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JP2005114362A - Capacitance detecting circuit and method, and fingerprint sensor using the same - Google Patents

Capacitance detecting circuit and method, and fingerprint sensor using the same Download PDF

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JP2005114362A
JP2005114362A JP2003344769A JP2003344769A JP2005114362A JP 2005114362 A JP2005114362 A JP 2005114362A JP 2003344769 A JP2003344769 A JP 2003344769A JP 2003344769 A JP2003344769 A JP 2003344769A JP 2005114362 A JP2005114362 A JP 2005114362A
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capacitance
column
orthogonal code
wiring
voltage
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Application number
JP2003344769A
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Japanese (ja)
Inventor
Yuichi Umeda
裕一 梅田
Tatsumi Fujiyoshi
達巳 藤由
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Alps Alpine Co Ltd
Original Assignee
Alps Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a capacitance detecting circuit and a method, and a finger print sensor, which improve S/N ratios by reducing the effects of disturbance noise, and detect a very small capacitance value Cs and a capacitance change value ΔCs of a sensor element with sufficient sensitivity. <P>SOLUTION: The capacitance detecting circuit is a capacitance detector for detecting the capacitance of intersection parts of row wires and column wires in a capacitance sensor constituted by crossing the column wires across a plurality of the row wires, and comprises: an orthogonal code generating means for generating an orthogonal code, changing it in time-series order, and outputting a row drive signal; a row wire drive means for selecting and driving a plurality of row wires corresponding to the row drive signal; a capacitance detecting means connected to the column wires for converting the sum of the capacitance of intersection parts corresponding to the selected row wires into a voltage and outputting it as a detection voltage; and a decoding arithmetic circuit for decoding a data string of the detected voltage outputted in time-series order for every column wire by computations based on the orthogonal code, and for separating a voltage corresponding to the capacitance of each intersection part. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

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。   The present invention relates to a capacitance detection circuit and a detection method for detecting a minute capacitance, and a fingerprint sensor using the same.

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、数百fF(フェムトファラッド)に満たない容量を検出するのに応用できる従来技術としては、容量をスイッチドキャパシタ回路により、電気信号に変換する検出回路が挙げられる。これは、第1のセンサ駆動信号で駆動され、検出対象の容量を検出するセンサ容量素子と、第2のセンサ駆動信号で駆動され検出回路基準容量となる参照容量素子とが共通のスイッチドキャパシタ回路に接続され、交互に動作する第1および第2のサンプルホールド部がそれぞれの出力信号をサンプリングした後に、サンプリング結果の差を求めることにより、検出信号を得るものである。   Conventionally, as the most promising fingerprint sensor in biometrics (biometric authentication technology), column wiring and row wiring are respectively formed on the surface of two films at predetermined intervals, and this film is interposed via an insulating film or the like. Thus, pressure-sensitive capacitive sensors have been developed that are arranged to face each other at a predetermined interval. In this pressure-sensitive capacitive sensor, when the finger is placed, the film shape changes corresponding to the unevenness of the fingerprint, the distance between the column wiring and the row wiring changes depending on the location, and the fingerprint shape changes between the column wiring and the row wiring. It is detected as the capacity of the intersection. In this pressure-sensitive capacitance sensor, as a conventional technique that can be applied to detect a capacitance less than several hundred fF (femtofarad), there is a detection circuit that converts a capacitance into an electric signal by a switched capacitor circuit. This is a switched capacitor that is driven by a first sensor driving signal and detects a detection target capacitance, and a reference capacitor that is driven by a second sensor driving signal and serves as a detection circuit reference capacitor. The first and second sample and hold units connected to the circuit and operating alternately sample each output signal, and then obtain a detection signal by obtaining a difference between the sampling results.

この検出回路は、共通のスイッチドキャパシタ回路において、検出対象となる容量値Csに比例し帰還容量Cfに反比例した信号を、安定して検出することができ、且つ、スイッチドキャパシタ回路のリセットスイッチ(帰還制御スイッチ)のゲート電極と他電極間の寄生容量に蓄積された電荷Qdが他の電極に漏れ出る影響(フィードスルー)が相殺される。また、スイッチドキャパシタ回路の基準電位のオフセット成分や入力信号などに含まれる低周波のノイズに対しては、2つのサンプリング結果の差を求めることによりある程度除去できる効果も期待される(例えば、特許文献1)。
特開平8−145717号公報(段落0018−0052、図1〜図4)
The detection circuit can stably detect a signal proportional to the capacitance value Cs to be detected and inversely proportional to the feedback capacitance Cf in a common switched capacitor circuit, and the reset switch of the switched capacitor circuit. The influence (feedthrough) in which the charge Qd accumulated in the parasitic capacitance between the gate electrode and the other electrode of the (feedback control switch) leaks to the other electrode is offset. In addition, it is expected that the low-frequency noise included in the offset component of the reference potential of the switched capacitor circuit or the input signal can be removed to some extent by obtaining the difference between the two sampling results (for example, patents). Reference 1).
JP-A-8-145717 (paragraphs 0018-0052, FIGS. 1 to 4)

しかしながら、指紋センサ等の容量検出回路は、容量変化が微小であるために、高感度であることが要求されるが、人体から伝達されるノイズ(高周波ノイズを含む)や回路系のノイズに対しての耐性を有している必要がある。
また、容量変化を検出するため、列配線間や行配線間などにおいて、隣接する線などからのクロストークノイズの影響が無いことなどの要求がある。
However, a capacitance detection circuit such as a fingerprint sensor is required to have high sensitivity because the capacitance change is minute. However, it is required for noise transmitted from the human body (including high-frequency noise) and circuit noise. It is necessary to have all tolerances.
Further, in order to detect a capacitance change, there is a demand that there is no influence of crosstalk noise from adjacent lines or the like between column wirings or row wirings.

上述した要求に対応して、列配線の立ち上がりの時点に、交差部の容量に充電される電荷に対応する充電電圧を検出し、次に、列配線の立ち下がりの時点に、交差部の容量から放電される電荷に対応する放電電圧を検出し、この充電電圧及び放電電圧を用いて、容量変化を検出する容量検出回路も考えられる。
すなわち、この容量検出回路は、充電電圧から放電電圧を、差し引いた差電圧を求めて、この差電圧を容量変化に対応した電圧とすることで、同一極性で生じる、増幅回路のフィードスルーの影響による電圧オフセットやその他の回路で生じるオフセット成分を除去し、サンプリング周波数に比較して十分に低い周波数のノイズを除去することが可能である。
In response to the above-described request, the charging voltage corresponding to the charge charged in the capacitor at the intersection is detected at the time of rise of the column wiring, and then the capacitance of the intersection at the time of falling of the column wiring. A capacity detection circuit that detects a discharge voltage corresponding to the electric charge discharged from the battery and detects a change in the capacity using the charge voltage and the discharge voltage is also conceivable.
That is, this capacitance detection circuit obtains a difference voltage obtained by subtracting the discharge voltage from the charge voltage, and uses this difference voltage as a voltage corresponding to the capacitance change, thereby causing the influence of the feedthrough of the amplifier circuit that occurs with the same polarity. It is possible to remove the voltage offset due to the above and other offset components generated in other circuits, and to remove noise having a frequency sufficiently lower than the sampling frequency.

上述した容量検出回路を含めて通常の検出回路は、容量センサの各センサ素子の容量変化を検出するとき、単一の列配線のみを駆動して、検出ラインとなる複数の行配線との交差部(センサ素子)の容量値Csの変化を検出する構成となっている。
しかしながら、すでに述べたように、センサ素子一つ(1つの交差部)当たりの容量変化は、数百fF程度のごく僅かな値である。
When detecting a change in capacitance of each sensor element of a capacitance sensor, a normal detection circuit including the above-described capacitance detection circuit drives only a single column wiring and crosses a plurality of row wirings serving as detection lines. It is the structure which detects the change of the capacitance value Cs of a part (sensor element).
However, as already described, the capacitance change per sensor element (one intersection) is a very small value of about several hundred fF.

このため、従来の容量検出回路は、増幅回路を含んだ回路におけるオフセット成分を除去したとしても、もともと容量センサに重畳されるノイズの影響を受けることとなる。
すなわち、上記容量検出回路は、電源ノイズや人体を介して容量センサに伝達される伝導ノイズが、列配線及び行配線の信号に重畳されることにより、このような外乱ノイズの影響により正確な容量変化の検出が行えなくなる欠点を有している。
For this reason, even if the conventional capacitance detection circuit removes the offset component in the circuit including the amplifier circuit, it is affected by noise originally superimposed on the capacitance sensor.
In other words, the capacitance detection circuit has an accurate capacitance due to the influence of such disturbance noise by superimposing power supply noise or conduction noise transmitted to the capacitance sensor via the human body on the signal of the column wiring and row wiring. There is a drawback that change cannot be detected.

特に、最近の蛍光灯の主流であるインバータ蛍光灯は、半導体によって、高周波を発生させて蛍光ランプを点灯させるため、数十KHzレベルの基本周波数のノイズ源となっている。
しかしながら、上記容量検出回路においては、充電電圧及び放電電圧の差分を求めるときの、容量変化のサンプリング周波数と、上記ノイズ源の基本周波数とが近い周期となる。
In particular, an inverter fluorescent lamp, which is the mainstream of recent fluorescent lamps, is a noise source having a fundamental frequency of several tens of KHz because a high frequency is generated by a semiconductor to light the fluorescent lamp.
However, in the capacitance detection circuit, the sampling frequency of the capacitance change when obtaining the difference between the charge voltage and the discharge voltage is close to the fundamental frequency of the noise source.

このため、この容量検出回路においては、充電電圧及び放電電圧の差分を求めたとしても、周波数差に起因するうなり成分、すなわち、周波数がわずかに異なる2つの波を重ね合わせた場合に、その周波数の差に等しい「うなり(ビート周波数)」が残り、外乱のノイズ成分を完全に除去することができない。
したがって、利用者が指紋センサなどを用いようとするとき、この利用者の人体の近傍に容量検出回路のサンプリング周波数に近い周波数のノイズ源を有する機器、例えば、上述したインバータ蛍光灯の近傍で用いられる場合や、液晶表示素子のバックライトに用いられるインバータ回路を有する機器などにセンサを接続して利用する場合に、上記うなりに起因する外乱ノイズを完全に除去することができず、容量変化を検出する信号のS/N比が低下して、正確に利用者の指紋を読みとることができない。
For this reason, in this capacitance detection circuit, even if the difference between the charging voltage and the discharging voltage is obtained, a beat component caused by the frequency difference, that is, when two waves having slightly different frequencies are superimposed, the frequency A “beat (beat frequency)” equal to the difference between the two remains, and the noise component of the disturbance cannot be completely removed.
Therefore, when the user intends to use a fingerprint sensor or the like, it is used in the vicinity of the user's human body having a noise source having a frequency close to the sampling frequency of the capacitance detection circuit, for example, in the vicinity of the inverter fluorescent lamp described above. When the sensor is connected to a device having an inverter circuit used for a backlight of a liquid crystal display element, the disturbance noise caused by the above beat cannot be completely removed, and the capacitance change The S / N ratio of the signal to be detected is lowered, and the user's fingerprint cannot be read accurately.

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、外乱ノイズの影響を低下させることで、S/N比を向上させて、列配線と行配線とが交差する交差部(センサ素子)の微少な容量値Cs及びこの容量値Csの容量変化値ΔCsを十分な感度で検出す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。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to improve the S / N ratio by reducing the influence of disturbance noise, and to meet the intersection where column wiring and row wiring intersect ( It is an object of the present invention to provide a capacitance detection circuit, a detection method, and a fingerprint sensor capable of detecting a minute capacitance value Cs of the sensor element) and a capacitance change value ΔCs of the capacitance value Cs with sufficient sensitivity.

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構成される容量センサにおける、列配線と行配線との交差部の容量変化を検出する容量検出回路であり、直交符号を生成し、該直交符号を時系列に変化させて(データのビット配列の並びを順次変えて)、列駆動信号として出力する直交符号発生手段と、該列駆動信号に対応させて、前記列配線における複数の列配線を選択して駆動させる列配線駆動手段と、前記行配線に接続され、選択された列配線に対応する前記交差部各々の容量変化の総和を電圧信号に変換して、検出電圧として出力する容量検出手段と、前記容量検出手段から、時系列に出力される検出電圧のデータ列を、該直交符号に基づいて所定の演算により復号し、前記交差部各々の容量変化に対応した電圧を分離する復号演算部(復号演算回路)とを有することを特徴とする。   The capacitance detection circuit of the present invention is a capacitance detection circuit that detects a change in capacitance at the intersection of a column wiring and a row wiring in a capacitance sensor configured by intersecting row wiring with a plurality of column wirings. The orthogonal code is changed in time series (by changing the arrangement of the bit arrangement of the data sequentially) and output as a column drive signal, and the column drive signal corresponding to the column drive signal A column wiring driving means for selecting and driving a plurality of column wirings in the wiring; and a total of change in capacitance of each of the intersections connected to the row wiring and corresponding to the selected column wiring is converted into a voltage signal; Capacitance detection means that outputs as a detection voltage, and a data string of detection voltages that are output in time series from the capacitance detection means, are decoded by a predetermined calculation based on the orthogonal code, and the capacitance change at each of the intersections Corresponding voltage And having a decoding operation unit for releasing (decoding operation circuit).

この構成により、本発明の容量検出回路は、直交性を有する直交符号(ウォルシュ符号)により、行配線に対して交差している複数の列配線を同時に駆動し、すなわち、行配線単位に複数のセンサ素子を同時に駆動させ、検出対象の容量値Cs及び容量変化値ΔCsを多重化し、容量値N・Cs及び容量変化値N・ΔCsとして増加させて(Nは同時に駆動される列配線の数、すなわち多重化される交差部の数)、容量/電圧変換を行って検出信号とすることで、実質的に大きな容量値及び容量変化の測定を行うことになり、相対的にうなり等の外乱ノイズを低下させて、S/N比を向上させ、直交性に優れる直交符号を用いることにより、列配線間のクロストークの影響を排除することが可能となる。
また、本発明の容量検出回路は、復号演算部が時系列に検出される多重化された検出信号を、多重化に用いた直交符号と同一の直交符号により、積和演算(所定の演算)を用いて、多重化された検出値を、行配線に対応するセンサ素子各々の容量値Cs及び容量変化値ΔCsとして復号するため、1本の列配線を駆動した場合と同様の分解能で検出結果を得ることができる。
With this configuration, the capacitance detection circuit according to the present invention simultaneously drives a plurality of column wirings intersecting the row wirings by orthogonal codes (Walsh codes) having orthogonality, that is, a plurality of column wirings in a row wiring unit. The sensor elements are driven simultaneously, the capacitance value Cs and the capacitance change value ΔCs to be detected are multiplexed, and increased as the capacitance value N · Cs and the capacitance change value N · ΔCs (N is the number of column wirings driven simultaneously, In other words, the number of intersections to be multiplexed), capacitance / voltage conversion, and detection signals are used, so that substantially large capacitance values and capacitance changes are measured. By using the orthogonal code that improves the S / N ratio and is excellent in orthogonality, the influence of crosstalk between column wirings can be eliminated.
In addition, the capacity detection circuit of the present invention uses a product-sum operation (predetermined operation) for a multiplexed detection signal detected by the decoding operation unit in time series using the same orthogonal code as the orthogonal code used for multiplexing. Is used to decode the multiplexed detection value as the capacitance value Cs and capacitance change value ΔCs of each sensor element corresponding to the row wiring, so that the detection result with the same resolution as when one column wiring is driven. Can be obtained.

