JP2002062108A - 表面形状認識センサ装置 - Google Patents
表面形状認識センサ装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 所望の検出性能が得られるようにセンサセル
の感度を調整できるようにする。 【解決手段】 各センサセル１１に、検出素子１１０で
検出された電気量に応じた信号を発生する信号発生回路
１２０と、信号発生回路１２０による信号のレベルを増
幅して出力する信号増幅回路１３０と、信号増幅回路１
３０の出力信号を所望の信号に変換して出力する出力回
路１４０と、信号増幅回路１３０の増幅率を調節する感
度調節回路１６０を設ける。
の感度を調整できるようにする。 【解決手段】 各センサセル１１に、検出素子１１０で
検出された電気量に応じた信号を発生する信号発生回路
１２０と、信号発生回路１２０による信号のレベルを増
幅して出力する信号増幅回路１３０と、信号増幅回路１
３０の出力信号を所望の信号に変換して出力する出力回
路１４０と、信号増幅回路１３０の増幅率を調節する感
度調節回路１６０を設ける。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、表面形状認識セン
サ装置に関し、特に人間の指紋や動物の鼻紋などの微細
な凹凸を感知する表面形状認識センサ装置に関するもの
である。
サ装置に関し、特に人間の指紋や動物の鼻紋などの微細
な凹凸を感知する表面形状認識センサ装置に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】表面形状認識センサ装置の応用例とし
て、指紋のパターンを検出する指紋センサが多数提案さ
れている（例えば、特開２０００−２８３１１号公報な
ど参照）。この種の表面形状認識センサ装置は、ＬＳＩ
チップの上に２次元に配列されたセル（以下、センサセ
ルと呼ぶ）の内部に設けられたセンサ電極と絶縁膜を介
して触れた指の皮膚との間に形成される静電容量を検出
して、指紋の凹凸パターンを感知するものである。指紋
の凹凸により形成される容量の値が異なるため、この容
量差を検出することで指紋の凹凸を感知することができ
る。
て、指紋のパターンを検出する指紋センサが多数提案さ
れている（例えば、特開２０００−２８３１１号公報な
ど参照）。この種の表面形状認識センサ装置は、ＬＳＩ
チップの上に２次元に配列されたセル（以下、センサセ
ルと呼ぶ）の内部に設けられたセンサ電極と絶縁膜を介
して触れた指の皮膚との間に形成される静電容量を検出
して、指紋の凹凸パターンを感知するものである。指紋
の凹凸により形成される容量の値が異なるため、この容
量差を検出することで指紋の凹凸を感知することができ
る。
【０００３】このような表面形状認識センサ装置では、
認識対象の表面形状に応じて検出素子で検出された電気
量を所定の出力信号へ変換するセンサセルが複数用いら
れている。第１の従来の表面形状認識センサ装置で用い
られるセンサセルの機能ブロック図を図１８に示す。こ
のセンサセルは、人間の指などの認識対象の接触により
電気量が変化する検出素子１１０と、この検出素子１１
０の電気量に応じた信号を発生する信号発生回路１２０
と、この信号発生回路１２０による信号のレベルを増幅
して出力する信号増幅回路１３０と、この信号増幅回路
１３０の出力信号を所望の信号に変換して出力する出力
回路１４０とによって構成されている。
認識対象の表面形状に応じて検出素子で検出された電気
量を所定の出力信号へ変換するセンサセルが複数用いら
れている。第１の従来の表面形状認識センサ装置で用い
られるセンサセルの機能ブロック図を図１８に示す。こ
のセンサセルは、人間の指などの認識対象の接触により
電気量が変化する検出素子１１０と、この検出素子１１
０の電気量に応じた信号を発生する信号発生回路１２０
と、この信号発生回路１２０による信号のレベルを増幅
して出力する信号増幅回路１３０と、この信号増幅回路
１３０の出力信号を所望の信号に変換して出力する出力
回路１４０とによって構成されている。
【０００４】図１９は、図１８に示したセンサセルの回
路図である。図１９において、ＣFはセンサ電極と指の
皮膚との間に形成される静電容量である。節点Ｎ1Aには
このＣFに応じた電圧信号△ＶIが信号発生回路１２０に
よって発生する。この電圧信号△ＶIは信号増幅回路１
３０で電圧信号△ＶOに増幅される。この電圧信号△Ｖ O
の大きさ応じた電圧信号ＶOUTが出力信号として出力回
路１４０から出力される。ＣP1A，ＣP2Aは寄生容量であ
る。
路図である。図１９において、ＣFはセンサ電極と指の
皮膚との間に形成される静電容量である。節点Ｎ1Aには
このＣFに応じた電圧信号△ＶIが信号発生回路１２０に
よって発生する。この電圧信号△ＶIは信号増幅回路１
３０で電圧信号△ＶOに増幅される。この電圧信号△Ｖ O
の大きさ応じた電圧信号ＶOUTが出力信号として出力回
路１４０から出力される。ＣP1A，ＣP2Aは寄生容量であ
る。
【０００５】図２０にセンサセルの動作タイミングチャ
ートを示す。時刻Ｔ１以前では、センサ回路制御信号Ｐ
ＲＥ0が電源電圧ＶDDに制御されてＱ1AがＯＦＦし、セ
ンサ回路制御信号ＲＥが電圧０Ｖに制御されてＱ3AがＯ
ＦＦしており、節点Ｎ1Aは０Ｖである。時刻Ｔ１に信号
ＰＲＥ0が０Ｖに制御されてＱ1AがＯＮし、節点Ｎ2Aは
ＶDDまで上昇し、節点Ｎ1Aはバイアス電圧ＶGよりＱ2A
のしきい値電圧ＶTHだけ低い値まで上昇する。そして時
刻Ｔ２に信号ＰＲＥ0および信号ＲＥがＶDDへ制御され
てＱ1AがＯＦＦするとともにＱ3AがＯＮする。これによ
り、容量ＣF，ＣP1Aに蓄積された電荷が放電され、節点
Ｎ1Aの電位は低下する。
ートを示す。時刻Ｔ１以前では、センサ回路制御信号Ｐ
ＲＥ0が電源電圧ＶDDに制御されてＱ1AがＯＦＦし、セ
ンサ回路制御信号ＲＥが電圧０Ｖに制御されてＱ3AがＯ
ＦＦしており、節点Ｎ1Aは０Ｖである。時刻Ｔ１に信号
ＰＲＥ0が０Ｖに制御されてＱ1AがＯＮし、節点Ｎ2Aは
ＶDDまで上昇し、節点Ｎ1Aはバイアス電圧ＶGよりＱ2A
のしきい値電圧ＶTHだけ低い値まで上昇する。そして時
刻Ｔ２に信号ＰＲＥ0および信号ＲＥがＶDDへ制御され
てＱ1AがＯＦＦするとともにＱ3AがＯＮする。これによ
り、容量ＣF，ＣP1Aに蓄積された電荷が放電され、節点
Ｎ1Aの電位は低下する。
【０００６】このとき、節点Ｎ2Aが十分高い期間だけ、
容量ＣP2Aに蓄積された電荷が急激に放電される。節点
Ｎ2Aの電位が節点Ｎ1Aの電位程度まで低下すると、その
後、節点Ｎ1A，Ｎ2Aの電位は徐々に低下する。時刻Ｔ２
からΔｔだけ経過した時刻Ｔ３に信号ＲＥを０Ｖに制御
してＱ3AをＯＦＦすると、その時点の節点Ｎ2Aの電位Ｖ
DD−ΔＶが維持され増幅されＶOUTとして出力される。
これにより、静電容量ＣFの値に応じた電圧ＶOUTが得ら
れ、この電圧信号を信号処理することにより、表面形状
の凹凸がわかる。
容量ＣP2Aに蓄積された電荷が急激に放電される。節点
Ｎ2Aの電位が節点Ｎ1Aの電位程度まで低下すると、その
後、節点Ｎ1A，Ｎ2Aの電位は徐々に低下する。時刻Ｔ２
からΔｔだけ経過した時刻Ｔ３に信号ＲＥを０Ｖに制御
してＱ3AをＯＦＦすると、その時点の節点Ｎ2Aの電位Ｖ
DD−ΔＶが維持され増幅されＶOUTとして出力される。
これにより、静電容量ＣFの値に応じた電圧ＶOUTが得ら
れ、この電圧信号を信号処理することにより、表面形状
の凹凸がわかる。
【０００７】第２の従来の表面形状認識センサ装置で用
いられるセンサセルの機能ブロック図を図２１に示す。
図１８と異なる点は、基準信号を発生する基準信号発生
回路１５０を備えるとともに、信号増幅回路１３１が信
号発生回路１２０による信号のレベルと基準信号の大小
に基づき増幅度を変化させる手段を含んでいる点にあ
る。図２２は、図２１に示したセンサセルの回路図であ
る。節点Ｎ1Aには容量ＣFに応じた電圧信号△ＶIが信号
発生回路１２０によって発生する。この電圧信号△ＶI
は、基準信号発生回路１５０から節点Ｎ1Bに発生する信
号レベルと信号増幅回路１３１で比較され、それに応じ
て電圧信号△ＶOに増幅される。この電圧信号△ＶOの大
きさ応じた電圧信号ＶOUTが出力信号として出力回路１
４０から出力される。動作については、図１９のセンサ
セルとほぼ同じであり、ここでの説明は省略する。
いられるセンサセルの機能ブロック図を図２１に示す。
図１８と異なる点は、基準信号を発生する基準信号発生
