JP4180290B2 - 画像読取装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像読取装置に関し、特に、複数のセンサがマトリクス状又はライン状に配列されたセンサアレイ上に被写体を載置、接触させて、該センサアレイを走査駆動することにより、被写体の画像パターン（２次元画像）を読み取る画像読取装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、印刷物や写真、あるいは、指紋等の微細な凹凸形状等の２次元の画像パターンを読み取る技術として、例えば、光電変換素子（センサ）等をマトリクス状又はライン状に配列して構成されるセンサアレイを走査駆動することにより、該センサアレイ上に設けられた検知面に載置、接触された被写体の画像パターンを読み取る画像読取装置が知られている。
このような画像読取装置は、近年の個人情報や企業情報等の管理や保護、あるいは、防犯等のセキュリティに対する社会的な要求に伴って、指紋等の生体固有の情報を照合することにより個人を識別する、いわゆるバイオメトリック認証技術の分野への応用が盛んに研究、開発されている。
【０００３】
ここで、画像読取装置を指紋読取装置等に適用した場合、被写体（例えば、指等の人体の一部）が所定の検知面に載置、接触された状態を検出して、画像読取動作を開始（起動）することにより、画像読取装置のセンサアレイを構成するセンサの素子特性の劣化（例えば、センサを常時駆動させた場合における外光の入射に伴う読取特性の劣化等）を抑制しつつ、適切な画像読取動作を実現する機能（以下、「被写体検出機能」という）を備えたものが知られている。この被写体検出機能を実現する技術としては、一般に、容量検出方式や抵抗検出方式が知られている。
【０００４】
容量検出方式による被写体検出機能を備えた画像読取装置（指紋読取装置）としては、例えば、図１１に示すように、複数のセンサ１０ｐがマトリクス状に配列されたセンサアレイ１００ｐと、センサアレイ１００ｐ上に保護絶縁膜（図示を省略）を介して、該センサアレイ１００ｐの略全域を覆うように形成された電極層３０ｐと、電極層３０ｐに引き出し配線ＰＬｐを介して接続され、電極層３０ｐに被写体（指）ＦＧが載置、接触されることによる特有の容量変化を検出して、画像読取装置における画像読取動作を開始するための制御信号ＳＧｐを出力する検出回路４０ｐと、引き出し配線ＰＬｐと接地電位との間に接続された逆並列ダイオード回路５０ｐと、センサアレイ１００ｐの背面側に配置された面光源（図示を省略）と、を有して構成されている。
【０００５】
このような画像読取装置においては、図１２（ａ）に示すように、センサアレイ１００ｐと電極層３０ｐとの間に保護絶縁膜２０ｐが誘電体として介在し、また、センサアレイ１００ｐ（センサ１０ｐ）が常時接地された回路構成を有しているため、電極層３０ｐ上面の検知面に指ＦＧ等の被写体が載置、接触されていない状態（非接触状態）であっても、本来的に容量Ｃ１を有している。ここで、図１２（ｂ）に示すように、指ＦＧを電極層３０ｐに載置、接触させると（接触状態）、センサアレイ１００ｐ自体が本来有する上記容量Ｃ１に対して、誘電体としての指（人体）ＦＧの接触に起因して容量Ｃ２が付加されて変化（Ｃ１→Ｃ１＋Ｃ２）を生じるため、この容量変化を検出回路４０ｐにより検出することにより、センサアレイ１００ｐ上に指が載置されたことを判断して、指紋の読取動作が開始される。なお、このような被写体の接触状態を容量変化により検出する技術は、例えば、特許第２９３７０４６号公報等にも記載されている。
【０００６】
ここで、上述した画像読取装置においては、引き出し配線ＰＬｐから分岐して逆並列ダイオード回路５０ｐが設けられていることにより、指（人体）ＦＧに帯電していた電荷（静電気）に起因する過大電圧を、電極層３０ｐから引き出し配線ＰＬｐ及び逆並列ダイオード回路５０ｐを介して、接地電位に放電して除去する機能（以下、「静電気除去機能」という）を有しているので、センサ１０ｐの素子破壊や、検出回路４０ｐにおける静電破壊等を防止又は抑制することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来の画像読取装置においては、次に示すような問題を有していた。
すなわち、上述したような容量検知方式の画像読取装置においては、指ＦＧ等の被写体が電極層３０ｐに接触していない状態で検出回路４０ｐにより検出される容量Ｃ１は、一般に、概ね６０００ｐＦ程度と比較的高い数値であるのに対して、指ＦＧの接触に起因して付加される容量Ｃ２は、概ね１００ｐＦ程度と極めて低く、接触状態において検出される容量変化が微小であるため、検知回路４０ｐにおける容量変化の検出感度を十分高いものにしなければならず、製品コストの上昇等を招くという問題を有していた。
【０００８】
また、上述したような画像読取装置においては、静電気に帯電した指ＦＧ等が電極層３０ｐに載置、接触された場合、該静電気による電流が上記引き出し配線ＰＬｐ及び逆並列ダイオード５０ｐを介して、接地電位に放電されるが、センサアレイ１００ｐを構成する各センサ１０ｐが常時接地された回路構成を有しているため、静電気の一部が各センサ１０ｐを介して接地電位に放電されて、該センサ１０ｐの素子破壊を生じたり、各センサ１０ｐに接続された駆動制御回路（ドライバ）等の周辺回路における静電破壊や誤動作を生じるという問題を有していた。
【０００９】
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑み、被写体が検知面に載置されたことを良好に検出して、該被写体の画像パターンの読取動作を誤動作なく確実に開始することができるとともに、被写体に帯電した静電気を十分に除去して素子や周辺回路の破壊等を防止す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。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る画像読取装置は、複数のセンサを配列したセンサアレイを備え、該センサアレイ上の検知面に載置された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、前記センサアレイに所定の駆動制御信号を供給する駆動制御手段と、前記センサアレイに所定の駆動電圧を供給する電源手段と、前記センサアレイと前記駆動制御手段及び前記電源手段との間に設けられたスイッチ手段と、前記検知面への前記被写体の載置状態を検出する被写体検出手段と、を備え、前記スイッチ手段は、前記被写体検出手段からの制御信号に応じて、前記被写体が前記検知面に載置されたことが検出されたとき、前記センサアレイと前記駆動制御手段及び前記電源手段とを電気的に接続し、前記被写体が前記検知面から離間したことが検出されたとき、前記センサアレイと前記駆動制御手段及び前記電源手段との電気的な接続を遮断して、前記センサアレイをフローティング状態とするように、前記センサアレイと前記駆動制御手段及び前記電源手段との接続状態を切り換え制御することを特徴としている。
【００１１】
請求項２記載の画像読取装置は、請求項１記載の画像読取装置において、前記被写体検出手段は、少なくとも、前記検知面に設けられた電極層と、前記電極層の容量変化を検出し、該容量変化に応じた前記制御信号を前記スイッチ手段に出力する容量変化検出回路と、を備えていることを特徴としている。
請求項３記載の画像読取装置は、請求項２記載の画像読取装置において、前記被写体検出手段は、前記電極層の容量の増加を検出した場合に、前記センサアレイと前記駆動制御手段及び前記電源手段とを接続するための前記制御信号を前記スイッチ手段に出力することを特徴としている。
請求項４記載の画像読取装置は、請求項１乃至３のいずれかに記載の画像読取装置において、前記センサアレイ、前記駆動制御手段及び前記電源手段は、各々ユニット化された構成を有し、前記スイッチ手段は、前記センサアレイと前記駆動制御手段及び前記電源手段との接続端子間に介在させるように設けられていることを特徴としている。
【００１２】
請求項５記載の画像読取装置は、請求項１乃至４のいずれかに記載の画像読取装置において、前記センサは、半導体層からなるチャネル領域を挟んで形成されたソース電極及びドレイン電極と、少なくとも前記チャネル領域の上方及び下方に各々絶縁膜を介して形成された第１のゲート電極及び第２のゲート電極と、を備え、前記第１のゲート電極又は前記第２のゲート電極のいずれか一方を前記検知面側として、前記駆動制御手段から前記第１のゲート電極及び前記第２のゲート電極に前記駆動制御信号を供給することにより設定される所定の電荷蓄積期間に、前記検知面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して蓄積される構成を有し、該蓄積された電荷の量に基づいて出力される電圧により前記検知面に載置された前記被写体の画像パターンを読み取ることを特徴としている。
【００１３】
すなわち、複数のセンサ（ダブルゲート型フォトセンサ）がマトリクス状又はライン状に配列されたセンサアレイの上方に設けられた検知面に載置、接触された被写体の画像パターンを読み取る画像読取装置において、少なくとも、センサアレイの上方の略全域に形成され、上記検知面を構成する電極層（透明電極層）と、該電極層における容量変化を観測して、検知面への被写体の載置状態を検出する検出回路（被写体検出手段）と、センサアレイと各ドライバ群（駆動制御手段）及び接地電位（電源手段）との間に設けられ、上記検出回路からの切換制御信号（制御信号）に基づいてＯＮ／ＯＦＦ動作し、センサアレイと各ドライバ群及び接地電位との接続状態を切り換え制御するスイッチ群（スイッチ手段）と、を備え、被写体が検知面に接触していない非接触状態においては、スイッチ群をＯＦＦ状態にしてセンサアレイが電気的に切り離された状態に設定し、被写体が検知面に接触した接触状態においては、スイッチ群をＯＮ状態にしてセンサアレイと各ドライバ群及び接地電位を接続して、画像読取動作が可能な状態に移行するように制御される。
【００１４】
これにより、非接触状態においてセンサアレイに本来的に生じる容量をほとんど０にすることができるので、検知面への被写体の接触に伴う僅かな容量の変化であっても、比較的検出感度の低い検出回路により良好に検出される。
また、検知面への被写体の接触に際して、被写体に静電気が帯電している場合であっても、被写体の接触直後においては、センサアレイが電気的に切り離された状態にあるので、静電気に伴う電流がセンサに流下することなく、所定の放電機構（逆並列ダイオード回路）を介して接地電位に放電される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る画像読取装置の実施の形態について、詳しく説明する。
