(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一平面内に配置した複数の発熱体により構成した集積回路装置の前記発熱体に対向した上表面に押し当てた固体表面の凹凸パターンを検出する方法において、
前記複数の発熱体にそれぞれ個別に所定幅のパルス電流を印加して各発熱体を加熱し、前記パルス電流の通電開始から通電停止までの所定時間後における各発熱体の温度を検出して、検出した各発熱体の温度を基準値と比較してその結果得られた２値信号によって前記固体表面の凹凸パターンを検出するようにしたことを特徴とするヒトの指紋、印鑑の印影等の固定表面の凹凸パターン検出方法。
【請求項２】
同一平面内に配置した複数の発熱体により構成した集積回路装置の前記発熱体に対向した上表面に押し当てた固体表面の凹凸パターンを検出する方法において、
前記固定表面を前記集積回路装置の上表面に押し当てていない状態にて、前記複数の発熱体にそれぞれ個別に所定幅のパルス電流を印加して各発熱体を加熱し、前記パルス電流の通電開始から通電停止までの所定時間後における各発熱体の温度を検出して、検出した各発熱体の温度を表すデータを記憶しておき、
前記固体表面を前記集積回路装置の上表面に押し当てた状態にて、前記複数の発熱体にそれぞれ個別に所定幅のパルス電流を印加して各発熱体を加熱し、前記パルス電流の通電開始から通電停止までの所定時間後における各発熱体の温度を検出して、検出した各発熱体の温度を前記記憶しておいたデータと比較してその比較結果を表す２値信号によって前記固体表面の凹凸パターンを検出するようにしたことを特徴とするヒトの指紋、印鑑の印影等の固定表面の凹凸パターン検出方法。
【請求項３】
前記複数の発熱体の各温度の検出を同発熱体の各抵抗値を測定することにより行うようにした請求項１又は2に記載の固体表面の凹凸パターン検出方法。
【請求項４】
同一平面内に配置した複数の発熱体により構成した集積回路装置と、
前記複数の発熱体にそれぞれ個別に所定幅のパルス電流を印加して各発熱体を加熱する加熱手段と、
前記パルス電流の通電開始から通電停止までの所定時間後における各発熱体の温度を検出する温度検出手段と、
検出した各発熱体の温度を表す電圧信号を基準電圧と比較してその結果得られた２値信号によって前記固体表面の凹凸パターンを表す信号を形成するパターン信号形成手段とを備えたことを特徴とするヒトの指紋、印鑑の印影等の固定表面の凹凸パターン検出装置。
【請求項５】
同一平面内に配置した複数の発熱体により構成した集積回路装置と、
前記複数の発熱体にそれぞれ個別に所定幅のパルス電流を印加して各発熱体を加熱する加熱手段と、
前記パルス電流の通電開始から通電停止までの所定時間後における各発熱体の温度を検出する温度検出手段と、
前記固定表面を前記集積回路装置の上表面に押し当てていない状態にて前記温度検出手段により検出された各発熱体の温度を表すデータを記憶する記憶手段と、
前記固体表面を前記集積回路装置の上表面に押し当てた状態にて前記温度検出手段により検出された各発熱体の温度を前記記憶手段に記憶されたデータと比較してその比較結果を表す２値信号によって前記固体表面の凹凸パターンを表す信号を形成するパターン信号形成手段とを備えたこと特徴とするヒトの指紋、印鑑の印影等の固定表面の凹凸パターン検出装置。
【請求項６】
前記温度検出手段を、前記複数の発熱体の各抵抗値を測定する抵抗値測定手段により構成した請求項４又は5に記載の固体表面の凹凸パターン検出装置。
【請求項７】
基板上の同一平面にＸ軸方向とＹ軸方向の互いに直交して等間隔に配置して互いに絶縁された導体からなる複数のアドレス線の各交差位置にて同アドレス線にその両端が接続された複数の発熱体を設けて構成した請求項1〜6に記載の凹凸パターン検出装置に適用される集積回路装置。
【請求項８】
基板上の同一平面にＸ軸方向とＹ軸方向の互いに直交して等間隔に配置して互いに絶縁された導体からなる複数のアドレス線の各交差位置にて同アドレス線にその両端が接続された複数の発熱体を備えた集積回路装置と、
該集積回路装置の前記アドレス線を通して前記複数の発熱体にそれぞれ個別に所定幅のパルス電流を印加して各発熱体を加熱する加熱手段と、
前記集積回路装置の各発熱体に対向する上表面に固体表面が押し付けられたとき前記パルス電流の通電開始から通電停止までの所定時間後における各発熱体の温度を検出する温度検出手段と、
検出した各発熱体の温度を表す電圧信号を基準電圧と比較してその結果得られた２値信号によって前記固体表面の凹凸パターンを表す信号を形成するパターン信号形成手段とを備えたことを特徴とするヒトの指紋、印鑑の印影等の固定表面の凹凸パターン検出装置。
【請求項９】
基板上の同一平面にＸ軸方向とＹ軸方向の互いに直交して等間隔に配置して互いに絶縁された導体からなる複数のアドレス線の各交差位置にて同アドレス線にその両端が接続された複数の発熱体を備えた集積回路装置と、
該集積回路装置の前記Ｘ軸方向又はＹ軸方向のアドレス線を通して前記複数の発熱体にそれぞれ個別に所定幅のパルス電流を印加して各発熱体を加熱する加熱手段と、
前記集積回路装置の各発熱体に対向する上表面に固体表面が押し付けられたとき前記パルス電流の通電開始から通電停止までの所定時間後における各発熱体の温度を検出する温度検出手段と、
検出した各発熱体の温度を表す電圧信号を前記Ｙ軸方向又はＸ軸方向のアドレス線を通して付与されて同電圧信号を基準電圧と比較してその結果得られた２値信号によって前記固体表面の凹凸パターンを表す信号を形成するパターン信号形成手段とを備えたことを特徴とするヒトの指紋、印鑑の印影等の固定表面の凹凸パターン検出装置。
【請求項１０】
基板上の同一平面にＸ軸方向とＹ軸方向の互いに直交して等間隔に配置して互いに絶縁された導体からなる複数のアドレス線の各交差位置にて同アドレス線にその両端が接続された複数の発熱体を備えた集積回路装置と、
該集積回路装置の前記Ｘ軸方向又はＹ軸方向のアドレス線を通して前記複数の発熱体にそれぞれ個別に所定幅のパルス電流を印加して各発熱体を加熱する加熱手段と、
前記集積回路装置の各発熱体に対向する上表面に固体表面が押し付けられたとき前記パルス電流の通電開始から通電停止までの所定時間後における各発熱体の抵抗値を検出する抵抗値検出手段と、
検出した各発熱体の抵抗値を表す電圧信号を前記Ｙ軸方向又はＸ軸方向のアドレス線を通して付与されて同電圧信号を基準電圧と比較してその結果得られた２値信号によって前記固体表面の凹凸パターンを表す信号を形成するパターン信号形成手段とを備えたことを特徴とするヒトの指紋、印鑑の印影等の固定表面の凹凸パターン検出装置。
【請求項１１】
前記発熱体をシリコン層又は白金層によって構成した請求項８、９又は１０に記載した固体表面の凹凸パターン検出装置。
