JP2002257508A - 凹凸検出センサ - Google Patents
凹凸検出センサInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 簡易な構成を有し、センサと検知対象物との
間に異物が存在する場合であっても精度よく検知対象物
の凹凸形状を検出できる凹凸検出センサを提供する。 【解決手段】 複数のセンサ素子がマトリクス状に配置
されてなり、各センサ素子はそれと検知対象物間に形成
される静電容量を検知し、その検知した静電容量に基い
て検知対象物の凹凸形状を検出する凹凸検出センサにお
いて、各センサ素子は、出力信号線２６に接続され、検
知対象物との間で静電容量を形成する第１の感知電極２
１ａと、検知対象物との間で静電容量を形成する第２の
感知電極２１ｂと、一定の条件下において（例えば異物
が存在すると判定されたときに）第２の感知電極２１ｂ
を第１の感知電極２１ａと並列になるように出力信号線
２６に接続する切替回路２５とを備える。
間に異物が存在する場合であっても精度よく検知対象物
の凹凸形状を検出できる凹凸検出センサを提供する。 【解決手段】 複数のセンサ素子がマトリクス状に配置
されてなり、各センサ素子はそれと検知対象物間に形成
される静電容量を検知し、その検知した静電容量に基い
て検知対象物の凹凸形状を検出する凹凸検出センサにお
いて、各センサ素子は、出力信号線２６に接続され、検
知対象物との間で静電容量を形成する第１の感知電極２
１ａと、検知対象物との間で静電容量を形成する第２の
感知電極２１ｂと、一定の条件下において（例えば異物
が存在すると判定されたときに）第２の感知電極２１ｂ
を第１の感知電極２１ａと並列になるように出力信号線
２６に接続する切替回路２５とを備える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、指紋のような物体
の凹凸形状を容量値分布として捉え、その分布を電気的
に検出するセンサに関する。
の凹凸形状を容量値分布として捉え、その分布を電気的
に検出するセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、指紋の凹凸形状を容量値分布
として捉えて指紋像を検出するセンサチップがある。か
かる検出センサチップは、図１６（ａ）に示すように、
指紋を検出する指の表面を接触させるパッド部１１０を
有する。そのパッド部１１０において指紋の凹凸を検出
するセンサ素子１１２が行、列方向にマトリクス状に配
列されている。各センサ素子１１２はドライブ回路１１
５により駆動され、センサ素子１１２で検知された凹凸
形状の検知結果が検出回路１１６により電気信号として
取り出される。なお、以下の説明では、マトリクス状に
配されたセンサ素子の一単位を「セル」という。
として捉えて指紋像を検出するセンサチップがある。か
かる検出センサチップは、図１６（ａ）に示すように、
指紋を検出する指の表面を接触させるパッド部１１０を
有する。そのパッド部１１０において指紋の凹凸を検出
するセンサ素子１１２が行、列方向にマトリクス状に配
列されている。各センサ素子１１２はドライブ回路１１
５により駆動され、センサ素子１１２で検知された凹凸
形状の検知結果が検出回路１１６により電気信号として
取り出される。なお、以下の説明では、マトリクス状に
配されたセンサ素子の一単位を「セル」という。
【０００３】一つのセンサ素子１１２には例えば図１６
（ｂ）に示すように電極であるセンサプレート１０と、
アクティブ素子であるトランジスタ１１９とが含まれ
る。トランジスタ１１９は、ドライブ回路１１５に接続
された一の行線１１５ａと検出回路１１６に接続された
一の列線１１６ａとにより選択される。
（ｂ）に示すように電極であるセンサプレート１０と、
アクティブ素子であるトランジスタ１１９とが含まれ
る。トランジスタ１１９は、ドライブ回路１１５に接続
された一の行線１１５ａと検出回路１１６に接続された
一の列線１１６ａとにより選択される。
【０００４】センサ素子１１２は、センサプレート１０
と指の表面との間に形成される容量（以下「感知容量」
という。）の値の変化により指紋の凹凸を検出する。つ
まり、図１７に示すように、指１００をチップ表面（パ
ッド部）に載せると、指１００の表面とセンサプレート
１０間にはほぼ次式で表される感知容量Cfが生じる。
と指の表面との間に形成される容量（以下「感知容量」
という。）の値の変化により指紋の凹凸を検出する。つ
まり、図１７に示すように、指１００をチップ表面（パ
ッド部）に載せると、指１００の表面とセンサプレート
１０間にはほぼ次式で表される感知容量Cfが生じる。
【数１】 ここで、Ｃ1はセンサプレート１０とチップ表面との間
に形成される容量で一定値をとる。ＣSは指表面とチッ
プ表面との間に形成される容量で、チップ表面から指表
面までの距離によって変化する。なお、センサプレート
１０上部は誘電体の保護膜により覆われており、Ｃ1は
その保護膜の厚さ、誘電率、センサプレート１０の面積
により決定される。
に形成される容量で一定値をとる。ＣSは指表面とチッ
プ表面との間に形成される容量で、チップ表面から指表
面までの距離によって変化する。なお、センサプレート
１０上部は誘電体の保護膜により覆われており、Ｃ1は
その保護膜の厚さ、誘電率、センサプレート１０の面積
により決定される。
【０００５】指紋像は指紋の凹凸であり、凹凸によって
指表面とチップ表面までの距離Δdが異なる。一方、指
表面とチップ表面間に形成される容量は距離に反比例し
て大きさが変化する。従って、図１８に示すように感知
容量ＣfはΔdに応じてΔＣだけ変化することになるの
で、このΔＣが測定できれば指紋像を得ることができ
る。
指表面とチップ表面までの距離Δdが異なる。一方、指
表面とチップ表面間に形成される容量は距離に反比例し
て大きさが変化する。従って、図１８に示すように感知
容量ＣfはΔdに応じてΔＣだけ変化することになるの
で、このΔＣが測定できれば指紋像を得ることができ
る。
【０００６】従来より、ΔＣを測定するのに電荷を用い
る方法がある。即ち、図１９に示すように、一定電圧Ｖ
DDを発生する電圧源４６を用いて、各セルの上記感知容
量Ｃ fに電荷Ｑ（＝Ｃf・ＶDD）を一度貯め、その後、充
電された電荷を検出回路１１６により検出することによ
り指紋像を得る。なお、電荷の充電動作はドライブ回路
１１５により制御される。
