JPH11248665A - 容量性センサの検知表面上の物理的物体の非侵襲性検知方法 - Google Patents
容量性センサの検知表面上の物理的物体の非侵襲性検知方法Info
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- JPH11248665A JPH11248665A JP10359022A JP35902298A JPH11248665A JP H11248665 A JPH11248665 A JP H11248665A JP 10359022 A JP10359022 A JP 10359022A JP 35902298 A JP35902298 A JP 35902298A JP H11248665 A JPH11248665 A JP H11248665A
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- G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
- G01B7/004—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring coordinates of points
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 粒子や小滴などの異物の存在を検知するため
に容量性センサを使用した非侵襲性の改良した方法を提
供する。 【解決手段】 センサの全てのセルを初期状態とさせ、
その後に、検知表面上に異物が存在することによって発
生される電界形状の変化から発生する等価フィードバッ
ク容量において変化が発生することを読取る。この様な
変化が発生しない場合には、別のセルについてチェック
が行われる。一つのセルに対して変化が検知された場合
には、検知出力が発生される。
に容量性センサを使用した非侵襲性の改良した方法を提
供する。 【解決手段】 センサの全てのセルを初期状態とさせ、
その後に、検知表面上に異物が存在することによって発
生される電界形状の変化から発生する等価フィードバッ
ク容量において変化が発生することを読取る。この様な
変化が発生しない場合には、別のセルについてチェック
が行われる。一つのセルに対して変化が検知された場合
には、検知出力が発生される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、異物検知技術分野
に関するものであって、更に詳細には、露出されている
検知表面を持った容量型センサに関するものであり、該
センサは、センサの検知表面上の物理的物体が二つの埋
設されているコンデンサプレート間に存在する誘電定数
又は電界形状を変化させる場合に電気的出力信号を供給
すべく動作するものである。
に関するものであって、更に詳細には、露出されている
検知表面を持った容量型センサに関するものであり、該
センサは、センサの検知表面上の物理的物体が二つの埋
設されているコンデンサプレート間に存在する誘電定数
又は電界形状を変化させる場合に電気的出力信号を供給
すべく動作するものである。
【０００２】
【従来の技術】本発明は、センサの上側に位置している
検知表面上に物理的物体が存在することを検知すべく動
作する容量センサに関するものである。容量型センサを
使用することは一般的に公知である。
検知表面上に物理的物体が存在することを検知すべく動
作する容量センサに関するものである。容量型センサを
使用することは一般的に公知である。
【０００３】例えば、センサ及びアクチュエータ（ＳＥ
ＮＳＯＲＳ ＡＮＤ ＡＣＴＵＡＴＯＲＳ）、１９８９
年１月／２月、１／２番、１４１−１５３頁の刊行物
は、１９８７年６月２日乃至５日日本の東京におけるソ
リッドステートセンサ及びアクチュエータに関する第４
回国際会議（トランスデューサーズ’８７）において発
表された「内在的輪郭検知オプションを有する集積化し
た触覚撮像器（ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ ＴＡＣＴＩＬＥ
ＩＭＡＧＥＲ ＷＩＴＨ ＡＮ ＩＮＴＲＩＮＳＩＣ
ＣＯＮＴＯＵＲ ＤＥＴＥＣＴＩＯＮ ＯＰＴＩＯ
Ｎ）」という題名の文献を含んでいる。この文献は集積
化した容量性触覚撮像センサを記載しており、それは底
部セラミック支持体、シリコンウエハ集積回路上に閉込
められている正方形のアルミニウム電極からなる９行／
９列アレイ、天然ゴムから構成されている可撓性があり
且つ分離用の中間層、薄い導電性のゴム層、上部保護層
とを具備する多層構造を有している。この装置において
は、容量は天然ゴム層の局所的な変形に依存する。この
装置の８１個の個別的なアルミニウム電極は天然ゴム内
に凹凸パターンの容量測定値を与え、この凹凸は上部保
護層上に作用する圧力分布によって発生される。
ＮＳＯＲＳ ＡＮＤ ＡＣＴＵＡＴＯＲＳ）、１９８９
年１月／２月、１／２番、１４１−１５３頁の刊行物
は、１９８７年６月２日乃至５日日本の東京におけるソ
リッドステートセンサ及びアクチュエータに関する第４
回国際会議（トランスデューサーズ’８７）において発
表された「内在的輪郭検知オプションを有する集積化し
た触覚撮像器（ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ ＴＡＣＴＩＬＥ
ＩＭＡＧＥＲ ＷＩＴＨ ＡＮ ＩＮＴＲＩＮＳＩＣ
ＣＯＮＴＯＵＲ ＤＥＴＥＣＴＩＯＮ ＯＰＴＩＯ
Ｎ）」という題名の文献を含んでいる。この文献は集積
化した容量性触覚撮像センサを記載しており、それは底
部セラミック支持体、シリコンウエハ集積回路上に閉込
められている正方形のアルミニウム電極からなる９行／
９列アレイ、天然ゴムから構成されている可撓性があり
且つ分離用の中間層、薄い導電性のゴム層、上部保護層
とを具備する多層構造を有している。この装置において
は、容量は天然ゴム層の局所的な変形に依存する。この
装置の８１個の個別的なアルミニウム電極は天然ゴム内
に凹凸パターンの容量測定値を与え、この凹凸は上部保
護層上に作用する圧力分布によって発生される。
【０００４】指紋の詳細を検知するための容量型センサ
を使用することも公知である。
を使用することも公知である。
【０００５】例えば、ＩＥＥＥ・エレクトロン・デバイ
ス・レターズ、１８巻、１番、１９９７年１月、１９−
２０頁の刊行物は、ガラス及びポリマー基板のポリシリ
コンＴＦＴを使用した新規な指紋走査用アレイ（ＮＯＶ
ＥＬ ＦＩＮＧＥＲＰＲＩＮＴ ＳＣＡＮＮＩＮＧ Ａ
ＲＲＡＹＳ ＵＳＩＮＧ ＰＯＬＹＳＩＬＩＣＯＮＴＦ
Ｔ’Ｓ ＯＦ ＧＬＡＳＳ ＡＮＤ ＰＯＬＹＭＥＲ
ＳＵＢＳＴＲＡＴＥＳ）という題名の文献を含んでい
る。この文献は４０，０００個の個別的なピクセルから
構成されている二次元（２Ｄ）の２００×２００の容量
検知用アレイを記載している。該アレイの各ピクセルは
２個の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）及び１個のコンデン
サプレートを有している。各アレイピクセルはアレイ行
とアレイ列との交差点に存在しており、且つ各アレイピ
クセルは、行ドライバ回路と列ドライバ回路とによって
個別的にアドレス可能である。
ス・レターズ、１８巻、１番、１９９７年１月、１９−
