JP2004289264A - 画像読取装置及びその駆動調整方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】センサパネルごとのフォトセンサの出力特性のバラツキや被写体の固有の特性に関わらず、良好なコントラストで被写体画像を読み取ることができる画像読取装置及びその駆動調整方法を提供する。
【解決手段】画像読取装置は、フォトセンサアレイ１００と、トップゲートドライバ１１０と、ボトムゲートドライバ１２０と、ドレインドライバ１３０に加え、ドレインドライバ１３０を介して読み出された検出信号を階調データに変換するＡ／Ｄコンバータ１４０と、被写体画像の読み取り動作制御や画像データの生成制御を行うとともに、被写体に対して感度調整用読取動作を実行して、Ａ／Ｄコンバータ１４０におけるアナログ−デジタル変換処理に用いるハイレベル側及びローレベル側の基準電圧を最適値に調整制御する機能を備えたコントローラ１５０と、を備えている。
【選択図】 図５
【解決手段】画像読取装置は、フォトセンサアレイ１００と、トップゲートドライバ１１０と、ボトムゲートドライバ１２０と、ドレインドライバ１３０に加え、ドレインドライバ１３０を介して読み出された検出信号を階調データに変換するＡ／Ｄコンバータ１４０と、被写体画像の読み取り動作制御や画像データの生成制御を行うとともに、被写体に対して感度調整用読取動作を実行して、Ａ／Ｄコンバータ１４０におけるアナログ−デジタル変換処理に用いるハイレベル側及びローレベル側の基準電圧を最適値に調整制御する機能を備えたコントローラ１５０と、を備えている。
【選択図】 図５
Description
【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調整方法に関し、特に、画像読取用のセンサから出力されるアナログ信号をデジタル変換し、該デジタル信号に基づいて所望の被写体の画像情報を取得する画像読取装置、及び、該画像読取装置における最適な読取感度及び駆動電圧の調整方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、印刷物や写真、指紋等の被写体画像を読み取る画像読取装置として、例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）等の光電変換素子（フォトセンサ）をライン状又は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に対して、照射光を照射し、その反射光を各フォトセンサにより読み取り電気信号に変換することにより、被写体画像を読み取る構造が知られている。
【０００３】
ここで、ＣＣＤは、周知の通り、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り、デジタルビデオカメラや複写機等、様々な撮像装置や画像読取装置に適用されている。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、各フォトセンサごとに個別に設ける必要があるため、検出精度の向上等に伴って検出画素数を増大させると、システムの構成が大型化するという問題を有している。
【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、例えば、特許文献１等に記載されているように、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」と記す）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。ダブルゲート型フォトセンサの具体的な構成や制御方法については詳しく後述することとする。
【０００５】
なお、特許文献１には、上記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適用した画像読取装置（フォトセンサシステム）において、正規の画像読取動作に先立って、読取感度を段階的に変化させて被写体画像を読み込み、各読取感度ごとの明度データのデータ範囲（最大値と最小値の差分）を算出し、これらのデータ範囲のうち、最も大きいデータ範囲を示す読取感度（ダブルゲート型フォトセンサの光蓄積期間）を求めることにより、良好なコントラストを有する画像データを取得することができる感度調整方法が記載されている。
【０００６】
ところで、上述したようなＣＣＤやダブルゲート型フォトセンサからなるフォトセンサアレイを適用した画像読取装置においては、特許文献１等にも記載されているように、一般に、フォトセンサから出力される検出信号（アナログ信号）をアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換処理して、デジタル信号からなる階調データに変換し、この階調データに基づいて被写体画像を生成する信号処理が行われている。
【０００７】
ここで、検出信号のアナログ−デジタル変換処理においては、ハイレベル（例えば、黒画像パターン読取時）及びローレベル（例えば、白画像パターン読取時）を規定する基準電圧を設定し、該基準電圧に基づく電圧範囲を階調数で分割し、上記検出信号のアナログ電圧を各階調電圧に対応させることにより、デジタル値に変換する手法が採用されている。そして、従来技術においては、上記ハイレベルを規定する基準電圧として例えば５Ｖ、ローレベルの場合では０Ｖとなるように、固定された一定電圧に設定されていた。
【０００８】
【特許文献１】
特許第３１１６９５０号公報 （第７頁〜第８頁、図３〜図５）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来における、アナログ−デジタル変換処理に用いる基準電圧を固定的に設定した構成においては、センサパネルごとの製造バラツキ等によりフォトセンサの出力特性（出力電圧）にバラツキが生じた場合、被写体画像のコントラストに対応した階調が表現されないという問題を有していた。
【００１０】
具体的には、例えば、上述したように黒画像パターンとして５Ｖの検出電圧が得られ、白画像パターンとして０Ｖの検出電圧が得られる場合に対応してＡ／Ｄ変換器の基準電圧が設定されているにもかかわらず、フォトセンサの出力特性のバラツキにより、黒画像パターンの読取時に４Ｖ、白画像パターンの読取時に１Ｖの検出電圧しか得られない場合（すなわち、電圧幅３Ｖ）には、予めアナログ−デジタル変換処理に設定された基準電圧の電圧範囲（５Ｖ）を適用すると、階調データの階調数が少なくなってしまい、該階調データではコントラストの幅が狭くなって、充分な階調表現を実現することができないという問題を有していた。
【００１１】
また、従来、画像読取装置に明確な白黒の画像パターンを有する基準試料を備えて、基準電圧の設定を、この基準試料の読取結果に基づいて行うようにする構成が知られているが、本願発明者らがこのような基準試料に基づくフォトセンサの検出信号（検出電圧）と、正規の画像読取動作の対象となる実際の被写体を用いた場合の検出信号について鋭意検討したところ、白黒の画像パターン（すなわち、明暗パターン）が明確ではない特定の被写体においては、その固有の性質や読取条件、周辺環境等により上記検出信号の電圧幅が大きく変化することが判明した。具体的には、例えば、フォトセンサを指紋読取装置等に適用した場合、被写体となる指紋の個人差や気温、湿度等の外的環境に起因して、比較的高い頻度で画像パターンが不鮮明になることが観測された。
【００１２】
このような被写体においては、基準試料を用いた場合に比較して画像パターンのコントラストの幅（明暗の差）が小さくなり、フォトセンサの検出信号の電圧差が狭くなるため、上述したような基準試料を用いたＡ／Ｄコンバータの出力のピーク値に基づいて、アナログ−デジタル変換処理の基準電圧を設定した場合、上述したような基準電圧を予め固定的に設定した構成と同様に、階調データの階調数が少なくなり、充分な階調表現を実現することができなくなるという問題を有している。
【００１３】
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑み、センサパネルごとのフォトセンサの出力特性のバラツキや被写体の固有の特性に関わらず、良好なコントラストで被写体画像を読み取ることができる画像読取装置及びその駆動調整方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の画像読取装置は、複数のフォトセンサが配列されたフォトセンサアレイを備え、前記フォトセンサの各々から出力される検出信号を、アナログ−デジタル変換処理することにより得られる階調データに基づいて、所望の被写体の画像情報を取得する画像読取装置において、少なくとも、前記フォトセンサアレイにより前記所望の被写体を読み取ることにより得られる前記階調データに対応する電圧に基づいて、前記アナログ−デジタル変換処理において前記階調データを規定する基準電圧を設定する基準電圧設定手段と、前記フォトセンサアレイにより得られる前記階調データに対応する電圧に基づいて、前記所望の被写体を読み取る際に前記フォトセンサを駆動するために印加される駆動制御信号の電圧を設定する駆動制御電圧設定手段と、の何れか一方を備えることを特徴とする。
【００１５】
請求項２記載の画像読取装置は、請求項１記載の画像読取装置において、前記画像読取装置における前記基準電圧設定手段は、少なくとも、前記フォトセンサアレイにより前記所望の被写体を読み取る正規の画像読取動作に先立って、前記フォトセンサアレイの画像読取感度を複数段階に変化させて、前記被写体を読み取る感度調整用読取動作を実行制御する感度調整制御手段を有することを特徴とする。
【００１６】
請求項３記載の画像読取装置は、請求項１記載の画像読取装置において、前記画像読取装置における前記基準電圧設定手段は、更に、前記感度調整用読取動作により得られた前記階調データから、前記画像読取感度ごとに、前記階調データの最大値及び最小値を抽出する測定量比較手段と、前記画像読取感度ごとに抽出された前記階調データの最大値及び最小値に基づいて、前記階調データのデータ範囲を算出するデータ範囲算出手段と、前記データ範囲の前記画像読取感度ごとの変化に基づいて、最適画像読取感度を導出する最適画像読取感度抽出手段と、前記最適画像読取感度における前記階調データの最大値及び最小値に対応する電圧を、前記アナログ−デジタル変換処理において前記階調データを規定する基準電圧に設定する手段と、を有することを特徴とする。
【００１７】
請求項４記載の画像読取装置は、請求項２又は３記載の画像読取装置において、前記感度調整制御手段は、前記被写体の読取領域単位ごとに、前記フォトセンサアレイの前記画像読取感度を段階的に異なるように設定することを特徴とする。
請求項５記載の画像読取装置は、請求項２又は３記載の画像読取装置において、前記感度調整制御手段は、前記フォトセンサアレイを構成する前記フォトセンサの受光時間を調整することにより、前記画像読取感度を段階的に異なるように設定することを特徴とする。
【００１８】
請求項６記載の画像読取装置は、請求項１乃至５のいずれかに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、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、前記第１のゲート電極の上方に形成され、前記被写体が載置される被写体検知面と、を有し、前記第１のゲート電極にリセットパルスを印加して前記読取画素を初期化し、前記ドレイン電極にプリチャージパルスを印加した後、前記第２のゲート電極に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入射した光の量に応じた電荷を蓄積し、該電荷量に対応する電圧を前記検出信号として出力することを特徴とする。
【００１９】
請求項７記載の画像読取装置は、請求項６記載の画像読取装置において、前記画像読取感度は、前記フォトセンサに設定される前記電荷蓄積期間であることを特徴とする。
請求項８記載の画像読取装置は、請求項３記載の画像読取装置において、前記調整用読取動作により得られた前記階調データから、前記画像読取感度ごとに、少なくとも、前記階調データの最大値又は最小値を抽出して除外する特定データ除去動作を実行する特定データ除去手段をさらに有し、前記測定量比較手段は、前記特定データ除去動作により前記最大値又は最小値が除外された前記階調データから、前記画像読取感度ごとに、前記階調データの最大値及び最小値を抽出することを特徴とする。
【００２０】
請求項９記載の画像読取装置は、請求項１記載の画像読取装置において、前記画像読取装置における前記駆動制御電圧設定手段は、少なくとも、前記フォトセンサアレイにより前記所望の被写体を読み取る正規の画像読取動作に先立って、前記フォトセンサアレイに印加される駆動制御信号の電圧を複数段階に変化させて、前記所定の被写体を読み取る電圧調整用読取動作を実行制御する電圧調整制御手段を有することを特徴とする。
【００２１】
請求項１０記載の画像読取装置は、請求項９記載の画像読取装置において、前記画像読取装置における前記駆動制御電圧設定手段は、更に、前記電圧調整用読取動作により得られた前記階調データから、前記アナログ−デジタル変換処理における前記基準電圧に近似する電圧値を有する前記階調データを抽出する階調データ抽出手段と、前記抽出された前記階調データから前記基準電圧に最も近似する電圧値を有する前記階調データを抽出し、該抽出された階調データに対応する電圧を、前記駆動制御信号の電圧に設定する制御電圧設定手段と、を有することを特徴とする。
【００２２】
請求項１１記載の画像読取装置は、請求項９乃至１０のいずれかに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、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、前記第１のゲート電極の上方に形成され、前記被写体が載置される被写体検知面と、を有し、前記第１のゲート電極にリセットパルスを印加して前記読取画素を初期化し、前記ドレイン電極にプリチャージパルスを印加した後、前記第２のゲート電極に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入射した光の量に応じた電荷を蓄積し、該電荷量に対応する電圧を前記検出信号として出力することを特徴とする。
【００２３】
請求項１２記載の画像読取装置は、請求項１１記載の画像読取装置において、前記駆動制御信号は、前記フォトセンサのソース電極及びプリチャージ電極に印加されるソース電圧及びプリチャージ電圧であることを特徴とする。
請求項１３記載の画像読取装置は、請求項１２記載の画像読取装置において、前記駆動制御電圧設定手段は、前記プリチャージ電圧を段階的に異なるように設定して、前記電圧調整用読取動作を実行することにより、黒画像パターンに対応した前記階調データを得ることを特徴とする。
【００２４】
請求項１４記載の画像読取装置は、請求項１２記載の画像読取装置において、前記駆動制御電圧設定手段は、前記ソース電圧を段階的に異なるように設定して、前記電圧調整用読取動作を実行することにより、白画像パターンに対応した前記階調データを得ることを特徴とする。
請求項１５記載の画像読取装置は、請求項１３又は１４記載の画像読取装置において、前記駆動制御電圧設定手段は、前記フォトセンサアレイを暗状態に設定して、前記黒画像パターンに対応した前記階調データを得る前記電圧調整用読取動作を実行し、前記フォトセンサアレイを明状態に設定して、前記白画像パターンに対応した前記階調データを得る前記電圧調整用読取動作を実行することを特徴とする。
【００２５】
請求項１６記載の画像読取装置は、請求項１０乃至１５のいずれかに記載の画像読取装置において、前記駆動制御電圧設定手段は、前記階調データ抽出手段により抽出された前記階調データから、前記基準電圧に近似する電圧値を有する前記階調データが抽出されない場合に、前記基準電圧を可変設定することを特徴とする。
【００２６】
請求項１７記載の画像読取装置の駆動調整方法は、複数のフォトセンサが配列されたフォトセンサアレイを備え、前記フォトセンサの各々から出力される検出信号を、アナログ−デジタル変換処理することにより得られる階調データに基づいて、所望の被写体の画像情報を取得する画像読取装置の駆動調整方法において、少なくとも、前記フォトセンサアレイにより前記所望の被写体を読み取る正規の画像読取動作に先立って、前記フォトセンサアレイの画像読取感度を複数段階に変化させて、前記被写体を読み取る感度調整用読取動作を実行制御する手順と、前記感度調整用読取動作により得られた前記階調データから、前記画像読取感度ごとに、前記階調データの最大値及び最小値を抽出する手順と、前記画像読取感度ごとに抽出された前記階調データの最大値及び最小値に基づいて、前記階調データのデータ範囲を算出する手順と、前記データ範囲の前記画像読取感度ごとの変化に基づいて最適画像読取感度を導出する手順と、前記最適画像読取感度における前記階調データの最大値及び最小値に対応する電圧を、前記アナログ−デジタル変換処理において前記階調データを規定する基準電圧に設定する手順と、を含むことを特徴とする。
【００２７】
請求項１８記載の画像読取装置の駆動調整方法は、請求項１７記載の画像読取装置の駆動調整方法において、前記感度調整用読取動作は、前記被写体の読取領域単位ごとに、前記フォトセンサアレイを構成する前記フォトセンサの受光時間を調整することにより、前記画像読取感度を段階的に異なるように設定することを特徴とする。
請求項１９記載の画像読取装置の駆動調整方法は、請求項１７又は１８記載の画像読取装置の駆動調整方法において、前記感度調整用読取動作により得られた前記階調データから、前記画像読取感度ごとに、少なくとも、前記階調データの最大値又は最小値を抽出して除外する特定データ除去動作を実行する手順を含むことを特徴とする。
【００２８】
請求項２０記載の画像読取装置の駆動調整方法は、複数のフォトセンサが配列されたフォトセンサアレイを備え、前記フォトセンサの各々から出力される検出信号を、アナログ−デジタル変換処理することにより得られる階調データに基づいて、所望の被写体の画像情報を取得する画像読取装置において、少なくとも、前記フォトセンサアレイにより前記所望の被写体を読み取る正規の画像読取動作に先立って、前記フォトセンサアレイに印加される駆動制御信号の電圧を複数段階に変化させて、前記被写体を読み取る電圧調整用読取動作を実行制御する手順と、前記電圧調整用読取動作により得られた前記階調データから、前記アナログ−デジタル変換処理における前記階調データを規定する基準電圧に近似する電圧値を有する前記階調データを抽出する手順と、前記抽出された前記階調データから前記基準電圧に最も近似する電圧値を有する前記階調データを抽出し、該抽出された階調データに対応する電圧を、前記所望の被写体を読み取る際に、前記フォトセンサを駆動するために印加される駆動制御信号の電圧に設定する手順と、を含むことを特徴とする。
【００２９】
請求項２１記載の画像読取装置の駆動調整方法は、請求項２０記載の画像読取装置の駆動調整方法において、前記調整用読取動作は、前記被写体の読取領域単位ごとに、前記フォトセンサを駆動するために印加される前記駆動制御信号の電圧を調整することにより、前記画像読取感度を段階的に異なるように設定することを特徴とする。
【００３０】
請求項２２記載の画像読取装置の駆動調整方法は、請求項２０記載の画像読取装置の駆動調整方法において、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、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、前記第１のゲート電極の上方に形成され、前記被写体が載置される被写体検知面と、を備え、前記第１のゲート電極にリセットパルスを印加して前記読取画素を初期化し、前記ドレイン電極にプリチャージパルスを印加した後、前記第２のゲート電極に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入射した光の量に応じた電荷を蓄積し、該電荷量に対応する電圧を前記検出信号として出力する構成を有し、前記電圧調整用読取動作は、前記プリチャージ電圧を段階的に異なるように設定することにより、黒画像パターンに対応した前記階調データを取得し、前記ソース電圧を段階的に異なるように設定することにより、白画像パターンに対応した前記階調データを取得することを特徴とする。
【００３１】
請求項２３記載の画像読取装置の駆動調整方法は、請求項２１記載の画像読取装置の駆動調整方法において、前記電圧調整用読取動作は、前記フォトセンサアレイを暗状態に設定することにより、前記黒画像パターンに対応した前記階調データを取得し、前記フォトセンサアレイを明状態に設定することにより、前記白画像パターンに対応した前記階調データを取得することを特徴とする。
【００３２】
請求項２４記載の画像読取装置の駆動調整方法は、請求項２０乃至２２のいずれかに記載の画像読取装置の駆動調整方法において、前記抽出された前記階調データから前記基準電圧に最も近似する電圧値を有する前記階調データを抽出する手順において、前記基準電圧に近似する電圧値を有する前記階調データが抽出されない場合に、前記基準電圧を可変設定して、前記一連の手順を再度実行することを特徴とする。
【００３３】
すなわち、本発明に係る画像読取装置及びその駆動調整方法においては、被写体を読み取る正規の画像読取動作に先立つ任意のタイミングで、該画像読取動作の対象となる被写体を用い、該被写体の読取領域単位ごと（例えば、１行ごと）にフォトセンサアレイの読取感度（フォトセンサの受光感度；電荷蓄積期間）が段階的に変化するように設定して、画像パターンを読み取る感度調整用読取動作を行い、階調データのデータ範囲（ダイナミックレンジ）が最大となる読取感度を抽出し、当該読取感度における階調データの最大値及び最小値に対応する階調電圧を、アナログ−デジタル変換処理（Ａ／Ｄコンバータ）における基準電圧に設定する基準電圧設定動作を行うように構成されている。
【００３４】
これにより、当該被写体固有の読取感度ごとのコントラスト（明暗差）の傾向、すなわち、被写体の画像パターンの特性（より詳しくは、被写体の固有の性質や読取条件、周辺環境等）やダブルゲート型フォトセンサの出力特性を把握し、これらに対応した最適なコントラストを有する読取感度に基づいて、Ａ／Ｄコンバータの基準電圧を設定することができるので、被写体の画像パターンが鮮明でない場合や、製造バラツキや画像読取装置の経時変化により、フォトセンサアレイの出力特性にバラツキが生じていた場合であっても、当該被写体画像を良好な階調数の階調データとして読み取ることができ、階調表現が良好な画像情報を生成することができる。
【００３５】
ここで、上記感度調整用読取動作により得られる各読取感度ごとの階調データから、少なくとも、輝点欠陥等の異常画素や異物の付着等に起因する階調データを除去する特定階調データ除去動作を行い、その後の階調データにより得られる読取感度ごとのコントラストの傾向に基づいて、上記Ａ／Ｄコンバータの基準電圧を設定する基準電圧設定動作を行うようにしてもよい。
これにより、フォトセンサアレイから出力される検出信号に異常値が含まれている場合であっても、被写体の特性等に応じた良好なコントラストを有する画像情報を得ることができる。
【００３６】
また、本発明に係る画像読取装置及びその駆動調整方法においては、被写体を読み取る正規の画像読取動作に先立つ任意のタイミングで、アナログ−デジタル変換処理（Ａ／Ｄコンバータ）における基準電圧を固定的に設定し、かつ、暗状態及び明状態の各感度調整条件で、読取領域単位ごと（例えば、１行ごと）にフォトセンサに印加されるプリチャージ電圧及びソース電圧を段階的に変化させるように設定して、画像パターンを読み取る電圧調整用読取動作を行い、上記基準電圧に近似する電圧値を有する階調データを抽出し、当該階調データが得られるプリチャージ電圧及びソース電圧を、正規の画像読取動作を実行する際のプリチャージ電圧及びソース電圧として設定する制御電圧設定動作を行うように構成されている。
【００３７】
これにより、上記電圧調整用読取動作に基づいて判明した、暗状態（黒画像パターン読取時）及び明状態（白画像パターン読取時）におけるダブルゲート型フォトセンサの出力特性に対応した最適なコントラストに基づいて、フォトセンサアレイ（ダブルゲート型フォトセンサ）に印加されるプリチャージ電圧及びソース電圧を設定することができるので、製造バラツキや画像読取装置の経時変化により、フォトセンサアレイの出力特性にバラツキが生じていた場合であっても、所望の被写体画像を良好な階調数の階調データとして読み取ることができ、階調表現が良好な画像情報を生成することができる。
【００３８】
【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調整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して良好なフォトセンサの構成について説明する。なお、本発明に係る画像読取装置においては、以下に示すダブルゲート型フォトセンサを適用したフォトセンサアレイに限定されるものではなく、上述したＣＣＤ等の周知のフォトセンサを良好に適用することができる。
