电容检测电路和检测方法、以及使用其的指纹传感器的制作方法

专利名称：电容检测电路和检测方法、以及使用其的指纹传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种检测微小电容的电容检测电路和检测方法、以及使用其的指纹传感器。
背景技术：
以前，作为生物统计学(生物认证技术)中最有前景的指纹传感器，开发出分别以规定间隔在两个薄膜的表面形成列布线与行布线、并经绝缘膜等隔开规定间隔、相对配置该薄膜的压敏式电容传感器。该压敏式电容传感器在放置手指时，对应于指纹的凹凸，薄膜形状变形，列布线与行布线的间隔随着场所的不同而变化，检测指纹的形状，作为列布线和行布线的交叉部的电容。在该压敏式电容传感器中，作为可应用于检测不足数百fF(飞拉)的电容的现有技术，例如通过开关电容器(switched capacitor)电路、将电容变换为电信号的检测电路。其将由第1传感器驱动信号驱动，对检测对象的电容进行检测的传感器电容元件、和由第2传感器驱动信号驱动、作为检测电路基准电容的参照电容元件连接于共同的开关电容器电路上，交互动作的第1和第2采样保持部在采样各自的输出信号后，通过求出采样结果的差，得到检测信号。
该检测电路在共同的开关电容器电路中，可稳定检测与作为检测对象的电容值Cs成正比、与反馈电容Cf成反比的信号，且开关电容器电路的复位开关(反馈控制开关)的栅极电极与其它电极间的寄生电容中存储的电荷Qd泄漏到其它电极的影响(馈通)被抵消。另外，对于开关电容器电路的基准电位的偏移成分或输入信号等中包含的低频噪声而言，还期待可通过求出两个采样结果之差来达到一定程度去除的效果(例如专利文献1)。
专利文献1特开平8-145717号公报(段落0018-0052，图1-图4)。
但是，因为电容变化微小，所以要求指纹传感器等电容检测电路灵敏度高，但是，必需对从人体传递的噪声(包含高频噪声)或电路系统的噪声具有高的耐性。
另外，为了检测电容变化，要求没有来自列布线间或行布线间、相邻线等的串扰噪声的影响。
对应于上述要求，考虑如下电容检测电路，即在列布线的上升时刻，检测对应于充电到交叉部的电容中的电荷的充电电压，接着，在列布线的下降时刻，检测对应于从交叉部的电容放电的电荷的放电电压，并使用该充电电压和放电电压来检测电容变化。
即，该电容检测电路通过求出从充电电压中减去放电电压的差电压，将该差电压设为对应于电容变化的电压，去除以相同极性生成的、放大电路的馈通影响引起的电压偏移或由其它电路产生的偏移成分，可去除比采样频率低得多的频率的噪声。
包含上述电容检测电路，通常的检测电路构成为当检测电容传感器的各传感器元件的电容变化时，仅驱动单一的列布线，检测与作为检测线的多个行布线的交叉部(传感器元件)的电容值Cs变化。
但是，如上所述，每个传感器元件(一个交叉部)的电容变化为数百fF左右的极小值。
因此，现有的电容检测电路即便去除包含放大电路的电路中的偏移成分，也仍然受到重叠于电容传感器上的噪声的影响。
即，上述电容检测电路具有如下缺点，即通过将电源噪声或经人体传递到电容传感器的传导噪声重叠于列布线和行布线的信号上，由于这种干扰噪声的影响，不能正确检测电容变化。
尤其是作为最近的荧光灯主流的反相器荧光灯通过半导体来产生高频，使荧光灯点亮，所以变为数十KHz程度的基频的噪声源。
但是，上述电容检测电路中，求出充电电压和放电电压的差时的电容变化的采样频率与上述噪声源的基频变为接近的周期。
因此，在上述电容检测电路中，即便求出充电电压和放电电压的差，在使引起频率差的成分、即频率稍有不同的两个波重合的情况下，剩余等于该频率差的“拍频(位频率)”，不能完全去除干扰的噪声成分。
因此，当利用者要使用指纹传感器等时，在该利用者的人体附近有频率接近电容检测电路的采样频率的噪声源的设备、例如在上述反相器荧光灯的附近使用的情况下，或在具有用于液晶显示元件的背光灯中的反相器电路的设备等上连接传感器来利用的情况下，不能完全去除引起上述拍频的干扰噪声，检测电容变化的信号的S/N比低，不能正确读取利用者的指纹。

发明内容
本发明考虑到上述情况，其目的在于提供一种电容检测电路和检测方法以及指纹传感器，通过使干扰噪声的影响降低，使S/N比提高，可以充分的灵敏度来检测列布线与行布线交叉的交叉部(传感器元件)的微小电容值Cs和该电容值Cs的电容变化值ΔCs。
本发明的电容检测电路，检测行布线相对于多个列布线交叉所构成的矩阵状电容传感器中的、列布线与行布线的交叉部的电容变化，其特征在于具有编码发生单元，发生在时间系列上具有正交性的编码，输出发生的编码，作为列驱动信号；列布线驱动单元，根据该编码，选择所述列布线中的规定列布线来驱动；电容检测单元，连接于所述行布线上，将选择到的列布线所对应的所述交叉部各自的电容变化的总和变换成电压信号，作为检测电压输出；和解码运算部(解码运算电路)，通过从所述电容检测单元输出的检测电压与所述编码，进行规定运算，求出对应于所述各交叉部的电容变化的电压值。
通过该结构，本发明的电容检测电路通过PN编码(疑似随机编码)等有正交性的编码，同时驱动与行布线交叉的多个列布线，即，以行布线单位来同时驱动多个传感器元件，复用检测对象的电容值Cs及电容变化值ΔCs，作为电容值N·Cs及电容变化值N·ΔCs增加(N为同时驱动的列布线的数量，即复用的交叉部的数量)，进行电容/电压变换，构成检测信号，由此进行实质上大的电容值和电容变化的测定，相对地使拍频等干扰噪声降低，使S/N比提高。另外，通过使用例如自相关性好的M系列PN编码来作为编码，可排除列布线间的串扰的影响。
另外，本发明的电容检测电路的解码运算部通过使用与复用中使用的编码相同的编码，对时间系列上检测的复用的检测信号进行规定的运算，解码被复用的检测值，作为对应于行布线的各个传感器元件的电容值Cs及电容变化值ΔCs，所以可以与驱动1个列布线的情况一样的分辨率来得到检测结果。
因为本发明的电容检测电路中，所述编码发生单元使所述PN编码在时间系列上每次1比特地移位相位后，作为所述列驱动信号输出，所以通过生成一个PN编码，可不生成不同的PN编码，容易得到解码中的积和运算中必需的、PN编码的比特数量复用的检测信号。
另外，若设本发明的电容检测电路构成为例如由外部的个人计算机来进行解码处理，则不必直接发送解码状态的指纹数据，因为由PN编码来复用，所以数据的秘密性提高。
本发明的电容检测电路中，所述编码发生单元使所述PN编码在时间系列上以随机比特数移位相位(使相位跳跃)后，作为所述列驱动信号输出，由此可不生成不同的PN编码，容易得到解码中的积和运算中必需的、PN编码的比特数量复用的检测信号，同时，干涉噪声造成的影响在进行积和运算、移位后，被扩散到相同不同的检测信号的组(PN编码的比特数量的检测信号)整体中，使基于滤波处理的平坦化变容易。
本发明的电容检测电路中，所述编码发生单元重复多次使PN编码的相位变化该PN编码的比特数的所述周期，所述解码运算部在每个该周期求出对应于交叉部的电容变化的电压，累计多次该电压，输出累计结果，作为检测电压，由此可平均化检测出的电压中包含的干扰噪声，使干扰噪声的影响进一步降低，使检测结果的精度提高。
本发明的电容检测电路中，所述编码发生单元生成多个PN编码，并在所述一周期的每个间隔切换成不同的PN编码，由此与多个周期重复相同的PN编码的情况相比，可排除周期性的影响，使S/N比提高。
本发明的电容检测电路中，所述PN编码发生单元生成多个PN编码，并在所述一周期的每个间隔切换成不同的PN编码，由此与多个周期重复相同的PN编码的情况相比，可排除周期性的影响，使S/N比提高。
本发明的电容检测电路中，所述PN编码是M系列，由此可使用自相关性好的PN编码，在错开该PN编码的同时，复用交叉部的电容变化，在解码时，使相同的PN编码的相位对应来进行解码，所以可抑制列布线间的串扰的产生，以高精度来检测交叉部的电容变化。
本发明的电容检测电路中，所述编码发生单元生成在时间系列上不同的比特排列的威尔士编码，作为所述编码输出。
由此，本发明的电容检测电路中，各列布线的驱动次数为检测次数的一半，抑制列布线间的串扰的影响，可更正确地检测各交叉部的电容。
在本发明的电容检测电路中，所述运算部通过根据所述编码来积和运算按时间系列输出的检测电压的数据列，进行解码处理，所以对于列布线与行布线交叉的交叉部(传感器元件)的电容变化，使多个列布线同时驱动，将对应于被驱动的列布线的传感器元件的电容变换成电压，故实质上增大检测信号的电平，降低干扰噪声的影响。
本发明的电容检测电路在构成为对所述多个列布线，检测将多个所述行布线排列成矩阵状的面积型电容传感器的所述交叉部的电容的情况下也可适用，通过用于指纹传感器等中，通过上述效果，得到高精度的判断结果。
本发明的电容检测电路在构成为对所述多个列布线，检测对应1条所述行布线形成的线型电容传感器的所述交叉部的电容的情况下也可适用，通过用于检测表面有无凹凸或粗糙度的传感器等中，通过上述效果，可以高的精度来检测表面的状态。
本发明的指纹传感器由于可使用上述电容检测电路来检测交叉部(传感器元件)的电容变化，所以可以高的精度来采集指纹。
本发明的电容检测方法，检测由多个列布线和多个行布线构成的电容传感器中的、列布线与行布线的交叉部的电容变化，其特征在于具有如下步骤，由编码发生单元生成编码，使该编码的相位在时间系列上变化，作为列驱动信号输出；通过列布线驱动单元，根据所述编码，选择所述列布线中的多个列布线来驱动；通过电容检测单元，连接于所述行布线上，将选择到的列布线所对应的所述交叉部各自的电容变化的总和变换成电压信号，作为检测电压输出；和通过解码运算单元，根据所述编码，通过规定运算解码从所述电容检测单元按时间系列输出的检测电压的数据列，求出对应于所述各交叉部的电容变化的电压值。
在本发明的电容检测方法中，所述列布线驱动单元向所述列布线输出第1电压中上升的信号，并通过所述行电压输出单元，在由所述第1电压驱动所述列布线时，输出对应于充电多个所述交叉部的电容的电流的第3电压，当由所述第2电压驱动所述列布线时，输出对应于放电多个所述交叉部的电容的电流的第4电压，求出电容变化值。
通过该结构，本发明的电容检测方法对于向所述交叉部的电容的充放电电流总是在一定方向上重叠的馈通造成的放电电流的影响，由于采取取得所述充电时的输出电压与所述放电时的输出电压之差的结构，所以可抵消电荷放大电路中的放大电路的馈通造成的放电电流的影响，可通过高的精度来检测交叉部的电容变化值。
另外，本发明的电容检测电路，检测行布线相对于多个列布线交叉所构成的矩阵状电容传感器中的、列布线与行布线的交叉部的电容变化，检测行布线相对于多个列布线交叉所构成的电容传感器中的、列布线与行布线的交叉部的电容变化，其特征在于具有编码发生单元，发生在时间系列上具有正交性的编码；列布线组选择单元，将所述多个列布线分割成由规定数量的列布线构成的列布线组，并选择测定对象的列布线组；列布线驱动单元，在依次选择的每个列布线组中，根据所述编码，驱动多个列布线；电容检测单元，连接于所述行布线上，将选择到的列布线所对应的所述交叉部各自的电容变化的总和变换成电压信号，作为检测电压输出；和解码运算单元，在所述每个列布线组中，通过所述检测电压与所述编码，进行规定运算，求出对应于各交叉部的电容的电压值。
通过该结构，本发明的电容检测电路通过PN编码(疑似随机编码)等有正交性的编码，同时驱动与行布线交叉的多个列布线，即，以行布线单位来同时驱动多个传感器元件，复用检测对象的电容值Cs及电容变化值ΔCs，作为电容值N·Cs及电容变化值N·ΔCs增加(N为同时驱动的列布线的数量，即复用的交叉部的数量)，进行电容/电压变换，构成检测信号，由此进行实质上大的电容值和电容变化的测定，相对地使拍频等干扰噪声降低，使S/N比提高。另外，通过使用自相关性好的M系列的PN编码来作为编码，可排除列布线间的串扰的影响。
另外，本发明的电容检测电路的解码运算部通过与复用中使用的PN编码相同的PN编码，对时间系列上检测的复用的检测信号使用积和运算(规定运算)，解码被复用的检测值，作为对应于行布线的各个传感器元件的电容值Cs及电容变化值ΔCs(若求出电容值Cs则可运算)，所以可以与驱动1个列布线的情况一样的分辨率来得到检测结果。
本发明的电容检测电路中，所述列布线组由相邻的规定条数的列布线形成。
因此，本发明的电容检测电路可任意设定作为积和运算对象的列布线的个数，调整运算处理的负荷，所以可进行对应于使用系统的运算能力的处理。
本发明的电容检测电路中，所述列布线组由规定间隔的列布线形成。
因此，本发明的电容检测电路通过在每个列布线组的检测中平均检测面积整体，与在每个特定区域中测定的情况相比，检测值的变化变小，可容易进行测定中的灵敏度的设定。
因为本发明的电容检测电路中，所述编码发生单元使所述PN编码在时间系列上每次1比特地移位相位后，作为所述列驱动信号输出，所以通过生成一个PN编码，可不生成不同的PN编码，容易得到解码中的积和运算中必需的、PN编码的比特数量复用的检测信号。
另外，若设本发明的电容检测电路构成为例如由外部的个人计算机来进行解码处理，则不必直接发送解码状态的指纹数据，因为由PN编码来复用，所以数据的秘密性提高。
