JP4479024B2

JP4479024B2 - 撮像装置

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Publication number: JP4479024B2
Application number: JP29739599A
Authority: JP
Inventors: 裕康山田
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 1999-10-19
Filing date: 1999-10-19
Publication date: 2010-06-09
Anticipated expiration: 2019-10-19
Also published as: JP2001119008A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フォトセンサシステム（撮像装置）には、複数のフォトセンサ（受光素子）がマトリックス状に配置され、フォトセンサとしてフォトダイオードが用いられている。
【０００３】
上記したようなフォトセンサは、光を照射されることによって電荷を発生させる。また、その電荷量は照射された光の量によって変化するため、フォトセンサが発生させた電荷量を測定することによって光量を知ることができる。
上記フォトセンサシステムの動作時には、フォトセンサシステムに隣接して設けられた水平走査回路及び垂直走査回路によって、フォトセンサシステムに走査電圧が印加される。これにより、各フォトセンサの電荷量を検出し、照射光の光量を検出し、撮像を行っている。
【０００４】
上記以外にも、ＣＣＤやＣＭＯＳをフォトセンサとして用いた撮像装置がある。ＣＣＤやＣＭＯＳも、照射された光の光量に応じて電荷を発生させる。このため、このような撮像装置の動作時にも、隣接して設けられた水平走査回路及び垂直走査回路等から電圧が印加される。これによって、各フォトセンサの電荷量を検出し、照射光の光量を検出している。
【０００５】
また、撮像対象物が有する表面の凹凸を検知するために、静電容量方式を用いた撮像装置がある。このような撮像装置は、例えば２枚の金属膜で柔軟な緩衝剤を挟んだコンデンサを備えている。撮像時には、このコンデンサに撮像対象物の凸部が接触することによって２枚の金属膜の間隔が変化し、コンデンサの容量が変化する。そして、この容量変化を検出することによって撮像対象物を撮像している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記ＣＣＤ、又は、ＣＭＯＳ等を用いた撮像装置は、フォトセンサとフォトセンサを駆動するための回路とが、互いに隣接して設けられているため、撮像装置を１チップ状に形成しようとした場合は、チップの面積が大きくなってしまう。即ち、撮像装置が大型化するという問題がある。
また、静電容量方式を用いた撮像装置は、撮像対象物の凸部によって変化した容量を検出して撮像するため、例えば指紋のように柔らかく、且つ微細なパターンを有する撮像対象物の像を鮮明に得ることができない場合があるという問題がある。
【０００７】
従って、本発明は、小型で微細なパターンを有する撮像対象物の像を鮮明に得ることが可能な撮像装置を提供することを目的とする。また、本発明は、１チップ状に形成された小型な撮像装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明にかかる撮像装置は、
撮像対象物中に光を入射する発光手段と、
前記撮像対象物中を伝搬して該撮像対象物から出射した光を受光し、受光した光量に応じた電気信号を発生させる光電変換手段と、
前記光電変換手段が発生させた電気信号を検出することによって撮像対象物を撮像する制御手段と、
を備え、
前記光電変換手段は、マトリックス状に配置された複数のダブルゲートトランジスタを備え、
前記ダブルゲートトランジスタは、ソース電極と、ドレイン電極と、ソース電極及びドレイン電極を挟んで対向するように設けられた２つのゲート電極と、を備え、