まず、本発明に係る画像読取装置に適用して良好なセンサの構成について説明する。
本発明に係る画像読取装置に適用されるセンサとしては、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の固体撮像デバイスを用いることができる。
【００１６】
ＣＣＤは、周知の通り、フォトダイオードや薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film 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−正孔対の量（電荷量）を、水平走査回路及び垂直走査回路により検出し、照射光の輝度を検知するものである。
ところで、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、検出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。
【００１７】
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、「ダブルゲート型トランジスタ」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（読取画像の高精細化）を図る試みがなされている。そのため、本発明における画像読取装置においても、このダブルゲート型トランジスタを良好に適用することができる。
【００１８】
ここで、本発明に係る画像読取装置に適用可能なダブルゲート型トランジスタによるフォトセンサ（以下、「ダブルゲート型フォトセンサ」と記す）について、図面を参照して説明する。
＜ダブルゲート型フォトセンサ＞
図１は、ダブルゲート型フォトセンサの概略構成を示す断面構造図である。
【００１９】
図１（ａ）に示すように、ダブルゲート型フォトセンサ１０は、励起光（ここでは、可視光）が入射されると電子−正孔対が生成されるアモルファスシリコン等の半導体層（チャネル層）１１と、半導体層１１の両端にそれぞれ設けられたｎ＋シリコンからなる不純物層１７、１８と、不純物層１７、１８上に形成されたクロム、クロム合金、アルミニウム、アルミニウム合金等から選択され、可視光に対して不透明のドレイン電極１２及びソース電極１３と、半導体層１１の上方（図面上方）にブロック絶縁膜１４及び上部（トップ）ゲート絶縁膜１５を介して形成された酸化スズ（ＳｎＯ2）膜やＩＴＯ（Indium-Tin-Oxide：インジウム−スズ酸化物）膜等の透明電極層からなり、可視光に対して透過性を示すトップゲート電極（第１のゲート電極）２１と、半導体層１１の下方（図面下方）に下部（ボトム）ゲート絶縁膜１６を介して形成されたクロム、クロム合金、アルミニウム、アルミニウム合金等から選択され、可視光に対して不透明なボトムゲート電極（第２のゲート電極）２２と、を有して構成されている。そして、このような構成を有するダブルゲート型フォトセンサ１０は、ガラス基板等の透明な絶縁性基板１９上に形成されている。
【００２０】
ここで、図１（ａ）において、トップゲート絶縁膜１５、ブロック絶縁膜１４、ボトムゲート絶縁膜１６、トップゲート電極２１上に設けられる保護絶縁膜２０及び最上層の透明電極層３０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、ＩＴＯ等により構成されることにより、図面上方から入射する光のみを検知する構造を有している。
【００２１】
なお、このようなダブルゲート型フォトセンサ１０は、一般に、図１（ｂ）に示すような等価回路により表される。ここで、ＴＧはトップゲート電極２１と電気的に接続されたトップゲート端子、ＢＧはボトムゲート電極２２と電気的に接続されたボトムゲート端子、Ｓはソース電極１３と電気的に接続されたソース端子、Ｄはドレイン電極１２と電気的に接続されたドレイン端子である。
【００２２】
次いで、上述したダブルゲート型フォトセンサの駆動制御方法について、図面を参照して説明する。
図２は、ダブルゲート型フォトセンサの基本的な駆動制御方法の一例を示すタイミングチャートであり、図３は、ダブルゲート型フォトセンサの動作概念図であり、図４は、ダブルゲート型フォトセンサの出力電圧の光応答特性を示す図である。ここでは、上述したダブルゲート型フォトセンサの構成（図１）を適宜参照しながら説明する。
【００２３】
まず、リセット動作（初期化動作）においては、図２、図３（ａ）に示すように、ダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート端子ＴＧにパルス電圧（以下、「リセットパルス」と記す；例えば、Ｖtg＝＋１５Ｖのハイレベル）φＴｉを印加して、半導体層１１、及び、ブロック絶縁膜１４における半導体層１１との界面近傍に蓄積されているキャリヤ（ここでは、正孔）を放出する（リセット期間Ｔrst）。
【００２４】
次いで、キャリヤ蓄積動作（電荷蓄積動作）においては、図２、図３（ｂ）に示すように、トップゲート端子ＴＧにローレベル（例えば、Ｖtg＝−１５Ｖ）のバイアス電圧φＴｉを印加することにより、リセット動作を終了し、キャリヤ蓄積動作による電荷蓄積期間Ｔａがスタートする。電荷蓄積期間Ｔａにおいては、トップゲート電極２１側から入射した光量に応じて半導体層１１の入射有効領域、すなわち、キャリヤ発生領域で電子−正孔対が生成され、半導体層１１、及び、ブロック絶縁膜１４における半導体層１１との界面近傍、すなわち、チャネル領域周辺に正孔が蓄積される。
【００２５】
そして、プリチャージ動作においては、図２、図３（ｃ）に示すように、電荷蓄積期間Ｔａに並行して、プリチャージ信号φpgに基づいてドレイン端子Ｄに所定の電圧（プリチャージ電圧）Ｖpgを印加し、ドレイン電極１２に電荷を保持させる（プリチャージ期間Ｔprch）。
次いで、読み出し動作においては、図２、図３（ｄ）に示すように、プリチャージ期間Ｔprchを経過した後、ボトムゲート端子ＢＧにハイレベル（例えば、Ｖbg＝＋１０Ｖ）のバイアス電圧（読み出し選択信号；以下、「読み出しパルス」と記す）φＢｉを印加すること（選択状態）により、ダブルゲート型フォトセンサ１０をＯＮ状態にする（読み出し期間Ｔread）。
【００２６】
ここで、読み出し期間Ｔreadにおいては、チャネル領域に蓄積されたキャリヤ（正孔）が逆極性のトップゲート端子ＴＧに印加されたＶtg（−１５Ｖ）を緩和する方向に働くため、ボトムゲート端子ＢＧのＶbg（＋１５Ｖ）によりｎチャネルが形成され、ドレイン電流に応じてドレイン端子Ｄの電圧（ドレイン電圧）ＶＤは、図４（ａ）に示すように、プリチャージ電圧Ｖpgから時間の経過とともに徐々に低下する傾向を示す。
【００２７】
すなわち、電荷蓄積期間Ｔａにおけるキャリヤ蓄積状態が明状態の場合には、図３（ｄ）に示すように、チャネル領域に入射光量に応じたキャリヤ（正孔）が捕獲されているため、トップゲート端子ＴＧの負バイアスを打ち消すように作用し、この打ち消された分だけボトムゲート端子ＢＧの正バイアスによって、ダブルゲート型フォトセンサ１０はＯＮ状態となる。そして、この入射光量に応じたＯＮ抵抗に従って、図４（ａ）に示すように、ドレイン電圧ＶＤは、低下することになる。
【００２８】
一方、キャリヤ蓄積状態が暗状態で、チャネル領域にキャリヤ（正孔）が蓄積されていない場合には、図３（ｅ）に示すように、トップゲート端子ＴＧに負バイアスをかけることによって、ボトムゲート端子ＢＧの正バイアスが打ち消され、ダブルゲート型フォトセンサ１０はＯＦＦ状態となり、図４（ａ）に示すように、ドレイン電圧ＶＤが、ほぼそのまま保持されることになる。
【００２９】
したがって、図４（ａ）に示したように、ドレイン電圧ＶＤの変化傾向は、トップゲート端子ＴＧへのリセットパルス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（電荷蓄積期間Ｔａ）に受光した光量に深く関連し、蓄積されたキャリヤが多い場合（明状態）には急峻に低下する傾向を示し、また、蓄積されたキャリヤが少ない場合（暗状態）には緩やかに低下する傾向を示す。そのため、読み出し期間Ｔreadがスタートして、所定の時間経過後のドレイン電圧ＶＤ（＝Ｖrd）を検出することにより、あるいは、所定のしきい値電圧を基準にして、その電圧に至るまでの時間を検出することにより、ダブルゲート型フォトセンサ１０に入射した光（照射光）の光量が換算される。
【００３０】
上述した一連の画像読取動作を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２に示したタイミングチャートにおいて、プリチャージ期間Ｔprchの経過後、図３（ｆ）、（ｇ）に示すように、ボトムゲート端子ＢＧにローレベル（例えば、Ｖbg＝０Ｖ）を印加した状態（非選択状態）を継続すると、ダブルゲート型フォトセンサ１０はＯＦＦ状態を持続し、図４（ｂ）に示すように、ドレイン電圧ＶＤは、プリチャージ電圧Ｖpgに近似する電圧を保持する。このように、ボトムゲート端子ＢＧへの電圧の印加状態により、ダブルゲート型フォトセンサ１０の読み出し状態を選択、非選択状態に切り替える選択機能が実現される。
【００３１】
＜フォトセンサシステム＞
次いで、上述したダブルゲート型フォトセンサを所定の形式で配列して構成されるフォトセンサアレイを備えたフォトセンサシステムについて、図面を参照して説明する。ここでは、複数のダブルゲート型フォトセンサを２次元配列して構成されるフォトセンサアレイを示して説明するが、複数のダブルゲート型フォトセンサをＸ方向に１次元配列してラインセンサアレイを構成し、該ラインセンサアレイをＸ方向に直交するＹ方向に移動させて２次元領域を走査（スキャン）するものであってもよいことは言うまでもない。
【００３２】
図５は、ダブルゲート型フォトセンサを２次元配列して構成されるフォトセンサアレイを備えたフォトセンサシステムの概略構成図である。
図５に示すように、フォトセンサシステムは、大別して、多数のダブルゲート型フォトセンサ１０を、例えば、ｎ行×ｍ列（ｎ、ｍは任意の自然数）のマトリクス状に配列したフォトセンサアレイ１００と、各ダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート端子ＴＧ（トップゲート電極２１）及びボトムゲート端子ＢＧ（ボトムゲート電極２２）を各々行方向に接続して伸延するトップゲートライン１０１及びボトムゲートライン１０２と、各ダブルゲート型フォトセンサ１０のドレイン端子Ｄ（ドレイン電極１２）を列方向に接続したドレインライン（データライン）１０３と、ソース端子Ｓ（ソース電極１３）を列方向に接続するとともに、接地電位に接続されたソースライン（コモンライン）１０４と、トップゲートライン１０１に接続されたトップゲートドライバ１１０と、ボトムゲートライン１０２に接続されたボトムゲートドライバ１２０と、ドレインライン１０３に接続されたコラムスイッチ１３１、プリチャージスイッチ１３２、アンプ１３３からなるドレインドライバ１３０と、を有して構成されている。
