JP2003269905A - Electrostatic capacity type sensor - Google Patents

Electrostatic capacity type sensor

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JP2003269905A
JP2003269905A JP2002072660A JP2002072660A JP2003269905A JP 2003269905 A JP2003269905 A JP 2003269905A JP 2002072660 A JP2002072660 A JP 2002072660A JP 2002072660 A JP2002072660 A JP 2002072660A JP 2003269905 A JP2003269905 A JP 2003269905A
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JP
Japan
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circuit
sensor electrode
voltage
constant current
discharge
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JP2002072660A
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Japanese (ja)
Inventor
Hideaki Sato
秀明 佐藤
Saiensu Nakano
宰延州 中野
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Toko Inc
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Toko Inc
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To simplify a control circuit required for collection of detection data in a capacitance type sensor unit. <P>SOLUTION: In the electrostatic capacity type sensor unit in the present invention, sensor electrodes arrayed two-dimensionally are coated with a dielectric protection film to constitute a sensor, the each sensor electrode is charged from a constant-voltage source by an input signal, and a capacitor of a time- voltage converting circuit is also charged at the same time. A potential data required as an output of the time-voltage converting circuit is provided only by imparting a detection starting signal, by controlling a charge time for the capacitor with a discharge time of the sensor. Design and production for the electrostatic capacity type sensor are facilitated thereby. Since data are held only by a pulse signal, the control is also simplified. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

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、静電容量型センサ
にかかり、データの採取に当たって必要な制御回路の回
路構成を簡単にして、装置の設計と制御を容易にしたも
のである。本発明のセンサ装置は、例えば指紋のように
微細な凹凸を有する物の検出に適する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrostatic capacitance type sensor, and simplifies the circuit configuration of a control circuit necessary for collecting data to facilitate the design and control of the device. The sensor device of the present invention is suitable for detecting an object having fine irregularities such as a fingerprint.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の静電容量型センサは、指紋センサ
を例に取ると、米国特許第6,049,620号に示されるよう
な、電源を入力して指と電極間に発生する静電容量をセ
ンサに充電した後、その電圧と所定時間定電流で放電後
の電圧との差から静電容量を求める物であり、静電容量
の差で指紋の凹凸を導きだし指紋のデータとして採取す
るものである。
2. Description of the Related Art A conventional electrostatic capacitance type sensor, for example, a fingerprint sensor, detects electrostatic capacitance generated between a finger and an electrode by inputting power as shown in US Pat. No. 6,049,620. After charging the battery, the capacitance is calculated from the difference between the voltage and the voltage after discharging at a constant current for a predetermined time.The difference between the capacitances is used to derive the unevenness of the fingerprint and collect it as fingerprint data. is there.

