JP2000514227A - 指紋感知装置及びこれを組み込んだシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 指紋感知装置は、上に載る指の個々の部分と共に容量を与えるための感知電極（３３）を夫々含む感知素子（１２）のアレーと、夫々感知電極と第１及び第２の組（例えば行及び列）のアドレス導線との間に接続される第１及び第２のダイオード装置（３０，３１）とを有する。アドレス導線に接続されるアドレス回路（２２，２４）は、第１のアドレス導線及び第１のダイオード装置を通じて感知電極へ電位が印加され、その後に、容量を示す蓄積された電荷が第２のダイオード装置を通じて第２のアドレス導体へ伝達されるように、それＺれのアドレス期間中にダイオード装置をバイアスする。装置は、高速な信頼性の高い走査を提供し、低コスト及びコンパクトさのために薄膜技術を使用して便利に実施されうる。

Description

【発明の詳細な説明】 指紋感知装置及びこれを組み込んだシステム 本発明は、上に載る指の個々の部分と共に容量を与えるための感知電極を夫々 含む容量性の感知素子のアレーと、上記感知素子をアドレス指定し、上記感知素 子の容量を示す出力を与えるための、第１及び第２のアドレス導線の組を通じて 感知素子に接続されるアドレス指定手段とを含む指紋感知装置に関する。 本発明はまた係る装置を組み込んだ指紋認識システムに関する。 米国特許第Ａ−５３２５４４２号に記載されるような上述の種類の既知の指紋 感知装置では、感知素子は行及び列に配置され、行及び列アドレス導線の組を通 じて周囲アドレス指定回路に接続される。各感知素子は薄膜トランジスタＴＦＴ を含み、この薄膜トランジスタのドレイン電極は感知電極に接続され、ゲート電 極及びソース電極は夫々行及び列アドレス導線に接続される。夫々の行の全ての 感知素子は同一の行アドレス導線を共用し、一方夫々の列の全ての感知素子は同 一の列アドレス導線を共用する。感知電極は誘電材料によって覆われ、誘電材料 の上に配置される個々の指紋部分と共にコンデンサを構成する。ゲーティング（ 選択）信号は、各行の感知素子のＴＦＴをターンオンするために夫々の行アドレ ス期間中にアドレス指定回路によって各行導線に印加され、それにより列アドレ ス導線上に存在する所定の電位はコンデンサを充電するために感知電極に印加さ れる。指紋の隆起部又は溝部の存在によって決定される指紋部分の感知電極から の間隔に依存するこれらのコンデンサの個々の容量は、それらの充電中に列導線 の中を流れる電流を感知することによって測定される。行アドレス期間の終端で は、行におけるＴＦＴはターンオフし、感知素子の次の行はゲーティング信号を 続く行導線へ印加することによってアドレス指定される。感知素子の各行はこの ようにして順にアドレス指定され、指紋隆起部パターンによって感知素子のアレ ーに全体に亘って生成された感知された容量の変化は指紋表面の３次元形状の電 子画像又は表現を与える。順次フィールド走査動作における容量画像の連続読取 りのために、感知電極上の電荷は、感知電極が再びアドレス指定される前に除去 、又は少なくとも減少される。これは、各感知素子の中に感知電極と接地との間 に接続される抵抗器を組み込むこと、連続する読取りサイクルにおける列導線に 印加される所定の電圧を変化させること、又は連続する読取りサイクルの間に中 間リセットサイクルを含むようアドレス指定回路を配置することのいずれかによ って達成される。例えばドープされた半導線材料を使用した抵抗器の準備は困難 であり、感知素子アレーの製造を複雑にし、一方他の２つのアプローチはアドレ ス指定回路を複雑にする。 現在、指紋感知装置に対する関心が高く、広範囲の薄膜技術の使用は従来の光 学感知装置と比較して比較的低コストでコンパクトな装置が製造されることを可 能にする。米国特許第Ａ−５３２５４４２号の装置はこれに関して利点を有する が、性能を維持又は改善すると同時に更にコストを減少させる必要がある。 本発明は改善された指紋感知装置を提供することを目的とする。 本発明の１つの面によれば、冒頭の段落に記載される種類の指紋感知装置は、 各感知要素は、第１の組のアドレス導線と感知電極との間に接続された第１のダ イオード装置と、感知電極と第２の組のアドレス導線との間に接続された第２の ダイオード装置とを有し、上記第１のダイオード装置を通って、アドレス指定手 段によってアドレス導線に供給された電位は感知電極へ印加され、上記第２のダ イオード装置を通って、感知素子の容量を通じて蓄積された電荷は第２の組のア ドレス導線へ供給されることを特徴とする。特にダイ オード装置の使用及び第１のアドレス導線の組を通じて感知素子容量を充電する ことにより、本発明は多数の利点を提供する。 薄膜技術では、ダイオード装置はピンダイオードを含みうる。