JP3722754B2 - 容量性バイオメトリックセンサ - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、容量性バイオメトリックセンサ、特に指紋センサに関する容量性バイオメトリックセンサは半導体センサチップを有しており、半導体センサチップの活性表面は、識別される人によって触られ得、多くのセンサ電極を有するセンサアレイの形態であり、その多くのセンサ電極は、矩形マトリクスで構成され、センサアレイ全体の上に広がる保護層によって覆われている。そのセンサは、各センサ電極からの電気パルスを用いて、局所的にデジタル化されたグレースケール値を生成し、この場合、これらのグレースケール値は、識別のために、その全体をさらに評価され得る。
【０００２】
このようなセンサは、既に市販されている。
【０００３】
特に、公知のセンサにより、指紋は、確実に読み取られ、評価され得る。例えば、携帯電話またはＰＣ、小切手保証カードおよびクレジットカードの場合、ユーザは、今のところ、依然として、個人暗証番号とパスワードを使用する必要がある場所ではどこでも、将来においてもユーザの指で充分である。この矩形センサアレイは、参照データ記録の製造およびそれぞれの後のチェックの両方に対する識別性能を最適化する。１６０ｍｍ^２未満の面積で、センサは、極めて小さな機器、特にスマートカードにおいても使用され得る。
【０００４】
公知の光学スキャナの状況と比較して、容量性センサは、「写真を撮る」のではなく、センサアレイ上の互いに並んで構成された６５０００センサ電極に実質的に基づいて動作し、センサ電極のそれぞれは、１つのピクセルを表し、指がセンサアレイ上に配置されると、それぞれの場合の皮膚表面とセンサとの間の正確な距離は局所的に測定され、これにより、皮膚構造がマッピングされる。これは、指紋の線とトラフとの間の容量の差分を使用することによって行われ、結果として、指が配置される場合、それぞれの場合の異なった点が、この点の下に配置されたセンサ電極に対する対向電極を形成する。
【０００５】
１００ミリ秒未満の後、センサは、ミリメートル当たり２０の個々の点（インチ当たり５１３ドット）の横方向分解能で、指紋のデジタル化されたグレースケールイメージを生成する。次いで、イメージを処理するソフトウェアは、指紋の特性的特徴（いわゆる、細部）に基づいてグレースケールイメージを評価し、外観、位置および配列を格納する。後のチェックの間、評価アルゴリズムは、既に格納された基準データとセンサイメージを比較する。一般的な用途において、機器のアイテムを活性化するためのセンサチップに対するイネーブル信号は、２つのデータレコードが整合する場合にのみ、生成される。
【０００６】
センサの正しい使用は、センサアレイの平面内の分解能の上述した水平精度だけでなく、この態様で区別され得る個々のピクセルのそれぞれの深さまたはコントラスト分解能によっても、支配される。各ピクセルの８ビットデータ分解能は、２５６グレースケールレベルの範囲を生じ、この文脈においてグレースケール値０は「黒」を表し、グレースケール値２５５は「白」を表す。しかしながら、指紋の実際のグレースケールイメージは、この範囲の全体を決してカバーするものではない。利用可能な局所コントラストの最大値は、実用的かつ実際には、指の線（皮膚の水分）に対応する第１のグレースケール値と、指のトラフ（空気）に対応する第２のグレースケール値との間の最大差によって支配される。しかしながら、通常は、個々のコントラストの分解能の多くの頻度分布は、ヒストグラムの形態で考慮される。２つの突出する最大値（すなわち、一方は皮膚の水分（すなわち水）、他方は空気）間の大きさを、センサの動的分解能と呼ぶ。
【０００７】
今のところ、動的分解能は、センサ上に指を直接的に配置するか、または、同様の接触を含む機械的な支援のいずれかによって決定される。いわゆる「水の線」を測定するためのある適切な態様は、原理的には、センサレイを水で充填することであるが、実用的には、テストスタンプが通常使用される。「空気のライン」は、センサアレイがカバーされない第２の測定において記録されなければならない。
