JP2017525004A - 指紋感知システムおよび導電筐体を備えた電子機器 - Google Patents

Abstract

本発明は、複数の感知素子であって、それぞれが、感知素子に近接して配置された指に容量結合し、指に提供された時変指励振信号への応答を示す感知信号を提供するよう構成された複数の感知素子を含む指紋感知システムと；電子機器の内部を少なくとも部分的に囲む導電筐体と、を備える電子機器に関する。電子機器はさらに、導電筐体に接続され、少なくとも断続的に、導電筐体の電位が指励振信号に追従できるようにするよう配置および構成された筐体接続回路構成を備える。これによって、筐体は、指紋感知システムの機能性を高めるために使うことができる。

Description

本発明は、指紋感知システムおよび導電筐体を備える電子機器に関する。

種々のタイプの生体認証システムが、安全性の向上のためおよび／またはユーザの利便性を高めるために、ますます用いられている。

特に、指紋感知システムは、その小さな形状要素、高い性能およびユーザ受け入れのため、例えば家電機器に採用されている。

（静電容量式、光学式、熱式等の）種々の利用可能な指紋感知原理の中でも、静電容量感知が最も一般的に使われており、特に、大きさおよび電力消費が重要な課題である用途において使われている。

全ての静電容量指紋センサは、いくつかの感知構造と、指紋センサの表面に乗せられる、または指紋センサの表面を横切って移動する指との間の静電容量を示す測定値を提供する。

いくつかの静電容量指紋センサは、感知構造と指との間の静電容量を受動的に読み出す。しかしながら、これは、比較的大きな静電容量を必要とする。したがって、そのような受動的な静電容量センサは、概して感知構造を覆う非常に薄い保護層を備え、そうすることで、そのようなセンサはスクラッチングおよび／またはＥＳＤ（静電放電）に対してかなり感度が高くなる。

米国特許ＵＳ７８６４９９２は、センサアレイの近傍に配置された導電構造をパルスして、センサアレイの感知構造が帯びる電荷の結果変化を測定することによって、指励振信号が指に注入される指紋感知システムを開示する。

ＵＳ７８６４９９２による指紋感知システムは、指紋画質とセンサ保護との優れた組み合わせを提供するが、少なくともある用途において、さらなる改善の余地が見られる。

従来技術の、上述のおよび他の欠点に鑑みて、本発明の目的は、改良した指紋感知を提供することである。特に、本発明の発明者は、指紋感知性能が、ユーザが導電筐体に触れながら指紋感知システムを使用する用途において改良できることを発見した。よって、導電筐体を備える電子機器における改良した指紋感知性能を提供することが望ましい。

よって、本発明の第一の態様によれば、複数の感知素子であって：それぞれが、前記感知素子に近接して配置された指に容量結合し、前記指に提供された時変指励振信号への応答を示す感知信号を提供するよう構成された複数の感知素子を含む指紋感知システムと；前記電子機器の内部を少なくとも部分的に囲む導電筐体と；前記導電筐体に接続され、少なくとも断続的に、前記導電筐体の電位が前記指励振信号に追従できるようにするよう配置および構成された筐体接続回路構成と、を備える電子機器が提供される。

指励振信号は、有利には、指に印加されるパルス列でありうる。パルス列の各パルスと同期して、一つまたはいくつかの感知素子からの感知信号が取得されうる。感知素子からの感知信号は、その特定の感知素子の、指励振信号への応答を示し、指励振信号は、指とその感知素子との間の容量結合に依存する。容量結合は、指紋センサ表面と指表面との間の距離の表示であり、よって、指の指紋パターンの表示である。

指励振信号の特性は、ユーザの指の電位が指励振信号に追従できるよう選択されるべきである。さらに、特にスワイプセンサには、妥当な時間内に完全な指紋パターンを取得できることが望ましい。これらの要件を達成するために、指励振信号のパルス繰り返し周波数は、有利には、およそ１ｋＨｚから１ＭＨｚの周波数範囲内にありうる。

筐体接続回路構成は、導電筐体を、電子機器に具備される他の回路構成に接続する任意の回路構成でありうる。筐体接続回路構成は、導電筐体によって囲まれうるため、電子機器の内側に配置されうる。

