JP2000076425A - Contact type shape measuring instrument - Google Patents

Contact type shape measuring instrument

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JP2000076425A
JP2000076425A JP10262269A JP26226998A JP2000076425A JP 2000076425 A JP2000076425 A JP 2000076425A JP 10262269 A JP10262269 A JP 10262269A JP 26226998 A JP26226998 A JP 26226998A JP 2000076425 A JP2000076425 A JP 2000076425A
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JP
Japan
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light
substrate
fingerprint
sensor
voltage
Prior art date
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Pending
Application number
JP10262269A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroyasu Yamada
裕康 山田
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Casio Computer Co Ltd
Original Assignee
Casio Computer Co Ltd
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Publication date
Application filed by Casio Computer Co Ltd filed Critical Casio Computer Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make reducible the thickness of the whole of a shape measuring instrument and to measure the recess and projection of a fingerprint as an image of high contrast. SOLUTION: This instrument consists of a sensor matrix array 1 obtained by arranging plural double gate sensors 11 on a glass substrate 10 in the state of a matrix, a contacting surface substrate 2 provided opposed to the arranging surfaces of the sensors 11 of the array 1, a gel light absorbing film 3 laminated on the substrate 2 and a back light 4 provided on a side opposite to the arranging surface of the sensor 11 of the array 1. The film 3 can easily vary its shape according to the recess/projection of the fingerprint and at the projecting part of the fingerprint, the thickness of the layer is reduced and a light absorbing quantity is reduced. At the recess part of the fingerprint, the material of the film 3 pushed out from the projection part infiltrates, thereby the thickness of the layer is increased and the absorption of light is increased.

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、指紋などの凹凸パ
ターンを計測するのに好適な接触型形状計測装置に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a contact-type shape measuring device suitable for measuring an uneven pattern such as a fingerprint.

【0002】[0002]

【従来の技術】指紋は、各個人で特有の形状を有するも
のであり、パターンマッチングによる照合も行いやすい
ことから、特定の個人を識別するために広く用いられて
いる。このように個人の識別のための対象となる指紋の
パターンを計測する指紋センサとして、従来、図6に示
すようなものが用いられていた。
2. Description of the Related Art Fingerprints have a specific shape for each individual, and are easily used for pattern matching. Therefore, fingerprints are widely used for identifying specific individuals. Conventionally, as shown in FIG. 6, a fingerprint sensor for measuring a fingerprint pattern to be used for personal identification has been used.

【0003】図6に示す指紋センサは、全反射フィルム
50aを貼付した直角プリズム50と、光源51と、レ
ンズ52と、フォトセンサとしてのCCD(Charge Cou
pledDevice)53とから構成されている。この指紋セン
サで指紋のパターンを計測する場合には、計測対象とな
る指紋の面を全反射フィルム50aに接触させるよう、
指FGを直角プリズム50上に載置する。
The fingerprint sensor shown in FIG. 6 includes a right-angle prism 50 to which a total reflection film 50a is attached, a light source 51, a lens 52, and a CCD (Charge Cou) as a photo sensor.
pledDevice) 53. When a fingerprint pattern is measured by this fingerprint sensor, the surface of the fingerprint to be measured is brought into contact with the total reflection film 50a.
The finger FG is placed on the right-angle prism 50.

【0004】この状態で、光源51から直角プリズム5
0に入射した光は、全反射フィルム50aの指紋の凸部
(実際には、この部分のみが全反射フィルム50と接触
する)で光が吸収され、また、指紋の凹部でほぼ全反射
され、レンズ52によってCCD53に結像される。そ
して、CCD53が結像された光を検知することで、指
紋のパターンを計測する。
In this state, the right-angle prism 5 is
The light incident on 0 is absorbed by the convex portion of the fingerprint of the total reflection film 50a (actually, only this portion contacts the total reflection film 50), and is almost totally reflected by the concave portion of the fingerprint. An image is formed on the CCD 53 by the lens 52. Then, the CCD 53 detects the imaged light to measure the fingerprint pattern.

【0005】しかしながら、上記従来例の指紋センサで
は、直角プリズム50によって光源51からの光の角度
を変える必要があり、さらにレンズ52によってCCD
53に結像させなければならなかった。このため、装置
全体を薄型に構成することは困難であった。また、全反
射フィルム50aへの接触の有無による反射光量の違い
を検知しなければならないため、コントラストの高い像
として指紋のパターンを計測することが困難であった。
However, in the above-described conventional fingerprint sensor, it is necessary to change the angle of the light from the light source 51 by the right-angle prism 50, and furthermore, the CCD by the lens 52.
53 had to be imaged. For this reason, it was difficult to make the entire apparatus thin. In addition, since it is necessary to detect a difference in the amount of reflected light depending on whether or not there is contact with the total reflection film 50a, it has been difficult to measure a fingerprint pattern as an image with high contrast.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の問題点を解消するためになされたものであり、装置
全体を薄型化することが可能であると共に、コントラス
トの高い像として凹凸の形状を計測することができる、
指紋センサなどに好適な接触型形状計測装置を提供する
ことを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and it is possible to reduce the thickness of the entire apparatus and to obtain a high-contrast image with unevenness. The shape can be measured,
An object of the present invention is to provide a contact-type shape measuring device suitable for a fingerprint sensor or the like.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の接触型形状計測装置は、凹凸を有する計測
対象の該凹凸の形状を計測するものであって、所定の波
長の光を検知する複数の光検知手段が縦横に所定の配列
で配置され、少なくとも前記光検知手段の配置面の反対
面から前記配置面の方向に、前記所定の波長の光に対し
て光透過性を有する第1の基板と、前記第1の基板の前
記光検知手段の配置面に対向し、前記所定の波長の光に
対して光透過性を有する第2の基板と、前記第2の基板
上の前記第1の基板側と反対面に積層され、前記所定の
波長の光に対して光吸収性を有し、かつ載置された前記
計測対象の凹凸に従って形状を変化させる光吸収体と、
前記複数の光検知手段のそれぞれの検知結果を読み出す
光読み出し手段とを備え、前記複数の光検知手段は、前
記計測対象が前記光吸収体上に載置されている状態にお
いて、前記第1の基板の前記光検知手段の反対面から照
射され、前記計測対象の表面で反射された光を検知する
ことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a contact type shape measuring apparatus of the present invention measures the shape of an unevenness of a measurement object having unevenness, and emits light of a predetermined wavelength. A plurality of light detecting means for detection are arranged in a predetermined arrangement vertically and horizontally, and at least in a direction from the surface opposite to the arrangement surface of the light detection means to the arrangement surface, have light transmissivity for the light of the predetermined wavelength. A first substrate, a second substrate facing a surface of the first substrate on which the light detection means is arranged, and having a light transmitting property with respect to the light of the predetermined wavelength; A light absorber laminated on the surface opposite to the first substrate side, having a light absorbing property for the light of the predetermined wavelength, and changing a shape according to the unevenness of the mounted measurement target;
Light reading means for reading a detection result of each of the plurality of light detection means, wherein the plurality of light detection means is configured to store the first object in a state where the measurement target is placed on the light absorber. The light emitted from the opposite side of the light detection means of the substrate and reflected on the surface of the measurement target is detected.

【0008】上記の接触型形状計測装置では、第1の基
板の光検知手段の反対面から照射された光は、第2の基
板、光吸収体へと入射する。ここで、光吸収体の上に計
測対象が載置されている場合には、光吸収体の厚さは計
測対象の凹凸に従って変化する。すなわち、計測対象の
凸部では光吸収体の厚さが薄く、光吸収量が少ない。一
方、凹部では光吸収体の厚さが厚く、光吸収量が大き
い。このため、さらに計測対象の表面で反射し、再び光
吸収体、第2の基板を通って各光検知手段に入射する光
の量は、凸部に対応するもので大きく、凹部に対応する
もので小さい。
[0008] In the above-mentioned contact type shape measuring apparatus, the light emitted from the opposite surface of the first substrate from the light detecting means enters the second substrate and the light absorber. Here, when the measurement target is placed on the light absorber, the thickness of the light absorber changes according to the unevenness of the measurement target. That is, the thickness of the light absorber is small at the convex portion to be measured, and the light absorption amount is small. On the other hand, in the concave portion, the thickness of the light absorber is large, and the light absorption amount is large. Therefore, the amount of light reflected on the surface of the object to be measured and again incident on each light detecting means through the light absorber and the second substrate is large corresponding to the convex portion and large for the concave portion. And small.