【請求項１２】
前記集積回路装置を構成する前記基板と前記複数の発熱体の間に空洞、多孔質層又は高分子樹脂層からなる断熱部を設けたことを特徴とする請求項８、９又は１０に記載した固体表面の凹凸パターン検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒトの指紋に代表される固体表面の凹凸パターンを検出する検出方法、同検出装置、並びに同検出方法及び同検出装置に用いるのに適した集積回路装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、指紋を検出するために、ガラスなどの固体表面に指を押しつけた状態でこの透明体の裏面から光を照射し、指紋の山部と透明体との接触部分における反射光と、指紋の谷部に対向する非接触部分で生じる反射光との明暗の違いに基づいて指紋からの反射光を２次元情報として読み取るようにすることは知られている。また、シリコン基板上に微細な静電容量素子を正方配列し、指をシリコン基板上に押しつけた際に指紋の山部が対向する静電容量素子の容量が変化することを電気的に検出して、指紋を表す２次元情報を得るようにすることも知られている。（Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ−９７  １９９７  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ  Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ  Ｃｈｉｃａｇｏ，Ｊｕｎｅ  １６−１９，１９９７  １４７３−１４７６  １４５３−１４５頁）
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の前者の方法においては、同方法に用いられる照明系及び検出系の光学素子の体積が大きく、同方法を採用した装置が大型化するという問題がある。また、上記従来の後者の方法においては、静電容量素子の表面状態により静電容量が変化し易く、パターン認識の安定性に欠けるという欠点があるとともに、極微量の静電容量の変化を検出するために各素子の直近に容量検出用の回路を静電容量素子と同数配置しなければならず、素子が高価で生産の歩留まりが悪いという問題もある。
【０００４】
【発明の概要】
本発明は上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、固体表面の凹凸パターンを簡単かつ精度よく検出できるとともに、同凹凸パターンを検出するための装置を小型かつ安価に製造できる固体表面の凹凸パターン検出方法、同検出装置、並びに同検出方法及び同検出装置に用いるのに適した集積回路装置を提供することにある。
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明によるヒトの指紋、印鑑の印影等の固体表面の凹凸パターン検出方法及び同検出装置の構成上の特徴は、同一平面内に配置した複数の発熱体により構成した集積回路装置の前記発熱体に対向した上表面に押し当てた固体表面の凹凸パターンを検出する方法において、前記複数の発熱体にそれぞれ個別に所定幅のパルス電流を印加して各発熱体を加熱し、前記パルス電流の通電開始から通電停止までの各発熱体の温度を検出して、検出した各発熱体の温度を表す電圧信号を基準電圧と比較してその結果得られた２値信号によって前記固体表面の凹凸パターンを検出するようにしたことにある。
【０００６】
上記の検出方法及び同検出装置においては、集積回路装置の上表面にヒトの指紋のような固体表面を押し当てれば、固体表面の凸部は前記上表面に接触し、一方、同固体表面の凹部と前記上表面との間には隙間ができる。したがって、固体表面の凸部と同凸部に対向する発熱体との間の熱伝導率は、固体表面の凹部と同凹部に対向する発熱体との間の熱伝導率に比べて高くなり、パルス電流による発熱体の通電加熱時には、前記凸部に対向する発熱体の温度上昇が前記凹部に対向する発熱体の温度上昇に比べて緩やかに遅くなるので、通電開始から通電停止までの所定時間後においては、前記凸部に対向する発熱体の温度は前記凹部に対向する発熱体の温度よりも低くなる。これにより、前記所定時間後に検出された各発熱体の温度を表す電圧信号を基準電圧と比較してその結果得られた２値信号によって固体表面の凹凸パターンを検出することができる。
【０００７】
その結果、検出すべき固体表面の大きさにほぼ等しい面積を有する集積回路装置及びその他の付属の電気回路装置において、各発熱体をそれぞれパルス電流により個別に順次通電加熱して同発熱体の温度を検出すれば、ヒトの指紋のような固体表面の凹凸パターンを表す検出信号を取り出すことができるので、固体表面の凹凸パターンを簡単に検出できるようになるとともに、同凹凸パターンの検出装置を簡単かつ小型に構成できるようになる。また、集積回路装置の表面に多少の油脂や水などが付着した場合にも、熱伝導に係る熱伝達係数の変化は、指紋などの固体表面の接触と非接触による差と比較して無視できる程度であるので、検出精度を常に高く保つことができる。また、静電容量型センサを用いた従来装置に比べて各発熱体に対応する電気回路を共通にすることも可能であり、電気回路の構成が簡単になる。
【０００８】
また、本発明によるヒトの指紋、印鑑の印影等の固体表面の凹凸パターン検出方法及び同検出装置の他の構成上の特徴は、固定表面を前記集積回路装置の上表面に押し当てていない状態にて、前記複数の発熱体にそれぞれ個別に所定幅のパルス電流を印加して各発熱体を加熱し、前記パルス電流の通電開始から通電停止までの所定時間後における各発熱体の温度を検出して、検出した各発熱体の温度を表すデータを記憶しておき、前記固体表面を前記集積回路装置の上表面に押し当てた状態にて前記複数の発熱体にそれぞれ個別に所定幅のパルス電流を順次印加して各発熱体を加熱し、前記パルス電流の通電開始から通電停止までの各発熱体の温度を検出して、検出した各発熱体の温度を前記記憶しておいたデータと比較してその比較結果を表す２値信号によって前記固体表面の凹凸パターンを検出するようにしたことにある。
【０００９】
これによれば、製造、環境などの原因によって通電による各発熱素子の温度変化が均一でなくても、発熱体毎の温度条件によって固体表面の凹凸パターンが検出されるので、上記本発明の特徴に比べて前記凹凸パターンの検出精度を向上できる。
【００１０】
さらに、本発明によるヒトの指紋、印鑑の印影等の固体表面の凹凸パターン検出方法及び同検出装置の他の構成上の特徴は、前記複数の発熱体の各温度の検出を同複数の発熱体の各抵抗値を測定することにより行うようにしたことにある。これによれば、発熱体の通電時に同通電によって発熱体の両端に発生する電圧を利用して発熱体の温度を検出できるので、同温度の検出を簡単かつ効率的に行うことができるようになる。
