KR100550413B1 - 화상판독장치 및 그 구동방법 - Google Patents

화상판독장치 및 그 구동방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 화상판독장치 및 그 구동방법에 관한 것이며, 피검출체의 화상패턴을 판독하는 화상판독장치에 있어서, 그 위에 피검출체가 위치되는 검지면과, 상기 검지면상에 위치된 상기 피검출체의 화상패턴을 판독하는 복수의 센서가 배열되는 센서어레이와, 적어도 상기 센서어레이 상부에 설치되고, 상기 검지면을 구비하는 제 1 검출전극과, 상기 제 1 검출전극과 전기적으로 절연되도록 이격되어 설치되는 제 2 검출전극과, 층간절연막을 통하여 상기 제 1 검출전극과 대향해서 설치되는 대향전극과, 주기적으로 변동하는 제 1 신호파형을 갖는 신호전압을 상기 대향전극에 인가함에 의하여, 상기 제 1 검출전극에 제 2 신호파형을 여기하는 신호전압인가회로와, 상기 피검출체가 상기 제 1 검출전극 및 상기 제 2 검출전극 양쪽에 접촉함에 따라 상기 제 2 검출전극에 여기되는 제 3 신호파형의 상태에 의거하여 특정한 피검출체의 상기 검지면으로의 접촉상태를 판정하는 접촉검지수단을 구비하고, 상기 접촉검지수단에 의한 판정결과에 의거하여 상기 피검출체의 화상패턴의 판독동작을 실시하는 것을 특징으로 한다.
더블게이트형 포토센서, 검출전극, 대향전극, 펄스발생회로, 진폭제한회로, 포토센서어레이

Description

화상판독장치 및 그 구동방법{IMAGE READING APPARATUS AND ITS DRIVING METHOD}
도 1은 본 발명에 관련되는 접촉검지기능을 실현하기 위한 접촉검지수단의 제 1 실시형태를 나타내는 개략블록도.
도 2는 접촉검지수단의 제 1 실시형태에 적용되는 검지회로의 구성예를 나타내는 개략회로도.
도 3의 (a)∼(d)는 접촉검지수단의 제 1 실시형태의 접촉검지동작의 한 예를 나타내는 개념도.
도 4의 (a)∼(d)는 접촉검지수단의 제 1 실시형태의 접촉검지동작의 다른 예를 나타내는 개념도.
도 5는 본 발명에 관련되는 접촉검지기능을 실현하기 위한 접촉검지수단의 제 2 실시형태를 나타내는 개략블록도.
도 6의 (a)∼(c)는 접촉검지수단의 제 2 실시형태의 접촉검지동작의 한 예를 나타내는 개념도.
도 7의 (a), (b)는 더블게이트형 포토센서의 개략 구성을 나타내는 단면구조도 및 등가회로.
도 8은 더블게이트형 포토센서의 기본적인 구동제어방법의 한 예를 나타내는 타이밍차트.
도 9는 더블게이트형 포토센서를 2차원 배열하여 구성되는 포토센서어레이를 구비한 포토센서시스템의 개략구성도.
도 10은 포토센서시스템을 적용한 화상판독장치에 의한 지문판독장치에 있어서의 지문판독 때의 주요부단면도.
도 11의 (a), (b)는 각 실시형태의 접촉검지수단을 화상판독장치에 의한 지문판독장치에 적용한 경우의 한 실시형태를 나타내는 개략구성도.
도 12의 (a), (b)는 도 11의 (a), (b)에 관련되는 지문판독장치에 손가락이 위치한 상태를 나타내는 개략도.
도 13의 (a)는 각 실시형태의 접촉검지수단을 적용한 지문판독장치에 적용 가능한 드레인드라이버의 한 구성예를 나타내는 개략구성도.
도 13의 (b)는 각 실시형태의 접촉검지수단을 적용한 지문판독장치에 적용 가능한 드레인드라이버의 다른 구성예를 나타내는 개략구성도.
도 14는 각 실시형태의 접촉검지수단을 적용한 지문판독장치에 있어서의 접촉검지동작을 설명하기 위한 개략도.
도 15는 접촉검지동작 때에 있어서의 포토센서어레이의 등가회로를 나타내는 도면.
도 16의 (a), (b)는 본 발명에 관련되는 각 실시형태의 화상판독장치와 비교 대상으로 하는 종래의 지문판독장치의 한 예를 나타내는 개략구성도.
도 17은 도 16의 (a), (b)의 종래의 지문판독장치에 적용되는 검지회로의 한 예를 나타내는 개략회로도.
도 18은 본 발명에 관련되는 정전기제거기능을 실현하기 위한 구성의 제 1 실시형태를 나타내는 개략구성도.
도 19는 정전기제거기능의 제 1 실시형태의 주요부구성을 나타내는 개략단면도.
도 20의 (a), (b)는 화상판독장치에 있어서의 정전기내압과 시정수의 관계를 측정할 때에 적용한 시험방법을 나타내는 개략도.
도 21은 화상판독장치의 시정수와 정전기내압의 관계를 나타내는 그래프.
도 22는 본 발명에 관련되는 정전기제거기능을 실현하기 위한 구성의 제 2 실시형태의 한 구성예를 나타내는 개략구성도.
도 23은 정전기제거기능의 제 2 실시형태의 주요부구성을 나타내는 개략단면도.
도 24의 (a), (b)는 정전기제거기능의 제 2 실시형태의 다른 구성예를 나타내는 개략구성도.
도 25는 화상판독장치에 있어서의 종래의 접촉검지기능의 한 구성예를 나타내는 개략구성도.
도 26은 종래의 접촉검지기능의 다른 구성예를 나타내는 개략구성도.
도 27의 (a)는 화상판독장치에 있어서의 종래의 정전기제거기능의 한 구성예를 나타내는 개략구성도.
도 27의 (b)는 화상판독장치에 있어서의 접촉검지기능 및 정전기제거기능의 양쪽을 구비하는 경우의 한 구성예를 나타내는 개략구성도.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10: 제 1 검출전극 12: 드레인전극
13: 소스전극 20: 제 2 검출전극
30: 대향전극 30a: 지문검출면
40: 펄스발생회로 50: 진폭제한회로
60: 검출회로 70: 접촉판정회로
100: 포토센서어레이 101: 톱게이트라인
102: 버텀게이트라인 103: 드레인라인
104: 소스라인 110: 더블게이트형 포토센서
111: 반도체층 112: 드레인전극
113: 소스전극 114: 블록절연막
115: 톱게이트절연막 116: 버텀게이트절연막
117, 118: 불순물층 119: 절연성기판
120: 보호절연막 121: 톱게이트전극
122: 버텀게이트전극 130: 투명전극층
200: 절연성기판 210: 톱게이트드라이버
220: 버텀게이트드라이버 230: 드레인드라이버
231: 칼럼스위치 232: 출력앰프
233; 스위치군 234; 스위치
240: 케이스부재 250: 진폭제한회로
260: 검출회로 261: 입력보호다이오드
262, 263: 저항소자 264: 전압팔로워
265: 가변저항소자 266: 비교기
267: 풀업저항 400: 절연성기판
430: 투명전극층 BG: 버텀게이트단자
CMP: 비교기 D: 드레인단자
DT: 검지면 FG: 손가락
OBJ: 피검출체 PD: 센서디바이스
S: 소스단자 TG: 톱게이트단자
본 발명은 화상판독장치에 관한 것이고, 특히 복수의 센서를 매트릭스상으로 배열한 센서어레이상에 피검출체를 접촉시켜 인체 등의 특정한 피검출체의 접촉상태를 검지해서 피검출체의 화상패턴을 판독하는 동작을 실행하는 화상판독장치 및 그 구동방법에 관한 것이다.
종래 인쇄물이나 사진 또는 지문 등의 미세한 요철의 형상 등을 판독하는 2차원 화상의 판독장치로서, 예를 들면 광전변환소자(포토센서)를 매트릭스상으로 배열하여 구성되는 포토센서어레이상에 설치된 검지면상에 피검출체를 위치 및 접촉시켜서 해당 피검출체의 화상패턴을 판독하는 구조의 것이 있다.
그리고 이와 같은 피검출체가 검지면에 직접 접촉하는 구조를 갖는 화상판독장치에 있어서는 포토센서의 소자특성의 열화를 억제하면서 적절한 화상판독동작을 실시하기 위해 피검출체의 검지면으로의 접촉상태를 검출하여 화상판독동작을 개시하는 기능(이하, 「접촉검지기능」이라 한다)을 구비한 것이 알려져 있다. 또 피검출체에 대전한 정전기에 의한 소자파괴나 오동작의 발생을 억제하기 위해 정전기를 방전, 제거하는 기능(이하, 「정전기제거기능」이라 한다)을 구비한 것도 알려져 있다.
여기에서 상술한 바와 같은 접촉검지기능, 정전기제거기능을 구비한 화상판독장치의 종래의 구성에 대해서 도면을 참조하여 간단히 설명한다. 또한 여기에서는 화상판독장치의 구성예로서 지문판독장치를 나타내어 설명한다.
우선 종래의 접촉검지기능에 대해서 설명한다.
도 25는 화상판독장치에 있어서의 종래의 접촉검지기능의 한 구성예를 나타내는 개략구성도이고, 도 26은 다른 구성예를 나타내는 개략구성도이다. 도 25에 나타내는 접촉검지기능은 저항검출방식으로 불려지는 것이다.
이 방식은 개략 투명한 절연성기판의 일면측에 복수의 포토센서(310)가 매트릭스상으로 배열된 포토센서어레이(300A)와, 적어도 복수의 포토센서(310)가 배치된 어레이영역상에 형성되고, 해당 어레이영역을 2분할하며, 약간의 간극(GP)을 통하여 서로 이격되도록 형성된 투명전극층(320x, 320y)과, 투명전극층(320x 및 320y)의 어느 쪽인가 한쪽의 투명전극층(예를 들면 투명전극층(320x))에 인출배선 (PLx)을 통하여 직류전압을 인가하는 동시에, 다른쪽의 투명전극층(예를 들면 투명전극층(320y))에 인출배선(PLy)을 통하여 접지전위를 인가하고, 투명전극층(320x 및 320y) 사이에 손가락(FG) 등의 피검출체가 위치되고 접촉됨으로써 전압변화를 검출해서 화상판독장치에 있어서의 화상판독동작을 개시하는 검출회로(330a)와, 포토센서어레이(300A)의 배면측에 배치된 면광원(도시생략)을 갖고 구성되어 있다.
이와 같은 화상판독장치에 있어서, 손가락(FG) 등의 피검출체가 투명전극층 (320x, 320y)의 양쪽에 걸쳐서 위치되고 접촉되면 투명전극층(320x, 320y) 사이가 손가락(FG)의 전기저항을 통하여 도통함으로써 발생하는 전압변화를 검출회로(330a)에 의해서 관측함으로써 포토센서어레이(100p)상에 손가락이 위치된 것을 검출하여 도시를 생략한 각종 드라이버나 면광원을 동작시켜서 피검출체의 화상패턴(지문)을 판독하는 화상판독동작을 자동적으로 실행한다.
또 도 26에 나타내는 접촉검지기능은 용량검출방식으로 불려지는 것이다.
이 방식은 개략 복수의 포토센서(310)가 매트릭스상으로 배열된 포토센서어레이(300B)와, 어레이영역의 전체 영역을 덮도록 형성된 투명전극층(320z)과, 투명전극층(320z)에 인출배선(PLz)을 통하여 접속되어 투명전극층(320z)에 피검출체가 위치되고 접촉되는 것에 의한 용량변화를 검출해서 화상판독장치에 있어서의 화상판독동작을 개시하는 검출회로(330b)와, 포토센서어레이(300B)의 배면측에 배치된 면광원(도시생략)을 갖고 구성되어 있다.
이와 같은 화상판독장치에 있어서 손가락(FG) 등의 피검출체가 투명전극층 (320z)에 위치되고 접촉되면 포토센서어레이(300B) 자체가 본래 갖는 용량에 유전체로서의 손가락(인체, FG)이 접촉, 부가됨으로써 발생하는 용량변화를 관측함으로써 포토센서어레이(300B)상에 손가락이 위치된 것을 검출하여 지문을 판독하는 화상판독동작을 자동적으로 실행한다.
다음으로 종래의 정전기제거기능에 대해서 설명한다.
도 27의 (a)는 화상판독장치에 있어서의 종래의 정전기제거기능의 한 구성예를 나타내는 개략구성도이다.
이 구성에 있어서는 개략 투명한 절연성기판의 일면측에 복수의 포토센서 (310)가 매트릭스상으로 배열된 포토센서어레이(300C)와, 적어도 복수의 포토센서 (310)가 배치된 어레이영역을 덮도록 형성된 투명전극층(330z)과, 투명전극층 (330z)을 접지전위에 접속하는 인출배선(PLp)과, 포토센서어레이(300C)의 배면측에 배치된 면광원(도시생략)을 갖고 구성되어 있다. 또한 도면중 “Rp”는 인출배선 (PLp)의 배선저항이다.
이와 같은 화상판독장치에 있어서 손가락(FG) 등의 피검출체가 투명전극층 (330z)에 위치되고 접촉되면 손가락(인체, FG)에 대전하고 있었던 전하(정전기)가 인출배선(PLp)을 통하여 접지전위로 방전된다. 즉, 손가락(FG)에 대전한 전하에 기인하는 과대전류가 비교적 저저항인 인출배선(PLp, 배선저항(Rp))을 통하여 접지전위로 흐르므로 정전기에 의한 포토센서(310)의 소자파괴나, 화상판독장치의 오동작의 발생을 억제할 수 있다. 여기에서 종래 손가락의 접촉에 의한 방전전압은 대략 3∼4㎸인 것이 알려져 있고, 그러므로 정전기내압은 5㎸ 이상이면 좋다고 생각되고 있었다. 그리고 이 정전기내압을 얻기 위해 투명전극층(330z)의 시트저항은 50Ω/□보다 낮은 값, 보다 바람직하게는 15∼20Ω/□정도로 설정하도록 되어 있었다.
또 상술한 바와 같은 접촉검지기능 및 정전기제거기능의 양쪽을 구비하도록 한 화상판독장치도 알려져 있다. 도 27의 (b)는 화상판독장치에 있어서의 접촉검지기능 및 정전기제거기능의 양쪽을 구비하는 경우의 한 구성예를 나타내는 개략구성도이다.
이 경우 포토센서어레이영역상에 형성된 투명전극층(330z)은 인출배선(PLp)을 통하여 검출회로(330b)에 접속되는 동시에, 예를 들면 한쌍의 다이오드를 서로 역방향으로 병렬 접속한 역병렬다이오드회로(340z)를 인출배선(PLp)과 접지전위 사이에 접속하여 손가락(FG)에 대전한 전하에 기인하는 과대전류가 배선저항(Rp)을 갖는 인출배선(PLp)과, 역병렬다이오드회로(340z)의 다이오드를 통하여 접지전위로 흐르도록 구성된다.
그러나 상술한 바와 같은 종래의 화상판독장치에 있어서는 이하와 같은 문제를 갖고 있었다.
도 25에 나타낸 바와 같은 저항검출방식의 화상판독장치(지문판독장치)에 있어서는 피검출체가 간극(GP)을 통하여 이격된 투명전극층(320x, 320y)의 양쪽에 접촉할 때의 저항값에 의거하여 피검출체의 접촉상태를 검출하는 수법이 적용되고 있는데, 해당 피검출체가 인체인 경우 그 사람의 체질이나 콘디션 등의 개인차, 또는 기온이나 온도 등의 외부환경에 영향을 받아서 피검출체(인체) 고유의 저항값은 크게 변동한다. 그것에 따라서 피검출체의 접촉상태를 정확하게 검출할 수 없고, 화상판독동작의 개시제어가 불균일 또한 불안정하게 되는 일이 있다는 문제를 갖고 있었다.
한편 도 26에 나타낸 바와 같은 용량검출방식의 화상판독장치에 있어서는 피검출체의 접촉상태를 정확하게 검출하는 수법의 한 예로서 피검출체가 갖는 용량성분에 따라서 변위하는 미약한 신호전압의 변화를 판독하는 방법이 있는데, 이와 같은 미약한 전압변화를 판별하기 위해서는 투명전극층의 용량, 나아가서는 포토센서와 투명전극층의 사이에 생성되는 기생용량이 매우 작은 것이 바람직하다. 그러나 포토센서 및 주변회로의 정전내성을 향상시키기 위해서는 투명전극층이 충분히 작은 시트저항을 갖도록 투명전극층을 비교적 두껍게 형성할 필요가 있다. 여기에서 투명전극층으로서 일반적인 금속산화물을 적용한 경우, 저항율이 비교적 높다는 특성을 갖고 있으므로 상술한 바와 같이 시트저항을 작게하기 위해 투명전극층을 두껍게 퇴적하면 투명전극층 자체의 용량이 크게 증대하여 포토센서와 투명전극층 사이의 기생용량이 증대하기 때문에 피검출체의 접촉에 의한 용량변화에 대한 신호 대 잡음비(S/N)가 작아지고, 검지면상에 피검출체(인체)가 위치되었을 때의 용량변화를 양호하게 검출하는 것이 어려워진다는 문제를 갖고 있었다.
또 상술한 접촉검지기능의 저항검출방식이나 용량검출방식은 피검출체의 전기저항값 또는 용량값만에 착안하여 그것에 의한 변화를 검출하고 있는 것이기 때문에 이물의 접촉이나 피검출체로서 정규의 것 이외의 물체가 접촉했을 때에 그것이 정규의 피검출체인지 아닌지를 판별하는 것이 곤란하다는 문제가 있었다.
