JP2007059504A - Image reading apparatus - Google Patents

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JP2007059504A JP2005240765A JP2005240765A JP2007059504A JP 2007059504 A JP2007059504 A JP 2007059504A JP 2005240765 A JP2005240765 A JP 2005240765A JP 2005240765 A JP2005240765 A JP 2005240765A JP 2007059504 A JP2007059504 A JP 2007059504A
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和広 佐々木
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    • G06V40/12Fingerprints or palmprints
    • G06V40/13Sensors therefor
    • G06V40/1318Sensors therefor using electro-optical elements or layers, e.g. electroluminescent sensing

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an image reading apparatus having high protection performance to external pressure applied to a photosensor array, and capable of satisfactorily reading an image pattern of an object while preventing damage to an insulating substrate. <P>SOLUTION: The image reading apparatus comprises in lamination a sensor array 110 composed of a plurality of photosensors PS (double gate type photosensors) arranged two-dimensionally on one surface side of an insulating substrate SUB; and a prism sheet PRM including a detection surface DTC having a crosssectional structure where there are regularly and repeatedly arranged mount parts and valley parts, on an upper surface of the sensor array 110 via a protective insulating film. It is herein set that a separation interval Lb between the adjacent mount parts (or valley parts) formed on the prism sheet PRM is the same as an adjacent separation distance La between the photosensors PS arranged on the photosensor array 110. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、画像読取装置に関し、特に、指紋画像の読み取りに適用可能な画像読取装置に関する。   The present invention relates to an image reading apparatus, and more particularly to an image reading apparatus applicable to reading a fingerprint image.

従来、印刷物や写真、指紋等の被写体の画像雄パターン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た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検出して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。   2. Description of the Related Art Conventionally, as an image reading device that reads a male image pattern of a subject such as a printed matter, a photograph, or a fingerprint, for example, a photosensor array in which photoelectric conversion elements (photosensors) such as a CCD (Charge Coupled Device) are arranged in a line or matrix The object image is read by irradiating the object placed on the detection surface on the photosensor array with irradiation light, detecting the reflected light by each photosensor and converting it into an electrical signal. The structure is known.

ここで、CCDは、周知の通り、各フォトセンサの受光部に入射された光(上記反射光に相当する)の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を用いて検出し、被写体の画像パターンの明暗データ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を用いた画像読取装置においては、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(読取画素)数を増大させると、装置規模が大型化するという問題を有している。   Here, as is well known, the CCD calculates the amount (charge amount) of electron-hole pairs generated corresponding to the amount of light incident on the light receiving portion of each photosensor (corresponding to the reflected light). It is detected using a horizontal scanning circuit and a vertical scanning circuit to detect light and dark data of an image pattern of a subject, and is applied to various imaging devices and image reading devices such as a digital video camera and a copying machine. In such an image reading apparatus using a CCD, it is necessary to provide a selection transistor for selecting each scanned photosensor individually for each photosensor. When the number of detection pixels (reading pixels) is increased, there is a problem that the apparatus scale increases.

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、ダブルゲート型の薄膜トランジスタ構造を有し、フォトセンサ自体にフォトセンス機能(光量検出機能)と選択トランジスタ機能とを持たせた、いわゆる、ダブルゲート型フォトセンサが開発され、システムの小型化、及び、読取画素の高密度化(読取画像の高精細化)を図る試みがなされている。   Therefore, in recent years, as a configuration for solving such a problem, for example, as described in Patent Document 1, etc., it has a double gate type thin film transistor structure, and the photo sensor itself has a photo sensing function (light quantity detection). Function) and a selection transistor function have been developed, so-called double gate type photosensors have been developed, and attempts have been made to reduce the size of the system and increase the density of read pixels (higher resolution of the read image). Yes.

なお、特許文献1等に記載されたダブルゲート型フォトセンサの素子構造や駆動制御方法等については、詳しく後述するが、概略、ガラス基板等の絶縁性基板の一面側に、単一の半導体層(チャネル領域)に対して上方及び下方に、トップゲート電極及びボトムゲート電極を備え、上記一面側からの光のみを受光し、絶縁性基板の他面側からの光を遮光するように構成されている。また、このようなダブルゲート型フォトセンサが複数個、2次元配列された絶縁性基板上には、光透過性の絶縁膜が形成されて、ダブルゲート型フォトセンサ間を電気的に絶縁し、また、外圧等による損傷から保護するように構成されている。   The element structure and drive control method of the double-gate photosensor described in Patent Document 1 and the like will be described in detail later, but generally, a single semiconductor layer is formed on one side of an insulating substrate such as a glass substrate. A top gate electrode and a bottom gate electrode are provided above and below the (channel region), and are configured to receive only light from the one surface side and shield light from the other surface side of the insulating substrate. ing. A plurality of such double gate type photosensors are two-dimensionally arranged on an insulating substrate, and a light transmissive insulating film is formed to electrically insulate the double gate type photosensors, Moreover, it is configured to protect against damage caused by external pressure or the like.

そして、このようなダブルゲート型フォトセンサを2次元配列したフォトセンサアレイを備えた画像読取装置における画像読取動作(指紋読取動作)は、図7に示すように、絶縁性基板SUBの他面側(背面側;図面下面側)に設けられたバックライト(光源)BLから光Raを放射して、上記フォトセンサアレイの上方(絶縁性基板SUBの一面側(図面上面側)に設けられた検知面DTCに載置された被写体(例えば、指)FGPに照射し、当該被写体FGPの画像パターン(凹凸パターン)に応じて反射して、各ダブルゲート型フォトセンサPSPの受光領域(チャネル領域)に入射される光(反射光)Rbの光量を検出することにより、被写体FGPの画像パターンを明暗データとして読み取る。   Then, an image reading operation (fingerprint reading operation) in an image reading apparatus provided with a photosensor array in which such double gate type photosensors are two-dimensionally arranged, as shown in FIG. 7, is the other side of the insulating substrate SUB. Light Ra is emitted from a backlight (light source) BL provided on the back side (lower surface side of the drawing), and detection is provided above the photosensor array (on one side of the insulating substrate SUB (upper surface side of the drawing)). A subject (for example, a finger) FGP placed on the surface DTC is irradiated, reflected according to an image pattern (uneven pattern) of the subject FGP, and reflected on a light receiving region (channel region) of each double-gate photosensor PSP. By detecting the amount of incident light (reflected light) Rb, the image pattern of the subject FGP is read as light and dark data.

ここで、図7に示した画像読取装置においては、検知面DTCに密着する被写体FGPの凸部領域FGaではフォトセンサアレイと被写体FGPとの間で光の反射、散乱が発生することにより、その一部の光Rbがダブルゲート型フォトセンサPSPの受光領域に入射して、その光量に応じた電荷量が蓄積され、一方、検知面DTCに密着しない被写体FGPの凹部領域FGbでは、光Raが透過して上記反射、散乱が発生しないため、ダブルゲート型フォトセンサPSPに光Rbが入射せず、電荷の蓄積が生じない。   Here, in the image reading apparatus shown in FIG. 7, light is reflected and scattered between the photosensor array and the subject FGP in the convex region FGa of the subject FGP in close contact with the detection surface DTC. A part of the light Rb is incident on the light receiving area of the double-gate photosensor PSP, and a charge amount corresponding to the light quantity is accumulated. On the other hand, in the recessed area FGb of the subject FGP that is not in close contact with the detection surface DTC, the light Ra is Since the light is transmitted and does not reflect or scatter, the light Rb does not enter the double-gate photosensor PSP, and charge accumulation does not occur.

