JPH11155837A - 指紋検出装置 - Google Patents

指紋検出装置

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JPH11155837A
JPH11155837A JP9326414A JP32641497A JPH11155837A JP H11155837 A JPH11155837 A JP H11155837A JP 9326414 A JP9326414 A JP 9326414A JP 32641497 A JP32641497 A JP 32641497A JP H11155837 A JPH11155837 A JP H11155837A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型、低価格でありかつ高信頼性を有する指
紋検出装置を提供すること。 【解決手段】 指紋を検出すべき指が接触するための接
触面を具備し、該接触面となる平面に指が接触した場合
にその指紋の凹凸パターンにより生じる圧力に基づいて
厚みが変化する形状転写部１０８と、形状転写部１０８
の厚みの変化に基づいて指紋のパターンを検出し、該検
出結果を電気信号として出力する検出駆動回路部１０４
とを設け、形状転写部１０８の厚みの変化に基づいて指
紋パターンを検出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、指紋を読み取って
電気信号に変換し出力する指紋検出装置に関し、特に、
指を押し当てたときの圧力分布から指紋パターンを読み
取る指紋検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】社会の情報化が進展し、カード社会が急
速に発展してきた結果、セキュリティの確保が強く求め
られるようになった。このような要請に応えるものとし
て、身体的な特徴を使って個人を識別する種々の技術の
開発が進められているが、指紋を使った個人識別技術
は、将来手軽に携帯できる各種端末装置への適用性が高
いと考えられ、その実用化に最も期待が持たれている。
【０００３】これまで広く実用化されている指紋検出装
置は、例えば、特開昭５５−１３４４６号公報に開示さ
れているように、直角プリズムを用いた光学方式のもの
が中心であった。
【０００４】しかし、直角プリズムを用いた光学方式の
ものにおいては、プリズム自体のサイズが大きい上に、
光学レンズの焦点距離を短くすることが困難であるた
め、装置の小型化を図るには限界があった。また、光学
部品を使用しているため、装置の低価格化を図る上でも
限界があった。
【０００５】さらに、光学方式の指紋検出装置では、指
が濡れていたり乾燥していたりするような場合は、検出
された指紋パターンがそれぞれ潰れたりかすれたりして
しまうという問題があり、どのような状況下でも個人を
確実に識別するという信頼性の面で十分な実用性がある
と言える状況ではなかった。
【０００６】この信頼性を高めるものとして、特開平７
−９８７５４号公報に開示された従来技術では、プリズ
ム面に指を直接当てるような構造ではなく、指を当てる
光学参照面とプリズム面との間に弾性透明光学部材と液
体カップリング材とが挟まれるように設けられた構造が
示されている。この構造により、指と光学参照面との密
着性が高まり、より安定した指紋パターンが得られるよ
うになるというものである。
【０００７】しかし、この従来技術においても、光学参
照面における光学原理は、プリズム面に指を直接当てる
ものと同等であるため、上述した信頼性の問題について
は若干の改善が図られる程度で、指が十分に濡れている
ような場合はやはり指紋パターンが潰れてしまい、ま
た、指を当てる面が汚れたりゴミが付着したりした場合
は指紋パターンが乱れてしまう等、問題の完全な解決を
図ることはできない。
【０００８】光学方式の指紋検出装置においては、上述
したとおり、特に小型化のニーズに応えることが困難な
ことから、非光学式の指紋検出装置が提案されている。
【０００９】例えば、特開昭５８−２７２７７号公報に
は、指を押しつけたときに指紋の凹凸パターンから圧力
パターンが得られることを利用し、この圧力パターンを
圧力依存性のある抵抗素子やピエゾ効果素子を用いて電
圧パターンに変換し、電気信号として出力する指紋セン
サが開示されている。さらに、同先願発明においては、
指紋の凹凸パターンから温度パターンが得られることを
利用し、この温度パターンを温度依存性のある抵抗素子
やパイロ効果素子を用いて電圧パターンに変換し、電気
信号として出力する指紋センサが開示されている。
【００１０】特開昭５８−２７２７７号公報にて開示さ
れたこれらのセンサは、シリコン結晶を用いた集積回路
技術を用いて形成される。圧力や温度から電圧信号を発
生する変換素子は縦横に整列したアレイ状に配置され、
指が直接触れても信頼性が損なわれることのないように
酸化膜や窒化膜等の保護膜によって覆われている。
【００１１】しかし、これらの保護膜は固くて薄いため
に壊れやすく、そのため、この保護膜に僅かでもクラッ
クやピンホールが発生すると、そこから指の接触等で付
着したナトリウム等の不純物が浸透し、変換素子やトラ
ンジスタ等の回路素子の特性を劣化させる原因となって
しまう。
【００１２】非光学式指紋検出装置の他の従来例として
は、指紋の凹凸を静電容量の変化として捉え、この変化
を電気信号として出力する指紋センサが、特開平４−２
３１８０３号公報及び特開平８−３０５８３２号公報に
開示されている。
【００１３】これらは、いずれも絶縁材料で被覆された
検出電極を有する検出素子が行方向及び列方向にアレイ
状に配置されている。
【００１４】本従来例においては、検出電極を被覆した
絶縁材料の表面に指を当てた場合に、指紋の山部は絶縁
材料に直接当たり、また、指紋の谷部においては絶縁材
料と皮膚との間に空気層が残る原理を利用しており、そ
の原理により、指表面と検出電極の間の静電容量は指紋
の山部が谷部に比べて大きな値のものとなる。この静電
容量の違いを電流ないし電圧の変化とした電気信号を出
力することにより指紋パターンの検出が行われる。これ
らのセンサにおいても、上述した従来例と同様に、シリ
コン結晶を用いた集積回路技術を用いてチップ形状に形
成される。
【００１５】図１１は、特開平８−３０５８３２号公報
に開示された指紋入力装置の構成を示す図である。
【００１６】本従来例は図１１に示すように、指紋を接
触ないし近接させるべき主平面５１１に対し、指紋パタ
ーンの谷線５１８と隆線５１９による凹凸に応じて静電
容量が異なることを利用して、その凹凸に応じた静電容
量を、主平面１１上に指紋の線幅よりも細かいピッチで
配列された電極５１２を用いて検出回路５１３にて電気
的に検出するものである。
【００１７】絶縁材料による被覆においては、集積回路
に対する保護膜としても機能することが重要であるが、
従来の集積回路技術における保護膜は、指が常時触れる
ような使い方を想定したものではなく、また、固くてか
つ薄く壊れやすいため、集積回路の機械的な損傷や不純
物による汚染等が原因となって特性が劣化してしまうと
いう問題点がある。
【００１８】さらに、絶縁材料の表面が指の汗等で汚れ
て表面の絶縁特性が劣化した場合、表面に沿って電流リ
ークが発生し、指紋の山部と谷部との容量の違いが低減
してしまい、それにより、指紋パターンのコントラスト
が減少し、はなはだしい場合は指紋パターンそのものが
見えなくなってしまうという問題点がある。
【００１９】シリコン結晶を使ったモノリシック型の指
紋センサの他の従来例が、特開平９−１２６９１８号公
報に開示されている。
【００２０】本従来例は、指を押し当てたときの指紋の
凹凸に起因する圧力パターンを、マトリックスアレイ状
に配置された圧力センサで検出し電気信号として出力す