回路１５０を備えるとともに、信号増幅回路１３１が信
号発生回路１２０による信号のレベルと基準信号の大小
に基づき増幅度を変化させる手段を含んでいる点にあ
る。図２２は、図２１に示したセンサセルの回路図であ
る。節点Ｎ1Aには容量ＣFに応じた電圧信号△ＶIが信号
発生回路１２０によって発生する。この電圧信号△ＶI
は、基準信号発生回路１５０から節点Ｎ1Bに発生する信
号レベルと信号増幅回路１３１で比較され、それに応じ
て電圧信号△ＶOに増幅される。この電圧信号△ＶOの大
きさ応じた電圧信号ＶOUTが出力信号として出力回路１
４０から出力される。動作については、図１９のセンサ
セルとほぼ同じであり、ここでの説明は省略する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の表面形状認識センサ装置では、各センサセル
は同一のレイアウトで製造されるが、実際にはプロセス
のばらつきにより各センサセルの検出感度は完全に同一
にはならず、検出画像にセンサセルの感度ばらつきによ
るノイズが入り画質が劣化してまう。また、チップ間で
のばらつきやウエハばらつきによって検出性能も低下す
る。このように、製造後に設計値と異なる性能を示した
ときに調節することができないため、表面形状認識セン
サ装置の歩留まりを低下させ製造コストの上昇をもたら
してしまう。特に、大量に安価に供給する場合、このこ
とは大きな問題になる。本発明はこのような課題を解決
するためのものであり、所望の検出性能が得られるよう
にセンサセルの感度を調整できる表面形状認識センサ装
置を提供することを目的としている。
うな従来の表面形状認識センサ装置では、各センサセル
は同一のレイアウトで製造されるが、実際にはプロセス
のばらつきにより各センサセルの検出感度は完全に同一
にはならず、検出画像にセンサセルの感度ばらつきによ
るノイズが入り画質が劣化してまう。また、チップ間で
のばらつきやウエハばらつきによって検出性能も低下す
る。このように、製造後に設計値と異なる性能を示した
ときに調節することができないため、表面形状認識セン
サ装置の歩留まりを低下させ製造コストの上昇をもたら
してしまう。特に、大量に安価に供給する場合、このこ
とは大きな問題になる。本発明はこのような課題を解決
するためのものであり、所望の検出性能が得られるよう
にセンサセルの感度を調整できる表面形状認識センサ装
置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明にかかる表面形状認識センサ装置は、
認識対象の表面形状に応じた電気量を検出素子で検出
し、その電気量に応じた信号を増幅して出力するセンサ
セルを複数有し、これら２次元に配列されたセンサセル
の出力に基づき表面形状の凹凸を感知する表面形状認識
センサ装置であって、各センサセルは、電気量に応じた
信号を発生する信号発生回路と、この信号発生回路から
の信号の信号レベルを増幅して出力する信号増幅回路
と、この信号増幅回路の出力信号を所望の信号に変換し
て出力する出力回路と、信号増幅回路の増幅率を調節す
る感度調節回路とを備え、この感度調節回路で各センサ
セルごとに信号増幅回路の増幅率を調節するようにした
ものである。
るために、本発明にかかる表面形状認識センサ装置は、
認識対象の表面形状に応じた電気量を検出素子で検出
し、その電気量に応じた信号を増幅して出力するセンサ
セルを複数有し、これら２次元に配列されたセンサセル
の出力に基づき表面形状の凹凸を感知する表面形状認識
センサ装置であって、各センサセルは、電気量に応じた
信号を発生する信号発生回路と、この信号発生回路から
の信号の信号レベルを増幅して出力する信号増幅回路
と、この信号増幅回路の出力信号を所望の信号に変換し
て出力する出力回路と、信号増幅回路の増幅率を調節す
る感度調節回路とを備え、この感度調節回路で各センサ
セルごとに信号増幅回路の増幅率を調節するようにした
ものである。
【００１０】この場合、各センサセルに、基準信号を発
生する基準信号発生回路をさらに設け、信号増幅回路
で、信号発生回路からの信号の信号レベルと基準信号発
生回路からの基準信号の信号レベルとの大小に基づき増
幅率を変化して出力するようにしてもよい。感度調節回
路の接続位置については、検出素子と信号増幅回路との
接続節点（図２：Ｎ1A）や、信号増幅回路の出力節点
（図５：Ｎ2A）あるいは内部節点（図１１：Ｎ2A）に接
続してもよい。基準信号発生回路を用いる場合はその基
準信号発生回路の出力節点（図７：Ｎ1B）に接続しても
よい。また、感度調節回路を基準信号発生回路の内部に
設け（図９）、基準信号発生回路から基準信号として信
号増幅回路の増幅率を調節する信号を出力するようにし
てもよい。出力回路からの出力信号とキャリブレーショ
ン用基準信号とを比較する比較回路をさらに設け、感度
調節回路で、この比較回路からの比較出力に基づき信号
増幅回路の増幅率を調節するようにしてもよい。
生する基準信号発生回路をさらに設け、信号増幅回路
で、信号発生回路からの信号の信号レベルと基準信号発
生回路からの基準信号の信号レベルとの大小に基づき増
幅率を変化して出力するようにしてもよい。感度調節回
路の接続位置については、検出素子と信号増幅回路との
接続節点（図２：Ｎ1A）や、信号増幅回路の出力節点
（図５：Ｎ2A）あるいは内部節点（図１１：Ｎ2A）に接
続してもよい。基準信号発生回路を用いる場合はその基
準信号発生回路の出力節点（図７：Ｎ1B）に接続しても
よい。また、感度調節回路を基準信号発生回路の内部に
設け（図９）、基準信号発生回路から基準信号として信
号増幅回路の増幅率を調節する信号を出力するようにし
てもよい。出力回路からの出力信号とキャリブレーショ
ン用基準信号とを比較する比較回路をさらに設け、感度
調節回路で、この比較回路からの比較出力に基づき信号
増幅回路の増幅率を調節するようにしてもよい。
【００１１】信号増幅回路の具体的構成（例えば、図３
参照）として、１個の入力端子と２個の出力端子を有
し、一方の出力端子が検出素子に接続され他方の出力端
子が出力回路に接続され、入力端子が定電圧源に接続さ
れ、かつ入力端子と一方の出力端子との間の電位差の絶
対値が所定のしきい値の絶対値より大きい場合に各出力
端子間が導通状態となる第１の素子（Ｑ2A）と、この第
１の素子の他方の出力端子に接続され、かつ信号発生回
路の動作停止時は第１の素子の入力端子と一方の出力端
子との間の電位差の絶対値がしきい値の絶対値以下とな
るように他方の出力端子へ電圧を印加するとともに、信
号発生回路の動作時は電圧の印加を停止する第１のスイ
ッチ手段（Ｑ1A）とから構成してもよい。
参照）として、１個の入力端子と２個の出力端子を有
し、一方の出力端子が検出素子に接続され他方の出力端
子が出力回路に接続され、入力端子が定電圧源に接続さ
れ、かつ入力端子と一方の出力端子との間の電位差の絶
対値が所定のしきい値の絶対値より大きい場合に各出力
端子間が導通状態となる第１の素子（Ｑ2A）と、この第
１の素子の他方の出力端子に接続され、かつ信号発生回
路の動作停止時は第１の素子の入力端子と一方の出力端
子との間の電位差の絶対値がしきい値の絶対値以下とな
るように他方の出力端子へ電圧を印加するとともに、信
号発生回路の動作時は電圧の印加を停止する第１のスイ
ッチ手段（Ｑ1A）とから構成してもよい。
【００１２】基準信号発生回路を用いる場合の信号増幅
回路の具体的構成（例えば、図８参照）として、１個の
入力端子と２個の出力端子を有し、かつ入力端子と一方
の出力端子との間の電位差の絶対値が所定のしきい値の
絶対値より大きい場合に各出力端子間が導通状態となる
第１の素子（Ｑ2A）および第２の素子（Ｑ2A）と、この
第１および第２の素子のそれぞれの他方の出力端子に接
続され、かつ信号発生回路および基準信号発生回路の動
作停止時は第１および第２の素子のそれぞれの入力端子
および一方の出力端子間の電位差の絶対値がしきい値の
絶対値以下になるように各他方の出力端子へ電圧を印加
し、信号発生回路および基準信号発生回路の動作時は電
圧の印加を停止する第２のスイッチ手段（Ｑ1A，Ｑ1B）
とから構成し、第１の素子は、一方の出力端子が検出素
子に接続されるとともに入力端子が第２の素子の他方の
出力端子に接続され、第２の素子は、一方の出力端子が
基準信号発生回路に接続されるとともに入力端子が第１
の素子の他方の出力端子に接続され、第１および第２の
素子それぞれの他方の出力端子の少なくとも一方に出力
