JP3053007B2 - 指紋センサ - Google Patents
指紋センサInfo
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- G06V40/12—Fingerprints or palmprints
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- G06V40/1306—Sensors therefor non-optical, e.g. ultrasonic or capacitive sensing
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- Pressure Sensors (AREA)
- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、指紋センサに関
し、特に、小型化及び薄型化に適した指紋センサに関す
る。
し、特に、小型化及び薄型化に適した指紋センサに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、指紋の検出には指先をプリズムの
ガラス面などに押しあて、その部分にガラスの内側から
光を照射したときの反射光の強度パターンをＣＣＤカメ
ラなどで光電変換して電気的信号として取り出すことに
より、指紋の隆起部の接触による反射条件の変化を得る
方法が用いられてきた。
ガラス面などに押しあて、その部分にガラスの内側から
光を照射したときの反射光の強度パターンをＣＣＤカメ
ラなどで光電変換して電気的信号として取り出すことに
より、指紋の隆起部の接触による反射条件の変化を得る
方法が用いられてきた。
【０００３】また、光学式以外の指紋センサとしては、
感圧シートにマトリックス電極を形成し、感圧シートの
電気抵抗の変化を測定する方法、絶縁物表面に対を形成
するように設けられた電極により容量を形成し、その容
量変化を測定する方法、電界効果型トランジスタのチャ
ネル領域に圧電薄膜を設けたセンサをマトリックス状に
配置したセンサなどが提案されており、例えば特開平５
−６１９６５号公報に開示されている。
感圧シートにマトリックス電極を形成し、感圧シートの
電気抵抗の変化を測定する方法、絶縁物表面に対を形成
するように設けられた電極により容量を形成し、その容
量変化を測定する方法、電界効果型トランジスタのチャ
ネル領域に圧電薄膜を設けたセンサをマトリックス状に
配置したセンサなどが提案されており、例えば特開平５
−６１９６５号公報に開示されている。
【０００４】さらに、特開昭６１−２２２１７８号公報
には電界効果トランジスタを用いた圧力センサが開示さ
れている。
には電界効果トランジスタを用いた圧力センサが開示さ
れている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術のう
ち、光学式指紋センサにおいては光源やレンズを含む光
学系とＣＣＤなどの光電変換素子が必要となり、装置が
大型化するとともに高価になるという問題点がある。
ち、光学式指紋センサにおいては光源やレンズを含む光
学系とＣＣＤなどの光電変換素子が必要となり、装置が
大型化するとともに高価になるという問題点がある。
【０００６】また、感圧シート方式においては、導電ゴ
ムを用いるために再現性や信頼性に欠けるという問題点
があり、容量測定方式はセンサ表面の汚れによる電流リ
ークの影響を受けやすいという問題点がある。
ムを用いるために再現性や信頼性に欠けるという問題点
があり、容量測定方式はセンサ表面の汚れによる電流リ
ークの影響を受けやすいという問題点がある。
【０００７】一方、特開平５−６１９６５号公報に開示
されるような圧電薄膜と電界効果型トランジスタを組み
合わせたセンサにおいては、圧電薄膜に発生する電荷が
圧電薄膜内の電流リークにより減衰してしまい、安定な
出力を得ることが困難であるという問題点を有してい
る。
されるような圧電薄膜と電界効果型トランジスタを組み
合わせたセンサにおいては、圧電薄膜に発生する電荷が
圧電薄膜内の電流リークにより減衰してしまい、安定な
出力を得ることが困難であるという問題点を有してい
る。
【０００８】また、特開昭６１−２２２１７８号公報に
開示されるような電界効果トランジスタを用いた圧力セ
ンサにおいては、電界効果型トランジスタは一般に温度
により特性が変化してしまうため、トランジスタ単体で
構成されるセンサは温度変化により特性が変化し、安定
な測定が困難であるという問題点がある。さらに、測定
対象が圧力のために検出部は密閉構造とされるが、これ
を指紋の凹凸を測定する指紋センサに用いた場合、密閉
構造のために変形が妨げられ、十分な感度が得られな
い。また、検出部に弾性体を用いたものもあるが、弾性
体が平板状の構造のために上からの力による上下方向の
変形はポアソン比で与えられる横方向の変形を引き起こ
すが、弾性体が平板状の場合横方向変形が妨げられるた
めに上下方向の変形が小さくなり、感度が低いものとな
り指紋センサには不適当であった。本発明は、上述した
ような従来の技術が有する問題点に鑑みてなされたもの