前記制御手段上には絶縁層が形成され、
前記絶縁層上には前記光電変換手段が形成され、
前記制御手段と前記光電変換手段は、前記絶縁層中に形成した複数の接続によって電気的に接続され、１チップ状に積層されており、
前記制御手段は、
複数の前記ダブルゲートトランジスタの一方のゲート電極に行毎に所定の電圧を印加する第１ドライバ回路と、
複数の前記ダブルゲートトランジスタの他方のゲート電極に行毎に所定の電圧を印加する第２ドライバ回路と、
前記ダブルゲートトランジスタのソース電極及びドレイン電極の一方に所定の電圧を印加する第３ドライバ回路と、
前記第１ドライバ回路、前記第２ドライバ回路及び前記第３ドライバ回路を制御する制御回路と、
を備え、
前記第１ドライバ回路の上部には前記光電変換手段の前記一方のゲート電極線端が形成されており、
前記第２ドライバ回路の上部には前記光電変換手段の前記他方のゲート電極線端が形成されており、
前記第３ドライバ回路の上部には前記光電変換手段の前記ソース電極及び前記ドレイン電極の一方に所定の電圧を印加する配線端が形成されており、
前記制御回路の上部には前記光電変換手段の複数の前記ダブルゲートトランジスタが形成されている、
ことを特徴とする。
この発明によれば、撮像対象物中を伝搬し、撮像対象物から出射した光（出射光）を使用して撮像している。撮像対象物が、例えば微細な凹凸パターン又は白黒パターンを有していても、その凹凸又は白黒によって出射光の量が変わる。このため、撮像対象物が微細なパターンを有していても、撮像対象物の像を鮮明に得ることができる。制御手段の上部に光電変換手段を設けたので装置を小型にできる。
【００１０】
前記光電変換手段が形成されている面積と、前記制御手段が形成されている面積とは、同一であってもよい。
前記光電変換手段は前記面積のほぼ全面を使用してもよい。
前記発光手段は、撮像対象物が前記光電変換手段上に接触した際、該撮像対象物の側面に接触するように、該光電変換手段上に設けられていてもよい。
前記発光手段は、前記光電変換手段と共に撮像対象物を挟むように、該光電変換手段に対向する位置に設けられていてもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態にかかる撮像装置について図面を参照して説明する。
本発明の実施の形態にかかる撮像装置は、例えば図１に示すように、指紋認証装置として使用される。なお、図１は、上記撮像装置が撮像対象物である指紋を撮像している状態を示している。
図１に示すように、撮像装置は、光源１００と、画像認証部２００と、支持台３００と、から構成されている。
【００１２】
光源１００は、撮像対象物（指）が図１に示すように撮像装置の表面に接触した時、撮像対象物の側面に接触するように配置されている。光源１００から出射した光は、図１中の矢印で示したように指中（具体的には、指の表皮中）を伝搬する。そして、その光の一部は、撮像対象物から画像認証部２００に入射する。
【００１３】
指を支持する支持台３００は、上面の周囲に指の外周に沿った形状の光源１００を載置し、さらに光源１００の内周にあたる上面には、僅かに離間した複数の電極を有し、指が電極間を跨るように接触することにより電極間に発生する電気的変位、例えば電圧を読み取って検知するセンサ３００Ａを備え、センサが検知すると検知信号を画像認証部２００に出力する。また支持台３００のセンサ３００Ａの内周には開口部３００Ｂが設けられており、また支持台３００の下面には、開口部３００Ｂと重なるように画像認証部２００が設けられ、指をセンサ３００Ａに接触するように載置すると、指の先端の指紋にあたるところが開口部３００Ｂで囲まれた空間を介して画像認証部２００に接触するように設定されている。また、支持台３００は光源１００から出射した光が画像認証部２００に直接入射することを防止するように光源１００からの光に対し遮光性を示し、撮像対象物中を伝搬した光のみが開口部３００Ｂで囲まれた空間を介して画像認証部２００に入射するような構造になっている。なお、支持台３００の材質は、光源１００からの光を遮断できるものであれば、例えばゴム等の絶縁物でもよい。
