(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
指の指紋パターンを感知する容量性指紋感知装置であって、複数の感知素子を含み、
各感知素子は、
前記指で触れられる保護誘電最上層と、
前記最上層の下に配置される導電性感知構造と、
前記感知構造に接続され、前記指と前記感知構造の間の電位差の変化に起因し前記感知構造によって運ばれる電荷の変化を示す感知電圧信号を供給する、電荷増幅器と、
前記感知電圧信号を、前記感知構造によって運ばれる電荷の前記変化を示す感知電流信号に変換する電圧電流変換器と、を含み、
前記電荷増幅器は、
前記感知構造に接続される第１の入力と、
第２の入力と、
前記感知電圧信号を供給する出力と、
前記第１の入力と前記出力との間に接続される帰還コンデンサと、
前記第１及び第２の入力と前記出力との間の少なくとも一つの増幅器段と、を備え、
前記指紋感知装置は、読み出し回路であって、前記感知素子のそれぞれに含まれる電圧電流変換器に接続され、前記複数の感知素子から感知電流信号を受信し、前記感知電流信号に基づいて前記指紋パターンの表示を提供する、読み出し回路をさらに備える、
容量性指紋感知装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、経時変化する励起信号を前記指と前記感知構造のうちの少なくとも一つに供給し、前記指と前記感知構造の間の電位差の前記変化をもたらす励起信号供給回路をさらに備える、容量性指紋感知装置。
【請求項３】
請求項１又は２のいずれか一項に記載の装置であって、前記読み出し回路は、少なくとも一つの電流電圧変換器を備える、容量性指紋感知装置。
【請求項４】
請求項３に記載の装置であって、前記電流電圧変換器は、トランスインピーダンス増幅器を備える、容量性指紋感知装置。
【請求項５】
請求項４に記載の装置であって、前記トランスインピーダンス増幅器に含まれるフィードバック素子がＭＯＳトランジスタによって構成される、容量性指紋感知装置。
【請求項６】
請求項２に記載の装置であって、
前記電荷増幅器は、前記第１の入力での電位が前記第２の入力での電位を実質的に追従するように構成され、
前記励起信号供給回路は、電荷増幅器の前記第２の入力に接続され、前記第２の入力での電位を第１電位から第２電位に変化させ、これにより前記感知構造の電位を変化させ、これにより前記指と前記感知構造の間の電位差の前記変化をもたらす、
容量性指紋感知装置。
【請求項７】
請求項６に記載の装置であって、
前記電荷増幅器に含まれる前記増幅器段は、前記第１の入力を構成するゲートを有するセンストランジスタを備え、
前記センストランジスタは、半導体基板のウェルに形成され、前記ウェルと前記基板の間のインターフェースが、前記ウェルと前記基板の間を電流が流れないように構成され、
前記励起信号供給回路は、前記ウェルに接続され、前記ウェルの電位を第３電位から第４電位に変化させ、前記第３電位と前記第４電位の間の差が前記第１電位と前記第２電位の間の差と実質的に等しく、これにより前記感知構造と前記ウェルの間の寄生容量の影響を低減する、容量性指紋感知装置。
【請求項８】
請求項７に記載の装置であって、前記感知構造と前記基板の間に配置される遮蔽構造をさらに備え、
前記励起信号供給回路は、前記遮蔽構造にさらに接続され、前記遮蔽構造の電位を第５電位から第６電位に変化させるように構成され、前記第５電位と前記第６電位の間の差が前記第１電位と前記第２電位の間の差と実質的に等しい、
容量性指紋感知装置。
【請求項９】
請求項２及び６〜８のいずれか一項に記載の装置であって、前記感知素子のそれぞれは、前記励起信号供給回路に接続されるタイミング回路であって、
第１励起制御信号を前記励起信号供給回路に供給して、第１励起遷移時間での前記電位差の第１の変化を引き起こし、
第２励起制御信号を前記励起信号供給回路に供給して、第２励起遷移時間での前記電位差の第２の変化を引き起こす、タイミング回路、
を備える、容量性指紋感知装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置であって、
前記感知素子のそれぞれは、
帰還コンデンサを放電するように制御可能なリセット回路と、
前記リセット回路に接続され、前記帰還コンデンサが放電されるリセット状態と、前記帰還コンデンサが充電されて前記感知構造によって運ばれる電荷の前記変化の測定が可能になる測定可能状態との間で前記リセット回路を制御するタイミング回路と、
をさらに備える、容量性指紋感知装置。
【請求項１１】
請求項９又は１０に記載の装置であって、前記タイミング回路は、第１事象と前記第１事象に対する時間遅延とによって規定される遷移時間に第１測定状態から第２測定状態に遷移するように前記感知素子を制御する少なくとも第１遅延素子を備え、
前記第１遅延素子は、前記第１事象を規定する第１信号を受信する入力と、第１測定状態から第２測定状態への前記遷移を規定する第２信号を供給する出力と、を有する、
容量性指紋感知装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の容量性指紋感知装置と、
処理回路であって、
前記指紋パターンの前記表示を前記指紋感知装置から取得し、
前記表示に基づいてユーザを認証し、
前記表示に基づいて前記ユーザが認証された場合にのみ少なくとも一つのユーザ要求処理を実施する、ように構成される処理回路と、
を備える電子装置。
【請求項１３】
複数の感知素子を備える容量性指紋センサを用いて指の指紋パターンを感知する方法であって、
各感知素子は、
前記指で触れられる保護誘電最上層と、
前記最上層の下に配置される導電性感知構造と、
前記感知構造に接続され、前記指と前記感知構造の間の電位差の変化に起因し前記感知構造によって運ばれる電荷の変化を示す感知電圧信号を供給する、電荷増幅器と、を含み、
前記電荷増幅器は、
前記感知構造に接続される第１の入力と、
第２の入力と、
前記感知電圧信号を供給する出力と、
前記第１の入力と前記出力との間に接続される帰還コンデンサと、
前記第１及び第２の入力と前記出力との間の少なくとも一つの増幅器段と、を備え、
前記方法は、
前記指と前記感知構造の間の前記電位差を変化させる工程と、
電荷増幅器によって前記感知電圧信号を供給する工程と、
前記感知素子内で、前記感知電圧信号を感知電流信号に変換する工程と、
前記感知素子の外部の読み出し回路を用いて、前記感知素子のそれぞれから感知電流信号を受け取り、前記受け取った感知電流信号に基づいて前記指紋パターンの表示を提供する工程と、を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容量性指紋感知装置及び指紋パターンの感知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々なタイプの生体認証システムが、安全性を向上するため、及び／又はユーザの利便性を高めるために、用いられることが多くなっている。
