JP2003214823A - フォトセンサシステム及びその駆動制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被写体の不正又は異常な載置が行われた場合
に、当該載置状態を検出して所要の報知を行うようにす
る。 【解決手段】 コントローラ１５０は、ダブルゲート型
フォトセンサ１０からなるフォトセンサを二次元配列し
て構成されたフォトセンサアレイ１００の有効読取面内
に該有効読取面よりも小サイズの検出エリア３０２を設
定し、該検出エリア３０２に載置された被写体の画像を
読み取る際に、検出エリア３０２内に前記被写体の周縁
部分の画像が含まれているか否かを判定し、被写体の周
縁部分の画像が含まれていることか判定された場合に所
定の報知動作を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フォトセンサシス
テム及びその駆動制御方法に関し、特に、複数のセンサ
がマトリクス状又はライン状に配列されたセンサアレイ
を備え、該センサアレイを走査駆動することにより、被
写体の画像パターンを読み取るフォトセンサシステム及
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
の微細な凹凸形状等の２次元の画像パターンを読み取る
技術として、例えば、光電変換素子（フォトセンサ）等
のセンサをマトリクス状又はライン状に配列して構成さ
れるセンサアレイを走査駆動することにより、所定の検
知面上に載置、接触された被写体の画像パターンを読み
取る画像読取装置が知られている。

【０００３】ここで、フォトセンサアレイとしては、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：Thin Fil
m Transistor）等のフォトセンサを複数配列した構成を
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す
る。このようなＣＣＤを用いたフォトセンサシステムに
おいては、走査された各フォトセンサを選択状態にする
ための選択トランジスタを個別に設ける必要があるた
め、フォトセンサアレイを構成する画素数を増加させる
と、それにしたがってシステム自体が大型化してしまう
という問題を有していた。

【０００４】そこで、近年、このような問題を解決する
ための構成として、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）をフォトセンサシ
ステムに適用して、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。

【０００５】このようなフォトセンサシステムは、概
略、ガラス基板等の透明な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二次元配列するとともに、該
ダブルゲート型フォトセンサの周囲を透明な材料で覆っ
てフォトセンサアレイを構成し、例えば、本フォトセン
サシステムを指紋認証システムに適用した場合、図２６
（ａ）に示すように、フォトセンサアレイ１の背面（フ
ォトセンサアレイ１の下方）側に設けられた面光源４か
ら照射光（バックライト光）４ａを入射面１ｂを介して
照射して、フォトセンサアレイ１の一面側（フォトセン
サアレイ１の上方）に設けられた検知面１ａに載置、接
触された指３（被写体）の２次元画像の画像パターン
（すなわち、指の指紋パターン等）に応じて反射した光
（反射光）を、各ダブルゲート型フォトセンサ２により
受光して明暗情報として検出し、上記２次元画像を読み
取るものである。

【０００６】ここで、フォトセンサシステムにおいて
は、フォトセンサアレイの有効読取面（センサ領域）全
域ではなく、有効読取面よりも狭い特定領域（以下、
「検出エリア」という）について、被写体の画像パター
ンを読み取る動作を実行するように構成又は駆動制御さ
れているものがある。すなわち、図２６（ｂ）に示すよ
うに、フォトセンサアレイ１の有効読取面５を２５６行
×１９６列（すなわち、２５６×１９６個のフォトセン
サにより構成）の領域とした場合、例えば、６４行目〜
１９１行目と６７列目〜１３０列目の範囲（１２８行×
６４列）の検出エリア６について、被写体画像（指紋画
像等）の読み取りが行われる。これにより、被写体が上
記検出エリア６の全域を覆って載置されている限り、フ
ォトセンサアレイ１や被写体（指３）の大きさに左右さ
れることなく、その画像パターン（指紋パターン）を高
い確率で確実に撮像することができる。

【０００７】そして、上述した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よる画像読み取
り動作は、フォトセンサアレイの各行ごとのダブルゲー
ト型フォトセンサへの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電荷蓄
積期間（光蓄積期間）において、各ダブルゲート型フォ
トセンサごとに蓄積されるキャリヤ（正孔）の蓄積量に
対応する出力電圧（ドレイン電圧）を読み出すことによ
り、明暗情報を検出する一連の動作ステップ（リセット
動作→電荷蓄積動作→プリチャージ動作→読み出し動
作）により被写体画像の読み取りが行われる。

【０００８】具体的には、ダブルゲート型フォトセンサ
は、電荷蓄積期間の間に受光した光の総量に応じた電荷
を蓄積し、その蓄積電荷を所定の読み出し期間で外部に
出力する。読み出される電荷の量は、明度データからな
る画素値で表され、一般に画素値は、最小電荷量から最
大電荷量までの間を離散化した値で表される。例えば、
２５６段階（ステップ）に離散化した場合は、画素値０
で黒レベル（最も暗いレベル）を表し、画素値２５５で
白レベル（最も明るいレベル）を表すとともに、その間
の画素値１〜画素値２５４で中間階調レベルを表す。

【０００９】なお、上述した一連の動作ステップは、フ
ォトセンサシステムに上記ダブルゲート型フォトセンサ
を適用した場合に限らず、周知のフォトダイオードやフ
ォトトランジスタ等をフォトセンサとして適用した場合
においても、同様のステップが実行される。また、上述
したダブルゲート型フォトセンサ、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、後述する発
明の実施の形態において詳しく説明する。

【００１０】ところで、被写体画像の画像パターンに応
じて各フォトセンサにより受光される光量等に基づいて
被写体画像の明暗情報を検出するフォトセンサシステム
（例えば、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、当然の
ことながら、被写体（指等）の画像パターン（指紋パタ
ーン）を良好な画質で読み取ることが求められる。

【００１１】すなわち、上述したような指紋認証システ
ムにおける指紋パターンの読み取りにおいては、指紋の
山線と呼ばれる凸状部ではバックライト光４ａのほとん
どが反射されるのに対して、谷線と呼ばれる凹状部では
バックライト光４ａの透過、乱反射が生じ、反射光量
（すなわち、フォトセンサの受光光量）が減少するとい
う光学的な特性に基づいて、上記反射光量の差を利用し
て、それぞれの画素値を異ならせ、適切なしきい値を用
いて二値化することにより、例えば、山線を白色、谷線
を黒色とするモノクロ画像を得ることができる。

【００１２】ここで、凸状部（山線）と凹状部（谷線）
の画素値を異ならせるためには、フォトセンサの画像読
取感度、すなわち、電荷蓄積期間（光蓄積期間）を最適
化する必要があるが、この画像読取感度は、被写体の状
態、例えば、指３の乾燥具合や湿り具合によっても異な
るし、しかもその乾燥具合なども個人差がある上、当該
個人の体調や外光照度等の周辺環境または季節等によっ
ても様々に変化するため、最適な画像読取感度（電荷蓄
積期間）を一義的に決定することはできず、そのときの
被写体の状態等に合わせて動的かつ適切に設定する必要
がある。

【００１３】そこで、このようなフォトセンサに適切な
画像読取感度（電荷蓄積期間）を設定する手法として、
正規の被写体画像の読み取り動作とは別に、画像読取感
度を調整、設定するための画像読み取り動作（以下、便
宜的に「感度調整用読み取り動作」という）を行い、そ
の結果に基づいて最適な感度を設定する場合がある。

【００１４】このような感度調整動作の具体的な方法と
しては、詳しくは後述するが、例えば、フォトセンサが
マトリクス状に配列されたフォトセンサアレイを構成す
る行ごとのフォトセンサに対して、異なる画像読取感度
（電荷蓄積期間）を順次設定して、フォトセンサアレイ
に対応する１画面分の画像読み取り動作を行い、所定の
調整用画像（正規の被写体画像であってもよい）を複数
の画像読取感度で略同時に読み取り（感度調整用読み取
り動作）、各行の読取画像のなかで最も大きなダイナミ
ックレンジ（すなわち、各行における最小画素値と最大
画素値の差；データ範囲）が得られた行の電荷蓄積期間
を抽出して、正規の画像読み取り時における画像全体の
電荷蓄積期間（画像読取感度）として決定する、という
手法が知られている。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たようなフォトセンサシステムにおける感度調整方法や
画像読取方法においては、次に示すような問題を有して
いた。 （１）上述したようなフォトセンサシステムにおいて、
検知面１ａに被写体（指３）を載置して画像パターンを
読み取る動作を実行するが、この際、図２７（ａ）に示
すように、フォトセンサアレイ１に設定された検出エリ
ア６ａが被写体（指３）よりも広く設定されている場
合、あるいは、図２７（ｂ）に示すように、検出エリア
６ｂが被写体（指３）よりも小さく設定されている場合
であっても、図２７（ｃ）に示すように、被写体（指
３）の載置位置（又は、領域）が検出エリア６ｂに対し
て特に規定されていない場合には、その載置位置が検出
エリア６ｂに対してずれる場合がある。

【００１６】このような場合、検出エリア６の一部が被
写体（指３）に覆われず、露出した状態となるため、こ
の露出した領域（以下、「外光入射領域」と記す；図２
７に示した検出エリア６ａ、６ｂの斜線領域）からフォ
トセンサシステム周辺の外光が入射することになる。こ
こで、外光照度が、本来被写体に反射して各フォトセン
サに入射する光量よりも高い場合には、外光入射領域に
位置するフォトセンサに入射する光量が過大となって、
その画素値（明度データ）が極端に大きくなる。

【００１７】これにより、上述したような感度調整動作
において、フォトセンサアレイの行ごとのフォトセンサ
に異なる画像読取感度を順次設定して、調整用画像（又
は、被写体画像）を読み取ることにより得られた読取画
像に対して、行ごとのダイナミックレンジが最大となる
行に設定された画像読取感度（電荷蓄積期間）を最適感
度として決定する手法を適用している場合には、外光入
射領域に位置するフォトセンサに過大な光量の光（外
光）が入射することになるため、当該フォトセンサを含
む行の上記ダイナミックレンジが大きくなり、感度調整
用読み取り動作においては、調整用画像（又は、被写体
画像）の画像パターンに応じた反射光による本来の最大
のダイナミックレンジの行とは異なる行に設定された画
像読取感度が最適感度として誤って抽出され、また、正
規の画像読み取り動作においては、例えば、指紋照合の
精度を大きく損なうという問題を有していた。

【００１８】（２）一方、このような検出エリアにおけ
る被写体の載置領域以外の領域（外光入射領域）に外光
が入射することによる問題を解決するために、上述した
感度調整用読み取り動作や正規の被写体画像の読み取り
動作の際に、上記検出エリアを予めフォトセンサアレイ
の中央付近に設定するとともに、被写体の大きさに比較
して十分小さく設定する手法が考えられるが、この場
合、検出エリアの面積が狭くなることにより、読取画像
を構成するデータ量が不十分となるため、フォトセンサ
システムを上述したような指紋照合システムに適用した
場合、指紋の照合精度が低下するという問題を有してい
る。また、上記検出エリアを十分に小さくした場合であ
っても、被写体の載置位置や載置方向が検出エリアに対
して特に規定されていない場合には、上述した問題点
（１）と同様に、被写体の載置位置が検出エリアに対し
てずれることにより、適切に最適感度を設定することが
できないという問題を有している。

【００１９】（３）さらに、上述した感度調整方法とは
異なり、フォトセンサアレイを構成する各フォトセンサ
における隣接画素間の差分絶対値を算出し、該差分に基
づいて検出エリアの被写体の載置位置を特定して、感度
調整動作時において外光入射領域に入射する外光の影響
を回避する手法も知られている。ここで、上記隣接画素
間の差分絶対値は、例えば、指等の被写体が載置された
領域においては、被写体画像の画像パターン（指紋パタ
ーン）に応じて、比較的大きな変化（すなわち、輝度変
化）を示すが、単調な外光が入射する領域においては、
画素間の輝度変化が緩やかであるので、この差分絶対値
の変化傾向から検出エリアにおける被写体の載置領域と
外光入射領域とを判別して、各領域に位置するフォトセ
ンサに入射する光に基づいて、適切な画像読取感度の設
定を行うことができる。

【００２０】しかしながら、このような感度調整方法に
おいても、被写体が載置された領域に特性不良等を示す
フォトセンサ（異常画素）が存在した場合には、当該フ
ォトセンサにおける画素値に基づいて、最適感度を誤認
して抽出する可能性があるという問題を有していた。こ
のように、従来のフォトセンサシステムにあっては、検
出エリアへの被写体の不正又は異常な載置状態に関わら
ず、一連の画像読み取り動作及び照合等の所定の画像処
理を実行するように構成されていたため、種々の問題を
有しており、未だ改善の余地があった。

