專利名稱：電容傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種主要用作指紋傳感器的電容傳感器。
背景技術(shù)：
以往，作為在生物認(rèn)證技術(shù)中最有前途的指紋傳感器，開(kāi)發(fā)了在2枚薄膜的表面以規(guī)定的間隔分別形成列配線和行配線，并經(jīng)由絕緣膜等相隔規(guī)定的間隔對(duì)向配置該薄膜的壓敏式電容傳感器。在該壓敏式電容傳感器上，在放上手指的時(shí)候，薄膜形狀與指紋的形狀相對(duì)應(yīng)地變形，列配線和行配線的間隔因區(qū)域而變化，作為列配線和行配線的交點(diǎn)的電容來(lái)檢測(cè)出指紋的形狀。在該壓敏式電容傳感器中，作為能夠應(yīng)用到檢測(cè)不足幾百fF(femto farad，10-15法拉)的電容的以往技術(shù)，舉例有利用切換電容器電路來(lái)將電容變換成電信號(hào)的檢測(cè)電路。其中，通過(guò)將用第1傳感器驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)的、檢測(cè)檢測(cè)對(duì)象的電容的傳感器電容元件和用第2傳感器驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)的、成為檢測(cè)電路標(biāo)準(zhǔn)電容的參照電容元件，連接在公用的切換電容器電路上，在相互工作的第1及第2取樣保持部對(duì)各自的輸出信號(hào)進(jìn)行取樣后，求出取樣結(jié)果的差，而得到檢測(cè)信號(hào)。
該檢測(cè)電路，在公用的切換電容器電路中，成為檢測(cè)對(duì)象的電容Cs與反饋電容Cf成反比，能夠穩(wěn)定地檢測(cè)，而且，積蓄在切換電容器電路的復(fù)位開(kāi)關(guān)(反饋控制開(kāi)關(guān))的柵電極和其它電極間的寄生電容的電荷Qd向其他電極漏出的影響(饋通)相抵。此外，對(duì)于在切換電容器電路的標(biāo)準(zhǔn)電壓的偏離成分或輸入信號(hào)等中所含的低頻噪音，通過(guò)求出兩個(gè)取樣結(jié)果的差，也能夠期待某種程度的去除效果(例如，專利文獻(xiàn)1)。
專利文獻(xiàn)1特開(kāi)平8-145717號(hào)公報(bào)(段落0018-0052、圖1～圖4)(對(duì)應(yīng)美國(guó)專利5,633,594號(hào))但是，對(duì)于上述的壓敏式電容傳感器的檢測(cè)電路，在小電容的傳感器電容Cs的測(cè)定時(shí)，切換電容器電路的輸出電壓，由于與反饋電容Cf成反比，故要得到大的輸出電壓，需要減小Cf。因此，能夠在接近開(kāi)路的狀態(tài)下使用運(yùn)算放大器，在輸出中明顯出現(xiàn)配線收到的噪音或人體的噪音、電源系的噪音，此外，即使完全屏蔽，也由于具有使負(fù)輸入端子帶有某電壓所需的電流，因此放大器的輸出電壓不穩(wěn)定。此外，由于在復(fù)位開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)泄漏電流而損失Cf的電荷，但如果Cf減小，則相對(duì)地不能無(wú)視該電荷消失。此外，復(fù)位開(kāi)關(guān)的泄露造成的影響很明顯，有可能運(yùn)算放大器的電源電壓以上的輸出出現(xiàn)飽和，難于檢測(cè)。
如上所述，存在難于捕捉電容的問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對(duì)上述問(wèn)題而提出的，目的是提供一種電容傳感器，其不易受噪音的影響，并且沒(méi)有開(kāi)關(guān)用晶體管的漏電流或饋通的問(wèn)題，能夠確實(shí)捕捉微小電容。
