JP4238609B2 - Image reading apparatus and drive adjustment method thereof - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像読取装置及びその駆動調整方法に関し、特に、画像読取用のセンサから出力されるアナログ信号をデジタル変換し、該デジタル信号に基づいて所望の被写体の画像情報を取得する画像読取装置、及び、該画像読取装置における最適な読取感度及び駆動電圧の調整方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、印刷物や写真、指紋等の被写体画像を読み取る画像読取装置として、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の光電変換素子（フォトセンサ）をライン状又はマトリクス状に配列して構成されるフォトセンサアレイを備え、該フォトセンサアレイ上の検知面に載置された被写体に対して、照射光を照射し、その反射光を各フォトセンサにより読み取り電気信号に変換することにより、被写体画像を読み取る構造が知られている。
【０００３】
ここで、ＣＣＤは、周知の通り、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り、デジタルビデオカメラや複写機等、様々な撮像装置や画像読取装置に適用されている。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、各フォトセンサごとに個別に設ける必要があるため、検出精度の向上等に伴って検出画素数を増大させると、システムの構成が大型化するという問題を有している。
【０００４】
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、例えば、特許文献１等に記載されているように、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、いわゆる、ダブルゲート構造を有する薄膜トランジスタ（以下、「ダブルゲート型フォトセンサ」と記す）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。ダブルゲート型フォトセンサの具体的な構成や制御方法については詳しく後述することとする。
【０００５】
なお、特許文献１には、上記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適用した画像読取装置（フォトセンサシステム）において、正規の画像読取動作に先立って、読取感度を段階的に変化させて被写体画像を読み込み、各読取感度ごとの明度データのデータ範囲（最大値と最小値の差分）を算出し、これらのデータ範囲のうち、最も大きいデータ範囲を示す読取感度（ダブルゲート型フォトセンサの光蓄積期間）を求めることにより、良好なコントラストを有する画像データを取得することができる感度調整方法が記載されている。
【０００６】
ところで、上述したようなＣＣＤやダブルゲート型フォトセンサからなるフォトセンサアレイを適用した画像読取装置においては、特許文献１等にも記載されているように、一般に、フォトセンサから出力される検出信号（アナログ信号）をアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換処理して、デジタル信号からなる階調データに変換し、この階調データに基づいて被写体画像を生成する信号処理が行われている。
【０００７】
ここで、検出信号のアナログ−デジタル変換処理においては、ハイレベル（例えば、黒画像パターン読取時）及びローレベル（例えば、白画像パターン読取時）を規定する基準電圧を設定し、該基準電圧に基づく電圧範囲を階調数で分割し、上記検出信号のアナログ電圧を各階調電圧に対応させることにより、デジタル値に変換する手法が採用されている。そして、従来技術においては、上記ハイレベルを規定する基準電圧として例えば５Ｖ、ローレベルの場合では０Ｖとなるように、固定された一定電圧に設定されていた。
【０００８】
【特許文献１】
特許第３１１６９５０号公報 （第７頁〜第８頁、図３〜図５）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来における、アナログ−デジタル変換処理に用いる基準電圧を固定的に設定した構成においては、センサパネルごとの製造バラツキ等によりフォトセンサの出力特性（出力電圧）にバラツキが生じた場合、被写体画像のコントラストに対応した階調が表現されないという問題を有していた。
【００１０】
具体的には、例えば、上述したように黒画像パターンとして５Ｖの検出電圧が得られ、白画像パターンとして０Ｖの検出電圧が得られる場合に対応してＡ／Ｄ変換器の基準電圧が設定されているにもかかわらず、フォトセンサの出力特性のバラツキにより、黒画像パターンの読取時に４Ｖ、白画像パターンの読取時に１Ｖの検出電圧しか得られない場合（すなわち、電圧幅３Ｖ）には、予めアナログ−デジタル変換処理に設定された基準電圧の電圧範囲（５Ｖ）を適用すると、階調データの階調数が少なくなってしまい、該階調データではコントラストの幅が狭くなって、充分な階調表現を実現することができないという問題を有していた。
【００１１】
また、従来、画像読取装置に明確な白黒の画像パターンを有する基準試料を備えて、基準電圧の設定を、この基準試料の読取結果に基づいて行うようにする構成が知られているが、本願発明者らがこのような基準試料に基づくフォトセンサの検出信号（検出電圧）と、正規の画像読取動作の対象となる実際の被写体を用いた場合の検出信号について鋭意検討したところ、白黒の画像パターン（すなわち、明暗パターン）が明確ではない特定の被写体においては、その固有の性質や読取条件、周辺環境等により上記検出信号の電圧幅が大きく変化することが判明した。具体的には、例えば、フォトセンサを指紋読取装置等に適用した場合、被写体となる指紋の個人差や気温、湿度等の外的環境に起因して、比較的高い頻度で画像パターンが不鮮明になることが観測された。
【００１２】
このような被写体においては、基準試料を用いた場合に比較して画像パターンのコントラストの幅（明暗の差）が小さくなり、フォトセンサの検出信号の電圧差が狭くなるため、上述したような基準試料を用いたＡ／Ｄコンバータの出力のピーク値に基づいて、アナログ−デジタル変換処理の基準電圧を設定した場合、上述したような基準電圧を予め固定的に設定した構成と同様に、階調データの階調数が少なくなり、充分な階調表現を実現することができなくなるという問題を有している。
【００１３】
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑み、センサパネルごとのフォトセンサの出力特性のバラツキや被写体の固有の特性に関わらず、良好なコントラストで被写体画像を読み取ることができる画像読取装置及びその駆動調整方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の画像読取装置は、複数のフォトセンサが配列されたフォトセンサアレイを備え、前記フォトセンサの各々から出力される検出信号を、アナログ−デジタル変換処理することにより得られる階調データに基づいて、所望の被写体の画像情報を取得する画像読取装置において、少なくとも、前記フォトセンサアレイにより前記所望の被写体を読み取ることにより得られる前記階調データに対応する電圧に基づいて、前記アナログ−デジタル変換処理において前記階調データを規定する基準電圧を設定する基準電圧設定手段と、前記フォトセンサアレイにより得られる前記階調データに対応する電圧に基づいて、前記所望の被写体を読み取る際に前記フォトセンサを駆動するために印加される駆動制御信号の電圧を設定する駆動制御電圧設定手段と、の何れか一方を備え、前記基準電圧設定手段は、少なくとも、前記フォトセンサアレイにより前記所望の被写体を読み取る正規の画像読取動作に先立って、前記フォトセンサアレイの画像読取感度を複数段階に変化させて、前記被写体を読み取る感度調整用読取動作を実行制御する感度調整制御手段と、前記感度調整用読取動作により得られた前記階調データから、前記画像読取感度ごとに、前記階調データの最大値及び最小値を抽出する測定量比較手段と、前記画像読取感度ごとに抽出された前記階調データの最大値及び最小値に基づいて、前記階調データのデータ範囲を算出するデータ範囲算出手段と、前記データ範囲の前記画像読取感度ごとの変化に基づいて、最適画像読取感度を導出する最適画像読取感度抽出手段と、前記最適画像読取感度における前記階調データの最大値及び最小値に対応する電圧を前記基準電圧に設定する手段と、を有し、前記駆動制御電圧設定手段は、少なくとも、前記フォトセンサアレイにより前記所望の被写体を読み取る正規の画像読取動作に先立って、前記フォトセンサアレイに印加される駆動制御信号の電圧を複数段階に変化させて、前記所定の被写体を読み取る電圧調整用読取動作を実行制御する電圧調整制御手段と、前記電圧調整用読取動作により得られた前記階調データから、前記アナログ−デジタル変換処理において設定された前記基準電圧に近似する電圧値を有する前記階調データを抽出する階調データ抽出手段と、前記抽出された前記階調データから前記基準電圧に最も近似する電圧値を有する前記階調データを抽出し、該抽出された階調データに対応する電圧を、前記駆動制御信号の電圧に設定する制御電圧設定手段と、を有することを特徴とする。
【００１７】
請求項２記載の画像読取装置は、請求項１記載の画像読取装置において、前記感度調整制御手段は、前記被写体の読取領域単位ごとに、前記フォトセンサアレイの前記画像読取感度を段階的に異なるように設定することを特徴とする。
請求項３記載の画像読取装置は、請求項１記載の画像読取装置において、前記感度調整制御手段は、前記フォトセンサアレイを構成する前記フォトセンサの受光時間を調整することにより、前記画像読取感度を段階的に異なるように設定することを特徴とする。
【００１８】
請求項４記載の画像読取装置は、請求項１乃至３のいずれかに記載の画像読取装置において、前記フォトセンサは、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、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、前記第１のゲート電極の上方に形成され、前記被写体が載置される被写体検知面と、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読取画素を初期化し、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入射した光の量に応じた電荷を蓄積し、該電荷量に対応する電圧を前記検出信号として出力することを特徴とする。
【００１９】
請求項５記載の画像読取装置は、請求項４記載の画像読取装置において、前記画像読取感度は、前記フォトセンサに設定される前記電荷蓄積期間であることを特徴とする。
請求項６記載の画像読取装置は、請求項１記載の画像読取装置において、前記調整用読取動作により得られた前記階調データから、前記画像読取感度ごとに、少なくとも、前記階調データの最大値又は最小値を抽出して除外する特定データ除去動作を実行する特定データ除去手段をさらに有し、前記測定量比較手段は、前記特定データ除去動作により前記最大値又は最小値が除外された前記階調データから、前記画像読取感度ごとに、前記階調データの最大値及び最小値を抽出することを特徴とする。
【００２２】
請求項７記載の画像読取装置は、請求項１記載の画像読取装置において、前記フォトセンサは、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、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、前記第１のゲート電極の上方に形成され、前記被写体が載置される被写体検知面と、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読取画素を初期化し、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入射した光の量に応じた電荷を蓄積し、該電荷量に対応する電圧を前記検出信号として出力することを特徴とする。
【００２３】
請求項８記載の画像読取装置は、請求項７記載の画像読取装置において、前記駆動制御信号は、前記フォトセンサのソース電極及びプリチャージ電極に印加されるソース電圧及びプリチャージ電圧であることを特徴とする。
請求項９記載の画像読取装置は、請求項８記載の画像読取装置において、前記駆動制御電圧設定手段は、前記プリチャージ電圧を段階的に異なるように設定して、前記電圧調整用読取動作を実行することにより、黒画像パターンに対応した前記階調データを得ることを特徴とする。
【００２４】
請求項１０記載の画像読取装置は、請求項８記載の画像読取装置において、前記駆動制御電圧設定手段は、前記ソース電圧を段階的に異なるように設定して、前記電圧調整用読取動作を実行することにより、白画像パターンに対応した前記階調データを得ることを特徴とする。
請求項１１記載の画像読取装置は、請求項９又は１０記載の画像読取装置において、前記駆動制御電圧設定手段は、前記フォトセンサアレイを暗状態に設定して、前記黒画像パターンに対応した前記階調データを得る前記電圧調整用読取動作を実行し、前記フォトセンサアレイを明状態に設定して、前記白画像パターンに対応した前記階調データを得る前記電圧調整用読取動作を実行することを特徴とする。
【００２５】
請求項１２記載の画像読取装置は、請求項１乃至１１のいずれかに記載の画像読取装置において、前記駆動制御電圧設定手段は、前記階調データ抽出手段により抽出された前記階調データから、前記基準電圧に近似する電圧値を有する前記階調データが抽出されない場合に、前記基準電圧を可変設定することを特徴とする。
【００２６】
請求項１３記載の画像読取装置の駆動調整方法は、複数のフォトセンサが配列されたフォトセンサアレイを備え、前記フォトセンサの各々から出力される検出信号を、アナログ−デジタル変換処理することにより得られる階調データに基づいて、所望の被写体の画像情報を取得する画像読取装置の駆動調整方法において、少なくとも、前記フォトセンサアレイにより前記所望の被写体を読み取る正規の画像読取動作に先立って、前記フォトセンサアレイの画像読取感度を複数段階に変化させて、前記被写体を読み取る感度調整用読取動作を実行制御する手順と、前記感度調整用読取動作により得られた前記階調データから、前記画像読取感度ごとに、前記階調データの最大値及び最小値を抽出する手順と、前記画像読取感度ごとに抽出された前記階調データの最大値及び最小値に基づいて、前記階調データのデータ範囲を算出する手順と、前記データ範囲の前記画像読取感度ごとの変化に基づいて最適画像読取感度を導出する手順と、前記最適画像読取感度における前記階調データの最大値及び最小値に対応する電圧を、前記アナログ−デジタル変換処理において前記階調データを規定する基準電圧に設定する手順と、を含み、前記階調データの最大値及び最小値に対応する電圧を前記基準電圧に設定する手順は、前記感度調整用読取動作により得られた前記階調データから、前記画像読取感度ごとに、前記階調データの最大値及び最小値を抽出する手順と、前記画像読取感度ごとに抽出された前記階調データの最大値及び最小値に基づいて、前記階調データのデータ範囲を算出する手順と、前記データ範囲の前記画像読取感度ごとの変化に基づいて、最適画像読取感度を導出する手順と、前記最適画像読取感度における前記階調データの最大値及び最小値に対応する電圧を前記基準電圧に設定する手段と、を含むことを特徴とする。
【００２７】
請求項１４記載の画像読取装置の駆動調整方法は、請求項１３記載の画像読取装置の駆動調整方法において、前記感度調整用読取動作は、前記被写体の読取領域単位ごとに、前記フォトセンサアレイを構成する前記フォトセンサの受光時間を調整することにより、前記画像読取感度を段階的に異なるように設定することを特徴とする。
請求項１５記載の画像読取装置の駆動調整方法は、請求項１３又は１４記載の画像読取装置の駆動調整方法において、前記感度調整用読取動作により得られた前記階調データから、前記画像読取感度ごとに、少なくとも、前記階調データの最大値又は最小値を抽出して除外する特定データ除去動作を実行する手順を含むことを特徴とする。
【００２８】
請求項１６記載の画像読取装置の駆動調整方法は、複数のフォトセンサが配列されたフォトセンサアレイを備え、前記フォトセンサの各々から出力される検出信号を、アナログ−デジタル変換処理することにより得られる階調データに基づいて、所望の被写体の画像情報を取得する画像読取装置において、少なくとも、前記フォトセンサアレイにより前記所望の被写体を読み取る正規の画像読取動作に先立って、前記フォトセンサアレイに印加される駆動制御信号の電圧を複数段階に変化させて、前記被写体を読み取り、前記フォトセンサアレイを暗状態に設定することにより黒画像パターンに対応した前記階調データを取得し、前記フォトセンサアレイを明状態に設定することにより白画像パターンに対応した前記階調データを取得する手順を含む電圧調整用読取動作を実行制御する手順と、前記電圧調整用読取動作により得られた前記階調データから、前記画像読取感度ごとに、前記アナログ−デジタル変換処理における前記階調データを規定する基準電圧に近似する電圧値を有する前記階調データを抽出する手順と、前記抽出された前記階調データから前記基準電圧に最も近似する電圧値を有する前記階調データを抽出し、該抽出された階調データに対応する電圧を、前記所望の被写体を読み取る際に、前記フォトセンサを駆動するために印加される駆動制御信号の電圧に設定する手順と、を含むことを特徴とする。
【００２９】
請求項１７記載の画像読取装置の駆動調整方法は、請求項１６記載の画像読取装置の駆動調整方法において、前記調整用読取動作は、前記被写体の読取領域単位ごとに、前記フォトセンサを駆動するために印加される前記駆動制御信号の電圧を調整することにより、前記画像読取感度を段階的に異なるように設定することを特徴とする。
【００３０】
請求項１８記載の画像読取装置の駆動調整方法は、請求項１６記載の画像読取装置の駆動調整方法において、前記フォトセンサは、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、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、前記第１のゲート電極の上方に形成され、前記被写体が載置される被写体検知面と、を備え、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読取画素を初期化し、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入射した光の量に応じた電荷を蓄積し、該電荷量に対応する電圧を前記検出信号として出力する構成を有し、前記電圧調整用読取動作は、前記プリチャージ電圧を段階的に異なるように設定することにより、黒画像パターンに対応した前記階調データを取得し、前記ソース電圧を段階的に異なるように設定することにより、白画像パターンに対応した前記階調データを取得することを特徴とする。
【００３２】
請求項１９記載の画像読取装置の駆動調整方法は、請求項１６乃至１８のいずれかに記載の画像読取装置の駆動調整方法において、前記抽出された前記階調データから前記基準電圧に最も近似する電圧値を有する前記階調データを抽出する手順において、前記基準電圧に近似する電圧値を有する前記階調データが抽出されない場合に、前記基準電圧を可変設定して、前記一連の手順を再度実行することを特徴とする。
【００３３】
すなわち、本発明に係る画像読取装置及びその駆動調整方法においては、被写体を読み取る正規の画像読取動作に先立つ任意のタイミングで、該画像読取動作の対象となる被写体を用い、該被写体の読取領域単位ごと（例えば、1行ごと）にフォトセンサアレイの読取感度（フォトセンサの受光感度；電荷蓄積期間）が段階的に変化するように設定して、画像パターンを読み取る感度調整用読取動作を行い、階調データのデータ範囲（ダイナミックレンジ）が最大となる読取感度を抽出し、当該読取感度における階調データの最大値及び最小値に対応する階調電圧を、アナログ−デジタル変換処理（Ａ／Ｄコンバータ）における基準電圧に設定する基準電圧設定動作を行うように構成されている。
【００３４】
これにより、当該被写体固有の読取感度ごとのコントラスト（明暗差）の傾向、すなわち、被写体の画像パターンの特性（より詳しくは、被写体の固有の性質や読取条件、周辺環境等）やダブルゲート型フォトセンサの出力特性を把握し、これらに対応した最適なコントラストを有する読取感度に基づいて、Ａ／Ｄコンバータの基準電圧を設定することができるので、被写体の画像パターンが鮮明でない場合や、製造バラツキや画像読取装置の経時変化により、フォトセンサアレイの出力特性にバラツキが生じていた場合であっても、当該被写体画像を良好な階調数の階調データとして読み取ることができ、階調表現が良好な画像情報を生成することができる。
【００３５】
ここで、上記感度調整用読取動作により得られる各読取感度ごとの階調データから、少なくとも、輝点欠陥等の異常画素や異物の付着等に起因する階調データを除去する特定階調データ除去動作を行い、その後の階調データにより得られる読取感度ごとのコントラストの傾向に基づいて、上記Ａ／Ｄコンバータの基準電圧を設定する基準電圧設定動作を行うようにしてもよい。
これにより、フォトセンサアレイから出力される検出信号に異常値が含まれている場合であっても、被写体の特性等に応じた良好なコントラストを有する画像情報を得ることができる。
【００３６】
また、本発明に係る画像読取装置及びその駆動調整方法においては、被写体を読み取る正規の画像読取動作に先立つ任意のタイミングで、アナログ−デジタル変換処理（Ａ／Ｄコンバータ）における基準電圧を固定的に設定し、かつ、暗状態及び明状態の各感度調整条件で、読取領域単位ごと（例えば、1行ごと）にフォトセンサに印加されるプリチャージ電圧及びソース電圧を段階的に変化させるように設定して、画像パターンを読み取る電圧調整用読取動作を行い、上記基準電圧に近似する電圧値を有する階調データを抽出し、当該階調データが得られるプリチャージ電圧及びソース電圧を、正規の画像読取動作を実行する際のプリチャージ電圧及びソース電圧として設定する制御電圧設定動作を行うように構成されている。
【００３７】
これにより、上記電圧調整用読取動作に基づいて判明した、暗状態（黒画像パターン読取時）及び明状態（白画像パターン読取時）におけるダブルゲート型フォトセンサの出力特性に対応した最適なコントラストに基づいて、フォトセンサアレイ（ダブルゲート型フォトセンサ）に印加されるプリチャージ電圧及びソース電圧を設定することができるので、製造バラツキや画像読取装置の経時変化により、フォトセンサアレイの出力特性にバラツキが生じていた場合であっても、所望の被写体画像を良好な階調数の階調データとして読み取ることができ、階調表現が良好な画像情報を生成することができる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る画像読取装置及びその駆動調整方法の実施の形態について、詳しく説明する。
まず、本発明に係る画像読取装置に適用して良好なフォトセンサの構成について説明する。なお、本発明に係る画像読取装置においては、以下に示すダブルゲート型フォトセンサを適用したフォトセンサアレイに限定されるものではなく、上述したＣＣＤ等の周知のフォトセンサを良好に適用することができる。
【００３９】
＜ダブルゲート型フォトセンサ＞
図１は、本発明に係る画像読取装置に適用可能な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）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１０は、概略、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（チャネル領域）１１と、半導体層１１の両端に、各々ｎ＋シリコンからなる不純物層１７、１８を介して形成され、クロム、クロム合金、アルミ、アルミ合金等から選択された導電性材料からなり、可視光に対して不透明なドレイン電極１２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酸化スズ膜やＩＴＯ膜（インジウム−スズ酸化膜）等の透明電極層からなり、可視光に対して透過性を示すトップゲート電極（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クロム、クロム合金、アルミ、アルミ合金等から選択された導電性材料からなり、可視光に対して不透明なボトムゲート電極（第２のゲート電極）２２と、を有して構成されている。そして、このような構成を有するダブルゲート型フォトセンサ１０は、図１（ａ）に示すように、ガラス基板等の透明な絶縁性基板１９上に形成されている。
【００４０】
なお、図１（ａ）において、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を構成する絶縁膜、及び、トップゲート電極２１上に設けられる保護絶縁膜２０は、いずれも半導体層１１を励起する可視光に対して高い透過率を有する材質、例えば、窒化シリコンや酸化シリコン等により構成されていることにより、図面下方に設けられた光源（図示を省略）からの照射光を図面上方に透過させるとともに、保護絶縁膜２０の上方に設けられた検知面（被写体検知面）ＤＴＣに載置された被写体に反射して、図面上方からダブルゲート型フォトセンサ１０（詳しくは、半導体層１１）に入射する光のみを検知する構造を有している。
【００４１】
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に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に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に電気的に接続されたソース端子、Ｄはドレイン電極１２に電気的に接続されたドレイン端子である。
【００４２】
＜フォトセンサシステム＞
図２は、上述したダブルゲート型フォトセンサを上記絶縁性基板上に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。なお、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（マトリクス状に配列）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、例えば、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。
【００４３】
図２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２１）を行方向に接続して伸延するトップゲートライン１０１と、各ダブルゲート型フォトセンサ１０のボトムゲート端子ＢＧ（ボトムゲート電極２２）を行方向に接続して伸延する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）を列方向に接続して伸延するドレインライン（データライン）１０３と、ソース端子Ｓ（ソース電極１３）を接地電位に共通に接続するソースライン（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、コラムスイッチ１３１、プリチャージスイッチ１３２、出力アンプ１３３等を備えてなるドレインドライバ１３０と、を有して構成されている。
【００４４】
なお、図２において、φtgは、リセット電圧（リセットパルス）及びキャリヤ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（読み出しパルス）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（プリチャージパルス）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。
【００４５】
＜フォトセンサシステムの駆動制御動作＞
図３は、上述したフォトセンサシステムにおける基本的な駆動制御方法を示すタイミングチャートである。図４は、上述したようなフォトセンサシステムを画像読取装置（指紋読取装置）に適用した場合の要部断面図である。なお、図４においては、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の一部を省略する。
【００４６】
図３に示すように、まず、リセット動作（初期化動作）においては、トップゲートドライバ１１０によりトップゲートライン１０１を介して、ｉ行目（ｉは任意の自然数；ｉ＝１、２、・・・ｎ）のダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート端子ＴＧにリセットパルス（例えば、Ｖtg＝＋１５Ｖのハイレベル）φＴｉを印加して、半導体層１１、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）。