【００３３】
ここで、トップゲートライン１０１は、図１に示したトップゲート電極２１とともに、ＩＴＯ等の透明電極層で一体的に形成され、ボトムゲートライン１０２、ドレインライン１０３並びにソースライン１０４は、それぞれボトムゲート電極２２、ドレイン電極１２、ソース電極１３と同一の励起光に不透明な材料で一体的に形成されている。また、ソースライン１０４には、後述するプリチャージ電圧Ｖpgに応じて設定される定電圧Ｖssが印加されるが、接地電位（ＧＮＤ）であってもよい。
【００３４】
なお、図５において、φtgは、リセット電圧及び光キャリア蓄積電圧のいずれかとして選択的に出力される信号φＴ１、φＴ２、…φＴｉ、…φＴｎを生成するための制御信号であり、φbgは、読み出し電圧及び非読み出し電圧のいずれかとして選択的に出力される信号φＢ１、φＢ２、…φＢｉ、…φＢｎを生成するための制御信号、φpgは、プリチャージ電圧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。また、図５においては、ダブルゲート型フォトセンサ１０のドレイン側又はソース側となる各端子に対して、便宜的にドレイン及びソースの用語を固定的に用いるが、フォトセンサシステム（ダブルゲート型フォトセンサ１０）の動作状態に応じて、各端子の機能が切り替わるものであることはいうまでもない。
【００３５】
このような構成において、トップゲートドライバ１１０からトップゲートライン１０１を介して、トップゲート端子ＴＧに信号φＴｉ（ｉは任意の自然数；ｉ＝１、２、・・・ｎ）を印加することにより、フォトセンス機能が実現され、ボトムゲートドライバ１２０からボトムゲートライン１０２を介して、ボトムゲート端子ＢＧに信号φＢｉを印加し、ドレインライン１０３を介して検出信号をドレインドライバ１３０に取り込んで、シリアルデータ又はパラレルデータの出力電圧Ｖoutとして出力することにより、選択読み出し機能が実現される。
【００３６】
図６は、上述したようなフォトセンサシステムを適用した画像読取装置（指紋読取装置）の要部断面図である。なお、ここでは、説明及び図示の都合上、フォトセンサシステムの断面部分を表すハッチングを省略する。
図６に示すように、指紋等の画像パターンを読み取る画像読取装置においては、ダブルゲート型フォトセンサ１０が形成されたガラス基板等の絶縁性基板１９下方側に設けられたバックライト（面光源）ＢＬから照射光Ｌａを入射させ、この照射光Ｌａがダブルゲート型フォトセンサ１０（詳しくは、ボトムゲート電極２２、ドレイン電極１２、ソース電極１３）の形成領域を除く、透明な絶縁性基板１９と絶縁膜１５、１６、２０を透過して、透明電極層３０上面の検知面（指紋検出面）３０ａに載置された指（被写体）４０に照射される。
【００３７】
そして、指紋読取装置による指紋の読取動作時においては、指４０の皮膚表層４１の半透明層が、フォトセンサアレイ１００の最上層に形成された透明電極層３０に接触することにより、透明電極層３０と皮膚表層４１との間の界面に屈折率の低い空気層がなくなる。ここで、皮膚表層４１の厚さは、６５０ｎｍより厚いため、指紋４２の凸部４２ａにおいて内部に入射された光Ｌａは、皮膚表層４１内を散乱、反射しながら伝搬する。伝搬された光Ｌｂの一部は、透明な電極層３０、透明な絶縁膜２０、１５、１４及びトップゲート電極２１を透過してダブルゲート型フォトセンサ１０の半導体層１１に励起光として入射される。このように、指４０の凸部４２ａに対応する位置に配置されたダブルゲート型フォトセンサ１０の半導体層１１に光が入射されて生成されるキャリヤ（正孔）が蓄積されることにより、上述した一連の駆動制御方法にしたがって、指４０の画像パターンを明暗情報として読み取ることができる。
【００３８】
また、指紋４２の凹部４２ｂにおいては、照射された光Ｌａは、透明電極層３０の検知面３０ａと空気層との間の界面を通過し、空気層の先の指４０に到達して皮膚表層４１内で散乱するが、皮膚表層４１は空気より屈折率が高いため、ある角度で界面に入射された皮膚表層４１内の光Ｌｃは空気層に抜けにくく、凹部４２ｂに対応する位置に配置されたダブルゲート型フォトセンサ１０の半導体層１１への入射が抑制される。
【００３９】
このように、透明電極層３０としてＩＴＯ等の透明な導電性材料を適用していることにより、透明電極層３０上に載置された指４０に照射され、散乱、反射した光が良好に各ダブルゲート型フォトセンサ１０の半導体層１１に入射されることになるので、指（被写体）４０の読取動作における読取感度特性が悪化することがなく、被写体の画像パターン（指紋）の読み取りが良好に行われる。
【００４０】
＜画像読取装置＞
次に、本発明に係る画像読取装置について、具体的な実施の形態を示して説明する。なお、以下に示す実施形態においては、センサとして、上述したダブルゲート型フォトセンサを適用した場合について説明する。
図７は、本発明に係る画像読取装置の一実施形態を示す概略構成図であり、図８は、本実施形態に係る画像読取装置の要部構成図である。なお、ここでは、上述したフォトセンサシステムの構成（図５、図６）を適宜参照しながら説明する。また、図１、図５に示した構成と同等の構成については、同一の符号を付して、その説明を簡略化又は省略する。
【００４１】
図７に示すように、本実施形態に係る画像読取装置は、上述した構成を有するダブルゲート型フォトセンサ１０がマトリクス状に配列されたフォトセンサアレイ１００と、該フォトセンサアレイ１００の一面側の略全域に、保護絶縁膜（図示を省略）を介して形成された透明電極層３０と、フォトセンサアレイ１００（各ダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート端子）とトップゲートドライバ１１０との間に設けられたスイッチ（以下、便宜的に「トップ側スイッチ」と記す）ＳＷｔと、フォトセンサアレイ１００（各ダブルゲート型フォトセンサ１０のボトムゲート端子）とボトムゲートドライバ１１０との間に設けられたスイッチ（以下、便宜的に「ボトム側スイッチ」と記す）ＳＷｂと、フォトセンサアレイ１００（各ダブルゲート型フォトセンサ１０のドレイン端子）とドレインドライバ１３０との間に設けられたスイッチ（以下、便宜的に「ドレイン側スイッチ」と記す）ＳＷｄと、フォトセンサアレイ１００（各ダブルゲート型フォトセンサ１０のソース端子）と接地電位との間に設けられたスイッチ（以下、便宜的に「接地側スイッチ」と記す）ＳＷｇと、透明電極層３０に引き出し配線ＰＬを介して接続された検出回路４０と、引き出し配線ＰＬと接地電位との間に接続された逆並列ダイオード回路５０と、センサアレイ１００の背面側に配置された面光源（図示を省略）と、を有して構成されている。
ここで、フォトセンサアレイ１００、トップゲートドライバ１１０、ボトムゲートドライバ１２０及びドレインドライバ１３０は、上述したフォトセンサシステムと同等の構成を有しているので、その説明を省略する。
【００４２】
検出回路４０は、引き出し配線ＰＬを介して、透明電極層３０の容量変化を常時観測し、透明電極層３０に被写体が載置、接触されることにより生じる特有の容量変化を検出した場合に、上記トップ側スイッチＳＷｔ、ボトム側スイッチＳＷｂ、ドレイン側スイッチＳＷｄ及び接地側スイッチＳＷｇを切り換え制御するための切換制御信号Ｓswを出力するとともに、画像読取装置における画像読取動作を開始するための制御信号ＳＧを出力する。
また、逆並列ダイオード回路５０は、上述した従来技術に示した場合と同様に、透明電極層３０上面の検知面に載置、接触された被写体（指）に帯電した静電気を接地電位に放電して、ダブルゲート型フォトセンサ１０や検出回路４０の静電破壊を防止又は抑制する。
【００４３】
トップ側スイッチＳＷｔは、具体的には、図８に示すように、フォトセンサアレイ１００を構成するダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート端子ＴＧ相互を行方向に接続する複数のトップゲートライン１０１ごとに個別に設けられたスイッチＳＴ１、ＳＴ２、・・・ＳＴｎにより構成され、検出回路４０から出力される切換制御信号Ｓswに基づいて、これらのスイッチＳＴ１、ＳＴ２、・・・ＳＴｎが同期して一斉にＯＮ状態、もしくは、ＯＦＦ状態に制御される。
【００４４】
また、ボトム側スイッチＳＷｂも同様に、図８に示すように、ダブルゲート型フォトセンサ１０のボトムゲート端子ＢＧ相互を行方向に接続する複数のボトムゲートライン１０２ごとに個別に設けられたスイッチＳＢ１、ＳＢ２、・・・ＳＢｎにより構成され、上記切換制御信号Ｓswに基づいて動作状態（ＯＮ状態又はＯＦＦ状態）が制御される。
【００４５】
また、ドレイン側スイッチＳＷｄは、図８に示すように、ダブルゲート型フォトセンサ１０のドレイン端子Ｄ相互を列方向に接続する複数のドレインライン１０３ごとに個別に設けられたスイッチＳＤ１、ＳＤ２、・・・ＳＤｍにより構成され、上記切換制御信号Ｓswに基づいて動作状態（ＯＮ状態又はＯＦＦ状態）が制御される。
さらに、接地側スイッチＳＷｇは、図８に示すように、ダブルゲート型フォトセンサ１０のソース端子Ｓ相互を接続するソースライン（コモンライン）１０４に設けられ、上記切換制御信号Ｓswに基づいて動作状態（ＯＮ状態又はＯＦＦ状態）が制御される。
【００４６】
したがって、これらのスイッチ群（トップ側スイッチＳＷｔ、ボトム側スイッチＳＷｂ、ドレイン側スイッチＳＷｄ及び接地側スイッチＳＷｇ；以下、同様に「スイッチ群」と総称する）は、透明電極層３０上面の検知面に被写体が載置、接触されたときに検出回路４０から出力される単一の切換制御信号Ｓswにより、同期してＯＮ状態、もしくは、ＯＦＦ状態のいずれかの動作状態に制御される。
【００４７】
また、図８に示すように、上記フォトセンサアレイ１００及びトップゲートドライバ１１０、ボトムゲートドライバ１２０、ドレインドライバ１３０、接地電位は、いずれも、ユニット化された構成を有し、予めフォトセンサアレイ１００に対して他の構成が端子接続が可能なように、フォトセンサアレイ１００には、各トップゲートライン１０１ごとに外部接続端子Ｔst１、Ｔst２、・・・Ｔstｎ、各ボトムゲートライン１０２ごとに外部接続端子Ｔsb２、Ｔsb２、・・・Ｔsbｎ、各ドレインライン１０３ごとに外部接続端子Ｔsd２、Ｔsd２、・・・Ｔsdｍ、ソースライン１０４に外部接続端子Ｔsgが各々設けられている。
【００４８】
一方、トップゲートドライバ１１０には各トップゲートライン１０１（上記外部接続端子Ｔst１、Ｔst２、・・・Ｔstｎ）に対応して外部接続端子Ｔｔ１、Ｔｔ２、・・・Ｔｔｎが設けられ、ボトムゲートドライバ１２０には各ボトムゲートライン１０２（上記外部接続端子Ｔsb２、Ｔsb２、・・・Ｔsbｎ）に対応して外部接続端子Ｔｂ１、Ｔｂ２、・・・Ｔｂｎが設けられ、ドレインドライバ１３０には各ドレインライン１０３（上記外部接続端子Ｔsd２、Ｔsd２、・・・Ｔsdｍ）に対応して外部接続端子Ｔｄ１、Ｔｄ２、・・・Ｔｄｍが設けられ、接地電位にはソースライン１０４（上記外部接続端子Ｔsg）に対応して外部接続端子Ｔｇが設けられた構成を有している。