であって、小型、薄型で、かつ、高感度で安定な指紋の
検出を可能にする指紋センサを提供することを目的とす
る。
開示されるような電界効果トランジスタを用いた圧力セ
ンサにおいては、電界効果型トランジスタは一般に温度
により特性が変化してしまうため、トランジスタ単体で
構成されるセンサは温度変化により特性が変化し、安定
な測定が困難であるという問題点がある。さらに、測定
対象が圧力のために検出部は密閉構造とされるが、これ
を指紋の凹凸を測定する指紋センサに用いた場合、密閉
構造のために変形が妨げられ、十分な感度が得られな
い。また、検出部に弾性体を用いたものもあるが、弾性
体が平板状の構造のために上からの力による上下方向の
変形はポアソン比で与えられる横方向の変形を引き起こ
すが、弾性体が平板状の場合横方向変形が妨げられるた
めに上下方向の変形が小さくなり、感度が低いものとな
り指紋センサには不適当であった。本発明は、上述した
ような従来の技術が有する問題点に鑑みてなされたもの
であって、小型、薄型で、かつ、高感度で安定な指紋の
検出を可能にする指紋センサを提供することを目的とす
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、指紋情報を電気的信号に変換して出力する
指紋センサにおいて、電界効果型トランジスタのソース
領域とドレイン領域の間のチャネル領域に絶縁膜を隔て
て表面に導電体を持つ弾性絶縁体が形成されてなる複数
の触覚センサがそれぞれ定電流源の機能を持つトランジ
スタと直列接続されてソースフォロア回路を形成し、各
々の触覚センサの出力が触覚センサを構成する電界効果
型トランジスタのソース電圧の変化に変換されるととも
に、複数の上記ソースフォロア回路がスイッチング素子
を介して電源に接続され、かつ、上記ソース電圧がそれ
ぞれスイッチング素子を介して共通の端子から出力され
るようにした。
に本発明は、指紋情報を電気的信号に変換して出力する
指紋センサにおいて、電界効果型トランジスタのソース
領域とドレイン領域の間のチャネル領域に絶縁膜を隔て
て表面に導電体を持つ弾性絶縁体が形成されてなる複数
の触覚センサがそれぞれ定電流源の機能を持つトランジ
スタと直列接続されてソースフォロア回路を形成し、各
々の触覚センサの出力が触覚センサを構成する電界効果
型トランジスタのソース電圧の変化に変換されるととも
に、複数の上記ソースフォロア回路がスイッチング素子
を介して電源に接続され、かつ、上記ソース電圧がそれ
ぞれスイッチング素子を介して共通の端子から出力され
るようにした。
【００１０】また、触覚センサを構成する電界効果型ト
ランジスタのチャネル領域に絶縁膜を隔てて形成される
表面に導電体を持つ弾性体のソース、ドレイン方向の断
面形状を高さが横幅よりも大きくするか、あるいは、触
覚センサを構成する電界効果型トランジスタのチャネル
領域がソース領域、ドレイン領域と同じ導電型を持つ複
数の高濃度不純物領域で分離され、これら複数の高濃度
不純物領域で挟まれた複数のセンサ領域を持つととも
に、センサ領域を含む領域上に絶縁膜を隔てて表面に導
電体を持つ弾性絶縁体が形成されてなるようにした。
ランジスタのチャネル領域に絶縁膜を隔てて形成される
表面に導電体を持つ弾性体のソース、ドレイン方向の断
面形状を高さが横幅よりも大きくするか、あるいは、触
覚センサを構成する電界効果型トランジスタのチャネル
領域がソース領域、ドレイン領域と同じ導電型を持つ複
数の高濃度不純物領域で分離され、これら複数の高濃度
不純物領域で挟まれた複数のセンサ領域を持つととも
に、センサ領域を含む領域上に絶縁膜を隔てて表面に導
電体を持つ弾性絶縁体が形成されてなるようにした。
【００１１】また、スイッチング素子を順次走査し、複
数の触覚センサの出力を読み出す走査回路を持つように
した。
数の触覚センサの出力を読み出す走査回路を持つように
した。
【００１２】また、触覚センサと定電流源の機能を持つ
トランジスタから構成されるソースフォロア回路ととも
に、触覚センサに隣接してＭＯＳＦＥＴと定電流源の機
能を持つトランジスタから構成されるソースフォロア回
路が形成され、これらのソースフォロア回路の出力の電
圧差を測定するようにした。
トランジスタから構成されるソースフォロア回路ととも
に、触覚センサに隣接してＭＯＳＦＥＴと定電流源の機
能を持つトランジスタから構成されるソースフォロア回
路が形成され、これらのソースフォロア回路の出力の電
圧差を測定するようにした。
【００１３】また、スイッチング素子を順次走査するこ
とにより複数のソースフォロア対の電圧差を測定する走
査回路を持つようにした。
とにより複数のソースフォロア対の電圧差を測定する走
査回路を持つようにした。
【００１４】（作用）上記のように構成された本発明に
おいては、ソースフォロア回路を用いて触覚センサ用ト
ランジスタの出力を測定するため、出力抵抗が低く、か
つ、温度変化によるトランジスタの特性変化の影響が少
なく、さらに、隣接するＭＯＳＦＥＴのソースフォロア
回路による出力との差動出力を測定することにより、温
度変化の影響を打ち消して指紋の凹凸による変化だけを
