(57)【要約】【課題】  オフセットと感度との両方を、独立して補正する機能を設け、センサや検出回路の初期のばらつきや、使用中に生じる傷や汚れにより測定値が変動して、安定した検出値が得られる容量検出回路および検出方法を提供する。【解決手段】  本発明の容量検出回路は、複数の列配線に対して行配線が交差され、列配線と行配線との交差部の容量変化を電圧値として検出する容量検出回路であり、列配線を駆動する列配線駆動手段と、行配線に接続され、駆動された列配線との交差部の容量に対応する電流値を測定電圧値に変換して出力する容量検出手段と、複数の測定電圧値から補正係数を求め、この補正係数によりこの測定電圧を補正する補正手段とを有する。【選択図】    図１
2005156347.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の列配線に対して行配線が交差され、列配線と行配線との交差部の容量変化を電圧値として検出する容量検出回路であり、
前記列配線を駆動する列配線駆動手段と、
前記行配線に接続され、駆動された列配線との交差部の容量に対応する電流値を測定電圧値に変換して出力する容量検出手段と、
複数の前記測定電圧値から補正係数を求め、この補正係数によりこの測定電圧を補正する補正手段と
を有することを特徴とする容量検出回路。
【請求項２】
前記補正手段が、前記列配線を複数の電圧値により駆動し、測定される複数の測定電圧値により、補正係数を求めることを特徴とする請求項１記載の容量検出回路。
【請求項３】
前記補正手段が、駆動する列配線の本数を変えて得られる複数の測定電圧値により、補正係数を求めることを特徴とする請求項１記載の容量検出回路。
【請求項４】
前記補正手段が、前記複数の測定電圧値から、オフセット及び感度各々に対する補正値を求めることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の容量検出回路。
【請求項５】
前記補正手段が、前記測定電圧値に基づいて容量検出中か否かの判定を行い、検出中でないと判定した場合に補正値の算出を行うことを特徴とする請求項１から請求項４に記載の容量検出回路。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の容量検出回路を有することを特徴とする指紋センサ。
【請求項７】
複数の列配線に対して行配線が交差され、列配線と行配線との交差部の容量変化を電圧値として検出する容量検出方法であり、
前記列配線を駆動する列配線駆動過程と、
前記行配線に接続され、駆動された列配線との交差部の容量に対応する電流値を測定電圧値に変換して出力する容量検出過程と、
複数の前記測定電圧値から補正係数を求め、この補正係数によりこの測定電圧を補正する補正過程と
を有することを特徴とする容量検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小容量を検出する容量検出回路および検出方法並びにそれを用いた指紋センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、バイオメトリクス（生体認証技術）の中で最も有望とされる指紋センサとして、所定の間隔で列配線と行配線を２枚のフィルムの表面にそれぞれ形成し、このフィルムを絶縁膜等を介して所定の間隔をおいて対向して配置した感圧式容量センサが開発されている。この感圧式容量センサでは、指を置いたときに指紋の凹凸に対応してフィルム形状が変形し、列配線と行配線の間隔が場所によって変化して、指紋の形状が列配線および行配線の交差部の容量として検出される。この感圧式容量センサにおいては、列配線と行配線とが交差する各々の交差部における数百ｆＦ（フェムトファラッド）に満たない微少な容量を検出する必要がある。
【０００３】
したがって、容量検出回路においては、上記交差部の容量が微少であるため、高感度であることが要求されるばかりでなく、製造誤差に起因するセンサの初期の感度のバラツキや回路のオフセット成分、また使用することで付着する傷や汚れなどに起因する容量値の変動の影響を抑える処理も必要となる。
上述した問題に対応する従来技術としては、検出用途が指紋センサとすると、指を置かない非検出状態における信号を検出して、この測定値を２次元的な補正データとする。
【０００４】
そして、指紋を検出する際、上記補正データを用いて、検出状態における測定データの補正を行う方法が提案されている（例えば、非特許文献１）。具体的な補正手法は、指紋センサの検出方式により異なるが、一般的には補正データとしての２次元データを、検出状態において測定された２次元データより減算処理することにより、測定データにおける汚れや傷などによるオフセット成分を補正することができる。
【非特許文献１】電子情報通信学会論文誌Ｃ Vol.J86-C No.7 pp.665-673 (2003年7月)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来の指紋の検出回路は、初期状態をオフセット成分と見なして補正している。
しかしながら、上記従来の検出回路は、センサの初期のバラツキの補正を行うことは可能であるが、後から付着するよごれや傷などの使用時における経時的な変動成分を、オフセット成分として補正することは出来ない。
このため、この従来の検出回路は、検出感度のばらつきや使用後の変動に対応することが困難であり、感度が変動しやすい指紋センサなどに適用することができないという欠点があった。
【０００６】