したがって、フォトセンサアレイを構成する複数のダブルゲート型フォトセンサPSPの各々に蓄積された電荷量に応じた電気信号を読み出すことにより、被写体FGPの画像パターン(指紋画像)を、検知面DTCに密着した領域(明データ)と密着しない領域(暗データ)からなる明暗データとして読み出すことができる。
なお、図7は、ダブルゲート型フォトセンサを適用した画像読取装置における画像読取動作(指紋読取動作)を説明するための概念断面図である。ここで、図示の都合上、断面を表すハッチングを省略した。
Therefore, the image signal (fingerprint image) of the subject FGP is brought into close contact with the detection surface DTC by reading out an electrical signal corresponding to the amount of charge accumulated in each of the plurality of double-gate photosensors PSP constituting the photosensor array. It can be read out as light / dark data consisting of a region (dark data) that is not in close contact with the region (bright data).
FIG. 7 is a conceptual cross-sectional view for explaining an image reading operation (fingerprint reading operation) in an image reading apparatus to which a double gate type photosensor is applied. Here, for the sake of illustration, hatching representing a cross section is omitted.

特開2002−259955号公報 (第3頁、図10)JP 2002-259955 A (page 3, FIG. 10)

しかしながら、上述したような従来技術においては、以下に示すような課題を有していた。
すなわち、
(1)図7に示したような画像読取装置においては、外圧等による損傷を防止するために、フォトセンサアレイ(ダブルゲート型フォトセンサPSP)上にシリコン窒化膜等からなる保護絶縁膜(オーバーコート膜)PRTが設けられ、該保護絶縁膜PRT上に被写体FGPが直接載置、密着される検知面DTCが形成された構成を有している。ここで、例えば、保護絶縁膜PRTの膜厚が薄い場合や膜質が劣化した場合等には、当該保護絶縁膜PRTにピンホール等の欠陥が存在(又は、発生)しやすくなり、特に、上述した画像読取装置を指紋読取装置に適用した場合、被写体FGPである指から分泌される汗や指に付着する汚れ等に含まれる塩分や汚染物質(浸食性の物質)により、フォトセンサアレイを構成するダブルゲート型フォトセンサPSPやその配線部材に腐食が発生して、画像読取装置の動作不良や故障を生じるという問題を有していた。
However, the conventional techniques as described above have the following problems.
That is,
(1) In the image reading apparatus as shown in FIG. 7, in order to prevent damage due to external pressure or the like, a protective insulating film (over film) made of a silicon nitride film or the like on the photosensor array (double gate type photosensor PSP). (Coat film) PRT is provided, and a detection surface DTC on which the subject FGP is directly placed and adhered is formed on the protective insulating film PRT. Here, for example, when the thickness of the protective insulating film PRT is thin or the film quality is deteriorated, defects such as pinholes are likely to exist (or occur) in the protective insulating film PRT. When this image reading device is applied to a fingerprint reading device, a photosensor array is composed of salt or contaminants (erodible materials) contained in sweat secreted from the finger, which is the subject FGP, or dirt attached to the finger. The double gate type photosensor PSP and its wiring member are corroded, resulting in a malfunction and failure of the image reading apparatus.

そのため、画像読取装置の完成後、又は、フォトセンサアレイを含む画像読取部の完成後に、検知面に塩水等の浸食性の物質を滴下して画像読取動作を繰り返し実行し、フォトセンサやその配線部材における腐食等の発生状況を検査する試験を実施する必要があり、製造工程が極めて煩雑になるという問題を有していた。   Therefore, after completion of the image reading device or after completion of the image reading unit including the photosensor array, an image reading operation is repeatedly performed by dropping an erodible substance such as salt water on the detection surface, and the photosensor and its wiring It has been necessary to carry out a test for inspecting the occurrence of corrosion or the like in the member, which has the problem that the manufacturing process becomes extremely complicated.

(2)また、検知面DTCに硬いものが当たったり、接触したりすることにより、保護絶縁膜PRTが損傷すると、ダブルゲート型フォトセンサPSPやその配線に断線や接続不良を生じる場合がある。このような不具合を防止するために、保護絶縁膜PRTを厚く形成した構成を適用することが考えられるが、保護絶縁膜PRTに適用される透過性を有する絶縁膜(シリコン窒化膜等)を厚く形成すると、製造(成膜)時間が長くなる上、厚い絶縁膜により光の透過性が低下して、撮像された被写体の画像パターン(指紋画像)のコントラストが低下するという問題を有していた。そのため、保護絶縁膜の膜厚は、上述したようなピンホール等の欠陥や膜質劣化、成膜条件、透過性等を勘案して、概ね10μm(10000Å)以下になるように形成されていた。   (2) Further, if the protective insulating film PRT is damaged by hitting or coming into contact with the detection surface DTC, the double gate type photosensor PSP or its wiring may be disconnected or poorly connected. In order to prevent such a problem, it is conceivable to apply a structure in which the protective insulating film PRT is formed thick. However, a transparent insulating film (silicon nitride film or the like) applied to the protective insulating film PRT is thick. If formed, the manufacturing (film formation) time becomes longer, and the light insulating property is reduced due to the thick insulating film, and the contrast of the image pattern (fingerprint image) of the imaged subject is lowered. . For this reason, the protective insulating film is formed to have a thickness of approximately 10 μm (10000 mm) or less in consideration of the above-described defects such as pinholes, film quality deterioration, film forming conditions, and permeability.

(3)さらに、より強い外圧が検知面DTC(フォトセンサアレイ)に印加された場合には、絶縁性基板SUBの破損(割れ)を生じる可能性もあり、この場合には、画像読取装置(指紋読取装置)の使用者(指紋の被採取者)に怪我を負わせてしまう可能性もあるという問題も有していた。   (3) Further, when a stronger external pressure is applied to the detection surface DTC (photo sensor array), the insulating substrate SUB may be broken (cracked). In this case, the image reading device ( There has also been a problem that there is a possibility that the user (fingerprint collector) of the fingerprint reader may be injured.

そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、フォトセンサアレイに印加される外圧に対して高い保護性能を有し、フォトセンサや配線、絶縁性基板の損傷を防止しつつ、被写体の画像パターンを良好に読み取ることができる画像読取装置を提供することを目的とする。   Therefore, in view of the above problems, the present invention has a high protection performance against external pressure applied to the photosensor array, and prevents an image pattern of a subject from being damaged while preventing damage to the photosensor, wiring, and insulating substrate. An object of the present invention is to provide an image reading apparatus that can be read favorably.

請求項1記載の発明は、被写体の画像パターンを読み取る画像読取装置において、透明な絶縁性基板の一面側に複数のフォトセンサが2次元配列された光透過型のセンサアレイと、一方の面が前記絶縁性基板の一面側に対向して配置され、他方の面に前記被写体が載置される検知面を有する光学シートと、前記絶縁性基板の他面側に配置され、前記センサアレイを介して前記光学シートに光を照射する光源と、を備え、前記光学シートにおける前記検知面は、傾斜面を有する山部及び谷部が交互に設けられた断面形状を有し、前記光源から照射された光は、前記検知面に載置された前記被写体が前記検知面に密着しない領域において、前記傾斜面で反射されて、前記フォトセンサに入射することを特徴とする。   According to a first aspect of the present invention, in an image reading apparatus for reading an image pattern of a subject, a light transmission type sensor array in which a plurality of photosensors are two-dimensionally arranged on one surface side of a transparent insulating substrate, and one surface is An optical sheet having a detection surface disposed on one surface side of the insulating substrate and having the subject placed on the other surface, and disposed on the other surface side of the insulating substrate, via the sensor array. A light source for irradiating the optical sheet with light, and the detection surface of the optical sheet has a cross-sectional shape in which crests and troughs having inclined surfaces are alternately provided, and is irradiated from the light source. The reflected light is reflected by the inclined surface and enters the photosensor in a region where the subject placed on the detection surface is not in close contact with the detection surface.

請求項2記載の発明は、請求項1記載の画像読取装置において、前記光源から照射された光は、前記検知面に載置された被写体が前記検知面に密着する領域において、前記傾斜面から前記被写体に入射されることを特徴とする。
請求項3記載の発明は、請求項1又は2記載の画像読取装置において、前記被写体は凸部及び凹部を有し、該凸部が前記傾斜面に密着し、該凹部は前記傾斜面に密着しないことを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the image reading apparatus according to the first aspect, the light emitted from the light source is emitted from the inclined surface in a region where a subject placed on the detection surface is in close contact with the detection surface. It is incident on the subject.
According to a third aspect of the present invention, in the image reading apparatus according to the first or second aspect, the subject has a convex portion and a concave portion, the convex portion is in close contact with the inclined surface, and the concave portion is in close contact with the inclined surface. It is characterized by not.

