KR20010072461A - 용량성 이미지 검출 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따라 도체 표면의 그리드형 배치는 용량성 이미지 검출을 위해 사용되고, 측정을 위해 제공된 도체(2) 사이에 각각 스크리닝 도체(8)가 사용된다. 상기 스크리닝 도체 사이의 변위 전류를 방지하기 위해, 다수의 충전 및 방전 사이클이 진행되는 동안, 전위는 각 하나의 픽셀에 속한 도체로 전달된다. 예컨대 피드백 연산 증폭기를 가진 보상 라인은 상기 도체상의 전위를 동시에 변경하기 위해 사용될 수 있다.

Description

용량성 이미지 검출 방법 {METHOD FOR CAPACITIVE IMAGE ACQUISITION}

용량성 표면 센서, 예컨대 지문 센서에 있어서, 측정되는 사물(예컨대 손가락의 표면)과 상기 센서 사이의 간격은 작은 도체 표면(Pads)의 그리드형 배치에 의해 측정된다. 지문 센서의 경우 이러한 도체 표면이 매우 작으며, 대략 50 ㎛ 내지 100 ㎛ 의 크기를 가진다. 상기 방식의 용량성 측정 지문 센서는 예컨대 M.Tartagni 와 R.Guerrieri 의 논문에 기술되어 있다 : "A 390dpi Live Fingerprint Imager Based on Feedback Capacitive Sensing Scheme" (ISSCC97, 페이지 154,155 및 402). 측정 사물에 대한 커패시턴스가 매우 작음으로써, 예컨대 관련 센서의 캐리어 또는 인접한 도체에 대한 기생 커패시턴스는 측정 결과에 방해가 된다. 작은 측정 신호를 상대적으로 큰 방해 신호로부터 분리할 수 있기 위해, 정밀한 증폭기가 요구된다. 증폭된 신호에 포함된 방해 신호는 직접적인 측정 기술적으로 또는 AD-변환에 따라 수신된 신호의 디지털 처리에 의해 저지될 수 있다. 이러한 조치는 복잡하며 높은 정확성을 요구한다.

본 발명은 특히 용량성 측정 센서에 의한 지문 검출에 적합한 용량성 이미지 검출 방법에 관한 것이다.

도 1 은 상기 방법에 적합한 회로를 포함한 개별 센서의 개략도이고,

도 2 는 도 1 에 도시된 회로의 상이한 포인트에서의 전위를 도시한 도표이고,

도 3 은 상기 방법에 적합한 도체의 배치를 도시한 평면도이다.

본 발명의 목적은 특히 지문 검출에 적합하며, 적은 기술적 비용으로 실현 가능한 용량성 이미지 검출 방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적은 청구항 제 1 항의 특징을 가진 방법에 의해 달성된다. 실시예는 종속항에 제시된다.

본 발명에 따라, 용량성 측정 개별 센서로 이루어진 배치가 사용되며, 상기 개별 센서는 각각 도체 표면을 포함하고, 상기 도체 표면은 한편으로는 측정 도체로서 제공되고, 다른 한편으로는 상기 개별 센서의 커패시턴스를 인접한 센서로부터 스크리닝하기 위해 스크리닝 도체로서 사용된다. 스위치로 사용된 트랜지스터에 의해, 프리세팅된 전위가 전체 도체에 주기적으로 제공되고, 이미지에 의해 야기된 측정 도체에 대한 상이한 커패시턴스에 의해 상기 측정 도체에 축적된 전하가 중앙 커패시터로 전달된다. 이러한 과정에서, 바람직한 실시예에서 피드백 비교기를 포함한 접속된 보상 라인에 의해, 상기 도체상의 전위가 적어도 거의 근사하게 균등화됨으로써, 전압은 커패시터에 인가되지 않고, 존재하는 충전은 도체 사이의 원하지 않은 변위 전류에 의해서가 아닌, 추가 외부 커패시턴스에 의해서만 이루어질 수 있다.

