JP4253835B2 - 画像読取装置 - Google Patents

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、複数のセンサをマトリクス状に配列したセンサアレイ上に被検出体を接触させて、その画像パターン（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の形状等を読み取る２次元画像の読取装置として、例えば、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上に設けられた検知面に被検出体を載置、接触させて、該被検出体の画像パターンを読み取る構造のものがある。
【０００３】
そして、このような被検出体が検知面に直接接触する構造を有する画像読取装置においては、被検出体に帯電した静電気による素子破壊や誤動作の発生を抑制するために、静電気を放電、除去する機能（以下、「静電気除去機能」という）を備えたものが知られている。
【０００４】
ここで、上述したような静電除去機能を備えた画像読取装置の従来例（例えば、特許文献１参照）について簡単に説明する。なお、ここでは、画像読取装置の一例として、指紋読取装置を示して説明する。
図１２は、従来技術において静電気除去機能を備えた画像読取装置（指紋読取装置）の一構成例を示す概略構成図である。
【０００５】
従来技術における画像読取装置（指紋読取装置）は、例えば、図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、概略、透明な絶縁性基板ＳＴの一面側に複数のフォトセンサ１０ｐがマトリクス状に配列されたフォトセンサデバイスＰＤと、少なくとも複数のフォトセンサ１０ｐが配置されたアレイ領域の全域を覆うように形成された透明電極層３０ｐと、該透明電極層３０ｐを接地電位に接続する引き出し配線ＬＮｐと、フォトセンサデバイスＰＤの背面側に配置され、透明電極層３０ｐの上面に設けられた検知面ＤＴに載置された被検出体に対して照射光ＬＴｐを発光する面光源ＢＬと、を有して構成されている。なお、図中、ＩＳは絶縁性基板ＳＴ上に形成されたフォトセンサ１０ｐを保護するための保護絶縁膜であり、Ｒｐは引き出し配線ＬＮｐの配線抵抗である。
【０００６】
このような画像読取装置において、図１２（ｂ）に示すように、指ＦＧ等の被検出体が透明電極層３０ｐ上面の検知面ＤＴに載置、接触されると、指（人体）ＦＧに帯電していた電荷（静電気）が引き出し配線ＬＮｐを介して、接地電位に放電される。すなわち、指ＦＧに帯電した電荷に起因する過大電流が、比較的低抵抗である引き出し配線ＬＮｐ（配線抵抗Ｒｐ）を介して接地電位に流れるので、静電気によるフォトセンサデバイスＰＤ（具体的には、フォトセンサ１０ｐ）の素子破壊や画像読取装置の誤動作の発生を抑制することができる。ここで、従来技術においては、指の接触による放電電圧は、概ね３〜４ｋＶであって、静電気耐圧が５ｋＶ以上あればよいことが記載され、この静電気耐圧を得るために、透明電極層３０ｐのシート抵抗を５０Ω／□以下、より望ましくは、１５〜２０Ω／□程度に設定することが記載されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２―５０７５０号公報（第６頁〜７頁、第７〜９図）
【０００８】
【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、図１２に示したような画像読取装置においては、透明電極層３０ｐ上面の検知面ＤＴに載置された被写体（指ＦＧ）に対して、面光源ＢＬから所定の波長の照射光ＬＴｐを発光し、フォトセンサデバイスＰＤ及び透明電極層３０ｐを透過して被写体に到達した照射光ＬＴｐのうち、被写体表面の凹凸パターンや明暗パターンに応じて反射した光（反射光）ＬＴｒを、マトリクス状に配列された各フォトセンサ１０ｐにより受光して電気信号に変換することにより、被写体（指ＦＧ）の画像パターンを読み取る動作が行われる。
【０００９】
そのため、検知面ＤＴを構成する透明電極層３０ｐの膜材料としては、静電気を引き出し配線ＬＮｐを介して放電するための導電性を有するとともに、照射光ＬＴｐ及び反射光ＬＴｒを良好に透過させる光透過性を有している必要がある。ここで、従来技術においては、一般に、透明電極層として、酸化スズ（ＳｎＯ₂）膜やＩＴＯ（Indium-Tin-Oxide：インジウム−スズ酸化物）膜等の透光性の導電膜が用いられている。
【００１０】
そして、前述のように、従来技術において、透明電極層のシート抵抗を５０Ω／□以下、好ましくは１５〜２０Ω／□程度、とすれば所定の静電気耐圧を得ることができ、透明電極層にＩＴＯ膜を用いた場合、その膜厚は概ね１５００〜２０００Å程度となることが記載されている。
ところで、上記の透明電極層のシート抵抗値の条件は、指の接触による放電電圧に対し、静電気耐圧が５ｋＶ以上あればよい、という条件に基づいて求められたものであった。しかしながら、その後、本願発明者らが鋭意研究、検証したところ、人体は１０ｋＶ以上に帯電する場合があることが分かり、回路設計上は１０ｋＶ以上（より具体的には、１０ｋＶ乃至１５ｋＶ以上）の静電気耐圧を有していることが必要であることが分かった。
【００１１】
これに対し、従来技術における考え方に基づいた場合、更に透明電極層を低抵抗とすることによって、必要な静電気耐圧を得ることができると予想される。その場合、透明電極層の膜厚を更に厚くしなければならない。しかし、この透明電極層は、上述のように、照射光や反射光を良好に透過して、被写体画像パターンの読み取りを阻害しないものでなければならないため、膜厚をむやみに厚くすることはできない。そのため、透明電極層の低抵抗化のみによって、所望の絶縁耐圧を得ることはできなかった。
【００１２】
また、図１２（ｂ）に示すように、フォトセンサデバイスＰＤは、絶縁性基板ＳＴの一面側に複数のフォトセンサ１０ｐがマトリクス状に配列され、その上層にフォトセンサ１０ｐを保護するための保護絶縁膜ＩＳが積層された構成を有している。ここで、保護絶縁膜ＩＳには、シリコン窒化膜ＳｉＮ等の光透過性を有する絶縁性材料が適用されるが、上述した画像読取装置の構成においては、この保護絶縁膜ＩＳを介して、透明電極膜３０ｐとフォトセンサ１０ｐを駆動制御するための電極や配線層とが対向して配置されるため、寄生容量が形成されることになる。
【００１３】
そして、本願発明者らは、鋭意研究により、後述するように、絶縁耐圧には、前述の透明電極層の抵抗のみならず、この寄生容量も関係しており、絶縁耐圧は透明電極層の抵抗と容量に基づく時定数に密接に関係していることを見出した。これにより、所望の絶縁耐圧を得るためには、透明電極層の膜厚（抵抗）及び保護絶縁膜の膜厚（容量）を適切な値に設定する必要があることが分かったが、従来においては、この点は何ら考慮されていなかった。
【００１４】