또 도 27의 (a), (b)에 나타낸 바와 같은 정전기제거기능을 구비한 화상판독 장치에 있어서 투명전극층(330C)의 막재료로서는 광투과성을 갖고 있는 동시에, 정전기를 인출배선 PLp를 통하여 방전하기 위한 도전성을 갖고 있는 것이 필요한 것으로부터 일반적으로 산화주석(SnO2)막이나 ITO(Indium－Tin－Oxide: 인듐－주석산화물)막 등의 투광성의 도전막이 이용되고 있다.
상술과 같이 종래 투명전극층의 시트저항을 50Ω/□보다 낮은 값, 바람직하게는 15∼20Ω/□정도로 하면 소정의 정전기내압을 얻을 수 있고, 투명전극층에 ITO막을 이용한 경우, 그 막두께를 대략 1500∼2000Å 정도로 함으로써 이와 같은 값을 얻을 수 있는 것이 알려져 있었다.
그런데 상기 투명전극층의 시트저항값의 조건은 상술과 같이 손가락의 접촉에 의한 방전전압에 대해 정전기내압이 5㎸ 이상이면 좋다는 조건에 의거하여 구해진 것이었다. 그러나 그 후의 본원 발명자들의 예의 연구에 의해 인체는 10㎸ 이상으로 대전하는 경우가 있는 것을 알았다. 그리고 그것에 대한 정전기내압으로서는 10㎸보다 높은 값, 구체적으로는 10㎸ 내지 15㎸ 정도의 값을 갖고 있는 것이 필요하다는 것을 알았다.
이에 대해 종래 기술에 있어서의 판단법에 의거한 경우, 보다 더 투명전극층을 저저항으로 함으로서 필요한 정전기내압을 얻을 수 있다고 예상되는데, 그 경우 투명전극층의 막두께를 보다 더 두껍게 하지 않으면 안된다. 그러나 이 투명전극층은 양호한 투광성을 갖고 피사체 화상패턴의 판독을 저해하지 않는 것이 아니면 안되기 때문에 막두께를 무턱대고 두껍게 할 수 없다. 또 접촉검지기능으로서 투명전극층을 이용한 용량검출방식을 적용한 경우, 상술과 같이 투명전극층의 막두께를 두껍게하면 포토센서와 투명전극층 사이의 기생용량이 증대하여 검지면상에 피검출체(인체)가 위치되었을 때의 용량변화를 양호하게 검출하는 것이 어려워진다는 문제를 갖고 있었다.
본 발명은 피검출체의 화상패턴을 판독하는 화상판독장치에 있어서 검지면에 위치되고 접촉된 특정한 피검출체의 접촉상태를 양호하게 검출하여 화상패턴의 판독동작을 개시할 수 있는 동시에, 피검출체에 대전한 정전기를 양호하게 방전하여 정전기에 의한 소자의 파괴나 시스템의 오동작의 발생을 회피할 수 있는 이점을 갖는다.
상기 이점을 얻기 위한 본 발명에 있어서의 화상판독장치는 그 위에 피검출체가 위치되는 검지면과, 상기 검지면상에 위치된 상기 피검출체의 화상패턴을 판독하는 복수의 센서가 배열되는 센서어레이와, 적어도 상기 센서어레이 상부에 설치되고, 상기 검지면을 구비하는 제 1 검출전극과, 상기 제 1 검출전극과 전기적으로 절연되도록 이격되어 설치되는 제 2 검출전극과, 층간절연막을 통하여 상기 제 1 검출전극과 대향해서 설치되는 대향전극과, 주기적으로 변동하는 제 1 신호파형을 갖는 신호전압을 상기 대향전극에 인가함에 의하여, 상기 층간절연막을 통하여 상기 제 1 검출전극에 제 2 신호파형을 여기하는 신호전압인가회로와, 상기 피검출체가 상기 제 1 검출전극 및 상기 제 2 검출전극 양쪽에 접촉함에 따라서 상기 제 2 검출전극에 여기되는 제 3 신호파형의 상태에 의거하여 상기 검지면에 접촉한 상기 피검출체가 특정한 피검출체인지 아닌지를 판정하는 접촉검지수단과, 상기 접촉검지수단에 의한 상기 피검출체가 상기 특정한 피검출체인지 아닌지의 판정결과에 의거하여 상기 센서어레이의 각 센서에 소정의 구동제어신호를 공급하고, 상기 검지면상에 위치된 상기 피검출체의 화상패턴을 판독하는 화상판독동작을 실시하는 구동제어수단을 구비하며, 상기 특정한 피검출체는 예를 들면 인체이고, 해당 인체 고유의 화상패턴을 판독하도록 구성된다.
상기 센서어레이의 상기 각 센서는 포토센서이고, 상기 제 1 검출전극 및 상기 층간절연막은 투광성을 가지며, 상기 제 1 검출전극은 적어도 상기 센서어레이의 수광면의 상부에 상기 층간절연막을 통하여 설치된 투명도전막이고, 해당 투명도전막은 예를 들면 인듐－주석산화물을 주성분으로 하는 재료에 의해 구성되어 있다.
상기 제 1 검출전극은 상기 센서어레이의 상부에 설치된 도전막이며, 상기 제 2 검출전극은 해당 도전막 주위의 적어도 일부에 근접하여 설치되는 도전성부재이며, 해당 도전성부재는 예를 들면 상기 센서어레이의 주위를 둘러싸는 도전성의 케이스부재이고, 상기 제 1 검출전극과 상기 제 2 검출전극은 상기 피검출체가 걸쳐서 접촉하도록 배치되어 있다.
또 상기 제 1 검출전극에 여기되는 상기 제 2 신호파형의 상한 및 하한의 전압값을 규정하는, 예를 들면 상기 제 1 검출전극과 접지전위간에 설치된 역병렬다이오드회로에 의한 진폭제한회로를 구비한다.
상기 신호전압인가회로는 상기 대향전극에 소정의 전압진폭을 갖는 주기적인 펄스상의 신호파형을 갖는 전압성분을 인가한다.
상기 접촉검지수단은 상기 제 2 검출전극에 여기되는 상기 제 3 신호파형의 전압진폭 및 진폭중심전압의 값에 의거하여 상기 피검출체가 특정한 피검출체인지 아닌지의 판정을 실시한다. 상기 접촉검지수단은 상기 특정한 피검출체의 용량성분 및 저항성분에 의거하여 미리 설정되는 한계값전압과 상기 제 2 검출전극에 여기되는 상기 제 3 신호파형의 비교에 의거하여 상기 피검출체가 상기 특정한 피검출체인지 아닌지를 판정한다. 상기 접촉검지수단은 상기 한계값전압을 설정하는 한계값전압설정회로와, 상기 한계값전압과 상기 제 3 신호파형의 대소관계를 비교하는 비교회로를 구비한다. 상기 접촉검지수단은 상기 비교회로에 의한 비교결과에 의거하여 상기 제 2 검출전극에 여기되는 상기 제 3 신호파형의 전압진폭의 범위내에 상기 한계값전압이 포함되어 있는 경우에 해당 피검출체가 상기 특정한 피검출체라고 판정한다.
또 상기 제 3 신호파형은 주기적으로 변동하는 파형이고, 상기 접촉검지수단은 상기 비교회로에 의한 비교결과에 의거하여 상기 제 3 신호파형이 상기 한계값전압레벨을 통과한 횟수를 카운트하는 카운트회로를 구비하며, 상기 카운트회로에 의한 연속카운트수가 미리 설정된 횟수를 초과한 경우에 해당 피검출체가 상기 특정한 피검출체라고 판정한다.
상기 센서는 포토센서이며, 반도체층으로 이루어지는 채널영역을 끼워서 형성된 소스전극 및 드레인전극을 가지며, 상기 대향전극은 상기 드레인전극 및 드레인전극에 접속되는 드레인라인이며, 상기 신호전압인가회로에 의하여 상기 대향전극에 인가되는 상기 제 1 신호전압은 상기 드레인라인에 인가되는 예를 들면 프리차지펄스로 이루어지는 펄스전압이다.
상기 검지면과 접지전위간의 저항성분 및 상기 검지면에 부가되는 용량성분에 의해 규정되는 시정수(時定數)가 0. 3μsec, 또는 그보다 작은 값으로 설정되고, 보다 바람직하게는 0. 25μsec, 또는 그보다 작은 값으로 되도록 설정되며, 상기 저항성분은 상기 제 1 검출전극의 전기저항을 포함하여 30Ω, 또는 그보다 작은 저항값으로 되도록 설정되고, 상기 용량성분은 상기 층간절연막을 통하여 대향하는 상기 제 1 검출전극과 상기 대향전극의 사이 및 상기 제 1 검출전극과 상기 센서 사이에 형성되는 정전용량을 포함하여 10nF, 또는 그보다 작은 용량값이 되도록 설정된다.
또 상기 센서어레이의 상기 각 센서는 포토센서이며, 소정의 수광면을 갖고, 상기 제 1 검출전극은 해당 수광면의 면적보다 큰 면적을 갖고, 상기 센서어레이의 수광면의 상부에 상기 층간절연막을 통하여 설치되는 투명도전막이다. 또 상기 투명도전막의 적어도 상기 수광면에 대응하는 영역을 제외하는 영역에 해당 투명도전막의 저항값보다 낮은 저항값을 갖는 도전성부재가 전기적으로 접속하여 설치되고, 상기 저항성분은 상기 투명도전막과 상기 도전부재에 의해 형성되는 전기저항을 포함하며, 상기 도전성부재는 크롬, 알루미늄, 크롬을 포함하는 합금재료, 알루미늄을 포함하는 합금재료의 어느 쪽인가의 도전성재료에 의해 구성되어 있다.
또 상기 이점을 얻기 위한 본 발명에 있어서의 화상판독장치의 구동방법은, 상기 센서어레이 상부에 설치되고, 상기 검지면을 구비하는 제 1 검출전극과 층간절연막을 통하여 대향해서 설치되는 대향전극에 주기적으로 변동하는 제 1 신호파형을 갖는 신호전압을 인가함에 의하여, 상기 제 1 검출전극에 제 2 신호파형을 여기하는 스텝과, 상기 제 1 검출전극과 해당 제 1 검출전극과 전기적으로 절연되도록 이격되어 설치된 제 2 검출전극의 양쪽에 상기 피검출체가 접촉함에 따라 상기 제 2 검출전극에 여기되는 제 3 신호파형을 검출하는 스텝과, 검출된 상기 제 3 신호파형의 상태에 의거하여 상기 검지면에 접촉한 상기 피검출체가 특정한 피검출체인지 아닌지를 판정하는 스텝과, 상기 피검출체가 상기 특정한 피검출체라고 판정되었을 때 상기 구동제어수단에 의한 화상패턴의 판독을 개시시키는 스텝을 포함하고, 피검출체가 특정한 피검출체인지 아닌지를 판정하는 스텝은, 상기 특정한 피검출체의 용량성분 및 저항성분에 의거하여 미리 설정되는 한계값전압과 상기 제 2 검출전극에 여기되는 상기 제 3 신호파형을 비교하는 스텝을 포함하며, 상기 한계값전압과 상기 제 3 신호파형을 비교하는 스텝은, 상기 제 3 신호파형의 전압진폭의 범위내에 상기 한계값전압이 포함되어 있는지 아닌지를 판정하는 스텝과, 상기 제 3 신호파형의 전압진폭의 범위내에 상기 한계값전압이 포함되어 있다고 판정된 경우에 해당 피검출체가 상기 특정한 피검출체라고 판정하는 스텝을 포함한다.
이하 본 발명에 관련되는 접촉검지기능 및 정전기제거기능을 구비하는 화상판독장치 및 그 구동방법에 대해서 도면에 나타내는 실시형태에 의거하여 설명한다.
우선 본 발명에 관련되는 접촉검지기능을 실현하기 위한 구성에 대해서 실시형태를 나타내어 설명한다.
<접촉검지수단의 제 1 실시형태>
도 1은 본 발명에 관련되는 접촉검지기능을 실현하기 위한 접촉검지수단의 제 1 실시형태를 나타내는 개략블록도이고, 도 2는 본 실시형태에 관련되는 접촉검지수단에 적용되는 검지회로의 구성예를 나타내는 개략회로도이다.
본 실시형태에 관련되는 접촉검지수단은 도 1에 나타내는 바와 같이 서로 이격되어 설치되고, 또한 피검출체(OBJ)가 양쪽에 걸쳐서 접촉하도록 구성된 제 1 검출전극(10) 및 제 2 검출전극(20)과, 제 1 검출전극(10)에 층간절연막(절연층)을 통하여 대향하도록 설치된 대향전극(30)과, 해당 대향전극(30)에 소정의 신호파형을 갖는 신호전압을 인가하는 펄스발생회로(신호전압인가회로, 40)와, 제 1 검출전극(10)에 여기되는 신호성분의 전압진폭의 소정의 전압범위로 제한하는 진폭제한회로(진폭제한수단, 50)와, 제 2 검출전극(20)에 여기되는 신호성분의 변화를 검출하여 상기 제 1 검출전극(10) 및 제 2 검출전극(20)으로의 피검출체(OBJ)의 접촉상태를 판정하는 검출회로(접촉검지수단, 60)를 구비한 구성을 갖고 있다.
제 1 검출전극(10)은 예를 들면 투명도전막(산화주석(SnO2)막이나 ITO (Indium－Tin－Oxide: 인듐－주석산화물막) 등과 같이 비교적 전기저항이 높은 도전재료로 이루어지는 박막이 적용되고, 접촉대상으로 되는 피검출체(OBJ)가 위치되고 접촉되는 영역의 전체 영역을 피복하도록 설치된다.
또 제 2 검출전극(20)은 예를 들면 금속 등의 전기저항이 낮은 도전재료로 이루어지는 부재가 적용되고, 상기 제 1 검출전극(10)에 대해서 공기 등의 절연물을 통하여 공간적으로 이격되며, 전기적으로 절연되도록 설치된다. 여기에서 제 2 검출전극(20)은 피검출체(OBJ)가 상기 제 1 검출전극(10)상에 위치되고 접촉된 상태에서 동시에 피검출체(OBJ)가 접촉되도록, 예를 들면 제 1 검출전극(10)에 근접하는 영역에 돌출하여 설치된다. 제 1 검출전극(10) 및 제 2 검출전극(20)의 구체적인 구성예에 대해서는 후술한다.
이에 따라 도 1에 나타내는 바와 같이 제 1 검출전극(10) 및 제 2 검출전극 (20) 사이에 걸쳐서 피검출체(OBJ)가 위치되고 접촉된 경우에만 제 1 검출전극(10) 및 제 2 검출전극(20)이 전기적으로 접속된 상태로 된다.
대향전극(30)은, 예를 들면 제 1 검출전극(10)에 대해서 유전체로 되는 절연막을 통하여 대향하도록 설치된 도전성의 박막이 적용되고, 제 1 검출전극(10), 절연막 및 대향전극(30)에 의해 소정의 용량값을 갖는 정전용량을 구성하고 있다. 여기에서 대향전극(30)은 상술한 바와 같이 피검출체(OBJ)가 위치되고 접촉되는 영역의 전체 영역에 형성된 제 1 검출전극(10)에 대해서, 예를 들면 똑같은 크기를 갖는 단일형상의 박막층으로서 설치되는 것이어도 좋고, 상기 제 1 검출전극(10)에 대해서 소정의 배열경로를 갖도록 띠형상 등으로 형성된 박막층으로서 설치되는 것이어도 좋다. 대향전극(30)의 구체적인 구성예에 대해서는 후술한다.
펄스발생회로(40)는 소정의 전압진폭(ΔVp, 예를 들면 0∼Vp) 및 신호주기를 갖는 펄스상의 신호전압(제 1 신호파형)을 생성하여 대향전극(30)에 인가하도록 구성되어 있다.
또 진폭제한회로(50)는, 예를 들면 도 1에 나타내는 바와 같이 제 1 검출전극 (10)과 접지전위간에 한쌍의 다이오드를 역방향으로 병렬로 접속한 역병렬다이 오드회로부(50a)와, 해당 역병렬다이오드회로부(50a)에 병렬로 접속된 저항소자 (50b)를 구비하여 구성되어 있다.
이에 따라 제 1 검출전극(10)에는 펄스발생회로(40)에 의해 상기 대향전극 (30)에 인가된 펄스상의 제 1 신호파형으로부터 절연막에 의한 용량성분을 통하여 제 1 신호파형에 대응한 신호파형을 갖는 제 2 신호파형이 여기된다. 이 제 2 신호파형의 전압진폭(ΔVa, 진폭상한전압 및 진폭하한전압)는 진폭제한회로(50)의 역병렬다이오드회로부(50a)에 의해서 다이오드의 순방향전압(Vf)에 따른 전압범위 ＋Vf∼－Vf로 규정되는 동시에, 저항소자(50b)에 의해 접지전위를 중심으로 한 정부(正負)의 교류전압파형으로 되도록 제어된다.
여기에서 제 2 검출전극은 제 1 검출전극(10)에 대해서 간극을 설치하여 상호 이격되고, 전기적으로 절연된 구성을 갖기 때문에, 제 1 검출전극(10)과 제 2 검출전극(20)에 의해 형성되는 용량성분은 매우 미소하게 된다. 그로 인해 피검출체(OBJ)가 접촉하고 있지 않은 상태에서는 상기 펄스발생회로(40)에 의해 제 1 검출전극(10)에 여기된 제 2 신호파형에 의해서 제 2 검출전극(20)으로 여기되는 신호파형(제 3 신호파형)은 매우 미소한 것으로 되고, 검출회로(60)에 의해서 검지되지 않도록 설정된다. 상세하게는 후술한다.