回路が接続されているものを用いてもよい。
回路の具体的構成（例えば、図８参照）として、１個の
入力端子と２個の出力端子を有し、かつ入力端子と一方
の出力端子との間の電位差の絶対値が所定のしきい値の
絶対値より大きい場合に各出力端子間が導通状態となる
第１の素子（Ｑ2A）および第２の素子（Ｑ2A）と、この
第１および第２の素子のそれぞれの他方の出力端子に接
続され、かつ信号発生回路および基準信号発生回路の動
作停止時は第１および第２の素子のそれぞれの入力端子
および一方の出力端子間の電位差の絶対値がしきい値の
絶対値以下になるように各他方の出力端子へ電圧を印加
し、信号発生回路および基準信号発生回路の動作時は電
圧の印加を停止する第２のスイッチ手段（Ｑ1A，Ｑ1B）
とから構成し、第１の素子は、一方の出力端子が検出素
子に接続されるとともに入力端子が第２の素子の他方の
出力端子に接続され、第２の素子は、一方の出力端子が
基準信号発生回路に接続されるとともに入力端子が第１
の素子の他方の出力端子に接続され、第１および第２の
素子それぞれの他方の出力端子の少なくとも一方に出力
回路が接続されているものを用いてもよい。
【００１３】さらに、基準信号発生回路を用いる場合、
第１の素子の他方の出力端子および第２の素子の他方の
出力端子のうち、出力回路が接続されていないほうの出
力端子（図１２：Ｎ2A）に感度調節回路を接続してもよ
く、これら出力端子のうち、出力回路が接続されている
ほうの出力端子（図１４：Ｎ2B）に感度調節回路を接続
してもよい。また、感度調節回路については、容量値が
可変の容量素子を用いてもよい。
第１の素子の他方の出力端子および第２の素子の他方の
出力端子のうち、出力回路が接続されていないほうの出
力端子（図１２：Ｎ2A）に感度調節回路を接続してもよ
く、これら出力端子のうち、出力回路が接続されている
ほうの出力端子（図１４：Ｎ2B）に感度調節回路を接続
してもよい。また、感度調節回路については、容量値が
可変の容量素子を用いてもよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形
態にかかる表面形状認識センサ装置を示す外観図であ
る。この表面形状認識センサ装置は、例えば微細な凹凸
を有する認識対象の照合対象表面の形状と照合データと
比較照合することにより認識対象の認証を行う表面形状
認識装置において、認識対象の表面形状を検出する回路
装置として用いられる。図１に示すように、表面形状認
識センサ装置１０は、２次元（アレイ状や格子状）に配
置された多数のセンサセル１１から構成されている。こ
の表面形状認識センサ装置１０のセンサ面１２に指１３
など認識対象を接触させることにより、その認識対象表
面ここでは指紋１４の凹凸形状がそれぞれのセンサセル
１１で個別に検出され、認識対象の表面形状を示す２次
元データが出力される。
て図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形
態にかかる表面形状認識センサ装置を示す外観図であ
る。この表面形状認識センサ装置は、例えば微細な凹凸
を有する認識対象の照合対象表面の形状と照合データと
比較照合することにより認識対象の認証を行う表面形状
認識装置において、認識対象の表面形状を検出する回路
装置として用いられる。図１に示すように、表面形状認
識センサ装置１０は、２次元（アレイ状や格子状）に配
置された多数のセンサセル１１から構成されている。こ
の表面形状認識センサ装置１０のセンサ面１２に指１３
など認識対象を接触させることにより、その認識対象表
面ここでは指紋１４の凹凸形状がそれぞれのセンサセル
１１で個別に検出され、認識対象の表面形状を示す２次
元データが出力される。
【００１５】（第１の実施の形態）次に、図２を参照し
て、本発明の第１の実施の形態にかかる表面形状認識セ
ンサ装置について説明する。図２に本発明の第１の実施
の形態にかかる表面形状認識センサ装置で用いるセンサ
セルの機能ブロック図を示す。各センサセル１１は、そ
れぞれ同一構成をなしており、図２に示すように、検出
素子１１０、信号発生回路１２０、感度調節回路１６
０、信号増幅回路１３０、および出力回路１４０で構成
される。前述した従来例（図１９参照）とは、信号増幅
回路１３０の入力節点である節点Ｎ1Aに感度調節回路１
６０が接続されているところが異なる。本実施の形態に
よれば、表面形状認識センサ装置を製造した後に、この
感度調節回路１６０を用いて、信号増幅回路１３０の増
幅度を調節することができる。
て、本発明の第１の実施の形態にかかる表面形状認識セ
ンサ装置について説明する。図２に本発明の第１の実施
の形態にかかる表面形状認識センサ装置で用いるセンサ
セルの機能ブロック図を示す。各センサセル１１は、そ
れぞれ同一構成をなしており、図２に示すように、検出
素子１１０、信号発生回路１２０、感度調節回路１６
０、信号増幅回路１３０、および出力回路１４０で構成
される。前述した従来例（図１９参照）とは、信号増幅
回路１３０の入力節点である節点Ｎ1Aに感度調節回路１
６０が接続されているところが異なる。本実施の形態に
よれば、表面形状認識センサ装置を製造した後に、この
感度調節回路１６０を用いて、信号増幅回路１３０の増
幅度を調節することができる。
【００１６】図２に示したセンサセルの回路構成例を図
３に示す。検出素子１１０、信号発生回路１２０、信号
増幅回路１３０、および出力回路１４０は前述の従来例
と同じである。感度調節回路１６０としては、容量値を
変更することができる可変容量ＣCを用いている。この
場合、信号増幅回路１３０の電圧増幅率は、 （ＣP1A＋ＣC）／ＣP2A で表すことができる。ＣP1AおよびＣP2Aは、寄生容量を
含めたＮ1AおよびＮ2Aに接続される容量であり、予めＣ
P1A＞ＣP2Aとなるように設計しておく。したがって、こ
のＣCの値を調節させることにより、電圧増幅率を調節
することができる。
３に示す。検出素子１１０、信号発生回路１２０、信号
増幅回路１３０、および出力回路１４０は前述の従来例
と同じである。感度調節回路１６０としては、容量値を
変更することができる可変容量ＣCを用いている。この
場合、信号増幅回路１３０の電圧増幅率は、 （ＣP1A＋ＣC）／ＣP2A で表すことができる。ＣP1AおよびＣP2Aは、寄生容量を
含めたＮ1AおよびＮ2Aに接続される容量であり、予めＣ
P1A＞ＣP2Aとなるように設計しておく。したがって、こ
のＣCの値を調節させることにより、電圧増幅率を調節
することができる。
【００１７】図４に可変容量ＣCの実現例を示す。図４
に示すように、ＭＯＳＦＥＴのソース端子−ドレイン端
子間を接続することでＭＯＳ容量を実現でき、ゲート端
子またはソース・ドレイン端子の電位を制御することで
ＭＯＳ容量値を変化させることができる。ここでは、Ｎ
ｃｈＭＯＳＦＥＴを用いた場合を例として示したが、も
ちろんＰｃｈＭＯＳＦＥＴでもよい。
に示すように、ＭＯＳＦＥＴのソース端子−ドレイン端
子間を接続することでＭＯＳ容量を実現でき、ゲート端
子またはソース・ドレイン端子の電位を制御することで
ＭＯＳ容量値を変化させることができる。ここでは、Ｎ
ｃｈＭＯＳＦＥＴを用いた場合を例として示したが、も
ちろんＰｃｈＭＯＳＦＥＴでもよい。
【００１８】（第２の実施の形態）次に、図５を参照し
て、本発明の第２の実施の形態にかかる表面形状認識セ
ンサ装置について説明する。図５に本発明の第２の実施
の形態にかかる表面形状認識センサ装置で用いるセンサ
セルの機能ブロック図を示す。センサセル１１は、検出
素子１１０、信号発生回路１２０、感度調節回路１６
０、信号増幅回路１３０、および出力回路１４０で構成
される。第１の実施の形態とは、信号増幅回路１３０の
出力節点である節点Ｎ2Aに感度調節回路１６０が接続さ
れているところが異なる。本実施の形態によれば、表面
形状認識センサ装置を製造した後に、この感度調節回路
１６０を用いて、信号増幅回路１３０の増幅度を調節す
ることができる。
て、本発明の第２の実施の形態にかかる表面形状認識セ
ンサ装置について説明する。図５に本発明の第２の実施
の形態にかかる表面形状認識センサ装置で用いるセンサ
セルの機能ブロック図を示す。センサセル１１は、検出
素子１１０、信号発生回路１２０、感度調節回路１６
０、信号増幅回路１３０、および出力回路１４０で構成
される。第１の実施の形態とは、信号増幅回路１３０の
出力節点である節点Ｎ2Aに感度調節回路１６０が接続さ