【００４７】
次いで、電荷蓄積動作（キャリヤ蓄積動作）においては、トップゲートドライバ１１０によりトップゲート端子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電荷蓄積期間Ｔａがスタートする。
電荷蓄積期間Ｔａにおいては、図４に示すように、図１に示したダブルゲート型フォトセンサ１０が形成された透明な絶縁性基板１９下方に設けられたバックライト（光源）ＢＬから、検知面ＤＴＣに載置された被写体（例えば、指）ＦＧに対して照射光Ｌａが照射され、その反射光Ｌｂが透明電極層からなるトップゲート電極２１を通過して半導体層１１に入射する。
【００４８】
ここで、被写体ＦＧとして、例えば、指を載置した場合について詳しく説明すると、バックライトＢＬから放射された照射光Ｌａは、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１３）の形成領域を除く、透明な絶縁性基板１９と絶縁膜１５、１６、２０を透過して被写体ＦＧに照射される。被写体ＦＧに照射された照射光Ｌａは、検知面ＤＴＣと被写体ＦＧが密着する領域（被写体接触部；ここでは、指紋ＦＰの凸部ＦＰａ）においては、皮膚表層ＦＧｓ内を散乱、反射しながら伝搬して、その光Ｌｂの一部が、透明な絶縁膜２０、１５、１４及びトップゲート電極２１を透過して各ダブルゲート型フォトセンサ１０の半導体層１１に励起光として入射される。
【００４９】
一方、検知面ＤＴＣと被写体ＦＧが密着しない領域（被写体非接触部；ここでは、指紋ＦＰの凹部ＦＰｂ及び指の外縁部よりも外側の領域）においては、照射光Ｌａは、指紋検出面１３０ａと被写体間の空気層を通過し、被写体（指）ＦＧに到達して皮膚表層ＦＧｓ内で散乱するが、皮膚表層ＦＧｓ内の光Ｌｃは光学的に空気層に抜けにくいため、凹部ＦＰｂ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への入射が抑制される。
これにより、電荷蓄積期間Ｔａ中にトップゲート電極２１側から半導体層１１に入射した光量に応じて、半導体層１１の入射有効領域（キャリヤ発生領域）で電子−正孔対が生成され、半導体層１１とブロック絶縁膜１４との界面近傍（チャネル領域周辺）に正孔が蓄積される。
【００５０】
また、プリチャージ動作においては、上記電荷蓄積期間Ｔａに並行する特定のタイミングで、ドレインドライバ１３０によりプリチャージ信号φpgに基づいてドレインライン１０３を介して、ドレイン端子Ｄにプリチャージパルス（プリチャージ電圧）Ｖpgを印加することにより、ドレイン電極１２に電荷を保持させる（プリチャージ期間Ｔprch）。
【００５１】
そして、読み出し動作においては、上記プリチャージ期間Ｔprchを経過した後、ボトムゲートドライバ１２０によりボトムゲートライン１０２を介して、ボトムゲート端子ＢＧにハイレベル（例えば、Ｖbg＝＋１０Ｖ）の読み出しパルスφＢｉを印加することにより、電荷蓄積期間Ｔａにチャネル領域に蓄積されたキャリヤ（正孔）に応じたドレイン電圧ＶＤがドレインドライバ１３０（コラムスイッチ１３１）により読み出され、検出信号として出力される（読み出し期間Ｔread）。
【００５２】
ここで、ドレイン電圧ＶＤの変化傾向は、電荷蓄積期間Ｔａに受光した光量に密接に関連し、電荷蓄積期間Ｔａに蓄積されたキャリヤが多い場合（明状態）には、ドレイン電圧ＶＤが急峻に低下する傾向を示し、一方、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ので、例えば、読み出し期間Ｔreadの開始から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、ダブルゲート型フォトセンサ１１０に入射した光の量、すなわち、被写体の明暗パターンに対応した明度データを検出することができる。
【００５３】
すなわち、トップゲートドライバ２１０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２２０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１０３を介してドレイン電圧をドレインドライバ２３０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Ｖoutとして出力することにより、選択読出機能が実現される。
【００５４】
そして、このような特定の行（ｉ行目）に対する一連の画像読取動作を１サイクルとして、上述したフォトセンサアレイ１００の各行（ｉ、ｉ+１、・・・）に対して、同等の処理手順を繰り返すことにより、もしくは、該処理手順の一部を時間的にオーバーラップさせて（重ねて）、同時並行的に実行することにより、ダブルゲート型フォトセンサを用いたフォトセンサシステムを、被写体の２次元画像を明度データとして読み取る画像読取装置として動作させることができる。
【００５５】
＜画像読取装置の第１の実施形態＞
次に、本発明に係る画像読取装置の第１の実施形態について説明する。なお、本実施形態においては、上述したダブルゲート型フォトセンサの構成及び駆動制御方法を適宜参照するものとする。
図５は、本発明に係る画像読取装置の第１の実施形態を示すブロック図であり、図６は、本実施形態に係るフォトセンサシステムに適用されるコントローラの一構成例を示す概念的なブロック図である。なお、図２に示したフォトセンサシステム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。
【００５６】
図５に示すように、本実施形態に係る画像読取装置は、大別して、図２に示したフォトセンサシステムと同様の構成を有するフォトセンサアレイ１００と、トップゲートドライバ１１０と、ボトムゲートドライバ１２０と、ドレインドライバ１３０に加え、ドレインドライバ１３０を介して読み出されたアナログ信号からなる検出信号（ドレイン電圧）を、デジタル信号からなる階調データ（明度データ）に変換するアナログ−デジタル変換器（以下、「Ａ／Ｄコンバータ」と略記する）１４０と、フォトセンサアレイ１００による被写体画像の読み取り動作制御や画像データの生成制御、さらには、画像データの加工や照合等の所定の処理を実行する外部機能部２００とのデータのやり取り等の制御を行うとともに、被写体に対して感度調整用読取動作を実行して、後述するＡ／Ｄコンバータ１４０におけるアナログ−デジタル変換処理に用いる基準電圧を最適値に調整制御する機能を備えたコントローラ１５０と、コントローラ１５０のワークエリアとして用いられ、取得した階調データや画像データ、フォトセンサアレイ１００における読取感度（受光感度）の設定等に関連する処理データ等を一時的に保存（記憶）するＲＡＭ１６０と、コントローラ１５０の制御プログラムや制御用各種データを保持するＲＯＭ１７０と、フォトセンサアレイ１００の背面側にあって、フォトセンサアレイ１００上面の被写体検知面ＤＴＣ上に載置された被写体に対して、所定の輝度の照射光を照射するバックライトＢＬと、を有して構成されている。
【００５７】
ここで、本実施形態におけるコントローラ１５０は、例えば、図６に示すように、トップゲートドライバ１１０やボトムゲートドライバ１２０、プリチャージスイッチ１３２における動作を制御するデバイスコントローラ１５１と、ＲＡＭ１６０やＲＯＭ１７０との間でデータ等の書き込み／読み出し等を行い、各種データを管理するデータコントローラ１５２と、これらのコントローラ１５１、１５２を所定の制御プログラムにしたがって統括するとともに、外部機能部２００等とのインターフェースを担い、制御信号のやり取りを行うメインコントローラ１５３と、以下に示すような機能を備えたデータ比較器１５４、加算器１５５、データセレクタ１５６、感度設定レジスタ１５７及びバックライト発光制御部１５８を備えている。
【００５８】
なお、上記コントローラ１５０の構成において、デバイスコントローラ１５１、データコントローラ１５２、メインコントローラ１５３及び感度設定レジスタ１５７は、本発明に係る感度調整制御手段を構成する。また、データ比較器１５４は、本発明に係る測定量比較手段及び最適画像読取感度抽出手段を構成し、加算器１５５は、本発明に係るデータ範囲算出手段を構成する。すなわち、上記各手段及びデータセレクタ１５６を含んで構成されるコントローラ１５０は、本発明に係る基準電圧設定手段を構成する。
【００５９】
データ比較器１５４は、感度調整用読取動作において、フォトセンサアレイ１００を構成するダブルゲート型フォトセンサ１０の受光時間（すなわち、上述した電荷蓄積期間）を変化させつつ被写体画像を読み取り、Ａ／Ｄコンバータ１４０を介して取得した階調データ（明度データ）に基づいて、各受光時間における該階調データ相互の大小関係を比較して、飽和値を除く最大値及び最小値を抽出するとともに、加算器１５５により各受光時間ごとに算出されるダイナミックレンジ（階調データのデータ範囲）から最大値を抽出する。
【００６０】
加算器１５５は、データ比較器１５４により抽出された階調データの最大値及び最小値の差分から上記ダイナミックレンジを算出して、データセレクタ１５６へ出力する。
データセレクタ１５６は、Ａ／Ｄコンバータ１４０を介して入力された階調データ、及び、データ比較器１５４、さらには、加算器１５５を介して処理された階調データ（ダイナミックレンジ等）、並びに、処理済みデータ等を入力とし、これらのデータを必要に応じてＲＡＭ１６０への書き込みや読み出し、あるいは、データ比較器１５４や加算器１５５への再入力、データコントローラ１５２を介して外部機能部２００へ出力する動作等を切換制御する。
【００６１】
特に、データセレクタ１５６は、メインコントローラ１５３及びデータコントローラ１５２からの指令（制御信号）に基づいて、後述する感度調整用読取動作において、上記データ比較器１５４により抽出された階調データのダイナミックレンジが最大値となる読取感度（受光時間）における、当該階調データの最大値及び最小値に対応する電圧値をＲＡＭ１６０から読み出して、当該電圧値をＡ／Ｄコンバータ１４０の基準電圧（最大基準電圧、最小基準電圧）として供給、設定する。
【００６２】
また、感度設定レジスタ１５７は、少なくとも感度調整用読取動作において、データコントローラ１５２からの制御信号に基づいて、フォトセンサアレイ１００を構成する各ダブルゲート型フォトセンサ１０の受光時間を、被写体画像の読取領域単位ごと（例えば、行ごと）に段階的に変化させるように、デバイスコントローラ１５１からトップゲートドライバ１１０、ボトムゲートドライバ１２０及びプリチャージスイッチ１３２に出力する制御信号φtg、φbg、φpgのタイミングを設定制御する。
また、バックライト発光制御部１５８は、感度調整用読取動作及び正規の被写体画像の読取動作において、バックライトＢＬを所定の輝度で発光させて、フォトセンサアレイ１００を介して、被写体に照射させる制御を行う。
【００６３】
これにより、コントローラ１５０は、トップゲートドライバ１１０、ボトムゲートドライバ１２０及びプリチャージスイッチ１３２に各制御信号φtg、φbg、φpgを出力して、図３に示したように、リセット期間及び読み出し期間に、トップゲートドライバ１１０及びボトムゲートドライバ１２０の各々から、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及びボトムゲート端子ＢＧに所定の信号電圧（リセットパルスφＴｉ、読み出しパルスφＢｉ）を印加するとともに、プリチャージ期間に、プリチャージスイッチ１３２を介して各ダブルゲート型フォトセンサ１０のドレイン端子Ｄにプリチャージ電圧Ｖpgを印加する動作を制御する。
【００６４】
そして、コントローラ１５０には、電荷蓄積期間（受光時間）に、被写体の画像パターンに対応して各ダブルゲート型フォトセンサ１０に蓄積された電荷量に応じたドレイン電圧ＶＤがコラムスイッチ１３１により検出信号として検出され、アンプ１３３及びＡ／Ｄコンバータ１４０を介してデジタル信号に変換されて、階調データとして入力される。コントローラ１５０は、この階調データに基づいて被写体の画像データを生成して、例えば、ＲＡＭ１６０への書き込みや読み出し、あるいは、外部機能部２００への出力を実行する。なお、外部機能部２００としては、任意の画像処理や画像表示を行うことができる機器であればよく、近年急速に普及し、高性能化が著しいパーソナルコンピュータ等を良好に適用することができる。
【００６５】
＜画像読取装置の駆動調整方法＞
次いで、上述したコントローラによる処理動作（Ａ／Ｄコンバータの基準電圧設定動作）について、図面を参照して説明する。
図７は、本実施形態に係る画像読取装置に適用されるコントローラにより実現される処理動作の一例を示すフローチャートである。ここでは、図５及び図６に示した画像読取装置の構成を適宜参照しながら説明する。
【００６６】
本実施形態に係るコントローラ１５０は、被写体に対する正規の画像読み取り動作に先立つ任意のタイミングで、以下に示すような感度調整用読取動作及び基準電圧設定動作を順次実行するように、上記画像読取装置（フォトセンサシステム）の各構成を制御する。ここで、以下に示す一連の処理手順は、コントローラ１５０によって、例えば、ＲＯＭ１７０にあらかじめ格納された制御プログラムがＲＡＭ１６０にロードされて、実行されることにより実現される。
【００６７】
本実施形態に係るコントローラの処理動作は、具体的には、図７に示すように、まず、被写体の正規の読み取り動作に先立つ任意のタイミングで、メインコントローラ１５３により感度調整用読取動作が開始され、データコントローラ１５２を介して、感度設定レジスタ１５７に感度調整用読取動作のための読取感度が設定されて、フォトセンサアレイ１００の一面側に設けられた検知面ＤＴＣに載置された被写体の画像を読み取る動作を実行する（Ｓ１０１）。
【００６８】
ここで、感度設定レジスタ１５７に設定される読取感度（すなわち、フォトセンサアレイ１００を構成する各ダブルゲート型フォトセンサ１０に設定される電荷蓄積期間）は、フォトセンサアレイ１００における読取領域単位ごと、例えば、一行ごと、あるいは、所定の複数行ごと、もしくは、上記被写体画像の１画面ごとに、段階的に順次異なるように設定され、上述した画像読取動作（図３参照）と同様に、各行ごとにダブルゲート型フォトセンサ１０を順次駆動することにより、単一の被写体を複数の異なる読取感度で読み取る感度調整用読取動作を実行する。なお、感度調整用読取動作の具体例については、詳しく後述する。
【００６９】
そして、このような感度調整用読取動作によりフォトセンサアレイ１００（ダブルゲート型フォトセンサ１０）から出力された検出信号（アナログ信号）は、アンプ１３３及びＡ／Ｄコンバータ１４０を介して、デジタル信号からなる階調データに変換されてコントローラに取り込まれ、例えば、直接データセレクタ１５６を介してＲＡＭ１６０に格納されるか、もしくは、一旦データ比較器１５４に入力される。
【００７０】
次いで、データコントローラ１５２によりデータセレクタ１５６を介して、上記ステップＳ１０１により得られた階調データのうち、各読取感度ごと（すなわち、各行ごと、あるいは、所定の複数行ごと、もしくは、上記被写体画像の１画面ごと）に各ダブルゲート型フォトセンサ１０から得られた階調データを抽出してデータ比較器１５４に読み込み（Ｓ１０２）、各読取感度ごとに階調データ相互の大小関係を比較して、最大となる階調データ（最も明るい階調に相当する）及び最小となる階調データ（最も暗い階調に相当する）を抽出する（Ｓ１０３）。
【００７１】
そして、データコントローラ１５２により制御される加算器１５５により、各読取感度ごとに抽出された階調データの最大値と最小値の差分、すなわち、ダイナミックレンジ（データ範囲）を算出し、その結果をデータセレクタ１５６を介して、ＲＡＭ１６０に一旦格納する（Ｓ１０４）。このようなダイナミックレンジの算出処理を各読取感度ごとに順次実行する。
【００７２】
次いで、ＲＡＭ１６０に格納された各読取感度ごとのダイナミックレンジを、データセレクタ１５６を介して、データ比較器１５４に読み込み、読取感度に対するダイナミックレンジの変化傾向から、ダイナミックレンジが最大となる読取感度を抽出する（Ｓ１０５）。これにより、メインコントローラ１５３は、抽出された当該読取感度を、被写体の画像パターンに対応した良好なコントラストを得ることができる最適な読取感度であると判断する。
【００７３】
そして、データコントローラ１５２は、データセレクタ１５６を介して、該抽出された読取感度における階調データの最大値及び最小値をＲＡＭ１６０から読み出し（Ｓ１０６）、当該階調データの最大値及び最小値の各々に対応する階調電圧Ｖdh、ＶdlをＡ／Ｄコンバータ１４０に出力し、アナログ−デジタル変換処理における階調データを規定するハイレベル側及びローレベル側の基準電圧に書き換え設定して（Ｓ１０７）、基準電圧設定動作を終了する。
【００７４】
＜感度調整用読取動作＞
次いで、上述したコントローラの処理動作に適用される感度調整用読取動作（ステップＳ１０１）について、図面を参照して具体的に説明する。
図８は、本実施形態に係る感度調整用読取動作において、対象となる領域及びその読取動作の具体例を示す概念図である。
【００７５】
本実施形態に適用される感度調整用読取動作は、具体的には、デバイスコントローラ１５１からトップゲートドライバ１１０、ボトムゲートドライバ１２０、プリチャージスイッチ１３２に出力、設定される各制御信号及び読取感度（電荷蓄積期間）に基づいて、上述したフォトセンサアレイ１００の画像読取動作（図３参照）と同様に、検知面ＤＴＣに載置された被写体の画像を、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、フォトセンサアレイ１００の有効読取領域３０について、又は、図８（ｃ）に示すように、有効読取領域３０内に予め設定された検出エリア（所定の行範囲及び列範囲からなる領域）４０について読み取る動作を実行する。
【００７６】
ここで、フォトセンサアレイ１００を構成する各ダブルゲート型フォトセンサ１０に設定される読取感度（すなわち、電荷蓄積期間）は、例えば、一行ごとに段階的に順次異なるように設定されるものであってもよいし、所定の複数行ごとに順次異なるように設定されるものであってもよいし、有効読取領域３０の全域や検出エリア４０内の全域のように、被写体画像の全域ごと（すなわち、一画面ごと）に、異なるように設定されるものであってもよい。
【００７７】
また、感度調整用読取動作におけるダブルゲート型フォトセンサ１０の具体的な駆動方法は、例えば、図８（ａ）に示すように、２５６行×１９６列の画素（すなわち、２５６×１９６個のダブルゲート型フォトセンサ）からなるフォトセンサアレイ１００において、１行目から２５６行目までの全ての行について順次読み取るものであってもよいし、図８（ｂ）に示すように、１０行目、２０行目、・・・１８０行目、１９０行目、・・・のように複数行おき（ここでは、１０行おき）に、順次読み取るものであってもよい。
【００７８】
また、ダブルゲート型フォトセンサ１０のさらに他の駆動方法としては、例えば、図８（ｃ）に示すように、有効読取領域３０のうち、６４行目〜１９１行目の行範囲及び６７列目〜１３０列目の列範囲に設定された検出エリア４０の全ての行について、順次読み取るものであってもよいし、図８（ｂ）に示した場合と同様に、例えば、検出エリア４０内の７０行目、８０行目、・・・１８０行目、１９０行目のように複数行おき（ここでは、１０行おき）に、順次読み取るものであってもよい。
【００７９】
そして、上述したような感度調整用読取動作においては、以下に示すような読取感度の設定方法を良好に適用することができる。
図９は、本実施形態に係る感度調整用読取動作に適用可能な読取感度（電荷蓄積期間）の設定方法の一例を示すタイミングチャートである。ここでは、図１、図２に示したフォトセンサシステムの構成を適宜参照しながら説明する。
【００８０】
上述した図８に示したダブルゲート型フォトセンサ１０の駆動方法において、フォトセンサアレイ１００（有効読取領域３０）又は検出エリア４０の全行又は特定の行について、段階的に異なる読取感度を設定する手法としては、図９に示すように、まず、フォトセンサアレイ１００を構成するダブルゲート型フォトセンサ１０の各々に対して、一括して同時にリセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎを印加してリセット動作を実行し、全ての行におけるダブルゲート型フォトセンサ１０の電荷蓄積期間Ｔ１、Ｔ２、…Ｔn- １、Ｔｎを一斉にスタートした後、各行ごとのダブルゲート型フォトセンサ１０に印加されるプリチャージ信号φpg及び読み出しパルスφＢ１、φＢ２、…φＢｎを所定の時間間隔（遅れ時間Ｔdelay）で段階的に変化させることにより、各行ごとのダブルゲート型フォトセンサ１０におけるプリチャージ動作及び読み出し動作のタイミングを順次異ならせて、各行ごとに設定される電荷蓄積期間Ｔ１、Ｔ２、…Ｔn- １、Ｔｎを上記時間間隔（Ｔdelay）で相互に変化させるように制御する。
【００８１】
これにより、感度調整用読取動作において、読取動作を実行する各行ごと（上記図８に示したように全行であってもよいし、特定の行であってもよい）に異なる読取感度（すなわち、行数分の異なる読取感度）で読み取られた階調データを、１回（１画面分）の被写体画像の読取動作により取得することができる。
なお、本発明に係る画像読取装置に適用される読取感度（電荷蓄積期間）の設定方法は、上述した手法に限定されるものではなく、少なくとも、被写体画像を異なる読取感度で読み取り、各読取感度ごとに階調データを取得できるものであれば、例えば、単一の読取感度により被写体画像の一画面分を読み取った後、読取感度を変更して再度被写体画像を読み取る動作を複数回繰り返すようにしたものであってもよいし、さらに他の方法であってもよいことはいうまでもない。
【００８２】
＜駆動調整方法の具体例＞
次に、上述した画像読取装置及びその駆動調整方法（感度調整用読取動作及び基準電圧設定動作）の具体的な適用例について、図面を参照して説明する。
図１０は、本実施形態に係る画像読取装置の駆動調整方法の対象となる被写体（指）と検出エリアの関係、及び、被写体画像（指紋画像）の実験画像を示す図である。そして、図１１は、本実施形態に係る駆動調整方法（感度調整用読取動作）により得られた階調データ（明度データ）の変化の一例を示すグラフであり、図１２は、本実施形態に係る駆動調整方法（感度調整用読取動作）により得られた指紋画像の階調データに基づくダイナミックレンジの変化、及び、行番号とダイナミックレンジ、最大値及び最小値となる階調データの階調電圧との対応関係を示す図である。
【００８３】
まず、図１０（ａ）に示すように、正規の画像読取動作における被写体である指ＦＧを用い、少なくとも、２５６行×１９６列の画素（フォトセンサ）からなるフォトセンサアレイ１００の有効読取領域３０内に、被写体を載置、接触することにより全域が覆われる、予め設定された６４行目〜１９１行目の行範囲（１２８行）及び６７列目〜１３０列目の列範囲（６４列）からなる検出エリア４０に対して、各行ごとのフォトセンサ群に上述したように順次異なる電荷蓄積期間を設定して上記指ＦＧの画像パターンを読み取る感度調整用読取動作を実行することにより、図１０（ｂ）に示すように、一画面分の画像読取動作で各行ごとに読取感度が段階的に異なる指紋画像を得る。
【００８４】
このような指紋画像において、白として観測される階調データ（すなわち、明状態の基準値）と、黒として観測される階調データ（暗状態の基準値）との間を、例えば２５６階調に設定し、任意の行（読取感度）の各画素における階調データの変化を検証すると、電荷蓄積期間Ｔａが短く設定された行においては、図１１（ａ）〜（ｃ）に示すように、指紋画像全体が略暗状態として読み取られ、当該行における階調データの最大値と最小値の差分（ダイナミックレンジ）は、微小又は小さな数値となる。一方、電荷蓄積期間Ｔａが長く設定された行においては、指紋画像全体が略明状態として読み取られ、当該行における階調データの最大値と最小値の差分（ダイナミックレンジ）は、やはり微小又は小さな数値となる。
【００８５】
これに対して、図１１（ｄ）、（ｅ）に示すように、指紋画像のコントラスト（明暗差）が比較的明確な領域においては、上記階調データの最大値と最小値の差分（ダイナミックレンジ）は、大きな数値を示す。なお、図１１においては、検出エリア４０内の任意の行として、便宜的に８０行目、１０４行目、１２８行目、１５２行目及び１７６行目について、列ごとの階調データの変化傾向を示した。
【００８６】
したがって、各行ごと（読取感度ごと）に階調データの最大値と最小値を抽出して、その差分からダイナミックレンジを算出することにより、図１２（ａ）に示すように、行番号が小さい領域では略暗状態となり、また、行番号が大きい領域では略明状態となって、いずれもダイナミックレンジが小さく算出され、一方、暗状態と明状態の間の特定の行ＲＣａにおいて、ダイナミックレンジが最大値ＭＡ１を示す変化傾向が得られる。
【００８７】
ここで、フォトセンサアレイ１００を構成する各ダブルゲート型フォトセンサ１０の出力特性のバラツキが、比較的狭くかつ均一である場合には、概略、図１２（ａ）に示したようなダイナミックレンジの変化傾向の誤差範囲に含まれるので、当該バラツキによる階調データへの影響は軽微となる。
これにより、ダイナミックレンジが最大となる行番号ＲＣａが特定され、図１２（ｂ）に示すように、当該行（例えば、ＲＣａ＝１７６行）における階調データの最大値（例えば、２５１）及び最小値（例えば、５８）を読み出して、当該階調データに対応する階調電圧Ｖsh（176）、Ｖsl（176）を、Ａ／Ｄコンバータにおけるハイレベル及びローレベルの基準電圧Ｖdh、Ｖdlに設定する。
【００８８】
このように、本実施形態に係る画像読取装置及びその駆動調整方法においては、正規の画像読取動作に先立って、該画像読取動作の対象となる被写体を用いて、段階的に読取感度（電荷蓄積期間）を変化させて被写体画像を読み取る感度調整用読取動作を行い、当該被写体固有の読取感度ごとのコントラスト（明暗差）の傾向を事前に把握して、最適なコントラストを示す（階調データのダイナミックレンジが最大となる）読取感度を抽出し、当該読取感度における階調データの最大値及び最小値に対応する階調電圧を、フォトセンサから出力される検出信号（アナログ信号）から階調データ（デジタル信号）を生成するＡ／Ｄコンバータの、ハイレベル側及びローレベル側の基準電圧に設定する基準電圧設定動作を行うように構成されている。
【００８９】
これにより、上記調整用読取動作に基づいて判明した、被写体の画像パターン（より詳しくは、被写体の固有の性質や読取条件、周辺環境等）やダブルゲート型フォトセンサの出力特性に対応した最適なコントラストに基づいて、Ａ／Ｄコンバータの基準電圧を設定することができるので、被写体の画像パターンが鮮明でない場合や、製造バラツキや画像読取装置の経時変化により、フォトセンサアレイの出力特性にバラツキが生じていた場合であっても、当該被写体画像を良好な階調数の階調データとして読み取ることができ、階調表現が良好な画像情報を生成することができる。
【００９０】
＜駆動調整方法の他の具体例＞
次に、上述した画像読取装置及びその駆動調整方法（感度調整用読取動作及び基準電圧設定動作）の他の具体的な適用例について、図面を参照して説明する。
ここでは、上述した具体例において、ダブルゲート型フォトセンサの出力特性の異常や、検知面上への異物の付着等による異常画素が存在する場合の駆動調整方法について説明する。
【００９１】
図１３は、本具体例における駆動調整方法の一例を示すフローチャートである。図１４は、異常画素が存在するフォトセンサアレイで感度調整用読取動作を行った場合の被写体画像（指紋画像）を示す実験画像であり、図１５は、本具体例において感度調整用読取動作により得られた階調データの変化の一例を示すグラフであり、図１６は、本具体例において感度調整用読取動作により得られた指紋画像の階調データに基づくダイナミックレンジの変化、及び、行番号とダイナミックレンジ、最大値及び最小値となる階調データの階調電圧との対応関係を示す図である。ここでは、図５及び図６に示した画像読取装置の構成を適宜参照しながら駆動調整方法を説明する。また、上述した駆動調整方法（図７参照）及び具体例（図１０乃至図１２参照）と同等の動作については、その説明を簡略化又は省略する。
【００９２】
まず、図１３に示すように、図１０（ａ）に示した場合と同様に、フォトセンサアレイ１００の有効読取領域３０内に予め設定された検出エリア４０に載置、接触された指ＦＧの画像パターン（指紋）を、各行ごとに読取感度（電荷蓄積期間）を異なるように設定して読み取る感度調整用読取動作を実行することにより、図１４に示すような指紋画像を得る（Ｓ２０１）。ここで、フォトセンサアレイ１００には、ダブルゲート型フォトセンサの出力特性の異常や、検知面上への異物の付着等に起因する異常画素が存在し、図１４に示すように、検出エリア４０内の指紋画像に異常に高い階調データを示す輝点欠陥ＩＬが発生しているものとする。
