CN1726505A

CN1726505A - 压力触发指纹输入装置

Info

Publication number: CN1726505A
Application number: CNA2003801065889A
Authority: CN
Inventors: 泽野智美
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2002-12-19
Filing date: 2003-12-11
Publication date: 2006-01-25
Anticipated expiration: 2023-12-11
Also published as: TWI252436B; WO2004057523A1; CN100343863C; KR100716046B1; KR20050085683A; AU2003285762A1; JP4658443B2; JP2004199487A; TW200414070A

Abstract

一种图像输入装置，包括置于放置被检验物体的放置面之下的图像读出组件(2)，和感应电路(61)，该感应电路用于根据施加于放置面的压力来感应物体放在该放置面上。

Description

压力触发指纹输入装置

发明领域

本发明涉及一种图像输入装置，该装置包括位于放置被检验物体的放置表面之下的图像读出电路，并通过利用图像读出器件读出该物体来输入该物体的图像。

技术背景

指纹具有的图案对于个人来说独一无二，因此是用于鉴定一个人非常有用的工具。近来，正在发展将指纹应用于个人鉴定的指纹鉴定装置。更具体的是，这种指纹鉴定装置通过将图像读出器读出的指纹图像与预先登记的人的指纹图像数据进行比较来进行个人鉴定。正在尝试将这种指纹鉴定装置安装在信息装置中，如个人计算机、PDA(个人数字助理)和蜂窝电话。

日本专利申请KOKAI公开No.2002-94040描述了一种用在指纹鉴定装置中的二维图像读出器。这种二维图像读出器包括光电传感器阵列，其中在透明基底上排列许多光电传感器；背光置于光电传感器阵列的后面，从而与其背面相对；覆盖光电传感器阵列表面的透明电极层；和用于感应在电极层中的电压变化的传感器。下面将说明常规二维图像读出器的操作和利用该图像读出器的方法。当被检验的人将其手指放在电极层上时，由于这个人自己具有独特的电阻和电容，因此传感器感应通过手指接触电极层而产生的独特的电压变化。根据该传感器感应到的该手指，背光用光照射该手指，光电传感器阵列通过图像读出操作读出该手指的图像。通过从接触面上手指的突起和凹进的反射光的强度分布来表示光电传感器阵列读出的该手指的图像。

手指出汗情况因人而异，手指放在电极层上按压电极层的压力也因人而异。当手指接触电极层时，不同的手指出汗情况引起不同的独特的电压变化。类似地，因为这些手指和电极层之间的接触面积也不同，手指的不同电极层压紧力引起不同的电极层电压变化。因此，在常规的二维图像读出器中，如果个人之间出汗情况变化的公差和手指压力变化的公差太小，那么传感器可能没有感应出某个人放在电极层上的手指，因此不能读出这个人的指纹图像，在传感器能够感应到另一个人放在电极层上的手指时，因此能够读出这个人的指纹图像。甚至同一个人的手指的出汗情况或压紧力在一些情况下也可能改变，因此在这种情况下不能读出该手指的指纹图像。并且，如果公差太大，那么可能通过由除了手指之外的接触电极层的物体而引起操作误差。同样，如果公差扩大到甚至覆盖弱电极层压紧力，那么手指的突起不会接触电极层。由于在这种情况下不能清晰地读出指纹图案，因此不可能进行准确的鉴定。而且，由于如周围电磁波的噪声而不能准确感应到非常小的电压变化。

发明内容

本发明的目的是提供一种图像输入装置，所述装置能够简单和可靠地读出图像，并能够读出清晰的图像。

为了实现上述目的，根据本发明一个方面的图像输入装置包括：图像读出组件，在其一侧上具有放置面，被检验的物体放在该放置面上；以及感应装置，用于根据物体施加于放置面的压力来感应放在该放置面上的物体。

在上述方面的本发明中，当被检验的物体放在放置面上时，物体对放置面施加压力。由于感应装置通过施加于放置面的压力来感应物体的放置，因此当没有被检验物体放在放置面上时可以停止图像读出电路的读出操作，并且当被检验物体放在放置面上时能够立即开始图像读出电路的读出操作。因此，当没有被检验物体放在放置面上时能够降低功耗。并且，为了启动读出操作，不需要进行除了放上手指之外的任何特殊操作。所以，仅仅通过将物体放在放置面上就能够可靠地读出被检验物体的图像。

并且，当手指是被检验物体时，按照惯例，在由于例如手指出汗状态的一些情况下不能感应到手指的放置。但是，在本发明中，当手指放在放置面上时对放置面施加压力，因此感应装置能够可靠地感应到手指的放置。这使得可以可靠地读出手指图像。

该感应装置可包括：

压力传感器，感应施加于放置面的压力，以及

比较装置，用于将压力传感器感应到的压力电平与阈值比较，以辨别放置状态和非放置状态，并且如果达到阈值，输出用于使图像读出电路进行图像读出操作的触发信号。

当被检验物体放在放置面上时，物体对放置面施加压力。但是，如果物体施加于放置面的该压力很小，那么该物体与放置面之间的接触面积就变得较小。因此，即使图像读出电路读出图像，读出的图像也是不清晰的图像。但是，利用这种装置，除非表示被检验物体施加于放置面压力的感应信号的电平等于或大于阈值，否则该比较装置不会输出触发信号，因此图像读出电路不会进行图像读出操作。所以，不会读出这种不清晰的图像。如果表示被感应物体施加于放置面压力的感应信号的电平超过阈值，那么比较装置输出触发信号，并且图像读出电路进行图像读出操作。因此，当被检验物体和放置面之间的接触面积足够大时，图像读出电路读出图像，从而能够可靠地读出清晰的图像。

当上述方面的本发明包括调整装置，该调整装置用于根据物体施加于放置面的压力来调整用光照射该物体的光源的亮度时，根据物体施加于放置面的压力通过光源来调整照射强度，因此强度与物体和放置面之间的接触面积相匹配的光入射在该物体上。所以，不管物体施加的接触压力大小如何，都能够清晰地读出物体的图像。