【００１４】
画像認証部２００は、指がセンサ３００Ａに接触すると出力される検知信号の入力に応じて、光源１００が発光を開始するように所定の信号を光源１００に出力するとともに、光源１００からの光に応じてパターニングされる指の画像を認証する。指等の撮像対象物はその表面に凹凸を有しているため、撮像対象物の表面には、画像認証部２００に接触している部分と接触していない部分とが存在する。撮像対象物が画像認証部２００に接している部分では、撮像対象物から出射した光が画像認証部２００に直接入射し、この光を受光素子が検知する。一方、撮像対象物が画像認証部２００に接触していない部分では、撮像対象物と画像認証部２００との間に撮像対象物より屈折率の低い空気が存在しているために撮像対象物から光があまり出射しないため、その下方にある受光素子は光を十分検知しない。このように撮像対象物から画像認証部２００に入射する光の量に差が生じ、画像認証部２００は、この光量の差を検出することによって撮像対象物を撮像する。なお、画像認証部２００の詳しい構造及び動作については後述する。
【００１５】
次に、上記画像認証部２００の構成について説明する。
図２（ａ）及び図２（ｂ）は、画像認証部２００の構成を示す平面図である。なお、画像認証部２００は２層から構成されており、図２（ａ）は第１層２００Ａの構成を示しており、図２（ｂ）は第２層２００Ｂの構成を示している。
図２（ａ）に示すように、第１層２００Ａは、ダブルゲートトランジスタがマトリックス状に配置された２次元ダブルゲートセンサ（ダブルゲート構造ＴＦＴ（Thin Film Transistor）フォトセンサ）が設けられている。
【００１６】
具体的には、２次元ダブルゲートセンサは、図２（ａ）に示すように、絶縁性基板２１１と、トップゲート電極線２１２と、ボトムゲート電極線２１３と、データ線２１４と、マトリクス状に配置された複数のダブルゲートトランジスタ２１５と、から構成されている。
絶縁性基板２１１は、例えば第２層２００Ｂ上にＣＶＤ（化学気相堆積）法等によって形成された酸化シリコン膜等である。即ち、絶縁性基板２１１は、トップゲート電極線２１２、ボトムゲート電極線２１３、データ線２１４、及び、ダブルゲートトランジスタ２１５と、第２層２００Ｂとの間に形成され、層間絶縁膜としての役割を果たす。また、絶縁性基板２１１は、複数のコンタクトプラグ（図示せず）を有し、トップゲート電極線２１２、ボトムゲート電極線２１３、及び、データ線２１４と第２層２００Ｂとを電気的に接続する。
【００１７】
ダブルゲートトランジスタ２１５は、トップゲート電極線２１２及びボトムゲート電極線２１３と、データ線２１４との交点に相当する位置の、トップゲート電極線２１２とボトムゲート電極線２１３との間に形成され、例えば図３に示すように構成されている。
図３に示すように、ダブルゲートトランジスタ２１５は、絶縁性基板２１１上に形成されたボトムゲート電極（ＢＧ）２３１と、ボトムゲート電極２３１を覆うように形成されたボトムゲート絶縁膜２３２と、ボトムゲート絶縁膜２３２上に設けられた半導体層２３３と、半導体層２３３の上面中央に設けられたブロッキング層２４０と、半導体層２３３の両端にそれぞれ設けられたｎ^＋シリコン層２３６と、ｎ^＋シリコン層２３６上にそれぞれ設けられたソース電極（Ｓ）２３４及びドレイン電極（Ｄ）２３５と、ソース電極（Ｓ）２３４及びドレイン電極（Ｄ）２３５を覆うように設けられたトップゲート絶縁膜２３７と、トップゲート絶縁膜２３７上に設けられたトップゲート電極（ＴＧ）２３８と、その上に設けられたオーバーコート膜２３９と、から構成されている。
【００１８】
トップゲート電極線２１２は、トップゲート絶縁膜２３７上に所定間隔で行方向に複数形成され、各々が行方向に揃った複数のダブルゲートトランジスタ２１５のトップゲート電極２３８に接続されている。
ボトムゲート電極線２１３は、絶縁性基板２１１上に所定間隔で行方向に複数形成され、各々が行方向に揃った複数のダブルゲートトランジスタ２１５のボトムゲート電極２３１に接続されている。
