(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出対象の微細形状に応じて変化する電気量を検出する検出素子と、対応する検出素子の電気量に応じた信号を変換して出力するセンサセルとを複数有し、２次元に配列されたこれらセンサセルの出力に基づき前記微細形状の凹凸を感知する微細形状検出センサ装置であって、
前記センサセルは、前記電気量をその大きさに応じた出力信号へ変換して出力するセンサ回路と、このセンサ回路の検出感度を調整するキャリブレーション回路と、当該キャリブレーション回路の動作を検査して得られた結果を当該センサセルの出力信号として出力するテスト回路とを備え、
前記キャリブレーション回路は、当該キャリブレーション回路の動作を検査するテスト動作の際、前記検出感度の調整動作を行うとともにこの動作の動作状態を示す動作確認信号を出力する手段を有し、
前記テスト回路は、当該センサセルで微細形状を検出するセンシング動作の際には前記センサ回路の出力信号を当該センサセルの出力信号として出力し、前記テスト動作の際には当該キャリブレーション回路から取得した前記動作確認信号を当該センサセルの出力信号として出力する手段を有する
ことを特徴とする微細形状検出センサ装置。
【請求項２】
請求項１記載の微細形状検出センサ装置において、
前記テスト回路は、前記センシング動作の際に当該センサ回路からの出力信号を当該センサセルからの出力信号として選択出力し、前記テスト動作の際に前記キャリブレーション回路から取得した前記動作確認信号を当該センサセルからの出力信号として選択出力するセレクタからなることを特徴とする微細形状検出センサ装置。
【請求項３】
請求項１記載の微細形状検出センサ装置において、
前記テスト回路は、前記センシング動作の際に当該センサ回路からの出力信号を所定の閾値と比較した比較結果を当該センサセルの出力信号として出力し、前記テスト動作の際に当該キャリブレーション回路の動作状態に応じた信号を当該センサセルの出力信号として出力する閾値回路からなり、
前記閾値回路は、前記テスト動作の際、当該キャリブレーション回路から取得した前記動作確認信号が第１の状態を示す場合は、当該センサ回路からの出力信号を所定の閾値と比較した比較結果を当該センサセルの出力信号として出力し、前記動作確認信号が第２の状態を示す場合は、所定の固定レベルの信号を当該センサセルの出力信号として出力する  ことを特徴とする微細形状検出センサ装置。
【請求項４】
請求項２または３記載の微細形状検出センサ装置において、
前記キャリブレーション回路は、当該センサ回路の検出感度を調整する負荷回路と、計数データに基づきこの負荷回路を制御するカウンタ回路とを有し、
前記動作確認信号として前記計数データの最上位ビットの信号を用いることを特徴とする微細形状検出センサ装置。
【請求項５】
請求項１記載の微細形状検出センサ装置において、
前記各テスト回路は、共通に接続されたテスト制御線を介して供給されるテスト回路制御信号に基づき当該キャリブレーション回路の動作を検査することを特徴とする微細形状検出センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微細形状検出センサ装置に関し、特に人間の指紋や動物の鼻紋などの微細な凹凸を感知する微細形状検出センサ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
検出対象の微細形状を検出する微細形状検出センサ装置の応用例として、指紋のパターンを検出する指紋センサが多数提案されている。例えば、「ISSCC DIGEST OF TECHNICAL PAPERS」 FEBRUARY 1998 pp.284〜285に記載されている。これは、ＬＳＩチップの上に２次元に配列されたセル（以下、センサセルという）の内部にセンサ電極を設け、このセンサ電極と絶縁膜を介して触れた指の皮膚との間に形成される静電容量を検出して、指紋の凹凸パターンを感知するものである。指紋の凹凸により形成される容量の値が異なるため、この容量差を検出することで指紋の凹凸を感知することができる。
