JP3425945B2 - Surface shape recognition sensor device - Google Patents

Surface shape recognition sensor device

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JP3425945B2
JP3425945B2 JP2001162981A JP2001162981A JP3425945B2 JP 3425945 B2 JP3425945 B2 JP 3425945B2 JP 2001162981 A JP2001162981 A JP 2001162981A JP 2001162981 A JP2001162981 A JP 2001162981A JP 3425945 B2 JP3425945 B2 JP 3425945B2
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浩季 森村
智志 重松
俊重 島村
克之 町田
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、表面形状認識セン
サ装置に関し、特に人間の指紋や動物の鼻紋などの微細
な凹凸を感知する表面形状認識センサ装置に関するもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface shape recognition sensor device, and more particularly to a surface shape recognition sensor device for detecting minute irregularities such as a human fingerprint or an animal nose print.

【0002】[0002]

【従来の技術】表面形状認識センサ装置の応用例とし
て、指紋のパターンを検出する指紋センサが多数提案さ
れている(例えば、「ISSCC DIGEST OF TECHNICAL PAPE
RS」FEBRUARY 1998 pp.284〜285など参照)。これは、
LSIチップの上に2次元に配列されたセル(以下、セ
ンサセルと呼ぶ)の内部に設けられたセンサ電極とパシ
ベーション膜を介して触れた指の皮膚との間に形成され
る静電容量を検出して、指紋の凹凸パターンを感知する
ものである。指紋の凹凸により形成される容量の値が異
なるため、この容量差を検出することで指紋の凹凸を感
知することができる。
2. Description of the Related Art As an application example of a surface shape recognition sensor device, many fingerprint sensors for detecting a fingerprint pattern have been proposed (for example, "ISSCC DIGEST OF TECHNICAL PAPE
RS "FEBRUARY 1998 pp.284-285 etc.). this is,
Detects the electrostatic capacitance formed between the sensor electrodes provided inside the cells (hereinafter referred to as sensor cells) arranged two-dimensionally on the LSI chip and the skin of the finger touched through the passivation film. Then, the uneven pattern of the fingerprint is sensed. Since the value of the capacitance formed by the unevenness of the fingerprint is different, the unevenness of the fingerprint can be sensed by detecting this capacitance difference.

【0003】このような表面形状認識センサ装置で用い
られる従来の表面形状認識センサ装置のセンサセルの構
成概念図を図23に示す。センサセル11は検出素子1
とセンサ回路2で構成されている。検出素子1は、表面
形状を電気信号に変換するための素子である。センサ回
路2は表面形状により変化する検出素子の電気量を測定
する回路である。センサセル11から出力された出力信
号2Aはデータ線LDを介してA/D変換回路4へ入力
されデジタル出力信号4Aとして出力される。データ線
Dは、複数のセンサセル11で共有され、順次センサ
セル11が選択されて、逐次的にセンサセル11の出力
信号2AがA/D変換回路4に入力される。
FIG. 23 shows a conceptual diagram of the structure of a sensor cell of a conventional surface shape recognition sensor device used in such a surface shape recognition sensor device. The sensor cell 11 is the detection element 1
And the sensor circuit 2. The detection element 1 is an element for converting the surface shape into an electric signal. The sensor circuit 2 is a circuit that measures the amount of electricity of the detection element that changes depending on the surface shape. The output signal 2A output from the sensor cell 11 is input to the A / D conversion circuit 4 via the data line L D and output as a digital output signal 4A. The data line L D is shared by the plurality of sensor cells 11, the sensor cells 11 are sequentially selected, and the output signal 2A of the sensor cells 11 is sequentially input to the A / D conversion circuit 4.

【0004】従来例の具体的なセンサセルの構成を図2
4に示す。検出素子1は、表面形状を電気信号1Aに変
換するための素子である。センサ回路2は表面形状によ
り変化する検出素子1の電気量を測定する回路である。
検出素子1は絶縁層16に形成されパシベーション膜1
5に覆われたセンサ電極1Bで実現され、電気信号とし
て指の指紋(皮膚)14とセンサ電極1Bの間に形成さ
れる静電容量CFを用いている。センサ回路2は、Pch
MOSFETQ1、NchMOSFETQ2,Q3、定電流
源Iおよび抵抗Rから構成されている。CP0は寄生容量
である。
FIG. 2 shows the structure of a specific sensor cell of a conventional example.
4 shows. The detection element 1 is an element for converting the surface shape into an electric signal 1A. The sensor circuit 2 is a circuit that measures the amount of electricity of the detection element 1 that changes depending on the surface shape.
The detection element 1 is formed on the insulating layer 16 and the passivation film 1
The electrostatic capacitance C F , which is realized by the sensor electrode 1B covered with 5, is formed between the fingerprint (skin) 14 of the finger and the sensor electrode 1B as an electric signal. The sensor circuit 2 is Pch
It is composed of a MOSFET Q 1 , Nch MOSFETs Q 2 and Q 3 , a constant current source I and a resistor R. C P0 is a parasitic capacitance.

【0005】図25に動作タイミングチャートを示す。
時刻T1以前では、センサ回路制御信号PRE0が電源
電圧VDDに制御されてQ1がOFFし、センサ回路制御
信号REが電圧0Vに制御されてQ2がOFFしてお
り、節点N1は0Vである。時刻T1に信号PRE0が0
Vに制御されてQ1がONし、節点N1はVDDまで上昇す
る。そして時刻T2に信号PRE0および信号REがV
DDへ制御されてQ1がOFFするとともにQ2がONす
る。これにより、静電容量CFに蓄積された電荷が放電
され、節点N1の電位は徐々に低下する。時刻T2から
Δtだけ経過した時刻T3に信号REを0Vに制御して
2をOFFすると、その時点の節点N1の電位V DD−Δ
Vが維持されてQ3から出力される。これにより、静電
容量CFの値に応じた電圧の出力信号2Aが発生するこ
とになり、この電圧信号の大きさを測定することによ
り、皮膚表面の凹凸がわかる。
FIG. 25 shows an operation timing chart.
Before the time T1, the sensor circuit control signal PRE0Power
Voltage VDDControlled by Q1Turns off, sensor circuit control
Signal RE is controlled to 0V and Q2Is off
, Node N1Is 0V. Signal PRE at time T10Is 0
Q controlled by V1Turns on and node N1Is VDDRise to
It Then, at time T2, the signal PRE0And the signal RE is V
DDControlled to Q1Turns off and Q2Turns on
It As a result, the capacitance CFCharge accumulated in the
And node N1Potential gradually decreases. From time T2
At time T3 when Δt has passed, the signal RE is controlled to 0V.
Q2When is turned off, the node N at that point1Potential V DD
V is maintained and Q3Is output from. This allows electrostatic
Capacity CFThe output signal 2A having a voltage corresponding to the value of
And by measuring the magnitude of this voltage signal
You can see the irregularities on the skin surface.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の表面形状認識センサ装置では、各センサセル
は同一のレイアウトで製造されるが、実際にはプロセス
のばらつきにより各センサ回路2の検出感度は完全に同
一にはならない。その結果、検出画像にセンサ回路の感
度ばらつきによるノイズが入り、画質が劣化してまう。
また、チップ間でのばらつきやウエハばらつきによっ
て、検出性能の悪いセンサが発生してしまう。このこと
は、センサチップの歩留まりを低下させ、製造コストの
上昇をもたらしてしまう。特に安価にセンサチップを供
給しようとする場合、このことは大きな問題になる。
However, in such a conventional surface shape recognition sensor device, although each sensor cell is manufactured with the same layout, the detection sensitivity of each sensor circuit 2 is actually different due to process variations. Not exactly the same. As a result, noise due to the sensitivity variation of the sensor circuit is included in the detected image, and the image quality deteriorates.
Further, a sensor having a poor detection performance is generated due to a variation between chips or a wafer variation. This lowers the yield of the sensor chip and raises the manufacturing cost. This becomes a big problem especially when the sensor chip is to be supplied at a low cost.

【0007】さらに、検出性能が良好なセンサでも、使
用状態によりセンサ表面が変化した場合、検出性能が劣
化してまう。このことは、性能保証期間を短くしてしま
い、センサを組み込んだモジュールは使用不可能になっ
たり、センサを用いたシステムにおいては、センサ部品
の交換を頻繁に行う必要が生じてしまう。このため、返
品対応やシステム保守による費用の増大をもたらし、大
きな問題になる。したがって、上記のように従来の表面
形状認識センサ装置では、複数あるセンサ回路の検出感
度を個別に調整する手段を有していないことにより、製
造コストや保守費用を増大させるというという問題があ
る。本発明はこのような課題を解決するためのものであ
り、従来よりも歩留まりのよい表面形状認識センサ装置
を提供することを目的としている。
Further, even if the sensor has good detection performance, the detection performance will deteriorate if the surface of the sensor changes depending on the usage condition. This shortens the performance guarantee period, renders the module incorporating the sensor unusable, and necessitates frequent replacement of sensor components in a system using the sensor. For this reason, the cost of returned goods and system maintenance increases, which is a big problem. Therefore, as described above, the conventional surface shape recognition sensor device has a problem of increasing manufacturing cost and maintenance cost because it does not have means for individually adjusting the detection sensitivities of a plurality of sensor circuits. The present invention is intended to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a surface shape recognition sensor device having a higher yield than ever before.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明にかかる表面形状認識センサ装置は、
互いに隣接した多数の検出素子と、各検出素子に接続さ
れた多数のセンサ回路と、各センサ回路の出力信号レベ
ルを補正する出力信号レベル補正回路とを備え、この出
力信号レベル補正回路に、各センサ回路に接続されたキ
ャリブレーション回路と、センサ回路の出力とキャリブ
レーション用基準信号とを比較してキャリブレーション
回路にその差出力を制御信号として出力する比較回路と
を設け、キャリブレーション回路で、制御信号に基づき
センサ回路の出力とキャリブレーション用基準信号との
差がなくなるようにセンサ回路の出力信号レベルを補正
するようにしたものである。
In order to achieve such an object, a surface shape recognition sensor device according to the present invention comprises:
A large number of detection elements adjacent to each other, a large number of sensor circuits connected to each detection element, and an output signal level correction circuit for correcting the output signal level of each sensor circuit are provided. A calibration circuit connected to the sensor circuit, and a comparison circuit that compares the output of the sensor circuit and the reference signal for calibration and outputs the difference output to the calibration circuit as a control signal are provided in the calibration circuit. Based on the control signal, the output signal level of the sensor circuit is corrected so that there is no difference between the output of the sensor circuit and the calibration reference signal.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。 (第1の実施の形態)図1は本発明の一実施の形態にか
かる表面形状認識センサ装置を示す外観図である。この
表面形状認識センサ装置10は、例えば微細な凹凸を有
する認識対象の照合対象表面の形状と照合データと比較
照合することにより認識対象の認証を行う。そして表面
形状認識センサ装置10は、図1に示されるように、互
いに隣接した多数のセンサセルによって構成され、代表
的には、2次元(アレイ状や格子状)に配置された多数
のセンサセル11から構成されている。この表面形状認
識センサ装置10のセンサ面12に指13など認識対象
を接触させることにより、その認識対象表面(ここでは
指紋14の凹凸形状)がそれぞれのセンサセル11で個
別に検出され、認識対象の表面形状を示す2次元データ
が出力される。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. (First Embodiment) FIG. 1 is an external view showing a surface shape recognition sensor device according to an embodiment of the present invention. This surface shape recognition sensor device 10 authenticates the recognition target by comparing and collating the shape of the verification target surface of the recognition target having fine irregularities with the verification data, for example. As shown in FIG. 1, the surface shape recognition sensor device 10 is composed of a large number of sensor cells adjacent to each other, and typically includes a large number of sensor cells 11 arranged two-dimensionally (in an array or a lattice). It is configured. When a recognition target such as a finger 13 is brought into contact with the sensor surface 12 of the surface shape recognition sensor device 10, the recognition target surface (here, the uneven shape of the fingerprint 14) is individually detected by each sensor cell 11, and the recognition target Two-dimensional data indicating the surface shape is output.

