JP2001189828A - 画像読取装置及びその駆動制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フォトセンサの最適な読取感度を設定する読
取感度設定動作や、被写体画像の画像読み取り動作にお
ける消費電力の低減を図り、良好に携帯情報端末等へ適
用することができる画像読取装置及びその駆動制御方法
を提供する。 【解決手段】 ダブルゲート型フォトセンサ１０を２次
元配列して構成されるフォトセンサアレイ１００と、ダ
ブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲートにリセッ
トパルスを印加するトップゲートドライバ１１１と、ダ
ブルゲート型フォトセンサ１０のボトムゲートに読み出
しパルスを印加するボトムゲートドライバ１１２と、ダ
ブルゲート型フォトセンサ１０からの出力電圧の読み出
しを行う出力回路部１１３と、被写体に所定の照射光を
照射するバックライト１１８と、環境照度判定動作や点
灯状態設定動作、読取感度設定動作、画像読み取り動
作、実効電圧調整動作を実行制御するコントローラ１２
０と、を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像読取装置及び
その駆動制御方法に関し、特に、いわゆる、ダブルゲー
ト構造を有する薄膜トランジスタを２次元配列して構成
されるフォトセンサアレイを備え、指紋等の２次元画像
を読み取る画像読取装置及びその駆動制御方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、印刷物や写真、あるいは、指紋等
の微細な凹凸の形状等を読み取る２次元画像の読取装置
として、光電変換素子（フォトセンサ）をマトリクス状
に配列して構成されるフォトセンサアレイを有する構造
のものがある。このようなフォトセンサアレイとして、
一般に、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の固体撮
像デバイスが用いられている。ＣＣＤは、周知の通り、
フォトダイオードや薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：ThinFi
lm Transistor）等のフォトセンサをマトリクス状に配
列した構成を有し、各フォトセンサの受光部に照射され
た光量に対応して発生する電子−正孔対の電荷量を、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
度を検知している。

【０００３】このようなＣＣＤを用いたフォトセンサシ
ステムにおいては、走査された各フォトセンサを選択状
態にするための選択トランジスタを個別に設ける必要が
あるため、画素数が増大するにしたがって、システム自
体が大型化するという問題を有している。そこで、近
年、このような問題を解決するための構成として、フォ
トセンサ自体にフォトセンス機能と選択トランジスタ機
能とを持たせた、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
という）を画像読取装置に適用して、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。

【０００４】このようなフォトセンサを用いた画像読取
装置は、概略、ガラス基板の一面側にトップゲート電極
及びボトムゲート電極を備えたダブルゲート型フォトセ
ンサをマトリクス状に形成して、フォトセンサアレイを
構成し、例えば、ガラス基板の背面側に設けられた光源
から照射光を照射して、フォトセンサアレイ上方の検知
面に載置された指紋等の２次元画像の画像パターンに応
じた反射光を、ダブルゲート型フォトセンサにより明暗
情報として検出し、２次元画像を読み取るものである。
ここで、フォトセンサアレイによる画像の読み取り動作
は、リセットパルスの印加による初期化終了時から読み
出しパルスが印加されるまでの光蓄積期間において、各
ダブルゲート型フォトセンサ毎に蓄積されるキャリヤ
（正孔）の蓄積量に基づいて、明暗情報が検出される。
なお、ダブルゲート型トランジスタ、及び、フォトセン
サアレイの具体的な構成及び動作については、後述す
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したようなダブル
ゲート型フォトセンサを適用したフォトセンサシステム
においては、以下に示すような問題を有していた。すな
わち、ダブルゲート型フォトセンサを適用したセンサシ
ステムにおいては、光蓄積期間におけるフォトセンサ毎
のキャリヤ（正孔）の蓄積量に基づいて、画像の読み取
りが行われるので、種々の環境下で被写体画像（２次元
画像）を良好に読み取るためには、上記光蓄積期間（す
なわち、読取感度に相当する）を適切に設定する必要が
ある。

【０００６】ここで、光蓄積期間は、環境照度等の周囲
の条件に大きく依存するため、従来においては、被写体
画像の画像読み取り動作を開始する前に標準試料等を検
知面に載置し、光蓄積期間を複数段階に変えて読み取り
動作（いわゆる、読取感度設定動作）を行い、その読取
結果に基づいて、環境照度等の周囲の条件に応じた最適
な光蓄積期間を求める手法を採用していた。しかしなが
ら、上述したような従来技術に係るフォトセンサシステ
ムにおいては、上記読取感度設定動作、及び、それに引
き続き実行される被写体画像の画像読み取り動作時に
は、検知面に載置された被写体に対して、ガラス基板の
背面側に設けられた光源から照射光を継続的又は連続的
に照射する必要があり、これに伴って消費電力の増大を
招くという問題を有していた。特に、このような消費電
力の問題は、低消費電力化が強く求められる携帯情報端
末等に、画像読取装置を適用する際には顕著かつ重大な
問題となっていた。

【０００７】そこで、本発明は、上述した問題を解決
し、フォトセンサの最適な読取感度を設定する読取感度
設定動作や、被写体画像の画像読み取り動作における消
費電力の低減を図り、良好に携帯情報端末等へ適用する
ことができる画像読取装置及びその駆動制御方法を提供
することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明に係
る画像読取装置は、複数のフォトセンサを２次元配列し
て構成されるフォトセンサアレイと、前記フォトセンサ
アレイの前面側に載置された被写体に対して、前記フォ
トセンサアレイの背面側から照射光を照射する光源と、
前記光源を消灯した状態における環境照度を判定する環
境照度判定手段と、前記環境照度に基づいて、前記光源
の点灯状態を設定する点灯状態設定手段と、前記環境照
度判定時、又は、前記点灯状態設定後、の少なくともい
ずれか一方において、前記フォトセンサアレイにおける
画像読取感度を変化させつつ、前記２次元配列されたフ
ォトセンサに対応する画素より構成される被写体画像を
読み取り、前記画像読取感度毎の前記被写体画像の画像
パターンに基づいて、最適な画像読取感度を求める読取
感度設定手段と、前記最適な画像読取感度に基づいて、
前記２次元配列されたフォトセンサに対応する画素より
構成される被写体画像を読み取る画像読み取り手段と、
を具備することを特徴としている。

【０００９】請求項２記載の発明に係る画像読取装置
は、請求項１記載の画像読取装置において、前記点灯状
態設定手段は、前記光源を点灯、又は、消灯、いずれか
一方の状態にする光源設定手段を備えていることを特徴
としている。請求項３記載の発明に係る画像読取装置
は、請求項１記載の画像読取装置において、前記環境照
度判定手段は、前記光源を消灯状態に維持し、前記被写
体が前記フォトセンサアレイの前面側に載置された状態
で、前記２次元配列されたフォトセンサに対応する画素
より構成される被写体画像を読み取り、前記画像読取感
度毎の前記被写体画像の画像パターンに基づいて最適な
画像読取感度を求め、該画像読取感度に対して予め設定
されたしきい値に基づいて環境照度を判定することを特
徴としている。

【００１０】請求項４記載の発明に係る画像読取装置
は、請求項１記載の画像読取装置において、前記環境照
度判定手段は、前記被写体が載置される前記フォトセン
サアレイとは別個独立して設けられた環境照度検出部を
備え、前記環境照度検出部は少なくとも１つのフォトセ
ンサを備え、該フォトセンサの出力電圧に対して予め設
定されたしきい値に基づいて環境照度を判定することを
特徴としている。請求項５記載の発明に係る画像読取装
置は、請求項１乃至４のいずれかに記載の画像読取装置
において、前記画像読取装置は、前記フォトセンサアレ
イにおける第１の電極に印加される実効電圧を最適値に
するための第１の信号電圧を印加するとともに、前記フ
ォトセンサアレイにおける第２の電極に印加される実効
電圧を最適値にするための第１の信号電圧を印加する実
効電圧調整手段を具備することを特徴としている。

【００１１】請求項６記載の発明に係る画像読取装置
は、請求項５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、少なくとも前記
チャネル領域の上方及び下方に各々絶縁膜を介して形成
されたトップゲート電極及びボトムゲート電極と、を備
えたダブルゲート構造を有し、前記トップゲート電極を
前記第１の電極として、前記リセットパルスを印加し、
前記ボトムゲート電極を前記第２の電極として、前記読
み出しパルスを印加することにより、前記初期化終了か
ら前記読み出しパルスの印加までの電荷蓄積期間に前記
チャネル領域に蓄積された電荷に対応した電圧を出力す
ることを特徴としている。

