(57)【要約】  指（２６）の指紋パターンを検出する指紋検出システム（３）であって、導電性の複数の検出構造（１０）を有するセンサアレイ（７）と、検出構造（１０）と指（２６）の間の容量性結合を表す検出信号を供給するために検出構造（１０）の各々に接続された読出し回路（３９）と、第１の時間変動電圧（Ｖ1（ｔ））の信号をセンサアレイ（７）の少なくとも一部に供給する第１の信号供給回路（４９）と、センサアレイ（７）の外側に配置された導電性の少なくとも一つのエッジ補償構造（１１；１３；１５；１７；１９；２１；２３；２５；７９；８１；８３）と、第２の時間変動電圧（Ｖ2（ｔ））の信号を少なくとも一つのエッジ補償構造（１１；１３；１５；１７；１９；２１；２３；２５；７９；８１；８３）に供給する第２の信号供給回路（６３；６５）と、を備える指紋検出システム（３）。
2021509026.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
指（２６）の指紋パターンを検出する指紋検出システム（３）であって、
導電性の複数の検出構造（１０）を有するセンサアレイ（７）と、
前記検出構造（１０）と前記指（２６）の間の容量性結合を表す検出信号を供給するために前記検出構造（１０）の各々に接続された読出し回路（３９）と、
第１の時間変動電圧（Ｖ1（ｔ））の信号を前記センサアレイ（７）の少なくとも一部に供給する第１の信号供給回路（４９）と、
前記センサアレイ（７）の外側に配置された（１１；１３；１５；１７；１９；２１；２３；２５；７９；８１；８３）と、
第２の時間変動電圧（Ｖ2（ｔ））の信号を前記少なくとも一つのエッジ補償構造（１１；１３；１５；１７；１９；２１；２３；２５；７９；８１；８３）に供給する第２の信号供給回路（６３；６５）と、
を備える指紋検出システム（３）。
【請求項２】
前記第２の信号供給回路（６３；６５）は、前記第２の時間変動電圧（Ｖ2（ｔ））の信号を前記第１の時間変動電圧（Ｖ1（ｔ））の信号に同期して供給するように構成されている請求項１に記載の指紋検出システム（３）。
【請求項３】
前記読出し回路（３９）は、
複数の検出回路（４３）であって、前記複数の検出回路の各々は、前記複数の検出構造の検出構造（１０）の各セットの下部に配置されるとともに前記複数の検出構造の検出構造（１０）の各セットに接続される複数の検出回路（４３）と、
前記複数の検出回路（４１）への及び／又は前記複数の検出回路（４１）からの信号をルーティング及び／又は調整する信号ルーティング及び調整回路（４３）と、
を備え、
前記信号ルーティング及び調整回路（４３）は、少なくとも部分的に前記少なくとも一つのエッジ補償構造（１１；１３；１５；１７；１９；２１；２３；２５；７９；８１；８３）の下に配置されている請求項１又は２に記載の指紋検出システム（３）。
【請求項４】
前記センサアレイ（７）、前記読出し回路（３９）及び前記少なくとも一つのエッジ補償構造（１１；１３；１５；１７；１９；２１；２３；２５；７９；８１；８３）は、指紋センサ部品に含まれる請求項１〜３のいずれか一項に記載の指紋検出システム（３）。
【請求項５】
前記指紋センサ部品は、
部品基板と、
前記部品基板の上に形成された能動回路と、
前記能動回路の上の複数の金属層と、
を備える請求項４に記載の指紋検出システム（３）。
【請求項６】
前記複数の検出構造及び前記少なくとも一つの導電エッジ補償構造は、前記複数の金属層の最上の金属層に形成されている請求項５に記載の指紋検出システム（３）。
【請求項７】
前記センサアレイ（７）の前記検出構造（１０）は、行及び列で配置され、
前記指紋検出システム（３）は、複数のエッジ補償構造（１１；１３；１５；１７；１９；２１；２３；２５）を備え、前記複数のエッジ補償構造（１１；１３；１５；１７；１９；２１；２３；２５）は、
各々が前記行のうちの対応する行の左に配置された複数の左近接エッジ補償構造（１１）と、
各々が前記行のうちの対応する行の右に配置された複数の右近接エッジ補償構造（１３）と、
を有する請求項１〜６のいずれか一項に記載の指紋検出システム（３）。
【請求項８】
前記第２の信号供給回路（６３；６５）は、前記左近接エッジ補償構造（１１）の各々及び前記右近接エッジ補償構造（１３）の各々に接続され、前記左近接エッジ補償構造のセット（１１ａ−ｃ）及び／又は前記右近接エッジ補償構造のセット（１３ａ−ｃ）に前記第２の時間変動電圧（Ｖ2（ｔ））の信号を供給するように制御可能である請求項７に記載の指紋検出システム（３）。
【請求項９】
前記第２の信号供給回路（６３；６５）は、前記検出構造のうちの一つの行（１０ａ−ｃ）に整列した前記左近接エッジ補償構造のうちの少なくとも一つ（１１ａ−ｃ）及び前記検出構造のうちの前記一つの行に整列した前記右近接エッジ補償構造のうちの少なくとも一つ（１３ａ−ｃ）に前記第２の時間変動電圧（Ｖ2（ｔ））の信号を同時に供給するように制御可能である請求項８に記載の指紋検出システム（３）。
【請求項１０】
前記複数のエッジ補償構造は、
各々が前記左近接エッジ補償構造（１１）のうちの対応する一つの左に配置される複数の左遠位エッジ補償構造（１５）と、
各々が前記右近接エッジ補償構造（１３）のうちの対応する一つの右に配置される複数の右遠位エッジ補償構造（１７）と、
を備える請求項７〜９のいずれか一項に記載の指紋検出システム（３）。
【請求項１１】
前記第２の信号供給回路（６３；６５）は、前記左遠位エッジ補償構造（１５）の各々及び前記右遠位エッジ補償構造（１７）の各々に接続され、前記左遠位エッジ補償構造のセット（１５ａ−ｃ）及び／又は前記右遠位エッジ補償構造のセット（１７ａ−ｃ）に第３の時間変動電圧（Ｖ3（ｔ））の信号を供給するように制御可能である請求項１０に記載の指紋検出システム（３）。
【請求項１２】
