JP3455761B2

JP3455761B2 - 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

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Publication number: JP3455761B2
Application number: JP31985999A
Authority: JP
Inventors: 善亮中村
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 1999-11-10
Filing date: 1999-11-10
Publication date: 2003-10-14
Anticipated expiration: 2019-11-10
Also published as: KR20010101437A; TW466761B; CN1337119A; AU7949700A; CA2356949C; HK1042396A1; JP2001145023A; EA200100761A1; CN1144451C; KR100397850B1; EA004170B1; US6765610B1; WO2001035637A1; CA2356949A1; EP1142313A1

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備えた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１８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１８（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１８（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１８（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１９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１９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２０
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２１は、ダブルゲート型フォト
センサの動作概念図であり、図２２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２０、図２１（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２０、図２１（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
２０、図２１（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
２０、図２１（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２２（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２１（ｅ）、図２２（ａ）に示すよう
に、トップゲート端子ＴＧに負バイアスをかけることに
よって、ボトムゲート端子ＢＧの正バイアスが打ち消さ
れ、ダブルゲート型フォトセンサ１０はＯＦＦ状態とな
り、ドレイン電圧、すなわち、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２１（ｄ）、図２２
（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、トップゲート端子ＴＧの負
バイアスを打ち消すように作用し、この打ち消された分
だけボトムゲート端子ＢＧの正バイアスによって、ダブ
ルゲート型フォトセンサ１０はＯＮ状態となる。そし
て、この入射光量に応じたＯＮ抵抗に従って、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２２（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
プゲート端子ＴＧへのリセットパルスφＴｉの印加によ
るリセット動作の終了時点から、ボトムゲート端子ＢＧ
に読み出しパルスφＢｉが印加されるまでの時間（光蓄
積期間Ｔａ）に受光した光量に深く関連し、蓄積された
キャリアが少ない場合には緩やかに低下する傾向を示
し、また、蓄積されたキャリアが多い場合には急峻に低
下する傾向を示す。そのため、読み出し期間Ｔreadがス
タートして、所定の時間経過後のデータライン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２０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２１（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２２（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（事前読出動
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、
このような事前読出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、適切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、ダブルゲート型フォトセンサを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の画
像読取感度を変化させて前記２次元配列されたフォトセ
ンサに対応する画素より構成される被写体画像を読み取
る事前読出動作を実行し、前記各画像読取感度における
前記被写体画像の画像パターンに関連する所定の測定量
の前記隣接画素相互の差分絶対値のうち、最大の差分絶
対値を含む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、前記差分絶対値算出
手段は、前記各行の所定の列範囲における前記特定の測
定量の差分絶対値を算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。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。

【００１７】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、請求項１乃至５のいずれかに記載の感度
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。請求項７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の画像読取感度を変化させ
て前記２次元配列されたフォトセンサに対応する画素よ
り構成される被写体画像を読み取る事前読出動作を実行
する手順と、前記各画像読取感度における前記被写体画
像の画像パターンに関連する所定の測定量の前記隣接画
素相互の差分絶対値のうち、最大の差分絶対値を含む前
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。

【００１８】

【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。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１８、図１９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１９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。

【００１９】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１８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のトップゲート端子ＴＧに所定のタイミン
グで、所定のトップゲート電圧（リセットパルス）を印
加するトップゲートドライバ１１１と、ダブルゲート型
フォトセンサ１０のボトムゲート端子ＢＧに所定のタイ
ミングで、所定のボトムゲート電圧（読み出しパルス）
を印加するボトムゲートドライバ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１１
４、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
ＲＡＭ１３０と、を有して構成されている。

【００２０】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１９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
感度調整装置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端子ＴＧ
及びボトムゲート端子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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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、フォトセンサアレイ１０
０を構成する各フォトセンサに対応する画素により構成
される画像データに基づいて、隣接画素相互における特
定の測定データ（測定量）の差分絶対値を算出するとと
もに、最も大きい差分絶対値（最大差分値）を抽出する
データ比較器（読取感度抽出手段）１２４及び加算器
（差分絶対値算出手段）１２５と、Ａ／Ｄコンバータ１
１６、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）１
２７と、を有している。