２０頁の刊行物は、ガラス及びポリマー基板のポリシリ
コンＴＦＴを使用した新規な指紋走査用アレイ（ＮＯＶ
ＥＬ ＦＩＮＧＥＲＰＲＩＮＴ ＳＣＡＮＮＩＮＧ Ａ
ＲＲＡＹＳ ＵＳＩＮＧ ＰＯＬＹＳＩＬＩＣＯＮＴＦ
Ｔ’Ｓ ＯＦ ＧＬＡＳＳ ＡＮＤ ＰＯＬＹＭＥＲ
ＳＵＢＳＴＲＡＴＥＳ）という題名の文献を含んでい
る。この文献は４０，０００個の個別的なピクセルから
構成されている二次元（２Ｄ）の２００×２００の容量
検知用アレイを記載している。該アレイの各ピクセルは
２個の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）及び１個のコンデン
サプレートを有している。各アレイピクセルはアレイ行
とアレイ列との交差点に存在しており、且つ各アレイピ
クセルは、行ドライバ回路と列ドライバ回路とによって
個別的にアドレス可能である。
【０００６】これら２個のＴＦＴについて検討すると、
これから後においてはＴＦＴ−Ａ及びＴＦＴ−Ｂとして
呼称するが、それらは与えられたピクセルと関連してお
り、ＴＦＴ−Ａ及びＴＦＴ−Ｂのドレイン電極はピクセ
ルのコンデンサプレートへ接続しており、ＴＦＴ−Ａの
ゲート電極及びソース電極はそのピクセルと関連してい
る行導体へ接続しており、ＴＦＴ−Ｂのゲートはそれに
続く行導体へ接続しており、且つＴＦＴ−Ｂのソースは
該ピクセルと関連している列導体へ接続している。
これから後においてはＴＦＴ−Ａ及びＴＦＴ−Ｂとして
呼称するが、それらは与えられたピクセルと関連してお
り、ＴＦＴ−Ａ及びＴＦＴ−Ｂのドレイン電極はピクセ
ルのコンデンサプレートへ接続しており、ＴＦＴ−Ａの
ゲート電極及びソース電極はそのピクセルと関連してい
る行導体へ接続しており、ＴＦＴ−Ｂのゲートはそれに
続く行導体へ接続しており、且つＴＦＴ−Ｂのソースは
該ピクセルと関連している列導体へ接続している。
【０００７】薄い（０. １ミクロン）の窒化シリコン絶
縁体が各アレイピクセルのコンデンサプレートの上側に
存在している。指紋の山がそのコンデンサプレートの上
側に直接的に存在する場合には、そのコンデンサプレー
トと指との間にコンデンサが形成される。このコンデン
サは、このピクセルと関連する行導体及びＴＦＴ−Ａに
よってそのピクセルへ行パルス（８乃至１０ＶＤＣ及び
１０乃至１００マイクロ秒の期間）が印加される場合
に、このコンデンサは充電される。この格納された電荷
は、その後、行パルスが爾後の行電極へ印加される場合
にＴＦＴ−Ｂを介してピクセルの列導体上へ転送され
る。
縁体が各アレイピクセルのコンデンサプレートの上側に
存在している。指紋の山がそのコンデンサプレートの上
側に直接的に存在する場合には、そのコンデンサプレー
トと指との間にコンデンサが形成される。このコンデン
サは、このピクセルと関連する行導体及びＴＦＴ−Ａに
よってそのピクセルへ行パルス（８乃至１０ＶＤＣ及び
１０乃至１００マイクロ秒の期間）が印加される場合
に、このコンデンサは充電される。この格納された電荷
は、その後、行パルスが爾後の行電極へ印加される場合
にＴＦＴ−Ｂを介してピクセルの列導体上へ転送され
る。
【０００８】更に興味のあるものは、「フィードバック
容量性検知方法に基づいた３９０ＤＰＩ生の指紋撮像器
（Ａ ３９０ＤＰＩ ＬＩＶＥ ＦＩＮＧＥＲＰＲＩＮ
ＴＩＭＡＧＥＲ ＢＡＳＥＤ ＯＮ ＦＥＥＤＢＡＣＫ
ＣＡＰＡＣＩＴＩＶＥＳＥＮＳＩＮＧ ＳＣＨＥＭ
Ｅ）」という題名の２００頁から始まる文献を含んでい
る１９９７年ＩＥＥＥ・インターナショナル・ソリッド
ステート・サーキッツ・コンフェレンスという刊行物で
ある。この文献は単一チップの２００×２００要素アレ
イからなる２メタルデジタルＣＭＯＳ技術センサを記載
しており、それはフィードバック容量検知動作に基づい
ており、且つ指の皮膚表面によって誘起される電界変動
を検知すべく動作する。該アレイの各要素において、二
つの水平に離隔されたメタルプレートがパッシベーショ
ン酸化物によって指の皮膚表面の上側に存在し且つ隣接
する部分から分離されている。皮膚とセンサの表面との
間の距離は指紋の山と谷の存在を示すものであるから、
複数個の要素からなるアレイは完全な指紋パターンを与
える。
容量性検知方法に基づいた３９０ＤＰＩ生の指紋撮像器
（Ａ ３９０ＤＰＩ ＬＩＶＥ ＦＩＮＧＥＲＰＲＩＮ
ＴＩＭＡＧＥＲ ＢＡＳＥＤ ＯＮ ＦＥＥＤＢＡＣＫ
ＣＡＰＡＣＩＴＩＶＥＳＥＮＳＩＮＧ ＳＣＨＥＭ
Ｅ）」という題名の２００頁から始まる文献を含んでい
る１９９７年ＩＥＥＥ・インターナショナル・ソリッド
ステート・サーキッツ・コンフェレンスという刊行物で
ある。この文献は単一チップの２００×２００要素アレ
イからなる２メタルデジタルＣＭＯＳ技術センサを記載
しており、それはフィードバック容量検知動作に基づい
ており、且つ指の皮膚表面によって誘起される電界変動
を検知すべく動作する。該アレイの各要素において、二
つの水平に離隔されたメタルプレートがパッシベーショ
ン酸化物によって指の皮膚表面の上側に存在し且つ隣接
する部分から分離されている。皮膚とセンサの表面との
間の距離は指紋の山と谷の存在を示すものであるから、
複数個の要素からなるアレイは完全な指紋パターンを与
える。
【０００９】該アレイの各要素において、該二つのメタ
ルプレートは高利得インバータの入力端及び出力端へそ
れぞれ接続されており、それによって電荷積分器を形成
している。動作について説明すると、該電荷積分器は、
最初に、該インバータの入力端と出力端とを短絡させる
ことによってリセットされる。次いで、固定量の電荷が
該入力端から吸込まれ、指紋の山と谷とに対する距離に
対して逆比例するフィードバック容量値に対して逆比例
して出力電圧をスイングさせる。従って、複数個のセル
即ちセンサからなるアレイは、完全なる指紋パターンを
与える。指紋パターンのイメージは、指をアレイから取
除いた場合に消失する。
ルプレートは高利得インバータの入力端及び出力端へそ
れぞれ接続されており、それによって電荷積分器を形成
している。動作について説明すると、該電荷積分器は、
最初に、該インバータの入力端と出力端とを短絡させる
ことによってリセットされる。次いで、固定量の電荷が
該入力端から吸込まれ、指紋の山と谷とに対する距離に
対して逆比例するフィードバック容量値に対して逆比例
して出力電圧をスイングさせる。従って、複数個のセル
即ちセンサからなるアレイは、完全なる指紋パターンを
与える。指紋パターンのイメージは、指をアレイから取
除いた場合に消失する。
【００１０】上述したような容量センサは、一般的に、
単一プレートセルに依存し、且つこのタイプの装置は、
通常、特に、電気的に帯電している小滴又は粒子などの
小滴又は粒子を検知する場合に非常にノイズが高い。
単一プレートセルに依存し、且つこのタイプの装置は、
通常、特に、電気的に帯電している小滴又は粒子などの
小滴又は粒子を検知する場合に非常にノイズが高い。
【００１１】引用によって本明細書に取込む米国特許第
４，３５３，０５６号は、それが容量型指紋センサに関
するものであり、指紋の山及び谷を読取るためにセンサ
の表面上に指を押付けるという点において興味のあるも
のである。センサ表面はそれと関連する小さな物理的寸
法の多数のコンデンサを有している。二つのセンサにつ
いて説明する。第一タイプのセンサにおいては、電気的
