DE60125097T2

DE60125097T2 - Kapatizitives Sensorgerät zur Erkennung kleiner Muster

Info

Publication number: DE60125097T2
Application number: DE60125097T
Authority: DE
Inventors: NTT Intellectual Property Center Hiroki Musashino-shi Morimura; NTT Int. Property Center Satoshi Musashino-shi Shigematsu; NTT Int. Property Center Katsuyuki Musashino-shi Machida; NTT Intellectual Property Center Hakaru Musashino-shi Kyuragi; NTT Int. Property Center Toshishige Musashino-shi Shimamura
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2000-06-08
Filing date: 2001-06-07
Publication date: 2007-07-19
Also published as: EP1162564A3; US20020017136A1; DE60125097D1; EP1162564B1; US6556935B2; DE60125097T8; EP1162564A2

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine kapazitive Sensoreinrichtung zur Erkennung kleiner Muster und insbesondere eine kapazitive Sensoreinrichtung zur Erkennung kleiner Muster zum Erfassen eines kleinen dreidimensionalen Musters wie z.B. eines menschlichen Fingerabdrucks oder eines Tiernasenabdrucks.
Als Anwendungsbeispiele von kapazitiven Sensoreinrichtungen zur Erkennung kleiner Muster ist eine Anzahl von Fingerabdrucksensoren zum Erfassen eines Fingerabdruckmusters vorgeschlagen worden (z.B. "ISSCC DIGEST OF TECHNICAL PAPERS", Februar 1998, S. 284–285). Mit diesem Verfahren wird eine elektrostatische Kapazität erfasst, die zwischen Sensorelektroden in Zellen (im Folgenden als Sensorzellen bezeichnet), die zweidimensional auf einem LSI-Chip angeordnet sind, und der Haut eines Fingers, der über einen Passivierungsfilm mit den Sensorelektroden in Kontakt kommt, gebildet wird, wodurch das dreidimensionale Muster der Oberfläche der Fingerhaut erfasst wird. Da sich der Wert der gebildeten Kapazität abhängig von dem dreidimensionalen Muster der Fingerhautoberfläche ändert, kann das dreidimensionale Muster der Fingerhautoberfläche ertastet werden, indem die Kapazitätsdifferenz erfasst wird.
36 zeigt Sensorzellen einer solchen herkömmlichen kapazitiven Sensoreinrichtung zur Erkennung kleiner Muster. Jede Sensorzelle 11 ist aus einem Erfassungselement 1 und einer Sensorschaltung 2 gebildet. Das Erfassungselement 1 ist ein Element zum Umwandeln des Oberflächenmusters in ein elektrisches Signal. Die Sensorschaltung 2 ist eine Schaltung zum Messen des elektrischen Änderungsbetrags von dem Erfassungselement, die sich abhängig von der Oberflächenform ändert. Ein Ausgangssignal 2A, das von der Sensorzelle 11 ausgegeben wird, wird einer A/D-Umwandlungsschaltung 4 durch eine Datenleitung L_D eingegeben und als digitales Ausgangssignal 4A ausgegeben. Die Datenleitung L_D wird von der Mehrzahl Sensorzellen 11 geteilt. Die Sensorzellen 11 werden sequentiell ausgewählt, und die Ausgangssignale 2A von den Sensorzellen 11 werden der A/D-Umwandlungsschaltung 4 sequentiell eingegeben.
37 zeigt die detaillierte Struktur der herkömmlichen Sensorzelle. Das Erfassungselement 1 ist ein Element zum Umwandeln des Oberflächenmusters in ein elektrisches Signal 1A. Die Sensorschaltung 2 ist eine Schaltung zum Messen des elektrischen Änderungsbetrags von dem Erfassungselement 1, der sich abhängig von dem Oberflächenmuster ändert. Das Erfassungselement 1 wird durch eine Sensorelektrode 1B realisiert, die auf einer Isolierschicht 16 gebildet und mit einem Passivierungsfilm 60 bedeckt ist und als elektrisches Signal eine elektrostatische Kapazität C_F verwendet, die zwischen der Haut 14 eines Fingers und der Sensorelektrode 1B gebildet wird. Die Sensorschaltung 2 ist aus einem Pch-MOSFET Q₁, Nch-MOSFETs Q₂ und Q₃, einer konstanten Stromquelle I und einem Widerstand R gebildet. C_PO ist eine parasitäre Kapazität.
38 zeigt den Betriebszeitablauf. Vor der Zeit T1 wird ein Sensorschaltungssteuersignal PRE₀ auf eine Stromversorgungsspannung V_DD gesteuert, um den MOSFET Q₁ ausgeschaltet zu halten, und ein Sensorschaltungssteuersignal RE wird auf eine Spannung von 0V gesteuert, um den MOSFET Q₂ ausgeschaltet zu halten. Ein Knoten N₁ befindet sich bei 0V. Zur Zeit T1 wird das Signal PRE₀ auf 0V gesteuert, um den MOSFET Q₁ anzuschalten, und der Knoten N₁ steigt auf V_DD. Zur Zeit T₂ werden die Signale PRE₀ und RE auf V_DD gesteuert, um den MOSFET Q₁ auszuschalten und den MOSFET Q₂ einzuschalten. In der elektrostatischen Kapazität C_F akkumulierte Ladungen werden entfernt, und das Potential des Knotens N₁ fällt allmählich ab. Zur Zeit T3, die um Δt später als Zeit T2 ist, wird das Potential V_DD – ΔV des Knotens N₁ zu der Zeit gehalten und von dem MOSFET Q₃ ausgegeben, wenn das Signal RE auf 0V gesteuert wird, um den MOSFET Q₂ auszuschalten. Mit diesem Vorgang wird das Ausgangssignal 2A mit einer Spannung erzeugt, die dem Wert der elektrostatischen Kapazität C_F entspricht. Das dreidimensionale Muster auf der Hautoberfläche kann durch Messen der Größe des Spannungssignals erfasst werden.
In einer solchen herkömmlichen kapazitiven Sensoreinrichtung zur Erkennung kleiner Muster weisen die tatsächlichen Sensorschaltungen 2, obwohl die Sensorzellen entsprechend dem gleichen Aufbau hergestellt werden, aufgrund einer Abweichung im Prozess jedoch keine vollständig gleiche Erfassungsempfindlichkeit auf. Als Ergebnis weist das erfasste Bild aufgrund einer Abweichung der Empfindlichkeit zwischen den Sensorschaltungen ein Rauschen auf, und die Bildqualität nimmt ab. Zusätzlich werden durch eine Abweichung zwischen Chips oder einer Abweichung zwischen Wafern Sensoren mit schlechter Erfassungsleistung gebildet. Dies verringert die Ausbeute an Sensorchips, was zu einer Zunahme der Herstellkosten führt. Dies stellt insbesondere für die Versorgung mit günstigen Sensorchips ein ernsthaftes Problem dar.
Darüber hinaus nimmt selbst bei einem Sensor mit zufriedenstellender Erfassungsleistung die Erfassungsleistung ab, wenn sich die Sensoroberfläche abhängig von dem Benutzungszustand ändert. Dies verkürzt die Leistungsgarantiedauer, und das Modul, das den Sensor enthält, wird unbenutzbar. In einem System, das Sensoren verwendet, müssen die Sensorkomponenten oft ausgetauscht werden. Aus diesem Grund nehmen die Kosten zum Handhaben von zurückgesandten Produkten oder Systemwartung zu, was zu einem ernsthaften Problem führt. Daher nehmen die Herstellkosten oder Wartungskosten in der herkömmlichen kapazitiven Sensoreinrichtung zum Erkennen kleiner Muster zu, weil die Einrichtung keine Mittel aufweist, um die Erfassungsempfindlichkeiten der Mehrzahl Sensorschaltungen individuell einzustellen.
Mit einem ähnlichen Problem befasst sich das US-Patent 5987156, das eine Einrichtung zum Korrigieren von Festspaltenrauschen (fixed column noise) offenbart, das sich in einem Fingerabdruckbild zeigen kann, das von einem kapazitiven Fingerabdrucksensor erhalten wird; insbesondere werden korrektive Verstärkungs- und Offsetwerte für jede Spalte von Pixeln bestimmt.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist das Hauptziel der vorliegenden Erfindung, eine kapazitive Sensoreinrichtung zur Erkennung kleiner Muster mit einer höheren Ausbeute als der Stand der Technik bereitzustellen.
Um das obige Ziel zu erreichen, ist gemäß der vorliegenden Erfindung eine kapazitive Sensoreinrichtung zur Erkennung kleiner Muster vorgesehen, umfassend eine Anzahl Erfassungselemente, die einander benachbart angeordnet sind, eine Anzahl Sensorschaltungen, die mit den Erfassungselementen verbunden sind, und eine Korrekturschaltung zum Korrigieren eines Ausgangssignalpegels der Sensorschaltung, wobei die Ausgangssignalpegelkorrekturschaltung eine Kalibrierungsschaltung, die mit einer Ausgangsseite der Sensorschaltung verbunden ist, eine Kalibrierungsreferenzsignal-Erzeugungsschaltung zum Erzeugen eines Kalibrierungsreferenzsignals und eine Vergleichsschaltung zum Vergleichen eines Ausgangs von der Sensorschaltung mit dem Kalibrierungsreferenzsignal und Zuführen eines Differenzausgangs an die Kalibrierungsschaltung als Steuersignal umfasst, wobei die Kalibrierungsschaltung einen Pegel eines Sensorschaltungsausgangs auf Basis des Steuersignals so korrigiert, dass die Differenz zwischen dem Ausgang von der Sensorschaltung und dem Kalibrierungsreferenzsignal null wird.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Perspektivansicht, die den Benutzungszustand einer kapazitiven Sensoreinrichtung zur Erkennung kleiner Muster gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist ein Funktionsblockdiagramm, das die grundlegende Anordnung der ersten Ausführungsform zeigt;
3 ist ein Funktionsblockdiagramm, das eine kapazitive Sensoreinrichtung zur Erkennung kleiner Muster gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 ist ein Blockdiagramm, das die Anordnung einer in 3 gezeigten Kalibrierungsschaltung zeigt;
5 ist ein Blockdiagramm, das die Schaltungsanordnung einer Sensorzelle mit einer Kalibrierungsschaltung zeigt;
6 ist eine Ansicht, die die Anordnung eines Schalters zeigt;
7A und 7B sind Ansichten, die Anordnungen eines Lastelements zeigen;
8 ist ein Blockdiagramm, das die Anordnung einer Kalibrierungsschaltung zeigt;
9A und 9B sind andere Anordnungen des Lastelements;
10 ist ein Blockdiagramm, das die dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
11 ist ein Blockdiagramm, das die vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
12 ist ein Schaltdiagramm, das die Anordnung einer in 11 gezeigten Vergleichsschaltung zeigt;
13 ist ein Blockdiagramm, das die Anordnung der Kalibrierungsschaltung zeigt, die die Vergleichsschaltung verwendet,
14 ist ein Blockdiagramm, das die Anordnung einer Sensorzelle mit einer Kalibrierungsschaltung zeigt, die ein Schieberegister verwendet;
15 ist ein Blockdiagramm, das eine andere Anordnung der Kalibrierungsschaltung zeigt, die die Vergleichsschaltung verwendet;
16 ist ein Blockdiagramm, das die detaillierte Anordnung einer Sensorzelle mit einer Kalibrierungsschaltung zeigt, die eine Zählerschaltung verwendet;
17 ist ein Blockdiagramm, das die Anordnung der Zählerschaltung zeigt;
18 ist ein Blockdiagramm, das die fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
19 ist ein Blockdiagramm, das die sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
20 ist ein Blockdiagramm, das die siebte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
21 ist ein Blockdiagramm, das das detaillierte Beispiel der in 20 gezeigten siebten Ausführungsform zeigt;
22A bis 22C sind Wellenformdiagramme zum Erläutern des detaillierten Betriebs in 21;
23 ist ein Blockdiagramm, das die achte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
24 ist ein Blockdiagramm, das die neunte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
25 ist ein Blockdiagramm, das die zehnte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
26 ist ein Blockdiagramm, das die elfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
27 ist ein Blockdiagramm, das die zwölfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
28 ist ein Blockdiagramm, das die dreizehnte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
29 ist ein Blockdiagramm, das die vierzehnte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
30 ist ein Blockdiagramm, das die fünfzehnte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
31 ist ein Blockdiagramm, das die sechzehnte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
32 ist ein Blockdiagramm, das die siebzehnte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
33 ist ein Blockdiagramm, das die achtzehnte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
34 ist ein Blockdiagramm, das die neunzehnte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
35 ist eine Ansicht, die detaillierte Beispiele einer in 34 gezeigten Blindsignalerzeugungsschaltung zeigt, die auf einen aktiven Zustand gesteuert werden kann;
36 ist ein Funktionsblockdiagramm einer herkömmlichen kapazitiven Sensoreinrichtung zur Erkennung kleiner Muster;
37 ist ein Blockdiagramm, das die detaillierte Anordnung einer in 36 gezeigten Sensorzelle zeigt; und
38 ist ein Betriebszeitdiagramm der in 36 gezeigten Sensorzelle.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Als nächstes werden die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
(Erste Ausführungsform)
1 zeigt den Verwendungszustand einer kapazitiven Sensoreinrichtung zur Erkennung kleiner Muster gemäß der vorliegenden Erfindung. Eine kapazitive Sensoreinrichtung 10 zur Erkennung kleiner Muster vergleicht und kollationiert Kollationsdaten, wobei das kleine Muster eines Gegenstands erkannt und kollationiert werden soll, der z.B. ein kleines dreidimensionales Muster aufweist, wodurch der zu erkennende Gegenstand authentisiert wird.
