JP4511064B2

JP4511064B2 - Concavity and convexity detection sensor

Info

Publication number: JP4511064B2
Application number: JP2001059967A
Authority: JP
Inventors: 隆一橋戸; 達樹岡本; 行雄佐藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2001-03-05
Filing date: 2001-03-05
Publication date: 2010-07-28
Anticipated expiration: 2021-03-05
Also published as: JP2002257508A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、指紋のような物体の凹凸形状を容量値分布として捉え、その分布を電気的に検出するセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、指紋の凹凸形状を容量値分布として捉えて指紋像を検出するセンサチップがある。かかる検出センサチップは、図１６（ａ）に示すように、指紋を検出する指の表面を接触させるパッド部１１０を有する。そのパッド部１１０において指紋の凹凸を検出するセンサ素子１１２が行、列方向にマトリクス状に配列されている。各センサ素子１１２はドライブ回路１１５により駆動され、センサ素子１１２で検知された凹凸形状の検知結果が検出回路１１６により電気信号として取り出される。なお、以下の説明では、マトリクス状に配されたセンサ素子の一単位を「セル」という。
【０００３】
一つのセンサ素子１１２には例えば図１６（ｂ）に示すように電極であるセンサプレート１０と、アクティブ素子であるトランジスタ１１９とが含まれる。トランジスタ１１９は、ドライブ回路１１５に接続された一の行線１１５ａと検出回路１１６に接続された一の列線１１６ａとにより選択される。
【０００４】
センサ素子１１２は、センサプレート１０と指の表面との間に形成される容量（以下「感知容量」という。）の値の変化により指紋の凹凸を検出する。つまり、図１７に示すように、指１００をチップ表面（パッド部）に載せると、指１００の表面とセンサプレート１０間にはほぼ次式で表される感知容量C_fが生じる。
【数１】