【００９３】
このような指紋画像において、図７に示した駆動調整方法と同様に、検出エリア４０内の各行について階調データの変化を検証すると、上記図１１（ａ）〜（ｅ）に示したように、各読取感度ごとに被写体の画像パターンに応じた階調データの数値変化が得られるとともに、それに加えて、例えば、図１５（ｂ）に示すように、図１４に示した輝点欠陥ＩＬの位置に対応する列番号Ｒｐ（例えば、１０４行目）に、異常に大きな数値を示す階調データが観測される。
【００９４】
この場合、上述した具体例と同様に、階調データの最大値と最小値を抽出して、その差分からダイナミックレンジを算出する処理（図７に示したステップＳ１０３、Ｓ１０４に相当）を行った場合、図１６（ａ）に示すように、行番号が小さい領域及び行番号が大きい領域では画像パターンの明暗差が小さくため、ダイナミックレンジが小さく算出され、その間の特定の行ＲＣａにおいて、ダイナミックレンジが最大値ＭＡ１を示す変化傾向が得られるとともに、上記輝点欠陥ＩＬの位置に対応する行ＲＣｂ（＝１０４行目）において、見かけ上、最大値ＭＡ１よりも大きな最大値ＭＡ２が出現する。
【００９５】
このようなダイナミックレンジの変化に対して、最大値を示す行（読取感度）を抽出し、その階調データの最大値及び最小値を読み出す処理（図７に示したステップＳ１０５、Ｓ１０６に相当）を実行すると、図１６（ｂ）に示すように、輝点欠陥ＩＬに起因する最大値ＭＡ２を示す１０４行目における階調データの最大値（例えば、２５５）及び最小値（例えば、０）が読み出されて、当該階調データに対応する階調電圧Ｖsh（104）、Ｖsl（104）が、Ａ／Ｄコンバータにおけるハイレベル及びローレベルの基準電圧Ｖdh、Ｖdlとして設定される可能性がある。すなわち、誤った基準電圧Ｖdh、Ｖdlが、最適なコントラストで被写体画像を読み取るための条件として設定される可能性がある。
【００９６】
そこで、本具体例においては、指紋画像に輝点欠陥ＩＬが発生した場合、例えば、各読取感度ごと（各行ごと）の階調データのうち、大きい方から１個又は複数個の階調データ（すなわち、少なくとも最大値を含む階調データ）を一義的に除去する特定階調データ除去動作（特定データ除去動作）を実行することにより、異常に大きな数値として観測された列番号Ｒｐの階調データが必然的に除去されることになる（Ｓ２０２、Ｓ２０３）。
【００９７】
本具体例に適用される特定階調データ除去動作は、具体的には、図６に示したコントローラ１５０において、まず、上記ステップＳ２０１により得られた階調データのうち、各読取感度ごとに得られた階調データが抽出されてデータ比較器１５４に読み込まれ、該階調データ相互の大小関係を比較し、所定の条件を満たす特定の階調データ、すなわち、最大値となる階調データ、もしくは、階調データの大きい順に複数個の階調データ群を抽出して除去する。ここで、少なくとも、上記特定の階調データを除外した残りの階調データは、一旦ＲＡＭ１６０等に格納される。したがって、データ比較器１５４は、本発明に係る特定データ除去手段を構成する。
そして、特定の階調データを除外した残りの階調データを、各読取感度ごとにデータ比較器１５４に再び読み込み、階調データ相互の大小関係を比較して、最大値及び最小値となる階調データを抽出して、その差分からダイナミックレンジを算出する（Ｓ２０４）。
【００９８】
ここで、本具体例に示したような特定階調データ除去動作（ステップＳ２０３）においては、図１５（ａ）、（ｃ）〜（ｅ）に示すように、輝点欠陥ＩＬが存在しない行においても、少なくとも階調データの最大値が除去されることになるが、図１６（ａ）の曲線に示すように、各行におけるダイナミックレンジは、行ＲＣａを頂点（最大値）として緩やかに小さくなる変化傾向に大きな変化は生じないので、ダイナミックレンジの本来の最大値ＭＡ１を示す行ＲＣａのごく近傍の行番号（例えば、１７５行目）を良好に特定して、図１６（ｃ）に示すように、当該行（１７５行）における階調データの最大値（例えば、２４９）及び最小値（例えば、６０）を読み出して、当該階調データに対応する階調電圧Ｖsh（175）、Ｖsl（175）を、Ａ／Ｄコンバータにおけるハイレベル及びローレベルの基準電圧Ｖdh、Ｖdlに設定する（Ｓ２０７、Ｓ２０８）。
【００９９】
このように、本具体例に係る画像読取装置及びその駆動調整方法においては、正規の画像読取動作に先立って、被写体画像を読み取る感度調整用読取動作により得られる各読取感度ごとの階調データから、少なくとも、輝点欠陥等の異常画素に起因するものである可能性が比較的高い、最大値となる階調データを除去する特定階調データ除去動作を行い、その後の階調データにより得られる当該被写体固有の読取感度ごとのコントラスト（明暗差）の傾向に基づいて、最適なコントラストを示す読取感度における階調データの最大値及び最小値に対応する階調電圧を、Ａ／Ｄコンバータのハイレベル側及びローレベル側の基準電圧に設定する基準電圧設定動作を行うように構成されている。
【０１００】
これにより、フォトセンサアレイにある程度の個数の素子欠陥が存在している場合や、検知面にある程度汚れが付着している場合等であっても、被写体の特性等に応じた良好なコントラストの画像データを得ることができるようにＡ／Ｄコンバータの基準電圧を設定することができる。
なお、本具体例においては、特定階調データ除去動作として、各読取感度ごとの階調データから、少なくとも最大値を含む１または複数の階調データを一義的に除去する処理を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、異常値を示す特定の階調データを除去することができるものであれば、他の手法を用いるものであってもよい。
【０１０１】
＜画像読取装置の第２の実施形態＞
次に、本発明に係る画像読取装置の第２の実施形態について説明する。
図１７は、本発明に係る画像読取装置の第２の実施形態を示すブロック図である。また、図１８は、本実施形態に係る画像読取装置に適用されるフォトセンサシステムの一例を示す概略構成図であり、図１９は、本実施形態に係るフォトセンサシステムに適用されるコントローラの一構成例を示す概念的なブロック図である。なお、図２に示したフォトセンサシステム及び上述した第１の実施形態（図５）に示した画像読取装置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。
【０１０２】
上述した第１の実施形態においては、フォトセンサアレイ（ダブルゲート型フォトセンサ）から出力された検出信号をアナログ−デジタル変換するＡ／Ｄコンバータの基準電圧を、被写体の画像パターン（被写体の固有の性質や読取条件、周辺環境等）やダブルゲート型フォトセンサの出力特性のバラツキに対応させて、可変的に設定する構成及び方法について説明したが、本実施形態においては、Ａ／Ｄコンバータの基準電圧を固定した状態で、少なくともダブルゲート型フォトセンサの出力特性のバラツキに対応させて、画像読取動作に関連する駆動制御信号の信号電圧を可変的に設定する構成及び方法を有している。
【０１０３】
図１７、図１８に示すように、本実施形態に係る画像読取装置は、大別して、図２に示したフォトセンサシステム及び図４に示した画像読取装置と同様の構成を有するフォトセンサアレイ１００と、トップゲートドライバ１１０と、ボトムゲートドライバ１２０と、コラムスイッチ１３１及びアンプ１３３と、Ａ／Ｄコンバータ１４０と、ＲＡＭ１６０と、ＲＯＭ１７０と、バックライトＢＬ（図１７においては、図示の都合上、省略）と、を備え、さらに、上述したプリチャージスイッチを備えるとともに、ダブルゲート型フォトセンサに印加されるプリチャージ電圧Ｖpgを任意の電圧値に設定制御するプリチャージ電圧設定部１３４と、ダブルゲート型フォトセンサに印加されるソース電圧Ｖｓを任意の電圧値に設定制御するソース電圧設定部１３５と、フォトセンサアレイ１００による画像読取動作や、各種データのやり取り等を制御するとともに、所定の電圧条件で電圧調整用読取動作を実行して、上記プリチャージ電圧Ｖpg及びソース電圧Ｖｓの電圧値を、ダブルゲート型フォトセンサの出力特性のバラツキに対応した最適値に調整制御する機能を備えたコントローラ１５０Ｂと、を有して構成されている。
【０１０４】
ここで、プリチャージ電圧設定部１３４は、例えば、図１８に示すように、フォトセンサアレイ１００に配設された各ドレインライン１０３に一端側が接続され、後述する電圧制御部１３４ｂに他端側が接続され、後述するコントローラ１５０Ｂから出力されるプリチャージパルスφpgに基づいて、オン／オフ状態が制御される複数のスイッチからなるプリチャージスイッチ群１３４ａと、コントローラ１５０Ｂから出力されるプリチャージ制御信号Ｓpgに基づいて、所定の電圧値を有するプリチャージ電圧Ｖpgを生成し、上記プリチャージスイッチ群１３４ａを介して、各ドレインインライン１０３に印加する電圧制御部１３４ｂと、を有して構成されている。そして、プリチャージ電圧設定部１３４は、後述する電圧調整用読取動作において、上記プリチャージ制御信号Ｓpgに基づく所定のタイミングで（所定の読取領域単位の動作期間ごとに）プリチャージ電圧Ｖpgを段階的に変化させる制御を実行する。
【０１０５】
ソース電圧設定部１３５は、後述する電圧調整用読取動作において、上記プリチャージ電圧設定部１３４によりプリチャージ電圧Ｖpgを段階的に変化させて、各ドレインインライン１０３に印加する動作期間（ハイレベル調整期間）とは、時間的に重ならない別の動作期間（ローレベル調整期間）で、コントローラ１５０Ｂから出力されるソース制御信号Ｓｓに基づく所定のタイミングで（所定の読取領域単位の動作期間ごとに）、フォトセンサアレイ１００に配設された各ソースライン１０４を介して、ダブルゲート型フォトセンサ１０のソース端子に印加するソース電圧Ｖｓを段階的に変化させる制御を実行する。
【０１０６】
Ａ／Ｄコンバータ１４０は、上述した第１の実施形態と同様に、ダブルゲート型フォトセンサ１０から出力されたアナログ信号からなる検出信号をデジタル信号からなる階調データに変換する機能を有するものであるが、本実施形態においては、アナログ−デジタル変換処理における階調データを規定するハイレベル側及びローレベル側の基準電圧は、予め所定の電圧値に固定的に設定されている。
【０１０７】
また、本実施形態に適用されるコントローラ１５０Ｂは、例えば、図１９に示すように、少なくとも、後述するプリチャージ電圧設定部１３４及びソース電圧設定部１３５における電圧設定動作を制御するデバイスコントローラ１５１と、上述した第１の実施形態（図６参照）と略同等の機能を有し、後述するような本実施形態特有の動作を実行するデータコントローラ１５２、メインコントローラ１５３、データ比較器１５４、データセレクタ１５６、感度設定レジスタ１５７と、を備えた構成を有している。
【０１０８】
なお、上記コントローラ１５０Ｂの構成において、デバイスコントローラ１５１、データコントローラ１５２及びメインコントローラ１５３及び感度設定レジスタ１５７は、本発明に係る電圧調整制御手段を構成する。また、データ比較器１５４は、本発明に係る階調データ抽出手段を構成し、データコントローラ１５２、メインコントローラ１５３及びデータセレクタ１５６は、本発明に係る制御電圧設定手段を構成する。すなわち、上記各手段を含んで構成されるコントローラ１５０Ｂは、本発明に係る駆動制御電圧設定手段を構成する。
【０１０９】
データ比較器１５４は、少なくとも、後述する電圧調整用読取動作において、フォトセンサアレイ１００を構成するダブルゲート型フォトセンサ１０に印加するプリチャージ電圧Ｖpg又はソース電圧Ｖｓを変化させつつ読み取り、Ａ／Ｄコンバータ１４０を介して取得した階調データの電圧値（階調電圧）と、Ａ／Ｄコンバータ１４０に予め固定的に設定され、アナログ−デジタル変換処理における階調データを規定するハイレベル側（黒画像パターン読取時）及びローレベル側（白画像パターン読取時）の基準電圧とを比較して、飽和値を除く近似値を抽出する。
【０１１０】
データセレクタ１５６は、Ａ／Ｄコンバータ１４０を介して入力された階調データ、及び、データ比較器１５４を介して処理された階調データ、並びに、処理済みデータ等を入力とし、これらのデータを必要に応じてＲＡＭ１６０への書き込みや読み出し、あるいは、データ比較器１５４への再入力、データコントローラ１５２を介して外部機能部２００へ出力する動作等を切換制御する。
【０１１１】
特に、データセレクタ１５６は、メインコントローラ１５３及びデータコントローラ１５２からの指令（制御信号）に基づいて、後述する電圧調整用読取動作において、上記データ比較器１５４により抽出されたＡ／Ｄコンバータ１４０の基準電圧に近似する階調電圧に対応するプリチャージ電圧Ｖpg又はソース電圧ＶｓをＲＡＭ１６０から読み出して、デバイスコントローラ１５１を介してプリチャージ電圧設定部１３４又はソース電圧設定部１３５に当該電圧値を設定する。
【０１１２】
また、感度設定レジスタ１５７は、少なくとも電圧調整用読取動作において、データコントローラ１５２からの制御信号に基づいて、フォトセンサアレイ１００を構成する各ダブルゲート型フォトセンサ１０に印加するプリチャージ電圧Ｖpg又はソース電圧Ｖｓを、被写体画像の読取領域単位ごと（例えば、行ごと）に段階的に変化させるように、デバイスコントローラ１５１からプリチャージ電圧設定部１３４及びソース電圧設定部１３５に出力する各制御信号Ｓpg、Ｓｓを設定する。
【０１１３】
＜画像読取装置の駆動調整方法＞
次いで、上述したコントローラによる処理動作（プリチャージ電圧／ソース電圧の設定動作）について、図面を参照して説明する。
図２０は、本実施形態に係る駆動調整方法に適用される電圧調整用読取動作の一例（ハイレベル調整動作）を示すタイミングチャートであり、図２１は、本実施形態に係る駆動調整方法に適用される電圧調整用読取動作の他の例（ローレベル調整動作）を示すタイミングチャートである。ここでは、図１７乃至図１９に示した画像読取装置の構成を適宜参照しながら説明する。
【０１１４】
本実施形態に係るコントローラ１５０Ｂは、被写体に対する正規の画像読み取り動作に先立つ任意のタイミングで、以下に示すような電圧調整用読取動作及び制御電圧設定動作を順次実行するように、上記画像読取装置（フォトセンサシステム）の各構成を制御する。ここで、以下に示す一連の処理手順は、じょうじゅつした第１の実施形態と同様に、コントローラ１５０Ｂによって、例えば、ＲＯＭ１７０にあらかじめ格納された制御プログラムがＲＡＭ１６０にロードされて、実行されることにより実現される。
【０１１５】
本実施形態に係るコントローラの処理動作は、具体的には、まず、被写体の正規の読み取り動作に先立つ、任意かつ独立したタイミングで、メインコントローラ１５３により電圧調整用読取動作が開始され、データコントローラ１５２を介して、感度設定レジスタ１５７に電圧調整用読取動作のための電圧条件が設定されて、所定の電圧条件下にあるフォトセンサアレイ１００で読取動作を実行する。
【０１１６】
ここで、感度設定レジスタ１５７に設定される電圧条件は、フォトセンサアレイ１００を構成する各ダブルゲート型フォトセンサ１０に印加されるプリチャージ電圧Ｖpg又はソース電圧Ｖｓであって、これらの電圧値が、フォトセンサアレイ１００における読取領域単位ごと、例えば、一行ごと、あるいは、所定の複数行ごと、もしくは、１画面ごとに、段階的に順次異なるように設定され、上述した画像読取動作（図３参照）と同様に、各行ごとにダブルゲート型フォトセンサ１０を順次駆動することにより、複数の異なる読取感度で読み取る電圧調整用読取動作を実行する。
【０１１７】
具体的には、黒画像パターンに対する電圧調整（すなわち、Ａ／Ｄコンバータ１４０により変換されたハイレベル側の階調データの適正化処理）を行う場合には、まず、フォトセンサアレイ１００の検知面ＤＴＣを暗状態に設定し、例えば、図２０に示すように、フォトセンサアレイ１００を構成するダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート端子ＴＧに対して、各行ごとにリセットパルスφＴｉを順次印加して初期化動作（リセット期間Ｔrst）を実行した後、電荷蓄積期間Ｔａを開始する。ここで、リセット期間においては、デバイスコントローラ１５１からのプリチャージ制御信号Ｓpgに基づいて、プリチャージ電圧設定部１３４により、プリチャージ電圧Ｖpgが０Ｖになるように設定される。
【０１１８】
そして、予め設定された電荷蓄積期間Ｔａ中に、プリチャージパルスφpgに基づいて、各ダブルゲート型フォトセンサ１０のドレイン端子にプリチャージ電圧Ｖpgを印加してプリチャージ状態に設定する（プリチャージ期間Ｔprch）。ここで、本実施形態においては、プリチャージ制御信号Ｓpgに基づいて、プリチャージ電圧設定部１３４により、少なくともプリチャージ期間を含む所定の期間、各行ごとのダブルゲート型フォトセンサ１０のドレイン端子に印加されるプリチャージ電圧Ｖpgの電圧値が、例えば、段階的が低くなるように設定する。
【０１１９】
その後、上記電荷蓄積期間Ｔaを経過した行のダブルゲート型フォトセンサ１０のボトムゲート端子ＢＧに読み出しパルスφＢｉを順次印加して、当該読出期間Ｔread中におけるプリチャージ電圧Ｖpgの変化（暗状態であるため、実質的に変化なし）をコラムスイッチ１３１により検出し、アンプ１３３により所定の信号電圧に増幅して検出信号としてＡ／Ｄコンバータ１４０に出力する。なお、上記一連の電圧調整用読取動作においては、デバイスコントローラ１５１からのソース制御信号Ｓｓに基づいて、ソース電圧設定部１３５により、全てのダブルゲート型フォトセンサ１０のソース端子に印加されるソース電圧Ｖｓが一定の電圧、例えば、０Ｖになるように設定される。
【０１２０】
Ａ／Ｄコンバータ１４０は、予め設定された基準電圧に基づいて、上記検出信号をアナログ−デジタル変換して、階調データを生成し、コントローラ１５０Ｂに出力する。コントローラ１５０Ｂは、サンプリング制御信号ＳＭＰにより設定される所定のタイミングで上記階調データを取り込む。ここで、検出信号の信号電圧がハイレベル側の基準電圧よりも高い場合には、ハイレベル側の基準電圧と同一の電圧値を有する階調データが得られる。
【０１２１】
すなわち、プリチャージ電圧設定部１３４により設定されたプリチャージ電圧Ｖpgが、暗状態（黒表示パターン）を良好に読み取ることができない電圧値に設定されている場合（基準電圧により規定される電圧範囲を逸脱する電圧値に設定されている場合）には、Ａ／Ｄコンバータ１４０から出力される階調データは、ハイレベル側の基準電圧に対して飽和状態を示す。一方、プリチャージ電圧Ｖpgが、暗状態（黒表示パターン）を良好に読み取ることができる電圧値に設定されている場合（基準電圧により規定される電圧範囲内に設定されている場合）には、階調データは、ハイレベル側の基準電圧以下であって、かつ、該基準電圧に近似する階調電圧を有する。
【０１２２】
また、白画像パターンに対する電圧調整（すなわち、Ａ／Ｄコンバータ１４０により変換されたローレベル側の階調データの適正化処理）を行う場合には、まず、フォトセンサアレイ１００の検知面ＤＴＣを明状態に設定し、例えば、図２１に示すように、各行ごとのダブルゲート型フォトセンサ１０に対して、リセットパルスφＴｉを順次印加して初期化動作（リセット期間Ｔrst）を実行した後、電荷蓄積期間Ｔａを開始する。ここで、リセット期間においては、デバイスコントローラ１５１からのプリチャージ制御信号Ｓpgに基づいて、ソース電圧設定部１３５により、ソース電圧Ｖｓが０Ｖになるように設定される。
【０１２３】
そして、予め設定された電荷蓄積期間Ｔａ中に、プリチャージパルスφpgに基づいて、各ダブルゲート型フォトセンサ１０にプリチャージ電圧Ｖpgを印加してプリチャージ状態に設定する（プリチャージ期間Ｔprch）。ここで、本実施形態においては、デバイスコントローラ１５１からのプリチャージ制御信号Ｓpgに基づいて、プリチャージ電圧設定部１３４により、全てのダブルゲート型フォトセンサ１０に印加されるプリチャージ電圧Ｖpgが一定電圧に設定される。また、このとき、デバイスコントローラ１５１からのソース制御信号Ｓｓに基づいて、ソース電圧設定部１３５により、少なくともプリチャージ期間を含む所定の期間、各行ごとのダブルゲート型フォトセンサ１０のソース端子に印加されるソース電圧Ｖｓの電圧値が、例えば、段階的に低くなるように設定する。
【０１２４】
その後、上記電荷蓄積期間Ｔaを経過した行のダブルゲート型フォトセンサ１０に読み出しパルスφＢｉを順次印加して、当該読出期間Ｔread中におけるプリチャージ電圧Ｖpgの変化（明状態であるため、大幅に低下）をコラムスイッチ１３１により検出し、アンプ１３３を介して検出信号としてＡ／Ｄコンバータ１４０に出力する。
【０１２５】
Ａ／Ｄコンバータ１４０は、予め設定された基準電圧に基づいて、上記検出信号をアナログ−デジタル変換して、階調データを生成し、コントローラ１５０Ｂに出力する。コントローラ１５０Ｂは、サンプリング制御信号ＳＭＰにより設定される所定のタイミングで上記階調データを取り込む。ここで、検出信号の信号電圧がローレベル側の基準電圧よりも低い場合には、ローレベル側の基準電圧と同一の電圧値を有する階調データが得られる。
【０１２６】
すなわち、ソース電圧設定部１３５により設定されたソース電圧Ｖｓが、明状態（白表示パターン）を良好に読み取ることができない電圧値に設定されている場合（基準電圧により規定される電圧範囲を逸脱する電圧値に設定されている場合）には、Ａ／Ｄコンバータ１４０から出力される階調データは、ローレベル側の基準電圧に対して飽和状態を示す。一方、ソース電圧Ｖｓが、明状態（白表示パターン）を良好に読み取ることができる電圧値に設定されている場合（基準電圧により規定される電圧範囲内に設定されている場合）には、階調データは、ローレベル側の基準電圧以上であって、かつ、該基準電圧に近似する階調電圧を有する。
【０１２７】
そして、このような電圧調整用読取動作によりフォトセンサアレイ１００（ダブルゲート型フォトセンサ１０）からＡ／Ｄコンバータ１４０を介して、コントローラ１５０Ｂに取り込まれた階調データは、例えば、データセレクタ１５６を介してＲＡＭ１６０に格納される。
上述した電圧調整用読取動作により得られた階調データは、データコントローラ１５２によりデータセレクタ１５６を介して、各読取感度ごと（例えば、各行ごと）にデータ比較器１５４に読み込まれ、当該階調データの電圧値と、予めＡ／Ｄコンバータ１４０に固定的に設定されたハイレベル側又はローレベル側の基準電圧との大小関係が比較される。
【０１２８】
ここで、階調データの電圧値（階調電圧）がハイレベル側又はローレベル側の基準電圧と同一である場合には、上記電圧調整用読取動作により得られた階調データ（階調電圧）が飽和状態にあるものと判断して、当該階調データ（又は、対応する読取感度）を制御電圧設定処理の対象から一義的に除外する。一方、飽和状態にない階調データについては、データ比較器１５４により、各読取感度の中から階調データの電圧値がハイレベル側又はローレベル側の基準電圧に最も近似する階調データを抽出し、当該階調データに対応する読取感度を最適状態と判断して、上記電圧調整用読取動作において当該読取感度に設定したプリチャージ電圧Ｖpg又はソース電圧Ｖｓを、プリチャージ電圧設定部１３４又はソース電圧設定部１３５に各々設定して、制御電圧設定動作を終了する。
【０１２９】
このように、本実施形態に係る画像読取装置及びその駆動調整方法においては、正規の画像読取動作に先立って、Ａ／Ｄコンバータの基準電圧を固定的に設定し、かつ、明状態及び暗状態の各感度調整条件で、段階的に電圧条件（プリチャージ電圧又はソース電圧）を変化させて電圧調整用読取動作を行い、暗状態及び明状態の各感度調整条件で、上記Ａ／Ｄコンバータのハイレベル側及びローレベル側の基準電圧に近似する電圧値を有する階調データを抽出して、当該階調データに対応する読取感度として設定されたプリチャージ電圧及びソース電圧を、それぞれ正規の画像読取動作を実行する際のプリチャージ電圧及びソース電圧として設定する制御電圧設定動作を行うように構成されている。
【０１３０】
これにより、上記調整用読取動作に基づいて判明した、暗状態及び明状態におけるダブルゲート型フォトセンサの出力特性に対応した最適なコントラストに基づいて、フォトセンサアレイ（ダブルゲート型フォトセンサ）に印加されるプリチャージ電圧及びソース電圧を設定することができるので、製造バラツキや画像読取装置の経時変化により、フォトセンサアレイの出力特性にバラツキが生じていた場合であっても、所望の被写体画像を良好な階調数の階調データとして読み取ることができ、階調表現が良好な画像情報を生成することができる。
【０１３１】
なお、本実施形態においては、上記調整用読取動作に適用される電圧調整条件として、フォトセンサアレイを暗状態又は明状態に設定して読取動作を実行し、プリチャージ電圧又はソース電圧を段階的に変化させる場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、上述した第１の実施形態に示したように、正規の画像読取動作における被写体を検知面に載置させた状態で、プリチャージ電圧を変化させて読み取るハイレベル調整動作と、ソース電圧を変化させて読み取るローレベル調整動作を順次実行するようにしてもよい。
【０１３２】
これによれば、被写体の画像パターン（より詳しくは、被写体の固有の性質等）及びダブルゲート型フォトセンサの出力特性に対応した最適なコントラストに基づいて、プリチャージ電圧及びソース電圧を設定することができるので、被写体の画像パターンが鮮明でない場合や、フォトセンサアレイの出力特性にバラツキが生じていた場合であっても、当該被写体画像を良好な階調数の階調データとして読み取ることができ、階調表現が良好な画像情報を生成することができる。
【０１３３】
また、本実施形態に示した一連の電圧調整動作において、電圧調整用読取動作により得られた階調データの電圧が、いずれの読取感度においても、Ａ／Ｄコンバータに固定的に設定されたハイレベル側又はローレベル側の基準電圧に対して飽和状態を示す場合や、該基準電圧に対して所定の近似範囲にない場合には、例えば、コントローラ１５０Ｂからの制御信号により該基準電圧を、所定の電圧分だけ上昇又は下降させるように変更設定して、再度上述した電圧調整制御を行って、再度上記感度調整動作を実行するようにしてもよい。
【０１３４】
次いで、上述した第２の実施形態において示した電圧調整用読取動作に適用可能な明状態及び暗状態の設定機構について簡単に説明する。
図２２は、本実施形態に係る画像読取装置の駆動調整方法に適用可能な明暗状態設定機構を示す概略構成図である。
本実施形態に係る画像読取装置においては、上述した電圧調整用読取動作を実現するために、例えば、図２２（ａ）に示すように、画像読取装置（フォトセンサアレイ１００）の検知面ＤＴＣの上方に、必要に応じてフォトセンサアレイ１００への外光の入射を遮断する遮光カバー３００と、該遮光カバー３００の上記フォトセンサアレイ１００側（すなわち、内側）に、フォトセンサアレイ１００の全域を所定の照射光で均一に照射する平面ライト（面光源）ＦＬＴと、を備えた明暗状態設定機構を適用することができる。
【０１３５】
ここで、遮光カバー３００及び平面ライトＦＬＴは、例えば、本実施形態に係る画像読取装置に付設された構成を有するものであってもよいし、画像読取装置とは別個に構成された装置であってもよい。すなわち、本実施形態に係る画像読取装置が搭載される電子機器に、開閉式やスライド式の機構を有して一体的に設けられた構成を有するものや、当該電子機器とは別個に、製造工場の検査ライン等に設けられたものであってもよく、メンテナンス時や工場出荷時等にフォトセンサアレイを外光から遮断するように設定することができるものであればよい。
【０１３６】
このような明暗状態設定機構を用いた電圧調整用読取動作において、ハイレベル調整動作においては、図２２（ｂ）に示すように、少なくとも画像読取装置のフォトセンサアレイ１００の上方及び側方を遮光カバー３００により被覆して、外光ＬＹが入射しない状態とするとともに、平面ライトＦＬＴを発光させない状態（消灯状態）とすることにより、上記暗状態を実現することができる。
また、ローレベル調整動作においては、図２２（ｃ）に示すように、フォトセンサアレイ１００を遮光カバー３００により被覆して、外光ＬＹが入射しない状態とするとともに、平面ライトＦＬＴを所定の輝度で発光させて、フォトセンサアレイ１００に照射光Ｌｘを均一に照射した状態（点灯状態）とすることにより、上記明状態を実現することができる。
【０１３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る画像読取装置及びその駆動調整方法によれば、被写体を読み取る正規の画像読取動作に先立つ任意のタイミングで、該画像読取動作の対象となる被写体を用いて、読取感度を段階的に変化させる感度調整用読取動作を行い、ダイナミックレンジが最大となる読取感度の階調データの電圧をＡ／Ｄコンバータにおける基準電圧に設定する基準電圧設定動作を行うように構成されているので、被写体の画像パターンが鮮明でない場合や、製造バラツキや画像読取装置の経時変化により、フォトセンサアレイの出力特性にバラツキが生じていた場合であっても、当該被写体画像を良好な階調数の階調データ（コントラスト）として読み取ることができ、階調表現が良好な画像情報を生成することができる。