【００４９】
したがって、本実施形態に係る上記スイッチ群は、各々、フォトセンサアレイ１００とトップゲートドライバ１１０相互、フォトセンサアレイ１００とボトムゲートドライバ１２０相互、フォトセンサアレイ１００とドレインドライバ１３０相互、フォトセンサアレイ１００と接地電位相互の端子接続のため、予め設けられた上記外部接続端子間に介挿されるように接続されている。
【００５０】
次に、上述したような構成を有する画像読取装置を指紋読取装置に適用した場合の駆動動作について、図面を参照して説明する。
図９は、本実施形態に係る画像読取装置を指紋読取装置に適用した場合において、被写体が検知面に接触した直後の状態を示す概略図であり、図１０は、本実施形態に係る画像読取装置を指紋読取装置に適用した場合において、画像読取動作が開始された状態を示す概略図である。
【００５１】
（非接触状態）
まず、上述したような構成を有する指紋読取装置（画像読取装置）において、フォトセンサアレイ１００上方の透明電極層３０の検知面３０ａに被写体である指が載置されていない非接触状態（初期状態）では、検出回路４０からは切換制御信号Ｓswが出力されず、フォトセンサアレイ１００とドライバ群（トップゲートドライバ１１０、ボトムゲートドライバ１２０、ドレインドライバ１３０；以下、同様に「ドライバ群」と総称する）及び接地電位との間に設けられたスイッチ群は、いずれもＯＦＦ状態に制御される。
【００５２】
したがって、この非接触状態においては、フォトセンサアレイ１００を構成する各ダブルゲート型フォトセンサ１０のソース端子Ｓ（ソースライン１０４）が接地電位に接続されていないフローティング状態にあって、透明電極層３０とフォトセンサアレイ１００間にはほとんど容量が発生しないので、透明電極層３０に接続された検出回路４０により観測される容量は、概ね０（もしくは、極めて微小な数値）となる。
【００５３】
（接触直後）
次いで、上述したような非接触状態にある指紋読取装置において、図９に示すように、検知面３０ａに指ＦＧが載置、接触されると、その直後の状態では、従来技術に示した場合と同様に、透明電極層３０と誘電体である指ＦＧとの間に概ね１００ｐＦ程度の容量が生じ、検出回路４０によりこの容量変化（図中、細矢印）が検出される。ここで、上述したように、本実施形態においては、初期状態において透明電極層３０とフォトセンサアレイ１００との間に本来的に生じる容量はほぼ０に等しいので、検出回路４０の検出感度が比較的低いものであっても、上述した指ＦＧの接触により生じる微小な容量（１００ｐＦ程度）を相対的に大きな容量値の変化として良好に検出することができる。
【００５４】
また、上記指ＦＧの検知面３０ａへの載置、接触、及び、容量変化の検出に際して、指ＦＧが静電気（電荷）に帯電している場合、上述したように、スイッチ群がＯＦＦ状態に制御されていることにより、フォトセンサアレイ１００とドライバ群及び接地電位は、電気的に切り離された状態にあるので、電荷はダブルゲート型フォトセンサ１０に流下することなく、引き出し配線ＰＬ及び逆並列ダイオード回路５０を介して、接地電位に放電される（図中、太矢印）。これにより、ダブルゲート型フォトセンサ１０やドライバ群、検出回路４０における静電破壊や誤動作の発生等を良好に防止又は抑制することができる。
【００５５】
（指紋読取動作開始）
そして、上述したように、検出回路４０により、検知面３０ａへの指ＦＧの接触による特有の容量変化が検出されると、図１０に示すように、切換制御信号Ｓswがスイッチ群に出力されてＯＮ状態に切り換え制御され、フォトセンサアレイ１００とドライバ群及び接地電位が電気的に接続された状態に設定されるとともに、制御信号ＳＧが図示を省略した指紋読取装置のコントローラに出力されて指紋読取動作が開始される。
したがって、指ＦＧが検知面３０ａに載置、接触された直後においては、極めて短い時間に指ＦＧに帯電した静電気が逆並列ダイオード回路５０を介して接地電位に放電されるとともに、指ＦＧの接触に伴う透明電極層３０の容量変化が検出され、その後、スイッチ群が切り換え制御されて、指紋読取動作に移行する。
【００５６】
なお、指紋読取動作の実行中においても、透明電極層３０の容量値は検出回路４０により常時観測され（図中、点線矢印）、検知面３０ａから指ＦＧが離されると、透明電極層３０と誘電体である指ＦＧとの接触により生じていた容量（概ね１００ｐＦ程度）の減少が検出されると、コントローラへの制御信号ＳＧの出力が遮断されて指紋読取動作が停止又は終了されるとともに、上述した初期状態（図９参照）と同様に、スイッチ群への切換制御信号Ｓswの出力が遮断されてＯＦＦ状態に切り換え制御され、フォトセンサアレイ１００とドライバ群及び接地電位が電気的に切り離された状態に設定される。また、上記指紋読取動作が終了した場合においても、例えば、コントローラからの制御により切換制御信号Ｓswの出力が遮断されてスイッチ群がＯＦＦ状態に切り換え制御され、上記初期状態に移行する。
【００５７】
なお、上述した実施形態においては、センサとしてダブルゲート型フォトセンサを適用した場合について示したが、本発明に適用されるセンサは、このダブルゲート型フォトセンサに限定されるものではなく、フォトダイオードやＴＦＴ等、他の構成のフォトセンサを用いたフォトセンサシステムに対しても同様に適用することができる。また、上記の実施形態では、光学式のいわゆるフォトセンサを示したが、例えば、指の凹凸に応じて変位する容量を読み取り、しきい値を設定した容量式センサを適用するものであってもよい。
【００５８】
【発明の効果】
本発明に係る画像読取装置によれば、複数のセンサがマトリクス状又はライン状に配列されたセンサアレイ上方の検知面に載置された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、上記検知面を構成する電極層と、該電極層における容量変化に応じて、検知面への被写体の載置状態を検出する検出回路と、該検出回路からの切換制御信号に基づいてセンサアレイと各ドライバ群及び接地電位との接続状態を切り換え制御するスイッチ群と、を備え、被写体が検知面に接触していない非接触状態においては、スイッチ群をＯＦＦ状態にしてセンサアレイを電気的に切り離した状態に設定してセンサアレイをフローティング状態とし、被写体が検知面に接触した接触状態においては、スイッチ群をＯＮ状態にしてセンサアレイと各ドライバ群及び接地電位を接続するように制御することにより、非接触状態においてセンサアレイに本来的に生じる容量をほとんど０にすることができるので、検知面への被写体の接触に伴う僅かな容量の変化であっても、比較的検出感度の低い検出回路により良好に検出することができる。したがって、センサアレイにおける容量変化を常時観測することにより、被写体の載置、接触状態を的確に検出して、画像読取動作を開始することができる画像読取装置を安価かつ簡易な構成により実現することができる。
【００５９】
また、検知面への被写体の接触に際して、被写体に静電気が帯電している場合であっても、被写体の接触直後においては、センサアレイが電気的に切り離された状態にあるので、静電気に伴う電流がセンサに流下することなく、所定の放電機構（逆並列ダイオード回路）を介して接地電位に放電され、センサや検出回路の静電破壊を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像読取装置に適用可能なダブルゲート型フォトセンサの概略構成を示す断面構造図である。
【図２】ダブルゲート型フォトセンサの基本的な駆動制御方法の一例を示すタイミングチャートである。
【図３】ダブルゲート型フォトセンサの動作概念図である。
【図４】ダブルゲート型フォトセンサの出力電圧の光応答特性を示す図である。
【図５】ダブルゲート型フォトセンサを２次元配列して構成されるフォトセンサアレイを備えたフォトセンサシステムの概略構成図である。
【図６】ダブルゲート型フォトセンサを備えたフォトセンサシステムを適用した画像読取装置（指紋読取装置）の要部断面図である。
【図７】本発明に係る画像読取装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図８】本実施形態に係る画像読取装置の要部構成図である。
【図９】本実施形態に係る画像読取装置を指紋読取装置に適用した場合において、被写体が検知面に接触した直後の状態を示す概略図である。
【図１０】本実施形態に係る画像読取装置を指紋読取装置に適用した場合において、画像読取動作が開始された状態を示す概略図である。
【図１１】従来技術における被写体検出機能を備えた画像読取装置（指紋読取装置）を示す概略構成図である。
【図１２】容量検出方式における被写体の接触状態の検出原理を示す概念図である。
【符号の説明】
１０ ダブルゲート型フォトセンサ
３０ 透明電極層
３０ａ 検知面
４０ 検出回路
５０ 逆並列ダイオード回路
１００ フォトセンサアレイ
ＦＧ 指
ＳＷｔ トップ側スイッチ
ＳＷｂ ボトム側スイッチ
ＳＷｄ ドレイン側スイッチ
ＳＷｇ 接地側スイッチ
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像読取装置に関し、特に、複数のセンサがマトリクス状又はライン状に配列されたセンサアレイ上に被写体を載置、接触させて、該センサアレイを走査駆動することにより、被写体の画像パターン（２次元画像）を読み取る画像読取装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、印刷物や写真、あるいは、指紋等の微細な凹凸形状等の２次元の画像パターンを読み取る技術として、例えば、光電変換素子（センサ）等をマトリクス状又はライン状に配列して構成されるセンサアレイを走査駆動することにより、該センサアレイ上に設けられた検知面に載置、接触された被写体の画像パターンを読み取る画像読取装置が知られている。
このような画像読取装置は、近年の個人情報や企業情報等の管理や保護、あるいは、防犯等のセキュリティに対する社会的な要求に伴って、指紋等の生体固有の情報を照合することにより個人を識別する、いわゆるバイオメトリック認証技術の分野への応用が盛んに研究、開発されている。
【０００３】
ここで、画像読取装置を指紋読取装置等に適用した場合、被写体（例えば、指等の人体の一部）が所定の検知面に載置、接触された状態を検出して、画像読取動作を開始（起動）することにより、画像読取装置のセンサアレイを構成するセンサの素子特性の劣化（例えば、センサを常時駆動させた場合における外光の入射に伴う読取特性の劣化等）を抑制しつつ、適切な画像読取動作を実現する機能（以下、「被写体検出機能」という）を備えたものが知られている。この被写体検出機能を実現する技術としては、一般に、容量検出方式や抵抗検出方式が知られている。
