JP4511064B2

JP4511064B2 - 凹凸検出センサ

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Publication number: JP4511064B2
Application number: JP2001059967A
Authority: JP
Inventors: 隆一橋戸; 達樹岡本; 行雄佐藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2001-03-05
Filing date: 2001-03-05
Publication date: 2010-07-28
Anticipated expiration: 2021-03-05
Also published as: JP2002257508A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、指紋のような物体の凹凸形状を容量値分布として捉え、その分布を電気的に検出するセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、指紋の凹凸形状を容量値分布として捉えて指紋像を検出するセンサチップがある。かかる検出センサチップは、図１６（ａ）に示すように、指紋を検出する指の表面を接触させるパッド部１１０を有する。そのパッド部１１０において指紋の凹凸を検出するセンサ素子１１２が行、列方向にマトリクス状に配列されている。各センサ素子１１２はドライブ回路１１５により駆動され、センサ素子１１２で検知された凹凸形状の検知結果が検出回路１１６により電気信号として取り出される。なお、以下の説明では、マトリクス状に配されたセンサ素子の一単位を「セル」という。
【０００３】
一つのセンサ素子１１２には例えば図１６（ｂ）に示すように電極であるセンサプレート１０と、アクティブ素子であるトランジスタ１１９とが含まれる。トランジスタ１１９は、ドライブ回路１１５に接続された一の行線１１５ａと検出回路１１６に接続された一の列線１１６ａとにより選択される。
【０００４】
センサ素子１１２は、センサプレート１０と指の表面との間に形成される容量（以下「感知容量」という。）の値の変化により指紋の凹凸を検出する。つまり、図１７に示すように、指１００をチップ表面（パッド部）に載せると、指１００の表面とセンサプレート１０間にはほぼ次式で表される感知容量C_fが生じる。
【数１】

ここで、Ｃ₁はセンサプレート１０とチップ表面との間に形成される容量で一定値をとる。Ｃ_Sは指表面とチップ表面との間に形成される容量で、チップ表面から指表面までの距離によって変化する。なお、センサプレート１０上部は誘電体の保護膜により覆われており、Ｃ₁はその保護膜の厚さ、誘電率、センサプレート１０の面積により決定される。
【０００５】
指紋像は指紋の凹凸であり、凹凸によって指表面とチップ表面までの距離Δdが異なる。一方、指表面とチップ表面間に形成される容量は距離に反比例して大きさが変化する。従って、図１８に示すように感知容量Ｃ_fはΔdに応じてΔＣだけ変化することになるので、このΔＣが測定できれば指紋像を得ることができる。
【０００６】
従来より、ΔＣを測定するのに電荷を用いる方法がある。即ち、図１９に示すように、一定電圧Ｖ_DDを発生する電圧源４６を用いて、各セルの上記感知容量Ｃ_fに電荷Ｑ（＝Ｃ_f・Ｖ_DD）を一度貯め、その後、充電された電荷を検出回路１１６により検出することにより指紋像を得る。なお、電荷の充電動作はドライブ回路１１５により制御される。
【０００７】