本發(fā)明的壓敏式電容傳感器，具有傳感器部和檢測(cè)部，上述傳感器部，形成由多個(gè)列配線、多個(gè)行配線構(gòu)成的矩陣狀，且上述列配線和上述行配線的交叉點(diǎn)的電容與從外部施加的壓力相對(duì)應(yīng)地變化；上述檢測(cè)部，檢測(cè)上述列配線和上述行配線的交叉點(diǎn)的電容的變化，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果檢測(cè)出從外部施加的壓力分布，其特征在于上述檢測(cè)部，具有依次向上述傳感器部的各列配線輸出特定頻率的脈沖信號(hào)的信號(hào)輸出部，和分別設(shè)在上述傳感器部的各行配線上并從在行配線得到的信號(hào)中提取上述特定頻率信號(hào)的多個(gè)濾波器。
如果采用本構(gòu)成，由于利用濾波器只提取特定的頻率，形成檢測(cè)該振幅的構(gòu)成，因此能夠降低各種噪音。此外，由于形成不采用復(fù)位開(kāi)關(guān)的構(gòu)成，所以也沒(méi)有漏電流造成的反饋電容器的電荷的消失或積蓄在柵電極的電荷漏出的饋通的影響，確實(shí)能夠捕捉微小的電容。
本發(fā)明有壓敏式電容傳感器，具有傳感器部和檢測(cè)部，上述傳感器部，形成由多個(gè)列配線、多個(gè)行配線構(gòu)成的矩陣狀，且上述列配線和上述行配線的交叉點(diǎn)的電容與從外部施加的壓力相對(duì)應(yīng)地變化；上述檢測(cè)部，檢測(cè)上述列配線和上述行配線的交叉點(diǎn)的電容的變化，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果檢測(cè)出從外部施加的壓力分布，其特征在于上述檢測(cè)部，具有依次向上述傳感器部的各列配線輸出特定頻率的脈沖信號(hào)的信號(hào)輸出部，對(duì)在上述傳感器部的各行配線得到的信號(hào)依次進(jìn)行選擇、輸出的選擇器，和從上述選擇器的輸出信號(hào)中提取上述特定頻率的信號(hào)的濾波器。
如果采用本構(gòu)成，由于形成不在行配線上分別連接多個(gè)濾波器、而是從各行配線有選擇地連接一個(gè)濾波器的構(gòu)成，所以，基本上沒(méi)有濾波器間的偏差的問(wèn)題，并且，也能夠減小其以后的電路模組的規(guī)模。
本發(fā)明的電容傳感器，具有傳感器部和檢測(cè)部，上述傳感器部，形成由多個(gè)列配線、多個(gè)行配線構(gòu)成的矩陣狀，從外部靠近對(duì)向配置，并且上述列配線和上述行配線的交叉點(diǎn)附近的電容與在表面具有凹凸形狀的被測(cè)定物的該表面凹凸形狀相對(duì)應(yīng)地變化；上述檢測(cè)部，檢測(cè)出上述列配線和上述行配線的交叉點(diǎn)附近的電容的變化，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果檢測(cè)出被測(cè)定物的上述表面凹凸形狀，其特征在于上述檢測(cè)部，具有依次向上述傳感器部的各列配線輸出特定頻率的脈沖信號(hào)的信號(hào)輸出部，和分別設(shè)在上述傳感器部的各行配線上并從在行配線得到的信號(hào)中提取上述特定頻率信號(hào)的多個(gè)濾波器。
如果采用本構(gòu)成，由于通過(guò)使由在外部的表面上具有凹凸形狀的電介質(zhì)形成的被測(cè)定物，不接觸地靠近傳感器，而形成利用靜電感應(yīng)使上述列配線和上述行配線的交叉點(diǎn)附近的電容變化的構(gòu)成，由此，很難對(duì)傳感器施加應(yīng)力，能夠延長(zhǎng)傳感器的壽命。