【０００３】
特に、指紋感知システムは、その小さな形状因子、高い性能及びユーザ受け入れのため、例えば家電装置に採用されている。
【０００４】
様々に利用可能な指紋感知原理（例えば、静電容量式、光学式、熱式など）の中でも、静電容量感知が最も一般的に用いられており、特に、大きさ及び消費電力が重要な課題である適用例に用いられている。
【０００５】
あらゆる容量性指紋センサは、いくつかの感知構造のそれぞれと、指紋センサの表面に置かれるか又は指紋センサの表面を横切って動く指との間の静電容量を示す測定値を提供する。
【０００６】
いくつかの容量性指紋センサは、感知構造と指の間の静電容量を受動的に読み取る。しかし、これには、感知構造と指の間の比較的大きな静電容量を必要とする。このため、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、これはそのようなセンサを引っかき傷及び／又はＥＳＤ（静電放電）に対していくらか敏感にさせる。
【０００７】
米国特許第７８６４９９２号は、センサアレイの近傍に配置された導電構造をパルス操作して、センサアレイの感知構造によって運ばれる電荷の結果変化を測定することによって、駆動信号が指に注入される指紋感知システムを開示する。
【０００８】
この種のいわゆる能動的容量性指紋感知システムは、上記の受動的システムよりもかなり高い信号対雑音比を有する指と感知構造の間の静電容量の測定を概ね可能にする。これは、代わりに、保護被覆を大幅に厚くすることができるため、かなりの摩耗を受ける携帯電話のようなアイテムにいっそう頑強な容量性指紋センサを組み入れることができる。
【０００９】
しかし、さらに向上の余地がある。特に、厚みがさらに増した保護被覆を介して指紋を感知すること及び／又は信号対雑音比の点でさらに性能を向上させることが望ましいであろう。
【発明の概要】
【００１０】
上記の欠点をはじめとする先行技術の欠点に鑑みて、本発明の目的は、改良した容量性指紋感知装置、特に、きわめて厚い保護被覆を通しての感知性能が向上した容量性指紋感知装置を得ることである。
【００１１】
このため、本発明の第一の態様によれば、指の指紋パターンを感知する容量性指紋感知装置が提供される。容量性指紋感知装置は、複数の感知素子を備える。各感知素子は、指で触れられる保護誘電最上層と、最上層の下に配置される導電性感知構造と、感知構造に接続され、指と感知構造の間の電位差の変化に起因し感知構造によって運ばれる電荷の変化を示す感知電圧信号を供給する、電荷増幅器と、感知電圧信号を、感知構造によって運ばれる電荷の変化を示す感知電流信号に変換する電圧電流変換器と、を含む。電荷増幅器は、感知構造に接続される第１の入力と、第２の入力と、感知電圧信号を供給する出力と、第１の入力と出力との間に接続される帰還コンデンサと、第１及び第２の入力と前記出力との間の少なくとも一つの増幅器段と、を備える。指紋感知装置は、読み出し回路であって、感知素子のそれぞれに含まれる電圧電流変換器に接続され、複数の感知素子から感知電流信号を受信し、感知電流信号に基づいて指紋パターンの表示を提供する、読み出し回路をさらに備える。
【００１２】
電圧電流変換器は、電荷増幅器の出力に接続される入力と、感知電流信号を供給する出力とを有してもよい。
【００１３】
感知構造は、金属板のような伝導板の形態で有利に設けられてもよい。このため、ある種の平行板コンデンサが、感知構造（感知板）、指表面の一部及び保護被覆（及び指表面の一部と保護被覆の間に部分的に存在し得る空気）によって、形成される。
【００１４】
保護被覆は、少なくとも２０μｍの厚さと、指紋感知装置の基底構造を摩耗及び断裂のほか、ＥＳＤから保護する高い絶縁耐力を有利に有してもよい。その上さらに有利なことには、保護被覆は少なくとも５０μｍの厚さであってもよい。実施形態では、保護被覆は数百μｍの厚さであってもよい。
【００１５】
感知素子は、所定の順序での異なる測定状態間の遷移を伴う所定の測定シーケンスを実行するように制御可能であってもよい。測定状態を、感知素子に含まれる回路に供給される制御信号の特定の合成によって規定してもよい。
【００１６】
電荷増幅器は、第１の入力での電荷を出力での電圧に変換する。電荷増幅器の利得は、帰還コンデンサの静電容量によって決定される。
【００１７】
電荷増幅器は、電荷増幅器の第１の入力での電位が第２の入力での電位を実質的に追従するように有利に構成されてもよい。
【００１８】
電荷増幅器は、（負の入力と呼ばれることもある）第１の入力での電位が（正の入力と呼ばれることもある）第２の入力での電位を実質的に追従するように構成されることがあるということは、第２の入力での電位の変化が第１の入力での電位の変化に実質的に対応していることを意味すると理解されたい。電荷増幅器の実際の構成によっては、第１の入力での電位は第２の入力での電位と実質的に同一であってもよく、或いは、第２の入力と第１の入力との間に実質的に一定の電位差が生じてもよい。例として、電荷増幅器が１段増幅器として構成される場合、電位差はセンストランジスタのゲート・ソース電圧になることがある。
【００１９】
なお、電荷増幅器の出力は、帰還コンデンサに直接接続される必要はなく、出力と帰還コンデンサの間に追加回路が存在し得ることを理解されたい。また、この回路は、感知素子のマトリクスの外側に配置されることもあり得る。
【００２０】
第２の入力は、感知素子の基準電位に接続されてもよい。この基準電位は、特定の感知素子又は感知素子群の局所基準電位か或いは容量性感知装置の基準電位（センサ接地）であってもよい。局所基準電位は、センサ接地に対して、及び／又は、容量性指紋感知装置を備える電子装置の基準電位に対して、変動するように制御されてもよい。電子装置の基準電位は、装置接地と呼ばれることがある。実施形態では、センサ接地は装置接地に対して変動するように制御されてもよい。
【００２１】
本発明は、感知素子の動作を高速化すると、各感知素子からの多重的な読み出しが可能になり、ひいては、例えば、信号対雑音比及びコモンモードノイズの低減の観点から感知性能を向上させるであろうという認識に基づくものである。
【００２２】
本発明者は、各感知素子の電荷増幅器によって供給される電圧信号を電流信号に変換し、電流信号を感知素子の外部の出力ラインを経由して、感知素子マトリクスの外部に配置されることがある読み出し回路に伝送することによって、電力消費量の増大を伴うことなく、感知素子の動作の望ましい高速化を達成できることをさらに理解している。
【００２３】
感知素子と感知素子のマトリクスの外部に配置される読み出し回路との間の出力ラインの寄生容量は、数ｐＦであってもよい。電圧の代わりに電流として感知信号を供給することによって、この寄生容量を高周波数で充電及び放電する必要がなくなり、読み出し事象当たりのエネルギー消費が大幅に減少するようになるであろう。本発明の実施形態によれば、読み出し事象当たりのエネルギー消費は、容量性指紋感知装置の電力消費量を増大させることなく、読み出し周波数を例えば、約２０倍に増大させることができるほど十分に低減されてもよい。