る方法がある。即ち、図１９に示すように、一定電圧Ｖ
DDを発生する電圧源４６を用いて、各セルの上記感知容
量Ｃ fに電荷Ｑ（＝Ｃf・ＶDD）を一度貯め、その後、充
電された電荷を検出回路１１６により検出することによ
り指紋像を得る。なお、電荷の充電動作はドライブ回路
１１５により制御される。
【０００７】前述のように、感知容量Ｃfは指紋の凹凸
に応じてΔＣだけ変化するので、感知容量Ｃfに蓄えら
れた電荷Ｑは指紋の凹凸に応じた電荷分ΔＱだけ異なる
ことになる。通常、この電荷量の差は小さいため、また
出力インピーダンスを下げるという目的も合わせて、最
初にセルからの出力が電荷増幅器１１７に入力される。
そして、この電荷量の違いを２次元的に測定し、アナロ
グ処理回路１１８によってこの電荷増幅器１１７のアナ
ログ波形を処理することにより指紋像を得ることができ
る。
に応じてΔＣだけ変化するので、感知容量Ｃfに蓄えら
れた電荷Ｑは指紋の凹凸に応じた電荷分ΔＱだけ異なる
ことになる。通常、この電荷量の差は小さいため、また
出力インピーダンスを下げるという目的も合わせて、最
初にセルからの出力が電荷増幅器１１７に入力される。
そして、この電荷量の違いを２次元的に測定し、アナロ
グ処理回路１１８によってこの電荷増幅器１１７のアナ
ログ波形を処理することにより指紋像を得ることができ
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図２０に示す
ようにチップ表面と指表面との間に、水、油、埃などの
異物１１０が存在すると、指表面とチップ表面までの距
離が異物の大きさ分ｄ1だけ長くなる。従って、図１８
に示すように感知容量Ｃfの変化分は、異物が無いとき
のΔCに比べて、あるときはΔＣ'と非常に小さくなって
しまう。従って、通常時より分解能が悪くなってしまう
という問題があった。また処理回路によっては常に同じ
ぐらいの信号振幅を必要とするものもあるので、小さい
信号振幅では波形を処理できないという問題があった。
ようにチップ表面と指表面との間に、水、油、埃などの
異物１１０が存在すると、指表面とチップ表面までの距
離が異物の大きさ分ｄ1だけ長くなる。従って、図１８
に示すように感知容量Ｃfの変化分は、異物が無いとき
のΔCに比べて、あるときはΔＣ'と非常に小さくなって
しまう。従って、通常時より分解能が悪くなってしまう
という問題があった。また処理回路によっては常に同じ
ぐらいの信号振幅を必要とするものもあるので、小さい
信号振幅では波形を処理できないという問題があった。
【０００９】さらに、上記問題に対して、センサ素子か
らの出力信号の振幅を異物のない通常時と同じにするた
めに電荷増幅器１１７のゲインを変化させて信号を増幅
していた。しかし、この方法では分解能は向上せず、ま
た、電荷増幅器１１７のゲインをより大きくするために
より広い増幅器の帯域が必要となり、増幅器のコストが
増し、センサ全体の製造コストの上昇を招く。
らの出力信号の振幅を異物のない通常時と同じにするた
めに電荷増幅器１１７のゲインを変化させて信号を増幅
していた。しかし、この方法では分解能は向上せず、ま
た、電荷増幅器１１７のゲインをより大きくするために
より広い増幅器の帯域が必要となり、増幅器のコストが
増し、センサ全体の製造コストの上昇を招く。
【００１０】本発明は上記課題を解決すべくなされたも
のであり、その目的とするところは、簡易な構成を有
し、センサと検知対象物との間に異物が存在する場合で
あっても精度よく検知対象物の凹凸形状を検出できる凹
凸検出センサを提供することにある。
のであり、その目的とするところは、簡易な構成を有
し、センサと検知対象物との間に異物が存在する場合で
あっても精度よく検知対象物の凹凸形状を検出できる凹
凸検出センサを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記の課題、すなわち、
異物が挿入した際の感度の問題を解決するために、第１
の手段として、異物の存在にかかわらずほぼ同様に感知
容量を変化させるようにすることが考えられる。即ち、
図１２に示すように、異物が存在した場合に使用するモ
ード（モード２）と、異物が存在しない場合に使用する
モード（モード１）とを設け、凹凸センサを、異物の有
無の状況によって、モード1の曲線からモード2の曲線に
特性が変わるような構成にすることが考えられる。
異物が挿入した際の感度の問題を解決するために、第１
の手段として、異物の存在にかかわらずほぼ同様に感知
容量を変化させるようにすることが考えられる。即ち、
図１２に示すように、異物が存在した場合に使用するモ
ード（モード２）と、異物が存在しない場合に使用する
モード（モード１）とを設け、凹凸センサを、異物の有
無の状況によって、モード1の曲線からモード2の曲線に
特性が変わるような構成にすることが考えられる。
【００１２】また、第２の手段として、凹凸センサの各
セルへ供給する電圧源、電流源などの大きさを異物の有
無の状況によって変化させることでセンサからの出力レ
ベルを変化させることが考えられる。
セルへ供給する電圧源、電流源などの大きさを異物の有
無の状況によって変化させることでセンサからの出力レ
ベルを変化させることが考えられる。
【００１３】そこで、本発明に係る凹凸センサは以下の
構成を有する。
構成を有する。
【００１４】本発明に係る第１の凹凸センサは、複数の
センサ素子がマトリクス状に配置されてなり、各センサ
素子は、その各センサ素子と検知対象物間に形成される
静電容量を検知し、その検知した静電容量に基いて検知
対象物の凹凸形状を検出する凹凸検出センサである。各
センサ素子は、出力信号線に接続され、検知対象物との
間で静電容量を形成する第１の感知電極と、検知対象物
との間で静電容量を形成する第２の感知電極と、所定の
条件下において第２の感知電極を第１の感知電極と並列
になるように、出力信号線に接続する切替手段とを含
む。
センサ素子がマトリクス状に配置されてなり、各センサ
素子は、その各センサ素子と検知対象物間に形成される
静電容量を検知し、その検知した静電容量に基いて検知
対象物の凹凸形状を検出する凹凸検出センサである。各
センサ素子は、出力信号線に接続され、検知対象物との
間で静電容量を形成する第１の感知電極と、検知対象物
との間で静電容量を形成する第２の感知電極と、所定の
条件下において第２の感知電極を第１の感知電極と並列
になるように、出力信号線に接続する切替手段とを含
む。
