(57)【要約】  本発明は、供給電圧を受信する電圧供給インターフェースと、指紋パターン信号を外部回路構成に発信するセンサ通信インターフェースと、センサ接地電位が前記第１の電位である場合に第１の論理状態に対応し、センサ接地電位が前記第２の電位である場合に第１の論理状態とは異なる第２の論理状態に対応していると解釈される同期信号を受信する同期入力と、複数の感知素子であって、それぞれが感知構造を備える複数の感知素子とを備える指紋センサに関する。感知素子は、感知構造の電位が変調された指紋センサ接地電位の電位に追従するように構成され、感知素子からの感知信号のサンプリングのタイミングは同期信号の認識された状態推移に基づくものである。【選択図】図３
2018500052.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
指の指紋パターンを感知し、指紋パターンを示す指紋パターン信号を外部回路構成に発信する指紋センサであって、前記指紋センサは、
時変センサ接地電位を基準とする供給電圧を受信する電圧供給インターフェースであって、前記センサ接地電位は、前記外部回路構成及び前記指の基準電位である装置接地電位に対して比較的低い第１の電位と比較的高い第２の電位との間で変化する、電圧供給インターフェースと、
前記外部回路構成から信号を受信し、前記指紋パターン信号を前記外部回路構成に発信するセンサ通信インターフェースと、
前記外部回路構成から、前記装置接地電位に比較して実質的に一定の同期信号電位を示す同期信号を受信する同期入力であって、前記同期信号電位は、前記センサ接地電位が前記第１の電位である場合に第１の論理状態に対応し、前記センサ接地電位が前記第２の電位である場合に第１の論理状態とは異なる第２の論理状態に対応していると、前記指紋センサによって解釈されるほど充分に前記第２の電位に近い、同期入力と、
複数の感知素子であって、それぞれが
前記指が接触す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、
前記指と前記感知構造との間の電位差の変化に起因して前記感知構造が帯びる電荷に生じる変化を示す感知信号を発信する前記感知構造に接続される電荷増幅器とを備え、前記電荷増幅器は、
前記感知構造に接続される負の入力と、
前記時変センサ接地電位と比較して実質的に一定である感知素子基準電位に接続される正の入力と、
前記感知信号を発信する出力と、
前記負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、
前記正の入力及び負の入力と前記出力との間の少なくとも１つの増幅段とを備える、複数の感知素子において
前記電荷増幅器は、前記感知素子基準電位が前記指と前記感知構造との間の電位差の前記変化をもたらすことができるように前記負の入力での電位が前記正の入力での電位に実質的に追従するように構成される、複数の感知素子と、
前記同期入力と前記感知素子のそれぞれの電荷増幅器の出力とに接続される読み出し回路構成であって、前記感知素子のそれぞれによって発信される前記感知信号を、前記指紋センサによって認識される前記同期信号の前記第１の論理状態から前記第２の論理状態への推移又は前記第２の論理状態から前記第１の論理状態への推移に関係するサンプリング時間にサンプリングし、前記サンプリングした感知信号に基づいて前記指紋パターン信号を形成する、読み出し回路構成と、を備える指紋センサ。
【請求項２】
前記第１の電位及び前記第２の電位のいずれかが前記装置接地電位と実質的に等しい、請求項１に記載の指紋センサ。
【請求項３】
前記センサ通信インターフェースは、前記同期入力に接続される通信制御回路構成を備え、
前記同期信号が、前記装置接地電位と実質的に等しい前記センサ接地電位に対応する前記第１の論理状態及び前記第２の論理状態の一方にあると前記指紋センサによって解釈される場合に、センサ通信インターフェースを介した前記指紋センサと前記外部回路構成との間の通信を可能にし、
前記同期信号が前記第１の論理状態及び前記第２の論理状態の他方にあると前記指紋センサによって解釈される場合に、センサ通信インターフェースを介した前記指紋センサと前記外部回路構成との間の通信を回避する、請求項２に記載の指紋センサ。
【請求項４】
前記通信制御回路構成は、前記外部回路構成から信号を受信する少なくとも１つの通信入力を備え、
前記通信制御回路構成は、前記通信入力と前記同期入力とに接続される入力ゲート回路構成を備え、前記同期信号が、前記装置接地電位から逸脱する前記センサ接地電位に対応する前記第１の論理状態及び前記第２の論理状態のいずれかにあると前記指紋センサによって解釈される場合に、前記外部回路構成から前記通信入力に発信される信号が前記入力ゲート回路構成を通過するのを防ぐ、請求項３に記載の指紋センサ。
【請求項５】
前記通信制御回路構成は、指紋パターン信号を前記外部回路構成に発信する少なくとも１つの通信出力を備え、
前記通信制御回路構成は、前記読み出し回路構成と前記同期入力とに接続される出力ゲート回路構成を備え、前記同期信号が、前記装置接地電位から逸脱する前記センサ接地電位に対応する論理状態にあると前記指紋センサによって解釈される場合に、前記論理状態を表す出力信号を発信する、請求項３又は４に記載の指紋センサ。
【請求項６】
前記指紋センサはＳＰＩ（シリアル・ペリフェラル・インターフェース）スレーブであり、前記センサ通信インターフェースは、
シリアルクロック入力と、
マスター出力スレーブ入力と、
スレーブ選択入力と、
マスター入力スレーブ出力とを備えるＳＰＩポートである、請求項１から５のいずれか１項に記載の指紋センサ。
【請求項７】
前記読み出し回路構成は、前記同期信号が前記第１の論理状態及び前記第２の論理状態の一方であると前記指紋センサによって解釈される第１の時間と、前記第１の論理状態及び前記第２の論理状態の他方であると前記指紋センサによって解釈される第２の時間とに、前記感知信号をサンプリングするサンプリング回路構成を備える、請求項１から６のいずれか１項に記載の指紋センサ。
【請求項８】
前記電荷増幅器は、前記指紋センサによって認識される前記同期信号の前記第１の論理状態から前記第２の論理状態への前記推移又は前記第２の論理状態から前記第１の論理状態への前記推移に関係する時間に前記帰還コンデンサを均等化するリセット回路構成を備える、請求項１から７のいずれか１項に記載の指紋センサ。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の指紋センサと、
外部回路構成であって、その基準電位である装置接地電位に対して動作する外部回路構成であって、前記外部回路構成は、
