JPS5827277A - 指紋センサ - Google Patents

指紋センサ

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JPS5827277A
JPS5827277A JP57133623A JP13362382A JPS5827277A JP S5827277 A JPS5827277 A JP S5827277A JP 57133623 A JP57133623 A JP 57133623A JP 13362382 A JP13362382 A JP 13362382A JP S5827277 A JPS5827277 A JP S5827277A
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JP
Japan
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pattern
column
transistor
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JP57133623A
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English (en)
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デイビイツド・ジ−・エドワ−ズ
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Siemens Schuckertwerke AG
Siemens AG
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Siemens Schuckertwerke AG
Siemens AG
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Publication date
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Publication of JPS5827277A publication Critical patent/JPS5827277A/ja
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/18—Measuring force or stress, in general using properties of piezo-resistive materials, i.e. materials of which the ohmic resistance varies according to changes in magnitude or direction of force applied to the material
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/117—Identification of persons
    • A61B5/1171—Identification of persons based on the shapes or appearances of their bodies or parts thereof
    • A61B5/1172—Identification of persons based on the shapes or appearances of their bodies or parts thereof using fingerprinting
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V40/00—Recognition of biometric, human-related or animal-related patterns in image or video data
    • G06V40/10—Human or animal bodies, e.g. vehicle occupants or pedestrians; Body parts, e.g. hands
    • G06V40/12—Fingerprints or palmprints
    • G06V40/13—Sensors therefor
    • G06V40/1306—Sensors therefor non-optical, e.g. ultrasonic or capacitive sensing