前述のように、感知容量Ｃ_fは指紋の凹凸に応じてΔＣだけ変化するので、感知容量Ｃ_fに蓄えられた電荷Ｑは指紋の凹凸に応じた電荷分ΔＱだけ異なることになる。通常、この電荷量の差は小さいため、また出力インピーダンスを下げるという目的も合わせて、最初にセルからの出力が電荷増幅器１１７に入力される。そして、この電荷量の違いを２次元的に測定し、アナログ処理回路１１８によってこの電荷増幅器１１７のアナログ波形を処理することにより指紋像を得ることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図２０に示すようにチップ表面と指表面との間に、水、油、埃などの異物１１０が存在すると、指表面とチップ表面までの距離が異物の大きさ分ｄ₁だけ長くなる。従って、図１８に示すように感知容量Ｃ_fの変化分は、異物が無いときのΔCに比べて、あるときはΔＣ'と非常に小さくなってしまう。従って、通常時より分解能が悪くなってしまうという問題があった。また処理回路によっては常に同じぐらいの信号振幅を必要とするものもあるので、小さい信号振幅では波形を処理できないという問題があった。
【０００９】
さらに、上記問題に対して、センサ素子からの出力信号の振幅を異物のない通常時と同じにするために電荷増幅器１１７のゲインを変化させて信号を増幅していた。しかし、この方法では分解能は向上せず、また、電荷増幅器１１７のゲインをより大きくするためにより広い増幅器の帯域が必要となり、増幅器のコストが増し、センサ全体の製造コストの上昇を招く。
【００１０】
本発明は上記課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、簡易な構成を有し、センサと検知対象物との間に異物が存在する場合であっても精度よく検知対象物の凹凸形状を検出できる凹凸検出センサを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題、すなわち、異物が挿入した際の感度の問題を解決するために、第１の手段として、異物の存在にかかわらずほぼ同様に感知容量を変化させるようにすることが考えられる。即ち、図１２に示すように、異物が存在した場合に使用するモード（モード２）と、異物が存在しない場合に使用するモード（モード１）とを設け、凹凸センサを、異物の有無の状況によって、モード1の曲線からモード2の曲線に特性が変わるような構成にすることが考えられる。
【００１２】
また、第２の手段として、凹凸センサの各セルへ供給する電圧源、電流源などの大きさを異物の有無の状況によって変化させることでセンサからの出力レベルを変化させることが考えられる。
【００１３】
そこで、本発明に係る凹凸センサは以下の構成を有する。
【００１４】
本発明に係る第１の凹凸センサは、複数のセンサ素子がマトリクス状に配置されてなり、各センサ素子は、その各センサ素子と検知対象物間に形成される静電容量を検知し、その検知した静電容量に基いて検知対象物の凹凸形状を検出する凹凸検出センサである。各センサ素子は、出力信号線に接続され、検知対象物との間で静電容量を形成する第１の感知電極と、検知対象物との間で静電容量を形成する第２の感知電極と、所定の条件下において第２の感知電極を第１の感知電極と並列になるように、出力信号線に接続する切替手段とを含み、切替手段は、出力信号線上の出力信号の値が所定値より小さいときに第２の感知電極を出力信号線に電気的に接続し、出力信号の値が所定値以上の場合は第２の感知電極と出力信号線とを電気的に遮断する。
【００１５】
各センサ素子において、第１及び第２の感知電極のそれぞれに誘電膜を介して対向する第３及び第４の感知電極を設けてもよい。このとき、第３及び第４の感知電極は第１及び第２の感知電極よりも検知対象物側に配置される。
【００１６】
また、第３及び第４の感知電極を一体として構成してもよい。
【００１８】
本発明に係る第２の凹凸センサは、複数のセンサ素子がマトリクス状に配置されてなり、各センサ素子において検知対象物によって形成される静電容量に電荷を充電し、充電された電荷量により検知対象物の凹凸形状を検出するセンサであって、任意に出力電圧が変えられ、前記各センサ素子において形成された静電容量に電荷を充電するための電圧を供給する可変電源と、センサ素子に充電された電荷量に応じた出力信号を検出する検出手段と、検出手段により検出されたセンサ素子からの出力信号のレベルを判定し、そのレベルにしたがい可変電源の出力電圧を切替える制御手段とを備える。
【００１９】
