特許 7161994 ピクセルの受動マトリクスを包含する能動的熱パターン・センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-10-19

(45)【発行日】2022-10-27

(54)【発明の名称】ピクセルの受動マトリクスを包含する能動的熱パターン・センサ

(51)【国際特許分類】

   G01J 1/02 20060101AFI20221020BHJP

   G06T 1/00 20060101ALI20221020BHJP

   H01L 37/02 20060101ALI20221020BHJP

【ＦＩ】

G01J1/02 Y

G01J1/02 Q

G06T1/00 400G

H01L37/02

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2019526377

(86)(22)【出願日】2017-07-27

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2019-11-07

(86)【国際出願番号】 FR2017052118

(87)【国際公開番号】W WO2018020176

(87)【国際公開日】2018-02-01

【審査請求日】2020-05-08

【審判番号】

【審判請求日】2022-01-11

(31)【優先権主張番号】1657391

(32)【優先日】2016-07-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(73)【特許権者】

【識別番号】519031922

【氏名又は名称】アイデミア アイデンティティ アンド セキュリティ フランス

(74)【代理人】

【識別番号】110001416

【氏名又は名称】特許業務法人 信栄特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】マンゲ，ジャン－フランソワ

(72)【発明者】

【氏名】フーレ，ジョエル ヤン

(72)【発明者】

【氏名】セギュラ プシャド，ジョゼプ

【合議体】

【審判長】石井 哲

【審判官】樋口 宗彦

【審判官】▲高▼見 重雄

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１６／０５１０８７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平１０－１８７９５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平４－１３７６７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－２６９５４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２３５３６４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

G01J1/00-11/00

G01J5/00-5/62

G06T1/00-1/60

H01L35/00-37/04

A61B5/06-5/22

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

いくつかのピクセル（１０２）の行および列のマトリクスを包含する熱パターン・センサ（１００）であって、各ピクセル（１０２）は、少なくとも、
－ 下側電極（１０８，１１２）と上側電極（１１０，１１４，１３０，１４５）の間に配される焦電材料の少なくとも１つの部分（１０６）によって形成される焦電キャパシタンスであって、前記下側電極（１０８，１１２）および上側電極（１１０，１１４，１３０，１４５）の一方が前記ピクセル（１０２）の読み出し電極に対応する、焦電キャパシタンスと、
－ 前記ピクセル（１０２）の前記焦電キャパシタンスの前記焦電材料の部分（１０６）を、前記ピクセル（１０２）の前記焦電キャパシタンスによる熱パターンの測定中に加熱可能な加熱素子（１１６，１３０，１４５）と、
を含み、
－ ピクセル（１０２）の各行について、前記行の前記ピクセル（１０２）の前記加熱素子（１１６，１３０，１４５）が、前記行の前記ピクセル（１０２）の前記焦電材料の部分（１０６）を、ほかの行の前記ピクセル（１０２）の前記加熱素子（１１６，１３０，１４５）とは独立して加熱することが可能であり、かつ
－ ピクセル（１０２）の各列について、前記列の各ピクセル（１０２）の前記読み出し電極が、ピクセル（１０２）の前記列の全長にわたって延びており、また前記列の前記ピクセル（１０２）の前記焦電材料の部分（１０６）と接触しておりかつほかの列の前記ピクセル（１０２）の読み出し電極を形成する第１の導電性部材（１１２）とは明確に区別される、同一の第１の導電性部材（１１２）によって互いに電気的に接続され、かつ形成される、
熱パターン・センサ（１００）。

【請求項2】

－ 各ピクセル（１０２）内において、前記下側電極および上側電極の他方が、前記加熱素子（１１６）とは明確に区別される前記ピクセル（１０２）のバイアス印加電極（１１４）に対応し、かつ
－ ピクセル（１０２）の各行内において、前記行の前記ピクセル（１０２）の前記加熱素子（１１６）および前記バイアス印加電極（１１４）が、前記行の前記ピクセル（１０２）の前記焦電材料の部分（１０６）の上または下に並置されて配列される、
請求項１に記載の熱パターン・センサ（１００）。

【請求項3】

ピクセル（１０２）の各行内において、少なくとも１つの第２の導電性部材（１３０）が、前記行の前記ピクセル（１０２）のそれぞれの前記加熱素子と前記下側電極および上側電極の他方との両方を形成する、請求項１に記載の熱パターン・センサ（１００）。

【請求項4】

さらに、前記マトリクスの各ピクセル（１０２）の前記上側電極を覆う誘電体層および前記誘電体層の上に配される第１の導電性の層を包含する、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の熱パターン・センサ（１００）。

【請求項5】

－ 各ピクセル（１０２）の前記下側電極および上側電極の他方が、前記マトリクスのすべての前記ピクセル（１０２）に共通する第２の導電性の層（１３８）によって形成され、かつ基準電位と電気的に接続されることが可能であり、
－ ピクセル（１０２）の各行内において、少なくとも１つの第２の導電性部材（１３０）が、前記ピクセル（１０２）の前記加熱素子を形成する、
請求項１に記載の熱パターン・センサ（１００）。

【請求項6】

前記第２の導電性の層（１３８）は、前記加熱素子（１３０）と前記読み出し電極（１１２）の間に配される、請求項５に記載の熱パターン・センサ（１００）。

【請求項7】

各第２の導電性部材（１３０）は、各ピクセル（１０２）内に、前記第２の導電性部材（１３０）の残りの部分より電気抵抗が大きい部分を包含する、請求項３、５、および６のいずれか一項に記載の熱パターン・センサ（１００）。

【請求項8】

ピクセル（１０２）の各行について、前記行の各ピクセル（１０２）の前記加熱素子（１１６，１３０）は、ピクセル（１０２）のほかの行の前記加熱素子から明確に区別される少なくとも１つの第２の導電性部材によって互いに電気的に接続され、かつ形成され、前記行の前記ピクセル（１０２）のすべての焦電材料の部分（１０６）を同時に加熱可能である、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の熱パターン・センサ（１００）。

【請求項9】

前記読み出し電極は、前記ピクセル（１０２）の前記下側電極に対応する、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の熱パターン・センサ（１００）。

【請求項10】

前記読み出し電極は、前記ピクセル（１０２）の前記上側電極に対応する、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の熱パターン・センサ（１００）。

【請求項11】

前記加熱素子のそれぞれは、いくつかの重ね合わされた導電性部材（１５０，１５２，１５６）を包含する、請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の熱パターン・センサ（１００）。

【請求項12】

いくつかのピクセル（１０２）の行および列のマトリクスを包含する熱パターン・センサ（１００）を製造する方法であって、少なくとも、
－ 各ピクセル（１０２）について、下側電極（１０８，１１２）と上側電極（１１０，１１４，１３０，１４５）の間に配される焦電材料の少なくとも１つの部分（１０６）によって形成される焦電キャパシタンスであって、前記下側電極（１０８，１１２）および上側電極（１１０，１１４，１３０，１４５）の一方が前記ピクセル（１０２）の読み出し電極に対応する、焦電キャパシタンスを製造するステップと、
－ 前記ピクセル（１０２）の前記焦電キャパシタンスの前記焦電材料の部分（１０６）を、前記ピクセル（１０２）の前記焦電キャパシタンスによる熱パターンの測定中に加熱可能な加熱素子（１１６，１３０，１４５）を製造するステップと、
の実施を含み、
－ ピクセル（１０２）の各行について、前記行の前記ピクセル（１０２）の前記加熱素子（１１６，１３０，１４５）が、前記行の前記ピクセル（１０２）の前記焦電材料の部分（１０６）を、ほかの行の前記ピクセル（１０２）の前記加熱素子（１１６，１３０，１４５）とは独立して加熱することが可能であり、かつ
－ ピクセル（１０２）の各列について、前記列の各ピクセル（１０２）の前記読み出し電極が、ピクセル（１０２）の前記列の全長にわたって延びており、また前記列の前記ピクセル（１０２）の前記焦電材料の部分（１０６）と接触しておりかつほかの列の前記ピクセル（１０２）の読み出し電極を形成する第１の導電性部材（１１２）とは明確に区別される、同一の第１の導電性部材（１１２）によって互いに電気的に接続され、かつ形成される、
熱パターン・センサ（１００）を製造する方法。