ここで、Ｃ₁はセンサプレート１０とチップ表面との間に形成される容量で一定値をとる。Ｃ_Sは指表面とチップ表面との間に形成される容量で、チップ表面から指表面までの距離によって変化する。なお、センサプレート１０上部は誘電体の保護膜により覆われており、Ｃ₁はその保護膜の厚さ、誘電率、センサプレート１０の面積により決定される。
【０００５】
指紋像は指紋の凹凸であり、凹凸によって指表面とチップ表面までの距離Δdが異なる。一方、指表面とチップ表面間に形成される容量は距離に反比例して大きさが変化する。従って、図１８に示すように感知容量Ｃ_fはΔdに応じてΔＣだけ変化することになるので、このΔＣが測定できれば指紋像を得ることができる。
【０００６】
従来より、ΔＣを測定するのに電荷を用いる方法がある。即ち、図１９に示すように、一定電圧Ｖ_DDを発生する電圧源４６を用いて、各セルの上記感知容量Ｃ_fに電荷Ｑ（＝Ｃ_f・Ｖ_DD）を一度貯め、その後、充電された電荷を検出回路１１６により検出することにより指紋像を得る。なお、電荷の充電動作はドライブ回路１１５により制御される。
【０００７】
前述のように、感知容量Ｃ_fは指紋の凹凸に応じてΔＣだけ変化するので、感知容量Ｃ_fに蓄えられた電荷Ｑは指紋の凹凸に応じた電荷分ΔＱだけ異なることになる。通常、この電荷量の差は小さいため、また出力インピーダンスを下げるという目的も合わせて、最初にセルからの出力が電荷増幅器１１７に入力される。そして、この電荷量の違いを２次元的に測定し、アナログ処理回路１１８によってこの電荷増幅器１１７のアナログ波形を処理することにより指紋像を得ることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図２０に示すようにチップ表面と指表面との間に、水、油、埃などの異物１１０が存在すると、指表面とチップ表面までの距離が異物の大きさ分ｄ₁だけ長くなる。従って、図１８に示すように感知容量Ｃ_fの変化分は、異物が無いときのΔCに比べて、あるときはΔＣ'と非常に小さくなってしまう。従って、通常時より分解能が悪くなってしまうという問題があった。また処理回路によっては常に同じぐらいの信号振幅を必要とするものもあるので、小さい信号振幅では波形を処理できないという問題があった。
【０００９】
さらに、上記問題に対して、センサ素子からの出力信号の振幅を異物のない通常時と同じにするために電荷増幅器１１７のゲインを変化させて信号を増幅していた。しかし、この方法では分解能は向上せず、また、電荷増幅器１１７のゲインをより大きくするためにより広い増幅器の帯域が必要となり、増幅器のコストが増し、センサ全体の製造コストの上昇を招く。
【００１０】
本発明は上記課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、簡易な構成を有し、センサと検知対象物との間に異物が存在する場合であっても精度よく検知対象物の凹凸形状を検出できる凹凸検出センサを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題、すなわち、異物が挿入した際の感度の問題を解決するために、第１の手段として、異物の存在にかかわらずほぼ同様に感知容量を変化させるようにすることが考えられる。即ち、図１２に示すように、異物が存在した場合に使用するモード（モード２）と、異物が存在しない場合に使用するモード（モード１）とを設け、凹凸センサを、異物の有無の状況によって、モード1の曲線からモード2の曲線に特性が変わるような構成にすることが考えられる。
【００１２】
また、第２の手段として、凹凸センサの各セルへ供給する電圧源、電流源などの大きさを異物の有無の状況によって変化させることでセンサからの出力レベルを変化させることが考えられる。
【００１３】
そこで、本発明に係る凹凸センサは以下の構成を有する。
【００１４】
本発明に係る第１の凹凸センサは、複数のセンサ素子がマトリクス状に配置されてなり、各センサ素子は、その各センサ素子と検知対象物間に形成される静電容量を検知し、その検知した静電容量に基いて検知対象物の凹凸形状を検出する凹凸検出センサである。各センサ素子は、出力信号線に接続され、検知対象物との間で静電容量を形成する第１の感知電極と、検知対象物との間で静電容量を形成する第２の感知電極と、所定の条件下において第２の感知電極を第１の感知電極と並列になるように、出力信号線に接続する切替手段とを含み、切替手段は、出力信号線上の出力信号の値が所定値より小さいときに第２の感知電極を出力信号線に電気的に接続し、出力信号の値が所定値以上の場合は第２の感知電極と出力信号線とを電気的に遮断する。
【００１５】
各センサ素子において、第１及び第２の感知電極のそれぞれに誘電膜を介して対向する第３及び第４の感知電極を設けてもよい。このとき、第３及び第４の感知電極は第１及び第２の感知電極よりも検知対象物側に配置される。
【００１６】
また、第３及び第４の感知電極を一体として構成してもよい。
【００１８】
本発明に係る第２の凹凸センサは、複数のセンサ素子がマトリクス状に配置されてなり、各センサ素子において検知対象物によって形成される静電容量に電荷を充電し、充電された電荷量により検知対象物の凹凸形状を検出するセンサであって、任意に出力電圧が変えられ、前記各センサ素子において形成された静電容量に電荷を充電するための電圧を供給する可変電源と、センサ素子に充電された電荷量に応じた出力信号を検出する検出手段と、検出手段により検出されたセンサ素子からの出力信号のレベルを判定し、そのレベルにしたがい可変電源の出力電圧を切替える制御手段とを備える。
【００１９】
本発明に係る第３の凹凸センサは、複数のセンサ素子がマトリクス状に配置されてなり、各センサ素子はその各センサ素子と検知対象物間に形成される静電容量を検知し、その検知した静電容量に基いて検知対象物の凹凸形状を検出する凹凸検出センサである。各センサ素子は、検知対象物により形成された静電容量と、駆動電圧とによって決定される電流を導通させる電流手段を有し、凹凸検出センサは、各センサの電流手段に駆動電圧を供給する可変電源と、電流手段からの電流値を判定し、該電流値にしたがい可変電源の出力電圧を切替える制御手段とを備える。
【００２０】
本発明に係る第４の凹凸センサは、複数のセンサ素子がマトリクス状に配置されてなり、各センサ素子はその各センサ素子と検知対象物間に形成される静電容量を検知し、その検知した静電容量に基いて検知対象物の凹凸形状を検出する凹凸検出センサである。各センサ素子は、センサ素子により検知された静電容量に応じて導通させる電流値を変化させる第１の電流手段と、センサ素子により検知された静電容量に応じて導通させる電流値を変化させ、第１の電流手段と並列に接続され得る第２の電流手段と、第1及び第２の電流手段からの電流を取り出すため、それらの電流手段と接続される出力信号線と、所定の制御信号を受けて出力信号線と第２の電流手段との間を電気的に接続又は遮断するスイッチ手段とを有する。さらに、凹凸検出センサは、出力信号線を流れる電流値を判定し、電流値が所定値より小さいときに第２の電流手段と出力信号線との間の電気的接続を遮断するように制御信号をスイッチ手段に出力する判定手段を備える。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照し、本発明の凹凸センサの実施形態を説明する。
【００２２】
実施の形態1．
本発明の凹凸センサはマトリクス状に配置された複数のセンサ素子（この単位を「セル」という。）からなる。図１に、１つのセンサ素子すなわちセルにおける構成の一部を示す。図１に示すように、凹凸センサの１つのセルは、一つの切替回路２５と、導電体からなる２つのセンサプレート２１ａ、２１ｂとを含む。センサプレート２１ａ、２１ｂの上部には誘電体の保護膜３１を介して、それらとほぼ同じ大きさの導電体のセンサプレート２３ａ、２３ｂが、センサプレート２１ａ、２１ｂに対向してそれぞれ設けられている。切替回路２５はセンサプレート２１ａ、２１ｂと出力信号線２６とを接続する。このとき、センサプレート２１ａと出力信号線２６とは常時接続されているが、センサプレート２１ｂと出力信号線２６とは切替回路２５により接続／遮断が切替えられるようになっている。すなわち、切替回路２５は、出力信号線２６に対してセンサプレート２１ｂをセンサプレ−ト２１ａに並列に接続したり、その接続を遮断したりする。
【００２３】
図２は、上記のセル（センサ素子）をマトリクス状に配置した凹凸センサの全体構成を説明した図である。凹凸検出センサは、指紋を検出する指の表面を接触させるパッド部１０において、センサ素子１２が行、列方向にマトリクス状に配列されている。各センサ素子１２はドライブ回路４２により駆動され、センサ素子１２で検知された凹凸形状の検知結果が検出回路４１により電気信号として取り出される。
【００２４】
一つのセンサ素子１２には例えば図３（ａ）、（ｂ）に示すように電極部２０と、アクティブ素子であるトランジスタ１９とが含まれる。トランジスタ１９は、ドライブ回路４２に接続された一の行線４２ａと検出回路４１に接続された一の列線４１ａとにより一の電極部２０を選択する。電極部２０には例えば図１、図２に示すセンサプレート２１ａ、２１ｂ、２３ａ、２３ｂ及び切替回路２５が含まれる。
【００２５】
なお、保護膜３１の厚さに比べてセルに用いるプレート２１ａ…の縦横寸法が十分小さい場合は、図１に示すようにセンサプレート２３ａ、２３ｂを設けるのがより高い検出精度を得る上で好ましいが、一般的には、保護膜３１の厚さに比べてセルに用いるプレート２１ａ…の縦横寸法が十分大きいので、上部の導電体のプレート２３ａ、２３ｂを設けなくても同様の効果が得られる。即ち、図４に示すように、図１の構成から、上部に設けたセンサプレート２３ａ、２３ｂを除いた構成としてもよい。
【００２６】
図１に示す構成の凹凸センサの動作を説明する。
ここで、説明の簡単化のために各センサプレート２１ａ、２１ｂ、２３ａ、２３ｂはそれぞれ同じ面積を持つとする。つまり、各センサプレート２１ａ、２１ｂ、２３ａ、２３ｂの容量を各々Ｃ₁、Ｃ₂、Ｃ_S1、Ｃ_S2とすると、Ｃ₁＝Ｃ₂＝Ｃ_S1＝Ｃ_S2＝Ｃとなる。
【００２７】
まず、異物が存在しない時は図５に示すように切替回路２５のスイッチを制御し、センサプレート２１ｂと出力信号線２６との接続を遮断する。このとき、セルにおいて、センサプレート２１ａと、それと対向のセンサプレート２３ａとがセンサ電極として使用され、センサプレート２１ｂ、２３ｂはセンサ電極として使用されない。すなわち、センサプレート２１ａ、２３ａと指１００の表面との間にできる感知容量Ｃ_fはほぼ次式で表される。
【数２】

【００２８】
一方、異物が存在する場合は、図６に示すように切替回路２５のスイッチを制御し、センサプレート２１ｂと出力信号線２６を接続する。このとき、セルにおいて、センサプレート２１ａ、２３ａとともに、センサプレート２１ｂ、２３ｂもセンサ電極として使用される。つまり、二つのセンサプレート２１ａと２１ｂは、一つのセンサプレートとして動作する。故に、感知容量Ｃ_fはほぼ次式の値をとる。
【数３】