【００２１】そこで、本発明は、上述した問題点に鑑
み、被写体の検出エリアへの不正又は異常な載置状態を
判別して所要の報知を行い、感度調整用読み取り動作に
おける不適切な感度設定や、正規の画像読み取り動作に
おける誤動作の発生等を抑制して、良好な画像読み取り
動作を実現することができるフォトセンサシステム及び
その駆動制御方法を提供することを目的とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】請求項１記載のフォトセ
ンサシステムは、複数のフォトセンサからなるフォトセ
ンサアレイを備え、該フォトセンサアレイ上の検知面に
載置された被写体の画像を読み取るフォトセンサシステ
ムにおいて、前記読み取られた被写体の画像の所定の行
における画素相互の画素値から算出された差分絶対値に
基づき前記被写体の周縁部分を抽出する周縁部抽出手段
を備えたことを特徴としている。請求項２記載のフォト
センサシステムは、請求項１記載のフォトセンサシステ
ムにおいて、前記周縁部抽出手段は、前記画素相互の画
素値の差分絶対値が極大となる領域を、前記被写体の周
縁部分として抽出することを特徴としている。請求項３
記載のフォトセンサシステムは、請求項１記載のフォト
センサシステムにおいて、前記周縁部抽出手段は、前記
画素相互の画素値の差分絶対値が極大となり、かつ、該
差分絶対値の一次微分値が０となる領域を、前記被写体
の周縁部分として抽出することを特徴としている。

【００２３】請求項４記載のフォトセンサシステムは、
請求項１乃至３のいずれかに記載のフォトセンサシステ
ムにおいて、前記周縁部抽出手段は、前記フォトセンサ
アレイの有効読取面内に予め設定された所定の検出エリ
アに属する特定の行における前記画素相互の画素値の差
分絶対値を算出することを特徴としている。請求項５記
載のフォトセンサシステムは、請求項１乃至３のいずれ
かに記載のフォトセンサシステムにおいて、前記周縁部
抽出手段は、少なくとも、前記フォトセンサアレイの有
効読取面内に予め設定された所定の検出エリアに属する
全ての行における前記画素相互の画素値の差分絶対値を
算出することを特徴としている。

【００２４】請求項６記載のフォトセンサシステムは、
請求項４又は５記載のフォトセンサシステムにおいて、
前記周縁部抽出手段は、前記検出エリアに属する行にお
ける特定の画素相互の画素値の差分絶対値を算出するこ
とを特徴としている。請求項７記載のフォトセンサシス
テムは、請求項６記載のフォトセンサシステムにおい
て、前記周縁部抽出手段は、前記検出エリアに属する行
における複数画素分離間した前記画素相互の画素値の差
分絶対値を算出することを特徴としている。

【００２５】請求項８記載のフォトセンサシステムは、
請求項１乃至７のいずれかに記載のフォトセンサシステ
ムにおいて、前記フォトセンサシステムは、前記周縁部
抽出手段により抽出された前記被写体の周縁部分と、前
記フォトセンサアレイの有効読取面内に予め設定された
所定の検出エリアとの位置関係を比較して、前記周縁部
分が前記検出エリア内に属するか否かを判定する周縁部
判定手段を備えていることを特徴としている。

【００２６】請求項９記載のフォトセンサシステムは、
請求項８記載のフォトセンサシステムにおいて、前記フ
ォトセンサシステムは、前記周縁部判定手段により前記
周縁部分が前記検出エリア内に属すると判定された場合
に、所定の報知動作を行う報知手段を備えていることを
特徴としている。請求項１０記載のフォトセンサシステ
ムは、請求項８又は９記載のフォトセンサシステムにお
いて、前記フォトセンサシステムは、画像読取感度設定
のために、前記フォトセンサアレイを構成する行ごとに
設定される画像読取感度を順次変化させながら前記被写
体の画像を読み取る感度調整用読み取り動作を行うもの
であって、前記周縁部判定手段は、少なくとも前記感度
調整用読み取り動作時に前記判定動作を行うことを特徴
としている。

【００２７】請求項１１記載のフォトセンサシステム
は、請求項１０記載のフォトセンサシステムにおいて、
前記検出エリアは、前記感度調整用読み取り動作におけ
る最適な画像読取感度を抽出する処理のための対象領域
であることを特徴としている。請求項１２記載のフォト
センサシステムは、請求項８又は９記載のフォトセンサ
システムにおいて、前記周縁部判定手段は、前記被写体
の正規の画像読み取り動作時に前記判定動作を行うこと
を特徴としている。

【００２８】請求項１３記載のフォトセンサシステム
は、請求項１乃至１２のいずれかに記載のフォトセンサ
システムにおいて、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第１のゲート電極
及び第２のゲート電極とを有し、前記第１のゲート電極
又は前記第２のゲート電極のいずれか一方を光照射側と
して、該光照射側から照射された光の量に対応する電荷
が前記チャネル領域に発生、蓄積される構成を有してい
ることを特徴としている。

【００２９】請求項１４記載のフォトセンサシステムの
駆動制御方法は、複数のフォトセンサからなるフォトセ
ンサアレイを備え、該フォトセンサアレイ上の検知面に
載置された被写体の画像を読み取るフォトセンサシステ
ムの駆動制御方法において、前記読み取られた被写体の
画像の所定の行における画素相互の画素値の差分絶対値
を算出するステップと、前記差分絶対値に基づき、前記
フォトセンサアレイの所定の領域における前記被写体の
周縁部の存在を判定するステップと、を含むことを特徴
としている。請求項１５記載のフォトセンサシステムの
駆動制御方法は、請求項１４記載のフォトセンサシステ
ムの駆動制御方法において、前記被写体の周縁部の存在
を判定するステップは、前記画素相互の画素値の差分絶
対値の極大値を検出するステップと、前記フォトセンサ
アレイの所定の領域において前記極大値を検出した場合
に、被写体の周縁部が存在すると判定するステップと、
を含むことを特徴としている。

【００３０】請求項１６記載のフォトセンサシステムの
駆動制御方法は、請求項１４又は１５記載のフォトセン
サシステムの駆動制御方法において、前記被写体の画像
の所定の行における画素相互の画素値の差分絶対値を算
出するステップは、前記フォトセンサアレイの有効読取
面内に予め設定された所定の検出エリアに属する特定の
行における複数画素分離間した前記画素相互の画素値の
差分絶対値を算出することを特徴としている。

【００３１】請求項１７記載のフォトセンサシステムの
駆動制御方法は、請求項１４乃至１６のいずれかに記載
のフォトセンサシステムの駆動制御方法において、前記
被写体の周縁部分が、前記フォトセンサアレイの有効読
取面内に予め設定された所定の検出エリア内に存在する
か否かを比較するステップと、前記被写体の周縁部分
が、前記検出エリア内に存在する場合に、前記被写体が
前記検知面に対して不正又は異常な位置に載置されてい
ると判断して、所定の報知動作を行うステップと、をさ
らに含むことを特徴としている。

【００３２】請求項１８記載のフォトセンサシステムの
駆動制御方法は、請求項１４乃至１７のいずれかに記載
のフォトセンサシステムの駆動制御方法において、画像
読取感度設定のために、前記フォトセンサアレイを構成
する行ごとに設定される画像読取感度を順次変化させな
がら前記被写体の画像を読み取る感度調整用読み取り動
作時に実行されることを特徴している。請求項１９記載
のフォトセンサシステムの駆動制御方法は、請求項１４
乃至１７のいずれかに記載のフォトセンサシステムの駆
動制御方法において、前記被写体の正規の画像読み取り
動作時に実行されることを特徴としている。

【００３３】すなわち、本発明に係るフォトセンサシス
テム及びその駆動制御方法は、フォトセンサを複数配列
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
サシステムにおいて、被写体の画像を読み取る正規の画
像読み取り動作、又は、感度調整用読み取り動作に先立
って単独で、もしくは、該正規の画像読み取り動作や感
度調整用読み取り動作と合一的に、被写体の載置状態を
検出して判定する動作（境界抽出動作、境界比較動作、
状態報知動作）を実行する。

【００３４】具体的には、被写体画像の所定の行におけ
る画素相互の画素値の差分絶対値を算出して、当該差分
絶対値の極大値を観測した場合に、フォトセンサアレイ
に予め設定された検出エリアに、被写体の周縁部分（被
写体載置領域と外光入射領域との境界）が存在すると判
定し、所定の報知動作を実行して、被写体が検知面（検
出エリア）に対して不正又は異常な状態で載置されてい
ることをフォトセンサシステムの利用者に報知する。

【００３５】これにより、フォトセンサシステムの利用
者に対して、検知面（検出エリア）上の正しい位置への
被写体の置き直しを促し、以って、周辺外光に起因する
上記感度調整用読み取り動作における間違った画像読取
感度（電荷蓄積期間）の決定や、正規の画像読み取り動
作における画像処理（例えば、指紋照合処理等）の精度
低下や誤作動等の発生を回避して、信頼性の高いフォト
センサシステムを提供することができる。

【００３６】ここで、上述した被写体の周縁部分（被写
体載置領域と外光入射領域との境界）の抽出、判定方法
として、特に、フォトセンサアレイの有効読取面内に予
め設定された検出エリアに属する特定の行における複数
画素分離間した画素相互の画素値の差分絶対値を算出
し、該差分絶対値が極大となり、かつ、差分絶対値の一
次微分値が０となる領域を被写体の周縁部分として抽出
して、該周縁部分が検出エリア内に属するか否かを判定
することにより、フォトセンサアレイを構成する各フォ
トセンサの素子欠陥や検知面へのゴミの付着等に起因す
る異常画素が存在する場合であっても、当該異常画素に
よる上記差分絶対値の異常を被写体の周縁部分と誤認す
ることを回避することができ、適切な画像読取感度の設
定処理や指紋照合処理等の画像処理を実現することがで
きる。

【００３７】また、本発明に係るフォトセンサシステム
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すること
により、別途に選択トランジスタを設ける必要がなく、
フォトセンサアレイを薄型化して、フォトセンサシステ
ムを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もできる。

【００３８】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係るフォトセン
サシステム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。なお、以下に示す実施の形態にお
いては、本発明に係るフォトセンサシステムにダブルゲ
ート型フォトセンサを適用する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、周知のフ
ォトダイオードや薄膜トランジスタ等からなるフォトセ
ンサを適用したものであってもよい。

【００３９】＜ダブルゲート型フォトセンサ＞図１は、
ダブルゲート型フォトセンサの概略構成を示す断面構造
図である。図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、可視光に対して不透明のソース電極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ＩＴＯ（Indium-Tin-Oxide：インジウ
ム−スズ酸化物）等の透明導電層からなり、可視光に対
して透過性を示すトップゲート電極（第１のゲート電
極）２１と、半導体層１１の下方（図面下方）に下部
（ボトム）ゲート絶縁膜１６を介して形成されたクロ
ム、クロム合金、アルミ、アルミ合金等から選択され、
可視光に対して不透明なボトムゲート電極（第２のゲー
ト電極）２２と、を有して構成されている。そして、こ
のような構成を有するダブルゲート型フォトセンサ１０
は、ガラス基板等の透明な絶縁性基板１９上に形成され
ている。

【００４０】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、及び、トップゲート電極２１上に設けられる保
護絶縁膜２０は、いずれも半導体層１１を励起する可視
光に対して、高い透過率を有する材質、例えば、窒化シ
リコンや酸化シリコン等により構成されることにより、
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。

【００４１】すなわち、ダブルゲート型フォトセンサ１
０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Ｍ
ＯＳ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。

【００４２】なお、このようなダブルゲート型フォトセ
ンサ１０は、一般に、図１（ｂ）に示すような等価回路
により表される。ここで、ＴＧはトップゲート電極２１
と電気的に接続されたトップゲート端子、ＢＧはボトム
ゲート電極２２と電気的に接続されたボトムゲート端
子、Ｓはソース電極１２と電気的に接続されたソース端
子、Ｄはドレイン電極１３と電気的に接続されたドレイ
ン端子である。

【００４３】次いで、上述したダブルゲート型フォトセ
ンサの駆動制御方法について、図面を参照して説明す
る。図２は、ダブルゲート型フォトセンサの基本的な駆
動制御方法の一例を示すタイミングチャートであり、図
３は、ダブルゲート型フォトセンサの動作概念図であ
り、図４は、ダブルゲート型フォトセンサの出力電圧の
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の構成（図１）を適宜参照しなが
ら説明する。

【００４４】まず、リセット動作においては、図２、図
３（ａ）に示すように、ダブルゲート型フォトセンサ１
０のトップゲート端子ＴＧにパルス電圧（以下、「リセ
ットパルス」と記す；例えば、Ｖtg＝＋１５Ｖのハイレ
ベル）φＴを印加して、半導体層１１、及び、ブロック
絶縁膜１４における半導体層１１との界面近傍に蓄積さ
れているキャリヤ（ここでは、正孔）を放出する（リセ
ット期間Ｔrst）。

【００４５】次いで、電荷蓄積動作においては、図２、
図３（ｂ）に示すように、トップゲート端子ＴＧにロー
レベル（例えば、Ｖtg＝−１５Ｖ）のバイアス電圧φＴ
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（電荷蓄積動作）による電荷蓄積期間Ｔａが
スタートする。電荷蓄積期間Ｔａにおいては、トップゲ
ート電極２１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、キャリヤ発生領域で電子−
正孔対が生成され、半導体層１１、及び、ブロック絶縁
膜１４における半導体層１１との界面近傍、すなわち、
チャネル領域周辺に正孔が蓄積される。

