JP3116950B1 - フォトセンサシステムの感度調整装置及びその感度調整方法 - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】 フォトセンサを２次元のセンサシステムに適
用した場合に、種々の環境下で被写体画像を良好に読み
取るための最適感度を適切に設定することができるフォ
トセンサシステムの感度調整装置及びその感度調整方法
を提供する。 【解決手段】 フォトセンサアレイ１００の画像読取感
度を各行毎に変えて被写体画像を読み取る事前読込動作
を実行し、読み取られた画像データに基づいて、データ
比較器１２４により各行毎に明度データの最大値及び最
小値を抽出し、抽出された明度データの最大値及び最小
値に基づいて、加算器１２５により明度データのデータ
範囲を算出し、次いで、データ比較器１２４により最大
データ範囲を有する行を抽出して、該行に設定されてい
る画像読取感度をデータコントローラ１２２により感度
設定レジスタ１２７に書き込み設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フォトセンサシス
テムの感度調整装置及びその感度調整方法に関し、特
に、いわゆる、ダブルゲート構造を有する薄膜トランジ
スタによるフォトセンサを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２次元画像読取装置の感度
調整装置及びその感度調整方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、印刷物や写真、あるいは、指紋等
の微細な凹凸パターン等を読み取る２次元画像の読取装
置として、光電変換素子（フォトセンサ）をマトリクス
状に配列して構成されるフォトセンサアレイを有する構
造のものがある。このようなフォトセンサアレイとして
は、一般に、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の固
体撮像デバイスが用いられている。ＣＣＤは、周知の通
り、フォトダイオードや薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Th
inFilm Transistor）等のフォトセンサをマトリクス状
に配列した構成を有し、各フォトセンサの受光部に照射
された光量に対応して発生する電子−正孔対の電荷量
を、水平走査回路及び垂直走査回路により検出し、照射
光の輝度を検知している。

【０００３】このようなＣＣＤを用いたフォトセンサシ
ステムにおいては、走査された各フォトセンサを選択状
態にするための選択トランジスタを個別に設ける必要が
あるため、画素数が増大するにしたがってシステム自体
が大型化するという問題を有している。そこで、近年、
このような問題を解決するための構成として、フォトセ
ンサ自体にフォトセンス機能と選択トランジスタ機能と
を持たせた、いわゆる、ダブルゲート構造を有する薄膜
トランジスタ（以下、ダブルゲート型フォトセンサとい
う）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。

【０００４】以下、ダブルゲート型フォトセンサの構造
及び機能について説明する。図１６は、ダブルゲート型
フォトセンサの構造を示す断面図である。図１６（ａ）
に示すように、ダブルゲート型フォトセンサ１０は、可
視光が入射されると電子−正孔対が生成されるアモルフ
ァスシリコン等の半導体層１１と、半導体層１１の両端
にそれぞれ設けられたｎ^＋シリコン層１７、１８と、ｎ
^＋シリコン層１７、１８上に形成されたソース電極１２
及びドレイン電極１３と、半導体層１１の上方（図面上
方）にブロック絶縁膜１４及び上部（トップ）ゲート絶
縁膜１５を介して形成されたトップゲート電極２１と、
半導体層１１の下方（図面下方）に下部（ボトム）ゲー
ト絶縁膜１６を介して形成されたボトムゲート電極２２
と、を有して構成されている。

【０００５】なお、図１６（ａ）において、トップゲー
ト電極２１、トップゲート絶縁膜１５、ボトムゲート絶
縁膜１６、及び、トップゲート電極２１上に設けられる
保護絶縁膜２０は、いずれも半導体層１１を励起する可
視光に対して透過率の高い材質により構成され、一方、
ボトムゲート電極２２は、可視光の透過を遮断する材質
により構成されることにより、図面上方から入射する照
射光のみを検知する構造を有している。すなわち、ダブ
ルゲート型フォトセンサ１０は、半導体層１１を共通の
チャネル領域として、半導体層１１、ソース電極１２、
ドレイン電極１３及びトップゲート電極２１により形成
される上部ＭＯＳトランジスタと、半導体層１１、ソー
ス電極１２、ドレイン電極１３及びボトムゲート電極２
２により形成される下部ＭＯＳトランジスタとからなる
２つのＭＯＳトランジスタの組み合わせた構造が、ガラ
ス基板等の透明な絶縁性基板１９上に形成されている。
そして、このようなダブルゲート型フォトセンサ１０
は、一般に、図１６（ｂ）に示すような等価回路により
表される。ここで、ＴＧはトップゲート端子、ＢＧはボ
トムゲート端子、Ｓはソース端子、Ｄはドレイン端子で
ある。

【０００６】次に、上述したダブルゲート型フォトセン
サを２次元配列して構成されるフォトセンサシステムに
ついて、図面を参照して簡単に説明する。図１７は、ダ
ブルゲート型フォトセンサを２次元配列して構成される
フォトセンサシステムの概略構成図である。図１７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ｎ行×ｍ列のマトリ
クス状に配列したフォトセンサアレイ１００と、各ダブ
ルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート端子ＴＧ及
びボトムゲート端子ＢＧを各々行方向に接続したトップ
ゲートライン１０１及びボトムゲートライン１０２と、
トップゲートライン１０１及びボトムゲートライン１０
２に各々接続されたトップゲートドライバ１１１及びボ
トムゲートドライバ１１２と、各ダブルゲート型フォト
センサのドレイン端子Ｄを列方向に接続したデータライ
ン１０３と、データライン１０３に接続されたコラムス
イッチ１１３と、を有して構成される。ここで、φtg及
びφbgは、それぞれリセットパルスφＴ１、φＴ２、…
φＴｉ、…φＴｎ、及び、読み出しパルスφＢ１、φＢ
２、…φＢｉ、…φＢｎを生成するための基準電圧、φ
pgは、プリチャージ電圧Ｖpgを印加するタイミングを制
御するプリチャージ信号である。

【０００７】このような構成において、トップゲートド
ライバ１１１からトップゲート端子ＴＧに電圧を印加す
ることによりフォトセンス機能が実現され、ボトムゲー
トドライバ１１２からボトムゲート端子ＢＧに電圧を印
加し、データライン１０３を介して検出信号をコラムス
イッチ１１３に取り込んでシリアルデータとして出力
（Ｖout）することにより選択読み出し機能が実現され
る。

【０００８】次に、上述したフォトセンサシステムの駆
動制御方法について、図面を参照して説明する。図１８
は、フォトセンサシステムの駆動制御方法を示すタイミ
ングチャートであり、図１９は、ダブルゲート型フォト
センサの動作概念図であり、図２０は、フォトセンサシ
ステムの出力電圧の光応答特性を示す図である。まず、
リセット動作においては、図１８、図１９（ａ）に示す
ように、ｉ番目の行のトップゲートライン１０１にパル
ス電圧（リセットパルス；例えばＶtg＝＋１５Ｖのハイ
レベル）φＴｉを印加して、各ダブルゲート型フォトセ
ンサ１０の半導体層に蓄積されているキャリア（正孔）
を放出する（リセット期間Ｔreset）。次いで、光蓄積
動作においては、図１８、図１９（ｂ）に示すように、
トップゲートライン１０１にローレベル（例えばＶtg＝
−１５Ｖ）のバイアス電圧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光
蓄積期間Ｔａがスタートする。光蓄積期間Ｔａにおいて
は、トップゲート電極側から入射した光量に応じてチャ
ネル領域にキャリアが蓄積される。