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的は、オフセットと感度との両方を、独立して補正する機能を設けることにより、センサや検出回路の初期のばらつきや、使用中に生じる傷や汚れによる測定値の変動があっても、安定した検出値を得ることができる容量検出回路および検出方法並びに指紋センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の容量検出回路は、複数の列配線に対して行配線が交差され、列配線と行配線との交差部の容量変化を電圧値として検出する容量検出回路であり、前記列配線を駆動する列配線駆動手段と、前記行配線に接続され、駆動された列配線との交差部の容量に対応する電流値を測定電圧値に変換して出力する容量検出手段と、複数の前記測定電圧値から補正係数を求め、この補正係数によりこの測定電圧を補正する補正手段とを有している。
これにより、本発明の容量検出回路は、複数の測定電圧値により、測定電圧を補正する補正係数を求めることができるので、初期状態のオフセット成分と、後から付着するよごれや傷などの使用時における経時的な変動成分との補正係数を、各々独立に求めることが可能となるため、経時的に変化する変動成分も独立に補正することができ、測定された測定電圧を高い精度で補正することができる。
【０００８】
本発明の容量検出回路は、前記補正手段が、前記列配線を複数の電圧値により駆動し、測定される複数の測定電圧値により、補正係数を求める演算を行うため、初期状態のオフセット成分と、後から付着するよごれや傷などの経時的な変動成分との補正係数を、各々独立に求めることが可能となる。
【０００９】
本発明の容量検出回路は、前記補正手段が、駆動する列配線の本数を変えて得られる複数の測定電圧値により、補正係数を求める演算を行うため、初期状態のオフセット成分と、後から付着するよごれや傷などの経時的な変動成分との補正係数を、各々独立に求めることが可能となる。
【００１０】
本発明の容量検出回路は、前記補正手段が、前記複数の測定電圧値から、オフセット及び感度各々に対する補正値を求めるため、初期状態のオフセット成分と、後から付着するよごれや傷などの経時的な変動成分との補正係数を、各々独立に求めることが可能となるため、経時的に変化する変動成分も独立に補正することができ、測定された測定電圧を高い精度で補正することができる。
【００１１】
本発明の容量検出回路は、前記補正手段が、前記測定電圧値に基づいて容量検出中か否かの判定を行い、検出中でないと判定した場合に補正値の算出を行うので、補正係数の算出が定期的に行われることにより、経時的に変化する変動成分の補正に用いる補正係数を、所定の期間毎に調整することができ、変動成分に対応した補正が行え、高い精度により測定電圧を求めることができる。
【００１２】
本発明の指紋センサは、上記記載の容量検出回路を有しているため、測定環境の経時的変化に対応して、上述したように、測定電圧の補正が有効に行われるため、検出の安定性と高い精度の検出とを行うことができる。
【００１３】
本発明の容量検出方法は、複数の列配線に対して行配線が交差され、列配線と行配線との交差部の容量変化を電圧値として検出する容量検出方法であり、前記列配線を駆動する列配線駆動過程と、前記行配線に接続され、駆動された列配線との交差部の容量に対応する電流値を測定電圧値に変換して出力する容量検出過程と、複数の前記測定電圧値から補正係数を求め、この補正係数によりこの測定電圧を補正する補正過程とを有する。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明の容量検出回路によれば、複数の測定電圧値を求めることにより、これらの測定電圧値を用いた演算から測定電圧を補正する補正係数を求めることができ、初期状態のオフセット成分と、後から付着するよごれや傷などの経時的な変動成分との補正係数とを、各々独立に求めることが可能となり、経時的に変化する変動成分の補正を、初期のバラツキの補正に対して独立に処理することができ、測定された測定電圧を高い精度で補正することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の容量検出回路は、複数の列配線に対して行配線が交差され、列配線と行配線との交差部の容量変化を電圧値として検出する容量検出回路であって、上記列配線を駆動する列配線駆動部（列配線駆動手段）と、行配線に接続され、駆動された列配線との交差部の容量に対応する電流値を測定電圧値に変換して出力する容量検出部（容量検出手段）及び演算制御部と、複数の測定電圧値から補正係数を求め、この補正係数によりこの測定電圧を補正する補正値演算部（補正値演算手段）とを有している。
【００１６】
なお、図１における容量検出部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより容量検出の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）を備えたＷＷＷシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
【００１７】
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
【実施例１】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態による容量検出回路を図面を参照して説明する。図１は同実施形態の一構成例を示すブロック図である。
駆動制御部１は列配線駆動部５が列配線を駆動する駆動パルスの電圧、すなわち列配線の駆動電圧を制御する。