【００３９】
＜ダブルゲート型フォトセンサ＞
図１は、本発明に係る画像読取装置に適用可能な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）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、概略、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（チャネル領域）１１と、半導体層１１の両端に、各々ｎ＋シリコンからなる不純物層１７、１８を介して形成され、クロム、クロム合金、アルミ、アルミ合金等から選択された導電性材料からなり、可視光に対して不透明なドレイン電極１２及びソース電極１３と、半導体層１１の上方（図面上方）にブロック絶縁膜１４及び上部（トップ）ゲート絶縁膜１５を介して形成された酸化スズ膜やＩＴＯ膜（インジウム−スズ酸化膜）等の透明電極層からなり、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た導電性材料からなり、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、図１（ａ）に示すように、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】
なお、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を構成する絶縁膜、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ていることにより、図面下方に設けられた光源（図示を省略）からの照射光を図面上方に透過させるとともに、保護絶縁膜２０の上方に設けられた検知面（被写体検知面）ＤＴＣに載置された被写体に反射して、図面上方からダブルゲート型フォトセンサ１０（詳しくは、半導体層１１）に入射する光のみを検知する構造を有している。
【００４１】
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に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に電気的に接続されたボトムゲート端子、Ｓはソース電極１３に電気的に接続されたソース端子、Ｄはドレイン電極１２に電気的に接続されたドレイン端子である。
【００４２】
＜フォトセンサシステム＞
図２は、上述したダブルゲート型フォトセンサを上記絶縁性基板上に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。なお、ここでは、複数のダブルゲート型フォトセンサを２次元配列（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示して説明するが、複数のダブルゲート型フォトセンサを、例えば、Ｘ方向に１次元配列してラインセンサアレイを構成し、該ラインセンサアレイをＸ方向に直交するＹ方向に移動させて２次元領域を走査（スキャン）するものであってもよい。
【００４３】
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（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ＴＧ（トップゲート電極２１）を行方向に接続して伸延するトップゲートライン１０１と、各ダブルゲート型フォトセンサ１０のボトムゲート端子ＢＧ（ボトムゲート電極２２）を行方向に接続して伸延する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）を列方向に接続して伸延するドレインライン（データライン）１０３と、ソース端子Ｓ（ソース電極１３）を接地電位に共通に接続するソースライン（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、コラムスイッチ１３１、プリチャージスイッチ１３２、出力アンプ１３３等を備えてなるドレインドライバ１３０と、を有して構成されている。
【００４４】
なお、図２において、φｔｇは、リセット電圧（リセットパルス）及びキャリヤ蓄積電圧のいずれかとして選択的に出力される信号φＴ１、φＴ２、…φＴｉ、…φＴｎを生成するための制御信号であり、φｂｇは、読み出し電圧（読み出しパルス）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信号φＢ１、φＢ２、…φＢｉ、…φＢｎを生成するための制御信号、φｐｇは、プリチャージ電圧（プリチャージパルス）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。
【００４５】
＜フォトセンサシステムの駆動制御動作＞
図３は、上述したフォトセンサシステムにおける基本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は、上述したようなフォトセンサシステムを画像読取装置（指紋読取装置）に適用した場合の要部断面図である。なお、図４においては、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の一部を省略する。
【００４６】
図３に示すように、まず、リセット動作（初期化動作）においては、トップゲートドライバ１１０によりトップゲートライン１０１を介して、ｉ行目（ｉは任意の自然数；ｉ＝１、２、・・・ｎ）のダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート端子ＴＧにリセットパルス（例えば、Ｖｔｇ＝＋１５Ｖのハイレベル）φＴｉ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）。
【００４７】
次いで、電荷蓄積動作（キャリヤ蓄積動作）においては、トップゲートドライバ１１０によりトップゲート端子ＴＧにローレベル（例えば、Ｖｔｇ＝−１５Ｖ）のバイアス電圧φＴｉ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、図４に示すように、図１に示したダブルゲート型フォトセンサ１０が形成された透明な絶縁性基板１９下方に設けられたバックライト（光源）ＢＬから、検知面ＤＴＣに載置された被写体（例えば、指）ＦＧに対して照射光Ｌａが照射され、その反射光Ｌｂが透明電極層からなるトップゲート電極２１を通過して半導体層１１に入射する。
【００４８】
ここで、被写体ＦＧとして、例えば、指を載置した場合について詳しく説明すると、バックライトＢＬから放射された照射光Ｌａは、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２２、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を透過して被写体ＦＧに照射される。被写体ＦＧに照射された照射光Ｌａは、検知面ＤＴＣと被写体ＦＧが密着する領域（被写体接触部；ここでは、指紋ＦＰの凸部ＦＰａ）においては、皮膚表層ＦＧｓ内を散乱、反射しながら伝搬して、その光Ｌｂの一部が、透明な絶縁膜２０、１５、１４及びトップゲート電極２１を透過して各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。
【００４９】
一方、検知面ＤＴＣと被写体ＦＧが密着しない領域（被写体非接触部；ここでは、指紋ＦＰの凹部ＦＰｂ及び指の外縁部よりも外側の領域）においては、照射光Ｌａは、指紋検出面１３０ａと被写体間の空気層を通過し、被写体（指）ＦＧに到達して皮膚表層ＦＧｓ内で散乱するが、皮膚表層ＦＧｓ内の光Ｌｃは光学的に空気層に抜けにくいため、凹部ＦＰｂ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への入射が抑制される。
これにより、電荷蓄積期間Ｔａ中にトップゲート電極２１側から半導体層１１に入射した光量に応じて、半導体層１１の入射有効領域（キャリヤ発生領域）で電子−正孔対が生成され、半導体層１１とブロック絶縁膜１４との界面近傍（チャネル領域周辺）に正孔が蓄積される。
【００５０】
また、プリチャージ動作においては、上記電荷蓄積期間Ｔａに並行する特定のタイミングで、ドレインドライバ１３０によりプリチャージ信号φｐｇに基づいてドレインライン１０３を介して、ドレイン端子Ｄにプリチャージパルス（プリチャージ電圧）Ｖｐｇを印加することにより、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）。
【００５１】
そして、読み出し動作においては、上記プリチャージ期間Ｔｐｒｃｈを経過した後、ボトムゲートドライバ１２０によりボトムゲートライン１０２を介して、ボトムゲート端子ＢＧにハイレベル（例えば、Ｖｂｇ＝＋１０Ｖ）の読み出しパルスφＢｉを印加することにより、電荷蓄積期間Ｔａにチャネル領域に蓄積されたキャリヤ（正孔）に応じたドレイン電圧ＶＤがドレインドライバ１３０（コラムスイッチ１３１）により読み出され、検出信号として出力される（読み出し期間Ｔｒｅａｄ）。
【００５２】
ここで、ドレイン電圧ＶＤの変化傾向は、電荷蓄積期間Ｔａに受光した光量に密接に関連し、電荷蓄積期間Ｔａに蓄積されたキャリヤが多い場合（明状態）には、ドレイン電圧ＶＤが急峻に低下する傾向を示し、一方、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ので、例えば、読み出し期間Ｔｒｅａｄの開始から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、ダブルゲート型フォトセンサ１１０に入射した光の量、すなわち、被写体の明暗パターンに対応した明度データを検出することができる。
【００５３】
すなわち、トップゲートドライバ２１０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φＴｉ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２２０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φＢｉを印加し、ドレインライン１０３を介してドレイン電圧をドレインドライバ２３０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Ｖｏｕｔとして出力することにより、選択読出機能が実現される。
【００５４】
そして、このような特定の行（ｉ行目）に対する一連の画像読取動作を１サイクルとして、上述したフォトセンサアレイ１００の各行（ｉ、ｉ＋１、・・・）に対して、同等の処理手順を繰り返すことにより、もしくは、該処理手順の一部を時間的にオーバーラップさせて（重ねて）、同時並行的に実行することにより、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を、被写体の２次元画像を明度データとして読み取る画像読取装置として動作させることができる。
【００５５】
＜画像読取装置の第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説明する。なお、本実施形態においては、上述したダブルゲート型フォトセンサの構成及び駆動制御方法を適宜参照するものとする。
図５は、本発明に係る画像読取装置の第１の実施形態を示すブロック図であり、図６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ブロック図である。なお、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、その説明を簡略化又は省略する。
【００５６】
図５に示すように、本実施形態に係る画像読取装置は、大別して、図２に示したフォトセンサシステムと同様の構成を有するフォトセンサアレイ１００と、トップゲートドライバ１１０と、ボトムゲートドライバ１２０と、ドレインドライバ１３０に加え、ドレインドライバ１３０を介して読み出されたアナログ信号からなる検出信号（ドレイン電圧）を、デジタル信号からなる階調データ（明度データ）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」と略記する）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生成制御、さらには、画像データの加工や照合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の制御を行うとともに、被写体に対して感度調整用読取動作を実行して、後述するＡ／Ｄコンバータ１４０におけるアナログ−デジタル変換処理に用いる基準電圧を最適値に調整制御する機能を備えたコントローラ１５０と、コントローラ１５０のワークエリアとして用いられ、取得した階調データや画像データ、フォトセンサアレイ１００における読取感度（受光感度）の設定等に関連する処理データ等を一時的に保存（記憶）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、フォトセンサアレイ１００の背面側にあって、フォトセンサアレイ１００上面の被写体検知面ＤＴＣ上に載置された被写体に対して、所定の輝度の照射光を照射するバックライトＢＬと、を有して構成されている。
【００５７】
ここで、本実施形態におけるコントローラ１５０は、例えば、図６に示すように、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１３２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との間でデータ等の書き込み／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１５３と、以下に示すような機能を備えたデータ比較器１５４、加算器１５５、データセレクタ１５６、感度設定レジスタ１５７及びバックライト発光制御部１５８を備えている。
【００５８】
なお、上記コントローラ１５０の構成において、デバイスコントローラ１５１、データコントローラ１５２、メインコントローラ１５３及び感度設定レジスタ１５７は、本発明に係る感度調整制御手段を構成する。また、データ比較器１５４は、本発明に係る測定量比較手段及び最適画像読取感度抽出手段を構成し、加算器１５５は、本発明に係るデータ範囲算出手段を構成する。すなわち、上記各手段及びデータセレクタ１５６を含んで構成されるコントローラ１５０は、本発明に係る基準電圧設定手段を構成する。
【００５９】
データ比較器１５４は、感度調整用読取動作において、フォトセンサアレイ１００を構成するダブルゲート型フォトセンサ１０の受光時間（すなわち、上述した電荷蓄積期間）を変化させつつ被写体画像を読み取り、Ａ／Ｄコンバータ１４０を介して取得した階調データ（明度データ）に基づいて、各受光時間における該階調データ相互の大小関係を比較して、飽和値を除く最大値及び最小値を抽出するとともに、加算器１５５により各受光時間ごとに算出されるダイナミックレンジ（階調データのデータ範囲）から最大値を抽出する。
【００６０】
加算器１５５は、データ比較器１５４により抽出された階調データの最大値及び最小値の差分から上記ダイナミックレンジを算出して、データセレクタ１５６へ出力する。
データセレクタ１５６は、Ａ／Ｄコンバータ１４０を介して入力された階調データ、及び、データ比較器１５４、さらには、加算器１５５を介して処理された階調データ（ダイナミックレンジ等）、並びに、処理済みデータ等を入力とし、これらのデータを必要に応じてＲＡＭ１６０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、データコントローラ１５２を介して外部機能部２００へ出力する動作等を切換制御する。
【００６１】
特に、データセレクタ１５６は、メインコントローラ１５３及びデータコントローラ１５２からの指令（制御信号）に基づいて、後述する感度調整用読取動作において、上記データ比較器１５４により抽出された階調データのダイナミックレンジが最大値となる読取感度（受光時間）における、当該階調データの最大値及び最小値に対応する電圧値をＲＡＭ１６０から読み出して、当該電圧値をＡ／Ｄコンバータ１４０の基準電圧（最大基準電圧、最小基準電圧）として供給、設定する。
【００６２】
また、感度設定レジスタ１５７は、少なくとも感度調整用読取動作において、データコントローラ１５２からの制御信号に基づいて、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１０の受光時間を、被写体画像の読取領域単位ごと（例えば、行ごと）に段階的に変化させるように、デバイスコントローラ１５１からトップゲートドライバ１１０、ボトムゲートドライバ１２０及びプリチャージスイッチ１３２に出力する制御信号φｔｇ、φｂｇ、φｐｇのタイミングを設定制御する。
また、バックライト発光制御部１５８は、感度調整用読取動作及び正規の被写体画像の読取動作において、バックライトＢＬを所定の輝度で発光させて、フォトセンサアレイ１００を介して、被写体に照射させる制御を行う。
【００６３】
これにより、コントローラ１５０は、トップゲートドライバ１１０、ボトムゲートドライバ１２０及びプリチャージスイッチ１３２に各制御信号φｔｇ、φｂｇ、φｐｇを出力して、図３に示したように、リセット期間及び読み出し期間に、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、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φＴｉ、読み出しパルスφＢｉ）を印加するとともに、プリチャージ期間に、プリチャージスイッチ１３２を介して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を印加する動作を制御する。
【００６４】
そして、コントローラ１５０には、電荷蓄積期間（受光時間）に、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ＶＤがコラムスイッチ１３１により検出信号として検出され、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、階調データとして入力される。コントローラ１５０は、この階調データに基づいて被写体の画像データを生成して、例えば、ＲＡＭ１６０への書き込みや読み出し、あるいは、外部機能部２００への出力を実行する。なお、外部機能部２００としては、任意の画像処理や画像表示を行うことができる機器であればよく、近年急速に普及し、高性能化が著しいパーソナルコンピュータ等を良好に適用することができる。
【００６５】
＜画像読取装置の駆動調整方法＞
次いで、上述したコントローラによる処理動作（Ａ／Ｄコンバータの基準電圧設定動作）について、図面を参照して説明する。
図７は、本実施形態に係る画像読取装置に適用されるコントローラにより実現される処理動作の一例を示すフローチャートである。ここでは、図５及び図６に示した画像読取装置の構成を適宜参照しながら説明する。
【００６６】
本実施形態に係るコントローラ１５０は、被写体に対する正規の画像読み取り動作に先立つ任意のタイミングで、以下に示すような感度調整用読取動作及び基準電圧設定動作を順次実行するように、上記画像読取装置（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、コントローラ１５０によって、例えば、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。
【００６７】
本実施形態に係るコントローラの処理動作は、具体的には、図７に示すように、まず、被写体の正規の読み取り動作に先立つ任意のタイミングで、メインコントローラ１５３により感度調整用読取動作が開始され、データコントローラ１５２を介して、感度設定レジスタ１５７に感度調整用読取動作のための読取感度が設定されて、フォトセンサアレイ１００の一面側に設けられた検知面ＤＴＣに載置された被写体の画像を読み取る動作を実行する（Ｓ１０１）。
【００６８】
ここで、感度設定レジスタ１５７に設定される読取感度（すなわち、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１０に設定される電荷蓄積期間）は、フォトセンサアレイ１００における読取領域単位ごと、例えば、一行ごと、あるいは、所定の複数行ごと、もしくは、上記被写体画像の１画面ごとに、段階的に順次異なるように設定され、上述した画像読取動作（図３参照）と同様に、各行ごとにダブルゲート型フォトセンサ１０を順次駆動することにより、単一の被写体を複数の異なる読取感度で読み取る感度調整用読取動作を実行する。なお、感度調整用読取動作の具体例については、詳しく後述する。
【００６９】
そして、このような感度調整用読取動作によりフォトセンサアレイ１００（ダブルゲート型フォトセンサ１０）から出力された検出信号（アナログ信号）は、アンプ１３３及びＡ／Ｄコンバータ１４０を介して、デジタル信号からなる階調データに変換されてコントローラに取り込まれ、例えば、直接データセレクタ１５６を介してＲＡＭ１６０に格納されるか、もしくは、一旦データ比較器１５４に入力される。
【００７０】
次いで、データコントローラ１５２によりデータセレクタ１５６を介して、上記ステップＳ１０１により得られた階調データのうち、各読取感度ごと（すなわち、各行ごと、あるいは、所定の複数行ごと、もしくは、上記被写体画像の１画面ごと）に各ダブルゲート型フォトセンサ１０から得られた階調データを抽出してデータ比較器１５４に読み込み（Ｓ１０２）、各読取感度ごとに階調データ相互の大小関係を比較して、最大となる階調データ（最も明るい階調に相当する）及び最小となる階調データ（最も暗い階調に相当する）を抽出する（Ｓ１０３）。
【００７１】
そして、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、各読取感度ごとに抽出された階調データの最大値と最小値の差分、すなわち、ダイナミックレンジ（データ範囲）を算出し、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（Ｓ１０４）。このようなダイナミックレンジの算出処理を各読取感度ごとに順次実行する。
【００７２】
次いで、ＲＡＭ１６０に格納された各読取感度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、データ比較器１５４に読み込み、読取感度に対するダイナミックレンジの変化傾向から、ダイナミックレンジが最大となる読取感度を抽出する（Ｓ１０５）。これにより、メインコントローラ１５３は、抽出された当該読取感度を、被写体の画像パターンに対応した良好なコントラストを得ることができる最適な読取感度であると判断する。
【００７３】
そして、データコントローラ１５２は、データセレクタ１５６を介して、該抽出された読取感度における階調データの最大値及び最小値をＲＡＭ１６０から読み出し（Ｓ１０６）、当該階調データの最大値及び最小値の各々に対応する階調電圧Ｖｄｈ、ＶｄｌをＡ／Ｄコンバータ１４０に出力し、アナログ−デジタル変換処理における階調データを規定するハイレベル側及びローレベル側の基準電圧に書き換え設定して（Ｓ１０７）、基準電圧設定動作を終了する。
【００７４】
＜感度調整用読取動作＞
次いで、上述したコントローラの処理動作に適用される感度調整用読取動作（ステップＳ１０１）について、図面を参照して具体的に説明する。
図８は、本実施形態に係る感度調整用読取動作において、対象となる領域及びその読取動作の具体例を示す概念図である。
【００７５】
本実施形態に適用される感度調整用読取動作は、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１２０、プリチャージスイッチ１３２に出力、設定される各制御信号及び読取感度（電荷蓄積期間）に基づいて、上述したフォトセンサアレイ１００の画像読取動作（図３参照）と同様に、検知面ＤＴＣに載置された被写体の画像を、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、フォトセンサアレイ１００の有効読取領域３０について、又は、図８（ｃ）に示すように、有効読取領域３０内に予め設定された検出エリア（所定の行範囲及び列範囲からなる領域）４０について読み取る動作を実行する。
【００７６】
ここで、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１０に設定される読取感度（すなわち、電荷蓄積期間）は、例えば、一行ごとに段階的に順次異なるように設定されるものであってもよいし、所定の複数行ごとに順次異なるように設定されるものであってもよいし、有効読取領域３０の全域や検出エリア４０内の全域のように、被写体画像の全域ごと（すなわち、一画面ごと）に、異なるように設定されるものであってもよい。