【請求項13】

前記ピクセル（１０２）の前記下側電極（１０８）および／または前記ピクセル（１０２）の前記上側電極（１１０）および／または前記ピクセル（１０２）の前記加熱素子（１１６，１３０，１４５）の前記製造は、少なくとも１つの導電性材料のプリントによる少なくとも１つの堆積の実施を包含する、請求項１２に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、能動的熱検出を実行し、かつピクセルの受動マトリクスを含む熱パターン・センサ、たとえば、指紋センサに関する。

【背景技術】

【0002】

指紋センサは、熱検出手段を包含する。これらの熱検出手段は、焦電素子、ダイオード、サーミスタ、またはそのほかの任意の、温度における変化から電位または電流における変化への転換を可能にする感温素子に対応し得る。

【0003】

指紋検出は、特許文献１、特許文献２および特許文献３の中で述べられているとおり、指とセンサの間の温度における差を利用する、いわゆる『受動』センサによって実行し得る。しかしながら、これらのセンサは、指とセンサの間の温度差に一意的に依存する測定を行うという欠点を有する。したがって、指とセンサが同一の温度（たとえば、特定の時間にわたってセンサの上に指が残存していた場合）である場合には、獲得される信号のレベルがゼロになる可能性があるか、または取り込まれた画像のコントラストが変化し、その後のその画像の処理の間に問題を生じる可能性がある。

【0004】

受動温度センサによって起こされるこの問題を取り除くため、とりわけ指が移動しない静的取得の場合において、たとえば、特許文献４および特許文献５の中で述べられているものなどの、いわゆる『能動的』指紋センサが提案された。その種のセンサにおいては、各ピクセルが、間に焦電材料の部分が配された２つの導電性電極から形成される焦電キャパシタンスおよび加熱素子を包含する。この加熱素子は、ピクセル内の特定の量の熱を消散させ、センサ上に指が存在する間の、特定の取得時間、すなわち積分時間の終了時に、ピクセルの熱が測定される。これにより、熱が皮膚によって吸収されたか（指紋の山が存在するときのピクセル）またはピクセル内に保存されたか（指紋の谷が存在するときのピクセル）に応じ、各ピクセルにおける検出された指紋の山または谷の存在の違いを識別することが可能になる。これは、皮膚によって熱が吸収される山が存在するときのピクセルの場合に、谷が存在するときのピクセルと比較して、より低い最終温度をもたらす。

【0005】

第１に、その種のセンサは、センサと接触している要素の熱容量（比熱容量とも呼ばれる）を測定することを可能にする。獲得される測定値は、センサと、存在する要素（指紋の場合であれば、山または谷）の部分との間の熱伝導度にも依存する。

【0006】

能動的温度センサを形成するために、このセンサのピクセルと加熱素子が、概して、電流が流れる抵抗素子からの熱を消散させるジュール効果を使用して結合される。ピクセルを形成する技術的な積み重ねのレベルの１つが、有利に使用されてこれらの加熱素子が形成される。たとえば、トランジスタおよびセンサの相互接続を製造する働きを提供する導電性レベルのうちの１つを使用することが、これらのレベルのうちの１つが適切な抵抗率を有する導電性材料を包含し、かつそれに対してすでに利用可能な電圧の１つ、たとえばセンサの供給電圧を印加し、ジュール効果によって熱を生成するに充分である場合には可能である。とりわけこれは、センサが、ガラスまたはプラスチック基板上に製造されるＴＦＴ（薄膜トランジスタ）のトランジスタを包含する場合に使用される。

【0007】

その種のセンサのピクセルは、いくつかの行およびいくつかの列のマトリクスを形成することによって配列される。ピクセルの読み出しは、概して行単位で実行される。その場合、加熱素子もまた、各行の先頭にあるトランジスタを使用して行毎にコントロールすることができ、それによってピクセルのそれぞれにおけるコントロール・トランジスタの追加を回避できる。加熱素子の各行は、たとえば、ピクセルのマトリクスの一方の側においてグラウンドに、他方の側において、そのピクセルの行に関連付けされ、かつ加熱素子を通って流れる電流が、したがってこれらの加熱素子によりピクセル内にジュール効果によって注入される熱出力がコントロールされる態様に適合された供給源に接続されるコントロール・トランジスタに接続される。

【0008】

能動的温度センサの各ピクセルの焦電キャパシタンス内に現れる電荷の数における変動の読み出しを実行するために、ピクセルのそれぞれは、少なくとも１つの選択トランジスタを包含し、各ピクセル列内のピクセルの選択トランジスタは、それ自体が読み出し回路に接続された導電性ラインに接続される。ピクセル行の読み出しの間に、この行のピクセルの選択トランジスタがオンにされ、それによりこのピクセル行のアクティブ・ノードを、ピクセル列のそれぞれのベースにある読み出し回路に接続することが可能になる。ほかのピクセル行に属するピクセルのブロックされた選択トランジスタは、それらのピクセルから読み出し回路への電荷の転移を防止する。このほかのトランジスタも、特に、ピクセルが電圧読み出しのとき、およびそれらがリセット・トランジスタおよび電圧フォロワ・トランジスタの存在を必要とするとき、またはセンサが、専用の読み出し回路に各ピクセルのフォトダイオードを接続するトランジスタが各ピクセル内に存在する光学センサも形成するときには、各ピクセル内に存在することがある。

【0009】

しかしながら、これらのピクセルのマトリクス内におけるトランジスタの存在は、センサの製造における技術的な制約および有意のコストを表す。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【文献】米国特許第４，３９４，７７３号明細書

【文献】米国特許第４，４２９，４１３号明細書

【文献】米国特許第６，２８９，１１４号明細書

【文献】米国特許第６，０９１，８３７号明細書

【文献】欧州特許出願公開第２３８５４８６号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

本発明は、すなわち、センサのピクセルを加熱する要素を包含し、ピクセルの受動マトリクスを包含し、すなわち、ピクセルのそれぞれの中に存在するトランジスタに頼ることなくピクセルの読み出しを可能にする構造の能動的熱パターン・センサを提案することをねらいとする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

それを行うため、本発明は、いくつかのピクセルの行および列のマトリクスを包含する熱パターン・センサを提案し、各ピクセルが、少なくとも、
－ 下側電極と上側電極の間に配される焦電材料の少なくとも１つの部分によって形成され、それにおいて下側および上側のうちの第１の電極がピクセルの読み出し電極に対応する焦電キャパシタンスと、
－ 前記ピクセルの焦電キャパシタンスの焦電材料の部分を、前記ピクセルの焦電キャパシタンスによる熱パターンの測定中に加熱可能な加熱素子と、
を含み、それにおいては、
－ ピクセルの各行について、前記行のピクセルの加熱素子が、前記行のピクセルの焦電材料の部分を、ほかの行のピクセルの加熱素子とは独立して加熱することが可能であり、かつ
－ ピクセルの各列について、前記列の各ピクセルの読み出し電極が、前記列のピクセルの焦電材料の部分と接触している少なくとも１つの第１の導電性部材によって互いに電気的に接続され、かつ形成され、かつほかの列のピクセルの読み出し電極を形成する第１の導電性部材とは明確に区別される。

【0013】

このセンサは、受動ピクセルのマトリクスを伴って製造される（加熱されるピクセルを含むことから）能動センサに対応し、言い換えると、ピクセル内にトランジスタの存在を伴わない。したがって、このセンサの製造は、ピクセルのマトリクス内におけるトランジスタの製造を必要とするテクノロジに限定されることなく、またシリコン等の半導体基板またはガラス基板上における製造に適合されたステップの実装だけでなく、たとえば、可撓性基板上におけるプリンテッド・エレクトロニクス・テクノロジを使用して製造することもできる。

