JPH0194418A - 指紋パターン検出用マトリクス電極の駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は感圧導電￥ＩＩＩ質を利用した指紋パターン検
出用マトリクス電極の駆動回路に関する。

（従来技術） 従来、面上に働く圧力の分布状態を測定したり、キーボ
ードスイッチのキーの押下状態を検出するのにマトリク
ス電極が用いられている。また本発明者は指紋パターン
を検出するのに従来の光学式検出法に代ってこのような
マトリクス電極を用いた圧力式検出法を特願昭６２−３
５４８９号で提案している。

第９図は感圧導電物質を用いた従来の指紋パターン検出
用マトリクス電極の駆動回路を示しており１図中感圧導
電物質の示す抵抗値をＲ１−Ｒ４として示した。マトリ
クス電極はマトリクスドライバｌにより駆動される複数
本（図示した例では３本）の平行なうイン電極Ｋ　Ｄ　
、、Ｋ　Ｄ　２゜ＫＤ、、・・・とマトリクスレシーバ
２に接続された複数本（図示した例ては３本）の平行な
うイン電極Ｋ　ＲＩ　、Ｋ　Ｒ２，Ｋ　Ｒ３，−・・と
を感圧導電物質を挟んで互いに交差するように配置して
構成したものであ、る、感圧導電物質はそれに加える圧
力の強さに応じて抵抗値が第１θ図に示すように変化す
る抵抗特性を有しているので、ライン電極の交差点近傍
が加圧されるとその部分の抵抗値が減少してマトリクス
ドライバｌからライン電極ｙ；Ｄｓ、ＫＤｔ。

ＫＤ３．−・・を介して出力される駆動信号のライン電
極Ｋ　Ｒ＋　、Ｋ　Ｒｔ、Ｋ　Ｒｓｓ”を介してマトリ
クスレシーバ２により受信させる信号のレベルが最も大
きくなることからどの交差点が加圧されたかが判別でき
る。たとえば、斜線を施して示した交差点部位Ａが加圧
されると、その部位の抵抗値Ｒ３が最も小さくなるので
マトリクスドライバｌからライン電極ＫＤ２を介して出
力する駆動信号がライン電極にＲ１を介してマトリクス
レシーバ２に流れ込む際の信号レベルにより交差点部位
Ａか加圧されたことが判別できる。

ところがこのようなマトリクス電極において、交差点部
位Ｂ、Ｃ，Ｄが加圧されて交差点部位Ａが加圧されてい
ない場合を考えてみると、交差点部位Ｂ、Ｃ，Ｄ近傍の
抵抗’ＶＩ　Ｒｔ　、　Ｒ：ｌ　、　Ｒ４は減少するの
で上述した交差点部位Ａが加圧された場合と同様に、マ
トリクスドライバｌからライン電極ＫＤ２を介して出力
される駆動信号は抵抗値Ｒ２を介してライン電極ＫＲ，
を通りマトリクスレシーバ２に入力されるので交差点部
位Ｂの加圧が判別され、マトリクスドライバ１からライ
ン電極ＫＤ３を介して出力される駆動信号は抵抗値Ｒ：
ｌを介してライン電極ＫＲ２を通り、また抵抗Ｒ４を介
してライン電極ＫＲ，を通ワてマトリクスレシーバ２に
入力されるので交差点部位ＣおよびＤの加圧が判別され
る。この限りにおいては正確な加圧点の判別ができる。

ところが、交差点部位Ａについては、加圧されていない
ためにマトリクスドライバ１からライン電極ＫＤ２を介
して駆動信号が出力してもライン電極ＫＲ，を介してマ
トリクスレシーバ２に入力することはないが、ライン電
極ＫＤ２を介して出力される駆動信号は図中に破線で示
したように、交差点部位Ｂの抵抗Ｒ２を介して−Ｈうイ
ン電極ＫＲ，に流れ、次いで交差点部位Ｃの抵抗Ｒ３を
介して今度はライン電極ＫＤ、に流れ、さらに交差点部
位りの抵抗Ｒ４を介してライン電極ＫＲ，に流れてマト
リクスレシーバ２に入力するため、この回り込み信号に
よりあたかも交差点部位Ａが加圧されているかのように
誤って判別されてしまう。