前記指紋センサの電圧供給インターフェースに接続されるセンサ電圧供給出力であって、前記装置接地電位に対して経時変化する前記時変センサ接地電位及び時変センサ接地電位を基準とする前記供給電圧を供給するセンサ電圧供給出力と、
前記指紋センサのセンサ通信インターフェースに接続される外部通信インターフェースであって、前記指紋センサの動作を制御し、前記指紋センサから前記指紋パターン信号を受信する外部通信インターフェースと、
前記指紋センサの同期入力に接続され、前記装置接地電位と比較して実質的に一定の同期信号電位を示す前記同期信号を供給する同期信号出力であって、前記同期信号電位は、前記指紋センサによって、前記センサ接地電位が前記第１の電位である場合に論理「高」として解釈され、前記センサ接地電位が前記第２の電位である場合に論理「低」として解釈されるほど充分に前記第２の電位に近い、同期信号出力とを備える外部回路構成と、を備える指紋感知システム。
【請求項１０】
前記外部通信インターフェースは、前記センサ電圧供給出力に接続される通信制御回路構成を備え、
前記センサ接地電位が前記装置接地電位と実質的に等しい場合に前記外部通信インターフェースからの信号の出力を可能にし、
前記センサ接地電位が前記装置接地電位から逸脱する場合に前記外部通信インターフェースからの信号の出力を回避する、請求項９に記載の指紋感知システム。
【請求項１１】
請求項９又は１０に記載の指紋感知システムと、
処理回路構成であって、
指紋感知システムから前記指紋パターンの表示を取得し、
前記表示に基づいてユーザを認証し、
前記ユーザが前記表示に基づいて認証された場合のみ少なくとも１つのユーザ要求処理を実施するように構成された処理回路構成と、を備える電子装置。
【請求項１２】
複数の感知素子であって、それぞれが
前記指が接触す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、
前記指と前記感知構造との間の電位差の変化に起因して前記感知構造が帯びる電荷に生じる変化を示す感知信号を発信する前記感知構造に接続される電荷増幅器とを備え、前記電荷増幅器は、
前記感知構造に接続される負の入力と、
センサ接地電位と比較して実質的に一定である感知素子基準電位に接続される正の入力と、
前記感知信号を発信する出力と、
前記負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、
前記正の入力及び負の入力と前記出力との間の少なくとも１つの増幅段とを備える、複数の感知素子において、
前記電荷増幅器は、前記感知素子基準電位が前記指と前記感知構造との間の電位差の前記変化をもたらすことができるように前記負の入力での電位が前記正の入力での電位に実質的に追従するように構成される、複数の感知素子と、
前記感知素子のそれぞれの電荷増幅器の出力に接続される読み出し回路構成であって、前記感知素子のそれぞれによって発信される前記感知信号をサンプリングし、前記サンプリングした感知信号に基づいて前記指紋パターン信号を形成する、読み出し回路構成と、を備える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、
前記方法は、
前記指紋センサに、前記指紋センサに接続される外部回路構成及び前記指の基準電位である装置接地電位に対して比較的低い第１の電位と比較的高い第２の電位との間で変化する時変センサ接地電位と、前記センサ接地電位を基準とする供給電圧とを供給する工程と、
前記指紋センサに、前記装置接地電位に対して実質的に一定の同期信号を発信する工程と、
前記指紋センサによって、前記同期信号は、前記センサ接地電位が前記第１の電位にある場合に第１の論理状態にあり、前記センサ接地電位が前記第２の電位にある場合に第１の論理状態と異なる第２の論理状態にあると解釈する工程と、
前記読み出し回路構成によって、前記感知素子のそれぞれによって発信される前記感知信号を、前記指紋センサによって認識される前記同期信号の前記第１の論理状態から前記第２の論理状態への推移又は前記第２の論理状態から前記第１の論理状態への推移に関係するサンプリング時間にサンプリングする工程と、
前記サンプリングした感知信号に基づいて前記指紋パターン信号を形成する工程と、を備える方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、指紋センサ、指紋感知システムに関するとともに指紋パターンを感知する方法に関する。
【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】
（例えば静電容量式、光学式、熱式のような）様々に利用可能な指紋感知原理の中でも、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】
あらゆる静電容量指紋センサは、いくつかの感知構造と、指紋センサの表面に置かれるか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】
いくつかの静電容量指紋センサは、感知構造と指との間の静電容量を受動的に読み取る。しかし、これには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る。このため、そのようなセンサは引っかき傷及び／又はＥＳＤ（静電放電）に対していくらか敏感になる。
【０００７】
米国特許ＵＳ７８６４９９２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が帯び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】
米国特許ＵＳ２０１３／０２７１４２２に開示された別の取り組みによると、指紋センサチップ接地電位は、指紋センサチップが発するクロック信号に従って変調され、センサチップとの通信がレベル変換器を介して実施される。
【０００９】
標準的なＣＭＯＳ技術で作成可能であり、変調された指紋センサ接地電位を有し、これまでのものに代わる指紋感知システムを提供し、それによりさらに費用効率の高い解決が可能となることが望まれている。
【発明の概要】
【００１０】
上記の欠点をはじめとする従来技術の欠点に鑑みて、本発明の目的は、指紋センサを向上させ、変調された指紋センサ基準電位を有し、さらに費用効果の高い指紋感知システムを提供することである。
【００１１】