【００７７】
また、感度調整用読取動作におけるダブルゲート型フォトセンサ１０の具体的な駆動方法は、例えば、図８（ａ）に示すように、２５６行×１９６列の画素（すなわち、２５６×１９６個のダブルゲート型フォトセンサ）からなるフォトセンサアレイ１００において、１行目から２５６行目までの全ての行について順次読み取るものであってもよいし、図８（ｂ）に示すように、１０行目、２０行目、・・・１８０行目、１９０行目、・・・のように複数行おき（ここでは、１０行おき）に、順次読み取るものであってもよい。
【００７８】
また、ダブルゲート型フォトセンサ１０のさらに他の駆動方法としては、例えば、図８（ｃ）に示すように、有効読取領域３０のうち、６４行目〜１９１行目の行範囲及び６７列目〜１３０列目の列範囲に設定された検出エリア４０の全ての行について、順次読み取るものであってもよいし、図８（ｂ）に示した場合と同様に、例えば、検出エリア４０内の７０行目、８０行目、・・・１８０行目、１９０行目のように複数行おき（ここでは、１０行おき）に、順次読み取るものであってもよい。
【００７９】
そして、上述したような感度調整用読取動作においては、以下に示すような読取感度の設定方法を良好に適用することができる。
図９は、本実施形態に係る感度調整用読取動作に適用可能な読取感度（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１、図２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。
【００８０】
上述した図８に示したダブルゲート型フォトセンサ１０の駆動方法において、フォトセンサアレイ１００（有効読取領域３０）又は検出エリア４０の全行又は特定の行について、段階的に異なる読取感度を設定する手法としては、図９に示すように、まず、フォトセンサアレイ１００を構成するダブルゲート型フォトセンサ１０の各々に対して、一括して同時にリセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎを印加してリセット動作を実行し、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、…Ｔｎ− １、Ｔｎを一斉にスタートした後、各行ごとのダブルゲート型フォトセンサ１０に印加されるプリチャージ信号φｐｇ及び読み出しパルスφＢ１、φＢ２、…φＢｎを所定の時間間隔（遅れ時間Ｔｄｅｌａｙ）で段階的に変化させることにより、各行ごとのダブルゲート型フォトセンサ１０におけるプリチャージ動作及び読み出し動作のタイミングを順次異ならせて、各行ごとに設定される電荷蓄積期間Ｔ１、Ｔ２、…Ｔｎ− １、Ｔｎを上記時間間隔（Ｔｄｅｌａｙ）で相互に変化させるように制御する。
【００８１】
これにより、感度調整用読取動作において、読取動作を実行する各行ごと（上記図８に示したように全行であってもよいし、特定の行であってもよい）に異なる読取感度（すなわち、行数分の異なる読取感度）で読み取られた階調データを、１回（１画面分）の被写体画像の読取動作により取得することができる。
なお、本発明に係る画像読取装置に適用される読取感度（電荷蓄積期間）の設定方法は、上述した手法に限定されるものではなく、少なくとも、被写体画像を異なる読取感度で読み取り、各読取感度ごとに階調データを取得できるものであれば、例えば、単一の読取感度により被写体画像の一画面分を読み取った後、読取感度を変更して再度被写体画像を読み取る動作を複数回繰り返すようにしたものであってもよいし、さらに他の方法であってもよいことはいうまでもない。
【００８２】
＜駆動調整方法の具体例＞
次に、上述した画像読取装置及びその駆動調整方法（感度調整用読取動作及び基準電圧設定動作）の具体的な適用例について、図面を参照して説明する。
図１０は、本実施形態に係る画像読取装置の駆動調整方法の対象となる被写体（指）と検出エリアの関係、及び、被写体画像（指紋画像）の実験画像を示す図である。そして、図１１は、本実施形態に係る駆動調整方法（感度調整用読取動作）により得られた階調データ（明度データ）の変化の一例を示すグラフであり、図１２は、本実施形態に係る駆動調整方法（感度調整用読取動作）により得られた指紋画像の階調データに基づくダイナミックレンジの変化、及び、行番号とダイナミックレンジ、最大値及び最小値となる階調データの階調電圧との対応関係を示す図である。
【００８３】
まず、図１０（ａ）に示すように、正規の画像読取動作における被写体である指ＦＧを用い、少なくとも、２５６行×１９６列の画素（フォトセンサ）からなるフォトセンサアレイ１００の有効読取領域３０内に、被写体を載置、接触することにより全域が覆われる、予め設定された６４行目〜１９１行目の行範囲（１２８行）及び６７列目〜１３０列目の列範囲（６４列）からなる検出エリア４０に対して、各行ごとのフォトセンサ群に上述したように順次異なる電荷蓄積期間を設定して上記指ＦＧの画像パターンを読み取る感度調整用読取動作を実行することにより、図１０（ｂ）に示すように、一画面分の画像読取動作で各行ごとに読取感度が段階的に異なる指紋画像を得る。
【００８４】
このような指紋画像において、白として観測される階調データ（すなわち、明状態の基準値）と、黒として観測される階調データ（暗状態の基準値）との間を、例えば２５６階調に設定し、任意の行（読取感度）の各画素における階調データの変化を検証すると、電荷蓄積期間Ｔａが短く設定された行においては、図１１（ａ）〜（ｃ）に示すように、指紋画像全体が略暗状態として読み取られ、当該行における階調データの最大値と最小値の差分（ダイナミックレンジ）は、微小又は小さな数値となる。一方、電荷蓄積期間Ｔａが長く設定された行においては、指紋画像全体が略明状態として読み取られ、当該行における階調データの最大値と最小値の差分（ダイナミックレンジ）は、やはり微小又は小さな数値となる。
【００８５】
これに対して、図１１（ｄ）、（ｅ）に示すように、指紋画像のコントラスト（明暗差）が比較的明確な領域においては、上記階調データの最大値と最小値の差分（ダイナミックレンジ）は、大きな数値を示す。なお、図１１においては、検出エリア４０内の任意の行として、便宜的に８０行目、１０４行目、１２８行目、１５２行目及び１７６行目について、列ごとの階調データの変化傾向を示した。
【００８６】
したがって、各行ごと（読取感度ごと）に階調データの最大値と最小値を抽出して、その差分からダイナミックレンジを算出することにより、図１２（ａ）に示すように、行番号が小さい領域では略暗状態となり、また、行番号が大きい領域では略明状態となって、いずれもダイナミックレンジが小さく算出され、一方、暗状態と明状態の間の特定の行ＲＣａにおいて、ダイナミックレンジが最大値ＭＡ１を示す変化傾向が得られる。
【００８７】
ここで、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１０の出力特性のバラツキが、比較的狭くかつ均一である場合には、概略、図１２（ａ）に示したようなダイナミックレンジの変化傾向の誤差範囲に含まれるので、当該バラツキによる階調データへの影響は軽微となる。
これにより、ダイナミックレンジが最大となる行番号ＲＣａが特定され、図１２（ｂ）に示すように、当該行（例えば、ＲＣａ＝１７６行）における階調データの最大値（例えば、２５１）及び最小値（例えば、５８）を読み出して、当該階調データに対応する階調電圧Ｖｓｈ（１７６）、Ｖｓｌ（１７６）を、Ａ／Ｄコンバータにおけるハイレベル及びローレベルの基準電圧Ｖｄｈ、Ｖｄｌに設定する。
【００８８】
このように、本実施形態に係る画像読取装置及びその駆動調整方法においては、正規の画像読取動作に先立って、該画像読取動作の対象となる被写体を用いて、段階的に読取感度（電荷蓄積期間）を変化させて被写体画像を読み取る感度調整用読取動作を行い、当該被写体固有の読取感度ごとのコントラスト（明暗差）の傾向を事前に把握して、最適なコントラストを示す（階調データのダイナミックレンジが最大となる）読取感度を抽出し、当該読取感度における階調データの最大値及び最小値に対応する階調電圧を、フォトセンサから出力される検出信号（アナログ信号）から階調データ（デジタル信号）を生成するＡ／Ｄコンバータの、ハイレベル側及びローレベル側の基準電圧に設定する基準電圧設定動作を行うように構成されている。
【００８９】
これにより、上記調整用読取動作に基づいて判明した、被写体の画像パターン（より詳しくは、被写体の固有の性質や読取条件、周辺環境等）やダブルゲート型フォトセンサの出力特性に対応した最適なコントラストに基づいて、Ａ／Ｄコンバータの基準電圧を設定することができるので、被写体の画像パターンが鮮明でない場合や、製造バラツキや画像読取装置の経時変化により、フォトセンサアレイの出力特性にバラツキが生じていた場合であっても、当該被写体画像を良好な階調数の階調データとして読み取ることができ、階調表現が良好な画像情報を生成することができる。
【００９０】
＜駆動調整方法の他の具体例＞
次に、上述した画像読取装置及びその駆動調整方法（感度調整用読取動作及び基準電圧設定動作）の他の具体的な適用例について、図面を参照して説明する。ここでは、上述した具体例において、ダブルゲート型フォトセンサの出力特性の異常や、検知面上への異物の付着等による異常画素が存在する場合の駆動調整方法について説明する。
【００９１】
図１３は、本具体例における駆動調整方法の一例を示すフローチャートである。図１４は、異常画素が存在するフォトセンサアレイで感度調整用読取動作を行った場合の被写体画像（指紋画像）を示す実験画像であり、図１５は、本具体例において感度調整用読取動作により得られた階調データの変化の一例を示すグラフであり、図１６は、本具体例において感度調整用読取動作により得られた指紋画像の階調データに基づくダイナミックレンジの変化、及び、行番号とダイナミックレンジ、最大値及び最小値となる階調データの階調電圧との対応関係を示す図である。ここでは、図５及び図６に示した画像読取装置の構成を適宜参照しながら駆動調整方法を説明する。また、上述した駆動調整方法（図７参照）及び具体例（図１０乃至図１２参照）と同等の動作については、その説明を簡略化又は省略する。
【００９２】
まず、図１３に示すように、図１０（ａ）に示した場合と同様に、フォトセンサアレイ１００の有効読取領域３０内に予め設定された検出エリア４０に載置、接触された指ＦＧの画像パターン（指紋）を、各行ごとに読取感度（電荷蓄積期間）を異なるように設定して読み取る感度調整用読取動作を実行することにより、図１４に示すような指紋画像を得る（Ｓ２０１）。ここで、フォトセンサアレイ１００には、ダブルゲート型フォトセンサの出力特性の異常や、検知面上への異物の付着等に起因する異常画素が存在し、図１４に示すように、検出エリア４０内の指紋画像に異常に高い階調データを示す輝点欠陥ＩＬが発生しているものとする。
【００９３】
このような指紋画像において、図７に示した駆動調整方法と同様に、検出エリア４０内の各行について階調データの変化を検証すると、上記図１１（ａ）〜（ｅ）に示したように、各読取感度ごとに被写体の画像パターンに応じた階調データの数値変化が得られるとともに、それに加えて、例えば、図１５（ｂ）に示すように、図１４に示した輝点欠陥ＩＬの位置に対応する列番号Ｒｐ（例えば、１０４行目）に、異常に大きな数値を示す階調データが観測される。
【００９４】
この場合、上述した具体例と同様に、階調データの最大値と最小値を抽出して、その差分からダイナミックレンジを算出する処理（図７に示したステップＳ１０３、Ｓ１０４に相当）を行った場合、図１６（ａ）に示すように、行番号が小さい領域及び行番号が大きい領域では画像パターンの明暗差が小さくため、ダイナミックレンジが小さく算出され、その間の特定の行ＲＣａにおいて、ダイナミックレンジが最大値ＭＡ１を示す変化傾向が得られるとともに、上記輝点欠陥ＩＬの位置に対応する行ＲＣｂ（＝１０４行目）において、見かけ上、最大値ＭＡ１よりも大きな最大値ＭＡ２が出現する。
【００９５】
このようなダイナミックレンジの変化に対して、最大値を示す行（読取感度）を抽出し、その階調データの最大値及び最小値を読み出す処理（図７に示したステップＳ１０５、Ｓ１０６に相当）を実行すると、図１６（ｂ）に示すように、輝点欠陥ＩＬに起因する最大値ＭＡ２を示す１０４行目における階調データの最大値（例えば、２５５）及び最小値（例えば、０）が読み出されて、当該階調データに対応する階調電圧Ｖｓｈ（１０４）、Ｖｓｌ（１０４）が、Ａ／Ｄコンバータにおけるハイレベル及びローレベルの基準電圧Ｖｄｈ、Ｖｄｌとして設定される可能性がある。すなわち、誤った基準電圧Ｖｄｈ、Ｖｄｌが、最適なコントラストで被写体画像を読み取るための条件として設定される可能性がある。
【００９６】
そこで、本具体例においては、指紋画像に輝点欠陥ＩＬが発生した場合、例えば、各読取感度ごと（各行ごと）の階調データのうち、大きい方から１個又は複数個の階調データ（すなわち、少なくとも最大値を含む階調データ）を一義的に除去する特定階調データ除去動作（特定データ除去動作）を実行することにより、異常に大きな数値として観測された列番号Ｒｐの階調データが必然的に除去されることになる（Ｓ２０２、Ｓ２０３）。
【００９７】
本具体例に適用される特定階調データ除去動作は、具体的には、図６に示したコントローラ１５０において、まず、上記ステップＳ２０１により得られた階調データのうち、各読取感度ごとに得られた階調データが抽出されてデータ比較器１５４に読み込まれ、該階調データ相互の大小関係を比較し、所定の条件を満たす特定の階調データ、すなわち、最大値となる階調データ、もしくは、階調データの大きい順に複数個の階調データ群を抽出して除去する。ここで、少なくとも、上記特定の階調データを除外した残りの階調データは、一旦ＲＡＭ１６０等に格納される。したがって、データ比較器１５４は、本発明に係る特定データ除去手段を構成する。
そして、特定の階調データを除外した残りの階調データを、各読取感度ごとにデータ比較器１５４に再び読み込み、階調データ相互の大小関係を比較して、最大値及び最小値となる階調データを抽出して、その差分からダイナミックレンジを算出する（Ｓ２０４）。
【００９８】
ここで、本具体例に示したような特定階調データ除去動作（ステップＳ２０３）においては、図１５（ａ）、（ｃ）〜（ｅ）に示すように、輝点欠陥ＩＬが存在しない行においても、少なくとも階調データの最大値が除去されることになるが、図１６（ａ）の曲線に示すように、各行におけるダイナミックレンジは、行ＲＣａを頂点（最大値）として緩やかに小さくなる変化傾向に大きな変化は生じないので、ダイナミックレンジの本来の最大値ＭＡ１を示す行ＲＣａのごく近傍の行番号（例えば、１７５行目）を良好に特定して、図１６（ｃ）に示すように、当該行（１７５行）における階調データの最大値（例えば、２４９）及び最小値（例えば、６０）を読み出して、当該階調データに対応する階調電圧Ｖｓｈ（１７５）、Ｖｓｌ（１７５）を、Ａ／Ｄコンバータにおけるハイレベル及びローレベルの基準電圧Ｖｄｈ、Ｖｄｌに設定する（Ｓ２０７、Ｓ２０８）。
【００９９】
このように、本具体例に係る画像読取装置及びその駆動調整方法においては、正規の画像読取動作に先立って、被写体画像を読み取る感度調整用読取動作により得られる各読取感度ごとの階調データから、少なくとも、輝点欠陥等の異常画素に起因するものである可能性が比較的高い、最大値となる階調データを除去する特定階調データ除去動作を行い、その後の階調データにより得られる当該被写体固有の読取感度ごとのコントラスト（明暗差）の傾向に基づいて、最適なコントラストを示す読取感度における階調データの最大値及び最小値に対応する階調電圧を、Ａ／Ｄコンバータのハイレベル側及びローレベル側の基準電圧に設定する基準電圧設定動作を行うように構成されている。
【０１００】
これにより、フォトセンサアレイにある程度の個数の素子欠陥が存在している場合や、検知面にある程度汚れが付着している場合等であっても、被写体の特性等に応じた良好なコントラストの画像データを得ることができるようにＡ／Ｄコンバータの基準電圧を設定することができる。
なお、本具体例においては、特定階調データ除去動作として、各読取感度ごとの階調データから、少なくとも最大値を含む１または複数の階調データを一義的に除去する処理を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、異常値を示す特定の階調データを除去することができるものであれば、他の手法を用いるものであってもよい。
【０１０１】
＜画像読取装置の第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説明する。
図１７は、本発明に係る画像読取装置の第２の実施形態を示すブロック図である。また、図１８は、本実施形態に係る画像読取装置に適用されるフォトセンサシステムの一例を示す概略構成図であり、図１９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ブロック図である。なお、図２に示したフォトセンサシステム及び上述した第１の実施形態（図５）に示した画像読取装置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。
【０１０２】
上述した第１の実施形態においては、フォトセンサアレイ（ダブルゲート型フォトセンサ）から出力された検出信号をアナログ−デジタル変換するＡ／Ｄコンバータの基準電圧を、被写体の画像パターン（被写体の固有の性質や読取条件、周辺環境等）やダブルゲート型フォトセンサの出力特性のバラツキに対応させて、可変的に設定する構成及び方法について説明したが、本実施形態においては、Ａ／Ｄコンバータの基準電圧を固定した状態で、少なくともダブルゲート型フォトセンサの出力特性のバラツキに対応させて、画像読取動作に関連する駆動制御信号の信号電圧を可変的に設定する構成及び方法を有している。
【０１０３】
図１７、図１８に示すように、本実施形態に係る画像読取装置は、大別して、図２に示したフォトセンサシステム及び図４に示した画像読取装置と同様の構成を有するフォトセンサアレイ１００と、トップゲートドライバ１１０と、ボトムゲートドライバ１２０と、コラムスイッチ１３１及びアンプ１３３と、Ａ／Ｄコンバータ１４０と、ＲＡＭ１６０と、ＲＯＭ１７０と、バックライトＢＬ（図１７においては、図示の都合上、省略）と、を備え、さらに、上述したプリチャージスイッチを備えるとともに、ダブルゲート型フォトセンサに印加されるプリチャージ電圧Ｖｐｇを任意の電圧値に設定制御するプリチャージ電圧設定部１３４と、ダブルゲート型フォトセンサに印加されるソース電圧Ｖｓを任意の電圧値に設定制御するソース電圧設定部１３５と、フォトセンサアレイ１００による画像読取動作や、各種データのやり取り等を制御するとともに、所定の電圧条件で電圧調整用読取動作を実行して、上記プリチャージ電圧Ｖｐｇ及びソース電圧Ｖｓの電圧値を、ダブルゲート型フォトセンサの出力特性のバラツキに対応した最適値に調整制御する機能を備えたコントローラ１５０Ｂと、を有して構成されている。
【０１０４】
ここで、プリチャージ電圧設定部１３４は、例えば、図１８に示すように、フォトセンサアレイ１００に配設された各ドレインライン１０３に一端側が接続され、後述する電圧制御部１３４ｂに他端側が接続され、後述するコントローラ１５０Ｂから出力されるプリチャージパルスφｐｇに基づいて、オン／オフ状態が制御される複数のスイッチからなるプリチャージスイッチ群１３４ａと、コントローラ１５０Ｂから出力されるプリチャージ制御信号Ｓｐｇに基づいて、所定の電圧値を有するプリチャージ電圧Ｖｐｇを生成し、上記プリチャージスイッチ群１３４ａを介して、各ドレインインライン１０３に印加する電圧制御部１３４ｂと、を有して構成されている。そして、プリチャージ電圧設定部１３４は、後述する電圧調整用読取動作において、上記プリチャージ制御信号Ｓｐｇに基づく所定のタイミングで（所定の読取領域単位の動作期間ごとに）プリチャージ電圧Ｖｐｇを段階的に変化させる制御を実行する。
【０１０５】
ソース電圧設定部１３５は、後述する電圧調整用読取動作において、上記プリチャージ電圧設定部１３４によりプリチャージ電圧Ｖｐｇを段階的に変化させて、各ドレインインライン１０３に印加する動作期間（ハイレベル調整期間）とは、時間的に重ならない別の動作期間（ローレベル調整期間）で、コントローラ１５０Ｂから出力されるソース制御信号Ｓｓに基づく所定のタイミングで（所定の読取領域単位の動作期間ごとに）、フォトセンサアレイ１００に配設された各ソースライン１０４を介して、ダブルゲート型フォトセンサ１０のソース端子に印加するソース電圧Ｖｓを段階的に変化させる制御を実行する。
【０１０６】
Ａ／Ｄコンバータ１４０は、上述した第１の実施形態と同様に、ダブルゲート型フォトセンサ１０から出力されたアナログ信号からなる検出信号をデジタル信号からなる階調データに変換する機能を有するものであるが、本実施形態においては、アナログ−デジタル変換処理における階調データを規定するハイレベル側及びローレベル側の基準電圧は、予め所定の電圧値に固定的に設定されている。
【０１０７】
また、本実施形態に適用されるコントローラ１５０Ｂは、例えば、図１９に示すように、少なくとも、後述するプリチャージ電圧設定部１３４及びソース電圧設定部１３５における電圧設定動作を制御するデバイスコントローラ１５１と、上述した第１の実施形態（図６参照）と略同等の機能を有し、後述するような本実施形態特有の動作を実行するデータコントローラ１５２、メインコントローラ１５３、データ比較器１５４、データセレクタ１５６、感度設定レジスタ１５７と、を備えた構成を有している。
【０１０８】
なお、上記コントローラ１５０Ｂの構成において、デバイスコントローラ１５１、データコントローラ１５２及びメインコントローラ１５３及び感度設定レジスタ１５７は、本発明に係る電圧調整制御手段を構成する。また、データ比較器１５４は、本発明に係る階調データ抽出手段を構成し、データコントローラ１５２、メインコントローラ１５３及びデータセレクタ１５６は、本発明に係る制御電圧設定手段を構成する。すなわち、上記各手段を含んで構成されるコントローラ１５０Ｂは、本発明に係る駆動制御電圧設定手段を構成する。
【０１０９】
データ比較器１５４は、少なくとも、後述する電圧調整用読取動作において、フォトセンサアレイ１００を構成するダブルゲート型フォトセンサ１０に印加するプリチャージ電圧Ｖｐｇ又はソース電圧Ｖｓを変化させつつ読み取り、Ａ／Ｄコンバータ１４０を介して取得した階調データの電圧値（階調電圧）と、Ａ／Ｄコンバータ１４０に予め固定的に設定され、アナログ−デジタル変換処理における階調データを規定するハイレベル側（黒画像パターン読取時）及びローレベル側（白画像パターン読取時）の基準電圧とを比較して、飽和値を除く近似値を抽出する。
【０１１０】
データセレクタ１５６は、Ａ／Ｄコンバータ１４０を介して入力された階調データ、及び、データ比較器１５４を介して処理された階調データ、並びに、処理済みデータ等を入力とし、これらのデータを必要に応じてＲＡＭ１６０への書き込みや読み出し、あるいは、データ比較器１５４への再入力、データコントローラ１５２を介して外部機能部２００へ出力する動作等を切換制御する。
【０１１１】
特に、データセレクタ１５６は、メインコントローラ１５３及びデータコントローラ１５２からの指令（制御信号）に基づいて、後述する電圧調整用読取動作において、上記データ比較器１５４により抽出されたＡ／Ｄコンバータ１４０の基準電圧に近似する階調電圧に対応するプリチャージ電圧Ｖｐｇ又はソース電圧ＶｓをＲＡＭ１６０から読み出して、デバイスコントローラ１５１を介してプリチャージ電圧設定部１３４又はソース電圧設定部１３５に当該電圧値を設定する。
【０１１２】
また、感度設定レジスタ１５７は、少なくとも電圧調整用読取動作において、データコントローラ１５２からの制御信号に基づいて、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１０に印加するプリチャージ電圧Ｖｐｇ又はソース電圧Ｖｓを、被写体画像の読取領域単位ごと（例えば、行ごと）に段階的に変化させるように、デバイスコントローラ１５１からプリチャージ電圧設定部１３４及びソース電圧設定部１３５に出力する各制御信号Ｓｐｇ、Ｓｓを設定する。
【０１１３】
＜画像読取装置の駆動調整方法＞
次いで、上述したコントローラによる処理動作（プリチャージ電圧／ソース電圧の設定動作）について、図面を参照して説明する。
図２０は、本実施形態に係る駆動調整方法に適用される電圧調整用読取動作の一例（ハイレベル調整動作）を示すタイミングチャートであり、図２１は、本実施形態に係る駆動調整方法に適用される電圧調整用読取動作の他の例（ローレベル調整動作）を示すタイミングチャートである。ここでは、図１７乃至図１９に示した画像読取装置の構成を適宜参照しながら説明する。
【０１１４】
