JP3333959B2 - 表面形状認識用センサ回路 - Google Patents
表面形状認識用センサ回路Info
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- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、表面形状認識用セ
ンサ回路に関するものであり、特に人間の指紋や動物の
鼻紋などの微細な凹凸を感知する容量形センサ回路に関
する。
ンサ回路に関するものであり、特に人間の指紋や動物の
鼻紋などの微細な凹凸を感知する容量形センサ回路に関
する。
【０００２】
【従来の技術】指紋のパターンの検出を主な応用例とし
た表面形状認識用センサ回路としては、「‘ＩＳＳＣＣ
ＤＩＧＥＳＴ ＯＦ ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ ＰＡＰＥ
ＲＳ’ＦＥＢＲＵＡＲＹ １９９８ ｐｐ．２８４〜２
８５」に記載されている回路がある。このセンサ回路
は、図６に示すように、ＬＳＩチップ３０の上に２次元
に配列された小さなセンサ素子２０の電極と、その電極
上に形成された絶縁膜を介して触れた指４０の皮膚との
間に形成される静電容量を検出して、指紋の凹凸パター
ンを感知するものである。
た表面形状認識用センサ回路としては、「‘ＩＳＳＣＣ
ＤＩＧＥＳＴ ＯＦ ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ ＰＡＰＥ
ＲＳ’ＦＥＢＲＵＡＲＹ １９９８ ｐｐ．２８４〜２
８５」に記載されている回路がある。このセンサ回路
は、図６に示すように、ＬＳＩチップ３０の上に２次元
に配列された小さなセンサ素子２０の電極と、その電極
上に形成された絶縁膜を介して触れた指４０の皮膚との
間に形成される静電容量を検出して、指紋の凹凸パター
ンを感知するものである。
【０００３】指紋の凹凸により形成される容量の値が異
なるため、この容量差を検出することで指紋の凹凸を感
知することができる。このようにな測定対象物の表面形
状の凹凸を反映した容量値を検出するセンサ回路の実現
例を図４に示す。図４において、Ｃｆは測定対象物の表
面形状の凹凸を反映した容量である。Ｃｓは節点Ｎ２の
電位を変化させための容量、Ｃｐは寄生容量である。ま
た、Ｖｐは後述のスイッチＳＷの閉結により節点Ｎ２に
与えられる電位、Ｖｓは図中の節点Ｎ４の電位である。
なお、節点Ｎ３は指の皮膚にあたる。そのため、節点Ｎ
３には特定の電位をセンサ回路からは与えていないが、
ある電位に固定されていると考えてよい。Ｐはスイッチ
ＳＷを制御する信号である。スイッチＳＷは例えばＭＯ
Ｓトランジスタを用いて実現することができる。なお、
１０は検出回路である。
なるため、この容量差を検出することで指紋の凹凸を感
知することができる。このようにな測定対象物の表面形
状の凹凸を反映した容量値を検出するセンサ回路の実現
例を図４に示す。図４において、Ｃｆは測定対象物の表
面形状の凹凸を反映した容量である。Ｃｓは節点Ｎ２の
電位を変化させための容量、Ｃｐは寄生容量である。ま
た、Ｖｐは後述のスイッチＳＷの閉結により節点Ｎ２に
与えられる電位、Ｖｓは図中の節点Ｎ４の電位である。
なお、節点Ｎ３は指の皮膚にあたる。そのため、節点Ｎ
３には特定の電位をセンサ回路からは与えていないが、
ある電位に固定されていると考えてよい。Ｐはスイッチ
ＳＷを制御する信号である。スイッチＳＷは例えばＭＯ
Ｓトランジスタを用いて実現することができる。なお、
１０は検出回路である。
【０００４】次に図４に示したセンサ回路の動作を図５
のタイミングチャートに基づいて説明する。まず、図５
（ａ）において制御信号ＰをＨｉｇｈレベルにすること
によりスイッチＳＷを導通状態にし、図４の節点Ｎ２の
電位を電圧ＶＰに設定する。この動作をプリチャージと