【００２４】
このため、本発明の実施形態では、読み出し周波数を高くし、ひいては感知性能を向上させることができ、それ自体が既知のフィルタリング法を用いて複数の出力信号の合成をさらに可能にすることにより、コモンモードノイズを減少させ、信号対雑音比を増大させることができる。
【００２５】
これは、制御ボタン又は携帯電話のような電子装置のカバーの一部など、さらに厚めの被覆を介した測定を可能にする。その上、指紋センサのエネルギー消費及び／又は指紋表示（画像）を取得するのに必要な時間を減少させることができる可能性がある。
【００２６】
さらに、感知素子から感知信号を電流信号の形態で供給すると、感知素子群によって運ばれる電荷の合成された変化を示す基準信号の読み出しを容易にする。所望の基準信号は、感知素子群の各感知素子がその感知電流信号を共通の読み出しラインに供給できるようにすることによって、得られてもよい。共通の読み出しラインでは、感知素子群に対する上記の基準信号を形成するように電流を自動的に合計する。
【００２７】
感知素子の少なくとも一つが指紋パターンの隆線に対応するように感知素子群の感知素子を配置した場合、上記の基準信号は、コモンモードノイズを処理したり、及び／又はデジタル形式の指紋の表示を提供するための読み出し回路に含まれることがあるアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）のダイナミックレンジをより効果的に用いることができるように、使用されることができる。
【００２８】
感知素子群の感知素子の少なくとも一つが指紋隆線に対応するようにするために、上記感知素子群には、充分に大きな領域及び／又は空間的に分布した充分な数の感知素子を網羅する隣接した感知素子が含まれてもよい。
【００２９】
種々の実施形態によれば、本発明の容量性指紋感知装置は、経時変化する励起信号を指と感知構造のうちの少なくとも一つに供給し、指と感知構造の間の電位差の変化をもたらす励起信号供給回路をさらに備える。
【００３０】
励起信号供給回路は、異なるライン上の２つ又はそれ以上の異なる電位間を切り替えるように構成されるスイッチング回路であってもよい。これとは別に、或いはこれと併せて、励起信号供給回路は、矩形波電圧信号又は正弦波電圧信号のような経時変化する電位を供給するように構成される少なくとも一つの信号源を備えてもよい。
【００３１】
励起信号供給回路は、感知構造に接続されていてもよく、励起信号を、感知構造に供給するか或いは容量性指紋感知装置を使用しているユーザの指に伝導的に接続される、導電構造に供給する。導電構造は、例えば、指紋センサを少なくとも部分的に取り囲むベゼルであってもよい。
【００３２】
種々の実施形態によれば、感知素子に含まれる電圧電流変換器は、電荷増幅器の出力と電圧電流変換器の出力との間に接続される抵抗素子を備えてもよい。
【００３３】
抵抗素子は、ＰＭＯＳトランジスタのようなＭＯＳトランジスタによって有利に構成されてもよい。これにより、読み出し回路との部品の整合が促進され、ひいては容量性指紋感知装置から指紋パターンの正確な表示を提供できるようになるためである。
【００３４】
これとは別に、或いはこれと併せて、抵抗素子は抵抗によって構成されてもよい。
【００３５】
その上、読み出し回路は、異なる電流レベルに適合するように読み出し回路を制御できるように、制御可能なゲイン素子を有利に備えてもよい。例として、単一の感知素子による感知電流出力は比較的低くてもよいのに対し、感知素子群による感知電流出力の合計によって形成される（上記の基準信号のような）合成された感知電流は比較的高くてもよい。そのような制御可能なゲイン素子は、例えば、制御可能な増幅器の形態で設けられてもよい。
【００３６】
実施形態によれば、読み出し回路は、少なくとも一つの電流電圧変換器を備えてもよい。電流電圧変換器による電圧出力は、指と感知構造の間に第１電位差が認められる第１のサンプリング時間と、指と感知構造の間に第２電位差が認められる第２のサンプリング時間とにサンプリングされてもよい。これは相関二重サンプリングと呼ばれることが多い。サンプリング作業に続いて、第２／第１のサンプリング時間にサンプリングされた電圧と第１／第２のサンプリング時間にサンプリングされた電圧との間の差は、指紋の表示をデジタル形式に変換するアナログ・デジタル変換器に提供されてもよい。
【００３７】
読み出し回路に含まれる電流電圧変換器は、フィードバック抵抗素子を備える、いわゆるトランスインピーダンス増幅器を備えてもよい。フィードバック抵抗素子は、ＭＯＳトランジスタを有利に備えてもよい。
【００３８】
特に、感知素子の電圧電流変換器の抵抗素子がＰＭＯＳトランジスタのようなＭＯＳトランジスタである実施形態では、このほか読み出し回路の電流電圧変換器に同一タイプのＭＯＳトランジスタを設けることによって、電圧電流変換器と電流電圧変換器の部品の整合を促進し、ひいては変換の精度を向上させてもよい。
【００３９】
上記の相関二重サンプリングは、感知素子が供給する感知信号の復調としてとらえることができる。別の実施形態によれば、読み出し回路は、電流ドメイン内で感知信号を復調する復調器を備えてもよい。復調器の（電流）出力は、アナログ・デジタル変換器に供給されてもよい。このような実施形態の利点の一つには、電圧ドメイン内よりも電流ドメイン内の方が感知信号の復調が容易である可能性がある点が挙げられる。
【００４０】
さらに別の実施形態によれば、読み出し回路は、いわゆる直流アナログ・デジタル変換器を備え、電流値を対応するデジタル表示に直接変換してもよい。
【００４１】
本発明の種々の実施形態によれば、さらに、電荷増幅器は、第１の入力での電位が第２の入力での電位を実質的に追従するように構成されてもよく、励起信号供給回路は、電荷増幅器の第２の入力に接続され、第２の入力での電位を第１電位から第２電位に変化させ、これにより感知構造の電位を変化させ、これにより指と感知構造の間の電位差の変化をもたらしてもよい。
【００４２】
感知構造の電位を変化させることにより、指が湿っている／正常か乾いているかに実質的に関係なく、指と感知構造の間に電位差を生じさせることができる。これは、ひいては乾いた指の指紋の感知を向上させる。
【００４３】
種々の実施形態によれば、電荷増幅器に含まれる増幅器段は、第１の入力を構成するゲートを有するセンストランジスタを備えてもよい。センストランジスタは、半導体基板のウェルに形成されてもよい。このとき、ウェルと基板の間のインターフェースが、ウェルと基板の間を電流が流れないように構成される。その上、励起信号供給回路は、ウェルに接続され、ウェルの電位を第３電位から第４電位に変化させてもよい。このとき、第３電位と第４電位の間の差が第１電位と第２電位の間の差と実質的に等しく、これにより感知構造とウェルの間の寄生容量の影響を低減する。
【００４４】