【０００４】
容量検出方式による被写体検出機能を備えた画像読取装置（指紋読取装置）としては、例えば、図１１に示すように、複数のセンサ１０ｐがマトリクス状に配列されたセンサアレイ１００ｐと、センサアレイ１００ｐ上に保護絶縁膜（図示を省略）を介して、該センサアレイ１００ｐの略全域を覆うように形成された電極層３０ｐと、電極層３０ｐに引き出し配線ＰＬｐを介して接続され、電極層３０ｐに被写体（指）ＦＧが載置、接触されることによる特有の容量変化を検出して、画像読取装置における画像読取動作を開始するための制御信号ＳＧｐを出力する検出回路４０ｐと、引き出し配線ＰＬｐと接地電位との間に接続された逆並列ダイオード回路５０ｐと、センサアレイ１００ｐの背面側に配置された面光源（図示を省略）と、を有して構成されている。
【０００５】
このような画像読取装置においては、図１２（ａ）に示すように、センサアレイ１００ｐと電極層３０ｐとの間に保護絶縁膜２０ｐが誘電体として介在し、また、センサアレイ１００ｐ（センサ１０ｐ）が常時接地された回路構成を有しているため、電極層３０ｐ上面の検知面に指ＦＧ等の被写体が載置、接触されていない状態（非接触状態）であっても、本来的に容量Ｃ１を有している。ここで、図１２（ｂ）に示すように、指ＦＧを電極層３０ｐに載置、接触させると（接触状態）、センサアレイ１００ｐ自体が本来有する上記容量Ｃ１に対して、誘電体としての指（人体）ＦＧの接触に起因して容量Ｃ２が付加されて変化（Ｃ１→Ｃ１＋Ｃ２）を生じるため、この容量変化を検出回路４０ｐにより検出することにより、センサアレイ１００ｐ上に指が載置されたことを判断して、指紋の読取動作が開始される。なお、このような被写体の接触状態を容量変化により検出する技術は、例えば、特許第２９３７０４６号公報等にも記載されている。
【０００６】
ここで、上述した画像読取装置においては、引き出し配線ＰＬｐから分岐して逆並列ダイオード回路５０ｐが設けられていることにより、指（人体）ＦＧに帯電していた電荷（静電気）に起因する過大電圧を、電極層３０ｐから引き出し配線ＰＬｐ及び逆並列ダイオード回路５０ｐを介して、接地電位に放電して除去する機能（以下、「静電気除去機能」という）を有しているので、センサ１０ｐの素子破壊や、検出回路４０ｐにおける静電破壊等を防止又は抑制することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来の画像読取装置においては、次に示すような問題を有していた。
すなわち、上述したような容量検知方式の画像読取装置においては、指ＦＧ等の被写体が電極層３０ｐに接触していない状態で検出回路４０ｐにより検出される容量Ｃ１は、一般に、概ね６０００ｐＦ程度と比較的高い数値であるのに対して、指ＦＧの接触に起因して付加される容量Ｃ２は、概ね１００ｐＦ程度と極めて低く、接触状態において検出される容量変化が微小であるため、検知回路４０ｐにおける容量変化の検出感度を十分高いものにしなければならず、製品コストの上昇等を招くという問題を有していた。
【０００８】
また、上述したような画像読取装置においては、静電気に帯電した指ＦＧ等が電極層３０ｐに載置、接触された場合、該静電気による電流が上記引き出し配線ＰＬｐ及び逆並列ダイオード５０ｐを介して、接地電位に放電されるが、センサアレイ１００ｐを構成する各センサ１０ｐが常時接地された回路構成を有しているため、静電気の一部が各センサ１０ｐを介して接地電位に放電されて、該センサ１０ｐの素子破壊を生じたり、各センサ１０ｐに接続された駆動制御回路（ドライバ）等の周辺回路における静電破壊や誤動作を生じるという問題を有していた。
【０００９】
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑み、被写体が検知面に載置されたことを良好に検出して、該被写体の画像パターンの読取動作を誤動作なく確実に開始することができるとともに、被写体に帯電した静電気を十分に除去して素子や周辺回路の破壊等を防止す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。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る画像読取装置は、複数のセンサを配列したセンサアレイを備え、該センサアレイ上の検知面に載置された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、前記センサアレイに所定の駆動制御信号を供給する駆動制御手段と、前記センサアレイに所定の駆動電圧を供給する電源手段と、前記センサアレイと前記駆動制御手段及び前記電源手段との間に設けられたスイッチ手段と、前記検知面への前記被写体の載置状態を検出する被写体検出手段と、を備え、前記スイッチ手段は、前記被写体検出手段からの制御信号に応じて、前記被写体が前記検知面に載置されたことが検出されたとき、前記センサアレイと前記駆動制御手段及び前記電源手段とを電気的に接続し、前記被写体が前記検知面から離間したことが検出されたとき、前記センサアレイと前記駆動制御手段及び前記電源手段との電気的な接続を遮断して、前記センサアレイをフローティング状態とするように、前記センサアレイと前記駆動制御手段及び前記電源手段との接続状態を切り換え制御することを特徴としている。
【００１１】
請求項２記載の画像読取装置は、請求項１記載の画像読取装置において、前記被写体検出手段は、少なくとも、前記検知面に設けられた電極層と、前記電極層の容量変化を検出し、該容量変化に応じた前記制御信号を前記スイッチ手段に出力する容量変化検出回路と、を備えていることを特徴としている。
請求項３記載の画像読取装置は、請求項２記載の画像読取装置において、前記被写体検出手段は、前記電極層の容量の増加を検出した場合に、前記センサアレイと前記駆動制御手段及び前記電源手段とを接続するための前記制御信号を前記スイッチ手段に出力することを特徴としている。
請求項４記載の画像読取装置は、請求項１乃至３のいずれかに記載の画像読取装置において、前記センサアレイ、前記駆動制御手段及び前記電源手段は、各々ユニット化された構成を有し、前記スイッチ手段は、前記センサアレイと前記駆動制御手段及び前記電源手段との接続端子間に介在させるように設けられていることを特徴としている。
【００１２】
請求項５記載の画像読取装置は、請求項１乃至４のいずれかに記載の画像読取装置において、前記センサは、半導体層からなるチャネル領域を挟んで形成されたソース電極及びドレイン電極と、少なくとも前記チャネル領域の上方及び下方に各々絶縁膜を介して形成された第１のゲート電極及び第２のゲート電極と、を備え、前記第１のゲート電極又は前記第２のゲート電極のいずれか一方を前記検知面側として、前記駆動制御手段から前記第１のゲート電極及び前記第２のゲート電極に前記駆動制御信号を供給することにより設定される所定の電荷蓄積期間に、前記検知面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して蓄積される構成を有し、該蓄積された電荷の量に基づいて出力される電圧により前記検知面に載置された前記被写体の画像パターンを読み取ることを特徴としている。
【００１３】
すなわち、複数のセンサ（ダブルゲート型フォトセンサ）がマトリクス状又はライン状に配列されたセンサアレイの上方に設けられた検知面に載置、接触された被写体の画像パターンを読み取る画像読取装置において、少なくとも、センサアレイの上方の略全域に形成され、上記検知面を構成する電極層（透明電極層）と、該電極層における容量変化を観測して、検知面への被写体の載置状態を検出する検出回路（被写体検出手段）と、センサアレイと各ドライバ群（駆動制御手段）及び接地電位（電源手段）との間に設けられ、上記検出回路からの切換制御信号（制御信号）に基づいてＯＮ／ＯＦＦ動作し、センサアレイと各ドライバ群及び接地電位との接続状態を切り換え制御するスイッチ群（スイッチ手段）と、を備え、被写体が検知面に接触していない非接触状態においては、スイッチ群をＯＦＦ状態にしてセンサアレイが電気的に切り離された状態に設定し、被写体が検知面に接触した接触状態においては、スイッチ群をＯＮ状態にしてセンサアレイと各ドライバ群及び接地電位を接続して、画像読取動作が可能な状態に移行するように制御される。
【００１４】
これにより、非接触状態においてセンサアレイに本来的に生じる容量をほとんど０にすることができるので、検知面への被写体の接触に伴う僅かな容量の変化であっても、比較的検出感度の低い検出回路により良好に検出される。
また、検知面への被写体の接触に際して、被写体に静電気が帯電している場合であっても、被写体の接触直後においては、センサアレイが電気的に切り離された状態にあるので、静電気に伴う電流がセンサに流下することなく、所定の放電機構（逆並列ダイオード回路）を介して接地電位に放電される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る画像読取装置の実施の形態について、詳しく説明する。
まず、本発明に係る画像読取装置に適用して良好なセンサの構成について説明する。
本発明に係る画像読取装置に適用されるセンサとしては、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の固体撮像デバイスを用いることができる。
【００１６】
ＣＣＤは、周知の通り、フォトダイオードや薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film 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−正孔対の量（電荷量）を、水平走査回路及び垂直走査回路により検出し、照射光の輝度を検知するものである。
ところで、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、検出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。
【００１７】
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、「ダブルゲート型トランジスタ」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（読取画像の高精細化）を図る試みがなされている。そのため、本発明における画像読取装置においても、このダブルゲート型トランジスタを良好に適用することができる。
【００１８】