筐体接続回路構成は、指紋センサ構成部品に統合されうるか、または指紋センサ構成部品とは別に設けられうる。

よって、本発明の第二の態様によれば、電子機器の内部を少なくとも部分的に囲む導電筐体を備える前記電子機器と統合するための指紋センサ装置であって：複数の感知素子であって、それぞれが、前記感知素子に近接して配置された指に容量結合し、前記指に提供された時変指励振信号への応答を示す感知信号を提供するよう構成された複数の感知素子と；前記導電筐体に接続可能であり、前記筐体に接続された際、少なくとも断続的に、前記導電筐体の電位が前記指励振信号に追従できるようにするよう配置および構成された筐体接続回路構成と、を備える指紋センサ装置が提供される。

導電筐体の電位が指励振信号に追従することは、導電筐体の電位が、指励振信号と同じパルス繰り返し周波数を有し、指励振信号の振幅と同じ規模の振幅を有する信号を呈することを意味すると理解されるべきである。有利には、筐体の信号の振幅は、指励振信号の振幅の少なくとも５０％でありうる。

指紋感知システムからの出力は、認証結果および／または指紋パターンの表現でありうる。そのような指紋パターンの表現は、例えば生の指紋画像データでありうるか、またはデータは加工され、それから指紋テンプレートデータまたは任意の他の形式などの条件付けられた画像データの形式で提供されうる。

本発明は、統合された指紋感知システムを有する電子機器の導電筐体は、指紋感知システムの機能性を高めるために使われるという認識に基づく。本発明の発明者はさらに、このことは、少なくとも断続的に、導電筐体の電位が、指紋パターン取得に使われる指励振信号に追従できるようにすることで達成できることを認識している。

本発明の実施形態を介して、導電筐体は、ユーザの指へ指励振信号を提供することを少なくとも助けることによって、および／または基準信号を取得するための基準感知構造として作用することによって、指紋感知システムをサポートすることができる。基準信号は、コモンモードノイズおよび指の異なる電気特性（濡れた／乾いた指）といった点において指紋パターン取得を向上するために使うことができる。

本発明による電子機器の実施形態では、導電筐体は、指励振信号を指に提供するために使われる唯一の構造であることができ、それによって指紋センサの電子機器への統合が改良される。

本発明の種々の実施形態によれば、導電筐体は、電子機器の外面の少なくとも１０％を構成する。例えば、携帯電話の背面および側面のほとんどは、金属で作られうる（信頼性を高めるため、および高級な外観および感触のため）。そのような実施形態および他の実施形態では、導電筐体は、電子機器の外面の少なくとも３０％を構成しうる。

いくつかの実施形態では、導電筐体は、電子機器の外面の少なくとも５０％を構成しうる。導電筐体は、ディスプレイ、ボタン、カメラ、フラッシュ、指紋センサ、および種々のポート等、他の機能へのアクセスを可能にする開口を有しうる。

本発明の種々の実施形態によれば、筐体接続回路構成は、導電筐体の電位を少なくとも断続的に電子機器の基準電位に保つようさらに配置および構成されうる。

電子機器の“基準電位”は、例えば、電子機器の電気グラウンドでありうる。筐体の電位を少なくとも断続的に基準電位に保つことによって、および／または少なくとも所定の周波数範囲内に保つことによって、導電筐体は、電子機器のために有しうる任意の追加の電気的機能を満たせると同時に、上述の指紋パターン取得を助ける。携帯電話等の無線通信機器では、導電筐体は、例えば、ＮＦＣ（近距離通信）用などのある無線通信回路構成の一部でありうる。

いくつかの実施形態では、筐体接続回路構成は、前記筐体接続回路構成を、前記導電筐体の前記電位が前記指励振信号に追従できるようにされる信号追従状態と、前記導電筐体の前記電位が前記電子機器の前記基準電位に保たれる基準電位状態との間で切り替えるよう制御可能である能動回路構成を備えうる。

能動回路構成は、一つまたはいくつかのトランジスタを備え、例えば指紋感知システム、または電子機器に具備された他の制御回路構成に起因しうる信号を使って制御されうる。

さらに、能動回路構成は、相互に異なる個所に配置された複数のスイッチを備え、いくつかの個所での導電筐体のグラウンドを、無線送信用などの電子機器の他の機能にこれが有益な用途において可能にしうる。

そのようなグラウンド／基準電位個所は、一般的には、電子機器の無線機能に責任のあるＲＦエンジニアによって決定されうる。ＥＳＤ保護回路構成もまた、各グラウンド個所に有利に結合されうる。