【００１１】
さらに、本発明によるヒトの指紋、印鑑の印影等の固体表面の凹凸パターン検出方法及び同検出装置に採用するのに適した集積回路装置は、基板上の同一平面にＸ軸方向とＹ軸方向の互いに直交して等間隔に配置して互いに絶縁された導体からなる複数のアドレス線の各交差位置にて同アドレス線にその両端が接続された複数の発熱体を設けたことに構成上の特徴がある。この場合、複数の発熱体は、例えば前記同一平面内に正方配列されている。また、前記発熱体は、シリコン、白金、セラミックスなどの温度に応じて抵抗値の変化する抵抗体で構成されている。これによれば、アドレス線を介した通電によって発熱体を加熱することができるとともに同発熱体の温度も検出できるので、この集積回路装置を固体表面の凹凸パターンの検出方法及び検出装置に利用すれば、上述した効果を期待できる。
【００１２】
また、本発明によるヒトの指紋、印鑑の印影等の固体表面の凹凸パターン検出方法及び同検出装置の他の構成上の特徴は、前記基板と前記複数の発熱体の間に空洞、多孔質層又は高分子樹脂層などの断熱部を設けたことにある。これによれば、発熱体から基板への熱伝導を小さくすることができるので、固体表面の凹凸に対応した各発熱体の通電による温度変化（抵抗変化）を大きくすることができ、前記凹凸の検出精度をより高くできる。また、発熱体から基板への熱伝導が防止される結果、固体表面の凹凸パターンの検出時間を短縮できるとともに、消費電力を節約することもできる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
ａ．基本原理
本発明の具体的な実施形態について説明する前に、同実施形態で用いる基本原理について説明しておく。
【００１４】
図１に示すように、集積回路装置１０の同一水平面内に多数の発熱体１０ａを正方配列すなわちマトリクス状に配置する。隣合う各発熱体１０ａの間隔は、固体表面の凹凸パターンの例としてヒトの指紋パターンを例にすると、同指紋パターンの山部と谷部の最小間隔が１００μｍ程度であることに鑑み、例えば約５０μｍにそれぞれ設定される。そして、各発熱体１０ａにパルス電源１１から図２（ａ）に示すようなパルス状の電流をそれぞれ独立に流す。この通電により、発熱体１０ａの各温度は、図２（ｂ）（ｃ）に２点鎖線で示すように、通電開始から指数関数的に上昇し、通電停止から指数関数的に下降する。
【００１５】
一方、このように構成した集積回路装置１０の発熱体１０ａが配置された水平面に対向する上表面にヒトの指１２が押し当てられると、発熱体１０ａのあるものは指紋の山部１２ａに対向し、またあるものは指紋の谷部１２ｂに対向する。このとき、発熱体１０ａと指との熱伝導率は指紋の山部１２ａと谷部１２ｂの場合で著しく異なり、指紋の山部１２ａは谷部１２ｂに比べて大きい。このことは、発熱体１０ａから指１２に流れる熱量が、指紋の山部１２ａで大きく、谷部１２ｂで小さいことを意味する。したがって、指紋の山部１２ａに対向している発熱体１０ａでは、パルス状の電流の通電時における温度上昇の時間的変化が図２（ｂ）の実線で示すように緩やかであるのに対して、指紋の谷部１２ｂに対向している発熱体１０ａでは前記温度上昇の時間変化が図２（ｃ）の実線で示すように急峻である。
【００１６】
そして、前記パルス状の通電から所定時間後（例えば、図２（ａ）のハッチングに示すタイミング）に、各発熱体１０ａの温度を計測すれば、山部１２ａに対向した発熱体１０ａの温度Ｔ１と谷部１２ｂに対向した発熱体１０ａの温度Ｔ２とには明らかな差が生じる。したがって、これらの温度Ｔ１，Ｔ２の間の適当な所定温度を基準温度Ｔ０とし、前記計測した両温度Ｔ１，Ｔ２と基準温度Ｔ０とをそれぞれ比較すれば、指紋パターンを２値データとして取り出すことができ、同２値データを画像処理すれば指紋パターンを再現することができる。
【００１７】
上記のような発熱体１０ａの温度計測においては、発熱体１０ａとして、例えば多結晶あるいは単結晶シリコンのような半導体、白金のような金属、サーミスタのようなセラミックスなどの材料を用い、発熱体１０ａ自身の電気抵抗値がその温度によって変化することを利用して、同抵抗値を計測するようにすればよい。
ｂ．具体的な実施形態
次に、本発明の具体的な実施形態について図面を用いて説明すると、図３は、同実施形態に係る固体表面の凹凸パターン検出装置を概略ブロック図により示している。
【００１８】
この検出装置は、方形状に形成されてその上表面に固体表面（例えば、ヒトの指）を押し当てるための集積回路装置２０を備えている。集積回路装置２０は、その内部水平面内にて、Ｘ軸方向に等間隔（例えば約５０μｍ）かつ同Ｘ軸と直角なＹ軸に平行に配置された導体からなる複数（例えば約３００個）のアドレス線２０ｘ１〜２０ｘｐと、Ｙ軸方向に等間隔（例えば約５０μｍ）かつＸ軸に平行に配置されて前記アドレス線２０ｘ１〜２０ｘｐとは電気的に接続されることなく立体的に交差した導体からなる複数（例えば約２００個）のアドレス線２０ｙ１〜２０ｙｑと、集積回路装置２０の上表面近傍であって同上表面に対向する同一平面内に配置されるとともにアドレス線２０ｘ１〜２０ｘｐとアドレス線２０ｙ１〜２０ｙｑとの各交差位置にて両アドレス線２０ｘ１〜２０ｘｐ，２０ｙ１〜２０ｙｑに両端を電気的に接続した複数（例えば約６×１０４）の発熱体２０ａとを内蔵している。なお、各発熱体２０ａは、温度が高くなるに従って電気抵抗値がほぼ線形的に小さくなる特性を有している。
【００１９】
この集積回路装置２０のアドレス線２０ｘ１〜２０ｘｐには入力線Ｘ１〜Ｘｐがそれぞれ接続されているとともに、入力線Ｘ１〜Ｘｐはゲート回路群２１を介して電圧源＋Ｖに接続されている。ゲート回路群２１は、各入力端子を電圧源＋Ｖに共通に接続するとともに各出力端子を入力線Ｘ１〜Ｘｐにそれぞれ接続したｐ個のゲート回路からなり、各ゲート回路は通常オフ状態に保たれ、その制御入力に対する順次パルス発生器２２からの順次パルスＳｘ１〜Ｓｘｐの到来によりオン状態に切り換え制御される。また、集積回路装置２０のアドレス線２０ｙ１〜２０ｙｑには出力線Ｙ１〜Ｙｑがそれぞれ接続されているとともに、出力線Ｙ１〜Ｙｑはゲート回路群２３を介して一端の接地された抵抗２４の他端に接続されている。ゲート回路群２３は、各入力端子を出力線Ｙ１〜Ｙｑにそれぞれ接続するとともに各出力端子を抵抗２４に共通に接続したｑ個のゲート回路からなり、各ゲート回路は通常オフ状態に保たれ、その制御入力に対する順次パルス発生器２５からの順次パルスＳｙ１〜Ｓｙｑの到来によりオン状態に切り換え制御される。