【0003】すなわち、従来の方式は以下の原理による
ものである。まず、C=q/(Vi-Vf)・・・で静電容量を求
める。(ただし、q:放電した電荷 Vi:初期電位
Vf:放電後電位) 次に、C=εS/d・・・で指と電極間の距離を導き出して
指紋のデータを採る。(ただし、C:静電容量 ε:誘
電率 S:センサ電極の面積 d:指とセンサ電極間の
距離) しかしながら、この方式は充電電流の切り替えスイッチ
とサンプル&ホールド回路の制御信号を与える回路が別
々に必要となるため、制御信号発生回路が複雑になり、
充放電回路が複雑になる。さらに、指紋検知センサの電
極に引きまわしている複数の制御信号発生回路間に信号
遅延によるずれが生じると、正確な静電容量が測定でき
ないおそれがあった。
That is, the conventional method is based on the following principle. First, the capacitance is calculated by C = q / (Vi-Vf) .... (However, q: discharged charge Vi: initial potential
Vf: potential after discharge) Next, the distance between the finger and the electrode is derived by C = εS / d ... And fingerprint data is taken. (However, C: capacitance ε: permittivity S: area of the sensor electrode d: distance between the finger and the sensor electrode) However, in this method, the charging current selector switch and the circuit that gives the control signal of the sample & hold circuit are Since they are required separately, the control signal generation circuit becomes complicated,
The charge / discharge circuit becomes complicated. Furthermore, if a shift occurs due to a signal delay among the plurality of control signal generating circuits that are routed around the electrodes of the fingerprint detection sensor, there is a risk that an accurate capacitance cannot be measured.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の静電
容量型センサ装置における上記の欠点を解決しようとす
るものであり、制御信号を与える回路の構成を簡単にし
て装置の設計を容易にするとともに、制御を簡単にした
ものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is intended to solve the above-mentioned drawbacks in the conventional capacitance type sensor device, and simplifies the configuration of the circuit for supplying the control signal to facilitate the design of the device. And the control is simple.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明の静電容量型セン
サは、誘電体保護膜で被覆されたセンサ電極、センサ電
極と検出物間に発生する静電容量を充電する定電圧源、
センサ電極から電荷を定電流で放電させる第1の定電流
源、および、センサ電極に充電された電荷の定電流放電
開始と放電により所定電圧に達したことを検出する検出
手段を有する検出回路、センサ電極の放電開始から検出
手段が所定の電圧に達するまでの時間中に第2の定電流
源から変換用コンデンサに充電を行う時間−電圧変換回
路、並びに、該変換用コンデンサの電荷を放電させる放
電回路を有することを特徴とする。すなわち、入力信号
に応答して、検出物とセンサ電極間に生じる静電容量を
充電するように定電圧源によりセンサ電極に充電し、定
電流源から一定の電位になるまで放電する。同時に時間
‐電圧変換回路のコンデンサに別の定電流源から充電す
る。その充電時間は検出回路で制御され、時間‐電圧変
換回路の出力として必要な電位のデータが得られるよう
にしたものである。
A capacitance type sensor according to the present invention comprises a sensor electrode coated with a dielectric protective film, a constant voltage source for charging a capacitance generated between the sensor electrode and a detection object,
A first constant current source for discharging electric charges from the sensor electrode with a constant current; and a detection circuit having a detection means for detecting the start of constant current discharge of the charges charged in the sensor electrode and the fact that a predetermined voltage has been reached by the discharge. A time-voltage conversion circuit that charges the conversion capacitor from the second constant current source during the time from the start of discharge of the sensor electrode until the detection means reaches a predetermined voltage, and the charge of the conversion capacitor is discharged. It is characterized by having a discharge circuit. That is, in response to the input signal, the sensor electrode is charged by the constant voltage source so as to charge the electrostatic capacitance generated between the detection object and the sensor electrode, and discharged from the constant current source to a constant potential. At the same time, the capacitor of the time-voltage conversion circuit is charged from another constant current source. The charging time is controlled by the detection circuit so that necessary potential data can be obtained as the output of the time-voltage conversion circuit.

【0006】[0006]

【発明の実施の形態】本発明の一実施態様としては、静
電容量型センサにおいて、定電圧源がスイッチを介して
誘電体保護膜で被覆されたセンサ電極と比較器の非反転
入力端子に接続され、該比較器の反転入力端子は基準電
位に接続され、第1の定電流源が該センサ電極に接続さ
れており、該比較器により該センサ電極に充電された電
荷の定電流放電開始と放電により所定電圧に達したこと
を検出する検出回路、該比較器の出力が論理回路に入力
され、該論理回路の出力は第2の定電流源に接続された
スイッチ回路に入力され、該センサ電極の放電開始から
該比較器が所定の電圧に達するまでの時間中に該第2の
定電流源により変換用コンデンサの充電を行う時間‐電
圧変換回路、並びに、該変換用コンデンサの電荷を放電
させる放電回路、を有するものである。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION As an embodiment of the present invention, in a capacitance type sensor, a constant voltage source is connected to a sensor electrode covered with a dielectric protective film through a switch and a non-inverting input terminal of a comparator. Connected, the inverting input terminal of the comparator is connected to the reference potential, the first constant current source is connected to the sensor electrode, and the comparator starts the constant current discharge of the charge charged in the sensor electrode. And a detection circuit for detecting that a predetermined voltage is reached by discharge, the output of the comparator is input to a logic circuit, and the output of the logic circuit is input to a switch circuit connected to a second constant current source, A time-voltage conversion circuit that charges the conversion capacitor by the second constant current source during the time from the start of discharge of the sensor electrode until the comparator reaches a predetermined voltage, and the charge of the conversion capacitor. Discharge circuit to discharge, Those having.

