JP2004321641A - 静電容量型指紋センサ - Google Patents
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Abstract
【課題】出力信号の範囲を広げるとともに、単位回路菅野出力信号のバラツキを抑える。
【解決手段】指紋パターンとセンサ電極との間の静電容量を電気信号に変換する静電容量型指紋センサにおいて、各単位検出回路は、センサ電極と、制御電極が信号源に接続され、電流路の一端がセンサ電極に接続され、他端が抵抗を介して基準信号源と検出回路に接続されるスイッチング素子とで構成され、センサ電極の容量と抵抗で遅延回路が構成され、その遅延回路による遅延時間を検出回路で電圧に変換する。
【選択図】 図１
【解決手段】指紋パターンとセンサ電極との間の静電容量を電気信号に変換する静電容量型指紋センサにおいて、各単位検出回路は、センサ電極と、制御電極が信号源に接続され、電流路の一端がセンサ電極に接続され、他端が抵抗を介して基準信号源と検出回路に接続されるスイッチング素子とで構成され、センサ電極の容量と抵抗で遅延回路が構成され、その遅延回路による遅延時間を検出回路で電圧に変換する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、指紋センサに係るもので、特に静電容量型指紋センサの信号の検出回路を改良した指紋センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】米国特許第６，０４９，６２０号
【０００３】
指紋センサに利用されるデータ読取方法としては、光学的方法、電気的方法など多岐にわたるが、静電容量型が注目されている。従来の静電容量型指紋センサは、図４に示したように、センサ電極１が検出回路と、抵抗２を介した信号源３に接続される。検出回路は定電流源６と定電流用スイッチ７、電荷−電圧変換コンデンサ８で構成され、ＮＯＴ回路（インバータ）４とＮＡＮＤ回路（比較器）５が検出回路の一部として論理回路を構成し、電荷−電圧変換コンデンサ８には放電用スイッチ９と放電用信号源１０が接続される。
【０００４】
従来の静電容量型指紋センサは、誘電体膜上に指が置かれた状態において、電荷−電圧変換コンデンサ８を放電用スイッチ９により接地して残留電荷を放電する。その後、放電用スイッチをＯＦＦし、電荷−電圧変換コンデンサ８を開放状態に切り換える。その状態で入力信号源３によって発生させたパルス信号を入力すると、指とセンサ電極で構成されるコンデンサに発生する静電容量と抵抗２で構成される遅延回路によって信号は遅延する。信号の遅延時間中に電荷−電圧コンデンサ８には充電が行われ、充電された電荷を電圧として取り出すことによって指紋データが生成される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の静電容量型指紋センサは１画素ごとに必要とする単位回路に含まれるトランジスタの数を多く必要とするので、センサ電極のサイズが小さくなって出力信号の幅が狭くなる。また、トランジスタの数が多くなることから、トランジスタ単体の特性のバラツキが出力信号のばらつきに大きく影響する。本発明は、従来の静電容量型指紋センサ装置における上記の欠点を解決するもので、出力信号の範囲を広げるとともに、単位回路菅野出力信号のバラツキを抑えるものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、センサ電極と単一のスイッチング素子で構成することによって、上記の課題を解決するものである。すなわち、指紋パターンとセンサ電極との間の静電容量を電気信号に変換する静電容量型指紋センサにおいて、各単位検出回路は、センサ電極と、制御電極が信号源に接続され、電流路の一端がセンサ電極に接続され、他端が抵抗を介して基準信号源と検出回路に接続されるスイッチング素子とで構成されることに特徴を有するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
上記の解決手段によって生じる遅延時間は容量に比例するが、その静電容量はトランジスタや抵抗などの素子を接続することで生じる寄生容量とセンサ電極に生じる静電容量で構成される。この寄生容量は出力信号の範囲を狭めることになるが、センサ電極を大きくすることでその出力信号の範囲を広げることができる。また、単位回路内のトランジスタ数が一つであることから、寄生容量とばらつきを小さくすることができる。
【０００８】
【実施例】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。本発明を適用する静電容量型指紋センサは、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を具えたセンサアレイを構成する。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ないし５００ｄｐｉの間隔で配置される。誘電体保護膜は、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。このセンサアレイは、各センサ電極がほぼ均一な静電容量を有している。