係るダイオード は、より少ないマスク段階が必要とされるため概してＴＦＴよりも製造するのが 容易であり、従って指紋感知装置はＴＦＴを使用する装置よりもより低いコスト で、より信頼性が高く製造されうる。各感知素子のために２つのダイオードが必 要とされるが、これはアレーの製造を過度に複雑にするものではない。また係る ダイオードの使用はより低い駆動電圧が必要とされ、それにより低コストのＣＭ ＯＳ駆動回路が使用され、より低い電力消費をもたらすことを意味する。更に、 駆動電圧の振れの低下により第１のアドレス導線の組から第２のアドレス導線の 組への容量結合は減少し、重要なことには、ＴＦＴが使用される場合よりも少な い漏れ電流が存在する。ショットキーダイオード又はｐｎダイオードといった他 の形状のダイオードが使用されうる。また利点はより少ないが、ダイオード装置 としてダイオード接続ＴＦＴが使用されうる。 感知素子の容量を充電し、蓄積された電荷を読取る２つのダイオードの動作は 、夫々ダイオード装置を適当な方法でバイアスするアドレス指定手段によって便 利に達成されうる。 アドレス指定手段は、順次に導電性にされる関連する第１及び第２のアドレス 導線を通じて感知素子の２つのダイオード装置のバイアス動作を制御するよう配 置されうる。アドレス指定手段は、感知素子のアドレス期間中に連続して２つの ダイオード装置を適当に動作させるため、感知素子に関連する第１及び第２のア ドレス導線にして制御信号を印加するよう比較的簡単且つ便利に配置されえ、従 って、まず第１のダイオード装置は順方向バイアスされ、感知電極に印加され、 指紋隆起部又は溝部がそのときに感知電極の上にあるかどうかに依存して蓄積さ れる電荷の量でコンデンサを充電する第１の組のアドレス導線上の電圧レベルに よって決定される電位を 生じさせ、その後、第２のダイオード装置が順方向バイアスされ、それにより感 知電極に蓄積された電荷はそのダイオードを通じて電荷が検出されうる第２の組 のアドレス導線へ伝達される。望ましくは、しかしながら、上記アドレス指定手 段は、感知素子のためのアドルス期間の最初の部分の間に感知素子の第１及び第 ２のダイオード装置を同時に伝導性にさせ、それにより感知電極における電圧を 所定のレベルにセットし、アドレス期間の後半の部分では第１のダイオード装置 をターンオフし、それにより容量に蓄積された電荷は第２のダイオード装置を通 じて第２の組のアドレス導線へ伝達されるよう配置されている。 アレーからの迅速且つ信頼性の高い読取りは、これらの動作スキームの両方で 可能である。既知の装置のように、別の動作で感知素子容量上に蓄積された電荷 を除去する必要はない。感知素子を動作するために必要とされる制御信号は非常 に簡単な形であり得、迅速な動作が可能な複雑でない駆動回路が使用されうる。 後者のスキームは改善された性能及びより簡単な実施の可能性を提供する。 望ましくは、アドレス導線の第１及び第２の組は夫々行及び列アドレス導体の 組を含み、上記感知素子は行及び列に配置され、行の各感知素子の第１のダイオ ード装置は関連する１つの行アドレス導線に接続され、列の各感知素子の第２の ダイオード装置は関連する１つの列アドレス導線に接続される。 この場合、アドレス手段は便利に、感知素子の行を順番に選択するよう夫々の 行アドレス期間中に夫々の行導線に対して選択アドレス信号を印加し、選択され た行の中の感知素子のダイオード装置を適当にバイアスするよう各行アドレス期 間中に列導線に対して制御信号を印加するよう配置されうる。 感知素子容量の中に蓄積された電荷は読取りのために第２のダイオード装置の 動作と同時に列導線へ伝達されるが、ダイオードの非線形順方向抵抗により感知 素子の容量は読取り期間中に完全に放電 されることが可能でないことがあるため、読取りの後に少量の電荷が残留しうる 。係る残留電荷は、同一の列の続く感知素子を読取る場合に垂直クロストーク問 題を生じうる。従って、望ましくはアドレス指定手段は、読取り後に感知素子の 容量を完全に放電するために列導線にリセットバイアス信号を印加することによ って、アドレス期間の後半部分において感知素子をリセットするよう配置される 。 欧州特許第Ａ−０３９７２４４号では、スタイラス又は指を使用するタッチ入 力感知アレーシステムであって、タッチセンサ素子の行及び列アレーと、絶縁基 板上に薄膜装置技術によって形成された行及び列アドレス導線の組とを含むシス テムが記載されている。適当に選択されたセンサ素子の大きさ及びピッチでは、 アレーは指紋感知のために使用されうる。しかしながら、このシステムでは、各 センサ素子は、固定コンデンサと、一定間隔でコンデンサを充電するようコンデ ンサに電位を供給するＴＦＴ又はダイオードの形式のスイッチ装置と、指又はス タイラスによって触られたときにコンデンサを放電させる接触パッドとを含み、 係る放電は前のフィールドにおいてセンサ素子が触られたことを示すよう続くフ ィールド期間において再びコンデンサが充電されたときに検出される。 