JPH06288845A - 半導体マトリクス型微細面圧分布センサ - Google Patents
半導体マトリクス型微細面圧分布センサInfo
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- JPH06288845A JPH06288845A JP4122637A JP12263792A JPH06288845A JP H06288845 A JPH06288845 A JP H06288845A JP 4122637 A JP4122637 A JP 4122637A JP 12263792 A JP12263792 A JP 12263792A JP H06288845 A JPH06288845 A JP H06288845A
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- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
- G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
- G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
- G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
- G06F3/045—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means using resistive elements, e.g. a single continuous surface or two parallel surfaces put in contact
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- G—PHYSICS
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- G—PHYSICS
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 製造時における位置合わせが不要でしかも部
位により感度のばらつきのない半導体マトリクス型微細
面圧分布センサを提供すること。 【構成】 半導体製造技術を用いて一枚の半導体基板Ｋ
に多数の半導体スイッチング素子をマトリクス状に形成
し、その半導体基板上の対向面全面に導電膜２を有する
可撓性フィルム１を重ねて配置し、面圧力によるマトリ
クスの任意の面（２０μｍ×２０μｍ）と導電膜２との
間の接触の度合を１ポイントずつスキャンしながら面圧
力の分布を検出するように構成した。
位により感度のばらつきのない半導体マトリクス型微細
面圧分布センサを提供すること。 【構成】 半導体製造技術を用いて一枚の半導体基板Ｋ
に多数の半導体スイッチング素子をマトリクス状に形成
し、その半導体基板上の対向面全面に導電膜２を有する
可撓性フィルム１を重ねて配置し、面圧力によるマトリ
クスの任意の面（２０μｍ×２０μｍ）と導電膜２との
間の接触の度合を１ポイントずつスキャンしながら面圧
力の分布を検出するように構成した。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は指紋などの微細な面圧力
分布を検出する半導体素子で構成した半導体マトリクス
型微細面圧分布センサに関する。
分布を検出する半導体素子で構成した半導体マトリクス
型微細面圧分布センサに関する。
【０００２】
【従来技術】微細な面圧力分布の一例として指紋のパタ
ーンを考えてみると、従来の指紋検出装置の一例とし
て、プリズムの一面に指を押し当て、その面を光で照射
し、その反射光をＣＣＤなどの光変換素子で受光し、そ
の出力信号から指紋パターンを認識するものが知られて
いる。ところがこの方法は、汗や水分の影響を受け易く
正確な指紋パターンが認識できないとか、前回の測定者
の汗がプリズムの表面に残っていて誤検出となるなどの
不都合がある。また光源の消費電力が大きいので電池駆
動など野外での使用には不向きである。
ーンを考えてみると、従来の指紋検出装置の一例とし
て、プリズムの一面に指を押し当て、その面を光で照射