이와 같은 진폭제한회로(50)에 의해 전압진폭(ΔVa)이 제한된 제 2 신호파형이 제 1 검출전극(10)에 여기되고, 그 전압진폭(ΔVa)에 의해 전압범위가 ＋Vf∼－Vf의 범위로 규정됨으로써 이 전압범위를 넘는(진폭상한전압 ＋Vf 이상의 전압 및 진폭하한전압 －Vf 이하의 전압) 전기적인 외란요소가 제 1 검출전극(10) 에 인가된 경우이더라도 진폭제한회로(50)에 접속된 역병렬다이오드(50a)에 의해 접지전위로 전류가 흘러서 상기 전압진폭(ΔVa)에 의해 규정되는 소정의 전압범위(＋Vf∼－Vf)내의 전압만이 제 1 검출전극(10)에 인가된다. 따라서, 예를 들면 상기 진폭상한전압 ＋Vf 이상의 과대한 전압이 절연막을 통하여 대향전극(30)에 인가되는 것을 방지할 수 있고, 접촉검지수단 및 주변회로의 정전기파괴를 적절히 방지할 수 있다.
검출회로(60)는 제 2 검출전극(20)에 여기되는 신호파형을 상시 감시하고, 소정의 신호파형이 검출된 경우에 제 1 검출전극(10) 및 제 2 검출전극(20)의 양쪽에 걸쳐서 소정의 피검출체(OBJ)가 접촉했다고 판정해서 해당 판정결과를 접촉검지신호로서 출력하도록 구성되어 있다.
구체적으로는 검출회로(60)는 도 2에 나타내는 바와 같이 개략 제 2 검출전극(20)에 접속된 접점(N1)과 고전위전원(Vdd)간에 접속된 저항(R11)과, 접점(N1)과 접지전위간에 접속된 저항(R12)과, 고전위전원(Vdd)과 접지전위간에 접점(N2)을 통하여 직렬로 접속된 저항(R21, R22)과, 접점(N1)이 비반전입력단자 (＋)에 접속되고, 접점(N2)이 반전입력단자 (－)에 접속된 비교기(CMP)를 구비한 구성을 갖고 있다.
이와 같은 회로구성을 갖는 검출회로에 있어서는 제 2 검출전극(20)에 여기되는 제 3 신호파형의 전압성분(접점(N1)의 신호전압(Vα))과, 접점(N2)에서 분압 생성되는 기준전압(한계값전압, Vref)이나 비교기(CMP)에 의해 비교되어 신호전압(Vα)이 기준전압(Vref)보다도 큰 경우에 접촉검지신호가 출력된다.
<접촉검지수단의 검지방법>
다음으로 상술한 구성을 갖는 접촉검지수단에 있어서의 피검출체의 접촉상태의 검지동작에 대해서 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 3의 (a)∼(d)는 본 실시형태에 관련되는 접촉검지수단의 접촉검지동작의 한 예를 나타내는 개념도이다. 여기에서 도 3의 (a)는 피검출체(OBJ)가 접촉하고 있지 않을 때의 상태에 대응하고, 도 3의 (b)∼(d)는 피검출체(OBJ)가 접촉하고 있을 때의 상태에 대응한다.
우선 제 1 검출전극(10) 및 제 2 검출전극(20)에 피검출체(OBJ)가 접촉되어 있지 않은 상태에 있어서는 제 2 검출전극(20)은 제 1 검출전극(10)에 여기된 제 2 신호파형의 영향을 거의 받지 않으므로 비교기(CMP)의 비반전입력단자 (＋)에 입력되는 신호전압(Vα)은 실질적으로 접점(N1)에 접속된 저항소자(R11, R12)에 의해서 분압 생성되는 소정전압(Vr, 예를 들면 저항소자(R11, R12)의 각 저항값이 동등한 경우에는 Vdd/ 2)을 진폭중심전압(Vc)으로 한 미소한 진폭을 갖는 신호파형으로 된다. 여기에서 반전입력단자 (－)에 입력되는 기준전압(Vref)을 상기 신호전압(Vα, ＝Vr)보다도 커지도록 저항소자(R21, R22)에 의한 분압비를 임의로 설정하여 둠으로써 비교기(CMP)로부터는 접촉검지신호는 출력되지 않는다.
한편, 제 1 검출전극(10) 및 제 2 검출전극(20)에 걸쳐서 피검출체(OBJ)가 위치되고 접촉된 상태에 있어서는 도 1, 도 2에 나타낸 바와 같이 피검출체(OBJ)가 갖는 고유의 저항성분 및 용량성분을 통하여 제 1 검출전극(10) 및 제 2 검출전극 (20)이 전기적으로 접속된다. 이에 따라 제 2 검출전극(20)에는 피검출체(OBJ)의 저항성분 및 용량성분에 의거하여 제 1 검출전극(10)에 여기된 제 2 신호파형에 대응한 신호파형의 제 3 신호파형이 여기된다.
여기에서 피검출체(OBJ)의 용량성분은 제 2 검출전극(20)에 여기되는 제 3 신호파형의 전압진폭(ΔVq)에 영향을 미치고, 상술과 같이 피검출체(OBJ)가 접촉하고 있지 않을 때에는 제 1 검출전극(10)과 제 2 검출전극(20) 사이의 용량성분은 매우 미소하기 때문에 전압진폭(ΔVq)은 매우 작은 값인데, 피검출체(OBJ)가 접촉하여 피검출체(OBJ)의 용량값이 부가되면 제 1 검출전극(10)과 제 2 검출전극(20) 사이에서 용량결합이 발생하여 전압진폭(ΔVq)의 폭이 증대한다. 이 전압진폭 (ΔVq)의 폭은 피검출체(OBJ)의 용량값이 클수록 더욱 커진다. 단 제 2 검출전극 (20)에 여기되는 제 3 신호파형의 전압진폭(ΔVq)의 최대값(진폭상한전압)(＋Vmax∼－Vmin)은 제 1 검출전극(10)에 여기되는 제 2 신호파형의 전압진폭(ΔVa), 즉 제 1 검출전극(10)에 접속된 진폭제한회로(50)에 설치된 역병렬다이오드(50a)의 순방향전압(Vf)에 의해 규정되는 전압범위(＋Vf∼－Vf)로 제한된다.
또 피검출체(OBJ)의 저항성분은 상술의 진폭제한회로(50)의 저항소자(50b)를 통하여 접지전위에 접속되어서 실질적으로 검출회로(60)의 저항소자(R12)와 병렬로 접속됨으로써 접지전위와의 사이의 저항값이 감소하여 제 2 검출전극(20)에 여기되는 신호파형의 진폭중심전압(Vc)을 내리는 방향으로 작용하고, 해당 저항값이 작아지면 질수록 진폭중심전압(Vc)이 낮아진다.
따라서 제 2 검출전극(20)에 여기되고, 접점(N1)을 통하여 비교기(CMP)의 비반전입력단자 (＋)에 입력되는 제 3 신호파형은 피검출체(OBJ)의 저항성분에 의해 규정되는 소정의 진폭중심전압(Vc)을 갖는 동시에, 피검출체(OBJ)의 용량성분에 의해 규정되는 소정의 전압진폭(ΔVq)을 갖고 있다.
이 때 미리 비교기(CMP)의 반전입력단자 (－)에 입력되는 기준전압 (Vref)을 적당히 설정하여 진폭중심전압(Vc) 및 전압진폭(ΔVq)을 갖는 신호파형과 기준전압(Vref)과의 대소관계를 비교함으로써 특정한 피검출체(OBJ, 예를 들면 손가락 (FG)) 고유의 저항성분 및 용량성분에 의거하는 제 3 신호파형의 변화를 검출하여 특정한 피검출체(OBJ)가 위치되고 접촉된 상태만을 검지할 수 있다.
구체적으로는 피검출체(OBJ)의 용량성분에 착안한 경우, 피검출체(OBJ)가 제 1 검출전극(10) 및 제 2 검출전극(20)에 접촉하고 있지 않은 상태에 있어서는 도 3의 (a)에 나타내는 바와 같이 미리 기준전압(Vref)이 제 2 검출전극(20)에 여기되는 제 3 신호파형의 최대값보다도 높아지도록 저항소자(R21, R22)에 의해 분압 생성되는 기준전압(Vref)을 설정하여 둔다. 한편 제 2 검출전극(20)에 여기되는 제 3 신호파형은 상술한 바와 같이 검출회로(60)에 설치된 저항소자(R11, R12)에 의해 분압 생성되는 진폭중심전압(Vc)을 갖고, 또한 미소한 전압진폭(ΔVqa)을 갖는다. 이에 따라 검출회로(60)에 설치된 비교기(CMP)는 비반전입력단자(＋)에 입력되는 신호파형이 반전입력단자 (－)에 입력되는 기준전압(Vref)에 비교해서 작고, 그 대소관계가 역전되는 일이 전혀 없다고 판단하여 로우레벨(low level)의 출력신호를 출력한다.
이어서 피검출체(OBJ)가 제 1 검출전극(10) 및 제 2 검출전극(20)에 걸쳐서 접촉된 경우, 피검출체(OBJ)의 용량성분에 의해 도 3의 (b)에 나타내는 바와 같이 상기 비교기(CMP)의 비반전입력단자 (＋)에 입력되는 제 3 신호파형의 전압진폭 ΔVqa가 ΔVqb로 변화한다. 이 때 전압진폭(ΔVqb)은 상술한 바와 같이 피검출체(OBJ)의 용량성분에 의해 제 1 검출전극(10)에 부가되는 용량값이 크게 증감함으로써 전압진폭(ΔVqa)보다 증대한다. 그리고 전압진폭(ΔVqa)의 최대값(진폭상한전압, ＋Vmax)이 기준전압(Vref)보다도 커진 경우, 즉 상기 제 3 신호파형과 기준전압(Vref)이 교차하는 경우에는 비교기(CMP)에 의해 하이레벨(high level)의 출력신호가 출력되어 비교기(CMP)의 출력이 변화해서 피검출체(OBJ)의 접촉이 검지된다.
여기에서 상술한 바와 같은 제 3 신호파형의 전압진폭(ΔVqa)을 증대시키는 바와 같은 용량성분을 갖는 피검출체(OBJ)이면서 그 저항성분에 의해 도 3의 (c) 및 (d)에 나타내는 바와 같이 제 1 검출전극(10)에 부가되는 저항값이 실질적으로 감소하여 상기 신호파형의 진폭중심전압(Vc)이 저하하고(Vca→Vcb), 도 3의 (d)에 나타내는 바와 같이 전압진폭(ΔVqb)의 최대값(진폭상한전압, ＋Vmax)이 기준전압 (Vref)보다도 작아진 경우, 즉 상기 제 3 신호파형과 기준전압(Vref)이 교차하지 않았던 경우에는 비교기(CMP)에 의해 로우레벨의 출력신호가 출력된다. 즉, 접촉검지신호가 출력되지 않는다.
즉 제 1 검출전극 및 제 2 검출전극에 걸쳐서 피검출체가 접촉된 경우이더라도 피검출체가 미리 접촉검지의 대상으로 되어 있는 물질 고유의 용량성분 및 저항성분을 갖고 있지 않는 경우, 예를 들면 소정의 용량값을 갖고 있으나 저항값이 극단으로 낮은 경우 등의 경우에는 접촉검지수단이 대상으로 하고 있는 정규의 피검출체의 접촉이 아니라고 판단할 수 있다. 바꾸어 말하면 피사체로서 정규의 피검출체가 아닌, 예를 들면 위조의 손가락 등을 이용한 경우나, 도전성 또는 용량성의 이물(먼지 등)이 부착한 경우에 정규의 피검출체와는 다르다고 판단하여 이것을 배제할 수 있어서 부정한 사용이나 오동작을 방지할 수 있다.
이와 같이 본 실시형태에 관련되는 접촉검지수단 및 그 검지방법에 따르면, 피검출체의 저항성분 및 용량성분의 2가지의 요소에 착안하여 그 양쪽에 관련하여 변화하는 신호파형이 소정의 한계값을 초과한 경우에만 검출 대상으로 되는 정규의 피검출체라고 판단하므로 종래 기술에 나타낸 경우와 달리 피검출체의 접촉상태를 검출할 때에 피검출체의 고유상태나 외부환경 등의 영향을 억제하여 비교적 정확하게 검출, 판독할 수 있어 접촉검지수단의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
다음으로 본 발명에 관련되는 접촉검지방법의 다른 실시형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.
도 4의 (a)∼(d)는 본 실시형태에 관련되는 접촉검지수단의 접촉검지동작의 다른 예를 나타내는 개념도이다. 여기에서 접촉검지수단의 구성에 대해서는 상술한 실시형태와 동등하므로 그 설명을 생략한다. 또 접촉검지동작에 대해서도 상술한 실시형태와 동등한 수법에 대해서는 동일한 부호를 붙여서 그 설명을 간략화 또는 생략한다.
상술한 실시형태에 나타낸 접촉검지수단의 검지방법에 있어서는 미리 기준전압 Vref를 제 2 검출전극(20)에 여기되는 신호파형에 비교해서 커지도록 설정한 경우에 대해서 나타내었는데, 본 실시형태에 있어서는 예를 들면 미리 기준전압 (Vref)을 제 2 검출전극(20)에 여기되는 신호파형에 비교해서 작아지도록 설정하고 있다.
구체적으로는 피검출체(OBJ)가 제 1 검출전극(10) 및 제 2 검출전극(20)에 접촉하고 있지 않은 상태에 있어서 도 4의 (a)에 나타내는 바와 같이 미리 기준전압(Vref)이 제 2 검출전극(20)에 여기되는 신호파형의 최소값(진폭하한전압, －Vmin)보다도 낮아지도록 기준전압(Vref) 및 제 2 검출전극(20)에 여기되는 제 3 신호파형의 진폭중심전압(Vc) 및 전압진폭(ΔVqa)을 설정한다. 이 상태에 있어서는 검출회로(60)에 설치된 비교기(CMP)는 비반전입력단자 (＋)에 입력되는 신호파형이 반전입력단자 (－)에 입력되는 기준전압(Vref)에 비교해서 크고, 그 대소관계가 역전되는 일이 전혀 없다고 판단하여 하이레벨의 출력신호를 출력한다.
한편, 피검출체(OBJ)가 제 1 검출전극(10) 및 제 2 검출전극(20)에 걸쳐서 접촉된 경우에는 피검출체(OBJ)의 용량성분에 의해 도 4의 (b)에 나타내는 바와 같이 상기 비교기(CMP)의 비반전입력단자 (＋)에 입력되는 제 3 신호파형의 전압진폭 ΔVqa가 ΔVqb로 변화한다. 이 때 피검출체(OBJ)의 용량성분에 의해 증대한 신호파형의 전압진폭(ΔVqb)의 최소값(진폭하한전압, －Vmin)이 기준전압(Vref)보다도 작아진 경우, 즉 상기 제 3 신호파형과 기준전압(Vref)이 교차하는 경우에는 비교기(CMP)에 의해 로우레벨의 출력신호가 출력되어 비교기(CMP)의 출력이 변화해서 피검출체(OBJ)의 접촉이 검지된다.
여기에서 피검출체(OBJ) 고유의 용량성분이 작고, 실질적으로 상술한 바와 같은 신호파형의 전압진폭(ΔVqa)을 증대시키는 정도의 용량성분을 갖지 않는 피검출체(OBJ)이더라도 그 저항성분에 의해 도 4의 (c) 및 (d)에 나타내는 바와 같이 제 1 검출전극(10)에 부가되는 저항값이 실질적으로 감소하여 상기 신호파형의 진폭중심전압(Vc)이 저하하고(Vca→Vcb), 전압진폭(ΔVqa)의 최소값(진폭하한전압, －Vmin)이 기준전압(Vref)보다도 작아진 경우, 즉 상기 제 3 신호파형과 기준전압( Vref)이 교차하는 경우에는 비교기(CMP)에 의해 로우레벨의 출력신호가 출력된다. 즉 비교기(CMP)의 출력이 변화하여 피검출체(OBJ)의 접촉이 검지된다.
즉, 제 1 검출전극 및 제 3 검출전극에 걸쳐서 피검출체가 접촉된 경우, 미리 접촉검지의 대상으로 되어 있는 물질 고유의 용량성분 및 저항성분(특히 소정 범위의 저항성분)을 갖고 있는 경우에는 접촉검지수단이 대상으로 하고 있는 정규의 피검출체의 접촉이라고 판단한다. 이것은 환언하면 피검출체의 용량성분이 미리 접촉검지의 대상으로 되어 있는 물질 고유의 용량성분과 동등한 값을 갖고 있는 경우이더라도 저항성분이 해당 대상물질고유의 저항성분에 비교해서 극단으로 높은 경우나 낮은 경우에는 제 2 검출전극에 여기되는 신호파형이 기준전압(Vref)과 교차하지 않으므로 비교기(CMP)의 출력은 변화하지 않고, 정규의 피검출체의 접촉이라고는 판단하지 않는다.
이와 같은 접촉검지방법에 따르면, 상술한 실시형태와 똑같이 피검출체의 고유상태나 외부환경 등의 영향을 억제할 수 있는 동시에, 접촉검지의 대상으로 되어 있는 피검출체의 접촉판단의 조건을 보다 엄격히 설정할 수 있으므로 보다 정확하게 정규의 피검출체의 접촉상태를 검출, 판단할 수 있다.
<접촉검지수단의 제 2 실시형태>
다음으로 본 발명에 관련되는 접촉검지기능을 실현하기 위한 구성의 제 2 실시형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.
도 5는 본 발명에 관련되는 접촉검지기능을 실현하기 위한 접촉검지수단의 제 2 실시형태를 나타내는 개략블록도이고, 도 6의 (a)∼(c)는 본 실시형태에 관련되는 접촉검지수단의 접촉검지동작의 한 예를 나타내는 개념도이다. 여기에서 접촉검지수단및 접촉검지동작에 대해서 상술한 제 1 실시형태와 동등한 구성 및 수법에 대해서는 동일한 부호를 붙여서 그 설명을 간략화 또는 생략한다.
여기에서 도 6의 (a)는 피검출체(OBJ)가 접촉하고 있지 않을 때의 상태에 대응하고, 도 6의 (b), (c)는 피검출체(OBJ)가 접촉하고 있을 때의 상태에 대응한다.
