KR20040095920A - Unit pixel for capacitive semiconductor fingerprint sensor using locally-adaptive image enhancement scheme and fingerprint sensing device using the same - Google Patents

Unit pixel for capacitive semiconductor fingerprint sensor using locally-adaptive image enhancement scheme and fingerprint sensing device using the same Download PDF

Info

Publication number
KR20040095920A
KR20040095920A KR1020030026946A KR20030026946A KR20040095920A KR 20040095920 A KR20040095920 A KR 20040095920A KR 1020030026946 A KR1020030026946 A KR 1020030026946A KR 20030026946 A KR20030026946 A KR 20030026946A KR 20040095920 A KR20040095920 A KR 20040095920A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
output
area
row
column
fingerprint sensor
Prior art date
Application number
KR1020030026946A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
김남렬
Original Assignee
매그나칩 반도체 유한회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 매그나칩 반도체 유한회사 filed Critical 매그나칩 반도체 유한회사
Priority to KR1020030026946A priority Critical patent/KR20040095920A/en
Publication of KR20040095920A publication Critical patent/KR20040095920A/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/004Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring coordinates of points

Abstract

PURPOSE: A unit pixel of a capacitive typed fingerprint sensor using a location adaptation image enhancement scheme and a fingerprint detector using the same are provided to obtain a fingerprint image more correctly by analyzing diverse brightness on a surface of a finger. CONSTITUTION: A detector(20) senses the fingerprint image. A switched-capacitor amplifier(21) uses output of the detector and a reference value as different inputs, amplifies a variance of a voltage level corresponding to the stored charges detected by the detector through the variance of the reference voltage, and outputs the amplified variance through an output terminal. A row/column direction connector(22) obtains the fingerprint image through the location adaptation image enhancement scheme making the output terminals of the unit pixels neighboring in the row/column direction commonly connected to the output terminal, obtaining a local reference value through the average including the output and the output of the connected neighboring unit pixels, and comparing the values of the output terminal by using the local reference value.

Description

지역적응 영상강화기법을 이용한 정전용량식 지문감지센서의 단위화소 및 그를 이용한 지문감지장치{UNIT PIXEL FOR CAPACITIVE SEMICONDUCTOR FINGERPRINT SENSOR USING LOCALLY-ADAPTIVE IMAGE ENHANCEMENT SCHEME AND FINGERPRINT SENSING DEVICE USING THE SAME}Unit pixel of capacitive fingerprint sensor using local adaptive image reinforcement technique and fingerprint detection device using the same

본 발명은 반도체 지문감지센서에 관한 것으로, 특히 지역적응 영상강화기법을 이용한 정전용량식 지문감지센서의 단위화소 및 그를 이용한 지문감지장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor fingerprint sensor, and more particularly, to a unit pixel of a capacitive fingerprint sensor using a localized image enhancement technique and a fingerprint sensor using the same.

지문은 높은 식별률과 보안성 및 안정성 때문에 바이오 메트릭스(Biometrics)의 여러 분야 중에서 가장 많이 이용되어 왔으며, 현재 실질적으로 충분한 개개인의 데이타를 보유하고 있다. 근래에 들어서는 지문인식 기술이 자동화되면서 지문을 실시간으로 취득하는 지문인식 시스템이 필요하게 되었다.Fingerprints have been the most widely used among the various fields of biometrics because of their high identification rate, security and stability, and they now hold substantially enough individual data. In recent years, as fingerprint recognition technology is automated, a fingerprint recognition system that acquires fingerprints in real time has been required.

이러한 지문감지 센서는 최근 들어 저가의 센서들이 등장함에 따라 특수 보안장치에만 응용되는데서 벗어나 키보드, 마우스 등 개인용 컴퓨터(Personal Computer) 주변장치에 사용되어 전자상거래 등 사용범위가 점차 확대되고 있다. 따라서, 이러한 시장에 참여하기 위해서는 사용하기 편리하고 소규모, 저전력, 저가 및 고화질의 지문감지 센서 기술을 확보해야 한다.As fingerprint sensors have recently been introduced, low-cost sensors have been applied to special computer devices such as keyboards, mice, and other personal computer peripheral devices. Therefore, in order to participate in such a market, it is necessary to secure a fingerprint sensor technology that is easy to use and small, low power, low cost and high definition.

지난 수십년 동안 전기적으로 지문을 감지하기 위해 많은 방법이 연구되어 왔는데, 현재까지 발표된 방식 중에서 주요한 지문감지방식은 대체적으로 광학식(Optical type),열감지식(Thermal type) 그리고 정전용량식(Capacitivetype) 등으로 구분될 수 있다.Many methods have been studied to detect fingerprints electrically over the last few decades. Among the published methods, the major fingerprint detection methods are generally optical type, thermal type and capacitive type. And the like.

초기에 주로 사용된 광학 방식은 가시광선이나 적외선을 이용하여 손가락 표면을 비추면 반사된 빛이 광전장치(Opto-Electric element)에 포착되어 지문영상을 얻을 수 있게 된다. 그러나, 이 방식은 광학장치와 광전장치가 별도로 필요하게 되므로 부피상의 문제로 인해 그 사용 범위가 제한된다. 특히, 소형의 주변장치나 스마트카드 등에 응용되기 위해서 소형의 칩으로 제작 가능한 방식이 요구된다.In the early optical method, the reflected light is captured by the opto-electric element when the surface of the finger is illuminated by using visible light or infrared light to obtain a fingerprint image. However, since this method requires an optical device and a photoelectric device separately, its use range is limited due to the volume problem. In particular, in order to be applied to a small peripheral device or a smart card, a method capable of manufacturing a small chip is required.

이에 반해, 열감지식은 반도체 공정에서 초전물질(Pyroelectric material)을 이용하여 지문의 골과 마루 사이의 온도차를 전압차로 변환시켜서 지문영상을 얻을 수 있는 방식으로 센서의 크기가 작아 부피로 인한 사용상의 제약은 덜 받는다.On the other hand, the thermal sensing method uses a pyroelectric material in the semiconductor process to convert the temperature difference between the valley of the fingerprint and the floor into a voltage difference to obtain a fingerprint image. Receives less.

그러나, 이 방식으로 온도 변화를 감지하기 위해서는 동작 원리상 2차원 배열이 아닌 1차원 배열로 손가락을 센서 표면에 스캔해야 하므로 습득된 1차원 데이터를 2차원 영상으로 변환해주는 프로그램이 필요할 뿐만 아니라, 스캔 속도와 스캔 압력에 따라 얻어진 영상이 다르게 나타날 수 있는 단점을 가지고 있다.However, in order to detect the temperature change in this manner, a finger must be scanned on the surface of the sensor in a one-dimensional array rather than a two-dimensional array because of the principle of operation. There is a disadvantage that the obtained image may appear differently depending on the speed and the scanning pressure.

마지막으로, 정전용량식은 두 전극 사이의 거리에 따라 정전용량이 달라지는 원리를 이용하여 감지전극(Sensing electrode)과 지문의 골 사이에서 발생하는 정전용량과, 감지전극과 지문의 마루 사이에서 발생하는 정전용량의 차이를 통해 지문의 마루와 골을 인식함으로써 지문영상을 얻을 수 있다.Finally, the capacitive type uses the principle that the capacitance varies depending on the distance between the two electrodes, and the capacitance generated between the sensing electrode and the valley of the fingerprint, and the capacitance generated between the sensing electrode and the floor of the fingerprint. The fingerprint image can be obtained by recognizing the floor and the valley of the fingerprint through the difference in capacity.

이러한 정전용량식은 표준 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 공정 기술을 이용하여 구현이 가능하므로, 구조가 간단하고 부가장치 및 특별한 공정이 필요 없어 소규모, 저전력 및 저비용이라는 장점을 갖는다.The capacitive type can be implemented by using standard complementary metal oxide semiconductor (CMOS) process technology, which is simple in structure, requires no additional equipment and special process, and has advantages of small size, low power, and low cost.

그러나, 정전용량식 지문감지 센서에서는 손가락 표면의 상태에 따라 다양한 명도(Contrast)의 지문영상이 나타나고, 이를 정확하게 분석하기가 곤란하여 신분확인을 할 수 있는 필요한 수준의 지문영상을 얻을 수 없게 되는 문제점이 발생한다.However, in the capacitive fingerprint sensor, a fingerprint image of various contrasts appears according to the state of the finger surface, and it is difficult to accurately analyze it, and thus, it is impossible to obtain a fingerprint image of the required level for identification. This happens.