【0009】このように、上記の接触型形状計測装置で
は、計測対象の凹凸形状に従って光吸収体による光の吸
収量が変わる。このため、光検知手段の検知する光の明
暗に計測対象の凸部と凹部とで明らかな差が得られるよ
うになり、読み出し手段は、計測対象の凹凸形状を、高
コントラストの像として得ることができる。
As described above, in the above-mentioned contact-type shape measuring device, the amount of light absorbed by the light absorber changes according to the uneven shape of the object to be measured. For this reason, a clear difference can be obtained between the convex and concave portions of the measurement target in the brightness of the light detected by the light detection unit, and the reading unit obtains the uneven shape of the measurement target as a high-contrast image. Can be.

【0010】また、上記の接触型形状計測装置は、概略
として平面型に構成できる第1、第2の基板を重ねた構
造とすればよい。また、計測用の光を発する光源を用い
る場合にも、さらに平面光源を重ねた構造とすればよ
い。このため、装置全体を薄型に構成することができ
る。
The above-mentioned contact-type shape measuring apparatus may have a structure in which first and second substrates, which can be configured as a schematic planar type, are stacked. Further, when a light source that emits light for measurement is used, a structure in which planar light sources are further stacked may be used. Therefore, the entire apparatus can be configured to be thin.

【0011】上記の接触型形状計測装置において、前記
光吸収体は、例えば、前記計測対象の凹凸に従って形状
を変化させるゲル状の物質によって構成される。
In the above contact type shape measuring device, the light absorber is made of, for example, a gel-like substance whose shape changes according to the unevenness of the object to be measured.

【0012】すなわち、このようなゲル状の物質は、光
吸収体が第2の基板上から流動してしまうことがなく、
一方、計測対象を載置した時に押圧されて容易にその形
状を変化することできる。従って、このようなゲル状の
物質は、光吸収体を構成する物質として適したものとな
る。
That is, such a gel-like substance does not cause the light absorber to flow from the second substrate.
On the other hand, when the measurement object is placed, it is pressed and its shape can be easily changed. Therefore, such a gel-like substance is suitable as a substance constituting the light absorber.

【0013】上記の接触型形状計測装置において、前記
複数の光検知手段はそれぞれ、前記第1の基板側に形成
され、前記反対面から照射された光に対して遮光性を有
する第1のゲート電極と、前記第2の基板側に形成さ
れ、前記計測対象から反射されて照射された光に対して
透過性を有する第2のゲート電極と、前記第1、第2の
ゲート電極の間にそれぞれ絶縁体を介して介在し、前記
第2のゲート電極を介して入射された光の光量とに応じ
て内部にキャリアを発生し、前記キャリア及び前記第
1、第2のゲート電極に印加された電圧に応じてチャネ
ルを形成する半導体層と、前記半導体層に接続され、定
電圧が供給されるドレイン電極と、前記半導体層を挟ん
で前記ドレイン電極と離間して形成され、接地されてい
るソース電極とを備え、前記光読み出し手段は、前記第
1のゲート電極を前記複数の光検知手段の一定単位毎で
選択し、前記半導体層にチャネルを形成させるための電
圧を印加する第1の駆動回路と、前記第2のゲート電極
を前記一定単位毎で選択し、前記半導体層内にキャリア
を蓄積させるための電圧を印加する第2の駆動回路と、
前記ドレイン電極への定電圧の供給を制御する電圧供給
スイッチと、前記ドレイン電極の電位を読み出す読み出
しスイッチと、前記第1、第2の駆動回路、前記電圧供
給スイッチ及び前記読み出しスイッチを制御する制御装
置とを備えるものとすることができる。
In the above contact type shape measuring apparatus, the plurality of light detecting means are each formed on the first substrate side and have a first gate having a light shielding property for light emitted from the opposite surface. An electrode, a second gate electrode formed on the second substrate side and having a light-transmitting property with respect to light reflected and irradiated from the measurement object, and between the first and second gate electrodes. Each intervenes through an insulator, and generates a carrier inside according to the amount of light incident through the second gate electrode, and the carrier is applied to the carrier and the first and second gate electrodes. A semiconductor layer forming a channel in accordance with the applied voltage, a drain electrode connected to the semiconductor layer and supplied with a constant voltage, and formed separately from the drain electrode with the semiconductor layer interposed therebetween and grounded. With a source electrode A first drive circuit that selects the first gate electrode for each predetermined unit of the plurality of light detection units, and applies a voltage for forming a channel in the semiconductor layer; A second drive circuit for selecting a second gate electrode for each of the predetermined units and applying a voltage for accumulating carriers in the semiconductor layer;
A voltage supply switch for controlling supply of a constant voltage to the drain electrode, a read switch for reading the potential of the drain electrode, and control for controlling the first and second drive circuits, the voltage supply switch, and the read switch And a device.

【0014】すなわち、このような光検知手段は、光を
検知する機能だけでなく、縦横に所定の配列で配置され
た複数の光検知手段のうちのどれを選択するかという機
能を兼ねることができる。従って、このような光検知手
段では、その選択のための素子を別途設ける必要がない
ので、第1の基板上に高密度に配置することができ、計
測対象の凹凸形状を高精細の画像データとして得ること
が可能となる。
That is, such a light detecting means may have not only a function of detecting light but also a function of selecting one of a plurality of light detecting means arranged in a predetermined arrangement in the vertical and horizontal directions. it can. Therefore, in such a light detecting means, since it is not necessary to separately provide an element for selecting the light detecting means, the light detecting means can be arranged at high density on the first substrate, and the unevenness of the measurement object can be expressed in high-resolution image data. It is possible to obtain as.

【0015】また、上記の接触型形状計測装置は、前記
所定の波長の光を発光し、前記第1の基板の前記光検知
手段の配置面の反対面から前記第1の基板を介して前記
第2の基板に照射する光源をさらに備えるものとするこ
とができる。
Further, the above-mentioned contact-type shape measuring device emits light of the predetermined wavelength, and the light from the surface of the first substrate opposite to the surface on which the light detecting means is arranged is provided via the first substrate. A light source for irradiating the second substrate may be further provided.

【0016】なお、上記の接触型形状計測装置には、計
測対象として指紋を適用することができる。すなわち、
上記の接触型形状計測装置は、指紋のパターンを計測す
る指紋センサに適用することを好適とするものである。
Note that a fingerprint can be applied to the above-mentioned contact type shape measuring device as a measurement target. That is,
The above-described contact-type shape measuring apparatus is preferably applied to a fingerprint sensor that measures a fingerprint pattern.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明の実施の形態について説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

【0018】[第1の実施の形態]図1は、この実施の
形態にかかる指紋センサの構造を示す断面図である。図
示するように、この指紋センサは、複数のダブルゲート
センサ11がガラス基板10上にマトリクス状に配置さ
れたセンサマトリクスアレイ1と、センサマトリクスア
レイ1のダブルゲートセンサ11の配置面に対向して設
けられた接触面基板2と、接触面基板2の上に積層され
たゲル光吸収膜3と、センサマトリクスアレイ1のダブ
ルゲートセンサ11の配置面の反対側に設けられたバッ
クライト4とから構成されている。
[First Embodiment] FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a fingerprint sensor according to this embodiment. As shown in the figure, this fingerprint sensor is arranged such that a plurality of double gate sensors 11 are arranged in a matrix on a glass substrate 10 and a sensor matrix array 1 is opposed to an arrangement surface of the double gate sensors 11 of the sensor matrix array 1. The contact surface substrate 2 provided, the gel light absorbing film 3 laminated on the contact surface substrate 2, and the backlight 4 provided on the sensor matrix array 1 on the opposite side of the arrangement surface of the double gate sensor 11. It is configured.

【0019】センサマトリクスアレイ1は、バックライ
ト4が発した光を透過し、接触面基板2に入射させるガ
ラス基板10と、ガラス基板10上にマトリクス状に形
成され、後述するように計測対象となる指紋の表面で反
射された光を検知するダブルゲートセンサ11とから構
成される。また、ガラス基板10上のダブルゲートセン
サ11の形成されていない部分には、ITO(Indium T
in Oxide)などの透明電極からなる、後述するデータラ
イン、トップゲートライン、ボトムゲートラインが形成
されている。なお、ダブルゲートセンサ11について
は、さらに詳しく後述する。
The sensor matrix array 1 transmits a light emitted from the backlight 4 and makes it incident on the contact surface substrate 2, and is formed on the glass substrate 10 in a matrix, and serves as a measurement target as described later. And a double gate sensor 11 for detecting light reflected on the surface of the fingerprint. In addition, a portion of the glass substrate 10 where the double gate sensor 11 is not formed is provided with ITO (Indium T
A data line, a top gate line, and a bottom gate line, which will be described later, are formed of transparent electrodes such as in Oxide. The double gate sensor 11 will be described later in more detail.