本發(fā)明的電容傳感器，具有傳感器部和檢測(cè)部，上述傳感器部，形成由多個(gè)列配線、多個(gè)行配線構(gòu)成的矩陣狀，從外部靠近對(duì)向配置，并且上述列配線和上述行配線的交叉點(diǎn)附近的電容與在表面具有凹凸形狀的被測(cè)定物的該表面凹凸形狀相對(duì)應(yīng)地變化；上述檢測(cè)部，檢測(cè)出上述列配線和上述行配線的交叉點(diǎn)附近的電容的變化，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果檢測(cè)出被測(cè)定物的上述表面凹凸形狀，其特征在于上述檢測(cè)部，具有依次向上述傳感器部的各列配線輸出特定頻率的脈沖信號(hào)的信號(hào)輸出部，對(duì)在上述傳感器部的各行配線得到的信號(hào)依次進(jìn)行選擇、輸出的選擇器，和從上述選擇器的輸出信號(hào)中提取上述特定頻率的信號(hào)的濾波器。
如果采用本構(gòu)成，由于通過(guò)使由在外部表面上具有凹凸形狀的電介質(zhì)形成的被測(cè)定物，不接觸地靠近傳感器，形成利用靜電感應(yīng)使上述列配線和上述行配線的交叉點(diǎn)附近的電容變化的構(gòu)成，由此，很難對(duì)傳感器施加應(yīng)力，能夠延長(zhǎng)傳感器的壽命。
本發(fā)明的電容傳感器，其特征在于上述濾波器，由插入設(shè)置在輸入端及接地之間的第1電容器、放大器、插入設(shè)置在上述輸入端及上述放大器的輸出端之間的第1電阻、插入設(shè)置在上述輸入端及上述放大器的負(fù)向輸入端間的第2電阻、插入設(shè)置在上述放大器的負(fù)向輸入端及輸出端之間的第2電容器構(gòu)成。
如果采用本構(gòu)成，由于對(duì)放大器的負(fù)向輸入端子直流地施加反饋的偏置電壓，因此能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定工作。
本發(fā)明的特征在于在上述濾波器的輸入端插入設(shè)置有串聯(lián)的電容器。
如果采用本構(gòu)成，能夠降低在從傳感器到濾波器的之間接收的低頻噪音。
圖1是表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式的構(gòu)成的方塊圖。
圖2是該實(shí)施方式的濾波器的電路圖。
圖3是表示該實(shí)施方式的工作的時(shí)間圖。
圖4是表示非選擇電容Cy對(duì)濾波器的影響的曲線圖。
圖5是表示本發(fā)明的第2實(shí)施方式的構(gòu)成的方塊圖。
圖6是表示該實(shí)施方式的整體構(gòu)成的方塊圖。
圖7是說(shuō)明該實(shí)施方式的工作的時(shí)間圖。
圖8是表示圖5所示電路的等效電路的圖。
圖9是改寫(xiě)圖8所示等效電路的圖。
圖10是表示在圖1或圖5中的濾波器之前插入電容器C3的構(gòu)成例的圖。
圖11是表示本發(fā)明的第3實(shí)施方式的傳感器部構(gòu)成的方塊圖。
圖12是該傳感器部的剖視圖。
圖13是說(shuō)明該傳感器部的工作的圖。
圖中1-電容傳感器，2-傳感器部，3-檢測(cè)信號(hào)發(fā)生部，4、4i-1、4i、4i+1-濾波器，11-選擇器，12-處理電路，13-放大器，14-振幅檢測(cè)器，15-A/D轉(zhuǎn)換器，16-控制邏輯部，21-列配線，22-第2電極，24-行配線，25-第1電極，26-玻璃基板，28-第1絕緣膜，29-第2絕緣膜，A-濾波器4、4i-1、4i、4i+1的輸入端子，B-檢測(cè)信號(hào)發(fā)生部3的驅(qū)動(dòng)端子，E-電力線，OP-運(yùn)算放大器，SEL-選擇器11的選擇信號(hào)。
具體實(shí)施例方式
以下，參照附圖，說(shuō)明本發(fā)明的第1實(shí)施方式。
圖1是表示本實(shí)施方式的電容傳感器1的構(gòu)成的方塊圖。該圖所示的電容傳感器1，由接觸被檢測(cè)物(例如，手指頭)的傳感器部2、向傳感器部2輸出檢測(cè)信號(hào)的檢測(cè)信號(hào)發(fā)生部3、接收傳感器部2的輸出信號(hào)的濾波器4i-1、4i、4i+1、…和處理4i-1、4i、4i+1、…的輸出的處理電路(圖示略)構(gòu)成。