지문의 주표면에서와 같이, 그리드 내에 배치된 도체에 대해 국지적으로 변하는 커패시턴스를 야기하는, 검출되는 이미지의 표면은 측정 과정 동안, 상기 도체의 표면에 대해 평행하게 배치된다. 따라서 개별 측정 표면의 상이한 충전은 존재하는 이미지의 커패시턴스에 상응한다. 상기 개별 센서의 커패시터의 여러 번의 충전 및 방전에 의해, 각각 상기 커패시터에 축적되는 전하는 적은 기술적 비용으로 측정될 수 있는 경우에만 추가 커패시터에 부가될 수 있다. 상기 도체(가드 링(guard-ring)으로 제공된 도체를 포함)가 사용된 회로에 의해 제한적으로 계속해서 동일한 전위에 놓임으로써, 존재하는 전체 도체 표면 사이에서는 변위 전류가 발생하지 않게 된다. 이러한 방식으로, 기본적으로 공지된 이미지 검출 센서 장치에 의해 아주 적은 용량성 차이만을 발생시키는 이미지, 예컨대 지문이 검출될 수 있다.

본 발명에 따른 방법의 상세한 설명은 도 1 내지 도 3 에 의해 이루어진다.

도 1 에 상기 방법에 적합한 서로 동일한 평면상에 놓인 2 개의 도체의 배치가 횡단면도로 개략적으로 도시된다. 이미지 표면(1)의 단면, 예컨대 지문의 돌출부가 상부 도체 평면의 측정 도체(2) 위에 위치한다. 각 개별 센서내의 상기 측정 도체(2)는 커패시턴스의 측정을 위해 상기 이미지 표면(1)과 상기 도체 평면(이미지-도체-커패시턴스(3)) 사이에 제공된다. 상기 측정 도체(2)의 측면에는 추가 도체가 상부 스크리닝 도체(8)로서 동일한 평면에 위치한다. 상기 측정 도체(2)에 대해 마주 놓인 각 하나의 추가 도체는 제 2 평면에 배치되며, 상기 추가 도체는하부 스크리닝 도체(7)를 형성하고, 상부 스크리닝 도체(8)와 도전 접속된다. 상기 측정 도체(2)와 상기 상부 스크리닝 도체(8) 사이에 존재하는 스크리닝 커패시턴스(5), 및 상기 측정 도체(2)와 하부 스크리닝 도체(7) 사이에 존재하는 스크리닝 커패시턴스(6)는 상기 이미지-도체-커패시턴스(3)와 같이 점선으로 표시된다. 그 이유는 상기 지점에서 커패시터 플레이트가 존재하는 것이 아니라, 커패시터용 회로도가 나타난다는 것을 표시하기 위해서이다. 상기 실시예에서 상기 상부 스크리닝 도체(8)는 상기 측정 도체(2) 주위를 둘러싸도록 묘사될 수 있다. 도 1 에 도시된 상부 스크리닝 도체(8)의 2 개의 부분은 상기 측정 도체(2)의 주위에 존재하는 스크리닝 도체의 횡단면을 형성한다.

또한 도 1 에는 측정을 실행하는 관련 회로가 예시로서 표시된다. 본 발명에 따른 방법은 우선 각 이미지 필드의 픽셀에서 관련 도체(측정 도체 및 스크리닝 도체)가 특정 전위에 제공되는 방식으로 실행된다. 이것은 상부에 표시된 트랜지스터가 클록 제어부(Ф₁)를 통해 도전 접속되는 동안, 표시된 회로에 의해 실행됨으로써, 접속 전위(V_DD)가 표시된 포인트(S 및 P) 및 개별 센서의 도체(2,7,8)에 제공된다. 그리고 나서, 상기 측정 도체(2)와 2 개의 스크리닝 도체(7,8) 사이의 전위차가 회로 기술적으로 가능한 테두리 내에서는 발생하지 않도록, 전하가 제 2 클록 제어부(Ф₂) 및 하부에 표시된 2 개의 트랜지스터를 통해 도체에 전달된다.