【0014】

ピクセルのマトリクス内にトランジスタを伴わないため、ピクセルのマトリクスの製造が単純化し、所望の分解能で平行な導電性ラインの回路網を製造する能力に総括できる。これは、半導体上におけるリソグラフィ、たとえば、プリント回路の製造に実装されているリソグラフィ、プリント（グラビア印刷、オフセット・エッチング等）、レーザによる構造化等より安価な方法を用いて可能になる。センサのピクセルの要素を形成する異なる導電性部材は、高いパフォーマンスのカプセル化を必要としないように充分に安定した導電性インクを用いて製造し得る。非常に低いコストのセンサの製造は、たとえば、単純なプラスチック基板（ＰＥＴフィルム）上におけるプリントによって企図され得る。

【0015】

本発明に従ったセンサは、熱検出を実行し、本発明に従ったセンサにおいては、読み出されるのが生成された焦電電荷でありキャパシタンス値ではないことから、容量タイプのセンサに対応しない。本発明に従ったセンサにおいては、電荷の注入は行われない。

【0016】

この種のセンサは、ピクセル行の選択がピクセルの加熱を通じて実行され、それが行毎に実行されるという事実に起因して、それの管理のために必要とされる信号の数が低減されるという利点も有する。

【0017】

このセンサによって検出されることが意図された熱パターンを含む要素には、センサとの物理的な接触があること、言い換えると、この熱パターンの検出の間にセンサに当接して配されることが意図される。

【0018】

各ピクセル行について、前記行のピクセルの加熱素子は、ほかの行のピクセルの加熱素子とは独立してコントロールすることが可能である。

【0019】

１つの実施態様によれば、熱パターン・センサを次のようなものとし得る：
－ 各ピクセル内において、下側および上側のうちの第２の電極が、加熱素子とは明確に区別されるピクセルのバイアス印加電極に対応し、かつ
－ ピクセルの各行内において、前記行のピクセルの加熱素子およびバイアス印加電極が、前記行のピクセルの焦電材料の部分の上または下に並置されて配列される。

【0020】

別の実施態様によれば、熱パターン・センサを、ピクセルの各行内において、少なくとも１つの第２の導電性部材が、前記行のピクセルのそれぞれの加熱素子および下側および上側のうちの第２の電極の両方を形成するようなものとし得る。

【0021】

さらにこのセンサは、マトリクスの各ピクセルの上側電極を覆う誘電体層および前記誘電体層の上に配される第１の導電性の層を包含し得る。この第１の導電性の層は、たとえば、センサ上に置かれた指から到来する電磁ノイズを低減することを可能にするセンサの電磁シールドを形成する。

【0022】

別の実施態様によれば、センサを次のようなものとし得る：
－ 各ピクセルの下側および上側のうちの第２の電極が、マトリクスのすべてのピクセルに共通する第２の導電性の層によって形成され、かつ基準電位と電気的に接続されることが可能であり、
－ ピクセルの各行内において、少なくとも１つの第２の導電性部材が、ピクセルの加熱素子を形成し得る。

【0023】

この場合においては、第２の導電性の層が、このセンサの電磁シールドの層を形成する。

【0024】

第２の導電性の層は、加熱素子と読み出し電極の間に配し得る。この場合においては、第２の導電性の層が、第２の電極および電磁シールドの層の両方を形成する。

【0025】

各第２の導電性部材は、各ピクセル内に、前記第２の導電性部材の残りの部分より電気抵抗が大きい部分を包含し得る。その種の構成は、有利であり、センサのピクセル間のジアテルミーを制限することを可能にする。

【0026】

ピクセルの各行について、前記行の各ピクセルの加熱素子は、ピクセルのほかの行の加熱素子から明確に区別される少なくとも１つの第２の導電性部材によって互いに電気的に接続され、かつ形成されること、および前記行のピクセルのすべての焦電材料の部分を同時に加熱可能である。

【0027】

好都合には、読み出し電極がピクセルの下側電極に対応し得る。この場合においては、このセンサによって検出されることが意図された熱パターンを含む要素には、ピクセルの上側電極の側、すなわち、センサの前面の側、たとえばセンサを覆っている保護層上においてセンサとの接触があることが意図される。

【0028】

しかしながら、読み出し電極がピクセルの上側電極に対応することは可能である。この場合においては、このセンサによって検出されることが意図された熱パターンを含む要素には、ピクセルの下側電極の側、すなわち、センサの裏面の側においてセンサとの接触があること、たとえばセンサの異なる要素が製造される基板の裏面に対して接触があることが意図される。

【0029】

加熱素子のそれぞれは、いくつかの重ね合わされた導電性部材を包含し得る。

【0030】

本発明は、いくつかのピクセルの行および列のマトリクスを包含する熱パターン・センサを製造する方法にも関係し、少なくとも：
－ 各ピクセルについて、下側電極と上側電極の間に配される焦電材料の少なくとも１つの部分によって形成される焦電キャパシタンスであって、それにおいて下側および上側のうちの第１の電極がピクセルの読み出し電極に対応する焦電キャパシタンスを製造するステップと、
－ 前記ピクセルの焦電キャパシタンスの焦電材料の部分を、前記ピクセルの焦電キャパシタンスによる熱パターンの測定中に加熱可能な加熱素子を製造するステップと、
の実施を含み、それにおいて、
－ ピクセルの各行について、前記行のピクセルの加熱素子が、前記行のピクセルの焦電材料の部分を、ほかの行のピクセルの加熱素子とは独立して加熱することが可能であり、かつ
－ ピクセルの各列について、前記列の各ピクセルの読み出し電極が、前記列のピクセルの焦電材料の部分と接触している少なくとも１つの第１の導電性部材によって互いに電気的に接続され、かつ形成され、かつほかの列のピクセルの読み出し電極を形成する第１の導電性部材とは明確に区別される。

【0031】

ピクセルの下側電極および／またはピクセルの上側電極および／またはピクセルの加熱素子の製造は、少なくとも１つの導電性材料、都合よくは導電性インクのプリントによる少なくとも１つの堆積の実施を包含し得る。

【0032】

本発明は、純粋に説明の目的で与えられ、かついかなる形でも限定しない添付図面を参照した例示的な実施態様の説明を通じてより良好に理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0033】

【図1】本発明の要旨である熱パターン・センサのピクセルの一部の断面図である。

【図2】第１の実施態様に従った、本発明の要旨である熱パターン・センサの一部の上面図である。

【図3】本発明の要旨である熱パターン・センサのピクセルの列に関連付けされた読み出し回路を製造する例を示した平面図である。

【図4】第２の実施態様に従った、本発明の要旨である熱パターン・センサの一部の上面図である。

【図5】第３の実施態様に従った、本発明の要旨である熱パターン・センサの一部の上面図である。

【図6】第２および第３の実施態様の代替に従った、本発明の要旨である熱パターン・センサの一部の上面図である。

【図7】代替実施態様に従った、本発明の要旨である熱パターン・センサのピクセルの一部の断面図である。

【図8】図３の回路のアナログ／デジタル・コンバータ上で読み取られた下位ビットの数を、ピクセル当たりの注入電力の関数として示したグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0034】

１つの図面から次の図面への移動がより容易になるように、以下の説明においては、異なる図面にある同一の、類似の、または等価な部分に同一の参照番号を持たせる。

【0035】

これらの図面内に示されている種々の部分は、図面の読み取りをより容易にするために、必ずしも一様なスケールに従ってない。

【0036】

異なる可能性（代替および実施態様）は、相互に排他的でないと理解されるべきであり、一緒にして結合できることもあり得る。

【0037】

最初に、熱パターン・センサ１００のピクセル１０２の一部の断面図を示した図１を参照する。

【0038】

ピクセル１０２は、たとえば、ガラスまたは半導体（たとえば、シリコン）基板に対応する基板１０４上に製造される。基板１０４は、上にＴＦＴ等のセンサ１００の電子素子が、プリンテッド・エレクトロニクス・テクノロジによって（たとえば、インクジェット・タイプの書き込みヘッドを用いる製造を介して）、またはリソグラフィによって製造される、たとえば、ポリイミドまたはＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）またはＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）を包含する可撓性基板とし得る。

