JP2006184104A

JP2006184104A - 容量センサ

Info

Publication number: JP2006184104A
Application number: JP2004377085A
Authority: JP
Inventors: Junichi Saito; 潤一斉藤; Takuo Ito; 卓雄伊藤
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2004-12-27
Filing date: 2004-12-27
Publication date: 2006-07-13
Also published as: US20060138574A1; KR20060074868A; CN1796953A

Abstract

【課題】人体から伝播するノイズを容易に除去することができる感圧型の容量センサを提供する。
【解決手段】複数の列配線２２が形成された第１の基板２０と、複数の行配線３２が構成された第２の基板３０とが間隙を設けて対向するよう構成され、前記列配線２２及び行配線３２により構成されるマトリックス状をなし、外部から加えられる圧力に応じて前記列配線と前記行配線との交差点の容量が変化するセンサ部と、前記列配線と前記行配線との交差点の容量の変化を検出し、該検出結果に基づいて外部から加えられた圧力分布を検出する検出部とを有する感圧型の容量センサであって、前記第２の基板の前記行配線が形成された面にノイズ検出用行配線５０が配置されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、容量センサに係り、特に指紋センサとして使用するに好適な感圧型の容量センサに関する。

微細な凹凸を検出する面圧分布センサは指紋センサなどに応用されている。図１７に従来例を示す。同図に示すように、この指紋読取装置（指紋センサ）は、第１の方向に延設された複数列の第１の電極群１２と、この第１の電極群１２の上に層間絶縁膜１３を介して前記第１の方向とは交差する第２の方向に延設された複数列の第２の電極群１４と、この第２の電極群１４の上に設けられた誘電体からなる表面保護膜１５とを有する指紋読み取りセンサと、前記第１の電極１２及び前記第２の電極１４の何れか一方のそれぞれに順次所定の電圧を印加すると共に、他方に順次電圧を印加して、各電極１２，１４と前記表面保護膜１５に当接した指紋との間の静電容量を測定することにより、当該第１の電極１２と前記第２の電極１４との交点近傍の前記静電容量の変化を測定する駆動回路１８，１９とを有している（特許文献１参照）。
特開２００１−４６３５９号公報

上述した感圧型の容量センサを使用した指紋読取装置では、指紋採取時に指紋検出部に指を押し当てた際に、指を介して人体から検出部にノイズが混入する。
すなわち、マトリクス状に上下に間隔をあけて配置される駆動配線（列電極）と、検出配線（行配線）とが交差しない部分における検出配線部分と指との間で形成される寄生容量によりノイズが混入するが、このノイズにより、検出精度が低下するという問題がある。
従来のこの種の感圧型の容量センサにあっては、人体から混入するノイズを除去するように構成されていなかった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、人体から伝播するノイズを容易に除去することができる感圧型の容量センサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、複数の列配線が形成された第１の基板と、複数の行配線が構成された第２の基板とが間隙を設けて対向するよう構成され、前記列配線及び行配線により構成されるマトリックス状をなし、外部から加えられる圧力に応じて前記列配線と前記行配線との交差点の容量が変化するセンサ部と、前記列配線と前記行配線との交差点の容量の変化を検出し、該検出結果に基づいて外部から加えられた圧力分布を検出する検出部とを有する感圧型の容量センサであって、前記第２の基板の前記行配線が形成された面にノイズ検出用行配線が配置されていることを特徴とする。

上記構成の容量センサでは、複数の列配線が形成された第１の基板と、複数の行配線が構成された第２の基板とが間隙を設けて対向するよう構成され、前記列配線及び行配線によりマトリックス状に構成されるとともに、前記第２の基板の前記行配線が形成された面にノイズ検出用行配線が配置されている。
また、上記容量センサは、センサ部と検出部とを有しており、センサ部は外部から加えられる圧力に応じて前記列配線と前記行配線との交差点の容量の変化を検知し、検出部により、前記列配線と前記行配線との交差点の容量の変化を検出し、該検出結果に基づいて外部から加えられた圧力分布を検出する。

したがって、本構成によれば、前記ノイズ検出用行配線の面積を、行配線１本における該行配線が列配線と交差してない部分（隙間部分）の配線面積の総和とほぼ等しくなるように設定することにより、上記容量センサを指紋センサとして使用する場合には、検出対象物である指をセンサ部に当接させた際に、指と上記行配線との間の容量値と、指と前記ノイズ検出用行配線との間の容量値がほぼ等しくなるように、指から前記行配線に伝播するノイズ量と、指から前記ノイズ検出用行配線に伝播するノイズ量がほぼ等しくなる。この結果、後段の検出部における信号処理により各行配線に伝播するノイズ量と、上記ノイズ検出用行配線に伝播するノイズ量との差分をとることにより、人体から伝播するノイズを容易に除去することができる。