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one piezoelectric, electrostrictive or magnetostrictive element covered by groups H10N30/00 – H10N35/00

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】 本発明に、指紋の検証により個人を同定するための装置
に関する。一層詳細には、本発明は、指のトポロジカル
・・々ターンすなわち起伏模様を電気的出力信号に変換
するための指紋センサに関する。
接触面に押イ」けらｆ″Ｌだ指の起伏模様を同定する指
紋同定システムは尚架者によく知られている。
種々のシステムでは、透明な摺合の裏面における指圧が
摺合の表面から蟲てられた光ビームにより走査される。
光ビームの一部分は裏１ｆ打で指圧により生ずる光学的
不連続性に従って反射する。こうして指圧情報を含−ｉ
ｐ反射光が光電素子により受信される。このようなセン
サはたとえば米国特許第１Ｊ　Ｏ５３２２８号明細書に
開示されている。このようなセンサはビーム走査および
集束装置を必要とするので、比較的大形で複雑なものと
なる。
光ビームによる走査の必要をなくすため、本願と同一の
譲受人に譲渡された１９８０年８月１１日句米国特許出
願第１．７６６９０号明細書で７ｒｉ、摺合を弾性板か
ら構成し、それと平行に感光素子のアレイを配置してお
き、指圧による弾性板表面のひずみに１９生じた反射光
のパターンを感光素子アレイで検出する方法が提案され
ている。この方法はビーム走査を必要とせず小形なセン
サを実現し得るけれども、光を利用するすべてのセンサ
と共通の欠点が残っている。すなわち、評価可能な指紋
の策を得るためには、電力消費の大きい光源とフィルタ
ーまたはレンズのような光学要素とを必要とする。
従って、光を他の変換媒体により置換する努力がなされ
てきた。たとえば米１国特許第３６２２９が検出電極の
アレイに押付けられ、指１ｆｒｊのうねを介しての導電
接触により共通バーと検出？）】；捺との間に流れる電
流の分布を検出する指紋検出システムが示されている。
電流分布を生じさせるために指面の導電性を利用するこ
とは、理論的には、非常に有望な方法である。１〜かし
、実際的に（４、再現性のある結果ヲ借ることが難しい
。すなわち、指面丑たは電極アレイの接触面一ヒの湿分
寸た＋ｄじんあいにより電流分布が乱される。
本願と同一の譲受人に壌渡δれた米国特許出願第１７　
Ｏｆ’ｉ　ｉｌ　６号明細１書には、指紋の圧カバター
ンをピエゾ電気性物質により電荷パターンＶて変換し、
続いてその電荷パターンをたとえばＴＥＡ　＆　ＧＲｅ
ｔｉｃｏｎ、　５ｕｎｎｙｖａ１．ｅ、　Ｃａ１ｉｆｏ
ｒｎｉａのプレリミナリーデータシート”ソリッドステ
ー１・・イメージセンサ・アレイ　ＨＡ　、１．　（１
０Ｘ　ｌ　００　”に記載されている形式の電荷結合デ
バイス（ＣＯＤ）マトリクスにより測定するセンサが説
明σれでいる。
カル・パターンを、光情報−・の中間的変換を行なわず
に、電気的出力信号に変換する指紋センサを提供するこ
とである。
本発明の他の目的に、小形で、機械的影響に敏感でなく
、かつ市ｉ坂、部品から容易に構成可能な指ステートの
指紋センサを提供することである。
本発明のさらに他の目的は、感度が高く、信頼性に富み
、かつ電力消費を最小ですませ得る指紋センサを提供す
ることである。
上記の目的および以下の説明から明らかになるであろう
他の目的に１、本発明によれば、指により加えられる接
触圧力を受圧するための接触面を有する接触ボディと、
接触ボディに隣接して配置されておりそれぞれトランジ
スタを含む検出セルのアレイと、検出セル内の種々のト
ランジスタ全通過する電流の大きさを測定するだめの回
路と、増幅範囲内の市；流（１）対電圧（Ｖ）特性に沿
いトランジスタの動作点を予め設定するための回１＋’
ｉ’＋とを設けることにより達成される。こね、らの１
ｉ１１（’１点は指のトポロジカル・・Ｚタニンに、１
：り直接的もしくけ間接的に影響δハる。
本発明によれば、トランジスタの動作点ｄ、接触圧力が
加えら力、る以前に予め設定され、接触圧力が加えられ
る助の動作点の変化が測定されても、１：ｌｎｌ、、ｌ
−ランジスタの動（’＋点に、接触圧力が加えられてい
る間に予め設定され、接触圧力が１余や・れる時の動作
点の変化か６１）定δれてもよｌＡ。