本実施形態に係るコントローラ１５０Ｂは、被写体に対する正規の画像読み取り動作に先立つ任意のタイミングで、以下に示すような電圧調整用読取動作及び制御電圧設定動作を順次実行するように、上記画像読取装置（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、じょうじゅつした第１の実施形態と同様に、コントローラ１５０Ｂによって、例えば、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。
【０１１５】
本実施形態に係るコントローラの処理動作は、具体的には、まず、被写体の正規の読み取り動作に先立つ、任意かつ独立したタイミングで、メインコントローラ１５３により電圧調整用読取動作が開始され、データコントローラ１５２を介して、感度設定レジスタ１５７に電圧調整用読取動作のための電圧条件が設定されて、所定の電圧条件下にあるフォトセンサアレイ１００で読取動作を実行する。
【０１１６】
ここで、感度設定レジスタ１５７に設定される電圧条件は、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１０に印加されるプリチャージ電圧Ｖｐｇ又はソース電圧Ｖｓであって、これらの電圧値が、フォトセンサアレイ１００における読取領域単位ごと、例えば、一行ごと、あるいは、所定の複数行ごと、もしくは、１画面ごとに、段階的に順次異なるように設定され、上述した画像読取動作（図３参照）と同様に、各行ごとにダブルゲート型フォトセンサ１０を順次駆動することにより、複数の異なる読取感度で読み取る電圧調整用読取動作を実行する。
【０１１７】
具体的には、黒画像パターンに対する電圧調整（すなわち、Ａ／Ｄコンバータ１４０により変換されたハイレベル側の階調データの適正化処理）を行う場合には、まず、フォトセンサアレイ１００の検知面ＤＴＣを暗状態に設定し、例えば、図２０に示すように、フォトセンサアレイ１００を構成するダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート端子ＴＧに対して、各行ごとにリセットパルスφＴｉを順次印加して初期化動作（リセット期間Ｔｒｓｔ）を実行した後、電荷蓄積期間Ｔａを開始する。ここで、リセット期間においては、デバイスコントローラ１５１からのプリチャージ制御信号Ｓｐｇに基づいて、プリチャージ電圧設定部１３４により、プリチャージ電圧Ｖｐｇが０Ｖになるように設定される。
【０１１８】
そして、予め設定された電荷蓄積期間Ｔａ中に、プリチャージパルスφｐｇに基づいて、各ダブルゲート型フォトセンサ１０のドレイン端子にプリチャージ電圧Ｖｐｇを印加してプリチャージ状態に設定する（プリチャージ期間Ｔｐｒｃｈ）。ここで、本実施形態においては、プリチャージ制御信号Ｓｐｇに基づいて、プリチャージ電圧設定部１３４により、少なくともプリチャージ期間を含む所定の期間、各行ごとのダブルゲート型フォトセンサ１０のドレイン端子に印加されるプリチャージ電圧Ｖｐｇの電圧値が、例えば、段階的が低くなるように設定する。
【０１１９】
その後、上記電荷蓄積期間Ｔａを経過した行のダブルゲート型フォトセンサ１０のボトムゲート端子ＢＧに読み出しパルスφＢｉを順次印加して、当該読出期間Ｔｒｅａｄ中におけるプリチャージ電圧Ｖｐｇの変化（暗状態であるため、実質的に変化なし）をコラムスイッチ１３１により検出し、アンプ１３３により所定の信号電圧に増幅して検出信号としてＡ／Ｄコンバータ１４０に出力する。なお、上記一連の電圧調整用読取動作においては、デバイスコントローラ１５１からのソース制御信号Ｓｓに基づいて、ソース電圧設定部１３５により、全てのダブルゲート型フォトセンサ１０のソース端子に印加されるソース電圧Ｖｓが一定の電圧、例えば、０Ｖになるように設定される。
【０１２０】
Ａ／Ｄコンバータ１４０は、予め設定された基準電圧に基づいて、上記検出信号をアナログ−デジタル変換して、階調データを生成し、コントローラ１５０Ｂに出力する。コントローラ１５０Ｂは、サンプリング制御信号ＳＭＰにより設定される所定のタイミングで上記階調データを取り込む。ここで、検出信号の信号電圧がハイレベル側の基準電圧よりも高い場合には、ハイレベル側の基準電圧と同一の電圧値を有する階調データが得られる。
【０１２１】
すなわち、プリチャージ電圧設定部１３４により設定されたプリチャージ電圧Ｖｐｇが、暗状態（黒表示パターン）を良好に読み取ることができない電圧値に設定されている場合（基準電圧により規定される電圧範囲を逸脱する電圧値に設定されている場合）には、Ａ／Ｄコンバータ１４０から出力される階調データは、ハイレベル側の基準電圧に対して飽和状態を示す。一方、プリチャージ電圧Ｖｐｇが、暗状態（黒表示パターン）を良好に読み取ることができる電圧値に設定されている場合（基準電圧により規定される電圧範囲内に設定されている場合）には、階調データは、ハイレベル側の基準電圧以下であって、かつ、該基準電圧に近似する階調電圧を有する。
【０１２２】
また、白画像パターンに対する電圧調整（すなわち、Ａ／Ｄコンバータ１４０により変換されたローレベル側の階調データの適正化処理）を行う場合には、まず、フォトセンサアレイ１００の検知面ＤＴＣを明状態に設定し、例えば、図２１に示すように、各行ごとのダブルゲート型フォトセンサ１０に対して、リセットパルスφＴｉを順次印加して初期化動作（リセット期間Ｔｒｓｔ）を実行した後、電荷蓄積期間Ｔａを開始する。ここで、リセット期間においては、デバイスコントローラ１５１からのプリチャージ制御信号Ｓｐｇに基づいて、ソース電圧設定部１３５により、ソース電圧Ｖｓが０Ｖになるように設定される。
【０１２３】
そして、予め設定された電荷蓄積期間Ｔａ中に、プリチャージパルスφｐｇに基づいて、各ダブルゲート型フォトセンサ１０にプリチャージ電圧Ｖｐｇを印加してプリチャージ状態に設定する（プリチャージ期間Ｔｐｒｃｈ）。ここで、本実施形態においては、デバイスコントローラ１５１からのプリチャージ制御信号Ｓｐｇに基づいて、プリチャージ電圧設定部１３４により、全てのダブルゲート型フォトセンサ１０に印加されるプリチャージ電圧Ｖｐｇが一定電圧に設定される。また、このとき、デバイスコントローラ１５１からのソース制御信号Ｓｓに基づいて、ソース電圧設定部１３５により、少なくともプリチャージ期間を含む所定の期間、各行ごとのダブルゲート型フォトセンサ１０のソース端子に印加されるソース電圧Ｖｓの電圧値が、例えば、段階的に低くなるように設定する。
【０１２４】
その後、上記電荷蓄積期間Ｔａを経過した行のダブルゲート型フォトセンサ１０に読み出しパルスφＢｉを順次印加して、当該読出期間Ｔｒｅａｄ中におけるプリチャージ電圧Ｖｐｇの変化（明状態であるため、大幅に低下）をコラムスイッチ１３１により検出し、アンプ１３３を介して検出信号としてＡ／Ｄコンバータ１４０に出力する。
【０１２５】
Ａ／Ｄコンバータ１４０は、予め設定された基準電圧に基づいて、上記検出信号をアナログ−デジタル変換して、階調データを生成し、コントローラ１５０Ｂに出力する。コントローラ１５０Ｂは、サンプリング制御信号ＳＭＰにより設定される所定のタイミングで上記階調データを取り込む。ここで、検出信号の信号電圧がローレベル側の基準電圧よりも低い場合には、ローレベル側の基準電圧と同一の電圧値を有する階調データが得られる。
【０１２６】
すなわち、ソース電圧設定部１３５により設定されたソース電圧Ｖｓが、明状態（白表示パターン）を良好に読み取ることができない電圧値に設定されている場合（基準電圧により規定される電圧範囲を逸脱する電圧値に設定されている場合）には、Ａ／Ｄコンバータ１４０から出力される階調データは、ローレベル側の基準電圧に対して飽和状態を示す。一方、ソース電圧Ｖｓが、明状態（白表示パターン）を良好に読み取ることができる電圧値に設定されている場合（基準電圧により規定される電圧範囲内に設定されている場合）には、階調データは、ローレベル側の基準電圧以上であって、かつ、該基準電圧に近似する階調電圧を有する。
【０１２７】
そして、このような電圧調整用読取動作によりフォトセンサアレイ１００（ダブルゲート型フォトセンサ１０）からＡ／Ｄコンバータ１４０を介して、コントローラ１５０Ｂに取り込まれた階調データは、例えば、データセレクタ１５６を介してＲＡＭ１６０に格納される。
上述した電圧調整用読取動作により得られた階調データは、データコントローラ１５２によりデータセレクタ１５６を介して、各読取感度ごと（例えば、各行ごと）にデータ比較器１５４に読み込まれ、当該階調データの電圧値と、予めＡ／Ｄコンバータ１４０に固定的に設定されたハイレベル側又はローレベル側の基準電圧との大小関係が比較される。
【０１２８】
ここで、階調データの電圧値（階調電圧）がハイレベル側又はローレベル側の基準電圧と同一である場合には、上記電圧調整用読取動作により得られた階調データ（階調電圧）が飽和状態にあるものと判断して、当該階調データ（又は、対応する読取感度）を制御電圧設定処理の対象から一義的に除外する。一方、飽和状態にない階調データについては、データ比較器１５４により、各読取感度の中から階調データの電圧値がハイレベル側又はローレベル側の基準電圧に最も近似する階調データを抽出し、当該階調データに対応する読取感度を最適状態と判断して、上記電圧調整用読取動作において当該読取感度に設定したプリチャージ電圧Ｖｐｇ又はソース電圧Ｖｓを、プリチャージ電圧設定部１３４又はソース電圧設定部１３５に各々設定して、制御電圧設定動作を終了する。
【０１２９】
このように、本実施形態に係る画像読取装置及びその駆動調整方法においては、正規の画像読取動作に先立って、Ａ／Ｄコンバータの基準電圧を固定的に設定し、かつ、明状態及び暗状態の各感度調整条件で、段階的に電圧条件（プリチャージ電圧又はソース電圧）を変化させて電圧調整用読取動作を行い、暗状態及び明状態の各感度調整条件で、上記Ａ／Ｄコンバータのハイレベル側及びローレベル側の基準電圧に近似する電圧値を有する階調データを抽出して、当該階調データに対応する読取感度として設定されたプリチャージ電圧及びソース電圧を、それぞれ正規の画像読取動作を実行する際のプリチャージ電圧及びソース電圧として設定する制御電圧設定動作を行うように構成されている。
【０１３０】
これにより、上記調整用読取動作に基づいて判明した、暗状態及び明状態におけるダブルゲート型フォトセンサの出力特性に対応した最適なコントラストに基づいて、フォトセンサアレイ（ダブルゲート型フォトセンサ）に印加されるプリチャージ電圧及びソース電圧を設定することができるので、製造バラツキや画像読取装置の経時変化により、フォトセンサアレイの出力特性にバラツキが生じていた場合であっても、所望の被写体画像を良好な階調数の階調データとして読み取ることができ、階調表現が良好な画像情報を生成することができる。
【０１３１】
なお、本実施形態においては、上記調整用読取動作に適用される電圧調整条件として、フォトセンサアレイを暗状態又は明状態に設定して読取動作を実行し、プリチャージ電圧又はソース電圧を段階的に変化させる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く、例えば、上述した第１の実施形態に示したように、正規の画像読取動作における被写体を検知面に載置させた状態で、プリチャージ電圧を変化させて読み取るハイレベル調整動作と、ソース電圧を変化させて読み取るローレベル調整動作を順次実行するようにしてもよい。
【０１３２】
これによれば、被写体の画像パターン（より詳しくは、被写体の固有の性質等）及びダブルゲート型フォトセンサの出力特性に対応した最適なコントラストに基づいて、プリチャージ電圧及びソース電圧を設定することができるので、被写体の画像パターンが鮮明でない場合や、フォトセンサアレイの出力特性にバラツキが生じていた場合であっても、当該被写体画像を良好な階調数の階調データとして読み取ることができ、階調表現が良好な画像情報を生成することができる。
【０１３３】
また、本実施形態に示した一連の電圧調整動作において、電圧調整用読取動作により得られた階調データの電圧が、いずれの読取感度においても、Ａ／Ｄコンバータに固定的に設定されたハイレベル側又はローレベル側の基準電圧に対して飽和状態を示す場合や、該基準電圧に対して所定の近似範囲にない場合には、例えば、コントローラ１５０Ｂからの制御信号により該基準電圧を、所定の電圧分だけ上昇又は下降させるように変更設定して、再度上述した電圧調整制御を行って、再度上記感度調整動作を実行するようにしてもよい。
【０１３４】
次いで、上述した第２の実施形態において示した電圧調整用読取動作に適用可能な明状態及び暗状態の設定機構について簡単に説明する。
図２２は、本実施形態に係る画像読取装置の駆動調整方法に適用可能な明暗状態設定機構を示す概略構成図である。
本実施形態に係る画像読取装置においては、上述した電圧調整用読取動作を実現するために、例えば、図２２（ａ）に示すように、画像読取装置（フォトセンサアレイ１００）の検知面ＤＴＣの上方に、必要に応じてフォトセンサアレイ１００への外光の入射を遮断する遮光カバー３００と、該遮光カバー３００の上記フォトセンサアレイ１００側（すなわち、内側）に、フォトセンサアレイ１００の全域を所定の照射光で均一に照射する平面ライト（面光源）ＦＬＴと、を備えた明暗状態設定機構を適用することができる。
【０１３５】
ここで、遮光カバー３００及び平面ライトＦＬＴは、例えば、本実施形態に係る画像読取装置に付設された構成を有するものであってもよいし、画像読取装置とは別個に構成された装置であってもよい。すなわち、本実施形態に係る画像読取装置が搭載される電子機器に、開閉式やスライド式の機構を有して一体的に設けられた構成を有するものや、当該電子機器とは別個に、製造工場の検査ライン等に設けられたものであってもよく、メンテナンス時や工場出荷時等にフォトセンサアレイを外光から遮断するように設定することができるものであればよい。
【０１３６】
このような明暗状態設定機構を用いた電圧調整用読取動作において、ハイレベル調整動作においては、図２２（ｂ）に示すように、少なくとも画像読取装置のフォトセンサアレイ１００の上方及び側方を遮光カバー３００により被覆して、外光ＬＹが入射しない状態とするとともに、平面ライトＦＬＴを発光させない状態（消灯状態）とすることにより、上記暗状態を実現することができる。
また、ローレベル調整動作においては、図２２（ｃ）に示すように、フォトセンサアレイ１００を遮光カバー３００により被覆して、外光ＬＹが入射しない状態とするとともに、平面ライトＦＬＴを所定の輝度で発光させて、フォトセンサアレイ１００に照射光Ｌｘを均一に照射した状態（点灯状態）とすることにより、上記明状態を実現することができる。
【０１３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る画像読取装置及びその駆動調整方法によれば、被写体を読み取る正規の画像読取動作に先立つ任意のタイミングで、該画像読取動作の対象となる被写体を用いて、読取感度を段階的に変化させる感度調整用読取動作を行い、ダイナミックレンジが最大となる読取感度の階調データの電圧をＡ／Ｄコンバータにおける基準電圧に設定する基準電圧設定動作を行うように構成されているので、被写体の画像パターンが鮮明でない場合や、製造バラツキや画像読取装置の経時変化により、フォトセンサアレイの出力特性にバラツキが生じていた場合であっても、当該被写体画像を良好な階調数の階調データ（コントラスト）として読み取ることができ、階調表現が良好な画像情報を生成することができる。
【０１３８】
また、本発明に係る画像読取装置及びその駆動調整方法においては、正規の画像読取動作に先立つ任意のタイミングで、暗状態及び明状態の各感度調整条件下で、フォトセンサに印加するプリチャージ電圧及びソース電圧の電圧値を段階的に変化させる電圧調整用読取動作を行い、Ａ／Ｄコンバータにおける基準電圧に近似する電圧値を有する階調データが得られるプリチャージ電圧及びソース電圧を、正規の画像読取動作を実行する際のプリチャージ電圧及びソース電圧として設定する制御電圧設定動作を行うように構成されているので、製造バラツキや画像読取装置の経時変化により、フォトセンサアレイの出力特性にバラツキが生じていた場合であっても、当該被写体画像を良好な階調数の階調データ（コントラスト）として読み取ることができ、階調表現が良好な画像情報を生成することができる。
【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可能なダブルゲート型トランジスタによるフォトセンサ（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を絶縁性基板上に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における基本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】フォトセンサシステムを画像読取装置（指紋読取装置）に適用した場合の要部断面図である。
【図５】本発明に係る画像読取装置の第１の実施形態を示すブロック図である。
【図６】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ブロック図である。
【図７】本実施形態に係る画像読取装置に適用されるコントローラにより実現される処理動作の一例を示すフローチャートである。
【図８】本実施形態に係る感度調整用読取動作において、対象となる領域及びその読取動作の具体例を示す概念図である。
【図９】本実施形態に係る感度調整用読取動作に適用可能な読取感度（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１０】本実施形態に係る画像読取装置の駆動調整方法の対象となる被写体（指）と検出エリアの関係、及び、被写体画像（指紋画像）の実験画像を示す図である。
【図１１】本実施形態に係る駆動調整方法（感度調整用読取動作）により得られた階調データ（明度データ）の変化の一例を示すグラフである。
【図１２】本実施形態に係る駆動調整方法（感度調整用読取動作）により得られた指紋画像の階調データに基づくダイナミックレンジの変化、及び、行番号とダイナミックレンジ、最大値及び最小値となる階調データの階調電圧との対応関係を示す図である。
【図１３】本具体例における駆動調整方法の一例を示すフローチャートである。
【図１４】異常画素が存在するフォトセンサアレイで感度調整用読取動作を行った場合の被写体画像（指紋画像）を示す実験画像である。
【図１５】本具体例において感度調整用読取動作により得られた階調データの変化の一例を示すグラフである。
【図１６】本具体例において感度調整用読取動作により得られた指紋画像の階調データに基づくダイナミックレンジの変化、及び、行番号とダイナミックレンジ、最大値及び最小値となる階調データの階調電圧との対応関係を示す図である。
【図１７】本発明に係る画像読取装置の第２の実施形態を示すブロック図である。
【図１８】本実施形態に係る画像読取装置に適用されるフォトセンサシステムの一例を示す概略構成図である。
【図１９】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ブロック図である。
【図２０】本実施形態に係る駆動調整方法に適用される電圧調整用読取動作の一例（ハイレベル調整動作）を示すタイミングチャートである。
【図２１】本実施形態に係る駆動調整方法に適用される電圧調整用読取動作の他の例（ローレベル調整動作）を示すタイミングチャートである。
【図２２】本実施形態に係る画像読取装置の駆動調整方法に適用可能な明暗状態設定機構を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１０ ダブルゲート型フォトセンサ
１００ フォトセンサアレイ
１１０ トップゲートドライバ
１２０ ボトムゲートドライバ
１３０ ドレインドライバ
１３１ コラムスイッチ
１３２ プリチャージスイッチ
１３４ プリチャージ電圧設定部
１３５ ソース電圧設定部
１４０ Ａ／Ｄコンバータ
１５０、１５０Ｂ コントローラ
【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調整方法に関し、特に、画像読取用のセンサから出力されるアナログ信号をデジタル変換し、該デジタル信号に基づいて所望の被写体の画像情報を取得する画像読取装置、及び、該画像読取装置における最適な読取感度及び駆動電圧の調整方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、印刷物や写真、指紋等の被写体画像を読み取る画像読取装置として、例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）等の光電変換素子（フォトセンサ）をライン状又は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に対して、照射光を照射し、その反射光を各フォトセンサにより読み取り電気信号に変換することにより、被写体画像を読み取る構造が知られている。
【０００３】
ここで、ＣＣＤは、周知の通り、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り、デジタルビデオカメラや複写機等、様々な撮像装置や画像読取装置に適用されている。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、各フォトセンサごとに個別に設ける必要があるため、検出精度の向上等に伴って検出画素数を増大させると、システムの構成が大型化するという問題を有している。
【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、例えば、特許文献１等に記載されているように、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」と記す）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。ダブルゲート型フォトセンサの具体的な構成や制御方法については詳しく後述することとする。
【０００５】
なお、特許文献１には、上記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適用した画像読取装置（フォトセンサシステム）において、正規の画像読取動作に先立って、読取感度を段階的に変化させて被写体画像を読み込み、各読取感度ごとの明度データのデータ範囲（最大値と最小値の差分）を算出し、これらのデータ範囲のうち、最も大きいデータ範囲を示す読取感度（ダブルゲート型フォトセンサの光蓄積期間）を求めることにより、良好なコントラストを有する画像データを取得することができる感度調整方法が記載されている。
【０００６】
ところで、上述したようなＣＣＤやダブルゲート型フォトセンサからなるフォトセンサアレイを適用した画像読取装置においては、特許文献１等にも記載されているように、一般に、フォトセンサから出力される検出信号（アナログ信号）をアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換処理して、デジタル信号からなる階調データに変換し、この階調データに基づいて被写体画像を生成する信号処理が行われている。
【０００７】
ここで、検出信号のアナログ−デジタル変換処理においては、ハイレベル（例えば、黒画像パターン読取時）及びローレベル（例えば、白画像パターン読取時）を規定する基準電圧を設定し、該基準電圧に基づく電圧範囲を階調数で分割し、上記検出信号のアナログ電圧を各階調電圧に対応させることにより、デジタル値に変換する手法が採用されている。そして、従来技術においては、上記ハイレベルを規定する基準電圧として例えば５Ｖ、ローレベルの場合では０Ｖとなるように、固定された一定電圧に設定されていた。
【０００８】
【特許文献１】
特許第３１１６９５０号公報 （第７頁〜第８頁、図３〜図５）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来における、アナログ−デジタル変換処理に用いる基準電圧を固定的に設定した構成においては、センサパネルごとの製造バラツキ等によりフォトセンサの出力特性（出力電圧）にバラツキが生じた場合、被写体画像のコントラストに対応した階調が表現されないという問題を有していた。
【００１０】
具体的には、例えば、上述したように黒画像パターンとして５Ｖの検出電圧が得られ、白画像パターンとして０Ｖの検出電圧が得られる場合に対応してＡ／Ｄ変換器の基準電圧が設定されているにもかかわらず、フォトセンサの出力特性のバラツキにより、黒画像パターンの読取時に４Ｖ、白画像パターンの読取時に１Ｖの検出電圧しか得られない場合（すなわち、電圧幅３Ｖ）には、予めアナログ−デジタル変換処理に設定された基準電圧の電圧範囲（５Ｖ）を適用すると、階調データの階調数が少なくなってしまい、該階調データではコントラストの幅が狭くなって、充分な階調表現を実現することができないという問題を有していた。
【００１１】