【００１５】各センサ素子において、第１及び第２の感
知電極のそれぞれに誘電膜を介して対向する第３及び第
４の感知電極を設けてもよい。このとき、第３及び第４
の感知電極は第１及び第２の感知電極よりも検知対象物
側に配置される。
知電極のそれぞれに誘電膜を介して対向する第３及び第
４の感知電極を設けてもよい。このとき、第３及び第４
の感知電極は第１及び第２の感知電極よりも検知対象物
側に配置される。
【００１６】また、第３及び第４の感知電極を一体とし
て構成してもよい。
て構成してもよい。
【００１７】さらに、好ましくは、切替手段は、出力信
号線上の出力信号の値が所定値より小さいときに第２の
感知電極を出力信号線に電気的に接続し、出力信号の値
が所定値以上の場合は第２の感知電極と出力信号線とを
電気的に遮断する。
号線上の出力信号の値が所定値より小さいときに第２の
感知電極を出力信号線に電気的に接続し、出力信号の値
が所定値以上の場合は第２の感知電極と出力信号線とを
電気的に遮断する。
【００１８】本発明に係る第２の凹凸センサは、複数の
センサ素子がマトリクス状に配置されてなり、各センサ
素子において検知対象物によって形成される静電容量に
電荷を充電し、充電された電荷量により検知対象物の凹
凸形状を検出するセンサであって、任意に出力電圧が変
えられ、前記各センサ素子において形成された静電容量
に電荷を充電するための電圧を供給する可変電源と、セ
ンサ素子に充電された電荷量に応じた出力信号を検出す
る検出手段と、検出手段により検出されたセンサ素子か
らの出力信号のレベルを判定し、そのレベルにしたがい
可変電源の出力電圧を切替える制御手段とを備える。
センサ素子がマトリクス状に配置されてなり、各センサ
素子において検知対象物によって形成される静電容量に
電荷を充電し、充電された電荷量により検知対象物の凹
凸形状を検出するセンサであって、任意に出力電圧が変
えられ、前記各センサ素子において形成された静電容量
に電荷を充電するための電圧を供給する可変電源と、セ
ンサ素子に充電された電荷量に応じた出力信号を検出す
る検出手段と、検出手段により検出されたセンサ素子か
らの出力信号のレベルを判定し、そのレベルにしたがい
可変電源の出力電圧を切替える制御手段とを備える。
【００１９】本発明に係る第３の凹凸センサは、複数の
センサ素子がマトリクス状に配置されてなり、各センサ
素子はその各センサ素子と検知対象物間に形成される静
電容量を検知し、その検知した静電容量に基いて検知対
象物の凹凸形状を検出する凹凸検出センサである。各セ
ンサ素子は、検知対象物により形成された静電容量と、
駆動電圧とによって決定される電流を導通させる電流手
段を有し、凹凸検出センサは、各センサの電流手段に駆
動電圧を供給する可変電源と、電流手段からの電流値を
判定し、該電流値にしたがい可変電源の出力電圧を切替
える制御手段とを備える。
センサ素子がマトリクス状に配置されてなり、各センサ
素子はその各センサ素子と検知対象物間に形成される静
電容量を検知し、その検知した静電容量に基いて検知対
象物の凹凸形状を検出する凹凸検出センサである。各セ
ンサ素子は、検知対象物により形成された静電容量と、
駆動電圧とによって決定される電流を導通させる電流手
段を有し、凹凸検出センサは、各センサの電流手段に駆
動電圧を供給する可変電源と、電流手段からの電流値を
判定し、該電流値にしたがい可変電源の出力電圧を切替
える制御手段とを備える。
【００２０】本発明に係る第４の凹凸センサは、複数の
センサ素子がマトリクス状に配置されてなり、各センサ
素子はその各センサ素子と検知対象物間に形成される静
電容量を検知し、その検知した静電容量に基いて検知対
象物の凹凸形状を検出する凹凸検出センサである。各セ
ンサ素子は、センサ素子により検知された静電容量に応
じて導通させる電流値を変化させる第１の電流手段と、
センサ素子により検知された静電容量に応じて導通させ
る電流値を変化させ、第１の電流手段と並列に接続され
得る第２の電流手段と、第1及び第２の電流手段からの
電流を取り出すため、それらの電流手段と接続される出
力信号線と、所定の制御信号を受けて出力信号線と第２
の電流手段との間を電気的に接続又は遮断するスイッチ
手段とを有する。さらに、凹凸検出センサは、出力信号
線を流れる電流値を判定し、電流値が所定値より小さい
ときに第２の電流手段と出力信号線との間の電気的接続
を遮断するように制御信号をスイッチ手段に出力する判
定手段を備える。
センサ素子がマトリクス状に配置されてなり、各センサ
素子はその各センサ素子と検知対象物間に形成される静
電容量を検知し、その検知した静電容量に基いて検知対
象物の凹凸形状を検出する凹凸検出センサである。各セ
ンサ素子は、センサ素子により検知された静電容量に応
じて導通させる電流値を変化させる第１の電流手段と、
センサ素子により検知された静電容量に応じて導通させ
る電流値を変化させ、第１の電流手段と並列に接続され
得る第２の電流手段と、第1及び第２の電流手段からの
電流を取り出すため、それらの電流手段と接続される出
力信号線と、所定の制御信号を受けて出力信号線と第２
の電流手段との間を電気的に接続又は遮断するスイッチ
手段とを有する。さらに、凹凸検出センサは、出力信号
線を流れる電流値を判定し、電流値が所定値より小さい
ときに第２の電流手段と出力信号線との間の電気的接続
を遮断するように制御信号をスイッチ手段に出力する判
定手段を備える。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照し、本発
明の凹凸センサの実施形態を説明する。
明の凹凸センサの実施形態を説明する。
【００２２】実施の形態1．本発明の凹凸センサはマト
リクス状に配置された複数のセンサ素子（この単位を
「セル」という。）からなる。図１に、１つのセンサ素
子すなわちセルにおける構成の一部を示す。図１に示す
ように、凹凸センサの１つのセルは、一つの切替回路２
５と、導電体からなる２つのセンサプレート２１ａ、２
１ｂとを含む。センサプレート２１ａ、２１ｂの上部に
は誘電体の保護膜３１を介して、それらとほぼ同じ大き
さの導電体のセンサプレート２３ａ、２３ｂが、センサ
プレート２１ａ、２１ｂに対向してそれぞれ設けられて
いる。切替回路２５はセンサプレート２１ａ、２１ｂと
出力信号線２６とを接続する。このとき、センサプレー
ト２１ａと出力信号線２６とは常時接続されているが、
センサプレート２１ｂと出力信号線２６とは切替回路２
