DE69920126T2

DE69920126T2 - Fingerabdrucklesegerät

Info

Publication number: DE69920126T2
Application number: DE69920126T
Authority: DE
Inventors: Kazuhiro Sagamihara-shi SASAKI; Makoto Hachioji-shi SASAKI; Hisashi Hamura-shi AOKI
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 1998-03-12
Filing date: 1999-03-11
Publication date: 2005-01-20
Anticipated expiration: 2019-03-12
Also published as: TW525099B; ATE276548T1; KR100376110B1; NO995511D0; WO1999046724A1; US6414297B1; JP3898330B2; CN1237477C; KR20010012430A; CA2288807A1; EP0988615B1; EP0988615A1; JPH11259638A; HK1027653A1; CN1256773A; CA2288807C; NO995511L; DE69920126D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fingerabdrucklesegerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Solch ein Gerät ist aus der WO 97/14111 bekannt.
Ein herkömmliches Lesegerät zum Lesen von Zielobjekten, die feine tieferliegende oder vorstehende Strukturen aufweisen, wie eine Fingerspitze, hat einen Aufbau, wie im US-Patent Nr. US-A-5,635,723 offenbart. Dort ist ein zweidimensionaler Fotosensor auf der Oberfläche einer Lichtquelle und ein optisches Bauteil auf dem zweidimensionalen Fotosensor ausgebildet. Die Erfindung dieser Referenz erfasst Kapazitätsänderungen, wenn ein Finger das optische Bauteil berührt und erfasst daraufhin als Ergebnis elektrische Ladungen, die durch zweidimensional angeordnete Fotosensoren generiert werden und einer von dem optischen Bauteil einfallenden Lichtmenge entsprechen. Bei diesem Aufbau werden viele lichtführende Fasern ohne optische Linse auf den zweidimensionalen Fotosensor montiert, so dass das gesamte Gerät verkleinert werden kann. Vor kurzem wurde ein anderer Aufbau untersucht bei dem ein optisches Bauteil, das aus vielen lichtführenden Fasern gebildet ist, dünner gemacht wird und zu einem lichtstreuenden Film wird oder bei dem die obere Oberfläche eines Fotosensors mit einer transparenten Kunstharzschicht bedeckt wird, die eine unebene Oberfläche ohne optisches Bauteil aufweist. Beispielsweise ist diese Art Aufbau in der US-Patentanmeldung Nr. 09/128,237 (3. August 1998), die vom Anmelder der vorliegenden Erfindung eingereicht wurde, offenbart.
In diesem Lesegerät berührt ein Finger direkt die obere Oberfläche des zweidimensionalen Fotosensors. Ist der Finger statisch geladen, so kann diese statische Ladung zu einer Fehlfunktion des zweidimensionalen Fotosensors führen oder kann ihn im schlimmsten Fall beschädigen. Falls die Struktur eines Fingerabdrucks durch irgendeine Weise auf ein Blatt kopiert wird, so schließt, solange die Struktur die gleiche ist, das Gerät auf einen korrekten Fingerabdruck da das Lesegerät nicht mit einem Mittel ausgestattet ist, das ein Blatt von einem menschlichen Finger unterscheiden kann. Wird diese Fingerabdruckübereinstimmung als Anmeldebedingung für einen PC oder einen Hostcomputer eines Netzwerks benutzt, so kann der Computer nicht sicher vor dem Zugriff einer dritten Person geschützt werden.
Offenbarung der Erfindung
Es ist die erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Lesegerät bereitzustellen, das eine Fehlfunktion oder einen Schaden des Fotosensors durch statische Ladung verhindert. Es ist die zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Lesegerät bereitzustellen, das dazu fähig ist, die Zuverlässigkeit des Lesens einer Struktur dadurch zu sichern, dass beispielsweise erfasst wird, ob das Objekt ein Mensch ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Fingerabdrucklesegerät gemäß den unabhängigen Ansprüchen 1, 7 und 10 bereitgestellt.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Lesegerät zum Lesen eines Zielobjekts mit einer Schattenstruktur bereitgestellt, das umfasst: eine Lichtquelle; eine Fotosensorvorrichtung mit mehreren Fotosensoren, die auf der Lichtquelle ausgebildet sind; mindestens ein Paar transparenter leitender Schichten, die auf der Fotosensorvorrichtung ausgebildet sind, um den Widerstand eines Zielobjekts zu erfassen; und einen Operator, der, wenn der Wert des erfassten Widerstands des Zielobjekts innerhalb des vorbestimmten Werts fällt, das Auslesen des Zielobjekts beginnt.
Zusätzliche Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung dargelegt, und werden teilweise durch die Beschreibung klar oder können durch die Benutzung der Erfindung gelernt werden. Die Merkmale und Vorteile der Erfindung können durch die Mittel und deren Kombinationen, wie sie insbesondere nachfolgend dargestellt werden, realisiert und erzielt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die begleitenden Zeichnungen, die hiermit eingefügt werden und Teil der Beschreibung bilden, stellen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dar, und dienen zusammen mit der allgemeinen Beschreibung, die oben gegeben wurde, und der detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen, die anschließen, dazu, das Prinzip der Erfindung zu erklären.