【００４６】そして、プリチャージ動作においては、図
２、図３（ｃ）に示すように、電荷蓄積期間Ｔａに並行
して、プリチャージパルスφpgに基づいてドレイン端子
Ｄ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
Ｔprch）。次いで、読み出し動作においては、図２、図
３（ｄ）に示すように、プリチャージ期間Ｔprchを経過
した後、ボトムゲート端子ＢＧ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」と記す）φＢを印加すること
（選択状態）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）。

【００４７】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ヤ（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
（＋１５Ｖ）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端子Ｄの電圧（ドレイン電圧）ＶＤ
は、図４（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。

【００４８】すなわち、電荷蓄積期間Ｔａにおける電荷
蓄積状態が明状態の場合には、図３（ｄ）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、図４（ａ）に示
すように、ドレイン電圧ＶＤは、低下することになる。

【００４９】一方、電荷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３（ｅ）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、図４（ａ）に示すように、ド
レイン電圧（ドレインライン１０３の電圧）ＶＤが、ほ
ぼそのまま保持されることになる。

【００５０】したがって、図４（ａ）に示したように、
ドレイン電圧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φＴ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φ
Ｂが印加されるまでの時間（電荷蓄積期間Ｔａ）に受光
した光量に深く関連し、蓄積されたキャリヤが多い場合
（明状態）には急峻に低下する傾向を示し、また、蓄積
されたキャリヤが少ない場合（暗状態）には緩やかに低
下する傾向を示す。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電圧ＶＤ（＝
Ｖrd）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、ダブルゲート型フォトセンサ１０に入
射した光（照射光）の光量が換算される。

【００５１】なお、図２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３
（ｆ）、（ｇ）に示すように、ボトムゲート端子ＢＧに
ローレベル（例えば、Ｖbg＝０Ｖ）を印加した状態（非
選択状態）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４（ｂ）に示すように、
ドレイン電圧ＶＤは、プリチャージ電圧Ｖpgに近似する
電圧を保持する。このように、ボトムゲート端子ＢＧ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、非選択状態に切り替える選
択機能が実現される。

【００５２】＜フォトセンサシステム＞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、図面を参照して説明する。図５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。

【００５３】図５に示すように、フォトセンサシステム
は、大別して、多数のダブルゲート型フォトセンサ１０
を、例えば、ｎ行×ｍ列（ｎ、ｍは任意の自然数）のマ
トリクス状に配列したフォトセンサアレイ１００と、各
ダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート端子Ｔ
Ｇ（トップゲート電極２１）及びボトムゲート端子ＢＧ
（ボトムゲート電極２２）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及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１３）を列方向に接続したドレ
インライン（データライン）１０３と、ソース端子Ｓ
（ソース電極１２）を列方向に接続するとともに、接地
電位に接続されたソースライン（コモンライン）１０４
と、トップゲートライン１０１に接続されたトップゲー
トドライバ１１０と、ボトムゲートライン１０２に接続
されたボトムゲートドライバ１２０と、ドレインライン
１０３に接続されたコラムスイッチ１３１、プリチャー
ジスイッチ１３２、アンプ１３３からなるドレインドラ
イバ１３０と、を有して構成されている。

【００５４】ここで、トップゲートライン１０１は、図
１に示したトップゲート電極２１とともに、ＩＴＯ等の
透明導電層で一体的に形成され、ボトムゲートライン１
０２、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、ソース電極１２、
ドレイン電極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には、
後述するプリチャージ電圧Ｖpgに応じて設定される定電
圧Ｖssが印加されるが、接地電位（ＧＮＤ）であっても
よい。

【００５５】なお、図５において、φtgは、リセット電
圧及び光キャリア蓄積電圧のいずれかとして選択的に出
力されるパルス信号φＴ１、φＴ２、…φＴｋ、…φＴ
ｎを生成するための制御信号であり、φbgは、読み出し
電圧及び非読み出し電圧のいずれかとして選択的に出力
されるパルス信号φＢ１、φＢ２、…φＢｋ、…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パル
スである。

【００５６】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に信号φＴｋ（ｋは任意の自然
数；ｋ＝１、２、・・・ｎ）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１２
０からボトムゲートライン１０２を介して、ボトムゲー
ト端子ＢＧに信号φＢｋを印加し、ドレインライン１０
３を介して検出信号をドレインドライバ１３０に取り込
んで、シリアルデータ又はパラレルデータの出力電圧Ｖ
outとして出力することにより、選択読み出し機能が実
現される。

【００５７】上述したフォトセンサシステムの駆動制御
方法は、基本的には、上述したダブルゲート型フォトセ
ンサの駆動制御方法（図２参照）を１処理サイクルとし
て、フォトセンサアレイを構成するマトリクスの行数分
シリアル（時系列的）に繰り返すことにより実現される
が、例えば、読取精度を高精細化するためにフォトセン
サアレイを高密度化した場合には、被写体画像の読取所
要時間が増大して、フォトセンサシステムの実用化の面
で好ましくない。そこで、ダブルゲート型フォトセンサ
を用いたフォトセンサシステムにおいては、例えば、上
述した特開２００１−１４８８０７号公報等に記載され
ているように、以下に示すような駆動制御方法を適用す
ることにより読取所要時間を大幅に短縮することができ
る。

【００５８】図６は、上述した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。
ここでは、図５に示したフォトセンサシステムの構成を
適宜参照しながら、駆動制御方法を説明する。図６に示
すように、まず、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、リセットパルスφＴ
１、φＴ２、…φＴk-1、φＴｋ、…φＴｎ（ｋは任意
の自然数；ｋ＝１、２、・・・ｎ）を順次印加して、リ
セット期間Ｔrstをスタートし、各行ごとのダブルゲー
ト型フォトセンサ１０を初期化する。

【００５９】次いで、リセットパルスφＴ１、φＴ２、
…φＴk-1、φＴｋ、…φＴｎが順次立ち下がり、リセ
ット期間Ｔrstが終了することにより、電荷蓄積期間Ｔ
ａがスタートして、各行ごとの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。ここで、図６に示すよ
うに、電荷蓄積期間Ｔａ内に並行して、ドレインドライ
バ１３０にプリチャージパルス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、ドレインラ
イン１０３にプリチャージ電圧Ｖpgを印加して各行ごと
の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。

【００６０】次いで、電荷蓄積期間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１
０に対して、他の行におけるリセット動作、プリチャー
ジ動作及び読み出し動作のための各信号の印加タイミン
グと時間的に重ならないタイミングで、各行ごとにボト
ムゲートドライバ１２０からボトムゲートライン１０２
を介して、読み出しパルスφＢ１、φＢ２、…φＢk-
1、φＢｋ、…φＢｎを順次印加して、読み出し期間Ｔr
eadをスタートし、各行ごとの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ドレイン電圧ＶＤ
１、ＶＤ２、ＶＤ３、…ＶＤｍの変化を、ドレインドラ
イバ１３０により、各ドレインライン１０３を介して同
時に検出し、シリアルデータ又はパラレルデータからな
る出力電圧Ｖoutとして読み出す。

【００６１】ここで、本駆動制御方法においては、行ご
とのリセットパルスφＴ１、φＴ２、φＴ３、…φＴ
ｎ、読み出しパルスφＢ１、φＢ２、φＢ３、…φＢ
ｎ、及び、プリチャージパルスφpgの印加タイミングの
間隔（Ｔdelay）を、次の（１）式に示すように、リセ
ットパルスによるリセット期間Ｔrstと、読み出しパル
スによる読み出し期間Ｔreadと、プリチャージパルスに
よるプリチャージ期間Ｔprchとの合計時間、又は、それ
以上に設定する。 Ｔdelay＝Ｔrst＋Ｔprch＋Ｔread ・・・（１）

【００６２】これにより、リセット動作、プリチャージ
動作、読み出し動作が時間的に重なって実行されること
がなく、さらに、各行ごとの処理サイクルの一部を時間
的にオーバーラップさせることができるので、全ての行
におけるリセット動作が終了する前に読み出し動作を行
うことができ、２次元画像の読み出し動作を良好に実行
しつつ、当該読出所要時間を大幅に短縮することができ
る。

【００６３】＜２次元画像読取装置＞次に、本発明に係
るフォトセンサシステムを適用した２次元画像読取装置
の一実施形態について、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のゲート電極として電圧（リセッ
トパルス）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のゲート電
極として電圧（読み出しパルス）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。

【００６４】図７は、本発明に係る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全体構成を示すブロ
ック図である。なお、ここでは、図１、図５に示したダ
ブルゲート型フォトセンサ及びフォトセンサシステムの
構成を適宜参照しながら説明する。また、図５に示した
フォトセンサシステムと同等の構成については、同一の
符号を付して、その説明を簡略化又は省略する。

【００６５】図７に示すように、本実施形態に係る２次
元画像読取装置は、大別して、図５に示したフォトセン
サシステムと同様に、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１
１０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１２０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ドレイン電圧の読み出しを行う
コラムスイッチ１３１、プリチャージスイッチ１３２、
アンプ１３３からなるドレインドライバ１３０と、読み
出されたドレイン電圧（アナログ信号）をデジタル信号
からなる画像出力信号（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）１４０と、フォトセンサアレイ１００による被写体
画像の読み取り動作制御や画像データの照合、加工等の
所定の処理を実行する外部機能部２００とのデータのや
り取り等を行うとともに、２次元画像読取装置の全体動
作を制御して、上述した画像読み取り動作及び後述する
被写体の載置状態の検出・判定動作（すなわち、本発明
に係るフォトセンサシステムの駆動制御方法）を実行制
御する機能を備えたコントローラ（周縁部抽出手段、周
縁部判定手段）１５０と、コントローラ１５０のワーク
エリアとして用いられ、読取画像データや画像読取感度
の設定等に関連する処理データ等を一時的に記憶（格
納）するＲＡＭ１６０と、コントローラ１５０の制御プ
ログラムや制御用各種データを保持するＲＯＭ１７０
と、少なくとも、後述する被写体位置判定動作により、
被写体が不正な位置に載置されていることを２次元画像
読取装置の利用者に報知するための警告ランプ等の発光
デバイスや表示デバイス、警告音発生用スピーカ、ブザ
ー等の振動デバイス等からなる報知デバイス（報知手
段）１８０と、を有して構成されている。ここで、フォ
トセンサアレイ１００、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
は、図５に示したフォトセンサシステムと同等の構成及
び機能を有しているので、その詳細な説明を省略する。

【００６６】コントローラ１５０は、トップゲートドラ
イバ１１０及びボトムゲートドライバ１２０に制御信号
φtg、φbgを出力することにより、図２及び図６に示し
たように、トップゲートドライバ１１０及びボトムゲー
トドライバ１２０の各々から、フォトセンサアレイ１０
０を構成する各ダブルゲート型フォトセンサ１０のトッ
プゲート端子ＴＧ及びボトムゲート端子ＢＧに所定の信
号電圧（リセットパルスφＴｋ、読み出しパルスφＢ
ｋ）を印加する動作を制御する。

【００６７】また、コントローラ１５０は、被写体画像
の読み取り動作において、プリチャージスイッチ１３２
にプリチャージパルスφpgを出力することにより、各ダ
ブルゲート型フォトセンサ１０のドレイン端子Ｄにプリ
チャージ電圧Ｖpgを印加し、読み取られた被写体の画像
パターンに対応して各ダブルゲート型フォトセンサ１０
に蓄積された電荷量に応じたドレイン電圧（データライ
ン電圧）ＶＤがコラムスイッチ１３１により検出され、
アンプ１３３及びＡ／Ｄコンバータ１４０を介してデジ
タル信号に変換されて、画像出力信号として入力され
る。コントローラ１５０は、この画像出力信号に対し
て、所定の画像処理を施したり、ＲＡＭ１６０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に対する
インターフェースとしての機能をも備えている。

【００６８】さらに、コントローラ１５０は、後述する
ように、トップゲートドライバ１１０及びボトムゲート
ドライバ１２０に出力する制御信号を変更制御すること
により、被写体の状態や外光照度等の周辺環境に対応し
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の最適な電
荷蓄積時間Ｔａを設定する機能、及び、この感度調整動
作や正規の画像読み取り動作に先立って単独で、もしく
は、感度調整動作中や正規の画像読み取り動作中に、被
写体が載置された領域と載置されていない領域との境界
を検出し（境界抽出動作）、該境界が存在する位置に基
づいて被写体の載置状態（載置位置）の良否を判定し
（境界比較動作）、不正又は異常な位置（又は、領域）
への載置が行われた場合に、報知デバイス１８０を駆動
（点灯、表示、鳴動等）する所要の報知を行う（状態報
知動作）機能を有している。

【００６９】＜コントローラ＞以下に、本発明に係るフ
ォトセンサシステムに適用されるコントローラの構成及
び動作について、図面を参照して、さらに詳しく説明す
る。まず、コントローラの具体的な装置構成について説
明する。図８は、本実施形態に係るフォトセンサシステ
ムに適用されるコントローラの一構成例を示す概念的な
構成図である。

【００７０】図８に示すように、本実施形態におけるコ
ントローラ１５０は、トップゲートドライバ１１０やボ
トムゲートドライバ１２０、プリチャージスイッチ１３
２における動作を制御するデバイスコントローラ１５１
と、ＲＡＭ１６０やＲＯＭ１７０との間でデータの書き
込み／読み出し等を行い、各種データを管理するデータ
コントローラ１５２と、これらのコントローラ１５１、
１５２を所定の制御プログラムにしたがって統括すると
ともに、外部機能部２００等とのインターフェースを担
い、制御信号のやり取りを行うメインコントローラ１５
３と、を有している。