【０００３】
また、複数あるセンサ回路の検出感度を個別に調整する手段を有する微細形状検出センサ装置が提案されている（例えば、特願２０００−１７１９３２号など参照）。
図８に従来の微細形状検出センサ装置のブロック図を示す。
センサセル１１は、検出素子１、センサ回路（ＶＴ変換）２、キャリブレーション回路３および選択回路９で構成されている。
【０００４】
検出素子１は、微細形状を電気量に変換するための素子である。センサ回路２は、微細形状により変化する検出素子の電気量を計測し、内部の電圧−時間変換回路でその電気量に応じたパルス幅を有する時間信号へ変換し、出力信号２Ａとして出力する回路である。
キャリブレーション回路３は、当該センサセル１１のセンサ回路２の検出感度を各センサセルごとに個別に調整（感度調整）する回路である。選択回路９は選択信号９Ａに基づき当該センサセル１１を動作状態とする回路である。
【０００５】
各センサセル１１のセンサ回路２における検出感度を調整する（以下、キャリブレーションという）ときは、被測定物として、凹凸のない基準サンプルをそのセンサで検出したり、センサ面に何も置かずに検出を行うことで、各センサセルに同一の測定値を検出させる。
センサセル１１からの出力信号２Ａはキャリブレーション回路３に入力される。キャリブレーション回路３は、負荷回路３１、カウンタ回路（ｎビット）３２および時間信号比較回路３３で構成される。
【０００６】
時間信号比較回路３３では、出力信号２Ａと所望の検出感度に応じたパルス幅を有する基準パルス信号３Ａとが比較される。そして、両者の時間差分のパルス幅を有する比較結果がカウンタ入力信号３Ｂとしてカウンタ回路（ｎビット）３２へ入力される。
カウンタ回路３２では、このカウンタ入力信号３Ｂに基づきカウンタ動作を行う。これによりカウンタ回路３２での計数データが順次更新され、この計数データにより負荷回路３１に設けられたｎ個の負荷素子Ｚ1〜Ｚnに対するセンサ回路２への接続が制御されてセンサ回路２の検出感度が調整される。
この動作を各センサセル１１で１回または複数回繰り返すことにより個々のセンサ回路２の検出感度を調整し、各センサセルの性能を均一にする。
【０００７】
図９に、従来のセンサセルの具体的構成例を示す。
検出素子１は絶縁層１６に形成されパシベーション膜１５に覆われたセンサ電極１Ｂで実現され、電気量として指表面１４とセンサ電極１Ｂの間に形成される静電容量Ｃfを用いている。
センサ回路２は、ＰｃｈＭＯＳＦＥＴＱ1、ＮｃｈＭＯＳＦＥＴＱ2、定電流源Ｉおよび電圧−時間変換回路（以下、ＶＴ変換回路という）から構成されている。Ｃp0は寄生容量である。
【０００８】
図１０にセンサセルの検出動作を示すタイミングチャートを示す。
時刻Ｔ１以前では、センサ回路制御信号／ＰＲＥ（ＰＲＥバー）が電源電圧ＶDDに制御されてＱ1がオフし、センサ回路制御信号ＲＥが電圧０Ｖに制御されてＱ2がオフしており、節点Ｎ1は０Ｖである。
時刻Ｔ１に信号／ＰＲＥが０Ｖに制御されてＱ1がオンし、節点Ｎ1はＶDDまで上昇する。そして時刻Ｔ２に信号／ＰＲＥおよび信号ＲＥがＶDDへ制御されてＱ1がオフするとともにＱ2がオンする。これにより、静電容量Ｃfに蓄積された電荷が放電される。
【０００９】
したがって、静電容量Ｃfに依存した速度で節点Ｎ1の電位は徐々に低下することになり、時刻Ｔ２から所定時間Δｔだけ経過した時刻Ｔ３に信号ＲＥを０Ｖに制御してＱ2をオフすると、節点Ｎ1では静電容量Ｃfに応じた電位ＶDD−ΔＶが維持され、これがＶＴ変換回路２１へ出力される。
【００１０】
ＶＴ変換回路２１には、定電流源ＩVT、容量ＣLおよび閾値回路２２が設けられている。
このＶＴ変換回路２１では、節点Ｎ1の電位に応じて定電流源ＩVTが動作し、容量ＣLを充電する。閾値回路２２では、この容量ＣLの電位が所定の閾値を上回った時点でその出力すなわち出力信号２Ａを反転させる。
これにより、電荷が空の容量ＣLに対して充電を開始してから、節点Ｎ1の電位に応じた時間だけ経過した後、出力信号２Ａが反転することになり、検出対象の微細形状を検出するセンシング動作時にはこの時間長を測定することにより、皮膚表面の凹凸がわかる。
