JP2002050750A

JP2002050750A - ２次元画像読取装置

Info

Publication number: JP2002050750A
Application number: JP2000235555A
Authority: JP
Inventors: Tomomi Iihama; 智美飯浜
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2000-08-03
Filing date: 2000-08-03
Publication date: 2002-02-15
Anticipated expiration: 2020-08-03
Also published as: JP3569804B2

Abstract

(57)【要約】【課題】フォトセンサデバイスに載置される被検出体
に帯電した静電気を適切に放電して、読取誤動作やデバ
イスの破損を大幅に抑制することができる２次元画像読
取装置を提供する。【解決手段】２次元画像読取装置は、絶縁性基板１９
の一面側にマトリクス状に配列された複数のフォトセン
サ１０を有するフォトセンサアレイ１００と、該複数の
フォトセンサ１０を被覆するように設けられた保護絶縁
膜２０上に設けられ、被検出体（指４０）が直接載置、
接触するアース電極層２３Ａと、該前アース電極層２３
Ａを接地電位に接続する引き出し配線２４と、を備えた
構成を有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、２次元画像読取装
置に関し、特に、複数のフォトセンサをマトリクス状に
配列したフォトセンサアレイ上に、被検出体を接触させ
て、その画像パターンを読み取る２次元画像読取装置に
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上に設けられ
た検出面に被検出体を載置、接触させて、被検出体の２
次元画像を読み取る構造のものがある。そして、このよ
うな被検出体が直接検出面に接触する構造を有する２次
元画像読取装置においては、被検出体に帯電した静電気
等による誤動作や破損を抑制するために、様々な手法が
考えられている。

【０００３】例えば、特開平１１−２５９６３８号公報
等には、図１５（ａ）、（ｂ）に示すように、面光源２
０１の光出射面側に設けられ、複数のフォトセンサ２０
２ａがマトリクス状に配列されたフォトセンサデバイス
２０２上に透明導電層２０３が形成された指紋読取装置
が記載されている。このような指紋読取装置において、
透明導電層２０３の上面（検出体接触面）２０３ａに接
触された指（被検出体）２１０に対して、面光源２０１
から光Ｌｐを照射することにより、指紋の凹凸パターン
に対応してフォトセンサ２０２ａに入射する反射光Ｌｒ
に基づいて、明暗情報を検出して指紋画像を生成する。

【０００４】ここで、透明導電層２０３は、ＩＴＯ（In
dium Tin Oxide：酸化インジウム・スズ）等の透明な導
電性材料により形成され、フォトセンサデバイス２０２
の上面全域に、あるいは、所定の形状パターンを有して
薄膜状に形成されている。このような透明導電層２０３
の役割は、検出体接触面２０３ａに接触される指２１０
に帯電した静電気を、図示を省略した接地電位等に放電
することにより、指紋読取装置（２次元画像読取装置）
における読取誤動作やフォトセンサデバイス２０２の破
損を防止するものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来の２次元画像読取装置においては、被検出
体に帯電した静電気を十分かつ確実に放電することがで
きる透明導電層の形成条件等の具体的な構成が未だ確定
されていなかったため、静電気耐圧が十分ではなく、上
記静電気による２次元画像読取装置の読取誤動作や破損
等を確実に防止することができないという問題を有して
いた。したがって、被検出体に帯電した静電気を適切に
放電して２次元画像読取装置の読取誤動作や破損等を良
好に防止することができる具体的な構成や形成条件の確
立が求められていた。

【０００６】そこで、本発明は、上述した問題点に鑑
み、フォトセンサデバイスに載置される被検出体に帯電
した静電気を適切に放電して、読取誤動作やデバイスの
破損を大幅に抑制することができる２次元画像読取装置
を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の２次元画
像読取装置は、絶縁性基板の一面側にマトリクス状に配
列された複数のフォトセンサと、該複数のフォトセンサ
を被覆するように設けられた透光性絶縁膜とを有するフ
ォトセンサデバイス上に被検出体を載置して、該被検出
体の画像パターンを読み取る２次元画像読取装置におい
て、前記透光性絶縁膜上に設けられ、前記被検出体が直
接接触する導電層と、前記導電層を所定の電位に接続す
る配線と、を備え、前記導電層のシート抵抗を５０Ω／
□以下としたことを特徴とする。

【０００８】請求項１記載の発明によれば、導電層が配
線を介して接地電位等の所定の電位に接続されるととも
に、上記導電層のシート抵抗を５０Ω／□以下と設定し
たので、導電層に指（人体）等の被検出体が載置、接触
されると、被検出体に帯電した静電気が低抵抗のシート
抵抗を有する導電層から配線を介して移動し、接地電位
に放電される。これにより、被検出体に帯電した静電気
を十分かつ確実に放電することができるので、フォトセ
ンサデバイスの静電気耐圧を向上させることができ、上
記静電気による２次元画像読取装置の読取誤動作やフォ
トセンサデバイスの破損等を大幅に抑制することができ
る。