このため、本発明の第１の態様によれば、指の指紋パターンを感知し、指紋パターンを示す指紋パターン信号を外部回路構成に発信する指紋センサが提供される。前記指紋センサは、時変センサ接地電位を基準とする供給電圧を受信する電圧供給インターフェースであって、前記センサ接地電位は、前記外部回路構成及び前記指の基準電位である装置接地電位に対して比較的低い第１の電位と比較的高い第２の電位との間で変化する、電圧供給インターフェースと、前記外部回路構成から信号を受信し、前記指紋パターン信号を前記外部回路構成に発信するセンサ通信インターフェースと、前記外部回路構成から、前記装置接地電位と比較して実質的に一定の同期信号電位を示す同期信号を受信する同期入力であって、前記同期信号電位は、前記センサ接地電位が前記第１の電位である場合に第１の論理状態に対応し、前記センサ接地電位が前記第２の電位である場合に第１の論理状態とは異なる第２の論理状態に対応していると、前記指紋センサによって解釈されるほど充分に前記第２の電位に近い、同期入力と、複数の感知素子であって、それぞれが前記指が接触す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、前記指と前記感知構造との間の電位差の変化に起因して前記感知構造が帯びる電荷に生じる変化を示す感知信号を発信する前記感知構造に接続される電荷増幅器とを備え、前記電荷増幅器は、前記感知構造に接続される負の入力と、前記時変センサ接地電位と比較して実質的に一定である感知素子基準電位に接続される正の入力と、前記感知信号を発信する出力と、前記負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、前記正の入力及び負の入力と前記出力との間の少なくとも１つの増幅段とを備える、複数の感知素子において前記電荷増幅器は、前記感知素子基準電位が前記指と前記感知構造との間の電位差の前記変化をもたらすことができるように前記負の入力での電位が前記正の入力での電位に実質的に追従するように構成される、複数の感知素子と、前記同期入力と前記感知素子のそれぞれの電荷増幅器の出力とに接続される読み出し回路構成であって、前記感知素子のそれぞれによって発信される前記感知信号を、前記指紋センサによって認識される前記同期信号の前記第１の論理状態から前記第２の論理状態への推移又は前記第２の論理状態から前記第１の論理状態への推移に関係するサンプリング時間にサンプリングし、前記サンプリングした感知信号に基づいて前記指紋パターン信号を形成する、読み出し回路構成と、を備える。
【００１２】
読み出し回路構成は、アナログ信号をデジタル信号に変換する回路構成を含んでもよい。このような回路構成は少なくとも１つのアナログ・デジタル変換器回路を含んでもよい。このため、このような実施形態では、指紋センサは指紋パターン信号をデジタル信号として発信してもよい。
【００１３】
実施形態では、比較的低い第１の電位は装置接地電位と実質的に等しくてもよく、比較的高い第２の電位は外部回路構成の入力値／出力値（Ｉ／Ｏ値）が３．３Ｖ又は１．８Ｖ等である供給電圧と実質的等しくてもよい。別の実施形態では、比較的高い第２の電位は装置接地電位と実質的に等しくてもよく、比較的低い第１の電位は（装置接地電位に対して）負の電位、例えば−３．３Ｖ又は−１．８Ｖ等であってもよい。
【００１４】
「第１の論理状態」は論理「低」（即ち、‘０’）又は論理「高」（即ち、‘１’）であってもよく、「第２の論理状態」はその反対、即ち、論理「高」（即ち、‘１’）又は論理「低」（即ち、‘０’）であってもよい。
【００１５】
電荷増幅器は負の入力での電荷を出力での電圧に変換する。電荷増幅器のゲインは帰還コンデンサの静電容量によって決まる。
【００１６】
電荷増幅器が負の入力での電位が正の入力での電位に実質的に追従するように構成されていることは、正の入力での電位の変化が負の入力での電位に実質的に対応する変化をもたらすことを意味すると理解する必要がある。電荷増幅器の実際の構成に応じて、負の入力での電位は正の入力での電位と実質的に同一であってもよく、あるいは、正の入力と負の入力との間に実質的に一定の電位差があってもよい。例えば、電荷増幅器が１段増幅器として構成されている場合、電位差は１段増幅器のトランジスタのゲート・ソース電圧であってもよい。
【００１７】
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ている必要はなく、出力と帰還コンデンサとの間に追加回路構成があってもよい。この回路構成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。
【００１８】
感知構造は、有利なことには、金属板の形態で設けられ、感知構造（感知板）と指表面の一部と保護被覆（と指表面の一部と保護被覆との間に部分的に存在する可能性のある空気）とによって一種の平行板コンデンサが形成されてもよい。
【００１９】
保護被覆は、有利なことには、指紋感知装置の下部構造体を摩耗及び断裂のほかＥＳＤから防御するために厚さが少なくとも２０μｍであってもよく、絶縁耐力が高くてもよい。さらにいっそう有利なことには、保護被覆は厚さが少なくとも５０μｍであってもよい。実施形態では、保護被覆は厚さが数百μｍであってもよい。
【００２０】
本発明は、レベルシフタも、指紋センサと指紋センサを含む電子装置の他の部品との間の他のアナログ回路構成も備えずに、（外部装置接地電位に対して）変調された指紋センサ接地電位を有する指紋センサを提供することが望まれるであろうという認識に基づくものである。
【００２１】
本発明の発明者は、これが、指紋センサの外部で指紋感知のタイミングを決定し、（装置接地電位と比較して）変調される指紋センサ接地電位に応じて異なる論理状態にあると指紋センサによって解釈される同期信号を用いて、指紋センサの動作を同期させることによって達成されることをさらに認識している。
【００２２】
これは、指紋センサと連動できるようにするのにレベルシフタが必要ないことを意味する。これはまた、指紋センサとの通信を処理するのに用いられる外部回路構成は、「正常な」Ｉ／Ｏ値による標準デジタル処理を用いて実現可能であることを意味する。これは、開発の費用（及び時間）を少なくとも削減し、機能性の追加又は向上がみられる可能性のある外部回路構成の新バージョンを比較的低い費用及び比較的短いリードタイムで製造できる。
【００２３】
本発明の種々の実施形態によれば、前記センサ通信インターフェースは、有利なことには、前記同期入力に接続される通信制御回路構成を備えてもよく、前記同期信号が、前記装置接地電位と実質的に等しい前記センサ接地電位に対応する前記第１の論理状態及び前記第２の論理状態の一方にあると前記指紋センサによって解釈される場合に、センサ通信インターフェースを介した前記指紋センサと前記外部回路構成との間の通信を可能にし、前記同期信号が、前記装置接地電位から逸脱する前記センサ接地電位に対応する前記第１の論理状態及び前記第２の論理状態の他方にあると前記指紋センサによって解釈される場合に、センサ通信インターフェースを介した前記指紋センサと前記外部回路構成との間の通信を回避する。