本質的に、本発明は、トランジスタ増幅器の動作点が円
囲圧力、周囲傾度、周囲雷、用のような！Ｉ弄定の物理
的パラメータの変化に伴って変化することを原理として
いる。指が接触面に押イ」けられると、指のトポロジカ
ル・パターンに従って、接触面の圧力および温度に変化
か生ずる。これらの圧力および温度の変化は各セル内の
トランジスタの動作点の変化により直接的に、もしくは
電圧パターンへの変換を介して間接的に、検出セルアレ
イにより検出式れ得る。たとえば、圧力変化はピエゾ〒
１１１気性結晶により、件た温度変化−：ピｏ電気性結
晶により電圧パターンに変換きれ借る。
検出子ルアｌ／イが圧力もしくは温度に直接的に応動す
る場合、トランジスタの動作点はそれに接続されて同一
場所に配置されている圧力もしくは温度依存性抵１７１
．の抵抗変化により変更され、得る。
検出上ルアレイ内のトランジスタの動作点の読出ｊ７は
、それぞれ第１および第２の列ラインを含む複数個の列
コンダクタと複数個の行コンダクタとにより行なわれる
のが好−ましい。列シフト信号を受入へるための入力端
と複数個の出力端とを有する列シフトレジスタが列コン
ダクタに絹み合わせて用いられ、また行シフト信号を受
入れるための入力端と複数個の出力端とを有する行シフ
トレジスタが行コンダクタに絹み合わせて用いられる。
このマＩ・リクス回路により検出セルの各々の状態すな
−わち指のトポロジカル拳パターンの各点の状以下、第
１図ないし第１（）図を参照１．て本発明の好寸しい実
施例を説明する。種々の図面中の同一の要素（、では同
一の参照符停がＨされている。
指紋センサの基本的心安条件は約１．５ａ＋＋四方の面
積にわたる指のトポロジカル・・々ターフ１だ（は”指
紋゛を（１，１，＋ｑ、ｎｒの−（−−ダ・−の分解能
で検出することである。本発明によれ（寸、指のトポロ
ジカル・パターンは接触ｒｇｉ＋における圧力もしくは
温度パターンに変換され、それが接触面ＶＣ隣接してア
レイまたは７トリクス状に配置されているトランジスタ
の動作点をモニタすることにより検出される。
これらのトランジスタの４４１作点は圧力もしくは温度
により直接的もしく姓１、間接的に影響芒れる。圧力も
しくは温度の伯接的測定のために（は、トランジスタ自
体が圧力もしくは温度に関係して動作点に変化を生ずる
ものであってもよいし、圧力もしくは温度依イｒ性の抵
抗を含む回路にトランジスタが接続されていてもよい。
圧力もしくは濡１．！Ｊ−の間気イ〆１−の結晶層から
牛する電荷の変化の影響下にトランジスタがおか力、で
いてよい。圧力もしくは温度依存性のＪＪｔ抗が用いら
れる場合、トランジスタの動作点けそのＪｊＥ抗の瞬時
値に関係し、従ってまた局部的圧力も１〜＜−：温度に
関係する。ピエゾ電気もしくけピロ市気性の結晶層が用
いられる場合に６ｄ：、この結晶層か局Ｒ１ｉ的圧力も
しくは温度を局部的電荷に変換し、それにより隣接］・
ランジスタの動作点に影響を、υえる。
第１図ににｌ゛指紋セセンの全体構成が側面図で示され
ており、接触ボディ１２は指１Ｇにより加えられる接触
圧力を受Ｙモするための接触面】４を有する。指のトポ
ロジカル・パターンは接触１０１十の圧力および（また
は）温度の局部的変化により形成される情報パターンに
変換いれる。接触ボディのすぐ下１１１１に、それぞれ
＋１．　Ｉ　ｔｙ、ｒｎ四方のオーダーの検出セルのア
レイを形成する集積回路１８が配置されている。各検出
セルは、増幅範囲内で情報パターンの最も近い隣接部分
に関係する第１１傅を有す集積１「１］路１８は電子回
路２　（ｌ　Ｉｃ接糾さ）土てお・す、そ７′１．によ
り駆ｊｌｉ１．＋される。”１５了回路２（）（寸、イ
命出セルアレイの上１妃トランジスタの１１７）１作点
をその増幅範Ｆ１１内に予め設定するための手段と、各
トランジスタをｊ山ｊμする１Ｆ流の大きさをｄ１１１
定しがつそハがら電気的出力信月を・、１４出するため
の手段、ｌＬ　’？：含んで層る。
第２図にｆｄ、第１図のセンサの一部分が断面図で詳糸
１１１に示いノｔている。接角１１：ボテイＩ２の一ド
ｆｌ’ｌｌ＋の集積１１１路］８は、複、数面の検出セ
ルを形成するべく７トリクス状に配置塾ｔｉ−た電界効
果トランジスタ２２．２４．　＋　　２６２Ｊ二び２８
を含んでいる。こｎらのトランジスタの動作点か接触面
１・１（ｃ肖てられた指ＶＣより生ずる局部的圧力よ、
−よび（寸だ幻：）温度ｔｃより面接的もしくは間接的
に影響される。
第３図に１は、結晶層全相いる実ノイ１１例に、Ｌ・け
る接触ボディによび隣接集積回路の一部分が断面図で示
されている。この実施例で妊、接触ボディ１２シ１：金