また、上記感圧型の容量センサにおいて、前記ノイズ検出用行配線に対向する位置に前記列配線が形成されていないことを特徴とする。
上記構成の容量センサでは、前記ノイズ検出用行配線に対向する位置に前記列配線が形成されていないように構成される。
したがって、本構成によれば、ノイズ検出用行配線が列配線と交差することがないため、列配線から信号成分がノイズ検出用行配線に混入しないようにすることができ、上記容量センサを指紋センサとして使用する場合には、指を介して人体から伝播するノイズのみをノイズ検出用行配線を介して検出することができる。それ故、後段の信号処理を行う検出回路の構成を簡単化することができる。

また、上記感圧型の容量センサにおいて、前記第１の基板は可撓性を有するとともに、該第１の基板の一面を検出対象物の接触面となすことを特徴とする。
上記構成の容量センサでは、前記第１の基板は可撓性を有しており、該第１の基板の一面が検出対象物の接触面となるように構成されている。
したがって、本構成によれば、上記容量センサを指紋センサとして使用する場合には、検出対象物である指の指紋の凹凸に応じて前記第１の基板が変形し、その圧力分布を精度良く検出することができる。

また、上記感圧型の容量センサにおいて、前記ノイズ検出用行配線の面積が、前記行配線の１本の面積から、この行配線の１本における行配線及び列配線との重なり部分の面積の総和を減算した検出面積であることを特徴とする。
上記容量センサでは、前記ノイズ検出用行配線の面積が、前記行配線の１本の面積から、この行配線の１本における行配線及び列配線との重なり部分の面積の総和を減算した検出面積であるように設定される。

したがって、本構成によれば、上記容量センサを指紋センサとして使用する場合には、指をセンサ部に当接させた際に指紋による第１の基板（フィルム基板）の凹凸の変化にかかわらず、指と上記行配線との間の容量値と、指と上記ノイズ検出用行配線との間の容量値がほぼ等しくなり、指から前記行配線に伝播するノイズ量と、指から前記ノイズ検出用行配線に伝播するノイズ量がほぼ等しくなる。この結果、後段の信号処理により各行配線に伝播するノイズ量と、上記ノイズ検出用行配線に伝播するノイズ量との差分をとることにより、人体から伝播するノイズを容易に除去することができる。

また、上記感圧型の容量センサにおいて、前記ノイズ検出用行配線が前記行配線と同様の形状に形成され、上部にノイズを遮蔽するシールド板が設けられており、該シールド板が、前記第１の基板に設けられるとともに前記ノイズ検出用行配線の検出面積に相当する領域が露出する開口部を有していることを特徴とする。
上記構成の容量センサでは、前記ノイズ検出用行配線が第２の基板上に前記行配線と同様の形状に形成され、また、前記第１の基板には、列配線とともにノイズを遮蔽するシールド板が設けられており、該シールド板は前記ノイズ検出用行配線の検出面積に相当する領域が露出する開口部を有している。
したがって、本構成によれば、さらに、ノイズ検出用行配線の配線幅制約（デザインルール）が、上記行配線（検出線）または、列配線（駆動線）と同一にできるため、コスト制約が少ないという効果が得られる。

また、上記感圧型の容量センサにおいて、前記行配線と列配線とのマトリックスにおいて、行配線が列配線と重ならない部分の形状と同様になるよう、前記ノイズ用行配線上のシールド板を列配線と同一ピッチの櫛状に形成して、ノイズ用行配線の検出面積に相当する領域が露出するよう構成したことを特徴とする。
上記構成の容量センサでは、前記行配線と列配線とのマトリックスにおいて、行配線が列配線と重ならない部分の形状と同様になるよう、前記ノイズ用行配線上のシールド板を列配線と同一ピッチの櫛状に形成して、ノイズ用行配線の検出面積に相当する領域が露出するよう構成される。

したがって、本構成によれば、ノイズ検出用行配線と、各行配線とが構造上、酷似するように形成されるために、上記容量センサを指紋センサとして使用する場合には、さらに、センサ部における指が当接する場所付近の第１の基板（フィルム基板）の凹凸の仕方が、センサ部における他の場所における凹凸の仕方と等しくなるため、行配線（検出線）に伝達するノイズ量と、ノイズ検出用行配線に伝達するノイズ量がより近くなり、検出部による信号処理によるノイズ低減効果の向上が図れる。なおかつ、指でセンサ部を押したときの違和感がないという効果も有る。