1 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Fingerabdrucklesegeräts gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine Ansicht von oben eines Teils des Fingerabdrucklesegeräts, das in 1 gezeigt wurde;
3 ist ein Blockdiagramm des Fingerabdrucklesegeräts, das in 1 gezeigt wurde;
4 ist ein Schaltkreisdiagramm eines Fotosensorabschnitts und eines Fotosensortreibers, die in 3 gezeigt wurden;
5 ist ein äquivalentes Schaltkreisdiagramm eines einzelnen Fotosensors, wie in 1 gezeigt;
6A bis 6D sind Schaltkreisdiagramme, die zur Erklärung der Änderungen in den Spannungen, die an jeder Elektrode des Fotosensors, der in 5 gezeigt wird, angelegt werden und dem Fotosensorzustand;
7 ist eine Ansicht von oben eines Teils eines Fingerabdrucklesegeräts gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8 ist ein Schaltkreisdiagramm eines Teils des Fingerabdrucklesegeräts, das in der 7 gezeigt wurde;
9 ist eine Ansicht von oben eines Teils eines Fingerabdrucklesegeräts gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
10 ist ein Schaltkreisdiagramm eines Teils des Fingerabdrucklesegeräts, das in 9 gezeigt wurde; und
11 ist eine Ansicht von oben, die eine Modifikation des Fingerabdrucklesegeräts, das in 9 gezeigt wurde, darstellt.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Erste Ausführungsform
1 ist eine Querschnittsansicht eines Teils eines Lesegeräts gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dieses Lesegerät kann ein Zielobjekt mit beliebiger Form, das feine vertiefte oder vorstehende Strukturen aufweist, auslesen. In der vorliegenden Ausführungsform stellt das Lesegerät ein Fingerabdrucklesegerät zum Auslesen eines Fingerabdrucks dar. Dieses Fingerabdrucklesegerät hat einen zweidimensionalen Fotosensor (Fotosensorvorrichtung) 2 auf einer Oberflächenlichtquelle 1. Eine transparente leitende Schicht 3 aus ITO oder ähnlichem ist auf dem zweidimensionalen Fotosensor 2 ausgebildet. Die Oberflächenlichtquelle 1 ist eine Elektrolumineszenzhintegrundbeleuchtung oder eine Hintergrundbeleuchtung des Typs Randbeleuchtung, wie bei Flüssigkristallbildschirmen benutzt. Obwohl nicht gezeigt, hat die Hintergrundbeleuchtung des Typs Randbeleuchtung üblicherweise eine lichtreflektierende Platte auf der unteren Seite der Lichtführungsplatte, eine oder mehrere Punktlichtquellen, wie beispielsweise LEDs, die in der Nähe der Lichtleitplatte angeordnet sind, und die Oberfläche der Punktlichtquelle, die nicht mit der Lichtleitplatte übereinstimmt, wird mit einer lichtreflektierenden Schicht bedeckt. Die durchsichtige leitende Schicht 3 dissipiert statische Elektrizität und ist in einem vorgegebenen Bereich (nicht gezeigt) geerdet. Die transparente leitende Schicht 3 wird beispielsweise durch Abscheidung auf der oberen Oberfläche einer Überdeckungsschicht 23 (der später beschrieben wird) auf dem zweidimensionalen Fotosensor 2 ausgebildet. Die transparente leitende Schicht 3 ist etwas breiter als die viereckige Sensorregion 4 des zweidimensionalen Fotosensors 2 ausgebildet, wie durch die gestrichelte Linie in 2 dargestellt. Man beachte, dass die Doppelpunkt gestrichelte Linie in 2 einen Finger 5 darstellt.
Der zweidimensionale Fotosensor 2 wird nun beschrieben. Der zweidimensionale Fotosensor 2 hat einen Aufbau, in dem mehrere Fotosensoren 11 (nur ein Fotosensor ist in der 1 gezeigt) in einer Matrix angeordnet sind. Der zweidimensionale Fotosensor 2 hat ein durchsichtiges Substrat 12 aus Kunstharz, Glas oder ähnlichem. Eine untere Gateelektrode 13 aus Chrom oder Aluminium, die als lichtabschirmende Elektrode dient, wird für jeden Fotosensor 11 auf der oberen Oberfläche des durchsichtigen Substrats 12 ausgebildet. Ein lichtdurchlässiger unterer gateisolierender Film 14 aus Siliziumnitrid wird auf der gesamten oberen Fläche der unteren Gateelektrode 13 und der oberen Fläche des durchsichtigen Substrats 12 ausgebildet. Eine Halbleiterschicht 15 aus amorphem Silicium wird auf einem oberen Oberflächenabschnitt, der Abschnitt der der unteren Gateelektrode 13 entspricht, des unteren gateisolierenden Films 14 ausgebildet. n⁺ dotierte Siliziumschichten 16 und 17 werden je auf den beiden Seiten der Halbleiterschicht 15 auf der oberen Oberfläche des unteren gateisolierenden Films 14 ausgebildet. Eine lichtdurchlässige Blockschicht 18 aus Siliziumnitrid wird auf der oberen Oberfläche der Halbleiterschicht 15 ausgebildet. Source- und Drain-Elektroden 19 und 20 als abschirmende Elektroden aus Chrom oder Aluminium werden auf den beiden Seiten der oberen Oberfläche der Blockschicht 18, der oberen Oberfläche der n⁺ dotierten Siliziumschichten 16 und 17, und der oberen Oberfläche des unteren gateisolierenden Films 14 ausgebildet. Ein lichtdurchlässiger oberer gateisolierender Film 21 aus Siliziumnitrid wird auf der gesamten oberen Oberfläche der Source- und Drain-Elektroden 19 und 20 und der freiliegenden Fläche der Blockschicht 18 ausgebildet. Eine obere Gateelektrode 22 als durchlässige Elektrode aus ITO oder ähnlichem wird auf einem oberen Oberflächenabschnitt des oberen gateisolierenden Films 21, der der Halbleiterschicht 15 entspricht, ausgebildet. Eine lichtdurchlässige Überdeckungsschicht 23 aus Siliziumnitrid wird auf der gesamten oberen Oberfläche der oberen Gateelektrode 22 und der oberen Oberfläche des isolierenden Films 21 ausgebildet. Wenn bei diesem zweidimensionalen Fotosensor 2 ein Lichtstrahl zufällig von der unteren Oberflächenseite aus auftrifft, wird ein Teil des Lichtstrahls durch die untere Gateelektrode 13 abgeschirmt, und der andere Teil des Lichtstrahls geht durch die lichtdurchlässigen Schichten, ausgenommen der Source- und Drain-Elektroden 19 und 20, durch, so dass der Lichtstrahl nicht direkt auf die Halbleiterschicht 15 auftrifft.
