KR100302869B1

KR100302869B1 - Two-dimensional image sensing device using capacitor array structure

Info

Publication number: KR100302869B1
Application number: KR1019980038055A
Authority: KR
Inventors: 김원찬
Original assignee: 장성익; 쓰리알 주식회사; 김원찬
Priority date: 1998-09-15
Filing date: 1998-09-15
Publication date: 2001-11-30
Also published as: KR20000019785A

Abstract

본 발명은 캐패시터 배열 구조를 이용한 2차원적 이미지 감지 장치에 관한 것으로서, 캐패시터 배열을 형성하는 각 캐패시터의 제1전극은 읽기 동작을 위한 신호를 가하는 선(이하에서, '인에이블선'이라 함)에, 제2전극은 읽기선에 각각 연결되어 있고, 제1전극 및 제2전극 사이에 감지면이 직접 놓이거나 또는 감지면과 접촉된 전극(감지 전극)이 놓여진 캐패시터 배열 구조에서, 인에이블선에 전압을 인가하고 읽기선에서 출력 전압을 차례로 측정하여 이를 매핑하여 캐패시터 배열 구조의 감지 장치에 올려져 있는 전도성 인식 대상체의 2차원적 이미지를 파악하는 것임을 특징으로 한다. 본 발명에 의한 캐패시터 배열 구조를 이용한 이미지 감지 장치는, 수동소자인 캐패시터를 사용함으로써 반도체 소자가 마모하여 생기는 내구성 문제를 해결할 수 있는 장점이 있다.The present invention relates to a two-dimensional image sensing device using a capacitor array structure, wherein a first electrode of each capacitor forming the capacitor array applies a signal for a read operation (hereinafter, referred to as an enable line). In the capacitor arrangement structure in which the second electrode is connected to the read line and the sensing surface is directly placed between the first electrode and the second electrode, or an electrode (sense electrode) in contact with the sensing surface is placed. It applies a voltage to the output line and measure the output voltage in turn, and maps it to determine the two-dimensional image of the conductive recognition object mounted on the sensing device of the capacitor array structure. An image sensing device using a capacitor array structure according to the present invention has an advantage of solving durability problems caused by wear of a semiconductor device by using a capacitor which is a passive device.

Description

Two-dimensional image sensing device using capacitor array structure

본 발명은 이미지 감지 장치에 관한 것으로서, 특히 캐패시터 배열을 구성하는 수동 소자인 캐패시터의 정전용량의 크기 변화에 따라서 입력 전압이 출력 전압으로 전달되는 차이를 매핑함에 의하여 감지되는 부위의 이미지를 파악하는 것임을 특징으로 한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image sensing device, and more particularly, to grasp an image of a part detected by mapping a difference in which an input voltage is transferred to an output voltage according to a change in capacitance of a capacitor, a passive element constituting a capacitor array. It features.

종래 기술에는 2차원 이미지를 감지하기 위하여 반도체 소자의 표면에 감지면을 직접 접촉시키는 방법이 사용되어왔다. 이러한 종래 기술에서는 능동 소자로서 트랜지스터가 주로 사용되었고, 반도체 소자는 반도체 소자의 접촉에 의하여 이미지를 감지하는 경우, 접촉되는 부분의 마모나 소자 특성의 변화로 인한 내구성이 문제가 되었다.In the prior art, a method of directly contacting a sensing surface with a surface of a semiconductor device has been used to sense a two-dimensional image. In the prior art, a transistor is mainly used as an active device, and when a semiconductor device detects an image by contact of a semiconductor device, durability due to wear of a part to be contacted or change of device characteristics becomes a problem.

또한, 종래 기술에서 감지되는 2차원 이미지는 점들의 조합으로서, 감지 장치의 각 센싱 부위의 점들의 트랜지스터 데이터를 주변점들로부터의 데이터의 영향을 받지 않고 독립적으로 얻은 후 이들을 전체적으로 합하여 완성된 2차원 이미지를 얻을 수 있었다.In addition, the two-dimensional image sensed in the prior art is a combination of points, the two-dimensional image is obtained by independently obtaining the transistor data of the points of each sensing area of the sensing device without being influenced by the data from the peripheral points and then sum them all together Could get an image.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 수동 소자인 캐패시터의 배열 구조를 이용하여 반도체 소자가 마모되어 생기는 내구성 문제 또는 접촉때 미치는 불순물 영향에 의한 소자 특성의 변동에 의한 신뢰성 문제를 해결한 이미지 감지 장치를 제공하는 것이다.The present invention is to solve the problems of the prior art as described above, an object of the present invention by using the array structure of the capacitor of the passive element device characteristics due to the durability problems caused by the wear of the semiconductor device or the impurity effect upon contact It is to provide an image sensing device that solves the reliability problem caused by the variation of.