【０００９】そして、プリチャージ動作においては、図
１８、図１９（ｃ）に示すように、光蓄積期間Ｔａに並
行して、プリチャージ信号φpgに基づいてデータライン
１０３に所定の電圧（プリチャージ電圧）Ｖpgを印加
し、ドレイン電極１３に電荷を保持させる（プリチャー
ジ期間Ｔprch）。次いで、読み出し動作においては、図
１８、図１９（ｄ）に示すように、プリチャージ期間Ｔ
prchを経過した後、ボトムゲートライン１０２にハイレ
ベル（例えばＶbg＝＋１０Ｖ）のバイアス電圧（読み出
し選択信号；以下、読み出しパルスという）φＢｉを印
加することにより、ダブルゲート型フォトセンサ１０を
ＯＮ状態にする（読み出し期間Ｔread）。ここで、読み
出し期間Ｔreadにおいては、チャネル領域に蓄積された
キャリア（正孔）が逆極性のトップゲート端子ＴＧに印
加されたＶtg（−１５Ｖ）を緩和する方向に働くため、
ボトムゲート端子ＢＧのＶbgによりｎチャネルが形成さ
れ、ドレイン電流に応じてデータライン１０３のデータ
ライン電圧ＶＤは、図２０（ａ）に示すように、プリチ
ャージ電圧Ｖpgから時間の経過とともに徐々に低下する
傾向を示す。

【００１０】すなわち、光蓄積期間Ｔａにおける光蓄積
状態が暗状態で、チャネル領域に正孔が蓄積されていな
い場合には、図１９（ｅ）、図２０（ａ）に示すよう
に、トップゲートＴＧに負バイアスをかけることによっ
て、ボトムゲートＢＧの正バイアスが打ち消され、ダブ
ルゲート型フォトセンサ１０はＯＦＦ状態となり、ドレ
イン電圧、すなわち、データライン１０３の電圧ＶＤ
が、ほぼそのまま保持されることになる。一方、光蓄積
状態が明状態の場合には、図１９（ｄ）、図２０（ａ）
に示すように、チャネル領域に入射光量に応じた正孔が
捕獲されているため、トップゲートＴＧの負バイアスを
打ち消すように作用し、この打ち消された分だけボトム
ゲートＢＧの正バイアスによって、ダブルゲート型フォ
トセンサ１０はＯＮ状態となる。そして、この入射光量
に応じたＯＮ抵抗に従って、データライン１０３の電圧
ＶＤは、低下することになる。

【００１１】したがって、図２０（ａ）に示したよう
に、データライン１０３の電圧ＶＤの変化傾向は、トッ
プゲートＴＧへのリセットパルスφＴｉの印加によるリ
セット動作の終了時点から、ボトムゲートＢＧに読み出
しパルスφＢｉが印加されるまでの時間（光蓄積期間Ｔ
ａ）に受光した光量に深く関連し、蓄積されたキャリア
が少ない場合には緩やかに低下する傾向を示し、また、
蓄積されたキャリアが多い場合には急峻に低下する傾向
を示す。そのため、読み出し期間Ｔreadがスタートし
て、所定の時間経過後のデータライン１０３の電圧ＶＤ
を検出することにより、あるいは、所定のしきい値電圧
を基準にして、その電圧に至るまでの時間を検出するこ
とにより、照射光の光量が換算される。

【００１２】上述した一連の駆動制御を１サイクルとし
て、ｉ＋１番目の行のダブルゲート型フォトセンサ１０
にも同等の処理手順を繰り返すことにより、ダブルゲー
ト型フォトセンサ１０を２次元のセンサシステムとして
動作させることができる。なお、図１８に示したタイミ
ングチャートにおいて、プリチャージ期間Ｔprchの経過
後、図１９（ｆ）、（ｇ）に示すように、ボトムゲート
ライン１０２にローレベル（例えばＶbg＝０Ｖ）を印加
した状態を継続すると、ダブルゲート型フォトセンサ１
０はＯＦＦ状態を持続し、図２０（ｂ）に示すように、
データライン１０３の電圧ＶＤは、プリチャージ電圧Ｖ
pgを保持する。このように、ボトムゲートライン１０２
への電圧の印加状態により、ダブルゲート型フォトセン
サ１０の読み出し状態を選択する選択機能が実現され
る。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上述したような従来技
術に係るフォトセンサシステムにおいては、以下に示す
ような問題を有していた。すなわち、上述したダブルゲ
ート型フォトセンサを適用した２次元のセンサシステム
において、種々の環境下で被写体画像を良好に読み取る
ためには、読取感度（光蓄積期間）を適切に設定する必
要がある。ここで、適切な光蓄積期間は、外光照度等の
周囲の条件に依存して異なるため、従来においては、外
光照度を検出するための回路を別個に設けたり、正規の
スキャン動作を開始する前に標準試料等を用いて光蓄積
期間を複数段階に変えて読み取り動作（事前読込動作）
を行い、その検出結果や読取結果に基づいて、光蓄積期
間の最適値を求める必要があった。しかしながら、この
ような事前読込動作により得られた光蓄積期間毎の読取
結果に基づいて、適切な光蓄積期間を一義的、かつ、自
動的に設定する感度調整方法が未だ開発されていなかっ
た。

【００１４】そこで、本発明は、上述した問題を解決
し、フォトセンサを２次元のセンサシステムに適用した
場合に、種々の環境下で被写体画像を良好に読み取るた
めの最適感度を適切に設定することができるフォトセン
サシステムの感度調整装置及びその感度調整方法を提供
することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載のフォトセ
ンサシステムの感度調整装置は、フォトセンサを２次元
配列して構成されるフォトセンサアレイを備えたフォト
センサシステムにおいて、前記フォトセンサアレイによ
り所望の被写体画像を読み取る動作に先立って、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えて前
記被写体画像を読み取る事前読込動作を実行し、該事前
読込動作により読み取られた前記被写体画像に基づい
て、各画像読取感度毎に、前記被写体画像の画像パター
ンに関連する特定の測定量の最大値及び最小値を抽出す
る測定量比較手段と、前記各画像読取感度毎に抽出され
た前記測定量の最大値及び最小値に基づいて、前記測定
量のデータ範囲を算出するデータ範囲算出手段と、前記
各画像読取感度毎に算出された前記測定量のデータ範囲
のうち、最大のデータ範囲を有する前記画像読取感度を
抽出する読取感度抽出手段と、前記抽出された画像読取
感度を、前記被写体画像の正規の読取動作時に設定する
読取感度設定手段と、を有することを特徴としている。

【００１６】請求項２記載のフォトセンサシステムの感
度調整装置は、請求項１記載のフォトセンサシステムの
感度調整装置において、前記被写体画像の事前読込出動
作は、前記被写体画像の各行毎に段階的に異なる画像読
取感度を、前記フォトセンサアレイに設定して実行され
ることを特徴としている。請求項３記載のフォトセンサ
システムの感度調整装置は、請求項２記載のフォトセン
サシステムの感度調整装置において、前記測定量比較手
段は、前記各行の所定の列範囲内における前記特定の測
定量の最大値及び最小値を抽出することを特徴としてい
る。請求項４記載のフォトセンサシステムの感度調整装
置は、請求項１記載のフォトセンサシステムの感度調整
装置において、前記特定の測定量は、前記被写体画像の
画像パターンに対応した明度データであることを特徴と
している。

【００１７】請求項５記載のフォトセンサシステムの感
度調整装置は、請求項１記載のフォトセンサシステムの
感度調整装置において、前記フォトセンサアレイの画像
読取感度は、前記フォトセンサにおける光蓄積期間を調
整することにより設定制御されることを特徴としてい
る。請求項６記載のフォトセンサシステムの感度調整装
置は、フォトセンサを２次元配列して構成されるフォト
センサアレイを備えたフォトセンサシステムにおいて、
前記フォトセンサアレイにより所望の被写体画像を読み
取る動作に先立って、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えて前記被写体画像を読み取る事
前読込動作を実行し、該事前読込動作により読み取られ
た前記被写体画像に基づいて、各画像読取感度相互にお
ける、前記被写体画像の画像パターンに関連する特定の
測定量の変位を算出する変位量算出手段と、前記各画像
読取感度相互の前記測定量の変位が最大となる前記画像
読取感度を抽出する読取感度抽出手段と、前記抽出され
た画像読取感度を、前記被写体画像の正規の読取動作時
に設定する読取感度設定手段と、を有することを特徴と
している。