前記第１の信号供給回路（４９）は、前記複数の検出構造の前記検出構造のセット（１０ａ−ｃ）に前記第１の時間変動電圧（Ｖ1（ｔ））の信号を供給するように制御可能である請求項１〜１１のいずれか一項に記載の指紋検出システム（３）。
【請求項１３】
前記読出し回路（３９）は、複数の検出回路（４１）を備え、前記複数の検出回路の各検出回路は、前記複数の検出構造の検出構造（１０）の各セットに接続されている複数の検出回路（４１）と、
前記複数の検出回路の各検出回路（４１）は、電荷増幅器（４５）を備え、前記電荷増幅器（４５）は、前記検出構造の前記セットに接続された第１の入力部（５３）と、第２の入力部（５５）と、出力部（５７）と、前記第１の入力部（５３）と前記出力部（５７）の間の帰還コンデンサと、を有し、前記電荷増幅器（４５）は、前記第２の入力部（５５）の電位の変化の結果として前記第１の入力部（５３）に略同一の電気の変化が生じるように構成され、
前記第１の信号供給回路（４９）は、前記第２の入力部（５５）に接続されている請求項１２に記載の指紋検出システム（３）。
【請求項１４】
前記指紋検出システムは、半導体基板（２７）を備え、
前記電荷増幅器（４５）は、前記半導体基板（２７）の壁部に形成されたトランジスタを備え、前記トランジスタは、前記第１の入力部を構成するゲートを有し、
前記壁部と前記半導体基板の間の界面は、前記壁部と前記半導体基板の間に電流が流れるのを防止するように構成され、
前記第１の信号供給回路（４９）は、前記壁部に更に接続されている請求項１３に記載の指紋検出システム（３）。
【請求項１５】
前記指紋検出システムは、
前記少なくとも一つのエッジ補償構造（１１；１３；１５；１７；１９；２１；２３；２５；７９；８１；８３）に接続され、前記少なくとも一つのエッジ補償構造と前記指（２６）の間の容量性結合を表す指検出信号を供給する指紋検出回路を更に備える請求項１〜１４のいずれか一項に記載の指紋検出システム（３）。
【請求項１６】
導電性の複数の検出構造（１０）を有するセンサアレイ（７）と、
前記検出構造（１０）の各々に接続された読出し回路（３９）と、
第１の信号供給回路（４９）と、
前記センサアレイ（７）の外側に配置された導電性の少なくとも一つのエッジ補償構造（１１；１３；１５；１７；１９；２１；２３；２５；７９；８１；８３）と、
第２の信号供給回路（６３；６５）と、
を備える指紋検出システム（３）を用いて、指（２６）の指紋パターンを検出する方法であって、
第１の時間変動電圧信号（Ｖ1（ｔ））を前記センサアレイ（７）の少なくとも一部に供給するために前記第１の信号供給回路（４９）を制御するステップと、
第２の時間変動電圧信号（Ｖ2（ｔ））を前記少なくとも一つのエッジ補償構造（１１；１３；１５；１７；１９；２１；２３；２５；７９；８１；８３）に供給するために前記第２の信号供給回路（６３；６５）を制御するステップと、
前記検出構造（１０）と前記指（２６）の間の容量性結合を表す検出信号を供給するために前記読出し回路（３９）を制御するステップと、
を備える方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、指紋検出システム及び指の指紋パターンを検出する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
セキュリティを向上させる及び／又はユーザの利便性を高めるために種々のタイプの生体システムの使用頻度がますます増えている。
【０００３】
特に、指紋検出システムは、小さいフォームファクタ、高性能及びユーザ受け入れのために、例えば、消費者向けの電子装置で採用されてきた。
【０００４】
（容量、光、音響、熱等のような）種々の利用できる指紋検出原理の中で、容量性検出が、特に、サイズ及び消費電力が重要な問題である応用において最も一般的に用いられる。
【０００５】
容量性指紋センサは、一般的には、複数の検出構造の各々と指紋センサの表面に配置された指の間の容量を表す大きさを提供する。
【０００６】
米国特許第９３８３８７６号明細書は、複数の検出構造を有するセンサアレイと、検出信号を供給するために検出構造の各々に接続された読出し回路と、高駆動電位と低駆動電位の間の差である略一定の供給電圧を読出し回路に供給するように配置された電源回路とを備える指紋検出システムを開示する。米国特許第９３８３８７６号明細書による指紋検出システムは、指紋検出システムの動作中に、電源電圧を十分に維持しながら、低駆動電位及び高駆動電位が、指紋検出システムを備える装置の基準電位に対して同相で振動するように構成される。
【０００７】
米国特許第９１５２８４１号明細書は、指と検出構造の間の電位差の変化を供給するように検出構造の電位を変化させる検出素子の各々の検出構造に結合された励起信号供給回路を有する指紋検出システムを開示する。このような電位差の変化が供給されるときの検出素子からの出力に基づいて、指の指紋パターンの表現を決定することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したような指紋システムが十分な指紋画像品質を実現できるとしても、特に、非常に小さい指紋センサに対して改善の余地がある。
【０００９】
上記の観点から、本発明の目的は、更に向上した指紋検出を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の態様によれば、指の指紋パターンを検出する指紋検出システムであって、導電性の複数の検出構造を有するセンサアレイと、検出構造と指の間の容量性結合を表す検出信号を供給するために検出構造の各々に接続された読出し回路と、第１の時間変動電圧の信号をセンサアレイの少なくとも一部に供給する第１の信号供給回路と、センサアレイの外部に配置された導電性の少なくとも一つのエッジ補償構造と、第２の時間変動電圧の信号を少なくとも一つのエッジ補償構造に供給する第２の信号供給回路と、を備える指紋検出システムを提供する。