【０１３８】
また、本発明に係る画像読取装置及びその駆動調整方法においては、正規の画像読取動作に先立つ任意のタイミングで、暗状態及び明状態の各感度調整条件下で、フォトセンサに印加するプリチャージ電圧及びソース電圧の電圧値を段階的に変化させる電圧調整用読取動作を行い、Ａ／Ｄコンバータにおける基準電圧に近似する電圧値を有する階調データが得られるプリチャージ電圧及びソース電圧を、正規の画像読取動作を実行する際のプリチャージ電圧及びソース電圧として設定する制御電圧設定動作を行うように構成されているので、製造バラツキや画像読取装置の経時変化により、フォトセンサアレイの出力特性にバラツキが生じていた場合であっても、当該被写体画像を良好な階調数の階調データ（コントラスト）として読み取ることができ、階調表現が良好な画像情報を生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像読取装置に適用可能なダブルゲート型トランジスタによるフォトセンサ（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２】ダブルゲート型フォトセンサを絶縁性基板上に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３】フォトセンサシステムにおける基本的な駆動制御方法を示すタイミングチャートである。
【図４】フォトセンサシステムを画像読取装置（指紋読取装置）に適用した場合の要部断面図である。
【図５】本発明に係る画像読取装置の第１の実施形態を示すブロック図である。
【図６】本実施形態に係るフォトセンサシステムに適用されるコントローラの一構成例を示す概念的なブロック図である。
【図７】本実施形態に係る画像読取装置に適用されるコントローラにより実現される処理動作の一例を示すフローチャートである。
【図８】本実施形態に係る感度調整用読取動作において、対象となる領域及びその読取動作の具体例を示す概念図である。
【図９】本実施形態に係る感度調整用読取動作に適用可能な読取感度（電荷蓄積期間）の設定方法の一例を示すタイミングチャートである。
【図１０】本実施形態に係る画像読取装置の駆動調整方法の対象となる被写体（指）と検出エリアの関係、及び、被写体画像（指紋画像）の実験画像を示す図である。
【図１１】本実施形態に係る駆動調整方法（感度調整用読取動作）により得られた階調データ（明度データ）の変化の一例を示すグラフである。
【図１２】本実施形態に係る駆動調整方法（感度調整用読取動作）により得られた指紋画像の階調データに基づくダイナミックレンジの変化、及び、行番号とダイナミックレンジ、最大値及び最小値となる階調データの階調電圧との対応関係を示す図である。
【図１３】本具体例における駆動調整方法の一例を示すフローチャートである。
【図１４】異常画素が存在するフォトセンサアレイで感度調整用読取動作を行った場合の被写体画像（指紋画像）を示す実験画像である。
【図１５】本具体例において感度調整用読取動作により得られた階調データの変化の一例を示すグラフである。
【図１６】本具体例において感度調整用読取動作により得られた指紋画像の階調データに基づくダイナミックレンジの変化、及び、行番号とダイナミックレンジ、最大値及び最小値となる階調データの階調電圧との対応関係を示す図である。
【図１７】本発明に係る画像読取装置の第２の実施形態を示すブロック図である。
【図１８】本実施形態に係る画像読取装置に適用されるフォトセンサシステムの一例を示す概略構成図である。
【図１９】本実施形態に係るフォトセンサシステムに適用されるコントローラの一構成例を示す概念的なブロック図である。
【図２０】本実施形態に係る駆動調整方法に適用される電圧調整用読取動作の一例（ハイレベル調整動作）を示すタイミングチャートである。
【図２１】本実施形態に係る駆動調整方法に適用される電圧調整用読取動作の他の例（ローレベル調整動作）を示すタイミングチャートである。
【図２２】本実施形態に係る画像読取装置の駆動調整方法に適用可能な明暗状態設定機構を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１０ ダブルゲート型フォトセンサ
１００ フォトセンサアレイ
１１０ トップゲートドライバ
１２０ ボトムゲートドライバ
１３０ ドレインドライバ
１３１ コラムスイッチ
１３２ プリチャージスイッチ
１３４ プリチャージ電圧設定部
１３５ ソース電圧設定部
１４０ Ａ／Ｄコンバータ
１５０、１５０Ｂ コントローラ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an image reading apparatus and a driving adjustment method thereof, and more particularly to an image reading apparatus that digitally converts an analog signal output from an image reading sensor and acquires image information of a desired subject based on the digital signal. The present invention also relates to a method for adjusting optimum reading sensitivity and driving voltage in the image reading apparatus.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, as an image reading device that reads a subject image such as a printed matter, a photograph, and a fingerprint, for example, a photosensor configured by arranging photoelectric conversion elements (photosensors) such as a CCD (Charge Coupled Device) in a line or matrix form A structure including an array and reading a subject image by irradiating a subject placed on a detection surface on the photosensor array with irradiation light and converting the reflected light into an electrical signal by each photosensor. It has been known.
[0003]
Here, as is well known, the CCD detects the amount (charge amount) of electron-hole pairs generated corresponding to the amount of light irradiated to the light receiving portion of each photosensor by a horizontal scanning circuit and a vertical scanning circuit. It detects the brightness of the irradiation light, and is applied to various imaging devices and image reading devices such as digital video cameras and copying machines. In such a photosensor system using a CCD, it is necessary to provide a selection transistor for selecting each scanned photosensor individually for each photosensor. If the number of detected pixels is increased, the system configuration becomes large.
[0004]
Therefore, in recent years, as a configuration for solving such a problem, for example, as described in Patent Document 1 or the like, a so-called double sensor in which a photosensor itself is provided with a photosense function and a select transistor function. A thin film transistor having a gate structure (hereinafter referred to as a “double gate photosensor”) has been developed, and attempts have been made to reduce the size of the system and increase the density of pixels. The specific configuration and control method of the double gate photosensor will be described in detail later.
[0005]
In Patent Document 1, in an image reading apparatus (photosensor system) to which a photosensor array configured by two-dimensionally arranging the above-described double gate type photosensors is applied, reading sensitivity is set prior to a normal image reading operation. The subject image is read step by step, the brightness data data range (difference between the maximum and minimum values) is calculated for each reading sensitivity, and the reading sensitivity that indicates the largest data range of these data ranges A sensitivity adjustment method is described in which image data having a good contrast can be obtained by obtaining (light accumulation period of a double-gate photosensor).
[0006]
By the way, in an image reading apparatus to which a photosensor array composed of a CCD or a double gate type photosensor as described above is applied, as described in Patent Document 1 or the like, generally, a detection signal output from the photosensor. (Analog signal) is subjected to analog-digital (A / D) conversion processing, converted into gradation data composed of a digital signal, and signal processing for generating a subject image based on the gradation data is performed.
[0007]
Here, in the analog-digital conversion processing of the detection signal, a reference voltage that defines a high level (for example, when reading a black image pattern) and a low level (for example, when reading a white image pattern) is set, and the reference voltage is set to the reference voltage. A method of converting the voltage range based on the number of gradations and converting the analog voltage of the detection signal into a digital value by corresponding to each gradation voltage is employed. In the prior art, the reference voltage for setting the high level is set to a fixed constant voltage so that the reference voltage is, for example, 5 V, and 0 V in the case of the low level.
[0008]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 3116950 (pages 7 to 8, FIGS. 3 to 5)
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional configuration in which the reference voltage used for the analog-to-digital conversion processing is fixedly set, when the output characteristics (output voltage) of the photosensor vary due to manufacturing variations for each sensor panel, the contrast of the subject image There is a problem that the gradation corresponding to is not expressed.
[0010]
Specifically, for example, as described above, the reference voltage of the A / D converter is set corresponding to the case where the detection voltage of 5V is obtained as the black image pattern and the detection voltage of 0V is obtained as the white image pattern. In spite of this, if the detection characteristics of the photosensor are only 4V when reading the black image pattern and 1V when reading the white image pattern due to the variation in the output characteristics of the photosensor (that is, the voltage width is 3V), When the voltage range (5 V) of the reference voltage set for the analog-digital conversion process is applied, the number of gradation levels of the gradation data is reduced, and the gradation width of the gradation data is reduced, so that a sufficient level is obtained. There was a problem that the key expression could not be realized.
[0011]
Conventionally, a configuration in which a reference sample having a clear black-and-white image pattern is provided in the image reading apparatus and the reference voltage is set based on the reading result of the reference sample is known. The inventors have intensively studied a detection signal (detection voltage) of a photosensor based on such a reference sample and a detection signal when an actual subject that is a target of a regular image reading operation is used. It has been found that the voltage width of the detection signal varies greatly depending on the specific properties, reading conditions, surrounding environment, and the like of a specific subject whose pattern (that is, light / dark pattern) is not clear. Specifically, for example, when a photo sensor is applied to a fingerprint reader, the image pattern becomes unclear at a relatively high frequency due to individual differences in fingerprints as subjects and external environments such as temperature and humidity. It was observed that
[0012]
In such a subject, the contrast width (brightness / darkness difference) of the image pattern is smaller and the voltage difference of the detection signal of the photosensor is narrower than when the reference sample is used. When the reference voltage for the analog-digital conversion process is set based on the peak value of the output of the A / D converter using the sample, the gradation is similar to the configuration in which the reference voltage as described above is fixedly set in advance. There is a problem that the number of gradations of data decreases, and sufficient gradation expression cannot be realized.
[0013]
Therefore, in view of the above-described problems, the present invention provides an image reading apparatus capable of reading a subject image with good contrast regardless of variations in output characteristics of the photosensors for each sensor panel and characteristics specific to the subject, and the image reading device It is an object to provide a drive adjustment method.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
  The image reading apparatus according to claim 1, comprising a photosensor array in which a plurality of photosensors are arranged, and gradation data obtained by subjecting detection signals output from each of the photosensors to analog-digital conversion processing. In the image reading apparatus for acquiring image information of a desired subject based on the analog-based image, at least based on the voltage corresponding to the gradation data obtained by reading the desired subject by the photosensor array. Reference voltage setting means for setting a reference voltage for defining the gradation data in the digital conversion process, and when reading the desired subject based on the voltage corresponding to the gradation data obtained by the photosensor array, Drive control that sets the voltage of the drive control signal applied to drive the photosensor With a pressure setting means, either one ofThe reference voltage setting means reads the subject by changing the image reading sensitivity of the photosensor array in a plurality of stages prior to at least a regular image reading operation of reading the desired subject by the photosensor array. Sensitivity adjustment control means for executing and controlling the sensitivity adjustment reading operation, and extracting the maximum value and the minimum value of the gradation data for each image reading sensitivity from the gradation data obtained by the sensitivity adjustment reading operation. A measurement amount comparing means, a data range calculating means for calculating a data range of the gradation data based on the maximum value and the minimum value of the gradation data extracted for each of the image reading sensitivities, An optimum image reading sensitivity extraction means for deriving an optimum image reading sensitivity based on a change for each image reading sensitivity; Means for setting the voltage corresponding to the maximum value and the minimum value of the gradation data to the reference voltage, and the drive control voltage setting means is a regular one that reads at least the desired subject by the photosensor array. Prior to the image reading operation, the voltage adjustment control means for controlling the execution of the voltage adjustment reading operation for changing the voltage of the drive control signal applied to the photosensor array in a plurality of stages to read the predetermined subject; Gradation data extraction means for extracting the gradation data having a voltage value approximate to the reference voltage set in the analog-digital conversion process from the gradation data obtained by the voltage adjustment reading operation; Extracting the gradation data having the voltage value closest to the reference voltage from the extracted gradation data, and extracting the gradation data The corresponding voltage, having a, a control voltage setting means for setting the voltage of the drive control signalIt is characterized by that.