Wie in 1 gezeigt, ist die kapazitive Sensoreinrichtung 10 zur Erkennung kleiner Muster aus einer Anzahl Sensorzellen gebildet, die benachbart zueinander angeordnet sind, und ist typischerweise aus einer Anzahl von Sensorzellen 11 gebildet, die in einem zweidimensionalen Aufbau (Array oder Matrix) angeordnet sind. Wenn ein zu erkennender Gegenstand wie z.B. ein Finger 13 in Kontakt mit einer Sensorfläche 12 der kapazitiven Sensoreinrichtung 10 zur Erkennung kleiner Muster gebracht wird, wird die Oberfläche des zu erkennenden Gegenstands (die dreidimensionale Form einer Fingerhautoberfläche 14) durch jede Sensorzelle 11 individuell erfasst, und es werden zweidimensionale Daten ausgegeben, die die Oberflächenform des zu erkennenden Gegenstands wiedergeben.
2 zeigt die grundlegende Funktionsanordnung der kapazitiven Sensoreinrichtung 10 zur Erkennung kleiner Muster. Die grundlegende Funktionsanordnung der in 2 gezeigten Einrichtung 10 entspricht einer Sensorzelle 11, weil eine Anzahl von Sensorzellen identische Strukturen aufweisen.
Wie in 2 gezeigt, ist die Sensorzelle 11 aus einem Erfassungselement 1, einer Sensorschaltung 2 und einer Ausgangssignalpegelkorrekturschaltung 15 gebildet. Die Pegelkorrekturschaltung 15 empfängt den Ausgang von der Sensorschaltung 2 und führt den Ausgang von der Sensorschaltung 2 einem Eingangsanschluss einer Vergleichsschaltung 6 zu. Die Vergleichsschaltung 6 vergleicht den Ausgang von der Sensorschaltung 2 mit einem Kalibrierungsreferenzwert (Signal) als Ausgang von einer Kalibrierungsreferenzsignal-Erzeugungsschaltung 7, so dass der Ausgangspegel der Sensorschaltung 2 eingestellt wird, indem die Eingangsseite der Sensorschaltung 2 oder die Verstärkung der Sensorschaltung 2 so gesteuert wird, dass der Ausgang von der Sensorschaltung 2 gleich dem Kalibrierungsreferenzsignal ist.
Die Kalibrierungsreferenzsignal-Erzeugungsschaltung 7 ist vorzugsweise konstruiert, um für alle Sensorzellen Kalibrierungsreferenzsignale mit dem gleichen Pegel zu erzeugen.
Die Ausgangssignalpegelkorrekturschaltung 15 arbeitet, um die Abweichung des Ausgangs zwischen den Sensorzellen 11 so weit wie möglich zu eliminieren. Jede beliebige von verschiedenen bekannten Anordnungen kann verwendet werden, solange sie den obigen Vorgang ausführt. In den folgenden Ausführungsformen werden Details der Reihe nach beschrieben.
Mit dieser Anordnung können die Ausgänge von den Sensorschaltungen, d.h. die Ausgangspegel der Speicherzellen 11, auf den gleichen Pegel eingestellt werden, und die Ausbeute der Sensoreinrichtungen kann verglichen mit dem Stand der Technik erhöht werden.
(Zweite Ausführungsform)
3 zeigt die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die kapazitive Sensoreinrichtung 10 zur Erkennung kleiner Muster ist aus einer Anzahl von Sensorzellen 11 gebildet, die in einem zweidimensionalen Aufbau (Array oder Matrix) angeordnet sind. Wenn ein zu erkennender Gegenstand wie z.B. ein Finger 13 in Kontakt mit einer Sensorfläche 12 der kapazitiven Sensoreinrichtung 10 zur Erkennung kleiner Muster gebracht wird, wird die Oberfläche des zu erkennenden Gegenstands (die dreidimensionale Form einer Fingerhautoberfläche 14) durch jede Sensorzelle 11 individuell erfasst, und es werden zweidimensionale Daten ausgegeben, die die Oberflächenform des zu erkennenden Gegenstands wiedergeben.
Die Sensorzellen 11 der in 3 gezeigten kapazitiven Sensoreinrichtung 10 zur Erkennung kleiner Muster weisen identische Strukturen auf. Wie in der oben beschriebenen Ausführungsform ist jede Sensorzelle 11 aus dem Erfassungselement 1, der Sensorschaltung 2 und der Kalibrierungsschaltung 3 gebildet. Als charakteristisches Hauptmerkmal wird der Ausgangspegel jeder Sensorzelle 11 unter Verwendung der Kalibrierungsschaltung 3 eingestellt. Diese Sensorzelle unterscheidet sich von der oben beschriebenen herkömmlichen Sensorzelle (siehe 36) im Wesentlichen darin, dass die Kalibrierungsschaltung 3, die Signalverarbeitungsschaltung 5 und die Steuerleitung L_C vorgesehen sind.
Die Sensorzelle 11 ist aus dem Erfassungselement 1, der Sensorschaltung 2 und der Kalibrierungsschaltung 3 gebildet. Das Erfassungselement 1 ist ein Element zum Umwandeln der Oberflächenform in ein elektrisches Signal. Die Sensorschaltung 2 ist eine Schaltung zum Messen eines elektrischen Änderungsbetrags 1A von dem Erfassungselement 1, der sich abhängig von der Oberflächenform ändert.
Um den Ausgangspegel jeder Sensorzelle 11 zu korrigieren, d.h. zu kalibrieren, wird durch die Sensorzellen 11 eine Referenzprobe ohne dreidimensionales Muster als zu messender Gegenstand erfasst, oder die Erfassung wird ausgeführt, ohne etwas auf den Sensorzellen zu platzieren, wodurch bewirkt wird, dass die Sensorzellen 11 den gleichen Messwert erfassen. Der Signalausgang von jeder Sensorzelle 11 wird einer A/D-Umwandlungsschaltung 4 durch eine Datenleitung L_D eingegeben und als digitales Ausgangssignal 4A ausgegeben.
Das von der A/D-Umwandlungsschaltung 4 ausgegebene digitale Ausgangssignal 4A wird auch der Signalverarbeitungsschaltung 5 eingegeben. Die Signalverarbeitungsschaltung 5 vergleicht das von der A/D-Umwandlungsschaltung 4 ausgegebene digitale Ausgangssignal 4A mit einem auszugebenden digitalen Ausgangssignal (im Folgenden als Erwartungswert bezeichnet) und berechnet einen Einstellparameter zum Einstellen der Erfassungsempfindlichkeit der Sensorschaltung 2. Die Kalibrierungsschaltung 3 wird unter Verwendung einer Steuerleitung L_C auf Basis des berechneten Einstellparameters gesteuert. Die Datenleitung L_D und die Steuerleitung L_C werden von den Sensorzellen 11 geteilt (gemeinsam benutzt). Die Sensorzellen 11 werden der Reihe nach ausgewählt, ausgegebenen Signale 2A von den Sensorzellen 11 werden der A/D-Umwandlungsschaltung 4 der Reihe nach eingegeben, und die Kalibrierungsschaltung 3 in jeder Sensorzelle 11 wird durch die Signalverarbeitungsschaltung 5 gesteuert. Dieser Vorgang wird für jede Sensorzelle 11 einmal durchgeführt oder eine Anzahl von Malen wiederholt, wodurch die Empfindlichkeit jeder Sensorschaltung 2 eingestellt und die Leistung der Sensorzellen 11 vereinheitlicht wird.
In diesem Fall weist die Signalverarbeitungsschaltung 5 eine Vergleichsschaltung 6 und eine Kalibrierungsreferenzsignal-Erzeugungsschaltung 7 auf, die mit Bezug auf 2 beschrieben wurden. In diesem Beispiel wird, wenn das Eingangssignal ein digitales Signal ist und das digitale Signal der Vergleichsschaltung 6 direkt eingegeben werden soll, eine bekannte digitale Vergleichsschaltung als Vergleichsschaltung verwendet. Wenn die Vergleichsschaltung eine normale analoge Vergleichsschaltung ist, wird das digitale Signal D/A-umgewandelt und dann der Vergleichsschaltung zugeführt. Dies trifft auch auf die Kalibrierungsreferenzsignal-Erzeugungsschaltung zu.
4 zeigt ein Realisierungsbeispiel der in 3 gezeigten Kalibrierungsschaltung 3. Die Kalibrierungsschaltung 3 umfasst eine Lastschaltung 31 und eine Speicherschaltung 32. Der von der Signalverarbeitungsschaltung 5 berechnete Einstellparameter wird in die Speicherschaltung 32 geschrieben. Die Lastschaltung 31 wird durch die in der Speicherschaltung 32 geschriebenen Daten gesteuert.
5 zeigt die detaillierte Schaltungsanordnung der Sensorzelle 11 mit der Kalibrierungsschaltung 3. In der Lastschaltung 31 sind N (N ist eine natürliche Zahl) Lastelemente Z₁ bis Z_N durch Schalter mit der Sensorschaltung 2 verbunden. Die Speicherschaltung 32 ist eine N-Bit-Speicherschaltung und steuert jeden Schalter in der Lastschaltung 3l auf Basis der geschriebenen Daten EIN/AUS. Die Speicherschaltung 32 kann durch einen SRAM, DRAM oder beschreibbaren nichtflüchtigen Speicher realisiert werden.
Jeder Schalter kann durch einen MOSFET realisiert werden, der durch ein Schaltsteuersignal SW betrieben wird, wie in 6 gezeigt. Obwohl in 6 ein Beispiel unter Verwendung eines Nch-MOSFET gezeigt ist, können ein Pch-MOSFET oder Pch- und Nch-MOSFETs verwendet werden.
Als Lastelemente Z₁ bis Z_N kann ein Kapazitätselement oder ein Widerstandselement, in 7A oder 7B gezeigt, verwendet werden. Wenn die Form des zu erkennenden Gegenstands durch das Erfassungselement 1 als Änderung im Kapazitätswert erfasst wird, wird ein Kapazitätselement als Lastelement verwendet, das durch eine PIP-Kapazität, MIM-Kapazität oder MOS-Kapazität realisiert wird, wie in 7A gezeigt. Wenn die Oberflächenform durch das Erfassungselement 1 als Änderung im Widerstandswert erfasst wird, wird ein Widerstandselement als Lastelement verwendet, das durch einen Polysiliziumwiderstand oder MOS-Widerstand realisiert wird, wie in 7B gezeigt. Obwohl in 7A und 7B Beispiele gezeigt sind, die einen Nch-MOSFET verwendet, kann auch ein Pch-MOSFET verwendet werden.
