JP2003150943A - Image reader - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば、恣意的
に変化させることが出来ない人体の生物学的特徴(例:
顔貌、指紋、網膜の血管パターン)によって本人認証を
行う、いわゆるバイオメトリック認証システムに適用で
きる画像読み取り装置に関し、詳しくは、生物学的特徴
の読み取り開始(認証開始)を自動化するための起動信
号を生成出力できる画像読み取り装置に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to, for example, the biological characteristics of the human body that cannot be arbitrarily changed (eg:
An image reading apparatus applicable to a so-called biometric authentication system that authenticates an individual by means of facial features, fingerprints, and blood vessel patterns of the retina. Specifically, a start signal for automating the reading start (authentication start) of biological characteristics is provided. The present invention relates to an image reading device capable of generating and outputting.
【0002】[0002]
【従来の技術】バイオメトリック認証の一つである指紋
認証は、個人に特有の指紋を利用した本人認証法であ
り、パスワード方式などに比べて、はるかに高い安全性
を有する認証技術である。この技術を利用した指紋認証
システムは、たとえば、事業所等における特定区域への
入出管理システム、ホームセキュリティ、インターネッ
ト等における決済システム、あるいは、業務アプリケー
ションの利用認証システムなど、幅広い用途に適用する
ことができる。2. Description of the Related Art Fingerprint authentication, which is one type of biometric authentication, is a personal authentication method that uses a fingerprint unique to an individual, and is an authentication technology that has much higher security than a password method or the like. A fingerprint authentication system using this technology can be applied to a wide range of applications, such as an entrance / exit management system for specific areas at business establishments, home security, payment systems on the Internet, or business application usage authentication systems. it can.
【0003】図10(a)は、指紋認証システム1の簡
略構成図である。一般に、指紋認証システム1は、画像
読み取り装置2と指紋照合装置3とを含み、指紋照合装
置3の照合結果(本人認証結果)を利用して、上記各種
システムの利用可否または入出可否等を行う。FIG. 10A is a simplified block diagram of the fingerprint authentication system 1. Generally, the fingerprint authentication system 1 includes an image reading device 2 and a fingerprint collation device 3, and uses the collation result (personal authentication result) of the fingerprint collation device 3 to determine whether or not the above various systems can be used or not. .
【0004】画像読み取り装置2は、小型、軽量、低消
費電力の撮像デバイス、たとえば、CCD(Charge Cou
pled Device)などの二次元固体撮像デバイスによって
構成されており、認証対象者4の指紋画像を読み取っ
て、その指紋画像を指紋照合装置3に出力する。指紋照
合装置3は、例えば特徴点抽出方式、すなわち、画像読
み取り装置2で読み取られた指紋画像から指紋の特徴点
(指紋の端点や分岐点)を抽出し、その特徴点が、あら
かじめ登録されている登録者の特徴点情報と一致するか
否かを判定して認証対象者4の本人認証を行い、その照
合結果(本人認証結果)を、たとえば、前述の各種認証
システムに出力する。The image reading device 2 is a compact, lightweight, low power consumption image pickup device such as a CCD (Charge Cou
It is configured by a two-dimensional solid-state imaging device such as a pled device) and reads a fingerprint image of the authentication target person 4 and outputs the fingerprint image to the fingerprint collation device 3. The fingerprint matching device 3 extracts, for example, a feature point extraction method, that is, a fingerprint feature point (a fingerprint end point or a branch point) from a fingerprint image read by the image reading device 2, and the feature point is registered in advance. It is determined whether or not it matches the feature point information of the registered person who is authenticated, and the person-to-be-authenticated 4 is authenticated, and the verification result (personal authentication result) is output to, for example, the above-described various authentication systems.
【0005】ここで、画像読み取り装置2における指紋
画像の読み取り開始、及び、指紋照合装置3における指
紋照合動作開始(以下、これらを総称して便宜的に「認
証開始」という)は、画像読み取り装置2に、認証対象
者4の指が乗せられたとき(指先がタッチしたとき)に
自動的に行われることが操作性の点で望ましく、このよ
うなワンタッチ式の認証開始技術としては、たとえば、
「抵抗検知方式」や「容量検知方式」が知られている。Here, the start of reading a fingerprint image by the image reading device 2 and the start of the fingerprint matching operation by the fingerprint matching device 3 (hereinafter collectively referred to as "authentication start" for convenience) are the image reading device. 2 is preferably performed automatically when the finger of the authentication subject 4 is placed (when the fingertip is touched) from the viewpoint of operability. Examples of such one-touch type authentication start technology include:
"Resistance detection method" and "capacity detection method" are known.
【0006】図10(b)は、抵抗検知方式の概念図で
ある。画像読み取り装置2は、CCD等の画像センサ部
2aの画像読み取り面(図では上面)に図示を省略した
絶縁膜(保護絶縁膜)を介して、たとえば、透明絶縁膜
2bで間を仕切られた、もしくは、わずかな間隙を介し
て相互に離間して配置された二つの透明導電膜2c、2
dを積層した構造を有している。透明絶縁膜2bを含む
二つの透明導電膜2c、2dの平面サイズは、認証対象
者4の指先面積よりも若干大きい程度に設定されてお
り、認証対象者4の指を画像読み取り装置2にタッチし
たときに、その指先が二つの透明導電膜2c、2dの双
方にまたがって接触するようになっている。FIG. 10B is a conceptual diagram of the resistance detection method. The image reading device 2 is partitioned by, for example, a transparent insulating film 2b via an insulating film (protective insulating film) not shown on the image reading surface (upper surface in the figure) of the image sensor unit 2a such as CCD. Alternatively, two transparent conductive films 2c, 2c which are arranged apart from each other with a slight gap therebetween.
It has a structure in which d is stacked. The planar sizes of the two transparent conductive films 2c and 2d including the transparent insulating film 2b are set to be slightly larger than the fingertip area of the authentication target person 4, and the finger of the authentication target person 4 touches the image reading device 2. When this is done, the fingertip is in contact with both of the two transparent conductive films 2c and 2d.
【0007】このような構造において、指先非タッチ時
(非接触時)における二つの透明導電膜2c、2dの間
の抵抗値は、透明絶縁膜2bの抵抗値、すなわち、ほぼ
無限大相当の抵抗値で与えられるが、指先タッチ時(接
触時)における同抵抗値は、二つの透明導電膜2c、2
dの双方に接触する指先の皮膚抵抗によって与えられ、
この皮膚抵抗は透明絶縁膜2bの抵抗値よりも低いか
ら、その抵抗値変化を利用してワンタッチ式の認証開始
技術を実現することができる。In such a structure, the resistance value between the two transparent conductive films 2c and 2d when the fingertip is not touched (when the fingertip is not touched) is the resistance value of the transparent insulating film 2b, that is, the resistance value of approximately infinity. The same resistance value at the time of touching (touching) a fingertip is obtained by the value
given by the skin resistance of the fingertip in contact with both of d,
Since this skin resistance is lower than the resistance value of the transparent insulating film 2b, the one-touch type authentication start technology can be realized by utilizing the change in the resistance value.
【0008】図10(c)は、容量検知方式の概念図で
ある。画像読み取り装置2は、CCD等の画像センサ部
2aの画像読み取り面(図では上面)に、その画像読み
取り面と同程度の面積の透明導電膜2eを積層した構造
を有している。指先非タッチ時における透明導電膜2e
の容量は、指先タッチ時における同容量よりも小さい
(指先タッチ時の同容量は人体の容量分が加わって大き
くなる)ため、その容量変化を利用してワンタッチ式の
認証開始技術を実現することができる。FIG. 10C is a conceptual diagram of the capacity detection method. The image reading device 2 has a structure in which a transparent conductive film 2e having the same size as the image reading surface is laminated on the image reading surface (the upper surface in the figure) of the image sensor unit 2a such as CCD. Transparent conductive film 2e when the fingertip is not touched
Capacity is smaller than the same capacity when touched with a fingertip (the same capacity when touched with a fingertip increases with the capacity of the human body), so one-touch authentication start technology should be realized by utilizing the change in capacity. You can
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の画像読み取り装置2にあっては、以下のような問題
点を有していた。However, the above conventional image reading apparatus 2 has the following problems.
【0010】(1)抵抗検知方式の問題点
抵抗検知方式においては、透明絶縁膜2bや間隙により
電気的に離間して配置された二つの透明導電膜2c、2
dの双方に、被検出体である指先が接触する際の抵抗値
に基づいて、指先の接触状態を良好に検出し、画像読取
動作を開始することができるが、このとき、人体に帯電
した静電気が透明導電膜2c、2dを介して図示を省略
した所定の電位(接地電位等)に放電される。ここで、
一般に、透明導電膜に適用される膜材料としては、後述
するITO等の導電性の酸化膜が多用されており、この
ような導電性酸化膜は、金属材料に比較して抵抗値が高
いという材料特性を有しているため、指先タッチ時に上
記静電気が接地電位に十分放電されず、画像センサ部2
aを構成する二次元固体撮像デバイスの静電破壊を招く
という問題点がある。また、画像センサ部2aの画像読
み取り面に、透明絶縁膜2bや間隙で仕切られた二つの
透明導電膜2c、2dを積層した構造を有しているた
め、画像センサ部2aによって読み取られた指紋画像に
不要な仕切り線(透明絶縁膜2bや間隙との境界線)が
入ってしまい、画質を損なう結果、指紋照合の性能低下
を招くという問題点がある。(1) Problems of the resistance detection method In the resistance detection method, the transparent insulating film 2b and the two transparent conductive films 2c, 2 which are electrically separated from each other by a gap.
It is possible to satisfactorily detect the contact state of the fingertip and start the image reading operation based on the resistance value when the fingertip which is the detected body comes into contact with both d, but at this time, the human body is charged. Static electricity is discharged to a predetermined potential (ground potential or the like) not shown through the transparent conductive films 2c and 2d. here,
Generally, a conductive oxide film such as ITO described later is often used as a film material applied to a transparent conductive film, and such a conductive oxide film has a higher resistance value than a metal material. Since the material has material characteristics, the static electricity is not sufficiently discharged to the ground potential when the fingertip is touched, and the image sensor unit 2
There is a problem that electrostatic breakdown of the two-dimensional solid-state imaging device constituting a is caused. Further, since the image reading surface of the image sensor portion 2a has a structure in which the transparent insulating film 2b and the two transparent conductive films 2c and 2d partitioned by a gap are laminated, a fingerprint read by the image sensor portion 2a is formed. There is a problem in that an unnecessary partition line (a boundary line between the transparent insulating film 2b and the gap) is included in the image and the image quality is impaired, resulting in deterioration of fingerprint collation performance.
【0011】(2)容量検知方式の問題点
この検知方式は、指先非タッチ時における透明導電膜2
eの容量A(画像センサ部2aと透明導電膜2e間の容
量)と、指先タッチ時における容量Bとの容量変化に基
づくものであるが、たとえば、容量Aは6000pF程
度であるのに対して、容量Bは、容量A(6000pF
程度)に人体の容量分(100pF程度)を加えたもの
であり、上記の容量変化量は容量Aの1/60程度しか
ないため、検知性能を十分高くしなければならず、コス
トが上昇するという問題点がある。(2) Problems of the capacitance detection method This detection method is based on the transparent conductive film 2 when the fingertip is not touched.
It is based on a capacitance change between the capacitance A of e (the capacitance between the image sensor unit 2a and the transparent conductive film 2e) and the capacitance B when the fingertip is touched. For example, the capacitance A is about 6000 pF. , Capacity B is capacity A (6000 pF
(About 100 pF) of the human body, and the above-mentioned capacitance change amount is only about 1/60 of the capacitance A, the detection performance must be sufficiently high, and the cost increases. There is a problem.