【０００９】
図５に示したように誘電体膜１２の上に指１１を置くと、指は接地状態にあるので、指とセンサ電極との間に静電容量が発生する。その静電容量は、指紋の凸部すなわち指１１とセンサ電極１３との距離が短い部分では大きくなり、指紋の凹部すなわち指１１とセンサ電極１３との距離が長い部分では小さくなる。この指とセンサ電極１３との間に生じる静電容量と図１に示す抵抗とによって遅延回路が構成される。
【００１０】
図１は、本発明の実施例を示す回路図で、単位回路は指１１との間に静電容量を生成させるセンサ電極１３、信号源１５を入力とするスイッチ用トランジスタ１６で構成した例である。図５に示したセンサアレイの誘電体膜１２の上に指１１が置かれている状態において、以下の手順を踏んで指紋画像が得られる。検出回路１８内に含まれる電荷−電圧コンデンサ８を放電用スイッチ９で接地して残留電荷を放電する。放電後は再び接地状態から開放状態に切り換える。
【００１１】
信号源１５によりデータの取得を行うセンサを選択し、基準信号源１４で発生させたパルス信号をセンサ電極１３に入力する。指１１とセンサ電極１３間に発生した静電容量と直列に接続された抵抗１７とで構成される遅延回路によって信号が遅延する。信号の遅延時間を検出回路で電圧に変換し、この電圧によって指紋データを生成する。
【００１２】
図１に示した単位回路の動作を図２の動作信号のタイミングチャートに示す。図２の１９は入力信号であり、２０は単位回路の出力信号、２１は検出回路内の論理回路の出力、そして２２は出力電圧である。入力信号１９が遅延回路を通過することで遅延を生じて信号２０を出力する。論理回路の出力信号２１は入力信号１９が立ち上がった瞬間にＬＯＷになる。遅延した信号が上昇してある閾値以上になると論理回路の出力信号２１はＨＩＧＨになる。その出力信号２１のＬＯＷの期間が遅延時間であり、この遅延時間の間に検出回路内の電荷−電圧コンデンサに充電が行われ、放電されるまで電荷が保持される。したがって、出力電圧遅延時間に比例するデータ、すなわち指１１とセンサ電極１３からなるコンデンサの静電容量に比例するデータである。
【００１３】
上記の単位列回路を多数列集積したセンサアレイを用いて、図３のブロック図に示すような構成とすることによって指紋認証システムが得られる。指紋認証システムは単位列回路を多数列集積したセンサアレイ２３、行アドレスデコーダ２４、列アドレスデコーダ２５、列セレクタ３１、増幅器２６、参照電圧源２７、Ａ／Ｄコンバータ２８、インターフェース２９、コンピュータ３０で構成される。任意の単位回路の選択は行アドレスデコーダ２４の信号を単位回路内のスイッチ用トランジスタ１６に入力し、列アドレスデコーダの信号をセレクタ３１に入力することによって行う。選択した単位回路の出力電圧を増幅器２６で増幅してＡ／Ｄコンバータ２８に入力する。Ａ／Ｄコンバータ２８によってデジタル変換されたデータはインターフェース２９を介してコンピュータ３０に入力され、得られたデータを処理して２次元に配列して指紋画像を完成させる。
【００１４】
【発明の効果】
本発明によれば、単位回路の構成をセンサ電極と１つのスイッチで構成するので検出素子のサイズを大きくすることができるので、出力信号の範囲を広げるとともに、単位回路間の出力信号のバラツキを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す回路図
【図２】本発明による静電容量型指紋センサの動作の説明図
【図３】本発明を利用した指紋心証システムのブロック図
【図４】従来の静電容量型指紋センサの回路図
【図５】静電容量型の検出装置の説明図
【符号の説明】
１３：センサ電極
１４：基準信号源
１５：信号源
１６：スイッチ用トランジスタ
１７：抵抗
【発明の属する技術分野】
本発明は、指紋センサに係るもので、特に静電容量型指紋センサの信号の検出回路を改良した指紋センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】米国特許第６，０４９，６２０号
【０００３】
指紋センサに利用されるデータ読取方法としては、光学的方法、電気的方法など多岐にわたるが、静電容量型が注目されている。従来の静電容量型指紋センサは、図４に示したように、センサ電極１が検出回路と、抵抗２を介した信号源３に接続される。検出回路は定電流源６と定電流用スイッチ７、電荷−電圧変換コンデンサ８で構成され、ＮＯＴ回路（インバータ）４とＮＡＮＤ回路（比較器）５が検出回路の一部として論理回路を構成し、電荷−電圧変換コンデンサ８には放電用スイッチ９と放電用信号源１０が接続される。
【０００４】