【００１８】請求項７記載のフォトセンサシステムの感
度調整装置は、請求項６記載のフォトセンサシステムの
感度調整装置において、前記被写体画像の事前読込動作
は、前記被写体画像の各行毎に段階的に異なる画像読取
感度を、前記フォトセンサアレイに設定して実行される
ことを特徴としている。請求項８記載のフォトセンサシ
ステムの感度調整装置は、請求項７記載のフォトセンサ
システムの感度調整装置において、前記変位量算出手段
は、前記各行の所定の列における前記特定の測定量の微
分値を算出することを特徴としている。請求項９記載の
フォトセンサシステムの感度調整装置は、請求項６記載
のフォトセンサシステムの感度調整装置において、前記
特定の測定量は、前記被写体画像の画像パターンに対応
した明度データであることを特徴としている。

【００１９】請求項１０記載のフォトセンサシステムの
感度調整装置は、請求項６記載のフォトセンサシステム
の感度調整装置において、前記フォトセンサアレイの画
像読取感度は、前記フォトセンサにおける光蓄積期間を
調整することにより設定制御されることを特徴としてい
る。請求項１１記載のフォトセンサシステムの感度調整
装置は、請求項１乃至１０のいずれかに記載のフォトセ
ンサシステムの感度調整装置において、前記フォトセン
サは、半導体層からなるチャネル領域を挟んで形成され
たソース電極及びドレイン電極と、少なくとも前記チャ
ネル領域の上方及び下方に各々絶縁膜を介して形成され
たトップゲート電極及びボトムゲート電極とを有し、前
記トップゲート電極又は前記ボトムゲート電極のいずれ
か一方を光照射側として、該光照射側から照射された光
の量に対応する電荷が前記チャネル領域に発生、蓄積さ
れることを特徴としている。

【００２０】請求項１２記載のフォトセンサシステムの
感度調整方法は、フォトセンサを２次元配列して構成さ
れるフォトセンサアレイを備えたフォトセンサシステム
において、前記フォトセンサアレイにより所望の被写体
画像を読み取る動作に先立って、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えて前記被写体画像を
読み取る事前読込動作を実行する手順と、該事前読込動
作により読み取られた前記被写体画像に基づいて、各画
像読取感度毎に、前記被写体画像の画像パターンに関連
する特定の測定量の最大値及び最小値を抽出する手順
と、前記各画像読取感度毎に抽出された前記測定量の最
大値及び最小値に基づいて、前記測定量のデータ範囲を
算出する手順と、前記各画像読取感度毎に算出された前
記測定量のデータ範囲のうち、最大のデータ範囲を有す
る前記画像読取感度を抽出する手順と、前記抽出された
画像読取感度を、前記被写体画像の正規の読取動作時に
設定する手順と、を含むことを特徴としている。

【００２１】請求項１３記載のフォトセンサシステムの
感度調整方法は、フォトセンサを２次元配列して構成さ
れるフォトセンサアレイを備えたフォトセンサシステム
において、前記フォトセンサアレイにより所望の被写体
画像を読み取る動作に先立って、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えて前記被写体画像を
読み取る事前読込動作を実行する手順と、該事前読込動
作により読み取られた前記被写体画像に基づいて、各画
像読取感度相互における、前記被写体画像の画像パター
ンに関連する特定の測定量の変位を算出する手順と、前
記各画像読取感度相互の前記測定量の変位が最大となる
前記画像読取感度を抽出する手順と、前記抽出された画
像読取感度を、前記被写体画像の正規の読取動作時に設
定する手順と、を含むことを特徴としている。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係るフォトセン
サシステムの感度調整装置の実施の形態について、図面
を参照しながら説明する。 ＜第１の実施形態＞図１は、本発明に係るフォトセンサ
システムの感度調整装置が適用される２次元画像読取装
置の一構成例を示す概略構成図である。なお、ここで
は、図１６、図１７に示したダブルゲート型フォトセン
サ及びフォトセンサシステムの構成を適宜参照しながら
説明する。また、図１７に示したフォトセンサシステム
と同等の構成については、同一の符号を付して説明す
る。

【００２３】図１に示すように、本実施形態に係るフォ
トセンサシステムの感度調整装置は、図１６に示したダ
ブルゲート型フォトセンサ１０を２次元配列して構成さ
れるフォトセンサアレイ１００と、ダブルゲート型フォ
トセンサ１０のトップゲートＴＧに所定のタイミング
で、所定のトップゲート電圧（リセットパルス）を印加
するトップゲートドライバ１１１と、ダブルゲート型フ
ォトセンサ１０のボトムゲートＢＧに所定のタイミング
で、所定のボトムゲート電圧（読み出しパルス）を印加
するボトムゲートドライバ１１２と、ダブルゲート型フ
ォトセンサ１０へのプリチャージ電圧の印加及びデータ
ライン電圧の読み出しを行うコラムスイッチ（図１では
図示を省略）１１３、プリチャージスイッチ１１４、ア
ンプ１１５と、読み出されたデータ電圧（アナログ信
号）をデジタル信号からなる画像データに変換するアナ
ログ−デジタル変換器（以下、Ａ／Ｄコンバータと記
す）１１６と、フォトセンサアレイ１００による被写体
画像の読取動作制御や外部機能部２００とのデータのや
り取り等を行うとともに、本発明における感度調整装置
を構成するコントローラ１２０と、読取画像データ及び
後述する感度調整処理に関連するデータ等を記憶するＲ
ＡＭ１３０と、を有して構成されている。

【００２４】ここで、フォトセンサアレイ１００、トッ
プゲートドライバ１１１、ボトムゲートドライバ１１
２、コラムスイッチ１１３、プリチャージスイッチ１１
４、アンプ１１５からなる構成は、図１７に示したフォ
トセンサシステムと略同等の構成及び機能を有している
ので、その詳細な説明を省略する。本実施形態における
感度調整処理を構成するコントローラ１２０は、トップ
ゲートドライバ１１１及びボトムゲートドライバ１１２
に所定の制御信号φtg、φbgを出力することにより、ト
ップゲートドライバ１１１及びボトムゲートドライバ１
１２の各々から、フォトセンサアレイ１００を構成する
各ダブルゲート型フォトセンサのトップゲートＴＧ及び
ボトムゲートＢＧに所定の電圧（リセットパルス、読み
出しパルス）を印加するとともに、プリチャージスイッ
チ１１４に所定の制御信号φpgを出力することにより、
データラインにプリチャージ電圧を印加して、被写体画
像の読取動作の実行を制御する。

【００２５】また、コントローラ１２０には、ダブルゲ
ート型フォトセンサ１０から読み出されたデータライン
電圧がアンプ１１５及びＡ／Ｄコンバータ１１６を介し
てデジタル信号に変換され、画像データとして入力され
る。コントローラ１２０は、この画像データに対して、
所定の画像処理を施したり、ＲＡＭ１３０への書き込
み、読み出しを行うとともに、画像データの照合や加工
等の所定の処理を実行する外部機能部２００に対してイ
ンタフェースとしての機能をも備えている。さらに、コ
ントローラ１２０は、トップゲートドライバ１１１及び
ボトムゲートドライバ１１２に出力する制御信号を変更
制御することにより、外光照度等の周囲の環境等に対応
して被写体画像を最適に読み込むことができる読取感
度、すなわち、ダブルゲート型フォトセンサ１０の最適
な光蓄積期間Ｔａを設定する機能を有している。