關(guān)于傳感器部2，相隔微小間隔地配置具有撓性的第1、第2薄板體，在第1薄板體上按等間隔形成多個(gè)列配線，在第2薄板體上按等間隔且沿與列配線正交的方向形成多個(gè)行配線，如果將手指按在該傳感器部2上，列配線和行配線的各交點(diǎn)的間隔(即，交點(diǎn)的電容)與手指指紋的凹凸相對(duì)應(yīng)地進(jìn)行變化。
檢測(cè)信號(hào)發(fā)生部3，依次對(duì)傳感器部2的各列配線Sj-1、Sj、Sj+1、…輸出脈沖信號(hào)(參照?qǐng)D3)。此時(shí)，輸出給各列配線Sj-1、Sj、Sj+1、…的脈沖信號(hào)是相同的信號(hào)。此外，在向一個(gè)列配線輸出脈沖信號(hào)的時(shí)候，向其他列配線輸出接地電平。
濾波器4i-1、4i、4i+1、…是相同構(gòu)成的濾波器，是從在傳感器部2的各行配線得到的信號(hào)提取特定頻率的信號(hào)，即提取從檢測(cè)信號(hào)發(fā)生部輸出的、從列配線傳給行配線的信號(hào)的電路。圖2是表示濾波器4i的具體構(gòu)成例的電路圖，在該圖中，A是連接在行配線上的輸入端子。該輸入端子A，經(jīng)由電阻R2連接在運(yùn)算放大器OP的負(fù)向輸入端子上，同時(shí)，經(jīng)由電容器C1接地，運(yùn)算放大器OP的正向輸入端子被接地，運(yùn)算放大器OP的輸出端子，經(jīng)由電容器C2連接在負(fù)向輸入端子上，同時(shí)，經(jīng)由電阻R1連接在輸入端子A上。
下面，參照?qǐng)D3所示的波形圖說(shuō)明上述電容傳感器1的工作。
檢測(cè)信號(hào)發(fā)生部3，首先，向列配線Sj-1輸出脈沖信號(hào)，向其他列配線Sj、Sj+1輸出接地電平。輸出給列配線Sj-1的脈沖信號(hào)，經(jīng)由列配線和行配線的交點(diǎn)的電容，傳遞給各行配線。即，如圖3所示，如果交點(diǎn)的電容大，傳遞給行配線的信號(hào)強(qiáng)，如果交點(diǎn)的電容小，傳遞給行配線的信號(hào)也弱。通過(guò)濾波器4i-1、4i、4i+1、…提取傳給該行配線的信號(hào)，再輸出給處理電路。處理電路將通過(guò)濾波器4i-1、4i、4i+1、…提取的信號(hào)的波峰值變換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，記憶在存儲(chǔ)器中。通過(guò)以上過(guò)程，將與列配線Sj-1和各行配線的交點(diǎn)的電容對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)收錄在存儲(chǔ)器中。
然后，檢測(cè)信號(hào)發(fā)生部3，向列配線Sj輸出脈沖信號(hào)，濾波器4i-1、4i、4i+1、…向處理電路輸出各行配線的信號(hào)。由此，與列配線Sj和各行配線的交點(diǎn)的電容對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)被收錄在處理電路的存儲(chǔ)器內(nèi)。以下，重復(fù)上述的處理，將各列配線和各行配線的全部的交點(diǎn)電容收錄在存儲(chǔ)器內(nèi)。另外，如果顯示該存儲(chǔ)器內(nèi)的數(shù)據(jù)，則能夠目視傳感器部2的表面的凹凸?fàn)顟B(tài)。因此，如果在用戶將手指放在傳感器部2的狀態(tài)下進(jìn)行上述的數(shù)據(jù)收錄，則可以收錄、顯示用戶手指的指紋的數(shù)據(jù)。