본 발명의 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 손가락 표면의 다양한 명도를 분석하여 보다 정확하게 지문영상을 얻을 수 있는 지역적응 영상강화기법을 이용한 정전용량식 반도체 지문감지 센서를 제공하는데 그 목적이 있다.In order to solve the problems of the prior art as described above of the present invention, to provide a capacitive semiconductor fingerprint sensor using a localized image reinforcement technique that can obtain a fingerprint image more accurately by analyzing various brightness of the finger surface Its purpose is to.

도 1은 다양한 손가락 표면 상태에 따른 지역적응의 효과를 도식화한 그래프.1 is a graph illustrating the effect of local adaptation according to various finger surface conditions.

도 2는 지문영상 강화를 위해 제안된 본 발명의 일실시예에 따른 정전용량식 지문감지 센서의 단위화소 구조를 도시한 회로도.2 is a circuit diagram illustrating a unit pixel structure of a capacitive fingerprint sensor according to an embodiment of the present invention, which is proposed for reinforcing a fingerprint image.

도 3은 도 2의 동작을 도시한 타이밍도.3 is a timing diagram illustrating the operation of FIG. 2;

도 4는 도 2의 단위화소를 복수개 포함하는 화소 어레이에서 지역영역이 선택된 형태를 도시한 블럭도.4 is a block diagram illustrating a form in which a local region is selected in a pixel array including a plurality of unit pixels of FIG. 2.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 단위화소를 이용한 정전용량식 지문감지 장치를 도시한 블럭도.5 is a block diagram illustrating a capacitive fingerprint sensing device using unit pixels according to an embodiment of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

20 : 감지부 21 : 증폭부20 detection unit 21 amplification unit

22 : 행 및 열방향 연결부22: row and column connection

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 지문영상을 센싱하는 감지부; 상기 감지부의 출력과 기준전압을 각각 다른 입력으로 하며, 상기 기준전압의 변화를 통해 상기 감지부에 의해 감지되어 저장된 전하에 해당하는 전압 레벨의 변화를 증폭하여 출력단을 통해 출력하는 스위치드 캐패시터 형의 증폭부; 및 상기 출력단과 기설정된 개수만큼 행방향 및 열방향으로 이웃하는 상기 단위화소들의 출력단이 서로 공통 연결되도록 제어하며, 자신의 출력과 상기 연결되는 이웃하는 단위화소들의 출력을 포함하는 평균값을 통해 지역기준값을 얻으며, 상기 지역기준값을 이용하여 상기 출력단의 값을 비교하는 지역적응 영상강화기법을 통해 지문영상을 얻도록 하는 행 및 열방향 연결부를 포함하는 정전용량식 지문감지센서의 단위화소를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention, the sensing unit for sensing the fingerprint image; The output of the sensing unit and the reference voltage are respectively different inputs, and the switched capacitor type amplification outputs through the output stage by amplifying a change in voltage level corresponding to the stored charge sensed by the sensing unit through the change of the reference voltage. part; And controlling the output terminals and the output terminals of the unit pixels neighboring each other in a row direction and a column direction by a predetermined number to be commonly connected to each other, and using an average value including its output and the outputs of the connected neighboring unit pixels. It provides a unit pixel of the capacitive fingerprint sensor comprising a row and column directional connection to obtain a fingerprint image through a localized image enhancement technique that compares the value of the output using the local reference value.

또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 상기 단위화소가 복수개 배열된 화소어레이; 상기 행방향의 지역영역 선택신호를 출력하여 상기 지역기준값을 얻을 행방향의 이웃하는 단위화소의 수를 결정하는 행방향 지역영역 선택부; 상기 열방향의 지역영역 선택신호를 출력하여 상기 지역기준값을 얻을 열방향의 이웃하는 단위화소의 수를 결정하는 열방향 지역영역 선택부; 상기 화소어레이 중 한 행을 선택하여 그 데이타를 상기 버스라인에 전달하는 행선택부; 상기 버스라인을 통해 전달된 데이타를 전달 및 저장하는 저장 및 전달부; 상기 전달 및 저장부에 일시 저장된 상기 데이타를 순차적으로 출력하도록 상기 화소 어레이의 열을 지정하는 열선택부; 및 상기 열선택부에 의해 선택되어 상기 저장 및 전달부로 부터 전달되는 상기 데이타를 증폭하여 출력하는 출력부를 포함하는 정전용량식 지문감지센서를 제공한다.The present invention also provides a pixel array comprising a plurality of unit pixels; A row direction area area selection unit for outputting the area area selection signal in the row direction to determine the number of neighboring unit pixels in the row direction to obtain the area reference value; A column direction area selection unit configured to output the column area selection signal in the column direction to determine the number of neighboring unit pixels in the column direction to obtain the area reference value; A row selector which selects one row of the pixel arrays and transfers the data to the bus line; A storage and transmission unit for transmitting and storing the data transmitted through the bus line; A column selector which specifies a column of the pixel array to sequentially output the data temporarily stored in the transfer and storage unit; And an output unit selected by the heat selector to amplify and output the data transmitted from the storage and transfer unit.

본 발명은 감지전극과 손가락 표면과의 거리차에 의해 발생하는 정전용량(Capacitance)의 변화를 이용하여 간단하게 지문영상을 습득할 수 있는 정전용량식 반도체 지문감지 센서와 이를 이용하여 골(Valley)과 마루(Ridge)에서 발생하는 정전용량의 차이를 검출회로를 통해 지문영상을 얻을 수 있도록 하는 바, 지역적응(Local adaptation)이라는 이미지 강화기법(Image enhancement scheme)을 이용하여 센서의 출력 범위를 일정 수준으로 조정함으로써 명도를 높이고자 한다.The present invention provides a capacitive semiconductor fingerprint sensor that can acquire a fingerprint image simply by using a change in capacitance generated by a distance difference between a sensing electrode and a finger surface and a valley using the same. It is possible to obtain the fingerprint image through the detection circuit to detect the difference in capacitance generated from the ridge and the ridge.The output range of the sensor is fixed by using an image enhancement scheme called local adaptation. We want to increase the brightness by adjusting to the level.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. do.

지문영상은 손가락 표면의 수분 함유 정도에 따라 다양한 출력 범위를 갖는다. 이러한 상태에서 하나의 전체기준값(Global reference)으로 골과 마루를 구별하게 된다면, 손가락 표면이 건조한 경우(Dry finger)에는 골과 마루의 출력 레벨이 낮아져 구별이 쉽게 되지 않을 뿐만 아니라 마루가 골로 판별되는 경우가 발생하게 된다. 또한, 손가락 표면이 습한 경우(Wet finger)에는 출력 레벨이 높아져 골이 마루로 판별되는 경우도 발생하게 된다. 따라서, 손가락의 습도 변화 등 각 경우에 적합한 지역기준값(Lacal reference)에 의해 골과 마루가 구별되어져야 한다.Fingerprint images have various output ranges depending on the moisture content of the finger surface. In this state, if the goal and the floor are distinguished by one global reference, when the finger surface is dry (Dry finger), the output level of the goal and the floor is lowered, so that the floor is not easily distinguished. There is a case. In addition, when the surface of the finger is wet (wet finger), the output level is increased, and the bone is determined as the floor. Therefore, the valley and the floor should be distinguished by the local reference value (Lacal reference) suitable for each case, such as a change in the humidity of the finger.

도 1은 다양한 손가락 표면 상태에 따른 지역적응의 효과를 도식화한 그래프이다.1 is a graph illustrating the effect of local adaptation according to various finger surface conditions.

도 1의 (a)는 손가락 표면이 정상적인 경우 뿐만 아니라 건조한 경우와 습한 경우가 동시에 존재한 경우의 손가락 표면을 나타낸다.FIG. 1 (a) shows the finger surface when the finger surface is normal as well as when the dry and wet cases exist simultaneously.

손가락의 표피(Dead skin) 즉, 'N'와 같이 제1전극(12)에 적당한 양의 수분이 존재하는 경우(Normal finger)에는 표피(12)가 전기신호를 차단하게 되므로 캐패시터(Capacitor)의 한 전극으로써 작용하게 된다. 이 때, 도면부호 '10'은 센서의 고정된 제2전극이 된다.In the case of a dead skin, that is, an appropriate amount of moisture in the first electrode 12, such as 'N' (Normal finger), the epidermis 12 blocks the electrical signal, so that the capacitor It acts as an electrode. In this case, reference numeral 10 denotes a fixed second electrode of the sensor.