【０００９】上記導電層は、光透過性を有する導電性材
料、例えば、酸化インジウム・スズ（ＩＴＯ）を主体と
する材質により構成されていることが望ましい。これに
より、導電層上に載置された被検出体に照射され、反射
した光が、上記導電層を良好に透過して各ダブルゲート
型フォトセンサの半導体層１１に入射されるので、被検
出体の読取動作における読取感度特性が悪化することが
なく、良好に被検出体の画像パターンを読み取ることが
できる。

【００１０】また、上記配線は、概ね４０Ω以下の配線
抵抗に設定されていることが望ましい。これにより、フ
ォトセンサデバイスの実耐電圧を大幅に高めることがで
き、２次元画像読取装置における読取誤動作の発生や破
損等を良好に防止することができる。ここで、導電層と
して上記ＩＴＯを適用した場合には、導電層のシート抵
抗を概ね１５〜２０Ω／□程度に設定するとともに、配
線の配線抵抗を概ね１５Ω以下に設定することがより望
ましい。これにより、導電層（ＩＴＯ）の膜厚を比較的
薄く形成することができるので、実耐電圧を高めつつ
（概ね−１０ｋＶ程度）、導電層内における光の大幅な
減衰を抑制して、画像パターンの読取感度特性に優れた
２次元画像読取装置を提供することができる。

【００１１】さらに、上記導電層は、透光性絶縁膜上に
所定の形状パターンを有して設けられているものであっ
てもよい。すなわち、導電層を所定の形状パターンを有
する一対の電極層により構成し、一方の電極層を上記構
成に基づいて接地電位に接続し、他方の電極層に所定の
電圧を印加することにより、被検出体に帯電していた静
電気を一方の電極層を介して接地電位に放電することが
できるとともに、他方の電極層に印加された電圧の変化
を検出して指紋読み取り動作を開始することができ、被
検出体の画像パターンの読取動作を自動的に実行制御す
ることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る２次元画像
読取装置の実施形態について、詳しく説明する。まず、
本発明に係る２次元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。本発明に係る２次元
画像読取装置に適用されるフォトセンサとしては、ＣＣ
Ｄ（Charge Coupled Device）等の固体撮像デバイスを
用いることができる。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：ThinFilm Trans
istor）等のフォトセンサをマトリクス状に配列した構
成を有し、各フォトセンサの受光部に照射された光量に
対応して発生する電子−正孔対の量（電荷量）を、水平
走査回路及び垂直走査回路により検出し、照射光の輝度
を検知するものである。

【００１３】ところで、このようなＣＣＤを用いたフォ
トセンサシステムにおいては、走査された各フォトセン
サを選択状態にするための選択トランジスタを個別に設
ける必要があるため、検出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
トランジスタ」という）が開発され、システムの小型
化、及び、画素の高密度化を図る試みがなされている。
そのため、本発明における２次元画像読取装置において
も、このダブルゲート型トランジスタを良好に適用する
ことができる。

【００１４】ここで、本発明に係る２次元画像読取装置
に適用されるダブルゲート型トランジスタによるフォト
センサ（以下、「ダブルゲート型フォトセンサ」と記
す）について、図面を参照して説明する。図１は、ダブ
ルゲート型フォトセンサの基本構造を示す概略断面図で
ある。

【００１５】図１（ａ）に示すように、ダブルゲート型
フォトセンサ１０は、励起光（ここでは、可視光）が入
射されると電子−正孔対が生成されるアモルファスシリ
コン等の半導体層（チャネル層）１１と、半導体層１１
の両端にそれぞれ設けられたｎ^＋シリコンからなる不純
物層１７、１８と、不純物層１７、１８上に形成された
クロム、クロム合金、アルミ、アルミ合金等から選択さ
れた可視光に対して不透明のドレイン電極１２およびソ
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および上部（トップ）ゲート絶縁膜１
５を介して形成されたＩＴＯ等の透明導電膜からなり、
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、アルミ合金等の可視光に対して不透明なボトム
ゲート電極２２と、を有して構成されている。

【００１６】ここで、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、トップゲート電極２１上に設けられる保護絶縁
膜２０及びその上のアース電極層（導電層）２３Ａ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、例えば、窒化シリコン、ＩＴＯ等により構
成されることにより、図面上方から入射する光のみを検
知する構造を有している。

【００１７】上述したように、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、ドレイン電極１２、ソース電極１
３、およ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、ドレイン電極１
２、ソース電極１３およ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トランジスタを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】次いで、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アレイ
（フォトセンサデバイス）を備えたフォトセンサシステ
ムについて、図面を参照して簡単に説明する。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。

