JPH11149552A - Reading device - Google Patents

Reading device

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JPH11149552A
JPH11149552A JP32971997A JP32971997A JPH11149552A JP H11149552 A JPH11149552 A JP H11149552A JP 32971997 A JP32971997 A JP 32971997A JP 32971997 A JP32971997 A JP 32971997A JP H11149552 A JPH11149552 A JP H11149552A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
optical element
detecting optical
reading device
photosensor
Prior art date
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Pending
Application number
JP32971997A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Minoru Fujiwara
実 藤原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Casio Computer Co Ltd
Original Assignee
Casio Computer Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Casio Computer Co Ltd filed Critical Casio Computer Co Ltd
Priority to JP32971997A priority Critical patent/JPH11149552A/en
Publication of JPH11149552A publication Critical patent/JPH11149552A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To miniaturize a whole device at the time of reading fingerprint or the like. SOLUTION: A second-dimensional photo-sensor 12 is provided with a transmissive part, and even when a facial light source 11, second-dimensional photo- sensor 12, and projection and recession detecting optical element 13 are horizontally arranged in a row in this order, fingerprint or the like can be read. Also, the projection and recession detecting optical element 13 is constituted by thickening plural optical fibers and attaching a light absorbing sheet 17 on a prescribed outer peripheral face so that this device itself can be provided with a function for turning lights outgoing from the facial light source 11 at random into almost parallel lights. Then, almost parallel lights are fully reflected on the parts corresponding to the recessed parts of the fingerprint of a finger 31 brought into contact with an inclined face 13a of the projection and recession detecting optical element 13, and those reflected light are absorbed by the light absorbing sheet 17. On the other hand, almost parallel lights are scattered on the parts corresponding to the projecting parts of the fingerprint of the finger 31, and one part of the scattered lights are returned to the second-dimensional photo-sensor 12 side.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、指紋等の微細な
凹部及び凸部を有する被読取体を読み取るための読取装
置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a reading device for reading an object to be read having minute concave and convex portions such as a fingerprint.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、指紋等の微細な凹部及び凸部を有
する被読取体を読み取るための読取装置として、図6に
示すように、水平に配置された面光源1の上側に直角プ
リズム2が設けられ、直角プリズム2の後側につまり図
6において右側に結像光学系3及びCCDセンサ4が設
けられた構造のものがある。この場合、直角プリズム2
は、下面2aを水平面とされ、右側面2bを垂直面とさ
れ、傾斜面2cを水平面に対して45°で傾斜する傾斜
面とされた状態で配置されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a reading apparatus for reading an object to be read having minute concave and convex portions such as a fingerprint, as shown in FIG. Is provided on the rear side of the right-angle prism 2, that is, on the right side in FIG. 6, the image forming optical system 3 and the CCD sensor 4 are provided. In this case, the right angle prism 2
Are arranged such that the lower surface 2a is a horizontal surface, the right side surface 2b is a vertical surface, and the inclined surface 2c is an inclined surface inclined at 45 ° with respect to the horizontal surface.