そこでこのような信号の回り込みによる誤判別を防ぐた
めに、第１１図に示すように、交差するライン電極間に
交差点部位ごとに回り込み防止用のダイオードＤ、〜Ｄ
９を抵抗「１〜「９と直列に接続する方法が提案されて
いる（たとえば特開昭６１−２３４４１８号）、このよ
うな回路構成にすれば、たとえば上記回り込み信号につ
いてはダイオードＤ４が駆動信号の流れと逆方向になる
ので信号の回り込みを防止することができ、交差点部位
におけるライン電極間の抵抗値だけによりその交差点部
位の加圧の有無を正確に判別することができることにな
る。

このようにダイオードを用いて信号の回り込み防止を行
うようにしたマトリクス電極駆動回路はマトリクスの交
差点部位数に等しい数だけの回り込み防止用ダイオード
が必要になり、そのダイオードを形成または挿入するた
めの回路スペースが必要になるが、指紋の検出のように
指紋の凹凸がたとえば１ｍｓ当たり４木という非常に微
細な密度になると交差点部位数を極めて多く設けなけれ
ばならなくなり、その各交差点部位ごとに回り込み防止
用のダイオードを設けることはスペース上の理由から製
造が困難になる。またそれに伴なってマトリクス回路も
半導体ウェーへのような基板が必要となりコスト高にな
る。指紋パターンの検出にはマトリクス電極の交差点部
位数が９００００ポイント程度必要と考えられるので回
り込み防止用のダイオード数も９００００個になり、量
産性が悪く実現は不可能に近い。

（発明の目的および構成） 本発明は上記の点にかんがみてなされたもので、信号回
り込み防止用のダイオードを設けることなく駆動方法の
工夫により信号の回り込みを防止して小さいスペースに
多くのライン電極を形成でき微細な指紋パターンの検出
を可能にすることを目的とし、この目的を達成するため
に、駆動信号を出力するドライバ回路に接続された複数
本の駆動用ライン電極とレシーバ回路により順次選択さ
れる複数本の選択用ライン電極とを交差するように配置
し、ドライバ回路により駆動用ライン電極に順次駆動信
号を印加するとともに駆動信号が印加されないライン電
極は低インピーダンスの一定電位に維持するように構成
した。

（実施例） 以下本発明を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明による指紋パターン検出用マトリクス電
極の駆動回路の一実施例のブロック線図である。ここに
例示したマトリクス電極は指紋パターンの検出に用いら
れる指紋入力板に組込まれたものであり、ｌＯがその指
紋入力板で、その構造は第２図に示すようになっており
、この板上に鎖線で示したように指紋を検出したい指ｒ
を押し付ける。この指紋入力板ｌＯには第２図を参照し
て後述するように、ライン電極Ｋ　Ｄ　、、Ｋ　Ｄ　２
゜ＫＤ３．−・・とＫＲｔ、ＫＲｔ−ＫＲ：＋−””と
が電気的に絶縁され且つ直交して交差するように配置さ
れている。１１は第９図で説明したマトリクスドライバ
ｌと同様なデータドライバで、発振器１２からの発振出
力（たとえばｌ　ＭＨｚ）をライン電極ＫＤ、。

Ｋ　Ｄ　＊　、　Ｋ　Ｄ　３−””に所定の時間間隔で
駆動信号として順次送出する。１３ａ、１３ｂ、１３ｃ
、・・４士ライン電極Ｋ　Ｄ　ｔ、Ｋ　Ｄ　＊、Ｋ　Ｄ
　３．・・・にそれぞれ接続されたＣ−ＭＯＳインバー
タ、１４は第９図に示したマトリクスレシーバ２と同様
なデータレシーバで、ライン電極ＫＲ＊、ＫＲ＊、ＫＲ
３，”の信号を順次選択して受けて指紋信号として時系
列て出力する。１５はデータレシーバ１４から出力する
指紋信号を増幅する低雑音増幅器であり、この増幅器１
５で増幅された指紋信号はその後登録や判別などに必要
な処理が行われる。