그러나, 'A'와 같이 손가락 표면이 건조한 경우에는 표피(12)에 함유된 수분량이 적어 표피(12)가 전기신호를 차단하지 못하고 단지 유전물질(Dielectric material)로만 작용하게 되므로 그 내부에 존재하는 진피(Live skin, 11)가 전극으로 작용하게 된다. 따라서, 캐패시터의 두 전극 사이의 거리가 표피(12)의 두께 만큼 멀어지게 되므로 출력레벨 신호가 낮아지게 된다.However, when the surface of the finger is dry, such as 'A', the amount of moisture contained in the epidermis 12 is small, so that the epidermis 12 does not block the electrical signal, but only acts as a dielectric material. The dermis (Live skin) 11 serves as an electrode. Therefore, since the distance between the two electrodes of the capacitor is as far as the thickness of the skin 12, the output level signal is lowered.

한편, 'B'와 같이 손가락 표면이 땀이나 물기 등 수분으로 젖어 있는 경우(Wet finger)에는 수분이 전극 역할을 하게 되므로, 수분으로 채워진 골의 출력신호는 높아지게 된다.On the other hand, when the surface of the finger is wet with moisture such as sweat or water, such as 'B' (wet finger), since the moisture acts as an electrode, the output signal of the bone filled with moisture is increased.

이러한 출력신호값에 대해 하나의 전체 기준값(14)을 이용하여 골과 마루를 구별한다면, 도 1의 (b)에서와 같이 건조한 경우에는 'C'와 같이 마루영역임에도 골영역으로, 습한 경우에는 'D'와 같이 골영역임에도 마루영역으로 오판되는 경우가 발생하게 되어 양질의 지문영상을 얻지 못한다.If the valley and the floor are distinguished by using one total reference value 14 for the output signal value, when it is dried as shown in FIG. Even if it is a bone area like 'D', it is misjudged to the floor area, so it is impossible to obtain a high quality fingerprint image.

여기서, 도면부호 '18'의 검정색 부분은 센서의 제2전극(10) 즉, 센서의 플레이트 전극을 통해 지문의 마루로 인식한 부분을 나타낸 것이며, 도면부호 '19'의 흰색 부분은 지문의 골로 인식한 부분을 나타낸 것이다.Here, the black part of '18' represents the part recognized as the floor of the fingerprint through the second electrode 10 of the sensor, that is, the plate electrode of the sensor, and the white part of '19' is the valley of the fingerprint. It shows the recognized part.

이러한 문제점을 해결하기 위해 도 1의 (c)와 같이 지역적으로 선택된 영역내의 각 단위화소의 출력값으로부터 평균값을 계산하여 지역기준값(16)을 생성시키고, 이 값과 원래의 출력신호값(17)과의 차이를 증폭한 뒤 골과 마루를 구별하게 되면, 도 1의 (d)에 도시된 'E' 및 'F'와 같이 건조한 경우와 습한 경우에 나타났던 골과 마루의 판별 오류를 해결할 수 있다.In order to solve this problem, as shown in (c) of FIG. 1, the average value is calculated from the output value of each unit pixel in the locally selected region to generate the local reference value 16, and this value and the original output signal value 17 and By amplifying the difference between and distinguishing the valley from the valley, it is possible to solve the discrimination error of the valley and the valley that appeared in the case of dry and wet, such as 'E' and 'F' shown in Figure 1 (d). .

도 2는 지문영상 강화를 위해 제안된 본 발명의 일실시예에 따른 정전용량식 지문감지 센서의 단위화소 구조를 도시한 회로도이며, 도 3은 도 2의 동작을 도시한 타이밍도이다.FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a unit pixel structure of a capacitive fingerprint sensor according to an embodiment of the present invention, which is proposed to enhance a fingerprint image, and FIG. 3 is a timing diagram illustrating the operation of FIG. 2.

도 2를 참조하면, 각 단위화소는 한개의 증폭기와 두개의 스위치드 캐패시터로 이루어져 있는 스위치드 캐패시터 증폭기(Switched-capacitor amplifier)의 지역영역(Local window)을 선택하여 지역평균(Local average)을 구하기 위한 여러개의 트랜지스터로 구성되어 있다.Referring to FIG. 2, each unit pixel selects a local window of a switched-capacitor amplifier composed of one amplifier and two switched capacitors to obtain a local average. Is composed of a transistor.

구체적으로 살펴 보면, 지문영상을 센싱하기 위한 감지부(20)와, 감지부(20)의 출력과 기준전압(Vref)을 각각 다른 입력으로 하며, 기준전압(Vref)의 변화를 통해 감지부(20)에 의해 감지되어 저장된 전하에 해당하는 전압 레벨의 변화를 증폭하여 출력단(Vout)을 통해 출력하는 스위치드 캐패시터 형의 증폭부(21)와, 출력단(Vout)과 기설정된 개수만큼 행방향 및 열방향으로 이웃하는 단위화소들의 출력단이 서로 공통 연결되도록 제어하며, 자신의 출력과 연결되는 이웃하는 단위화소들의 출력을 포함하는 평균값을 통해 지역기준값을 얻으며, 지역기준값을 이용하여 출력단(Vout)의 값을 비교하는 지역적응 영상강화기법을 통해 지문영상을 얻도록 하는 행 및 열방향 연결부(22)를 구비하여 구성된다.Specifically, the sensing unit 20 for sensing the fingerprint image, the output of the sensing unit 20 and the reference voltage Vref are respectively different inputs, and the sensing unit (eg, through the change of the reference voltage Vref) Switched capacitor-type amplifier 21 for amplifying a change in voltage level corresponding to the stored charge detected by 20) and outputting it through the output terminal Vout, and the row direction and the column by a predetermined number of output terminals Vout. Controls the output terminals of neighboring unit pixels in common to each other in a direction, and obtains a local reference value through an average value including the output of neighboring unit pixels connected to its output, and uses the local reference value to output the value of the output terminal (Vout). It comprises a row and column connection portion 22 to obtain a fingerprint image through a localized image enhancement technique for comparing the.

감지부(20)는, 지문감지를 위해 접촉되는 손가락의 표피를 제1전극으로 하고 고정된 전도체를 제2전극으로 하여, 제1전극과 제2전극 간의 거리가 달라짐에 따른 정전용량의 차이를 통해 지문영상을 센싱하는 바, 여기서는 감지부(20)로 손가락의 표피를 제1전극으로 하고, 제2전극이 증폭부(21)의 일입력단에 접속된 핑거 캐패시터(Cf)를 그 일예로 하였다.The sensing unit 20 uses the skin of a finger to be contacted for fingerprint detection as a first electrode and a fixed conductor as a second electrode, thereby detecting a difference in capacitance according to a change in distance between the first electrode and the second electrode. The fingerprint image is sensed through the sensor. In this case, the skin of the finger is used as the first electrode, and the finger capacitor Cf connected to the one input terminal of the amplifier 21 is used as an example. .

증폭부(21)는, 핑거 캐패시터(Cf)의 제2전극과 부입력단이 접속되며, 기준전압(Vref)을 정입력으로 하는 증폭기(Amp)와, 센싱 여부를 제어하는 제1제어신호(Φ1)를 게이트 입력으로 하고, 증폭기(Amp)의 부입력단과 증폭기(Amp)의 제1출력단(Out) 사이에 그 일측과 타측이 각각 접속되어 피드백 루프를 형성하는 제1피드백 트랜지스터(T1)와, 센싱된 지문영상의 출력단(Vout)으로의 전달 여부를 제어하는 제2제어신호(Φ2)를 게이트 입력으로 하며, 일측이 제1출력단(Out)에 접속되고 타측이 출력단(Vout)에 접속된 제2피드백 트랜지스터(T2)와, 출력단(Vout)을 통해 제2피드백 트랜지스터(T2)와 직렬로 증폭기(Amp)의 부입력단에 접속되어, 부입력단과 제1출력단(Out) 사이에서 제1피드백 트랜지스터(T1)와 병렬로 피드백 루프를 형성하는 피드백 캐패시터(Cfb)를 포함한다.The amplifier 21 is connected to the second electrode of the finger capacitor Cf and the negative input terminal, an amplifier Amp having a reference voltage Vref as a positive input, and a first control signal Φ1 for controlling whether or not sensing is performed. A first feedback transistor T1 having a gate input and having one side and the other side connected between the negative input terminal of the amplifier Amp and the first output terminal Out of the amplifier Amp, respectively, to form a feedback loop, A second control signal Φ2 that controls whether the sensed fingerprint image is transmitted to the output terminal Vout as a gate input, and has one side connected to the first output terminal Out and the other side connected to the output terminal Vout. The second feedback transistor T2 and the output terminal Vout are connected in series with the second feedback transistor T2 in series with the negative input terminal of the amplifier Amp, and the first feedback transistor is connected between the negative input terminal and the first output terminal Out. And a feedback capacitor Cfb forming a feedback loop in parallel with T1.