【0012】そこで、本発明は、上述した問題点に鑑
み、従来の抵抗検知方式の欠点を克服して、良好な画質
を得ることができるようにし、たとえば、指紋照合シス
テムに適用した場合にその照合性能の低下を招かない画
像読み取り装置を提供することを目的とする。Therefore, in view of the above-mentioned problems, the present invention overcomes the drawbacks of the conventional resistance detection method so that a good image quality can be obtained. For example, when applied to a fingerprint collation system, It is an object of the present invention to provide an image reading device that does not cause deterioration in matching performance.
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】本発明に係る請求項1記
載の画像読み取り装置は、画像読み取り面に接触させら
れた被検出体の画像を読み取り、その画像信号を出力す
る画像センサ部を有する画像読み取り装置において、前
記画像センサ部の画像読み取り面を一体的に覆う透明導
電膜と、前記透明導電膜の外縁またはその外縁上の任意
位置に設けられた良導電体と、前記透明導電膜と前記良
導電体との間を電気的に絶縁する絶縁体と、前記透明導
電膜と前記良導電体との間の抵抗値の変化に基づいて前
記被検出体の接触を判定する判定手段とを備え、前記透
明導電膜と前記良導電体とにより前記被検出体の接触面
を形成するように構成したことを特徴とする。An image reading apparatus according to a first aspect of the present invention has an image sensor section for reading an image of a detection object brought into contact with an image reading surface and outputting an image signal thereof. In the image reading device, a transparent conductive film that integrally covers an image reading surface of the image sensor unit, an outer edge of the transparent conductive film, or a good conductor provided at an arbitrary position on the outer edge, and the transparent conductive film. An insulator that electrically insulates the good conductor from each other, and a determination unit that determines contact of the detected object based on a change in resistance value between the transparent conductive film and the good conductor. It is characterized in that the transparent conductive film and the good conductor form a contact surface of the object to be detected.
【0014】ここで、透明導電膜は、透明性があって、
しかも導電性も兼ね備えた膜状物質である。酸化スズ
(SnO2)膜やITO(Indium-Tin-Oxide:インジウ
ム−スズ酸化物)膜などが代表であり、光の透過率や導
電率などを勘案して適当な膜状物質を選択することがで
きる。また、絶縁体及び良導電体は、前者が電気的絶縁
性を有するもの、後者が電気的導電性(特に“良好な”
導電性)を有するものであり、いずれも透過率等の光特
性を考慮する必要はなく、たとえば、空気あるいはゴム
やテフロン(登録商標)などの絶縁体や、金属または金
属のメッキ薄膜の良導電体を、各々適用することができ
る。Here, the transparent conductive film has transparency,
Moreover, it is a film-like substance that also has conductivity. Typical examples are tin oxide (SnO 2 ) film and ITO (Indium-Tin-Oxide) film, and an appropriate film material should be selected in consideration of light transmittance and conductivity. You can Insulators and good conductors are those with electrical insulation in the former and electrical conductivity in the latter (especially "good").
Since it does not need to take optical characteristics such as transmittance into consideration, it has good conductivity of air or insulators such as rubber or Teflon (registered trademark), or metal or metal-plated thin film. The bodies can each be applied.
【0015】この発明では、透明導電膜と良導電体とに
より、被検出体の接触面が形成され、この接触面におけ
る透明導電膜と良導電体との間の電気的抵抗値が、被検
出体の非接触時にほぼ無限大相当、被検出体の接触時に
該被検出体の表面抵抗(被検出体が人体の指である場合
はその皮膚抵抗)相当になり、非接触時と接触時で電気
的抵抗値の二値的変化が得られる。したがって、この抵
抗値変化から被検出体の接触が判定される。In the present invention, the contact surface of the object to be detected is formed by the transparent conductive film and the good conductor, and the electric resistance value between the transparent conductive film and the good conductor at this contact surface is detected. It is equivalent to almost infinity when the body is not in contact, and the surface resistance of the body to be detected (the skin resistance when the body is a finger of the body) when the body is in contact with it. A binary change in electrical resistance value can be obtained. Therefore, the contact of the detected object is determined from the change in the resistance value.
【0016】さらに、この発明では、前記画像センサ部
の画像読み取り面が透明導電膜で一体的に覆われるた
め、従来技術のように、画像センサ部によって読み取ら
れた被検出体の画像に不要な仕切り線(従来技術の場
合、透明絶縁膜2bや間隙との境界線)が入ってしまう
ことがなく、その結果、良好な画質が得られ、たとえ
ば、指紋照合システムに適用した場合に指紋照合の性能
低下を招くことがない。Further, according to the present invention, since the image reading surface of the image sensor section is integrally covered with the transparent conductive film, it is not necessary for the image of the detected object read by the image sensor section as in the prior art. The partition line (in the case of the conventional technique, the boundary line between the transparent insulating film 2b and the gap) does not enter, and as a result, good image quality can be obtained. For example, when applied to a fingerprint matching system, fingerprint matching can be performed. There is no reduction in performance.
【0017】また、本発明に係る請求項2記載の画像読
み取り装置は、請求項1記載の画像読み取り装置におい
て、前記良導電体は、前記画像センサ部の画像読み取り
面を保護するための金属製ケースであることを特徴とす
る。An image reading apparatus according to a second aspect of the present invention is the image reading apparatus according to the first aspect, wherein the good conductor is made of metal for protecting the image reading surface of the image sensor section. It is characterized by being a case.
【0018】この発明では、保護用の金属製ケースを良
導電体に兼用する。したがって、別個に良導電体を必要
としないため、部品点数を少なくし、製造コストの削減
が図られる。In the present invention, the protective metal case is also used as the good conductor. Therefore, a separate good conductor is not required, so that the number of parts can be reduced and the manufacturing cost can be reduced.
【0019】また、本発明に係る請求項3記載の画像読
み取り装置は、請求項1記載の画像読み取り装置におい
て、前記判定手段は、前記透明導電膜と前記良導電体と
の間の抵抗値が、前記絶縁体の抵抗値から所定のマージ
ンだけ低く設定された基準抵抗値を下回る場合に、前記
被検出体の接触を判定することを特徴とする。An image reading apparatus according to a third aspect of the present invention is the image reading apparatus according to the first aspect, wherein the determining means determines that the resistance value between the transparent conductive film and the good conductor is When the resistance value of the insulator falls below a reference resistance value that is set lower by a predetermined margin, the contact of the object to be detected is determined.
【0020】この発明では、透明導電膜と良導電体間の
被検出体非接触時の抵抗値と接触時の抵抗値との変化に
基づいて、被検出体の接触が判定される。In the present invention, the contact of the object to be detected is determined based on the change in the resistance value between the transparent conductive film and the good conductor when the object is not in contact and when the object is in contact.
【0021】また、本発明に係る請求項4記載の画像読
み取り装置は、請求項1記載の画像読み取り装置におい
て、前記判定手段は、所定の直流定電圧を抵抗分圧して
分圧電圧を発生する分圧手段を備え、該分圧電圧を前記
透明導電膜と前記良導電体の何れか一方に印加するとと
もに、他方を接地電位とし、前記透明導電膜と前記良導
電体との間の電位差が、前記絶縁体を負荷抵抗とした場
合の負荷抵抗両端電圧値から所定のマージンだけ低く設
定された基準電圧値を下回る場合に、前記被検出体の接
触を判定することを特徴とする。An image reading apparatus according to a fourth aspect of the present invention is the image reading apparatus according to the first aspect, wherein the determination means resistance-divides a predetermined DC constant voltage to generate a divided voltage. A voltage dividing unit is provided, and the divided voltage is applied to either one of the transparent conductive film and the good conductor, and the other is set to the ground potential, and the potential difference between the transparent conductive film and the good conductor is When the insulator is used as a load resistance, the contact of the object to be detected is determined when the voltage falls below a reference voltage value set lower by a predetermined margin than the voltage value across the load resistance.
【0022】この発明では、透明導電膜と良導電体間の
被検出体非接触時の電位差と接触時の電位差との変化に
基づいて、被検出体の接触が判定される。According to the present invention, the contact of the object to be detected is determined based on the change in the potential difference between the transparent conductive film and the good conductor when the object is not in contact and when the object is in contact.
【0023】また、本発明に係る請求項5記載の画像読
み取り装置は、請求項1記載の画像読み取り装置におい
て、前記画像センサ部は、半導体層からなるチャネル領
域を挟んで形成されたソース電極及びドレイン電極と、
少なくとも前記チャネル領域の上方及び下方に各々絶縁
膜を介して形成された第1のゲート電極及び第2のゲー
ト電極とを有し、前記第1のゲート電極にリセットパル
スを印加して前記センサを初期化し、前記ドレイン電極
にプリチャージパルスを印加した後、前記第2のゲート
電極に読み出しパルスを印加することにより、前記初期
化終了から前記読み出しパルスの印加までの電荷蓄積期
間に、前記チャネル領域に蓄積された電荷に対応する電
圧を出力電圧として出力し、前記画像読み取り装置は、
前記プリチャージパルスに係る信号電圧と前記出力電圧
との差分を、前記画像信号として観測することを特徴と
する。An image reading device according to a fifth aspect of the present invention is the image reading device according to the first aspect, wherein the image sensor portion includes a source electrode and a source electrode formed by sandwiching a channel region made of a semiconductor layer. A drain electrode,
A first gate electrode and a second gate electrode formed at least above and below the channel region via an insulating film, respectively, and applying a reset pulse to the first gate electrode to operate the sensor. After initializing and applying a pre-charge pulse to the drain electrode, a read pulse is applied to the second gate electrode, so that the channel region is charged during a charge accumulation period from the end of initialization to the application of the read pulse. Outputs a voltage corresponding to the electric charge accumulated in the output voltage, and the image reading device,
The difference between the signal voltage related to the precharge pulse and the output voltage is observed as the image signal.
【0024】この発明では、画像センサ部が、所定のタ
イミングでトップゲート電極(第1のゲート電極)にリ
セットパルスを印加すると共に、ボトムゲート電極(第
2のゲート電極)に読み出しパルスを印加することによ
り、電荷蓄積期間中に、チャネル領域の入射光量に応じ
た電荷が蓄積され、この蓄積電荷量に対応した電圧が画
像信号として出力されように構成されている。これによ
り、画像センサ部の各画素が薄膜化及び小型化され、そ
の結果、画像センサ部の高画素化が可能となり、指紋画
像の読み取り精度の向上が図られる。According to the present invention, the image sensor section applies the reset pulse to the top gate electrode (first gate electrode) and the read pulse to the bottom gate electrode (second gate electrode) at a predetermined timing. Thus, during the charge accumulation period, charges corresponding to the amount of incident light in the channel region are accumulated, and a voltage corresponding to the accumulated amount of charges is output as an image signal. As a result, each pixel of the image sensor unit is thinned and miniaturized, and as a result, it is possible to increase the number of pixels of the image sensor unit and improve the reading accuracy of the fingerprint image.
【0025】また、本発明に係る請求項6記載の画像読
み取り装置は、請求項1記載の画像読み取り装置におい
て、前記良導電体は、被検出体が前記透明導電膜に正規
に接触するように誘導するためのガイド機能を備えてい
るものであってもよい。According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the image reading apparatus according to the first aspect, wherein the good conductor is such that an object to be detected comes into regular contact with the transparent conductive film. It may have a guide function for guiding.
【0026】すなわち、センサアレイ及び透明電極膜の
周囲に設けられる導電性のケース部材などの良導電体
は、検知面となる透明導電膜に指等の被検出体が良好か
つ正常に接触するように、被検出体のタッチ位置や方向
等を誘導又は案内するように、例えば、指の形状に対応
した長円の開口部等を有するように形成されていてもよ
い。That is, a good conductor such as a conductive case member provided around the sensor array and the transparent electrode film is arranged so that the object to be detected such as a finger contacts the transparent conductive film serving as the detection surface in a good and normal manner. In order to guide or guide the touch position, direction, etc. of the detection target, for example, it may be formed to have an oval opening or the like corresponding to the shape of the finger.