このように、切替回路２５でセンサプレート２１ｂの接続を切替えることにより、感知容量を変更することができる。
【００２９】
図７に感知容量Ｃ_fの特性を示す。図７は１セルあたり２つのセンサプレートを含む場合の感知容量の特性を示しており、モード1の曲線はセンサプレートを1つのみ使用する場合の容量変化を、モード2の曲線はセンサプレートを２つ並列に接続して使用する場合の容量変化を示した図である。ここではd₀＝500nmとしたので500ｎｍから容量が変化する。この図より切替回路２５のスイッチをオンすることでモード1からモード2の特性に移行できるのがわかる。つまり、モード１を異物が存在しない通常状態での検出時に使用し、モード２を異物が存在する場合の検出時に使用することで、異物が存在する場合であっても高い検出感度を維持でき、検出時の分解能を向上できる。
【００３０】
例えば、異物の大きさを200nmとすると、モード１のままだとＣ_f≦８fFの範囲でしか出力できないが、モード2に切替えることでＣ_f≦１７fFの範囲で出力できるようになる。
【００３１】
以上のように、検出状況に応じて、セル中のセンサプレート数を切替えて容量変化特性を切替えることにより、検出能力の分解能が改善され、また、出力変化も増幅できる。なお、異物の存在の判定は、例えば、センサにより検出された検出値を所定値と比較し、検出値が所定値より小さい場合に異物が存在していると判断することにより可能である。
【００３２】
実施の形態２．
図８に本発明に係る凹凸センサの別の実施形態を示す。図８に示す例では、図１に示す構成において、上部に設けた２つのセンサプレート２３ａ、２３ｂを一体とした１つのセンサプレート２３ｃを設けている。
【００３３】
このように構成された凹凸センサの動作を以下に説明する。
説明の簡単化のために二つのセンサプレート２１ａ、２１ｂは同じ面積を持つとする。従って、センサプレート２１ａ、２１ｂとプレート２３ｃ間に形成される容量をそれぞれC₁、C₂とすると、C₁＝C₂（≡C/2）となる。
【００３４】
異物が存在しないときは、図９に示すように切替回路２５のスイッチをオフにする。この場合、センサプレート２１ｂは切り離され、センサプレート２１ａのみが検出動作に寄与することになる。よって、センサプレートと指表面の間にできる感知容量C_fはほぼ次式で表される。
【数４】

【００３５】
次に異物が存在する時は図１０に示すように切替回路２５のスイッチをオンにする。すると二つのセンサプレート２１ａ、２１ｂは等価的に一つのセンサプレートと同じ働きをするので、感知容量はほぼ次式の値をとる。
【数５】

このように、切替回路２５でセンサプレート２１ｂの接続を切替えることにより、感知容量を変更することができる。
【００３６】
図１１に本実施形態での感知容量の特性を示す。ここではd₀＝500nmとしたので図のように500ｎｍから容量が変化する。また、センサプレートの個数は１セルあたり３つとし、モード1は1つのセンサプレートのみを使用したときの容量変化、モード2は３つのセンサプレートを使用したときの容量変化を示す曲線である。この図より切替回路２５のスイッチをオンすることでモード1からモード2の特性に移行できるのがわかる。モード１を異物が存在しない通常状態での検出時に使用し、モード２を異物が存在する場合の検出時に使用することで、異物が存在する場合であっても高い検出感度を維持でき、検出時の分解能を向上できる。
【００３７】
例えば異物の大きさが200nmの場合、モード1の場合、C_f≦１２fFの範囲でしか出力できないが、モード２に切り替わることでC_f≦１７fFの範囲で出力できるようになる。従って、分解能が改善され、さらに、出力変化も増幅できることになる。
【００３８】
実施の形態３．
センサプレート上に形成される感知容量の変化により凹凸を検出するセルにおいて、その感知容量を検出する方法として、感知容量Ｃ_fに電荷を充電し、充電された電荷量を測定して感知容量を検出する方法がある。この場合、充電のために各セルに印加する電圧値を変化させることによって蓄える電荷量を変化させることができる。そこで、本実施形態では、指表面とセンサ電極との間に異物が存在すると判断された場合は、通常検出時よりも大きな印加電圧によりセルを充電するようにする。
【００３９】
図１３は、各セルから感知容量を検出するための構成を示した図である。通常時（異物が存在しないとき）においては、スイッチＳ１が閉じて感知容量Ｃ_fに可変電源４５より電圧Ｖ₀が印加される。このとき、充電される電荷量Ｑ₀はＱ₀＝Ｃ_f・Ｖ₀となる。次に、スイッチＳ１が開き、スイッチＳ２が閉じることにより、充電された電荷Ｑ₀に応じて流れる電流Ｉ_D1が検出回路４１により検出される。判定回路４３ａは検出回路４１からの検出結果に基き異物の有無を判定し、異物等が存在していると判定したときは可変電源４５を制御する。可変電源４５は異物等が存在していると判定された場合は、印加電圧をＶ₀からＶ₁（Ｖ₁＞Ｖ₀）に変化させ、その後、この電圧Ｖ₁で感知容量Ｃ_fを充電する。これにより、充電される電荷量はQ₁（＝Ｃ_f・Ｖ₁）となり、Ｖ₁＞Ｖ₀であるため、充電される電荷量が大きくなり（Ｑ₁＞Ｑ₀）、分解能が改善される。
【００４０】
実施の形態４．
感知容量を検出する方法として、容量を電圧に変換する容量電圧変換回路（以下「Ｃ−Ｖ変換回路」という。）を用い、容量を電圧として検出する方法がある。この方法では、Ｃ−Ｖ変換回路から出力される電圧の変化が小さい場合はその信号を増幅する必要がある。そこで、例えば、図１４に示すようにＣ−Ｖ変換回路から出力される電圧の微小電圧変化をＭＯＳトランジスタ４８のゲートに入力して、出力信号を増幅する方法が考えられる。これはＭＯＳトランジスタ４８の流す電流はゲート電圧変化の2乗に比例することを利用したものである。ＭＯＳトランジスタの流す飽和電流I_Dは次式で表される。
【数６】

但し、V_Sは電源電圧、V_Gはゲート電圧、V_thは閾値電圧、βは増幅率である。
【００４１】
この方法では、ＭＯＳトランジスタの流す電流が電源電圧の2乗にも比例していることから、図１４に示すように電源電圧Ｖ_DDを変化させることで出力電圧を変化させることができる。異物が無い時の電源電圧をＶ_Sとすると、ＭＯＳトランジスタの飽和電流はＩ_D＝Ｉ_D0である。判定回路４３ｂは検出回路４１からの検出電流値に基き、検出電流値が所定値よりも小さく異物が存在すると判定したときは、可変電源４５の出力電圧Ｖ_DDの値をＶ_SからＶ_S'（Ｖ_S'＞Ｖ_S）に制御する。このとき、ＭＯＳトランジスタの飽和電流値Ｉ_Dは次式となる。
【数７】