【0020】接触面基板2は、透明のガラスまたはプラ
スチックプレートなどによって構成され、ガラス基板1
0を介してバックライト4から照射された光が入射され
る。入射された光は、さらにゲル光吸収膜3に入射す
る。また、後述するようにゲル光吸収膜3を構成する物
質が、指紋の凸部により押し出され、接触面基板2に指
紋が接触する場合には、入射された光はその界面で反射
する。
The contact surface substrate 2 is made of a transparent glass or plastic plate or the like.
Light emitted from the backlight 4 is incident through the light emitting device 0. The incident light further enters the gel light absorbing film 3. Further, as described later, when the substance constituting the gel light absorbing film 3 is pushed out by the convex portion of the fingerprint and the fingerprint comes into contact with the contact surface substrate 2, the incident light is reflected at the interface.

【0021】ゲル光吸収膜3は、バックライト4が発
し、接触面基板2から入射した光を高効率で吸収する。
ゲル光吸収膜3は、高分子カルボン酸、高分子スルホン
酸などの高分子アニオンを架橋させることによって得ら
れる、綱目構造を有する高分子鎖と後述するバックライ
ト4の発光波長域のうちダブルゲートセンサ11の半導
体層を励起する波長域の光を吸収する顔料とによって構
成される。なお、このような高分子アニオンを重合によ
り生成するモノマーの例を、下記の化学式1〜4に示
す。
The gel light absorbing film 3 absorbs light emitted from the backlight 4 and incident from the contact surface substrate 2 with high efficiency.
The gel light absorbing film 3 is formed by cross-linking a polymer anion such as a polymer carboxylic acid or a polymer sulfonic acid. And a pigment that absorbs light in a wavelength range that excites the semiconductor layer of the sensor 11. In addition, examples of the monomer that generates such a polymer anion by polymerization are shown in the following chemical formulas 1 to 4.

【0022】[0022]

【化1】 Embedded image

【0023】[0023]

【化2】 Embedded image

【0024】[0024]

【化3】 Embedded image

【0025】[0025]

【化4】 Embedded image

【0026】ゲル光吸収膜3は、上記のようなゲル高分
子鎖で構成されていることにより、指紋FPを接触面基
板2上に置いた時に、指紋FPの凹凸形状に従って容易
にその形状を変化させることができる。そして、図2に
示すように、ゲル光吸収膜3が指紋FPの凸部cvから
凹部ccに押し出され、凸部cvにおいてその層厚が薄
くなり、光の吸収量が小さくなる。一方、指紋の凹部c
cには、凸部cvから押し出されたゲル光吸収膜3が回
り込むことからその層厚が厚くなり、光の吸収量が大き
くなる。
Since the gel light absorbing film 3 is composed of the gel polymer chains as described above, when the fingerprint FP is placed on the contact surface substrate 2, the shape thereof can be easily changed according to the uneven shape of the fingerprint FP. Can be changed. Then, as shown in FIG. 2, the gel light absorbing film 3 is extruded from the convex portion cv of the fingerprint FP into the concave portion cc, and the layer thickness of the convex portion cv is reduced, and the light absorption amount is reduced. On the other hand, the concave portion c of the fingerprint
Since the gel light absorbing film 3 extruded from the convex portion cv goes around c, the layer thickness is increased, and the light absorption amount is increased.

【0027】図1のバックライト4は、一面フラットな
有機EL素子によって構成される。バックライト4を構
成する有機EL素子は、MgAg、MgIn、Al−L
iなどからなるカソード電極と、透明のITOなどから
なるアノード電極との間に有機EL層を挟み込んだ構造
となっている。この有機EL層は、例えば、カソード電
極側に形成されたBebq2からなる電子輸送性発光層
と、アノード電極側に形成されたα−NPDからなる正
孔輸送層との二層構造を有している。有機EL層は、駆
動回路(図示せず)からアノード電極とカソード電極と
の間に所定の電圧を印加することにより、所定の波長域
の光を発光する。なお、バックライト4は、透明のアノ
ード電極をガラス基板10側として配置され、有機EL
層で発した光を電極、ガラス基板10を介して接触面基
板2に入射する。
The backlight 4 shown in FIG. 1 is composed of a flat organic EL element. The organic EL elements constituting the backlight 4 are made of MgAg, MgIn, Al-L
The organic EL layer is sandwiched between a cathode electrode made of i or the like and an anode electrode made of transparent ITO or the like. This organic EL layer has, for example, a two-layer structure of an electron transporting light emitting layer made of Bebq2 formed on the cathode electrode side and a hole transporting layer made of α-NPD formed on the anode electrode side. I have. The organic EL layer emits light in a predetermined wavelength range when a predetermined voltage is applied between an anode electrode and a cathode electrode from a driving circuit (not shown). The backlight 4 has a transparent anode electrode disposed on the glass substrate 10 side, and is provided with an organic EL.
Light emitted from the layer is incident on the contact surface substrate 2 via the electrode and the glass substrate 10.

【0028】以下、センサマトリクスアレイ1における
ダブルゲートセンサ11について、図3、図4を参照し
て詳しく説明する。
Hereinafter, the double gate sensor 11 in the sensor matrix array 1 will be described in detail with reference to FIGS.

【0029】まず、ダブルゲートセンサ11の構造につ
いて、図3の断面図を参照して説明する。図3に基づ
き、ダブルゲートセンサ11の構造を説明すると、ま
ず、光反射性を有し、ガラス基板10側からの光を遮る
金属材料からなるボトムゲート電極113がガラス基板
10上に形成され、さらにボトムゲート電極113を覆
うように、透明な窒化シリコン(SiN)からなるボト
ムゲート絶縁膜114がガラス基板10上に形成されて
いる。
First, the structure of the double gate sensor 11 will be described with reference to the sectional view of FIG. The structure of the double gate sensor 11 will be described with reference to FIG. 3. First, a bottom gate electrode 113 made of a metal material having light reflectivity and blocking light from the glass substrate 10 is formed on the glass substrate 10. Further, a bottom gate insulating film 114 made of transparent silicon nitride (SiN) is formed on the glass substrate 10 so as to cover the bottom gate electrode 113.

【0030】ボトムゲート絶縁膜114上のボトムゲー
ト電極113と対向する位置には、i型アモルファスシ
リコン(i−a−Si)からなる半導体層115が形成
されている。さらに、半導体層115を挟んで、ITO
からなるソース電極116及びドレイン電極117が形
成されている。ソース電極116及びドレイン電極11
7は、それぞれリン(P)などのV属元素が拡散された
アモルファスシリコン(i−a−Si)からなるn+
リコン層118、119を介して半導体層115と接続
されている。
A semiconductor layer 115 made of i-type amorphous silicon (ia-Si) is formed on the bottom gate insulating film 114 at a position facing the bottom gate electrode 113. Further, with the semiconductor layer 115 interposed, ITO
A source electrode 116 and a drain electrode 117 are formed. Source electrode 116 and drain electrode 11
Reference numeral 7 is connected to the semiconductor layer 115 via n + silicon layers 118 and 119 made of amorphous silicon (ia-Si) in which a group V element such as phosphorus (P) is diffused.

【0031】さらに、半導体層115、ソース電極11
6及びドレイン電極117を覆うように、透明な窒化シ
リコン(SiN)からなるトップゲート絶縁膜110が
形成されている。そして、トップゲート絶縁膜110上
の半導体層115と対向する位置に、透明なITOから
なるトップゲート電極111が形成されている。
Further, the semiconductor layer 115 and the source electrode 11
A top gate insulating film 110 made of transparent silicon nitride (SiN) is formed so as to cover 6 and drain electrode 117. A top gate electrode 111 made of transparent ITO is formed on the top gate insulating film 110 at a position facing the semiconductor layer 115.

【0032】なお、このようなダブルゲートセンサ11
が形成されていない位置において、ガラス基板10上に
はボトムゲート電極113に接続するボトムゲートライ
ンBLが形成されている。また、ボトムゲート絶縁膜1
14とトップゲート絶縁膜110との間にはドレイン電
極117に接続するデータラインDLとソース電極11
6に接続する接地ラインとが、それぞれ形成されてい
る。さらに、トップゲート絶縁膜110上にはトップゲ
ート電極111に接続するトップゲートラインTLが形
成されている。
It should be noted that such a double gate sensor 11
In a position where is not formed, a bottom gate line BL connected to the bottom gate electrode 113 is formed on the glass substrate 10. Also, the bottom gate insulating film 1
14 and the top gate insulating film 110, a data line DL connected to the drain electrode 117 and the source electrode 11
6 are formed, respectively. Further, on the top gate insulating film 110, a top gate line TL connected to the top gate electrode 111 is formed.