【0027】これにより、被検出体が常に検知面の所定
の位置にタッチされることになるので、画像パターンを
一定条件下で精度良く読み取ることができるとともに、
被検出体を透明導電膜及びケース部材などの良導電体の
双方に確実かつ良好に接触させることができるので、画
像読取動作の起動動作を良好に実行することができる。As a result, since the object to be detected is always touched at a predetermined position on the detection surface, the image pattern can be accurately read under certain conditions, and
Since the object to be detected can surely and satisfactorily be brought into contact with both the transparent conductive film and the good conductor such as the case member, the start operation of the image reading operation can be satisfactorily executed.
【0028】[0028]
【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る画像読み取
り装置の実施の形態を、指紋認証システムへの適用例と
して図面を参照しながら詳しく説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, an embodiment of an image reading apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings as an application example to a fingerprint authentication system.
【0029】<画像センサ部の構造>まず、本発明に係
る画像読み取り装置に適用して良好なセンサ構造につい
て説明する。本発明に係る画像読み取り装置に適用され
るセンサとしては、冒頭でも説明したとおり、小型・軽
量・低消費電力の点でCCD等の固体撮像デバイスを使
用することができる。<Structure of Image Sensor Section> First, a good sensor structure applied to the image reading apparatus according to the present invention will be described. As the sensor applied to the image reading apparatus according to the present invention, as described at the beginning, a solid-state imaging device such as CCD can be used in terms of small size, light weight, and low power consumption.
【0030】CCDは、周知のとおり、フォトダイオー
ドや薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transisto
r)等のフォトセンサをマトリクス状に配列した構成を
有し、各フォトセンサの受光部に照射された光量に対応
して発生する電子−正孔対の量(電荷量)を、水平走査
回路及び垂直走査回路により検出し、照射光の輝度を検
知するものである。As is well known, the CCD is a photodiode or a thin film transistor (TFT).
r) and other photosensors are arranged in a matrix, and the amount of electron-hole pairs (charge amount) generated corresponding to the amount of light applied to the light receiving portion of each photosensor is determined by the horizontal scanning circuit. And the vertical scanning circuit to detect the brightness of the irradiation light.
【0031】ところで、このようなCCDを用いたフォ
トセンサシステムにおいては、走査された各フォトセン
サを選択状態にするための選択トランジスタを個別に設
ける必要があるため、画素数が増大するにつれて、画像
センサ部が大型化するという不都合を有している。By the way, in such a photosensor system using a CCD, it is necessary to individually provide a selection transistor for bringing each scanned photosensor into a selected state. Therefore, as the number of pixels increases, an image is increased. It has a disadvantage that the sensor section becomes large.
【0032】そこで、近年、このような問題を解決する
ための構成として、フォトセンサ自体にフォトセンス機
能と選択トランジスタ機能とを持たせたダブルゲート構
造を有する薄膜トランジスタ(以下、「ダブルゲート型
トランジスタ」という)が開発され、システムの小型
化、及び、画素の高密度化を図る試みがなされている。
そのため、本発明における画像読み取り装置において
も、このダブルゲート型トランジスタを適用すること
は、きわめて好ましいことである。画像センサ部を大型
化せずに、画素数を増大させることができ、指紋画像の
読み取り精度を格段に向上できるからである。Therefore, in recent years, as a structure for solving such a problem, a thin film transistor having a double gate structure in which a photo sensor itself has a photo sensing function and a selection transistor function (hereinafter, referred to as "double gate type transistor"). Has been developed, and attempts have been made to reduce the size of the system and increase the density of pixels.
Therefore, it is extremely preferable to apply this double gate type transistor also to the image reading apparatus of the present invention. This is because the number of pixels can be increased without increasing the size of the image sensor unit and the reading accuracy of the fingerprint image can be significantly improved.
【0033】ここで、本発明に係る画像読み取り装置に
適用されるダブルゲート型トランジスタによるフォトセ
ンサ(以下、「ダブルゲート型フォトセンサ」と記す)
について、図面を参照して説明する。Here, a photosensor using a double gate type transistor applied to the image reading apparatus according to the present invention (hereinafter referred to as "double gate type photosensor").
Will be described with reference to the drawings.
【0034】<ダブルゲート型フォトセンサの構造>図
1は、ダブルゲート型フォトセンサの概略構成を示す断
面構造図である。図1(a)に示すように、ダブルゲー
ト型フォトセンサ(画像センサ部)10は、励起光(こ
こでは、可視光)が入射されると電子−正孔対が生成さ
れるアモルファスシリコン等の半導体層(チャネル層)
11と、半導体層11の両端にそれぞれ設けられたn+
シリコンからなる一対の不純物層17、18と、不純物
層17、18の上にそれぞれ形成されたドレイン電極1
2及びソース電極13と、半導体層11の上方(図面上
方)にブロック絶縁膜14及び上部(トップ)ゲート絶
縁膜15を介して形成されたトップゲート電極(第1の
ゲート電極)21と、半導体層11の下方(図面下方)
に下部(ボトム)ゲート絶縁膜16を介して形成された
ボトムゲート電極(第2のゲート電極)22とを、ガラ
ス基板等の透明な絶縁性基板19上に形成して構成され
ている。<Structure of Double Gate Photo Sensor> FIG. 1 is a sectional structural view showing a schematic structure of a double gate photo sensor. As shown in FIG. 1A, the double-gate photosensor (image sensor unit) 10 is made of amorphous silicon or the like in which electron-hole pairs are generated when excitation light (here, visible light) is incident. Semiconductor layer (channel layer)
11 and n + provided on both ends of the semiconductor layer 11, respectively.
A pair of impurity layers 17 and 18 made of silicon, and a drain electrode 1 formed on the impurity layers 17 and 18, respectively.
2 and the source electrode 13, a top gate electrode (first gate electrode) 21 formed above the semiconductor layer 11 (above the drawing) via a block insulating film 14 and an upper (top) gate insulating film 15, and a semiconductor Below layer 11 (below the drawing)
And a bottom gate electrode (second gate electrode) 22 formed via a lower (bottom) gate insulating film 16 on a transparent insulating substrate 19 such as a glass substrate.
【0035】ここで、ドレイン電極12及びソース電極
13は、クロム、クロム合金、アルミ、アルミ合金等か
ら選択された可視光に対して不透明な金属材料で形成さ
れており、また、トップゲート電極(第1のゲート電
極)21は、可視光に対して透過性を有し、且つ、導電
性を有するITO等の透明電極膜からなり、また、ボト
ムゲート電極(第2のゲート電極)22は、クロム、ク
ロム合金、アルミ、アルミ合金等から選択された可視光
に対して不透明な金属材料で形成されている。Here, the drain electrode 12 and the source electrode 13 are formed of a metal material opaque to visible light selected from chromium, a chromium alloy, aluminum, an aluminum alloy and the like, and the top gate electrode ( The first gate electrode (21) is made of a transparent electrode film such as ITO that is transparent to visible light and has conductivity, and the bottom gate electrode (second gate electrode) 22 is It is made of a metal material that is opaque to visible light and is selected from chrome, chrome alloys, aluminum, aluminum alloys, and the like.
【0036】すなわち、図1(a)において、最上層の
透明電極層(透明導電膜)30、その下位層の保護絶縁
膜(誘導体)20、トップゲート絶縁膜15、ブロック
絶縁膜14、ボトムゲート絶縁膜16は、いずれも半導
体層11を励起する可視光に対して高い光透過率を有す
る透明薄膜で形成されており、図面上方から入射する光
のみを検知する構造を有している。That is, in FIG. 1A, the uppermost transparent electrode layer (transparent conductive film) 30, the lower layer protective insulating film (derivative) 20, the top gate insulating film 15, the block insulating film 14, and the bottom gate. Each of the insulating films 16 is formed of a transparent thin film having a high light transmittance for visible light that excites the semiconductor layer 11, and has a structure for detecting only light incident from above the drawing.
【0037】なお、このようなダブルゲート型フォトセ
ンサ10は、一般に、図1(b)に示すような等価回路
により表される。ここで、TGはトップゲート電極21
と電気的に接続されたトップゲート端子、BGはボトム
ゲート電極22と電気的に接続されたボトムゲート端
子、Sはソース電極13と電気的に接続されたソース端
子、Dはドレイン電極12と電気的に接続されたドレイ
ン端子である。The double gate type photosensor 10 is generally represented by an equivalent circuit as shown in FIG. Here, TG is the top gate electrode 21.
A bottom gate terminal electrically connected to the bottom gate electrode 22, S a source terminal electrically connected to the source electrode 13, and D electrically connected to the drain electrode 12. Drain terminal that is electrically connected.
【0038】次いで、上述したダブルゲート型フォトセ
ンサの駆動制御方法について、図面を参照して説明す
る。図2は、ダブルゲート型フォトセンサの基本的な駆
動制御方法の一例を示すタイミングチャートであり、図
3は、ダブルゲート型フォトセンサの動作概念図であ
り、図4は、ダブルゲート型フォトセンサの出力電圧の
光応答特性を示す図である。ここでは、上述したダブル
ゲート型フォトセンサの構成(図1)を適宜参照しなが
ら説明する。Next, a drive control method of the above-mentioned double gate type photo sensor will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a timing chart showing an example of a basic drive control method of the double gate type photo sensor, FIG. 3 is an operation conceptual diagram of the double gate type photo sensor, and FIG. 4 is a double gate type photo sensor. It is a figure which shows the optical response characteristic of the output voltage of. Here, description will be given with reference to the configuration of the above-described double-gate photosensor (FIG. 1) as appropriate.
【0039】まず、リセット動作(初期化動作)におい
ては、図2、図3(a)に示すように、ダブルゲート型
フォトセンサ10のトップゲート端子TGにパルス電圧
(以下、「リセットパルス」と記す;例えば、Vtg=+
15Vのハイレベル)φTiを印加して、半導体層1
1、及び、ブロック絶縁膜14における半導体層11と
の界面近傍に蓄積されているキャリヤ(ここでは、正
孔)を放出する(リセット期間Trst)。First, in the reset operation (initialization operation), as shown in FIGS. 2 and 3A, a pulse voltage (hereinafter referred to as “reset pulse”) is applied to the top gate terminal TG of the double-gate photosensor 10. Note: For example, Vtg = +
A high level of 15 V) φTi is applied to the semiconductor layer 1
1 and carriers (here, holes) accumulated near the interface between the block insulating film 14 and the semiconductor layer 11 are released (reset period Trst).
【0040】次いで、光蓄積動作(電荷蓄積動作)にお
いては、図2、図3(b)に示すように、トップゲート
端子TGにローレベル(例えば、Vtg=−15V)のバ
イアス電圧φTiを印加することにより、リセット動作
を終了し、キャリヤ蓄積動作による光蓄積期間Taがス
タートする。光蓄積期間Taにおいては、トップゲート
電極21側から入射した光量に応じて半導体層11の入
射有効領域、すなわち、キャリヤ発生領域で電子−正孔
対が生成され、半導体層11、及び、ブロック絶縁膜1
4における半導体層11との界面近傍、すなわち、チャ
ネル領域周辺に正孔が蓄積される。Next, in the light accumulation operation (charge accumulation operation), as shown in FIGS. 2 and 3B, a bias voltage φTi of low level (for example, Vtg = −15V) is applied to the top gate terminal TG. By doing so, the reset operation is completed and the light accumulation period Ta by the carrier accumulation operation is started. During the light accumulation period Ta, electron-hole pairs are generated in the effective incident region of the semiconductor layer 11, that is, in the carrier generation region, according to the amount of light incident from the top gate electrode 21 side, and the semiconductor layer 11 and the block insulation. Membrane 1
Holes are accumulated in the vicinity of the interface with the semiconductor layer 11 in 4, that is, around the channel region.