データ線２１４は、トップゲート電極線２１２及びボトムゲート電極線２１３にほぼ直交するように、即ち列方向に所定間隔で複数形成され、各々が列方向に揃った複数のダブルゲートトランジスタ２１５のドレイン電極２３５に接続されている。
【００１９】
ボトムゲート電極２３１は、約１００ｎｍの厚さのクロムやアルミニウム等の可視光に対し遮光性の導電物からなり、ボトムゲート電極線２１３に接続されている。
ボトムゲート絶縁膜２３２は、窒化シリコン（ＳｉＮ）等から形成され、ボトムゲート電極２３１を覆うように絶縁性基板２１１上に形成されている。また、ボトムゲート絶縁膜２３２の厚さは約２５０ｎｍである。
半導体層２３３は、約５０ｎｍの厚さを有し、ボトムゲート絶縁膜２３２上の、ボトムゲート電極２３１と対向する位置に形成されている。なお、半導体層２３３は、ｉ型アモルファス・シリコン（ｉ−ａ−Ｓｉ）から形成されている。
【００２０】
ソース電極２３４及びドレイン電極２３５は、約５０ｎｍの厚さを有し、半導体層２３３を挟み、さらに半導体層２３３上に所定の間隔を隔てて相対向するように形成されている。なお、ソース電極２３４及びドレイン電極２３５は、それぞれリン等のドーパントが拡散されたアモルファスシリコンから形成されたｎ⁺シリコン層２３６を介して半導体層２３３上に接続されている。また、ソース電極２３４は接地されており、ドレイン電極２３５はデータ線２１４に接続されている。なお、ｎ^＋シリコン層２３６の厚さは約２５ｎｍであり、ソース電極２３４とドレイン電極２３５との間隔は約７μｍである。
【００２１】
トップゲート絶縁膜２３７及びブロッキング層２４０は、透明な窒化シリコン等から形成され、半導体層２３３、ソース電極２３４、及び、ドレイン電極２３５上に形成されている。なお、トップゲート絶縁膜２３７並びにブロッキング層２４０の厚さはそれぞれ約１５０ｎｍ、１００ｎｍである。
【００２２】
トップゲート電極２３８は、透明な導電性材料（例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide））から形成され、トップゲート絶縁膜２３７上の、ボトムゲート電極２３１に相対向する位置に形成されている。また、トップゲート電極２３８は、約５０ｎｍの厚さを有し、トップゲート電極線２１２に接続されている。トップゲート電極２３８は、後述するように電子−正孔対の発生を誘起するために半導体層２３３のチャンネル領域のみでなく、図３に示すように、ｎ⁺シリコン層２３６上部も覆う大きさに形成することが望ましい。
【００２３】
オーバーコート膜２３９は、透明な窒化シリコン等から形成され、トップゲート電極２３８を覆うようにトップゲート絶縁膜２３７上に形成されている。これによって、ダブルゲートトランジスタ２１５が保護される。なお、オーバーコート膜２３９の厚さは約２００ｎｍである。
図４（ａ）〜（ｄ）は、ダブルゲートトランジスタ１０の駆動原理を示す模式図である。
【００２４】
チャネル長方向の半導体層２３３の両端部は、それぞれソース電極２３４、ドレイン電極２３５を介してトップゲート電極２３８と重なっている。このため、この両端部にかかる電界は、トップゲート電極２３８の電圧ではなく、ソース電極２３４及びドレイン電極２３５に印加される電圧に強く影響される。図４（ａ）に示すように、トップゲート電極２３８に印加されている電圧が＋１０（Ｖ）で、ボトムゲート電極２３１及びソース電極２３４に印加されている電圧が０（Ｖ）であると、半導体層２３３内に連続したｎチャネルが形成されず、ドレイン電極２３５に＋１０（Ｖ）の電圧が供給されても、ソース電極２３４との間に電流が流れない。また、この状態では、後述するフォトセンス状態において半導体層２３３の上部に蓄積された正孔が、同じ極性のトップゲート電極２３８の電圧により反発することにより、突出される。以下、この状態をリフレッシュ状態という。
【００２５】