【００２６】以下に、本発明に係るフォトセンサシステ
ムの感度調整装置に適用されるコントローラの構成及び
動作について、図面を参照して、さらに詳しく説明す
る。まず、コントローラの具体的な装置構成について説
明する。図２は、本発明に係るフォトセンサシステムの
感度調整装置に適用されるコントローラの一構成例を示
すブロック図である。図２に示すように、本実施形態に
おけるコントローラ１２０は、ゲートドライバ１１１Ａ
やスイッチ類１１３Ａを制御するデバイスコントローラ
１２１と、ＲＡＭ１３０への画像データや書き込み、読
み出し等、各種データを管理するデータコントローラ１
２２と、これらのコントローラ１２１、１２２を統括
し、かつ、外部機能部とのインターフェースを担うメイ
ンコントローラ１２３と、を有している。

【００２７】また、コントローラ１２０は、フォトセン
サアレイ１００からＡ／Ｄコンバータ１１６を介してデ
ジタル信号として入力される画像データに基づいて、特
定の測定データ（測定量）の大小を比較して最大値及び
最小値を抽出するデータ比較器（測定量比較手段、読取
感度抽出手段）１２４と、最大値及び最小値の差分から
データ範囲、あるいは、変位量を算出する加算器（デー
タ範囲算出手段、変位量算出手段）１２５と、Ａ／Ｄコ
ンバータ１１６、データ比較器１２４、加算器１２５を
介して処理された画像データや測定データを入力とし、
これらのデータを必要に応じてＲＡＭへの書き込みや読
み出し、あるいは、データ比較器１２４、加算器１２５
への再入力、データコントローラ１２２を介しての外部
機能部への出力等を切換制御するデータセレクタ１２６
と、データコントローラ１２２からの制御信号に基づい
て、フォトセンサアレイの読取感度を最適化するよう
に、デバイスコントローラ１２１からトップゲートドラ
イバ１１１及びボトムゲートドライバ１１２に出力する
制御信号を変更制御する感度設定レジスタ（読取感度設
定手段）１２７と、を有している。

【００２８】次に、上述したコントローラの概略動作に
ついて、図面を参照して説明する。図３は、本発明に係
るフォトセンサシステムの感度調整装置に適用されるコ
ントローラにより実現される感度調整処理の第１の実施
形態を示すフローチャートである。なお、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。 （手順Ｓ１１）図３に示すように、まず、メインコント
ローラ１２３は、被写体画像の正規の読取動作に先立っ
て、事前読込動作を開始し、データコントローラ１２２
を介して、感度設定レジスタ１２７に事前読込動作用の
画像読取感度を設定するように制御し、被写体画像の事
前読込を実行する。ここで、事前読込動作は、通常の画
像読込動作と同様に、フォトセンサアレイを構成する各
ダブルゲート型フォトセンサに対して、リセット動作→
光蓄積動作→プリチャージ動作→読み出し動作の一連の
処理を実行することにより行われる。

【００２９】また、上記事前読込動作用の画像読取感度
は、例えば、被写体画像の各行毎に画像読取感度（すな
わち、ダブルゲート型フォトセンサ１０の光蓄積期間）
を段階的に変化させて、複数の異なる感度で被写体の一
画像が読み込めるように設定する。この各行毎の画像読
取感度は、行番号に対応付けて、例えば、テーブル形式
（行番号−画像読取感度対応テーブル）でＲＡＭ１３０
に記憶される。なお、具体的な画像読取感度（光蓄積期
間）の設定方法については後述する。 （手順Ｓ１２）上述した事前読込動作により読み込まれ
た画像データは、アンプ１１５及びＡ／Ｄコンバータ１
１６を介してデジタル信号に変換され、被写体画像の明
暗パターンに対応した明度データ（測定データ）として
データ比較器１２４に入力される。

【００３０】（手順Ｓ１３）そして、データ比較器１２
４に入力された明度データは、各行毎に最大値及び最小
値が抽出されて加算器１２５に出力される。具体的に
は、被写体画像における白と黒との間を、例えば２５６
階調に設定し、各行毎に含まれる最大値を示す明度デー
タ（最も明るい階調画素）、及び、最小値を示す明度デ
ータ（最も暗い階調画素）を抽出する。 （手順Ｓ１４）次いで、加算器１２５は、各行毎の明度
データの最大値及び最小値の差分を演算して、各行毎の
データ範囲を算出してデータセレクタ１２６を介してＲ
ＡＭ１３０に記憶する。このようなデータ範囲の算出処
理を全ての行について実行する。

【００３１】（手順Ｓ１５）そして、ＲＡＭ１３０に記
憶された各行毎のデータ範囲をデータセレクタ１２６を
介して読み出してデータ比較器１２４に入力し、各行毎
のデータ範囲のうち、最も大きいデータ範囲（最大デー
タ範囲）を有する行番号を抽出する。 （手順Ｓ１６）次いで、最大データ範囲を有する行番号
に基づいて、ＲＡＭ１３０に記憶された行番号−画像読
取感度対応テーブルを参照して、当該行に設定されてい
る画像読取感度、すなわち、ダブルゲート型フォトセン
サの光蓄積期間を抽出する。 （手順Ｓ１７）そして、データコントローラ１２２によ
り感度設定レジスタ１２７を書き換え制御して、上記抽
出された画像読取感度を設定することにより、事前読込
動作に基づく感度設定処理を終了する。この後、設定さ
れた画像読取感度に基づいて正規の被写体画像の読取動
作が実行される。

【００３２】次に、上述したコントローラの構成及び動
作を指紋読取装置に適用した場合の具体例について、図
面を参照して説明する。図４は、事前読込動作におい
て、被写体画像の各行毎に画像読取感度を段階的に変化
させて読み込んだ場合の、指紋の画像データの一例を示
す図であり、図５は、事前読込動作により得られた特定
行における明度データの変化を示すグラフであり、図６
は、事前読込動作により得られた各行における明度デー
タのデータ範囲と、行番号−画像読取感度対応テーブル
との関係を示す図である。ここで、画像データの行数を
２５６行、列数を１９６列とし、明度データ値が大きい
ほど明るく、小さいほど暗い画像データであることを示
している。図４においては、行番号が大きくなるほど、
画像読取感度が高く（光蓄積期間が長く）なるように設
定されているため、外光の影響を受けて指紋の凹凸パタ
ーンがかすれて（薄れて）、あるいは、見えなくなる程
度に明るい画像として読み取られる（図４上方）。一
方、行番号が小さくなるほど、画像読取感度が低く（光
蓄積期間が短く）なるように設定されているため、指紋
の凹凸パターンが黒ずんで、あるいは、見えなくなる程
度に暗い画像として読み取られる（図４下方）。

【００３３】このような画像データにおいて、例えば、
１７６行目、１５２行目、１２８行目、１０４行目、８
０行目の明度データの変化を抽出してグラフ化すると、
図５（ａ）に示すように、１７６行目では感度が高く設
定されているため、明度データがほぼ上限（２５５）に
収束してしまい画像データとして情報が無いに等しい状
態になっている。また、図５（ｂ）に示すように、１５
２行目では感度がやや高く設定されているため、一部の
列で明度データが上限に到達して、画像データの凹凸パ
ターン（明暗）を全て読み取ることができない。一方、
図５（ｃ）に示すように、１２８行目では全列において
明度データが上限（２５５）又は下限（０）に到達する
ことなく、上限と下限との間に分布している。さらに、
図５（ｄ）に示すように、１０４行目では感度がやや低
く設定されているため、明度データは上限と下限との間
に分布しているが、一部の列で明度データが下限に到達
して画像データの凹凸パターンを全て読み取ることがで
きない。また、図５（ｅ）に示すように、８０行目では
感度が低く設定されているため、明度データがほぼ下限
に収束してしまい画像データとして情報が無いに等しい
状態になっている。