【００１１】
複数の導電性の検出構造の各検出構造を、好適には、金属プレートの形状で設けてもよく、その結果、検出構造（金属プレート）、局所的な指表面及び検出構造をカバーする誘電体構造（並びに局所的な指構造及び誘電体構造の間に局所的に存在することがある空気）によってある種の並列な平板コンデンサが形成される。指紋の隆線に対応する位置の検出構造は、指紋の谷線に対応する位置の検出構造よりも指に対して強い容量性結合を示す。
【００１２】
検出構造をカバーする誘電体構造は、有利には、少なくとも２０μｍの厚さであるとともに下に存在する構造を損傷（ｗｅａｒ  ａｎｄ  ｔｅａｒ）及びＥＳＤから保護するために高い耐圧（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｓｔｒｅｎｇｔｈ）を有する保護誘電体コーティングを有してもよい。更に一層有利には、保護コーティングは、少なくとも５０μｍの厚さである。実施の形態において、検出構造をカバーする誘電体構造は、数百μｍの厚さであってもよい。そのような場合、検出構造をカバーする誘電体構造は、例えば、電子装置のカバーガラスを有してもよい。
【００１３】
読出し回路は、例えば、指とセンサアレイに備えられる検出構造の間の容量性結合を表す電圧レベル又は電流の形態のアナログ検出信号を供給してもよい。
【００１４】
しかしながら、種々の実施の形態によれば、読出し回路は、アナログ信号をデジタル信号に変換する回路を有してもよい。そのような回路は、例えば、サンプリング回路及びアナログ−デジタル変換回路である。
【００１５】
第１の信号供給回路と第２の信号供給回路のうちの一方又は両方は、互いに異なるラインに供給される二つ以上の互いに異なる電位の間の切替を行うように構成されたスイッチング回路であってもよい。代替的には又は組み合わせて、第１の信号供給回路と第２の信号供給回路のうちの一方又は両方は、方形波電圧信号又は正弦波電圧信号のような時間変動電位を供給するように構成された少なくとも一つの信号源を備えてもよい。
【００１６】
さらに、第１の信号供給回路及び第２の信号供給回路を、個別の回路として、又は、センサアレイ及び／又は読出し回路とセンサアレイの外部に配置されたエッジ補償構造の両方に接続された共通回路として設けてもよい。
【００１７】
第１の時間変動電圧信号及び第２の時間変動電圧信号が両方とも指紋検出システムを備える装置の基準電位のような同一の基準電位に対して時間変動することに留意されたい。そのような装置の基準電位を「デバイスグラウンド（ｄｅｖｉｃｅ  ｇｒｏｕｎｄ）」と称してもよい。一部の実施の形態において、センサアレイの基準電位−「センサグラウンド」−は、デバイスグラウンドに対して一定であってもよく、他の実施の形態において、センサグラウンドは、時間変動してもよい。そのような実施の形態において、第１の時間変動電位は、（デバイスグラウンドに対して時間変動するのに対して）センサグラウンドに対して略一定であってもよい。さらに、指の電位が典型的には指紋を取得するための関連の時間の尺度について「デバイスグラウンド」に対して略一定のレベルであることに留意されたい。例えば、ユーザの身体は、（電源グラウンド（ｍａｉｎｓ  ｇｒｏｕｎｄ）のような）一部のグローバル基準電位（ｇｌｏｂａｌ  ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）に接続されていない携帯機器の「デバイスグラウンド」を実際に規定する。そのようにユーザの身体がデバイスグラウンドを規定する携帯機器は、例えば、モバイル通信機器又はスマートカード等であってもよい。
【００１８】
センサの少なくとも一部に供給される第１の時間変動電圧信号によって、検出構造の少なくとも一つと指の間に時間変動電位差が生じる。このような時間変動電位差によって、読出し回路は、検出構造の各々と指の間の容量性結合を表す検出信号を供給することができる。
【００１９】
少なくとも一つのエッジ補償構造は、検出構造に比較的近接してセンサアレイのエッジに配置された導電構造であってもよい。例えば、少なくとも一つのエッジ補償構造を、センサアレイのエッジから０．５ｍｍ未満となるように配置してもよい。有利には、少なくとも一つのエッジ補償構造を、センサアレイのエッジから０．１ｍｍ未満となるように配置してもよい（センサアレイのエッジに最も近接する検出構造のエッジ）。
【００２０】
検出構造で検知することができる全体的な容量性結合は、検出構造と指の間の局所距離だけでなく検出構造の近くの他の導電構造に依存する。例えば、米国特許第９１５２８４１号明細書に記載されているように、隣接する検出構造からの全体的な容量性結合に対する寄与を、現在アクティブである（検出モードの）（一つ以上の）検出構造の電位に従う（と共に変動する）隣接検出構造の電位を制御することによって著しく減少させることができる。しかしながら、センサアレイのエッジに配置された検出構造は、隣接する検出構造によって包囲されない。この結果、検出構造とセンサアレイの中間に近接する包囲の間に、強力であるとともに場合によっては一様でない容量性結合が生じる。これは、読出し回路からの検出信号に基づいて形成される指紋画像（又は他の表示）に影響を及ぼす。比較的大きい指紋センサに対して、そうような影響は、無視される又は画像処理等を通じて十分に補償される。比較的小さい（したがって、費用効率の高い）指紋センサに対して、影響は、指紋センサがセンサアレイの領域全体に対して良好な画像品質を提供できるようにするために更に重要になる。
【００２１】
本願発明者は、センサアレイの外部に導電性の少なくとも一つのエッジ補償構造を設けるとともに時間変動電圧の信号を少なくとも一つのエッジ補償構造に供給することによってこのようなエッジの影響を減少させることができることを実現した。
【００２２】