れているところが異なる。本実施の形態によれば、表面
形状認識センサ装置を製造した後に、この感度調節回路
１６０を用いて、信号増幅回路１３０の増幅度を調節す
ることができる。
【００１９】図５に示したセンサセルの回路構成例を図
６に示す。検出素子１１０、信号発生回路１２０、信号
増幅回路１３０、感度調節回路１６０、および出力回路
１４０は第１の実施の形態と同じである。この場合、信
号増幅回路の電圧増幅率は、 ＣP1A／（ＣP2A＋ＣC） で表すことができる。ＣP1AおよびＣP2Aは、寄生容量を
含めたＮ1AおよびＮ2Aに接続される容量である。したが
って、このＣCの値を調節させることにより、電圧増幅
率を調節することができる。第１の実施の形態と比較し
て、容量ＣCが電圧増幅率の分母となっているため、小
さなＣCの変化で電圧増幅率が大きく変化する。そのた
め、小さなＣCの変化量で電圧増幅率を大きく調節で
き、結果として感度調節回路１６０を小型化できる効果
がある。
６に示す。検出素子１１０、信号発生回路１２０、信号
増幅回路１３０、感度調節回路１６０、および出力回路
１４０は第１の実施の形態と同じである。この場合、信
号増幅回路の電圧増幅率は、 ＣP1A／（ＣP2A＋ＣC） で表すことができる。ＣP1AおよびＣP2Aは、寄生容量を
含めたＮ1AおよびＮ2Aに接続される容量である。したが
って、このＣCの値を調節させることにより、電圧増幅
率を調節することができる。第１の実施の形態と比較し
て、容量ＣCが電圧増幅率の分母となっているため、小
さなＣCの変化で電圧増幅率が大きく変化する。そのた
め、小さなＣCの変化量で電圧増幅率を大きく調節で
き、結果として感度調節回路１６０を小型化できる効果
がある。
【００２０】（第３の実施の形態）次に、本発明の第３
の実施の形態にかかる表面形状認識センサ装置について
説明する。本実施の形態では、図２２に示したセンサセ
ルの回路構成例において、検出素子１１０が接続されて
いる信号増幅回路１３１の入力節点である節点Ｎ1Aに、
前述の感度調節回路１６０を接続したものである。な
お、図面については容易に類推できるのでここでは省略
する。本実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様
に、表面形状認識センサ装置を製造した後に、この感度
調節回路１６０を用いて、信号増幅回路１３１の増幅度
を調節することができる。
の実施の形態にかかる表面形状認識センサ装置について
説明する。本実施の形態では、図２２に示したセンサセ
ルの回路構成例において、検出素子１１０が接続されて
いる信号増幅回路１３１の入力節点である節点Ｎ1Aに、
前述の感度調節回路１６０を接続したものである。な
お、図面については容易に類推できるのでここでは省略
する。本実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様
に、表面形状認識センサ装置を製造した後に、この感度
調節回路１６０を用いて、信号増幅回路１３１の増幅度
を調節することができる。
【００２１】（第４の実施の形態）次に、図７を参照し
て、本発明の第４の実施の形態にかかる表面形状認識セ
ンサ装置について説明する。図７に本発明の第４の実施
の形態にかかる表面形状認識センサ装置で用いるセンサ
セルの機能ブロック図を示す。センサセル１１は、検出
素子１１０、信号発生回路１２０、基準信号発生回路１
５０、信号増幅回路１３１、および出力回路１４０で構
成される。前述した従来例（図１９参照）とは、基準信
号発生回路１５０の出力節点ＮB1に感度調節回路１６０
が接続されているところが異なる。本実施の形態によれ
ば、表面形状認識センサ装置を製造した後に、この感度
調節回路１６０を用いて、信号増幅回路１３１の増幅度
を調節することができる。
て、本発明の第４の実施の形態にかかる表面形状認識セ
ンサ装置について説明する。図７に本発明の第４の実施
の形態にかかる表面形状認識センサ装置で用いるセンサ
セルの機能ブロック図を示す。センサセル１１は、検出
素子１１０、信号発生回路１２０、基準信号発生回路１
５０、信号増幅回路１３１、および出力回路１４０で構
成される。前述した従来例（図１９参照）とは、基準信
号発生回路１５０の出力節点ＮB1に感度調節回路１６０
が接続されているところが異なる。本実施の形態によれ
ば、表面形状認識センサ装置を製造した後に、この感度
調節回路１６０を用いて、信号増幅回路１３１の増幅度
を調節することができる。
【００２２】図７に示したセンサセルの回路構成例を図
８に示す。検出素子１１０、信号発生回路１２０、基準
信号発生回路１５０、信号増幅回路１３１、および出力
回路１４０は前述の従来例と同じであるが、基準信号発
生回路１５０の出力節点Ｎ1Bに感度調節回路１６０とし
て容量値を変更できる可変容量ＣCが接続されていると
ころが異なる。例えば、ＣF＝０のときに、節点Ｎ2Aと
節点Ｎ2Bの電位の変化が等しくなるように設定するため
には、基準信号発生回路１５０の基準素子５１をＣRと
すると、 ＣP2B／ＣP2A＝｛ＣP1A／（ＣP1B＋ＣR＋ＣC）｝a にする必要がある。このａは、ＮｃｈＭＯＳＦＥＴＱ2A
およびＱ2Bの飽和電流がａ乗則に従うとした場合の値で
あり、通常１．２〜１．５の値である。
８に示す。検出素子１１０、信号発生回路１２０、基準
信号発生回路１５０、信号増幅回路１３１、および出力
回路１４０は前述の従来例と同じであるが、基準信号発
生回路１５０の出力節点Ｎ1Bに感度調節回路１６０とし
て容量値を変更できる可変容量ＣCが接続されていると
ころが異なる。例えば、ＣF＝０のときに、節点Ｎ2Aと
節点Ｎ2Bの電位の変化が等しくなるように設定するため
には、基準信号発生回路１５０の基準素子５１をＣRと
すると、 ＣP2B／ＣP2A＝｛ＣP1A／（ＣP1B＋ＣR＋ＣC）｝a にする必要がある。このａは、ＮｃｈＭＯＳＦＥＴＱ2A
およびＱ2Bの飽和電流がａ乗則に従うとした場合の値で
あり、通常１．２〜１．５の値である。
【００２３】実際のセンサセルで、 ＣP2B＝ＣP2A，ＣP1A＞ＣP1B＋ＣR だとすると、 ＣP1A＝ＣP1B＋ＣR＋ＣC となるようにＣCを調節すれば、ＣF＝Ｏのときに、節点
Ｎ2Aと節点Ｎ2Bの電位の変化が等しくなるように調節す
ることができる。
Ｎ2Aと節点Ｎ2Bの電位の変化が等しくなるように調節す
ることができる。
【００２４】（第５の実施の形態）次に、図９を参照し
て、本発明の第５の実施の形態にかかる表面形状認識セ
ンサ装置について説明する。図９に本発明の第５の実施
の形態にかかる表面形状認識センサ装置で用いるセンサ
セルの機能ブロック図を示す。センサセル１１は、検出
素子１１０、信号発生回路１２０、感度調節機能付き基
準信号発生回路１５１、信号増幅回路１３１、および出
力回路１４０で構成される。前述した従来例（図１９参
照）とは、基準信号発生回路１５０に代えて感度調節機
能付き基準信号発生回路１５１を設けたところが異な
る。すなわち感度調節回路１６０を基準信号発生回路１
５０の内部に設けて感度調節機能付き基準信号発生回路
１５１としたものである。本実施の形態によれば、表面
形状認識センサ装置を製造した後に、この感度調節機能
付き基準信号発生回路１５１を用いて、信号増幅回路１
３１の増幅度を調節することができる。
て、本発明の第５の実施の形態にかかる表面形状認識セ
ンサ装置について説明する。図９に本発明の第５の実施
の形態にかかる表面形状認識センサ装置で用いるセンサ
セルの機能ブロック図を示す。センサセル１１は、検出
素子１１０、信号発生回路１２０、感度調節機能付き基
準信号発生回路１５１、信号増幅回路１３１、および出
力回路１４０で構成される。前述した従来例（図１９参
照）とは、基準信号発生回路１５０に代えて感度調節機
能付き基準信号発生回路１５１を設けたところが異な
る。すなわち感度調節回路１６０を基準信号発生回路１
５０の内部に設けて感度調節機能付き基準信号発生回路
１５１としたものである。本実施の形態によれば、表面
形状認識センサ装置を製造した後に、この感度調節機能
付き基準信号発生回路１５１を用いて、信号増幅回路１
３１の増幅度を調節することができる。
【００２５】図９に示したセンサセルの実現例を図１０
に示す。検出素子１１０、信号発生回路１２０、信号増
幅回路１３１、および出力回路１４０は、前述の従来例
と同じであり、感度調整機能付き基準信号発生回路１５
１の内部の基準素子５３として、容量値を変更できる可
変容量ＣRCを用いているところが異なる。例えば、Ｃ F