【００１２】請求項７記載の発明に係る画像読取装置の
駆動制御方法は、複数のフォトセンサを２次元配列して
構成されるフォトセンサアレイと、前記フォトセンサア
レイの前面側に載置された被写体に対して、前記フォト
センサアレイの背面側から照射光を照射する光源と、を
備えた画像読取装置の駆動制御方法において、前記光源
を消灯した状態における環境照度を判定する環境照度判
定動作を実行する手順と、該環境照度に基づいて、前記
光源の点灯状態を設定する点灯状態設定動作を実行する
手順と、前記環境照度判定時、又は、前記点灯状態設定
後、の少なくともいずれか一方において、前記フォトセ
ンサアレイにおける画像読取感度を変化させつつ、前記
２次元配列されたフォトセンサに対応する画素より構成
される被写体画像を読み取り、前記画像読取感度毎の前
記被写体画像の画像パターンに基づいて、最適な画像読
取感度を求める読取感度設定動作を実行する手順と、前
記最適な画像読取感度に基づいて、前記２次元配列され
たフォトセンサに対応する画素より構成される被写体画
像を読み取る画像読み取り動作を実行する手順と、を含
むことを特徴としている。

【００１３】請求項８記載の発明に係る画像読取装置の
駆動制御方法は、請求項７記載の画像読取装置の駆動制
御方法において、点灯状態設定動作を実行する手順は、
前記光源を点灯、又は、消灯、いずれか一方の状態にす
ることを特徴としている。請求項９記載の発明に係る画
像読取装置の駆動制御方法は、請求項７記載の画像読取
装置の駆動制御方法において、前記環境照度判定動作を
実行する手順は、前記光源を消灯状態に維持し、前記被
写体が前記フォトセンサアレイの前面側に載置された状
態で、前記２次元配列されたフォトセンサに対応する画
素より構成される被写体画像を読み取り、前記画像読取
感度毎の前記被写体画像の画像パターンに基づいて最適
な画像読取感度を求め、該画像読取感度に対して予め設
定されたしきい値に基づいて環境照度を判定することを
特徴としている。

【００１４】請求項１０記載の発明に係る画像読取装置
の駆動制御方法は、請求項７記載の画像読取装置の駆動
制御方法において、前記環境照度判定動作を実行する手
順は、前記被写体が載置される前記フォトセンサアレイ
とは別個独立して設けられた環境照度検出部に備えられ
たフォトセンサの出力電圧に対して予め設定されたしき
い値に基づいて環境照度を判定することを特徴としてい
る。請求項１１記載の発明に係る画像読取装置の駆動制
御方法は、請求項７乃至１０のいずれかに記載の画像読
取装置の駆動制御方法において、前記画像読取装置の駆
動制御方法は、前記フォトセンサアレイにおける第１の
電極に印加される実効電圧を最適値にするための第１の
信号電圧を印加するとともに、前記フォトセンサアレイ
における第２の電極に印加される実効電圧を最適値にす
るための第１の信号電圧を印加する実効電圧調整動作を
実行する手順を含むことを特徴としている。

【００１５】請求項１２記載の発明に係る画像読取装置
の駆動制御方法は、請求項１１記載の画像読取装置の駆
動制御方法において、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、少なくとも前記チャネル領域の上方及
び下方に各々絶縁膜を介して形成されたトップゲート電
極及びボトムゲート電極と、を備えたダブルゲート構造
を有し、前記トップゲート電極を前記第１の電極とし
て、前記リセットパルスを印加し、前記ボトムゲート電
極を前記第２の電極として、前記読み出しパルスを印加
することにより、前記初期化終了から前記読み出しパル
スの印加までの電荷蓄積期間に前記チャネル領域に蓄積
された電荷に対応した電圧を出力することを特徴として
いる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る画像読取装
置及びその駆動制御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される
ダブルゲート型トランジスタについて、図面を参照して
説明する。図１は、ダブルゲート型トランジスタの構造
を示す概略断面図である。図１（ａ）に示すように、ダ
ブルゲート型フォトセンサ１０は、可視光が入射される
と電子−正孔対が生成されるアモルファスシリコン等の
半導体層（チャネル層）１１と、半導体層１１の両端に
それぞれ設けられたｎ^＋シリコン層１７、１８と、ｎ^＋
シリコン層１７、１８上に形成されたソース電極１２及
びドレイン電極１３と、半導体層１１の上方（図面上
方）にブロック絶縁膜１４及び上部（トップ）ゲート絶
縁膜１５を介して形成されたトップゲート電極２１と、
半導体層１１の下方（図面下方）に下部（ボトム）ゲー
ト絶縁膜１６を介して形成されたボトムゲート電極２２
と、を有して構成されている。

【００１７】なお、図１（ａ）において、トップゲート
電極２１、トップゲート絶縁膜１５、ボトムゲート絶縁
膜１６、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
光に対して透過率の高い材質により構成され、一方、ボ
トムゲート電極２２は、可視光の透過を遮断する材質に
より構成されることにより、図面上方から入射する照射
光のみを検知する構造を有している。すなわち、ダブル
ゲート型フォトセンサ１０は、半導体層１１を共通のチ
ャネル領域として、半導体層１１、ソース電極１２、ド
レイン電極１３及びトップゲート電極２１により形成さ
れる上部ＭＯＳトランジスタと、半導体層１１、ソース
電極１２、ドレイン電極１３及びボトムゲート電極２２
により形成される下部ＭＯＳトランジスタとからなる２
つのＭＯＳトランジスタの組み合わせた構造が、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。そ
して、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はトップゲート端子、ＢＧはボトムゲ
ート端子、Ｓはソース端子、Ｄはドレイン端子である。

【００１８】次に、上述した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システムに
ついて、図面を参照して簡単に説明する。図２は、ダブ
ルゲート型フォトセンサを２次元配列して構成されるフ
ォトセンサシステムの概略構成図である。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及びボトムゲート端子ＢＧを各々行方向に接続した
トップゲートライン１０１及びボトムゲートライン１０
２と、トップゲートライン１０１及びボトムゲートライ
ン１０２に各々接続されたトップゲートドライバ１１１
及びボトムゲートドライバ１１２と、各ダブルゲート型
フォトセンサのドレイン端子Ｄを列方向に接続したデー
タライン１０３と、データライン１０３に接続された出
力回路部１１３と、を有して構成される。ここで、φtg
及びφbgは、それぞれリセットパルスφＴ１、φＴ２、
…φＴｉ、…φＴｎ、及び、読み出しパルスφＢ１、φ
Ｂ２、…φＢｉ、…φＢｎを生成するための制御信号、
φpgは、プリチャージ電圧Ｖpgを印加するタイミングを
制御するプリチャージ信号である。

【００１９】このような構成において、トップゲートド
ライバ１１１からトップゲート端子ＴＧに電圧を印加す
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１１２からボトムゲート端子ＢＧに電圧を印
加し、データライン１０３を介して検出信号を出力回路
部１１３に取り込んでシリアルデータとして出力（Ｖou
t）することにより選択読み出し機能が実現される。

【００２０】次に、上述したフォトセンサシステムの駆
動制御方法について、図面を参照して説明する。図３
は、フォトセンサシステムの駆動制御方法の一例を示す
タイミングチャートであり、図４は、ダブルゲート型フ
ォトセンサの動作概念図であり、図５は、フォトセンサ
システムの出力電圧の光応答特性を示す図である。ま
ず、リセット動作においては、図３、図４（ａ）に示す
ように、ｉ番目の行のトップゲートライン１０１にパル
ス電圧（リセットパルス；例えばＶtg＝＋１５Ｖのハイ
レベル）φＴｉを印加して、各ダブルゲート型フォトセ
ンサ１０の半導体層に蓄積されているキャリア（正孔）
を放出する（リセット期間Ｔreset）。

【００２１】次いで、光蓄積動作においては、図３、図
４（ｂ）に示すように、トップゲートライン１０１にロ
ーレベル（例えばＶtg＝−１５Ｖ）のバイアス電圧φＴ
ｉを印加することにより、リセット動作を終了し、キャ
リヤ蓄積動作による光蓄積期間Ｔａがスタートする。光
蓄積期間Ｔａにおいては、トップゲート電極側から入射
した光量に応じてチャネル領域にキャリアが蓄積され
る。そして、プリチャージ動作においては、図３、図４
（ｃ）に示すように、光蓄積期間Ｔａに並行して、プリ
チャージ信号φpgに基づいてデータライン１０３に所定
の電圧（プリチャージ電圧）Ｖpgを印加し、ドレイン電
極１３に電荷を保持させる（プリチャージ期間Ｔprc
h）。