【0039】

センサ１００のピクセル１０２は、いくつかの行およびいくつかの列のピクセル１０２のマトリクスを形成することによって配列される。平面（Ｘ，Ｙ）（すなわち、基板１０４の平面）内のピクセル１０２のピッチは、たとえば、約５０μｍと１００μｍの間である。５００ｄｐｉ（ドット・パー・インチ）に等しい分解能のセンサ１００の場合においては、ピクセル１０２のピッチが５０．８μｍに等しくなる。

【0040】

センサ１００のピクセル１０２のそれぞれは、焦電キャパシタンスによって形成された温度測定または検出手段を包含する。各焦電キャパシタンスは、下側電極１０８と上側電極１１０の間に配された焦電材料の部分１０６を包含する。当該部分１０６の焦電材料は、都合よくは、Ｐ（ＶＤＦ－ＴｒＦＥ）またはＰＶＤＦとする。代替においては、部分１０６の焦電材料を、ＡｌＮまたはＰＺＴ、または任意のそのほかの、焦電キャパシタンスの形成に適した焦電材料とし得る。部分１０６の厚さは、たとえば、約５００ｎｍと１０μｍの間になる。

【0041】

電極１０８、１１０は、それぞれ少なくとも１つの導電性材料、たとえば厚さが約０．２μｍに等しいチタンおよび／またはモリブデンおよび／またはアルミニウム等の金属材料、および／またはＩＴＯ（インジウム・スズ酸化物）等の導電性酸化物および／または導電性ポリマを包含する。電極１０８、１１０のうちの１つ、すなわち都合よくは上側電極１１０、または２つの電極１０８、１１０のそれぞれは、いくつかの導電性材料のスタック、たとえばＴｉ／ＴｉＮ／ＡｌＣｕのスタックによって形成し得る。電極１０８、１１０のそれぞれの厚さは、たとえば、約０．１μｍと１μｍの間になる。電極１０８、１１０のそれぞれの厚さは、より厚くなること、特に、これらの電極が銀、銅、カーボン、またはＰＥＤＯＴ（ポリ（３，４－エチレンジオキシチオフエン））等の材料を使用するプリントによって製造されるときにはたとえば約５μｍまでに至ることもある。

【0042】

保護層１０９は、たとえば、窒化アルミニウムまたはこの層の製造に適した任意のそのほかの材料の層に対応し、上側電極１１０を覆っている。保護層１０９の厚さは、数ミクロンと約１００μｍの間とすること、またはそれに代えて、それをはるかに超える厚さにすることが可能である（たとえば、３００μｍ台またはそれ以上）。保護層１０９の上面１１３は、検出されることが意図された熱パターン、たとえば指紋が検出されることが意図される指、が上に置かれる表面に対応する。

【0043】

部分１０６のＰＶＤＦに焦電性の（および、圧電性の）性質を帯びさせるために、この材料は、一旦、焦電キャパシタンスの存続期間内にＰＶＤＦのミクロン単位の厚さ当たり約１００ボルトの電界に曝露される。ＰＶＤＦ内側の分子が配向され、この電界へのＰＶＤＦの曝露がなくなったときでさえ、この配向が残存する。これによってＰＶＤＦに、電極１０８、１１０の端子に対する初期バイアス電圧の印加によってバイアスすることができる。

【0044】

この初期バイアス印加の後は、部分１０６が温度ΔＴ内における変動を受けると、この温度ΔＴ内における変動が、次式で表されるようなΔＱの電荷を、電極１０８、１１０の間に生成する追加の電界の出現を生じさせる。
ΔＱ＝Ｓ．γ．ΔＴ

【0045】

パラメータＳは、電極１０８、１１０のそれぞれに面する部分１０６の表面に対応する。パラメータγは、部分１０６の焦電材料の焦電係数に対応する。たとえば、ＰＶＦＤ－ＴｒＦＥの焦電係数γは、約３２μＣ／ｍ^２／Ｋに等しい。

【0046】

寄生キャパシタンスＣｐが追加される値Ｃのキャパシタンスを形成する部分１０６および電極１０８、１１０、生成される電荷ΔＱは、電極１０８、１１０の間に次式で表されるような電位差ΔＶを誘導する。
（Ｃ＋Ｃ_ｐ）．ΔＶ＝ΔＱ＝Ｓ．γ．ΔＴ

【0047】

値Ｃのキャパシタンスによって生成される電荷に加えて、寄生キャパシタンスＣｐの存在を介してほかの寄生電荷が生成されることもある。

【0048】

読み出し電極（電極１０８、１１０のうちの１つによって形成される）上の電位が固定されている場合（いわゆる『電流読み出し』）には、生成された電荷が、読み出し回路に流れ、次式で表される積分電流を出力に形成する。
ΔＱ／ζ＝（Ｓ．γ．ΔＴ）／ζ
ζは、ピクセルによって測定が実行される間の積分時間に対応する。その種の電流読み出しは、第１にキャパシタンス、特に寄生キャパシタンスの値に不感であるという利点を有する。

【0049】

電極１０８、１１０の間において獲得される電流の方向は、部分１０６のＰＶＤＦが初期バイアスされたときの電界の方向に依存する。窒化アルミニウム等の特定のほかの焦電材料の場合においては、この初期バイアスの方向が、焦電材料が堆積された態様、それの順序、およびそれの結晶方位に依存する。それに加えて、獲得される電流の方向は、焦電キャパシタンスが受けている温度における変動が正であるか、または負であるかに応じて変化することも可能である。

【0050】

センサ１００はまた、ピクセル１０２内において、特に焦電材料内において特定量の熱を消散させる加熱素子も包含する。これらの加熱素子は、たとえば、上側電極１１０または下側電極１０８の製造のために供されるものと同一の層から誘導された導電性部材によって形成される。図１の例においては、図２との関係からこの後に述べるとおり、加熱素子が可視でなく、上側電極１１０の製造のために供される導電性の層の部材によって製造される。

【0051】

焦電材料の部分１０６の加熱は、ピクセル１０２のそれぞれの発熱抵抗を形成する加熱素子内における電流循環を作ることによって獲得される。

【0052】

図２は、第１の実施態様に従ったセンサ１００のいくつかのピクセル１０２の上面図を示す。

【0053】

この場合においては、焦電キャパシタンスによって生成された電荷を読み出しのために回収する、ピクセル１０２の読み出し電極を形成する下側電極が、導電性材料の第１の部材１１２によって形成される。同一の列のピクセルの下側電極は、同一の列のピクセルのこれらの下側電極が、ピクセル１０２の列の全長にわたって延び、かつその列のすべてのピクセルの焦電材料の部分１０６と接触している同一の第１の導電性部材１１２によって形成されているという事実に起因して、一緒に電気的に接続されている。部材１１２のそれぞれは、ピクセル１０２の列と平行な方向に沿って、すなわち、ここでは垂直のＹ軸と平行に延びる。それに加えて、第１の導電性部材１１２のそれぞれは、ほかの列のピクセル１０２の読み出し電極を形成するほかの第１の導電性部材１１２から明確に区別される。

【0054】

ピクセル列のそれぞれのベースにおいては、第１の導電性部材１１２のそれぞれが、同じ列のすべてのピクセルに共通な読み出し回路（図２には図示せず）と電気的に接続されている。

【0055】

ここでは、センサ１００のマトリクスのすべてのピクセルの焦電材料の部分１０６が、ピクセル１０２のすべての下側電極を覆う焦電材料の単一層の形式で製造される。

【0056】

ここでは、上側電極が、ピクセル１０２のバイアス印加電極に対応し、それぞれが同じピクセル行内のすべてのピクセル１０２に共通な導電性部材１１４によって形成される。部材１１４のそれぞれは、たとえば、ピクセル１０２の行と平行な方向に沿って、すなわち、図２においては水平のＸ軸と平行に延びる。