上記に説明した能動回路構成の代替または補完として、前記筐体接続回路構成は、前記導電筐体の前記電位を、第一の周波数範囲内の前記指励振信号に追従できるようにし、前記導電筐体の前記電位を、前記第一の周波数範囲よりも高く離間した第二の周波数範囲内の前記電子機器の前記基準電位に保つフィルタを備えうる。多数のおよび相互に離間したグラウンド個所を有する実施形態については、筐体接続回路構成に具備されたフィルタは、各グラウンド個所に配置された少なくとも一つのフィルタ構成部品（適切なコンデンサなど）を含みうる。

前記フィルタは、有利には、前記第一の周波数範囲が１ＭＨｚ未満の周波数を含み、前記第二の周波数範囲が８００ＭＨｚを超える周波数を含むよう構成されうる。

第一の周波数範囲は、有利には、上述の指励振信号の周波数範囲、すなわちおよそ１ｋＨｚからおよそ１ＭＨｚに対応し、第二の周波数範囲は、有利には、無線通信の周波数、すなわちおよそ８００ＭＨｚからおよそ２．１ＧＨｚに対応しうる。

種々の実施形態によれば、フィルタは加えて、導電筐体の電位を、近距離通信（ＮＦＣ）に使われる周波数を含む第三の周波数範囲内、すなわち約１０ＭＨｚから約１５ＭＨｚの間の電子機器の基準電位に保つよう構成されうる。本発明の種々の実施形態によれば、筐体接続回路構成は、ＥＳＤ保護回路構成をさらに備えうる。それによって、静電気放電が指紋感知回路構成または電子機器の他の部分を損傷することを防ぐことができる。

筐体接続回路構成は、少なくとも断続的に指紋感知システムと導電筐体とを相互接続するために、指紋感知システムにさらに接続されうる。

実施形態では、前記指紋感知システムは、前記指励振信号を発生させるための励振回路構成を備え、前記指紋感知システムは、前記筐体接続回路構成を介して、前記指励振信号を前記導電筐体に提供するよう構成されうる。

さらに、前記指紋感知システムは、前記筐体接続回路構成を介して、前記導電筐体から指紋感知受信するよう構成されうる。この場合、導電筐体は、基準感知構造として機能しうる。またこの場合、筐体の電位は指励起信号に追従できるようにされるが、筐体の電位は、指紋感知システムの一つ以上の特性を指紋感知状況（コモンモードノイズまたは指の特性等）に適応させるために使用できる基準信号になる。

種々の実施形態によれば、さらに、前記電子機器は、無線通信回路構成と、前記無線通信回路構成に接続されたアンテナと、を備え、前記アンテナは前記導電筐体によって囲まれうる。

前記筐体接続回路構成は、前記導電筐体の前記電位が前記指励振信号に追従できるようにされる信号追従状態と、前記導電筐体の前記電位が前記電子機器の前記基準電位に保たれる基準電位状態との間で制御可能であり、前記電子機器は、前記筐体接続回路構成が前記基準電位状態にある際にのみ、前記アンテナを介して信号を送信するよう前記無線通信回路構成を制御するよう構成された処理回路構成を備えうる。

要約すると、本発明は、複数の感知素子であって、それぞれが、感知素子に近接して配置された指に容量結合し、指に提供された時変指励振信号への応答を示す感知信号を提供するよう構成された複数の感知素子を含む指紋感知システムと；電子機器の内部を少なくとも部分的に囲む導電筐体と、を備える電子機器に関する。電子機器はさらに、導電筐体に接続され、少なくとも断続的に、導電筐体の電位が指励振信号に追従できるようにするよう配置および構成された筐体接続回路構成を備える。これによって、筐体は、指紋感知システムの機能性を高めるために使うことができる。