し、その反射光をＣＣＤなどの光変換素子で受光し、そ
の出力信号から指紋パターンを認識するものが知られて
いる。ところがこの方法は、汗や水分の影響を受け易く
正確な指紋パターンが認識できないとか、前回の測定者
の汗がプリズムの表面に残っていて誤検出となるなどの
不都合がある。また光源の消費電力が大きいので電池駆
動など野外での使用には不向きである。
【０００３】そこで本発明者は上述したような光の反射
によらない面圧力分布検出装置として、圧力に応じて導
電度が変化する導電性ゴムとマトリクス状の走査電極と
を用い、指紋の山（隆線と呼ばれる）と谷による導電度
の変化をＯＮ／ＯＦＦの状態で検出するようにした圧力
指紋入力装置（特開昭６３−２０４３７４号）を提案し
た。さらにその後同発明者は、硬い基板上に一方向に伸
びる走査電極を形成し、各走査電極上に一定間隔（５０
〜１００μｍ）で抵抗膜を形成し、その上にそれと直角
方向に伸びる走査電極をした面に形成した可撓性フィル
ムを抵抗膜上で交差するように積層し、指紋の山が抵抗
膜に接触するときの面積で交差する走査電極間の抵抗膜
の抵抗値が変化するようにした面圧力分布検出素子を提
案した（特願平２−１７９７３５号および米国特許第
５，０７９，９４７号）。
によらない面圧力分布検出装置として、圧力に応じて導
電度が変化する導電性ゴムとマトリクス状の走査電極と
を用い、指紋の山（隆線と呼ばれる）と谷による導電度
の変化をＯＮ／ＯＦＦの状態で検出するようにした圧力
指紋入力装置（特開昭６３−２０４３７４号）を提案し
た。さらにその後同発明者は、硬い基板上に一方向に伸
びる走査電極を形成し、各走査電極上に一定間隔（５０
〜１００μｍ）で抵抗膜を形成し、その上にそれと直角
方向に伸びる走査電極をした面に形成した可撓性フィル
ムを抵抗膜上で交差するように積層し、指紋の山が抵抗
膜に接触するときの面積で交差する走査電極間の抵抗膜
の抵抗値が変化するようにした面圧力分布検出素子を提
案した（特願平２−１７９７３５号および米国特許第
５，０７９，９４７号）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記面圧力分布検出素
子は水分や汗の影響は受けないが、（１）指紋の押圧分
布を正確に伝え、エッチングなどによる走査電極の付着
が確実で、しかも耐久性のある可撓性フィルム材料が現
実に見つけにくい、（２）製造上の走査電極どうしの位
置合わせが極めて困難である、（３）素子の感圧感度が
面の部位によりばらつきがある、など材質上、構造上、
製作上いくつかの問題がある。
子は水分や汗の影響は受けないが、（１）指紋の押圧分
布を正確に伝え、エッチングなどによる走査電極の付着
が確実で、しかも耐久性のある可撓性フィルム材料が現
実に見つけにくい、（２）製造上の走査電極どうしの位
置合わせが極めて困難である、（３）素子の感圧感度が
面の部位によりばらつきがある、など材質上、構造上、
製作上いくつかの問題がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】半導体基板に１０〜２０
０μｍの間隔でマトリクス状に複数の半導体スイッチン
グ素子を出力端子が露呈するように形成し、その上に半
導体基板との対向面全面に導電膜（エッチングなしの導
電線）を有する可撓性フィルムを重ねて配置することに
より面圧力分布検出素子を構成した。半導体スイッチン
グ素子としては、ガリウムヒ素ＦＥＴ、ＭＯＳＦＥＴ、
バイポーラトランジスタ、ダイオード等が用いられる。
またそれらの素子によって構成したＡＮＤゲート、オペ
アンプなどのデジタル回路あるいはアナログ回路を使用
してもよい。
０μｍの間隔でマトリクス状に複数の半導体スイッチン
グ素子を出力端子が露呈するように形成し、その上に半
導体基板との対向面全面に導電膜（エッチングなしの導
電線）を有する可撓性フィルムを重ねて配置することに
より面圧力分布検出素子を構成した。半導体スイッチン
グ素子としては、ガリウムヒ素ＦＥＴ、ＭＯＳＦＥＴ、
バイポーラトランジスタ、ダイオード等が用いられる。
またそれらの素子によって構成したＡＮＤゲート、オペ
アンプなどのデジタル回路あるいはアナログ回路を使用
してもよい。
【０００６】
【作用】可撓性フィルムが上から微細な面圧力を受ける
と、その部位が撓み、その下にある半導体スイッチング