従来の静電容量型指紋センサは、誘電体膜上に指が置かれた状態において、電荷−電圧変換コンデンサ８を放電用スイッチ９により接地して残留電荷を放電する。その後、放電用スイッチをＯＦＦし、電荷−電圧変換コンデンサ８を開放状態に切り換える。その状態で入力信号源３によって発生させたパルス信号を入力すると、指とセンサ電極で構成されるコンデンサに発生する静電容量と抵抗２で構成される遅延回路によって信号は遅延する。信号の遅延時間中に電荷−電圧コンデンサ８には充電が行われ、充電された電荷を電圧として取り出すことによって指紋データが生成される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の静電容量型指紋センサは１画素ごとに必要とする単位回路に含まれるトランジスタの数を多く必要とするので、センサ電極のサイズが小さくなって出力信号の幅が狭くなる。また、トランジスタの数が多くなることから、トランジスタ単体の特性のバラツキが出力信号のばらつきに大きく影響する。本発明は、従来の静電容量型指紋センサ装置における上記の欠点を解決するもので、出力信号の範囲を広げるとともに、単位回路菅野出力信号のバラツキを抑えるものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、センサ電極と単一のスイッチング素子で構成することによって、上記の課題を解決するものである。すなわち、指紋パターンとセンサ電極との間の静電容量を電気信号に変換する静電容量型指紋センサにおいて、各単位検出回路は、センサ電極と、制御電極が信号源に接続され、電流路の一端がセンサ電極に接続され、他端が抵抗を介して基準信号源と検出回路に接続されるスイッチング素子とで構成されることに特徴を有するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
上記の解決手段によって生じる遅延時間は容量に比例するが、その静電容量はトランジスタや抵抗などの素子を接続することで生じる寄生容量とセンサ電極に生じる静電容量で構成される。この寄生容量は出力信号の範囲を狭めることになるが、センサ電極を大きくすることでその出力信号の範囲を広げることができる。また、単位回路内のトランジスタ数が一つであることから、寄生容量とばらつきを小さくすることができる。
【０００８】
【実施例】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。本発明を適用する静電容量型指紋センサは、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を具えたセンサアレイを構成する。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ないし５００ｄｐｉの間隔で配置される。誘電体保護膜は、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。このセンサアレイは、各センサ電極がほぼ均一な静電容量を有している。
【０００９】
図５に示したように誘電体膜１２の上に指１１を置くと、指は接地状態にあるので、指とセンサ電極との間に静電容量が発生する。その静電容量は、指紋の凸部すなわち指１１とセンサ電極１３との距離が短い部分では大きくなり、指紋の凹部すなわち指１１とセンサ電極１３との距離が長い部分では小さくなる。この指とセンサ電極１３との間に生じる静電容量と図１に示す抵抗とによって遅延回路が構成される。
【００１０】
図１は、本発明の実施例を示す回路図で、単位回路は指１１との間に静電容量を生成させるセンサ電極１３、信号源１５を入力とするスイッチ用トランジスタ１６で構成した例である。図５に示したセンサアレイの誘電体膜１２の上に指１１が置かれている状態において、以下の手順を踏んで指紋画像が得られる。検出回路１８内に含まれる電荷−電圧コンデンサ８を放電用スイッチ９で接地して残留電荷を放電する。放電後は再び接地状態から開放状態に切り換える。
【００１１】
信号源１５によりデータの取得を行うセンサを選択し、基準信号源１４で発生させたパルス信号をセンサ電極１３に入力する。指１１とセンサ電極１３間に発生した静電容量と直列に接続された抵抗１７とで構成される遅延回路によって信号が遅延する。信号の遅延時間を検出回路で電圧に変換し、この電圧によって指紋データを生成する。
【００１２】
図１に示した単位回路の動作を図２の動作信号のタイミングチャートに示す。図２の１９は入力信号であり、２０は単位回路の出力信号、２１は検出回路内の論理回路の出力、そして２２は出力電圧である。入力信号１９が遅延回路を通過することで遅延を生じて信号２０を出力する。論理回路の出力信号２１は入力信号１９が立ち上がった瞬間にＬＯＷになる。遅延した信号が上昇してある閾値以上になると論理回路の出力信号２１はＨＩＧＨになる。その出力信号２１のＬＯＷの期間が遅延時間であり、この遅延時間の間に検出回路内の電荷−電圧コンデンサに充電が行われ、放電されるまで電荷が保持される。したがって、出力電圧遅延時間に比例するデータ、すなわち指１１とセンサ電極１３からなるコンデンサの静電容量に比例するデータである。
【００１３】