呼ぶ。節点Ｎ２をブリチャージ後、制御信号ＰをＬｏｗ
レベルにしてスイッチＳＷを非導通状態にした後、Ｖｓ
の電位を変化させる。
のタイミングチャートに基づいて説明する。まず、図５
（ａ）において制御信号ＰをＨｉｇｈレベルにすること
によりスイッチＳＷを導通状態にし、図４の節点Ｎ２の
電位を電圧ＶＰに設定する。この動作をプリチャージと
呼ぶ。節点Ｎ２をブリチャージ後、制御信号ＰをＬｏｗ
レベルにしてスイッチＳＷを非導通状態にした後、Ｖｓ
の電位を変化させる。
【０００５】ここで、Ｖｓの変化量を△Ｖｓとすると、
節点Ｎ２の電位は容量Ｃｓによる容量結合に基づいて変
化する。節点Ｎ２の電位の変化量△ＶN2は、 △ＶN2＝Ｃｓ／（Ｃｆ＋Ｃｐ＋Ｃｓ）＊△Ｖｓ （１） となる。ここで測定対象物の表面形状が凹の場合のＣｆ
の値をＣｆ０、表面形状が凸の場合のＣｆの値をＣｆ１
とすると（この場合、Ｃｆ０＜Ｃｆ１となる）、表面形
状の違いによる変化量の差△Ｖは、 ΔＶ＝ （Ｃｓ／（Ｃｆ０＋Ｃｐ＋Ｃｓ）−Ｃｓ／（Ｃｆ１＋Ｃｐ＋Ｃｓ））＊△Ｖｓ （２） となる。したがって、測定対象物の表面形状の違いによ
る変化量の差△Ｖを検出回路１０により判定することで
測定対象物の表面形状の凹凸を検出することができる。
節点Ｎ２の電位は容量Ｃｓによる容量結合に基づいて変
化する。節点Ｎ２の電位の変化量△ＶN2は、 △ＶN2＝Ｃｓ／（Ｃｆ＋Ｃｐ＋Ｃｓ）＊△Ｖｓ （１） となる。ここで測定対象物の表面形状が凹の場合のＣｆ
の値をＣｆ０、表面形状が凸の場合のＣｆの値をＣｆ１
とすると（この場合、Ｃｆ０＜Ｃｆ１となる）、表面形
状の違いによる変化量の差△Ｖは、 ΔＶ＝ （Ｃｓ／（Ｃｆ０＋Ｃｐ＋Ｃｓ）−Ｃｓ／（Ｃｆ１＋Ｃｐ＋Ｃｓ））＊△Ｖｓ （２） となる。したがって、測定対象物の表面形状の違いによ
る変化量の差△Ｖを検出回路１０により判定することで
測定対象物の表面形状の凹凸を検出することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
表面形状認識用センサ回路では、寄生容量Ｃｐおよび節
点Ｎ２の電位を変化させための容量Ｃｓの影響により、
表面形状の違いによる変化量の差△Ｖをあまり大きくで
きないという問題がある。ここで、検出回路１０の製造
ばらつきや電源ノイズ等を考慮すると、表面形状の違い
による変化量の差△Ｖは大きいことが望ましい。容量Ｃ
ｓをある程度大きくすることで変化量の差△Ｖを大きく
することができるが、容量Ｃｓは寄生容量Ｃｐと並列に
接続されているために寄生容量Ｃｐと同じ影響を与えて
しまい、必要以上に容量Ｃｓを大きくすると、逆に表面
形状の違いによる変化量の差△Ｖは小さくなってしま
う。また、寄生容量Ｃｐの値によって最適な容量Ｃｓの
値が異なるため、あらかじめ寄生容量Ｃｐの値を予測し
て容量Ｃｓの大きさを設計しなければならない。実際
は、寄生容量Ｃｐの見積り値と実際の値は異なるため、
容量Ｃｓを最適値にすることは難しい。また、寄生容量
Ｃｐの見積り値と実際の値が大きく異なると、センサ回
路が所望の通り動作しなくなってしまう。
表面形状認識用センサ回路では、寄生容量Ｃｐおよび節
点Ｎ２の電位を変化させための容量Ｃｓの影響により、
表面形状の違いによる変化量の差△Ｖをあまり大きくで
きないという問題がある。ここで、検出回路１０の製造
ばらつきや電源ノイズ等を考慮すると、表面形状の違い
による変化量の差△Ｖは大きいことが望ましい。容量Ｃ
ｓをある程度大きくすることで変化量の差△Ｖを大きく
することができるが、容量Ｃｓは寄生容量Ｃｐと並列に
接続されているために寄生容量Ｃｐと同じ影響を与えて
しまい、必要以上に容量Ｃｓを大きくすると、逆に表面
形状の違いによる変化量の差△Ｖは小さくなってしま
う。また、寄生容量Ｃｐの値によって最適な容量Ｃｓの
値が異なるため、あらかじめ寄生容量Ｃｐの値を予測し
て容量Ｃｓの大きさを設計しなければならない。実際
は、寄生容量Ｃｐの見積り値と実際の値は異なるため、