Der Betrieb dieses Fingerabdrucklesegeräts wird kurz erklärt. Ein Lichtstrahl, der von der oberen Oberfläche der Oberflächenlichtquelle 1 abgestrahlt wird, geht durch den lichtdurchlässigen Abschnitt des zweidimensionalen Fotosensors 2 und die durchsichtige leitende Schicht 3 durch. Der Finger 5 (siehe 2), der sich in Kontakt mit der durchsichtigen leitenden Schicht 3 befindet, wird mit diesem durchgelassenen Lichtstrahl von der unteren Oberflächenseite aus diffus bestrahlt. Der von der Oberfläche des Fingers reflektierte Lichtstrahl geht durch die durchsichtige leitende Schicht 3 und die benachbarte obere Gateelektrode 22, die als lichtdurchlässige Elektrode dient, durch und fällt auf die Einfallsoberfläche (der Strahlung ausgesetzte Oberfläche) der Halbleiterschicht 15 zwischen den Source- und Drain-Elektroden 19 und 20 ein. In diesem Fall werden Abschnitte, die den Vorsprüngen (Rippen) der Hautoberfläche des Fingers 5, der in Kontakt mit der Oberfläche der durchsichtigen leitfähigen Schicht 3 ist, hell. Abschnitte, die den Vertiefungen (Tälern) der Hautoberfläche des Fingers 5 entsprechen, werden dunkel. Als Ergebnis kann ein Bild, dessen Kontrast optisch verstärkt wird, der Rippen und Täler der Hautoberfläche des Fingers 5 erzeugt werden, um den Fingerabdruck des Fingers 5 zu lesen.
Da bei diesem Fingerabdrucklesegerät die durchsichtige leitfähige Schicht 3 auf dem zweidimensionalen Fotosensor 2 ausgebildet und geerdet ist, kann statische Elektrizität, die sich vom Finger 5, der sich in Kontakt mit der durchsichtigen leitfähigen Schicht 3 auf dem zweidimensionalen Fotosensor 2 befindet, entlädt, durch die durchsichtige leitende Schicht 3 dissipiert werden. Dies kann den zweidimensionalen Fotosensor 2 vor einer Fehlfunktion oder einer Schädigung durch diese statische Elektrizität schützen.
3 ist ein Blockdiagramm, das einen Teil des Fingerabdrucklesegeräts zeigt. Dieses Fingerabdrucklesegerät umfasst einen Fotosensorabschnitt 31, einen Fotosensortreiber 32, einen CTR (Controller) 33, einen Taktgeneratorabschnitt 34, einen A/D (analog zu digital) Umwandelabschnitt 35, einen S/P (seriell zu parallel) Umwandelabschnitt 36, einen Standardmusterspeicher 37, einen Übereinstimmungsabschnitt 38, einen Bestimmungsabschnitt 39, u. ä.
Wie in der 4 gezeigt, hat der Fotosensorabschnitt 31 einen Aufbau, bei dem die Fotosensoren 11, die den in der 1 gezeigten zweidimensionalen Fotosensor bilden, in einer Matrix angeordnet. Wie in der 1 gezeigt, hat der Fotosensor einen unteren Gatetype-Transistor, der durch die untere Gateelektrode (BG) 13, die Halbleiterschicht 15, die Sourceelektrode (S) 19, die Drainelektrode (D) 20 oder ähnliches gebildet wird, und einen oberen Gatetype-Transistor, der durch die obere Gateelektrode (TG) 22, die Halbleiterschicht 15, die Sourceelektrode (S) 19, die Drainelektrode (D) 20 oder ähnliches gebildet wird. Das heißt, dass der Fotosensor aus einem fotoelektrischen Conversion-Dünnschichttransistor gebildet wird, bei dem die untere Gateelektrode (BG) 13 und obere Gateelektrode (TG) 22 unter- bzw. oberhalb der Halbleiterschicht 15 ausgebildet sind. Der äquivalente Schaltkreis dieses Transistors ist in der 5 gezeigt.
Die untere Gateelektrode (BG) eines jeden Fotosensors 11 ist, sich auf die 4 rückbeziehend, mit einer der mehreren unteren Elektrodenleitungen 41, die sich in Reihenrichtung erstrecken, verbunden. Die Drainelektrode (D) eines jeden Fotosensors 11 ist mit einer der mehreren Signalleitungen 42, die sich in Spaltenrichtung erstrecken, verbunden. Die obere Gateelektrode (TG) eines jeden Fotosensors 11 ist mit einer der mehreren oberen Elektrodenleitungen 43, die sich in Reihenrichtung erstrecken, verbunden. Die Source-Elektrode (S) eines jeden Fotosensors 11 ist geerdet.
Wie in der 4 gezeigt, umfasst der in 3 gezeigte Fotosensortreiber 32 einen unteren Adressendekodierer 44, der als vertikaler Abtastkreis, der mit den unteren Elektrodenleitungen 41 verbunden ist, dient, einen Spaltenschalter 45, der als horizontaler Abtastkreis, der mit den Signalleitungen 42 verbunden ist, dient, und einen oberen Adressendekodierer 46, der mit den oberen Elektroden 43 verbunden ist. Der untere Adressendekodierer 44 legt über eine untere Elektrodenleitung 41 eine untere Gatespannung V_BG an die unteren Gateelektroden (BG) der Fotosensoren 11, die an der entsprechenden Reihe angeordnet sind, an. Der obere Adressendekodierer 46 legt über eine obere Elektrodenleitung 43 eine obere Gatespannung V_TG an die oberen Gateelektroden (TG) der Fotosensoren 11, die auf der entsprechenden Reihe angeordnet sind, an.