【００１１】
また、センス回路２の検出感度を調整するキャリブレーション動作時には、すべての負荷素子を非活性状態とするように予めカウンタ回路３２の計数データを初期設定値に設定する。またＶＴ変換回路２１からの出力信号２Ａは個々の検出動作ごとにその開始時点で初期設定値に設定する。そして、所望の検出感度に応じたパルス幅を有する基準パルス信号３Ａをセンサセル１１へ供給し、これに同期してセンサセル１１で順次検出動作を行う。
これにより、センサ回路２から出力信号２Ａが得られ、図１１に示すように、時間信号比較回路３３で出力信号２Ａと基準パルス信号３Ａとが比較され、例えば、出力信号２Ａと基準パルス信号３Ａとの論理積によりカウンタ入力信号３Ｂが生成される。
【００１２】
出力信号２Ａは、静電容量Ｃfが一定の際、負荷回路３１の負荷に応じて、図１１に示すように、基準パルス信号３Ａの立ち上がりエッジから出力信号２Ａの立ち上がりエッジまでの遅れ時間ｔｓが変化する。
したがって、ｔｓで決定される時間より早く出力信号２Ａが変化した場合（ｔｓ＞ｔｒ）は（時刻Ｔ１，Ｔ２）、検出動作ごとにカウンタ入力信号３Ｂがカウンタ回路３２へ入力されるため、カウンタ回路３２では計数データがインクリメントされ、負荷回路３１の負荷が順次増加する。
【００１３】
そして、ｔｓで決定される時間以降に出力信号２Ａが変化した場合（ｔｓ≦ｔｒ）は（時刻Ｔ３）、センサ回路２の検出感度がｔｒに対応する所望の感度となってカウンタ入力信号３Ｂが出力されなくなり、そのときの負荷素子の選択状態がカウンタ回路３２により保持される。
したがって、各負荷素子の負荷値として例えばＺk＝Ｚ・２k-1（ｋは自然数）と設定しておくことにより、計数データがカウントアップされるごとにＺずつ負荷回路３１の値が大きくなり、Ｚ単位で検出感度を調整できる。
このようなキャリブレーション動作が各センサセル１１ごとに個別に実行され、それぞれ適切な検出感度に調整される。
【００１４】
負荷回路３１の負荷素子Ｚ1〜Ｚnとしては、活性状態と非活性状態に制御できる負荷素子を用いてもよい。図１２は活性状態と非活性状態に制御できる負荷素子の実現例であり、図１２（ａ）に容量性負荷素子の例、図１２（ｂ）に抵抗性負荷素子の例を示す。
このように、各センサ回路２ごとにキャリブレーション回路３を設けることにより、プロセスばらつきに起因してセンサ回路２の特性すなわち検出感度がセンサセルごとに異なっていても、各センサセルの検出性能を均一にすることができる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の微細形状検出センサ装置では、センサ回路２の検出感度についてはキャリブレーション回路３で調整できるものの、キャリブレーション回路３自体に故障があった場合には、それを検出できなかった。
特に、キャリブレーション回路３のカウンタ回路３２は、ＭＯＳトランジスタ素子の数も多く実装密度も高いため、他の回路部と比較して半導体プロセスに起因する故障が発生しやくなる。
【００１６】
そのため、センサセルが搭載されたセンサチップ以外の回路部品も含めて微細形状検出センサ装置を組み立てた後に動作試験を行って、キャリブレーション回路が機能しないものを選択排除する必要があり、キャリブレーション回路の故障に起因して製造コストが増大してしまうという問題があった。
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、キャリブレーション回路の故障に起因する製造コストの増大を抑制できる微細形状検出センサ装置を提供することを目的としている。