請求項4記載の発明は、請求項1記載の画像読取装置において、前記光学シートにおける前記山部及び前記谷部の前記傾斜面は相互に対称に形成され、前記傾斜面相互により形成される角度が90°になるように設定されていることを特徴とする。
請求項5記載の発明は、請求項1記載の画像読取装置において、前記光学シートにおける、隣接して設けられた前記山部間、又は、前記谷部間の離間距離が、前記センサアレイに配列された前記複数のフォトセンサの各々の離間距離と同一になるように設定されていることを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the image reading apparatus according to the first aspect, the inclined surfaces of the peak portion and the valley portion of the optical sheet are formed symmetrically with each other, and are formed by the inclined surfaces. Is set to be 90 °.
According to a fifth aspect of the present invention, in the image reading apparatus according to the first aspect of the present invention, the distance between the crests or the troughs provided adjacent to each other in the optical sheet is arranged in the sensor array. It is set so that it may become the same as the separation distance of each of these photosensors.

請求項6記載の発明は、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前記一面側及び前記他面側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、を有することを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, in the image reading device according to any one of the first to fifth aspects, the photosensor includes a source electrode and a drain electrode formed with a channel region made of a semiconductor layer interposed therebetween, and the channel. It has the 1st gate electrode and the 2nd gate electrode which were each formed through the insulating film on the said one surface side and the said other surface side of the area | region, It is characterized by the above-mentioned.

すなわち、本発明に係る画像読取装置においては、透明な絶縁性基板に一面側に複数のフォトセンサ(ダブルゲート型フォトセンサ)が2次元配列されたセンサアレイ上に、保護絶縁膜を介して、上面に検知面が設けられた透明部材からなる光学シート(プリズムシート)を積層配置した構成を有しているので、検知面に直接載置される被写体(指等)からの分泌物や付着物(汚れ)等に含まれる塩分や浸食性の物質によりセンサアレイを構成するフォトセンサやその配線部材が腐食される現象を抑制することができ、画像読取装置の動作不良や故障の発生を防止することができるとともに、そのための検査工程をなくして、製造工程の簡略化及び製品歩留まりの向上を図ることができる。   That is, in the image reading apparatus according to the present invention, a protective insulating film is interposed on a sensor array in which a plurality of photosensors (double gate type photosensors) are two-dimensionally arranged on one side of a transparent insulating substrate. Since it has a configuration in which optical sheets (prism sheets) made of a transparent member with a detection surface on the upper surface are stacked, secretions and deposits from subjects (such as fingers) placed directly on the detection surface The phenomenon that the photosensors and their wiring members constituting the sensor array are corroded by salt or erodible substances contained in (dirt) etc. can be suppressed, and the malfunction or failure of the image reading apparatus can be prevented. In addition, it is possible to eliminate the inspection process and simplify the manufacturing process and improve the product yield.

また、センサアレイ上に一般的に適用されてきた保護絶縁膜(シリコン窒化膜等)よりも膜硬度の高い透明部材(アクリル系樹脂等)からなる光学シートを配置した構成を有しているので、保護絶縁膜を必要以上に厚く形成する必要がなく、当該保護絶縁膜の製造(成膜)時間を短縮することができるとともに、外圧等によりセンサアレイ及び絶縁性基板が破損する現象を抑制することができ、仮に、絶縁性基板に適用されるガラス基板が破損した場合であっても、光学シートによりガラスの破片の飛散を防止することができ、画像読取装置の使用者の安全を確保することができる。   In addition, since it has a configuration in which an optical sheet made of a transparent member (acrylic resin or the like) having a film hardness higher than that of a protective insulating film (silicon nitride film or the like) generally applied on the sensor array is disposed. The protective insulating film does not need to be formed thicker than necessary, and the manufacturing (deposition) time of the protective insulating film can be shortened, and the phenomenon that the sensor array and the insulating substrate are damaged by an external pressure or the like is suppressed. Even if the glass substrate applied to the insulating substrate is damaged, the optical sheet can prevent the glass fragments from being scattered and ensure the safety of the user of the image reading apparatus. be able to.

さらに、光学シート上面の検知面は、傾斜面を有する山部及び谷部が交互に設けられた断面形状を有し、設けられる山部及び谷部を構成する傾斜面相互の交差角度が90°になるように設定され、かつ、隣接する山部間(又は、谷部間)の離間距離が、センサアレイに配列されたフォトセンサの隣接離間距離と同一になる(一致する)ように設定されていることにより、光源(バックライト)から照射された光は、検知面に載置された被写体(指紋)が傾斜面に密着しない領域(指紋の凹部)においては、光学シートの傾斜面でほぼ全反射されて、対応する位置のフォトセンサに入射し、被写体が傾斜面に密着する領域(指紋の凸部)においては、傾斜面から被写体に入射され、被写体内で拡散されるため、光の減衰を抑制して、良好なコントラストで被写体の画像パターン(指紋画像)を撮像することができる。   Furthermore, the detection surface of the upper surface of the optical sheet has a cross-sectional shape in which crests and troughs having inclined surfaces are alternately provided, and the crossing angle between the inclined surfaces constituting the crests and troughs to be provided is 90 °. And the separation distance between adjacent peaks (or valleys) is set to be the same (match) with the adjacent separation distance of the photosensors arranged in the sensor array. As a result, the light emitted from the light source (backlight) is almost equal to the inclined surface of the optical sheet in the area where the subject (fingerprint) placed on the detection surface does not adhere to the inclined surface (concave portion of the fingerprint). In a region where the light is totally reflected and enters the photosensor at the corresponding position and the subject is in close contact with the inclined surface (the convex portion of the fingerprint), the light is incident on the subject from the inclined surface and diffused within the subject. Suppresses attenuation and improves It is possible to capture an image pattern (fingerprint image) of the subject in the last.

以下、本発明に係る画像読取装置について、実施の形態を示して詳しく説明する。
まず、本発明に係る画像読取装置の全体構成(センサアレイ及びその周辺回路)について説明する。
図1は、本発明に係る画像読取装置の全体構成(センサアレイ及びその周辺回路)の一実施形態を示す概略構成図であり、図2は、本実施形態に係る画像読取装置(センサアレイ)の要部構成を示す概略断面図である。ここで、上述した従来技術と同等の構成については、同一又は同等の符号を付して説明する。
Hereinafter, an image reading apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to embodiments.
First, the overall configuration (sensor array and its peripheral circuit) of the image reading apparatus according to the present invention will be described.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of an overall configuration (sensor array and its peripheral circuit) of an image reading apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is an image reading apparatus (sensor array) according to the present embodiment. It is a schematic sectional drawing which shows the principal part structure of this. Here, components equivalent to those of the above-described prior art will be described with the same or equivalent reference numerals.

なお、本実施形態においては、センサアレイを構成するフォトセンサとして、従来技術において言及したダブルゲート型フォトセンサを適用した場合について説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、要するに、光透過型のセンサアレイを構成するものであって、かつ、背面側に配置された光源からの光が該センサアレイを透過して、検知面に載置された被写体(指)に充分な光量で良好に照射され、その反射光を受光して被写体の画像パターン(指紋画像)に応じた電気信号を出力するものであれば、他の素子構造や回路構成を有するものであってもよいことはいうまでもない。   In the present embodiment, the case where the double gate type photosensor referred to in the related art is applied as the photosensor constituting the sensor array will be described, but the present invention is not limited to this, in short, A light-transmitting sensor array is configured, and light from a light source disposed on the back side is transmitted through the sensor array so that a sufficient amount of light is applied to a subject (finger) placed on the detection surface. It may have other element structure or circuit configuration as long as it is well irradiated and receives the reflected light and outputs an electrical signal corresponding to the image pattern (fingerprint image) of the subject. Needless to say.