根据本发明另一方面的图像输入装置包括：图像读出组件，在其一侧上具有放置面，被检验的物体放在该放置面上；以及放在图像读出组件另一侧的感应装置，用于根据物体施加于放置面的压力来感应放在该放置面上的物体。

在这种结构中，当没有被检验物体放在放置面上时，感应装置可以停止图像读出电路的读出操作，当被检验物体放在放置面上时，感应装置能够立即开始图像读出电路的读出操作。此外，由于感应装置置于图像读出电路之下，因此能够减小图像输入装置的二维尺寸。所以该图像输入装置作为高度便携式设备的鉴定装置特别有效。

根据本发明再一个方面的图像输入装置包括：感应装置，当手指放在感应装置上时，根据手指的压力输出感应信号；多个传感器元件，当手指放在感应装置上时，这些传感器元件置于手指的指纹部分下面，并且读出与手指的突起和凹进相对应的图像；以及驱动电路，根据感应信号启动上述多个传感器元件的图像读出操作。

如上所述，多个传感器元件设置为当手指放在感应装置上时它们位于手指的指纹部分之下。这使得可以容易地进行图像读出操作。此外，当没有手指放在感应装置上时，传感器元件不进行图像读出操作，因此能够降低功耗。

附图简述

图1是指纹读出器的平面图，本发明一个实施例的图像输入装置用于该指纹读出器；

图2A是沿图1中的(II)-(II)线得到的截面图，其示出没有放手指的状态，图2B是沿图1中的(II)-(II)线得到的截面图，其示出放手指的状态；

图3是沿图1中的(III)-(III)线得到的截面图，其示出指纹读出器的图像读出电路；

图4A是显示图像读出电路的一个像素的平面图，图4B是沿线(IVB)-(IVB)得到的截面图；

图5是显示指纹读出器的电路结构的方框图；

图6A是显示手指没有放在指纹读出器上的状态的截面图，该指纹读出器不同于上面的指纹读出器，图6B是显示放手指的状态的截面图；

图7是显示图6A和6B中所示的指纹读出器的截面图；以及

图8是显示图7中所示的指纹读出器的电路结构的方框图。

发明详述

下面将参照附图描述本发明的各个实施例。但是，本发明的范围不限于图中所示的这些实施例。

[第一实施例]

图1是显示一种指纹读出器1的平面图，本发明的图像输入装置应用于该指纹读出器。图2A和2B是分别在不放手指和放手指的状态下沿图1中的线(II)-(II)得到的截面图。图3是沿图1中的线(III)-(III)得到的截面图。

指纹读出器1具有图像读出电路2或者图像读出组件，其通过将手指FN反射的光量或光强度以及透过手指FN的光量或光强度转变为电信号，从而读出放在接触面32a上超出第一关节的一部分手指FN的指纹图像。通过将固态图像拾取器件及其驱动器集成为一体来得到图像读出电路2，该图像读出电路包括位于其一侧的接触面32a，在本实施例中，所述侧为上侧。指纹读出器1还包括用于通过从图像读出电路2感应电信号来获取手指FN的指纹图像数据的驱动电路10，用于利用光照射放在图像读出电路2的接触面32a上的手指FN的光照射装置，用于感应从第二关节到第一关节的一部分手指FN接触该传感器时所产生的压力的薄膜型压力传感器50，和用于保持手指FN位于图像读出电路2和压力传感器50中的预定位置的手指保持器16。

首先，下面将说明光照射装置。光照射装置包括诸如发射光的LED或冷阴极荧光灯的光源14，和漫射导光板(diffusion light-guidingplate)15，该漫射导光板用于将光源14发射的光导向图像读出电路2，并利用光经过图像读出电路2照射作为被检验物体的手指FN。漫射导光板15基本上是平板，并且除了面向光源14的一个侧面和面向图像读出电路2的背面的一个表面或上表面以外涂覆有反光材料(未示出)。从光源14发出的光进入漫射导光板15，在漫射导光板15中二维漫射，并从漫射导光板15的表面上二维辐射出。利用光均匀地照射图像读出电路2的背面。取代漫射导光板15和光源14，也可以放置表面发光元件，如有机EL元件，从而与图像读出电路2的背面相对。

下面参照图1至4B来说明图像读出电路2。图4A是显示图像读出电路2的一个像素的平面图。图4B是沿图4A中的线(IVB)-(IVB)得到的截面图。

图像读出电路2包括基本上平坦的透明基底17；光电传感器元件(在下文称作传感器元件)20，该光电传感器元件是在透明基底17的一个表面或上表面上排列成n行×m列矩阵的多个N通道双栅晶体管；在图像输入区域8周围形成的顶部栅驱动器11、底部栅驱动器12和数据驱动器13，在该图像输入区域中，传感器元件20排列在透明基底17上；用于覆盖驱动器11、12、13和传感器元件20的保护绝缘膜31；以及在保护绝缘膜31上形成的抗静电膜32。

透明基底17对于从光源14发射且波长范围能够由传感器元件20感应的光具有透射性(在下文简称为透光性)、具有绝缘性，并能够由诸如石英玻璃的玻璃基底或诸如聚碳酸酯的塑料基底而形成。透明基底17形成图像读出电路2的背面。漫射导光板15面向透明基底17。

每一个传感器元件20都是用作像素的光电转换元件，并包括在透明基底17上形成的底部栅电极21、在底部栅电极21上形成的底部栅绝缘膜22、半导体薄膜23形成为将底部栅绝缘膜22夹在与底部栅电极21之间且面向底部栅电极21、在半导体薄膜23的中心部分上由氮化硅形成的通道保护膜24、在半导体薄膜23的两个端部彼此远离形成的掺杂质半导体薄膜25和26、以及分别在掺杂质半导体薄膜25和26上形成的源电极27和漏电极28。在底部栅绝缘膜22和通道保护膜24的暴露面上形成顶部栅绝缘膜29，所述暴露面包括源电极27和漏电极28的上表面。在顶部栅绝缘膜29上形成顶部栅电极30，以便将半导体薄膜23、顶部栅绝缘膜29和通道保护膜24夹在中间，并分别面向半导体薄膜23。