半導体基板は、有利にドープ半導体基板であってもよく、ウェルは半導体基板に対して反対の極性にドープされた基板の一部であってもよい（半導体基板がｐドープされた場合、ウェルはｎドープされてもよく、半導体基板がｎドープされた場合、ウェルはｐドープされてもよい）。これは、ウェルと基板の間を電流が流れるのを防ぐことができるように構成されるウェルと基板の間のインターフェースを達成する一つの方法である。特に、ウェル及び基板は、基板とウェルの間のインターフェースに形成されるダイオードを介して電流が流れない程度の電位に維持してもよい。
【００４５】
これとは別に、絶縁層を、例としてガラスの薄層の形態で基板とウェルの間に設けてもよい。また、そのような絶縁層は、電流がウェルと基板の間を流れるのを防ぐであろう。
【００４６】
励起信号を指に印加し、感知構造を固定の電位、例えば、接地電位に維持した場合、感知構造と電荷増幅器の関連部品（及び半導体基板）との電位が同一となる（或いは、感知構造と電荷増幅器の入力段及び半導体基板との間に一定の電位差が生じる）であろうため、感知構造と指の間の静電容量の測定は、感知構造と電荷増幅器の間及び／又は感知構造と電荷増幅器が形成される半導体基板との間のいかなる寄生容量によっても阻害されることはないであろう。しかし、励起信号を感知構造に印加した場合、感知構造と半導体基板の間に経時変化する電位差が生じるであろう。シミュレーションから、感知構造と、感知構造と電荷増幅器の入力段の間の接続に隣接する半導体構造（一般にｎウェル、ｐウェル及び／又は半導体基板）との間の寄生容量は、およそ１０ｆＦ程度であることがあるのに対し、（感知構造と指の間で）感知される静電容量は、０．１ｆＦ以下であることがあるのがわかる。その上、上記の寄生容量は、一般的には知られておらず、半導体製造工程にさまざまなものがあるため感知素子によって異なることがある。
【００４７】
本発明者は、本発明の実施形態では、指紋感知装置の感知構造と半導体構造の間の寄生容量の影響は、電荷増幅器のセンストランジスタが形成されるウェルの電位を変化させるように構成される励起信号供給回路を設けることによって、大幅に軽減させることができることを理解している。これにより、感知構造とセンストランジスタ（電荷増幅器の入力段）の間の接続に隣接する半導体構造であるウェルの電位は、感知構造の電位を追従するように制御され、少なくとも感知構造と指の間の静電容量の測定に関連する時点に、ウェルと感知構造の間の電位差が実質的に一定に維持されるようにすることができる。
【００４８】
どの時点が測定に関連するかは、用いる測定方法によって異なることがあり、当業者は、過度の負担なく、例えば、回路シミュレーションに基づいてそのような時点を決定することができるであろう。例えば、感知信号が２つのサンプリング時間にサンプリングされる、いわゆる相関二重サンプリングの場合、このようなサンプリング時間は測定に関連する時点であることがある。
【００４９】
種々の実施形態によれば、さらに、指紋感知装置は、感知構造と基板の間に配置される遮蔽構造をさらに備えてもよい。励起信号供給回路は、遮蔽構造にさらに接続され、遮蔽構造の電位を第５電位から第６電位に変化させるように構成されてもよい。このとき、第５電位と第６電位の間の差が上記の第１電位と第２電位の間の差と実質的に等しい。
【００５０】
これにより、感知構造は、感知素子の下にある可能性がある他の部品、例えば、金属層の接続ライン及び／又は半導体基板に形成される接続ライン及び／又は半導体回路など、から効果的に遮蔽されることができる。これは、感知素子の寄生容量の影響をさらに低減するであろう。
【００５１】
第５電位は上記の第３（及び／又は第１）電位と有利に等しくてもよく、第６電位は上記の第４（及び／又は第２）電位と有利に等しくてもよい。例えば、遮蔽構造（板）は有利に、ウェルに直接伝導的に接続されてもよい。
【００５２】
実施形態の第一のセットによれば、センストランジスタはＮＭＯＳトランジスタ又はＰＭＯＳトランジスタであってもよく、ウェルはｐウェル又はｎウェルであってもよい。
【００５３】
実施形態の第二のセットによれば、ｐウェル及び／又はｎウェルを励起信号供給回路に接続されているウェルに形成してもよい。少なくとも一つのｐウェル及び少なくとも一つのｎウェルをウェルに形成した場合、このウェルはｉｓｏウェルと呼ばれることがある。
【００５４】
さらに、ウェルは、複数の感知素子に共通のものであってもよい。例として、ウェルは、いくつかの感知素子のｎウェル及びｐウェルを取り囲むｉｓｏウェルであってもよい。励起信号供給回路は、ｉｓｏウェルに接続され、ｉｓｏウェルの内部に形成されるウェル（複数可）に接続され、ｉｓｏウェル及びｉｓｏウェルの内部に形成されるウェル（複数可）の電圧を変化させるように構成される。
【００５５】
種々の実施形態によれば、感知素子のそれぞれは、励起信号供給回路に接続されるタイミング回路であって、第１励起制御信号を励起信号供給回路に供給して、第１励起遷移時間での指と感知構造の間の電位差の第１の変化を引き起こし、第２励起制御信号を励起信号供給回路に供給して、第２励起遷移時間での指と感知構造の間の電位差の第２の変化を引き起こす、タイミング回路を備えてもよい。
【００５６】
種々の実施形態によれば、さらに、感知素子のそれぞれは、帰還コンデンサを放電するように制御可能なリセット回路と、リセット回路に接続され、帰還コンデンサが放電されるリセット状態と帰還コンデンサが充電されて感知構造によって運ばれる電荷の変化の測定が可能になる測定可能状態との間でリセット回路を制御するタイミング回路と、をさらに備えてもよい。
【００５７】
各感知素子にタイミング回路を局所的に設けることにより、感知素子に含まれる回路のタイミング制御の少なくとも一部を、各感知素子で局所的に制御してもよい。
【００５８】
このため、タイミング回路は、非同期式又は同期式或いはその組み合わせであることがある局所状態マシンとして機能するということが言える。
【００５９】
測定状態間の少なくとも最もタイムクリティカルな遷移（複数可）のタイミングを局所化することにより、測定に利用できる時間を（任意の読み出し周波数に対して）増大させたり、及び／又は容量性指紋感知装置の設計を容易にしたりできる。例として、一定のタイミング制御信号を各感知素子へ慎重にルーティングする必要がなくなるが、特定の感知素子を選択する外部信号によってタイミングを開始することができる。
【００６０】
このため、本発明のこのような実施形態は、読み出し周波数を高くし、ひいては測定性能を向上させることができ、さらに（例えば、フィルタリングを経て）複数の出力信号の合成を可能にすることにより、コモンモードノイズを減少させ、信号対雑音比を増大させるということの実現をさらに容易にする。
【００６１】
タイミング回路は、第１事象と第１事象に対する時間遅延とによって規定される遷移時間に第１測定状態から第２測定状態に遷移するように感知素子を制御する少なくとも第１遅延素子を有利に備えてもよい。このとき、第１遅延素子は、第１事象を規定する第１信号を受信する入力と、第１測定状態から第２測定状態への遷移を規定する第２信号を供給する出力と、を有する。