V_S'＞V_Sであることから、出力電流が大きくなり（Ｉ_D'＞Ｉ_D）、分解能が改善される。
【００４２】
実施の形態5．
図１４に示した構成において、異物が存在する場合に、1つのセルにおいて1つ以上のＭＯＳトランジスタを並列に接続させて出力電流値を増やすようにしてもよい。
【００４３】
即ち、図１５に示すように、ＭＯＳトランジスタ４８と並列に追加のＭＯＳトランジスタ４９を設ける。追加のＭＯＳトランジスタ４９はスイッチＳ４を介してＭＯＳトランジスタ４８と並列に接続されたり、切り離されたりする。この接続／切り離しの動作は判定回路４３ｃにより制御される。追加のＭＯＳトランジスタ４９は、そのゲートがＭＯＳトランジスタ４８と同様にＣ−Ｖ変換回路４７の出力に接続され、Ｃ−Ｖ変換回路４７からの出力値に応じて変化する電流を導通させる。
【００４４】
判定回路４３ｃは異物が存在しないと判定した時は、ＭＯＳトランジスタ４８のみを用いるように、ＭＯＳトランジスタ４９を切り離し、これによって、出力電流Ｉ_Dは１つのＭＯＳトランジスタの飽和電流Ｉ_D0の値と等しくなる。一方、異物が存在すると判定した時は、判定回路４３ｃはＭＯＳトランジスタ４９がＭＯＳトランジスタ４８と並列に接続されるように接続を制御し、これにより、出力電流Ｉ_Dは２×Ｉ_D0となる。このように、異物が存在する時に、感知容量に応じた電流を導通させるトランジスタの数を増加させることにより、出力電流を増大させることにより分解能を改善することができる。なお、追加するトランジスタの数は３以上の多数であってもよい。
【００４５】
【発明の効果】
本発明に係る第１の凹凸センサによれば、簡易な構成で状況に応じてセンサ素子の感知容量の変化特性を切替えることが可能であるため、例えば、検知対象物とセンサ素子との間に異物が存在する場合と存在しない場合で切替えることにより、異物が存在するときであっても、凹凸形状検出時の分解能を向上することができる。また、感知電極を検知対象物側に対向して設けてもよく、これにより保護膜の厚さが電極面積に比して大きいときに特に精度よく凹凸の検出が可能となる。
【００４６】
本発明に係る第２の凹凸センサによれば、センサ素子に形成される感知容量に充電することにより凹凸を検出する場合に、充電電圧を状況に応じて切替えることが可能であるため、例えば、検知対象物とセンサ素子との間に異物が存在する場合と存在しない場合で切替えることにより、異物が存在するときであっても、凹凸形状検出時の分解能を向上させることができる。
【００４７】
本発明に係る第３の凹凸センサによれば、センサ素子が感知容量と、駆動電圧とによって決定される電流を導通させる手段を有する場合に、その手段の駆動電圧を状況に応じて切替えることが可能であるため、例えば、検知対象物とセンサ素子との間に異物が存在する場合と存在しない場合で切替えることにより、異物が存在するときであっても、凹凸形状検出時の分解能を向上させることができる。
【００４８】
本発明に係る第４の凹凸センサによれば、凹凸形状検出時に使用する電流手段の数を状況に応じて切替えることが可能であるため、例えば、検知対象物とセンサ素子との間に異物が存在する場合と存在しない場合で切替えることにより、異物が存在するときであっても、凹凸形状検出時の分解能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る凹凸センサの実施の形態１の電極構成を説明した図。
【図２】凹凸センサの全体構成図。
【図３】凹凸センサにおけるセルの構成例を説明した図。
【図４】実施の形態１の凹凸センサの別の電極構成を説明した図。
【図５】実施の形態１の凹凸センサの動作を説明するための図（異物が存在しない場合）。
【図６】実施の形態１の凹凸センサの動作を説明するための図（異物が存在する場合）。
【図７】実施の形態１の凹凸センサの感知容量の特性を示した図。
【図８】本発明に係る凹凸センサの実施の形態２の電極構成を説明した図。
【図９】実施の形態２の凹凸センサの動作を説明するための図（異物が存在しない場合）。
【図１０】実施の形態２の凹凸センサの動作を説明するための図（異物が存在する場合）。
【図１１】実施の形態２の凹凸センサの感知容量の特性を示した図。
【図１２】本発明に係る凹凸センサの考え方を説明するための図。
【図１３】本発明に係る凹凸センサの実施の形態３の構成を説明した図。
【図１４】本発明に係る凹凸センサの実施の形態４の構成を説明した図。
【図１５】本発明に係る凹凸センサの実施の形態５の構成を説明した図。
【図１６】（ａ）従来の凹凸センサの全体構成図、及び、（ｂ）凹凸センサにおけるセルの構成例を説明した図。
【図１７】従来の凹凸センサの動作を説明するための図（異物が存在しない場合）。
【図１８】従来の凹凸センサの感知容量の特性を示した図。
【図１９】従来の凹凸センサの感知容量の検出のための構成を説明した図。
【図２０】従来の凹凸センサの動作を説明するための図（異物が存在する場合）。
【符号の説明】
２１ａ，２１ｂ，２３ａ，２３ｂ，２３ｃセンサプレート、２５切替回路、２６信号線、３１誘電体保護膜、４１検出回路、４２ドライブ回路、４３ａ〜４３ｃ判定回路、４５可変電源、４７Ｃ−Ｖ変換回路４８，４９ＭＯＳトランジスタ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a sensor for detecting an uneven shape of an object such as a fingerprint as a capacitance value distribution and electrically detecting the distribution.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, there is a sensor chip that detects a fingerprint image by capturing the uneven shape of a fingerprint as a capacitance value distribution. As shown in FIG. 16A, the detection sensor chip has a pad portion 110 that contacts the surface of the finger that detects the fingerprint. In the pad portion 110, sensor elements 112 for detecting the unevenness of the fingerprint are arranged in a matrix in the row and column directions. Each sensor element 112 is driven by a drive circuit 115, and the detection result of the concavo-convex shape detected by the sensor element 112 is taken out as an electrical signal by the detection circuit 116. In the following description, one unit of sensor elements arranged in a matrix is referred to as a “cell”.
[0003]
One sensor element 112 includes, for example, a sensor plate 10 that is an electrode and a transistor 119 that is an active element, as shown in FIG. The transistor 119 is selected by one row line 115 a connected to the drive circuit 115 and one column line 116 a connected to the detection circuit 116.
[0004]
The sensor element 112 detects the unevenness of the fingerprint by changing the value of the capacitance (hereinafter referred to as “sensing capacitance”) formed between the sensor plate 10 and the finger surface. That is, as shown in FIG. 17, when the finger 100 is placed on the chip surface (pad portion), a sensing capacitance C _f represented by the following equation is generated between the surface of the finger 100 and the sensor plate 10.
[Expression 1]