また、従来、画像読取装置に明確な白黒の画像パターンを有する基準試料を備えて、基準電圧の設定を、この基準試料の読取結果に基づいて行うようにする構成が知られているが、本願発明者らがこのような基準試料に基づくフォトセンサの検出信号（検出電圧）と、正規の画像読取動作の対象となる実際の被写体を用いた場合の検出信号について鋭意検討したところ、白黒の画像パターン（すなわち、明暗パターン）が明確ではない特定の被写体においては、その固有の性質や読取条件、周辺環境等により上記検出信号の電圧幅が大きく変化することが判明した。具体的には、例えば、フォトセンサを指紋読取装置等に適用した場合、被写体となる指紋の個人差や気温、湿度等の外的環境に起因して、比較的高い頻度で画像パターンが不鮮明になることが観測された。
【００１２】
このような被写体においては、基準試料を用いた場合に比較して画像パターンのコントラストの幅（明暗の差）が小さくなり、フォトセンサの検出信号の電圧差が狭くなるため、上述したような基準試料を用いたＡ／Ｄコンバータの出力のピーク値に基づいて、アナログ−デジタル変換処理の基準電圧を設定した場合、上述したような基準電圧を予め固定的に設定した構成と同様に、階調データの階調数が少なくなり、充分な階調表現を実現することができなくなるという問題を有している。
【００１３】
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑み、センサパネルごとのフォトセンサの出力特性のバラツキや被写体の固有の特性に関わらず、良好なコントラストで被写体画像を読み取ることができる画像読取装置及びその駆動調整方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の画像読取装置は、複数のフォトセンサが配列されたフォトセンサアレイを備え、前記フォトセンサの各々から出力される検出信号を、アナログ−デジタル変換処理することにより得られる階調データに基づいて、所望の被写体の画像情報を取得する画像読取装置において、少なくとも、前記フォトセンサアレイにより前記所望の被写体を読み取ることにより得られる前記階調データに対応する電圧に基づいて、前記アナログ−デジタル変換処理において前記階調データを規定する基準電圧を設定する基準電圧設定手段と、前記フォトセンサアレイにより得られる前記階調データに対応する電圧に基づいて、前記所望の被写体を読み取る際に前記フォトセンサを駆動するために印加される駆動制御信号の電圧を設定する駆動制御電圧設定手段と、の何れか一方を備えることを特徴とする。
【００１５】
請求項２記載の画像読取装置は、請求項１記載の画像読取装置において、前記画像読取装置における前記基準電圧設定手段は、少なくとも、前記フォトセンサアレイにより前記所望の被写体を読み取る正規の画像読取動作に先立って、前記フォトセンサアレイの画像読取感度を複数段階に変化させて、前記被写体を読み取る感度調整用読取動作を実行制御する感度調整制御手段を有することを特徴とする。
【００１６】
請求項３記載の画像読取装置は、請求項１記載の画像読取装置において、前記画像読取装置における前記基準電圧設定手段は、更に、前記感度調整用読取動作により得られた前記階調データから、前記画像読取感度ごとに、前記階調データの最大値及び最小値を抽出する測定量比較手段と、前記画像読取感度ごとに抽出された前記階調データの最大値及び最小値に基づいて、前記階調データのデータ範囲を算出するデータ範囲算出手段と、前記データ範囲の前記画像読取感度ごとの変化に基づいて、最適画像読取感度を導出する最適画像読取感度抽出手段と、前記最適画像読取感度における前記階調データの最大値及び最小値に対応する電圧を、前記アナログ−デジタル変換処理において前記階調データを規定する基準電圧に設定する手段と、を有することを特徴とする。
【００１７】
請求項４記載の画像読取装置は、請求項２又は３記載の画像読取装置において、前記感度調整制御手段は、前記被写体の読取領域単位ごとに、前記フォトセンサアレイの前記画像読取感度を段階的に異なるように設定することを特徴とする。
請求項５記載の画像読取装置は、請求項２又は３記載の画像読取装置において、前記感度調整制御手段は、前記フォトセンサアレイを構成する前記フォトセンサの受光時間を調整することにより、前記画像読取感度を段階的に異なるように設定することを特徴とする。
【００１８】
請求項６記載の画像読取装置は、請求項１乃至５のいずれかに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、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、前記第１のゲート電極の上方に形成され、前記被写体が載置される被写体検知面と、を有し、前記第１のゲート電極にリセットパルスを印加して前記読取画素を初期化し、前記ドレイン電極にプリチャージパルスを印加した後、前記第２のゲート電極に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入射した光の量に応じた電荷を蓄積し、該電荷量に対応する電圧を前記検出信号として出力することを特徴とする。
【００１９】
請求項７記載の画像読取装置は、請求項６記載の画像読取装置において、前記画像読取感度は、前記フォトセンサに設定される前記電荷蓄積期間であることを特徴とする。
請求項８記載の画像読取装置は、請求項３記載の画像読取装置において、前記調整用読取動作により得られた前記階調データから、前記画像読取感度ごとに、少なくとも、前記階調データの最大値又は最小値を抽出して除外する特定データ除去動作を実行する特定データ除去手段をさらに有し、前記測定量比較手段は、前記特定データ除去動作により前記最大値又は最小値が除外された前記階調データから、前記画像読取感度ごとに、前記階調データの最大値及び最小値を抽出することを特徴とする。
【００２０】
請求項９記載の画像読取装置は、請求項１記載の画像読取装置において、前記画像読取装置における前記駆動制御電圧設定手段は、少なくとも、前記フォトセンサアレイにより前記所望の被写体を読み取る正規の画像読取動作に先立って、前記フォトセンサアレイに印加される駆動制御信号の電圧を複数段階に変化させて、前記所定の被写体を読み取る電圧調整用読取動作を実行制御する電圧調整制御手段を有することを特徴とする。
【００２１】
請求項１０記載の画像読取装置は、請求項９記載の画像読取装置において、前記画像読取装置における前記駆動制御電圧設定手段は、更に、前記電圧調整用読取動作により得られた前記階調データから、前記アナログ−デジタル変換処理における前記基準電圧に近似する電圧値を有する前記階調データを抽出する階調データ抽出手段と、前記抽出された前記階調データから前記基準電圧に最も近似する電圧値を有する前記階調データを抽出し、該抽出された階調データに対応する電圧を、前記駆動制御信号の電圧に設定する制御電圧設定手段と、を有することを特徴とする。
【００２２】
請求項１１記載の画像読取装置は、請求項９乃至１０のいずれかに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、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、前記第１のゲート電極の上方に形成され、前記被写体が載置される被写体検知面と、を有し、前記第１のゲート電極にリセットパルスを印加して前記読取画素を初期化し、前記ドレイン電極にプリチャージパルスを印加した後、前記第２のゲート電極に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入射した光の量に応じた電荷を蓄積し、該電荷量に対応する電圧を前記検出信号として出力することを特徴とする。
【００２３】
請求項１２記載の画像読取装置は、請求項１１記載の画像読取装置において、前記駆動制御信号は、前記フォトセンサのソース電極及びプリチャージ電極に印加されるソース電圧及びプリチャージ電圧であることを特徴とする。
請求項１３記載の画像読取装置は、請求項１２記載の画像読取装置において、前記駆動制御電圧設定手段は、前記プリチャージ電圧を段階的に異なるように設定して、前記電圧調整用読取動作を実行することにより、黒画像パターンに対応した前記階調データを得ることを特徴とする。
【００２４】
請求項１４記載の画像読取装置は、請求項１２記載の画像読取装置において、前記駆動制御電圧設定手段は、前記ソース電圧を段階的に異なるように設定して、前記電圧調整用読取動作を実行することにより、白画像パターンに対応した前記階調データを得ることを特徴とする。
請求項１５記載の画像読取装置は、請求項１３又は１４記載の画像読取装置において、前記駆動制御電圧設定手段は、前記フォトセンサアレイを暗状態に設定して、前記黒画像パターンに対応した前記階調データを得る前記電圧調整用読取動作を実行し、前記フォトセンサアレイを明状態に設定して、前記白画像パターンに対応した前記階調データを得る前記電圧調整用読取動作を実行することを特徴とする。
【００２５】
請求項１６記載の画像読取装置は、請求項１０乃至１５のいずれかに記載の画像読取装置において、前記駆動制御電圧設定手段は、前記階調データ抽出手段により抽出された前記階調データから、前記基準電圧に近似する電圧値を有する前記階調データが抽出されない場合に、前記基準電圧を可変設定することを特徴とする。
【００２６】
請求項１７記載の画像読取装置の駆動調整方法は、複数のフォトセンサが配列されたフォトセンサアレイを備え、前記フォトセンサの各々から出力される検出信号を、アナログ−デジタル変換処理することにより得られる階調データに基づいて、所望の被写体の画像情報を取得する画像読取装置の駆動調整方法において、少なくとも、前記フォトセンサアレイにより前記所望の被写体を読み取る正規の画像読取動作に先立って、前記フォトセンサアレイの画像読取感度を複数段階に変化させて、前記被写体を読み取る感度調整用読取動作を実行制御する手順と、前記感度調整用読取動作により得られた前記階調データから、前記画像読取感度ごとに、前記階調データの最大値及び最小値を抽出する手順と、前記画像読取感度ごとに抽出された前記階調データの最大値及び最小値に基づいて、前記階調データのデータ範囲を算出する手順と、前記データ範囲の前記画像読取感度ごとの変化に基づいて最適画像読取感度を導出する手順と、前記最適画像読取感度における前記階調データの最大値及び最小値に対応する電圧を、前記アナログ−デジタル変換処理において前記階調データを規定する基準電圧に設定する手順と、を含むことを特徴とする。
【００２７】
請求項１８記載の画像読取装置の駆動調整方法は、請求項１７記載の画像読取装置の駆動調整方法において、前記感度調整用読取動作は、前記被写体の読取領域単位ごとに、前記フォトセンサアレイを構成する前記フォトセンサの受光時間を調整することにより、前記画像読取感度を段階的に異なるように設定することを特徴とする。
請求項１９記載の画像読取装置の駆動調整方法は、請求項１７又は１８記載の画像読取装置の駆動調整方法において、前記感度調整用読取動作により得られた前記階調データから、前記画像読取感度ごとに、少なくとも、前記階調データの最大値又は最小値を抽出して除外する特定データ除去動作を実行する手順を含むことを特徴とする。
【００２８】
請求項２０記載の画像読取装置の駆動調整方法は、複数のフォトセンサが配列されたフォトセンサアレイを備え、前記フォトセンサの各々から出力される検出信号を、アナログ−デジタル変換処理することにより得られる階調データに基づいて、所望の被写体の画像情報を取得する画像読取装置において、少なくとも、前記フォトセンサアレイにより前記所望の被写体を読み取る正規の画像読取動作に先立って、前記フォトセンサアレイに印加される駆動制御信号の電圧を複数段階に変化させて、前記被写体を読み取る電圧調整用読取動作を実行制御する手順と、前記電圧調整用読取動作により得られた前記階調データから、前記アナログ−デジタル変換処理における前記階調データを規定する基準電圧に近似する電圧値を有する前記階調データを抽出する手順と、前記抽出された前記階調データから前記基準電圧に最も近似する電圧値を有する前記階調データを抽出し、該抽出された階調データに対応する電圧を、前記所望の被写体を読み取る際に、前記フォトセンサを駆動するために印加される駆動制御信号の電圧に設定する手順と、を含むことを特徴とする。
【００２９】
請求項２１記載の画像読取装置の駆動調整方法は、請求項２０記載の画像読取装置の駆動調整方法において、前記調整用読取動作は、前記被写体の読取領域単位ごとに、前記フォトセンサを駆動するために印加される前記駆動制御信号の電圧を調整することにより、前記画像読取感度を段階的に異なるように設定することを特徴とする。
【００３０】
請求項２２記載の画像読取装置の駆動調整方法は、請求項２０記載の画像読取装置の駆動調整方法において、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、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、前記第１のゲート電極の上方に形成され、前記被写体が載置される被写体検知面と、を備え、前記第１のゲート電極にリセットパルスを印加して前記読取画素を初期化し、前記ドレイン電極にプリチャージパルスを印加した後、前記第２のゲート電極に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入射した光の量に応じた電荷を蓄積し、該電荷量に対応する電圧を前記検出信号として出力する構成を有し、前記電圧調整用読取動作は、前記プリチャージ電圧を段階的に異なるように設定することにより、黒画像パターンに対応した前記階調データを取得し、前記ソース電圧を段階的に異なるように設定することにより、白画像パターンに対応した前記階調データを取得することを特徴とする。
【００３１】
請求項２３記載の画像読取装置の駆動調整方法は、請求項２１記載の画像読取装置の駆動調整方法において、前記電圧調整用読取動作は、前記フォトセンサアレイを暗状態に設定することにより、前記黒画像パターンに対応した前記階調データを取得し、前記フォトセンサアレイを明状態に設定することにより、前記白画像パターンに対応した前記階調データを取得することを特徴とする。
【００３２】
請求項２４記載の画像読取装置の駆動調整方法は、請求項２０乃至２２のいずれかに記載の画像読取装置の駆動調整方法において、前記抽出された前記階調データから前記基準電圧に最も近似する電圧値を有する前記階調データを抽出する手順において、前記基準電圧に近似する電圧値を有する前記階調データが抽出されない場合に、前記基準電圧を可変設定して、前記一連の手順を再度実行することを特徴とする。
【００３３】
すなわち、本発明に係る画像読取装置及びその駆動調整方法においては、被写体を読み取る正規の画像読取動作に先立つ任意のタイミングで、該画像読取動作の対象となる被写体を用い、該被写体の読取領域単位ごと（例えば、１行ごと）にフォトセンサアレイの読取感度（フォトセンサの受光感度；電荷蓄積期間）が段階的に変化するように設定して、画像パターンを読み取る感度調整用読取動作を行い、階調データのデータ範囲（ダイナミックレンジ）が最大となる読取感度を抽出し、当該読取感度における階調データの最大値及び最小値に対応する階調電圧を、アナログ−デジタル変換処理（Ａ／Ｄコンバータ）における基準電圧に設定する基準電圧設定動作を行うように構成されている。
【００３４】
これにより、当該被写体固有の読取感度ごとのコントラスト（明暗差）の傾向、すなわち、被写体の画像パターンの特性（より詳しくは、被写体の固有の性質や読取条件、周辺環境等）やダブルゲート型フォトセンサの出力特性を把握し、これらに対応した最適なコントラストを有する読取感度に基づいて、Ａ／Ｄコンバータの基準電圧を設定することができるので、被写体の画像パターンが鮮明でない場合や、製造バラツキや画像読取装置の経時変化により、フォトセンサアレイの出力特性にバラツキが生じていた場合であっても、当該被写体画像を良好な階調数の階調データとして読み取ることができ、階調表現が良好な画像情報を生成することができる。
【００３５】
ここで、上記感度調整用読取動作により得られる各読取感度ごとの階調データから、少なくとも、輝点欠陥等の異常画素や異物の付着等に起因する階調データを除去する特定階調データ除去動作を行い、その後の階調データにより得られる読取感度ごとのコントラストの傾向に基づいて、上記Ａ／Ｄコンバータの基準電圧を設定する基準電圧設定動作を行うようにしてもよい。
これにより、フォトセンサアレイから出力される検出信号に異常値が含まれている場合であっても、被写体の特性等に応じた良好なコントラストを有する画像情報を得ることができる。
【００３６】
また、本発明に係る画像読取装置及びその駆動調整方法においては、被写体を読み取る正規の画像読取動作に先立つ任意のタイミングで、アナログ−デジタル変換処理（Ａ／Ｄコンバータ）における基準電圧を固定的に設定し、かつ、暗状態及び明状態の各感度調整条件で、読取領域単位ごと（例えば、１行ごと）にフォトセンサに印加されるプリチャージ電圧及びソース電圧を段階的に変化させるように設定して、画像パターンを読み取る電圧調整用読取動作を行い、上記基準電圧に近似する電圧値を有する階調データを抽出し、当該階調データが得られるプリチャージ電圧及びソース電圧を、正規の画像読取動作を実行する際のプリチャージ電圧及びソース電圧として設定する制御電圧設定動作を行うように構成されている。
【００３７】
これにより、上記電圧調整用読取動作に基づいて判明した、暗状態（黒画像パターン読取時）及び明状態（白画像パターン読取時）におけるダブルゲート型フォトセンサの出力特性に対応した最適なコントラストに基づいて、フォトセンサアレイ（ダブルゲート型フォトセンサ）に印加されるプリチャージ電圧及びソース電圧を設定することができるので、製造バラツキや画像読取装置の経時変化により、フォトセンサアレイの出力特性にバラツキが生じていた場合であっても、所望の被写体画像を良好な階調数の階調データとして読み取ることができ、階調表現が良好な画像情報を生成することができる。
【００３８】
【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調整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して良好なフォトセンサの構成について説明する。なお、本発明に係る画像読取装置においては、以下に示すダブルゲート型フォトセンサを適用したフォトセンサアレイに限定されるものではなく、上述したＣＣＤ等の周知のフォトセンサを良好に適用することができる。
【００３９】
＜ダブルゲート型フォトセンサ＞
図１は、本発明に係る画像読取装置に適用可能な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）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、概略、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（チャネル領域）１１と、半導体層１１の両端に、各々ｎ＋シリコンからなる不純物層１７、１８を介して形成され、クロム、クロム合金、アルミ、アルミ合金等から選択された導電性材料からなり、可視光に対して不透明なドレイン電極１２及びソース電極１３と、半導体層１１の上方（図面上方）にブロック絶縁膜１４及び上部（トップ）ゲート絶縁膜１５を介して形成された酸化スズ膜やＩＴＯ膜（インジウム−スズ酸化膜）等の透明電極層からなり、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た導電性材料からなり、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、図１（ａ）に示すように、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】
なお、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を構成する絶縁膜、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ていることにより、図面下方に設けられた光源（図示を省略）からの照射光を図面上方に透過させるとともに、保護絶縁膜２０の上方に設けられた検知面（被写体検知面）ＤＴＣに載置された被写体に反射して、図面上方からダブルゲート型フォトセンサ１０（詳しくは、半導体層１１）に入射する光のみを検知する構造を有している。
【００４１】
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に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に電気的に接続されたボトムゲート端子、Ｓはソース電極１３に電気的に接続されたソース端子、Ｄはドレイン電極１２に電気的に接続されたドレイン端子である。
【００４２】
＜フォトセンサシステム＞
図２は、上述したダブルゲート型フォトセンサを上記絶縁性基板上に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。なお、ここでは、複数のダブルゲート型フォトセンサを２次元配列（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示して説明するが、複数のダブルゲート型フォトセンサを、例えば、Ｘ方向に１次元配列してラインセンサアレイを構成し、該ラインセンサアレイをＸ方向に直交するＹ方向に移動させて２次元領域を走査（スキャン）するものであってもよい。
【００４３】
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（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ＴＧ（トップゲート電極２１）を行方向に接続して伸延するトップゲートライン１０１と、各ダブルゲート型フォトセンサ１０のボトムゲート端子ＢＧ（ボトムゲート電極２２）を行方向に接続して伸延する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）を列方向に接続して伸延するドレインライン（データライン）１０３と、ソース端子Ｓ（ソース電極１３）を接地電位に共通に接続するソースライン（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、コラムスイッチ１３１、プリチャージスイッチ１３２、出力アンプ１３３等を備えてなるドレインドライバ１３０と、を有して構成されている。
【００４４】
なお、図２において、φｔｇは、リセット電圧（リセットパルス）及びキャリヤ蓄積電圧のいずれかとして選択的に出力される信号φＴ１、φＴ２、…φＴｉ、…φＴｎを生成するための制御信号であり、φｂｇは、読み出し電圧（読み出しパルス）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信号φＢ１、φＢ２、…φＢｉ、…φＢｎを生成するための制御信号、φｐｇは、プリチャージ電圧（プリチャージパルス）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。
【００４５】
＜フォトセンサシステムの駆動制御動作＞
図３は、上述したフォトセンサシステムにおける基本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は、上述したようなフォトセンサシステムを画像読取装置（指紋読取装置）に適用した場合の要部断面図である。なお、図４においては、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の一部を省略する。
【００４６】
図３に示すように、まず、リセット動作（初期化動作）においては、トップゲートドライバ１１０によりトップゲートライン１０１を介して、ｉ行目（ｉは任意の自然数；ｉ＝１、２、・・・ｎ）のダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート端子ＴＧにリセットパルス（例えば、Ｖｔｇ＝＋１５Ｖのハイレベル）φＴｉ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）。
【００４７】
次いで、電荷蓄積動作（キャリヤ蓄積動作）においては、トップゲートドライバ１１０によりトップゲート端子ＴＧにローレベル（例えば、Ｖｔｇ＝−１５Ｖ）のバイアス電圧φＴｉ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、図４に示すように、図１に示したダブルゲート型フォトセンサ１０が形成された透明な絶縁性基板１９下方に設けられたバックライト（光源）ＢＬから、検知面ＤＴＣに載置された被写体（例えば、指）ＦＧに対して照射光Ｌａが照射され、その反射光Ｌｂが透明電極層からなるトップゲート電極２１を通過して半導体層１１に入射する。
【００４８】