素子の出力端子と接触してＯＮする。そこで半導体スイ
ッチング素子の出力端子を順番に電圧を出力していき可
撓性フィルムの導電膜の電圧を検出することによりどの
点が接触しているかの面圧力分布が検出できる。
と、その部位が撓み、その下にある半導体スイッチング
素子の出力端子と接触してＯＮする。そこで半導体スイ
ッチング素子の出力端子を順番に電圧を出力していき可
撓性フィルムの導電膜の電圧を検出することによりどの
点が接触しているかの面圧力分布が検出できる。
【０００７】
【実施例】以下本発明を図面に基づいて説明する。
【０００８】図１は本発明による半導体マトリクス型微
細面圧分布センサの一実施例として指紋パターン検出用
半導体指紋センサの部分断面図である。
細面圧分布センサの一実施例として指紋パターン検出用
半導体指紋センサの部分断面図である。
【０００９】指紋センサは半導体基板Ｋ上に半導体製造
技術により検出部を作り付け、その上に可撓性フィルム
１を載せたものである。フィルム１は厚さが１０μｍ前
後のポリエステルまたはポリアミド製で、その下面には
蒸着法などにより導電膜２が形成されている。図１に
は、検出部として、出力電極５と、シリコン酸化膜３
と、絶縁保護膜４と、検出抵抗６と、検出端子７とが示
されている。
技術により検出部を作り付け、その上に可撓性フィルム
１を載せたものである。フィルム１は厚さが１０μｍ前
後のポリエステルまたはポリアミド製で、その下面には
蒸着法などにより導電膜２が形成されている。図１に
は、検出部として、出力電極５と、シリコン酸化膜３
と、絶縁保護膜４と、検出抵抗６と、検出端子７とが示
されている。
【００１０】指紋検出に当たっては、図示したように、
フィルム１上に指Ｆを乗せて軽く押しつけると指紋の山
（隆線）が当った部位で、フィルム１の下面に形成され
ている導電膜２（検出抵抗６を介して接地されている）
がその下の半導体スイッチング素子の出力電極５と接触
する。この出力電極５の大きさは約２０μｍ×２０μｍ
である。この状態で半導体スイッチング素子の出力電極
５を順次スキャンすることにより導電膜２の電位を出力
端子７で検出することによって指紋パターンを知ること
ができる。
フィルム１上に指Ｆを乗せて軽く押しつけると指紋の山
（隆線）が当った部位で、フィルム１の下面に形成され
ている導電膜２（検出抵抗６を介して接地されている）
がその下の半導体スイッチング素子の出力電極５と接触
する。この出力電極５の大きさは約２０μｍ×２０μｍ
である。この状態で半導体スイッチング素子の出力電極
５を順次スキャンすることにより導電膜２の電位を出力
端子７で検出することによって指紋パターンを知ること
ができる。
【００１１】図２〜図６は本発明による半導体マトリク
ス型微細面圧分布センサの検出部の異なるいくつかの実
施例の電気的等価回路である。
ス型微細面圧分布センサの検出部の異なるいくつかの実
施例の電気的等価回路である。
【００１２】図２に示した実施例は、ＣＭＯＳ ＦＥＴ
で作ったＡＮＤゲートとダイオードとを使用したもの、
図３に示した実施例はＮＰＮバイポーラトランジスタを
使用したもの、図４に示した実施例はＮチャンネルＭＯ
Ｓ ＦＥＴを用いたもの、図５に示した実施例はＣＭＯ
Ｓ ＦＥＴで作ったＯＲゲートを用いたもので、いずれ
もＸ、Ｙ方向のアドレスを決定することによって、その
交点の出力電極Ｐｘｙと導電膜２（図１参照）との間の
接触圧力を検出するための回路である。
で作ったＡＮＤゲートとダイオードとを使用したもの、
図３に示した実施例はＮＰＮバイポーラトランジスタを
使用したもの、図４に示した実施例はＮチャンネルＭＯ
Ｓ ＦＥＴを用いたもの、図５に示した実施例はＣＭＯ
Ｓ ＦＥＴで作ったＯＲゲートを用いたもので、いずれ
もＸ、Ｙ方向のアドレスを決定することによって、その
交点の出力電極Ｐｘｙと導電膜２（図１参照）との間の
接触圧力を検出するための回路である。
【００１３】図２に示した実施例の検出部は、横方向
（Ｘ方向）にｎ個、縦方向（Ｙ方向）にｎ個のＣＭＯＳ
ＦＥＴで構成した２入力１出力ＡＮＤゲートＧｘｙ
（ｘ，ｙ：１〜ｎ）とダイオードＤｘｙ（ｘ，ｙ：１〜
ｎ）とをそれぞれ直列に接続して総数ｎ×ｎ個だけ半導
体基板Ｋ上に作り付けたものである。すべてのＡＮＤゲ
ートＧｘｙの入力端子をａ，ｂとして、出力端子をｃと
する。その出力端子ｃにダイオードＤｘｙのアノードを