本発明に係る第３の凹凸センサは、複数のセンサ素子がマトリクス状に配置されてなり、各センサ素子はその各センサ素子と検知対象物間に形成される静電容量を検知し、その検知した静電容量に基いて検知対象物の凹凸形状を検出する凹凸検出センサである。各センサ素子は、検知対象物により形成された静電容量と、駆動電圧とによって決定される電流を導通させる電流手段を有し、凹凸検出センサは、各センサの電流手段に駆動電圧を供給する可変電源と、電流手段からの電流値を判定し、該電流値にしたがい可変電源の出力電圧を切替える制御手段とを備える。
【００２０】
本発明に係る第４の凹凸センサは、複数のセンサ素子がマトリクス状に配置されてなり、各センサ素子はその各センサ素子と検知対象物間に形成される静電容量を検知し、その検知した静電容量に基いて検知対象物の凹凸形状を検出する凹凸検出センサである。各センサ素子は、センサ素子により検知された静電容量に応じて導通させる電流値を変化させる第１の電流手段と、センサ素子により検知された静電容量に応じて導通させる電流値を変化させ、第１の電流手段と並列に接続され得る第２の電流手段と、第1及び第２の電流手段からの電流を取り出すため、それらの電流手段と接続される出力信号線と、所定の制御信号を受けて出力信号線と第２の電流手段との間を電気的に接続又は遮断するスイッチ手段とを有する。さらに、凹凸検出センサは、出力信号線を流れる電流値を判定し、電流値が所定値より小さいときに第２の電流手段と出力信号線との間の電気的接続を遮断するように制御信号をスイッチ手段に出力する判定手段を備える。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照し、本発明の凹凸センサの実施形態を説明する。
【００２２】
実施の形態1．
本発明の凹凸センサはマトリクス状に配置された複数のセンサ素子（この単位を「セル」という。）からなる。図１に、１つのセンサ素子すなわちセルにおける構成の一部を示す。図１に示すように、凹凸センサの１つのセルは、一つの切替回路２５と、導電体からなる２つのセンサプレート２１ａ、２１ｂとを含む。センサプレート２１ａ、２１ｂの上部には誘電体の保護膜３１を介して、それらとほぼ同じ大きさの導電体のセンサプレート２３ａ、２３ｂが、センサプレート２１ａ、２１ｂに対向してそれぞれ設けられている。切替回路２５はセンサプレート２１ａ、２１ｂと出力信号線２６とを接続する。このとき、センサプレート２１ａと出力信号線２６とは常時接続されているが、センサプレート２１ｂと出力信号線２６とは切替回路２５により接続／遮断が切替えられるようになっている。すなわち、切替回路２５は、出力信号線２６に対してセンサプレート２１ｂをセンサプレ−ト２１ａに並列に接続したり、その接続を遮断したりする。
【００２３】
図２は、上記のセル（センサ素子）をマトリクス状に配置した凹凸センサの全体構成を説明した図である。凹凸検出センサは、指紋を検出する指の表面を接触させるパッド部１０において、センサ素子１２が行、列方向にマトリクス状に配列されている。各センサ素子１２はドライブ回路４２により駆動され、センサ素子１２で検知された凹凸形状の検知結果が検出回路４１により電気信号として取り出される。
【００２４】
一つのセンサ素子１２には例えば図３（ａ）、（ｂ）に示すように電極部２０と、アクティブ素子であるトランジスタ１９とが含まれる。トランジスタ１９は、ドライブ回路４２に接続された一の行線４２ａと検出回路４１に接続された一の列線４１ａとにより一の電極部２０を選択する。電極部２０には例えば図１、図２に示すセンサプレート２１ａ、２１ｂ、２３ａ、２３ｂ及び切替回路２５が含まれる。
【００２５】
なお、保護膜３１の厚さに比べてセルに用いるプレート２１ａ…の縦横寸法が十分小さい場合は、図１に示すようにセンサプレート２３ａ、２３ｂを設けるのがより高い検出精度を得る上で好ましいが、一般的には、保護膜３１の厚さに比べてセルに用いるプレート２１ａ…の縦横寸法が十分大きいので、上部の導電体のプレート２３ａ、２３ｂを設けなくても同様の効果が得られる。即ち、図４に示すように、図１の構成から、上部に設けたセンサプレート２３ａ、２３ｂを除いた構成としてもよい。
【００２６】
図１に示す構成の凹凸センサの動作を説明する。