＝０のときに、節点Ｎ2Aと節点Ｎ2Bの電位の変化が等し
くなるように設定するためには、 ＣP2B／ＣP2A＝｛ＣP1A／（ＣP1B＋ＣRC）｝a にする必要がある。ａは、ＮｃｈＭＯＳＦＥＴＱ2Aおよ
びＱ2Bの飽和電流がａ乗則に従うとした場合の値であ
り、通常１．２〜１．５の値である。
に示す。検出素子１１０、信号発生回路１２０、信号増
幅回路１３１、および出力回路１４０は、前述の従来例
と同じであり、感度調整機能付き基準信号発生回路１５
１の内部の基準素子５３として、容量値を変更できる可
変容量ＣRCを用いているところが異なる。例えば、Ｃ F
＝０のときに、節点Ｎ2Aと節点Ｎ2Bの電位の変化が等し
くなるように設定するためには、 ＣP2B／ＣP2A＝｛ＣP1A／（ＣP1B＋ＣRC）｝a にする必要がある。ａは、ＮｃｈＭＯＳＦＥＴＱ2Aおよ
びＱ2Bの飽和電流がａ乗則に従うとした場合の値であ
り、通常１．２〜１．５の値である。
【００２６】実際のセンサセルで、 ＣP2B＝ＣP2A，ＣP1A＞ＣP1B だとすると、 ＣP1A＝ＣP1B＋ＣRC となるようにＣRCを調節すれば、ＣF＝０のときに、節
点Ｎ2Aと節点Ｎ2Bの電位の変化が等しくなるように調節
することができる。したがって、ＣRとＣCをＣRCで兼ね
ることができるので、第４の実施の形態よりさらに小型
化できる効果があり、ＣCすなわち感度調節回路１６０
をそれぞれ内蔵する各センサセルの面積を小さくするこ
とができる。これにより、高解像度の表面形状認識セン
サ装置を実現でき、例えばこの表面形状認識センサ装置
を指紋認証用センサとして用いた場合、その認証率を高
めることができる。
点Ｎ2Aと節点Ｎ2Bの電位の変化が等しくなるように調節
することができる。したがって、ＣRとＣCをＣRCで兼ね
ることができるので、第４の実施の形態よりさらに小型
化できる効果があり、ＣCすなわち感度調節回路１６０
をそれぞれ内蔵する各センサセルの面積を小さくするこ
とができる。これにより、高解像度の表面形状認識セン
サ装置を実現でき、例えばこの表面形状認識センサ装置
を指紋認証用センサとして用いた場合、その認証率を高
めることができる。
【００２７】（第６の実施の形態）次に、図１１を参照
して、本発明の第６の実施の形態にかかる表面形状認識
センサ装置について説明する。図１１に本発明の第６の
実施の形態にかかる表面形状認識センサ装置で用いるセ
ンサセルの機能ブロック図を示す。センサセル１１は、
検出素子１１０、信号発生回路１２０、基準信号発生回
路１５０、信号増幅回路１３１、および出力回路１４０
で構成される。前述した従来例（図１９参照）とは、感
度調節回路１６０が信号増幅回路１３１の内部節点Ｎ2A
に接続しているところが異なる。感度調節回路１６０を
用いて、信号増幅回路１３１の増幅度を調節することが
できる。
して、本発明の第６の実施の形態にかかる表面形状認識
センサ装置について説明する。図１１に本発明の第６の
実施の形態にかかる表面形状認識センサ装置で用いるセ
ンサセルの機能ブロック図を示す。センサセル１１は、
検出素子１１０、信号発生回路１２０、基準信号発生回
路１５０、信号増幅回路１３１、および出力回路１４０
で構成される。前述した従来例（図１９参照）とは、感
度調節回路１６０が信号増幅回路１３１の内部節点Ｎ2A
に接続しているところが異なる。感度調節回路１６０を
用いて、信号増幅回路１３１の増幅度を調節することが
できる。
【００２８】図１１に示したセンサセルの実現例を図１
２に示す。検出素子１１０、信号発生回路１２０、信号
増幅回路１３１、基準信号発生回路１５０および出力回
路１４０は、前述の従来例と同じであり、信号増幅回路
１３１の内部節点Ｎ2Aに感度調節回路１６０として容量
値を変更できる可変容量ＣCが接続されているところが
異なる。例えば、ＣF＝０のときに、節点Ｎ2Aと節点Ｎ
2Bの電位の変化が等しくなるように設定するためには、 ＣP2B／（ＣP2A＋ＣC）＝｛ＣP1A／（ＣP1B＋ＣR）｝a にする必要がある。ａは、ＮｃｈＭＯＳＦＥＴＱ2Aおよ
びＱ2Bの飽和電流がａ乗則に従うとした場合の値であ
り、通常１．２〜１．５の値である。
２に示す。検出素子１１０、信号発生回路１２０、信号
増幅回路１３１、基準信号発生回路１５０および出力回
路１４０は、前述の従来例と同じであり、信号増幅回路
１３１の内部節点Ｎ2Aに感度調節回路１６０として容量
値を変更できる可変容量ＣCが接続されているところが
異なる。例えば、ＣF＝０のときに、節点Ｎ2Aと節点Ｎ
2Bの電位の変化が等しくなるように設定するためには、 ＣP2B／（ＣP2A＋ＣC）＝｛ＣP1A／（ＣP1B＋ＣR）｝a にする必要がある。ａは、ＮｃｈＭＯＳＦＥＴＱ2Aおよ
びＱ2Bの飽和電流がａ乗則に従うとした場合の値であ
り、通常１．２〜１．５の値である。
【００２９】予め、ＣP1A＞ＣP1B＋ＣRと設定してお
き、 ｛ＣP1A／（ＣP1B＋ＣR）｝a＝Ｋ とすると、Ｋ＞１となる。そのため前出の式を、 ＣP2B＝Ｋ（ＣP2A＋ＣC） と変形することができ、ＣCの変化がＫ倍されることに
なる。したがって、第４の実施の形態よりもさらに小さ
なＣCの変化で感度調節をおこなうことができ、結果と
して感度調節回路１６０をさらに小型化できる効果があ
り、ＣCすなわち感度調節回路１６０をそれぞれ内蔵す
る各センサセルの面積を小さくすることができる。これ
により、高解像度の表面形状認識センサ装置を実現で
き、例えばこの表面形状認識センサ装置を指紋認証用セ
ンサとして用いた場合、その認証率を高めることができ
る。
き、 ｛ＣP1A／（ＣP1B＋ＣR）｝a＝Ｋ とすると、Ｋ＞１となる。そのため前出の式を、 ＣP2B＝Ｋ（ＣP2A＋ＣC） と変形することができ、ＣCの変化がＫ倍されることに
なる。したがって、第４の実施の形態よりもさらに小さ
なＣCの変化で感度調節をおこなうことができ、結果と
して感度調節回路１６０をさらに小型化できる効果があ
り、ＣCすなわち感度調節回路１６０をそれぞれ内蔵す
る各センサセルの面積を小さくすることができる。これ
により、高解像度の表面形状認識センサ装置を実現で
き、例えばこの表面形状認識センサ装置を指紋認証用セ
ンサとして用いた場合、その認証率を高めることができ
る。
【００３０】（第７の実施の形態）次に、図１３を参照
して、本発明の第７の実施の形態にかかる表面形状認識
センサ装置について説明する。図１３に本発明の第７の
実施の形態にかかる表面形状認識センサ装置で用いるセ
ンサセルの機能ブロック図を示す。前述した第６の実施
の形態（図１１参照）とは、感度調節回路１６０が信号
増幅回路１３１の出力節点Ｎ2Bに接続しているところが
異なる。感度調節回路１６０を用いて、信号増幅回路１
３１の増幅度を調節することができる。
して、本発明の第７の実施の形態にかかる表面形状認識
センサ装置について説明する。図１３に本発明の第７の
実施の形態にかかる表面形状認識センサ装置で用いるセ
ンサセルの機能ブロック図を示す。前述した第６の実施
の形態（図１１参照）とは、感度調節回路１６０が信号
増幅回路１３１の出力節点Ｎ2Bに接続しているところが
異なる。感度調節回路１６０を用いて、信号増幅回路１
３１の増幅度を調節することができる。
【００３１】図１３に示したセンサセルの実現例を図１
４に示す。第６の実施の形態と比較して、信号増幅回路
１３１の出力節点Ｎ2Bに感度調節回路１６０として容量
値を変更できる可変容量ＣCが接続されているところが
異なるが、他の構成は同じである。例えば、ＣF＝０の
ときに、節点Ｎ2Aと節点Ｎ2Bの電位の変化が等しくなる
ように設定するためには、 （ＣP2B＋ＣC）／ＣP2A＝｛ＣP1A／（ＣP1B＋ＣR）｝a にする必要がある。ａは、ＮｃｈＭＯＳＦＥＴＱ2Aおよ
びＱ2Bの飽和電流がａ乗則に従うとした場合の値であ
り、通常１．２〜１．５の値である。
４に示す。第６の実施の形態と比較して、信号増幅回路
１３１の出力節点Ｎ2Bに感度調節回路１６０として容量
値を変更できる可変容量ＣCが接続されているところが
異なるが、他の構成は同じである。例えば、ＣF＝０の
ときに、節点Ｎ2Aと節点Ｎ2Bの電位の変化が等しくなる
ように設定するためには、 （ＣP2B＋ＣC）／ＣP2A＝｛ＣP1A／（ＣP1B＋ＣR）｝a にする必要がある。ａは、ＮｃｈＭＯＳＦＥＴＱ2Aおよ
びＱ2Bの飽和電流がａ乗則に従うとした場合の値であ
り、通常１．２〜１．５の値である。