本発明の容量検出回路は、前記複数の列配線に対して、複数の前記行配線をマトリクス状に配設したエリア型の容量センサの前記交差部の容量を検出する構成の場合にも、適用することができ、指紋センサなどに用いることで、上述した効果により高い精度の判定結果が得られる。   The capacitance detection circuit of the present invention is also applicable to the configuration in which the capacitance of the intersection portion of the area type capacitance sensor in which a plurality of the row wirings are arranged in a matrix with respect to the plurality of column wirings is detected. By using it for a fingerprint sensor or the like, a highly accurate determination result can be obtained due to the above-described effects.

本発明の容量検出回路は、前記複数の列配線に対して、1本の前記行配線が対応して形成されたライン型の容量センサの前記交差部の容量を検出する構成の場合にも、適用することができ、表面の凹凸の有無または粗さを検出するセンサなどに用いることで、上述した効果により高い精度で、表面の状態を検出することができる。   The capacitance detection circuit of the present invention may be configured to detect the capacitance of the intersection of a line-type capacitance sensor in which one row wiring is formed corresponding to the plurality of column wirings. It can be applied, and by using it as a sensor for detecting the presence or absence or roughness of the surface, it is possible to detect the surface state with high accuracy by the above-described effects.

本発明の容量検出回路は、前記直交符号発生手段が、2のn乗の行列として生成されるウォルシュ符号において、全列及び全行が論理「0」の部分を除いた(2n−1)×(2n−1)行列を直交行列として、(2n−1)列以下の列配線各々に対して、(2n−1)個の直交符号を、時系列に前記列配線駆動手段に供給するため、各列配線に対して駆動回数を均等に割り振ることにより、多重化に用いた直交符号と同一の直交符号により、積和演算(所定の演算)を用いて、多重化された検出値を、行配線に対応するセンサ素子各々の容量値Cs及び容量変化値ΔCsとして復号するため、1本の列配線を駆動した場合と同様の分解能で検出結果を得ることができる。
また、本発明の容量検出回路は、復号処理を例えば外部のパーソナルコンピュータで行うような構成とすれば、復号した状態の指紋データを直接送る必要がなくなり、直交符号により多重化されているためデータの秘匿性が向上する。
In the capacity detection circuit according to the present invention, in the Walsh code generated by the orthogonal code generation means as a matrix of 2 n, all columns and all rows except for a portion of logic “0” (2n−1) × In order to supply (2n-1) orthogonal codes to the column wiring drive means in time series for each column wiring of (2n-1) columns or less, with the (2n-1) matrix being an orthogonal matrix, By evenly assigning the number of times of driving to each column wiring, the detection value multiplexed by the product-sum operation (predetermined operation) is performed using the same orthogonal code as the orthogonal code used for multiplexing. Since decoding is performed as the capacitance value Cs and capacitance change value ΔCs of each sensor element corresponding to the wiring, the detection result can be obtained with the same resolution as when one column wiring is driven.
In addition, if the capacity detection circuit of the present invention is configured such that the decoding process is performed by, for example, an external personal computer, it is not necessary to directly send the fingerprint data in the decoded state, and data is multiplexed because it is multiplexed with orthogonal codes. Improves confidentiality.

本発明の容量検出回路は、前記直交符号発生手段が、2のn乗の行列として生成されるウォルシュ符号において、全列が論理「0」の部分を除いた(2−1)×(2)行列を直交行列として、(2)列以下の列配線各々に対して、(2−1)個の直交符号を、時系列に前記列配線駆動手段に供給することを特徴とする。
これにより、本発明の容量検出回路は、各列配線の駆動される回数が、検出回数に対して半分となり、列配線間のクロストークの影響を抑えることになり、各交差部の容量の検出がより正確に行うことができる。
In the capacity detection circuit of the present invention, in the Walsh code generated by the orthogonal code generation means as a matrix of 2 n, all the columns are excluded from the logic “0” (2 n −1) × (2 (n ) matrix is an orthogonal matrix, and (2 n -1) orthogonal codes are supplied to the column wiring drive means in time series for each column wiring of (2 n ) columns or less. .
As a result, in the capacitance detection circuit of the present invention, the number of times each column wiring is driven is halved with respect to the number of detections, and the influence of crosstalk between column wirings is suppressed. Can be done more accurately.

本発明の指紋センサは、上記容量検出回路を用いて、交差部(センサ素子)の容量変化を検出することが可能なため、高い精度で指紋を採取することができる。   Since the fingerprint sensor of the present invention can detect a change in capacitance at the intersection (sensor element) using the capacitance detection circuit, it can collect fingerprints with high accuracy.

本発明の容量検出方法は、前記列配線駆動手段が、前記列配線へ第1の電圧に立ち上がる信号を出力し、前記行電圧出力手段により前記列配線が前記第1の電圧によって駆動されたとき、複数の前記交差部の容量を充電する電流に対応する第3の電圧を出力し、前記列配線が前記第2の電圧によって駆動されたとき、複数の前記交差部の容量を放電する電流に対応する第4の電圧を出力して、容量変化値を求めている。
この構成により、本発明の容量検出方法は、前記交差部の容量への充放電電流に対して常に一定方向に重畳するフィードスルーによる放電電流の影響を、前記充電時の出力電圧と前記放電時の出力電圧の差を取る構成としたため、チャージアンプ回路6における増幅回路のフィードスルーによる放電電流の影響を相殺することができ、高い精度により交差部の容量変化値を検出することができる。
In the capacitance detection method of the present invention, when the column wiring driving means outputs a signal rising to the first voltage to the column wiring, and the column wiring is driven by the first voltage by the row voltage output means. Outputting a third voltage corresponding to a current for charging a plurality of capacitances of the intersections, and discharging a plurality of the capacitances of the intersections when the column wiring is driven by the second voltage. A corresponding fourth voltage is output to obtain a capacitance change value.
With this configuration, the capacity detection method according to the present invention enables the influence of the discharge current caused by the feedthrough that always overlaps the charge / discharge current to the capacity at the intersection in a certain direction, the output voltage during the charge and the discharge time during the discharge. Therefore, the influence of the discharge current due to the feedthrough of the amplifier circuit in the charge amplifier circuit 6 can be offset, and the capacitance change value at the intersection can be detected with high accuracy.

以上説明したように、本発明の容量検出回路によれば、直交符号により多重化して、一度に複数の列配線を駆動することにより、複数の交差部の容量変化が加算された容量値を検出することとなり、行配線等に重畳される外乱ノイズの影響を相対的に低下させ、検出感度を向上させるとともに、多重化に用いた直交符号を用いて復号化し、各交差部ごとの容量変化値を求めるため、各交差部の容量変化値を、実質的に単一の列配線を駆動して検出した場合と変わらない分解能で検出することができるという効果が得られる。   As described above, according to the capacitance detection circuit of the present invention, by multiplexing with orthogonal codes and driving a plurality of column wirings at a time, a capacitance value obtained by adding capacitance changes at a plurality of intersections is detected. As a result, the influence of disturbance noise superimposed on the row wiring and the like is relatively reduced, the detection sensitivity is improved, and decoding is performed using the orthogonal code used for multiplexing, and the capacitance change value at each intersection is determined. Therefore, it is possible to obtain the effect that the capacitance change value at each intersection can be detected with substantially the same resolution as that detected by driving a single column wiring.

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構成される容量センサにおける、列配線と行配線との交差部の容量変化を検出する容量検出器であり、直交符号発生手段が直交符号を生成し、該直交符号を時系列に変化させて、列駆動信号として出力し、列配線駆動手段が上記列駆動信号に対応させて、列配線における複数の列配線を選択して駆動させ、容量検出手段が行配線に接続され、選択された列配線に対応する交差部(センサ素子)各々の容量変化の総和を電圧信号に変換して、検出電圧として出力し、復号演算回路が容量検出手段から、時系列に出力される検出電圧のデータ列を、直交符号に基づいて所定の演算により復号し、交差部各々の容量変化に対応した電圧を分離して検出値とするものである。   The capacitance detection circuit according to the present invention is a capacitance detector that detects a change in capacitance at the intersection between a column wiring and a row wiring in a capacitance sensor configured by intersecting row wiring with a plurality of column wirings. The generating means generates orthogonal codes, changes the orthogonal codes in time series and outputs them as column drive signals, and the column wiring drive means selects a plurality of column wirings in the column wiring in accordance with the column driving signals. The capacitance detection means is connected to the row wiring, the sum of the capacitance changes of each intersection (sensor element) corresponding to the selected column wiring is converted into a voltage signal, output as a detection voltage, and decoded. A calculation circuit decodes a data string of detection voltages output in time series from the capacitance detection means by a predetermined calculation based on the orthogonal code, and separates the voltage corresponding to the capacitance change at each intersection to detect the detection value. To do.

本発明の第1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。図1は、第1の実施形態による容量検出回路の一構成例を示すブロック図である。
直交符号発生部1は、センサ部4の列配線群2の各列配線を駆動する列駆動信号の生成に用いる直交符号を生成する。この直交符号は、直交性の高い直交符号、例えばウィルシュ符号が用いられる。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。
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が形成される。
A capacitance detection circuit according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of the capacitance detection circuit according to the first embodiment.
The orthogonal code generator 1 generates an orthogonal code used for generating a column drive signal for driving each column wiring of the column wiring group 2 of the sensor unit 4. As this orthogonal code, an orthogonal code with high orthogonality, for example, a Wilsh code is used. In the sensor unit 4, the column wirings of the column wiring group 2 and the row wirings of the row wiring group 3 intersect in a matrix, and each intersection forms a sensor element (sensor element 55 in FIG. 4).
2A is a plan view of the sensor unit 4, and FIG. 2B is a cross-sectional view. As shown in FIG. 2A, for example, each column wiring of the column wiring group 2 and each row wiring of the row wiring group 3 arranged at a pitch of 50 μm intersect each other. As shown in FIG. 2B, a row wiring group 3 composed of a plurality of row wirings is arranged on a substrate 50, an insulating film 51 is laminated on the surface, and only a gap 52 is formed on the surface of the insulating film 51. The film 54 is disposed with a space therebetween, and the column wiring group 2 including a plurality of column wirings is attached to the lower surface of the film 54. A sensor element is formed as a capacitive element having a predetermined capacitance at the intersection of the row wiring of the row wiring group 3 and the column wiring of the column wiring group 2 with the gap 52 and the insulating film 51 interposed therebetween.

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50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、上記直交符号のビット配列に対応して、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の列配線に対して並列に、各々に所定の駆動パルス(駆動信号)を出力する。この駆動パルス列における駆動パルスのパターン(駆動するしないのパターン)は、上記直交符号に基づいて生成され、直交符号のビット列のデータに対応して、列配線群2の複数の列配線を駆動し(活性化し)、駆動された列配線各々の行配線で形成される(各行配線に対応する)各交差部(センサ素子)の容量変化値を多重化する。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17,セレクタ回路8,A/D変換器9,復号演算回路10及びタイミング制御回路11を有している(図1参照)。
When the finger 56 is put on the sensor unit 4 described above, the film 54 and the column wiring of the column wiring group 2 are deformed due to the unevenness of the finger 56 as shown in FIG. The capacitance of the sensor element 50 formed at the intersection between the column wiring group 2 and the row wiring group 3 changes.
FIG. 4 is a conceptual diagram showing a matrix of capacitive elements (sensor elements) between the column wirings and the row wirings of the sensor unit 4. The sensor unit 4 is composed of matrix-like sensor elements 55, 55..., And the column wiring drive unit 5 and the capacitance detection circuit 100 are connected to each other. The column wiring drive unit 5 outputs a drive pulse train to the column wiring group 2 corresponding to the bit arrangement of the orthogonal codes, that is, in parallel to the column wirings of the column wiring group 2 of the sensor unit 4, respectively. A predetermined drive pulse (drive signal) is output to A drive pulse pattern in this drive pulse train (a pattern that does not drive) is generated based on the orthogonal code, and drives a plurality of column wirings of the column wiring group 2 in accordance with the bit string data of the orthogonal code ( The capacitance change value of each intersection (sensor element) formed by the row wiring of each driven column wiring (corresponding to each row wiring) is multiplexed. The capacitance detection circuit 100 includes a charge amplifier circuit 6, a sample hold circuit 17, a selector circuit 8, an A / D converter 9, a decoding operation circuit 10, and a timing control circuit 11 (see FIG. 1).

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して検出信号(測定電圧)として出力する。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、上記電圧情報を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、アナログの電圧情報である測定電圧を、復号演算回路部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復号演算回路部10へ出力する。
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。
The charge amplifier circuit 6 is provided in each row wiring in the row wiring group 3 of the sensor unit 4, and enters and exits according to the capacitance of the intersection (sensor element) (based on the charge / discharge current). Current corresponding to the amount of change) is detected, the current is amplified and converted into a voltage, and output as a detection signal (measurement voltage). The sample hold circuit 7 is provided for each charge amplifier circuit 6 and samples the measurement voltage of the detection signal by inputting the sampling hold signal, and temporarily holds it as voltage information. The selector circuit 8 switches the voltage information held in each of the sample hold circuits 7 sequentially, for example, in the order of the row arrangement, and outputs the voltage information to the A / D converter 9.
The A / D converter 9 converts the measurement voltage, which is analog voltage information input in time series, into digital measurement data at the timing of the A / D clock input from the decoding arithmetic circuit unit 10. To the decoding arithmetic circuit unit 10.
Further, when processing at a high speed, the A / D converter 9 is provided in each charge amplifier circuit 6 without providing the sample hold circuit 7, and the analog measurement voltage is converted into digital measurement data. You may do it.