【００７１】また、コントローラ１５０は、フォトセン
サアレイ１００からＡ／Ｄコンバータ１４０を介してデ
ジタル信号として入力される画像データに基づいて、任
意の行における特定の画素（例えば、隣接画素、あるい
は、複数画素ごと）の画素値（明度データ）を抽出する
とともに、後述する加算器１５５において算出される特
定の画素相互（隣接画素相互、もしくは、複数画素相
互）の画素値の差分絶対値（データ差分絶対値）から極
大値を抽出するデータ比較器１５４と、データ比較器１
５４から入力された特定の画素における画素値（明度デ
ータ）に基づいて、該画素相互の差分絶対値を算出する
加算器１５５と、フォトセンサアレイ１００から入力さ
れる画像データや、上記データ比較器１５４及び加算器
１５５を介して処理された画像データや明度データ、デ
ータ差分絶対値の極大値等のデータを、必要に応じてＲ
ＡＭ１６０への書き込みや読み出し、あるいは、データ
比較器１５４や加算器１５５への再入力、もしくは、デ
ータコントローラ１５２を介しての外部機能部２００へ
の出力等を切換制御するデータセレクタ１５６と、デー
タコントローラ１５２から出力される制御信号に基づい
て、フォトセンサアレイ１００の読取感度を最適化する
ように、デバイスコントローラ１５１からトップゲート
ドライバ１１０及びボトムゲートドライバ１２０に出力
する制御信号φtg、φbgのタイミングを設定制御する感
度設定レジスタ１５７と、を有している。

【００７２】なお、感度設定レジスタ１５７によりフォ
トセンサアレイ１００、トップゲートドライバ１１０及
びボトムゲートドライバ１２０に設定される最適な画像
読取感度の設定方法については後述するが、上述したコ
ントローラ１５０に備えられたデータ比較器１５４及び
加算器１５５等を利用して、例えば、データ比較器１５
４により、フォトセンサアレイ１００から入力される画
像データに基づいて、各行を構成する画素相互の画素値
（明度データ）を比較し、その最大値及び最小値を抽出
するとともに、加算器１５５により該最大値及び最小値
の差分に基づいて算出される各行ごとのダイナミックレ
ンジ（すなわち、明度データのデータ範囲）、もしく
は、各行ごとのダイナミックレンジ相互の差分（すなわ
ち、一次微分値）から極大値や最小値を適宜抽出し、該
極大値や最小値となるダイナミックレンジを有する行を
特定すること等により、当該行に設定された画像読取感
度（電荷蓄積期間）を最適値として決定するように制御
するものであってもよい。

【００７３】＜フォトセンサシステムの駆動制御方法
（コントローラの処理動作）＞次に、上述したような構
成を有するコントローラを備えたフォトセンサシステム
の駆動制御方法（コントローラの処理動作）について、
図面を参照して説明する。図９は、本発明に係るフォト
センサシステムに適用されるコントローラにより実現さ
れる基本となる被写体の載置状態の検出・判定動作（境
界抽出動作、境界比較動作及び状態報知動作）の一実施
形態を示すフローチャートである。また、図１０は、本
実施形態に係る被写体の載置状態の検出・判定動作に適
用される画素値（明度データ）の差分絶対値の算出処理
において、対象となる特定画素を示す概念図であり、図
１１は、本実施形態に係る被写体の載置状態の検出・判
定動作に適用される画素値（明度データ）の差分絶対値
の算出処理において、対象となる行及びその算出方法を
示す概念図である。なお、ここでは、上述した従来技術
に示した場合と同様に、フォトセンサアレイ１００の有
効読取面３０を、２５６行×１９６列（すなわち、２５
６×１９６個のダブルゲート型フォトセンサ１０により
構成）の領域とし、検出エリア４０を、６４行目〜１９
１行目と６７列目〜１３０列目の範囲（１２８行×６４
列）の領域とした場合について、上述したフォトセンサ
システム及びコントローラの構成（図７、図８）を適宜
参照しながら説明する。

【００７４】上述したように、本実施形態に係るコント
ローラ１５０は、フォトセンサシステムにおける感度調
整動作や正規の画像読み取り動作に先立って単独で、も
しくは、感度調整動作や正規の画像読み取り動作と合一
的に、以下に示すような被写体の載置状態の検出・判定
動作（境界抽出動作、境界比較動作及び状態報知動作）
を順次実行するように、フォトセンサシステムの各構成
を制御する。ここで、以下に示す一連の処理手順は、例
えば、コントローラ１５０によって、上記ＲＯＭ１７０
にあらかじめ格納された制御プログラムがＲＡＭ１６０
にロードされて、実行されることにより実現される。

【００７５】本実施形態に係るフォトセンサシステムの
駆動制御方法は、具体的には、図９に示すように、ま
ず、メインコントローラ１５３により被写体画像の正規
の読み取り動作、もしくは、該正規の読み取り動作にお
ける画像読取感度を設定する感度設定用読み取り動作に
先立って、あるいは、上記各読み取り動作と合一的に、
上記フォトセンサアレイ１００を構成する各行のフォト
センサを順次駆動して、被写体画像を読み取る動作を実
行する（Ｓ１０１）。この被写体画像の読み取り動作
は、具体的には、デバイスコントローラ１５１からトッ
プゲートドライバ１１０、ボトムゲートドライバ１２
０、プリチャージスイッチ１３２に出力され、設定され
る各制御信号及び画像読取感度（初期値）に基づいて、
上述した画像読み取り動作と同様に、フォトセンサアレ
イ１００の一面側に設けられた検知面に載置された被写
体の画像パターン（指の指紋パターン）を、フォトセン
サアレイ１００を構成する任意の行（全行又は特定の
行）について、順次読み取る動作を行う。この画像読み
取り動作により得られた画像データは、一旦データセレ
クタ１５６を介してＲＡＭ１６０に格納されるか、もし
くは、直接データ比較器１５４に直接入力される。

【００７６】次いで、データコントローラ１５２により
制御されるデータ比較器１５４により、フォトセンサア
レイ１００を構成する各行において、フォトセンサアレ
イ１００（検知面）に予め行範囲及び列範囲が設定され
た検出エリア６の列範囲（６７列目〜１３０列目；後述
する図１０（ａ）参照）に属する特定の画素（フォトセ
ンサ）により検出された画素値（明度データ）を抽出す
る（Ｓ１０２）。

【００７７】次いで、データコントローラ１５２により
制御される加算器１５５により、行ごとに抽出された特
定画素の画素値（明度データ）相互の差分絶対値を算出
する（Ｓ１０３）。算出された各差分絶対値は、データ
セレクタ１５６を介してＲＡＭ１６０に格納される。こ
こで、画素値の差分絶対値の算出対象となる特定画素
は、例えば、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、各行
において上記検出エリア４０の列範囲（６７列目〜１３
０列目）に属し、相互に隣接する画素同士であってもよ
いし、例えば、図１０（ｃ）に示すように、１０画素ご
とのように、任意の複数画素おきに配置されている画素
同士であってもよい。

【００７８】また、差分絶対値の算出対象となる行及び
その算出方法は、例えば、図１１（ａ）に示すように、
検出エリア４０の行範囲に属する全ての行（６４行目〜
１９１行目）について、当該行範囲の一端側の行から他
端側の行まで順次、差分絶対値を算出するものであって
もよいし、図１１（ｂ）に示すように、検出エリア４０
の行範囲に属する特定の行（例えば、検出エリア４０の
行範囲の上限及び下限近傍の７０行目及び１８５行目、
及び、中心行である１２８行目）についてのみ、差分絶
対値を算出するものであってもよいし、図１１（ｃ）に
示すように、フォトセンサアレイ１００を構成する全て
の行（１行目〜２５６行目）について、一端側から他端
側まで順次、差分絶対値を算出するものであってもよ
い。なお、具体例について、後述する。

【００７９】次いで、各行の特定画素間で算出され、Ｒ
ＡＭ１６０に格納された各差分絶対値を、再びデータセ
レクタを介してＲＡＭから読み出し、データ比較器に入
カして、行ごとに差分絶対値を相互に比較し、極大とな
る差分絶対値を抽出する（Ｓ１０４）。ここで、極大値
が存在し、該差分絶対値が抽出された場合には、当該差
分絶対値に係る特定画素の行番号及び列番号を、データ
セレクタ１５６を介してＲＡＭ１６０に格納する。

【００８０】上述したステップＳ１０４において、差分
絶対値の極大値が存在した場合には、メインコントロー
ラ１５３は、フォトセンサアレイ１００の有効読取面３
０内（詳しくは、フォトセンサアレイ１００の有効読取
面３０のうち、検出エリア４０に属する列範囲の領域）
に、被写体が載置されていない領域との境界（すなわ
ち、被写体載置領域と外光入射領域との境界）があると
判断する（Ｓ１０５）。

【００８１】一方、上述したステップＳ１０４におい
て、差分絶対値の極大値が存在しない場合には、メイン
コントローラ１５３は、フォトセンサアレイ１００の有
効読取面３０のうち、少なくとも、検出エリア４０内
に、上記境界がなく、検出エリア４０全域を覆うように
被写体が正常に載置されていると判断して（Ｓ１０
９）、感度設定動作や被写体の正規の読み取り動作等の
他の画像読み取り動作の処理に移行する（Ｓ１１０）。

【００８２】次いで、上述したステップＳ１０４、Ｓ１
０５において、フォトセンサアレイ１００の有効読取面
３０内に、上記境界があると判断した場合には、ＲＡＭ
１６０に格納された差分絶対値の極大値（すなわち、上
記境界）に係る特定画素の行番号、及び、予めＲＡＭ１
６０もしくはＲＯＭ１７０に格納された検出エリア４０
を規定する領域情報（行範囲及び列範囲のうち、行範
囲）を、データセレクタ１５６を介して読み出し、デー
タ比較器１５４に入カして、上記特定画素の行番号と検
出エリア４０を規定する行範囲（６４行目〜１９１行
目）を相互に比較し（Ｓ１０６）、特定画素の行番号が
上記行範囲に含まれている場合には、メインコントロー
ラ１５３は、検出エリア４０内に上記境界（被写体載置
領域と外光入射領域との境界）があり、被写体が検出エ
リア４０に対して不正又は異常な位置（又は、領域）に
載置されていると判断する（Ｓ１０７）。このとき、メ
インコントローラ１５３は、例えば、所定のフラグ（位
置ずれ判定フラグ）をＯＮにする制御を行う。

【００８３】一方、上述したステップＳ１０６におい
て、特定画素の行番号が上記行範囲に含まれていない場
合には、メインコントローラ１５３は、検出エリア４０
内に上記境界がなく、検出エリア４０全域を覆うように
被写体が正常に載置されていると判断して（Ｓ１０
９）、他の画像読み取り動作の処理に移行する（Ｓ１１
０）。このとき、メインコントローラ１５３は、例え
ば、位置ずれ判定フラグをＯＦＦするように制御を行
う。

【００８４】次いで、上述したステップＳ１０６、Ｓ１
０７において、被写体が検出エリア４０に対して不正又
は異常な位置（又は、領域）に載置されていると判断し
た場合（すなわち、位置ずれ判定フラグがＯＮの場合）
には、メインコントローラ１５３は、警告ランプやスピ
ーカ、ブザー等の報知デバイス１８０を駆動して、上記
一連の動作処理により判断された被写体の不正又は異常
な載置状態を、フォトセンサシステムの利用者に視覚や
聴覚等を通して報知する（Ｓ１０８）。

【００８５】＜画像感度の設定処理への適用例＞次に、
上述した一連の処理手順を有する被写体の載置状態の検
出・判定動作を、フォトセンサシステムにおける被写体
の正規の画像読み取り動作、もしくは、該画像読み取り
動作とは別個独立したタイミングで実行される画像読取
感度の設定処理（感度調整用読み取り動作）と合一的に
実行する場合について、図面を参照して具体的に説明す
る。なお、ここでは、検出エリア４０に属する特定の行
（例えば、図１１（ｂ）に示したように、７０行、１２
８行及び１８５行目）についてのみ、画素値（明度デー
タ）の差分絶対値を算出して、被写体の載置状態の良否
を判定する場合について、詳しく説明する。

【００８６】図１２は、本発明に係るフォトセンサシス
テムの駆動制御方法（上述した被写体の載置状態の検出
・判定動作）を含む画像感度の設定処理における一具体
例を示すフローチャートである。また、図１３は、本実
施形態に適用される感度設定処理時に得られる読取画像
の一例を示す概略図であり、図１４は、本実施形態に適
用される感度設定処理時に参照される画像読取感度（フ
ォトセンサの電荷蓄積期間）の参照テーブルの一例を示
す概念図である。なお、ここでは、図７、図８に示した
フォトセンサシステムの構成及び図９に示した被写体の
載置状態の検出・判定動作を適宜参照しながら説明す
る。