【００２４】
これにより、同期信号は、指紋センサと外部回路構成との間の通信が指紋センサ接地電位が装置接地電位と実質的に等しいときにのみ発生することを確実にするために用いることができる。これは、変調された指紋センサ接地電位のために信号が誤って解釈されることがないようにする。
【００２５】
さらに、前記通信制御回路構成は、有利なことには、前記外部回路構成から信号を受信する少なくとも１つの通信入力を備えてもよく、前記通信制御回路構成は、前記通信入力と前記同期入力とに接続される入力ゲート回路構成を備えてもよく、前記同期信号が、前記装置接地電位から逸脱する前記センサ接地電位に対応する前記第１の論理状態及び前記第２の論理状態のいずれかにあると前記指紋センサによって解釈される場合に、前記外部回路構成から前記通信入力に発信される信号が前記入力ゲート回路構成を通過するのを防ぐ。少なくとも１つの通信入力は少なくとも１つの専用通信入力であってもよい。
【００２６】
同期信号によって制御される入力ゲート回路構成を設けることによって、指紋センサ接地電位が装置接地電位から逸脱するときに、外部回路構成からの信号が入力ゲート回路構成を通過することができないことを確実にすることができる。指紋センサ接地電位が装置接地電位と実質的に等しいときに、外部回路構成からの信号は入力ゲート回路構成を通過することができる。
【００２７】
入力ゲート回路構成は、指紋センサによって解釈されたときの同期信号の論理状態（高又は低など）に基づいて、信号が入力ゲート回路構成を通過することの許可又は回避を制御できるものであればいかなる回路構成であってもよい。入力ゲート回路構成はさらに、同期入力に直接接続されてもよく、同期入力と入力ゲート回路構成との間に追加回路構成があってもよい。実際の導入状況に応じて、入力ゲート回路構成は、例えば、論理ゲート、各種論理ゲートの組み合わせ（ＡＮＤ、ＯＲ、ＮＡＮＤ、ＸＯＲ等）又は三状態論理を用いて実現してもよい。
【００２８】
例えば、指紋センサ接地電位が装置接地電位に対して０Ｖと＋３．３Ｖとの間で変調され、同期信号が装置接地電位に対して約＋３．３Ｖに一定に維持される場合、同期信号は、指紋センサ接地電位が０Ｖであるときに論理「高」（‘１’）であると指紋センサによって解釈され、指紋センサ接地電位が＋３．３Ｖであるときに論理「低」（‘０’）であると解釈されるであろう。この場合、いかなる入力信号も同期信号が論理「高」（‘１’）であるときにのみ入力ゲート回路構成を通過することができる。これは、例えば、同期信号の論理ＡＮＤ演算を実施するように入力ゲート回路構成を構成し、通信入力での信号を構成することによって達成することができる。例えば、入力ゲート回路構成はＡＮＤゲートを備えてもよい。
【００２９】
さらに、種々の実施形態によれば、前記通信制御回路構成は、指紋パターン信号を前記外部回路構成に発信する少なくとも１つの通信出力を備えてもよく、前記通信制御回路構成は、前記読み出し回路構成と前記同期入力とに接続される出力ゲート回路構成を備えてもよく、前記同期信号が、前記装置接地電位から逸脱する前記センサ接地電位に対応する論理状態にあると前記指紋センサによって解釈される場合に、前記論理状態を表す出力信号を発信する。前記通信出力は専用の通信出力であってもよい。
【００３０】
指紋センサ接地電位は装置接地電位に対して変調されるため、指紋センサの信号レベルが装置接地電位に対して高く（低く）なりすぎると、外部回路構成はそのような信号レベルにさらされた場合に損傷する可能性がある。
【００３１】
例えば、指紋センサ接地電位が装置接地電位に対して０Ｖと＋３．３Ｖとの間で変調され、指紋センサへの供給電圧が３．３Ｖである場合、指紋センサの信号レベルは時間の経過とともに装置接地電位に対して０Ｖと＋６．６Ｖとの間で変化するであろう。このため、この例では、指紋センサ接地電位が装置接地電位に対して＋３．３Ｖであるときには、指紋センサの通信出力は、装置接地電位に対する＋３．３Ｖに対応して、「低」に維持される必要がある。
【００３２】
この第１の例では、同期信号は装置接地電位に対して実質的に一定の電位、約＋３．３Ｖに維持してもよい。これは、センサ接地電位が装置接地電位から逸脱する場合に、同期信号が論理「低」（即ち、‘０’）であると指紋センサによって解釈されるであろうことを意味する。
【００３３】
この例では、センサ接地電位が装置接地電位から逸脱する場合に、出力ゲート回路構成からの出力信号が論理「低」である（同期信号と同じ）ことを確実にすることによって、指紋センサの通信出力での電位が＋３．３Ｖを超えないであろう。
【００３４】
例えば、指紋センサ接地電位が装置接地電位に対して−３．３Ｖと０Ｖとの間で変調され、指紋センサへの供給電圧が３．３Ｖである場合、指紋センサの信号レベルは時間の経過とともに装置接地電位に対して−３．３Ｖと＋３．３Ｖとの間で変化するであろう。このため、この例では、指紋センサ接地電位が装置接地電位に対して−３．３Ｖであるときには、指紋センサの通信出力は、装置接地電位に対する０Ｖに対応して、「高」に維持される必要がある。
【００３５】
この第２の例では、同期信号は装置接地電位に対して実質的に一定の電位、約０Ｖに維持してもよい。これは、センサ接地電位が装置接地電位から逸脱する場合に、同期信号が論理「高」（即ち、‘１’）であると指紋センサによって解釈されるであろうことを意味する。
【００３６】
この例では、センサ接地電位が装置接地電位から逸脱する場合に、出力ゲート回路構成からの出力信号が論理「高」である（同期信号と同じ）ことを確実にすることによって、指紋センサの通信出力での電位が０Ｖを下回らないであろう。
【００３７】
出力ゲート回路構成は、センサ接地電位が装置接地電位から逸脱する場合に指紋センサによって解釈される同期信号の論理状態を示す出力信号の供給を制御できるものであれば、いかなる回路構成であってもよい。
【００３８】
出力ゲート回路構成はさらに、同期入力に直接接続されてもよく、同期入力と出力ゲート回路構成との間に追加回路構成があってもよい。実際の導入状況に応じて、出力ゲート回路構成は、例えば、論理ゲート、各種論理ゲートの組み合わせ（ＡＮＤ、ＯＲ、ＮＡＮＤ、ＸＯＲ等）又は三状態論理を用いて実現してもよい。
【００３９】
種々の実施形態によれば、前記指紋センサはＳＰＩ（シリアル・ペリフェラル・インターフェース）スレーブであってもよく、前記センサ通信インターフェースは、シリアルクロック入力（ＳＣＬＫ）と、マスター出力スレーブ入力（ＭＯＳＩ）と、スレーブ選択入力（ＣＳ）と、マスター入力スレーブ出力（ＭＩＳＯ）とを備えるＳＰＩポートであってもよい。
【００４０】