【0003】この読取装置では、直角プリズム2の傾斜
面2cに指5が接触されていない場合には、図6におい
て矢印で示すように、面光源1の上面から出射された光
が直角プリズム2の下面2aに入射され、この入射光が
傾斜面2cで全反射され、この反射光が直角プリズム2
の右側面2bから出射され、この出射光が結像光学系3
による結像作用を受けてCCDセンサ4に入射される。
したがって、この場合には、傾斜面2cで全反射された
光のすべてがCCDセンサ4に入射され、白表示とな
る。一方、直角プリズム2の傾斜面2cに指5が接触さ
れている場合には、傾斜面2cに接触された指5の指紋
の凹部(降線)に対応する部分で全反射が生じ、指5の
指紋の凸部(隆線)に対応する部分で光が吸収され、こ
れにより指5の指紋の凹凸に応じて光学的に明暗の強調
された画像が得られ、指5の指紋が読み取られることに
なる。
In this reading apparatus, when the finger 5 is not in contact with the inclined surface 2c of the right-angle prism 2, the light emitted from the upper surface of the surface light source 1 is reflected by the right-angle prism 2 as shown by an arrow in FIG. The incident light is totally reflected by the inclined surface 2c, and the reflected light is
Is emitted from the right side surface 2b of the imaging optical system 3
And is incident on the CCD sensor 4.
Therefore, in this case, all of the light totally reflected by the inclined surface 2c is incident on the CCD sensor 4, and white display is performed. On the other hand, when the finger 5 is in contact with the inclined surface 2c of the right-angle prism 2, total reflection occurs at a portion corresponding to the concave portion (downline) of the fingerprint of the finger 5 contacted with the inclined surface 2c. The light is absorbed by the portions corresponding to the convex portions (ridges) of the fingerprint of the finger 5, thereby obtaining an image in which the brightness of the finger 5 is optically enhanced in accordance with the unevenness of the fingerprint of the finger 5, and the fingerprint of the finger 5 is read. Will be.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
このような読取装置では、CCDセンサ4が遮光構造で
ある関係から、直角プリズム2の下側に面光源1を設
け、直角プリズム2の右側にCCDセンサ4を設けてい
るので、装置全体の上下方向のサイズが大きくなり、ま
た面光源1から光がランダムに出射される関係から、直
角プリズム2とCCDセンサ4との間に結像光学系3を
設けているので、装置全体の左右方向のサイズも大きく
なり、したがって装置全体が大型化してしまうという問
題があった。この発明の課題は、装置全体を小型化する
ことである。
However, in such a conventional reading apparatus, since the CCD sensor 4 has a light shielding structure, the surface light source 1 is provided below the right-angle prism 2 and is provided on the right side of the right-angle prism 2. Since the CCD sensor 4 is provided, the size of the entire apparatus in the vertical direction becomes large, and an image forming optical system is provided between the right-angle prism 2 and the CCD sensor 4 because light is emitted from the surface light source 1 at random. 3, the size of the entire apparatus in the left-right direction is also increased, and therefore, there is a problem that the entire apparatus is increased in size. An object of the present invention is to reduce the size of the entire device.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
凹部及び凸部を有する被読取体を読み取る読取装置であ
って、光源と、該光源からの光を透過する透光ベース層
上に複数のセンサ部が形成されたフォトセンサと、入出
射面及び該入出射面に対して傾斜する傾斜面を有する凹
凸検出光学素子とを具備し、前記傾斜面に接触する被読
取体の凸部に対応して光が散乱して前記入出射面側から
前記フォトセンサのセンサ部に入射するようにしたもの
である。この請求項1記載の発明によれば、フォトセン
サとして透光ベース層を有するものを用いているので、
光源、フォトセンサ及び凹凸検出光学素子をこの順で一
列に配置しても、凹凸検出光学素子の傾斜面に接触する
被読取体を読み取ることができ、したがって各部品の配
列方向に対して直交する方向のサイズを小さくすること
ができ、ひいては装置全体を小型化することができる。
請求項4記載の発明は、前記凹凸検出光学素子として入
射光をほぼ平行な光とする機能を有するものを用いたも
のである。この請求項4記載の発明によれば、凹凸検出
光学素子として入射光をほぼ平行な光とする機能を有す
るものを用いているので、光源から光がランダムに出射
されても、この光をほぼ平行な光とすることができ、こ
のため従来のような結像光学系が不要となり、したがっ
て装置全体をさらに小型化することができる。
According to the first aspect of the present invention,
A reading device that reads an object to be read having a concave portion and a convex portion, a light source, a photosensor in which a plurality of sensor units are formed on a light-transmitting base layer that transmits light from the light source, an input / output surface, and An unevenness detecting optical element having an inclined surface inclined with respect to the incident / exit surface, wherein light is scattered corresponding to the convex portion of the object to be read in contact with the inclined surface, and the light is scattered from the incident / exit surface side. The light is incident on the sensor section of the photo sensor. According to the first aspect of the present invention, since a photosensor having a light-transmitting base layer is used,
Even if the light source, the photo sensor, and the unevenness detecting optical element are arranged in a line in this order, the object to be read that contacts the inclined surface of the unevenness detecting optical element can be read, and therefore, is orthogonal to the arrangement direction of each component. The size in the direction can be reduced, and thus the entire device can be reduced in size.
According to a fourth aspect of the present invention, the unevenness detecting optical element has a function of converting incident light into substantially parallel light. According to the fourth aspect of the present invention, since an unevenness detecting optical element having a function of converting incident light into substantially parallel light is used, even if light is randomly emitted from the light source, this light is substantially emitted. The light can be collimated, so that the conventional imaging optical system is not required, and thus the entire apparatus can be further miniaturized.

【0006】[0006]

【発明の実施の形態】図1はこの発明の一実施形態にお
ける読取装置の要部の概略断面図を示したものである。
なお、この読取装置は、微細な凹部及び凸部を有する被
読取体を読み取ることができるものであるが、以下の実
施形態では指紋を読み取るための指紋読取装置として説
明する。この指紋読取装置は、垂直に配置された面光源
11の左側に2次元フォトセンサ12が設けられ、2次
元フォトセンサ12の左側に凹凸検出光学素子13が設
けられた構造となっている。このうち面光源11は、エ
レクトロルミネセンスパネルや液晶表示装置で用いられ
ているエッジライト方式のバックライト等からなってい
る。エッジライト方式のバックライトの場合には、図示
していないが、典型的には、垂直に配置された導光板の
右面に反射板を設け、導光板の所定の一端面近傍に発光
ダイオード等からなる点光源を1個設け、この点光源を
反射シートで被った構造とする。
FIG. 1 is a schematic sectional view of a main part of a reading apparatus according to an embodiment of the present invention.
Although this reading device can read an object to be read having minute concave and convex portions, the following embodiment will be described as a fingerprint reading device for reading a fingerprint. This fingerprint reader has a structure in which a two-dimensional photosensor 12 is provided on the left side of a vertically arranged surface light source 11, and an unevenness detecting optical element 13 is provided on the left side of the two-dimensional photosensor 12. The surface light source 11 includes an edge light type backlight used in an electroluminescence panel or a liquid crystal display device. In the case of an edge light type backlight, not shown, typically, a reflecting plate is provided on the right side of a vertically arranged light guide plate, and a light emitting diode or the like is provided near a predetermined end surface of the light guide plate. One point light source is provided, and this point light source is covered with a reflection sheet.