이것은 바람직하게 포인트(Q 및 R)에 항상 동일한 전위가 제공되도록 하는 회로 부분(9)에 의해 달성된다. 상기 회로 부분(9)은 바람직하게 피드백 연산 증폭기(10)로 형성된다. 상기 클록 제어부(Ф₂)를 통해 하부에 표시된 트랜지스터가 도전 접속될 경우, 상기 회로의 포인트(P 및 S)에 마찬가지로 동일한 전위가 제공된다. 상기 방법의 바람직한 실시예에서, 전위가 각 이미지 픽셀 즉, 각 개별 센서에 대해, 별도로 상기 방식으로 제어됨으로써, 도체에서 전위차의 발생이 방지된다. 방해- 또는 부유 커패시턴스가 스크리닝되고, 원하지 않은 변위 전류가 중지되기 때문에, 개별 측정의 높은 감도가 상기 방식으로 달성된다. 또한 2 개의 도체 평면 사이의 전계는 측정 도체(2)의 에지에서 균일화된다. 또한 상기 하부 스크리닝 도체(7)가 예컨대 측정 장치가 제공된 기판에 의해 야기된 기생 커패시턴스로부터 상기 측정 장치를 스크리닝한다(도 1의 센서-백그라운드-커패시턴스(4)). 원칙적으로 다층 금속 층의 임의의 배면 전극이 하부 스크리닝 도체(7)로 사용될 수 있다.

상기 커패시터상의 전하 또는 상기 커패시터에 인가된 전압이 상대적으로 적은 기술적 비용으로 측정될 수 있을 정도의 크기가 될 때까지 각 충전 사이클 이후에 실행된 측정 장치의 방전이 전하가 축적되는 중앙 커패시터(C_S)를 통해 이루어진다. 상이한 이미지-도체-커패시턴스(3)에 의해, 화소마다 상이한 전하가 도체에서 발생된다. 이에 상응하게, 상기 중앙 커패시터(C_S)에 축적된 개별 화소에 대한 전하가 상이함으로써, 상기 전하의 용도에 의해 이미지가 재구성될 수 있다.

바람직하게 개별 화소는 판독 라인(LL)을 통해, 매트릭스 메모리의 셀 필드의 형태에 따라 제어된다. 상기 방식의 배치는 복잡하다. 상기 방식의 배치는 특히 개별 센서의 그리드형 배치의 행 당 연산 증폭기(10) 및 보상 라인(LLN)을 하나씩 필요로 한다.

또한 본 발명에 따른 방법은 상기 측정 도체(2)와 상기 스크리닝 도체(7,8) 사이의 전위차의 완전한 보상이 필요 없을 경우에, 간단한 도체 구조에 의해 실행될 수 있다. 따라서 보상에 있어서 회로 부분(9)으로 충분하며, 모든 판독 라인(LL)을 위해 하나의 연산 증폭기(10)로도 충분하다. 따라서 상기 연산 증폭기는 판독 라인(LL) 중 하나에 의해, 예컨대 셀 필드의 중앙에 있는 라인에 의해(개별 센서의 그리드형 배치) 제어된다. 충전 및 방전 과정 동안에는 전위 곡선이 개별 센서 상의 상기 과정의 중간 곡선에 상응하기 때문에, 각 개별 센서에서는 매우 정확하게 보상된다.

상기 방법이 상대적으로 간단한 배치에 의해 실행되는 추가 가능성은 판독 라인에 의한 제어가 완전히 생략되는 것이다. 모든 판독 라인은 센서의 측정될 커패시턴스에 의해 시뮬레이트되고, 상기 라인의 전하는 간단하게 상기 중앙 커패시터(C_S)로 전달된다. 다수의 충전- 및 방전 사이클 이후에 충분한 전하가 상기 중앙 커패시터에 축적되는 경우, 상기 전하는 측정 기술적으로 검출된다. 보상의 가장 간단한 형태는 고정 전압을 고정하는 것이다. 이를 위해 회로의 포인트(Q)에 고정전위가 제공 되고, 상기 회로 부분(9)은 필요 없게 된다. 상기 전위는 모든 개별 센서에 있어서 동일하다. 상기 보상 라인이 시작 부분에서는 너무 작은 전압 행정을 가지고, 끝부분에서는 너무 큰 전압 행정을 가지는데도 불구하고, 중간에서는보상이 동일해진다. 모든 개별 센서에 대해 동일한 보상을 가진 상기 두 가지 경우에서 센서 필드의 에지에서부터 제어가 이루어질 수 있고, 이것은 회로의 복잡성을 아주 간소화시킨다.