ここで、本発明に係る画像読取装置に適用可能なダブルゲート型トランジスタによるフォトセンサ（以下、「ダブルゲート型フォトセンサ」と記す）について、図面を参照して説明する。
＜ダブルゲート型フォトセンサ＞
図１は、ダブルゲート型フォトセンサの概略構成を示す断面構造図である。
【００１９】
図１（ａ）に示すように、ダブルゲート型フォトセンサ１０は、励起光（ここでは、可視光）が入射されると電子−正孔対が生成されるアモルファスシリコン等の半導体層（チャネル層）１１と、半導体層１１の両端にそれぞれ設けられたｎ＋シリコンからなる不純物層１７、１８と、不純物層１７、１８上に形成されたクロム、クロム合金、アルミニウム、アルミニウム合金等から選択され、可視光に対して不透明のドレイン電極１２及びソース電極１３と、半導体層１１の上方（図面上方）にブロック絶縁膜１４及び上部（トップ）ゲート絶縁膜１５を介して形成された酸化スズ（ＳｎＯ2）膜やＩＴＯ（Indium-Tin-Oxide：インジウム−スズ酸化物）膜等の透明電極層からなり、可視光に対して透過性を示すトップゲート電極（第１のゲート電極）２１と、半導体層１１の下方（図面下方）に下部（ボトム）ゲート絶縁膜１６を介して形成されたクロム、クロム合金、アルミニウム、アルミニウム合金等から選択され、可視光に対して不透明なボトムゲート電極（第２のゲート電極）２２と、を有して構成されている。そして、このような構成を有するダブルゲート型フォトセンサ１０は、ガラス基板等の透明な絶縁性基板１９上に形成されている。
【００２０】
ここで、図１（ａ）において、トップゲート絶縁膜１５、ブロック絶縁膜１４、ボトムゲート絶縁膜１６、トップゲート電極２１上に設けられる保護絶縁膜２０及び最上層の透明電極層３０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、ＩＴＯ等により構成されることにより、図面上方から入射する光のみを検知する構造を有している。
【００２１】
なお、このようなダブルゲート型フォトセンサ１０は、一般に、図１（ｂ）に示すような等価回路により表される。ここで、ＴＧはトップゲート電極２１と電気的に接続されたトップゲート端子、ＢＧはボトムゲート電極２２と電気的に接続されたボトムゲート端子、Ｓはソース電極１３と電気的に接続されたソース端子、Ｄはドレイン電極１２と電気的に接続されたドレイン端子である。
【００２２】
次いで、上述したダブルゲート型フォトセンサの駆動制御方法について、図面を参照して説明する。
図２は、ダブルゲート型フォトセンサの基本的な駆動制御方法の一例を示すタイミングチャートであり、図３は、ダブルゲート型フォトセンサの動作概念図であり、図４は、ダブルゲート型フォトセンサの出力電圧の光応答特性を示す図である。ここでは、上述したダブルゲート型フォトセンサの構成（図１）を適宜参照しながら説明する。
【００２３】
まず、リセット動作（初期化動作）においては、図２、図３（ａ）に示すように、ダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート端子ＴＧにパルス電圧（以下、「リセットパルス」と記す；例えば、Ｖtg＝＋１５Ｖのハイレベル）φＴｉを印加して、半導体層１１、及び、ブロック絶縁膜１４における半導体層１１との界面近傍に蓄積されているキャリヤ（ここでは、正孔）を放出する（リセット期間Ｔrst）。
【００２４】
次いで、キャリヤ蓄積動作（電荷蓄積動作）においては、図２、図３（ｂ）に示すように、トップゲート端子ＴＧにローレベル（例えば、Ｖtg＝−１５Ｖ）のバイアス電圧φＴｉを印加することにより、リセット動作を終了し、キャリヤ蓄積動作による電荷蓄積期間Ｔａがスタートする。電荷蓄積期間Ｔａにおいては、トップゲート電極２１側から入射した光量に応じて半導体層１１の入射有効領域、すなわち、キャリヤ発生領域で電子−正孔対が生成され、半導体層１１、及び、ブロック絶縁膜１４における半導体層１１との界面近傍、すなわち、チャネル領域周辺に正孔が蓄積される。
【００２５】
そして、プリチャージ動作においては、図２、図３（ｃ）に示すように、電荷蓄積期間Ｔａに並行して、プリチャージ信号φpgに基づいてドレイン端子Ｄに所定の電圧（プリチャージ電圧）Ｖpgを印加し、ドレイン電極１２に電荷を保持させる（プリチャージ期間Ｔprch）。
次いで、読み出し動作においては、図２、図３（ｄ）に示すように、プリチャージ期間Ｔprchを経過した後、ボトムゲート端子ＢＧにハイレベル（例えば、Ｖbg＝＋１０Ｖ）のバイアス電圧（読み出し選択信号；以下、「読み出しパルス」と記す）φＢｉを印加すること（選択状態）により、ダブルゲート型フォトセンサ１０をＯＮ状態にする（読み出し期間Ｔread）。
【００２６】
ここで、読み出し期間Ｔreadにおいては、チャネル領域に蓄積されたキャリヤ（正孔）が逆極性のトップゲート端子ＴＧに印加されたＶtg（−１５Ｖ）を緩和する方向に働くため、ボトムゲート端子ＢＧのＶbg（＋１５Ｖ）によりｎチャネルが形成され、ドレイン電流に応じてドレイン端子Ｄの電圧（ドレイン電圧）ＶＤは、図４（ａ）に示すように、プリチャージ電圧Ｖpgから時間の経過とともに徐々に低下する傾向を示す。
【００２７】
すなわち、電荷蓄積期間Ｔａにおけるキャリヤ蓄積状態が明状態の場合には、図３（ｄ）に示すように、チャネル領域に入射光量に応じたキャリヤ（正孔）が捕獲されているため、トップゲート端子ＴＧの負バイアスを打ち消すように作用し、この打ち消された分だけボトムゲート端子ＢＧの正バイアスによって、ダブルゲート型フォトセンサ１０はＯＮ状態となる。そして、この入射光量に応じたＯＮ抵抗に従って、図４（ａ）に示すように、ドレイン電圧ＶＤは、低下することになる。
【００２８】
一方、キャリヤ蓄積状態が暗状態で、チャネル領域にキャリヤ（正孔）が蓄積されていない場合には、図３（ｅ）に示すように、トップゲート端子ＴＧに負バイアスをかけることによって、ボトムゲート端子ＢＧの正バイアスが打ち消され、ダブルゲート型フォトセンサ１０はＯＦＦ状態となり、図４（ａ）に示すように、ドレイン電圧ＶＤが、ほぼそのまま保持されることになる。
【００２９】
したがって、図４（ａ）に示したように、ドレイン電圧ＶＤの変化傾向は、トップゲート端子ＴＧへのリセットパルス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（電荷蓄積期間Ｔａ）に受光した光量に深く関連し、蓄積されたキャリヤが多い場合（明状態）には急峻に低下する傾向を示し、また、蓄積されたキャリヤが少ない場合（暗状態）には緩やかに低下する傾向を示す。そのため、読み出し期間Ｔreadがスタートして、所定の時間経過後のドレイン電圧ＶＤ（＝Ｖrd）を検出することにより、あるいは、所定のしきい値電圧を基準にして、その電圧に至るまでの時間を検出することにより、ダブルゲート型フォトセンサ１０に入射した光（照射光）の光量が換算される。
【００３０】
上述した一連の画像読取動作を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２に示したタイミングチャートにおいて、プリチャージ期間Ｔprchの経過後、図３（ｆ）、（ｇ）に示すように、ボトムゲート端子ＢＧにローレベル（例えば、Ｖbg＝０Ｖ）を印加した状態（非選択状態）を継続すると、ダブルゲート型フォトセンサ１０はＯＦＦ状態を持続し、図４（ｂ）に示すように、ドレイン電圧ＶＤは、プリチャージ電圧Ｖpgに近似する電圧を保持する。このように、ボトムゲート端子ＢＧへの電圧の印加状態により、ダブルゲート型フォトセンサ１０の読み出し状態を選択、非選択状態に切り替える選択機能が実現される。
【００３１】
＜フォトセンサシステム＞
次いで、上述したダブルゲート型フォトセンサを所定の形式で配列して構成されるフォトセンサアレイを備えたフォトセンサシステムについて、図面を参照して説明する。ここでは、複数のダブルゲート型フォトセンサを２次元配列して構成されるフォトセンサアレイを示して説明するが、複数のダブルゲート型フォトセンサをＸ方向に１次元配列してラインセンサアレイを構成し、該ラインセンサアレイをＸ方向に直交するＹ方向に移動させて２次元領域を走査（スキャン）するものであってもよいことは言うまでもない。
【００３２】
図５は、ダブルゲート型フォトセンサを２次元配列して構成されるフォトセンサアレイを備えたフォトセンサシステムの概略構成図である。
図５に示すように、フォトセンサシステムは、大別して、多数のダブルゲート型フォトセンサ１０を、例えば、ｎ行×ｍ列（ｎ、ｍは任意の自然数）のマトリクス状に配列したフォトセンサアレイ１００と、各ダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート端子ＴＧ（トップゲート電極２１）及びボトムゲート端子ＢＧ（ボトムゲート電極２２）を各々行方向に接続して伸延するトップゲートライン１０１及びボトムゲートライン１０２と、各ダブルゲート型フォトセンサ１０のドレイン端子Ｄ（ドレイン電極１２）を列方向に接続したドレインライン（データライン）１０３と、ソース端子Ｓ（ソース電極１３）を列方向に接続するとともに、接地電位に接続されたソースライン（コモンライン）１０４と、トップゲートライン１０１に接続されたトップゲートドライバ１１０と、ボトムゲートライン１０２に接続されたボトムゲートドライバ１２０と、ドレインライン１０３に接続されたコラムスイッチ１３１、プリチャージスイッチ１３２、アンプ１３３からなるドレインドライバ１３０と、を有して構成されている。
【００３３】
ここで、トップゲートライン１０１は、図１に示したトップゲート電極２１とともに、ＩＴＯ等の透明電極層で一体的に形成され、ボトムゲートライン１０２、ドレインライン１０３並びにソースライン１０４は、それぞれボトムゲート電極２２、ドレイン電極１２、ソース電極１３と同一の励起光に不透明な材料で一体的に形成されている。また、ソースライン１０４には、後述するプリチャージ電圧Ｖpgに応じて設定される定電圧Ｖssが印加されるが、接地電位（ＧＮＤ）であってもよい。
【００３４】
なお、図５において、φtgは、リセット電圧及び光キャリア蓄積電圧のいずれかとして選択的に出力される信号φＴ１、φＴ２、…φＴｉ、…φＴｎを生成するための制御信号であり、φbgは、読み出し電圧及び非読み出し電圧のいずれかとして選択的に出力される信号φＢ１、φＢ２、…φＢｉ、…φＢｎを生成するための制御信号、φpgは、プリチャージ電圧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。また、図５においては、ダブルゲート型フォトセンサ１０のドレイン側又はソース側となる各端子に対して、便宜的にドレイン及びソースの用語を固定的に用いるが、フォトセンサシステム（ダブルゲート型フォトセンサ１０）の動作状態に応じて、各端子の機能が切り替わるものであることはいうまでもない。
【００３５】