【0007】次に、凹凸検出光学素子13の構造につい
て、その製造方法と併せ説明する。まず、図2(A)に
示すように、直方体形状の光ファイバブロック14を用
意する。この光ファイバブロック14は、コアをクラッ
ドで被覆してなる光ファイバ(線状導光部材)15を複
数密集させて接合してなるものからなっている。この光
ファイバブロック14の形成方法としては、一例とし
て、複数の光ファイバ15を束にしてロッド状とし、こ
の光ファイバロッドを型枠内に複数密集させて収納し、
加圧加熱することにより、直方体形状の光ファイバブロ
ック14を形成する方法がある。そして、このようにし
て形成された光ファイバブロック14を、図2(A)に
おいて一点鎖線で示すように、側面台形形状に切断する
と、つまり光ファイバ15の切断面が45°の傾斜角度
を持つように切断すると、図2(B)に示す側面台形形
状の凹凸検出光学素子形成体16が2つ得られる。次
に、凹凸検出光学素子形成体16の切断面を研磨する。
次に、図1に示すように、凹凸検出光学素子形成体16
の光ファイバ15の両端面を除く外周面に黒い光吸収シ
ート(光吸収層)17を貼り付ける。これにより、凹凸
検出光学素子13が得られる。このようにして得られた
凹凸検出光学素子13では、切断研磨面が傾斜面13a
となり、その反対側の面が入出射面13bとなってい
る。この場合、傾斜面13aの水平面に対する傾斜角度
θ(図2(B)参照)は45°となっているが、45°
以下であればよい。ただし、この傾斜角度θを小さくし
すぎると、凹凸検出光学素子13の左右方向のサイズが
大きくなるので、あまり小さくすることは好ましくな
い。
Next, the structure of the unevenness detecting optical element 13 will be described together with its manufacturing method. First, as shown in FIG. 2A, a rectangular parallelepiped optical fiber block 14 is prepared. The optical fiber block 14 is formed by densely joining a plurality of optical fibers (linear light guide members) 15 each having a core covered with a clad. As an example of the method of forming the optical fiber block 14, as an example, a plurality of optical fibers 15 are bundled into a rod shape, and a plurality of the optical fiber rods are densely housed in a mold.
There is a method of forming a rectangular parallelepiped optical fiber block 14 by heating under pressure. Then, when the optical fiber block 14 thus formed is cut into a trapezoidal side surface as shown by a dashed line in FIG. 2A, the cut surface of the optical fiber 15 has an inclination angle of 45 °. By cutting as described above, two side-trapezoidal unevenness detecting optical element forming bodies 16 shown in FIG. 2B are obtained. Next, the cut surface of the unevenness detecting optical element forming body 16 is polished.
Next, as shown in FIG.
A black light absorbing sheet (light absorbing layer) 17 is attached to the outer peripheral surface of the optical fiber 15 except for both end surfaces. Thereby, the unevenness detecting optical element 13 is obtained. In the unevenness detecting optical element 13 thus obtained, the cut and polished surface has an inclined surface 13a.
And the opposite surface is the incident / exit surface 13b. In this case, the inclination angle θ of the inclined surface 13a with respect to the horizontal plane (see FIG. 2B) is 45 °, but is 45 °.
The following may be sufficient. However, if the inclination angle θ is too small, the size of the unevenness detecting optical element 13 in the left-right direction increases, so it is not preferable to make the inclination angle too small.

