JP4182466B2 - Image reading apparatus and image reading method - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば、恣意的に変化させることが出来ない人体の生物学的特徴（たとえば、指紋）によって本人認証を行う、いわゆるバイオメトリック認証システムに適用して好適な画像読み取り装置及び画像読み取り方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
バイオメトリック認証の一つである指紋認証は、個人に特有の指紋を利用した本人認証法であり、パスワ−ド方式などに比べて、はるかに高い安全性を有する認証技術である。この技術を利用した指紋認証システムは、事業所等における特定区域への入出管理システム、ホ−ムセキュリティ、インタ−ネット等における決済システム、あるいは、業務アプリケ−ションの利用認証システムなど幅広い用途に適用することができる。
【０００３】
図１５（ａ）は、指紋認証システム１の簡略構成図である。一般に、指紋認証システム１は、画像読み取り装置２と指紋照合装置３とを含み、指紋照合装置３の照合結果（本人認証結果）を利用して、上記各種システムの利用可否または入出可否等を行う。
【０００４】
画像読み取り装置２は、小型、軽量、低消費電力等の特徴を有する光学式の撮像デバイス、たとえば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）などの二次元固体撮像デバイスによって構成されており、認証対象者４の指紋画像を読み取って、その指紋画像を指紋照合装置３に出力する。指紋照合装置３は、例えば、特徴点抽出方式、すなわち、画像読み取り装置２で読み取られた指紋画像から指紋の特徴点（指紋の端点や分岐点）を抽出し、その特徴点が、あらかじめ登録されている登録者の特徴点情報と一致するか否かを判定して認証対象者４の本人認証を行い、その照合結果（本人認証結果）を、たとえば、前述の各種認証システムに出力する。
【０００５】
ここで、画像読み取り装置２における指紋画像の読み取り動作開始、及び、指紋照合装置３における指紋照合動作開始（以下、これらを総称して便宜的に「認証開始」という）は、画像読み取り装置２に、認証対象者４の指が乗せられたとき（指先がタッチしたとき）に自動的に行われることが操作性の点で望ましく、このようなワンタッチ式の認証開始技術としては、たとえば、「抵抗検知方式」と称されるものが知られている。
【０００６】
図１５（ｂ）は、抵抗検知方式の概念図である。画像読み取り装置２は、ＣＣＤ等の画像センサ部２ａの画像読み取り面（図では上面）に、図示を省略した絶縁膜（保護絶縁膜）を介して、たとえば、透明絶縁膜２ｂで間を仕切られた、もしくは、わずかな間隙を介して相互に離間して配置された二つの透明導電膜２ｃ、２ｄを積層した構造を有している。ここで、透明絶縁膜２ｂを含む二つの透明導電膜２ｃ、２ｄの平面サイズは、認証対象者４の指先面積よりも若干大きい程度に設定されており、認証対象者４の指を画像読み取り装置２にタッチしたときに、その指先が二つの透明導電膜２ｃ、２ｄの双方にまたがって接触するようになっている。
【０００７】
このような構造において、指先非タッチ時（非接触時）における二つの透明導電膜２ｃ、２ｄの間の抵抗値は、透明絶縁膜２ｂの抵抗値、すなわち、ほぼ無限大相当の抵抗値で与えられるが、指先タッチ時（接触時）における同抵抗値は、二つの透明導電膜２ｃ、２ｄの双方に接触する指先の皮膚抵抗によって与えられ、この皮膚抵抗は透明絶縁膜２ｂの抵抗値よりも低いことから、その抵抗値の変化を検出することにより、ワンタッチ式の認証開始技術を実現することができる。