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑み、フォトセンサデバイス上の検知面に載置、接触された被検出体に帯電した静電気を十分に放電、除去して、静電気による素子の破壊やシステムの誤動作の発生を回避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。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の画像読取装置は、絶縁性基板の一面側に配列された複数のフォトセンサと、該複数のフォトセンサを被覆するように設けられた透光性絶縁膜と、を有して構成されるフォトセンサデバイスを備え、該フォトセンサデバイス上に被検出体を載置して、該被検出体の画像パターンを読み取る画像読取装置において、前記画像読取装置は、少なくとも、前記透光性絶縁膜上に、前記被検出体が直接載置、接触される検知面を備えた透明電極膜と、該透明電極膜を所定の低電位電源に接続する配線と、前記透明電極膜と前記配線との間に介在する、前記透明電極膜の抵抗値より低い抵抗値を有する導電性部材と、を有し、前記各フォトセンサはトランジスタ構造を有し、少なくとも、前記絶縁性基板の前記一面側に形成された半導体層からなるチャネル領域を挟んで形成されるソース電極とドレイン電極と前記チャネル領域に対して絶縁膜を介して形成されるゲート電極とを含む複数の制御電極と、該各制御電極に接続される複数の信号配線と、を有し、前記検知面と前記低電位電源間に存在する、前記透明電極層と前記導電性部材とにより構成される抵抗成分と、前記透光性絶縁膜を介して相互に対向して配置される前記透明電極膜と前記フォトセンサの前記各制御電極及び前記各信号配線とにより形成される容量成分と、により規定される時定数が０．３μｓｅｃ以下に設定されていることを特徴としている。
【００１６】
請求項２記載の画像読取装置は、請求項１ 記載の画像読取装置において、前記画像読取装置において、前記時定数は０．２５μｓｅｃ以下になるように設定され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１記載の画像読取装置において、前記抵抗成分の値は、３０Ω以下になるように設定されてい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記載の画像読取装置において、前記画像読取装置は、前記容量成分が、１０ｎＦ以下の静電容量になるように設定されていることを特徴としている。
【００１７】
請求項５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、前記導電性部材は、該透明電極膜上の所定の領域に電気的に接続して設けられていることを特徴としている。
【００１８】
請求項６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、前記導電性部材は、クロム、アルミニウム、もしくは、クロムを含む合金材料、アルミニウムを含む合金材料から選択された導電性材料により構成されていることを特徴としている。
請求項７記載の画像読取装置は、請求項１乃至６のいずれかに記載の画像読取装置において、前記透明電極膜は、インジウム−スズ酸化物を主体とする材質を有していることを特徴としている。
【００１９】
請求項８記載の画像読取装置は、請求項１乃至７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、前記ゲート電極として、前記チャネル領域の情報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、を有し、前記第１のゲート電極にリセットパルスを印加して前記フォトセンサを初期化し、前記ドレイン電極にプリチャージパルスを印加した後、前記第２のゲート電極に読み出しパルスを印加することにより、前記初期化終了から前記読み出しパルスの印加までの電荷蓄積期間に、前記チャネル領域に蓄積された電荷に対応する電圧を出力電圧として出力し、前記画像読取装置は、前記プリチャージパルスに係る信号電圧と前記出力電圧との差分を、明暗信号として観測することを特徴としている。
請求項９記載の画像読取装置は、請求項１乃至８のいずれかに記載の画像読取装置において、前記被検出体として人体を観測し、該人体固有の画像パターンを読み取ることを特徴としている。
【００２０】
すなわち、本発明に係る画像読取装置は、複数のフォトセンサをマトリクス状に配列したフォトセンサデバイスの最上層に、検知面を構成するとともに、接地電位（低電位電源）に接続された透明電極層（透明電極膜）を備えた画像読取装置において、各フォトセンサはトランジスタ構造を有し、少なくとも、絶縁性基板の前記一面側に形成された半導体層からなるチャネル領域を挟んで形成されるソース電極とドレイン電極と前記チャネル領域に対して絶縁膜を介して形成されるゲート電極とを含む複数の制御電極と、該各制御電極に接続される複数の信号配線と、を有し、検知面と低電位電源間の抵抗（抵抗成分）と、保護絶縁膜等（透光性絶縁膜）を介して対向して配置される透明導電層と各フォトセンサの各制御電極及び各信号配線により形成される静電容量（容量成分）と、の積により規定される時定数が、概ね０．３μｓｅｃ以下、より望ましくは、概ね０．２５μｓｅｃ以下になるように設定された構成を有している。
【００２１】
ここで、上記時定数の数値範囲を実現するために、透明電極層の周縁部に透明電極層よりも抵抗値の低いクロムやアルミニウム等からなる導電性部材を電気的に接続して設け、透明導電膜と前記導電部材とにより構成される抵抗成分を概ね３０Ω以下に設定して、検知面と低電位電源間の抵抗成分の値を透明電極層の抵抗値より低くするものであってもよい。
【００２２】
このような構成によれば、本発明に係る画像読取装置を、人体のように極めて大きい（１０乃至１５ｋＶ以上）静電気が帯電する対象物を被検出体とする指紋読取装置等に適用する場合であっても、透明電極層から引き出し配線を介して接地電位に至る電流経路における抵抗成分を低減して、被検出体に帯電した電荷を流れやすくすることができるので、検知面（透明電極層）に印加される静電気を良好に接地電位に放電して、フォトセンサの素子破壊やシステムの誤動作の発生を良好に防止又は抑制することができる。
【００２３】
また、本発明に係る画像読取装置によれば、従前の構成に対して、特別な構成を付加することなく、透明電極層及び保護絶縁膜等の膜構造や膜質（膜厚や成膜条件、材料組成等）を制御するのみで、所望の時定数を有する構成を比較的簡易かつ安価に実現することができるので、既存の構成に良好に適用して、優れた静電気除去機能を有する画像読取装置を提供することができる。
【００２４】
さらに、透明電極層の周縁部に低抵抗の導電性部材を設けた構成にあっては、該導電性部材が透明電極層に電気的に接続されていることにより、透明電極層の抵抗を実質的に低く設定することができるとともに、透明電極層の膜厚を厚く形成することなく、透明電極層から導電性部材及び引き出し配線を介して接地電位に至る電流経路の抵抗成分を一層低く設定することができるので、被写体に帯電した静電気を接地電位に良好に放電しつつ、透明電極層における光の反射や散乱等を抑制して、フォトセンサデバイスの読取感度や精度を良好に確保することができる。
【００２５】
また、上記画像読取装置を構成するフォトセンサは、半導体層からなるチャネル領域の上方及び下方にトップゲート電極（第１のゲート電極）及びボトムゲート電極（第２のゲート電極）を備え、トップゲート電極にリセットパルスを印加してセンサを初期化した後、ボトムゲート電極に読み出しパルスを印加することにより、初期化終了から読み出しパルスの印加までの電荷蓄積期間に、チャネル領域に蓄積された電荷に対応する電圧を出力する、いわゆる、ダブルゲート型フォトセンサを適用するものであってもよい。これにより、フォトセンサデバイスを構成する各フォトセンサを小型薄型化して、読取画素を高密度化して被検出体の画像パターンを高精細な画像として読み取ることができる。