さて、指紋入力板ｌＯは第２図に断面構造を示すように
、アルミナ、ガラスまたはエポキシなどの絶縁基板１０
ａの下面に複数本のライン電極Ｋ　Ｒ＋、Ｋ　Ｒ２，Ｋ
　Ｒ，、ａｓｓ　（図にはそのｌっＫ　ＲＩを例示しで
ある）が蒸着などにより形成され、上面には複数本のラ
イン電極Ｋ　Ｄ　、、Ｋ　Ｄ　ｔ、Ｋ　Ｄ　３．−・・
か同様の方法で形成されている。

一方、絶縁基板１０ａの上面には、第３図に示すように
、下面に形成されたライン電極ＫＲ，。

ＫＲ，、ＫＲ３，−・・に沿ってその真上に広がりのあ
るランドＬＲが上面のライン電極Ｋ　Ｄ　、、Ｋ　Ｄ　
２ｅＫＤ、、−・・とはわずかに離間して形成されてお
り、各ランドＬＲと下面のライン電極ｘＲ１，ｘＲ，。

ＫＲユ、・・・とば両ライン電極の交差部位近傍におい
て絶縁基板１０ａを貫通して電気的に導通されている。

また絶縁基板１０ａの上面に形成されたライン電極Ｋ　
Ｄ　ｓ、Ｋ　Ｄ　＊、Ｋ　Ｄ　ｘ、”の前記ランドＬＲ
と対応した位置にはやはりランドＬＤが形成されている
。なお、第３図にはラントＬＲおよびＬＤがライン電極
の交差部位ごとに区別できるようにたとえばＬ　Ｒ１１
，Ｌ　Ｄ　１１のような参照番号を付して示しである。

再び第２図にもどって説明すると、ライン電極が形成さ
れた絶縁基板１０ａ上には、ＡＢＳ樹脂またはアルミナ
などの絶縁板１０ｂに前記ランドＬＲまたはＬＤの間隔
（この間隔は絶縁基板１０ａの上面および下面に形成さ
れたライン電極どうしの交差点部位の間隔に等しく、た
とえば５０１Ｌｍ程度である）で直径が約３０終■の円
形感圧導電物質１０ｃを埋込んで成る押圧板が置かれて
いる。感圧導電物質１０ｃは絶縁板ｌＯｂの表面より約
数１０１Ｌ■高くなるように形成されており、指紋検出
時にこの押圧板の上面に指を押し当てたとき指先の指紋
の凸部すなわち隆線がこの感圧導電物質１０ｃに当って
絶縁板ｊｏｂより先に縮むようになっている。第４図は
指紋入力板１０を上から見た図である。

次に第１図に示した駆動回路の回路動作を説明する。

データドライバ１１は発振器１２から出力する周波数Ｉ
Ｍ肚程度の交流信号を受けＣ−ＭＯＳインバータｌ　３
　ａ　、　　ｌ　３　ｂ　、　　ｌ　３　ｃ　、　−に
順次送り出す。Ｃ−ＭＯＳインバータはたとえば第５図
に示すような構造のもので、出力が“Ｌ”レベルのとき
はアースとの抵抗値が０．Ｏ１Ω以下となりほとんどア
ース電位とみて差支えない。Ｃ−ＭＯＳインバータ１３
ａ、１３ｂ、１３ｃから出力する信号はｆＪＳ６図に示
すように一定時間ずつ遅れた駆動信号であり、あるライ
ン電極（たとえばライン電極ＫＤ、）に駆動信号が出力
しているときは他のライン電極（たとえばライン電極Ｋ
Ｄ、およびＸＯ，）の電位はほぼアース電位となってい
る。