可是，從圖2所示的輸入端子A看到的濾波器是低通濾波器的構(gòu)成，但如果從檢測(cè)信號(hào)發(fā)生部3的驅(qū)動(dòng)端子觀察，如以下所示，能夠近似于帶通濾波器。濾波器的傳遞函數(shù)A(jω)為[式1]，另外可知存在[式2]。
A(jω)=-CsC2·11+R2R1·1Q(jωω0)(jωω0)2+1Q·(jωω0)+1-(ωω0)·(CsC1)······(1).]]>[式2]ω0=1C1·C2·R1·R2·····(2)]]>1Q=(1R1+1R2)·C1·C2·R1·R2C1·····(3)]]>L=-CsC2·11+R2R1·····(4)]]> s=jωω0·····(5)]]>并且，在假定存在[式3]時(shí)，則將[式2]及[式3]代入[式1]中，則如以下得出[式4]。
A(jω)=-L·1Q·ss2+1Q·s+1-(ωω0)·(CsC1)·····(6)]]>這里，由于該電路在濾波器的中心頻率附近使用，因此得出[式5] 并且，由于Cs為150fF、C1為幾百pF，因此得出[式6]CsC1=10-3······(8)]]>因此，存在[式7](ωω0)CsC1<<<1······(9)]]>從而，濾波器的傳遞函數(shù)A(jω)可近似地為[式8]A(jω)=-L·1Q·ss2+1Q·s+1······(10)]]>
這是帶通濾波器的傳遞函數(shù)。由于近似，振幅的特性A(jω)可看作與BPF的傳遞特性相同的特性。
此時(shí)，如圖2所示，能夠在電容器C1(例如150pF)上并聯(lián)地追加電容Cy(與成為接地電平的列配線相連接的電容)的變化的總和(例如100fF×255個(gè)＝25.5pF)，但如上所述，由于能夠緩和因C1變化而帶來(lái)的遮斷頻率的變化，因此不會(huì)影響對(duì)濾波器的特性。圖4示出實(shí)測(cè)結(jié)果。從該結(jié)果可以看出，與電容Cy的大小(是否接受外部壓力)無(wú)關(guān)，保持著線性的狀態(tài)，輸出電壓的整個(gè)曲線平移。此外，由于列方向的掃描時(shí)間(大約0.1秒)短于認(rèn)為人在傳感器上移動(dòng)手指的時(shí)間(大約0.5秒)，所以，在1個(gè)掃描中Cy不變化，不影響測(cè)定值。
如上所述，如果采用上述實(shí)施方式，由于利用濾波器從輸出信號(hào)中只提取特定的頻率，檢測(cè)其振幅，所以能夠降低各種噪音，并且隨著復(fù)位開(kāi)關(guān)的使用饋通等的影響也沒(méi)有地進(jìn)行電容測(cè)定。
下面，說(shuō)明本發(fā)明的第2實(shí)施方式。
圖5、圖6是表示本發(fā)明的第2實(shí)施方式的電容傳感器構(gòu)成的方塊圖，在與圖1的各部對(duì)應(yīng)的部分使用相同的符號(hào)。在圖5中，傳感器部2、檢測(cè)信號(hào)發(fā)生部3是與圖1的同符號(hào)的構(gòu)成相同的構(gòu)成。此外，濾波器4是與圖1的濾波器4i-1、4i、4i+1、…相同構(gòu)成的濾波器。符號(hào)11是選擇器，基于選擇信號(hào)SEL選擇各行配線，與濾波器4的輸入端子連接。
圖6表示在上述構(gòu)成中增加處理電路12的構(gòu)成。在處理電路12中，放大器13對(duì)濾波器4的輸出進(jìn)行放大輸出，振幅檢測(cè)部14依次輸出相當(dāng)于依次從放大器13輸出的各波形的振幅值的模擬信號(hào)。A/D轉(zhuǎn)換器15將從振幅檢測(cè)部14依次輸出的模擬信號(hào)變換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，輸出給控制邏輯部16。控制邏輯部16將從A/D轉(zhuǎn)換器15輸出的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)記憶在內(nèi)部的存儲(chǔ)器中，將記憶的數(shù)據(jù)輸出給顯示部(圖示略)等。該控制邏輯部16輸出控制各部的控制信號(hào)。