種々の実施の形態によれば、第２の信号供給回路は、第２の時間変動電圧の信号を第１の時間変動電圧の信号に同期して供給するように構成されている。第２の時間変動電圧の信号は、例えば、有利には、第１の時間変動電圧の信号と略同相であってもよい。
【００２３】
実施の形態によれば、第２の時間変動電圧の信号を、センサアレイのエッジの検出構造と隣接エッジ補償構造の間の電位差が少なくとも検出構造と指の間の容量性結合の検出に関連する時点において略一定に保持されるようにしてもよい。これにより、検出構造の付近の構造に対する寄生容量の影響を著しく減少させることができる。
【００２４】
検出に関連する時点は、用いられる検出方法に応じて異なってもよく、当業者は、そのような時点を、不当な負担なく、例えば、回路シミュレーションに基づいて決定することができる。例えば、検出信号が２回のサンプリング時間でサンプリングされるいわゆる相関２重サンプリングの場合、サンプリング時間は、検出に関連する時点であってもよい。
【００２５】
実施の形態によれば、読出し回路は、複数の検出回路であって、複数の検出回路の各々は、複数の検出構造の検出構造の各セットの下部に配置されるとともに複数の検出構造の検出構造の各セットに接続される複数の検出回路と、複数の検出回路への及び／又は複数の検出回路からの信号をルーティング及び／又は調整する信号ルーティング及び調整回路と、を備える。信号ルーティング及び調整回路は、少なくとも部分的に少なくとも一つのエッジ補償構造の下に配置されている。
【００２６】
上述した信号ルーティング及び調整回路は、例えば、検出回路に対する制御信号の信号線、ステータス信号及び検出回路からの検出信号の信号線、増幅器、サンプラー、マルチプレクサ、アナログ−デジタル変換回路、デジタル制御論理、メモリ及び／又はインタフェース回路等を有してもよい。
【００２７】
これらの実施の形態において、所望のエッジ補償を、他の機能に対して既に用いられるセンサリアルエステート（ｓｅｎｓｏｒ  ｒｅａｌ  ｅｓｔａｔｅ）のみを用いながら実現することができる。これは、指紋検出システムのコストをほとんど追加することなく所望のエッジ補償を実現できることを意味する。
【００２８】
実施の形態において、上述した検出構造のセットは、各検出構造が専用の検出回路を有するような単一の検出構造であってもよい。他の実施の形態において、上述した検出構造のセットは、四つ又は八つの検出構造に対して各検出回路を検出構造に順に接続するように複数の検出構造を有してもよい。
【００２９】
本発明による指紋検出システムの実施の形態において、有利には、センサアレイ、読出し回路及び少なくとも一つのエッジ補償構造は、指紋センサ部品に含まれる。
【００３０】
これらの実施の形態において、指紋センサ部品は、部品基板と、部品基板の上に形成された能動回路と、能動回路の上の複数の金属層と、を備える。
【００３１】
部品基板は、有利には、シリコン基板のような半導体基板であってもよく、能動回路を、ｐドーピング及び／又はｎドーピング及び導電層積層の付加を含む種々の工程によって基板に設けてもよい。
【００３２】
代替的には、部品基板は、絶縁基板であってもよい。そのような実施の形態において、能動回路を、薄膜技術を用いて形成することができる。
【００３３】
能動回路の上の上述した金属層を、金属層の間に挟まれる絶縁層によって分離してもよい。選択した位置での互いに異なる金属層の間の電気接点を実現するために、それ自体既知の技術を用いて相互接続を設けてもよい。
【００３４】
実施の形態において、複数の検出構造及び少なくとも一つの導電エッジ補償構造は、有利には、複数の金属層の最上の金属層に形成されている。代替的には、少なくとも一つのエッジ補償構造を、例えば、指紋センサ部品のパッケージング中に行ってもよい後工程を用いて、検出構造をカバーする最上の金属層に設けてもよい。
【００３５】
種々の実施の形態において、さらに、センサアレイの検出構造は、行及び列で配置され、指紋検出システムは、複数のエッジ補償構造を備え、複数のエッジ補償構造は、各々が行のうちの対応する行の左に配置された複数の左近接エッジ補償構造と、各々が行のうちの対応する行の右に配置された複数の右近接エッジ補償構造と、を有する。左近接エッジ補償構造の各々を、検出構造の対応する行に略整列させてもよく、右近接エッジ補償構造の各々を、検出構造の対応する行に略整列させてもよい。
【００３６】
ここで用いられる用語「行」及び「列」がセンサアレイの次元又は向きを特定しないことに留意されたい。行は、列と同数、列より多い数又は列より少なく数を有してもよい。全ての行／列は、同数の検出構造を有する必要がなく、この場合がしばしば生じる。
【００３７】
第２の信号供給回路は、左近接エッジ補償構造の各々及び右近接エッジ補償構造の各々に接続され、左近接エッジ補償構造のセット及び／又は右近接エッジ補償構造のセットに第２の時間変動電圧の信号を供給するように制御可能である。第２の時間変動電圧の信号が供給される近接エッジ補償構造の（一つ以上の）セットを、目下アクティブである（一つ以上の）検出構造を考慮して選択してもよい。例えば、予め決定された行の検出構造の全ての検出構造を、時間変動電位を示すために同時に制御する場合、検出構造の行に略整列した少なくとも左近接エッジ補償構造及び右近接エッジ補償構造に、第２の時間変動電圧の信号を同時に供給してもよい。
【００３８】
実施の形態において、複数のエッジ補償構造は、各々が左近接エッジ補償構造のうちの対応する一つの左に配置される複数の左遠位エッジ補償構造と、各々が右近接エッジ補償構造のうちの対応する一つの右に配置される複数の右遠位エッジ補償構造と、を備える。
【００３９】
第２の信号供給回路は、左遠位エッジ補償構造の各々及び右遠位エッジ補償構造の各々に接続され、左遠位エッジ補償構造のセット及び／又は右遠位エッジ補償構造のセットに第３の時間変動電圧の信号を供給するように制御可能である。
【００４０】