図1、図2に示すように、本発明に係る画像読取装置は、ガラス基板等の透明な絶縁性基板SUBの一面側(図2の図面上面側)に、例えば、n行×m列(n、mは任意の正の整数)のマトリクス状に配列された複数のフォトセンサ(後述するダブルゲート型フォトセンサ)PSと、各フォトセンサPSのトップゲート端子TGを行方向に接続して配設されたトップゲートラインTLと、各フォトセンサPSのボトムゲート端子BGを行方向に接続して配設されたボトムゲートラインBLと、各フォトセンサPSのドレイン端子Dを列方向に接続して配設されたドレインライン(データライン)DLと、ソース端子Sを所定の低電位電圧(例えば、接地電位)Vssに共通に接続するように配設されたソースライン(コモンライン)SLと、からなるセンサアレイ110を備えた構成を有している。   As shown in FIGS. 1 and 2, the image reading apparatus according to the present invention has, for example, n rows × m columns (on the upper surface side in FIG. 2) on a transparent insulating substrate SUB such as a glass substrate. A plurality of photosensors (double-gate photosensors described later) PS arranged in a matrix of n and m are arbitrary positive integers, and top gate terminals TG of each photosensor PS are connected in the row direction. The top gate line TL provided, the bottom gate line BL arranged by connecting the bottom gate terminal BG of each photosensor PS in the row direction, and the drain terminal D of each photosensor PS connected in the column direction A drain line (data line) DL disposed, and a source line (common line) SL disposed so as to commonly connect the source terminal S to a predetermined low potential voltage (for example, ground potential) Vss. The sensor array 110 is provided.

ここで、センサアレイ110の上方(図1の紙面手前側、図2の図面上方側)には、図2に示すように、センサアレイ110に2次元配列されたフォトセンサ(ダブルゲート型フォトセンサ)PSを被覆するように形成された保護絶縁膜(図3に示す保護絶縁膜19)を介して、上面に検知面DTCが設けられたプリズムシート(光学シート)PRMが配置された構成を有している。   Here, above the sensor array 110 (the front side in FIG. 1 and the upper side in FIG. 2), as shown in FIG. 2, photosensors (double-gate type photosensors) that are two-dimensionally arranged in the sensor array 110. ) A prism sheet (optical sheet) PRM having a detection surface DTC provided on the upper surface is disposed through a protective insulating film (protective insulating film 19 shown in FIG. 3) formed so as to cover PS. is doing.

特に、本実施形態に適用されるプリズムシートPRMの上面に設けられる検知面DTCは、図2に示すように、紙面左右に対称に形成された傾斜面からなる山部及び谷部が規則的に繰り返し配列された断面構造を有している。山部又は谷部を構成する一対の傾斜面は、絶縁性基板、センサアレイ及びプリズムシートの積層方向(図面上下方向)、あるいは、検知面DTC上に載置される被写体表面の延在方向(図面左右方向)に対して、一定の角度を有するように設定され、例えば、当該傾斜面相互により形成される角度(傾斜面相互の交差角度)αが90°になるように設定されている。   In particular, the detection surface DTC provided on the upper surface of the prism sheet PRM applied to the present embodiment has regular crests and troughs composed of inclined surfaces formed symmetrically on the left and right sides of the paper as shown in FIG. It has a cross-sectional structure arranged repeatedly. The pair of inclined surfaces constituting the crests or troughs is the direction in which the insulating substrate, the sensor array and the prism sheet are stacked (the vertical direction in the drawing) or the direction in which the surface of the subject placed on the detection surface DTC extends ( The angle formed by the inclined surfaces (intersecting angle between the inclined surfaces) α is set to 90 °, for example.

このようなプリズムシートPRMは、具体的には、例えば、100μm程度の膜厚を有するポリエステルフィルム上に、アクリル系樹脂材料からなる透明な板状部材の上面にV字型の断面を有する溝部(谷部)を形成したプリズム層を積層することにより製造することができ、プリズムシートPRMの全体の膜厚は、例えば、概ね150μm程度に設定することができる。   Specifically, such a prism sheet PRM has, for example, a groove portion having a V-shaped cross section on the upper surface of a transparent plate member made of an acrylic resin material on a polyester film having a film thickness of about 100 μm. The prism layer in which the valley portion is formed can be laminated, and the total film thickness of the prism sheet PRM can be set to about 150 μm, for example.

さらに、本実施形態に適用されるプリズムシートPRMに形成される隣接する山部相互、又は、谷部(V字溝)相互の離間間隔(ピッチ)Lbは、センサアレイ110に配列されたフォトセンサPS相互の隣接離間距離Laと同一になるように設定されている。具体的には、例えば、La=Lb=50μmに設定することができる。   Furthermore, the spacing (pitch) Lb between adjacent ridges or valleys (V-shaped grooves) formed on the prism sheet PRM applied to the present embodiment is a photosensor arranged in the sensor array 110. It is set to be the same as the adjacent spacing distance La between PSs. Specifically, for example, La = Lb = 50 μm can be set.

このような構成を有するセンサアレイ110及びプリズムシートPRMにおいては、絶縁性基板SUBの他面側(図2の図面下面側)に配置されたバックライト(光源)BLの一面側(図2の図面上面側)から放射された平面光が、上記絶縁性基板SUB、及び、センサアレイ110のフォトセンサPS及び上記各ラインが形成されていない領域(素子間領域)を透過して、プリズムシートPRMの下面側に照射される。後述するように、照射された光の一部はプリズムシートPRM内で全反射されてフォトセンサPSに入射し、一部はプリズムシートPRMを介して検知面DTCに載置された被写体に照射される。本実施形態に係る画像読取装置における被写体への光の照射状態及びフォトセンサへの光の入射状態については、詳しくは後述する。   In the sensor array 110 and the prism sheet PRM having such a configuration, one surface side of the backlight (light source) BL (the drawing in FIG. 2) disposed on the other surface side (the lower surface side in the drawing in FIG. 2) of the insulating substrate SUB. Planar light radiated from the upper surface side passes through the insulating substrate SUB, the photosensor PS of the sensor array 110, and the region where the respective lines are not formed (inter-element region), and the prism sheet PRM Irradiates the lower surface. As will be described later, a part of the irradiated light is totally reflected in the prism sheet PRM and enters the photosensor PS, and a part is irradiated to the subject placed on the detection surface DTC via the prism sheet PRM. The Details of the light irradiation state on the subject and the light incident state on the photosensor in the image reading apparatus according to the present embodiment will be described later.

また、本発明に係る画像読取装置は、図1に示すように、上述したセンサアレイ110に配設された各トップゲートラインTLに接続されたトップゲートドライバ120と、各ボトムゲートラインBLに接続されたボトムゲートドライバ130と、各ドレインラインDLに接続されたドレインドライバ140と、を有して構成されている。   Further, as shown in FIG. 1, the image reading apparatus according to the present invention is connected to the top gate driver 120 connected to each top gate line TL disposed in the sensor array 110 and to each bottom gate line BL. The bottom gate driver 130 and the drain driver 140 connected to each drain line DL are configured.

トップゲートドライバ120、又は、ボトムゲートドライバ130は、トップゲート制御信号(又は、ボトムゲート制御信号)として供給されるスタート信号、基準クロック信号、出力イネーブル信号等に基づいて、スタート信号を基準クロック信号に基づくタイミングで順次次段へシフトしつつ、出力イネーブル信号等に基づくタイミングで、各行のトップゲートラインTL、又は、ボトムゲートラインBLに対応するシフト信号として出力し、順次出力される当該シフト信号を所定の信号レベルに増幅してリセットパルスφTi、又は、読み出しパルスφBiとして、各トップゲートラインTL、又は、ボトムゲートラインBLに出力するように構成されている。   The top gate driver 120 or the bottom gate driver 130 determines the start signal as a reference clock signal based on a start signal, a reference clock signal, an output enable signal, etc. supplied as a top gate control signal (or bottom gate control signal). The shift signal is sequentially output to the next stage at the timing based on the output signal and is output as the shift signal corresponding to the top gate line TL or the bottom gate line BL of each row at the timing based on the output enable signal or the like. Is output to the top gate line TL or the bottom gate line BL as a reset pulse φTi or a read pulse φBi.