【００３２】ここで、 ｛ＣP1A／（ＣP1B＋ＣR）｝a＝Ｋ とすると、上記式を ＣC＝Ｋ・ＣP2A−ＣP2B と変形することができ、ＣCをＣP2Bだけ小さくできる。
そのため、第４の実施の形態よりもさらに小さなＣCの
変化で感度調節をおこなうことができ、結果として感度
調節回路１６０をさらに小型化できる効果があり、ＣC
すなわち感度調節回路１６０をそれぞれ内蔵する各セン
サセルの面積を小さくすることができる。これにより、
高解像度の表面形状認識センサ装置を実現でき、例えば
この表面形状認識センサ装置を指紋認証用センサとして
用いた場合、その認証率を高めることができる。
そのため、第４の実施の形態よりもさらに小さなＣCの
変化で感度調節をおこなうことができ、結果として感度
調節回路１６０をさらに小型化できる効果があり、ＣC
すなわち感度調節回路１６０をそれぞれ内蔵する各セン
サセルの面積を小さくすることができる。これにより、
高解像度の表面形状認識センサ装置を実現でき、例えば
この表面形状認識センサ装置を指紋認証用センサとして
用いた場合、その認証率を高めることができる。
【００３３】（第８の実施の形態）次に、図１５を参照
して、本発明の第８の実施の形態にかかる表面形状認識
センサ装置について説明する。図１５に本発明の第８の
実施の形態にかかる表面形状認識センサ装置で用いるセ
ンサセルの機能ブロック図を示す。以下では、前述した
第１の実施の形態を例として感度調節回路の具体例につ
いて説明するが、前述した第２〜７の実施の形態につい
ても本実施の形態を同様にして適用できる。ここでは、
出力回路１４０からの出力信号ＯＵＴと感度調節用基準
信号とを比較する比較回路１７０が設けられており、そ
の比較出力が感度調節回路１６０へ入力されている。
して、本発明の第８の実施の形態にかかる表面形状認識
センサ装置について説明する。図１５に本発明の第８の
実施の形態にかかる表面形状認識センサ装置で用いるセ
ンサセルの機能ブロック図を示す。以下では、前述した
第１の実施の形態を例として感度調節回路の具体例につ
いて説明するが、前述した第２〜７の実施の形態につい
ても本実施の形態を同様にして適用できる。ここでは、
出力回路１４０からの出力信号ＯＵＴと感度調節用基準
信号とを比較する比較回路１７０が設けられており、そ
の比較出力が感度調節回路１６０へ入力されている。
【００３４】図１６に感度調節回路の具体例を示す。こ
の感度調節回路１６０は、負荷回路１６１とカウンタ回
路１６２で構成される。負荷回路１６１は、Ｎ（Ｎは自
然数）個の負荷素子Ｚ1〜ＺNがそれぞれセンサ回路２に
接続されており、各負荷素子はそれぞれ個別に活性状態
および非活性状態のいずれかに制御することができる。
カウンタ回路１６２はＮビットのカウンタ回路であり、
その計数データに基づいて負荷回路１６１に設けられて
いる各負荷素子の活性状態を制御することにより、感度
調節回路１６０全体の容量を変化させる。
の感度調節回路１６０は、負荷回路１６１とカウンタ回
路１６２で構成される。負荷回路１６１は、Ｎ（Ｎは自
然数）個の負荷素子Ｚ1〜ＺNがそれぞれセンサ回路２に
接続されており、各負荷素子はそれぞれ個別に活性状態
および非活性状態のいずれかに制御することができる。
カウンタ回路１６２はＮビットのカウンタ回路であり、
その計数データに基づいて負荷回路１６１に設けられて
いる各負荷素子の活性状態を制御することにより、感度
調節回路１６０全体の容量を変化させる。
【００３５】各センサセル１１で感度調節を行うとき
は、被測定物として凹凸のない基準サンプルをセンサセ
ル１１で検出したり、センサセルに何も置かずに検出を
行うことで、各センサセル１１に同一の測定値を検出さ
せる。また、カウンタ回路１６２の値は、全ての負荷素
子Ｚ1〜ＺNを非活性状態に制御するような初期設定値に
予め設定しておく。センサセル１１での１回目のセンス
動作において、出力回路１４０からの出力信号が感度調
節用基準信号よりも小さい場合、比較回路１７０の比較
出力が変化する。この比較出力の変化によりカウンタ回
路１６２では１つカウントアップされる。この結果、カ
ウンタ回路１６２の計数データは負荷素子を１つ活性化
するように変化する。そして比較回路１７０の出力信号
を初期設定値に戻してしておく。
は、被測定物として凹凸のない基準サンプルをセンサセ
ル１１で検出したり、センサセルに何も置かずに検出を
行うことで、各センサセル１１に同一の測定値を検出さ
せる。また、カウンタ回路１６２の値は、全ての負荷素
子Ｚ1〜ＺNを非活性状態に制御するような初期設定値に
予め設定しておく。センサセル１１での１回目のセンス
動作において、出力回路１４０からの出力信号が感度調
節用基準信号よりも小さい場合、比較回路１７０の比較
出力が変化する。この比較出力の変化によりカウンタ回
路１６２では１つカウントアップされる。この結果、カ
ウンタ回路１６２の計数データは負荷素子を１つ活性化
するように変化する。そして比較回路１７０の出力信号
を初期設定値に戻してしておく。
【００３６】次に２回目のセンス動作でも出力信号２Ａ
が感度調節用基準信号より小さい場合、比較回路１７０
からの比較出力はまた変化する。これによりカウンタ回
路１６２はさらに１つカウントアップされる。ここで、
例えばＺ1＝Ｚ、Ｚ2＝２Ｚ、Ｚ3＝４Ｚ、…、ＺN＝２
(N-1)Ｚと設定しておき、カウンタ回路１６２の下位ビ
ットから順にＺ1〜ＺNを制御するようにしておけば、活
性状態となる負荷素子の値がカウントアップごとにＺづ
つ大きくなることになる。
が感度調節用基準信号より小さい場合、比較回路１７０
からの比較出力はまた変化する。これによりカウンタ回
路１６２はさらに１つカウントアップされる。ここで、
例えばＺ1＝Ｚ、Ｚ2＝２Ｚ、Ｚ3＝４Ｚ、…、ＺN＝２
(N-1)Ｚと設定しておき、カウンタ回路１６２の下位ビ
ットから順にＺ1〜ＺNを制御するようにしておけば、活
性状態となる負荷素子の値がカウントアップごとにＺづ
つ大きくなることになる。
【００３７】この動作は、センサセル１１の出力信号２
Ａが感度調節用基準信号以上となるまで繰り返される。
一致すると比較回路１７０の出力は変化しないため、そ
の比較出力によりカウンタ回路１６２がカウントアップ
されることはなく、それ以上負荷素子が活性状態となる
ことはない。このようにして各センサセル１１で感度調
節が行われて、各センサセル１１の性能ばらつきは見え
なくなり、結果として各センサセル１１の性能を均一に
することができる。
Ａが感度調節用基準信号以上となるまで繰り返される。
一致すると比較回路１７０の出力は変化しないため、そ
の比較出力によりカウンタ回路１６２がカウントアップ
されることはなく、それ以上負荷素子が活性状態となる
ことはない。このようにして各センサセル１１で感度調
節が行われて、各センサセル１１の性能ばらつきは見え
なくなり、結果として各センサセル１１の性能を均一に
することができる。
【００３８】本実施の形態では、負荷回路１６１を制御
する回路としてカウンタ回路１６２を用いた場合につい
て説明したが、これに限定されるものではなく、比較回
路１７０からの比較出力に応じてシフト動作するシフト
回路をカウンタ回路１６２の代わりに用いてもよく、あ
るいは比較回路１７０から出力される出力信号ＯＵＴと
感度調節用基準信号との差を記憶するメモリ回路を用い
てもよい。
する回路としてカウンタ回路１６２を用いた場合につい
て説明したが、これに限定されるものではなく、比較回
路１７０からの比較出力に応じてシフト動作するシフト
回路をカウンタ回路１６２の代わりに用いてもよく、あ
るいは比較回路１７０から出力される出力信号ＯＵＴと
感度調節用基準信号との差を記憶するメモリ回路を用い
てもよい。
【００３９】また、活性状態または非活性状態のずかれ
に切替制御できる負荷素子としては、図１７に示すよう
に、切替制御信号ＳＷで活性状態または非活性状態のい
ずかれとなるＭＯＳ容量を用いてもよく、このゲート端
子またはソース端子およびドレイン端子の電位を制御す
ることで実現できる。ここではＮchＭＯＳＦＥＴを用い
た場合を示したが、ＰchＭＯＳＦＥＴでもよい。あるい
は、図４に示したＭＯＳ容量と直列にスイッチを接続し
て切替制御信号ＳＷで活性状態または非活性状態を制御
してもよい。
に切替制御できる負荷素子としては、図１７に示すよう
に、切替制御信号ＳＷで活性状態または非活性状態のい
ずかれとなるＭＯＳ容量を用いてもよく、このゲート端
子またはソース端子およびドレイン端子の電位を制御す
ることで実現できる。ここではＮchＭＯＳＦＥＴを用い
