JP2003534840A - 容量性バイオメトリックセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 その用途において、特に指紋において、グレースケール値を実際に得られ得る最大コントラスト（センサの動的分解能）を決定するために、誘電体材料からなる少なくとも１つの測定点（４）は、センサアレイ（２）上のセンサ電極（５）のそれぞれの上に統合される。本発明は、容量性バイオメトリックセンサ、特に、指紋センサであって、該容量性バイオメトリックセンサは半導体センサチップ（１）を有しており、識別される人によって触られ得る該半導体センサチップ（１）の活性表面は、多くのセンサ電極（５、６）を有するセンサアレイ（２）の形態であり、該多くのセンサ電極（５、６）は、矩形マトリクスで構成され、該センサアレイ（２）全体の上に広がる保護層（７）によって覆われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、容量性バイオメトリックセンサ、特に指紋センサに関する容量性バ
イオメトリックセンサは半導体センサチップを有しており、半導体センサチップ
の活性表面は、識別される人によって触られ得、多くのセンサ電極を有するセン
サアレイの形態であり、その多くのセンサ電極は、矩形マトリクスで構成され、
センサアレイ全体の上に広がる保護層によって覆われている。そのセンサは、各
センサ電極からの電気パルスを用いて、局所的にデジタル化されたグレースケー
ル値を生成し、この場合、これらのグレースケール値は、識別のために、その全
体をさらに評価され得る。

【０００２】 このようなセンサは、既に市販されている。

【０００３】 特に、公知のセンサにより、指紋は、確実に読み取られ、評価され得る。例え
ば、携帯電話またはＰＣ、小切手保証カードおよびクレジットカードの場合、ユ
ーザは、今のところ、依然として、個人暗証番号とパスワードを使用する必要が
ある場所ではどこでも、将来においてもユーザの指で充分である。この矩形セン
サアレイは、参照データ記録の製造およびそれぞれの後のチェックの両方に対す
る識別性能を最適化する。１６０ｍｍ^２未満の面積で、センサは、極めて小さな
機器、特にスマートカードにおいても使用され得る。

【０００４】 公知の光学スキャナの状況と比較して、容量性センサは、「写真を撮る」ので
はなく、センサアレイ上の互いに並んで構成された６５０００センサ電極に実質
的に基づいて動作し、センサ電極のそれぞれは、１つのピクセルを表し、指がセ
ンサアレイ上に配置されると、それぞれの場合の皮膚表面とセンサとの間の正確
な距離は局所的に測定され、これにより、皮膚構造がマッピングされる。これは
、指紋の線とトラフとの間の容量の差分を使用することによって行われ、結果と
して、指が配置される場合、それぞれの場合の異なった点が、この点の下に配置
されたセンサ電極に対する対向電極を形成する。

【０００５】 １００ミリ秒未満の後、センサは、ミリメートル当たり２０の個々の点（イン
チ当たり５１３ドット）の横方向分解能で、指紋のデジタル化されたグレースケ
ールイメージを生成する。次いで、イメージを処理するソフトウェアは、指紋の
特性的特徴（いわゆる、細部）に基づいてグレースケールイメージを評価し、外
観、位置および配列を格納する。後のチェックの間、評価アルゴリズムは、既に
格納された基準データとセンサイメージを比較する。一般的な用途において、機
器のアイテムを活性化するためのセンサチップに対するイネーブル信号は、２つ
のデータレコードが整合する場合にのみ、生成される。

【０００６】 センサの正しい使用は、センサアレイの平面内の分解能の上述した水平精度だ
けでなく、この態様で区別され得る個々のピクセルのそれぞれの深さまたはコン
トラスト分解能によっても、支配される。各ピクセルの８ビットデータ分解能は
、２５６グレースケールレベルの範囲を生じ、この文脈においてグレースケール
値０は「黒」を表し、グレースケール値２５５は「白」を表す。しかしながら、
指紋の実際のグレースケールイメージは、この範囲の全体を決してカバーするも
のではない。利用可能な局所コントラストの最大値は、実用的かつ実際には、指
の線（皮膚の水分）に対応する第１のグレースケール値と、指のトラフ（空気）
に対応する第２のグレースケール値との間の最大差によって支配される。しかし
ながら、通常は、個々のコントラストの分解能の多くの頻度分布は、ヒストグラ
ムの形態で考慮される。２つの突出する最大値（すなわち、一方は皮膚の水分（
すなわち水）、他方は空気）間の大きさを、センサの動的分解能と呼ぶ。