【0007】また、他の実施態様としては、静電容量型
センサにおいて、定電圧源がスイッチを介して誘電体保
護膜で被覆されたセンサ電極と比較器の非反転入力端子
に接続され、該比較器の反転入力端子は基準電位に接続
されており、第1の定電流源が該センサ電極に接続され
ており、該比較器により該センサ電極に充電された電荷
の定電流放電開始と放電により所定電圧に達したことを
検出する検出回路、該比較器の出力は積分回路の出力用
スイッチに入力され、入力信号により積分を開始する積
分回路の出力端子は該出力用スイッチを介して変換用コ
ンデンサに接続されており、該検出回路により定められ
る充電時間中に該積分回路の出力で該変換用コンデンサ
の充電を行う時間−電圧変換回路、並びに、該変換用コ
ンデンサの電荷を放電させる放電回路、を有するもので
ある。
As another embodiment, in a capacitance type sensor, a constant voltage source is connected via a switch to a sensor electrode covered with a dielectric protective film and a non-inverting input terminal of a comparator. The inverting input terminal of the comparator is connected to the reference potential, the first constant current source is connected to the sensor electrode, and the constant current discharge start and discharge of the charge charged in the sensor electrode by the comparator Detection circuit that detects that a predetermined voltage has been reached, the output of the comparator is input to the output switch of the integration circuit, and the output terminal of the integration circuit that starts integration by the input signal is converted via the output switch. Connected to the capacitor for conversion, the time-voltage conversion circuit that charges the conversion capacitor with the output of the integration circuit during the charging time determined by the detection circuit, and the charge of the conversion capacitor. Discharge circuit for electric, and has a.

【0008】さらに他の実施態様は、静電容量型センサ
において、定電圧源がスイッチを介して誘電体保護膜で
被覆されたセンサ電極と論理回路の入力端子に接続さ
れ、第1の定電流源が該センサ電極に接続されており、
該論理回路により該センサ電極に現れる電圧の放電開始
と該論理回路の入力の閾値電圧との比較により該センサ
電極が所定電圧に達したことを検出する検出回路、該論
理回路の出力が第2の定電流源に接続されたスイッチ回
路に入力されて、該論理回路により定められる充電時間
中に該第2の定電流源により変換用コンデンサの充電を
行う時間−電圧変換回路、並びに、該変換用コンデンサ
の電荷を放電させる放電回路、を有するものである。
In still another embodiment, in a capacitance type sensor, a constant voltage source is connected via a switch to a sensor electrode covered with a dielectric protective film and an input terminal of a logic circuit, and a first constant current is applied. A source is connected to the sensor electrode,
A detection circuit for detecting that the sensor electrode has reached a predetermined voltage by comparing the discharge start of the voltage appearing at the sensor electrode by the logic circuit and the threshold voltage of the input of the logic circuit, and the output of the logic circuit is the second Time-voltage conversion circuit, which is input to a switch circuit connected to the constant current source and charges the conversion capacitor by the second constant current source during the charging time determined by the logic circuit, and the conversion circuit. And a discharge circuit for discharging the electric charge of the capacitor for use.

【0009】[0009]

【実施例】以下、指紋センサを例として、本発明の1実
施例を図1乃至図5により説明する。本発明の静電容量
型センサは、2次元に配列された多数のセンサ電極とそ
れを覆う誘電体保護膜で、センサのアレイを構成する。
各センサ電極は指紋の画像を表現できるように、指紋の
凹凸で表現される線の太さより狭い300dpi乃至500dpiの
間隔で配置される。誘電体膜は、センサ電極を被覆して
保護するとともに、指とセンサ電極との間にコンデンサ
を形成する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 5 using a fingerprint sensor as an example. The capacitance type sensor of the present invention constitutes a sensor array with a large number of two-dimensionally arranged sensor electrodes and a dielectric protective film covering them.
Each sensor electrode is arranged at an interval of 300 dpi to 500 dpi, which is narrower than the thickness of the line expressed by the unevenness of the fingerprint so that the image of the fingerprint can be expressed. The dielectric film covers and protects the sensor electrode and forms a capacitor between the finger and the sensor electrode.

【0010】このセンサアレイは、図1に示すように、
誘電体膜2の上に指1を置くと、指1は接地状態にある
ため、指1とセンサ電極3の間に静電容量が発生する。
その静電容量は、指紋の凸部、つまり指1とセンサ電極
3との距離が短い部分では大きくなり、指紋の凹部、つ
まり指とセンサ電極との距離が長い部分では小さくな
る。
This sensor array, as shown in FIG.
When the finger 1 is placed on the dielectric film 2, since the finger 1 is in the grounded state, a capacitance is generated between the finger 1 and the sensor electrode 3.
The capacitance is large in the convex portion of the fingerprint, that is, the portion where the distance between the finger 1 and the sensor electrode 3 is short, and is small in the concave portion of the fingerprint, that is, the portion where the distance between the finger and the sensor electrode is long.

