JP3356401B2 - Surface shape recognition sensor - Google Patents

Surface shape recognition sensor

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JP3356401B2
JP3356401B2 JP18722798A JP18722798A JP3356401B2 JP 3356401 B2 JP3356401 B2 JP 3356401B2 JP 18722798 A JP18722798 A JP 18722798A JP 18722798 A JP18722798 A JP 18722798A JP 3356401 B2 JP3356401 B2 JP 3356401B2
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electrode
lower electrode
upper electrode
sensor
surface shape
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浩季 森村
智志 重松
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、人間の指紋や動
物の鼻紋などの微細な凹凸を有する表面形状を認識する
表面形状認識用センサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface shape recognition sensor for recognizing a surface shape having minute irregularities such as a human fingerprint or an animal nose.

【0002】[0002]

【従来の技術】情報化社会の進展により、現代社会にお
いては機密保持技術への関心が高まっている。例えば、
電子現金化などのシステム構築のためには、本人認証技
術が重要な鍵となってくる。また、盗難やカードの不正
使用の防御策のための認証技術についても、研究開発が
活発になっている それら認証方式としては、指紋や声紋を利用するものな
ど、種々の方式が提案されている。中でも指紋認証技術
については、多くの技術開発がなされている。
2. Description of the Related Art With the progress of the information society, interest in confidentiality technology is increasing in modern society. For example,
In order to construct a system such as electronic cash, personal authentication technology is an important key. In addition, research and development of authentication technologies to protect against theft and unauthorized use of cards are being actively conducted. Various authentication methods such as those using fingerprints and voice prints have been proposed. . Above all, many technologies have been developed for fingerprint authentication technology.

【0003】以下、従来より開発されている種々の指紋
の認証方式について説明する。まず、従来の指紋認証方
式を大別すると、光学的に指紋の凹凸を読みとる方式、
指紋の圧力差を読みとる方式、人間の電気特性を利用し
て指紋の凹凸を検出する方式などに分けられる。はじめ
に、光学的に読みとる方式では、指紋の反射光学像をC
CDなどのイメージセンサに取り込み、あらかじめ用意
してある指紋のパターンと照合を行う方式である。
[0003] Various fingerprint authentication systems that have been developed in the past will be described below. First, the conventional fingerprint authentication method is roughly classified into a method of optically reading the unevenness of the fingerprint,
The method is classified into a method of reading the pressure difference of a fingerprint, a method of detecting unevenness of a fingerprint using electric characteristics of a human, and the like. First, in the optical reading method, the reflected optical image of the fingerprint is
This is a method in which the image is captured by an image sensor such as a CD and collated with a fingerprint pattern prepared in advance.

【0004】また、指紋の圧力差を読みとる方式では、
圧電薄膜を利用して指の指紋の圧力差を読みとるように
している。さらに、人間の電気特性を利用する方式で
は、感圧シートを用いて皮膚の接触によって生じた電気
特性の変化を電気信号の分布に置き換えて指紋を検出す
るようにしている。この方式では、抵抗変化量もしくは
容量変化量によって、指紋のパターンを認識するように
している。
In the method of reading the pressure difference of a fingerprint,
The pressure difference of the fingerprint of the finger is read using a piezoelectric thin film. Further, in a method using human electrical characteristics, a fingerprint is detected by using a pressure-sensitive sheet to replace a change in electrical characteristics caused by skin contact with a distribution of electrical signals. In this method, a fingerprint pattern is recognized based on a resistance change amount or a capacitance change amount.

【0005】しかしながら、以上の従来技術には種々の
問題点があり、例えば光を用いた方式では、光源や光学
系および光学イメージの処理手段が必要になるなど、小
型化,汎用化が難しく、用途が限定されるという問題が
ある。また、感圧シート等を用いて指の凹凸を感知する
方式では、感圧シートなど材料が特殊であることや、そ
れらの加工性の難しさから実用化が困難であり、また信
頼性に乏しいという問題もある。そこで、このような問
題を解決すべく、LSI製造技術を用いた容量型の指紋
センサが新たに提案された。これは、LSIチップ上に
2次元に配列された小さなセンサ素子の静電容量を検出
し、皮膚の凹凸パターンを検出する方式である。
However, there are various problems in the above-mentioned conventional techniques. For example, in the system using light, miniaturization and versatility are difficult, for example, a light source, an optical system, and an optical image processing means are required. There is a problem that applications are limited. Also, in the method of detecting the unevenness of the finger using a pressure-sensitive sheet or the like, it is difficult to practically use the material such as the pressure-sensitive sheet because of its specialty and its workability, and the reliability is poor. There is also a problem. In order to solve such a problem, a capacitive fingerprint sensor using an LSI manufacturing technique has been newly proposed. This is a method of detecting the capacitance of small sensor elements arranged two-dimensionally on an LSI chip and detecting the uneven pattern of the skin.