上記の単位列回路を多数列集積したセンサアレイを用いて、図３のブロック図に示すような構成とすることによって指紋認証システムが得られる。指紋認証システムは単位列回路を多数列集積したセンサアレイ２３、行アドレスデコーダ２４、列アドレスデコーダ２５、列セレクタ３１、増幅器２６、参照電圧源２７、Ａ／Ｄコンバータ２８、インターフェース２９、コンピュータ３０で構成される。任意の単位回路の選択は行アドレスデコーダ２４の信号を単位回路内のスイッチ用トランジスタ１６に入力し、列アドレスデコーダの信号をセレクタ３１に入力することによって行う。選択した単位回路の出力電圧を増幅器２６で増幅してＡ／Ｄコンバータ２８に入力する。Ａ／Ｄコンバータ２８によってデジタル変換されたデータはインターフェース２９を介してコンピュータ３０に入力され、得られたデータを処理して２次元に配列して指紋画像を完成させる。
【００１４】
【発明の効果】
本発明によれば、単位回路の構成をセンサ電極と１つのスイッチで構成するので検出素子のサイズを大きくすることができるので、出力信号の範囲を広げるとともに、単位回路間の出力信号のバラツキを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す回路図
【図２】本発明による静電容量型指紋センサの動作の説明図
【図３】本発明を利用した指紋心証システムのブロック図
【図４】従来の静電容量型指紋センサの回路図
【図５】静電容量型の検出装置の説明図
【符号の説明】
１３：センサ電極
１４：基準信号源
１５：信号源
１６：スイッチ用トランジスタ
１７：抵抗
Claims (3)
- 指紋パターンとセンサ電極との間の静電容量を電気信号に変換する静電容量型指紋センサにおいて、
各単位検出回路は、センサ電極と、制御電極が信号源に接続され、電流路の一端がセンサ電極に接続され、他端が抵抗を介して基準信号源と検出回路に接続されるスイッチング素子とで構成されることを特徴とする静電容量型指紋センサ。 - 指紋パターンとセンサ電極との間の静電容量を電気信号に変換する静電容量型指紋センサにおいて、
各単位検出回路は、センサ電極と、制御電極が信号源に接続され、電流路の一端がセンサ電極に接続され、他端が抵抗を介して基準信号源と検出回路に接続されるスイッチング素子とで構成され、
センサ電極の容量と抵抗とで遅延回路が構成されることを特徴とする静電容量型指紋センサ。 - 指紋パターンとセンサ電極との間の静電容量を電気信号に変換する静電容量型指紋センサにおいて、
各単位検出回路は、センサ電極と、制御電極が信号源に接続され、電流路の一端がセンサ電極に接続され、他端が抵抗を介して基準信号源と検出回路に接続されるスイッチング素子とで構成され、
センサ電極の容量と抵抗で遅延回路が構成され、
その遅延回路による遅延時間を検出回路で電圧に変換することを特徴とする静電容量型指紋センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003123249A JP2004321641A (ja) | 2003-04-28 | 2003-04-28 | 静電容量型指紋センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003123249A JP2004321641A (ja) | 2003-04-28 | 2003-04-28 | 静電容量型指紋センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004321641A true JP2004321641A (ja) | 2004-11-18 |
Family
ID=33501195
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003123249A Pending JP2004321641A (ja) | 2003-04-28 | 2003-04-28 | 静電容量型指紋センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004321641A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112528951A (zh) * | 2020-07-29 | 2021-03-19 | 友达光电股份有限公司 | 显示装置 |
-
2003
- 2003-04-28 JP JP2003123249A patent/JP2004321641A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112528951A (zh) * | 2020-07-29 | 2021-03-19 | 友达光电股份有限公司 | 显示装置 |
| CN112528951B (zh) * | 2020-07-29 | 2023-11-03 | 友达光电股份有限公司 | 显示装置 |
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