ここで、説明の簡単化のために各センサプレート２１ａ、２１ｂ、２３ａ、２３ｂはそれぞれ同じ面積を持つとする。つまり、各センサプレート２１ａ、２１ｂ、２３ａ、２３ｂの容量を各々Ｃ₁、Ｃ₂、Ｃ_S1、Ｃ_S2とすると、Ｃ₁＝Ｃ₂＝Ｃ_S1＝Ｃ_S2＝Ｃとなる。
【００２７】
まず、異物が存在しない時は図５に示すように切替回路２５のスイッチを制御し、センサプレート２１ｂと出力信号線２６との接続を遮断する。このとき、セルにおいて、センサプレート２１ａと、それと対向のセンサプレート２３ａとがセンサ電極として使用され、センサプレート２１ｂ、２３ｂはセンサ電極として使用されない。すなわち、センサプレート２１ａ、２３ａと指１００の表面との間にできる感知容量Ｃ_fはほぼ次式で表される。
【数２】

【００２８】
一方、異物が存在する場合は、図６に示すように切替回路２５のスイッチを制御し、センサプレート２１ｂと出力信号線２６を接続する。このとき、セルにおいて、センサプレート２１ａ、２３ａとともに、センサプレート２１ｂ、２３ｂもセンサ電極として使用される。つまり、二つのセンサプレート２１ａと２１ｂは、一つのセンサプレートとして動作する。故に、感知容量Ｃ_fはほぼ次式の値をとる。
【数３】

このように、切替回路２５でセンサプレート２１ｂの接続を切替えることにより、感知容量を変更することができる。
【００２９】
図７に感知容量Ｃ_fの特性を示す。図７は１セルあたり２つのセンサプレートを含む場合の感知容量の特性を示しており、モード1の曲線はセンサプレートを1つのみ使用する場合の容量変化を、モード2の曲線はセンサプレートを２つ並列に接続して使用する場合の容量変化を示した図である。ここではd₀＝500nmとしたので500ｎｍから容量が変化する。この図より切替回路２５のスイッチをオンすることでモード1からモード2の特性に移行できるのがわかる。つまり、モード１を異物が存在しない通常状態での検出時に使用し、モード２を異物が存在する場合の検出時に使用することで、異物が存在する場合であっても高い検出感度を維持でき、検出時の分解能を向上できる。
【００３０】
例えば、異物の大きさを200nmとすると、モード１のままだとＣ_f≦８fFの範囲でしか出力できないが、モード2に切替えることでＣ_f≦１７fFの範囲で出力できるようになる。
【００３１】
以上のように、検出状況に応じて、セル中のセンサプレート数を切替えて容量変化特性を切替えることにより、検出能力の分解能が改善され、また、出力変化も増幅できる。なお、異物の存在の判定は、例えば、センサにより検出された検出値を所定値と比較し、検出値が所定値より小さい場合に異物が存在していると判断することにより可能である。
【００３２】
実施の形態２．
図８に本発明に係る凹凸センサの別の実施形態を示す。図８に示す例では、図１に示す構成において、上部に設けた２つのセンサプレート２３ａ、２３ｂを一体とした１つのセンサプレート２３ｃを設けている。
【００３３】
このように構成された凹凸センサの動作を以下に説明する。
説明の簡単化のために二つのセンサプレート２１ａ、２１ｂは同じ面積を持つとする。従って、センサプレート２１ａ、２１ｂとプレート２３ｃ間に形成される容量をそれぞれC₁、C₂とすると、C₁＝C₂（≡C/2）となる。
【００３４】
異物が存在しないときは、図９に示すように切替回路２５のスイッチをオフにする。この場合、センサプレート２１ｂは切り離され、センサプレート２１ａのみが検出動作に寄与することになる。よって、センサプレートと指表面の間にできる感知容量C_fはほぼ次式で表される。
【数４】

【００３５】
次に異物が存在する時は図１０に示すように切替回路２５のスイッチをオンにする。すると二つのセンサプレート２１ａ、２１ｂは等価的に一つのセンサプレートと同じ働きをするので、感知容量はほぼ次式の値をとる。
【数５】

このように、切替回路２５でセンサプレート２１ｂの接続を切替えることにより、感知容量を変更することができる。
【００３６】