【００２４】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一実施形態
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、事前読出動作を開始し、データコントローラ１２２
を介して、感度設定レジスタ１２７に事前読出動作用の
画像読取感度を設定するように制御し、被写体画像の事
前読出を実行する。ここで、事前読出動作は、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。

【００２５】また、上記事前読出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
画像を読み込めるように設定される。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ＲＡＭ１３
０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）上述した事前読出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（特定の測定量）とし
てデータ比較器１２４に入力される。

【００２６】（手順Ｓ１３／Ｓ１４）そして、データ比
較器１２４に入力された明度データは、各行において隣
接する画素相互の大小関係が比較され、その大小関係に
基づいて、加算器１２５により当該明度データの差分の
絶対値（差分絶対値）が順次演算される。さらに、各差
分絶対値は、再びデータ比較器１２４に入力され、各行
において最も大きい差分絶対値（以下、代表差分値とい
う）が抽出されて、データセレクタ１２６を介してＲＡ
Ｍ１３０に記憶される。このような差分絶対値の算出、
代表差分値の抽出処理は、各行の全画素、又は、所定の
列範囲（画素範囲）について実行され、さらに、全ての
行、又は、所定の行範囲について実行される。ここで、
各画素における明度データは、被写体画像における白と
黒との間を、例えば、２５６階調に分割して設定され
る。

【００２７】（手順Ｓ１５）次いで、ＲＡＭ１３０に記
憶された各行毎の代表差分値が、データセレクタ１２６
を介して読み出され、データ比較器１２４に再入力され
て、各行毎の代表差分値のうち、最も大きい代表差分値
（以下、最大差分値という）が抽出され、当該最大差分
値を有する行番号が抽出される。（手順Ｓ１６）次いで、最大差分値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、メインコントローラ１２３は、
データコントローラ１２２を介して感度設定レジスタ１
２７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、事前読出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。

【００２８】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、事前読出動作におい
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画像データの一例を示す図であ
り、図５は、事前読出動作により得られた特定行におけ
る各画素毎の明度データの変化、及び、隣接する画素相
互の差分絶対値の変化を示すグラフであり、図６は、各
行毎の代表差分値の変化と、各行毎の明度データのダイ
ナミックレンジ（最大及び最小の明度データの差）の変
化との関係を示すグラフであり、図７は、事前読出動作
により得られた各行毎の明度データのダイナミックレン
ジと、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、指紋の画像データはフォトセンサ
アレイ１００を構成するフォトセンサの配列状態に対応
し、例えば、２５６行×１９６列の画素配列によるマト
リクスで読み出され、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。

【００２９】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ＰＮＡがかすれて（薄れて）、あるいは、見え
なくなる程度に明るい画像として読み取られる（図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ＰＮＡが黒ずんで、あるいは、
見えなくなる程度に暗い画像として読み取られる（図４
下方）。また、ここでは、被写体となる指が、図４に示
すように、指紋読取面に対して図面左方に偏って載置さ
れている場合について説明する。

【００３０】図４に示した画像データにおいて、例え
ば、７９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、指紋の凹凸パターンが
比較的良好に読み込まれている概ね１〜９５列目（図面
左方）においては、ほぼ全列にわたって明度データが比
較的中程度の値（概ね１００前後）を示すとともに、画
素（列）相互の明度データが比較的大きく変化する傾向
を示す。一方、指が載置されておらず、背景が読み込ま
れている概ね９６〜１９６列目（図面右方）において
は、ほぼ全列にわたって明度データが極めて高い値（概
ね２２０〜２３０）を示すとともに、画素相互の明度デ
ータが比較的小さく変化する傾向を示す。したがって、
このような明度データの分布に対して、隣接する画素相
互の差分絶対値を演算すると、図５（ｂ）に示すよう
に、概ね１〜９５列目（図面左方）においては、ほぼ全
列にわたって差分絶対値が大きな値（概ね３０程度）を
示し、概ね９６〜１９６列目（図面右方）においては、
ほぼ全列にわたって差分絶対値が小さな値（概ね１０程
度）を示す。