본 발명의 또 다른 목적은 각 점들의 데이터를 독립적으로 측정하여 얻은 2차원 이미지가 아니라, 인접된 점들로부터의 영향을 받는 수동 소자들의 배열에 있어서도, 읽기를 위한 신호를 가하는 선(인에이블선)과 읽기선으로 연결된 캐패시터 배열을 이용하여, 읽기선 데이터에 의하여 2차원 이미지를 감지할 수 있는 이미지 감지 장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is not a two-dimensional image obtained by independently measuring data of each point, but a line for applying a signal for reading even in an arrangement of passive elements affected by adjacent points (enable line). The present invention provides an image sensing device capable of detecting a two-dimensional image by reading line data using a capacitor array connected to a read line.

도1은 본 발명에 의한 이미지 감지 장치에서의 캐패시터 배열의 구성도,1 is a configuration diagram of a capacitor arrangement in an image sensing device according to the present invention;

도2는 도1에 도시된 캐패시터 배열에서 감지되는 부위의 전위 상태에 따른 각 캐패시터의 정전용량을 설명하는 도면.FIG. 2 is a diagram for explaining capacitance of each capacitor according to a potential state of a site detected in the capacitor arrangement shown in FIG. 1; FIG.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 캐패시터 배열 구조를 이용한 이미지 감지 장치는, 캐패시터 배열을 형성하는 각 캐패시터의 제1 전극은 읽기 동작을 위한 신호를 가하는 선(이하에서, '인에이블선'이라 함)에, 제2전극은 읽기선에 각각 연결되어 있고, 제1전극 및 제2전극 사이에 감지면이 직접 놓이거나 또는 감지면과 접촉된 전극이 놓여진 캐패시터 배열 구조를 포함하고, 상기 인에이블선에 전압을 차례로 인가하고 각 인에이블선의 읽기선에서의 출력 전압을 차례로 측정함에 의하여, 캐패시터 배열의 각 캐패시터의 정전 용량의 변화를 파악하고, 이를 매핑하여 상기 감지 장치에 올려져 있는 도체의 이미지를 파악하기 위하여, 관심이 대상이 되는 읽기선에 미리 설정된 전압을 인가한 후, 부동 상태로 두는 제1전압인가 수단; 상기 제1전압인가 수단에 의하여 관심의 대상이 되는 읽기선에 미리 설정된 전압이 인가된 상태에서, 상기 인에이블선 등 중 하나에 전압 변동을 주고, 나머지 인에이블선은 고정 전압 상태로 두는 제2전압인가 수단; 및 상기 제2전압인가 수단에 의하여 전압 변동이 주어진 상기 인에이블선에 의하여, 상기 관심의 대상이 되는 읽기선에 나타나는 전압변동폭을 측정하는 제1전압측정 수단을 포함하는 것임을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, in the image sensing apparatus using the capacitor array structure according to the present invention, the first electrode of each capacitor forming the capacitor array is a line (hereinafter, ' The second electrode is connected to the read line, and includes a capacitor arrangement structure in which a sensing surface is directly placed between the first electrode and the second electrode or an electrode is placed in contact with the sensing surface. By applying a voltage to the enable line in turn and measuring the output voltage on the read line of each enable line in turn, the change in capacitance of each capacitor in the capacitor array is identified, and mapped to the sensing device. In order to identify an image of a conductor, a first voltage is applied after a predetermined voltage is applied to a read line of interest and is left in a floating state However; A second voltage is applied to one of the enable lines and the like while the preset voltage is applied to the read line of interest by the first voltage applying means, and the second enable line remains at a fixed voltage state. Voltage application means; And first voltage measuring means for measuring a voltage fluctuation width appearing on the read line of interest by the enable line given the voltage change by the second voltage applying means.

이하에서 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 이미지 감지 장치를 상세하게 설명한다.Hereinafter, an image sensing apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도1은 본 발명에 의한 이미지 감지 장치에서의 캐패시터 배열의 구성도이다.1 is a configuration diagram of a capacitor arrangement in an image sensing device according to the present invention.