Here, C ₁ is a capacitance formed between the sensor plate 10 and the chip surface and takes a constant value. C _S is a capacitance formed between the finger surface and the chip surface, and changes depending on the distance from the chip surface to the finger surface. The upper part of the sensor plate 10 is covered with a dielectric protective film, and C ₁ is determined by the thickness of the protective film, the dielectric constant, and the area of the sensor plate 10.
[0005]
The fingerprint image is the unevenness of the fingerprint, and the distance Δd between the finger surface and the chip surface differs depending on the unevenness. On the other hand, the capacitance formed between the finger surface and the chip surface changes in inverse proportion to the distance. Accordingly, as shown in FIG. 18, the sensing capacitance C _f changes by ΔC in accordance with Δd. Therefore, if this ΔC can be measured, a fingerprint image can be obtained.
[0006]
Conventionally, there is a method of using electric charge to measure ΔC. That is, as shown in FIG. 19, using a voltage source 46 that generates a constant voltage V _DD , the charge Q (= C _f · V _DD ) is once stored in the sensing capacitance C _f of each cell, and then charged. The detected charge is detected by the detection circuit 116 to obtain a fingerprint image. The charge charging operation is controlled by the drive circuit 115.
[0007]
As described above, since the sensing capacitance C _f only changes ΔC according to irregularities of the fingerprint, the charge Q stored in the sensing capacitance C _f will be different by a charge amount ΔQ in accordance with the irregularities of the fingerprint. Usually, the difference in the charge amount is small, and the output from the cell is first input to the charge amplifier 117 for the purpose of lowering the output impedance. Then, the difference in the charge amount is measured two-dimensionally, and the analog image of the charge amplifier 117 is processed by the analog processing circuit 118, whereby a fingerprint image can be obtained.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, as shown in FIG. 20, if a foreign material 110 such as water, oil, or dust exists between the chip surface and the finger surface, the distance between the finger surface and the chip surface is increased by the size of the foreign material d _1. . Therefore, change in the sensed capacitance C _f, as shown in FIG. 18, foreign matter compared to the [Delta] C in the absence, sometimes the [Delta] C 'and becomes very small. Therefore, there is a problem that the resolution becomes worse than usual. In addition, since some processing circuits always require the same signal amplitude, there is a problem that the waveform cannot be processed with a small signal amplitude.
[0009]
Further, to solve the above problem, the signal is amplified by changing the gain of the charge amplifier 117 in order to make the amplitude of the output signal from the sensor element the same as in the normal time without foreign matter. However, this method does not improve the resolution, and requires a wider amplifier band in order to increase the gain of the charge amplifier 117, increasing the cost of the amplifier and increasing the manufacturing cost of the entire sensor.
[0010]
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the object of the present invention is to have a simple configuration and accurately detect a foreign object between the sensor and the detection target. An object of the present invention is to provide an unevenness detection sensor capable of detecting the uneven shape of an object.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, that is, the problem of sensitivity when a foreign object is inserted, as a first means, it is conceivable to change the sensing capacity almost similarly regardless of the presence of the foreign object. That is, as shown in FIG. 12, a mode used when a foreign object exists (mode 2) and a mode used when a foreign object does not exist (mode 1) are provided, and the concavo-convex sensor is set to the presence / absence of a foreign object. Therefore, it can be considered that the characteristic changes from a mode 1 curve to a mode 2 curve.
[0012]
As a second means, it is conceivable to change the output level from the sensor by changing the size of a voltage source, a current source, etc. supplied to each cell of the unevenness sensor according to the presence or absence of foreign matter.
[0013]
Therefore, the unevenness sensor according to the present invention has the following configuration.
[0014]
In the first uneven sensor according to the present invention, a plurality of sensor elements are arranged in a matrix, and each sensor element detects a capacitance formed between each sensor element and a detection object. It is an unevenness detection sensor for detecting the uneven shape of the detection target based on the detected capacitance. Each sensor element is connected to the output signal line, and a first sensing electrode that forms a capacitance with the sensing object and a second sensing electrode that forms a capacitance with the sensing object If, as the second sensing electrode in parallel with the first sensing electrodes under a predetermined condition, seen including a switching means connected to the output signal line, the switching means, the value of the output signal line of the output signal The second sensing electrode is electrically connected to the output signal line when the value is smaller than a predetermined value, and the second sensing electrode and the output signal line are electrically disconnected when the value of the output signal is equal to or greater than the predetermined value. .
[0015]
In each sensor element, the first and second sensing electrodes may be provided with third and fourth sensing electrodes facing each other through a dielectric film. At this time, the third and fourth sensing electrodes are arranged closer to the detection object than the first and second sensing electrodes.
[0016]
In addition, the third and fourth sensing electrodes may be integrated.
[0018]
The second uneven sensor according to the present invention includes a plurality of sensor elements arranged in a matrix, and charges each of the electrostatic capacitances formed by the detection target in each sensor element. A sensor for detecting an uneven shape of an object to be detected, wherein a variable power supply that arbitrarily changes an output voltage and supplies a voltage for charging a capacitance formed in each sensor element, and a sensor element Detection means for detecting an output signal corresponding to the amount of charge charged to the battery, and control means for determining the level of the output signal from the sensor element detected by the detection means and switching the output voltage of the variable power source according to the level. Is provided.
[0019]
In the third uneven sensor according to the present invention, a plurality of sensor elements are arranged in a matrix, and each sensor element detects a capacitance formed between each sensor element and a detection object, and the detection is performed. It is a concavo-convex detection sensor for detecting the concavo-convex shape of the detection target based on the electrostatic capacitance. Each sensor element has current means for conducting a current determined by the capacitance formed by the detection target and the drive voltage, and the unevenness detection sensor supplies the drive voltage to the current means of each sensor. A variable power source; and a control unit that determines a current value from the current unit and switches an output voltage of the variable power source according to the current value.
[0020]
In the fourth uneven sensor according to the present invention, a plurality of sensor elements are arranged in a matrix, and each sensor element detects a capacitance formed between each sensor element and a detection object, and the detection is performed. It is a concavo-convex detection sensor for detecting the concavo-convex shape of the detection target based on the electrostatic capacitance. Each sensor element changes first current means for changing a current value to be conducted according to the capacitance detected by the sensor element, and changes a current value to be conducted according to the capacitance detected by the sensor element. A second current means that can be connected in parallel with the first current means; an output signal line connected to the current means for taking out current from the first and second current means; and a predetermined control And switch means for receiving a signal and electrically connecting or disconnecting between the output signal line and the second current means. Further, the unevenness detection sensor determines a current value flowing through the output signal line and controls the electrical signal between the second current means and the output signal line when the current value is smaller than a predetermined value. Is provided to the switch means.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the uneven sensor of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
[0022]
Embodiment 1 FIG.
The uneven sensor according to the present invention includes a plurality of sensor elements (this unit is referred to as a “cell”) arranged in a matrix. FIG. 1 shows a part of a configuration in one sensor element, that is, a cell. As shown in FIG. 1, one cell of the concavo-convex sensor includes one switching circuit 25 and two