底部栅电极21按照与矩阵方式排列的传感器元件20一一对应的矩阵方式排列在透明基底17上。在透明基底17上形成n个在横向方向上延伸(run)的底部栅线41。同一列中沿横向方向的传感器元件20的底部栅电极21与公共底部栅线41集成。底部栅电极21和底部栅线41具有传导性和光屏蔽性，并由例如铬、铬合金、铝、铝合金或这些金属的合金制成。

在底部栅电极21和底部栅线41上形成所有传感器元件20共用的底部栅绝缘膜22。底部栅绝缘膜22具有绝缘性和透光性，并由例如氮化硅或氧化硅制成。

在底部栅绝缘膜22上为每个传感器元件20形成半导体薄膜23。当从上面看时，每个半导体薄膜基本上呈现矩形形状。半导体薄膜23是由非晶硅或多晶硅制成的层，并且当用具有预定波长范围的光照射时产生电子空穴对。在半导体薄膜23上形成的通道保护膜24具有保护半导体薄膜23的分界面不受构图中所用的蚀刻剂影响的功能。通道保护膜24具有绝缘性和透光性，并由例如氮化硅或氧化硅制成。当光进入半导体薄膜23时，产生电子空穴对，其数量与通道保护膜24和半导体薄膜23之间的界面附近的入射光量相对应。关于产生的载流子，空穴根据底部栅电极21和顶部栅电极30的电场而保持在半导体薄膜23和通道保护膜24中。

位于半导体薄膜23的一个端部上的掺杂质半导体薄膜25与通道保护膜24部分地重叠。同样地，位于半导体薄膜23的另一端上的掺杂质半导体薄膜26与通道保护膜24部分地重叠。为了每一个传感器元件20而对掺杂质半导体薄膜25和26构图。掺杂质半导体薄膜25和26由包含n型杂质离子的非晶硅(n⁺硅)制成。

通过为每一个传感器元件20而在掺杂质半导体薄膜25和26上构图来形成源电极27和漏电极28。在底部栅绝缘膜22上，形成m个在纵向延伸的参考电压线42和数据线43。在同一列中沿纵向方向延伸的传感器元件20的源电极27与公共参考电压线42集成，在同一列中沿纵向方向延伸的传感器元件20的漏电极28与公共数据线43集成。源电极27、漏电极28、参考电压线42和数据线43具有传导性和透光性，并由例如铬、铬合金、铝、铝合金或这些金属的合金制成。

在所有传感器元件20的通道保护膜24、源电极27、漏电极28、参考电压线42和数据线43上形成所有传感器元件20共用的顶部栅绝缘膜29。顶部栅绝缘膜29具有绝缘性和透光性，并由例如氮化硅或氧化硅制成。

在顶部栅绝缘膜29上，形成对每个传感器元件20构图的顶部栅电极30。在顶部栅绝缘膜29上形成在横向方向上延伸的n个顶部栅线44。在同一行中沿横向方向延伸的传感器元件20的顶部栅电极30与顶部栅线44集成。顶部栅电极30和顶部栅线44是具有传导性和透光性的导体，并由例如氧化铟、氧化锌、氧化锡或包含这些化合物中至少一种的混合物(例如掺锡的氧化铟(ITO)或掺锌的氧化铟)制成。

按照上面构成的传感器元件20是具有作为光接收部分的半导体薄膜23的光电转换元件。

在所有传感器元件20的顶部栅电极30和顶部栅线44上，形成与顶部栅电极30和顶部栅线44接触的公共保护绝缘膜31。保护绝缘膜31具有绝缘性和透光性，并由氮化硅或氧化硅制成。

在保护绝缘膜31的整个表面上形成抗静电膜32。抗静电膜32具有传导性和透光性，并由例如氧化铟、氧化锌、氧化锡或包含这些化合物中至少一种的混合物(例如掺锡的氧化铟(ITO)或掺锌的氧化铟)制成。抗静电膜32接地，并保持0(V)，且消除手指FN的静电，由此防止静电破坏传感器元件20、顶部栅驱动器11、底部栅驱动器12、和数据驱动器13。抗静电膜32的接触面32a形成手指FN接触的图像读出电路2的表面。

在上述图像读出电路2中，从漫射导光板15进入透明基底17的一部分光由底部栅电极21遮挡，从而不会直接进入半导体薄膜23。由于在传感器元件20之间不形成底部栅电极21，因此其余部分的光透过传感器元件20之间的这些部分，并从图像读出电路2的表面射出。

下面将描述图像读出电路2的驱动器。如图1中所示，参考电压线42保持恒定电压，例如接地并保持0(V)。底部栅线41与底部栅驱动器12的输出相连。顶部栅线44与顶部栅驱动器11的输出相连。

顶部栅驱动器11是移位寄存器，并依次将复位信号从第一行中的顶部栅线44输出到第n行中的顶部栅线44(当到达第n行时，如果需要该处理返回到第一行)。当将复位信号输出到某一行的顶部栅线44时，顶部栅线44设定为高电平复位电势，该高电平复位电势移除半导体薄膜23和通道保护膜24中存储的空穴。当没有向某一行中的顶部栅线44输出复位信号时，彼此相连的顶部栅线44和顶部栅电极30设定为低电平载流子存储电势，该低电平载流子存储电势保持通过光进入半导体薄膜23而产生的电子空穴对的空穴。

底部栅驱动器12是移位寄存器，并依次将高电平读出信号从第一行中的底部栅线41输出到第n行中的底部栅线41(当到达第n行时，如果需要该处理返回到第一行)。当将读出信号输出到某一行的底部栅线41时，在此相连的底部栅线41和底部栅电极21设定为读出电势，通过该读出电势在半导体薄膜23中形成通道。每个通道区域的尺寸取决于进入半导体薄膜23的光量。