さて、指紋パターンを検出するために指紋入力板１０に
指を乗せて押し付けたところ、第７図に示す交差点部位
Ａは加圧されず、他の交差点部位Ｂ、Ｃ，Ｄは指紋の隆
線により加圧されたとする。いま交差点部位Ａの加圧状
態を判別するために、データドライバ１１からライン電
極ＫＤ２に第６図に示したような駆動信号が出力されデ
ータレシーバ１４がライン電極ＫＲ，を選択したとする
と、ライン電極ＫＤ２を流れる駆動信号は加圧されてい
る交差点部位ＢおよびＣの抵抗Ｒ２およびＲコを通って
図中に破線で示すようにアース電位にあるライン電極Ｋ
　Ｄ　’ｓに流れ、ライン電極Ｋ　Ｒ１に回り込まない
。交差点部位りも、加圧されてはいるもののライン電極
ＫＤ：Ｉはアース電位になっているのでライン電極ＫＲ
，への回り込みはない。ライン電極ＫＤ２の駆動信号か
ライン電極Ｋ　Ｒｔに流れ込むのは交差点部位Ａの抵抗
Ｒ１を通る通路のほかはなく、これにより交差点部位Ａ
か加圧されていないことが判別される。

ここでライン電極ＫＲ，を介してデータレシーバ１４に
入力される信号の大きさを考えてみると、ライン電極Ｋ
Ｒ，に接続されているマトリクス電極の交差点部位の片
側電極を有する交差点のすべてに第８図（イ）に示した
ような抵抗Ｒ８゜Ｒ４，Ｒｓが接続されていると考えら
れ、電気的には第８図（ロ）に示したような等価回路に
なる。

その結果、ライン電極にＲ２を介してデータレシーバ１
４に入力される信号は減衰してしまい、たとえば抵抗Ｒ
，，Ｒ，，Ｒ，とすると１／３に減衰する。同様に１本
のライン電極数に対しては１　／　ｎに減衰する。

こうしてデータレシーバ１４から得られた指紋信号は低
雑音増幅器１５により次の処理に適したレベルまで増幅
されるが、片側のライン電極数をｎとしたマトリクス電
極の場合はこの増幅器１５の増幅率は安全をみて２ｎ程
度で充分である。たとえばライン電極が３００Ｘ　３０
０のマトリクス電極の場合は増幅器１５の増幅率は：１
ＯＯｘ　２　＝　６００程度でよい。

一例としてライン電極数が：１００Ｘ　３ＧＧのマトリ
クス電極を用いると、交差点部位の数は９００００とな
り、１つの交差点部位に周波数１１Ｈｚのクロックが４
個から成る駆動信号を出力すると、全交差点部位に対し
ては４　ＪＬｍｓｅｃＸ　９００００　＝　０．：１６
秒となり、約０．５秒で指紋パターンの検出ができる。

本発明によるマトリクス電極駆動回路を用いて指紋パタ
ーンを検出すると、指紋の隆線により各交差点部位近傍
の感圧導電物質が押されたか否かが判別されれば充分で
あり、その押圧力の強さを検知する必要がないので、そ
の後指紋データを処理したａＩ？Ｉｍｔ、でも信号かな
い交差点が指紋パターンの谷であり、その他の交差点が
指紋パターンの山であると判断することができる。

上記実施例においては圧力面分布を測定するのに発振器
による交流信号を用いたが、直流信号でもよいことはも
ちろんである。しかしなからデータレシーバに入力する
信号のレベルか比較的小さく、ライン電極の数が多けれ
ば多いほどその傾向があるため、信号増幅のし易さとＳ
／Ｎ比からいって交流信号の方が好ましい。

また、上記実施例ではデータドライバからライン電極に
駆動信号を印加する際常に１本のライン電極に駆動信号
を印加しその他のライン電極はアース電位に維持するよ
うにしたが、データドライバに接続されたライン電極の
代りにデータレシーバに接続されたライン電極について
同様のことをしてもよい。