第３の時間変動電圧の信号は、第２の時間変動電圧の信号と同一であってもよい。しかしながら、代替的には、第３の時間変動電圧の信号の振幅は、第２の時間変動電圧の信号の振幅より大きくてもよい。
【００４１】
本発明による指紋検出システムの種々の実施の形態において、第１の信号供給回路は、複数の検出構造の検出構造のセットに第１の時間変動電圧の信号を供給するように制御可能である。
【００４２】
このような「スイング画素（ｓｗｉｎｇｉｎｇ  ｐｉｘｅｌ）」動作を実現するために、第１の信号供給回路は、直接的に又はいわゆる仮想的なグランド増幅器構造（ｖｉｒｔｕａｌｌｙ  ｇｒｏｕｎｄｅｄ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒ  ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）を介して各検出構造に接続可能であってもよい。
【００４３】
後者の構造において、読出し回路は、複数の検出回路を備え、複数の検出回路の各検出回路は、複数の検出構造の検出構造の各セットに接続されている複数の検出回路と、複数の検出回路の各検出回路は、増幅器を備え、増幅器は、検出構造のセットに接続された第１の入力部と、第２の入力部と、出力部と、第１の入力部と出力部の間の帰還コンデンサと、を有し、増幅器は、第２の入力部の電位の変化の結果として第１の入力部に略同一の電気の変化が生じるように構成され、第１の信号供給回路は、第２の入力部に接続されている。
【００４４】
増幅器は、有利には、それ自体既知である電荷増幅器であってもよい。
【００４５】
第１の信号供給回路は、第２の入力部に第１の時間変動電圧を供給するように構成してもよく、これによって、増幅器の第１の入力部に接続された検出構造のセットの（一つ以上の）検出構造の電位を、指の電位に対して変動させる。
【００４６】
実施の形態において、指紋検出システムは、半導体基板を備え、増幅器は、半導体基板の壁部に形成されたトランジスタを備え、トランジスタは、第１の入力部を構成するゲートを有し、壁部と半導体基板の間の界面は、壁部と半導体基板の間に電流が流れるのを防止するように構成され、第１の信号供給回路は、壁部に更に接続されている。これらの実施の形態において、（一つ以上の）検出構造と壁部の間の寄生容量の検出の影響を減少させることができる。
【００４７】
半導体基板は、有利には、ドーピングされた半導体基板であり、壁部は、半導体基板と逆の極性にドーピングされた基板の一部であってもよい（半導体基板がｐドーピングされた場合、壁部はｎドーピングされ、半導体基板がｎドーピングされた場合。壁部はｐドーピングされる）。これは、電流が壁部と基板の間に流れるのを防止できるように構成される壁部と半導体基板の間の界面を実現する一つの方法である。特に、壁部及び基板を、基板と壁部の間の界面に形成されたダイオードに電流が流れないような電位に保持してもよい。
【００４８】
代替的には、絶縁層を、例えば、ガラスの薄膜の形態で基板と壁部の間に設けてもよい。そのような絶縁層は、壁部と基板の間を流れる電流も防止する。
【００４９】
本発明による指紋検出システムの種々の実施の形態において、指紋検出システムは、少なくとも一つの少なくとも一つのエッジ補償構造に接続され、少なくとも一つのエッジ補償構造と指の間の容量性結合を表す指検出信号を供給する指紋検出回路を更に備えてもよい。
【００５０】
本発明の第２の態様によれば、導電性の複数の検出構造を有するセンサアレイと、検出構造の各々に接続された読出し回路と、第１の信号供給回路と、センサアレイの外側に配置された導電性の少なくとも一つのエッジ補償構造と、第２の信号供給回路と、を備える指紋検出システムを用いて、指の指紋パターンを検出する方法であって、第１の時間変動電圧信号をセンサアレイの少なくとも一部に供給するために第１の信号供給回路を制御するステップと、第２の時間変動電圧信号を少なくとも一つのエッジ補償構造に供給するために第２の信号供給回路を制御するステップと、検出構造と指の間の容量性結合を表す検出信号を供給するために読出し回路を制御するステップと、を備える方法を提供する。
【００５１】
本発明の第２の態様によって得られる他の実施の形態及び効果は、本発明の第１の態様に対して説明したものと大いに類似する。
【００５２】
本発明のこれらの態様及び他の態様を、本発明の例示的な実施の形態を示す添付図面を参照しながら更に詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１Ａ】本発明の実施の形態による指紋検出システムを備える電子装置の第１の例としての携帯電話機を線形的に示す。
【図１Ｂ】本発明の実施の形態による指紋検出システムを備える電子装置の第２の例としてのスマートカードを線形的に示す。
【図２Ａ】半導体ベースの指紋センサ部品の形態の本発明による指紋検出システムの例示的な実施の形態を線形的に示す。
【図２Ｂ】図２Ａの指紋センサ部品の一部の断面図である。
【図２Ｃ】図２Ａ及び図２Ｂの指紋センサ部品の一部の回路図である。
【図３】図２Ａ〜２Ｃの指紋センサ部品の例示的な検出形態の線形図である。
【図４Ａ】図３の例示的な検出形態を用いて検出構造及びエッジ補償構造に供給される第１の例の時間変動電圧の信号を線形的に示すタイミング図である。
【図４Ｂ】図３の例示的な検出形態を用いて検出構造及びエッジ補償構造に供給される第２の例の時間変動電圧の信号を線形的に示すタイミング図である。
【図５】エッジ補償なく取得した指紋画像と比べた図４Ａ〜４Ｃの信号形態のそれぞれの効果を示す図である。
【図６Ａ】代替的なエッジ補償構造の例を線形的に示す。
【図６Ｂ】代替的なエッジ補償構造の例を線形的に示す。
【図６Ｃ】代替的なエッジ補償構造の例を線形的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