本発明の、これらのおよび他の態様は、本発明の例示的な実施形態を示す付属の図面を参照して、ここでより詳細に説明される。

導電筐体および集積指紋センサを有する携帯電話の形状をとる、本発明による電子機器の例示的実施形態の模式図。 図１ａの携帯電話の導電筐体の開口を介してアクセス可能な指紋センサ構成部品の拡大図。 図１ａの携帯電話の模式的なブロック図。 導電筐体が指励振信号を指に提供するために使われる実施形態を示す、図１ｂの指紋センサアセンブリの模式的な断面図。 導電筐体が基準感知構造として使われる他の実施形態を示す、図１ｂの指紋センサアセンブリの模式的な断面図。 本発明による電子機器の第一の実施形態に具備される筐体接続回路構成の模式図。 図４ａの筐体接続回路構成の例示的な制御信号構成。 本発明による電子機器の第二の実施形態に具備される筐体接続回路構成の模式図。 図５ａの筐体接続回路構成の例示的な制御信号。 本発明による電子機器の第三の実施形態に具備される筐体接続回路構成の模式図。 本発明による指紋感知システムの実施形態に具備される感知素子の例示的な構成の模式図。 本発明による指紋感知システムの実施形態に具備される感知素子の例示的な構成の模式図。

この詳細な説明では、本発明による電子機器の種々の実施形態が、主に、金属製の背面カバーの開口を介してアクセス可能なスワイプ型の指紋センサを備える金属製の背面カバーを有する携帯電話を参照して説明される。

なお、これは決して本発明の範囲を限定せず、本発明は、例えば、ラップトップコンピュータなどの他のタイプの電子機器を同様に含むことに留意されたい。さらに、指紋センサは、スワイプ型でなくてもよく、タッチ型であってもよい。さらに、導電筐体は、指紋センサと相互作用するユーザの指以外の他の部分によってタッチされうる。また、以下に説明される種々の筐体接続回路構成の構成、および他の構成は、適切な場合は、指紋センサモジュールに有利に含まれうる。

図１ａは、導電筐体２、および導電筐体２の開口を介してアクセス可能な集積指紋センサ３を有する携帯電話１の形状をとる、本発明による電子機器の例示的実施形態を模式的に示す。指紋センサ３は、例えば、携帯電話１のロックを解除するためおよび／または携帯電話を使って実行される取引を認証するため等に使われうる。

図１ｂは、指紋センサ３と、その導電筐体２との統合の拡大図である。

図１ａの携帯電話の模式的なブロック図である図２を参照すると、携帯電話１は、上述の導電筐体２および指紋センサ３に加えて、ＷＬＡＮ／Ｗｉ−Ｆｉ通信用の第一のアンテナ１０、第一の無線制御ユニット１１、遠隔通信用の第二のアンテナ１２、第二の無線制御ユニット１３、ディスプレイ１４、マイクロフォン１５、スピーカー１６、電話制御ユニット１７、および筐体接続回路構成１８を備える。

図２に模式的に示されるように、筐体接続回路構成１８は、特定の用途に依って、指紋センサ３から、および／または電話制御ユニット１７から制御信号Ｓ_ｈｃを受信しうる。

本発明による電子機器の二つの異なる例示的な実施形態が、指１９が指紋センサ３の表面にタッチしている図３ａ−ｂを参照してここに説明される。

読者の理解を助けるために、図３ａ−ｂのそれぞれは、模式的な断面図と機能的ブロック図の複合である。

図３ａは、導電筐体２が指励振信号を指１９に提供するために使われる実施形態を示す、図１ｂの指紋センサアセンブリの模式的な断面図である。

図３ａを参照すると、指紋センサ３は複数の感知素子２１（図が散らかるのを避けるために、一つの感知素子のみが参照番号で示される）を備え、それぞれの感知素子は感知構造（プレート）２２および感知素子回路２３を含む。図３ａに模式的に示されるように、感知構造２２は、ユーザの指１９によって接触される誘電層２４によって保護される。指紋センサ３は、筐体接続回路構成１８を介して導電筐体２に接続された指励振回路構成２６をさらに備える。

指紋センサ３が指紋パターンを検出するために動作している際、指励振回路構成２６は、指励振信号ＴＸを指１９に筐体接続回路構成１８を介して提供する。筐体接続回路構成１８は、少なくとも断続的に、筐体２の電位が指励振信号ＴＸに追従できるようにするよう構成される。

図３ａに模式的に示されるように、指励振信号ＴＸは、パルス繰り返し周波数を有するパルス列の形態で提供されうる。

指１９から指紋センサ３の感知構造２２への指励振信号ＴＸの結合は、指と各感知構造との間の静電容量を表す。感知素子２１によって提供される画素信号Ｓ_{ｐｉｘｅｌ}に基づいて、指紋パターンの表現が決定できる。