【００２６】
【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フォト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可能なフォトセンサとしては、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の固体撮像デバイスを良好に用いることができる。
【００２７】
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ライン状又は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。
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各フォトセンサごとに個別に設ける必要があるため、検出精度の向上等に伴って検出画素数を増大させると、システム自体が大型化するという問題を有している。
【００２８】
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」と記す）が開発され、システムの小型化、及び、画素の高密度化を図る試みがなされている。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。
ダブルゲート型フォトセンサやこれを適用したフォトセンサシステムの具体的な構造や動作については、上述した特許文献１にも詳しく説明されているが、概ね、以下に示す通りである。
【００２９】
＜ダブルゲート型フォトセンサ＞
図１は、本発明に係る画像読取装置に適用可能なダブルゲート型トランジスタによるフォトセンサ（以下、「ダブルゲート型フォトセンサ」と記す）の概略構成を示す断面構造図である。
図１（ａ）に示すように、ダブルゲート型フォトセンサ１０は、概略、励起光（ここでは、可視光）が入射されると、電子−正孔対が生成されるアモルファスシリコン等の半導体層（チャネル層）１１と、半導体層１１の両端に、各々ｎ＋シリコンからなる不純物層１７、１８を介して形成され、クロム、クロム合金、アルミ、アルミ合金等から選択された導電性材料からなり、可視光に対して不透明なドレイン電極１２及びソース電極１３と、半導体層１１の上方（図面上方）にブロック絶縁膜１４及び上部（トップ）ゲート絶縁膜１５を介して形成された酸化スズやＩＴＯ等の透明電極層からなり、可視光に対して透過性を示すトップゲート電極（第１のゲート電極）２１と、半導体層１１の下方（図面下方）に下部（ボトム）ゲート絶縁膜１６を介して形成されたクロム、クロム合金、アルミ、アルミ合金等から選択された導電性材料からなり、可視光に対して不透明なボトムゲート電極（第２のゲート電極）２２と、を有して構成されている。
【００３０】
そして、このような構成を有するダブルゲート型フォトセンサ１０は、図１（ａ）に示すように、ガラス基板等の透明な絶縁性基板１９上に形成されている。また、ダブルゲート型フォトセンサ１０上（具体的には、トップゲート絶縁膜１５及びトップゲート電極２１上）には、保護絶縁膜２０を介して、透明電極層３０が設けられた構成を有している。
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を構成する絶縁膜、及び、トップゲート電極２１上に設けられる保護絶縁膜２０は、いずれも半導体層１１を励起する可視光に対して高い透過率を有する材質、例えば、窒化シリコンや酸化シリコン等により構成され、また、最上層の透明電極層３０も、可視光に対して高い透過率を有するとともに、導電性を有する材質、例えば、ＩＴＯ等により構成されていることにより、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。
【００３１】
なお、このようなダブルゲート型フォトセンサ１０は、一般に、図１（ｂ）に示すような等価回路により表される。ここで、ＴＧはトップゲート電極２１に電気的に接続されたトップゲート端子、ＢＧはボトムゲート電極２２に電気的に接続されたボトムゲート端子、Ｓはソース電極１３に電気的に接続されたソース端子、Ｄはドレイン電極１２に電気的に接続されたドレイン端子である。
【００３２】
＜フォトセンサシステム＞
図２は、上述したダブルゲート型フォトセンサを絶縁性基板１９上に２次元配列して構成されるフォトセンサアレイ（フォトセンサデバイス）を備えたフォトセンサシステムの概略構成図である。なお、ここでは、複数のダブルゲート型フォトセンサを２次元配列して構成されるフォトセンサアレイを示して説明するが、複数のダブルゲート型フォトセンサを、例えば、Ｘ方向に１次元配列してラインセンサアレイを構成し、該ラインセンサアレイをＸ方向に直交するＹ方向に移動させて２次元領域を走査（スキャン）するものであってもよい。
【００３３】
図２に示すように、フォトセンサシステムは、大別して、多数のダブルゲート型フォトセンサ１０を、例えば、ｎ行×ｍ列（ｎ、ｍは任意の自然数）のマトリクス状に配列したフォトセンサアレイ１００と、各ダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート端子ＴＧ（トップゲート電極２１）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、コラムスイッチ１３１、プリチャージスイッチ１３２、出力アンプ１３３等を備えてなるドレインドライバ１３０と、を有して構成されている。
【００３４】
なお、図２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。
【００３５】
図３は、上述したフォトセンサシステムにおける基本的な駆動制御方法を示すタイミングチャートである。
図３に示すように、まず、リセット動作（初期化動作）においては、トップゲートドライバ１１０によりトップゲートライン１０１を介して、特定の行（例えば、ｉ行目、ここで、ｉは任意の自然数；ｉ＝１、２、・・・ｎ）のダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート端子ＴＧにパルス電圧（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）。
【００３６】
次いで、電荷蓄積動作（光蓄積動作）においては、トップゲートドライバ１１０により、トップゲート端子ＴＧにローレベル（例えば、Ｖtg＝−１５Ｖ）のバイアス電圧φＴｉを印加することにより、リセット動作を終了し、キャリヤ蓄積動作による電荷蓄積期間Ｔａがスタートする。電荷蓄積期間Ｔａにおいては、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。
【００３７】
そして、プリチャージ動作においては、ドレインドライバ１３０により、上記電荷蓄積期間Ｔａに並行して、プリチャージ信号φpgに基づいてドレインライン１０３を介して、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、上記プリチャージ期間Ｔprchを経過した後、ボトムゲートドライバ１２０によりボトムゲートライン１０２を介して、ボトムゲート端子ＢＧにハイレベル（例えば、Ｖbg＝＋１０Ｖ）のバイアス電圧（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１１０をＯＮ状態にする（読み出し期間Ｔread）。