この詳細な説明において、本発明による指紋検出システム及び方法の種種の実施の形態を、検出構造のセットの電位がセンサグラウンドに対して変動するように制御されるとともにセンサグラウンドがデバイスグラウンドに対して一定である指紋検出システムを参照しながら主に説明する。特に、行／列の全ての検出素子／画素が同時に読み出される例を説明する。さらに、エッジ補償構造の一部の例示的な例を示す。
【００５５】
これは、例えば、デバイスグラウンドに対して時間変動する基準電位を有する指紋センサ部品に供給することによって検出構造と指の間の電位差を実現できる指紋検出システムを同様に有する添付した特許請求の範囲によって規定される範囲を決して限定するものではないことに留意されたい。さらに、例えば、他のグループの検出素子が同時に読み出される又は検出素子が個別に読み出される他の検出形態を用いてもよい。（一つ以上の）エッジ補償構造の多くの他の構造も可能である。
【００５６】
図１Ａは、本発明の実施の形態による指紋検出システム３を備える電子装置の第１の例としての携帯電話機１を線形的に示す。指紋検出システム３は、例えば、携帯電話機１のロック解除及び／又は携帯電話機等を用いて実行される取引を許可するのに用いてもよい。
【００５７】
図１Ｂは、本発明の実施の形態による指紋検出システム３を備える電子装置の第２の例としてのスマートカード５を線形的に示す。
【００５８】
図２Ａは、半導体ベースの指紋センサ３の形態の本発明による指紋検出システムの例示的な実施の形態を線形的に示す。図２Ａからわかるように、指紋センサ３は、センサアレイ７と、指紋センサ３の動作のための電力を受信するとともに図１Ａの携帯電話機１又は図１Ｂのスマートカード５のような電子装置に備えられた処理回路と関わる（ｉｎｔｅｒａｃｔｉｎｇ  ｗｉｔｈ）インタフェース９と、を備える。センサアレイ７は、多数の検出構造１０を備える（図面の混乱を回避するために検出構造の一つのみに参照番号を付した。）。図２Ａの指紋センサ３の拡大図を線形的に示すように、指紋センサ３は、エッジ補償構造を更に備え、エッジ補償構造は、左近接エッジ補償構造１１と、右近接エッジ補償構造１３と、左遠位エッジ補償構造１５と、右遠位エッジ補償構造１７と、上側近接エッジ補償構造１９と、下側近接エッジ補償構造２１と、上側遠位エッジ補償構造２３と、下側遠位エッジ補償構造２５と、を有する。
【００５９】
図２Ａに見えないとしても、指紋センサ３は、読出し回路と、第１の信号供給回路と、第２の信号供給回路と、を更に備える。指紋センサ３のこれらの部分の例を、図２Ｂ及び図２Ｃを参照しながら後に更に説明する。
【００６０】
図２Ｂは、センサアレイ７をカバーする誘電体構造２８の上側に配置された指を有する図２の示す線Ａ−Ａ’に沿った指紋センサ３の一部の断面である。指２６の表面は、誘電体構造２８に接触する隆線３０と、誘電体構造２８から離間する谷線３２と、を備える。
【００６１】
図２Ｂを参照すると、指紋センサ３は、ドーピングされた半導体部品基板２７と、部品基板２７に形成された能動回路２９と、能動回路２９の上の金属層３１と、を備える。上述した検出構造１０及びエッジ補償構造（左近接エッジ補償構造１１及び右近接エッジ補償構造１３が図２Ｂにおいて見える。）は、最上の金属層３３に形成される。上述した読出し回路は、能動回路２９を用いて少なくとも部分的に形成されてもよい。図２Ｂに線形的に示すように、検出構造１０の下の能動回路２９の部分３５を、検出構造１０と指２６の間の容量性結合を検出する検出回路を形成するのに用いてもよい。エッジ補償構造１１，１５の下の能動回路２９の他の部分３７を、能動回路２９の第１の部分の複数の検出回路への及び／又は複数の検出回路からの信号をルーティング及び／又は調整する信号ルーティング及び調整回路を形成するのに用いてもよい。
【００６２】
エッジ補償構造１１，１５並びに信号ルーティング及び調整回路等を同一場所に配置することによって、エッジ補償構造を設けることにより指紋センサ３の表面領域が追加されない。
【００６３】
図２Ｂは、誘電体構造／保護膜２８、検出構造１０並びに指２６の隆線３０及び谷線３２の相対寸法の現実的な例を示すために略正確な比率である。見てわかるように、誘電体構造／保護膜２８は、下に存在する構造を損傷及びＥＳＤから保護するために幾分厚い。言うまでもなく、保護膜２８は、指紋センサ３のロバスト性について重要である。図２Ｂの相対寸法から、検出構造１０と指２６の間の容量は、特に、検出構造１０と検出構造１０に隣接する他の導電構造の間の寄生容量に比べて非常に小さい。そのような導電構造の例は、隣接する検出構造、追加の金属構造、能動半導体回路２９及び部品基板２７を含む。
【００６４】
検出回路並びに信号ルーティング及び調整回路を含む上述した読出し回路の例示的な形態を、図２Ａ及び図２Ｂの指紋センサ部品の一部の回路図である図２Ｃを参照しながら説明する。
【００６５】
図２Ｃに線形的に示すように、センサマトリックス７の各検出構造１０に接続されている上述した読出し回路３９は、検出回路４１と、信号ルーティング及び調整回路４３と、を有する。
【００６６】
図２Ｃを参照すると、各検出回路４１は、電荷増幅器４５と、ここでは検出回路４１からの検出信号を取得することができるようにするために簡単な選択スイッチ４７として機能的に示す選択回路と、後に更に詳しく説明するように第１の時間変動電圧の信号Ｖ1（ｔ）を検出構造１０に供給するように制御可能である第１の信号供給回路４９と、を備える。
【００６７】
電荷増幅器４５は、ここでは演算増幅器（オペアンプ）５１として線形的に示す少なくとも一つの増幅段で示し、増幅段は、検出構造１０に接続された第１の入力部（負入力部）５３と、第１の信号供給回路４９に接続された第２の入力部（正入力部）５５と、出力部５７と、を有する。さらに、電荷増幅器４５は、第１の入力部５３と出力部５７の間に接続された帰還コンデンサ５９と、帰還コンデンサ５９の制御回路な放電を可能にするためにスイッチ６１として機能的に示すリセット回路と、を備える。電荷増幅器４５は、帰還コンデンサ５９を放電するためにリセット回路６１を操作することによってリセットされてもよい。