Das Betriebsprinzip der Kalibrierungsschaltung 3 wird kurz beschrieben. Man nehme zum Beispiel an, dass sich der Wert einer in der in 5 gezeigten Sensorschaltung erzeugten parasitären Kapazität C_PO für jede Sensorzelle aufgrund der Prozessabweichung ändert. Kapazitive Elemente werden als Lastelemente Z₁ bis Z_N verwendet, und eine geeignete Anzahl von Schaltern wird eingeschaltet und mit der Sensorschaltung 2 verbunden. Wenn Daten zum Abgleichen der mit der Sensorschaltung 2 verbundenen parasitären Kapazität C_PO und der Summe der aus kapazitiven Elementen für die individuellen Sensorschaltungen 2 gebildeten Lastelemente Z₁ bis Z_N in die Speicherschaltung 32 geschrieben werden, wird die Leistungsabweichung zwischen den Sensorzellen 11 aufgrund der Prozessabweichung eliminiert, und folglich kann die Leistung der Sensorzellen 11 vereinheitlicht werden.
8 zeigt eine weitere Schaltungsanordnung der Kalibrierungsschaltung 3. In der Lastschaltung 31 sind N (N ist eine natürliche Zahl) Lastelemente Z₁ bis Z_N mit der Sensorschaltung 2 verbunden. Die Lastelemente können individuell auf einen aktiven oder inaktiven Zustand gesteuert werden. Die Speicherschaltung 32 ist eine N-Bit-Speicherschaltung und steuert den aktiven Zustand jedes Lastelements auf Basis der geschriebenen Daten. Die Speicherschaltung 32 kann durch einen SRAM, DRAM oder beschreibbaren nichtflüchtigen Speicher realisiert werden. Als Lastelemente, die selektiv in den aktiven oder inaktiven Zustand gesteuert werden, kann ein kapazitives Element oder Widerstandselement, in 9A oder 9B gezeigt, verwendet werden.
Das kapazitive Element kann durch Steuern des Potentials oder der Potentiale des Gate-Anschlusses oder der Source- und Drainanschlüsse einer MOS-Kapazität realisiert werden, die durch das Schaltsteuersignal SW, wie in 9A gezeigt, in den aktiven oder inaktiven Zustand gesetzt wird. Auf ähnliche Weise kann das Widerstandselement durch einen MOS-Widerstand realisiert werden, wie in 9B gezeigt. Obwohl in 9A und 9B Beispiele unter Verwendung eines Nch-MOSFET gezeigt sind, kann auch ein Pch-MOSFET verwendet werden. Wenn die Lastelemente, die in den aktiven oder inaktiven Zustand gesteuert werden können, verwendet werden, kann die Empfindlichkeit genauer eingestellt werden, weil die parasitäre Kapazität oder der parasitäre Widerstand eines Schalters nicht verbunden ist, anders als in der in 5 gezeigten Anordnung, die Schalter verwendet.
(Dritte Ausführungsform)
Als nächstes wird eine kapazitive Sensoreinrichtung zur Erkennung kleiner Muster gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 10 beschrieben. Die in 10 gezeigte kapazitive Sensoreinrichtung zur Erkennung kleiner Muster unterscheidet sich von der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform (siehe 3) darin, dass eine Halteschaltung 52 verwendet wird und in 10 keine Steuerleitung L_C verwendet wird.
Um jede Sensorzelle 11 zu kalibrieren, wird ein Referenzsignal ohne dreidimensionales Muster durch die Sensorzellen 11 als ein zu messender Gegenstand erfasst, oder die Erfassung wird ausgeführt, ohne etwas auf den Sensorzellen zu platzieren, wodurch bewirkt wird, dass die Sensorzellen 11 den gleichen Messwert erfassen. Ein von jeder Sensorzelle 11 ausgegebenes Ausgangssignal wird einer A/D-Umwandlungsschaltung 4 durch eine Datenleitung L_D eingegeben und als digitales Ausgangssignal 4A ausgegeben.
Das von der A/D-Umwandlungsschaltung 4 ausgegebene digitale Ausgangssignal 4A wird auch einer Signalverarbeitungsschaltung 5 eingegeben. Die Signalverarbeitungsschaltung 5 vergleicht das von der A/D-Umwandlungsschaltung 4 ausgegebene digitale Ausgangssignal 4A mit einem Erwartungswert und berechnet einen Einstellparameter für die Erfassungsempfindlichkeit einer Sensorschaltung 2. Der berechnete Einstellparameter wird durch die Halteschaltung 52 gehalten. Nachdem das von den Sensorzellen 11 ausgegebene Signal beendet ist, wird eine Kalibrierungsschaltung 3 durch die Datenleitung L_D auf Basis der von der Halteschaltung 52 gehaltenen Daten gesteuert. Die Datenleitung L_D wird von den Sensorzellen 11 geteilt. Die Sensorzellen 11 werden der Reihe nach ausgewählt, und der obige Vorgang wird durchgeführt. Dieser Vorgang wird für jede Sensorzelle 11 einmal durchgeführt oder eine Anzahl von Malen wiederholt, wodurch die Empfindlichkeit jeder Sensorschaltung 2 eingestellt und die Leistung der Sensorzellen 11 vereinheitlicht wird. Daher kann anders als in der zweiten Ausführungsform eine Leitung gemeinsam als Datenleitung L_D und Steuerleitung L_C verwendet werden, und die Anzahl an Drähten kann verringert werden.
In der in 10 gezeigten dritten Ausführungsform weist die Signalverarbeitungsschaltung 5 eine Vergleichsschaltung 6 und eine Kalibrierungsreferenzsignal-Erzeugungsschaltung 7 auf, die mit Bezug auf 2 beschrieben wurden. In diesem Beispiel wird, wenn das Eingangssignal ein digitales Signal ist und das digitale Signal der Vergleichsschaltung 6 direkt eingegeben werden soll, eine bekannte digitale Vergleichsschaltung als Vergleichsschaltung verwendet. Wenn die Vergleichsschaltung eine normale analoge Vergleichsschaltung ist, wird das digitale Signal D/A-umgewandelt und dann der Vergleichsschaltung zugeführt. Dies trifft auch auf die Kalibrierungsreferenzsignal-Erzeugungsschaltung zu.
(Vierte Ausführungsform)
Als nächstes wird eine kapazitive Sensoreinrichtung zur Erkennung kleiner Muster gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 11 beschrieben. Die kapazitive Sensoreinrichtung zur Erkennung kleiner Muster gemäß der in 11 gezeigten vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich von der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform (siehe 3) darin, dass das Signal von einer Analogsignaldatenleitung L_D der Eingangsseite der Vergleichsschaltung 6 der Signalverarbeitungsschaltung 5 eingegeben wird.
Um jede Sensorzelle 11 zu kalibrieren, wird eine Referenzprobe ohne dreidimensionales Muster als zu messender Gegenstand von den Sensorzellen 11 erfasst, oder die Erfassung wird durchgeführt, ohne etwas auf den Sensorzellen zu platzieren, wodurch bewirkt wird, dass die Sensorzellen 11 den gleichen Messwert erfassen.
Ein von jeder Sensorzelle 11 ausgegebenes Ausgangssignal 2A wird der A/D-Umwandlungsschaltung 4 durch die Datenleitung L_D eingegeben und als digitales Ausgangssignal 4A ausgegeben. Gleichzeitig wird der Vergleichsschaltung 6 auch das Ausgangssignal 2A von jeder Sensorzelle 11 eingegeben. Die Vergleichsschaltung 6 vergleicht das von der Sensorzelle 11 ausgegebene analoge Ausgangssignal 2A mit einem auszugebenden Signal, d.h. einem Referenzsignal. Die Kalibrierungsschaltung 3 wird durch eine Steuerleitung L_C auf Basis des Vergleichsergebnisses gesteuert.
Wenn zum Beispiel das von der Sensorzelle 11 ausgegebene analoge Ausgangssignal 2A ein Spannungssignal ist, kann eine allgemeine Vergleichsschaltung, die Pch-MOSFETs Q₄ und Q₅ und Nch-MOSFETs Q₆ und Q₇ verwendet, wie in 12 gezeigt, verwendet werden, um die Vergleichsschaltung 6 zu realisieren.
In der in 12 gezeigten Vergleichsschaltung 6 ist ein Kalibrierungsreferenzsignal eine Referenzspannung V_REF, und eine Eingangsspannung V_IN des Ausgangssignals 2A von der Sensorzelle 11 wird mit der Referenzspannung V_REF verglichen. Ein Steuersignal 5A von hohen Pegel oder niedrigem Pegel wird als Ausgabe OUT von der Vergleichsschaltung 6 in Übereinstimmung mit dem Vergleichsergebnis ausgegeben. Die Kalibrierungsschaltung 3 wird durch das Steuersignal 5A gesteuert. Die Datenleitung L_D und die Steuerleitung L_C werden von den Sensorzellen 11 geteilt. Die Sensorzellen 11 werden sequentiell ausgewählt, und die Ausgangssignale 2A von den Sensorzellen 11 steuern die Kalibrierungsschaltung 3 in den Sensorzellen sequentiell durch die Vergleichsschaltung 6.
Dieser Vorgang wird einmal durchgeführt oder für jede Sensorzelle eine Anzahl von Malen wiederholt, wodurch der Ausgangspegel jeder Sensorschaltung 2 eingestellt und die Leistung der Sensorzellen vereinheitlicht wird. Daher kann die Schaltung zum Vergleich in einem kleineren Maßstab realisiert werden als die der Signalverarbeitungsschaltung 5, die den Einstellparameter durch Vergleichen des digitalen Ausgangssignals 4A in der zweiten Ausführungsform berechnet. Zusätzlich kann als ein Ergebnis eine Hochgeschwindigkeitskalibrierung durchgeführt werden, weil die Kalibrierungsschaltung 3 ohne die dazwischenliegende A/D-Umwandlungsschaltung 4 gesteuert werden kann.
13 zeigt die Anordnung einer Sensorzelle umfassend eine Kalibrierungsschaltung, wenn eine Vergleichsschaltung verwendet wird, wie in der vierten Ausführungsform (siehe 11). Die Kalibrierungsschaltung 3 wird aus der Lastschaltung 31 und der Schieberegisterschaltung 33 gebildet. Das von der Vergleichsschaltung 6 ausgegebene Steuersignal 5A wird in das Schieberegister 33 geschrieben, und die Lastschaltung 31 wird auf Basis der in dem Schieberegister 33 geschriebenen Daten gesteuert.
14 zeigt ein spezifisches Beispiel der in 13 gezeigten Kalibrierungsschaltung 3. In der Lastschaltung 31 sind N (N ist eine natürliche Zahl) Lastelemente Z₁ bis Z_N mit der Sensorschaltung 2 verbunden. Die Lastelemente können individuell auf einen aktiven oder inaktiven Zustand gesteuert werden. Als Lastschaltung 31 kann die in 5 gezeigte, Schalter verwendende Lastschaltung verwendet werden.
Das Schieberegister 33 ist ein N-Bit-Schieberegister, das den aktiven Zustand der Lastschaltung 31 auf Basis von in dem Schieberegister 33 geschriebenen Daten steuert. Das Betriebsprinzip der Kalibrierungsschaltung 3 mit dem Schieberegister 33 wird kurz beschrieben. Der Wert des Schieberegisters 33 wird im Voraus auf einen anfänglich eingestellten Wert eingestellt, der alle Lastelement Z₁ bis Z_N in den inaktiven Zustand steuert. Wenn das Ausgangssignal 2A von der Sensorschaltung 2 nicht mit dem Referenzsignal übereinstimmt (z.B. wenn das Ausgangssignal 2A kleiner als das Referenzsignal ist), gibt die Vergleichsschaltung 6 in dem ersten Tastvorgang als Datenwert das Steuersignal 5A zum Aktivieren eines Lastelements aus (Schreibdatenwert: z.B. "1" für das Schieberegister 33), und dieser Datenwert wird durch ein Bit in das Schieberegister 33 geschrieben.
