KR100306293B1

KR100306293B1 - 판독장치

Info

Publication number: KR100306293B1
Application number: KR1019980031761A
Authority: KR
Inventors: 미노루 후지와라; 마코토 사사키; 히로미츠 이시이; 데츠오 무토
Original assignee: 가시오 가즈오; 가시오게산키 가부시키가이샤
Priority date: 1997-08-05
Filing date: 1998-08-04
Publication date: 2001-11-30
Also published as: CN1209612A; EP0901093A2; KR19990023361A; EP0901093A3; US6310683B1

Abstract

본 발명은 지문 등의 미세한 오목부 및 볼록부를 갖는 피판독체의 오목부 또는 볼록부의 형상 또는 위치를 판독하기 위한 판독장치에 관한 것으로서,

면광원(11)으로부터 방사된 빛은 요철검출광학소자(13)의 투명베이스층(15)의 표면에 도달하며, 여기서 면광원(11)으로부터 대략 수직으로 방출된 빛은 공기층에 방사하는데 투명베이스층(15)에 전반사각보다도 큰 각도로 입사된 빛은 공기층에 접하고 있는 장소에서는 2차원 포토센서(12)측으로 되돌아가나 투명입자(16)에 접하고 있는 장소에서는 투명입자(16) 내에서 산란하고, 여기서 산란반사층(14)에 손가락(31)을 접촉시키면 지문의 오목부(31a)에 대응하는 영역에 있어서는 산란반사상태에 변화는 없고 화살표(C)로 나타내는 바와 같이 반사되는 광량은 크나, 지문의 볼록부(31b)에 대응하는 영역에 있어서는 투명입자(16)로 산란되어 있는 빛이 흡수되기 때문에 화살표(D)로 나타내는 바와 같이 반사되는 광량은 극히 적으며, 이에 따라 손가락(31) 지문의 요철에 따른 광학적으로 명암이 강조된 화상이 얻어진다.

Description

판독장치

본 발명은 지문 등의 미세한 오목부 및 볼록부를 갖는 피판독체의 오목부 또는 볼록부의 형상 또는 위치를 판독하기 위한 판독장치에 관한 것이다.

종래 지문 등의 미세한 요철의 형상 또는 위치를 판독하기 위한 판독장치로서 일본국 특허 공개 94-325158호 기재의 구조를 갖는 것이 알려져 있다. 그 구조는 도 16에 나타내는 바와 같이 면광원(1) 상에 2차원포토센서(2)가 설치되고, 2차원포토센서(2) 상에 복수의 광파이버(3a)를 집합하여 이루는 광파이버집합판(3)이 설치되며, 광파이버집합판(3) 상에 광반사판(4)이 설치된 구조의 것이 있다. 이 중 2차원포토센서(2)는 투명기판(2a) 상에 개구부(2b)를 갖는 차광판(2c)이 설치되고, 차광판(2c) 상에 센서부(2d)가 설치된 구조로 되어 있다. 광반사판(4)은 투명한 재료에 의해 시트 상으로 형성되고, 그 상면 측에 표면에 알루미늄 등으로 이루어지는 반사층(4a)이 증착된 복수의 V자홈(4b)이 병렬하여 설치되며, 서로 인접하는 V자홈(4b) 사이가 평탄한 상면(4c)을 갖는 단면 대략 사다리꼴 상의 돌기부(4d)로 된 구조로 되어 있다.

이 판독장치에서는 부품의 모두가 대략 판 상이기 때문에 박형 화할 수 있다. 그리고 도 16에 있어서 화살표로 나타내는 바와 같이 면광원(1)의 상면으로부터 해당 상면에 대해서 수직으로 출사된 평행광이 2차원포토센서(2)의 개구부(2b) 및 광파이버집합판(3)의 광파이버(3a)를 투과하고, 이 투과광이 광반사판(4)의 V자홈(4b)의 반사층(4a)에서 반사되며, 이 반사광이 광반사판(4) 상에 밀접된 예를 들면 손가락(도시하지 않음)을 비스듬한 아래쪽으로부터 조사하고, 광반사판(4)의 돌기부(4d)의 상면(4c)에서 반사된 빛이 광반사판(4)의 V자홈(4b)의 반사층(4a)에서 반사되며, 이 반사광이 광파이버집합판(3)의 앞의 투과부(광파이버(3a))와 인접하는 다른 광파이버(3a)에 입사되고, 이 입사광이 2차원포토센서(2)의 센서부(2d)에 입사된다. 이 경우, 광반사판(4)의 돌기부(4d)의 상면(4c)에 밀접된 손가락 지문의 오목부(골선)에 대응하는 부분에서 반사가 발생하고, 손가락 지문의 볼록부(융기선)에 대응하는 부분에서 빛이 흡수되고, 이에 따라 손가락 지문의 요철에 따라서 광학적으로 명암이 강조된 화상이 얻어져 손가락의 지문이 판독되게 된다.

그러나 종래의 이와 같은 판독장치에서는 면광원(1)의 상면으로부터 해당 상면에 수직인 평행광을 출사시켜 이 평행광을 2차원포토센서(2)의 개구부(2b)를 통해서 광파이버집합판(3)의 광파이버(3a)에 입사시켰다 하더라도 광반사판(4)의 돌기부(4d)의 상면(4c)에서 반사된 빛을 광반사판(4)의 V자홈(4b)의 반사층(4a)에서 반사시켜서 광파이버집합판(3)의 광파이버(3a)에 다시 입사시키고 있기 때문에 광입사각이 작은 광파이버(3a)에 대한 다시 한 번의 입사각이 크게 되고, 이 때문에 빛의 손실이 크게 되어 충분한 컨트래스트를 얻기 어렵다고 하는 문제가 있었다. 또 광반사판(4)의 돌기부(4d)의 상면(4c)에서 반사된 빛을 광파이버집합판(3)의 소정의 하나의 광파이버(3a)를 투과시켜서 2차원포토센서(2)의 소정의 하나의 센서부(2d)에 소기한 대로 입사시키는 데에는 광반사판(4)의 돌기부(4d)와 광파이버집합판(3)의 광파이버(3a)와 2차원포토센서(2)의 센서부(2d)를 각각 1 대 1의 관계로 정확하게 위치 맞춤 할 필요가 있어 생산 효율이 나쁘기 때문에 고가로 된다고 하는 문제가 있었다.