【００６８】
オペアンプ５１にはよくあるケースであるが、第１の入力部５３の電位は、第２の入力部に供給される電位に従う。特定の増幅形態に応じて、第１の入力部５３の電位が第２の入力部５５の電位と略同一であってもよい、又は、第１の入力部５３と第２の入力部５５の間に略一定のオフセットが存在してもよい。
【００６９】
第１の信号供給回路４９を用いることによって、基準電位（センサグラウンド）に対する第１の時間変動電圧の信号Ｖ1（ｔ）を、検出構造１０に供給することができる。
【００７０】
第１の信号供給回路４９を、例えば、各々が第２の入力部５５を（センサグラウンドに対して互いに異なる電圧となる）選択した電圧線に制御可能に接続するように構成された複数の制御可能なスイッチとして実現してもよい。代替的には、第１の信号供給回路４９は、第１の時間変動電圧の信号Ｖ1（ｔ）を検出構造１０に直接供給するために検出構造１０に直接接続可能であってもよい。
【００７１】
第１の信号供給回路４９の制御によって、後に更に詳しく説明するように特定の検出構造１０の所望の機能に応じた選択した電位を検出構造１０に供給することができる。
【００７２】
ここでは各検出回路４１を単一の検出構造１０にそれぞれ接続したものとして示すが、代替的には各検出回路４１が検出構造のグループの検出構造に共通であってもよいことに留意されたい。
【００７３】
図２Ｃにおいて線形的に示すように、指紋センサ３は、第２の信号供給回路６３と、第３の信号供給回路６５と、を備える。第２の信号供給回路６３は、第２の時間変動電圧の信号Ｖ2（ｔ）を左近接エッジ補償構造１１に供給するために左近接エッジ補償構造１１に接続され、第３の信号供給回路６５は、第３の時間変動電圧の信号Ｖ3（ｔ）を左遠位エッジ補償構造１５に供給するために左遠位エッジ補償構造１５に接続される。
【００７４】
検出構造１０と指２６の間の容量性結合を検出すると、第１の信号供給回路４９は、センサグラウンドに対する第１の時間変動電圧の信号Ｖ1（ｔ）を第２の入力部５５に供給するように制御される。
【００７５】
図２Ｃにおいて、指２６を、「グラウンドした（ｇｒｏｕｎｄｅｄ）」ものとして線形的に示す。指「グラウンド」がセンサグラウンドと異なってもよい。例えば、指２６を、指紋センサ３が含まれる（図１Ａの携帯電話機又は図１Ｂのスマートカード５のような）電子装置のグラウンド電位としてもよい。代替的には、身体を、検出構造１０の電位が変動するときに指の電位が略一定である大きな電気「量」（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ”ｍａｓｓ”）を有するものと考えてもよい。
【００７６】
検出構造１０と指２６の間の電位差の上述した変化の結果、電荷増幅器４５の出力部５７に検出信号Ｖｓが生じる。
【００７７】
読出し回路が、選択した検出構造１０と指２６の間の容量性結合を検出するように制御されるとき、選択スイッチ４７は、電荷増幅器４５の出力部５７を読出し線６５に接続するように閉じられる。検出アレイ７の行又は列に対する共通読出し線とすることができる読出し線６５を、マルチプレクサ６７に接続するように図２Ｃに示す。図２Ｃに線形的に示すように、検出信号を指紋センサ３の他の行／列から供給する他の読出し線もマルチプレクサ６７に接続される。
【００７８】
検出信号Ｖｓは、サンプル−ホールド回路６９によって復調される。サンプル−ホールド回路６９の出力部は、サンプル−ホールド回路６９によって出力されるアナログ直流電圧の信号を選択した検出構造１０のそれぞれに対する測定値のデジタル表示にするためにアナログ−デジタルコンバータ７１に接続される。
【００７９】
図２Ｃに線形的に示すように、マルチプレクサ６７、サンプル−ホールド回路６９及びアナログ−デジタルコンバータ７１を、エッジ補償構造の下に配置された信号ルーティング及び調整回路４３に含めてもよい。
【００８０】
図３は、図２Ａ〜２Ｃの指紋センサ部品の例示的な検出形態の線形図である。図３において、ごく少数の列を有する簡単化したセンサアレイ７を線形的に示す。図３のセンサアレイ７が説明のための例にすぎないこと及びセンサアレイ７は有利には更に多くの数の列を有してもよいことを理解すべきである。
【００８１】
図３の検出形態において、（図３に示さない）指の指紋パターンは、行ごとに検出される（「行」及び「列」は置き換え可能である。）。１行の検出構造１０ａを、検出に用いられるものとして示し、隣接行の検出構造１０ｂ−ｃを、隣接検出構造の間の寄生容量結合の影響を減少させるように「ガード」するために用いられるものとして示す。この特定の励磁の形態において、三つの示す行の検出構造１０ａ−ｃによって規定されるバンドの外側の検出構造１０ｄは、センサグラウンド電位に保持される。
【００８２】
図３の検出形態において、選択したエッジ補償構造は、センサアレイ７の中間に近接して検出を行うのに用いられる検出構造に対するセンサアレイ７のエッジに近接して検出を行うのに用いられる検出構造の電気的な環境の差を補償するのに用いられる。この特定の例において、三つの左近接エッジ補償構造１１ａ−ｃ、三つの右近接エッジ補償構造１３ａ−ｃ、三つの左遠位エッジ補償構造１５ａ−ｃ及び三つの右遠位エッジ補償構造１７ａ−ｃを、後に更に詳しく説明するようにエッジの影響を補償するのに用いられる。
【００８３】
図３の指紋検出形態に対する第１の例示的な動作形態を、主に図２の表示に加えて図４Ａの線形的なタイミング図を参照しながら説明する。
【００８４】