【0041】そして、プリチャージ動作においては、図
2、図3(c)に示すように、光蓄積期間Taに並行し
て、プリチャージ信号φpgに基づいてドレイン端子Dに
所定の電圧(プリチャージ電圧)Vpgを印加し、ドレイ
ン電極12に電荷を保持させる(プリチャージ期間Tpr
ch)。In the precharge operation, as shown in FIGS. 2 and 3C, a predetermined voltage (precharge) is applied to the drain terminal D in parallel with the light accumulation period Ta based on the precharge signal φpg. Voltage) Vpg is applied to hold electric charge in the drain electrode 12 (precharge period Tpr
ch).
【0042】次いで、読み出し動作においては、図2、
図3(d)に示すように、プリチャージ期間Tprchを経
過した後、ボトムゲート端子BGにハイレベル(例え
ば、Vbg=+10V)のバイアス電圧(読み出し選択信
号;以下、「読み出しパルス」と記す)φBiを印加す
ること(選択状態)により、ダブルゲート型フォトセン
サ10をON状態にする(読み出し期間Tread)。Next, in the read operation, as shown in FIG.
As shown in FIG. 3D, after the precharge period Tprch has passed, a high-level (eg, Vbg = + 10V) bias voltage (read selection signal; hereinafter referred to as “read pulse”) is applied to the bottom gate terminal BG. By applying φBi (selected state), the double gate photosensor 10 is turned on (reading period Tread).
【0043】ここで、読み出し期間Treadにおいては、
チャネル領域に蓄積されたキャリヤ(正孔)が逆極性の
トップゲート端子TGに印加されたVtg(−15V)を
緩和する方向に働くため、ボトムゲート端子BGのVbg
(+15V)によりnチャネルが形成され、ドレイン電
流に応じてドレイン端子Dの電圧(ドレイン電圧)VD
は、図4(a)に示すように、プリチャージ電圧Vpgか
ら時間の経過とともに徐々に低下する傾向を示す。Here, in the read period Tread,
Carriers (holes) accumulated in the channel region act in the direction of relaxing Vtg (-15V) applied to the top gate terminal TG having the opposite polarity, and thus Vbg of the bottom gate terminal BG.
(+ 15V) forms an n-channel, and the voltage of the drain terminal D (drain voltage) VD according to the drain current.
Shows a tendency of gradually decreasing from the precharge voltage Vpg with time, as shown in FIG.
【0044】すなわち、光蓄積期間Taにおける光蓄積
状態が明状態の場合には、図3(d)に示すように、チ
ャネル領域に入射光量に応じたキャリヤ(正孔)が捕獲
されているため、トップゲート端子TGの負バイアスを
打ち消すように作用し、この打ち消された分だけボトム
ゲート端子BGの正バイアスによって、ダブルゲート型
フォトセンサ10はON状態となる。そして、この入射
光量に応じたON抵抗に従って、図4(a)に示すよう
に、ドレイン電圧VDは、低下することになる。That is, when the light accumulation state in the light accumulation period Ta is the bright state, carriers (holes) corresponding to the amount of incident light are trapped in the channel region as shown in FIG. 3D. , The negative bias of the top gate terminal TG is canceled, and the positive bias of the bottom gate terminal BG corresponds to the canceled bias, and the double gate type photosensor 10 is turned on. Then, according to the ON resistance corresponding to the incident light amount, the drain voltage VD is lowered as shown in FIG.
【0045】一方、光蓄積状態が暗状態で、チャネル領
域にキャリヤ(正孔)が蓄積されていない場合には、図
3(e)に示すように、トップゲート端子TGに負バイ
アスをかけることによって、ボトムゲート端子BGの正
バイアスが打ち消され、ダブルゲート型フォトセンサ1
0はOFF状態となり、図4(a)に示すように、ドレ
イン電圧VDが、ほぼそのまま保持されることになる。On the other hand, when the light storage state is dark and no carriers (holes) are stored in the channel region, a negative bias is applied to the top gate terminal TG as shown in FIG. 3 (e). As a result, the positive bias of the bottom gate terminal BG is canceled and the double gate type photo sensor 1
0 is in the OFF state, and the drain voltage VD is maintained almost as it is, as shown in FIG.
【0046】したがって、図4(a)に示したように、
ドレイン電圧VDの変化傾向は、トップゲート端子TG
へのリセットパルスφTiの印加によるリセット動作の
終了時点から、ボトムゲート端子BGに読み出しパルス
φBiが印加されるまでの時間(光蓄積期間Ta)に受
光した光量に深く関連し、蓄積されたキャリヤが多い場
合(明状態)には急峻に低下する傾向を示し、また、蓄
積されたキャリヤが少ない場合(暗状態)には緩やかに
低下する傾向を示す。そのため、読み出し期間Treadが
スタートして、所定の時間経過後のドレイン電圧VD
(=Vrd)を検出することにより、あるいは、所定のし
きい値電圧を基準にして、その電圧に至るまでの時間を
検出することにより、ダブルゲート型フォトセンサ10
に入射した光(照射光)の光量が換算される。Therefore, as shown in FIG.
The change tendency of the drain voltage VD depends on the top gate terminal TG.
To the bottom gate terminal BG until the read pulse φBi is applied to the bottom gate terminal BG (light accumulation period Ta) from the end of the reset operation by applying the reset pulse φTi to the bottom gate terminal BG. When it is large (bright state), it tends to decrease sharply, and when the accumulated carriers are small (dark state), it tends to decrease gently. Therefore, the drain voltage VD after the elapse of a predetermined time from the start of the read period Tread
By detecting (= Vrd), or by detecting the time until the voltage reaches a predetermined threshold voltage, the double gate type photo sensor 10 is detected.
The amount of light (illumination light) incident on is converted.
【0047】上述した一連の画像読取動作を1サイクル
として、i+1番目の行のダブルゲート型フォトセンサ
10にも同等の処理手順を繰り返すことにより、ダブル
ゲート型フォトセンサを2次元のセンサシステムとして
動作させることができる。The double gate type photo sensor operates as a two-dimensional sensor system by repeating the same processing procedure for the double gate type photo sensor 10 in the i + 1th row with the series of image reading operations described above as one cycle. Can be made.
【0048】なお、図2に示したタイミングチャートに
おいて、プリチャージ期間Tprchの経過後、図3
(f)、(g)に示すように、ボトムゲート端子BGに
ローレベル(例えば、Vbg=0V)を印加した状態(非
選択状態)を継続すると、ダブルゲート型フォトセンサ
10はOFF状態を持続し、図4(b)に示すように、
ドレイン電圧VDは、プリチャージ電圧Vpgに近似する
電圧を保持する。このように、ボトムゲート端子BGへ
の電圧の印加状態により、ダブルゲート型フォトセンサ
10の読み出し状態を選択、非選択状態に切り替える選
択機能が実現される。In the timing chart shown in FIG. 2, after the precharge period Tprch has elapsed, the timing chart shown in FIG.
As shown in (f) and (g), if the low level (for example, Vbg = 0V) is applied to the bottom gate terminal BG (non-selected state), the double gate photosensor 10 is kept in the OFF state. Then, as shown in FIG.
The drain voltage VD holds a voltage close to the precharge voltage Vpg. In this way, the selection function of switching the reading state of the double-gate photosensor 10 to the selected / non-selected state is realized depending on the state of the voltage applied to the bottom gate terminal BG.
【0049】<フォトセンサシステム>次いで、上述し
たダブルゲート型フォトセンサを所定の形式で配列して
構成されるフォトセンサアレイを備えたフォトセンサシ
ステムについて、図面を参照して説明する。ここでは、
複数のダブルゲート型フォトセンサを2次元配列して構
成されるフォトセンサアレイを示して説明するが、複数
のダブルゲート型フォトセンサをX方向に1次元配列し
てラインセンサアレイを構成し、該ラインセンサアレイ
をX方向に直交するY方向に移動させて2次元領域を走
査(スキャン)するものであってもよいことは言うまで
もない。<Photo Sensor System> Next, a photo sensor system having a photo sensor array configured by arranging the above-mentioned double gate type photo sensors in a predetermined format will be described with reference to the drawings. here,
A photosensor array configured by arranging a plurality of double gate type photosensors in a two-dimensional manner will be shown and described. However, a plurality of double gate type photosensors are arranged in a one-dimensional manner in the X direction to form a line sensor array. Needless to say, the two-dimensional area may be scanned by moving the line sensor array in the Y direction orthogonal to the X direction.
【0050】図5は、ダブルゲート型フォトセンサを2
次元配列して構成されるフォトセンサアレイを備えたフ
ォトセンサシステムの概略構成図である。図5に示すよ
うに、フォトセンサシステムは、大別して、多数のダブ
ルゲート型フォトセンサ10を、例えば、n行×m列
(n、mは任意の自然数)のマトリクス状に配列したフ
ォトセンサアレイ100と、各ダブルゲート型フォトセ
ンサ10のトップゲート端子TG(トップゲート電極2
1)及びボトムゲート端子BG(ボトムゲート電極2
2)を各々行方向に接続して伸延するトップゲートライ
ン101及びボトムゲートライン102と、各ダブルゲ
ート型フォトセンサ10のドレイン端子D(ドレイン電
極12)を列方向に接続したドレインライン(データラ
イン)103と、ソース端子S(ソース電極13)を列
方向に接続するとともに、接地電位に接続されたソース
ライン(コモンライン)104と、トップゲートライン
101に接続されたトップゲートドライバ110と、ボ
トムゲートライン102に接続されたボトムゲートドラ
イバ120と、ドレインライン103に接続されたコラ
ムスイッチ131、プリチャージスイッチ132、アン
プ133からなるドレインドライバ130と、を有して
構成されている。FIG. 5 shows a double-gate type photosensor having two components.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a photosensor system including a photosensor array configured in a two-dimensional array. As shown in FIG. 5, the photo sensor system is roughly classified into a photo sensor array in which a large number of double gate photo sensors 10 are arranged in a matrix of, for example, n rows × m columns (n and m are arbitrary natural numbers). 100 and the top gate terminal TG (top gate electrode 2 of each double gate photosensor 10).
1) and the bottom gate terminal BG (bottom gate electrode 2)
2) are connected in the row direction to extend, and a top gate line 101 and a bottom gate line 102, and a drain line (data line) in which the drain terminal D (drain electrode 12) of each double-gate photosensor 10 is connected in the column direction ) 103, the source terminal S (source electrode 13) in the column direction, and the source line (common line) 104 connected to the ground potential, the top gate driver 110 connected to the top gate line 101, and the bottom. A bottom gate driver 120 connected to the gate line 102 and a drain driver 130 including a column switch 131, a precharge switch 132, and an amplifier 133 connected to the drain line 103 are included.
【0051】ここで、トップゲートライン101は、図
1に示したトップゲート電極21とともに、ITO等の
透明電極層で一体的に形成され、ボトムゲートライン1
02、ドレインライン103並びにソースライン104
は、それぞれボトムゲート電極22、ドレイン電極1
2、ソース電極13と同一の励起光に不透明な材料で一
体的に形成されている。また、ソースライン104に
は、後述するプリチャージ電圧Vpgに応じて設定される
定電圧Vssが印加されるが、接地電位(GND)であっ
てもよい。Here, the top gate line 101 is integrally formed with a transparent electrode layer such as ITO together with the top gate electrode 21 shown in FIG.