繻層３２と集積回路１８との間に侠捷れたピエゾ電気も
しくはピロ電気性結晶層３０を含んでいる。集積回路１
８はＰ伝導形の基板３１を含んでおり、そのなかにＮチ
ャネル電界効果トランジスタのアレイのソースおよびド
レイン電極を形成する複数個のＮ伝導影領域３６が拡散
されている。
伝導形式（は、もちろん、Ｐチャネル・トランジスタを
形成するべく反転されていてもよい。ポリシリコン・ゲ
ート電極３８が被拡散Ｎ領域の］二側の絶縁・１３料か
ら成る層４０のなかに埋込まれている。
たとえ幻：、基板３４がシリコンからなる場合、絶縁層
／ＩＯＵ：二酸化シリコン（Ｓｊ、０２　）であってよ
い。必要であれば、層１０の＋１面は結晶層３０のプ１
／−す面と密に接触するように平らに研摩されていて」
：い。
絶縁層４００表面−１−に直接に結晶層３０゛に成長塾
・１！−ることも可能であり、それにより製造過程は簡
７１う化ざハ、るが、センサの性能上は好ましくない。
路製造禍稈で形成さノする多結晶構造で嬉′なく石英（
Ｓｊ○２）のＱｉ結晶構浩に４ｒり最大のピエゾ電気効
果が４１られろからである。、 結晶層：１　（１−１−の金叫層：（２け、誘起さ：Ｆ
Ｌ、７＋電圧を検出するための良好に郭定された境界条
件を確立するため接地電位に接Ｍさルでいる。金属層３
２け指１Ｃ；に対する接触面１’ｌを・形成する。
指１Ｇが接触面１４に押付けられると、局部的電荷が結
晶層！；【）の−に面および丁面に生ずる。これらの電
荷に伴い結晶のＬ面・下面間に生ずる電圧は容易に計算
され得る。矢印／１２の方向に指１６により加えられる
接触圧力■゛は（１，５に９・ＣＴｎ−２であるとする
。この圧力は指が２　ａｎ２゛の面□積（その半分が、
指向の起伏のため、センサと接触する）にわたり全体で
０．５Ｋｊ９の力を加えた時にイｎられる。
ピエゾ電気性結晶に誘起さ八るｔＩｔ圧（Ｖ）はここに
、ｄ−結晶イ１料のピエゾ軍気係数ｈ−結晶の厚み εε〇二結晶４１刺の誘電率 に」：ジ力えられる。
ピエゾ電気性材料はシリコン集積回路の製造と両立する
石英（Ｓｉ２０）であってよい。この場合、ｄ、　＝２
．１２　Ｘ　Ｊ、　Ｏクー　ロン／ニュートンおよびε
ε。＝３９の条件から３００ｍＶの誘起電圧が得られる
。この電圧は結晶層のすぐ下側に配置されている電界効
果トランジスタの動作点に影響を与えるのに十分な大き
さである。
石英（５ｊ０２）のかわりに、それよりもはるかに感度
の高いチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）　、ジルコン酸鉛（
ＰｈＺｒＯ３）およびニオブ酸鉛ニッケル（ＰｂＮｊ　
ｙ、　Ｎｂ　Ｖ２Ｏ３）から成るピエゾ電気性セラミッ
ク行別を用いることもできる。この材料は西独のシーメ
ンス社からＶよりＲ工Ｔ　と−う登録商標で市販ちれて
いる。この材料を使用すれば、数Ｖの誘起電圧が得られ
る。
温度に感するセンサに用層られるピロ電気性材びＪ　ｌ
　Ｏ（ｌ　Ｖ　７ｃｍ・℃の電圧ピロ係数を有するボリ
ビニリデンジフルロライ下（ＰＶＤＦ）が市ｊ坂されて
いる。
第４図には、電界効果トランジスタの典型的な電流（１
）−知：圧（Ｖ）特性が実線７Ｉイで示されテイル。こ
の特（’ＪＥ　ｋ有するトランジスタの増幅節。
囲は参照符号／１Ｇで示されている範囲内にある。
参照符号４８を付されている動作点はソース−ドレイン
間の抵抗とゲートに与えられる電圧とにより定められる
。しかし、第３図に参照符号５０を付した負電荷により
示されて因るように追加的電荷がトランジスタのゲート
の付近に現われれば、トランジスタの電流−電圧特性は
第１図に破線５２により示されているようにずらされる
。その結果。
動作点も一定ｍｆ、圧を示す直線５１に沿って、参照符
号５Ｇを付されている新しい動作点にずらされる。それ
に伴うトランジスタ通過電流のずれが、以下に第５図な
いし第７図により説明する検出１ｉ’ｌ路によりモニタ
され得る。
検出回路は必要な分解能に関係してｌ　ＯＯないし２０
０素子を含むアレイ構造に構成されている。
このような検出回路が、図面を簡明にするため、４×１
素子を含むアレイとして示されている。１つの検出素子
に対する詳細回路は第６図に示されている。
第５図およびＭ６図の回路は列シフトレジスタ５８およ
び行シフトレジスタ６０を含んでいる。
列シフトレジスタは第１の入力端６２に与えられるリセ
ット信号によりリセットされ、第２の入力端６４に与え
られるシフト信号によりシフトされる。同様に、省シフ
トレジスタは第１の入力端６Ｇに与えられるリセット信
号によりリセットされ、第２の入力端６８に与えられる