絶縁体が多数の可撓性があり且つ水平方向において離隔
されている湾曲した金属電極を担持しており、そのうち
の二つの隣接した金属電極が１個のコンデンサを構成す
る。保護性の絶縁膜が電気的絶縁体の上側に存在してお
り、且つ指がこの保護用絶縁膜と物理的接触状態とされ
る場合に、該金属電極は物理的に変形され、それによっ
て指紋の山／谷パターンに従って多数のコンデンサの容
量を選択的に変化させる。第二タイプのセンサにおいて
は、剛性支持体の上表面が固定位置において多数の水平
方向に離隔されており且つ平坦な金属電極を担持してい
る。その金属電極の面の上に可撓性の絶縁体と、可撓性
の電極と、可撓性の保護膜とが順番に配設されている。
上部の可撓性電極と下側の且つ固定した位置の平坦な金
属電極の各々との間にコンデンサが形成されている。指
先が可撓性の膜と接触されると、可撓性の電極は指紋の
山／谷パターンに従って波型形状となる。この’０５６
特許の装置は能動的な即ち増幅型のピクセルを与えてい
るものではなく、且つそれから小さな信号対ノイズ比が
発生する。
４，３５３，０５６号は、それが容量型指紋センサに関
するものであり、指紋の山及び谷を読取るためにセンサ
の表面上に指を押付けるという点において興味のあるも
のである。センサ表面はそれと関連する小さな物理的寸
法の多数のコンデンサを有している。二つのセンサにつ
いて説明する。第一タイプのセンサにおいては、電気的
絶縁体が多数の可撓性があり且つ水平方向において離隔
されている湾曲した金属電極を担持しており、そのうち
の二つの隣接した金属電極が１個のコンデンサを構成す
る。保護性の絶縁膜が電気的絶縁体の上側に存在してお
り、且つ指がこの保護用絶縁膜と物理的接触状態とされ
る場合に、該金属電極は物理的に変形され、それによっ
て指紋の山／谷パターンに従って多数のコンデンサの容
量を選択的に変化させる。第二タイプのセンサにおいて
は、剛性支持体の上表面が固定位置において多数の水平
方向に離隔されており且つ平坦な金属電極を担持してい
る。その金属電極の面の上に可撓性の絶縁体と、可撓性
の電極と、可撓性の保護膜とが順番に配設されている。
上部の可撓性電極と下側の且つ固定した位置の平坦な金
属電極の各々との間にコンデンサが形成されている。指
先が可撓性の膜と接触されると、可撓性の電極は指紋の
山／谷パターンに従って波型形状となる。この’０５６
特許の装置は能動的な即ち増幅型のピクセルを与えてい
るものではなく、且つそれから小さな信号対ノイズ比が
発生する。
【００１２】更に、引用によって本明細書に取込む米国
特許第５，３２５，４４２号は、約１００ミクロンのピ
ッチを持った行／列検知用要素からなる平面状のアレイ
を有する検知用パッドを具備する容量型の指紋センサに
関するものである。各検知用要素は、一つの行導体と一
つの列導体との交差点に位置されており、且つ、各検知
用要素において、検知用コンデンサが、検知用電極の上
側に存在する絶縁膜によって指表面から離隔されている
平面状の検知用電極から構成されている。該アレイを構
成している複数個の検知用電極は規則的に離隔されてお
り且つ等しい寸法の矩形状である。米国特許’４４２号
の場合もノイズが問題である。
特許第５，３２５，４４２号は、約１００ミクロンのピ
ッチを持った行／列検知用要素からなる平面状のアレイ
を有する検知用パッドを具備する容量型の指紋センサに
関するものである。各検知用要素は、一つの行導体と一
つの列導体との交差点に位置されており、且つ、各検知
用要素において、検知用コンデンサが、検知用電極の上
側に存在する絶縁膜によって指表面から離隔されている
平面状の検知用電極から構成されている。該アレイを構
成している複数個の検知用電極は規則的に離隔されてお
り且つ等しい寸法の矩形状である。米国特許’４４２号
の場合もノイズが問題である。
【００１３】該検知用要素は、ホトリソグラフィプロセ
スを使用して製造され、且つ各個別的な検知用要素は電
界効果トランジスタ（ＦＥＴ）の形態の薄膜トランジス
タ（ＴＦＴ）を有している。各ＦＥＴゲートは行導体へ
接続しており、各ＦＥＴソースは列導体へ接続してお
り、且つ各ＦＥＴドレインは検知用電極へ接続してい
る。
スを使用して製造され、且つ各個別的な検知用要素は電
界効果トランジスタ（ＦＥＴ）の形態の薄膜トランジス
タ（ＴＦＴ）を有している。各ＦＥＴゲートは行導体へ
接続しており、各ＦＥＴソースは列導体へ接続してお
り、且つ各ＦＥＴドレインは検知用電極へ接続してい
る。
【００１４】一実施例においては、各検知用要素は、検
知用電極と指との間に形成される検知用コンデンサを構
成する。別の実施形態においては、各検知用要素は電気
的に分離されており且つ導電性のパッドであって指によ
って物理的に係合されるパッドを有している。
知用電極と指との間に形成される検知用コンデンサを構
成する。別の実施形態においては、各検知用要素は電気
的に分離されており且つ導電性のパッドであって指によ
って物理的に係合されるパッドを有している。
【００１５】欧州特許出願第９６８３００６８．１号、
１９９６年２月１４日もコンデンサ検知技術に関して一
般的に興味のあるものである。
１９９６年２月１４日もコンデンサ検知技術に関して一
般的に興味のあるものである。
【００１６】上述した従来の装置はそれらの制限されて
いる意図した使用のためには概略有用なものであるが、
異物が存在することをモニタすべき環境において容量型
センサを配置させ、それにより容量型センサの検知表面
上に付着する場合のある異物の非侵襲的検知を行う改良
した方法を提供することが所望されている。
いる意図した使用のためには概略有用なものであるが、
異物が存在することをモニタすべき環境において容量型
センサを配置させ、それにより容量型センサの検知表面
上に付着する場合のある異物の非侵襲的検知を行う改良
した方法を提供することが所望されている。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の点に
鑑みなされたものであって、上述した如き従来技術の欠
点を解消し、検知表面上の異物を非侵襲的に検知するこ
とを可能とした技術を提供することを目的とする。
鑑みなされたものであって、上述した如き従来技術の欠
点を解消し、検知表面上の異物を非侵襲的に検知するこ
とを可能とした技術を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】本発明は、その上に異物
が存在することを検知するための容量型センサを使用す
る改良した非侵襲的方法を提供するものであって、その
場合に、センサの内部回路などは異物が回収されること
のあるセンサの検知表面から電気的に且つ熱的に分離さ
れている。本発明の動作においては、センサの検知表面
上に異物が存在することによって誘電定数を変化させる
べく動作するか、又は検知表面から物理的に分離されて
いる二つのコンデンサプレートの間の電界形状を変化さ
せるべく動作させることが必要である。
が存在することを検知するための容量型センサを使用す
る改良した非侵襲的方法を提供するものであって、その
場合に、センサの内部回路などは異物が回収されること
のあるセンサの検知表面から電気的に且つ熱的に分離さ
れている。本発明の動作においては、センサの検知表面
上に異物が存在することによって誘電定数を変化させる