Der Spaltenschalter 45 erhält über einen vorbelasteten Transistor 47 eine Drainspannung V_DD. Der Spaltenschalter 45 gibt über einen Puffer 48 ein Ausgabesignal V_OUT ab. Jedes Mal wenn der vorbelastete Transistor 47 nach Erhalt einer Vorbelastspannung V_PC angeschaltet wird, gibt der Spaltenschalter 45 über den Puffer 48 einen Output von jedem Fotosensor 11, der mit einer Signalleitung 42 verbunden ist, als das Ausgabesignal V_OUT ab.
Der in 3 gezeigte Taktgeneratorabschnitt 34 umfasst einen Schwingkreis und einen Frequenzteilungskreis, und gibt Takt- und Resetsignale mit vorbestimmten Frequenzen an den CTR 33 ab. Der CTR 33 gibt die unteren und oberen Gatespannungen V_BG und V_TG als Lese- und Reset-Spannungen an den Fotosensortreiber 32, basierend auf den Takt- und Resetsignalen des Taktgeneratorabschnitts 34, ab und gibt die Vorbelast- und Drainspannungen V_PC und V_DD an den vorbelasteten Transistor 47, wie in 4 gezeigt, ab.
Der in 3 gezeigte A/D-Umwandelabschnitt 35 führt die A/D-Konvertierung des Ausgabesignals V_OUT, das von dem Fotosensorabschnitt 31 über den Fotosensortreiber 32 ausgegeben wird, durch (d. h., der in 4 gezeigte Spaltenschalter 45). Der S/P-Wandlerabschnitt 36 wandelt die seriellen Ausgabesignale des A/D-Umwandelabschnitts 35 in parallele Ausgabesignale um. Fingerabdruckbildsignale, die den Fingerabdrücken mehrerer bestimmter Personen entsprechen, werden vorher als Standardmustersignale in dem Standardmusterspeicher 37 gespeichert. Der Übereinstimmungsabschnitt 38 vergleicht ein Ausgabesignal des S/P-Wandlerabschnitts 36 mit Standardmustersignalen, die nach und nach aus dem Standardmusterspeicher 37 gelesen werden, und gibt jedes Übereinstimmungssignal an den Bestimmungsabschnitt 39 weiter. Der Bestimmungsabschnitt 39 bestimmt, basierend auf dem Übereinstimmungssignal des Übereinstimmungsabschnitts 38, ob ein Fingerabdruckbildsignal, das dem Ausgabesignal V_OUT des Fotosensorabschnitts 31 entspricht, mit dem Standardmustersignal einer bestimmten Person, das vorher in dem Standardmusterspeicher 37 gespeichert wurde, entspricht, und gibt ein Bestimmungssignal ab.
Der Betrieb des Fotosensors 11 wird unter Bezugnahme auf die 5 und 1 beschrieben. Wenn eine positive Spannung (beispielsweise +10 V) an die untere Gateelektrode (BG) angelegt wird, während eine positive Spannung (beispielsweise +5 V) zwischen der Source-Elektrode (S) und der Drain-Elektrode (D) des Fotosensors 11 angelegt bleibt, wird ein Kanal in der Halbleiterschicht 15 ausgebildet, so dass ein Drainstrom fließt. Wenn, in diesem Zustand, eine negative Spannung (beispielsweise –20 V) an der oberen Gateelektrode (TG) angelegt wird, wobei diese groß genug ist um den Kanal, der durch das elektrische Feld der unteren Gateelektrode (BG) ausgebildet wird, verschwindet zu lassen, so wirkt das elektrische Feld der oberen Gateelektrode (TG) in einer Richtung um den Kanal, der durch das elektrische Feld der unteren Gateelektrode (BG) gebildet wird, zu beseitigen, wodurch der Kanal ausgeschaltet wird. Wenn, zu diesem Zeitpunkt, die Halbleiterschicht 15 mit einem Lichtstrahl von der oberen Gateelektrodenseite (TG) aus bestrahlt wird, werden Elektronenlochpaare in der Halbleiterschicht 15 auf der oberen Gateelektrodenseite (TG) induziert. Die Elektronenlochpaare sammeln sich in der Kanalregion der Halbleiterschicht 15, um das elektrische Feld der oberen Gateelektrode (TG) aufzuheben. Ein Kanal wird dann in der Halbleiterschicht 15 ausgebildet, um den Drainstrom fließen zu lassen. Dieser Drainstrom ändert sich gemäß der Änderung des auf die Halbleiterschicht 15 einfallenden Lichts. Wie oben beschrieben wirkt das elektrische Feld der oberen Gateelektrode (TG), in diesem zweidimensionalen Fotosensor 2, in einer Richtung, die die Kanalbildung unter Benutzung des elektrischen Felds der unteren Gateelektrode (BG) verhindert, um den Kanal abzuschalten. Der Drainstrom, den man erhält, wenn kein Lichtstrahl einfällt, kann stark reduziert werden, beispielsweise bis auf 10^–14 A. Der Unterschied zwischen dem Drainstrom, der sich ergibt, wenn kein Lichtstrahl einfällt, und dem Drainstrom, den man erhält, wenn ein Lichtstrahl einfällt, kann ausreichend groß gemacht werden. Der Verstärkungsfaktor des unteren Gatetype-Transistors kann sich hierbei gemäß einer Änderung des einfallenden Lichts ändern, um den S/N-Quotienten zu vergrößern.