【００３１】これは、読み込まれた画像データのうち、
指が載置されている領域においては、指紋の凹凸パター
ンに対応する明暗パターンが明瞭に現れているため、隣
接画素相互の明度データの変位が大きくなり、一方、指
が載置されていない背景、及び、指と背景の境界に対応
する領域においては、画像の焦点がぼけて明暗パターン
が不鮮明となるため、隣接画素相互の明度データの変位
が非常に小さくなる特性を有していることを意味してい
る。そして、図５（ｂ）に示した隣接画素相互の差分絶
対値のうち、最も大きい差分絶対値（以下、代表差分
値）を抽出する処理を、所定の行／列範囲（例えば、６
４〜１９１行目、かつ、６７〜１３０列目の領域）につ
いて実行した場合、図６に示すように、その代表差分値
の分布（図中、実線で示す）と、指が指紋読取面の中央
に正常に載置された場合における各行毎の明度データの
ダイナミックレンジの分布（図中、破線で示す）とは、
いずれも概ね９０〜９５行目近傍で最大ピークを示し、
その変化傾向が極めて近似することが判明した。なお、
図６において、一点鎖線で示された分布は、指が正常に
載置された場合において、各行毎に広い列範囲（例え
ば、１〜１９６列目の領域）を対象とした場合の明度デ
ータのダイナミックレンジの分布であって、概ね７１〜
７５行目近傍で最大ピークを有しており、上記２者の分
布とは傾向が大きく相違している。

【００３２】よって、各行毎の隣接画素相互の明度デー
タにおける代表差分値の分布に基づいて、画像データの
鮮明度を推定することができるので、各行毎の代表差分
値のうち、最も大きい代表差分値（最大差分値）を有す
る行（例えば、９１行目）の画像データが、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
ータであると判断でき、当該行に最適な画像読取感度が
設定されていると判断することができる。そして、図７
に示すように、上記最大差分値を有する９１行目を、行
番号−画像読取感度対応テーブルにおいて参照すること
により、９１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Ｔ₉₁が
最適値として決定される。

【００３３】ここで、本実施形態に係るフォトセンサシ
ステムの感度調整方法における作用効果の有効性につい
て、他の手法と比較しながら、図面を参照して、より具
体的に説明する。ここでは、ダブルゲート型フォトセン
サの最適感度の他の設定方法として、各行毎に画像読取
感度を段階的に変化させて、被写体の一画像を複数の異
なる感度で読み込めるように設定した事前読出動作を実
行し、これにより得られた画像データに基づいて、明度
データの最大のダイナミックレンジを示す行を抽出し
て、当該行に設定された画像読出感度を最適値に決定す
る場合について説明し、さらに、本実施形態に係るフォ
トセンサシステムの感度調整方法との作用効果上の差異
について説明する。

【００３４】まず、正常な事前読出動作における各行毎
の明度データのダイナミックレンジの分布特性について
説明する。図８は、事前読出動作において、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
だ場合の画像データの他の例を示す図であり、図９は、
事前読出動作により得られた画像データ（図８）におけ
る感度判定対象領域を示す図である。図８に示すよう
に、指紋読取面の略中央に正常に指が載置され、各行毎
に異なる感度で事前読み出しされた画像データにおい
て、最適感度となる行を抽出するために用いる感度判定
対象範囲としては、指紋の凹凸パターンＰＮＡに対応し
た良好なコントラストを有する有する領域に限定するこ
とが好ましい。すなわち、図９（ａ）に示すように、例
えば、６４〜１９１行目、かつ、６７〜１３０列目の行
／列範囲、あるいは、図９（ｂ）に示すように、例え
ば、６４〜１９１行目の行範囲を感度判定対象範囲に設
定することにより、鮮明に読み出された指紋の凹凸パタ
ーンＰＮＡを含む画像データを用いて最適感度を設定す
ることができる。