본 발명은 지문 등의 판독을 위한 빛의 손실을 적게 할 수 있고, 또 각 부품 상호의 위치 맞춤을 불요로하여 생산성을 향상하는 것이 가능한 장치를 제공하는 것에 있고, 본 발명에 따르면,

광원과,

상기 광원 상에 설치된 투명한 베이스층, 상기 베이스층 상에 형성된 복수의 포토센서부 및 상기 포토센서부를 덮는 수지 층을 갖는 포토센서와,

상기 포토센서 상에 설치된 산란반사층을 구비하고 상기 광원으로부터 출사되어 상기 산란반사층에서 산란 반사된 빛이 상기 각 포토센서부에 입사되는 것을 특징으로 하는 판독장치가 제공된다.

도 1은 본 발명 판독장치의 제 1 실시예를 나타내는 주요부의 확대단면도.

도 2는 도 1에 나타내는 판독장치에 있어서의 손가락의 지문을 판독하는 원리를 설명하기 위해 나타내는 개략단면도.

도 3은 도 1에 나타내는 센서부의 등가회로도.

도 4a∼4d는 각각 도 3에 나타내는 센서부의 각 전극에 인가하는 전압과 그 상태의 변화를 설명하기 위해 나타내는 도면.

도 5는 도 1에 나타내는 판독장치의 변형예를 나타내는 확대단면도.

도 6은 도 1에 나타내는 요철검출광학소자의 확대사시도.

도 7은 요철검출광학소자의 변형예를 나타내는 확대사시도.

도 8은 본 발명 판독장치의 제 2 실시예의 주요부의 확대단면도.

도 9는 도 8에 나타내는 판독장치에 있어서 손가락의 지문을 판독하는 원리를 설명하기 위해 나타내는 개략단면도.

도 10은 도 8에 나타내는 판독장치 변형예의 주요부의 확대단면도.

도 11은 도 1에 나타내는 요철검출광학소자의 변형예를 나타내는 확대사시도.

도 12a∼12d는 각각 도 8에 나타내는 요철검출광학소자의 각 변형예를 설명하기 위해 나타내는 도면.

도 13a∼13d는 각각 요철검출광학소자의 다른 각 변형예를 설명하기 위해 나타내는 도면.

도 14는 요철검출광학소자의 또 다른 각 변형예를 설명하기 위해 나타내는 도면.

도 15는 요철검출광학소자의 또 다른 변형예를 나타내는 도면.

도 16은 종래의 판독장치의 확대단면도를 나타낸다.

※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1, 11: 면광원 2,12: 2차원 포토센서 2a, 21: 투명기판

2b: 개구부 2c: 차광판 2d, 20A, 20B: 센서부

3: 광파이버집합판 3a, 43: 광파이버 4: 광반사판

4a: 반사층 4b: V자홈 4c: 상면

4d: 돌기부 13, 44, 55, 113: 요철검출광학소자

14, 114: 산란반사층 15, 115: 투명베이스층 16: 투명입자

17: 접착층 22: 버텀게이트전극 23: 버텀게이트절연막

24: 반도체층 25: n⁺실리콘층 26: 소스전극

27: 드레인전극 28: 톱게이트절연막 29: 톱게이트전극

30: 오버코팅막 31: 손가락 31a: 오목부

31b: 볼록부 32, 132: 투명도전층 41: 코어

42: 클래드 51, 52, 53: 투명시트 54: 공동

61: 투명판 62: 고반사층 62a: 산화알루미늄층

62b: 산화아연층 62c: 불화마그네슘층 116: 볼록돌출부

(제 1 실시예)

도 1은 본 발명 판독장치의 제 1 실시예의 주요부의 확대단면도이다. 이 판독장치는 미세한 요철부를 갖는 피판독체의 오목부 또는 볼록부의 형상 또는 위치를 판독할 수 있는 것인데, 이하의 실시예에서는 지문을 판독하기 위한 지문판독장치로서 설명한다. 이 지문판독장치는 면광원(11) 상에 2차원포토센서(12)가 설치되고, 2차원포토센서(12) 상에 요철검출광학소자(13)가 설치된 구조로 되어 있다. 이 중 면광원(11)은 일렉트로루미네센스패널이나 액정표시장치에서 이용되고 있는 에지라이트방식의 백라이트 등으로 이루어져 있다. 에지라이트방식의 백라이트의 경우에는 도시하고 있지 않으나, 전형적으로는 도광판의 하면에 반사판을 설치하고, 도광판의 옆에 발광다이오드 등으로 이루어지는 점광원을 1개 설치하며, 이 점광원을 반사시트로 뒤집어 씌운 구조로 한다.

요철검출광학소자(13)는 산란반사층(14)을 갖는 것이고, 아크릴 수지 등의 투명 수지나 유리등으로 이루어지는 투명베이스층(15)의 상면에 서로 밀접 또는 다소의 간격을 두고 배치된 아크릴 수지 등의 투명 수지나 유리등으로 이루어지는 다수의 구상의 투명입자(16)가 투명한 접착층(17)을 통해서 접착된 구조를 갖는다.