図３ｂは、指紋センサ３と指１９との間の平均結合を示す基準感知信号Ｓ_ｒｅｆを提供するための基準感知素子２８の一部として導電筐体２が使われる他の実施形態を示す、図１ｂの指紋センサアセンブリの模式的な断面図である。

図３ｂに示されるように、基準感知素子は、少なくとも断続的に筐体２の電位が指励振信号ＴＸに追従できるようにする筐体接続回路構成を介して筐体２に接続された基準感知回路２９をさらに備え、よって基準感知信号Ｓ_ｒｅｆを取得できる。

基準感知信号Ｓ_ｒｅｆは、指紋センサ３を性能、特に、指の変化する電気的特性（濡れているまたは乾いている）および／またはコモンモードノイズなどの共通の問題の存在を伴う状況を扱う指紋センサ３の能力を改良するために使うことができる。

図３ｂに模式的に示されるように、指紋センサ３は本例示的実施形態では、上述の指励振信号ＴＸを指１９に提供するための指励振回路構成２６に接続される第一のコンタクト・ストリップ３１ａおよび第二のコンタクト・ストリップ３１ｂをさらに備える。

電子機器のタイプに依っては、導電筐体２を他の機能に使うことが望ましくありうる。例えば、筐体２は無線通信のためのアンテナ構成の機能部分でありうる。この、および他の理由のために、種々の実施形態において、筐体２の電位を電気グランドなどの基準電位に少なくとも断続的に保つことが望ましくありうる。例えば、筐体２は、指紋センサ３の動作（の一部）中以外にグラウンドされうるおよび／または筐体２は、一定の周波数範囲でグラウンドされうる。

当業者に認められるように、多くの異なる回路レイアウトおよび／または物理レイアウトが、本発明の範囲内である。適切な画素レイアウトの一例が、ＵＳ７８６４９９２で提供され、ここに参照として全体が組み込まれる。感知素子構成の一例が、図７ａ−ｂを参照して下記にさらに説明される。

筐体２の基準電位への断続的および／または周波数選択的な接続を達成するための種々の例示の筐体接続回路構成が、図４ａ−ｂ、図５ａ−ｂ、および図６を参照してここで説明される。

図４ａは、筐体２を電気グラウンドに断続的に接続するための、および筐体２が指励振信号ＴＸに断続的に追従するようにするための、筐体接続回路１８の第一の構成の模式図である。

図４ａに見られるように、筐体接続回路１８の第一の構成は、相互に異なる個所に位置した複数のスイッチ４０ａ−ｄを備える。スイッチ４０ａ−ｄのそれぞれは、信号追従状態と基準電位状態との間で、筐体制御信号Ｓ_ｈｃを介して制御される。

図４ａでは、筐体接続回路１８はその基準電位状態にあることが示され、それは、筐体２がいくつかのグラウンド個所４４ａ−ｄでグラウンドされることを意味する。

筐体接続回路１８がその信号追従状態へ制御されると、グラウンドへの直接接続は断たれる。

上述のように、筐体接続回路１８は、信号追従状態と基準電位状態との間で、筐体制御信号Ｓ_ｈｃを使用して制御される。

図４ｂは、指励振信号ＴＸ、例示的な筐体制御信号Ｓ_ｈｃ、および、指紋センサ３が使用される際にユーザの指１９が筐体２およびコンタクト・ストリップ３１ａ−ｂ（図３ｂ参照）に同時にタッチすることによる結果筐体電位を模式的に示す。

図４ｂに見られるように、筐体制御信号Ｓ_ｈｃは、指励振信号ＴＸが指１９に提供される前の第一の時点ｔ_{ｓｔａｒｔ}で低から高になり、指励振信号ＴＸがもう指１９に提供されない第二の時点ｔ_ｅｎｄまで、高いままである。

結果として、筐体制御回路は、ｔ_{ｓｔａｒｔ}とｔ_ｅｎｄの期間中、その信号追従状態になり、よって筐体２の電位Ｖ_ｈは、ユーザを介した結合によって、図４ｂに模式的に示されるように指励振信号ＴＸに追従できるようにされる。

上述のようにおよび図４ｂに模式的に示したように比較的長い連続した期間中、筐体接続回路１８をその信号追従状態になるよう制御する代わりに、筐体制御信号Ｓ_ｈｃは、指励振信号ＴＸと同期されうる。例えば、筐体制御回路１８は、その基準電位状態とその信号追従状態との間で、指励振信号ＴＸを形成するパルス列の個々のパルスと実質的に同期して制御されうる。これは、図５ｂを参照して以下にさらに説明される。