【００８７】ここで、図１２におけるフローチャートに
示された一連の処理手順は、例えば、ＲＯＭ１７０に予
め格納された制御プログラムに基づいて実行される。こ
の制御プログラムは、コントローラ１５０によってＲＯ
Ｍ１７０からＲＡＭ１６０にロードされて実行されるこ
とにより、本実施形態における特有の機能、すなわち、
フォトセンサアレイを構成する各ダブルゲート型フォト
センサ１０に周辺環境等に応じた最適な画像読取感度
（電荷蓄積期間Ｔａ）を設定する機能や、この画像読取
感度の設定動作中における被写体の載置状態の良否を判
定し、不正又は異常な載置状態である場合に所定の報知
動作を実行する機能を実現するように構成されている。

【００８８】まず、本実施形態に係るフォトセンサアレ
イ１００により撮影された被写体画像について、図１３
を参照して具体的に説明する。図１３に示すように、本
具体例においては、２５６行×１９６列、すなわち、２
５６×１９６個のダブルゲート型フォトセンサ１０によ
り被写体（例えば、指）が撮影されて、被写体画像（図
１３では、指紋画像）３０１が得られる。ここで、２５
６行×１９６列は、フォトセンサアレイ１００の有効読
取面の大きさに相当する。フォトセンサアレイ１００
は、この大きさを最大撮影範囲として被写体を撮影する
ことができるが、感度設定のための読み取り動作（感度
調整用読み取り動作）や正規の画像読み取り動作におい
ては、上記の最大サイズ（２５６行×１９６列）よりも
小さな特定領域（以下「検出エリア」という）３０２を
規定し、この検出エリア３０２を画像読み取り動作の対
象領域に設定することもできる。

【００８９】本具体例に適用される検出エリア３０２
は、特に限定しないが、例えば、行方向の範囲を６４行
目〜１９１行目までの１２８行とし、且つ、列方向の範
囲を６７列目〜１３０列目までの６４行とする１２８行
×６４列の大きさを有しており、図１２のフローチャー
トは、この検出エリア３０２の枠内に含まれる被写体画
像（図１３では、指紋画像）に対して、所要の処理を実
行する。なお、図１３に示す“ＰＮＡ”や特定の行番号
（“９６”、“１６０”）及び指紋画像の濃度変化など
については、以降、適宜な時点で説明を加える。

【００９０】以下、図１２に示したフローチャートにつ
いて詳しく説明するが、このフローチャートを含む後述
の各フローチャートの構成や、それらのフローチャート
における各々の処理ステップの内容は、本具体例におけ
る特有の処理機能、すなわち、ダブルゲート型フォトセ
ンサ１０の最適な電荷蓄積期間Ｔａを設定する機能や、
この設定動作中における被写体の載置状態（載置位置）
の良否を判定し、不正又は異常な載置が検出された場合
に警告ランプ等の報知デバイス１８０を点灯駆動する等
の報知機能を実現するための一例を示すに過ぎず、本発
明に係るフォトセンサシステムの駆動制御方法はこれに
限定されるものではない。

【００９１】本具体例に係る画像感度設定処理は、図１
２のフローチャートに示すように、まず、行番号指定用
の変数ｉに初期値１をセットして初期化する（ステップ
Ｓ２０１）。次に、ｉ行用の電荷蓄積期間を所定の参照
テーブル（電荷蓄積期間の参照テーブル；詳しくは、後
述する）からルックアップ（参照）して感度設定レジス
タ１５７にセット（ステップＳ２０２）した後、上述し
たフォトセンサシステム（ダブルゲート型フォトセン
サ）の駆動制御方法に基づいて、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（コラムスイッチ１３１及びプリチャージスイ
ッチ１３２）等を駆動して、フォトセンサアレイ１００
のｉ行の画像データを読み込む（ステップＳ２０３）。

【００９２】ここで、各行の画像読取感度を抽出するた
めの参照テーブル３０３は、あらかじめＲＯＭ１７０に
格納されているものであり、例えば、図１４に示すよう
に、横軸を行番号ｉ、縦軸を電荷蓄積期間として、行番
号ｉに比例して各行のダブルゲート型フォトセンサに設
定される電荷蓄積期間が長くなるように特性（この例で
は線形特性）が設定されている。なお、参照テーブル３
０３に設定される特性は、上記線形特性に限定されず、
例えば、行番号をグループ化して各グループごとに共通
の電荷蓄積期間を与えることにより、実質的に行番号ｉ
が多くなるほど（１→２５６）、長い電荷蓄積期間とな
るような特性とするようにしてもよい。

【００９３】したがって、フローチャートのステップＳ
２０２で参照される電荷蓄積期間は、変数ｉの値に対応
したものとなり、変数ｉを初期値１から最大値（２５
６）まで＋１ずつ順次カウントアップ（後述するステッ
プＳ２０７、ステップＳ２０８）させることにより、ス
テップＳ２０２で参照される電荷蓄積期間が最短値から
最長値まで段階的に変化することとなる。その結果、ス
テップＳ２０３において取り込まれたｉ行ごとの画像デ
ータは、ｉ＝１のときに最も暗く、ｉ＝２５６のときに
最も明るくなり、且つ、その間（ｉ＝２〜２５５）で明
度データが段階的に増加することとなるため、概略、図
１３に示したような感度調整用指紋画像を得ることがで
きる。なお、このような感度調整用指紋画像を得るため
の画像読取感度の設定方法及び画像読み取り動作の具体
例については、後述する。

【００９４】ここで、画像感度設定処理の対象画像を、
図１３の検出エリア３０２の枠内の画像に設定した場合
にあっては、上記の感度調整用指紋画像（被写体画像３
０１）のうち検出エリア３０２の枠内の画像のみを抽出
（又は、検出エリア３０２の枠から外れた画像を除外）
する必要がある。したがって、本具体例においては、ス
テップＳ２０３において、ｉ行の画像データを取り込ん
だ後、ステップＳ２０４において、変数ｉの値が検出エ
リア３０２の行方向の範囲（６４行〜１９１行）に入っ
ているか否かを判定し、入っているときだけ、後述する
「ダイナミックレンジ算出処理」（ステップＳ２０５）
を実行する。

【００９５】一方、変数ｉの値が検出エリア３０２の行
方向の範囲（６４行〜１９１行）に入っていないことを
判定したときは、変数ｉを＋１する（ステップＳ２０
７）。そして、当該変数ｉが最大の行番号ｉｍａｘ（＝
２５６）以下であるか否か（ｉ＞ｉｍａｘ）を判定し
（ステップＳ２０８）、最大の行番号ｉｍａｘ（＝２５
６）以下である（すなわち、ｉ＞ｉｍａｘでない）と判
定した場合には、再び上述したステップＳ２０２以降を
繰り返し実行し、一方、最大の行番号ｉｍａｘ（＝２５
６）以下でない（すなわち、ｉ＞ｉｍａｘ）と判定した
場合には、感度調整用指紋画像のすべての行の画像デー
タを取り込んだと判断して、後述する「正規電荷蓄積期
間決定処理」（ステップＳ２０９）を実行した後、フロ
ーチャートを終了する。

【００９６】なお、上述したフローチャートにおいて、
ダイナミックレンジ算出処理（ステップＳ２０５）の後
に、上述した被写体の載置状態の検出・判定動作（図
９）に対応する一連の処理動作が実行される。すなわ
ち、ステップＳ２０６において、上記ダイナミックレン
ジの算出対象となっている行番号（変数ｉ）が、被写体
の載置状態の検出・判定動作のために予め規定された特
定行であるか否かが判断され、変数ｉの値が検出エリア
３０２の特定行（例えば、検出エリア３０２の下端付近
の任意行、中央付近の任意行、上端付近の任意行等であ
って、その一例は、図１１（ｂ）に示した；以下、後述
する図２０においては、Ｌ１〜Ｌ３と記す）に一致した
ときにのみ、後述する「被写体位置ずれ判定処理」（ス
テップＳ２１０）を実行する。そして、その判定結果に
応じて設定される所定のフラグ（位置ずれ判定フラグ）
がＯＮの場合（ステップＳ２１１）に所定の位置ずれ報
知動作（例えば、警告ランプやブザー等の報知デバイス
１８０駆動制御を行う（ステップＳ２１２）。

【００９７】したがって、検出エリア３０２のすべての
行番号について後述の「被写体位置ずれ判定処理」（ス
テップＳ２１０）を実行する態様の場合には、当然なが
らステップＳ２０６は必要とせず、ダイナミックレンジ
算出処理（ステップＳ２０５）の後に、直接「被写体位
置ずれ判定処理」（ステップＳ２１０）及びその関連動
作が実行される。なお、本具体例に示すように、“特定
行”に限定して「被写体位置ずれ判定処理」（ステップ
Ｓ２１０）を実行することにより、当該処理に係わるオ
ーバヘッドを軽減することができる。したがって、オー
バヘッドを無視できる場合には、図１１（ａ）、（ｃ）
に示した場合と同様に、検出エリア３０２に属する全
行、もしくは、フォトセンサアレイ１００を構成する全
行を指定して当該処理（被写体位置ずれ判定処理）を行
うものであってもよい。

【００９８】以下、上述した一連の画像読取感度設定処
理に適用される主要な処理動作について、詳しく説明す
る。 ＜ダイナミックレンジ算出処理＞本具体例に適用される
ダイナミックレンジ算出処理においては、概略、感度調
整用読み取り動作により読み込まれた各行の画像データ
が、アンプ１３３及びＡ／Ｄコンバータ１４０を介して
デジタル信号に変換され、被写体画像の明暗パターンに
対応した明度データ（画素値）としてデータ比較器１５
４に入力される。

【００９９】そして、データ比較器１５４に入力された
明度データは、各行ごとに最大値及び最小値が抽出され
て加算器１５５に出力される。具体的には、被写体画像
における白と黒との間を、例えば２５６階調に設定し、
各行ごとに含まれる最大値を示す明度データ（最も明る
い階調を有する画素）、及び、最小値を示す明度データ
（最も暗い階調を有する画素）を抽出する。次いで、加
算器１５５は、各行ごとの明度データの最大値及び最小
値の差分、すなわち、ダイナミックレンジを演算し、そ
の結果をデータセレクタ１５６を介して、ＲＡＭ１６０
に一旦格納する。このようなダイナミックレンジの算出
処理を検出エリア３０２に属する全ての行について実行
する。

【０１００】図１５は、本具体例に適用されるダイナミ
ックレンジ算出処理（ステップＳ２０５）を説明するた
めのフローチャートである。図１５のフローチャートに
示すように、まず、画素（列）番号指定用の変数ｊに初
期値１をセットして初期化し（ステップＳ３０１）、変
数ｊの値が検出エリア３０２の列方向の範囲（６７列〜
１３０列）に入っているか否かを判定する（ステップＳ
３０２）。変数ｊの値が検出エリア３０２の列方向の範
囲に入っていない場合には、本具体例に係るフローチャ
ートを終了して、図１２に示したフローチャートに復帰
し、変数ｊの値が検出エリア３０２の列方向の範囲に入
っている場合は、以降の処理を実行する。

【０１０１】すなわち、変数ｊが検出エリア３０２の最
小列番号（＝６７）に一致しているか否かを判定し（ス
テップＳ３０３）、一致している場合は、検出エリア３
０２の最初の画素値（明度データ）であると判断して、
その画素値を最大画素値用の変数Ｇmaxと最小画素値用
の変数Ｇminとに設定する（ステップＳ３０４、Ｓ３０
５）。

【０１０２】次いで、変数Ｇmaxに設定された画素値と
変数ｊの列番号における画素値とを比較し（ステップＳ
３０６）、Ｇmaxの設定値よりも変数ｊの列番号におけ
る画素値が大きい場合には、その画素値でＧmaxの設定
値を更新し（ステップＳ３０７）、次いで、変数Ｇmin
に設定された画素値と変数ｊの列番号における画素値と
を比較し（ステップＳ３０８）、Ｇminの設定値よりも
変数ｊの列番号における画素値が小さい場合には、その
画素値でＧminの設定値を更新する（ステップＳ３０
９）。

【０１０３】次いで、上記一連の変数Ｇmax、Ｇminに基
づく比較、更新処理を実行した後、変数ｊを＋１して
（ステップＳ３１０）、当該変数ｊが検出エリア３０２
における最大の列番号（＝１３０）以下であるか否か
（ｊ＞１３０）を判定し（ステップＳ３１１）、最大の
列番号（＝１３０）以下である（すなわち、ｊ＞１３０
でない）と判定した場合には、再び上述したステップＳ
３０６以降を繰り返して実行し、一方、最大の列番号
（＝１３０）以下でない（すなわち、ｊ＞１３０）と判
定した場合には、検出エリア３０２の最大列番号に達し
たと判断して、変数ＧmaxとＧminに基づいて、加算器１
５５によりその差分、すなわち、ダイナミックレンジを
算出して（ステップＳ３１２）、変数Ｇmax、Ｇminとと
もにその結果（ダイナミックレンジ）をデータセレクタ
１５６を介して、ＲＡＭ１６０の所定のテーブルに格納
した後（ステップＳ３１３）、フローチャートを終了す
る。