また、上記感圧型の容量センサにおいて、前記第１及び第２の基板は、単一の可撓性フィルム基板からなり、該可撓性フィルム基板上に前記列配線及び前記行配線が形成され、前記可撓性フィルム基板を所定位置で屈折することによって前記列配線及び前記行配線が交差することを特徴とする。
上記構成の容量センサでは、前記第１及び第２の基板は、単一の可撓性フィルム基板からなり、該可撓性フィルム基板上に前記列配線及び前記行配線が形成され、前記可撓性フィルム基板を所定位置で屈折することによって前記列配線及び前記行配線が交差するように形成される。

したがって、本構成によれば、上記容量センサの組立てが容易になり、製造コストを低減することができる。

以上説明したように、本発明によれば、人体から伝播するノイズを容易に除去することができる感圧型の容量センサが得られる。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。本発明の実施形態では、感圧型の容量センサを指紋センサに適用する場合を例にとり、説明する。本発明に係る感圧型の容量センサの動作原理について図１乃至図４を参照して説明する。図１に本発明に係る感圧型の容量センサの電気的構成を概念的に示す。同図において、本発明に係る容量センサ１は、列配線ＤＬ1〜ＤＬnと、行配線ＳＬ1〜ＳＬnと、ノイズ検出用行配線ＤＤと、列配線ＤＬ1〜ＤＬnに駆動電圧を供給する駆動回路１０と、行配線ＳＬ1〜ＳＬnから信号電流を検出する検出回路１１とを有している。

また、容量ＣXは列配線と行配線との間で形成される信号検出用の容量であり、容量ＣSは行配線における該行配線と列配線と交差しない隙間部分と指紋採取時における指との間に形成される寄生容量である。さらに、容量ＣNはノイズ検出用行配線ＤＤと指紋採取時における指との間に形成される寄生容量である。

図２は、容量センサ１の断面構造を示している。図２では、列配線ＤＬ1〜ＤＬnの各々を列配線２２とし、行配線ＳＬ1〜ＳＬnを行配線３２としている。また、図２ではノイズ検出用行配線については図示してない。
容量センサ１は、フィルム２１の一面に複数の列配線２２が形成された第１の基板（フィルム基板）２０と、複数の行配線３２が基台３１上に形成された第２の基板３０とが間隙を設けて対向するよう構成されている。列配線２２及び行配線３２はマトリックス状に配置されており、図示してないノイズ検出用行配線は、行配線３２が形成されている第２の基板３０における基台３１上に列配線と交差しないように形成されている。３３は絶縁膜である。

図３に示すように、容量センサ１の上側に位置する第１の基板（フィルム状基板）２０表面に指４０を当接させると、指４０の指紋の凹凸に応じて加わる外力により第１の基板２０が変形し、第１の基板２０と、第２の基板３０との間隔が変化し、この圧力分布が記列配線と前記行配線との交差点の容量変化として現れ、検出回路１１により検出される。

一方、指４０を第１の基板に当接触させることにより、人体から容量センサ１にノイズが混入する。図４（ａ）は、容量センサ１において列配線２２と行配線３２がマトリックス上に配置されている状態を示しており、図４（ｂ），（ｃ）は図４（ａ）におけるＡ−Ａ’切断線による横断面を示している。

図４（ｂ）に示すように指４０を第１の基板２０のフィルム２１に接触させた状態では、列配線２２と行配線３２との間に信号検出用容量ＣXが形成されるとともに、指４０と行配線３２における該行配線３２と列配線２２とが交差しない部分、すなわち隙間部分との間に寄生容量ＣSが形成される。
次に図４（ｃ）に示すように指４０を第１の基板２０上で押圧した状態では、第１の基板２０と第２の基板３０との間隔が狭まり、列配線２２と行配線３２との間隔及び指４０と行配線３２との距離が指４０を第１の基板２０上に押圧してないときに比して短くなるため、信号検出用容量及び寄生容量は大きくなり、信号検出用容量ＣX’及び寄生容量ＣS’となる。したがって、指４０を第１の基板２０上で押圧した状態では、指４０を第１の基板２０上に押圧していないときよりも人体から伝播し、混入するノイズ量が大きくなる。

本発明に係る容量センサ１ではノイズ検出用行配線ＤＤを列配線と交差しないように第２の基板３０の基台３１上に形成しているために、ノイズ検出用行配線により寄生容量ＣNを介して人体から伝播するノイズのみが検知される。
したがって、ノイズ検出用行配線ＤＤと指４０との間で形成される寄生容量ＣNの総和と一本の行配線と指４０との間で形成される寄生容量ＣSの総和が等しくなるように、例えば、ノイズ検出用行配線の面積が、前記行配線の１本の面積から、この行配線の１本における行配線及び列配線との重なり部分の面積の総和を減算した検出面積であるようにすることにより、検出回路１１で各行配線から検出される出力とノイズ検出用配線から出力されるノイズ成分との差分をとることにより、人体から伝播するノイズ成分を除去することができる。