【００３５】次いで、上記感度判定対象範囲を用いた画
像読取感度の他の設定方法について説明する。図１０
は、事前読込動作により得られた特定の行／列範囲にお
ける明度データの変化を示すグラフであり、図１１は、
事前読込動作により得られた特定の行範囲における各行
毎のダイナミックレンジの分布を示すグラフである。具
体的には、図１０に示すように、上記行範囲のうち、１
９１行目（図中、破線で示す）及び１６０行目（図中、
細線で示す）においては、感度が高く設定されているた
め、明度データが高い値（概ね２２０〜２２５）に収束
してしまい画像データとして情報（明暗パターン）が無
いに等しい状態になっている。また、９６行目（図中、
太線で示す）においては、全列において明度データが上
限又は下限で収束することなく、画像データの明暗パタ
ーンに対応した比較的大きな上下方向への変位を有して
いる。さらに、６４行目（図中、一点鎖線で示す）にお
いては、感度が低く設定されているため、明度データが
ほぼ低い値（概ね３５）に収束してしまい画像データと
して情報が無いに等しい状態になっている。

【００３６】ここで、図１０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抽出し、
その差分からダイナミックレンジ（データ範囲）を算出
すると、図１１に示すような分布を示し、ダイナミック
レンジが大きい行（概ね９０〜９５行目）ほど、画像デ
ータ（明暗パターン）が鮮明に読み出されていることと
を意味している。したがって、概ね９０〜９５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、
事前読出動作において各行に設定される画像読取感度を
参照することにより、概ね９０〜９５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
ンサの光蓄積期間が最適値として決定される。

【００３７】次いで、上述した画像読取感度の他の設定
方法において、指が指紋読取面に対して偏って載置され
た場合における明度データのダイナミックレンジの分布
について説明する。図１２は、事前読出動作において、
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画像データのさらに他の例を示す図
であり、図１３は、事前読出動作により得られた画像デ
ータ（図１２）における感度判定対象領域を示す図であ
る。図１２に示すように、例えば、指が指紋読取面の左
方向に偏って載置され、所定の感度傾斜で事前読み出さ
れた画像データにおいては、感度設定の対象となる本来
の指紋の凹凸パターンＰＮＡのほかに、指の外縁部分の
影や背景からの外乱光等による画像成分（以下、背景パ
ターンという）ＰＮＢが含まれるため、図１３（ａ）、
（ｂ）に示すように、所定の感度判定対象範囲（例え
ば、６４〜１９１行目、かつ、６７〜１３０列目の行／
列範囲、あるいは、６４〜１９１行目の行範囲）を限定
した場合であっても、感度判定対象範囲内の画像データ
に、指紋の凹凸パターンＰＮＡ以外の背景パターンＰＮ
Ｂが混入することになる。

【００３８】ここで、指が指紋読取面に対して偏って載
置された場合における上記画像読取感度の他の設定方法
の問題点について説明する。図１４は、指が指紋読取面
に対して偏って載置された状態において、事前読込動作
により得られた特定の行における明度データの変化を示
すグラフであり、図１５は、指が指紋読取面に対して偏
って載置された状態において、事前読込動作により得ら
れた特定の行範囲における各行毎のダイナミックレンジ
の分布を示すグラフである。図１４に示すように、例え
ば、７９行目における明度データの変化は、指紋の凹凸
パターンが比較的良好に読み込まれている概ね９５列目
以下（図面左方）の範囲においては、ほぼ全列にわたっ
て明度データが比較的中程度の値（概ね１００前後）を
示すとともに、画素（列）相互の明度データが比較的大
きく変化する傾向を示す。一方、指が載置されておら
ず、背景が読み込まれている概ね９６列目以上（図面右
方）の範囲においては、ほぼ全列にわたって明度データ
が極めて高い値（概ね２１０〜２２０程度）を示すとと
もに、画素（列）相互の明度データが比較的小さく変化
する傾向を示す。