さらに、データドライバに接続されたライン電極のうち
駆動信号を印加しないライン電極はアース電位としたが
、アース電位に限らず一定の電位であればよい。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明においては、駆動信号を出
力するドライバ回路に接続された複数本の駆動用ライン
電極とレシーバ回路により順次選択される複数本の選択
用ライン電極とを交差するように配置し、ドライバ回路
により駆動用ライン電極に順次駆動信号を印加するとと
もに駆動信りが印加されないライン電極は低インピーダ
ンスの一定電位に維持するように構成したので、マトリ
クス電極において生ずる信号の回り込みをダイオード、
ＦＥＴ、その他の素子を用いずに防止することができる
。そのためダイオードやＦＥＴなとの従来信号の回り込
み防止に用いられていた素子を設けるスペースが不要と
なり、その分だけ回路スペースを小さくできるか、密度
を高くすることがてきるようになり、指紋パターン検出
のような極めて高密度のマトリクス電極の実現が可能に
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による指紋パターン検出用マトリクス電
極の駆動回路の一実施例のブロック線図、第２図は指紋
入力板の部分断面図、第３図は指紋入力板に用いられる
マトリクス電極のライン電極の位置関係を示す斜視図、
第４図は指紋入力板の平面図、第５図は第１図に示した
マトリクス電極駆動回路に用いるＣ−ＭＯＳインバータ
の具体例、第６図はライン電極に印加される駆動信号の
一例、第７図は本発明による指紋パターン検出用マトリ
クス電極の駆動回路の信号回り込みの防止について説明
するためのマトリクス回路、第８図（イ）は本発明にお
いて得られる指紋信号のレベルを説明する回路図、（ロ
）は（イ）に示した回路の等価回路、第９図は従来の指
紋パターン検出用マトリクス電極の駆動回路の信号回り
込み発生を説明する一例、第１０図は感圧導電物質の抵
抗特性、第１１図は第９図に示した従来のマトリクス電
極駆動回路の信号回り込みの防止を説明する図である。 １０−−・指紋入力板、ｌＯｃ・・−感圧導電物質、１
１−・・データドライバ、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ・−
Ｃ−Ｍ　ＯＳインバータ、ｌ　４−・・データレシーバ
、１５−・・増幅器 特許出願人　　エニックス株式会社 代理人　弁理　士　鈴　木、弘　シＪ 第１図 第２図 Ｋｌ（Ｉ　　ＫＯ２に０２　　　ＫＯＩ第３図 第４図 第５図 Ｃ 第６図 第７図 手続補正書 昭和６２年１０月１６０

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）平行に配列された複数の駆動用ライン電極と、該
   駆動用ライン電極から電気的に絶縁され且つ駆動用ライ
   ン電極と交差するように平行に配列された複数の選択用
   ライン電極と、前記駆動用ライン電極と選択用ライン電
   極との交差部位近傍に配置され押圧力の強さに応じた抵
   抗値を介して前記駆動用ライン電極と選択用ライン電極
   とを電気的に接続する複数の感圧導電部材と、前記駆動
   用ライン電極に順次駆動信号を出力するとともに該駆動
   信号が出力されないライン電極を一定の電位に維持する
   ドライバ回路と、前記選択用ライン電極を順次選択して
   圧力信号を出力するレシーバ回路とを有することを特徴
   とする指紋パターン検出用マトリクス電極の駆動回路。
2. （２）平行に配列された複数の駆動用ライン電極と、該
   駆動用ライン電極から電気的に絶縁され且つ駆動用ライ
   ン電極と交差するように平行に配列された複数の選択用
   ライン電極と、前記駆動用ライン電極と選択用ライン電
   極との交差部位近傍に配置され押圧力の強さに応じた抵
   抗値を介して前記駆動用ライン電極と選択用ライン電極
   とを電気的に接続する複数の感圧導電部材と、前記駆動
   用ライン電極に順次駆動信号を出力するドライバ回路と
   、前記選択用ライン電極を順次選択するとともに選択さ
   れないライン電極を一定の電位に維持するレシーバ回路
   とを有することを特徴とする指紋パターン検出用マトリ
   クス電極の駆動回路。