[第1実施形態]
本発明の第１実施形態に係る感圧型の容量センサの構造を図５に示す。なお、本発明の要旨は容量センサの構造部分にあるので、本実施形態に限らず、各実施形態において、電気的構成は省略してある。図５（ａ）は容量センサの第１の基板（フィルム状基板）２０側から見た平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）におけるＢ−Ｂ’切断線による断面図である。図２乃至図４に示した容量センサと同一の部材には同一の参照符号を付してある。

本発明の第１実施形態に係る感圧型の容量センサ１は、複数の列配線２２が形成された第１の基板２０と、複数の行配線３２が構成された第２の基板３０とがスペーサ４５により間隙を設けて対向するよう構成され、列配線２２及び行配線３２がマトリックス状に配置されている。この列配線２２及び行配線３２によりマトリックス状に形成された部分はセンサ部を形成している。このセンサ部は、第1の基板２０に導電膜で形成されたシールド層２３により包囲されている。
このセンサ部では、外部から加えられる圧力に応じて列配線と前記行配線との交差点の容量が変化し、検出部としての検出回路（図示せず）により列配線２２と行配線３２との交差点の容量の変化を検出し、該検出結果に基づいて外部から加えられた圧力分布を検出するように構成されている。

また、第２の基板３０の行配線３２が形成された面にノイズ検出用行配線５０が配置されている。上記構成の容量センサ１では、ノイズ検出用行配線５０に対向する位置に列配線２２が形成されていないように構成される。
したがって、ノイズ検出用行配線５０が列配線２２と交差することがないため、列配線２２から信号成分がノイズ検出用行配線５０に混入しないようにすることができ、上記容量センサを指紋センサとして使用する場合には、指を介して人体から伝播するノイズのみをノイズ検出用行配線５０を介して検出することができる。それ故、後段の信号処理を行う検出回路の構成を簡単化することができる。

上記構成の容量センサ１では、第１の基板２０はフィルム２１に行配線２２が形成されているため、可撓性を有しており、該第１の基板２０の一面が検出対象物（例えば、指の指紋）の接触面となるように構成されている。２４、３３は絶縁膜である。
したがって、上記容量センサ１を指紋センサとして使用する場合には、検出対象物である指の指紋の凹凸に応じて第１の基板２０が変形し、その圧力分布を精度良く検出することができる。

また、上記容量センサ１では、ノイズ検出用行配線５０の面積が、行配線３２の１本の面積から、この行配線３２の１本における行配線及び列配線との重なり部分の面積の総和を減算した検出面積であるように設定される。
したがって、上記容量センサ１を指紋センサとして使用する場合には、指をセンサ部に当接させた際に指紋による第１の基板（フィルム基板）２０の凹凸の変化にかかわらず、指と行配線３２との間の容量値と、指と上記ノイズ検出用行配線５０との間の容量値がほぼ等しくなり、指から行配線３２に伝播するノイズ量と、指から前記ノイズ検出用行配線５０に伝播するノイズ量がほぼ等しくなる。

この結果、図示してない検出回路により行われる後段の信号処理により各行配線に伝播するノイズ量と、上記ノイズ検出用行配線に伝播するノイズ量との差分をとることにより、人体から伝播するノイズを容易に除去することができる。

[第２実施形態]
次に、本発明の第２実施形態に係る感圧型の容量センサの構造を図６に示す。
図６（ａ）は容量センサのセンサ部の平面図、図６（ｂ）は、図６（ａ）におけるＣ−Ｃ’切断線による断面図である。
本発明の第２実施形態に係る容量センサが、第1実施形態に係る容量センサと構成上、異なるのは第１の基板及び第２の基板において、それぞれ列配線、行配線を２つの領域に分割して形成してマトリックス状に配置し、第２の基板３０におけるこれら２つの領域の境界部（中央部）に相当する位置に列配線に交差しないようにノイズ検出用行配線５０を形成した点であり、その他の構成は同一であるので重複する説明は省略する。

図６において、図５に示した容量センサと同一の構成要素には同一の参照符号を示してある。以下の実施形態でも同様である。図６において、第１の基板２０は、図６（ａ）上、左右に２つの領域に分割され、フィルム２１上のそれぞれの領域に列配線２２Ａ，２２Ｂが形成されている。
また、第１の基板２０の列配線が形成されている側に対向して所定の間隙を設けて配置される第２の基板３０には、第１の基板と同様に、左右に２つの領域に分割されて上記列配線２２Ａ，２２Ｂとマトリックス状をなすように行配線３２Ａ，３２Ｂが形成されている。