[0017]
  Claim2The image reading apparatus described in claim1In the image reading apparatus described above, the sensitivity adjustment control unit sets the image reading sensitivity of the photosensor array so as to be stepwise different for each reading area unit of the subject.
  Claim3The image reading apparatus described in claim1In the image reading apparatus described above, the sensitivity adjustment control unit sets the image reading sensitivity so as to be gradually different by adjusting a light receiving time of the photosensors included in the photosensor array. To do.
[0018]
  Claim4The image reading apparatus according to any one of claims 1 to3In the image reading device according to any one of the above, the photosensor is formed via a source electrode and a drain electrode formed across a channel region made of a semiconductor layer, and an insulating film above and below the channel region, respectively. The first gate electrode and the second gate electrode, and a subject detection surface on which the subject is placed, the first gate electrode being formed on the first gate electrode. Applying a reset pulse to initialize the read pixel, applying a precharge pulse to the drain electrode, and then applying a read pulse to the second gate electrode, thereby applying the read pulse from the end of the initialization. During the charge accumulation period until, the charge corresponding to the amount of light incident on the channel region is accumulated, and the voltage corresponding to the amount of charge is output as the detection signal. And wherein the door.
[0019]
  Claim5The image reading apparatus described in claim4In the image reading device described above, the image reading sensitivity is the charge accumulation period set in the photosensor.
  Claim6The image reading apparatus described in claim1In the image reading apparatus described above, specific data removal that extracts and excludes at least the maximum value or the minimum value of the gradation data for each image reading sensitivity from the gradation data obtained by the adjustment reading operation. Specific data removing means for performing an operation, wherein the measurement amount comparing means, for each image reading sensitivity, from the gradation data from which the maximum value or the minimum value is excluded by the specific data removing operation, The maximum value and the minimum value of the gradation data are extracted.
[0022]
  Claim7The image reading apparatus described in claim1In the image reading device described above, the photosensor includes a source electrode and a drain electrode formed with a channel region made of a semiconductor layer interposed therebetween, and a first electrode formed above and below the channel region via an insulating film, respectively. A gate electrode, a second gate electrode, and a subject detection surface formed on the first gate electrode, on which the subject is placed, and applying a reset pulse to the first gate electrode Then, the read pixel is initialized, a precharge pulse is applied to the drain electrode, and then a read pulse is applied to the second gate electrode, whereby charge accumulation from the end of the initialization to the application of the read pulse is performed. A charge corresponding to the amount of light incident on the channel region is accumulated during a period, and a voltage corresponding to the amount of charge is output as the detection signal. That.
[0023]
  Claim8The image reading apparatus described in claim7In the image reading apparatus described above, the drive control signal is a source voltage and a precharge voltage applied to a source electrode and a precharge electrode of the photosensor.
  Claim9The image reading apparatus described in claim8In the image reading apparatus described above, the drive control voltage setting unit sets the precharge voltage so as to be different in a stepwise manner, and executes the voltage adjustment reading operation, whereby the level corresponding to the black image pattern is set. It is characterized by obtaining key data.
[0024]
  Claim10The image reading apparatus described in claim8In the image reading apparatus described above, the drive control voltage setting unit sets the source voltage so as to be different in stages, and executes the voltage adjustment reading operation to thereby perform the gradation corresponding to the white image pattern. It is characterized by obtaining data.
  Claim11The image reading apparatus described in claim9Or10In the image reading apparatus described above, the drive control voltage setting unit performs the voltage adjustment reading operation to set the photosensor array in a dark state and obtain the gradation data corresponding to the black image pattern, The voltage adjustment reading operation for obtaining the gradation data corresponding to the white image pattern is performed by setting the photo sensor array in a bright state.
[0025]
  Claim12The image reading apparatus described in claim1Thru11In the image reading apparatus according to any one of the above, the drive control voltage setting unit is configured such that the gradation data having a voltage value approximate to the reference voltage is extracted from the gradation data extracted by the gradation data extraction unit. When not extracted, the reference voltage is variably set.
[0026]
  Claim13The driving adjustment method of the image reading apparatus described above includes a photosensor array in which a plurality of photosensors are arranged, and a gradation obtained by performing analog-digital conversion processing on a detection signal output from each of the photosensors In a drive adjustment method of an image reading apparatus that acquires image information of a desired subject based on data, at least prior to a regular image reading operation of reading the desired subject by the photosensor array, the photosensor array By changing the image reading sensitivity in a plurality of stages and executing and controlling the sensitivity adjustment reading operation for reading the subject, and the gradation data obtained by the sensitivity adjustment reading operation, for each image reading sensitivity, A procedure for extracting the maximum and minimum values of the gradation data, and the gradation data extracted for each image reading sensitivity. A procedure for calculating a data range of the gradation data based on a maximum value and a minimum value of the data, a procedure for deriving an optimum image reading sensitivity based on a change of the data range for each image reading sensitivity, and the optimum And a step of setting a voltage corresponding to the maximum value and the minimum value of the gradation data in the image reading sensitivity to a reference voltage that defines the gradation data in the analog-digital conversion process.Thus, the procedure for setting the voltage corresponding to the maximum value and the minimum value of the gradation data as the reference voltage is as follows: for each of the image reading sensitivities, from the gradation data obtained by the sensitivity adjustment reading operation. A procedure for extracting the maximum value and the minimum value of the gradation data, and a procedure for calculating a data range of the gradation data based on the maximum value and the minimum value of the gradation data extracted for each of the image reading sensitivities. A procedure for deriving an optimum image reading sensitivity based on a change in the data range for each image reading sensitivity, and a voltage corresponding to the maximum value and the minimum value of the gradation data in the optimum image reading sensitivity Means to setIt is characterized by that.
[0027]
  Claim14The drive adjustment method for the image reading apparatus described in claim13In the drive adjustment method of the image reading device, the sensitivity adjustment reading operation may be performed by adjusting a light reception time of the photosensors included in the photosensor array for each reading area unit of the subject. The sensitivity is set to be different in stages.
  Claim15The drive adjustment method for the image reading apparatus described in claim13Or14In the driving adjustment method of the image reading device described above, at least a maximum value or a minimum value of the gradation data is extracted for each image reading sensitivity from the gradation data obtained by the sensitivity adjustment reading operation. It includes a procedure for performing an operation for removing specific data to be excluded.
[0028]
  Claim16The driving adjustment method of the image reading apparatus described above includes a photosensor array in which a plurality of photosensors are arranged, and a gradation obtained by performing analog-digital conversion processing on a detection signal output from each of the photosensors In an image reading apparatus that acquires image information of a desired subject based on data, at least a drive applied to the photosensor array prior to a regular image reading operation of reading the desired subject by the photosensor array Read the subject by changing the voltage of the control signal in multiple steps.The gradation data corresponding to the black image pattern is obtained by setting the photosensor array in the dark state, and the gradation data corresponding to the white image pattern is obtained by setting the photosensor array in the bright state. Including steps to getA procedure for executing and controlling the voltage adjustment reading operation;VoltageFrom the gradation data obtained by the adjustment reading operation,For each image reading sensitivity,A procedure for extracting the gradation data having a voltage value approximating a reference voltage that defines the gradation data in the analog-digital conversion processing; and a voltage that most closely approximates the reference voltage from the extracted gradation data The gradation data having a value is extracted, and a voltage corresponding to the extracted gradation data is set to a voltage of a drive control signal applied to drive the photosensor when reading the desired subject. And a setting procedure.
[0029]
  Claim17The drive adjustment method for the image reading apparatus described in claim16In the driving adjustment method of the image reading device described above, the adjustment reading operation adjusts the voltage of the drive control signal applied to drive the photosensor for each reading area unit of the subject. The image reading sensitivity is set to be different in stages.
[0030]
  Claim18The drive adjustment method for the image reading apparatus described in claim16In the driving adjustment method for an image reading apparatus described above, the photosensor is formed via a source electrode and a drain electrode formed with a channel region made of a semiconductor layer interposed therebetween, and an insulating film above and below the channel region, respectively. And a subject detection surface on which the subject is placed, the first gate electrode being reset to the first gate electrode. Applying a pulse to initialize the read pixel, applying a precharge pulse to the drain electrode, and then applying a read pulse to the second gate electrode, thereby completing the initialization and applying the read pulse During the charge accumulation period, charges corresponding to the amount of light incident on the channel region are accumulated, and a voltage corresponding to the amount of charges is output as the detection signal. The voltage adjustment reading operation is configured to acquire the gradation data corresponding to the black image pattern by setting the precharge voltage to be different in steps, and to set the source voltage in steps. The gradation data corresponding to the white image pattern is acquired by setting differently.
[0032]
  Claim19The drive adjustment method for the image reading apparatus described in claim16Thru18In the driving adjustment method of the image reading apparatus according to any one of the above, in the procedure of extracting the gradation data having the voltage value closest to the reference voltage from the extracted gradation data, the approximation to the reference voltage When the gradation data having the voltage value to be extracted is not extracted, the reference voltage is variably set and the series of steps is executed again.
[0033]
That is, in the image reading apparatus and the drive adjustment method thereof according to the present invention, the subject to be subjected to the image reading operation is used at an arbitrary timing prior to the normal image reading operation for reading the subject, and the subject reading area unit Set the photosensor array reading sensitivity (photosensor light receiving sensitivity; charge accumulation period) to change step by step (for example, every row), and perform a sensitivity adjustment reading operation to read the image pattern. The reading sensitivity that maximizes the data range (dynamic range) of the gradation data is extracted, and the gradation voltage corresponding to the maximum value and the minimum value of the gradation data at the reading sensitivity is converted into an analog-digital conversion process (A / D). The reference voltage setting operation for setting the reference voltage in the converter) is performed.
[0034]
As a result, the tendency of contrast (brightness / darkness difference) for each reading sensitivity peculiar to the subject, that is, the characteristics of the subject image pattern (more specifically, the peculiar property of the subject, the reading condition, the surrounding environment, etc.) and the double gate type photo Since the output characteristics of the sensor can be grasped and the reference voltage of the A / D converter can be set based on the reading sensitivity having the optimum contrast corresponding to these, the image pattern of the subject is not clear or the manufacturing variation Even if the output characteristics of the photosensor array vary due to changes over time of the image reading device or the image reading device, the subject image can be read as gradation data having a good number of gradations, and gradation expression can be expressed. Good image information can be generated.
[0035]
Here, specific gradation data removal that removes at least gradation data due to adhesion of foreign pixels such as bright spot defects and foreign matters from gradation data for each reading sensitivity obtained by the above sensitivity adjustment reading operation The reference voltage setting operation for setting the reference voltage of the A / D converter may be performed based on the tendency of the contrast for each reading sensitivity obtained by the subsequent gradation data.
Thereby, even when the detection signal output from the photosensor array includes an abnormal value, it is possible to obtain image information having a good contrast according to the characteristics of the subject.
[0036]
In the image reading apparatus and the drive adjustment method thereof according to the present invention, the reference voltage in the analog-digital conversion process (A / D converter) is fixed at an arbitrary timing prior to the normal image reading operation for reading the subject. Set and set to change the precharge voltage and source voltage applied to the photo sensor step by step for each reading area unit (for example, for each row) under the sensitivity adjustment conditions in the dark state and the light state. Then, the voltage adjustment reading operation for reading the image pattern is performed, the gradation data having a voltage value approximate to the reference voltage is extracted, and the precharge voltage and the source voltage from which the gradation data is obtained are set as a normal image. A control voltage setting operation for setting as a precharge voltage and a source voltage at the time of executing the reading operation is performed.
[0037]
As a result, the optimum contrast corresponding to the output characteristics of the double-gate photosensor in the dark state (when reading a black image pattern) and the bright state (when reading a white image pattern), which has been found based on the voltage adjustment reading operation, is obtained. Based on this, the precharge voltage and source voltage applied to the photosensor array (double gate photosensor) can be set, so that the output characteristics of the photosensor array vary due to manufacturing variations and changes in the image reader over time. Even if this occurs, a desired subject image can be read as gradation data having a good number of gradations, and image information with a good gradation expression can be generated.
[0038]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of an image reading apparatus and a drive adjustment method thereof according to the present invention will be described in detail.
First, a configuration of a photosensor that is favorable when applied to the image reading apparatus according to the present invention will be described. The image reading apparatus according to the present invention is not limited to a photosensor array to which a double gate type photosensor described below is applied, and a well-known photosensor such as a CCD as described above can be favorably applied. it can.
[0039]
<Double gate type photo sensor>
FIG. 1 is a cross-sectional structural diagram showing a schematic configuration of a photosensor using a double gate transistor (hereinafter referred to as “double gate photosensor”) applicable to the image reading apparatus according to the present invention.
As shown in FIG. 1A, a double-gate photosensor 10 generally includes a semiconductor layer such as amorphous silicon in which electron-hole pairs are generated when excitation light (here, visible light) is incident. (Channel region) 11 and n on both ends of the semiconductor layer 11+A drain electrode 12 and a source electrode 13 which are formed through impurity layers 17 and 18 made of silicon and made of a conductive material selected from chromium, chromium alloy, aluminum, aluminum alloy, etc., and opaque to visible light; A transparent electrode layer such as a tin oxide film or an ITO film (indium-tin oxide film) formed above the semiconductor layer 11 (above the drawing) via a block insulating film 14 and an upper (top) gate insulating film 15, A top gate electrode (first gate electrode) 21 that is transmissive to visible light, and chromium or a chromium alloy formed below the semiconductor layer 11 (downward in the drawing) via a lower (bottom) gate insulating film 16 And a bottom gate electrode (second gate electrode) 22 made of a conductive material selected from aluminum, aluminum alloy and the like, and opaque to visible light. That. The double-gate photosensor 10 having such a configuration is formed on a transparent insulating substrate 19 such as a glass substrate as shown in FIG.
[0040]
In FIG. 1A, the top gate insulating film 15, the block insulating film 14, the insulating film constituting the bottom gate insulating film 16, and the protective insulating film 20 provided on the top gate electrode 21 are all semiconductors. By being made of a material having a high transmittance with respect to the visible light that excites the layer 11, for example, silicon nitride, silicon oxide or the like, the light emitted from the light source (not shown) provided below the drawing is received. The double-gate photosensor 10 (specifically, a semiconductor) is transmitted from the upper side of the drawing while being transmitted through the upper side of the drawing and reflected by a subject placed on a detection surface (subject detection surface) DTC provided above the protective insulating film 20. It has a structure for detecting only light incident on the layer 11).
[0041]
Such a double gate type photosensor 10 is generally represented by an equivalent circuit as shown in FIG. Here, TG is a top gate terminal electrically connected to the top gate electrode 21, BG is a bottom gate terminal electrically connected to the bottom gate electrode 22, and S is a source electrically connected to the source electrode 13. A terminal D is a drain terminal electrically connected to the drain electrode 12.
[0042]
<Photo sensor system>
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a photosensor system including a photosensor array configured by two-dimensionally arranging the above-described double gate type photosensors on the insulating substrate. Here, a photosensor array configured by two-dimensionally arranging a plurality of double-gate photosensors (arranged in a matrix) will be described and described. However, a plurality of double-gate photosensors are arranged in, for example, the X direction. Alternatively, the line sensor array may be arranged in a one-dimensional array, and the two-dimensional region may be scanned by moving the line sensor array in the Y direction orthogonal to the X direction.
[0043]
As shown in FIG. 2, the photosensor system is roughly divided into a photosensor array in which a large number of double-gate photosensors 10 are arranged in a matrix of, for example, n rows × m columns (n and m are arbitrary natural numbers). 100, a top gate line 101 extending by connecting the top gate terminal TG (top gate electrode 21) of each double-gate photosensor 10 in the row direction, and a bottom gate terminal BG (bottom) of each double-gate photosensor 10 A bottom gate line 102 extending by connecting the gate electrodes 22) in the row direction, and a drain line (data line) extending by connecting the drain terminals D (drain electrodes 12) of the double-gate photosensors 10 in the column direction 103 and a source line (common line) that commonly connects the source terminal S (source electrode 13) to the ground potential. 104, a top gate driver 110 connected to the top gate line 101, a bottom gate driver 120 connected to the bottom gate line 102, and a drain line 103, a column switch 131, a precharge switch 132, and an output amplifier 133. And the like, and a drain driver 130 provided with the above.
[0044]
In FIG. 2, φtg is a control signal for generating signals φT1, φT2,... ΦTi,... ΦTn that are selectively output as either a reset voltage (reset pulse) or a carrier storage voltage, and φbg Is a control signal for generating signals φB1, φB2,... ΦBi,... ΦBn that are selectively output as either a read voltage (read pulse) or a non-read voltage, and φpg is a precharge voltage (precharge pulse). ) A precharge signal for controlling the timing of applying Vpg.
[0045]
<Drive control operation of photo sensor system>
FIG. 3 is a timing chart showing a basic drive control method in the above-described photosensor system. FIG. 4 is a cross-sectional view of a main part when the photo sensor system as described above is applied to an image reading apparatus (fingerprint reading apparatus). In FIG. 4, for convenience of illustration, a part of hatching that represents a cross-sectional portion of the photosensor system is omitted.
[0046]
As shown in FIG. 3, in the reset operation (initialization operation), the i-th row (i is an arbitrary natural number; i = 1, 2,...) Via the top gate line 101 by the top gate driver 110. N) A reset pulse (for example, a high level of Vtg = + 15 V) φTi is applied to the top gate terminal TG of the double-gate photosensor 10, so that the semiconductor layer 11 and the semiconductor layer 11 in the block insulating film 14 Carriers (here, holes) accumulated near the interface are released (reset period Trst).
[0047]
Next, in the charge accumulation operation (carrier accumulation operation), the reset operation is completed by applying a low level (eg, Vtg = −15 V) bias voltage φTi to the top gate terminal TG by the top gate driver 110, The charge accumulation period Ta by the accumulation operation starts.
In the charge accumulation period Ta, as shown in FIG. 4, from the backlight (light source) BL provided below the transparent insulating substrate 19 on which the double-gate photosensor 10 shown in FIG. Irradiation light La is irradiated to a subject (for example, a finger) FG placed on the DTC, and the reflected light Lb passes through the top gate electrode 21 made of a transparent electrode layer and enters the semiconductor layer 11.
[0048]
Here, for example, a case where a finger is placed as the subject FG will be described in detail. The irradiation light La emitted from the backlight BL is emitted from the double-gate photosensor 10 (specifically, the bottom gate electrode 22 and the drain electrode 12). The object FG is irradiated through the transparent insulating substrate 19 and the insulating films 15, 16, 20 except the region where the source electrode 13) is formed. The irradiation light La irradiated to the subject FG propagates while being scattered and reflected in the skin surface layer FGs in a region where the detection surface DTC and the subject FG are in close contact (subject contact portion; here, the convex portion FPa of the fingerprint FP). A part of the light Lb passes through the transparent insulating films 20, 15, 14 and the top gate electrode 21 and enters the semiconductor layer 11 of each double-gate photosensor 10 as excitation light.
[0049]
On the other hand, in the region where the detection surface DTC and the subject FG are not in close contact (subject non-contact portion; here, the region outside the concave portion FPb of the fingerprint FP and the outer edge of the finger), the irradiation light La is emitted from the fingerprint detection surface 130a. It passes through the air layer between the subjects, reaches the subject (finger) FG, and is scattered in the skin surface layer FGs, but the light Lc in the skin surface layer FGs is optically difficult to escape to the air layer, and therefore corresponds to the recess FPb. Incident to the double-gate photosensor 10 arranged at the position is suppressed.
Thereby, electron-hole pairs are generated in the incident effective region (carrier generation region) of the semiconductor layer 11 according to the amount of light incident on the semiconductor layer 11 from the top gate electrode 21 side during the charge accumulation period Ta, and the semiconductor layer Holes are accumulated in the vicinity of the interface between 11 and the block insulating film 14 (around the channel region).
[0050]
In the precharge operation, a precharge pulse (precharge voltage) is applied to the drain terminal D via the drain line 103 based on the precharge signal φpg by the drain driver 130 at a specific timing parallel to the charge accumulation period Ta. ) By applying Vpg, the drain electrode 12 is held in charge (precharge period Tprch).
[0051]
In the read operation, after the precharge period Tprch has elapsed, the bottom gate driver 120 applies a read pulse φBi at a high level (for example, Vbg = + 10 V) to the bottom gate terminal BG via the bottom gate line 102. Thus, the drain voltage VD corresponding to the carriers (holes) accumulated in the channel region during the charge accumulation period Ta is read out by the drain driver 130 (column switch 131) and output as a detection signal (readout period Tread). ).
[0052]
Here, the change tendency of the drain voltage VD is closely related to the amount of light received in the charge accumulation period Ta, and when there are many carriers accumulated in the charge accumulation period Ta (bright state), the drain voltage VD is steep. On the other hand, when the accumulated carriers are small (dark state), it tends to decrease gradually. For example, the drain voltage VD (= Vrd after a predetermined time elapses from the start of the read period Tread) ), It is possible to detect the amount of light incident on the double-gate photosensor 110, that is, lightness data corresponding to the light / dark pattern of the subject.
[0053]
That is, by applying a signal φTi to the top gate terminal TG from the top gate driver 210 via the top gate line 101, a photo-sensing function is realized, and the bottom gate line is passed from the bottom gate driver 220 via the bottom gate line 102. The selective reading function is realized by applying the signal φBi to the terminal BG, taking the drain voltage into the drain driver 230 via the drain line 103, and outputting it as the output voltage Vout of serial data or parallel data.
[0054]
A series of image reading operations for such a specific row (i-th row) is regarded as one cycle, and an equivalent process is performed for each row (i, i + 1,...) Of the photosensor array 100 described above. A photo sensor system using a double gate type photo sensor can be obtained by repeating the procedure, or by overlapping a part of the processing procedure in terms of time (overlapping) and executing it in parallel. The two-dimensional image can be operated as an image reading apparatus that reads the brightness data as lightness data.
[0055]
<First Embodiment of Image Reading Apparatus>
Next, a first embodiment of the image reading apparatus according to the present invention will be described. In the present embodiment, the above-described configuration and drive control method of the double gate photosensor are referred to as appropriate.
FIG. 5 is a block diagram showing a first embodiment of the image reading apparatus according to the present invention, and FIG. 6 is a conceptual diagram showing a configuration example of a controller applied to the photosensor system according to the present embodiment. It is a block diagram. In addition, about the structure equivalent to the photosensor system shown in FIG. 2, the same code | symbol is attached | subjected and the description is simplified or abbreviate | omitted.