図４（ｂ）に示すように、半導体層２３３に光が入射すると、その光量に応じて半導体層２３３内に正孔−電子対が生じる。このとき、トップゲート電極２３８に印加されている電圧が−１５（Ｖ）で、ボトムゲート電極２３１に印加されている電圧が０（Ｖ）であると、発生した正孔−電子対のうちの正孔が半導体層２３３内のブロッキング層（図の上部）に蓄積される。以下、この状態をキャリア蓄積状態という。このとき、ソース、ドレイン間電圧は０（Ｖ）または＋１０（Ｖ）に設定される。なお、半導体層２３３内に蓄積された正孔は、リフレッシュ状態となるまで半導体層２３３から吐出されることはない。
【００２６】
図４（ｃ）に示すように、フォトセンス状態において入射光量が不十分なため十分な量の正孔が半導体層２３３内に蓄積されず、トップゲート電極２３８に印加されている電圧が−１５（Ｖ）で、ボトムゲート電極２３１に印加されている電圧が＋１０（Ｖ）であると、半導体層２３３内に空乏層が広がり、ｎチャネルがピンチオフされ、半導体層２３３が高抵抗となる。このため、ドレイン電極２３５に＋１０（Ｖ）の電圧が供給されても、ソース電極２３４との間に電流が流れず、データ線２１４の電圧があまり減衰しない。この減衰しない電圧Ｖout又電流をデータ線２１４からデータドライバ回路２２３へ読み出す。以下、この状態を第１の読み出し状態という。
【００２７】
図４（ｄ）に示すように、フォトセンス状態において入射光量が十分なため十分な量の正孔が半導体層２３３内に蓄積され、トップゲート電極２３８に印加されている電圧が−１５（Ｖ）で、ボトムゲート電極２３１に印加されている電圧が＋１０（Ｖ）であると、蓄積されている正孔が負電圧を印加されているトップゲート電極２３８に引き寄せられて保持され、トップゲート電極２３８の負電圧が半導体層２３３に及ぼす影響を緩和させる。このため、半導体層２３３のボトムゲート電極２３１側にｎチャネルが形成され、半導体層２３３が低抵抗となる。このため、データ線２１４からドレイン電極に＋１０（Ｖ）の電圧が供給されると、ソース電極２３４との間に電流が流れ、データ線２１４の電圧がフォトセンス状態での正孔量つまり入射した光の量に応じて減衰する。この減衰した電圧Ｖout又は電流をデータ線２１４からデータドライバ回路２２３へ読み出す。以下、この状態を第２の読み出し状態という。そして、リフレッシュ後から読み出し後までをフォトセンス状態という。
【００２８】
一方、第２層２００Ｂは、図２（ｂ）に示すように、トップゲートドライバ回路２２１と、ボトムゲートドライバ回路２２２と、データドライバ回路２２３と、コントローラ２２４と、から構成されている。
トップゲートドライバ回路２２１は、第１層２００Ａの絶縁性基板２１１が有するコンタクトプラグを介してトップゲート電極線２１２に接続され、各トップゲート電極線２１２に所定の電圧を印加する。
【００２９】
ボトムゲートドライバ回路２２２は、第１層２００Ａの絶縁性基板２１１が有するコンタクトプラグを介してボトムゲート電極線２１３に接続され、各ボトムゲート電極線２１３に所定の電圧を印加する。
データドライバ回路２２３は、第１層２００Ａの絶縁性基板２１１が有するコンタクトプラグを介してデータ線２１４に接続され、各データ線２１４に所定の電圧を印加する。また、データドライバ回路２２３は、各データ線２１４を流れる電流又は電圧の大きさを所定のタイミングで測定し、コントローラ２２４に出力する。
【００３０】
コントローラ２２４は、電流又は電圧の大きさを比較するために予め設定されたしきい値と比較しデータドライバ回路２２３から得た撮像対象物の画像データを２値化する。またコントローラ２２４は、メモリ等を備え、予め提供されたプログラムやデータを記憶し、記憶しているプログラムやデータ等に従って、第２層２００Ｂを構成する上記各部の動作を制御し、撮像対象物の撮像や撮像により得た２値化された画像データと予め記憶された撮像対象物の画像データとを比較して認証を行う。
以上に示したように、撮像装置は、２次元ダブルゲートセンサ（第１層２００Ａ）と２次元ダブルゲートセンサを駆動する回路（第２層２００Ｂ）とが積層されることによって、１チップ状に形成されている。即ち、上記撮像装置は、１チップ指紋認証ＬＳＩとして構成されている。