Wenn das Ausgangssignal 2A auch in dem zweiten Tastvorgang nicht mit dem Referenzsignal übereinstimmt (z.B. wenn das Ausgangssignal 2A kleiner als das Referenzsignal ist), gibt die Vergleichsschaltung 6 wie im vorherigen Betrieb das Steuersignal 5A zum Aktivieren eines Lastelements als Datenwert aus. Dieser Datenwert wird als weiterer Bitdatenwert in das Schieberegister 33 geschrieben. Das Schieberegister 33 weist die Funktion auf, einen vorigen Datenwert zu schieben. Als Ergebnis werden zwei Lastelemente aktiviert. Ein solcher Vorgang wird wiederholt, bis das Ausgangssignal 2A mit dem Referenzsignal übereinstimmt, und genauer, bis das Ausgangssignal 2A von der Sensorzelle 11 das Referenzsignal überschreitet (z.B. größer als das Referenzsignal wird).
Wenn das Ausgangssignal 2A den Pegel des Referenzsignals überschreitet, wird das Steuersignal 5A (für das Schieberegister 33, Schreibdatenwert: z.B. "0") zum Steuern des Lastelements in einen inaktiven Zustand als Datenwert von der Vergleichsschaltung 6 an das Schieberegister 33 ausgegeben. Dieser Datenwert wird nur zusätzlich in das Schieberegister 33 geschrieben, ohne ein neues Lastelement in den aktiven Zustand zu steuern, und es werden keine weiteren Lastelemente mit der Sensorschaltung 2 verbunden. Daher werden die Lastelemente sequentiell durch das Steuersignal 5A von der Vergleichsschaltung 6 verbunden, und das Ausgangssignal 2A gleich dem Referenzsignal wird von der Sensorzelle 11 ausgegeben. In diesem Fall kann eine Steuerung ausgeführt werden, um das Schreiben in dem Schieberegister unter Verwendung einer Änderung in dem Steuersignal 5A von der Vergleichsschaltung 6 zu verhindern.
15 zeigt eine weitere Anordnung der Kalibrierungsschaltung, wenn die Vergleichsschaltung verwendet wird, wie in der vierten Ausführungsform (siehe 11). Die Kalibrierungsschaltung 3 ist aus der Lastschaltung 31 und der Zählerschaltung 34 gebildet. Die Zählerschaltung 34 wird durch das von der Vergleichsschaltung 6 ausgegebene Signal gesteuert, und die Lastschaltung wird durch die Daten in der Zählerschaltung 34 gesteuert.
16 zeigt ein spezifisches Beispiel einer Sensorzelle mit einer Kalibrierungsschaltung unter Verwendung der Zählerschaltung in 15. In der Lastschaltung 31 sind N (N ist eine natürliche Zahl) Lastelemente Z₁ bis Z_N mit der Sensorschaltung 2 verbunden. Die Lastelemente können individuell auf einen aktiven oder inaktiven Zustand gesteuert werden. Als Lastschaltung 31 kann die in 5 gezeigte Schalter verwendende Lastschaltung verwendet werden. Die Zählerschaltung 34 ist eine N-Bit-Zählerschaltung, und der aktive Zustand der Lastschaltung 31 wird auf Basis von Daten in der Zählerschaltung 34 gesteuert.
Das Betriebsprinzip der die Zählerschaltung 34 verwendende Kalibrierungsschaltung wird kurz beschrieben. Der Wert der Zählerschaltung 34 wird im Voraus auf einen anfänglich eingestellten Wert eingestellt, der alle Lastelemente Z₁ bis Z_N in den inaktiven Zustand steuert. Wenn das Ausgangssignal 2A von der Sensorschaltung 2 in dem ersten Tastvorgang nicht mit dem Referenzsignal übereinstimmt (z.B. wenn das Ausgangssignal 2A kleiner als das Referenzsignal ist), ändert sich der Ausgang, d.h. das Steuersignal 5A von der Vergleichsschaltung 6. Wenn sich das Steuersignal 5A ändert, wird die Zählerschaltung 34 um eins inkrementiert. Als Ergebnis ändern sich die Daten in der Zählerschaltung, um ein Lastelement zu aktivieren. Das Ausgangssignal von der Vergleichsschaltung kehrt auf den anfänglich eingestellten Wert zurück.
Wenn das Ausgangssignal 2A auch in dem zweiten Tastvorgang nicht mit dem Referenzsignal übereinstimmt (z.B. wenn das Ausgangssignal 2A kleiner als das Referenzsignal ist), ändert sich das Steuersignal 5A von der Vergleichsschaltung 6 wieder. Die Zählerschaltung 34 wird weiter um eins inkrementiert. Wenn z.B. Z₁ = Z, Z₂ = 2Z, Z₃ = 4Z,..., Z_N = 2^(N–1)Z eingestellt werden und die Lastelemente Z₁ bis Z_N sequentiell von dem niedrigeren Bit der Zählerschaltung 34 gesteuert werden, nimmt der Wert des mit der Sensorschaltung 2 verbundenen Lastelements für jedes Inkrement um Z zu.
Ein solcher Vorgang wird wiederholt, bis das Ausgangssignal 2A von der Sensorzelle 11 mit dem Referenzsignal übereinstimmt, und genauer, bis das Ausgangssignal 2A das Referenzsignal überschreitet (z.B. größer als das Referenzsignal wird). Wenn die Signale übereinstimmen, ändert sich der Ausgang von der Vergleichsschaltung 6 nicht. Aus diesem Grund wird die Zählerschaltung 34 nicht mehr durch das Steuersignal 5A inkrementiert, und es werden keine weiteren Lastelemente mit der Sensorschaltung 2 verbunden.
Wenn die Zählerschaltung 34 verwendet wird, kann die Steuerung verglichen mit dem Fall vereinfacht werden, in dem das Schieberegister verwendet wird. Wenn die Werte der Lastelemente wie oben beschrieben eingestellt sind, kann die Zahl der Einstellungen der Lastschaltung um 2^(N–1)–N erhöht werden, während die Anzahl der Elemente unverändert bleibt. Zusätzlich kann die Anzahl von Bits der Zählerschaltung 34 selbst dann verringert werden, wenn die Anzahl der Einstellungen der Lastschaltung unverändert bleibt, und der Schaltmaßstab kann kleiner als der für das Schieberegister gemacht werden.
17 zeigt die Anordnungen der in 15 und 16 gezeigten Zählerschaltung 34 und Lastschaltung 31. Für die Lastschaltung 31 ist auch die Verbindungsbeziehung gezeigt, die gegeben ist, wenn eine MOS-Kapazität als Lastelement verwendet wird, die selektiv in den aktiven oder inaktiven Zustand gesteuert werden kann. Die Zählerschaltung 34 ist eine Zählerschaltung mit 3-Bit-Freigabe und ist aus einer Verriegelungsschaltung vom RAM-Typ gebildet. Der Schaltmaßstab kann verglichen mit einem Fall reduziert werden, in dem eine aus einem Transfergatter oder einer getakteten CMOS-Schaltung gebildete Verriegelungsschaltung verwendet wird. Da die in einer Sensoreinrichtung zur Erkennung kleiner Muster verwendete Sensorzelle 11 nur 50 μm zum Quadrat groß ist, ist insbesondere die in der Sensorzelle angeordnete Kalibrierungsschaltung vorzugsweise klein. Aus diesem Grund kann die Kalibrierungsschaltung kompakt gestaltet werden, wenn die in 17 gezeigte Zählerschaltung verwendet wird. Sogar das oben beschriebene Schieberegister 33 kann einen kleinen Schaltungsmaßstab aufweisen, wenn es unter Verwendung einer Verriegelungsschaltung vom RAM-Typ realisiert wird.
(Fünfte Ausführungsform)
Als nächstes wird eine kapazitive Sensoreinrichtung 10 zur Erkennung kleiner Muster gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 18 beschrieben. Die in 18 gezeigte fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich von der oben beschriebenen vierten Ausführungsform (siehe 11) darin, dass eine Halteschaltung 52 verwendet wird und keine Steuerleitung L_C verwendet wird. Um jede Sensorzelle 11 zu kalibrieren, wird von den Sensorzellen eine Referenzprobe ohne dreidimensionales Muster als zu messender Gegenstand erfasst, oder die Erfassung wird durchgeführt, ohne etwas auf den Sensorzellen zu platzieren, wodurch bewirkt wird, dass die Sensorzellen 11 den gleichen Messwert erfassen.
Ein Ausgangssignal 2A von jeder Sensorzelle 11 wird der A/D-Umwandlungsschaltung 4 durch eine Datenleitung L_D eingegeben. Gleichzeitig wird das Ausgangssignal 2A von der Sensorzelle 11 auch der Vergleichsschaltung 6 eingegeben. Die Vergleichsschaltung 6 vergleicht das analoge Ausgangssignal 2A mit einem Referenzsignal von der Kalibrierungsreferenzsignal-Erzeugungsschaltung. Das Vergleichsergebnis wird von der Halteschaltung 52 gehalten. Nachdem das von den Sensorzellen 11 ausgegebene Signal beendet ist, wird das von der Halteschaltung 52 gehaltene Vergleichsergebnis durch die Datenleitung L_D als Steuersignal 5A an die Kalibrierungsschaltung 3 ausgegeben, und die Kalibrierungsschaltung 3 wird gesteuert. Die Datenleitung L_D wird von der Mehrzahl Sensorzellen 11 geteilt. Die Sensorzellen 11 werden sequentiell ausgewählt, und der obige Vorgang wird durchgeführt. Dieser Vorgang wird einmal durchgeführt oder für jede Sensorzelle eine Anzahl von Malen wiederholt, wodurch die Empfindlichkeit jeder Sensorschaltung 2 eingestellt und die Leistung der Sensorzellen 11 vereinheitlicht wird. Daher kann anders als in der vierten Ausführungsform eine Leitung gemeinsam als Datenleitung L_D und Steuerleitung L_C verwendet werden, und die Anzahl der Drähte kann verringert werden.
(Sechste Ausführungsform)
Als nächstes wird eine kapazitive Sensoreinrichtung 10 zur Erkennung kleiner Muster gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 19 beschrieben. Die in 19 gezeigte kapazitive Sensoreinrichtung 10 zur Erkennung kleiner Muster gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich darin von der fünften Ausführungsform (siehe 18), dass die Vergleichsschaltung 6 in eine Sensorzelle 11 eingebaut ist und keine Halteschaltung 52 verwendet wird. Um jede Sensorzelle 11 zu kalibrieren, wird von den Sensorzellen 11 eine Referenzprobe ohne dreidimensionales Muster als zu messender Gegenstand erfasst, oder die Erfassung wird durchgeführt, ohne etwas auf den Sensorzellen zu platzieren, wodurch bewirkt wird, dass die Sensorzellen den gleichen Messwert erfassen.
Ein von jeder Sensorzelle 11 ausgegebenes Ausgangssignal 2A wird der A/D-Umwandlungsschaltung 4 durch die Datenleitung L_D eingegeben und als digitales Ausgangssignal 4A ausgegeben. Gleichzeitig wird das Ausgangssignal 2A auch der Vergleichsschaltung 6 in der Sensorzelle 11 eingegeben. Die Vergleichsschaltung 6 vergleicht das analoge Ausgangssignal 2A mit einem Referenzsignal von der Kalibrierungsreferenzsignal-Erzeugungsschaltung und steuert die Kalibrierungsschaltung 3 auf Basis des Vergleichsergebnisses. Die Datenleitung L_D wird von der Mehrzahl Sensorzellen 11 geteilt. Die Sensorzellen 11 werden sequentiell ausgewählt, und der obige Vorgang wird durchgeführt. Dieser Vorgang wird einmal durchgeführt oder für jede Sensorzelle eine Anzahl von Malen wiederholt, wodurch der Ausgangspegel jeder Sensorschaltung 2 eingestellt und die Leistung der Sensorzellen vereinheitlicht wird.
Daher kann die Kalibrierungsschaltung 3 anders als in der oben beschriebenen fünften Ausführungsform von der Vergleichsschaltung 6 ohne dazwischenliegende Datenleitung L_D gesteuert werden, und als Ergebnis kann eine Hochgeschwindigkeitskalibrierung durchgeführt werden. Zusätzlich kann die Kalibrierung, selbst wenn eine Mehrzahl Sensorzellen 11 gleichzeitig ausgewählt wird, parallel für jede Sensorzelle 11 durchgeführt werden, und folglich kann eine Hochgeschwindigkeitskalibrierung durchgeführt werden.