５により接続／遮断が切替えられるようになっている。
すなわち、切替回路２５は、出力信号線２６に対してセ
ンサプレート２１ｂをセンサプレ−ト２１ａに並列に接
続したり、その接続を遮断したりする。
リクス状に配置された複数のセンサ素子（この単位を
「セル」という。）からなる。図１に、１つのセンサ素
子すなわちセルにおける構成の一部を示す。図１に示す
ように、凹凸センサの１つのセルは、一つの切替回路２
５と、導電体からなる２つのセンサプレート２１ａ、２
１ｂとを含む。センサプレート２１ａ、２１ｂの上部に
は誘電体の保護膜３１を介して、それらとほぼ同じ大き
さの導電体のセンサプレート２３ａ、２３ｂが、センサ
プレート２１ａ、２１ｂに対向してそれぞれ設けられて
いる。切替回路２５はセンサプレート２１ａ、２１ｂと
出力信号線２６とを接続する。このとき、センサプレー
ト２１ａと出力信号線２６とは常時接続されているが、
センサプレート２１ｂと出力信号線２６とは切替回路２
５により接続／遮断が切替えられるようになっている。
すなわち、切替回路２５は、出力信号線２６に対してセ
ンサプレート２１ｂをセンサプレ−ト２１ａに並列に接
続したり、その接続を遮断したりする。
【００２３】図２は、上記のセル（センサ素子）をマト
リクス状に配置した凹凸センサの全体構成を説明した図
である。凹凸検出センサは、指紋を検出する指の表面を
接触させるパッド部１０において、センサ素子１２が
行、列方向にマトリクス状に配列されている。各センサ
素子１２はドライブ回路４２により駆動され、センサ素
子１２で検知された凹凸形状の検知結果が検出回路４１
により電気信号として取り出される。
リクス状に配置した凹凸センサの全体構成を説明した図
である。凹凸検出センサは、指紋を検出する指の表面を
接触させるパッド部１０において、センサ素子１２が
行、列方向にマトリクス状に配列されている。各センサ
素子１２はドライブ回路４２により駆動され、センサ素
子１２で検知された凹凸形状の検知結果が検出回路４１
により電気信号として取り出される。
【００２４】一つのセンサ素子１２には例えば図３
（ａ）、（ｂ）に示すように電極部２０と、アクティブ
素子であるトランジスタ１９とが含まれる。トランジス
タ１９は、ドライブ回路４２に接続された一の行線４２
ａと検出回路４１に接続された一の列線４１ａとにより
一の電極部２０を選択する。電極部２０には例えば図
１、図２に示すセンサプレート２１ａ、２１ｂ、２３
ａ、２３ｂ及び切替回路２５が含まれる。
（ａ）、（ｂ）に示すように電極部２０と、アクティブ
素子であるトランジスタ１９とが含まれる。トランジス
タ１９は、ドライブ回路４２に接続された一の行線４２
ａと検出回路４１に接続された一の列線４１ａとにより
一の電極部２０を選択する。電極部２０には例えば図
１、図２に示すセンサプレート２１ａ、２１ｂ、２３
ａ、２３ｂ及び切替回路２５が含まれる。
【００２５】なお、保護膜３１の厚さに比べてセルに用
いるプレート２１ａ…の縦横寸法が十分小さい場合は、
図１に示すようにセンサプレート２３ａ、２３ｂを設け
るのがより高い検出精度を得る上で好ましいが、一般的
には、保護膜３１の厚さに比べてセルに用いるプレート
２１ａ…の縦横寸法が十分大きいので、上部の導電体の
プレート２３ａ、２３ｂを設けなくても同様の効果が得
られる。即ち、図４に示すように、図１の構成から、上
部に設けたセンサプレート２３ａ、２３ｂを除いた構成
としてもよい。
いるプレート２１ａ…の縦横寸法が十分小さい場合は、
図１に示すようにセンサプレート２３ａ、２３ｂを設け
るのがより高い検出精度を得る上で好ましいが、一般的
には、保護膜３１の厚さに比べてセルに用いるプレート
２１ａ…の縦横寸法が十分大きいので、上部の導電体の
プレート２３ａ、２３ｂを設けなくても同様の効果が得
られる。即ち、図４に示すように、図１の構成から、上
部に設けたセンサプレート２３ａ、２３ｂを除いた構成
としてもよい。
【００２６】図１に示す構成の凹凸センサの動作を説明
する。ここで、説明の簡単化のために各センサプレート
２１ａ、２１ｂ、２３ａ、２３ｂはそれぞれ同じ面積を
持つとする。つまり、各センサプレート２１ａ、２１
ｂ、２３ａ、２３ｂの容量を各々Ｃ1、Ｃ2、ＣS1、ＣS2
とすると、Ｃ1＝Ｃ2＝Ｃ S1＝ＣS2＝Ｃとなる。
する。ここで、説明の簡単化のために各センサプレート
２１ａ、２１ｂ、２３ａ、２３ｂはそれぞれ同じ面積を
持つとする。つまり、各センサプレート２１ａ、２１
ｂ、２３ａ、２３ｂの容量を各々Ｃ1、Ｃ2、ＣS1、ＣS2
とすると、Ｃ1＝Ｃ2＝Ｃ S1＝ＣS2＝Ｃとなる。
【００２７】まず、異物が存在しない時は図５に示すよ
うに切替回路２５のスイッチを制御し、センサプレート
２１ｂと出力信号線２６との接続を遮断する。このと
き、セルにおいて、センサプレート２１ａと、それと対
向のセンサプレート２３ａとがセンサ電極として使用さ
れ、センサプレート２１ｂ、２３ｂはセンサ電極として
使用されない。すなわち、センサプレート２１ａ、２３
ａと指１００の表面との間にできる感知容量Ｃfはほぼ
次式で表される。
うに切替回路２５のスイッチを制御し、センサプレート
２１ｂと出力信号線２６との接続を遮断する。このと
き、セルにおいて、センサプレート２１ａと、それと対
向のセンサプレート２３ａとがセンサ電極として使用さ
れ、センサプレート２１ｂ、２３ｂはセンサ電極として
使用されない。すなわち、センサプレート２１ａ、２３
ａと指１００の表面との間にできる感知容量Ｃfはほぼ
次式で表される。
【数２】
【００２８】一方、異物が存在する場合は、図６に示す
ように切替回路２５のスイッチを制御し、センサプレー
ト２１ｂと出力信号線２６を接続する。このとき、セル
において、センサプレート２１ａ、２３ａとともに、セ
ンサプレート２１ｂ、２３ｂもセンサ電極として使用さ
れる。つまり、二つのセンサプレート２１ａと２１ｂ
は、一つのセンサプレートとして動作する。故に、感知
容量Ｃfはほぼ次式の値をとる。
ように切替回路２５のスイッチを制御し、センサプレー
ト２１ｂと出力信号線２６を接続する。このとき、セル
において、センサプレート２１ａ、２３ａとともに、セ
ンサプレート２１ｂ、２３ｂもセンサ電極として使用さ
れる。つまり、二つのセンサプレート２１ａと２１ｂ
は、一つのセンサプレートとして動作する。故に、感知
容量Ｃfはほぼ次式の値をとる。
【数３】 このように、切替回路２５でセンサプレート２１ｂの接