【００１９】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（トップゲート電極２
１）およびボトムゲート端子ＢＧ（ボトムゲート電極２
２）を各々行方向に接続して伸延するトップゲートライ
ン１０１およびボトムゲートライン１０２と、各ダブル
ゲート型フォトセンサ１０のドレイン端子Ｄ（ドレイン
電極１２）を列方向に接続したドレインライン１０３
と、ソース端子Ｓ（ソース電極１３）を列方向に接続し
たソースライン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１２
０と、ドレインライン１０３に接続されたコラムスイッ
チ１３２、プリチャージスイッチ１３３、アンプ１３４
からなるドレインドライバ（出力回路部）１３０と、を
有して構成されている。

【００２０】ここで、トップゲートライン１０１は、ト
ップゲート電極２１とともに、ＩＴＯ等の透明導電膜で
一体的に形成され、ボトムゲートライン１０２、ドレイ
ンライン１０３並びにソースライン１０４は、それぞれ
ボトムゲート電極２２、ドレイン電極１２、ソース電極
１３と同一の励起光に不透明な材料で一体的に形成され
ている。また、ソースライン１０４は、接地電位に接続
されている。なお、図２において、φtgおよびφbgは、
それぞれリセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｉ、…
φＴｎ、および、読み出しパルスφＢ１、φＢ２、…φ
Ｂｉ、…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。

【００２１】このような構成において、トップゲートド
ライバ１１０からトップゲートライン１０１を介して、
トップゲート端子ＴＧに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１１
２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に電圧を印加し、ドレインライン１０３を介
して検出信号をトレインドライバ１３０に取り込んでシ
リアルデータ又はパラレルデータとして出力（Ｖout）
することにより、選択読み出し機能が実現される。

【００２２】次いで、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。ここ
では、上述したダブルゲート型フォトセンサおよびフォ
トセンサシステムの構成（図１、図２）を適宜参照して
説明する。

【００２３】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１１、および、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ア（ここでは、正孔）を放出する
（リセット期間Ｔreset）。

【００２４】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
した光量に応じて半導体層１１の入射有効領域、すなわ
ち、キャリア発生領域で生成された電子−正孔対が生成
され、半導体層１１、および、ブロック絶縁膜１４にお
ける半導体層１１との界面近傍、すなわちチャネル領域
周辺に正孔が蓄積される。

【００２５】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に基づいてドレインライン１
０３に所定の電圧（プリチャージ電圧）Ｖpgを印加し、
ドレイン電極１２に電荷を保持させる（プリチャージ期
間Ｔprch）。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）。

【００２６】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ド
レインライン１０３のドレインライン電圧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。

【００２７】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、トップゲート端子ＴＧに負バイアスをかける
ことによって、ボトムゲート端子ＢＧの正バイアスが打
ち消され、ダブルゲート型フォトセンサ１０はＯＦＦ状
態となり、ドレイン電圧、すなわち、ドレインライン１
０３の電圧ＶＤが、ほぼそのまま保持されることにな
る。

【００２８】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、トップゲート端子ＴＧの負バイアスを打ち消すよう
に作用し、この打ち消された分だけボトムゲート端子Ｂ
Ｇ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、ドレインライン１０３の電圧ＶＤ
は、低下することになる。

【００２９】したがって、図５（ａ）に示したように、
ドレインライン１０３の電圧ＶＤの変化傾向は、トップ
ゲート端子ＴＧへのリセットパルスφＴｉの印加による
リセット動作の終了時点から、ボトムゲート端子ＢＧに
読み出しパルスφＢｉが印加されるまでの時間（光蓄積
期間Ｔａ）に受光した光量に深く関連し、蓄積されたキ
ャリ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ドレインライン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。

【００３０】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、ドレインライン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
１０２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。

【００３１】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次元画像読取装置（指紋読取装置）の
要部断面図である。なお、ここでは、説明及び図示の都
合上、フォトセンサシステムの断面部分を表すハッチン
グを省略する。図６に示すように、指紋等の２次元画像
を読み取る画像読取装置においては、ダブルゲート型フ
ォトセンサ１０が形成されたガラス基板（絶縁性基板）
１９下方側に設けられたバックライト（面光源）３０か
ら照射光Ｌａを入射させ、この照射光Ｌａがダブルゲー
ト型フォトセンサ１０（詳しくは、ボトムゲート電極２
２、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、透明なアース電極層２３Ａ上の検出体接触
面２０ａに載置された指（被検出体）４０に照射され
る。