取り出すことができ、より安定な測定を可能にする。ま
た、センサ部に用いられる弾性体の形状が柱状であるた
め、指紋の隆起部により上から力が加えられると弾性体
は横方向に拡がることができ、上下方向の変形が容易で
高感度な指紋センサを実現することができる。また、電
界効果型トランジスタのソース領域とドレイン領域間の
距離が大きい場合も、その間をソース領域およびドレイ
ン領域と同じ導電型の１つあるいは複数の高濃度不純物
領域で分離されセンサ領域が狭くなるため複数の弾性体
をセンサ領域に形成できる。
おいては、ソースフォロア回路を用いて触覚センサ用ト
ランジスタの出力を測定するため、出力抵抗が低く、か
つ、温度変化によるトランジスタの特性変化の影響が少
なく、さらに、隣接するＭＯＳＦＥＴのソースフォロア
回路による出力との差動出力を測定することにより、温
度変化の影響を打ち消して指紋の凹凸による変化だけを
取り出すことができ、より安定な測定を可能にする。ま
た、センサ部に用いられる弾性体の形状が柱状であるた
め、指紋の隆起部により上から力が加えられると弾性体
は横方向に拡がることができ、上下方向の変形が容易で
高感度な指紋センサを実現することができる。また、電
界効果型トランジスタのソース領域とドレイン領域間の
距離が大きい場合も、その間をソース領域およびドレイ
ン領域と同じ導電型の１つあるいは複数の高濃度不純物
領域で分離されセンサ領域が狭くなるため複数の弾性体
をセンサ領域に形成できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例について図
面を参照して説明する。
面を参照して説明する。
【００１６】（第１の実施例）図１は、指紋センサを構
成する触覚センサの一実施例の基本構造を示す平面図で
あり、図２は、図１における一点鎖線ａ−ａ’における
断面図である。
成する触覚センサの一実施例の基本構造を示す平面図で
あり、図２は、図１における一点鎖線ａ−ａ’における
断面図である。
【００１７】図１および図２において、１はソース領
域、２はソース電極、３はゲート電極、４はドレイン領
域、５はドレイン電極、６は柱状弾性体、７は絶縁膜、
８はシリコン基板である。
域、２はソース電極、３はゲート電極、４はドレイン領
域、５はドレイン電極、６は柱状弾性体、７は絶縁膜、
８はシリコン基板である。
【００１８】本実施例における電界効果型トランジスタ
の構成は、センサ部を除いて通常のＭＯＳＦＥＴと同様
である。センサ部を構成する柱状弾性体６は、例えば、
光感光性のシリコーン樹脂により形成され、その断面は
図２に示されるように長方形をしている。
の構成は、センサ部を除いて通常のＭＯＳＦＥＴと同様
である。センサ部を構成する柱状弾性体６は、例えば、
光感光性のシリコーン樹脂により形成され、その断面は
図２に示されるように長方形をしている。
【００１９】ここで、上から力が加えられた場合、柱状
の弾性体６は縦方向（図面上下方向）に縮むとともに横
方向（図面左右方向）に膨らむことができるため、縦方
向の変形が容易となり、センサの感度が上がる。この柱
状弾性体６の寸法は、例えば、ソース領域１とドレイン
領域４の距離が５μｍの場合、断面形状として横７μ
ｍ、高さ８μｍなどを選ぶことができる。一般に柱状弾
性体６の高さは横の寸法と同じか大きいことが、触覚セ
ンサ用として望ましい。ヤング率が約２００００Ｎ／平
方メートルのシリコーン樹脂を柱状弾性体６として用い
た場合、指紋の隆起部による荷重約２０００Ｎ／平方メ
ートルに対して高さが約１０％変化し、ソースフォロア
回路の出力はゲート絶縁膜の厚さの変化の約半分だけ変
化するため、触覚センサのゲート電圧の約５％、例え
ば、実効的なゲート電圧が５Ｖの場合２５０ｍＶの出力
が得られる。
の弾性体６は縦方向（図面上下方向）に縮むとともに横
方向（図面左右方向）に膨らむことができるため、縦方
向の変形が容易となり、センサの感度が上がる。この柱
状弾性体６の寸法は、例えば、ソース領域１とドレイン
領域４の距離が５μｍの場合、断面形状として横７μ
ｍ、高さ８μｍなどを選ぶことができる。一般に柱状弾
性体６の高さは横の寸法と同じか大きいことが、触覚セ
ンサ用として望ましい。ヤング率が約２００００Ｎ／平
方メートルのシリコーン樹脂を柱状弾性体６として用い
た場合、指紋の隆起部による荷重約２０００Ｎ／平方メ
ートルに対して高さが約１０％変化し、ソースフォロア
回路の出力はゲート絶縁膜の厚さの変化の約半分だけ変
化するため、触覚センサのゲート電圧の約５％、例え
ば、実効的なゲート電圧が５Ｖの場合２５０ｍＶの出力
が得られる。
【００２０】（第２の実施例）図３は、本発明の第２の
実施例の断面構造を示す図である。
実施例の断面構造を示す図である。
【００２１】本実施例は、触覚センサ用電界効果型トラ
ンジスタのうち、指紋センサの空間分解能がそれほど高
くなくてよい場合、例えば、空間分解能としての要求が
５０μｍ角程度であり、トランジスタのサイズが大きく
なり、ソース領域１とドレイン領域４間の距離が長くな
る場合に適した構造である。本実施例は図１に示した実
施例を、図に示されるようにソース領域１とドレイン領