感知素子アレーは例えばシリコンウェーハを使用する集積回路単結晶半導線技 術を使用して製造されうる。しかしながら、望ましくはＬＣＤで使用されるよう な他のアクティブマトリックスアレーの製造に使用されるのと同様の薄膜技術を 使用して製造されることが望ましい。これは共通絶縁基板上に多数の層を写真平 版パターン形成過程によって蒸着及び画成することを含む。望ましくはピン構造 を有するダイオード装置は、ガラス又はプラスチック材料の絶縁基板乗に蒸着さ れた非晶質又は多結晶シリコンによって形成されえ、アドレス導線の組は蒸着さ れた伝導性の材料から形成されうる。係る技術は、単一の大きな面積の基板が使 用されることを可能にし、この基板は、その上に同時に多数のアレーが製造され 、続いて夫々 が感知素子アレーを含む小片に切断されうる。このアプローチは製造費用の更な る大きな削減をもたらす。 本発明の他の面によれば、本発明の１つの面による指紋感知装置を含む指紋認 識システムであって、感知された指紋の特徴データを与えるよう感知素子の容量 を示すアドレス指定手段によって与えられた出力に応答する手段と、上記特徴デ ータと、１つ以上の指紋の記憶された特徴データとを比較する手段とを有するシ ステムが提供される。 以下、例として添付の図面を参照して、本発明による指紋感知装置及びこれを 組み込んだ指紋認識システムの実施例を説明し、図中、 図１は感知素子のアレーを関連するアドレス指定回路と共に示す感知装置の実 施例を示す簡単な概略図であり、 図２は図１の装置のアレーの１つの列の感知素子の典型的な群の等価回路を示 す概略図であり、 図３は感知装置の動作の方法を図示する感知装置の一部を示す概略的な断面図 を示す図であり、 図４は装置を動作するための第１の駆動スキームにおいて使用される典型的な 駆動波形を示す図であり、 図５は感知素子アレーの変形を示す図であり、 図６は装置を動作するための第２の駆動スキームにおける典型的な駆動波形を 示す図であり、 図７Ａ及び７Ｂは感知装置の２つの更なる実施例における２つの典型的な感知 素子の配置を概略的に示す図であり、 図８は感知装置を使用した指紋認識システムを簡単なブロック図によって示す 図である。 図面は概略的にのみ示されており、正確な縮尺で示されていないことが理解さ れるべきである。ある寸法は拡大され、他の寸法は縮小されている。全ての図面 を通じて、同一、又は類似する部分を示すために同一の参照番号が使用される。 図１を参照するに、指紋感知装置は、指紋を走査するために動作可能なｃの感 知素子１２を夫々有するｒの行（１乃至ｒ）からなる、規則的な間隔とされた感 知素子１２のＸ−Ｙアレーを有するアクティブマトリックスアドレス指定感知パ ッド１０を含む。簡単化のため、幾つかの行及び列のみが示されている。実際は 約２．５ｃｍ×２．５ｃｍの領域を占める５１２行及び５１２列程度の感知素子 が与えられ得る。 感知素子１２のアレーは、規則的な間隔とされた行（選択）アドレス導線１８ 及び列（感知）アドレス導線２０の組を通じて、行駆動回路２２及び感知回路２ ４を含むアドレス指定手段によってアドレス指定される。行アドレス導線１８及 び列アドレス導線２０は、夫々それらの端において回路２２及び２４に接続され 、個々の感知素子は導線の２つの組の夫々の交差に配置されている。同一の行の 全ての感知素子は行導線１８のうちの夫々の１つに接続され、同一の列の全ての 感知素子は夫々の共通の列導線２０に接続される。 図２は、同一の列からの３つの連続する感知素子の典型的な群の回路形状を示 す図である。各感知素子１２は、ダイオード３０及び３１の形状の２端子・一方 向・非線形スイッチ装置の対と、感知電極３３とからなる。第１のダイオード３ ０は行導線１８と感知電極３３との間に接続され、第２のダイオード３１は感知 電極３３と列導線２０との間に接続される。図２に示されるように、ダイオード ３０及び３１は関連する行導線１８及び列導線２０の間に前後に直列に接続され 、感知電極は２つのダイオードの間のノードに接続される。感知素子１２及びパ ッド１０のアドレス導線１８及び２０は、例えばアクティブマトリックスＬＣと いった他のアクティブマトリックスアレーで使用されるような標準的な薄膜技術 を使用して製造され、ここでは製造方法のみについて詳述する必要はない。簡単 に言えば、製造方法は、写真平版デフィニション過程によって多数 の層を絶縁基板上に蒸着及びパターン形成する段階を含む。電極３３並びにアド レス導線１８及び２０の組は蒸着された金属から形成されえ、ダイオード３０及 び３１は望ましくは非晶質シリコン又は多結晶シリコンのp-i-n構造として形成 される。絶縁基板は、ガラス、ポリマー又は水晶でありうる。 