【0057】

したがって、各ピクセル１０２においては、焦電キャパシタンスが、一方が他方の上に重ね合わされる部材１１２および１１４の一部をはじめ、これらの部材１１２および１１４の一部の間にある焦電材料によって形成される。部材１１２、１１４のこの重ね合わせ表面は、したがって、生成される電荷の量を表し、かつ好ましくは、可能な限り最大とする。

【0058】

ピクセル１０２の加熱素子は、それぞれが同じピクセル行内のすべてのピクセル１０２に共通な導電性部材１１６によって形成され、かつそれらは、ピクセルのバイアス印加電極を形成する部材１１４から明確に区別される。部材１１６のそれぞれは、ここでは、ピクセル１０２の行と実質的に平行な方向に沿って、すなわち、図２においてはＸ軸と平行に延びる。

【0059】

導電性部材１１４および１１６は、同一の導電性の層から都合よく誘導される。図２において、ピクセル１０２の同じ行内の部材１１４、１１６が、焦電材料の層の上で互いに隣り合って並置されている。

【0060】

図２の例においては、第１の導電性部材１１２のそれぞれの幅（Ｘ軸に沿った寸法、すなわち、ピクセル１０２の平面内の、ピクセル１０２の列が延びる方向と垂直に配置される寸法）が、それらの全長にわたって一定である。たとえば、約５０μｍに等しいピッチのピクセルを考えると、第１の導電性部材１１２のそれぞれの幅は、約４５μｍに等しいとすることができ、これらの第１の導電性部材１１２は、互いから約５μｍの間隔を置き得る。

【0061】

代替においては、第１の導電性部材１１２のそれぞれの幅を、それらの全長にわたって一定でないとすることが可能である。第１の導電性部材１１２の、部材１１４、１１６に面して配置される部分の幅、すなわち各ピクセル１０２内となる部分の幅は、ピクセル１０２の間に配置される第１の導電性部材１１２のそれより大きくすることが可能である。

【0062】

別の代替によれば、部材１１４に面して配置される第１の導電性部材１１２の部分の幅が、ピクセル１０２の間に、かつ部材１１６に面して配置される第１の導電性部材１１２の部分のそれより大きくなることが可能である。この別の代替は、この場合に寄生キャパシタンスが低減されることから利点を有する。

【0063】

それに加えて、部材１１２と１１４の重ね合わせによって形成されるキャパシタンスのみにバイアス印加することができ、部材１１２と１１６の重ね合わせは電荷を生成しない。

【0064】

それに加えて、図２の例においては、約５０μｍに等しいピッチのピクセルを考えると、部材１１４、１１６のそれぞれの幅が、たとえば、約２０μｍに等しいか、またはそれ未満になる（これらの部材のそれぞれの間に約５μｍの間隔を考える）。

【0065】

ピクセル行の加熱素子を形成する部材１１６のそれぞれは、加熱電圧が印加されることが意図された２つの端部１１８、１２０を包含する。これらの２つの端部１１８、１２０のうちの１つは、たとえばグラウンドに接続され、これらの２つの端部１１８、１２０のうちの他方に非ゼロの加熱電位が、たとえばこの他方の端部に電圧を印加する電気的な接続によって形成される加熱手段により印加される。たとえば、図２にある場合のように、部材１１６の端部１２０がグラウンドに接続され、部材１１６のうちの１つの端部１１８に加熱電位Ｖ_ｈｅａｔが印加されるとした場合には、電流がこの部材１１６の端部１１８から端部１２０まで流れ、この部材１１６内にジュール効果によって発熱を生じさせ、それによって、この部材１１６により加熱されるピクセル行のすべてのピクセル１０２の焦電材料を加熱する。

【0066】

図２の例においては、加熱素子を形成する部材１１６の端部１２０が、すべての部材１１６に共通であり、かつセンサ１００のグラウンドに接続されている別の導電性部材１２２に接続される。

【0067】

部材１１４のそれぞれは、バイアス印加電位が印加されることが意図された第１の端部１２４、およびセンサ１００のグラウンドに接続される第２の端部１２６を包含する。図２の例においては、部材１１４の端部１２６が、ピクセルのすべての行に共通であり、かつセンサ１００のグラウンドに接続されている別の導電性部材１２８に接続される。

【0068】

部材１１６の端部１１８、１２０に印加される加熱電圧の値は、所望の加熱出力の関数として選択され、この出力は、特に部材１１６の材料の抵抗率、加熱されることが意図されている焦電材料の部分の厚さおよび保護層１０９の厚さ、焦電材料の焦電係数、読み出し回路の感度、読み出し回路のノイズ・レベル、および積分時間の関数である。ピクセル１０２においては、加熱電力が、たとえば、約０．１ｍＷと１０ｍＷの間になる。

【0069】

センサ１００内においては、各部材１１６が、ほかのピクセル行に関連付けされているほかの部材１１６とは独立してアドレスされ得るという事実に起因し、したがって、ピクセル行のそれぞれの加熱を互いに独立させてトリガすることが可能である。それに加えて、同じピクセル列の下側電極が互いに接続されているという事実に起因し、下側電極１０８を形成する導電性部材のそれぞれのベースにおいて獲得される電荷が、したがって、加熱されたピクセル行に属するピクセルによって生成された電荷に対応する。

【0070】

このように、同じ列のピクセル１０２の読み出し電極に一緒に接続されていることから、センサ１００は、ピクセル１０２内の選択トランジスタに頼ることがなく、加熱素子によって実行されるピクセル行毎のアドレシングが、列のベースにある読み出し回路によって受け取られる電荷に対応するピクセルがいずれであるかを知るに充分になる。

【0071】

部材１１４に印加される固定電位は、たとえば、グラウンドのそれになる。

【0072】

部材１１２（ピクセル１０２の読み出し電極を形成する）のそれぞれが接続される読み出し回路５０を製造する一例を、図３に示す。

【0073】

部材１１２が接続される読み出し回路５０の入力は、読み出し増幅器５２の反転入力に対応する。この読み出し増幅器５２は、ここでは演算増幅器に対応する。バイアス印加電位Ｖ_ｒｅｆが、増幅器５２の非反転入力に印加される。増幅器５２の出力は、キャパシタンス５４を通ってそれの反転入力に帰還される。スイッチ５６または整流子がキャパシタンス５４と平行に接続されており、キャパシタンス５４を短絡することが可能である。読み出し増幅器５２の出力は、アナログ／デジタル・コンバータ５８の入力にも接続されている。読み出し増幅器５２、キャパシタンス５４、スイッチ５６、およびアナログ／デジタル・コンバータ５８は、同じ列のすべてのピクセル１０２に共通である。アナログ／デジタル・コンバータ５８は、異なるピクセル列と関連付けされた読み出し増幅器５２の出力とアナログ／デジタル・コンバータ５８の間に多重化電子素子の追加を伴って、センサ１００のピクセル１０２のすべての列に共通であってもよい。

【0074】

読み出し回路５０を形成する電子素子は、ピクセル１０２が製造される基板とは異なる基板上に製造することができ、それらの基板は、その後、互いに組み付けることが可能である。したがって、これらの読み出し回路の電子素子は、ピクセル１０２の製造のために供される製造テクノロジ（たとえば、プリント）とは異なる製造テクノロジ（たとえば、ＣＭＯＳ）を用いて製造することが可能である。

【0075】

この第１の実施態様においては、加熱素子を形成する導電性材料の部分およびバイアス印加電極を形成するそれらが同じ導電性材料の層から誘導されることから、加熱素子が、バイアス印加電極と同じレベルに配置される。しかしながら、加熱素子を焦電材料の直上ではなく、焦電キャパシタンスの横または上または下に配列することは可能である。

【0076】

代替においては、検出されることが意図された熱パターンが当接して置かれる表面が、基板１０４の裏面、すなわち、電極１０８が位置を占める面の反対側に対応することが可能である。この代替は、求められている主要な基準がセンサ１００の分解能でないときに有利となり得る。この場合においては、基板１０４が、指が接触することになる堅牢な表面を形成する。それに加えて、この場合には、上側電極１１０について手前で説明したとおりに製造される下側電極１０８によって加熱素子を形成できる。最後にこの代替は、センサ１００の敏感なゾーンの脇に読み出し回路を位置決めすることを可能にするが、指が位置決めされることが意図された面とは反対側の基板１０４の面に配されることから保護される。