復号演算回路部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、および直交符号により符号多重化された信号を、符号化を行った直交符号と同一の直交符号を用いて積和演算により復号して、センサ素子ごとの変化容量値を示す電圧データ成分に分離する演算処理などを行う。
タイミング制御回路11は、復号演算回路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、直交符号発生部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。
In the digitized measurement data, the decoding calculation circuit unit 10 performs calculation processing for removing an offset component due to feedthrough by calculating a difference between measurement data at the time of charging the sensor element at the intersection and measurement data at the time of discharging, The signal multiplexed by the orthogonal code is decoded by a product-sum operation using the same orthogonal code as the encoded orthogonal code, and separated into voltage data components indicating a change capacitance value for each sensor element. Perform arithmetic processing.
When a start signal indicating that capacitance detection is started is input from the decoding arithmetic circuit 10 to the timing control circuit 11, the orthogonal code generation unit 1, the column wiring drive unit 5, the charge amplifier circuit 6, the sample hold circuit 7 and A clock and a control signal are output to the selector circuit 8 and the like, and the operation timing of the entire capacitance detection circuit 100 is controlled.

次に、図5を参照してチャージアンプ回路6の構成を説明する。図5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。   Next, the configuration of the charge amplifier circuit 6 will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a conceptual diagram showing a configuration example of the charge amplifier circuit 6. As shown in this figure, the charge amplifier circuit 6 includes an operational amplifier 121 and a feedback capacitor connected between the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier 121. Cf and an analog switch 124 for discharging the charge of the feedback capacitor Cf. The non-inverting input terminal of the operational amplifier 121 is connected to the reference potential. In the figure, Cp is a parasitic capacitance of the operational amplifier 121 and the like, Cs is a capacitance of the sensor element at the above-described intersection (total of multiplexed sensor elements), and Cy is a capacitance of the sensor element with respect to the column wiring that is not detected. Is the sum of

次に、上記構成からなる、本発明の第1の実施形態に係る容量検出回路の動作例を、図1を参照して説明する。ここでは、説明を簡略化するため、後述する直交符号読み出し回路20から生成される15ビット長の直交符号を例として説明する。
復号演算回路10が外部から容量検出の開始、すなわち指紋センサ(センサ部4)での指紋の採取を行う信号が入力されたとする。
これにより、復号演算回路10は、タイミング制御回路11に対して、検出開始を指示する開始信号を出力する。次に、タイミング制御回路11は、直交符号発生部1へクロック信号及びリセット信号を出力する。
そして、直交符号発生部1は、上記リセット信号により、直交符号読み出し回路20を介して、内部のアドレスカウンタ22及び格納用レジスタ23(図8,9)の各レジスタを初期化して、上記クロックに同期させて、順次、直交符号をコードメモリ21から読み出し、出力する。
Next, an example of the operation of the capacitance detection circuit according to the first embodiment of the present invention having the above configuration will be described with reference to FIG. Here, in order to simplify the description, a 15-bit orthogonal code generated from an orthogonal code reading circuit 20 described later will be described as an example.
It is assumed that the decoding operation circuit 10 has received a signal from the outside to start capacity detection, that is, a fingerprint collection by the fingerprint sensor (sensor unit 4).
As a result, the decoding arithmetic circuit 10 outputs a start signal that instructs the timing control circuit 11 to start detection. Next, the timing control circuit 11 outputs a clock signal and a reset signal to the orthogonal code generator 1.
Then, the orthogonal code generation unit 1 initializes each of the internal address counter 22 and the storage register 23 (FIGS. 8 and 9) via the orthogonal code read circuit 20 in response to the reset signal, and generates the clock. In synchronization, the orthogonal codes are sequentially read from the code memory 21 and output.

ここで、直交符号発生部1は、内部のコードメモリ21に、予め作成された直交符号が記憶されており、順次、クロックが入力される毎に、直交性を有するデータ列を列配線駆動部5へ出力する。
代表的な上記直交符号であるウォルシュ符号は、図6に示す順序により生成される。基本的な構造として、2(行)×2(列)の基本単位を作るが、右上、左上及び左下のビットは同一であり、右下はこれらのビット反転となっている。
次に、上述した2×2の基本単位を、右上、左上、右下及び左下にブロックとして4つ合成して、4(行)×4(列)のビット配列の符号を作る。ここで、2×2の基本単位の作成と同様に、右下のブロックはビット反転となる。同様な手順で、8(行)×8(列)、16(行)×16(列)のように、符号のビット配列のビット数(列数に対応)と、符号の数(行数に対応)とすることができる。
Here, the orthogonal code generation unit 1 stores an orthogonal code created in advance in the internal code memory 21, and each time a clock is sequentially input, a data string having orthogonality is connected to the column wiring drive unit. Output to 5.
The Walsh code, which is a typical orthogonal code, is generated in the order shown in FIG. As a basic structure, a basic unit of 2 (rows) × 2 (columns) is formed, but the upper right, upper left, and lower left bits are the same, and the lower right is an inversion of these bits.
Next, four 2 × 2 basic units described above are combined as blocks in the upper right, upper left, lower right, and lower left to create a code of a bit array of 4 (rows) × 4 (columns). Here, as in the creation of the 2 × 2 basic unit, the lower right block is bit-inverted. In the same procedure, the number of bits of the bit arrangement of the code (corresponding to the number of columns) and the number of codes (the number of rows) are set as 8 (row) × 8 (column), 16 (row) × 16 (column). Response).

この実施形態1においては、全てが論理「0」、すなわち全てのビットのデータが「0」である、1行目と1列目とを、列が駆動されずに測定データの多重化が行えないために符号から除外した。図6においては、例えば、15×15のビットの行列を直交符号としてある。
上述したように、符号長が長い符号についても同様にウォルシュ符号を生成することができ、この様に生成したウォルシュ符号を、以下に述べる容量の測定における多重化に適用できる。
本実施例においては、例えば、列配線群2が配線C1〜C15の15本で構成されており、15×15のビットの行列で表される直交符号を、容量測定時の多重化に用いる。
In the first embodiment, the measurement data can be multiplexed on the first row and the first column, all of which are logic “0”, that is, all the bits of data are “0”, without driving the columns. Because it was not, it was excluded from the code. In FIG. 6, for example, a 15 × 15 bit matrix is used as an orthogonal code.
As described above, a Walsh code can be generated similarly for a code having a long code length, and the generated Walsh code can be applied to multiplexing in capacity measurement described below.
In this embodiment, for example, the column wiring group 2 is composed of 15 wirings C1 to C15, and orthogonal codes represented by a matrix of 15 × 15 bits are used for multiplexing at the time of capacitance measurement.

直交符号発生部1内のコードメモリ(図8のコードメモリ21)には、上記15×15の行列で表される直交符号のデータが、図7のテーブルに示すデータ形式において記憶されている。各行がアドレスt1〜t15に対応づけられて順番に記憶されている。
ここで、例えば、アドレスt1の行のウォルシュ符号は{1(LSB),0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1(MSB)}となっており、アドレスt15の行のウォルシュ符号は{1(LSB),1,0,1,0,0,1,1,0,0,1,0,1,1,0(MSB)}となっている。
The code memory (code memory 21 in FIG. 8) in the orthogonal code generator 1 stores the data of the orthogonal codes represented by the 15 × 15 matrix in the data format shown in the table of FIG. Each row is stored in order in association with the addresses t1 to t15.
Here, for example, the Walsh code in the row of the address t1 is {1 (LSB), 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1 (MSB)}. And the Walsh code of the row at address t15 is {1 (LSB), 1, 0, 1, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 0, 1, 1, 0 (MSB)} It has become.

タイミング制御回路11は、開始信号が入力されると、直交符号発生部1に対して測定開始信号を出力する。
図8において、直交符号読み出し回路20は、上記測定開始信号が入力されると、アドレスカウンタ22及び格納用レジスタ23のリセットを行い、アドレスカウンタ22の計数値を「0」とする。
When the start signal is input, the timing control circuit 11 outputs a measurement start signal to the orthogonal code generator 1.
In FIG. 8, when the measurement start signal is input, the orthogonal code reading circuit 20 resets the address counter 22 and the storage register 23 and sets the count value of the address counter 22 to “0”.

次に、上記初期状態とした後、交差部の容量の測定時において、直交符号読み出し回路20は、交差部の容量値の測定時において、タイミング制御回路11から時系列に出力されるクロックが入力される毎に、カウント信号をアドレスカウンタ22へ出力する。
そして、アドレスカウンタ22は、入力されるカウント信号を計数して、計数値に対応してアドレスt1,t2,…,t15をコードメモリ21に出力する。
これにより、コードメモリ21は、入力されるアドレスt1,t2,…,t15に対応したウォルシュ符号のデータ(行のビット配列)を格納用レジスタ23に出力する。
Next, after the above initial state, the orthogonal code readout circuit 20 receives the clocks output in time series from the timing control circuit 11 when measuring the capacitance value at the intersection when measuring the capacitance at the intersection. A count signal is output to the address counter 22 each time.
Then, the address counter 22 counts the input count signal and outputs the addresses t1, t2,..., T15 to the code memory 21 corresponding to the count value.
As a result, the code memory 21 outputs Walsh code data (row bit arrangement) corresponding to the input addresses t 1, t 2,..., T 15 to the storage register 23.

この格納用レジスタ23には、レジスタ231にウォルシュ符号のビット列のLSBが入力され、順次対応して入力し、レジスタ2315にウォルシュ符号(以下、直交符号)のビット列のMSBが入力される。
格納用レジスタ23の各レジスタと、列配線駆動部5内のバッファ回路とは各々接続されており、すなわち、レジスタ231,232,233,234,235,…,2314,2315各々が、バッファ回路51,52,53,54,55,…,514,515に、それぞれ対応して接続されている。
In this storage register 23, the LSB of the bit string of Walsh code is input to the register 231 and sequentially input, and the MSB of the bit string of Walsh code (hereinafter referred to as orthogonal code) is input to the register 2315.
Each register of the storage register 23 is connected to the buffer circuit in the column wiring drive section 5, that is, each of the registers 231, 232, 233, 234, 235, ..., 2314, 2315 is connected to the buffer circuit 51. , 52, 53, 54, 55,... 514, 515, respectively.

次に、列配線駆動部5は、図8及び図9に示すように、直交符号発生部1から出力される直交符号に対応して、列配線群2における複数の列配線を同時に駆動させる。すなわち、図8にあるように、時刻t1において、直交符号読み出し回路20は、アドレスカウンタ22にカウント信号を出力し、初期状態から、カウント信号を1つ計数した結果としてアドレスt1を出力させ、コードメモリ21からアドレスt1の直交符号のビット配列{1(LSB),0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1(MSB)}を読み出す。   Next, as shown in FIGS. 8 and 9, the column wiring drive unit 5 simultaneously drives a plurality of column wirings in the column wiring group 2 in correspondence with the orthogonal code output from the orthogonal code generation unit 1. That is, as shown in FIG. 8, at time t1, the orthogonal code reading circuit 20 outputs a count signal to the address counter 22, and from the initial state, outputs an address t1 as a result of counting one count signal. Read bit array {1 (LSB), 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1 (MSB)} of the orthogonal code at address t 1 from the memory 21 .

そして、直交符号読み出し回路20は、読み出したビット配列の各ビットのデータを、格納用レジスタ23の各レジスタへ書き込む。
これにより、列配線駆動部5は、上記ビット配列のビットのデータが「1」の場合に駆動信号を出力し、「0」の場合に駆動信号を出力しないため、時刻t1における直交符号のビット配列において、列配線群2における列配線C1,C3,C5,C7,C9,C11,C13,C15各々に駆動信号を出力し、複数の交差部の容量の測定データを多重化する。
Then, the orthogonal code reading circuit 20 writes the data of each bit of the read bit arrangement to each register of the storage register 23.
As a result, the column wiring driving unit 5 outputs a driving signal when the bit data of the bit arrangement is “1” and does not output a driving signal when the bit data is “0”. In the array, a drive signal is output to each of the column wirings C1, C3, C5, C7, C9, C11, C13, and C15 in the column wiring group 2, and the measurement data of the capacitances at a plurality of intersections are multiplexed.

次に、時刻t2において、時刻t1の状態から、カウント信号を1つ計数した結果としてアドレスt2を出力させ、コードメモリ21からアドレスt2の直交符号のビット配列{0(LSB),1,1,0,0,1,1,0,0,1,1,0,0,1,1(MSB)}を読み出す。
そして、直交符号読み出し回路20は、時刻t1のときと同様に、読み出したビット配列の各ビットのデータを、格納用レジスタ23の各レジスタへ書き込む。
これにより、列配線駆動部5は、時刻t2における直交符号のビット配列において、列配線群2における列配線C2,C3,C6,C7,C10,C11,C14,C15各々に駆動信号を出力し、複数の交差部の容量の測定データを多重化する。
Next, at time t2, the address t2 is output as a result of counting one count signal from the state at time t1, and the bit array {0 (LSB), 1, 1, 2 of the orthogonal code of the address t2 is output from the code memory 21. 0, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 1 (MSB)} is read.
Then, the orthogonal code reading circuit 20 writes the data of each bit of the read bit arrangement to each register of the storage register 23 as at time t1.
As a result, the column wiring drive unit 5 outputs a drive signal to each of the column wirings C2, C3, C6, C7, C10, C11, C14, and C15 in the column wiring group 2 in the bit array of the orthogonal code at time t2. Multiplexed capacity measurement data at multiple intersections.

以下、上述した操作を、時刻t3,t4,t5,t6,t7,t8,t9,t10,t11,t12,t13,t14,t15において行うことにより、レジスタ231,232,233,234,235,236,237,238,239,2310,2311,2312,2313,2314,2315各々に、順次、コードメモリ21から、各時刻に対応したアドレスの直交符号のビット配列の各ビットのデータが入力されることになる。
ここで、格納用レジスタ23の各レジスタ231,232,233,234,235,236,237,238,239,2310,2311,2312,2313,2314,2315各々に記憶されているデータは、列配線駆動部5におけるドライバ回路51,52,53,54,55,56,57,58,59,510,511,512,513,514,515それぞれに供給される。時刻t1〜t15各々における、複数の交差部の容量を多重化した測定処理が終了した時点において、本発明における指紋採取処理の一周期となる。
Hereinafter, the above-described operations are performed at times t3, t4, t5, t6, t7, t8, t9, t10, t11, t12, t13, t14, and t15, so that the registers 231, 232, 233, 234, 235, and 236 are obtained. , 237, 238, 239, 2310, 2311, 2312, 2313, 2314, and 2315 are sequentially input from the code memory 21 with each bit of the bit arrangement of the orthogonal code of the address corresponding to each time. become.
Here, the data stored in each register 231, 232, 233, 234, 235, 236, 237, 238, 239, 2310, 2311, 2312, 2313, 2314, 2315 of the storage register 23 is the column wiring. It is supplied to driver circuits 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 510, 511, 512, 513, 514, 515 in the drive unit 5, respectively. At the time t1 to t15, when the measurement process in which the capacities of a plurality of intersections are multiplexed is completed, it is one cycle of the fingerprint collection process in the present invention.