続を切替えることにより、感知容量を変更することがで
きる。
続を切替えることにより、感知容量を変更することがで
きる。
【００２９】図７に感知容量Ｃfの特性を示す。図７は
１セルあたり２つのセンサプレートを含む場合の感知容
量の特性を示しており、モード1の曲線はセンサプレー
トを1つのみ使用する場合の容量変化を、モード2の曲線
はセンサプレートを２つ並列に接続して使用する場合の
容量変化を示した図である。ここではd0＝500nmとした
ので500ｎｍから容量が変化する。この図より切替回路
２５のスイッチをオンすることでモード1からモード2の
特性に移行できるのがわかる。つまり、モード１を異物
が存在しない通常状態での検出時に使用し、モード２を
異物が存在する場合の検出時に使用することで、異物が
存在する場合であっても高い検出感度を維持でき、検出
時の分解能を向上できる。
１セルあたり２つのセンサプレートを含む場合の感知容
量の特性を示しており、モード1の曲線はセンサプレー
トを1つのみ使用する場合の容量変化を、モード2の曲線
はセンサプレートを２つ並列に接続して使用する場合の
容量変化を示した図である。ここではd0＝500nmとした
ので500ｎｍから容量が変化する。この図より切替回路
２５のスイッチをオンすることでモード1からモード2の
特性に移行できるのがわかる。つまり、モード１を異物
が存在しない通常状態での検出時に使用し、モード２を
異物が存在する場合の検出時に使用することで、異物が
存在する場合であっても高い検出感度を維持でき、検出
時の分解能を向上できる。
【００３０】例えば、異物の大きさを200nmとすると、
モード１のままだとＣf≦８fFの範囲でしか出力できな
いが、モード2に切替えることでＣf≦１７fFの範囲で出
力できるようになる。
モード１のままだとＣf≦８fFの範囲でしか出力できな
いが、モード2に切替えることでＣf≦１７fFの範囲で出
力できるようになる。
【００３１】以上のように、検出状況に応じて、セル中
のセンサプレート数を切替えて容量変化特性を切替える
ことにより、検出能力の分解能が改善され、また、出力
変化も増幅できる。なお、異物の存在の判定は、例え
ば、センサにより検出された検出値を所定値と比較し、
検出値が所定値より小さい場合に異物が存在していると
判断することにより可能である。
のセンサプレート数を切替えて容量変化特性を切替える
ことにより、検出能力の分解能が改善され、また、出力
変化も増幅できる。なお、異物の存在の判定は、例え
ば、センサにより検出された検出値を所定値と比較し、
検出値が所定値より小さい場合に異物が存在していると
判断することにより可能である。
【００３２】実施の形態２．図８に本発明に係る凹凸セ
ンサの別の実施形態を示す。図８に示す例では、図１に
示す構成において、上部に設けた２つのセンサプレート
２３ａ、２３ｂを一体とした１つのセンサプレート２３
ｃを設けている。
ンサの別の実施形態を示す。図８に示す例では、図１に
示す構成において、上部に設けた２つのセンサプレート
２３ａ、２３ｂを一体とした１つのセンサプレート２３
ｃを設けている。
【００３３】このように構成された凹凸センサの動作を
以下に説明する。説明の簡単化のために二つのセンサプ
レート２１ａ、２１ｂは同じ面積を持つとする。従っ
て、センサプレート２１ａ、２１ｂとプレート２３ｃ間
に形成される容量をそれぞれC1、C2とすると、C1＝C
2（≡C/2）となる。
以下に説明する。説明の簡単化のために二つのセンサプ
レート２１ａ、２１ｂは同じ面積を持つとする。従っ
て、センサプレート２１ａ、２１ｂとプレート２３ｃ間
に形成される容量をそれぞれC1、C2とすると、C1＝C
2（≡C/2）となる。
【００３４】異物が存在しないときは、図９に示すよう
に切替回路２５のスイッチをオフにする。この場合、セ
ンサプレート２１ｂは切り離され、センサプレート２１
ａのみが検出動作に寄与することになる。よって、セン
サプレートと指表面の間にできる感知容量Cfはほぼ次式
で表される。
に切替回路２５のスイッチをオフにする。この場合、セ
ンサプレート２１ｂは切り離され、センサプレート２１
ａのみが検出動作に寄与することになる。よって、セン
サプレートと指表面の間にできる感知容量Cfはほぼ次式
で表される。
【数４】
【００３５】次に異物が存在する時は図１０に示すよう
に切替回路２５のスイッチをオンにする。すると二つの
センサプレート２１ａ、２１ｂは等価的に一つのセンサ
プレートと同じ働きをするので、感知容量はほぼ次式の
値をとる。
に切替回路２５のスイッチをオンにする。すると二つの
センサプレート２１ａ、２１ｂは等価的に一つのセンサ
プレートと同じ働きをするので、感知容量はほぼ次式の
値をとる。
【数５】 このように、切替回路２５でセンサプレート２１ｂの接
続を切替えることにより、感知容量を変更することがで
きる。
続を切替えることにより、感知容量を変更することがで
きる。
【００３６】図１１に本実施形態での感知容量の特性を
示す。ここではd0＝500nmとしたので図のように500ｎｍ
から容量が変化する。また、センサプレートの個数は１
セルあたり３つとし、モード1は1つのセンサプレートの
みを使用したときの容量変化、モード2は３つのセンサ
プレートを使用したときの容量変化を示す曲線である。
この図より切替回路２５のスイッチをオンすることでモ
ード1からモード2の特性に移行できるのがわかる。モー
ド１を異物が存在しない通常状態での検出時に使用し、
モード２を異物が存在する場合の検出時に使用すること
で、異物が存在する場合であっても高い検出感度を維持
でき、検出時の分解能を向上できる。
示す。ここではd0＝500nmとしたので図のように500ｎｍ
から容量が変化する。また、センサプレートの個数は１
セルあたり３つとし、モード1は1つのセンサプレートの
みを使用したときの容量変化、モード2は３つのセンサ
プレートを使用したときの容量変化を示す曲線である。
この図より切替回路２５のスイッチをオンすることでモ
ード1からモード2の特性に移行できるのがわかる。モー
ド１を異物が存在しない通常状態での検出時に使用し、
モード２を異物が存在する場合の検出時に使用すること
で、異物が存在する場合であっても高い検出感度を維持
でき、検出時の分解能を向上できる。
【００３７】例えば異物の大きさが200nmの場合、モー
ド1の場合、Cf≦１２fFの範囲でしか出力できないが、