【００３８】
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、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。
【００３９】
すなわち、電荷蓄積期間Ｔａにおける光蓄積状態が明状態の場合には、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１１０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、ドレイン電圧ＶＤは、低下することになる。一方、光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、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ＶＤが、ほぼそのまま保持されることになる。
【００４０】
したがって、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）に受光した光量に密接に関連し、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１１０に入射した光（照射光）の光量が換算される。
【００４１】
すなわち、トップゲートドライバ２１０からトップゲートライン１０１を介して、トップゲート端子ＴＧに信号φＴｉを印加することにより、フォトセンス機能が実現され、ボトムゲートドライバ２２０からボトムゲートライン１０２を介して、ボトムゲート端子ＢＧに信号φＢｉを印加し、ドレインライン１０３を介して検出信号をドレインドライバ２３０に取り込んで、シリアルデータ又はパラレルデータの出力電圧Ｖoutとして出力することにより、選択読み出し機能が実現される。
【００４２】
そして、このような特定の行に対する一連の画像読取動作を１サイクルとして、上述したフォトセンサアレイ１００における各行（ｉ、ｉ+１、・・・）ごとのダブルゲート型フォトセンサ群に対して、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用いたフォトセンサシステムを２次元画像の読取装置として動作させることができる。
【００４３】
ここで、特に、上述したようなフォトセンサシステムを備えた画像読取装置を指紋読取装置に適用した場合の概略動作について説明する。
図４は、上述したようなフォトセンサシステムを備えた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の一部を省略する。
【００４４】
図４に示すように、指紋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の下方側に設けられたバックライト（面光源）ＢＬから照射光ＬＴａを入射させ、この照射光ＬＴａがダブルゲート型フォトセンサ１０（詳しくは、可視光に対して不透明な材料で形成されたボトムゲート電極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及びトップゲート絶縁膜１５、ボトムゲート絶縁膜１６、保護絶縁膜２０を透過して、透明電極層３０上の指紋検知面（検知面）ＤＴに載置された指ＦＧに照射される。
【００４５】
そして、指紋読取装置による指紋の検出時においては、指ＦＧの皮膚表層ＦＳの半透明層が、フォトセンサアレイ１００（フォトセンサデバイスＰＤ）上に形成された透明電極層３０上面の検知面ＤＴに接触することにより、透明電極層３０と皮膚表層ＦＳ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ＦＳの厚さは、６５０ｎｍより厚いため、指紋ＦＰの凸部ＦＰａにおいて内部に入射された光ＬＴａは、皮膚表層ＦＳ内を散乱、反射しながら伝搬する。伝搬された光ＬＴｂの一部は、透明な透明電極層３０、透明な保護絶縁膜２０、トップゲート絶縁膜１５、ブロック絶縁膜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。
【００４６】
また、指紋ＦＧの凹部ＦＰｂにおいては、照射された光ＬＴａは、透明電極層３０の指紋検知面ＤＴと空気層との間の界面を通過し、空気層の先の指ＦＧに到達して皮膚表層ＦＳ内で散乱するが、皮膚表層ＦＳ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ＦＳ内の光ＬＴｃは空気層に抜けにくく、凹部ＦＰｂに対応する位置に配置されたダブルゲート型フォトセンサ１０の半導体層１１への入射が抑制される。
【００４７】
このように、指ＦＧの凸部ＦＰａ及び凹部ＦＰｂの各々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ＬＴｂ、ＬＴｃが入射されて生成、蓄積されるキャリヤ（正孔）の量の違いにより、上述した駆動制御方法に示したように、指ＦＧの画像パターン（指紋の凹凸パターン）を明暗情報として読み取ることができる。
【００４８】
＜第１の実施形態＞
次に、本発明に係る画像読取装置に、上述したフォトセンサシステムを適用した構成について、第１の実施形態を示して説明する。
図５は、本発明に係る画像読取装置の第１の実施形態の全体構成を示す概略構成図であり、図６は、本実施形態に係る画像読取装置の要部構成を示す概略断面図である。なお、ここでは、上述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（図１、図２、図４）を適宜参照しながら説明する。
【００４９】
図５、図６に示すように、本実施形態に係る画像読取装置は、概略、上述した構成を有するダブルゲート型フォトセンサ１０を、絶縁性基板１９の一面側にマトリクス状に配列して形成されたフォトセンサアレイ１００、及び、該フォトセンサアレイ１００上に形成された保護絶縁膜（透光性絶縁膜）２０からなるフォトセンサデバイスＰＤと、フォトセンサアレイ１００のアレイ領域を含む領域であって、保護絶縁膜２０上に一面的に形成された透明電極層（透明電極膜）３０と、フォトセンサデバイスＰＤ（フォトセンサアレイ１００）に配設されたトップゲートライン１０１に接続され、リセット期間Ｔrstにおいて特定の行のダブルゲート型フォトセンサ１０群にリセットパルスφＴｉを印加するトップゲートドライバ１１０と、フォトセンサデバイスＰＤに配設されたボトムゲートライン１０２に接続され、読み出し期間Ｔreadにおいて特定の行のダブルゲート型フォトセンサ１０群に読み出しパルスφＢｉを印加するボトムゲートドライバ１２０と、フォトセンサデバイスＰＤに配設されたドレインライン１０３に接続され、プリチャージ期間Ｔprchにおいてプリチャージ電圧を印加するとともに、読み出し期間Ｔreadにおいて特定の行のダブルゲート型フォトセンサ１０群に蓄積されたキャリヤの量を出力電圧として検出するドレインドライバ１３０と、を有して構成されている。
【００５０】