【００２０】
順次パルス発生器２２，２５には、クロック発生器２６からのクロック信号φをカウントするカウンタ２７の出力が接続されている。順次パルス発生器２２は、カウンタ２７の複数ビットの出力のうちの上位の複数ビットを入力して、前記複数ビットの２値信号をデコードすることにより図４に示すような順次パルスＳｘ１〜Ｓｘｐを繰り返し出力する。順次パルス発生器２５は、カウンタ２７の複数ビットの出力のうちの下位の複数ビットを入力して、前記複数ビットの２値信号をデコードすることにより図４に示すような順次パルスＳｙ１〜Ｓｙｑを繰り返し出力する。なお、順次パルスＳｙ１〜Ｓｙｑは、各順次パルスＳｘ１〜Ｓｘｐがそれぞれハイレベルである間に所定の時間間隔をおいて一巡するものである。
【００２１】
ゲート回路群２３の出力と抵抗２４との接続点はバッファアンプ２８を介して比較器３１の正側入力（＋）に接続されている。なお、この抵抗２４としては、通電による発熱によって抵抗値の変化しない熱容量の大きなものが望ましい。比較器３１の負側入力（−）には基準電圧Ｖｒｅｆが供給されており、同比較器３１は正側入力（＋）の電圧が負側入力（−）の電圧以上であるときハイレベル信号を出力し、かつ正側入力（＋）の電圧が負側入力（−）の電圧未満であるときローレベル信号を出力する。なお、基準電圧Ｖｒｅｆは、上記基本理論における基準温度Ｔ０に対応したもので、指紋の山部と谷部との違いによりバッファアンプ２８から出力される２つの電圧値の中間値に設定されている。
【００２２】
比較器３１の出力はアンドゲート３２の一方の入力に接続され、同ゲート３２の他方の入力にはゲーティングパルス発生器３３からのゲーティングパルスＧＰが供給されるようになっている。ゲーティングパルス発生器３３は、カウンタ２７の前記下位の複数ビットとクロック発生器２６からのクロック信号を入力し、同入力した複数ビットの信号をデコードしてゲーティングパルスＧＰを生成するものであり、同パルスＧＰは、図４に示すように、全ての順次パルスＳｙ１〜Ｓｙｑの立ち上がりから所定時間だけ遅れて同各順次パルスＳｙ１〜Ｓｙｑの立ち下がり寸前の短い幅のパルス信号である。
【００２３】
アンドゲート３２の出力はメモリ装置３４に接続されている。メモリ装置３４は、クロック発生器２６及びカウンタ２７にも接続されており、カウンタ２７に同期して動作し、アンドゲート３２からのハイレベル及びローレベルからなる２値信号を２値データとして集積回路装置２０の各発熱体２０ａにそれぞれ対応するアドレスに順次記憶していくものである。このメモリ装置３４には画像処理装置３５が接続されており、同装置３５は前記メモリ装置３４に記憶されている２値データを用いた画像処理により指紋を再現して画面表示したり、紙に印刷するものである。
【００２４】
次に、上記のように構成した実施形態の動作を説明する。ゲート回路群２１は、順次パルス発生器２２からの順次パルスＳｘ１〜Ｓｘｐにより制御されて電圧源＋Ｖを入力線Ｘ１〜Ｘｐに順次接続するので、集積回路装置２０のアドレス線２０ｘ１〜２０ｘｐには順次パルスＳｘ１〜Ｓｘｐのパルス幅分の電圧が順次印加される。一方、ゲート回路群２３は、順次パルス発生器２５からの順次パルスＳｙ１〜Ｓｙｑにより制御されて出力線Ｙ１〜Ｙｑを抵抗２４を介して順次接地するので、集積回路装置２０のアドレス線２０ｙ１〜２０ｙｑは順次パルスＳｙ１〜Ｓｙｑのパルス幅分の時間だけ抵抗を介して接地される。したがって、正方状（マトリクス状）に配置されている多数の発熱体２０ａには、電流が順次パルスＳｙ１〜Ｓｙｐに等しい時間だけ順次流れる。各発熱体２０ａは前記通電により発熱し、その温度を通電開始時から指数関数的に上昇させるとともに通電停止時から指数関数的に下降させる。各発熱体２０ａの抵抗値は温度の上昇に従ってほぼ線形的に減少するように設定されているので、同抵抗値は通電開始時から指数関数的に減少するとともに通電停止時から指数関数的に増加する。したがって、バッファアンプ２８の出力電圧Ｖｏｕｔすなわち発熱体２０ａと抵抗２４とによって分圧される電圧は、通電開始時から指数関数的に上昇するとともに通電停止時から指数関数的に下降し、図４に示すような各発熱体２０ａの温度（抵抗値）をそれぞれ表す時分割アナログ信号となる。
【００２５】
ここで、集積回路装置２０の上表面にヒトの指を押し当てると、上記基本理論で説明したように、多数の発熱体２０ａのあるものは指紋の山部に対向し、あるものは指紋の谷部に対向する。そして、指紋の山部に対向した発熱体２０ａは、指紋の谷部に対向した発熱体２０ａよりも温度が低いので、バッファアンプ２８の出力電圧Ｖｏｕｔは、指紋の山部に対応した振幅の小さな電圧信号と、指紋の谷部に対応した振幅の大きな電圧信号を混在させたアナログパルス列信号となる。
【００２６】
そして、比較器３１は前記アナログパルス信号と基準電圧Ｖｒｅｆとを比較して比較結果を表す２値信号を出力し、この２値信号はアンドゲート３２にてゲーティングパルスＧＰによりゲーティングされてメモリ装置３４に供給される。この場合、基準電圧Ｖｒｅｆは指紋の山部に対応した電圧信号の小さな振幅値と指紋の谷部に対応した電圧信号の大きな振幅値との間の値に設定されているとともに、ゲーティングパルスＧＰは各順次パルスＳｙ１〜Ｓｙｑの立ち下がり寸前の短い幅のパルス信号である。したがって、２次元マトリクスの各位置にそれぞれ対応し、かつローレベルにより指紋の山部に対応した位置を表すとともにハイレベルにより指紋の谷部に対応した位置を表す時分割２値信号がメモリ装置３４に供給されることになる。
【００２７】
メモリ装置３４は、前記時分割２値信号を２値データとして集積回路装置２０の各発熱体２０ａにそれぞれ対応するアドレスに順次記憶する。したがって、メモリ装置３４には指紋パターンに対応した２値データが記憶されることになる。そして、画像処理装置３５がメモリ装置３４に記憶されている２値データを用いた画像処理により指紋を再現して画面表示したり、紙に印刷するので、指の指紋が視覚的に再現される。なお、前記２値データを画像処理しなくても、コンピュータ装置などによって前記２値データと他の指紋を表す２値データとを比較して、指紋照合を行うようにしてもよい。
【００２８】
その結果、上記凹凸パターン検出装置によれば、指紋などの凹凸パターンを検出するためのセンサとして集積回路装置２０を用いることができ、同装置２０の寸法は基板の厚さ約０．５ｍｍ、指の面積に相当する１５×１０ｍｍで構成すれば充分であるので、凹凸パターン検出装置全体を小型に構成できる。また、集積回路装置２０の表面に多少の油脂や水などが付着した場合にも、熱伝導に係る熱伝達係数の変化は指の接触と非接触による差と比較して無視できる程度であるので、検出精度を常に高く保つことができる。また、この凹凸パターン検出装置によれば、集積回路装置２０の構成部材の一部を弾性変形させる必要もないので、同装置２０が簡単かつ安価に製作でき、製造の歩留まりも良好になる。さらに、静電容量型センサに比べて各発熱体２０ａに対応する電気回路を共通にできて、電気回路の構成が簡単になる。