べく動作するか、又は検知表面から物理的に分離されて
いる二つのコンデンサプレートの間の電界形状を変化さ
せるべく動作させることが必要である。
【００１９】例えば、本発明方法は、モニタされる区域
においてそれが存在することが安全性にとって重要であ
る侵食性又は爆発性の液体の非常に小さな小滴を検知す
る場合に有用なものである。更に、本発明方法は、蒸気
又は蒸発物の凝縮の発生を検知するために使用すること
が可能であり、不所望の非導電性物質の発生を検知する
ために使用することが可能であり、且つ例えば細菌及び
／又はバクテリアなどの不所望の及び所望の両方の生物
学的培養菌の発生又は成長を検知するために使用するこ
とが可能である。
においてそれが存在することが安全性にとって重要であ
る侵食性又は爆発性の液体の非常に小さな小滴を検知す
る場合に有用なものである。更に、本発明方法は、蒸気
又は蒸発物の凝縮の発生を検知するために使用すること
が可能であり、不所望の非導電性物質の発生を検知する
ために使用することが可能であり、且つ例えば細菌及び
／又はバクテリアなどの不所望の及び所望の両方の生物
学的培養菌の発生又は成長を検知するために使用するこ
とが可能である。
【００２０】本発明は例えば約１平方インチの寸法を持
ったアレイのような多数の個別的な容量検知用セルから
なる小型のアレイを提供している。本発明に基づくマル
チセルアレイは、セルを個別的に読取るものであるか
ら、粒子又は小滴の数をカウントするために使用するこ
とが可能である。この場合に、マルチセルアレイ出力
は、例えば、粒子／小滴物質の凝縮レベルに関連してい
る場合がある。更に、本発明の一つのセルアレイは同一
の又は同様の機能を達成するために供給することが可能
である。
ったアレイのような多数の個別的な容量検知用セルから
なる小型のアレイを提供している。本発明に基づくマル
チセルアレイは、セルを個別的に読取るものであるか
ら、粒子又は小滴の数をカウントするために使用するこ
とが可能である。この場合に、マルチセルアレイ出力
は、例えば、粒子／小滴物質の凝縮レベルに関連してい
る場合がある。更に、本発明の一つのセルアレイは同一
の又は同様の機能を達成するために供給することが可能
である。
【００２１】本発明方法の好適実施例においては、検知
用アレイが複数個のピクセルを有しており、且つ各ピク
セルは一対の埋設した水平方向に離隔している金属コン
デンサプレートを具備すると共に、これら二つのプレー
トによって形成されるコンデンサの容量値における変化
に応答する誘電体を埋設した信号反転用の集積回路（Ｉ
Ｃ）増幅器を具備するソリッドステート装置を有してい
る。
用アレイが複数個のピクセルを有しており、且つ各ピク
セルは一対の埋設した水平方向に離隔している金属コン
デンサプレートを具備すると共に、これら二つのプレー
トによって形成されるコンデンサの容量値における変化
に応答する誘電体を埋設した信号反転用の集積回路（Ｉ
Ｃ）増幅器を具備するソリッドステート装置を有してい
る。
【００２２】これら二つの埋設されているコンデンサプ
レートの直上の検知用表面がその上に付着された異物に
よって架橋された場合に、その異物はこれら二つの埋設
されている金属プレートの間の誘電定数又は電界形状を
変化させるべく動作し、又はこれら二つのコンデンサプ
レートの直上にある検知用表面がその上に付着した異物
によって架橋される場合には、その異物はこれら二つの
金属プレートの間に延在する静電界を遮蔽するか又はそ
の形状を変化させ、該ＩＣが異物が存在することを表わ
す電気的出力を供給する。
レートの直上の検知用表面がその上に付着された異物に
よって架橋された場合に、その異物はこれら二つの埋設
されている金属プレートの間の誘電定数又は電界形状を
変化させるべく動作し、又はこれら二つのコンデンサプ
レートの直上にある検知用表面がその上に付着した異物
によって架橋される場合には、その異物はこれら二つの
金属プレートの間に延在する静電界を遮蔽するか又はそ
の形状を変化させ、該ＩＣが異物が存在することを表わ
す電気的出力を供給する。
【００２３】本発明方法の一実施例においては、各アレ
イピクセルに対する上述した二つのコンデンサプレート
が最も上側で且つ露出されている反応層によって被覆さ
れている。この露出されている反応層は、その上に付着
することのある公知のタイプの異物と物理的に係合され
且つそれと化学的に反応し、それによって、この公知の
タイプの異物の存在の検知を向上させる。例えば、人間
の呼吸中におけるアルコールの存在を検知することを可
能とするためにアルコール蒸気と反応する反応層を設け
ることが可能である。
イピクセルに対する上述した二つのコンデンサプレート
が最も上側で且つ露出されている反応層によって被覆さ
れている。この露出されている反応層は、その上に付着
することのある公知のタイプの異物と物理的に係合され
且つそれと化学的に反応し、それによって、この公知の
タイプの異物の存在の検知を向上させる。例えば、人間
の呼吸中におけるアルコールの存在を検知することを可
能とするためにアルコール蒸気と反応する反応層を設け
ることが可能である。
【００２４】本発明に基づく方法においては、５０ミク
ロン程度に小さな検知用面積を、２. ５ＭＨｚ程度の速
度でサンプル即ち検知することが可能である。
ロン程度に小さな検知用面積を、２. ５ＭＨｚ程度の速
度でサンプル即ち検知することが可能である。
【００２５】本発明方法の利点は、検知用表面が電気的
絶縁層として設けられているので、検知用表面を介して
電流が流れることはなく、且つ検知用アレイが非常に小
さな物理的寸法のものであるということである。
絶縁層として設けられているので、検知用表面を介して
電流が流れることはなく、且つ検知用アレイが非常に小
さな物理的寸法のものであるということである。
【００２６】本発明に基づく方法は、最も上側の電気的
絶縁層の下側に存在し且つその中に埋設されている二つ
のコンデンサプレートの間に延在するか又は存在する電
界における変化を検知すべく動作する。この様に、本発
明方法は、二つのコンデンサプレートの間に延在してお
り且つこの外側環境内へ短い距離延在する周縁の電界の
存在を除いて、コンデンサプレートがセンサの外側環境
と相互作用を行うことがないことを確保している。セン
サの最も上側の検知用表面上に異物が存在することは、
二つの埋設されているコンデンサプレート間の誘電定数
における変化及び二つの埋設されているコンデンサプレ
ートの静電遮蔽における変化のうちの一方又は両方の結
果として検知される。本発明によれば、これら二つの効
果は、連続的な単調関数として検知することが可能であ
り、又はこれら二つの効果はスレッシュホールド増幅器
が設けられる場合には個別的なレベルとして検知するこ
とが可能である。
絶縁層の下側に存在し且つその中に埋設されている二つ
のコンデンサプレートの間に延在するか又は存在する電
界における変化を検知すべく動作する。この様に、本発
明方法は、二つのコンデンサプレートの間に延在してお
り且つこの外側環境内へ短い距離延在する周縁の電界の
存在を除いて、コンデンサプレートがセンサの外側環境
と相互作用を行うことがないことを確保している。セン
サの最も上側の検知用表面上に異物が存在することは、
二つの埋設されているコンデンサプレート間の誘電定数
における変化及び二つの埋設されているコンデンサプレ