ここで、図５に示すように、上述した画像読取装置の各構成（フォトセンサデバイスＰＤ、透明電極層３０、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）は、例えば、ガラス基板やフィルム基板等の透明な絶縁性基板２００の一面側に搭載され、該絶縁性基板２００上には、トップゲートドライバ１１０及びボトムゲートドライバ１２０、ドレインドライバ１３０の各々と、図示を省略した外部のコントローラや電源供給手段等と電気的に接続するための引き出し配線ＬＮｔ、ＬＮｂ、ＬＮｄが配設されている。また、絶縁性基板２００上には、フォトセンサデバイスＰＤ上に形成される透明電極層３０と接地電位とを接続するための引き出し配線ＬＮｇが配設されている。ここで、引き出し配線ＬＮｔ、ＬＮｂ、ＬＮｄ、ＬＮｇは、絶縁性基板２００の一端側に設けられた接続端子群（図示を省略）を介して、外部のコントローラや電源供給手段等と接続されるように構成されていてもよい。
【００５１】
また、図６に示すように、フォトセンサデバイスＰＤの他面側（絶縁性基板２００の他面側）には、透明電極層３０上面の検知面ＤＴに載置、接触される被検出体（例えば、指等）に均一な光を照射する面光源ＢＬが配置されている。したがって、上述したフォトセンサデバイスＰＤ（ダブルゲート型フォトセンサ１０）の構成において示した絶縁性基板１９と、図５及び図６に示す絶縁性基板２００とは、同一のガラス基板等から構成されるものであってもよい。
【００５２】
以下、本実施形態に係る画像読取装置に適用される静電気除去機能について、具体的に説明する。
まず、上述したような構成を有する画像読取装置においては、図６に示すように、透明電極層３０が有する抵抗及び引き出し配線ＬＮｇの配線抵抗からなる抵抗成分Ｒが透明電極層３０と接地電位との間に形成されるとともに、透明電極層３０、保護絶縁膜２０等の絶縁膜（トップゲート絶縁膜１５、ボトムゲート絶縁膜１６；以下、「保護絶縁膜等」と記す）、及び、個別のダブルゲート型フォトセンサ１０の各電極（具体的には、トップゲート電極２１と一体的に形成されるトップゲートライン１０１、ボトムゲート電極２２と一体的に形成されるボトムゲートライン１０２、ドレイン電極１２と一体的に形成されるドレインライン１０３、及び、ソース電極１３と一体的に形成されるソースライン１０４）により形成される静電容量（寄生容量）Ｃ_０が、透明電極層３０に分布して付加された回路構成と等価と考えることができる。ここで、各ダブルゲート型フォトセンサ１０に形成される静電容量Ｃ_０の総和が容量成分Ｃに相当する。
【００５３】
一方、従来技術においても説明したように、静電気が帯電しやすい被検出体（人体等）の画像パターンを読み取る画像読取装置においては、被検出体が検知面ＤＴに載置、接触された際に、静電気による素子破壊や画像読取装置の誤動作を防止するために、被検出体に帯電する静電気以上の耐圧（静電気耐圧）を備えていることが要求される。ここで、前述のように、人体を被検出体とした場合には、概ね１０ｋＶ乃至１５ｋＶ以上の静電気が帯電することが判明したため、上述した構成を有する画像読取装置（指紋読取装置）においても、同等以上の静電気耐圧が要求される。
【００５４】
そこで、本願発明者は、このような観点に基づいて、上記抵抗成分Ｒ及び容量成分Ｃと、静電気耐圧との関係について、各種実験を行い、その結果を鋭意検討したところ、画像読取装置における静電気耐圧が、上記抵抗成分Ｒ及び容量成分Ｃの積により規定される時定数τ（＝Ｃ×Ｒ）と密接に関連していることを見出し、これに基づいて、人体を被検出体とする画像読取装置（指紋読取装置）において、十分な静電気耐圧を確保するために最適な時定数τの数値範囲を見出した。
【００５５】
まず、本実施形態に係る画像読取装置に適用した試験方法について説明する。
図７は、本実施形態に係る画像読取装置における静電耐圧と時定数の関係を測定する際に適用した試験方法を示す概略図である。
図７（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態においては、上述した構成を有する画像読取装置に対して、人体帯電モデルによるＥＳＤ（静電気放電）試験法を適用し、透明電極層３０及びダブルゲート型フォトセンサ１０の全ての電極を接地電位に接続した全端子接地状態（図７（ａ））と、透明電極層３０のみを接地電位に接続した透明電極接地状態（図７（ｂ））の各々について、時定数τを規定する透明電極層３０の抵抗（抵抗成分Ｒ）及び静電容量（容量成分Ｃ）の数値と、静電気耐圧に相当する印加電圧の数値を計測した。ここで、時定数τの数値を任意に設定する手法として、透明電極層３０の膜厚を変化させることにより、透明電極層３０の抵抗の数値を任意に設定し、また、保護絶縁膜２０の膜厚を変化させることにより、透明電極層３０に付加される静電容量の数値を任意に設定し、以て、時定数τの数値を変化させるようにした。
【００５６】
具体的には、全端子接地状態におけるＥＤＳ試験においては、図７（ａ）に示すように、透明電極層３０及び保護絶縁膜２０を任意の膜厚で形成したフォトセンサデバイスＰＤを、試料台ＳＴＧ上に設置し、透明電極層３０を引き出し配線ＬＮｇを介して接地電位に接続するとともに、ダブルゲート型フォトセンサ１０の各電極も接地電位に接続した状態に設定する。次いで、透明電極層３０上の検知面ＤＴに対して放電ガンＳＰを接触させて、任意の電圧を印加することにより、帯電した被検出体が接触した場合と同等の状態に設定する。
【００５７】
一方、透明電極接地状態におけるＥＤＳ試験においては、図７（ｂ）に示すように、試料台ＳＴＧ上に設置されたフォトセンサデバイスＰＤにおいて、透明電極層３０のみを引き出し配線ＬＮｇを介して接地電位に接続するとともに、ダブルゲート型フォトセンサ１０の各電極をフローティング状態（浮遊電圧状態）にした状態に設定する。次いで、透明電極層３０上の検知面ＤＴに対して放電ガンＳＰを接触させて、任意の電圧を印加する。
【００５８】
このような試験方法により、透明電極層３０に印加された電圧に基づく電荷は、透明電極層３０とダブルゲート型フォトセンサ１０の各電極との電位差に基づいて、保護絶縁膜２０等により形成される静電容量に保持、蓄積されるとともに、透明電極層３０と接地電位との間の電位差にしたがって、透明電極層３０よりも低い配線抵抗を有する引き出し配線ＬＮｇを介して、接地電位に接続された試料台ＳＴＧに徐々に流れる。そして、放電ガンＳＰによる印加電圧を変化させたとき、フォトセンサデバイスＰＤ（ダブルゲート型フォトセンサ１０）の破壊が生じず良好に保たれる、最大の印加電圧を静電気耐圧として計測した。
【００５９】
図８は、上記試験方法による画像読取装置の時定数と静電気耐圧の関係を示すグラフである。ここでは、透明電極層３０としてＩＴＯ膜を適用し、透明電極層３０の膜厚を、５０ｎｍ（５００Å）、１５０ｎｍ（１５００Å）に設定するとともに、保護絶縁膜２０等としてシリコン窒化膜を適用し、保護絶縁膜２０の膜厚を６００ｎｍ（６０００Å）、８００ｎｍ（８０００Å）、１０００ｎｍ（１μｍ）に設定した場合における静電気耐圧（最大印加電圧）を計測した。
まず、透明電極層３０のシート抵抗及び保護絶縁膜２０の静電容量と時定数τの関係、並びに、該時定数における静電気耐圧の測定データを表１に示す。
【００６０】
【表１】

【００６１】
表１に示すように、透明電極層３０を形成するＩＴＯ膜においては、膜厚が厚くなるほどシート抵抗が減少する傾向を示す。なお、本実施形態において、透明電極層３０は略正方形に形成されているため、透明電極層３０の抵抗値はシート抵抗と同じになる。そのため、以降、透明電極層３０の抵抗をシート抵抗で表す。