【００６２】
第１信号は、経時変化する電圧であってもよい。第１の事象は、例として、第１信号の立ち上がり面又は立ち下がり面によって規定されてもよい。
【００６３】
第１信号は、感知素子の内部で生成されてもよく、或いは、種々の実施形態によれば、感知素子の外部で生成され、起動信号又は選択信号などと称されることがある信号として供給されてもよい。
【００６４】
第２信号は、第１信号の遅延バージョンとしてもよい。しかし、第１信号に遅延以外の他の変換を加えて第２信号を形成してもよいことを理解すべきである。例として、第１信号を、追加的に増幅及び／又は減衰及び／又は反転して第２信号を形成してもよい。
【００６５】
第１遅延素子は、１つ又は複数の論理ゲートのような半導体回路を有利に備えてもよい。
【００６６】
本発明の種々の実施形態による容量性指紋感知装置は、電子装置に有利に含まれてもよい。電子装置は、処理回路であって、指紋パターンの表示を指紋感知装置から取得し、表示に基づいてユーザを認証し、表示に基づいてユーザが認証された場合にのみ少なくとも一つのユーザ要求処理を実施する、ように構成される処理回路をさらに備える。電子装置は、例えば、携帯電話又はタブレットのような携帯用通信装置、コンピュータ、或いは腕時計又はそれに類似する装置のような装着型電子機器であってもよい。
【００６７】
本発明の第二の態様によれば、複数の感知素子を備える容量性指紋センサを用いて指の指紋パターンを感知する方法が提供される。各感知素子は、指で触れられる保護誘電最上層と、最上層の下に配置される導電性感知構造と、感知構造に接続され、指と感知構造の間の電位差の変化に起因し感知構造によって運ばれる電荷の変化を示す感知電圧信号を供給する、電荷増幅器と、を含む。電荷増幅器は、感知構造に接続される第１の入力と、第２の入力と、感知電圧を供給する出力と、第１の入力と出力との間に接続される帰還コンデンサと、第１及び第２の入力と出力との間の少なくとも一つの増幅器段と、を備える。この方法は、指と感知構造の間の電位差を変化させる工程と、感知電圧を供給する工程と、感知素子内で、感知電圧を感知電流に変換する工程と、感知素子の外部の読み出し回路を用いて、感知素子のそれぞれから感知電流を受け取り、受け取った感知電流に基づいて指紋パターンの表示を提供する工程と、を含む。
【００６８】
本発明の上記以外の実施形態及び本発明の第二の態様から得られる効果は、本発明の第１の態様に対するこれまでの記載と大いに類似している。
【００６９】
要約すれば、本発明は、複数の感知素子を備える容量性指紋感知装置に関する。各感知素子は、指で触れられる保護誘電最上層と、最上層の下に配置される導電性感知構造と、感知構造に接続され、指と感知構造の間の電位差の変化に起因し感知構造によって運ばれる電荷の変化を示す感知電圧信号を供給する、電荷増幅器と、感知電圧信号を、感知構造によって運ばれる電荷の変化を示す感知電流信号に変換する電圧電流変換器と、を含む。これにより、正確な感知のほか、感知素子の動作の高速化を、電力消費量の増大を伴うことなく、達成できる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
本発明のこれらの及び他の態様を、本発明の例示的な実施形態を示す添付の図面を参照して、さらに詳細に説明する。
【図１】本発明の例示的実施形態による指紋感知システムを備える携帯電話の概略図である。
【図２】図１の指紋感知装置を示す概略図である。
【図３】感知素子の構成と感知素子から読み出し回路への感知信号の伝達とを図示する回路図を用いて、本発明の指紋感知装置の第１の実施形態を図示する図２の指紋感知装置の一部の概略断面図である。
【図４ａ−ｄ】図３の指紋感知装置の動作を概略的に図示するタイミング図である。
【図５ａ−ｅ】各感知素子がタイミング回路を備える、本発明の指紋感知装置の第２の実施形態の概略図である。
【図６ａ−ｂ】本発明の指紋感知装置の第３の実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００７１】
この詳細な説明では、本発明による指紋感知装置及び指紋感知方法の種々の実施形態が容量性指紋感知装置を参照して主に説明される。この容量性指紋感知装置では、各感知素子が、励起信号又は駆動信号を感知構造に供給する励起信号供給回路を備える。さらに、容量性指紋感知装置は、寸法が取られ静止した指から指紋表示を獲得するように構成されるタッチセンサとして図示される。
【００７２】
なお、これは、決して本発明の範囲に限定せず、例えば、指に直接又は感知のために現在選択されている１つ又はいくつかの感知素子以外の感知素子を介して励起信号を供給することによって、容量性指紋感知装置では、指電位と感知構造電位の間の電位差の変化が代わりに達成されることを同様に良好に含むと理解されたい。そのような他の感知素子は、駆動素子として機能するようにプログラミングされてもよい。動く指から指紋表示を獲得するための、いわゆるスワイプセンサ（又はラインセンサ）のような他のセンサアレイ構成もまた、添付の請求の範囲で定義されるように、本発明の範囲内である。また、タッチセンサが添付図面に図示される寸法以外の寸法を有してもよい。
【００７３】
図１は、本発明の例示的実施形態による指紋感知装置の適用例を指紋感知装置２が組み込まれた携帯電話１の形態で概略的に示す。指紋感知装置２は、例えば、携帯電話１のロックを解除するため、及び／又は携帯電話を用いて実行される処理を認証するため等に用いられてもよい。
【００７４】
図２は、図１の携帯電話１に含まれる指紋感知装置２を概略的に示す。図２に示すように、指紋感知装置２は、センサアレイ５、電源インターフェース６及び通信インターフェース７を備える。センサアレイ５は、多数の感知素子８（図面が乱雑になるのを避けるために、１つの感知素子のみに参照記号を付して示す）を備える。感知素子８はそれぞれ、感知素子８に含まれる感知構造とセンサアレイ５の上面に接触する指の表面との間の距離を感知するよう制御可能である。
【００７５】
電源インターフェース６は、ここでは接着パッドとして示され、供給電圧Ｖｓｕｐｐｌｙを指紋センサ２に接続するための第１接触パッド１０ａ及び第２接触パッド１０ｂを備える。
【００７６】
通信インターフェース７は、指紋センサ２の制御を可能にし、指紋センサ２から指紋データを取得するための多数の接着パッドを備える。
【００７７】
図３は、図２の指紋感知装置２の一部を図２のＡ‐Ａ’線に沿って切断した概略断面図であり、指１１がセンサアレイ５の上面に置かれている。図３を参照すると、指紋感知装置２は複数の感知素子８を備え、各感知素子８は、保護誘電最上層１３と、ここでは保護誘電最上層１３の下の金属板１７の形態の導電性感知構造と、電荷増幅器１８と、励起信号供給回路１９と、電圧電流変換器２０と、感知素子８の選択／起動を可能にする簡素な選択スイッチ２１としてここでは機能的に図示される選択回路と、を備える。
【００７８】