도 2 에는 도 1 에 도시된 회로의 개별 포인트에서의 전형적인 전위 곡선이 재현된다. 상기 방전 클록부(Ф₂)는 각각 상기 충전 클록부(Ф₁)에 대해 시간적으로 변위된다. 포인트(P 및 S)에서의 전압 곡선은 실행된 보상에 의해 동일해지거나, 또는 상기 방법의 간단한 실시예에서, 간단한 회로에 의해 적어도 거의 동일해진다. 상기 중앙 커패시터(C_S)가 점차로 충전되기 때문에, 상기 포인트(P 또는 S)에서의 전압은 방전될 경우 점점 더 작은 값으로 강하하고, 상기 포인트(P 및 S)에 서의 최소 전압은 시간이 경과됨에 따라 증가된다. 포인트(R)에서의 전위 및 보상을 통해 상기 포인트(R)에 대한 전위와 함께 전달되는 포인트(Q)에서의 전위도 마찬가지로 도 2 에 도시된다.

도 3 은 그 사이에 상부 스크리닝 도체(8)를 포함한 상부 도체 평면의 측정용으로 제공된 각 측정 도체(2)의 그리드형 배치를 도시한다. 상기 스크리닝 도체(8)는 여기서 추가 예로서, 매트릭스형 배치의 개별 열(11) 사이에서 스트립으로 표시된다. 상기 배치의 개별 열 사이의 스크리닝 대신, 상기 측정 도체(2) 주위로 각 스크리닝 도체(8)가 점선으로 표시된 가장자리에 상응하게 위치할 수 있다.

본 발명에 따른 방법은 도체의 정확한 구조화에 관계없이 실행될 수 있다.이 경우 각 화소 당 도체 그룹이 존재하는 것이 중요하고, 상기 도체 그룹 중에 하나의 특정 도체가 이미지 표면으로 향하여 측정용으로 제공되는 한편, 나머지 도체는 스크리닝을 위해 사용된다. 하나의 회로가 제공되어야 하고, 상기 회로에 의해 상기 스크리닝 도체상의 전위가 측정 도체의 충전 및 방전시, 측정 도체의 전위로 가이드될 수 있다. 상기 스크리닝 도체의 구조적인 배치는 각 요구에 용이하게 매칭될 수 있다.

Claims (3)

1. 용량성 이미지 검출을 위한 방법에 있어서,

   a) 이미지로서 검출되는 표면(1)이 그리드형으로 화소로 분해되고, 적어도 각 화소당 하나의 측정 도체(2) 및 하나의 스크리닝 도체(7,8)를 포함하는 도체 장치가 상기 화소에 할당되는 단계,

   b) 이미지로서 검출되는 상기 표면(1)이 상기 측정 도체(2)에 마주 놓여 배치됨으로써, 상기 화소와 상기 측정 도체(2) 사이에 각각 관련 화소에 따라 좌우되는 커패시턴스가 존재하는 단계,

   c) 각 화소에서 상기 측정 도체(2) 및 상기 스크리닝 도체(7,8)가 각각 동일한 전위와 접속되고, 다시 분리되는 단계,

   d) 각 화소에서 상기 측정 도체(2) 및/또는 상기 스크리닝 도체(7,8)상에 존재하는 전하가 각각 중앙 커패시터(C_S)로 방전되고, 동시에 상기 측정 도체(2)와 상기 스크리닝 도체(7,8)사이에서 발생되는 전위차가 보상되는 단계, 및

   e) 상기 중앙 커패시터(C_S)에 축적된 전하가 적어도 각 상기 중앙 커패시터의 별도의 측정을 위해 충분히 프리세팅된 값을 가질 때까지 상기 단계(c 및 d)가 반복되는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 스크리닝 도체(7,8)가 동일하게 프리세팅된 전위에 놓이는 동안, 상기 각 측정 도체(2)와 상기 각 스크리닝 도체(7,8) 사이의 전위차가 모든 화소에 대해 동일하게 보상되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 각 스크리닝 도체(7,8)에 지속적으로 동일한 전위가 제공되고, 상기 전위가 즉시 상기 측정 도체(2)에 제공되는 동안, 상기 각 측정 도체(2)와 상기 각 스크리닝 도체(7,8) 사이의 전위차가 모든 화소에 대해 별도로 보상되는 것을 특징으로하는 방법.