【0006】これは、変形可能な上部電極と半導体基板
上に配置された下部電極により構成される容量センサ素
子が、LSIチップの上に2次元に配列された構造とな
っている。そして、触れた指の皮膚の凹凸に対応して上
部電極が変形するように構成されている。ここで、上部
電極の変形により、上部電極と下部電極との間の容量値
が変化するため、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。
[0006] This has a structure in which a capacitance sensor element composed of a deformable upper electrode and a lower electrode arranged on a semiconductor substrate is two-dimensionally arranged on an LSI chip. The upper electrode is configured to be deformed according to the unevenness of the skin of the touched finger. Here, since the capacitance value between the upper electrode and the lower electrode changes due to the deformation of the upper electrode, the unevenness of the fingerprint can be sensed by detecting the capacitance difference.

【0007】このような、従来よりある容量型の表面形
状認識用センサについて、より詳細に説明すると、図5
(a)の断面図に示すように、半導体基板501上に絶
縁層502を介し、格子状に導電性材料からなる支持部
材503が形成されている。そして、その支持部材50
3で囲われた各格子の中央部の絶縁層502上には、下
部電極504が支持部材503とは離間して形成されて
いる。また、支持部材503上には、上部電極505が
形成されている。この上部電極505は、下部電極50
4とは所定距離だけ離れて形成され、下部電極504と
上部電極505とで容量Cfが形成されている。
Such a conventional capacitive surface shape recognition sensor will be described in more detail with reference to FIG.
As shown in the cross-sectional view of FIG. 3A, a support member 503 made of a conductive material is formed in a grid pattern on a semiconductor substrate 501 with an insulating layer 502 interposed therebetween. Then, the supporting member 50
A lower electrode 504 is formed on the insulating layer 502 at the center of each lattice surrounded by 3 and separated from the support member 503. An upper electrode 505 is formed on the support member 503. The upper electrode 505 is connected to the lower electrode 50.
4 are formed at a predetermined distance from each other, and the lower electrode 504 and the upper electrode 505 form a capacitance Cf.

【0008】そして、この表面形状認識用センサは、突
起506aを有した保護膜506が上部電極505上に
形成されている。また、下部電極504上の領域に配置
されるように、その突起506aは形成されている。そ
して、上部電極505と下部電極504との間の容量
が、センサ回路510により検出される。その容量とセ
ンサ回路510との等価回路は、図5(b)に示すよう
になる。また、図6に示すように、支持部材503は格
子状に形成され、そのマスの中央部それぞれに、下部電
極504が形成されてマトリクス状に配置されている。
すなわち、この表面形状認識用センサは、下部電極50
4とその上部にある上部電極505とからなるセンサ素
子複数から構成されているものである。
In this surface shape recognition sensor, a protective film 506 having a projection 506a is formed on the upper electrode 505. Further, the protrusion 506a is formed so as to be arranged in a region on the lower electrode 504. Then, the capacitance between the upper electrode 505 and the lower electrode 504 is detected by the sensor circuit 510. An equivalent circuit of the capacitance and the sensor circuit 510 is as shown in FIG. As shown in FIG. 6, the support members 503 are formed in a lattice shape, and the lower electrodes 504 are formed in the respective central portions of the cells and arranged in a matrix.
That is, the surface shape recognition sensor is provided with the lower electrode 50.
4 and a plurality of sensor elements including an upper electrode 505 on the upper side.

【0009】そして、たとえば、1個の下部電極504
に対して1個のセンサ回路510が備えられている。ま
た、複数個の下部電極504に対して、1個のセンサ回
路510が備えられている場合もある。なお、センサ回
路510は、半導体基板501上の絶縁層502下に集
積されて形成されていてもよく、また、半導体基板50
1の、センサ素子が配置されていない領域に形成されて
いてもよい。また、そのセンサ回路510は、半導体基
板501以外に用意するようにしてもよい。
Then, for example, one lower electrode 504
Is provided with one sensor circuit 510. In some cases, one sensor circuit 510 is provided for a plurality of lower electrodes 504. Note that the sensor circuit 510 may be integrated and formed below the insulating layer 502 over the semiconductor substrate 501.
1, it may be formed in a region where the sensor element is not arranged. In addition, the sensor circuit 510 may be prepared other than the semiconductor substrate 501.