域４の間の領域は高濃度不純物領域９によって分割し、
その上部に柱状弾性体１０６とゲート電極１０３を設け
たものである。この他の構成は第１の実施例と同様であ
るために図１および図２と同じ番号を付して説明は省略
する。
ンジスタのうち、指紋センサの空間分解能がそれほど高
くなくてよい場合、例えば、空間分解能としての要求が
５０μｍ角程度であり、トランジスタのサイズが大きく
なり、ソース領域１とドレイン領域４間の距離が長くな
る場合に適した構造である。本実施例は図１に示した実
施例を、図に示されるようにソース領域１とドレイン領
域４の間の領域は高濃度不純物領域９によって分割し、
その上部に柱状弾性体１０６とゲート電極１０３を設け
たものである。この他の構成は第１の実施例と同様であ
るために図１および図２と同じ番号を付して説明は省略
する。
【００２２】高濃度不純物領域９によって分割したこと
により、センサ領域の幅は短くなり、センサ領域の上に
設けられる柱状弾性体６の断面形状は高さ方向の寸法を
横方向の寸法に比べて同じか、大きくすることができ
る。更に、隣り合う柱状弾性体６の間には空隙があるた
め、互いに干渉を起こさずに力を検出することができ
る。
により、センサ領域の幅は短くなり、センサ領域の上に
設けられる柱状弾性体６の断面形状は高さ方向の寸法を
横方向の寸法に比べて同じか、大きくすることができ
る。更に、隣り合う柱状弾性体６の間には空隙があるた
め、互いに干渉を起こさずに力を検出することができ
る。
【００２３】図４、図５及び図６は、上記の第１の実施
例と第２の実施例に共通な回路構成で、図４はソースフ
ォロア回路の構成を、図５は触覚センサを選択するため
にスイッチ用トランジスタが設けられた構成を、図６は
アレイ状に並べられた複数の触覚センサ１１に対する構
成をそれぞれ示す。
例と第２の実施例に共通な回路構成で、図４はソースフ
ォロア回路の構成を、図５は触覚センサを選択するため
にスイッチ用トランジスタが設けられた構成を、図６は
アレイ状に並べられた複数の触覚センサ１１に対する構
成をそれぞれ示す。
【００２４】図４、図５及び図６において、１０は定電
流源用トランジスタ、１１は触覚センサ、１２はＶｓ電
圧電源、１３は出力端子、１４はＶｄ電圧電源、１５は
Ｖｇ電圧電源、１６はＶｇ’電圧電源、１７は第１のス
イッチ用トランジスタ、１８は第２のスイッチ用トラン
ジスタ、１９は共通出力端子、２０および２１はスキャ
ン回路である。
流源用トランジスタ、１１は触覚センサ、１２はＶｓ電
圧電源、１３は出力端子、１４はＶｄ電圧電源、１５は
Ｖｇ電圧電源、１６はＶｇ’電圧電源、１７は第１のス
イッチ用トランジスタ、１８は第２のスイッチ用トラン
ジスタ、１９は共通出力端子、２０および２１はスキャ
ン回路である。
【００２５】図４に示すソースフォロア回路では、触覚
センサ１１のドレインは定電流源用トランジスタ１０の
ドレインとともに出力端子１３に接続され、ソースはＶ
ｄ電圧電源１４に接続され、ゲートはＶｇ’電圧電源１
６に接続されている。定電流源用トランジスタ１０のソ
ースはＶｓ電圧電源１２に接続され、ゲートはＶｇ電圧
電源１５に接続されている。
センサ１１のドレインは定電流源用トランジスタ１０の
ドレインとともに出力端子１３に接続され、ソースはＶ
ｄ電圧電源１４に接続され、ゲートはＶｇ’電圧電源１
６に接続されている。定電流源用トランジスタ１０のソ
ースはＶｓ電圧電源１２に接続され、ゲートはＶｇ電圧
電源１５に接続されている。
【００２６】図５に示す回路では、図４に示した回路に
おける触覚センサ１１のドレインと出力端子１３の間に
第１のスイッチ用トランジスタ１７が設けられ、ソース
とＶｄ電圧電源１４との間には第２のスイッチ用トラン
ジスタ８が設けられている。図６に示される回路では、
マトリクス状に配置された触覚センサ１１の行方向およ
び列方向のそれぞれに対して図５に示した第１のスイッ
チ用トランジスタ１７および第２のスイッチ用トランジ
スタ１８を設けたものである。第１のスイッチ用トラン
ジスタ１７はスキャン回路２０によりその動作が制御さ
れ、第２のスイッチ用トランジスタ１８はスキャン回路
２１によりその動作が制御される。スキャン回路２０
は、このほかに行方向の触覚センサ１１に共通に用いら
れる定電流源用トランジスタ１０の動作も制御してい
る。
おける触覚センサ１１のドレインと出力端子１３の間に
第１のスイッチ用トランジスタ１７が設けられ、ソース
とＶｄ電圧電源１４との間には第２のスイッチ用トラン
ジスタ８が設けられている。図６に示される回路では、
マトリクス状に配置された触覚センサ１１の行方向およ
び列方向のそれぞれに対して図５に示した第１のスイッ
チ用トランジスタ１７および第２のスイッチ用トランジ
スタ１８を設けたものである。第１のスイッチ用トラン
ジスタ１７はスキャン回路２０によりその動作が制御さ
れ、第２のスイッチ用トランジスタ１８はスキャン回路
２１によりその動作が制御される。スキャン回路２０
は、このほかに行方向の触覚センサ１１に共通に用いら
れる定電流源用トランジスタ１０の動作も制御してい
る。
【００２７】マトリクス状に配置された各触覚センサ１