【００２２】次いで、読み出し動作においては、図３、
図４（ｄ）に示すように、プリチャージ期間Ｔprchを経
過した後、ボトムゲートライン１０２にハイレベル（例
えばＶbg＝＋１０Ｖ）のバイアス電圧（読み出し選択信
号；以下、読み出しパルスという）φＢｉを印加するこ
とにより、ダブルゲート型フォトセンサ１０をＯＮ状態
にする（読み出し期間Ｔread）。ここで、読み出し期間
Ｔreadにおいては、チャネル領域に蓄積されたキャリア
（正孔）が逆極性のトップゲート端子ＴＧに印加された
Ｖtg（−１５Ｖ）を緩和する方向に働くため、ボトムゲ
ート端子ＢＧのＶbgによりｎチャネルが形成され、ドレ
イン電流に応じてデータライン１０３のデータライン電
圧ＶＤは、図５（ａ）に示すように、プリチャージ電圧
Ｖpgから時間の経過とともに徐々に低下する傾向を示
す。

【００２３】すなわち、光蓄積期間Ｔａにおける光蓄積
状態が暗状態で、チャネル領域にキャリヤ（正孔）が蓄
積されていない場合には、図４（ｅ）、図５（ａ）に示
すように、トップゲートＴＧに負バイアスをかけること
によって、ボトムゲートＢＧの正バイアスが打ち消さ
れ、ダブルゲート型フォトセンサ１０はＯＦＦ状態とな
り、ドレイン電圧、すなわち、データライン１０３の電
圧ＶＤが、ほぼそのまま保持されることになる。一方、
光蓄積状態が明状態の場合には、図４（ｄ）、図５
（ａ）に示すように、チャネル領域に入射光量に応じた
キャリヤ（正孔）が捕獲されているため、トップゲート
ＴＧの負バイアスを打ち消すように作用し、この打ち消
された分だけボトムゲートＢＧの正バイアスによって、
ダブルゲート型フォトセンサ１０はＯＮ状態となる。そ
して、この入射光量に応じたＯＮ抵抗に従って、データ
ライン１０３の電圧ＶＤは、低下することになる。

【００２４】したがって、図５（ａ）に示したように、
データライン１０３の電圧ＶＤの変化傾向は、トップゲ
ートＴＧへのリセットパルスφＴｉの印加によるリセッ
ト動作の終了時点から、ボトムゲートＢＧに読み出しパ
ルスφＢｉが印加されるまでの時間（光蓄積期間Ｔａ）
に受光した光量に深く関連し、蓄積されたキャリアが少
ない場合には緩やかに低下する傾向を示し、また、蓄積
されたキャリアが多い場合には急峻に低下する傾向を示
す。そのため、読み出し期間Ｔreadがスタートして、所
定の時間経過後のデータライン１０３の電圧ＶＤを検出
することにより、あるいは、所定のしきい値電圧を基準
にして、その電圧に至るまでの時間を検出することによ
り、照射光の光量が換算される。

【００２５】上述した一連の画像読み取り動作を１サイ
クルとして、ｉ＋１番目の行のダブルゲート型フォトセ
ンサ１０にも同等の処理手順を繰り返すことにより、ダ
ブルゲート型フォトセンサ１０を２次元のセンサシステ
ムとして動作させることができる。なお、図３に示した
タイミングチャートにおいて、プリチャージ期間Ｔprch
の経過後、図４（ｆ）、（ｇ）に示すように、ボトムゲ
ートライン１０２にローレベル（例えばＶbg＝０Ｖ）を
印加した状態を継続すると、ダブルゲート型フォトセン
サ１０はＯＦＦ状態を持続し、図５（ｂ）に示すよう
に、データライン１０３の電圧ＶＤは、プリチャージ電
圧Ｖpgを保持する。このように、ボトムゲートライン１
０２への電圧の印加状態により、ダブルゲート型フォト
センサ１０の読み出し状態を選択する選択機能が実現さ
れる。

【００２６】図６は、上述したようなフォトセンサシス
テムを適用した２次元画像の画像読取装置の要部断面図
である。図６に示すように、指紋等の２次元画像を読み
取る画像読取装置においては、ダブルゲート型トランジ
スタ１０のガラス基板１９下方側に設けられた導光板３
１、光源３２からなるバックライト３０から照射光Ｒ１
を入射させ、この照射光Ｒ１がダブルゲート型トランジ
スタ１０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、保護絶縁膜２０上の
被写体（指）４０に照射される。そして、被写体４０の
画像パターン（あるいは、凹凸パターン）によって決ま
る反射率に応じた反射光Ｒ２が、透明な絶縁膜２０、１
５、１４及びトップゲート電極２１を透過して半導体層
１１に入射することにより、被写体４０の画像パターン
に対応したキャリヤが蓄積され、上述した一連の駆動制
御方法にしたがって、被写体４０の画像パターンを明暗
情報として読み取ることができる。

【００２７】＜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、図面を参照して
説明する。なお、以下に示す実施形態においては、フォ
トセンサとして、上述したダブルゲート型フォトセンサ
を適用し、トップゲート電極を第１の電極として電圧を
印加することにより、フォトセンス機能を実現するとと
もに、ボトムゲート電極を第２の電極として電圧を印加
することにより、チャネル領域に蓄積された電荷量を読
み出す機能を実現するものとして説明する。図７は、本
発明に係る画像読取装置の第１の実施形態を示す概略構
成図である。なお、ここでは、図１、図２、図６に示し
た構成を適宜参照しながら説明する。また、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
の符号を付して説明する。

【００２８】図７に示すように、本実施形態に係る画像
読取装置は、図１に示したダブルゲート型フォトセンサ
１０を２次元配列して構成されるフォトセンサアレイ１
００と、ダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲー
ト端子ＴＧに所定のタイミングで、所定のトップゲート
電圧（リセットパルス）を印加するトップゲートドライ
バ１１１と、ダブルゲート型フォトセンサ１０のボトム
ゲート端子ＢＧに所定のタイミングで、所定のボトムゲ
ート電圧（読み出しパルス）を印加するボトムゲートド
ライバ１１２と、ダブルゲート型フォトセンサ１０への
プリチャージ電圧の印加及びデータライン電圧の読み出
しを行うコラムスイッチ１１４、プリチャージスイッチ
１１５、アンプ１１６からなる出力回路部１１３と、読
み出されたデータ電圧（アナログ信号）をデジタル信号
からなる画像データに変換するアナログ−デジタル変換
器（以下、Ａ／Ｄコンバータと記す）１１７と、フォト
センサアレイ１００が形成されたガラス基板の背面側に
配置され、被写体に所定の照射光を照射するバックライ
ト（光源）１１８と、フォトセンサアレイ１００による
被写体画像の読取動作制御（画像読み取り動作）や外部
機能部２００とのデータのやり取り等を行うとともに、
本発明における環境照度判定動作や点灯状態設定動作、
読取感度設定動作、実効電圧調整動作を実行制御する機
能を備えたコントローラ１２０と、読取画像データや読
取感度の設定、環境照度の判定、実効電圧の調整等に関
連するデータ等を記憶するＲＡＭ１３０と、を有して構
成されている。

【００２９】ここで、フォトセンサアレイ１００、トッ
プゲートドライバ１１１、ボトムゲートドライバ１１
２、出力回路部１１３（コラムスイッチ１１４、プリチ
ャージスイッチ１１５、アンプ１１６）からなる構成
は、図２に示したフォトセンサシステムと略同等の構成
及び機能を有しているので、その詳細な説明を省略す
る。また、バックライト１１８は、所定の波長を有する
単色光を発光する光源と、透明なアクリル等の合成樹脂
板により構成され、光源から発せられて入射した光を板
内部で均一に散乱させ、フォトセンサアレイ１００上方
の検知面に載置された被検出体に略均一に照射光を照射
する導光板とを有して構成される面光源である。

【００３０】コントローラ１２０は、トップゲートドラ
イバ１１１及びボトムゲートドライバ１１２に制御信号
φtg、φbgを出力することにより、トップゲートドライ
バ１１１及びボトムゲートドライバ１１２の各々から、
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
ジスイッチ１１５に制御信号φpgを出力することによ
り、データラインにプリチャージ電圧Ｖpgを印加して、
被写体画像の読取動作の実行を制御する。

【００３１】また、コントローラ１２０には、ダブルゲ
ート型フォトセンサ１０からコラムスイッチ１１４を介
して読み出されたデータライン電圧ＶＤが、アンプ１１
６及びＡ／Ｄコンバータ１１７を介してデジタル信号に
変換され、画像データとして入力される。コントローラ
１２０は、この画像データに対して、所定の画像処理を
施したり、ＲＡＭ１３０への書き込み、読み出しを行う
とともに、画像データの照合や加工等の所定の処理を実
行する外部機能部２００に対してインタフェースとして
の機能をも備えている。