【0010】このような表面形状認識センサ装置10の
基本機能構成を図2に示す。この表面形状認識センサ装
置10の基本機能構成は、多数のセンサセルが同一構成
であることを考慮して、1個のセンサセル11を代表さ
せて示している。すなわち、センサセル11は、図2に
示されるように、検出素子1とセンサ回路2および出力
信号レベル補正回路9により構成され、このレベル補正
回路15は、センサ回路2の出力を取り込み、このセン
サ回路2の出力を比較回路6の入力の一つに供給する。
比較回路6は、このセンサ回路2の出力とキャリブレー
ション用基準信号発生回路7の出力であるキャリブレー
ション基準値(信号)とを比較し、両者の差がなくなる
ようにセンサ回路2の入力側あるいはセンサ回路2の利
得制御などによりセンサ回路2の出力レベルを調整す
る。
FIG. 2 shows the basic functional arrangement of such a surface shape recognition sensor device 10. The basic functional configuration of the surface shape recognition sensor device 10 is shown by representing one sensor cell 11 in consideration of the fact that many sensor cells have the same configuration. That is, as shown in FIG. 2, the sensor cell 11 is composed of a detection element 1, a sensor circuit 2, and an output signal level correction circuit 9, and this level correction circuit 15 takes in the output of the sensor circuit 2 and The output of 2 is supplied to one of the inputs of the comparison circuit 6.
The comparison circuit 6 compares the output of the sensor circuit 2 with the calibration reference value (signal) that is the output of the calibration reference signal generation circuit 7, and the input side of the sensor circuit 2 or The output level of the sensor circuit 2 is adjusted by controlling the gain of the sensor circuit 2 or the like.

【0011】キャリブレーション用基準信号発生回路7
は、各センサセルに対して同じレベルのキャリブレーシ
ョン用基準信号を発生するように構成されるのが望まし
い。この出力信号レベル補正回路9は、各センサセル1
1の出力のばらつきをできるだけなくすように作用する
機能を持っており、このような動作をするものであれば
公知の種々の構成のものが適用できる。その詳細は、以
下の実施の形態で順次説明される。このようにすれば、
各センサ回路の出力、すなわち各センサセル11の出力
レベルを同じに調整でき、センサ装置の歩留まりを従来
よりも高めることができる。
Calibration reference signal generation circuit 7
Is preferably configured to generate the same level of calibration reference signal for each sensor cell. This output signal level correction circuit 9 is provided for each sensor cell 1
1 has a function of working so as to eliminate variations in the output of 1 as much as possible, and various known configurations can be applied as long as they perform such an operation. The details will be sequentially described in the following embodiments. If you do this,
The output of each sensor circuit, that is, the output level of each sensor cell 11 can be adjusted to the same level, and the yield of the sensor device can be increased more than before.

【0012】(第2の実施の形態)図3は、本発明の第
2実施の形態を示し、表面形状認識センサ装置10は、
2次元(アレイ状や格子状)に配置された多数のセンサ
セル11から構成されている。この表面形状認識センサ
装置10のセンサ面12に指13など認識対象を接触さ
せることにより、その認識対象表面(ここでは指紋14
の凹凸形状)がそれぞれのセンサセル11で個別に検出
され、認識対象の表面形状を示す2次元データが出力さ
れる。
(Second Embodiment) FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention.
It is composed of a large number of sensor cells 11 arranged two-dimensionally (in an array or a lattice). By bringing a recognition target such as a finger 13 into contact with the sensor surface 12 of the surface shape recognition sensor device 10, the recognition target surface (here, the fingerprint 14
The uneven shape) is individually detected by each sensor cell 11, and two-dimensional data indicating the surface shape of the recognition target is output.

【0013】図3に示される表面形状認識センサ装置1
0の各センサセル11は、それぞれ同一構成をなしてお
り、前述した実施の形態と同様に、検出素子1とセンサ
回路2およびキャリブレーション回路(感度調整回路)
3により構成され、このキャリブレーション回路3を用
いて各センサセル11の検出感度を調整する手段を有す
ることを主な特徴とする。前述した従来のセンサセル
(図23参照)と比較して、キャリブレーション回路
3、信号処理回路5および制御線LCが設けられている
点が最も大きな相違点である。
Surface shape recognition sensor device 1 shown in FIG.
Each of the sensor cells 0 of 0 has the same configuration, and the detection element 1, the sensor circuit 2 and the calibration circuit (sensitivity adjustment circuit) are the same as in the above-described embodiment.
3, and has a means for adjusting the detection sensitivity of each sensor cell 11 using the calibration circuit 3 as a main feature. The biggest difference is that the calibration circuit 3, the signal processing circuit 5, and the control line L C are provided as compared with the above-described conventional sensor cell (see FIG. 23).

【0014】センサセル11は、検出素子1とセンサ回
路2およびキャリブレーション回路3で構成される。検
出素子1は、表面形状を電気信号に変換するための素子
である。センサ回路2は表面形状により変化する検出素
子1の電気量を測定する回路である。各センサセル11
の出力レベル補正すなわちキャリブレーションを行うと
きは、被測定物として、凹凸のない基準サンプルをセン
サセル11で検出したり、センサセルに何も置かずに検
出を行うことで、各センサセル11に同一の測定値を検
出させる。センサセル11から出力された信号はデータ
線LDを介してA/D変換回路4に入力されデジタル出
力信号4Aとして出力される。
The sensor cell 11 comprises a detection element 1, a sensor circuit 2 and a calibration circuit 3. The detection element 1 is an element for converting the surface shape into an electric signal. The sensor circuit 2 is a circuit that measures the amount of electricity of the detection element 1 that changes depending on the surface shape. Each sensor cell 11
When the output level correction, that is, the calibration is performed, the sensor cell 11 detects a reference sample having no unevenness as an object to be measured, or the detection is performed without placing anything on the sensor cell, so that the same measurement is performed on each sensor cell 11. Let the value be detected. The signal output from the sensor cell 11 is input to the A / D conversion circuit 4 via the data line L D and output as a digital output signal 4A.

【0015】A/D変換回路4から出力されたデジタル
出力信号4Aは、信号処理回路5にも入力される。信号
処理回路5は、A/D変換回路4から出力されたデジタ
ル出力信号4Aと本来出力すべきデジタル出力信号(以
下、期待値という)とを比較して、センサ回路2の検出
感度を調整するための調整パラメータを算出する。そし
て、算出した調整パラメータに基づき、制御線LCを用
いてキャリブレーション回路3を制御する。
The digital output signal 4A output from the A / D conversion circuit 4 is also input to the signal processing circuit 5. The signal processing circuit 5 adjusts the detection sensitivity of the sensor circuit 2 by comparing the digital output signal 4A output from the A / D conversion circuit 4 with a digital output signal that should be originally output (hereinafter, referred to as an expected value). The adjustment parameter for calculating is calculated. Then, the calibration circuit 3 is controlled using the control line L C based on the calculated adjustment parameter.

【0016】データ線LDおよび制御線LCは、各センサ
セル11で共用されており、順次センサセル11が選択
されて、逐次的にセンサセル11の出力信号2AがA/
D変換回路4に入力され、信号処理回路5によりセンサ
セル11内のキャリブレーション回路3が制御される。
この動作を各センサセル11に対して1回または複数繰
り返すことにより個々のセンサ回路2の感度を調整し、
各センサセル11の性能を均一にする。
The data line L D and the control line L C are shared by the respective sensor cells 11, the sensor cells 11 are sequentially selected, and the output signal 2A of the sensor cells 11 is sequentially A / A.
The signal is input to the D conversion circuit 4, and the signal processing circuit 5 controls the calibration circuit 3 in the sensor cell 11.
By repeating this operation once or plural times for each sensor cell 11, the sensitivity of each sensor circuit 2 is adjusted,
The performance of each sensor cell 11 is made uniform.

【0017】この場合、信号処理回路5は、図2で説明
した比較回路6と、キャリブレーション用基準信号発生
回路7を有している。本例では、入力信号がデジタルの
場合であり、このようにデジタル信号のまま比較回路6
へ入力する場合、比較回路としては公知のデジタル比較
回路が使用される。比較回路が通常のアナログ比較以下
路であれば一度D/A変換されて比較回路に供給され
る。もちろんキャリブレーション用基準信号発生回路も
同様である。
In this case, the signal processing circuit 5 has the comparison circuit 6 described in FIG. 2 and the calibration reference signal generation circuit 7. In this example, the input signal is digital, and thus the comparison circuit 6 remains the digital signal.
In the case of inputting to, a known digital comparison circuit is used as the comparison circuit. If the comparison circuit is a path below the normal analog comparison, it is once D / A converted and supplied to the comparison circuit. Of course, the same applies to the calibration reference signal generation circuit.

【0018】図4は、図3に示されるキャリブレーショ
ン回路3の実現例を示す。このキャリブレーション回路
3は、負荷回路31とメモリ回路32で構成される。信
号処理回路5により算出した調整パラメータはメモリ回
路に書き込まれ、このメモリ回路32に書き込まれたデ
ータにより負荷回路31が制御される。
FIG. 4 shows an implementation example of the calibration circuit 3 shown in FIG. The calibration circuit 3 includes a load circuit 31 and a memory circuit 32. The adjustment parameter calculated by the signal processing circuit 5 is written in the memory circuit, and the load circuit 31 is controlled by the data written in the memory circuit 32.

【0019】図5に具体的なキャリブレーション回路3
を有するセンサセル11の回路構成例を示す。負荷回路
31は、N(Nは自然数)個の負荷素子Z1〜ZNがそれ
ぞれスイッチを介してセンサ回路2に接続されている。
メモリ回路32は、Nビットメモリ回路であり、書き込
まれたデータに基づいて負荷回路31の各スイッチの導
通状態を制御する。メモリ回路32はSRAMやDRA
Mまたは、書き込み可能な不揮発性メモリで実現でき
る。
FIG. 5 shows a specific calibration circuit 3
An example of the circuit configuration of the sensor cell 11 having the is shown. In the load circuit 31, N (N is a natural number) load elements Z 1 to Z N are connected to the sensor circuit 2 via switches, respectively.
The memory circuit 32 is an N-bit memory circuit, and controls the conduction state of each switch of the load circuit 31 based on the written data. The memory circuit 32 is SRAM or DRA.
It can be realized by M or a writable non-volatile memory.

【0020】スイッチは、図6のように切替制御信号S
Wで動作するMOSFETで実現できる。図6ではNch
MOSFETを用いた例を示したが、PchMOSFET
でもよく、両方用いてもよい。
The switch has a switching control signal S as shown in FIG.
It can be realized by a MOSFET operating in W. In Figure 6, Nch
Although an example using a MOSFET is shown, Pch MOSFET
However, both may be used.