【００３２】そして、指紋読取装置による指紋の検出時
においては、指４０の皮膚表層４１の半透明層が、フォ
トセンサアレイ１００の最上層に形成された層（アース
電極層２３Ａ）に接触することにより、アース電極層２
３Ａと皮膚表層４１との間の界面に屈折率の低い空気層
がなくなる。ここで、皮膚表層４１の厚さは、６５０ｎ
ｍより厚いため、指紋４２の凸部４２ａにおいて内部に
入射された光Ｌａは、皮膚表層４１内を散乱、反射しな
がら伝搬する。伝搬された光Ｌｂの一部は、透明なアー
ス電極層２３Ａ、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。こ
のように、指４０の凸部４２ａに対応する位置に配置さ
れたダブルゲート型フォトセンサ１０の半導体層１１に
光が入射されて生成されるキャリヤ（正孔）が蓄積され
ることにより、上述した一連の駆動制御方法にしたがっ
て、指４０の画像パターンを明暗情報として読み取るこ
とができる。

【００３３】また、指紋４２の凹部４２ｂにおいては、
照射された光Ｌａは、アース電極層２３Ａの指紋検出面
２０ａと空気層との間の界面を通過し、空気層の先の指
に到達して皮膚表層４１内で散乱するが、指４０の皮膚
表層４１は空気より屈折率が高いため、ある角度で界面
に入射された皮膚表層４１内の光Ｌｃは空気層に抜けに
くく凹部４２ｂに対応する位置に配置されたダブルゲー
ト型フォトセンサ１０の半導体層１１への入射が抑制さ
れる。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
した場合について説明するが、本発明は、これに限定さ
れるものではなく、フォトダイオードやＴＦＴ等を良好
に適用することができることはいうまでもない。

【００３４】次に、本発明に係る２次元画像読取装置に
ついて、具体的な実施の形態を示して説明する。なお、
以下に示す実施形態においては、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た場合に
ついて説明する。図７は、本発明に係る２次元画像読取
装置を指紋読取装置に適用した場合の一実施形態を示す
概略構成図である。なお、上述した構成（図１、図６）
と同等の構成については、同一の符号を付して、その説
明を簡略化する。

【００３５】図７（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施
形態に係る２次元画像読取装置は、上述した構成を有す
るダブルゲート型フォトセンサ１０を複数個、ガラス基
板１９上にマトリクス状に配列して形成されたフォトセ
ンサアレイ（フォトセンサデバイス）１００と、少なく
とも複数のダブルゲート型フォトセンサ１０が配置され
たアレイ領域の全域を被覆して形成された保護絶縁膜
（透光性絶縁膜）２０の上面に形成されたアース電極層
（導電層）２３Ａと、該アース電極層２３Ａを接地電位
（所定の電位）に接続する引き出し配線（配線）２４
と、フォトセンサアレイ１００の背面側（図面下方側）
に配置され、フォトセンサアレイ１００の上面側（アー
ス電極層２３Ａの上面）に接触された指（被検出体）４
０に均一な光を照射する面光源３０と、を有して構成さ
れている。

【００３６】ここで、保護絶縁膜２０の上面に形成され
るアース電極層２３Ａは、各ダブルゲート型フォトセン
サ１０の半導体層１１を励起する可視光に対して透過率
（光透過性）が高く、かつ、導電性が高く低抵抗の材
質、例えば、上述したＩＴＯや酸化スズ（ＳｎＯ_２）や
インジウム及び亜鉛の酸化物等により構成され、そのシ
ート抵抗が概ね５０Ω／□以下になるように、膜厚等が
設定されている。一方、引き出し配線２４は、アース電
極層２３Ａを接地電位に接続して、後述するように、ア
ース電極層２３Ａに接触された指（又は、人体）４０に
帯電した静電気を良好に放電することができる低抵抗の
配線材料、例えば、リード線や金属層により構成され、
その配線抵抗（挿入抵抗）２４ａが、アース電極層２３
Ａのシート抵抗よりも小さい、概ね４０Ω以下になるよ
うに配線断面積等が設定されている。

【００３７】このような２次元画像読取装置において、
アース電極層２３Ａに被検出体、すなわち、指４０が載
置、接触されると、指（人体）４０に帯電した静電気
が、低抵抗のシート抵抗を有するアース電極層２３Ａか
ら、より低抵抗の配線抵抗２４ａを有する引き出し配線
２４に移動し、接地電位に放電される。これにより、指
４０に帯電した静電気を十分かつ確実に放電することが
できるので、フォトセンサアレイ１００の静電気耐圧を
向上させることができ、上記静電気による２次元画像読
取装置（指紋読取装置）の読取誤動作やフォトセンサア
レイ１００の破損等を大幅に抑制することができる。