【００３９】したがって、このような明度データの分布
に対して、最大値及び最小値を抽出して、これらの差分
に相当するダイナミックレンジを算出すると、最小値は
指紋の凹凸パターンから抽出され、最大値は指紋とは関
連性が全くない背景パターンから抽出される。この場
合、上述したように、背景パターンにおける明度データ
値は、多くの場合、凹凸パターンにおける明度データ値
に比較して極めて大きいため、ダイナミックレンジも大
きな値として算出されることになり、最大のダイナミッ
クレンジを有する行が最適の画像読取感度に対応してい
ない場合が生じる。すなわち、良好に読み出された指紋
の凹凸パターンを用いて感度設定処理を行うために、感
度判定対象範囲を図９（ａ）、あるいは、図１３（ａ）
に示したように、狭く設定することは、指紋読取面に載
置される指の位置の偏りや、指の幅の違い等に対して、
適切な処理を妨げる可能性があるとともに、感度判定対
象範囲内に、指が全く載置されていない可能性もあり、
感度設定処理の有効性を損なう原因となる。

【００４０】一方、感度判定対象範囲を図９（ｂ）、あ
るいは、図１３（ｂ）に示したように、行範囲のみを限
定し、列範囲を広く設定した場合には、図１５に示すよ
うに、各行毎のダイナミックレンジの分布（図中、実線
で示す）が、背景パターンの影響を受けてダイナミック
レンジが大きくなり、指紋の凹凸パターンのみを対象に
した正常なダイナミックレンジの分布（図中、破線で示
す：図１１に対応する）とは、変化傾向が大きく異なる
結果が得られる。したがって、このような感度判定対象
範囲の設定においても、最大のダイナミックレンジを有
する行から最適の画像読取感度を決定することができな
い場合が生じる。

【００４１】これに対して、本発明に係るフォトセンサ
システムの感度調整方法によれば、図５、図６に示した
ように、各行毎に、隣接画素相互の明度データの差分絶
対値のうち、最も大きい差分絶対値である代表差分値の
分布（図６中、実線で示す）が、指が正常に載置された
場合における各行毎の明度データのダイナミックレンジ
の分布（図６中、破線で示す）に極めて近似した変化傾
向を示す特性を利用して、指の載置位置が正常な位置
（中央）からずれている場合であっても、また、感度判
定対象範囲を限定することなく読み出した画像データで
あっても、真に最適感度に設定された行（ダイナミック
レンジが最大となる行）を抽出することができるので、
最適な光蓄積時間を決定することができる。

【００４２】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出動作を行い、
各行毎の明度データの代表差分値の分布傾向に基づい
て、最適な画像読取状態にある行を簡易かつ適切に判別
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、指の指紋
読取面への載置位置に依存することなく、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、その都度、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等を
設置する必要がない。

【００４３】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に基づいて
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がなく、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、明度データの行／列範囲を
６４〜１９１行目、及び、６７〜１３０行目に限定する
場合について説明したが、本発明はこれに限らず、上述
したように、感度判定対象範囲を何ら限定することなく
適用することもできることはいうまでもない。ここで、
予め感度判定対象範囲に設定された行／列範囲のうち、
特定の行に対してのみ、明度データの差分絶対値の算出
処理を行う場合では、処理対象となるデータ数を削減し
て処理を簡略化することができ、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。

【００４４】次いで、上述した各実施形態の事前読出動
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１６
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１８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１６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。

【００４５】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１６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
出動作において、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。

【００４６】図１７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１８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
７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。

【００４７】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１７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、このような事前読出動作により、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。