電荷増幅器１８は、感知構造１７に接続される第１の入力（負の入力）２５と、励起信号供給回路１９に接続される第２の入力（正の入力）２６と、出力２７とを有する演算増幅器（オペアンプ）２４としてここでは概略的に図示される少なくとも一つの増幅器段を備える。さらに、電荷増幅器１８は、第１の入力２５と出力２７の間に接続される帰還コンデンサ２９と、ここではスイッチ３０として機能的に図示され、帰還コンデンサ２９の放電を制御可能にするリセット回路とを備える。電荷増幅器１８は、帰還コンデンサ２９が放電するようにリセット回路３０を動作させることによってリセットされてもよい。
【００７９】
オペアンプ２４にはよくあることであるが、第１の入力２５での電圧は、第２の入力２６に印加される電圧に追従する。特定の増幅器構成によっては、第１の入力２５での電位は第２の入力２６での電位と実質的に同一であるか、第１の入力２５での電位と第２の入力２６での電位との間に実質的に固定されたオフセットがあってもよい。
【００８０】
経時変化する電位を励起信号供給回路１９によって電荷増幅器１８の第２の入力２６に供給すると、対応して経時変化する電位が電荷増幅器１８の第１の入力２５を介して感知構造１７に供給される。
【００８１】
指１１の電位は、関連する時間尺度では実質的に一定であると考えることができるため、感知構造１７で経時変化する電位は、感知構造１７と指１１の間に経時変化する電位差をもたらすであろう。指１１は、図３に「接地」されている状態が図３に概略的に示されている。指「接地」は、センサ接地とは異なることがあることを理解されたい。例として、指は、容量性指紋感知装置を含む電子装置の接地電位であってもよい。或いは、身体は、感知構造１７の電位が変化するときに指の電位が実質的に一定の状態を維持するほど大きな電気的「量」を有していると考えることができる。
【００８２】
さらに詳細に以下に記載するように、指１１と参照構造１７の間の電位差の上記変化によって、電荷増幅器１８の出力２７に感知電圧信号Ｖｓが生じる。感知電圧信号Ｖｓは、ここではソースを有するＰＭＯＳトランジスタ３１として提供される電流電圧変換器２０によって、感知電流信号Ｉｓに変換される。このとき、ソースは励起信号供給回路１９が提供する上記の経時変化する電位Ｖｄに接続され、ゲートは電荷増幅器の出力２７に接続され、ドレインは選択スイッチ２１を介して読み出しライン３３に接続される。
【００８３】
指示された感知素子８が感知のために選択されると、選択スイッチ２１は、閉じられて感知電流信号Ｉｓを読み出しライン３３に供給する。図２のセンサアレイ５の行又は列のための共通の読み出しラインであってもよい読み出しライン３３は、マルチプレクサ３６を介して電流電圧変換器３５に接続されるように図３に示される。このほか、図３に概略的に示すように、センサアレイ５の他の行／列から感知電流信号を発する追加的な読み出しラインがマルチプレクサ３６を介して電流電圧変換器３５に接続される。
【００８４】
図３に概略的に示すように、読み出しライン３３と接地の間に寄生容量Ｃｐがある。既知の容量性指紋感知装置に概ねみられるように、読み出しライン３３を用いて感知電圧信号Ｖｓを（感知電流信号Ｉｓの代わりに）伝送した場合、寄生容量Ｃｐはエネルギー散逸をもたらすであろう。既知の容量性指紋感知装置で用いられるほぼ１ＭＨｚ程度の読み出し周波数を用いると、読み出しラインの寄生容量による電力消費量は、感知装置が適切に設計されている、例えば、寄生容量がほぼ１ｐＦ程度になるのであれば、許容できると考えられる。しかし、読み出し周波数がおよそ２０ＭＨｚ以上に大幅に上昇した場合には、寄生容量Ｃｐによる電力消費量は相当なものになるであろう。読み出しライン３３に沿って感知電流信号Ｉｓを代わりに伝送することによって、読み出しライン３３とセンサ接地の間の電位差が実質的に一定に維持されるため、寄生容量Ｃｐによる電力消費量は、事実上除外できる。
【００８５】
電流電圧変換器３５は、ここではいわゆるトランスインピーダンス増幅器として概略的に示され、感知電流信号Ｉｓを変換して電圧ドメインに戻し、感知電圧信号をサンプルホールド回路３７に供給する。図３の電流電圧変換器３５は、演算増幅器４０と、抵抗フィードバック素子としてのダイオード接続ＰＭＯＳトランジスタ４１と、演算増幅器４０の正の入力に接続されるバイアス電源４２と、を備える。オペアンプ４０の負の入力は事実上接地される（オペアンプ４０の正の入力での電位を追従する電位を示す）ため、感知電流が変化しても電流電圧変換器３５の入力での電位が一定になるであろう。このため、寄生容量Ｃｐの充電及び放電に関して、エネルギーが無駄にならないであろう。
【００８６】
サンプルホールド回路３７の出力は、アナログ・デジタル変換器３８に接続され、感知素子８から生じるアナログ信号をセンサ２上の指１１の指紋パターンのデジタル表示に変換する。
【００８７】
ここで、図３の容量性指紋感知装置２の例示的動作を図４ａから図４ｄを参照して説明する。
【００８８】
図４ａから図４ｄの回路図では、図４ａは図３の励起信号供給回路１９によって供給される駆動信号Ｖｄを示し、図４ｂは図３の電荷増幅器１８の出力２７での感知電圧信号Ｖｓから駆動信号Ｖｄを引いたものを示し、図４ｃは感知電流信号Ｉｓを示し、図４ｄは電流電圧変換器３５の出力電圧Ｖｓ’を示す。
【００８９】
まず、図４ａを参照すると、感知素子８は、例として、選択スイッチ２１を閉じることによって選択され、駆動信号Ｖｄは、第１時間Ｔ１で低い第１電位Ｖ１から高い第２電位Ｖ２に変化する。その結果、レベルシフトされた感知電圧信号Ｖｓ−Ｖｄは、図４（ｂ）に概略的に示すように高電位から低電位に変化する。
【００９０】
選択スイッチ２１が閉じられる前には、感知電流信号Ｉｓが生じず（電流は０Ａ）、結果として、電流電圧変換器３５の出力電圧Ｖｓ’は、（電流電圧変換器３５の基準電位に対して）０Ｖである。これは図４ｃ及び図４ｄに概略的に示される。
【００９１】
選択スイッチ２１が時間Ｔ１で閉じられる場合、感知電流信号Ｉｓは、レベルシフトされた感知電圧信号Ｖｓ−Ｖｄに対応する電流まで上昇する。
【００９２】
時間Ｔ２では、リセット回路３０は、その伝導状態へと制御され、帰還コンデンサ２９を放電することによって電荷増幅器１８をリセットする。
【００９３】
第３時間Ｔ３では、リセット回路３０は、（図３に概略的に図示される）その伝導状態からその非伝導状態へと制御され、電荷増幅器１８が、感知構造１７によって運ばれる電荷の変化を示すその出力で感知電圧信号Ｖｓを供給できるようにする。リセット回路３０がその伝導状態からその非伝導状態へと制御される場合、図４ｂの時間Ｔ３に示される（レベルシフトされた）感知電圧信号の変化をもたらす少量の電荷注入が生じることがある。
【００９４】
図４ｃ及び図４ｄに示すように、感知電流信号Ｉｓ及び電流電圧変換器３５の出力電圧Ｖｓ’は、感知素子８内の電荷増幅器１８の出力２７でのレベルシフトされた感知電圧信号Ｖｓ−Ｖｄに追従する。
【００９５】
時間Ｔ４では、電流電圧変換器３５の出力電圧Ｖｓ’は、サンプルホールド回路３７によって１回目にサンプリングされ、第１標本値Ｓ１が得られる。