このような実施形態では、上記の入力ゲート回路構成はシリアルクロック入力、マスター出力スレーブ入力及びスレーブ選択入力に対して実装してもよく、上記の出力ゲート回路構成はマスター入力スレーブ出力に対して実装してもよい。
【００４１】
さらに、種々の実施形態によれば、前記読み出し回路構成は、前記同期信号が前記第１の論理状態及び前記第２の論理状態の一方にあると前記指紋センサによって解釈される第１の時間と、前記同期信号が前記第１の論理状態及び前記第２の論理状態の他方にあると前記指紋センサによって解釈される第２の時間とに、前記感知信号をサンプリングするサンプリング回路構成を備えてもよい。
【００４２】
第１及び第２のサンプリング時間に感知信号をサンプリングする方法は、相関二重サンプリングと一般に呼ばれ、オフセットの大部分のほか、指紋センサがさらされる可能性のある同相モードノイズの少なくとも低周波成分を除去する。
【００４３】
さらに、前記電荷増幅器は、前記指紋センサによって認識される前記同期信号の前記第１の論理状態から前記第２の論理状態への前記推移又は前記第２の論理状態から前記第１の論理状態への前記推移に関係する時間に前記帰還コンデンサを均等化するリセット回路構成を備えてもよい。
【００４４】
本発明の種々の実施形態による指紋センサは、有利なことには、指紋感知システムに含まれてもよい。指紋感知システムは、外部回路構成であって、その基準電位である装置接地電位に対して動作する外部回路構成であって、前記外部回路構成は、前記指紋センサの電圧供給インターフェースに接続されるセンサ電圧供給出力であって、前記装置接地電位に対して経時変化する前記時変センサ接地電位及び時変センサ接地電位を基準とする前記供給電圧を供給するセンサ電圧供給出力と、前記指紋センサのセンサ通信インターフェースに接続される外部通信インターフェースであって、前記指紋センサの動作を制御し、前記指紋センサから前記指紋パターン信号を受信する外部通信インターフェースと、前記指紋センサの同期入力に接続され、上記の同期信号を指紋センサに供給する同期信号出力とを備える外部回路構成、をさらに備える。前記同期信号は、前記装置接地電位と比較して実質的に一定の同期信号電位を示してもよく、前記同期信号電位は、前記指紋センサによって、前記センサ接地電位が前記第１の電位である場合に論理「高」として解釈され、前記センサ接地電位が前記第２の電位である場合に論理「低」として解釈されるほど充分に前記第２の電位に近い。これとは別に、同期信号は、同期信号電位がセンサ接地電位と上記のような関係にある限り、装置設置電位に対して変調されてもよい。
【００４５】
「外部回路構成」は、指紋センサと電子装置の他の部品との間のインターフェースを提供する回路構成と相互作用してもよい。これとは別に、外部装置は、指紋センサシステムが含まれる可能性のある電子装置の他の部品の動作を制御する処理回路構成に実装されてもよい。
【００４６】
同期信号出力は、例えば、装置接地電位を基準とする定電圧源であってもよい。
【００４７】
センサ電圧供給出力は、装置接地電位に対して経時変化する時変センサ接地電位を指紋センサの低電位入力に直接提供してもよい。これとは別に、センサ電圧供給出力は、時変電位を指紋センサの高電位入力に直接提供してもよく、外部回路構成は、指紋センサの高電位入力と低電位入力との間の電位差を実質的に一定に保つ１つ又はいくつかの部品を備えてもよい。これは、例えば、適切なコンデンサを用いて達成されてもよい。
【００４８】
種々の実施形態によれば、前記外部通信インターフェースは、有利なことには、前記センサ電圧供給出力に接続される通信制御回路構成を備え、前記センサ接地電位が前記装置接地電位と実質的に等しい場合に前記外部通信インターフェースからの信号の出力を可能にし、前記センサ接地電位が前記装置接地電位から逸脱する場合に前記外部通信インターフェースからの信号の出力を回避してもよい。
【００４９】
さらに、本発明の実施形態による指紋感知システムは、有利なことには、電子装置に含まれてもよい。電子装置は、処理回路構成であって、指紋感知システムから前記指紋パターンの表示を取得し、前記表示に基づいてユーザを認証し、前記ユーザが前記表示に基づいて認証された場合のみ少なくとも１つのユーザ要求処理を実施するように構成された処理回路構成をさらに備える。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、コンピュータ又は時計などの装着型電子部品であってもよい。
【００５０】
本発明の第２の態様によれば、複数の感知素子であって、それぞれが前記指が接触す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、前記指と前記感知構造との間の電位差の変化に起因して前記感知構造が帯びる電荷に生じる変化を示す感知信号を発信する前記感知構造に接続される電荷増幅器とを備え、前記電荷増幅器は、前記感知構造に接続される負の入力と、センサ接地電位と比較して実質的に一定である感知素子基準電位に接続される正の入力と、前記感知信号を発信する出力と、前記負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、前記正の入力及び負の入力と前記出力との間の少なくとも１つの増幅段とを備える、複数の感知素子において、前記電荷増幅器は、前記感知素子基準電位が前記指と前記感知構造との間の電位差の前記変化をもたらすことができるように前記負の入力での電位が前記正の入力での電位に実質的に追従するように構成される、複数の感知素子と、前記感知素子のそれぞれの電荷増幅器の出力に接続される読み出し回路構成であって、前記感知素子のそれぞれによって発信される前記感知信号をサンプリングし、前記サンプリングした感知信号に基づいて前記指紋パターン信号を形成する、読み出し回路構成と、を備える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。前記方法は、前記指紋センサに、前記指紋センサに接続される外部回路構成及び前記指の基準電位である装置接地電位に対して比較的低い第１の電位と比較的高い第２の電位との間で変化する時変センサ接地電位と、前記センサ接地電位を基準とする供給電圧とを供給する工程と、前記指紋センサに、同期信号を発信する工程と、前記指紋センサによって、前記同期信号は、前記センサ接地電位が前記第１の電位にある場合に第１の論理状態にあり、前記センサ接地電位が前記第２の電位にある場合に第１の論理状態と異なる第２の論理状態にあると解釈する工程と、前記読み出し回路構成によって、前記感知素子のそれぞれによって発信される前記感知信号を、前記指紋センサによって認識される前記同期信号の前記第１の論理状態から前記第２の論理状態への推移又は前記第２の論理状態から前記第１の論理状態への推移に関係するサンプリング時間にサンプリングする工程と、前記サンプリングした感知信号に基づいて前記指紋パターン信号を形成する工程と、を備える。