도1에서 보이는 바와 같이, 캐패시터 배열은 N×M개의 캐패시터들로 구성되고, 각 캐패시터를 구성하는 제1전극은 배열 구조의 세로줄(column)에, 제2전극은 배열 구조의 가로줄(row)에 연결되어 있다. 또한 각 캐패시터를 구성하는 전극 사이에 감지면에 놓이거나, 감지면과 연결된 감지 전극이 놓여진다.As shown in Fig. 1, the capacitor array is composed of N × M capacitors, the first electrode constituting each capacitor in a column of the array structure, and the second electrode in a row of the array structure. It is connected. In addition, a sensing electrode is placed between the electrodes constituting each capacitor or a sensing electrode connected to the sensing surface.

이러한 캐패시터 배열의 세로줄은 인에이블선으로서, 읽기 동작을 위한 신호를 가하는 선이고, E₁∼E_m으로 나타낸다. 가로줄은 읽기선으로서 R₁∼R_m으로 나타낸다.The vertical line of the capacitor array is an enable line, a line for applying a signal for a read operation, and is represented by E _{1 to} E _m . Horizontal lines are read lines represented by R ₁ to R _m .

캐패시터 배열의 가로줄의 말단에는, 전압 V_a로 충전되어 있는 캐패시터를 부가로 설치할 수도 있다.At the end of the horizontal line of the capacitor array, a capacitor charged with the voltage V _a may be additionally provided.

도2는 도1에 도시된 캐패시터 배열에서 감지되는 부위에 따른 각 캐패시터의 정전용량을 설명하는 도면이다.FIG. 2 is a diagram illustrating capacitance of each capacitor according to a portion detected in the capacitor arrangement shown in FIG. 1.

도2a는 감지 전극이 부동 전압인 경우의 캐패시터의 정전 용량을 설명하는 도면이고, 도2b는 감지 전극이 고정 전압인 경우의 캐패시터의 정전 용량을 설명하는 도면이다.FIG. 2A is a diagram illustrating the capacitance of a capacitor when the sense electrode is a floating voltage, and FIG. 2B is a diagram illustrating the capacitance of the capacitor when the sense electrode is a fixed voltage.

도2a에서 보이는 바와 같이, 캐패시터를 구성하는 전극판 위에 도체가 위치하면, 각 전극판과 도체가 얇은 부도체를 사이에 둔 증가된 정전 용량의 캐패시터를 형성하게 되어, 이러한 두 캐패시터가 직렬로 연결된 효과를 준다. 이러한 특징은 캐패시터 위에 도체가 위치하지 않을 때(도2b) 전극과 전극 사이가 멀어져서 그 정전용량이 본래의 작은 값으로 남아있는 경우보다 큰 값으로 증가하게 된다.As shown in Fig. 2A, when the conductors are positioned on the electrode plates constituting the capacitors, each of the electrode plates and the conductors form an increased capacitance capacitor with a thin non-conductor, so that these two capacitors are connected in series. Gives. This feature increases when the conductor is not located on the capacitor (FIG. 2B), the distance between the electrode and the electrode increases to a greater value than if the capacitance remained at its original small value.

이러한 차이는 각 인에이블선에 전압을 인가한 후에, 읽기선에서 전압을 측정할 때, 측정 전압에 반영된다. 즉, 캐패시터 위에 도체가 놓여져서 정전용량이 커지면(도2a) 입력 전압의 변동에 따른 출력 전압이 커지고, 캐패시터 위에 놓여지지 않는 경우에는(도2b), 캐패시터 위에 도체가 놓여지는 경우에 비하여 작아진다.This difference is reflected in the measured voltage when the voltage is measured on the read line after the voltage is applied to each enable line. In other words, when the conductor is placed on the capacitor and the capacitance is large (Fig. 2a), the output voltage according to the variation of the input voltage is increased, and when it is not placed on the capacitor (Fig. 2b), it becomes smaller than when the conductor is placed on the capacitor. .

따라서, 인에이블선에 전압을 차례로 인가하고 각 인에이블선의 읽기선에서의 출력 전압을 차례로 측정함에 의하여 캐패시터 배열의 각 캐패시터의 정전용량의 변화를 파악할 수 있고, 이를 매핑하면 캐패시터 배열 구조를 가지는 감지 장치에 올려져 있는 도체의 이미지를 파악할 수 있다.Therefore, by applying a voltage to the enable line in turn and measuring the output voltage at the read line of each enable line in turn, it is possible to grasp the change in the capacitance of each capacitor in the capacitor array, and by mapping the detection having the capacitor arrangement structure. You can see the image of the conductors on the device.