【０００８】
特に、実用的でないセンサチップが、識別し、おそらく、複雑な電気テストによって、フィルタリングすることを意図するのではなく、単に中心機能素子の「動的分解能」をチェックまたは判定することを意図する場合、各個々のセンサチップの動的分解能のチェックは、特に、製造プロセスの最後に実行されるべきである。しかしながら、以前の容量性センサは、動的分解能の判定に関する上述した複雑な態様を用いる必要がある。
【０００９】
本発明の目的は、動的分解能を、容易に、特に接触を伴う任意の外部支援なしに、決定し得るように、始めに述べたタイプの容量性センサを設計することである。
【００１０】
本発明によれば、この目的は、初めに述べたタイプの容量性指紋センサの場合において、その用途で実際に得られ得るグレースケール値の最大コントラスト（センサの動的分解能）を決定するために、誘電体材料からなる少なくとも１つの測定点が、センサアレイ上のセンサ電極のそれぞれの上に配置されることである。
【００１１】
動的分解能の測定に関して、本発明によって設けられた測定点は、任意の機械的接触なしにセンサの品質をチェックするために、センサ特性自身を用いることができる。原理的には、測定点によってカバーされた１つのピクセル自身は、動的分解能を判定するのに充分であり、広大な測定機能は、さらに、測定点の数が増加すると、特に、センサアレイ上に均一に分散された状態で提供される。
【００１２】
さらなる利点は、従属請求項に見出され得る。
【００１３】
本発明は、図面を使用して、例示の実施形態を参照して以下の文章にさらに詳細に説明される。
【００１４】
例示として、図１は、それ自体は公知であるＣＭＯＳ半導体技術を用いて製造されたセンサチップ１を示す。そのセンサチップの活性領域は、矩形センサアレイ２によって規定され、動作の間、識別される指は、その上に配置される。データは、好ましくは、センサチップ１において既にデジタル化され、図示されたフレキシブルリボン３によって、例えば、さらなるデータチップに、特に、画像処理および格納チップに接続され得る。フレキシブルリボン３を使うことにより、フレキシブル回路基板と呼ばれる。センサチップ１は、原理的には、単一のスマートカード上にメモリおよびコンピュータとともに配置され得る。
【００１５】
図１は、また、センサの表面上に配置された微小測定点４を示す。この実施形態において９つの測定点４は、明らかに、センサアレイ２上に良好で均一に分布され得る。原理的は、測定点４によってカバーされたピクセルのグレースケール値と、空気によってのみカバーされたその周囲のピクセルの１つとの間の差から動的分解能が生じる。
【００１６】
図２に示されるように、特定のセンサ電極５と関連する測定点４は、それぞれのセンサ電極５上に正確に配置される。全てのセンサ電極５および６は、例えば、二酸化ケイ素からなる保護層７によって、センサアレイ２の全体の上に公知の態様でカバーされる。センサチップ１の表面に測定点４を配置することは、従来のプロセス技術を用いて実行され得る。測定点４の誘電体材料は、例えば、エッチングおよび後の充填によって、保護層７内にはめ込まれ得る。後続のＣＭＰ（化学機械研磨）工程により、充分な平坦化が生じ、それにより、センサチップ１の封止および機械的負荷容量は、さらなるパシベーション層８によって、後で再生され得る。
【００１７】
ブランクイメージが読まれる場合、センサチップ１は、ここで、空気によってカバーされたピクセルに対するカバーされたピクセルの誘電率を測定する。動的分解能は、図３に示されるヒストグラムのカバーされたピクセルと、他のピクセルとの間の差である。したがって、テストソフトウェアは、真っ先に、画像を読み取る。センサから供給されたデータは、ヒストグラムの形態で表示される。この結果、２つの突出がある。１つめは測定点によってカバーされたピクセルからのものであり、２つめは、空気のみによってカバーされたかなり多くの数のピクセルからのものである。センサの動的分解能は、２つの突出の最大値の間の差から容易に得られる。
【００１８】