In dem zweidimensionalen Fotosensor 2 kann ein Fotosensor 11 sowohl die Sensorfunktion als auch eine Auswahltransistorfunktion erfüllen. Diese Funktionen werden nachfolgend kurz beschrieben. Wenn beispielsweise eine Spannung von 0 V an die obere Gateelektrode (TG) angelegt wird, während eine positive Spannung (+10 V) an die untere Gateelektrode (BG) angelegt ist, werden Löcher aus dem Haftterm zwischen der Halbleiterschicht 15 und dem oberen gateisolierenden Film entladen, was einen Refresh- oder Resetvorgang erlaubt. Wenn die Lesevorrichtung insbesondere kontinuierlich benutzt wird, wird der Haftterm zwischen der Halbleiterschicht 15 und dem oberen gateisolierenden Film 21 mit den durch die Bestrahlung generierten Löchern und den von der Drain-Elektrode (D) injizierten Löchern gefüllt. Der Kanalwiderstand, der sich ergibt wenn kein Licht einfällt, ist reduziert, und der Drainstrom, der sich ergibt, wenn kein Licht einfällt, steigt an. Deshalb wird die obere Gateelektrode (TG) auf 0 V gesetzt, um diese Löcher zu entladen, um einen Resetvorgang zu ermöglichen.
Wenn die positive Spannung nicht an die untere Gateelektrode (BG) angelegt wird, wird in dem unteren Gatetype-Transistor kein Kanal ausgebildet. Selbst wenn ein Lichtstrahl einfällt, fließt kein Drainstrom um den nicht selektierten Zustand einzustellen. Insbesondere können durch Steuerung der Spannung, die an die untere Gateelektrode (BG) angelegt wird, der ausgewählte oder nicht ausgewählte Zustand gesteuert werden. Im nicht ausgewählten Zustand, wenn 0 V an die obere Gateelektrode (TG) angelegt wird, können die Löcher aus dem Haftterm zwischen der Halbleiterschicht 15 und dem oberen gateisolierenden Film 21 entladen werden, um, wie oben beschrieben, einen Resetvorgang zu ermöglichen.
Als Ergebnis, wie in den 6A bis 6D gezeigt, wird beispielsweise die obere Gatespannung V_TG auf 0 V und –20 V geregelt, um die Steuerung des Lese- und Resetzustands zu ermöglichen. Die untere Gatespannung V_BG wird auf 0 V und +10 V geregelt, um die Steuerung des ausgewählten und des nicht ausgewählten Zustands zu ermöglichen. Das heißt, dass durch die Einstellung der oberen Gatespannung V_TG und der unteren Gatespannung V_BG, ein Fotosensor 11 sowohl die Fotosensorfunktion als auch die Auswahltransistorfunktion aufweisen kann.
Der Betrieb des zweidimensionalen Fotosensors 2 wird unter Bezugnahme auf die 3 und 4 erklärt. Der Taktgeneratorabschnitt 34 gibt Takt- und Resetsignale mit vorbestimmten Frequenzen an den CTR 33. Der CTR 33 gibt, auf der Basis der Takt- und Resetsignale des Taktgeneratorabschnitts 34, die untere und obere Gatespannungen V_BG und V_TG als Lese- und Resetsignale an den Fotosensortreiber 32 ab, und gibt die Vorbelast- und Drainspannungen V_PC und V_DD an den vorbelasteten Transistor 47 ab.
Die Fotosensoren 11 der ersten Reihe werden durch Einstellung der unteren und oberen Gatespannung V_BG und V_TG auf 0 V gereseted. Während diesem Resetting wird, während einer vorbestimmten Zeit, die Vorbelastspannung V_PC an den vorbelasteten Transistor 47 angelegt, und die Drainspannung V_DD (5V) wird an alle Signallinien 42 angelegt, um die Fotosensoren 11 aufzuladen. Die obere Gatespannung V_TG wird auf –20 V eingestellt, um die Fotosensoren 11 in den Lesezustand zu bringen. Die untere Gatespannung V_BG wird auf +10 V eingestellt, um die Fotosensoren 11 in einen ausgewählten Zustand zu bringen. Ein Ausgabesignal V_OUT von jedem Fotosensor 11 ändert sich auf 0 V oder bleibt auf 5 V in Abhängigkeit von der einfallenden Lichtmenge (Lichtmenge). Das Ausgabesignal V_OUT von jedem Fotosensor 11 wird über den Spaltenschalter 45 über den Puffer 48 abgegeben. Der gleiche Vorgang wird für die Fotosensoren 11 der zweiten bis letzten Reihe durchgeführt. Eine Beschreibung des folgenden Betriebs wird daher weggelassen.
Zweite Ausführungsform
7 ist eine Ansicht von oben, die einen Teil eines Fingerabdrucklesegeräts gemäß der zweiten Ausführungsform der vorigen Erfindung zeigt. Bei diesem Fingerabdrucklesegerät ist ein Paar durchsichtiger leitfähiger Filme 3A und 3B kammzahnförmig innerhalb und um die Sensorregion 4 auf der oberen Fläche einer Überdeckungsschicht 23 eines zweidimensionalen Fotosensors 2 ausgebildet. Wenn ein Finger 5 den zweidimensionalen Fotosensor einschließlich des Paares durchsichtiger leitfähiger Filme 3A und 3B berührt, erfasst das Paar durchsichtiger leitfähiger Filme 3A und 3B den Widerstand des berührenden Fingers 5 und beginnt dank dieses Erfassungssignals (wie später beschrieben wird) die Auslesung des Fingerabdrucks. Das Paar durchsichtiger leitfähiger Filme 3A und 3B kann auch eine antistatische Funktion erfüllen. Das Paar durchsichtiger leitfähiger Filme 3A und 3B sind kammzahnförmig ausgebildet, um einen vergleichsweise kleinen Widerstand des Fingers 5 mit hoher Genauigkeit zu erfassen.