ここで、被写体ＦＧとして、例えば、指を載置した場合について詳しく説明すると、バックライトＢＬから放射された照射光Ｌａは、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２２、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を透過して被写体ＦＧに照射される。被写体ＦＧに照射された照射光Ｌａは、検知面ＤＴＣと被写体ＦＧが密着する領域（被写体接触部；ここでは、指紋ＦＰの凸部ＦＰａ）においては、皮膚表層ＦＧｓ内を散乱、反射しながら伝搬して、その光Ｌｂの一部が、透明な絶縁膜２０、１５、１４及びトップゲート電極２１を透過して各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。
【００４９】
一方、検知面ＤＴＣと被写体ＦＧが密着しない領域（被写体非接触部；ここでは、指紋ＦＰの凹部ＦＰｂ及び指の外縁部よりも外側の領域）においては、照射光Ｌａは、指紋検出面１３０ａと被写体間の空気層を通過し、被写体（指）ＦＧに到達して皮膚表層ＦＧｓ内で散乱するが、皮膚表層ＦＧｓ内の光Ｌｃは光学的に空気層に抜けにくいため、凹部ＦＰｂ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への入射が抑制される。
これにより、電荷蓄積期間Ｔａ中にトップゲート電極２１側から半導体層１１に入射した光量に応じて、半導体層１１の入射有効領域（キャリヤ発生領域）で電子−正孔対が生成され、半導体層１１とブロック絶縁膜１４との界面近傍（チャネル領域周辺）に正孔が蓄積される。
【００５０】
また、プリチャージ動作においては、上記電荷蓄積期間Ｔａに並行する特定のタイミングで、ドレインドライバ１３０によりプリチャージ信号φｐｇに基づいてドレインライン１０３を介して、ドレイン端子Ｄにプリチャージパルス（プリチャージ電圧）Ｖｐｇを印加することにより、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）。
【００５１】
そして、読み出し動作においては、上記プリチャージ期間Ｔｐｒｃｈを経過した後、ボトムゲートドライバ１２０によりボトムゲートライン１０２を介して、ボトムゲート端子ＢＧにハイレベル（例えば、Ｖｂｇ＝＋１０Ｖ）の読み出しパルスφＢｉを印加することにより、電荷蓄積期間Ｔａにチャネル領域に蓄積されたキャリヤ（正孔）に応じたドレイン電圧ＶＤがドレインドライバ１３０（コラムスイッチ１３１）により読み出され、検出信号として出力される（読み出し期間Ｔｒｅａｄ）。
【００５２】
ここで、ドレイン電圧ＶＤの変化傾向は、電荷蓄積期間Ｔａに受光した光量に密接に関連し、電荷蓄積期間Ｔａに蓄積されたキャリヤが多い場合（明状態）には、ドレイン電圧ＶＤが急峻に低下する傾向を示し、一方、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ので、例えば、読み出し期間Ｔｒｅａｄの開始から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、ダブルゲート型フォトセンサ１１０に入射した光の量、すなわち、被写体の明暗パターンに対応した明度データを検出することができる。
【００５３】
すなわち、トップゲートドライバ２１０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φＴｉ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２２０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φＢｉを印加し、ドレインライン１０３を介してドレイン電圧をドレインドライバ２３０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Ｖｏｕｔとして出力することにより、選択読出機能が実現される。
【００５４】
そして、このような特定の行（ｉ行目）に対する一連の画像読取動作を１サイクルとして、上述したフォトセンサアレイ１００の各行（ｉ、ｉ＋１、・・・）に対して、同等の処理手順を繰り返すことにより、もしくは、該処理手順の一部を時間的にオーバーラップさせて（重ねて）、同時並行的に実行することにより、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を、被写体の２次元画像を明度データとして読み取る画像読取装置として動作させることができる。
【００５５】
＜画像読取装置の第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説明する。なお、本実施形態においては、上述したダブルゲート型フォトセンサの構成及び駆動制御方法を適宜参照するものとする。
図５は、本発明に係る画像読取装置の第１の実施形態を示すブロック図であり、図６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ブロック図である。なお、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、その説明を簡略化又は省略する。
【００５６】
図５に示すように、本実施形態に係る画像読取装置は、大別して、図２に示したフォトセンサシステムと同様の構成を有するフォトセンサアレイ１００と、トップゲートドライバ１１０と、ボトムゲートドライバ１２０と、ドレインドライバ１３０に加え、ドレインドライバ１３０を介して読み出されたアナログ信号からなる検出信号（ドレイン電圧）を、デジタル信号からなる階調データ（明度データ）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」と略記する）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生成制御、さらには、画像データの加工や照合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の制御を行うとともに、被写体に対して感度調整用読取動作を実行して、後述するＡ／Ｄコンバータ１４０におけるアナログ−デジタル変換処理に用いる基準電圧を最適値に調整制御する機能を備えたコントローラ１５０と、コントローラ１５０のワークエリアとして用いられ、取得した階調データや画像データ、フォトセンサアレイ１００における読取感度（受光感度）の設定等に関連する処理データ等を一時的に保存（記憶）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、フォトセンサアレイ１００の背面側にあって、フォトセンサアレイ１００上面の被写体検知面ＤＴＣ上に載置された被写体に対して、所定の輝度の照射光を照射するバックライトＢＬと、を有して構成されている。
【００５７】
ここで、本実施形態におけるコントローラ１５０は、例えば、図６に示すように、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１３２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との間でデータ等の書き込み／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１５３と、以下に示すような機能を備えたデータ比較器１５４、加算器１５５、データセレクタ１５６、感度設定レジスタ１５７及びバックライト発光制御部１５８を備えている。
【００５８】
なお、上記コントローラ１５０の構成において、デバイスコントローラ１５１、データコントローラ１５２、メインコントローラ１５３及び感度設定レジスタ１５７は、本発明に係る感度調整制御手段を構成する。また、データ比較器１５４は、本発明に係る測定量比較手段及び最適画像読取感度抽出手段を構成し、加算器１５５は、本発明に係るデータ範囲算出手段を構成する。すなわち、上記各手段及びデータセレクタ１５６を含んで構成されるコントローラ１５０は、本発明に係る基準電圧設定手段を構成する。
【００５９】
データ比較器１５４は、感度調整用読取動作において、フォトセンサアレイ１００を構成するダブルゲート型フォトセンサ１０の受光時間（すなわち、上述した電荷蓄積期間）を変化させつつ被写体画像を読み取り、Ａ／Ｄコンバータ１４０を介して取得した階調データ（明度データ）に基づいて、各受光時間における該階調データ相互の大小関係を比較して、飽和値を除く最大値及び最小値を抽出するとともに、加算器１５５により各受光時間ごとに算出されるダイナミックレンジ（階調データのデータ範囲）から最大値を抽出する。
【００６０】
加算器１５５は、データ比較器１５４により抽出された階調データの最大値及び最小値の差分から上記ダイナミックレンジを算出して、データセレクタ１５６へ出力する。
データセレクタ１５６は、Ａ／Ｄコンバータ１４０を介して入力された階調データ、及び、データ比較器１５４、さらには、加算器１５５を介して処理された階調データ（ダイナミックレンジ等）、並びに、処理済みデータ等を入力とし、これらのデータを必要に応じてＲＡＭ１６０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、データコントローラ１５２を介して外部機能部２００へ出力する動作等を切換制御する。
【００６１】
特に、データセレクタ１５６は、メインコントローラ１５３及びデータコントローラ１５２からの指令（制御信号）に基づいて、後述する感度調整用読取動作において、上記データ比較器１５４により抽出された階調データのダイナミックレンジが最大値となる読取感度（受光時間）における、当該階調データの最大値及び最小値に対応する電圧値をＲＡＭ１６０から読み出して、当該電圧値をＡ／Ｄコンバータ１４０の基準電圧（最大基準電圧、最小基準電圧）として供給、設定する。
【００６２】
また、感度設定レジスタ１５７は、少なくとも感度調整用読取動作において、データコントローラ１５２からの制御信号に基づいて、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１０の受光時間を、被写体画像の読取領域単位ごと（例えば、行ごと）に段階的に変化させるように、デバイスコントローラ１５１からトップゲートドライバ１１０、ボトムゲートドライバ１２０及びプリチャージスイッチ１３２に出力する制御信号φｔｇ、φｂｇ、φｐｇのタイミングを設定制御する。
また、バックライト発光制御部１５８は、感度調整用読取動作及び正規の被写体画像の読取動作において、バックライトＢＬを所定の輝度で発光させて、フォトセンサアレイ１００を介して、被写体に照射させる制御を行う。
【００６３】
これにより、コントローラ１５０は、トップゲートドライバ１１０、ボトムゲートドライバ１２０及びプリチャージスイッチ１３２に各制御信号φｔｇ、φｂｇ、φｐｇを出力して、図３に示したように、リセット期間及び読み出し期間に、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、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φＴｉ、読み出しパルスφＢｉ）を印加するとともに、プリチャージ期間に、プリチャージスイッチ１３２を介して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を印加する動作を制御する。
【００６４】
そして、コントローラ１５０には、電荷蓄積期間（受光時間）に、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ＶＤがコラムスイッチ１３１により検出信号として検出され、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、階調データとして入力される。コントローラ１５０は、この階調データに基づいて被写体の画像データを生成して、例えば、ＲＡＭ１６０への書き込みや読み出し、あるいは、外部機能部２００への出力を実行する。なお、外部機能部２００としては、任意の画像処理や画像表示を行うことができる機器であればよく、近年急速に普及し、高性能化が著しいパーソナルコンピュータ等を良好に適用することができる。
【００６５】
＜画像読取装置の駆動調整方法＞
次いで、上述したコントローラによる処理動作（Ａ／Ｄコンバータの基準電圧設定動作）について、図面を参照して説明する。
図７は、本実施形態に係る画像読取装置に適用されるコントローラにより実現される処理動作の一例を示すフローチャートである。ここでは、図５及び図６に示した画像読取装置の構成を適宜参照しながら説明する。
【００６６】
本実施形態に係るコントローラ１５０は、被写体に対する正規の画像読み取り動作に先立つ任意のタイミングで、以下に示すような感度調整用読取動作及び基準電圧設定動作を順次実行するように、上記画像読取装置（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、コントローラ１５０によって、例えば、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。
【００６７】
本実施形態に係るコントローラの処理動作は、具体的には、図７に示すように、まず、被写体の正規の読み取り動作に先立つ任意のタイミングで、メインコントローラ１５３により感度調整用読取動作が開始され、データコントローラ１５２を介して、感度設定レジスタ１５７に感度調整用読取動作のための読取感度が設定されて、フォトセンサアレイ１００の一面側に設けられた検知面ＤＴＣに載置された被写体の画像を読み取る動作を実行する（Ｓ１０１）。
【００６８】
ここで、感度設定レジスタ１５７に設定される読取感度（すなわち、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１０に設定される電荷蓄積期間）は、フォトセンサアレイ１００における読取領域単位ごと、例えば、一行ごと、あるいは、所定の複数行ごと、もしくは、上記被写体画像の１画面ごとに、段階的に順次異なるように設定され、上述した画像読取動作（図３参照）と同様に、各行ごとにダブルゲート型フォトセンサ１０を順次駆動することにより、単一の被写体を複数の異なる読取感度で読み取る感度調整用読取動作を実行する。なお、感度調整用読取動作の具体例については、詳しく後述する。
【００６９】
そして、このような感度調整用読取動作によりフォトセンサアレイ１００（ダブルゲート型フォトセンサ１０）から出力された検出信号（アナログ信号）は、アンプ１３３及びＡ／Ｄコンバータ１４０を介して、デジタル信号からなる階調データに変換されてコントローラに取り込まれ、例えば、直接データセレクタ１５６を介してＲＡＭ１６０に格納されるか、もしくは、一旦データ比較器１５４に入力される。
【００７０】
次いで、データコントローラ１５２によりデータセレクタ１５６を介して、上記ステップＳ１０１により得られた階調データのうち、各読取感度ごと（すなわち、各行ごと、あるいは、所定の複数行ごと、もしくは、上記被写体画像の１画面ごと）に各ダブルゲート型フォトセンサ１０から得られた階調データを抽出してデータ比較器１５４に読み込み（Ｓ１０２）、各読取感度ごとに階調データ相互の大小関係を比較して、最大となる階調データ（最も明るい階調に相当する）及び最小となる階調データ（最も暗い階調に相当する）を抽出する（Ｓ１０３）。
【００７１】
そして、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、各読取感度ごとに抽出された階調データの最大値と最小値の差分、すなわち、ダイナミックレンジ（データ範囲）を算出し、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（Ｓ１０４）。このようなダイナミックレンジの算出処理を各読取感度ごとに順次実行する。
【００７２】
次いで、ＲＡＭ１６０に格納された各読取感度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、データ比較器１５４に読み込み、読取感度に対するダイナミックレンジの変化傾向から、ダイナミックレンジが最大となる読取感度を抽出する（Ｓ１０５）。これにより、メインコントローラ１５３は、抽出された当該読取感度を、被写体の画像パターンに対応した良好なコントラストを得ることができる最適な読取感度であると判断する。
【００７３】
そして、データコントローラ１５２は、データセレクタ１５６を介して、該抽出された読取感度における階調データの最大値及び最小値をＲＡＭ１６０から読み出し（Ｓ１０６）、当該階調データの最大値及び最小値の各々に対応する階調電圧Ｖｄｈ、ＶｄｌをＡ／Ｄコンバータ１４０に出力し、アナログ−デジタル変換処理における階調データを規定するハイレベル側及びローレベル側の基準電圧に書き換え設定して（Ｓ１０７）、基準電圧設定動作を終了する。
【００７４】
＜感度調整用読取動作＞
次いで、上述したコントローラの処理動作に適用される感度調整用読取動作（ステップＳ１０１）について、図面を参照して具体的に説明する。
図８は、本実施形態に係る感度調整用読取動作において、対象となる領域及びその読取動作の具体例を示す概念図である。
【００７５】
本実施形態に適用される感度調整用読取動作は、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１２０、プリチャージスイッチ１３２に出力、設定される各制御信号及び読取感度（電荷蓄積期間）に基づいて、上述したフォトセンサアレイ１００の画像読取動作（図３参照）と同様に、検知面ＤＴＣに載置された被写体の画像を、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、フォトセンサアレイ１００の有効読取領域３０について、又は、図８（ｃ）に示すように、有効読取領域３０内に予め設定された検出エリア（所定の行範囲及び列範囲からなる領域）４０について読み取る動作を実行する。
【００７６】
ここで、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１０に設定される読取感度（すなわち、電荷蓄積期間）は、例えば、一行ごとに段階的に順次異なるように設定されるものであってもよいし、所定の複数行ごとに順次異なるように設定されるものであってもよいし、有効読取領域３０の全域や検出エリア４０内の全域のように、被写体画像の全域ごと（すなわち、一画面ごと）に、異なるように設定されるものであってもよい。
【００７７】
また、感度調整用読取動作におけるダブルゲート型フォトセンサ１０の具体的な駆動方法は、例えば、図８（ａ）に示すように、２５６行×１９６列の画素（すなわち、２５６×１９６個のダブルゲート型フォトセンサ）からなるフォトセンサアレイ１００において、１行目から２５６行目までの全ての行について順次読み取るものであってもよいし、図８（ｂ）に示すように、１０行目、２０行目、・・・１８０行目、１９０行目、・・・のように複数行おき（ここでは、１０行おき）に、順次読み取るものであってもよい。
【００７８】
また、ダブルゲート型フォトセンサ１０のさらに他の駆動方法としては、例えば、図８（ｃ）に示すように、有効読取領域３０のうち、６４行目〜１９１行目の行範囲及び６７列目〜１３０列目の列範囲に設定された検出エリア４０の全ての行について、順次読み取るものであってもよいし、図８（ｂ）に示した場合と同様に、例えば、検出エリア４０内の７０行目、８０行目、・・・１８０行目、１９０行目のように複数行おき（ここでは、１０行おき）に、順次読み取るものであってもよい。
【００７９】
そして、上述したような感度調整用読取動作においては、以下に示すような読取感度の設定方法を良好に適用することができる。
図９は、本実施形態に係る感度調整用読取動作に適用可能な読取感度（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１、図２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。
【００８０】
上述した図８に示したダブルゲート型フォトセンサ１０の駆動方法において、フォトセンサアレイ１００（有効読取領域３０）又は検出エリア４０の全行又は特定の行について、段階的に異なる読取感度を設定する手法としては、図９に示すように、まず、フォトセンサアレイ１００を構成するダブルゲート型フォトセンサ１０の各々に対して、一括して同時にリセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎを印加してリセット動作を実行し、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、…Ｔｎ− １、Ｔｎを一斉にスタートした後、各行ごとのダブルゲート型フォトセンサ１０に印加されるプリチャージ信号φｐｇ及び読み出しパルスφＢ１、φＢ２、…φＢｎを所定の時間間隔（遅れ時間Ｔｄｅｌａｙ）で段階的に変化させることにより、各行ごとのダブルゲート型フォトセンサ１０におけるプリチャージ動作及び読み出し動作のタイミングを順次異ならせて、各行ごとに設定される電荷蓄積期間Ｔ１、Ｔ２、…Ｔｎ− １、Ｔｎを上記時間間隔（Ｔｄｅｌａｙ）で相互に変化させるように制御する。
【００８１】
これにより、感度調整用読取動作において、読取動作を実行する各行ごと（上記図８に示したように全行であってもよいし、特定の行であってもよい）に異なる読取感度（すなわち、行数分の異なる読取感度）で読み取られた階調データを、１回（１画面分）の被写体画像の読取動作により取得することができる。
なお、本発明に係る画像読取装置に適用される読取感度（電荷蓄積期間）の設定方法は、上述した手法に限定されるものではなく、少なくとも、被写体画像を異なる読取感度で読み取り、各読取感度ごとに階調データを取得できるものであれば、例えば、単一の読取感度により被写体画像の一画面分を読み取った後、読取感度を変更して再度被写体画像を読み取る動作を複数回繰り返すようにしたものであってもよいし、さらに他の方法であってもよいことはいうまでもない。
【００８２】
＜駆動調整方法の具体例＞
次に、上述した画像読取装置及びその駆動調整方法（感度調整用読取動作及び基準電圧設定動作）の具体的な適用例について、図面を参照して説明する。
図１０は、本実施形態に係る画像読取装置の駆動調整方法の対象となる被写体（指）と検出エリアの関係、及び、被写体画像（指紋画像）の実験画像を示す図である。そして、図１１は、本実施形態に係る駆動調整方法（感度調整用読取動作）により得られた階調データ（明度データ）の変化の一例を示すグラフであり、図１２は、本実施形態に係る駆動調整方法（感度調整用読取動作）により得られた指紋画像の階調データに基づくダイナミックレンジの変化、及び、行番号とダイナミックレンジ、最大値及び最小値となる階調データの階調電圧との対応関係を示す図である。
【００８３】
まず、図１０（ａ）に示すように、正規の画像読取動作における被写体である指ＦＧを用い、少なくとも、２５６行×１９６列の画素（フォトセンサ）からなるフォトセンサアレイ１００の有効読取領域３０内に、被写体を載置、接触することにより全域が覆われる、予め設定された６４行目〜１９１行目の行範囲（１２８行）及び６７列目〜１３０列目の列範囲（６４列）からなる検出エリア４０に対して、各行ごとのフォトセンサ群に上述したように順次異なる電荷蓄積期間を設定して上記指ＦＧの画像パターンを読み取る感度調整用読取動作を実行することにより、図１０（ｂ）に示すように、一画面分の画像読取動作で各行ごとに読取感度が段階的に異なる指紋画像を得る。
【００８４】
このような指紋画像において、白として観測される階調データ（すなわち、明状態の基準値）と、黒として観測される階調データ（暗状態の基準値）との間を、例えば２５６階調に設定し、任意の行（読取感度）の各画素における階調データの変化を検証すると、電荷蓄積期間Ｔａが短く設定された行においては、図１１（ａ）〜（ｃ）に示すように、指紋画像全体が略暗状態として読み取られ、当該行における階調データの最大値と最小値の差分（ダイナミックレンジ）は、微小又は小さな数値となる。一方、電荷蓄積期間Ｔａが長く設定された行においては、指紋画像全体が略明状態として読み取られ、当該行における階調データの最大値と最小値の差分（ダイナミックレンジ）は、やはり微小又は小さな数値となる。
【００８５】
これに対して、図１１（ｄ）、（ｅ）に示すように、指紋画像のコントラスト（明暗差）が比較的明確な領域においては、上記階調データの最大値と最小値の差分（ダイナミックレンジ）は、大きな数値を示す。なお、図１１においては、検出エリア４０内の任意の行として、便宜的に８０行目、１０４行目、１２８行目、１５２行目及び１７６行目について、列ごとの階調データの変化傾向を示した。
【００８６】
したがって、各行ごと（読取感度ごと）に階調データの最大値と最小値を抽出して、その差分からダイナミックレンジを算出することにより、図１２（ａ）に示すように、行番号が小さい領域では略暗状態となり、また、行番号が大きい領域では略明状態となって、いずれもダイナミックレンジが小さく算出され、一方、暗状態と明状態の間の特定の行ＲＣａにおいて、ダイナミックレンジが最大値ＭＡ１を示す変化傾向が得られる。
【００８７】