さらに、第２の基板には、上記２つの領域の境界部にノイズ検出用行配線５０が形成されている。このノイズ検出用行配線５０の面積は、第1実施形態と同様に行配線３２Ａ（または行配線３２Ｂ）の１本の面積から、この行配線３２Ａ（または行配線３２Ｂ）の１本における行配線３２Ａ（または行配線３２Ｂ）及びこれと交差する列配線２２Ａ（または列配線２２Ｂ）との重なり部分の面積の総和を減算した検出面積であるように設定される。
本実施形態においても第1実施形態と同様の効果が得られる。なお、本実施形態では、列配線及び行配線を２つの領域に分割しているので、各領域に形成された２つの検出回路を設けるか、あるいは単一の検出回路で済ますには、例えば、引き回し配線を多層化することにより実装することができる。

[第３実施形態]
次に、本発明の第３実施形態に係る感圧型の容量センサの構造を図７に示す。
図７（ａ）は容量センサのセンサ部の平面図、図７（ｂ）は、図７（ａ）におけるＤ−Ｄ’切断線による断面図である。
本発明の第３実施形態に係る容量センサが、第２実施形態に係る容量センサと構成上、異なるのは第１の基板２０及び第２の基板３０において、それぞれ列配線、行配線を斜め方向の領域を境界領域として２つの領域に分割して形成してマトリックス状に配置し、第２の基板３０におけるこれら２つの領域の境界領域に相当する位置に列配線に交差しないようにノイズ検出用行配線６０を形成した点であり、その他の構成は同一であるので重複する説明は省略する。

図７において、第１の基板２０は、図７（ａ）上、斜め方向の領域を境界領域として２つの領域に分割され、フィルム２１上のそれぞれの領域に段階的に長さが変化するように列配線２２Ｃ，２２Ｄが形成されている。
また、第１の基板２０の列配線が形成されている側に対向して所定の間隙を設けて配置される第２の基板３０には、第１の基板２０と同様に、斜め方向の領域を境界領域として２つの領域に分割されて上記列配線２２Ｃ，２２Ｄとマトリックス状をなすように段階的に長さの異なる行配線３２Ｃ，３２Ｄが形成されている。

さらに、第２の基板３０には、上記２つの領域の境界部にノイズ検出用行配線６０が階段状に形成されている。このノイズ検出用行配線５０の面積は、第２実施形態、と同様に行配線３２Ｃ（または行配線３２Ｄ）の１本の面積から、この行配線３２Ｃ（または行配線３２Ｄ）の１本における行配線３２Ｃ（または行配線３２Ｄ）及びこれと交差する列配線２２Ｃ（または列配線２２Ｄ）との重なり部分の面積の総和を減算した検出面積であるように設定される。
本実施形態においても第２実施形態と同様の効果が得られる。

[第４実施形態]
次に、本発明の第４実施形態に係る感圧型の容量センサの構造を図８に示す。
図８（ａ）は容量センサのセンサ部の平面図、図８（ｂ）は、図８（ａ）におけるＥ−Ｅ’切断線による断面図である。
図８に示すように、本発明の第４実施形態に係る感圧型の容量センサ１は、第1実施形態に係る容量センサと同様に、複数の列配線２２が形成された第１の基板２０と、複数の行配線３２が構成された第２の基板３０とがスペーサ４５により間隙を設けて対向するよう構成され、列配線２２及び行配線３２がマトリックス状に配置されている。この列配線２２及び行配線３２によりマトリックス状に形成された部分はセンサ部を形成している。

本発明の第４実施形態に係る容量センサが、第１実施形態に係る容量センサと構成上、異なるのは、ノイズ検出用行配線７０が第２の基板３０上に行配線３２と同様の形状に形成され、また、第１の基板２０には、列配線２２とともにノイズを遮蔽するシールド板（シールド層）８０が設けられており、該シールド板８０はノイズ検出用行配線７０の検出面積に相当する領域が露出する開口部８０Ａを有している点であり、他の構成は第１実施形態と同様であるので、重複する説明は省略する。
したがって、本実施形態に係る容量センサによれば、第１実施形態により得られる効果に加えて、ノイズ検出用行配線７０の配線幅制約（デザインルール）が、上記行配線（検出線）３２または、列配線（駆動線）２２と同一にできるため、コスト制約が少ないという効果が得られる。

[第５実施形態]
次に、本発明の第５実施形態に係る感圧型の容量センサの構造を図９に示す。
図９（ａ）は容量センサのセンサ部の平面図、図９（ｂ）は、図９（ａ）におけるＦ−Ｆ’切断線による断面図である。
図９に示すように、本発明の第５実施形態に係る感圧型の容量センサ１は、第４実施形態に係る容量センサと同様に、複数の列配線２２が形成された第１の基板２０と、複数の行配線３２が構成された第２の基板３０とがスペーサ４５により間隙を設けて対向するよう構成され、列配線２２及び行配線３２がマトリックス状に配置されている。この列配線２２及び行配線３２によりマトリックス状に形成された部分はセンサ部を形成している。