また、列配線駆動部5は、ドライバ回路51,52,53,54,55,56,57,58,59,510,511,512,513,514,515により、対応する列配線C1,C2,C3,C4,C5,C6,C7,C8,C9,C10,C11,C12,C13,C14,C15において、タイミング制御回路11から出力されるクロック信号に基づいて、所定の一定幅の駆動パルスからなる駆動パルス列により駆動する(図10(c)参照)。このとき、列配線駆動部5は、直交符号のビット列に対応した駆動パルス列P1のとき、ビットのデータが「1」場合に上記駆動パルス(所定の電圧)を出力し、ビットのデータが「0」の場合に駆動パルスを出力せず、駆動パルスを出力している列線以外の列線へは接地電位を出力する。したがって、時刻t1の時点においては、すでに述べたように、駆動パルス列P1の所定の駆動パルスにより、配線C1,C3,C5,C7,C9,C11,C13,C15が駆動されている。そして、各行配線R1,R2,R3,…各々には、駆動された複数の列配線とで形成する容量センサの各容量の合計値、すなわち、直交符号のビット配列により多重化された容量値が接続されることになる。   Further, the column wiring drive unit 5 includes corresponding column wirings C1, C2, C5, C5, C5, C5, C5, C5, C5, C5, C5, C5, C5, C5, C5, C5, C5, C5, C5, C5, C5 In C3, C4, C5, C6, C7, C8, C9, C10, C11, C12, C13, C14, and C15, based on the clock signal output from the timing control circuit 11, the drive pulse has a predetermined constant width. Driven by a drive pulse train (see FIG. 10C). At this time, the column wiring drive unit 5 outputs the drive pulse (predetermined voltage) when the bit data is “1” and the bit data is “0” in the case of the drive pulse train P1 corresponding to the bit string of the orthogonal code. In this case, the drive pulse is not output, and the ground potential is output to the column lines other than the column line outputting the drive pulse. Therefore, at the time t1, as described above, the wirings C1, C3, C5, C7, C9, C11, C13, and C15 are driven by the predetermined drive pulse of the drive pulse train P1. Each row wiring R1, R2, R3,... Has a total value of the capacitances of the capacitive sensors formed by the plurality of driven column wirings, that is, a capacitance value multiplexed by a bit arrangement of orthogonal codes. Will be connected.

このとき、タイミング制御回路11は、図10(b)および図11(a)に示すように、列配線を駆動する駆動パルス列の各駆動パルスの立ち上がりのわずか前の時点、および、立ち下がりのわずか前の時点においてリセット信号をチャージアンプ回路6へ出力し、また、図10(d)、図11(b)に示すように、上記リセット信号のわずか前の時点において、サンプルホールド信号をサンプルホールド回路7へ出力する。
また、このタイミング制御回路11は、サンプルホールド信号が、順次、入力される間隔において、N個(Nはサンプルホールド回路7の数)の切り換え信号をセレクタ回路8へ出力する。これにより、図11(c)に示すように、1つのサンプルホールド信号によってサンプルホールド回路7、7・・・にホールドされた各信号は、次のサンプルホールド信号までの間、順次、セレクタ回路8を介してA/Dコンバータ9へ供給される。これにより、A/Dコンバータ9は、復号演算回路10から入力されるA/Dクロックのタイミングにより、順次各行配線毎の検出信号における測定電圧を、ディジタルデータに変換し、測定データd1として、各行線毎に復号演算回路10に出力する。そして、復号演算回路10は、順次入力される測定データにおけるデータ列のデータを、各行配線毎に内部のメモリに書き込む。
At this time, as shown in FIG. 10B and FIG. 11A, the timing control circuit 11 has a time point just before the rising edge of each driving pulse of the driving pulse train for driving the column wiring and a slight falling edge. A reset signal is output to the charge amplifier circuit 6 at the previous time point, and, as shown in FIGS. 10 (d) and 11 (b), the sample / hold signal is supplied to the sample / hold circuit at a time point just before the reset signal. 7 is output.
Further, the timing control circuit 11 outputs N (N is the number of sample hold circuits 7) switching signals to the selector circuit 8 at intervals at which sample hold signals are sequentially input. Thus, as shown in FIG. 11 (c), each signal held in the sample hold circuits 7, 7... By one sample hold signal is sequentially selected until the next sample hold signal. To the A / D converter 9. Thus, the A / D converter 9 sequentially converts the measurement voltage in the detection signal for each row wiring into digital data at the timing of the A / D clock input from the decoding arithmetic circuit 10, and each row is used as the measurement data d1. It outputs to the decoding arithmetic circuit 10 for every line. Then, the decoding arithmetic circuit 10 writes the data string in the measurement data that is sequentially input to the internal memory for each row wiring.

ここで、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5)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)。
Here, the operation of the charge amplifier circuit 6 will be described in detail. First, at time td1 slightly before time t1 shown in FIG. 10, when a reset signal is output from the timing control circuit 11, the analog switch 124 (MOS transistor, FIG. 5) is turned on, and the feedback capacitor Cf is discharged. The output OUT of the operational amplifier 121 is short-circuited with the inverting input terminal and becomes a reference potential. In addition, the row wiring connected to the inverting input terminal of the operational amplifier 121 also becomes the reference potential.
Next, when this reset signal is turned off, the output voltage of the operational amplifier 121 slightly rises due to feedthrough due to the gate parasitic capacitance of the analog switch 124 (see the symbol Fd after time td1 in FIG. 10A).

そして、時刻t1において、駆動パルス列(図11における(d)の駆動パルス列P)における直交符号のビットパターンに対応した所定の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。   At time t1, when a predetermined drive pulse corresponding to the bit pattern of the orthogonal code in the drive pulse train (drive pulse train P in (d) in FIG. 11) rises (inputs), the drive pulse is connected to the column wiring. The voltage value of the output OUT of the operational amplifier 121 is applied to the inverting input terminal of the operational amplifier 121 via the sensor element (capacitance Cs) at the intersection of the wirings and flows based on the voltage value of the driving pulse, as shown in FIG. As shown in the figure, it descends gradually.

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)。
Next, at time td2, the timing control circuit 11 outputs a sample hold signal (S / H signal) to the sample hold circuit 7. Thereby, the sample hold circuit 7 holds the measurement voltage Va output from the output OUT of the operational amplifier 121 in the charge amplifier circuit 6 at the time when the sample hold signal is input.
Next, at time td3, the timing control circuit 11 outputs a reset signal to the charge amplifier circuit 6 again. As a result, the output OUT of the operational amplifier 121 and the inverting input terminal are short-circuited, the feedback capacitor Cf is discharged, and the output OUT of the operational amplifier 121 returns to the reference potential. When the reset signal is turned off, the output voltage of the operational amplifier 121 slightly increases due to the feedthrough due to the gate parasitic capacitance of the analog switch 124 as in the case described above (reference Fd after time td3 in FIG. 10A). reference).

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21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。
Next, at time td4, when the drive pulse in the drive pulse train P1 falls, the column wiring driven by the drive pulse and the sensor element (capacitance Cs) at the intersection of the row wiring are based on the voltage of the drive pulse. As a result, the output OUT of the operational amplifier 21 gradually rises.
Next, at time td5, the timing control circuit 11 outputs a sample hold signal to the sample hold circuit 7. Thereby, the sample hold circuit 7 holds (holds) the measurement voltage Vb of the output OUT of the operational amplifier 121 at the time when the sample hold signal is input.
Next, at time td6, the timing control circuit 11 outputs a reset signal to the charge amplifier circuit 6. As a result, the output OUT of the operational amplifier 121 and the inverting input terminal in the charge pump circuit 6 are short-circuited, the feedback capacitor Cf is discharged, and the output OUT of the operational amplifier 121 returns to the reference potential. Thereafter, the above operation is repeated.

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
In the measurement described above, the offset Vk due to the feedthrough current of the analog switch 124 is generated in the + direction regardless of whether the output OUT drops from the reference potential or rises. As in this embodiment, when the capacitance Cs to be detected is tens to hundreds of femtofarads, the offset due to this feedthrough cannot be ignored. In the above measurement,
-Va0 = -Va + Vk
Is a voltage proportional to the detection target capacitance Cs, but the measured voltage is Va, and this voltage Va includes an error Vk due to an offset.
Va = Va0 + Vk

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、復号演算回路10内のメモリに記憶させる。そして、復号演算回路10において、
Vd=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Vdを得る。
Therefore, in this embodiment, the voltage Vb at the time of discharging the detection target capacitor Cs is also measured. Here, the voltage Vb0 = Vb-Vk
Is a voltage proportional to the capacitance Cs, and the measured voltage is Vb = Vb0 + Vk
It becomes. These measurement voltages Va and Vb are sequentially held by the sample and hold circuit 7, and then the held voltage is A / D converted by the A / D converter 9 for each of the measurement voltages Va and Vb. Store in the memory. In the decoding arithmetic circuit 10,
Vd = Vb-Va = (Vb0 + Vk)-(Vk + Va0) = Vb0-Va0
Thus, measurement data Vd corresponding to the measurement value not including the offset error, that is, the multiplexed capacitance value is obtained.

以上のように、復号演算回路10は、駆動パルス列における所定の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。   As described above, the decoding arithmetic circuit 10 determines the difference between the output signal of the charge amplifier circuit 6 when the potential of the column wiring is raised and when the potential of the column wiring rises and falls at the rise and fall of a predetermined drive pulse in the drive pulse train. By taking this, the capacitance value of the sensor element can be measured in a state where there is no influence of feedthrough. Further, by providing the selector, the charge amplifier circuit 6 that requires measurement time can be measured in parallel in each column wiring, and the measurement speed of the entire sensor can be increased.

次に、時刻t2において(図11のアドレスt2に対応した直交符号のビット配列による駆動パルスPの立ち上がりより前の時刻)、タイミング制御回路11は、直交符号発生部1に対してクロックを出力する。これにより、直交符号発生部1において、直交符号読み出し回路20からのカウント信号により、アドレスカウンタ22がアドレスt2を出力し、コードメモリ21はアドレスt2に対応した直交符号のビット配列を格納用レジスタ23へ出力する。したがって、格納用レジスタ23には、上記クロックに同期して、アドレスt2に対応する直交符号のビット列{0,1,1,0,0,1,1,0,0,1,1,0,0,1,1}が対応するレジスタに書き込まれる。   Next, at time t2 (time before the rise of the driving pulse P by the bit arrangement of the orthogonal code corresponding to the address t2 in FIG. 11), the timing control circuit 11 outputs a clock to the orthogonal code generation unit 1. . Thus, in the orthogonal code generator 1, the address counter 22 outputs the address t2 in response to the count signal from the orthogonal code reading circuit 20, and the code memory 21 stores the bit array of the orthogonal code corresponding to the address t2 in the storage register 23. Output to. Therefore, in the storage register 23, in synchronization with the clock, a bit string {0, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 0, 0 of the orthogonal code corresponding to the address t 2 is stored. 0, 1, 1} is written to the corresponding register.

このため、図9に示すように、格納用レジスタ23の各レジスタ231,232,233,234,235,236,237,238,239,2310,2311,2312,2313,2314,2315各々に記憶されているデータは、ビット列{0,1,1,0,0,1,1,0,0,1,1,0,0,1,1}となる。そして、格納用レジスタ23の各レジスタの出力は、列配線駆動部5におけるドライバ回路51,52,53,54,55,56,57,58,59,510,511,512,513,514,515それぞれに供給される。したがって、時刻t2が終了した時点において、直交符号のビット列{0,1,1,0,0,1,1,0,0,1,1,0,0,1,1}は、列配線駆動部5におけるドライバ回路51,52,53,54,55,56,57,58,59,510,511,512,513,514,515それぞれに供給されている。   For this reason, as shown in FIG. 9, each of the registers 231, 232, 233, 234, 235, 236, 237, 238, 239, 2310, 2311, 2312, 2313, 2314, 2315 of the storage register 23 is stored. The data is the bit string {0, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 1}. The output of each register of the storage register 23 is the driver circuit 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 510, 511, 512, 513, 514, 515 in the column wiring drive unit 5. Supplied to each. Therefore, when the time t2 ends, the bit string {0, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 1} of the orthogonal code is the column wiring drive The driver circuit 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 510, 511, 512, 513, 514, 515 in the section 5 is supplied.

次に、時刻t2において、列配線駆動部5は、ドライバ回路51,52,53,54,55,56,57,58,59,510,511,512,513,514,515により、対応する列配線C1,C2,C3,C4,C5,C6,C7,C8,C9,C10,C11,C12,C13,C14,C15を、タイミング制御回路11から出力されるクロックパルスに基づいて、駆動パルス列(アドレスt2に対応する直交符号のビット配列に対応する駆動パルス列P2)における所定の一定幅の駆動パルスにより駆動する(図10(c)、図11(f)参照)。そして、この時刻t2の時点においては、列配線C2,C3,C6,C7,C10,C11,C14,C15が駆動されている(図9)。この時刻t2における状態は、すでに述べた時刻t1に対応している。
そして、時刻t2において(すなわち、時刻t2近傍において)、すでに図10において述べた、時刻td1から時刻td5の動作を繰り返し、直交符号のビット列を順次コードメモリ21から読み出して用いる状態において、複数の列配線を駆動して、複数のセンサ素子の容量値を多重化して、この多重化された容量を電圧値に変換した測定電圧が得られる。
上述した時刻t1及びt2で説明した処理を、時刻t3〜時刻t15に対応する各タイミングにおいて、図10に示す時刻td1から時刻td5までの処理を繰り返して(図23に、各時刻における格納用レジスタ23の直交符号のビット配列が示されている)、メモリアドレスt1〜t15までの一周期に渡って、直交符号のコードメモリ21からの読み出し、列配線の駆動、測定電圧の取得を繰り返して、指紋の取得処理が行われる。
Next, at time t2, the column wiring drive unit 5 causes the driver circuits 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 510, 511, 512, 513, 514, 515 to correspond to the corresponding columns. The wirings C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8, C9, C10, C11, C12, C13, C14, and C15 are driven pulse trains (addresses) based on the clock pulses output from the timing control circuit 11. Driving is performed by a driving pulse having a predetermined constant width in the driving pulse train P2) corresponding to the bit arrangement of the orthogonal code corresponding to t2 (see FIGS. 10C and 11F). At the time t2, the column wirings C2, C3, C6, C7, C10, C11, C14, and C15 are driven (FIG. 9). The state at time t2 corresponds to the time t1 already described.
Then, at time t2 (that is, in the vicinity of time t2), the operation from time td1 to time td5 described above with reference to FIG. 10 is repeated, and a bit string of orthogonal codes is sequentially read from the code memory 21 and used. By driving the wiring, the capacitance values of the plurality of sensor elements are multiplexed, and a measurement voltage obtained by converting the multiplexed capacitance into a voltage value is obtained.
The processing described at time t1 and t2 is repeated from time td1 to time td5 shown in FIG. 10 at each timing corresponding to time t3 to time t15 (FIG. 23 shows storage registers at each time. 23, the bit arrangement of the orthogonal code of 23) is shown), reading from the code memory 21 of the orthogonal code, driving of the column wiring, and acquisition of the measurement voltage are repeated over one cycle from the memory address t1 to t15, Fingerprint acquisition processing is performed.