【００３２】さらに、コントローラ１２０は、トップゲ
ートドライバ１１１及びボトムゲートドライバ１１２に
出力する制御信号φtg、φbgを設定制御することによ
り、外光等の環境照度に対応して被写体画像を最適に読
み込むことができる読取感度、すなわち、ダブルゲート
型フォトセンサ１０の最適な光蓄積期間Ｔａを設定する
機能、最適な光蓄積期間に基づいて環境照度を判定する
機能、該環境照度に基づいて被写体画像の読取動作時に
おけるバックライトの点灯状態を設定制御する機能、及
び、ダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲートＴ
Ｇ及びボトムゲートＢＧに印加される実効電圧の偏りを
最適値に調整する機能を有している。したがって、コン
トローラ１２０は、環境照度判定手段、点灯状態設定手
段、読取感度設定手段、画像読み取り手段、及び、実効
電圧調整手段を構成している。

【００３３】次に、本実施形態に係る画像読取装置の駆
動制御方法について、図面を参照して説明する。図８
は、本実施形態に係る画像読取装置の駆動制御方法の処
理手順を示すフローチャートであり、図９は、本実施形
態に係る画像読取装置の駆動制御方法の一例を示すタイ
ミングチャートであり、図１０は、被写体を透過する外
光の状況を示す概念図であり、図１１は、環境照度と光
蓄積期間との対応関係を示す測定データである。ここで
は、図２、図７に示した画像読取装置の構成を適宜参照
しながら、その駆動制御手順及び方法を説明する。図
８、図９に示すように、本実施形態に係る画像読取装置
の駆動制御方法は、環境照度判定動作と、点灯状態設定
動作、読取感度設定動作と、画像読み取り動作と、実効
電圧調整動作の各手順を有し、いずれもコントローラ１
２０により各動作制御が行われる。以下、各処理動作に
ついて具体的に説明する。

【００３４】＜環境照度判定動作／点灯状態設定動作＞
図８、図９に示すように、本実施形態における環境照度
判定動作は、まず、フォトセンサアレイ１００上方の検
知面に指等の被写体を載置した状態で、バックライト１
１８を消灯状態に設定制御した後（手順Ｓ１１）、ダブ
ルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート端子ＴＧを
行方向に接続するトップゲートライン１０１の各々に対
して、所定の遅れ時間Ｔdlyの時間間隔で順次リセット
パルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎを印加してリセット期
間Ｔrstをスタートし、各行毎のダブルゲート型フォト
センサ１０を初期化する。ここで、リセットパルスφＴ
１、φＴ２、…φＴｎは、ハイレベルが信号電圧Ｖtg
h、ローレベルが信号電圧Ｖtglのパルス信号であり、ハ
イレベルＶtghのリセットパルスφＴ１、φＴ２、…φ
Ｔｎが印加されるタイミング以外では、ローレベルの信
号電圧Ｖtglが印加された状態にある。

【００３５】次いで、リセットパルスφＴ１、φＴ２、
…φＴｎが立ち下がり、リセット期間Ｔrstが終了する
ことにより、光蓄積期間ＴＡ₁、ＴＡ₂、…ＴＡ_nが順次
スタートして、各行毎にダブルゲート型フォトセンサ１
０のトップゲート電極側から入射される光量に応じてチ
ャネル領域に電荷（正孔）が発生し、蓄積される。そし
て、各行毎に設定される光蓄積期間ＴＡ₁、ＴＡ₂、…Ｔ
Ａ_nは、図９に示すように、最後のリセットパルスφＴ
ｎが立ち下がった後、各行毎に所定の遅れ時間Ｔdly分
ずつ段階的に変化させるように、プリチャージ信号φpg
及び読み出しパルスφＢｎ、…φＢ２、φＢ１を順次印
加して、読み出し期間Ｔrdをスタートし、ダブルゲート
型フォトセンサ１０に蓄積された電荷に対応する電圧変
化ＶＤが、出力回路部１１３によりデータライン１０３
を介して読み出され、順次ＲＡＭ１３０に記憶される。

【００３６】ここで、読み出しパルスφＢ１、φＢ２、
…φＢｎは、ハイレベルが信号電圧Ｖbgh、ローレベル
が信号電圧Ｖbglのパルス信号であり、ハイレベルＶbgh
の読み出しパルスφＢ１、φＢ２、…φＢｎが印加され
るタイミング以外では、ローレベルの信号電圧Ｖbghが
印加された状態にある。なお、照射光量の検出方法は、
上述したフォトセンサシステムと同様に、各データライ
ン１０３の電圧ＶＤの低下傾向を、読み出し期間Ｔrdが
スタートして、所定の時間経過後の電圧値を検出するこ
とにより、あるいは、所定のしきい値電圧を基準にし
て、その電圧値に至るまでの時間を検出することによ
り、照射光量に換算する。したがって、このような環境
照度判定動作によれば、各行毎に設定される光蓄積期間
ＴＡ₁、ＴＡ₂、…ＴＡ_n相互が所定の遅れ時間Ｔdlyの２
倍の時間間隔で増加するので、一画面の読み込み動作に
より行数分以上の感度調整幅で設定された読取感度で読
み取られた画像データが得られる。そして、この画像デ
ータに基づいて、コントローラ１２０は、明暗パターン
のコントラストが最大となる光蓄積期間を抽出し、環境
照度の判定に用いる最適な光蓄積期間Ｔａを決定する。

【００３７】ここで、バックライト１１８が消灯状態に
おいては、図１０に示すように、フォトセンサアレイ１
００上の検知面に載置された被写体、例えば、指４０ａ
の上方から照射される外光（白色光）Ｒ１は、指４０ａ
の肉厚の薄い部分において、光の透過を生じ、また、皮
膚の表層４０ｂに入射した光Ｒ２は、皮膚に含まれる赤
色系の色素内で伝搬、散乱を繰り返し、白色光のうち主
に波長の長い赤色の可視光Ｒ３が指４０ａの表面からフ
ォトセンサアレイ１００に放出されるので、上記一連の
画像読取手順により得られる光蓄積期間Ｔａは、被写体
を透過してフォトセンサアレイ１００に達した自然光や
人工光等の外光（環境照度）の寄与によるものと考える
ことができる。そこで、このような考えに基づいて、環
境照度と被写体画像を良好に読み取ることができる最適
な光蓄積期間との関係について鋭意検討した結果、図１
１に示すように、概ね１０００ルクス（Ｌｘ）以上の環
境照度になると、光蓄積期間が短くなり、環境照度によ
る被写体画像の読み取りへの寄与が増大する（支配的な
っていく）ことが認められた。

【００３８】すなわち、環境照度が１０００ルクス以上
の環境下においては、バックライトからの照射光に対す
る被写体表面での反射光よりも、被写体を透過した外光
の方が、フォトセンサアレイ１００による画像読み取り
動作に大きく寄与するので、バックライトを消灯状態に
設定しても、外光のみで被写体画像を良好に読み取るこ
とができる。したがって、図１１に示した環境照度と光
蓄積期間との対応関係を有する参照テーブルや近似式を
コントローラ１２０及びＲＡＭ１３０に保持しておくこ
とにより、上述した環境照度判定動作により決定された
光蓄積期間Ｔａに基づいて、環境照度を抽出、あるい
は、逆算することができる（手順Ｓ１２）。

【００３９】次いで、算出された環境照度が所定のしき
い値レベル以上か否かが判定され（手順Ｓ１３）、環境
照度がしきい値レベル以上の場合には、以後の被写体画
像を読み取る全ての動作において、バックライトが消灯
状態に設定制御される。一方、環境照度がしきい値レベ
ル以下の場合には、以後の被写体画像を読み取る全ての
動作において、バックライトが点灯状態に設定制御され
る（手順Ｓ１４）。ここで、環境照度の判定基準となる
しきい値レベルは、例えば、上述した１０００ルクスを
適用することができる。なお、上記一連の画像読取手順
において設定される読取感度、すなわち、各行毎に設定
される光蓄積期間ＴＡ₁、ＴＡ₂、…ＴＡ_nは、後述する
読取感度設定動作において設定される光蓄積時間よりも
遅延時間間隔が長いか、あるいは、設定数が少なくても
よい。図１１に示したように、環境照度と最適な光蓄積
期間との関係（変化傾向）は、極めて緩やかであるた
め、概ね１０００ルクス以上になっているか否かが概略
的に判明すればよいからである。