【００９６】
続いて、時間Ｔ５では、駆動信号Ｖｄが第２電位Ｖ２から第１電位Ｖ１へと戻る。これにより、指１１と感知構造１７の間の電位差に変化が生じることになり、ひいては指１１との容量結合に起因し感知構造１７の電荷に変化が生じることになる。この電荷の変化は、電荷増幅器が供給する電圧の変化、即ち、感知電圧信号Ｖｓの変化に変わる。これまでに記載したように、感知電圧信号Ｖｓのこの変化は、感知電流信号Ｉｓ及び電流電圧変換器３５の出力電圧Ｖｓ’のこれらに対応する変化に変わる。
【００９７】
感知電圧信号Ｖｓ（及び感知電流信号Ｉｓ及び電流電圧変換器３５の出力電圧Ｖｓ’）が安定している場合、時間Ｔ６では、電流電圧変換器３５の出力電圧Ｖｓ’は、サンプルホールド回路３７によって２回目にサンプリングされ、第２標本値Ｓ２が得られる。
【００９８】
感知板１７と指１１の間の容量結合を示す測定値であるＳ２とＳ１の間の差は、ＡＤＣ３８に提供され、例えば、指紋パターン画像のピクセル値として、デジタル化されて出力される。
【００９９】
ここまで、本発明の実施形態による指紋感知装置の全体的構成を、その例示的動作とともに説明してきたが、各感知素子での局所タイミング制御を経てさらに向上した高周波読み出し性能を提供する別の実施形態を、図５ａから図５ｅを参照して以下に説明する。
【０１００】
まず、図５ａを参照すると、図２のセンサアレイ５からの１つの感知素子８がその周囲の素子とともに示される。その感知構造１７と指１１の間の容量結合を感知するための感知素子８（複数可）は、行選択回路及び列選択回路からの起動信号を用いて選択されてもよい。そのような起動信号はＲ−ＡＣＴ及びＣ−ＡＣＴとして図５ａに示される。
【０１０１】
図５ｂを参照すると、容量性指紋感知装置２の各感知素子８は、（図３の電荷増幅器１８、励起信号供給回路１９及び電圧電流変換器２０のような）電荷測定回路５０と、タイミング回路５１とを備える。
【０１０２】
電荷測定回路５０は、感知構造（板）３２に接続され、指３１と感知構造３２の間の電位差の変化に起因し感知構造３２によって運ばれる電荷の変化を測定する。この測定は、図４ａから図４ｄを参照して上記で説明したように、一連の測定状態を経る遷移を含む測定シーケンスを実行することによって実施される。電荷測定回路５０は、読み出しライン３３へ上記の感知電流信号Ｉｓを供給する出力を有する。
【０１０３】
タイミング回路５１は、電荷測定回路５０に接続され、測定状態のうちの少なくとも一つのタイミングを制御する。
【０１０４】
タイミング回路は、図５ｂに概略的に図示するように、感知素子８の測定動作を始動させる１つ又はいくつかの制御信号を受信してもよい。例として、上記の行起動信号Ｒ−ＡＣＴ及び列起動信号Ｃ−ＡＣＴは、タイミング回路５１によって受信されてもよい。その後、タイミング回路５１は、図５ｂの矢印によって概略的に示すように、種々のタイミング制御信号を独立して電荷測定回路５０に供給してもよい。
【０１０５】
測定シーケンスに含まれる測定状態のうちの少なくとも一つのタイミングのこの局所的制御を経て、測定状態間の遷移のタイミングは、さらに正確及び／又は均一に制御可能であることから、遷移間の時間がさらに短縮され、ひいては測定周波数が上昇するという効果がある。
【０１０６】
図５ｂの電荷測定回路５０の一例をさらに詳細に図５ｃにさらに詳細に示す。
【０１０７】
さらに、タイミング回路５１が発する制御信号（起動信号ＡＣＴ、リセット信号ＲＳＴ、駆動制御信号ＤＲＶ）を図５ｃに矢印で示す。
【０１０８】
図５ｃの電荷測定回路は、図３を参照して上記で説明したものとは、ＰＭＯＳトランジスタ３１が、帰還コンデンサ２９とオペアンプ２４の出力２７の間のフィードバックループに含まれている点で相違する。直列抵抗４３も加えられている。なお、ここに記載される電圧電流変換器構成は、適切な構成の例示の一部に過ぎず、当業者に過度の負担を強いることなく他の多くの構成を実装できることに留意されたい。
【０１０９】
図５ｄを参照して、図５ｂのタイミング回路５１の例示的構成をここで説明する。図５ｄに示すように、タイミング回路５１は、第１ＡＮＤゲート５３、第１遅延素子５４、第２遅延素子５５、第２ＡＮＤゲート５６、第１インバータ５７、第３遅延素子５８、第３ＡＮＤゲート５９及び第２インバータ６０を備える。
【０１１０】
図５ｄに概略的に示すように、行起動信号Ｒ‐ＡＣＴ及び列起動信号Ｃ‐ＡＣＴは、第１論理ＡＮＤゲート５３に入力される。また、図５ｃを参照すると、第１ＡＮＤゲート５３の出力は、起動／選択信号ＡＣＴとして電荷測定回路５０の増幅器２４及び選択スイッチ２１に供給され、第１遅延素子５４の入力に供給され、且つ、第３ＡＮＤゲート５９に供給される。第１遅延素子５４の出力は、第２ＡＮＤゲート５６に供給され、且つ、第２遅延素子５５の入力に供給される。第２遅延素子５５の出力は、第１インバータ５７を介して第２ＡＮＤゲート５６に供給され、且つ、第３遅延素子５８の入力に供給される。第３遅延素子５８の出力は、第２インバータ６０を介して第３ＡＮＤゲート５９の入力に供給される。
【０１１１】
図５ｃの電荷測定回路５０及び図５ｄのタイミング回路５１を備える感知素子８が行起動信号Ｒ‐ＡＣＴも列起動信号Ｃ‐ＡＣＴも高に設定することによって選択される場合、感知素子８に対する起動信号ＡＣＴは（図４ａから図４ｄの時間Ｔ１で）高になる。第１ＡＮＤゲート５３からの出力は、第１遅延素子５４を通過し、且つ、第１時間遅延ΔＴ１だけ遅延し、起動信号ＡＣＴの第１遅延バージョンを第２ＡＮＤゲート５６に供給する。第１時間遅延ΔＴ１は、図４ａから図４ｄのＴ２‐Ｔ１に相当する。
【０１１２】
また、第１遅延素子５４からの出力は、第２遅延素子５５の入力に提供され、且つ、遅延して、起動信号ＡＣＴの第２遅延バージョンを提供する。
【０１１３】
起動信号ＡＣＴの第２遅延バージョンは、第１インバータ５７を介して第２ＡＮＤゲート５６の入力に提供され、第２ＡＮＤゲート５６の出力にリセット制御信号ＲＳＴをもたらす。
【０１１４】
第２時間遅延ΔΤ２は、図４のＴ３‐Ｔ２に相当し、リセット制御信号ＲＳＴが高である（リセット回路３０が伝導状態になるように制御されている）測定状態の持続時間を規定する。
【０１１５】
図５ｄに示すように、第２遅延素子５５からの出力は、このほか第３遅延素子５８を通過する。これにより遅れた信号（ΔＴｔｏｔ＝ΔＴ１＋ΔＴ２＋ΔＴ３だけ遅れた起動信号ＡＣＴ）は、第２インバータ６０を介して第３ＡＮＤゲート５９に供給される。総遅延時間（ｔｏｔａｌ  ｄｅｌａｙ  ｔｉｍｅ）ΔＴｔｏｔは、図４ａから図４ｄのＴ５−Ｔ１に相当し、図５ｃに示す励起信号供給回路１９の動作を制御する。
【０１１６】
なお、タイミング回路５１は、遅延素子と、感知素子８に含まれる電荷測定回路５０の測定状態のタイミングを局所的に制御する論理ゲートとの組み合わせを用いてのこの動作原理を説明する簡略化された例であることに留意されたい。実際の実装状態によっては、タイミング回路は、信号整形及び／又はタイミングなどのための追加又は他の回路を備えてもよい。当業者は、本明細書の記載に基づいて、過度の負担なく、タイミング回路の適切な実装を設計することができるであろう。