図４Ａの簡単化した検出動作について示すように、第１の信号供給回路４９は、指とガードに用いられる検出構造１０ｂ−ｃとの容量性結合を検出するのに用いられる検出構造１０ａに第１の時間変動電圧の信号Ｖ1（ｔ）を供給するように制御される。同様に、第２の信号供給回路６３は、近接（左１１ａ−ｃ及び右１３ａ−ｃ）エッジ補償構造に第２の時間変動電圧の信号Ｖ2（ｔ）を供給するように制御され、第３の信号供給回路６５は、遠位（左１５ａ−ｃ及び右１７ａ−ｃ）エッジ補償構造に第３の時間変動電圧の信号Ｖ3（ｔ）を供給するように制御される。残りの検出構造１０ｄ及びエッジ補償構造１１ｄ、１３ｄ、１５ｄ、１７ｄは全てセンサグラウンド（ＳＧＮＤ）に保持される。検出回路４１及び信号ルーティング及び調整回路４２は、検出に用いられる検出構造１０ａと指２６の間の容量性結合を検出するとともにこの容量性結合を表す信号をルーティング及び調整するように制御される。
【００８５】
図４Ａの第１の例示的な動作形態において、第１の時間変動電圧の信号Ｖ1（ｔ）、第２の時間変動電圧の信号Ｖ2（ｔ）及び第３の時間変動電圧の信号Ｖ3（ｔ）は略同一である。
【００８６】
図４Ｂの第２の例示的な動作形態において、第１の時間変動電圧の信号Ｖ1（ｔ）及び第２の時間変動電圧の信号Ｖ2（ｔ）は略同一であり、第３の時間変動電圧の信号Ｖ3（ｔ）は、第１のＶ1（ｔ）及び第２のＶ2（ｔ）の２倍の電圧振幅（ｖｏｌｔａｇｅ  ｓｗｉｎｇ）を示す。
【００８７】
図５は、エッジ補償なく取得した指紋画像と比べた図４Ａ〜４Ｃの信号形態のそれぞれの効果を示す図である。
【００８８】
図は、アクティブでない（ｉｎａｃｔｉｖｅ）エッジ補償構造（センサグラウンドに保持されたエッジ補償構造）に対する本発明の実施の形態による指紋センサ３の最後の１４列について測定した平均画素値（実線カーブ７３）、図４Ａの動作形態（破線カーブ７５）及び図４Ｂの動作形態（点線カーブ７７）を示す。
【００８９】
図５からわかるように、エッジ補償が適用されないとき、センサアレイ７のエッジに最も近接する検出構造からの画素値は、センサアレイの中間に近接する検出構造からの画素値と明らかに異なり、図４Ａの動作形態は、顕著な改善を既に実現し、図４Ｂの動作形態は、エッジの影響をほとんど完全に除去することができる。
【００９０】
エッジ補償の実際の効果が検出構造１０と指２６の間の誘電体構造２８の形態のような他の要因に依存することを理解すべきである。エッジ補償構造の他の列／行の追加及び／又はエッジ補償構造に供給される信号の調整及び／又は電圧の信号が供給されるエッジ補償構造の数及び形態の制御によって更なる改善を実現できることも留意すべきである。これにより、エッジ補償構造に供給される一つ以上の電圧の信号及び／又はエッジ補償構造のアクティブな形態（配置及び／又は数）を制御／プログラミングすることによって、エッジ補償構造を、種々の応用及び／又はパッケージングに対するソリューションに対して個別の調整することができる。
【００９１】
最後に、代替的なエッジ補償構造の形態の一部の例を、図６Ａ〜６Ｃを参照しながら簡単に説明する。
【００９２】
図６Ａは、個別に制御可能なエッジ補償構造７９がセンサアレイ７の各エッジの全長に沿って延伸する指紋センサ３を線形的に示す。エッジ補償構造７９を、検出構造１０として同一の金属層に形成してもよい、又は、指紋センサ３に誘電体構造（保護膜）を設ける前に後工程で追加してもよい。
【００９３】
図６Ｂは、単一のエッジ補償構造８１をセンサアレイ７の周りのフレーム又はベゼルとして設けた指紋センサ３を線形的に示す。図６Ａの形態に関して、エッジ補償構造８１を、検出構造１０として同一の金属層に形成してもよい、又は、指紋センサ３に誘電体構造（保護膜）を設ける前に後工程で追加してもよい。
【００９４】
図６Ｃは、エッジ補償構造８３をセンサアレイ７の回りのフレーム又はベゼルとして指紋センサ３の誘電体構造（保護膜）の上側に設けた指紋センサ３を線形的に示す。
【００９５】
本発明を実現する当業者は、上述した好適な実施の形態に決して限定しない。それどころか、多くの変更及び変形が、添付した特許請求の範囲の範囲内で可能である。
【００９６】
特許請求の範囲において、用語「備える」は、他の要素又はステップを除外するものではなく、不定冠詞（ｉｎｄｅｆｉｎｉｔｅ  ａｒｔｉｃｌｅ  ”ａ”  ｏｒ  ”ａｎ”）は、複数を除外しない。単一のプロセッサ又は他のユニットは、特許請求の範囲に列挙した複数の項目の機能を実現してもよい。所定の手段が互いに異なる従属項で列挙されているという事実だけでこれらの手段の組合せを有利に用いることができないということを示さない。コンピュータプログラムを、他のハードウェアとともに又は他のハードウェアの一部として提供される光記録媒体又は個体媒体（ｓｏｉｌｄ−ｓｔａｔｅ  ｍｅｄｉｕｍ）のような適切な媒体に記憶／分配してもよいが、インターネット又は他の有線若しくは無線通信システムのような他の形態で分配してもよい。特許請求の範囲の参照番号を、範囲を限定するものとして解釈すべきでない。
【図１Ａ】
2021509026.tif 000003
【図１Ｂ】
2021509026.tif 000004
【図２Ａ】
2021509026.tif 000005
【図２Ｂ】
2021509026.tif 000006
【図２Ｃ】
2021509026.tif 000007
【図３】
2021509026.tif 000008
【図４Ａ】
2021509026.tif 000009
【図４Ｂ】
2021509026.tif 000010
【図５】
2021509026.tif 000011
【図６Ａ】
2021509026.tif 000012
【図６Ｂ】
2021509026.tif 000013
【図６Ｃ】
2021509026.tif 000014
【国際調査報告】
2021509026.tif 000015
2021509026.tif 000016
2021509026.tif 000017
2021509026.tif 000018