ドレインドライバ140は、ドレイン制御信号として供給されるプリチャージ信号に基づくタイミング(後述するプリチャージ期間)で、各ドレインラインDLに所定のプリチャージパルス(プリチャージ電圧Vpg)を一斉に印加するプリチャージ動作と、ドレイン制御信号として供給されるサンプリング信号に基づくタイミング(後述する読み出し期間)で、各ドレインラインDLを介して各フォトセンサPSに蓄積されたキャリヤに対応する各データ電圧Vrd(ドレインライン電圧VD)を並列的に読み出し、各ドレインラインDLに対応して出力されたシフト信号に基づくタイミングで、上記データ電圧Vrdを、時系列的に取り出してシリアル信号に変換し、読取データ信号Vdataとして出力する読み出し動作と、を所定のタイミングで実行するように構成されている。   The drain driver 140 precharges a predetermined precharge pulse (precharge voltage Vpg) simultaneously applied to each drain line DL at a timing (a precharge period described later) based on a precharge signal supplied as a drain control signal. Each data voltage Vrd (drain line voltage) corresponding to the carrier accumulated in each photosensor PS via each drain line DL at the timing based on the operation and a sampling signal supplied as a drain control signal (a readout period described later). VD) is read out in parallel, and at the timing based on the shift signal output corresponding to each drain line DL, the data voltage Vrd is taken out in time series and converted into a serial signal and output as a read data signal Vdata. Read operation is performed at a predetermined timing. Configured to run.

すなわち、図1に示したトップゲート制御信号は、トップゲートドライバ120において後述するリセット電圧(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(iは1≦i≦nとなる任意の正の整数)を生成するための制御信号であり、ボトムゲート制御信号は、ボトムゲートドライバ130において後述する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信号φB1、φB2、…φBi、…φBnを生成するための制御信号であり、ドレイン制御信号は、ドレインドライバ140において後述するプリチャージ電圧Vpgを各フォトセンサPSに印加するとともに、各フォトセンサPSに蓄積されたキャリヤに対応するデータ電圧Vrdの読み出しを制御するための制御信号である。これらの制御信号はいずれも、例えば、図示を省略したシステムコントローラ(タイミング制御手段)等により生成されて供給される。   In other words, the top gate control signal shown in FIG. 1 is selectively output as signals φT1, φT2,... ΦTi,. This is a control signal for generating φTn (i is an arbitrary positive integer satisfying 1 ≦ i ≦ n), and the bottom gate control signal is used as either a read voltage or a non-read voltage described later in the bottom gate driver 130. , ΦBn,..., And φBn, which are selectively output signals, are applied to each photosensor PS by a drain driver 140 that applies a precharge voltage Vpg, which will be described later, to the drain driver 140. At the same time, the data voltage Vrd corresponding to the carrier stored in each photosensor PS is read. It is a control signal for controlling the. All of these control signals are generated and supplied by, for example, a system controller (timing control means) (not shown).

次いで、本実施形態に適用可能なフォトセンサの素子構造について詳しく説明する。
図3は、本発明に係る画像読取装置のセンサアレイに適用可能なフォトセンサの素子構造を示す概略構成図である。ここで、図3(a)は、フォトセンサの一構成例を示す概略断面図であり、図3(b)は、図3(a)に示したフォトセンサの等価回路図である。
Next, the element structure of the photosensor applicable to this embodiment will be described in detail.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing an element structure of a photosensor applicable to the sensor array of the image reading apparatus according to the present invention. Here, FIG. 3A is a schematic cross-sectional view showing one configuration example of the photosensor, and FIG. 3B is an equivalent circuit diagram of the photosensor shown in FIG.

上述したセンサアレイ110に適用可能なフォトセンサPSは、例えば、図3(a)に示すように、概略、励起光(ここでは、可視光)の入射により電子−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、該半導体層11の両端に、各々nシリコンからなる不純物層(オーミックコンタクト層)17、18を介して形成され、クロム、クロム合金、アルミニウム、アルミニウム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(ドレイン端子D)及びソース電極13(ソース端子S)と、半導体層11の上方(図面上方)にブロック絶縁膜(ストッパ膜)14及び上部ゲート絶縁膜15を介して形成され、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TGx(第1のゲート電極;トップゲート端子TG)と、半導体層11の下方(図面下方)に下部ゲート絶縁膜16を介して形成され、クロム、クロム合金、アルミニウム、アルミニウム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(遮光性を有する)ボトムゲート電極BGx(第2のゲート電極;ボトムゲート端子BG)と、を有して構成されている。 For example, as shown in FIG. 3A, the photosensor PS applicable to the sensor array 110 described above is roughly amorphous in which an electron-hole pair is generated by incidence of excitation light (here, visible light). A semiconductor layer (channel region) 11 such as silicon and both ends of the semiconductor layer 11 are formed via impurity layers (ohmic contact layers) 17 and 18 made of n + silicon, respectively. Chromium, chromium alloy, aluminum, aluminum A drain electrode 12 (drain terminal D) and a source electrode 13 (source terminal S) which are made of a conductive material selected from an alloy or the like and are opaque to visible light, and block insulation above the semiconductor layer 11 (upward in the drawing) Transparent electrodes such as a tin oxide film and an ITO film (indium-tin oxide film) are formed through the film (stopper film) 14 and the upper gate insulating film 15. A top gate electrode TGx (first gate electrode; top gate terminal TG), which is composed of a polar layer and is transparent to visible light, and a lower gate insulating film 16 below the semiconductor layer 11 (downward in the drawing). A bottom gate electrode BGx (second gate electrode; bottom gate terminal) formed of a conductive material selected from chrome, chromium alloy, aluminum, aluminum alloy, etc., and opaque to light (having a light shielding property) BG).

すなわち、フォトセンサPSは、いわゆる、ダブルゲート型の薄膜トランジスタ構造を有するフォトセンサ(ダブルゲート型フォトセンサ)であって、半導体製造技術を適用して、図3(a)に示すように、ガラス基板等の透明な絶縁性基板SUB上に薄膜形成されている。また、該フォトセンサPSを含む絶縁性基板SUBの一面側(図面上方)全体には保護絶縁膜(オーバーコート膜)19が被覆形成されている。   That is, the photosensor PS is a photosensor having a so-called double gate type thin film transistor structure (double gate type photosensor). As shown in FIG. A thin film is formed on a transparent insulating substrate SUB. Further, a protective insulating film (overcoat film) 19 is formed on the entire surface (upper side of the drawing) of the insulating substrate SUB including the photosensor PS.

ここで、図3(a)に示したフォトセンサPS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TGx上に設けられる保護絶縁膜19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、絶縁性基板SUB側(図面下方)に設けられた光源(図示を省略;上述したバックライトBLに相当する)から放射された光を図面上方に透過させるとともに、保護絶縁膜19上に設けられたプリズムシートPRM(図示を層略)上面の検知面DTCに載置された被写体の画像パターンに応じて反射した光がフォトセンサPS(詳しくは、半導体層11)に入射するように構成されている。   Here, in the photosensor PS shown in FIG. 3A, the top gate insulating film 15, the block insulating film 14, the insulating film constituting the bottom gate insulating film 16, and the protective insulation provided on the top gate electrode TGx. Each of the films 19 is made of a material having a high transmittance for visible light that excites the semiconductor layer 11, for example, silicon nitride, silicon oxide, or the like, so that the insulating substrate SUB side (downward in the drawing) is formed. The light emitted from the provided light source (not shown; corresponding to the above-described backlight BL) is transmitted upward in the drawing, and the upper surface of the prism sheet PRM (not shown) provided on the protective insulating film 19 The light reflected according to the image pattern of the subject placed on the detection surface DTC is incident on the photosensor PS (specifically, the semiconductor layer 11). It has been made.