ここで説明される筐体制御信号構成、および他の構成は、図４ａおよび図５ａの筐体制御回路構成およびその変形例に等しく適用可能であることを理解するべきである。

図５ａは、筐体２を電気グラウンドに断続的に接続するための、および筐体２を指励振信号ＴＸに断続的に接続するための、筐体接続回路１８の第二の構成の模式図である。

図５ａの筐体接続回路１８の構成が、図４ａを参照して上記で説明したものから主に異なる点は、スイッチの一つ４０ｄが、指励振信号ＴＸに接続される駆動体４５に接続されることによって、筐体接続回路１８がその信号追従状態にある際、指励振信号ＴＸが筐体２に直接提供されるということである。

図５ｂに見られるように、筐体制御信号Ｓ_ｈｃは指励振信号ＴＸと同期され、結果として筐体電位Ｖ_ｈは指励振信号ＴＸに追従する。

上述の筐体制御回路構成のスイッチは、一つまたはいくつかのトランジスタなどの任意の適切な回路構成を使って実装されうる。

基準電位状態と信号追従状態との間の能動的な切り替えの代替として、筐体２の基準電位への選択的接続が、受動回路構成を使って達成されうる。これは、第三の筐体回路構成を模式的に示す図６を参照して、ここで説明される。

図６の回路構成では、図４ａおよび図５ａのスイッチは、導電筐体をグラウンド個所４４ａ−ｄで高周波（８００ＭＨｚを超える周波数など）にグラウンドするため、および導電筐体２を指励振信号ＴＸに（グラウンド個所４４ａ−ｄで）低周波（１ＭＨｚ未満の周波数など）に接続するための、帯域阻止フィルタまたはハイパスフィルタなどのフィルタ５０ａ−ｄに置換される。

簡単な実施形態においては、（ハイパス）フィルタ５０ａのそれぞれは、５６ｐＦなどの小さな静電容量を有するコンデンサの形態で提供されうる。しかしながら、当業者は、これは単に一例であり、多くの他の、それ自体が知られているフィルタ構成が、所望の機能を達成するために使われうると認識する。

図３ａ−ｂの指紋センサ３に具備される感知素子２１の例示的構成が、図７ａ−ｂを参照してここで説明される。

図７ａに見られるように、感知素子は、三つの導電層を備える層構造で形成される。三つの導電層は、最上部の導電層Ｍ３、中間部の導電層Ｍ２、および下部導電層Ｍ１であり、導電層Ｍ３、Ｍ２、Ｍ１のそれぞれの下に、絶縁誘電材料の第一の層５１、第二の層５２、および第三の層５３を有する。導電層の材料の例としては、一般的に、銅、アルミニウム、およびドープ多結晶シリコンが挙げられる。絶縁層の材料の例としては、一般的に、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、ＳｉＮＯｘ、およびスピンオンガラスが挙げられる。

加えて、感知素子３を形成するのに使われる層構造は、一定のアナログ電圧電位ＡＶ_ｄｄで維持される導電層からなる第四の層Ｐ２（第二ポリシリコン）を備えうる。さらに、グラウンド電位で維持される、やはり導電層からなる第五の層Ｐ１（第一ポリシリコン）も存在し、電気シールドとして作用する。これらの層Ｐ２、Ｐ１のそれぞれの下には、絶縁誘電材料の第四の層６３および第五の層６４が存在する。最下部には、チャージアンプ５４等の能動構成部品を備える半導電基板層Ｄ１が存在する。上述した導電層Ｐ２、Ｐ１ならびに下部導電層Ｍ１は、例えば、電気接続、抵抗器、および電気シールドのルーティングに使われうる。導電層Ｐ２、Ｐ１の一つは、第二の金属層Ｍ２の代わりに、各感知素子２１の下部電極５５を形成するのにも使われうる。

図７ａに示す感知素子２１は、最上導電層Ｍ３に形成される感知構造２２を備える。感知構造２２は、チャージアンプ５４、下部電極５５、リセットスイッチ５６、およびサンプルホールド回路構成６５を備える感知素子回路２３に接続される。