【0077】

図４は、第２の実施態様に従ったセンサ１００のいくつかのピクセル１０２の上面図を示す。

【0078】

互いに隣り合って配列される導電性材料の明確に区別される部材によってバイアス印加電極および加熱素子が形成される第１の実施態様とは異なり、ここでは、これらの要素が、ピクセル１０２の各行のための導電性材料の単一の第２の部材によって形成される。図４においては、第２の導電性部材１３０がＸ軸と平行に延び、部材１３０のそれぞれが、バイアス印加電極に対応する上側電極、および同じピクセル行に属するピクセルの加熱素子の両方を形成する。

【0079】

各部材１３０は、加熱電位が印加されることが意図された第１の端部１３２、および、ここではグラウンドとなる基準電位に、導電性部材１３６を通じて接続される第２の端部１３４を包含する。

【0080】

手前で説明した第１の実施態様においては、各ピクセル１０２の焦電キャパシタンスが、読み出し電極（部材１１２によって形成される）とバイアス印加電極（部材１１４によって形成される）の間に位置する焦電材料の部分によってのみ形成されている。加熱素子がバイアス印加電極の脇に形成されるという事実に起因して、加熱素子と読み出し電極の間に位置する焦電材料の部分は、この焦電キャパシタンスの部分を形成しない。第１の実施態様においては、加熱素子が、したがって、各ピクセルの焦電キャパシタンスの焦電材料の部分を直接加熱しない。

【0081】

図４に示されている第２の実施態様においては、各ピクセル１０２の加熱素子およびバイアス印加電極が同じ導電性部材１３０によって形成されるという事実に起因して、読み出し電極と読み出し電極に面して位置する部材１３０の部分の間に位置する焦電材料のすべての部分が、焦電キャパシタンスの部分を形成する。

【0082】

焦電材料の部分の加熱は、加熱素子を形成することが意図された電極内に電流を循環させることによって獲得される。それにも関わらず、この電極は、焦電キャパシタンスのバイアス印加のためにも供される。したがって、ピクセル１０２のそれぞれの発熱抵抗は、このように、これらのピクセル１０２によって実行される測定の間に、ピクセル１０２のそれぞれの焦電キャパシタンスの電極のうちの１つのバイアス印加のためにも供される（測定の間に印加されるこのバイアスは、手前で説明したＰＶＤＦの初期バイアス印加とは異なる）。

【0083】

ピクセル１０２の上側および下側電極のうちの１つを使用して加熱素子を形成することは、熱パターンの読み出しの間に、この電極に印加される電位の値が電荷の読み出しの間にわたって一定であるという事実に起因して可能になる。

【0084】

この第２の実施態様においては、センサ１００のピクセル１０２の行の管理に、すなわち、ピクセル行の加熱および選択両方のコントロールの実行に、単一の信号が使用される。ピクセルが加熱されなければ何も起こらず、ピクセルが加熱されるときには、特定の数の電荷（数は、ピクセル上に存在する要素、指紋の場合であれば山または谷に依存する）が生成される。したがって、一度に１つのピクセル行のみに対して加熱を実行し、その後読み出しを行うことによって、加熱電位が一度に、かつ同時に、ピクセル行の加熱および管理／位置特定の役割を演ずる。

【0085】

部材１３０に印加される加熱電圧の値は、ピクセル１０２内に所望の熱エネルギを生成するために、部材１３０の金属の抵抗率に関して調整される。

【0086】

手前で説明した第１および第２の実施態様の代替においては、ピクセルの上側電極および加熱素子が誘電体層によって覆われ、それ自体が、グラウンドと電気的に接続される第１の導電性の層に覆われることが可能である。この導電性の層は、保護層１０９によって覆われてもよい。この導電性の層は、たとえば、導電性インクを含み、それにより、熱パターンの検出が意図されている要素、たとえば、指紋センサ１００の場合であれば指と、各ピクセルのバイアス印加電極の間における電磁シールドを形成し、それによって実行後の測定内の電磁ノイズ（たとえば、商用電源から到来する５０Ｈｚのノイズ）の回収を回避する。この導電性の層は、静電放電（ＥＳＤ）に対してセンサ１００を保護することも可能にする。

【0087】

図５は、第３の実施態様に従ったセンサ１００のいくつかのピクセル１０２の上面図を示す。

【0088】

先行する実施態様における場合と同様に、センサ１００は、ピクセル列のそれぞれの中で電気的に一緒に接続されるピクセルの読み出し電極を形成する部材１１２を包含する。それに加えて、先行する実施態様における場合と同様に、図４には示されてないが、焦電材料の層が読み出し電極上に配されている。

【0089】

焦電材料の層は、導電性の、たとえば金属の層１３８によって覆われており、その層は構造化されていなく、焦電材料の層の全体を覆っている。この導電性の層１３８は、グラウンドに接続される。導電性の層１３８は、誘電体層によって覆われ、その上に、ピクセルの加熱素子を形成する部材１３０が配列される。

【0090】

焦電キャパシタンスの上に電磁シールドの層が配される先行する代替実施態様と比較すると、この第３の実施態様に従ったセンサは、ピクセルの焦電キャパシタンスの上側電極を形成する導電性の層を使用して、この電磁シールドの層を焦電材料の直上に集積する。この構成においては、ピクセルの上側および下側電極を殆ど電流が横切らない。したがって、これらの電極は、導電性インクの堆積によって好都合に製造することができ、それによってセンサ１００の製造が容易になる。

【0091】

マトリクスの各ピクセル行の読み出しを可能にするために、また、各列のベースにおいて２つのピクセルの応答を一緒に合成させないために、各ピクセル行の加熱素子は、一度に単一のピクセル行のための加熱の対象となる。ピクセル行の加熱の間に、加熱された行の各ピクセルが電荷を生成し、それがピクセル列の全体にわたって分散される。列のベースにおいては、生成されたその電荷が読み出される。

【0092】

ピクセル行の読み出しについて、より詳細を以下に説明する。

【0093】

読み出し回路が最初にリセットされる。図３に関連して手前で説明したような読み出し回路の場合においては、スイッチ５６を閉じることによってこのリセットが獲得される。部材１１２の電位は、値Ｖ_ｒｅｆにある。次に、マトリクスの行のうちの１つのピクセルの加熱が、ピクセル行の加熱素子を形成する導電性部材の両端部の間に加熱電圧を印加することによって開始される。この行のピクセルの焦電キャパシタンスは、この瞬間において温度Ｔ_０にある。

【0094】

次に、スイッチ５６が開かれる。その後、その行のピクセル１０２の焦電キャパシタンスにおいて、たとえば約５００μｓに等しい積分時間ζの間にわたる積分が開始する。この積分時間ζの間にわたり、その行のピクセル１０２の焦電キャパシタンスによって電荷が生成される。スイッチ５６が開かれるという事実に起因し、その行のピクセル１０２の焦電キャパシタンスによって生成された電荷が、キャパシタンス５４に流れる。

【0095】

積分時間ζの終了時において、焦電キャパシタンスは温度Ｔ_１（１つのピクセルとその次では異なる）にあり、したがって、温度における変化ΔＴ＝Ｔ_１-Ｔ_０を受けており、焦電キャパシタンスによって生成され、キャパシタンス５４内に蓄積される電荷は、この温度における変化の結果である。増幅器５２の出力における電位は、したがって、Ｖ_ｏｕｔ＝Ｑ．Ｃ_ｒｅｆ＋Ｖ_ｒｅｆであり、これにおいてＱは、生成される電荷に対応し、Ｃ_ｒｅｆは、キャパシタンス５４の値である。その後、この電位の読み出しおよびサンプリングが、アナログ／デジタル・コンバータ５８によってなされる。続いて、ピクセル行の加熱が停止される。結果の読み出しおよびサンプリングの動作が完了すると、スイッチ５６が閉位置に切り替えられ、キャパシタンス５４が放電される。