るものであり、圧力センサは、空洞の上方に延伸した絶
縁層上に位置する圧電抵抗または可変コンデンサあるい
はマイクロコンダクタのいずれかが使用される。また、
本従来例においては、集積化製造工程にて、センサを保
護する目的でセンサ上に形成された保護膜に指が直接接
触することを防ぐために、保護膜の上にさらにシリコー
ン等で形成された柔軟層が付着されており、この柔軟層
の表面に指を押し当てることにより圧力センサに圧力が
作用する。
【００２１】圧力が作用するのは指紋の山部が当たった
圧力センサに対してのみであり、この圧力の作用で空洞
の上方に延伸された絶縁層にて撓み変形が生じる。
【００２２】圧力センサに圧電抵抗を使用した場合は、
絶縁層の撓み変形により抵抗値が変化することを利用し
て、指紋の凹凸に起因する圧力分布を電気信号として出
力する。また、圧電センサに可変コンデンサを使用した
場合は、絶縁層の撓み変形により空洞の厚みが変化し、
空洞を挟む二つの電極間の静電容量が変化することを利
用して、圧力分布に対応した電気信号を出力する。さら
に、マイクロコンタクタを使用した場合は、絶縁層の撓
み変形により空洞が潰れたときに、空洞を挟む二つの電
極が接触し導通状態になることを利用して圧力分布に対
応した電気信号を出力する。
【００２３】上述したいずれの圧力センサを利用した場
合においても、本従来例においては、作用した圧力は絶
縁層の撓み変形に効率よく働くことが重要であるため、
保護膜として付着させる柔軟層は、絶縁層の撓み変形を
阻害しない程度の柔軟性を有していることが必要であ
る。
【００２４】しかし、一方では、作用した圧力で柔軟層
自体が簡単に潰れる程度の柔軟性しか有していないと、
絶縁層の撓み変形は、作用した圧力が、その圧力のう
ち、柔軟層自体の変形に吸収された分だけ小さくなって
しまう。
【００２５】そのため、作用した圧力が柔軟層に吸収さ
れる割合を少なくし、かつ絶縁層の撓み変形を阻害しな
い程度の柔軟性を保持するためには、柔軟層の厚みを薄
くしなければならなくなるが、その場合、本来の目的で
ある表面保護機能が著しく低下してしまうという問題が
ある。
【００２６】圧力の作用で空洞の厚みが変化し、その結
果静電容量が変化することを利用した圧力センサは、上
述した特開平９−１２６９１８号公報に開示された従来
技術よりも前に既に特開昭６１−２２１７８号公報にお
いて開示されている。
【００２７】図１２は、特開昭６１−２２１７８号公報
に開示された電界効果型圧力センサの構造を示す断面図
である。
【００２８】図１２に示すように本従来例においては、
空洞室６０７により電界効果トランジスタのゲート電極
６０６とチャンネル間のゲート絶縁膜６０５とが構成さ
れており、圧力の作用でゲート容量が変化する結果、チ
ャンネル電流が変調され、電気信号出力が得られてい
る。本従来例においてはさらに、空洞内に弾性の優れた
高分子化合物を充填した圧力センサも示されている。
【００２９】本従来例においては、圧力の作用による空
洞の厚み変化をできるだけ大きくすることが求められ
る。そのためには、高分子化合物から成る弾性層は、作
用した圧力をできるだけ多く吸収するために十分な柔軟
性を有するとともに、さらに望ましくは、その厚みと直
角の方向にも変形できるような構成条件に設定されるこ
とが重要である。
【００３０】しかし、本従来例においては、弾性の優れ
た高分子化合物が空洞の中に閉じこめられた構造となっ
ているため、厚みと直角方向の変形は不可能な状態であ
り、その結果、圧力の作用による厚み方向の変形が著し
く制限されてしまうという問題がある。
【００３１】図１３は、特開昭６３−２０４３７４号公
報に開示された圧力式指紋入力装置の構成を示す図であ
り、図１４は、図１３に示した指紋入力板の組み立て状
態の部分断面図である。
【００３２】本従来例における指紋入力板は図１３に示
すように、マトリクス電極シート７２０と、絶縁シート
７２１と、感圧シート７２２とが順次積層されてなり、
マトリクス電極シート７２０はアルミナまたは半導体の
ような材料からなる基板７２０ａの上面に複数のＸ方向
走査電極ｌx1，ｌx2，・・・を平行に真空蒸着法やスパ
ッタリング法で形成し、下面にはそれとは直行する方向
に複数のＹ方向走査電極ｌy1，ｌy2，・・・を平行に同
様な方法で形成してマトリクス電極とし、各Ｙ方向走査
電極ｌy1，ｌy2，・・・はスルーホールにより基板の上
面に一部が露出して導電部Ｐy1，Ｐy2，・・・を形成す
るようにしてある。
【００３３】絶縁シート７２１は、マトリクス電極シー
ト７２０に形成されたマトリクス電極の交点を中心とす
る部位に開口７２１ａが位置するように多数の開口７２
１ａが形成されている。
【００３４】感圧シート７２２は、加わる圧力の大きさ
に応じて抵抗値が変化する。
【００３５】図１４に示すように、指紋入力板上に指７
３０を乗せて軽く押し付けると、感圧シート７２１の開
口７２１ａの枠を支点としてたわみ、マトリクス電極シ
ート７２０上の上面においてＸ方向走査電極ｌx（例え
ばｌx1）とＹ方向走査電極ｌy（例えばｌy1）の導電部
Ｐy（例えばＰy1）とに接触し、この間の横抵抗値が押
圧力に応じて変化する。これにより、指紋パターンに応
じた抵抗値変化を電流値の変化として検出することがで
きる。
【００３６】図１５は、特開昭６３−３１００８７号公
報に開示された接触式指紋入力装置の構成を示す図であ
る。
【００３７】図１５に示すように本従来例においては、
指先８２０を押し付ける平らな絶縁板の表面に、指紋パ
ターンの山部８２０ａ及び谷部８２０ｂのピッチよりも
十分小さな間隔で点状接触子電極８１２を設けた接触板
とこの接触子電極の位置で互いに交差してマトリクスを
形成するように配置された複数本の走査電極を有するマ
トリクス回路部とを積層して指紋入力板を構成するとと
もに、各接触子電極から離間して検出電極部材を設け、
指紋入力板と検出電極部材とにまたがるように指先８２
０を乗せ、走査電極を所定の順序で走査したとき走査電
極の交点に対応した接触子電極が指紋の山部８２０ａに
触れているか、谷部８２０ｂで触れていないかによる接
触子電極と検出電極部材との電気的な導通、非導通状態
を指紋データとして取り出すように構成されている。
【００３８】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の技術においては、実用性に関わる重要な条件である小
型化、低価格化及び高信頼性の全てを満足したものはま
だ知られていない。
【００３９】具体的には、直角プリズムを使用した光学
式指紋検出装置においては、プリズムや光学レンズ等の
光学部品が使用されているが、現状の光学部品では装置
の小型化及び低価格化を図るには限界があった。
【００４０】また、指紋パターンを検知する原理が指を
当てた光学参照面における屈折率の違いを利用するもの
であるため、指を光学参照面に押し当てたときの密着状
態の影響を受けるだけでなく、指の乾燥状態や湿潤状態
等の影響を受けて指紋パターンがかすれたり潰れたりす
る等、高信頼性を図ることができないという問題点があ
る。
【００４１】また、プリズムの指を当てる面に弾性透明
光学部材から成る層を形成し、指の密着性を高めた指紋
検出装置においても、指の乾燥あるいは湿潤状態により
指紋パターンが乱れ易いという信頼性の問題は解決され
ていない。
【００４２】さらに、弾性透明光学部材から成る層の表
面は、ガラス面よりも汚れが付着しやすく、付着した汚
れの量が多い場合は良好な指紋パターンの検出が困難と
なってしまうという問題点がある。
【００４３】また、半導体集積回路により構成された指
紋センサにおいては、小型化及び低価格化を図るための
有力な手段として提案されているが、まだ信頼性の点で
十分な実用性を備えているとは言い難い状態にある。
【００４４】すなわち、指紋の凹凸パターンから圧力パ
ターンや温度パターンが得られることを利用し、圧力や