本発明の第５実施形態に係る容量センサが、第４実施形態に係る容量センサと構成上、異なるのは、行配線３２と列配線２２とのマトリックスにおいて、行配線３２が列配線２２と重ならない部分の形状と同様になるよう、ノイズ検出用行配線９０上のシールド板（シールド層）１００を列配線２２と同一ピッチの櫛状に形成して、すなわち、列配線２２と同一ピッチの櫛状の凸部１００Ａを有するように形成することにより、ノイズ検出用行配線９０の検出面積に相当する領域が露出するよう構成した点であり、他の構成は第４実施形態と同一であるので、重複する説明は省略する。

したがって、本実施形態に係る容量センサによれば、ノイズ検出用行配線と、各行配線とが構造上、酷似するように形成されるために、上記容量センサを指紋センサとして使用する場合には、第４実施形態により得られる効果に加えて、センサ部における指が当接する場所付近の第２の基板（フィルム基板）の凹凸の仕方が、センサ部における他の場所における凹凸の仕方と等しくなるため、行配線（検出線）に伝達するノイズ量と、ノイズ検出用行配線に伝達するノイズ量がより近くなり、検出部による信号処理によるノイズ低減効果の向上が図れる。なおかつ、指でセンサ部を押したときの違和感がないという効果も有る。

[第６実施形態]
本発明の第６実施形態に係る感圧型の容量センサについて図１０乃至図１２を参照して説明する。上述した本発明の第１〜第５実施形態に係る感圧型の容量センサでは、列電極が形成される第１の基板２０と、行電極及びノイズ検出用行電極が形成される第２の基板３０とを別個にするようにしたが、第６実施形態に係る感圧型の容量センサでは、前記第１及び第２の基板は、単一の可撓性フィルム基板２００からなり、該可撓性フィルム基板２００上に列配線２０１及び行配線２０２が形成され、可撓性フィルム基板を所定位置で屈折することによって前記列配線及び前記行配線が交差するように形成したことを特徴としている。

すなわち、図１０において、本実施形態に係る容量センサでは、単一の可撓性フィルム基板２００を二つの領域２００Ａ，２００Ｂに分け、図１０上、上側の領域２００Ａには列配線２０１が形成され、下側の領域２００Ｂには行配線２０２及びノイズ検出用行配線２１０が形成されるとともに、駆動回路及び検出回路を含む回路部２２０が形成されている。
上記可撓性フィルム基板２００は、図１２に示すように補強板２３０の上面にフィルム２３１を配置したものであり、このフィルム２３１の上に各配線が形成されている。ここで、図１１は、図１０におけるＡ部を拡大した図であり、図１２は図１１におけるＧ−Ｇ’切断線による断面図である。

列配線２０１、行配線は引き出し配線２１１により、また行配線２０２及びノイズ検出用行配線２１０は引き出し配線２１２により回路部２２０の入出力端子に接続されている。２２１は、外部の回路部に接続するための配線である。
このように、列配線２０１、行配線２０２及びノイズ検出用行配線２１０が形成された単一の可撓性フィルム基板２００を該可撓性フィルム基板２００のほぼ、中央部で屈折させることにより列配線２０１及び行配線２０２が交差するように形成することができる。

これにより、感圧型の容量センサの組立てが容易になり、製造コストを低減することができる。
また、上記可撓性フィルム基板２００を構成する補強板は、金属が望ましく、回路のグランドに接続することが望ましい。
これにより、図１２に示すように補強板２３０と、各配線との間で形成される容量を介して金属の補強板２３０からノイズが混入するのを防止できる。
金属の補強板２３０を回路部のグランドに接続しない場合には、図１１に示すように、行配線２０２に補助電極２０３を設けることが望ましい。

補助電極２０３の面積はノイズ検出用行配線とこれに接続されている引き出し配線等の全ての配線の面積から、一本の行配線につき、該行配線と、これに接続されている引き出し線等の全ての面積を減算した値となるようにすることが望ましい。勿論、この補助電極は、センサ部、すなわち容量センサの容量検出領域以外の領域で且つ列配線のない、どこの場所に配置してもよい。例えば、回路部（ＩＣで構成される。）と接続するパッドに設けてもよい。
また、この補助電極の代わりに、引き出し配線の太さを途中で変えたり、引き出し配線を迂回させて配置するようにしてもよい。

これにより、図１２に示す金属の補強板２３０と各配線との間に形成される容量により、補強板２３０から各行配線２０２に混入するノイズ量と、補強板２３０からノイズ検出用行配線２１０に混入するノイズ量とが等しくなり、後段の検出回路で容易にノイズを除去することができる。
また、本実施形態においても第１実施形態と同様の効果が得られることは勿論である。