【0010】以下、それら複数のセンサ素子からなる表
面形状認識用センサの動作について説明する。突起50
6aが対象物に触れることで保護膜506が変形する
と、同時に上部電極505も変形する。この結果、下部
電極504と上部電極505との距離が変化し、その間
の容量Cfも変化する。そして、その容量変化をセンサ
回路510が電気信号として検出し、その値がしきい値
以上となったらその突起506a部分が変形されたもの
と検知でき、結果として、対象物の凹凸を検出すること
ができる。
The operation of the surface shape recognition sensor composed of the plurality of sensor elements will be described below. Protrusion 50
When the protective film 506 is deformed due to the 6a touching the target, the upper electrode 505 is also deformed at the same time. As a result, the distance between the lower electrode 504 and the upper electrode 505 changes, and the capacitance Cf therebetween also changes. Then, the sensor circuit 510 detects the change in capacitance as an electric signal, and when the value becomes equal to or larger than the threshold value, the protrusion 506a can be detected as being deformed, and as a result, the unevenness of the object can be detected. Can be.

【0011】ここで、指先の指紋は皮膚の凹凸により形
成されているので、保護膜506に指を接触させた場
合、指紋を形成している突部に突起506aが触れた場
合と、凹部に突起506aが触れた場合とで、突起50
6aの部分の変形量が異なることになる。そして、この
変形量の違いは下部電極504と上部電極505との間
の距離の違いとなり、結果として、容量の違いとして検
出されることになる。したがって、複数配列されたセン
サ素子それぞれの異なる容量の分布を、しきい値を境に
判別して検出していけば、それは指紋の突部の形状とな
る。すなわち、この容量型の表面形状認識用センサによ
り、皮膚の微細な凹凸状態を検知することができる。
Here, since the fingerprint of the fingertip is formed by the unevenness of the skin, when the finger is brought into contact with the protective film 506, when the projection 506a touches the protrusion forming the fingerprint, and when the finger is in contact with the concave portion. When the protrusion 506a touches, the protrusion 50
The amount of deformation of the portion 6a is different. This difference in the amount of deformation results in a difference in the distance between the lower electrode 504 and the upper electrode 505, and as a result, the difference is detected as a difference in capacitance. Therefore, if the distribution of different capacities of each of the plurality of arrayed sensor elements is determined and detected using the threshold as a boundary, it becomes the shape of the protrusion of the fingerprint. That is, the capacitive surface shape recognizing sensor can detect the fine unevenness of the skin.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の表面形状認識用センサでは、製造バラツキのた
めに、センサ素子の初期容量値が設計値と異なって製造
される場合がある。特に、図5に示した支持部材503
の高さが設計値と異なり易く、下部電極504と上部電
極505との無変形時の間隔が、設計値より大きく異な
ってしまうときがある。このように、無変形時の下部電
極504と上部電極505との間隔が設計値と異なる
と、対象物に接触することで上部電極505が変形して
も、その容量変化が設定されているしきい値以上となら
ず、センサ回路510の出力では、上部電極505が変
形していないものと検知されてしまう場合がある。これ
では、対象物の形状を誤認識してしまう。
However, in the above-mentioned conventional surface shape recognition sensor, the initial capacitance value of the sensor element may be manufactured differently from the design value due to manufacturing variations. In particular, the support member 503 shown in FIG.
Of the lower electrode 504 and the upper electrode 505 when they are not deformed may be significantly different from the design value. As described above, when the distance between the lower electrode 504 and the upper electrode 505 at the time of no deformation is different from the design value, the capacitance change is set even if the upper electrode 505 is deformed due to contact with an object. If the threshold value is not exceeded, the output of the sensor circuit 510 may detect that the upper electrode 505 is not deformed. In this case, the shape of the object is erroneously recognized.

【0013】そして、多数のセンサ素子により表面形状
を認識するため、センサ素子のばらつきも小さく抑える
必要がある。特に指紋のように微小な凹凸を検出しよう
とする場合、上部電極505の変形量差が小さいため、
検出できる容量差も小さい。従って、各センサ素子間の
バラツキが大きいと、上部電極505の変形量が同一で
あっても、あるセンサ素子では容量変化がしきい値を越
えず、あるセンサ素子では容量変化がしきい値を越える
という場合が発生してしまう。これでは、指紋パターン
の検出精度を低下させてしまい、場合によっては、検出
できなくなる。
[0013] Since the surface shape is recognized by a large number of sensor elements, it is necessary to suppress variations in the sensor elements. In particular, when detecting minute unevenness such as a fingerprint, the difference in the amount of deformation of the upper electrode 505 is small.
The capacity difference that can be detected is also small. Therefore, if the variation between the sensor elements is large, even if the deformation amount of the upper electrode 505 is the same, the capacitance change does not exceed the threshold value for a certain sensor element, and the capacitance change does not exceed the threshold value for a certain sensor element. In some cases, it will exceed. In this case, the detection accuracy of the fingerprint pattern is reduced, and in some cases, the fingerprint pattern cannot be detected.