【0021】負荷素子Z1〜ZNとしては、図7に示すよ
うな容量素子や抵抗素子などがある。図5に示されてい
るように、認識対象の形状が検出素子1により容量値の
変化として検出される場合は、負荷素子として容量素子
を用いればよく、PIP容量やMIM容量、あるいは図
7(a)に示すようなMOS容量で実現できる。また、
表面形状が検出素子1により抵抗値の変化として検出さ
れる場合は、負荷素子として抵抗素子を用いればよく、
ポリシリコン抵抗や図7(b)に示すようなMOS抵抗
で実現できる、ここではNchMOSFETを用いた例を
示したが、PchMOSFETでもよい。
As the load elements Z 1 to Z N, there are capacitance elements and resistance elements as shown in FIG. As shown in FIG. 5, when the shape of the recognition target is detected by the detection element 1 as a change in the capacitance value, a capacitance element may be used as the load element, and the PIP capacitance or MIM capacitance, or FIG. It can be realized with a MOS capacitor as shown in a). Also,
When the surface shape is detected by the detection element 1 as a change in resistance value, a resistance element may be used as the load element,
Although an example using an Nch MOSFET is shown here, which can be realized by a polysilicon resistor or a MOS resistor as shown in FIG. 7B, a Pch MOSFET may be used.

【0022】次に、キャリブレーション回路3の動作原
理を簡単に説明する。例えば、プロセスばらつきにより
図5のセンサ回路2に生じる寄生容量CP0の値がセンサ
セルごとに異なっているとする。負荷素子Z1〜ZNとし
て容量素子を用いて、適当な数だけスイッチを導通状態
にしてセンサ回路2に接続する。センサ回路2に接続す
る寄生容量CP0と容量素子からなる負荷素子Z1〜ZN
和が、個々のセンサ回路2ごとに同じになるようなデー
タをメモリ回路32に書込めば、プロセスばらつき等に
よるセンサセル11の性能ばらつきは見えなくなり、結
果として各センサセル11の性能を均一にすることがで
きる。
Next, the operating principle of the calibration circuit 3 will be briefly described. For example, it is assumed that the value of the parasitic capacitance C P0 generated in the sensor circuit 2 of FIG. Capacitance elements are used as the load elements Z 1 to Z N , and an appropriate number of switches are made conductive to connect to the sensor circuit 2. If data is written in the memory circuit 32 such that the sum of the parasitic capacitance C P0 connected to the sensor circuit 2 and the load elements Z 1 to Z N composed of capacitive elements becomes the same for each sensor circuit 2, process variations will occur. The variation in the performance of the sensor cells 11 due to the above is not visible, and as a result, the performance of each sensor cell 11 can be made uniform.

【0023】図8に、具体的なキャリブレーション回路
を有するセンサセルの他の回路構成例を示す。負荷回路
31は、N(Nは自然数)個の負荷素子Z1〜ZNがそれ
ぞれセンサ回路2に接続されており、各負荷素子はそれ
ぞれ個別に活性状態および非活性状態のいずれかに制御
することができる。メモリ回路32は、Nビットメモリ
回路であり、書き込まれたデータに基づいて各負荷回路
31の活性状態を制御する。メモリ回路32はSRAM
やDRAM、または書き込み可能な不揮発性メモリで実
現できる。活性状態または非活性状態のずかれに切替制
御できる負荷素子としては、図9に示すような容量素子
や抵抗素子などがある。
FIG. 8 shows another circuit configuration example of the sensor cell having a specific calibration circuit. In the load circuit 31, N (N is a natural number) load elements Z 1 to Z N are respectively connected to the sensor circuit 2, and each load element is individually controlled to either an active state or an inactive state. be able to. The memory circuit 32 is an N-bit memory circuit, and controls the active state of each load circuit 31 based on the written data. The memory circuit 32 is SRAM
Or a DRAM or a writable non-volatile memory. As load elements that can be controlled to be switched between the active state and the inactive state, there are a capacitive element and a resistive element as shown in FIG.

【0024】容量素子は、図9(a)に示すように切替
制御信号SWで活性状態または非活性状態のずかれとな
るMOS容量のゲート端子またはソース端子およびドレ
イン端子の電位を制御することで実現できる。また同様
にして、抵抗素子は、図9(b)に示すようなMOS抵
抗で実現できる。なお、ここではNchMOSFETを用
いた場合を示したが、PchMOSFETでもよい。活性
状態または非活性状態のいずれかに制御できる負荷素子
を用いることにより、図5の構成例のようにスイッチを
用いる場合に比べて、スイッチの寄生容量や寄生抵抗が
接続されないため、より高精度に感度調整が可能になる
効果がある。
As shown in FIG. 9A, the capacitive element controls the potential of the gate terminal or the source terminal and the drain terminal of the MOS capacitor which is activated or deactivated by the switching control signal SW. realizable. Similarly, the resistance element can be realized by a MOS resistance as shown in FIG. Although the case where the Nch MOSFET is used is shown here, a Pch MOSFET may be used. By using a load element that can be controlled to either the active state or the inactive state, the parasitic capacitance and the parasitic resistance of the switch are not connected as compared to the case of using the switch as in the configuration example of FIG. The effect is that sensitivity can be adjusted.

【0025】(第3の実施の形態)次に、図10を参照
して、本発明の第3の実施の形態にかかる表面形状認識
センサ装置について説明する。図10に示される表面形
状認識センサ装置と前述した第2の実施の形態(図3参
照)とは、図10において、保持回路52を有するとと
もに制御線LCを用いないところが異なる。
(Third Embodiment) Next, a surface shape recognition sensor device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The surface shape recognition sensor device shown in FIG. 10 is different from the above-described second embodiment (see FIG. 3) in that the holding circuit 52 is provided and the control line L C is not used in FIG. 10.

【0026】各センサセル11をキャリブレーションす
るときは、被測定物として凹凸のない基準サンプルをセ
ンサセル11で検出したり、センサセル11に何も置か
ずに検出を行うことで、各センサセル11に同一の測定
値を検出させる。センサセル11から出力された出力信
号2Aはデータ線LDを介してA/D変換回路4に入力
され、デジタル出力信号4Aとして出力される。
When calibrating each sensor cell 11, the sensor cell 11 detects a reference sample having no unevenness as an object to be measured, or the detection is performed without placing anything on the sensor cell 11, so that the same sensor cell 11 is obtained. Detect the measured value. The output signal 2A output from the sensor cell 11 is input to the A / D conversion circuit 4 via the data line L D and is output as a digital output signal 4A.

【0027】A/D変換回路4から出力されたデジタル
出力信号4Aは、信号処理回路5にも入力される。信号
処理回路5は、A/D変換回路4から出力されたデジタ
ル出力信号4Aと期待値とを比較して、センサ回路2の
検出感度の調整パラメータを算出する。算出された調整
パラメータは保持回路52で保持される。センサセル1
1からの信号出力が終了した後、保持回路52に保持さ
れたデータによりデータ線LDを介してキャリブレーシ
ョン回路3を制御する。データ線LDは各センサセル1
1で共用されており、順次センサセル11が選択され
て、上記の動作が行われる。この動作を各センサセルに
対して1回または複数繰り返すことにより、個々のセン
サ回路2の感度が調整され、各センサセル11の性能が
均一化される。したがって、第1の実施の形態と比較し
て、データ線LDと制御線LCを共用化でき、配線数を低
減できる効果がある。
The digital output signal 4A output from the A / D conversion circuit 4 is also input to the signal processing circuit 5. The signal processing circuit 5 compares the digital output signal 4A output from the A / D conversion circuit 4 with an expected value to calculate an adjustment parameter for the detection sensitivity of the sensor circuit 2. The calculated adjustment parameter is held in the holding circuit 52. Sensor cell 1
After the signal output from 1 is completed, the calibration circuit 3 is controlled by the data held in the holding circuit 52 via the data line L D. Data line L D is for each sensor cell 1
1 is shared, the sensor cells 11 are sequentially selected, and the above operation is performed. By repeating this operation once or plural times for each sensor cell, the sensitivity of each sensor circuit 2 is adjusted, and the performance of each sensor cell 11 is made uniform. Therefore, as compared with the first embodiment, the data line L D and the control line L C can be shared, and the number of wirings can be reduced.

【0028】なお、図10に示される第3の実施の形態
において、信号処理回路5は、図2で説明した比較回路
6とキャリブレーション用基準信号発生回路7とを有し
ている。本例では、入力信号がデジタルの場合であり、
このようにデジタル信号のまま比較回路6へ入力する場
合、比較回路としては公知のデジタル比較回路が使用さ
れる。比較回路が通常のアナログ比較回路であれば一度
D/A変換されて比較回路に供給される。もちろんキャ
リブレーション用基準信号発生回路も同様である。
In the third embodiment shown in FIG. 10, the signal processing circuit 5 has the comparison circuit 6 and the calibration reference signal generation circuit 7 described in FIG. In this example, the input signal is digital,
When the digital signal is input to the comparison circuit 6 as it is, a known digital comparison circuit is used as the comparison circuit. If the comparison circuit is a normal analog comparison circuit, it is once D / A converted and supplied to the comparison circuit. Of course, the same applies to the calibration reference signal generation circuit.

【0029】(第4の実施の形態)次に、図11を参照
して、本発明の第4の実施の形態にかかる表面形状認識
センサ装置について説明する。図11に示される本発明
の第4の実施の形態と前述した第2の実施の形態(図3
参照)とは、信号処理回路5を構成する比較回路6の入
力側には、アナログ信号からなるデータ線LDの信号が
入力されているところが異なる。
(Fourth Embodiment) Next, a surface shape recognition sensor device according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The fourth embodiment of the present invention shown in FIG. 11 and the above-described second embodiment (FIG. 3)
2) is different from that of FIG. 2) in that the signal of the data line L D , which is an analog signal, is input to the input side of the comparison circuit 6 included in the signal processing circuit 5.

【0030】各センサセル11のキャリブレーションを
行うときは、被測定物として凹凸のない基準サンプルを
センサセル11で検出したり、センサセルに何も置かず
に検出を行うことで、各センサセル11に同一の測定値
を検出させる。
When each sensor cell 11 is calibrated, the reference sample having no unevenness as the object to be measured is detected by the sensor cell 11 or the sensor cell 11 is not placed and the detection is performed so that the same sensor cell 11 is obtained. Detect the measured value.

【0031】センサセル11から出力された出力信号2
Aは、データ線LDを介してA/D変換回路4に入力さ
れデジタル出力信号4Aとして出力される。それと同時
にセンサセル11からの出力信号2Aは比較回路6にも
入力される。比較回路6はセンサセル11から出力した
アナログの出力信号2Aと本来出力すべき信号すなわち
基準信号とを比較し、その結果により制御線LCを介し
てキャリブレーション回路3を制御する。
Output signal 2 output from the sensor cell 11
A is input to the A / D conversion circuit 4 via the data line L D and output as a digital output signal 4A. At the same time, the output signal 2A from the sensor cell 11 is also input to the comparison circuit 6. The comparison circuit 6 compares the analog output signal 2A output from the sensor cell 11 with the signal to be originally output, that is, the reference signal, and controls the calibration circuit 3 via the control line L C according to the result.

【0032】例えば、センサセル11から出力されるア
ナログの出力信号2Aが電圧信号の場合、比較回路6の
実現例として図12に示すような、PchMOSFETQ
4,Q5およびNchMOSFETQ6,Q7を用いた一般的
な比較回路の構成を用いてもよい。
For example, when the analog output signal 2A output from the sensor cell 11 is a voltage signal, a PchMOSFETQ as shown in FIG.
A general comparator circuit configuration using 4 , Q 5 and Nch MOSFETs Q 6 , Q 7 may be used.