【0011】図2は指紋センサを構成する単位回路であ
る。図2に示すように、単位回路は、検出回路と時間‐
電圧変換回路で構成される。検出回路Kは定電圧で充電
するための定電圧源15とスイッチ6、指1との間に静
電容量を発生させるセンサ電極3、指1とセンサ電極3
によって発生した静電容量を定電流源5で放電してセン
サ電極の電圧が所定の電圧に達したことを検出する比較
器7からなる。
FIG. 2 shows a unit circuit constituting a fingerprint sensor. As shown in FIG. 2, the unit circuit includes a detection circuit and a time-
It is composed of a voltage conversion circuit. The detection circuit K includes a constant voltage source 15 for charging with a constant voltage, a switch 6, and a sensor electrode 3 that generates an electrostatic capacitance between the finger 1 and the finger 1 and the sensor electrode 3.
The comparator 7 includes a comparator 7 which discharges the electrostatic capacitance generated by the constant current source 5 to detect that the voltage of the sensor electrode has reached a predetermined voltage.

【0012】時間‐電圧変換回路TVCは、変換用コンデ
ンサ13、そのコンデンサ13に充電時間分の容量を定電流
源11で充電する定電流源用スイッチ12、充電期間に定電
流源用スイッチ12をON状態にする論理回路9 (NAND回
路)からなる。放電用回路Hは、変換用コンデンサ13をリ
セットするためのものである。放電用スイッチ4が、変
換用コンデンサ13の電荷を放電するため、変換用コンデ
ンサ13に並列に接続される。14は放電用回路Hの切り替
え信号源である。
The time-voltage conversion circuit TVC includes a conversion capacitor 13, a constant current source switch 12 for charging the capacitor 13 with a constant current source 11 for a charging time, and a constant current source switch 12 for a charging period. It consists of a logic circuit 9 (NAND circuit) that turns on. The discharging circuit H is for resetting the conversion capacitor 13. The discharge switch 4 discharges the electric charge of the conversion capacitor 13, and is therefore connected in parallel to the conversion capacitor 13. Reference numeral 14 is a switching signal source of the discharging circuit H.

【0013】センサアレイの誘電体膜上に指が置かれて
いる状態において、本装置は以下のように動作して指紋
画像を得る。変換用コンデンサ13を接地用スイッチ4に
より接地して、残留電荷を放電する。また、センサ電極
3は充電用スイッチ6をONにして電源電圧源15で充電す
る。充電後、充電用スイッチ6をOFFし、センサ電極3を
電源電圧源15と切り離し、接地用スイッチ4で変換用コ
ンデンサ13を接地状態から開放状態に切り替える。セン
サ電極3は定電流源5で放電しているので、徐々に電圧
が降下する。また、論理回路9と定電流源用スイッチ12
を介して変換用コンデンサ13にも定電流源11で充電し始
める。放電しているセンサ電極3の電圧が基準電源8の参
照電圧に達した時、比較器7と論理回路9、定電流源用ス
イッチ12が動作し変換用コンデンサ13の充電を終了させ
る。
With the finger placed on the dielectric film of the sensor array, the apparatus operates as follows to obtain a fingerprint image. The conversion capacitor 13 is grounded by the grounding switch 4 to discharge the residual charge. Also, the sensor electrode
3 turns on the charging switch 6 and charges the power supply voltage source 15. After charging, the charging switch 6 is turned off, the sensor electrode 3 is disconnected from the power supply voltage source 15, and the grounding switch 4 switches the conversion capacitor 13 from the grounded state to the open state. Since the sensor electrode 3 is discharged by the constant current source 5, the voltage gradually drops. Also, the logic circuit 9 and the constant current source switch 12
The conversion capacitor 13 is also charged by the constant current source 11 via the. When the discharged voltage of the sensor electrode 3 reaches the reference voltage of the standard power supply 8, the comparator 7, the logic circuit 9, and the constant current source switch 12 operate to end the charging of the conversion capacitor 13.