列配線駆動部５は、列配線と行配線とが交差してセンサを形成しているセンサ部４において、上記駆動電圧の駆動パルスを生成して、各列配線を駆動する。
センサ部４は、列配線群２の列配線と行配線群３の行配線とがマトリクス状に交差し、各々の交差部がセンサ素子（図４のセンサ素子５５）を形成している。
【００１９】
図２（ａ）は、センサ部４の平面図、図２（ｂ）は断面図である。図２（ａ）に示すように、例えば、５０μｍピッチで配列された列配線群２の各列配線と、行配線群３の各行配線とが、交差している。図２（ｂ）に示すように、基板５０の上に複数の行配線よりなる行配線群３が配置され、その表面上に絶縁膜５１が積層され、絶縁膜５１の表面上に空隙５２だけ間隔がおかれてフィルム５４が配置され、フィルム５４の下面に複数の列配線からなる列配線群２が取付けられている。この行配線群３の行配線と列配線群２の列配線との交差部において、空隙５２と絶縁膜５１を介在して所定の容量を有する容量素子としてセンサ素子５５が形成される。
【００２０】
上述したセンサ部４の上に指５６を当てると、図３に示すように、指５６の凹凸によって、フィルム５４と列配線群２の列配線が変形し、空隙５２が変化し、それにより、列配線群２と行配線群３との交差部に形成されるセンサ素子５５の容量が変化する。
また、図４は、センサ部４の列配線および行配線間の容量素子（センサ素子）のマトリクスを示す概念図である。センサ部４は、マトリクス状のセンサ素子５５，５５・・・から構成され、列配線駆動部５と容量検出回路１００とが接続される。列配線駆動部５は、列配線群２に対して駆動パルス列を出力し、すなわちセンサ部４の列配線群２の列配線に対して順次、所定の駆動パルス（駆動信号）を出力する。
【００２１】
図１に戻り、容量検出回路１００は、チャージアンプ回路６，サンプルホールド回路７，セレクタ回路８，Ａ／Ｄ変換器９，測定値演算部１０，タイミング制御回路１１，及び補正値演算部１２を有している。
チャージアンプ回路６は、センサ部４の行配線群３における行配線各々に設けられており、交差部（センサ素子）の容量に応じて出入りする（充放電電流に基づいた）微小な電荷（容量変化量に対応する電流）を検出し、この電流を増幅して電圧に変換（Ｉ−Ｖ変換）して検出信号（測定電圧）として出力する。
【００２２】
サンプルホールド回路７は、上記チャージアンプ回路６ごとに設けられ、上記検出信号の測定電圧を、サンプリングホールド信号の入力によりサンプリングして、電圧情報として一時的に保持する。
セレクタ回路８は、上記サンプルホールド回路７の各々に保持される電圧情報を、順次、例えば行配列の並び順に切り替えて、各行配線単位にＡ／Ｄ変換器９へ出力する。
Ａ／Ｄ変換器９は、時系列に入力される、アナログの上記電圧情報である測定電圧を、測定値演算部１０から入力されるＡ／Ｄクロックのタイミングにより、デジタル値の測定データに変換して測定値演算部１０へ出力する。
【００２３】
また、高速に処理する場合などに、サンプルホールド回路７を設けずに、各々のチャージアンプ回路６にＡ／Ｄ変換器９をそれぞれ設けて、アナログの測定電圧をデジタル値の測定データに変換する様にしてもよい。
補正値演算部１２は、デジタル化された測定電圧値から、初期バラツキのオフセット値（オフセット成分）と変動成分である感度の補正係数を求める。
【００２４】
測定値演算部１０は、デジタル化された測定データにおいて、交差部のセンサ素子に対する充電時における測定データと、放電時における測定データとを上記補正係数およびオフセット値により補正し、補正後の充電時及び放電時の測定データの差分演算により、フィードスルーによるオフセット成分を除去する演算処理を行う。
タイミング制御回路１１は、測定値演算部１０から、容量検出を開始することを示す開始信号が入力されると、駆動制御部１，列配線駆動部５，チャージアンプ回路６，サンプルホールド回路７，及びセレクタ回路８等へ、クロック及び制御信号を出力し、容量検出回路１００全体の動作タイミングの制御を行う。
【００２５】
また、駆動制御部１は、図５に示すように、電圧制御回路１ａと駆動電圧レギュレータ１ｂとから構成されており、通常の容量測定状態において、列配線に対する駆動パルスの駆動電圧は所定の値となっている。
しかしながら、補正係数及びオフセット値を求めるための検出動作時において、電圧制御回路１ａが必要に応じて駆動電圧を変化を要求する要求信号を駆動電圧レギュレータ１ｂに出力し、駆動電圧レギュレータ１ｂは要求信号に基づく駆動電圧を列配線駆動部５に供給する。
【００２６】
そして、駆動制御部１が上記駆動電圧を列配線駆動部５に対して供給し、列配線駆動部５は上記供給される所定の駆動電圧により駆動パルスを、各列配線に対して出力する。
また、列配線駆動部５は、単一パルス発生回路２２，シフトレジスタ２３，ドライバ回路５1，…，５14，…から構成されている。
単一パルス発生回路２２は、タイミング制御回路１１から入力されるクロックに同期させて、シフトレジスタ２３の段数、すなわちレジスタ数に対応する数のクロック入力される毎に、シフトレジスタ２３のレジスタ２３1に対して「１」の単一パルスを供給する。
【００２７】
そして、シフトレジスタ２３は、レジスタ２３1に入力される単一パルスを、タイミング制御回路１１からクロックが入力される毎に、上記データ「１」を右方向に隣接するレジスタに順次シフトさせる。
すなわち、シフトレジスタ２３において、レジスタ２３1→２３2→２３4→…→２３13→２３14→…の順番に、クロックが入力される毎に、データ「１」シフト動作が行われる。