【0033】図12に示される比較回路6では、キャリ
ブレーション用基準信号が基準電圧VREFとなり、セン
サセル11の出力信号2Aの入力電圧VINと基準電圧V
REFとが比較される。この比較の大小により比較回路6
の出力OUTとしてHighレベルやLowレベルの制
御信号5Aが出力され、この制御信号5Aによりキャリ
ブレーション回路3が制御される。データ線LDおよび
制御線LCは、各センサセル11で共有されており、順
次センサセル11が選択されて、逐次的にセンサセル1
1の出力信号2Aが比較回路6によりセンサセル内のキ
ャリブレーション回路3を制御する。
In the comparison circuit 6 shown in FIG. 12, the reference signal for calibration becomes the reference voltage V REF , and the input voltage V IN of the output signal 2A of the sensor cell 11 and the reference voltage V REF .
REF is compared. The comparison circuit 6 depends on the size of this comparison.
A high-level or low-level control signal 5A is output as an output OUT of the calibration circuit 3 is controlled by the control signal 5A. The data line L D and the control line L C are shared by the respective sensor cells 11, and the sensor cells 11 are sequentially selected and the sensor cells 1 are sequentially selected.
The output signal 2A of 1 controls the calibration circuit 3 in the sensor cell by the comparison circuit 6.

【0034】この動作を各センサセルに対して1回また
は複回数繰り返すことにより、それぞれのセンサ回路2
の出力レベルが調整され、各センサセル11の性能が均
一化される。したがって、第1の実施の形態のようにデ
ジタル出力信号4Aを比較して調整パラメータを算出す
る信号処理回路5に比較して、比較のための回路を小規
模で実現できる効果がある。また、A/D変換回路4を
経ずにキャリブレーション回路3への制御ができるた
め、結果として高速にキャリブレーションを行うことが
できる効果がある。
By repeating this operation once or multiple times for each sensor cell, each sensor circuit 2
Output level is adjusted, and the performance of each sensor cell 11 is made uniform. Therefore, as compared with the signal processing circuit 5 that calculates the adjustment parameter by comparing the digital output signal 4A as in the first embodiment, there is an effect that a circuit for comparison can be realized on a small scale. Further, since the calibration circuit 3 can be controlled without going through the A / D conversion circuit 4, as a result, there is an effect that the calibration can be performed at high speed.

【0035】第4の実施の形態(図11参照)のように
比較回路を用いた場合のキャリブレーション回路を含む
メモリセルの構成例を図13に示す。このキャリブレー
ション回路3は、負荷回路31とシフトレジスタ回路3
3で構成される。比較回路6から出力された制御信号5
Aをシフトレジスタ33に書き込み、このシフトレジス
タ33に書き込まれたデータにより負荷回路31を制御
する。
FIG. 13 shows an example of the structure of a memory cell including a calibration circuit when a comparison circuit is used as in the fourth embodiment (see FIG. 11). The calibration circuit 3 includes a load circuit 31 and a shift register circuit 3
It consists of three. Control signal 5 output from the comparison circuit 6
A is written in the shift register 33, and the load circuit 31 is controlled by the data written in the shift register 33.

【0036】図14は、図13に示したキャリブレーシ
ョン回路3の具体的例を示す。ここでの負荷回路31
は、N(Nは自然数)個の負荷素子Z1〜ZNがそれぞれ
センサ回路2に接続されており、各負荷素子はそれぞれ
個別に活性状態および非活性状態のいずれかに制御する
ことができる。なお、負荷回路31としては、図5に示
したスイッチを用いる負荷回路でもよい。
FIG. 14 shows a specific example of the calibration circuit 3 shown in FIG. Load circuit 31 here
Has N (N is a natural number) load elements Z 1 to Z N each connected to the sensor circuit 2, and each load element can be individually controlled to either an active state or an inactive state. . The load circuit 31 may be a load circuit using the switch shown in FIG.

【0037】シフトレジスタ33は、Nビットシフトレ
ジスタであり、シフトレジスタ33に書き込まれたデー
タに基づいて負荷回路31の活性状態を制御する。シフ
トレジスタ33を有するキャリブレーション回路3の動
作原理を簡単に説明する。まず、シフトレジスタ33の
値は、全ての負荷素子Z1〜ZNを非活性状態に制御する
ような初期設定値に予め設定しておく。1回目のセンス
動作において、センサ回路2からの出力信号2Aと基準
信号とが一致しない場合(例えば出力信号2Aが基準信
号よりも小さい場合)、比較回路6は負荷素子を活性化
するような制御信号5A(シフトレジスタ33にとって
は書き込みデータ:例えば「1」)をデータとして出力
し、そのデータがシフトレジスタ33へ1ビット分書き
込まれる。
The shift register 33 is an N-bit shift register, and controls the active state of the load circuit 31 based on the data written in the shift register 33. The operation principle of the calibration circuit 3 having the shift register 33 will be briefly described. First, the value of the shift register 33 is previously set all the load elements Z 1 to Z N to the initial setting value such as to control the inactive state. In the first sensing operation, when the output signal 2A from the sensor circuit 2 and the reference signal do not match (for example, when the output signal 2A is smaller than the reference signal), the comparison circuit 6 controls the load element to activate. The signal 5A (write data for the shift register 33: for example, "1") is output as data, and the data is written to the shift register 33 for one bit.

【0038】次に、2回目のセンス動作でも出力信号2
Aと基準信号とが一致しない場合(例えば出力信号2A
が基準信号よりも小さい場合)、比較回路6は前回と同
様に負荷素子が活性化するような制御信号5Aをデータ
として出力する。このデータは、シフトレジスタ33へ
さらに1ビット分として書き込まれる。シフトレジスタ
33は前のデータを1つシフトさせる機能があるので、
結果として2つの負荷素子が活性化されたことになる。
このような動作は、出力信号2Aと基準信号とが一致す
るまで、厳密にはセンサセル11の出力信号2Aが基準
信号を超える(例えば基準信号よりも大きくなる)まで
繰り返す。
Next, in the second sensing operation, the output signal 2
When A and the reference signal do not match (for example, output signal 2A
Is smaller than the reference signal), the comparison circuit 6 outputs the control signal 5A for activating the load element as data as in the previous case. This data is further written in the shift register 33 as one bit. Since the shift register 33 has a function of shifting the previous data by one,
As a result, the two load elements are activated.
Such an operation is repeated until the output signal 2A and the reference signal match each other, strictly speaking, until the output signal 2A of the sensor cell 11 exceeds the reference signal (for example, becomes larger than the reference signal).

【0039】出力信号2Aが基準信号のレベルを超える
と、比較回路6からシストレジスタ33へ、負荷素子を
非活性状態に制御する制御信号5A(シフトレジスタ3
3にとっては書き込みデータ:例えば「0」)がデータ
として出力される。このデータはシフトレジスタ33へ
追記されるだけで新たな負荷素子が活性状態に制御され
ず、これ以上、負荷素子がセンサ回路2に接続されるこ
とはない。したがって、比較回路6からの制御信号5A
により負荷素子が順に接続されていき、基準信号と等し
い出力信号2Aがセンサセル11から出力される状態と
なる。この場合、比較回路6からの制御信号5Aの変化
を用いてシフトレジスタヘの書き込みができないように
制御してもよい。
When the output signal 2A exceeds the level of the reference signal, the control signal 5A (shift register 3) from the comparison circuit 6 to the sist register 33 controls the load element to the inactive state.
For 3, the write data: "0", for example, is output as data. This data is only added to the shift register 33, and the new load element is not controlled to be in the active state, and the load element is not connected to the sensor circuit 2 any more. Therefore, the control signal 5A from the comparison circuit 6
Thus, the load elements are sequentially connected, and the output signal 2A equal to the reference signal is output from the sensor cell 11. In this case, a change in the control signal 5A from the comparison circuit 6 may be used to control so that writing to the shift register cannot be performed.

【0040】第4の実施の形態(図11参照)のように
比較回路を用いた場合のキャリブレーション回路の他の
構成例を図15に示す。このキャリブレーション回路3
は、負荷回路31とカウンタ回路34で構成されてい
る。ここでは、比較回路6から出力された信号によりカ
ウンタ回路34を制御し、このカウンタ回路34のデー
タにより負荷回路を制御している。
FIG. 15 shows another configuration example of the calibration circuit when the comparison circuit is used as in the fourth embodiment (see FIG. 11). This calibration circuit 3
Is composed of a load circuit 31 and a counter circuit 34. Here, the counter circuit 34 is controlled by the signal output from the comparison circuit 6, and the load circuit is controlled by the data of the counter circuit 34.

【0041】図16は、図15のカウンタ回路を用いた
キャリブレーション回路を有するセンサセルの具体例を
示す。ここでの負荷回路31は、N(Nは自然数)個の
負荷素子Z1〜ZNがそれぞれセンサ回路2に接続されて
おり、各負荷素子はそれぞれ個別に活性状態および非活
性状態のいずれかに制御することができる。なお、負荷
回路31としては、図5に示したスイッチを用いる負荷
回路でもよい。カウンタ回路34はNビットカウンタ回
路であり、カウンタ回路34のデータに基づいて負荷回
路31の活性状態を制御する。
FIG. 16 shows a specific example of a sensor cell having a calibration circuit using the counter circuit of FIG. In the load circuit 31 here, N (N is a natural number) load elements Z 1 to Z N are connected to the sensor circuit 2, and each load element is individually in an active state or an inactive state. Can be controlled. The load circuit 31 may be a load circuit using the switch shown in FIG. The counter circuit 34 is an N-bit counter circuit, and controls the activation state of the load circuit 31 based on the data of the counter circuit 34.

【0042】カウンタ回路34を用いたキャリブレーシ
ョン回路の動作原理を簡単に説明する。まず、カウンタ
回路34の値は、全ての負荷素子Z1〜ZNを非活性状態
に制御するような初期設定値に予め設定しておく。1回
目のセンス動作において、センサ回路2からの出力信号
2Aと基準信号とが一致しない場合(例えば出力信号2
Aが基準信号よりも小さい場合)、比較回路6の出力す
なわち制御信号5Aが変化する。この制御信号5Aの変
化によりカウンタ回路34では1つカウントアップされ
る。この結果、カウンタ回路のデータは負荷素子を1つ
活性化するように変化する。そして比較回路の出力信号
を初期設定値に戻してしておく。
The operation principle of the calibration circuit using the counter circuit 34 will be briefly described. First, the value of the counter circuit 34 is set in advance all the load elements Z 1 to Z N to the initial setting value such as to control the inactive state. In the first sense operation, when the output signal 2A from the sensor circuit 2 does not match the reference signal (for example, the output signal 2
When A is smaller than the reference signal), the output of the comparison circuit 6, that is, the control signal 5A changes. Due to the change in the control signal 5A, the counter circuit 34 increments by one. As a result, the data of the counter circuit changes so as to activate one load element. Then, the output signal of the comparison circuit is returned to the initial setting value.