【００４０】＜読取感度設定動作＞図８、図９に示すよ
うに、本実施形態における読取感度設定動作（手順Ｓ１
５）は、上述した環境照度判定動作において実行した一
連の画像読取手順と同等の処理手順を有している。ま
ず、フォトセンサアレイ１００上方の検知面に指等の被
写体が載置された状態で、バックライト１１８を点灯状
態に設定制御した後、フォトセンサアレイ１００のトッ
プゲートライン１０１に対して、所定の遅れ時間Ｔdly
の時間間隔でリセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎ
を印加して、各行毎のダブルゲート型フォトセンサ１０
を初期化する。次いで、リセット期間Ｔrstが終了する
と、光蓄積期間ＴＢ₁、ＴＢ₂、…ＴＢ_nが順次スタート
して、各行毎にダブルゲート型フォトセンサ１０に入射
される光量に応じてチャネル領域に電荷（正孔）が発生
し、蓄積される。

【００４１】そして、プリチャージ信号φpg及び読み出
しパルスφＢｎ、…φＢ２、φＢ１の印加により、各行
毎に設定された光蓄積期間ＴＢ₁、ＴＢ₂、…ＴＢ_nに蓄
積された電荷に対応する電圧変化ＶＤを、出力回路部１
１３を介して読み出し、順次ＲＡＭ１３０に記憶する。
したがって、このような読取感度設定動作によれば、各
行毎に設定される光蓄積期間ＴＢ₁、ＴＢ₂、…ＴＢ_n相
互が所定の遅れ時間Ｔdlyの２倍の時間間隔で増加する
ので、一画面の読み込み動作により行数分以上の感度調
整幅で設定された読取感度で読み取られた画像データが
得られる。そして、この画像データに基づいて、コント
ローラ１２０は、明暗パターンのコントラストが最大と
なる光蓄積期間を抽出し、後述する被写体画像の画像読
み取り動作における最適な光蓄積期間（すなわち、最適
な読取感度）Ｔｂを決定する。

【００４２】なお、本実施形態においては、フォトセン
サアレイ１００の背面側に配置されたバックライト１１
８を点灯状態（すなわち、上記手順Ｓ１３において、環
境照度がしきい値レベル以下の場合）として、検知面に
載置された被写体表面で反射した反射光により、被写体
画像を事前読み出しする場合について説明したが、バッ
クライト１１８を消灯状態（すなわち、上記手順Ｓ１３
において、環境照度がしきい値レベル以上の場合）とし
て、上記読取感度設定処理を行うものであってもよい。
この場合、上述した環境照度判定動作における光蓄積期
間ＴＡ₁、ＴＡ₂、…ＴＡ_nの設定が、読取感度設定動作
と同等である場合には、環境照度判定動作において決定
された最適な光蓄積期間Ｔａをそのまま、後述する被写
体画像の画像読み取り動作における光蓄積期間に設定す
ることができ、読取感度設定動作を省略することもでき
る。また、読取感度設定動作において、各行毎に設定さ
れる光蓄積期間ＴＢ₁、ＴＢ₂、…ＴＢ_nは、後述する画
像読み取り動作における読取感度を設定し、読み取られ
た画像の精度に影響を与えるものなので、遅延時間間隔
を短く、また、設定数を多くすることが望ましい。

【００４３】＜画像読み取り動作＞次に、上述した読取
感度設定動作（又は、環境照度判定動作）により決定さ
れた最適な光蓄積時間Ｔｂ（又は、Ｔａ）を用いて、被
写体画像の画像読み取り動作（手順Ｓ１６）を実行す
る。すなわち、図８、図９に示すように、ダブルゲート
型フォトセンサ１０のトップゲート端子ＴＧを行方向に
接続するトップゲートライン１０１の各々に、順次リセ
ットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎを印加してリセッ
ト期間Ｔrstをスタートし、各行毎のダブルゲート型フ
ォトセンサ１０を初期化する。ここで、リセットパルス
φＴ１、φＴ２、…φＴｎは、ハイレベルが信号電圧Ｖ
tgh、ローレベルが信号電圧Ｖtglのパルス信号であり、
ハイレベルＶtghのリセットパルスφＴ１、φＴ２、…
φＴｎが印加されるタイミング以外では、ローレベルの
信号電圧Ｖtglが印加される。

【００４４】次いで、リセットパルスφＴ１、φＴ２、
…φＴｎが立ち下がり、リセット期間Ｔrstが終了する
ことにより、各行毎に、上記最適な光蓄積期間Ｔｂが順
次スタートして、ダブルゲート型フォトセンサ１０のト
ップゲート電極側から入射される光量に応じてチャネル
領域に電荷（正孔）が発生し、蓄積される。ここで、図
９に示すように、光蓄積期間Ｔｂ内に並行して、プリチ
ャージ信号φpgを印加することにより、プリチャージ期
間Ｔprchをスタートし、データライン１０３にプリチャ
ージ電圧Ｖprchを印加してダブルゲート型フォトセンサ
１０のドレイン電極に所定の電圧を保持させるプリチャ
ージ動作が行われる。

【００４５】そして、最適な光蓄積期間Ｔａ及びプリチ
ャージ期間Ｔprchが終了したダブルゲート型フォトセン
サ１０に対して、各行毎に、ボトムゲートライン１０２
に順次読み出しパルスφＢ１、φＢ２、…φＢｎを印加
して、読み出し期間Ｔrdをスタートし、ダブルゲート型
フォトセンサ１０に蓄積された電荷に対応する電圧変化
ＶＤを、コラムスイッチ１１３によりデータライン１０
３を介して読み出す。ここで、読み出しパルスφＢ１、
φＢ２、…φＢｎは、ハイレベルが信号電圧Ｖbgh、ロ
ーレベルが信号電圧Ｖbglのパルス信号であり、ハイレ
ベルＶbghの読み出しパルスφＢ１、φＢ２、…φＢｎ
が印加されるタイミングでは、ローレベルの信号電圧Ｖ
bghが印加された状態にある。

【００４６】＜実効電圧調整動作＞次に、上述した画像
読み取り動作が、全ての行（ｎ）において終了すると、
一連の環境照度判定動作、読取感度設定動作及び画像読
み取り動作において、各ゲート電極に印加された信号の
実効電圧の偏りを調整して最適化する実効電圧調整動作
（手順Ｓ１７）を実行する。すなわち、図９に示すよう
に、上述した各動作において、リセットパルスによりダ
ブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲートライン１
０１（トップゲート端子ＴＧ）に印加された信号電圧の
平均値、すなわち、実効電圧を、予め当該ダブルゲート
型フォトセンサ１０の感度特性に応じて設定した最適値
に調整することができる所定の実効電圧を有する信号
（第１の信号電圧）を、各行のトップゲートライン１０
１に印加する。同様に、読み出しパルスによりダブルゲ
ート型フォトセンサ１０のボトムゲートライン１０２
（ボトムゲート端子ＢＧ）に印加された信号電圧の平均
値、すなわち、実効電圧を、予め当該ダブルゲート型フ
ォトセンサ１０の感度特性に応じて設定した最適値に調
整することができる所定の実効電圧を有する信号（第２
の信号電圧）を、各行のボトムゲートライン１０２に印
加する。

【００４７】ここで、ダブルゲート型フォトセンサ１０
のトップゲートＴＧ及びボトムゲートＢＧに印加される
信号の実効電圧について簡単に説明する。図９からも明
らかなように、環境照度判定動作、読取感度設定動作及
び画像読み取り動作における各リセット動作において
は、トップゲートＴＧに対して、極めて短い時間（Ｔrs
t）のみ、ハイレベルの信号電圧Ｖtghが印加され、それ
以外の比較的長い期間では、ローレベルの信号電圧Ｖtg
lが印加されている。そのため、環境照度判定動作、読
取感度設定動作及び画像読み取り動作時において、トッ
プゲートＴＧに印加される実効電圧は、ローレベル側に
大きく偏っている。さらに、画像読み取り動作に設定さ
れる最適な光蓄積期間Ｔｂは、読取感度設定動作により
環境照度等に応じて、その都度、変更設定されるため、
上記トップゲートＴＧに印加される実効電圧が、必然的
に変動する。

【００４８】一方、環境照度判定動作、読取感度設定動
作及び画像読み取り動作における読み出し動作において
も、ボトムゲートＢＧに対して、極めて短い時間（Ｔr
d）のみ、ハイレベルの信号電圧Ｖbghが印加され、それ
以外の比較的長い期間では、ローレベルの信号電圧Ｖtg
lが印加されている。そのため、環境照度判定動作、読
取感度設定動作及び画像読み取り動作時において、ボト
ムゲートＢＧに印加される実効電圧も、ローレベル側に
大きく偏っている。さらに、画像読出動作に設定される
最適な光蓄積期間Ｔａは、読取感度設定動作により環境
照度等に応じて、その都度、変更設定されるため、上記
ボトムゲートＴＧに印加される実効電圧は、必然的に変
動する。