【０１０４】したがって、このフローチャートによれ
ば、変数ｊを初期値１から検出エリア３０２の最大列番
号（＝１３０）まで変化させる間に、そのときの行番号
指定用の変数ｉで指定された行データの最大画素値がＧ
maxに設定されるとともに、当該行データの最小画素値
がＧminに設定され、且つ、その変数Ｇmax、Ｇmin及び
ダイナミックレンジが変数ｉ（行番号）ごとに所定のテ
ーブル（行番号−画像読取感度対応テーブル）に格納さ
れる。

【０１０５】＜最適電荷蓄積期間決定処理＞図１６は、
本具体例に適用される正規電荷蓄積期間決定処理（ステ
ップＳ２０９）を説明するためのフローチャートであ
る。本具体例に適用される正規電荷蓄積期間決定処理に
おいては、図１６のフローチャートに示すように、ま
ず、ＲＡＭ１６０に保持（格納）されている上記行番号
−画像読取感度対応テーブルから行ごとのダイナミック
レンジを、データセレクタ１５６を介して読み出し、再
び加算器１５５に入力して、隣接する行相互のダイナミ
ックレンジの差分（一次微分値）を演算する。この結果
は、データセレクタ１５６を介して、ＲＡＭ１６０の行
番号−画像読取感度対応テーブルに格納される（ステッ
プＳ４０１）。

【０１０６】次いで、ＲＡＭ１６０に格納された各行ご
とのダイナミックレンジのデータ群、及び、ダイナミッ
クレンジの一次微分値のデータ群をデータセレクタ１５
６を介して読み出して、データ比較器１５４に入力し、
ダイナミックレンジが極大となり、かつ、ダイナミック
レンジの一次微分値が最小、すなわち、０又は最も０に
近くなる行番号を抽出する（ステップＳ４０２）。

【０１０７】次いで、抽出された行番号に基づいて、Ｒ
ＡＭ１６０に格納された行番号−画像読取感度対応テー
ブルを参照して、当該行に設定されている画像読取感
度、すなわち、ダブルゲート型フォトセンサの電荷蓄積
期間を抽出する。そして、メインコントローラ１５３
は、データコントローラ１５２を介して感度設定レジス
タ１５７を書き換え制御し、上記抽出された画像読取感
度（電荷蓄積期間）を更新設定して、感度調整用読み取
り動作を終了する。これにより、最適な画像読取感度が
設定されて（ステップＳ４０３）、この画像読取感度に
基づいて正規の被写体画像の読み取り動作が実行され
る。

【０１０８】＜感度調整用読み取り動作の具体例＞図１
７は、本具体例に係る感度調整用読み取り動作により得
られた特定の行における各画素ごとの画素値（明度デー
タ）の変化の一例を示すグラフであり、図１８は、各行
ごとのダイナミックレンジ（最大及び最小の明度データ
の差）の変化と、ダイナミックレンジの一次微分値の変
化との関係を示すグラフであり、図１９は、感度調整用
読み取り動作により得られたダイナミックレンジの一次
微分値と、行番号−画像読取感度対応テーブルとの関係
を示す図である。

【０１０９】上述した感度調整用読み取り動作において
は、図１３に示したように、指紋の画像データが、例え
ば２５６行×１９６列のマトリクスで読み出され、行番
号に比例して、画像読取感度が高く（電荷蓄積期間が長
く）なるように設定されているので、行番号が大きくな
るほど外光の影響を受けて指紋の凹凸パターンＰＮＡが
かすれて（薄れて）、あるいは、見えなくなる程度に明
るい画像として読み取られる（図１３上方領域）。逆
に、行番号が小さくなるほど、画像読取感度が低く（電
荷蓄積期間が短く）設定されるので、指紋の凹凸パター
ンＰＮＡが黒ずんで、あるいは、見えなくなる程度に暗
い画像として読み取られる（図１３下方領域）。

【０１１０】このような画像データにおいて、最適感度
となる行を抽出するために用いる感度判定対象範囲とし
ては、指紋の凹凸パターンＰＮＡに対応した良好なコン
トラストを有する領域に限定することが、コントローラ
１５０における処理負担の軽減上、好ましい。ここで
は、一例として、図１３に示した場合と同様に、６４行
目〜１９１行目の行範囲、及び、６７列目〜１３０列目
の列範囲からなる領域を感度判定対象範囲（すなわち、
検出エリア３０２）に設定した場合の感度設定処理につ
いて説明する。

【０１１１】図１３に示した感度判定対象範囲におい
て、任意の行、例えば、６４、９６、１６０、１９１行
目の画素値（明度データ）の変化を抽出してグラフ化す
ると、図１７に示すように、上記行範囲のうち、１９１
行目（図中、破線で示す）及び１６０行目（図中、細線
で示す）においては、感度が高く設定されているため、
明度データが高い値（上限値；概ね２２０〜２２５）に
収束してしまい、画像データとして情報（明暗パター
ン）が無いに等しい状態になっている。

【０１１２】一方、９６行目（図中、太線で示す）にお
いては、全列において明度データが上限又は下限で収束
することなく、画像データの明暗パターンに対応した比
較的大きな上下方向への変位を有している。また、６４
行目（図中、一点鎖線で示す）においては、感度が低く
設定されているため、明度データがほぼ低い値（下限
値；概ね３５）に収束してしまい画像データとして情報
が無いに等しい状態になっている。ここで、明度データ
値が大きいほど明るく、小さいほど暗い画像データであ
ることを示している。

【０１１３】図１７に示したような各行ごとの明度デー
タの分布に対して、例えば、図１５に示したダイナミッ
クレンジ算出処理を適用して最大値及び最小値を抽出
し、その差分を演算してダイナミックレンジ（データ範
囲）を求めると、図１８（ａ）に示すように、所定の行
において極大値ＭＡを有する分布が得られる。さらに、
例えば、図１６に示した最適電荷蓄積期間の決定処理を
適用して、ダイナミックレンジの分布に対する一次微分
を演算して、その変化の傾向を求めると、図１８（ｂ）
に示すように、上記極大値ＭＡを示す行において一次微
分値が０（又は、最小；図中、ＭＢで示す）となる。こ
のとき、図１８（ａ）、（ｂ）において、ダイナミック
レンジが極大を示し、かつ、その一次微分が最小となる
行の明度データは、指紋の凹凸パターンに対応した良好
なコントラストを有する画像データであり、当該行に最
適な画像読取感度が設定されていると判断することがで
きる。

【０１１４】そして、図１９に示すように、上記ダイナ
ミックレンジが極大（例えば、図中Ｒ_k）を示し、か
つ、その一次微分が最小（例えば、図中Ｄ_k-1）となる
行（図中、Ｌ_k-1、Ｌ_k）について、ＲＡＭ１６０に格納
された行番号−画像読取感度対応テーブルを参照するこ
とにより、当該行Ｌ_k-1、Ｌ_kに設定されている画像読取
感度、すなわち、ダブルゲート型フォトセンサの電荷蓄
積期間Ｔ_k-1、Ｔ_kが抽出され、被写体の正規の画像読み
取り動作における読取感度の最適値として決定される。
ここで、上述した感度設定レジスタ１５７には、最適な
画像読取感度として、抽出された２つの電荷蓄積期間Ｔ
_k-1、Ｔ_kに基づいて決定される設定値、例えば、電荷蓄
積期間Ｔ_k-1、Ｔ_kの平均値等が設定されるように書き換
え制御される。

【０１１５】なお、図１８（ａ）、（ｂ）に示したダイ
ナミックレンジ及び一次微分値の分布においては、ダイ
ナミックレンジが極大値ＭＡとなる行の一次微分値が０
（ＭＢ）となる場合について説明したが、現実には、一
次微分値が０となる行が存在しない場合もあるので、最
適感度に設定された行を抽出する際の条件は、ダイナミ
ックレンジが極大を示し、かつ、その一次微分が最小と
なる（すなわち、０に最も近い値を示す）行を抽出する
ことが望ましい。

【０１１６】＜被写体の位置ずれ判定処理の具体例＞次
に、本具体例に適用される被写体の位置ずれ判定処理
（上述した被写体の載置状態検出・判定動作）について
説明する。図２０は、本具体例に適用される被写体の位
置ずれ判定処理の原理を示す概念図であり、図２１は、
本具体例に適用される被写体の位置ずれ判定処理のフロ
ーチャートを示す図である。

【０１１７】図２０においては、被写体としての指と、
検出エリア３０２との関係が不正又は異常な位置関係に
ある例を示している。すなわち、被写体である指が検出
エリア３０２に対して若干斜めに載置されているととも
に、若干左下方向にずれて載置されていることにより、
検出エリア３０２の全域を指により覆われておらず、指
紋パターン３０４の周縁の一部が検出エリア３０２の内
側に入り込んでいる例を示している。このような位置関
係の場合、上述した従来技術にあっては、外光の影響を
受けて読取感度の設定処理において誤った感度が設定さ
れたり、被写体の正規の画像読み取り動作後の照合処理
において照合結果の誤りを生じる等の不都合を招くとい
う欠点がある。

【０１１８】これに対して、本具体例に係る被写体の位
置ずれ判定処理においては、図１１（ｂ）及び図１０
（ｃ）に示したように、検出エリア３０２の特定行Ｌ
１、Ｌ２、Ｌ３について、それぞれ複数画素ごと（例え
ば、列番号が１０画素分離間する画素ごと）に、当該画
素における画素値（明度データ）相互の差分の絶対値を
算出し、その画素間の差分絶対値の変化が「極大値」と
なる領域（画素位置）、もしくは、画素間の差分絶対値
の一次微分値が０となる領域が、検出エリア３０２内で
検出された場合に、被写体が不正又は異常な状態（検出
エリア３０２の全域を完全に覆うように被写体が正しく
載置されていない状態）で載置されているものと判断
し、所要の報知動作を行うように構成又は駆動制御され
る。

【０１１９】すなわち、本具体例に適用される被写体の
位置ずれ判定処理においては、図２１のフローチャート
に示すように、まず、位置ずれフラグがＯＮになってい
る場合はリセット（ＯＦＦに）して位置ずれフラグをＯ
ＦＦに設定する（ステップＳ５０１、Ｓ５０２）。次い
で、列指定用の変数ｊに初期値１をセットして初期化し
（ステップＳ５０３）、変数ｊの値が検出エリア３０２
の列方向の範囲（６７列〜１３０列）に入っているか否
かを判定する（ステップＳ５０４）。変数ｊの値が検出
エリア３０２の列方向の範囲に入っていない場合には、
本具体例に係るフローチャートを終了して、図１２に示
したフローチャートに復帰し、変数ｊの値が検出エリア
３０２の列方向の範囲に入っている場合は、以降の処理
を実行する。

【０１２０】まず、変数ｊの値（列番号）が、例えば、
１０で割り切れるか否かを判定し（ステップＳ５０
５）、１０で割り切れる番号列の画素（特定画素）の場
合には、当該画素の画素値（明度データ）を抽出し、当
該画素と１０画素離間して隣り合う画素における画素値
（明度データ）との差分絶対値を算出して、データセレ
クタ１５６を介して、ＲＡＭ１６０の各特定行（変数
ｉ）ごとの列番号−差分絶対値対応テーブルに格納する
（Ｓ５０６）。このように、任意の複数画素ごとの画素
値（明度データ）相互の差分絶対値を算出することによ
り、隣接する画素の画素値相互の差分絶対値を算出する
場合に比較して、比較的粗い画素の集まりを処理対象と
することができるので、被写体の画像パターン（例え
ば、指紋パターン）における細かな画素値変化を検出す
ることを抑制して、後述する被写体の周縁（被写体の載
置領域と外光入射領域との境界）における画素値変化を
良好に検出することができる。したがって、上述した変
数ｊの値を除算するための除数１０は、一例にすぎず、
被写体の画像パターンにおける細かな画素値変化の影響
を抑制することができるものであれば、他の任意の値で
あってもよい。

【０１２１】次いで、変数ｊを＋１して更新し（ステッ
プＳ５０７）、当該変数ｊが検出エリア３０２における
最大の列番号（＝１３０）以下であるか否か（ｊ＞１３
０）を判定し（ステップＳ５０８）、最大の列番号（＝
１３０）以下である（すなわち、ｊ＞１３０でない）と
判定した場合には、再び上述したステップＳ５０４以降
を繰り返して実行する。

【０１２２】一方、最大の列番号（＝１３０）以下でな
い（すなわち、ｊ＞１３０）と判定した場合には、検出
エリア３０２の最大列番号に達したと判断して、ＲＡＭ
１６０に保持（格納）されている上記列番号−差分絶対
値対応テーブルから特定画素相互の画素値（明度デー
タ）の差分絶対値を、データセレクタ１５６を介して読
み出し、再び加算器１５５に入力して、相互に隣接する
差分絶対値の一次微分値を演算する。この結果は、デー
タセレクタ１５６を介して、ＲＡＭ１６０の列番号−差
分絶対値対応テーブル（後述する図２２（ａ）参照）に
格納される（ステップＳ４０１）。

【０１２３】次いで、ＲＡＭ１６０に格納された各特定
行ごとの差分絶対値のデータ群、及び、差分絶対値の一
次微分値のデータ群をデータセレクタ１５６を介して読
み出して、データ比較器１５４に入力し、差分絶対値が
極大、又は、差分絶対値の一次微分値が０になる条件を
満たす領域（列番号）が存在するか否か判定する（ステ
ップＳ５１０）。