温度の変化を抵抗や電圧の変化として取り出すために縦
横にアレイ状に配置された変換素子を介して指紋パター
ンに対応した電気信号を出力する集積化指紋センサにお
いては、表面が酸化膜や窒化膜等の保護膜で覆われてい
るが、この表面に指が直接接触するという環境に対し
て、これらの保護膜は固くて薄いために壊れやすく、保
護膜に僅かでもクラックやピンホールが発生すると、そ
こから指の接触等で付着したナトリウム等の不純物が浸
透し、集積化された変換素子や回路素子の特性を劣化さ
せる原因となってしまう。
【００４５】また、指紋の凹凸パターンを静電容量の変
化として捉え、この変化を電気信号として取り出す集積
化指紋センサにおいては、酸化膜や窒化膜等の表面保護
膜に指が直接接触するという環境の下における信頼性の
面において問題があったが、その上さらに、保護膜表面
が汗等で汚れ、表面の絶縁特性が劣化すると、表面に電
流リークが発生し、それにより、指紋パターンのコント
ラストが減少し、はなはだしい場合は指紋パターンその
ものが見えなくなってしまうという問題点がある。
【００４６】さらに、空洞の上方に延伸した絶縁層上に
位置する圧電抵抗または可変コンデンサあるいはマイク
ロコンダクタのいずれかを使用した集積化指紋センサに
おいては、センサを保護する目的でセンサ上に形成され
た保護膜に指が直接接触することを防ぐために、保護膜
の上にさらにシリコーン等で形成された柔軟層が付着さ
れてるが、作用した圧力が柔軟層に吸収される割合を少
なくし、かつ絶縁層の撓み変形を阻害しないような柔軟
性を保持するためには、柔軟層の厚みを薄くしなければ
ならず、その結果、本来の目的である表面保護機能が著
しく低下してしまうという問題点がある。
【００４７】また、圧力の変化を静電容量の変化として
捉える他の圧力センサにおいては、電界トランジスタの
ゲート容量が圧力で変化する構造を構成するために、弾
性の優れた高分子化合物が空洞の中に充填されており、
この高分子化合物がゲート電極を介して厚み方向に圧力
を受けるようになっているが、厚み方向と直角な方向の
変形が不可能な状態であり、その結果、圧力の作用によ
る厚み方向の変形も起こりにくくなってしまうという問
題点がある。
【００４８】本発明は、上述したような従来の技術が有
する問題点を解決し、さらに、小型、低価格でありかつ
高信頼性を有する指紋検出装置を提供することを目的と
する。
【００４９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、指紋情報を検出し、電気信号として出力す
る指紋検出装置であって、指紋を検出すべき指が接触す
るための接触面を具備し、該接触面となる平面に指が接
触した場合にその指紋の凹凸パターンにより生じる圧力
に基づいて厚みが変化する形状転写部と、該形状転写部
の厚みの変化に基づいて指紋のパターンを検出し、該検
出結果を電気信号として出力する検出駆動回路部とを設
ける。
【００５０】また、前記検出駆動回路部は、前記形状転
写部の厚みの変化を静電容量の変化として検出し、該静
電容量の変化に基づいて指紋のパターンを検出するよう
にする。
【００５１】また、前記形状転写部に、前記検出駆動回
路部上に形成され、指紋の凹凸パターンにより生じる圧
力に基づいて厚みが変化する絶縁性の変形層と、該変形
層上に形成され、指紋の凹凸パターンにより生じる圧力
に基づいて変形自在の可撓性電極と、該可撓性電極を保
護するために該可撓性電極上に形成された変形自在の表
面保護層とを設ける。
【００５２】また、前記検出駆動回路部に、基板部材
と、該基板部材上にてアレイ状に配置され、前記可撓性
電極との間における静電容量に基づいて指紋のパターン
を検出するための複数の検出電極と、該検出電極と前記
可撓性電極の間の静電容量を検出し、該検出結果を電気
信号に変換して指紋のパターンとして出力する検知回路
と、前記検出電極を行方向及び列方向にそれぞれ順次選
択する第１及び第２の走査回路と、該第１及び第２の走
査回路と前記検出電極、並びに前記検知回路と前記検出
電極との接続を、前記第１及び第２の走査回路による制
御によって切り換える第１及び第２のスイッチング素子
とを設ける。
【００５３】また、前記検出電極を、絶縁性を有する保
護層で覆う。
【００５４】また、前記検出駆動回路部に、基板部材
と、該基板部材上にてアレイ状に配置され、前記形状転
写部の厚みの変化に基づいて流れる電流が変化する複数
の検出素子と、該検出素子を流れる電流を検出し、該検
出結果を電気信号に変換して指紋のパターンとして出力
する検知回路と、前記検出素子を行方向及び列方向にそ
れぞれ順次選択する第１及び第２の走査回路と、該第１
及び第２の走査回路と前記検出素子、並びに前記検知回
路と前記検出素子との接続を、前記第１及び第２の走査
回路による制御によって切り換える第１及び第２のスイ
ッチング素子とを設ける。
【００５５】また、前記検出素子に、ソース領域とドレ
イン領域とを設け、前記変形層内に、前記２つの領域の
間のチャネル領域を形成する。
【００５６】また、前記形状転送部内の前記可撓性電極
をゲート電極として電界効果トランジスタを形成する。
【００５７】また、前記可撓性電極を、厚み２０μｍ以
下の可撓性保護層で覆う。
【００５８】また、前記表面保護層を、プラスティック
フィルムから構成し、前記可撓性電極を、前記プラスチ
ックフィルムの一方の面に積層された金属または金属酸
化膜からなる導電性薄膜で構成する。
【００５９】また、前記変形層を、硬さ３０度（Ｈｓ
（ＪＩＳ Ａ））以下の絶縁性のゴム材料からなる厚み
５０μｍ以下の膜で構成する。
【００６０】また、前記変形層の一方の面に複数の隙間
を設ける。
【００６１】また、前記変形層を、硬さ５０度（Ｈｓ
（ＪＩＳ Ａ））以下の絶縁性のゴム材料からなる厚み
５０μｍ以下の膜で構成する。
【００６２】また、前記変形層を、ゲル状の絶縁性変形
媒体で構成する。
【００６３】また、前記変形層を、絶縁性の流動性媒体
で構成する。
【００６４】（作用）上記のように構成された本発明に
おいては、指紋の凹凸パターンは、検出駆動回路部の検
出電極上または検出素子上に絶縁性弾性層または絶縁性
流動体層からなる変形層を介して配置された可撓性電極
に転写される。すなわち、指を可撓性電極の上から押し
当てたとき、指紋の山部では押圧力が作用し、可撓性電
極は変形層が潰れる方向に凹み、指紋の谷部では押圧力
は作用せず、変形層からの反発力のみを受け、可撓性電
極は膨らむ。
【００６５】このようにして、可撓性電極には指紋の凹
凸パターンが転写され、アレイ状に配置された個々の検
出電極または検出素子との間隔が指紋の凹凸パターンに
応じて変化する。このような可撓性電極の位置の変化は
静電容量の変化として検出され、電気信号として出力さ
れる。
【００６６】従来の集積化指紋センサにおいて、固い保
護膜に指を直接押し当てたのに対して、本発明において
は、変形層と可撓性電極とで覆われた面に指を当てるた
め、検出駆動回路部の回路素子に対する表面保護機能は
著しく改善される。
【００６７】また、従来の集積化指紋センサにおいて
は、検出電極に対向する電極は押し当てる指自身が兼ね
ていたので、指を押し当てる保護膜の表面が汚れ、それ
により絶縁性が低下すると、指紋の凹凸による差異を検
出することができなくなってしまったが、本発明におい
ては、検出電極または検出素子に対向して配置された層
状の可撓性電極との間の静電容量を検出するので、指を
押し当てる面の汚れ等によって出力信号が影響されるこ
とは全くなくなった。
【００６８】また、指紋の凹凸パターンは、指の湿潤状
態や乾燥状態の如何に関わらず安定して可撓性電極に転
写されるので、光学方式指紋センサに見られた指の乾湿
状態による影響も皆無となった。
【００６９】また、本発明においては、指の押圧力を変
形層を介して他に伝える必要はないので、これらの層の