【００３８】また、本実施形態に係る２次元画像読取装
置によれば、アース電極層２３ＡとしてＩＴＯ等の透明
な導電性材料を適用していることにより、アース電極層
２３Ａ上に載置された指４０に照射され、散乱、反射し
た光が良好に各ダブルゲート型フォトセンサ１０の半導
体層１１に入射されることになるので、指（被検出体）
４０の読取動作における読取感度特性が悪化することが
なく、良好に被検出体の画像パターン（指紋）を読み取
ることができる。

【００３９】ここで、本実施形態に係る２次元画像読取
装置に適用されるアース電極層２３Ａ及び引き出し配線
２４について、具体的に説明する。上述したように、本
実施形態に適用されるアース電極層２３Ａのシート抵抗
及び引き出し配線２４の配線抵抗２４ａは、いずれも低
抵抗（概ね数十Ω程度）であって、かつ、アース電極層
２３Ａのシート抵抗（５０Ω／□以下）よりも引き出し
配線２４の配線抵抗（４０Ω以下）２４ａの方が小さく
設定された構成を有している。このような構成につい
て、アース電極層２３Ａを構成するＩＴＯ層をリード線
を介して接地電位に接続した実験モデルを用いて、ＩＴ
Ｏ層のシート抵抗とリード線の配線抵抗又はフォトセン
サアレイの実耐電圧との関係について検証する。

【００４０】図８は、本実施形態に係るアース電極層に
適用されるＩＴＯ層等のシート抵抗と実耐電圧との関係
を示す実験結果であり、図９は、ＩＴＯ層の膜厚とシー
ト抵抗との関係を示すテーブルであり、図１０は、本実
施形態に係る引き出し配線の配線抵抗と実耐電圧との関
係を示す実験結果であり、図１１は、本実施形態に係る
接地電位への放電時の接地抵抗と実耐電圧との関係を示
す実験結果であり、図１２は、本実施形態に係るアース
電極層に適用されるＩＴＯ層のシート抵抗と引き出し配
線の配線抵抗との関係を示す実験結果である。なお、接
地抵抗は、アース電極層２３Ａのシート抵抗による成分
と引き出し配線２４の配線抵抗２４ａによる成分からな
り、図８のＩＴＯ層では、指４０が接触する位置から接
地に至るまでの抵抗を全て３５〜３７Ωの範囲内に統一
した。実耐電圧は、アース電極層上に静電気ガンで強電
界を発生させ、図２に示す回路の一部もしくは全部が正
常に機能しなくなったときのものと定義する。

【００４１】＜シート抵抗と耐電圧の関係＞アース電極
層としてＩＴＯ層を適用した場合のシート抵抗と実耐電
圧との関係は、図８に示すように、接地までの抵抗をほ
ぼ統一したにもかかわらず、概ねシート抵抗が高い（４
５〜５０Ω／□）ほど実耐電圧の絶対値が低く（−５〜
−７ｋＶ）、これに対して、シート抵抗が低い（１５〜
３０Ω／□）ほど実耐電圧の絶対値が高くなる（−８〜
−９ｋＶ）傾向が観測された。

【００４２】なお、同様の実験条件で他の材質との比較
を行うと、アース電極層としてシート抵抗が比較的低い
（２０〜３０Ω／□程度）カーボンペースト、銅テープ
を適用した場合には、実耐電圧が−１０ｋＶ未満とな
り、実耐電圧の絶対値が１０ｋＶ以上より大きくなるこ
とから、シート抵抗が低いほど、実耐電圧の絶対値が高
くなることが判明した。なお、指の接触による放電電圧
の絶対値は、概ね３〜４ｋＶなので、絶対値が５ｋＶ以
上であれば良好に機能できる。

【００４３】ここで、ＩＴＯ膜のシート抵抗は、ＩＴＯ
層の膜厚、酸素の存在比を変化させることにより制御さ
れる。ＩＴＯ層の膜厚とシート抵抗との関係は、概ね図
９に示すような対応関係を有している。したがって、上
述したように実耐電圧を高めるためにシート抵抗を概ね
１５〜２０Ω／□程度に低く設定するためには、膜厚を
１５００〜２０００Å程度に形成する必要がある。な
お、ＩＴＯ層は透明な導電性材料により構成されている
が、ＩＴＯといえども層内での光の吸収、散乱による減
衰が生じるので、低いシート抵抗を実現するためにＩＴ
Ｏ層の膜厚を無条件に厚くすると、被検出体（指）の画
像パターンの読取感度特性を悪化させることになるた
め、ＩＴＯ層の膜厚の設定には自ずと限界が生じる。