図３は３つの完全な感知電極３３を含むパッド１０の代表的な部分を通って示 す断面図であって、アレー構造の１つの形状の例を概略的に簡単化して示す図で ある。ダイオード３０及び３１は、図３では図示されていないが、望ましくはｎ 層が基板に最も近接したp-i-n構造を与えるよう適当にドープされた非晶質又は 多結晶シリコン材料の蒸着された層によって絶縁基板１５上に形成される。規則 的な間隔とされ等しい大きさの矩形の導電性パッドを有する感知電極３３のアレ ーと、その間に延在するアドレス導線２０の組は共通の蒸着された金属層から画 成される。電極３３の延長部は夫々ダイオードの下部接触を形成する。絶縁材料 は、導線１８及び２０が交差する領域において導線１８及び２０の間に、またダ イオード３０及び３１の周辺に与えられる。図３には図示されていない行導線１ ８の組は、各行導線が感知電極３３の隣接する行の間に延在し、ダイオード３０ の上部接触として作用するその長さに沿って離間された一体型拡張部を有するよ う、蒸着された金属層から形成される。この金属層の部分はまた、ダイオード３ １の上部接触及び感知電極３３及びダイオード３０の底部接触への接続を形成す るために使用される。構造を完成させるために、例えば窒化シリコン又はポリイ ミドの誘電性フィルム２５は、基板表面から所定の距離だけ離間され基板表面に 略平行な連続的な感知表面２６を与えるよう、基板３０上の構造の上に完全に蒸 着される。 感知電極３３、従って感知素子の物理的な寸法及び相互の間隔は指紋感知のた めに必要とされる解像度特徴に従って選択される。例として、感知電極は行及び 列の両方向に約５０乃至１００マイクロ メートルのピッチを有しうる。絶縁フィルム２５の厚さは、絶縁材料の誘電率の 値及び感知電極の面積を考慮して選択される。例えば、約５０×５０マイクロメ ートルの感知電極では、約６の誘電率及び約０．１マイクロメートルのフィルム 厚さが使用されうる。 この感知装置の動作において、走査されるべき指紋を有する指は感知表面２６ 上に配置される。指表面３７の一部の１つの隆起部３６を示す図３に図示される ように、表面２６との実際の又は非常に近接した物理的接触は指紋の隆起部にお いて生ずる。指紋外形の溝部はかなり大きな距離だけ表面２６から離間されてい る。隆起部された指表面は従って、薄い誘電性のフィルム２５の厚さによって決 定される最小距離だけ電極３３のアレーから離間される。各感知電極３３及びそ の上に載せられる指表面の夫々の部分は、図３中破線によって示されるようにコ ンデンサ３５の対向する板を形成し、上板は指表面部分によって効果的には交流 接地電位で構成され、フィルム２５は局部指表面部分と感知表面２６との間に存 在する空気ギャップと共にコンデンサに誘導性を与える。これらの個々のコンデ ンサの容量は、指表面と感知表面２６との間の間隔ｄの関数として変化し、指紋 隆起部が表面２６と接触するときにより大きな容量が生ずる。指紋の隆起部パタ ーンによってパッド１０の感知素子１２のアレー全体に亘って発生された容量の 変化は、このようにして事実上、指紋表面の３次元形式の電子「画像」を構成す る。これらの容量は感知され、変化、従って指紋の３次元の外形を示す出力を与 える。 各素子の中のダイオードは、指部分と感知電極との間に形成された容量を充電 及び放電するために使用される。容量に供給された電荷の量を測定することによ り、指容量の値を知ることができる。 アレーの中の各感知素子はその関連する行選択導線１８及び列感知導線を通じ てアドレス指定される。行駆動回路２２は、各行アドレス導線１８へ１つずつ順 番に電圧パルスの形状の選択信号を与え、 図２に概略的に示されるように、行１から開始して各行導線は順次に選択信号を 受信する。各列導線２０はその端において感知回路２４の中の電荷感度増幅器４ ０に接続され、図２には１つの係る増幅器が図示されている。各増幅器４０の非 反転入力は、増幅器が関連する列導線２０を仮想接地電圧以外の電位レベルに駆 動することを可能にする感知回路２４の中のパルス発生回路に接続される。 回路２２及び２４によって行導線１８及び列導線２０に印加される電位は、夫 々の行アドレス期間中の所望の電荷入力及び電荷読取りの機能を適当に実行する よう、２つのアドレス導線に関連する感知素子のダイオード３０及び３１をバイ アスするよう配置される。このために、様々な駆動スキームが使用されうる。 以下図４を参照して１つの駆動スキームを説明し、図中、ｎ及びｎ＋１は２つ の典型的な連続する行導線に印加される波形、Ｃは列導線に印加される波形を示 し、またこのために使用される制御信号の相対的なタイミングが示される。図示 されるように、Ｓは、電荷感度増幅器４０のモードを制御するスイッチ４１の動 作の相対的なタイミングを示し、０は開、１は閉を示す。Ｔｆは、行アドレス期 間を示す。