接続し、カソードは出力端子Ｐｘｙ（ｘ，ｙ：１〜ｎ）
に接続されている。このＡＮＤゲートＧｘｙは、Ｈｉ＝
５ボルト、Ｌｏ＝０ボルトとして入力端子ａ，ｂがとも
にＨｉのときのみ出力端子ｃがＨｉになるゲートとす
る。
（Ｘ方向）にｎ個、縦方向（Ｙ方向）にｎ個のＣＭＯＳ
ＦＥＴで構成した２入力１出力ＡＮＤゲートＧｘｙ
（ｘ，ｙ：１〜ｎ）とダイオードＤｘｙ（ｘ，ｙ：１〜
ｎ）とをそれぞれ直列に接続して総数ｎ×ｎ個だけ半導
体基板Ｋ上に作り付けたものである。すべてのＡＮＤゲ
ートＧｘｙの入力端子をａ，ｂとして、出力端子をｃと
する。その出力端子ｃにダイオードＤｘｙのアノードを
接続し、カソードは出力端子Ｐｘｙ（ｘ，ｙ：１〜ｎ）
に接続されている。このＡＮＤゲートＧｘｙは、Ｈｉ＝
５ボルト、Ｌｏ＝０ボルトとして入力端子ａ，ｂがとも
にＨｉのときのみ出力端子ｃがＨｉになるゲートとす
る。
【００１４】図に示したように横方向に配列されたｎ個
のゲートは入力端子ａどうしを接続してその共通端子を
Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３、・・・、Ｙｎとする。また縦方向に
配列されたｎ個のゲートは入力端子のｂどうしを接続し
その共通端子をＸ１，Ｘ２，Ｘ３，・・・、Ｘｎとす
る。
のゲートは入力端子ａどうしを接続してその共通端子を
Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３、・・・、Ｙｎとする。また縦方向に
配列されたｎ個のゲートは入力端子のｂどうしを接続し
その共通端子をＸ１，Ｘ２，Ｘ３，・・・、Ｘｎとす
る。
【００１５】次に図３に示した実施例の検出部は、半導
体スイッチング素子をＮＰＮバイポーラトランジスタで
実現したものである。図２の実施例と同様に、ＮＰＮト
ランジスタＴｘｙ（ｘ，ｙ：１〜ｎ）を横方向（Ｘ方
向）にｎ個、縦方向（Ｙ方向）にｎ個マトリクス状に配
列したもので、横方向に配列されたｎ個のトランジスタ
のコレクタ端子ａどうしを接続してその共通端子をＹ
１、Ｙ２、・・・Ｙｎとし、縦方向に配列されたｎ個の
トランジスタのベース端子ｂどうしを接続してその共通
端子をＸ１、Ｘ２、・・・Ｘｎとする。なお、Ｐｘｙ
（ｘ，ｙ：１〜ｎ）は各トランジスタＴｘｙのエミッタ
端子ｃに接続された出力端子である。
体スイッチング素子をＮＰＮバイポーラトランジスタで
実現したものである。図２の実施例と同様に、ＮＰＮト
ランジスタＴｘｙ（ｘ，ｙ：１〜ｎ）を横方向（Ｘ方
向）にｎ個、縦方向（Ｙ方向）にｎ個マトリクス状に配
列したもので、横方向に配列されたｎ個のトランジスタ
のコレクタ端子ａどうしを接続してその共通端子をＹ
１、Ｙ２、・・・Ｙｎとし、縦方向に配列されたｎ個の
トランジスタのベース端子ｂどうしを接続してその共通
端子をＸ１、Ｘ２、・・・Ｘｎとする。なお、Ｐｘｙ
（ｘ，ｙ：１〜ｎ）は各トランジスタＴｘｙのエミッタ
端子ｃに接続された出力端子である。
【００１６】図４に示した実施例の検出部は、図３に示
した実施例のＮＰＮバイポーラトランジスタの代わり
に、ＭＯＳＦＥＴ ＭＯＳｘｙ（ｘ，ｙ：１〜ｎ）を用
いたもので、横方向に配列されたｎ個のＭＯＳＦＥＴの
ドレイン端子ａどうしを接続してその共通端子をＹ１、
Ｙ２、・・・Ｙｎn とし、縦方向に配列されたｎ個のＭ
ＯＳＦＥＴのゲート端子ｂどうしを接続してその共通端
子をＸ１、Ｘ２、・・・Ｘｎとしている。また、各ＭＯ
ＳＦＥＴ ＭＯＳｘｙのソース端子ｃは出力端子Ｐｘｙ
（ｘ，ｙ：１〜ｎ）に接続されている。
した実施例のＮＰＮバイポーラトランジスタの代わり
に、ＭＯＳＦＥＴ ＭＯＳｘｙ（ｘ，ｙ：１〜ｎ）を用
いたもので、横方向に配列されたｎ個のＭＯＳＦＥＴの
ドレイン端子ａどうしを接続してその共通端子をＹ１、
Ｙ２、・・・Ｙｎn とし、縦方向に配列されたｎ個のＭ
ＯＳＦＥＴのゲート端子ｂどうしを接続してその共通端
子をＸ１、Ｘ２、・・・Ｘｎとしている。また、各ＭＯ
ＳＦＥＴ ＭＯＳｘｙのソース端子ｃは出力端子Ｐｘｙ
（ｘ，ｙ：１〜ｎ）に接続されている。
【００１７】図５に示した実施例の検出部は、出力がオ
ープンドレインのＣＯＭＯＳ ＯＲゲートＧｘｙ（ｘ，
ｙ：１〜ｎ）を使用したものであり、各ＯＲゲートＧｘ
ｙの２入力のうち一方の入力端子ａは電源Ｖｄｄに任意
の抵抗Ｒｘｙ（ｘ，ｙ：１〜ｎ）でプルアップされ、縦