【0014】定電流源用スイッチ12がON/OFFした期間、
つまり変換用コンデンサ13の放電時間は、以下の式によ
って静電容量の大きさに比例する。 静電容量は、Q1=C1V1・・・・(1) ただし、Q1:放電した電荷 C1:指の静電容量
V1:放電によって減少した電圧差、 で表現される。 また放電した電荷は、Q1=I1t・・・・(2) ただし、Q1:放電した電荷 I1:第1の定電流
t:放電時間 (1)(2)より、I1t=C1V1・・・・(3)となり、定電流で所定
の電圧に放電するならば、放電時間tは電荷Q1に比例す
ることが分かる。 時間‐電圧変換回路TVCにおいて充電した電荷は、Q2=I2t=C2V2・・・(4) ただし、Q2:変換用コンデンサが充電した電荷 C2
変換用コンデンサの静電容量 V2:変換用コンデンサ
に発生する電圧、よって、(3)(4)(5)より、V=(VI2
/C2 I)C・・・(5)となる。V1、C2、I1、I2は一
定なので、変換用コンデンサ13の両端にかかる電圧V
2は、放電時間に比例した値であり、これに基づいて指
紋データを生成する。図3に指1とセンサ電極3間に発
生する静電容量と放電時間の関係を示す代表的な例を挙
げる。
While the constant current source switch 12 is ON / OFF,
That is, the discharge time of the conversion capacitor 13 is proportional to the magnitude of the electrostatic capacitance according to the following formula. Capacitance is Q 1 = C 1 V 1 (1) where Q 1 : Discharged electric charge C 1 : Capacitance of finger
V 1 : The voltage difference reduced by discharge, expressed as The discharged charge is Q 1 = I 1 t ··· (2) where Q 1 is the discharged charge I 1 is the first constant current
t: From the discharge time (1) (2), I 1 t = C 1 V 1 ... (3), and if discharged to a predetermined voltage with a constant current, the discharge time t is proportional to the charge Q 1 . I know what to do. The charge charged in the time-voltage conversion circuit TVC is Q 2 = I 2 t = C 2 V 2 (4) However, Q 2 : Charge charged by the conversion capacitor C 2 :
Capacitance of conversion capacitor V 2 : Voltage generated in conversion capacitor, therefore, from (3) (4) (5), V 2 = (V 1 I 2
/ C 2 I 1 ) C 1 (5) Since V 1, C 2, I 1, and I 2 are constant, the voltage V across the conversion capacitor 13
2 is a value proportional to the discharge time, and fingerprint data is generated based on this value. FIG. 3 shows a typical example showing the relationship between the capacitance generated between the finger 1 and the sensor electrode 3 and the discharge time.

【0015】検出回路Kと時間‐電圧変換回路TVCは、画
素数つまりセンサ電極の数分用意してあるため、放電時
間に相当する電圧が変換用コンデンサ13に保持されるま
でを並列処理し、次いで全センサ電極の静電容量を取り
込み、保持することができる。上記の単位回路を多数集
積したセンサアレイを使用し、図4のブロック図に示す
ように構成することによって指紋認証システムが構築さ
れる。図の16はセンサ、17はアドレスデコーダ、18はセ
レクタ、19はA/Dコンバータ、20はインターフェース、
そして21はコンピュータである。センサアレイ中の所望
の検出回路Kに対応した時間‐電圧変換回路TVCの変換用
コンデンサ13の出力電圧を、アドレスデコーダ17とセレ
クタ18を介して選択する。選択した変換用コンデンサ13
の出力電圧をA/Dコンバータ19に入力する。A/Dコンバー
タ19でデジタル変換されたデータは、インターフェース
20を介してコンピュータ21に届けられる。このようにし
て、コンピュータ21では各センサ電極から得られたデー
タを処理し、2次元に配列することによって指紋画像を
完成させる。
Since the detection circuit K and the time-voltage conversion circuit TVC are prepared for the number of pixels, that is, the number of sensor electrodes, parallel processing is performed until the voltage corresponding to the discharge time is held in the conversion capacitor 13. The capacitance of all sensor electrodes can then be captured and retained. A fingerprint authentication system is constructed by using a sensor array in which a large number of the unit circuits described above are integrated and configured as shown in the block diagram of FIG. In the figure, 16 is a sensor, 17 is an address decoder, 18 is a selector, 19 is an A / D converter, 20 is an interface,
And 21 is a computer. The output voltage of the conversion capacitor 13 of the time-voltage conversion circuit TVC corresponding to the desired detection circuit K in the sensor array is selected via the address decoder 17 and the selector 18. Selected conversion capacitor 13
The output voltage of is input to the A / D converter 19. The data digitally converted by the A / D converter 19 is the interface
Delivered to computer 21 via 20. In this way, the computer 21 processes the data obtained from each sensor electrode and arranges it in two dimensions to complete the fingerprint image.

【0016】以上に述べた図2の単位回路の動作を、図5
に動作信号のタイミングチャートで示す。図において、
信号22は入力信号10の波形である。信号23は指1とセン
サ電極3に発生する静電容量にかかわる電圧である。信
号24は論理回路9の出力信号で、充電時間に該当する。
信号25は変換用コンデンサ13にかかる電圧である。な
お、破線は、指1とセンサ電極3に発生する静電容量が大
きい場合を示している。
The operation of the unit circuit shown in FIG.
Is shown in the timing chart of the operation signal. In the figure,
Signal 22 is the waveform of input signal 10. The signal 23 is a voltage related to the electrostatic capacitance generated in the finger 1 and the sensor electrode 3. The signal 24 is an output signal of the logic circuit 9 and corresponds to the charging time.
The signal 25 is the voltage across the converting capacitor 13. The broken line shows a case where the electrostatic capacitance generated in the finger 1 and the sensor electrode 3 is large.