02, drain line 103 and source line 104
Are the bottom gate electrode 22 and the drain electrode 1, respectively.
2. The source electrode 13 and the source electrode 13 are integrally formed of a material that is opaque to the same excitation light. Further, a constant voltage Vss set according to a precharge voltage Vpg described later is applied to the source line 104, but may be a ground potential (GND).
【0052】なお、図5において、φtgは、リセット電
圧及び光キャリア蓄積電圧のいずれかとして選択的に出
力される信号φT1、φT2、…φTi、…φTnを生
成するための制御信号であり、φbgは、読み出し電圧及
び非読み出し電圧のいずれかとして選択的に出力される
信号φB1、φB2、…φBi、…φBnを生成するた
めの制御信号、φpgは、プリチャージ電圧Vpgを印加す
るタイミングを制御するプリチャージ信号である。In FIG. 5, φtg is a control signal for generating signals φT1, φT2, ... φTi, ... φTn, which are selectively output as either the reset voltage or the photocarrier storage voltage, and φbg. Is a control signal for generating signals φB1, φB2, ... φBi, ... φBn that are selectively output as either the read voltage or the non-read voltage, and φpg controls the timing of applying the precharge voltage Vpg. This is a precharge signal.
【0053】このような構成において、トップゲートド
ライバ110からトップゲートライン101を介して、
トップゲート端子TGに信号φTi(iは任意の自然
数;i=1、2、・・・n)を印加することにより、フ
ォトセンス機能が実現され、ボトムゲートドライバ12
0からボトムゲートライン102を介して、ボトムゲー
ト端子BGに信号φBiを印加し、ドレインライン10
3を介して検出信号をドレインドライバ130に取り込
んで、シリアルデータ又はパラレルデータの出力電圧V
outとして出力することにより、選択読み出し機能が実
現される。In such a structure, from the top gate driver 110 through the top gate line 101,
By applying a signal φTi (i is an arbitrary natural number; i = 1, 2, ... N) to the top gate terminal TG, the photo sense function is realized, and the bottom gate driver 12
The signal φBi is applied to the bottom gate terminal BG from 0 through the bottom gate line 102, and the drain line 10
The detection signal is taken into the drain driver 130 via the output signal V and the output voltage V of the serial data or parallel data is output.
By outputting as out, the selective reading function is realized.
【0054】図6は、上述したようなフォトセンサシス
テムを適用した指紋用画像読み取り装置(画像センサ
部)の要部断面図である。なお、ここでは、説明及び図
示の都合上、フォトセンサシステムの断面部分を表すハ
ッチングを省略する。図6に示すように、指紋等の画像
パターンを読み取る画像読み取り装置においては、ダブ
ルゲート型フォトセンサ10が形成されたガラス基板等
の絶縁性基板19の下方側に設けられたバックライト
(面光源)BLから照射光Laを入射させ、この照射光
Laがダブルゲート型フォトセンサ10(詳しくは、ボ
トムゲート電極22、ドレイン電極12、ソース電極1
3)の形成領域を除く、透明な絶縁性基板19と絶縁膜
15、16、20を透過して、透明電極層30上の指紋
検出面(画像読み取り面)30aに載置された指(被検
出体)40に照射される。FIG. 6 is a cross-sectional view of the essential parts of a fingerprint image reading apparatus (image sensor section) to which the above-described photo sensor system is applied. Here, for convenience of explanation and illustration, hatching showing a cross-sectional portion of the photo sensor system is omitted. As shown in FIG. 6, in an image reading device that reads an image pattern such as a fingerprint, a backlight (surface light source) provided below an insulating substrate 19 such as a glass substrate on which the double-gate photosensor 10 is formed. ) Irradiation light La is made incident from BL, and this irradiation light La is generated by the double gate photosensor 10 (specifically, bottom gate electrode 22, drain electrode 12, source electrode 1).
The transparent insulating substrate 19 and the insulating films 15, 16 and 20 except the region 3) are penetrated and the finger (covered) placed on the fingerprint detection surface (image reading surface) 30a on the transparent electrode layer 30. It is irradiated to the detection body) 40.
【0055】そして、指紋読み取り装置による指紋の検
出時においては、指40の皮膚表層41の半透明層が、
フォトセンサアレイ100の最上層に形成された透明電
極層30に接触することにより、透明電極層30と皮膚
表層41との間の界面に屈折率の低い空気層がなくな
る。ここで、皮膚表層41の厚さは、650nmより厚
いため、指紋42の凸部42aにおいて内部に入射され
た光Laは、皮膚表層41内を散乱、反射しながら伝搬
する。伝搬された光Lbの一部は、透明電極層30、透
明絶縁膜20、15、14及びトップゲート電極21を
透過してダブルゲート型フォトセンサ10の半導体層1
1に励起光として入射される。このように、指40の凸
部42aに対応する位置に配置されたダブルゲート型フ
ォトセンサ10の半導体層11に光が入射されて生成さ
れるキャリヤ(正孔)が蓄積されることにより、上述し
た一連の駆動制御方法にしたがって、指40の画像パタ
ーンを明暗情報として読み取ることができる。When the fingerprint is detected by the fingerprint reader, the semi-transparent layer of the skin surface layer 41 of the finger 40 is
By contacting the transparent electrode layer 30 formed on the uppermost layer of the photosensor array 100, the air layer having a low refractive index disappears at the interface between the transparent electrode layer 30 and the skin surface layer 41. Here, since the thickness of the skin surface layer 41 is thicker than 650 nm, the light La incident inside the convex portion 42 a of the fingerprint 42 propagates while being scattered and reflected inside the skin surface layer 41. A part of the propagated light Lb is transmitted through the transparent electrode layer 30, the transparent insulating films 20, 15, 14 and the top gate electrode 21, and the semiconductor layer 1 of the double-gate photosensor 10.
1 is incident as excitation light. As described above, the carriers (holes) generated by the incident light are accumulated in the semiconductor layer 11 of the double-gate photosensor 10 arranged at the position corresponding to the convex portion 42a of the finger 40, and The image pattern of the finger 40 can be read as the light and dark information according to the series of drive control methods described above.
【0056】また、指紋42の凹部42bにおいては、
照射された光Laは、透明電極層30の指紋検出面30
aと空気層との間の界面を通過し、空気層の先の指40
に到達して皮膚表層41内で散乱するが、皮膚表層41
は空気より屈折率が高いため、ある角度で界面に入射さ
れた皮膚表層41内の光Lcは空気層に抜けにくく、凹
部42bに対応する位置に配置されたダブルゲート型フ
ォトセンサ10の半導体層11への入射が抑制される。In the concave portion 42b of the fingerprint 42,
The radiated light La is applied to the fingerprint detection surface 30 of the transparent electrode layer 30.
a passing through the interface between a and the air layer, the finger 40 at the tip of the air layer
Reach the surface and are scattered in the skin surface layer 41,
Has a higher refractive index than air, light Lc in the skin surface layer 41 incident on the interface at an angle is less likely to escape to the air layer, and the semiconductor layer of the double-gate photosensor 10 arranged at the position corresponding to the recess 42b. Incident on 11 is suppressed.
【0057】このように、透明電極層30としてITO
等の透明な導電性材料を適用していることにより、透明
電極層30上に載置された指40に照射され、散乱、反
射した光が良好に各ダブルゲート型フォトセンサ10の
半導体層11に入射されることになるので、指(被検出
体)40の読取動作における読取感度特性が悪化するこ
とがなく、被検出体の画像パターン(指紋)の読み取り
が良好に行われる。Thus, ITO is used as the transparent electrode layer 30.
By applying a transparent conductive material such as, for example, the light radiated to the finger 40 placed on the transparent electrode layer 30, scattered, and reflected is favorably applied to the semiconductor layer 11 of each double-gate photosensor 10. Therefore, the reading sensitivity characteristic in the reading operation of the finger (object to be detected) 40 is not deteriorated, and the image pattern (fingerprint) of the object to be detected is satisfactorily read.
【0058】次に、本発明に係る画像読み取り装置につ
いて、具体的な実施の形態を示して説明する。なお、以
下に示す実施形態においては、センサとして、上述した
ダブルゲート型フォトセンサを適用した場合について説
明する。Next, the image reading apparatus according to the present invention will be described with reference to specific embodiments. In the embodiment described below, a case where the above-mentioned double gate type photo sensor is applied as a sensor will be described.
【0059】図7は、本実施形態に係る画像読み取り装
置に指を載置した状態を示す概略図である。なお、ここ
では、上述したフォトセンサ及びフォトセンサシステム
の構成(図1、図6)を適宜参照しながら説明する。ま
た、図1、図6に示した構成と同等の構成については、
同一の符号を付して、その説明を簡略化又は省略する。FIG. 7 is a schematic view showing a state where a finger is placed on the image reading apparatus according to this embodiment. Note that, here, description will be given with reference to the configurations of the above-described photosensor and photosensor system (FIGS. 1 and 6) as appropriate. Further, regarding the configuration equivalent to the configuration shown in FIGS. 1 and 6,
The same reference numerals are given and the description thereof is simplified or omitted.
【0060】図7に示すように、本実施形態に係る画像
読み取り装置は、上述した構成を有するダブルゲート型
フォトセンサ10を、透光性絶縁基板19の一面側にマ
トリクス状に配列して形成されたフォトセンサアレイ1
00、及び、ダブルゲート型フォトセンサ10が配列さ
れたアレイ領域の全域に、保護絶縁膜20を介して形成
された透明電極層(透明導電膜)30からなるセンサデ
バイスPDと、透光性絶縁基板19の他面側に配置さ
れ、センサデバイスPDの上面(指紋検出面30a)に
接触された指(被検出体)40に均一な光を照射する面
光源BLと、センサデバイスPDとは離間して設けら
れ、かつ、該センサデバイスPDの周囲を取り囲むよう
に設けられた良導電体としての金属製ケース部材50
と、透明電極層30とケース部材50との間の抵抗値変
化を検出する検知回路60とを有して構成されている。As shown in FIG. 7, in the image reading apparatus according to the present embodiment, the double-gate type photosensor 10 having the above-mentioned structure is formed on one surface side of the translucent insulating substrate 19 in a matrix form. Photo sensor array 1
00, and a sensor device PD including a transparent electrode layer (transparent conductive film) 30 formed through a protective insulating film 20 over the entire array region in which the double-gate photosensors 10 are arranged, and a translucent insulation. The surface light source BL, which is arranged on the other surface side of the substrate 19 and irradiates the finger (object to be detected) 40 that is in contact with the upper surface (fingerprint detection surface 30a) of the sensor device PD with uniform light, is separated from the sensor device PD. And a metal case member 50 as a good conductor provided so as to surround the sensor device PD.
And a detection circuit 60 that detects a change in resistance value between the transparent electrode layer 30 and the case member 50.
【0061】ここで、ケース部材50には、接地電位
(GND)が与えられており、センサデバイスPDに対
して所定の間隙を有して離間して配置され、間隙内の空
気を絶縁層として電気的に絶縁されている。または、間
隙内に空気以外の所定の絶縁体(たとえば、ゴムやテフ
ロン(登録商標)など)を介在させてもよく、要は、ケ
ース部材50と、センサデバイスPDの透明電極層30
との間が電気的に絶縁されていればよい。Here, a ground potential (GND) is applied to the case member 50, and the case member 50 is spaced apart from the sensor device PD with a predetermined gap, and the air in the gap serves as an insulating layer. It is electrically isolated. Alternatively, a predetermined insulator other than air (for example, rubber or Teflon (registered trademark)) may be interposed in the gap. In short, the case member 50 and the transparent electrode layer 30 of the sensor device PD are essential.
It suffices if there is an electrical insulation between and.