ここで、レジスタ２３1，２３2，２３3，…，２３14，…の出力は、ドライバ回路５1，５2，５3，…，５14，…に接続され、データ「１」（駆動データ）が入力されているドライバ回路が活性化され、駆動電圧レギュレータ１ｂから供給される駆動電圧の駆動パルスを対応する列配線に出力する。
【００２８】
レジスタ２３1，２３2，２３3，…，２３14，…の出力は、各レジスタに記憶されているデータがそのまま出力される。ここで、シフトされるデータ「１」（駆動データ）のとき、対応するドライバ回路に駆動信号を出力し、データ「０」であるとき、駆動信号を出力しない。
図５の場合、ドライバ回路５1は、列配線Ｃ1に対して駆動パルスを出力し、他のドライバ回路５2，５3，…，５14，…はいずれも駆動パルスを出力しない。
また、ドライバ回路５1，，５2，５3，…，５14，…各々の出力は、列配線Ｃ1，Ｃ2，Ｃ3，…，Ｃ14，…それぞれに対応して接続されている。
すなわち、シフトレジスタ２３の各レジスタにおいて、時系列に駆動データがシフトされていくことにより、これに対応して順次、列配線が駆動されていくことになる。
【００２９】
次に、図６を参照してチャージアンプ回路６の構成を説明する。図６はチャージアンプ回路６の構成例を示す概念図である、この図に示すように、チャージアンプ回路６はオペアンプ１２１と、オペアンプ１２１の反転入力端子と出力端子の間に接続された帰還容量Ｃfと、帰還容量Ｃfの電荷を放電するためのアナログスイッチ１２４とから構成されている。そして、オペアンプ１２１の非反転入力端子が基準電位に接続されている。なお、図６において、Ｃｐはオペアンプ１２１等の寄生容量、Ｃｓは前述した交差部におけるセンサ素子の容量（多重化されているセンサ素子の総和）、Ｃｙは検出対象外の列配線に対するセンサ素子の容量の総和である。
【００３０】
次に、チャージアンプ回路６の動作を詳細に説明する。まず、図１０に示す時刻ｔ1より少し前の時刻ｔd1において、タイミング制御回路１１からリセット信号が出力されると、アナログスイッチ１２４（ＭＯＳトランジスタ、図６）がオンとなり、帰還容量Ｃfが放電され、オペアンプ１２１の出力ＯＵＴが反転入力端子と短絡状態となり基準電位となる。また、オペアンプ１２１の反転入力端子に接続された行配線も基準電位となる。
次に、このリセット信号がオフになると、アナログスイッチ１２４のゲート寄生容量によるフィードスルーにより、オペアンプ１２１の出力電圧がわずかに上昇する（図１０（ａ）における時刻ｔd1後の符号Ｆｄ参照）。
【００３１】
そして、時刻ｔ1において、駆動パルスが立ち上がる（入力される）と、同駆動パルスが列配線と行配線の交差部のセンサ素子（容量Ｃｓ）を介してオペアンプ１２１の反転入力端へ加えられ、この駆動パルスの電圧値に基づき流れる電流により、オペアンプ１２１の出力ＯＵＴの電圧値が図１０（ａ）に示すように、徐々に下降する。
【００３２】
次に、時刻ｔd2において、タイミング制御回路１１は、サンプルホールド回路７へサンプルホールド信号（Ｓ／Ｈ信号）を出力する。これにより、サンプルホールド回路７は、サンプルホールド信号が入力された時点において、チャージアンプ回路６におけるオペアンプ１２１の出力ＯＵＴから出力される測定電圧Ｖａをホールドする。
次に、時刻ｔd3において、タイミング制御回路１１は、再びリセット信号をチャージアンプ回路６へ出力する。これにより、オペアンプ１２１の出力ＯＵＴと反転入力端子とが短絡状態となり、帰還容量Ｃfが放電されて、オペアンプ１２１の出力ＯＵＴが基準電位に戻る。そして、リセット信号がオフになると、前述した場合と同様にアナログスイッチ１２４のゲート寄生容量によるフィードスルーにより、オペアンプ１２１の出力電圧がわずかに上昇する（図１０（ａ）における時刻ｔd3後の符号Ｆｄ参照）。
【００３３】
次に、時刻ｔd4において、駆動パルス列Ｐ１における駆動パルスが立ち下がることにより、同駆動パルスにより駆動された列配線と、行配線の交差部のセンサ素子（容量Ｃｓ）とが駆動パルスの電圧に基づく電流により放電され、これに伴い、オペアンプ１２１の出力ＯＵＴが徐々に上昇する。
次に、時刻ｔd5において、タイミング制御回路１１は、サンプルホールド回路７に対してサンプルホールド信号を出力する。これにより、サンプルホールド回路７は、サンプルホールド信号が入力さた時点において、オペアンプ１２１の出力ＯＵＴの測定電圧Ｖｂをホールドする（保持する）。
次に、時刻ｔd6において、タイミング制御回路１１は、チャージアンプ回路６に対してリセット信号を出力する。これにより、チャージポンプ回路６におけるオペアンプ１２１の出力ＯＵＴと反転入力端子とが短絡状態となり、帰還容量Ｃfが放電され、オペアンプ１２１の出力ＯＵＴが基準電位に戻る。以下、上記の動作が繰り返される。
【００３４】
上述した測定においては、出力ＯＵＴが基準電位から下降する場合も、上昇する場合も、アナログスイッチ１２４のフィードスルー電流によるオフセットＶｋが＋方向に発生する。この実施形態のように、検出対象の容量Ｃｓが数十から数百フェムトファラッドの場合はこのフィードスルーによるオフセットを無視できない。上記の測定において、
−Ｖａ0＝−Ｖａ＋Ｖｋ
が検出対象容量Ｃｓに比例する電圧となるが、測定される電圧はＶａであり、この電圧Ｖａにはオフセットによる誤差Ｖｋが含まれてしまう。
Ｖａ＝Ｖａ0＋Ｖｋ
【００３５】
そこで、この実施形態においては、検出対象容量Ｃｓの放電時の電圧Ｖｂも測定する。ここで、電圧
Ｖｂ0＝Ｖｂ−Ｖｋ
が容量Ｃｓに比例する電圧であり、測定される電圧は
Ｖｂ＝Ｖｂ0＋Ｖｋ
となる。これらの測定電圧Ｖａ、Ｖｂをサンプルホールド回路７によって、順次ホールドし、次いでホールドした電圧を、Ａ／Ｄ変換器９により各々測定電圧Ｖａ及びＶｂ毎にＡ／Ｄ変換し、測定値演算部１０内のメモリに記憶させる。そして、測定値演算部１０において、