투명베이스층(15)에 접착된 구상의 투명입자(16)는 산란반사층을 형성하는 것이다. 산란반사층의 작용은 후술한다. 투명입자(16)를 고정하는 접착층(17)은 점착시트나 양면접착테이프 등이어도 좋고, 또 열경화형 또는 자외선경화형의 접착제를 도포한 것이어도 좋다. 이 중 후자의 열경화형 또는 자외선경화형의 접착제를 도포한 것의 경우에는, 열경화 또는 자외선경화함으로써 접착층(17)을 경화하기 때문에 투명입자(16)가 손가락에 의한 압압력을 받아도 접착층(17)이 변형하지 않도록 할 수 있다.

요철검출광학소자(13)를 제조하는 데에는 투명베이스층(15)의 상면에 접착층(17)을 인쇄법, 전사법, 롤코팅법 등에 의해 피착한 후 접착층(17)이 미경화의 상태에서 투명입자(16)를 산포하고, 열경화형의 경우에는 가열하며, 자외선경화형의 경우에는 자외선을 조사하여 경화하면 좋고, 극히 효율적으로 제조할 수 있다. 또 이 경우, 투명입자(16)를 적절히 흩어지게 하여 산포할 수 있기 때문에 투명입자(16) 사이에 있어서 광학적인 간섭이 발생하지 않도록 할 수 있다.

2차원포토센서(12)는 복수의 센서부(20A, 20B)가 매트릭스상으로 배열된 것으로 이루어지고, 아크릴 수지 등의 투명 수지나 유리등으로 이루어지는 투명기판(투광베이스층)(21)을 구비하고 있다. 투명기판(21)의 상면에는 각 센서부(20A, 20B) 마다 에 크롬이나 알루미늄 등의 차광성전극으로 이루어지는 버텀게이트전극(22)이 설치되고, 그 상면 전체에는 질화실리콘으로 이루어지는 버텀게이트절연막(23)이 설치되어 있다. 버텀게이트절연막(23)의 상면에 있어서 버텀게이트전극(22)에 대응하는 부분에는 비결정질실리콘으로 이루어지는 반도체층(24)이 설치되어 있다. 반도체층(24)의 상면 양측에는 n⁺실리콘층(25, 25)이 설치되어 있다. n⁺실리콘층(25, 25)의 상면 및 그 근처의 버텀게이트절연막(23)의 상면에는 크롬이나 알루미늄 등의 차광성전극으로 이루어지는 소스전극(26) 및 드레인전극(27)이 설치되고, 그 상면 전체에는 질화실리콘으로 이루어지는 톱게이트절연막(28)이 설치되어 있다. 톱게이트절연막(28)의 상면에 있어서 반도체층(24)에 대응하는 부분에는 ITO 등의 투명전극(투광성전극)으로 이루어지는 톱게이트전극(29)이 설치되고, 그 상면 전체에는 질화실리콘으로 이루어지는 오버코팅막(30)이 설치되어 있다. 그리고 이 2차원포토센서(12)에서는 그 하면 측으로부터 빛이 무작위로 입사되면 이 빛은 차광성전극으로 이루어지는 버텀게이트전극(22), 소스전극(26) 및 드레인전극(27)의 부분 이외로 이루어지는 투과부를 투과하는 동시에 버텀게이트전극(22)에 의해 차광되어 반도체층(24)에 직접 입사하지 않도록 되어 있다.

이 지문판독장치에서는 면광원(11)의 상면으로부터 무작위로 출사된 빛이 2차원포토센서(12)의 투과부를 투과하고, 이 투과광이 요철검출광학소자(13)의 하면에 입사되며, 이 입사광이 요철검출광학소자(13)의 산란반사층(14)에서 산란 반사되고, 이 산란반사층(14)에 밀접된 손가락(도 1 에서는 도시하지 않음)을 아래쪽으로부터 무작위로 조사하며, 손가락의 오목부에 대응하는 영역의 산란광 및 반사광이 그 근처의 투명전극으로 이루어지는 톱게이트전극(29)을 투과하여 그 아래의 반도체층(24)의 소스전극(26) 및 드레인전극(27) 사이의 입사면에서 입사된다.

산란반사층(14)에 있어서의 작용을 도 2를 참조하여 설명한다. 면광원(11)으로부터 방사된 빛은 요철검출광학소자(13)의 투명베이스층(15)의 표면에 도달한다. 여기서 면광원(11)으로부터 대략 수직으로 방출된 빛은 투명입자(16)를 통해서 또는 직접 공기층으로 방사한다. 투명베이스층(15)에 전반사각보다도 큰 각도로 입사된 빛은 공기층에 접하고 있는 장소에서는 전반사되어 2차원포토센서(12)측으로 되돌아가는데, 투명입자(16)에 접하고 있는 장소에서는 투명입자(16) 내로 입사되어 투명입자(16) 내에서 전반사를 반복하여 산란한다. 이 때문에 손가락을 접하지 않은 상태에서는 산란반사층(14)의 각 투명입자(16)는 불투명 백색을 나타내고 있다. 여기서 산란반사층(14)에 손가락(31)을 접촉시키면 지문의 오목부(31a)에 대응하는 영역에 있어서는 산란 반사 상태에 변화는 없고, 화살표(C)로 나타내는 바와 같이 반사되는 광량은 크나, 지문의 볼록부(31b)에 대응하는 영역에 있어서는 투명입자(16)로 산란되어 있는 빛이 흡수되기 때문에 화살표(D)로 나타내는 바와 같이 반사되는 광량은 극히 작다.