8 zeigt einen Teil des Schaltkreises des Fingerabdrucklesegeräts. In 8 bezeichnen gleiche Bezugszeichen wie in 4 gleiche Teile und auf eine Beschreibung derselben wird verzichtet. Ein durchsichtiger leitfähiger Film 3A ist über einen Widerstand 51 mit einem CTR 33 (siehe 3) zur Ausgabe der Drainspannung V_DD verbunden, während der andere durchsichtige leitfähige Film 3B geerdet ist. Der CTR 33 ist über einen Wechselrichter 52 zwischen einem durchsichtigen leitfähigen Film 3A und dem Widerstand 51 angeordnet. Der CTR 33 gibt nach Erhalt eines N-Niveausignals vom Wechselrichter 52 ein Schaltsignal an den Schaltregler 53 ab. Der Schaltregler 53 gibt nach Erhalt eines Schaltsignals von der CTR 33 ein Schaltregelsignal an einen Schalter 54 ab. Der Schalter 54 ist ein normalerweise offener Schalter, der zwischen einem Spaltenschalter 45 und einem vorbelasteten Transistor 47 ausgebildet ist.
Wenn bei diesem Fingerabdrucklesegerät der Finger 5 den zweidimensionalen Fotosensor 2 einschließlich des Paares durchsichtiger leitfähiger Filme 3A und 3B berührt, wird ein Widerstand, der dem Berührungswiderstand des Fingers 5 entspricht, zwischen dem Paar durchsichtiger leitfähiger Filme 3A und 3B gebildet, wodurch sich das Potential zwischen dem durchsichtigen leitfähigen Film 3A und dem Widerstand 51 auf ein Potential geteilt durch den Widerstand 51 und den Widerstandswert des Fingers reduziert. Die Eingabe des Wechselrichters 52 fällt vom H-Niveau auf das L-Niveau, wodurch sich die Ausgabe des Wechselrichters 52 auf das H-Niveau ändert, und dieses H-Niveausignal wird an den CTR 33 ausgegeben. Der CTR 33 gibt nach Erhalt des H-Niveausignals vom Wechselrichter 52 ein Schaltsignal an den Schaltregler 53 ab. Nach Erhalt des Schaltsignals von dem CTR 33 gibt der Schaltregler 53 ein Schaltkontrollsignal an den Schalter 54 ab, um den Schalter 54 zu schließen. Dann ist der Spaltenschalter 45 mit dem vorbelasteten Transistor 47 über den Schalter 54 verbunden, wodurch der gleiche Zustand, wie in 4 gezeigt, erzielt wird, und das Fingerabdruackauslesen beginnt.
Wie oben beschrieben wird, wenn der Finger 5 den zweidimensionalen Fotosensor 2 einschließlich des Paares durchsichtiger leitfähiger Filme 3A und 3B berührt, in dem Fingerabdrucklesegerät der Widerstand des berührenden Fingers 5 erfasst, wo durch dieses Erfassungssignal das Fingerabdruckauslesen beginnt. Das Fingerabdruckauslesen kann günstiger Weise automatisch beginnen. Da der andere durchsichtige leitfähige Film 3B, der sich über dem Großteil der Sensorregion 4 des zweidimensionalen Fotosensors befindet, geerdet ist, wie in 7 gezeigt, wird die antistatische Funktion verstärkt. Man beachte, dass wenn beispielsweise ein Blatt, auf das ein Fingerabdruckbild des Fingers 5 kopiert wurde, auf den zweidimensionalen Fotosensor 2 mit dem Paar durchsichtiger leitfähiger Filme 3A und 3B plaziert wird, durch das Paar durchsichtiger leitfähiger Filme 3A und 3B kein Widerstand erfasst wird, da das Blatt isoliert, wodurch eine verbotene Benutzung einer Kopie verhindert werden kann.
Dritte Ausführungsform
9 ist eine Ansicht von oben eines Teils eines Fingerabdrucklesegeräts gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei diesem Fingerabdrucklesegerät sind Paare durchsichtiger leitfähiger Filme 3A und 3B kammzahnförmig jeweils auf den vier Ecken einer quadratischen Sensorregion 4 auf der oberen Oberfläche einer Überdeckungsschicht 23 eines zweidimensionalen Fotosensors 2 ausgebildet. Wenn ein Finger 5 den zweidimensionalen Fotosensor 2 einschließlich der vier Paare durchsichtiger leitfähiger Filme 3A und 3B berührt, erfassen die vier Paare durchsichtiger leitfähiger Filme 3A und 3B den Widerstand des berührenden Fingers 5 und beginnen das durch dieses Erfassungssignal Auslesen des Fingerabdrucks (wie später beschrieben). Diese Paare durchsichtiger leitfähiger Filme 3A und 3B können auch eine antistatische Funktion erfüllen.
10 zeigt einen Hauptteil des Schaltkreises des Fingerabdrucklesegeräts. In 10 bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie in 8 die gleichen Teile, und auf eine Beschreibung derselben wird verzichtet. Die Ausgabeseiten vierer Wechselrichter 52, die den vier Paaren durchsichtiger leitfähiger Filme 3A und 3B entsprechen, sind jeweils mit einem CTR 33 und der Eingabeseite eines UND-Schaltkreises 55 verbunden. Die Ausgabeseite des AND-Schaltkreises 55 ist mit dem CTR 33 verbunden.
Wenn bei diesem Fingerabdrucklesegerät der Finger 5 den zweidimensionalen Fotosensor einschließlich der vier Paare durchsichtiger leitfähiger Filme 3A und 3B berührt, werden Widerstände, die den Berührungsabschnitten des Fingers 5 entsprechen, zwischen den jeweiligen Paaren durchsichtiger leitfähiger Filme 3A und 3B generiert, wodurch sich die Ausgabe der vier Wechselrichter 52 vom L-Niveausignal auf das H-Niveausignal verändert, und diese H-Niveausignale werden an den AND-Schaltkreis 55 ausgegeben. Wenn der UND-Schaltkreis 55 das H-Niveausignal von allen vier Wechselrichtern 52 erhält, gibt er ein UND-Signal an den CTR 33 weiter. In diesem Fall gibt der Wechselrichter 52 direkt das H-Niveausignal an den CTR 33, aber der CTR 33 ignoriert diese H-Niveausignale. Sich auf die 8 beziehend gibt der CTR 33 nach Erhalt des UND-Signals von dem UND-Schaltkreis 55 ein Schaltsignal an einen Schaltregler 53. Nach Erhalt des Schaltsignals von der CTR 33 gibt der Schaltregler 53 ein Schaltregelsignal an einen Schalter 54, um den Schalter 54 zu schließen. Dann wird ein Spaltenschalter 45 mit einem Vorladetransistor 47 über den Schalter 54 verbunden, um den gleichen Zustand wie in der 4 zu erzielen und das Auslesen des Fingerabdrucks zu beginnen.