ｄ＝Ｖｂ−Ｖａ＝（Ｖｂ0＋Ｖｋ）−（Ｖｋ＋Ｖａ0）＝Ｖｂ0−Ｖａ0
なる演算を行い、これにより、オフセット誤差を含まない測定値、すなわち多重化された容量値に対応する測定データｄ（後に用いる測定データＤ0a，Ｄ0b，Ｄma，Ｄmb等）を得る。
【００３６】
以上のように、測定値演算部１０は、駆動パルスの立ち上がり及び立ち下がりにおいて、列配線の電位を立ち上げたときと立ち下げたときとのチャージアンプ回路６の出力信号の差を取ることにより、フィードスルーの影響を有さない状態において、センサ素子の容量値を測定できる。また、セレクタを設けたことで、測定時間を要するチャージアンプ回路６の測定を各列配線において並行して行い、センサ全体の測定速度を上げることができる。
【００３７】
次に、補正値演算部１２における補正係数及びオフセット値を求める演算処理の説明を行う。
本願発明の説明を従来例と比較して、判りやすく説明するため、図７に従来の補正方法の概念図を示す。
従来例は、指などの検出対象が置かれていない初期状態において、センサ部の所定の位置（図７（ａ）のａ点及びｂ点）で検出値を求め、これをオフセットを補正するための基準としている。
【００３８】
この方法では、検出対象がない状態にあわせて補正される（図７（ｂ）の状態を図７（ｃ）に補正する）ため、静止状態ではオフセット値が除去され、所望の補正動作が機能する。すなわち、ａ点及びｂ点の測定電圧が等しくなるよう、検出値が補正される。
しかしながら、この補正においては、感度の傾きが補正されずに、初期のバラツキなどによるオフセット値の補正しか行われない。
このため、検出対象がある（指などが載せられている）場合は、感度（容量／測定電圧の関係、すなわち感度の傾きｋaとｋbとの関係）まで補正されていないことにより、感度ばらつきの影響を受けて検出値（測定電圧）に誤差が生じる（図７（ｄ））。
【００３９】
次に、図８を用いて、本発明の第１の実施形態における、オフセット値に対する補正値及び感度に対する補正係数による補正の原理を説明する。
駆動電圧Ｖで列配線が駆動されたときに交差点容量Ｃに生じる電荷Ｑは、図８（ａ）に示すように、Ｑ＝ＣＶで表される。
したがって、検出対象がない状態であっても、交差部の容量がある程度の値としてある場合に、駆動電圧を変化させることで、容量値に対する電荷量を変えることができる。
【００４０】
例えば、図８（ｂ）に示すように、駆動パルスの電圧を、所定の駆動電圧のＭ倍とすると、検出値の変化量もそれに対応してＭ倍になるはずである。
したがって、補正係数及びオフセット値を求める動作期間中に、まず通常の駆動電圧で測定データＤOaを求め、次に駆動電圧をＭ倍にして測定データＤma（Ｍ・Ｄ0a）を求める。（傾きｋaも、Ｍ倍のＭ・ｋaとなる。）
ここで、駆動電圧を一定と見なすと、駆動電圧をＭ倍したときの仮想的な容量が、見かけ上において実際の容量値のＭ倍になったことに等価となる。
したがって、図８（ｃ）に示すように、検出対象がない状態においても実質的に容量を変化させた場合と同じ検出値の変化を得られる。
そして、各交差部の容量値変化に対する検出値（測定電圧）の関係、すなわち、感度の傾きｋa（以下、感度とする）を求めることができる。
【００４１】
次に、図９を用いて、具体的な感度の傾きの補正係数及びオフセット値の補正値に対する測定動作の説明を行う。
駆動電圧に対応した測定データＤOaとＤmaとからオフセット値と感度の補正値とを求めるフローを説明する。ここで、測定データＤOa及びＤmaは測定された測定電圧を、ＡＤ変換器９によりデジタル値に変換されたものであり、以下のオフセット値の補正値及び感度の補正係数の演算処理は補正値演算部１２により行われる。
まず、センサ部４全体の測定データＤOaの平均値または所定の設定値を基準のデータＤOとして、各交差部毎に、この交差部の容量のオフセット値に対する補正値αを求める。
α＝ＤOa−Ｄ0
【００４２】
次に、測定データＤOaと測定データＤmaの差△aを求める。この差△aは、検出容量がＭ倍になったときの検出値の変化量なので、すでに述べたように各交差部の感度に対応している。
このため、差△aの平均値または所定の設定値を基準差△a0とし、各交差部毎に、この交差部の感度の補正係数βを計算する。
ここで、差△aは、
△a＝Ｄma−Ｄ0a
と求められるので、補正係数βは、
β＝△a0／△a＝△a0／（Ｄma−Ｄ0a）
として求められる。
【００４３】
以上に示したように、補正値演算部１２は、オフセット値の補正を行う補正値αと、感度の補正を行う補正係数βを求める。
そして、測定値演算部１０は、各交差部の容量に対応する測定データＤiを以下の式に基づいて補正を行う。各交差部の補正データＤcは、
Ｄc＝（（Ｄi-α-Ｄ0）×β)＋Ｄ0
の式により、補正された結果として求められる。
【００４４】
例えば、数値例とし、補正値及び補正係数を求める検出動作において、通常の駆動電圧に対して、Ｍ＝３、すなわち３倍の駆動電圧を利用するとき、基準の検出値をＤ0a＝５０とし、Ｍ=３のときの基準の変位を△ａ0＝１００とした場合を検討する。
ここで、交差部の点ａは基準値と同じレベルの検出値となっていると仮定すると、通常の駆動電圧を印加したときに測定データＤ0a＝５０となり、通常の駆動電圧のＭ倍の駆動電圧を印加したときに測定データＤma＝１５０となる。
このとき、補正係数α＝０，補正係数β＝１となるので、通常の駆動電圧を印加したときの補正された結果はＤc0a＝５０となり、通常のＭ倍の駆動電圧を印加したときの補正された結果、すなわち点ａにおける補正データがＤcma＝１５０となり、測定データＤ0a及びＤmaの関係に等しい。