ートの静電遮蔽における変化のうちの一方又は両方の結
果として検知される。本発明によれば、これら二つの効
果は、連続的な単調関数として検知することが可能であ
り、又はこれら二つの効果はスレッシュホールド増幅器
が設けられる場合には個別的なレベルとして検知するこ
とが可能である。
【００２７】
【発明の実施の形態】図１は１９９７年２月１３日付で
出願した「容量距離センサ（ＣＡＰＡＣＩＴＡＮＣＥ
ＤＩＳＴＡＮＣＥ ＳＥＮＳＯＲ）」という名称の米国
特許出願第０８／７９９，５４８号からとったものであ
り、尚その特許出願を引用により本明細書に組込む。図
１は集積回路（ＩＣ）装置１の平面図であって、それは
比較的多数のソリッドステート容量性センサセル２を具
備する大略平坦状で複数個のピクセルを有する複数個の
行／列を有するセンサアレイ３を有している。
出願した「容量距離センサ（ＣＡＰＡＣＩＴＡＮＣＥ
ＤＩＳＴＡＮＣＥ ＳＥＮＳＯＲ）」という名称の米国
特許出願第０８／７９９，５４８号からとったものであ
り、尚その特許出願を引用により本明細書に組込む。図
１は集積回路（ＩＣ）装置１の平面図であって、それは
比較的多数のソリッドステート容量性センサセル２を具
備する大略平坦状で複数個のピクセルを有する複数個の
行／列を有するセンサアレイ３を有している。
【００２８】図示した如く、図１はＸＹ面においてとっ
たものである。アレイ３は、個別的な容量センサセル２
からなるＬ個の水平方向即ちＸ方向に延在する行を有し
ており、各行はその中にＭ個の個別的なセンサセル２を
有しており、且つアレイ３は個別的な容量センサセル２
からなるＭ個の垂直方向即ちＹ方向に延在する列を有し
ており、各列はその中にＮ個の個別的なセンサセル２を
有しており、その場合にＮ及びＭの数は互いに等しい場
合もあれば等しくない場合もある整数である。アレイ３
内の個別的なピクチャ要素、ピクセル即ちセル２の数は
極めて大きく、且つＭ×Ｎの積に等しい。例としては、
アレイ３内において１インチ当たり約２００個乃至約５
１２個のドット、ピクセル即ちセル２が設けられてお
り、各セル２は約０. ３５乃至約０. ７０ミクロン平方
の物理的寸法を有しており、且つアレイ３は約１. ０イ
ンチ平方である。
たものである。アレイ３は、個別的な容量センサセル２
からなるＬ個の水平方向即ちＸ方向に延在する行を有し
ており、各行はその中にＭ個の個別的なセンサセル２を
有しており、且つアレイ３は個別的な容量センサセル２
からなるＭ個の垂直方向即ちＹ方向に延在する列を有し
ており、各列はその中にＮ個の個別的なセンサセル２を
有しており、その場合にＮ及びＭの数は互いに等しい場
合もあれば等しくない場合もある整数である。アレイ３
内の個別的なピクチャ要素、ピクセル即ちセル２の数は
極めて大きく、且つＭ×Ｎの積に等しい。例としては、
アレイ３内において１インチ当たり約２００個乃至約５
１２個のドット、ピクセル即ちセル２が設けられてお
り、各セル２は約０. ３５乃至約０. ７０ミクロン平方
の物理的寸法を有しており、且つアレイ３は約１. ０イ
ンチ平方である。
【００２９】アレイ３によって占有される平面状のＸＹ
面積は非常に小さなものとすることが可能であるが、粒
子又は小滴が存在するか又は存在しないことをモニタす
る対応する面積は、勿論、このＸＹアレイ面積が減少す
るに従い減少する。
面積は非常に小さなものとすることが可能であるが、粒
子又は小滴が存在するか又は存在しないことをモニタす
る対応する面積は、勿論、このＸＹアレイ面積が減少す
るに従い減少する。
【００３０】本発明は、ＩＣ装置１の上側ＸＹ区域検知
用表面上に異物の粒子／小滴物質が発生することを非常
に迅速に且つ正確に検知するための容量型のセンサアレ
イ３を使用する方法を提供している。
用表面上に異物の粒子／小滴物質が発生することを非常
に迅速に且つ正確に検知するための容量型のセンサアレ
イ３を使用する方法を提供している。
【００３１】アレイ３内の各個別的なセンサセル２は、
そのセルがアレイ３の行／列の交差点において物理的に
位置しているということによって電気的にアドレスする
ことが可能である。アレイ３の個別的なセンサセル２が
アドレスされ且つ電気的に読取られる方法は当業者にと
って公知であり且つ本発明方法に関する制限を構成する
ものではない。
そのセルがアレイ３の行／列の交差点において物理的に
位置しているということによって電気的にアドレスする
ことが可能である。アレイ３の個別的なセンサセル２が
アドレスされ且つ電気的に読取られる方法は当業者にと
って公知であり且つ本発明方法に関する制限を構成する
ものではない。
【００３２】ＩＣ装置１は、所定のスキャニングパター
ンに従って、１度に１個のセル２を質問するか又は読取
るために水平方向即ち行スキャニングステージ即ちネッ
トワーク６及び垂直方向即ち列スキャニングステージ即
ちネットワーク５を有している。好適には、ステージ５
及び６は、セル２の出力を順次質問すべく動作するシフ
トレジスタ又はデコーダを有している。
ンに従って、１度に１個のセル２を質問するか又は読取
るために水平方向即ち行スキャニングステージ即ちネッ
トワーク６及び垂直方向即ち列スキャニングステージ即
ちネットワーク５を有している。好適には、ステージ５
及び６は、セル２の出力を順次質問すべく動作するシフ
トレジスタ又はデコーダを有している。
【００３３】ＩＣ装置１は、更に、供給／論理ステージ
即ちネットワーク７を有しており、それは全てのセル２
を含むＩＣ装置１内の種々のコンポーネントに対して必
要な動作電圧を供給し、且つＩＣ装置１の動作にとって
必要なステップのシーケンスを制御すべく動作する。特
に、ＤＣ電圧供給源１２は接地を基準にしたＤＣ基準電
圧Ｖｒを供給する。バッファ８が全てのセル２の出力端
へ接続している。バッファ８の出力端１０及び接地接続
部１００は、ＩＣ装置１の電気的粒子／小滴存在／不存
在出力を構成し、出力端１０における信号はスキャニン
グステージ５及び６の動作によって制御される。
即ちネットワーク７を有しており、それは全てのセル２
を含むＩＣ装置１内の種々のコンポーネントに対して必
要な動作電圧を供給し、且つＩＣ装置１の動作にとって
必要なステップのシーケンスを制御すべく動作する。特
に、ＤＣ電圧供給源１２は接地を基準にしたＤＣ基準電
圧Ｖｒを供給する。バッファ８が全てのセル２の出力端
へ接続している。バッファ８の出力端１０及び接地接続
部１００は、ＩＣ装置１の電気的粒子／小滴存在／不存
在出力を構成し、出力端１０における信号はスキャニン
グステージ５及び６の動作によって制御される。
【００３４】図２は図１のアレイ３の単一のセル２の回
路を模式的に示しており、全てのセル２は物理的及び電
気的構成及び配列において大略同一である。各セル２は
低パワー信号反転用増幅器１３を有しており、それは約
１，０００乃至約２，０００の例示的な利得を有してい
る。端子２１はセル２の回路に対する入力を構成し、且
つ端子２１及び入力コンデンサ２０は増幅器１３の入力
端１６へ接続している。端子１７はセル２及び増幅器１
３の出力端を構成している。各セル２は、更に、二つの
ＸＹ平面状アーマチュア即ち金属コンデンサプレート２
３，２４を有しており、それらは大略面積が等しく且つ
共通のＸＹ水平面内において互いに水平方向即ちＸ方向
において離隔されている。薄く且つ最も上側の誘電体層