【0014】この発明は、以上のような問題点を解消す
るためになされたものであり、指紋のような微小な凹凸
を精度よく検出できるようにすることを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and has as its object to enable the detection of minute irregularities such as fingerprints with high accuracy.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】この発明の表面形状認識
用センサは、基板上の同一平面上にそれぞれが絶縁分離
されて配置された複数の下部電極と、その下部電極上に
離間して対向配置された上部電極と、基板上に下部電極
毎に下部電極とは離間して配置されて上部電極を支持す
る支持部材と、下部電極と支持部材との間に下部電極毎
に基板上に下部電極および支持部材とは離間して下部電
極毎に配置された参照電極と、基板上に形成され、上部
電極と下部電極との間の第1の容量と上部電極と参照電
極との間の第2の容量との差を検出するセンサ回路とを
備え、一対の下部電極および参照電極に対して一個のセ
ンサ回路が備えられ、上部電極は、下部電極それぞれの
上で支持部材を支点に、下部電極方向に変形可能に形成
されまた、下部電極は、基板上に絶縁層を介して配置さ
れ、センサ回路は、絶縁層下の基板上に集積されて形成
されている状態とした。すなわち、上部電極が変形した
とき、第1の容量は第2の容量に比較して大きく変化す
る。また、下部電極と参照電極は、上部電極に対向する
面の面積が同一に形成されているようにした。この結
果、上部電極の変形による第1の容量の変化および第2
の容量の変化の初期値が同一になる。また、参照電極
は、下部電極周囲を囲うように形成されているようにし
た。この結果、下部電極と参照電極の面積を同一にしや
すい。また、下部電極は、マトリクス状に複数配置され
ているようにしたので、平面的に形状認識がされる。ま
た、支持部材は格子状に形成されてそのマスの中央部に
下部電極が配置されているようにしたので、上部電極の
支持が安定する
According to the present invention, there is provided a sensor for recognizing a surface shape, comprising: a plurality of lower electrodes, each of which is insulated and separated on the same plane on a substrate; An upper electrode disposed on the substrate, a lower electrode disposed on the substrate for each lower electrode, a supporting member for supporting the upper electrode, and a lower electrode disposed on the substrate for each lower electrode between the lower electrode and the supporting member. The electrode and the support member are spaced apart from each other by a reference electrode arranged for each lower electrode, and a first capacitor formed on the substrate, between the upper electrode and the lower electrode, and a first capacitor between the upper electrode and the reference electrode. A sensor circuit for detecting a difference from the capacitance of the second electrode, one sensor circuit is provided for a pair of the lower electrode and the reference electrode, and the upper electrode is provided on a support member on each of the lower electrodes, is deformably formed in the electrode direction also, the lower electrode It is arranged through an insulating layer on a substrate
The sensor circuit is integrated and formed on the substrate under the insulating layer
It was in the state that has been. That is, when the upper electrode is deformed, the first capacitance greatly changes as compared with the second capacitance. In addition, the lower electrode and the reference electrode are formed so that the area of the surface facing the upper electrode is the same. As a result, the change in the first capacitance due to the deformation of the upper electrode and the change in the second capacitance
Have the same initial value of the change in capacitance. Further, the reference electrode was formed so as to surround the lower electrode. As a result, it is easy to make the areas of the lower electrode and the reference electrode the same. In addition, since a plurality of lower electrodes are arranged in a matrix, the shape can be recognized in a planar manner. Further, since the support member is formed in a lattice shape and the lower electrode is arranged at the center of the mass, the support of the upper electrode is stabilized .

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下この発明の実施の形態を図を
参照して説明する。図1は、この発明の実施の形態にお
ける表面形状認識用センサの一部構成を示す断面図、お
よび等価回路である。この実施の形態における表面形状
認識用センサは、図1に示すように、半導体基板101
上に絶縁層102を介し、格子状に導電性材料からなる
支持部材103が形成されている。そして、その支持部
材103で囲われた各格子(マス)の中央部の絶縁層1
02上には、下部電極104が支持部材103とは離間
して形成されている。また、支持部材103上には、上
部電極105が形成されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a partial configuration of a surface shape recognition sensor according to an embodiment of the present invention, and an equivalent circuit. As shown in FIG. 1, a sensor for surface shape recognition according to this embodiment
A support member 103 made of a conductive material is formed in a lattice shape with an insulating layer 102 interposed therebetween. The insulating layer 1 at the center of each grid (mass) surrounded by the support member 103
On lower surface 02, lower electrode 104 is formed apart from support member 103. An upper electrode 105 is formed on the support member 103.