【００５１】
同期信号は、有利なことには、装置接地電位に対して実質的に一定の電位を示してもよい。
【００５２】
本発明のこれ以外の実施形態及び本発明の第２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部分類似している。
【００５３】
要約すれば、本発明は、供給電圧を受信する電圧供給インターフェースと、指紋パターン信号を外部回路構成に発信するセンサ通信インターフェースと、センサ接地電位が第１の電位である場合に第１の論理状態に対応し、センサ接地電位が第２の電位である場合に第１の論理状態とは異なる第２の論理状態に対応していると解釈される同期信号を受信する同期入力と、それぞれが感知構造を備える複数の感知素子と、を備える指紋センサに関する。感知素子は、感知構造の電位が、変調された指紋センサ接地電位の電位に追従し、感知素子から感知信号をサンプリングするタイミングが同期信号の認識された状態推移に基づくものであるように構成される。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
上記の態様をはじめとする本発明の態様を、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、さらに詳細に以下に説明する。
【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模式図。
【図２】指紋センサ及び外部回路構成を備える図１の指紋感知システムの模式図。
【図３】図２の指紋感知システムの概略ブロック図。
【図４ａ】装置接地電位に対する指紋センサ接地電位及び装置接地電位に対する指紋センサ接地電位の第１の例示的変調のための異なる時間での同期信号の論理状態を概略的に示す模式図。
【図４ｂ】装置接地電位に対する指紋センサ接地電位及び装置接地電位に対する指紋センサ接地電位の第１の例示的変調のための異なる時間での同期信号の論理状態を概略的に示す模式図。
【図５ａ】装置接地電位に対する指紋センサ接地電位及び装置接地電位に対する指紋センサ接地電位の第２の例示的変調のための異なる時間での同期信号の論理状態を概略的に示す模式図。
【図５ｂ】装置接地電位に対する指紋センサ接地電位及び装置接地電位に対する指紋センサ接地電位の第２の例示的変調のための異なる時間での同期信号の論理状態を概略的に示す模式図。
【図６】外部回路構成から受信した同期信号を用いる図３の指紋センサの感知素子及び読み出し回路構成の制御を概略的に示す模式図。
【図７ａ】指紋センサ接地電位と感知素子による感知信号出力との関係のほか、例示的サンプリング時間を概略的に示すグラフ。
【図７ｂ】指紋センサ接地電位と感知素子による感知信号出力との関係のほか、例示的サンプリング時間を概略的に示すグラフ。
【図８ａ】図２の指紋センサの概略部分断面図。
【図８ｂ】指紋センサに含まれる感知素子の例示的構造配置をさらに詳細に概略的に示す、図８ａの断面図の一部を拡大した図。
【発明を実施するための形態】
【００５５】
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、指紋センサと、装置接地電位に対するセンサ接地電位を変調するとともに指紋センサと指紋感知システムが含まれる電子装置に含まれる処理回路構成との間の通信を処理するインターフェース回路構成と、を含む指紋感知システムを参照して主に説明される。さらに、指紋センサは、静止した指から指紋表示を取得するよう寸法設定され構成されるタッチセンサとして図示される。
【００５６】
なお、このことは、決して本発明の範囲を限定せず、例えば、装置接地電位に対するセンサ接地電位を変調し、指紋センサとの通信を処理する回路構成が電子装置の処理回路構成に含まれる指紋感知システムを含んでもよい。動く指から指紋表示を取得するための、いわゆるスワイプセンサ（またはラインセンサ）のような他のセンサ構成もまた、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。
【００５７】
図１は、本発明の例示的実施形態による指紋感知システムの適用例を指紋感知システム２が組み込まれた携帯電話１の形態で概略的に示す。指紋感知システム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。
【００５８】
図２は、図１の携帯電話１に含まれる指紋感知システム２を概略的に示す。図２からわかるように、指紋感知システム２は、指紋センサ３とインターフェース回路構成４とを備える。指紋センサ３及びインターフェース回路構成４は同一の基板５上に配置され、保護被覆６に覆われている。例えば、指紋センサ３及びインターフェース回路構成４は、電子機器包装産業で用いられる適正なポリマーによって外側を被覆されてもよい。
【００５９】
指紋センサ３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に備えられる感知構造（天板）と、指紋センサ３の上面に接触する指の表面との距離を感知するよう制御可能である。
【００６０】
図２の指紋センサ３は、有利なことに、ＣＭＯＳ技術を用いて製造されてもよいが、他の技術及び手法もまた実施可能であってもよい。例えば、指紋センサ３を製造するのに必要な処理工程のいくつか又は全てに、絶縁基板が用いられたり、及び／又は、薄膜技術が利用されてもよい。
【００６１】
図２の指紋感知システム２の概略ブロック図である図３を参照すると、指紋センサ３は、電圧供給インターフェース１０、センサ通信インターフェース１１、同期入力１２、複数の感知素子８及び読み出し回路構成１３を備える。
【００６２】
図３に概略的に図示されるように、電圧供給インターフェース１０は、第１の入力１４及び第２の入力１５を備える。第１の入力１４は、インターフェース回路構成４に接続され、装置接地電位ＤＧＮＤに対して経時変化する時変センサ接地電位ＳＧＮＤを受信する。第２の入力１５は、第１の入力１４と第２の入力１５との間の定電位差（供給電圧）を実質的に維持するように構成された電圧供給回路構成に接続される。ここに図示された例では、電圧供給回路構成はダイオード１６とコンデンサ１７を備える。ダイオード１６は装置接地電位ＤＧＮＤに対して一定である「高」電位と第２の入力１５との間に接続され、コンデンサ１７は第１の入力１４と第２の入力１５との間に接続される。
【００６３】