図１１に本実施形態での感知容量の特性を示す。ここではd₀＝500nmとしたので図のように500ｎｍから容量が変化する。また、センサプレートの個数は１セルあたり３つとし、モード1は1つのセンサプレートのみを使用したときの容量変化、モード2は３つのセンサプレートを使用したときの容量変化を示す曲線である。この図より切替回路２５のスイッチをオンすることでモード1からモード2の特性に移行できるのがわかる。モード１を異物が存在しない通常状態での検出時に使用し、モード２を異物が存在する場合の検出時に使用することで、異物が存在する場合であっても高い検出感度を維持でき、検出時の分解能を向上できる。
【００３７】
例えば異物の大きさが200nmの場合、モード1の場合、C_f≦１２fFの範囲でしか出力できないが、モード２に切り替わることでC_f≦１７fFの範囲で出力できるようになる。従って、分解能が改善され、さらに、出力変化も増幅できることになる。
【００３８】
実施の形態３．
センサプレート上に形成される感知容量の変化により凹凸を検出するセルにおいて、その感知容量を検出する方法として、感知容量Ｃ_fに電荷を充電し、充電された電荷量を測定して感知容量を検出する方法がある。この場合、充電のために各セルに印加する電圧値を変化させることによって蓄える電荷量を変化させることができる。そこで、本実施形態では、指表面とセンサ電極との間に異物が存在すると判断された場合は、通常検出時よりも大きな印加電圧によりセルを充電するようにする。
【００３９】
図１３は、各セルから感知容量を検出するための構成を示した図である。通常時（異物が存在しないとき）においては、スイッチＳ１が閉じて感知容量Ｃ_fに可変電源４５より電圧Ｖ₀が印加される。このとき、充電される電荷量Ｑ₀はＱ₀＝Ｃ_f・Ｖ₀となる。次に、スイッチＳ１が開き、スイッチＳ２が閉じることにより、充電された電荷Ｑ₀に応じて流れる電流Ｉ_D1が検出回路４１により検出される。判定回路４３ａは検出回路４１からの検出結果に基き異物の有無を判定し、異物等が存在していると判定したときは可変電源４５を制御する。可変電源４５は異物等が存在していると判定された場合は、印加電圧をＶ₀からＶ₁（Ｖ₁＞Ｖ₀）に変化させ、その後、この電圧Ｖ₁で感知容量Ｃ_fを充電する。これにより、充電される電荷量はQ₁（＝Ｃ_f・Ｖ₁）となり、Ｖ₁＞Ｖ₀であるため、充電される電荷量が大きくなり（Ｑ₁＞Ｑ₀）、分解能が改善される。
【００４０】
実施の形態４．
感知容量を検出する方法として、容量を電圧に変換する容量電圧変換回路（以下「Ｃ−Ｖ変換回路」という。）を用い、容量を電圧として検出する方法がある。この方法では、Ｃ−Ｖ変換回路から出力される電圧の変化が小さい場合はその信号を増幅する必要がある。そこで、例えば、図１４に示すようにＣ−Ｖ変換回路から出力される電圧の微小電圧変化をＭＯＳトランジスタ４８のゲートに入力して、出力信号を増幅する方法が考えられる。これはＭＯＳトランジスタ４８の流す電流はゲート電圧変化の2乗に比例することを利用したものである。ＭＯＳトランジスタの流す飽和電流I_Dは次式で表される。
【数６】

但し、V_Sは電源電圧、V_Gはゲート電圧、V_thは閾値電圧、βは増幅率である。
【００４１】
この方法では、ＭＯＳトランジスタの流す電流が電源電圧の2乗にも比例していることから、図１４に示すように電源電圧Ｖ_DDを変化させることで出力電圧を変化させることができる。異物が無い時の電源電圧をＶ_Sとすると、ＭＯＳトランジスタの飽和電流はＩ_D＝Ｉ_D0である。判定回路４３ｂは検出回路４１からの検出電流値に基き、検出電流値が所定値よりも小さく異物が存在すると判定したときは、可変電源４５の出力電圧Ｖ_DDの値をＶ_SからＶ_S'（Ｖ_S'＞Ｖ_S）に制御する。このとき、ＭＯＳトランジスタの飽和電流値Ｉ_Dは次式となる。
【数７】

V_S'＞V_Sであることから、出力電流が大きくなり（Ｉ_D'＞Ｉ_D）、分解能が改善される。
【００４２】
実施の形態5．
図１４に示した構成において、異物が存在する場合に、1つのセルにおいて1つ以上のＭＯＳトランジスタを並列に接続させて出力電流値を増やすようにしてもよい。
【００４３】