図７ａに見られるように、感知構造２２は、チャージアンプ５４の負入力端子５８に接続される。チャージアンプ５４の正入力端子５９は、グラウンドに接続される。よって、チャージアンプ５４の入力端子５８、５９を介する電圧はほとんどゼロであるため、チャージアンプ５４によって、対応する感知構造２２は、事実上グラウンドされる。チャージアンプの回路実装に依って、ＣＭＯＳトランジスタのゲート電圧などの小さな略一定の電圧が、オペアンプの負入力端子５８と正入力端子５９との間に存在しうる。

図７ｂにも見られるように、各感知構造２２は、最上導電層Ｍ３に形成されるシールドフレーム６０に囲まれており、シールドフレーム６０は、近接する感知構造２２間の横寄生容量を防ぐための導電シールドとしてグラウンド電位に接続されることで、感知素子２１間の所謂クロストークを防ぐか、少なくとも低減する。シールドフレーム６０はまた、他の適切な電位に接続されうる。

さらに、図７ａを再び参照すると、感知構造２２のそれぞれを覆う保護誘電層２４が存在し、感知素子２１をＥＳＤ（静電気放電）および外部摩耗から保護する。保護層２４の上面の近郊に進入する指１９は、指１９と感知構造２２との間に静電容量Ｃ_{ｆｉｎｇｅｒ}を生じさせる。

図７ａに見られるように、感知素子回路２３に具備される下部電極５５は、中間導電層Ｍ２に形成される。下部電極５５は、チャージアンプ５４の出力端子６１に接続される。感知構造２２と各下部電極５５との間に形成される帰還容量Ｃ_ｒｅｆが存在し、その帰還容量Ｃ_ｒｅｆは、チャージアンプ５４の負入力端子５８と出力端子６１との間に接続される。

補助下部電極５５ａもまた、中間導電層Ｍ２に、下部電極５５に近接して形成される。下部電極５５は概して感知構造２２よりも小さい面積を有しうるため、補助下部電極５５ａはグラウンドに接続され、追加シールドとして使用される。

下部電極５５は、感知素子回路２３の所望のゲインを達成するよう構成されうる。特に、ゲインは、感知構造２２、下部電極５５、および第一の絶縁層５１の物理的寸法に依存する帰還容量Ｃ_ｒｅｆに依るため、下部電極５５の大きさは、適切に選択されうる。補助下部電極５５ａの大きさは、下部電極５５にぴったり沿うよう調節されうる。

上述のように、励振信号ＴＸが、指１９に提供されうる。励振信号ＴＸの指１９への提供は、感知構造２２（ならびに別個の基準感知構造２５が設けられる実施形態における基準感知構造２５）が帯びる電荷の変化をもたらす。

感知構造２２が帯びる電荷の変化は、肌と感知構造２２との間の静電容量Ｃ_{ｆｉｎｇｅｒ}に比例する。感知構造２２は事実上グラウンドされるため、その電荷はチャージアンプ５４によって下部電極５５に転送される。その際、チャージアンプ５４からの電圧出力を、
Ｕ_ｏｕｔ＝（Ｃ_{ｆｉｎｇｅｒ}／Ｃ_ｒｅｆ）Ｕ_ｉｎ
のように計算しうる。

出力電圧Ｕ_ｏｕｔは、好ましくはコモンモードノイズの低周波成分を除去する相関二重サンプリングを用いて、サンプルホールド回路構成６５によってサンプリングされる。

サンプルホールド回路構成６５は、制御信号によって制御され、感知構造２２と指１９との間の容量結合を示す画素信号Ｓ_{ｐｉｘｅｌ}を、アナログ／デジタル変換器（図示せず）に出力する。

当業者は、本発明が決して上述の好適な実施形態に限定されないことを認識する。むしろ逆に、多くの修正および変形が、付属の請求の範囲内で可能である。

請求の範囲では、“備える”という文言は他の要素またはステップを除外するものではなく、不定冠詞“ａ”または“ａｎ”は、複数を除外するものではない。シングルプロセッサまたは他のユニットは、請求の範囲に記載されるいくつかの事項の機能を満たしうる。単に一定の手段が相互に従属する異なる請求項に記載されるというだけでは、それらの手段の組み合わせを有利に使うことができないことを示すことにならない。コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共にもしくは他のハードウェアの一部として供給される光学記憶媒体または固体媒体などの適切な媒体に格納／配布されうるが、インターネットまたは他の有線または無線遠距離通信システムを介してなど、他の形態でも配布されうる。請求の範囲におけるいかなる参照記号も、範囲を限定すると解釈されるべきではない。