【００３４】ここで、図５（ａ）〜（ｅ）に示した各行
毎の明度データの分布変化に基づいて、最大値及び最小
値を数値データとして抽出し、その差分からデータ範囲
を演算すると、図６に示すように、１７６行目及び１５
２行目においては、明度データが上限に到達して最大値
が２５５に固定されているため、データ範囲は最小値に
依存することになり、１０４行目及び８０行目において
は、明度データが下限に到達して最小値が０に固定され
ているため、データ範囲は最大値に依存することにな
る。これに対して、１２８行目においては、明度データ
が上限、下限のいずれにも到達していないので、データ
範囲は明度データの最大値及び最小値の差分に依存する
ことになり、１７６行目、１５２行目、１０４行目、８
０行目に比較して、大きなデータ範囲が得られる。すな
わち、１２８行目の明度データは、指紋の凹凸パターン
に対応した良好なコントラストを有する画像データであ
り、最適な画像読取感度が設定されていると判断するこ
とができる。よって、行番号−画像読取感度対応テーブ
ルにおいて、上記最大データ範囲を有する１２８行目を
参照することにより、１２８行目に設定されている画像
読取感度、すなわち、ダブルゲート型フォトセンサの光
蓄積期間Ｔ₁₂₈が取得される。

【００３５】したがって、本実施形態に係る感度調整装
置及び感度調整方法によれば、被写体画像を各行毎に画
像読取感度を段階的に変化させて事前読込動作を行い、
各行毎の明度データのデータ範囲に基づいて、最適な画
像読取状態にある行を簡易に判別して、当該行に設定さ
れた画像読取感度（光蓄積期間）を最適感度として設定
することができるので、感度調整処理を簡易な方法によ
り一義的に設定することができ、外光等の環境光の影響
を受けることなく、正規の被写体画像を良好に読み取る
ことができる。また、正規の画像読取動作に先立って、
実際の被写体を用いて感度調整処理を行うことができる
ので、環境光の変化により被写体の明るさが変化するよ
うな場合であっても、環境光の変化を大幅に抑制して最
適な画像読取感度を設定することができるとともに、環
境光を検知するための専用の回路を設置する必要がな
い。

【００３６】さらに、ダブルゲート型フォトセンサの特
性変化が生じたような場合であっても、当該ダブルゲー
ト型フォトセンサにより得られる画像データから最適感
度を求める処理を行っているので、特性変動の影響を大
幅に抑制することができる。加えて、被写体そのものを
使って最適感度を設定することができるので、感度調整
処理に際し、標準試料を用意することなく、極めて簡易
に感度調整処理を実行することができる。なお、本実施
形態においては、明度データのデータ範囲の抽出、算出
処理の対象となる行として、１７６行目、１５２行目、
１２８行目、１０４行目、８０行目のみを示したが、２
５６行全てについて同等の処理を実行しても良い。この
場合、各行毎に設定された画像読取感度の中から、より
最適な画像読取感度を抽出して、設定することができ
る。一方、全ての行を用いず、本実施形態に示したよう
に、略均等な行間隔を有して選定された特定の行に対し
てのみ、明度データのデータ範囲の抽出、算出処理を行
う場合では、処理対象となるデータ数を削減して処理を
簡略化して、感度調整処理の所要時間を短縮して、迅速
に正規の被写体画像の読取動作に移行することができ
る。

【００３７】次に、上述した第１の実施形態の変形例に
ついて、図面を参照して説明する。図７は、事前読込動
作において、被写体画像の各行毎に画像読取感度を段階
的に変化させて読み込んだ場合の、指紋の画像データの
他の例を示す図であり、図８は、事前読込動作により得
られた特定行における明度データの変化を示すグラフで
あり、図９は、事前読込動作により得られた各行におけ
る明度データのデータ範囲と、行番号−画像読取感度対
応テーブルとの関係を示す図である。なお、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。本実施形態においては、最大値
及び最小値の抽出に用いる各行毎の明度データを、特定
の領域の列範囲に限定して、当該列範囲内における最大
値及び最小値を抽出することを特徴としている。

【００３８】すなわち、被写体画像として指紋の凹凸パ
ターンを読み取る場合、指の周辺部近傍（図７における
指の輪郭を示す領域）は、中央部に比較して、画像読取
面への密着度が低い上、凹凸パターンが鮮明ではなく、
かつ、皮膚表層の半透明層を介して外光が入射する等の
外的要因を受けるため、画像データの均一性や適合性が
劣化する。そこで、本実施形態においては、比較的外的
要因の影響を受けにくく、凹凸パターンが鮮明な指の中
央部近傍の列範囲に限定して明度データを処理すること
により、最大値及び最小値の抽出処理の適正化を図った
ものである。図７に示すように、被写体画像の読取感度
は、行番号が大きくなるほど、高く（光蓄積期間が長
く）なるように設定されているため、例えば、１７６行
目、１５２行目、１２８行目、１０４行目、８０行目に
おける所定の列範囲（８５列〜１１２列目）の明度デー
タの変化を抽出してグラフ化すると、図８（ａ）〜
（ｅ）に示すように、１２８行目においてのみ、部分的
に限定された列範囲の全域において明度データが上限
（２５５）又は下限（０）に到達することなく、上限と
下限との間に分布し、一方、他の行においては、明度デ
ータが上限あるいは下限に到達して画像データの凹凸パ
ターンを全て読み取ることができない状態にある。

【００３９】このような各行毎の明度データの分布変化
に基づいて、最大値及び最小値を数値データとして抽出
し、その差分からデータ範囲を演算すると、図９に示す
ように、１２８行目において明度データのデータ範囲が
最大となり、指紋の凹凸パターンに対応した良好なコン
トラストを有する画像データが得られていると判断され
る。すなわち、最適な画像読取感度が設定されていると
判断することができる。よって、行番号−画像読取感度
対応テーブルにおいて、上記最大データ範囲を有する１
２８行目を参照することにより、１２８行目に設定され
ている画像読取感度、すなわち、ダブルゲート型フォト
センサの光蓄積期間Ｔ₁₂₈が取得される。したがって、
本実施形態に係る感度調整装置及び感度調整方法によれ
ば、被写体画像を各行毎に画像読取感度を段階的に変化
させて事前読込を行い、各行毎の所定の列範囲における
明度データのデータ範囲に基づいて、最適な画像読取状
態にある行を簡易に判別して、当該行に設定された画像
読取感度（光蓄積期間）を最適感度として設定すること
ができるので、処理対象となるデータ量を削減して、感
度調整処理の簡略化、及び、所要時間の短縮化を図るこ
とができる。

【００４０】＜第２の実施形態＞次に、上述したコント
ローラにより実現される感度調整処理の第２の実施形態
について、図面を参照して説明する。図１０は、本発明
に係るフォトセンサシステムの感度調整装置に適用され
るコントローラにより実現される感度調整処理の第２の
実施形態を示すフローチャートである。なお、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。 （手順Ｓ２１）図１０に示すように、まず、被写体画像
の正規の読取動作に先立って、被写体画像の各行毎に画
像読取感度を段階的に変化させて、複数の異なる感度で
被写体の一画像を読み込むように事前読込動作を実行す
る。ここで、各行毎の画像読取感度は、行番号に対応付
けて、行番号−画像読取感度対応テーブルとしてＲＡＭ
１３０に記憶される。