即ち、図１５に示すように、ＭＯＳトランジスタ４８と並列に追加のＭＯＳトランジスタ４９を設ける。追加のＭＯＳトランジスタ４９はスイッチＳ４を介してＭＯＳトランジスタ４８と並列に接続されたり、切り離されたりする。この接続／切り離しの動作は判定回路４３ｃにより制御される。追加のＭＯＳトランジスタ４９は、そのゲートがＭＯＳトランジスタ４８と同様にＣ−Ｖ変換回路４７の出力に接続され、Ｃ−Ｖ変換回路４７からの出力値に応じて変化する電流を導通させる。
【００４４】
判定回路４３ｃは異物が存在しないと判定した時は、ＭＯＳトランジスタ４８のみを用いるように、ＭＯＳトランジスタ４９を切り離し、これによって、出力電流Ｉ_Dは１つのＭＯＳトランジスタの飽和電流Ｉ_D0の値と等しくなる。一方、異物が存在すると判定した時は、判定回路４３ｃはＭＯＳトランジスタ４９がＭＯＳトランジスタ４８と並列に接続されるように接続を制御し、これにより、出力電流Ｉ_Dは２×Ｉ_D0となる。このように、異物が存在する時に、感知容量に応じた電流を導通させるトランジスタの数を増加させることにより、出力電流を増大させることにより分解能を改善することができる。なお、追加するトランジスタの数は３以上の多数であってもよい。
【００４５】
【発明の効果】
本発明に係る第１の凹凸センサによれば、簡易な構成で状況に応じてセンサ素子の感知容量の変化特性を切替えることが可能であるため、例えば、検知対象物とセンサ素子との間に異物が存在する場合と存在しない場合で切替えることにより、異物が存在するときであっても、凹凸形状検出時の分解能を向上することができる。また、感知電極を検知対象物側に対向して設けてもよく、これにより保護膜の厚さが電極面積に比して大きいときに特に精度よく凹凸の検出が可能となる。
【００４６】
本発明に係る第２の凹凸センサによれば、センサ素子に形成される感知容量に充電することにより凹凸を検出する場合に、充電電圧を状況に応じて切替えることが可能であるため、例えば、検知対象物とセンサ素子との間に異物が存在する場合と存在しない場合で切替えることにより、異物が存在するときであっても、凹凸形状検出時の分解能を向上させることができる。
【００４７】
本発明に係る第３の凹凸センサによれば、センサ素子が感知容量と、駆動電圧とによって決定される電流を導通させる手段を有する場合に、その手段の駆動電圧を状況に応じて切替えることが可能であるため、例えば、検知対象物とセンサ素子との間に異物が存在する場合と存在しない場合で切替えることにより、異物が存在するときであっても、凹凸形状検出時の分解能を向上させることができる。
【００４８】
本発明に係る第４の凹凸センサによれば、凹凸形状検出時に使用する電流手段の数を状況に応じて切替えることが可能であるため、例えば、検知対象物とセンサ素子との間に異物が存在する場合と存在しない場合で切替えることにより、異物が存在するときであっても、凹凸形状検出時の分解能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る凹凸センサの実施の形態１の電極構成を説明した図。
【図２】凹凸センサの全体構成図。
【図３】凹凸センサにおけるセルの構成例を説明した図。
【図４】実施の形態１の凹凸センサの別の電極構成を説明した図。
【図５】実施の形態１の凹凸センサの動作を説明するための図（異物が存在しない場合）。
【図６】実施の形態１の凹凸センサの動作を説明するための図（異物が存在する場合）。
【図７】実施の形態１の凹凸センサの感知容量の特性を示した図。
【図８】本発明に係る凹凸センサの実施の形態２の電極構成を説明した図。
【図９】実施の形態２の凹凸センサの動作を説明するための図（異物が存在しない場合）。
【図１０】実施の形態２の凹凸センサの動作を説明するための図（異物が存在する場合）。
【図１１】実施の形態２の凹凸センサの感知容量の特性を示した図。
【図１２】本発明に係る凹凸センサの考え方を説明するための図。
【図１３】本発明に係る凹凸センサの実施の形態３の構成を説明した図。
【図１４】本発明に係る凹凸センサの実施の形態４の構成を説明した図。
【図１５】本発明に係る凹凸センサの実施の形態５の構成を説明した図。
【図１６】（ａ）従来の凹凸センサの全体構成図、及び、（ｂ）凹凸センサにおけるセルの構成例を説明した図。