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明にかかる微細形状検出センサ装置は、検出対象の微細形状に応じて変化する電気量を検出する検出素子と、対応する検出素子の電気量に応じた信号を変換して出力するセンサセルとを複数有し、２次元に配列されたこれらセンサセルの出力に基づき微細形状の凹凸を感知する微細形状検出センサ装置であって、センサセルは、電気量をその大きさに応じた出力信号へ変換して出力するセンサ回路と、このセンサ回路の検出感度を調整するキャリブレーション回路と、当該キャリブレーション回路の動作を検査して得られた結果を当該センサセルの出力信号として出力するテスト回路とを備え、キャリブレーション回路は、当該キャリブレーション回路の動作を検査するテスト動作の際、検出感度の調整動作を行うとともにこの動作の動作状態を示す動作確認信号を出力する手段を有し、テスト回路は、当該センサセルで微細形状を検出するセンシング動作の際にはセンサ回路の出力信号を当該センサセルの出力信号として出力し、テスト動作の際には当該キャリブレーション回路から取得した動作確認信号を当該センサセルの出力信号として出力する手段を有するものである。
【００１８】
テスト回路としては、センシング動作の際に当該センサ回路からの出力信号を当該センサセルからの出力信号として選択出力し、テスト動作の際にキャリブレーション回路から取得した動作確認信号を当該センサセルからの出力信号として選択出力するセレクタを用いてもよい。
あるいは、センシング動作の際に当該センサ回路からの出力信号を所定の閾値と比較した比較結果を当該センサセルの出力信号として出力し、テスト動作の際に当該キャリブレーション回路の動作状態に応じた信号を当該センサセルの出力信号として出力する閾値回路を用い、この閾値回路で、テスト動作の際、当該キャリブレーション回路から取得した動作確認信号が第１の状態を示す場合は、当該センサ回路からの出力信号を所定の閾値と比較した比較結果を当該センサセルの出力信号として出力し、動作確認信号が第２の状態を示す場合は、所定の固定レベルの信号を当該センサセルの出力信号として出力するようにしてもよい。
【００１９】
また、キャリブレーション回路が、当該センサ回路の検出感度を調整する負荷回路と、計数データに基づきこの負荷回路を制御するカウンタ回路とからなる場合は、動作確認信号として計数データの最上位ビットの信号を用いてもよい。
各テスト回路では、共通に接続されたテスト制御線を介して供給されるテスト回路制御信号に基づき当該キャリブレーション回路の動作を検査するようにしてもよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１に、本発明にかかる微細形状検出センサ装置の使用状態を示す。
微細形状検出センサ装置１０は、図１に示されるように、互いに隣接した多数のセンサセルによって構成され、代表的には、２次元（アレイ状や格子状）に配置された多数のセンサセル１１から構成されている。
この微細形状検出センサ装置１０のセンサ面１２に指１３など検出対象を接触させることにより、その検出対象表面（ここでは指紋の凹凸形状）がそれぞれのセンサセル１１で個別に検出され、検出対象の微細形状を示す２次元データが出力される。
【００２１】
図２は本発明の一実施の形態にかかる微細形状検出センサ装置を示すブロック図である。
この微細形状検出センサ装置１０では、各センサセル１１がｐ個×ｑ個（ｐ，ｑは２以上の整数）の格子状に配置されている。
デコーダＤＣは、アドレス信号ＡＤに基づきセル選択線ＷＬ１〜ＷＬｑのいずれかへ選択信号を出力する。これらセル選択線ＷＬ１〜ＷＬｑは、各センサセル１１のうち、当該行に配置されているｑ個のセンサセル１１へ共通して接続されており、デコーダＤＣから当該セル選択線ＷＬへ選択信号が出力されることにより、当該行に配置されているｑ個のセンサセル１１が同時に選択され、動作状態となる。
【００２２】
また、列方向に配置されているｐ個のセンサセル１１ごとに、それぞれＡ／Ｄ変換回路４が設けられており、各列に配置されているｐ個のセンサセル１１がそれぞれデータ線ＤＬ１〜ＤＬｑにより共通に接続されている。
Ａ／Ｄ変換回路４は、当該データ線ＤＬを介してセンサセル１１からアナログ信号により出力される出力信号をＡ／Ｄ変換し、デジタル出力信号４Ａを出力する。
【００２３】