２５がコンデンサプレート２３，２４を被覆している。
層２５の上側の水平表面１２５は、検知されるべき異物
１８（即ち、粒子又は小滴）によって物理的に接触され
るためのアレイ表面を提供している。誘電体層２５は、
好適には、アレイ３及びその個別的なセル２を包含する
ＩＣ装置１の部分の表面全体を被覆している。
路を模式的に示しており、全てのセル２は物理的及び電
気的構成及び配列において大略同一である。各セル２は
低パワー信号反転用増幅器１３を有しており、それは約
１，０００乃至約２，０００の例示的な利得を有してい
る。端子２１はセル２の回路に対する入力を構成し、且
つ端子２１及び入力コンデンサ２０は増幅器１３の入力
端１６へ接続している。端子１７はセル２及び増幅器１
３の出力端を構成している。各セル２は、更に、二つの
ＸＹ平面状アーマチュア即ち金属コンデンサプレート２
３，２４を有しており、それらは大略面積が等しく且つ
共通のＸＹ水平面内において互いに水平方向即ちＸ方向
において離隔されている。薄く且つ最も上側の誘電体層
２５がコンデンサプレート２３，２４を被覆している。
層２５の上側の水平表面１２５は、検知されるべき異物
１８（即ち、粒子又は小滴）によって物理的に接触され
るためのアレイ表面を提供している。誘電体層２５は、
好適には、アレイ３及びその個別的なセル２を包含する
ＩＣ装置１の部分の表面全体を被覆している。
【００３５】使用する場合に、アレイ３及びその上側誘
電体層２５を何らかの粒子／小滴１８の存在及び付着又
はその存在をモニタすべき室内、包囲体内又は環境内に
装着する。物質１８からなる１個又はそれ以上の粒子が
層２５の上側水平表面１２５上に付着すると、この物質
１８はプレート２３，２４と共にコンデンサ２３，１
８，２４を画定すべく動作し、それは増幅器出力端１７
から増幅器入力端１６へ負のフィードバック形態で接続
される。
電体層２５を何らかの粒子／小滴１８の存在及び付着又
はその存在をモニタすべき室内、包囲体内又は環境内に
装着する。物質１８からなる１個又はそれ以上の粒子が
層２５の上側水平表面１２５上に付着すると、この物質
１８はプレート２３，２４と共にコンデンサ２３，１
８，２４を画定すべく動作し、それは増幅器出力端１７
から増幅器入力端１６へ負のフィードバック形態で接続
される。
【００３６】各セル２は、更に、好適にはＭＯＳスイッ
チの形態における通常開いているリセット、制御即ちス
タートアップスイッチ１９を有している。スイッチ１９
はセンサアレイ３のスタートアップ即ち始動時に、増幅
器入力端１６を増幅器出力端１７へ短絡させるべく選択
的に動作する。スイッチ１９は、図１の供給及び論理ユ
ニット７によって供給される制御信号「Ｒ」によって制
御される。スタートアップ即ち始動時において、全ての
アレイセル２のスイッチ１９は瞬間的に即ち一時的に閉
じられ、且つ全てのセル入力端２１における電圧レベル
は一定の大きさに維持される。この様に、全てのセル２
の入力電圧はそのセルの出力電圧と同一の電圧とされ
る。
チの形態における通常開いているリセット、制御即ちス
タートアップスイッチ１９を有している。スイッチ１９
はセンサアレイ３のスタートアップ即ち始動時に、増幅
器入力端１６を増幅器出力端１７へ短絡させるべく選択
的に動作する。スイッチ１９は、図１の供給及び論理ユ
ニット７によって供給される制御信号「Ｒ」によって制
御される。スタートアップ即ち始動時において、全ての
アレイセル２のスイッチ１９は瞬間的に即ち一時的に閉
じられ、且つ全てのセル入力端２１における電圧レベル
は一定の大きさに維持される。この様に、全てのセル２
の入力電圧はそのセルの出力電圧と同一の電圧とされ
る。
【００３７】すぐその後に、供給及び論理ユニット７が
動作して、全てのリセットスイッチ１９を開かせ、且つ
全てのセル入力端２１に基準電圧Ｖｒと大きさが等しい
ステップ電圧を供給する。従って、セル入力コンデンサ
２０の各々において電荷が誘起され、従ってセルのコン
デンサプレート２３，２４とセルのコンデンサプレート
２３，２４の上側に存在することのある任意の物質の粒
子１８との間に存在する局所的且つ個別的なＺ方向のセ
ル距離「ｄ」を読取ることを可能とさせる。
動作して、全てのリセットスイッチ１９を開かせ、且つ
全てのセル入力端２１に基準電圧Ｖｒと大きさが等しい
ステップ電圧を供給する。従って、セル入力コンデンサ
２０の各々において電荷が誘起され、従ってセルのコン
デンサプレート２３，２４とセルのコンデンサプレート
２３，２４の上側に存在することのある任意の物質の粒
子１８との間に存在する局所的且つ個別的なＺ方向のセ
ル距離「ｄ」を読取ることを可能とさせる。
【００３８】図１のスキャニングステージ５，６はアレ
イ３内の多数のセル２の読取り即ち質問を行うことを可
能とすべく動作する。この様に、バッファ８はグレイレ
ベルの電圧の形態の出力１０を供給すべく動作し、その
グレイレベルの電圧はアレイ３の上表面上に現在存在す
る可能性のある異物１８の三次元的読取り及び表示を提
供する。
イ３内の多数のセル２の読取り即ち質問を行うことを可
能とすべく動作する。この様に、バッファ８はグレイレ
ベルの電圧の形態の出力１０を供給すべく動作し、その
グレイレベルの電圧はアレイ３の上表面上に現在存在す
る可能性のある異物１８の三次元的読取り及び表示を提
供する。
【００３９】図３は図２に示した単一セル回路の等価回
路である。増幅器１３の入力容量は３０で示してあり、
増幅器１３の出力容量は３１で示してあり、且つ２３，
１８，２４は上述した物質感応性コンデンサを構成して
いる。
路である。増幅器１３の入力容量は３０で示してあり、
増幅器１３の出力容量は３１で示してあり、且つ２３，
１８，２４は上述した物質感応性コンデンサを構成して
いる。
【００４０】図４は本発明方法を示したフローチャート
である。本発明方法の第一ステップ１００として、例え
ば図１−３に示したようなマルチセル容量センサが供給
され、それは一つ又はそれ以上の埋設されており保護さ
れており且つ物理的にアクセス不可能なコンデンサプレ
ートを有しており、例えば図１−３に示した埋設型コン
デンサプレート２３，２４を有している。
である。本発明方法の第一ステップ１００として、例え
ば図１−３に示したようなマルチセル容量センサが供給
され、それは一つ又はそれ以上の埋設されており保護さ
れており且つ物理的にアクセス不可能なコンデンサプレ
ートを有しており、例えば図１−３に示した埋設型コン
デンサプレート２３，２４を有している。
【００４１】ステップ１０１は、オプションのステップ
であり、それによって、誘電体層２５の上表面１２５
（図２参照）は既知の異物の粒子／蒸気／小滴１８に対
して選択的に反応性を有するか又はそれと選択的に反応
する物質からなる層でコーティングされているか又は設
けられている。
であり、それによって、誘電体層２５の上表面１２５
（図２参照）は既知の異物の粒子／蒸気／小滴１８に対
して選択的に反応性を有するか又はそれと選択的に反応
する物質からなる層でコーティングされているか又は設
けられている。
【００４２】一例として、図４のオプションとしてのス
テップ１０１に関して、且つ本発明方法のオプションの
特徴として図６に示したように、誘電体層２５の上表面
１２５は例えばアルコール蒸気などの既知の物質１８と
化学的に反応する上部反応性表面２２５を提供する物質