행 및 열방향 연결부(22)는, 평균값의 계산 여부를 제어하기 위한 제3제어신호(Φ3)를 게이트 입력으로 하고 출력단(Vout)과 이웃하는 단위화소와 연결되는 제1노드(n) 사이에 접속된 제1출력 트랜지스터(T3)와, 행방향의 지역영역 선택신호(Row window selection signal, Φrow)를 게이트 입력으로 하고 그 일측이 각각 제1노드(n)에 접속되며, 각각의 타측이 행배열된 단위화소의 양과 음의 방향에 위치한 이웃하는 단위화소의 제2노드(도시하지 않음) 접속된 제1 및 제2행방향 스위칭 트랜지스터(T5, T6)와, 열방향의 지역영역 선택신호(Column window selection signal, Φcol)를 게이트 입력으로 하고 그 일측이 각각 제1노드(n)에 접속되며, 각각의 타측이 열배열된 단위화소의 양과 음의 방향에 위치한 이웃하는단위화소의 제3노드 접속된 제1 및 제2열방향 스위칭 트랜지스터(T7, T8)를 포함한다.The row and column connection units 22 have a third control signal Φ 3 for controlling whether or not the average value is calculated as a gate input, and is connected between the output terminal Vout and the first node n connected to a neighboring unit pixel. The connected first output transistor T3 and the row window selection signal Φrow in the row direction are used as gate inputs, and one side thereof is respectively connected to the first node n, and the other side thereof is a row. First and second row direction switching transistors T5 and T6 connected to second nodes (not shown) of neighboring unit pixels positioned in the positive and negative directions of the arranged unit pixels, and a local region selection signal in the column direction ( Column window selection signal (Φcol) as the gate input, one side of which is connected to the first node (n), respectively, and the other side of the third node of the neighboring unit pixels located in the positive and negative directions of the column-arranged unit pixels. Connected first and second column switching transistors T7 and T8. Include.

여기서, 단위화소 동작에 의한 전력소모를 줄이기 위해 증폭기(Amp)는 행방향의 지역영역 선택신호(Φrow)에 의해 자신의 DC 바이어스(Bias)가 제어되어 온-오프 스위칭되며, 제2출력 트랜지스터(T4)는 출력제어를 위한 제4제어신호(Φ4)를 게이트 입력으로 하고 출력단(Vout)에 그 일측이 접속되어, 제4제어신호(Φ4)에 응답하여 출력단(Vout)의 신호를 버스라인에 전송한다.Here, in order to reduce power consumption by the unit pixel operation, the amplifier Amp is controlled on and off by its DC bias controlled by the region region selection signal .phi.row in the row direction, and the second output transistor ( T4 has a fourth control signal Φ4 for output control as a gate input and one side thereof is connected to the output terminal Vout, and the signal of the output terminal Vout is connected to the bus line in response to the fourth control signal Φ4. send.

도 4는 도 2의 단위화소를 복수개 포함하는 화소 어레이에서 지역영역이 선택된 형태를 도시한 블럭도로서, 지역 평균을 구하기 위한 지역 영역의 선택은 도 4에 도시된 바와 같이 한다.FIG. 4 is a block diagram illustrating a region in which a region is selected in a pixel array including a plurality of unit pixels of FIG. 2, and selection of a region in order to obtain a region average is illustrated in FIG. 4.

도 4는 3*3의 경우를 예로 든 것으로, 지역영역의 크기를 결정하기 위한 행과 열방향의 지역영역 선택부(41, 42)는 자신의 쉬프트 레지스터(Shift register)의 입력을 조정함으로써 지역영역의 크기를 변경할 수 있다.4 illustrates the case of 3 * 3. In the row and column directions for determining the size of the local area, the local area selectors 41 and 42 adjust the input of their shift registers. You can change the size of the area.

각 단위화소의 증폭기는 행방향의 지역영역 선택신호(Φrow)에 의해 동작이 제어되므로, 행방향의 지역영역 선택신호(Φrow)는 각 단위센서에 하나씩 할당되어야 한다. 이 선택신호(Φrow)는 각 단위센서(40a ∼ 40d)를 연결해주는 트랜지스터(T40 ∼ T45)를 제어하게 되는데, 인접한 두 단위화소의 행방향 선택신호가 동시에 온되면 두 단위화소 사이에 존재하는 두개의 트랜지스터가 동시에 턴-온되므로 두 단위센서가 수직방향으로 연결된다.Since the amplifier of each unit pixel is controlled by the region region selection signal .phi.row in the row direction, the region region selection signal .phi.row in the row direction should be allocated to each unit sensor. The selection signal .phi.row controls the transistors T40 to T45 connecting the unit sensors 40a to 40d. When the row selection signals of two adjacent unit pixels are turned on at the same time, two selection pixels exist between the two unit pixels. Transistors are turned on at the same time, so the two unit sensors are connected vertically.

열방향의 지역영역 선택신호(Φcol)는 단위화소의 동작을 제어하지 않으므로각 단위화소 사이에 한개만 존재하면 된다. 이 열방향 지역영역 선택신호(Φcol)가 온되면 인접한 두 단위화소를 연결해주는 한개의 트랜지스터가 턴-온되므로 두 단위센서는 수평방향으로 연결된다.Since the local area selection signal .phi col in the column direction does not control the operation of the unit pixels, only one is required between each unit pixel. When the column region selection signal Φcol is turned on, one transistor connecting two adjacent unit pixels is turned on, so the two unit sensors are connected in the horizontal direction.

이와 같은 방식에 의해 지역영역은 선택되며, 출력신호는 선택영역의 중앙 단위센서(X)에서만 나오게 된다. 이 과정이 끝나면 행방향과 열방향의 지역영역 선택부(41, 42)에 존재하는 각각의 쉬프트 레지스터에 의해 선택될 지영영역이 이동하게 되고 이전의 과정이 동일하게 반복된다.In this way, the local area is selected, and the output signal comes only from the central unit sensor X of the selected area. After this process is completed, the local area to be selected is shifted by the respective shift registers present in the local area selection units 41 and 42 in the row direction and the column direction, and the previous process is repeated in the same manner.

그런데, 여기에서 출력신호는 3*3의 경우 세개의 단위센서에서만 나오게 되므로 한 행의 출력 결과를 얻기 위해서는 행방향으로 3회의 지역영역 이동이 이루어져야 한다. 따라서, 지역영역의 크기가 커질수록 지역영역 이동은 그만큼 증가하게 되고, 한 개의 단위화소는 그와 비례하여 동작 회수가 증가하게 되므로 전체 지문영상을 얻기 위한 검출시간과 전력소모는 증가하게 된다.However, in this case, since the output signal comes from only three unit sensors in the case of 3 * 3, three regional areas must be moved in the row direction to obtain the output of one row. Therefore, as the size of the local area increases, the area area movement increases accordingly, and the number of operations increases in proportion to that of one unit pixel, thereby increasing the detection time and power consumption for obtaining the entire fingerprint image.

그러므로, 원하는 검출시간 및 전력소모 조건하에서 충분히 강화된 지문영상을 얻을 수 있는 최적의 지역영역의 선택이 이루어져야 할 것이다.Therefore, it is necessary to select an optimal local area for obtaining a sufficiently enhanced fingerprint image under the desired detection time and power consumption conditions.

이상에서 살펴본 바와 같이, 제아한 회로는 행방향의 선택신호로 각 단위센서의 동작을 제어함으로써 지문영상의 강화된 정도를 조절할 수 있으며, 다음에서 설명할 회로의 동작단계의 선택에 의해 강화된 지문영상 뿐만 아니라 원시 지문영상(Raw image)도 획득할 수 있는 장점이 있다.As described above, the proposed circuit can adjust the degree of enhancement of the fingerprint image by controlling the operation of each unit sensor with the selection signal in the row direction, and the fingerprint enhanced by the selection of the operation step of the circuit to be described below. Not only the image but also a raw fingerprint image may be obtained.

제안한 회로의 동작은 크게 5단계로 구성되는 바, 이하, 각 단계에서의 회로 동작은 도 2의 회로와 도 3의 타이밍도를 참조하여 상세하게 살펴본다.The operation of the proposed circuit is largely composed of five steps. Hereinafter, the operation of each circuit will be described in detail with reference to the circuit of FIG. 2 and the timing diagram of FIG. 3.