本发明的电容检测电路中，所述编码发生单元使所述PN编码在时间系列上以随机比特数移位相位(使相位跳跃)后，作为所述列驱动信号输出，由此可不生成不同的PN编码，容易得到解码中的积和运算中必需的、PN编码的比特数量复用的检测信号，同时，干涉噪声造成的影响在进行积和运算、移位后，被扩散到相同不同的检测信号的组(PN编码的比特数量的检测信号)整体中，使基于滤波处理的平坦化变容易。
本发明的电容检测电路中，所述编码发生单元重复多次使PN编码的相位变化该PN编码的比特数的所述周期，所述解码运算部在每个该周期求出对应于交叉部的电容变化的电压，累计多次该电压，输出累计结果，作为检测电压，由此可平均化检测出的电压中包含的干扰噪声，使干扰噪声的影响进一步降低，使检测结果的精度提高。
本发明的电容检测电路中，所述编码发生单元生成多个PN编码，并在所述一周期的每个间隔切换成不同的PN编码，由此与多个周期重复相同的PN编码的情况相比，可排除周期性的影响，使S/N比提高。
本发明的电容检测电路中，所述PN编码发生单元生成多个PN编码，并在所述一周期的每个间隔切换成不同的PN编码，由此与多个周期重复相同的PN编码的情况相比，可排除周期性的影响，使S/N比提高。
本发明的电容检测电路中，所述PN编码是M系列，由此可使用自相关性好的PN编码，在错开该PN编码的同时，复用交叉部的电容变化，在解码时，使相同的PN编码的相位对应来进行解码，所以可抑制列布线间的串扰的产生，以高精度来检测交叉部的电容变化。
本发明的电容检测电路中，所述编码发生单元生成在时间系列上不同的比特排列的威尔士编码，作为所述编码输出。
由此，本发明的电容检测电路中，各列布线的驱动次数为检测次数的一半，抑制列布线间的串扰的影响，可更正确地检测各交叉部的电容。
本发明的指纹传感器由于可使用上述电容检测电路来检测交叉部(传感器元件)的电容变化，所以可以高的精度来采集指纹。
本发明的电容检测方法相对多个列布线来交叉行布线，检测列布线与行布线的交叉部的电容变化，作为电压值，其特征在于具有如下步骤，编码发生步骤，发生在时间系列上具有正交性的编码；列布线组选择步骤，将所述多个列布线分割成由规定数量的列布线构成的列布线组，并选择测定对象的列布线组；列布线驱动步骤，在依次选择的每个列布线组中，根据所述编码，驱动多个列布线；电容检测步骤，输出所述行布线与驱动的多个列布线的交叉部电容所对应的电流值的总和，作为检测电压；和解码运算步骤，在所述每个列布线组中，通过所述检测电压与所述编码，进行积和运算，求出对应于各交叉部的电容的电压值。
发明效果如上所述，根据本发明的电容检测电路，得到如下效果，即通过具有正交性的编码进行复用，通过一次驱动多个列布线，检测将多个交叉部的电容变化相加的电容值，使重叠于行布线等上的干扰噪声的影响相对降低，提高检测灵敏度，同时，使用在复用中使用的PN编码来进行解码，求出每个交叉部的电容变化值，所以能够以与实质上驱动单一的列布线来检测的情况相同的分辨率，来检测各交叉部的电容变化值。


图1是表示使用本发明第1实施方式的电容检测电路的指纹传感器的结构框图。
图2是表示图1中的传感器部4的结构例的原理图。
图3是说明使用图1中的传感器部4的指纹数据测定的原理图。
图4是说明作为面积传感器型的传感器部4中、由列布线群2的列布线与行布线群3的行布线的各个交叉部形成的传感器元件55的结构例的原理图。
图5是说明图1中的传感器部4与电荷放大电路6的结构例的原理图。
图6是表示图1的编码发生部1中的编码发生电路20的结构例的原理图。
图7是说明PN编码中的比特列的比特移位引起的相位变化中、比特列排列的每个周期的自相关的原理图。
图8是说明由PN编码驱动列布线、并进行传感器元件55的电容复用的本发明第1实施方式的动作例的原理图。
图9是说明由PN编码驱动列布线、并进行传感器元件55的电容复用的本发明第1实施方式的动作例的原理图。
图10是说明第1实施方式中的检测信号和电荷放大电路6的动作的时间图。
图11是说明第1实施方式中的选择器和列布线的控制动作的时间图。
图12是表示存在255条列布线时的、发生PN编码的PN编码发生电路120的结构的原理图。
图13是表示将第1实施方式用于线传感器的情况下的结构例的框图。
图14是说明第2实施方式中、通过测定多个周期的测定数据、扩频增益提高的原理图。
图15是说明重复多个周期的PN编码的比特列移位，复用各传感器元件55的电压数据来求出测定数据d的测定方法的原理图。
图16是说明通过解码运算电路10、从测定多个周期测定数据并进行复用的测定数据d、到各传感器元件55的电压数据ds的解码处理的原理图。
图17是表示第3实施方式的编码发生部1B的结构例的原理图。
图18是表示第3实施方式中发生PN编码B的PN编码发生电路120的结构的原理图。
图19是说明第3实施方式中、使PN编码的比特列移位、同时复用各传感器元件55的电压数据来求出测定数据Vd的测定方法的原理图。
图20是说明第3实施方式中、通过解码运算电路10、从测定多个周期测定数据并进行复用的测定数据d、到各传感器元件55的电压数据ds的解码处理的原理图。
图21是说明第4实施方式中、使相位随机变化的跳跃处理的原理图。
图22是表示第4实施方式的PN编码发生部60的结构框图。
图23是表示存储用移位寄存器23在1比特的每次移位中输出的PN编码的比特列中各比特的数据的表格。
图24是表示选择锁存寄存器6 1的比特列、和跳跃处理异或寄存器62的相位的比特列的编码选择器63的输出的表格。
图25是表示第5实施方式中的有源矩阵型传感器的结构例的原理图。
图26是表示第5实施方式中的电荷放大电路72的结构框图。
图27是表示使用本发明第6实施方式的电容检测电路的指纹传感器的结构框图。
图28是表示图27的列布线选择器13将列布线群2设为多个列布线组、并从这些列布线组中选择测定对象的动作例的原理图。
图29是表示图28中的列布线选择器13选择规定的列布线组、复用该列布线组中包含的列布线的电容测定动作的原理图。
图30是表示本发明的电容检测电路中、将列布线群2分割成列布线组、各列布线组中的电容测定的测定顺序的原理图。
图31是说明第6实施方式的检测信号和电荷放大电路6的动作的时间图。
图32是说明第1实施方式中的选择器和列布线的控制动作的时间图。
图33是表示图28中的列布线选择器13选择规定的列布线组、复用该列布线组中包含的列布线的电容测定动作的原理图。
图34是表示各时刻(t1~t15)中的存储用移位寄存器23的各寄存器存储的数据的表格。
图35是表示图28中的列布线选择器13选择规定的列布线组、复用该列布线组中包含的列布线的电容测定动作的原理图。
图36是表示将第6-第9实施方式用于线传感器的情况下的结构例的框图。
图37是说明本发明的第7实施方式中、将列布线群2分割成列布线组的列布线的组合的原理图。
图38是表示使用第8实施方式的列布线选择器13A的、基于PN编码(或正交编码)的各列布线组中的列布线的驱动原理图。
图39是说明第9实施方式中、在每个列布线选择器选择的列布线组中、用正交编码来进行该列布线组中包含的列布线的复用的驱动原理图。
图40是说明第9实施方式中、生成作为正交编码的威尔士编码的步骤的原理图。
图41是表示存储在图39中的代码存储器221中的威尔士编码的表格图。
具体实施例方式
本发明的电容检测电路用于行布线相对于多个列布线交叉所构成的电容传感器中，是检测列布线与行布线的交叉部(传感器元件)的电容变化的电容检测电路，PN编码发生单元生成PN编码，使该PN编码的相位在时间系列上变化，作为列驱动信号输出，列布线驱动单元对应于上述列驱动信号，选择形成矩阵的列布线中的多个列布线，同时使之驱动，电容检测单元连接于行布线上，将选择到的列布线所对应的交叉部各自的电容变化的总和变换成电压信号，作为检测电压输出，解码运算单元对每个行布线，在PN编码的相位变化中的一周期的每个间隔，通过规定运算，解码按时间系列输出的检测电压的数据列，分离对应于列布线的各个交叉部的电容变化的电压，作为检测值。
(实施例1)参照图1来说明本发明第1实施方式的电容检测电路。图1是表示第1实施方式的电容检测电路一结构例的框图。
编码发生部1生成用于生成驱动传感器部4的列布线群2的各列布线的列驱动信号的PN编码。使用该PN编码中自相关性高的M系列的PN编码。传感器部4中，列布线群2的列布线与行布线群3的行布线交叉成矩阵状，各个交叉部形成传感器元件(图4的传感器元件55)。
图2(a)是传感器部4的平面图，图2(b)是截面图。如图2(a)所示，例如，以50微米间距排列的列布线群2的各列布线与行布线群3的各行布线交叉。如图2(b)所示，在基板50上配置由多个行布线构成的行布线群3，在其表面上层叠绝缘膜51，在绝缘膜51的表面上仅隔开空隙51来配置薄膜54，在薄膜54的下面装配由多个列布线构成的列布线群2。在该行布线群3的行布线与列布线群2的列布线的交叉部，夹入空隙52和绝缘膜51来形成传感器元件，作为具有规定电容的电容元件。
若手指56抵接上述传感器部4上，则如图3所示，由于手指56的凹凸，薄膜54与列布线群2的列布线变形，空隙52变化，由此，形成于列布线群2与行布线群3的交叉部的传感器元件50的电容变化。
另外，图4是表示传感器部4的列布线和行布线之间的电容元件(传感器元件)的矩阵的原理图。传感器部4由矩阵状的传感器元件55、55…构成，连接列布线驱动部5与电容检测电路100。列布线驱动部5对应于上述PN编码的比特排列，向列布线群2输出驱动脉冲列，即向传感器部4的列布线群2的列布线，分别并列输出规定的驱动脉冲(驱动信号)。根据上述PN编码生成该驱动脉冲列中的驱动脉冲的图案(未驱动的图案)，对应于PN编码的比特列的数据，驱动(激活)列布线群2的多个列布线，复用被驱动的各个列布线的由行布线形成(对应于各行布线)的各交叉部(传感器元件)的电容变化值。电容检测电路100具有电荷放大电路6、采样保持电路17、选择器电路8、A/D转换器9、解码运算电路10和定时控制电路11。
电荷放大电路6设置在传感器部4的行布线群3中的各个行布线中，对应于交叉部(传感器元件)的电容来检测出入(根据充放电电流)的微小电荷(对应于电容变化量的电流)，放大该电流后，变换成电压，作为检测信号(测定电压)输出。采样保持电路17设置在每个上述电荷放大电路6中，通过采样保持信号的输入来采样上述检测信号的测定电压，作为电压信息来暂时保持。选择器电路8依次、例如按行排列的排列顺序切换上述采样保持电路7各自保持的电压信息，将上述电压信息输出到A/D转换器9。
A/D转换器9通过从解码运算电路10输入的A/D时钟的定时，将按时间系列输入的、作为模拟电压信息的测定电压变换成数字值的测定数据后，输出到解码运算电路10。
另外，在高速处理的情况等下，也可不设置采样保持电路7，而在各个电荷放大电路6中分别设置A/D转换器9，将模拟的测定电压变换成数字值的测定数据。
解码运算电路10进行如下运算处理，即通过数字化的测定数据中、对交叉部的传感器元件充电时的测定数据、与放电时的测定数据的差分运算，去除基于馈通的偏移成分；和使用与进行编码的PN编码相同的PN编码，通过积和运算，解码由PN编码复用编码的信号，分离成表示每个传感器元件的电容值的电压数据成分。
定时控制电路11一旦从解码运算电路10输入表示开始电容检测的开始信号，则向PN编码发生部、列布线驱动部5、电荷放大电路6、采样保持电路7和选择器电路8等输出时钟和控制信号，进行电容检测电路100整体的动作定时的控制。
下面，参照图5来说明电荷放大电路6的结构。图5是表示电荷放大电路6的结构例的原理图，如图所示，电荷放大电路6由运算放大器121、连接于运算放大器121的反转输入端子与输出端子之间的反馈电容Cf、和反馈电容Cf放电的电荷的模拟开关124构成。另外，将运算放大器121的非反转输入端子连接于基准电位上。另外，图中，Cp是运算放大器121等的寄生电容，Cs是上述交叉部中的传感器元件的电容(复用的传感器元件的总和)，Cy是对于检测对象外的列布线的传感器元件的电容总和。
下面，参照图1来说明上述结构构成的本发明第1实施方式的电容检测电路的动作例。这里，为了简化说明，以后述的由PN编码发生电路20生成的15比特长的PN编码为例来说明。
解码运算电路10从外部输入电容检测开始、即指纹传感器(传感器部4)采集指纹的信号。
由此，解码运算电路10向定时控制电路11输出指示检测开始的开始信号。接着，定时控制电路11向编码发生部1输出时钟信号和复位信号。
之后，编码发生部1通过上述复位信号，将内部的4级LFSR(线性反馈移位寄存器)初始化，与上述时钟信号同步，生成M系列的PN编码，并依次输出。
这里，编码发生部1例如具有图6(a)所示的PN编码发生电路20，与时钟同步输出M系列的PN编码。即，上述PN编码发生电路20(称为LFSR)发生M系列的15比特的PN编码，由4比特的移位寄存器21与异或(下面称为EXOR)22构成。该EXOR22连接于移位寄存器21的分支1(移位寄存器21的第1比特的输出)与分支(tap)4(移位寄存器21的第4比特的输出)的输出上，进行输入的数值的异或运算，将该运算结果输出到移位寄存器21的输入上。之后，PN编码发生电路20通过与时钟信号同步地使移位寄存器21的各比特的数据移位，与时钟信号同步地按时间系列依次生成PN编码的比特列的数据。之后，PN编码发生电路20如图6(b)所示，与时钟信号同步，按{1(LSB)，1，1，1，0，1，0，1，1，0，0，1，0，0，0(MSB)}的顺序(图6(b)中，时刻从左向右前进)，将该比特列的数据按时间系列写入内部的存储用移位寄存器(后示的存储用移位寄存器23)中。这里，PN编码发生电路20按从LSB的比特到MSB的比特的顺序，按时间系列输出PN编码。