【0033】次に、このようなnチャネル型ダブルゲー
トセンサ11の動作について、図4(a)〜(f)の模
式図を参照して説明する。
Next, the operation of such an n-channel double gate sensor 11 will be described with reference to the schematic diagrams of FIGS.

【0034】トップゲート電極(TG)111及びボト
ムゲート電極(BG)113に印加されている電圧が0
(V)であるときは、図4(a)に示すように、半導体
層115にはチャネルが形成されず、ドレイン電極
(D)117に5(V)の電圧が印加されていても、ド
レイン電極(D)117とソース電極(S)116との
間に電流は流れない。
The voltage applied to the top gate electrode (TG) 111 and the bottom gate electrode (BG) 113 is 0
In the case of (V), as shown in FIG. 4A, no channel is formed in the semiconductor layer 115, and even if a voltage of 5 (V) is applied to the drain electrode (D) 117, No current flows between the electrode (D) 117 and the source electrode (S) 116.

【0035】トップゲート電極(TG)111に印加さ
れている電圧が−20(V)であり、ボトムゲート電極
(BG)113に印加されている電圧が0(V)である
ときは、図4(b)に示すように、半導体層115には
チャネルは形成されない。但し、このときにトップゲー
ト電極111に光が照射されていると、その光が半導体
層115に入射し、これにより半導体層115内にキャ
リア(電子−正孔対)が発生し、トップゲート電極(T
G)111の逆バイアスにより正孔が保持される。
When the voltage applied to the top gate electrode (TG) 111 is -20 (V) and the voltage applied to the bottom gate electrode (BG) 113 is 0 (V), FIG. As shown in (b), no channel is formed in the semiconductor layer 115. However, at this time, if the top gate electrode 111 is irradiated with light, the light is incident on the semiconductor layer 115, whereby carriers (electron-hole pairs) are generated in the semiconductor layer 115, and the top gate electrode 111 is irradiated with light. (T
G) Holes are retained by the reverse bias of 111.

【0036】トップゲート電極(TG)111に印加さ
れている電圧が0(V)であり、ボトムゲート電極(B
G)113に印加されている電圧が順バイアスである+
10(V)であるときは、図4(c)に示すように、半
導体層115のボトムゲート(BG)113側にnチャ
ネルが形成される。これにより、ドレイン電極(D)1
17に5(V)の電圧が印加されると、ドレイン電極
(D)117とソース電極(S)116との間に電流が
流れる。なお、この状態は、データラインにチャージさ
れている電位のリセットに用いられる。
The voltage applied to the top gate electrode (TG) 111 is 0 (V), and the voltage applied to the bottom gate electrode (B
G) The voltage applied to 113 is a forward bias +
At 10 (V), an n-channel is formed on the bottom gate (BG) 113 side of the semiconductor layer 115 as shown in FIG. Thereby, the drain electrode (D) 1
When a voltage of 5 (V) is applied to 17, a current flows between the drain electrode (D) 117 and the source electrode (S) 116. This state is used for resetting the potential charged in the data line.

【0037】トップゲート電極(TG)111に印加さ
れている電圧が−20(V)であり、ボトムゲート電極
(BG)113に印加されている電圧が+10(V)で
あり、かつトップゲート電極(TG)111を介して半
導体層115に光が入射されていないときは、図4
(d)に示すように、半導体層115においてトップゲ
ート電極(TG)111側に正孔が、ボトムゲート電極
(BG)113側に電子がそれぞれ引き寄せられる。こ
れにより、半導体層115内に空乏層が広がり、nチャ
ネルがピンチオフされて、ドレイン電極(D)117に
5(V)の電圧が印加されていても、ドレイン電極
(D)117とソース電極(S)116との間に電流は
流れない。
The voltage applied to the top gate electrode (TG) 111 is −20 (V), the voltage applied to the bottom gate electrode (BG) 113 is +10 (V), and the top gate electrode When light is not incident on the semiconductor layer 115 via the (TG) 111, FIG.
As shown in (d), holes are drawn toward the top gate electrode (TG) 111 and electrons are drawn toward the bottom gate electrode (BG) 113 in the semiconductor layer 115. Accordingly, the depletion layer spreads in the semiconductor layer 115, the n-channel is pinched off, and even if a voltage of 5 (V) is applied to the drain electrode (D) 117, the drain electrode (D) 117 and the source electrode ( S) No current flows between them.

【0038】トップゲート電極(TG)111に印加さ
れている電圧が−20(V)であり、ボトムゲート電極
(BG)113に印加されている電圧が+10(V)で
あり、かつトップゲート電極(TG)111を介して半
導体層115に光が入射されているときは、図4(e)
に示すように、トップゲート電極(TG)111側に引
き寄せられている正孔の下に正孔−電子対が生じる(図
4(b)の状態において生じたものを含む)。生じた正
孔は、負電圧が印加されたボトムゲート電極(BG)1
13により引き寄せられ保持され、かつボトムゲート電
極(BG)113の負電圧が半導体層115内に及ぼす
影響を緩和する方向に働く。これにより、図4(f)に
示すように、ドレイン電極(D)117に5(V)の電
圧が印加されると、nチャネルが形成され、ドレイン電
極(D)117とソース電極(S)116との間に電流
が流れる。
The voltage applied to the top gate electrode (TG) 111 is −20 (V), the voltage applied to the bottom gate electrode (BG) 113 is +10 (V), and the top gate electrode When light is incident on the semiconductor layer 115 through the (TG) 111, FIG.
As shown in FIG. 4, a hole-electron pair is generated below the hole attracted to the top gate electrode (TG) 111 side (including the one generated in the state of FIG. 4B). The generated holes correspond to the bottom gate electrode (BG) 1 to which the negative voltage is applied.
13, and acts in a direction to reduce the influence of the negative voltage of the bottom gate electrode (BG) 113 on the inside of the semiconductor layer 115. Thereby, as shown in FIG. 4F, when a voltage of 5 (V) is applied to the drain electrode (D) 117, an n-channel is formed, and the drain electrode (D) 117 and the source electrode (S) are formed. A current flows between the current path and the current path.

【0039】上記の指紋センサは、図5のブロック図に
示す駆動回路によってダブルゲートセンサ11が駆動さ
れ、指紋FPの凹凸パターンの像のデータを得る。図5
に示すように、この指紋センサの駆動回路は、センサマ
トリクスアレイ1と、トップゲートドライバ12と、ボ
トムゲートドライバ13と、定電圧発生回路14と、プ
リチャージスイッチ15と、コラムスイッチ16と、コ
ントローラ17とから構成されている。
In the fingerprint sensor described above, the double gate sensor 11 is driven by the drive circuit shown in the block diagram of FIG. 5 to obtain data of the image of the concave and convex pattern of the fingerprint FP. FIG.
As shown in FIG. 1, the driving circuit of the fingerprint sensor includes a sensor matrix array 1, a top gate driver 12, a bottom gate driver 13, a constant voltage generating circuit 14, a precharge switch 15, a column switch 16, a controller 17.

【0040】センサマトリクスアレイ1は、前述したよ
うに複数のダブルゲートセンサ11がマトリクス状に配
列されている。各ダブルゲートセンサ11のドレイン電
極117がセンサマトリクスアレイ1の列(図の縦方
向)単位でデータラインDLに、トップゲート電極11
1が行(図の横方向)単位でトップゲートラインTL
に、ボトムゲート電極113が行単位でボトムゲートラ
インBLに、それぞれ接続されている。また、各ダブル
ゲートセンサ11のソース電極116は接地されてい
る。
As described above, the sensor matrix array 1 has a plurality of double gate sensors 11 arranged in a matrix. The drain electrode 117 of each double gate sensor 11 is connected to the data line DL in units of columns (vertical direction in the figure) of the sensor matrix array 1, and the top gate electrode 11
1 is the top gate line TL in row (horizontal direction in the figure)
In addition, the bottom gate electrodes 113 are connected to the bottom gate lines BL in row units. The source electrode 116 of each double gate sensor 11 is grounded.