【００４４】＜配線抵抗と耐電圧の関係＞一方、引き出
し配線となるリード線の配線抵抗と実耐電圧との関係
は、図１０に示すように、接地までの抵抗をほぼ統一し
たにもかかわらず、アース電極層としてＩＴＯ層を適用
し、そのシート抵抗を略同等（２０〜３０Ω／□）に設
定した場合、配線抵抗が低いほど実耐電圧の絶対値が高
く（−９ｋＶ以上）、配線抵抗が高いほど実耐電圧の絶
対値が低く（−８ｋＶ以下）なる傾向が観測された。一
方、配線抵抗をゼロに設定した場合（接地までの配線が
ない状態）、シート抵抗が高い（４５〜５０Ω／□）ほ
ど実耐電圧の絶対値が低く（−５〜−７ｋＶ程度）、シ
ート抵抗が低い（２０〜３０Ω／□）ほど実耐電圧の絶
対値が高く（概ね−１０ｋＶ程度）なる傾向が観測され
た。

【００４５】なお、アース電極層としてシート抵抗が極
めて低い（３Ω／□程度）銅テープを適用した場合に
は、配線抵抗に関係なく実耐電圧は常時一定であって、
−１０ｋＶ以上と絶対値が極めて高くなることが観測さ
れた。したがって、シート抵抗が３Ω／□以下であれ
ば、配線抵抗が０〜６８Ωの間では、配線抵抗の影響は
みられなかった。これにより、実耐電圧は、配線抵抗よ
りもシート抵抗に大きく依存することが判明し、アース
電極層のシート抵抗が同等に設定されている場合には、
配線抵抗が低いほど、実耐電圧の絶対値は高くなること
が判明した。

【００４６】＜接地抵抗と耐電圧の関係＞さらに、接地
電位への放電時の接地抵抗と実耐電圧との関係は、図１
１に示すように、アース電極層としてＩＴＯ層を適用
し、リード線の配線抵抗をゼロに設定した場合、接地抵
抗に関係なく実耐電圧は常時一定であって、−５ｋＶ程
度になることが観測された。すなわち、ＩＴＯ層面上に
電圧を印加する位置を変えてアース電極層による抵抗を
変位させても、実耐電圧に影響がなかった。

【００４７】なお、同様の実験条件で他の材質との比較
を行うと、アース電極層としてシート抵抗が比較的低い
（２０〜３０Ω程度）カーボンペーストを適用した場合
においても、カーボンペースト層面上の電圧を印加する
位置を変えても、接地抵抗に関係なく実耐電圧が常時一
定であって、−１０ｋＶ程度になることが観測された。
これにより、実耐電圧は、接地抵抗、すなわち、アース
電極層となるＩＴＯ層の放電点の位置による影響を受け
ないことが判明した。

【００４８】＜シート抵抗と配線抵抗の関係＞以上の検
証結果より、シート抵抗と配線抵抗の関係は、図１２に
示すように表され、比較的高い実耐電圧の絶対値（例え
ば、概ね−５ｋＶ以上）を実現するためには、アース電
極層のシート抵抗を概ね５０Ω／□以下に設定するとと
もに、引き出し配線の配線抵抗を概ね４０Ω以下に設定
することが望ましく、より高い実耐電圧の絶対値（概ね
−１０ｋＶ程度）を実現しつつ、画像パターンの読取感
度特性を良好に維持するためには、アース電極層のシー
ト抵抗を概ね１５〜２０Ω／□程度に設定するととも
に、配線層の挿入抵抗を概ね１５Ω以下に設定すること
が望ましいことが判明した。

【００４９】この場合、アース電極層のシート抵抗を概
ね１５〜２０Ω程度に設定するために必要なＩＴＯ層の
膜厚は、概ね１５００〜２０００Å程度（図９、図１２
参照）と比較的薄い膜厚でよいので、上述したようなＩ
ＴＯ層内における光の大幅な減衰を抑制して、被検出体
の画像パターン（指紋）を高い読取感度特性で読み取る
ことができるとともに、スループットが良好で、被検出
体に帯電した静電気を良好に放電して実耐電圧を高める
ことができ、フォトセンサアレイへの電気的な影響を抑
制して、２次元画像読取装置における読取誤動作の発生
や破損等を防止することができる。

【００５０】なお、上述した実施形態においては、フォ
トセンサアレイのアレイ領域全域を被覆する単一のアー
ス電極層２３Ａを設けた構成を示したが、本発明に係る
２次元画像読取装置は、これに限定されるものではな
く、アース電極層を所定の形状パターンを有する一対の
電極層により構成したものであってもよい。以下、その
具体例について説明する。図１３、図１４は、本発明に
係る２次元画像読取装置における他の実施形態を示す概
略構成図である。ここでは、上述した実施形態と同等の
構成については、同一の符号を付して、その説明を省略
または簡略化する。