た場合を示したが、ＰchＭＯＳＦＥＴでもよい。あるい
は、図４に示したＭＯＳ容量と直列にスイッチを接続し
て切替制御信号ＳＷで活性状態または非活性状態を制御
してもよい。
【００４０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、センサ
セルに感度調節回路を設け、この感度調節回路を用い
て、個々のセンサセルの検出感度を調節するようにした
ので、表面形状認識センサ装置を製造した後に、個々の
センサセルの検出感度を動的に調節することができる。
したがって、製造後に設計値と異なる性能を示したとき
に調節することができるため、表面形状認識センサ装置
の歩留まりを向上させ、製造コストを低減できる効果が
ある。特に、大量に安価に供給する場合、効果大であ
る。
セルに感度調節回路を設け、この感度調節回路を用い
て、個々のセンサセルの検出感度を調節するようにした
ので、表面形状認識センサ装置を製造した後に、個々の
センサセルの検出感度を動的に調節することができる。
したがって、製造後に設計値と異なる性能を示したとき
に調節することができるため、表面形状認識センサ装置
の歩留まりを向上させ、製造コストを低減できる効果が
ある。特に、大量に安価に供給する場合、効果大であ
る。
【図１】 本発明の一実施の形態にかかる表面形状認識
センサ装置を示す外観図である。
センサ装置を示す外観図である。
【図２】 第１の実施の形態にかかる表面形状認識セン
サ装置で用いるセンサセルの機能ブロック図である。
サ装置で用いるセンサセルの機能ブロック図である。
【図３】 図２のセンサセルを示す回路構成例である。
【図４】 可変容量の実現例である。
【図５】 第２の実施の形態にかかる表面形状認識セン
サ装置で用いるセンサセルの機能ブロック図である。
サ装置で用いるセンサセルの機能ブロック図である。
【図６】 図４のセンサセルを示す回路構成例である。
【図７】 第４の実施の形態にかかる表面形状認識セン
サ装置で用いるセンサセルの機能ブロック図である。
サ装置で用いるセンサセルの機能ブロック図である。
【図８】 図７のセンサセルを示す回路構成例である。
【図９】 第５の実施の形態にかかる表面形状認識セン
サ装置で用いるセンサセルの機能ブロック図である。
サ装置で用いるセンサセルの機能ブロック図である。
【図１０】 図９のセンサセルを示す回路構成例であ
る。
る。
【図１１】 第６の実施の形態にかかる表面形状認識セ
ンサ装置で用いるセンサセルの機能ブロック図である。
ンサ装置で用いるセンサセルの機能ブロック図である。
【図１２】 図１１のセンサセルを示す回路構成例であ
る。
る。
【図１３】 第７の実施の形態にかかる表面形状認識セ
ンサ装置で用いるセンサセルの機能ブロック図である。
ンサ装置で用いるセンサセルの機能ブロック図である。
【図１４】 図１３のセンサセルを示す回路構成例であ
る。
る。
【図１５】 第８の実施の形態にかかる表面形状認識セ
ンサ装置で用いるセンサセルの機能ブロック図である。
ンサ装置で用いるセンサセルの機能ブロック図である。
【図１６】 図１５の感度調節回路を示す回路構成例で
ある。
ある。
【図１７】 負荷素子の実現例である。
【図１８】 従来の表面形状認識センサ装置で用いるセ
ンサセルの機能ブロック図である。
ンサセルの機能ブロック図である。
【図１９】 図１８のセンサセルを示す回路構成例であ
る。
る。
【図２０】 図１９のセンサセルの動作タイミングチャ
ートである。
ートである。
【図２１】 従来の表面形状認識センサ装置で用いるセ
ンサセルの他の機能ブロック図である。
ンサセルの他の機能ブロック図である。
【図２２】 図２１のセンサセルを示す回路構成例であ
る。
る。
５１…基準素子、５３…感度調節機能付き基準素子、１
１０…検出素子、５２，１２０…信号発生回路、１３
０，１３１…信号増幅回路、１４０…出力回路、１５０
…基準信号発生回路、１５１…感度調節機能付き基準信
号発生回路、１６０…感度調節回路、１６１…負荷回
路、１６２…カウンタ回路、１７０…比較回路、Ｉ…電
流源、ＶG…バイアス電圧、ＶDD…電源電圧、△ＶI…入
力電圧信号、△ＶO…出力電圧信号、ＶOUT…センサ出力
信号、ＯＵＴ…出力信号、ＣF…検出容量、ＣR…基準容
量、ＣC，ＣRC…可変容量、ＣP1A，ＣP2A，ＣP1B，ＣP
…寄生容量、Ｑ1A，Ｑ1B…ＰｃｈＭＯＳＦＥＴ、Ｑ2A，
Ｑ2B，Ｑ3A，Ｑ3B，Ｑ4A…ＮｃｈＭＯＳＦＥＴ、ＲA…
バイアス抵抗、ＲＥ，ＰＲＥ0…センサ回路制御信号、
Ｎ 1A，Ｎ1B，Ｎ2A，Ｎ2B…節点。
１０…検出素子、５２，１２０…信号発生回路、１３
０，１３１…信号増幅回路、１４０…出力回路、１５０
…基準信号発生回路、１５１…感度調節機能付き基準信
号発生回路、１６０…感度調節回路、１６１…負荷回
路、１６２…カウンタ回路、１７０…比較回路、Ｉ…電
流源、ＶG…バイアス電圧、ＶDD…電源電圧、△ＶI…入
力電圧信号、△ＶO…出力電圧信号、ＶOUT…センサ出力
信号、ＯＵＴ…出力信号、ＣF…検出容量、ＣR…基準容
量、ＣC，ＣRC…可変容量、ＣP1A，ＣP2A，ＣP1B，ＣP
…寄生容量、Ｑ1A，Ｑ1B…ＰｃｈＭＯＳＦＥＴ、Ｑ2A，
Ｑ2B，Ｑ3A，Ｑ3B，Ｑ4A…ＮｃｈＭＯＳＦＥＴ、ＲA…
バイアス抵抗、ＲＥ，ＰＲＥ0…センサ回路制御信号、
Ｎ 1A，Ｎ1B，Ｎ2A，Ｎ2B…節点。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 島村 俊重 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 町田 克之 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 久良木 億 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 Ｆターム(参考） 2F063 AA43 BA29 DA02 DA05 DD07 HA04 LA11
Claims (13)
- 【請求項１】 認識対象の表面形状に応じた電気量を検
出素子で検出し、その電気量に応じた信号を増幅して出
力するセンサセルを複数有し、これら２次元に配列され
たセンサセルの出力に基づき前記表面形状の凹凸を感知
する表面形状認識センサ装置であって、 前記各センサセルは、 前記電気量に応じた信号を発生する信号発生回路と、 この信号発生回路からの信号の信号レベルを増幅して出
力する信号増幅回路と、 この信号増幅回路の出力信号を所望の信号に変換して出
力する出力回路と、 前記信号増幅回路の増幅率を調節する感度調節回路とを
備えることを特徴とする表面形状認識センサ装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の表面形状認識センサ装置
において、 前記各センサセルは、基準信号を発生する基準信号発生
回路をさらに備え、 前記信号増幅回路は、前記信号発生回路からの信号の信
号レベルと前記基準信号発生回路からの基準信号の信号
レベルとの大小に基づき増幅率を変化して出力すること
を特徴とする表面形状認識センサ装置。 - 【請求項３】 請求項１または２記載の表面形状認識セ
ンサ装置において、 前記感度調節回路は、前記検出素子と前記信号増幅回路
との接続節点に接続されていることを特徴とする表面形
状認識センサ装置。 - 【請求項４】 請求項１または２記載の表面形状認識セ
ンサ装置において、 前記感度調節回路は、前記信号増幅回路の出力節点に接
続されていることを特徴とする表面形状認識センサ装
置。 - 【請求項５】 請求項２記載の表面形状認識センサ装置
において、 前記感度調節回路は、前記基準信号発生回路の出力節点
に接続されていることを特徴とする表面形状認識センサ
装置。 - 【請求項６】 請求項２記載の表面形状認識センサ装置
において、 前記感度調節回路は、前記基準信号発生回路の内部に設
けられ、 前記基準信号発生回路は、前記基準信号として、前記信
号増幅回路の増幅率を調節する信号を出力することを特
徴とする表面形状認識センサ装置。 - 【請求項７】 請求項２記載の表面形状認識センサ装置
において、 前記感度調節回路は、前記信号増幅回路の内部節点に接
続されていることを特徴とする表面形状認識センサ装
置。 - 【請求項８】 請求項１または２記載の表面形状認識セ
ンサ装置において、 前記出力回路からの出力信号とキャリブレーション用基
準信号とを比較する比較回路をさらに備え、 前記感度調節回路は、この比較回路からの比較出力に基