【００４５】
一方、交差部の点ｂは交差部の容量が検出値１０に相当するずれ(オフセット値)を有しており、感度が１.１倍のずれを有していると仮定すると、駆動電圧に対するそれぞれの検出値として、補正値演算部１２において、通常の駆動電圧を印加したときの測定データＤ0bは、
Ｄ0b＝（５０＋１０）×１.１＝６６
と求められ、通常の駆動電圧のＭ倍の駆動電圧を印加したときの測定データＤmbは、
Ｄmb＝６６×３＝１９８
と求められる。
【００４６】
このとき、同様に、補正値演算部１２において、交差部の点ｂにおける補正値αと補正係数βは、それぞれ、以下の様に求められる。補正値αは、
α＝（６６−５０）＝１６
となり、点ｂにおける、通常の駆動電圧のＭ倍（３倍）の駆動電圧を印加したときの測定データＤmbと、通常の駆動電圧を印加した時の測定データＤ0bと差△bは
△b＝１９８−６６＝１３２
として求められる。そして、感度に対する補正係数βは
β＝１００／１３２
と求められ、図９（ｂ）に示すように、オフセット値及び感度が基準（ここでは点ａ）に対応する補正ができることになる。
【００４７】
そこで、測定値演算部１０において、得られた補正値αと補正係数βとにより、測定データＤOb、測定データＤmbの補正処理を行うと、
Ｄc0b＝（（６６−１６−５０）×１００／１３２）＋５０＝５０
と求められ、通常の駆動電圧を印加したときの点ａの補正された補正データＤc0aの数値と同様となり、
Ｄcmb＝（（１９８−１６−５０）×１００／１３２）＋５０＝１５０
と求められ、Ｍ倍の駆動電圧を印加したときの点ａの補正された結果の補正データＤcmaの数値と同様となり、図９（ｃ）及び（ｄ）に示すように、点ａ及び点ｂとの検出値が対応し、うまく補正されていることが判る。
上述したように、補正値αはオフセット値を補正し、補正係数βは感度を補正していることがわかり、補正値演算部１２と測定値演算部との補正処理は有効に行われている。
【００４８】
次に、図１１を参照して、オフセット値の補正値αと感度の補正係数βとの算出タイミングを決める動作について説明する。図１１は、上記算出タイミングを検出する処理の流れを示すフローチャートである。
ステップＳ１において、測定値演算部１０は、内部にタイマを有しており、予め設定された所定の時間間隔が経過したか否かの検出を行う。
ここで、測定値演算部１０は、上記所定の時間が経過したことを検出すると、処理をステップＳ２へ進め、経過していないことを検出するとステップＳ１の動作を繰り返す。
【００４９】
次に、ステップＳ２において、測定値演算部１０は、センサ部４における各交差部の容量の測定データを求め、得られる各交差部に対する測定データの最大値と最小値との差分値を求める。
また、測定値演算部１０は、センサ部４における交差部の全ての測定データの平均値を計算する。
そして、ステップＳ３において、測定値演算部１０は、上記差分値が予め設定された閾値を超えているか否かの検出を行う。
このとき、測定値演算部１０は、差分値が上記閾置を超えていることを検出すると、補正のための測定処理を終了（再度、ステップＳ１から処理を開始する）し、一方、差分値が所定の閾値以下であることを検出すると、処理をステップＳ４へ進める。
【００５０】
ここで、補正値及び補正係数を求める測定データの測定を行うときには、検出する対象がない、すなわち非検出状態のときに行う必要がある。したがって、上記差分値が閾値を超えない場合には、検出対象がない（指紋検出であれば指が置かれていない）とし、補正値及び補正係数を求める測定データの測定を行う。
また、上記差分値が閾値を超えている場合には、検出対象がある（指紋検出であれば指が置かれている）とし、補正値及び補正係数を求める測定データの測定を行わない。
【００５１】
次に、ステップＳ４において、測定値演算部１０は、平均値と初期値との差が予め設定した基準値を超えるか否かの検出を行う。
このとき、測定値演算部１０は、上記差が上記標準値を超えていることを検出すると、補正のための測定処理を終了（再度、ステップＳ１から処理を開始する）し、一方、差が所定の標準値以下であることを検出すると、処理をステップＳ５へ進める。
【００５２】
ここで、測定値演算部１０は、センサ部４における、指紋検出時の各交差部の測定データの平均値と、製造時における非指紋検出状態の各交差部の平均値との平均値差から、上記標準値を求める。統計的に平均値差の何倍を標準値にすれば、指紋検出時と非指紋検出時とを区別することができるかを実験して適切な値に設定する。例えば、この平均値差の１／２を、非指紋検出状態の各交差部の平均値に加算したものを上記標準値とする。
そして、測定値演算部１０は、各交差部の平均値が上記標準値を超えていなければ、検出対象がないと見なす。
【００５３】
次に、ステップＳ５において、測定値演算部１０は、補正値及び補正係数を演算するために必要な測定データを、すでに述べた処理により測定し、補正値演算部１２へ必要な測定データを出力する。
これにより、補正値演算部１２は、すでに述べたように、通常の駆動電圧及びこの駆動電圧のＭ倍の駆動電圧の駆動パルスにより得られた測定データから、各交差部毎に、補正値及び補正係数を求め、内部の記憶部に、各交差部に対応させて記憶させ、指紋検出時の補正処理を行うときに、対応する交差部における補正値及び補正係数を読み出し、測定値演算部１０へ出力する。
そして、測定値演算部１０は、補正値演算部１２から入力される補正値及び補正係数により、測定データの補正を行う。
【実施例２】
【００５４】