このような構成の微細形状検出センサ装置１０では、微細形状を検出するためのセンシング動作の際、デコーダＤＣからの選択信号により、各データ線ＤＬ１〜ＤＬｑごとにそれぞれ１つのセンサセル１１が同時に選択され、これらｑ個のセンサセル１１からの出力信号が、それぞれデータ線ＤＬ１〜ＤＬｑを介して並列的にＡ／Ｄ変換回路４へ入力され、デジタル出力信号４Ａとして出力される。したがって、アドレス信号ＡＤを順に変化させることにより、行ごとにｑ個のセンサセル１１が選択されて、これらセンサセル１１の出力信号が各Ａ／Ｄ変換回路４から順次行単位でデジタル出力信号４Ａとして出力され、結果として、微細形状を示す２次元データが得られる。
【００２４】
また、センサセル１１の検出感度を調整するキャリブレーション動作の際には、上記センシング動作と同様にして行単位でｑ個のセンサセル１１が同時に選択される。そしてすべてのセンサセル１１に対して共通に接続されている制御線ＣＬを介して、基準パルス信号３Ａが供給される。
したがって、アドレス信号ＡＤを順に変化させることにより、行ごとに選択されたｑ個のセンサセル１１ごとに個別に、かつ順次行単位で並列的に調整されることになる。
【００２５】
一方、テスト制御線ＴＬについても、すべてのセンサセル１１に対して共通に接続されている。
したがって、各センサセル１１のキャリブレーション回路３を一括してテストするテスト動作の際には、そのテスト実行を指示するテスト回路制御信号５Ａが、テスト制御回路５からテスト制御線ＴＬを介してすべてのセンサセル１１へ同時に供給され、すべてのセンサセル１１で一括してキャリブレーション回路３のテストが行われる。
【００２６】
次に、図３を参照して、本発明にかかる第１の実施の形態について説明する。
図３はセンサセル１１の構成を示すブロック図である。各センサセル１１は、それぞれ同一構成をなしており、検出素子１、センサ回路２、キャリブレーション回路３、テスト回路８および選択回路９から構成されている。
検出素子１は、微細形状を電気量１Ａへ変換するための素子である。センサ回路２は、微細形状により変化する検出素子の電気量１Ａを計測し、その電気量（大きさ）に応じた出力信号２Ｂへ変換して出力する回路である。なお、センサ回路２の構成は前述（図９参照）と同様であり、ここでの詳細な説明は略す。
【００２７】
キャリブレーション回路３は、当該センサ回路２の検出感度を個別に調整する回路である。このキャリブレーション回路３には、複数の負荷素子からなる負荷回路３１、この負荷回路３１の各負荷素子を制御するための計数データを保持出力するカウンタ回路３２、およびテスト動作時にセンサ回路２の出力信号２Ｂと基準パルス信号３Ａとを比較する時間信号比較回路３３が設けられている。
選択回路９は選択信号９Ａに基づき当該センサセル１１を動作状態とする回路である。
【００２８】
テスト回路８は、各センサセル１１のキャリブレーション回路３の動作をテストする回路である。
このテスト回路８は、センサ回路２とデータ線ＤＬとの間に設けられており、テスト動作時にはテスト回路制御信号５Ａに基づき切替動作が行われ、センサ回路２からの出力信号２Ｂに代えて動作確認信号３Ｃが出力信号２Ａとしてデータ線ＤＬへ出力される。
この動作確認信号３Ｃとしては、カウンタ回路３２の動作を確認できる信号として、例えばカウンタ回路３２から出力される計数データの最上位ビット信号が用いられる。
【００２９】
次に、図４を参照して、本実施の形態の動作について説明する。図４にセンサセルの具体的構成例を示す。
テスト動作時には、被測定物として、凹凸のない基準サンプルをそのセンサで検出したり、センサ面に何も置かずに検出を行うことで、各センサセルに同一の測定値を検出させる。
そして、テスト制御回路５からテスト制御線ＴＬを介して各センサセル１１へテスト回路制御信号５Ａを出力する。
【００３０】
テスト回路８には、センサ回路２からの出力信号２Ｂとカウンタ回路３２からの動作確認信号３Ｃとのいずれかを選択するセレクタ８１が設けられている。このセレクタ８１では、テスト回路制御信号５Ａが出力されていない際には、出力信号２Ｂが選択されて出力信号２Ａとして出力され、テスト回路制御信号５Ａが出力されているテスト動作時には、動作確認信号３Ｃが選択されて出力信号２Ａとして出力される。
【００３１】
したがって、テスト回路制御信号５Ａの出力に応じて、セレクタ８１が切り替えられ、カウンタ回路３２からの動作確認信号３Ｃがデータ線ＤＬに出力される。この動作確認信号３Ｃが初期状態（Ｌレベル）であることを確認した後、センサ回路制御信号／ＰＲＥおよびＲＥを制御してセンサ回路２で検出動作を順次実行させる。