このような構成において、トップゲートドライバ１１０からトップゲートライン１０１を介して、トップゲート端子ＴＧに信号φＴｉ（ｉは任意の自然数；ｉ＝１、２、・・・ｎ）を印加することにより、フォトセンス機能が実現され、ボトムゲートドライバ１２０からボトムゲートライン１０２を介して、ボトムゲート端子ＢＧに信号φＢｉを印加し、ドレインライン１０３を介して検出信号をドレインドライバ１３０に取り込んで、シリアルデータ又はパラレルデータの出力電圧Ｖoutとして出力することにより、選択読み出し機能が実現される。
【００３６】
図６は、上述したようなフォトセンサシステムを適用した画像読取装置（指紋読取装置）の要部断面図である。なお、ここでは、説明及び図示の都合上、フォトセンサシステムの断面部分を表すハッチングを省略する。
図６に示すように、指紋等の画像パターンを読み取る画像読取装置においては、ダブルゲート型フォトセンサ１０が形成されたガラス基板等の絶縁性基板１９下方側に設けられたバックライト（面光源）ＢＬから照射光Ｌａを入射させ、この照射光Ｌａがダブルゲート型フォトセンサ１０（詳しくは、ボトムゲート電極２２、ドレイン電極１２、ソース電極１３）の形成領域を除く、透明な絶縁性基板１９と絶縁膜１５、１６、２０を透過して、透明電極層３０上面の検知面（指紋検出面）３０ａに載置された指（被写体）４０に照射される。
【００３７】
そして、指紋読取装置による指紋の読取動作時においては、指４０の皮膚表層４１の半透明層が、フォトセンサアレイ１００の最上層に形成された透明電極層３０に接触することにより、透明電極層３０と皮膚表層４１との間の界面に屈折率の低い空気層がなくなる。ここで、皮膚表層４１の厚さは、６５０ｎｍより厚いため、指紋４２の凸部４２ａにおいて内部に入射された光Ｌａは、皮膚表層４１内を散乱、反射しながら伝搬する。伝搬された光Ｌｂの一部は、透明な電極層３０、透明な絶縁膜２０、１５、１４及びトップゲート電極２１を透過してダブルゲート型フォトセンサ１０の半導体層１１に励起光として入射される。このように、指４０の凸部４２ａに対応する位置に配置されたダブルゲート型フォトセンサ１０の半導体層１１に光が入射されて生成されるキャリヤ（正孔）が蓄積されることにより、上述した一連の駆動制御方法にしたがって、指４０の画像パターンを明暗情報として読み取ることができる。
【００３８】
また、指紋４２の凹部４２ｂにおいては、照射された光Ｌａは、透明電極層３０の検知面３０ａと空気層との間の界面を通過し、空気層の先の指４０に到達して皮膚表層４１内で散乱するが、皮膚表層４１は空気より屈折率が高いため、ある角度で界面に入射された皮膚表層４１内の光Ｌｃは空気層に抜けにくく、凹部４２ｂに対応する位置に配置されたダブルゲート型フォトセンサ１０の半導体層１１への入射が抑制される。
【００３９】
このように、透明電極層３０としてＩＴＯ等の透明な導電性材料を適用していることにより、透明電極層３０上に載置された指４０に照射され、散乱、反射した光が良好に各ダブルゲート型フォトセンサ１０の半導体層１１に入射されることになるので、指（被写体）４０の読取動作における読取感度特性が悪化することがなく、被写体の画像パターン（指紋）の読み取りが良好に行われる。
【００４０】
＜画像読取装置＞
次に、本発明に係る画像読取装置について、具体的な実施の形態を示して説明する。なお、以下に示す実施形態においては、センサとして、上述したダブルゲート型フォトセンサを適用した場合について説明する。
図７は、本発明に係る画像読取装置の一実施形態を示す概略構成図であり、図８は、本実施形態に係る画像読取装置の要部構成図である。なお、ここでは、上述したフォトセンサシステムの構成（図５、図６）を適宜参照しながら説明する。また、図１、図５に示した構成と同等の構成については、同一の符号を付して、その説明を簡略化又は省略する。
【００４１】
図７に示すように、本実施形態に係る画像読取装置は、上述した構成を有するダブルゲート型フォトセンサ１０がマトリクス状に配列されたフォトセンサアレイ１００と、該フォトセンサアレイ１００の一面側の略全域に、保護絶縁膜（図示を省略）を介して形成された透明電極層３０と、フォトセンサアレイ１００（各ダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート端子）とトップゲートドライバ１１０との間に設けられたスイッチ（以下、便宜的に「トップ側スイッチ」と記す）ＳＷｔと、フォトセンサアレイ１００（各ダブルゲート型フォトセンサ１０のボトムゲート端子）とボトムゲートドライバ１１０との間に設けられたスイッチ（以下、便宜的に「ボトム側スイッチ」と記す）ＳＷｂと、フォトセンサアレイ１００（各ダブルゲート型フォトセンサ１０のドレイン端子）とドレインドライバ１３０との間に設けられたスイッチ（以下、便宜的に「ドレイン側スイッチ」と記す）ＳＷｄと、フォトセンサアレイ１００（各ダブルゲート型フォトセンサ１０のソース端子）と接地電位との間に設けられたスイッチ（以下、便宜的に「接地側スイッチ」と記す）ＳＷｇと、透明電極層３０に引き出し配線ＰＬを介して接続された検出回路４０と、引き出し配線ＰＬと接地電位との間に接続された逆並列ダイオード回路５０と、センサアレイ１００の背面側に配置された面光源（図示を省略）と、を有して構成されている。
ここで、フォトセンサアレイ１００、トップゲートドライバ１１０、ボトムゲートドライバ１２０及びドレインドライバ１３０は、上述したフォトセンサシステムと同等の構成を有しているので、その説明を省略する。
【００４２】
検出回路４０は、引き出し配線ＰＬを介して、透明電極層３０の容量変化を常時観測し、透明電極層３０に被写体が載置、接触されることにより生じる特有の容量変化を検出した場合に、上記トップ側スイッチＳＷｔ、ボトム側スイッチＳＷｂ、ドレイン側スイッチＳＷｄ及び接地側スイッチＳＷｇを切り換え制御するための切換制御信号Ｓswを出力するとともに、画像読取装置における画像読取動作を開始するための制御信号ＳＧを出力する。
また、逆並列ダイオード回路５０は、上述した従来技術に示した場合と同様に、透明電極層３０上面の検知面に載置、接触された被写体（指）に帯電した静電気を接地電位に放電して、ダブルゲート型フォトセンサ１０や検出回路４０の静電破壊を防止又は抑制する。
【００４３】
トップ側スイッチＳＷｔは、具体的には、図８に示すように、フォトセンサアレイ１００を構成するダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート端子ＴＧ相互を行方向に接続する複数のトップゲートライン１０１ごとに個別に設けられたスイッチＳＴ１、ＳＴ２、・・・ＳＴｎにより構成され、検出回路４０から出力される切換制御信号Ｓswに基づいて、これらのスイッチＳＴ１、ＳＴ２、・・・ＳＴｎが同期して一斉にＯＮ状態、もしくは、ＯＦＦ状態に制御される。
【００４４】
また、ボトム側スイッチＳＷｂも同様に、図８に示すように、ダブルゲート型フォトセンサ１０のボトムゲート端子ＢＧ相互を行方向に接続する複数のボトムゲートライン１０２ごとに個別に設けられたスイッチＳＢ１、ＳＢ２、・・・ＳＢｎにより構成され、上記切換制御信号Ｓswに基づいて動作状態（ＯＮ状態又はＯＦＦ状態）が制御される。
【００４５】
また、ドレイン側スイッチＳＷｄは、図８に示すように、ダブルゲート型フォトセンサ１０のドレイン端子Ｄ相互を列方向に接続する複数のドレインライン１０３ごとに個別に設けられたスイッチＳＤ１、ＳＤ２、・・・ＳＤｍにより構成され、上記切換制御信号Ｓswに基づいて動作状態（ＯＮ状態又はＯＦＦ状態）が制御される。
さらに、接地側スイッチＳＷｇは、図８に示すように、ダブルゲート型フォトセンサ１０のソース端子Ｓ相互を接続するソースライン（コモンライン）１０４に設けられ、上記切換制御信号Ｓswに基づいて動作状態（ＯＮ状態又はＯＦＦ状態）が制御される。
【００４６】
したがって、これらのスイッチ群（トップ側スイッチＳＷｔ、ボトム側スイッチＳＷｂ、ドレイン側スイッチＳＷｄ及び接地側スイッチＳＷｇ；以下、同様に「スイッチ群」と総称する）は、透明電極層３０上面の検知面に被写体が載置、接触されたときに検出回路４０から出力される単一の切換制御信号Ｓswにより、同期してＯＮ状態、もしくは、ＯＦＦ状態のいずれかの動作状態に制御される。
【００４７】
また、図８に示すように、上記フォトセンサアレイ１００及びトップゲートドライバ１１０、ボトムゲートドライバ１２０、ドレインドライバ１３０、接地電位は、いずれも、ユニット化された構成を有し、予めフォトセンサアレイ１００に対して他の構成が端子接続が可能なように、フォトセンサアレイ１００には、各トップゲートライン１０１ごとに外部接続端子Ｔst１、Ｔst２、・・・Ｔstｎ、各ボトムゲートライン１０２ごとに外部接続端子Ｔsb２、Ｔsb２、・・・Ｔsbｎ、各ドレインライン１０３ごとに外部接続端子Ｔsd２、Ｔsd２、・・・Ｔsdｍ、ソースライン１０４に外部接続端子Ｔsgが各々設けられている。
【００４８】
一方、トップゲートドライバ１１０には各トップゲートライン１０１（上記外部接続端子Ｔst１、Ｔst２、・・・Ｔstｎ）に対応して外部接続端子Ｔｔ１、Ｔｔ２、・・・Ｔｔｎが設けられ、ボトムゲートドライバ１２０には各ボトムゲートライン１０２（上記外部接続端子Ｔsb２、Ｔsb２、・・・Ｔsbｎ）に対応して外部接続端子Ｔｂ１、Ｔｂ２、・・・Ｔｂｎが設けられ、ドレインドライバ１３０には各ドレインライン１０３（上記外部接続端子Ｔsd２、Ｔsd２、・・・Ｔsdｍ）に対応して外部接続端子Ｔｄ１、Ｔｄ２、・・・Ｔｄｍが設けられ、接地電位にはソースライン１０４（上記外部接続端子Ｔsg）に対応して外部接続端子Ｔｇが設けられた構成を有している。
【００４９】
したがって、本実施形態に係る上記スイッチ群は、各々、フォトセンサアレイ１００とトップゲートドライバ１１０相互、フォトセンサアレイ１００とボトムゲートドライバ１２０相互、フォトセンサアレイ１００とドレインドライバ１３０相互、フォトセンサアレイ１００と接地電位相互の端子接続のため、予め設けられた上記外部接続端子間に介挿されるように接続されている。
【００５０】
次に、上述したような構成を有する画像読取装置を指紋読取装置に適用した場合の駆動動作について、図面を参照して説明する。
図９は、本実施形態に係る画像読取装置を指紋読取装置に適用した場合において、被写体が検知面に接触した直後の状態を示す概略図であり、図１０は、本実施形態に係る画像読取装置を指紋読取装置に適用した場合において、画像読取動作が開始された状態を示す概略図である。
【００５１】
（非接触状態）
まず、上述したような構成を有する指紋読取装置（画像読取装置）において、フォトセンサアレイ１００上方の透明電極層３０の検知面３０ａに被写体である指が載置されていない非接触状態（初期状態）では、検出回路４０からは切換制御信号Ｓswが出力されず、フォトセンサアレイ１００とドライバ群（トップゲートドライバ１１０、ボトムゲートドライバ１２０、ドレインドライバ１３０；以下、同様に「ドライバ群」と総称する）及び接地電位との間に設けられたスイッチ群は、いずれもＯＦＦ状態に制御される。