【0008】次に、2次元フォトセンサ12について、
図3を参照して説明する。2次元フォトセンサ12は、
複数のセンサ部20がマトリックス状に配列されたもの
からなり、アクリル樹脂やガラス等からなる透明基板
(透光ベース層)21を備えている。透明基板21の左
面には、各センサ部20ごとに、クロムやアルミニウム
等の遮光性電極からなるボトムゲート電極22が設けら
れ、その左面全体には窒化シリコンからなるボトムゲー
ト絶縁膜(透光絶縁膜)23が設けられている。ボトム
ゲート絶縁膜23の左面においてボトムゲート電極22
に対応する部分にはアモルファスシリコンからなる半導
体層24が設けられている。半導体層24の左面両側に
はn+シリコン層25、25が設けられている。n+シリ
コン層25、25の左面及びその近傍のボトムゲート絶
縁膜23の左面にはクロムやアルミニウム等の遮光性電
極からなるソース電極26及びドレイン電極27が設け
られ、その左面全体には窒化シリコンからなるトップゲ
ート絶縁膜(透光絶縁膜)28が設けられている。トッ
プゲート絶縁膜28の左面において半導体層24に対応
する部分にはITO等の透明電極(透光性電極)からな
るトップゲート電極29が設けられ、その左面全体には
窒化シリコンからなるオーバーコート膜(透光絶縁膜)
30が設けられている。そして、この2次元フォトセン
サ12では、その右面側から光がランダムに入射される
と、この光は、遮光性電極からなるボトムゲート電極2
2、ソース電極26及びドレイン電極27の部分以外か
らなる透過部を透過するとともに、ボトムゲート電極2
2によって遮光されて半導体層24に直接入射しないよ
うになっている。
Next, regarding the two-dimensional photo sensor 12,
This will be described with reference to FIG. The two-dimensional photo sensor 12
A plurality of sensor units 20 are arranged in a matrix, and include a transparent substrate (light-transmitting base layer) 21 made of acrylic resin, glass, or the like. On the left surface of the transparent substrate 21, a bottom gate electrode 22 made of a light-shielding electrode such as chromium or aluminum is provided for each sensor unit 20, and a bottom gate insulating film made of silicon nitride is formed on the entire left surface. Film 23 is provided. On the left surface of the bottom gate insulating film 23, the bottom gate electrode 22
Is provided with a semiconductor layer 24 made of amorphous silicon. On both left sides of the semiconductor layer 24, n + silicon layers 25 are provided. A source electrode 26 and a drain electrode 27 made of a light-shielding electrode such as chromium or aluminum are provided on the left surface of the n + silicon layers 25 and the left surface of the bottom gate insulating film 23 in the vicinity thereof, and silicon nitride is formed on the entire left surface. A top gate insulating film (light-transmitting insulating film) 28 made of is provided. On the left surface of the top gate insulating film 28, a portion corresponding to the semiconductor layer 24 is provided with a top gate electrode 29 made of a transparent electrode (transparent electrode) such as ITO, and the entire left surface is an overcoat film made of silicon nitride. (Transparent insulating film)
30 are provided. In the two-dimensional photosensor 12, when light is randomly incident from the right side, the light is transmitted to the bottom gate electrode 2 made of a light-shielding electrode.
2. While transmitting through a transmission portion other than the source electrode 26 and the drain electrode 27, the bottom gate electrode 2
2 prevents light from being directly incident on the semiconductor layer 24.

【0009】この指紋読取装置では、凹凸検出光学素子
13の傾斜面13aに指31が接触されていない場合に
は、図1において例えば符合A1、A2、A3の矢印で示
すように、面光源11の左面からランダムに出射された
光が2次元フォトセンサ12の透過部を透過し、この透
過光が凹凸検出光学素子13の入出射面13bに入射さ
れる。この入射光は凹凸検出光学素子13の光ファイバ
15のコア内を全反射を繰り返しながら進行する。すな
わち、面光源11の左面からランダムに出射された光
は、凹凸検出光学素子13の光ファイバ15のコア内を
全反射を繰り返しながら進行することにより、ほぼ平行
な光とされる。そして、このほぼ平行な光は凹凸検出光
学素子13の傾斜面13aで全反射され、この反射光が
光ファイバ15をその径方向に透過した後に光吸収シー
ト17に吸収される。したがって、この場合には、2次
元フォトセンサ12側に戻る光は全く無く、黒表示とな
る。
[0009] In this fingerprint reading apparatus, when the finger 31 is not contacted to the inclined surface 13a of the concave-convex detecting optical element 13, as indicated by an arrow, for example sign A 1, A 2, A 3 in FIG. 1, Light randomly emitted from the left surface of the surface light source 11 passes through the transmitting portion of the two-dimensional photosensor 12, and the transmitted light is incident on the input / output surface 13 b of the unevenness detecting optical element 13. This incident light travels in the core of the optical fiber 15 of the unevenness detecting optical element 13 while repeating total reflection. That is, the light randomly emitted from the left surface of the surface light source 11 travels in the core of the optical fiber 15 of the unevenness detecting optical element 13 while repeating the total reflection, and becomes substantially parallel light. The substantially parallel light is totally reflected by the inclined surface 13 a of the unevenness detecting optical element 13, and the reflected light passes through the optical fiber 15 in the radial direction and is absorbed by the light absorbing sheet 17. Therefore, in this case, there is no light returning to the two-dimensional photosensor 12 side, and black display is performed.