본 실시형태에 관련되는 접촉검지수단은 도 5에 나타내는 바와 같이 도 1 및 도 2에 나타낸 접촉검지수단에 설치된 검출회로(60)의 출력부에 접촉판정회로(70)를 구비한 구성을 갖고 있다.
여기에서 접촉판정회로(70)는 제 1 검출전극 및 제 2 검출전극에 피검출체가 접촉된 경우에 검출회로로부터 출력되는 한 신호레벨의 출력신호를 카운트하여 소정의 한계값 이상의 횟수, 출력신호가 출력된 경우에 접촉검지신호를 출력한다.
구체적으로는 예를 들면 도 3의 (a)에 나타낸 경우와 똑같이 도 6의 (a)에 나타내는 바와 같이 검출회로(60)에 있어서 미리 기준전압(Vref)을 제 2 검출전극 (20)에 여기되는 제 3 신호파형(진폭중심전압(Vc), 전압진폭(ΔVqa))에 비교해서 커지도록 설정하여 피검출체(OBJ)가 접촉하고 있지 않을 때에는 비교기(CMP)로부터는 접촉검지신호는 출력되지 않도록 설정한다.
그리고 제 1 검출전극(10) 및 제 2 검출전극(20)에 걸쳐서 피검출체(OBJ)가 접촉되었을 때, 해당 피검출체(OBJ)의 용량성분 및 저항성분에 의해 상기 신호파형의 전압진폭(ΔVqa)이나 진폭중심전압(Vc)이 변화하여 도 6의 (b)에 나타내는 바와 같이 검출회로(60)에 설치된 비교기(CMP)에 의해 제 3 신호파형과 기준전압( Vref)의 대소관계가 역전한 상태, 즉 신호파형과 기준전압(Vref)이 교차하는 상태가 검출되고, 접촉검지신호가 비교기(CMP)로부터 출력된다. 이 때 접촉판정회로(70)는 검출회로(60, 비교기(CMP))로부터 출력되는 접촉검지신호의 소정기간에서의 횟수를 카운트하고, 해당 카운트값이 미리 설정된 한계값(예를 들면 연속하여 5회)을 초과한 경우에 정규의 피검출체가 접촉한 것으로 판정한다.
이와 같은 접촉검지수단에 따르면, 피검출체의 고유상태나 외부환경 등의 영향을 억제할 수 있는 동시에, 특정의 용량성분 및 저항성분을 갖는 피검출체가 계속적 또한 안정적으로 접촉된 경우에만 정규의 피검출체라고 판정하고, 제 1 검출전극 및 제 2 검출전극간에 도전성 또는 용량성의 이물이 접촉한 경우에는 정규의 피검출체와 이물을 양호하게 판정하여 접촉검지동작의 대상으로부터 제외하며, 또 예를 들면 정규의 피검출체이더라도 잘못해서 일시적으로 접촉한 바와 같이 정규의 접촉상태로 오판정하여 접촉검지신호가 출력되어 버리는 것 같은 오동작을 방지할 수 있어서 매우 신뢰성이 높은 접촉검지수단을 실현할 수 있다.
<화상판독장치>
다음으로 본 발명에 관련되는 접촉검지수단을 적용한 화상판독장치에 대해서 실시형태를 나타내어 설명한다.
우선 본 발명에 관련되는 화상판독장치에 적용 가능한 센서의 구성에 대해서 설명한다.
본 발명에 관련되는 화상판독장치에 적용 가능한 센서로서는 CCD(Charge Coupled Device) 등의 고체촬상디바이스를 양호하게 이용할 수 있다.
CCD는 주지와 같이 포토다이오드나 박막트랜지스터(TFT: Thin Film Transistor) 등의 포토센서를 매트릭스상으로 배열한 구성을 갖고, 각 포토센서의 수광부에 조사된 광량에 대응하여 발생하는 전자－정공쌍의 양(전하량)을 수평주사회로 및 수직주사회로에 의해 검출하고, 조사광의 휘도를 검지하는 것이다.
그런데 이와 같은 CCD를 이용한 포토센서시스템에 있어서는 주사된 각 포토센서를 선택상태로 하기 위한 선택트랜지스터를 개별로 설치할 필요가 있기 때문에 검출화소수가 증대함에 따라서 시스템 자체가 대형화한다는 문제를 갖고 있다.
그래서 근래 이와 같은 문제를 해결하기 위한 구성으로서 포토센서 자체에 포토센스기능과 선택트랜지스터기능을 갖게 한, 소위 더블게이트구조를 갖는 박막트랜지스터(이하 「더블게이트형 트랜지스터」라 기입한다)가 개발되어 시스템의 소형화 및 화소의 고밀도화를 도모하는 시도가 이루어지고 있다. 그로 인해 본 발명에 있어서의 화상판독장치에 있어서도 이 더블게이트형 트랜지스터를 양호하게 적용할 수 있다.
여기에서 본 발명에 관련되는 화상판독장치에 적용 가능한 더블게이트형 트랜지스터에 의한 포토센서(이하 「더블게이트형 포토센서」라 기입한다)에 대해서 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
<더블게이트형 포토센서>
도 7의 (a), (b)는 더블게이트형 포토센서의 개략 구성을 나타내는 단면구조 도 및 등가회로를 나타낸다.
도 7의 (a)에 나타내는 바와 같이 더블게이트형 포토센서(110)는 여기광(여기에서는 가시광)이 입사되면 전자-정공쌍이 생성되는 비결정성실리콘 등의 반도체층 (채널층, 111)과, 반도체층(111)의 양단에 각각 설치된 n＋실리콘으로 이루어지는 불순물층(117, 118)과, 불순물층(117, 118)상에 형성된 크롬, 크롬합금, 알루미늄, 알루미늄합금 등으로부터 선택되고, 가시광에 대해서 불투명의 드레인전극 (112) 및 소스전극(113)과, 반도체층(111)의 위쪽(도면 위쪽)에 블록절연막(114) 및 상부(톱)게이트절연막(절연층, 115)을 통하여 형성된 ITO 등의 투명전극층으로 이루어지며, 가시광에 대해서 투과성을 나타내는 톱게이트전극(제 1 게이트전극, 121)과, 반도체층(111)의 아래쪽(도면 아래쪽)에 하부(버텀)게이트절연막(절연층, 116)을 통하여 형성된 크롬, 크롬합금, 알루미늄, 알루미늄합금 등으로부터 선택되고, 가시광에 대해서 불투명한 버텀게이트전극(제 2 게이트전극, 122)과, 톱게이트전극(121)상에 보호절연막(절연층; 유도체. 120)을 통하여 형성된 최상층의 투명전극층(130)을 갖고 형성되어 있다. 그리고 이와 같은 구성을 갖는 더블게이트형 포토센서(110)는 유리기판 등의 투명한 절연성기판(119)상에 형성되어 있다.
여기에서 도 7의 (a)에 있어서 톱게이트절연막(115), 블록절연막(114), 버텀게이트절연막(116), 톱게이트전극(121)상에 설치되는 보호절연막(유도체, 120) 및 최상층의 투명전극층(130)은 어느 쪽이나 반도체층(111)을 여기하는 가시광에 대해서 높은 투과율을 갖는 재질, 예를 들면 질화실리콘이나 산화실리콘, ITO 등에 의해 구성됨으로써 도면 위쪽으로부터 입사하는 빛만을 검지하는 구조를 갖고 있다. 또한 후술하는 바와 같이 최상층의 투명전극층(130)의 상면은 피검출체가 위치되고 접촉되는 검지면(DT)으로 된다.
또 이와 같은 더블게이트형 포토센서(110)는 일반적으로 도 7의 (b)에 나타내는 바와 같은 등가회로에 의해 나타내어진다. 여기에서 “TG”는 톱게이트전극 (121)에 전기적으로 접속된 톱게이트단자, “BG”는 버텀게이트전극(122)에 전기적으로 접속된 버텀게이트단자. “S”는 소스전극(113)에 전기적으로 접속된 소스단자. “D”는 드레인전극(112)에 전기적으로 접속된 드레인단자이다.
이어서 상술한 더블게이트형 포토센서의 구동제어방법에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.
도 8은 더블게이트형 포토센서의 기본적인 구동제어방법의 한 예를 나타내는 타이밍차트이다. 여기에서는 상술한 더블게이트형 포토센서의 구성(도 7)을 적절히 참조하면서 설명한다.
도 8에 나타내는 바와 같이 우선 리셋동작(초기화동작)에 있어서는 더블게이트형 포토센서(110)의 톱게이트단자(TG)에 펄스전압(이하 「리셋펄스」라 기입한다; 예를 들면 Vtg＝＋15V의 하이레벨, ØTi)을 인가하여 반도체층(111) 및 블록절연막 (114)에 있어서의 반도체층(111)의 계면 근처에 축적되어 있는 캐리어(여기에서 정공)를 방출한다(리셋기간(Trst)).
이어서 전하축적동작(광축적동작)에 있어서는 톱게이트단자(TG)에 로우레벨(예를 들면 Vtg＝－15V)의 바이어스전압(ØTi)을 인가함으로써 리셋동작을 종료하고, 캐리어축적동작에 의한 전하축적기간(Ta)을 개시한다. 전하축적기간(Ta)에 있어서는 톱게이트전극(121)측으로부터 입사한 광량에 따라서 반도체층(111)의 입사유효영역, 즉, 캐리어발생영역에서 전자-정공쌍이 생성되고, 반도체층(111) 및 블록절연막(114)에 있어서의 반도체층(111)의 계면 근처, 즉 채널영역 주변에 정공이 축적된다.
그리고 프리차지동작에 있어서는 전하축적기간(Ta)에 병행하여 프리차지신호 ( Øpg)에 의거하여 드레인단자(D)에 소정의 전압(프리차지전압, Vpg)을 인가하고, 드레인전극(112)에 전하를 홀딩시킨다(프리차지기간(Tprch)).
이어서 판독동작에 있어서는 프리차지기간(Tprch)을 경과한 후, 버텀게이트단자(BG)에 하이레벨(예를 들면 Vbg＝＋10V)의 바이어스전압(판독선택신호; 이하 「판독펄스」라 기입한다, ØBi)을 인가(선택상태)함으로써 더블게이트형 포토센서 (110)를 ON상태로 한다(판독기간(Tread)).
여기에서 판독기간(Tread)에 있어서는 채널영역에 축적된 캐리어(정공)가 역극성의 톱게이트단자(TG)에 인가된 Vtg(－15V)를 완화하는 방향으로 움직이기 때문에 버텀게이트단자(BG)의 Vbg(＋15V)에 의해 n채널이 형성되고, 드레인전류에 따라서 드레인단자(D)의 전압(드레인전압, VD)은 프리차지전압(Vpg)으로부터 시간의 경과와 함께 서서히 저하하는 경향을 나타낸다.
즉 전하축적기간(Ta)에 있어서의 광축적상태가 밝은상태인 경우에는 채널영역에 입사광량에 따른 캐리어(정공)가 포획되어 있기 때문에 톱게이트단자(TG)의 마이너스바이어스를 부정하도록 작용하고, 이 부정된 분량만큼 버텀게이트단자(BG)의 플러스바이어스에 의해서 더블게이트형 포토센서(110)는 ON상태로 된다. 그리고 이 입사광량에 따른 ON저항에 따라서 드레인전압(VD)은 저하하는 것으로 된다.
한편 광축적상태가 어두운 상태에서 채널영역에 캐리어(정공)가 축적되어 있지 않은 경우에는 톱게이트단자(TG)에 마이너스바이어스를 걸음으로써 버텀게이트단자(BG)의 플러스바이어스가 부정되고, 더블게이트형 포토센서(110)는 OFF상태로 되며, 드레인전압(VD)이 대략 그대로 홀딩되는 것으로 된다.
따라서 드레인전압(VD)의 변화경향은 톱게이트단자(TG)로의 리셋펄스(ØTi)의 인가에 의한 리셋동작의 종료시점에서 버텀게이트단자(BG)에 판독펄스(ØBi)가 인가되기까지의 시간(전하축적기간(Ta))에 수광한 광량에 깊게 관련하고, 축적된 캐리어가 많은 경우(밝은상태)에는 급격히 저하하는 경향을 나타내며, 또 축적된 캐리어가 적은 경우(어두운 상태)에는 완만히 저하하는 경향을 나타낸다. 그로 인해 판독기간(Tread)이 개시하여 소정의 시간 경과 후의 드레인전압(VD, ＝Vrd)을 검출함으로써 또는 소정의 한계값전압을 기준으로 하여 그 전압에 이르기까지의 시간을 검출함으로써 더블게이트형 포토센서(110)에 입사한 빛(조사광)의 광량이 환산된다.
상술한 일련의 화상판독동작을 1사이클로 하여 i＋1번째의 행의 더블게이트형 포토센서(110)에도 동등한 처리수순을 반복함으로써 더블게이트형 포토센서를 2차원의 센서시스템으로서 동작시킬 수 있다.
<포토센서시스템>
이어서 상술한 더블게이트형 포토센서를 소정의 형식으로 배열하여 구성되는 포토센서어레이를 구비한 포토센서시스템에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 여기에서는 복수의 더블게이트형 포토센서를 2차원 배열하여 구성되는 포토센서어레이를 나타내어 설명하는데, 예를 들면 복수의 더블게이트형 포토센서를 X방향으로 1차원 배열하여 라인센서어레이를 구성하고, 해당 라인센서어레이를 X방향에 직교하는 Y방향으로 이동시켜서 2차원 영역을 주사(스캔)하는 것이어도 좋은 것은 말할 필요도 없다.
도 9는 더블게이트형 포토센서를 2차원 배열하여 구성되는 포토센서어레이를 구비한 포토센서시스템의 개략구성도이다.
도 9에 나타내는 바와 같이 포토센서시스템은 대별하여 다수의 더블게이트형 포토센서(110)를 예를 들면 n행 ×m열(n, m은 임의의 자연수)의 매트릭스상으로 배열한 포토센서어레이(100)와, 각 더블게이트형 포토센서(110)의 톱게이트단자(TG, 톱게이트전극(121)) 및 버텀게이트단자(BG, 버텀게이트전극(122))를 각각 행방향으로 접속하여 연장하는 톱게이트라인(101) 및 버텀게이트라인(102)과, 각 더블게이트형 포토센서(110)의 드레인단자(D, 드레인전극(12))을 열방향으로 연속한 드레인라인(데이터라인, 103)과, 소스단자(S, 소스전극(13))를 열방향으로 접속하는 동시에, 접지전위에 접속된 소스라인(커먼라인, 104)과, 톱게이트라인(101)에 접속된 톱게이트드라이버(210)와, 버텀게이트라인(102)에 접속된 버텀게이트드라이버(220)와, 드레인라인(103)에 접속되고, 도시를 생략한 칼럼스위치, 프리차지스위치, 출력앰프 등을 구비하여 이루어지는 드레인드라이버(230)를 갖고 구성되어 있다.
여기에서 톱게이트라인(101)은 도 7에 나타낸 톱게이트전극(121)과 함께 ITO 등의 투명전극층으로 일체적으로 형성되고, 버텀게이트라인(102), 드레인라인(103) 및 소스라인(104)은 각각 버텀게이트전극(122), 드레인전극(112), 소스전극(113)과 동일한 여기광에 불투명한 재료로 일체적으로 형성되어 있다. 또 소스라인(104)에는 후술하는 프리차지전압(Vpg)에 따라서 설정되는 정전압(Vss)이 인가되는데 접지전위(GND)이어도 좋다.
또한 도 9에 있어서 “Øtg”는 리셋전압 및 광캐리어축적전압의 어느 쪽인가로 하여 선택적으로 출력되는 신호 ØT1, ØT2, ···ØTi, ···ØTn을 생성하기 위한제어신호이고,“ Øbg”는 판독전압 및 비판독전압의 어느 쪽인가로 하여 선택적으로 출력되는 신호 ØB1, ØB2, ···ØBi, ···ØBn을 생성하기 위한 제어신호, “ Øpg”는 프리차지전압(Vpg)을 인가하는 타이밍을 제어하는 프리차지신호이다. 또 본 실시형태에 적용 가능한 드레인드라이버(230)의 구성에 대해서는 상세하게 후술한다.
이와 같은 구성에 있어서 톱게이트드라이버(210)로부터 톱게이트라인(101)을 통하여 톱게이트단자(TG)에 신호(ØTi, i는 임의의 자연수; i＝1, 2, ···n) 를 인가함으로써 포토센스기능이 실현되고, 버텀게이트드라이버(220)로부터 버텀게이트라인(102)을 통하여 버텀게이트단자(BG)에 신호(ØBi)를 인가하며, 드레인라인 (103)을 통하여 검출신호를 드레인드라이버(230)에 받아들이고 직렬데이터 또는 병렬데이터의 출력전압(Vout)으로 하여 출력함으로써 선택판독기능이 실현된다.
도 10은 상술한 바와 같은 포토센서시스템을 적용한 화상판독장치에 의한 지문판독장치에 있어서의 지문의 화상패턴을 판독할 때의 구성의 주요부단면도이다. 또한 여기에서는 설명 및 도시의 형편상 포토센서시스템의 단면부분을 나타내는 빗금친 부분의 일부를 생략한다.
도 10에 나타내는 바와 같이 지문 등의 화상패턴을 판독하는 화상판독장치에 있어서는 더블게이트형 포토센서(110)가 형성된 유리기판 등의 절연성기판(119) 아래측에 설치된 백라이트(면광원, BL)로부터 조사광(La)을 입사시키고, 이 조사광 (La)이 더블게이트형 포토센서(110, 상세하게는 버텀게이트전극(122), 드레인전극 (112), 소스전극(113))의 형성영역을 제외하며, 투명한 절연성기판(119)과 절연막 (115, 116, 120)을 투과하여 투명전극층(130)상의 지문검출면(검지면(DT))에 위치된 손가락(피검출체, FG)에 조사된다.