[0056]
As shown in FIG. 5, the image reading apparatus according to this embodiment is roughly divided into a photosensor array 100 having the same configuration as the photosensor system shown in FIG. 2, a top gate driver 110, and a bottom gate driver 120. In addition to the drain driver 130, an analog-to-digital converter that converts a detection signal (drain voltage) composed of an analog signal read via the drain driver 130 into gradation data (lightness data) composed of a digital signal. (Hereinafter abbreviated as “A / D converter”) 140, subject image reading operation control by the photosensor array 100, image data generation control, and predetermined processing such as image data processing and verification are executed. Controls data exchange with the external function unit 200 and adjusts sensitivity to the subject. Controller 150 having a function of adjusting a reference voltage used for analog-digital conversion processing in an A / D converter 140, which will be described later, to an optimum value, and a work area of the controller 150, and acquiring RAM 160 for temporarily storing (storing) processed gradation data and image data, processing data related to setting of reading sensitivity (light receiving sensitivity) in the photosensor array 100, etc., control program of controller 150, and various data for control And a backlight BL that irradiates a subject placed on the subject detection surface DTC on the top surface of the photosensor array 100 with a predetermined luminance. And is configured.
[0057]
Here, the controller 150 according to the present embodiment includes, for example, a device controller 151 that controls operations of the top gate driver 110, the bottom gate driver 120, and the precharge switch 132, and a RAM 160 and a ROM 170, as shown in FIG. The data controller 152 for writing / reading data, etc., and managing various data, controls these controllers 151 and 152 in accordance with a predetermined control program, and controls and controls the external function unit 200 and the like. A main controller 153 for exchanging signals, a data comparator 154, an adder 155, a data selector 156, a sensitivity setting register 157, and a backlight emission control unit 158 having the following functions are provided.
[0058]
In the configuration of the controller 150, the device controller 151, the data controller 152, the main controller 153, and the sensitivity setting register 157 constitute a sensitivity adjustment control unit according to the present invention. Further, the data comparator 154 constitutes a measurement amount comparison means and an optimum image reading sensitivity extraction means according to the present invention, and the adder 155 constitutes a data range calculation means according to the present invention. That is, the controller 150 including the above-described units and the data selector 156 constitutes a reference voltage setting unit according to the present invention.
[0059]
In the sensitivity adjustment reading operation, the data comparator 154 reads the subject image while changing the light receiving time (that is, the above-described charge accumulation period) of the double-gate photosensor 10 constituting the photosensor array 100, and performs A / D. Based on the gradation data (lightness data) acquired via the converter 140, the magnitude relation between the gradation data in each light receiving time is compared, and the maximum value and the minimum value excluding the saturation value are extracted and added. The maximum value is extracted from the dynamic range (data range of gradation data) calculated for each light reception time by the device 155.
[0060]
The adder 155 calculates the dynamic range from the difference between the maximum value and the minimum value of the gradation data extracted by the data comparator 154 and outputs the dynamic range to the data selector 156.
The data selector 156 includes gradation data input via the A / D converter 140, gradation data (dynamic range, etc.) processed via the data comparator 154 and the adder 155, and Processed data etc. are input, and these data are written to and read from the RAM 160 as needed, or re-input to the data comparator 154 and adder 155, and output to the external function unit 200 via the data controller 152. The switching operation is controlled.
[0061]
In particular, the data selector 156 determines the dynamic range of the gradation data extracted by the data comparator 154 in the sensitivity adjustment reading operation described below based on commands (control signals) from the main controller 153 and the data controller 152. A voltage value corresponding to the maximum value and the minimum value of the gradation data at the maximum reading sensitivity (light reception time) is read from the RAM 160, and the voltage value is read from the reference voltage of the A / D converter 140 (maximum reference voltage, Supply and set as the minimum reference voltage).
[0062]
Further, the sensitivity setting register 157 reads the object image reading time based on the light reception time of each double-gate photosensor 10 constituting the photosensor array 100 based on the control signal from the data controller 152 at least in the sensitivity adjustment reading operation. The timings of the control signals φtg, φbg, and φpg output from the device controller 151 to the top gate driver 110, the bottom gate driver 120, and the precharge switch 132 are set so as to change stepwise for each region unit (for example, for each row). Control.
Further, the backlight emission control unit 158 controls the backlight BL to emit light with a predetermined luminance and irradiate the subject via the photosensor array 100 in the sensitivity adjustment reading operation and the normal subject image reading operation. I do.
[0063]
As a result, the controller 150 outputs the control signals φtg, φbg, φpg to the top gate driver 110, the bottom gate driver 120, and the precharge switch 132, and as shown in FIG. A predetermined signal voltage (reset pulse φTi, read pulse φBi) is applied from each of the top gate driver 110 and the bottom gate driver 120 to the top gate terminal TG and the bottom gate terminal BG of each double gate type photosensor 10, and During the charging period, the operation of applying the precharge voltage Vpg to the drain terminal D of each double gate type photosensor 10 through the precharge switch 132 is controlled.
[0064]
In the controller 150, the column switch 131 detects the drain voltage VD corresponding to the amount of charge accumulated in each double-gate photosensor 10 corresponding to the image pattern of the subject during the charge accumulation period (light reception time). And converted into a digital signal via the amplifier 133 and the A / D converter 140 and input as gradation data. The controller 150 generates image data of the subject based on the gradation data, and executes writing to and reading from the RAM 160 or output to the external function unit 200, for example. The external function unit 200 may be any device that can perform arbitrary image processing and image display, and a personal computer or the like that has rapidly spread in recent years and has a remarkable performance improvement can be applied favorably.
[0065]
<Driving Adjustment Method for Image Reading Apparatus>
Next, the processing operation (reference voltage setting operation of the A / D converter) by the controller described above will be described with reference to the drawings.
FIG. 7 is a flowchart illustrating an example of processing operations realized by a controller applied to the image reading apparatus according to the present embodiment. Here, description will be made with reference to the configuration of the image reading apparatus shown in FIGS.
[0066]
The controller 150 according to the present embodiment performs the sensitivity adjustment reading operation and the reference voltage setting operation as described below sequentially at an arbitrary timing prior to the regular image reading operation for the subject. Each component of the photo sensor system is controlled. Here, a series of processing procedures shown below is realized by the controller 150 loading, for example, a control program stored in advance in the ROM 170 into the RAM 160 and executing it.
[0067]
Specifically, in the processing operation of the controller according to the present embodiment, as shown in FIG. 7, first, the sensitivity adjustment reading operation is started by the main controller 153 at an arbitrary timing prior to the subject normal reading operation. The reading sensitivity for the sensitivity adjustment reading operation is set in the sensitivity setting register 157 via the data controller 152, and the image of the subject placed on the detection surface DTC provided on one surface side of the photosensor array 100. Is read (S101).
[0068]
Here, the reading sensitivity set in the sensitivity setting register 157 (that is, the charge accumulation period set in each double-gate photosensor 10 constituting the photosensor array 100) is for each reading area unit in the photosensor array 100. For example, it is set so as to be sequentially different for each row, for every predetermined plurality of rows, or for each screen of the subject image, and for each row as in the above-described image reading operation (see FIG. 3). In addition, by sequentially driving the double gate type photosensor 10, a sensitivity adjustment reading operation for reading a single subject with a plurality of different reading sensitivities is executed. A specific example of the sensitivity adjustment reading operation will be described later in detail.
[0069]
A detection signal (analog signal) output from the photosensor array 100 (double-gate photosensor 10) by such a sensitivity adjustment reading operation is converted from a digital signal via the amplifier 133 and the A / D converter 140. For example, it is stored in the RAM 160 directly via the data selector 156 or once inputted to the data comparator 154.
[0070]
Next, among the gradation data obtained in step S101 via the data selector 156 by the data controller 152, for each reading sensitivity (that is, for each row, for each predetermined plurality of rows, or for the subject image). The gradation data obtained from each double-gate photosensor 10 is extracted for each screen) and read into the data comparator 154 (S102), and the magnitude relationship between the gradation data is compared for each reading sensitivity, The maximum gradation data (corresponding to the brightest gradation) and the minimum gradation data (corresponding to the darkest gradation) are extracted (S103).
[0071]
Then, the adder 155 controlled by the data controller 152 calculates the difference between the maximum value and the minimum value of the gradation data extracted for each reading sensitivity, that is, the dynamic range (data range), and uses the result as the data. The data is temporarily stored in the RAM 160 via the selector 156 (S104). Such a dynamic range calculation process is sequentially executed for each reading sensitivity.
[0072]
Next, the dynamic range for each reading sensitivity stored in the RAM 160 is read into the data comparator 154 via the data selector 156, and the reading sensitivity that maximizes the dynamic range is extracted from the change tendency of the dynamic range with respect to the reading sensitivity. (S105). Thus, the main controller 153 determines that the extracted reading sensitivity is the optimum reading sensitivity that can obtain a good contrast corresponding to the image pattern of the subject.
[0073]
Then, the data controller 152 reads the maximum value and the minimum value of the gradation data at the extracted reading sensitivity from the RAM 160 via the data selector 156 (S106), and each of the maximum value and the minimum value of the gradation data. Are output to the A / D converter 140, and are rewritten and set to the high-level and low-level reference voltages that define the gradation data in the analog-digital conversion process (S107). End the reference voltage setting operation.
[0074]
<Reading operation for sensitivity adjustment>
Next, the sensitivity adjustment reading operation (step S101) applied to the processing operation of the controller described above will be specifically described with reference to the drawings.
FIG. 8 is a conceptual diagram showing a target region and a specific example of the reading operation in the sensitivity adjustment reading operation according to the present embodiment.
[0075]
Specifically, the sensitivity adjustment reading operation applied to the present embodiment is a control signal output by the device controller 151 to the top gate driver 110, the bottom gate driver 120, and the precharge switch 132, and the read sensitivity ( Based on the charge accumulation period), the image of the subject placed on the detection surface DTC is shown in FIGS. 8A and 8B in the same manner as the image reading operation (see FIG. 3) of the photosensor array 100 described above. As shown in FIG. 8C, the effective reading area 30 of the photosensor array 100 or a detection area set in advance in the effective reading area 30 (an area made up of a predetermined row range and column range). ) Execute the operation of reading 40.
[0076]
Here, the reading sensitivity (that is, the charge accumulation period) set for each double-gate photosensor 10 constituting the photosensor array 100 is set so as to be sequentially different for each row, for example. Alternatively, it may be set so as to be sequentially different for each of a plurality of predetermined lines, or for each entire area of the subject image (i.e., the entire effective reading area 30 or the entire detection area 40). , Each screen) may be set differently.
[0077]
The specific driving method of the double-gate photosensor 10 in the sensitivity adjustment reading operation is, for example, as shown in FIG. 8A, 256 rows × 196 columns of pixels (that is, 256 × 196 double pixels). In the photosensor array 100 composed of a gate type photosensor, all the rows from the first row to the 256th row may be sequentially read, or as shown in FIG. The data may be read sequentially every multiple lines (here, every 10 lines), such as the 20th line,..., The 180th line, the 190th line,.
[0078]
As another driving method of the double gate type photosensor 10, for example, as shown in FIG. 8C, the row range of the 64th to 191st rows and the 67th column of the effective reading area 30 are shown. All rows of the detection area 40 set in the column range of the ˜130th column may be read sequentially. For example, as shown in FIG. The data may be read sequentially every plurality of lines (here, every 10th line) such as the 70th, 80th,..., 180th, and 190th lines.
[0079]
In the sensitivity adjustment reading operation as described above, a reading sensitivity setting method as described below can be favorably applied.
FIG. 9 is a timing chart showing an example of a method for setting read sensitivity (charge accumulation period) applicable to the sensitivity adjustment read operation according to the present embodiment. Here, description will be made with reference to the configuration of the photosensor system shown in FIGS. 1 and 2 as appropriate.
[0080]
In the driving method of the double gate type photosensor 10 shown in FIG. 8 described above, different reading sensitivities are set in stages for all rows or specific rows of the photosensor array 100 (effective reading area 30) or the detection area 40. As a technique, as shown in FIG. 9, first, reset pulses φT1, φT2,... ΦTn are simultaneously applied to each of the double gate type photosensors 10 constituting the photosensor array 100 to perform a reset operation. , And the charge accumulation period T of the double-gate photosensor 10 in all rows1, T2... Tn- 1, TnAre simultaneously started, and the precharge signal φpg and the readout pulses φB1, φB2,... ΦBn applied to the double-gate photosensor 10 for each row are changed stepwise at a predetermined time interval (delay time Tdelay). Thus, the charge accumulation period T set for each row is set by sequentially changing the timing of the precharge operation and the read operation in the double-gate photosensor 10 for each row.1, T2... Tn- 1, TnAre controlled to change with each other at the time interval (Tdelay).
[0081]
Thus, in the sensitivity adjustment reading operation, different reading sensitivities (that is, all rows or specific rows as shown in FIG. 8 above) may be performed for each row in which the reading operation is executed (that is, it may be a specific row). The gradation data read with different reading sensitivities for the number of rows) can be acquired by one (one screen) subject image reading operation.
Note that the setting method of the reading sensitivity (charge accumulation period) applied to the image reading apparatus according to the present invention is not limited to the above-described method, and at least the subject image is read with different reading sensitivities. If it is possible to acquire gradation data every time, for example, after reading one screen of the subject image with a single reading sensitivity, the operation of changing the reading sensitivity and reading the subject image again is repeated a plurality of times. Needless to say, it may be any other method.
[0082]
<Specific example of drive adjustment method>
Next, specific application examples of the above-described image reading apparatus and its drive adjustment method (sensitivity adjustment reading operation and reference voltage setting operation) will be described with reference to the drawings.
FIG. 10 is a diagram illustrating a relationship between a subject (finger) and a detection area that is a target of the drive adjustment method of the image reading apparatus according to the present embodiment, and an experimental image of the subject image (fingerprint image). FIG. 11 is a graph showing an example of changes in gradation data (brightness data) obtained by the drive adjustment method (sensitivity adjustment reading operation) according to the present embodiment, and FIG. Changes in the dynamic range based on the gradation data of the fingerprint image obtained by the drive adjustment method (sensitivity adjustment reading operation), and the gradation voltage of the gradation data that becomes the row number, dynamic range, maximum value, and minimum value FIG.
[0083]
First, as shown in FIG. 10A, the effective reading area 30 of the photosensor array 100 including at least 256 rows × 196 columns of pixels (photosensors) using a finger FG that is a subject in a regular image reading operation. Inside, the entire area is covered by placing and touching the subject, and the preset row range from the 64th row to the 191st row (128 rows) and the row range from the 67th column to the 130th column (64 columns). As shown in FIG. 10, the sensitivity adjustment reading operation for sequentially reading the image pattern of the finger FG by setting different charge accumulation periods in the photo sensor group for each row as described above is performed on the detection area 40 consisting of As shown in (b), fingerprint images having different reading sensitivities for each row are obtained in an image reading operation for one screen.
[0084]
In such a fingerprint image, for example, 256 gradations between gradation data observed as white (that is, a reference value in a bright state) and gradation data observed as black (a reference value in a dark state). When the change in the gradation data in each pixel in an arbitrary row (reading sensitivity) is verified, as shown in FIGS. 11A to 11C in the row in which the charge accumulation period Ta is set short. The entire fingerprint image is read as a substantially dark state, and the difference (dynamic range) between the maximum value and the minimum value of the gradation data in the row is a small or small numerical value. On the other hand, in a row in which the charge accumulation period Ta is set long, the entire fingerprint image is read as a substantially bright state, and the difference (dynamic range) between the maximum value and the minimum value of the gradation data in the row is still very small or small. It becomes a numerical value.
[0085]
On the other hand, as shown in FIGS. 11D and 11E, in the region where the contrast (brightness difference) of the fingerprint image is relatively clear, the difference between the maximum value and the minimum value of the gradation data (dynamic (Range) indicates a large numerical value. In FIG. 11, as an arbitrary row in the detection area 40, for the sake of convenience, the change tendency of gradation data for each column for the 80th row, the 104th row, the 128th row, the 152th row, and the 176th row. showed that.
[0086]
Therefore, by extracting the maximum value and the minimum value of the gradation data for each row (for each reading sensitivity) and calculating the dynamic range from the difference, an area with a small row number as shown in FIG. Is substantially dark, and in a region where the row number is large, it is substantially bright. In either case, the dynamic range is calculated to be small. On the other hand, in the specific row RCa between the dark state and the bright state, the dynamic range is maximum. A change tendency indicating the value MA1 is obtained.
[0087]
Here, when the variation in output characteristics of the double gate photosensors 10 constituting the photosensor array 100 is relatively narrow and uniform, the dynamic range shown in FIG. Since it is included in the error range of the change tendency, the influence on the gradation data due to the variation is small.
As a result, the row number RCa that maximizes the dynamic range is specified. As shown in FIG. 12B, the maximum value (for example, 251) and the minimum value of the gradation data in the row (for example, RCa = 176 row). The value (for example, 58) is read, and the gradation voltages Vsh (176) and Vsl (176) corresponding to the gradation data are set to the high level and low level reference voltages Vdh and Vdl in the A / D converter. .
[0088]
As described above, in the image reading apparatus and the drive adjustment method thereof according to the present embodiment, prior to the normal image reading operation, the reading sensitivity (charge accumulation) is gradually used using the subject that is the target of the image reading operation. The sensitivity adjustment reading operation for reading the subject image is performed by changing the period, and the tendency of contrast (brightness / darkness difference) for each reading sensitivity peculiar to the subject is grasped in advance to show the optimum contrast (the gradation data The reading sensitivity is extracted (the dynamic range is maximized), and the gradation voltage corresponding to the maximum value and the minimum value of the gradation data at the reading sensitivity is extracted from the detection signal (analog signal) output from the photosensor. The A / D converter that generates the (digital signal) is configured to perform a reference voltage setting operation for setting the high level side and low level side reference voltages. .
[0089]
As a result, the optimum image corresponding to the image pattern of the subject (more specifically, the specific properties of the subject, the reading conditions, the surrounding environment, etc.) and the output characteristics of the double-gate photosensor, which are found based on the adjustment reading operation described above. Since the reference voltage of the A / D converter can be set based on the contrast, the output characteristics of the photo sensor array may vary due to the image pattern of the subject being unclear or due to manufacturing variations or changes in the image reader over time. Even if it occurs, the subject image can be read as gradation data having a good number of gradations, and image information with a good gradation expression can be generated.
[0090]
<Other specific examples of the drive adjustment method>
Next, another specific application example of the above-described image reading apparatus and driving adjustment method thereof (sensitivity adjustment reading operation and reference voltage setting operation) will be described with reference to the drawings.
Here, in the specific example described above, a drive adjustment method in the case where there are abnormal pixels due to abnormal output characteristics of a double gate type photosensor or adhesion of foreign matter on the detection surface will be described.
[0091]
FIG. 13 is a flowchart showing an example of a drive adjustment method in this example. FIG. 14 is an experimental image showing a subject image (fingerprint image) when a sensitivity adjustment reading operation is performed with a photosensor array in which abnormal pixels exist, and FIG. 15 shows the sensitivity adjustment reading operation in this specific example. FIG. 16 is a graph showing an example of the change in the obtained gradation data, and FIG. 16 shows the change in the dynamic range based on the gradation data of the fingerprint image obtained by the sensitivity adjustment reading operation in this specific example, and the line number. FIG. 6 is a diagram showing a correspondence relationship between the dynamic range, the grayscale data of the grayscale data having the maximum value and the minimum value. Here, the drive adjustment method will be described with reference to the configuration of the image reading apparatus shown in FIGS. 5 and 6 as appropriate. Also, description of operations equivalent to the above-described drive adjustment method (see FIG. 7) and specific examples (see FIGS. 10 to 12) is simplified or omitted.
[0092]
First, as shown in FIG. 13, as in the case shown in FIG. 10A, the finger FG placed and touched in the detection area 40 set in advance in the effective reading area 30 of the photosensor array 100. A sensitivity adjustment reading operation for reading an image pattern (fingerprint) with different reading sensitivity (charge accumulation period) for each row is performed to obtain a fingerprint image as shown in FIG. 14 (S201). Here, in the photosensor array 100, there are abnormal pixels caused by abnormal output characteristics of the double gate type photosensor, adhesion of foreign matters on the detection surface, and the like, as shown in FIG. It is assumed that a bright spot defect IL indicating abnormally high gradation data has occurred in the fingerprint image.
[0093]
In such a fingerprint image, as in the drive adjustment method shown in FIG. 7, when the change in gradation data is verified for each row in the detection area 40, as shown in FIGS. 11 (a) to 11 (e). For each reading sensitivity, a numerical value change of the gradation data corresponding to the image pattern of the subject can be obtained. In addition, for example, as shown in FIG. 15B, the bright spot defect IL shown in FIG. Gradation data indicating an abnormally large numerical value is observed at the column number Rp (for example, the 104th row) corresponding to the position.
[0094]
In this case, similarly to the specific example described above, the maximum value and the minimum value of the gradation data are extracted, and the dynamic range is calculated from the difference (corresponding to steps S103 and S104 shown in FIG. 7). In this case, as shown in FIG. 16 (a), since the difference in brightness of the image pattern is small in the region where the row number is small and the region where the row number is large, the dynamic range is calculated to be small. The maximum value MA1 that appears to be larger than the maximum value MA1 appears in the row RCb (= 104th row) corresponding to the position of the bright spot defect IL.
[0095]
Processing for extracting the maximum value and minimum value of the gradation data (corresponding to steps S105 and S106 shown in FIG. 7) for extracting a row (reading sensitivity) indicating the maximum value with respect to such a change in dynamic range. As shown in FIG. 16B, the maximum value (for example, 255) and the minimum value (for example, 0) of the gradation data in the 104th row showing the maximum value MA2 due to the bright spot defect IL are obtained. There is a possibility that the grayscale voltages Vsh (104) and Vsl (104) corresponding to the grayscale data are read and set as the high level and low level reference voltages Vdh and Vdl in the A / D converter. . That is, erroneous reference voltages Vdh and Vdl may be set as conditions for reading a subject image with an optimum contrast.
[0096]
Therefore, in this specific example, when the bright spot defect IL occurs in the fingerprint image, for example, one or a plurality of gradation data from the larger one among the gradation data for each reading sensitivity (each row) ( That is, the gradation data of the column number Rp observed as an abnormally large numerical value by executing a specific gradation data removal operation (specific data removal operation) that uniquely removes at least gradation data including the maximum value) Will inevitably be removed (S202, S203).
[0097]
Specifically, the specific gradation data removal operation applied to this specific example is first obtained for each reading sensitivity in the gradation data obtained in step S201 in the controller 150 shown in FIG. The obtained gradation data is extracted and read into the data comparator 154, the magnitude relation between the gradation data is compared, specific gradation data satisfying a predetermined condition, that is, gradation data having the maximum value, Alternatively, a plurality of gradation data groups are extracted and removed in descending order of gradation data. Here, at least the remaining gradation data excluding the specific gradation data is temporarily stored in the RAM 160 or the like. Therefore, the data comparator 154 constitutes specific data removing means according to the present invention.
Then, the remaining gradation data excluding the specific gradation data is read again into the data comparator 154 for each reading sensitivity, and the magnitude relationship between the gradation data is compared to obtain the maximum value and the minimum value. The key data is extracted, and the dynamic range is calculated from the difference (S204).