【0010】一方、凹凸検出光学素子13の傾斜面13
aに指31が接触されている場合には、傾斜面13aに
接触された指31の指紋の凹部に対応する部分で全反射
が生じ、指31の指紋の凸部に対応する部分で光が散乱
される。すなわち、傾斜面13aに接触された指31の
指紋の凹部に対応する部分においては、図1において例
えば符合A2の矢印で示すように、傾斜面13aで全反
射されて光吸収シート17に吸収される。一方、傾斜面
13aに接触された指31の指紋の凸部に対応する部分
においては、図1において例えば符合B1、B2の矢印で
示すように、傾斜面13aで散乱される。そして、この
散乱光の一部は、図1において例えば符合C1、C2の矢
印で示すように、凹凸検出光学素子13の光ファイバ1
5のコア内を全反射を繰り返しながら逆方向に進行して
入出射面13bから出射される。この出射光は、図3を
参照して説明すると、2次元フォトセンサ12の透明電
極からなるトップゲート電極29を透過してその右側の
半導体層24のソース電極26及びドレイン電極27間
の入射面より入射される。そして、後でも説明するが、
半導体層24に入射される光量が予め設定された光量
(しきい値)以上である場合には、当該センサ部20に
よる光検出状態を明状態とし、それ未満である場合に
は、当該センサ部20による光検出状態を暗状態とす
る。これにより、指31の指紋の凹凸に応じた光学的に
明暗の強調された画像が得られ、指31の指紋が読み取
られることになる。
On the other hand, the inclined surface 13 of the unevenness detecting optical element 13
When the finger 31 is in contact with the finger 31a, total reflection occurs at a portion corresponding to the concave portion of the fingerprint of the finger 31 contacted with the inclined surface 13a, and light is emitted at a portion corresponding to the convex portion of the fingerprint of the finger 31. Scattered. That is, in the portion corresponding to the concave portion of the fingerprint of the finger 31 in contact with the inclined surface 13a, as indicated by the arrows in example sign A 2 in FIG. 1, it is totally reflected by the inclined surface 13a on the light-absorbing sheet 17 absorbent Is done. On the other hand, in the portion corresponding to the convex portion of the fingerprint of the finger 31 in contact with the inclined surface 13a, as shown by the example of sign B 1, B 2 arrows in FIG. 1, it is scattered by the inclined surface 13a. A part of the scattered light is, for example, as shown by arrows C 1 and C 2 in FIG.
5 repeats in the core in the opposite direction while repeating total reflection, and exits from the entrance / exit surface 13b. Referring to FIG. 3, the outgoing light passes through the top gate electrode 29 made of a transparent electrode of the two-dimensional photosensor 12 and enters the incident surface between the source electrode 26 and the drain electrode 27 of the semiconductor layer 24 on the right side thereof. More incident. And as I will explain later,
When the amount of light incident on the semiconductor layer 24 is equal to or greater than a preset amount of light (threshold), the light detection state of the sensor unit 20 is set to the bright state. The light detection state by 20 is a dark state. As a result, an image in which light and dark are emphasized optically according to the unevenness of the fingerprint of the finger 31 is obtained, and the fingerprint of the finger 31 is read.

【0011】このように、この指紋読取装置では、2次
元フォトセンサ12として透光部を有するものを用いて
いるので、面光源11、2次元フォトセンサ12及び凹
凸検出光学素子13をこの順で左右方向に一列に設ける
ことができ、したがって装置全体の上下方向のサイズを
小さくすることができる。また、凹凸検出光学素子13
として複数の光ファイバ15が密集されてなるものつま
り入射光をほぼ平行な光とする機能を有するものを用い
ているので、面光源11から光がランダムに出射されて
も、この光をほぼ平行な光とすることができ、このため
従来のような結像光学系が不要となる。以上の結果、装
置全体を小型化することができる。
As described above, in this fingerprint reader, since the two-dimensional photosensor 12 having a light transmitting portion is used, the surface light source 11, the two-dimensional photosensor 12, and the unevenness detecting optical element 13 are arranged in this order. It can be provided in a line in the left-right direction, and therefore, the size of the entire device in the vertical direction can be reduced. The unevenness detecting optical element 13
Since a plurality of optical fibers 15 are densely packed, that is, an optical fiber having a function of converting incident light into substantially parallel light, even if light is randomly emitted from the surface light source 11, this light is substantially parallel. Light, and thus an imaging optical system as in the related art becomes unnecessary. As a result, the entire device can be reduced in size.

【0012】ここで、2次元フォトセンサ12の動作に
ついて説明する。2次元フォトセンサ12の1つのセン
サ部20では、ボトムゲート電極(BG)22、半導体
層24、ソース電極(S)26及びドレイン電極(D)
27等によってボトムゲート型トランジスタが構成さ
れ、トップゲート電極(TG)29、半導体層24、ソ
ース電極(S)26及びドレイン電極(D)27等によ
ってトップゲート型トランジスタが構成されている。す
なわち、センサ部20は、半導体層24の下側及び上側
にそれぞれボトムゲート電極(BG)22及びトップゲ
ート電極(TG)29が配置された光電変換トランジス
タによって構成され、その等価回路は図4のように示す
ことができる。
Here, the operation of the two-dimensional photosensor 12 will be described. In one sensor section 20 of the two-dimensional photosensor 12, a bottom gate electrode (BG) 22, a semiconductor layer 24, a source electrode (S) 26, and a drain electrode (D)
27 and the like constitute a bottom gate transistor, and the top gate electrode (TG) 29, the semiconductor layer 24, the source electrode (S) 26, the drain electrode (D) 27 and the like constitute a top gate transistor. That is, the sensor unit 20 is configured by a photoelectric conversion transistor in which a bottom gate electrode (BG) 22 and a top gate electrode (TG) 29 are arranged below and above the semiconductor layer 24, respectively. The equivalent circuit of FIG. Can be shown as follows.