그리고 지문판독장치에 의한 지문의 검출 때에 있어서는 손가락(FG)의 피부표층(FGs)의 반투명층이 포토센서어레이(100)의 최상층에 형성된 투명전극층(130)에 접촉함으로써 투명전극층(130)과 피부표층(FGs)의 사이의 계면에 굴절율이 낮은 공기층이 없어진다. 여기에서 피부표층(FGs)의 두께는 650㎚보다 두껍기 때문에 지문(FP)의 볼록부(FPa)에 있어서 내부로 입사된 빛(La)은 피부표층(FGs)내를 산란, 반사하면서 진행한다. 이 진행되는 빛(Lb)의 일부는 투명한 전극층(130), 투명한 절연막(120, 115, 114) 및 톱게이트전극(121)을 투과하여 더블게이트형 포토센서 (110)의 반도체층(111)에 여기광으로서 입사된다. 이와 같이 손가락(FG)의 볼록부 (FPa)에 대응하는 위치에 배치된 더블게이트형 포토센서(110)의 반도체층(111)에 빛이 입사되어 생성되는 캐리어(정공)가 축적됨으로써 상술한 일련의 구동제어방법에 따라서 손가락(FG)의 화상패턴을 명암정보로서 판독할 수 있다.
또 손가락(FG)의 오목부(FPb)에 있어서는 조사된 빛(La)은 투명전극층(130)의 상면의 검지면(DT)와 공기층 사이의 계면을 통과하고, 공기층의 먼저의 손가락(FG)에 도달하여 피부표층(FGs)내에서 산란하는데, 피부표층(FGs)은 공기보다 굴절율이 높기 때문에 어느 각도로 계면에 입사된 피부표층(FGs)내의 빛(Lc)은 공기층으로 빠지기 어렵고, 오목부(FPb)에 대응하는 위치에 배치된 더블게이트형 포토센서 (110)의 반도체층(111)으로의 입사가 억제된다.
이와 같이 투명전극층(130)으로서 ITO 등의 투명한 도전성재료를 적용하고 있음으로써 투명전극층(130)상에 위치된 손가락(FG)에 조사되어 산란, 반사한 빛이 양호하게 각 더블게이트형 포토센서(110)의 반도체층(111)에 입사되는 것으로 되기 때문에 손가락(피검출체, FG)의 판독동작에 있어서의 판독감도특성이 악화하는 일없이 피검출체의 화상패턴(지문)의 판독이 양호하게 실시된다.
다음으로 상기 각 실시형태의 접촉검지수단을 상술의 화상판독장치에 의한 지문판독장치에 적용한 경우의 구체적인 구성에 대해서 설명한다. 또한 이하에 나타내는 실시형태에 있어서는 센서로서 상술한 더블게이트형 포토센서를 적용한 경우에 대해서 설명한다.
도 11의 (a), (b)는 각 실시형태의 접촉검지수단을 화상판독장치에 의한 지문판독장치에 적용한 경우의 한 실시형태를 나타내는 개략구성도이고, 도 12의 (a), (b)는 도 11의 (a), (b)에 나타내는 지문판독장치에 손가락을 위치한 상태를 나타내는 개략도이다. 또한 여기에서는 상술한 포토센서 및 포토센서시스템의 구성(도 7, 도 9)을 적절히 참조하면서 설명한다. 또 도 7, 도 9에 나타낸 구성과 동등한 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙여서 그 설명을 간략화 또는 생략한다.
도 11의 (a), (b)에 나타내는 바와 같이 본 실시형태에 관련되는 지문판독장치는 상술한 구성을 갖는 더블게이트형 포토센서(110)를 절연성기판(119)의 일면측에 매트릭스상으로 배열하여 구성된 포토센서어레이(100) 및 더블게이트형 포토센서(110)가 배열된 어레이영역의 전체 영역에 형성된 보호절연막(120)으로 이루어지는 센서디바이스(PD)(포토센서(110)의 톱게이트절연막(115)과 보호절연막(120)은 상술한 층간절연막에 상당한다)와, 보호절연막(120)상에 형성된 투명전극층(투명도전막; 상술한 제 1 검출전극에 상당한다, 130)과, 센서디바이스(PD)의 타면측에 설치되고, 투명전극층(130)의 상면(검지면(DT))에 접촉되는 피검출체(손가락(FG))에 균일한 빛을 조사하는 면광원(BL)과, 센서디바이스(PD) 및 투명전극층(130)은 전기적으로 절연하도록 설치되며, 또한 해당 센서디바이스(PD) 및 투명전극층(130)의 주위를 둘러싸도록 설치된 도전성의 케이스부재(도전성부재; 상술한 제 2 검출전극에 상당한다, 240)와, 상술한 실시형태에 나타낸 바와 같이 투명전극층(130)에 여기되는 신호파형(상술한 제 2 신호파형에 상당한다)의 전압진폭을 소정의 전압범위를 제한하는 진폭제한회로(진폭제한수단, 250)와, 케이스부재(240)에 여기되는 신호파형(상술한 제 3 신호파형에 상당한다)의 변화를 검출하여 투명전극층(130) 및 케이스부재(240)의 양쪽에 피검출체(손가락(FG))가 공통으로 접촉한 상태를 판정하는 검출회로(접촉검지수단, 260)를 갖고 구성되어 있다.
여기에서 케이스부재(240)는 도 11의 (b)에 나타내는 바와 같이, 투명전극층 (130)에 대하여 소정의 간격을 갖고(즉 공기 등의 절연물을 통하여) 공간적으로 이격되어 배치함으로써 전기적으로 절연되어 있다. 또 케이스부재(240)는 도 11의 (a)에 나타내는 바와 같이, 센서디바이스(PD) 및 투명전극층(130)의 주위를 둘러싸는 동시에, 투명전극층(130)상의 검지면(DT)을 노출하는 소정 형상의 개구부(240a)를 구비하여 구성되어 있다. 케이스부재(240)는 투명전극층(130)을 구성하는 ITO 등의 투명한 도전성 재료에 비교하여 저저항률을 갖는 재료, 예를 들면 크롬, 알루미늄, 텅스텐 등으로부터 선택되어 재료의 단층 또는 복수층의 도전체로 구성된다. 이에 따라 얇은 판두께 또는 막두께로 충분한 시트저항을 실현할 수 있기 때문에 신호 대 잡음비(S/N)를 충분히 크게 할 수 있다.
구체적으로는 도 12의 (a), (b)에 나타내는 바와 같이, 케이스부재(240)의 개구부(240a)는 투명전극층(130)상의 검지면(DT)에 손가락(FG)을 위치한 상태에서 해당 손가락(FG)이 개구부(240a)의 단부 근처의 케이스부재(240)에도 동시에 접촉하는 형상을 갖도록 구성되어 있다. 즉 손가락(FG)이 투명전극층(130) 및 케이스부재(240)의 양쪽에 접촉하기 위해 적합한 형상을 갖고 있다.
또한 케이스부재(240)는 후술하는 바와 같이, 손가락(FG)의 검지면(DT)으로의 접촉상태를 검지하기 위한 구성으로서 기능할 뿐만은 아니고, 센서디바이스(PD)를 전기적인 외란요소나 물리적인 충격 등으로부터 보호하기 위한 실드케이스로서의 기능을 갖고 있는 것이어도 좋으며, 피검출체인 손가락을 투명전극층(130)상의 검지면(DT)에 양호하게 접촉하도록 유도 또는 안내하기 위한 가이드부재로서의 기능을 갖고 있는 것이어도 좋다.
또 검출회로(260)는 케이스부재(240)에 여기되는 신호파형(제 3 신호파형)의 변화를 항상 감시하고, 투명전극층(130) 및 케이스부재(240)의 양쪽에 걸쳐서 손가락(FG)이 접촉됨으로써 손가락(FG) 고유의 용량성분 및 저항성분에 의거하여 상기 신호파형에 소정의 변화가 검출된 경우에 투명전극층(130)상의 지문검출면(30a)에 손가락(FG)이 위치된 것으로 판정하고, 해당 판정결과를 접촉검지신호로서, 예를 들면 지문판독장치의 동작제어를 실시하는 컨트롤러(구동제어회로)에 출력함으로써 지문의 판독동작의 개시타이밍을 제어한다.
구체적으로는 검출회로(260)는 상기한 접촉검지수단(도 2 참조)에 나타낸 바와 같이, 미리 피검출체인 손가락(FG)의 용량성분 및 저항성분에 의거하여 설정된 기준전압(Vref)과 케이스부재(240)에 여기되는 신호파형(제 3 신호파형)의 전압진폭 및 진폭중심전압의 대소관계를 비교하고, 기준전압(Vref)과의 대소관계가 변화(역전)한 경우에 접촉검지신호를 출력한다(도 3의 (a)∼(d), 도 4의 (a)∼(d), 도 6의 (a)∼(c) 참조).
이어서 본 실시형태에 관련되는 지문판독장치(도 9 참조)에 적용 가능한 드레인드라이버에 대하여 도면을 참조해서 상세하게 후술한다.
도 13의 (a)는 각 실시형태의 접촉검지수단을 적용한 지문판독장치에 적용 가능한 드레인드라이버의 한 구성예를 나타내는 개략구성도이며, 도 13의 (b)는 드레인드라이버의 또 다른 구성예를 나타내는 개략구성도이다. 또한 여기에서는 상기한 포토센서시스템의 구성(도 9)을 적절히 참조하면서 설명한다. 또 도 9에 나타낸 구성과 동등한 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 간략화 또는 생략한다.
상기한 실시형태(예를 들면 도 1 참조)에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 관련되는 접촉검지수단에 있어서는, 피검출체가 접촉되는 제 1 검출전극에 대하여 소정의 신호파형(제 2 신호파형)을 여기하기 위한 대향전극 및 펄스발생회로를 구비한 구성을 갖고 있다. 이와 같은 구성을 갖는 접촉검지수단을 더블게이트형 포토센서를 구비한 화상판독장치(지문판독장치)에 적용하는 경우에 있어서는, 예를 들면 도 7 및 도 9에 나타낸 더블게이트형 포토센서에 있어서, 드레인전극(112) 및 드레인전극 상호를 접속하는 드레인라인(103)을 대향전극으로서 적용하는 동시에, 드레인드라이버(230)를 펄스발생회로(신호전압인가회로)로서 적용할 수 있다.
본 실시형태에 관련되는 지문판독장치는 도 13의 (a)에 나타내는 바와 같이, 개략 도 7에 나타낸 구성과 동등한 포토센서어레이(100)와, 톱게이트드라이버(210)와, 버텀게이트드라이버(220)에 덧붙여서 드레인라인(103)에 접속된 칼럼스위치 (231)와, 칼럼스위치(231)의 출력단에 설치된 출력앰프(232)와, 각 드레인라인 (103)에 일단측이 접속된 스위치군(233)과, 해당 스위치군(233)의 타단측에 공통으로 접속된 단일의 스위치(234)와, 해당 스위치(234)에 병렬적으로 접속된 복수의 전원전압(Vpg, Vgnd)을 구비한 드레인드라이버(230)가 설치된 구성을 갖고 있다.
여기에서 드레인드라이버(230)를 구성하는 칼럼스위치(231) 및 출력앰프 (232)는 상기한 더블게이트형 포토센서(110)의 동작제어순서에 의거하여 피검출체의 화상패턴에 대응해서 각 더블게이트형 포토센서(110)에 축적된 전하량(캐리어)을 드레인라인(103)을 통하여 드레인전압의 변화로서 칼럼스위치(231)에 의해 각 행마다 일괄해서 판독하고, 출력앰프(232)에 의해 소정의 신호전압으로 증폭하며, 출력단자(Vout)로부터 직렬데이터 또는 병렬데이터로서 주변회로(예를 들면 지문대조장치 등의 화상처리장치)에 출력한다.
또 스위치군(233)은 포토센서어레이(100)를 구성하는 각 드레인라인에 일단측이 개별로 접속되고, 단일의 스위치(234)에 타단측이 접속되는 동시에, 도시를 생략한 컨트롤러로부터 공급되는 프리차지신호(Øpg)에 의거하여 ON/ OFF상태가 제어된다. 한편 스위치(234)는 복수의 전원전압(Vpg, Vgnd)에 접속되고, 도시를 생략한 컨트롤러로부터 공급되는 전환제어신호(Øsw)에 의거하여 전원전압(Vpg, Vgnd) 중의 어느 쪽인가가 선택적으로 접속되도록 제어된다.
이와 같은 구성을 갖는 드레인드라이버(230)에 있어서, 우선 상기한 화상판독동작을 실행하는 경우에 대하여 설명하면, 더블게이트형 포토센서의 전하축적기간내에 실행되는 프리차지동작에 있어서는, 전환제어신호(Øsw)에 의해 스위치 (234)를 프리차지전압(Vpg)측으로 전환한 후 프리차지신호(Øpg)에 의해 소정의 타이밍으로 스위치군(233)을 일제히 ON동작시킴으로써 프리차지전압(Vpg)을 스위치군 (233) 및 드레인라인(103)을 통하여 각 더블게이트형 포토센서에 인가한다.
또 더블게이트형 포토센서의 판독동작에 있어서는, 프리차지신호(Øpg)에 의해 스위치군(233)을 일제히 OFF동작시킴으로써 전하축적기간에 피검출체 (손가락(FG))의 화상패턴에 의거하여 각 더블게이트형 포토센서에 축적된 전하(캐리어)의 양에 따른 드레인전압을 각 드레인라인(103)을 통해서 일괄하여 칼럼스위치(231)에 받아들이고, 직렬데이터 또는 병렬데이터로서 출력앰프(232)를 통하여 출력단자로부터 출력한다.
한편 상기 화상판독동작에 앞서서 실행되는 접촉검지동작에 있어서는, 우선 프리차지신호(Øsw)에 의해 소정의 타이밍으로 스위치군(233)을 일제히 ON동작시키고, 또한 전환제어신호(Øsw)에 의해 스위치(234)를 소정의 타이밍으로 반복전환제어함으로써 스위치(234)를 프리차지전압(Vpg)측 및 접지전위(Vgnd)측에 주기적, 또한 선택적으로 접속하고, 하한진폭전압이 0V, 상한진폭전압이 프리차지전압(Vpg)(예를 들면 3. 3V)에 규정된 전압진폭을 갖는 펄스신호가 각 드레인라인(103)을 통하여 포토센서어레이(100)를 구성하는 전체의 더블게이트형 포토센서의 드레인전극에 인가된다.
또 상기 도 13의 (a)에 나타내는 실시형태에 있어서는, 각 드레인라인(103)으로의 펄스신호의 인가방법으로서, 전환제어신호(Øsw)에 의해 전환제어되는 스위치(234)에 의해 프리차지전압(Vpg) 및 접지전위(Vgnd)에 주기적, 또한 선택적으로 0V∼Vpg의 전압진폭을 갖는 펄스신호를 생성하여 공급하는 구성을 나타냈는데, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 도 13의 (b)에 나타내는 바와 같이, 예를 들면 별개로 소정의 전압진폭을 갖는 펄스신호를 발생하는 펄스발생회로(235)를 구비하는 동시에, 스위치군(233)의 타단측과 스위치(234)의 사이에 설치되고, 스위치군 (233)과, 스위치(234), 또는 펄스발생회로(235)의 접속을 전환하는 스위치(236)를 구비하고, 접촉검지동작시에 스위치제어신호(Psw)에 의하여 스위치(236)를 전환제어하고, 스위치군(233)의 타단측에 펄스발생회로(235)를 접속하도록 하며, 펄스발생회로(235)로부터 출력되는 펄스신호를 각 드레인라인(103)에 공급하도록 구성해도 좋다.
이어서 본 실시형태에 관련되는 지문판독장치에 있어서의 접촉검지동작에 대하여 도면을 참조해서 상세하게 설명한다.
도 14는 각 실시형태의 접촉검지수단을 적용한 지문판독장치에 있어서의 접촉검지동작을 설명하기 위한 개략도이며, 도 15는 접촉검지동작시에 있어서의 포토센서어레이의 등가회로를 나타내는 도면이다.
상기한 바와 같이 본 실시형태에 관련되는 지문판독장치에 있어서는, 접촉검지동작시에 드레인드라이버(230)가 상기한 실시형태(도 1 참조)에 나타낸 접촉검지수단에 있어서의 펄스발생회로(40)로서 기능하는 동시에, 드레인라인(103) 및 드레인전극(112)이 대향전극(30)으로서 기능함으로써 도 14에 나타내는 바와 같이, 드레인라인(103) 및 드레인전극(112)에 인가된 펄스신호(제 1 신호파형)에 따른 신호파형(제 2 신호파형)이 상부게이트절연막(115) 및 보호절연막(120)을 통하여 어레이영역의 전역을 피복하도록 형성된 투명전극층(130)에 여기된다.
구체적으로는 도 15에 나타내는 바와 같이, 포토센서어레이(100)는 최상층을 구성하는 투명전극층(130)과, 해당 투명전극층(130)에 대하여 보호절연막(120)이나 상부게이트절연막(115), 하부게이트절연막(116) 등을 통해서 형성된 톱게이트라인 (101), 버텀게이트라인(102), 드레인라인(103) 및 소스라인(104)의 사이에 각각 기생용량이 형성된 구성을 갖고, 또 톱게이트라인(101), 버텀게이트라인(102), 드레인라인(103) 및 소스라인(104)도 상호 기생용량이 형성된 구성을 갖고 있다.
한편 도 14, 도 15에 나타내는 바와 같이, 투명전극층(130)에는 접지전위와의 사이에 진폭제한회로(250)가 설치되어 있기 때문에 투명전극층(130)에 여기되는 신호파형(교류전압파형; 제 2 신호파형)의 전압진폭은 도 14에 나타내는 바와 같이, 진폭제한회로(250)에 설치된 역병렬다이오드회로에 있어서의 순방향전압(Vf)에 의거하여 제한된다(－Vf∼＋Vf).