另外，如图7(a)所示，在移位15比特的每个周期、即将PN编码的比特列设为15比特时，每次移位1比特，在构成相同比特排列(相位一致)的每个周期，自相关的比特数变为最大(+15)，在周期的中途，自相关的比特数变为最低(-1)。在图7(a)中，纵轴是自相关(一致比特数)，横轴是移位的比特数(以移位15比特为1周期)。所谓相位移位表示相对PN编码的初始比特排列，不改变比特的数据排列，仅进行比特移位。
另外，如图7(b)所示，作为PN编码的性质，当比较PN编码的比特列与使具有与该PN编码相同的比特列的PN编码的比特列循环的结果的比特列时，在相位同步的情况下，因为编码一致，所以积和运算的结果最大(+15)，但在相位不同的情况下，编码一致的比特数比不一致的比特数少1比特，在积和运算的结果中大致平均，变为最小(-1)，所以可通过使用积和运算来分离编码时被复用的信息(近似于使用电话的CDMA(Code Division Multiple Access(0033)方式中的复用和分离的原理)。
接着，如图8和图9所示，列布线驱动部5对应于从编码发生部1输出的PN编码，同时驱动列布线群2中的多个列布线。即，如图8所示，若PN编码为{1，1，1，1，0，1，0，1，1，0，0，1，0，0，0}的15比特，则作为PN编码的比特列的生成周期的1周期，由按时间系列使这些比特移位的一定间隔构成的时刻t1～t15形成。另外，在存储用移位寄存器23中，依次移位PN编码发生电路20生成的PN编码的比特列{1，1，1，1，0，1，0，1，1，0，0，1，0，0，0}。存储用移位寄存器23由从存储1比特的数据的寄存器231至寄存器2315的15个寄存器形成，从左(寄存器231方向)向右(寄存器2315方向)移位数据。即，在时刻t1，向存储用移位寄存器23的左端寄存器231输入PN编码的比特列的第1比特的“1”。之后，在时刻t2，在向寄存器232移位存储在寄存器231中的上述第1比特的“1”的同时，向寄存器231输入PN编码的比特列的第2比特的“1”。
下面，通过在时刻t1，t2，t3，t4，t5，t6，t7，t8，t9，t10，t11，t12，t13，t14，t15进行上述操作，向各个寄存器2315、2314、2313、2312、2311、2310、239、238、237、236、235、234、233、232、231输入PN编码的比特列{1，1，1，1，0，1，0，1，1，0，0，1，0，0，0}的各比特的数据。这里，存储在存储用移位寄存器23的各寄存器2315、2314、2313、2312、2311、2310、239、238、237、236、235、234、233、232、231中的数据被分别提供给列布线驱动部5中的驱动器电路515、514、513、512、511、510、59、58、57、56、55、54、53、52、51。在时刻t1～t15结束的时刻，将PN编码的比特列{1，1，1，1，0，1，0，1，1，0，0，1，0，0，0}分别提供给列布线驱动部5中的驱动器电路515、514、513、512、511、510、59、58、57、56、55、54、53、52、51。该时刻t1-时刻t15之间的操作构成本发明的指纹采集处理的一周期。
下面，观察实际动作时的存储用移位寄存器23的动作。若输入指纹的取得开始信号，则从定时控制电路11输入15个时钟信号，作为初始状态，将存储用移位寄存器23的各寄存器2315，2314，…，231设定为{1，1，1，1，0，1，0，1，1，0，0，1，0，0，0}。之后，在指纹采集处理中的一周期的最初时刻t1，从定时控制电路11输入时钟，存储用移位寄存器23的各寄存器2315，2314，…，231被移位1比特，变为{1，1，1，0，1，0，1，1，0，0，1，0，0，0，1}(图8)。列布线驱动部5通过驱动器电路515、514、513、512、511、510、59、58、57、56、55、54、53、52、51，根据从定时控制电路11输出的时钟信号，用由规定的一定宽度的驱动脉冲构成的驱动脉冲列驱动对应的列布线C15、C14、C13、C12、C11、C10、C9、C8、C7、C6、C5、C4、C3、C2、C1(参照图10(c)、图11(f))。此时，列布线驱动部5在对应于PN编码的比特列的驱动脉冲列P1时，当比特的数据为“1”的情况下，输出上述驱动脉冲(规定电压)，在比特的数据为“0”的情况下，不输出驱动脉冲，而向输出驱动脉冲的列线以外的列线输出接地电位。因此，在时刻t1的时刻，通过驱动脉冲列P1的规定的驱动脉冲，驱动列布线C1、C5、C8、C9、C11、C13、C14、C15。另外，在各行布线R1、R2、R3、…每个上，连接由驱动的多个列布线形成的电容传感器的各电容的合计值、即由PN编码的比特排列来复用的电容值。
此时，定时控制电路11如图10(b)和图11(a)所示，在驱动列布线的驱动脉冲列的各驱动脉冲上升的稍前时刻、和下降的稍前时刻，向电荷放大电路6输出复位信号，另外，如图10(d)、图11(b)所示，在上述复位信号的稍前时刻，向采样保持电路7输出采样保持信号。
另外，该定时控制电路11在依次输入采样保持信号的间隔，向选择器电路8输出N个(N为采样保持电路7的数量)切换信号。由此，如图11(c)所示，通过一个采样保持信号，在到下一个采样保持信号之前的期间中，依次将采样保持电路7、7…中保持的各信号经选择器电路8提供给A/D转换器9。由此，A/D转换器9通过从解码运算电路10输入的A/D时钟的定时，依次将每个行布线的检测信号中的测定电压变换成数字数据，作为测定数据d1，按每个行线输出到解码运算电路10。之后，解码运算电路10依次将输入的测定数据中的数据列的数据按每个行布线写入内部的存储器中。
这里，详细说明电荷放大电路6的动作。首先，在图10所示的比时刻t1稍前的时刻td1，若从定时控制电路11输出复位信号，则模拟开关124(MOS晶体管，图5)变为导通，反馈电容Cf放电，运算放大器121的输出OUT与反转输入端子变为短路状态，形成基准电位。另外，连接于运算放大器121的反转输入端子上的行布线也变为基准电位。
接着，若该复位信号变为截止，则通过模拟开关124的栅极寄生电容的馈通，运算放大器121的输出电压稍上升(参照图10(a)中的时刻td1后的编码Fd)。
之后，在时刻t1，若驱动脉冲列(图11中的(f)的驱动脉冲列P1)中对应于PN编码的比特图案的规定驱动脉冲上升(输入)，则同一驱动脉冲经列布线与行布线的交叉部的传感器元件(电容Cs)施加于运算放大器121的反转输入端，通过根据该驱动脉冲的电压值流过的电流，运算放大器121的输出OUT的电压值如图10(a)所示，缓慢下降。
之后，在时刻td2，定时控制电路11向采样保持电路7输出采样保持信号(S/H信号)。由此，采样保持电路7在输入采样保持信号的时刻，保持从电荷放大电路6中的运算放大器121的输出OUT输出的测定电压Va。
之后，在时刻td3，定时控制电路11再次向电荷放大电路6输出复位信号。由此，运算放大器121的输出OUT与反转输入端子变为短路状态，反馈电容Cf放电，运算放大器121的输出OUT恢复成基准电位。另外，若复位信号变为截止，则与上述情况一样，通过基于模拟开关124的栅极寄生电容的馈通，运算放大器121的输出电压稍上升(参照图10(a)中的时刻td3后的编码Fd)。
接着，在时刻td4，通过驱动脉冲列P1中的驱动脉冲下降，通过基于驱动脉冲电压的电流，放电由该驱动脉冲驱动的列布线、和行布线的交叉部的传感器元件(电容Cs)，运算放大器121的输出OUT随之缓慢上升。
接着，在时刻td5，定时控制电路11向采样保持电路7输出采样保持信号。由此，采样保持电路7在输入采样保持信号的时刻，保持运算放大器121的输出OUT的测定电压Vb。
接着，在时刻td6，定时控制电路11向电荷放大电路6输出复位信号。由此，电荷放大电路6中的运算放大器121的输出OUT与反转输入端子变为短路状态，反馈电容Cf放电，运算放大器121的输出OUT恢复成基准电位。下面，重复上述动作。
在上述的测定中，无论是输出OUT从基准电位下降的情况还是上升的情况下，都在+方向上发生模拟开关124的馈通电流导致的偏移Vk。如本实施方式所示，在检测对象的电容Cs从数十到数百飞(femto)拉的情况下，不能忽视基于该馈通的偏移。在上述测定中，-Va0＝-Va+Vk为与检测对象电容Cs成正比的电压，但测定的电压为Va，该电压Va中包含基于偏移的误差Vk。
Va＝Va0+Vk因此，在本实施方式中，还测定检测对象电容Cs的放电时的电压Vb。这里，电压Vb0＝Vb-Vk是与电容Cs成正比的电压，测定的电压变为Vb＝Vb0+Vk。
通过采样保持电路7，依次保持这些测定电压Va、Vb，接着，通过A/D转换器9，将保持的电压分别A/D变换成测定电压Va和Vb，并存储在解码运算电路10内的存储器中。之后，在解码运算电路10中，进行d＝Vb-Va＝(Vb0+Vk)-(Vk+Va0)＝Vb0-Va0的运算，由此，得到不包含偏移误差的测定值、即对应于复用的电容值的测定数据d。
如上所述，解码运算电路10在驱动脉冲列中的规定驱动脉冲的上升沿和下降沿，通过取得上升与下降列布线的电位时的电荷放大电路6的输出信号之差，可在没有馈通影响的状态下，测定传感器元件的电容值。另外，通过设置选择器，可在各列布线中并行执行需要测定时间的电荷放大电路6的测定，提高传感器整体的测定速度。
接着，在时刻t2(对应于图11的移位1比特后的驱动脉冲P2中的测定；在(f)的驱动脉冲P2上升前的时刻)，定时控制电路11向编码发生部1输出时钟。由此，在编码发生部1中，移位寄存器21移位1比特，发生“1”，输出到存储用移位寄存器23中。之后，存储用移位寄存器23与上述时钟同步，使存储的PN编码的比特列{1，1，1，0，1，0，1，1，0，0，1，0，0，0，1}的各比特移位1比特，同时，将从移位寄存器21输入的数据“1”写入寄存器231。由此，从存储用移位寄存器23中找出并删除存储在寄存器2315中的数据“1”，向寄存器2315中重新写入存储在寄存器2314中的数据“1”。
因此，如图9所示，分别存储在存储用移位寄存器23的各寄存器2315、2314、2313、2312、2311、2310、239、238、237、236、235、234、233、232、231中的数据变为比特列{1，1，0，1，0，1，1，0，0，1，0，0，0，1，1}。另外，移位寄存器22的各寄存器的各输出分别提供给列布线驱动部5中的驱动器电路515、514、513、512、511、510、59、58、57、56、55、54、53、52、51。因此，在时刻t2结束的时刻，PN编码的比特列{1，1，0，1，0，1，1，0，0，1，0，0，0，1，1}作为相对时刻t1的时刻、即通过上次的驱动脉冲列P1来进行多个传感器元件的电容值复用的时刻、相位错位1比特(PN编码的比特排列错开1比特)的PN编码，分别提供给列布线驱动部5中的驱动器电路515、514、513、512、511、510、59、58、57、56、55、54、53、52、51。
接着，在时刻t2，列布线驱动部5通过驱动器电路515、514、513、512、511、510、59、58、57、56、55、54、53、52、51，根据从定时控制电路11输出的时钟脉冲，用驱动脉冲列(移位1比特后的驱动脉冲列P2)中的规定的一定宽度的驱动脉冲驱动对应的列布线C15、C14、C13、C12、C11、C10、C9、C8、C7、C6、C5、C4、C3、C2、C1(参照图10(c)、图11(f))。之后，在该时刻t2的时刻，驱动列布线C1、C2、C6、C9、C10、C12、C14、C15(图9)。该时刻t2中的状态对应于上述的时刻t1。
另外，在时刻t2(即时刻t2附近)，重复图10中所示的从时刻td1至时刻td5的动作，在使PN编码的比特列移位1比特的状态下，驱动多个列布线，复用多个传感器元件的电容值，得到将该复用的电容变换为电压值的测定电压。
在上述时刻t1和t2中说明的处理对应于时刻t3-时刻t15的各定时，重复图10中所示的从时刻td1至时刻td5的处理(图23中示出各时刻中存储用寄存器23的PN编码的比特排列)，在一周期中，重复PN编码的比特移位、列布线的驱动、测定电压的取得，进行指纹的取得处理。
另外，电容检测电路100通过各个驱动脉冲列P1-P15，驱动列布线群2的多个列布线，在每次使15比特的PN编码依次移位1比特时，进行上述测定处理，按时间系列，在每个行布线得到每次将相位错位1比特的15个测定电压Vd。该测定电压Vd通过A/D转换器9，按时间系列变换成测定数据Vd，得到由PN编码复用的测定数据的数据列{d1、d2…、d15}。
在每个行布线中，作为PN编码的相位各相差1比特的测定数据，存储在解码运算电路10内部的存储器中，作为下示的数据。