一方、保護絶縁膜２０を形成するシリコン窒化膜においては、膜厚が厚くなるほど静電容量が減少する傾向を示す。したがって、これらのシート抵抗（抵抗成分Ｒ）と静電容量（容量成分Ｃ）の積により規定される時定数τは、透明電極層３０の膜厚が厚く形成され（すなわち、シート抵抗が低く設定され）、かつ、保護絶縁膜２０の膜厚が厚く形成される（すなわち、静電容量が低く設定される）ほど小さくなる。
【００６２】
そして、表１に示した数値を有するシート抵抗及び静電容量に設定された画像読取装置において、上記試験方法に基づいて静電気耐圧を測定すると、表１及び図８に示すように、いずれの試験方法においても、時定数τが小さいほど静電気耐圧が大きくなる傾向を示すことが判明した。
このことから、本実施形態に係る画像読取装置を、例えば、人体を被検出体とする指紋読取装置等に適用する場合、人体が帯電する静電気（１０乃至１５ｋＶ）以上の耐圧を実現するためには、透明電極層３０の膜厚を厚くしてシート抵抗（抵抗成分Ｒ）を低く設定するとともに、保護絶縁膜２０等の膜厚を厚くして静電容量（容量成分Ｃ）を低く設定して、時定数τを極力小さくすることが有効であることがわかる。
【００６３】
しかしながら、上述したように、透明電極層３０及び保護絶縁膜２０等は、被検出体の画像パターンに応じた光を各ダブルゲート型フォトセンサ１０に良好に入射させるために高い透光性を有している必要があるため、上記静電気耐圧を向上させる（時定数τを小さくする）ために透明電極層３０及び保護絶縁膜２０等の膜厚を厚く形成することは、膜内での光の反射や散乱、減衰等により透光特性を劣化させて、フォトセンサデバイスの読取感度や精度の低下を招く可能性を有している。したがって、静電気耐圧を十分確保しつつ、適正な読取感度を実現することができる時定数τの数値範囲を決定する必要がある。
【００６４】
そこで、本願発明者は、このような実験結果、及び、フォトセンサデバイスに要求される読取感度等の条件に基づいて、鋭意検討した結果、図８に示すように、１０乃至１５ｋＶ以上の静電気耐圧（静電気除去機能）と良好なデバイス特性（読取感度や精度）を実現するためには、時定数τが概ね０．３μsec以下（１０ｋＶ以上の静電気耐圧の場合）、より好ましくは、０．２５μsec以下（１５ｋＶ以上の静電気耐圧の場合）になるように、透明電極層３０のシート抵抗及び保護絶縁膜２０の静電容量を設定することが有効であることを見出した。なお、この場合においても、時定数τを０．３μsec以下にするために、透明電極層３０及び保護絶縁膜２０等の膜厚を極端に厚く形成しないようにすることが好ましく、成膜条件や材料組成等により極力薄い膜厚で、上記時定数τの数値範囲を実現することが好ましい。
【００６５】
ここで、上記時定数τの数値範囲を規定する０．３μsecは、表１に示した測定データに基づいて検証すると、透明電極層３０のシート抵抗を概ね３０Ω／□以下となるように形成し、保護絶縁膜２０により形成される静電容量を概ね１０ｎＦ以下になるように形成した構成に相当する。そして、このシート抵抗と静電容量の数値範囲は、本実施形態においては、表１に示したように、透明導電層３０となるＩＴＯ膜の膜厚を概ね１５０ｎｍ（１５００Å）以上になるように成膜し、保護絶縁膜２０となるシリコン窒化膜の膜厚を概ね６００ｎｍ（６０００Å）以上になるように成膜した構成に相当するが、シート抵抗や静電容量と膜厚との関係は、成膜条件や材料組成、結晶状態等に大きく依存するため、必ずしも一義的な関係を有するものではなく、また、透明電極層３０と保護絶縁膜２０の膜厚（シート抵抗と静電容量）の組み合わせも個別に設定されるものであるので、これらの膜厚のみによって時定数τや静電気耐圧が一義的に決定されるものではない。
【００６６】
したがって、本実施形態に係る画像読取装置においては、透明電極層の抵抗成分及び保護絶縁膜等の容量成分（静電容量）の積により規定される時定数を、０．３μsec以下となる数値範囲に限定的に設定することにより、画像読取装置を、人体のように極めて大きい（１０乃至１５ｋＶ以上）静電気が帯電する対象物を被検出体とする指紋読取装置等に適用する場合であっても、検知面に印加される静電気を良好に接地電位に放電することができるので、フォトセンサの素子破壊やシステムの誤動作の発生を良好に防止又は抑制することができる。
【００６７】
また、本実施形態に係る画像読取装置においては、従前の構成に対して、特別な構成を付加することなく、透明電極層及び保護絶縁膜等の膜質（膜厚や成膜条件、材料組成等）を制御するのみで、所望の時定数τを有する構成を比較的簡易かつ安価に実現することができるので、既存の構成に良好に適用して、静電気除去機能に優れた画像読取装置を提供することができる。
【００６８】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明に係る画像読取装置の第２の実施形態について説明する。
図９は、本発明に係る画像読取装置の第２の実施形態の全体構成を示す概略構成図であり、図１０は、本実施形態に係る画像読取装置の要部構成を示す概略断面図である。図１１は、本発明に係る画像読取装置の第２の実施形態の他の構成例を示す概略構成図である。なお、ここでは、上述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。
【００６９】
図９、図１０に示すように、本実施形態に係る画像読取装置は、上述した第１の実施形態（図５参照）と同様の構成を有するフォトセンサデバイスＰＤ上に形成される透明電極層３０が、フォトセンサアレイ１００の受光領域（アレイ領域）ＡＲの外方に延在するように形成され、該透明電極層３０の任意の領域に、透明電極層３０及び接地電位に電気的に接続された導電性部材ＦＲが設けられた構成を有している。
【００７０】
ここで、導電性部材ＦＲは、その設置領域を特に限定するものではないが、例えば、図９、図１０に示すように、透明電極層３０の周縁部であって、フォトセンサアレイ１００のアレイ領域ＡＲ上に重ならない領域であり、かつ、透明電極層３０上の検知面ＤＴに被検出体が載置、接触された状態においても、該被検出体が直接導電性部材ＦＲに接触しない領域に形成されている。すなわち、導電性部材ＦＲは、少なくともアレイ領域ＡＲを露出するように、アレイ領域ＡＲの周辺の透明電極層３０上に設けられている。
【００７１】
また、導電性部材ＦＲは、任意の箇所から延在する引き出し配線ＬＮｆにより、絶縁性基板２００外部の接地電位と接続され、これにより、透明電極層３０を接地電位に電気的に接続している。ここで、導電性部材ＦＲを構成する導電性材料としては、透明電極層３０を構成するＩＴＯ膜や酸化スズ膜等に比較して、電気抵抗が極めて小さい良導体を良好に適用することができ、例えば、クロム、アルミニウム、もしくは、クロムを含む合金材料、アルミニウムを含む合金材料等から選択された導電性材料を良好に適用することができる。
【００７２】
ここで、本実施形態に係る画像読取装置において、透明電極層３０のシート抵抗は、導電性部材ＦＲを有しない場合には、前述の第１の実施形態の形態と同じとなるため、３０Ω／□以下とすることが必要となる。そして、透明電極層３０のシート抵抗が概ね３０Ω／□以下になるように設定するためには、前述のように、透明電極層３０の成膜条件や材料組成等にもよるが、概ね１５０ｎｍ（１５００Å）以上の膜厚を有している必要がある。しかしながら、上述した第１の実施形態においても説明したように、フォトセンサアレイ１００上の透明電極層３０や保護絶縁膜２０等の膜厚を厚く形成すると、透明電極層３０や保護絶縁膜２０等の光透過性を劣化させて、フォトセンサデバイスの読取感度や精度を悪化させる可能性を有している。