따라서 2차원포토센서(12)의 센서부(20A, 20B)의 반도체층(24)에 입사되는 광량이 미리 설정된 광량(한계값) 이상인 경우에는 해당 센서부(20A, 20B)에 의한 광검출상태를 밝은 상태로 하고, 그 미만인 경우에는 해당 센서부(20A, 20B)에 의한 광검출상태를 어두운 상태로 함으로써 손가락(31) 지문의 요철에 따른 광학적으로 명암이 강조된 화상이 얻어져 손가락(31)의 지문이 판독되게 된다.

이와 같이 이 지문판독장치에서는 2차원포토센서(12) 상에 상면에 다수의 투명입자(16)로 이루어지는 산란반사층(14)을 갖는 요철검출광학소자(13)를 설치하여 면광원(11)의 상면으로부터 빛을 무작위로 출사시켜도 손가락(31) 지문의 요철에 따른 광학적으로 명암이 강조된 화상을 얻을 수 있다. 이 경우 종래와 같은 광파이버집합판을 이용하고 있지 않기 때문에 지문판독을 위한 빛의 손실을 적게 할 수 있고, 또 각 부품 상호의 위치 맞춤 정밀도를 완화할 수 있다.

지문판독을 위한 빛의 손실 감소에 대해서 설명하면 면광원(11)의 상면으로부터 무작위로 출사된 빛 중 버텀게이트전극(22)에 의해 차광되는 빛만이 지문 판독에 기여하지 않고, 그 이외의 빛은 기여하기 때문에 이 기여하는 빛에 손실이 거의 발생하지 않도록 할 수 있다. 또 면광원(11)의 상면으로부터 빛을 무작위로 출사시키고 있기 때문에 광 이용률을 좋게 할 수 있다. 즉 2차원포토센서(12)의 투명기판(21)에 어느 정도의 두께가 있기 때문에 버텀게이트전극(22) 아래의 면광원(11)의 상면으로부터 무작위로 출사된 빛도 지문 판독용으로서 이용할 수 있다. 이에 대해서 종래에서는 예를 들면 도면에 나타내는 바와 같이 차광판(2c) 아래의 면광원(1)의 상면으로부터 해당 상면에 수직으로 출사된 평행광은 지문 판독용으로서 전혀 이용할 수 없었던 것이었었다.

다음으로 각 부품 상호의 위치 맞춤 정밀도의 완화에 대해서 설명한다. 손가락(31) 지문의 오목부(31a)의 폭은 100㎛ 정도이고, 볼록부(31b)의 폭은 200㎛ 정도이다. 그래서 한 에로서 2차원포토센서(12)의 반도체층(24)의 부분의 센서부(20A, 20B)의 폭(채널 방향)을 10∼30㎛ 정도로 하고, 피치를 30∼100㎛ 정도, 바람직하게는 50∼80㎛ 정도로 하면 손가락(31) 지문의 요철 중 폭이 작은 쪽(100㎛ 정도)의 오목부(31a)에 대해서 센서부(20A, 20B)를 1∼3개정도, 바람직하게는 적어도 1개 이상으로 2개정도 배치할 수 있다. 또 요철검출광학소자(13)의 투명입자(16)의 직경을 1∼30㎛ 정도, 예를 들면 5㎛ 정도로 하면 투명입자(16)를 센서부(20A, 20B) 사이에 복수개 배치할 수 있다. 이와 같이 하면 2차원포토센서(12)와 요철검출광학소자(13)의 위치 맞춤을 대부분 불요로 할 수 있다.

2차원포토센서(12)의 동작에 대해서 설명한다. 2차원포토센서(12)의 하나의 센서부(20A, 20B)에서는 버텀게이트전극(BG)(22), 반도체층(24), 소스전극(S)(26) 및 드레인전극(D)(27) 등에 의해 버텀게이트형 트랜지스터가 구성되고, 톱게이트전극(TG)(29), 반도체층(24), 소스전극(S)(26) 및 드레인전극(D)(27) 등에 의해 톱게이트형 트랜지스터가 구성되어 있다. 즉 센서부(20A, 20B)는 반도체층(24)의 하측 및 상측에 각각 버텀게이트전극(BG)(22) 및 톱게이트전극(TG)(29)이 배치된 광전변환트랜지스터에 의해 구성되고, 그 등가회로는 도 3과 같이 나타낼 수 있다.

동일 도면을 참조하여 소스전극(S)-드레인전극(D) 사이에 플러스전압(예를 들면 ＋5V)이 인가된 상태에 있어서, 버텀게이트전극(BG)에 플러스전압(예를 들면 ＋10V)이 인가되면 반도체층(24)에 채널이 형성되어 드레인전류(I_DS)가 흐른다. 이 상태에서 톱게이트전극(TG)에 버텀게이트전극(BG)의 전계에 의한 채널을 소멸시키는 레벨의 마이너스전압(예를 들면 -20V)이 인가되면 톱게이트전극(TG)으로부터의 전계가 버텀게이트전극(BG)의 전계에 의한 채널 형성에 대해서 그것을 방해하는 방향으로 움직여 채널이 핀치오프된다. 이 때 톱게이트전극(TG) 측으로부터 반도체층(24)에 빛이 조사되면 반도체층(24)의 톱게이트전극(TG) 측에 전자-정공쌍이 야기된다. 이 전자-정공쌍은 반도체층(24)의 채널 영역에 축적되어 톱게이트전극(TG)의 전계를 제거한다. 이 때문에 반도체층(24)에 채널이 형성되어 드레인전류(I_DS)가 흐른다. 이 드레인전류(I_DS)는 반도체층(24)으로의 입사광량에 따라서 변화한다.