下面，參照?qǐng)D7所示的波形圖說(shuō)明上述實(shí)施方式的工作。
在開(kāi)始電容測(cè)定時(shí)，控制邏輯部16，首先向選擇器11輸出對(duì)傳感器部2的行配線I-1進(jìn)行選擇的選擇信號(hào)SEL。選擇器11接收該選擇信號(hào)，將行配線I-1連接在濾波器4的輸入端子上。然后，控制邏輯部16向檢測(cè)信號(hào)發(fā)生部3輸出啟動(dòng)信號(hào)。檢測(cè)信號(hào)發(fā)生部3接收該啟動(dòng)信號(hào)，首先，向列配線Sj-1輸出脈沖信號(hào)，一定時(shí)間后，向列配線Sj輸出脈沖信號(hào)，以下，同樣地，每經(jīng)過(guò)一定時(shí)間，依次向列配線Sj+1…輸出脈沖信號(hào)。另外，與第1實(shí)施方式同樣，向不輸出脈沖信號(hào)的列配線輸出接地電平。
通過(guò)以上處理，從濾波器4，首先，輸出從檢測(cè)信號(hào)發(fā)生部3輸出的、通過(guò)列配線Sj-1和行配線I-1的交點(diǎn)的電容的脈沖信號(hào)，然后，輸出通過(guò)列配線Sj和行配線I-1的交點(diǎn)的電容的脈沖信號(hào)，以下，同樣依次輸出通過(guò)行配線I-1的交點(diǎn)的電容的脈沖信號(hào)(參照?qǐng)D7)。此外，從濾波器4輸出的脈沖信號(hào)由放大器13放大，利用振幅檢測(cè)部14檢測(cè)振幅，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器將振幅值變換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，輸入給控制邏輯部16?？刂七壿嫴?6將依次輸出的數(shù)據(jù)記憶在存儲(chǔ)器中。由此，將與行配線I-1的各交點(diǎn)的電容對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)記憶在存儲(chǔ)器中。
然后，控制邏輯部16，在將行配線I-1的全部交點(diǎn)的數(shù)據(jù)收錄在存儲(chǔ)器中的時(shí)刻，向選擇器11輸出選擇行配線I的選擇信號(hào)SEL。選擇器11接收該選擇信號(hào)，將行配線I連接在濾波器4的輸入端子上。另外，檢測(cè)信號(hào)發(fā)生部3，在將脈沖信號(hào)輸出給所有列配線后，再返回到列配線Sj-1，以后，依次向列配線Sj-1、Sj、Sj+1、…輸出脈沖信號(hào)。由此，依次從濾波器4輸出通過(guò)行配線I的各交點(diǎn)的脈沖信號(hào)，將顯示該振幅值的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)記憶在控制邏輯部16的存儲(chǔ)器內(nèi)。以下，重復(fù)同樣的處理，由此，將與傳感器部2的全部交點(diǎn)的電容對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)收錄在控制邏輯部16的存儲(chǔ)器中。
圖8是表示圖5所示電路的等效電路的圖。如該圖所示，選擇器11(多路轉(zhuǎn)換器)具有每1通道大約有Cpm的輸出寄生電容，在h段的選擇器中，達(dá)到h倍。圖9示出了在將總電容設(shè)定在Cpm_total時(shí)的等效電路。在濾波器11的電容器C1中可包含該電容。
如上所述，如果采用上述實(shí)施方式，由于形成從各行配線有選擇地連接一個(gè)濾波器的構(gòu)成，所以，無(wú)濾波器間的偏差問(wèn)題，能夠減小電路模組的規(guī)模。