次に、本発明の第２の実施形態による容量検出回路を図１を参照して説明する。第１の実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
第１の実施形態と異なる構成は、駆動制御部１Ａが駆動制御部１のように駆動パルスの駆動電圧を変化させるのではなく、駆動する列配線の数を制御する点である。
指紋検出時には、第１の実施形態と同様に、図１２に示すように、列配線群２の列配線を１本ずつ活性化し、指紋検出の動作を行う。
ここで、図１２を用いて駆動制御部１Ａの説明を行う。駆動制御部１Ａは、駆動パルス発生回路１Ａaとパルス制御回路１Ａｂとから構成されている。
駆動制御部１Ａは指紋検出時には、所定のパルス幅、すなわち、単一パルスを出力し、タイミング制御回路１１からのクロックにより、データ「１」（駆動データ）を、順次、シフトレジスタ２３の各レジスタにおいてシフトさせる。
【００５５】
一方、測定データの補正に用いる補正値及び補正係数の検出動作時において、駆動制御部１Ａのパルス幅制御回路１Ａｂは、測定値演算部１０から上記検出動作を行う制御信号が入力されることにより、タイミング制御回路１１からのクロックに対応して、シフトレジスタ２３における複数のレジスタに、データ「１」が入力される幅のパルスを出力するよう、駆動パルス発生回路１Ａａに指示する信号を出力する。
これにより、駆動パルス発生回路１Ａａは、シフトレジスタ２３における複数のレジスタ、すなわち３つのレジスタにデータ「１」が入力される時間幅のパルスを出力する。
したがって、列配線駆動部５Ａの複数のドライバ回路が複数の列配線、例えば、図１３に示すように、３本の列配線（斜線で示す）を同時に活性化させることになる。そして、これらの複数の列配線を駆動して、また、同時に駆動された列配線を各々１本ずつ駆動して、各列配線ごとのオフセットの補正値及び感度の補正係数を求めていくこととなる。
【００５６】
次に、図１４を用いて、本発明の第２の実施形態における、オフセット値に対する補正値及び感度に対する補正係数による補正の原理を説明する。
駆動電圧Ｖで列配線が駆動されたときに交差点容量Ｃに生じる電荷Ｑは、図１４（ａ）に示すようにＱ＝ＣＶで表される。
したがって、駆動される列配線数が複数、例えば３本になると、電荷Ｑが生じる交差部の数が３倍になる。
厳密には、交差部ごとに容量は異なるが、静止状態での容量差はほとんどないので、容量が３倍になったと考えて差し支えない。
【００５７】
このため、検出対象がない状態であっても、交差部の容量がある程度の値としてある場合、駆動される列配線数を変えることにより、検出される電荷量を変えることができる。
例えば、図１４（ｂ）に示すように、駆動される列配線数をＭ倍のＭ本とした場合、検出される電荷量はＭ倍となり、検出値の変化量もそれに対応してＭ倍になることとなる。
【００５８】
すなわち、補正値及び補正係数を求める測定データの検出期間中に、まず通常の列配線数（１本）で検出値ＤOaを求め、次に駆動される列配線数をＭ倍として検出値Ｄma（Ｍ・Ｄ0a）を求める。
ここで、駆動される列配線数を一定（例えば、１本）と見なしたとき、仮想的な容量が見かけ上において実際の容量のＭ倍になったことに等価となる。
これにより、図１４（ｃ）に示すように、静止状態においても実質的に容量を変化させた場合と同じ検出値の変化が得られる。
【００５９】
次に、図９を用いて、具体的な感度の傾きの補正係数及びオフセット値の補正値に対する測定動作の説明を行う。
駆動される列配線の数に対応した測定データＤ0aと測定データＤmaとからオフセット値の補正値と感度の補正係数とを求めるフローを説明する。ここで、測定データＤ0aと測定データＤmaは測定された測定電圧をＡＤ変換器９によりデジタル値に変換されたものであり、以下のオフセット値の補正値及び感度の補正係数の演算処理は補正値演算部１２により行われる。
【００６０】
まず、センサ部４全体の測定データＤOaの平均値または所定の設定値を基準ＤOとして、各交差点のオフセットの補正値αを求める。
α＝Ｄ0a−Ｄ0
次に、測定データＤOaと測定データＤmaの差△aを求める。この差△aは、検出容量がＭ倍になったときの検出値の変化量なので、すでに述べたように各交差部の感度に対応している。
そこで、差△aの平均値または所定の設定値を基準差△a0とし、感度の補正係数βを計算する。
ここで、差△aは、
△a＝Ｄma−Ｄ0a
と求められるため、補正係数βは、
β＝△a0／△a＝△a0／（Ｄma−Ｄ0a）
として求められる。
【００６１】
以上に示したように、補正値演算部１２は、各交差部毎に、オフセット値の補正を行う補正値αと、感度の補正を行う補正係数βを求める。
そして、測定値演算部１０は、各交差部の容量に対応する測定データＤiを以下の式に基づいて補正を行う。各交差部の補正データＤcは、
Ｄc＝（（Ｄi-αi-Ｄ0）×βi)＋Ｄ0
の式により、補正された結果として求められる。
【００６２】
例えば、数値例とし、補正値及び補正係数を求める検出動作において、通常の駆動する列配線数に対して、Ｍ＝３、すなわち駆動する列配線数を３倍としたとき、基準の検出値をＤ0a＝５０とし、Ｍ=３のときの基準の変位を△ａ0＝１００とした場合を検討する。
ここで、交差部の点ａは基準値と同じレベルの検出値となっていると仮定すると、通常の列配線数（１本）の場合、測定データＤ0a＝５０となり、通常のＭ倍の数の列配線を駆動した場合、測定データＤma＝１５０となる。
このとき、補正係数α＝０、補正係数β＝１となるので、通常の駆動する列配線数のときの補正された結果は補正データＤc0a＝５０となり、通常駆動するＭ倍の列配線数としたときの補正された結果は補正データＤcma＝１５０となり、すでに述べた測定データＤ0a及びＤmaの対応関係に等しい。