１が指頭により押圧された際に、スキャン回路２０，２
１によりマトリクス状に配置された各触覚センサ１１の
出力を順次検出することにより、指紋形状に関する情報
を検出することが可能となっている。
１が指頭により押圧された際に、スキャン回路２０，２
１によりマトリクス状に配置された各触覚センサ１１の
出力を順次検出することにより、指紋形状に関する情報
を検出することが可能となっている。
【００２８】上記のように構成される回路では、触覚セ
ンサ１１の出力がソースフォロア回路により取り出され
るため、出力抵抗は低いものとなり感度が向上したもの
となっている。また、温度特性もＦＥＴ単独で使用する
場合に比較して向上したものとなっている。
ンサ１１の出力がソースフォロア回路により取り出され
るため、出力抵抗は低いものとなり感度が向上したもの
となっている。また、温度特性もＦＥＴ単独で使用する
場合に比較して向上したものとなっている。
【００２９】（第３の実施例）図７は、本発明の第３の
実施例の断面構造を示す図である。
実施例の断面構造を示す図である。
【００３０】本実施例は第１および第２の実施例で説明
した電界効果型トランジスタによる触覚センサ２１１を
用いた触覚センサであり、触覚センサ２１１に隣接して
通常のＭＯＳＦＥＴ２２２が設けられた構造を持つ。２
０８は第１のシリコン基板、２２３は第１のシリコン基
板２０８とは異なる導電性を持つ第２のシリコン基板で
ある。触覚センサ用の第２のシリコン基板２２３とＭＯ
ＳＦＥＴ用の第１のシリコン基板２０８は、図７から分
かるようにｐｎ接合により電気的に分離されている。
した電界効果型トランジスタによる触覚センサ２１１を
用いた触覚センサであり、触覚センサ２１１に隣接して
通常のＭＯＳＦＥＴ２２２が設けられた構造を持つ。２
０８は第１のシリコン基板、２２３は第１のシリコン基
板２０８とは異なる導電性を持つ第２のシリコン基板で
ある。触覚センサ用の第２のシリコン基板２２３とＭＯ
ＳＦＥＴ用の第１のシリコン基板２０８は、図７から分
かるようにｐｎ接合により電気的に分離されている。
【００３１】触覚センサ２１１の電界効果型トランジス
タ部は上述したようにセンサ部を除いて通常のＭＯＳＦ
ＥＴと同様であるため、触覚センサ２１１とＭＯＳＦＥ
Ｔ２２２の電気的な特性は等しいものとなる。
タ部は上述したようにセンサ部を除いて通常のＭＯＳＦ
ＥＴと同様であるため、触覚センサ２１１とＭＯＳＦＥ
Ｔ２２２の電気的な特性は等しいものとなる。
【００３２】図８および図９は、第３実施例に対応する
回路である。各図において２１０は定電流源用トランジ
スタ、２１１は触覚センサ、２１２はＶｓ電圧電源、２
１３は触覚センサの出力端子、２１４はＶｄ電圧電源、
２１５はＶｇ電圧電源、２１６はＶｇ’電圧電源、２１
９は触覚センサの共通出力端子、２２２はＭＯＳＦＥ
Ｔ、２２４はＭＯＳＦＥＴの出力端子、２２５はＭＯＳ
ＦＥＴに対する共通出力端子である。
回路である。各図において２１０は定電流源用トランジ
スタ、２１１は触覚センサ、２１２はＶｓ電圧電源、２
１３は触覚センサの出力端子、２１４はＶｄ電圧電源、
２１５はＶｇ電圧電源、２１６はＶｇ’電圧電源、２１
９は触覚センサの共通出力端子、２２２はＭＯＳＦＥ
Ｔ、２２４はＭＯＳＦＥＴの出力端子、２２５はＭＯＳ
ＦＥＴに対する共通出力端子である。
【００３３】図８に示す回路では、触覚センサ２１１お
よびＭＯＳＦＥＴ２２２のそれぞれは、ドレインは定電
流源用トランジスタ２１０のドレインとともに出力端子
２１３および２２４に接続され、ソースはＶｄ電圧電源
２１４に接続され、ゲートはＶｇ’電圧電源２１６に接
続されている。各定電流源用トランジスタ２１０のソー
スはＶｓ電圧電源２１２に接続され、ゲートはＶｇ電圧
電源２１５に接続されている。
よびＭＯＳＦＥＴ２２２のそれぞれは、ドレインは定電
流源用トランジスタ２１０のドレインとともに出力端子
２１３および２２４に接続され、ソースはＶｄ電圧電源
２１４に接続され、ゲートはＶｇ’電圧電源２１６に接
続されている。各定電流源用トランジスタ２１０のソー
スはＶｓ電圧電源２１２に接続され、ゲートはＶｇ電圧
電源２１５に接続されている。
【００３４】図９に示される回路では、触覚センサ２１
１およびＭＯＳＦＥＴ２２２のそれぞれを対として、マ
トリクス状に配置し、行方向および列方向のそれぞれに
対して図６に示した実施例と同様の第１のスイッチ用ト
ランジスタ２１７および第２のスイッチ用トランジスタ
２１８を設けたものである。第１のスイッチ用トランジ
スタ２１７はスキャン回路２０によりその動作が制御さ
れ、第２のスイッチ用トランジスタ２１８はスキャン回
路２２１によりその動作が制御される。スキャン回路２
２０は、このほかに行方向の触覚センサ２１１に共通に
用いられる定電流源用トランジスタ２１０の動作も制御
している。
１およびＭＯＳＦＥＴ２２２のそれぞれを対として、マ
トリクス状に配置し、行方向および列方向のそれぞれに
対して図６に示した実施例と同様の第１のスイッチ用ト
ランジスタ２１７および第２のスイッチ用トランジスタ
２１８を設けたものである。第１のスイッチ用トランジ
スタ２１７はスキャン回路２０によりその動作が制御さ