顶部栅驱动器11和底部栅驱动器12移动其输出信号，从而在顶部栅驱动器11向第i行(i是从1到n的整数)中的顶部栅线44输出复位信号之后，底部栅驱动器12向第i行中的底部栅线41输出读出信号。

数据驱动器13从复位信号的输出定时到读出信号的输出定时向所有数据线43输出预定电平(高电平)的预先充电信号。此外，在输出该预先充电信号之后，数据驱动器13放大数据线43的电压，并向驱动电路10输出该放大的电压。

下面将说明驱动电路10。

驱动电路10向底部栅驱动器12输出控制信号Bcnt以使底部栅驱动器12适当地输出读出信号，向顶部栅驱动器11输出控制信号Tcnt以使其适当地输出复位信号，并向数据驱动器13输出控制信号Dcnt以使其适当地输出预先充电信号。并且，当在输出读出信号之后经过预定时间的时候，驱动电路10检测数据线43的电压，或者检测从该读出信号的输出定时到数据线43的电压达到预定阈值电压时的时间，由此获取手指FN的指纹图像。

下面将描述压力传感器50。

如图2A中所示，压力传感器50包括多个电极线51，其设置为邻近透明基底17上的图像读出电路2、在透明基底17上形成且在行方向上彼此平行延伸；间隔物53，形成在透明基底17上的相邻电极线51之间且高于电极线51；柔性薄板部件55，在该部件的背面上形成沿列方向彼此平行延伸的多个电极线52；以及密封54，该密封覆盖薄板部件55的周边，并粘合透明基底17和薄板部件55。通过间隔物53将电极线52和电极线51分开。将薄板部件55和透明基底17粘合，因此当从上面看时，电极线51和52彼此垂直且彼此相对。间隔物53还可以安排在薄板部件55的背面上的电极线52之间。如果存在足够的恢复力，在手指反复按压压力传感器50之后不用施加压力时用该恢复力就能够将电极线51和52分开，那么就不需要总是形成间隔物53。

感应电路61(稍后描述)向压力传感器50的电极线51和52中的至少一个输出电压。如图2B中所示，当手指FN放在图像读出电路2和压力传感器50上时，手指FN的压力使薄板部件5弯曲，因此电极线52相应地向下弯曲以接触电极线51。因此，电极线51和52彼此电连接。这改变了电特性，如流过电极线51和52的电流、电极线51和52中至少一个的电压或电阻。电特性的改变设计为与手指FN按压压力传感器50的力成比例。因此，当感应电路61感应电特性变化达到手指FN适当地按压压力传感器50的程度时，确定手指FN的指尖放在图像读出电路2上，因此光源14发射光以开始图像读出电路2的读出操作。如果因为手指FN没有充分按压压力传感器50而使手指FN没有紧密接触图像读出电路2，那么电特性的变化很小，因此驱动电路10不能进行图像读出电路2的读出操作。于是，因为接触不充分而使手指FN的指纹图案不清楚，不仅图像读出电路2没有读出图像，而且由于光源14不发射光因此被检验的人也能够注意到自己不是被鉴定拒绝，而是没有适当地按下手指FN。因此，这个人尝试再次用手指FN适当按住压力传感器50和图像读出电路2，从而使驱动电路10进行图像读出电路2的读出操作。由此可以读出清晰的图像，这使鉴定容易进行。

在压力传感器50中，还可以在电极线51和52中至少一个的表面上形成压敏油墨层。在这种情况下，压敏油墨层在电极线51和52的交点处彼此重叠。电极线51和52之间的电阻取决于施加于压敏油墨层的压力。如果压力改变，那么电阻等也改变。在压力传感器50中，可以通过在交点处的电阻等来感应电极线51和52的交点处的压力。当从上面观察压力传感器50时，交点以矩阵方式排列。因此，当感应电路61测量在每个交点处电极线51和52的电特性的变化时，可以感应到纵向压力分布和全部纵向压力。如果感应电路61感应到纵向压力分布基本上是均匀的，那么压力传感器50确定手指FN的指尖处的指纹部分均匀地放在图像读出电路2上，因此光源14发射光以开始图像读出电路2的读出操作。另一方面，如果纵向压力分布不均匀而是有明显的偏向，那么手指FN的指尖处的指纹部分可能没有均匀接触图像读出电路2。因此，光源14不发射光，从而不能开始图像读出电路2的读出操作。

如图1中所示，当从上面(在图像读出电路2的接触面32a的方向上)观看时，压力传感器50和图像读出电路2设置在不同的位置。更具体的是，压力传感器50邻近图像读出电路2形成。压力传感器50的表面与图像读出电路2的接触面32a在同一水平面上。压力传感器50的该表面和接触面32a形成放手指FN的放置面。

下面说明手指保持器16。

如图3中所示，在手指保持器16中，开口或孔16a形成为从手指FN的指尖到其第二关节的手指的形状。手指保持器16与图像读出电路2的接触面32a和压力传感器50的表面连接，从而使其中设置传感器元件20的图像输入区域8和其中设置电极线51和52的交点的压力感应区域暴露于开口下。在图像输入区域8中形成对应于指垫的手指保持器16的开口。

下面将参考图5描述指纹读出器1的电路结构。

如图5中所示，除了图像读出电路2、驱动电路10和压力传感器50之外，指纹读出器1还包括感应电路61、比较电路62、CPU 63、RAM 64、ROM 65和存储单元66。

感应电路61驱动压力传感器50接收电特性变化或输出到压力传感器50的电极线51和52中至少一个的信号的变化，并且感应电路61向比较电路62输出表示通过压力传感器50感应到的全部纵向压力的电平的感应信号。感应电路61还向CPU 63输出表示通过压力传感器50感应到的压力分布的压力分布数据。