또 도 15에 나타내는 바와 같이, 톱게이트드라이버(210)에 접속된 톱게이트라인(101) 및 버텀게이트드라이버(220)에 접속된 버텀게이트라인(102)은 각 드라이버(210, 220)의 출력저항(Rt, Rb)을 통하여 접지전위에 접속되고, 소스라인(104)도 접지전위에 접속된 구성을 갖고 있다.
그 때문에 이와 같은 등가회로에 있어서, 드레인드라이버(230)에 의해 드레인라인(103)을 통하여 소정의 전압진폭을 갖는 펄스신호를 인가하면 톱게이트라인 (101), 버텀게이트라인(102) 및 소스라인(104)에는 전위가 여기되는 일 없이 투명전극층(130)에만 진폭제한회로(250)에 의해 전압진폭이 규정된 소정의 신호파형이 여기되게 된다.
이에 따라 진폭제한회로(250)에 의해 규정된 전압진폭의 범위 이외(진폭상한전압(＋Vf) 이상의 전압 및 진폭하한전압(－Vf) 이하의 전압)의 전기적인 외란요소가 투명전극층(130)에 인가된 경우이어도 과대한 전압이 보호절연막(120)을 통하여 톱게이트라인(101)이나 버텀게이트라인(102) 등에 인가되는 것을 억제할 수 있기 때문에 포토센서어레이(100)나 각 드라이버(210, 220, 230)의 정전파괴를 적절히 방지할 수 있다.
그리고 상기한 바와 같이 투명전극층(130)에 소정의 신호파형을 여기시킨 상태에서 도 14에 나타내는 바와 같이, 투명전극층(130) 및 케이스부재(240)의 양쪽에 손가락(FG)이 공통으로 접촉하면 투명전극층(130)과 케이스부재(240)가 손가락 (FG) 고유의 용량성분 및 저항성분을 통하여 전기적으로 접속된다. 이에 따라 상기한 접촉검지수단의 검지방법과 마찬가지로 손가락(FG) 고유의 용량성분 및 저항성분에 의해 케이스부재에 여기되는 신호파형이 변화하고, 검출회로(260)에 설치된 비교기(도 2 참조)에 의해 미리 설정된 기준전압과의 비교처리가 실시되며, 상기 신호파형의 전압성분과 기준전압이 교차하는 경우에는 검출대상으로 하고 있는 정규의 피사체(손가락(FG))가 투명전극층(130)에 위치하고, 접촉된 것으로 판단하여 도시를 생략한 지문판독장치의 컨트롤러에 접촉검지신호를 출력한다. 컨트롤러는 해당 접촉검지신호에 의거하여 상기한 일련의 화상판독동작을 실행하고, 투명전극층 (130)(포토센서어레이(100))상에 위치된 손가락(FG)의 화상패턴(지문)을 판독하는 동작을 개시한다.
여기에서 본 발명에 관련되는 접촉검지수단 및 그 검지방법 및 접촉검지수단을 적용한 화상판독장치의 유효성에 대하여 다른 구성과 비교해서 구체적으로 설명한다.
도 16의 (a), (b)는 본 실시형태에 관련되는 화상판독장치의 비교대상으로 되는, 저항검출방식을 이용한 종래의 지문판독장치의 한 예를 나타내는 개략구성도이며, 도 17은 도 16의 (a), (b)의 종래의 지문판독장치에 적용되는 검지회로의 한 예를 나타내는 개략회로도이다. 여기에서 상기한 실시형태와 동등한 구성에 대해서는 동등한 부호를 붙이고, 그 설명을 간략화 또는 생략한다.
본 실시형태에 관련되는 화상판독장치의 비교대상으로 되는 지문판독장치는 예를 들면 도 16의 (a), (b)에 나타내는 바와 같이, 상기한 실시형태와 마찬가지로 최상면에 투명전극층(130)이 형성된 포토센서어레이(100)를 구비한 센서디바이스 (PD)와, 센서디바이스(PD)의 배면측에 배치된 면광원(BL)과, 센서디바이스(PD)의 주위에 전기적으로 절연하도록 설치된 도전성의 케이스부재(240)를 구비하고, 또한 투명전극층(130)에 검지회로(260′)가 접속되는 동시에, 케이스부재(240)에 접지전위가 접속된 구성을 갖고 있다. 여기에서 적어도 투명전극층(130)과 케이스부재 (240)는 공기 등을 통하여 전기적으로 절연되어 있다.
검지회로(260′)는 도 17에 나타내는 바와 같이, 개략 투명전극층(430)에 접속된 접점(Na)과 접지전위의 사이에 병렬접속된 입력보호다이오드(261) 및 저항소자(262)와, 일접점(Na)과 전원전압(Vdd)의 사이에 접속된 저항소자(263)와, 접점(Na)의 전위를 증폭률 1로 증폭하는 전압팔로워(voltage follower)(264)와, 전원전압(Vdd)과 접지전위의 사이에 접속된 가변저항소자(265)와, 가변저항소자(265)에 의해 생성된 전압(Vr)과 전압팔로워(264)의 출력전위(Vo)를 비교하고, 그 비교결과에 따른 2값논리신호를 접촉검지신호로서 출력하는 비교기(266)와, 비교기(266)의 출력단과 전원전압(Vdd)의 사이에 접속된 풀업저항(267)을 구비하여 구성되어 있다.
이와 같은 구성을 갖는 지문판독장치에 있어서, 투명전극층(130) 및 케이스부재(240)에 손가락(FG)이 공통으로 접촉해 있지 않은 경우에는 투명전극층(130)과 케이스부재(240)의 사이의 저항값은 대략 무한대상당의 높은 값을 나타낸다.
한편 투명전극층(130) 및 케이스부재(240)에 손가락(FG)이 공통으로 접촉한 경우에는 투명전극층(130)과 케이스부재(240)의 사이의 저항값은 손가락(FG)의 저 항성분에 의거하는 값, 즉 손가락(FG)의 피부저항상당의 비교적 낮은 저항값을 나타낸다.
이에 따라 이와 같은 구성을 갖는 화상판독장치에 있어서는, 투명전극층 (130) 및 케이스부재(240)로의 손가락(FG)의 접촉상태에 따라서 접점(Na)의 전위가 변화하게 되기 때문에 비교기(266)에 입력되는 기준전압(Vr)을 가변저항에 의해 적당하게 설정함으로써 손가락(FG)의 접촉상태를 2값논리신호로 이루어지는 접촉검지신호로서 출력할 수 있다. 그리고 지문판독장치는 해당 접촉검지신호에 의거하여 투명전극층(130)(포토센서어레이(100))상에 위치된 손가락(FG)의 화상패턴(지문)을 판독하는 동작을 개시할 수 있다.
그러나 상기한 바와 같이 센서디바이스(PD)의 주위에 전기적으로 절연하도록 설치된 도전성의 케이스부재(240)를 구비한 구성을 갖는 화상판독장치(지문판독장치)에 있어서, 투명전극층(130)과 케이스부재(240)의 사이에 접촉한 손가락(FG) 특유의 저항성분에만 의거하여 변화하는 전위를 검출회로(260′)에 의해 검출하여 손가락(FG)의 접촉상태를 검출하는 방식을 적용한 경우에는 손가락의 저항성분에 의거하여 검출되는 저항값의 변화가 비교적 작은 데다가 손가락의 상태(피부의 상태나 개인차, 외부환경 등)에 의해 저항값의 분산이 비교적 커진다는 특성을 갖고 있기 때문에 이에 동반하는 넓은 범위의 전압변화를 검출하여 접촉의 유무를 항상 정확히 검지하는 것은 곤란하다는 문제를 갖고 있었다. 또한 정규의 피검출체(손가락)의 저항성분에 근사한 저항값을 갖는 도전성의 이물(먼지 등)을 정규의 피검출체로서 오검출해 버리는 일이 있다는 문제도 갖고 있었다.
이에 대하여 본 발명에 관련되는 접촉검지수단 및 그 검지방법 및 화상판독장치에 있어서는, 피검출체(손가락) 고유의 용량성분 및 저항성분의 양쪽에 의거하여 변화하는 신호파형과 미리 설정한 기준전압의 비교처리를 실시함으로써 투명전극층으로의 피검출체의 접촉상태를 검지, 판단하도록 하고 있기 때문에 검출대상인 정규의 피검출체와 그 이외의 도전성 또는 용량성의 이물을 양호하고, 또한 균일하게 판별할 수 있는 동시에, 해당 이물에 의한 오검출을 억제하여 화상판독장치의 오동작을 억제할 수 있어서 신뢰성이 높은 접촉검지수단 및 화상판독장치를 제공할 수 있다.
이어서 본 발명에 관련되는 정전기제거기능을 실현하기 위한 구성에 대하여 실시형태를 나타내어 설명한다.
＜정전기제거기능의 제 1 실시형태＞
도 18은 본 발명에 관련되는 정전기제거기능을 실현하기 위한 구성의 제 1 실시형태를 나타내는 개략구성도이며, 도 19는 본 실시형태의 주요부구성을 나타내는 개략단면도이다. 또한 여기에서는 상기한 더블게이트형 포토센서 및 포토센서시스템의 구성을 적절히 참조하면서 설명한다.
또 본 발명에 관련되는 화상판독장치는 상기와 같이 접촉검지기능과 정전기제거기능을 겸비하는 것이며, 상기의 접촉검지수단의 각 실시형태에 나타내는 바와 같이, 제 1 검출전극, 제 2 검출전극, 대향전극 등에 대응하는, 센서디바이스상에 형성되는 투명전극층, 도전성의 케이스부재, 드레인전극, 드레인라인이나 펄스발생회로, 진폭제한회로, 검출회로 등을 구비하는 것인데, 이하에 나타내는 정전기제거 기능을 실현하기 위한 구성은 제 1 검출전극에 대응하는, 포토센서어레이상에 형성되는 투명도전막의 구성에 관련되는 것이기 때문에 편의상 이 투명도전막의 구성에 관련되는 부분에만 착안하여 나타낸다.
또 상기한 각 실시형태와 동등한 구성부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 간략화 또는 생략한다.
도 18, 도 19에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 관련되는 화상판독장치는 개략 상기한 구성을 갖는 더블게이트형 포토센서(110)를 절연성기판(119)의 일면측에 매트릭스상으로 배열하여 형성된 포토센서어레이(100) 및 해당 포토센서어레이(100)상에 형성된 보호절연막(투광성 절연막, 120)으로 이루어지는 포토센서디바이스(PD)와, 포토센서어레이(100)의 어레이영역을 포함하는 영역이며, 보호절연막(120)상에 일면적으로 형성되고, 상면이 검지면(DT)으로 되는, 상기의 접촉검지수단의 각 실시형태에 있어서의 투명전극층(130)에 대응하는 투명전극층(투명전극막)(430)과, 포토센서디바이스(PD, 포토센서어레이(100))에 설치된 톱게이트라인 (101)에 접속되고, 리셋기간(Trst)에 있어서 특정한 행의 더블게이트형 포토센서 (110)군에 리셋펄스(øTi)를 인가하는 톱게이트드라이버(210)와, 포토센서디바이스 (PD)에 설치된 버텀게이트라인(102)에 접속되고, 판독기간(Tread)에 있어서 특정한 행의 더블게이트형 포토센서(110)군에 판독펄스(øBi)를 인가하는 버텀게이트드라이버(220)와, 포토센서디바이스(PD)에 설치된 드레인라인(103)에 접속되고, 프리차지기간(Tprch)에 있어서 프리차지전압을 인가하는 동시에, 판독기간(Tread)에 있어서 특정한 행의 더블게이트형 포토센서(110)군에 축적된 캐리어의 양을 출력전압으 로서 검출하는 드레인드라이버(230)를 갖고 구성되어 있다.
여기에서 도 18에 나타내는 바와 같이, 상기한 화상판독장치의 각 구성(포토센서디바이스(PD), 투명전극층(430), 톱게이트드라이버(210), 버텀게이트드라이버 (220), 드레인드라이버(230))은 예를 들면 유리기판이나 필름기판 등의 투명한 절연성기판(400)의 일면측에 탑재되고, 해당 절연성기판(400)상에는 톱게이트드라이버(210) 및 버텀게이트드라이버(220), 드레인드라이버(230)의 각각과, 도시를 생략한 외부의 컨트롤러나 전원공급회로 등과 전기적으로 접속하기 위한 인출배선(LNt, LNb, LNd)이 설치되어 있다. 또 절연성기판(400)상에는 포토센서디바이스(PD)상에 형성되는 투명전극층(430)과 접지전위를 접속하기 위한 인출배선(LNg)이 설치되어 있다. 또한 투명전극층(430)이 인출배선을 통하여 접지전위에 접속되는 구성은 상기의 접촉검지수단의 각 실시형태의 구성에 대하여 실질적으로 제 1 검출전극이 진폭제한회로를 통해서 접지전위에 접속되는 구성에 대응하는 것이다.
여기에서 인출배선(LNt, LNb, LNd, LNg)은 절연성 기판(400)의 일단측에 설치된 접속단자군(도시를 생략)을 통하여 외부의 컨트롤러나 전원공급회로 등과 접속되도록 구성되어 있어도 좋다. 또한 절연성기판(400)을 구비하지 않고, 예를 들면 절연성기판(119)의 좌우 및 하변부분을 연장하여 소정의 배선을 형성하며, 톱게이트드라이버(210), 버텀게이트드라이버(220), 드레인드라이버(230)를 탑재하도록 해도 좋고, 나아가서는 절연성기판(119)상에 버텀게이트드라이버(220), 드레인드라이버(230)를 포토센서어레이(100)와 일체적으로 형성하도록 해도 좋다.
또 도 19에 나타내는 바와 같이, 포토센서디바이스(PD)의 타면측(절연성기판 (400)의 타면측)에는 투명전극층(130) 상면의 검지면(DT)에 위치하고, 접촉되는 피검출체(예를 들면 손가락 등)에 균일한 빛을 조사하는 면광원(BL)이 배치되어 있다. 따라서 상기한 포토센서디바이스(PD, 더블게이트형 포토센서(110))의 구성에 있어서 나타낸 절연성기판(119)과 도 18 및 도 19에 나타내는 절연성기판(200)은 동일한 유리기판 등으로 구성되는 것이어도 좋다.
이하 본 실시형태에 관련되는 화상판독장치에 적용되는 정전기제거기능에 대하여 구체적으로 설명한다.
우선 상기한 바와 같은 구성을 갖는 화상판독장치에 있어서는, 도 19에 나타내는 바와 같이, 투명전극층(430)이 갖는 저항 및 인출배선(LNg)의 배선저항으로 이루어지는 저항성분(R)이 투명전극층(430)과 접지전위의 사이에 형성되는 동시에, 투명전극층(430), 보호절연막(120) 등의 절연막 및 각 더블게이트형 포토센서의 각 전극(구체적으로는 톱게이트전극(121)과 일체적으로 형성되는 톱게이트라인(101), 버텀게이트전극(122)과 일체적으로 형성되는 버텀게이트라인(102), 드레인전극 (112)과 일체적으로 형성되는 드레인라인(103) 및 소스전극(113)과 일체적으로 형성되는 소스라인(104))에 의해 형성되는 정전용량(기생용량)으로 이루어지는 용량성분(Co)이 투명전극층(430)에 분포하여 부가된 회로구성과 등가라고 생각할 수 있다. 여기에서 각 용량성분(Co)을 합친 전체용량을 C로 한다.
한편 종래기술에 있어서도 설명한 바와 같이, 정전기가 대전하기 쉬운 피검출체(인체 등)의 화상패턴을 판독하는 화상판독장치에 있어서는, 피검출체가 검지면(DT)에 위치하고, 접촉되었을 때에 정전기에 의한 소자파괴나 화상판독장치의 오동작을 방지하기 위해 피검출체에 대전하는 정전기 이상의 내압(정전기내압)을 구비하고 있는 것이 요구된다. 여기에서 상기와 같이 인체를 피검출체로 한 경우에는 대략 10kV 내지 15kV 이상의 정전기가 대전하는 것이 판명되었기 때문에 상기한 구성을 갖는 화상판독장치(지문판독장치)에 있어서도 상기의 대전전압과 동등 이상의 정전기내압이 요구된다.
그래서 본원 발명자는 이와 같은 관점에 의거하여 상기 저항성분(R) 및 용량성분(C)과 정전기내압의 관계에 대하여 각종 실험을 실시하고, 그 결과를 예의 검토한 바, 화상판독장치에 있어서의 정전기내압이 상기 저항성분(R) 및 용량성분(C)의 곱에 의해 규정되는 시정수(τ(＝C×R))와 밀접히 관련되어 있는 것을 발견했다. 그리고 이 관점에 의거하여 인체를 피검출체로 하는 화상판독장치(지문판독장치)에 있어서, 충분한 정전기내압을 확보하기 위해 최적인 시정수(τ)의 수치범위를 발견했다.
우선 본 실시형태에 관련되는 화상판독장치에 적용한 시험방법에 대하여 설명한다.
도 20의 (a), (b)는 본 실시형태에 관련되는 화상판독장치에 있어서의, 정전기내압과 시정수의 관계를 측정할 때에 적용한 시험방법을 나타내는 개략도이다.
본 실시형태에 있어서는, 상기한 구성을 갖는 화상판독장치에 대하여 인체대전모델에 의한 ESD(정전기방전)시험법을 적용하고, 시험방법으로서는, 도 20의 (a)에 나타내는 투명전극층(430) 및 더블게이트형 포토센서(110)의 모든 전극을 접지전위에 접속한 전체단자접지상태와 도 20B에 나타내는 투명전극층(430)만을 접지전 위에 접속한 투명전극접지상태의 2종류가 있으며, 각각에 대하여 시정수(τ)를 규정하는 투명전극층(430)의 저항 및 정전용량의 수치와 정전기내압에 상당하는 인가전압의 수치를 계측했다. 여기에서 시정수(τ)의 수치를 임의로 설정하는 수법으로서, 투명전극층(430)의 막두께를 변화시킴으로써 투명전극층(430)의 저항의 수치를 임의로 설정하고, 또 보호절연막(120)의 막두께를 변화시킴으로써 투명전극층 (430)에 부가되는 정전용량의 수치를 임의로 설정하며, 이로써 시정수(τ)의 수치를 변화시키도록 했다.