(Siebte Ausführungsform)
Als nächstes wird eine kapazitive Sensoreinrichtung 10 zur Erkennung kleiner Muster gemäß der siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 20 beschrieben. Die in 20 gezeigte siebte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich darin von der oben beschriebenen sechsten Ausführungsform, dass eine Sensorschaltung 21 mit Spannungs-Zeit-Umwandlungsfunktion und eine Zeitsignalvergleichsschaltung 57 als Sensorschaltung in einer Sensorzelle 11 verwendet werden.
Um jede Sensorzelle 11 zu kalibrieren, wird von den Sensorzellen 11 eine Referenzprobe ohne dreidimensionales Muster als zu messender Gegenstand erfasst, oder die Erfassung wird durchgeführt, ohne etwas auf den Sensorzellen zu platzieren, wodurch bewirkt wird, dass die Sensorzellen 11 den gleichen Messwert erfassen.
Die Sensorschaltung 21 mit Spannungs-Zeit-Umwandlungsfunktion wandet ein Signal mit analoger Information als Spannungswert in ein Signal mit analoger Information in der Zeitachsenrichtung um und gibt das Signal aus (siehe 22B: Ts ist die Ausgangszeit, und die Zeit Ts ändert sich). Ein Ausgangssignal 2B wird der A/D-Umwandlungsschaltung 4 durch eine Datenleitung L_D eingegeben und als digitales Ausgangssignal ausgegeben. Gleichzeitig wird das Ausgangssignal 2B der Kalibrierungsschaltung 3 durch die Zeitsignalvergleichsschaltung 57 in der Sensorzelle zugeführt. Die Zeitsignalvergleichsschaltung 57 entspricht der Vergleichsschaltung 6 in 2 und erhält die Zeitdifferenz zwischen dem Ausgangssignal 2B von der Sensorschaltung 21 und das Referenzpulssignal (siehe 22A) von der Kalibrierungsreferenzsignal-Erzeugungsschaltung.
Die Zeitsignalvergleichsschaltung 57 vergleicht das Signal, das durch Spannungs-Zeit-Umwandlung durch die Sensorschaltung 21 erhalten wird, mit dem Referenzpulssignal und sendet ein Pulssignal (siehe 22C), das die Zeitdifferenz wiedergibt, an die Kalibrierungsschaltung. Die Kalibrierungsschaltung 3 führt einen Steuervorgang so aus, dass die Zeitdifferenz zwischen dem Referenzpulssignal und der Sensorschaltungsausgabe null wird. Die Datenleitung L_D wird von der Mehrzahl Sensorzellen 11 geteilt. Die Sensorzellen 11 werden sequentiell ausgewählt, und der obige Vorgang wird durchgeführt.
Dieser Vorgang wird einmal durchgeführt oder eine Anzahl von Malen für jede Sensorzelle 11 wiederholt, wodurch die Empfindlichkeit jeder Sensorschaltung 21 eingestellt und die Leistung der Sensorzellen 11 vereinheitlicht wird. Wie in der oben beschriebenen fünften Ausführungsform kann die Kalibrierung für jede Sensorzelle 11 parallel durchgeführt werden, selbst wenn eine Mehrzahl Sensorzellen 11 gleichzeitig ausgewählt wird, und es kann eine Hochgeschwindigkeitskalibrierung durchgeführt werden.
21 zeigt ein detailliertes Beispiel der Sensorzelle, die die Sensorschaltung mit Spannungs-Zeit-Umwandlungsfunktion aufweist. Die Kalibrierungsschaltung 3 ist die gleiche wie die in 16 gezeigte, die die Zählerschaltung 34 verwendet. In der Sensorschaltung 21 mit Spannungs-Zeit-Umwandlungsfunktion ist eine Spannungs-Zeit-Umwandlungsschaltung 22 anstelle des Nch-MOSFET Q₃ und des Widerstands R angeordnet, anders als bei der in 34 gezeigten Sensorschaltung 2.
Als Spannungs-Zeit-Umwandlungsschaltung 22 kann eine Allzweckschaltung verwendet werden. Wahlweise kann die Spannungs-Zeit-Umwandlungsschaltung 22 aus einer Konstantstromschaltung, einem kapazitiven Element C_L und einer Schwellenschaltung 23 gebildet sein, wie in 21 gezeigt (z.B. japanische Patentanmeldung Nr. 11-157755).
Das Betriebsprinzip der Kalibrierungsschaltung, wenn die Sensorschaltung 21 mit Spannungs-Zeit-Umwandlungsfunktion verwendet wird, wird unter Bezugnahme auf 22A bis 22C kurz beschrieben.
Die Zeitsignalvergleichsschaltung 57 wird typischerweise aus einer UND-Schaltung gebildet, die die Sensorzellenausgabe 2B und das Referenzpulssignal von der Referenzpulssignal-Erzeugungsschaltung UND-verknüpft und das Ergebnis als Ausgabe an die Zählerschaltung 34 sendet.
Der Wert der Zählerschaltung 34 wird im Voraus auf einen anfänglichen eingestellten Wert eingestellt, der alle Lastelemente Z₁ bis Z_N in den inaktiven Zustand steuert. Das Ausgangssignal 2B der Sensorschaltung 21 mit Spannungs-Zeit-Umwandlungsfunktion wird auch auf einen anfänglichen eingestellten Wert eingestellt. In dem ersten Tastvorgang, wenn sich das Ausgangssignal 2B vor einer vorbestimmten Zeit ändert (z.B. wenn der Tastvorgang durchgeführt wird, ohne dass ein Finger 13 platziert wird, und sich das Ausgangssignal von der Sensorzelle während der Tastzeit ändert) wird die Zählerschaltung 34 auf Basis der Ausgabe von der Zeitsignalvergleichsschaltung 57 um eins inkrementiert. Als Ergebnis ändert sich der Datenwert in der Zählerschaltung 34, um ein Lastelement zu aktivieren. Das Ausgangssignal 2B von der Sensorschaltung 21 mit Spannungs-Zeit-Umwandlungsfunktion wird auf den anfänglichen eingestellten Wert zurückgestellt.
Wenn sich das Ausgangssignal vor der vorbestimmten Zeit ändert (z.B. wenn der Tastvorgang durchgeführt wird, ohne den Finger 13 zu platzieren, und sich das Ausgangssignal von der Sensorzelle während der Tastzeit ändert), wird die Zählerschaltung 34 selbst in dem zweiten Tastvorgang weiter um eins inkrementiert. Wenn der Wert des Lastelements in Übereinstimmung mit der Ziffer des Zählers sequentiell verdoppelt wird, werden folglich die doppelte Anzahl Lastelemente aktiviert. Wenn zum Beispiel Z₁ = Z, Z₂ = 2Z, Z₃ = 4Z,..., Z_N = 2^(N–1)Z eingestellt werden und die Lastelemente Z₁ bis Z_N sequentiell von dem niedrigeren Bit der Zählerschaltung 34 gesteuert werden, erhöht sich der Wert des mit der Sensorschaltung 21 verbundenen Lastelements für jedes Inkrement um Z.
Ein solcher Vorgang wird wiederholt, bis sich das Ausgangssignal von der Sensorschaltung 21 mit Spannungs-Zeit-Umwandlungsfunktion während einer vorbestimmten Zeit nicht ändert (z.B. wenn der Tastvorgang durchgeführt wird, ohne den Finger 13 zu platzieren, und bis sich das Ausgangssignal von der Sensorzelle während der Tastzeit nicht ändert). Wenn sich das Ausgangssignal während der vorbestimmten Zeit nicht ändert, wird die Zählerschaltung 34 nicht inkrementiert, und es werden keine weiteren Lastelemente mit der Sensorschaltung 21 verbunden.
Wenn eine Spannungs-Zeit-Umwandlung durchgeführt wird, fließt kein Gleichstrom zu dem Ausgangspegelkorrektursystem, das die Kalibrierung einschließt, und daher kann der Stromverbrauch der gesamten Vorrichtung verglichen mit den anderen Ausführungsform verringert werden.
Wie oben beschrieben, wird die Leistungsabweichung zwischen den Sensorzellen aufgrund der Prozessabweichung eliminiert, wenn die Kalibrierungsschaltung 3 zu der Sensorschaltung 2 hinzugefügt wird und eine geeignete Zahl Lastelemente in der Kalibrierungsschaltung 3 mit der Sensorschaltung 2 verbunden werden, und folglich kann die Leistung der Sensorzellen vereinheitlicht werden.
Wie oben beschrieben, kann die Erfassungsempfindlichkeit der Sensorzelle in der kapazitiven Sensoreinrichtung zur Erkennung kleiner Muster der vorliegenden Erfindung unter Verwendung der Kalibrierungsschaltung eingestellt werden, weil die Kalibrierungsschaltung in die Sensorzelle eingebaut ist. Wenn der Sensor der vorliegenden Verbindung auf die kapazitive Sensoreinrichtung zur Erkennung kleiner Muster angewendet wird, können daher die Erfassungsempfindlichkeiten der Mehrzahl Sensorschaltungen individuell eingestellt werden. Die Leistungsabweichung zwischen den Sensorzellen aufgrund der Prozessabweichung kann eliminiert werden, und folglich kann die Leistung der Sensorzellen vereinheitlicht werden. Als Ergebnis kann jegliche Verschlechterung der Bildqualität durch Rauschen in dem erfassten Bild aufgrund einer Abweichung der Empfindlichkeit zwischen den Sensorschaltungen vermieden werden, und außerdem kann die Herstellausbeute der Einrichtungen verglichen mit dem Stand der Technik verbessert werden.
Zusätzlich kann die Abweichung der Erfassungsleistung zwischen den Sensoren aufgrund einer Abweichung zwischen Chips oder einer Abweichung zwischen Wafern eliminiert werden. Dies verbessert die Ausbeute an Sensorchips und verringert die Herstellungskosten. Dies ist insbesondere zur Versorgung von preiswerten Sensorchips sehr effektiv. Selbst wenn sich die Oberfläche des Sensors mit zufriedenstellender Erfassungsleistung aufgrund des Benutzungszustands ändert, kann eine Kalibrierung zur Zeit der Benutzung ausgeführt werden, und die Verschlechterung der Erfassungsleistung kann verhindert werden. Dies verlängert die Leistungsgarantiedauer und die Betriebslebensdauer des Moduls mit dem Sensor, oder in einem den Sensor verwendenden System kann die Austauschhäufigkeit der Sensorkomponente verringert werden. Als Ergebnis können die Kosten zum Handhaben von zurückgegebenen Produkten oder zur Systemwartung verringert werden.
(Achte Ausführungsform)
23 zeigt die achte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die sich von den oben beschriebenen Ausführungsformen darin unterscheidet, dass eine Empfindlichkeitseinstellschaltung 160 hinzugefügt ist.
Die für jede Sensorzelle vorgesehene Empfindlichkeitseinstellschaltung 160 ist wichtig. Die Empfindlichkeitseinstellschaltung 160 ist allgemein auf einer Eingangsseite 2 (160) einer Sensorschaltung angeordnet. Die Empfindlichkeitseinstellschaltung 160 kann jedoch in die Sensorschaltung 2 (160') oder an der Ausgangsseite (160'') der Sensorschaltung 2 eingebaut sein.
Diese Anordnung kann die Herstellausbeute der kapazitiven Sensoreinrichtung zur Erkennung kleiner Muster verbessern und die Herstellkosten verringern. Dies ist insbesondere sehr effektiv beim Versorgen mit einer großen Menge preiswerter Sensoreinrichtungen.
(Neunte Ausführungsform)
24 zeigt die neunte Ausführungsform als eine Modifikation von 3. 24 unterscheidet sich dadurch von 3, dass jede Sensorzelle 11 eine Offsetschaltung 200 beinhaltet, und die Offsetschaltung 200 wird durch ein Offsetsteuersignal S_OC gesteuert.
Die Offsetschaltung 200 ist aus einer Lastschaltung gebildet. Die Lastschaltung (im Folgenden als Offsetlastschaltung bezeichnet) zum Realisieren der Offsetschaltung ist aus einem Schalter 201, der von dem Offsetsteuersignal S_OC EIN/AUS-gesteuert wird, und einem Offsetlastelement Z_O aufgebaut. Die Verbindung der Last Z_O mit einer Sensorschaltung 2 wird gesteuert, indem der Schalter 201 durch das Offsetsteuersignal S_OC EIN/AUS-gesteuert wird.