이와 같이 이 2차원포토센서(12)에서는 톱게이트전극(TG)으로부터의 전계가 버텀게이트전극(BG)의 전계에 의한 채널 형성에 대해서 그것을 방해하는 방향으로 움직여서 채널을 핀치오프하는 것이기 때문에 광무입사 때에 흐르는 드레인전류(I_DS)를 극히 작게 할 수 있고, 예를 들면 10^-14A(Ampere) 정도로 할 수 있다. 이 때문에 광입사 때와 광무입사 때에 흐르는 드레인전류(I_DS)의 차를 충분히 크게 할 수 있다. 이 결과 상기한 바와 같이 반도체층(24)에 입사되는 광량이 미리 설정된 광량(한계값) 이상인 경우에는 큰 드레인전류(I_DS)가 흘러 해당 센서부(20A, 20B)에 의한 광검출상태를 밝은 상태로 하고, 그 미만인 경우에는 작은 드레인전류(I_DS)가 흘러 해당 센서부(20A, 20B)에 의한 광검출상태를 어두운 상태로 할 수 있다. 이에 따라 손가락(31) 지문의 요철에 따른 광학적으로 명암이 강조된 화상이 얻어져 손가락(31) 지문이 판독되게 된다.

그런데 이 2차원포토센서(12)에서는 1개의 센서부(20A, 20B)에 센서기능과 선택 트랜지스터 기능을 겸용시킬 수 있다. 다음으로 이들의 기능에 대해서 간단하게 설명한다. 버텀게이트전극(BG)에 플러스전압(＋10V)이 인가된 상태에 있어서, 톱게이트전극(TG)을 예를 들어 0V로 하면 반도체층(24)과 톱게이트절연막(19)의 사이의 트랩전위로부터 정공을 토출시켜서 리프레시 즉 리세트할 수 있다. 즉 연속하여 사용되면 반도체층(24)과 톱게이트절연막(19)의 사이의 트랩전위가 광조사에 의해 발생하는 정공과 드레인전극(D)으로부터 주입되는 정공에 의해 채워져 가고, 광무입사상태에서의 채널 저항이 작게 되어 광무입사 때에 드레인전류(I_DS)가 증가한다. 그래서 톱게이트전극(TG)을 0V로하여 이 정공을 토출시켜 리세트한다.

또 버텀게이트전극(BG)에 플러스전압이 인가되어 있지 않은 경우에는 버텀트랜지스터에 채널이 형성되지 않어 광입사가 실시되어도 드레인전류(I_DS)가 흐르지않어 비선택상태로 할 수 있다. 즉 버텀게이트전극(BG)에 인가하는 전압을 제어함으로써 선택상태와 비선택상태를 제어할 수 있다. 또 비선택상태에 있어서 톱게이트전극(TG)에 0V를 인가하면 상기와 똑같이 반도체층(24)과 톱게이트절연막(19) 사이의 트랩준위로부터 정공을 토출시켜서 리세트할 수 있다.

이상의 결과 예를 들면 도 4에 나타내는 바와 같이 톱게이트전압(V_TG)을 0V와 －20V로 제어함으로써 센스상태와 리세트상태를 제어할 수 있다. 또 버텀게이트전압(V_BG)을 0V와 ＋10V로 제어함으로써 선택상태와 비선택상태를 제어할 수 있다. 즉 톱게이트전압(V_TG) 및 버텀게이트전압(V_BG)을 제어함으로써 2차원포토센서(12)의 1개의 센서부(20A, 20B)에 포토센서로서의 기능과 선택트랜지스터로서의 기능을 겸비시킬 수 있다.

또한 상기 실시예에서는 요철검출광학소자(13)를 2차원포토센서(12)와 별체로 한 경우에 대해서 설명했는데 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면 도 5에 나타내는 바와 같이 2차원포토센서(12)의 오버코팅막(30)의 평탄한 상면에 복수의 투명입자(16)를 접착층(17)을 통해서 접착하여 배치하도록 해도 좋다. 즉 투명입자(16)와 접착층(17)으로 이루어지는 요철검출광학소자(13)를 2차원포토센서(12)의 오버코팅막(30)의 평탄한 상면에 일체로 형성하도록 해도 좋다. 그런데 2차원포토센서(12)의 버텀게이트절연막(23), 톱게이트절연막(28) 및 오버코팅막(30)을 CVD법으로 성막하면 도시하고 있지 않으나 오버코팅막(30)의 상면이 비평탄상으로 되는데, 이와 같은 경우에는 오버코팅막(30)의 상면에 아크릴 수지 등의 투명 수지를 도포하여 상면이 평탄한 투명층을 형성하고, 이 투명층의 상면에 복수의 투명입자(15)를 접착층(17)을 통해서 접착하여 배치하도록 하면 좋다. 덧붙여서 면광원(11)의 상면에 예를 들면 아크릴 수지를 도포하여 2차원포토센서(12)의 투명기판(11)을 형성함으로써 면광원(11) 상에 2차원포토센서(12)를 일체로 형성하도록 해도 좋다.