比较电路62从感应电路61接收感应信号，并将感应信号的电平与区别手指放置状态和手指未放置状态的阈值进行比较。如果感应信号电平超过阈值，那么比较电路62向驱动电路10输出触发信号。

感应装置包括上述压力传感器50、感应电路61和比较电路62。根据施加于压力传感器50的表面的压力，感应装置感应手指FN放在图像读出电路2的接触面32a上。

当从比较电路62接收触发信号时，驱动电路10首先输出用于使光源14发射光的信号，由此使光源14发射光。此后，驱动电路10向底部栅驱动器12输出控制信号Bcnt，向顶部栅驱动器11输出控制信号Tcnt，并向数据驱动器13输出控制信号Dcnt。因此，图像读出电路2开始工作。当图像读出电路2这样工作时，驱动电路10获取手指FN的指纹图像，并向CPU 63输出该指纹图像数据。

存储单元66存储每个登记者的指垫的已登记指纹图像数据。除了用于存储已登记指纹图像数据的区之外，存储单元66还具有存储各种数据的数据存储区。该数据存储区具有特定区和普通区。已登记图像数据可以是代表从指纹或从图像本身提取的多个特征点的相对位置的数据。

ROM 65存储可由CPU 63执行的程序。CPU 63依照ROM 65中存储的这些程序通过利用RAM 64作为工作区而工作。例如，CPU 63从驱动电路10接收指纹图像数据，从感应电路61接收压力分布数据，根据输入压力分布数据检查放在压力传感器50的表面上的物体是否被认为是手指的中部，并且，如果放在压力传感器50的表面上的物体被认为是手指的中部，那么将来自驱动电路10的输入指纹图像数据与存储单元66中存储的已登记指纹图像数据进行比较，由此检查该指纹图像数据是否能够被认为与已登记指纹图像数据相匹配。如果CPU 63确定该指纹图像数据能够被认为与已登记指纹图像数据相匹配，那么其启动隐藏模式。如果CPU 63确定该指纹图像数据不能被认为与已登记指纹图像数据相匹配，那么其启动标准模式。

下面将说明该实施例的指纹读出器1的操作以及利用该指纹读出器的方法。

当没有物体接触压力传感器50的表面时，表示由压力传感器50感应到的全部纵向压力的感应信号的电平小于阈值。因此，比较电路62不向驱动电路10输出触发信号。

另一方面，如图2A中所示，当被检验的人将手指FN的指垫放在抗静电膜32的接触面32a上，同时将手指FN的中部放在压力传感器50的表面上时，光源14发射光。从漫射导光板15输出的光经图像读出电路2入射在手指FN上，从手指FN反射的光进入传感器元件20的半导体薄膜23。进入传感器元件20的半导体薄膜23的反射光的纵向强度分布与手指FN的指纹的突起和凹进相匹配。从光源14发射的光入射到与接触面32a紧密接触的手指FN的突起上，在手指FN的皮肤中传播，最终朝位于这些突起下面的传感器元件20散射。具有高强度的散射光进入传感器元件20的半导体薄膜23以产生电子空穴对。在与接触面32a分离的手指FN的凹进中，所述光进入这些凹进和接触面32a之间的空间，并通过该凹进和该空间之间的重复不规则反射而减弱。因此，没有足够的光朝这些凹进下面的传感器元件20的半导体薄膜23反射，从而不会产生足够的电子空穴对。

由于将手指FN的中部放在压力传感器50上，因此压力从手指FN施加于压力传感器50。如果该压力达到使手指FN适当按压压力传感器50的程度，那么致使压力传感器50的电极线51和52的交点处一些压力感应点导电，以产生电势变化。如果压力感应点的这些导电部分的数量达到预定数量，那么感应信号的压力电平达到阈值，因此比较电路62向驱动电路10输出触发信号。

当从比较电路62接收该触发信号时，驱动电路10首先输出用于使光源14发射光的信号，因此光源14用光照射接触面32a。然后，驱动电路10向顶部栅驱动器11输出控制信号Tcnt、向底部栅驱动器12输出控制信号Bcnt，以及向数据驱动器13输出控制信号Dcnt。

在图像读出电路2的预定行中的每一个传感器元件20中，来自顶部栅驱动器11的相对正电压复位信号施加于顶部栅电极30，以释放半导体薄膜23和通道保护膜24中存储的空穴达到该点。随后，向顶部栅电极30施加-20(V)的电压，底部栅极23保持0(V)，由此开始读出来自形成指纹的手指FN的那些突起和凹进的反射光。

由于手指FN的突起与接触面32a接触，因此这些突起将光源14发射的光有效地朝位于这些突起下面的传感器元件20的半导体薄膜23反射，由此产生大量电子空穴对。关于这些电子空穴对，通过向顶部栅电极30施加的负电场，仅仅将带正电荷的空穴捕获在半导体薄膜23和通道保护膜24中，并且通过该电场排斥电子并使其释放到传感器元件20外面。另一方面，手指FN的凹进不与接触面32a接触。因此，光源14发射的光被凹进和接触面之间的低折射率空间不规则地反射，从而不会进入位于这些凹进下面的传感器元件20的半导体薄膜23。结果，空穴未能在半导体薄膜23和通道保护膜24中充分地存储。

数据驱动器13向所有数据线43输出高电平、预先充电的信号，使其保持预定电压。

当向顶部栅电极30施加-20(V)的电压已经经过了预定时间时，底部栅驱动器12向底部栅电极21施加+10(V)的电压。在这种情况下，没有足够的光进入位于手指FN的凹进下面的传感器元件20和未放手指FN的那部分下面的传感器元件20，所以在半导体薄膜23和通道保护膜24中未存储空穴。因此，在每个半导体薄膜23中，通过底部栅电极21的+10(V)电压产生的电场被通过顶部栅电极30的-20(V)电压产生的电场抵消，其中前者的电场形成通道，而后者的电场清除通道。因此，耗尽层在半导体薄膜23中延伸，使得在源到漏的路径中没有电流流动，从而保持数据线43中的预先充电的电压。