【0062】また、ケース部材50は、センサデバイス
PDの周囲を取り囲むとともに、透明電極層30上の指
紋検出面30aを露出する所定の形状の開口部50aを
備えて構成されている。ケース部材50の材質は、例え
ば、クロム、アルミニウム、タングステン等から選択さ
れ、透明電極層30のITO等の透明な導電性材料より
も低抵抗率の材料(すなわち、良導電体)からなり、単
層又は複数層の導電体で構成される。Further, the case member 50 surrounds the sensor device PD and is provided with an opening 50a having a predetermined shape for exposing the fingerprint detecting surface 30a on the transparent electrode layer 30. The material of the case member 50 is selected from, for example, chromium, aluminum, tungsten, or the like, and is made of a material (that is, a good conductor) having a lower resistivity than the transparent conductive material such as ITO of the transparent electrode layer 30, It is composed of a layer or a plurality of layers of conductors.
【0063】具体的には、ケース部材50の開口部50
aは、センサデバイスPD上の指紋検出面30aに指4
0を載置した状態で、該指40が開口部50aの端部近
傍のケース部材50にも接触するような形状を有してい
る。すなわち、指40が透明電極層30及びケース部材
50の双方に接触するために適した形状を有している。Specifically, the opening 50 of the case member 50
a is the finger 4 on the fingerprint detection surface 30a on the sensor device PD.
In a state in which 0 is placed, the finger 40 has a shape such that the finger 40 also contacts the case member 50 near the end of the opening 50a. That is, the finger 40 has a shape suitable for contacting both the transparent electrode layer 30 and the case member 50.
【0064】なお、ケース部材50は、センサデバイス
PDを電気的な外乱要素や物理的な衝撃等から保護する
ためのシールドケースとしての機能を有しているもので
あってもよいし、後述するように、被検出体である指を
センサデバイスPD上の指紋検出面30aに良好に接触
するように誘導又は案内するためのガイド部材としての
機能を有しているものであってもよい。The case member 50 may have a function as a shield case for protecting the sensor device PD from an electric disturbance element, a physical shock or the like, which will be described later. As described above, it may have a function as a guide member for guiding or guiding the finger, which is the detected object, so as to make good contact with the fingerprint detection surface 30a on the sensor device PD.
【0065】ケース部材50は、透明電極層30を構成
する導電体材料よりも低抵抗率の材料で構成されるの
で、薄い厚さで十分なシート抵抗を得ることができるた
め、信号対雑音比(S/N)を十分大きくすることがで
きる。また、ケース部材50は、可視光や紫外線を反射
あるいは吸収する性質を有し、トップゲートドライバ1
10、ボトムゲートドライバ120及びドレインドライ
バ130を覆うように配置されているので、このような
ドライバ110、120、130に外光が直接入射する
ことを防止することができ、劣化を抑制することができ
る。Since the case member 50 is made of a material having a resistivity lower than that of the conductor material forming the transparent electrode layer 30, it is possible to obtain a sufficient sheet resistance with a small thickness, so that the signal-to-noise ratio is low. (S / N) can be made sufficiently large. Further, the case member 50 has a property of reflecting or absorbing visible light and ultraviolet rays, and thus the top gate driver 1
10, the bottom gate driver 120 and the drain driver 130 are arranged so as to be covered, so that it is possible to prevent external light from directly entering the drivers 110, 120, and 130, and suppress deterioration. it can.
【0066】図8は、検知回路60の具体的な構成図で
ある。検知回路60は、透明電極層30と接地電位(G
ND)との間に並列接続された入力保護ダイオード61
と、この入力保護ダイオード61に並列接続された第1
抵抗素子62と、一端を第1抵抗素子62に接続すると
共に他端を直流定電圧Vccに接続した第2抵抗素子63
と、第1抵抗素子62と第2抵抗素子63との接続点
(以下「A点」という)の電位をANF(増幅率)1で
増幅するボルテージフォロワ64と、直流定電圧Vccと
接地電位との間に接続された可変抵抗素子65と、可変
抵抗素子65から取り出された可変電圧Vrとボルテー
ジフォロワ64の出力電位Voとを比較してその比較結
果に応じた二値論理信号Vfを出力するコンパレータ6
6と、コンパレータ66の出力電位のプルアップ抵抗6
7とを有している。ここで、第1抵抗素子62と第2抵
抗素子63は分圧手段68を構成する。FIG. 8 is a specific configuration diagram of the detection circuit 60. The detection circuit 60 includes a transparent electrode layer 30 and a ground potential (G
Input protection diode 61 connected in parallel with ND)
And the first protection diode 61 connected in parallel
A resistance element 62 and a second resistance element 63 having one end connected to the first resistance element 62 and the other end connected to a DC constant voltage Vcc.
And a voltage follower 64 that amplifies the potential at the connection point (hereinafter referred to as “point A”) between the first resistance element 62 and the second resistance element 63 with ANF (amplification factor) 1, the DC constant voltage Vcc, and the ground potential. The variable resistance element 65 connected between the variable resistance element 65 and the variable voltage Vr extracted from the variable resistance element 65 is compared with the output potential Vo of the voltage follower 64, and the binary logic signal Vf corresponding to the comparison result is output. Comparator 6
6 and a pull-up resistor 6 for the output potential of the comparator 66.
7 and 7. Here, the first resistance element 62 and the second resistance element 63 form a voltage dividing means 68.
【0067】このような構成において、ケース部材50
と透明電極層30とに指40が接触していない場合、ケ
ース部材50と透明電極層30との間の電気的抵抗値R
Lは、ほぼ無限大相当の高い抵抗値(以下「Rmax」と
する)になっている。この高抵抗状態における分圧手段
のA点の電位(以下「Vmax」とする)は、第1抵抗素
子62の抵抗値をR62、第2抵抗素子63の抵抗値をR
63とすると、次式(1)で与えられる。In such a structure, the case member 50
When the finger 40 is not in contact with the transparent electrode layer 30, the electrical resistance value R between the case member 50 and the transparent electrode layer 30.
L has a high resistance value (hereinafter referred to as “Rmax”) that is substantially infinite. The potential at point A (hereinafter referred to as “Vmax”) of the voltage dividing means in this high resistance state is R 62 when the resistance value of the first resistance element 62 is R 62 , and R is the resistance value of the second resistance element 63.
If it is 63 , it is given by the following equation (1).
【0068】Vmax=i×R62 ・・・・(1) ここで、i=Vcc/(R62+R63) ・・・・(2) であるから、 Vmax=〔Vcc/(R62+R63)〕×R62 ・・・・(3) となる。Vmax = i × R 62 (1) Here, since i = Vcc / (R 62 + R 63 ) ... (2), Vmax = [Vcc / (R 62 + R 63). )] × R 62 ... (3)
【0069】今、説明を簡単化するために、「R62=R
63=1kΩ」とすると、上式(3)は、
Vmax=(Vcc/2kΩ)×1kΩ ・・・・(4)
となり、
Vmax=Vcc/2 ・・・・(5)
となる。Now, in order to simplify the explanation, "R 62 = R
63 = 1 kΩ ”, the above formula (3) becomes Vmax = (Vcc / 2kΩ) × 1kΩ ... (4), and Vmax = Vcc / 2 ... (5).
【0070】一方、ケース部材50と透明電極層30と
に指40が接触した場合、ケース部材50と透明電極層
30との間の電気的抵抗値RLは、指40の皮膚抵抗相
当の低い抵抗値(以下「Rmin」とする)になってい
る。この低抵抗状態における分圧手段のA点の電位(以
下「Vmin」とする)は、説明の便宜上、Rmin=0.5
kΩとすると、次式(6)で与えられる。On the other hand, when the finger 40 contacts the case member 50 and the transparent electrode layer 30, the electrical resistance value RL between the case member 50 and the transparent electrode layer 30 is as low as the skin resistance of the finger 40. It has a value (hereinafter referred to as "Rmin"). The potential at point A of the voltage dividing means (hereinafter referred to as “Vmin”) in the low resistance state is Rmin = 0.5 for convenience of explanation.
If kΩ, it is given by the following equation (6).
【0071】 となる。[0071] Becomes
【0072】すなわち、ケース部材50と透明電極層3
0とに指40が接触していない場合の分圧手段のA点の
電位(Vmax)と、ケース部材50と透明電極層30と
に指40が接触した場合の分圧手段のA点の電位(Vmi
n)は、式(5)と式(6)より、Vmax>Vminの関係
になるから、しきい値電圧Vrを、Vmaxよりも小さく
且つVminよりも大きい適切な値に設定しておくことに
より、コンパレータ66でそのA点の電位変化を二値論
理信号Vfに変換して出力することができる。That is, the case member 50 and the transparent electrode layer 3
The potential at point A (Vmax) of the voltage dividing means when the finger 40 is not in contact with 0 and the potential at point A of the voltage dividing means when the finger 40 is in contact with the case member 50 and the transparent electrode layer 30. (Vmi
Since n) has a relationship of Vmax> Vmin from the equations (5) and (6), it is necessary to set the threshold voltage Vr to an appropriate value that is smaller than Vmax and larger than Vmin. The comparator 66 can convert the potential change at the point A into a binary logic signal Vf and output it.
【0073】したがって、本実施の形態によれば、セン
サデバイスPDの上面を透明電極層30で覆うと共に、
その透明電極層30を、前記従来技術(図10(b)参
照)のように透明絶縁膜2bや間隙を介して離間して配
置することなく、一体的なものとしているので、指紋画
像に不要な画像が入り込まず、読み取り画質を良好なも
のとして照合性能の向上を図ることができるという格別
の効果が得られる。Therefore, according to the present embodiment, the upper surface of the sensor device PD is covered with the transparent electrode layer 30, and
It is not necessary for the fingerprint image because the transparent electrode layer 30 is integrated without being disposed separately from the transparent insulating film 2b or the gap as in the prior art (see FIG. 10B). It is possible to obtain a special effect that the collation performance can be improved by making the read image quality good without introducing such an image.
【0074】また、ケース部材50と透明電極層30と
に指40が接触しているか否かを、ケース部材50と透
明電極層30との間の電気的抵抗値RLの変化で検出す
ることができ、照合動作の開始を指示するためのワンタ
ッチ起動信号(二値論理信号Vf)を生成出力すること
ができる。Whether or not the finger 40 is in contact with the case member 50 and the transparent electrode layer 30 can be detected by the change in the electrical resistance value RL between the case member 50 and the transparent electrode layer 30. It is possible to generate and output a one-touch activation signal (binary logic signal Vf) for instructing the start of the matching operation.
【0075】また、指40を介して画像読み取り装置
(センサデバイスPD、検知回路60側)に印加される
静電気等の過大入力電圧を入力保護ダイオード61を介
して接地電位に逃がすことができ、画像読み取り装置を
保護することができる。なお、入力保護ダイオード61
は、図示の例では一方向性ダイオードとしているが、こ
れに限定されない。一対のダイオードを逆向きに並列接
続した双方向性ダイオードの構成としてもよい。一方、
指40を介してケース部材50に印加される静電気等の
過大入力電圧は、そのまま接地電位に放電される。Further, an excessive input voltage such as static electricity applied to the image reading device (sensor device PD, detection circuit 60 side) via the finger 40 can be released to the ground potential via the input protection diode 61. The reader can be protected. The input protection diode 61
Is a unidirectional diode in the illustrated example, but is not limited to this. A bidirectional diode may be formed by connecting a pair of diodes in parallel in opposite directions. on the other hand,
Excessive input voltage such as static electricity applied to the case member 50 via the finger 40 is directly discharged to the ground potential.