【００３１】
次に、以上のように構成された撮像装置の動作について説明する。
始めに、例えば指紋の照合を行うために、指を図１に示したように、撮像装置の表面に接触させる。このとき指の凸部はオーバーコート膜２３９に接触し、凹部は接触していない。この際、指の接触によって変位する電流または電圧からなる検知信号をセンサ３００Ａによって生成して第２層２００Ｂのコントローラ２２４に出力し、コントローラ２２４は内部のインバータ等の発光駆動回路（図示せず）に発光開始信号を出力し、発光駆動回路が所定の光源１００を発光する。同期して、画像認証部２００は、以下に示す撮像処理を開始する。図５に示すように光源１００からの光１００Ｌは指の表皮を伝搬し、指の凸部からオーバーコート膜２３９を介し直下のダブルゲートトランジスタ２１５の半導体層２３３に入射する。一方、指の凹部では、オーバーコート膜２３９との間に存在する屈折率の低い空気と指との界面で反射してしまうため、光１００Ｌはあまり空気中に出射されない。このため、指の凹部の直下のダブルゲートトランジスタ２１５の半導体層２３３にはあまり光が入射されない。なお、以下の説明では省略するが、画像認証部２００の動作はコントローラ２２４によって制御されている。
【００３２】
図６は、画像認証部２００が行う撮像処理を示す波形チャートである。フォトセンスは１行毎に行われ、各行のフォトセンスの直前に第１、２、……、ｎ行のトップゲート電極線２１２（１）、２１２（２）、……、２１２（ｎ）に＋１０（Ｖ）の電圧を印加してリフレッシュすることになる。始めに、トップゲートドライバ回路２２１が、第１行のトップゲート電極線２１２（１）に所定の電圧（例えば＋１０（Ｖ））を印加し、ボトムゲートドライバ回路２２２が、第１行のボトムゲート電極線２１３（１）に０（Ｖ）の電圧を印加する。これによって、第１行のトップゲート電極線２１２（１）に接続されたダブルゲートトランジスタ２１５の半導体層２３３やブロッキング層２４０に蓄積された正孔を除去しリフレッシュ状態にする。このとき、他の行のトップゲート電極線２１２（２）〜２１２（ｎ）には−１５（Ｖ）が印加されている。
【００３３】
第１行のダブルゲートトランジスタ２１５のリフレッシュ後、ボトムゲート電極線２１３（１）を０（Ｖ）の電圧のままにして第１行のトップゲート電極線２１２（１）に−１５（Ｖ）の電圧を印加し、ソース、ドレイン間電圧を０（Ｖ）とし第１行のダブルゲートトランジスタ２１５をキャリア蓄積状態にする。この間に第２行のトップゲート電極線２１２（２）に＋１０（Ｖ）の電圧を印加し、リフレッシュ状態にする。
そして、第１行のダブルゲートトランジスタ２１５をキャリア蓄積期間の後半に、データドライバ回路２２３は、第１行のダブルゲートトランジスタ２１５のために全てのデータ線２１４に所定の電圧（例えば＋１０（Ｖ））を印加（プリチャージ）する。第１行のダブルゲートトランジスタ２１５をプリチャージ後またはプリチャージ中には、第１行のボトムゲート電極線２１３（１）に所定の電圧（例えば＋１０（Ｖ））を印加する。
【００３４】
フォトセンス状態の最後の期間またはフォトセンス状態の直後に、データ線２１４から、第１行のダブルゲートトランジスタ２１５に入射された光の量に応じて変化した電圧Ｖout又は電流をデータドライバ回路２２３に出力する。第１行のダブルゲートトランジスタ２１５は電圧Ｖout又は電流を読みだした後、次のリフレッシュが終了するまで非フォトセンス状態が続く。また第１行のダブルゲートトランジスタ２１５の読みだし後は第２行以降のダブルゲートトランジスタ２１５が順次読み出し状態になり、最終行の第ｎ行のダブルゲートトランジスタ２１５が読み出し状態が終了したところで１画面分のフォトセンスを終了する。
【００３５】