なお、図3(a)に示したような素子構造を有するフォトセンサPSは、一般に、図3(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TGx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BGxに電気的に接続されたボトムゲート端子、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、Sはソース電極13に電気的に接続されたソース端子である。   Note that a photosensor PS having an element structure as shown in FIG. 3A is generally represented by an equivalent circuit as shown in FIG. Here, TG is a top gate terminal electrically connected to the top gate electrode TGx, BG is a bottom gate terminal electrically connected to the bottom gate electrode BGx, and D is a drain electrically connected to the drain electrode 12. A terminal S is a source terminal electrically connected to the source electrode 13.

次に、上述した構成を有する画像読取装置の駆動制御方法について、図面を参照して説明する。
図4は、本実施形態に係る画像読取装置に適用されるセンサアレイ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。また、図5は、本実施形態に係る画像読取装置において、指紋を読み取る場合の動作(指紋読取動作)を示す概念図である。ここで、図5においては、図示の都合上、断面を表すハッチングの一部を省略した。
Next, a drive control method for the image reading apparatus having the above-described configuration will be described with reference to the drawings.
FIG. 4 is a timing chart showing an example of a sensor array drive control method applied to the image reading apparatus according to the present embodiment. FIG. 5 is a conceptual diagram showing an operation (fingerprint reading operation) when reading a fingerprint in the image reading apparatus according to the present embodiment. Here, in FIG. 5, for the convenience of illustration, a part of hatching representing a cross section is omitted.

上述したセンサアレイ110(フォトセンサPS)における駆動制御方法は、例えば、図4に示すように、所定の処理動作期間(1処理サイクル)に、リセット期間Trst、電荷蓄積期間Ta、プリチャージ期間Tprch及び読み出し期間Treadを設定することにより実現される。   For example, as shown in FIG. 4, the drive control method in the sensor array 110 (photosensor PS) described above includes a reset period Trst, a charge accumulation period Ta, and a precharge period Tprch in a predetermined processing operation period (one processing cycle). This is realized by setting the reading period Tread.

まず、リセット期間Trstにおいては、トップゲートドライバ120によりトップゲートラインTLを介して、i行目のフォトセンサPSのトップゲート端子TGにリセットパルスφTi(例えば、トップゲート電圧(=リセットパルス電圧)Vtg=+15Vのハイレベル)を印加して、半導体層11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動作(初期化動作)を実行する。   First, in the reset period Trst, a reset pulse φTi (for example, a top gate voltage (= reset pulse voltage) Vtg) is applied to the top gate terminal TG of the i-th photosensor PS by the top gate driver 120 via the top gate line TL. = 15V (high level) is applied, and a reset operation (initialization operation) for releasing carriers (here, holes) accumulated in the semiconductor layer 11 is executed.

次いで、電荷蓄積期間Taにおいては、トップゲートドライバ120によりトップゲート端子TGにローレベルのバイアス電圧φTi(例えば、トップゲート電圧Vtg=−15V)を印加することにより、上記リセット動作を終了し、電荷蓄積動作(キャリヤ蓄積動作)をスタートする。   Next, in the charge accumulation period Ta, the top gate driver 120 applies a low level bias voltage φTi (for example, the top gate voltage Vtg = −15 V) to the top gate terminal TG, thereby terminating the reset operation, The accumulation operation (carrier accumulation operation) is started.

この電荷蓄積期間Taにおいては、図5に示すように、透明な絶縁性基板SUBの背面側に配置されたバックライトBLから放射された光Rxの一部が、絶縁性基板SUB、センサアレイ110の素子間領域を透過してプリズムシートPRMに入射され、プリズムシートPRMの上面に設けられた検知面DTCに密着して載置された被写体(指)FGの画像パターン(指紋の凹凸パターン)に応じて反射した光(反射光)Rzが、図3に示したフォトセンサ(ダブルゲート型フォトセンサ)PSを構成する透明電極層からなるトップゲート電極TGxを通過して半導体層11に入射する。これにより、電荷蓄積期間Ta中に半導体層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)にキャリヤ(正孔)が蓄積される。   In this charge accumulation period Ta, as shown in FIG. 5, a part of the light Rx emitted from the backlight BL disposed on the back side of the transparent insulating substrate SUB is converted into the insulating substrate SUB and the sensor array 110. To the image pattern of the subject (finger) FG (fingerprint pattern) that is incident on the prism sheet PRM through the inter-element region and placed in close contact with the detection surface DTC provided on the upper surface of the prism sheet PRM. The light (reflected light) Rz reflected accordingly passes through the top gate electrode TGx made of the transparent electrode layer constituting the photosensor (double gate type photosensor) PS shown in FIG. 3 and enters the semiconductor layer 11. Thereby, electron-hole pairs are generated in the incident effective region (carrier generation region) of the semiconductor layer 11 according to the amount of light incident on the semiconductor layer 11 during the charge accumulation period Ta, and the semiconductor layer 11 and the block insulating film 14 Carriers (holes) are accumulated in the vicinity of the interface (around the channel region).

ここで、本実施形態に係る画像読取装置を指紋読取装置として適用した場合、図5に示すように、被写体(指紋)FGは凸部領域FGa及び凹部領域FGbを有する。そして、このような被写体(指紋)FGが検知面DTC上に載置されたとき、凸部領域FGaは検知面DTCに密着するが、凹部領域FGbは検知面DTCに接しない。すなわち、被写体FGの凸部領域FGaにおいては、検知面DTCの山部及び谷部を構成する傾斜面に被写体FGが密着しており、プリズムシートPRMと指との屈折率が近似することにより、バックライトBLから放射された光Rxは、プリズムシートPRMと指の界面を透過して、指の皮膚表層内に入射され、皮膚表層内で反射、拡散される(図中、光Ry参照)。このため、凸部領域FGaにおいては、各フォトセンサPSへの光の入射がほとんど生じない。   Here, when the image reading apparatus according to the present embodiment is applied as a fingerprint reading apparatus, the subject (fingerprint) FG has a convex region FGa and a concave region FGb as shown in FIG. When such a subject (fingerprint) FG is placed on the detection surface DTC, the convex region FGa is in close contact with the detection surface DTC, but the concave region FGb is not in contact with the detection surface DTC. That is, in the convex region FGa of the subject FG, the subject FG is in close contact with the inclined surfaces constituting the peaks and valleys of the detection surface DTC, and the refractive indexes of the prism sheet PRM and the finger approximate, The light Rx emitted from the backlight BL passes through the interface between the prism sheet PRM and the finger, enters the skin surface layer of the finger, and is reflected and diffused within the skin surface layer (see the light Ry in the figure). For this reason, almost no light is incident on each photosensor PS in the convex region FGa.

一方、指紋の凹部領域FGbにおいては、検知面DTCの山部及び谷部を構成する傾斜面には被写体FGが接しておらず、プリズムシートPRMは空気層と接することとなり、相互の屈折率が大きく異なり、かつ、検知面DTCに設けられた山部及び谷部を構成する傾斜面相互により形成される角度(傾斜面相互の交差角度)が90°になるように設定され、さらに、隣接する山部間(又は、谷部間)の離間距離が、センサアレイに配列されたフォトセンサの隣接離間距離と同一になる(一致する)ように設定されていることにより、バックライトBLから放射された光Rxは被写体FG側には出射せず、プリズムシートPRMの傾斜面でほぼ全反射されて(図中、光Rz参照)、各フォトセンサPSに入射する。
これによって、指紋の凹凸パターンに応じて、センサアレイ110に配列された複数のフォトセンサPSの各々に入射する光量が異なり、蓄積される電荷量も異なることになる。
On the other hand, in the fingerprint recessed area FGb, the subject FG is not in contact with the inclined surfaces constituting the peaks and valleys of the detection surface DTC, and the prism sheet PRM is in contact with the air layer. The angle formed by the inclined surfaces constituting the peaks and valleys provided on the detection surface DTC is set to be 90 ° (intersection angle between the inclined surfaces), and is adjacent to each other. Since the distance between the peaks (or between the valleys) is set to be the same (match) as the adjacent distance between the photosensors arranged in the sensor array, it is emitted from the backlight BL. The light Rx is not emitted to the subject FG side, but is substantially totally reflected by the inclined surface of the prism sheet PRM (see the light Rz in the figure) and enters each photosensor PS.
As a result, the amount of light incident on each of the plurality of photosensors PS arranged in the sensor array 110 differs depending on the concave / convex pattern of the fingerprint, and the amount of accumulated charge also differs.