1). 초기화(Reset) 단계에서는 행방향의 지역영역 선택신호(Φrow)로 증폭기(Amp)를 동작시키고 Φ1과 Φ2를에 의해 T1과 T2를 온시켜 피드백 캐패시터(Cfb)에 저장되어 있는 초기 전하를 방전시킨다, 또한, 증폭기(Amp)의 부입력단과 출력단(Out)를 직접 연결하여 증폭기(Amp)가 버퍼(Buffer)로 동작케 함으로써 증폭기의 DC 바이어스를 잡아준다. 이 때, 기준전압(Vref)인 증폭기(Amp)의 정입력단의 전압을 VH로 설정해 놓으면 증폭기(Amp)의 정입력단과 부입력단 사이의 버츄얼 쇼트(Virtual short) 현상에 의해 정입력단 또한 VH의 전압 레벨을 갖게 된다.One). In the reset step, the amplifier Amp is operated by the region region selection signal Φ row in the row direction, and T1 and T2 are turned on by Φ1 and Φ2 to discharge the initial charge stored in the feedback capacitor Cfb. In addition, by connecting the negative input terminal and the output (Out) of the amplifier (Amp) directly to the amplifier (Amp) to operate as a buffer (Buffer) to obtain the DC bias of the amplifier. At this time, if the voltage of the positive input terminal of the amplifier Amp, which is the reference voltage Vref, is set to VH, the voltage of the positive input terminal and the VH voltage is caused by a virtual short phenomenon between the positive input terminal and the negative input terminal of the amplifier Amp. You have a level.

2). 스위치드 캐패시터 형태의 증폭부(21)가 초기화되고 나면, T1은 오프, T2는 온시킨 후 입력전압을 VL로 낮춘다. 그러면, 핑거 캐패시터(Cf)의 전압은 Vl로 되고 떨어진 전압 (VH-VL) 만큼에 해당하는 전하(Cf(VH-VL))가 피드백 캐패시터(Cfb)로 이동하게 된다.2). After the switched capacitor type amplifier 21 is initialized, T1 is turned off, T2 is turned on, and the input voltage is lowered to VL. Then, the voltage of the finger capacitor Cf becomes Vl, and the charge Cf (VH-VL) corresponding to the dropped voltage VH-VL is moved to the feedback capacitor Cfb.

따라서, 피드백 캐패시터(Cfb)에는 Cf(VH-VL)의 전하가 저장되게 되고 출력단(Vout)에서는 VL로부터 Cf(VH-VL)/Cfb 만큼의 전압강하가 발생하게 된다. 이 때, 큰 핑거 캐패시턴스를 갖는 마루의 경우에는 그 만큼 많은 양의 전하가 이동하게 되어 출력전압의 강하가 더 크게 일어나는 반면, 작은 캐패시턴스를 갖는 골의 경우에는 적은 양의 전하가 이동하게 되므로 출력단(Vout)에서는 전압강하가 조금 일어나게 된다.Therefore, the charge of Cf (VH-VL) is stored in the feedback capacitor Cfb, and the voltage drop of Vf to Cf (VH-VL) / Cfb is generated at the output terminal Vout. At this time, in the case of a floor having a large finger capacitance, a large amount of charge is moved to cause a large drop in the output voltage, whereas in the case of a valley having a small capacitance, a small amount of charge is moved, so that the output stage ( Vout) causes a slight voltage drop.

따라서, 이 단계에서 골과 마루의 분포에 따른 출력전압 자체를 증폭하여 검출해내면 원시 지문영상을 얻어낼 수 있다. 그러나, 이렇게 얻은 지문영상은 손가락 표면의 다양한 상태에 따른 균일한 질의 지문영상을 기대할 수 없었던 기존의 지문영상과 유사하므로 다음에 제시하는 몇가지 추가 단계를 거쳐 강화된 지문영상을 얻을 수 있다.Therefore, if the output voltage itself is amplified and detected according to the distribution of valleys and ridges in this step, a raw fingerprint image can be obtained. However, the fingerprint image thus obtained is similar to the conventional fingerprint image that could not expect a uniform quality fingerprint image according to various states of the finger surface, so that the enhanced fingerprint image can be obtained through a few additional steps.

이 단계까지를 거침으로써 각 단위센서의 피드백 캐패시터(Cfb)에는 골과 마루의 분포에 따른 각기 다른 전하량이 저장되고, 또한 그에 따른 각기 다른 출력전압을 갖게 된다.Through this step, the feedback capacitor Cfb of each unit sensor stores different charge amounts according to the distribution of valleys and floors, and also has different output voltages.

3). 이러한 상황에서 Φ1, Φ3은 통해 T1과 T3를 온시키고, Φ2를 통해 T2를 오프시키면, 피드백 캐패시터(Cfb)의 한 쪽은 VL로, 다른 한 쪽은 Φrow와 Φcol에 의해 선택된 지역영역 내의 모든 피드백 캐패시터들과 연결된다.3). In this situation, if Φ1, Φ3 turn on T1 and T3, and turn off T2 through Φ2, one side of feedback capacitor Cfb is VL and the other side is all feedback in the area selected by Φrow and Φcol. Connected with capacitors.

이 때, 지역영역 내의 모든 캐패시터들은 각기 다른 전하량을 갖고 있으므로 동시에 모든 캐패시터들을 연결하면 전하 공유(Charge sharing)에 의해 각 캐패시터에 저장된 전하량은 다른 캐패시터들과 전하를 공유함으로써 지역영역 내의 모든 피드백 캐패시터들은 동일한 양의 전하를 가지게 되고, 이 때의 전압은 선택영역 내의 모든 피드백 캐패시터들은 동일한 양의 전하를 가지게 되고, 이 때의 전압은 선택영역 내의 지역평균이 된다.At this time, since all capacitors in the local area have different charges, if all capacitors are connected at the same time, the charge amount stored in each capacitor is shared with other capacitors by charge sharing, so that all feedback capacitors in the local area are The same amount of charge is obtained, and the voltage at this time has all the feedback capacitors in the selection area having the same amount of charge, and the voltage at this time is the local average in the selection area.

4). 이 때, 많은 전하량을 가지고 있던 마루영역에서의 피드백 캐패시터에서는 전하의 방출이 일어나게 되고, 상대적으로 적은 전하량을 가진 골영역에서의 피드백 캐패시터에서는 전하의 유입이 일어난다.4). At this time, the discharge of charge occurs in the feedback capacitor in the floor region having a large amount of charge, and the inflow of charge occurs in the feedback capacitor in the valley region having a relatively small amount of charge.

따라서, 낮은 출력전압을 발생시켰던 골에서의 단위화소의 출력 전압은 낮아지게 된다.Therefore, the output voltage of the unit pixel in the valley that caused the low output voltage is lowered.

지역 평균화 단계를 거친 선택영역 내 피드백 캐패시터들은 동일한 양의 전하량을 저장하게 되고, 각 출력전압은 동일한 지역평균값을 가진다. 이런 상황에서 Φ3을 오프시켜 선택영역 내의 핑거 캐패시터들의 연결을 끊고 T1은 오프, T3는 온시킨 뒤 Vref을 VL에서 VH로 높이게 되면, 핑거 캐패시터에서는 전하이동단계(Charge transfer stage)에서 손실됐던 전하를 회복하게 되고, 이 전하는 피드백 캐패시터에 의해 공급된다.The feedback capacitors in the selected region that have undergone the local averaging step store the same amount of charge, and each output voltage has the same local average value. In this situation, if Φ3 is turned off to disconnect the finger capacitors in the selected area, T1 is turned off, T3 is turned on, and Vref is increased from VL to VH, the finger capacitor will lose the charge lost in the charge transfer stage. Recovered, this charge is supplied by the feedback capacitor.

5). 따라서, 출력전압은 전하이동단계에서 발생했던 전압강하 만큼 전압 상승이 일어나게 되고, 피드백 캐패시터에는 지역평균화단계(Local averaging stage)에서 유입되거나 방출되었던 전하량만 남게 된다.5). Therefore, the output voltage rises as much as the voltage drop generated in the charge movement stage, and only the amount of charge that has flowed in or out of the local averaging stage remains in the feedback capacitor.