Wenn bei diesem Fingerabdrucklesegerät die Berührungsposition und -zustand (ob der Finger 5 angemessen berührt) des Fingers 5 bezüglich der Sensorregion 4 des zweidimensionalen Fotosensors 2 falsch ist, d. h. der Finger 5 berührt nicht alle vier Paare durchsichtiger leitfähiger Filme 3A und 3B, dann gibt der UND-Schaltkreis 55 kein UND-Signal aus. In diesem Fall berührt der Finger 5 ein bis drei der vier Paare durchsichtiger leitfähiger Filme 3A und 3B und die entsprechenden Wechselrichter 52, die den Paaren durchsichtiger leitfähiger Filme 3B und 3B, die durch den Finger 5 berührt wurden, entsprechen, geben H-Niveausignale an den CTR 33 ab. Der CTR 33 gibt ein Fingerberührungsfehlsignal auf der Basis der Abwesenheit des UND-Signals von dem UND-Schaltkreis 55 und dem Vorhandensein der H-Niveausignale von den Wechselrichtern 52 an einen Controller (nicht gezeigt) ab. Der Controller informiert den Benutzer über die fehlerhafte Berührungsposition oder -zustand des Fingers 5 bezüglich der Sensorregion 4 des zweidimensionalen Fotosensors durch irgendein Ausgabemittel, wie auf einem Bildschirm "bitte platzieren Sie den Finger noch mal" oder über Sprache.
Modifizierung der dritten Ausführungsform
Das Fingerabdrucklesegerät kann eine antistatische Funktion aufweisen, da der andere durchsichtige leitfähige Film 3B eines jeden Paares, wie in 10 gezeigt, geerdet ist. In der dritten Ausführungsform ist jedoch der Zentralabschnitt der Sensorregion 4 weniger resistent gegen statische Elektrizität, da die Paare durchsichtiger leitfähiger Filme 3A und 3B, wie in 9 gezeigt, jeweils an den vier Ecken der quadratischen Sensorregion 4 auf dem zweidimensionalen Fotosensor ausgebildet sind. Daher kann beispielsweise, wie in 11 gezeigt, ein elektrostatische Energie ableitender durchsichtiger leitfähiger Film 3C mit einer beinahe kreuzförmigen Form im Zentralabschnitt der Sensorregion 4 ausgebildet sein.
Man beachte, dass beim Fingerabdrucklesegerät, wie in 1 gezeigt, das durchsichtige Substrat 12 auf der Oberflächenlichtquelle 1 platziert ist und der Fotosensorabschnitt 31 mit den fotoelektrischen Conversiondünnfilmtransistoren auf dem durchsichtigen Substrat 12 ausgebildet ist. Alternativ kann das durchsichtige Substrat 12 weggelassen werden, und der Fotosensorabschnitt 31 mit den fotoelektrischen Conversiondünnfilmtransistoren direkt auf eine Lichtleiterplatte, die die Oberflächenlichtquelle 1 bildet, ausgebildet sein. Jeder der Fotosensoren ist nicht auf den fotoelektrischen Conversion dünnfilmtransistor mit Doppelgate, wie er in den obenanstehenden Ausführungsformen beschrieben wurde, beschränkt und kann ein Dünnfilmtransistor mit einem einzigen Gate oder ein Dünnfilmtransistor des Diodentyps sein.
Wie oben beschrieben wurde, kann, gemäß der vorliegenden Erfindung, statische Elektrizität über die durchsichtige leitfähige Schicht abgeleitet werden, da die durchsichtige leitfähige Schicht, die auf der Fotosensorvorrichtung ausgebildet ist, eine elektrostatische Energieableitungsfunktion hat, so dass selbst wenn ein Finger, der in Kontakt mit der durchsichtigen leiffähigen Schicht der Fotosensorvorrichtung ist, mit statischer Elektrizität geladen ist, diese statische Elektrizität abgeleitet werden kann. Die Fotosensorvorrichtung kann vor Fehlfunktion oder Schaden durch statische Elektrizität geschützt werden. Zusätzlich ist ein Paar durchsichtiger leitfähiger Schichten voneinander entfernt angeordnet. Der Widerstandswert eines Zielobjekts, das zwischen die leitfähigen Schichten platziert wird, wird gemessen, um zu bestimmen, ob der Widerstandswert innerhalb eines vorbestimmten Bereiches fällt. Nur wenn Übereinstimmung erzielt wird, beginnt das Auslesen. Übereinstimmung aufgrund einer Kopie kann verhindert werden, wodurch sich die Zuverlässigkeit verbessert.
Zusätzliche Vorteile und Veränderungen ergeben sich für den Fachmann. Daher ist die Erfindung in ihrem breiteren Sinne nicht auf die spezifischen Details und repräsentativen Ausführungsformen, die hier gezeigt und beschrieben wurden, eingeschränkt. Entsprechend können verschiedene Modifizierungen durchgeführt werden, ohne vom Ziel des generellen erfindungsgemäßen Konzepts, wie durch die folgenden Ansprüche und derer Äquivalente definiert, abweichen.