これにより、ＶＴ変換回路２１の出力信号２Ｂとして、検出動作ごとに１つのパルス信号が出力される。
【００３２】
このパルス信号は、時間信号比較回路３３へ入力される。
時間信号比較回路３３には、ＡＮＤゲート３４とＯＲゲート３５とが設けられている。ＯＲゲート３５には、テスト回路制御信号５Ａと基準パルス信号３Ａとが入力されており、テスト動作時にはテスト回路制御信号５Ａが出力され、キャリブレーション動作時には基準パルス信号３Ａを出力される。
ＡＮＤゲート３４には、ＯＲゲート３５の出力と出力信号２Ｂとが入力されており、これら入力の論理積がカウンタ入力信号３Ｂとしてカウンタ回路３２へ出力される。
【００３３】
したがって、テスト動作時にはテスト回路制御信号５Ａと出力信号２Ｂとの論理積がカウンタ入力信号３Ｂとして出力される。なお、キャリブレーション動作時には基準パルス信号３Ａと出力信号２Ｂとの論理積がカウンタ入力信号３Ｂとして出力される。
このようにして、テスト動作時には、センサ回路２での検出動作ごとにパルス信号からなるカウンタ入力信号３Ｂがカウンタ回路３２へ入力され、その計数データが徐々に増加する。そして、動作確認信号３Ｃとして選んだビット、ここでは最上位ビットまで計数が進み、カウンタ回路３２の正常状態（Ｈレベル）へ反転する。
【００３４】
この動作確認信号３Ｃは、テスト回路８のセレクタ８１を介してデータ線ＤＬへ出力信号２Ａとして出力される。
したがって、各センサセル１１からの出力信号２Ａが正常状態（Ｈレベル）を示すことを確認することにより、キャリブレーション回路３が正常に動作するか否かを判断することができる。
【００３５】
このように、各センサセル１１ごとにテスト回路８を設け、テスト動作時にはカウンタ回路の正常動作を示す動作確認信号３Ｃを出力信号２Ａとして出力するようにしたので、微細形状検出センサ装置として組み立てる前に、センサセルが搭載されたセンサチップ単体でキャリブレーション回路３さらにはカウンタ回路３２の動作をテストすることができる。
したがって、正常なセンサチップのみを用いて組み立て作業を行うことができ、キャリブレーション回路の故障に起因する製造コストの増大を抑制できる。
【００３６】
また、時間信号比較回路３３では、テスト動作に用いるテスト回路制御信号５Ａおよびキャリブレーション動作に用いる基準パルス信号３Ａの論理和出力と、センサ回路２からの出力信号２Ｂとの論理積をカウンタ入力信号３Ｂとしてカウンタ回路３２へ入力するようにしたので、簡素な回路構成でテスト動作時およびキャリブレーション動作時におけるカウンタ回路３２への入力信号を切替制御できる。
【００３７】
次に、図５を参照して、本発明にかかる第２の実施の形態について説明する。
図５は第２の実施の形態にかかる微細形状検出センサ装置を示すブロック図である。
第１の実施の形態（図３参照）では、センサ回路２の後段にテスト回路８を設けた場合について説明したが、本実施の形態は、センサ回路２の内部、ここではＶＴ変換回路２３内に設けたものであり、他の構成は第１の実施の形態と同様である。
【００３８】
図６にセンサセルの具体的構成例を示す。
このテスト回路２のＶＴ変換回路２３には、閾値回路２４として、前述したテスト回路８の機能を有する回路が設けられている。
すなわち、閾値回路２４には、テスト回路制御信号５Ａが入力されており、センシング動作時には、容量ＣLの電位が所定の閾値と比較され、その比較結果が出力信号２Ａとして出力される。
また、テスト回路制御信号５Ａがテスト動作中を示す場合は、カウンタ回路３２からの動作確認信号３Ｃに応じて、センシング動作時と同様のセンサ出力、または固定レベルのいずれかが選択されてデータ線ＤＬへ出力信号２Ａとして出力される。
【００３９】
一方、キャリブレーション回路３の時間信号比較回路３３には、出力信号２Ａが入力されており、テスト動作時にはテスト回路制御信号５Ａと出力信号２Ａとの論理積がカウンタ入力信号３Ｂとして出力される。なお、キャリブレーション動作時には基準パルス信号３Ａと出力信号２Ａとの論理積がカウンタ入力信号３Ｂとして出力される。