厚みを特に薄くする必要はなく、指を押し当てる環境か
ら集積化素子を保護するために必要なだけの厚さにする
ことができ、信頼性を著しく向上させることができる。
【００７０】また、本発明においては、変形層が所要の
面積に亘って層状に形成されているので、変形層を空洞
に閉じ込めた場合と比べて押圧力に対する厚みの変化を
大きく取ることができる。
【００７１】また、変形層の少なくとも一方の面に微細
な隙間を形成した場合は、指の押圧力に対する厚みの変
化をより一層大きくすることができる。
【００７２】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。
【００７３】（第１の実施の形態）図１は、本発明の指
紋検出装置の第１の実施の形態の構成を示す概略断面図
である。
【００７４】本形態は図１に示すように、指紋を検出す
べき指が接触するための接触面を有し、該接触面となる
平面に指が接触した場合にその指紋の凹凸パターンによ
り生じる圧力に基づいて厚みが変化する形状転写部１０
８と、形状転写部１０８の下部に形成され、形状転写部
１０８の厚みの変化に基づいて指紋のパターンを検出す
る検出駆動回路部１０４とから構成されており、形状転
写部１０８には、検出駆動回路部１０４上に形成され、
指紋の凹凸パターンにより生じる圧力に基づいて厚みが
変化する絶縁性の変形層１０５と、変形層１０５上に形
成され、指紋の凹凸パターンにより生じる圧力に基づい
て変形自在の可撓性電極１０６と、可撓性電極１０６を
保護するために可撓性電極１０６上に形成された変形自
在の表面保護層１０７とが設けられており、また、検出
駆動回路部１０４には、基板部材１０１と、基板部材１
０１上にてアレイ状に配置され、可撓性電極１０６との
間における静電容量に基づいて指紋のパターンを検出す
るための検出電極１０３と、検出電極１０３を保護する
ために検出電極１０３上に形成された絶縁性を有する保
護層１０２とが設けられている。
【００７５】なお、検出駆動回路部１０４は、単結晶Ｓ
ｉや、低い温度条件下でガラス基板等の上に形成された
薄膜状の多結晶シリコン等を使用し、実用化されている
集積回路製造技術を用いてＭＯＳトランジスタや薄膜ト
ランジスタ等で構成される集積回路素子として製造され
る。
【００７６】また、保護層１０２は、一般に、酸化膜や
窒化膜等で形成され、回路構成要素である半導体素子の
動作安定性を確保する。
【００７７】また、変形層１０５は、ゴム等の弾性体、
絶縁性の流動体、あるいはゲル状の変形媒体で構成され
ている。
【００７８】また、可撓性電極１０６は、指紋の凹凸に
添って変形層１０５が変形するのを妨げないことが求め
られ、金属または金属酸化膜からなる導電性薄膜等で、
自在に変形できるように薄く形成されている。
【００７９】また、表面保護層１０８は、可撓性電極１
０６に指が直接触れて傷ついたり腐食したりするのを防
止するために設けられており、プラスティックフィルム
等で形成され、変形層１０５の変形を妨げないように薄
く形成されている。
【００８０】上記のように構成された指紋検出装置にお
いては、表面保護層１０７表面に指が接触するとその指
紋パターンに基づいて表面保護層１０７及び可撓性電極
１０６が変形し、それにより、変形層１０６の厚みが変
化する。
【００８１】変形層１０６の厚みが変化すると、可撓性
電極１０６と検出電極１０３との間の距離が変化し、そ
れにより、可撓性電極１０６と検出電極１０３との間に
おける静電容量が変化する。
【００８２】可撓性電極１０６と検出電極１０３との間
における静電容量の変化は、電気信号に変換され、指紋
のパターンとして出力される。
【００８３】以下に、上述した検出駆動回路部１０４の
構成について図面を参照して詳細に説明する。
【００８４】図２は、図１に示した検出駆動回路部１０
４の一構成例を示す回路図である。なお、可撓性電極１
０６と検出電極１０３との間における静電容量はそれぞ
れ個別の容量素子１０９で示されており、また、可撓性
電極１０６は常時接地電位に保持されている。
【００８５】本形態における検出駆動回路部１０４は図
２に示すように、マトリックス状に複数配置された検出
電極１０３と可撓性電極１０６との間の静電容量を検出
し、その検出結果を電気信号に変換して指紋のパターン
として出力する検知回路１１２と、各容量素子１０９を
列方向に接続するデータライン１１３と、各容量素子１
０９を行方向に接続するゲートライン１１４と、各容量
素子１０９における静電容量を検出するために各容量素
子１０９を行方向及び列方向にそれぞれ順次選択する第
１及び第２の走査回路１１５，１１６と、容量素子１０
９毎に設けられ、ゲート電極がゲートライン１１４を介
して第１の走査回路１１５に接続され、ソース電極がデ
ータライン１１３に接続され、ドレイン電極が検出電極
１３にそれぞれ接続された複数の第１のスイッチングト
ランジスタ１１０と、データライン１１３毎に設けら
れ、ゲート電極が第２の走査回路１１６に接続され、ソ
ース電極がデータライン１１３に接続され、ドレイン電
極が検出回路１１２に接続された複数の第２のスイッチ
ングトランジスタ１１１とから構成されており、検知回
路１１２には、リセット動作用のスイッチングトランジ
スタ１１７が設けられている。
【００８６】以下に、上記のように構成された検出駆動
回路部１０４の動作について説明する。
【００８７】まず、第１及び第２の走査回路１１５，１
１６によってスイッチングトランジスタ１１０，１１１
を全て導通状態として全ての容量素子１０９を選択し、
それにより、全ての容量素子１０９に充電された電荷量
を０に初期化する。ここで、容量素子１０９の初期化に
おいては、全ての容量素子１０９が選択された状態にお
いて、検知回路部１１２内に組み込まれたリセット用の
スイッチングトランジスタ１１７にリセット信号が与え
られ、スイッチングトランジスタ１１７が導通状態に設
定されることにより実施される。
【００８８】その後、第１走査回路１１５によってゲー
トライン１１４が順次選択され、また、第２の走査回路
１１６によってデータライン１１５が順次選択される。
【００８９】ゲートライン１１４及びデータライン１１
５が選択されると、選択されたゲートライン１１４とデ
ータライン１１５との交差部に位置する容量素子１０９
に充電電流が流し込まれ、その充電電流が検知回路１１
２にて計測される。
【００９０】以下に、上述した検出駆動回路部１０４の
製造方法について説明する。
【００９１】図３は、図２に示した検出駆動回路部１０
４の製造方法について説明するための図であり、（ａ）
はスイッチングトランジスタ１１０及びそれに接続され
た検出電極１０３の断面図、（ｂ）は（ａ）に示したス
イッチングトランジスタ１１０及び検出電極１０３の平
面図である。
【００９２】まず、シリコン酸化膜１２１がコーティン
グされたガラス基板１２２の表面にアモルファスシリコ
ン膜を形成した後、形成された膜に加熱処理を施して多
結晶シリコン膜１２３を生成する。
【００９３】次に、ゲート絶縁膜１２４となるシリコン
酸化膜及び導電膜１２５を順次積層し、その後、導電膜
１２５にフォトエッチング加工を施し、ゲート電極１２
６とこれに接続されるゲートライン１１４を形成する。
【００９４】次に、多結晶シリコン膜１２３の所定の部
分にイオン注入により燐のイオンを打ち込み、ｎ+導電
型のソース領域１２７及びドレイン領域１２８を形成す
る。
【００９５】次に、シリコン窒化膜による絶縁保護膜１
２９を積層し、その後、この絶縁保護膜１２６のうち、
ソース領域１２７及びドレイン領域１２８の絶縁保護膜
１２６に電極接続のための窓を形成し、アルミニウムの
導電膜１３０を積層する。
【００９６】その後、アルミニウム導電膜１３０にフォ
トエッチング加工を施し、ドレイン電極１３１とこれに
一体的に接続される検出電極１０３とソース電極１３２