【００５１】図１３に示す２次元画像読取装置において
は、フォトセンサアレイ１００上に形成されるアース電
極が、アレイ領域を２分するように、僅かな間隙を介し
て互いに離間する一対の方形の電極層２３ａ、２３ｂに
より構成され、例えば、一方の電極層２３ａが引き出し
配線（配線抵抗２４ａを含む）２４を介して接地電位に
電気的に接続されるとともに、他方の電極層２３ｂが所
定の直流電圧を印加する電源２５に接続されている。ま
た、他方の電極層２３ｂには上記印加された電圧の変化
を検出する検出部２６が接続されている。検出部２６
は、指の接触特有の電圧の変化を検知すると、フォトセ
ンサシステムの駆動を開始する。

【００５２】また、図１４に示す２次元画像読取装置に
おいては、フォトセンサアレイ１００上に形成されるア
ース電極が、図面左右方向に櫛歯形状を有し、僅かな間
隙を介して櫛歯が交互に入り組むように配置された一対
の電極層２３ｃ、２３ｄにより構成され、例えば、一方
の電極層２３ｃが引き出し配線（配線抵抗２４ａを含
む）２４を介して接地電位に電気的に接続されるととも
に、他方の電極層２３ｄが所定の直流電圧を印加する電
源２５に接続されている。また、他方の電極層２３ｂに
は上記印加された電圧の変化を検出する検出部２６が接
続されている。

【００５３】ここで、少なくとも一方の電極層２３ａ、
２３ｃは、上述した実施形態に示した構成と同様に、例
えば、ＩＴＯ等の透明な導電性材料により、概ね５０Ω
以下のシート抵抗を有するように膜厚が設定されるとと
もに、引き出し配線２４は、電極層２３ａ、２３ｃのシ
ート抵抗よりも小さい、概ね４０Ω程度の配線抵抗２４
ａを有するように設定されている。

【００５４】また、検出部２６は、一対の電極層２３
ａ、２３ｂ又は２３ｃ、２３ｄに跨って指４０等の被検
出体が載置されると、指（人体）４０に帯電していた電
荷が放電されるとともに、電極層２３ａ、２３ｂ又は２
３ｃ、２３ｄ間が短絡することにより生じる電圧変化を
検出し、フォトセンサアレイ１００上への指４０の載置
の有無を判断して、図２に示したトップゲートドライバ
１１０、ボトムゲートドライバ１２０、ドレインドライ
バ１３０の各動作を制御する制御信号を出力するととも
に、指４０に対して図６に示した面光源３０から光Ｌａ
を照射するスイッチ機能を有している。

【００５５】このような構成を有する２次元画像読取装
置において、被検出体（たとえば、指）を、アース電極
層を構成する一対の電極層２３ａ、２３ｂ又は２３ｃ、
２３ｄの各々に同時に接触するように載置することによ
り、被検出体に帯電していた静電気が、低抵抗の一方の
電極層２３ａ、２３ｃ及びより低抵抗の引き出し配線２
４を介して接地電位に放電されるとともに、検出部２６
により被検出体の接触状態が検出されて、図３に示した
一連の駆動制御方法に基づいて、被検出体の画像パター
ン（指紋）の読取動作が自動的に実行制御される。した
がって、上述した実施形態と同様に、指（人体）４０に
帯電した静電気を良好に放電して、２次元画像読取装置
の読取誤動作やフォトセンサデバイス１００の破損の発
生を抑制し、静電気耐圧を高めることができるととも
に、画像読取動作を被検出体の載置により自動的に実行
する２次元画像読取装置を提供することができる。

【００５６】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、導電層が
配線を介して接地電位等の所定の電位に接続されるとと
もに、前記配線の配線抵抗が上記導電層のシート抵抗よ
りも小さく設定されているので、導電層に指（人体）等
の被検出体が載置、接触されると、被検出体に帯電した
静電気が低抵抗のシート抵抗を有する導電層から接地電
位に放電される。これにより、被検出体に帯電した静電
気を十分かつ確実に放電することができるので、フォト
センサデバイスの静電気耐圧を向上させることができ、
上記静電気による２次元画像読取装置の読取誤動作やフ
ォトセンサデバイスの破損等を大幅に抑制することがで
きる。

【００５７】上記導電層は、光透過性を有する導電性材
料、例えば、酸化インジウム・スズ（ＩＴＯ）を主体と
する材質により構成されていることが望ましい。これに
より、導電層上に載置された被検出体に照射され、反射
した光が、上記導電層を良好に透過して各ダブルゲート
型フォトセンサの半導体層１１に入射されるので、被検
出体の読取動作における読取感度特性が悪化することが
なく、良好に被検出体の画像パターンを読み取ることが
できる。