づき前記信号増幅回路の増幅率を調節することを特徴と
する表面形状認識センサ装置。 - 【請求項９】 請求項１記載の表面形状認識センサ装置
において、 前記信号増幅回路は、 １個の入力端子と２個の出力端子を有し、前記一方の出
力端子が前記検出素子に接続され前記他方の出力端子が
前記出力回路に接続され、前記入力端子が定電圧源に接
続され、かつ前記入力端子と前記一方の出力端子との間
の電位差の絶対値が所定のしきい値の絶対値より大きい
場合に前記各出力端子間が導通状態となる第１の素子
と、 この第１の素子の前記他方の出力端子に接続され、かつ
前記信号発生回路の動作停止時は前記第１の素子の前記
入力端子と前記一方の出力端子との間の電位差の絶対値
が前記しきい値の絶対値以下となるように前記他方の出
力端子へ電圧を印加するとともに、前記信号発生回路の
動作時は前記電圧の印加を停止する第１のスイッチ手段
とを備えることを特徴とする表面形状認識センサ装置。 - 【請求項１０】 請求項２記載の表面形状認識センサ装
置において、 前記信号増幅回路は、 １個の入力端子と２個の出力端子を有し、かつ前記入力
端子と前記一方の出力端子との間の電位差の絶対値が所
定のしきい値の絶対値より大きい場合に前記各出力端子
間が導通状態となる第１および第２の素子と、 この第１および第２の素子のそれぞれの前記他方の出力
端子に接続され、かつ前記信号発生回路および前記基準
信号発生回路の動作停止時は前記第１および第２の素子
のそれぞれの前記入力端子および前記一方の出力端子間
の電位差の絶対値が前記しきい値の絶対値以下になるよ
うに前記各他方の出力端子へ電圧を印加し、前記信号発
生回路および前記基準信号発生回路の動作時は前記電圧
の印加を停止する第２のスイッチ手段とを備え、 前記第１の素子は、前記一方の出力端子が前記検出素子
に接続されるとともに前記入力端子が前記第２の素子の
前記他方の出力端子に接続され、前記第２の素子は、前
記一方の出力端子が前記基準信号発生回路に接続される
とともに前記入力端子が前記第１の素子の前記他方の出
力端子に接続され、前記第１および第２の素子それぞれ
の前記他方の出力端子の少なくとも一方に前記出力回路
が接続されていることを特徴とする表面形状認識センサ
装置。 - 【請求項１１】 請求項１０記載の表面形状認識センサ
装置において、 前記感度調節回路は、前記第１の素子の前記他方の出力
端子および前記第２の素子の前記他方の出力端子のう
ち、前記出力回路が接続されていないほうの出力端子に
接続されていることを特徴とする表面形状認識センサ装
置。 - 【請求項１２】 請求項１０記載の表面形状認識センサ
装置において、 前記感度調節回路は、前記第１の素子の前記他方の出力
端子および前記第２の素子の前記他方の出力端子のう
ち、前記出力回路が接続されているほうの出力端子に接
続されていることを特徴とする表面形状認識センサ装
置。 - 【請求項１３】 請求項１〜１２記載の表面形状認識セ
ンサ装置において、 前記感度調節回路は、容量値が可変の容量素子からなる
ことを特徴とする表面形状認識センサ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001162967A JP3425944B2 (ja) | 2000-06-08 | 2001-05-30 | 表面形状認識センサ装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000-171935 | 2000-06-08 | ||
| JP2000171935 | 2000-06-08 | ||
| JP2001162967A JP3425944B2 (ja) | 2000-06-08 | 2001-05-30 | 表面形状認識センサ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002062108A true JP2002062108A (ja) | 2002-02-28 |
| JP3425944B2 JP3425944B2 (ja) | 2003-07-14 |
Family
ID=26593547
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001162967A Expired - Lifetime JP3425944B2 (ja) | 2000-06-08 | 2001-05-30 | 表面形状認識センサ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3425944B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006009110A1 (ja) * | 2004-07-23 | 2006-01-26 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | 表面形状認識センサ装置 |
| JP2006146895A (ja) * | 2004-10-22 | 2006-06-08 | Sharp Corp | タッチセンサ付き表示装置およびその駆動方法 |
| JP2009135967A (ja) * | 2002-04-23 | 2009-06-18 | Seiko Epson Corp | 電子装置及びその駆動方法並びに電子回路の駆動方法 |
| US7616423B2 (en) | 2002-04-23 | 2009-11-10 | Seiko Epson Corporation | Electronic equipment, driving method thereof and method of driving electronic circuit |
| KR20130116580A (ko) * | 2012-04-16 | 2013-10-24 | 사이레고 테크놀로지 인코포레이티드 | 용량 결합 기반 센서 |
-
2001
- 2001-05-30 JP JP2001162967A patent/JP3425944B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009135967A (ja) * | 2002-04-23 | 2009-06-18 | Seiko Epson Corp | 電子装置及びその駆動方法並びに電子回路の駆動方法 |
| US7616423B2 (en) | 2002-04-23 | 2009-11-10 | Seiko Epson Corporation | Electronic equipment, driving method thereof and method of driving electronic circuit |
| WO2006009110A1 (ja) * | 2004-07-23 | 2006-01-26 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | 表面形状認識センサ装置 |
| CN100432617C (zh) * | 2004-07-23 | 2008-11-12 | 日本电信电话株式会社 | 表面形状识别传感器装置 |
| US7606399B2 (en) | 2004-07-23 | 2009-10-20 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Surface shape recognizing sensor device |
| JP2006146895A (ja) * | 2004-10-22 | 2006-06-08 | Sharp Corp | タッチセンサ付き表示装置およびその駆動方法 |
| KR20130116580A (ko) * | 2012-04-16 | 2013-10-24 | 사이레고 테크놀로지 인코포레이티드 | 용량 결합 기반 센서 |
| KR102199857B1 (ko) * | 2012-04-16 | 2021-01-12 | 사이레고 테크놀로지 인코포레이티드 | 용량 결합 기반 센서 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3425944B2 (ja) | 2003-07-14 |
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