【０００７】 今のところ、動的分解能は、センサ上に指を直接的に配置するか、または、同
様の接触を含む機械的な支援のいずれかによって決定される。いわゆる「水の線
」を測定するためのある適切な態様は、原理的には、センサレイを水で充填する
ことであるが、実用的には、テストスタンプが通常使用される。「空気のライン
」は、センサアレイがカバーされない第２の測定において記録されなければなら
ない。

【０００８】 特に、実用的でないセンサチップが、識別し、おそらく、複雑な電気テストに
よって、フィルタリングすることを意図するのではなく、単に中心機能素子の「
動的分解能」をチェックまたは判定することを意図する場合、各個々のセンサチ
ップの動的分解能のチェックは、特に、製造プロセスの最後に実行されるべきで
ある。しかしながら、以前の容量性センサは、動的分解能の判定に関する上述し
た複雑な態様を用いる必要がある。

【０００９】 本発明の目的は、動的分解能を、容易に、特に接触を伴う任意の外部支援なし
に、決定し得るように、始めに述べたタイプの容量性センサを設計することであ
る。

【００１０】 本発明によれば、この目的は、初めに述べたタイプの容量性指紋センサの場合
において、その用途で実際に得られ得るグレースケール値の最大コントラスト（
センサの動的分解能）を決定するために、誘電体材料からなる少なくとも１つの
測定点が、センサアレイ上のセンサ電極のそれぞれの上に統合されることである
。

【００１１】 動的分解能の測定に関して、本発明によって設けられた測定点は、任意の機械
的接触なしにセンサの品質をチェックするために、センサ特性自身を用いること
ができる。原理的には、測定点によってカバーされた１つのピクセル自身は、動
的分解能を判定するのに充分であり、広大な測定機能は、さらに、測定点の数が
増加すると、特に、センサアレイ上に均一に分散された状態で提供される。

【００１２】 さらなる利点は、従属請求項に見出され得る。

【００１３】 本発明は、図面を使用して、例示の実施形態を参照して以下の文章にさらに詳
細に説明される。

【００１４】 例示として、図１は、それ自体は公知であるＣＭＯＳ半導体技術を用いて製造
されたセンサチップ１を示す。そのセンサチップの活性領域は、矩形センサアレ
イ２によって規定され、動作の間、識別される指は、その上に配置される。デー
タは、好ましくは、センサチップ１において既にデジタル化され、図示されたフ
レキシブルリボン３によって、例えば、さらなるデータチップに、特に、画像処
理および格納チップに接続され得る。フレキシブルリボン３を使うことにより、
フレキシブル回路基板と呼ばれる。センサチップ１は、原理的には、単一のスマ
ートカード上のメモリおよびコンピュータとともに統合され得る。

【００１５】 図１は、また、センサの表面上に統合された微小測定点４を示す。この実施形
態において９つの測定点４は、明らかに、センサアレイ２上に良好で均一に分布
され得る。原理的は、測定点４によってカバーされたピクセルのグレースケール
値と、空気によってのみカバーされたその周囲のピクセルの１つとの間の差から
動的分解能が生じる。他方、いわゆる、指がアレイ上に配置される場合、特に、
製造方法に起因して、任意の場合においてピクセルがなくなることが予想され得
るので、測定点４の数が少なくても、この用途における横方向の分解能に著しく
は影響しない。

【００１６】 図２に示されるように、特定のセンサ電極５と関連する測定点４は、それぞれ
のセンサ電極５上に正確に配置される。全てのセンサ電極５および６は、例えば
、二酸化ケイ素からなる保護層７によって、センサアレイ２の全体の上に公知の
態様でカバーされる。センサチップ１の表面の測定点４の統合は、従来のプロセ
ス技術を用いて実行され得る。測定点４の誘電体材料は、好ましくは金属材料で
あり、例えば、エッチングおよび後の充填によって、保護層７内にはめ込まれ得
る。後続のＣＭＰ（化学機械研磨）工程により、充分な平坦化が生じ、それによ
り、センサチップ１の封止および機械的負荷容量は、さらなるパシベーション層
８によって、後で再生され得る。