【0076】また、上述した実施形態においては、図7
に示したように、ケース部材50の形状としてセンサデ
バイスPDの周囲を取り囲み、かつ、透明電極層30を
露出する矩形の開口部50aを有するものを適用した場
合について説明したが、上述したように、本発明におい
ては、透明電極層30及びケース部材50の双方に指が
接触する必要があるので、ケース部材50に被検出体を
指紋検出面30aに良好に接触させるための誘導又は案
内部材としての機能を付加したものを適用してもよい。
具体的には、例えば、図9に示すように、ケース部材5
0の形状として、被検出体となる指40の形状に対応さ
せて略長円あるいは楕円形状の開口部50bを設け、指
紋読み取り装置の利用者に対して、指40の載置位置や
方向等を視覚的に認識させて、該長円の開口部50bの
指紋検出面30aに指40を良好に接触させるととも
に、ケース部材50の端部にも指40を接触させること
により、上述した本実施形態に係る作用効果を良好に得
ることができる。Further, in the above-described embodiment, FIG.
As described above, the case member 50 having a rectangular opening 50a which surrounds the sensor device PD and exposes the transparent electrode layer 30 has been described as the shape of the case member 50. In the present invention, since it is necessary for the finger to contact both the transparent electrode layer 30 and the case member 50, the case member 50 serves as a guiding or guiding member for bringing the object to be detected into good contact with the fingerprint detection surface 30a. You may apply what added the function of.
Specifically, for example, as shown in FIG.
As a shape of 0, a substantially elliptical or elliptical opening 50b is provided in correspondence with the shape of the finger 40 to be detected, and the placement position, direction, etc. of the finger 40 are provided to the user of the fingerprint reading device. By visually recognizing that the finger 40 is brought into good contact with the fingerprint detection surface 30a of the opening 50b of the ellipse, and the finger 40 is also brought into contact with the end portion of the case member 50. It is possible to satisfactorily obtain the function and effect of the form.
【0077】また、上述した実施形態においては、ケー
ス部材50を接地電位(GND)に接続し、透明電極層
30を検知回路60に接続しているが、これを逆にする
ことも可能である。すなわち、ケース部材50を検知回
路60に接続し、透明電極層30を接地電位(GND)
に接続してもよい。ただし、前記実施形態に示したよう
に、ケース部材50を接地電位に接続した構成を採用す
ることにより、金属に比較して抵抗値の高いITO等か
らなる透明電極層30を接地電位に接続する構成に比較
して、良導体である金属等により形成されたケース部材
50を介して人体の静電気を良好に接地電位に放電する
ことができるので、人体の静電気放電(静電気除去)の
観点からはより好ましい。Further, in the above-described embodiment, the case member 50 is connected to the ground potential (GND) and the transparent electrode layer 30 is connected to the detection circuit 60, but this can be reversed. . That is, the case member 50 is connected to the detection circuit 60, and the transparent electrode layer 30 is connected to the ground potential (GND).
You may connect to. However, as shown in the above embodiment, by adopting the configuration in which the case member 50 is connected to the ground potential, the transparent electrode layer 30 made of ITO or the like having a higher resistance value than metal is connected to the ground potential. Compared to the configuration, the static electricity of the human body can be discharged to the ground potential satisfactorily via the case member 50 formed of a metal such as a good conductor. Therefore, from the viewpoint of electrostatic discharge (elimination of static electricity) of the human body, preferable.
【0078】さらに、上述した実施形態においては、セ
ンサとしてダブルゲート型フォトセンサを適用した場合
について示したが、本発明に適用されるセンサは、この
ダブルゲート型フォトセンサに限定されるものではな
く、フォトダイオードやTFT等、他の構成のフォトセ
ンサを用いたフォトセンサシステムに対しても同様に適
用することができる。また、上記の実施形態では、光学
式のいわゆるフォトセンサであったが、例えば、指の凹
凸に応じて変位する容量を読み取り、しきい値を設定し
た容量式センサを適用することもでき、要するに、複数
のセンサの各々から出力される信号成分(電圧や変位電
圧等)を検出し、各信号成分毎のセンサの個数(頻度)
を観測することにより得られる、上記信号成分に対する
頻度の変化傾向に基づいて、被検出体の画像パターンに
含まれる特徴部分を判別する構成及び手法を有するセン
サシステムであれば、本発明に係る画像読み取り装置を
良好に適用することができる。Further, in the above-mentioned embodiment, the case where the double gate type photosensor is applied as the sensor is shown, but the sensor applied to the present invention is not limited to this double gate type photosensor. The same can be applied to a photo sensor system using a photo sensor having another configuration such as a photodiode or a TFT. Further, in the above-described embodiment, the optical so-called photo sensor is used. However, for example, it is possible to read a capacitance that is displaced according to the unevenness of a finger, and to apply a capacitive sensor in which a threshold value is set. , The signal component (voltage, displacement voltage, etc.) output from each of the multiple sensors is detected, and the number of sensors (frequency) for each signal component
If the sensor system has a configuration and a method for determining a characteristic portion included in the image pattern of the detected object, based on the tendency of change in frequency with respect to the signal component obtained by observing The reader can be applied well.
【0079】また、以上の説明では“指紋”を例にした
が、本発明はこれに限定されるものではなく、要する
に、恣意的に変化させることが出来ない人体の生物学的
特徴であって、画像読み取り可能なものであればよく、
たとえば、“顔貌”や“網膜の血管パターン”などの読
み取りにも適用することができる。In the above description, the "fingerprint" is taken as an example, but the present invention is not limited to this. In short, it is a biological characteristic of the human body that cannot be arbitrarily changed. , As long as it can read images,
For example, it can be applied to reading "face" and "vascular pattern of retina".
【0080】[0080]
【発明の効果】本発明に係る画像読み取り装置によれ
ば、透明導電膜と良導電体とにより、被検出体の接触面
が形成され、この接触面における透明導電膜と良導電体
との間の電気的抵抗値が、被検出体の非接触時にほぼ無
限大相当、被検出体の接触時に該被検出体の表面抵抗
(被検出体が人体の指である場合はその皮膚抵抗)相当
になり、非接触時と接触時で電気的抵抗値の二値的変化
が得られるので、この抵抗値変化から被検出体の接触を
ワンタッチで判定することができる。したがって、従来
技術に示した容量検知方式の画像読み取り装置のよう
に、センサデバイス自体の容量の影響を受けて、被検出
体の接触状態の判定が不安定又は困難になるという問題
を回避することができる。According to the image reading apparatus of the present invention, the contact surface of the object to be detected is formed by the transparent conductive film and the good conductor, and the contact surface between the transparent conductive film and the good conductor is formed. The electrical resistance value of is equivalent to infinity when the object is not in contact, and the surface resistance of the object when the object is in contact (the skin resistance when the object is a human finger) That is, since a binary change in the electric resistance value can be obtained at the time of non-contact and at the time of contact, it is possible to judge the contact of the detection object with one touch from the change in the resistance value. Therefore, it is possible to avoid the problem that the determination of the contact state of the detection target becomes unstable or difficult due to the influence of the capacitance of the sensor device itself, as in the image reading apparatus of the capacitance detection method described in the related art. You can
【0081】さらに、前記画像センサ部の画像読み取り
面が透明導電膜で一体的に覆われるため、従来技術のよ
うに、画像センサ部によって読み取られた被検出体の画
像に不要な仕切り線(従来技術の場合、透明絶縁膜2b
や間隙の境界線)が入ってしまうことがなく、その結
果、良好な画質が得られ、たとえば、指紋照合システム
に適用した場合に指紋照合の性能低下を招くことがな
い。Furthermore, since the image reading surface of the image sensor section is integrally covered with the transparent conductive film, unnecessary partition lines (conventional partition lines) are conventionally added to the image of the object read by the image sensor section as in the prior art. In the case of technology, transparent insulating film 2b
And a boundary line of a gap are not included, and as a result, good image quality is obtained, and for example, when applied to a fingerprint matching system, the performance of fingerprint matching is not deteriorated.
【0082】また、上述した画像読み取り装置におい
て、前記良導電体は、前記画像センサ部の画像読み取り
面を保護するための金属製ケースであるので、部品点数
の削減を図り、製造コストを低減できる。Further, in the above-mentioned image reading apparatus, since the good conductor is a metal case for protecting the image reading surface of the image sensor section, the number of parts can be reduced and the manufacturing cost can be reduced. .
【0083】また、上述した画像読み取り装置におい
て、前記判定手段は、前記透明導電膜と前記良導電体と
の間の抵抗値が、前記絶縁体の抵抗値から所定のマージ
ンだけ低く設定された基準抵抗値を下回る場合に、前記
被検出体の接触を判定するので、被検出体非接触時の抵
抗値と接触時の抵抗値との変化に基づいて、被検出体の
接触を判定することができる。Further, in the above-mentioned image reading apparatus, the judging means is a criterion that the resistance value between the transparent conductive film and the good conductor is set lower than the resistance value of the insulator by a predetermined margin. When it is lower than the resistance value, the contact of the detected object is determined, and therefore, the contact of the detected object can be determined based on the change in the resistance value when the detected object is not in contact and the contact value. it can.
【0084】また、上述した画像読み取り装置におい
て、前記判定手段は、所定の直流定電圧を抵抗分圧して
分圧電圧を発生する分圧手段を備え、該分圧電圧を前記
透明導電膜と前記良導電体に印加し、前記透明導電膜と
前記良導電体との間の電圧値が、前記絶縁体を負荷抵抗
とした場合の負荷抵抗両端電圧値から所定のマージンだ
け低く設定された基準電圧値を下回る場合に、前記被検
出体の接触を判定するので、被検出体非接触時の電圧値
と接触時の電圧値との変化に基づいて、被検出体の接触
を判定することができる。したがって、従来技術に示し
た容量検知方式の画像読み取り装置のように、被検出体
の接触状態を微小な容量の変化から判定するために、高
感度且つ複雑な構成を必要としないので、判定手段(検
出回路)の構成を簡素化して、製品コストの低減を図る
ことができる。Further, in the above-mentioned image reading apparatus, the judging means includes a voltage dividing means for resistance-dividing a predetermined DC constant voltage to generate a divided voltage, and the divided voltage is supplied to the transparent conductive film and the transparent conductive film. A reference voltage applied to a good conductor, and a voltage value between the transparent conductive film and the good conductor is set lower than a voltage value across the load resistance when the insulator is a load resistance by a predetermined margin. When it is less than a value, the contact of the detected object is determined, so that the contact of the detected object can be determined based on the change between the voltage value when the detected object is not in contact and the voltage value when the detected object is in contact. . Therefore, unlike the capacitance detection type image reading apparatus shown in the prior art, it is not necessary to have a highly sensitive and complicated structure for determining the contact state of the object to be detected from a minute change in capacitance. It is possible to simplify the configuration of the (detection circuit) and reduce the product cost.
【0085】また、上述した画像読み取り装置におい
て、上記センサは、半導体層からなるチャネル領域を挟
んで形成されたソース電極及びドレイン電極と、少なく
とも前記チャネル領域の上方及び下方に各々絶縁膜を介
して形成された第1のゲート電極及び第2のゲート電極
と、を有し、第1のゲート電極にリセットパルスを印加
してセンサを初期化し、ドレイン電極にプリチャージパ
ルスを印加した後、第2のゲート電極に読み出しパルス
を印加することにより、初期化終了から読み出しパルス
の印加までの電荷蓄積期間に、チャネル領域に蓄積され
た電荷に対応する電圧を出力電圧として出力し、上記画
像読み取り装置は、プリチャージパルスに係る信号電圧
と出力電圧との差分を、上記画像信号として観測するも
のであってもよい。In the above-mentioned image reading apparatus, the sensor includes a source electrode and a drain electrode formed by sandwiching a channel region made of a semiconductor layer, and at least an insulating film above and below the channel region. A first gate electrode and a second gate electrode which are formed, a reset pulse is applied to the first gate electrode to initialize the sensor, and a precharge pulse is applied to the drain electrode; By applying a read pulse to the gate electrode of, the voltage corresponding to the charge accumulated in the channel region is output as an output voltage during the charge accumulation period from the end of initialization to the application of the read pulse, and the image reading apparatus described above The difference between the signal voltage related to the precharge pulse and the output voltage may be observed as the image signal.