【００４１】（手順Ｓ２２／Ｓ２３）上述した事前読込
動作により読み込まれた画像データは、デジタル信号に
変換され、被写体画像の明暗パターンに対応した明度デ
ータとしてデータ比較器１２４に入力され、任意の列番
号における全行の明度データが抽出される。 （手順Ｓ２４／Ｓ２５）次いで、加算器１２５は、列方
向に抽出された明度データの変位量（微分量の絶対値）
を演算してＲＡＭ１３０に記憶する。そして、ＲＡＭ１
３０に記憶された明度データの変位量をデータセレクタ
１２６を介して読み出してデータ比較器１２４に入力
し、明度データの変位量のうち、最も大きい変位量（最
大変位量）を有する行番号を抽出する。 （手順Ｓ２６／Ｓ２７）次いで、最大変位量を有する行
番号に基づいて、ＲＡＭ１３０に記憶された行番号−画
像読取感度対応テーブルを参照して、当該行に設定され
ている画像読取感度を抽出し、感度設定レジスタ１２７
を書き換え制御して、抽出された画像読取感度を設定す
ることにより、感度設定処理を終了する。

【００４２】次に、本実施形態に係る感動調整処理を指
紋読取装置に適用した場合の具体例について、図面を参
照して説明する。図１１は、事前読込動作において、被
写体画像の各行毎に画像読取感度を段階的に変化させて
読み込んだ場合の、指紋の画像データのさらに他の例を
示す図であり、図１２は、事前読込動作により得られた
所定の列における明度データの変化、及び、その変位量
（絶対値）を示すグラフであり、図１３は、事前読込動
作により得られた所定の列における明度データの変位量
と、行番号−画像読取感度対応テーブルとの関係を示す
図である。なお、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。図
１１に示すように、被写体画像の読取感度は、行番号が
大きくなるほど、高く（光蓄積期間が長く）なるように
設定されているため、例えば、９８列目における各行毎
（１〜２５６行目）の明度データの変化を抽出してグラ
フ化すると、図１２（ａ）に示すように、行番号が小さ
いほど画像読取感度が低く設定されているため、明度デ
ータが下限（０）に収束してしまい、また、行番号が大
きいほど画像読取感度が高く設定されているため、明度
データが上限（２５５）に収束してしまい、画像データ
として情報が無いに等しい状態になっている。

【００４３】これに対して、略中央行（１２８行）の近
傍においては、明度データが上限（２５５）又は下限
（０）に到達することなく、上限と下限との間に分布す
るとともに、下限方向から上限方向に明度データが変化
する傾向を示す。このような各行毎の明度データの分布
変化に基づいて、各行毎の明度データを数値データとし
て抽出し、その変位量を示す微分値（絶対値）を演算す
ると、図１２（ｂ）に示すような分布が得られる。そし
て、図１２（ｂ）に示した明度データの微分値の分布の
うち、図１３に示すように、１２５行目と１２６行目の
間で微分量の最大値（最大微分値）が観測され、この１
２５行目及び１２６行目において、指紋の凹凸パターン
に対応した良好なコントラストを有する画像データが得
られていると判断される。すなわち、最適な画像読取感
度が設定されていると判断することができる。

【００４４】よって、行番号−画像読取感度対応テーブ
ルにおいて、上記最大微分値を有する１２５行目及び１
２６行目を参照することにより、１２５行目及び１２６
行目に設定されている画像読取感度、すなわち、ダブル
ゲート型フォトセンサの光蓄積期間Ｔ₁₂₈、Ｔ₁₂₈が取得
される。ここで、感度設定レジスタには、最適な画像読
取感度として、２つの光蓄積期間Ｔ₁₂₈、Ｔ₁₂₈に基づい
て決定された設定値、例えば、光蓄積期間Ｔ₁₂₈、Ｔ₁₂₈
の平均値等が設定されるように書き換え制御される。な
お、処理対象となる明度データの列番号は、上述した実
施例と同様に、比較的外的要因の影響を受けにくく、被
写体画像の明暗パターン（凹凸パターン）を鮮明に読み
取ることができる被写体（指）の中央部近傍の列に特定
することが望ましい。

【００４５】したがって、本実施形態に係る感度調整方
法によれば、被写体画像を各行毎に画像読取感度を段階
的に変化させて事前読込を行い、特定の列における各行
毎の明度データの変位量に基づいて、最適な画像読取状
態にある行を簡易に判別して、当該行に設定された画像
読取感度（光蓄積期間）を最適感度として設定すること
ができるので、処理対象となる明度データが１列分（行
数分）あれば良く、感度調整処理に係る処理データを大
幅に削減して、一層の処理の簡略化、及び、所要時間の
短縮化を図ることができる。

【００４６】次いで、上述した各実施形態の事前読込動
作に適用することができる画像読取感度（光蓄積期間）
の設定方法について、図面を参照して説明する。図１４
は、本発明に係る感度調整処理に良好に適用することが
できる画像読取感度（光蓄積期間）の設定方法の一実施
例を示すタイミングチャートである。ここでは、図１、
図２及び図１６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。図１４に示すように、本実
施例に係る画像読取感度の設定方法は、まず、ダブルゲ
ート型フォトセンサ１０のトップゲート端子ＴＧを行方
向に接続するトップゲートライン１０１の各々に対し
て、同時にリセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎを
印加してリセット期間Ｔresetを同時にスタートし、各
行毎のダブルゲート型フォトセンサ１０を初期化する。

【００４７】次いで、リセットパルスφＴ１、φＴ２、
…φＴｎが同時に立ち下がり、リセット期間Ｔresetが
終了することにより、全ての行におけるダブルゲート型
フォトセンサ１０の光蓄積期間Ｔ₁、Ｔ₂、…Ｔ_n-1、Ｔ_n
が一斉にスタートして、各行毎のダブルゲート型フォト
センサ１０のトップゲート電極側から入射される光量に
応じてチャネル領域に電荷（正孔）が発生し、蓄積され
る。ここで、各行毎に設定される光蓄積期間Ｔ₁、Ｔ₂、
…Ｔ_n-1、Ｔ_nは、図１４に示すように、各行毎に所定の
遅れ時間Ｔdelay分ずつ段階的に変化させるように、プ
リチャージ信号φpg及び読み出しパルスφＢ１、φＢ
２、…φＢｎを印加する。したがって、上述した各実施
形態に示したような感度調整処理に先立って行う事前読
込動作において、被写体画像を構成する各行毎に異なる
読取感度（すなわち、行数分の異なる読取感度）で読み
取られた画像データを、１回の被写体画像（一画面）の
読み込みにより取得することができる。

【００４８】図１５は、本発明に係る感度調整処理に良
好に適用することができる画像読取感度（光蓄積期間）
の設定方法の他の実施例を示すタイミングチャートであ
る。ここでは、図１、図２及び図１６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。図１
５に示すように、本実施例に係る画像読取感度の設定方
法は、まず、ダブルゲート型フォトセンサ１０のトップ
ゲート端子ＴＧを行方向に接続するトップゲートライン
１０１の各々に対して、所定の遅れ時間Ｔdelayの時間
間隔で順次リセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎを
印加してリセット期間Ｔresetをスタートし、各行毎の
ダブルゲート型フォトセンサ１０を初期化する。次い
で、リセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎが立ち下
がり、リセット期間Ｔresetが終了することにより、光
蓄積期間ＴＡ₁、ＴＡ₂、…ＴＡ_n-1、ＴＡ_nが順次スター
トして、各行毎にダブルゲート型フォトセンサ１０のト
ップゲート電極側から入射される光量に応じてチャネル
領域に電荷（正孔）が発生し、蓄積される。