【００７３】
そこで、本実施形態においては、低抵抗材料からなる導電性部材ＦＲを透明電極層３０の周縁部に設け、透明電極層３０と導電性部材ＦＲとを電気的に接続するように構成している。これにより、前述の抵抗成分Ｒは、透明電極層３０と導電性部材ＦＲとを合わせて構成されるものとなるため、実質的に透明電極層３０の抵抗を低減することができる。
すなわち、例えば、透明電極層３０の膜厚を比較的薄く（例えば、５０ｎｍ（５００Å）程度）形成して、透明電極層３０単独での抵抗が高くなった場合であっても、低抵抗の導電性部材ＦＲと合わせた抵抗成分Ｒは低くすることができるので、実質的に透明電極層３０のシート抵抗を概ね３０Ω／□以下に設定した場合と同等の電気特性（放電特性）を得ることができるようにしている。
【００７４】
このように、透明電極層３０の周縁部に、良導体からなる導電性部材ＦＲ及び引き出し配線ＬＮｆを介して接地電位に接続することにより、透明電極層３０のシート抵抗を実質的に低抵抗になるように設定することができるとともに、透明電極層３０から導電性部材ＦＲ及び引き出し配線ＬＮｆを介して接地電位に至る電流経路における抵抗値を全体として低く設定することができるので、透明電極層３０の膜厚を比較的薄く形成することができる。したがって、透明電極層３０上の検知面ＤＴに、人体のように極めて大きい（１０乃至１５ｋＶ以上）静電気が帯電した被検出体（指等）が、載置、接触された場合であっても、透明電極層３０から導電性部材ＦＲ及び引き出し配線ＬＮｆを介して、接地電位に良好に放電することができ、フォトセンサデバイスＰＤへの過大な電圧の印加や過電流の流下を抑制して、ダブルゲート型フォトセンサ１０の素子破壊やシステムの誤動作の発生を良好に防止又は抑制することができるとともに、フォトセンサデバイスの読取感度や精度を良好に確保することができる。
【００７５】
なお、本実施形態においては、図９、図１０に示したように、導電性部材ＦＲを、透明電極層３０の周縁部であって、フォトセンサアレイ１００のアレイ領域ＡＲに重ならない領域であり、かつ、被検出体が直接接触しない領域に形成した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、透明電極層３０上の検知面ＤＴに被検出体（例えば、指ＦＧ）が載置、接触された状態において、被検出体が検知面ＤＴ及び導電性部材ＦＲの双方に接触するように構成したものであってもよい。この場合、被検出体が検知面ＤＴに接触する前に、導電性部材ＦＲに接触するように、その設置領域や形状が適宜に設定されていることが望ましい。
【００７６】
このような構成を有する画像読取装置によれば、透明電極層上の検知面への被検出体の載置、接触に際して、検知面（透明電極層）への被検出体の接触と同時に、もしくは、検知面への接触に先立って、低抵抗の導電性部材に被検出体が接触するので、被検出体に帯電した静電気を低抵抗の導電性部材及び引き出し配線を介して接地電位に良好に放電することができ、フォトセンサの素子破壊やシステムの誤動作の発生を良好に防止又は抑制することができる。
また、本実施形態においては、アレイ領域ＡＲ周辺に延在するように形成された透明電極層３０上に導電性部材ＦＲを積層形成する場合についてのみ説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、少なくとも導電性部材ＦＲの一部が透明電極層３０に電気的に接触した構成を有するものであってもよい。
【００７７】
＜第３の実施形態＞
次に、本発明に係る画像読取装置の第３の実施形態について説明する。
本実施形態においては、上述した第１の実施形態に示した時定数を所定の数値範囲に設定することにより静電気耐圧を向上させる静電気除去機能と、第２の実施形態に示した透明電極層の周縁部に低抵抗の導電性部材を設けて、透明電極層のシート抵抗を実質的に低減することにより静電気耐圧を向上させる静電気除去機能の双方を備えた構成を有している。
【００７８】
具体的には、第２の実施形態に示した全体構成（図９、図１０）において、フォトセンサアレイ１００のアレイ領域ＡＲの外方にまで延在して形成された透明電極層３０の周縁部に、該透明電極層３０よりも低抵抗の導電性部材ＦＲが設けられているとともに、該透明電極層３０のシート抵抗（抵抗成分）と保護絶縁膜２０等により形成される静電容量（容量成分）とにより規定される時定数τの実質的な数値が、概ね０.３μsec以下になるように設定されている。
【００７９】
ここで、本実施形態に係る画像読取装置においては、第２の実施形態に示したように、透明電極層３０の周縁部に、該透明電極層３０よりも低抵抗の導電性部材ＦＲが電気的に接続する構成を有していることにより、透明電極層３０から導電性部材ＦＲ及び引き出し配線ＬＮｆを介して接地電位に至る電流経路における抵抗値を全体として低減することができるので、透明電極層３０のシート抵抗を実質的に低く設定した場合と同等の効果が得られる。
【００８０】
これにより、第１の実施形態に示したように、透明電極層３０のシート抵抗と保護絶縁膜２０等による静電容量との積により規定される時定数τを、透明電極層３０の膜厚を厚くする等の、膜質の変更制御を行うことなく、実質的に低く設定することができるので、表１及び図８に示したように、静電気耐圧の向上を図ることができる。したがって、比較的簡易な構成により、検知面を構成する透明電極層の膜厚を薄く形成しつつ、そのシート抵抗を実質的に低く設定して、検知面における時定数を低減して静電気の放電特性を向上させることができるので、フォトセンサの素子破壊やシステムの誤動作の発生を良好に防止又は抑制することができるとともに、フォトセンサデバイスの読取感度や精度を良好に確保することができる画像読取装置を提供することができる。
【００８１】
なお、上述した実施形態においては、フォトセンサシステムに適用する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、これ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ことはいうまでもない。
また、以上の説明では被検出体として「指」を例に示し、読取対象となる画像として「指紋」を例に示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、上述したような静電気に帯電しやすい性質を有する被検出体であれば、指以外の人体の特定の部位や他の物体を検出対象とするものであってもよい。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る画像読取装置によれば、複数のフォトセンサをマトリクス状に配列したフォトセンサデバイスの最上層に、検知面を構成するとともに、接地電位に接続された透明電極層を備えた画像読取装置において、各フォトセンサはトランジスタ構造を有し、少なくとも、絶縁性基板の前記一面側に形成された半導体層からなるチャネル領域を挟んで形成されるソース電極とドレイン電極と前記チャネル領域に対して絶縁膜を介して形成されるゲート電極とを含む複数の制御電極と、該各制御電極に接続される複数の信号配線と、を有し、検知面と接地電位間の抵抗と、保護絶縁膜等（透光性絶縁膜）を介して対向して配置される透明導電層と各フォトセンサの各制御電極及び各信号配線により形成される静電容量との積により規定される時定数が、概ね０．３μｓｅｃ以下、より望ましくは、概ね０．２５μｓｅｃ以下になるように設定された構成を有しているので、本発明に係る画像読取装置を、例えば、人体のように極めて大きい（１０乃至１５ｋＶ以上）静電気が帯電する対象物を被検出体とする指紋読取装置等に適用する場合であっても、透明電極層から接地電位に至る電流経路における抵抗成分を低減して、被検出体に帯電した電荷を流れやすくすることができる。