【0043】次に2回目のセンス動作でも出力信号2A
と基準信号とが一致しない場合(例えば、出力信号2A
が基準信号よりも小さい場合)、比較回路6からの制御
信号5Aはまた変化する。これによりカウンタ回路34
はさらに1つカウントアップされる。ここで、例えばZ
1=Z、Z2=2Z、Z3=4Z、…、ZN=2(N-1)Zと
設定しておき、カウンタ回路34の下位ビットから順に
1〜ZNを制御するようにしておけば、センサ回路2へ
接続する負荷素子の値がカウントアップごとにZづつ大
きくなることになる。
Next, in the second sense operation, the output signal 2A
And the reference signal do not match (for example, output signal 2A
Is smaller than the reference signal), the control signal 5A from the comparison circuit 6 changes again. As a result, the counter circuit 34
Is incremented by one. Where, for example, Z
1 = Z, Z 2 = 2Z , Z 3 = 4Z, ..., Z N = 2 (N-1) may be set as Z, so as to control the Z 1 to Z N from the lower bits of the counter circuit 34 in order If this is done, the value of the load element connected to the sensor circuit 2 will increase by Z each time it is counted up.

【0044】この動作は、センサセル11の出力信号2
Aが基準信号と一致するまで、厳密には出力信号2Aが
基準信号を超える(例えば基準信号よりも大きくなる)
まで繰り返される。一致すると比較回路6の出力は変化
しないため、その制御信号5Aによりカウンタ回路34
がカウントアップされることはなく、それ以上負荷素子
がセンサ回路2へ接続されることはない。
This operation corresponds to the output signal 2 of the sensor cell 11.
Strictly speaking, the output signal 2A exceeds the reference signal (for example, becomes larger than the reference signal) until A matches the reference signal.
Is repeated until. When they match, the output of the comparison circuit 6 does not change, so the counter signal 34
Is not counted up, and no more load elements are connected to the sensor circuit 2.

【0045】このように、カウンタ回路34を用いた場
合には、シフトレジスタを用いる場合に比べ制御を簡素
化でき、上記のように負荷素子の値を設定しておけば同
じ素子数で2(N-1)−Nだけ負荷回路の設定数を増やす
ことができる。また設定数が同じ場合で比較すればカウ
ンタ回路34のビット数を小さくすることができ、シフ
トレジスタの場合よりも回路規模を小型化できる効果が
ある。
As described above, when the counter circuit 34 is used, the control can be simplified as compared with the case where the shift register is used, and if the value of the load element is set as described above, 2 ( It is possible to increase the set number of load circuits by N-1) -N. Further, if the set numbers are the same, the number of bits of the counter circuit 34 can be reduced, and the circuit scale can be made smaller than that of the shift register.

【0046】図17は、図15,16に示されるカウン
タ回路34および負荷回路31の構成例を示す。負荷回
路31については、活性状態および非活性状態に切替制
御できる負荷素子としてMOS容量を用いた場合の接続
関係も同時に示した。ここでのカウンタ回路34は、3
ビットクリア付きカウンタ回路であり、RAM型ラッチ
回路を用いたもので、トランスファーゲートやクロック
ドCMOS回路からなるラッチ回路を用いた場合に比べ
て回路規模を小さくできる。特に、表面形状認識センサ
装置で用いられるセンサセル11は、そのサイズが50
μm角程度と小さいため、その中に配置されるキャリブ
レーション回路は小さいほうが望ましい。そのため、図
17のカウンタ回路を用いることによりキャリブレーシ
ョン回路を小型化できる効果がある。また、前述したシ
フトレジスタ33についても、RAM型ラッチ回路を用
いて実現すると回路規模を小型化できる。
FIG. 17 shows a configuration example of the counter circuit 34 and the load circuit 31 shown in FIGS. Regarding the load circuit 31, the connection relationship when a MOS capacitor is used as a load element which can be switched between an active state and an inactive state is also shown. The counter circuit 34 here is 3
This is a counter circuit with a bit clear, which uses a RAM type latch circuit, and can reduce the circuit scale as compared with the case where a latch circuit composed of a transfer gate or a clocked CMOS circuit is used. In particular, the sensor cell 11 used in the surface shape recognition sensor device has a size of 50
Since it is as small as about μm square, it is desirable that the calibration circuit arranged therein is small. Therefore, there is an effect that the calibration circuit can be downsized by using the counter circuit of FIG. Also, the shift register 33 described above can be downsized by implementing it using a RAM type latch circuit.

【0047】(第5の実施の形態)次に、図18を参照
して、本発明の第5実施の形態にかかる表面形状認識セ
ンサ装置10について説明する。図18に示される本発
明の第5実施の形態と前述した第4の実施の形態(図1
1参照)とは、保持回路52を有するとともに制御線L
Cがないところが異なる。各センサセル11のキャリブ
レーションを行うときは、被測定物として凹凸のない基
準サンプルをセンサセルで検出しあるいはセンサセルに
何も置かずに検出を行うことで、各センサセル11に同
一の測定値を検出させる。
(Fifth Embodiment) Next, a surface shape recognition sensor device 10 according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. A fifth embodiment of the present invention shown in FIG. 18 and the above-described fourth embodiment (FIG. 1)
1) has a holding circuit 52 and a control line L
The difference is that there is no C. When each sensor cell 11 is calibrated, the sensor cell detects the same measurement value by detecting a reference sample having no irregularities as an object to be measured by the sensor cell or by placing nothing on the sensor cell. .

【0048】センサセル11からの出力信号2Aは、デ
ータ線LDを介してA/D変換回路4に入力されデジタ
ル出力信号4Aとして出力される。それと同時にセンサ
セル11からの出力信号2Aは比較回路6にも入力され
る。比較回路6はアナログの出力信号2Aとキャリブレ
ーション用基準信号発生回路からの基準信号とを比較
し、その結果が保持回路52に保持される。センサセル
11からの信号出力が終了した後、保持回路52に保持
された比較結果が制御信号5Aとしてデータ線L Dを介
してキャリブレーション回路3へ出力され制御される。
データ線LDは複数のセンサセル11で共用されてお
り、順次、センサセル11が選択されて上記の動作が行
われる。この動作を各センサセル11に対して1回また
は複数繰り返すことにより個々のセンサ回路2の感度が
調整され、各センサセルの性能が均一化される。したが
って、第4の実施の形態に比べて、データ線LDと制御
線LCとを共用化でき、配線数を低減できる効果があ
る。
The output signal 2A from the sensor cell 11 is
Data line LDIs input to the A / D conversion circuit 4 via
Is output as the output signal 4A. At the same time the sensor
The output signal 2A from the cell 11 is also input to the comparison circuit 6.
It The comparator circuit 6 compares the analog output signal 2A with the calibration signal.
Comparison reference signal from the reference signal generation circuit
Then, the result is held in the holding circuit 52. Sensor cell
Hold in holding circuit 52 after signal output from 11 is completed
The comparison result is the data line L as the control signal 5A. DThrough
Then, it is output to the calibration circuit 3 and controlled.
Data line LDIs shared by multiple sensor cells 11.
The sensor cell 11 is sequentially selected and the above operation is performed.
Be seen. Repeat this operation once for each sensor cell 11.
Is repeated multiple times, the sensitivity of each sensor circuit 2
The performance of each sensor cell is adjusted to be uniform. But
Therefore, as compared with the fourth embodiment, the data line LDAnd control
Line LCAnd can be shared, and the number of wires can be reduced.
It

【0049】(第6の実施の形態)次に、図19を参照
して、本発明の第6の実施の形態にかかる表面形状認識
センサ装置10について説明する。図19に示される本
発明の第6実施の形態にかかる表面形状認識センサ装置
10と第5実施の形態(図18参照)とは、比較回路6
がセンサセル11内部に内蔵されているとともに保持回
路52がないところが異なる。各センサセル11のキャ
リブレーションをするときは、被測定物として、凹凸の
ない基準サンプルをセンサセルで検出したり、センサセ
ルに何も置かずに検出を行うことで、各センサセル11
に同一の測定値を検出させる。
(Sixth Embodiment) Next, a surface shape recognition sensor device 10 according to a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The surface shape recognition sensor device 10 according to the sixth embodiment of the present invention shown in FIG. 19 and the fifth embodiment (see FIG. 18) are compared with each other by a comparison circuit 6
Is different from the sensor cell 11 in that it is built in the sensor cell 11 and there is no holding circuit 52. When calibrating each sensor cell 11, each sensor cell 11 can be detected by detecting a reference sample having no unevenness as the object to be measured with the sensor cell or by placing nothing on the sensor cell.
To detect the same measured value.

【0050】センサセル11からの出力信号2Aは、デ
ータ線LDを介してA/D変換回路4に入力されデジタ
ル出力信号4Aとして出力される。それと同時にその出
力信号2Aはセンサセル11内部で比較回路6へ入力さ
れる。比較回路6は、アナログの出力信号2Aとキャリ
ブレーション用基準信号発生回路からの基準信号とを比
較して、その結果によりキャリブレーション回路3を制
御する。データ線LDは複数のセンサセル11で共用さ
れ、順次、センサセル11が選択されて、上記の動作が
行われる。この動作を各センサセル11に対して1回ま
たは複数繰り返すことにより個々のセンサ回路2の出力
レベルを調整し、各センサセルの性能を均一にする。
The output signal 2A from the sensor cell 11 is input to the A / D conversion circuit 4 via the data line L D and output as a digital output signal 4A. At the same time, the output signal 2A is input to the comparison circuit 6 inside the sensor cell 11. The comparison circuit 6 compares the analog output signal 2A with the reference signal from the calibration reference signal generation circuit, and controls the calibration circuit 3 according to the result. The data line L D is shared by a plurality of sensor cells 11, the sensor cells 11 are sequentially selected, and the above operation is performed. By repeating this operation once or plural times for each sensor cell 11, the output level of each sensor circuit 2 is adjusted, and the performance of each sensor cell is made uniform.

【0051】したがって、前述した第5の実施の形態に
比べて、比較回路6によるキャリブレーション回路3の
制御がデータ線LDを介さずに行えるので、センサセル
11の信号出力のタイミングと無関係にキャリブレーシ
ョンを行うことができ、結果として高速にキャリブレー
ションを行うことができる効果がある。さらに、センサ
セル11を複数同時に選択しても、キャリブレーション
を各センサセル11ごとに平行して行うことができ、結
果としてさらに高速にキャリブレーションを行うことが
できる効果がある。
Therefore, as compared with the fifth embodiment described above, the control of the calibration circuit 3 by the comparison circuit 6 can be performed without passing through the data line L D , so that the calibration is performed regardless of the signal output timing of the sensor cell 11. As a result, there is an effect that calibration can be performed at high speed. Further, even if a plurality of sensor cells 11 are selected at the same time, the calibration can be performed in parallel for each sensor cell 11, and as a result, the calibration can be performed at a higher speed.

【0052】(第7の実施の形態)次に、図20を参照
して、本発明の第7実施の形態にかかる表面形状認識セ
ンサ装置10について説明する。図20に示される本発
明の第7実施の形態と前述した第6実施の形態とは、セ
ンサセル11内部において、センサ回路として電圧−時
間変換機能付きセンサ回路21と時間信号比較回路57
を用いたところが異なる。
(Seventh Embodiment) Next, a surface shape recognition sensor device 10 according to a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the seventh embodiment of the present invention shown in FIG. 20 and the sixth embodiment described above, in the sensor cell 11, the sensor circuit 21 with the voltage-time conversion function and the time signal comparison circuit 57 are used as sensor circuits.
Is different.