２３０でコーティングすることが可能である。この様な
蒸気１８又は小滴１８が上部反応性表面２２５と物理的
に接触すると、この付加された物質層２３０及び／又は
蒸気／小滴１８の誘電定数が変化される。その結果、負
のフィードバックコンデンサ２３，１８，２４の容量値
が変化し、且つアレイ出力１０は上部反応性表面２２５
上にこの様な既知の蒸気／小滴１８が存在することを表
わす出力を供給する。
テップ１０１に関して、且つ本発明方法のオプションの
特徴として図６に示したように、誘電体層２５の上表面
１２５は例えばアルコール蒸気などの既知の物質１８と
化学的に反応する上部反応性表面２２５を提供する物質
２３０でコーティングすることが可能である。この様な
蒸気１８又は小滴１８が上部反応性表面２２５と物理的
に接触すると、この付加された物質層２３０及び／又は
蒸気／小滴１８の誘電定数が変化される。その結果、負
のフィードバックコンデンサ２３，１８，２４の容量値
が変化し、且つアレイ出力１０は上部反応性表面２２５
上にこの様な既知の蒸気／小滴１８が存在することを表
わす出力を供給する。
【００４３】ステップ１０２において、ステップ１００
のセンサ（又はステップ１００及び１０１のセンサ）
を、誘電体層２５又は層２５，２３０の上部表面１２５
又は２２５上の異物の粒子、蒸気又は小滴１８の付着を
モニタすべき環境内に物理的に配置させる。センサをそ
の上部表面１２５，２２５を水平の状態で物理的に配置
させることが好適であるが、この様な状態は全ての場合
において必要とされるものではない。
のセンサ（又はステップ１００及び１０１のセンサ）
を、誘電体層２５又は層２５，２３０の上部表面１２５
又は２２５上の異物の粒子、蒸気又は小滴１８の付着を
モニタすべき環境内に物理的に配置させる。センサをそ
の上部表面１２５，２２５を水平の状態で物理的に配置
させることが好適であるが、この様な状態は全ての場合
において必要とされるものではない。
【００４４】粒子、蒸気及び／又は小滴１８の付着をモ
ニタすべき環境内にその様にセンサを位置させると、ス
テップ１０３が動作可能となり、上述したように全ての
セル２を開始条件とさせるために全てのセルリセットス
イッチ１９（図２参照）を瞬間的に活性状態とさせる。
ニタすべき環境内にその様にセンサを位置させると、ス
テップ１０３が動作可能となり、上述したように全ての
セル２を開始条件とさせるために全てのセルリセットス
イッチ１９（図２参照）を瞬間的に活性状態とさせる。
【００４５】ステップ１０４，１０５が動作して、粒
子、蒸気及び／又は小滴１８の付着に対してステップ１
０２の選択した環境のモニタを行う。
子、蒸気及び／又は小滴１８の付着に対してステップ１
０２の選択した環境のモニタを行う。
【００４６】より詳細には、ステップ１０４及び図１の
ネットワーク５，６が継続的に動作して、アレイ３の各
個別的なセル２を質問即ち読取りを行う。各セル２に対
して、判別ステップ１０５がセルのフィードバックコン
デンサ２３，１８，２４の容量値における変化をチェッ
クする。その様な変化が検知されない場合には、ステッ
プ１０５の「ＮＯ」出力１０６がステップ１０４をイネ
ーブル即ち動作可能状態とさせて、アレイ３の別のセル
２に対して動作を繰返し行う。セル２に対して変化が検
知された場合には、ステップ１０５の「ＹＥＳ」出力１
０７がステップ１０８をイネーブル即ち動作可能状態と
させて、図１の出力１０を供給する。即ち、粒子／蒸気
／小滴出力１０８が供給される。
ネットワーク５，６が継続的に動作して、アレイ３の各
個別的なセル２を質問即ち読取りを行う。各セル２に対
して、判別ステップ１０５がセルのフィードバックコン
デンサ２３，１８，２４の容量値における変化をチェッ
クする。その様な変化が検知されない場合には、ステッ
プ１０５の「ＮＯ」出力１０６がステップ１０４をイネ
ーブル即ち動作可能状態とさせて、アレイ３の別のセル
２に対して動作を繰返し行う。セル２に対して変化が検
知された場合には、ステップ１０５の「ＹＥＳ」出力１
０７がステップ１０８をイネーブル即ち動作可能状態と
させて、図１の出力１０を供給する。即ち、粒子／蒸気
／小滴出力１０８が供給される。
【００４７】図５は図１のＩＣ１の出力１０をモニタす
るための実時間イメージモニタ１００を使用している状
態を示している。モニタ１００は図１のセルピクセルに
よって供給されるピクチャの人間によるモニタ動作を与
えることが可能であり、又はこのマルチピクセルデジタ
ルピクチャの機械モニタ動作を与えることが可能であ
る。
るための実時間イメージモニタ１００を使用している状
態を示している。モニタ１００は図１のセルピクセルに
よって供給されるピクチャの人間によるモニタ動作を与
えることが可能であり、又はこのマルチピクセルデジタ
ルピクチャの機械モニタ動作を与えることが可能であ
る。
【００４８】図６は図１に示した２個のコンデンサプレ
ート２３，２４が誘電体層２５の本体内に埋設されてい
る本発明の一実施例を示している。又、本発明のこの実
施例においては、誘電体層２５の上部表面１２５は既知
の物質１８と反応するか又はそれに対して感応性を有す
る物質からなる薄い層２３０でコーティングされてお
り、その物質が表面２２５上に存在することは図１ＩＣ
装置の動作によって検知される。
ート２３，２４が誘電体層２５の本体内に埋設されてい
る本発明の一実施例を示している。又、本発明のこの実
施例においては、誘電体層２５の上部表面１２５は既知
の物質１８と反応するか又はそれに対して感応性を有す
る物質からなる薄い層２３０でコーティングされてお
り、その物質が表面２２５上に存在することは図１ＩＣ
装置の動作によって検知される。
【００４９】以上、本発明の具体的実施の態様について
詳細に説明したが、本発明は、これら具体例にのみ制限
されるべきものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱す
ることなしに種々の変形が可能であることは勿論であ
る。
詳細に説明したが、本発明は、これら具体例にのみ制限
されるべきものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱す
ることなしに種々の変形が可能であることは勿論であ
る。
【図１】 本発明を実施するのに有用な集積回路（Ｉ
Ｃ）装置を示した概略平面図であって、この平面図は、
比較的多数のソリッドステート容量性センサセルを具備
する概略平面状のマルチピクセルマルチ行／列センサア
レイを包含している。
Ｃ）装置を示した概略平面図であって、この平面図は、
比較的多数のソリッドステート容量性センサセルを具備
する概略平面状のマルチピクセルマルチ行／列センサア
レイを包含している。
【図２】 図１のアレイ３の単一のセルの回路を示した
概略図であって、全てのセルは概略同一の物理的及び電
気的構成を有している。
概略図であって、全てのセルは概略同一の物理的及び電
気的構成を有している。
【図３】 図２に示した単一のセル回路の等価回路を示
した概略図。
した概略図。
【図４】 本発明方法の好適な実施例の詳細を説明する
のに有用なフローチャート。
のに有用なフローチャート。
【図５】 図１の集積回路（ＩＣ）の出力をモニタする
ための実時間イメージモニタの使用状態を示した概略
図。