ここで、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１０の出力特性のバラツキが、比較的狭くかつ均一である場合には、概略、図１２（ａ）に示したようなダイナミックレンジの変化傾向の誤差範囲に含まれるので、当該バラツキによる階調データへの影響は軽微となる。
これにより、ダイナミックレンジが最大となる行番号ＲＣａが特定され、図１２（ｂ）に示すように、当該行（例えば、ＲＣａ＝１７６行）における階調データの最大値（例えば、２５１）及び最小値（例えば、５８）を読み出して、当該階調データに対応する階調電圧Ｖｓｈ（１７６）、Ｖｓｌ（１７６）を、Ａ／Ｄコンバータにおけるハイレベル及びローレベルの基準電圧Ｖｄｈ、Ｖｄｌに設定する。
【００８８】
このように、本実施形態に係る画像読取装置及びその駆動調整方法においては、正規の画像読取動作に先立って、該画像読取動作の対象となる被写体を用いて、段階的に読取感度（電荷蓄積期間）を変化させて被写体画像を読み取る感度調整用読取動作を行い、当該被写体固有の読取感度ごとのコントラスト（明暗差）の傾向を事前に把握して、最適なコントラストを示す（階調データのダイナミックレンジが最大となる）読取感度を抽出し、当該読取感度における階調データの最大値及び最小値に対応する階調電圧を、フォトセンサから出力される検出信号（アナログ信号）から階調データ（デジタル信号）を生成するＡ／Ｄコンバータの、ハイレベル側及びローレベル側の基準電圧に設定する基準電圧設定動作を行うように構成されている。
【００８９】
これにより、上記調整用読取動作に基づいて判明した、被写体の画像パターン（より詳しくは、被写体の固有の性質や読取条件、周辺環境等）やダブルゲート型フォトセンサの出力特性に対応した最適なコントラストに基づいて、Ａ／Ｄコンバータの基準電圧を設定することができるので、被写体の画像パターンが鮮明でない場合や、製造バラツキや画像読取装置の経時変化により、フォトセンサアレイの出力特性にバラツキが生じていた場合であっても、当該被写体画像を良好な階調数の階調データとして読み取ることができ、階調表現が良好な画像情報を生成することができる。
【００９０】
＜駆動調整方法の他の具体例＞
次に、上述した画像読取装置及びその駆動調整方法（感度調整用読取動作及び基準電圧設定動作）の他の具体的な適用例について、図面を参照して説明する。ここでは、上述した具体例において、ダブルゲート型フォトセンサの出力特性の異常や、検知面上への異物の付着等による異常画素が存在する場合の駆動調整方法について説明する。
【００９１】
図１３は、本具体例における駆動調整方法の一例を示すフローチャートである。図１４は、異常画素が存在するフォトセンサアレイで感度調整用読取動作を行った場合の被写体画像（指紋画像）を示す実験画像であり、図１５は、本具体例において感度調整用読取動作により得られた階調データの変化の一例を示すグラフであり、図１６は、本具体例において感度調整用読取動作により得られた指紋画像の階調データに基づくダイナミックレンジの変化、及び、行番号とダイナミックレンジ、最大値及び最小値となる階調データの階調電圧との対応関係を示す図である。ここでは、図５及び図６に示した画像読取装置の構成を適宜参照しながら駆動調整方法を説明する。また、上述した駆動調整方法（図７参照）及び具体例（図１０乃至図１２参照）と同等の動作については、その説明を簡略化又は省略する。
【００９２】
まず、図１３に示すように、図１０（ａ）に示した場合と同様に、フォトセンサアレイ１００の有効読取領域３０内に予め設定された検出エリア４０に載置、接触された指ＦＧの画像パターン（指紋）を、各行ごとに読取感度（電荷蓄積期間）を異なるように設定して読み取る感度調整用読取動作を実行することにより、図１４に示すような指紋画像を得る（Ｓ２０１）。ここで、フォトセンサアレイ１００には、ダブルゲート型フォトセンサの出力特性の異常や、検知面上への異物の付着等に起因する異常画素が存在し、図１４に示すように、検出エリア４０内の指紋画像に異常に高い階調データを示す輝点欠陥ＩＬが発生しているものとする。
【００９３】
このような指紋画像において、図７に示した駆動調整方法と同様に、検出エリア４０内の各行について階調データの変化を検証すると、上記図１１（ａ）〜（ｅ）に示したように、各読取感度ごとに被写体の画像パターンに応じた階調データの数値変化が得られるとともに、それに加えて、例えば、図１５（ｂ）に示すように、図１４に示した輝点欠陥ＩＬの位置に対応する列番号Ｒｐ（例えば、１０４行目）に、異常に大きな数値を示す階調データが観測される。
【００９４】
この場合、上述した具体例と同様に、階調データの最大値と最小値を抽出して、その差分からダイナミックレンジを算出する処理（図７に示したステップＳ１０３、Ｓ１０４に相当）を行った場合、図１６（ａ）に示すように、行番号が小さい領域及び行番号が大きい領域では画像パターンの明暗差が小さくため、ダイナミックレンジが小さく算出され、その間の特定の行ＲＣａにおいて、ダイナミックレンジが最大値ＭＡ１を示す変化傾向が得られるとともに、上記輝点欠陥ＩＬの位置に対応する行ＲＣｂ（＝１０４行目）において、見かけ上、最大値ＭＡ１よりも大きな最大値ＭＡ２が出現する。
【００９５】
このようなダイナミックレンジの変化に対して、最大値を示す行（読取感度）を抽出し、その階調データの最大値及び最小値を読み出す処理（図７に示したステップＳ１０５、Ｓ１０６に相当）を実行すると、図１６（ｂ）に示すように、輝点欠陥ＩＬに起因する最大値ＭＡ２を示す１０４行目における階調データの最大値（例えば、２５５）及び最小値（例えば、０）が読み出されて、当該階調データに対応する階調電圧Ｖｓｈ（１０４）、Ｖｓｌ（１０４）が、Ａ／Ｄコンバータにおけるハイレベル及びローレベルの基準電圧Ｖｄｈ、Ｖｄｌとして設定される可能性がある。すなわち、誤った基準電圧Ｖｄｈ、Ｖｄｌが、最適なコントラストで被写体画像を読み取るための条件として設定される可能性がある。
【００９６】
そこで、本具体例においては、指紋画像に輝点欠陥ＩＬが発生した場合、例えば、各読取感度ごと（各行ごと）の階調データのうち、大きい方から１個又は複数個の階調データ（すなわち、少なくとも最大値を含む階調データ）を一義的に除去する特定階調データ除去動作（特定データ除去動作）を実行することにより、異常に大きな数値として観測された列番号Ｒｐの階調データが必然的に除去されることになる（Ｓ２０２、Ｓ２０３）。
【００９７】
本具体例に適用される特定階調データ除去動作は、具体的には、図６に示したコントローラ１５０において、まず、上記ステップＳ２０１により得られた階調データのうち、各読取感度ごとに得られた階調データが抽出されてデータ比較器１５４に読み込まれ、該階調データ相互の大小関係を比較し、所定の条件を満たす特定の階調データ、すなわち、最大値となる階調データ、もしくは、階調データの大きい順に複数個の階調データ群を抽出して除去する。ここで、少なくとも、上記特定の階調データを除外した残りの階調データは、一旦ＲＡＭ１６０等に格納される。したがって、データ比較器１５４は、本発明に係る特定データ除去手段を構成する。
そして、特定の階調データを除外した残りの階調データを、各読取感度ごとにデータ比較器１５４に再び読み込み、階調データ相互の大小関係を比較して、最大値及び最小値となる階調データを抽出して、その差分からダイナミックレンジを算出する（Ｓ２０４）。
【００９８】
ここで、本具体例に示したような特定階調データ除去動作（ステップＳ２０３）においては、図１５（ａ）、（ｃ）〜（ｅ）に示すように、輝点欠陥ＩＬが存在しない行においても、少なくとも階調データの最大値が除去されることになるが、図１６（ａ）の曲線に示すように、各行におけるダイナミックレンジは、行ＲＣａを頂点（最大値）として緩やかに小さくなる変化傾向に大きな変化は生じないので、ダイナミックレンジの本来の最大値ＭＡ１を示す行ＲＣａのごく近傍の行番号（例えば、１７５行目）を良好に特定して、図１６（ｃ）に示すように、当該行（１７５行）における階調データの最大値（例えば、２４９）及び最小値（例えば、６０）を読み出して、当該階調データに対応する階調電圧Ｖｓｈ（１７５）、Ｖｓｌ（１７５）を、Ａ／Ｄコンバータにおけるハイレベル及びローレベルの基準電圧Ｖｄｈ、Ｖｄｌに設定する（Ｓ２０７、Ｓ２０８）。
【００９９】
このように、本具体例に係る画像読取装置及びその駆動調整方法においては、正規の画像読取動作に先立って、被写体画像を読み取る感度調整用読取動作により得られる各読取感度ごとの階調データから、少なくとも、輝点欠陥等の異常画素に起因するものである可能性が比較的高い、最大値となる階調データを除去する特定階調データ除去動作を行い、その後の階調データにより得られる当該被写体固有の読取感度ごとのコントラスト（明暗差）の傾向に基づいて、最適なコントラストを示す読取感度における階調データの最大値及び最小値に対応する階調電圧を、Ａ／Ｄコンバータのハイレベル側及びローレベル側の基準電圧に設定する基準電圧設定動作を行うように構成されている。
【０１００】
これにより、フォトセンサアレイにある程度の個数の素子欠陥が存在している場合や、検知面にある程度汚れが付着している場合等であっても、被写体の特性等に応じた良好なコントラストの画像データを得ることができるようにＡ／Ｄコンバータの基準電圧を設定することができる。
なお、本具体例においては、特定階調データ除去動作として、各読取感度ごとの階調データから、少なくとも最大値を含む１または複数の階調データを一義的に除去する処理を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、異常値を示す特定の階調データを除去することができるものであれば、他の手法を用いるものであってもよい。
【０１０１】
＜画像読取装置の第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説明する。
図１７は、本発明に係る画像読取装置の第２の実施形態を示すブロック図である。また、図１８は、本実施形態に係る画像読取装置に適用されるフォトセンサシステムの一例を示す概略構成図であり、図１９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ブロック図である。なお、図２に示したフォトセンサシステム及び上述した第１の実施形態（図５）に示した画像読取装置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。
【０１０２】
上述した第１の実施形態においては、フォトセンサアレイ（ダブルゲート型フォトセンサ）から出力された検出信号をアナログ−デジタル変換するＡ／Ｄコンバータの基準電圧を、被写体の画像パターン（被写体の固有の性質や読取条件、周辺環境等）やダブルゲート型フォトセンサの出力特性のバラツキに対応させて、可変的に設定する構成及び方法について説明したが、本実施形態においては、Ａ／Ｄコンバータの基準電圧を固定した状態で、少なくともダブルゲート型フォトセンサの出力特性のバラツキに対応させて、画像読取動作に関連する駆動制御信号の信号電圧を可変的に設定する構成及び方法を有している。
【０１０３】
図１７、図１８に示すように、本実施形態に係る画像読取装置は、大別して、図２に示したフォトセンサシステム及び図４に示した画像読取装置と同様の構成を有するフォトセンサアレイ１００と、トップゲートドライバ１１０と、ボトムゲートドライバ１２０と、コラムスイッチ１３１及びアンプ１３３と、Ａ／Ｄコンバータ１４０と、ＲＡＭ１６０と、ＲＯＭ１７０と、バックライトＢＬ（図１７においては、図示の都合上、省略）と、を備え、さらに、上述したプリチャージスイッチを備えるとともに、ダブルゲート型フォトセンサに印加されるプリチャージ電圧Ｖｐｇを任意の電圧値に設定制御するプリチャージ電圧設定部１３４と、ダブルゲート型フォトセンサに印加されるソース電圧Ｖｓを任意の電圧値に設定制御するソース電圧設定部１３５と、フォトセンサアレイ１００による画像読取動作や、各種データのやり取り等を制御するとともに、所定の電圧条件で電圧調整用読取動作を実行して、上記プリチャージ電圧Ｖｐｇ及びソース電圧Ｖｓの電圧値を、ダブルゲート型フォトセンサの出力特性のバラツキに対応した最適値に調整制御する機能を備えたコントローラ１５０Ｂと、を有して構成されている。
【０１０４】
ここで、プリチャージ電圧設定部１３４は、例えば、図１８に示すように、フォトセンサアレイ１００に配設された各ドレインライン１０３に一端側が接続され、後述する電圧制御部１３４ｂに他端側が接続され、後述するコントローラ１５０Ｂから出力されるプリチャージパルスφｐｇに基づいて、オン／オフ状態が制御される複数のスイッチからなるプリチャージスイッチ群１３４ａと、コントローラ１５０Ｂから出力されるプリチャージ制御信号Ｓｐｇに基づいて、所定の電圧値を有するプリチャージ電圧Ｖｐｇを生成し、上記プリチャージスイッチ群１３４ａを介して、各ドレインインライン１０３に印加する電圧制御部１３４ｂと、を有して構成されている。そして、プリチャージ電圧設定部１３４は、後述する電圧調整用読取動作において、上記プリチャージ制御信号Ｓｐｇに基づく所定のタイミングで（所定の読取領域単位の動作期間ごとに）プリチャージ電圧Ｖｐｇを段階的に変化させる制御を実行する。
【０１０５】
ソース電圧設定部１３５は、後述する電圧調整用読取動作において、上記プリチャージ電圧設定部１３４によりプリチャージ電圧Ｖｐｇを段階的に変化させて、各ドレインインライン１０３に印加する動作期間（ハイレベル調整期間）とは、時間的に重ならない別の動作期間（ローレベル調整期間）で、コントローラ１５０Ｂから出力されるソース制御信号Ｓｓに基づく所定のタイミングで（所定の読取領域単位の動作期間ごとに）、フォトセンサアレイ１００に配設された各ソースライン１０４を介して、ダブルゲート型フォトセンサ１０のソース端子に印加するソース電圧Ｖｓを段階的に変化させる制御を実行する。
【０１０６】
Ａ／Ｄコンバータ１４０は、上述した第１の実施形態と同様に、ダブルゲート型フォトセンサ１０から出力されたアナログ信号からなる検出信号をデジタル信号からなる階調データに変換する機能を有するものであるが、本実施形態においては、アナログ−デジタル変換処理における階調データを規定するハイレベル側及びローレベル側の基準電圧は、予め所定の電圧値に固定的に設定されている。
【０１０７】
また、本実施形態に適用されるコントローラ１５０Ｂは、例えば、図１９に示すように、少なくとも、後述するプリチャージ電圧設定部１３４及びソース電圧設定部１３５における電圧設定動作を制御するデバイスコントローラ１５１と、上述した第１の実施形態（図６参照）と略同等の機能を有し、後述するような本実施形態特有の動作を実行するデータコントローラ１５２、メインコントローラ１５３、データ比較器１５４、データセレクタ１５６、感度設定レジスタ１５７と、を備えた構成を有している。
【０１０８】
なお、上記コントローラ１５０Ｂの構成において、デバイスコントローラ１５１、データコントローラ１５２及びメインコントローラ１５３及び感度設定レジスタ１５７は、本発明に係る電圧調整制御手段を構成する。また、データ比較器１５４は、本発明に係る階調データ抽出手段を構成し、データコントローラ１５２、メインコントローラ１５３及びデータセレクタ１５６は、本発明に係る制御電圧設定手段を構成する。すなわち、上記各手段を含んで構成されるコントローラ１５０Ｂは、本発明に係る駆動制御電圧設定手段を構成する。
【０１０９】
データ比較器１５４は、少なくとも、後述する電圧調整用読取動作において、フォトセンサアレイ１００を構成するダブルゲート型フォトセンサ１０に印加するプリチャージ電圧Ｖｐｇ又はソース電圧Ｖｓを変化させつつ読み取り、Ａ／Ｄコンバータ１４０を介して取得した階調データの電圧値（階調電圧）と、Ａ／Ｄコンバータ１４０に予め固定的に設定され、アナログ−デジタル変換処理における階調データを規定するハイレベル側（黒画像パターン読取時）及びローレベル側（白画像パターン読取時）の基準電圧とを比較して、飽和値を除く近似値を抽出する。
【０１１０】
データセレクタ１５６は、Ａ／Ｄコンバータ１４０を介して入力された階調データ、及び、データ比較器１５４を介して処理された階調データ、並びに、処理済みデータ等を入力とし、これらのデータを必要に応じてＲＡＭ１６０への書き込みや読み出し、あるいは、データ比較器１５４への再入力、データコントローラ１５２を介して外部機能部２００へ出力する動作等を切換制御する。
【０１１１】
特に、データセレクタ１５６は、メインコントローラ１５３及びデータコントローラ１５２からの指令（制御信号）に基づいて、後述する電圧調整用読取動作において、上記データ比較器１５４により抽出されたＡ／Ｄコンバータ１４０の基準電圧に近似する階調電圧に対応するプリチャージ電圧Ｖｐｇ又はソース電圧ＶｓをＲＡＭ１６０から読み出して、デバイスコントローラ１５１を介してプリチャージ電圧設定部１３４又はソース電圧設定部１３５に当該電圧値を設定する。
【０１１２】
また、感度設定レジスタ１５７は、少なくとも電圧調整用読取動作において、データコントローラ１５２からの制御信号に基づいて、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１０に印加するプリチャージ電圧Ｖｐｇ又はソース電圧Ｖｓを、被写体画像の読取領域単位ごと（例えば、行ごと）に段階的に変化させるように、デバイスコントローラ１５１からプリチャージ電圧設定部１３４及びソース電圧設定部１３５に出力する各制御信号Ｓｐｇ、Ｓｓを設定する。
【０１１３】
＜画像読取装置の駆動調整方法＞
次いで、上述したコントローラによる処理動作（プリチャージ電圧／ソース電圧の設定動作）について、図面を参照して説明する。
図２０は、本実施形態に係る駆動調整方法に適用される電圧調整用読取動作の一例（ハイレベル調整動作）を示すタイミングチャートであり、図２１は、本実施形態に係る駆動調整方法に適用される電圧調整用読取動作の他の例（ローレベル調整動作）を示すタイミングチャートである。ここでは、図１７乃至図１９に示した画像読取装置の構成を適宜参照しながら説明する。
【０１１４】
本実施形態に係るコントローラ１５０Ｂは、被写体に対する正規の画像読み取り動作に先立つ任意のタイミングで、以下に示すような電圧調整用読取動作及び制御電圧設定動作を順次実行するように、上記画像読取装置（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、じょうじゅつした第１の実施形態と同様に、コントローラ１５０Ｂによって、例えば、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。
【０１１５】
本実施形態に係るコントローラの処理動作は、具体的には、まず、被写体の正規の読み取り動作に先立つ、任意かつ独立したタイミングで、メインコントローラ１５３により電圧調整用読取動作が開始され、データコントローラ１５２を介して、感度設定レジスタ１５７に電圧調整用読取動作のための電圧条件が設定されて、所定の電圧条件下にあるフォトセンサアレイ１００で読取動作を実行する。
【０１１６】
ここで、感度設定レジスタ１５７に設定される電圧条件は、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１０に印加されるプリチャージ電圧Ｖｐｇ又はソース電圧Ｖｓであって、これらの電圧値が、フォトセンサアレイ１００における読取領域単位ごと、例えば、一行ごと、あるいは、所定の複数行ごと、もしくは、１画面ごとに、段階的に順次異なるように設定され、上述した画像読取動作（図３参照）と同様に、各行ごとにダブルゲート型フォトセンサ１０を順次駆動することにより、複数の異なる読取感度で読み取る電圧調整用読取動作を実行する。
【０１１７】
具体的には、黒画像パターンに対する電圧調整（すなわち、Ａ／Ｄコンバータ１４０により変換されたハイレベル側の階調データの適正化処理）を行う場合には、まず、フォトセンサアレイ１００の検知面ＤＴＣを暗状態に設定し、例えば、図２０に示すように、フォトセンサアレイ１００を構成するダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート端子ＴＧに対して、各行ごとにリセットパルスφＴｉを順次印加して初期化動作（リセット期間Ｔｒｓｔ）を実行した後、電荷蓄積期間Ｔａを開始する。ここで、リセット期間においては、デバイスコントローラ１５１からのプリチャージ制御信号Ｓｐｇに基づいて、プリチャージ電圧設定部１３４により、プリチャージ電圧Ｖｐｇが０Ｖになるように設定される。
【０１１８】
そして、予め設定された電荷蓄積期間Ｔａ中に、プリチャージパルスφｐｇに基づいて、各ダブルゲート型フォトセンサ１０のドレイン端子にプリチャージ電圧Ｖｐｇを印加してプリチャージ状態に設定する（プリチャージ期間Ｔｐｒｃｈ）。ここで、本実施形態においては、プリチャージ制御信号Ｓｐｇに基づいて、プリチャージ電圧設定部１３４により、少なくともプリチャージ期間を含む所定の期間、各行ごとのダブルゲート型フォトセンサ１０のドレイン端子に印加されるプリチャージ電圧Ｖｐｇの電圧値が、例えば、段階的が低くなるように設定する。
【０１１９】
その後、上記電荷蓄積期間Ｔａを経過した行のダブルゲート型フォトセンサ１０のボトムゲート端子ＢＧに読み出しパルスφＢｉを順次印加して、当該読出期間Ｔｒｅａｄ中におけるプリチャージ電圧Ｖｐｇの変化（暗状態であるため、実質的に変化なし）をコラムスイッチ１３１により検出し、アンプ１３３により所定の信号電圧に増幅して検出信号としてＡ／Ｄコンバータ１４０に出力する。なお、上記一連の電圧調整用読取動作においては、デバイスコントローラ１５１からのソース制御信号Ｓｓに基づいて、ソース電圧設定部１３５により、全てのダブルゲート型フォトセンサ１０のソース端子に印加されるソース電圧Ｖｓが一定の電圧、例えば、０Ｖになるように設定される。
【０１２０】
Ａ／Ｄコンバータ１４０は、予め設定された基準電圧に基づいて、上記検出信号をアナログ−デジタル変換して、階調データを生成し、コントローラ１５０Ｂに出力する。コントローラ１５０Ｂは、サンプリング制御信号ＳＭＰにより設定される所定のタイミングで上記階調データを取り込む。ここで、検出信号の信号電圧がハイレベル側の基準電圧よりも高い場合には、ハイレベル側の基準電圧と同一の電圧値を有する階調データが得られる。
【０１２１】
すなわち、プリチャージ電圧設定部１３４により設定されたプリチャージ電圧Ｖｐｇが、暗状態（黒表示パターン）を良好に読み取ることができない電圧値に設定されている場合（基準電圧により規定される電圧範囲を逸脱する電圧値に設定されている場合）には、Ａ／Ｄコンバータ１４０から出力される階調データは、ハイレベル側の基準電圧に対して飽和状態を示す。一方、プリチャージ電圧Ｖｐｇが、暗状態（黒表示パターン）を良好に読み取ることができる電圧値に設定されている場合（基準電圧により規定される電圧範囲内に設定されている場合）には、階調データは、ハイレベル側の基準電圧以下であって、かつ、該基準電圧に近似する階調電圧を有する。
【０１２２】
また、白画像パターンに対する電圧調整（すなわち、Ａ／Ｄコンバータ１４０により変換されたローレベル側の階調データの適正化処理）を行う場合には、まず、フォトセンサアレイ１００の検知面ＤＴＣを明状態に設定し、例えば、図２１に示すように、各行ごとのダブルゲート型フォトセンサ１０に対して、リセットパルスφＴｉを順次印加して初期化動作（リセット期間Ｔｒｓｔ）を実行した後、電荷蓄積期間Ｔａを開始する。ここで、リセット期間においては、デバイスコントローラ１５１からのプリチャージ制御信号Ｓｐｇに基づいて、ソース電圧設定部１３５により、ソース電圧Ｖｓが０Ｖになるように設定される。
【０１２３】
そして、予め設定された電荷蓄積期間Ｔａ中に、プリチャージパルスφｐｇに基づいて、各ダブルゲート型フォトセンサ１０にプリチャージ電圧Ｖｐｇを印加してプリチャージ状態に設定する（プリチャージ期間Ｔｐｒｃｈ）。ここで、本実施形態においては、デバイスコントローラ１５１からのプリチャージ制御信号Ｓｐｇに基づいて、プリチャージ電圧設定部１３４により、全てのダブルゲート型フォトセンサ１０に印加されるプリチャージ電圧Ｖｐｇが一定電圧に設定される。また、このとき、デバイスコントローラ１５１からのソース制御信号Ｓｓに基づいて、ソース電圧設定部１３５により、少なくともプリチャージ期間を含む所定の期間、各行ごとのダブルゲート型フォトセンサ１０のソース端子に印加されるソース電圧Ｖｓの電圧値が、例えば、段階的に低くなるように設定する。
【０１２４】
その後、上記電荷蓄積期間Ｔａを経過した行のダブルゲート型フォトセンサ１０に読み出しパルスφＢｉを順次印加して、当該読出期間Ｔｒｅａｄ中におけるプリチャージ電圧Ｖｐｇの変化（明状態であるため、大幅に低下）をコラムスイッチ１３１により検出し、アンプ１３３を介して検出信号としてＡ／Ｄコンバータ１４０に出力する。
【０１２５】