另外，在上述第1、第2實(shí)施方式中，在濾波器4或?yàn)V波器4i-1、4i、4i+1、…的輸入側(cè)，如圖所示，也可以插入電容器C3。由此，能夠大幅度降低在從傳感器部2到濾波器的之間接收到的低頻噪音。此時(shí)，例如，作為電容器值，以切斷50～60Hz的噪音為重點(diǎn)，設(shè)定為10～100pF。作為定性的看法，C3，由于值大，所以如果從交流電上看，接近短路，作為定量的看法，可考慮Cs和C3的合成電容Csym。
Csym=Cs·C3Cs+C3=Cs1+CsC3·····(11)]]>這里，由于Cs為150fF，C3為100pF，所以得出[式10]CsC3=10-3······(12)]]>由此，CsymCs，Cs幾乎不受C3的影響。
下面，說(shuō)明第3實(shí)施方式。圖11表示俯視電極的樣子。第2電極22從列配線呈梳形延伸，而第1電極25從行配線24呈梳形延伸。圖12示出剖視圖。第2電極22和第1電極25不形成在相同的面上，在玻璃基板26的上方形成第1電極25，用第1絕緣膜28保護(hù)，在第1絕緣膜28的上方形成第2電極22，用第2絕緣膜29保護(hù)。這些線或電極，例如，如果采用ITO(透明電極)制作，采用氮化硅(SiNx)來(lái)制作第1絕緣膜28及第2絕緣膜29，能夠?qū)z測(cè)裝置制成透光型。
圖13是說(shuō)明第2電極22和第1電極25之間的靜電電容變化的結(jié)構(gòu)的圖。在指紋凹部，形成如圖(a)所示的電力線的分布，在指紋凸部，如圖(b)所示，通過(guò)電介質(zhì)即人的手指接近，從第2電極22出來(lái)的電力線E的一部分，不朝向第1電極25而被人手指感應(yīng)、拉近，減小由第2電極22和第1電極25形成的電容值。如此，如果采用第3實(shí)施方式，即使手指不按在傳感器部2，只要觸到，就能夠通過(guò)產(chǎn)生電極間電容的變化，用上述方法檢測(cè)該變化，就能夠檢測(cè)指紋。
如上所述，如果采用上述實(shí)施方式，由于只要使由在表面具有凹凸形狀的電介質(zhì)形成的被測(cè)定物觸到傳感器，就能利用靜電感應(yīng)，改變電容，因此能夠不對(duì)傳感器施加應(yīng)力。
此外，此時(shí)，如果第2電極22和第1電極25重疊，即使人手指引起靜電感應(yīng)，在第2電極12和第1電極14重疊的區(qū)域，由于電力線E被封入在兩個(gè)電極的之間，靜電電容不變化，因此需要不使兩者重疊。
綜上所述，如果采用本發(fā)明，與使用以往的切換電容器電路相比，能夠不易受噪音的影響，并且也無(wú)開(kāi)關(guān)用晶體管的漏電流或饋通的影響，由此確實(shí)能夠檢測(cè)微小電容。
權(quán)利要求
1.一種壓敏式電容傳感器，具有傳感器部和檢測(cè)部，上述傳感器部，形成由多個(gè)列配線、多個(gè)行配線構(gòu)成的矩陣狀，且上述列配線和上述行配線的交叉點(diǎn)的電容與從外部施加的壓力相對(duì)應(yīng)地變化；上述檢測(cè)部，檢測(cè)上述列配線和上述行配線的交叉點(diǎn)的電容的變化，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果檢測(cè)出從外部施加的壓力分布，其特征在于上述檢測(cè)部，具有依次向上述傳感器部的各列配線輸出特定頻率的脈沖信號(hào)的信號(hào)輸出部，和分別設(shè)在上述傳感器部的各行配線上并從在行配線得到的信號(hào)中提取上述特定頻率信號(hào)的多個(gè)濾波器。
2.一種壓敏式電容傳感器，具有傳感器部和檢測(cè)部，上述傳感器部，形成由多個(gè)列配線、多個(gè)行配線構(gòu)成的矩陣狀，且上述列配線和上述行配線的交叉點(diǎn)的電容與從外部施加的壓力相對(duì)應(yīng)地變化；上述檢測(cè)部，檢測(cè)上述列配線和上述行配線的交叉點(diǎn)的電容的變化，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果檢測(cè)出從外部施加的壓力分布，其特征在于上述檢測(cè)部，具有依次向上述傳感器部的各列配線輸出特定頻率的脈沖信號(hào)的信號(hào)輸出部，對(duì)在上述傳感器部的各行配線得到的信號(hào)依次進(jìn)行選擇、輸出的選擇器，和從上述選擇器的輸出信號(hào)中提取上述特定頻率的信號(hào)的濾波器。