れ、第２のスイッチ用トランジスタ２１８はスキャン回
路２２１によりその動作が制御される。スキャン回路２
２０は、このほかに行方向の触覚センサ２１１に共通に
用いられる定電流源用トランジスタ２１０の動作も制御
している。
【００３５】マトリクス状に配置された各触覚センサ２
１１が指頭により押圧された際に、スキャン回路２２
０，２２１によりマトリクス状に配置された各触覚セン
サ２１１およびＭＯＳＦＥＴ２２２の出力を順次検出す
ることにより、指紋形状に関する情報を検出することが
可能となっている。
１１が指頭により押圧された際に、スキャン回路２２
０，２２１によりマトリクス状に配置された各触覚セン
サ２１１およびＭＯＳＦＥＴ２２２の出力を順次検出す
ることにより、指紋形状に関する情報を検出することが
可能となっている。
【００３６】上記のように、触覚センサ２１１と、同じ
基板上に形成されて同様の電気的特性を有するＭＯＳＦ
ＥＴ２２２の各出力をソースフォロア回路を用いて取り
だしているため、各出力の差を測定することにより、外
部からの雑音の影響を打ち消すことや、触覚センサ２１
１の温度依存性を打ち消すことができ、信号雑音比やド
リフト特性を向上した指紋センサとすることができる。
基板上に形成されて同様の電気的特性を有するＭＯＳＦ
ＥＴ２２２の各出力をソースフォロア回路を用いて取り
だしているため、各出力の差を測定することにより、外
部からの雑音の影響を打ち消すことや、触覚センサ２１
１の温度依存性を打ち消すことができ、信号雑音比やド
リフト特性を向上した指紋センサとすることができる。
【００３７】さらに、本発明はガラス基板上に形成され
る多結晶シリコンで形成される電界効果型トランジスタ
を用いた触覚センサにも適用できることは明らかで、こ
の場合、各々のトランジスタは島状の多結晶シリコン領
域に形成されるため、図７のように２種類のシリコン基
板を用いる必要はなくなる。
る多結晶シリコンで形成される電界効果型トランジスタ
を用いた触覚センサにも適用できることは明らかで、こ
の場合、各々のトランジスタは島状の多結晶シリコン領
域に形成されるため、図７のように２種類のシリコン基
板を用いる必要はなくなる。
【００３８】なお、上述した実施例では、指紋センサは
触覚センサがマトリクス状に配置されるものとして説明
したが、これは、例えば、触覚センサを一列に配置し、
指紋の検出は指頭を指紋センサ上で摺動させることによ
り行うこととしてもよい。このように構成した場合、装
置構成を簡略化することができる。
触覚センサがマトリクス状に配置されるものとして説明
したが、これは、例えば、触覚センサを一列に配置し、
指紋の検出は指頭を指紋センサ上で摺動させることによ
り行うこととしてもよい。このように構成した場合、装
置構成を簡略化することができる。
【００３９】
【発明の効果】上述のように本発明によれば、小型、薄
型な指紋センサで、ソースフォロア回路および補償用Ｍ
ＯＳＦＥＴの使用により、安定性にすぐれた指紋センサ
を実現でき、触覚センサのセンサ部の弾性体を柱状や複
数に分離することにより高感度化が実現された。
型な指紋センサで、ソースフォロア回路および補償用Ｍ
ＯＳＦＥＴの使用により、安定性にすぐれた指紋センサ
を実現でき、触覚センサのセンサ部の弾性体を柱状や複
数に分離することにより高感度化が実現された。
【図１】第１の実施の形態による指紋センサを構成する
触覚センサの平面図である。
触覚センサの平面図である。
【図２】第１の実施の形態による指紋センサを構成する
触覚センサの断面図である。
触覚センサの断面図である。
【図３】第２の実施の形態による指紋センサを構成する
触覚センサの断面図である。
触覚センサの断面図である。
【図４】触覚センサの出力を取り出すソースフォロア回
路の構成図である。
路の構成図である。
【図５】触覚センサの出力切替のためのスイッチ用トラ
ンジスタを持つ回路の構成図である。
ンジスタを持つ回路の構成図である。
【図６】アレイ状に並べられた第１の実施の形態及び第
２の実施の形態の触覚センサの出力を取り出すためのス
キャン回路の構成図である。
２の実施の形態の触覚センサの出力を取り出すためのス
キャン回路の構成図である。
【図７】第３の実施の形態による触覚センサの断面図で
ある。
ある。
【図８】第３の実施の実施の形態による触覚センサの回
路構成図である。
路構成図である。
【図９】アレイ状に並べられた第３の実施の形態の触覚
センサの出力を取り出すためのスキャン回路の構成図で
ある。
センサの出力を取り出すためのスキャン回路の構成図で
ある。