方向に配列されたｎ個のＯＲゲートＧｘｙのもう一方の
入力端子ｂどうしは接続され、その共通端子をＸ１、Ｘ
２、・・・Ｘｎとする。横方向に配列されたｎ個のＯＲ
ゲートＧｘｙの出力端子ｃどうしが接続されてその共通
端子をＹ１、Ｙ２、・・・Ｙｎとする。
ープンドレインのＣＯＭＯＳ ＯＲゲートＧｘｙ（ｘ，
ｙ：１〜ｎ）を使用したものであり、各ＯＲゲートＧｘ
ｙの２入力のうち一方の入力端子ａは電源Ｖｄｄに任意
の抵抗Ｒｘｙ（ｘ，ｙ：１〜ｎ）でプルアップされ、縦
方向に配列されたｎ個のＯＲゲートＧｘｙのもう一方の
入力端子ｂどうしは接続され、その共通端子をＸ１、Ｘ
２、・・・Ｘｎとする。横方向に配列されたｎ個のＯＲ
ゲートＧｘｙの出力端子ｃどうしが接続されてその共通
端子をＹ１、Ｙ２、・・・Ｙｎとする。
【００１８】次に図６に図２に示した検出部を用いて構
成した本発明による指紋センサの一実施例の電気回路の
ブロック図を示す。
成した本発明による指紋センサの一実施例の電気回路の
ブロック図を示す。
【００１９】図２に示した検出部の共通の端子Ｘ１、Ｘ
２、・・・ＸｎはＸシフトレジスタ１００に接続され、
共通端子Ｙ１、Ｙ２、・・・ＹｎはＹシフトレジスタ１
０１に接続されており、一方、導電膜２に電気的に接続
された出力端子７には検出回路１０２が接続されてい
る。
２、・・・ＸｎはＸシフトレジスタ１００に接続され、
共通端子Ｙ１、Ｙ２、・・・ＹｎはＹシフトレジスタ１
０１に接続されており、一方、導電膜２に電気的に接続
された出力端子７には検出回路１０２が接続されてい
る。
【００２０】いまたとえば、Ｙシフトレジスタ１０１の
出力端子ＱＹ１だけに５Ｖを印加し、それ以外の出力端
子ＱＹ２〜ＱＹｎを０Ｖとし、Ｘシフトレジスタ１００
の出力端子ＱＸ１からＱＸｎまで順次１ラインずつ５Ｖ
の電圧を印加していくとすると、半導体スイッチング素
子の出力端子Ｐ１１〜Ｐｎ１に順次５Ｖが出力する。
出力端子ＱＹ１だけに５Ｖを印加し、それ以外の出力端
子ＱＹ２〜ＱＹｎを０Ｖとし、Ｘシフトレジスタ１００
の出力端子ＱＸ１からＱＸｎまで順次１ラインずつ５Ｖ
の電圧を印加していくとすると、半導体スイッチング素
子の出力端子Ｐ１１〜Ｐｎ１に順次５Ｖが出力する。
【００２１】このとき指の隆線により指紋センサのフィ
ルム１が押し下げられてフィルム１の下面の導電膜２に
接触した半導体スイッチング素子の出力端子５の電圧が
導電膜２に接続されている検出端子７に現れる。その出
力電圧を検出回路１０２で測定する。たとえば出力端子
Ｐ２１が導電膜２と接触したとすると、共通端子Ｘ２が
５Ｖのときに検出端子７にその電圧が出力する。つまり
検出端子７をモニターしながらＱＸ１からＱＸｎまでの
スキャンすることによって、各出力端子Ｐ１１〜Ｐｎ１
のどの点が指紋の隆線によって押し下げられているかを
特定することができる。
ルム１が押し下げられてフィルム１の下面の導電膜２に
接触した半導体スイッチング素子の出力端子５の電圧が
導電膜２に接続されている検出端子７に現れる。その出
力電圧を検出回路１０２で測定する。たとえば出力端子
Ｐ２１が導電膜２と接触したとすると、共通端子Ｘ２が
５Ｖのときに検出端子７にその電圧が出力する。つまり
検出端子７をモニターしながらＱＸ１からＱＸｎまでの
スキャンすることによって、各出力端子Ｐ１１〜Ｐｎ１
のどの点が指紋の隆線によって押し下げられているかを
特定することができる。
【００２２】次に共通端子ＱＹ２を５Ｖ、その他のＱＹ
端子に０Ｖの電圧を印加し、共通端子ＱＸ１から順次Ｑ
Ｘｎまで５Ｖの電圧を印加していくと、Ｙ２列の圧力ポ
イントが検出できる。同様の操作をＱＹｎまで繰り返す
ことによりすべての点の圧力が測定できる。
端子に０Ｖの電圧を印加し、共通端子ＱＸ１から順次Ｑ
Ｘｎまで５Ｖの電圧を印加していくと、Ｙ２列の圧力ポ
イントが検出できる。同様の操作をＱＹｎまで繰り返す
ことによりすべての点の圧力が測定できる。
【００２３】また、適当な検出抵抗６を検出端子７とグ
ランドとの間に接続し、検出抵抗６に流れる電流の大き
さを検出することによって接触面積の大小が判別でき
る。この接触面積は各点に加えられる圧力が大きいと大
きくまた接触圧力も大きいために接触抵抗が低くなり電
流も増加する。つまり微細な圧力検出ができるようにな
る。こうして指紋パターンを検出することができる。
ランドとの間に接続し、検出抵抗６に流れる電流の大き