とこれに接続されるデータライン１１３とを形成する。
【００９７】最後に、シリコン窒化膜からなる表面保護
膜１３３を積層して検出駆動回路部１０４が完成する。
【００９８】本形態における回路構成においては、容量
素子１０９の容量値及び形状転写部１０８に指を押し当
てたときの容量の変化量が大きくない場合、充電電流の
変化を大きくすることができず、この変化が、種々の条
件の下で発生する雑音レベルよりも小さいと指紋パター
ンの検出が不可能になってしまう。
【００９９】容量素子１０９の容量値を大きくするため
には、形状転写部１０８内の変形層１０５を形成する変
形媒体に、誘電率の大きな材料を選択するか、変形層１
０５の厚みを薄くすることが要求される。
【０１００】一方、容量素子１０９における容量の変化
量を大きくするためには、形状転写部１０８内の変形層
１０５を形成する変形媒体に、小さな圧力で容易に変形
する柔らかい材料を選択するか、変形層１０５の厚みを
厚くすることが要求される。
【０１０１】ここで、シリコーン化合物においては、ゴ
ム、ゲル、オイル等の各種の形態を利用することがで
き、変形媒体として使用するのに適している。一例を挙
げると、東レ・ダウコーニング・シリコーン（株）製の
製品名ＳＥ１７４０は、ポッティング用として製品化さ
れている２液型シリコーンゴムであり、硬化後の硬さは
ＪＩＳ硬度（ＪＩＳ Ａ）で３と通常のゴムの１０分の
１以下の柔らかさである。なお、比誘電率は約３であ
る。
【０１０２】上述したシリコーンゴムにおいては、硬化
前は室温における粘度が９２０ｍＰａ・ｓのオイル状で
あり、これを検出駆動回路部１０４の表面に適量垂ら
し、回転塗布法により薄く引き延ばした後、硬化させる
ことにより変形層１０５を形成した。なお、塗布層の厚
みにおいては、回転塗布における回転数や回転時間によ
って変えることができるが、回転数４０００ｒｐｍで１
分間回転させた場合の塗布層の厚みは約４μｍであっ
た。
【０１０３】この塗布層の表面に、片面にＡｌ蒸着膜が
形成された厚さ１０μｍのポリエチレンテレフタレート
（ＰＥＴ）フィルムを、Ａｌ蒸着面が塗布層に重なるよ
うに積層した後、塗布層を硬化させる。
【０１０４】Ａｌ蒸着膜は可撓性電極１０６を形成し、
また、ベースのＰＥＴフィルムは表面保護層１０７を形
成する。
【０１０５】塗布層の硬化においては、室温で２４時間
以上放置することで得られるが、１５０℃で１時間の加
熱により十分硬化させることも可能である。
【０１０６】上述した検出駆動回路部１０４において
は、８０μｍ角の大きさを有する検出電極１０３を１０
０μｍ置きに配置したものを使用した結果、良好な指紋
パターンを検知することができた。なお、動作電圧は５
Ｖであった。
【０１０７】表面保護層１０７は、厚みを薄くした方が
指紋の凹凸に良くなじんで変形しやすくなる。本形態で
あげたＰＥＴフィルムは４μｍと薄いものも入手が可能
であるが、薄いフィルムに対しては、その表面へのＡｌ
蒸着膜の形成が困難であったり、取り扱いが容易でない
等の問題があった。一方、表面保護層１０７の厚みを厚
くすると、撓み変形がしにくくなるため、指紋の凹凸に
追従した変形ができなくなる。表面保護層１０７の厚み
をいくつか替えてみた結果、厚みが２０μｍを越えると
指紋パターンは急激にかすれ、コントラストの小さな不
鮮明な状態になった。すなわち、表面保護層１０７の厚
みは２０μｍ以下にしなくてはならないことが明らかに
なったが、これは、指紋の凹凸が平均のピッチ約１００
μｍであり、平均の振幅約５０μｍであることに良く対
応したものと考えられる。
【０１０８】変形層１０５を形成する変形媒体は、指の
皮膚に比べて十分に柔らかいことが求められる。しか
し、皮膚の硬さに関するデータはなく、また、新たに計
測することも容易ではない。上述した実施の形態におい
て硬さの異なる変形媒体を使用し、指紋パターンの状態
を観察した結果、硬さがＪＩＳ硬度（ＪＩＳ Ａ）で３
０度を越えると急激に指紋パターンが不鮮明になった。
したがって、変形媒体の硬度は３０度以下でなくてはな
らないことが明らかになった。
【０１０９】ここで、変形媒体としては他にゲル状のシ
リコーン化合物も適している。例えば、ジャンクション
コーティングレジンとして商品化されている東レ・ダウ
コーニング・シリコーン（株）製の製品名ＪＣＲ６１３
４Ｎは、２液型のシリコーンゲルであり、比誘電率は
２．７である。硬化前は約０．０１５Ｐａ・ｓと低粘度
であるため、薄膜コートに適している。なお、回転数４
０００ｒｐｍで１分間の回転塗布により得られた膜厚は
２μｍであった。
【０１１０】このシリコーン化合物は、上述したシリコ
ーンゴムに比べて膜厚が２分の１になり、それにより、
検出電極１０３と可撓性電極１０６との間の静電容量が
２倍になり、上述したシリコーンゴムの場合よりもさら
に良好な指紋パターンを得ることができた。
【０１１１】（第２の実施の形態）図４は、本発明の指
紋検出装置の第２の実施の形態の構成を示す概略断面図
である。
【０１１２】本形態は図４に示すように、図１に示した
ものと比べて、変形層１０５が片面に隙間１１８が形成
された弾性層で構成されていることのみが異なるもので
あり、その他の構成については図１に示したものと同様
である。
【０１１３】すなわち、図１に示したものにおいては、
変形層１０５に変形材料が密に使われていたのに対し
て、本形態においては、変形層１０５に隙間１１８が形
成されているため、同一の変形材料を使用して同じ厚み
に形成した変形層１０５と比べて、同じ圧力に対して変
形量が大きくなる。
【０１１４】その理由は、一般的な材料は、縦方向に変
形材料がつぶされる場合、これと直交する横方向に膨ら
む性質を有しているが、材料が密に詰まっている場合は
この横方向の変形が制限されるため、縦方向の圧力に対
しても変形しにくくなるからである。本形態における隙
間１１８は、この横方向の変形が制限されるのを低減す
る効果をもたらすものである。
【０１１５】隙間１１８の幅は、縦方向の圧力に対して
横方向の変形を吸収することができる程度に広く取る必
要があり、縦方向の圧力に対してつぶれる量の２０〜３
０％に設定すれば十分である。この値は、変形層１０５
の厚みの１０％程度と小さなものである。
【０１１６】一方、隙間１１８の形成には、従来から周
知の各種の成型法を使用することができるが、隙間１１
８の最小幅は、その深さの程度までしか小さくすること
はできない。隙間１１８の深さはできるだけ深くするこ
とが望まれることから、隙間１１８の深さを変形層１０
５の厚み程度にした場合、隙間１１８の幅も変形層１０
５の厚み程度となり、それより小さくすることは困難で
ある。従って、従来より周知の各種成型法を用いて隙間
１１８を形成する限り、隙間１１８の幅が狭すぎるとい
うことはない。
【０１１７】一方、隙間１１８間においては、変形材料
の柱１１９となる角柱あるいは円柱が形成されており、
それらの幅を大きくすると変形層１０５の変形量は小さ
くなり、隙間１１８を設けた効果が低減する。従って、
変形材料の柱１１９の幅はできるだけ狭くすることが望
まれる。
【０１１８】この場合においても、従来より周知の各種
成型法を用いる限り、隙間１３１間の最小距離、すなわ
ち変形材料の柱１１９の幅は変形層１０５の厚み程度で
あり、それより小さくすることは困難である。
【０１１９】本形態において、上述した東レ・ダウコー
ニング・シリコーン社製シリコーンゴムＳＥ１７４０を
用いて隙間１１８のある変形層１０５を形成した。
【０１２０】形成された変形層１０５は、厚みが５μｍ
であり、隙間１１８においては、幅、深さとも４μｍ、
隙間１１８間の距離が５μｍとなるように格子状に並べ
られたものである。すなわち、断面が５μｍ角で高さが
４μｍのゴムの角柱が４μｍの隙間を隔てて縦横に整列
されており、これらの角柱は厚み１μｍのゴム層にぶら
下がっているような構造になっている。