Claims (15)

1. 電子機器において、
   複数の感知素子であって、それぞれが、前記感知素子に近接して配置された指に容量結合し、前記指に提供された時変指励振信号への応答を示す感知信号を提供するよう構成された複数の感知素子を含む、指紋感知システムと、
   前記電子機器の内部を少なくとも部分的に囲む導電筐体と、
   前記導電筐体に接続され、少なくとも断続的に、前記導電筐体の電位が前記指励振信号に追従できるように配置および構成された筐体接続回路構成と、を備える電子機器。
2. 前記導電筐体は、前記電子機器の外面の少なくとも１０％を構成する、請求項１に記載の電子機器。
3. 前記筐体接続回路構成は、前記導電筐体によって囲まれる、請求項１または２に記載の電子機器。
4. 前記筐体接続回路構成は、前記導電筐体の前記電位を少なくとも断続的に前記電子機器の基準電位に保つようさらに配置および構成される、請求項１から３のいずれか一項に記載の電子機器。
5. 前記筐体接続回路構成は、能動回路構成を備え、
   前記能動回路構成は、前記筐体接続回路構成を、前記導電筐体の前記電位が前記指励振信号に追従できるようにされる信号追従状態と、前記導電筐体の前記電位が前記電子機器の前記基準電位に保たれる基準電位状態との間で切り替えるよう制御可能である、請求項４に記載の電子機器。
6. 前記能動回路構成は、相互に異なる個所に配置された複数のスイッチを備える、請求項５に記載の電子機器。
7. 前記筐体接続回路構成は、前記導電筐体の前記電位を、第一の周波数範囲内の前記指励振信号に追従できるようにし、前記導電筐体の前記電位を、前記第一の周波数範囲から周波数が離間した第二の周波数範囲内の前記電子機器の前記基準電位に保つフィルタを備え、前記第二の周波数範囲は、前記第一の周波数範囲よりも高い周波数を含む、請求項４に記載の電子機器。
8. 前記フィルタは、前記第一の周波数範囲が１ＭＨｚ未満の周波数を含み、前記第二の周波数範囲が８００ＭＨｚを超える周波数を含むよう構成される、請求項７に記載の電子機器。
9. 前記筐体接続回路構成は、ＥＳＤ保護回路構成をさらに備える、請求項１から８のいずれか一項に記載の電子機器。
10. 前記筐体接続回路構成は、前記指紋感知システムにさらに接続される、請求項１から９のいずれか一項に記載の電子機器。
11. 前記指紋感知システムは、前記指励振信号を発生させるための励振回路構成を備え、
    前記指紋感知システムは、前記筐体接続回路構成を介して、前記指励振信号を前記導電筐体に提供するよう構成される、請求項１０に記載の電子機器。
12. 前記指紋感知システムは、前記筐体接続回路構成を介して、前記導電筐体から指紋感知信号を受信するよう構成される、請求項１０または１１に記載の電子機器。
13. 前記電子機器は、無線通信回路構成と、前記無線通信回路構成に接続されたアンテナと、を備え、
    前記アンテナは前記導電筐体によって囲まれる、請求項１から１２のいずれか一項に記載の電子機器。
14. 前記筐体接続回路構成は、前記導電筐体の前記電位が前記指励振信号に追従できるようにされる信号追従状態と、前記導電筐体の前記電位が前記電子機器の前記基準電位に保たれる基準電位状態との間で制御可能であり、
    前記電子機器は、前記筐体接続回路構成が前記基準電位状態にある際にのみ、前記アンテナを介して信号を送信するよう前記無線通信回路構成を制御するよう構成された処理回路構成を備える、請求項１３に記載の電子機器。
15. 電子機器の内部を少なくとも部分的に囲む導電筐体を備える前記電子機器と統合するための指紋センサ装置であって、
    複数の感知素子であって、それぞれが、前記感知素子に近接して配置された指に容量結合し、前記指に提供された時変指励振信号への応答を示す感知信号を提供するよう構成された複数の感知素子と、
    前記導電筐体に接続可能であり、前記筐体に接続された際、少なくとも断続的に、前記導電筐体の電位が前記指励振信号に追従できるように配置および構成された筐体接続回路構成と、を備える指紋センサ装置。

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