【００２９】
なお、上記実施形態においては、集積回路装置２０内の各発熱体２０ａの温度（抵抗）を表す電圧信号を同発熱体２０ａと抵抗２４とによって取り出すようにしたが、各発熱体２０ａの温度（抵抗）を表す電圧信号をブリッジ回路を用いて取り出すように変形してもよい。この場合、図５に示すように、ゲート回路群２１、集積回路装置２０、ゲート回路群２３及び抵抗２４と並列に直列接続した抵抗３６，３７を設け、ゲート回路群２３と抵抗２４との接続点の電位と、抵抗３６と抵抗３７との接続点との電位との差電圧を差動増幅器３８により取り出すようにして、同差動増幅器３８の出力を比較器３１に供給するようにすればよい。なお、この場合も、抵抗３６，３７としては、発熱による抵抗値の変化が小さなものを用いることが好ましい。これによれば、上記実施形態の場合よりも、発熱体２０ａの温度（抵抗）を表す電圧信号を精度よく取り出すことができる。
【００３０】
また、上記実施形態の他の変形例について図６を用いて説明する。この変形例においては、バッファアンプ２８の出力電圧Ｖｏｕｔは、サンプルホールド回路４１に供給されるようになっている。サンプルホールド回路４１にはゲーティングパルス発生器３３からのゲーティングパルスＧＰも供給されており、同回路４１は、同パルスＧＰがハイレベルであるときの前記出力電圧Ｖｏｕｔを取り込んで記憶する。したがって、サンプルホールド回路４１には、ゲーティングパルスＧＰの立ち下がり寸前の出力電圧Ｖｏｕｔが順次記憶されることになる。サンプルホールド回路４１の出力にはアナログディジタル変換器４２が接続されており、同変換器４２はサンプルホールド回路４１の出力電圧をアナログディジタル変換して、ゲーティングパルスＧＰの立ち下がり寸前の出力電圧Ｖｏｕｔを表すディジタル信号を出力する。なお、このアナログディジタル変換器４２には、同変換器４２をサンプルホールド回路４１と同期して動作させるためにゲーティングパルスＧＰも供給されている。
【００３１】
アナログディジタル変換器４２の出力にはインターフェース回路４３が接続されており、同回路４３には、前記ディジタル信号の他に、タイミング信号として機能するクロック発生器２６からのクロック信号φ、カウンタ２７からの複数ビットの出力信号及びゲーティングパルス発生器３３からのゲーティングパルスＧＰも供給されている。
【００３２】
また、この変形例においては、集積回路装置２０又は同装置２０を収容した図示しないケーシングには、集積回路装置２０の上表面への指の押し当てを検知する接触センサ４４も組み付けられている。そして、この接触センサ４４の出力もインターフェース回路４３に入力されている。インターフェース回路４３にはコンピュータ装置４５が接続されており、同装置４５は図７に示すフローチャートに対応したプログラムを実行することにより指紋の山部と谷部を表す２値データを同装置４５内のメモリに記憶する。なお、他の構成については上記実施形態と同じであるので、説明を省略する。
【００３３】
次に、上記のように構成した変形例の動作を説明すると、上記実施形態の場合と同様に、発熱体２０ａの温度（抵抗）を表す電圧値Ｖｏｕｔは順次バッファアンプ２８から出力されている。そして、この変形例においては、サンプルホールド回路４１が前記電圧値Ｖｏｕｔを順次サンプルホールドし、アナログディジタル変換器４２が前記電圧値Ｖｏｕｔをディジタル信号に変換してインターフェース回路４３に出力する。
【００３４】
これと同時に、コンピュータ装置４５は、ステップＳ１にて開始された図７のプログラムを実行しており、ステップＳ２の処理によって前記インターフェース回路４３への電圧値Ｖｏｕｔの入力に同期して変数ｉ，ｊを更新しながらステップＳ３以降の処理を繰り返し実行する。なお、変数ｉ，ｊは、集積回路装置２０のアドレス線２０ｘ１〜２０ｘｐ，２０ｙ１〜２０ｙｑにそれぞれ対応しており、同変数ｉ，ｊの組合せにより各発熱体２０ａを表す。ステップＳ３においては、接触センサ４４により集積回路装置２０への指の押し当てが検出されているか否かを判定し、前記押し当てが検出されていなければ、ステップＳ３における「ＮＯ」との判定のもとにステップＳ４の処理を実行する。ステップＳ４においては、集積回路装置２０の各発熱体２０ａの温度（抵抗）を表す電圧値Ｖｏｕｔを取り込み、各発熱体１０ａに対応して前記取り込んだ電圧値Ｖｏｕｔを基準電圧データＶｏ（ｉ，ｊ）としてメモリ内に書き込む。
【００３５】
また、使用者が集積回路装置２０の上表面に指を押し当てると、接触センサ４４により前記接触が検出され、ステップＳ３にて「ＹＥＳ」と判定してステップＳ５〜Ｓ９の処理を実行する。ステップＳ５においては、集積回路装置２０に各発熱体２０ａの温度（抵抗）を表す電圧値Ｖｏｕｔを比較電圧データＶ（ｉ，ｊ）として取り込む。ステップＳ６おいては、前記ステップＳ４の処理によってメモリ内に記憶されている基準電圧データＶｏ（ｉ，ｊ）と前記取り込んだ比較電圧データＶ（ｉ，ｊ）とを用いた下記数１の演算の実行により差電圧ΔＶを計算する。なお、係数Ｋは、予め定めた定数Ｋ（例えば、０．９５）である。
【００３６】
【数１】
ΔＶ＝Ｋ・Ｖｏ（ｉ，ｊ）−Ｖ（ｉ，ｊ）
そして、ステップＳ７にて前記差電圧ΔＶが負であるか否かを判定し、負（ΔＶ＜０）であれば、ステップＳ７にて「ＹＥＳ」と判定して、ステップＳ８にてメモリ内に設けたパターンテーブルの変数値ｉ，ｊにより指定されるアドレスに「０」を書き込む。言い換えると、前記パターンテーブル内のデータを表す２値データ値Ｍ（ｉ，ｊ）を「０」に設定する。また、前記差電圧ΔＶが零又は正（ΔＶ≧０）であれば、ステップＳ７にて「ＮＯ」と判定して、ステップＳ９にて前記パターンテーブルの変数値ｉ，ｊにより指定されるアドレスに「１」を書き込む。言い換えると、前記２値データＭ（ｉ，ｊ）を「１」に設定する。
【００３７】
この場合、基準電圧データＶｏ（ｉ，ｊ）は集積回路装置２０の上表面に指を押し当てていない状態における各発熱体２０ａの温度（抵抗）を表しており、一方比較電圧データＶ（ｉ，ｊ）は集積回路装置２０の上表面に指を押し当てた状態における各発熱体２０ａの温度（抵抗）を表している。したがって、上述した実施形態の場合と同様に、集積回路装置２０の上表面に指を押し当てた場合には、指紋の山部に対向した発熱体２０ａの温度上昇は小さく、同発熱体２０ａに対応した２値データ値Ｍ（ｉ，ｊ）は「０」になる。また、指紋の谷部に対向した発熱体２０ａの温度上昇は、集積回路装置２０の上表面に指を押し当ててない場合とほぼ同様に大きく、同発熱体２０ａに対応した２値データＭ（ｉ，ｊ）は「１」になる。そして、この変形例においても、前記２値データＭ（ｉ，ｊ）を用いれば、指紋を再生したり、照合したりすることができる。