【0017】この上部電極105は、下部電極104と
は所定距離だけ離れて形成され、下部電極104と上部
電極105とで容量Cfが形成されている。 そして、
この表面形状認識用センサは、突起106aを有した保
護膜106が上部電極105上に形成されている。ま
た、下部電極104上の領域に配置されるように、その
突起106aは形成されている。そして、この実施の形
態では、下部電極104の周囲を囲うように、下部電極
104および支持部材103とは離間して、絶縁層10
2上に参照電極104aを配置するようにした。
The upper electrode 105 is formed at a predetermined distance from the lower electrode 104, and the lower electrode 104 and the upper electrode 105 form a capacitance Cf. And
In this surface shape recognition sensor, a protective film 106 having a protrusion 106 a is formed on the upper electrode 105. Further, the protrusion 106a is formed so as to be arranged in a region on the lower electrode 104. In this embodiment, the lower electrode 104 and the supporting member 103 are separated from each other so as to surround the periphery of the lower electrode 104.
The reference electrode 104a is arranged on the second electrode.

【0018】また、この実施の形態では、上部電極10
5および下部電極104の間の容量Cfと、上部電極1
05および参照電極104aの間の容量Crとの差を、
センサ回路110により検出するようにした。その容量
とセンサ回路110との等価回路は、図1(b)に示す
ようになる。また、図2に示すように、支持部材103
は格子状に形成され、そのマスの中央部それぞれに、下
部電極104および参照電極104aが形成されてマト
リクス状に配置されている。すなわち、この表面形状認
識用センサは、下部電極104および参照電極104a
と、その上部にある上部電極105とからなるセンサ素
子複数から構成されているものである。
In this embodiment, the upper electrode 10
5 and the capacitance Cf between the lower electrode 104 and the upper electrode 1
05 and the reference electrode 104a,
The detection is performed by the sensor circuit 110. FIG. 1B shows an equivalent circuit of the capacitance and the sensor circuit 110. Further, as shown in FIG.
Are formed in a lattice shape, and a lower electrode 104 and a reference electrode 104a are formed at respective central portions of the cells, and are arranged in a matrix. That is, the surface shape recognition sensor is composed of the lower electrode 104 and the reference electrode 104a.
, And an upper electrode 105 on the sensor element.

【0019】そして、たとえば、1個の下部電極104
および参照電極104aに対して1個のセンサ回路11
0が備えられている。また、複数個の下部電極104お
よび参照電極104aに対して、1個のセンサ回路11
0が備えられている場合もある。なお、センサ回路11
0は、半導体基板101上の絶縁層102下に集積され
て形成されていてもよく、また、半導体基板101の、
センサ素子が配置されていない領域に形成されていても
よい。なお、図1には示していないが、各電極とセンサ
回路との接続などのための配線構造が、半導体基板10
1上に配置されている。
Then, for example, one lower electrode 104
And one sensor circuit 11 for the reference electrode 104a.
0 is provided. Also, one sensor circuit 11 is provided for the plurality of lower electrodes 104 and the reference electrode 104a.
0 may be provided. The sensor circuit 11
0 may be integrated and formed below the insulating layer 102 on the semiconductor substrate 101.
It may be formed in a region where the sensor element is not arranged . Contact name is not shown in FIG. 1, the wiring structure for such connection between the electrodes and the sensor circuit, the semiconductor substrate 10
1.

【0020】以下、この実施の形態における複数のセン
サ素子からなる表面形状認識用センサの動作について説
明する。図3に示すように、突起106aが対象物に触
れることで保護膜106が変形すると、同時に上部電極
105も変形する。この結果、下部電極104と上部電
極105との距離が変化し、その間の容量Cfが変化す
る。同時に、参照電極104aと上部電極105との距
離が変化し、その間の容量Crも変化する。このとき、
図3から明らかなように、支持部材103近傍では、上
部電極105の変化量は小さい。すなわち、下部電極1
04と上部電極105との距離の変化に比較して、参照
電極104aと上部電極105との距離の変化は小さ
い。
The operation of the surface shape recognition sensor including a plurality of sensor elements according to this embodiment will be described below. As shown in FIG. 3, when the protective film 106 is deformed by the protrusion 106a touching the object, the upper electrode 105 is simultaneously deformed. As a result, the distance between the lower electrode 104 and the upper electrode 105 changes, and the capacitance Cf therebetween changes. At the same time, the distance between the reference electrode 104a and the upper electrode 105 changes, and the capacitance Cr between them also changes. At this time,
As is clear from FIG. 3, the change amount of the upper electrode 105 is small near the support member 103. That is, the lower electrode 1
The change in the distance between the reference electrode 104a and the upper electrode 105 is smaller than the change in the distance between the reference electrode 104a and the upper electrode 105.