【0013】さて、まず、ソース電極(S)−ドレイン
電極(D)間に正電圧(例えば+5V)が印加された状
態において、ボトムゲート電極(BG)に正電圧(例え
ば+10V)が印加されると、半導体層24にチャネル
が形成され、ドレイン電流IDSが流れる。この状態で、
トップゲート電極(TG)にボトムゲート電極(BG)
の電界によるチャネルを消滅させるレベルの負電圧(例
えば−20V)が印加されると、トップゲート電極(T
G)からの電界がボトムゲート電極(BG)の電界によ
るチャネル形成に対してそれを妨げる方向に働き、チャ
ネルがピンチオフされる。このとき、トップゲート電極
(TG)側から半導体層24に光が照射されると、半導
体層24のトップゲート電極(TG)側に電子−正孔対
が誘起される。この電子−正孔対は半導体層24のチャ
ネル領域に蓄積され、トップゲート電極(TG)の電界
を打ち消す。このため、半導体層24にチャネルが形成
され、ドレイン電流IDSが流れる。このドレイン電流I
DSは半導体層24への入射光量に応じて変化する。
First, in a state where a positive voltage (for example, +5 V) is applied between the source electrode (S) and the drain electrode (D), a positive voltage (for example, +10 V) is applied to the bottom gate electrode (BG). Then, a channel is formed in the semiconductor layer 24, and the drain current IDS flows. In this state,
Bottom gate electrode (BG) on top gate electrode (TG)
When a negative voltage (for example, −20 V) at a level that extinguishes the channel due to the electric field is applied, the top gate electrode (T
The electric field from G) acts in a direction that hinders channel formation due to the electric field of the bottom gate electrode (BG), and the channel is pinched off. At this time, when the semiconductor layer 24 is irradiated with light from the top gate electrode (TG) side, an electron-hole pair is induced on the top gate electrode (TG) side of the semiconductor layer 24. The electron-hole pairs are accumulated in the channel region of the semiconductor layer 24 and cancel the electric field of the top gate electrode (TG). Therefore, a channel is formed in the semiconductor layer 24, and the drain current IDS flows. This drain current I
DS changes according to the amount of light incident on the semiconductor layer 24.

【0014】このように、この2次元フォトセンサ12
では、トップゲート電極(TG)からの電界がボトムゲ
ート電極(BG)の電界によるチャネル形成に対してそ
れを妨げる方向に働き、チャネルをピンチオフするもの
であるので、光無入射時に流れるドレイン電流IDSを極
めて小さくすることができ、例えば10-14A程度にす
ることができる。このため、光入射時と光無入射時とで
流れるドレイン電流IDSの差を十分大きくすることがで
きる。この結果、上述したように、半導体層24に入射
される光量が予め設定された光量(しきい値)以上であ
る場合には、大きなドレイン電流IDSが流れ、当該セン
サ部20による光検出状態を明状態とし、それ未満であ
る場合には、小さなドレイン電流IDSが流れ、当該セン
サ部20による光検出状態を暗状態とすることができ
る。これにより、指31の指紋の凹凸に応じた光学的に
明暗の強調された画像が得られ、指31の指紋が読み取
られることになる。
As described above, the two-dimensional photo sensor 12
In this case, the electric field from the top gate electrode (TG) acts in a direction to hinder the channel formation due to the electric field of the bottom gate electrode (BG) and pinches off the channel. DS can be made extremely small, for example, about 10 -14 A. For this reason, the difference between the drain currents I DS flowing when light is incident and when light is not incident can be made sufficiently large. As a result, as described above, when the amount of light incident on the semiconductor layer 24 is equal to or more than a predetermined amount of light (threshold), a large drain current IDS flows, and the light detection state by the sensor unit 20 is changed. Is set to a bright state, and when it is less than that, a small drain current IDS flows, and the light detection state by the sensor unit 20 can be set to a dark state. As a result, an image in which light and dark are emphasized optically according to the unevenness of the fingerprint of the finger 31 is obtained, and the fingerprint of the finger 31 is read.

【0015】ところで、この2次元フォトセンサ12で
は、1つのセンサ部20にセンサ機能と選択トランジス
タ機能とを兼用させることができる。次に、これらの機
能について簡単に説明する(詳細は特開平6−1325
60号公報参照)。ボトムゲート電極(BG)に正電圧
(+10V)が印加された状態において、トップゲート
電極(TG)を例えば0Vにすると、半導体層24とト
ップゲート絶縁膜19との間のトラップ準位から正孔を
吐き出させてリフレッシュ、つまりリセットすることが
できる。すなわち、連続して使用されると、半導体層2
4とトップゲート絶縁膜19との間のトラップ準位が光
照射により発生する正孔とドレイン電極(D)から注入
される正孔とによって埋められていき、光無入射状態で
のチャネル抵抗が小さくなり、光無入射時にドレイン電
流IDSが増加する。そこで、トップゲート電極(TG)
を0Vとし、この正孔を吐き出させてリセットする。
By the way, in the two-dimensional photosensor 12, one sensor unit 20 can have both a sensor function and a selection transistor function. Next, these functions will be briefly described (for details, see JP-A-6-1325).
No. 60). When a positive voltage (+10 V) is applied to the bottom gate electrode (BG) and the top gate electrode (TG) is set to, for example, 0 V, holes are generated from trap levels between the semiconductor layer 24 and the top gate insulating film 19. To be refreshed, that is, reset. That is, when used continuously, the semiconductor layer 2
The trap level between the gate insulating film 4 and the top gate insulating film 19 is filled with holes generated by light irradiation and holes injected from the drain electrode (D). And the drain current I DS increases when no light is incident. Therefore, the top gate electrode (TG)
Is set to 0 V, and the holes are discharged to reset.