sensor plates

21a and 21b made of a conductor.

Conductive sensor plates

23a and 23b having the same size as those of the

sensor plates

21a and 21b are provided on the upper portions of the

sensor plates

21a and 21b so as to face the

sensor plates

21a and 21b, respectively. . The switching circuit 25 connects the

sensor plates

21 a and 21 b and the output signal line 26. At this time, the sensor plate 21a and the output signal line 26 are always connected, but the connection / disconnection of the sensor plate 21b and the output signal line 26 is switched by the switching circuit 25. That is, the switching circuit 25 connects the sensor plate 21b to the sensor plate 21a in parallel with the output signal line 26, or cuts off the connection.
[0023]
FIG. 2 is a diagram illustrating the overall configuration of the uneven sensor in which the cells (sensor elements) are arranged in a matrix. In the unevenness detection sensor, sensor elements 12 are arranged in a matrix in the row and column directions in the pad portion 10 that makes contact with the surface of a finger that detects a fingerprint. Each sensor element 12 is driven by a drive circuit 42, and the detection result of the concavo-convex shape detected by the sensor element 12 is taken out as an electrical signal by the detection circuit 41.
[0024]
For example, as shown in FIGS. 3A and 3B, one sensor element 12 includes an electrode portion 20 and a transistor 19 which is an active element. The transistor 19 selects one electrode portion 20 by one row line 42 a connected to the drive circuit 42 and one column line 41 a connected to the detection circuit 41. The electrode unit 20 includes, for example,

sensor plates

21a, 21b, 23a, 23b and a switching circuit 25 shown in FIGS.
[0025]
If the vertical and horizontal dimensions of the plates 21a used for the cell are sufficiently small compared to the thickness of the protective film 31, it is preferable to provide

sensor plates

23a and 23b as shown in FIG. 1 in order to obtain higher detection accuracy. However, in general, since the vertical and horizontal dimensions of the plates 21a used for the cell are sufficiently larger than the thickness of the protective film 31, the same effect can be obtained without providing the

upper conductor plates

23a and 23b. . That is, as shown in FIG. 4, it is good also as a structure remove | excluding the

sensor plates

23a and 23b provided in the upper part from the structure of FIG.
[0026]
The operation of the uneven sensor having the configuration shown in FIG. 1 will be described.
Here, for simplification of explanation, it is assumed that the

sensor plates

21a, 21b, 23a, and 23b have the same area. That is, assuming that the capacities of the

sensor plates

21a, 21b, 23a, and 23b are C ₁ , C ₂ , C _S1 , and C _S2 , C ₁ = C ₂ = C _S1 = C _S2 = C.
[0027]
First, when there is no foreign object, the switch of the switching circuit 25 is controlled as shown in FIG. 5, and the connection between the sensor plate 21b and the output signal line 26 is cut off. At this time, in the cell, the sensor plate 21a and the opposite sensor plate 23a are used as sensor electrodes, and the

sensor plates

21b and 23b are not used as sensor electrodes. That is, the sensing capacitance C _f formed between the

sensor plates

21a and 23a and the surface of the finger 100 is approximately expressed by the following equation.
[Expression 2]

[0028]
On the other hand, when there is a foreign object, the switch of the switching circuit 25 is controlled as shown in FIG. 6, and the sensor plate 21b and the output signal line 26 are connected. At this time, in the cell, the

sensor plates

21b and 23b are used as sensor electrodes together with the

sensor plates

21a and 23a. That is, the two

sensor plates

21a and 21b operate as one sensor plate. Therefore, the sensing capacitance C _f takes a value of the following formula.
[Equation 3]

Thus, the sensing capacitance can be changed by switching the connection of the sensor plate 21b by the switching circuit 25.
[0029]
FIG. 7 shows the characteristics of the sensing capacitance _Cf. Figure 7 shows the characteristics of the sensing capacitance when two sensor plates are included per cell. The curve for mode 1 shows the change in capacitance when only one sensor plate is used, and the curve for mode 2 shows the sensor plate. It is the figure which showed the capacity | capacitance change at the time of connecting and using two in parallel. Here, since d ₀ = 500 nm, the capacitance changes from 500 nm. From this figure, it can be seen that the characteristics of mode 1 can be shifted to mode 2 by turning on the switch of the switching circuit 25. That is, by using mode 1 for detection in a normal state where no foreign matter is present and using mode 2 for detection when foreign matter is present, high detection sensitivity can be maintained even when foreign matter is present, The resolution during detection can be improved.
[0030]
For example, if the size of the foreign substance is 200 nm, if mode 1 is maintained, output can be made only in the range of C _f ≦ 8 fF, but switching to mode 2 enables output in the range of C _f ≦ 17 fF.
[0031]
As described above, the resolution of the detection capability is improved and the output change can be amplified by switching the capacity change characteristic by switching the number of sensor plates in the cell according to the detection situation. The presence of foreign matter can be determined by, for example, comparing the detection value detected by the sensor with a predetermined value and determining that the foreign matter is present when the detection value is smaller than the predetermined value.
[0032]
Embodiment 2. FIG.
FIG. 8 shows another embodiment of the uneven sensor according to the present invention. In the example shown in FIG. 8, in the configuration shown in FIG. 1, one sensor plate 23 c in which two

sensor plates

23 a and 23 b provided in the upper part are integrated is provided.
[0033]
The operation of the uneven sensor configured in this way will be described below.
In order to simplify the description, it is assumed that the two

sensor plates

21a and 21b have the same area. Therefore, if the capacitances formed between the

sensor plates

21a and 21b and the plate 23c are C ₁ and C ₂ , respectively, C ₁ = C ₂ (≡C / 2).
[0034]
When there is no foreign object, the switch of the switching circuit 25 is turned off as shown in FIG. In this case, the sensor plate 21b is cut off, and only the sensor plate 21a contributes to the detection operation. Therefore, the sensing capacitance C _f formed between the sensor plate and the finger surface is approximately expressed by the following equation.
[Expression 4]