シフト信号によりシフトされる。列および行シフトレジ
スタはそれぞれ４つの出力端を有しく図示の４×４７レ
イの場合）、これらの出力端はそれぞれのシフトれる。
列シフトレジスタの出力端は下側列ライン７０および上
１１１１列ライン７２をそノ１ぞれ接ｊｌｊ２点および
電源電圧ＶＤＤに接続するトランジスタＴ　３　　゛お
よびＴ５（第６図参照）のゲートに接続されている。行
シフトレジスタの出力端は行コンダクタまたは行ライン
７４を回路出力端と接続するトランジスタＴ７のゲート
にそれぞれ接続されている。
この行ラインはトランジスタＴ６および抵抗Ｒ１を介し
て電源電圧ＶＤＤにも接続されている。第３図に示され
ているように構成された検出トランジスタＴ１訃よび制
御］・ランジスタＴ２は２つの列ライン７０および７２
と行ライン７／Ｉとの交点に配置さ°れでいる。検出ト
ランジスタＴ］のソースおよびドレインは行ラインフイ
を下側列ライン７０と接続し、他方制御トランジスタＴ
２のソースおよびドレインは行ライン７４を検出トラン
ジスタテ１ｖゲートと感続する。制御トランジスタＴ２
のゲートは上側列ライン７２に接続されてぃ・ｎ連中は
電源電ＩＥＶＤＤに接続され、他方トランジスタＴ９の
導通中は接地点に接続される。
同様に、行ライン７’ｌはトランジスタＴ６の導通中１
は抵抗Ｒ１を介１７て電源電圧ＶＤＤに接続され、他方
トランジスタＴ８の導通中は回路出力端に接続される。
設定信号ｐｒ＋ｇｓｍＴ（ｄ同時にトランジスタＴ　４
　：Ｆ、−よびＴ６に与えられ、寸たそ７″Ｌを反転し
た信号　ＰＲＥＳＥＴが同時にトランジスタＴ８および
Ｔ９に与えられる。
第５図および第６図の検出回路には２種類の作動方法が
ある。第１の作動方法では、指がセンサの接触面に押例
けられている間に回路の設定が行なわれ、接触圧力が除
かれた後に情報の読出しが行なわれる。第２の作動方法
では、指による接触圧力が加えられる以前に回路の設定
が行なわれ、指がセンサの接触面に押付けられている間
に情報の１１皆出しが行なわれる。これらの２種類の方
法に応じてピエゾ電気またはビ日電気性材料の極性を逆
に′する必要がある。指がセンサ」二で安定し７ていな
けれ１ｌ−ｅ：ならない時間が短くてすむ点で第１の方
法のほうが好１１〜ｌＡと考えられる。第１の方法は基
本的に下記の過程から成る（センサアレイ内の電界効果
トランジスタはＮチャネル形であるとする）。
（１）指１６が接触面１４に押付けられ為ことにより、
次の過程（２）〜（５）がトリガされる。
（２）行および列シフトレジスタがリセットすれる。
（３）設定信号ＰＲＥＳＥＴが高レベルになる。
（４）列シフトレジスタが活性化芒れ、列のすべてを通
じてシフト動作を行なう。各列が活性化されるにつれて
、その上側列ラインが高レベルとなり、下側列ラインは
接地される。各行に対して、トランジスタＴ２が導通し
てトランジスタＴＩのゲートをそのドレインと接続する
。それに伴いＴＩのゲー　トばＴ］のダイオード特性赴
よび抵抗Ｒ］により定する電圧に落着く。Ｒ］の値はそ
れによりＴ１を寸さに導通さぜるような値に選定されて
いる。
（５）　　こうして検出トランジスタのすべてを設定し
た後、ＰＲＥＳＥＴ信号は再び低レベルになる。
（６）指１６が接触面１１から離れると、次の過程（７
）がトリガされる。
（７）列および行シフト信号が活性化され、列および行
シフトレジスタのシフト動作によりアレイ内のすべての
セルが１つずつ走査される。
各セルに対して、検出トランジスタＴＩを流れる電流が
測定てれ、センサ出力情報を構成する信号として回路出
力端に与えられる。
も（〜Ｐチャネル形の電界効果トランジスタが用いられ
る場合には、ＰＲＥＳＥＴ信号の存在時にトランジスタ
Ｔ／ＩおよびＴ６が導通状態、トランジスタＴ８および
Ｔ９が遮断状態となるようにＰＲＦｉＳＥＴ信号の極性
が反転されなければならない。
第５図に示されている論理および制御回路も上およびリ
セット信号を発生するのに必要な回路も検出セルアレイ
と共に、寸だ出力信号に対する増幅回路とならんで半導
体回路に集積され得る。この集積は、最小構成のチップ
が既に機能している時に最良に行なわれる。
列および行シフトレジスタ５８およびに０はダイナミッ
ク・シフトレジスタとしても、スタティック・フリップ
フロップを用いたシフトレジスタとしても構成され得る
。本発明の用途では、第７図に示されているようにスタ
ティック・ノリツブフロッグを用いて構成されたシフト
レジスタが好ましい。検出セルマトリクスの大きなグリ
ッド・サイズはレイアウトの密度に関する厳しい条件を
回避する。列および行シフトレジスタのかわりに、マト