전하회복단계를 거친 뒤 피드백 캐패시터에 남아 있는 전하량은 골과 마루의 분포에 따라 다른 출력전압을 발생시킨다. 이러한 출력전압(Vout)은 Φ4를 온시켜 지역영역 내의 중앙 단위센서 하나만을 행 버스(Column bus)에 연결시킴으로써, 후술하는 도 5에서와 같이 각 행 버스 끝단에 위치한 저장 및 전달부(55)에 의해 샘플링되고 증폭부(56)에 의해 증폭되어 최종적으로 출력된다.After the charge recovery step, the amount of charge remaining in the feedback capacitor generates different output voltages depending on the valley and floor distribution. The output voltage Vout is connected to the row bus by only one central unit sensor in the local area by turning Φ 4 on, so that the storage and transmission unit 55 located at the end of each row bus as shown in FIG. 5 will be described later. Is sampled, amplified by the amplifier 56, and finally output.

이러한 과정이 끝나면 행과 열방향의 쉬프트 레지스터에 의해 지역영역이 행과 열방향으로 한 단위센서씩 이동된 뒤 전체 지문영상을 얻을 때까지 동일한 과정이 반복된다.When this process is completed, the same process is repeated until the entire region is moved by one unit sensor in the row and column directions by the shift registers in the row and column directions.

그런데, 지역영역의 크기가 커질수록 지역영역의 이동은 그만큼 증가하게 되고 한개의 단위센서는 그와 비례하여 동작 회수가 증가하게 되므로, 전체 지문영상을 얻기 위한 검출시간과 전력소모는 증가하게 된다. 그러므로, 검출시간과 전력소모 조건에 따라 지역영역의 선택이 이루어져야 한다.However, as the size of the local area increases, the movement of the local area increases by that amount, and the number of operations of one unit sensor increases in proportion to the size of the local area. Thus, the detection time and power consumption for obtaining the entire fingerprint image increase. Therefore, the local area should be selected according to the detection time and power consumption condition.

전술한 동작에서는 Vref를 VH에서 VL로 낮춤으로써 Cf(VH-VL)/Cgb 만큼의 전압강하를 얻는 것을 그 일예로 하였으나, 그 역 즉, VL에서 VH로 올려줌으로써 Cf(VL-VH)/Cfb 만큼의 전압상승 또한 얻을 수 있으며, 지역영역의 크기를 3*3으로 하였으나 그 이외에 어떠한 크기로도 변형이 가능하다.In the above-described operation, the voltage drop of Cf (VH-VL) / Cgb is obtained by lowering Vref from VH to VL, but the reverse is ie, Cf (VL-VH) / Cfb by raising from VL to VH. As much as the voltage rise can be obtained, the size of the local area is 3 * 3, but other sizes can be modified.

도 5는 전술한 단위화소를 이용한 정전용량식 지문감지 장치를 도시한 블럭도이다.5 is a block diagram illustrating a capacitive fingerprint sensing device using the unit pixel described above.

도 5를 참조하면, 본 발명의 지문감지장치는 전술한 도 2의 단위화소가 복수개 배열된 화소 어레이(50)와, 행방향의 지역영역 선택신호(Φrow)를 출력하여 지역기준값을 얻을 행방향의 이웃하는 단위화소의 수를 결정하는 행방향 지역영역 선택부(52)와, 열방향의 지역영역 선택신호(Φcol)를 출력하여 지역기준값을 얻을 열방향의 이웃하는 단위화소의 수를 결정하는 열방향 지역영역 선택부(51)와, 화소어레이(50) 중 한 행을 선택하여 그 데이타를 버스라인에 전달하는 행선택부(53)와, 버스라인을 통해 전달된 데이타를 전달 및 저장하는 저장 및 전달부(55)와, 전달 및 저장부(55)에 일시 저장된 데이타를 순차적으로 출력하도록 화소 어레이(50)의 열을 지정하는 열선택부(54)와, 열선택부(54)에 의해 선택되어 저장 및 전달부(55)로 부터 전달되는 데이타를 증폭하여 출력하는 출력부(56)와, 전술한 각 구성부의 타이밍과 동작을 제어하기 위한 제어부(57)를 구비하여 구성된다.Referring to FIG. 5, the fingerprint sensing device of the present invention outputs a pixel array 50 in which a plurality of unit pixels of FIG. 2 are arranged, and an area region selection signal Φ row in a row direction to obtain an area reference value. A row direction region selection unit 52 for determining the number of neighboring unit pixels of the < RTI ID = 0.0 > and < / RTI > A column selector 53 for selecting a row in the column direction region region selector 51, a pixel array 50, and transferring the data to the bus line, and for transmitting and storing the data transmitted through the bus line. A storage and transfer section 55, a column selector 54 for designating a column of the pixel array 50 to sequentially output data temporarily stored in the transfer and storage section 55, and a column selector 54. Amplify the data selected by the storage and transfer section 55 And an output unit 56 for outputting, and a control unit 57 for controlling the timing and operation of the above-described components.

열방향 지역영역 선택부(51)와 행방향 지역영역 선택부(52)에서, 열방향의 지역영역 선택신호(Φcol)와 행방향의 지역영역 선택신호(Φrow)을 각각 제어하여지역기준값을 계산할 지역영역의 크기를 결정하며, 기설정된 지역영역에서 출력되는 데이타는, 지역영역의 중심에 위치한 단위화소를 통해 출력된다.In the column direction region area selector 51 and the row direction region area selector 52, the area reference value Φ col in the column direction and the area area selection signal Φ row in the row direction are respectively controlled to calculate the area reference value. The size of the local area is determined, and the data output from the preset local area is output through a unit pixel located at the center of the local area.

기설정된 지역영역에서의 데이타 출력이 완료되면 다음의 지역영역이 화소어레이(50)에서 각각 하나의 열이 이동되도록 하기 위해, 열방향 지역영역 선택부(51)는 쉬프트 레지스터로 이루어져 있다.When the data output in the preset local area is completed, the column direction local area selector 51 is composed of a shift register so that one column is moved in the pixel array 50 in the next local area.

열방향의 이동에 의해 지역영역의 데이타 출력이 완료되면 다음의 지역영역이 화소 어레이(50)에서 각각 행이 이동되도록 하기 위해, 행방향 지역영역 선택부(52)는 또한 쉬프트 레지스터로 이루어져 있다. 저장 및 전달부(55)는, 버스라인을 통해 전달된 데이타를 버퍼링하기 위한 버퍼부(도시하지 않음)와, 버퍼링된 데이타를 저장한 후 열선택부(54)의 선택신호에 응답하여 데이타를 출력부(56)로 전달하는 저장부(도시하지 않음)를 포함한다.When the data output of the local area is completed by moving in the column direction, the row direction local area selector 52 also includes a shift register so that the next local area can be moved in the pixel array 50 respectively. The storage and transmission unit 55 stores a buffer unit (not shown) for buffering the data transferred through the bus line, and stores the buffered data in response to a selection signal of the column selector 54. And a storage unit (not shown) to be delivered to the output unit 56.

여기서, 저장부는 샘플 앤 홀드(Sample anf hold) 회로를 포함한다.Here, the storage unit includes a sample an hold circuit.

상기한 구성을 갖는 지문감지장치의 동작을 살펴 본다.The operation of the fingerprint sensing device having the above configuration will be described.

먼저, 전술한 동작에 의해 발생한 각 단위화소의 출력 전압은 행선택부(53)의 행선택신호에 의해 순서대로 한 행씩 행버스라인(Column bus line)에 전달되고, 그 값은 버퍼를 거쳐 샘플앤드홀드 내의 캐패시터에 저장된다. 이 값은 열선택부(54)에 의해 순차적으로 선택된 후, 제어신호에 응답하여 동작하는 적분기 형태의 출력부(56)를 통해 증폭되어 Vout으로 출력된다.First, the output voltage of each unit pixel generated by the above-described operation is transferred to the column bus lines one by one by the row selection signal of the row selector 53, and the value is passed through the buffer to the sample. It is stored in a capacitor in the hold. This value is sequentially selected by the column selector 54, and then amplified by the integrator type output unit 56 which operates in response to the control signal and is output to Vout.

정전용량식 지문감지센서는 표준 CMOS 공정기술을 이용하여 구현이 가능하므로 구조가 간단하고 부가장치 및 특별한 공정이 필요없어 소규모, 저전력 및 저비용이라는 장점을 갖으나, 손가락 표면의 상태에 따라 다양한 명도의 지문영상이 나타나고 심한 경우 신분확인에 필요한 수준 이상의 지문영상을 얻기가 힘들었다.Capacitive fingerprint sensor can be implemented by using standard CMOS process technology, which has the advantages of simple structure, no additional equipment and special process, and small size, low power and low cost. Fingerprint images appeared and in severe cases it was difficult to obtain more than the required fingerprint image.