[0035]
Next, when a foreign substance exists, the switch of the switching circuit 25 is turned on as shown in FIG. Then, since the two

sensor plates

21a and 21b function equivalently as one sensor plate, the sensing capacitance takes a value of the following equation.
[Equation 5]

Thus, the sensing capacitance can be changed by switching the connection of the sensor plate 21b by the switching circuit 25.
[0036]
FIG. 11 shows the characteristics of the sensing capacitance in this embodiment. Since d ₀ = 500 nm here, the capacitance changes from 500 nm as shown in the figure. Further, the number of sensor plates is three per cell, mode 1 is a curve showing a change in capacity when only one sensor plate is used, and mode 2 is a curve showing a change in capacity when using three sensor plates. From this figure, it can be seen that the characteristics of mode 1 can be shifted to mode 2 by turning on the switch of the switching circuit 25. By using mode 1 for detection in a normal state where no foreign matter is present and using mode 2 for detection when foreign matter is present, high detection sensitivity can be maintained even when foreign matter is present. Resolution can be improved.
[0037]
For example, when the size of the foreign material is 200 nm, in mode 1, it can be output only in the range of C _f ≦ 12 fF, but by switching to mode 2, it can be output in the range of C _f ≦ 17 fF. Therefore, the resolution is improved and the output change can be amplified.
[0038]
Embodiment 3 FIG.
In the cell for detecting irregularities by a change of the sensing capacitance formed in the sensor plate, as a method for detecting the sensing capacitor to charge the electric charge to the sensing capacitance C _f, the sense capacitance by measuring the amount of charged electric charges There is a way to detect. In this case, the amount of stored charge can be changed by changing the voltage value applied to each cell for charging. Therefore, in this embodiment, when it is determined that a foreign object exists between the finger surface and the sensor electrode, the cell is charged with a larger applied voltage than that during normal detection.
[0039]
FIG. 13 is a diagram showing a configuration for detecting the sensing capacitance from each cell. During normal times (when no foreign matter is present), the switch S1 is closed and the voltage V ₀ is applied from the variable power supply 45 to the sensing capacitor C _f . At this time, the charge amount Q ₀ to be charged is Q ₀ = C _f · V ₀ . Next, when the switch S1 is opened and the switch S2 is closed, the current I _D1 flowing according to the charged charge Q ₀ is detected by the detection circuit 41. The determination circuit 43a determines the presence or absence of a foreign substance based on the detection result from the detection circuit 41, and controls the variable power source 45 when it is determined that a foreign substance or the like is present. If the variable power source 45 determines that there is a foreign object or the like, it changes the applied voltage from V ₀ to V ₁ (V ₁ > V ₀ ), and then charges the sensing capacitor C _f with this voltage V _1. To do. As a result, the amount of charge to be charged is Q ₁ (= C _f · V ₁ ), and since V ₁ > V ₀ , the amount of charge to be charged is large (Q ₁ > Q ₀ ), and the resolution is improved. The
[0040]
Embodiment 4 FIG.
As a method of detecting the sensing capacitance, there is a method of detecting the capacitance as a voltage using a capacitance-voltage conversion circuit (hereinafter referred to as “CV conversion circuit”) that converts the capacitance into a voltage. In this method, when the change in the voltage output from the CV conversion circuit is small, it is necessary to amplify the signal. Therefore, for example, a method of amplifying an output signal by inputting a minute voltage change of the voltage output from the CV conversion circuit to the gate of the MOS transistor 48 as shown in FIG. This utilizes the fact that the current flowing through the MOS transistor 48 is proportional to the square of the change in the gate voltage. The saturation current _ID that the MOS transistor flows is expressed by the following equation.
[Formula 6]

However, V _S is a power supply voltage, V _G is a gate voltage, V _th is a threshold voltage, and β is an amplification factor.
[0041]
In this method, since the current flowing through the MOS transistor is proportional to the square of the power supply voltage, the output voltage can be changed by changing the power supply voltage V _DD as shown in FIG. When the power supply voltage when there is no foreign object is V _S , the saturation current of the MOS transistor is I _D = I _D0 . Judging circuit 43b is based on the detection current value from the detection circuit 41, when the detected current value is judged as small foreign matter exists than the predetermined value, V _S the value of the output voltage V _DD from V _S of the variable power supply 45 ' (V _S '> V _S ) At this time, the saturation current value _ID of the MOS transistor is represented by the following equation.
[Expression 7]