さを検出することによって接触面積の大小が判別でき
る。この接触面積は各点に加えられる圧力が大きいと大
きくまた接触圧力も大きいために接触抵抗が低くなり電
流も増加する。つまり微細な圧力検出ができるようにな
る。こうして指紋パターンを検出することができる。
【００２４】図７は図３に示した検出部を用いて構成し
た本発明による指紋センサの他の実施例の電気回路のブ
ロック図を示す。
た本発明による指紋センサの他の実施例の電気回路のブ
ロック図を示す。
【００２５】図３に示した検出部の共通端子Ｘ１、Ｘ
２、・・・ＸｎはＸシフトレジスタ１００に接続され、
共通端子Ｙ１、Ｙ２、・・・Ｙｎは抵抗Ｒ１、Ｒ２、・
・・Ｒｎを介してＹシフトレジスタ１０１に接続されて
おり、一方導電膜２は負荷抵抗６を介して接地されてい
る。各抵抗Ｒ１、Ｒ２、・・・Ｒｎの検出部側端子には
検出回路１０２が接続されている。
２、・・・ＸｎはＸシフトレジスタ１００に接続され、
共通端子Ｙ１、Ｙ２、・・・Ｙｎは抵抗Ｒ１、Ｒ２、・
・・Ｒｎを介してＹシフトレジスタ１０１に接続されて
おり、一方導電膜２は負荷抵抗６を介して接地されてい
る。各抵抗Ｒ１、Ｒ２、・・・Ｒｎの検出部側端子には
検出回路１０２が接続されている。
【００２６】今たとえばＹシフトレジスタ１０１の端子
ＱＹ２に＋５Ｖが出力された状態でトランジスタＴ２２
のエミッタ端子Ｐ２２に指紋の隆線が当ったとすると、
エミッタ端子Ｐ２２は導電膜２と負荷抵抗６を介して接
地される。ここで、Ｘシフトレジスタ１００の端子ＱＸ
１からＱＸ２に順次５Ｖを出力してスキャニングする
と、トランジスタＴ２２のベース端子に一瞬ベース電流
が流れ、トランジスタＴ２２が導通するので、Ｙシフト
レジスタ１０１から抵抗Ｒ２を通って電流が流れる。そ
の結果、抵抗Ｒ２の検出部側電位が低下するので検出回
路１０２はトランジスタＴ２２の導通を検知することが
できる。すなわち、トランジスタＴ２２の部位に指紋の
隆線が当たっていることを検知することができる。同様
にして検出回路１０２は抵抗Ｒ１、Ｒ２、・・・Ｒｎの
検出部側電位の変化を知ることにより指紋パターンを検
出することができる。
ＱＹ２に＋５Ｖが出力された状態でトランジスタＴ２２
のエミッタ端子Ｐ２２に指紋の隆線が当ったとすると、
エミッタ端子Ｐ２２は導電膜２と負荷抵抗６を介して接
地される。ここで、Ｘシフトレジスタ１００の端子ＱＸ
１からＱＸ２に順次５Ｖを出力してスキャニングする
と、トランジスタＴ２２のベース端子に一瞬ベース電流
が流れ、トランジスタＴ２２が導通するので、Ｙシフト
レジスタ１０１から抵抗Ｒ２を通って電流が流れる。そ
の結果、抵抗Ｒ２の検出部側電位が低下するので検出回
路１０２はトランジスタＴ２２の導通を検知することが
できる。すなわち、トランジスタＴ２２の部位に指紋の
隆線が当たっていることを検知することができる。同様
にして検出回路１０２は抵抗Ｒ１、Ｒ２、・・・Ｒｎの
検出部側電位の変化を知ることにより指紋パターンを検
出することができる。
【００２７】このように面圧分布センサの検出部とその
駆動回路を同一チップ上に作りつけると、検出部を単体
で使用した場合に比べてＸ、Ｙ方向に多数の引き出し電
極を設ける必要がなくなり、最小限の端子を出すだけで
すむので、作り付けが簡単になり、小型化が実現でき
る。
駆動回路を同一チップ上に作りつけると、検出部を単体
で使用した場合に比べてＸ、Ｙ方向に多数の引き出し電
極を設ける必要がなくなり、最小限の端子を出すだけで
すむので、作り付けが簡単になり、小型化が実現でき
る。
【００２８】上記実施例では可撓性フィルムが面圧力を
受けると導電膜が半導体スイッチング素子の出力電極と
接触して半導体スイッチング素子が導通するようにした
が、重要なことは面圧力を受けたとき導電膜と半導体ス
イッチング素子の出力電極との接触の程度を導電膜の電
圧からアナログ的またはデジタル的に測定することであ
る。
受けると導電膜が半導体スイッチング素子の出力電極と
接触して半導体スイッチング素子が導通するようにした
が、重要なことは面圧力を受けたとき導電膜と半導体ス
イッチング素子の出力電極との接触の程度を導電膜の電
圧からアナログ的またはデジタル的に測定することであ
る。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、一枚の半導体基板に多数の半導体スイッチング素子