Der Schalter 201 ist z.B. aus einem MOSFET wie in 6 gezeigt gebildet, wie in den oben beschriebenen Ausführungsformen. Das Offsetlastelement Z_O ist aus einem kapazitiven Element wie in 7A oder 7B gezeigt gebildet.
Wenn eine solche Offsetschaltung 200 unabhängig von der Kalibrierungsschaltung 3 vorgesehen ist, kann die Anzahl Lastelemente erhöht werden, ohne die Anzahl von Komponenten (z.B. Speicherschaltungen) in der Kalibrierungsschaltung 3 zu erhöhen. Daher kann die Empfindlichkeitseinstellgenauigkeit für die Sensorschaltung verbessert werden, indem das Offsetlastelement Z_O hinzugefügt wird, ohne den Maßstab der Kalibrierungsschaltung 3 zu vergrößern.
Da jede der in 24 bis 29 gezeigten Anordnungen eine Offsetschaltung beinhaltet, kann die Einstellgenauigkeit für die Charakteristik der Sensorschaltung verbessert werden, während jegliche Zunahme des Schaltungsmaßstabs vermieden wird. Wenn die Anzahl Lastelemente, die durch die Speicherschaltung in der Kalibrierungsschaltung gesteuert werden, um die gleiche Anzahl wie die der Lastelemente in der Offsetschaltung verringert wird, kann der Speicherschaltungsmaßstab zusätzlich verringert werden, während die Einstellgenauigkeit unverändert bleibt.
Gemäß der kapazitiven Sensoreinrichtung zur Erkennung kleiner Muster der vorliegenden Erfindung kann daher die Anzahl Lastelemente zum Einstellen der Charakteristik der Sensorschaltung in der Sensorzelle, die nur etwa 50 μm zum Quadrat groß ist, ohne hohe Integration unter Verwendung von Mikrofabrikation erhöht werden. Aus diesem Grund kann die Einstellgenauigkeit für die Charakteristik der Sensorschaltung verbessert werden, während jegliche Zunahme der Herstellkosten aufgrund der Verwendung von Mikrofabrikation vermieden wird. Wenn die Anzahl Sensorschaltungen unverändert bleibt, kann der Speicherschaltungsmaßstab verringert werden. Daher kann die Herstellausbeute verbessert werden, und die Herstellkosten können verringert werden.
(Zehnte Ausführungsform)
Die in 25 gezeigte zehnte Ausführungsform ist eine Modifikation der in 24 gezeigten Ausführungsform, in der die Offsetschaltung 200 verwendet wird, und die Kalibrierungsschaltung 3 ist aus der Lastschaltung 31 und der Speicherschaltung 32 gebildet, wie in 5.
Wenn ein Offsetlastelement Z_O hinzugefügt wird und eines der Lastelemente Z₁ bis Z_N in der Kalibrierungsschaltung 3 weggelassen wird, kann der Speicherschaltungsmaßstab in der Kalibrierungsschaltung mit dieser Anordnung um ein Bit verringert werden, während die Genauigkeit der Empfindlichkeitseinstellung für die Sensorschaltung unverändert bleibt. Da der Schaltungsmaßstab verringert wird, kann in diesem Fall auch die Ausbeute an kapazitiven Sensoreinrichtungen zur Erkennung kleiner Muster verbessert werden.
(Elfte Ausführungsform)
26 zeigt die elfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als eine Modifikation der 24. Anstelle des Offsetsteuersignals S_OC wird eine Mehrzahl Offsetsteuersignale 1 bis m eingegeben. In diesem Fall ist m eine natürliche Zahl von 2 oder mehr.
Eine Offsetlastschaltung, die die Offsetschaltung 200 darstellt, wird durch die Mehrzahl Offsetsteuersignale 1 bis m gesteuert. Die Offsetschaltung 200 ist aus Reihenverbindungsstrukturen von Offsetlastelementen Z_o1 und Z_o ₂ bis Z_om, die durch die Offsetsteuersignale 1 bis m gesteuert werden, und Schaltelementen 201₁ bis 201_m gebildet. Diese Ausführungsform unterscheidet sich darin von der elften Ausführungsform, dass die Lastschaltung der Sensorzelle m Offsetlastelemente beinhaltet.
Die Offsetlastelemente Z_o1 und Z_o2 bis Z_om werden durch die Offsetsteuersignale 1 bis m gesteuert. Das heißt, dass die Anzahl Lastelemente um m erhöht werden kann, ohne den Maßstab der Speicherschaltung in der Kalibrierungsschaltung zu erhöhen. Daher kann die Empfindlichkeitseinstellgenauigkeit für die Sensorschaltung verbessert werden, indem die Offsetlastelemente Z_o1 und Z_o2 bis Z_om hinzugefügt werden, ohne den Maßstab der Speicherschaltung zu erhöhen. Wenn die Offsetlastelemente Z_o1 und Z_o2 bis Z_om hinzugefügt werden und m Lastelemente der Lastelemente Z₁ bis Z_N in der Kalibrierungsschaltung weggelassen werden, kann der Speicherschaltungsmaßstab in der Kalibrierungsschaltung um m Bits verringert werden, während die Genauigkeit der Empfindlichkeitseinstellung für die Sensorschaltung unverändert bleibt. In diesem Fall kann auch die Ausbeute an kapazitiven Sensoreinrichtungen zur Erkennung kleiner Muster verbessert werden, da der Schaltungsmaßstab verringert wird.
(Zwölfte Ausführungsform)
27 zeigt eine Modifikation der elften Ausführungsform. Die Kalibrierungsschaltung 3 ist aus der Lastschaltung 31 und der Speicherschaltung 32 gebildet, wie in 25. Mit dieser Anordnung können die Effekte der zehnten und elften Ausführungsformen erhalten werden.
(Dreizehnte Ausführungsform)
28 zeigt eine Modifikation der in 24 gezeigten neunten Ausführungsform. 28 unterscheidet sich darin von 24, dass die Einrichtung eine Einstellhalteschaltung 210 zum Halten des eingestellten Werts des Offsetsteuersignals aufweist. Wenn die Einstellhalteschaltung 201 den Wert des Offsetsteuersignals hält, muss der Wert des Offsetsteuersignals nicht immer gehalten werden.
(Vierzehnte Ausführungsform)
Mit Bezug auf 29 wird eine Mehrzahl Offsetsteuersignale verwendet, anders als in der dreizehnten Ausführungsform. Daher weist die Einstellhalteschaltung 210 eine Haltefunktion zum individuellen Halten von Offsetsteuersignalen 1 bis m auf. Der Effekt ist der gleiche wie in der in 28 gezeigten Ausführungsform.
(Fünfzehnte Ausführungsform)
30 zeigt die fünfzehnte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als eine Modifikation der in 20 bis 22 gezeigten Anordnungen. In einer kapazitiven Sensoreinrichtung zur Erkennung kleiner Muster dieser Ausführungsform wird eine Testschaltung 210A zu einer in den oben beschriebenen 20 und 21 gezeigten Sensorzelle 11 hinzugefügt. Die Kalibrierungsschaltung wird unter Verwendung der Testschaltung 210A geprüft.
Mit Bezug auf 30 ist die Testschaltung 210A aus einem Selektor gebildet. Der Selektor wird durch ein Testschaltungssteuersignal gesteuert.
Im normalen Betrieb gibt die Testschaltung 210A, d.h. der Selektor, das Signal von einer Sensorschaltung 21 als Ausgangssignal von der Sensorzelle 11 aus. Wenn die Kalibrierungsschaltung 3 geprüft wird, gibt der Selektor 210A das signifikanteste Bitsignal der Speicherschaltung 34 (n-Bit-Zähler) der Kalibrierungsschaltung 3 als Ausgangssignal von der Sensorzelle 11 aus.
Im Prüfmodus wird zuerst durch eine Datenleitung L_D bestätigt, dass das signifikanteste Bit der Speicherschaltung 34 (n-Bit-Zähler) "0" ausgibt. Ein Kalibrierungsvorgang wird durchgeführt, und der Zähler wird inkrementiert, bis das signifikanteste Bit der Speicherschaltung 34 (n-Bit-Zähler) "1" wird. Es wird durch die Datenleitung L_D bestätigt, dass das signifikanteste Bit der Speicherschaltung 34 (n-Bit-Zähler) "1" ausgibt.
Wie aus der obigen Beschreibung verständlich ist, kann geprüft werden, ob die Speicherschaltung 34 (n-Bit-Zähler) in der Kalibrierungsschaltung 3 normal arbeitet.
(Sechzehnte Ausführungsform)
31 zeigt eine Modifikation der 30, in der die Sensorschaltung 2 mit Spannungs-Zeit-Umwandlungsfunktion eine Testschaltung 211 beinhaltet, und ein Testschaltungssteuersignal wird der Testschaltung 211 eingegeben. Die verbleibenden Elemente sind die gleichen wie in 30, und ihre detaillierte Beschreibung unterbleibt.
Mit Bezug auf 31 ist die Testschaltung 211 aus einer Schwellenschaltung mit Testschaltung aufgebaut. Diese Testschaltung 211 ist aus einer UND-Schaltung 211a und einer NAND-Schaltung 211b gebildet und wird durch ein Testschaltungssteuersignal gesteuert.
Mit Bezug auf 31 wird einem Eingangsanschluss der UND-Schaltung 211a der Testschaltung 211 eine Sensorausgabe A zugeführt. Das Testschaltungssteuersignal und das signifikanteste Bit der Speicherschaltung 34 werden der NAND-Schaltung 211b eingegeben. Die Ausgabe von der NAND-Schaltung 211b wird dem anderen Eingangsanschluss der UND-Schaltung 211a zugeführt.
Wenn sich das Testschaltungssteuersignal auf einem hohen Pegel befindet und der Ausgangswert der Speicherschaltung 34 (n-Bit-Zähler) "0" ist, gibt die Testschaltung 211 die Sensorausgabe A aus. Wenn der Ausgabewert der Speicherschaltung 34 (n-Bit-Zähler) "1" ist, befindet sich die Ausgabe von der Testschaltung 211 fest auf einem niedrigen Pegel.
Wenn sich das Testschaltungssteuersignal auf einem niedrigen Pegel befindet, gibt die Testschaltung 211 im normalen Betrieb das Signal von der Sensorschaltung 2 als Ausgangssignal von der Sensorzelle 11 aus. Wenn die Kalibrierungsschaltung 3 geprüft wird, führt die Testschaltung 211 den oben beschriebenen Vorgang durch das signifikanteste Bitsignal der Speicherschaltung 34 (n-Bit-Zähler) in der Kalibrierungsschaltung 3 aus. Das heißt, dass durch eine Datenleitung L_D bestätigt wird, dass das Signal in der Sensorzelle ausgegeben wird, wenn das signifikanteste Bit des n-Bit-Zählers der Speicherschaltung 34 "0" ausgibt. Das Signal in der Sensorzelle wird durch die Spannungs-Zeit-Umwandlungsschaltung 22 immer von dem niedrigen Pegel auf den hohen Pegel geändert. Dies wird durch die Datenleitung L_D bestätigt.
Zusätzlich wird ein Kalibrierungsvorgang durchgeführt, und der Zähler wird inkrementiert, bis das signifikanteste Bit des n-Bit-Zählers der Speicherschaltung 34 "1" wird. Es wird durch die Datenleitung L_D bestätigt, dass sich das Signal fest auf dem niedrigen Pegel befindet, wenn das signifikanteste Bit des n-Bit-Zählers der Speicherschaltung 34 "1" ausgibt. Es kann geprüft werden, dass der n-Bit-Zähler in der Kalibrierungsschaltung normal arbeitet, indem bestätigt wird, ob sich das Signal durch die Datenleitung ändert oder sich fest auf dem niedrigen Pegel befindet.
Wie oben in den in 30 und 31 gezeigten Ausführungsformen beschrieben, kann in der kapazitiven Sensoreinrichtung zur Erkennung kleiner Muster der vorliegenden Erfindung eine Fehlfunktion der Kalibrierungsschaltung selbst erfasst werden, weil die Sensorzelle eine Testschaltung beinhaltet. Daher kann die Kalibrierungsschaltung in der Sensorzelle mit den Anordnungen der Ausführungsformen vor der Montage geprüft werden, und die Montagekosten können dadurch verringert werden, dass nur fehlerfreie Chips montiert werden.