次に、本発明の実施形態に係る容量センサの検出回路の構成例について説明する。図１３に本発明の実施形態に係る容量センサの検出回路に用いられるカレントコンベア回路を機能的に示す。同図において、カレントコンベア回路３００は、入力端子Ｘ，Ｙと、出力端子Ｚ＋、Ｚ−の四端子網回路で表される。
このカレントコンベア回路３００は、入力端子Ｘ、Ｙに流入する電流をｉX，ｉY入力端子出力端子Ｚ＋，Ｚ−に流入する電流をｉZ＋、ｉZ−とすると、端子Ｘに流入する電流は出力端子Ｚ＋に流入する電流に等しくなり（ｉZ＋＝ｉX）、しかも入力端子Ｘの電圧ｖXは、入力端子Ｙの電圧ｖYに等しくなり（ｖX＝ｖY）、一定となるとともに、入力端子Ｙには電流が流れない（ｉY＝０）とともに、出力端子Ｚ−からは電流ｉXが吸い出されるという特性を有している。

このカレントコンベア回路３００を容量センサの検出回路に用いた基本構成を図１４に示す。同図において、ＳＧは信号源であり、具体的には、列電極を駆動する駆動回路から出力されるパルス信号である。Ｃ１、Ｃ２は共に列配線と行配線により形成される容量であるが、Ｃ１は行配線の検出しようとする１個の容量であり、Ｃ２は行配線のそれ以外の容量である。ただし、この例では、ノイズ検出用行配線は考慮してない。Ｃ２はＣ１に比して大きい値であり、列配線の本数をＬnとすると、最大で（Ｃ１の最大値）×Ｌnになる。Ｃ３は、検出電圧保持用の容量であり、Ｓ１、Ｓ２はスイッチであり、スイッチＳ１は指紋検出時以外の状態ではオフ状態にあり、検出時のみオン状態となる。Ｓ２は、指紋検出時に残留電荷を放電させるためのリセットスイッチである。

上記構成において、指紋検出時には、スイッチＳ２をオン状態とし、信号検出用容量Ｃ３の残留電荷を放電させた後、スイッチＳ２をオフ状態とし、次いで、スイッチＳ１をオン状態とする。ここで、ＳＧよりパルス信号が出力され、信号検出用容量Ｃ１を介して指紋の凹凸に応じたレベルの信号が入力されると、カレントコンベア回路の入力端子Ｘには、検出した信号に応じた電流が流れ込み、この検出電流と同一の電流値の電流が出力端子Ｚ＋よりスイッチＳ１を介して検出電圧保持用容量Ｃ３に流れ込み、信号電圧が保持される。

次に、指紋検出時に指と行電極により形成される隙間容量Ｃ１０、及び指とノイズ検出用行配線との間に形成される寄生容量Ｃ１１を介してノイズが入力される場合を考慮した、カレントコンベア回路を用いた検出回路の構成例を図１５及び図１６に示す。これらの図において、ＮＧは、ノイズ発生源であり、具体的には、容量センサのセンサ部に指を当接した際に指から混入するノイズを示している。図１５に示した検出回路は、電流モードで動作する検出回路である。図１５では、図１４の回路構成に加えて、更に別のカレントコンベア回路３０１を設けている。
ノイズ源ＮＧの出力は、隙間容量Ｃ１０を介してカレントコンベア回路３００の入力端子Ｘに接続されるとともに、ノイズ検出用行配線の寄生容量Ｃ１１を介してカレントコンベア回路３０１の入力端子Ｘに接続されている。カレントコンベア回路３００の出力端子Ｚ＋と、カレントコンベア回路３０１の出力端子Ｚ−は共通接続されている。

図１５において、ノイズ源ＮＧから入力されたノイズ電流は、一方は、隙間容量Ｃ１０を介してカレントコンベア回路３００の入力端子Ｘに流れ込み、他方は、ノイズ検出用行配線の寄生容量Ｃ１１を介してカレントコンベア回路３０１の入力端子Ｘに流れ込む。この結果、カレントコンベア回路３００、３０１の入力端子Ｘには、同一の電流が流れ込みため、カレントコンベア回路３００の出力端子Ｚ＋、カレントコンベア回路３０１の出力端子Ｚ−において、同一の電流値で逆方向に電流が流れるため、検出回路の出力側でノイズが除去される。