【0053】各センサセル11のキャリブレーションを
行うときは、被測定物として凹凸のない基準サンプルを
センサセルで検出しあるいはセンサセルに何も置かずに
検出を行うことで、各センサセル11に同一の測定値を
検出させる。
When each sensor cell 11 is calibrated, a reference sample having no unevenness as an object to be measured is detected by the sensor cell or is placed without any sensor cell, and the same measurement value is obtained for each sensor cell 11. To be detected.

【0054】電圧−時間変換機能付きセンサ回路21
は、電圧値としてアナログ情報を持った信号を時間軸方
向にアナログ情報を持った信号に変換し、図22に示す
よな出力信号2Bとして出力する(図22参照:tS
出力時間であり、このtSが変化する)。この出力信号
2Bは、データ線LDを介してA/D変換回路4に入力
されデジタル出力信号として出力される。それと同時に
この出力信号2Bは、センサセル内部で時間信号比較回
路57を介してキャリブレーション回路3に供給され
る。この時間信号比較回路57は、図2の比較回路6に
対応するもので、センサ回路21のデジタル出力2Bと
キャリブレーション用基準信号発生回路からの基準時間
Rを有する基準パルス信号との時間差を求める。
Sensor circuit 21 with voltage-time conversion function
Converts a signal having analog information as a voltage value into a signal having analog information in the time axis direction and outputs it as an output signal 2B as shown in FIG. 22 (see FIG. 22: t S is the output time). , This t S changes). The output signal 2B is input to the A / D conversion circuit 4 via the data line L D and output as a digital output signal. At the same time, this output signal 2B is supplied to the calibration circuit 3 via the time signal comparison circuit 57 inside the sensor cell. This time signal comparison circuit 57 corresponds to the comparison circuit 6 of FIG. 2 and calculates the time difference between the digital output 2B of the sensor circuit 21 and the reference pulse signal having the reference time t R from the calibration reference signal generation circuit. Ask.

【0055】時間信号比較回路57は、センサ回路21
によって電圧−時間変換された信号を基準パルス信号と
比較し、その時間差を表す比較パルス信号をキャリブレ
ーション回路に送る。これによりキャリブレーション回
路3は、基準パルス信号とセンサ回路出力の時間差がな
くなるように制御動作を行う。データ線LDは複数のセ
ンサセル11で共有されており、順次、センサセル11
が選択されて、上記の動作が行われる。
The time signal comparison circuit 57 includes the sensor circuit 21.
The voltage-time converted signal is compared with the reference pulse signal and the comparison pulse signal representing the time difference is sent to the calibration circuit. As a result, the calibration circuit 3 performs control operation so that there is no time difference between the reference pulse signal and the sensor circuit output. The data line L D is shared by the plurality of sensor cells 11, and the sensor cells 11 are sequentially arranged.
Is selected and the above operation is performed.

【0056】この動作を各センサセル11に対して1回
または複数繰り返すことにより個々のセンサ回路21の
感度を調整し、各センサセル11の性能を均一にする。
もちろん、前述した第5の実施の形態と同様にセンサセ
ル11を複数同時に選択してもキャリブレーションを各
センサセルごとに並列的に行うことができ、高速にキャ
リブレーションを行うこともできる。
By repeating this operation once or plural times for each sensor cell 11, the sensitivity of each sensor circuit 21 is adjusted and the performance of each sensor cell 11 is made uniform.
Of course, similarly to the fifth embodiment described above, even if a plurality of sensor cells 11 are selected at the same time, the calibration can be performed in parallel for each sensor cell, and the calibration can be performed at high speed.

【0057】図21は、電圧−時間変換機能付きセンサ
回路を有するセンサセルの具体的な構成例を示す。キャ
リブレーション回路3としては、図16に示したカウン
タ回路34を用いたものと同じである。電圧−時間変換
機能付きセンサ回路21の内部構成としては、前述した
図4のセンサ回路2と比較して、NchMOSFETQ 3
および抵抗Rに代えて電圧−時間変換回路22が設けら
れている。
FIG. 21 shows a sensor with a voltage-time conversion function.
The specific structural example of the sensor cell which has a circuit is shown. Cat
As the calibration circuit 3, the counter shown in FIG. 16 is used.
This is the same as that using the input circuit 34. Voltage-time conversion
The internal configuration of the sensor circuit with function 21 has been described above.
Compared with the sensor circuit 2 of FIG. 4, Nch MOSFETQ 3
And a voltage-time conversion circuit 22 is provided instead of the resistor R.
Has been.

【0058】この電圧−時間変換回路22としては、汎
用的なものを用いてもよく、図21に示されるように、
定電流回路と容量素子CLおよびしきい値回路23から
構成してもよい(例えば、特願平11−157755号
参照)。
As the voltage-time conversion circuit 22, a general-purpose one may be used, and as shown in FIG.
It may be composed of a constant current circuit, a capacitor C L, and a threshold circuit 23 (for example, see Japanese Patent Application No. 11-157755).

【0059】電圧−時間変換機能付きセンサ回路21を
用いた場合のキャリブレーション回路の動作原理を、図
22を参照して簡単に説明する。まず、時間信号比較回
路57は、代表的には論理積回路によって構成され、電
圧−時間変換機能付きセンサ回路21の出力信号2Bと
基準パルス信号発生回路からの基準パルス信号の論理積
をとり、その結果を比較パルス信号としてカウンタ回路
34へ出力する。
The operation principle of the calibration circuit when the sensor circuit 21 with the voltage-time conversion function is used will be briefly described with reference to FIG. First, the time signal comparison circuit 57 is typically composed of an AND circuit, and ANDs the output signal 2B of the sensor circuit 21 with the voltage-time conversion function and the reference pulse signal from the reference pulse signal generation circuit, The result is output to the counter circuit 34 as a comparison pulse signal.

【0060】カウンタ回路34の値は、全ての負荷素子
1〜ZNを非活性状態に制御するような初期設定値に予
め設定し、さらに電圧−時間変換機能付きセンサ回路2
1の出力信号2Bも初期設定値に設定しておく。1回目
のセンス動作において、所定の時間よりも早く出力信号
2Bが変化した場合(例えば、指13を置かずにセンス
動作を行い、センス時間中にセンサセルの出力信号が変
化した場合)、時間信号比較回路57の出力に基づきカ
ウンタ回路34では1つカウントアップされる。この結
果、カウンタ回路34のデータは負荷素子を1つ活性化
するように変化する。そして電圧−時間変換機能付きセ
ンサ回路21の出力信号2Bも初期設定値に戻してして
おく。
The value of the counter circuit 34 is preset to an initial setting value for controlling all the load elements Z 1 to Z N to the inactive state, and further, the sensor circuit 2 with the voltage-time conversion function.
The output signal 2B of 1 is also set to the initial setting value. In the first sense operation, when the output signal 2B changes earlier than a predetermined time (for example, when the sensing operation is performed without placing the finger 13 and the output signal of the sensor cell changes during the sensing time), the time signal Based on the output of the comparison circuit 57, the counter circuit 34 increments by one. As a result, the data in the counter circuit 34 changes so as to activate one load element. Then, the output signal 2B of the sensor circuit 21 with the voltage-time conversion function is also returned to the initial setting value.

【0061】次に2回目のセンス動作でも所定の時間よ
りも早く出力信号が変化した場合(例えば、指13を置
かずにセンス動作を行い、センス時間中にセンサセルの
出力信号が変化した場合)、カウンタ回路34はさらに
1つカウントアップされる。ここで、負荷素子の値をカ
ウンタの桁に合わせて2倍づつに設定しておけば、結果
として2倍の数の負荷素子が活性化されることになる。
例えばZ1=Z、Z2=2Z、Z3=4Z、…、ZN=2
(N-1)Zと設定しておき、カウンタ回路34の下位ビッ
トから順にZ1〜ZNを制御するようにしておけば、セン
サ回路21へ接続する負荷素子の値がカウントアップご
とにZづつ大きくなることになる。
Next, when the output signal changes faster than a predetermined time even in the second sensing operation (for example, when the sensing operation is performed without placing the finger 13 and the output signal of the sensor cell changes during the sensing time). The counter circuit 34 is further incremented by one. Here, if the value of the load element is set to be doubled according to the digit of the counter, as a result, double the number of load elements will be activated.
For example, Z 1 = Z, Z 2 = 2Z, Z 3 = 4Z, ..., Z N = 2
If (N-1) Z is set and Z 1 to Z N are controlled in order from the lower bit of the counter circuit 34, the value of the load element connected to the sensor circuit 21 will be Z at each count up. It will become bigger and bigger.

【0062】この動作は、電圧−時間変換機能付きセン
サ回路21の出力信号が所定時間の間に変化しなくなる
まで(例えば、指13を置かずにセンス動作を行い、セ
ンス時間中にセンサセルの出力信号が変化しなくなるま
で)繰り返す。所定時間の間で出力信号が変化しなくな
ると、カウンタ回路34がカウントアップされることは
なく、それ以上負荷素子がセンサ回路21に接続される
ことはない。
This operation is performed until the output signal of the sensor circuit 21 with the voltage-time conversion function does not change within a predetermined time (for example, the sensing operation is performed without placing the finger 13 and the output of the sensor cell is output during the sensing time). Repeat until the signal stops changing). When the output signal does not change within the predetermined time, the counter circuit 34 is not counted up and the load element is not connected to the sensor circuit 21 any more.

【0063】このように電圧−時間変換をすることによ
ってキャリブレーションを含む出力レベル補正系に直流
電流が流れなくなるため、装置全体の消費電力を他の実
施の形態に比べて少なくすることができる。
By performing the voltage-time conversion in this manner, the direct current does not flow in the output level correction system including the calibration, so that the power consumption of the entire apparatus can be reduced as compared with the other embodiments.

【0064】以上説明したように、センサ回路2にキャ
リブレーション回路3を付加し、キャリブレーション回
路3内部の負荷素子を適当な数だけセンサ回路2に接続
することで、プロセスばらつき等によるセンサセルの性
能ばらつきは見えなくなり、結果として各センサセルの
性能を均一にすることができる。
As described above, by adding the calibration circuit 3 to the sensor circuit 2 and connecting an appropriate number of load elements inside the calibration circuit 3 to the sensor circuit 2, the performance of the sensor cell due to process variations and the like can be improved. The variation becomes invisible, and as a result, the performance of each sensor cell can be made uniform.

【0065】[0065]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の表面形状
認識センサ装置では、センサセル内部にキャリブレーシ
ョン回路を内蔵するようにしたので、このキャリブレー
ション回路を用いて各センサセルの検出感度を調整する
ことができる。したがって、表面形状認識センサ装置に
本発明のセンサを適用すれば、複数あるセンサ回路の検
出感度を個別に調整することができ、プロセスばらつき
等によるセンサセルの性能ばらつきは見えなくなり、結
果として各センサセルの性能を均一にすることができ
る。これにより、検出画像にセンサ回路の感度ばらつき
によるノイズが入ることによる画質が劣化を防ぐことが
でき、装置の製造歩留まりも従来より向上できる効果が
ある。
As described above, in the surface shape recognition sensor device of the present invention, since the calibration circuit is built in the sensor cell, the detection sensitivity of each sensor cell is adjusted by using this calibration circuit. be able to. Therefore, by applying the sensor of the present invention to the surface shape recognition sensor device, it is possible to individually adjust the detection sensitivities of a plurality of sensor circuits, and the performance variation of the sensor cell due to process variation or the like becomes invisible, and as a result, each sensor cell The performance can be made uniform. As a result, it is possible to prevent the image quality from being deteriorated due to the noise due to the variation in the sensitivity of the sensor circuit in the detected image, and it is possible to improve the manufacturing yield of the device as compared with the conventional case.