구체적으로는 전체단자접지상태에 있어서의 ESD시험에 있어서는, 도 20의 (a)에 나타내는 바와 같이, 투명전극층(430) 및 보호절연막(120)을 임의의 막두께로 형성한 포토센서디바이스(PD)를 시료대(STG)상에 설치하고, 투명전극층(430)을 인출배선(LNg)을 통하여 접지전위에 접속하는 동시에, 더블게이트형 포토센서(110)의 각 전극도 접지전위에 접속한 상태로 설정한다. 이어서 투명전극층(430)상의 검지면(DT)에 대하여 방전건(SP)을 접촉시키고, 임의의 전압을 인가함으로써 대전한 피검출체가 접촉한 경우와 동등한 상태로 설정한다.
한편 투명전극접지상태에 있어서의 ESD시험에 있어서는, 도 20의 (b)에 나타내는 바와 같이, 시료대(STG)상에 설치된 포토센서디바이스(PD)에 있어서, 투명전극층(430)만을 인출배선(LNg)을 통하여 접지전위에 접속하는 동시에, 더블게이트형 포토센서(110)의 각 전극을 플로팅상태(부유전압상태)로 한 상태로 설정한다. 이어서 투명전극층(430)상의 검지면(DT)에 대하여 방전건(SP)을 접촉시켜서 임의의 전압을 인가한다.
이와 같은 시험방법에 의해 투명전극층(430)에 인가된 전압에 의거하는 전하는 투명전극층(430)과 더블게이트형 포토센서(110)의 각 전극의 전위차에 의거하여 보호절연막(120) 등에 의해 형성되는 정전용량으로 유지, 축적되는 동시에, 투명전극층(430)과 접지전위의 사이의 전위차에 따라서 투명전극층(430)보다도 낮은 배선저항을 갖는 인출배선(LNg)을 통하여 접지전위에 접속된 시료대(STG)에 서서히 흐른다. 그리고 방전건(SP)에 의한 인가전압을 변화시켰을 때 포토센서디바이스 (PD, 더블게이트형 포토센서(110))의 파괴가 발생하지 않고 양호하게 유지되는 최대의 인가전압을 정전기내압으로서 계측했다.
도 21은 상기 시험방법에 의한 화상판독장치의 시정수와 정전기내압의 관계를 나타내는 그래프이다. 여기에서는 투명전극층(430)으로서 ITO막을 적용하고, 투명전극층(430)의 막두께를 50nm(500Å), 150nm(1500Å)로 설정하는 동시에, 보호절연막(120) 등으로서 실리콘질화막을 적용하고, 보호절연막(120)의 막두께를 600nm(6000Å), 800nm(8000Å), 1000nm(1㎛)로 설정한 경우에 있어서의 정전기내압 (최대인가전압)을 계측했다.
우선 투명전극층(430)의 시트저항 및 보호절연막(120)의 정전용량과 시정수(τ)의 관계 및 해당 시정수에 있어서의 정전기내압의 측정데이터를 표 1에 나타낸다.
Figure 112003028187621-pat00001
표 1에 나타내는 바와 같이, 투명전극층(430)을 형성하는 ITO막에 있어서는, 막두께가 두꺼워질수록 시트저항이 감소하는 경향을 나타낸다. 또한 본 실시형태에 있어서, 투명전극층(430)은 대략 정사각형으로 형성되어 있기 때문에 투명전극층(430)의 저항값은 시트저항과 같아진다. 그 때문에 이후 투명전극층(430)의 저항을 시트저항으로 나타낸다. 한편 보호절연막(120)을 형성하는 실리콘질화막에 있어서는, 막두께가 두꺼워질수록 정전용량이 감소하는 경향을 나타낸다. 따라서 이들 시트저항(저항성분(R))과 정전용량(용량성분(C))의 곱에 의해 규정되는 시정수(τ)는 투명전극층(430)의 막두께가 두껍게 형성되고(즉 시트저항이 낮게 설정되고), 또한 보호절연막(120)의 막두께가 두껍게 형성될수록(즉 정전용량이 낮게 설정될수록) 작아진다.
그리고 표 1에 나타낸 수치를 갖는 시트저항 및 정전용량에 설정된 화상판독장치에 있어서, 상기 시험방법에 의거하여 정전기내압을 측정하면 표 1 및 도 21에 나타내는 바와 같이, 어느 쪽의 시험방법에 있어서도 시정수(τ)가 작을수록 정전 기내압이 커지는 경향을 나타내는 것이 판명되었다.
이것에서 본 실시형태에 관련되는 화상판독장치를 예를 들면 인체를 피검출체로 하는 지문판독장치 등에 적용하는 경우 인체가 대전하는 정전기(10 내지 15kV) 이상의 내압을 실현하기 위해서는 투명전극층(430)의 막두께를 두껍게 하여 시트저항을 낮게 설정하는 동시에, 보호절연막(120) 등의 막두께를 두껍게 하여 정전용량을 낮게 설정해서 시정수(τ)를 적극 작게 하는 것이 유효한 것을 알 수 있다.
그러나 상기한 바와 같이, 투명전극층(430) 및 보호절연막(120) 등은 피검출체의 화상패턴에 따른 빛을 각 더블게이트형 포토센서(110)에 양호하게 입사시키기 위해 높은 투광성을 갖고 있을 필요가 있기 때문에 상기 정전기내압을 향상시키기(시정수(τ)를 작게 하기) 위해 투명전극층(430) 및 보호절연막(120) 등의 막두께를 두껍게 형성하는 것은 막내에서의 빛의 반사나 산란, 감쇠 등에 의해 투광특성을 악화시켜서 포토센서디바이스의 판독감도나 정밀도의 저하를 초래할 가능성을 갖고 있다. 따라서 정전기내압을 충분히 확보하면서 적정한 판독감도를 실현할 수 있는 시정수(τ)의 수치범위를 결정할 필요가 있다.
그래서 본원 발명자는 이와 같은 실험결과 및 포토센서디바이스에 요구되는 판독감도 등의 조건에 의거하여 예의 검토한 결과, 도 21에 나타내는 바와 같이, 10 내지 15kV 이상의 정전기내압(정전기제거기능)과 양호한 디바이스특성(판독감도나 정밀도)을 실현하기 위해서는 시정수(τ)가 대략 0. 3μsec 이하(10kV 이상의 정전기내압의 경우), 보다 바람직하게는 0. 25μsec 이하(15kV 이상의 정전기내압 의 경우)가 되도록 투명전극층(430)의 시트저항 및 보호절연막(120)의 정전용량을 설정하는 것이 유효한 것을 발견했다. 또한 이 경우에 있어서도, 시정수(τ)를 0. 3μsec 이하로 하기 위해 투명전극층(430) 및 보호절연막(120) 등의 막두께를 극단적으로 두껍게 형성하지 않도록 하는 것이 바람직하고, 성막조건이나 재료조성 등에 의해 적극 얇은 막두께로 상기 시정수(τ)의 수치범위를 실현하는 것이 바람직하다.
여기에서 상기 시정수(τ)의 수치범위를 규정하는 0. 3μsec는 표 1에 나타낸 측정데이터에 의거하여 검증하면, 투명전극층(430)의 시트저항을 대략 30Ω/□ 이하로 되도록 형성하고, 보호절연막(120)에 의해 형성되는 정전용량을 대략 10nF 이하가 되도록 형성한 구성에 상당한다. 그리고 이 시트저항과 정전용량의 수치범위는 본 실시형태에 있어서는, 표 1에 나타낸 바와 같이, 투명도전층(30)으로 되는 ITO막의 막두께를 대략 150nm(1500Å) 이상이 되도록 성막하고, 보호절연막(120)으로 되는 실리콘질화막의 막두께를 대략 600nm(6000Å) 이상이 되도록 성막한 구성에 상당하는데, 시트저항이나 정전용량과 막두께의 관계는 성막조건이나 재료조성, 결정상태 등에 크게 의존하기 때문에 반드시 한결같은 관계를 갖는 것은 아니고, 또 투명전극층(430)과 보호절연막(120)의 막두께(시트저항과 정전용량)의 조합도 개별로 설정되는 것이기 때문에 이들 막두께만에 의하여 시정수(τ)나 정전기내압이 한결같이 결정되는 것은 아니다.
따라서 본 실시형태에 관련되는 화상판독장치에 있어서는, 투명전극층의 저항성분 및 보호절연막 등의 용량성분(정전용량)의 곱에 의해 규정되는 시정수를 0. 3μsec 이하로 되는 수치범위로 한정적으로 설정함으로써 화상판독장치를 인체와 같이 매우 큰(10 내지 15kV 이상) 정전기가 대전하는 대상물을 피검출체로 하는 지문판독장치 등에 적용하는 경우이어도 검지면에 인가되는 정전기를 양호하게 접지전위에 방전할 수 있기 때문에 포토센서의 소자파괴나 시스템의 오동작의 발생을 양호하게 방지 또는 억제할 수 있다.
또 본 실시형태에 관련되는 화상판독장치에 있어서는, 종전의 구성에 대하여 특별한 구성을 부가하는 일 없이 투명전극층 및 보호절연막 등의 막질(막두께나 성막조건, 재료조성 등)을 제어하는 것만으로 소망의 시정수(τ)를 갖는 회로구성을 비교적 간단하고, 또한 저가로 구현할 수 있기 때문에 기존의 구성에 양호하게 적용하여 정전기제거기능이 우수한 화상판독장치를 제공할 수 있다.
＜정전기제거기능의 제 2 실시형태＞
다음으로 본 발명에 관련되는 정전기제거기능을 실현하기 위한 구성의 제 2 실시형태에 대하여 설명한다.
도 22는 본 발명에 관련되는 정전기제거기능을 실현하기 위한 구성의 제 2 실시형태를 나타내는 개략구성도이며, 도 23은 본 실시형태에 관련되는 화상판독장치의 주요부구성을 나타내는 개략단면도이다. 또 도 24의 (a), (b)는 본 실시형태에 관련되는, 다른 구성예를 나타내는 개략구성도이다. 또한 여기에서는 상기한 더블게이트형 포토센서 및 포토센서시스템의 구성을 적절히 참조하면서 설명한다.
도 22, 도 23에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 관련되는 화상판독장치는 상기한 제 1 실시형태(도 18 참조)와 똑같은 구성을 갖는 포토센서디바이스(PD) 상에 형성되는 투명전극층(430)이 포토센서어레이(100)의 수광영역(어레이영역, AR)의 바깥쪽에도 연장하도록 형성되고, 해당 투명전극층(430)의 임의의 영역에 투명전극층(430) 및 접지전위에 전기적으로 접속된 도전성 부재(FR)가 설치된 구성을 갖고 있다.
여기에서 도전성부재(FR)는 그 설치영역을 특별히 한정하는 것은 아닌데, 예를 들면 도 22, 도 23에 나타내는 바와 같이, 투명전극층(430)의 둘레가장자리부이고, 포토센서어레이(100)의 어레이영역(AR)상에 겹치지 않는 영역이며, 또한 투명전극층(430)상의 검지면(DT)에 피검출체가 위치하고 접촉된 상태에 있어서도 피검출체가 직접 도전성부재(FR)에 접촉하지 않는 영역에 형성되어 있다. 즉 도전성부재 (FR)는 적어도 어레이영역(AR)을 노출하도록 어레이영역(AR) 주변의 투명전극층 (430)상에 설치되어 있다.
또 도전성부재(FR)는 임의의 장소로부터 연장되는 인출배선(LNf)에 의해 절연성기판(200) 외부의 접지전위와 접속되고, 이에 따라 투명전극층(430)을 접지전위에 전기적으로 접속하고 있다. 여기에서 도전성부재(FR)를 구성하는 도전성재료로서는, 투명전극층(430)을 구성하는 ITO막이나 산화주석막 등에 비교하여 전기저항이 비교적 작은 양도체를 양호하게 적용할 수 있으며, 예를 들면 크롬, 알루미늄, 또는 크롬을 포함하는 합금재료, 알루미늄을 포함하는 합금재료 등으로부터 선택된 도전성재료를 양호하게 적용할 수 있다.
여기에서 본 실시형태에 관련되는 화상판독장치에 있어서, 투명전극층(430)의 시트저항은 도전성부재(FR)를 갖지 않는 경우에는 상기의 제 1 실시형태의 형태 와 같게 되기 때문에 30Ω/□ 이하로 하는 것이 필요하게 된다. 그리고 투명전극층(430)의 시트저항이 대략 30Ω/□ 이하가 되도록 설정하기 위해서는 상기와 같이 투명전극층(430)의 성막조건이나 재료조성 등에도 따르지만, 대략 150nm(1500Å) 이상의 막두께를 갖고 있을 필요가 있다.
그러나 상기한 제 1 실시형태에 있어서도 설명한 바와 같이, 포토센서어레이 (100)상의 투명전극층(430)이나 보호절연막(120) 등의 막두께를 두껍게 형성하면 투명전극층(430)이나 보호절연막(120) 등의 광투과성을 악화시켜서 포토센서디바이스의 판독감도나 정밀도를 악화시킬 가능성을 갖고 있다.
그래서 본 실시형태에 있어서는, 저저항재료로 이루어지는 도전성부재(FR)를 투명전극층(430)의 둘레가장자리부에 설치하고, 투명전극층(430)과 도전성부재(FR)를 전기적으로 접속하도록 구성하고 있다. 이에 따라 상기의 저항성분(R)은 투명전극층(430)과 도전성부재(FR)를 합쳐서 구성되는 것으로 되기 때문에 실질적으로 투명전극층(430)의 저항을 저감할 수 있다.
즉 예를 들면 투명전극층(430)의 막두께를 비교적 얇게(예를 들면 50nm(500Å) 정도) 형성하고, 투명전극층(430) 단독에서의 저항이 높아진 경우이어도 저저항의 도전성부재(FR)와 합친 저항성분(R)은 낮게 할 수 있어서 실질적으로 투명전극층(430)의 시트저항을 대략 30Ω/□ 이하로 설정한 경우와 동등한 전기특성(방전특성)을 얻을 수 있도록 하고 있다.
이와 같이 투명전극층(430)의 둘레가장자리부에 양도체로 이루어지는 도전성부재(FR) 및 인출배선(LNf)을 통하여 접지전위에 접속함으로써 투명전극층(430)의 시트저항을 실질적으로 저저항이 되도록 설정할 수 있는 동시에, 투명전극층(430)으로부터 도전성부재(FR) 및 인출배선(LNf)을 통하여 접지전위에 이르는 전류경로에 있어서의 저항값을 전체로서 낮게 설정할 수 있기 때문에 투명전극층(430)의 막두께를 비교적 얇게 형성할 수 있다. 따라서 투명전극층(430)상의 검지면(DT)에 인체와 같이 비교적 높은 전압(10 내지 15kV 이상)의 정전기가 대전한 피검출체(손가락 등)가 위치하여 접촉된 경우이어도 투명전극층(430)으로부터 도전성부재(FR) 및 인출배선(LNf)을 통하여 접지전위에 양호하게 방전할 수 있으며, 포토센서디바이스 (PD)로의 과대한 전압의 인가나 과전류의 흐름을 억제하여 더블게이트형 포토센서 (110)의 소자파괴나 시스템의 오동작의 발생을 양호하게 방지 또는 억제할 수 있는 동시에, 포토센서디바이스의 판독감도나 정밀도를 양호하게 확보할 수 있다.
또한 본 실시형태에 있어서는, 도 22, 도 23에 나타낸 바와 같이, 도전성부재(FR)를 투명전극층(430)의 둘레가장자리부이고, 포토센서어레이(100)의 어레이영역(AR)에 겹치지 않는 영역이며, 또한 피검출체가 직접 접촉하지 않는 영역에 형성한 경우에 대하여 설명했는데, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 도 24의 (a), (b)에 나타내는 바와 같이, 투명전극층(430)상의 검지면(DT)에 피검출체(예를 들면 손가락(FG))가 위치하여 접촉된 상태에 있어서, 피검출체가 검지면 (DT) 및 도전성부재(FR)의 양쪽에 접촉하도록 구성한 것이어도 좋다. 이 경우 피검출체가 검지면(DT)에 접촉하기 전에 도전성부재(FR)에 접촉하도록 그 설치영역이나 형상이 적절히 설정되어 있는 것이 바람직하다.
이와 같은 구성을 갖는 화상판독장치에 따르면, 투명전극층상의 검지면으로 피검출체가 위치하고 접촉한 때에 검지면(투명전극층)으로의 피검출체의 접촉과 동시에, 또는 검지면으로의 접촉에 앞서서 저저항의 도전성부재에 피검출체가 접촉하기 때문에 피검출체에 대전한 정전기를 저저항의 도전성부재 및 인출배선을 통하여 접지전위에 양호하게 방전할 수 있어서 포토센서의 소자파괴나 시스템의 오동작의 발생을 양호하게 방지 또는 억제할 수 있다.
또 본 실시형태에 있어서는, 어레이영역(AR) 주변에 연장하도록 형성된 투명전극층(430)상에 도전성부재(FR)를 적층형성하는 경우에 대해서만 설명했는데, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 적어도 도전성부재(FR)의 일부가 투명전극층 (430)에 전기적으로 접촉한 구성을 갖는 것이어도 좋다.
＜정전기제거기능의 제 3 실시형태＞
다음으로 본 발명에 관련되는 정전기제거기능을 실현하기 위한 구성의 제 3 실시형태에 대하여 설명한다.