【０１２４】ここで、検出エリア３０２内の複数の特定
行において、上記条件を満たす領域が存在する場合に
は、被写体（指）の載置位置がずれて、検出エリア３０
２の全域を覆うように正しく載置されておらず、検出エ
リア３０２内に被写体の周縁となる領域（被写体の載置
領域と外光入射領域との境界）が存在するものと判定し
て、所要の報知動作を行うために、位置ずれフラグをＯ
Ｎにセット（ステップＳ５１１）してフローチャートを
終了する。一方、上記条件を満たす領域が存在しない場
合には、被写体（指）が検出エリア３０２の全域を覆う
ように正しく載置されているものと判定して、本具体例
に係るフローチャートを終了して、図１２に示したフロ
ーチャートに復帰する。なお、被写体の位置ずれ判定の
原理については、詳しく後述する。

【０１２５】図２２は、上述した被写体の位置ずれ判定
処理により得られた特定画素間の差分絶対値の値
（Ｄ₇₀、Ｄ₈₀、Ｄ₉₀、・・・・、Ｄ₁₂₀）とその隣接画素間
の一次微分値（Ｋ_70-80、Ｋ_80-90、・・・・、Ｋ_110-120）
との関係、及び、被写体画像（指紋画像）の周縁を示す
図であり、図２３は、特定画素間の差分絶対値の変化
と、その隣接画素間の一次微分値の変化との関係を示す
グラフである。

【０１２６】上述した図２０（ａ）においては、指紋画
像の周縁部分（実際の指紋画像は図２２（ｂ）を参照）
が、検出エリア３０２内の特定行内、例えば、Ｌ２及び
Ｌ３に存在し、これにより、後述する被写体の位置ずれ
判定の原理に基づいて、図２０（ｂ）に示すように、周
縁部分において特定画素の画素値（明度データ）に急峻
な変化が観測され、図２０（ｃ）に示すように、当該特
定画素間の差分絶対値が極大値を示す。したがって、図
２２（ａ）に示した差分絶対値（Ｄ₇₀、Ｄ₈₀、Ｄ₉₀、・・
・・、Ｄ₁₂₀）のなかに極大値（例えば、図２３（ａ）に
示す極大値Ｄma）がある場合には、検出エリア３０２内
に指紋画像の周縁部分が存在する不正又は異常な載置状
態にあるものと判断することができる。また、その極大
値（Ｄma）が存在する特定行（詳しくは、極大値を示す
対応する特定画素）における上記差分絶対値の一次微分
値（Ｋ_70-80、Ｋ_80-90、・・・・、Ｋ_110-120）が０（例え
ば、図２３（ｂ）に示すＤmb）となる場合には、上記被
写体の載置状態の判断を裏付けることができ、被写体の
載置状態を適切に判断することができる。

【０１２７】＜被写体の位置ずれ判定の原理＞上述した
ように、本具体例に係る被写体の位置ずれ判定処理は、
画像読取感度の設定処理（感度調整用読み取り動作）と
合一的に実行されるため、図２０（ａ）に示すように、
特定行Ｌ１〜Ｌ３の各々に設定される画像読取感度（電
荷蓄積期間）は、その特定行の行番号の関係がＬ１＜Ｌ
２＜Ｌ３であるから、前記の図１４に示した参照テーブ
ル（電荷蓄積期間テーブル）３０３に基づいて、Ｌ１の
電荷蓄積期間が短く、Ｌ２の電荷蓄積期間がそれに次
ぎ、Ｌ３の電荷蓄積期間が長くなるように設定される。

【０１２８】したがって、各特定行Ｌ１、Ｌ２及びＬ３
の画素値（明度データ）は、図２０（ｂ）に示すよう
に、暗→明の順番でＬ１→Ｌ２→Ｌ３と並ぶことにな
る。ここで、図２０に示した例においては、指紋画像の
周縁が特定行Ｌ２及びＬ３に存在しているので、指紋画
像の周縁よりも内側の部分における画素値は、指紋の紋
様（山線や谷線）に対応して比較的微小に変化するが、
指紋画像の周縁の画素値は急峻に暗状態から明状態へと
変化する。この周縁部分における画素値の変化は、実際
には指表皮の半透明部分において乱反射が生じることに
より、周縁近傍においてなだらかに上昇変化した後、急
上昇に至るという特異性を有している。したがって、画
像処理によってこの特異性を検出することにより、検出
エリア３０２内に指紋画像の周縁が入っているか否か、
すなわち、被写体としての指の不正又は異常な載置状態
を適切に判断することができる。

【０１２９】本具体例においては、この判定原理に基づ
いて、特定行（例えば、Ｌ１、Ｌ２及びＬ３の各特定
行）ごとの特定画素間の差分絶対値を演算し、該差分絶
対値の極大値が観測された場合に、被写体の周縁部分の
画像が含まれていると判断（被写体の不正又は異常な載
置状態を判断）するようにしたものであり、より好まし
くは、さらに、特定行における上記差分絶対値の一次微
分値を演算し、上記差分絶対値の極大値の観測ととも
に、その一次微分値が０となる領域が観測された場合
に、特定行（検出エリア３０２内）に被写体の周縁部分
の画像が含まれていると判断するようにしたものであ
る。

【０１３０】したがって、本実施形態に係るフォトセン
サシステム及びその駆動制御方法によれば、検出エリア
３０２への被写体の不正又は異常な載置状態を的確に検
出して、フォトセンサシステムの利用者に所要の報知動
作を行うことにより、被写体を検出エリア３０２の全域
を覆う正しい載置位置への置き直しを促すことができる
ので、感度調整用読み取り動作に際して、外光がフォト
センサアレイのセンサ領域に入射することに起因する誤
った画像読取感度（電荷蓄積期間）の設定を回避するこ
とができ、また、被写体の正規の読み取り動作にあって
は、適切な画像読取感度で、かつ、周囲の外光の影響を
受けることなく、良好な画質の被写体の画像パターンを
得ることができるので、例えば、指紋照合の精度を良好
に維持できる。

【０１３１】また、本実施形態に係るフォトセンサシス
テム及びその駆動制御方法においては、特定行に属する
特定画素の画素値（明度データ）の差分絶対値における
極大値の有無を検出するとともに、特定画素相互の差分
絶対値の一次微分値が０となる領域の有無を検出した場
合に、検出エリア３０２内に被写体の周縁部分が含まれ
ていると判断する処理手順を含むことにより、検出エリ
ア３０２を構成する各画素（ダブルゲート型フォトセン
サ）の素子欠陥（特性異常）や検知面へのゴミの付着等
に起因する異常画素が存在する場合であっても、当該異
常画素による上記画素値の異常を、被写体の周縁部分と
誤認することがなく、適切な画像読取感度の設定処理や
指紋照合処理を実現することができる。

【０１３２】なお、上述した具体例に係る感度調整用読
み取り動作においては、以下に示す画像読取感度（電荷
蓄積期間）の設定方法及び画像読み取り動作を良好に適
用することができる。以下、図面を参照して説明する。
図２４は、本具体例に係る感度調整用読み取り動作に良
好に適用することができる画像読取感度（電荷蓄積期
間）の設定方法の一例を示すタイミングチャートであ
る。ここでは、図７及び図８に示したフォトセンサシス
テムの構成を適宜参照しながら説明する。

【０１３３】図２４に示すように、本適用例に係る画像
読取感度の設定方法は、まず、複数のダブルゲート型フ
ォトセンサ１０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、各行ごとのダブルゲート型フォトセンサ
１０を初期化する。

【０１３４】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の電荷蓄積期間Ｔ₁、Ｔ₂、…Ｔ_n-1、Ｔ_n
が一斉にスタートして、各行ごとの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。

【０１３５】ここで、各行ごとに設定される電荷蓄積期
間Ｔ₁、Ｔ₂、…Ｔ_n-1、Ｔ_nは、図２４に示すように、各
行ごとに所定の遅れ時間Ｔdelay分ずつ段階的に変化さ
せるように、上記コントローラ１５０（デバイスコント
ローラ１５１）によりプリチャージ信号φpg及び読み出
しパルスφＢ１、φＢ２、…φＢｎの印加タイミングを
制御する。これにより、上述した具体例に示したような
感度調整用読み取り動作において、被写体画像を構成す
る各行ごとに異なる読取感度（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（図１３参照）
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。

【０１３６】なお、本実施形態に適用可能な画像読取感
度（電荷蓄積期間）の設定方法は、上述した各具体例に
限定されるものではなく、被写体画像を異なる読取感度
で読み取り、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→電荷蓄積動作→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
次変更して時系列的に複数回繰り返して、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。

【０１３７】＜フォトセンサシステムの他の構成例＞な
お、上述した実施形態に係るフォトセンサシステム及び
その駆動制御方法においては、フォトセンサアレイ（特
に、検出エリア）を構成する各画素により検出される画
素値（明度データ）に含まれる高周波成分を除去するた
めに、以下に示すような構成及び処理動作を適用するこ
ともできる。

【０１３８】図２５は、本実施形態に係るフォトセンサ
システムに適用されるコントローラの他の構成例を示す
概念的な構成図である。ここで、上述したコントローラ
（図８参照）と同等の構成については、同一の符号を付
して、その説明を簡略化又は省略する。すなわち、本構
成例に係るコントローラは、図２５に示すように、図８
に示したコントローラ１５０へのＡ／Ｄコンバータ１４
０からの画像データの入力部に、各画素により検出され
る画素値の異常を除去するための異常値除去部１９０が
負荷された構成を有している。

【０１３９】異常値除去部１９０は、フォトセンサアレ
イ１００からＡ／Ｄコンバータ１４０を介してデジタル
信号として入力される画像データに基づいて、特定の画
素値（明度データ）をフーリエ変換するフーリエ変換部
１９１と、フーリエ（周波数）変換された上記画素値か
ら、異常値に対応する高周波成分を除去するフィルタ部
１９２と、高周波成分が除去された画素値を逆フーリエ
変換する逆フーリエ変換部１９３と、を有して構成され
ている。

【０１４０】そして、このような構成を有するコントロ
ーラにおいて、異常値除去部１９０に入力された画素値
（明度データ）は、まず、各行ごとに得られる画素値の
データ範囲（すなわち、コントラスト）に基づいて、フ
ーリエ変換部１９１においてフーリエ変換されて、画素
値の変動幅（振幅）を表す周波数成分の分布が求めら
れ、次いで、変換された周波数成分のうち、所定値以上
の高周波成分を除去する処理が実行される。

【０１４１】具体的には、例えば、ローパスフィルタに
より構成されるフィルタ部１９２を通過させることによ
り所定の高周波成分を除去する。さらに、高周波成分が
除去された周波数成分の分布を逆フーリエ変換部１９３
により逆フーリエ変換することにより、行番号ごとのデ
ータ範囲が求められる。この高周波成分が除去された画
素値（明度データ）は、図８に示したコントローラ１５
０と同等の構成を有するデータ比較器１５５やデータセ
レクタ１５６等に入力される。

【０１４２】このような異常値除去部１９０による一連
の異常値除去動作によれば、元の明度データから異常値
やノイズに対応する高周波成分、すなわち、急峻な変動
を有し、被写体の画像パターンに対応した明度データの
主要な変化傾向から逸脱した異常値が除去されるので、
被写体が載置された領域においては、行番号に対して滑
らかに変化する成分（主要な変化傾向）のみが抽出され
る。

【０１４３】これにより、本実施形態に係るフォトセン
サシステム及びその駆動制御方法においては、上述した
ような画素値（明度データ）のダイナミックレンジによ
り画像読取感度の最適値を求める処理（図１５に示した
ダイナミックレンジ算出処理）に先立って、フーリエ変
換を行い、異常値やノイズに対応する高周波成分を除去
することにより、画素値（明度データ）に含まれる異常
値を予め除去することができるので、行番号に対する明
度データのコントラストの分布傾向から大きく逸脱する
異常値が排除されて、主要な分布傾向を示す平滑化され
た画素値のみが抽出される。

【０１４４】したがって、各画素において検出される画
素値（測定データ）に依存して離散的に変動するノイズ
成分やフォトセンサアレイ１００上の検知面に付着した
比較的大きな異物、ダブルゲート型フォトセンサの素子
欠陥等により、被写体画像に複数行にまたがる異常画素
が含まれている場合であっても、指紋パターンに対応し
た良好な明度データ（又は、コントラスト）を有する行
を確実に抽出して、最適な電荷蓄積期間を決定すること
ができるので、良好な被写体画像（指紋画像）を読み取
ることができ、誤作動が少なく信頼性の高いフォトセン
サシステムを提供することができる。