【0016】また、ボトムゲート電極(BG)に正電圧
が印加されていない場合には、ボトムトランジスタにチ
ャネルが形成されず、光入射が行われても、ドレイン電
流IDSが流れず、非選択状態とすることができる。すな
わち、ボトムゲート電極(BG)に印加する電圧を制御
することにより、選択状態と非選択状態とを制御するこ
とができる。また、非選択状態において、トップゲート
電極(TG)に0Vを印加すると、上記同様に、半導体
層24とトップゲート絶縁膜19との間のトラップ準位
から正孔を吐き出させてリセットすることができる。
When a positive voltage is not applied to the bottom gate electrode (BG), no channel is formed in the bottom transistor, and even if light is incident, the drain current I DS does not flow and the non-selection is not performed. State. That is, by controlling the voltage applied to the bottom gate electrode (BG), the selected state and the non-selected state can be controlled. In addition, when 0 V is applied to the top gate electrode (TG) in the non-selected state, similarly to the above, reset is performed by discharging holes from the trap level between the semiconductor layer 24 and the top gate insulating film 19. it can.

【0017】以上の結果、例えば図5に示すように、ト
ップゲート電圧VTGを0Vと−20Vとに制御すること
により、センス状態とリセット状態とを制御することが
できる。また、ボトムゲート電圧VBGを0Vと+10V
とに制御することにより、選択状態と非選択状態とを制
御することができる。すなわち、トップゲート電圧VTG
及びボトムゲート電圧VBGを制御することにより、2次
元フォトセンサ12の1つのセンサ部20にフォトセン
サとしての機能と選択トランジスタとしての機能とを兼
ね備えさせることができる。
As a result, as shown in FIG. 5, for example, the sense state and the reset state can be controlled by controlling the top gate voltage VTG to 0V and -20V. Further, the bottom gate voltage V BG is set to 0V and + 10V.
Thus, the selected state and the non-selected state can be controlled. That is, the top gate voltage V TG
In addition, by controlling the bottom gate voltage V BG , one sensor unit 20 of the two-dimensional photo sensor 12 can have both a function as a photo sensor and a function as a selection transistor.

【0018】なお、図1では、面光源11、2次元フォ
トセンサ12及び凹凸検出光学素子13を所定の間隔を
おいて配置しているが、これらを密接させて配置するよ
うにしてもよい。また、図1では、凹凸検出光学素子1
3の右側に2次元フォトセンサ12及び面光源11を配
置しているが、図1に示す凹凸検出光学素子13を同図
において時計方向に90°回転させ、その下側に2次元
フォトセンサ12及び面光源11を配置するようにして
もよい。また、上記実施形態では、凹凸検出光学素子1
3の主要部を複数の光ファイバ15を密接させてなるも
のによって構成した場合について説明したが、これに限
らず、アクリル系樹脂等からなる高屈折率の板材とフッ
素系樹脂等からなる低屈折率の層材とを交互に積層して
なるものつまり複数の板状導光部材を積層(密接)して
なるものによって構成するようにしてもよい。さらに、
上記実施形態では、この発明を2次元フォトセンサ12
を備えた読取装置に適用した場合について説明したが、
これに限らず、1次元フォトセンサを備えた読取装置に
も適用することができる。
In FIG. 1, the surface light source 11, the two-dimensional photo sensor 12, and the unevenness detecting optical element 13 are arranged at predetermined intervals, but they may be arranged closely. Also, in FIG.
1. The two-dimensional photosensor 12 and the surface light source 11 are arranged on the right side of FIG. 3. The unevenness detecting optical element 13 shown in FIG. Alternatively, the surface light source 11 may be provided. In the above embodiment, the unevenness detecting optical element 1
Although the description has been given of the case where the main part 3 is constituted by a plurality of optical fibers 15 closely contacted with each other, the present invention is not limited to this. It is also possible to employ a structure obtained by alternately laminating layer materials having different ratios, that is, a structure obtained by laminating (closely contacting) a plurality of plate-shaped light guide members. further,
In the above embodiment, the present invention is applied to the two-dimensional photo sensor 12
The case where the present invention is applied to a reading device having
The present invention is not limited to this, and can be applied to a reading device including a one-dimensional photosensor.