d1＝Vs1+Vs5+Vs8+Vs9+Vs11+Vs13+Vs14+Vs15d2＝Vs1+Vs2+Vs6+Vs9+Vs10+Vs12+Vs14+Vs15d3＝Vs1+Vs2+Vs3+Vs7+Vs10+Vs11+Vs13+Vs15d4＝Vs1+Vs2+Vs3+Vs4+Vs8+Vs11+Vs12+Vs14···d15＝Vs4+Vs7+Vs8+Vs10+Vs12+Vs13+Vs14+Vs15这里，Vs是将被驱动的各列布线与行布线的交叉部的传感器元件的各电容变换成电压的电压数据(数字值)，各测定数据d通过根据PN编码驱动的列布线所对应的传感器元件的电容而被复用。
若考虑一般式，则变为下式(1)。
式1 在该式中，因为列布线群2中约一半(8条)根据PN编码同时被驱动，所以求出累计对应于约一半交叉部的传感器元件的电容Csj的电压数据Vsj的值，作为测定数据di。这里，“j”是列布线C的序号，“i”是测定数据的序号(对应于每次将相位错位1比特的顺序)，设i＝1、2、3、…、N，j＝1、2、3、…、N。
另外，解码运算电路10通过上述复用的测定数据与用于复用的PN编码，通过下式(2)求出各传感器元件的电压数据Vs。
式2
如上所述，依次以比特单位来移位PN编码，求出的时间系列的测定数据d通过上述式(2)，利用PN编码与测定数据d的积和运算，可分离成对应于行布线与被驱动的列布线的交叉部的传感器元件的电容的电压数据ds、即电压数据Vs。
这里，在式(2)中，当PN编码的比特的数据在PNi＝1时，为系数PNs(i(0053)＝+1，在PNi＝0时，为系数PNs(i(0053)＝-1。解码运算电路10使用该式(2)，进行从测定数据d到电压数据ds的分离(即解码)运算。
即，当求出每个传感器元件的电压数据ds、即电压数据{ds1、ds2、ds3、…、ds14、ds15}时，以行布线单位，通过PN编码来复用电压数据ds，求出测定数据的数据列{d1、d2、d3、…、d14、d15}，所以首先将对应于PN编码的比特列{1(LSB)，1，1，1，0，1，0，1，1，0，0，1，0，0，0(MSB)}的各比特数据PNi的系数乘以每个测定数据dj。这里，在测定时，当根据规定的PN编码向列布线施加驱动信号时，比特列的顺序依次对应于各列布线的顺序，例如，LSB的比特对应于列布线C1，MSB的比特对应于列布线C15。接着，对应于列布线C1的交叉部的电压数据ds1将PN编码的比特列(未移位)作为{1(LSB)，1，1，1，0，1，0，1，1，0，0，1，0，0，0(MSB)}，通过对应于该比特列的各比特数据PNi的系数PNs(i(0054)，乘以每个测定数据dj，在一个周期中进行累计。即，为了找出图23的LSB在每个时刻的PN编码的比特数据，列布线C1在时刻t1，对应于PN编码的LSB的比特数据来驱动，在时刻t2对应于第2比特、…、在时刻t15对应于MSB的比特数据来驱动，所以即便在积和运算中，也乘以对应的PN编码的比特数据的系数来相加。
同样，为了看到图23的第2比特在每个时刻的PN编码的比特数据，就能得知对应于列布线C2的交叉部的电压数据ds2，将使上述PN编码的比特列移位1比特(向右循环)后的比特列用于列布线C2的驱动中，所以作为比特列{0(LSB)，1，1，1，1，0，1，0，1，1，0，0，1，0，0(MSB)}，将该比特列的各比特数据PNi作为系数，乘以每个测定数据dj，在一个周期中进行累计。该处理相当于对PN编码的积和运算，如下所示，对应于各交叉部的电压数据dsi通过与使PN编码的比特列移位规定比特列的比特列的各数据所对应的系数的积和运算来求出。此时，在解码时的积和运算中，对列布线R1使用初始状态的PN编码，在测定的顺序的每个列布线中，使用每次移位1比特的PN编码。
ds1＝+d1+d2+d3+d4-d5+d6-d7+d8+d9-d10-d11+d12-d13-d14-d15别乘ds2＝-d1+d2+d3+d4+d5-d6+d7-d8+d9+d10-d11-d12+d13-d14-d15中使ds3=-d1-d2+d3+d4+d5+d6-d7+d8-d9+d10+d11-d12-d13计(+d14-d15比特ds4＝-d1-d2-d3+d4+d5+d6+d7-d8+d9-d10+d11+d12-d13-d14+d15{1， ···据式ds15＝+d1+d2+d3-d4+d5-d6+d7+d8-d9-d10+d11-d12-d13-d14+d15从测定数据di的数据列，分离成对应于各传感器元件的电容值的电压数据dsi。
如上所述，在第1实施方式中，根据PN编码使多个列布线同时驱动，在下一定时，重复进行改变PN编码的相位的操作，另一方面，通过在检测侧对按时间系列得到的数据实施与PN编码的积和运算处理，将来自与其它列布线的交叉部电容的影响基本平均化，同时，可仅抽取向与作为对象的列布线的交叉部传感器元件(电容传感器)充放电的电荷信息。
另外，在第1实施方式中，作为PN编码，除M系列外，还有几种，但自相关好的M系列在检测侧解码时，因为对相邻的列布线的影响一样)-1)，所以具有使列布线间的串扰影响变小的效果。
另外，作为上述M系列的长度，若对应于列布线的数量，例如将列布线数量设为255条，则如图12所示，生成M系列的LFSR(线性反馈移位寄存器)120变为8级，1周期的长度变为255比特(在CDMA通信中，一般表现为芯片(tip)，但这里称为比特)。
并且，图13表示将本实施方式用于线(line)传感器的情况下的结构例的框图。
在该线传感器的传感器部4B中，通过将检测的行布线设为1列，构成线性传感器。
在电容检测电路的各结构中，除不设置选择检测电容的行布线的选择器电路8外，与已说明的面积型传感器一样，所以附加相同的符号，省略说明。
该线性传感器与面积型传感器相比，电路规模小，功耗低，成本降低。
当使用该线性传感器作为指纹传感器时，以大致垂直于行布线的角度扫过手指，定时控制电路11以规定的周期输出用于测定处理的各信号，解码运算电路10使所述每个规定周期输入的行布线单位的测定数据结合，由此检测2维的指纹数据。
(实施例2)下面，参照图1来说明第2实施方式，但省略说明与第1实施方式一样的结构和动作。在第2实施方式的电容检测装置中，PN编码发生电路1在多个周期中使生成的PN编码循环，列布线驱动部5在该多个周期向列布线群2输出驱动脉冲列，取得多个周期的测定数据。另外，解码运算电路10通过对应于上述PN编码，进行得到的测定数据的积和运算，得到对应于每个传感器元件电容的电压数据。
由此，如图14(a)所示，可得到扩频增益。即，在扩频通信中，在发送的频域宽度BT比信息的频域宽度Bi大的情况下，可得到表示为GP＝BT/Bi＝Ti/TC的扩频增益GP。
例如，若发送频域宽度BT为信息频域宽度Bi的4倍，则扩频增益GP变为4倍的6dB。这里，Ti为信息比特的周期，TC表示扩频码的芯片周期。
因此，第2实施方式的电容检测电路使PN编码的比特列移位，通过重复多个周期进行执行测定电容的复用的处理，使一个交叉部的传感器元件的测定次数增加，所以如图14(b)所示，即便在PN扩频时噪声成分重叠，也可通过解码，逆扩频噪声成分，相对一实施方式来使S/N比进一步提高。另外，向与第1实施方式一样的结构附加相同的符号。
解码运算电路10如图15所示，与第1实施方式一样，在第1循环(第1周期)中，按时间系列依次对测定数据的数据列{d1、…、d15}进行测定。
但是，如第1实施方式所示，仅在第1循环对得到的测定数据执行对应于PN编码的积和运算，不运算对应于各传感器元件电容的电压数据，在第2实施方式的电容检测装置中，当例如作为多次来执行第4循环之前的测定时，在第2循环中，依次求出测定数据的数据列{d16、d17、…、d30}，在第3循环中，依次求出测定数据的数据列{d31、d32、…、d45}，在第4循环中，依次求出测定数据的数据列{d46、d47、…、d60}，对行布线群3中的每个行布线，存储在内部存储器中。这里，各顺序的时间系列的测定数据di可使用已说明的式(1)来表示。
之后，解码运算电路10使用下式(3)，在每个顺序(周期)，对时间系列的测定数据di执行对应于PN编码的积和运算，将全部顺序的结果相加，从而可分离成对应于各传感器元件电容的电压数据dsi 这里，“mod”为余数运算，M为重复PN编码的复用处理的次数，即是使用PN编码的测定的周期数，(3)式中的MN为乘以M与N。这里，所谓周期与第1实施例一样，但因为得到各传感器元件的电压数据，所以表示当从通过PN编码复用的测定数据di的数据列中，通过用于复用的PN编码来进行解码时，取得为了解码而进行的积和运算中所需的测定数据，使PN编码的相位移位一循环，在每次移位1比特时对测定数据进行测定的期间。在该式(3)中，与式(2)一样，当PN编码的比特的数据在PNi＝1时，为PNs(i(0064)＝+1，在PNi＝0时，为PNs(i(0064)＝-1。
如上所述，解码运算电路10根据上述式(3)，对每个行布线执行从多个周期中的时间系列的测定数据di的数据列、到各传感器元件的电压数据ds的分离运算(图16)。
(实施例3)下面，参照图17来说明第3实施方式的电容检测电路。图17是表示第3实施方式的PN编码发生部的结构例的、编码发生部1B和列布线驱动部5的框图。就第3实施方式的其它结构而言，向与第2实施方式一样的结构附加相同的符号。
在第3实施方式中，与第2实施方式一样，移位PN编码的比特列，在多个周期中进行执行每个行布线的传感器元件的电容复用的测定。与第2实施方式的不同之处在于，在每个周期中，使用不同的PN编码来进行复用，即，准备两种以上发生的PN编码的种类，每次PN编码循环1周期，则将用于复用的PN编码切换成其它PN编码。
图17中所示的编码发生部1B作为实例，为使用两个PN编码A、B的结构，因此，除第1和第2实施方式中的PN编码发生电路20和存储用移位寄存器23之外，还向编码发生部1追加PN编码发生电路40和存储用移位寄存器43、编码选择器44。即，在第3实施方式中，示出使两种PN编码A、B各交互发生两次，驱动列布线群2的多个列布线的结构例。
接着，用图18来说明上述编码发生电路40的结构。图18(a)是表示PN编码发生电路40的结构例的框图。具有图18(a)所示的编码发生电路40，与时钟同步，输出M系列的PN编码。即，上述编码发生电路40发生M系列15比特的PN编码，由4比特的移位寄存器41和异或(下面称为EXOR)42构成。另外，在该移位寄存器41上连接EXOR42。
该EXOR42对该移位寄存器41的分支3(移位寄存器41的第3比特的输出)、与分支4(移位寄存器41的第4比特的输出)的输出进行异或运算，将该运算结果输出到移位寄存器41的输入上。由此，编码发生电路40通过与时钟信号同步地使移位寄存器41的各比特数据移位，与时钟信号同步地依次生成PN编码B的比特列数据。另外，编码发生电路40如图18(b)所示，与时钟信号同步，按{1(LSB)，1，1，1，0，0，0，1，0，0，1，1，0，1，0(MSB)}的顺序(图18(b)中，时刻从左向右前进)，按时间系列将该比特列(一周期15比特(芯片))的数据写入内部的存储用移位寄存器(图17的存储用移位寄存器43)中。
返回图17，分别向编码选择器44输入存储在存储用移位寄存器23与存储用移位寄存器43中的PN编码A或B的比特列的数据，执行输出哪个存储用移位寄存器的数据的切换。
此时，在每个周期都向编码选择器44输入切换信号，在第1周期和第3周期，选择存储在存储用移位寄存器23中的PN编码A的比特列作为输出，在第2周期和第4周期，选择存储在存储用移位寄存器43中的PN编码B的比特列作为输出。
这里，存储用移位寄存器23中的各寄存器231、232、233、234、235、236、237、238、239、2310、2311、2312、2313、2314、2315分别连接于编码选择器44的选择器441、442、443、444、445、446、447、448、449、4410、4411、4412、4413、4414、4415。另外，存储用移位寄存器43中的各寄存器431、432、433、434、435、436、437、438、439、4310、4311、4312、4313、4314、4315分别连接于编码选择器44的选择器441、442、443、444、445、446、447、448、449、4410、4411、4412、4413、4414、4415。
另外，编码选择器44通过在每个周期切换输出数据的存储用移位寄存器，如图19所示，对第1周期的测定数据的数据列{d1、d2、…、d15}使用存储在存储用移位寄存器23中的PN编码A的比特列数据，对第2周期的测定数据的数据列{d16、d17、…、d30}使用存储在存储用移位寄存器43中的PN编码B的比特列数据，对第3周期的测定数据的数据列{d31、d32、…、d45}使用存储在存储用移位寄存器23中的PN编码A的比特列数据，对第4周期的测定数据的数据列{d46、d47、…、d60}使用存储在存储用移位寄存器43中的PN编码B的比特列数据。这里，测定数据的测定处理就每个周期中切换使用的PN编码A或B之外的处理而言，与在多个周期进行复用的测定数据的测定的第2实施方式一样。
对每个行布线，在从第1周期至第4周期，将这些测定的测定数据存储在解码运算电路10内部的存储器中。
在从复用的测定数据中求出对应于传感器部4中的各传感器元件电容的电压数据dsi的解码中，解码运算电路如图20所示，在每个顺序中，使用第1实施方式中的式(2)，求出对应于列布线的电压数据dsi-n(n为顺序的数量)，通过对应于各列布线来相加求出的各顺序的电压数据dsi-n，从复用的上述测定数据di的数据列，求出各传感器元件的电压数据dsi。