したがって、テスト動作の際には、動作確認信号３Ｃが初期状態（Ｌレベル：第１の状態）のときにセンシング動作時と同様の出力信号２Ａが出力されていることを確認した後、センサ回路２での検出動作を開始する。これにより、センサ回路２での検出動作ごとにパルス信号からなるカウンタ入力信号３Ｂがカウンタ回路３２へ入力され、その計数データが徐々に増加する。そして、動作確認信号３Ｃとして選んだビット、ここでは最上位ビットまで計数が進み、そのビットがＨレベルへ反転する。
【００４０】
これにより、この動作確認信号３Ｃが正常状態（Ｈレベル：第２の状態）を示すものとなり、閾値回路２４からの固定レベル（Ｌレベル）の出力信号２Ａがデータ線ＤＬへ出力される。
したがって、各センサセル１１からセンシング動作時と同様の出力信号２Ａが出力されていることと、その出力信号２Ａが固定レベルを示すことを確認することにより、キャリブレーション回路３が正常に動作するか否かを判断することができる。
【００４１】
このように、各センサセル１１ごとにテスト機能付き閾値回路２４を設け、テスト動作時には、動作確認信号が初期状態を示す場合は、所定の閾値に基づき電気量に応じた出力を当該センサセルの出力信号２Ａとして出力し、カウンタ回路３２の正常動作を示す動作確認信号３Ｃに応じて固定レベルの出力信号２Ａを出力するようにしたので、これら出力信号２Ａのレベルをそれぞれ確認することにより、微細形状検出センサ装置として組み立てる前に、センサセルが搭載されたセンサチップ単体でキャリブレーション回路３さらにはカウンタ回路３２の動作をテストすることができる。
したがって、第１の実施の形態と同様に、正常なセンサチップのみを用いて組み立て作業を行うことができ、キャリブレーション回路の故障に起因する製造コストの増大を抑制できる。
【００４２】
図７に閾値回路２４の具体的構成例を示す。
この閾値回路２４には、ＡＮＤゲート２５とＮＡＮＤゲート２６が設けられている。ＮＡＮＤゲート２６には、テスト回路制御信号５Ａと動作確認信号３Ｃとが入力されており、その論理積の反転論理が出力される。
したがって、テスト動作時にはＨレベルのテスト回路制御信号５Ａが入力されるため、動作確認信号３Ｃの反転論理が出力される。またテスト動作時以外の際には、Ｈレベルが出力される。
【００４３】
ＡＮＤゲート２５には、このＮＡＮＤゲート２６の出力と容量ＣLの電位が入力されており、その論理積が出力信号２Ａとして出力される。
したがって、テスト動作時、動作確認信号３Ｃが初期状態を示すＬレベルの期間では、容量ＣLの電位２ＣがＡＮＤゲート２５の閾値により二値化され、出力信号２Ａとしてセンサ回路２での検出動作に応じたパルス信号が出力される。また、動作確認信号３Ｃがカウンタ回路３２の正常状態を示すＨレベルとなった際には、Ｌレベルの出力信号２Ａが固定的に出力される。なお、テスト動作時以外の際には、容量ＣLの電位２ＣがＡＮＤゲート２５の閾値により二値化され、出力信号２Ａとして出力される。
【００４４】
このように、ＡＮＤゲート２５とＮＡＮＤゲート２６とを組み合わせて閾値回路２４を構成したので、セレクタ８１を用いることなくわずかな回路規模でテスト機能を有する閾値回路２４を実現できる。
【００４５】
また、時間信号比較回路３３では、テスト動作に用いるテスト回路制御信号５Ａおよびキャリブレーション動作に用いる基準パルス信号３Ａの論理和出力と、センサ回路２からの出力信号２Ａとの論理積をカウンタ入力信号３Ｂとしてカウンタ回路３２へ入力するようにしたので、簡素な回路構成でテスト動作時およびキャリブレーション動作時におけるカウンタ回路３２への入力信号を切替制御できる。
【００４６】
以上の各実施の形態では、動作確認信号３Ｃとして、カウンタ回路３２の計数データのうちその最上位ビットを用いるようにした場合を例として説明したが、カウンタ回路３２の正常動作を確認できる信号であれば、他の信号を用いてもよい。
上記各実施の形態のように、動作確認信号３Ｃとして、最上位ビットを用いることにより、カウンタ回路３２のすべてのビットについての正常動作を１ビットの信号で確認することができ、回路構成を極めて簡素化できる。