データドライバ回路２２３は、順次各データ線２１４に流れる電流又は電圧Ｖoutをコントローラ２２４に出力し、コントローラ２２４は、電流又は電圧Ｖoutを検出し、検出した電流又は電圧Ｖoutの大きさを予め設定されたしきい値と比較することによって、撮像対象物の２値化画像データを生成する。なお、流れる電流又は電圧Ｖoutの大きさは、指からダブルゲートトランジスタ２１５に入射する光の量に応じて変化する。また、上記したように、ダブルゲートトランジスタ２１５に入射する光の量は、撮像対象物の形状、即ち指紋の凹凸によって異なる。従って、上記しきい値は、指紋の凹凸を判別できるような値に設定される。これによって、コントローラ２２４は、検出した電流又は電圧Ｖoutの大きさがしきい値以上であるか否かによって指紋の凹凸を２値化データとして判別し、画像データを生成することができる。
コントローラ２２４は、以上の撮像処理で得られた画像データが予め提供されたデータと一致するか否かを判別することによって、指紋の認証を行う。
【００３６】
以上に示したように、撮像装置は、２次元ダブルゲートセンサ（第１層２００Ａ）と２次元ダブルゲートセンサを駆動する回路（第２層２００Ｂ）とが積層されることによって、１チップ指紋認証ＬＳＩとして構成されている。このため、撮像時に、撮像対象物の画像データは撮像装置内でのみ処理される。従って、外部からメモリへの不正アクセスや、画像データのコピー、及び、画像データの改ざん等が困難である。即ち、上記撮像装置は、高い信頼性、及び、高い安全性を有する。
【００３７】
また、２次元ダブルゲートセンサの構成は単純であるので、上記した第１層２００Ａと第２層２００Ｂとの積層構造を容易に形成することができる。即ち、撮像装置の製造コストを低く抑えることができる。
なお、上記したように撮像対象物の側面から光を撮像対象物に入射させる場合、撮像対象物の光源１００に近い部分と、光源１００から遠い中央部分とでは、光の出射量が異なる場合がある。このような場合は、データドライバ回路２２３が検出した電流又は電圧Ｖoutの大きさを比較するためのしきい値を、データ線２１４毎または指先端の中心を重心とした複数の同心円の重ならない部分毎に変えて設定してもよい。
また、絶縁性基板２１１が有するコンタクトプラグを絶縁性基板２１１の端部に形成することによって、第１層２００Ａのほぼ全面を２次元ダブルゲートセンサとして使用することができる。
【００３８】
また、上記撮像装置は、指紋認識だけでなく、文字や画像の認識装置として用いることができる。但し、この場合も光源１００からの光が撮像対象物に直接入射し、画像認証部２００に直接入射しないようにしなければならない。例えば、紙に書かれた文字等を認識する場合、図７に示すように、光源１００と画像認証部２００とで紙を挟むように光源１００が配置され、これによって撮像対象物（紙）を光が透過する。このようにすれば、文字等が書かれている部分と書かれていない部分とで、光の透過量が変化する。即ち、画像認証部２００に入射する光量が変化する。従って、上記実施の形態と同様にして紙に書かれた文字等を画像データとして認識することができる。
【００３９】
また、上記光源１００は、撮像対象物が接触したことを検知した後、撮像対象物を挟むように構成されてもよい。
さらに、光源１００の撮像対象物に接触する部分が、撮像対象物と同じような形状を有し、撮像対象物中に光が入射しやすいようにしてもよい。
【００４０】
また、上記実施の形態では、光電変換手段としてダブルゲートトランジスタを用いた例を示したが、ダブルゲートトランジスタ以外の素子を光電変換手段として用いてもよい。例えば、ＰＣ（光導電）層、フォトトランジスタ、フォトダイオード、ＣＣＤ等を用いてもよい。この場合も、これらの素子が、受光した光量に応じて発生させた電荷、電流、電圧、又は、抵抗等の大きさを検出することによって、撮像対象物を撮像することができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によって、撮像対象物が微細なパターンを有していても、撮像対象物の像を鮮明に得ることができる。また、光電変換手段と制御手段とが１チップ状に積層することができ、小型な撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】撮像装置が指紋を撮像している状態を示す図である。