【００４９】ここで、各行毎に設定される光蓄積期間Ｔ
Ａ₁、ＴＡ₂、…ＴＡ_n-1、ＴＡ_nは、図１４に示すよう
に、最後のリセットパルスφＴｎが立ち下がった後、各
行毎に所定の遅れ時間Ｔdelay分ずつ段階的に変化させ
るように、プリチャージ信号φpg及び読み出しパルスφ
Ｂｎ、φＢｎ−１、…φＢ２、φＢ１を印加する。した
がって、このような事前読込動作により、各行毎に設定
される光蓄積期間ＴＡ₁、ＴＡ₂、…ＴＡ_n-1、ＴＡ_n相互
が所定の遅れ時間Ｔdelayの２倍の時間間隔で増加する
ので、一画面の読み込み動作により行数分以上の感度調
整幅で設定された読取感度で読み取られた画像データを
取得することができる。なお、本発明に係る感度調整処
理に適用される画像読取感度（光蓄積期間）の設定方法
は、上述した各実施例に限定されるものではなく、被写
体画像を異なる読取感度で画像データを取得できるもの
であれば、例えば、従来技術に示したような、リセット
動作→光蓄積動作→プリチャージ動作→読み出し動作の
一連の処理サイクルを読取感度を順次変更して複数回繰
り返して、異なる読取感度による画像データを取得する
ものでもあってもよいし、さらに他の方法であってもよ
いことはいうまでもない。

【００５０】

【発明の効果】請求項１又は１２記載の発明によれば、
フォトセンサを２次元配列して構成されるフォトセンサ
アレイを備えたフォトセンサシステムにおいて、画像読
取感度を段階的に変化させて被写体画像を事前に読み込
む事前読込動作を行い、各画像読取感度毎の測定量のデ
ータ範囲に基づいて、最適な画像読取状態にある画像読
取感度を抽出して正規の読取動作に設定することができ
るので、感度調整処理を簡易な方法により一義的に設定
することができ、外光等の環境光の影響を受けることな
く、正規の被写体画像を良好に読み取ることができる。
また、正規の画像読取動作に先立って、実際の被写体を
用いて感度調整処理を行うので、環境光の変化により被
写体の明るさが変化するような場合であっても、環境光
の変化を大幅に抑制して最適な画像読取感度を設定する
ことができるとともに、環境光を検知するための専用の
回路を設置する必要がない。さらに、フォトセンサの特
性変化が生じたような場合であっても、当該フォトセン
サにより得られる画像データから最適感度を求める処理
を行っているので、特性変動の影響を大幅に抑制するこ
とができる。加えて、被写体そのものを使って最適感度
を設定することができるので、感度調整処理に際し、標
準試料を用意することなく、極めて簡易に感度調整処理
を実行することができる。

【００５１】請求項２又は７記載の発明によれば、被写
体画像の事前読込動作は、被写体画像の各行毎に段階的
に異なる画像読取感度を、フォトセンサアレイに設定し
て実行されるので、被写体画像を構成する各行毎に異な
る読取感度で読み取られた画像データを、１回の被写体
画像（一画面）の読み込みにより取得することができ、
感度調整処理に要する所要時間を短縮して、適正な画像
読取感度を設定することができる。請求項３記載の発明
によれば、測定量比較手段は、各行の所定の列範囲内に
おける測定量（明度データ）の最大値及び最小値を抽出
するように構成されているので、所定の列範囲における
明度データのデータ範囲のみに基づいて、最適な画像読
取感度を設定することができ、処理対象となるデータ量
を削減して、感度調整処理の簡略化、及び、所要時間の
短縮化を図ることができる。

【００５２】請求項４又は９記載の発明によれば、特定
の測定量として、被写体画像の画像パターンに対応した
明度データを測定して感度調整処理を行っているので、
明度データの最大データ範囲又は最大変位量を算出する
ことにより、被写体画像の明暗パターン（凹凸パター
ン）が良好に得られている被写体画像の行を適切に抽出
することができ、最適な画像読取感度を簡易に設定する
ことができる。請求項５又は１０記載の発明によれば、
フォトセンサアレイの画像読取感度は、フォトセンサに
おける光蓄積期間を調整することにより設定制御される
ので、画像読取感度を段階的に変化させて事前読込動作
を行い、各画像読取感度毎の測定量のデータ範囲又は最
大変位量に基づいて抽出された画像読取感度を、フォト
センサに設定する光蓄積期間の時間要素（パルスタイミ
ング）のみで簡易に設定制御することができ、外光等の
環境光の影響を抑制して、正規の被写体画像を良好に読
み取ることができるフォトセンサシステムを提供するこ
とができる。

【００５３】請求項６又は１３記載の発明によれば、フ
ォトセンサを２次元配列して構成されるフォトセンサア
レイを備えたフォトセンサシステムにおいて、画像読取
感度を段階的に変化させて被写体画像を事前に読み込む
事前読込動作を行い、各画像読取感度相互の測定量の変
位量に基づいて、最適な画像読取状態にある画像読取感
度を抽出して正規の読取動作に設定することができるの
で、感度調整処理を、データ量を削減した簡易な方法に
より一義的に設定することができ、処理の簡略化、及
び、所要時間の短縮化を図ることができる。請求項８記
載の発明によれば、フォトセンサシステムの感度調整装
置は、変位量算出手段は、各行の所定の列における測定
量（明度データ）の微分値を算出するように構成されて
いるので、所定の列における明度データのみに基づい
て、最適な画像読取感度を設定することができ、処理対
象となるデータ量を大幅に削減して、感度調整処理の一
層の簡略化、及び、所要時間の大幅な短縮化を図ること
ができる。

【００５４】請求項１１記載の発明によれば、フォトセ
ンサは、半導体層からなるチャネル領域を挟んで形成さ
れたソース電極及びドレイン電極と、少なくともチャネ
ル領域の上方及び下方に各々絶縁膜を介して形成された
トップゲート電極及びボトムゲート電極とを有し、トッ
プゲート電極又はボトムゲート電極のいずれか一方を光
照射側として、該光照射側から照射された光の量に対応
する電荷が前記チャネル領域に発生、蓄積される、いわ
ゆる、ダブルゲート型フォトセンサにより構成されてい
るので、フォトセンサアレイを構成するフォトセンサデ
バイスを薄型化して、フォトセンサシステムが適用され
る２次元画像読取装置を小型化することができるととも
に、読取画素を高密度化して被写体画像を高精細で読み
取ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るフォトセンサシステムの感度調整
装置が適用される２次元画像読取装置の一構成例を示す
概略構成図である。

【図２】本発明に係るフォトセンサシステムの感度調整
装置に適用されるコントローラの一構成例を示すブロッ
ク図である。

【図３】本発明に係るフォトセンサシステムの感度調整
装置に適用されるコントローラにより実現される感度調
整処理の第１の実施形態を示すフローチャートである。

【図４】第１の実施形態に適用される事前読込動作にお
いて、被写体画像の各行毎に画像読取感度を段階的に変
化させて読み込んだ場合の、指紋の画像データの一例を
示す図である。

【図５】第１の実施形態に適用される事前読込動作によ
り得られた特定行における明度データの変化を示すグラ
フである。

【図６】第１の実施形態に適用される事前読込動作によ
り得られた各行における明度データのデータ範囲と、行
番号−画像読取感度対応テーブルとの関係を示す図であ
る。

【図７】第１の実施形態の変形例に適用される事前読込
動作において、被写体画像の各行毎に画像読取感度を段
階的に変化させて読み込んだ場合の、指紋の画像データ
の他の例を示す図である、

【図８】第１の実施形態の変形例に適用される事前読込
動作により得られた特定行における明度データの変化を
示すグラフである。

【図９】第１の実施形態の変形例に適用される事前読込
動作により得られた各行における明度データのデータ範
囲と、行番号−画像読取感度対応テーブルとの関係を示
す図である。

【図１０】本実施形態におけるコントローラにより実現
される感度調整処理の第２の実施形態を示すフローチャ
ートである。

【図１１】第２の実施形態に適用される事前読込動作に
おいて、被写体画像の各行毎に画像読取感度を段階的に
変化させて読み込んだ場合の、指紋の画像データのさら
に他の例を示す図である。