リクス内の任意の点へのランダムアクセスを許すデコー
ダを用いることもできる。このランダムアクセスは、パ
ターン認識のために複雑なソシトウエアが用いられる場
合には有利である。もちセットおよびクロック信号入力
端のかわりに、多′数のアドレス入力端を必要とする。
検出セルの好゛ましいレイアウトが第８図に示さ九でい
る。このセルの領域の大部分は大きな検出トランジスタ
ＴＩＫより占められている。セルの残余の領域は列およ
び行ラインならびに小さな制御トランジスタＴ２により
占められている。２０（）Ｘ　２　Ｑ　Ｑ　ｌｒ　ｍの
セル−サイズ（２閏２内に１．００　ＸＩ　ｆｌ　（ｌ
素子を配列可能）を有するこのレイアウトは通常のｌ　
Ｏμ７ｎの最小寸法しか必要としない。
１５０　、＜　１５　（ｌ　ＬＬｍのセル・サイズ（２
ｔ７ｎ２内に］、　３０　Ｘ　］、　３０素子を配列可
能）にしても、７．５１ｈ　ｍの最小寸法しか必要とし
ない。図示されているように、このレイアウト、は垂直
な行ラインに対して拡散法たはインプランテーション領
域を用い、水平な列ラインに対してポリ・／リコン捷た
け金属領域を用いている。これらは、必要であれば、列
ラインに７」１〜で拡散またはインプランテーション領
域を用□いて列ラインのキャパシタンスを最小に一層詳
紐１には、第８図のレイアウトは、ポリシリコン寸、た
１ｄ、金属の一ト側おまひ上側列ライン７（）および７
２ならびに拡散４たはイングランドされた行ライン７４
を支える基板８０を含んでいる。
拡散領域（は垂直行ラインからグリッド状構造８２へ延
び、トランジスタＴ１お」：びＴ２に対するドレインを
形成し２ている。拡散法たはインブラントされた第２の
グリッド伏領域８／Ｉはト側列ライン７０に接続されて
おり、トランジスタＴ１に対するソースを形成している
。トランジスタＴ１のゲート全形成するポリノリコンの
迂曲層８　（ｉは点８８において、トランジスタ゛ｒ２
のソースを形成する拡散ま、そはインプランテーション
領域≦〕Ｏに接続されている。拡散法たはイノプランテ
ーション領域８２の部分９２はトランジスタＴ２に対す
るドレインを形成している。点９６に卦いて−に側列う
イン７２に接続ちれているポリシリコンまたは金属スト
リップはトランジスタＴ２のゲ　トを形成している。
−に記の検出回路内で、接触層１．４上の圧力または温
度の変化が、ピエゾ電気またはピロ電気性層３０により
生ずる電荷パターンの変化を介して、検出トランジスタ
の動作点に間接的に影響を与えるのに用いられる。圧力
および（または）温度の変化はトランジスタの導電性を
測定可能な程度に変化させるので、同一形式の回路がピ
エゾ電気また（はピロ電気性結晶層を中間（で介さずに
指紋センサ内の検出アレイとして用いられ得る。代替的
に、圧力寸たＵ゛温度依存性のトランジスタのかわｐに
、圧力神たは温度に強い依存性を呈する抵抗を用い乞こ
ともできる。圧力七ソは温度依存性抵抗を用いた検出回
路の好ま（〜い実施例が第９図に示されている。
第９図で、２つの列ライン］、　００および１０２はそ
れぞれトランジスタＴ　１．０およびＴｌｌを介して接
地点および電王源ＶＤＤに接続されている。
Ｔ１２およびＴＪ３のゲートに接続されている。
行ラインＬの信号によりターンオンされると、トランジ
スタＴ　１．２およびＴ　１．３は圧力またけ温度依存
性抵抗Ｒ２を介して列ライン１．００および１（］２を
イ目互に接続する。抵抗Ｒ２を流れる電流は出力端１０
Ｇ上の電子により反映される。
第１０図には、第９図の検出セルのトポロジカル・レイ
アウトが示されている。下側および」二側列ライン］、
　００　、Ａ−よび１０２はトランジスタＴＩ２および
Ｔ］３のソースおよびドレインと同様に拡散またはイノ
プランテーション領域である。行ライン１０４ならびに
トランジスタＴ１２２よびＴ１３のゲ゛−トはポリシリ
コンまたは金属領域である。圧力または温度依存性抵抗
Ｒ２はポリシリコン領域である。
本発明によるソリッドステートの指紋センサは公知の光
学式指紋センサにくらべて多くの利点を有する。ソリッ
ドステートの指紋センサは小形てかつ堅牢である。
本発明をその好ましい実施例について図示し説明してき
たが、それに基ついて種々の変形および応用が本発明の
範１７１］内で可能であることは轟業者により理解され
よう。本発明の範囲は、以上に図示し説明し／こ実施例
りこより限定さ力、ることなく、特許請求の範囲によっ
てのみ限定σれるものとする。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による指紋センサの側面図、第２図は第