【0017】入力信号22の立ち上がりで放電を開始する
と、指とセンサ電極の間の静電容量の電位23が徐々に減
少してある閾値以下になると、論理回路の出力信号24は
高レベルになる。出力信号24が低いレベルにある期間が
放電時間であり、変換用コンデンサ13が充電される。変
換用コンデンサ13の電圧25は放電期間中は上昇し、放電
期間終了後はデータの取り込みまで保持される。したが
って、変換用コンデンサ13の出力電圧は、図3で見たよ
うな、指とセンサ電極間に生成する静電容量の放電に比
例するデータとなる。
When the discharge is started at the rising edge of the input signal 22 and the potential 23 of the electrostatic capacitance between the finger and the sensor electrode is gradually reduced to a threshold value or less, the output signal 24 of the logic circuit becomes high level. . The period during which the output signal 24 is at a low level is the discharge time, and the conversion capacitor 13 is charged. The voltage 25 of the conversion capacitor 13 rises during the discharge period, and is held until the data is taken in after the discharge period ends. Therefore, the output voltage of the conversion capacitor 13 becomes data proportional to the discharge of the electrostatic capacitance generated between the finger and the sensor electrode as seen in FIG.

【0018】以上には時間−電圧変換回路TVCとして論
理回路を使用した例につき説明したが、時間を電圧に変
換できる他の回路を用いてもよい。図6に積分回路を使
用した時間−電圧変換回路の回路図を示す。この場合、
入力信号10は積分開始用スイッチ63を介して抵抗64と増
幅器61の反転入力端子に接続され、増幅器61の出力は検
出回路Kの比較器7からの出力を受けるスイッチ12に接
続される。増幅器61の反転入力端子と出力端子間にはコ
ンデンサ62が接続され、非反転入力端子は接地される。
抵抗64と増幅器61、コンデンサ62によって構成された積
分回路が充電時間に比例した電圧を出力する。なお、変
更部分以外の記号は図2と同記号で示した。
Although an example in which a logic circuit is used as the time-voltage conversion circuit TVC has been described above, another circuit capable of converting time into voltage may be used. FIG. 6 shows a circuit diagram of a time-voltage conversion circuit using an integrating circuit. in this case,
The input signal 10 is connected to the resistor 64 and the inverting input terminal of the amplifier 61 via the integration start switch 63, and the output of the amplifier 61 is connected to the switch 12 which receives the output from the comparator 7 of the detection circuit K. A capacitor 62 is connected between the inverting input terminal and the output terminal of the amplifier 61, and the non-inverting input terminal is grounded.
An integrating circuit composed of the resistor 64, the amplifier 61 and the capacitor 62 outputs a voltage proportional to the charging time. The symbols other than the changed portions are shown by the same symbols as in FIG.

【0019】さらに、図7に示すように、検出回路Kの
検出手段として論理回路71を用いて、基準電位をNAND回
路の入力の閾値電圧に置き換えることもできる。これに
より使用するトランジスタの素子数を減らすことができ
る。
Further, as shown in FIG. 7, a logic circuit 71 may be used as the detection means of the detection circuit K to replace the reference potential with the threshold voltage of the input of the NAND circuit. As a result, the number of transistors used can be reduced.

【0020】また、以上には指紋センサ装置を例として
説明したが、指紋に限らず、他の微小な凹凸のある電子
部品等の検査においても有用である。この場合、凹凸を
検出する対象物は接地または電圧を印可することによ
り、電位を同一とすることができる導体の性質を持つも
のとする。例えば、金属ケースの傷の検出に用いること
もできる。
Although the fingerprint sensor device has been described above as an example, the fingerprint sensor device is useful not only for fingerprints but also for inspection of other electronic parts having minute irregularities. In this case, the object for detecting the unevenness has the property of a conductor that can have the same potential by applying a ground or a voltage. For example, it can also be used to detect scratches on a metal case.

【0021】[0021]

【発明の効果】本発明によれば、検出データの採取に当
たって検出開始の信号だけで時間−電圧変換回路にデー
タの蓄積ができるので、制御回路が簡単な静電容量型セ
ンサを構成でき、設計、製造が容易になる。また、セン
サ電極への信号がパルス信号のみでデータの保持まで行
うため、他の信号との遅延を考慮する必要がなくなる、
制御も簡単である。検出回路における基準電圧や定電流
源はデータとなる電圧を記憶するコンデンサの電圧と比
例関係にあるので、静電容量の変化によって生じる電圧
の範囲を制御しやすい。等の効果が得られる。
According to the present invention, the data can be stored in the time-voltage conversion circuit only by the detection start signal when the detection data is collected, so that the electrostatic capacitance type sensor having the simple control circuit can be constructed and designed. , Easy to manufacture. In addition, since the signal to the sensor electrode is only a pulse signal and data is retained, it is not necessary to consider the delay with other signals.
Easy to control. Since the reference voltage and the constant current source in the detection circuit are in a proportional relationship with the voltage of the capacitor that stores the voltage to be data, it is easy to control the range of the voltage generated by the change in the capacitance. And so on.