【００４９】そのため、このような特定の極性の電圧側
に偏った電圧がゲート電極に印加された状態が継続する
と、ゲート電極に正孔がトラップされて、ダブルゲート
型フォトセンサの素子特性が劣化して感度特性が変化し
てしまう問題が生じる。そこで、本実施形態において
は、環境照度判定動作、読取感度設定動作及び画像読み
取り動作の処理サイクル内、及び、これから実行する実
効電圧調整動作の処理サイクル内に印加される電圧波形
について、例えば、ダブルゲート型フォトセンサの感度
特性に応じて設定されるトップゲート側の実効電圧の最
適値、及び、ボトムゲート側の実効電圧の最適値を基準
として、上記電圧波形のハイレベル側の時間積分値の絶
対値と、ローレベル側の時間積分値の絶対値とを等しく
するように、所定の信号幅Ｔtp、Ｔbpを有する調整パル
スを、実効電圧調整動作時にダブルゲート型フォトセン
サのトップゲートライン、及び、ボトムゲートラインに
印加することにより、上記素子特性の劣化に伴う感度特
性の変化を抑制して、フォトセンサシステムの信頼性を
向上させることができる。

【００５０】以上説明したように、本実施形態に係る画
像読取装置及びその駆動制御方法によれば、被写体画像
の画像読み取り動作に先立って、バックライトを消灯状
態に設定制御して環境照度を検出、判定し、該環境照度
が所定のしきい値レベル（１０００ルクス）以上である
場合には、バックライトを消灯状態に設定したまま、被
写体画像の画像読み取り動作を実行することができるの
で、画像読取装置の消費電力を低減することができ、良
好に携帯情報端末等へ適用することができる。また、こ
の場合、バックライトを消灯状態に設定した状態であっ
ても、被写体画像を良好に読み取ることができる。さら
に、環境照度判定動作と読取感度設定動作を同等のタイ
ミングで同等のパルス波形の信号を用いて実行している
ので、動作制御を簡易に行うことができる。

【００５１】＜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、図面を参照して
説明する。図１２は、本発明に係る画像読取装置の第１
の実施形態を示す概略構成図である。なお、ここでは、
図１、図２、図６に示した構成を適宜参照しながら説明
する。また、上述した実施形態（図７）と同等の構成に
ついては、同一の符号を付して説明を省略する。本実施
形態に係る画像読取装置は、上述した第１の実施形態の
構成に加え、環境照度を判定する環境照度検出部を備え
たことを特徴としている。すなわち、上述した第１の実
施形態においては、被写体に対して、読取感度設定動作
及び画像読み取り動作を実行するフォトセンサアレイを
用いて、環境照度判定動作を実行していたが、これとは
別個に、被写体が載置されないフォトセンサ領域（環境
照度検出部）を設け、該フォトセンサ領域において環境
照度を検出する。

【００５２】具体的には、図１２に示すように、本実施
形態に係る画像読取装置は、指等の被写体４０が載置さ
れるフォトセンサアレイ１００上方（紙面手前側）の検
知面ＳＰの近傍、又は、隣接して、環境照度検出部３０
０が設けられた構成を有している。ここで、環境照度検
出部３００は、被写体画像の読取時におけるバックライ
トの点灯状態を設定するものであるので、被写体が載置
されるフォトセンサアレイ１００の近傍に設ける必要が
ある。また、図示の都合上、図１２においては、環境照
度検出部３００を比較的広い領域を有するように示した
が、少なくとも、環境照度を的確に判断できるものであ
れば、単一のダブルゲート型フォトセンサのみを有する
微小な領域のものであってもよい。そして、環境照度検
出部３００は、コントローラ１２０により制御され、読
取感度設定動作及び画素読取動作に先立って、後述する
手順に基づいて環境照度を検出する。

【００５３】次に、本実施形態に係る画像読取装置の駆
動制御方法について、図面を参照して説明する。図１３
は、本実施形態に係る画像読取装置の駆動制御方法の処
理手順を示すフローチャートであり、図１４は、本実施
形態に係る画像読取装置の駆動制御方法の一例を示すタ
イミングチャートであり、図１５は、フォトセンサの出
力電圧と環境照度との対応関係を示す特性図である。こ
こでは、図２、図７、図１２に示した画像読取装置の構
成を適宜参照しながら、その駆動制御手順及び方法を説
明する。図１３、図１４に示すように、本実施形態に係
る画像読取装置の駆動制御方法は、上述した第１の実施
形態と同様に、環境照度判定動作と、読取感度設定動作
と、画像読み取り動作と、実効電圧調整動作の各手順を
有し、いずれもコントローラ１２０により各動作制御が
行われる。なお、読取感度設定動作、画像読み取り動作
及び実効電圧調整動作の各手順は、上述した実施形態と
同等であるので、その説明を省略し、本実施形態の特徴
である環境照度判定動作について、以下に詳しく説明す
る。

【００５４】＜環境照度判定動作＞図１３、図１４に示
すように、本実施形態における環境照度判定動作は、例
えば、フォトセンサアレイ１００上方の検知面ＳＰに、
被写体が載置されたことを検知して、環境照度検出部３
００に備えられたダブルゲート型フォトセンサにより環
境照度を検出する。具体的には、環境照度検出部３００
を構成するダブルゲート型フォトセンサのトップゲート
ラインに対して、所定の時間間隔でリセットパルスφＴ
１、φＴ２、…φＴｎを印加して、各行毎のダブルゲー
ト型フォトセンサを初期化する。リセット期間Ｔrstが
終了すると、予め設定された所定の光蓄積期間ＴＬが順
次スタートして、各行毎にダブルゲート型フォトセンサ
に入射される光量に応じてチャネル領域に電荷（正孔）
が発生し、蓄積される。そして、プリチャージ信号φpg
及び読み出しパルスφＢ１、φＢ２、…φＢｎの印加に
より、各行毎に設定された光蓄積期間ＴＬに蓄積された
電荷に対応する電圧変化を読み出し、順次ＲＡＭ１３０
に記憶する（手順Ｓ２１）。

【００５５】ここで、環境照度検出部３００を構成する
ダブルゲート型フォトセンサから出力される出力電圧
は、図１５に示すように、通常のダブルゲート型フォト
センサの出力電圧と同様に、検出対象が暗い場合（環境
照度が低い場合）には、電圧レベルが高くなり、検出対
象が明るい場合（環境照度が高い場合）には、電圧レベ
ルが低くなる傾向を示す。そこで、図１１に示したよう
に、被写体画像の読み取りへの寄与が増大する（支配的
なっていく）環境照度を、バックライトの使用、不使用
を判定する判定照度Ｌｊとして設定することにより、環
境照度検出部３００からの出力電圧に基づいて、環境照
度を判定することができる。

【００５６】具体的には、図１５に示した出力電圧と環
境照度との対応関係から判定照度Ｌｊに対応する判定出
力電圧Ｖｊ抽出して、コントローラ１２０及びＲＡＭ１
３０に保持しておくことにより、上述した環境照度判定
動作により検出される出力電圧と判定出力電圧Ｖｊとの
大小関係に基づいて、環境照度の判定を行うことができ
る。なお、環境照度判定動作において各行毎に設定され
る光蓄積期間ＴＬは、図１５に示した出力電圧と環境照
度との対応関係に基づいて、上述した判定照度Ｌｊを含
む範囲に、フォトセンサの感度領域（光蓄積期間ＴＬの
変化範囲）ＴＷを有するように設定する。そして、上記
環境照度判定動作において、環境照度検出部３００から
の出力電圧が、上記判定電圧Ｖｊ以上か否かが判定され
（手順Ｓ２２）、出力電圧が判定電圧Ｖｊ以下の場合
（すなわち、出力電圧に対応する環境照度が判定照度Ｌ
ｊ以上の場合）には、環境照度のみでの画像読み取り動
作が可能と判断して、以後の読取感度設定動作、画像読
み取り動作において、バックライトが消灯状態（不使用
状態）に設定制御される。

【００５７】一方、出力電圧が判定電圧Ｖｊ以上の場合
（すなわち、出力電圧に対応する環境照度が判定照度Ｌ
ｊ以下の場合）には、環境照度のみでの画像読み取り動
作が不可能と判断して、以後の読取感度設定動作、画像
読み取り動作において、バックライトが点灯状態（使用
状態）に設定制御される（手順Ｓ２３）。ここで、判定
照度Ｌｊは、例えば、上述した１０００ルクスを適用す
ることができる。続いて、上述した実施形態と同様に、
読取感度設定動作（手順Ｓ２４）、被写体の画像読み取
り動作（手順Ｓ２５）、実効電圧調整動作（手順Ｓ２
６）が順次実行される。なお、本実施形態においては、
環境照度判定動作により設定されるバックライトの点灯
状態に関わらず、読取感度設定動作（手順Ｓ２４）が必
ず実行される。これは、環境照度判定動作が検知面ＳＰ
とは別個独立して設けられた環境照度検出部により実行
されるため、被写体画像の画像読み取り動作において用
いられる最適な光蓄積時間Ｔｂを設定する必要があるか
らである。