をマトリクス状に形成し、その半導体基板上の対向面全
面に導電膜を有する可撓性フィルムを重ねて配置し、面
圧力の有無をマトリクスの任意の面（２０μｍ×２０μ
ｍ）と導電膜との間の接触の度合を１ポイントずつスキ
ャンしながら検出するようにしたので、従来のように交
差する走査電極の位置合わせの必要がない。また高精度
な半導体製造技術を用いて製造されるので、各ポイント
（２０μｍ×２０μｍ）および各ポイントのピッチ（６
０μｍ）のばらつきもほとんどない。従来は半導体基板
の表面から接触電極を垂直にしかも数１０μｍのピッチ
で約数万ポイントを出すという考え方がなかった。しか
し特に指紋のような複雑で微細なパターンを高精度で測
定するもので、なお且つ測定面積も１３ｍｍ×２０ｍｍ
程度の大きさのものであれば、半導体そのものを面圧分
布のベース基板として使用することは最適であり、さら
にメリットとして周辺回路まで同じチップ基板上に作り
込める。そのため面分布センサによくある配線の複雑さ
がなく、また薄くできるため指紋検出装置として最適で
あり、最近のキャッシュカードあるいは銀行の通帳など
の本人照合が必要なものに応用することができるなど本
発明は極めて産業上利用価値の高いものである。
は、一枚の半導体基板に多数の半導体スイッチング素子
をマトリクス状に形成し、その半導体基板上の対向面全
面に導電膜を有する可撓性フィルムを重ねて配置し、面
圧力の有無をマトリクスの任意の面（２０μｍ×２０μ
ｍ）と導電膜との間の接触の度合を１ポイントずつスキ
ャンしながら検出するようにしたので、従来のように交
差する走査電極の位置合わせの必要がない。また高精度
な半導体製造技術を用いて製造されるので、各ポイント
（２０μｍ×２０μｍ）および各ポイントのピッチ（６
０μｍ）のばらつきもほとんどない。従来は半導体基板
の表面から接触電極を垂直にしかも数１０μｍのピッチ
で約数万ポイントを出すという考え方がなかった。しか
し特に指紋のような複雑で微細なパターンを高精度で測
定するもので、なお且つ測定面積も１３ｍｍ×２０ｍｍ
程度の大きさのものであれば、半導体そのものを面圧分
布のベース基板として使用することは最適であり、さら
にメリットとして周辺回路まで同じチップ基板上に作り
込める。そのため面分布センサによくある配線の複雑さ
がなく、また薄くできるため指紋検出装置として最適で
あり、最近のキャッシュカードあるいは銀行の通帳など
の本人照合が必要なものに応用することができるなど本
発明は極めて産業上利用価値の高いものである。
【図１】本発明による半導体マトリクス型微細面圧分布
センサの一例としての半導体指紋センサの部分断面図で
ある。
センサの一例としての半導体指紋センサの部分断面図で
ある。
【図２】本発明による半導体マトリクス型微細面圧分布
センサの検出部をＣＭＯＳ ＡＮＤゲートで作り込んだ
場合の検出部の電気的等価回路である。
センサの検出部をＣＭＯＳ ＡＮＤゲートで作り込んだ
場合の検出部の電気的等価回路である。
【図３】本発明による半導体マトリクス型微細面圧分布
センサの検出部をＮＰＮバイポーラトランジスタで作っ
た場合の検出部の電気的等価回路である。
センサの検出部をＮＰＮバイポーラトランジスタで作っ
た場合の検出部の電気的等価回路である。
【図４】本発明による半導体マトリクス型微細面圧分布
センサの検出部をＮチャンネルＭＯＳ ＦＥＴで作った
場合の検出部の電気的等価回路である。
センサの検出部をＮチャンネルＭＯＳ ＦＥＴで作った
場合の検出部の電気的等価回路である。
【図５】本発明による半導体マトリクス型微細面圧分布
センサの検出部をＣＭＯＳ ＯＲゲートで作った場合の
検出部の電気的等価回路である。
センサの検出部をＣＭＯＳ ＯＲゲートで作った場合の
検出部の電気的等価回路である。
【図６】本発明による半導体マトリクス型微細面圧分布
センサの一実施例のブロック図である。
センサの一実施例のブロック図である。
【図７】本発明による半導体マトリクス型微細面圧分布
センサの他の実施例のブロック図である。
センサの他の実施例のブロック図である。
１ フィルム ２ 導電膜 ３ シリコン酸化膜 ４ 絶縁保護膜 ５ 出力電極 ６ 検出抵抗 ７ 検出端子 １００ Ｘシフトレジスタ １０１ Ｙシフトレジスタ １０２ 検出回路
Claims (5)