このスキームでは、感知素子の２つのダイオードは夫々のアドレス期 間中に順次に導電性にされるよう関連するアドレス導線に印加される適当な駆動 信号によってバイアスされ、まず、ダイオード３０は容量を充電するために導電 性にされ、次にダイオード３１は列導線上に電荷を読取るために導電性にされる 。 第１の行ｎのための行アドレス期間Ｔｒの初期の電荷入力部分Ｔａの間は、感 知素子１２のダイオード３１は、増幅器４０を通じて列導線２０に印加される比 較的高い正の電圧信号＋Ｖｈによって逆バイアスされる。増幅器スイッチ４１は この部分に亘って閉にされる。正の電圧パルス信号＋Ｖｓは、ダイオード３０を 順方向バイアスする行駆動回路２２によって行導線１８に印加され、容量３５は 感知電極３３の上に載る個々の指紋部分の間隔に従って充電される。 容量に蓄積された電荷は、従ってこの間隔を表わし、上に載っている指紋部分が 隆起部であるか又は溝部であるかを示す。電荷入力期間Ｔａの終端では、行導線 電圧は、ダイオード３０を逆バイアスしターンオフするよう、負の電圧、即ち− Ｖｏとされる。この直後、読取り期間Ｔｏは、増幅器４０が積分器として構成さ れるよう増幅器スイッチ４１を開にすることから開始する。この期間中、増幅器 ４０の正の入力には、列導線電位を−Ｖｍにさせる小さな負の電圧−Ｖｍが印加 される。この電位はダイオード３１を順方向バイアスし、それによりコンデンサ ３５は列導線２０を通じて増幅器４０のフィードバックコンデンサの中に放電す る。この期間Ｔｏの後半部分において、列導線電位は再び＋Ｖｈに戻り、直後に 増幅器スイッチ４１は再び閉にされる。 ダイオード３１の非線形順抵抗により、感知素子容量はいつでも読取り期間中 に完全に放電を終了するわけではない。完全に放電が終了しない場合、同一の列 の続く感知素子が次の行アドレス期間中にアドレス指定されたとき、感知素子の 次の行のための読取り期間中に列導線に印加される−Ｖｍ電位は、前の感知素子 の中のダイオード３１をわずかに順方向バイアスすることがあり、それにより増 幅器４０は意図される感知素子からの電荷を検出するだけでなく、前の行の感知 素子からの残留充電電流を感知する。この垂直クロストークの影響として、生成 される電子指紋画像の下方の不鮮明さが生ずる。この可能性のため、この特定の 例においては、各行アドレス期間Ｔｒは、その終端の近くに、読取り期間Ｔｏに 続いてリセット期間Ｔｄを含む。このリセット期間中、列導線２０は、コンデン サ３５を更に放電し読取りに使用される電圧Ｖｍよりも低い電圧−Ｖ_Lにされ、 それによりダイオード３１は同一の列の続く感知素子が読取られている間は（部 分的に）ターンオンされえない。 同一の行の全ての感知素子１２は夫々の行アドレス期間においてこのように同 時にアドレス指定され、個々の読取りは夫々の列導線 ２０に関連する増幅器４０によって生成される。これに続き、続く行アドレス期 間Ｔｒ（ｎ＋１）において感知素子の次の行がアドレス指定され、アレーの感知 素子の全ての行について同様にされる。このように、指紋は行の順次的なアドレ ス指定によって走査され、コンデンサ特徴の完全な画像は１つの完全なフィール ド期間の全ての行のアドレス指定に続いて形成される。典型的には、各行アドレ ス期間、即ちライン時間は、約１００乃至２００マイクロ秒の持続期間であり、 ５００行について１秒当たり約１０乃至２０フィールドを可能にする。増幅器４ ０の出力４２において生成される個々の並列の読取りは、回路２４で直列形式に 変換され、各行について順次に、例えば米国特許第Ａ−５３２５４４２号に記載 されるようにシフトレジスタによって制御されるスイッチ配置によって出力５０ へ供給される。 指紋の容量画像の幾つかの読取りは、連続するフィールド期間に亘って連続し て迅速に行うことができ、精度を改善させるために平均化動作が実行されること を可能にする。 この特定的なスキームでは、ダイオード３０及び３１が非線形順抵抗を有する ため、電荷入力及び読取り期間に亘って容量３５の不完全な充電及び放電が生ず ることがあり、それにより電荷感度増幅器４０からの出力電圧は指容量に直接的 に比例しないことがある。この影響は容量３５が一定ではなく可変であることに よって悪化される。電荷感度増幅器４０からの出力は、容量３５と読取り期間の 開始及び終端における容量３５の電圧の差との関数であるため、電荷感度増幅器 ４０によって検出される電荷の量は容量３５に比例しないことがある。所望であ れば、非線形性は最大及び最小の可能な容量の値の比率を減少させることによっ て改善され得、これは容量３５と並列に固定値のコンデンサを追加することによ って簡単に達成される。 