【０１２１】この変形層１０５に指を押し当てたときの
変形量は、変形層１０５の厚みの４０％と大きな値を得
ることができた。
【０１２２】この変形層１０５を、８０μｍ角の検出電
極１０３が１００μｍピッチで配置された検出駆動回路
に適用した結果、検出信号における雑音成分が低減し、
より良好な指紋パターン検知を行うことができた。
【０１２３】本形態においては、変形層１０５において
角柱または円柱により隙間１１８が形成されていたが、
角錐または円錐によっても隙間１１８が形成される。
【０１２４】図５は、図４に示した変形層１０５の隙間
１１８を角柱または円柱によって形成した例を示す図で
ある。
【０１２５】本形態では、変形層１０５に形成された隙
間の効果で、同一の変形媒体を使用した場合には、変形
量を大きくすることができるが、逆に、同一の変形量が
得られる範囲においては、より硬い変形媒体の使用を可
能にするものである。変形媒体のいくつかの硬さに対し
て指紋パターンの状態を観察した結果、硬度５０までの
変形媒体について良好な指紋パターンが得られることが
確認された。
【０１２６】（第３の実施の形態）上述したシリコーン
及びシリコーンゲルを用いた実施の形態において、指紋
パターンの解像度を高めるために、検出電極１０３の大
きさを４０μｍ角と小さくし、検出電極１０３アレイの
ピッチを５０μｍとして検出駆動回路を使用した場合
は、検出信号に雑音成分が多く含まれてしまい、良好な
指紋パターン検知は困難であった。これは、検出電極１
０３の大きさが小さくなり、この検出電極１０３と可撓
性電極１０６との間の静電容量が小さくなったためと、
指を押し当てたときの変形層１０５の変形量が、最大で
も４０％程度ではまだ不十分であるためである。
【０１２７】そこで、変形層１０５における変形量をさ
らに大きくすることができれば、つぶされて薄くなった
部分の静電容量は大きくなり、また、容量の変化量も大
きくすることができる。このような状態を実現するため
の実施例の形態を、以下に、図を参照しながら説明す
る。
【０１２８】図６は、本発明の指紋検出装置の第３の実
施の形態の構成を示す概略断面図である。
【０１２９】本形態は図６に示すように、図１に示した
ものと比べて、変形層１０５が流動性媒体で構成されて
いる点と、検出駆動回路部１０４と可撓性電極１０６と
の間における変形層１０５の周辺部に支持部材１３５が
設けられている点のみが異なるものであって、検出駆動
回路部１０４と可撓性電極１０６と支持部材１３５とに
よって囲まれた領域に変形層１０５となる流動性媒体が
封入され、密封されている。なお、可撓性電極１０６は
表面保護層１０７に支持されている。
【０１３０】第１及び第２の実施の形態において示した
ようにゴム等の弾性体を用いた場合は、これらの変形媒
体が圧力に対して体積変化を生じることを利用したのに
対して、本形態においては、液体が圧力を受けても体積
がほとんど変化しない代わりに、これらが流動性媒体と
して、より圧力の低い部分に押し出されて移動するの性
質を利用している。
【０１３１】すなわち、変形層１０５に指を押し当てた
とき、指紋の山部では、圧力を受けた流動性媒体が圧力
の低い周辺部や指紋の谷部に移動するため、可撓性電極
１０６は検出駆動回路部１０４の表面の保護層１０２に
ほとんど接触する状態になる。
【０１３２】流動性媒体は狭い空間を移動するため流動
抵抗が高くなり、流動性媒体の内圧は高くなる。その結
果、指紋の谷部では、表面保護層１０７を形成している
薄いフィルムが皮膚に密着するように変形し、可撓性電
極１０６と検出駆動回路部１０４の保護層１０２との間
に流動性媒体が介在した状態となる。このとき、検出電
極１０３と可撓性電極１０６との間の静電容量を決定す
る電極間距離は、指紋の山部では検出駆動回路部１０４
の保護層１０２の厚みにほぼ等しく、指紋の谷部では指
紋の凹凸の大きさの程度のものとなる。なお、保護層１
０２の厚みは、サブミクロンの範囲にあり、指紋の山部
に対応する静電容量は、上述したようなゴム材料を使用
したものにおける値よりも１００倍程度大きなものとな
る。
【０１３３】この結果、検出電極１０３の大きさを４０
μｍ角、検出電極１０３アレイのピッチを５０μｍと細
かくした検出回路を使用しても良好な指紋パターンを得
ることができた。
【０１３４】なお、本形態における流動性媒体は、絶縁
性であり電気的特性が安定なものであればどのようなも
のでも使用することができる。シリコーンオイルは安定
性や電気的特性が優れており、本形態における流動性媒
体として最適である。例えば、東レ・ダウコーニング・
シリコーン（株）製の製品名ＳＨ２００は種々の用途に
適用できる一般用として販売されており、粘度も低粘度
から高粘度まで選択することができる。
【０１３５】（第４の実施の形態）図２に示した検出駆
動回路部１０４においては、検出電極１０３への充電及
び放電の電荷量が計測されているが、上述した実施の形
態において説明したように、計測すべき電荷量は小さい
上に、電荷量の変化分はさらに小さいため、指紋パター
ンに対応した電気信号出力を安定に得ることは容易では
ない。
【０１３６】そこで、第４の実施の形態として、より安
定な電気信号出力を得ることができる指紋検出装置につ
いて説明する。
【０１３７】図７は、本発明の指紋検出装置の第４の実
施の形態の構成を示す概略断面図である。
【０１３８】本形態は図７に示すように、図１に示した
検出電極１０３の代わりに、基板部材１０１上にてアレ
イ状に配置され、可撓性電極１０６との距離に基づいて
指紋のパターンを検出するための検出素子１３４が設け
られている点のみが異なるものであって、その他の構成
については図１に示したものと同様である。
【０１３９】図８は、図７に示した検出駆動回路部１０
４の一構成例を示す回路図である。
【０１４０】本形態における検出駆動回路部１０４は図
８に示すように、マトリックス状に複数配置され、ソー
ス領域、ドレイン領域及び両領域を結ぶチャネル領域か
ら形成された検出素子１３４に流れる電流を検出し、そ
の検出結果を電気信号に変換して指紋のパターンとして
出力する検知回路１４５と、検出素子１３４のソース電
極１３６間に接続されたソースライン１３７と、検出素
子１３４のドレイン電極１４０間に接続されたドレイン
ライン１４１と、各検出素子１３４を流れる電流を検出
するために各検出素子１３４を行方向及び列方向にそれ
ぞれ順次選択し、所定のソース・ドレイン間電圧を印加
する第１及び第２の走査回路１４６，１４７と、ソース
ライン１３７毎に設けられ、ゲート電極が第１の走査回
路１４６に接続され、ドレイン電極がソースライン１３
７に接続された複数の第１のスイッチングトランジスタ
１３８と、ドレインライン１４１毎に設けられ、ゲート
電極が第２の走査回路１４７に接続され、ソース電極が
ドレインライン１４１に接続され、ドレイン電極が検知
回路１４５に接続された複数の第２のスイッチングトラ
ンジスタ１４４と、第１のスイッチングトランジスタ１
３８のソース電極に接続されたソース電源１３９と、ゲ
ート電極が第２のスイッチングトランジスタ１４４のゲ
ート電極に接続され、ドレイン電極が第２のスイッチン
グトランジスタ１４４のソース電極に接続され、定電流
源として機能する電界効果トランジスタ１４２と、電界
効果トランジスタのソース電極に接続されたドレイン電
源１４３とから構成されている。
【０１４１】なお、上述したチャネル領域は、絶縁性の
保護膜で覆われており、その上に形成された形状転写部
１０８の可撓性電極１０６は、チャネル領域の導電性を
制御するためのゲート電極１３５を形成している。
【０１４２】また、可撓性電極１０６が所定の電位に固
定されているため、ゲート電極１３５は全ての検出素子
１３４に対して同一の電位に固定されている。
【０１４３】以下に、上記のように構成された検出駆動
回路部１０４の動作について説明する。