【0041】ダブルゲートセンサ11は、前述したよう
に駆動されて半導体層115にチャネルが形成されてい
るときに、ドレイン電極117とソース電極116との
間に電流が流れ、データラインDLにそれぞれプリチャ
ージされている電位をグラウンドにディスチャージす
る。
When the double gate sensor 11 is driven as described above and a channel is formed in the semiconductor layer 115, a current flows between the drain electrode 117 and the source electrode 116, and the double gate sensor 11 is pre-charged to the data line DL. Discharge the charged potential to ground.

【0042】トップゲートドライバ12は、センサマト
リクスアレイ1の行単位に形成されたトップゲートライ
ンTLのそれぞれに接続されており、0(V)または−
20(V)の電圧を、コントローラ17からの制御信号
TGCに従って所定のタイミングで、トップゲートライ
ンTLに順次印加する。
The top gate driver 12 is connected to each of the top gate lines TL formed for each row of the sensor matrix array 1 and has a voltage of 0 (V) or-.
A voltage of 20 (V) is sequentially applied to the top gate line TL at a predetermined timing according to a control signal TGC from the controller 17.

【0043】ボトムゲートドライバ13は、センサマト
リクスアレイ1の行単位に形成されたボトムゲートライ
ンBLのそれぞれに接続されており、0(V)または+
10(V)の電圧を、コントローラ17からの制御信号
BGCに従って所定のタイミングで、ボトムゲートライ
ンBLに順次印加する。
The bottom gate driver 13 is connected to each of the bottom gate lines BL formed for each row of the sensor matrix array 1, and is connected to 0 (V) or +
A voltage of 10 (V) is sequentially applied to the bottom gate line BL at a predetermined timing according to a control signal BGC from the controller 17.

【0044】定電圧発生回路14は、定電圧Vddを発
生するもので、発生した定電圧Vdd(例えば、5
(V))を各データラインDLにプリチャージスイッチ
15を介して印加し、データラインDLをプリチャージ
する。プリチャージスイッチ15は、コントローラ17
からの制御信号VCに従ってON/OFFされ、ONさ
れているときに、定電圧発生回路14からの定電圧Vd
dを各データラインDLに供給する。
The constant voltage generation circuit 14 generates a constant voltage Vdd, and generates the generated constant voltage Vdd (for example, 5 Vdd).
(V)) is applied to each data line DL via the precharge switch 15 to precharge the data line DL. The precharge switch 15 is connected to the controller 17
Is turned on / off according to the control signal VC from the control voltage VC.
d to each data line DL.

【0045】コラムスイッチ16は、センサマトリクス
アレイ1の列単位に形成されたデータラインDLのそれ
ぞれに接続されており、コントローラ17からの制御信
号CSCに従ってデータラインDL上の電位レベル(ダ
ブルゲートセンサ11に入射した光の明暗に対応する)
を読み出し、指紋FPの凹凸パターンの像のデータIM
Gとしてコントローラ17に供給する。
The column switch 16 is connected to each of the data lines DL formed for each column of the sensor matrix array 1, and according to a control signal CSC from the controller 17, the potential level on the data line DL (the double gate sensor 11). (Corresponds to the intensity of light incident on the
Is read, and data IM of the image of the uneven pattern of the fingerprint FP is read.
G is supplied to the controller 17.

【0046】コントローラ17は、トップゲートドライ
バ12、ボトムゲートドライバ13及びコラムスイッチ
16のそれぞれの駆動を制御するための制御信号TG
C、BGC、CSC、並びにプリチャージスイッチ15
のON/OFFを制御するための制御信号VCを発生
し、それぞれ各部に供給する。コントローラ17は、ま
た、制御信号CSCに従ってコラムスイッチ16から読
み出された指紋FPの凹凸パターンの像のデータIMG
を処理し、外部の照合装置(図示せず)に供給する。
The controller 17 has a control signal TG for controlling the driving of each of the top gate driver 12, the bottom gate driver 13, and the column switch 16.
C, BGC, CSC, and precharge switch 15
A control signal VC for controlling ON / OFF of the control signal is generated and supplied to each unit. The controller 17 also outputs data IMG of the image of the concavo-convex pattern of the fingerprint FP read from the column switch 16 in accordance with the control signal CSC.
And supplies it to an external verification device (not shown).

【0047】以下、この指紋センサによる指紋FPの凹
凸パターンの読み出しのための動作について、説明す
る。
Hereinafter, an operation for reading the concave and convex pattern of the fingerprint FP by the fingerprint sensor will be described.

【0048】まず、図2に示すように、計測対象となる
指紋FPを有する指を接触面基板2に載置すると、接触
面基板2上にあるゲル光吸収膜3の形状が指紋FPの凹
凸に従って変化し、凸部cvではゲル光吸収膜3の層厚
が薄くなり、凹部ccでは厚くなる。この状態で、バッ
クライト4を駆動し、計測対象となる指紋FPに向けて
光を照射する。
First, as shown in FIG. 2, when a finger having a fingerprint FP to be measured is placed on the contact surface substrate 2, the shape of the gel light absorbing film 3 on the contact surface substrate 2 becomes uneven. The thickness of the gel light absorbing film 3 becomes thinner in the convex portion cv, and becomes thicker in the concave portion cc. In this state, the backlight 4 is driven to emit light toward the fingerprint FP to be measured.

【0049】バックライト4が発した光は、ガラス基板
10を介して接触面基板2に入射する。そして、この光
は、接触面基板2を透過し、ゲル光吸収膜3に入射す
る。ゲル光吸収膜3に入射した光は、載置されている指
紋FPの表面に達するまでにゲル光吸収膜3の作用によ
って吸収されるが、その光の吸収量は、層厚が薄い凸部
cvでは小さく、層厚が厚い凹部ccでは大きい。
The light emitted from the backlight 4 enters the contact surface substrate 2 via the glass substrate 10. Then, this light passes through the contact surface substrate 2 and enters the gel light absorbing film 3. The light incident on the gel light absorbing film 3 is absorbed by the action of the gel light absorbing film 3 before reaching the surface of the fingerprint FP placed thereon. cv is small, and large in the concave portion cc having a large layer thickness.

【0050】ゲル光吸収膜3によって吸収されずに指紋
FPの表面まで達した光は、そこで反射され、接触面基
板2の方向へ進むこととなる。この反射光も、ゲル光吸
収膜3の作用によって吸収されるが、このときの光の吸
収量も、層厚が薄い凸部cvでは小さく、層厚が厚い凹
部ccでは大きい。そして、ゲル光吸収膜3によって吸
収されずに接触面基板2に入射した光は、接触面基板2
を透過し、ガラス基板10上に配列された各ダブルゲー
トセンサ11のトップゲート電極111に入射する。
The light that reaches the surface of the fingerprint FP without being absorbed by the gel light absorbing film 3 is reflected there and proceeds in the direction of the contact surface substrate 2. This reflected light is also absorbed by the action of the gel light absorbing film 3, and the amount of light absorbed at this time is small in the convex portion cv having a small layer thickness and large in the concave portion cc having a large layer thickness. The light that has entered the contact surface substrate 2 without being absorbed by the gel light absorbing film 3
And enters the top gate electrode 111 of each of the double gate sensors 11 arranged on the glass substrate 10.

【0051】このようにしてダブルゲートセンサ11の
トップゲート電極111に入射した光量の大小は、図5
に示す駆動回路を次のように駆動することによって、マ
トリクスセンサアレイ1の行単位で電気信号としてコン
トローラ17に読み出される。
The magnitude of the amount of light incident on the top gate electrode 111 of the double gate sensor 11 as described above depends on FIG.
Are driven as follows, and are read out to the controller 17 as electric signals in row units of the matrix sensor array 1.

【0052】まず、ダブルゲートセンサ11で指紋形状
をセンスする直前に、ダブルゲートセンサ11に蓄積さ
れたチャージを放電するリセットステップを行う。コン
トローラ17は、次に、制御信号VCによりプリチャー
ジスイッチ15をONにする。データラインDLには、
定電圧発生回路14からの定電圧Vddが供給される。
そして、ダブルゲートセンサ11のソース−ドレイン間
の電位差がほぼVddとなったところでコントローラ1
7からの制御信号VCによりプリチャージスイッチ15
をOFFし、データラインDLに電圧Vddをチャージ
する。
First, immediately before the fingerprint shape is sensed by the double gate sensor 11, a reset step of discharging the charge accumulated in the double gate sensor 11 is performed. Next, the controller 17 turns on the precharge switch 15 by the control signal VC. In the data line DL,
The constant voltage Vdd from the constant voltage generation circuit 14 is supplied.
When the potential difference between the source and the drain of the double gate sensor 11 becomes almost Vdd, the controller 1
7 by the control signal VC from the precharge switch 15.
Is turned off, and the data line DL is charged with the voltage Vdd.