図３に図示される指紋感知システム２の例では、ＡＣ電源１８は、装置接地電位ＤＧＮＤに対して比較的低い第１の電位（ここでは０Ｖ）と比較的高い第２の電位（ここでは３．３Ｖ）との間を交互に入れ替わる矩形波信号を発生させる。この矩形波信号は、指紋センサ３の第１の入力１４にセンサ接地電位ＳＧＮＤとして送られ、これにより比較的低い第１の電位（０Ｖ）と比較的高い第２の電位（３．３Ｖ）との間を交互に入れ替わる。
【００６４】
第１の入力１４での電位が０Ｖである場合、第２の入力１５での電位は、ダイオード１６を介した一定の「高」電位（図２では３．３Ｖ）との接続によって３．３Ｖに維持される。第１の入力１４での電位が３．３Ｖである場合、ダイオード１６は電流が第２の入力１５から流出するのを防ぎ、第２の入力１５での電位は、第１の入力１４と第２の入力１５との間の電位差を３．３Ｖで実質的に一定に維持するコンデンサ１７によって（装置接地電位ＤＧＮＤに対して）６．６Ｖまで上昇させられる。
【００６５】
なお、装置接地電位ＤＧＮＤは、インターフェース回路構成４と、指紋センサ３の上面に置かれた指とに対する基準電位であるほか、指紋感知システム２が含まれる電子装置１に対する基準電位である。
【００６６】
図３の指紋感知システム２の例では、センサ通信インターフェース１１は、シリアルクロック入力（ＳＣＫ）２０、マスター出力スレーブ入力（ＭＯＳＩ）２１、スレーブ選択入力（ＣＳ）２２及びマスター入力スレーブ出力（ＭＩＳＯ）２３を備える簡略化されたＳＰＩ（シリアル・ペリフェラル・インターフェース）ポートとして図示される。
【００６７】
同期入力１２は、装置接地電位ＤＧＮＤに対する定電位（ここでは３．３Ｖ）に接続されるため、装置接地電位ＤＧＮＤと比較して実質的に一定の同期信号電位を示す同期信号ＳＹＮＣを受信する。センサ接地電位ＳＧＮＤは装置接地電位ＤＧＮＤに対して０Ｖと３．３Ｖとの間で交互に入れ替わるため、同期信号電位はセンサ接地電位ＳＧＮＤに対して＋３．３Ｖと０Ｖとの間で交互に入れ替わるであろう。これにより、指紋センサ３によって、同期信号ＳＹＮＣは、センサ接地電位ＳＧＮＤが装置接地電位ＤＧＮＤに対して０Ｖである場合には第１の論理状態（高、‘１’）に対応すると解釈され、センサ接地電位ＳＧＮＤが装置接地電位ＤＧＮＤに対して３．３Ｖである場合には第２の論理状態（低、‘０’）に対応すると解釈される。
【００６８】
装置接地電位ＤＧＮＤがセンサ接地電位ＳＧＮＤの第１の比較的低い電位に実質的に等しい状態にあるこの場合は、図４ａ及び図４ｂに概略的に図示される。図４ａは装置接地電位ＤＧＮＤに対するセンサ接地電位ＳＧＮＤを時間の関数として概略的に示す。図４ｂは装置接地電位ＤＧＮＤに対する同期信号電位ＳＹＮＣを時間の関数として概略的に示す。図４ｂではこのほか、指紋センサ３によって同期信号が装置接地電位ＤＧＮＤに対するセンサ接地電位ＳＧＮＤに応じてどのように解釈されるかが示されている。
【００６９】
装置接地電位ＤＧＮＤがセンサ接地電位ＳＧＮＤの第２の比較的高い電位に実質的に等しい状態にある別の場合は、図５ａ及び図５ｂに概略的に示される。図５ａは装置接地電位ＤＧＮＤに対するセンサ接地電位ＳＧＮＤを時間の関数として概略的に示す。図５ｂは装置接地電位ＤＧＮＤに対する同期信号電位ＳＹＮＣを時間の関数として概略的に示す。図５ｂではこのほか、指紋センサ３によって同期信号が装置接地電位ＤＧＮＤに対するセンサ接地電位ＳＧＮＤに応じてどのように解釈されるかが示されている。
【００７０】
再び図３を参照すると、センサ通信インターフェース１１は、指紋センサ３とインターフェース回路構成４との間の通信を制御する通信制御回路構成を備える。図３に図示される例示的構成では、通信制御回路構成は、指紋センサ３に入力される信号を制御する入力ゲート回路構成と、指紋センサ３によって出力される信号を制御する出力ゲート回路構成を備える。
【００７１】
図３を参照すると、入力ゲート回路構成２５がスレーブ選択入力２２と同期入力１２に接続される。入力ゲート回路構成２５は、同期信号が指紋センサによって論理「高」であると解釈される場合、即ち、センサ接地電位が０Ｖである場合に、スレーブ選択入力２２での入力信号が入力ゲート回路構成２５を通過することだけを可能にするであろう。入力ゲート回路構成は、例えば、１つの論理ゲートかいくつかの論理ゲート、あるいはいわゆる三状態論理を用いて実現されてもよい。
【００７２】
再び図３を参照すると、出力ゲート回路構成２６が読み出し回路構成１３に（図３に図示しないＳＰＩコントローラを介して）接続されるとともに同期入力に接続される。出力ゲート回路構成２６は、同期信号が‘０’である場合に出力を‘０’に維持すること（装置接地電位ＤＧＮＤに対してセンサ接地電位ＳＧＮＤが３．３Ｖである場合に対応）によって出力２３での電位が装置接地電位ＤＧＮＤに対して実質的に３．３Ｖを超えないことを確実にするであろう。出力ゲート回路構成は、例えば、１つの論理ゲートかいくつかの論理ゲート、あるいはいわゆる三状態論理を用いて実現されてもよい。図３では、出力ゲート回路構成は三状態バッファ２６として概略的に図示される。
【００７３】
図３に概略的に示されるように、インターフェース回路構成４は、センサ電圧供給出力３０と外部通信インターフェース３１を備える。上記のセンサ通信インターフェース１１に対応して、外部通信インターフェース３１は、シリアルクロック出力３２、ＭＯＳＩ出力３３、ＣＳ出力３４及びＭＩＳＯ入力３５を備える。
【００７４】
図３に示すように、外部通信インターフェース３１は、図３の例示的実施形態では、センサ接地電位ＳＧＮＤが少なくとも実質的に装置接地電位ＤＧＮＤに等しい場合に信号が指紋センサ３のセンサ通信インターフェース１１に送られるだけであることを確実にするために、ＮＡＮＤゲート３６、３７及び３８を含む通信制御回路構成をさらに備える。なお、ＮＡＮＤゲート３６、３７及び３９は適切な回路構成の例に過ぎず、１つ以上のＮＡＮＤゲート３６、３７及び３８に代わって、センサ接地電位ＳＧＮＤが少なくとも実質的に装置接地電位ＤＧＮＤに等しい場合に指紋センサ３のセンサ通信インターフェース１１に送信するだけの所望の機能を発揮する他の回路構成を用いることは当業者にとって容易なことである。
【００７５】
図３では、同期入力１２が感知素子８と、感知及びサンプリングのタイミングを制御する読み出し回路構成１３とに追加的に接続されることが概略的に示され、さらに詳細については図６を参照して以下に説明する。
【００７６】
図６は、図２及び図３の感知素子８の構成を概略的に示す部分と回路構成を概略的に示す部分を混合したものであり、さらに図３の読み出し回路構成１３を概略的に示す。
【００７７】
図６を参照すると、感知素子８は、指４０（図６は指紋の単一隆線の断面を概略的に示す）が触れる保護誘電最上層６、導電性感知構造（板）４１及び電荷増幅器４２を備える。電荷増幅器４２は、負の入力４３、正の入力４４、出力４５、帰還コンデンサ４６及び増幅器４７を備える。