【0021】従って、突起106aが対象物に触れたと
きの突起部106a下部の上部電極105の部分(上部
電極中央部)の下部電極104方向への移動量に対し、
容量Cfと容量Crは、それぞれ図4に示すように変化
する。そして、参照電極104aの表面積を下部電極1
04の表面積と同一にしておけば、図4に示すように、
容量Cfと容量Crの初期値を等しくすることができ
る。ここで、図4に示した容量Cfの変化と容量Crの
変化との間の関係は、支持部材103の高さ(厚さ)に
関わらない。従って、センサ回路110により、それら
の差を検出するようにすれば、支持部材103の高さが
変化しても、その検出結果は一定となる。言い換える
と、容量Crを基準として容量Cfの大小を検出するよ
うにすれば、その絶対値の変化は、センサ回路110の
検出結果に影響を与えない。
Therefore, the amount of movement of the portion of the upper electrode 105 below the protrusion 106a (the center of the upper electrode) in the direction of the lower electrode 104 when the protrusion 106a touches the object is:
The capacitance Cf and the capacitance Cr change as shown in FIG. Then, the surface area of the reference electrode 104 a is
If the surface area is the same as that of the surface area No. 04, as shown in FIG.
The initial values of the capacitance Cf and the capacitance Cr can be made equal. Here, the relationship between the change in the capacitance Cf and the change in the capacitance Cr shown in FIG. 4 does not depend on the height (thickness) of the support member 103. Therefore, if the difference is detected by the sensor circuit 110, the detection result becomes constant even if the height of the support member 103 changes. In other words, if the magnitude of the capacitance Cf is detected based on the capacitance Cr, the change in the absolute value does not affect the detection result of the sensor circuit 110.

【0022】以上のことにより、その容量変化の差をセ
ンサ回路110が電気信号として検出し、その値がしき
い値以上となったらその突起106a部分が変形された
ものと検知でき、結果として、対象物の凹凸を検出する
ことができる。ここで、指先の指紋は皮膚の凹凸により
形成されているので、保護膜106に指を接触させた場
合、指紋を形成している突部に突起106aが触れた場
合と、凹部に突起106aが触れた場合とで、突起10
6aの部分の変形量が異なることになる。そして、この
変形量の違いは、上述した容量変化の差の違いとして検
出されることになる。
As described above, the sensor circuit 110 detects the difference in the capacitance change as an electric signal, and when the value exceeds the threshold value, it is possible to detect that the projection 106a is deformed. Irregularities of the object can be detected. Here, since the fingerprint of the fingertip is formed by the unevenness of the skin, when the finger contacts the protective film 106, the protrusion 106a touches the protrusion forming the fingerprint, and the protrusion 106a When touched, protrusion 10
The amount of deformation of the portion 6a is different. Then, the difference in the amount of deformation is detected as the difference in the above-described difference in capacitance change.

【0023】したがって、複数配列されたセンサ素子そ
れぞれの異なる検出結果の分布を、たとえば、しきい値
を境に判別して検出していけば、それは指紋の突部の形
状を示すものとなる。すなわち、この実施の形態の容量
型の表面形状認識用センサにより、皮膚の微細な凹凸状
態を検知することができる。そして、この実施の形態の
表面形状認識用センサによれば、支持部材の高さに製造
バラツキがあっても、センサ回路110の検出結果には
それが影響しないので、対象物の形状を誤認識してしま
うことがない。また、複数のセンサ素子それぞれの検出
結果に、バラツキがほとんどない状態とできるので、た
とえば指紋検出の場合、指紋パターンの検出精度を向上
させることができる。
Therefore, if the distribution of the different detection results of each of the plurality of arrayed sensor elements is detected and determined, for example, using the threshold as a boundary, it indicates the shape of the projection of the fingerprint. That is, the capacitance type surface shape recognition sensor according to the present embodiment can detect the fine unevenness of the skin. According to the surface shape recognizing sensor of this embodiment, even if there is a manufacturing variation in the height of the support member, it does not affect the detection result of the sensor circuit 110, so that the shape of the object is erroneously recognized. I won't. In addition, since the detection results of the plurality of sensor elements can be made to have almost no variation, for example, in the case of fingerprint detection, the accuracy of fingerprint pattern detection can be improved.

【0024】ところで、上記実施の形態では、1つのセ
ンサ素子において、参照電極を下部電極の周囲を囲うよ
うなリング状の一体構造としたが、これに限るものでは
ない。1つのセンサ素子において、下部電極の周囲に複
数分割された状態の参照電極を配置するようにしても、
上述の実施の形態と同様である。また、1つのセンサ素
子において、支持部材と下部電極の間の一箇所に、たと
えば矩形状の参照電極を1つ配置するようにしても、上
述の実施の形態と同様である。この場合、下部電極毎に
参照電極を複数備え、上部電極と複数の参照電極との間
の複数容量と上部電極と下部電極の容量とを比較するよ
うにしてもよい。また、上記実施の形態では、上部電極
上に突起を備えた保護膜を配置するようにしたが、これ
に限るものではない。上部電極上に平坦な保護膜を配置
するようにしてもよい。また、上部電極に、耐腐食性を
有する金属材料を用いるようにすれば、上部電極上に保
護膜を配置しなくてもよい。
By the way, in the above embodiment, in one sensor element, the reference electrode has a ring-shaped integral structure surrounding the lower electrode, but is not limited to this. In one sensor element, a plurality of divided reference electrodes may be arranged around the lower electrode.
This is the same as the above embodiment. Further, even if one rectangular reference electrode is disposed at one position between the support member and the lower electrode in one sensor element, the same as in the above-described embodiment. In this case, a plurality of reference electrodes may be provided for each lower electrode, and a plurality of capacitances between the upper electrode and the plurality of reference electrodes may be compared with the capacitances of the upper electrode and the lower electrode. Further, in the above embodiment, the protective film having the protrusion is arranged on the upper electrode, but the present invention is not limited to this. A flat protective film may be arranged on the upper electrode. Further, if a metal material having corrosion resistance is used for the upper electrode, it is not necessary to dispose a protective film on the upper electrode.