【0096】

その種の読み出しの間は、焦電キャパシタンスの電極のうちの１つ（第１の実施態様によればセンサ１００のための端部１１８、または第２および第３の実施態様によればセンサ１００のための端部１３２）に印加される電位Ｖ_ｈｅａｔが、ピクセルの読み出し全体を通じて一定である。これに対し、この電位が印加される導電性材料の部材が、この部材に関連付けされたピクセル行のすべてのピクセル１０２に共通であるという事実に起因して、これらのピクセル１０２のそれぞれの焦電キャパシタンスに印加される加熱電位の値は、１つのピクセルとその次では異なる。

【0097】

たとえば、図４に示された第２の実施態様を考えると、端部１３２にもっとも近い焦電キャパシタンスの上側電極には、Ｖ_ｈｅａｔと実質的に等しい電位が掛かる。続く焦電キャパシタンスの上側電極には、Ｖ_ｈｅａｔ-δＶと実質的に等しい電位が掛かる。焦電キャパシタンスの上側電極に印加される電位の値は、それらからの端部１３２に対する距離に比例して減少する。導電性部材１３６がグラウンドに接続されるときは、端部１３４にもっとも近いものに対応する最後の焦電キャパシタンスの上側電極には、０Ｖ、すなわちグラウンドの電位と実質的に等しい電位が掛かる。１つのピクセルとその次に印加される加熱電位におけるこの変化は、すべてのこれらのピクセル１０２の発熱抵抗がまったく同じであることから導電性部材１３０内を流れて熱を生じさせる電流がすべての第２の導電性部材１３０内において同じであり、その行のすべてのピクセル１０２について同じであるという事実に起因して、１つのピクセルとその次のピクセルにおいて生成される熱を変化させない。

【0098】

ピクセル行の読み出しにおいては、各ピクセルのバイアス印加電極の電位の値が１つのピクセルとその次では異なる。これに対し、温度における同一の変化のため、ピクセルの焦電キャパシタンスの端子における電圧の差、または生成される電荷の数の差がまったく等しい。それにもかかわらず、読み出されるのは基準電圧に関して生成される過剰電荷であり、それらが正であるか、または負であるかによらない。たとえば、図３に示されている例示的な実施態様の場合においては、結果として読み出される増幅器５２の出力において獲得される電圧は、Ｖ_ｏｕｔ＝Ｖ_ｒｅｆ±ΔＱ／Ｃｆであり、それにおいてＣｆは、キャパシタンス５４の値に対応し、これは、積分時間の間にわたって電位Ｖ_ｈｅａｔが安定であるときには、焦電キャパシタンスの端子における電圧に依存しない。

【0099】

図３に関して手前で説明した例示的な実施態様においては、生成される電荷が増幅器５２によって直接読み出される。

【0100】

読み出し回路５０を包含するチップは、都合よくシリコン基板から製造され、ピクセル１０２が上に製造される別の回路上に移植される。

【0101】

同じ列のピクセルの読み出し電極が単一の導電性部材によって形成されるという事実、およびすべてのこれらの読み出し電極がピクセルの読み出しの間にわたって読み出し回路に接続されるという事実に起因して、冷却の開始時に大きな量で生成される負の電荷が考慮に入れられないように、１つのピクセル行を読み出した後、好ましくは、続くピクセル行の読み出しの前に冷却時間が顧慮される。この冷却の持続時間は、たとえば、加熱時間の約２から５倍までの間である。したがって、センサ１００のピクセル行は、約２ｍｓ内に読み出し、かつ冷却することができ、これは秒当たり約５００のピクセル行を読み出すことを可能にする。

【0102】

読み出し回路は、この読み出し回路に接続されているピクセルによって形成されるキャパシタンスの値に依存する信号対ノイズ比を有する。キャパシタンスが高いほど、獲得されるノイズが高い。したがって、測定が正しくとどまるように、センサのピクセル行の数（センサ内のピクセル行の数が高いほど、各読み出し回路に接続されるピクセルの数が大きく、読み出し回路から受け取るノイズが高くなる）と許容可能なノイズの間において折衷が行われる。信号対ノイズ比は、ピクセルの加熱電力を増加することによっても増加され得る。

【0103】

３００行のピクセルを包含するセンサ１００の場合においては、列上の合計キャパシタンスが３００個のピクセルの焦電キャパシタンスの総和に対応する。厚さ（焦電材料の厚さ）が約１μｍに等しい焦電キャパシタンスであれば、ピクセル列当たりのキャパシタンスは、約１００ｆＦ×３００＝３０ｐＦである。したがって、好都合にはセンサ１００が、約１００から３００までの間の数のピクセル行を包含する。

【0104】

次に示す表は、第２の実施態様に従ったセンサ１００を用いて獲得された、異なるピクセル・ピッチ（ピッチは、隣り合う２つのピクセルの中心間距離である）についての結果を示している。

【0105】

【表1】

【0106】

上に示した表においては、厚さが１μｍに等しい焦電材料を考慮して焦電キャパシタンス値が獲得されている。

【0107】

したがって、寸法が５０μｍ×５０μｍに等しいピクセルについては、そのピクセルが少なくとも約１Ｋ乃至２Ｋの温度の変動を受けるときに充分な振幅の信号が獲得される。厚さが２μｍ台の保護層１０９が用いられるときには、ピクセル当たり約０．２ｍＷの電力注入で、充分に強力な出力信号を有することが可能になる。熱の注入は、読み出されるピクセル内に少なくとも１度の変化が獲得されるべく適合できる。

【0108】

図８の曲線２０２、２０４、および、２０６は、異なる積分時間（曲線２０２：ζ＝２５０μｓ；曲線２０４：ζ＝５００μｓ；曲線２０６：ζ＝１６００μｓ）に付いてのピクセル当たりに注入される電力（μＷ単位）の関数として、１６ビットの、すなわち最大で６５５３６個のコードのアナログ／デジタル・コンバータ５８（ここでは、Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ（テキサス・インストゥルメント）社から販売されているＡＦＥ１２５６タイプのもの）上で読み出されたＬＳＢ（下位ビット）の数を表す。これらの曲線は、空気（指紋の谷）と接触しているピクセルと水（指紋の山）と接触しているピクセルの間において獲得されるビットの数を表す。このビットの数は、たとえば、センサ上に水滴を置き、水滴のエッジの各側の間における差を測定することによって測定される。これらの結果は、獲得可能な最大コントラストも表している。コントラストは、注入される電力および積分時間に対して線形に依存する。このコントラストの値は、保護層１０９の厚さにも依存する。

【0109】

図４および５に示されている第２および第３の実施態様においては、部材１３０が、一様な幅（Ｙ軸に沿った寸法）の、ピクセル１０２の行に沿って延びる導電性の条片を形成する。したがって、熱が、各導電性の条片に沿って一様な態様で拡散する。

【0110】

図６に示されている代替実施態様によれば、第２および第３の実施態様に適用することが可能であり、それにおいては、それぞれの部材１３０の幅がその全長にわたって一様ではない。各ピクセル１０２の部材１１２の中心部分に面して置かれた、すなわち各ピクセル１０２上にセンタリングされた各部材１３０の部分１４０は、２つのピクセルの上にまたがって配列され、かつ２つの部分１４０をそれぞれ接続する部分１４２の幅より狭い幅を有する。この代替実施態様は、部分１４０と隣接する部分１４２の間の接合部（これらの接合部は、ピクセル１０２の間ではなくピクセル１０２の上に位置する）において電気抵抗が増加し、それがこれらの接合部においてより大きなジュール効果とより大きな熱の注入を生じさせるという事実に起因して、生成される熱を各ピクセル１０２上に集中させること、およびピクセル１０２の間の熱の損失を制限することを可能にする。温点をピクセル１０２上にセンタリングすることは、ジアテルミーの問題、すなわち隣り合うピクセルの間における熱の横伝播も低減する。しかしながら、この代替は、部材１３０に面する焦電材料の表面の減少のために生成される焦電電荷におけるわずかな減少を導き、これは、異なる温度パラメータ、読み出し速度等の間における折衷案を見つけなければならないことを意味する。