- 【請求項１】 半導体基板上に複数の半導体スイッチン
グ素子をマトリクス状に面分布形成し、該半導体スイッ
チング素子の出力電極の一部を露呈させ、前記半導体基
板の対向面に導電膜を有する可撓性フィルムを重ねて配
置し、面圧力を受けると前記可撓性フィルムのその部分
が撓んで該部位に位置する半導体スイッチング素子の電
極を介して導通するように構成し、その接触の程度を前
記導電膜の電圧を測定することにより面圧力分布をデジ
タル的またはアナログ的に検出するようにしたことを特
徴とする半導体マトリクス型微細面圧分布センサ。 - 【請求項２】 前記出力電極が、半導体チップの主面に
約１０〜２００μｍピッチの微細な間隔でマトリクス状
に配置された請求項１に記載の半導体マトリクス型微細
面圧分布センサ。 - 【請求項３】 前記半導体スイッチング素子の出力電極
の一部を入力電極とした請求項１に記載の半導体マトリ
クス型微細面圧力分布センサ。 - 【請求項４】 前記半導体基板上に、マトリクスの面ア
ドレスを定めるためのＸ方向シフトレジスタおよびＹ方
向シフトレジスタと、各半導体スイッチング素子からの
出力電流を検出する検出回路とを形成した請求項１に記
載の半導体マトリクス型微細面圧分布センサ。 - 【請求項５】 前記半導体基板上に、マトリクスの面ア
ドレスを定めるためにＸ方向シフトレジスタおよびＹ方
向シフトレジスタと、各半導体スイッチング素子に流れ
込む入力電流を検出する検出回路とを形成した請求項１
に記載の半導体マトリクス型微細面圧分布センサ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4122637A JPH0758234B2 (ja) | 1992-04-16 | 1992-04-16 | 半導体マトリクス型微細面圧分布センサ |
| US08/015,392 US5429006A (en) | 1992-04-16 | 1993-02-09 | Semiconductor matrix type sensor for very small surface pressure distribution |
| EP93302814A EP0566336B1 (en) | 1992-04-16 | 1993-04-08 | Semiconductor matrix type sensor for very small surface pressure distribution |
| DE69308060T DE69308060T2 (de) | 1992-04-16 | 1993-04-08 | Fühler des Typs Halbleitermatrix für sehr kleine Oberflächendruckverteilungen |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4122637A JPH0758234B2 (ja) | 1992-04-16 | 1992-04-16 | 半導体マトリクス型微細面圧分布センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06288845A true JPH06288845A (ja) | 1994-10-18 |
| JPH0758234B2 JPH0758234B2 (ja) | 1995-06-21 |
Family
ID=14840905
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4122637A Expired - Fee Related JPH0758234B2 (ja) | 1992-04-16 | 1992-04-16 | 半導体マトリクス型微細面圧分布センサ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5429006A (ja) |
| EP (1) | EP0566336B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0758234B2 (ja) |
| DE (1) | DE69308060T2 (ja) |
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