【００３８】
上記のように動作する結果、この変形例においても、指紋の山部と谷部を「０」と「１」とでそれぞれ表す２値データＭ（ｉ，ｊ）を得ることができる。また、この変形例においては、集積回路装置２０の上表面へ指を押し当てていない状態における基準電圧データＶｏ（ｉ，ｊ）を記憶しておいて、指を押し当てた状態における比較電圧データＶ（ｉ，ｊ）とを比較するようにしたので、製造、環境などの原因によって各発熱体２０ａが均一に構成されていなくて、各発熱体２０ａの温度上昇特性が異なっていても、２値データＭ（ｉ，ｊ）を精度よく取り出すことができる。
【００３９】
なお、上記変形例においては、接触センサ４４によって指の押し当てが検出されていないとき基準電圧データＶｏ（ｉ，ｊ）を作成するようにしたが、接触センサ４４を用いないで、使用者が、集積回路装置２０の上表面に指を押し当ててない状態で、コンピュータ装置４５に指示を与えて基準電圧データＶｏ（ｉ，ｊ）を作成するようにしてもよい。また、集積回路装置２０の上表面に指を接触させていなけば、２値データＭ（ｉ，ｊ）中に指紋の山部を表す「０」が存在しないから、コンピュータ装置４５に、同２値データＭ（ｉ，ｊ）中に指紋の山部を表す「０」がほとんどないことを条件に前記指の押し当てがないことを判定させて、基準電圧データＶｏ（ｉ，ｊ）を作成するようにしてもよい。
【００４０】
なお、上記具体的実施形態及びその変形例においては、複数の発熱体２０ａを２次元のマトリクス状に配置すなわち正方配列にしたが、検出すべき固体表面の凹凸パターンによっては、種々の配列のパターンを採用して、発熱体２０ａの数を最小にして効率的にパターンを検出できるようにしてもよい。また、複数の発熱体２０ａを１次元すなわち所定間隔を隔てて１列に配置するようにしてもよい。しかし、この場合には、指を集積回路装置２０に押し当てた状態で、指の面と集積回路装置２０の表面とを発熱体２０ａの配列方向と直角に相対移動させて、その相対速度を検出して１次元の凹凸を表すデータ列から２次元データを作成する必要がある。これによれば、集積回路装置２０を簡単かつ安価に構成できる。
【００４１】
また、上記具体的実施形態及びその変形例においては、抵抗２４，３６，３７を集積回路装置２０に対して外付けするようにしたが、これらの抵抗２４，３６，３７を集積回路装置２０内に組み込むようにしてもよい。この場合も、抵抗２４，３６，３７の抵抗値が通電による発熱によって変化し難いように工夫する必要がある。また、抵抗２４，３６，３７以外の他の回路を集積回路装置２０内に組み込むこともできる。
【００４２】
また、上記具体的実施形態及びその変形例においては、発熱体２０ａとして温度が高くなるに従って抵抗値が減少するものを用いたが、温度が高くなるに従って抵抗値が増大する材料を用いて発熱体２０ａを構成するようにしてもよい。この場合、指紋の山部と谷部に応じて取り出される電圧の大小関係は上記実施形態及びその変形例とは逆になる。
【００４３】
また、上記具体的実施形態及びその変形例においては、固体表面の凹凸パターンとして指紋を検出するようにしたが、本発明は、指紋のみならず、例えば印鑑の印影を直接読み取るなど種々の固体表面の微細なパターンを読み取ることに利用することもできる。この場合、集積回路装置２０の大きさ及び同装置２０内の発熱体２０ａ、アドレス線２０ｘ１〜２０ｘｐ，２０ｙ１〜２０ｙｑなどの間隔を検出すべきパターンに応じて種々に設定する必要がある。
ｃ．集積回路装置の具体的構成例及びその製造方法
次に、上記具体的な実施形態及び変形例で用いるのに好適な集積回路装置２０の種々の具体例及びそれらの製造方法について説明する。
ｃ１．第１の集積回路装置
第１の集積回路装置２０は、図８及び図９に示すように、単結晶シリコン５１及びその表面に設けたシリコン酸化膜５２からなって１５×１０ｍｍの基板を備えている。シリコン酸化膜５２上には、単結晶シリコンからなる発熱体５３がＸ方向及びＹ方向に５０×５０μｍの正方配列でマトリクス状に配置されている。これらの発熱体５３の大きさは、幅５μｍ、厚さ１μｍ、長さ２０μｍにそれぞれ形成され、斜め方向に延設されている。
【００４４】
これらの発熱体５３の長手方向両端は、シリコン酸化膜５２上にＸ方向及びＹ方向に等間隔で碁盤状に配置された複数のアドレス線５４，５５にそれらの各交差位置にてそれぞれ電気的に接続されている。アドレス線５４，５５は導体である金の薄膜により構成され、互いに立体的に交差していて電気的には接続されていない。これらの発熱体５３、アドレス線５４，５５は、発熱体５３の両端がアドレス線５４，５５に接続されている以外には、絶縁体であるシリコン酸化膜５６〜５８により互いに絶縁されるとともに保護されている。なお、シリコン酸化膜５８側が、複数の発熱体５３が配置された平面に対向していて指が押し当てられる第１の集積回路装置２０の上表面である。
【００４５】
また、各発熱体５３の下方であって単結晶シリコン５１とシリコン酸化膜５２との間には、発熱体５３と同数の略方形状の空洞５１ａが形成されている。この空洞５１ａは、真空に保たれて断熱部を構成するものであり、発熱体５３で発生した熱が伝導して基板を構成する単結晶シリコン５１に放出されるのを防いでいる。
【００４６】
このように構成した集積回路装置２０は上述した指紋検出装置にて利用することにより、検出される指紋パターンの鮮明化、検出時間の短縮化、消費電力の節減などの効果が得られる。また、空洞５１ａを設けたことにより、指紋の山部と谷部とに対向する発熱体５３の温度上昇の違いが強調される結果、前記効果はより強調される。
【００４７】
次に、上記のように構成した第１の集積回路装置２０の製造方法について図面を用いて説明すると、図１０（ａ）〜（ｇ）は集積回路装置２０の製造工程を断面図により示している。
（１）第１工程
基板材料としてミラー指数１００を表面の結晶方位としてもつ単結晶シリコン層５１の表面上にシリコン酸化膜５２を介して約１．３μｍの厚さの単結晶シリコン層５３ａを設けたＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ−Ｏｎ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を用意し（図１０（ａ））、単結晶シリコン層５３ａをエッチングしてシリコン酸化膜５２上に発熱体５３を形成する（図１０（ｂ））。
（２）第２工程