容量Ｃｓを最適値にすることは難しい。また、寄生容量
Ｃｐの見積り値と実際の値が大きく異なると、センサ回
路が所望の通り動作しなくなってしまう。
【０００７】したがって、従来の表面形状認識用センサ
回路では、表面形状に対応した大きな信号差を発生する
ことが困難であった。特に指紋のように微小な凹凸を検
出しようとする場合、変化量の差△Ｖは非常に小さくな
ってしまう。この結果、検出回路の製造ばらつきや電源
ノイズ等により指紋パターンの検出精度が低下したり、
または検出できないという問題があった。本発明は、上
述の問題を解決するべくなされたものでありその目的と
するところは、指紋のような微小な凹凸を、大きな信号
差として発生させることにある。
回路では、表面形状に対応した大きな信号差を発生する
ことが困難であった。特に指紋のように微小な凹凸を検
出しようとする場合、変化量の差△Ｖは非常に小さくな
ってしまう。この結果、検出回路の製造ばらつきや電源
ノイズ等により指紋パターンの検出精度が低下したり、
または検出できないという問題があった。本発明は、上
述の問題を解決するべくなされたものでありその目的と
するところは、指紋のような微小な凹凸を、大きな信号
差として発生させることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために本発明は、半導体基板と、半導体基板上に形成
された少なくとも１つの下部電極と、半導体基板上に下
部電極毎に形成され導電性を有する支持部材と、支持部
材上に形成され一定電位を保持する上部電極と、半導体
基板上に前記支持部材毎に形成され、第１の端子及び第
２の端子がそれぞれ上部電極及び下部電極に接続される
とともに、測定対象物の表面凹凸に応じて第１の端子と
第２の端子間の容量が変化する容量センサ素子と、下部
電極に接続され容量センサ素子の容量の変化を検出する
検出手段と、下部電極と外部電位との接続をオン・オフ
するスイッチと、スイッチをオンして容量センサ素子を
充電した後、スイッチをオフする制御を下部電極毎に行
う制御手段とを備え、検出手段は、スイッチがオフにな
り容量センサ素子に測定対象物が接触したときの下部電
極の電位を検出するようにしたものである。
るために本発明は、半導体基板と、半導体基板上に形成
された少なくとも１つの下部電極と、半導体基板上に下
部電極毎に形成され導電性を有する支持部材と、支持部
材上に形成され一定電位を保持する上部電極と、半導体
基板上に前記支持部材毎に形成され、第１の端子及び第
２の端子がそれぞれ上部電極及び下部電極に接続される
とともに、測定対象物の表面凹凸に応じて第１の端子と
第２の端子間の容量が変化する容量センサ素子と、下部
電極に接続され容量センサ素子の容量の変化を検出する
検出手段と、下部電極と外部電位との接続をオン・オフ
するスイッチと、スイッチをオンして容量センサ素子を
充電した後、スイッチをオフする制御を下部電極毎に行
う制御手段とを備え、検出手段は、スイッチがオフにな
り容量センサ素子に測定対象物が接触したときの下部電
極の電位を検出するようにしたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明に係る表面形状認識用セン
サ回路は、後述の容量センサ素子Ｃｆの容量値の変化に
より信号を発生する手段を有することを主な特徴とす
る。そしてこうした手段を備えることにより、測定対象
物の表面形状を反映した大きな信号差を発生する手段を
提供することができる。
サ回路は、後述の容量センサ素子Ｃｆの容量値の変化に
より信号を発生する手段を有することを主な特徴とす
る。そしてこうした手段を備えることにより、測定対象
物の表面形状を反映した大きな信号差を発生する手段を
提供することができる。
【００１０】以下、本発明について図面を参照して説明
する。図１は本発明に係る表面形状認識用センサ回路の