[0098]
Here, in the specific gradation data removal operation (step S203) as shown in the present specific example, as shown in FIGS. 15A, 15C, and 15E, the row where the bright spot defect IL does not exist. In FIG. 16, at least the maximum value of the gradation data is removed, but as shown by the curve in FIG. 16A, the dynamic range in each row gradually decreases with the row RCa as the vertex (maximum value). Since there is no great change in the change tendency, a line number very close to the line RCa (for example, the 175th line) indicating the original maximum value MA1 of the dynamic range is well identified, as shown in FIG. Then, the maximum value (for example, 249) and the minimum value (for example, 60) of the gradation data in the row (175th row) are read, and the gradation voltages Vsh (175) and Vsl (175) corresponding to the gradation data are read out. ), A / The high and low level reference voltages Vdh and Vdl in the D converter are set (S207, S208).
[0099]
As described above, in the image reading apparatus and the drive adjustment method thereof according to this specific example, prior to the normal image reading operation, from the gradation data for each reading sensitivity obtained by the sensitivity adjustment reading operation for reading the subject image. At least, a specific gradation data removal operation for removing the maximum gradation data that has a relatively high possibility of being caused by an abnormal pixel such as a bright spot defect is performed, and obtained by subsequent gradation data The gradation voltage corresponding to the maximum value and the minimum value of the gradation data at the reading sensitivity showing the optimum contrast is calculated based on the tendency of contrast (brightness / darkness difference) for each reading sensitivity specific to the subject. A reference voltage setting operation for setting the reference voltage on the level side and the low level side is performed.
[0100]
As a result, even when a certain number of element defects exist in the photo sensor array or when the detection surface has a certain amount of dirt, an image with good contrast according to the characteristics of the subject, etc. The reference voltage of the A / D converter can be set so that data can be obtained.
In this specific example, as the specific gradation data removal operation, a process of uniquely removing one or a plurality of gradation data including at least the maximum value from the gradation data for each reading sensitivity is shown. The present invention is not limited to this, and other methods may be used as long as specific gradation data indicating an abnormal value can be removed.
[0101]
<Second Embodiment of Image Reading Apparatus>
Next, a second embodiment of the image reading apparatus according to the present invention will be described.
FIG. 17 is a block diagram showing a second embodiment of the image reading apparatus according to the present invention. FIG. 18 is a schematic configuration diagram illustrating an example of a photosensor system applied to the image reading apparatus according to the present embodiment. FIG. 19 is a diagram illustrating a controller applied to the photosensor system according to the present embodiment. It is a conceptual block diagram which shows the example of a structure. Note that the same reference numerals are given to the same components as those of the photo sensor system shown in FIG. 2 and the image reading apparatus shown in the first embodiment (FIG. 5), and the description thereof is simplified or omitted. To do.
[0102]
In the first embodiment described above, the reference voltage of the A / D converter that performs analog-digital conversion on the detection signal output from the photosensor array (double gate type photosensor) is used as the image pattern of the subject (specific to the subject). The configuration and the method of variably setting corresponding to the variation in the output characteristics of the double gate type photosensor have been described. However, in this embodiment, the reference of the A / D converter is described. In a state where the voltage is fixed, there is a configuration and method for variably setting the signal voltage of the drive control signal related to the image reading operation in accordance with at least the variation in the output characteristics of the double gate type photosensor.
[0103]
As shown in FIGS. 17 and 18, the image reading apparatus according to the present embodiment is roughly divided into a photosensor array 100 having the same configuration as the photosensor system shown in FIG. 2 and the image reading apparatus shown in FIG. The top gate driver 110, the bottom gate driver 120, the column switch 131 and the amplifier 133, the A / D converter 140, the RAM 160, the ROM 170, and the backlight BL (in FIG. 17, omitted for convenience of illustration) And a precharge switch as described above, a precharge voltage setting unit 134 for setting and controlling the precharge voltage Vpg applied to the double gate photosensor to an arbitrary voltage value, and a double gate type Source voltage for controlling the source voltage Vs applied to the photosensor to an arbitrary voltage value The control unit 135 controls the image reading operation by the photosensor array 100 and the exchange of various data, and executes the voltage adjustment reading operation under a predetermined voltage condition, so that the precharge voltage Vpg and the source voltage Vs are set. And a controller 150B having a function of adjusting and controlling the voltage value to an optimum value corresponding to the variation in the output characteristics of the double-gate photosensor.
[0104]
Here, for example, as shown in FIG. 18, the precharge voltage setting unit 134 has one end connected to each drain line 103 arranged in the photosensor array 100 and the other end connected to a voltage control unit 134 b described later. Based on a precharge pulse φpg output from a controller 150B described later, a precharge switch group 134a composed of a plurality of switches whose on / off states are controlled, and a precharge control signal Spg output from the controller 150B. And a voltage controller 134b that generates a precharge voltage Vpg having a predetermined voltage value and applies it to each drain inline 103 via the precharge switch group 134a. Then, the precharge voltage setting unit 134 gradually increases the precharge voltage Vpg at a predetermined timing (for each predetermined read area unit operation period) based on the precharge control signal Spg in a voltage adjustment read operation described later. The control to change to is executed.
[0105]
The source voltage setting unit 135 performs an operation period (high level adjustment period) in which the precharge voltage setting unit 134 changes the precharge voltage Vpg stepwise and is applied to each drain inline 103 in a voltage adjustment read operation described later. ) Is another operation period (low level adjustment period) that does not overlap in time, at a predetermined timing based on the source control signal Ss output from the controller 150B (for each operation period in a predetermined reading area unit). Control is performed in which the source voltage Vs applied to the source terminal of the double-gate photosensor 10 is changed stepwise via each source line 104 arranged in the photosensor array 100.
[0106]
Similar to the first embodiment described above, the A / D converter 140 has a function of converting a detection signal composed of an analog signal output from the double gate type photosensor 10 into gradation data composed of a digital signal. However, in this embodiment, the high-level and low-level reference voltages that define the gradation data in the analog-digital conversion process are fixedly set in advance to predetermined voltage values.
[0107]
Further, for example, as shown in FIG. 19, a controller 150B applied to the present embodiment includes at least a device controller 151 that controls a voltage setting operation in a precharge voltage setting unit 134 and a source voltage setting unit 135, which will be described later, A data controller 152, a main controller 153, a data comparator 154, and a data selector 156, which have substantially the same functions as those of the first embodiment (see FIG. 6) described above, and execute operations unique to the present embodiment as will be described later. , And a sensitivity setting register 157.
[0108]
In the configuration of the controller 150B, the device controller 151, the data controller 152, the main controller 153, and the sensitivity setting register 157 constitute a voltage adjustment control unit according to the present invention. Further, the data comparator 154 constitutes gradation data extraction means according to the present invention, and the data controller 152, main controller 153 and data selector 156 constitute control voltage setting means according to the present invention. That is, the controller 150B configured to include each of the above units constitutes a drive control voltage setting unit according to the present invention.
[0109]
The data comparator 154 performs reading while changing the precharge voltage Vpg or the source voltage Vs applied to the double-gate photosensor 10 constituting the photosensor array 100 at least in a voltage adjustment reading operation to be described later. The voltage value (gradation voltage) of the gradation data acquired via the converter 140 and the high level side (black) that is preset in the A / D converter 140 and defines the gradation data in the analog-digital conversion process. An approximate value excluding the saturation value is extracted by comparing the reference voltage on the low level side (at the time of reading the white image pattern) and the reference voltage on the low level side.
[0110]
The data selector 156 receives the gradation data input via the A / D converter 140, the gradation data processed via the data comparator 154, the processed data, and the like as input. As needed, writing to and reading from the RAM 160, re-input to the data comparator 154, operation to output to the external function unit 200 via the data controller 152, and the like are switched.
[0111]
In particular, the data selector 156 uses the reference of the A / D converter 140 extracted by the data comparator 154 in a voltage adjustment read operation described later based on commands (control signals) from the main controller 153 and the data controller 152. The precharge voltage Vpg or the source voltage Vs corresponding to the gradation voltage approximate to the voltage is read from the RAM 160, and the voltage value is set in the precharge voltage setting unit 134 or the source voltage setting unit 135 via the device controller 151.
[0112]
In addition, the sensitivity setting register 157 includes a precharge voltage Vpg or source applied to each double-gate photosensor 10 constituting the photosensor array 100 based on a control signal from the data controller 152 at least in a voltage adjustment reading operation. The control signals Spg output from the device controller 151 to the precharge voltage setting unit 134 and the source voltage setting unit 135 so as to change the voltage Vs step by step for each reading area unit (for example, for each row) of the subject image. Set Ss.
[0113]
<Driving Adjustment Method for Image Reading Apparatus>
Next, the processing operation (precharge voltage / source voltage setting operation) by the controller described above will be described with reference to the drawings.
FIG. 20 is a timing chart showing an example of a voltage adjustment read operation (high level adjustment operation) applied to the drive adjustment method according to the present embodiment, and FIG. 21 is applied to the drive adjustment method according to the present embodiment. It is a timing chart which shows the other example (low level adjustment operation) of the read operation for voltage adjustment performed. Here, description will be made with reference to the configuration of the image reading apparatus shown in FIGS.
[0114]
The controller 150B according to the present embodiment performs the voltage adjustment reading operation and the control voltage setting operation as described below sequentially at an arbitrary timing prior to the regular image reading operation on the subject. Each component of the photo sensor system is controlled. Here, the series of processing procedures shown below is executed by the controller 150B, for example, by loading a control program stored in advance in the ROM 170 into the RAM 160 and executing it in the same manner as in the first embodiment. It is realized by.
[0115]
Specifically, in the processing operation of the controller according to the present embodiment, first, the voltage controller reading operation is started by the main controller 153 at an arbitrary and independent timing prior to the normal reading operation of the subject, and the data controller 152. The voltage setting for the voltage adjustment reading operation is set in the sensitivity setting register 157, and the reading operation is executed by the photosensor array 100 under a predetermined voltage condition.
[0116]
Here, the voltage condition set in the sensitivity setting register 157 is a precharge voltage Vpg or a source voltage Vs applied to each double-gate photosensor 10 constituting the photosensor array 100, and these voltage values are The image reading operation described above (see FIG. 3) is set so as to be sequentially different for each reading area unit in the photosensor array 100, for example, for each row, for each predetermined plurality of rows, or for each screen. In the same manner as in (), by sequentially driving the double-gate photosensor 10 for each row, a voltage adjustment reading operation for reading with a plurality of different reading sensitivities is executed.
[0117]
Specifically, when performing voltage adjustment on the black image pattern (that is, optimization processing of high-level gradation data converted by the A / D converter 140), first, the detection surface of the photosensor array 100 is detected. For example, as shown in FIG. 20, the DTC is set in the dark state, and the reset pulse φTi is sequentially applied to the top gate terminal TG of the double gate photosensor 10 constituting the photosensor array 100 for each row. After executing the initialization operation (reset period Trst), the charge accumulation period Ta is started. Here, in the reset period, based on the precharge control signal Spg from the device controller 151, the precharge voltage setting unit 134 sets the precharge voltage Vpg to 0V.
[0118]
Then, during the preset charge accumulation period Ta, based on the precharge pulse φpg, the precharge voltage Vpg is applied to the drain terminal of each double-gate photosensor 10 to set the precharge state (precharge period). Tprch). Here, in the present embodiment, based on the precharge control signal Spg, the precharge voltage setting unit 134 applies to the drain terminal of the double gate photosensor 10 for each row for at least a predetermined period including the precharge period. The voltage value of the precharge voltage Vpg to be set is set so as to decrease stepwise, for example.
[0119]
Thereafter, a read pulse φBi is sequentially applied to the bottom gate terminal BG of the double gate photosensor 10 in the row after the charge accumulation period Ta, and the change in the precharge voltage Vpg during the read period Tread (in the dark state). Therefore, the column switch 131 detects substantially no change), amplifies it to a predetermined signal voltage by the amplifier 133, and outputs it to the A / D converter 140 as a detection signal. In the series of voltage adjustment reading operations, the source voltage applied to the source terminals of all the double-gate photosensors 10 by the source voltage setting unit 135 based on the source control signal Ss from the device controller 151. Vs is set to a constant voltage, for example, 0V.
[0120]
The A / D converter 140 performs analog-digital conversion on the detection signal based on a preset reference voltage, generates gradation data, and outputs the gradation data to the controller 150B. The controller 150B takes in the gradation data at a predetermined timing set by the sampling control signal SMP. Here, when the signal voltage of the detection signal is higher than the reference voltage on the high level side, gradation data having the same voltage value as the reference voltage on the high level side is obtained.
[0121]
That is, when the precharge voltage Vpg set by the precharge voltage setting unit 134 is set to a voltage value at which the dark state (black display pattern) cannot be read satisfactorily (the voltage range defined by the reference voltage is set). When the voltage value deviates), the gradation data output from the A / D converter 140 is saturated with respect to the high-level reference voltage. On the other hand, when the precharge voltage Vpg is set to a voltage value that can satisfactorily read the dark state (black display pattern) (when it is set within the voltage range defined by the reference voltage), The gradation data has a gradation voltage that is equal to or lower than the reference voltage on the high level side and approximate to the reference voltage.
[0122]
In addition, when performing voltage adjustment on a white image pattern (that is, processing for optimizing low-level gradation data converted by the A / D converter 140), first, the detection surface DTC of the photosensor array 100 is brightened. For example, as shown in FIG. 21, after the reset pulse φTi is sequentially applied to the double-gate photosensor 10 for each row and the initialization operation (reset period Trst) is performed, the charge accumulation is performed. The period Ta starts. Here, in the reset period, the source voltage Vs is set to 0 V by the source voltage setting unit 135 based on the precharge control signal Spg from the device controller 151.
[0123]
Then, during the preset charge accumulation period Ta, based on the precharge pulse φpg, the precharge voltage Vpg is applied to each double gate type photosensor 10 to set the precharge state (precharge period Tprch). Here, in this embodiment, based on the precharge control signal Spg from the device controller 151, the precharge voltage Vpg applied to all the double-gate photosensors 10 by the precharge voltage setting unit 134 is a constant voltage. Set to At this time, based on the source control signal Ss from the device controller 151, the source voltage setting unit 135 applies the signal to the source terminal of the double-gate photosensor 10 for each row for at least a predetermined period including the precharge period. For example, the voltage value of the source voltage Vs is set to decrease stepwise.
[0124]
Thereafter, a read pulse φBi is sequentially applied to the double-gate photosensors 10 in the row after the charge accumulation period Ta, and the change in the precharge voltage Vpg during the read period Tread (because it is in a bright state, it is greatly reduced). ) Is detected by the column switch 131 and output to the A / D converter 140 as a detection signal via the amplifier 133.
[0125]
The A / D converter 140 performs analog-digital conversion on the detection signal based on a preset reference voltage, generates gradation data, and outputs the gradation data to the controller 150B. The controller 150B takes in the gradation data at a predetermined timing set by the sampling control signal SMP. Here, when the signal voltage of the detection signal is lower than the reference voltage on the low level side, gradation data having the same voltage value as the reference voltage on the low level side is obtained.
[0126]
That is, when the source voltage Vs set by the source voltage setting unit 135 is set to a voltage value at which the bright state (white display pattern) cannot be read satisfactorily (departs from the voltage range defined by the reference voltage). When the voltage value is set), the gradation data output from the A / D converter 140 is saturated with respect to the low-level reference voltage. On the other hand, when the source voltage Vs is set to a voltage value at which the bright state (white display pattern) can be read satisfactorily (when it is set within the voltage range defined by the reference voltage), The tone data has a gradation voltage that is equal to or higher than the reference voltage on the low level side and approximate to the reference voltage.
[0127]
Then, the gradation data taken into the controller 150B from the photosensor array 100 (double-gate photosensor 10) through the A / D converter 140 by such a voltage adjustment reading operation is, for example, sent to the data selector 156. Stored in the RAM 160.
The gradation data obtained by the voltage adjustment reading operation described above is read into the data comparator 154 for each reading sensitivity (for example, for each row) by the data controller 152 via the data selector 156, and the gradation data is read. Is compared with the reference voltage on the high level side or the low level side fixed in advance in the A / D converter 140.
[0128]
Here, when the voltage value (gradation voltage) of the gradation data is the same as the reference voltage on the high level side or the low level side, the gradation data (gradation voltage) obtained by the voltage adjustment reading operation described above. ) Is in a saturated state, and the gradation data (or corresponding reading sensitivity) is uniquely excluded from the target of the control voltage setting process. On the other hand, for the gradation data that is not saturated, the data comparator 154 extracts gradation data whose gradation data voltage value approximates the reference voltage on the high level side or the low level side from each reading sensitivity. Then, the read sensitivity corresponding to the gradation data is determined to be the optimum state, and the precharge voltage Vpg or the source voltage Vs set to the read sensitivity in the voltage adjustment read operation is used as the precharge voltage setting unit 134 or the source. Each is set in the voltage setting unit 135, and the control voltage setting operation is terminated.
[0129]
As described above, in the image reading apparatus and the driving adjustment method thereof according to the present embodiment, the reference voltage of the A / D converter is fixedly set before the normal image reading operation, and the bright state and the dark state are set. The voltage adjustment reading operation is performed by changing the voltage condition (precharge voltage or source voltage) step by step under each sensitivity adjustment condition of the A / D converter under the sensitivity adjustment conditions in the dark state and the bright state. Gradation data having voltage values approximating the high level side and low level side reference voltages are extracted, and the precharge voltage and the source voltage set as the reading sensitivity corresponding to the gradation data are respectively converted into normal images. A control voltage setting operation for setting as a precharge voltage and a source voltage at the time of executing the reading operation is performed.
[0130]
Thus, based on the optimum contrast corresponding to the output characteristics of the double-gate photosensor in the dark state and the bright state, which is found based on the adjustment reading operation, it is applied to the photosensor array (double-gate photosensor). Since the precharge voltage and the source voltage can be set, even if the output characteristics of the photosensor array vary due to manufacturing variations or changes in the image reading device over time, a desired subject image can be obtained. It can be read as gradation data having a good number of gradations, and image information with good gradation expression can be generated.
[0131]
In the present embodiment, as a voltage adjustment condition applied to the adjustment reading operation, the photosensor array is set to a dark state or a bright state, the reading operation is executed, and the precharge voltage or the source voltage is set stepwise. However, the present invention is not limited to this. For example, as shown in the first embodiment described above, a subject in a regular image reading operation is placed on the detection surface. In this state, a high level adjustment operation for reading by changing the precharge voltage and a low level adjustment operation for reading by changing the source voltage may be sequentially executed.
[0132]
According to this, the precharge voltage and the source voltage are set on the basis of the optimum contrast corresponding to the image pattern of the subject (more specifically, the inherent properties of the subject) and the output characteristics of the double-gate photosensor. Therefore, even if the image pattern of the subject is not clear or the output characteristics of the photosensor array vary, the subject image can be read as gradation data with a good number of gradations. Therefore, it is possible to generate image information with good gradation expression.
[0133]
Further, in the series of voltage adjustment operations shown in the present embodiment, the voltage of the gradation data obtained by the voltage adjustment reading operation is a high voltage fixedly set in the A / D converter at any reading sensitivity. When a saturation state is indicated with respect to the reference voltage on the level side or the low level side, or when the reference voltage is not within a predetermined approximate range, for example, the reference voltage is set to a predetermined value by a control signal from the controller 150B. The sensitivity adjustment operation may be executed again by performing the voltage adjustment control again as described above, so as to increase or decrease by the amount of voltage.
[0134]
Next, a bright state and dark state setting mechanism applicable to the voltage adjustment reading operation described in the second embodiment will be briefly described.
FIG. 22 is a schematic configuration diagram showing a light / dark state setting mechanism applicable to the drive adjustment method of the image reading apparatus according to the present embodiment.
In the image reading apparatus according to the present embodiment, in order to realize the above-described voltage adjustment reading operation, for example, as shown in FIG. 22A, the detection surface DTC of the image reading apparatus (photosensor array 100) is formed. A light shielding cover 300 that blocks external light from entering the photosensor array 100 as necessary, and the entire area of the photosensor array 100 on the photosensor array 100 side (that is, the inside) of the light shielding cover 300. A light / dark state setting mechanism including a flat light (surface light source) FLT that uniformly irradiates with predetermined irradiation light can be applied.
[0135]
Here, the light shielding cover 300 and the flat light FLT may have, for example, a configuration attached to the image reading apparatus according to the present embodiment, or may be configured separately from the image reading apparatus. May be. That is, the electronic device in which the image reading apparatus according to the present embodiment is mounted has a structure that is integrally provided with an openable and slidable mechanism, and is manufactured separately from the electronic device. It may be provided on a factory inspection line or the like, as long as it can be set so that the photosensor array is shielded from external light during maintenance or factory shipment.
[0136]
In the voltage adjustment reading operation using such a light / dark state setting mechanism, in the high level adjustment operation, as shown in FIG. 22B, at least the upper side and the side of the photosensor array 100 of the image reading apparatus are shielded. The dark state can be realized by covering with the cover 300 so that the external light LY is not incident and the flat light FLT is not emitted (light-off state).
Further, in the low level adjustment operation, as shown in FIG. 22C, the photo sensor array 100 is covered with the light shielding cover 300 so that the external light LY is not incident thereon, and the flat light FLT has a predetermined luminance. The above bright state can be realized by causing the photo sensor array 100 to emit light and uniformly irradiating the photo sensor array 100 with the irradiation light Lx (lighting state).
[0137]
【The invention's effect】
As described above, according to the image reading apparatus and the drive adjustment method thereof according to the present invention, at any timing prior to the regular image reading operation for reading the subject, using the subject that is the target of the image reading operation, A sensitivity adjustment reading operation that changes the reading sensitivity step by step is performed, and a reference voltage setting operation is performed to set the gradation data voltage of the reading sensitivity that maximizes the dynamic range to the reference voltage in the A / D converter. Therefore, even if the image pattern of the subject is not clear, or the output characteristics of the photosensor array vary due to manufacturing variations or changes in the image reading device over time, the subject image is excellent. It can be read as gradation data (contrast) of the number of gradations, and image information with favorable gradation expression can be generated.
[0138]
In the image reading apparatus and the drive adjustment method thereof according to the present invention, the precharge voltage applied to the photosensor at any timing prior to the normal image reading operation under the sensitivity adjustment conditions in the dark state and the light state. And a voltage adjustment reading operation in which the voltage value of the source voltage is changed stepwise, and a precharge voltage and a source voltage at which gradation data having a voltage value approximate to the reference voltage in the A / D converter is obtained are Since the control voltage setting operation for setting the precharge voltage and the source voltage when performing the image reading operation is performed, the output characteristics of the photosensor array vary due to manufacturing variations and changes over time of the image reading apparatus. Even if this occurs, the subject image is read as gradation data (contrast) with a good number of gradations. Bets can be, it is possible to gradation representation to produce good image information.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional structure diagram illustrating a schematic configuration of a photosensor (double gate photosensor) using a double gate transistor applicable to an image reading apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a photosensor system including a photosensor array configured by two-dimensionally arranging double-gate photosensors on an insulating substrate.
FIG. 3 is a timing chart showing a basic drive control method in the photosensor system.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a main part when the photosensor system is applied to an image reading device (fingerprint reading device).
FIG. 5 is a block diagram illustrating a first embodiment of an image reading apparatus according to the present invention.