【0025】[0025]

【発明の効果】以上説明したように、この発明では、基
板上の同一平面上にそれぞれが絶縁分離されて配置され
た複数の下部電極と、その下部電極上に離間して対向配
置された上部電極と、基板上に下部電極毎に下部電極と
は離間して配置されて上部電極を支持する支持部材と、
下部電極と支持部材との間に下部電極毎に基板上に下部
電極および支持部材とは離間して配置された参照電極
と、上部電極と下部電極との間の第1の容量と上部電極
と参照電極との間の第2の容量との差を検出するセンサ
回路とを備え、上部電極は、下部電極それぞれの上で支
持部材を支点に、下部電極方向に変形可能に形成されて
いる状態とした。
As described above, according to the present invention, a plurality of lower electrodes, each of which is insulated and separated on the same plane on the substrate, and the upper electrode, which is spaced apart and opposed on the lower electrode, is provided. An electrode, and a supporting member that is disposed separately from the lower electrode for each lower electrode on the substrate and supports the upper electrode;
A reference electrode disposed between the lower electrode and the support member on the substrate for each lower electrode, with the lower electrode and the support member being separated from each other; a first capacitor between the upper electrode and the lower electrode; A sensor circuit for detecting a difference between the reference electrode and the second capacitor, wherein the upper electrode is formed on each of the lower electrodes so as to be deformable in the direction of the lower electrode with a support member serving as a fulcrum. And

【0026】すなわち、上部電極が変形したとき、第1
の容量は第2の容量に比較して大きく変化する。この結
果、この発明によれば、センサ回路によりそれらの差を
検出しているので、支持部材の高さが変化してもその検
出結果は一定となり、複数の下部電極によるそれぞれの
検出結果が、再現性よくほとんどバラツキのない状態で
得られるようになる。この結果、この発明によれば、指
紋のような微小な凹凸を、より精度よく検出できるよう
になる。また、上記のことに加え、下部電極と参照電極
は上部電極に対向する面の面積が同一に形成されている
ようにした。この結果、上部電極の変形による下部電極
と上部電極との間の容量変化および参照電極と上部電極
との間の容量変化の初期値が同一になり、第1の容量と
第2の容量との差を、より容易に検出できるようにな
る。
That is, when the upper electrode is deformed, the first
Of the first capacitor greatly changes as compared with the second capacitor. As a result, according to the present invention, since the difference between them is detected by the sensor circuit, the detection result is constant even if the height of the support member changes, and the detection results by the plurality of lower electrodes are It can be obtained with good reproducibility and almost no variation. As a result, according to the present invention, minute irregularities such as fingerprints can be detected with higher accuracy. Further, in addition to the above, the lower electrode and the reference electrode have the same area on the surface facing the upper electrode. As a result, the initial values of the change in capacitance between the lower electrode and the upper electrode and the change in capacitance between the reference electrode and the upper electrode due to the deformation of the upper electrode become the same, and the difference between the first capacitance and the second capacitance. Differences can be more easily detected.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 この発明の実施の形態における表面形状認識
用センサの一部構成を示す断面図、および等価回路であ
る。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a partial configuration of a surface shape recognition sensor according to an embodiment of the present invention, and an equivalent circuit.

【図2】 この発明の実施の形態における表面形状認識
用センサの一部構成を示す平面図である。
FIG. 2 is a plan view showing a partial configuration of the surface shape recognition sensor according to the embodiment of the present invention.

【図3】 この発明の実施の形態における表面形状認識
用センサが変形したときの一部構成を示す断面図であ
る。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a partial configuration when the surface shape recognition sensor according to the embodiment of the present invention is deformed.

【図4】 容量Cfと容量Crのそれぞれの示す特性図
である。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing each of a capacitance Cf and a capacitance Cr.