【００８３】
したがって、検知面（透明電極層）に印加される静電気を良好に接地電位に放電することができ、フォトセンサの素子破壊やシステムの誤動作の発生を良好に防止又は抑制することができる。
また、本発明に係る静電気除去機能の構成によれば、従前の構成に対して、特別な構成を付加することなく、透明電極層及び保護絶縁膜等の膜質（膜厚や成膜条件、材料組成等）を制御するのみで、所望の時定数を有する構成を比較的簡易かつ安価に実現することができるので、既存の構成に良好に適用して、優れた静電気除去機能を有する画像読取装置を提供することができる。
【００８４】
さらに、透明電極層の周縁部に低抵抗の導電性部材を設けて接地電位に接続した構成においては、検知面と低電位電源間の抵抗成分の値を透明電極層の抵抗値より低くすることができて、透明電極層の膜厚を厚く形成することなく、透明電極層から導電性部材を介して接地電位に至る電流経路の抵抗成分を一層低く設定することができるので、被写体に帯電した静電気を接地電位に良好に放電しつつ、透明電極層における光の反射や散乱等を抑制して、フォトセンサデバイスの読取感度や精度を良好に確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像読取装置に適用可能なダブルゲート型トランジスタによるフォトセンサの概略構成を示す断面構造図である。
【図２】ダブルゲート型フォトセンサを２次元配列して構成されるフォトセンサアレイを備えたフォトセンサシステムの概略構成図である。
【図３】フォトセンサシステムにおける基本的な駆動制御方法を示すタイミングチャートである。
【図４】フォトセンサシステムを備えた指紋読取装置の要部断面図である。
【図５】本実施形態に係る画像読取装置の要部構成を示す概略断面図である。
【図６】本実施形態に係る接触検出装置の接触検知動作の一例を示す概念図である。
【図７】本実施形態に係る画像読取装置における静電耐圧と時定数の関係を測定する際に適用した試験方法を示す概略図である。
【図８】画像読取装置の静電気耐圧と時定数の関係を示すグラフである。
【図９】本発明に係る画像読取装置の第２の実施形態の全体構成を示す概略構成図である。
【図１０】本実施形態に係る画像読取装置の要部構成を示す概略断面図である。
【図１１】本発明に係る画像読取装置の第２の実施形態の他の構成例を示す概略構成図である。
【図１２】従来技術において静電気除去機能を備えた画像読取装置の一構成例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
ＦＧ 指
１０ ダブルゲート型フォトセンサ
２０ 保護絶縁膜
３０ 透明電極層
ＤＴ 検知面
ＰＤ フォトセンサデバイス
ＦＲ 導電性部材
ＡＲ アレイ領域
ＬＮｇ、ＬＮｆ 引き出し配線

Claims (9)

1. 絶縁性基板の一面側に配列された複数のフォトセンサと、該複数のフォトセンサを被覆するように設けられた透光性絶縁膜と、を有して構成されるフォトセンサデバイスを備え、該フォトセンサデバイス上に被検出体を載置して、該被検出体の画像パターンを読み取る画像読取装置において、
   前記画像読取装置は、少なくとも、
   前記透光性絶縁膜上に、
   前記被検出体が直接載置、接触される検知面を備えた透明電極膜と、
   該透明電極膜を所定の低電位電源に接続する配線と、
   前記透明電極膜と前記配線との間に介在する、前記透明電極膜の抵抗値より低い抵抗値を有する導電性部材と、
   を有し、
   前記各フォトセンサはトランジスタ構造を有し、少なくとも、前記絶縁性基板の前記一面側に形成された半導体層からなるチャネル領域を挟んで形成されるソース電極とドレイン電極と前記チャネル領域に対して絶縁膜を介して形成されるゲート電極とを含む複数の制御電極と、該各制御電極に接続される複数の信号配線と、を有し、
   前記検知面と前記低電位電源間に存在する、前記透明電極膜と前記導電性部材とにより構成される抵抗成分と、前記透光性絶縁膜を介して相互に対向して配置される前記透明電極膜と前記フォトセンサの前記各制御電極及び前記各信号配線とにより形成される容量成分と、により規定される時定数が０．３μｓｅｃ以下に設定されていることを特徴とする画像読取装置。
2. 前記画像読取装置において、前記時定数は０．２５μｓｅｃ以下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。
3. 前記抵抗成分の値は、３０Ω以下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。
4. 前記画像読取装置は、前記容量成分が、１０ｎＦ以下の静電容量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。
5. 前記導電性部材は、該透明電極膜上の所定の領域に電気的に接続して設けら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。
6. 前記導電性部材は、クロム、アルミニウム、もしくは、クロムを含む合金材料、アルミニウムを含む合金材料から選択された導電性材料により構成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。
7. 前記透明電極膜は、インジウム−スズ酸化物を主体とする材質を有していることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の画像読取装置。
8. 前記フォトセンサは、前記ゲート電極として、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、を有し、
   前記第１のゲート電極にリセットパルスを印加して前記フォトセンサを初期化し、前記ドレイン電極にプリチャージパルスを印加した後、前記第２のゲート電極に読み出しパルスを印加することにより、前記初期化終了から前記読み出しパルスの印加までの電荷蓄積期間に、前記チャネル領域に蓄積された電荷に対応する電圧を出力電圧として出力し、
   前記画像読取装置は、前記プリチャージパルスに係る信号電圧と前記出力電圧との差分を、明暗信号として観測することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の画像読取装置。
9. 前記画像読取装置は、前記被検出体として人体を観測し、該人体固有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８のいずれかに記載の画像読取装置。

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