図３の「測定点」突出の横方向の位置は、測定点４の実際の容量性特性に依存するため、「水のライン」の位置に必ずしも整合しない。したがって、「測定点」突出の位置から架空の「水のライン」の位置を推論するために、少なくともほぼ整合する結果が生じるように測定点４の材料および構成などを選択できるか、または、シフト要因を経験的に決定することができる。
【００１９】
始めにセンサと接触することなく、本発明によるセンサの動的分解能を決定することができる利点は、以前にこのテストに必要とされたさらなる機構がないことである。したがって、所望でない２次影響、例えば、異なる接点圧力が、また、避けられる。オペレータによる測定の動作は単純化され、以前のテストスタンプ方法では、２つの測定（空気／水）は首尾よく実行される必要がある一方で、この結果、必要とされるのは１回の差測定のみであるので、測定時間はかなり短縮される。
【００２０】
測定点４の数が充分多く、センサアレイ２上に均一に分散されている場合、マイクロメータの範囲になる保護層７の厚さの均一を決定することができる。図３に示されるヒストグラムの広い突出または多くのピークは、保護層７が均一に製造されなかったことを示している。
【００２１】
測定点４は、識別のためのセンサを正確に使用するために、同様に利点がある。評価ソフトウェアは、較正のための測定点４を使用し得る。したがって、個々のコントラスト制御は、センサ電極の電圧レベルを整合することによって、各センサに対して可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明によるセンサの模式的斜視図を示す。
【図２】 図２は、図１に示されるセンサの断面側面図を示す。
【図３】 図３は、本発明によるセンサで記録された測定値のヒストグラムを示す。

Claims (3)

1. 容量性バイオメトリックセンサであって、
   該容量性バイオメトリックセンサは半導体センサチップ（１）を有しており、該半導体センサチップ（１）の活性表面は識別されるべき人によって触れられ得るようになっており、
   該半導体センサチップ（１）は、
   マトリクスに配列された複数のセンサ電極（５、６）を有するセンサアレイ（２）であって、該複数のセンサ電極のそれぞれは、離散的なグレースケール値に対応する容量を測定する、センサアレイ（２）と、
   誘電体材料からなる少なくとも１つの測定点と、
   該センサアレイの該複数のセンサ電極のうちの少なくとも１つを含む第１のグループのセンサ電極（５）であって、該第１のグループの該少なくとも１つのセンサ電極（５）のそれぞれは、該少なくとも１つの測定点の容量を測定することにより第１のグレースケール値を取得し、該第１のグループの該少なくとも１つのセンサ電極によって得られる少なくとも１つの第１のグレースケール値は、第１の基準グレースケール値を決定する、第１のグループのセンサ電極（５）と、
   該センサアレイの該複数のセンサ電極のうち、該第１のグループに含まれない少なくとも１つを含む第２のグループのセンサ電極（６）であって、該第２のグループの該少なくとも１つのセンサ電極（６）のそれぞれは、容量を測定することにより第２のグレースケール値を取得し、該第２のグループの該少なくとも１つのセンサ電極によって得られる少なくとも１つの第２のグレースケール値は、第２の基準グレースケール値を決定する、第２のグループのセンサ電極（６）と、
   該センサアレイ（２）を覆う保護層（７）と
   を備え、
   該第１の基準グレースケール値と該第２の基準グレースケール値との差分に等しい動的分解能が、識別されるべき人が該活性表面に触れる前に決定され得る、容量性センサ。
2. 前記測定点（４）が前記保護層（７）の上面に形成されており、該保護層（７）は、該測定点（４）とともに、前記センサアレイ（２）全体の上に広がるパッシベーション層（８）によって覆われている、請求項１に記載の容量性センサ。
3. 前記測定点（４）が前記センサアレイ（２）上に均一に分散されるように該測定点（４）が配置されている、請求項１または２に記載の容量性センサ。

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