【０１４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るフォ
トセンサシステム及びその駆動制御方法によれば、ダブ
ルゲート型フォトセンサ等のフォトセンサを複数配列し
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
システムにおいて、被写体の画像を読み取る正規の画像
読み取り動作、又は、感度調整用読み取り動作に先立っ
て単独で、もしくは、該正規の画像読み取り動作や感度
調整用読み取り動作と合一的に、被写体の載置状態を検
出して判定する動作、すなわち、被写体画像の所定の行
における画素相互の画素値の差分絶対値を算出して、当
該差分絶対値の極大値を観測した場合に、フォトセンサ
アレイに予め設定された検出エリアに、被写体の周縁部
分が存在すると判定する動作を実行することにより、検
知面（検出エリア）に対して被写体が不正又は異常な状
態で載置されていることをフォトセンサシステムの利用
者に対して報知することができるので、検知面（検出エ
リア）上の正しい位置への被写体の置き直しを促し、以
って、周辺外光に起因する上記感度調整用読み取り動作
における間違った画像読取感度の決定や、正規の画像読
み取り動作における画像処理の精度低下や誤作動等の発
生を回避して、信頼性の高いフォトセンサシステムを提
供することができる。

【０１４６】ここで、上述した被写体の周縁部分の抽
出、判定方法として、フォトセンサアレイの有効読取面
内に予め設定された検出エリアに属する特定の行におけ
る複数画素分離間した画素相互の画素値の差分絶対値を
算出し、該差分絶対値が極大となり、かつ、差分絶対値
の一次微分値が０となる領域を被写体の周縁部分として
抽出して、該周縁部分が検出エリア内に属するか否かを
判定することにより、フォトセンサアレイを構成する各
フォトセンサの素子欠陥や検知面へのゴミの付着等に起
因する異常画素が存在する場合であっても、当該異常画
素による上記差分絶対値の異常を被写体の周縁部分と誤
認することを回避することができるので、適切な画像読
取感度の設定処理や指紋照合処理等の画像処理を実現す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るフォトセンサシステムに適用可能
なダブルゲート型フォトセンサの概略構成を示す断面構
造図である。

【図２】ダブルゲート型フォトセンサの基本的な駆動制
御方法の一例を示すタイミングチャートである。

【図３】ダブルゲート型フォトセンサの動作概念図であ
る。

【図４】ダブルゲート型フォトセンサの出力電圧の光応
答特性を示す図である。

【図５】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６】図５に示した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７】本発明に係る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全体構成を示すブロック図であ
る。

【図８】本実施形態に係るフォトセンサシステムに適用
されるコントローラの一構成例を示す概念的な構成図で
ある。

【図９】本発明に係るフォトセンサシステムに適用され
るコントローラにより実現される被写体の載置状態の検
出・判定動作の一実施形態を示すフローチャートであ
る。

【図１０】本実施形態に係る被写体の載置状態の検出・
判定動作に適用される画素値（明度データ）の差分絶対
値の算出処理の対象となる特定画素を示す概念図であ
る。

【図１１】本実施形態に係る被写体の載置状態の検出・
判定動作に適用される画素値（明度データ）の差分絶対
値の算出処理の対象となる行及びその算出方法を示す概
念図である。

【図１２】本発明に係るフォトセンサシステムの駆動制
御方法を含む画像感度の設定処理における一具体例を示
すフローチャートである。

【図１３】本実施形態に適用される感度設定処理時に得
られる読取画像の一例を示す概略図である。

【図１４】本実施形態に適用される感度設定処理時に参
照される画像読取感度（フォトセンサの電荷蓄積期間）
の参照テーブルの一例を示す概念図である。

【図１５】本具体例に適用されるダイナミックレンジ算
出処理（ステップＳ２０５）を説明するためのフローチ
ャートである。

【図１６】本具体例に適用される正規電荷蓄積期間決定
処理（ステップＳ２０９）を説明するためのフローチャ
ートである。

【図１７】本具体例に係る感度調整用読み取り動作によ
り得られた特定の行における各画素ごとの画素値（明度
データ）の変化の一例を示すグラフである。

【図１８】各行ごとのダイナミックレンジ（最大及び最
小の明度データの差）の変化と、ダイナミックレンジの
一次微分値の変化との関係を示すグラフである。

【図１９】感度調整用読み取り動作により得られたダイ
ナミックレンジの一次微分値と、行番号−画像読取感度
対応テーブルとの関係を示す図である。

【図２０】本具体例に適用される被写体の位置ずれ判定
処理の原理を示す概念図である。

【図２１】本具体例に適用される被写体の位置ずれ判定
処理のフローチャートを示す図である。

【図２２】上述した被写体の位置ずれ判定処理により得
られた特定画素間の差分絶対値の値とその隣接画素間の
一次微分値との関係、及び、被写体画像（指紋画像）の
周縁を示す図である。

【図２３】特定画素間の差分絶対値の変化と、その隣接
画素間の一次微分値の変化との関係を示すグラフであ
る。

【図２４】本具体例に係る感度調整用読み取り動作に良
好に適用することができる画像読取感度（電荷蓄積期
間）の設定方法の一例を示すタイミングチャートであ
る。

【図２５】本実施形態に係るフォトセンサシステムに適
用されるコントローラの他の構成例を示す概念的な構成
図である。

【図２６】従来技術におけるフォトセンサシステムの指
紋認証システムへの適用を示す概念的な断面図及び検出
エリアの概念図である。

【図２７】従来技術におけるフォトセンサシステムの検
知面（検出エリア）への被写体（指）の載置状態を示す
概念図である。

【符号の説明】

３ 指（被写体） １０ ダブルゲート型フォトセンサ（フォトセン
サ） ４０、３０２ 検出エリア １００ フォトセンサアレイ １５０ コントローラ（周縁部抽出手段、周縁部判定
手段） １５３ メインコントローラ １５４ データ比較器 １５５ 加算器 １６０ ＲＡＭ １７０ ＲＯＭ １８０ 報知デバイス（報知手段） １９０ 異常値除去部

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｈ０１Ｌ 29/786 Ｈ０１Ｌ 27/14 Ｃ ５Ｆ１１０ Ｈ０４Ｎ 1/04 １０６ 29/78 ６１２Ｚ ５Ｌ０９６ 5/335 ６１７Ｎ ６１３Ｚ Ｆターム(参考） 2F065 AA51 BB02 CC02 DD08 FF04 JJ03 JJ26 NN12 NN13 NN17 QQ03 QQ13 QQ16 QQ24 QQ25 QQ27 QQ29 QQ31 SS09 4M118 AA10 AB01 BA05 CA11 CA34 CB14 DB09 DD12 FB09 FB13 GB15 5B047 AA25 AB02 BA02 BB04 BC15 CA02 CA14 CA23 CB22 DC06 DC09 5C024 CX54 GY31 5C072 AA01 EA08 FB19 FB25 FB28 UA06 VA10 WA04 5F110 AA30 BB10 DD02 EE03 EE04 EE06 EE07 EE30 FF02 FF03 GG02 GG15 HK03 HK04 HK06 HK09 HK21 NN02 NN12 NN23 NN24 5L096 BA15 CA14 FA06 FA14 GA07

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のフォトセンサからなるフォトセン
   サアレイを備え、該フォトセンサアレイ上の検知面に載
   置された被写体の画像を読み取るフォトセンサシステム
   において、 前記読み取られた被写体の画像の所定の行における画素
   相互の画素値から算出された差分絶対値に基づき前記被
   写体の周縁部分を抽出する周縁部抽出手段を備えたこと
   を特徴とするフォトセンサシステム。
2. 【請求項２】 前記周縁部抽出手段は、前記画素相互の
   画素値の差分絶対値が極大となる領域を、前記被写体の
   周縁部分として抽出することを特徴とする請求項１記載
   のフォトセンサシステム。
3. 【請求項３】 前記周縁部抽出手段は、前記画素相互の
   画素値の差分絶対値が極大となり、かつ、該差分絶対値
   の一次微分値が０となる領域を、前記被写体の周縁部分
   として抽出することを特徴とする請求項１記載のフォト
   センサシステム。
4. 【請求項４】 前記周縁部抽出手段は、前記フォトセン
   サアレイの有効読取面内に予め設定された所定の検出エ
   リアに属する特定の行における前記画素相互の画素値の
   差分絶対値を算出することを特徴とする請求項１乃至３
   のいずれかに記載のフォトセンサシステム。
5. 【請求項５】 前記周縁部抽出手段は、少なくとも、前
   記フォトセンサアレイの有効読取面内に予め設定された
   所定の検出エリアに属する全ての行における前記画素相
   互の画素値の差分絶対値を算出することを特徴とする請
   求項１乃至３のいずれかに記載のフォトセンサシステ
   ム。
6. 【請求項６】 前記周縁部抽出手段は、前記検出エリア
   に属する行における特定の画素相互の画素値の差分絶対
   値を算出することを特徴とする請求項４又は５記載のフ
   ォトセンサシステム。
7. 【請求項７】 前記周縁部抽出手段は、前記検出エリア
   に属する行における複数画素分離間した前記画素相互の
   画素値の差分絶対値を算出することを特徴とする請求項
   ６記載のフォトセンサシステム。
8. 【請求項８】 前記フォトセンサシステムは、前記周縁
   部抽出手段により抽出された前記被写体の周縁部分と、
   前記フォトセンサアレイの有効読取面内に予め設定され
   た所定の検出エリアとの位置関係を比較して、前記周縁
   部分が前記検出エリア内に属するか否かを判定する周縁
   部判定手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至
   ７のいずれかに記載のフォトセンサシステム。
9. 【請求項９】 前記フォトセンサシステムは、前記周縁
   部判定手段により前記周縁部分が前記検出エリア内に属
   すると判定された場合に、所定の報知動作を行う報知手
   段を備えていることを特徴とする請求項８記載のフォト
   センサシステム。
10. 【請求項１０】 前記フォトセンサシステムは、画像読
    取感度設定のために、前記フォトセンサアレイを構成す
    る行ごとに設定される画像読取感度を順次変化させなが
    ら前記被写体の画像を読み取る感度調整用読み取り動作
    を行うものであって、 前記周縁部判定手段は、少なくとも前記感度調整用読み
    取り動作時に前記判定動作を行うことを特徴とする請求
    項８又は９記載のフォトセンサシステム。
11. 【請求項１１】 前記検出エリアは、前記感度調整用読
    み取り動作における最適な画像読取感度を抽出する処理
    のための対象領域であることを特徴とする請求項１０記
    載のフォトセンサシステム。
12. 【請求項１２】 前記周縁部判定手段は、前記被写体の
    正規の画像読み取り動作時に前記判定動作を行うことを
    特徴とする請求項８又は９記載のフォトセンサシステ
    ム。
13. 【請求項１３】 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第１のゲート電極及
    び第２のゲート電極とを有し、 前記第１のゲート電極又は前記第２のゲート電極のいず
    れか一方を光照射側として、該光照射側から照射された
    光の量に対応する電荷が前記チャネル領域に発生、蓄積
    される構成を有していることを特徴とする請求項１乃至
    １２のいずれかに記載のフォトセンサシステム。
14. 【請求項１４】 複数のフォトセンサからなるフォトセ
    ンサアレイを備え、該フォトセンサアレイ上の検知面に
    載置された被写体の画像を読み取るフォトセンサシステ
    ムの駆動制御方法において、 前記読み取られた被写体の画像の所定の行における画素
    相互の画素値の差分絶対値を算出するステップと、 前記差分絶対値に基づき、前記フォトセンサアレイの所
    定の領域における前記被写体の周縁部の存在を判定する
    ステップと、を含むことを特徴とするフォトセンサシス
    テムの駆動制御方法。
15. 【請求項１５】 前記被写体の周縁部の存在を判定する
    ステップは、前記画素相互の画素値の差分絶対値の極大
    値を検出するステップと、前記フォトセンサアレイの所
    定の領域において前記極大値を検出した場合に、被写体
    の周縁部が存在すると判定するステップと、を含むこと
    を特徴とする請求項１４記載のフォトセンサシステムの
    駆動制御方法。
16. 【請求項１６】 前記被写体の画像の所定の行における
    画素相互の画素値の差分絶対値を算出するステップは、
    前記フォトセンサアレイの有効読取面内に予め設定され
    た所定の検出エリアに属する特定の行における複数画素
    分離間した前記画素相互の画素値の差分絶対値を算出す
    ることを特徴とする請求項１４又は１５記載のフォトセ
    ンサシステムの駆動制御方法。
17. 【請求項１７】 前記フォトセンサシステムの駆動制御
    方法は、 前記被写体の周縁部分が、前記フォトセンサアレイの有
    効読取面内に予め設定された所定の検出エリア内に存在
    するか否かを比較するステップと、 前記被写体の周縁部分が、前記検出エリア内に存在する
    場合に、前記被写体が前記検知面に対して不正又は異常
    な位置に載置されていると判断して、所定の報知動作を
    行うステップと、をさらに含むことを特徴とする請求項
    １４乃至１６のいずれかに記載のフォトセンサシステム
    の駆動制御方法。
18. 【請求項１８】 前記フォトセンサシステムの駆動制御
    方法は、画像読取感度設定のために、前記フォトセンサ
    アレイを構成する行ごとに設定される画像読取感度を順
    次変化させながら前記被写体の画像を読み取る感度調整
    用読み取り動作時に実行されることを特徴とする請求項
    １４乃至１７のいずれかに記載のフォトセンサシステム
    の駆動制御方法。
19. 【請求項１９】 前記フォトセンサシステムの駆動制御
    方法は、前記被写体の正規の画像読み取り動作時に実行
    されることを特徴とする請求項１４乃至１７のいずれか
    に記載のフォトセンサシステムの駆動制御方法。