【００６３】
一方、交差部の点ｂは交差部の容量が検出値１０に相当するずれ(オフセット値)を有しており、感度が１.１倍のずれを有していると仮定すると、駆動する列配線数に対するそれぞれの検出値として、補正値演算部１２において、通常の駆動する列配線数のときの測定データＤ0bは、
Ｄ0b＝（５０＋１０）×１.１＝６６
と求められ、通常のＭ倍の列配線数を駆動したときの測定データＤmbは、
Ｄmb＝６６×３＝１９８
と求められる。
【００６４】
このとき、同様に、補正値演算部１２において、交差部の点ｂにおける補正値αと補正係数βは、それぞれ、以下の様に求められる。補正値αは、
α＝（６６−５０）＝１６
となり、点ｂにおける、通常駆動する列配線のＭ倍（３倍）の列配線を駆動したときの測定データＤmbと、通常の列配線の駆動数（例えば、３本の列配線のうち中央の１本を選択し、各交差部毎に補正値及び補正係数を求める）の時の測定データＤ0bと差△bは
△b＝１９８−６６＝１３２
として求められる。そして、感度に対する補正係数βは
β＝１００／１３２
と求められ、図９（ｂ）に示すように、オフセット値及び感度が基準（ここでは点ａ）に対応する補正ができることになる。
【００６５】
そこで、測定値演算部１０において、得られた補正値αと補正係数βとにより、測定データＤOb、測定データＤmbの補正処理を行うと、
Ｄc0b＝（（６６−１６−５０）×１００／１３２）＋５０＝５０
と求められ、通常の駆動する列配線数としたときの点ａの補正された結果Ｄ0aの数値と同様となり、
Ｄcmb＝（（１９８−１６−５０）×１００／１３２）＋５０＝１５０
と求められ、通常のＭ倍の列配線数を駆動したときの点ａの補正された結果Ｄmaの数値と同様となり、図９（ｃ）及び（ｄ）に示すように、検出値が対応し、うまく補正されていることが判る。
【００６６】
上述したように、補正値αはオフセット値を補正し、補正係数βは感度を補正していることがわかり、補正値演算部１２と測定値演算部との補正処理は有効に行われている。
また、オフセット値の補正値αと感度の補正係数との算出タイミングを決定の動作については、第１の実施形態と同様に、図１１のフローチャートの処理により行われる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の第１の実施形態による容量検出回路を用いた指紋センサの構成を示すブロック図である。
【図２】図１におけるセンサ部４の構成例を示す概念図である。
【図３】図１におけるセンサ部４を用いた指紋データの測定を説明する概念図である。
【図４】エリアセンサ型であるセンサ部４において、列配線群２の列配線と、行配線群３の行配線との各々の交差部で形成されるセンサ素子５５の構成例を説明する概念図である。
【図５】図１における駆動制御回路１及び列配線駆動部５の一構成例を示すブロック図である（第１の実施形態）。
【図６】図１におけるセンサ部４と、チャージアンプ回路６との構成例を説明する概念図である。
【図７】従来のオフセット値の補正処理を説明する概念図である。
【図８】本発明の第１の実施形態におけるオフセット値の補正値と感度の補正係数の算出処理を説明する概念図である。
【図９】本発明の第１の実施形態におけるオフセット値の補正値と感度の補正係数の算出処理を説明する概念図である。
【図１０】検出信号及びチャージアンプ回路６の動作を説明する波形図である。
【図１１】補正値検出タイミングを求める動作例を示すフローチャートである。
【図１２】図１における駆動制御回路１Ａ及び列配線駆動部５Ａの一構成例を示すブロック図である（第２の実施形態）。
【図１３】本発明の第２の実施形態において、通常の駆動に対してＭ倍の列配線数を駆動させたときの、列配線駆動部５Ａの動作を説明する概念図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態におけるオフセット値の補正値と感度の補正係数の算出処理を説明する概念図である。
【符号の説明】
【００６８】
１，１Ａ…駆動制御部
１ａ…電圧制御回路
１ｂ…駆動電圧レギュレータ
１Ａａ…駆動パルス発生回路
１Ａｂ…パルス幅制御回路
２…列配線群
３…行配線群
４…センサ部
５，５Ａ…列配線駆動部
５1，５2，５3，５4，５5，５6，５7，５8…ドライバ回路
５9，５10，５11，５12，５13，５14…ドライバ回路
６…チャージアンプ回路
７…サンプルホールド回路
８…セレクタ回路
９…Ａ／Ｄ変換器
１０…測定値演算部
１１…タイミング制御回路
１２…補正値演算部
２２…単一パルス発生回路
２３…シフトレジスタ
５０…基板
５１…絶縁膜
５２…空隙
５４…フィルム
１００…容量検出回路
Ｃ1…列配線
Ｒ1…行配線
【図１】
2005156347.tif 000003
【図２】
2005156347.tif 000004
【図３】
2005156347.tif 000005
【図４】
2005156347.tif 000006
【図５】
2005156347.tif 000007
【図６】
2005156347.tif 000008
【図７】
2005156347.tif 000009
【図８】
2005156347.tif 000010
【図９】
2005156347.tif 000011
【図１０】
2005156347.tif 000012
【図１１】
2005156347.tif 000013
【図１２】
2005156347.tif 000014
【図１３】
2005156347.tif 000015
【図１４】
2005156347.tif 000016