因此，通过对两种PN编码A、B各进行两次、共计4循环的积和运算，可分离成对应于各交叉部的传感器元件电容的信号成分(电压数据)。另外，与第1和第2实施方式一样，对每个行布线执行该电压数据dsi的算出。
(实施例4)在上述各实施方式中，当复用时，为了替换PN编码的相位，对每个行布线执行每次1比特的比特移位，但在第4实施方式中，PN编码发生单元通过跳跃，使相位变化通过大致随机的比特数量的移位变化(相位的加扰)。此时，因为每个传感器元件的电压数据必需以行布线单位进行复用，所以即便加扰相位，15比特的PN编码也象生成15种相位不同的比特列那样，不生成相位相同的比特列。
由此，在PN编码循环一次的一周期期间，根据第4实施方式，不生成不同的PN编码，容易得到解码的积和运算所需的、PN编码的比特数的复用的检测信号，同时，干扰噪声造成的影响在进行积和运算、移位后，被扩散到相位不同的检测信号的组、即测定数据的数据列{d1、d2、…、d14、d15}整体，可以使滤波处理的平坦化变容易。
下面，说明第4实施方式，但向与第1、第2、第3实施方式一样的结构附加相同的符号，省略说明。
使相位随机变化的跳跃处理如图21的原理图所示，就M系列的PN编码而言，作为M系列的特性，通过异或初始比特排列与使相位移位的比特排列的各自对应的位置的比特数据，可不使PN编码的比特列的数据排列(当为循环的连续数据列时)变化，仅使相位不连续地变化(delay-add性)。
下面，说明根据上述原理，通过跳跃使PN编码的比特列的相位加扰，提供给列布线驱动部5的PN编码发生部。
图22是表示通过上述跳跃处理使PN编码的相位加扰，将该PN编码的比特列提供给列布线驱动部5的PN编码发生部60的结构框图。
图22中，PN编码发生电路20在通过上述第1实施方式中的处理，发生PN编码，依次输入到存储用移位寄存器23中，使PN编码的比特列移位之前，与上述结构一样。
在锁存寄存器61中，作为使相位变化之前的PN编码、即初始值的比特列，例如与第1实施方式一样，设置比特列{1(MSB)，1，1，0，1，0，1，1，0，0，1，0，0，0，1(LSB)}，该比特列在以后的处理中不变化。向异或寄存器62中输入移位寄存器23与锁存寄存器61的比特列数据，按每个比特列的排列顺序，运算异或，将运算结果存储在内部的移位寄存器中。
编码选择器63进行将存储在锁存寄存器61中的比特列的数据、和存储在异或寄存器62中的比特列的数据哪一个输出到列布线驱动部5的选择。
下面，用图21-图24来说明第4实施方式的PN编码发生部60的动作例。图23是表示存储用移位寄存器23在1比特的每次移位中输出的PN编码的比特列中各比特的数据的表格，图24是表示选择锁存寄存器61的比特列、和异或寄存器62对应于上述存储用移位寄存器23输出的比特列输出的、跳跃处理相位的比特列的编码选择器63的输出的表格。
为了简化说明，就仅说明PN编码发生部60的动作部分的复用的动作而言，因为对应于从编码选择器63输出的PN编码的比特列来进行，所以与上述说明的处理无变化。
图23、24中都在左端的栏中示出表示各移位顺序的时刻顺序{t1、t2、t3、…、t13、t14、t15}。
图23中，对应于时刻t1的比特列如上所述，表示移位1比特后的、最初第一个施加于列布线上的PN编码的比特列，之后，按时刻顺序，时刻t2、…、t13、t14、t15依次表示每次移位1比特的状态，对应记载比特排列中的比特数据的排列为一周期的移位14次的存储用移位寄存器23的输出。右端的移位量将时刻t1作为初始值，表示对应于移位顺序，每次移位1比特。图24和图23中都在表格的最上段中记载比特列的各比特的序号，“15”是MSB，“1”是LSB。
另外，图24中，对应于时刻t1的比特列表示选择锁存寄存器61的输出后输出的状态，之后，时刻t2、t3、…、t13、t14、t15依次表示异或寄存器62对应于存储用移位寄存器23输出的PN编码的比特列。右端的移位量将时刻t1的比特排列的排列作为初始值，但不对应于左端的移位顺序，而是大致随机地使PN编码的相位变化的移位数，比特的数据排列顺序不变化，并且，不存在变为相同相位(比特列)的移位顺序。如图8所示，存储用移位寄存器23在通过比特移位使相位变化时，从PN编码发生电路20依次输入的PN编码的比特列的数据为与从寄存器2315中移位删除一样的数据。因此，存储用移位寄存器23在比特移位时与比特列循环一样，比特列中的比特数据的排列顺序不变化。
如上所述，编码选择器63在每个行布线的传感器元件的电容测定的复用中，仅在对测定数据的数据列d1进行测定时，才选择时刻t1的锁存寄存器61的输出，作为PN编码的比特列，并对于来自测定数据d2的测定的复用，选择相对异或寄存器62生成的、锁存寄存器61的比特列的相位加扰了相位的比特列，提供给列布线驱动部5。
另外，在从复用的测定数据的数据列至电压数据ds的解码处理中，解码运算电路10也进行与PN编码发生部60一样的处理，生成解码所需的PN编码的比特列。
此时，解码运算电路10与上述实施方式一样，对每个复用的测定数据d，依次乘以测定时用于复用的PN编码的比特列的比特数据，累计乘以每个列布线中对应比特列的比特序号的测定数据，以行布线单位来运算并求出各传感器元件的电压数据ds。
(实施例5)在第1-第4实施方式中，说明图4中所示的、在列布线与行布线的交叉部形成的传感器元件的电容复用的测定。但是，在第5实施方式中，说明图25所示的适用于作为有源矩阵型传感器的传感器部4C时的结构。
从编码发生部1(或60)向列布线驱动电路5输入规定PN编码的比特列，驱动列布线群2的多个列布线，以行布线单位来复用单位电容单元70(传感器元件)的电容，这点上第5实施方式与第1-第4实施方式一样。另外，在电容检测电路200中，结构和动作与第1-第4实施方式一样，但电荷放大电路6被置换成图26所示的电荷放大电路72。电容检测电路200除置换电荷放大电路外，结构完全相同。
该电荷放大电路72形成图26所示的结构，向与电荷放大电路6一样的结构附加相同的符号。因为有源矩阵型传感器的测定方法略有不同，所以仅说明电荷放大电路72与电荷放大电路6的不同之处的测定动作。
在指纹数据的测定前，开关73变为断开状态，开关74、开关124和连接于对应于比特1上的多个列布线的单元选择开关71变为接通状态，在单位电容单元70(电容Cs)和寄生电容CD变为电压Vc之前，进行电荷积累，全部开关暂时为断开状态。
另外，在指纹数据的测定中，在开关74、开关124变为断开状态之前，开关73和单元选择开关71同时变为接通状态，在手指搭在传感器部4上的情况下，因为各单位电容单元70的电容Cs变化，所以在运算放大器121的输出端子发生对应于由电压Vc与基准电压Vref的电压差产生的电荷总和的电压，将其作为测定数据d，存储在解码运算电路10的内部存储器中。通过重复所谓电荷积累和检测电压的测定等步骤，得到复用的测定数据列di。之后，解码运算电路10通过上述解码处理的运算，根据存储在内部存储器中的测定数据d的数据列，求出对应于各单位电容单元70的电容Cs的电压数据ds。
(实施例6)下面，参照图27来说明本发明第6实施方式的电容检测电路。图27是表示第6实施方式的电容检测电路的一结构例的框图。另外，向与第1-第5实施方式相同的结构附加相同的符号，省略说明。
本实施方式用于相对多个列布线交叉行布线来构成的矩阵状电容传感器中，是检测列布线与行布线的交叉部(传感器元件)的电容变化的电容检测电路，编码发生电路生成在时间系列上具有正交性的编码，将形成矩阵的所述多个列布线分割成规定数据的多个列布线组，列布线组选择电路选择测定对象的列布线组，列布线驱动电路在依次选择的每个列布线组中，根据所述编码，驱动多个列布线，电容检测电路输出所述行布线与驱动的多个列布线的交叉部的电容所对应的电流值部和，作为测定电压，解码运算电路在所述每个列布线组中，通过所述检测电压与所述编码，进行积和运算，分离对应于各交叉部的电容的电压值，作为检测值。
如图27所示，本实施方式与第1-第5实施方式的不同之处在于，在图1中示出的第1-第5实施方式的结构中，在编码发生部1与列布线驱动部5之间还具备列布线选择器13。
该列布线选择器13将列布线群2的列布线分割成规定数量的多个列布线组，向该每个列布线组输出基于来自编码发生部1的PN编码的驱动信号。
图28表示进行传感器整体的列布线中、驱动的列布线组的选择的列布线选择器(组选择器)的结构。在第6实施方式中，将相邻的连续列布线集合成组。例如，在使用15比特长度的编码作为PN编码的情况下(N＝15)，将每15条列布线集合成1组，整体设为17组(M＝17)，由此可控制255条列布线。
另外，在该第6实施方式中，列布线选择器13通过来自定时控制电路11的控制信号，在PN编码循环一周期之前，不变更各列布线组的选择，在每个PN编码的周期，进行切换列布线组的动作。
如图28所示，列布线驱动部5将列布线群2分割成规定数量、例如M个列布线组41-4M，在每个规定的时间间隔，依次向选择的列布线组输出来自存储移位寄存器23的输出。这里，各列布线组的列布线数量是与PN编码发生电路20发生的PN编码的比特列的比特数相同的数量。在第6实施方式中，例如当设PN编码的比特数为15比特时，列布线组41-4M的各列布线组的列布线条数为15条。
如图30所示，当在各列布线组单位在一个周期中结束列布线和行布线的交叉部的电容测定时，依次选择下一列布线组。列布线组的选择顺序可以是列布线组41-4M的顺序，也可以与位置无关而选择随机的位置顺序。
下面，说明每个列布线组中的、上述交叉部的电容测定。
如图29所示，对应于从编码发生部1输出的PN编码，通过经列布线选择器13输入的驱动信号列，同时驱动列布线群2的规定列布线组、例如列布线组41中的多个列布线。若PN编码是{1(MSB)，1，1，1，0，1，0，1，1，0，0，1，0，0，0(LSB)}的15比特，则作为PN编码的比特列的生成周期的1周期由按时间系列使这些比特移位的一定间隔构成的时刻t1~t15形成。另外，PN编码发生电路20生成的PN编码的比特列{1，1，1，1，0，1，0，1，1，0，0，1，0，0，0}依次由存储用移位寄存器23移位。存储用移位寄存器23由存储1比特数据的寄存器231至寄存器2315的15个寄存器形成，从左(寄存器231方向)向右(寄存器2315方向)移位数据。即，在时刻t1，向存储用移位寄存器23左端的寄存器231输入PN编码的比特列的第1比特的“1”。之后，在时刻t2，使存储在寄存器231中的上述第1比特的“1”移位到寄存器232，同时，向寄存器231输入PN编码的比特列的第2比特的“1”。
下面，通过在时刻t1，t2，t3，t4，t5，t6，t7，t8，t9，t10，t11，t12，t13，t14，t15进行上述操作，向各个寄存器2315、2314、2313、2312、2311、2310、239、238、237、236、235、234、233、232、231输入PN编码的比特列{1(MSB)，1，1，1，0，1，0，1，1，0，0，1，0，0，0(LSB)}的各比特的数据。这里，存储在存储用移位寄存器23的各寄存器2315、2314、2313、2312、2311、2310、239、238、237、236、235、234、233、232、231中的数据被分别提供给列布线驱动部5中的驱动器电路515、514、513、512、511、510、59、58、57、56、55、54、53、52、51。在时刻t1～t15结束的时刻，将PN编码的比特列{1，1，1，1，0，1，0，1，1，0，0，1，0，0，0}分别提供给列布线驱动部5中的驱动器电路515、514、513、512、511、510、59、58、57、56、55、54、53、52、51。该时刻t1-时刻t15之间的操作构成本发明的指纹采集处理的一周期。
下面，观察实际动作时的存储用移位寄存器23的动作。若输入指纹的取得开始信号，则从定时控制电路11输入15个时钟信号，作为初始状态，将存储用移位寄存器23的各寄存器2315，2314，…，231设定为{1，1，1，1，0，1，0，1，1，0，0，1，0，0，0}。之后，在指纹采集处理中的一周期的最初时刻t1，从定时控制电路11输入时钟，存储用移位寄存器23的各寄存器2315，2314，…，231被移位1比特，各存储的数据变为比特排列{1，1，1，0，1，0，1，1，0，0，1，0，0，0，1}(图29)。列布线驱动部5通过驱动器电路515、514、513、512、511、510、59、58、57、56、55、54、53、52、51，根据从定时控制电路11输出的时钟信号，用由规定的一定宽度的驱动脉冲构成的驱动脉冲列驱动对应的列布线C15、C14、C13、C12、C11、C10、C9、C8、C7、C6、C5、C4、C3、C2、C1(参照图31(c)、图32(f))。
此时，列布线驱动部5在对应于PN编码的比特列的驱动脉冲列P1时，当比特的数据为“1”的情况下，输出上述驱动脉冲(规定电压)，在比特的数据为“0”的情况下，不输出驱动脉冲，而向输出驱动脉冲的列布线以外的列布线输出接地电位。因此，在时刻t1的时刻，如图32所示，通过驱动脉冲列P1的规定的驱动脉冲，驱动列布线C1、C5、C8、C9、C11、C13、C14、C15。另外，在各行布线R1、R2、R3、…每个上，连接由驱动的多个列布线形成的电容传感器的各电容的合计值、即由PN编码的比特排列来复用的电容值。