【００５８】以上説明したように、本実施形態に係る画
像読取装置及びその駆動制御方法によれば、被写体画像
を読み取るフォトセンサアレイとは別個に環境照度検出
部を設けて、読取感度設定動作や画像読み取り動作とは
別個の制御により、判断照度近傍の環境照度を有する光
蓄積期間を設定して環境照度判定動作を実行しているの
で、被写体画像の画像読み取り動作に先立って実行する
環境照度の判定に要する時間を一層短縮することができ
る。また、環境照度の判定を、環境照度検出部からの出
力電圧と所定の判定出力電圧との大小関係の比較のみに
よって実行することができるので、動作制御を極めて簡
易に行うことができる。

【００５９】＜他の具体例＞次に、本発明に係る画像読
取装置の駆動制御方法における環境照度判定動作及び読
取感度設定動作に適用することができる画像の読出動作
の他の具体例について、図面を参照して説明する。図１
６は、本発明に係る画像読取装置の駆動制御方法におけ
る環境照度判定動作（特に、第１の実施形態）及び読取
感度設定動作に適用することができる画像の読出動作の
他の実施例を示すタイミングチャートである。ここで
は、図２、図７に示した構成を適宜参照しながら説明す
る。図１６に示すように、本実施例に係る画像の読出動
作は、まず、ダブルゲート型フォトセンサ１０のトップ
ゲート端子ＴＧを行方向に接続するトップゲートライン
１０１の各々に対して、同時にリセットパルスφＴ１、
φＴ２、…φＴｎを印加してリセット期間Ｔrstを同時
にスタートし、各行毎のダブルゲート型フォトセンサ１
０を初期化する。

【００６０】次いで、リセットパルスφＴ１、φＴ２、
…φＴｎが同時に立ち下がり、リセット期間Ｔrstが終
了することにより、全ての行におけるダブルゲート型フ
ォトセンサ１０の光蓄積期間ＴＣ₁、ＴＣ₂、…ＴＣ_nが
一斉にスタートして、各行毎のダブルゲート型フォトセ
ンサ１０のトップゲート電極側から入射される光量に応
じてチャネル領域に電荷（正孔）が発生し、蓄積され
る。ここで、各行毎に設定される光蓄積期間ＴＣ₁、Ｔ
Ｃ₂、…ＴＣ_nは、図９に示すように、各行毎に所定の遅
れ時間Ｔdly分ずつ段階的に変化させるように、プリチ
ャージ信号φpg及び読み出しパルスφＢ１、φＢ２、…
φＢｎを印加する。したがって、上述した実施形態に示
したような被写体画像の画像読み取り動作に先立って行
う環境照度判定動作又は読取感度設定動作において、被
写体画像を構成する各行毎に異なる読取感度（すなわ
ち、行数分の異なる読取感度）で読み取られた画像デー
タを、１回の被写体画像（一画面）の読み込みにより取
得することができる。

【００６１】ここで、本発明に係る画像読取装置の駆動
制御方法に適用される環境照度判定動作及び読取感度設
定動作の手法は、上述した実施形態及び実施例に限定さ
れるものではなく、被写体画像を異なる読取感度で画像
データを取得できるものであれば、例えば、リセット動
作→光蓄積動作→プリチャージ動作→読み出し動作の一
連の処理サイクルを読取感度を順次変更して複数回繰り
返して、異なる読取感度による画像データを取得するも
のでもあってもよいし、さらに他の方法であってもよい
ことはいうまでもない。なお、上述した各実施形態にお
いては、フォトセンサアレイを構成するフォトセンサと
して、ダブルゲート型フォトセンサを適用した場合につ
いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではな
い。要するに、フォトセンサアレイを構成するフォトセ
ンサにおいて、読取感度設定動作及び画像読み取り動作
時に環境照度に関わらずバックライトを点灯する制御を
行う構成を有しているものであれば、本発明に係る画像
読取装置の構成及び駆動制御方法を良好に適用すること
ができ、消費電力の低減を図ることができる。

【００６２】

【発明の効果】請求項１、２、７又は８記載の発明によ
れば、光源を消灯した状態における環境照度を判定する
動作を実行する環境照度判定手段と、環境照度に基づい
て、光源を点灯、又は、消灯、いずれか一方の状態に設
定する動作を実行する点灯状態設定手段と、フォトセン
サアレイにおける画像読取感度を変化させつつ、被写体
画像を読み取り、画像読取感度毎の前記被写体画像の画
像パターンに基づいて、最適な画像読取感度を求める動
作を実行する読取感度設定手段と、最適な画像読取感度
に基づいて、被写体画像を読み取る動作を実行する画像
読み取り手段と、を有しているので、被写体画像の画像
読み取り動作に先立って、環境照度に応じて光源の点灯
／消灯状態に設定制御することができるとともに、適切
な画像読み取りを実行することができる最適な読取感度
を設定することができ、被写体画像を良好に読み取りつ
つ、無駄な光源の点灯を抑制して消費電力の低減を図る
ことができる。

【００６３】請求項３又は９記載の発明によれば、環境
照度判定動作は、光源を消灯状態に維持し、被写体がフ
ォトセンサアレイの前面側に載置された状態で、被写体
画像を読み取り、画像読取感度毎の被写体画像の画像パ
ターンに基づいて最適な画像読取感度を求め、該画像読
取感度に対して予め設定されたしきい値に基づいて環境
照度を判定するので、複雑な判定処理を行うことなく、
簡易に画像読み取り動作への環境照度の寄与の度合いを
判定することができるとともに、環境照度の寄与の度合
いが大きい（環境照度が高い）場合には、環境照度判定
動作において決定された画像読取感度をそのまま、被写
体画像の画像読み取り動作における画像読取感度に設定
することができ、読取感度設定動作を省略して、処理動
作を簡略化することができる。

【００６４】請求項４又は１０記載の発明によれば、環
境照度判定動作は、被写体が載置されるフォトセンサア
レイとは別個独立して設けられた環境照度検出部に備え
られたフォトセンサの出力電圧に対して予め設定された
しきい値に基づいて環境照度を判定するので、被写体画
像の画像読み取り動作に先立って実行する環境照度の判
定に要する時間を一層短縮することができるとともに、
環境照度検出部からの出力電圧としきい値との比較処理
によって判定を行うことができ、処理動作を極めて簡略
化することができる。請求項５又は１１記載の発明によ
れば、フォトセンサアレイにおける第１の電極に印加さ
れる実効電圧を最適値にするための第１の信号電圧を印
加するとともに、フォトセンサアレイにおける第２の電
極に印加される実効電圧を最適値にするための第１の信
号電圧を印加する実効電圧調整手段を具備しているの
で、環境照度判定動作、読取感度設定動作、画像読み取
り動作においてフォトセンサに印加される信号電圧によ
る実効電圧の偏りを最適化することができ、フォトセン
サの素子特性の劣化や感度特性の変化を抑制して、信頼
性の高い画像読取装置を提供することができる。

【００６５】請求項６又は１２記載の発明によれば、上
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、少なく
ともチャネル領域の上方及び下方に各々絶縁膜を介して
形成されたトップゲート電極及びボトムゲート電極とを
備え、所定のタイミングでトップゲート電極にリセット
パルスを印加するとともに、ボトムゲート電極に読み出
しパルス印加することにより、電荷蓄積期間にチャネル
領域に蓄積された電荷に対応した電圧を出力する、いわ
ゆる、ダブルゲート型フォトセンサにより構成されてい
るので、環境照度判定動作、読取感度設定動作及び画像
読み取り動作時にトップゲート電極及びボトムゲート電
極に印加される実効電圧の偏りによる素子特性の劣化や
感度特性の変化を抑制することができ、信頼性の高い画
像読取装置を提供することができる。また、フォトセン
サアレイを構成するフォトセンサデバイスを薄型、小型
化することができるとともに、読取画素を高密度化して
被写体画像を高精細で読み取ることができ、さらに、消
費電力を低減して、携帯情報端末へ良好に適用すること
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されるダブル
ゲート型フォトセンサの構造を示す概略断面図である。

【図２】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の一般的な駆動制御方法
を示すタイミングチャートである。