由于来自光源14的反射光适当地进入位于手指FN的突起下面的每个传感器元件20，因此在半导体薄膜23和通道保护膜24中存储空穴。通过-20(V)的电场将这些空穴吸引到顶部栅电极30，同时通过空穴的电荷数量抵消顶部栅电极30的负电场。因此，当底部栅电极21为0(V)时不形成通道。但是，当底部栅电极21变为+10(V)时，底部栅电极21的电场和通过存储的空穴产生的正电场变得大于顶部栅电极30的负电场，由此在半导体薄膜23中形成通道。因此，电流从通过预先充电电压而设定为高电势的漏电极28流到接地的源电极27，于是数据线43的电势降低。

通过读出在数据线43上的根据存在/不存在入射光而变化的电压下降，数据驱动器13能够检测手指的突起或凹进。逐行进行上述从输出复位信号到读出数据线43的电势的一系列操作。

CPU 63检查来自传感器元件20的输入指纹图像数据是否被认为与存储单元66中的已登记指纹图像数据相匹配。如果CPU 63确定该指纹图像数据与已登记指纹图像数据相匹配，那么CPU 63启动隐藏模式。在该隐藏模式中，CPU 63能够访问存储单元66中的特定区和普通区，或者开启门锁等。如果CPU 63确定该指纹图像数据不与已登记指纹图像数据相匹配，那么其启动标准模式。在该标准模式中，CPU 63能够访问存储单元66中的普通区而不能访问特定区，或者不开启门锁等。

下面将说明该实施例的效果。

仅仅通过将从手指FN的第一关节到指尖的部分放在图像读出电路2的接触面32a上，并且同时将从手指FN的第二关节到第一关节的部分放在压力传感器50的表面上，就可以检测到已放上手指并开始读出指纹图像。因此，能够简单地开始指纹读出而不用使被检验的人进行下面这两个步骤，即将其手指放在预定部分并按压用于开始指纹鉴定的按钮。并且，由于如果不放上手指FN，图像读出电路2就不工作，因此能够降低功耗。

如图2B中所示，基本上在手指FN放在图像读出电路2的表面上的同时，手指FN的中部也放在压力传感器50的表面上以便使手指FN向压力传感器50施加压力。如果手指FN具有指纹的指垫没有放在图像读出电路2的接触面32a的宽区域中，那么即使当足够的压力施加于少数几个压力感应点时，电压变化也表示出接触面32a上的纵向压力分布有偏向。因此，感应信号的压力电平没有达到阈值，所以图像读出电路2不进行图像读出。这防止读出不清晰的图像。由于光源14不发射光，因此被检验的人能够看到从光源14没有发射光，所以这个人注意到图像读出电路2没有进行读出操作。

如果被检验的人这样注意到因为手指FN没有用足够的压力压住图像读出电路2，或者带指纹的指垫没有接触图像读出电路2的接触面32a的宽区域，因此图像读出电路2没有执行指纹读出操作，那么可以提示这个人将手指FN用力压住图像读出电路2和图像传感器50，并使带指纹的指垫压在一个宽区域上。当这个人用足够的压力将手指FN压住压力传感器50的宽区域，并使得多个压力感应点的导电部分的数量达到预定数量时，感应信号的压力电平达到阈值，并且比较电路62向驱动电路10输出触发信号，从而使得图像读出电路2开始读出指纹。由于能够可靠地读出清晰的指纹图像数据，因此能够进行准确的鉴定。

如果手指FN的突起没有紧密接触图像读出电路2的接触面32a，那么手指FN和压力传感器50的表面之间的接触压力电平小于阈值。因此，如果在这种情况下读出指纹图像，该指纹图像可能变得不清晰。但是，除非表示手指FN施加于压力传感器50表面的压力的感应信号等于或大于阈值，否则图像读出电路2不进行图像读出操作。于是，不会读出由于不充分按压引起的不清晰的指纹图像。与此相反，当施加的压紧力达到压力传感器50能够确定手指FN按压该压力传感器的程度时，图像读出电路2能够可靠地读出清晰的指纹图像。

通过设定比较电路62的阈电平的上限和下限，可以仅在手指FN和压力传感器50的表面之间的接触压力落在适当范围内时，才使图像读出电路2进行图像读出操作。因为通过使手指FN特别用力地压住图像读出电路2减小了手指FN的突起和凹进之间的高度差，所以这消除了光学指纹鉴别难以进行，或者该指纹形成畸变图像使得不能进行精确鉴定的不便之处。

[第二实施例]

下面将参考图6A至8描述与第一实施例的指纹读出器1不同的指纹读出器101。

在第二实施例中，漫射导光板15与图像读出电路2重叠，且漫射导光板15面向图像读出电路2的背面的表面，与图像读出电路2的背面接触。

在上面的第一实施例中，压力传感器50的表面与图像读出电路2的接触面32a位于同一水平面上。但是，在第二实施例中，压力传感器50与漫射导光板15重叠，压力传感器50的该表面与漫射导光板15的背面接触。即，通过将压力传感器50、漫射导光板15和图像读出电路2依次从下向上叠置，从而获得指纹读出器101。因此施加于图像读出电路2的接触面32a的压力也作用于压力传感器50，于是压力传感器50也可以感应在图像读出电路2的接触面32a上的压力。压力传感器50包括在基底56上形成且在行方向上彼此平行延伸的多个电极线51；柔性薄板部件55，在该部件的背面上形成沿列方向彼此平行延伸的多个电极线52；以及密封54，该密封覆盖薄板部件55的周边，并粘合基底56和薄板部件55。电极线52和电极线51分开。将薄板部件55和基底56粘合，因此当从上面看时，电极线51和52彼此垂直且彼此相对。还可以在电极线51和52中至少一个的表面上形成压敏油墨层。在这种情况下，压敏油墨层在电极线51和52的交点处彼此重叠。电极线51和52之间的电阻取决于施加于压敏油墨层的压力；如果压力改变，那么电阻等也改变。在压力传感器50中，可以通过在交点处的电阻等来感应电极线51和52的每个交点处的压力。