【図１７】従来の凹凸センサの動作を説明するための図（異物が存在しない場合）。
【図１８】従来の凹凸センサの感知容量の特性を示した図。
【図１９】従来の凹凸センサの感知容量の検出のための構成を説明した図。
【図２０】従来の凹凸センサの動作を説明するための図（異物が存在する場合）。
【符号の説明】
２１ａ，２１ｂ，２３ａ，２３ｂ，２３ｃセンサプレート、２５切替回路、２６信号線、３１誘電体保護膜、４１検出回路、４２ドライブ回路、４３ａ〜４３ｃ判定回路、４５可変電源、４７Ｃ−Ｖ変換回路４８，４９ＭＯＳトランジスタ。

Claims

複数のセンサ素子がマトリクス状に配置されてなり、各センサ素子は該各センサ素子と検知対象物間に形成される静電容量を検知し、その検知した静電容量に基いて検知対象物の凹凸形状を検出する凹凸検出センサにおいて、
各センサ素子は、出力信号線に接続され、検知対象物との間で静電容量を形成する第１の感知電極と、検知対象物との間で静電容量を形成する第２の感知電極と、所定の条件下において第２の感知電極を第１の感知電極と並列になるように、出力信号線に接続する切替手段とを備え、
前記切替手段は、出力信号線上の出力信号の値が所定値より小さいときに第２の感知電極を出力信号線に電気的に接続し、前記出力信号の値が前記所定値以上のときは第２の感知電極と出力信号線とを電気的に遮断することを特徴とする凹凸検出センサ。
前記各センサ素子において、第１及び第２の感知電極のそれぞれに誘電膜を介して対向する第３及び第４の感知電極を設け、該第３及び第４の感知電極は第１及び第２の感知電極よりも検知対象物側に配置されることを特徴とする請求項１記載の凹凸検出センサ。
前記第３及び第４の感知電極を一体としたことを特徴とする請求項２記載の凹凸検出センサ。
複数のセンサ素子がマトリクス状に配置されてなり、各センサ素子において検知対象物によって形成される静電容量に電荷を充電し、該充電された電荷量により検知対象物の凹凸形状を検出するセンサであって、
任意に出力電圧が変えられ、前記各センサ素子において形成された静電容量に電荷を充電するための電圧を供給する可変電源と、
前記センサ素子に充電された電荷量に応じた出力信号を検出する検出手段と、
該検出手段により検出されたセンサ素子からの出力信号のレベルを判定し、該レベルにしたがい前記可変電源の出力電圧を切替える制御手段と
を備えたことを特徴とする凹凸検出センサ。
複数のセンサ素子がマトリクス状に配置されてなり、各センサ素子は該各センサ素子と検知対象物間に形成される静電容量を検知し、その検知した静電容量に基いて検知対象物の凹凸形状を検出する凹凸検出センサにおいて、
各センサ素子は、検知対象物により形成された静電容量と、駆動電圧とによって決定される電流を導通させる電流手段を有し、
凹凸検出センサは、各センサの電流手段に駆動電圧を供給する可変電源と、電流手段からの電流値を判定し、該電流値にしたがい可変電源の出力電圧を切替える制御手段とを備えることを特徴とする凹凸検出センサ。
複数のセンサ素子がマトリクス状に配置されてなり、各センサ素子は該各センサ素子と検知対象物間に形成される静電容量を検知し、その検知した静電容量に基いて検知対象物の凹凸形状を検出する凹凸検出センサにおいて、
各センサ素子は、該センサ素子により検知された静電容量に応じて導通させる電流値を変化させる第１の電流手段と、該センサ素子により検知された静電容量に応じて導通させる電流値を変化させ、第１の電流手段と並列に接続され得る第２の電流手段と、第1及び第２の電流手段からの電流を取り出すため、それらの電流手段と接続される出力信号線と、所定の制御信号を受けて出力信号線と第２の電流手段との間を電気的に接続又は遮断するスイッチ手段とを有し、
凹凸検出センサは、出力信号線を流れる電流値を判定し、該判定した電流値が所定値以下のときに第２の電流手段と出力信号線との間の電気的接続を接続し、該判定した電流値が所定値より大きいときに第２の電流手段と出力信号線との間の電気的接続を遮断するように制御信号を前記スイッチ手段に出力する判定手段を備えることを特徴とする凹凸検出センサ。