次に、カレントコンベア回路を用いた電圧モードで動作する検出回路の構成例を図１６に示す。図１６に示す検出回路は、図１５の回路構成において、カレントコンベア回路３０１を除去し、ノイズ源ＮＧの出力をノイズ検出用行配線の寄生容量Ｃ１１を介してカレントコンベア回路３００の入力端子Ｙに接続するようにしたものである。
上記構成において、ノイズ源ＮＧから入力されたノイズ電流は、カレントコンベア回路３００の入力端子Ｘ側がローインピーダンス状態にあるため、ノイズ電流が流れるが、入力端子Ｙはハイインピーダンス状態にあるため、電流が流れない状態となり、この結果、ノイズ電流による隙間容量Ｃ１０の充電電圧と、ノイズ検出用行配線の寄生容量の充電電圧とが互いに逆極性となるため、カレントコンベア回路３００の入力側でノイズが除去されることとなる。
すきまよう

本発明に係る感圧型の容量センサの電気的構成を示す回路図。図１に示した容量センサの断面構造を示す図。図１に示した容量センサで指紋を採取する際の使用状態を示す説明図。図１に示した容量センサの列配線と行配線の配線状態と、センサ部を指で押した際の列配線と行配線との間及び指と行配線との間の容量が変化する状態を示す説明図。本発明の第１実施形態に係る感圧型の容量センサの構造を示す平面図及び断面図。本発明の第２実施形態に係る感圧型の容量センサの構造を示す平面図及び断面図。本発明の第３実施形態に係る感圧型の容量センサの構造を示す平面図及び断面図。本発明の第４実施形態に係る感圧型の容量センサの構造を示す平面図及び断面図。本発明の第５実施形態に係る感圧型の容量センサの構造を示す平面図及び断面図。本発明の第５実施形態に係る感圧型の容量センサの構造を示す平面図図１０におけるＡ部の拡大図。図１１におけるＧ−Ｇ’切断線による断面図。カレントコンベア回路の基本特性を示す説明図。カレントコンベア回路を信号検出に用いたの基本検出回路の構成を示す回路図。本発明の実施形態に係る容量センサの検出回路としてカレントコンベア回路を用いて構成した一例を示す回路図。本発明の実施形態に係る容量センサの検出回路としてカレントコンベア回路を用いて構成した他の例を示す回路図。従来の指紋読取装置の概略構成を示す断面図及び平面図。

符号の説明

１…容量センサ、１０…駆動回路、１１…検出回路（検出部）、２０…第１の基板、２１、２３１…フィルム、２２、２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ、２０１…列配線、２３、８０、１００…シールド層、２４、３３…絶縁膜、３０…第２の基板、３１…基台、３２、３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄ、２０２…行配線、５０、６０、７０、９０、２１０…ノイズ検出用行配線、８０Ａ…開口部、２０３…補助電極、２３０…補強板

Claims

複数の列配線が形成された第１の基板と、複数の行配線が構成された第２の基板とが間隙を設けて対向するよう構成され、前記列配線及び行配線により構成されるマトリックス状をなし、外部から加えられる圧力に応じて前記列配線と前記行配線との交差点の容量が変化するセンサ部と、前記列配線と前記行配線との交差点の容量の変化を検出し、検出結果に基づいて外部から加えられた圧力分布を検出する検出部とを有する感圧型の容量センサであって、
前記第２の基板の前記行配線が形成された面にノイズ検出用行配線が配置されていることを特徴とする感圧型の容量センサ。
前記ノイズ検出用行配線に対向する位置に前記列配線が形成されていないことを特徴とする請求項１に記載の感圧型の容量センサ。
前記第１の基板は可撓性を有するとともに、該第１の基板の一面を検出対象物の接触面となすことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の感圧型の容量センサ。
前記ノイズ検出用行配線の面積が、前記行配線の１本の面積から、この行配線の１本における行配線及び列配線との重なり部分の面積の総和を減算した検出面積であることを特徴とする請求項３に記載の感圧型の容量センサ。
前記ノイズ検出用行配線が前記行配線と同様の形状に形成され、上部にノイズを遮蔽するシールド板が設けられており、
該シールド板が、前記第１の基板に設けられるとともに前記ノイズ検出用行配線の検出面積に相当する領域が露出する開口部を有していることを特徴とする請求項４に記載の感圧型の容量センサ。
前記行配線と列配線とのマトリックスにおいて、行配線が列配線と重ならない部分の形状と同様になるよう、前記ノイズ用行配線上のシールド板を列配線と同一ピッチの櫛状に形成して、ノイズ用行配線の検出面積に相当する領域が露出するよう構成したことを特徴とする請求項５に記載の感圧型の容量センサ。
前記第１及び第２の基板は、単一の可撓性フィルム基板からなり、該可撓性フィルム基板上に前記列配線及び前記行配線が形成され、前記可撓性フィルム基板を所定位置で屈折することによって前記列配線及び前記行配線が交差することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の感圧型の容量センサ。