図４によって明らかであるように、増幅器のリセットスイッチ４ １の動作のタイミングは、スイッチは読取りパルスＶｍの開始の前の開にされ、 そのパルスの終端の後に閉にされ、感知素子容量からの電荷の全てが統合される ことを確実にし、これは特にダイオード３１に対する順バイアスが最も高いとき 、容量を通って流れる電流の殆どがＶｍパルスの前縁の直後に起こるためである 。しかしながらこのタイミングは、Ｖｍパルスの縁からの容量結合された電荷も また統合され、実際は、列全体がパルス化され列の全ての感知素子からの容量は 容量結合された電荷に寄与するため、容量結合された電荷のパルスは増幅器を飽 和させるのに十分大きいことを意味する。図５に示されるように、必要であれば この問題に対する簡単な解法は、アレーに補助的な行導線５０を追加し、この行 導線と各列導線２０との間の交点に補償コンデンサ５１を接続することである。 結合された電荷の打消しは、各行アドレス期間におけるＶｍパルスと同じタイミ ングで、正の補償パルスＶｘを追加的な行に印加し、このとき、補償コンデンサ ５１の値及び補償パルスＶｘの高さを、Ｖｍパルスが列に印加されることによっ て電荷感度増幅器４０に結合されるであろう電荷を打消すよう設計することによ って達成される。 図６は、アレーを動作する第２の望ましい方法を波形の概略図によって示す図 であり、ｎは、行駆動回路２２によって典型的な行導線に印加される信号の波形 を、Ｖｅは、その行導線に接続された感知素子の２つのダイオード３０及び３１ の間の分岐点従って感知電極３３における電圧を、Ｓは、増幅器フィードバック スイッチ４１の動作を、Ｖｏは、増幅器４０からの出力電圧の例を、Ｖｃは、増 幅器４０の正の端子を通じて印加されたリセット信号成分Ｖｒを含む列導線波形 を、全て感知素子の夫々の行のための行アドレス期間Ｔｒに亘って示す図である 。以前と同様、感知素子の行は行アドレス期間Ｔｒの初期部分Ｔａにおいて行導 線１８に例えば約６ボルトの正のパルス信号＋Ｖｓを印加する行駆動回路２２に よって選択される。これは次に両方のダイオード３０及び３１をターンオンし、 これらは次に感知電極３３の電圧Ｖｅを例えば約３ボルトの所定のレベルＶｐへ 上昇させ、容量３５を充電する分圧器として動作する。この期間Ｔａに亘り、増 幅器スイッチ４１は閉にされる。これはパルス信号＋Ｖｓの立下り縁はダイオー ド３０をターンオフし、コンデンサ３５は次に続く読取り期間Ｔｂにおいて殆ど 直ぐに放電され、蓄積された電荷はオンのままであるダイオード３１を通って列 導線２０へ通過する。この期間Ｔｂにおいて、増幅器スイッチ４１は開であり、 列導線に供給された電荷は統合され、例えばＶｏに示される電圧は増幅器４０か ら獲得される。期間Ｔｂの終端では、増幅器フィードバックスイッチ４１は再び 閉にされる。スイッチ４１を閉にした後の続く次の短い期間Ｔｃに亘って、ダイ オード３１の両端の電圧は減少し続けるが、ダイオードがオンのときその両端に は電圧降下があり、ダイオード３１をオンのままにするため、波形Ｖｅに示され るように、例えば約１ボルトの小さな残留電圧は感知電極３３に維持されうる。 従って、次の行がアドレス指定される前にダイオード３１及びその行の他の感知 素子の対応するダイオードがターンオフされ、続く行をアドレス指定していると きに列導線を流れる漏れ電流が防止されることを確実にするため、前の期間Ｔａ ，Ｔｂ及びＴｃにおいては仮想接地である列導線２０上の電圧は、行アドレス期 間の最終部Ｔｄでは、ダイオード３１を逆バイアスするために増幅器４０の正の 端末に負の電圧パルス信号Ｖｒ、例えば−１ボルトを印加することによって負に パルス化される。この結果、感知電極３３上の残留電圧はゼロに戻される。従っ て、期間Ｔｐに続いて、両方のダイオード３０及び３１はオフにされ、感知素子 の容量は列導線２０から絶縁される。上述の１つのフィールド内で指紋を走査し たときと同様、感知素子の各行は夫々の行アドレス期間において順に係る方法で アドレス指定される。 従って、このアドレス指定スキームでは、２つの直列接続されたダイオード３ ０及び３１は容量３５の電圧を所定のレベルにセット する分圧器として作用するよう配置され、所定のレベルとは感知電極３３が接続 されるこの分圧器の中点の電圧レベルに対応する。これは容量の迅速な充電をも たらす。重大なことには、感知要素の容量を一定の固定の電圧にセットすること は、補償コンデンサ及び並列線形化コンデンサの必要性を除去する。 上述の両方のスキームでは、列導線２０に印加される電圧パルスは、増幅器を 通さずに、例えば列増幅器４０から離れた端において列導線に接続される別個の 回路によって与えられ得る。 装置の絶縁層２５の上面には、ラインとして又はグリッドパターンとされる感 知電極３３の隣接する行又は隣接する列又は両方の間の空間に延在し、個々の指 部分の接地を向上させるよう電気的に接地される伝導性材料が直接設けられても よい。他の変形では、絶縁層の表面上に、コンデンサ３５の他の板を形成するよ う、夫々が重なり合い感知電極３３の大きさ及び形状に対応する別個の導電性の パッド電極のマトリックスが設けられうる。