【００４７】
以上では、格子状に配置されたセンサセル１１を行単位で選択して並列的に動作させる場合を例として説明したが、これに限定されるものではない。
例えば、各センサセル１１を順次個別に選択してテスト動作を行う場合にも、上記各実施の形態を適用することができ、それぞれ同様の作用効果が得られる。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、センサセルごとに、電気量をその大きさに応じた出力信号へ変換して出力するセンサ回路と、このセンサ回路の検出感度を調整するキャリブレーション回路と、当該キャリブレーション回路の動作を検査して得られた結果を当該センサセルの出力信号として出力するテスト回路とを設けて、キャリブレーション回路で、当該キャリブレーション回路の動作を検査するテスト動作の際、検出感度の調整動作を行うとともにこの動作の動作状態を示す動作確認信号を出力し、テスト回路で、当該センサセルで微細形状を検出するセンシング動作の際にはセンサ回路の出力信号を当該センサセルの出力信号として出力し、テスト動作の際には当該キャリブレーション回路から取得した動作確認信号を当該センサセルの出力信号として出力するようにしたので、微細形状検出センサ装置として組み立てる前に、センサセルが搭載されたセンサチップ単体でキャリブレーション回路の動作をテストすることができる。
したがって、正常なセンサチップのみを用いて組み立て作業を行うことができ、キャリブレーション回路の故障に起因する製造コストの増大を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施の形態にかかる微細形状検出センサ装置を示す外観図である。
【図２】  本発明の一実施の形態にかかる微細形状検出センサ装置を示すブロック図である。
【図３】  本発明の第１の実施の形態にかかる微細形状検出センサ装置を示すブロック図である。
【図４】  本発明の第１の実施の形態にかかるセンサセルの構成例である。
【図５】  本発明の第２の実施の形態にかかる微細形状検出センサ装置を示すブロック図である。
【図６】  本発明の第２の実施の形態にかかるセンサセルの構成例である。
【図７】  本発明の第２の実施の形態にかかる閾値回路の構成例である。
【図８】  従来の微細形状検出センサ装置を示すブロック図である。
【図９】  従来のセンサセルの構成例である。
【図１０】  センサセルの検出動作を示すタイミングチャートである。
【図１１】  キャリブレーション動作を示すタイミングチャートである。
【図１２】  負荷素子の構成例である。
【符号の説明】
１…検出素子、１Ａ…電気量、１Ｂ…センサ電極、２…センサ回路、２３…電圧−時間変換回路（ＶＴ変換回路／テスト機能付き）、２４…閾値回路（テスト機能付き）、２５…ＡＮＤゲート、２６…ＮＡＮＤゲート、２Ａ，２Ｂ…出力信号、２Ｃ…容量ＣLの電位、３…キャリブレーション回路、３１…負荷回路、３２…カウンタ回路、３３…時間信号比較回路、３４…ＡＮＤゲート、３５…ＯＲゲート、３Ａ…基準パルス信号、３Ｂ…カウンタ入力信号、３Ｃ…動作確認信号、４…Ａ／Ｄ変換回路、４Ａ…デジタル出力信号、５…テスト制御回路、５Ａ…テスト回路制御信号、８…テスト回路、８１…セレクタ、９…選択回路、９Ａ…選択信号、１０…微細形状検出センサ装置、１１…センサセル、１２…センサ面、１３…指、１４…指表面、１５…パシベーション膜、１６…絶縁層、ＷＬ，ＷＬ１〜ＷＬｐ…セル選択線、ＤＬ，ＤＬ１〜ＤＬｑ…データ線、ＣＬ…制御線、ＴＬ…テスト制御線、ＡＤ…アドレス信号、Ｚ1〜ＺN…負荷素子、ＶDD…電源電圧、Ｃf…検出容量、Ｃp0…寄生容量、ＣL…容量、Ｒa…抵抗、Ｉ，ＩVT…電流源、Ｑ1…ＰｃｈＭＯＳＦＥＴ、Ｑ2…ＮｃｈＭＯＳＦＥＴ、ＲＥ，／ＰＲＥ…センサ回路制御信号、Ｎ1…節点。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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