此时，定时控制电路11如图31(b)和图32(a)所示，在驱动列布线的驱动脉冲列的各驱动脉冲上升的稍前时刻、和下降的稍前时刻，向电荷放大电路6输出复位信号，另外，如图31(d)、图32(b)所示，在上述复位信号的稍前时刻，向采样保持电路7输出采样保持信号。
另外，该定时控制电路11在依次输入采样保持信号的间隔，向选择器电路8输出N个(N为采样保持电路7的数量)切换信号。由此，如图32(c)所示，通过一个采样保持信号，在到下一个采样保持信号之前的期间中，依次将采样保持电路7、7…中保持的各信号经选择器电路8提供给A/D转换器9。由此，A/D转换器9通过从解码运算电路10输入的A/D时钟(与上述切换信号同步)的定时，依次将每个行布线的检测信号中的测定电压变换成数字数据，作为测定数据d1，按每个行线输出到解码运算电路10。之后，解码运算电路10依次将输入的测定数据中的数据列的数据按每个行布线写入内部的存储器中。
这里，详细说明电荷放大电路6的动作。首先，在图32所示的比时刻t1稍前的时刻td1，若从定时控制电路11输出复位信号，则模拟开关124(MOS晶体管，图5)变为导通，反馈电容Cf放电，运算放大器121的输出OUT与反转输入端子变为短路状态，形成基准电位。另外，连接于运算放大器121的反转输入端子上的行布线也变为基准电位。
接着，若该复位信号变为截止，则通过基于模拟开关124的栅极寄生电容的馈通，运算放大器121的输出电压稍上升(参照图31(a)中的时刻td1后的编码Fd)。
之后，在时刻t1，若驱动脉冲列(图32中的(f)的驱动脉冲列P1)中对应于PN编码的比特图案的规定驱动脉冲上升(输入)，则同一驱动脉冲经列布线与行布线的交叉部的传感器元件(电容Cs)施加于运算放大器121的反转输入端，通过根据该驱动脉冲的电压值流过的电流，运算放大器121的输出OUT的电压值如图31(a)所示，缓慢下降。
之后，在时刻td2，定时控制电路11向采样保持电路7输出采样保持信号(S/H信号)。由此，采样保持电路7在输入采样保持信号的时刻，保持从电荷放大电路6中的运算放大器121的输出OUT输出的测定电压Va。
之后，在时刻td3，定时控制电路11再次向电荷放大电路6输出复位信号。由此，运算放大器121的输出OUT与反转输入端子变为短路状态，反馈电容Cf放电，运算放大器121的输出OUT恢复成基准电位。另外，若复位信号变为截止，则与上述情况一样，通过基于模拟开关124的栅极寄生电容的馈通，运算放大器121的输出电压稍上升(参照图31(a)中的时刻td3后的编码Fd)。
接着，在时刻td4，通过驱动脉冲列P1中的驱动脉冲下降，通过基于驱动脉冲电压的电流，放电由该驱动脉冲驱动的列布线、和行布线的交叉部的传感器元件(电容Cs)，运算放大器121的输出OUT随之缓慢上升。
接着，在时刻td5，定时控制电路11向采样保持电路7输出采样保持信号。由此，采样保持电路7在输入采样保持信号的时刻，保持运算放大器121的输出OUT的测定电压Vb。
接着，在时刻td6(变为对应于下一时刻t2的td1)，定时控制电路11向电荷放大电路6输出复位信号。由此，电荷放大电路6中的运算放大器121的输出OUT与反转输入端子变为短路状态，反馈电容Cf放电，运算放大器121的输出OUT恢复成基准电位。下面，重复上述动作(图31(a)和(b))。
在上述的测定中，无论是输出OUT从基准电位下降的情况还是上升的情况下，都在+方向上发生基于模拟开关124的馈通电流的偏移Vk。如本实施方式所示，在检测对象的电容Cs从数十到数百飞拉的情况下，不能忽视基于该馈通的偏移。在上述测定中，-Va0＝-Va+Vk为与检测对象电容Cs成正比的电压，但测定的电压为Va，该电压Va中包含基于偏移的误差Vk。
Va＝Va0+Vk因此，在本实施方式中，还测定检测对象电容Cs的放电时的电压Vb。这里，电压Vb0如下所示，Vb0＝Vb-Vk是与电容Cs成正比的电压，测定的电压变为Vb＝Vb0+Vk。通过采样保持电路7，依次保持这些测定电压Va、Vb，接着，通过A/D转换器9，将保持的电压分别A/D变换成测定电压Va和Vb，并存储在解码运算电路10内的存储器中。之后，在解码运算电路10中，进行
d＝Vb-Va＝(Vb0+Vk)-(Vk+Va0)＝Vb0-Va0的运算，由此，得到不包含偏移误差的测定值、即对应于复用的电容值的测定数据d。
如上所述，解码运算电路10在驱动脉冲列中的规定驱动脉冲的上升沿和下降沿，通过取得上升与下降列布线的电位时的电荷放大电路6的输出信号之差，可在没有馈通影响的状态下，测定传感器元件的电容值。另外，通过设置选择器，可在各列布线中并行执行需要测定时间的电荷放大电路6的测定，提高传感器整体的测定速度。
接着，在时刻t2(对应于图32的移位1比特后的驱动脉冲P2中的测定；在(f)的驱动脉冲P2上升前的时刻)，定时控制电路11向编码发生部1输出时钟。由此，在编码发生部1中，移位寄存器21移位1比特，发生“1”，输出到存储用移位寄存器23中。之后，存储用移位寄存器23与上述时钟同步，使存储的PN编码的比特列{1，1，1，0，1，0，1，1，0，0，1，0，0，0，1}的各比特移位1比特，同时，将从移位寄存器21输入的数据“1”写入寄存器231。由此，从存储用移位寄存器23中找出并删除存储在寄存器2315中的数据“1”，向寄存器2315中重新写入存储在寄存器2314中的数据“1”。
因此，如图33所示，分别存储在存储用移位寄存器23的各寄存器2315、2314、2313、2312、2311、2310、239、238、237、236、235、234、233、232、231中的数据变为比特列{1，1，0，1，0，1，1，0，0，1，0，0，0，1，1}。另外，移位寄存器22的各寄存器的各输出分别提供给列布线驱动部5中的驱动器电路515、514、513、512、511、510、59、58、57、56、55、54、53、52、51。因此，在时刻t2结束的时刻，PN编码的比特列{1(MSB)，1，0，1，0，1，1，0，0，1，0，0，0，1，1(LSB)}作为相对时刻t1的时刻、即通过上次的驱动脉冲列P1来进行多个传感器元件的电容值复用的时刻、相位错位1比特(PN编码的比特排列错开1比特)的PN编码，分别提供给列布线驱动部5中的驱动器电路515、514、513、512、511、510、59、58、57、56、55、54、53、52、51。
接着，在时刻t2，列布线驱动部5通过驱动器电路515、514、513、512、511、510、59、58、57、56、55、54、53、52、51，根据从定时控制电路11输出的时钟脉冲，用驱动脉冲列(移位1比特后的驱动脉冲列P2)中的规定的一定宽度的驱动脉冲驱动对应的列布线C15、C14、C13、C12、C11、C10、C9、C8、C7、C6、C5、C4、C3、C2、C1(参照图31(d)、图32(f))。之后，在该时刻t2的时刻，驱动列布线C1、C2、C6、C9、C10、C12、C14、C15(图33)。该时刻t2中的状态对应于上述的时刻t1。
另外，在时刻t2(即时刻t2附近)，重复图31中所示的从时刻td1至时刻td5的动作，在使PN编码的比特列移位1比特的状态下，驱动多个列布线，复用多个传感器元件的电容值，得到将该复用的电容变换为电压值的测定电压。
在上述时刻t1和t2中说明的处理对应于时刻t3-时刻t15的各定时，重复图31中所示的从时刻td1至时刻td5的处理(图34中示出各时刻中存储用移位寄存器23的PN编码的比特排列)，在一周期中，重复PN编码的比特移位、列布线的驱动、测定电压的取得，进行指纹的取得处理。
另外，电容检测电路100通过各个驱动脉冲列P1-P15，驱动列布线群2的多个列布线，在每次使15比特的PN编码依次移位1比特时，进行上述测定处理，按时间系列，在每个行布线得到每次将相位错位1比特的15个测定电压Vd。该测定电压Vd通过A/D转换器9，按时间系列变换成测定数据Vd，得到由PN编码复用的测定数据的数据列{d1、d2…、d15}。
在每个行布线中，作为PN编码的相位各相差1比特的测定数据，存储在解码运算电路10内部的存储器中，作为下示的数据。
d1＝Vs1+Vs5+Vs8+Vs9+Vs11+Vs13+Vs14+Vs15d2＝Vs1+Vs2+Vs6+Vs9+Vs10+Vs12+Vs14+Vs15d3＝Vs1+Vs2+Vs3+Vs7+Vs10+Vs11+Vs13+Vs15d4＝Vs1+Vs2+Vs3+Vs4+Vs8+Vs11+Vs12+Vs14···d15＝Vs4+Vs7+Vs8+Vs10+Vs12+Vs13+Vs14+Vs15这里，Vs是将被驱动的各列布线与行布线的交叉部的传感器元件的各电容变换成电压的电压数据(数字值)，各测定数据d通过根据PN编码驱动的列布线所对应的传感器元件的电容而被复用。
若考虑一般式，则变为下式(1)。
式1 在该式中，因为列布线群2中约一半(8条)根据PN编码同时被驱动，所以求出累计对应于约一半交叉部的传感器元件的电容Csj的电压数据Vsj的值，作为测定数据di。这里，“j”是列布线C的序号，“i”是测定数据的序号(对应于每次将相位错位1比特的顺序)，设i＝1、2、3、…、N，j＝1、2、3、…、N。
另外，解码运算电路10通过上述复用的测定数据与用于复用的PN编码，通过下式(2)求出各传感器元件的电压数据Vs。
式2 如上所述，依次以比特单位来移位PN编码，求出的时间系列的测定数据d通过上述式(2)，利用PN编码与测定数据d的积和运算，可分离成对应于行布线与被驱动的列布线的交叉部的传感器元件的电容的电压数据ds、即电压数据Vs。
这里，在式(2)中，当PN编码的比特的数据在PNi＝1时，为极性符号PNs(i(0054)＝+1，在PNi＝0时，为极性符号PNs(i(0054)＝-1。
解码运算电路10使用该式(2)，进行从测定数据d到电压数据ds的分离(即解码)运算。
即，当求出每个传感器元件的电压数据ds、即电压数据{ds15、ds14、ds13、…、ds2、ds1}时，以行布线单位，通过PN编码来复用电压数据ds，求出测定数据的数据列{d15、d14、d13、…、d2、d1}，所以首先将对应于PN编码的比特列{1(MSB)，1，1，1，0，1，0，1，1，0，0，1，0，0，0(LSB)}的各比特数据PNi的极性符号乘以每个测定数据dj。这里，在测定时，当根据规定的PN编码向列布线施加驱动信号时，比特列的顺序依次对应于各列布线的顺序，例如，LSB的比特对应于列布线C1，MSB的比特对应于列布线C15。接着，对应于列布线C1的交叉部的电压数据ds1将PN编码的比特列(未移位)作为{1(MSB)，1，1，1，0，1，0，1，1，0，0，1，0，0，0(LSB)}，将对应于该比特列的各比特数据PNi的极性符号乘以每个测定数据dj，在一个周期中进行累计。即，为了在图34的表中找出LSB的列在每个时刻的PN编码的比特数据，列布线C1在时刻t1，对应于PN编码的LSB的比特数据来驱动，在时刻t2对应于第2比特、…、在时刻t15对应于MSB的比特数据来驱动，所以即便在积和运算中，也乘以对应的PN编码的比特数据所对应的极性符号来相加。
同样，对应于列布线C2的交叉部的电压数据ds2为了在图34的表中找出第2比特在每个时刻的PN编码的比特数据，将使上述PN编码的比特列移位1比特(向右循环)后的比特列用于列布线C2的驱动中，所以作为比特列{0(LSB)，1，1，1，1，0，1，0，1，1，0，0，1，0，0(MSB)}，将该比特列的各比特数据PNi作为系数，乘以每个测定数据dsj，在一个周期中进行累计。该处理相当于对PN编码的积和运算，如下所示，对应于各交叉部的电压数据dsj通过测定数据di与使PN编码的比特列移位规定比特列的比特列的各数据PNi所对应的极性符号的积和运算来求出。
此时，在解码时的积和运算中，对列布线R1使用初始状态的PN编码，在测定的顺序的每个列布线中，使用每次移位1比特的PN编码。
即，在解码时的积和运算中，向各时刻测定的每个测定数据，分别乘以求出的交叉部的列布线的序号、和对应于该序号的、上述时刻中使用的PN编码的比特排列中的序号(顺序)的比特数据所对应的极性符号，进行累计(即在测定时，在各时刻，将驱动对应列布线时使用的PN编码的比特数据、与对应于同样值的数据的极性符号相乘)。
对应于本实施方式的15条列布线的、PN编码的比特列{1，1，1，1，0，1，0，1，1，0，0，1，0，0，0}的情况下，解码运算电路10根据式(2)，进行如下运算，ds1＝+d1+d2+d3+d4-d5+d6-d7+d8+d9-d10-d11+d12-d13-d14-d15ds2＝-d1+d2+d3+d4+d5-d6+d7-d8+d9+d10-d11-d12+d13-d14-d15ds3＝-d1-d2+d3+d4+d5+d6-d7+d8-d9+d10+d11-d12-d13+d14-d15ds4＝-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