그러나, 전술한 바와 같은 본 발명에서와 같이 지역적응 영상강화기법을 지문감지센서에 도입하여 특정한 지역영역으로 화소 어레이의 영역을 분할하고 이를 통해 각 지역에 해당하는 평균값을 적용함으로써, 지문의 골과 마루의 구분을 확실히 하여 명도를 높일 수 있음을 실시예를 통해 알아 보았다.However, as in the present invention as described above, a region-adaptive image reinforcement technique is introduced into a fingerprint sensor to divide a region of a pixel array into a specific region and apply an average value corresponding to each region through the region of the fingerprint. The embodiment of the present invention has been found to increase the brightness by clearing the division of the floor.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.

상기와 같이 본 발명은 지역적응 영상강화기법을 통해 지문영상의 명도를 향상시킬 수 있어, 궁극적으로 지문인식 데이타에 기초한 인증의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과를 기대할 수 있다.As described above, the present invention can improve the brightness of the fingerprint image through a localized image reinforcement technique, it can be expected to ultimately improve the reliability of the authentication based on the fingerprint recognition data.

또한, 본 발명은 표준 CMOS 공정기술을 바탕으로 간단하고 별도의 부가장치가 필요없이 생산할 수 있어, 지문감지장치의 생산 비용을 감소시켜 가격 경쟁력을 향상시킬 수 있는 효과를 기대할 수 있다.In addition, the present invention can be produced on the basis of the standard CMOS process technology simple and without the need for an additional device, it can be expected to reduce the production cost of the fingerprint sensor to improve the price competitiveness.

Claims (14)

지문영상을 센싱하는 감지수단;Sensing means for sensing a fingerprint image; 상기 감지수단의 출력과 기준전압을 각각 다른 입력으로 하며, 상기 기준전압의 변화를 통해 상기 감지수단에 의해 감지되어 저장된 전하에 해당하는 전압 레벨의 변화를 증폭하여 출력단을 통해 출력하는 스위치드 캐패시터 형의 증폭수단; 및The output of the sensing means and the reference voltage are different inputs, and the switched capacitor type of amplifying a change in the voltage level corresponding to the stored charge sensed by the sensing means through the change of the reference voltage and output through the output terminal Amplification means; And 상기 출력단과 기설정된 개수만큼 행방향 및 열방향으로 이웃하는 상기 단위화소들의 출력단이 서로 공통 연결되도록 제어하며, 자신의 출력과 상기 연결되는 이웃하는 단위화소들의 출력을 포함하는 평균값을 통해 지역기준값을 얻으며, 상기 지역기준값을 이용하여 상기 출력단의 값을 비교하는 지역적응 영상강화기법을 통해 지문영상을 얻도록 하는 행 및 열방향 연결수단The output terminal and the output terminal of the neighboring unit pixels neighboring in the row direction and the column direction by a predetermined number are controlled to be commonly connected to each other, and the local reference value through an average value including its output and the output of the neighboring unit pixels connected thereto. Row and column direction connecting means for obtaining a fingerprint image through a localized image reinforcement technique that compares values of the output terminal using the local reference value. 을 포함하는 정전용량식 지문감지센서의 단위화소.Unit pixel of the capacitive fingerprint sensor comprising a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 감지수단은,The sensing means, 지문감지를 위해 접촉되는 손가락의 표피를 제1전극으로 하고 고정된 전도체를 제2전극으로 하여, 상기 제1전극과 상기 제2전극 간의 거리가 달라짐에 따른 정전용량의 차이를 통해 지문영상을 센싱하는 것을 특징으로 하는 정전용량식 지문감지센서의 단위화소.Sensing the fingerprint image through the difference in capacitance as the distance between the first electrode and the second electrode changes, using the epidermis of the finger to be contacted for fingerprint detection as the first electrode and the fixed conductor as the second electrode. Unit pixel of the capacitive fingerprint sensor, characterized in that. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 감지수단은,The sensing means, 상기 손가락의 표피를 제1전극으로 하고, 제2전극이 상기 증폭수단의 일입력단에 접속된 핑거 캐패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전용량식 지문감지센서의 단위화소.The unit pixel of the capacitive fingerprint sensor, characterized in that the skin of the finger as a first electrode, the second electrode includes a finger capacitor connected to one input terminal of the amplifying means. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 증폭수단은,The amplification means, 상기 핑거 캐패시터의 제2전극과 부입력단이 접속되며, 상기 기준전압을 정입력으로 하는 증폭기;An amplifier connected to a second electrode of the finger capacitor and a negative input terminal, the amplifier having the reference voltage as a positive input; 센싱 여부를 제어하는 제1제어신호를 게이트 입력으로 하고, 상기 증폭기의 부입력단과 상기 증폭기의 제1출력단 사이에 그 일측과 타측이 각각 접속되어 피드백 루프를 형성하는 제1피드백 트랜지스터;A first feedback transistor having a first control signal for controlling sensing as a gate input, and having one side and the other side connected between a negative input terminal of the amplifier and a first output terminal of the amplifier to form a feedback loop; 센싱된 지문영상의 상기 출력단으로의 전달 여부를 제어하는 제2제어신호를 게이트 입력으로 하며, 일측이 상기 제1출력단에 접속되고 타측이 상기 출력단에 접속된 제2피드백 트랜지스터; 및A second feedback transistor having a second control signal for controlling whether a sensed fingerprint image is transmitted to the output terminal as a gate input, and having one side connected to the first output terminal and the other side connected to the output terminal; And 상기 출력단을 통해 상기 제2피드백 트랜지스터와 직렬로 상기 증폭기의 부입력단에 접속되어, 상기 부입력단과 상기 제1출력단 사이에서 제1피드백 트랜지스터와 병렬로 피드백 루프를 형성하는 피드백 캐패시터A feedback capacitor connected to the negative input terminal of the amplifier in series with the second feedback transistor through the output terminal to form a feedback loop in parallel with the first feedback transistor between the negative input terminal and the first output terminal; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전용량식 지문감지센서의 단위화소.Unit pixel of the capacitive fingerprint sensor, characterized in that it comprises a. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 행 및 열방향 연결수단은,The row and column connection means, 상기 평균값의 계산 여부를 제어하기 위한 제3제어신호를 게이트 입력으로 하고 상기 출력단과 이웃하는 단위화소와 연결되는 제1노드 사이에 접속된 제1출력 트랜지스터;A first output transistor connected as a gate input to a third control signal for controlling whether to calculate the average value, and connected between the output terminal and a first node connected to a neighboring unit pixel; 행방향의 지역영역 선택신호를 게이트 입력으로 하고 그 일측이 각각 상기 제1노드에 접속되며, 각각의 타측이 행배열된 단위화소의 양과 음의 방향에 위치한 이웃하는 단위화소 제2노드 접속된 제1 및 제2행방향 스위칭 트랜지스터; 및A local region selection signal in a row direction is used as a gate input, and one side thereof is connected to the first node, respectively, and the other side thereof is connected to a neighboring unit pixel second node positioned in the positive and negative directions of the unit pixel. First and second row switching transistors; And 열방향의 지역영역 선택신호를 게이트 입력으로 하고 그 일측이 각각 상기 제1노드에 접속되며, 각각의 타측이 열배열된 단위화소의 양과 음의 방향에 위치한 이웃하는 단위화소 제3노드 접속된 제1 및 제2열방향 스위칭 트랜지스터A local region selection signal in a column direction is used as a gate input, and one side thereof is connected to the first node, respectively, and the other side thereof is connected to a neighboring unit pixel third node positioned in the positive and negative directions of the unit pixels. First and Second Column Switching Transistors 를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전용량식 지문감지센서의 단위화소.Unit pixel of the capacitive fingerprint sensor, characterized in that it comprises a. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, wherein 상기 행방향의 지역영역 선택신호에 의해 상기 증폭기의 DC 바이어스를 제어하여 상기 증폭기를 온-오프시키는 것을 특징으로 하는 정전용량식 지문감지센서의 단위화소.The unit pixel of the capacitive fingerprint sensor according to claim 1, wherein the DC bias of the amplifier is controlled by the region region selection signal in the row direction. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, wherein 출력제어를 위한 제4제어신호를 게이트 입력으로 하고 상기 출력단에 그 일측이 접속되어, 상기 제4제어신호에 응답하여 상기 출력단의 신호를 버스라인에 전송하기 위한 제2출력 트랜지스터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전용량식 지문감지센서의 단위화소.A fourth control signal for output control as a gate input and one side thereof connected to the output terminal, and further comprising a second output transistor for transmitting a signal of the output terminal to a bus line in response to the fourth control signal; Unit pixel of the capacitive fingerprint sensor, characterized in that. 제 1 항 또는 제 7 항 중 어느 한 항에 의한 단위화소가 복수개 배열된 화소어레이;A pixel array in which a plurality of unit pixels according to any one of claims 1 and 7 are arranged; 상기 행방향의 지역영역 선택신호를 출력하여 상기 지역기준값을 얻을 행방향의 이웃하는 단위화소의 수를 결정하는 행방향 지역영역 선택수단;Row direction area area selection means for outputting the row area area selection signal to determine the number of neighboring unit pixels in the row direction to obtain the area reference value; 상기 열방향의 지역영역 선택신호를 출력하여 상기 지역기준값을 얻을 열방향의 이웃하는 단위화소의 수를 결정하는 열방향 지역영역 선택수단;Column-area local area selection means for outputting the column-area area selection signal to determine the number of neighboring unit pixels in the column direction to obtain the area reference value; 상기 화소어레이 중 한 행을 선택하여 그 데이타를 상기 버스라인에 전달하는 행선택수단;Row selection means for selecting one row of the pixel array and transferring the data to the bus line; 상기 버스라인을 통해 전달된 데이타를 전달 및 저장하는 저장 및 전달수단;Storage and transmission means for transmitting and storing data transmitted through the busline; 상기 전달 및 저장수단에 일시 저장된 상기 데이타를 순차적으로 출력하도록 상기 화소 어레이의 열을 지정하는 열선택수단; 및Column selection means for designating a column of the pixel array to sequentially output the data temporarily stored in the transfer and storage means; And 상기 열선택수단에 의해 선택되어 상기 저장 및 전달수단으로 부터 전달되는 상기 데이타를 증폭하여 출력하는 출력수단Output means for amplifying and outputting the data selected by said heat selection means and transmitted from said storage and transfer means; 을 포함하는 정전용량식 지문감지센서.Capacitive fingerprint sensor comprising a. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 열방향 지역영역 선택수단 및 상기 행방향 지역영역 선택수단에서, 상기 열방향의 지역영역 선택신호와 상기 행방향의 지역영역 선택신호을 각각 제어하여 상기 지역기준값을 계산할 지역영역의 크기를 결정하는 것을 특징으로 하는 정전용량식 지문감지센서.Determining the size of the area area for calculating the area reference value by controlling the column area area selection signal in the column direction and the row area area selection signal in the column direction area area selection means and the row direction area area selection means, respectively. Capacitive fingerprint sensor. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 기설정된 상기 지역영역에서 출력되는 데이타는, 상기 지역영역의 중심에 위치한 상기 단위화소를 통해 출력되는 것을 특징으로 하는 정전용량식 지문감지센서.And the data output from the preset local area is output through the unit pixel located at the center of the local area. 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 기설정된 지역영역에서의 데이타 출력이 완료되면 다음의 지역영역이 상기 화소어레이에서 각각 하나의 열이 이동되도록 하기 위해, 상기 열방향 지역영역 선택수단은 쉬프트 레지스터로 이루어진 것을 특징으로 하는 정전용량식 지문감지센서.When the output of the data in the predetermined region is completed, the column region region selection means is made of a shift register so that one column is moved in the pixel array in the next region region. Fingerprint sensor. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 상기 열방향의 이동에 의해 지역영역의 데이타 출력이 완료되면 다음의 지역영역이 상기 화소 어레이에서 각각 행이 이동되도록 하기 위해, 상기 행방향 지역영역 선택수단은 쉬프트 레지스터로 이루어진 것을 특징으로 하는 정전용량식 지문감지센서.When the data output of the local area is completed by moving in the column direction, the row area area selection means comprises a shift register so that the next area area is moved in the pixel array, respectively. Type fingerprint sensor. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 저장 및 전달수단은,The storage and delivery means, 상기 버스라인을 통해 전달된 상기 데이타를 버퍼링하기 위한 버퍼부와, 상기 버퍼링된 데이타를 저장한 후 상기 열선택수단의 선택신호에 응답하여 상기 데이타를 상기 출력수단으로 전달하는 저장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전용량식 지문감지센서.And a buffer unit for buffering the data transferred through the bus line, and a storage unit for storing the buffered data and transferring the data to the output unit in response to a selection signal of the column selection unit. Capacitive fingerprint sensor. 제 13 항에 있어서,The method of claim 13, 상기 저장부는, 샘플 앤 홀드(Sample anf hold) 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전용량식 지문감지센서.The storage unit, a capacitive fingerprint sensor, characterized in that it comprises a sample and hold (Sample anf hold) circuit.
KR1020030026946A 2003-04-29 2003-04-29 Unit pixel for capacitive semiconductor fingerprint sensor using locally-adaptive image enhancement scheme and fingerprint sensing device using the same KR20040095920A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020030026946A KR20040095920A (en) 2003-04-29 2003-04-29 Unit pixel for capacitive semiconductor fingerprint sensor using locally-adaptive image enhancement scheme and fingerprint sensing device using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020030026946A KR20040095920A (en) 2003-04-29 2003-04-29 Unit pixel for capacitive semiconductor fingerprint sensor using locally-adaptive image enhancement scheme and fingerprint sensing device using the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20040095920A true KR20040095920A (en) 2004-11-16