指紋の隆起部はこれらのパッド電極 のうちの特定の、即ち接触しているパッド電極を接地し、コンデンサ３５の容量 は感知電極３３及びそれらの対向するパッド電極の面積並びに介在する絶縁層２ ５の厚さによってのみ決定され、それにより略同一で、より区別的な容量は全て の隆起部接触場所において獲得される。その他の場所では、指の表面部分はそれ らの下にあるパッド電極から離間され、容量値は以前と同様この間隔に依存する 。 上述の実施例の様々な変形が可能である。例えば、ピン装置を含むダイオード が望ましいが、ｐｎダイオード又はショットキーダイオードといった他の種類の ダイオードが使用されうる。ＴＦＴのゲート端子及びソース端子が相互接続され ているダイオード接続ＴＦＴもまた使用されうることが認められる。 感知素子の２つのダイオード３０及び３１の方向は駆動信号の極性を反転させ て使用することによって逆にされ、それにより行導線 及び列導線には夫々、上述のように正の信号及び負の信号ではなく、負の信号及 び正の信号が印加されることが認められる。この原理を使用して、必要とされる アドレス導線の数を減少させることも可能である。図７Ａは必要とされる行導線 の数を半分にする感知素子の１つの可能な他のレイアウトを示す図である。図中 、同一の列からの２つの隣接する感知素子１２は同一の行導線１８及び同一の列 導線２０に接続されて示されている。１つの感知素子の中のダイオードの方向は 他の感知素子の中のダイオードの方向と逆である。このアプローチを使用すると 、感知素子の２つの隣接する行は同一の行導線１８を共用する。アレーは、まず 上述の実施例のように、アレーの感知素子の偶数行を順にアドレス指定するよう 順次に行導線に正の選択パルス信号を印加し、次に感知素子の全ての奇数行をア ドレス指定するよう順次に行導線に負の選択パルス信号を印加することによって 駆動される。或いは、アレーの中の全ての行が順次に次々とアドレス指定される よう、駆動信号の極性は各行をアドレス指定した後に反転されうる。 図７Ｂは、必要とされる列導線の数を半分にする感知素子の他の可能なレイア ウトを示す図である。この場合、２つの列の中の隣接する感知素子１２は、やは り夫々行導線１８への正の選択信号及び負の選択信号を印加することによってア ドレス指定される同一の行導線１８及び列導線２０を共用する。全ての偶数列の 中の感知素子はまずアドレス指定され、読取られ、次に奇数列の中の感知素子が アドレス指定され、読取られうる。 概して、従って、感知素子のアレーを含む指紋感知装置が提供され、感知素子 は夫々、上に載る指紋部分と共に容量を与える感知電極と、感知電極とアドレス 導線の第１及び第２の組（例えば行及び列）の関連する組との間に夫々接続され る第１及び第２のダイオードとを含む。アドレス導線に接続されるアドレス回路 は、第１のアドレス導線及び第１のダイオード装置を通じて感知電極へ電位を印 加し、その後容量を示す蓄積された電荷が第２のダイオード装置を通じて第２の アドレス導線へ伝達されるよう、夫々のアドレス期間中にダイオード装置をバイ アスする。装置は迅速な信頼性の高い走査を提供し、低コスト及びコンパクトさ のために便利に薄膜技術を使用して実施されうる。 図８は、ブロック６０で示される感知装置を組み込んだ指紋認識システムを示 す概略的なブロック図である。システムは、感知された指紋の特徴データを与え るための装置の感知回路からの出力に応答する手段と、この特徴データを１つ以 上の指紋の記憶された特徴データと比較する手段とを含む。感知装置から得られ た出力は、既知の光学指紋感知装置において画像センサによって与えられるビデ オ出力と同等の形状で与えられる。従って、当業者によって明らかであるように 、感知装置以外のシステムの構成要素は概して光学感知装置を使用するシステム で使用される種類のものでありうる。標準的な実施では、特徴データは隆起部線 の向き及び細部、即ち線の終端及び分岐の相対的な位置に関する情報の形式をと りうる。特徴データを生成し比較するために感知装置から得られた情報を処理す る方法は、既知のスキーム及び技術に従いうる。本発明の感知装置は指紋の３次 元の外形の情報を与えることが可能であるため、細部の空間的な位置に加えて位 相特性を使用することによって改善された同定又は照合の精度が獲得されうるが 、もちろんより低い精度が許容可能であれば、処理を簡単化するために２次元の 隆起部パターンに関する情報のみを使用することができる。簡単に言えば、適当 に調整された装置６０からの出力は、細部の位置といった感知された指紋の特徴 的な特性を検出するようプログラムされた分析回路６１へ供給される。