Ａ／Ｄコンバータ１４０は、予め設定された基準電圧に基づいて、上記検出信号をアナログ−デジタル変換して、階調データを生成し、コントローラ１５０Ｂに出力する。コントローラ１５０Ｂは、サンプリング制御信号ＳＭＰにより設定される所定のタイミングで上記階調データを取り込む。ここで、検出信号の信号電圧がローレベル側の基準電圧よりも低い場合には、ローレベル側の基準電圧と同一の電圧値を有する階調データが得られる。
【０１２６】
すなわち、ソース電圧設定部１３５により設定されたソース電圧Ｖｓが、明状態（白表示パターン）を良好に読み取ることができない電圧値に設定されている場合（基準電圧により規定される電圧範囲を逸脱する電圧値に設定されている場合）には、Ａ／Ｄコンバータ１４０から出力される階調データは、ローレベル側の基準電圧に対して飽和状態を示す。一方、ソース電圧Ｖｓが、明状態（白表示パターン）を良好に読み取ることができる電圧値に設定されている場合（基準電圧により規定される電圧範囲内に設定されている場合）には、階調データは、ローレベル側の基準電圧以上であって、かつ、該基準電圧に近似する階調電圧を有する。
【０１２７】
そして、このような電圧調整用読取動作によりフォトセンサアレイ１００（ダブルゲート型フォトセンサ１０）からＡ／Ｄコンバータ１４０を介して、コントローラ１５０Ｂに取り込まれた階調データは、例えば、データセレクタ１５６を介してＲＡＭ１６０に格納される。
上述した電圧調整用読取動作により得られた階調データは、データコントローラ１５２によりデータセレクタ１５６を介して、各読取感度ごと（例えば、各行ごと）にデータ比較器１５４に読み込まれ、当該階調データの電圧値と、予めＡ／Ｄコンバータ１４０に固定的に設定されたハイレベル側又はローレベル側の基準電圧との大小関係が比較される。
【０１２８】
ここで、階調データの電圧値（階調電圧）がハイレベル側又はローレベル側の基準電圧と同一である場合には、上記電圧調整用読取動作により得られた階調データ（階調電圧）が飽和状態にあるものと判断して、当該階調データ（又は、対応する読取感度）を制御電圧設定処理の対象から一義的に除外する。一方、飽和状態にない階調データについては、データ比較器１５４により、各読取感度の中から階調データの電圧値がハイレベル側又はローレベル側の基準電圧に最も近似する階調データを抽出し、当該階調データに対応する読取感度を最適状態と判断して、上記電圧調整用読取動作において当該読取感度に設定したプリチャージ電圧Ｖｐｇ又はソース電圧Ｖｓを、プリチャージ電圧設定部１３４又はソース電圧設定部１３５に各々設定して、制御電圧設定動作を終了する。
【０１２９】
このように、本実施形態に係る画像読取装置及びその駆動調整方法においては、正規の画像読取動作に先立って、Ａ／Ｄコンバータの基準電圧を固定的に設定し、かつ、明状態及び暗状態の各感度調整条件で、段階的に電圧条件（プリチャージ電圧又はソース電圧）を変化させて電圧調整用読取動作を行い、暗状態及び明状態の各感度調整条件で、上記Ａ／Ｄコンバータのハイレベル側及びローレベル側の基準電圧に近似する電圧値を有する階調データを抽出して、当該階調データに対応する読取感度として設定されたプリチャージ電圧及びソース電圧を、それぞれ正規の画像読取動作を実行する際のプリチャージ電圧及びソース電圧として設定する制御電圧設定動作を行うように構成されている。
【０１３０】
これにより、上記調整用読取動作に基づいて判明した、暗状態及び明状態におけるダブルゲート型フォトセンサの出力特性に対応した最適なコントラストに基づいて、フォトセンサアレイ（ダブルゲート型フォトセンサ）に印加されるプリチャージ電圧及びソース電圧を設定することができるので、製造バラツキや画像読取装置の経時変化により、フォトセンサアレイの出力特性にバラツキが生じていた場合であっても、所望の被写体画像を良好な階調数の階調データとして読み取ることができ、階調表現が良好な画像情報を生成することができる。
【０１３１】
なお、本実施形態においては、上記調整用読取動作に適用される電圧調整条件として、フォトセンサアレイを暗状態又は明状態に設定して読取動作を実行し、プリチャージ電圧又はソース電圧を段階的に変化させる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く、例えば、上述した第１の実施形態に示したように、正規の画像読取動作における被写体を検知面に載置させた状態で、プリチャージ電圧を変化させて読み取るハイレベル調整動作と、ソース電圧を変化させて読み取るローレベル調整動作を順次実行するようにしてもよい。
【０１３２】
これによれば、被写体の画像パターン（より詳しくは、被写体の固有の性質等）及びダブルゲート型フォトセンサの出力特性に対応した最適なコントラストに基づいて、プリチャージ電圧及びソース電圧を設定することができるので、被写体の画像パターンが鮮明でない場合や、フォトセンサアレイの出力特性にバラツキが生じていた場合であっても、当該被写体画像を良好な階調数の階調データとして読み取ることができ、階調表現が良好な画像情報を生成することができる。
【０１３３】
また、本実施形態に示した一連の電圧調整動作において、電圧調整用読取動作により得られた階調データの電圧が、いずれの読取感度においても、Ａ／Ｄコンバータに固定的に設定されたハイレベル側又はローレベル側の基準電圧に対して飽和状態を示す場合や、該基準電圧に対して所定の近似範囲にない場合には、例えば、コントローラ１５０Ｂからの制御信号により該基準電圧を、所定の電圧分だけ上昇又は下降させるように変更設定して、再度上述した電圧調整制御を行って、再度上記感度調整動作を実行するようにしてもよい。
【０１３４】
次いで、上述した第２の実施形態において示した電圧調整用読取動作に適用可能な明状態及び暗状態の設定機構について簡単に説明する。
図２２は、本実施形態に係る画像読取装置の駆動調整方法に適用可能な明暗状態設定機構を示す概略構成図である。
本実施形態に係る画像読取装置においては、上述した電圧調整用読取動作を実現するために、例えば、図２２（ａ）に示すように、画像読取装置（フォトセンサアレイ１００）の検知面ＤＴＣの上方に、必要に応じてフォトセンサアレイ１００への外光の入射を遮断する遮光カバー３００と、該遮光カバー３００の上記フォトセンサアレイ１００側（すなわち、内側）に、フォトセンサアレイ１００の全域を所定の照射光で均一に照射する平面ライト（面光源）ＦＬＴと、を備えた明暗状態設定機構を適用することができる。
【０１３５】
ここで、遮光カバー３００及び平面ライトＦＬＴは、例えば、本実施形態に係る画像読取装置に付設された構成を有するものであってもよいし、画像読取装置とは別個に構成された装置であってもよい。すなわち、本実施形態に係る画像読取装置が搭載される電子機器に、開閉式やスライド式の機構を有して一体的に設けられた構成を有するものや、当該電子機器とは別個に、製造工場の検査ライン等に設けられたものであってもよく、メンテナンス時や工場出荷時等にフォトセンサアレイを外光から遮断するように設定することができるものであればよい。
【０１３６】
このような明暗状態設定機構を用いた電圧調整用読取動作において、ハイレベル調整動作においては、図２２（ｂ）に示すように、少なくとも画像読取装置のフォトセンサアレイ１００の上方及び側方を遮光カバー３００により被覆して、外光ＬＹが入射しない状態とするとともに、平面ライトＦＬＴを発光させない状態（消灯状態）とすることにより、上記暗状態を実現することができる。
また、ローレベル調整動作においては、図２２（ｃ）に示すように、フォトセンサアレイ１００を遮光カバー３００により被覆して、外光ＬＹが入射しない状態とするとともに、平面ライトＦＬＴを所定の輝度で発光させて、フォトセンサアレイ１００に照射光Ｌｘを均一に照射した状態（点灯状態）とすることにより、上記明状態を実現することができる。
【０１３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る画像読取装置及びその駆動調整方法によれば、被写体を読み取る正規の画像読取動作に先立つ任意のタイミングで、該画像読取動作の対象となる被写体を用いて、読取感度を段階的に変化させる感度調整用読取動作を行い、ダイナミックレンジが最大となる読取感度の階調データの電圧をＡ／Ｄコンバータにおける基準電圧に設定する基準電圧設定動作を行うように構成されているので、被写体の画像パターンが鮮明でない場合や、製造バラツキや画像読取装置の経時変化により、フォトセンサアレイの出力特性にバラツキが生じていた場合であっても、当該被写体画像を良好な階調数の階調データ（コントラスト）として読み取ることができ、階調表現が良好な画像情報を生成することができる。
【０１３８】
また、本発明に係る画像読取装置及びその駆動調整方法においては、正規の画像読取動作に先立つ任意のタイミングで、暗状態及び明状態の各感度調整条件下で、フォトセンサに印加するプリチャージ電圧及びソース電圧の電圧値を段階的に変化させる電圧調整用読取動作を行い、Ａ／Ｄコンバータにおける基準電圧に近似する電圧値を有する階調データが得られるプリチャージ電圧及びソース電圧を、正規の画像読取動作を実行する際のプリチャージ電圧及びソース電圧として設定する制御電圧設定動作を行うように構成されているので、製造バラツキや画像読取装置の経時変化により、フォトセンサアレイの出力特性にバラツキが生じていた場合であっても、当該被写体画像を良好な階調数の階調データ（コントラスト）として読み取ることができ、階調表現が良好な画像情報を生成することができる。
【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可能なダブルゲート型トランジスタによるフォトセンサ（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を絶縁性基板上に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における基本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】フォトセンサシステムを画像読取装置（指紋読取装置）に適用した場合の要部断面図である。
【図５】本発明に係る画像読取装置の第１の実施形態を示すブロック図である。
【図６】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ブロック図である。
【図７】本実施形態に係る画像読取装置に適用されるコントローラにより実現される処理動作の一例を示すフローチャートである。
【図８】本実施形態に係る感度調整用読取動作において、対象となる領域及びその読取動作の具体例を示す概念図である。
【図９】本実施形態に係る感度調整用読取動作に適用可能な読取感度（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１０】本実施形態に係る画像読取装置の駆動調整方法の対象となる被写体（指）と検出エリアの関係、及び、被写体画像（指紋画像）の実験画像を示す図である。
【図１１】本実施形態に係る駆動調整方法（感度調整用読取動作）により得られた階調データ（明度データ）の変化の一例を示すグラフである。
【図１２】本実施形態に係る駆動調整方法（感度調整用読取動作）により得られた指紋画像の階調データに基づくダイナミックレンジの変化、及び、行番号とダイナミックレンジ、最大値及び最小値となる階調データの階調電圧との対応関係を示す図である。
【図１３】本具体例における駆動調整方法の一例を示すフローチャートである。
【図１４】異常画素が存在するフォトセンサアレイで感度調整用読取動作を行った場合の被写体画像（指紋画像）を示す実験画像である。
【図１５】本具体例において感度調整用読取動作により得られた階調データの変化の一例を示すグラフである。
【図１６】本具体例において感度調整用読取動作により得られた指紋画像の階調データに基づくダイナミックレンジの変化、及び、行番号とダイナミックレンジ、最大値及び最小値となる階調データの階調電圧との対応関係を示す図である。
【図１７】本発明に係る画像読取装置の第２の実施形態を示すブロック図である。
【図１８】本実施形態に係る画像読取装置に適用されるフォトセンサシステムの一例を示す概略構成図である。
【図１９】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ブロック図である。
【図２０】本実施形態に係る駆動調整方法に適用される電圧調整用読取動作の一例（ハイレベル調整動作）を示すタイミングチャートである。
【図２１】本実施形態に係る駆動調整方法に適用される電圧調整用読取動作の他の例（ローレベル調整動作）を示すタイミングチャートである。
【図２２】本実施形態に係る画像読取装置の駆動調整方法に適用可能な明暗状態設定機構を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１０ ダブルゲート型フォトセンサ
１００ フォトセンサアレイ
１１０ トップゲートドライバ
１２０ ボトムゲートドライバ
１３０ ドレインドライバ
１３１ コラムスイッチ
１３２ プリチャージスイッチ
１３４ プリチャージ電圧設定部
１３５ ソース電圧設定部
１４０ Ａ／Ｄコンバータ
１５０、１５０Ｂ コントローラ
Claims (24)
- 複数のフォトセンサが配列されたフォトセンサアレイを備え、前記フォトセンサの各々から出力される検出信号を、アナログ−デジタル変換処理することにより得られる階調データに基づいて、所望の被写体の画像情報を取得する画像読取装置において、
少なくとも、前記フォトセンサアレイにより前記所望の被写体を読み取ることにより得られる前記階調データに対応する電圧に基づいて、前記アナログ−デジタル変換処理において前記階調データを規定する基準電圧を設定する基準電圧設定手段と、前記フォトセンサアレイにより得られる前記階調データに対応する電圧に基づいて、前記所望の被写体を読み取る際に前記フォトセンサを駆動するために印加される駆動制御信号の電圧を設定する駆動制御電圧設定手段と、の何れか一方を備えることを特徴とする画像読取装置。 - 前記画像読取装置における前記基準電圧設定手段は、
少なくとも、前記フォトセンサアレイにより前記所望の被写体を読み取る正規の画像読取動作に先立って、前記フォトセンサアレイの画像読取感度を複数段階に変化させて、前記被写体を読み取る感度調整用読取動作を実行制御する感度調整制御手段を有することを特徴とする請求項１記載の画像読取装置。 - 前記画像読取装置における前記基準電圧設定手段は、更に、前記感度調整用読取動作により得られた前記階調データから、前記画像読取感度ごとに、前記階調データの最大値及び最小値を抽出する測定量比較手段と、
前記画像読取感度ごとに抽出された前記階調データの最大値及び最小値に基づいて、前記階調データのデータ範囲を算出するデータ範囲算出手段と、
前記データ範囲の前記画像読取感度ごとの変化に基づいて、最適画像読取感度を導出する最適画像読取感度抽出手段と、
前記最適画像読取感度における前記階調データの最大値及び最小値に対応する電圧を、前記アナログ−デジタル変換処理において前記階調データを規定する基準電圧に設定する手段と、
を有することを特徴とする請求項２記載の画像読取装置。 - 前記感度調整制御手段は、前記被写体の読取領域単位ごとに、前記フォトセンサアレイの前記画像読取感度を段階的に異なるように設定することを特徴とする請求項２又は３記載の画像読取装置。
- 前記感度調整制御手段は、前記フォトセンサアレイを構成する前記フォトセンサの受光時間を調整することにより、前記画像読取感度を段階的に異なるように設定することを特徴とする請求項２又は３記載の画像読取装置。
- 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、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、前記第１のゲート電極の上方に形成され、前記被写体が載置される被写体検知面と、を有し、
前記第１のゲート電極にリセットパルスを印加して前記読取画素を初期化し、前記ドレイン電極にプリチャージパルスを印加した後、前記第２のゲート電極に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入射した光の量に応じた電荷を蓄積し、該電荷量に対応する電圧を前記検出信号として出力す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画像読取装置。 - 前記画像読取感度は、前記フォトセンサに設定される前記電荷蓄積期間であることを特徴とする請求項６記載の画像読取装置。
- 前記画像読取装置は、
前記調整用読取動作により得られた前記階調データから、前記画像読取感度ごとに、少なくとも、前記階調データの最大値又は最小値を抽出して除外する特定データ除去動作を実行する特定データ除去手段をさらに有し、
前記測定量比較手段は、前記特定データ除去動作により前記最大値又は最小値が除外された前記階調データから、前記画像読取感度ごとに、前記階調データの最大値及び最小値を抽出することを特徴とする請求項３記載の画像読取装置。 - 前記画像読取装置における前記駆動制御電圧設定手段は、
少なくとも、前記フォトセンサアレイにより前記所望の被写体を読み取る正規の画像読取動作に先立って、前記フォトセンサアレイに印加される駆動制御信号の電圧を複数段階に変化させて、前記所定の被写体を読み取る電圧調整用読取動作を実行制御する電圧調整制御手段を有することを特徴とする請求項１記載の画像読取装置。 - 前記画像読取装置における前記駆動制御電圧設定手段は、更に、
前記電圧調整用読取動作により得られた前記階調データから、前記アナログ−デジタル変換処理における前記基準電圧に近似する電圧値を有する前記階調データを抽出する階調データ抽出手段と、
前記抽出された前記階調データから前記基準電圧に最も近似する電圧値を有する前記階調データを抽出し、該抽出された階調データに対応する電圧を、前記駆動制御信号の電圧に設定する制御電圧設定手段と、
を有することを特徴とする請求項９記載の画像読取装置。 - 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、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、前記第１のゲート電極の上方に形成され、前記被写体が載置される被写体検知面と、を有し、
前記第１のゲート電極にリセットパルスを印加して前記読取画素を初期化し、前記ドレイン電極にプリチャージパルスを印加した後、前記第２のゲート電極に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入射した光の量に応じた電荷を蓄積し、該電荷量に対応する電圧を前記検出信号として出力することを特徴とする請求項９乃至１０のいずれかに記載の画像読取装置。 - 前記駆動制御信号は、前記フォトセンサのソース電極及びプリチャージ電極に印加されるソース電圧及びプリチャージ電圧であることを特徴とする請求項１１記載の画像読取装置。
- 前記駆動制御電圧設定手段は、前記プリチャージ電圧を段階的に異なるように設定して、前記電圧調整用読取動作を実行することにより、黒画像パターンに対応した前記階調データを得ることを特徴とする請求項１１記載の画像読取装置。
- 前記駆動制御電圧設定手段は、前記ソース電圧を段階的に異なるように設定して、前記電圧調整用読取動作を実行することにより、白画像パターンに対応した前記階調データを得ることを特徴とする請求項１２記載の画像読取装置。
- 前記駆動制御電圧設定手段は、前記フォトセンサアレイを暗状態に設定して、前記黒画像パターンに対応した前記階調データを得る前記電圧調整用読取動作を実行し、前記フォトセンサアレイを明状態に設定して、前記白画像パターンに対応した前記階調データを得る前記電圧調整用読取動作を実行することを特徴とする請求項１３又は１４記載の画像読取装置。
- 前記駆動制御電圧設定手段は、前記階調データ抽出手段により抽出された前記階調データから、前記基準電圧に近似する電圧値を有する前記階調データが抽出されない場合に、前記基準電圧を可変設定することを特徴とする請求項１０乃至１５のいずれかに記載の画像読取装置。
- 複数のフォトセンサが配列されたフォトセンサアレイを備え、前記フォトセンサの各々から出力される検出信号を、アナログ−デジタル変換処理することにより得られる階調データに基づいて、所望の被写体の画像情報を取得する画像読取装置の駆動調整方法において、
少なくとも、前記フォトセンサアレイにより前記所望の被写体を読み取る正規の画像読取動作に先立って、前記フォトセンサアレイの画像読取感度を複数段階に変化させて、前記被写体を読み取る感度調整用読取動作を実行制御する手順と、
前記感度調整用読取動作により得られた前記階調データから、前記画像読取感度ごとに、前記階調データの最大値及び最小値を抽出する手順と、
前記画像読取感度ごとに抽出された前記階調データの最大値及び最小値に基づいて、前記階調データのデータ範囲を算出する手順と、
前記データ範囲の前記画像読取感度ごとの変化に基づいて最適画像読取感度を導出する手順と、
前記最適画像読取感度における前記階調データの最大値及び最小値に対応する電圧を、前記アナログ−デジタル変換処理において前記階調データを規定する基準電圧に設定する手順と、
を含むことを特徴とする画像読取装置の駆動調整方法。 - 前記感度調整用読取動作は、前記被写体の読取領域単位ごとに、前記フォトセンサアレイを構成する前記フォトセンサの受光時間を調整することにより、前記画像読取感度を段階的に異なるように設定することを特徴とする請求項１７記載の画像読取装置の駆動調整方法。
- 前記画像読取装置の駆動調整方法は、
前記感度調整用読取動作により得られた前記階調データから、前記画像読取感度ごとに、少なくとも、前記階調データの最大値又は最小値を抽出して除外する特定データ除去動作を実行する手順を含むことを特徴とする請求項１７又は１８記載の画像読取装置の駆動調整方法。 - 複数のフォトセンサが配列されたフォトセンサアレイを備え、前記フォトセンサの各々から出力される検出信号を、アナログ−デジタル変換処理することにより得られる階調データに基づいて、所望の被写体の画像情報を取得する画像読取装置において、
少なくとも、前記フォトセンサアレイにより前記所望の被写体を読み取る正規の画像読取動作に先立って、前記フォトセンサアレイに印加される駆動制御信号の電圧を複数段階に変化させて、前記被写体を読み取る感度調整用読取動作を実行制御する手順と、
前記感度調整用読取動作により得られた前記階調データから、前記画像読取感度ごとに、前記アナログ−デジタル変換処理における前記階調データを規定する基準電圧に近似する電圧値を有する前記階調データを抽出する手順と、
前記抽出された前記階調データから前記基準電圧に最も近似する電圧値を有する前記階調データを抽出し、該抽出された階調データに対応する電圧を、前記所望の被写体を読み取る際に、前記フォトセンサを駆動するために印加される駆動制御信号の電圧に設定する手順と、
を含むことを特徴とする画像読取装置の駆動調整方法。 - 前記調整用読取動作は、前記被写体の読取領域単位ごとに、前記フォトセンサを駆動するために印加される前記駆動制御信号の電圧を調整することにより、前記画像読取感度を段階的に異なるように設定することを特徴とする請求項２０記載の画像読取装置の駆動調整方法。
- 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、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、前記第１のゲート電極の上方に形成され、前記被写体が載置される被写体検知面と、を備え、前記第１のゲート電極にリセットパルスを印加して前記読取画素を初期化し、前記ドレイン電極にプリチャージパルスを印加した後、前記第２のゲート電極に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入射した光の量に応じた電荷を蓄積し、該電荷量に対応する電圧を前記検出信号として出力する構成を有し、
前記電圧調整用読取動作は、前記プリチャージ電圧を段階的に異なるように設定することにより、黒画像パターンに対応した前記階調データを取得し、
前記ソース電圧を段階的に異なるように設定することにより、白画像パターンに対応した前記階調データを取得することを特徴とする請求項２０記載の画像読取装置の駆動調整方法。 - 前記電圧調整用読取動作は、前記フォトセンサアレイを暗状態に設定することにより、前記黒画像パターンに対応した前記階調データを取得し、前記フォトセンサアレイを明状態に設定することにより、前記白画像パターンに対応した前記階調データを取得することを特徴とする請求項２０記載の画像読取装置の駆動調整方法。
- 前記画像読取装置の駆動調整方法は、前記抽出された前記階調データから前記基準電圧に最も近似する電圧値を有する前記階調データを抽出する手順において、前記基準電圧に近似する電圧値を有する前記階調データが抽出されない場合に、前記基準電圧を可変設定して、前記一連の手順を再度実行することを特徴とする請求項２０乃至２２のいずれかに記載の画像読取装置の駆動調整方法。
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