【００５２】
したがって、この非接触状態においては、フォトセンサアレイ１００を構成する各ダブルゲート型フォトセンサ１０のソース端子Ｓ（ソースライン１０４）が接地電位に接続されていないフローティング状態にあって、透明電極層３０とフォトセンサアレイ１００間にはほとんど容量が発生しないので、透明電極層３０に接続された検出回路４０により観測される容量は、概ね０（もしくは、極めて微小な数値）となる。
【００５３】
（接触直後）
次いで、上述したような非接触状態にある指紋読取装置において、図９に示すように、検知面３０ａに指ＦＧが載置、接触されると、その直後の状態では、従来技術に示した場合と同様に、透明電極層３０と誘電体である指ＦＧとの間に概ね１００ｐＦ程度の容量が生じ、検出回路４０によりこの容量変化（図中、細矢印）が検出される。ここで、上述したように、本実施形態においては、初期状態において透明電極層３０とフォトセンサアレイ１００との間に本来的に生じる容量はほぼ０に等しいので、検出回路４０の検出感度が比較的低いものであっても、上述した指ＦＧの接触により生じる微小な容量（１００ｐＦ程度）を相対的に大きな容量値の変化として良好に検出することができる。
【００５４】
また、上記指ＦＧの検知面３０ａへの載置、接触、及び、容量変化の検出に際して、指ＦＧが静電気（電荷）に帯電している場合、上述したように、スイッチ群がＯＦＦ状態に制御されていることにより、フォトセンサアレイ１００とドライバ群及び接地電位は、電気的に切り離された状態にあるので、電荷はダブルゲート型フォトセンサ１０に流下することなく、引き出し配線ＰＬ及び逆並列ダイオード回路５０を介して、接地電位に放電される（図中、太矢印）。これにより、ダブルゲート型フォトセンサ１０やドライバ群、検出回路４０における静電破壊や誤動作の発生等を良好に防止又は抑制することができる。
【００５５】
（指紋読取動作開始）
そして、上述したように、検出回路４０により、検知面３０ａへの指ＦＧの接触による特有の容量変化が検出されると、図１０に示すように、切換制御信号Ｓswがスイッチ群に出力されてＯＮ状態に切り換え制御され、フォトセンサアレイ１００とドライバ群及び接地電位が電気的に接続された状態に設定されるとともに、制御信号ＳＧが図示を省略した指紋読取装置のコントローラに出力されて指紋読取動作が開始される。
したがって、指ＦＧが検知面３０ａに載置、接触された直後においては、極めて短い時間に指ＦＧに帯電した静電気が逆並列ダイオード回路５０を介して接地電位に放電されるとともに、指ＦＧの接触に伴う透明電極層３０の容量変化が検出され、その後、スイッチ群が切り換え制御されて、指紋読取動作に移行する。
【００５６】
なお、指紋読取動作の実行中においても、透明電極層３０の容量値は検出回路４０により常時観測され（図中、点線矢印）、検知面３０ａから指ＦＧが離されると、透明電極層３０と誘電体である指ＦＧとの接触により生じていた容量（概ね１００ｐＦ程度）の減少が検出されると、コントローラへの制御信号ＳＧの出力が遮断されて指紋読取動作が停止又は終了されるとともに、上述した初期状態（図９参照）と同様に、スイッチ群への切換制御信号Ｓswの出力が遮断されてＯＦＦ状態に切り換え制御され、フォトセンサアレイ１００とドライバ群及び接地電位が電気的に切り離された状態に設定される。また、上記指紋読取動作が終了した場合においても、例えば、コントローラからの制御により切換制御信号Ｓswの出力が遮断されてスイッチ群がＯＦＦ状態に切り換え制御され、上記初期状態に移行する。
【００５７】
なお、上述した実施形態においては、センサとしてダブルゲート型フォトセンサを適用した場合について示したが、本発明に適用されるセンサは、このダブルゲート型フォトセンサに限定されるものではなく、フォトダイオードやＴＦＴ等、他の構成のフォトセンサを用いたフォトセンサシステムに対しても同様に適用することができる。また、上記の実施形態では、光学式のいわゆるフォトセンサを示したが、例えば、指の凹凸に応じて変位する容量を読み取り、しきい値を設定した容量式センサを適用するものであってもよい。
【００５８】
【発明の効果】
本発明に係る画像読取装置によれば、複数のセンサがマトリクス状又はライン状に配列されたセンサアレイ上方の検知面に載置された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、上記検知面を構成する電極層と、該電極層における容量変化に応じて、検知面への被写体の載置状態を検出する検出回路と、該検出回路からの切換制御信号に基づいてセンサアレイと各ドライバ群及び接地電位との接続状態を切り換え制御するスイッチ群と、を備え、被写体が検知面に接触していない非接触状態においては、スイッチ群をＯＦＦ状態にしてセンサアレイを電気的に切り離した状態に設定してセンサアレイをフローティング状態とし、被写体が検知面に接触した接触状態においては、スイッチ群をＯＮ状態にしてセンサアレイと各ドライバ群及び接地電位を接続するように制御することにより、非接触状態においてセンサアレイに本来的に生じる容量をほとんど０にすることができるので、検知面への被写体の接触に伴う僅かな容量の変化であっても、比較的検出感度の低い検出回路により良好に検出することができる。したがって、センサアレイにおける容量変化を常時観測することにより、被写体の載置、接触状態を的確に検出して、画像読取動作を開始することができる画像読取装置を安価かつ簡易な構成により実現することができる。
【００５９】
また、検知面への被写体の接触に際して、被写体に静電気が帯電している場合であっても、被写体の接触直後においては、センサアレイが電気的に切り離された状態にあるので、静電気に伴う電流がセンサに流下することなく、所定の放電機構（逆並列ダイオード回路）を介して接地電位に放電され、センサや検出回路の静電破壊を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像読取装置に適用可能なダブルゲート型フォトセンサの概略構成を示す断面構造図である。
【図２】ダブルゲート型フォトセンサの基本的な駆動制御方法の一例を示すタイミングチャートである。
【図３】ダブルゲート型フォトセンサの動作概念図である。
【図４】ダブルゲート型フォトセンサの出力電圧の光応答特性を示す図である。
【図５】ダブルゲート型フォトセンサを２次元配列して構成されるフォトセンサアレイを備えたフォトセンサシステムの概略構成図である。
【図６】ダブルゲート型フォトセンサを備えたフォトセンサシステムを適用した画像読取装置（指紋読取装置）の要部断面図である。
【図７】本発明に係る画像読取装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図８】本実施形態に係る画像読取装置の要部構成図である。
【図９】本実施形態に係る画像読取装置を指紋読取装置に適用した場合において、被写体が検知面に接触した直後の状態を示す概略図である。
【図１０】本実施形態に係る画像読取装置を指紋読取装置に適用した場合において、画像読取動作が開始された状態を示す概略図である。
【図１１】従来技術における被写体検出機能を備えた画像読取装置（指紋読取装置）を示す概略構成図である。
【図１２】容量検出方式における被写体の接触状態の検出原理を示す概念図である。
【符号の説明】
１０ ダブルゲート型フォトセンサ
３０ 透明電極層
３０ａ 検知面
４０ 検出回路
５０ 逆並列ダイオード回路
１００ フォトセンサアレイ
ＦＧ 指
ＳＷｔ トップ側スイッチ
ＳＷｂ ボトム側スイッチ
ＳＷｄ ドレイン側スイッチ
ＳＷｇ 接地側スイッチ
Claims (5)
- 複数のセンサを配列したセンサアレイを備え、該センサアレイ上の検知面に載置された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、
前記センサアレイに所定の駆動制御信号を供給する駆動制御手段と、
前記センサアレイに所定の駆動電圧を供給する電源手段と、
前記センサアレイと前記駆動制御手段及び前記電源手段との間に設けられたスイッチ手段と、
前記検知面への前記被写体の載置状態を検出する被写体検出手段と、を備え、
前記スイッチ手段は、前記被写体検出手段からの制御信号に応じて、前記被写体が前記検知面に載置されたことが検出されたとき、前記センサアレイと前記駆動制御手段及び前記電源手段とを電気的に接続し、前記被写体が前記検知面から離間したことが検出されたとき、前記センサアレイと前記駆動制御手段及び前記電源手段との電気的な接続を遮断して、前記センサアレイをフローティング状態とするように、前記センサアレイと前記駆動制御手段及び前記電源手段との接続状態を切り換え制御することを特徴とする画像読取装置。 - 前記被写体検出手段は、少なくとも、前記検知面に設けられた電極層と、前記電極層の容量変化を検出し、該容量変化に応じた前記制御信号を前記スイッチ手段に出力する容量変化検出回路と、を備えていることを特徴とする請求項１記載の画像読取装置。
- 前記被写体検出手段は、前記電極層の容量の増加を検出した場合に、前記センサアレイと前記駆動制御手段及び前記電源手段とを接続するための前記制御信号を前記スイッチ手段に出力することを特徴とする請求項２記載の画像読取装置。
- 前記センサアレイ、前記駆動制御手段及び前記電源手段は、各々ユニット化された構成を有し、前記スイッチ手段は、前記センサアレイと前記駆動制御手段及び前記電源手段との接続端子間に介在させるように設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の画像読取装置。
- 前記センサは、半導体層からなるチャネル領域を挟んで形成されたソース電極及びドレイン電極と、少なくとも前記チャネル領域の上方及び下方に各々絶縁膜を介して形成された第１のゲート電極及び第２のゲート電極と、を備え、前記第１のゲート電極又は前記第２のゲート電極のいずれか一方を前記検知面側として、前記駆動制御手段から前記第１のゲート電極及び前記第２のゲート電極に前記駆動制御信号を供給することにより設定される所定の電荷蓄積期間に、前記検知面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して蓄積される構成を有し、該蓄積された電荷の量に基づいて出力される電圧により前記検知面に載置された前記被写体の画像パターンを読み取ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の画像読取装置。
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