Family

ID=37374732

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020030026946A KR20040095920A (en) 2003-04-29 2003-04-29 Unit pixel for capacitive semiconductor fingerprint sensor using locally-adaptive image enhancement scheme and fingerprint sensing device using the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20040095920A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150001386A (en) * 2013-06-27 2015-01-06 한국전자통신연구원 Sensor signal processing device and readout integrated circuit comprising the sensor signal processing device
US9898639B2 (en) 2015-08-12 2018-02-20 Samsung Electronics Co., Ltd. Fingerprint sensor, electronic device having the same, and method of operating fingerprint sensor

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150001386A (en) * 2013-06-27 2015-01-06 한국전자통신연구원 Sensor signal processing device and readout integrated circuit comprising the sensor signal processing device
US9898639B2 (en) 2015-08-12 2018-02-20 Samsung Electronics Co., Ltd. Fingerprint sensor, electronic device having the same, and method of operating fingerprint sensor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100564915B1 (en) Capacitive-type fingerprint sensor method for sensing fingerprint using the same
US6333989B1 (en) Contact imaging device
KR102373088B1 (en) Event-based vision sensor
US5987156A (en) Apparatus for correcting fixed column noise in images acquired by a fingerprint sensor
CN103778420B (en) Fingerprint detection system with automatic growth control and its auto gain control method
EP1406069A1 (en) Electrostatic capacitance sensor and fingerprint collator comprising it
EP2728512B1 (en) Capacitive imaging device with active pixels
CN102752559B (en) High-dynamic range image sensing circuit and high-dynamic range image reading method
EP1943831B1 (en) Image sensor
JP2001307078A (en) Narrow array capacitive fingerprint image pickup device
EP3304257B1 (en) Adaptive fingerprint-based navigation
US20160055364A1 (en) Combinational sensing type fingerprint identification device and method
US11244139B2 (en) Fingerprint recognition integrated circuit and fingerprint recognition device including the same
KR100473383B1 (en) Unit fixel for capacitive fingerprint sensor and fingerprint sensing device having the same
KR100431750B1 (en) Unit fixel for capacitive semiconductor fingerprint sensor and fingerprint sensing device having the same
US20080087823A1 (en) Infrared Sensor And Method For Driving The Same
KR20040095920A (en) Unit pixel for capacitive semiconductor fingerprint sensor using locally-adaptive image enhancement scheme and fingerprint sensing device using the same
KR20220082923A (en) fingerprint sensor
EP1143374B1 (en) Method of and system for compensating for injection gradient in a capactive sensing circuit array
KR20170111805A (en) Unit pixel of fingerprint sensor and fingerprint sensor including the same
RU2192666C1 (en) Method and device for capacitive identification of image
US11659288B2 (en) Image sensing device with adjustable parameters for image sampling
CN211698994U (en) Fingerprint sensing device
KR101707390B1 (en) Fingerprint detecting apparatus canceling offset and control method thereof
CN112422858A (en) Imaging system and method for performing floating gate readout via distributed pixel interconnects for analog domain area feature extraction

Legal Events

Date Code Title Description
N231 Notification of change of applicant
A201 Request for examination
N231 Notification of change of applicant
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application