ための実時間イメージモニタの使用状態を示した概略
図。
【図６】 本発明の一実施例を示した概略図であって、
図１に示した２個のコンデンサプレートが誘電体層の本
体内に埋設されており、且つ誘電体層の上部表面が既知
の物質と反応するか又はそれに対して感応性を有する物
質からなる薄い層でコーティングされており、その既知
の物質が存在することが図１のＩＣ装置の動作によって
検知されるべき状態を示している。
図１に示した２個のコンデンサプレートが誘電体層の本
体内に埋設されており、且つ誘電体層の上部表面が既知
の物質と反応するか又はそれに対して感応性を有する物
質からなる薄い層でコーティングされており、その既知
の物質が存在することが図１のＩＣ装置の動作によって
検知されるべき状態を示している。
１ 集積回路（ＩＣ）装置 ２ 容量性センサセル ３ センサアレイ ７ 供給及び論理ユニット １６ 増幅器入力端 １７ 増幅器出力端 １８ 粒子／小滴 １９ 開始スイッチ ２０ セル入力コンデンサ ２３，２４ 金属コンデンサプレート ２５ 誘電体層 １２５ 上部水平表面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ブサン グプタ アメリカ合衆国， カリフォルニア 94306， パロ アルト， アシュトン アベニュー 640
Claims (20)
- 【請求項１】 センサ装置の検知表面上の物理的物体の
存在を検知する方法において、 密接した物理的形態で配列されている個別的な検知用セ
ルからなるアレイを具備するセンサ装置を用意し、 前記アレイを被覆し前記検知表面を与える誘電体層を設
け、 各検知用セルに接地していない入力端と接地していない
出力端とを具備する増幅器を設け、 前記増幅器の各々に対して前記検知用表面上の物理的物
体の存在に感応する出力から入力へのフィードバックを
与え、 （１）前記検知用表面の下側に配置されており且つ前記
接地されていない入力端へ接続されている第一コンデン
サプレートと、 （２）前記第一コンデンサプレートと近接した空間的関
係で前記検知用表面の下側に配置されており且つ前記接
地されていない出力端へ接続している第二コンデンサプ
レートと、 （３）前記検知用表面上に存在する場合のある物理的物
体とによって前記増幅器の各々に対して前記フィードバ
ックを与える、上記各ステップを有することを特徴とす
る方法。 - 【請求項２】 請求項１において、前記検知用表面下側
に近くに離隔している位置において前記誘電体層内に前
記第一コンデンサプレートと前記第二コンデンサプレー
トとを埋設させるステップを有することを特徴とする方
法。 - 【請求項３】 請求項１において、前記第一及び第二コ
ンデンサプレートを共通の物理面上に配置させるステッ
プを有することを特徴とする方法。 - 【請求項４】 請求項３において、前記検知用表面から
離隔している位置において前記誘電体層内に前記第一コ
ンデンサプレートと前記第二コンデンサプレートとを埋
設するステップを有していることを特徴とする方法。 - 【請求項５】 請求項１において、 前記増幅器の各々を信号反転用増幅器として設け、 前記増幅器の各々に対する前記出力から入力へのフィー
ドバックを負信号フィードバックとして与える、上記各
ステップを有することを特徴とする方法。 - 【請求項６】 請求項５において、前記第一及び第二コ
ンデンサプレートを共通の物理面上に配置させるステッ
プを有していることを特徴とする方法。 - 【請求項７】 請求項６において、前記検知用表面から
近接して離隔されている位置において前記誘電体層内に
前記第一コンデンサプレートと前記第二コンデンサプレ
ートとを埋設させるステップを有していることを特徴と
する方法。 - 【請求項８】 請求項１において、前記装置が前記検知
用表面上の物理的物体の存在を検知することを可能な状
態とさせる前に、前記増幅器の各々に対して前記入力端
を前記出力端へ瞬間的に短絡させるステップを有してい
ることを特徴とする方法。 - 【請求項９】 請求項８において、 前記増幅器の各々を信号反転用増幅器として設け、 前記増幅器の各々に対する前記出力から入力へのフィー
ドバックを負フィードバックとして設ける、上記各ステ
ップを有することを特徴とする方法。 - 【請求項１０】 請求項９において、前記第一及び第二
コンデンサプレートを共通の物理面上に配置させるステ
ップを有していることを特徴とする方法。 - 【請求項１１】 請求項１において、 既知の物理的物体に選択的に応答するコーティングを前
記検知用表面上に設け、 前記コーティング上の既知の物理的物体の存在を検知す
る、上記各ステップを有することを特徴とする方法。 - 【請求項１２】 請求項１１において、 前記増幅器の各々を信号反転用増幅器として設け、 前記増幅器の各々に対する前記出力から入力へのフィー
ドバックを負信号フィードバックとして設ける、上記各
ステップを有することを特徴とする方法。 - 【請求項１３】 検知用表面上の物理的物体の存在を検
知すべく動作する方法において、 少なくとも１個の検知用セルを設け、 前記少なくとも１個の検知用セルに対してその上に位置
されている前記検知用表面を具備する誘電体層を設け、 入力端と出力端とを具備する増幅器を設け、 前記増幅器に対して前記検知用表面上の物理的物体の存
在に感応する出力から入力へのフィードバックを設け、 前記検知用表面の下側に配置されており且つ前記増幅器
入力端へ接続している第一コンデンサプレートと、前記
第一コンデンサプレートに近接して離隔されている関係
で前記検知用表面の下側に配置されており且つ前記増幅
器出力端へ接続している第二コンデンサプレートと、前
記検知用表面上に存在することのある物理的物体とによ
って前記フィードバックを与える、上記各ステップを有
することを特徴とする方法。 - 【請求項１４】 請求項１３において、前記検知用表面
から離隔している位置において前記誘電体層に前記第一
コンデンサプレートと前記第二コンデンサプレートとを
埋設するステップを有していることを特徴とする方法。 - 【請求項１５】 請求項１３において、前記第一及び第
二コンデンサプレートを共通の物理面上に配置させるス
テップを有していることを特徴とする方法。 - 【請求項１６】 請求項１５において、 前記増幅器を信号反転用増幅器として設け、 前記出力から入力へのフィードバックを負信号フィード
バックとして設ける、上記各ステップを有することを特
徴とする方法。 - 【請求項１７】 請求項１６において、前記入力端を前
記出力端へ瞬間的に短絡させるステップを有しているこ
とを特徴とする方法。 - 【請求項１８】 請求項１３において、 前記検知用表面上の既知の物理的物体と化学的に反応す
る物質からなるコーティングを設け、 前記既知の物理的物体が前記コーティング上に存在する
場合を検知する、上記各ステップを有することを特徴と
する方法。 - 【請求項１９】 請求項１８において、 前記増幅器を信号反転用増幅器として設け、 前記出力から入力へのフィードバックを負信号フィード
バックとして設ける、上記各ステップを有することを特
徴とする方法。 - 【請求項２０】 請求項１９において、前記入力端を前
記出力端へ瞬間的に短絡させるステップを有しているこ
とを特徴とする方法。
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