各発熱体５３の各一端部（図８の右下端部）上にそれぞれ接しかつＹ方向に沿って互いに平行となるように、シリコン酸化膜５２上に金の薄膜からなるアドレス線５４を線状に形成する。そして、次に形成されるアドレス線５５との交差部分での短絡を防ぐため、表面全体をスパッタ蒸着によりシリコン酸化膜５６で覆い、その後、シリコン酸化膜５６に対して同アドレス線５５のためのコンタクトホール５６ａを各発熱体５３の各他端部（図８の左上端部）位置に設ける図１０（ｃ））。
（３）第３工程
各発熱体５３の各他端部（図８の左上端部）上にそれぞれ接しかつＹ方向に沿って互いに平行となるように、前記コンタクトホール５６ａを形成した各位置にてシリコン酸化膜５６上に金の薄膜からなるアドレス線５５を線状に形成する。そして、表面全体をスパッタ蒸着によりシリコン酸化膜５７で覆う（図１０（ｄ））。
（４）第４工程
図１１に示すように各発熱体５３の両脇であって同発熱体５３の長手方向に平行な位置にて、シリコン酸化膜５７の上表面から同酸化膜５７及びシリコン酸化膜５６，５２を貫通して単結晶シリコン層５１の上表面まで至るスリット状の開口５７ａを形成する（図１０（ｅ））。この場合、いずれのシリコン酸化膜５７，５６，５２もフッ酸水溶液でエッチングできるので、開口パターンを形成したレジストマスクを使ってフッ酸水溶液でエッチングすれば、基板を構成する単結晶シリコン層５１の上表面が露出する。なお、開口５７ａの長辺方向は、単結晶シリコン層５１の結晶方位と一致している。
（５）第５工程
開口５７ａから結晶異方性エッチングを行って、各発熱体５３の下方の対向位置であって単結晶シリコン層５１の一部を所定深さまで除去して空洞５１ａを形成する（図１０（ｆ））。この場合、結晶異方性エッチングを実行する薬剤としては、ＴＭＡＨ（４メチル水酸化アンモニウム）、ＫＯＨ（水酸化カリウム）、ＥＤＰ（エチレンジアミンピロカテコール）などの水溶液が適当である。これらの薬剤でエッチングすると、エッチングされた空洞５１ａの輪郭は図８，１１に破線で示すように矩形状に発展した後、特定の結晶方位においてエッチングが停留する結果、それ以上の過剰なエッチングが進行せず、図のような範囲でエッチングが終了する。
（６）第６工程
シリコン酸化膜５７の上表面にシリコン酸化膜５８をスパッタ蒸着して、開口５７ａを閉じる（図１０ｇ）。この場合、スパッタ蒸着を真空中で行うことにより、空洞５１ａ内部は真空に保たれる。
【００４８】
このように構成した第１の集積回路装置２０においては、発熱体５３の大きさは幅５μｍ、厚さ１μｍ、長さ２０μｍであり、同発熱体５３として０．８Ωｃｍ付近のの抵抗率を有する単結晶シリコンを用いれば、同発熱体５３は断熱状態において約４２μｓで２５℃の温度上昇が生じる。また、抵抗率が０．８Ωｃｍ付近のシリコン単結晶の抵抗値は２５℃の温度上昇で約１０％変化するから、指紋の谷部に対向する発熱体５３の抵抗値の変化を充分に検出できる。さらに、上記集積回路装置２０においては、発熱体５３と基板を構成する単結晶シリコン層５１との間には断熱部としての真空の空洞５１ａが設けられているので、発熱体５３から単結晶シリコン層５１への熱伝導が制限され、発熱体５３の指紋の山部と谷部による抵抗値の変化を大きく取り出すことができる。
【００４９】
また、集積回路装置２０には約６万個の発熱体５３が設けられているが、各発熱体２０ａに対して抵抗の変化を取り出すのに充分な５０μｓかけて順に加熱していったとしても、３秒で走査が終了する。また、上述した例に比べて使用電力量を高めたり、各素子を並行して走査するなどの手段を用いれば、全発熱体の加熱を１秒以内に走査して終えることも容易に実現する。
【００５０】
なお、上記第１の集積回路装置２０においては、発熱体５３と基板である単結晶シリコン層５１との熱伝導を制限するために空洞５１ａを真空にしたが、検出精度の観点から空洞５１ａを真空にすることが必ずしも必要とされない場合には、前記第６工程のシリコン酸化膜５８のスパッタ蒸着を省略することもできる。ｃ２．第２の集積回路装置
第２の集積回路装置２０は、上記第１の集積回路装置２０のシリコン酸化膜５２，５６〜５８の代わりにダイヤモンド薄膜、高分子薄膜などの熱伝導率の高い絶縁体薄膜を成膜することにより構成される。この場合、特にダイヤモンド薄膜は絶縁性が高いと同時に、熱伝導率が大きいので、指紋の山部と発熱体との間の熱伝導を促進し、コントラストの高い指紋パターンが得られるという効果もある。
ｃ３．第３の集積回路装置
第３の集積回路装置２０は、上記第１の集積回路装置２０の発熱体５３の材料である単結晶シリコンを多結晶シリコンに置き換えたものである。多結晶シリコンも単結晶シリコンと同様に適度な抵抗値と温度−抵抗係数を持っているので、この多結晶シリコンを発熱体５３として用いても、上記第１の集積回路装置２０と同様な機能が期待される。ただし、この場合、基板素材として、ウエハ表面の結晶方位１００の単結晶基板を熱酸化して表面に酸化シリコン層を形成した後、さらに表面にＣＶＤ（ケミカル・ベーパ・ディポジション）プロセスによって多結晶シリコン層を形成すればよい。この段階で図１０（ａ）に相当する集積回路装置素材が形成される。なお、上記集積回路装置２０との相違は基板の最表面のシリコンが単結晶か多結晶であるかだけなので、それ以降の加工プロセスは上記第１の集積回路装置の場合と同じである。また、動作特性も同第１の集積回路装置とほぼ同等の性能が期待できる。
ｃ４．第４の集積回路装置
第４の集積回路装置２０は、上記第１の集積回路装置２０における発熱体５３の材料としてシリコンではなく金属に置き換えたものである。この場合、金属材料としては抵抗値の温度係数の大きな白金が適している。ただし、白金の抵抗値は小さく、アドレス線５４，５５の抵抗値に比較して充分に高い抵抗値をもっていないため、抵抗値の測定を個々の発熱体５３の近傍で独立に行う必要がある。したがって、この場合には、白金による発熱体５３を成膜する前の段階で、シリコン基板に抵抗測定回路を形成しておくとよい。これによれば、集積回路装置２０の構成が複雑になるという問題が生じるものの、上記集積回路装置２０のように抵抗測定回路を集積回路装置２０内に形成していない場合と比べて各発熱体５３へのアドレスに時間差をつけて逐次走査する必要がなくなるので、測定の迅速化の目的には長所となる。
ｃ５．第５の集積回路装置
第５の集積回路装置２０は、上記第１の集積回路装置２０の空洞５１ａを図１２に示すような別の方法で製造するようにしたものである。
（１）第１〜第３工程
第１〜第３工程は、単結晶シリコン層５１及びシリコン酸化膜５２上に発熱体５３及びアドレス線５４，５５を形成して、その上表面をシリコン酸化膜５７で覆うもので、上述した第１の集積回路装置２０の場合と同じである（図１２（ａ）〜（ｄ））。
（２）第４工程