そして、容量検出回路100は、駆動パルス列P1〜P15各々により、列配線群2の複数の列配線を駆動し、上述した測定処理における15ビットの直交符号を、順次、コードメモリ21から読み出し、各々アドレスt1〜t15毎に異なる15個の測定電圧Vdを、時系列に各行配線毎に得る。この測定電圧VdがA/D変換器9により、測定データdに時系列に変換され、直交符号により多重化された測定データのデータ列{d1,d2,…,d15}が得られる。
各行配線毎に、15個の直交符号毎に異なる測定データとして、以下に示すデータとして、復号演算回路10内部のメモリに記憶されている。
d1 =Vs1+Vs3+Vs5+Vs7+Vs9+Vs11+Vs13+Vs15
d2 =Vs2+Vs3+Vs6+Vs7+Vs10+Vs11+Vs14+Vs15
d3 =Vs1+Vs2+Vs5+Vs6+Vs9+Vs10+Vs13+Vs14
d4 =Vs4+Vs5+Vs6+Vs7+Vs12+Vs13+Vs14+Vs15



d15 =Vs1+Vs2+Vs4+Vs7+Vs8+Vs11+Vs13+Vs14
Then, the capacitance detection circuit 100 drives the plurality of column wirings of the column wiring group 2 by each of the drive pulse trains P1 to P15, sequentially reads out the 15-bit orthogonal codes in the above-described measurement processing from the code memory 21, and respectively Fifteen different measurement voltages Vd for each address t1 to t15 are obtained for each row wiring in time series. The A / D converter 9 converts this measurement voltage Vd into measurement data d in time series, and a data string {d1, d2,..., D15} of measurement data multiplexed with orthogonal codes is obtained.
Measurement data different for each of the 15 orthogonal codes for each row wiring is stored in the memory inside the decoding arithmetic circuit 10 as the following data.
d1 = Vs1 + Vs3 + Vs5 + Vs7 + Vs9 + Vs11 + Vs13 + Vs15
d2 = Vs2 + Vs3 + Vs6 + Vs7 + Vs10 + Vs11 + Vs14 + Vs15
d3 = Vs1 + Vs2 + Vs5 + Vs6 + Vs9 + Vs10 + Vs13 + Vs14
d4 = Vs4 + Vs5 + Vs6 + Vs7 + Vs12 + Vs13 + Vs14 + Vs15



d15 = Vs1 + Vs2 + Vs4 + Vs7 + Vs8 + Vs11 + Vs13 + Vs14

ここで、Vsは駆動された各列配線と行配線との交差部のセンサ素子の各容量が電圧に変換された電圧データ(デジタル値)であり、各測定データdは直交符号に基づいて駆動された列配線に対応するセンサ素子の容量により多重化されている。
一般式として考えると、以下の(1)式となる。
Here, Vs is voltage data (digital value) obtained by converting each capacitance of the sensor element at the intersection of each driven column wiring and row wiring into a voltage, and each measurement data d is driven based on an orthogonal code. Multiplexed by the capacitance of the sensor element corresponding to the column wiring.
When considered as a general formula, the following formula (1) is obtained.

Figure 2005114362
Figure 2005114362

この式において、列配線群2において約半数(8本)が、直交符号に基づいて同時に駆動されるため、約半数の交差部のセンサ素子の容量Csjに対応した電圧データVsjの積算された値が測定データdiとして求められる。ここで「j」は列配線Cの番号であり、「i」は測定データの番号(アドレスtiの順番各々に対応に対応)であり、i=1,2,3,…,N、j=1,2,3,…,Nとする。すなわち、(1)式の符号CD(i,j)は、時刻tiにおいて用いられるi番目の符号において、j番目の要素の符号を示す。
そして、復号演算回路10は、上記多重化されている測定データと、多重化に用いた直交符号とにより、各センサ素子の電圧データVsを以下の(2)式により求める。
In this equation, about half (eight) in the column wiring group 2 are simultaneously driven based on the orthogonal code, so that the integrated value of the voltage data Vsj corresponding to the capacitance Csj of the sensor elements at about half of the intersections. Is obtained as measurement data di. Here, “j” is the number of the column wiring C, “i” is the number of the measurement data (corresponding to the order of the addresses ti), and i = 1, 2, 3,..., N, j = 1, 2, 3, ..., N. That is, the code CD (i, j) in the equation (1) indicates the code of the j-th element in the i-th code used at the time ti.
Then, the decoding arithmetic circuit 10 obtains the voltage data Vs of each sensor element by the following equation (2) from the multiplexed measurement data and the orthogonal code used for multiplexing.

Figure 2005114362
Figure 2005114362

すでに述べたように、直交符号を順次、コードメモリ21から読み出し、求められた時系列な測定データdは、上記(2)式により、直交符号と測定データdとの積和演算により、行配線と駆動された列配線との交差部のセンサ素子の容量に対応する電圧データds、すなわち電圧データVsに分離することができる。
ここで、この(2)式において、直交符号のビットのデータがCD(i,j)=1のとき、係数CDs(i,j)=+1であり、CD(i,j)=0のとき、係数CDs(i,j)=−1とする。
復号演算回路10は、この(2)式を用いて測定データdから電圧データdsへの分離の演算を行う。
As described above, the orthogonal codes are sequentially read from the code memory 21, and the obtained time-series measurement data d is obtained by performing the product sum operation of the orthogonal codes and the measurement data d by the above equation (2). And voltage data ds corresponding to the capacitance of the sensor element at the intersection of the driven column wiring and the voltage data Vs.
Here, in the equation (2), when the bit data of the orthogonal code is CD (i, j) = 1, the coefficient CDs (i, j) = + 1 and when CD (i, j) = 0. , Coefficient CDs (i, j) = − 1.
The decoding operation circuit 10 performs an operation of separation from the measurement data d to the voltage data ds using the equation (2).

すなわち、センサ素子毎の電圧データds、すなわち電圧データ{ds1,ds2,ds3,…,ds14,ds15}を求めるとき、行配線単位で電圧データdsを、直交符号により多重化して、測定データのデータ列{d1,d2,d3,…,d14,d15}が求められているので、まず測定データdi毎に直交符号のビット列{1(LSB),0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1(MSB)}の各ビットのデータCD(i,j)に対応する上記係数を乗算する。   That is, when obtaining the voltage data ds for each sensor element, that is, the voltage data {ds1, ds2, ds3,..., Ds14, ds15}, the voltage data ds is multiplexed by orthogonal codes in units of row wirings, and the data of the measurement data is obtained. Since the sequence {d1, d2, d3,..., D14, d15} is obtained, first, the bit sequence {1 (LSB), 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0 of the orthogonal code for each measurement data di. , 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1 (MSB)} is multiplied by the coefficient corresponding to the data CD (i, j) of each bit.

ここで、測定時に、所定の直交符号に基づいて列配線に駆動信号を印加するとき、ビット列の順番は各列配線の順番に順次対応しており、例えば、LSBのビットは列配線C1に対応し、MSBのビットは列配線C15に対応している。次に、列配線C1の交差部に対応する電圧データds1は、アドレスt1〜t15の各直交符号のビット配列のLSBのビット列{1(t1),0(t2),1(t3),0(t4),1(t5),0(t6),1(t7),0(t8),1(t9),0(t10),1(t11),0(t12),1(t13),0(t14),1(t15)}として、このビット列の各ビットのデータCD(i,j)に対応する係数を、測定データdi毎に乗算し一周期に渡って積算する。   Here, at the time of measurement, when a drive signal is applied to the column wiring based on a predetermined orthogonal code, the order of the bit strings sequentially corresponds to the order of each column wiring. For example, the LSB bit corresponds to the column wiring C1. The MSB bit corresponds to the column wiring C15. Next, the voltage data ds1 corresponding to the intersection of the column wiring C1 is the LSB bit string {1 (t1), 0 (t2), 1 (t3), 0 ( t4), 1 (t5), 0 (t6), 1 (t7), 0 (t8), 1 (t9), 0 (t10), 1 (t11), 0 (t12), 1 (t13), 0 ( t14), 1 (t15)}, the coefficient corresponding to the data CD (i, j) of each bit of this bit string is multiplied for each measurement data di and integrated over one period.

すなわち、列配線C1は、図7の時刻毎の直交符号のビットのデータを見て判るように、時刻t1にアドレスt1における直交符号のLSB(1ビット目)のビットのデータに対応して駆動され、時刻t2にアドレスt2における直交符号のLSBのデータに対応して駆動され,…,時刻t15にアドレスt15における直交符号のLSBのビットのデータに対応して駆動されているため、積和演算においても、対応した直交符号のビットのデータに対する係数を、測定データ毎に乗算して加算することとなる。   That is, the column wiring C1 is driven corresponding to the data of the LSB (first bit) of the orthogonal code at the address t1 at time t1, as can be seen from the data of the orthogonal code bit for each time of FIG. Is driven corresponding to the LSB data of the orthogonal code at the address t2 at time t2, and so on, and driven at the time t15 corresponding to the data of the LSB bit of the orthogonal code at the address t15. Also, the coefficient for the corresponding orthogonal code bit data is multiplied for each measurement data and added.

同様に、列配線C2の交差部に対応する電圧データdS2は、時刻t1にアドレスt1における直交符号の2ビット目のデータに対応して駆動され、時刻t2にアドレスt2における直交符号の2ビット目のデータに対応して駆動され,…,時刻t15にアドレスt15における直交符号の2ビット目のデータに対応して駆動されているため、積和演算においても、対応した直交符号のビットのデータに対応する係数を乗算して加算することとなる。
すなわち、電圧データds2は、アドレスt1〜t15の各直交符号のビット配列の2ビット目からなるビット列{0(t1),1(t2),1(t3),0(t4),0(t5),1(t6),1(t7),0(t8),0(t9),1(t10),1(t11),0(t12),0(t13),1(t14),1(t15)}として、このビット列の各ビットのデータCD(i,j)に対応する係数を、測定データdi毎に乗算し一周期に渡って積算する。
Similarly, the voltage data dS2 corresponding to the intersection of the column wiring C2 is driven corresponding to the second bit data of the orthogonal code at the address t1 at the time t1, and the second bit of the orthogonal code at the address t2 at the time t2. ..,..., And is driven in correspondence with the second bit data of the orthogonal code at the address t15 at time t15. The corresponding coefficient is multiplied and added.
That is, the voltage data ds2 is a bit string {0 (t1), 1 (t2), 1 (t3), 0 (t4), 0 (t5) consisting of the second bit of the bit arrangement of each orthogonal code at addresses t1 to t15. , 1 (t6), 1 (t7), 0 (t8), 0 (t9), 1 (t10), 1 (t11), 0 (t12), 0 (t13), 1 (t14), 1 (t15) }, A coefficient corresponding to the data CD (i, j) of each bit of this bit string is multiplied for each measurement data di and integrated over one period.

上述したように、各交差部各々の容量に対応する電圧は、対応する列配線に、時刻t1〜t15において印加されたデータに対応したビット列の各ビットのデータCD(i,j)に対する係数を、測定データdi毎に乗算し、1周期に渡って積算する。この処理は、直交符号に対する積和演算に相当し、以下に示すように、各交差部に対応する電圧データdSjは、測定データdiと、コードメモリ21に記憶されている直交符号の各ビット配列のデータに対応する係数との積和演算により求められる。
すなわち、復号時の積和演算においては、各時刻に測定された測定データ毎に、求める交差部の列配線の番号と、この番号に対応する、上記時刻に用いられた直交符号のビット配列における番号(順番)のビットのデータに対応する係数とを各々乗じて、積算していくこととなる(つまり、測定時に各時刻において、対応する列配線を駆動するときに用いられた直交符号のビットのデータと、同様の値のデータに対応する係数が乗じられる)。
As described above, the voltage corresponding to the capacitance of each crossing portion is a coefficient for the data CD (i, j) of each bit of the bit string corresponding to the data applied to the corresponding column wiring at time t1 to t15. Multiply every measurement data di and integrate over one period. This process corresponds to a product-sum operation on the orthogonal code. As shown below, the voltage data dSj corresponding to each intersection is measured data di and each bit arrangement of the orthogonal code stored in the code memory 21. It is obtained by the product-sum operation with the coefficient corresponding to the data.
That is, in the product-sum operation at the time of decoding, for each measurement data measured at each time, in the column wiring number of the intersection to be obtained and the bit array of the orthogonal code used at the time corresponding to this number The coefficients corresponding to the bit data of the number (order) are respectively multiplied and accumulated (that is, the bits of the orthogonal code used when driving the corresponding column wiring at each time during measurement) And the coefficient corresponding to the data of the same value is multiplied).

本実施形態における15本の列配線に対応した、コードメモリ21に記憶された図8に示す直交符号において、各アドレスt1〜t15の直交符号のビット配列により、復号演算回路10は、(2)式に基づいて、
ds1 =+d1−d2+d3−d4+d5−d6+d7−d8+d9−d10+d11−d12+d13−d14+d15
ds2 =−d1+d2+d3−d4−d5+d6+d7−d8−d9+d10+d11−d12−d13+d14+d15
ds3 =+d1+d2−d3−d4+d5+d6−d7−d8+d9+d10−d11−d12+d13+d14−d15
ds4 =−d1−d2−d3+d4+d5+d6+d7−d8−d9−d10−d11+d12+d13+d14+d15



ds15 =+d1+d2−d3+d4−d5−d6+d7+d8−d9−d10+d11−d12+d13+d14−d15
の演算を行い、測定データdiのデータ列から各センサ素子の容量値に対応する電圧データdsjに分離する。
In the orthogonal code shown in FIG. 8 and stored in the code memory 21 corresponding to the 15 column wirings in the present embodiment, the decoding arithmetic circuit 10 uses (2) the bit arrangement of the orthogonal codes of the addresses t1 to t15. Based on the formula
ds1 = + d1-d2 + d3-d4 + d5-d6 + d7-d8 + d9-d10 + d11-d12 + d13-d14 + d15
ds2 = -d1 + d2 + d3-d4-d5 + d6 + d7-d8-d9 + d10 + d11-d12-d13 + d14 + d15
ds3 = + d1 + d2-d3-d4 + d5 + d6-d7-d8 + d9 + d10-d11-d12 + d13 + d14-d15
ds4 = -d1-d2-d3 + d4 + d5 + d6 + d7-d8-d9-d10-d11 + d12 + d13 + d14 + d15



ds15 = + d1 + d2-d3 + d4-d5-d6 + d7 + d8-d9-d10 + d11-d12 + d13 + d14-d15
And the voltage data dsj corresponding to the capacitance value of each sensor element is separated from the data string of the measurement data di.