モード２に切り替わることでCf≦１７fFの範囲で出力で
きるようになる。従って、分解能が改善され、さらに、
出力変化も増幅できることになる。
ド1の場合、Cf≦１２fFの範囲でしか出力できないが、
モード２に切り替わることでCf≦１７fFの範囲で出力で
きるようになる。従って、分解能が改善され、さらに、
出力変化も増幅できることになる。
【００３８】実施の形態３．センサプレート上に形成さ
れる感知容量の変化により凹凸を検出するセルにおい
て、その感知容量を検出する方法として、感知容量Ｃf
に電荷を充電し、充電された電荷量を測定して感知容量
を検出する方法がある。この場合、充電のために各セル
に印加する電圧値を変化させることによって蓄える電荷
量を変化させることができる。そこで、本実施形態で
は、指表面とセンサ電極との間に異物が存在すると判断
された場合は、通常検出時よりも大きな印加電圧により
セルを充電するようにする。
れる感知容量の変化により凹凸を検出するセルにおい
て、その感知容量を検出する方法として、感知容量Ｃf
に電荷を充電し、充電された電荷量を測定して感知容量
を検出する方法がある。この場合、充電のために各セル
に印加する電圧値を変化させることによって蓄える電荷
量を変化させることができる。そこで、本実施形態で
は、指表面とセンサ電極との間に異物が存在すると判断
された場合は、通常検出時よりも大きな印加電圧により
セルを充電するようにする。
【００３９】図１３は、各セルから感知容量を検出する
ための構成を示した図である。通常時（異物が存在しな
いとき）においては、スイッチＳ１が閉じて感知容量Ｃ
fに可変電源４５より電圧Ｖ0が印加される。このとき、
充電される電荷量Ｑ0はＱ0＝Ｃf・Ｖ0となる。次に、ス
イッチＳ１が開き、スイッチＳ２が閉じることにより、
充電された電荷Ｑ0に応じて流れる電流ＩD1が検出回路
４１により検出される。判定回路４３ａは検出回路４１
からの検出結果に基き異物の有無を判定し、異物等が存
在していると判定したときは可変電源４５を制御する。
可変電源４５は異物等が存在していると判定された場合
は、印加電圧をＶ0からＶ1（Ｖ1＞Ｖ0）に変化させ、そ
の後、この電圧Ｖ1で感知容量Ｃfを充電する。これによ
り、充電される電荷量はQ1（＝Ｃf・Ｖ1）となり、Ｖ1
＞Ｖ0であるため、充電される電荷量が大きくなり（Ｑ1
＞Ｑ0）、分解能が改善される。
ための構成を示した図である。通常時（異物が存在しな
いとき）においては、スイッチＳ１が閉じて感知容量Ｃ
fに可変電源４５より電圧Ｖ0が印加される。このとき、
充電される電荷量Ｑ0はＱ0＝Ｃf・Ｖ0となる。次に、ス
イッチＳ１が開き、スイッチＳ２が閉じることにより、
充電された電荷Ｑ0に応じて流れる電流ＩD1が検出回路
４１により検出される。判定回路４３ａは検出回路４１
からの検出結果に基き異物の有無を判定し、異物等が存
在していると判定したときは可変電源４５を制御する。
可変電源４５は異物等が存在していると判定された場合
は、印加電圧をＶ0からＶ1（Ｖ1＞Ｖ0）に変化させ、そ
の後、この電圧Ｖ1で感知容量Ｃfを充電する。これによ
り、充電される電荷量はQ1（＝Ｃf・Ｖ1）となり、Ｖ1
＞Ｖ0であるため、充電される電荷量が大きくなり（Ｑ1
＞Ｑ0）、分解能が改善される。
【００４０】実施の形態４．感知容量を検出する方法と
して、容量を電圧に変換する容量電圧変換回路（以下
「Ｃ−Ｖ変換回路」という。）を用い、容量を電圧とし
て検出する方法がある。この方法では、Ｃ−Ｖ変換回路
から出力される電圧の変化が小さい場合はその信号を増
幅する必要がある。そこで、例えば、図１４に示すよう
にＣ−Ｖ変換回路から出力される電圧の微小電圧変化を
ＭＯＳトランジスタ４８のゲートに入力して、出力信号
を増幅する方法が考えられる。これはＭＯＳトランジス
タ４８の流す電流はゲート電圧変化の2乗に比例するこ
とを利用したものである。ＭＯＳトランジスタの流す飽
和電流IDは次式で表される。
して、容量を電圧に変換する容量電圧変換回路（以下
「Ｃ−Ｖ変換回路」という。）を用い、容量を電圧とし
て検出する方法がある。この方法では、Ｃ−Ｖ変換回路
から出力される電圧の変化が小さい場合はその信号を増
幅する必要がある。そこで、例えば、図１４に示すよう
にＣ−Ｖ変換回路から出力される電圧の微小電圧変化を
ＭＯＳトランジスタ４８のゲートに入力して、出力信号
を増幅する方法が考えられる。これはＭＯＳトランジス
タ４８の流す電流はゲート電圧変化の2乗に比例するこ
とを利用したものである。ＭＯＳトランジスタの流す飽
和電流IDは次式で表される。
【数６】 但し、VSは電源電圧、VGはゲート電圧、Vthは閾値電
圧、βは増幅率である。
圧、βは増幅率である。
【００４１】この方法では、ＭＯＳトランジスタの流す
電流が電源電圧の2乗にも比例していることから、図１
４に示すように電源電圧ＶDDを変化させることで出力電
圧を変化させることができる。異物が無い時の電源電圧
をＶSとすると、ＭＯＳトランジスタの飽和電流はＩD＝
ＩD0である。判定回路４３ｂは検出回路４１からの検出
電流値に基き、検出電流値が所定値よりも小さく異物が
存在すると判定したときは、可変電源４５の出力電圧Ｖ
DDの値をＶSからＶS'（ＶS'＞ＶS）に制御する。このと
き、ＭＯＳトランジスタの飽和電流値ＩDは次式とな
る。
電流が電源電圧の2乗にも比例していることから、図１
４に示すように電源電圧ＶDDを変化させることで出力電
圧を変化させることができる。異物が無い時の電源電圧
をＶSとすると、ＭＯＳトランジスタの飽和電流はＩD＝
ＩD0である。判定回路４３ｂは検出回路４１からの検出
電流値に基き、検出電流値が所定値よりも小さく異物が
存在すると判定したときは、可変電源４５の出力電圧Ｖ
DDの値をＶSからＶS'（ＶS'＞ＶS）に制御する。このと
き、ＭＯＳトランジスタの飽和電流値ＩDは次式とな
る。
【数７】 VS'＞VSであることから、出力電流が大きくなり（ＩD'
＞ＩD）、分解能が改善される。
＞ＩD）、分解能が改善される。
【００４２】実施の形態5．図１４に示した構成におい
て、異物が存在する場合に、1つのセルにおいて1つ以上
のＭＯＳトランジスタを並列に接続させて出力電流値を
増やすようにしてもよい。
て、異物が存在する場合に、1つのセルにおいて1つ以上
のＭＯＳトランジスタを並列に接続させて出力電流値を
増やすようにしてもよい。
【００４３】即ち、図１５に示すように、ＭＯＳトラン