3.一種電容傳感器，具有傳感器部和檢測(cè)部，上述傳感器部，形成由多個(gè)列配線、多個(gè)行配線構(gòu)成的矩陣狀，從外部靠近對(duì)向配置，并且上述列配線和上述行配線的交叉點(diǎn)附近的電容與在表面具有凹凸形狀的被測(cè)定物的該表面凹凸形狀相對(duì)應(yīng)地變化；上述檢測(cè)部，檢測(cè)出上述列配線和上述行配線的交叉點(diǎn)附近的電容的變化，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果檢測(cè)出被測(cè)定物的上述表面凹凸形狀，其特征在于上述檢測(cè)部，具有依次向上述傳感器部的各列配線輸出特定頻率的脈沖信號(hào)的信號(hào)輸出部，和分別設(shè)在上述傳感器部的各行配線上并從在行配線得到的信號(hào)中提取上述特定頻率信號(hào)的多個(gè)濾波器。
4.一種電容傳感器，具有傳感器部和檢測(cè)部，上述傳感器部，形成由多個(gè)列配線、多個(gè)行配線構(gòu)成的矩陣狀，從外部靠近對(duì)向配置，并且上述列配線和上述行配線的交叉點(diǎn)附近的電容與在表面具有凹凸形狀的被測(cè)定物的該表面凹凸形狀相對(duì)應(yīng)地變化；上述檢測(cè)部，檢測(cè)出上述列配線和上述行配線的交叉點(diǎn)附近的電容的變化，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果檢測(cè)出被測(cè)定物的上述表面凹凸形狀，其特征在于上述檢測(cè)部，具有依次向上述傳感器部的各列配線輸出特定頻率的脈沖信號(hào)的信號(hào)輸出部，對(duì)在上述傳感器部的各行配線得到的信號(hào)依次進(jìn)行選擇、輸出的選擇器，和從上述選擇器的輸出信號(hào)中提取上述特定頻率的信號(hào)的濾波器。
5.如權(quán)利要求1～4中任意一項(xiàng)所述的電容傳感器，其特征在于上述濾波器，由插入在輸入端及接地之間的第1電容器、放大器、插入設(shè)置在上述輸入端及上述放大器的輸出端之間的第1電阻、插入設(shè)置在上述輸入端及上述放大器的負(fù)向輸入端之間的第2電阻、插入設(shè)置在上述放大器的負(fù)向輸入端及輸出端之間的第2電容器構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求1～4中任意一項(xiàng)所述的電容傳感器，其特征在于在上述濾波器的輸入端串聯(lián)地插入設(shè)置電容器。
全文摘要
一種電容傳感器，該傳感器部(2)，其多個(gè)列配線和行配線形成矩陣狀，各配線的交叉點(diǎn)的電容根據(jù)從外部施加的壓力而變化。檢測(cè)信號(hào)發(fā)生部(3)依次向傳感器部(2)的列配線輸出特定頻率的脈沖信號(hào)。濾波器(4i－1、4i、4i+1、…)分別設(shè)在傳感器部(2)的各行配線上，提取特定頻率的信號(hào)的與各電容成比例的振幅。因此，這種壓敏式電容傳感器，不易受噪音的影響，并且無(wú)開(kāi)關(guān)用晶體管的漏電流或饋通的問(wèn)題，確實(shí)能夠捕捉微小電容。
文檔編號(hào)A61B5/117GK1576799SQ20041006282
公開(kāi)日2005年2月9日 申請(qǐng)日期2004年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月11日
發(fā)明者齋藤潤(rùn)一, 梅田裕一 申請(qǐng)人:阿爾卑斯電氣株式會(huì)社