如图8中所示，除了图5中所示的电路结构之外，第二实施例的指纹读出器101具有调整电路102，用于调整光源14的光发射强度。

参考图8，感应电路61向比较电路62输出表示通过压力传感器50感应到的全部纵向压力的电平的感应信号。如果该压力电平在能够辨认手指的容许范围内，那么取代触发信号，比较电路62向驱动电路10输出代表该压力电平的压力信息信号。依照该压力信息信号的压力电平，驱动电路10向调整电路102输出光源14的光发射明暗(gradation)信号。调整电路102使光源14发射亮度对应于光发射明暗信号的光。即，调整电路102依照该压力电平使光源14开始发射光，并根据该压力电平调整将要供给电源14的电功率电平，由此调整光源的光发射强度。在光源14发射光之后，驱动电路10向底部栅驱动器12输出控制信号Bcnt以便使底部栅驱动器12适当地输出读出信号，向顶部栅驱动器11输出控制信号Tcnt以便使顶部栅驱动器11适当地输出复位信号，并向数据驱动器13输出控制信号Dcnt以便使数据驱动器13适当地输出预先充电信号。驱动电路10设置为如果来自比较电路62的压力信息信号的压力电平落在容许范围内且很低(压紧力很小)，那么驱动电路10向调整电路102输出光发射明暗信号，通过该光发射明暗信号使得光源14的发射光照度降低，并且如果来自比较电路62的压力信息信号的压力电平落在容许范围内并且很高(压紧力很大)时，那么驱动电路10向调整电路102输出光发射明暗信号，通过该光发射明暗信号使得光源14的发射光照度升高。

除了上面描述的元件以外，指纹读出器101的组成元件与指纹读出器1的组成元件相同。因此，将省略图像读出电路2、压力传感器50、感应电路61、CPU 63、RAM 64、ROM 65和存储单元66的详细说明。

下面将说明指纹读出器101的操作及利用该指纹读出器101的方法。

如图6A中所示，当没有物体接触图像读出电路2的接触面32a时，从感应电路61输出到比较电路62的感应信号的电平很低。因此，比较电路62不向驱动电路10输出压力信息信号，因此驱动电路10通过调整电路102使得光源14不发射光。

另一方面，如图6B和7中所示，当被检验的人将手指FN的指垫放在抗静电膜32的接触面32a上时，手指FN经图像读出电路2向压力传感器50施加压力。由于从感应电路61向比较电路62输出的感应信号的压力电平很高，因此依照该感应信号的压力电平，比较电路61向驱动电路10输出压力信息信号，该压力信息信号包含表示放上手指的辨认信息和表示压紧力的程度的信息。根据该压力信息信号，驱动电路10向调整电路102输出光发射电平信号。根据该光发射电平信号，调整电路102使光源14发射预定亮度的光。在这一处理中，根据光发射电平信号的信息，即当图像读出电路2的接触面32a上的压紧力很低或降低时，调整电路102增大光源14的光发射强度。如果从感应电路61向调整电路102输出的感应信号变为等于或小于抗静电膜32上没有放物体时的电平，即变为等于或小于没有向压力传感器50施加压力时的电平，那么调整电路102关闭光源14。

当光源14发射光时，光从漫射导光板15经图像读出电路2入射在手指FN上，由此在手指FN上反射和散射。虽然大量反射光和散射光进入位于手指FN的突起下面的传感器元件20，但是既没有充足的反射光也没有充足的散射光进入位于手指FN的凹进下面的传感器元件20。

在输出光发射明暗信号使光源14发射光之后，驱动电路10向图像读出电路2的驱动器11、12和13输出控制信号。驱动器11、12和13将与进入图像读出电路2中的传感器元件20的反射光强度相对应的电信号经数据驱动器13传输到驱动电路10。驱动电路10通过感应该电信号的电平来获取手指FN的指纹图像，并向CPU 63输出该指纹图像数据。CPU 63检查输入指纹图像数据是否可以被认为与存储单元66中的已登记指纹图像数据相匹配。如果可以认为该指纹图像数据与已登记指纹图像数据相匹配，那么CPU 63启动隐藏模式。如果不可以认为该指纹图像数据与已登记指纹图像数据相匹配，那么CPU 63启动标准模式。

下面将说明该实施例的效果。

当手指FN的压力很小或者减小时，手指FN的突起和接触面32a之间的接触面积减小。如果这些突起不再与接触面32a紧密接触，那么来自突起的低强度反射光进入半导体薄膜23。但是，由于当手指FN的压力减小时光源14的光发射强度增大，因此入射在手指FN上的光强度也增大。所以，即使当手指FN的突起没有与接触面32a紧密接触时，来自突起的高强度反射光也进入半导体薄膜23。

并且，即使手指FN的压力很高，如果光源14的光发射强度也很高，那么来自手指FN的凹进的高强度反射光也进入半导体薄膜23。因此进入传感器元件20的半导体薄膜23的反射光的纵向强度分布变为基本上均匀和明亮。但是，由于当手指FN的压力增大时光源14的光发射强度减小，因此不会出现这种问题。

因此，在该实施例中，不管手指FN的压力如何，图像读出电路2都能够清晰地读出手指FN的指纹图像。

并且，第二实施例的指纹读出器101达到与第一实施例的指纹读出器1相同的效果。

如上所述的图像输入装置可用作门口处的人员鉴定系统，或者用作限制访问个人计算机等的个人识别图像输入装置。该图像输入装置在紧凑便携式装置中特别有效，所述紧凑便携式装置如蜂窝电话、笔记本电脑，或PDA，其功耗和尺寸受到限制。