【0086】これにより、センサアレイを構成するセン
サを薄型化、小型化することができるとともに、読取画
素を高密度化して被検出体の画像パターンを高精細な画
像として読み取ることができる。この場合、センサが薄
膜化されることにより、静電気耐性が低下するが、上述
したような透明電極層及びケース部材が逆並列ダイオー
ド回路を介して接地電位に接続された、静電気除去のた
めの構成を備えることにより、ダブルゲート型フォトセ
ンサからなるセンサアレイを本発明に係る画像読み取り
装置に良好に適用することができる。As a result, the sensors forming the sensor array can be made thin and compact, and the density of the read pixels can be increased to read the image pattern of the object to be detected as a high-definition image. In this case, the thinning of the sensor reduces the static electricity resistance, but the above-mentioned transparent electrode layer and the case member are connected to the ground potential via the antiparallel diode circuit, and the structure for static electricity removal is provided. With the above configuration, the sensor array including the double gate type photo sensor can be favorably applied to the image reading apparatus according to the present invention.
【0087】また、上記画像読み取り装置において、良
導電体としての金属製ケースは、被検出体が透明導電膜
に正規に接触するように誘導するためのガイド機能を備
えているものであってもよく、例えば、検知面となる透
明電極膜に指等の被検出体が良好かつ正常に接触可能な
ように、被検出体の載置位置や方向等を誘導又は案内す
る構成を有している。Further, in the above-mentioned image reading apparatus, the metal case as the good conductor may have a guide function for guiding the object to be detected so as to make regular contact with the transparent conductive film. Well, for example, it is configured to guide or guide the placement position, direction, etc. of the detection target so that the detection target such as a finger can contact the transparent electrode film serving as the detection surface satisfactorily and normally. .
【0088】これにより、被検出体が常に検知面の所定
の位置に載置されることになるので、画像パターンを一
定条件下で精度良く読み取ることができるとともに、被
検出体を透明導電膜及び金属製ケースの双方に確実かつ
良好に接触させることができるので、画像読取動作の起
動動作を良好に実行することができる。As a result, the object to be detected is always placed at a predetermined position on the detection surface, so that the image pattern can be accurately read under certain conditions, and the object to be detected is a transparent conductive film and a transparent conductive film. Since it is possible to reliably and satisfactorily contact both of the metal cases, it is possible to satisfactorily execute the startup operation of the image reading operation.
【図1】本発明に係る画像読み取り装置に適用されるダ
ブルゲート型フォトセンサの概略構成を示す断面構造図
である。FIG. 1 is a cross-sectional structural view showing a schematic configuration of a double-gate type photosensor applied to an image reading apparatus according to the present invention.
【図2】ダブルゲート型フォトセンサの基本的な駆動制
御方法の一例を示すタイミングチャートである。FIG. 2 is a timing chart showing an example of a basic drive control method of a double gate type photo sensor.
【図3】ダブルゲート型フォトセンサの動作概念図であ
る。FIG. 3 is an operation conceptual diagram of a double gate type photo sensor.
【図4】ダブルゲート型フォトセンサの出力電圧の光応
答特性を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an optical response characteristic of an output voltage of a double gate type photo sensor.
【図5】ダブルゲート型フォトセンサを2次元配列して
構成されるフォトセンサアレイを備えたフォトセンサシ
ステムの概略構成図である。FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a photosensor system including a photosensor array configured by arranging double-gate photosensors two-dimensionally.
【図6】ダブルゲート型フォトセンサを備えたフォトセ
ンサシステムを適用した画像読み取り装置(指紋読み取
り装置)の要部断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a main part of an image reading device (fingerprint reading device) to which a photo sensor system including a double gate type photo sensor is applied.
【図7】本発明に係る画像読み取り装置を指紋読み取り
装置に適用した場合の一実施形態を示す概略構成図であ
る。FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing an embodiment when the image reading device according to the present invention is applied to a fingerprint reading device.
【図8】検知回路の構成図である。FIG. 8 is a configuration diagram of a detection circuit.
【図9】本実施形態に係る指紋読み取り装置への被検出
体(指)の非接触状態及び接触状態における回路機能を
示す等価回路である。分布特性図である。FIG. 9 is an equivalent circuit showing a circuit function in a non-contact state and a contact state of an object to be detected (finger) to the fingerprint reading device according to the present embodiment. It is a distribution characteristic diagram.
【図10】従来技術における画像読み取り装置の一構成
例を示す概略構成図である。FIG. 10 is a schematic configuration diagram showing a configuration example of an image reading apparatus in a conventional technique.
Vcc 直流定電圧 10 ダブルゲート型フォトセンサ(画像センサ部) 11 半導体層(チャネル領域) 12 ドレイン電極 13 ソース電極 21 トップゲート電極(第1のゲート電極) 22 ボトムゲート電極(第2のゲート電極) 30 透明電極層(透明導電膜) 30a 指紋検出面(画像読み取り面) 40 指(被検出体) 50 ケース部材(良導電体、金属製ケース) 60 検知回路(判定手段) 68 分圧手段 Vcc DC constant voltage 10 Double gate type photo sensor (image sensor section) 11 Semiconductor layer (channel region) 12 drain electrode 13 Source electrode 21 Top gate electrode (first gate electrode) 22 Bottom gate electrode (second gate electrode) 30 Transparent electrode layer (transparent conductive film) 30a Fingerprint detection surface (image reading surface) 40 fingers (object to be detected) 50 case members (good conductor, metal case) 60 Detection circuit (determination means) 68 partial pressure means
Claims (6)
体の画像を読み取り、その画像信号を出力する画像セン
サ部を有する画像読み取り装置において、 前記画像センサ部の画像読み取り面を一体的に覆う透明
導電膜と、 前記透明導電膜の外縁またはその外縁上の任意位置に設
けられた良導電体と、 前記透明導電膜と前記良導電体との間を電気的に絶縁す
る絶縁体と、 前記透明導電膜と前記良導電体との間の抵抗値の変化に
基づいて前記被検出体の接触を判定する判定手段とを備
え、 前記透明導電膜と前記良導電体とにより前記被検出体の
接触面を形成するように構成したことを特徴とする画像
読み取り装置。1. An image reading apparatus having an image sensor section for reading an image of a detection object brought into contact with the image reading surface and outputting an image signal thereof, wherein the image reading surface of the image sensor section is integrally covered. A transparent conductive film, an outer edge of the transparent conductive film or a good conductor provided at an arbitrary position on the outer edge, an insulator electrically insulating between the transparent conductive film and the good conductor, A determination means for determining contact of the detection object based on a change in resistance value between the transparent conductive film and the good conductor, the transparent conductive film and the good conductor of the detection object An image reading apparatus characterized in that it is configured to form a contact surface.
像読み取り面を保護するための金属製ケースであること
を特徴とする請求項1記載の画像読み取り装置。2. The image reading device according to claim 1, wherein the good conductor is a metal case for protecting an image reading surface of the image sensor unit.
良導電体との間の抵抗値が、前記絶縁体の抵抗値から所
定のマージンだけ低く設定された基準抵抗値を下回る場
合に、前記被検出体の接触を判定することを特徴とする
請求項1記載の画像読み取り装置。3. The determination means, when a resistance value between the transparent conductive film and the good conductor is lower than a reference resistance value set lower than a resistance value of the insulator by a predetermined margin, The image reading apparatus according to claim 1, wherein the contact of the detected object is determined.
抗分圧して分圧電圧を発生する分圧手段を備え、 該分圧電圧を前記透明導電膜と前記良導電体の何れか一
方に印加するとともに、他方を接地電位とし、 前記透明導電膜と前記良導電体との間の電位差が、前記
絶縁体を負荷抵抗とした場合の負荷抵抗両端電圧値から
所定のマージンだけ低く設定された基準電圧値を下回る
場合に、前記被検出体の接触を判定することを特徴とす
る請求項1記載の画像読み取り装置。4. The determining means includes voltage dividing means for resistively dividing a predetermined direct current constant voltage to generate a divided voltage, and the divided voltage is either one of the transparent conductive film and the good conductor. And the other is ground potential, the potential difference between the transparent conductive film and the good conductor is set lower than the voltage value across the load resistance when the insulator is a load resistance by a predetermined margin. The image reading apparatus according to claim 1, wherein the contact of the object to be detected is determined when the value is lower than the reference voltage value.
チャネル領域を挟んで形成されたソース電極及びドレイ
ン電極と、少なくとも前記チャネル領域の上方及び下方
に各々絶縁膜を介して形成された第1のゲート電極及び
第2のゲート電極とを有し、 前記第1のゲート電極にリセットパルスを印加して前記
センサを初期化し、前記ドレイン電極にプリチャージパ
ルスを印加した後、前記第2のゲート電極に読み出しパ
ルスを印加することにより、前記初期化終了から前記読
み出しパルスの印加までの電荷蓄積期間に、前記チャネ
ル領域に蓄積された電荷に対応する電圧を出力電圧とし
て出力し、 前記画像読み取り装置は、前記プリチャージパルスに係
る信号電圧と前記出力電圧との差分を、前記画像信号と
して観測することを特徴とする請求項1記載の画像読み
取り装置。5. The image sensor unit includes a source electrode and a drain electrode formed by sandwiching a channel region made of a semiconductor layer, and a first electrode formed at least above and below the channel region with an insulating film interposed therebetween. A gate electrode and a second gate electrode, wherein a reset pulse is applied to the first gate electrode to initialize the sensor, and a precharge pulse is applied to the drain electrode, and then the second gate By applying a read pulse to the electrodes, a voltage corresponding to the charge accumulated in the channel region is output as an output voltage during the charge accumulation period from the end of initialization to the application of the read pulse, and the image reading device Is observing the difference between the signal voltage related to the precharge pulse and the output voltage as the image signal. Image reading apparatus of claim 1, wherein.
明導電膜に正規に接触するように誘導するためのガイド
機能を備えていることを特徴とする請求項1記載の画像
読取装置。6. The image reading apparatus according to claim 1, wherein the good conductor has a guide function for guiding the detected body so as to come into regular contact with the transparent conductive film. .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001347205A JP2003150943A (en) | 2001-11-13 | 2001-11-13 | Image reader |
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JP2001347205A JP2003150943A (en) | 2001-11-13 | 2001-11-13 | Image reader |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2003150943A true JP2003150943A (en) | 2003-05-23 |
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ID=19160246
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country | Link |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20110025835A1 (en) | 2004-11-15 | 2011-02-03 | Nec Corporation | Apparatus for Inputing Biometrical Feature |
US8374406B2 (en) | 2006-04-28 | 2013-02-12 | Nec Corporation | Image reading apparatus for feature image of live body |
-
2001
- 2001-11-13 JP JP2001347205A patent/JP2003150943A/en active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US20110025835A1 (en) | 2004-11-15 | 2011-02-03 | Nec Corporation | Apparatus for Inputing Biometrical Feature |
US7903847B2 (en) | 2004-11-15 | 2011-03-08 | Nec Corporation | Apparatus for inputting biometrical feature |
US8170301B2 (en) | 2004-11-15 | 2012-05-01 | Nec Corporation | Apparatus for inputting biometrical feature |
US8374406B2 (en) | 2006-04-28 | 2013-02-12 | Nec Corporation | Image reading apparatus for feature image of live body |
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