【0053】この状態でコントローラ17は、制御信号
TGCによりトップゲートドライバ12を制御し、入射
光量に対応する電気信号を読み出そうとする行のトップ
ゲートラインTLに接続されたダブルゲートセンサ11
のトップゲート電極111に、0(V)の電圧を印加す
る。また、制御信号BGCによりボトムゲートドライバ
13を制御し、当該行のボトムゲートラインBLに接続
されたボトムゲート電極113に、+10(V)の電圧
を印加する。
In this state, the controller 17 controls the top gate driver 12 by the control signal TGC, and the double gate sensor 11 connected to the top gate line TL of the row from which an electric signal corresponding to the amount of incident light is to be read.
A voltage of 0 (V) is applied to the top gate electrode 111. Further, the bottom gate driver 13 is controlled by the control signal BGC, and a voltage of +10 (V) is applied to the bottom gate electrode 113 connected to the bottom gate line BL of the row.

【0054】このような電圧を印加することによって、
当該行のダブルゲートセンサ11の半導体層115にn
チャネルが形成され、ドレイン電極117とソース電極
116との間に電流が流れ、その前にダブルゲートセン
サ11の半導体層115に蓄積されたチャージを消去
(リセット)する。これにより、半導体層115内で
は、指紋形状センス直前に蓄積されていたチャージが消
失されてニュートラルな状態になると共に、データライ
ンDLの電位は、グラウンドにディスチャージされて0
(V)となる。
By applying such a voltage,
N is added to the semiconductor layer 115 of the double gate sensor 11 in the row.
A channel is formed, a current flows between the drain electrode 117 and the source electrode 116, and the charge previously accumulated in the semiconductor layer 115 of the double gate sensor 11 is erased (reset). As a result, in the semiconductor layer 115, the charge stored immediately before the fingerprint shape sensing is lost and the semiconductor layer 115 becomes neutral, and the potential of the data line DL is discharged to ground to 0.
(V).

【0055】次に、コントローラ17は、制御信号TG
Cによりトップゲートドライバ12を制御し、入射光量
に対応する電気信号を読み出そうとする行のトップゲー
トラインTLに接続されたダブルゲートセンサ11のト
ップゲート電極111に、0(V)の電圧を印加する。
また、制御信号BGCによりボトムゲートドライバ13
を制御し、当該行のボトムゲートラインBLに接続され
たボトムゲート電極113にも、0(V)の電圧を印加
する。
Next, the controller 17 outputs the control signal TG
C controls the top gate driver 12 to apply a voltage of 0 (V) to the top gate electrode 111 of the double gate sensor 11 connected to the top gate line TL of the row from which an electric signal corresponding to the amount of incident light is to be read. Is applied.
Also, the bottom gate driver 13 is controlled by the control signal BGC.
And a voltage of 0 (V) is also applied to the bottom gate electrode 113 connected to the bottom gate line BL of the row.

【0056】このような電圧を印加することによって、
当該行のダブルゲートセンサ11のドレイン電極117
とソース電極116との間に電流が流れなくなる。この
状態で、コントローラ17が制御信号VCによりプリチ
ャージスイッチ15をONとすることで、定電圧発生回
路14からデータラインDLに定電圧Vddが供給され
る。これにより、データラインDLはプリチャージされ
てその電位がほぼVddとなったところで、制御信号V
Cによりプリチャージスイッチ15をOFFする。
By applying such a voltage,
The drain electrode 117 of the double gate sensor 11 in the row
No current flows between the gate electrode and the source electrode 116. In this state, when the controller 17 turns on the precharge switch 15 with the control signal VC, the constant voltage generation circuit 14 supplies the constant voltage Vdd to the data line DL. Thus, when the data line DL is precharged and its potential becomes almost Vdd, the control signal V
The precharge switch 15 is turned off by C.

【0057】次に、コントローラ17は、制御信号VC
によりプリチャージスイッチ15をOFFにし、定電圧
VddのデータラインDLへの供給を停止させる。ま
た、コントローラ17は、制御信号TGCによりトップ
ゲートドライバ12を制御し、当該行のトップゲートラ
インTLに接続されたダブルゲートセンサ11のトップ
ゲート電極111に、−20(V)の電圧を印加する。
また、制御信号BGCによりボトムゲートドライバ13
を制御し、当該行のボトムゲートラインBLに接続され
たボトムゲート電極113に、+10(V)の電圧を印
加する。
Next, the controller 17 outputs the control signal VC
To turn off the precharge switch 15 and stop supplying the constant voltage Vdd to the data line DL. Further, the controller 17 controls the top gate driver 12 by the control signal TGC, and applies a voltage of −20 (V) to the top gate electrode 111 of the double gate sensor 11 connected to the top gate line TL of the row. .
Also, the bottom gate driver 13 is controlled by the control signal BGC.
And a voltage of +10 (V) is applied to the bottom gate electrode 113 connected to the bottom gate line BL of the row.

【0058】このような電圧を印加することによって、
当該行のダブルゲートセンサ11のうちで十分な光が照
射されていないものは、半導体層115に空乏層が広が
るため、形成されたnチャネルがピンチオフされる。こ
のため、ゲート電極117とソース電極116との間に
電流が流れず、データラインDLの電位はVddのまま
となる。
By applying such a voltage,
Of the double gate sensors 11 in the row that have not been irradiated with sufficient light, the depletion layer spreads in the semiconductor layer 115, so that the formed n-channel is pinched off. Therefore, no current flows between the gate electrode 117 and the source electrode 116, and the potential of the data line DL remains at Vdd.

【0059】一方、十分な光が照射されているダブルゲ
ートセンサ11は、半導体層115内において正孔−電
子対が発生し、トップゲート電極111の負電位により
半導体層115に正孔が保持される。この保持された正
孔がトップゲート電極111の負電位を中和する方向に
役割を果たし、ピンチオフされずにnチャネルが形成さ
れた状態となる。これにより、ドレイン電極117とソ
ース電極116との間に電流が流れ、データラインDL
の電位Vddがグラウンドにディスチャージされる。
On the other hand, in the double gate sensor 11 irradiated with sufficient light, a hole-electron pair is generated in the semiconductor layer 115, and holes are held in the semiconductor layer 115 by the negative potential of the top gate electrode 111. You. The retained holes play a role in neutralizing the negative potential of the top gate electrode 111, and the n-channel is formed without being pinched off. As a result, a current flows between the drain electrode 117 and the source electrode 116, and the data line DL
Is discharged to the ground.

【0060】次に、コントローラ17は、制御信号CS
Cによりコラムスイッチ16を制御し、各データライン
DL上の電位を読み出す。読み出した電位は、対応する
ダブルゲートセンサ11に光が照射されていた場合は低
電位、光が照射されていなかった場合は、高電位とな
る。コラムスイッチ16が読み出したデータラインDL
上の電位は、1行分の凹凸パターンのデータIMGとし
てコントローラ17に供給される。
Next, the controller 17 outputs the control signal CS
The column switch 16 is controlled by C, and the potential on each data line DL is read. The read potential becomes low when the corresponding double gate sensor 11 is irradiated with light, and becomes high when the light is not irradiated. Data line DL read by column switch 16
The upper potential is supplied to the controller 17 as data IMG of the concavo-convex pattern for one row.

【0061】こうして1行分の凹凸パターンのデータI
MGの読み出しが終了すると、コントローラ17は、マ
トリクスセンサアレイ1の次の行に対して上記と同様の
処理を繰り返す。そして、マトリクスセンサアレイ1の
すべての行に対して上記と同様の処理が終了すると、接
触面基板2上に載置された指紋FPの凹凸パターン全体
の像のデータIMGを得ることができる。
Thus, the data I of the concavo-convex pattern for one row
When the reading of the MG is completed, the controller 17 repeats the same processing as described above for the next row of the matrix sensor array 1. When the same processing as described above is completed for all the rows of the matrix sensor array 1, data IMG of an image of the entire concavo-convex pattern of the fingerprint FP placed on the contact surface substrate 2 can be obtained.