【０１４４】指を形状転写部１０８に押し当てると、指
紋の凹凸パターンに添って可撓性電極１０６が変形し、
各検出素子１３４毎にそのチャネル領域とゲート電極１
３５との距離が変化する。
【０１４５】ここで、ゲート電極１３５の電位は一定に
固定されているが、ゲート容量が各検出素子１３４毎に
変化しているため、所定のソース・ドレイン間電圧の印
加に対して、各検出素子１３４におけるチャネル電流は
検出素子１３４毎に変化する。
【０１４６】そこで、第１及び第２の走査回路１４６，
１４７によって複数の検出素子１３４のうち１つの検出
素子１３４が選択されると、選択された検出素子１３４
は、ソース電源１３９及びドレイン電源１４３に接続さ
れてソース・ドレイン電圧が印加され、その時のゲート
容量に対応したチャネル電流を流すことができる状態に
なる。
【０１４７】チャネル電流はソース電源１３９から、選
択された検出素子１３４のチャネルを通って、ドレイン
電源１４３に流れ込むが、途中に配置された電流制限用
の電界効果トランジスタ１４２によって電流制限を受
け、それにより、検出素子１３４のドレイン電極１４０
の電位がゲート容量の値に応じて変化する。
【０１４８】この電圧変化が、第２のスイッチングトラ
ンジスタ１４４を介して検知回路１４５にて捉えられ、
指紋の凹凸パターンに対応した電気信号として出力され
る。
【０１４９】図８に示した回路は、図２及び図３に示し
たものと同様に、多結晶シリコン膜を用いた薄膜トラン
ジスタ製造技術によって製造される。
【０１５０】図９は、図８に示した検出素子１３４の構
造概略を示す平面図である。
【０１５１】図３の説明で述べた製造プロセスの中で、
ゲート電極とこれに接続されるゲートラインを形成する
ための、導電膜の積層とフォトエッチング加工は図９に
示すものにおいては不要である。
【０１５２】すなわち、シリコン酸化膜をコーティング
したガラス基板上に形成された多結晶シリコン膜１４８
にシリコン酸化膜のゲート絶縁膜を積層した後、燐のイ
オン注入によりソース領域１４９及びドレイン領域１５
０を形成する。
【０１５３】次に、ソース領域に電極接続のための窓を
形成し、その後、アルミニウムの導電膜を積層し、フォ
トエッチング加工を施してソース電極１５１及びこれに
接続されるソースライン１５２を形成する。
【０１５４】次に、シリコン酸化膜の絶縁保護膜を積層
し、その後、ドレイン領域に電極接続のための窓を形成
し、その上にアルミニウムの導電膜を積層し、フォトエ
ッチング加工を施してドレイン電極１５３及びこれに接
続するドレインライン１５４を形成する。
【０１５５】最後に、表面保護層となるシリコン窒化膜
を積層して検出駆動回路部が完成する。
【０１５６】本形態においては、容量変化の検出に電界
効果トランジスタの増幅機能が用いられているため、安
定な検出が可能である。
【０１５７】一例として、移動度が１２０ｃｍ2／Ｖ／
ｓの多結晶シリコン膜を用い、ゲート電極の幅と長さが
それぞれ４０μｍと１０μｍ、ゲート絶縁膜の厚みと誘
電率がそれぞれ１０μｍと３．４×１０-13Ｆ／ｃｍの
とき、ゲート電圧をしきい電圧値よりも５Ｖ高く設定し
たときのドレイン電流は１０．２μＡとなり、雑音レベ
ルよりも十分大きな値を得ることができた。この電流値
を定電流値として維持しながら、ゲート絶縁膜の厚みを
１０μｍから９μｍに１μｍ小さくしたとき、ソース電
圧は５Ｖから４．７４Ｖになり、２６０ｍＶの十分大き
な電圧変化が得られた。
【０１５８】すなわち、本形態によれば、検出素子１３
４を５０μｍピッチで配置する高精細化が実現され、か
つ形状転写部における変形層の厚みを１０μｍと厚くす
ることができるので、製造が容易になった。
【０１５９】（第５の実施の形態）上述した実施の形態
においては、検出素子１３４が、電界効果トランジスタ
のゲート電極がない形状のものであったが、検出素子１
３４として電界効果トランジスタの形状をそのまま利用
することもできる。
【０１６０】図１０は、本発明の指紋検出装置の第５の
実施の形態の構成を示す図であり、検出駆動回路部の構
成例を示している。
【０１６１】図１０に示すように本形態においては、検
出素子１３４はゲート電極１５５を有する電界効果トラ
ンジスタであり、ゲート電極の上面に形状転写部１０８
が形成されている。
【０１６２】これにより、検出素子１３４の特性が安定
すると共に、形状転写部１０８を積層する工程におい
て、検出素子１３４に静電的なダメージを与えてしまう
という事故が大幅に低減される。
【０１６３】この場合、ゲート電極の電位は、浮動状態
にあって、形状転写部１０８における可撓性電極１０６
の電位によって決定されるため、検出動作特性は図８に
示したものほとんど同様である。
【０１６４】図８及び図１０に示した検出駆動回路部
を、図４、図５及び図６に示した指紋検出装置に適用す
ることにより、高安定かつ高感度の指紋検出装置を実現
することが可能になった。
【０１６５】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載するような効果を奏する。
【０１６６】（１）指の湿潤状態の如何を問わず指紋の
凹凸パターンが形状転写部に写されるため、従来の光学
式指紋センサのように指の状態の影響を受けることがな
くなる。
【０１６７】（２）形状転写部に写された凹凸パターン
が、形状転写部の内部構造変化に伴った容量変化という
形で検出されるため、表面の汚れなどの影響を受けるこ
とが原理的になくなる。
【０１６８】（３）形状転写部に指が直接押し当てられ
る構成としたため、検出駆動回路部が直接的に外力を受
けることがなくなり、それにより、表面保護層が破壊さ
れたり、不純物が浸透するようなことを防ぐことができ
る。
【０１６９】（４）形状転写部における変形層の厚みを
厚くした場合においても、高安定及び高感度の検出が可
能であるため、積層された形状転写部によって検出駆動
回路部を十分保護することができる。
【０１７０】（５）形状転写部における変化層を、厚み
方向と直角方向の変形を制限しないように構成した場合
や、変形層に微細な隙間を形成した場合や、さらに、ゲ
ル状媒体や流動性媒体を用いて変形層を構成した場合
は、変形層の厚み方向の変形を大きくすることができ、
検出動作の高感度化及び高安定化をより一層高めること
ができる。
【０１７１】上述したように、本発明においては、小型
化及び薄型化を容易に実現することができ、また、ガラ
ス基板上に形成された多結晶シリコン回路は、基板が安
価であるため、製造プロセスが複雑化されることはな
く、それにより、低価格化を容易に実現することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の指紋検出装置の第１の実施の形態の構
成を示す概略断面図である。
【図２】図１に示した検出駆動回路部の一構成例を示す
回路図である。
【図３】図２に示した検出駆動回路部の製造方法につい
て説明するための図であり、（ａ）はスイッチングトラ
ンジスタ及びそれに接続された検出電極の断面図、
（ｂ）は（ａ）に示したスイッチングトランジスタ及び
検出電極の平面図である。
【図４】本発明の指紋検出装置の第２の実施の形態の構
成を示す概略断面図である。
【図５】図４に示した変形層の隙間を角柱または円柱に
よって形成した例を示す図である。
【図６】本発明の指紋検出装置の第３の実施の形態の構
成を示す概略断面図である。
【図７】本発明の指紋検出装置の第４の実施の形態の構
成を示す概略断面図である。
【図８】図７に示した検出駆動回路部の一構成例を示す
回路図である。
【図９】図８に示した検出素子の構造概略を示す平面図
である。
【図１０】本発明の指紋検出装置の第５の実施の形態の
構成を示す図である。
【図１１】特開平８−３０５８３２号公報に開示された
指紋入力装置の構成を示す図である。
【図１２】特開昭６１−２２１７８号公報に開示された