上述したように、第1の実施形態においては、複数の列配線を、直交符号に基づいて同時に駆動させ、次のタイミングにおいて、コードメモリ21から時刻に対応したアドレスの直交符号を読み出して測定を行うという操作を繰り返し、一方、検出側で時系列に得られたデータを直交符号との積和演算処理を施すことで、他の列配線との交差部容量からの影響をほぼ平均化すると同時に、対象となる列配線との交差部のセンサ素子(容量センサ)に充放電される電荷の情報のみを抽出することができる。   As described above, in the first embodiment, a plurality of column wirings are simultaneously driven based on the orthogonal code, and at the next timing, the orthogonal code of the address corresponding to the time is read from the code memory 21 and measured. On the other hand, the data obtained in time series on the detection side is subjected to product-sum operation processing with orthogonal codes, so that the influence from the intersection capacitance with other column wirings is almost averaged simultaneously It is possible to extract only the information on the charge / discharge of the sensor element (capacitance sensor) at the intersection with the target column wiring.

また、図12は、本実施形態をラインセンサに用いた場合の構成例を示すブロック図を示している。
このラインセンサのセンサ部4Bにおいては、検出する行配線を1列にすることで、ライン型センサを構成している。
容量検出回路の各構成については、容量を検出する行配線を選択するセレクタ回路8が設けられていない以外、すでに説明したエリア型センサと同様のため、同一の符号を付して説明を省略する。
FIG. 12 is a block diagram showing a configuration example when the present embodiment is used for a line sensor.
In the sensor unit 4B of this line sensor, a line type sensor is configured by arranging the row wiring to be detected in one column.
Each configuration of the capacitance detection circuit is the same as that of the already described area type sensor except that the selector circuit 8 for selecting the row wiring for detecting the capacitance is not provided. .

このライン型センサは、エリア型センサに比較し、回路規模が小さく、低消費電力化とコストダウンを計ることができる。
このライン型センサを指紋センサとして用いるときは、指を行配線に概略垂直な角度でスイープし、タイミング制御回路11が所定の周期にて測定処理のための各信号を出力し、復号演算回路10が上記所定の周期毎に入力される行配線単位の測定データを繋ぎ合わせることで2次元の指紋データを検出する。
This line type sensor has a smaller circuit scale than an area type sensor, and can reduce power consumption and cost.
When this line type sensor is used as a fingerprint sensor, the finger is swept at an angle substantially perpendicular to the row wiring, the timing control circuit 11 outputs each signal for measurement processing at a predetermined period, and the decoding arithmetic circuit 10 Detects the two-dimensional fingerprint data by connecting the measurement data in units of row wirings inputted every predetermined period.

次に、第2の実施形態を図1を参照して説明するが、第1の実施形態と同様な構成及び動作については説明を省略する。ここで、列配線群2は、列配線C1〜C16の第1の実施形態より1本多い構成となっている。第2の実施形態の容量検出装置においては、図7のウォルシュ符号の内、全ビットが論理「0」となる1行目(アドレスt1)を除く、15(行)×16(列)の行列として直交符号を取り扱う。
このとき、1列目がすべて論理0となり、測定データの多重化に都合が悪いため、直交符号発生部1に格納用レジスタ23の各レジスタの出力を反転させる,
すなわち、直交符号のビット配列の各ビットデータの論理を反転させる反転回路を、格納用レジスタ23及び列配線駆動回路5との間に追加し、非反転の直交符号と、反転させた直交符号とのいずれかを出力する。
Next, the second embodiment will be described with reference to FIG. 1, but the description of the same configuration and operation as those of the first embodiment will be omitted. Here, the column wiring group 2 has one more configuration than the first embodiment of the column wirings C1 to C16. In the capacity detection apparatus of the second embodiment, a matrix of 15 (rows) × 16 (columns) excluding the first row (address t1) in which all bits are logic “0” in the Walsh code of FIG. As an orthogonal code.
At this time, all the first columns are logic 0, which is inconvenient for multiplexing measurement data, so that the orthogonal code generator 1 inverts the output of each register of the storage register 23.
That is, an inverting circuit that inverts the logic of each bit data of the bit arrangement of the orthogonal code is added between the storage register 23 and the column wiring drive circuit 5, and the non-inverted orthogonal code, the inverted orthogonal code, and One of the following is output.

この非反転状態の15(行)×16(列)と、反転処理をした15(行)×16(列)とを出力することにより、直交符号が組み合わせられることとなり、全ての列において論理「1」となる検出回数(直交符号の行に対応するため15回)と、論理「0」となる検出回数(直交符号の行に対応するため15回)が同じになる。
ここで、容量検出の検出回数は、非反転状態の15(行)×16(列)と、反転処理をした15(行)×16(列)と第1の実施形態の2倍の行数となる。この結果得られる直交符号のビット配列のコードテーブルを図13に示す。コードメモリ21に記憶されているデータは、奇数のアドレスt1,t3,t5,t7,t9,t11,t13,t15,t17,t19,t21,t23,t25,t27,t29である。
By outputting 15 (rows) × 16 (columns) in the non-inverted state and 15 (rows) × 16 (columns) subjected to inversion processing, orthogonal codes are combined, and logical “ The number of detection times “1” (15 times to correspond to orthogonal code rows) and the number of detection times “0” (15 times to correspond to orthogonal code rows) are the same.
Here, the number of detections of capacitance detection is 15 (rows) × 16 (columns) in a non-inverted state, 15 (rows) × 16 (columns) in which inversion processing is performed, and twice the number of rows as in the first embodiment. It becomes. A code table of the bit arrangement of orthogonal codes obtained as a result is shown in FIG. The data stored in the code memory 21 are odd addresses t1, t3, t5, t7, t9, t11, t13, t15, t17, t19, t21, t23, t25, t27, t29.

そして、図14及び図15の反転回路24(241〜2416)は、アドレスカウンタ22の出力する計数値が奇数のアドレスt1,t3,t5,t7,t9,t11,t13,t15,t17,t19,t21,t23,t25,t27,t29の場合、コードメモリ21の対応するそのままのビットのデータを出力し、偶数のアドレスt2,t4,t6,t8,t10,t12,t14,t16,t18,t20,t22,t24,t26,t28,t30の場合、直前にコードメモリ21から読み出された奇数アドレスに対応する直交符号のビットのデータを反転して出力する。   14 and 15 includes addresses t1, t3, t5, t7, t9, t11, t13, t15, t17, t19, which are odd numbers output from the address counter 22. In the case of t21, t23, t25, t27, t29, the corresponding bit data of the code memory 21 is output, and even addresses t2, t4, t6, t8, t10, t12, t14, t16, t18, t20, In the case of t22, t24, t26, t28, t30, the bit data of the orthogonal code corresponding to the odd address read from the code memory 21 immediately before is inverted and output.

次に、具体的な列配線の駆動動作を、図14及び図15を用いて説明する。
時刻t1において、列配線駆動部5は、直交符号発生部1から出力される直交符号に対応して、列配線群2における複数の列配線を同時に駆動させる。すなわち、図14にあるように、時刻t1において、直交符号読み出し回路20Bは、アドレスカウンタ22にカウント信号を出力し、初期状態から、カウント信号を1つ計数した結果としてアドレスt1を出力させ、コードメモリ21からアドレスt1の直交符号のビット配列{0(LSB),1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1(MSB)}を読み出す。
Next, a specific column wiring driving operation will be described with reference to FIGS.
At time t1, the column wiring drive unit 5 simultaneously drives a plurality of column wirings in the column wiring group 2 corresponding to the orthogonal code output from the orthogonal code generation unit 1. That is, as shown in FIG. 14, at time t1, the orthogonal code reading circuit 20B outputs a count signal to the address counter 22, and from the initial state, outputs the address t1 as a result of counting one count signal. Bit array of orthogonal code at address t1 from the memory 21 {0 (LSB), 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1 (MSB)} Is read.

そして、直交符号読み出し回路20Bは、読み出したビット配列の各ビットのデータを、格納用レジスタ23の各レジスタへ書き込む。
これにより、列配線駆動部5は、格納用レジスタ23から反転回路24を介して、アドレスt1に対応する直交符号のビット配列が入力されることにより、上記ビット配列のビットのデータが「1」の場合に駆動信号を出力し、「0」の場合に駆動信号を出力しないため、時刻t1における直交符号のビット配列において、列配線群2における列配線C1,C3,C5,C7,C9,C11,C13,C15各々に駆動信号を出力し、複数の交差部の容量の測定データを多重化する。このとき、アドレスが奇数のため、反転回路24は、反転処理を行わずに、コードメモリ21のアドレスt1から読み出された直交符号のデータをそのまま列配線駆動部5に出力する。
Then, the orthogonal code reading circuit 20B writes the data of each bit of the read bit arrangement to each register of the storage register 23.
As a result, the column wiring drive unit 5 receives the bit sequence of the orthogonal code corresponding to the address t1 from the storage register 23 via the inverting circuit 24, so that the bit data of the bit sequence is “1”. Since the drive signal is output in the case of "0" and no drive signal is output in the case of "0", the column wirings C1, C3, C5, C7, C9, C11 in the column wiring group 2 in the bit array of the orthogonal code at the time t1. , C13, and C15 are each output with a drive signal, and the measurement data of the capacitance at a plurality of intersections is multiplexed. At this time, since the address is an odd number, the inverting circuit 24 outputs the data of the orthogonal code read from the address t 1 of the code memory 21 to the column wiring driving unit 5 without performing the inverting process.

次に、時刻t2において、時刻t1の状態から、カウント信号を1つ計数した結果としてアドレスt2を出力させるが、コードメモリ21からはアドレスt1の直交符号のビット配列が読み出されたままとなっている。
そして、直交符号読み出し回路20Bは、時刻t1のときと同様に、アドレスt1によりコードメモリ21から読み出したビット配列の各ビットのデータを、格納用レジスタ23の各レジスタへ書き込む。
このとき、反転回路24は、入力されているアドレスt1の直交符号の各ビットを反転し、偶数のアドレスt2のビット配列{1(LSB),0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0(MSB)}として出力する。
Next, at time t2, the address t2 is output as a result of counting one count signal from the state at time t1, but the bit array of the orthogonal code at the address t1 is still read from the code memory 21. ing.
Then, the orthogonal code reading circuit 20B writes the data of each bit of the bit arrangement read from the code memory 21 by the address t1 to each register of the storage register 23, similarly to the time t1.
At this time, the inversion circuit 24 inverts each bit of the orthogonal code of the input address t1, and the bit array {1 (LSB), 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0 of the even address t2. , 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0 (MSB)}.

そして、列配線駆動部5は、時刻t1のときと同様に、読み出したビット配列の各ビットのデータに対応して、列配線を駆動する駆動パルス列(P2)を出力する。
これにより、列配線駆動部5は、時刻t2における直交符号のビット配列において、列配線群2における列配線C2,C4,C6,C8,C10,C12,C14,C16各々に駆動信号を出力し、複数の交差部の容量の測定データを多重化する。
Then, similarly to the time t1, the column wiring driving unit 5 outputs a driving pulse train (P2) for driving the column wiring corresponding to the read data of each bit in the bit arrangement.
Thereby, the column wiring drive unit 5 outputs a drive signal to each of the column wirings C2, C4, C6, C8, C10, C12, C14, C16 in the column wiring group 2 in the bit arrangement of the orthogonal code at the time t2. Multiplexed capacity measurement data at multiple intersections.

以下、上述した操作を、時刻t3,t4,t5,…,t29,t30において行うことにより、レジスタ231,232,233,234,235,236,237,238,239,2310,2311,2312,2313,2314,2315,2316各々に、順次、コードメモリ21から、各時刻に対応したアドレスの直交符号のビット配列の各ビットのデータが入力されることになる。
ここで、格納用レジスタ23の各レジスタ231,232,233,234,235,236,237,238,239,2310,2311,2312,2313,2314,2315,2316各々に記憶されているデータは、列配線駆動部5におけるドライバ回路51,52,53,54,55,56,57,58,59,510,511,512,513,514,515,516それぞれに供給される。時刻t1〜t30各々における、複数の交差部の容量を多重化した測定処理が終了した時点において、本発明における指紋採取処理の一周期となる。
Hereinafter, the above-described operation is performed at times t3, t4, t5,..., T29, t30, thereby register 231, 232, 233, 234, 235, 236, 237, 238, 239, 2310, 2311, 2312, 2313. , 2314, 2315, and 2316 are sequentially input from the code memory 21 with each bit data of the bit array of the orthogonal code of the address corresponding to each time.
Here, the data stored in each register 231, 232, 233, 234, 235, 236, 237, 238, 239, 2310, 2311, 2312, 2313, 2314, 2315, 2316 of the storage register 23 is It is supplied to driver circuits 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 510, 511, 512, 513, 514, 515, 516 in the column wiring drive section 5, respectively. At the time t1 to t30, when the measurement process in which the capacities of a plurality of intersections are multiplexed is completed, it is one cycle of the fingerprint collection process in the present invention.