이를 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다. 관심의 대상이 되는 읽기선에 미리 설정된 전압(0V 또는 임의의 전압 V₁)을 인가한 후, 부동 상태(floating) 상태로 둔다. 인에이블선 들 중 하나에 전압 변동을 주고, 측정 중 나머지 인에이블선의 고정 전압 상태에 있어야 관심의 대상이 되는 읽기선에 나타나는 전압변동폭으로 각 캐패시터의 정전용량의 변화 여부를 알 수 있다.This will be described in more detail as follows. After a predetermined voltage (0V or arbitrary voltage V ₁ ) is applied to the read line of interest, it is left in a floating state. The voltage fluctuation is applied to one of the enable lines, and the voltage fluctuation that appears on the read line of interest must be in the fixed voltage state of the other enable line to determine whether the capacitance of each capacitor is changed.

위와 같은 방법으로 모든 인에이블선과 모든 읽기선에 대하여 차례로 캐패시터의 정전용량의 변화를 매핑하면, 캐패시터 배열 구조의 감지 장치 위에 올려진 도체의 이미지를 파악할 수 있다.By mapping the change in the capacitance of the capacitor in order for all the enable lines and all the read lines in the above manner, the image of the conductor placed on the sensing device of the capacitor array structure can be identified.

이때 보조적으로 읽기 과정 중 각 읽기선의 말단에 달린 부가 캐패시터의 전압 V_a를 변화시키면 캐패시터의 정전용량의 변화를 더욱 정확하게 파악할 수 있다.At this time, by changing the voltage V _a of the additional capacitor at the end of each read line during the read process, it is possible to more accurately grasp the change in the capacitance of the capacitor.

상기한 본 발명에 의한 캐패시터 배열 구조의 이미지 감지 장치로 손가락의 지문이나, 손가락의 마디, 손바닥의 모양 또는 회상의 비표와 같은 이미지를 감지할 수 있다.The image sensing device of the capacitor arrangement structure according to the present invention can detect an image such as a fingerprint of a finger, a node of a finger, a shape of a palm, or a secretion of a recall.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 캐패시터 배열 구조를 이용한 이미지 감지 장치는, 캐패시터 배열을 구성하는 각 캐패시터의 정전 용량의 변화를 측정하여 감지 장치 위에 올려진 도체의 이미지를 파악할 수 있다.As described above, the image sensing device using the capacitor array structure according to the present invention may determine an image of a conductor mounted on the sensing device by measuring a change in capacitance of each capacitor constituting the capacitor array.

본 발명에 의한 이미지 감지 장치는, 수동 소자인 캐패시터를 사용함으로써 반도체 소자가 마모하여 생기는 내구성 문제 및 접촉때 미치는 불순물 영향에 의한 소자 특성의 변동에 의한 신뢰성 문제를 해결할 수 있을 뿐만 아니라, 인접된 점들로부터의 영향을 받는 수동 소자들의 배열에 있어서도, 읽기를 위한 신호를 가하는 선(인에이블선)과 읽기선으로 연결된 캐패시터 배열을 이용하여, 읽기선 데이터에 의하여 2차원 이미지를 감지할 수 있다.The image sensing device according to the present invention can solve not only durability problems caused by wear of a semiconductor device and reliability problems due to variations in device characteristics due to impurity effects on contact by using capacitors as passive devices, but also adjacent points. Even in the arrangement of passive elements affected by the data, the two-dimensional image can be detected by the read line data by using a capacitor array connected with a read line and an enable line.

Claims

In the two-dimensional image sensing device using a capacitor array structure,

The first electrode of each capacitor forming the capacitor array is connected to a line (hereinafter, referred to as an enable line) for applying a signal for a read operation, and the second electrode is connected to a read line, respectively. And a capacitor array structure in which a sensing surface is directly disposed between the second electrodes or an electrode in contact with the sensing surface is disposed.

By applying a voltage to the enable line in turn and measuring the output voltage at the read line of each enable line in turn, the change in capacitance of each capacitor in the capacitor array is identified, and the conductors mounted on the sensing device are mapped. To grasp the image of the,

First voltage application means for applying a preset voltage to a read line of interest and then leaving it floating;

A second voltage is applied to one of the enable lines and the like while the preset voltage is applied to the read line of interest by the first voltage applying means, and the second enable line remains at a fixed voltage state. Voltage application means; And

And a first voltage measuring means for measuring a voltage fluctuation width appearing on the read line of interest by the enable line given a voltage change by the second voltage applying means. Two-dimensional image sensing device using.

The image sensing device of claim 1, wherein an additional capacitor charged at a predetermined voltage is further provided at an end of the read line.