【００１７】 ブランクイメージが読まれる場合、センサチップ１は、ここで、空気によって
カバーされたピクセルに対するカバーされたピクセルの誘電率を測定する。動的
分解能は、図３に示されるヒストグラムのカバーされたピクセルと、他のピクセ
ルとの間の差である。したがって、テストソフトウェアは、真っ先に、画像を読
み取る。センサから供給されたデータは、ヒストグラムの形態で表示される。こ
の結果、２つの突出がある。１つめは測定点によってカバーされたピクセルから
のものであり、２つめは、空気のみによってカバーされたかなり多くの数のピク
セルからのものである。センサの動的分解能は、２つの突出の最大値の間の差か
ら容易に得られる。

【００１８】 図３の「測定点」突出の横方向の位置は、測定点４の実際の容量性特性に依存
するため、「水のライン」の位置に必ずしも整合しない。したがって、「測定点
」突出の位置から架空の「水のライン」の位置を推論するために、少なくともほ
ぼ整合する結果が生じるように測定点４の材料および構成などを選択できるか、
または、シフト要因を経験的に決定することができる。

【００１９】 始めにセンサと接触することなく、本発明によるセンサの動的分解能を決定す
ることができる利点は、以前にこのテストに必要とされたさらなる機構がないこ
とである。したがって、所望でない２次影響、例えば、異なる接点圧力が、また
、避けられる。オペレータによる測定の動作は単純化され、以前のテストスタン
プ方法では、２つの測定（空気／水）は首尾よく実行される必要がある一方で、
この結果、必要とされるのは１回の差測定のみであるので、測定時間はかなり短
縮される。

【００２０】 測定点４の数が充分多く、センサアレイ２上に均一に分散されている場合、マ
イクロメータの範囲になる保護層７の厚さの均一を決定することができる。図３
に示されるヒストグラムの広い突出または多くのピークは、保護層７が均一に製
造されなかったことを示している。

【００２１】 測定点４は、識別のためのセンサを正確に使用するために、同様に利点がある
。評価ソフトウェアは、較正のための測定点４を使用し得る。したがって、個々
のコントラスト制御は、センサ電極の電圧レベルを整合することによって、各セ
ンサに対して可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、本発明によるセンサの模式的斜視図を示す。

【図２】 図２は、図１に示されるセンサの断面側面図を示す。

【図３】 図３は、本発明によるセンサで記録された測定値のヒストグラムを示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヘルミンガー， フランツ オーストリア国 アー−8040 グラーツ， ヨハンナ−コレーガー−シュトラーセ 13 (72)発明者 ヴォルフ， フランツ オーストリア国 アー−8071 グラムバッ ハ， アム エルレングルント 28 Ｆターム(参考） 2F063 AA43 BA29 BB08 BD11 CA11 CB08 DA02 DA05 DA23 DD07 DD08 HA01 HA04 NA07 4C038 FF01 FF05 FG00 5B047 AA25 AB02 BB10 BC01

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 容量性バイオメトリックセンサ、特に、指紋センサであって
   、 該容量性バイオメトリックセンサは半導体センサチップ（１）を有しており、
   識別される人によって触られ得る該半導体センサチップ（１）の活性表面は、多
   くのセンサ電極（５、６）を有するセンサアレイ（２）の形態であり、該多くの
   センサ電極（５、６）は、矩形マトリクスで構成され、該センサアレイ（２）全
   体の上に広がる保護層（７）によって覆われ、 該センサは、各センサ電極（５、６）からの電気パルスを用いて、局所的にデ
   ジタル化されたグレースケール値を生成し、この場合、これらのグレースケール
   値は、識別のために、その全体をさらに評価され得、 その用途におけるグレースケール値の実際に得ることができる最大コントラス
   ト（該センサの動的分解能）を判定するために、誘電体材料からなる少なくとも
   １つの測定点（４）は該センサアレイ（２）上の該センサ電極（５）のそれぞれ
   の上に統合されていることを特徴とする、容量性センサ。
2. 【請求項２】 前記測定点（４）が前記保護層（７）の上面を構造化するこ
   とによって生成され、該保護層（７）内に統合化された該測定点（４）とともに
   該保護層（７）は、前記センサアレイ（２）全体の上に広がるパッシベーション
   層（８）によってカバーされていることを特徴とする、請求項１に記載の容量性
   センサ。
3. 【請求項３】 前記測定点（４）が前記センサアレイ（２）上に均一に分散
   されるように該測定点（４）が構成されていることを特徴とする、請求項１また
   は２に記載の容量性センサ。