또 상기 도 1에 나타내는 실시예에서는 산란반사층(4)을 다수의 투명입자(16)에 의해 구성한 산란반사층(14)은 이에 한정되는 것이 아니고 여러 가지의 구성을 채용하는 것이 가능하다. 예를 들면 도 6에 나타내는 요철검출광학소자(44)는 코어(41)를 클래드(42)로 피복하여 이루는 광파이버(43)가 다수 병렬하여 구성된 것이다. 이 요철검출광학소자(44)를 2차원포토센서(12) 상에 직접 배치해도 좋고, 또 다수의 광파이버(43)를 서로 밀착하여 수지 등으로 일체화한 후 2차원포토센서(12) 상에 배치하도록 해도 좋다. 또 도 7에 나타내는 요철검출광학소자(55)는 공기 등의 기체가 충전된 구상의 공동(54)을 갖는 투명시트(53)로 구성한 것이다. 이와 같은 요철검출광학소자(55)를 제조하는데 에는 반구상의 공동을 갖는 투명시트(51, 52)를 형성하고, 이 투명시트(51, 52)의 공동을 대응시켜서 양자를 접합하면 좋다. 이 경우 공동(54)의 표면에 있어서 산란 반사가 일어난다. 공동(54)의 형상은 구상에 한하지 않고 삼각추체, 다면체 또는 기둥상이어도 좋다. 또 산란반사층을 형성하기 위해서 공동(54) 내에 봉입하는 재료는 기체에 한하지 않고, 투명시트(53)보다도 저 굴절률의 재료이면 기체나 고체 등을 이용할 수 있다.

(제 2 실시예)

도 8은 본 발명의 제 2 실시예를 나타내는 지문판독장치의 주요부의 확대단면도이다. 도 1에 나타내는 실시예와 같은 부재는 동일의 참조 번호를 붙여서 그 설명을 생략한다.

이 실시예에서는 2차원포토센서(12) 상에 ITO 등으로 이루어지는 투명도전층(32)이 배치되고, 투명도전층(32) 상에 요철검출광학소자(113)가 설치된 구조가 제 1 실시예와 상이하다. 요철검출광학소자(113)는 두께 200㎛ 정도 이하의 얇은 시트 상의 것이다. 투명도전층(32)은 정전기를 놓아주기 위한 것으로 도시는 되어 있지 않으나 적당한 리드선에 의해 접지되어 있다. 투명도전층(32)은 증착 등에 의해 2차원포토센서(12)의 후술하는 오버코팅막(30)의 상면 또는 요철검출광학소자(113)의 투명베이스층(115)의 하면에 일체로 형성되어 있다. 요철검출광학소자(113)는 아크릴 수지나 유리등으로 이루어지는 투명베이스층(115)의 상면측에 다수의 단면반원형상의 볼록돌출부(116)가 병렬하여 설치된 것으로 이루어져 있다. 다수의 볼록돌출부(116)는 후술하는 바와 같이 산란반사층(114)을 형성한다.

이 지문판독장치에서는 2차원포토센서(12) 상에 투명도전층(32)을 설치하고, 이 투명도전층(32)을 접지하고 있기 때문에 2차원포토센서(12)에 두께가 200㎛ 정도 이하의 요철검출광학소자(113)를 밀착한 박형구조이더라도 상기 요철검출광학소자(113) 상에 밀접된 손가락(도시하지 않음)으로부터 방출되는 강한 정전기를 투명도전층(32)을 통해서 놓아줄 수 있고, 따라서 이 강한 정전기에 의해 2차원포토센서(12)의 센서부가 오동작하거나 파손하거나 하지 않도록 할 수 있다.

다음으로 도 8에 나타내는 지문판독장치의 동작을 도 9를 참조하여 설명한다. 도 9에 있어서 화살표로 나타내는 바와 같이 면광원(11)의 상면으로부터 무작위로 출사된 빛이 2차원포토센서(12)의 투과부 및 투명도전층(32)을 투과하고, 이 투과광이 요철검출광학소자(113)의 하면에 입사되며, 이 입사광이 요철검출광학소자(113)의 볼록돌출부(116) 상에 밀접된 손가락(31)을 아래쪽으로부터 무작위로 조사하고, 볼록돌출부(116)의 표면에서 반사된 빛이 투명도전층(32) 및 그 근처의 투명전극으로 이루어지는 톱게이트전극(29)을 투과하여 그 아래의 반도체층(24)에 입사된다. 이 경우 요철검출광학소자(113)의 하면에 입사된 입사광은 볼록돌출부(116)의 표면에서 1∼수회 반사(주로 다중반사)되고, 그리고 원칙적으로 볼록돌출부(116)의 표면에 밀접된 손가락(31) 지문의 오목부(31a)에 대응하는 부분에서 전반사가 발생하고, 손가락(31) 지문의 볼록부(31b)에 대응하는 부분에서 산란 현상이 발생한다.

즉 면광원(11)의 상면으로부터 빛이 무작위로 출사되어 있기 때문에 주로 도 9에 있어서 예를 들면 부호 W₁, W₂및 W₃의 화살표로 나타내는 바와 같이 손가락(31) 지문의 오목부(31a)에 대응하는 부분에 있어서의 볼록돌출부(116)의 표면에서 수회 반사되어 그 근처의 반도체층(24)에 입사된다. 또 도 9에 있어서 예를 들면 부호 W₄의 화살표로 나타내는 바와 같이 손가락(31) 지문의 오목부(31a)에 대응하는 부분에 있어서의 볼록돌출부(116)의 표면에서 1회 반사되어 그 근처의 반도체층(24A)에 입사되는 빛도 있는데 이와 같은 입사광은 적다. 어느 것으로 해도 손가락(31) 지문의 오목부(31a)에 대응하는 부분의 근처에 있어서의 반도체층(24)에는 많은 빛이 입사된다. 한편 도 9에 있어서 예를 들면 부호 B₁, B₂및 B₃의 화살표로 나타내는 바와 같이 손가락(31) 지문의 볼록부(31b)에 대응하는 부분에 있어서의 볼록돌출부(116)의 표면에서 수회 반사되도록 하는 빛은 어느 것인가의 반사 후에 산란된다. 또 도 9에 있어서 예를 들면 부호 B₄의 화살표로 나타내는 바와 같이 손가락(31) 지문의 볼록부(31b)에 대응하는 부분에 있어서의 볼록돌출부(116)의 표면에서 1회 반사되도록 하는 빛은 반사되지 않고 바로 산란된다. 이 결과 손가락(31) 지문의 볼록부(31b)에 대응하는 부분의 근처에 있어서의 반도체층(24)에는 빛은 거의 입사되지 않는다. 그리고 반도체층(24)에 입사되는 광량이 미리 설정된 광량(한계값) 이상인 경우에는 해당 센서부에 의한 광검출상태를 밝은 상태로 하고, 그 미만인 경우에는 해당 센서부에 의한 광검출상태를 어두운 상태로 한다. 이에 따라 손가락(31) 지문의 요철에 따른 광학적으로 명암이 강조된 화상이 얻어져 손가락(31)의 지문이 판독되게 된다.