Claims

Fingerabdrucklesegerät, das umfasst: eine Lichtquelle (1); eine Fotosensorvorrichtung (2) mit mehreren Fotosensoren (11), die auf der Lichtquelle (1) ausgebildet sind, und einer Oberfläche, die auf den Fotosensoren ausgebildet ist; und eine durchsichtige leitende Schicht (3), die auf der Fotosensorvorrichtung (2) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Fotosensoren (11) eine Halbleiterschicht (15) und Elektroden (19, 20), die elektrisch mit der Halbleiterschicht (15) verbunden sind, umfasst, und wobei die durchsichtige leitende Schicht (3), die mindestens ein Paar durchsichtiger leitender Schichten umfasst, auf der Oberfläche der Fotosensorvorrichtung (2) ausgebildet ist, so dass diese vollständig die Fotosensoren (11) bedeckt und dafür vorgesehen ist mit einem Finger (5) in Kontakt gebracht zu werden und geerdet ist, um statische Elektrizität zu dissipieren.
Fingerabdrucklesegerät nach Anspruch 1, wobei die Fotosensorvorrichtung (2) einen zweidimensionalen Fotosensor umfasst, der durch zweidimensional angeordnete Fotosensoren (11) ausgebildet ist.
Fingerabdrucklesegerät nach Anspruch 1, wobei die transparente leitfähige Schicht (3) ein Paar transparente leitfähige Schichten (3a, 3b) umfasst, die von einander getrennt sind, und wenn der Finger (5) gleichzeitig das Paar transparenter leitfähiger Schichten berührt, erfasst das Paar durchsichtiger leitfähiger Schichten einen Widerstand des Fingers (5).
Fingerabdrucklesegerät nach Anspruch 3, das ferner Erfassungsmittel aufweist zur Erfassung ob ein Widerstandswert des Fingers (5) innerhalb eines vorbestimmten Wertes fällt, und Mittel zum Anfangen des Lesens des Fingers (5), wenn der Widerstandswert innerhalb des vorbestimmten Wertes fällt.
Fingerabdrucklesegerät nach Anspruch 1, wobei die durchsichtige leitfähige Schicht (3) Paare durchsichtiger leitfähiger Schichtabschnitte (3a, 3b) aufweist, die an mehreren Randabschnitten in einem Sensorbereich der Fotosensorvorrichtung (2) ausgebildet sind.
Fingerabdrucklesegerät nach Anspruch 5, das ferner Erfassungsmittel erfasst, die, wenn der Finger (5) gleichzeitig die transparenten leiffähigen Schichten (3a, 3b) Paare berührt, erfassen ob Widerstandswerte an mehreren Berührungsabschnitten des Fingers (5) innerhalb vorbestimmter Werte fallen, und Mittel zum Beginnen des Auslesens des Fingers (5), wenn alle Erfassungswerte innerhalb des vorbestimmten Werts fallen.
Fingerabdrucklesegerät, das umfasst: eine Lichtquelle (1); eine Fotosensorvorrichtung (2) mit mehreren Fotosensoren, die auf der Lichtquelle (1) ausgebildet sind, und mit einer Oberfläche, die auf den Fotosensoren ausgebildet ist; und eine durchsichtige leitfähige Schicht (3), die auf der Fotosensorvorrichtung (2) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Fotosensoren (11) eine Halbleiterschicht (15) und Elektroden (19, 20), die elektrisch mit der Halbleiterschicht (15) verbunden sind, umfasst, wobei die durchsichtige leitfähige Schicht (3), die geerdet ist, mindestens ein Paar durchsichtiger leitfähiger Schichten umfasst, die auf der Oberfläche der Fotosensorvorrichtung ausgebildet sind, so dass sie mit einem Finger (5) berührt werden können, und wobei das Gerät ferner einen Detektor (33) zum Erfassen eines Widerstandswerts einer Fingeroberfläche (5) zwischen dem Spalt des einen Paars durchsichtiger leitfähiger Schichten umfasst, wobei, wenn der Wert des Widerstands der Fingeroberfläche (5), der durch den Detektor erfasst wird, innerhalb des vorbestimmten Werts fällt, das Gerät mit dem Auslesen eines Fingerabdrucks beginnt.
Fingerabdrucklesegerät nach Anspruch 7, wobei eine Schicht des durchsichtigen leitfähigen Schichtpaars (3a, 3b) geerdet ist.
Fingerabdrucklesegerät nach Anspruch 8, wobei jeder Fotosensor der Fotosensorvorrichtung ein fotoelektrischer Konversionsdünnfilmtransistor ist, in dem eine erste Gateelektrode (13) aus einem lichtabschirmenden Material auf der Seite der Lichtquelle (1) ausgebildet ist, und eine zweite Gateelektrode (22) aus lichtdurchlässigem Material auf der Seite der durchsichtigen leitfähigen Schicht (3) ausgebildet ist.
Fingerabdrucklesegerät, das umfasst: eine Lichtquelle (1); eine Fotosensorvorrichtung (2) mit mehreren Fotosensoren (11), die auf der Lichtquelle (1) ausgebildet sind, und einer Oberfläche, die auf den Fotosensoren (11) ausgebildet ist; und eine durchsichtige leitfähige Schicht (3), die auf der Oberfläche der Fotosensorvorrichtung (2) ausgebildet ist, die mit einem Finger, der Erhöhungen und Täler aufweist, berührt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Fotosensoren (11) eine Halbleiterschicht (15) und Elektroden (19, 20), die elektrisch mit der Halbleiterschicht (15) verbunden sind, umfasst, und die Oberfläche der Fotosensorvorrichtung nahe der Fotosensoren (11) positioniert ist, so dass sie durch einige Fotosensoren, die sich nah an den Rippen des Fingers (5) befinden, hell wird und durch einige Fotosensoren, die sich nahe der Erhöhungen des Fingers (5) befinden, dunkel wird, wenn Licht von dem Finger reflektiert wird, und die durchsichtige leitfähige Schicht (3) auf der Oberfläche der Fotosensorvorrichtung (2), die mindestens ein Paar durchsichtiger leitfähiger Schichten umfasst, ausgebildet und geerdet ist, um statische Elektrizität zu dissipieren.