１ ソース領域 ２ ソース電極 ３ ゲート電極 ４ ドレイン領域 ５ ドレイン電極 ６ 柱状弾性体 ７ 絶縁膜 ８，２３ シリコン基板 ９ 高濃度不純物領域 １０ 定電流源用トランジスタ １１ 触覚センサ １２ Ｖｓ電圧電源 １３，２４ 出力端子 １４ Ｖｄ電圧電源 １５ Ｖｇ電圧電源 １６ Ｖｇ’電圧電源 １７，１８ スイッチ用トランジスタ １９，２５ 共通出力端子 ２０，２１ スキャン回路 ２２ ＭＯＳＦＥＴ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−222179（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−180866（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−200129（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−126918（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−68704（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−288846（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−87376（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−162646（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−140182（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−83176（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−264799（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−181367（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−203671（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−19975（ＪＰ，Ａ) 特公 昭49−8468（ＪＰ，Ｂ１)
Claims (9)
- 【請求項１】 電界効果型トランジスタのソース領域と
ドレイン領域の間のチャネル領域上に、絶縁膜を隔てて
弾性絶縁体と導電体が順次積層されて形成される触覚セ
ンサがアレイ状に並べられた指紋センサにおいて、触覚センサを構成する電界効果型トランジスタのチャネ
ル領域が、ソース領域およびドレイン領域と同じ導電型
を持つ一つ以上の高濃度不純物領域で分離され、該高濃
度不純物領域で挟まれた複数のセンサ領域を持つととも
に、センサ領域を含む領域上に絶縁膜を隔てて表面に導
電体を持つ弾性絶縁体が形成されてなることを特徴とす
る指紋センサ 。 - 【請求項２】 指紋情報を電気的信号に変換して出力す
る指紋センサにおいて、 電界効果型トランジスタのソース領域とドレイン領域の
間のチャネル領域上に、絶縁膜を隔てて弾性絶縁体と導
電体が順次積層された複数の触覚センサと、 前記複数の触覚センサのそれぞれと直列接続されて複数
のソースフォロア回路を形成する定電流源の機能を持つ
トランジスタと、 前記複数のソースフォロア回路を電源に接続する第１の
スイッチング素子と、 前記複数の触覚センサの出力としてのソース電圧を共通
の出力端子に接続する第２のスイッチング素子とを有す
ることを特徴とする指紋センサ。 - 【請求項３】 請求項２に記載の指紋センサにおいて、 触覚センサを構成する電界効果型トランジスタのチャネ
ル領域が、ソース領域およびドレイン領域と同じ導電型
を持つ一つ以上の高濃度不純物領域で分離され、該高濃
度不純物領域で挟まれた複数のセンサ領域を持つととも
に、センサ領域を含む領域上に絶縁膜を隔てて表面に導
電体を持つ弾性絶縁体が形成されてなることを特徴とす
る指紋センサ。 - 【請求項４】 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載
の指紋センサにおいて、 前記弾性絶縁体は積層方向の寸法が該積層方向に垂直な
方向の寸法よりも大きなことを特徴とする指紋センサ。 - 【請求項５】 請求項２乃至請求項４のいずれかに記載
の指紋センサにおいて、 前記複数のソースフォロア回路のそれぞれに、触覚セン
サを構成する電界効果型トランジスタと同様の電気的特
性を備えたＭＯＳＦＥＴと定電流源の機能を持つトラン
ジスタから構成される第２のソースフォロア回路が形成
され、 前記複数の第２のソースフォロア回路を電源に接続する
第３のスイッチング素子と、 前記複数の第２のソースフォロア回路の出力としてのソ
ース電圧を共通の出力端子に接続する第４のスイッチン
グ素子とを有することを特徴とする指紋センサ。 - 【請求項６】 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載
の指紋センサにおいて、 前記複数の触覚センサはマトリクス状に配置され、 前記第１および第２のスイッチング素子は前記マトリク
ス状に配置された複数の触覚センサの行方向および列方
向のそれぞれについて設けられることを特徴とする指紋
センサ。 - 【請求項７】 請求項２乃至請求項４のいずれかに記載
の指紋センサにおいて、 前記複数のソースフォロア回路のそれぞれに、触覚セン
サを構成する電界効果型トランジスタと同様の電気的特
性を備えたＭＯＳＦＥＴと定電流源の機能を持つトラン