１図の指紋センサの一部分の断面図、第３図は本発明の
１つの好ましい実施例の詳細を示す断面図、第４図は本
発明による指紋センサの検出セルアレイに用いられるト
ランジスタの゛電流（丁）対電圧（Ｖ）特性図、第５図
は本発明の１つの好寸しい実施例による検出および読出
し回路の全体回路図、第〔；図は第５図中の１つの検出
セルに対する読出し回路の回路図、第７図はスタティッ
ク・ノリツブフロップとして構成されたンノ電気性また
はピロ電気性結晶を用いた本発明による検出中ルアレイ
の１つのセルのトポロジカル・レイアウトを示す図、第
９図に温度外／こは圧力依存性の検出用抵抗を用いた１
つの横出土ルの回路図、第］（）図ｄ、第９図に示され
ている１つの・セルのトポロジカル・レイアウトを示す
図である。 ］２・・接触ボディ、１１・・接触１１１１、］（ｊ・
・指、］８・・集積回路（検出セルアレイ）、２０・・
電子回路（設定手段および測定・導出手段）、２２〜２
８−・トランジスタ、３（］・・ピエゾ電気またはピロ
電気性結晶層、３２・・・金ｆＡ層、３／Ｉ・・・基板
、３６・・・拡散領域（ソースお１びドレイン軍ｉ）、
３８・・・ゲート電極、１０・・・絶縁層、７１〔５・
・増幅範囲、４８・・動作点、５８・・列ンフトレジス
タ、に０・・・行シフトレジスタ、７０・・・十−側列
ライン、７２・・・上側列ライン、７４・・行ライン、
８　（１・・・基板、８２・・ＴＩ、Ｔ２のドレイン、
８１・・・Ｔ１のソース、８６・・・ＴＩのゲート、８
８・・接続点、１０〕・・・Ｔ２のソース、９２　・Ｔ
２のドレイン、９４・・・Ｔ２ｔ７）ゲート、９６・・
接続点、１−００．　１０２−・・列ライン、］０１・
・行ライン、Ｒ１・・・抵抗、　　Ｒ２・・圧力′−ま
たは温度依存性抵抗、Ｔｌ−Ｔ１３・・トランジスタ。 ＦＩ０７ ＦｉＧ８

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 ］）指のトポロジカル・パターンを電気的出力信号に変
    換するだめの指紋センサにお贋て、（イ）指により加え
    られる接触圧力を受圧するための接触部を有しかつ前記
    トポロジカル・パターンを対応する情報パターンに変換
    するためのトランスデューザ要素を含んで−る接触ボテ
    ィと、 （ロ）前記トランスデューザ要素に隣接して配ｊ厭さｔ
    でお逆、増＠範囲内で前記情報パターンの最も近因隣接
    部分に関係する利得を有する第１のトランジスタをそれ
    ぞれ含んでいる検出セルから成る検出セルアレイと。 Ｃ→　前記第１のトランジスタの各々の動作点全その増
    幅範囲内に予め設定するための設定手段と、 流の大きさをｂａｊ定しかつそれから前記電気的出力信
    号を導出するだめの測定・導出手段とを含んでいること
    を特徴とする指紋センサ。 ２）１油記接触圧力が加えられる以前に前記設定手段に
    より動作点が予め設定され、前記接触圧力が加えられる
    時の動作点の変化が前記と＋＋１定・導出手段により測
    定されることを特徴とする特許請求の節囲第１項記載の
    指紋センサ。 ３）前記接触圧力が加えられている間に前記設定手段に
    より動作点が予め設定δれ、前配接触圧力が除かする時
    の動作点の変化が前記ｉｌ＋＋＋定・導出手段により測
    定されることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
    指紋センサ。 ４）前記情報パターンが圧カバターンであることを特徴
    とする特許請求の範囲第１項記載の指紋センサ。 ５）前記情報パターンが温度パターンであることを特徴
    とする特許請求の範囲第１項記載の６）前記情報パター
    ンが電圧パターンであることを特徴とする特許請求の範
    囲第１項記載の指紋センサ。 ７）前記トランスデユーサ要素により前記トポロジカル
    ・・ぐターンから中間的圧カバターンへの変換と前記中
    間的圧カバターンから前記電圧パターンへの変換とが行
    なわれることを特徴とする特許請求の範囲第６項ｙｔ載
    の指紋センサ。 ８）前記トランスデューザ要素が、前記中間的圧カバタ
    ーンから前記電圧パターンへの変換のために、それぞれ
    圧力依存性の抵抗を有し前記！・ランジスタの少なくと
    も１つに接続された複数個の検出用抵抗を含んでいるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第７項記載の指紋センサ