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

【図1】指をセンサアレイに当てた状態の説明図FIG. 1 is an explanatory diagram of a state where a finger is applied to a sensor array.

【図2】本発明にかかる静電容量型センサの単位回路を
示す回路図
FIG. 2 is a circuit diagram showing a unit circuit of the capacitance type sensor according to the present invention.

【図3】図2の回路の指紋検出動作時の電圧変化を示す
タイミングチャート
3 is a timing chart showing voltage changes during fingerprint detection operation of the circuit of FIG.

【図4】指とセンサ電極間の静電容量と放電時間の関係
を示すグラフ
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the capacitance between the finger and the sensor electrode and the discharge time.

【図5】本発明のセンサ装置を使用した指紋認識システ
ムのブロック図
FIG. 5 is a block diagram of a fingerprint recognition system using the sensor device of the present invention.

【図6】本発明の他の実施例のセンサ単位回路図FIG. 6 is a sensor unit circuit diagram of another embodiment of the present invention.

【図7】本発明のさらに他の実施例のセンサ単位回路図FIG. 7 is a sensor unit circuit diagram of yet another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

K 検出回路 TVC 時間‐電圧変換回路 H 放電回路 1 指 2 誘電体保護膜 3 センサ電極 4 放電用スイッチ 5 第1の定電流源 6 センサ電極選択スイッチ 7 比較器 8 基準電圧 9 論理回路 10 入力信号 11 第2の定電流源 12 定電流源用スイッチ 13 変換用コンデンサ 14 放電用信号源 15 定電圧源 K detection circuit TVC time-voltage conversion circuit H discharge circuit One finger 2 Dielectric protective film 3 sensor electrodes 4 Discharge switch 5 First constant current source 6 Sensor electrode selection switch 7 comparator 8 Reference voltage 9 logic circuits 10 Input signal 11 Second constant current source 12 Switch for constant current source 13 Conversion capacitor 14 Discharge signal source 15 constant voltage source

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2F063 AA43 BA29 BA30 BB02 BD05 BD11 DA02 DA05 DD07 HA04 KA02 LA08 LA09 LA10 NA06 4C038 FF01 FF05 FG00 5B047 AA25 BA02 BB10 BC01 CA04   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    F term (reference) 2F063 AA43 BA29 BA30 BB02 BD05                       BD11 DA02 DA05 DD07 HA04                       KA02 LA08 LA09 LA10 NA06                 4C038 FF01 FF05 FG00                 5B047 AA25 BA02 BB10 BC01 CA04