【００４８】

【発明の効果】請求項１又は７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
感度を変化させて、前記２次元配列されたフォトセンサ
に対応する画素より構成される被写体画像を事前に読み
込む事前読出動作を行い、各画像読取感度における前記
被写体画像の画像パターンに関連する所定の測定量の隣
接画素相互の差分絶対値に基づいて、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、被写体が正常な位置（中央）か
らずれた画像データであっても、外光等の環境光の影響
を受けることなく、感度調整処理を簡易な方法により適
切な画像読取感度を設定することができる。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、その都度、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等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
に基づいて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
がなく、極めて簡易に感度調整処理を実行することがで
きる。

【００４９】請求項２記載の発明によれば、被写体画像
の事前読出動作は、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、差分絶対値算出手段は、各行の所定の列範囲内に
おける測定量（明度データ）の差分絶対値を算出するよ
うに構成されているので、所定の列範囲における明度デ
ータの差分絶対値のみに基づいて、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。

【００５０】請求項４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
ータの差分絶対値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
させて事前読出動作を行い、各画像読取感度毎の測定量
の差分絶対値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。

【００５１】請求項６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
る電荷が上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
整処理の一実施形態を示すフローチャートである。

【図４】本実施形態に適用される事前読出動作におい
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画像データの一例を示す図であ
る。

【図５】本実施形態に適用される事前読出動作により得
られた特定行における各画素毎の明度データの変化、及
び、隣接する画素相互の差分絶対値の変化を示すグラフ
である。

【図６】本実施形態に適用される事前読出動作により得
られた各行毎の代表差分値の変化と、各行毎の明度デー
タのダイナミックレンジの変化との関係を示すグラフで
ある。

【図７】本実施形態に適用される事前読出動作におい
て、事前読出動作により得られた各行毎の明度データの
ダイナミックレンジと、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８】他の感度調整方法による事前読出動作におい
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画像データの他の例を示す図で
ある。

【図９】他の感度調整方法による事前読出動作により得
られた画像データ（図８）における感度判定対象領域を
示す図である。

【図１０】他の感度調整方法による事前読込動作により
得られた特定の行／列範囲における明度データの変化を
示すグラフである。

【図１１】他の感度調整方法による事前読込動作により
得られた特定の行範囲における各行毎のダイナミックレ
ンジの分布を示すグラフである。

【図１２】他の感度調整方法による事前読出動作におい
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画像データのさらに他の例を示
す図である。

【図１３】他の感度調整方法による事前読出動作により
得られた画像データ（図１２）における感度判定対象領
域を示す図である。

【図１４】指が指紋読取面に対して偏って載置された状
態において、他の感度調整方法による事前読込動作によ
り得られた特定の行における明度データの変化を示すグ
ラフである。

【図１５】指が指紋読取面に対して偏って載置された状
態において、他の感度調整方法による事前読込動作によ
り得られた特定の行範囲における各行毎のダイナミック
レンジの分布を示すグラフである。

【図１６】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１７】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１８】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１９】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２０】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２１】ダブルゲート型フォトセンサの動作概念図で
ある。

【図２２】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１１６Ａ／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１３０ＲＡＭ２００外部機能部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04N 1/028 H01L 27/146 H04N 5/335

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【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の画像読取感度を変化させて前
記２次元配列されたフォトセンサに対応する画素より構
成される被写体画像を読み取る事前読出動作を実行し、前記各画像読取感度における前記被写体画像の画像パタ
ーンに関連する所定の測定量の前記隣接画素相互の差分
絶対値のうち、最大の差分絶対値を含む前記画像読取感
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。
【請求項２】前記被写体画像の事前読出動作は、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。
【請求項３】前記差分絶対値算出手段は、前記各行の
所定の列範囲における前記特定の測定量の差分絶対値を
算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。
【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。
【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。
【請求項６】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５のいずれかに記
載の感度調整装置。
【請求項７】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の画像読取感度を変化させて前
記２次元配列されたフォトセンサに対応する画素より構
成される被写体画像を読み取る事前読出動作を実行する
手順と、前記各画像読取感度における前記被写体画像の画像パタ
ーンに関連する所定の測定量の前記隣接画素相互の差分
絶対値のうち、最大の差分絶対値を含む前記画像読取感
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。