そして、容量検出回路100は、駆動パルス列P各々により、列配線群2の複数の列配線を駆動し、上述した測定処理における16ビットの直交符号を、順次、奇数のアドレスにおいてはコードメモリ21から読み出し、偶数のアドレスにおいては、直前にコードメモリ21から読み出された奇数のアドレスの直交符号のデータを反転させて、各々アドレスt1〜t30毎に異なる30個の測定電圧Vdを、時系列に各行配線毎に得る。この測定電圧VdがA/D変換器9により、測定データdに時系列に変換され、直交符号により多重化された測定データのデータ列{d1,d2,…,d15,…,d29,d30}が得られる。
各行配線毎に、30個の直交符号毎に異なる測定データとして、以下に示すデータとして、復号演算回路10内部のメモリに記憶されている。
d1 =Vs2+Vs4+Vs6+Vs8+Vs10+Vs12+Vs16
d2 =Vs1+Vs3+Vs5+Vs7+Vs9+Vs11+Vs13+Vs15
d3 =Vs3+Vs4+Vs7+Vs8+Vs11+Vs12+Vs15+Vs16
d4 =Vs1+Vs2+Vs5+Vs6+Vs9+Vs10+Vs13+Vs14


d29 =Vs2+Vs3+Vs5+Vs8+Vs9++Vs12+Vs14+Vs15
d30 =Vs1+Vs4+Vs6+Vs7+Vs10+Vs11+Vs13+Vs16
Then, the capacitance detection circuit 100 drives a plurality of column wirings of the column wiring group 2 by each of the drive pulse trains P, and sequentially converts the 16-bit orthogonal code in the above-described measurement processing from the code memory 21 at odd addresses. At the read and even address, the orthogonal code data of the odd address read immediately before from the code memory 21 is inverted, and 30 measurement voltages Vd that differ for each address t1 to t30 are time-sequentially. Obtained for each row wiring. The measurement voltage Vd is converted to measurement data d by the A / D converter 9 in a time series, and the data string {d1, d2,..., D15,. Is obtained.
Measurement data different for each of the 30 orthogonal codes for each row wiring is stored in the memory inside the decoding arithmetic circuit 10 as the following data.
d1 = Vs2 + Vs4 + Vs6 + Vs8 + Vs10 + Vs12 + Vs16
d2 = Vs1 + Vs3 + Vs5 + Vs7 + Vs9 + Vs11 + Vs13 + Vs15
d3 = Vs3 + Vs4 + Vs7 + Vs8 + Vs11 + Vs12 + Vs15 + Vs16
d4 = Vs1 + Vs2 + Vs5 + Vs6 + Vs9 + Vs10 + Vs13 + Vs14
.
.
d29 = Vs2 + Vs3 + Vs5 + Vs8 + Vs9 +++ Vs12 + Vs14 + Vs15
d30 = Vs1 + Vs4 + Vs6 + Vs7 + Vs10 + Vs11 + Vs13 + Vs16

ここで、Vsj(1≦j≦15、列配線の番号に対応)は駆動された各列配線と行配線との交差部のセンサ素子の各容量が電圧に変換された電圧データ(デジタル値)であり、各測定データdは直交符号に基づいて駆動された列配線に対応するセンサ素子の容量により多重化されている。
すでに述べた(1)式において、列配線群2において半数(8本)が、直交符号に基づいて同時に駆動されるため、半数の交差部のセンサ素子の容量Csjに対応した電圧データVsjの積算された値が測定データdiとして求められる。ここで「j」は列配線Cの番号であり、「i」は測定データの番号(アドレスtiの各順番に対応)であり、i=1,2,3,…、j=1,2,3,…とする。
そして、復号演算回路10は、上記多重化されている測定データと、多重化に用いた直交符号とにより、各センサ素子の電圧データVsを(2)式により求める。
Here, Vsj (1 ≦ j ≦ 15, corresponding to the column wiring number) is voltage data (digital value) obtained by converting each capacitance of the sensor element at the intersection of each driven column wiring and row wiring into a voltage. Each measurement data d is multiplexed by the capacitance of the sensor element corresponding to the column wiring driven based on the orthogonal code.
In the already-described expression (1), half (eight) in the column wiring group 2 are simultaneously driven based on the orthogonal code, so that the integration of the voltage data Vsj corresponding to the capacitance Csj of the sensor element at the half of the intersection is performed. The obtained value is obtained as measurement data di. Here, “j” is the number of the column wiring C, “i” is the number of the measurement data (corresponding to each order of the address ti), i = 1, 2, 3,..., J = 1, 2, 3, and so on.
Then, the decoding arithmetic circuit 10 obtains the voltage data Vs of each sensor element by the equation (2) from the multiplexed measurement data and the orthogonal code used for multiplexing.

すでに述べたように、直交符号を順次、奇数のアドレスの場合、コードメモリ21から読み出し、偶数のアドレスの場合、直前の奇数のアドレスに対応する直交符号のデータを反転して、多重化して求められた時系列な測定データdは、上記(2)式により、直交符号と測定データdとの積和演算により、行配線と駆動された列配線との交差部のセンサ素子の容量に対応する電圧データds、すなわち電圧データVsに分離することができる。
ここで、この(2)式において、第1の実施形態と同様に、直交符号のビットのデータがCD(i,j)=1のとき、CDs(i,j)=+1であり、CD(i,j)=0のとき、CDs(i,j)=−1とする。
復号演算回路10は、この(2)式を用いて測定データdから電圧データdsへの分離の演算を行う。
As described above, the orthogonal codes are sequentially read from the code memory 21 in the case of odd addresses, and the orthogonal code data corresponding to the previous odd address is inverted and multiplexed in the case of even addresses. The obtained time-series measurement data d corresponds to the capacitance of the sensor element at the intersection of the row wiring and the driven column wiring by the product-sum operation of the orthogonal code and the measurement data d according to the above equation (2). Voltage data ds, that is, voltage data Vs can be separated.
In this equation (2), as in the first embodiment, when the bit data of the orthogonal code is CD (i, j) = 1, CDs (i, j) = + 1, and CD ( When i, j) = 0, CDs (i, j) =-1.
The decoding operation circuit 10 performs an operation of separation from the measurement data d to the voltage data ds using the equation (2).

すなわち、センサ素子毎の電圧データds、すなわち電圧データ{ds1,ds2,ds3,…,ds14,ds15}を求めるとき、行配線単位で電圧データdsを、直交符号により多重化して、測定データのデータ列{d1,d2,d3,…,d14,d15}が求められているので、まず測定データdi毎に直交符号のビット列{0(LSB),1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1(MSB)}の各ビットのデータCD(i,j)を係数として乗算する。   That is, when obtaining the voltage data ds for each sensor element, that is, the voltage data {ds1, ds2, ds3,..., Ds14, ds15}, the voltage data ds is multiplexed by orthogonal codes in units of row wirings, and the data of the measurement data is obtained. Since the sequence {d1, d2, d3,..., D14, d15} is obtained, first, the bit sequence {0 (LSB), 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1 of the orthogonal code for each measurement data di. , 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1 (MSB)} The bit data CD (i, j) is multiplied as a coefficient.

ここで、ビット列の順番は各列配線の順番に順次対応しており、例えば、LSBのビットは列配線C1に対応し、MSBのビットは列配線C15に対応している。次に、列配線C1の交差部に対応する電圧データds1は、アドレスt1〜t15の各直交符号のビット配列のLSBのビット列{0(t1),1(t2),0(t3),1(t4),0(t5),1(t6),0(t7),1(t8),0(t9),1(t10),0(t11),1(t12),0(t13),1(t14),0(t15),1(t16,0(t17),1(t18),0(t19),1(t20),0(t21),1(t22),0(t23),1(t24),0(t25),1(t26),0(t27),1(t28),0(t29),1(t30)}として、このビット列の各ビットのデータCD(i,j)を係数として、測定データdi毎に乗算し一周期に渡って積算する。   Here, the order of the bit columns sequentially corresponds to the order of the column wirings. For example, the LSB bit corresponds to the column wiring C1, and the MSB bit corresponds to the column wiring C15. Next, the voltage data ds1 corresponding to the intersection of the column wiring C1 is the LSB bit string {0 (t1), 1 (t2), 0 (t3), 1 ( t4), 0 (t5), 1 (t6), 0 (t7), 1 (t8), 0 (t9), 1 (t10), 0 (t11), 1 (t12), 0 (t13), 1 ( t14), 0 (t15), 1 (t16, 0 (t17), 1 (t18), 0 (t19), 1 (t20), 0 (t21), 1 (t22), 0 (t23), 1 (t24 ), 0 (t25), 1 (t26), 0 (t27), 1 (t28), 0 (t29), 1 (t30)}, and the data CD (i, j) of each bit of this bit string as a coefficient Multiply every measurement data di and integrate over one period.

すなわち、列配線C1は、時刻t1にアドレスt1における直交符号のLSB(1ビット目)のビットのデータに対応して駆動され、時刻t2にアドレスt2における直交符号のLSBのデータに対応して駆動され,…,時刻t30にアドレスt30における直交符号のLSBのビットのデータに対応して駆動されているため、積和演算においても、対応した直交符号のビットのデータを乗算して加算することとなる。   That is, the column wiring C1 is driven corresponding to the data of the LSB (first bit) of the orthogonal code at the address t1 at time t1, and is driven corresponding to the LSB data of the orthogonal code at the address t2 at time t2. ..,... Are driven corresponding to the LSB bit data of the orthogonal code at the address t30 at the time t30, so that in the product-sum operation, the corresponding orthogonal code bit data is multiplied and added. Become.

同様に、列配線C2の交差部に対応する電圧データdS2は、時刻t1にアドレスt1における直交符号の2ビット目のデータに対応して駆動され、時刻t2にアドレスt2における直交符号の2ビット目のデータに対応して駆動され,…,時刻t30にアドレスt30における直交符号の2ビット目のデータに対応して駆動されているため、積和演算においても、対応した直交符号のビットのデータを乗算して加算することとなる。
すなわち、電圧データds2は、アドレスt1〜t15の各直交符号のビット配列の2ビット目からなるビット列{1(t1),0(t2),1(t3),0(t4),1(t5),0(t6),1(t7),0(t8),1(t9),0(t10),1(t11),0(t12),1(t13),0(t14),1(t15)0(t16,1(t17),0(t18),1(t19),0(t20),1(t21),0(t22),1(t23),0(t24),1(t25),0(t26),1(t27),0(t28),1(t29),0(t30)}として、このビット列の各ビットのデータCD(i,j)を係数として、測定データdi毎に乗算し一周期に渡って積算する。
Similarly, the voltage data dS2 corresponding to the intersection of the column wiring C2 is driven corresponding to the second bit data of the orthogonal code at the address t1 at the time t1, and the second bit of the orthogonal code at the address t2 at the time t2. ,..., And at the time t30, the data is driven corresponding to the second bit data of the orthogonal code at the address t30. Multiply and add.
That is, the voltage data ds2 is a bit string {1 (t1), 0 (t2), 1 (t3), 0 (t4), 1 (t5) composed of the second bit of the bit arrangement of each orthogonal code at addresses t1 to t15. , 0 (t6), 1 (t7), 0 (t8), 1 (t9), 0 (t10), 1 (t11), 0 (t12), 1 (t13), 0 (t14), 1 (t15) 0 (t16, 1 (t17), 0 (t18), 1 (t19), 0 (t20), 1 (t21), 0 (t22), 1 (t23), 0 (t24), 1 (t25), 0 (T26), 1 (t27), 0 (t28), 1 (t29), 0 (t30)}, the data CD (i, j) of each bit of this bit string is used as a coefficient and multiplied for each measurement data di Accumulate over one cycle.

上述したように、各交差部各々の容量に対応する電圧は、対応する列配線に、時刻t1〜t30において印加されたデータに対応したビット列の各ビットのデータCD(i,j)を係数として、測定データdi毎に乗算し、1周期に渡って積算する。この処理は、直交符号に対する積和演算に相当し、以下に示すように、各交差部に対応する電圧データdSjは、測定データdiと、コードメモリ21に記憶された各直交符号のビット配列のデータとの積和演算により求められる。   As described above, the voltage corresponding to the capacitance of each intersection is obtained by using the data CD (i, j) of each bit of the bit string corresponding to the data applied to the corresponding column wiring at the time t1 to t30 as a coefficient. Multiply every measurement data di and integrate over one period. This process corresponds to a product-sum operation on orthogonal codes. As shown below, voltage data dSj corresponding to each intersection is obtained by measuring data di and the bit array of each orthogonal code stored in the code memory 21. It is obtained by multiply-accumulate with data.

本実施形態における16本の列配線に対応した、コードメモリ21に記憶された、または反転された図13に示す直交符号において、各アドレスt1〜t30の直交符号のビット配列により、復号演算回路10は、(2)式に基づいて、
ds1 =−d1−d3−d5−d7−d9−d11−d13−d15−d17−d19−d21−d23−d25−d27−d29+d2+d4+d6+d8+d10+d12+d14+d16+d18+d20+d22+d24+d26+d28+d30
ds2 =d1−d3+d5−d7+d9−d11+d13−d15+d17−d19+d21−d23+d25−d27+d29−d2+d4−d6+d8−d10+d12−d14+d16−d18+d20−d22+d24−d26+d28−d30
ds3 =−d1+d3+d5−d7−d9+d11+d13−d15−d17+d19+d21−d23−d25+d27+d29+d2−d4−d6+d8+d10−d12−d14+d16+d20−d22+d24+d26−d28−d30



ds15 =d1+d3−d5+d7−d9−d11+d13+d15−d17−d19+d21−d23+d25+d27−d29−d2−d4+d6−d8+d10+d12−d14−d16+d18+d20−d22+d24−d26−d28+d30
の演算を行い、測定データdiのデータ列から各センサ素子の容量値に対応する電圧データdsjに分離する。
In the orthogonal code shown in FIG. 13 corresponding to the 16 column wirings in the present embodiment and stored in the code memory 21 or inverted, the decoding arithmetic circuit 10 uses the bit arrangement of the orthogonal codes at the addresses t1 to t30. Is based on equation (2)
ds1 = -d1-d3-d5-d7-d9-d11-d13-d15-d17-d19-d21-d23-d25-d27-d29 + d2 + d4 + d6 + d8 + d10 + d12 + d14 + d16 + d18 + d20 + d22 + d24 + d26 + d28 + d30
ds2 = d1-d3 + d5-d7 + d9-d11 + d13-d15 + d17-d19 + d21-d23 + d25-d27 + d29-d2 + d4-d6 + d8-d10 + d12-d14 + d16-d18 + d20-d22 + d24-d26 + d28-d30
ds3 = -d1 + d3 + d5-d7-d9 + d11 + d13-d15-d17 + d19 + d21-d23-d25 + d27 + d29 + d2-d4-d6 + d8 + d10-d12-d14 + d16 + d20-d22 + d24 + d26-d28-d30



ds15 = d1 + d3-d5 + d7-d9-d11 + d13 + d15-d17-d19 + d21-d23 + d25 + d27-d29-d2-d4 + d6-d8 + d10 + d12-d14-d16 + d18 + d20-d22 + d24-d26-d28 + d30
And the voltage data dsj corresponding to the capacitance value of each sensor element is separated from the data string of the measurement data di.

上述したように、第1の実施形態においては、複数の列配線を、直交符号に基づいて同時に駆動させ、次のタイミングにおいて、コードメモリ21から時刻に対応したアドレスの直交符号を読み出して測定を行うという操作を繰り返し、一方、検出側で時系列に得られたデータを直交符号との積和演算処理を施すことで、他の列配線との交差部容量からの影響をほぼ平均化すると同時に、対象となる列配線との交差部のセンサ素子(容量センサ)に充放電される電荷の情報のみを抽出することができる。   As described above, in the first embodiment, a plurality of column wirings are simultaneously driven based on the orthogonal code, and at the next timing, the orthogonal code of the address corresponding to the time is read from the code memory 21 and measured. On the other hand, the data obtained in time series on the detection side is subjected to product-sum operation processing with orthogonal codes, so that the influence from the intersection capacitance with other column wirings is almost averaged simultaneously It is possible to extract only the information on the charge / discharge of the sensor element (capacitance sensor) at the intersection with the target column wiring.