【図４】ダブルゲート型フォトセンサの動作概念図であ
る。

【図５】フォトセンサシステムの出力電圧の光応答特性
を示す図である。

【図６】フォトセンサシステムを適用した２次元画像の
画像読取装置の要部断面図である。

【図７】本発明に係る画像読取装置の第１の実施形態を
示す概略構成図である。

【図８】第１の実施形態に係る画像読取装置の駆動制御
方法の処理手順を示すフローチャートである。

【図９】第１の実施形態に係る画像読取装置の駆動制御
方法の一例を示すタイミングチャートである。

【図１０】被写体を透過する外光の状況を示す概念図で
ある。

【図１１】環境照度と光蓄積期間との対応関係を示す測
定データである。

【図１２】本発明に係る画像読取装置の第１の実施形態
を示す概略構成図である。

【図１３】第２の実施形態に係る画像読取装置の駆動制
御方法の処理手順を示すフローチャートであり、

【図１４】第２の実施形態に係る画像読取装置の駆動制
御方法の一例を示すタイミングチャートであり、

【図１５】フォトセンサの出力電圧と環境照度との対応
関係を示す特性図である。

【図１６】本発明に係る画像読取装置の駆動制御方法に
おける環境照度判定動作及び読取感度設定動作に適用す
ることができる画像の読出動作の他の実施例を示すタイ
ミングチャートである。

【符号の説明】

１０ ダブルゲート型フォトセンサ １１ 半導体層 ２１ トップゲート電極 ２２ ボトムゲート電極 ３０ バックライト ４０ 被写体 １００ フォトセンサアレイ １０１ トップゲートライン １０２ ボトムゲートライン １０３ データライン １１１ トップアドレスデコーダ １１２ ローアドレスデコーダ １１３ 出力回路部 １１８ バックライト １２０ コントローラ １３０ ＲＡＭ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4M118 AA04 AA10 AB01 BA05 CA09 CA11 CB06 DD12 FB09 GA02 GA09 5C051 AA01 BA04 DA06 DB01 DB08 DB28 DB33 DC02 DC05 DC07 DE02 DE03 DE29 EA09 5C072 AA01 BA06 CA12 EA07 EA08 FB19 FB23 FB27 RA20 UA13 VA10 5F049 MA15 MB05 NA17 NA20 NB03 RA02 RA06 UA01 UA20 WA03

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のフォトセンサを２次元配列して構
   成されるフォトセンサアレイと、 前記フォトセンサアレイの前面側に載置された被写体に
   対して、前記フォトセンサアレイの背面側から照射光を
   照射する光源と、 前記光源を消灯した状態における環境照度を判定する環
   境照度判定手段と、 前記環境照度に基づいて、前記光源の点灯状態を設定す
   る点灯状態設定手段と、 前記環境照度判定時、又は、前記点灯状態設定後、の少
   なくともいずれか一方において、前記フォトセンサアレ
   イにおける画像読取感度を変化させつつ、前記２次元配
   列されたフォトセンサに対応する画素より構成される被
   写体画像を読み取り、前記画像読取感度毎の前記被写体
   画像の画像パターンに基づいて、最適な画像読取感度を
   求める読取感度設定手段と、 前記最適な画像読取感度に基づいて、前記２次元配列さ
   れたフォトセンサに対応する画素より構成される被写体
   画像を読み取る画像読み取り手段と、 を具備することを特徴とする画像読取装置。
2. 【請求項２】 前記点灯状態設定手段は、前記光源を点
   灯、又は、消灯、いずれか一方の状態にする光源設定手
   段を備えていることを特徴とする請求項１記載の画像読
   取装置。
3. 【請求項３】 前記環境照度判定手段は、前記光源を消
   灯状態に維持し、前記被写体が前記フォトセンサアレイ
   の前面側に載置された状態で、前記２次元配列されたフ
   ォトセンサに対応する画素より構成される被写体画像を
   読み取り、前記画像読取感度毎の前記被写体画像の画像
   パターンに基づいて最適な画像読取感度を求め、該画像
   読取感度に対して予め設定されたしきい値に基づいて環
   境照度を判定することを特徴とする請求項１記載の画像
   読取装置。
4. 【請求項４】 前記環境照度判定手段は、前記被写体が
   載置される前記フォトセンサアレイとは別個独立して設
   けられた環境照度検出部を備え、前記環境照度検出部は
   少なくとも１つのフォトセンサを備え、該フォトセンサ
   の出力電圧に対して予め設定されたしきい値に基づいて
   環境照度を判定することを特徴とする請求項１記載の画
   像読取装置。
5. 【請求項５】 前記画像読取装置は、前記フォトセンサ
   アレイにおける第１の電極に印加される実効電圧を最適
   値にするための第１の信号電圧を印加するとともに、前
   記フォトセンサアレイにおける第２の電極に印加される
   実効電圧を最適値にするための第１の信号電圧を印加す
   る実効電圧調整手段を具備することを特徴とする請求項
   １乃至４のいずれかに記載の画像読取装置。
6. 【請求項６】 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、少なくとも前記チャネル領域の上方及び下方
   に各々絶縁膜を介して形成されたトップゲート電極及び
   ボトムゲート電極と、を備えたダブルゲート構造を有
   し、 前記トップゲート電極を前記第１の電極として、前記リ
   セットパルスを印加し、前記ボトムゲート電極を前記第
   ２の電極として、前記読み出しパルスを印加することに
   より、前記初期化終了から前記読み出しパルスの印加ま
   での電荷蓄積期間に前記チャネル領域に蓄積された電荷
   に対応した電圧を出力することを特徴とする請求項５記
   載の画像読取装置。
7. 【請求項７】 複数のフォトセンサを２次元配列して構
   成されるフォトセンサアレイと、前記フォトセンサアレ
   イの前面側に載置された被写体に対して、前記フォトセ
   ンサアレイの背面側から照射光を照射する光源と、を備
   えた画像読取装置の駆動制御方法において、 前記光源を消灯した状態における環境照度を判定する環
   境照度判定動作を実行する手順と、 該環境照度に基づいて、前記光源の点灯状態を設定する
   点灯状態設定動作を実行する手順と、 前記環境照度判定時、又は、前記点灯状態設定後、の少
   なくともいずれか一方において、前記フォトセンサアレ
   イにおける画像読取感度を変化させつつ、前記２次元配
   列されたフォトセンサに対応する画素より構成される被
   写体画像を読み取り、前記画像読取感度毎の前記被写体
   画像の画像パターンに基づいて、最適な画像読取感度を
   求める読取感度設定動作を実行する手順と、 前記最適な画像読取感度に基づいて、前記２次元配列さ
   れたフォトセンサに対応する画素より構成される被写体
   画像を読み取る画像読み取り動作を実行する手順と、を
   含むことを特徴とする画像読取装置の駆動制御方法。
8. 【請求項８】 点灯状態設定動作を実行する手順は、前
   記光源を点灯、又は、消灯、いずれか一方の状態にする
   ことを特徴とする請求項７記載の画像読取装置の駆動制
   御方法。
9. 【請求項９】 前記環境照度判定動作を実行する手順
   は、前記光源を消灯状態に維持し、前記被写体が前記フ
   ォトセンサアレイの前面側に載置された状態で、前記２
   次元配列されたフォトセンサに対応する画素より構成さ
   れる被写体画像を読み取り、前記画像読取感度毎の前記
   被写体画像の画像パターンに基づいて最適な画像読取感
   度を求め、該画像読取感度に対して予め設定されたしき
   い値に基づいて環境照度を判定することを特徴とする請
   求項７記載の画像読取装置の駆動制御方法。
10. 【請求項１０】 前記環境照度判定動作を実行する手順
    は、前記被写体が載置される前記フォトセンサアレイと
    は別個独立して設けられた環境照度検出部に備えられた
    フォトセンサの出力電圧に対して予め設定されたしきい
    値に基づいて環境照度を判定することを特徴とする請求
    項７記載の画像読取装置。
11. 【請求項１１】 前記画像読取装置の駆動制御方法は、
    前記フォトセンサアレイにおける第１の電極に印加され
    る実効電圧を最適値にするための第１の信号電圧を印加
    するとともに、前記フォトセンサアレイにおける第２の
    電極に印加される実効電圧を最適値にするための第１の
    信号電圧を印加する実効電圧調整動作を実行する手順を
    含むことを特徴とする請求項７乃至１０のいずれかに記
    載の画像読取装置の駆動制御方法。
12. 【請求項１２】 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、少なくとも前記チャネル領域の上方及び下
    方に各々絶縁膜を介して形成されたトップゲート電極及
    びボトムゲート電極と、を備えたダブルゲート構造を有
    し、 前記トップゲート電極を前記第１の電極として、前記リ
    セットパルスを印加し、前記ボトムゲート電極を前記第
    ２の電極として、前記読み出しパルスを印加することに
    より、前記初期化終了から前記読み出しパルスの印加ま
    での電荷蓄積期間に前記チャネル領域に蓄積された電荷
    に対応した電圧を出力することを特徴とする請求項１１
    記載の画像読取装置の駆動制御方法。