도 8에 있어서의 요철검출광학소자(113)는 2차원포토센서(12) 상에 일체화하여 형성할 수도 있고, 도 10은 그 실시예를 나타낸다. 2차원포토센서(12)의 톱게이트전극(29) 및 오버코팅막(30)을 형성 후 투명도전막(32)을 스퍼터링법에 의해 형성하고, 이 후 이것을 금형 내에 수납하여 투명도전막(32) 면에 요철검출광학소자(113)를 일체 성형함으로써 형성한다. 요철검출광학소자(113)의 볼록돌출부(116)의 상면이 평탄성을 요망되는 경우에는 톱게이트절연막(28) 및 오버코팅막(30)의 한쪽 또는 양쪽을 스핀코팅으로 형성하도록 해도 좋다.

요철검출광학소자(113)를 2차원포토센서(12)와 분리하여 형성하는 경우, 통상 2차원포토센서(12)의 버텀게이트절연막(23), 드레인게이트절연막(28) 및 오버코팅막(30)을 스퍼터링이나 CVD 등으로 형성하는데, 이와 같은 드라이디포지션으로 성막하면 도 10에 나타내는 바와 같이 이들 막(23, 28, 30)의 각 상면이 비평탄상으로 된다. 즉 각 센서부의 부분이 해당 센서부 사이의 부분보다 두껍게 되고, 오버코팅막(30)의 표면이 비평탄상으로 된다. 이 경우 오버코팅막(30)의 비평탄상의 상면에 투명도전층(32)을 증착 등에 의해 직접형성해도 좋고, 또 도시하고 있지 않으나 오버코팅막(30)의 비평탄상의 상면에 투명한 표면평탄화층(도시하지 않음)을 형성하고, 그 상면에 투명도전층(32)을 형성해도 좋다. 또한 오버코팅막(30)의 상면에 투명한 표면평탄화층을 형성하는 경우에는 표면평탄화층의 상면에 시트 상의 투명도전층(32)을 투명한 접착제를 통해서 접착하도록 해도 좋다. 또 요철검출광학소자(113)의 투명베이스층(115)의 하면에 시트 상의 투명도전층(32)을 투명한 접착제에 의해 접착하도록 해도 좋다.

또한 상기 실시예에서는 투명도전층(32)을 2차원포토센서(12)의 상면 또는 요철검출광학소자(113)의 하면에 설치한 경우에 대해서 설명했는데, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면 도 11에 나타내는 바와 같이 요철검출광학소자(113)의 볼록돌출부(116)의 상면에 해당 상면에 따르도록 투명도전층(132)을 증착 등에 의해 형성하도록 해도 좋다. 또 2차원포토센서(12)의 상면, 요철검출광학소자(113)의 하면 및 상면 중 어느 쪽인가 2개의 면 또는 전면에 투명도전층(132)을 설치하도록 해도 좋다.

또 상기 실시예에서는 요철검출광학소자(113)의 볼록돌출부(116)의 형상을 단면 반원형상으로 한 경우에 대해서 설명했는데, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면 도 12a∼도 12d에 각각 나타내는 바와 같이 원의 일부로 이루어지는 단면궁형형상, 포물면의 일부로 이루어지는 단면형상, 타원의 일부로 이루어지는 단면형상, 단면직각이등변 삼각형상등으로 해도 좋다. 또 도 13a∼도 13c에 각각 나타내는 바와 같이 도 12a∼도 12c에 각각 나타내는 볼록돌출부(116)의 꼭대기부를 투명베이스층(115)의 하면에 평행한 평탄면(116a)으로 해도 좋고, 또 도시하고 있지 않으나 도 8에 나타내는 볼록돌출부(116)의 꼭대기부를 투명베이스층(115)의 하면에 평행한 평탄면으로 해도 좋다. 또 도 13d에 나타내는 바와 같이 도 12d에 나타내는 볼록돌출부(116)의 꼭대기부를 원의 일부로 이루어지는 단면궁형형상면(116b)으로 해도 좋다.

또 상기 실시예에서는 요철검출광학소자(113)를 투명베이스층(115)의 상면측에 다수의 볼록돌출부(116)를 병렬하여 설치한 구조로 한 경우에 대해서 설명했는데, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면 도 14에 나타내는 바와 같이 투명베이스층(115)의 상면측에 다수의 반구형상의 볼록부(융기부)(116)를 갈짓자상으로 설치한 것에 의해 요철검출광학소자(113)를 구성하도록 해도 좋다. 또 도시하고 있지 않으나 반구형상에 한하지 않고 구의 일부로 이루어지는 돔형상, 포물면을 소정의 축을 중심으로 회전하여 얻어진 것의 일부로 이루어지는 입체형상, 타원을 소정의 축을 중심으로 회전하여 얻어진 것의 일부로 이루어지는 입체형상, 사각추형상등으로 해도 좋다. 또 이들의 형상에 있어서 꼭대기부를 예를 들면 도 13a∼도 13d에 각각 나타내는 바와 같이 해도 좋다.