FIG. 6 is a conceptual block diagram illustrating a configuration example of a controller applied to the photosensor system according to the present embodiment.
FIG. 7 is a flowchart illustrating an example of a processing operation realized by a controller applied to the image reading apparatus according to the present embodiment.
FIG. 8 is a conceptual diagram showing a target region and a specific example of the reading operation in the sensitivity adjustment reading operation according to the embodiment.
FIG. 9 is a timing chart showing an example of a reading sensitivity (charge accumulation period) setting method applicable to the sensitivity adjustment reading operation according to the embodiment.
FIG. 10 is a diagram illustrating a relationship between a subject (finger) and a detection area that are targets of a drive adjustment method of the image reading apparatus according to the present embodiment, and an experimental image of the subject image (fingerprint image).
FIG. 11 is a graph showing an example of a change in gradation data (lightness data) obtained by the drive adjustment method (sensitivity adjustment reading operation) according to the embodiment;
FIG. 12 shows changes in dynamic range based on the gradation data of the fingerprint image obtained by the drive adjustment method (sensitivity adjustment reading operation) according to the present embodiment, and the line number, dynamic range, maximum value, and minimum value; It is a figure which shows the correspondence with the gradation voltage of the gradation data which become.
FIG. 13 is a flowchart illustrating an example of a drive adjustment method in the present specific example.
FIG. 14 is an experimental image showing a subject image (fingerprint image) when a sensitivity adjustment reading operation is performed with a photosensor array in which abnormal pixels exist.
FIG. 15 is a graph showing an example of a change in gradation data obtained by a sensitivity adjustment reading operation in the present specific example.
FIG. 16 shows changes in dynamic range based on the gradation data of the fingerprint image obtained by the sensitivity adjustment reading operation in this specific example, and the gradation data levels corresponding to the row number, dynamic range, maximum value, and minimum value. It is a figure which shows the correspondence with a regulated voltage.
FIG. 17 is a block diagram showing a second embodiment of an image reading apparatus according to the present invention.
FIG. 18 is a schematic configuration diagram illustrating an example of a photosensor system applied to the image reading apparatus according to the present embodiment.
FIG. 19 is a conceptual block diagram illustrating a configuration example of a controller applied to the photosensor system according to the present embodiment.
FIG. 20 is a timing chart showing an example (high level adjustment operation) of a voltage adjustment read operation applied to the drive adjustment method according to the embodiment;
FIG. 21 is a timing chart showing another example (low level adjustment operation) of the voltage adjustment read operation applied to the drive adjustment method according to the embodiment;
FIG. 22 is a schematic configuration diagram showing a light / dark state setting mechanism applicable to the drive adjustment method of the image reading apparatus according to the present embodiment.
[Explanation of symbols]
10 Double gate type photo sensor
100 Photosensor array
110 Top gate driver
120 Bottom gate driver
130 Drain driver
131 Column switch
132 Precharge switch
134 Precharge voltage setting unit
135 Source voltage setting section
140 A / D converter
150, 150B controller

Claims (19)

複数のフォトセンサが配列されたフォトセンサアレイを備え、前記フォトセンサの各々から出力される検出信号を、アナログ−デジタル変換処理することにより得られる階調データに基づいて、所望の被写体の画像情報を取得する画像読取装置において、
少なくとも、
前記フォトセンサアレイにより前記所望の被写体を読み取ることにより得られる前記階調データに対応する電圧に基づいて、前記アナログ−デジタル変換処理において前記階調データを規定する基準電圧を設定する基準電圧設定手段と、
前記フォトセンサアレイにより得られる前記階調データに対応する電圧に基づいて、前記所望の被写体を読み取る際に前記フォトセンサを駆動するために印加される駆動制御信号の電圧を設定する駆動制御電圧設定手段と、の何れか一方を備え、
前記基準電圧設定手段は、少なくとも、前記フォトセンサアレイにより前記所望の被写体を読み取る正規の画像読取動作に先立って、前記フォトセンサアレイの画像読取感度を複数段階に変化させて、前記被写体を読み取る感度調整用読取動作を実行制御する感度調整制御手段と、前記感度調整用読取動作により得られた前記階調データから、前記画像読取感度ごとに、前記階調データの最大値及び最小値を抽出する測定量比較手段と、前記画像読取感度ごとに抽出された前記階調データの最大値及び最小値に基づいて、前記階調データのデータ範囲を算出するデータ範囲算出手段と、前記データ範囲の前記画像読取感度ごとの変化に基づいて、最適画像読取感度を導出する最適画像読取感度抽出手段と、前記最適画像読取感度における前記階調データの最大値及び最小値に対応する電圧を前記基準電圧に設定する手段と、を有し、
前記駆動制御電圧設定手段は、少なくとも、前記フォトセンサアレイにより前記所望の被写体を読み取る正規の画像読取動作に先立って、前記フォトセンサアレイに印加される駆動制御信号の電圧を複数段階に変化させて、前記所定の被写体を読み取る電圧調整用読取動作を実行制御する電圧調整制御手段と、前記電圧調整用読取動作により得られた前記階調データから、前記アナログ−デジタル変換処理において設定された前記基準電圧に近似する電圧値を有する前記階調データを抽出する階調データ抽出手段と、前記抽出された前記階調データから前記基準電圧に最も近似する電圧値を有する前記階調データを抽出し、該抽出された階調データに対応する電圧を、前記駆動制御信号の電圧に設定する制御電圧設定手段と、を有することを特徴とする画像読取装置。A photosensor array having a plurality of photosensors arranged, and image information of a desired subject based on gradation data obtained by subjecting detection signals output from the photosensors to analog-digital conversion processing In the image reading apparatus for acquiring
at least,
Reference voltage setting means for setting a reference voltage for defining the gradation data in the analog-to-digital conversion process based on a voltage corresponding to the gradation data obtained by reading the desired subject with the photosensor array When,
A drive control voltage setting for setting a voltage of a drive control signal applied to drive the photosensor when reading the desired subject based on a voltage corresponding to the gradation data obtained by the photosensor array Any one of the means ,
The reference voltage setting means is a sensitivity for reading the subject by changing the image reading sensitivity of the photosensor array in a plurality of stages prior to at least a regular image reading operation for reading the desired subject by the photosensor array. A maximum value and a minimum value of the gradation data are extracted for each of the image reading sensitivities from sensitivity adjustment control means for executing and controlling the adjustment reading operation and the gradation data obtained by the sensitivity adjustment reading operation. A measurement amount comparison unit; a data range calculation unit that calculates a data range of the gradation data based on the maximum value and the minimum value of the gradation data extracted for each of the image reading sensitivities; An optimum image reading sensitivity extraction means for deriving an optimum image reading sensitivity based on a change for each image reading sensitivity, and the optimum image reading sensitivity Comprising means for setting a voltage corresponding to the maximum value and the minimum value of the tone data to the reference voltage, a,
The drive control voltage setting means changes the voltage of the drive control signal applied to the photosensor array in a plurality of stages prior to at least a regular image reading operation for reading the desired subject by the photosensor array. A voltage adjustment control means for executing and controlling a voltage adjustment reading operation for reading the predetermined subject, and the reference set in the analog-to-digital conversion process from the gradation data obtained by the voltage adjustment reading operation. Gradation data extraction means for extracting the gradation data having a voltage value approximating a voltage, and extracting the gradation data having a voltage value closest to the reference voltage from the extracted gradation data; a voltage corresponding to the grayscale data issued extract, a control voltage setting means for setting the voltage of said driving control signal, a Rukoto to have a Image reading apparatus according to symptoms. 前記感度調整制御手段は、前記被写体の読取領域単位ごとに、前記フォトセンサアレイの前記画像読取感度を段階的に異なるように設定することを特徴とする請求項１記載の画像読取装置。The sensitivity adjustment control means, for each read area unit of the object, an image of claim 1, wherein the setting differently the image reading sensitivity of the photosensor array in steps reader. 前記感度調整制御手段は、前記フォトセンサアレイを構成する前記フォトセンサの受光時間を調整することにより、前記画像読取感度を段階的に異なるように設定することを特徴とする請求項１記載の画像読取装置。The sensitivity adjustment control means, by adjusting the light receiving time of the photosensors constituting the photosensor array, an image according to claim 1, wherein the setting differently the image reading sensitivity in stages Reader. 前記フォトセンサは、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、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、前記第１のゲート電極の上方に形成され、前記被写体が載置される被写体検知面と、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読取画素を初期化し、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入射した光の量に応じた電荷を蓄積し、該電荷量に対応する電圧を前記検出信号として出力することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の画像読取装置。The photosensor includes a source electrode and a drain electrode formed across a channel region made of a semiconductor layer, and a first gate electrode and a second electrode formed above and below the channel region via an insulating film, respectively. A gate electrode; and a subject detection surface formed above the first gate electrode on which the subject is placed;
Applying a reset pulse to the first gate electrode to initialize the read pixel, applying a precharge pulse to the drain electrode, and then applying a read pulse to the second gate electrode In the charge accumulation period from the end to the application of the readout pulse, charges corresponding to the amount of light incident on the channel region are accumulated, and a voltage corresponding to the amount of charges is output as the detection signal. the image reading apparatus according to any one of claims 1 to 3. 前記画像読取感度は、前記フォトセンサに設定される前記電荷蓄積期間であることを特徴とする請求項４記載の画像読取装置。The image reading apparatus according to claim 4 , wherein the image reading sensitivity is the charge accumulation period set in the photosensor. 前記画像読取装置は、
前記調整用読取動作により得られた前記階調データから、前記画像読取感度ごとに、少なくとも、前記階調データの最大値又は最小値を抽出して除外する特定データ除去動作を実行する特定データ除去手段をさらに有し、
前記測定量比較手段は、前記特定データ除去動作により前記最大値又は最小値が除外された前記階調データから、前記画像読取感度ごとに、前記階調データの最大値及び最小値を抽出することを特徴とする請求項１記載の画像読取装置。The image reading device includes:
Specific data removal that executes a specific data removal operation that extracts and excludes at least the maximum value or the minimum value of the gradation data for each image reading sensitivity from the gradation data obtained by the adjustment reading operation. Further comprising means,
The measurement amount comparison unit extracts the maximum value and the minimum value of the gradation data for each image reading sensitivity from the gradation data from which the maximum value or the minimum value is excluded by the specific data removal operation. The image reading apparatus according to claim 1 . 前記フォトセンサは、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、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、前記第１のゲート電極の上方に形成され、前記被写体が載置される被写体検知面と、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読取画素を初期化し、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入射した光の量に応じた電荷を蓄積し、該電荷量に対応する電圧を前記検出信号として出力することを特徴とする請求項１記載の画像読取装置。The photosensor includes a source electrode and a drain electrode formed across a channel region made of a semiconductor layer, and a first gate electrode and a second electrode formed above and below the channel region via an insulating film, respectively. A gate electrode; and a subject detection surface formed above the first gate electrode on which the subject is placed;
Applying a reset pulse to the first gate electrode to initialize the read pixel, applying a precharge pulse to the drain electrode, and then applying a read pulse to the second gate electrode In the charge accumulation period from the end to the application of the readout pulse, charges corresponding to the amount of light incident on the channel region are accumulated, and a voltage corresponding to the amount of charges is output as the detection signal. The image reading apparatus according to claim 1 . 前記駆動制御信号は、前記フォトセンサのソース電極及びプリチャージ電極に印加されるソース電圧及びプリチャージ電圧であることを特徴とする請求項７記載の画像読取装置。8. The image reading apparatus according to claim 7 , wherein the drive control signal is a source voltage and a precharge voltage applied to a source electrode and a precharge electrode of the photosensor. 前記駆動制御電圧設定手段は、前記プリチャージ電圧を段階的に異なるように設定して、前記電圧調整用読取動作を実行することにより、黒画像パターンに対応した前記階調データを得ることを特徴とする請求項８記載の画像読取装置。The drive control voltage setting unit obtains the gradation data corresponding to a black image pattern by setting the precharge voltage to be different in stages and executing the voltage adjustment reading operation. The image reading apparatus according to claim 8 . 前記駆動制御電圧設定手段は、前記ソース電圧を段階的に異なるように設定して、前記電圧調整用読取動作を実行することにより、白画像パターンに対応した前記階調データを得ることを特徴とする請求項８記載の画像読取装置。The drive control voltage setting means sets the source voltage so as to be gradually different, and executes the voltage adjustment reading operation to obtain the gradation data corresponding to a white image pattern. The image reading apparatus according to claim 8 . 前記駆動制御電圧設定手段は、前記フォトセンサアレイを暗状態に設定して、前記黒画像パターンに対応した前記階調データを得る前記電圧調整用読取動作を実行し、前記フォトセンサアレイを明状態に設定して、前記白画像パターンに対応した前記階調データを得る前記電圧調整用読取動作を実行することを特徴とする請求項９又は１０記載の画像読取装置。The drive control voltage setting means sets the photosensor array to a dark state, executes the voltage adjustment reading operation for obtaining the gradation data corresponding to the black image pattern, and sets the photosensor array to a bright state. It is set to an image reading apparatus according to claim 9 or 10, wherein performing said read voltage adjusting operation to obtain the gradation data corresponding to the white image pattern. 前記駆動制御電圧設定手段は、前記階調データ抽出手段により抽出された前記階調データから、前記基準電圧に近似する電圧値を有する前記階調データが抽出されない場合に、前記基準電圧を可変設定することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の画像読取装置。The drive control voltage setting means variably sets the reference voltage when the gradation data having a voltage value approximate to the reference voltage is not extracted from the gradation data extracted by the gradation data extraction means. the image reading apparatus according to any one of claims 1 to 11, characterized in that. 複数のフォトセンサが配列されたフォトセンサアレイを備え、前記フォトセンサの各々から出力される検出信号を、アナログ−デジタル変換処理することにより得られる階調データに基づいて、所望の被写体の画像情報を取得する画像読取装置の駆動調整方法において、
少なくとも、前記フォトセンサアレイにより前記所望の被写体を読み取る正規の画像読取動作に先立って、前記フォトセンサアレイの画像読取感度を複数段階に変化させて、前記被写体を読み取る感度調整用読取動作を実行制御する手順と、
前記感度調整用読取動作により得られた前記階調データから、前記画像読取感度ごとに、前記階調データの最大値及び最小値を抽出する手順と、
前記画像読取感度ごとに抽出された前記階調データの最大値及び最小値に基づいて、前記階調データのデータ範囲を算出する手順と、
前記データ範囲の前記画像読取感度ごとの変化に基づいて最適画像読取感度を導出する手順と、
前記最適画像読取感度における前記階調データの最大値及び最小値に対応する電圧を、前記アナログ−デジタル変換処理において前記階調データを規定する基準電圧に設定する手順と、
を含み、
前記階調データの最大値及び最小値に対応する電圧を前記基準電圧に設定する手順は、前記感度調整用読取動作により得られた前記階調データから、前記画像読取感度ごとに、前記階調データの最大値及び最小値を抽出する手順と、前記画像読取感度ごとに抽出された前記階調データの最大値及び最小値に基づいて、前記階調データのデータ範囲を算出する手順と、前記データ範囲の前記画像読取感度ごとの変化に基づいて、最適画像読取感度を導出する手順と、前記最適画像読取感度における前記階調データの最大値及び最小値に対応する電圧を前記基準電圧に設定する手段と、を含むことを特徴とする画像読取装置の駆動調整方法。A photosensor array having a plurality of photosensors arranged, and image information of a desired subject based on gradation data obtained by subjecting detection signals output from the photosensors to analog-digital conversion processing In the drive adjustment method of the image reading apparatus for obtaining
At least prior to a regular image reading operation for reading the desired subject by the photosensor array, the image reading sensitivity of the photosensor array is changed in a plurality of stages, and execution control of the sensitivity adjustment reading operation for reading the subject is executed. And the steps to
A procedure for extracting the maximum value and the minimum value of the gradation data for each of the image reading sensitivities from the gradation data obtained by the sensitivity adjustment reading operation;
A procedure for calculating a data range of the gradation data based on the maximum value and the minimum value of the gradation data extracted for each image reading sensitivity;
A procedure for deriving an optimum image reading sensitivity based on a change in the data range for each image reading sensitivity;
A procedure for setting a voltage corresponding to the maximum value and the minimum value of the gradation data in the optimum image reading sensitivity to a reference voltage that defines the gradation data in the analog-digital conversion process;
Only including,
The procedure of setting the voltage corresponding to the maximum value and the minimum value of the gradation data as the reference voltage is the gradation data obtained for each image reading sensitivity from the gradation data obtained by the sensitivity adjustment reading operation. A procedure for extracting a maximum value and a minimum value of data, a procedure for calculating a data range of the gradation data based on the maximum value and the minimum value of the gradation data extracted for each image reading sensitivity, A procedure for deriving an optimum image reading sensitivity based on a change in the data range for each image reading sensitivity, and setting a voltage corresponding to the maximum value and the minimum value of the gradation data in the optimum image reading sensitivity as the reference voltage driving adjustment method for an image reading apparatus according to claim means and the containing Mukoto to. 前記感度調整用読取動作は、前記被写体の読取領域単位ごとに、前記フォトセンサアレイを構成する前記フォトセンサの受光時間を調整することにより、前記画像読取感度を段階的に異なるように設定することを特徴とする請求項１３記載の画像読取装置の駆動調整方法。In the sensitivity adjustment reading operation, the image reading sensitivity is set to be gradually different by adjusting the light receiving time of the photosensors constituting the photosensor array for each reading area unit of the subject. 14. The drive adjustment method for an image reading apparatus according to claim 13, 前記画像読取装置の駆動調整方法は、
前記感度調整用読取動作により得られた前記階調データから、前記画像読取感度ごとに、少なくとも、前記階調データの最大値又は最小値を抽出して除外する特定データ除去動作を実行する手順を含むことを特徴とする請求項１３又は１４記載の画像読取装置の駆動調整方法。The drive adjustment method of the image reading apparatus is as follows:
A procedure for executing a specific data removing operation for extracting and excluding at least the maximum value or the minimum value of the gradation data for each image reading sensitivity from the gradation data obtained by the sensitivity adjustment reading operation. driving adjustment method for an image reading apparatus according to claim 13 or 14, wherein it contains. 複数のフォトセンサが配列されたフォトセンサアレイを備え、前記フォトセンサの各々から出力される検出信号を、アナログ−デジタル変換処理することにより得られる階調データに基づいて、所望の被写体の画像情報を取得する画像読取装置の駆動調整方法において、
少なくとも、前記フォトセンサアレイにより前記所望の被写体を読み取る正規の画像読取動作に先立って、前記フォトセンサアレイに印加される駆動制御信号の電圧を複数段階に変化させて、前記被写体を読み取り、前記フォトセンサアレイを暗状態に設定することにより黒画像パターンに対応した前記階調データを取得し、前記フォトセンサアレイを明状態に設定することにより白画像パターンに対応した前記階調データを取得する手順を含む電圧調整用読取動作を実行制御する手順と、
前記電圧調整用読取動作により得られた前記階調データから、前記画像読取感度ごとに、前記アナログ−デジタル変換処理における前記階調データを規定する基準電圧に近似する電圧値を有する前記階調データを抽出する手順と、
前記抽出された前記階調データから前記基準電圧に最も近似する電圧値を有する前記階調データを抽出し、該抽出された階調データに対応する電圧を、前記所望の被写体を読み取る際に、前記フォトセンサを駆動するために印加される駆動制御信号の電圧に設定する手順と、
を含むことを特徴とする画像読取装置の駆動調整方法。A photosensor array having a plurality of photosensors arranged, and image information of a desired subject based on gradation data obtained by subjecting detection signals output from the photosensors to analog-digital conversion processing In the drive adjustment method of the image reading apparatus for obtaining
At least, the prior to the normal image reading operation for reading the desired subject by the photosensor array, said voltage of the drive control signals applied to the photosensor array is changed in a plurality of stages, read-the subject, the The gradation data corresponding to the black image pattern is acquired by setting the photo sensor array to the dark state, and the gradation data corresponding to the white image pattern is acquired by setting the photo sensor array to the light state. A procedure for controlling the execution of the voltage adjustment reading operation including the procedure;
The gradation data having a voltage value that approximates a reference voltage that defines the gradation data in the analog-digital conversion processing for each image reading sensitivity from the gradation data obtained by the voltage adjustment reading operation. Steps to extract
When the gradation data having a voltage value that is most approximate to the reference voltage is extracted from the extracted gradation data, and the voltage corresponding to the extracted gradation data is read when the desired subject is read. A procedure for setting a voltage of a drive control signal applied to drive the photosensor;
A drive adjustment method for an image reading apparatus, comprising: 前記調整用読取動作は、前記被写体の読取領域単位ごとに、前記フォトセンサを駆動するために印加される前記駆動制御信号の電圧を調整することにより、前記画像読取感度を段階的に異なるように設定することを特徴とする請求項１６記載の画像読取装置の駆動調整方法。In the adjustment reading operation, the image reading sensitivity is changed stepwise by adjusting the voltage of the drive control signal applied to drive the photosensor for each reading area unit of the subject. The drive adjustment method for an image reading apparatus according to claim 16 , wherein the setting is performed. 前記フォトセンサは、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、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、前記第１のゲート電極の上方に形成され、前記被写体が載置される被写体検知面と、を備え、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読取画素を初期化し、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入射した光の量に応じた電荷を蓄積し、該電荷量に対応する電圧を前記検出信号として出力する構成を有し、
前記電圧調整用読取動作は、前記プリチャージ電圧を段階的に異なるように設定することにより、黒画像パターンに対応した前記階調データを取得し、
前記ソース電圧を段階的に異なるように設定することにより、白画像パターンに対応した前記階調データを取得することを特徴とする請求項１６記載の画像読取装置の駆動調整方法。The photosensor includes a source electrode and a drain electrode formed across a channel region made of a semiconductor layer, and a first gate electrode and a second electrode formed above and below the channel region via an insulating film, respectively. A gate electrode and a subject detection surface on which the subject is placed, the reset pixel being applied to the first gate electrode to initialize the read pixel. By applying a precharge pulse to the drain electrode and then applying a read pulse to the second gate electrode, it enters the channel region during the charge accumulation period from the end of initialization to the application of the read pulse. Charge is stored according to the amount of light, and a voltage corresponding to the amount of charge is output as the detection signal.
The voltage adjustment reading operation acquires the gradation data corresponding to a black image pattern by setting the precharge voltage to be different in stages,
17. The method according to claim 16 , wherein the gradation data corresponding to the white image pattern is acquired by setting the source voltage to be different in stages. 前記画像読取装置の駆動調整方法は、前記抽出された前記階調データから前記基準電圧に最も近似する電圧値を有する前記階調データを抽出する手順において、前記基準電圧に近似する電圧値を有する前記階調データが抽出されない場合に、前記基準電圧を可変設定して、前記一連の手順を再度実行することを特徴とする請求項１６乃至１８のいずれかに記載の画像読取装置の駆動調整方法。The drive adjustment method of the image reading apparatus has a voltage value approximate to the reference voltage in the procedure of extracting the gradation data having the voltage value closest to the reference voltage from the extracted gradation data. when the gradation data is not extracted, the reference voltage by varying set, driving adjustment method for an image reading apparatus according to any one of claims 16 to 18 and executes the series of steps again .
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