본 실시형태에 있어서는, 상기한 정전기제거기능의 제 1 실시형태에 나타낸, 시정수를 소정의 수치범위로 설정함으로써 정전기내압을 향상시키는 구성과, 정전기제거기능의 제 2 실시형태에 나타낸, 투명전극층의 둘레가장자리부에 저저항의 도전성부재를 설치하고, 투명전극층의 시트저항을 실질적으로 저감함으로써 정전기내압을 향상시키는 구성의 양쪽을 구비한 구성을 갖고 있다.
구체적으로는 제 2 실시형태에 나타낸 구성(도 22, 도 23)에 있어서, 포토센서어레이(100)의 어레이영역(AR)의 바깥쪽에까지 연장하여 형성된 투명전극층(430)의 둘레가장자리부에 해당 투명전극층(430)보다도 저저항의 도전성부재(FR)가 설치 되어 있는 동시에, 해당 투명전극층(430)의 시트저항(저항성분)과 보호절연막(120) 등에 의해 형성되는 정전용량(용량성분)에 의해 규정되는 시정수(τ)의 실질적인 수치가 대략 0. 3μsec 이하로 되도록 설정되어 있다.
여기에서 본 실시형태에 관련되는 화상판독장치에 있어서는, 제 2 실시형태에 나타낸 바와 같이, 투명전극층(430)의 둘레가장자리부에 해당 투명전극층(430)보다도 저저항의 도전성부재(FR)가 전기적으로 접속하는 구성을 갖고 있는 것에 의해 투명전극층(430)으로부터 도전성부재(FR) 및 인출배선(LNf)을 통하여 접지전위에 이르는 전류경로에 있어서의 저항값을 전체로서 저감할 수 있기 때문에 투명전극층(430)의 시트저항을 실질적으로 낮게 설정한 경우와 동등한 효과가 얻어진다.
이에 따라 제 1 실시형태에 나타낸 바와 같이, 투명전극층(430)의 시트저항과 보호절연막(120) 등에 의한 정전용량의 곱에 의해 규정되는 시정수(τ)를, 투명전극층(430)의 막두께를 두껍게 하는 등의, 막질의 변경제어를 실시하는 일 없이 실질적으로 낮게 설정할 수 있기 때문에 표 1 및 도 21에 나타낸 바와 같이 정전기내압의 향상을 꾀할 수 있다. 따라서 비교적 간단한 구성에 의해 검지면을 구성하는 투명전극층의 막두께를 얇게 형성하면서 그 시트저항을 실질적으로 낮게 설정하고, 검지면에 있어서의 시정수를 저감하여 정전기의 방전특성을 향상시킬 수 있기 때문에 포토센서의 소자파괴나 시스템의 오동작의 발생을 양호하게 방지 또는 억제할 수 있는 동시에, 포토센서디바이스의 판독감도나 정밀도를 양호하게 확보할 수 있는 화상판독장치를 제공할 수 있다.
또한 상기한 실시형태에 있어서는, 포토센서시스템에 적용하는 센서로서 더블게이트형 포토센서를 적용한 경우에 대하여 나타냈는데, 본 발명에 적용되는 센서는 이에 한정되는 것은 아니고, 포토다이오드나 TFT 등 다른 구성의 포토센서를 이용한 포토센서시스템에 대해서도 똑같이 적용할 수 있는 것은 말할 것도 없다.
또 이상의 설명에서는 피검출체로서 「손가락」을 예로 나타내고, 판독대상으로 되는 화상으로서 「지문」을 예로 나타냈는데, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 손가락 이외의 인체의 특정한 부위나 다른 물체를 검출대상으로 하는 것이어도 좋다. 또 양호한 정전기내압을 얻을 수 있는 것에서 상기한 바와 같은 정전기에 대전하기 쉬운 성질을 갖는 피검출체에 대하여 양호하게 적용할 수 있다.

Claims (44)

  1. 그 위에 피검출체가 위치되는 검지면과,
    상기 검지면상에 위치된 상기 피검출체의 화상패턴을 판독하는, 복수의 센서가 배열되는 센서어레이와,
    적어도 상기 센서어레이 상부에 설치되고, 상기 검지면을 구비하는 제 1 검출전극과,
    상기 제 1 검출전극과 전기적으로 절연되도록 이격되어 설치되는 제 2 검출전극과,
    층간절연막을 통하여 상기 제 1 검출전극과 대향해서 설치되는 대향전극과,
    주기적으로 변동하는 제 1 신호파형을 갖는 신호전압을 상기 대향전극에 인가함에 의하여, 상기 층간절연막을 통하여 상기 제 1 검출전극에 제 2 신호파형을 여기하는 신호전압인가회로와,
    상기 피검출체가 상기 제 1 검출전극 및 상기 제 2 검출전극 양쪽에 접촉함에 따라 상기 제 2 검출전극에 여기되는 제 3 신호파형의 상태에 의거하여 상기 검지면에 접촉한 상기 피검출체가 특정한 피검출체인지 아닌지를 판정하는 접촉검지수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 화상판독장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서어레이의 각 센서에 소정의 구동제어신호를 공급하고, 상기 검지면상에 위치된 상기 피검출체의 화상패턴을 판독하는 화상판독동작을 실시하는 구동제어수단을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 화상판독장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 구동제어수단은 상기 접촉검지수단에 의한 상기 피검출체가 상기 특정한 피검출체인지 아닌지의 판정결과에 의거하여 상기 화상판독동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 화상판독장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서어레이의 상기 각 센서는 포토센서이며,
    상기 제 1 검출전극 및 상기 층간절연막은 투광성을 갖는 것을 특징으로 하는 화상판독장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 검출전극은 적어도 상기 센서어레이의 수광면의 상부에 상기 층간절연막을 통하여 설치된 투명도전막인 것을 특징으로 하는 화상판독장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 투명도전막은 인듐-주석산화물을 주성분으로 하는 재료에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 화상판독장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 검출전극은 상기 센서어레이의 상부에 설치된 도전막이며,
    상기 제 2 검출전극은 해당 도전막 주위의 적어도 일부에 근접하여 설치되는 도전성부재인 것을 특징으로 하는 화상판독장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 도전성부재는 상기 센서어레이의 주위를 둘러싸는 도전성의 케이스부재인 것을 특징으로 하는 화상판독장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 특정한 피검출체는 인체이며, 해당 인체 고유의 화상패턴을 판독하는 것을 특징으로 하는 화상판독장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 검출전극과 상기 제 2 검출전극은 상기 피검출체가 걸쳐서 접촉하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 화상판독장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 검출전극에 여기되는 상기 제 2 신호파형의 상한 및 하한의 전압 값을 규정하는 진폭제한회로를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 화상판독장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 진폭제한회로는 적어도 상기 제 1 검출전극과 접지전위간에 설치된 역병렬다이오드회로를 구비하고,
    해당 역병렬다이오드회로를 구성하는 각 다이오드의 순방향전압에 의거하여 상기 제 1 검출전극에 여기되는 상기 제 2 신호파형의 상한 및 하한의 전압값을 규정하는 것을 특징으로 하는 화상판독장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호전압인가회로는 상기 대향전극에 소정의 전압진폭을 갖는 주기적인 펄스상의 신호파형을 갖는 전압성분을 인가하는 것을 특징으로 하는 화상판독장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 접촉검지수단은 상기 제 2 검출전극에 여기되는 상기 제 3 신호파형의 전압진폭 및 전압진폭의 중심전압의 값에 의거하여 상기 피검출체가 특정한 피검출체인지 아닌지의 판정을 실시하는 것을 특징으로 하는 화상판독장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 접촉검지수단은 상기 특정한 피검출체의 용량성분 및 저항성분에 의거 하여 미리 설정되는 한계값전압과 상기 제 2 검출전극에 여기되는 상기 제 3 신호파형의 비교에 의거하여 상기 피검출체가 상기 특정한 피검출체인지 아닌지를 판정하는 것을 특징으로 하는 화상판독장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 접촉검지수단은 상기 제 2 검출전극에 여기되는 상기 제 3 신호파형의 전압진폭의 범위내에 상기 한계값전압이 포함되어 있는 경우에 해당 피검출체가 상기 특정한 피검출체라고 판정하는 것을 특징으로 하는 화상판독장치.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 한계값전압은 적어도 상기 검지면에 상기 피검출체가 접촉해 있지 않은 상태에서 상기 제 2 검출전극에 여기되는 상기 제 3 신호파형의 상한값보다 높은 전압으로 설정되는 것을 특징으로 하는 화상판독장치.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 한계값전압은 적어도 상기 검지면에 상기 피검출체가 접촉해 있지 않은 상태에서 상기 제 2 검출전극에 여기되는 상기 제 3 신호파형의 하한값보다 낮은 전압으로 설정되는 것을 특징으로 하는 화상판독장치.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 접촉검지수단은 적어도,
    상기 한계값전압을 설정하는 한계값설정회로와,
    상기 한계값전압과 상기 제 3 신호파형을 비교하는 비교회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 화상판독장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 접촉검지수단은 상기 비교회로에 의한 비교결과에 의거하여 상기 제 3 신호파형의 전압진폭의 범위내에 상기 한계값전압이 포함되어 있는지 아닌지를 판정하고,
    상기 제 3 신호파형의 전압진폭의 범위내에 상기 한계값전압이 포함되어 있다고 판정된 경우에 상기 피검출체가 상기 특정한 피검출체인 것을 나타내는 접촉검지신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 화상판독장치.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 제 3 신호파형은 주기적으로 변동하는 파형이며,
    상기 접촉검지수단은 상기 비교회로에 의한 비교결과에 의거하여 상기 제 3 신호파형이 상기 한계값전압레벨을 통과했는지 아닌지를 검출하는 수단과,
    상기 제 3 신호파형이 상기 한계값전압레벨을 통과한 횟수를 카운트하는 카운트회로를 구비하고,
    상기 카운트회로에 의한 연속카운트수가 미리 설정된 횟수를 초과한 경우에 상기 피검출체가 상기 특정한 피검출체인 것을 나타내는 접촉검지신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 화상판독장치.
  22. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서는 포토센서이며,
    반도체층으로 이루어지는 채널영역을 끼워서 형성된 소스전극 및 드레인전극과,
    적어도 상기 채널영역의 위쪽 및 아래쪽에 각각 게이트절연막을 통하여 형성된 제 1 게이트전극 및 제 2 게이트전극을 갖고,
    상기 제 1 게이트전극에 리셋펄스를 인가하여 상기 센서를 초기화하고, 상기 드레인전극에 프리차지펄스를 인가한 후 상기 제 2 게이트전극에 판독펄스를 인가함으로써 상기 초기화종료로부터 상기 판독펄스의 인가까지의 전하축적기간에, 상기 채널영역에 조사된 빛의 양에 대응하는 전하가 축적되고, 축적된 전하량에 대응하는 전압을 출력전압으로서 출력하며,
    상기 프리차지펄스에 관련되는 신호전압과 상기 출력전압의 차분에 의거하여 상기 검지면상에 위치된 상기 피검출체의 화상패턴을 판독하는 것을 특징으로 하는 화상판독장치.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 센서는 투광성을 갖는 절연성기판상에 형성되고,
    해당 센서의 상기 절연성기판과 대향하는 측에 보호절연막이 형성되며,
    상기 층간절연막은 상기 보호절연막 및 상기 게이트절연막을 포함하는 것을 특징으로 하는 화상판독장치.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 보호절연막상에 투명도전막이 형성되고,
    상기 제 1 검출전극은 해당 투명도전막인 것을 특징으로 하는 화상판독장치.
  25. 제 22 항에 있어서,
    상기 대향전극은 상기 드레인전극이며,
    상기 신호전압인가회로에 의하여 상기 대향전극에 인가되는 상기 제 1 신호전압은 상기 드레인전극에 인가되는 펄스전압인 것을 특징으로 하는 화상판독장치.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 펄스전압은 상기 프리차지펄스인 것을 특징으로 하는 화상판독장치.
  27. 제 22 항에 있어서,
    상기 센서어레이는 적어도 상기 복수의 포토센서의 드레인전극에 접속되는 복수의 드레인라인을 구비하고,
    상기 대향전극은 상기 드레인전극 및 상기 드레인라인이며,
    상기 신호전압인가회로에 의하여 상기 대향전극에 인가되는 상기 제 1 신호전압은 상기 드레인라인에 인가되는 펄스전압인 것을 특징으로 하는 화상판독장치.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 펄스전압은 상기 프리차지펄스인 것을 특징으로 하는 화상판독장치.
  29. 제 1 항에 있어서,
    상기 검지면과 접지전위간의 저항성분 및 상기 검지면에 부가되는 용량성분에 의해 규정되는 시정수가 0. 3μsec, 또는 그보다 작은 값으로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 화상판독장치.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 저항성분은 상기 제 1 검출전극의 전기저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 화상판독장치.
  31. 제 29 항에 있어서,
    상기 용량성분은 상기 층간절연막을 통하여 대향하는 상기 제 1 검출전극과 상기 대향전극의 사이 및 상기 제 1 검출전극과 상기 센서간에 형성되는 정전용량을 포함하는 것을 특징으로 하는 화상판독장치.
  32. 제 29 항에 있어서,
    상기 시정수는 0. 25μsec, 또는 그보다 작은 값이 되도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 화상판독장치.
  33. 제 29 항에 있어서,
    상기 저항성분은 30Ω, 또는 그보다 작은 저항값이 되도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 화상판독장치.
  34. 제 29 항에 있어서,
    상기 용량성분은 10nF, 또는 그보다 작은 용량값이 되도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 화상판독장치.
  35. 제 29 항에 있어서,
    상기 센서어레이의 상기 각 센서는 포토센서이며, 소정의 수광면을 갖고,
    상기 제 1 검출전극은 해당 수광면의 면적보다 큰 면적을 갖고, 상기 센서어레이의 수광면의 상부에 상기 층간절연막을 통하여 설치되는 투명도전막인 것을 특징으로 하는 화상판독장치.
  36. 제 35 항에 있어서,
    상기 투명도전막의, 적어도 상기 수광면에 대응하는 영역을 제외하는 영역 에,
    해당 투명도전막의 저항값보다 낮은 저항값을 갖는 도전성부재가 전기적으로 접속하여 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 화상판독장치.
  37. 제 36 항에 있어서,
    상기 저항성분은 상기 투명도전막과 상기 도전성부재에 의해 형성되는 전기저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 화상판독장치.
  38. 제 36 항에 있어서,
    상기 도전성부재는 크롬, 알루미늄, 크롬을 포함하는 합금재료, 알루미늄을 포함하는 합금재료의 어느 쪽인가의 도전성재료에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 화상판독장치.
  39. 그 위에 피검출체가 위치되는 검지면을 구비하는 센서어레이와, 상기 검지면상에 위치된 상기 피검출체의 화상패턴을 판독하는 구동제어수단을 구비하는 화상판독장치의 구동방법에 있어서,
    상기 센서어레이 상부에 설치되고, 상기 검지면을 구비하는 제 1 검출전극과 층간절연막을 통하여 대향해서 설치되는 대향전극에 주기적으로 변동하는 제 1 신호파형을 갖는 신호전압을 인가함에 의하여, 상기 제 1 검출전극에 제 2 신호파형을 여기하는 스텝과,
    상기 제 1 검출전극과, 해당 제 1 검출전극과 전기적으로 절연되도록 이격되어 설치된 제 2 검출전극의 양쪽에 상기 피검출체가 접촉함에 따라, 상기 제 2 검출전극에 여기되는 제 3 신호파형을 검출하는 스텝과,
    검출된 상기 제 3 신호파형의 상태에 의거하여 상기 검지면에 접촉한 상기 피검출체가 특정한 피검출체인지 아닌지를 판정하는 스텝과,
    상기 피검출체가 상기 특정한 피검출체라고 판정되었을 때 상기 구동제어수단에 의한 화상패턴의 판독을 개시시키는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 화상판독장치의 구동방법.
  40. 제 39 항에 있어서,
    해당 피검출체가 특정한 피검출체인지 아닌지를 판정하는 스텝은,
    상기 특정한 피검출체의 용량성분 및 저항성분에 의거하여 미리 설정되는 한계값전압과 상기 제 2 검출전극에 여기되는 상기 제 3 신호파형을 비교하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 화상판독장치의 구동방법.
  41. 제 40 항에 있어서,
    상기 한계값전압과 상기 제 3 신호파형을 비교하는 스텝은,
    상기 제 3 신호파형의 전압진폭의 범위내에 상기 한계값전압이 포함되어 있는지 아닌지를 판정하는 스텝과,
    상기 제 3 신호파형의 전압진폭의 범위내에 상기 한계값전압이 포함되어 있 다고 판정된 경우에 해당 피검출체가 상기 특정한 피검출체라고 판정하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 화상판독장치의 구동방법.
  42. 제 40 항에 있어서,
    상기 제 3 신호파형과 상기 한계값전압을 비교하는 스텝은,
    상기 제 3 신호파형이 상기 한계값전압레벨을 통과했는지 아닌지를 검출하는 스텝과,
    상기 제 3 신호파형이 상기 한계값전압레벨을 통과한 횟수를 카운트하고, 연속카운트수가 미리 설정된 횟수를 초과한 경우에 해당 피검출체가 상기 특정한 피검출체라고 판정하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 화상판독장치의 구동방법.
  43. 제 40 항에 있어서,
    상기 한계값전압은 적어도 상기 검지면에 상기 피검출체가 접촉해 있지 않은 상태에서 상기 제 2 검출전극에 여기되는 상기 제 3 신호파형의 상한값보다 높은 전압으로 설정되는 것을 특징으로 하는 화상판독장치의 구동방법.
  44. 제 40 항에 있어서,
    상기 한계값전압은 적어도 상기 검지면에 상기 피검출체가 접촉해 있지 않은 상태에서 상기 제 2 검출전극에 여기되는 상기 제 3 신호파형의 하한값보다 낮은 전압으로 설정되는 것을 특징으로 하는 화상판독장치의 구동방법.
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