从测定数据di的数据列，分离成对应于各传感器元件的电容值的电压数据dsi。
如上所述，在第1实施方式中，将列布线群2分割成由相邻的列布线构成的多个列布线组，在每个列布线组中，在各个时刻t1~时刻t15，改变PN编码的相位，同时，复用列布线，进行测定，对全部列布线组单位重复该处理，进行对全部列布线的测定，另一方面，通过在检测侧对按时间系列得到的数据实施与PN编码的积和运算处理，基本平均化来自与其它列布线的交叉部电容的影响，同时，可仅抽取向与作为对象的列布线的交叉部传感器元件(电容传感器)充放电的电荷信息。
另外，在第6实施方式中，作为PN编码，除M系列外，还有几种，但自相关好的M系列在检测侧解码时，因为对相邻的列布线的影响一样，所以具有使列布线间的串扰影响变小的效果。另外，作为M系列以外的实例，例如11比特长的バ-カ-系列{1，0，1，1，0，1，1，1，0，0，0}。
并且，第6实施方式的电容检测电路在上述各列布线组的测定中，当解码运算电路10在每个列布线组复用列布线进行测定时，在时刻t1进行复用的测定电压是否超出预定的基准电压的检测，在检测出超出基准电压的情况下，继续进行该布线组的测定，另一方面，在检测出测定电压未超出上述基准电压的情况下，停止该布线组的测定，将测定数据d1-d15全部设为“0”，移动到下一列布线组的测定，通过该结构，手指不接触，则不进行不必进行电容检测的列布线组的测定，可提高测定整体的处理效率，可降低电容检测处理的负荷。
另外，作为列布线组的切换定时，在上述测定动作中，若在每个列布线组中，时刻t1~t15的1周期结束，则将测定对象移动到下一列布线组。
但是，如图35所示，通过时刻t1的PN编码的比特排列，依次切换列布线组41-列布线组4M的列布线组，在组切换循环一次后，使PN编码的比特排列的相位变化，另外，进行依次切换列布线组41-列布线组4M的列布线组的测定处理，依次进行每个列布线组的测定数据的测定。
这里，解码运算电路10在各列布线组单位下，通过各个列布线组的测定数据，求出各电容的电压数据dsj的处理与上述解码处理一样。
下面，图36表示将本实施方式用于线传感器的情况下的结构例的框图。
在该线传感器的传感器部4B中，通过将检测的行布线设为1列，构成线性传感器。
在电容检测电路的各结构中，除不设置选择检测电容的行布线的选择器电路8外，与已说明的面积型传感器一样，所以附加相同的符号，省略说明。
该线性传感器与面积型传感器相比，电路规模小，功耗低，成本降低。
当使用该线性传感器作为指纹传感器时，以大致垂直于行布线的角度扫过手指，定时控制电路11以规定的周期输出用于测定处理的各信号，解码运算电路10使所述每个规定周期输入的行布线单位的测定数据结合，由此检测2维的指纹数据。
(实施例7)下面，参照图27来说明本发明第7实施方式的电容检测电路。
该第7实施方式的电容检测电路的结构与第6实施方式的电容检测电路一样。第7实施方式与第6实施方式的不同之处在于，当将列布线群2分割(分配)成多个、例如M个列布线组41-4M时，不由相邻的列布线来构成列布线组，而如图37所示，由规定间隔(离开规定条数)的列布线来构成。
例如，当列布线群2由255条列布线构成时，假设分成每17条为1组的15组，若设将各组的第1个列布线汇集成列布线组，则将每15条列布线分组成17个列布线组。
另外，第7实施方式中对各列布线组进行的测定数据的测定处理和效果与第6实施方式一样。
(实施例8)下面，参照图27来说明本发明第8实施方式的电容检测电路。
该第8实施方式的电容检测电路的结构与第7实施方式的电容检测电路一样。第8实施方式与第7实施方式的不同之处在于，如图38所示，设置脉冲生成电路30来代替编码发生部1A位于编码发生部1中的存储用移位寄存器23，设置列布线选择器13A来代替列布线选择器13。
脉冲生成电路30中，例如列布线群2由255条列布线构成，在PN编码为15比特的情况下，因为每个列布线组的列布线为15条，所以输入编码发生电路20发生的PN编码的比特排列{1(MSB)，1，1，1，0，1，0，1，1，0，0，1，0，0，0(LSB)}，输出驱动各列布线组的列布线的驱动比特排列{1，<16比特的0>，1，<16比特的0>，1，<16比特的0>，1，<16比特的0>，0，<16比特的0>，1，<16比特的0>，0，<16比特的0>，1，<16比特的0>，1，<16比特的0>，0，<16比特的0>，0，<16比特的0>，1，<16比特的0>，0，<16比特的0>，0，<16比特的0>，0，<16比特的0>}。这里，<16比特的0>表示数据“0”连续16比特的比特排列{0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0}。
即，脉冲生成电路30为了对每个17比特的列布线驱动1条列布线，在PN编码的比特排列中的各比特间，插入<16比特的0>，同时，在每次复用测定时，每次向列布线选择器13A输出1比特。
另外，列布线选择器13A是由对应于列布线群2的各个列布线C1-C255的寄存器构成的移位寄存器，每当输入1比特插入数据“0”的驱动比特排列时，沿箭头方向(图38中右方向)每次移动数据1比特。
由此，列布线选择器13A通过上述移位寄存器的各寄存器中的数据，分别经列布线驱动部的缓冲器51-5255，以每规定条数、例如每17条1条列布线、即由间隔规定条数的列布线构成的列布线组单位，进行列布线的驱动。
(实施例9)下面，参照图27来说明上述结构构成的、本发明第9实施方式的电容检测电路100的动作例。该第9实施方式除对测定数据的复用使用正交编码来代替第6-第7实施方式的PN编码外，与第6-第7实施方式的动作无差异。这里，为了简化说明，以从后述的正交编码读出电路220生成的15比特长度的正交编码为例，仅说明与第6实施方式不同的动作。
解码运算电路10从外部输入电容检测的开始、即指纹传感器(传感器部4)中进行指纹采集的信号。
由此，解码运算电路10向定时控制电路11输出指示检测开始的开始信号。接着，定时控制电路11向编码发生部1B输出时钟信号和复位信号。
之后，编码发生部1B通过上述复位信号，经正交编码读出电路220，初始化内部的地址计数器222和正交编码读出电路220(图39)的各寄存器，与上述时钟同步，依次从代码存储器221中读出并输出正交编码。
这里，编码发生部1B将事先形成的正交编码存储在内部的代码存储器221中，每当输入时钟时，依次向列布线驱动部5输出具有正交性的数据列。
通过图40所示的顺序，生成代表的作为上述正交编码的威尔士编码。作为基本结构，形成2(行)×2(列)的基本单位，右上、左上和左下的比特相同，右下为这些比特的反转。
接着，在右上、左上、右下和左下合成4个上述2×2的基本单位，作为块，形成4(行)×4(列)的比特排列的编码。这里，与形成2×2的基本单位一样，右下的块为比特反转。以同样的步骤，可如8(行)×8(列)、16(行)×16(列)那样，构成编码的比特排列的比特数(对应于列数)和编码的数量(对应于行数)。
在本实施方式中，为了不进行测定数据的复用，不驱动列地从编码中去除全部为逻辑“0”、即全部比特的数据为“0”的第1行与第1列。图40中，例如将15×15比特的矩阵作为正交编码。
如上所述，即便是编码长度长的编码，也可同样生成威尔士编码，如此生成的威尔士编码可被用于下述的电容的检测中的复用中。
在本实施例中，例如列布线群2由布线C1-C15的15条构成，将用15×15的比特矩阵表示的正交编码用于电容测定时的复用中。
在编码发生部1B内的代码存储器(图39的代码存储器221)中，以图41的表格中所示的数据形式存储用上述15×15的矩阵表示的正交编码的数据。对应于地址t1~t15来顺序存储各行。
这里，例如地址t1的行的威尔士编码变为{1(LSB(0071)，0，1，0，1，0，1，0，1，0，1，0，1，0，1(MSB)}，地址t15的行的威尔士编码变为{1(LSB(0071)，1，0，1，0，0，1，1，0，0，1，0，1，1，0(MSB)}。
定时控制电路11在输入开始信号时，向编码发生部1B输出测定开始信号。
在图39中，正交编码读出电路220在输入上述测定开始信号时，进行地址计数器222和存储用寄存器23的复位，将地址计数器222的计数值设为“0”。
接着，在设为上述初始状态后，在交叉部的电容测定时，正交编码读出电路220每当输入从定时控制电路11按时间系列输出的时钟，则向地址计数器222输出计数信号。
之后，地址计数器222计数输入的计数信号，对应于计数值，向代码存储器221输出地址t1、t2、…、t15。
由此，代码存储器221将对应于输入的地址t1、t2、…、t15的正交编码的数据(行的比特排列)输出到正交编码读出电路220。
该正交编码读出电路220通过定时控制电路11的时钟，将正交编码的比特列的从LSB至MSB的比特排列写入存储用寄存器223的各个寄存器2231-22315中。
当向存储用寄存器223输入正交编码时，向存储用寄存器223的寄存器2231、2232、2233、2234、2235、…、22314、22315分别输入数据排列{1(LSB(0074)，0，1，0，1，0，1，0，1，0，1，0，1，0，1(MSB)}的各比特的数据。
由此，列布线驱动部5与第1实施方式一样，对于列布线选择器13选择的列布线组，通过输入的正交编码的比特排列的各比特的数据，进行对应的规定列布线的驱动控制。
与通过第6实施方式说明的电容检测的处理一样，在对应于时刻t1~时刻t15的各定时，重复图31中所示的从时刻td1至时刻td15的处理(图41中，示出各时刻的存储用寄存器223的正交编码的比特排列)，在存储器地址t1~t15之前的一周期中，重复从代码存储器221中读出正交编码、列布线的驱动、测定电压的取得，进行指纹的取得处理。
另外，电容检测电路100在各时刻的驱动脉冲P的驱动时，依次从代码存储器221中读出对应于时刻的上述测定处理中的15比特的正交编码，并通过列布线驱动部5，在各个时刻，驱动列布线组中的正交编码所对应的规定列布线。
由此，电容检测电路100按时间系列在每个行布线得到在对应于各时刻的每个地址t1~t15都不同的15个测定电压Vd。该测定电压Vd通过A/D转换器9，按时间系列变换成测定数据Vd，得到由正交编码复用的测定数据的数据列{d1、d2…、d15}。
在每个行布线中，作为15个相对每个正交编码都不同的测定数据，存储在解码运算电路10内部的存储器中，作为下示的数据(用图41的表格的正交编码来测定)。
d1＝Vs1+Vs3+Vs5+Vs7+Vs9+Vs11+Vs13+Vs15d2＝Vs2+Vs3+Vs6+Vs7+Vs10+Vs11+Vs14+Vs15d3＝Vs1+Vs2+Vs5+Vs6+Vs9+Vs10+Vs13+Vs14d4＝Vs4+Vs5+Vs6+Vs7+Vs12+Vs13+Vs14+Vs15··d15＝Vs1+Vs2+Vs4+Vs7+Vs8+Vs11+Vs13+Vs14这里，Vs是将被驱动的各列布线与行布线的交叉部的传感器元件的各电容变换成电压的电压数据(数字值)，各测定数据d通过根据正交编码驱动的列布线所对应的传感器元件的电容而被复用。
若考虑一般式，则变为下式(3)。
式3 在式(3)中，因为列布线群2中约一半(8条)根据正交编码同时被驱动，所以求出累计对应于约一半交叉部的传感器元件的电容Csj的电压数据Vsj的值，作为测定数据di。这里，“j”是列布线C的序号，“i”是测定数据的序号(对应于各个地址ti的顺序)，设i＝1、2、3、…、N，j＝1、2、3、…、N。即，式(1)的符号CD(i，j)表示就时刻ti中使用的第i个编码而言，为第j个要素的编码。
另外，解码运算电路10通过上述复用的测定数据与用于复用的正交编码，通过下式(4)求出各传感器元件的电压数据Vs。
式4
如上所述，依次从代码存储器221中读出正交编码，求出的时间系列的测定数据d通过上述式(4)，利用正交编码与测定数据d的积和运算，可分离成对应于行布线与被驱动的列布线的交叉部的传感器元件的电容的电压数据ds、即电压数据Vs。
这里，在式(4)中，当正交编码的比特数据在CD(i，j(0081)＝1时，为极性符号CDs(i，j(0081)＝+1，在CD(i，j(0081)＝0时，为极性符号CDs(i，j(0081)＝-1。
解码运算电路10使用该式(4)，进行从测定数据d到电压数据ds的分离运算。
即，当求出每个传感器元件的电压数据ds、即电压数据{ds1、ds2、ds3、…、ds14、ds15}时，以行布线单位，通过正交编码来复用电压数据ds，求出测定数据的数据列{d1、d2、d3、…、d14、d15}，所以首先将对应于正交编码的比特列{1(LSB)，0，1，0，1，0，1，0，1，0，1，0，1，0，1(MSB)}的各比特数据CD(i，j(0082)的极性符号乘以每个测定数据di。
这里，比特列的顺序依次对应于各列布线组的各列布线的顺序，例如LSB的比特对应于列布线C1，MSB的比特对应于列布线C15。接着，作为地址t1~t15的各正交编码的比特排列的LSB比特列{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)}，对应于列布线C1的交叉部的电压数据ds1，将该比特列的各比特的数据CD(i，j(0083)所对应的极性符号乘以每个测定数据di，并在一周期中累计。