下面に凹部５９ａ（空洞５９ａに相当）を形成した単結晶シリコンを材料とするシリコン基板５９をシリコン酸化膜５７の上表面に付き合わせて接着する（図１２（ｅ））。
（３）第５工程
単結晶シリコン層５１をエッチングにより除去し、シリコン酸化膜５２を表面に露出させる（図１２（ｆ））。この場合、ＴＭＡＨ水溶液は単結晶シリコンを溶解するのに対してシリコン酸化膜をほとんど溶解しないので、単結晶シリコン層５１を溶解する薬剤（エッチング液）としてはＴＭＡＨ水溶液が適している。
【００５１】
この第５の集積回路装置２０においては、図１２（ｆ）で示した集積回路装置１２の上下を逆さにして酸化シリコン膜５２を上表面（指の押し当て面）として用いるようにすれば、この第５の集積回路装置２０も上記第１の実施形態と同様に機能する。
ｃ６．第６の集積回路装置
第６の集積回路装置２０は、上記第５の集積回路装置２０の発熱体５３の下部に空洞５９ａを設けて発熱体５３から単結晶シリコン層５９（基板）への熱の流れを遮断する方法に代えて、図１３に示すように、断熱性の高い高分子樹脂６１を発熱体５３と単結晶シリコン層５９（基板）との間に設けたものである。高分子材料の断熱性は一般にシリコンの断熱性よりも高いが、好ましくは気泡を内包する高分子樹脂６１を用いると更に高い断熱性を発揮する。
【００５２】
このような第６の集積回路装置２０の製造においては、上記第５の集積回路装置２０の製造工程を示す図１２（ｅ）において、２枚の基板を張り合わせる際に、発砲性ポリスチレンなどの高分子樹脂６１を介して接合することにより達成される。このとき、単結晶シリコン層５９（基板）に凹部５９ａ（空洞に相当）を形成して、同凹部５９ａのみに高分子材料を充填すれば、図１３に示すように構成される。一方、前記凹部５９ａの周囲にも高分子樹脂層を設けたり、同凹部５９ａを形成しない単結晶シリコン層５９とシリコン酸化膜５７との間にほぼ均一に高分子樹脂層を設けるようにしてもよい。
ｃ７．第７の集積回路装置
第７の集積回路装置２０は、図１４（ｃ）に示すように、単結晶シリコンからなる基板７１上に多孔質酸化膜７２を介して発熱体７３を設けたものである。そして、この場合も、発熱体７３の両端上には、それぞれ上記第１〜第６の集積回路装置２０のアドレス線５４，５５と同様なアドレス線７４，７５が形成され、これらの発熱体７３及びアドレス線７４，７５はシリコン酸化膜７６で覆われる。
【００５３】
この第７の集積回路装置２０は、下記第１〜第３工程により製造される。
（１）第１工程
単結晶シリコンからなる基板７１に、その表面付近にて帯状のｎ型シリコン層からなる発熱体７３を形成するとともに、発熱体７３の周囲を囲むように方形状のｐ型シリコン層７２ａを形成する（図１４（ａ））。
（２）第２工程
ハロゲンランプを基板７１の表面に照射しながらフッ化水素酸溶液中で陽極化成を行うことによりｐ型シリコン層７２ａだけをエッチングして多孔質化し、その後、酸素雰囲気中で熱酸化を実施することによりｐ型シリコン層７２ａから多孔質酸化膜７２を形成する。なお、前記光照射を使ったｐ型シリコンの選択的エッチングによる多孔質の形成については、学術誌Ｓｅｎｓｏｒ  ａｎｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  第４巻５号（１９９３）２２９−２３８頁にＴ．  Ｙｏｓｈｉｄａらの論文として詳述されている。
（３）第３工程
発熱体７３の両端上を通る導体からなるアドレス線７４，７５を形成し、これらの発熱体７３及びアドレス線７４，７５を絶縁層を構成するシリコン酸化膜７６で覆う。
【００５４】
このように構成しても、上記第１〜第６の集積回路装置と同様な機能を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本原理を説明するために集積回路装置と指紋との関係を示す断面図である。
【図２】（Ａ）は図１の発熱体を通電する電流波形であり、（Ｂ）は指紋の山部に対向する発熱体の温度の時間変化を示すタイムチャートであり、（Ｃ）は指紋の谷部に対向する発熱体の温度の時間変化を示すタイムチャートである。
【図３】本発明の具体的実施形態に係る固体表面の凹凸パターン検出装置のブロック図である。
【図４】前記凹凸パターン検出装置の各部の信号波形を示すタイムチャートである。
【図５】前記凹凸パターン検出装置の変形例を示すブロック図である。
【図６】前記凹凸パターン検出装置の他の変形例を示すブロック図である。
【図７】前記他の変形例のコンピュータ装置により実行されるプログラムのフローチャートである。
【図８】前記凹凸パターン検出装置に用いられるのに適した第１の集積回路装置の概略平面図である。
【図９】前記集積回路装置の概略断面図である。
【図１０】（ａ）〜（ｇ）は、前記第１の集積回路装置の製造工程を示す概略断面図である。
【図１１】前記第１の集積回路装置の空洞を形成する製造工程を説明するための一つの発熱体部分の拡大概略平面図である。
【図１２】（ａ）〜（ｆ）は、前記第１の集積回路装置の変形例に相当する第５の集積回路装置の製造工程を示す概略断面図である。
【図１３】前記第１の集積回路装置の変形例に相当する第６の集積回路装置の概略断面図である。
【図１４】（ａ）〜（ｃ）は、前記第１の集積回路装置の変形例に相当する第５の集積回路装置の製造工程を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１０…集積回路装置、１０ａ…発熱体、１１…パルス電源、１２…指、１２ａ…指紋の山部、１２ｂ…指紋の谷部、２０…集積回路装置、２０ａ…発熱体、２０ｘ１〜２０ｘｐ，２０ｙ１〜２０ｙｑ…アドレス線、２１，２３…ゲート回路群、２４，３６，３７…抵抗、２７…カウンタ、３１…比較器、３４…メモリ装置、３５…画像処理装置、４２…アナログディジタル変換器、４４…接触センサ、４５…コンピュータ装置、５１，５９…単結晶シリコン層（基板）、５１ａ，５９ａ…空洞（凹部）、５２，５７〜５８…シリコン酸化膜、５３…発熱体、５４，５５…アドレス線、５７ａ…開口、６１…高分子樹脂、７１…単結晶シリコン層（基板）、７２…多孔質酸化膜、７２ａ…ｐ型シリコン層、７３…発熱体（ｎ型シリコン層）、７４，７５…アドレス線、７６…シリコン酸化膜。
【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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【図１３】
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【図１４】
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