(Siebzehnte Ausführungsform)
32 zeigt die siebzehnte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese kapazitive Sensoreinrichtung zur Erkennung kleiner Muster ist aus einer Anzahl Sensorzellen 11 gebildet, die in einem zweidimensionalen Aufbau (Array oder Matrix) angeordnet sind, wie in den oben beschriebenen Ausführungsformen.
Mit Bezug auf 32 weist jede Sensorzelle 11 das Erfassungselement 1 und die Sensorschaltung und zusätzlich eine Prüfschaltung 300 auf. In diesem Fall ist die oben beschriebene Ausgangspegelkorrekturschaltung 15 für diese Ausführungsform irrelevant und ist nicht dargestellt.
Die Prüfschaltung 300 gibt durch einen Schalter 304 ein Blindsignal 301A an die Sensorschaltung 2 aus, das einem Erfassungssignal 1A von dem Erfassungselement 1 äquivalent ist. Der Betrieb der Sensorzelle 11 wird kurz beschrieben. Beim Testen einer eigenständigen kapazitiven Sensoreinrichtung zur Erkennung kleiner Muster, bevor die kapazitive Sensoreinrichtung zur Erkennung kleiner Muster in z.B. eine Oberflächenformerkennungseinrichtung eingebaut wird, wird die Sensorschaltung 2 unter Verwendung der Prüfschaltung 300 betrieben, um vor der Montage einen Leistungstest durchzuführen. Im normalen Betrieb wird die Prüfschaltung 300 in den inaktiven Zustand gesetzt, und eine Oberflächenform wird unter Verwendung des Erfassungselements erfasst.
Ein Schaltsteuersignal SW ist ein Signal zum Steuern des Schalters 304. Die Prüfschaltung 300 ist aus einer Blindsignalerzeugungsschaltung 301 gebildet. Die Blindsignalerzeugungsschaltung 301 ist eine Schaltung zum Simulieren eines Erfassungssignals 1A, das von dem Erfassungselement 1 erfasst wird.
Im Testmodus sind die Prüfschaltung 300 und die Sensorschaltung 2 durch den Schalter 304 verbunden, und die Leistung wird bewertet. Normalerweise verbindet der Schalter das Erfassungselement 1 mit der Sensorschaltung 2, und die Prüfschaltung 300 wird von der Sensorschaltung 2 getrennt. Der Schalter 304 kann durch einen Transistor wie z.B. einen MOSFET realisiert sein, der durch das Signal SW EIN/AUS-gesteuert werden kann.
Die Blindsignalerzeugungsschaltung 301 wird durch eine Schaltung zum Simulieren und Ausgeben eines Signals, das dem von dem Erfassungselement 1 äquivalent ist, in Übereinstimmung mit dem Erfassungssignal (Kapazitätswert, Widerstandswert, Spannungswert oder Stromwert), das von dem Erfassungselement 1 erfasst wird, realisiert.
Wie in den oben beschriebenen Ausführungsformen wird ein kapazitives Element als Blindsignalerzeugungsschaltung 301 verwendet, wenn die Oberflächenform des zu erkennenden Gegenstands durch das Erfassungselement 1 als Änderung im Kapazitätswert erfasst wird. Dies kann durch eine PIP-Kapazität oder eine MIM-Kapazität realisiert werden.
(Achtzehnte Ausführungsform)
33 zeigt die achtzehnte Ausführungsform, die die Prüfschaltung 300 verwendet. Wie in der in 32 gezeigten Ausführungsform ist die Einrichtung durch das Erfassungselement 1, die Prüfschaltung 300, die Sensorschaltung 2 und den Schalter 304 gebildet.
Ein Signal SW steuert den Schalter 304. Die Prüfschaltung 300 ist aus einer Blindsignalerzeugungsschaltung 301 gebildet. Diese Blindsignalerzeugungsschaltung 301 ist eine Schaltung zum Simulieren eines Erfassungssignals 1A, das von dem Erfassungselement 1 erfasst wird. Die achtzehnte Ausführungsform unterscheidet sich von der in 32 gezeigten siebzehnten Ausführungsform in der Verbindungsbeziehung des Schalters 304.
Im Testmodus wird der Schalter 304 eingeschaltet, um die Prüfschaltung 300, das Erfassungselement 1 und die Sensorschaltung 2 zu verbinden, und die Leistung wird bewertet. Normalerweise wird der Schalter 304 ausgeschaltet, um die Prüfschaltung 300 von der Sensorschaltung 2 zu trennen. Da der Schalter 304 auf die obige Art verbunden ist und im Testmodus sowohl das Erfassungselement 1 als auch die Prüfschaltung 300 mit der Sensorschaltung 2 verbunden sind, kann die Leistung der Sensorschaltung 2 unter Berücksichtigung des parasitären Effekts des Erfassungselements 1 bewertet werden. Wenn das Erfassungselement 1 zum Beispiel ein kapazitives Element ist, wird tatsächlich auch eine parasitäre Kapazität gebildet, und die Betriebsleistung der Sensorschaltung 2 kann unter Berücksichtigung der parasitären Kapazität bewertet werden. Daher kann die Bewertung mit einer höheren Genauigkeit als in der der in 32 gezeigten siebzehnten Ausführungsform durchgeführt werden.
(Neunzehnte Ausführungsform)
34 zeigt die neunzehnte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Einrichtung ist durch das Erfassungselement 1, die Prüfschaltung 300 und die Sensorschaltung 2 aufgebaut, wie in den oben beschriebenen siebzehnten und achtzehnten Ausführungsformen.
Die Prüfschaltung 300 ist aus einer Blindsignalerzeugungsschaltung 311 gebildet, die in einen aktiven Zustand steuerbar ist. Die Blindsignalerzeugungsschaltung 311 wird durch ein Signal SW in den aktiven oder inaktiven Zustand gesteuert. Die Blindsignalerzeugungsschaltung 311 ist eine Schaltung zum Simulieren eines von dem Erfassungselement erfassten Erfassungssignals 1A.
Die neunzehnte Ausführungsform unterscheidet sich darin von der in 33 gezeigten achtzehnten Ausführungsform, dass der Schalter 304 nicht wegfällt. Im Testmodus wird die Blindsignalerzeugungsschaltung 311 aktiviert, um die Prüfschaltung 300, das Erfassungselement 1 und die Sensorschaltung 2 zu verbinden, und die Leistung wird bewertet. Normalerweise wird die Blindsignalerzeugungsschaltung 311 deaktiviert, um die Prüfschaltung 300 von der Sensorschaltung 2 zu trennen.
Mit dieser Anordnung kann verhindert werden, dass die parasitäre Kapazität oder der parasitäre Widerstand des Schalters 304 mit der Sensorschaltung 2 verbunden wird. Das heißt, dass die Leistung der Sensorschaltung 2 in dem gleichen Zustand wie in dem normalen Zustand bewertet werden kann, weil die parasitäre Kapazität oder der parasitäre Widerstand des Schalters 304 im Testmodus nicht mit der Sensorschaltung 2 verbunden ist.
Daher kann die Bewertung mit höherer Genauigkeit als in der in 33 gezeigten achtzehnten Ausführungsform durchgeführt werden.
35 zeigt das Realisierungsbeispiel der in den aktiven Zustand steuerbaren Blindsignalerzeugungsschaltung 311, die in der in 34 gezeigten Ausführungsform verwendet wird. Die Blindsignalerzeugungsschaltung 311 wird durch eine Schaltung zum Simulieren eines Signals, das dem von dem Erfassungselement 1 äquivalent ist, in Übereinstimmung mit dem Erfassungssignal 1A (Kapazitätswert, Widerstandswert, Spannungswert oder Stromwert), das von dem Erfassungselement 1 erfasst wird, realisiert. Wenn ein kapazitives Element verwendet wird, können der Gate-Anschluss oder die Source- und Drain-Anschlüsse der MOS-Kapazität durch das Signal SW gesteuert werden.
(Zwanzigste Ausführungsform)
In der zwanzigsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Prüfschaltung 300 der siebzehnten Ausführungsform aus zwei oder mehr Blindsignalerzeugungsschaltungen aufgebaut. Die Darstellung ist leicht vorzustellen und wird daher weggelassen. Anders als in der siebzehnten Ausführungsform kann eine Mehrzahl Blindsignale erzeugt werden, da die Prüfschaltung 300 aus zwei oder mehr Blindsignalerzeugungsschaltungen gebildet ist, und es kann ein genauerer Test durchgeführt werden.
(Einundzwanzigste Ausführungsform)
In der einundzwanzigsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Prüfschaltung 300 der in 33 gezeigten achtzehnten Ausführungsform aus zwei oder mehr Blindsignalerzeugungsschaltungen aufgebaut. Die Darstellung ist leicht vorzustellen und wird daher weggelassen. Anders als in der in 33 gezeigten achtzehnten Ausführungsform kann eine Mehrzahl Blindsignale erzeugt werden, da die Prüfschaltung 300 aus zwei oder mehr Blind signalerzeugungsschaltungen gebildet ist, und es kann ein genauerer Test durchgeführt werden.
(Zweiundzwanzigste Ausführungsform)
In der zweiundzwanzigsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Prüfschaltung 300 der in 34 gezeigten neunzehnten Ausführungsform aus zwei oder mehr Blindsignalerzeugungsschaltungen aufgebaut. Die Darstellung ist leicht vorzustellen und wird daher weggelassen. Anders als in der in 34 gezeigten neunzehnten Ausführungsform kann eine Mehrzahl Blindsignale erzeugt werden, da die Prüfschaltung 300 aus zwei oder mehr Blindsignalerzeugungsschaltungen gebildet ist, und es kann ein genauerer Test durchgeführt werden.
Gemäß den in 32 bis 34 gezeigten siebzehnten bis zweiundzwanzigsten Ausführungsformen kann die Leistung der Sensorschaltung unter Verwendung der Prüfschaltung vor der Montage getestet werden, weil die Prüfschaltung verwendet wird und der Sensorschaltung ein elektrischer Änderungsbetrag für die Prüfung wie benötigt zugeführt wird. Wenn der Sensor der vorliegenden Erfindung auf die kapazitive Sensoreinrichtung zur Erkennung kleiner Muster angewendet wird, kann eine Sensoreinrichtung zur Erkennung von Oberflächenformen mit einem Betriebsfehler daher vor der Montage unterschieden werden, und die Montagekosten können verringert werden. Da die Testzeit nach der Montage verringert werden kann, können zusätzlich auch die Testkosten verringert werden. Darüber hinaus kann auch der Produktionsdurchsatz verbessert werden. Wenn die Methode der vorliegenden Erfindung auf eine Sensoreinrichtung zur Erkennung von Oberflächenformen angewendet wird, die bei geringen Kosten massenproduziert werden muss, kann insbesondere die Kostenverringerung und die Verbesserung des Produktionsdurchsatzes effektiv verwirklicht werden.