【０１１７】
なお、特定の実施形態によっては、さらに少ないか又は追加のタイミング制御信号をタイミング回路５１から電荷測定回路５０に独立して供給してもよいことに留意されたい。
【０１１８】
図５ｅは、図５ｄのタイミング回路５１に含まれることがある遅延素子６２の例示を示す。
【０１１９】
遅延素子６２は、第１ＣＭＯＳインバータ６３と、直列に接続される第２ＣＭＯＳインバータ６４とを備える。この遅延素子の時間遅延は、遅延素子６２に含まれる構成要素の寸法設定に左右されるため、時間遅延は遅延素子の設計時に設定できるであろう。かなり長い遅延時間が望ましいのであれば、追加のＣＭＯＳインバータを直列に連結できる。
【０１２０】
ここで、図２の指紋感知システム２の第３の実施形態を図６ａ及び図６ｂを参照して説明する。図６ａ及び図６ｂの実施形態は、感知素子８の寄生容量の影響を除去するか又は少なくとも大幅に減少させ、ひいては感知素子８の高周波数での動作をさらに促進するためのものである。
【０１２１】
図６ａは、ドープ半導体基板上に形成される図２の感知素子８の実施形態の部分構成図と部分回路図から成る概略図である。保護誘電層１３、感知板１７、遮蔽板６５及び基準板６６は分解斜視図の形で概略的に示されるのに対し、電荷増幅器１８はトランジスタレベルの回路図の形で図示される。
【０１２２】
図６ａに示すように、この簡略な電荷増幅器１８の例は、センストランジスタ６８、カスコードトランジスタ６９、リセットトランジスタ３０の形態のリセット回路及びバイアス電流源７１を備える。センストランジスタ６８、カスコードトランジスタ６９及びリセットトランジスタ３０は全て、同一のウェル７３（ｎウェル、ｐウェル又はｉｓｏウェル）に形成される。
【０１２３】
図６ａの部品と接続の理解を助けるため、同一の概略構成をさらに抽象的なレベルで図６ｂにも示す。ここでは、図６ａのトランジスタ回路は、感知板１７に接続される負の入力２５と、ここではパルス発生器の形態の励起信号供給回路１９に接続される正の入力２６と、指１１と感知板１７の間の電位差の変化に起因し感知板１７によって運ばれる電荷の変化を示す感知信号Ｖｓを供給する出力２７とを有する電荷増幅器を表す一般的な記号に置き換えられる。上記で説明したように、指１１と感知板１７の間の電位差の変化は、パルス発生器１９が電荷増幅器を介して感知板１７に印加する電位が変化することに起因するものである。感知板１７及び基準板６６によって形成される帰還コンデンサを電荷増幅器の負の入力２５と出力２７の間に接続する。なお、電荷増幅器の一般的な機能は、当業者には周知のことであることに留意されたい。図６ｂは、このほかウェル７３が励起信号供給回路１９に接続される状態と、感知電圧信号Ｖｓが電圧電流変換器２０によって感知電流信号Ｉｓに変換される状態を概略的に示す。
【０１２４】
図６ａに戻ると、センストランジスタ６８のゲートが電荷増幅器の負の入力２５を構成し、センストランジスタ６８のソースが電荷増幅器の正の入力２６を構成することがわかる。電荷増幅器の正の入力２６は、遮蔽板６５に接続され、ひいてはセンストランジスタ６８が形成されるウェル７３に接続され、パルス発生器１９に接続される。
【０１２５】
感知素子８は、駆動トランジスタ７５、駆動制御スイッチ７６及びリセット制御スイッチ７７をさらに備える。駆動制御スイッチ７６は、駆動トランジスタ７５のゲートがパルス発生器１９に接続される第１の状態と、駆動トランジスタ７５のゲートがセンサ接地に接続される第２の状態との間で制御可能である。駆動制御スイッチ７６がその第１の状態にある場合、駆動トランジスタ７５は通電状態であるため、感知構造１７をパルス発生器１９に直接接続するであろう。駆動制御スイッチがその第２の状態にある場合、駆動トランジスタ７５は非通電状態になるであろう。このため、後者の場合、駆動トランジスタ７５を経て感知構造１７とパルス発生器１９とが直接接続されることはないであろう。図６ａに示すように、駆動トランジスタ７５はウェル７３に形成される。バイアス電流源７１は、感知素子内か又はセンサアレイ５の外側に設置可能である。
【０１２６】
同じように、リセット制御スイッチ７７は、リセットトランジスタ３０が非通電状態であって感知板１７とフィードバック板６６の間に電位差が生じる第１の状態と、リセットトランジスタ３０が通電状態であって感知板１７の電位とフィードバック板６６の電位が等しくなる第２の状態との間で制御可能である。
【０１２７】
図３を参照して上記でさらに説明したように、図６ａの感知素子８は、ＰＭＯＳトランジスタ３１として提供される電流電圧変換器２０をさらに備える。ＰＭＯＳトランジスタ３１では、ソースはパルス発生器１９に接続され、ゲートは増幅器の出力２７に接続され、ドレインは感知電流Ｉｓを供給する。
【０１２８】
図６ａの感知素子８の構成を経て、内部寄生容量Ｃｐ１及びＣｐ３の影響は、除去されるか又は少なくとも大幅に軽減される。さらに、隣接する感知構造を駆動すると、隣接する感知板同士の間の寄生容量の影響を除去するか又は少なくとも大幅に軽減するであろう。
【０１２９】
当業者は、本発明が決して上記の好適な実施形態に限定されるものではないことを理解している。一方で、添付の特許請求の範囲内で多くの修正及び変更が可能である。
【０１３０】
特許請求の範囲では、「備える」という文言は他の要素又は工程を除外するものではなく、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は複数を除外するものではない。単一のプロセッサ又は他のユニットが、請求項に記載のいくつかのアイテムの機能を発揮する可能性がある。単に特定の手段が相互に異なる従属項に記載されているというだけでは、このような手段の組み合わせを有利に用いることができないことを示すことにはならない。コンピュータプログラムを、他のハードウェアとともに或いはその一部として供給される光学記憶媒体又は固体媒体のような適切な媒体に保存／配布してもよいが、ほかにも、インターネット或いは有線又は無線電気通信システムを介してというような他の形態で配布してもよい。請求項に記載のいかなる参照符号も特許請求の範囲を限定するものと解釈すべきではない。
【図１】
0006668365.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４ａ−４ｄ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図５ｄ】
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【図５ｅ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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