第1及び第2の実施形態においては、図4に示すような、列配線と行配線との交差部に形成されるセンサ素子の容量の多重化した測定の説明を行った。しかしながら、第3の実施形態においては、図16に示すアクティブマトリクス型センサであるセンサ部4Cに適用した場合の構成を説明する。
直交符号発生部1から、所定の直交符号のビット列が列配線駆動回路5に入力され、列配線群2の複数の列配線を駆動し、行配線単位に単位容量セル70(センサ素子)の容量を多重化する点において、第5の実施形態も第1及び第2の実施形態と同様である。また、容量検出回路200にも、構成及び動作がおいて、第1及び第2の実施形態と同様であるが、チャージアンプ回路6が、図17に示すチャージアンプ回路72に置き換えられている。容量検出回路200は、チャージアンプ回路が置き換わっている以外は全て同一の構成である。
In the first and second embodiments, the description has been given of the multiplexed measurement of the capacitance of the sensor element formed at the intersection of the column wiring and the row wiring as shown in FIG. However, in the third embodiment, a configuration when applied to the sensor unit 4C which is an active matrix sensor shown in FIG. 16 will be described.
A bit string of a predetermined orthogonal code is input from the orthogonal code generator 1 to the column wiring drive circuit 5, drives a plurality of column wirings in the column wiring group 2, and the capacity of the unit capacity cell 70 (sensor element) in units of row wiring. The fifth embodiment is the same as the first and second embodiments in that they are multiplexed. The capacitance detection circuit 200 is similar in configuration and operation to the first and second embodiments, but the charge amplifier circuit 6 is replaced with a charge amplifier circuit 72 shown in FIG. The capacitance detection circuit 200 has the same configuration except that the charge amplifier circuit is replaced.

このチャージアンプ回路72は、図17に示す構成をしており、チャージアンプ回路6と同様な構成については同一の符号を付している。アクティブマトリックス型センサの測定方法が若干異なるため、チャージアンプ回路72がチャージアンプ回路6と異なる点のみの測定動作を説明する。
指紋データの測定前において、スイッチ73をオフ状態とし、スイッチ74,スイッチ124及びビット1に対応する複数の列配線に接続されたセル選択スイッチ71をオン状態として、単位容量セル70(容量Cs)及び寄生容量CDを電圧Vcとなるまで電荷の蓄積を行い、一旦全てのスイッチをオフ状態とする。
The charge amplifier circuit 72 has the configuration shown in FIG. 17, and the same components as those of the charge amplifier circuit 6 are denoted by the same reference numerals. Since the measurement method of the active matrix sensor is slightly different, only the measurement operation in which the charge amplifier circuit 72 is different from the charge amplifier circuit 6 will be described.
Before measuring the fingerprint data, the switch 73 is turned off, the switch 74, the switch 124, and the cell selection switch 71 connected to the plurality of column wirings corresponding to the bit 1 are turned on, and the unit capacity cell 70 (capacitance Cs) The charge is accumulated until the parasitic capacitance CD becomes the voltage Vc, and all the switches are temporarily turned off.

そして、指紋データの測定において、スイッチ74,スイッチ124をオフ状態としたままで、スイッチ73及びセル選択スイッチ71を同時にオン状態として、指がセンサ部4Cに乗っている場合、各単位容量セル70の容量Csが変化するため、電圧Vcと基準電圧Vrefの電圧差により生じた電荷の総和に対応した電圧がオペアンプ121の出力端子に発生して、これを測定データdとして、復号演算回路10の内部メモリに記憶される。この電荷の蓄積及び検出電圧の測定というシーケンスを繰り返すことで多重化された測定データ列diが得られる。そして、復号演算回路10は、すでに述べた復号処理の演算により、内部メモリに記憶されている測定データdのデータ列から、各単位容量セル70の容量Csに対応する電圧データdsを求める。   In the measurement of fingerprint data, when the switch 73 and the cell selection switch 71 are turned on at the same time while the switch 74 and the switch 124 are kept in the off state, each unit capacity cell 70 is placed on the sensor unit 4C. Therefore, a voltage corresponding to the sum of the charges generated by the voltage difference between the voltage Vc and the reference voltage Vref is generated at the output terminal of the operational amplifier 121, and this is used as measurement data d of the decoding arithmetic circuit 10. Stored in internal memory. Multiplexed measurement data strings di are obtained by repeating this sequence of charge accumulation and detection voltage measurement. Then, the decoding operation circuit 10 obtains voltage data ds corresponding to the capacity Cs of each unit capacity cell 70 from the data string of the measurement data d stored in the internal memory by the operation of the decoding process already described.

なお、第1〜第3の実施形態のそれぞれにおいて、なお図1における復号演算回路10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多重化された測定データdiのデータ列から、各センサ素子の容量に対応した電圧データdsjの復号のための演算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。   In each of the first to third embodiments, a program for realizing the function of the decoding arithmetic circuit 10 in FIG. 1 is recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on the recording medium is recorded. May be calculated by decoding the voltage data dsj corresponding to the capacitance of each sensor element from the data string of the measurement data di multiplexed by reading into the computer system. Here, the “computer system” includes an OS and hardware such as peripheral devices. The “computer system” includes a WWW system having a homepage providing environment (or display environment). The “computer-readable recording medium” refers to a storage device such as a flexible medium, a magneto-optical disk, a portable medium such as a ROM and a CD-ROM, and a hard disk incorporated in a computer system. Further, the “computer-readable recording medium” refers to a volatile memory (RAM) in a computer system that becomes a server or a client when a program is transmitted via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. In addition, those holding programs for a certain period of time are also included.

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。   The program may be transmitted from a computer system storing the program in a storage device or the like to another computer system via a transmission medium or by a transmission wave in the transmission medium. Here, the “transmission medium” for transmitting the program refers to a medium having a function of transmitting information, such as a network (communication network) such as the Internet or a communication line (communication line) such as a telephone line. The program may be for realizing a part of the functions described above. Furthermore, what can implement | achieve the function mentioned above in combination with the program already recorded on the computer system, and what is called a difference file (difference program) may be sufficient.

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。It is a block diagram which shows the structure of the fingerprint sensor using the capacity | capacitance detection circuit by the 1st Embodiment of this invention. 図1におけるセンサ部4の構成例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the structural example of the sensor part 4 in FIG. 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。It is a conceptual diagram explaining the measurement of the fingerprint data using the sensor part 4 in FIG. 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。5 is a conceptual diagram illustrating a configuration example of a sensor element 55 formed at each intersection of a column wiring of the column wiring group 2 and a row wiring of the row wiring group 3 in the sensor unit 4 of the area sensor type. FIG. 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。FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating a configuration example of a sensor unit 4 and a charge amplifier circuit 6 in FIG. 1. 直交符号であるウォルシュ符号を生成する手順を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the procedure which produces | generates the Walsh code which is an orthogonal code. 図8及び図9におけるコードメモリ21に記憶されているウォルシュ符号のテーブルを示す図である。It is a figure which shows the table of the Walsh code memorize | stored in the code memory 21 in FIG.8 and FIG.9. 直交符号により列配線を駆動し、センサ素子55の容量の多重化を行う本発明の第1の実施形態の動作例を説明するための概念図である。FIG. 5 is a conceptual diagram for explaining an operation example of the first embodiment of the present invention in which column wiring is driven by orthogonal codes and the capacitance of the sensor element 55 is multiplexed. 直交符号により列配線を駆動し、センサ素子55の容量の多重化を行う本発明の第1の実施形態の動作例を説明するための概念図である。FIG. 5 is a conceptual diagram for explaining an operation example of the first embodiment of the present invention in which column wiring is driven by orthogonal codes and the capacitance of the sensor element 55 is multiplexed. 第1の実施形態における検出信号及びチャージアンプ回路6の動作を説明するタイミングチャートである。5 is a timing chart for explaining the detection signal and the operation of the charge amplifier circuit 6 in the first embodiment. 第1の実施形態におけるセレクタ及び列配線の制御の動作を説明するタイミングチャートである。6 is a timing chart for explaining the operation of controlling the selector and the column wiring in the first embodiment. 第1の実施形態をラインセンサに用いた場合の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example at the time of using 1st Embodiment for a line sensor. 第2の実施形態におけるウオルシュ符号のビット配列を示すテーブルである。It is a table which shows the bit arrangement | sequence of Walsh code in 2nd Embodiment. 直交符号により列配線を駆動し、センサ素子55の容量の多重化を行う本発明の第2の実施形態の動作例を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the operation example of the 2nd Embodiment of this invention which drives column wiring by an orthogonal code and multiplexes the capacity | capacitance of the sensor element 55. FIG. 直交符号により列配線を駆動し、センサ素子55の容量の多重化を行う本発明の第2の実施形態の動作例を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the operation example of the 2nd Embodiment of this invention which drives column wiring by an orthogonal code and multiplexes the capacity | capacitance of the sensor element 55. FIG. 第3の実施形態におけるアクティブマトリックス型センサの構成例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the structural example of the active matrix type sensor in 3rd Embodiment. 第3の実施形態におけるチャージアンプ回路72の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the charge amplifier circuit 72 in 3rd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1…直交符号発生部
2…列配線群
3…行配線群
4,4B…センサ部
5…列配線駆動部
6,72…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…復号演算回路
11…タイミング制御回路
20,20B…直交符号読み出し回路
21…コードメモリ
22…アドレスカウンタ
23…格納用レジスタ
24…反転回路
50…基板
51…絶縁膜
52…空隙
54…フィルム
100…容量検出回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Orthogonal code generation part 2 ... Column wiring group 3 ... Row wiring group 4, 4B ... Sensor part 5 ... Column wiring drive part 6, 72 ... Charge amplifier circuit 7 ... Sample hold circuit 8 ... Selector circuit 9 ... A / D conversion 10: Decoding arithmetic circuit 11 ... Timing control circuit 20, 20B ... Orthogonal code reading circuit 21 ... Code memory 22 ... Address counter 23 ... Storage register 24 ... Inverting circuit 50 ... Substrate 51 ... Insulating film 52 ... Air gap 54 ... Film 100 ... Capacitance detection circuit

Claims (7)

複数の列配線に対して行配線が交差され構成される容量センサにおける、列配線と行配線との交差部の容量変化を検出する容量検出回路であり、
直交符号を生成し、該直交符号を時系列に変化させて、列駆動信号として出力する直交符号発生手段と、
該列駆動信号に対応させて、前記列配線における複数の列配線を選択して駆動させる列配線駆動手段と、
前記行配線に接続され、選択された列配線に対応する前記交差部各々の容量変化の総和を電圧信号に変換して、検出電圧として出力する容量検出手段と、
前記容量検出手段から、時系列に出力される検出電圧のデータ列を、該直交符号に基づいて所定の演算により復号し、前記交差部各々の容量変化に対応した電圧を分離する復号演算回路と
を有することを特徴とする容量検出回路。
A capacitance detection circuit that detects a change in capacitance at an intersection between a column wiring and a row wiring in a capacitance sensor configured by intersecting row wiring with respect to a plurality of column wirings.
Orthogonal code generating means for generating an orthogonal code, changing the orthogonal code in a time series, and outputting it as a column drive signal;
Column wiring driving means for selecting and driving a plurality of column wirings in the column wiring corresponding to the column driving signal;
Capacitance detecting means connected to the row wiring and converting the sum of the capacitance changes of the intersections corresponding to the selected column wiring into a voltage signal and outputting it as a detection voltage;
A decoding calculation circuit for decoding a data string of detection voltages output in time series from the capacitance detection means by a predetermined calculation based on the orthogonal code, and separating a voltage corresponding to a capacitance change at each of the intersections; A capacitance detection circuit comprising:
前記複数の列配線に対して、複数の前記行配線がマトリクス状に配置されたエリア型の容量センサの前記交差部の容量を検出することを特徴とする請求項1記載の容量検出回路。   2. The capacitance detection circuit according to claim 1, wherein a capacitance of the intersecting portion of an area-type capacitance sensor in which a plurality of the row wirings are arranged in a matrix is detected with respect to the plurality of column wirings. 前記複数の列配線に対して、1本の前記行配線が対応して形成されたライン型の容量センサの前記交差部の容量を検出することを特徴とする請求項1記載の容量検出回路。   2. The capacitance detection circuit according to claim 1, wherein a capacitance of the intersecting portion of a line-type capacitance sensor in which one row wiring is formed corresponding to the plurality of column wirings is detected. 前記直交符号発生手段が、2のn乗の行列として生成されるウォルシュ符号において、全列が論理「0」及び全行が論理「0」の部分を除いた(2−1)×(2−1)行列を直交行列として、(2−1)列以下の列配線各々に対して、(2−1)個の直交符号を、時系列に前記列配線駆動手段に供給す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。 In the Walsh code generated by the orthogonal code generating means as a 2 n matrix, (2 n −1) × (2) excluding the portions where all columns are logical “0” and all rows are logical “0”. Supply (2 n -1) orthogonal codes in time series to the column wiring driving means for each of the column wirings of (2 n -1) columns or less with the ( n -1) matrix as an orthogonal matrix. The capacitance detection circuit according to claim 1, wherein 前記直交符号発生手段が、2のn乗の行列として生成されるウォルシュ符号において、全列が論理「0」の部分を除いた(2−1)×(2)行列を直交行列として、(2)列以下の列配線各々に対して、(2−1)個の直交符号を、時系列に前記列配線駆動手段に供給す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。 In the Walsh code generated by the orthogonal code generation means as a 2 n matrix, a (2 n −1) × (2 n ) matrix in which all the columns are excluded from the logic “0” is an orthogonal matrix, 4. The (2 n −1) orthogonal codes are supplied to the column wiring driving means in time series for each of the column wirings of (2 n ) columns or less. The capacitance detection circuit according to any one of the above. 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。   A fingerprint sensor comprising the capacitance detection circuit according to claim 1. 複数の列配線及び複数の行配線で構成される容量センサにおける、列配線と行配線との交差部の容量変化を検出する容量検出方法であり、
直交符号発生手段により、直交符号を生成し、該直交符号を時系列に変化させて、列駆動信号として出力する過程と、
列配線駆動手段により、該列駆動信号に対応させて、前記列配線における複数の列配線を選択して駆動させる過程と、
容量検出手段により、前記行配線に接続され、選択された列配線に対応する前記交差部各々の容量変化の総和を電圧信号に変換して、検出電圧として出力する過程と、
復号演算回路により、前記容量検出手段から、時系列に出力される検出電圧のデータ列を、該直交符号に基づいて所定の演算により復号し、前記交差部各々の容量変化に対応した電圧を分離する過程と
を有することを特徴とする容量検出方法。
A capacitance detection method for detecting a change in capacitance at an intersection between a column wiring and a row wiring in a capacitance sensor composed of a plurality of column wirings and a plurality of row wirings.
A process of generating an orthogonal code by the orthogonal code generating means, changing the orthogonal code in a time series, and outputting as a column drive signal;
A step of selecting and driving a plurality of column wirings in the column wiring in response to the column driving signal by a column wiring driving means;
A step of converting a sum of changes in capacitance of each of the intersections corresponding to the selected column wiring to a voltage signal by the capacitance detection means, and outputting as a detection voltage;
A decoding calculation circuit decodes a data string of detection voltages output in time series from the capacity detection means by a predetermined calculation based on the orthogonal code, and separates a voltage corresponding to a capacitance change at each of the intersections. A capacity detection method comprising:
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