構成を示す図であり、半導体基板上に二次元配列された
図６に示すセンサアレイ（ＬＳＩ）３０のうち１つのセ
ンサ素子２０の断面を示すものである。
する。図１は本発明に係る表面形状認識用センサ回路の
構成を示す図であり、半導体基板上に二次元配列された
図６に示すセンサアレイ（ＬＳＩ）３０のうち１つのセ
ンサ素子２０の断面を示すものである。
【００１１】図１において、１は下部電極、２は金属
膜、３は支持部材、４は上部電極、５は半導体基板、６
は保護膜、１０は検出回路、ＳＷはスイッチである。こ
こで、各センサ素子２０は支持部材３により分離され
る。なお、図１において、Ｃｆは上部電極４と下部電極
１間の容量であり、保護膜６上にある測定対象物の表面
の接触により容量値が変化する可変容量である。また、
図中の符号Ｆは表面形状を認識したい測定対象物が二次
元配列されたセンサアレイに接触しているかどうかの状
態を示している。また、Ｃｐは寄生容量、Ｖｐは節点Ｎ
１に与える外部電位、ＰはスイッチＳＷの制御信号であ
る。スイッチＳＷは例えばＭＯＳトランジスタを用いて
実現することができる。また、１０は検出回路、１１は
制御手段である。
膜、３は支持部材、４は上部電極、５は半導体基板、６
は保護膜、１０は検出回路、ＳＷはスイッチである。こ
こで、各センサ素子２０は支持部材３により分離され
る。なお、図１において、Ｃｆは上部電極４と下部電極
１間の容量であり、保護膜６上にある測定対象物の表面
の接触により容量値が変化する可変容量である。また、
図中の符号Ｆは表面形状を認識したい測定対象物が二次
元配列されたセンサアレイに接触しているかどうかの状
態を示している。また、Ｃｐは寄生容量、Ｖｐは節点Ｎ
１に与える外部電位、ＰはスイッチＳＷの制御信号であ
る。スイッチＳＷは例えばＭＯＳトランジスタを用いて
実現することができる。また、１０は検出回路、１１は
制御手段である。
【００１２】図１に示すセンサ回路は、図４の従来回路
に対し、節点の電位を変化させための容量Ｃｓを削除し
ている点が異なる。また、容量Ｃｆの節点Ｎ１に接続し
ている下部電極１とは異なる、もう一方の上部電極４の
電位を固定電位（この実施の形態ではグランドＧＮＤ電
位）としている点も異なる。
に対し、節点の電位を変化させための容量Ｃｓを削除し
ている点が異なる。また、容量Ｃｆの節点Ｎ１に接続し
ている下部電極１とは異なる、もう一方の上部電極４の
電位を固定電位（この実施の形態ではグランドＧＮＤ電
位）としている点も異なる。
【００１３】このような構成を実現するために、図１で
は、本出願人の別途出願である特願平１０−５３９１１
号に記載されている方法を用いて容量Ｃｆを形成してい
るが、本発明はこれに限定されるものではない。この特
願平１０−５３９１１号においては、容量ＣｆはＬＳＩ
チップの上に変形可能な上部電極４と半導体基板５上に
配置された下部電極１とにより構成される。また、上部
電極４は導電性を有した支持部材３によって支えられて
いる。そして、測定対象物の表面が接触した部分の上部
電極４が変形することで容量Ｃｆの値が変化する。この
容量Ｃｆの値の変化は、容量Ｃｆが接続された下部電極
１及び節点Ｎ１を介して検出回路１０により検出され
る。なお、容量Ｃｆの上部電極４の電位の制御は、導電
体である支持部材３の電位を制御することで可能にな
る。即ち、支持部材３と接続される金属膜２に、グラン
ドＧＮＤ電位を与えることで上部電極４の電位を制御す
ることができる。
は、本出願人の別途出願である特願平１０−５３９１１
号に記載されている方法を用いて容量Ｃｆを形成してい
るが、本発明はこれに限定されるものではない。この特
願平１０−５３９１１号においては、容量ＣｆはＬＳＩ
チップの上に変形可能な上部電極４と半導体基板５上に
配置された下部電極１とにより構成される。また、上部
電極４は導電性を有した支持部材３によって支えられて
いる。そして、測定対象物の表面が接触した部分の上部