【図２】撮像装置を構成する画像認証部の構成を示す平面図である。
【図３】画像認証部を構成するダブルゲートトランジスタの構成を示す断面図である。
【図４】ダブルゲートトランジスタの駆動原理を示す回路図である。
【図５】ダブルゲートトランジスタのフォトセンスを示す図である。
【図６】画像認証部が行う撮像処理を示す波形チャートである。
【図７】撮像装置の他の構成を示す図である。
【符号の説明】
１００・・・光源、２００・・・画像認証部、２１１・・・絶縁性基板、２１２・・・トップゲート電極線、２１３・・・ボトムゲート電極線、２１４・・・データ線、２１５・・・ダブルゲートトランジスタ、２２１・・・トップゲートドライバ回路、２２２・・・ボトムゲートドライバ回路、２２３・・・データドライバ回路、２２４・・・コントローラ、２３１・・・ボトムゲート電極、２３２・・・ボトムゲート絶縁膜、２３３・・・半導体層、２３４・・・ソース電極、２３５・・・ドレイン電極、２３６・・・ｎ^＋シリコン層、２３７・・・トップゲート絶縁膜、２３８・・・トップゲート電極、２３９・・・オーバーコート膜、２４０…ブロッキング層、３００・・・支持台

Claims

撮像対象物中に光を入射する発光手段と、
前記撮像対象物中を伝搬して該撮像対象物から出射した光を受光し、受光した光量に応じた電気信号を発生させる光電変換手段と、
前記光電変換手段が発生させた電気信号を検出することによって撮像対象物を撮像する制御手段と、
を備え、
前記光電変換手段は、マトリックス状に配置された複数のダブルゲートトランジスタを備え、
前記ダブルゲートトランジスタは、ソース電極と、ドレイン電極と、ソース電極及びドレイン電極を挟んで対向するように設けられた２つのゲート電極と、を備え、
前記制御手段上には絶縁層が形成され、
前記絶縁層上には前記光電変換手段が形成され、
前記制御手段と前記光電変換手段は、前記絶縁層中に形成した複数の接続によって電気的に接続され、１チップ状に積層されており、
前記制御手段は、
複数の前記ダブルゲートトランジスタの一方のゲート電極に行毎に所定の電圧を印加する第１ドライバ回路と、
複数の前記ダブルゲートトランジスタの他方のゲート電極に行毎に所定の電圧を印加する第２ドライバ回路と、
前記ダブルゲートトランジスタのソース電極及びドレイン電極の一方に所定の電圧を印加する第３ドライバ回路と、
前記第１ドライバ回路、前記第２ドライバ回路及び前記第３ドライバ回路を制御する制御回路と、
を備え、
前記第１ドライバ回路の上部には前記光電変換手段の前記一方のゲート電極線端が形成されており、
前記第２ドライバ回路の上部には前記光電変換手段の前記他方のゲート電極線端が形成されており、
前記第３ドライバ回路の上部には前記光電変換手段の前記ソース電極及び前記ドレイン電極の一方に所定の電圧を印加する配線端が形成されており、
前記制御回路の上部には前記光電変換手段の複数の前記ダブルゲートトランジスタが形成されている、
ことを特徴とする撮像装置。
前記光電変換手段が形成されている面積と、前記制御手段が形成されている面積とは、同一である、
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記接続を前記絶縁層の端部に形成することによって、前記面積のほぼ全面を前記光電変換手段として使用することができる、
ことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
前記発光手段は、撮像対象物が前記光電変換手段上に接触した際、該撮像対象物の側面に接触するように、該光電変換手段上に設けられている、
ことを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
前記発光手段は、前記光電変換手段と共に撮像対象物を挟むように、該光電変換手段に対向する位置に設けられている、
ことを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。