또한 상기 실시예에서는 요철검출광학소자(113)의 상면측을 요철형상으로 한 경우에 대해서 설명했는데, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면 도 15에 나타내는 바와 같이 아크릴 수지나 유리등으로 이루어지는 투명판(61)의 상면에 굴절률이 다른 복수의 층으로 이루어지는 고반사층(62)이 설치된 것에 의해 요철검출광학소자(113)를 구성하도록 해도 좋다. 이 중 고반사층(62)은 한 예로서 투명판(61)의 상면에 산화알루미늄층(62a), 산화아연층(62b) 및 불화마그네슘층(62c)이 이 순서로 증착이나 도포 등에 의해 설치된 구조로 되어 있다. 각 층(62a, 62b, 62c)의 두께는 수 십∼수 백Å 정도이다. 이 고반사층(62)에서는 각 층(62a, 62b, 62c)의 경계면에서의 반사광에 의한 간섭을 이용하여 반사증가를 실시하는 것이다. 그리고 고반사층(62)의 상면에 밀착된 손가락 지문의 오목부에 대응하는 부분에서 고반사가 일어나고, 손가락 지문의 볼록부에 대응하는 부분에서 저반사가 일어나며, 이에 따라 손가락 지문의 요철에 따라서 광학적으로 명암이 강조된 화상이 얻어져 손가락의 지문이 판독되게 된다. 또한 투명판(61)의 하면에 저반사층을 설치하도록 해도 좋다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면 포토센서 상에 적어도 상면에 산란반사층을 갖는 요철검출광학소자를 설치하여 종래와 같은 광파이버집합판을 이용하고 있지 않기 때문에 지문 등의 판독을 위한 빛의 손실을 적게 할 수 있고, 또 각 부품 상호의 위치 맞춤 정밀도를 완화할 수 있다.

Claims

광원과,

상기 광원 상에 설치된 투명한 베이스층, 상기 베이스층 상에 형성된 복수의 포토센서부 및 상기 포토센서부를 덮는 수지층을 갖는 포토센서부와,

상기 포토센서부 상에 설치된 산란반사층을 구비하고, 상기 광원으로부터 출사되어 상기 산란반사층에서 산란 반사된 빛이 상기 각 포토센서부에 입사되는 것을 특징으로 하는 판독장치.
제 1 항에 있어서,

상기 포토센서부는 2차원으로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 판독장치.
제 1 항에 있어서,

상기 각 포토센서부는 상기 광원측에 배치된 차광성을 갖는 제 1 게이트전극 및 상기 산란반사층측에 배치된 투광성을 갖는 제 2 게이트전극을 갖는 광전변환트랜지스터인 것을 특징으로 하는 판독장치.
제 1 항에 있어서,

상기 산란반사층은 미소한 투광성입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 판독장치.
제 4 항에 있어서,

상기 각 투광성입자는 상기 포토센서에 접착되어 있는 것을 특징으로 하는 판독장치.
제 4 항에 있어서,

상기 투광성입자는 1∼30㎛의 직경을 갖는 대략 구상입자인 것을 특징으로 하는 판독장치.
제 4 항에 있어서,

포토센서부는 30∼100㎛의 피치로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 판독장치.
제 1 항에 있어서,

상기 산란반사층은 미소 피치로 배열된 복수의 융기부를 갖는 시트 상 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 판독장치.
제 8 항에 있어서,

상기 융기부는 기둥상형상을 갖는 것을 특징으로 하는 판독장치.
제 8 항에 있어서,

상기 융기부는 대략 반구형상을 갖는 것을 특징으로 하는 판독장치.
제 8 항에 있어서,

상기 융기부는 대략 다각추체형상을 갖는 것을 특징으로 하는 판독장치.
제 1 항에 있어서,

상기 산란반사층은 병렬로 배치된 복수의 광파이버를 포함하는 것을 특징으로 하는 판독장치.
제 12 항에 있어서,

상기 각 광파이버는 상기 포토센서에 접착되어 있는 것을 특징으로 하는 판독장치.
제 12 항에 있어서,

상기 광파이버는 병렬로 배치되어 판상부재를 구성하는 것을 특징으로 하는 판독장치.
제 1 항에 있어서,

상기 포토센서와 상기 산란반사층의 사이에 정전기통전용의 투명도전막을 갖는 것을 특징으로 하는 판독장치.
제 1 항에 있어서,

상기 산란반사층은 굴절률이 다른 복수의 투명시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 판독장치.
제 1 항에 있어서,

상기 산란반사층의 한면에는 정전기통전용의 투명도전막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 판독장치.
광원과,

상기 광원 상에 배치되어 다수의 포토센서부를 갖는 포토센서와,

상기 포토센서에 피착되어 서로 이간된 다수의 미소한 투광성입자를 갖는 것을 특징으로 하는 판독장치.
제 18 항에 있어서,

상기 산란반사층은 중공부를 갖는 투명베이스층과, 상기 투명베이스층의 상기 중공부 내에 충전된 기체 및 액체의 한쪽을 포함하는 것을 특징으로 하는 판독장치.
광원과,

상기 광원 상에 배치되어 다수의 포토센서부를 갖는 포토센서와,

상기 포토센서 상에 설치된 산란반사층과,

상기 포토센서와 상기 산란반사층의 사이에 설치된 정전기통전용의 투명도전막을 구비하고, 상기 광원으로부터 출사되어 상기 산란반사층에서 산란 반사된 빛이 상기 각 포토센서부에 입사되는 것을 특징으로 하는 판독장치.