電極４が変形することで容量Ｃｆの値が変化する。この
容量Ｃｆの値の変化は、容量Ｃｆが接続された下部電極
１及び節点Ｎ１を介して検出回路１０により検出され
る。なお、容量Ｃｆの上部電極４の電位の制御は、導電
体である支持部材３の電位を制御することで可能にな
る。即ち、支持部材３と接続される金属膜２に、グラン
ドＧＮＤ電位を与えることで上部電極４の電位を制御す
ることができる。
【００１４】図１に示したセンサ回路の動作を、図２の
タイミングチャートに基づいて説明する。まず、制御手
段１１は、測定対象物が二次元配列されたセンサアレイ
に接触するする前（即ち、図２（ｂ）に示す被接触時）
に、図２（ａ）の時点で制御信号ＰをＨｉｇｈレベル
にしてスイッチＳＷを導通状態にし、図１に示す節点Ｎ
１の電位を外部電圧Ｖｐにプリチャージすることによ
り、容量Ｃｆを充電する。節点Ｎ１をプリチャージ後、
制御手段１１は図２（ａ）の時点で制御信号ＰをＬｏ
ｗレベルにしてスイッチＳＷを非導通状態にする。
タイミングチャートに基づいて説明する。まず、制御手
段１１は、測定対象物が二次元配列されたセンサアレイ
に接触するする前（即ち、図２（ｂ）に示す被接触時）
に、図２（ａ）の時点で制御信号ＰをＨｉｇｈレベル
にしてスイッチＳＷを導通状態にし、図１に示す節点Ｎ
１の電位を外部電圧Ｖｐにプリチャージすることによ
り、容量Ｃｆを充電する。節点Ｎ１をプリチャージ後、
制御手段１１は図２（ａ）の時点で制御信号ＰをＬｏ
ｗレベルにしてスイッチＳＷを非導通状態にする。
【００１５】そして、このとき図２（ｂ）のように測定
対象物の一部がセンサ回路に接触した場合は容量Ｃｆの
値は変化し、その結果、節点Ｎ１の電位は電荷の再分配
により変化する。ここで、容量Ｃｆの初期値をＣｆｉ、
測定対象物の表面形状が凹の場合のＣｆの値をＣｆ０、
測定対象物の表面形状が凸の場合のＣｆの値をＣｆ１と
すると（この場合、Ｃｆ０＜Ｃｆ１となる）、表面形状
の違いによる変化量の差△Ｖは、 ΔＶ＝（(Cf1-Cfi)／(Cf1+Cp)−(Cf0-Cfi)／(Cf0+Cp)）＊Ｖｐ （３） となる。
対象物の一部がセンサ回路に接触した場合は容量Ｃｆの
値は変化し、その結果、節点Ｎ１の電位は電荷の再分配
により変化する。ここで、容量Ｃｆの初期値をＣｆｉ、
測定対象物の表面形状が凹の場合のＣｆの値をＣｆ０、
測定対象物の表面形状が凸の場合のＣｆの値をＣｆ１と
すると（この場合、Ｃｆ０＜Ｃｆ１となる）、表面形状
の違いによる変化量の差△Ｖは、 ΔＶ＝（(Cf1-Cfi)／(Cf1+Cp)−(Cf0-Cfi)／(Cf0+Cp)）＊Ｖｐ （３） となる。
【００１６】そして、表面形状の違いによる変化量の差
△Ｖを検出回路１０で検出して判定することにより、測
定対象物の表面形状の凹凸を検出する。このように、本
センサ回路は、容量Ｃｆをプリチャージしてから測定対
象物を容量Ｃｆに接触させることで、容量Ｃｆの変化に
対応する電圧変化を大きくさせ検出感度を高めるように
したものである。ここで、表面形状の違いによる変化量
の差△Ｖの大きさを従来例と比較した場合の例を図３に
示す。図３において、横軸はＣｐとＣｆ０との比であ
る。図３からわかるように、本発明のセンサ回路の方が
表面形状の違いによる変化量の差△Ｖが大きくなってい
ることがわかる。したがって、従来の表面形状認識用セ
ンサ回路に比べて表面形状の凹凸を反映した信号変化の
差を大きくすることができる。なお、表面形状の違いに
よる変化量の差△Ｖは、寄生容量Ｃｐを小さくした方が
より大きくなることは図３から明らかである。
△Ｖを検出回路１０で検出して判定することにより、測
定対象物の表面形状の凹凸を検出する。このように、本
センサ回路は、容量Ｃｆをプリチャージしてから測定対
象物を容量Ｃｆに接触させることで、容量Ｃｆの変化に
対応する電圧変化を大きくさせ検出感度を高めるように
したものである。ここで、表面形状の違いによる変化量