そして、プリチャージ期間Tprchにおいては、上記電荷蓄積期間Taに並行して、ドレイン制御信号として供給されるプリチャージ信号φpgに基づいて、ドレインドライバ140によりドレインラインDLを介してドレイン端子Dにプリチャージパルス(例えば、プリチャージ電圧Vpg=+5V)を印加し、ドレイン電極12に電荷を保持させるプリチャージ動作を実行する。   In the precharge period Tprch, the drain driver 140 precharges the drain terminal D via the drain line DL based on the precharge signal φpg supplied as a drain control signal in parallel with the charge accumulation period Ta. A pulse (for example, precharge voltage Vpg = + 5 V) is applied, and a precharge operation for holding the charge in the drain electrode 12 is executed.

次いで、読み出し期間Treadにおいては、上記プリチャージ期間Tprchが経過した後、ボトムゲートドライバ130によりボトムゲートラインBLを介して、ボトムゲート端子BGに読み出しパルスφBi(例えば、ボトムゲート電圧(=読み出しパルス電圧)Vbg=+10Vのハイレベル)を印加することにより、電荷蓄積期間Taに上記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(データ電圧Vrd;電圧信号)を、ドレインラインDLを介してドレインドライバ140により読み出す読み出し動作が実行される。   Next, in the read period Tread, after the precharge period Tprch has elapsed, the bottom gate driver 130 applies a read pulse φBi (for example, bottom gate voltage (= read pulse voltage) to the bottom gate terminal BG via the bottom gate line BL. ) Vbg = + 10V) is applied, so that the drain voltage VD (data voltage Vrd; voltage signal) corresponding to the carriers (holes) accumulated in the channel region during the charge accumulation period Ta is applied to the drain line DL. A read operation is performed by the drain driver 140 via the.

ここで、読み出しパルスφBiの印加期間(読み出し期間)におけるドレイン電圧VD(データ電圧Vrd)の変化傾向は、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;指紋の凹部領域FGb)には、電圧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;指紋の凸部領域FGa)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データ電圧Vrdを検出することにより、フォトセンサPSに入射した光の量、すなわち、被写体の凹凸パターンに対応した明度データ(明暗情報)を検出することができる。   Here, the change tendency of the drain voltage VD (data voltage Vrd) during the application period (readout period) of the read pulse φBi is when there are many carriers accumulated in the charge accumulation period Ta (bright state; fingerprint recessed area FGb). Shows a tendency for the voltage to drop sharply, while on the other hand, when there is a small amount of accumulated carriers (dark state; convex region FGa of the fingerprint), the voltage tends to drop gradually. By detecting the data voltage Vrd after elapse of a predetermined time from the above, it is possible to detect the amount of light incident on the photosensor PS, that is, lightness data (light / dark information) corresponding to the uneven pattern of the subject.

そして、このような特定の行(i行目)に対する一連の明度データ検出動作を1処理サイクルとして、上述したセンサアレイ110の各行(i=1、2、・・・n)に対して、同等の動作処理を繰り返し実行することにより、ダブルゲート型の薄膜トランジスタ構造を有するフォトセンサPSからなるセンサアレイ110を備えた画像読取装置を、被写体の画像パターン(指紋の凹凸パターン)を明度データとして読み取るモノクローム型の画像読取装置として動作させることができる。なお、上述した一連の画像読取装置の駆動制御動作は、例えば、図示を省略したシステムコントローラ等により制御される。   Then, a series of brightness data detection operations for such a specific row (i-th row) is regarded as one processing cycle, and it is equivalent to each row (i = 1, 2,... N) of the sensor array 110 described above. By repeatedly executing the above-described operation processing, the image reading apparatus including the sensor array 110 including the photosensor PS having the double-gate thin film transistor structure is used to read the subject image pattern (uneven pattern of fingerprints) as brightness data. Type image reading apparatus. Note that the drive control operation of the series of image reading apparatuses described above is controlled by, for example, a system controller (not shown).

したがって、本実施形態に係る画像読取装置によれば、センサアレイ上に保護絶縁膜を介して透明部材からなるプリズムシート(光学シート)を積層配置した構成を有しているので、プリズムシートの上面に設けられた検知面に直接載置される被写体からの分泌物や付着物(汚れ)等に含まれる塩分や浸食性の物質によりセンサアレイを構成するフォトセンサやその配線部材が腐食される現象を抑制することができ、画像読取装置の動作不良や故障の発生を防止することができるとともに、そのための検査工程を実施する必要がなくなり、製造工程の大幅な簡略化及び製品歩留まりの向上を図ることができる。   Therefore, the image reading apparatus according to the present embodiment has a configuration in which a prism sheet (optical sheet) made of a transparent member is laminated on the sensor array via a protective insulating film. Phenomenon in which the photosensors and their wiring members constituting the sensor array are corroded by salt or erodible substances contained in secretions or deposits (dirt) from the subject placed directly on the detection surface And the occurrence of malfunction and failure of the image reading apparatus can be prevented, and it is not necessary to carry out an inspection process therefor, thereby greatly simplifying the manufacturing process and improving the product yield. be able to.

また、センサアレイ上に保護絶縁膜よりも膜硬度の高い透明部材(アクリル系樹脂等)からなるプリズムシートを配置した構成を有しているので、外圧等によりセンサアレイ及び絶縁性基板が破損する現象を抑制することができるとともに、仮に、絶縁性基板に適用されるガラス基板が破損した場合であっても、プリズムシートによりガラスの破片の飛散を防止することができ、画像読取装置の使用者の安全を確保することができる。   In addition, since the prism sheet made of a transparent member (acrylic resin or the like) having a higher film hardness than the protective insulating film is disposed on the sensor array, the sensor array and the insulating substrate are damaged by external pressure or the like. The phenomenon can be suppressed, and even if the glass substrate applied to the insulating substrate is damaged, the prism sheet can prevent the glass fragments from being scattered. Can be secured.

この場合、検知面が設けられるプリズムシートがセンサアレイ(フォトセンサやその配線部材)を保護するために充分な機能を有しているので、センサアレイ上に設けられる保護絶縁膜を必要以上に厚く形成する必要がなく(例えば、2μm程度の膜厚で比較的薄く形成することができ)、当該保護絶縁膜の製造(成膜)時間を短縮することができるとともに、バックライトからセンサアレイを介して検知面に載置された被写体に照射される光の減衰を抑制することができ、良好なコントラストで被写体の画像パターン(指紋画像)を撮像することができる。   In this case, the prism sheet provided with the detection surface has a sufficient function to protect the sensor array (photosensor and its wiring member), so that the protective insulating film provided on the sensor array is thicker than necessary. There is no need to form the film (for example, it can be formed relatively thin with a film thickness of about 2 μm), and the manufacturing (film formation) time of the protective insulating film can be shortened. Thus, attenuation of light applied to the subject placed on the detection surface can be suppressed, and an image pattern (fingerprint image) of the subject can be captured with good contrast.