Since V _S ′> V _S , the output current increases (I _D ′> I _D ), and the resolution is improved.
[0042]
Embodiment 5 FIG.
In the configuration shown in FIG. 14, when a foreign object exists, one or more MOS transistors may be connected in parallel in one cell to increase the output current value.
[0043]
That is, as shown in FIG. 15, an additional MOS transistor 49 is provided in parallel with the MOS transistor 48. The additional MOS transistor 49 is connected or disconnected in parallel with the MOS transistor 48 via the switch S4. This connection / disconnection operation is controlled by the determination circuit 43c. The gate of the additional MOS transistor 49 is connected to the output of the CV conversion circuit 47 in the same manner as the MOS transistor 48, and conducts a current that changes according to the output value from the CV conversion circuit 47.
[0044]
When the determination circuit 43c determines that no foreign matter is present, the MOS transistor 49 is disconnected so that only the MOS transistor 48 is used, whereby the output current _ID is equal to the value of the saturation current _ID0 of one MOS transistor. Become. On the other hand, when it is determined that there is a foreign object, the determination circuit 43c controls the connection so that the MOS transistor 49 is connected in parallel with the MOS transistor 48, whereby the output current I _D becomes 2 × I _D0 . As described above, when a foreign substance is present, the resolution can be improved by increasing the output current by increasing the number of transistors that conduct the current according to the sensing capacitance. Note that the number of transistors to be added may be three or more.
[0045]
【The invention's effect】
According to the first uneven sensor according to the present invention, it is possible to switch the change characteristic of the sensing capacitance of the sensor element according to the situation with a simple configuration, and thus, for example, between the detection object and the sensor element. By switching between the case where a foreign object is present and the case where a foreign object is not present, the resolution at the time of detecting an uneven shape can be improved even when a foreign object is present. In addition, the sensing electrode may be provided to face the object to be detected, so that the unevenness can be detected particularly accurately when the thickness of the protective film is larger than the electrode area.
[0046]
According to the second uneven sensor according to the present invention, when detecting unevenness by charging the sensing capacitance formed in the sensor element, the charging voltage can be switched depending on the situation. By switching between the case where the foreign object is present and the case where the foreign object is not present between the detection target and the sensor element, the resolution at the time of detecting the uneven shape can be improved even when the foreign object is present.
[0047]
According to the third uneven sensor according to the present invention, when the sensor element has a means for conducting a current determined by the sensing capacitance and the drive voltage, the drive voltage of the means can be switched according to the situation. Since it is possible, for example, by switching between the presence and absence of foreign matter between the detection target and the sensor element, the resolution at the time of detecting the uneven shape is improved even when the foreign matter is present. be able to.
[0048]
According to the fourth concavo-convex sensor of the present invention, the number of current means used when detecting the concavo-convex shape can be switched according to the situation. For example, there is a foreign object between the detection target and the sensor element. By switching between the case where it exists and the case where it does not exist, the resolution at the time of detecting the uneven shape can be improved even when foreign matter is present.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating an electrode configuration according to a first embodiment of a concavo-convex sensor according to the present invention.
FIG. 2 is an overall configuration diagram of an uneven sensor.
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of a cell in the unevenness sensor.
4 is a diagram illustrating another electrode configuration of the uneven sensor according to Embodiment 1. FIG.
FIG. 5 is a view for explaining the operation of the unevenness sensor according to the first embodiment (when no foreign matter is present);
FIG. 6 is a diagram for explaining the operation of the unevenness sensor according to the first embodiment (when foreign matter is present).
FIG. 7 is a diagram showing the characteristics of the sensing capacitance of the unevenness sensor according to the first embodiment.
FIG. 8 is a diagram illustrating an electrode configuration according to a second embodiment of the unevenness sensor according to the present invention.
FIG. 9 is a diagram for explaining the operation of the unevenness sensor according to the second embodiment (when no foreign matter is present);
FIG. 10 is a diagram for explaining the operation of the unevenness sensor according to the second embodiment (when foreign matter is present).
FIG. 11 is a diagram showing the characteristics of the sensing capacitance of the unevenness sensor according to the second embodiment.
FIG. 12 is a view for explaining the concept of the uneven sensor according to the present invention.
FIG. 13 is a diagram illustrating the configuration of a third embodiment of the unevenness sensor according to the present invention.
FIG. 14 is a diagram illustrating the configuration of a fourth embodiment of the unevenness sensor according to the present invention.
FIG. 15 is a diagram illustrating the configuration of a fifth embodiment of the uneven sensor according to the present invention.
16A is an overall configuration diagram of a conventional uneven sensor, and FIG. 16B is a diagram illustrating a configuration example of a cell in the uneven sensor.
FIG. 17 is a view for explaining the operation of a conventional uneven sensor (in the case where no foreign matter is present).
FIG. 18 is a graph showing the characteristics of the sensing capacitance of a conventional uneven sensor.
FIG. 19 is a diagram illustrating a configuration for detecting a sensing capacity of a conventional uneven sensor.
FIG. 20 is a diagram for explaining the operation of a conventional uneven sensor (when foreign matter is present).
[Explanation of symbols]
21a, 21b, 23a, 23b, 23c Sensor plate, 25 switching circuit, 26 signal line, 31 dielectric protective film, 41 detection circuit, 42 drive circuit, 43a-43c determination circuit, 45 variable power supply, 47

CV conversion circuit

48, 49 MOS transistors.

Claims

A plurality of sensor elements are arranged in a matrix, and each sensor element detects a capacitance formed between each sensor element and the detection target, and based on the detected capacitance, In the unevenness detection sensor for detecting the uneven shape,
Each sensor element is connected to the output signal line, and a first sensing electrode that forms a capacitance with the sensing object and a second sensing electrode that forms a capacitance with the sensing object And a switching means for connecting the second sensing electrode to the output signal line so as to be parallel to the first sensing electrode under a predetermined condition ,
The switching means electrically connects the second sensing electrode to the output signal line when the value of the output signal on the output signal line is smaller than a predetermined value, and when the value of the output signal is equal to or greater than the predetermined value, An unevenness detection sensor characterized in that the two sensing electrodes and the output signal line are electrically cut off .

In each sensor element, the first and second sensing electrodes are provided with third and fourth sensing electrodes facing each other through a dielectric film, and the third and fourth sensing electrodes are first and second sensing electrodes. The unevenness detection sensor according to claim 1, wherein the unevenness detection sensor is disposed closer to the detection object than the sensing electrode.

3. The unevenness detection sensor according to claim 2, wherein the third and fourth sensing electrodes are integrated.

A sensor in which a plurality of sensor elements are arranged in a matrix, charge the electrostatic capacitance formed by the detection target in each sensor element, and detect the uneven shape of the detection target by the amount of the charged charge Because
A variable power supply that optionally changes the output voltage and supplies a voltage for charging the electrostatic capacitance formed in each sensor element;
Detecting means for detecting an output signal corresponding to the amount of charge charged in the sensor element;
An unevenness detection sensor comprising: control means for determining a level of an output signal from the sensor element detected by the detection means and switching the output voltage of the variable power source according to the level.

A plurality of sensor elements are arranged in a matrix, and each sensor element detects a capacitance formed between each sensor element and the detection target, and based on the detected capacitance, In the unevenness detection sensor for detecting the uneven shape,
Each sensor element has current means for conducting a current determined by the capacitance formed by the detection object and the drive voltage,
The unevenness detection sensor includes a variable power supply that supplies a drive voltage to the current means of each sensor, and a control means that determines a current value from the current means and switches the output voltage of the variable power supply according to the current value. An unevenness detection sensor.

A plurality of sensor elements are arranged in a matrix, and each sensor element detects a capacitance formed between each sensor element and the detection target, and based on the detected capacitance, In the unevenness detection sensor for detecting the uneven shape,
Each sensor element has a first current means for changing a current value to be conducted according to the capacitance detected by the sensor element, and a current value to be conducted according to the capacitance detected by the sensor element. A second current means that can be varied and connected in parallel with the first current means; and an output signal line connected to the current means for extracting the current from the first and second current means; Switch means for electrically connecting or disconnecting the output signal line and the second current means in response to the control signal of
The unevenness detecting sensor determines a current value flowing through the output signal line, and connects an electrical connection between the second current means and the output signal line when the determined current value is equal to or less than a predetermined value. And a concavo-convex portion having a determination means for outputting a control signal to the switch means so as to cut off an electrical connection between the second current means and the output signal line when the current value is larger than a predetermined value. Detection sensor.