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】静電容量型センサにおいて、誘電体保護膜
で被覆されたセンサ電極、該センサ電極と検出物間に発
生する静電容量を充電する定電圧源、該センサ電極から
電荷を定電流で放電させる第1の定電流源、および、該
センサ電極に充電された電荷の定電流放電開始と放電に
より所定電圧に達したことを検出する検出手段を有する
検出回路、該センサ電極の放電開始から該検出手段が所
定の電圧に達するまでの時間中に第2の定電流源から変
換用コンデンサに充電を行う時間−電圧変換回路、並び
に、該変換用コンデンサの電荷を放電させる放電回路、
を有することを特徴とする静電容量型センサ。
1. In a capacitance type sensor, a sensor electrode covered with a dielectric protective film, a constant voltage source for charging a capacitance generated between the sensor electrode and a detection object, and a constant charge from the sensor electrode. A first constant current source for discharging with a current, a detection circuit having a detection means for detecting the start of constant current discharge of the charges charged in the sensor electrode and the fact that a predetermined voltage has been reached by the discharge, and the discharge of the sensor electrode A time-voltage conversion circuit for charging the conversion capacitor from the second constant current source during the time from the start until the detection means reaches a predetermined voltage, and a discharge circuit for discharging the charge of the conversion capacitor,
An electrostatic capacitance type sensor having:
【請求項2】静電容量型センサにおいて、定電圧源がス
イッチを介して誘電体保護膜で被覆されたセンサ電極と
比較器の非反転入力端子に接続され、該比較器の反転入
力端子は基準電位に接続され、第1の定電流源が該セン
サ電極に接続されており、該比較器により該センサ電極
に充電された電荷の定電流放電開始と放電により所定電
圧に達したことを検出する検出回路、該比較器の出力が
論理回路に入力され、該論理回路の出力は第2の定電流
源に接続されたスイッチに入力され、該センサ電極の放
電開始から該比較器が所定の電圧に達するまでの時間中
に該第2の定電流源により変換用コンデンサの充電を行
う時間‐電圧変換回路、並びに、該変換用コンデンサの
電荷を放電させる放電回路、を有することを特徴とする
静電容量型センサ。
2. In a capacitance type sensor, a constant voltage source is connected via a switch to a sensor electrode covered with a dielectric protective film and a non-inverting input terminal of a comparator, the inverting input terminal of the comparator being The first constant current source is connected to the reference potential, and the first constant current source is connected to the sensor electrode, and the comparator detects the start of constant current discharge of the charge charged in the sensor electrode and the fact that a predetermined voltage has been reached by the discharge. The output of the comparator is input to a switch connected to the second constant current source, and the comparator outputs a predetermined value from the start of discharge of the sensor electrode. A time-voltage conversion circuit for charging the conversion capacitor by the second constant current source during the time until the voltage is reached, and a discharge circuit for discharging the electric charge of the conversion capacitor. Capacitive sensor
【請求項3】静電容量型センサにおいて、定電圧源がス
イッチを介して誘電体保護膜で被覆されたセンサ電極と
比較器の非反転入力端子に接続され、該比較器の反転入
力端子は基準電位に接続されており、第1の定電流源が
該センサ電極に接続されており、該比較器により該セン
サ電極に充電された電荷の定電流放電開始と放電により
所定電圧に達したことを検出する検出回路、該比較器の
出力は積分回路の出力用スイッチに入力され、入力信号
により積分を開始する積分回路の出力端子は該出力用ス
イッチを介して変換用コンデンサに接続されており、該
検出回路により定められる充電時間中に該積分回路の出
力で該変換用コンデンサの充電を行う時間−電圧変換回
路、並びに、該変換用コンデンサの電荷を放電させる放
電回路、を有することを特徴とする静電容量型センサ装
置。
3. In a capacitance type sensor, a constant voltage source is connected via a switch to a sensor electrode covered with a dielectric protective film and a non-inverting input terminal of a comparator, the inverting input terminal of the comparator being The first constant current source is connected to the reference potential, the first constant current source is connected to the sensor electrode, and the predetermined voltage is reached by the start of constant current discharge of the electric charge charged in the sensor electrode by the comparator and the discharge. The detection circuit for detecting the output of the comparator, the output of the comparator is input to the output switch of the integration circuit, the output terminal of the integration circuit that starts integration by the input signal is connected to the conversion capacitor via the output switch. A time-voltage conversion circuit that charges the conversion capacitor with the output of the integration circuit during the charging time determined by the detection circuit, and a discharge circuit that discharges the electric charge of the conversion capacitor. Capacitive sensor device comprising and.
【請求項4】静電容量型センサにおいて、定電圧源がス
イッチを介して誘電体保護膜で被覆されたセンサ電極と
論理回路の入力端子に接続され、第1の定電流源が該セ
ンサ電極に接続されており、該論理回路により該センサ
電極に現れる電圧の放電開始と該論理回路の入力の閾値
電圧との比較により該センサ電極が所定電圧に達したこ
とを検出する検出回路、該論理回路の出力が第2の定電
流源に接続されたスイッチ回路に入力されて、該論理回
路により定められる充電時間中に該第2の定電流源によ
り変換用コンデンサの充電を行う時間−電圧変換回路、
並びに、該変換用コンデンサの電荷を放電させる放電回
路、を有することを特徴とする静電容量型センサ装置。
4. In a capacitance type sensor, a constant voltage source is connected via a switch to a sensor electrode covered with a dielectric protective film and an input terminal of a logic circuit, and a first constant current source is the sensor electrode. And a detection circuit for detecting that the sensor electrode has reached a predetermined voltage by comparing the discharge start of the voltage appearing at the sensor electrode by the logic circuit and the threshold voltage of the input of the logic circuit, and the logic circuit. The output of the circuit is input to the switch circuit connected to the second constant current source, and the conversion capacitor is charged by the second constant current source during the charging time determined by the logic circuit. circuit,
And a discharge circuit that discharges the electric charge of the conversion capacitor.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005140612A (en) * 2003-11-06 2005-06-02 Alps Electric Co Ltd Capacity detection circuit and detection method, and fingerprint sensor using the same
JP2005315694A (en) * 2004-04-28 2005-11-10 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Electronic component device

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