【図5】 従来よりある容量型の表面形状認識用センサ
の一部構成を示す断面図、および等価回路である。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a partial configuration of a conventional capacitive surface shape recognition sensor and an equivalent circuit.

【図6】 従来よりある容量型の表面形状認識用センサ
の一部構成を示す平面図である。
FIG. 6 is a plan view showing a partial configuration of a conventional capacitive surface shape recognition sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101…半導体基板、102…絶縁層、103…支持部
材、104…下部電極、104a…参照電極、105…
上部電極、106…保護膜、106a…突起、110…
センサ回路。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Semiconductor substrate, 102 ... Insulating layer, 103 ... Support member, 104 ... Lower electrode, 104a ... Reference electrode, 105 ...
Upper electrode, 106 ... Protective film, 106a ... Protrusion, 110 ...
Sensor circuit.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−11403(JP,A) 特開 平5−215625(JP,A) 特開 平9−257618(JP,A) 特開 平6−288851(JP,A) 特開 平9−126918(JP,A) 特開 昭58−55732(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 7/28 A61B 5/117 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-6-11403 (JP, A) JP-A-5-215625 (JP, A) JP-A-9-257618 (JP, A) JP-A-6-257618 288851 (JP, A) JP-A-9-126918 (JP, A) JP-A-58-55732 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01B 7/28 A61B 5 / 117

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 基板上の同一平面上にそれぞれが絶縁分
離されて複数配置された複数の下部電極と、 前記下部電極上に離間して対向配置された上部電極と、 前記基板上に前記下部電極毎に前記下部電極とは離間し
て配置されて前記上部電極を支持する支持部材と、 前記下部電極と前記支持部材との間に前記下部電極毎に
前記基板上に前記下部電極および前記支持部材とは離間
して前記下部電極毎に配置された参照電極と、 前記基板上に形成され、前記上部電極と前記下部電極と
の間の第1の容量と前記上部電極と前記参照電極との間
の第2の容量との差を検出するセンサ回路とを備え、一
対の前記下部電極および前記参照電極に対して一個の前
記センサ回路が備えられ、 前記上部電極は、前記下部電極それぞれの上で前記支持
部材を支点に、前記下部電極方向に変形可能に形成され
前記下部電極は、前記基板上に絶縁層を介して配置さ
れ、 前記センサ回路は、前記絶縁層下の基板上に集積されて
形成され ていることを特徴とする表面形状認識用セン
サ。
1. A plurality of lower electrodes, each of which is insulated and separated on the same plane on a substrate, a plurality of lower electrodes, an upper electrode spaced apart and opposed on the lower electrode, and the lower electrode on the substrate. A support member that is disposed apart from the lower electrode for each electrode and supports the upper electrode; and the lower electrode and the support on the substrate for each lower electrode between the lower electrode and the support member. A reference electrode disposed for each of the lower electrodes separated from the member; a first capacitor formed on the substrate, between the upper electrode and the lower electrode; and a first capacitor between the upper electrode and the reference electrode. A sensor circuit for detecting a difference between the second electrode and the second capacitor, wherein one sensor circuit is provided for a pair of the lower electrode and the reference electrode, and the upper electrode is provided on each of the lower electrodes. With the support member as a fulcrum It is deformably formed on the lower electrode direction
The lower electrode is disposed on the substrate via an insulating layer.
The sensor circuit is integrated on a substrate below the insulating layer.
A sensor for surface shape recognition characterized by being formed .
【請求項2】 請求項1記載の表面形状認識用センサに
おいて、 前記下部電極と前記参照電極は、前記上部電極に対向す
る面の面積が同一に形成されていることを特徴とする表
面形状認識用センサ。
2. The surface shape recognition sensor according to claim 1, wherein the lower electrode and the reference electrode have the same surface area facing the upper electrode. For sensors.
【請求項3】 請求項1または2記載の表面形状認識用
センサにおいて、 前記参照電極は、前記下部電極周囲を囲うように形成さ
れていることを特徴とする表面形状認識用センサ。
3. The surface shape recognition sensor according to claim 1, wherein the reference electrode is formed so as to surround a periphery of the lower electrode.
【請求項4】 請求項1〜3いずれか1項記載の表面形
状認識用センサにおいて、 前記下部電極は、マトリクス状に複数配置されているこ
とを特徴とする表面形状認識用センサ。
4. The surface shape recognition sensor according to claim 1, wherein a plurality of the lower electrodes are arranged in a matrix.
【請求項5】 請求項1〜4いずれか1項記載の表面形
状認識用センサにおいて、 前記支持部材は格子状に形成されてそのマスの中央部に
前記下部電極が配置されていることを特徴とする表面形
状認識用センサ。
5. The sensor for recognizing a surface shape according to claim 1, wherein the support member is formed in a lattice shape, and the lower electrode is arranged at a central portion of the mass. Sensor for surface shape recognition.
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