の差△Ｖの大きさを従来例と比較した場合の例を図３に
示す。図３において、横軸はＣｐとＣｆ０との比であ
る。図３からわかるように、本発明のセンサ回路の方が
表面形状の違いによる変化量の差△Ｖが大きくなってい
ることがわかる。したがって、従来の表面形状認識用セ
ンサ回路に比べて表面形状の凹凸を反映した信号変化の
差を大きくすることができる。なお、表面形状の違いに
よる変化量の差△Ｖは、寄生容量Ｃｐを小さくした方が
より大きくなることは図３から明らかである。
【００１７】このように、本発明の表面形状認識用セン
サ回路では、測定対象物の接触により容量Ｃｆの値が変
化することを直接利用して測定対象物表面形状の凹凸を
反映した信号を発生させるため、従来例に比べて表面形
状の凹凸を反映した信号変化の差を大きくすることがで
きる。また、容量Ｃｓが不要となることから、設計時に
寄生容量Ｃｐを見積ることが不要になり、したがって寄
生容量Ｃｐを見積もって適切な容量Ｃｓを設計する煩雑
さをなくすことができる。この結果、本表面形状認識用
センサ回路は、検出回路１０の製造ばらつきや電源ノイ
ズ等によって指紋パターンの検出精度が低下したり、検
出できなくなるといった問題を防ぐことができる。さら
に、信号発生のタイミングを測定対象物の接触により開
始させることができるため、信号発生タイミング信号が
不要になるという効果もある。
サ回路では、測定対象物の接触により容量Ｃｆの値が変
化することを直接利用して測定対象物表面形状の凹凸を
反映した信号を発生させるため、従来例に比べて表面形
状の凹凸を反映した信号変化の差を大きくすることがで
きる。また、容量Ｃｓが不要となることから、設計時に
寄生容量Ｃｐを見積ることが不要になり、したがって寄
生容量Ｃｐを見積もって適切な容量Ｃｓを設計する煩雑
さをなくすことができる。この結果、本表面形状認識用
センサ回路は、検出回路１０の製造ばらつきや電源ノイ
ズ等によって指紋パターンの検出精度が低下したり、検
出できなくなるといった問題を防ぐことができる。さら
に、信号発生のタイミングを測定対象物の接触により開
始させることができるため、信号発生タイミング信号が
不要になるという効果もある。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、第
１の端子が上部電極に接続され、第２の端子が下部電極
に接続される容量センサ素子Ｃｆを設け、測定対象物の
接触により容量センサ素子Ｃｆが直接変化することを利
用して測定対象物の表面形状の凹凸を反映した信号を発
生させるため、従来例に比べて表面形状の凹凸を反映し
た信号変化の差を大きくすることができる。また、節点
の電位を変化させための容量Ｃｓが不要になるため、設
計時に寄生容量Ｃｐを見積もって適切なＣｓを設計する
煩雑さをなくすことができる。このため、検出回路の製
造ばらつきや電源ノイズ等によって指紋パターンの検出
精度が低下したり、検出できなくなるという問題を防ぐ
ことができる効果がある。さらに、信号発生のタイミン
グを測定対象物の接触により開始させることができるた
め、信号発生タイミング信号が不要になるという効果も
ある。特に指紋のように微小な凹凸を検出する表面形状
認識用センサに本発明のセンサ回路を適用すれば、効果
は大である。
１の端子が上部電極に接続され、第２の端子が下部電極
に接続される容量センサ素子Ｃｆを設け、測定対象物の
接触により容量センサ素子Ｃｆが直接変化することを利
用して測定対象物の表面形状の凹凸を反映した信号を発
生させるため、従来例に比べて表面形状の凹凸を反映し
た信号変化の差を大きくすることができる。また、節点
の電位を変化させための容量Ｃｓが不要になるため、設
計時に寄生容量Ｃｐを見積もって適切なＣｓを設計する
煩雑さをなくすことができる。このため、検出回路の製
造ばらつきや電源ノイズ等によって指紋パターンの検出
精度が低下したり、検出できなくなるという問題を防ぐ