【図１２】第２の実施形態に適用される事前読込動作に
より得られた所定の列における明度データの変化、及
び、その変位量（絶対値）を示すグラフである。

【図１３】第２の実施形態に適用される事前読込動作に
より得られた所定の列における明度データの変位量と、
行番号−画像読取感度対応テーブルとの関係を示す図で
ある。

【図１４】本発明に係るフォトセンサシステムの感度調
整方法に適用される画像読取感度（光蓄積期間）の設定
方法の一実施例を示すタイミングチャートである。

【図１５】本発明に係るフォトセンサシステムの感度調
整方法に適用される適用される画像読取感度（光蓄積期
間）の設定方法の他の実施例を示すタイミングチャート
である。

【図１６】従来技術におけるダブルゲート型フォトセン
サの構造を示す断面図である。

【図１７】従来技術におけるダブルゲート型フォトセン
サを２次元配列して構成されるフォトセンサシステムの
概略構成図である。

【図１８】フォトセンサシステムの駆動制御方法を示す
タイミングチャートである。

【図１９】ダブルゲート型フォトセンサの動作概念図で
ある。

【図２０】フォトセンサシステムの出力電圧の光応答特
性を示す図である。

【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 １１１ トップゲートドライバ １１２ ボトムゲートドライバ １１３ コラムスイッチ １１４ プリチャージスイッチ １１５ アンプ １１６ Ａ／Ｄコンバータ １２０ コントローラ １２１ デバイスコントローラ １２２ データコントローラ １２３ メインコントローラ １２４ データ比較器 １２５ 加算器 １２６ データセレクタ １２７ 感度設定レジスタ １３０ ＲＡＭ ２００ 外部機能部

Claims (13)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フォトセンサを２次元配列して構成され
   るフォトセンサアレイを備えたフォトセンサシステムに
   おいて、 前記フォトセンサアレイにより所望の被写体画像を読み
   取る動作に先立って、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えて前記被写体画像を読み取る事
   前読込動作を実行し、該事前読込動作により読み取られ
   た前記被写体画像に基づいて、各画像読取感度毎に、前
   記被写体画像の画像パターンに関連する特定の測定量の
   最大値及び最小値を抽出する測定量比較手段と、 前記各画像読取感度毎に抽出された前記測定量の最大値
   及び最小値に基づいて、前記測定量のデータ範囲を算出
   するデータ範囲算出手段と、 前記各画像読取感度毎に算出された前記測定量のデータ
   範囲のうち、最大のデータ範囲を有する前記画像読取感
   度を抽出する読取感度抽出手段と、 前記抽出された画像読取感度を、前記被写体画像の正規
   の読取動作時に設定する読取感度設定手段と、を有する
   ことを特徴とするフォトセンサシステムの感度調整装
   置。
2. 【請求項２】 前記被写体画像の事前読込出動作は、前
   記被写体画像の各行毎に段階的に異なる画像読取感度
   を、前記フォトセンサアレイに設定して実行されること
   を特徴とする請求項１記載のフォトセンサシステムの感
   度調整装置。
3. 【請求項３】 前記測定量比較手段は、前記各行の所定
   の列範囲内における前記特定の測定量の最大値及び最小
   値を抽出することを特徴とする請求項２記載のフォトセ
   ンサシステムの感度調整装置。
4. 【請求項４】 前記特定の測定量は、前記被写体画像の
   画像パターンに対応した明度データであることを特徴と
   する請求項１記載のフォトセンサシステムの感度調整装
   置。
5. 【請求項５】 前記フォトセンサアレイの画像読取感度
   は、前記フォトセンサにおける光蓄積期間を調整するこ
   とにより設定制御されることを特徴とする請求項１記載
   のフォトセンサシステムの感度調整装置。
6. 【請求項６】 フォトセンサを２次元配列して構成され
   るフォトセンサアレイを備えたフォトセンサシステムに
   おいて、 前記フォトセンサアレイにより所望の被写体画像を読み
   取る動作に先立って、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えて前記被写体画像を読み取る事
   前読込動作を実行し、該事前読込動作により読み取られ
   た前記被写体画像に基づいて、各画像読取感度相互にお
   ける、前記被写体画像の画像パターンに関連する特定の
   測定量の変位を算出する変位量算出手段と、 前記各画像読取感度相互の前記測定量の変位が最大とな
   る前記画像読取感度を抽出する読取感度抽出手段と、 前記抽出された画像読取感度を、前記被写体画像の正規
   の読取動作時に設定する読取感度設定手段と、を有する
   ことを特徴とするフォトセンサシステムの感度調整装
   置。
7. 【請求項７】 前記被写体画像の事前読込動作は、前記
   被写体画像の各行毎に段階的に異なる画像読取感度を、
   前記フォトセンサアレイに設定して実行されることを特
   徴とする請求項６記載のフォトセンサシステムの感度調
   整装置。
8. 【請求項８】 前記変位量算出手段は、前記各行の所定
   の列における前記特定の測定量の微分値を算出すること
   を特徴とする請求項７記載のフォトセンサシステムの感
   度調整装置。
9. 【請求項９】 前記特定の測定量は、前記被写体画像の
   画像パターンに対応した明度データであることを特徴と
   する請求項６記載のフォトセンサシステムの感度調整装
   置。
10. 【請求項１０】 前記フォトセンサアレイの画像読取感
    度は、前記フォトセンサにおける光蓄積期間を調整する
    ことにより設定制御されることを特徴とする請求項６記
    載のフォトセンサシステムの感度調整装置。
11. 【請求項１１】前記フォトセンサは、半導体層からなる
    チャネル領域を挟んで形成されたソース電極及びドレイ
    ン電極と、少なくとも前記チャネル領域の上方及び下方
    に各々絶縁膜を介して形成されたトップゲート電極及び
    ボトムゲート電極とを有し、 前記トップゲート電極又は前記ボトムゲート電極のいず
    れか一方を光照射側として、該光照射側から照射された
    光の量に対応する電荷が前記チャネル領域に発生、蓄積
    されることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに
    記載のフォトセンサシステムの感度調整装置。
12. 【請求項１２】 フォトセンサを２次元配列して構成さ
    れるフォトセンサアレイを備えたフォトセンサシステム
    において、 前記フォトセンサアレイにより所望の被写体画像を読み
    取る動作に先立って、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えて前記被写体画像を読み取る事
    前読込動作を実行する手順と、 該事前読込動作により読み取られた前記被写体画像に基
    づいて、各画像読取感度毎に、前記被写体画像の画像パ
    ターンに関連する特定の測定量の最大値及び最小値を抽
    出する手順と、 前記各画像読取感度毎に抽出された前記測定量の最大値
    及び最小値に基づいて、前記測定量のデータ範囲を算出
    する手順と、 前記各画像読取感度毎に算出された前記測定量のデータ
    範囲のうち、最大のデータ範囲を有する前記画像読取感
    度を抽出する手順と、 前記抽出された画像読取感度を、前記被写体画像の正規
    の読取動作時に設定する手順と、を含むことを特徴とす
    るフォトセンサシステムの感度調整方法。
13. 【請求項１３】 フォトセンサを２次元配列して構成さ
    れるフォトセンサアレイを備えたフォトセンサシステム
    において、 前記フォトセンサアレイにより所望の被写体画像を読み
    取る動作に先立って、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えて前記被写体画像を読み取る事
    前読込動作を実行する手順と、 該事前読込動作により読み取られた前記被写体画像に基
    づいて、各画像読取感度相互における、前記被写体画像
    の画像パターンに関連する特定の測定量の変位を算出す
    る手順と、 前記各画像読取感度相互の前記測定量の変位が最大とな
    る前記画像読取感度を抽出する手順と、 前記抽出された画像読取感度を、前記被写体画像の正規
    の読取動作時に設定する手順と、を含むことを特徴とす
    るフォトセンサシステムの感度調整方法。