ジスタ４８と並列に追加のＭＯＳトランジスタ４９を設
ける。追加のＭＯＳトランジスタ４９はスイッチＳ４を
介してＭＯＳトランジスタ４８と並列に接続されたり、
切り離されたりする。この接続／切り離しの動作は判定
回路４３ｃにより制御される。追加のＭＯＳトランジス
タ４９は、そのゲートがＭＯＳトランジスタ４８と同様
にＣ−Ｖ変換回路４７の出力に接続され、Ｃ−Ｖ変換回
路４７からの出力値に応じて変化する電流を導通させ
る。
ジスタ４８と並列に追加のＭＯＳトランジスタ４９を設
ける。追加のＭＯＳトランジスタ４９はスイッチＳ４を
介してＭＯＳトランジスタ４８と並列に接続されたり、
切り離されたりする。この接続／切り離しの動作は判定
回路４３ｃにより制御される。追加のＭＯＳトランジス
タ４９は、そのゲートがＭＯＳトランジスタ４８と同様
にＣ−Ｖ変換回路４７の出力に接続され、Ｃ−Ｖ変換回
路４７からの出力値に応じて変化する電流を導通させ
る。
【００４４】判定回路４３ｃは異物が存在しないと判定
した時は、ＭＯＳトランジスタ４８のみを用いるよう
に、ＭＯＳトランジスタ４９を切り離し、これによっ
て、出力電流ＩDは１つのＭＯＳトランジスタの飽和電
流ＩD0の値と等しくなる。一方、異物が存在すると判定
した時は、判定回路４３ｃはＭＯＳトランジスタ４９が
ＭＯＳトランジスタ４８と並列に接続されるように接続
を制御し、これにより、出力電流ＩDは２×ＩD0とな
る。このように、異物が存在する時に、感知容量に応じ
た電流を導通させるトランジスタの数を増加させること
により、出力電流を増大させることにより分解能を改善
することができる。なお、追加するトランジスタの数は
３以上の多数であってもよい。
した時は、ＭＯＳトランジスタ４８のみを用いるよう
に、ＭＯＳトランジスタ４９を切り離し、これによっ
て、出力電流ＩDは１つのＭＯＳトランジスタの飽和電
流ＩD0の値と等しくなる。一方、異物が存在すると判定
した時は、判定回路４３ｃはＭＯＳトランジスタ４９が
ＭＯＳトランジスタ４８と並列に接続されるように接続
を制御し、これにより、出力電流ＩDは２×ＩD0とな
る。このように、異物が存在する時に、感知容量に応じ
た電流を導通させるトランジスタの数を増加させること
により、出力電流を増大させることにより分解能を改善
することができる。なお、追加するトランジスタの数は
３以上の多数であってもよい。
【００４５】
【発明の効果】本発明に係る第１の凹凸センサによれ
ば、簡易な構成で状況に応じてセンサ素子の感知容量の
変化特性を切替えることが可能であるため、例えば、検
知対象物とセンサ素子との間に異物が存在する場合と存
在しない場合で切替えることにより、異物が存在すると
きであっても、凹凸形状検出時の分解能を向上すること
ができる。また、感知電極を検知対象物側に対向して設
けてもよく、これにより保護膜の厚さが電極面積に比し
て大きいときに特に精度よく凹凸の検出が可能となる。
ば、簡易な構成で状況に応じてセンサ素子の感知容量の
変化特性を切替えることが可能であるため、例えば、検
知対象物とセンサ素子との間に異物が存在する場合と存
在しない場合で切替えることにより、異物が存在すると
きであっても、凹凸形状検出時の分解能を向上すること
ができる。また、感知電極を検知対象物側に対向して設
けてもよく、これにより保護膜の厚さが電極面積に比し
て大きいときに特に精度よく凹凸の検出が可能となる。
【００４６】本発明に係る第２の凹凸センサによれば、
センサ素子に形成される感知容量に充電することにより
凹凸を検出する場合に、充電電圧を状況に応じて切替え
ることが可能であるため、例えば、検知対象物とセンサ
素子との間に異物が存在する場合と存在しない場合で切
替えることにより、異物が存在するときであっても、凹
凸形状検出時の分解能を向上させることができる。
センサ素子に形成される感知容量に充電することにより
凹凸を検出する場合に、充電電圧を状況に応じて切替え
ることが可能であるため、例えば、検知対象物とセンサ
素子との間に異物が存在する場合と存在しない場合で切
替えることにより、異物が存在するときであっても、凹
凸形状検出時の分解能を向上させることができる。
【００４７】本発明に係る第３の凹凸センサによれば、
センサ素子が感知容量と、駆動電圧とによって決定され
る電流を導通させる手段を有する場合に、その手段の駆
動電圧を状況に応じて切替えることが可能であるため、
例えば、検知対象物とセンサ素子との間に異物が存在す
る場合と存在しない場合で切替えることにより、異物が
存在するときであっても、凹凸形状検出時の分解能を向
上させることができる。
センサ素子が感知容量と、駆動電圧とによって決定され
る電流を導通させる手段を有する場合に、その手段の駆
動電圧を状況に応じて切替えることが可能であるため、
例えば、検知対象物とセンサ素子との間に異物が存在す
る場合と存在しない場合で切替えることにより、異物が
存在するときであっても、凹凸形状検出時の分解能を向
上させることができる。
【００４８】本発明に係る第４の凹凸センサによれば、
凹凸形状検出時に使用する電流手段の数を状況に応じて
切替えることが可能であるため、例えば、検知対象物と
センサ素子との間に異物が存在する場合と存在しない場
合で切替えることにより、異物が存在するときであって
も、凹凸形状検出時の分解能を向上させることができ
る。
凹凸形状検出時に使用する電流手段の数を状況に応じて
切替えることが可能であるため、例えば、検知対象物と
センサ素子との間に異物が存在する場合と存在しない場
合で切替えることにより、異物が存在するときであって
も、凹凸形状検出時の分解能を向上させることができ
る。
【図１】 本発明に係る凹凸センサの実施の形態１の電
極構成を説明した図。
極構成を説明した図。
【図２】 凹凸センサの全体構成図。
【図３】 凹凸センサにおけるセルの構成例を説明した
図。
図。
【図４】 実施の形態１の凹凸センサの別の電極構成を
説明した図。
説明した図。
【図５】 実施の形態１の凹凸センサの動作を説明する
ための図（異物が存在しない場合）。
ための図（異物が存在しない場合）。
【図６】 実施の形態１の凹凸センサの動作を説明する
ための図（異物が存在する場合）。
ための図（異物が存在する場合）。
【図７】 実施の形態１の凹凸センサの感知容量の特性
を示した図。
を示した図。
【図８】 本発明に係る凹凸センサの実施の形態２の電
極構成を説明した図。
極構成を説明した図。
【図９】 実施の形態２の凹凸センサの動作を説明する