ジスタから構成される第２のソースフォロア回路が形成
され、 前記複数の第２のソースフォロア回路を電源に接続する
第３のスイッチング素子と、 前記複数の第２のソースフォロア回路の出力としてのソ
ース電圧を共通の出力端子に接続する第４のスイッチン
グ素子とを有し、 前記複数の触覚センサおよびＭＯＳＦＥＴは一対として
マトリクス状に配置され、 前記第１および第２のスイッチング素子は前記マトリク
ス状に配置された複数の触覚センサの行方向および列方
向のそれぞれについて設けられ、前記第３および第４の
スイッチング素子は前記マトリクス状に配置された複数
の触覚センサの行方向および列方向のそれぞれについて
設けられることを特徴とする指紋センサ。 - 【請求項８】 請求項６に記載の指紋センサにおいて、 第１および第２のスイッチング素子を順次走査し、複数
の触覚センサの出力を読み出す走査回路を有することを
特徴とする指紋センサ。 - 【請求項９】 請求項７に記載の指紋センサにおいて、 第３および第４のスイッチング素子を順次走査すること
により、複数のソースフォロア回路および第２の複数の
ソースフォロア回路の対となる回路の電圧差を測定する
走査回路を有することを特徴とする指紋センサ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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| US09/123,497 US6154580A (en) | 1997-07-28 | 1998-07-28 | Tactile sensor and fingerprint sensor using same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9201827A JP3053007B2 (ja) | 1997-07-28 | 1997-07-28 | 指紋センサ |
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|---|---|
| JPH1144587A JPH1144587A (ja) | 1999-02-16 |
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Family
ID=16447561
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9201827A Expired - Fee Related JP3053007B2 (ja) | 1997-07-28 | 1997-07-28 | 指紋センサ |
Country Status (2)
| Country | Link |
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| DE10151021A1 (de) * | 2001-10-16 | 2003-04-30 | Infineon Technologies Ag | Sensor-Anordnung |
| WO2004001405A1 (de) * | 2002-06-24 | 2003-12-31 | Infineon Technologies Ag | Biosensor-array und verfahren zum betreiben eines biosensor-arrays |
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| WO2015163843A1 (en) | 2014-04-21 | 2015-10-29 | Rinand Solutions Llc | Mitigating noise in capacitive sensor |
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| CN110763378B (zh) * | 2019-11-01 | 2020-09-22 | 浙江大学 | 一种可穿戴式柔性触觉力传感器 |
| CN111738121B (zh) | 2020-06-15 | 2024-03-29 | 武汉华星光电技术有限公司 | 指纹读取电路及其显示面板 |
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-
1997
- 1997-07-28 JP JP9201827A patent/JP3053007B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1998
- 1998-07-28 US US09/123,497 patent/US6154580A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6154580A (en) | 2000-11-28 |
| JPH1144587A (ja) | 1999-02-16 |
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