【0111】

ピクセル１０２上にセンタリングされるこれらの温点は、ピクセル１０２における部材１３０のそれぞれの幅の低減によってではなく、ピクセル１０２における部材１３０の導電性材料の厚さの低減によってもたらすことができる。

【0112】

手前で説明した実施態様の代替においては、単一アクセス・ポイントから各部材１１２に焦電材料の初期バイアス電圧が印加可能となるように、当初（すなわち、センサ１００の製造の間に）ピクセル１０２の異なる列の部材１１２を電気的に一緒に接続できるとすることが可能である。次に、センサの単離化中に（いくつかのセンサが製造されるウェファからの切り出しの間に）部材１１２に接続された導電性ラインが除去され、それによって各センサ内において部材１１２が互いに電気的に分離される。

【0113】

手前で説明したピクセル行の読み出しの例においては、各ピクセル行の加熱素子が、ピクセル行の１つを加熱する各トリガの間に冷却段階を伴ってオンとオフが連続される。

【0114】

代替においては、各ピクセル行の読み出しの間に、そのピクセル行に関連付けされた加熱素子によって実行される加熱とは別に、１つまたは複数の先行するピクセル行に関連付けされた加熱素子もオンにすることが可能である。これは、これらの先行するピクセル行のために実行される測定が、読み出されるピクセル行の値の回収に使用できることから可能である。たとえば、ピクセル１０２の第１のピクセル行の読み出しのために、この第１のピクセル行の加熱素子だけがオンにされる。これらの加熱素子の消勢および第１のピクセル行の冷却のための待機の後に、第２のピクセル行の読み出しを、第２のピクセル行に関連付けされた加熱素子だけでなく、第１のピクセル行に関連付けされた加熱素子をトリガすることによっても実行できる。第２のピクセル行によって出力される値は、２つのピクセル行の加熱素子がオンされた時に獲得された測定結果をはじめ、第１のピクセル行の加熱の間に獲得された先行する測定結果を使用して回収できる。したがって、以前に読み出されたピクセル行の測定を頼る線形の組み合わせから、測定が獲得される。

【0115】

いくつかのピクセル行の加熱素子が同時に付勢される、このピクセルの読み出しの代替によれば、続くピクセル行を加熱する前の冷却の待機を伴うことなく、連続的にいくつかのピクセル行を加熱することが可能である。したがって、たとえば、第１のピクセル行を加熱した後、第１のピクセル行の冷却を待機することなく、別のピクセル行を加熱することなどが可能である。連続的に加熱される異なるピクセル行は、それらの異なるピクセル行の間におけるジアテルミーを制限するために、都合よくは、互いに直接隣り合わない配置とする。たとえば、１番目のピクセル行を加熱した後、５番目のピクセル行を加熱するということなどが可能である。この代替は、センサ１００が、限られた数のピクセル行、たとえば１０より少ないピクセル行を包含するときに有利である。それに加えて、この代替においては、電荷の読み出しが、読み出されるピクセルが準熱平衡に、たとえば、ピクセルの熱平衡の約９０％に到達した時点で実行される。

【0116】

さらに、異なるピクセル行のために印加される加熱電力がすべて類似してはいないとすることも可能である。たとえば、異なるピクセル行の読み出しの間の冷却を伴わない読み出し中に、手前で読み出したピクセル行の冷却の間に生成される電荷の影響を制限するために、それぞれの新しい読み出しピクセル行において、読み出されるピクセル行の加熱に用いられる電力を、先行するピクセル行の加熱に用いられた電力に関して増加することが可能である。

【0117】

最後に、各ピクセル行の読み出し時に読み出し回路をリセットしないことも可能である。

【0118】

すべての実施態様においては、隣り合うピクセルの間において生じるジアテルミー効果を、行われた測定に対して、たとえば、ウィーナー・フィルタ・タイプのデジタル処理を適用することによって補償できる。それに加えて、これらのジアテルミー現象の効果を低減するために、２つの隣接するピクセル行において、一方の直後に他方が加熱されることがないようにピクセル行が好ましく加熱される。たとえば、１から８まで連続して付番された８つのピクセル行を含むセンサ１００を考えると（第１行がセンサ１００の先頭に置かれ、第８行がセンサ１００の末尾に置かれる）、次に示す順序でピクセル行を加熱し、読み出すことが可能である：１、３、５、７、２、４、６、および８。この場合においては、加熱されるピクセル行が、以前に加熱されたピクセル行に対して間にピクセルを１つ置いて離される（ピクセルが第７行に関して４ピクセル離隔される第２行の加熱を除く）。したがって、読み出されるピクセルの初期温度が、読み出されるピクセルがジアテルミーに起因して加熱を受け、読み出しの前に充分に冷却されない場合と比べて、互いに実質的により均一になる。また、加熱されるピクセル行が、手前に加熱されたピクセル行に関して１ピクセルを超えて離されること、たとえば、２または３、またはセンサ１００がより多くのピクセル行を包含する場合にはそれより多くの数のピクセルを間に置いて離すことも可能である。

【0119】

手前で説明した実施態様においては、加熱素子が、導電性の層の部材によって形成され、この層の平面内において電流が循環する。代替においては、加熱素子をいくつかの層によって形成すること、および／または略図的に図７に示されているとおり導電性部材を重ね合わせることが可能である。この図においては、ピクセル１０２の加熱素子が、ピクセル１０２の上側電極を形成する第１の導電性部材１５０、第１の導電性部材１５０の上かつ誘電体層１５４内に配される抵抗素子１５２、および誘電体層１５４および素子１５２の上に配される第２の導電性部材１５６によって形成される。加熱電流は、層１５０から、熱を生成しつつ素子１５２を横切り、第２の部材１５６（グラウンドに接続されている）を通ってグラウンドに流れる。この種の代替は、加熱素子の場所を上側電極のそれに対して分離して考えられる一方で、同じ導電性素子内においてピクセルの加熱機能およびバイアス印加機能を共有することによってもたらされる利点を保存するという利点を有する。これによって、ピクセル１０２内において生成される熱を可能な限り多く集中させるために、ピクセル１０２の中央に素子１５２を正しくセンタリングすることが可能になる。

【0120】

手前で説明した実施態様の代替においては、焦電キャパシタンスのバイアス印加およびピクセル１０２の焦電材料の加熱両方のために供される導電性部材が、ピクセル１０２の上側電極１１０を形成するそれにではなく、ピクセル１０２の下側電極１０８を形成するものに対応できる。それに加えて、手前で説明したものとは異なる各ピクセル１０２の焦電キャパシタンスの電極およびこれらのピクセル１０２の加熱素子を形成する導電性部材（１つまたは複数）の形状または設計が企図され得る。

【0121】

図示されてないが、センサ１００は、上で説明したコントロール信号を適用し、加熱素子内への信号の送りを介して所望のピクセルの加熱のスタートアップをトリガするピクセル１０２の読み出しを駆動することを可能にするコントロール回路を包含する。

【0122】

センサ１００によって検出された熱パターンは、好都合には指紋に対応するが、熱キャパシタンスおよび比熱容量を有する任意のパターンに対応し得る。

【0123】

図示されてないが、さらにセンサ１００は、ピクセル１０２のそれぞれにおいてなされた測定から熱パターンの全体的な画像を組み立てることが可能な電子処理回路を包含し得る。また、この電子処理回路は、この画像と、データベース内にストアされたいくつかの画像を比較し、検出されたパターンがデータベース内にストアされたそれらの画像のうちのいずれか１つと対応するか否かを識別できることもある。また、検出された熱パターンの画像を電子処理回路が表示できることもある。

【0124】

それに加えて、都合よくはセンサ１００が、手前で説明した熱検出素子のほかに、熱パターンもまた検出される要素の画像の検出を可能にする光学または容量性検出素子を包含する。このように、センサ１００は、熱検出ピクセルとインタレースされる光学検出ピクセルのマトリクスを包含し得る。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】