ことができる効果がある。さらに、信号発生のタイミン
グを測定対象物の接触により開始させることができるた
め、信号発生タイミング信号が不要になるという効果も
ある。特に指紋のように微小な凹凸を検出する表面形状
認識用センサに本発明のセンサ回路を適用すれば、効果
は大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のセンサ回路の構成を示す図である。
【図２】 図１のセンサ回路の動作を示すタイムチャー
トである。
トである。
【図３】 測定対象物の表面形状の凹凸を反映した信号
変化の差を本発明のセンサ回路と従来回路とで比較した
場合のグラフである。
変化の差を本発明のセンサ回路と従来回路とで比較した
場合のグラフである。
【図４】 従来回路の構成を示す図である。
【図５】 従来回路の動作を示すタイムチャートであ
る。
る。
【図６】 センサアレイの構成を示す図である。
１…下部電極、２…金属膜、３…支持部材、４…上部電
極、５…半導体基板、６…保護膜、１０…検出回路、１
１…制御手段、２０…センサ素子、Ｖｐ…外部電位、Δ
Ｖ…電位の変化量の差、Ｎ１〜Ｎ４…節点、Ｃｆ…容量
センサ素子、Ｃｆｉ…容量センサ素子の容量の初期値、
Ｃｆ０…表面形状が凹の場合の容量センサ素子の容量、
Ｃｆ１…表面形状が凸の場合の容量センサ素子の容量、
Ｃｐ…寄生容量。
極、５…半導体基板、６…保護膜、１０…検出回路、１
１…制御手段、２０…センサ素子、Ｖｐ…外部電位、Δ
Ｖ…電位の変化量の差、Ｎ１〜Ｎ４…節点、Ｃｆ…容量
センサ素子、Ｃｆｉ…容量センサ素子の容量の初期値、
Ｃｆ０…表面形状が凹の場合の容量センサ素子の容量、
Ｃｆ１…表面形状が凸の場合の容量センサ素子の容量、
Ｃｐ…寄生容量。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平11−118415（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−215625（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−232176（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−2704（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−237594（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−65645（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−318365（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−231803（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−232343（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−261178（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭58−133727（ＪＰ，Ｕ) 米国特許4353056（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01B 7/28 A61B 5/117 G01L 5/00 G06T 3/00 G01R 27/26
Claims (1)
- 【請求項１】 半導体基板と、 前記半導体基板上に形成された少なくとも１つの下部電
極と、 前記半導体基板上に前記下部電極毎に形成され導電性を
有する支持部材と、 前記支持部材上に形成され一定電位を保持する上部電極
と、 前記半導体基板上に前記支持部材毎に形成され、第１の