なお、上述した実施形態においては、センサアレイ上に保護絶縁膜を介してプリズムシートを積層配置した構成を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、センサアレイとプリズムシート間に、さらに光学部材を介在させるものであってもよい。例えば、センサアレイ上に形成された保護絶縁膜とプリズムシート間に、光ファイバの集束体を設け、バックライトから放射された光の減衰を抑制しつつ、センサアレイに垂直な方向に伝搬させるように構成するものであってもよい。   In the above-described embodiment, the configuration in which the prism sheet is laminated on the sensor array via the protective insulating film is shown, but the present invention is not limited to this, and the sensor array and the prism sheet are not limited to this. Further, an optical member may be interposed. For example, an optical fiber condensing body is provided between the protective insulating film formed on the sensor array and the prism sheet so that the light emitted from the backlight is suppressed from being attenuated and propagated in a direction perpendicular to the sensor array. It may be configured as follows.

また、上述した実施形態においては、プリズムシートの上面の断面形状として、山部及び谷部が規則的に配列され、当該山部又は谷部を構成する傾斜面相互の交差角度が、例えば、略90°になるように設定された構成を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、図6に示すように、プリズムシートPRMの上面の断面形状として、波形の曲線部が規則的に配列され、当該波形を構成する傾斜部の曲面の接線相互の交差角度αが、略90°になるように設定された構成を有するものであってもよい。   In the above-described embodiment, as the cross-sectional shape of the upper surface of the prism sheet, the ridges and valleys are regularly arranged, and the crossing angle between the inclined surfaces constituting the ridges or valleys is, for example, approximately Although the configuration set to be 90 ° is shown, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 6, as a cross-sectional shape of the upper surface of the prism sheet PRM, a curved portion of a waveform May be regularly arranged, and the crossing angle α between the tangents of the curved surfaces of the inclined portions constituting the waveform may be set to be approximately 90 °.

このような構成を有する画像読取装置によれば、本発明に係る画像読取装置を指紋読取装置に適用した場合に、被写体である指の凸部とプリズムシートPRMとの密着性が向上するとともに、溝部(谷部)に付着した汚れ等を簡易かつ良好に拭き取ることができるので、良好なコントラストで被写体の画像パターン(指紋画像)を撮像することができる。なお、図6は、本発明に係る画像読取装置に適用されるプリズムシート上面(検知面)の断面形状の他の例を示す概略断面図である。図6においても、図示の都合上、断面を表すハッチングの一部を省略した。   According to the image reading apparatus having such a configuration, when the image reading apparatus according to the present invention is applied to the fingerprint reading apparatus, the adhesion between the convex portion of the finger as the subject and the prism sheet PRM is improved, Since dirt and the like adhering to the groove (valley) can be wiped off easily and satisfactorily, the image pattern (fingerprint image) of the subject can be taken with good contrast. FIG. 6 is a schematic sectional view showing another example of the sectional shape of the upper surface (detecting surface) of the prism sheet applied to the image reading apparatus according to the present invention. Also in FIG. 6, for convenience of illustration, a part of hatching representing a cross section is omitted.

本発明に係る画像読取装置の全体構成(センサアレイ及びその周辺回路)の一実施形態を示す概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram illustrating an embodiment of an overall configuration (sensor array and its peripheral circuit) of an image reading apparatus according to the present invention. 本実施形態に係る画像読取装置(センサアレイ)の要部構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the principal part structure of the image reading apparatus (sensor array) which concerns on this embodiment. 本発明に係る画像読取装置のセンサアレイに適用可能なフォトセンサの素子構造を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the element structure of the photosensor applicable to the sensor array of the image reading apparatus which concerns on this invention. 本実施形態に係る画像読取装置に適用されるセンサアレイ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。6 is a timing chart illustrating an example of a sensor array drive control method applied to the image reading apparatus according to the embodiment. 本実施形態に係る画像読取装置において、指紋を読み取る場合の駆動制御方法(指紋読取動作)を示す概念図である。FIG. 5 is a conceptual diagram showing a drive control method (fingerprint reading operation) when reading a fingerprint in the image reading apparatus according to the present embodiment. 本発明に係る画像読取装置に適用されるプリズムシート上面(検知面)の断面形状の他の例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the other example of the cross-sectional shape of the prism sheet upper surface (detection surface) applied to the image reading apparatus which concerns on this invention. ダブルゲート型フォトセンサを適用した画像読取装置における画像読取動作(指紋読取動作)を説明するための概念断面図である。It is a conceptual sectional view for explaining an image reading operation (fingerprint reading operation) in an image reading apparatus to which a double gate type photosensor is applied.

符号の説明Explanation of symbols

PS フォトセンサ
SUB 絶縁性基板
PRM プリズムシート
DTC 検知面
FG 被写体
FGa 凸部領域
FGb 凹部領域
110 センサアレイ
BL バックライト
PS Photosensor SUB Insulating substrate PRM Prism sheet DTC Detection surface FG Subject FGa Convex region FGb Concave region 110 Sensor array BL Backlight

Claims (6)

被写体の画像パターンを読み取る画像読取装置において、
透明な絶縁性基板の一面側に複数のフォトセンサが2次元配列された光透過型のセンサアレイと、
一方の面が前記絶縁性基板の一面側に対向して配置され、他方の面に前記被写体が載置される検知面を有する光学シートと、
前記絶縁性基板の他面側に配置され、前記センサアレイを介して前記光学シートに光を照射する光源と、
を備え、
前記光学シートにおける前記検知面は、傾斜面を有する山部及び谷部が交互に設けられた断面形状を有し、前記光源から照射された光は、前記検知面に載置された前記被写体が前記検知面に密着しない領域において、前記傾斜面で反射されて、前記フォトセンサに入射することを特徴とする画像読取装置。
In an image reading device that reads an image pattern of a subject,
A light transmission type sensor array in which a plurality of photosensors are two-dimensionally arranged on one side of a transparent insulating substrate;
An optical sheet having a detection surface on which one surface is disposed facing one surface side of the insulating substrate and the subject is placed on the other surface;
A light source disposed on the other surface side of the insulating substrate and irradiating the optical sheet with light through the sensor array;
With
The detection surface of the optical sheet has a cross-sectional shape in which crests and troughs having inclined surfaces are alternately provided, and the light emitted from the light source is emitted from the subject placed on the detection surface. An image reading apparatus that is reflected by the inclined surface and enters the photosensor in a region that is not in close contact with the detection surface.
前記光源から照射された光は、前記検知面に載置された被写体が前記検知面に密着する領域において、前記傾斜面から前記被写体に入射されることを特徴とする請求項1記載の画像読取装置。 The image reading according to claim 1, wherein the light emitted from the light source is incident on the subject from the inclined surface in a region where the subject placed on the detection surface is in close contact with the detection surface. apparatus. 前記被写体は凸部及び凹部を有し、該凸部が前記傾斜面に密着し、該凹部は前記傾斜面に密着しないことを特徴とする請求項1又は2記載の画像読取装置。 The image reading apparatus according to claim 1, wherein the subject has a convex portion and a concave portion, the convex portion is in close contact with the inclined surface, and the concave portion is not in close contact with the inclined surface. 前記光学シートにおける前記山部及び前記谷部の前記傾斜面は相互に対称に形成され、前記傾斜面相互により形成される角度が90°になるように設定されていることを特徴とする請求項1記載の画像読取装置。 The inclined surface of the peak portion and the valley portion of the optical sheet is formed symmetrically with each other, and an angle formed by the inclined surfaces is set to 90 °. The image reading apparatus according to 1. 前記光学シートにおける、隣接して設けられた前記山部間、又は、前記谷部間の離間距離が、前記センサアレイに配列された前記複数のフォトセンサの各々の離間距離と同一になるように設定されていることを特徴とする請求項1記載の画像読取装置。 In the optical sheet, the separation distance between the crests or the troughs provided adjacent to each other is the same as the separation distance of each of the plurality of photosensors arranged in the sensor array. The image reading apparatus according to claim 1, wherein the image reading apparatus is set. 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前記一面側及び前記他面側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。 The photosensor includes a source electrode and a drain electrode formed across a channel region made of a semiconductor layer, and a first gate formed on the one surface side and the other surface side of the channel region via an insulating film, respectively. 6. The image reading apparatus according to claim 1, further comprising an electrode and a second gate electrode.
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