電界効果型圧力センサの構造を示す断面図である。
【図１３】特開昭６３−２０４３７４号公報に開示され
た圧力式指紋入力装置の構成を示す図である。
【図１４】図１３に示した指紋入力板の組み立て状態の
部分断面図である。
【図１５】特開昭６３−３１００８７号公報に開示され
た接触式指紋入力装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１０１ 基板部材 １０２ 保護層 １０３ 検出電極 １０４ 検出駆動回路部 １０５ 変形層 １０６ 可撓性電極 １０７ 表面保護層 １０８ 形状転写部 １０９ 容量素子 １１０，１１１，１１７，１３８，１４４ スイッチ
ングトランジスタ １１２，１４５ 検知回路 １１３ データライン １１４ ゲートライン １１５，１１６，１４６，１４７ 走査回路 １１８ 隙間 １１９ 変形材料の柱 １２１ シリコン酸化膜 １２２ ガラス基板 １２３，１４８ 多結晶シリコン膜 １２５，１３０ 導電膜 １２４ ゲート絶縁膜 １２６，１３５，１５５ ゲート電極 １２７，１３６，１４０ ソース領域 １２８，１５０ ドレイン領域 １２９ 絶縁保護膜 １３１，１４０，１５３ ドレイン電極 １３２，１５１ ソース電極 １３３ 表面保護膜 １３４ 検出素子 １３５ 支持部材 １３７，１５２ ソースライン １３９ ソース電源 １４１，１５４ ドレインライン １４２ 電界効果トランジスタ １４３ ドレイン電源

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 指紋情報を検出し、電気信号として出力
    する指紋検出装置であって、 指紋を検出すべき指が接触するための接触面を具備し、
    該接触面となる平面に指が接触した場合にその指紋の凹
    凸パターンにより生じる圧力に基づいて厚みが変化する
    形状転写部と、 該形状転写部の厚みの変化に基づいて指紋のパターンを
    検出し、該検出結果を電気信号として出力する検出駆動
    回路部とを有することを特徴とする指紋検出装置。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の指紋検出装置におい
    て、 前記検出駆動回路部は、前記形状転写部の厚みの変化を
    静電容量の変化として検出し、該静電容量の変化に基づ
    いて指紋のパターンを検出することを特徴とする指紋検
    出装置。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載の指紋検出装置におい
    て、 前記形状転写部は、 前記検出駆動回路部上に形成され、指紋の凹凸パターン
    により生じる圧力に基づいて厚みが変化する絶縁性の変
    形層と、 該変形層上に形成され、指紋の凹凸パターンにより生じ
    る圧力に基づいて変形自在の可撓性電極と、 該可撓性電極を保護するために該可撓性電極上に形成さ
    れた変形自在の表面保護層とを有することを特徴とする
    指紋検出装置。
  4. 【請求項４】 請求項２に記載の指紋検出装置におい
    て、 前記形状転写部は、 前記検出駆動回路部上に形成され、指紋の凹凸パターン
    により生じる圧力に基づいて厚みが変化する絶縁性の変
    形層と、 該変形層上に形成され、指紋の凹凸パターンにより生じ
    る圧力に基づいて変形自在の可撓性電極と、 該可撓性電極を保護するために該可撓性電極上に形成さ
    れた変形自在の表面保護層とを有することを特徴とする
    指紋検出装置。
  5. 【請求項５】 請求項４に記載の指紋検出装置におい
    て、 前記検出駆動回路部は、 基板部材と、 該基板部材上にてアレイ状に配置され、前記可撓性電極
    との間における静電容量に基づいて指紋のパターンを検
    出するための複数の検出電極と、 該検出電極と前記可撓性電極の間の静電容量を検出し、
    該検出結果を電気信号に変換して指紋のパターンとして
    出力する検知回路と、 前記検出電極を行方向及び列方向にそれぞれ順次選択す
    る第１及び第２の走査回路と、 該第１及び第２の走査回路と前記検出電極、並びに前記
    検知回路と前記検出電極との接続を、前記第１及び第２
    の走査回路による制御によって切り換える第１及び第２
    のスイッチング素子とを有することを特徴とする指紋検
    出装置。
  6. 【請求項６】 請求項４または請求項５に記載の指紋検
    出装置において、 前記検出電極は、絶縁性を有する保護層で覆われている
    ことを特徴とする指紋検出装置。
  7. 【請求項７】 請求項３に記載の指紋検出装置におい
    て、 前記検出駆動回路部は、 基板部材と、 該基板部材上にてアレイ状に配置され、前記形状転写部
    の厚みの変化に基づいて流れる電流が変化する複数の検
    出素子と、 該検出素子を流れる電流を検出し、該検出結果を電気信
    号に変換して指紋のパターンとして出力する検知回路
    と、 前記検出素子を行方向及び列方向にそれぞれ順次選択す
    る第１及び第２の走査回路と、 該第１及び第２の走査回路と前記検出素子、並びに前記
    検知回路と前記検出素子との接続を、前記第１及び第２
    の走査回路による制御によって切り換える第１及び第２
    のスイッチング素子とを有することを特徴とする指紋検
    出装置。
  8. 【請求項８】 請求項７に記載の指紋検出装置におい
    て、 前記検出素子は、ソース領域とドレイン領域とを有し、 前記変形層内に、前記２つの領域の間のチャネル領域が
    形成されていることを特徴とする指紋検出装置。
  9. 【請求項９】 請求項８に記載の指紋検出装置におい
    て、 前記形状転送部内の前記可撓性電極をゲート電極として
    電界効果トランジスタが形成されていることを特徴とす
    る指紋検出装置。
  10. 【請求項１０】 請求項３または請求項４に記載の指紋
    検出装置において、 前記可撓性電極は、厚み２０μｍ以下の可撓性保護層で
    覆われていることを特徴とする指紋検出装置。
  11. 【請求項１１】 請求項３または請求項４に記載の指紋
    検出装置において、 前記表面保護層は、プラスティックフィルムから構成さ
    れ、 前記可撓性電極は、前記プラスチックフィルムの一方の
    面に積層された金属または金属酸化膜からなる導電性薄
    膜で構成されていることを特徴とする指紋検出装置。
  12. 【請求項１２】 請求項３または請求項４に記載の指紋
    検出装置において、 前記変形層は、硬さ３０度（Ｈｓ（ＪＩＳ Ａ））以下
    の絶縁性のゴム材料からなる厚み５０μｍ以下の膜で構
    成されていることを特徴とする指紋検出装置。
  13. 【請求項１３】 請求項３または請求項４に記載の指紋
    検出装置において、 前記変形層は、一方の面に複数の隙間を有することを特
    徴とする指紋検出装置。
  14. 【請求項１４】 請求項１３に記載の指紋検出装置にお
    いて、 前記変形層は、硬さ５０度（Ｈｓ（ＪＩＳ Ａ））以下
    の絶縁性のゴム材料からなる厚み５０μｍ以下の膜で構
    成されていることを特徴とする指紋検出装置。
  15. 【請求項１５】 請求項３または請求項４に記載の指紋
    検出装置において、 前記変形層は、ゲル状の絶縁性変形媒体で構成されてい
    ることを特徴とする指紋検出装置。
  16. 【請求項１６】 請求項３または請求項４に記載の指紋
    検出装置において、 前記変形層は、絶縁性の流動性媒体で構成されているこ
    とを特徴とする指紋検出装置。
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