【0062】以上のようにして電気信号として読み出さ
れた指紋FPの凹凸パターンの像のデータIMGは、コ
ントローラ17から出力され、照合用として予め登録さ
れている複数の指紋の凹凸パターンを記憶する照合装置
に供給される。そして、照合装置において、読み出され
た指紋の凹凸パターンと予め登録されている指紋の凹凸
パターンとが照合され、一致または不一致の結果が出さ
れる。
The data IMG of the image of the concavo-convex pattern of the fingerprint FP read out as an electric signal as described above is output from the controller 17 and stores the concavo-convex pattern of a plurality of fingerprints registered in advance for comparison. Supplied to the verification device. Then, the matching device matches the read unevenness pattern of the fingerprint with the unevenness pattern of the fingerprint registered in advance, and outputs a match or mismatch result.

【0063】以上説明したように、この実施の形態にか
かる指紋センサでは、バックライト4が発した光は、ガ
ラス基板10、接触面基板2を介してゲル光吸収膜3へ
と入射する。ゲル光吸収膜3の層厚は、載置されている
指紋FPの凸部cvで薄くなり、凹部ccで厚くなる。
すなわち、凸部cvにおいてはゲル光吸収膜3による光
の吸収量が小さく、凹部ccにおいてはゲル光吸収膜3
による光の吸収量が大きい。このため、指紋FPの表面
で反射し、再びゲル光吸収膜3及び接触面基板2を通っ
てダブルゲートセンサ11に入射する光の量には、指紋
FPの凸部cvと凹部ccとで明らかな差が生じること
となる。従って、この実施の形態にかかる指紋センサで
は、指紋FPの凹凸パターンを高コントラストの像とし
て得ることが可能となる。
As described above, in the fingerprint sensor according to the present embodiment, the light emitted from the backlight 4 enters the gel light absorbing film 3 via the glass substrate 10 and the contact surface substrate 2. The layer thickness of the gel light absorbing film 3 becomes thinner at the convex portion cv of the placed fingerprint FP and becomes thicker at the concave portion cc.
That is, the amount of light absorbed by the gel light absorbing film 3 is small in the convex portion cv, and the gel light absorbing film 3 is small in the concave portion cc.
The amount of light absorbed by For this reason, the amount of light reflected on the surface of the fingerprint FP and again entering the double gate sensor 11 through the gel light absorbing film 3 and the contact surface substrate 2 is apparent from the convex portion cv and the concave portion cc of the fingerprint FP. A significant difference will occur. Therefore, with the fingerprint sensor according to the present embodiment, it is possible to obtain a high-contrast image of the uneven pattern of the fingerprint FP.

【0064】また、この実施の形態にかかる指紋センサ
は、概略として平面型のガラス基板10、接触面基板2
及びバックライト4を重ねて配置した構造となってい
る。このため、従来の直角プリズムやレンズなどを用い
た指紋センサに比べて、装置全体を薄型に構成すること
ができる。
The fingerprint sensor according to this embodiment has a flat glass substrate 10 and a contact surface substrate 2.
And the backlight 4 is arranged in an overlapping manner. For this reason, the entire device can be configured to be thinner than a conventional fingerprint sensor using a right-angle prism, a lens, or the like.

【0065】また、この実施の形態にかかる指紋センサ
では、指紋FPの表面から反射されてきた光の明暗を検
出する機能だけでなく、光信号の読み出しのための選択
機能をも兼ねているダブルゲートセンサ11を用いてい
る。このため、フォトセンサの他に選択用の素子をガラ
ス基板10上に形成する必要がないため、ダブルゲート
センサ11をガラス基板10上に高密度に配置すること
ができ、指紋FPの凹凸パターンを高精細な像のデータ
として得ることができる。
In the fingerprint sensor according to this embodiment, not only the function of detecting the brightness of light reflected from the surface of the fingerprint FP but also the function of selecting an optical signal for reading is double. The gate sensor 11 is used. For this reason, since it is not necessary to form an element for selection other than the photosensor on the glass substrate 10, the double gate sensor 11 can be arranged on the glass substrate 10 at high density, and the uneven pattern of the fingerprint FP can be reduced. It can be obtained as high-definition image data.

【0066】さらに、この実施の形態にかかる指紋セン
サに適用されているゲル光吸収膜3は、その材料として
上記のようなゲル高分子鎖を用いているため、計測対象
となる指紋の凹凸形状に従って容易にその形状を変化さ
せることができ、接触面基板2上から流動することもな
い。しかも、接触面基板2上に指を載置したときに、そ
の物質が指に付着するようなこともない。
Further, since the gel light absorbing film 3 applied to the fingerprint sensor according to this embodiment uses the gel polymer chains as described above as its material, the uneven shape of the fingerprint to be measured is obtained. , The shape can be easily changed according to the above formula, and there is no flow from the contact surface substrate 2. Moreover, when the finger is placed on the contact surface substrate 2, the substance does not adhere to the finger.

【0067】上記の実施の形態では、センサマトリクス
アレイ1においては、基板10上にダブルゲートセンサ
11がマトリクス状に配置されていた。すなわち、ダブ
ルゲートセンサ11を反射光の計測に用いていた。これ
に対し、本発明は、ダブルゲートセンサ以外のフォトセ
ンサ、例えば、CCD、フォトトランジスタ、フォトダ
イオードなどを用いるものとしてもよい。
In the above embodiment, in the sensor matrix array 1, the double gate sensors 11 are arranged on the substrate 10 in a matrix. That is, the double gate sensor 11 was used for measuring the reflected light. On the other hand, the present invention may use a photosensor other than the double gate sensor, for example, a CCD, a phototransistor, a photodiode, or the like.

【0068】上記の実施の形態では、センサマトリクス
アレイ1の背面から接触面基板2に向けて光を照射する
光源には、有機EL素子によって構成される平面型のバ
ックライト4を用いていた。しかしながら、光源には、
サイドライトなどでもよく、有機EL素子以外の他の種
の発光素子を用いてもよい。また、光源として発光素子
を設けず、自然光を光源としてもよい。また、光源とし
ては、可視光を発するものだけでなく、非可視光(赤外
線、紫外線など)を発するものも使用でき、この場合
は、光源が発する波長域の非可視光を検知することがで
きるフォトセンサを用いればよい。
In the above embodiment, the flat backlight 4 composed of the organic EL element was used as the light source for irradiating light from the back surface of the sensor matrix array 1 to the contact surface substrate 2. However, the light source
A side light or the like may be used, and another type of light emitting element other than the organic EL element may be used. Alternatively, natural light may be used as a light source without providing a light emitting element as a light source. As the light source, not only a light source that emits visible light but also a light source that emits non-visible light (infrared ray, ultraviolet ray, or the like) can be used. A photo sensor may be used.

【0069】上記の実施の形態では、接触面基板2の上
にゲル光吸収膜3を設け、指紋の凹凸によるゲル光吸収
膜3の形状の変化によって指紋の凹凸パターンを計測し
ていた。これに対し、例えば、接触面基板2を上部を開
放した箱形に形成し、ここに墨汁などの光吸収性を有す
る液体を浸してもよい。
In the above embodiment, the gel light absorbing film 3 is provided on the contact surface substrate 2, and the pattern of the fingerprint unevenness is measured by the change in the shape of the gel light absorbing film 3 due to the unevenness of the fingerprint. On the other hand, for example, the contact surface substrate 2 may be formed in a box shape having an open top, and a liquid having a light absorbing property such as black ink may be immersed therein.

【0070】上記の実施の形態では、本発明を指紋セン
サに適用した場合、すなわち計測対象となる形状が指紋
の凹凸パターンである場合について説明した。しかしな
がら、本発明で計測対象となる形状は指紋に限られず、
あらゆる形状の微細な凹凸パターンの計測に適用するこ
とができる。
In the above embodiment, the case where the present invention is applied to the fingerprint sensor, that is, the case where the shape to be measured is a fingerprint uneven pattern is described. However, the shape to be measured in the present invention is not limited to a fingerprint,
The present invention can be applied to measurement of a fine uneven pattern of any shape.

【0071】上記の実施の形態では、ゲル光吸収膜3に
よる光吸収の大小により、指紋の凹凸パターンを2階調
の像としてだけ得ていた。これに対し、ゲル光吸収膜3
による光の吸収量は、その層厚に応じて段階的に変わり
うる。このため、ダブルゲートセンサ11が受光した光
の強弱を階調画像として取得できるようにすれば、本発
明は、三次元の形状の計測にも適用することが可能とな
る。
In the above embodiment, the uneven pattern of the fingerprint is obtained only as a two-tone image, depending on the magnitude of the light absorption by the gel light absorbing film 3. On the other hand, the gel light absorbing film 3
The amount of light absorbed by the light can vary stepwise according to the layer thickness. For this reason, if the intensity of light received by the double gate sensor 11 can be acquired as a gradation image, the present invention can be applied to measurement of a three-dimensional shape.