端子及び第２の端子がそれぞれ前記上部電極及び下部電
極に接続されるとともに、 測定対象物の表面凹凸に応じ
て第１の端子と第２の端子間の容量が変化する容量セン
サ素子と、前記下部電極 に接続され前記容量センサ素子の容量の変
化を検出する検出手段と、前記下部電極 と外部電位との接続をオン・オフするスイ
ッチと、 前記スイッチをオンして前記容量センサ素子を充電した
後、前記スイッチをオフする制御を下部電極毎に行う制
御手段とを備え、前記検出手段は、前記スイッチがオフ
になり前記容量センサ素子に前記測定対象物が接触した
ときの前記下部電極の電位を検出することを特徴とする
表面形状認識用センサ回路。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23386798A JP3333959B2 (ja) | 1998-08-20 | 1998-08-20 | 表面形状認識用センサ回路 |
| EP99250215A EP0969477B1 (en) | 1998-07-02 | 1999-07-01 | Small capacitance change detection device |
| DE69933339T DE69933339T8 (de) | 1998-07-02 | 1999-07-01 | Nachweisvorrichtung für kleine Kapazitätsänderungen |
| US09/347,240 US6438257B1 (en) | 1998-07-02 | 1999-07-02 | Small capacitance change detection device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23386798A JP3333959B2 (ja) | 1998-08-20 | 1998-08-20 | 表面形状認識用センサ回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000065516A JP2000065516A (ja) | 2000-03-03 |
| JP3333959B2 true JP3333959B2 (ja) | 2002-10-15 |
Family
ID=16961823
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23386798A Expired - Lifetime JP3333959B2 (ja) | 1998-07-02 | 1998-08-20 | 表面形状認識用センサ回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3333959B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014142193A (ja) * | 2013-01-22 | 2014-08-07 | Oga Inc | 荷重分布検出装置 |
| JP6791101B2 (ja) * | 2017-11-15 | 2020-11-25 | オムロン株式会社 | 静電容量式圧力センサ |
| JP7254433B2 (ja) * | 2021-05-31 | 2023-04-10 | Ｎｉｓｓｈａ株式会社 | ロボットハンドの触覚センサ付き指およびこれを用いた触覚センサ付きロボットハンド |
-
1998
- 1998-08-20 JP JP23386798A patent/JP3333959B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000065516A (ja) | 2000-03-03 |
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