【0066】また、チップ間でのばらつきやウエハばら
つきによるセンサの検出性能のばらつきを均一にするこ
とができ、このことは、センサチップの歩留まりを向上
させ、製造コストを低下させる効果がある。特に安価に
センサチップを供給しようとする場合、このことは大き
な効果になる。さらに、検出性能が良好なセンサが、使
用状態によりセンサ表面が変化した場合でも、使用時に
キャリブレーションを行うことができるため検出性能の
劣化を防ぐ効果がある。このことは、性能保証期間を長
くし、センサを組み込んだモジュールの耐用時間を長く
したり、センサを用いたシステムにおいては、センサ部
品の交換頻度を低減することができる。この結果、返品
対応やシステム保守による費用を低減できる効果があ
る。
Further, variations in the detection performance of the sensor due to variations among chips and variations in wafers can be made uniform, which has the effect of improving the yield of sensor chips and reducing the manufacturing cost. This is a great advantage especially when the sensor chip is to be supplied inexpensively. Further, even if the sensor surface having a good detection performance can be calibrated at the time of use even when the sensor surface changes depending on the usage state, there is an effect of preventing the detection performance from deteriorating. This can prolong the performance guarantee period, prolong the service life of the module incorporating the sensor, and reduce the frequency of replacement of sensor parts in a system using the sensor. As a result, there is an effect that costs for handling returns and system maintenance can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の一実施の形態にかかる表面形状認識
センサ装置を示す外観図である。
FIG. 1 is an external view showing a surface shape recognition sensor device according to an embodiment of the present invention.

【図2】 第1の実施の形態の基本構成を示す機能ブロ
ック図である。
FIG. 2 is a functional block diagram showing a basic configuration of the first embodiment.

【図3】 第2の実施の形態にかかる表面形状認識セン
サ装置の機能ブロック図である。
FIG. 3 is a functional block diagram of a surface shape recognition sensor device according to a second embodiment.

【図4】 図2に示されるキャリブレーション回路の構
成例である。
FIG. 4 is a configuration example of a calibration circuit shown in FIG.

【図5】 キャリブレーション回路を有するセンサセル
の回路構成例である。
FIG. 5 is a circuit configuration example of a sensor cell having a calibration circuit.

【図6】 スイッチの構成例である。FIG. 6 is a configuration example of a switch.

【図7】 負荷素子の構成例である。FIG. 7 is a configuration example of a load element.

【図8】 キャリブレーション回路を有するセンサセル
の他の回路構成例である。
FIG. 8 is another circuit configuration example of a sensor cell having a calibration circuit.

【図9】 負荷素子の他の構成例である。FIG. 9 is another configuration example of the load element.

【図10】 第3の実施の形態にかかる表面形状認識セ
ンサ装置の機能ブロック図である。
FIG. 10 is a functional block diagram of a surface shape recognition sensor device according to a third embodiment.

【図11】 第4の実施の形態にかかる表面形状認識セ
ンサ装置の機能ブロック図である。
FIG. 11 is a functional block diagram of a surface shape recognition sensor device according to a fourth embodiment.

【図12】 図11に示される比較回路の構成例であ
る。
12 is a configuration example of the comparison circuit shown in FIG.

【図13】 比較回路を用いたキャリブレーション回路
の構成例である。
FIG. 13 is a configuration example of a calibration circuit using a comparison circuit.

【図14】 シフトレジスタを用いたキャリブレーショ
ン回路を有するセンサセルの構成例である。
FIG. 14 is a configuration example of a sensor cell having a calibration circuit using a shift register.

【図15】 比較回路を用いたキャリブレーション回路
の他の構成例である。
FIG. 15 is another configuration example of the calibration circuit using the comparison circuit.

【図16】 カウンタ回路を用いたキャリブレーション
回路を有するセンサセルの具体的な構成例である。
FIG. 16 is a specific configuration example of a sensor cell having a calibration circuit using a counter circuit.

【図17】 カウンタ回路の構成例である。FIG. 17 is a configuration example of a counter circuit.

【図18】 第5の実施の形態にかかる表面形状認識セ
ンサ装置の機能ブロック図である。
FIG. 18 is a functional block diagram of a surface shape recognition sensor device according to a fifth embodiment.

【図19】 第6の実施の形態にかかる表面形状認識セ
ンサ装置の機能ブロック図である。
FIG. 19 is a functional block diagram of a surface shape recognition sensor device according to a sixth embodiment.

【図20】 第7の実施の形態にかかる表面形状認識セ
ンサ装置の機能ブロック図である。
FIG. 20 is a functional block diagram of a surface shape recognition sensor device according to a seventh embodiment.

【図21】 図20に示される表面形状認識センサ装置
の具体的な構成例である。
21 is a specific configuration example of the surface shape recognition sensor device shown in FIG.

【図22】 図20の具体的動作を示すタイミングチャ
ートである。
22 is a timing chart showing a specific operation of FIG.

【図23】 従来の表面形状認識センサ装置の機能ブロ
ック図である。
FIG. 23 is a functional block diagram of a conventional surface shape recognition sensor device.

【図24】 図23のセンサセルの具体的な構成例であ
る。
FIG. 24 is a specific configuration example of the sensor cell of FIG. 23.

【図25】 図23のセンサセルの動作タイミングチャ
ートである。
FIG. 25 is an operation timing chart of the sensor cell of FIG. 23.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…検出素子、1A…電気信号(電気量)、1B…セン
サ電極、2…センサ回路、2A…出力信号、21…電圧
−時間変換機能付きセンサ回路、2B…出力信号、22
…電圧−時間変換回路、23…しきい値回路、3…キャ
リブレーション回路、31…負荷回路、32…メモリ回
路、33…シフトレジスタ、34…カウンタ回路、4…
A/D変換回路、4A…デジタル出力信号、5…信号処
理回路、5A…制御信号、52…保持回路、57…時間
信号比較回路、6…比較回路、7…キャリブレーション
用基準信号発生回路、9…出力信号レベル補正回路、1
0…表面形状認識センサ装置、11…センサセル、12
…センサ面、13…指、14…指紋、15…パシベーシ
ョン膜、16…絶縁層、R…抵抗、C…容量、I…電流
源、SW…切替制御信号、LD…データ線、LC…制御
線、Z1〜ZN…負荷素子、VB…バイアス電圧、VDD
電源電圧、VIN…入力電圧、VREF…基準電圧、CF…検
出容量、CP0…寄生容量、CL…容量素子、Q1,Q4
5…PchMOSFET、Q2,Q3,Q6,Q7…NchM
OSFET、RE,PRE0…センサ回路制御信号、N1
…節点。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Detection element, 1A ... Electric signal (electric quantity), 1B ... Sensor electrode, 2 ... Sensor circuit, 2A ... Output signal, 21 ... Sensor circuit with voltage-time conversion function, 2B ... Output signal, 22
... voltage-time conversion circuit, 23 ... threshold circuit, 3 ... calibration circuit, 31 ... load circuit, 32 ... memory circuit, 33 ... shift register, 34 ... counter circuit, 4 ...
A / D conversion circuit, 4A ... Digital output signal, 5 ... Signal processing circuit, 5A ... Control signal, 52 ... Holding circuit, 57 ... Time signal comparison circuit, 6 ... Comparison circuit, 7 ... Calibration reference signal generation circuit, 9 ... Output signal level correction circuit, 1
0 ... Surface shape recognition sensor device, 11 ... Sensor cell, 12
... sensor surface, 13 ... finger 14 ... fingerprint, 15 ... passivation film, 16 ... insulating layer, R ... resistance, C ... capacitance, I ... current source, SW ... switching control signal, L D ... data line, L C ... Control line, Z 1 to Z N ... Load element, V B ... Bias voltage, V DD ...
Power supply voltage, V IN ... Input voltage, V REF ... Reference voltage, C F ... Detection capacitance, C P0 ... Parasitic capacitance, C L ... Capacitance element, Q 1 , Q 4 ,
Q 5 ... Pch MOSFET, Q 2 , Q 3 , Q 6 , Q 7 ... NchM
OSFET, RE, PRE 0 ... Sensor circuit control signal, N 1
…node.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 町田 克之 東京都千代田区大手町二丁目3番1号 日本電信電話株式会社内 (72)発明者 久良木 億 東京都千代田区大手町二丁目3番1号 日本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 平9−292410(JP,A) 特開2000−322559(JP,A) 特開 平4−98633(JP,A) 特開 昭60−5324(JP,A) 特開2000−28311(JP,A) 特開2000−5151(JP,A) 特開 平10−300610(JP,A) 特開 平11−103419(JP,A) 特開 平10−239093(JP,A) 特開 平4−313020(JP,A) 特開 平3−51714(JP,A) 特表 平10−508943(JP,A) 特表 平11−508698(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 7/28 A61B 5/117 G01D 18/00 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued Front Page (72) Inventor Katsuyuki Machida 2-3-3 Otemachi, Chiyoda-ku, Tokyo Inside Nippon Telegraph and Telephone Corporation (72) Inventor Tsuru Kuraki 2-3-3 Otemachi, Chiyoda-ku, Tokyo No. 1 in Nippon Telegraph and Telephone Corporation (56) Reference JP-A-9-292410 (JP, A) JP-A-2000-322559 (JP, A) JP-A-4-98633 (JP, A) JP-A-60- 5324 (JP, A) JP 2000-28311 (JP, A) JP 2000-5151 (JP, A) JP 10-300610 (JP, A) JP 11-103419 (JP, A) JP Flat 10-239093 (JP, A) JP 4-313020 (JP, A) JP 3-51714 (JP, A) Special Table 10-508943 (JP, A) Special Table 11-508698 (JP , A) (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01B 7/28 A61B 5/117 G01D 18/00