与第二实施例的指纹读出器101类似，除了图5中所示的电路结构之外，第一实施例的指纹读出器1也可以具有如图8中所示用于调整光源14的光发射强度的调整电路102。

本发明不限于上面的各个实施例，并可以在不背离本发明的精神和范围的设计中进行不同的改进或改变。

在上面的每个实施例中，读出手指FN。但是，与手指FN一样，也可以用各种其他被检验的物体压住抗静电膜32的接触面32a并且将其读出。通过用被检验的物体压住抗静电膜32的接触面32a，图像读出电路2可以读出在该物体表面上所画的图案(包括例如字符、数字和图片)，或者通过该物体表面上的突起和凹进所限定的图案。

在上面的每个实施例中，抗静电膜32的接触面32a是放上被检验物体的放置表面。但是，该放置表面也可以是在抗静电膜32上形成的绝缘膜的表面。并且，可以省略抗静电膜32。

具有压力传感器50放在图像读出电路2下面的这种结构的第二实施例的指纹读出器101不需要总是具有如图8中所示的调整电路102，而是也可以具有如图5中所示的电路结构。同样，具有放置压力传感器50使其不与图像读出电路2重叠的这种结构的第一实施例的指纹读出器1不需要总是具有如图5中所示的电路结构，而是也可以具有如图8中所示的电路结构。

通过采用以传感器元件20用作光电转换元件为例的图像读出电路2来说明了上面每个实施例。但是，本发明还可适用于用光电二极管作为光电转换元件的图像读出电路。利用光电二极管的图像读出电路的例子是CCD图像传感器和CMOS图像传感器。

在CCD图像传感器中，光电二极管以矩阵方式逐像素地形成在基底上。在每个光电二极管周围，形成用于转移通过光电二极管光电转换的电信号的垂直CCD和水平CCD。

在CMOS图像传感器中，光电二极管以矩阵方式逐像素地形成在基底上。在每个光电二极管周围，形成用于放大通过光电二极管光电转换的电信号的像素电路。

而且，也可以通过非光学传感器代替上述光学传感器来读出诸如指纹的图像，该非光学传感器读出由手指独特的静电容量所产生的电特性变化。

Claims

1.一种图像输入装置，包括：

图像读出组件，在其一侧上具有放置面，被检验的物体放在该放置面上；以及

感应装置，用于根据由该物体施加于该放置面的压力，感应该物体放在该放置面上。

2.根据权利要求1的图像输入装置，进一步包括驱动装置，当该感应装置感应到该物体放在该放置面上时，该驱动装置使该图像读出组件进行图像读出操作。

3.根据权利要求1或2的图像输入装置，其中该感应装置包括：

压力传感器，感应施加于该放置面的压力，以及

比较装置，用于将该压力传感器感应到的压力电平与阈值比较，以辨别放置状态和非放置状态，如果达到该阈值，那么输出用于使该图像读出组件进行图像读出操作的触发信号。

4.根据权利要求3的图像输入装置，进一步包括光源，该光源根据该触发信号用光照射该物体。

5.根据权利要求1至4中任一项的图像输入装置，进一步包括调整装置，该调整装置用于根据由该物体施加于该放置面的压力，来调整用光照射该物体的该光源的亮度。

6.根据权利要求1至5中任一项的图像输入装置，其中该放置面具有第一和第二区域，该图像读出组件具有该放置面的该第一区域，且该感应装置位于该放置面的该第二区域中。

7.根据权利要求6的图像输入装置，其中该第一区域是放置超出手指的第一关节的部分的区域，而该第二区域是放置手指的第二关节到第一关节的部分的区域。

8.根据权利要求1至7中任一项的图像输入装置，其中该图像读出组件具有光学传感器。

9.根据权利要求8的图像输入装置，其中该光学传感器具有按照矩阵方式排列的多个双栅晶体管。

10.根据权利要求1至9中任一项的图像输入装置，进一步包括保持器，用于保持该物体从而使该物体适当地放在该图像读出组件和该感应装置的位置中。

11.一种图像输入装置，包括：

放在该图像读出组件另一侧的感应装置，用于根据由该物体施加于该放置面的压力来感应该物体放在该放置面上。

12.根据权利要求11的图像输入装置，进一步包括驱动装置，当该感应装置感应到该物体放在该放置面上时，该驱动装置使该图像读出组件进行图像读出操作。

13.根据权利要求11或12的图像输入装置，其中该感应装置包括：

压力传感器，感应施加于该放置面的压力，以及

比较装置，用于将由该压力传感器感应到的压力电平与阈值比较，以辨别放置状态和非放置状态，并且如果超过该阈值，那么输出用于使该图像读出组件进行图像读出操作的触发信号。

14.根据权利要求11至13中任一项的图像输入装置，进一步包括用于以光照射该物体的光照射装置，其置于该图像读出组件和感应装置之间。

15.根据权利要求14的图像输入装置，其中该光照射装置具有漫射导光板，当该感应装置感应到该物体时，该漫射导光板将来自发光的光源的光导向该物体。

16.根据权利要求11至15中任一项的图像输入装置，进一步包括调整装置，该调整装置用于根据该物体施加于该放置面的压力来调整用光照射该物体的光的亮度。

17.根据权利要求11至16中任一项的图像输入装置，其中该图像读出组件具有光学传感器。

18.根据权利要求17的图像输入装置，其中该光学传感器具有按照矩阵方式排列的多个双栅晶体管。

19.根据权利要求11至18中任一项的图像输入装置，进一步包括保持器，用于保持该物体，从而使该物体适当地放在该图像读出组件和感应装置的位置中。

20.一种图像输入装置，包括：

感应装置，当手指放在该感应装置上时，根据该手指的压力输出感应信号；

多个传感器元件，当该手指放在该传感器装置上时，所述多个传感器元件置于该手指的指纹部分下面，并且读出与该手指的突起和凹进相对应的图像；以及

驱动电路，根据该感应信号开始所述多个传感器元件的图像读出操作。