【0072】[0072]

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、装置
全体を薄型に構成することができる。また、凹凸の形状
を高コントラストで計測することができる。
As described above, according to the present invention, the entire apparatus can be made thin. Further, the shape of the unevenness can be measured with high contrast.

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

【図1】本発明の実施の形態にかかる指紋センサの構造
を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a structure of a fingerprint sensor according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の指紋センサにおいて、ゲル光吸収膜の形
状が変化する様子を説明する図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating how the shape of a gel light absorbing film changes in the fingerprint sensor of FIG.

【図3】図1の指紋センサに用いられているダブルゲー
トセンサの構造を示す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a structure of a double gate sensor used in the fingerprint sensor of FIG.

【図4】(a)〜(f)は、図3のダブルゲートセンサ
の動作を説明する図である。
FIGS. 4A to 4F are diagrams for explaining the operation of the double gate sensor of FIG.

【図5】図1の指紋センサの駆動回路を示すブロック図
である。
FIG. 5 is a block diagram illustrating a driving circuit of the fingerprint sensor of FIG. 1;

【図6】従来例の指紋センサの構造を示す断面図であ
る。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional fingerprint sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・センサマトリクスアレイ、2・・・接触面基板、3・・
・ゲル光吸収膜、4・・・バックライト、10・・・ガラス基
板、11・・・ダブルゲートセンサ、12・・・トップゲート
ドライバ、13・・・ボトムゲートドライバ、14・・・定電
圧発生回路、15・・・プリチャージスイッチ、16・・・コ
ラムスイッチ、17・・・コントローラ、110・・・トップ
ゲート絶縁膜、111・・・トップゲート電極、113・・・
ボトムゲート電極、114・・・ボトムゲート絶縁膜、1
15・・・半導体層、116・・・ソース電極、117・・・ド
レイン電極、118・・・n+シリコン層、119・・・n+
リコン層、DL・・・データライン、TL・・・トップゲート
ライン、BL・・・ボトムゲートライン、FP・・・指紋、c
v・・・凸部、cc・・・凹部
1 ... Sensor matrix array, 2 ... Contact surface substrate, 3 ...
Gel light absorbing film, 4 backlight, 10 glass substrate, 11 double gate sensor, 12 top gate driver, 13 bottom gate driver, 14 constant voltage Generating circuit, 15: Precharge switch, 16: Column switch, 17: Controller, 110: Top gate insulating film, 111: Top gate electrode, 113 ...
Bottom gate electrode, 114 ... bottom gate insulating film, 1
15 ... semiconductor layer, 116 ... source electrode, 117 ... drain electrode, 118 ... n + silicon layer, 119 ... n + silicon layer, DL ... data line, TL ... Top gate line, BL: bottom gate line, FP: fingerprint, c
v: convex part, cc: concave part

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】凹凸を有する計測対象の該凹凸の形状を計
測する接触型形状計測装置であって、 所定の波長の光を検知する複数の光検知手段が縦横に所
定の配列で配置され、少なくとも前記光検知手段の配置
面の反対面から前記配置面の方向に、前記所定の波長の
光に対して光透過性を有する第1の基板と、 前記第1の基板の前記光検知手段の配置面に対向し、前
記所定の波長の光に対して光透過性を有する第2の基板
と、 前記第2の基板上の前記第1の基板側と反対面に積層さ
れ、前記所定の波長の光に対して光吸収性を有し、かつ
載置された前記計測対象の凹凸に従って形状を変化させ
る光吸収体と、 前記複数の光検知手段のそれぞれの検知結果を読み出す
光読み出し手段とを備え、 前記複数の光検知手段は、前記計測対象が前記光吸収体
上に載置されている状態において、前記第1の基板の前
記光検知手段の反対面から照射され、前記計測対象の表
面で反射された光を検知することを特徴とする接触型形
状計測装置。
1. A contact-type shape measuring device for measuring the shape of an unevenness of a measurement object having unevenness, wherein a plurality of light detecting means for detecting light of a predetermined wavelength are arranged in a predetermined arrangement in a matrix. A first substrate having a light-transmitting property with respect to the light of the predetermined wavelength, at least in a direction from the surface opposite to the surface on which the light detection means is disposed to the surface on which the light detection means is provided; A second substrate facing the arrangement surface and having a light transmitting property with respect to the light of the predetermined wavelength; and a second substrate on the second substrate, the surface being opposite to the first substrate side, the predetermined wavelength being A light-absorbing body having a light-absorbing property for the light and changing the shape in accordance with the unevenness of the placed measurement object; and a light-reading unit that reads the detection results of the plurality of light-detecting units. Wherein the plurality of light detection means is configured so that the measurement target is the light absorption target. A contact-type shape measuring device for detecting light emitted from the surface of the first substrate opposite to the light detecting means and reflected by the surface of the object to be measured in a state of being placed on a body; apparatus.
【請求項2】前記光吸収体は、前記計測対象の凹凸に従
って形状を変化させるゲル状の物質によって構成される
ことを特徴とする請求項1に記載の接触型形状計測装
置。
2. The contact type shape measuring apparatus according to claim 1, wherein the light absorber is formed of a gel-like substance whose shape changes according to the unevenness of the object to be measured.
【請求項3】前記複数の光検知手段はそれぞれ、 前記第1の基板側に形成され、前記反対面から照射され
た光に対して遮光性を有する第1のゲート電極と、前記
第2の基板側に形成され、前記計測対象から反射されて
照射された光に対して透過性を有する第2のゲート電極
と、前記第1、第2のゲート電極の間にそれぞれ絶縁体
を介して介在し、前記第2のゲート電極を介して入射さ
れた光の光量とに応じて内部にキャリアを発生し、前記
キャリア及び前記第1、第2のゲート電極に印加された
電圧に応じてチャネルを形成する半導体層と、前記半導
体層に接続され、定電圧が供給されるドレイン電極と、
前記半導体層を挟んで前記ドレイン電極と離間して形成
され、接地されているソース電極とを備え、 前記光読み出し手段は、 前記第1のゲート電極を前記複数の光検知手段の一定単
位毎で選択し、前記半導体層にチャネルを形成させるた
めの電圧を印加する第1の駆動回路と、前記第2のゲー
ト電極を前記一定単位毎で選択し、前記半導体層内にキ
ャリアを蓄積させるための電圧を印加する第2の駆動回
路と、前記ドレイン電極への定電圧の供給を制御する電
圧供給スイッチと、前記ドレイン電極の電位を読み出す
読み出しスイッチと、前記第1、第2の駆動回路、前記
電圧供給スイッチ及び前記読み出しスイッチを制御する
制御装置とを備えることを特徴とする請求項1または2
に記載の接触型形状計測装置。
3. A first gate electrode formed on the first substrate side and having a light-shielding property with respect to light emitted from the opposite surface; A second gate electrode formed on the substrate side and having a property of transmitting light reflected and irradiated from the measurement object, and interposed between the first and second gate electrodes via an insulator, respectively; Then, a carrier is generated inside according to the amount of light incident through the second gate electrode, and a channel is formed according to the voltage applied to the carrier and the first and second gate electrodes. A semiconductor layer to be formed, a drain electrode connected to the semiconductor layer and supplied with a constant voltage,
A source electrode which is formed separately from the drain electrode with the semiconductor layer interposed therebetween and is grounded; and wherein the light readout means is configured to set the first gate electrode by a predetermined unit of the plurality of light detection means. A first driving circuit for selecting and applying a voltage for forming a channel in the semiconductor layer; and a second driving circuit for selecting the second gate electrode for each of the predetermined units and accumulating carriers in the semiconductor layer. A second drive circuit for applying a voltage, a voltage supply switch for controlling supply of a constant voltage to the drain electrode, a read switch for reading a potential of the drain electrode, the first and second drive circuits, 3. The power supply device according to claim 1, further comprising a voltage supply switch and a control device for controlling the read switch.
3. The contact-type shape measuring device according to 1.
【請求項4】前記所定の波長の光を発光し、前記第1の
基板の前記光検知手段の配置面の反対面から前記第1の
基板を介して前記第2の基板に照射する光源をさらに備
えることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に
記載の接触型形状計測装置。
4. A light source which emits light of the predetermined wavelength and irradiates the second substrate from the surface of the first substrate opposite to the surface on which the light detecting means is arranged, via the first substrate. The contact-type shape measuring apparatus according to claim 1, further comprising:
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