【００５８】また、上記配線は、概ね４０Ω以下の配線
抵抗に設定されていることが望ましい。これにより、フ
ォトセンサデバイスの実耐電圧を大幅に高めることがで
き、２次元画像読取装置における読取誤動作の発生や破
損等を良好に防止することができる。ここで、導電層と
して上記ＩＴＯを適用した場合には、導電層のシート抵
抗を概ね１５〜２０Ω／□程度に設定するとともに、配
線の配線抵抗を概ね１５Ω以下に設定することがより望
ましい。これにより、導電層（ＩＴＯ）の膜厚を比較的
薄く形成することができるので、実耐電圧を高めつつ、
導電層内における光の大幅な減衰を抑制して、画像パタ
ーンの読取感度特性に優れた２次元画像読取装置を提供
することができる。

【００５９】さらに、上記導電層は、透光性絶縁膜上に
所定の形状パターンを有して設けられているものであっ
てもよい。すなわち、導電層を所定の形状パターンを有
する一対の電極層により構成し、一方の電極層を上記構
成に基づいて接地電位に接続し、他方の電極層に所定の
電圧を印加することにより、被検出体に帯電していた静
電気を一方の電極層を介して接地電位に放電することが
できるとともに、他方の電極層に印加された電圧の変化
を検出して指紋読み取り動作を開始することができ、被
検出体の画像パターンの読取動作を自動的に実行制御す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ダブルゲート型フォトセンサの基本構造を示す
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】ダブルゲート型フォトセンサを備えたフォトセ
ンサシステムを適用した２次元画像読取装置の要部断面
図である。

【図７】本発明に係る２次元画像読取装置における一実
施形態を示す概略構成図である。

【図８】本実施形態に係るアース電極層に適用されるＩ
ＴＯ層のシート抵抗と実耐電圧との関係を示す実験結果
である。

【図９】ＩＴＯ層の膜厚とシート抵抗との関係を示すテ
ーブルである。

【図１０】本実施形態に係る引き出し配線の配線抵抗と
実耐電圧との関係を示す実験結果である。

【図１１】本実施形態に係る接地電位への放電時の接地
抵抗と実耐電圧との関係を示す実験結果である。

【図１２】本実施形態に係るアース電極層に適用される
ＩＴＯ層のシート抵抗と引き出し配線の配線抵抗との関
係を示す実験結果である。

【図１３】本発明に係る２次元画像読取装置における他
の実施形態を示す概略構成図である。

【図１４】本発明に係る２次元画像読取装置におけるさ
らに他の実施形態を示す概略構成図である。

【図１５】従来技術における静電気放電構造を備えた指
紋読取装置の概略構成図である。

【符号の説明】

１０ダブルゲート型フォトセンサ１１半導体層２０保護絶縁膜２１トップゲート電極２２ボトムゲート電極２３Ａ、２３ａ〜２３ｄアース電極層２４引き出し配線２４ａ配線抵抗３０面光源４０指１００フォトセンサアレイ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０４Ｎ 5/335 Ｈ０１Ｌ 29/78 ６２２５Ｆ１１０ // Ｈ０１Ｌ 31/12 31/02 ＡＦターム(参考） 4M118 AA08 AB01 BA08 BA30 FB04 FB13 GA03 GB02 GB15 5C024 CX00 GX02 GX15 GX19 GY01 GZ01 5C051 AA01 BA04 DA06 DB01 DB06 DB18 DC03 5F088 AA09 BA13 EA04 EA09 FA04 HA11 JA20 5F089 BA05 BB03 BC07 FA06 5F110 BB10 CC07 DD02 EE03 EE04 EE06 EE07 EE30 FF03 GG02 GG15 HK03 HK04 HK06 HK14 NN02 NN24

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁性基板の一面側にマトリクス状に配
列された複数のフォトセンサと、該複数のフォトセンサ
を被覆するように設けられた透光性絶縁膜とを有するフ
ォトセンサデバイス上に被検出体を載置して、該被検出
体の画像パターンを読み取る２次元画像読取装置におい
て、前記透光性絶縁膜上に設けられ、前記被検出体が直接接
触する導電層と、前記導電層を所定の電位に接続する配線と、を備え、前記導電層のシート抵抗を５０Ω／□以下としたことを
特徴とする２次元画像読取装置。
【請求項２】前記導電層は、光透過性を有する導電性
材料により構成されていることを特徴とする請求項１に
記載の２次元画像読取装置。
【請求項３】前記導電層は、酸化インジウム・スズを
主体とする材質を有していることを特徴とする請求項１
又は２に記載の２次元画像読取装置。
【請求項４】前記配線は、接地電位に接続されている
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の２
次元画像読取装置。
【請求項５】前記配線は、概ね４０Ω以下の配線抵抗
に設定されてい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２次元画像読取装置。
【請求項６】前記導電層は、前記透光性絶縁膜上に複
数の所定の形状パターンを有して設けられていることを
特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の２次元画
像読取装置。