【0019】[0019]

【発明の効果】以上説明したように、請求項1記載の発
明によれば、フォトセンサとして透光ベース層を有する
ものを用いているので、光源、フォトセンサ及び凹凸検
出光学素子をこの順で一列に配置することができ、した
がって各部品の配列方向に対して直交する方向のサイズ
を小さくすることができ、ひいては装置全体を小型化す
ることができる。また、請求項4記載の発明によれば、
凹凸検出光学素子として入射光をほぼ平行な光とする機
能を有するものを用いているので、光源から光がランダ
ムに出射されても、この光をほぼ平行な光とすることが
でき、このため従来のような結像光学系が不要となり、
したがって装置全体をさらに小型化することができる。
As described above, according to the first aspect of the present invention, since the photosensor having the translucent base layer is used, the light source, the photosensor and the unevenness detecting optical element are arranged in this order. The components can be arranged in a line, so that the size of each component in the direction orthogonal to the arrangement direction can be reduced, and thus the entire device can be reduced in size. According to the fourth aspect of the present invention,
Since an unevenness detecting optical element having a function of converting incident light into substantially parallel light is used, even when light is randomly emitted from a light source, this light can be converted into substantially parallel light. Eliminates the need for conventional imaging optics,
Therefore, the whole apparatus can be further miniaturized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の一実施形態における読取装置の要部
の概略断面図。
FIG. 1 is a schematic sectional view of a main part of a reading apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】(A)、(B)は図1に示す凹凸検出光学素子
の製造方法の一例を説明するために示す斜視図。
FIGS. 2A and 2B are perspective views showing an example of a method for manufacturing the unevenness detecting optical element shown in FIG.

【図3】図1に示す2次元フォトセンサの一部の断面
図。
FIG. 3 is a sectional view of a part of the two-dimensional photosensor shown in FIG. 1;

【図4】図3に示すセンサ部の等価回路図。FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of the sensor unit shown in FIG.

【図5】(A)〜(D)はそれぞれ図4に示すセンサ部
の各電極に印加する電圧とその状態の変化を説明するた
めに示す図。
5A to 5D are diagrams illustrating voltages applied to the respective electrodes of the sensor unit illustrated in FIG. 4 and changes in the states thereof.

【図6】従来の読取装置の一例の概略断面図。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of an example of a conventional reading device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 面光源 12 2次元フォトセンサ 13 凹凸検出光学素子 11 surface light source 12 two-dimensional photo sensor 13 unevenness detecting optical element

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 凹部及び凸部を有する被読取体を読み取
る読取装置であって、光源と、該光源からの光を透過す
る透光ベース層上に複数のセンサ部が形成されたフォト
センサと、入出射面及び該入出射面に対して傾斜する傾
斜面を有する凹凸検出光学素子とを具備し、前記傾斜面
に接触する被読取体の凸部に対応して光が散乱して前記
入出射面側から前記フォトセンサのセンサ部に入射する
ことを特徴とする読取装置。
1. A reading device for reading an object to be read having a concave portion and a convex portion, comprising: a light source; and a photosensor having a plurality of sensor portions formed on a light-transmitting base layer that transmits light from the light source. And an irregularity detecting optical element having an incident / exit surface and an inclined surface inclined with respect to the incident / exit surface, wherein light is scattered corresponding to the convex portion of the object to be read contacting the inclined surface. A reading device, wherein the light enters a sensor unit of the photosensor from an emission surface side.
【請求項2】 請求項1記載の発明において、前記フォ
トセンサは、センサ部が2次元状に配列された2次元フ
ォトセンサからなることを特徴とする読取装置。
2. The reading device according to claim 1, wherein the photosensor comprises a two-dimensional photosensor in which a sensor unit is two-dimensionally arranged.
【請求項3】 請求項1または2記載の発明において、
前記フォトセンサの各センサ部は、前記光源側に遮光性
を有する材料からなる第1ゲート電極が配置され、前記
凹凸検出光学素子側に透光性を有する材料からなる第2
ゲート電極が配置された光電変換トランジスタによって
構成されていることを特徴とする読取装置。
3. The method according to claim 1, wherein
In each of the sensor units of the photosensor, a first gate electrode made of a material having a light-shielding property is arranged on the light source side, and a second gate electrode made of a material having a light-transmitting property is provided on the unevenness detecting optical element side.
A reading device comprising a photoelectric conversion transistor in which a gate electrode is arranged.
【請求項4】 請求項1〜3のいずれかに記載の発明に
おいて、前記凹凸検出光学素子は入射光をほぼ平行な光
とする機能を有するものからなることを特徴とする読取
装置。
4. The reading device according to claim 1, wherein the unevenness detecting optical element has a function of converting incident light into substantially parallel light.
【請求項5】 請求項4記載の発明において、前記凹凸
検出光学素子は複数の線状または板状の導光部材が密接
されたものからなることを特徴とする読取装置。
5. The reading apparatus according to claim 4, wherein the unevenness detecting optical element comprises a plurality of linear or plate-shaped light guide members which are closely attached.
【請求項6】 請求項5記載の発明において、前記凹凸
検出光学素子の前記導光部材の両端面を除く外周面には
光吸収層が設けられていることを特徴とする読取装置。
6. The reading device according to claim 5, wherein a light absorbing layer is provided on an outer peripheral surface of the unevenness detecting optical element except for both end surfaces of the light guide member.
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