回路６１ からのデータは、標準的なアルゴリズムによってそのデータとシステムが同定又 は単に照合のために使用されているかにより複数の指紋又は単一の指紋の特徴デ ータとを比較し、一致があったかどうかによって出力を与えるコンピュータ６２ に供給される。 回路６１は、高精度の認識のために感知装置によって与えられる３次元情報を 使用すること、或いは、装置６０から特定の出力信号値を選択するための適当な 選別と共に、既知の光学感知装置から得られるのと同様の２値画像と似た２次元 の隆起部パターンを表わす特定の情報を使用することのいずれかを行うためにプ ログラムされうる。 本発明の開示を読むことにより、当業者によって他の変更が明らかとあろう。 係る変更は、指紋感知の分野で既知の他の特徴及びその構成部分、及びここに既 に記載される特徴の代わりに、又はそれに追加して使用されうる他の特徴を含み うる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 上に載る指の個々の部分と共に容量を与えるための感知電極を夫々含む容 量性の感知素子のアレーと、 上記感知素子をアドレス指定し、上記感知素子の容量を示す出力を与えるため の、第１及び第２のアドレス導線の組を通じて感知素子に接続されるアドレス指 定手段とを含む、指紋感知装置であって、 各感知要素は、第１の組のアドレス導線と感知電極との間に接続された第１の ダイオード装置と、感知電極と第２の組のアドレス導線との間に接続された第２ のダイオード装置とを有し、 該第１のダイオード装置を通って、アドレス指定手段によってアドレス導線に 供給された電位は感知電極へ印加され、 該第２のダイオード装置を通って、感知素子の容量を通じて蓄積された電荷は 第２の組のアドレス導線へ供給されることを特徴とする装置。 ２． 上記アドレス指定手段は、感知素子の２つのダイオード装置を感知素子の ためのアドレス期間中に連続して伝導性にさせ、それによりアドレス期間の第１ の部分では第１のダイオード装置を通じて感知電極へ電位を印加し、アドレス期 間の続く部分では第２のダイオード装置を通じて容量に蓄積された電位を第２の 組のアドレス導線へ伝達するよう配置されることを特徴とする、請求項１記載の 指紋感知装置。 ３． 上記アドレス指定手段は、感知素子のためのアドレス期間の最初の部分の 間に感知素子の第１及び第２のダイオード装置を同時に伝導性にさせ、それによ り感知電極における電圧を所定のレベルにセットし、アドレス期間の後半の部分 では第１のダイオード装置をターンオフし、それにより容量に蓄積された電荷は 第２のダイ オード装置を通じて第２の組のアドレス導線へ伝達されるよう配置されているこ とを特徴とする、請求項１記載の指紋感知装置。 ４． 上記アドレス指定手段は、アドレス期間の終端において第２の組のアドレ ス導線を通じて感知素子の第２のダイオード装置を逆バイアスするよう配置され ることを特徴とする、請求項２又は３記載の指紋感知装置。 ５． アドレス導線の第１及び第２の組は夫々行及び列アドレス導体の組を含み 、 上記感知素子は行及び列に配置され、行の各感知素子の第１のダイオード装置 は関連する１つの行アドレス導線に接続され、列の各感知素子の第２のダイオー ド装置は関連する１つの列アドレス導線に接続されることを特徴とする、請求項 １乃至４のうちいずれか１項記載の指紋感知装置。 ６． 上記アドレス指定手段は、当該の行の感知素子の２つのダイオード装置の うちの少なくとも第１のダイオード装置を伝導性にする選択信号をアドレス期間 の初期部分において行アドレス導線に印加することによって、夫々のアドレス期 間中に感知素子の各行を順にアドレス指定するよう配置されることを特徴とする 、請求項５記載の指紋感知装置。 ７． 感知素子の行の隣接する対は、１つの行の感知素子のダイオード装置の方 向を他の行の感知素子のダイオード装置の方向と逆にして同一の行アドレス導線 に接続されることを特徴とする、請求項５又は６記載の指紋感知装置。 ８． 感知素子の列の隣接する対は、１つの列の感知素子のダイ オード装置の方向を他の列の感知素子のダイオード装置の方向と逆にして同一の 列アドレス導線に接続されることを特徴とする、請求項５又は６記載の指紋感知 装置。 ９． アドレス導線の第１及び第２の組、並びにアレーの感知素子の感知電極及 びダイオード装置は、共通絶縁基板に担持された薄膜構造からなることを特徴と する、請求項１乃至８のうちいずれか１項記載の指紋感知装置。 １０． 感知素子のダイオード装置はp-i-nダイオードを含むことを特徴とする 、請求項９記載の指紋感知装置。 １１． 請求項１乃至１０のうちいずれか１項記載の指紋感知装置を含む指紋認 識システムであって、 感知された指紋の特徴データを与えるよう感知素子の容量を示すアドレス指定 手段によって与えられた出力に応答する手段と、 該特徴データと１つ以上の指紋の記憶された特徴データとを比較する手段とを 有するシステム。