ための図（異物が存在しない場合）。
ための図（異物が存在しない場合）。
【図１０】 実施の形態２の凹凸センサの動作を説明す
るための図（異物が存在する場合）。
るための図（異物が存在する場合）。
【図１１】 実施の形態２の凹凸センサの感知容量の特
性を示した図。
性を示した図。
【図１２】 本発明に係る凹凸センサの考え方を説明す
るための図。
るための図。
【図１３】 本発明に係る凹凸センサの実施の形態３の
構成を説明した図。
構成を説明した図。
【図１４】 本発明に係る凹凸センサの実施の形態４の
構成を説明した図。
構成を説明した図。
【図１５】 本発明に係る凹凸センサの実施の形態５の
構成を説明した図。
構成を説明した図。
【図１６】 （ａ）従来の凹凸センサの全体構成図、及
び、（ｂ）凹凸センサにおけるセルの構成例を説明した
図。
び、（ｂ）凹凸センサにおけるセルの構成例を説明した
図。
【図１７】 従来の凹凸センサの動作を説明するための
図（異物が存在しない場合）。
図（異物が存在しない場合）。
【図１８】 従来の凹凸センサの感知容量の特性を示し
た図。
た図。
【図１９】 従来の凹凸センサの感知容量の検出のため
の構成を説明した図。
の構成を説明した図。
【図２０】 従来の凹凸センサの動作を説明するための
図（異物が存在する場合）。
図（異物が存在する場合）。
２１ａ，２１ｂ，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ センサプレ
ート、 ２５ 切替回路、 ２６ 信号線、 ３１ 誘
電体保護膜、 ４１ 検出回路、 ４２ ドライブ回
路、 ４３ａ〜４３ｃ 判定回路、 ４５ 可変電源、
４７ Ｃ−Ｖ変換回路 ４８，４９ ＭＯＳトランジ
スタ。
ート、 ２５ 切替回路、 ２６ 信号線、 ３１ 誘
電体保護膜、 ４１ 検出回路、 ４２ ドライブ回
路、 ４３ａ〜４３ｃ 判定回路、 ４５ 可変電源、
４７ Ｃ−Ｖ変換回路 ４８，４９ ＭＯＳトランジ
スタ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 行雄 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 2F063 AA43 BA29 DA02 DA05 DD07 HA04 2G060 AA08 AD06 AE40 AF10 AG05 5J050 AA01 AA49 BB23 DD06 EE08 FF21
Claims (7)
- 【請求項１】 複数のセンサ素子がマトリクス状に配置
されてなり、各センサ素子は該各センサ素子と検知対象
物間に形成される静電容量を検知し、その検知した静電
容量に基いて検知対象物の凹凸形状を検出する凹凸検出
センサにおいて、 各センサ素子は、出力信号線に接続され、検知対象物と
の間で静電容量を形成する第１の感知電極と、検知対象
物との間で静電容量を形成する第２の感知電極と、所定
の条件下において第２の感知電極を第１の感知電極と並
列になるように、出力信号線に接続する切替手段とを備
えることを特徴とする凹凸検出センサ。 - 【請求項２】 前記各センサ素子において、第１及び第
２の感知電極のそれぞれに誘電膜を介して対向する第３
及び第４の感知電極を設け、該第３及び第４の感知電極
は第１及び第２の感知電極よりも検知対象物側に配置さ
れることを特徴とする請求項１記載の凹凸検出センサ。 - 【請求項３】 前記第３及び第４の感知電極を一体とし
たことを特徴とする請求項２記載の凹凸検出センサ。 - 【請求項４】 前記切替手段は、出力信号線上の出力信
号の値が所定値より小さいときに第２の感知電極を出力
信号線に電気的に接続し、前記出力信号の値が前記所定
値以上のときは第２の感知電極と出力信号線とを電気的
に遮断することを特徴とする請求項１ないし請求項３の
いずれか一に記載の凹凸検出センサ。 - 【請求項５】 複数のセンサ素子がマトリクス状に配置
されてなり、各センサ素子において検知対象物によって
形成される静電容量に電荷を充電し、該充電された電荷
量により検知対象物の凹凸形状を検出するセンサであっ
て、 任意に出力電圧が変えられ、前記各センサ素子において
形成された静電容量に電荷を充電するための電圧を供給
する可変電源と、 前記センサ素子に充電された電荷量に応じた出力信号を
検出する検出手段と、 該検出手段により検出されたセンサ素子からの出力信号
のレベルを判定し、該レベルにしたがい前記可変電源の
出力電圧を切替える制御手段とを備えたことを特徴とす
る凹凸検出センサ。 - 【請求項６】 複数のセンサ素子がマトリクス状に配置
されてなり、各センサ素子は該各センサ素子と検知対象
物間に形成される静電容量を検知し、その検知した静電
容量に基いて検知対象物の凹凸形状を検出する凹凸検出
センサにおいて、 各センサ素子は、検知対象物により形成された静電容量
と、駆動電圧とによって決定される電流を導通させる電
流手段を有し、 凹凸検出センサは、各センサの電流手段に駆動電圧を供
給する可変電源と、電流手段からの電流値を判定し、該
電流値にしたがい可変電源の出力電圧を切替える制御手
段とを備えることを特徴とする凹凸検出センサ。 - 【請求項７】 複数のセンサ素子がマトリクス状に配置
されてなり、各センサ素子は該各センサ素子と検知対象
物間に形成される静電容量を検知し、その検知した静電
容量に基いて検知対象物の凹凸形状を検出する凹凸検出
センサにおいて、 各センサ素子は、該センサ素子により検知された静電容
量に応じて導通させる電流値を変化させる第１の電流手
段と、該センサ素子により検知された静電容量に応じて
導通させる電流値を変化させ、第１の電流手段と並列に
接続され得る第２の電流手段と、第1及び第２の電流手
段からの電流を取り出すため、それらの電流手段と接続
される出力信号線と、所定の制御信号を受けて出力信号
線と第２の電流手段との間を電気的に接続又は遮断する
スイッチ手段とを有し、 凹凸検出センサは、出力信号線を流れる電流値を判定
し、該判定した電流値が所定値以下のときに第２の電流
手段と出力信号線との間の電気的接続を接続し、該判定
した電流値が所定値より大きいときに第２の電流手段と
出力信号線との間の電気的接続を遮断するように制御信
号を前記スイッチ手段に出力する判定手段を備えること
を特徴とする凹凸検出センサ。
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