即，列布线C1在时刻t1，通过地址t1中的正交编码的LSB(第1比特)比特数据来驱动，在时刻t2，通过地址t2中的正交编码的LSB数据来驱动，…，在时刻t15，通过地址t15中的正交编码的LSB比特数据来驱动，所以即便在积和运算中，也乘以对应于使用的正交编码的比特数据的极性符号后相加。
同样，对应于列布线C2的交叉部的电压数据ds2，在时刻t1，对应于地址t1中的正交编码的第2比特的数据来驱动，在时刻t2，对应于地址t2中的正交编码的第2比特的数据来驱动，…，在时刻t15，对应于地址t15中的正交编码的第2比特的数据来驱动，所以即便在积和运算中，也乘以对应于相应的正交编码的比特数据的极性符号后相加。即，作为地址t1~t15的各正交编码的比特排列的第2比特构成的比特列{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)}，电压数据ds2将该比特列的各比特的数据CD(i，j(0085)所对应的极性符号乘以每个测定数据di，并在一周期中累计。
如上所述，各个交叉部的电容所对应的电压在对应的列布线，将在时刻t1~t15施加的数据所对应的比特列的各比特数据CD(i，j(0086)所对应的极性符号乘以每个测定数据di，并在一周期中累计。该处理相当于对正交编码的积和运算，如下所示，对应于各交叉部的电压数据dsj通过测定数据di、与存储在代码存储器21中的正交编码的各比特排列的数据所对应的极性符号的积和运算来求出。
即，在解码时的积和运算中，向各时刻测定的每个测定数据，分别乘以求出的交叉部的列布线序号的测定数据、和对应于该序号的、上述时刻中使用的正交编码的比特排列中的序号(顺序)的比特数据所对应的极性符号，进行累计(即在测定时，在各时刻，将驱动对应列布线时使用的正交编码的比特数据、与对应于同样值的数据的极性符号相乘)。
就对应于本实施方式的15条列布线的、存储在代码存储器21中的图41所示的正交编码而言，通过各地址t1~t15的正交编码的比特排列，解码运算电路10根据式(4)，进行如下运算，
ds15＝+d1+d2-d3+d4-d5-d6+d7+d8-d9-d10+d11-d12+d13+d14-d15，从测定数据di的数据列，分离成对应于各传感器元件的电容值的电压数据dsj。
如上所述，在第9实施方式中，使用正交编码、例如威尔士编码来代替第6实施方式的PN编码，对分割列布线群2的每个列布线组，驱动对应于正交编码的各比特数据的列布线，复用各列布线组的测定值，得到测定数据，在下一定时，重复从代码存储器221中读出对应于时刻的地址的正交编码后进行上述测定的操作，另一方面，通过在检测侧实施按时间系列得到的测定数据与正交编码的积和运算处理，将来自与其它列布线的交叉部电容的影响基本平均化，同时，可仅抽取向与作为对象的列布线的交叉部传感器元件(电容传感器)充放电的电荷信息。另外，在本实施方式中，使用威尔士编码来代替PN编码，但也可使用该威尔士编码来代替第1-第5实施方式的PN编码。
在第6-第9实施方式中，解码运算电路10中的解码运算既可以在传感器侧进行，也可在将测定数据发送到主机后，由主机进行。
另外，检测对象不限于电容，也可用于电阻值等其它物理量的测定。
并且，在第6-第9实施方式中，使列布线与行布线交叉，设一方为驱动线(列布线)，另一方为检测线(行布线)，但即便颠倒这些关系等其它驱动和检测方法也可得到同样的效果。
(实施例10)在第6-第9实施方式中，说明图4中所示的、形成于列布线与行布线的交叉部上的传感器元件的电容的复用的测定。但是，在第10实施方式中，说明适用于图25所示的作为有源矩阵型传感器的传感器部4C中时的结构。
从编码发生部1向列布线驱动电路5输入规定的PN编码的比特列，将列布线群2分成多个列布线组(41-4M)，对每个该列布线组驱动多个列布线，以行布线单位复用单位电容单元70(传感器元件)的电容，在这点上，第10实施方式与第6-第9实施方式一样。另外，电容检测电路200的结构和动作也与第1-第4实施方式一样，但将电荷放大电路6置换成图26所示的电荷放大电路72。电容检测电路200除置换电荷放大电路外，结构完全相同。
该电荷放大电路72形成图26所示结构，向与电荷放大电路6一样的结构附加相同的符号。因为有源矩阵型传感器的测定方法略有不同，所以仅说明电荷放大电路72与电荷放大电路6的不同之处的测定动作。
在指纹数据的测定前，开关73为断开状态，开关74、开关124和对应于比特1的多个列布线上连接的单元选择开关71为导通状态，进行电荷的积累，直到单位电容单元70(检测电容Cs)和寄生电容Cp变为电压Vc为止，暂时全部开关变为断开状态。
之后，在指纹数据的测定中，在开关74、开关124变为断开状态之前，开关73和单元选择开关71同时变为接通状态，在手指搭在传感器部4上的情况下，因为各单位电容单元70的检测电容Cs变化，所以在运算放大器121的输出端子发生对应于由电压Vc与基准电压Vref的电压差产生的电荷总和(基于列布线组的复用的合计值)的电压，将其作为测定数据d，存储在解码运算电路10的内部存储器中。通过重复所谓电荷积累和检测电压的测定等步骤，得到复用的测定数据列di。之后，解码运算电路10通过上述解码处理的运算，根据存储在内部存储器中的测定数据d的数据列，求出对应于各单位电容单元70的电容Cs的电压数据ds。
另外，在各第1-第10实施方式中，也可将用于实现图1和图27中的解码运算电路10的功能的程序记录在计算机可读取的记录媒体中，将记录在该记录媒体中的程序读入计算机系统中，根据通过执行来复用的测定数据di的数据列，进行对应于各传感器元件电容的电压数据dsi的解码用的运算处理。另外，这里所称的“计算机系统”包含OS或外围设备等硬件。另外，设“计算机系统”还包含配备主页提供环境(或显示环境)的WWW系统。另外，所谓“计算机可读取的记录媒体”是指软盘、磁光盘、ROM、CD-ROM等可携带媒体、内置于计算机系统中的硬盘等的存储装置。并且，所谓“计算机可读取的记录媒体”还可如构成经因特网等网络或电话线路等通信线路发送程序时的服务器或客户机的计算机系统内部的易失性存储器(RAM)等、在一定时间内保持程序的媒体。
另外，上述程序也可经传输媒体，或通过传输媒体中的载波，从将该程序存储在存储装置等中的计算机系统传递到其它计算机系统。这里，传输程序的“传输媒体”是指如因特网等网络(通信网络)或电话线路等通信线路(通信线)那样、具有传输信息的功能的媒体。另外，上述程序也可用于实现上述部分功能。并且，也可以是通过与已记录在计算机系统中的程序的组合来实现上述功能的所谓差分文件(差分程序)。
权利要求
1.一种电容检测电路，检测行布线相对于多个列布线交叉所构成的电容传感器中、列布线与行布线的交叉部的电容变化，其特征在于具有编码发生单元，发生在时间系列上具有正交性的编码，将发生的编码作为列驱动信号输出；列布线驱动单元，根据该编码，选择所述列布线中的规定的列布线来进行驱动；电容检测单元，连接于所述行布线上，将被选择到的列布线所对应的所述交叉部各自的电容变化的总和变换成电压信号，作为检测电压输出；和解码运算单元，通过从所述电容检测单元输出的检测电压与所述编码，进行规定的运算，求出对应于所述各交叉部的电容变化的电压值。
2.根据权利要求1所述的电容检测电路，其特征在于所述编码发生单元生成PN编码，使该PN编码的相位在时间系列上变化后输出。
3.根据权利要求2所述的电容检测电路，其特征在于所述编码发生单元使PN编码在时间系列上每次1比特地移位相位后输出。
4.根据权利要求2所述的电容检测电路，其特征在于所述编码发生单元使所述PN编码在时间系列上以随机比特数移位相位后输出。
5.根据权利要求2所述的电容检测电路，其特征在于所述编码发生单元重复多次使PN编码的相位变化该PN编码的比特数的所述周期，所述解码运算部在每个该周期求出对应于交叉部的电容变化的电压，累计多次该电压，将累计结果作为所述检测电压输出。
6.根据权利要求5所述的电容检测电路，其特征在于所述编码发生单元生成多个PN编码，并在所述一周期的每个间隔切换成不同的PN编码。
7.根据权利要求2所述的电容检测电路，其特征在于所述PN编码是M系列。
8.根据权利要求1所述的电容检测电路，其特征在于所述编码发生单元生成在时间系列上不同的比特排列的威尔士编码，作为所述编码输出。
9.根据权利要求1所述的电容检测电路，其特征在于所述解码运算部根据所述编码来积和运算按时间系列输出的检测电压的数据列，由此进行解码处理。
10.根据权利要求1所述的电容检测电路，其特征在于对所述多个列布线，检测将多个所述行布线排列成矩阵状的面积型电容传感器的所述交叉部的电容。
11.根据权利要求1所述的电容检测电路，其特征在于对所述多个列布线，检测对应1条所述行布线形成的线型电容传感器的所述交叉部的电容。
12.一种指纹传感器，其特征在于具有权利要求1所述的电容检测电路。
13.一种电容检测方法，检测由多个列布线和多个行布线构成的电容传感器中的、列布线与行布线的交叉部的电容变化，其特征在于具有如下步骤由编码发生单元生成编码，使该编码的相位在时间系列上变化，作为列驱动信号输出；通过列布线驱动单元，根据所述编码，选择所述列布线中的多个列布线来进行驱动；通过电容检测单元，连接于所述行布线上，将被选择到的列布线所对应的所述交叉部各自的电容变化的总和变换成电压信号，作为检测电压输出；和通过解码运算单元，根据所述编码，通过规定的运算将从所述电容检测单元按时间系列输出的检测电压的数据列解码，求出对应于所述各交叉部的电容变化的电压值。
14.一种电容检测电路，检测行布线相对于多个列布线交叉所构成的电容传感器中的、列布线与行布线的交叉部的电容变化，其特征在于具有编码发生单元，发生在时间系列上具有正交性的编码；列布线组选择单元，将所述多个列布线分割成由规定数量的列布线构成的列布线组，并选择测定对象的列布线组；列布线驱动单元，在依次选择的每个列布线组中，根据所述编码，驱动多个列布线；电容检测单元，连接于所述行布线上，将被选择到的列布线所对应的所述交叉部各自的电容变化的总和变换成电压信号，作为检测电压输出；和解码运算单元，在所述每个列布线组中，通过所述检测电压与所述编码，进行规定运算，求出对应于各交叉部的电容的电压值。
15.根据权利要求14所述的电容检测电路，其特征在于所述列布线组由相邻的规定条数的列布线形成。
16.根据权利要求14所述的电容检测电路，其特征在于所述列布线组由规定间隔的列布线形成。
17.根据权利要求14所述的电容检测电路，其特征在于所述编码发生单元生成PN编码，使该PN编码的相位在时间系列上变化后输出。
18.根据权利要求17所述的电容检测电路，其特征在于所述编码发生单元使PN编码在时间系列上每次1比特地移位相位后输出。
19.根据权利要求17所述的电容检测电路，其特征在于所述编码发生单元使所述PN编码在时间系列上以随机比特数移位相位后输出。
20.根据权利要求17所述的电容检测电路，其特征在于所述编码发生单元重复多次使PN编码的相位变化该PN编码的比特数的所述周期，所述解码运算部在每个该周期求出对应于交叉部的电容变化的电压，累计多次该电压，将累计结果作为所述检测电压输出。
21.根据权利要求20所述的电容检测电路，其特征在于所述编码发生单元生成多个PN编码，并在所述每一周期的间隔切换成不同的PN编码。
22.根据权利要求17所述的电容检测电路，其特征在于所述PN编码是M系列。
23.根据权利要求17所述的电容检测电路，其特征在于所述编码发生单元生成在时间系列上不同的比特排列的威尔士编码，作为所述编码输出。
24.一种指纹传感器，其特征在于具有权利要求14所述的电容检测电路。
25.一种电容检测方法，相对多个列布线来交叉行布线，检测列布线与行布线的交叉部的电容变化，作为电压值，其特征在于具有如下步骤编码发生步骤，发生在时间系列上具有正交性的编码；列布线组选择步骤，将所述多个列布线分割成由规定数量的列布线构成的列布线组，并选择测定对象的列布线组；列布线驱动步骤，在依次选择的每个列布线组中，根据所述编码，驱动多个列布线；电容检测步骤，将与所述行布线和被驱动的多个列布线的交叉部电容所对应的电流值的总和，作为检测电压输出；和解码运算步骤，在所述每个列布线组中，通过所述检测电压与所述编码，进行积和运算，求出对应于各交叉部的电容的电压值。
全文摘要
提供一种电容检测电路和检测方法以及指纹传感器，通过使干扰噪声的影响降低，使S/N比提高，可以充分的灵敏度来检测由列布线与行布线构成的传感器元件的微小电容值Cs和电容变化值ΔCs。具有PN编码发生单元，使生成的PN编码的相位在时间系列上变化，输出列驱动信号；列布线驱动单元，对应于列驱动信号，选择多个列布线来驱动；电容检测单元，连接于行布线上，输出将选择到的列布线所对应的交叉部的电容变化总和变换成电压的检测电压；解码运算电路，对从电容检测单元按时间系列输出的检测电压的数据列，根据PN编码，通过规定运算进行解码，分离对应于各个交叉部的电容变化的电压。
文档编号G06K9/00GK1603846SQ200410083499
公开日2005年4月6日 申请日期2004年10月8日 优先权日2003年10月2日
发明者梅田裕一, 齐藤润一 申请人:阿尔卑斯电气株式会社