    。 ９）前記トランスデューザ要素が、前記中間的圧カバタ
    ーンから前記電圧パターンへの変換のために、頂「１１
    で前記妾触面に隣接しかつ底面で前記検出−ヒルアレイ
    に隣接す２）ピエゾ電気性層を含んでいることを特徴と
    する４、、ｉ　ｆｉ！「請求の範囲第７項記載の指紋セ
    ンサ。 １（））前記トランスデユーサ要素により前記トポロジ
    カル・パターンから中間的温度パターン・＼の変換と前
    記中間的温度パターンから前記電圧パターンへの変換と
    が行なわれることを特徴とする特許請求の範囲第６項記
    載の指紋センサ。 １１）前記ｌ・シンスデューザ便素が、前記中間的温度
    パターンから前記電圧パターンへの変Ｍのたぬに、それ
    ぞれ温度依イｆ性の抵抗を有し前記トランジスタの少な
    くとも１つに接続合力、た複数個の検出用抵抗を含んで
    いることを特徴とする特許請求の範囲第１（）項記載の
    指紋センサ。 ］２）前記！・ランスデユー→ノー要素が、前記中間的
    温度パターンから前記電圧パターンへの変換のために、
    頂面で前詔接触面知隣接しかつ底面で前記検１１旨ヒル
    アレイに隣接するピロ電気性層を含んでいることを特徴
    とする特許請求の範囲第１０項記載の指紋センサ。 １３）’Ｍ記検出セルアレイがそれぞれ第１および第２
    の列ラインから成る複数個の列コンダクタと複数個の行
    コンダクタとを含んでおり、各検出セルが前記第１のト
    ランジスタに加えて第２のトランジスタを含んでおり、
    前記第１のトランジスタのソースおよびドレインは前配
    行コンダクタの１つを前記列コンダクタの１つの前記第
    １の列ラインと接続しており、前記第２のトランジスタ
    のソースおよびドレインは前記行コンダクタを前記第１
    のトランジスタのゲートと接続しており、前記第２めト
    ランジスタのゲートは前記列コンダクタノ前記第２の列
    ラインと接続されており、前記第１の列ラインは第１の
    列コンダクタスイッチを経て接地点に接続されており、
    前記第２経て第１の電圧源に接続されており、前記行コ
    ンダクタは第］の行コンダクタスイッチを経て第２の電
    圧曽に、寸た第２の行コンダクタスイッチを経て前記電
    気的出力信号の出力端子に接続されていることを特徴と
    する特許請求の範囲第１項記載の指紋センサ。 ］４）前記第１によび第２の列コンダクタスイッチなら
    びに前記第１および第２の行コンダクタスイノ千がスイ
    ッチングトランジスタであることを特徴とする特許請求
    の範囲第１３項記載の指紋センサ。 １５）列シフト信号を受入れるための入力端とそれぞれ
    前記列コンダクタの１つの前記第１によび第２の列コン
    ダクタスイッチを制御するための出力信号を生ずる複数
    個の出力端とを有する列シフトレジスタと、行シフト信
    号を受入れるための入力端とそれぞれ前記行コンダクタ
    の１つをｆｌｉｌｌ　ｆｊｌするだめの出力信号を生ス
    タとクニ含んでいることを特徴とする特許請求の範１ノ
    １４第１３項記載の指紋センサ。 １〔；）前記シフトレジスタがダイナミック・シフトレ
    ジスタとして構成されていることを特徴とする特許請求
    の範囲第１５項記載の指紋センサ。 Ｊ７）前記シフトレジスタがスタティック・フリップフ
    ロップと１−で構成されて因ることを特徴とする特許請
    求の範囲第１５項記載の指紋十ンーリー。 １８）前記設定手段が予め設別される被設定列コンダク
    タスイッチと予め設定される被設定行コンダクタスイッ
    チとを含んでおり、前記被設定列コンダクタスイッチの
    各々は前記第２のトランジスタのゲートと前記第２の列
    コンダクタスイッチとの間で前記第２の列ラインに挿入
    されており、また前記被設定行コンダクタスイッチの各
    々は前記行コンダクタの１つと前記第２の電圧源との間
    に接続されていることを特徴とする特許請求の範囲第１
    ５、市記載の指紋センサ。 １９）　　前言「］第１も−よひ第２のＭ（；圧源が同
    一であることを特徴とする特許請求の範囲２′８１３項
    記載の指紋センサ。
JP57133623A 1981-07-30 1982-07-30 指紋センサ Pending JPS5827277A (ja)

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