【００７８】
負の入力４３は感知構造（板）４１に接続され、正の入力４４はセンサ接地電位ＳＧＮＤに接続され、出力４５は読み出し回路構成１３に接続される。
【００７９】
帰還コンデンサ４６は負の入力４３と出力４５との間に接続され、電荷増幅器４２の増幅を規定する。
【００８０】
電荷増幅器は負の入力での電位が正の入力での電位に実質的に追従する（いわゆる仮想接地）ように構成されるため、感知構造（板）４１での電位はセンサ接地電位ＳＧＮＤに実質的に追従するであろう。指４０の電位は（例えば、電子装置とユーザの手との間の電気的接続を介して）装置接地電位ＤＧＮＤに対して実質的に一定であるため、装置接地電位ＤＧＮＤに対するセンサ接地電位ＳＧＮＤの経時変化により指４０と感知構造４１との間の電位差に変化が生じ、次に、指４０と感知構造（板）４１との間の容量結合を示す感知構造４１が帯びる電荷に変化が生じる。電荷増幅器４２の出力４５で供給される感知信号Ｖｏｕｔは、感知構造４１が帯びる電荷の変化を示すようになるため、指４０と感知構造４１との間の局所容量結合を示すようになるであろう。
【００８１】
ある感知作業から次の感知作業までの間に、帰還コンデンサ４６をリセットする必要がある（帰還コンデンサ４６の電荷は均一化される）。これはリセットスイッチ４８を用いて実施する。
【００８２】
指紋センサ３から指４０の指紋パターンを示す指紋パターン信号を出力できるようにするため、電荷増幅器４２の出力４５での感知信号Ｖｏｕｔが読み出し回路構成１３によってサンプリングされ、デジタル形式に変換される。
【００８３】
図６に概略的に示されるように、読み出し回路構成１３は少なくとも１つのサンプルホールド回路（Ｓ／Ｈ回路）４９とアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）５０を備える。
【００８４】
少なくともリセットスイッチ４８の動作及び感知信号Ｖｏｕｔのサンプリングは装置接地電位ＤＧＮＤに対するセンサ接地電位ＳＧＮＤの変化に同期させる必要がある。そのため、同期信号はタイミング回路構成を介して感知素子８と読み出し回路構成１３とに接続される。これは図６のボックス５１によって概略的に示される。タイミング回路構成５１を介して、リセットスイッチ４８の動作のタイミングのほか、Ｓ／Ｈ回路構成４９による感知信号Ｖｏｕｔのサンプリング（さらに任意で、サンプリングされた感知信号のＡ／Ｄ変換）は、指紋センサ３が認識する同期信号ＳＹＮＣの論理状態間の推移に関係付けられる。
【００８５】
指紋センサ３が認識する同期信号ＳＹＮＣの論理状態間の推移間のタイミング関係、リセットスイッチ４８の動作、Ｓ／Ｈ回路構成４９を用いる感知信号Ｖｏｕｔのサンプリングの一例を図７ａ及び図７ｂを参照して以下に説明する。
【００８６】
図７ａは装置接地電位ＤＧＮＤに対するセンサ接地電位ＳＧＮＤを示す。上記のように、装置接地電位ＤＧＮＤに対する感知構造４１の電位は実質的に同一の動きを示すであろう。図７ｂは感知信号Ｖｏｕｔを概略的に示す。
【００８７】
まず図７ａを参照すると、センサ接地電位ＳＧＮＤはＴ１で装置接地電位ＤＧＮＤに対して高電位から低電位に移行し、その後、Ｔ２で低電位から高電位に戻る。（Ｔ１での）第１の推移では、ＳＹＮＣ信号は論理「低」（‘０’）から論理「高」（‘１’）に移行し、（Ｔ２での）第２の推移では、ＳＹＮＣ信号は論理「低」（‘０’）に戻る。
【００８８】
ＳＹＮＣ信号のＴ１での第１の推移は、タイミング回路構成５１によって、リセットスイッチ４８を操作して電荷増幅器４２を、感知板４１の電荷が変化すれば出力が信号を示すような状態（非導電状態）にする第１の遅れΔｔ１と、１回目の感知信号のサンプリングを実施して第１の標本値Ｓ１に至る第２の遅れΔｔ２とに対する基準として用いられる。
【００８９】
センサ接地電位ＳＧＮＤがＴ２で低電位から高電位に移行する場合、指４０との容量結合に起因する感知板４１の電荷に変化が生ずるであろう。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、感知信号Ｖｏｕｔの変化に変換される。
【００９０】
ＳＹＮＣ信号のＴ２での第２の推移は、タイミング回路構成５１によって、２回目の感知信号のサンプリングを実施して第２の標本値Ｓ２に至る第３の遅れΔｔ３に対する基準として用いられる。Ｓ２とＳ１の差は感知板４１と指４０との間の容量結合を示す測定値である。
【００９１】
感知素子８の例示的構成を図８ａ及び図８ｂを参照して以下にさらに詳細に説明する。
【００９２】
図８ａは、図２の指紋感知センサ３の一部を図２に示すＡ−Ａ’線からみた概略断面図であり、指４０をセンサの上面に置いた状態を示す。図８ａを参照すると、指紋センサ３は、ドープ半導体基板６２と、半導体基板６２上に形成された複数の感知素子８と、感知素子の上面の保護被覆６とを備える。指４０の表面は、保護被覆６に接触する隆線５４と、保護被覆６から離間した谷線５５とを備える。
【００９３】
図８ａに概略的に示すように、感知素子８はそれぞれ、保護被覆６に隣接する感知板４１の形態の感知構造を備える。感知板４１の下方では、追加金属構造及び能動半導体回路構成が図８ａの斜線領域５８によって概略的に示される。
【００９４】
図８ｂに概略的に示すように、感知素子８は、感知板４１のほか、遮蔽板６０、基準板６１及び電荷増幅器４２を備える。電荷増幅器４２は、図８ｂでは、きわめて概略的に点線で示されているにすぎない。電荷増幅器４２のうちいくぶん詳細に示された唯一の部分は、感知板４１が接続されたセンストランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）（図６の一段増幅器４７）である。
【００９５】
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。
【図１】
2018500052.tif 000003
【図２】
2018500052.tif 000004
【図３】
2018500052.tif 000005
【図４ａ−４ｂ】
2018500052.tif 000006
【図５ａ−５ｂ】
2018500052.tif 000007
【図６】
2018500052.tif 000008
【図７ａ−７ｂ】
2018500052.tif 000009
【図８ａ−８ｂ】
2018500052.tif 000010
【国際調査報告】
2018500052.tif 000011
2018500052.tif 000012
2018500052.tif 000013
2018500052.tif 000014