Claims

Kapazitive Sensoreinrichtung zur Erkennung kleiner Muster, umfassend: eine Anzahl Erfassungselemente (1), die einander benachbart angeordnet sind; eine Anzahl Sensorschaltungen (2, 21), die mit den Erfassungselementen (1) verbunden sind; und für jede Sensorschaltung eine Korrekturschaltung (15) zum Korrigieren eines Ausgangssignalpegels der Sensorschaltung (2, 21), wobei die Ausgangssignalpegelkorrekturschaltung (15) umfasst eine Kalibrierungsschaltung (3), die mit einer Ausgangsseite der Sensorschaltung (2) verbunden ist, eine Kalibrierungsreferenzsignal-Erzeugungsschaltung (7) zum Erzeugen eines Kalibrierungsreferenzsignals und eine Vergleichsschaltung (6, 57) zum Vergleichen eines Ausgangs von der Sensorschaltung (2) mit dem Kalibrierungsreferenzsignal und Zuführen eines Differenzausgangs an die Kalibrierungsschaltung (3) als Steuersignal, wobei die Kalibrierungsschaltung (3) einen Pegel eines Sensorschaltungsausgangs auf Basis des Steuersignals so korrigiert, dass die Differenz zwischen dem Ausgang von der Sensorschaltung (2, 21) und dem Kalibrierungsreferenzsignal null wird.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei eines der Erfassungselemente (1), die mit dem Erfassungselement (1) verbundene Sensorschaltung (2) und mindestens die Kalibrierungsschaltung (3) von Elementen, die die Korrekturschaltung (15) aufbauen, die mit der Ausgangsseite der Sensorschaltung (2) verbunden ist, um den Ausgangssignalpegel zu korrigieren, eine Sensorzelle (11) bilden.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung weiterhin umfasst eine Umwandlungsschaltung (4) zum Umwandeln des von der Sensorschaltung (2) erhaltenen Ausgangssignals durch eine gemeinsame Datenleitung in ein digitales Ausgangssignal und eine Signalbearbeitungsschaltung (5) zum Bearbeiten jedes digitalen Ausgangssignals von der Umwandlungsschaltung, um das Steuersignal zu erzeugen, das die Kalibrierungsschaltung steuert, und zum Ausgeben des Steuersignals durch eine geteilte Steuerleitung an eine Kalibrierungsschaltung entsprechend dem digitalen Ausgangssignal, und wobei die Signalbearbeitungsschaltung (5) die Kalibrierungsreferenzsignal-Erzeugungsschaltung (7) zum Erzeugen des Kalibrierungsreferenzsignals und die Vergleichsschaltung (6) zum Vergleichen des Ausgangs von der Sensorschaltung (2) mit dem Kalibrierungsreferenzsignal und zum Zuführen des Differenzausgangs an die Kalibrierungsschaltung (3) umfasst.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung weiterhin umfasst eine Umwandlungsschaltung (4) zum Umwandeln des von der Sensorschaltung (2) erhaltenen Ausgangssignals durch eine gemeinsame Datenleitung in ein digitales Ausgangssignal und eine Signalbearbeitungsschaltung (5) zum Bearbeiten jedes digitalen Ausgangssignals von der Umwandlungsschaltung (4), um das Steuersignal zum Steuern der Kalibrierungsschaltung zu erzeugen, und eine Halteschaltung (52) zum Halten eines Ausgangs von der Signalbearbeitungsschaltung (5), wobei die Signalbearbeitungsschaltung (5) die Kalibrierungsreferenzsignal-Erzeugungsschaltung (7) zum Erzeugen des Kalibrierungsreferenzsignals und die Vergleichsschaltung (6) zum Vergleichen des Ausgangs von der Sensorschaltung (2) mit dem Kalibrierungsreferenzsignal und zum Zuführen des Differenzausgangs an die Kalibrierungsschaltung (3) umfasst und ein Ausgang von der Halteschaltung (52) an die Kalibrierungsschaltung entsprechend dem digitalen Ausgangssignal durch die gemeinsame Datenleitung ausgegeben wird.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung weiterhin umfasst eine Umwandlungsschaltung (4) zum Umwandeln des Ausgangs von der Sensorschaltung (2) in ein digitales Ausgangssignal durch eine gemeinsame Datenleitung und eine Signalbearbeitungsschaltung (5) zum Empfangen des Ausgangs von der Sensorschaltung (2) und zum Erzeugen des Steuersignals zum Steuern der Kalibrierungsschaltung (3), wobei die Signalbearbeitungsschaltung (5) die Kalibrierungsreferenzsignal-Erzeugungsschaltung (7) zum Erzeugen des Kalibrierungsreferenzsignals und die Vergleichsschaltung (6) zum Vergleichen des Ausgangs von der Sensorschaltung (2) mit dem Kalibrierungsreferenzsignal und zum Zuführen des Differenzausgangs an die Kalibrierungsschaltung (3) umfasst und ein Ausgang von der Signalbearbeitungsschaltung (5) durch eine Steuerleitung an die Kalibrierungsschaltung (3) ausgegeben wird.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung weiterhin umfasst eine Umwandlungsschaltung (4) zum Umwandeln des von der Sensorschaltung (2) erhaltenen Ausgangssignals durch eine gemeinsame Datenleitung in ein digitales Ausgangssignal und eine Signalbearbeitungsschaltung (5) zum Bearbeiten des Ausgangssignals von der Sensorschaltung (2), um das Steuersignal zum Steuern der Kalibrierungsschaltung zu erzeugen, wobei die Signalbearbeitungsschaltung (5) die Kalibrierungsreferenzsignal-Erzeugungsschaltung (7) zum Erzeugen des Kalibrierungsreferenzsignals, die Vergleichsschaltung (6) zum Vergleichen des Ausgangs von der Sensorschaltung (2) mit dem Kalibrierungsreferenzsignal und zum Zuführen des Differenzausgangs an die Kalibrierungsschaltung (3) und eine Halteschaltung (52) zum Halten eines Ausgangs von der Vergleichsschaltung (6) umfasst und ein Ausgang von der Signalbearbeitungsschaltung (5) durch die gemeinsame Datenleitung als Steuersignal an eine entsprechende Kalibrierungsschaltung (3) ausgegeben wird.
Einrichtung nach Anspruch 2, wobei die Einrichtung weiterhin umfasst eine Umwandlungsschaltung (4) zum Umwandeln des von der Sensorschaltung (2) erhaltenen Ausgangssignals durch eine gemeinsame Datenleitung in ein digitales Ausgangssignal, und wobei die Ausgangssignalpegel-Korrekturschaltung (15) zusätzlich zu der Kalibrierungsschaltung (3) die Vergleichsschaltung (6) zum Vergleichen des Ausgangs von der Sensorschaltung (2) mit dem Kalibrierungsreferenzsignal und zum Zuführen des Differenzausgangs an die Kalibrierungsschaltung (3) umfasst.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Sensorschaltung (2) eine Sensorschaltung (21) mit Spannungs-Zeit-Umwandlungsfunktion zum Umwandeln eines Ausgangssignals, das einem elektrischen Änderungsbetrag vom entsprechenden Erfassungselement (1) entspricht, in ein Signal, das sich in einer Richtung der Zeitachse ändert, umfasst und die Vergleichsschaltung (57) ein Spannungs-Zeit-Umwandlungssignal als Ausgang von der Sensorschaltung (21) mit dem Kalibrierungsreferenzsignal vergleicht und ein Differenzsignal als Steuersignal an die Kalibrierungsschaltung (3) ausgibt.
Einrichtung nach Anspruch 8, weiterhin umfassend eine Umwandlungsschaltung (4) zum Umwandeln des Ausgangs von der Sensorschaltung (21) in ein digitales Ausgangssignal durch eine gemeinsame Datenleitung.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Kalibrierungsschaltung (3) umfasst eine Lastschaltung (31) mit mindestens einem Lastelement, das mit der Sensorschaltung (2, 21) verbunden ist, und eine Speicherschaltung (32) zum Ausführen einer Verbindungssteuerung für das Lastelement (31) an die Sensorschaltung auf Basis von gespeicherten Inhalten, die durch das Steuersignal aktualisiert werden.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Kalibrierungsschaltung (3) umfasst eine Lastschaltung (31) mit mindestens einem Lastelement, das mit der Sensorschaltung (2, 21) verbunden ist, und ein Schieberegister (33) zum Ausführen einer Verbindungssteuerung für das Lastelement an die Sensorschaltung (2, 21) auf Basis von gespeicherten Inhalten, die durch das Steuersignal aktualisiert werden.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Kalibrierungsschaltung (3) umfasst eine Lastschaltung (31) mit mindestens einem Lastelement, das mit der Sensorschaltung (2, 21) verbunden ist, und eine Zählerschaltung (34) zum Ausführen einer Verbindungssteuerung für das Lastelement an die Sensorschaltung (2, 21) auf Basis von gespeicherten Inhalten, die durch das Steuersignal aktualisiert werden.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Kalibrierungsschaltung (3) eine Lastschaltung (31) umfasst, wobei die Lastschaltung einen Schalter zum selektiven Verbinden einer Mehrzahl Lastelemente mit der Sensorschaltung (2, 21) auf Basis von gespeicherten Inhalten von Speicherkapazitäten umfasst, die in ihrer Anzahl den Lastelementen gleich sind.
Einrichtung nach Anspruch 13, wobei die Kalibrierungsschaltung (3) die Lastschaltung (31) umfasst, die aus einer Mehrzahl Lastelemente gebildet ist, wobei die Lastelemente Elemente umfassen, die auf Basis von gespeicherten Inhalten von Speicherkapazitäten, die in ihrer Anzahl den Lastelementen gleich sind, selektiv in einen aktiven Zustand oder einen inaktiven Zustand gesteuert werden.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Sensorschaltung (2, 21) eine Signalverstärkungsschaltung zum Verstärken und Ausgeben eines Signalpegels vom Erfassungselement (1) umfasst und die Einrichtung weiterhin eine Empfindlichkeitseinstellschaltung (160, 160', 160'') zum Einstellen einer Verstärkung der Signalverstärkungsschaltung umfasst.
Einrichtung nach Anspruch 2, wobei die Sensorzellen zweidimensional ausgelegt sind und jede der Sensorzellen eine Offset-Schaltung (200) zum Einstellen einer Erfassungsempfindlichkeit der Sensorschaltung (2, 21) umfasst.
Einrichtung nach Anspruch 16, wobei die Offset-Schaltung (200) durch ein Offset-Steuersignal gesteuert ist.
Einrichtung nach Anspruch 16, wobei den Sensorzellen das Offset-Steuersignal zum Steuern der Offset-Schaltung gemeinsam ist und die Einrichtung weiterhin eine Einstellhalteschaltung zum Halten eines eingestellten Werts des Offset-Steuersignals umfasst.
Einrichtung nach Anspruch 16, wobei die Offset-Schaltung (200) eine Lastschaltung mit mindestens einem Lastelement und einem Schalter zum selektiven Verbinden des Lastelements mit der Sensorschaltung (2, 21) umfasst.
Einrichtung nach Anspruch 16, wobei die Offsetschaltung (200) eine Lastschaltung (31) mit einer Mehrzahl Lastelemente umfasst, wobei jedes der Lastelemente ein Element umfasst, das selektiv in einen aktiven Zustand oder einen inaktiven Zustand gesteuert wird.
Einrichtung nach Anspruch 2, weiterhin umfassend eine Testschaltung (210A, 211), die für jede Sensorschaltung (2, 21) der Sensorzelle angeordnet ist, um die Kalibrierungsschaltung (3) zu prüfen.
Einrichtung nach Anspruch 21, wobei ein Testschaltungssteuersignal zum Steuern der Testschaltung (210A) von den Sensorzellen geteilt wird.
Einrichtung nach Anspruch 22, wobei die Testschaltung (210A) einen Selektor (210A) zum Ausgeben des Signals von der Sensorschaltung (2, 21) oder des Signals von der Kalibrierungsschaltung (3) als Sensorzellenausgang umfasst.
Einrichtung nach Anspruch 21, wobei die Testschaltung (211) eine Schwellenschaltung (211) umfasst, die durch das Signal von der Kalibrierungsschaltung gesteuert ist, um das Signal von der Sensorschaltung (2, 21) auszugeben oder den Ausgangspegel festzulegen.
Einrichtung nach Anspruch 24, wobei die Kalibrierungsschaltung eine Zählerschaltung beinhaltet und das signifikanteste Bitsignal der Zählerschaltung als Signal der Testschaltung (211) verwendet.
Einrichtung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend eine Prüfschaltung (300) zum Zuführen eines elektrischen Änderungsbetrags an die Sensorschaltung (2) zur Prüfung.
Einrichtung nach Anspruch 26, weiterhin umfassend einen Schalter (304) zum selektiven Verbinden des Erfassungselements (1) oder der Prüfschaltung (300) mit der Sensorschaltung (2).
Einrichtung nach Anspruch 26, weiterhin umfassend einen Schalter zum Schalten der Prüfschaltung (300) in einen aktiven Zustand oder einen inaktiven Zustand.
Einrichtung nach Anspruch 26, wobei die Prüfschaltung (300) eine Blindsignalerzeugungsschaltung (311) zum Simulieren und Ausgeben eines elektrischen Änderungsbetrags von dem Erfassungselement (1) umfasst.