Claims (15)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 互いに隣接した多数の検出素子と、各検
出素子に接続された多数のセンサ回路と、各センサ回路
の出力信号レベルを補正する出力信号レベル補正回路と
を備え、 前記出力信号レベル補正回路は、前記各センサ回路に接
続されたキャリブレーション回路と、前記センサ回路の
出力とキャリブレーション用基準信号とを比較して前記
キャリブレーション回路にその差出力を制御信号として
出力する比較回路とを有し、 前記キャリブレーション回路は、前記制御信号に基づき
前記センサ回路の出力とキャリブレーション用基準信号
との差がなくなるようにセンサ回路の出力信号レベルを
補正することを特徴とする表面形状認識センサ装置。
1. An output signal level comprising: a plurality of detection elements adjacent to each other; a plurality of sensor circuits connected to each detection element; and an output signal level correction circuit for correcting an output signal level of each sensor circuit. The correction circuit is a calibration circuit connected to each of the sensor circuits, and a comparison circuit that compares the output of the sensor circuit and a calibration reference signal and outputs the difference output to the calibration circuit as a control signal. The surface shape recognition, wherein the calibration circuit corrects the output signal level of the sensor circuit based on the control signal so that there is no difference between the output of the sensor circuit and the calibration reference signal. Sensor device.
【請求項2】 請求項1記載の表面形状認識センサ装置
において、 前記検出素子の1つと、この検出素子に接続されたセン
サ回路と、このセンサ回路に接続されかつその出力信号
レベルを補正する出力信号レベル補正回路を構成する要
素のうち少なくともキャリブレーション回路とは、1個
のセンサセルを構成していることを特徴とする表面形状
認識センサ装置。
2. The surface shape recognition sensor device according to claim 1, wherein one of the detection elements, a sensor circuit connected to the detection element, and an output connected to the sensor circuit and correcting the output signal level thereof. At least the calibration circuit among the elements constituting the signal level correction circuit constitutes one sensor cell, and the surface shape recognition sensor device.
【請求項3】 請求項1記載の表面形状認識センサ装置
において、 さらに、前記各センサ回路から共通のデータ線を介して
得られた前記出力信号をそれぞれデジタル出力信号へ変
換する変換回路と、この変換回路からのデジタル出力信
号を信号処理して前記キャリブレーション回路を制御す
る前記制御信号を生成し、共有された制御線を介して前
記各デジタル出力信号に対応するキャリブレーション回
路へ制御信号を出力する信号処理回路とを備え、 この信号処理回路は、前記センサ回路の出力と前記キャ
リブレーション用基準信号とを比較して前記キャリブレ
ーション回路にその差出力を供給する前記比較回路とに
よって構成されていることを特徴とする表面形状認識セ
ンサ装置。
3. The surface shape recognition sensor device according to claim 1, further comprising a conversion circuit for converting each of the output signals obtained from each of the sensor circuits via a common data line into a digital output signal. The digital output signal from the conversion circuit is subjected to signal processing to generate the control signal for controlling the calibration circuit, and the control signal is output to the calibration circuit corresponding to each digital output signal via a shared control line. And a signal processing circuit for performing comparison between the output of the sensor circuit and the calibration reference signal and supplying the difference output to the calibration circuit. A surface shape recognition sensor device characterized by being present.
【請求項4】 請求項1記載の表面形状認識センサ装置
において、 さらに、前記各センサ回路からの共通のデータ線を介し
て得られた前記出力信号をそれぞれデジタル出力信号へ
変換する変換回路と、この変換回路からの各デジタル出
力信号を信号処理して前記キャリブレーション回路を制
御する前記制御信号を生成する信号処理回路と、この信
号処理回路の出力を保持する保持回路とを備え、 前記信号処理回路は、前記センサ回路の出力と前記キャ
リブレーション用基準信号とを比較して前記キャリブレ
ーション回路にその差出力を供給する前記比較回路によ
って構成され、 前記保持回路の出力は、共通のデータ線を介して前記デ
ジタル出力信号に対応するキャリブレーション回路へ出
力されることを特徴とする表面形状認識センサ装置。
4. The surface shape recognition sensor device according to claim 1, further comprising a conversion circuit for converting each of the output signals obtained via the common data line from each of the sensor circuits into a digital output signal. A signal processing circuit that processes each digital output signal from the conversion circuit to generate the control signal that controls the calibration circuit; and a holding circuit that holds an output of the signal processing circuit. The circuit is configured by the comparison circuit that compares the output of the sensor circuit and the calibration reference signal and supplies the difference output to the calibration circuit, and the output of the holding circuit is a common data line. A surface shape recognition sensor device, which is output to a calibration circuit corresponding to the digital output signal via the surface shape recognition sensor device.
【請求項5】 請求項1記載の表面形状認識センサ装置
において、 さらに、前記センサ回路からの共通のデータ線を介して
得られた前記出力信号をそれぞれデジタル出力信号へ変
換する変換回路と、前記センサ回路の出力を受けて前記
キャリブレーション回路を制御する前記制御信号を発生
する信号処理回路とを備え、 前記信号処理回路は、前記センサ回路の出力と前記キャ
リブレーション用基準信号とを比較して前記キャリブレ
ーション回路にその差出力を供給する前記比較回路とに
よって構成され、 この信号処理回路の出力は、制御線を介して前記キャリ
ブレーション回路へ出力されることを特徴とする表面形
状認識センサ装置。
5. The surface shape recognition sensor device according to claim 1, further comprising a conversion circuit for converting each of the output signals obtained from the sensor circuit via a common data line into a digital output signal, A signal processing circuit that receives the output of the sensor circuit and generates the control signal that controls the calibration circuit, and the signal processing circuit compares the output of the sensor circuit with the calibration reference signal. The surface shape recognition sensor device, which is configured by the comparison circuit that supplies the difference output to the calibration circuit, and the output of the signal processing circuit is output to the calibration circuit through a control line. .
【請求項6】 請求項1記載の表面形状認識センサ装置
において、 さらに、前記センサ回路からの共通のデータ線を介して
得られた前記出力信号をそれぞれデジタル出力信号へ変
換する変換回路と、前記センサ回路からの出力を信号処
理して前記キャリブレーション回路を制御する前記制御
信号を発生する信号処理回路とを備え、 前記信号処理回路は、前記センサ回路の出力と前記キャ
リブレーション用基準信号とを比較して前記キャリブレ
ーション回路にその差出力を供給する前記比較回路と、
この比較回路の出力を保持する保持回路とによって構成
され、 前記信号処理回路の出力は、共通のデータ線を介して対
応するキャリブレーション回路へ前記制御信号として出
力されることを特徴とする表面形状認識センサ装置。
6. The surface shape recognition sensor device according to claim 1, further comprising a conversion circuit that converts each of the output signals obtained from the sensor circuit via a common data line into a digital output signal. And a signal processing circuit for generating the control signal for controlling the calibration circuit by signal-processing the output from the sensor circuit, wherein the signal processing circuit outputs the sensor circuit and the calibration reference signal. A comparison circuit for comparing and supplying the difference output to the calibration circuit;
And a holding circuit that holds the output of the comparison circuit, wherein the output of the signal processing circuit is output as the control signal to the corresponding calibration circuit via a common data line. Recognition sensor device.
【請求項7】 請求項2記載の表面形状認識センサ装置
において、 さらに、前記センサ回路からの共通のデータ線を介して
得られた前記出力信号をそれぞれデジタル出力信号へ変
換する変換回路を備え、 前記出力信号レベル補正回路は、前記キャリブレーショ
ン回路に加えて、前記センサ回路の出力と前記キャリブ
レーション用基準信号とを比較して前記キャリブレーシ
ョン回路にその差出力を供給する比較回路を有すること
を特徴とする表面形状認識センサ装置。
7. The surface shape recognition sensor device according to claim 2, further comprising a conversion circuit that converts each of the output signals obtained from the sensor circuit via a common data line into a digital output signal. In addition to the calibration circuit, the output signal level correction circuit includes a comparison circuit that compares the output of the sensor circuit with the calibration reference signal and supplies the difference output to the calibration circuit. Characteristic surface shape recognition sensor device.
【請求項8】 請求項1記載の表面形状認識センサ装置
において、 前記各センサ回路は、対応する検出素子からの電気量に
応じた出力信号を時間軸方向に変化する信号へ変換する
電圧−時間変換機能付きセンサ回路であり、 前記比較回路は、このセンサ回路の出力である電圧−時
間変換信号と前記キャリブレーション用基準信号とを比
較し、その差信号を前記制御信号として前記キャリブレ
ーション回路へ出力する時間信号比較回路であることを
特徴とする表面形状認識センサ装置。
8. The surface shape recognition sensor device according to claim 1, wherein each of the sensor circuits converts an output signal corresponding to an amount of electricity from a corresponding detection element into a signal that changes in a time axis direction-time. A sensor circuit with a conversion function, the comparison circuit compares the voltage-time conversion signal that is the output of the sensor circuit and the calibration reference signal, and the difference signal to the calibration circuit as the control signal. A surface shape recognition sensor device characterized by being a time signal comparison circuit for outputting.
【請求項9】 請求項8記載の表面形状認識センサ装置
おいて、 前記各センサ回路の出力を共通のデータ線を介してそれ
ぞれデジタル出力信号へ変換する変換回路をさらに備え
ることを特徴とする表面形状認識センサ装置。
9. The surface shape recognition sensor device according to claim 8, further comprising a conversion circuit for converting an output of each of the sensor circuits into a digital output signal via a common data line. Shape recognition sensor device.
【請求項10】 請求項1記載の表面形状認識センサ装
置おいて、 前記キャリブレーション回路は、前記センサ回路に接続
される1つ以上の負荷素子を有する負荷回路と、前記制
御信号により更新される記憶内容に基づき前記負荷素子
に対して前記センサ回路への接続制御を行うメモリ回路
とからなることを特徴とする表面形状認識センサ装置。
10. The surface shape recognition sensor device according to claim 1, wherein the calibration circuit is updated by a load circuit having at least one load element connected to the sensor circuit, and the control signal. A surface shape recognition sensor device comprising: a memory circuit that controls connection of the load element to the sensor circuit based on stored contents.
【請求項11】 請求項1記載の表面形状認識センサ装
置おいて、 前記キャリブレーション回路は、前記センサ回路に接続
される1つ以上の負荷素子を有する負荷回路と、前記制
御信号により更新される記憶内容に基づき前記負荷素子
に対して前記センサ回路への接続制御を行うシフトレジ
スタとからなることを特徴とする表面形状認識センサ装
置。
11. The surface shape recognition sensor device according to claim 1, wherein the calibration circuit is updated by a load circuit having at least one load element connected to the sensor circuit, and the control signal. A surface shape recognition sensor device comprising: a shift register that controls connection of the load element to the sensor circuit based on stored contents.
【請求項12】 請求項1記載の表面形状認識センサ装
置おいて、 前記キャリブレーション回路は、前記センサ回路に接続
される1つ以上の負荷素子を有する負荷回路と、前記制
御信号により更新される記憶内容に基づき前記負荷素子
に対して前記センサ回路への接続制御を行うカウンタ回
路とからなることを特徴とする表面形状認識センサ装
置。
12. The surface shape recognition sensor device according to claim 1, wherein the calibration circuit is updated by a load circuit having at least one load element connected to the sensor circuit, and the control signal. A surface shape recognition sensor device, comprising: a counter circuit that controls connection of the load element to the sensor circuit based on stored contents.
【請求項13】 請求項1記載の表面形状認識センサ装
置おいて、 前記キャリブレーション回路は、複数の負荷素子と、こ
れら負荷素子の数と同じ記憶容量を有し前記制御信号に
より更新される記憶内容に基づき、各負荷素子を選択的
に前記センサ回路へ接続制御するスイッチとからなる負
荷回路を含むことを特徴とする表面形状認識センサ装
置。
13. The surface shape recognition sensor device according to claim 1, wherein the calibration circuit has a plurality of load elements, a storage capacity equal to the number of these load elements, and a memory updated by the control signal. A surface shape recognition sensor device including a load circuit including a switch for selectively connecting and controlling each load element to the sensor circuit based on contents.
【請求項14】 請求項1記載の表面形状認識センサ装
置おいて、 前記キャリブレーション回路は、複数の負荷素子からな
る負荷回路を含み、前記負荷素子は、前記負荷素子の数
と同じ記憶容量を有し前記制御信号により更新される記
憶内容に基づき、活性状態および非活性状態のいずれか
に切り替え制御される素子からなることを特徴とする表
面形状認識センサ装置。
14. The surface shape recognition sensor device according to claim 1, wherein the calibration circuit includes a load circuit including a plurality of load elements, and the load elements have the same storage capacity as the number of the load elements. A surface shape recognition sensor device comprising an element which is controlled to be switched between an active state and an inactive state based on the stored content updated by the control signal.
【請求項15】 請求項10記載の表面形状認識センサ
装置おいて、 前記メモリ回路は、SRAMからなることを特徴とする
表面形状認識センサ装置。
15. The surface shape recognition sensor device according to claim 10, wherein the memory circuit comprises an SRAM.
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