また、図１５（ｂ）においては、図示を省略したが、上記二つの透明導電膜２ｃ、２ｄのうちのいずれか一方に接地電位を印加しておくことにより、指先タッチ時に指（人体）に帯電していた電荷（静電気）を接地電位に放電することができるので、画像センサ部２ａを構成する撮像デバイスの静電気による破損を防止又は抑制することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の画像読み取り装置２にあっては、画像センサ部２ａの画像読み取り面に、透明絶縁膜２ｂや間隙により電気的に離間して配置された二つの透明導電膜２ｃ、２ｄの双方に、被写体である指先が接触する際の透明導電膜２ｃ、２ｄの抵抗値変化を利用して、認証対象者４の指先の接触状態を検知し、その検知に応答して画像センサ部２ａの読み取り動作を開始させるとともに、該指先の接触時に人体に帯電した静電気を放電させる構成を有しており、認証開始をワンタッチで安全且つ良好に行うことができる点で好ましいものであるが、以下の点で改善すべき課題を有している。
【０００９】
すなわち、光学式の撮像デバイスにより構成される画像センサ部２ａは、後述するように、被写体表面の凹凸模様を明状態と暗状態、具体的には、凸部を明情報、凹部を暗情報とした明暗パターンとして読み取るものである。ここで、上述したように、認証対象者４の指先を被写体とした場合にあっては、凸部が指紋の山線に相当し、且つ、凹部が同谷線に相当することになるが、指先の水分量や油分量は個人差がある上、体調や季節などによっても変化するため、指紋に対応した凸部と凹部の読み取り性能にバラツキが生じるという欠点がある。
【００１０】
たとえば、水分量や油分量が少ない、いわゆる乾燥肌（ドライ肌）の指先にあっては、乾燥により突出した部分だけが顕著に明るく読み取られ、凸部でも密着の悪い部分は暗く読み取られるため、凸部の読み取り精度が低下して指紋画像（明暗パターン）のかすれが顕著となり、逆に、水分量や油分量が多い、いわゆる湿り肌（オイリー肌）の指先にあっては、画像センサ部２ａの検知面への指先の密着度が高く、且つ、凹部に水分等が入り込むために凹凸模様の区別が不明確になって指紋画像の潰れを生じやすいため、やはり読み取り精度が低下する傾向がある。その結果、常に一定の読取感度で被写体の読み取りを行った場合、被写体の表面状態（乾き具合や湿り具合）によっては、良好な画質の被写体画像を得ることができず、たとえば、指紋照合システムに適用した場合に照合性能の低下をきたすという問題点がある。
【００１１】
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑み、従来の抵抗検知方式の構成を有する画像読み取り装置において、被写体の表面状態に応じて読取感度や画像処理を補正制御することにより、被写体の表面模様を画質の劣化を伴うことなく良好に読み取ることができ、もって、たとえば、指紋照合システムの照合性能改善に寄与することができる画像読み取り装置及び画像読み取り方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る請求項１記載の画像読み取り装置は、画像読み取り面に接触した被写体の画像を読み取り、その画像信号を出力する画像センサ部を備える画像読み取り装置において、該画像読み取り装置は、前記画像センサ部の前記画像読み取り面側の全域を覆い、前記画像読み取り面をなす透明導電膜と、抵抗率が前記透明導電膜の抵抗率より低い材料からなり、前記画像センサ部の周囲を取り囲むとともに前記透明導電膜の少なくとも一部を露出する開口部を有し、前記透明導電膜と電気的に絶縁され、前記被検出体が前記画像読み取り面に接触したときに跨って接触する良導電体と、前記画像読み取り面に接触した前記被写体の、前記透明導電膜と前記良導電体間における抵抗値を測定する測定手段と、前記測定手段の測定結果に応じて、前記被写体の画像の読み取りにおける画像読み取り特性を変更制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。この発明では、画像読み取り面に接触した被写体の該接触面における抵抗値が測定され、その抵抗値に応じて、画像センサ部の画像読み取り特性が適応的に変更制御される。
【００１３】
また、本発明に係る請求項２記載の画像読み取り装置は、請求項１記載の画像読み取り装置において、前記制御手段は、前記測定手段によって測定された抵抗値が標準となる抵抗値に対して低い傾向を示している場合には、前記画像センサ部の前記画像読み取り特性における読取感度を低くするように変更制御する一方、前記測定された抵抗値が前記標準となる抵抗値に対して高い傾向を示している場合には、前記画像読み取り特性における読取感度を高くするように変更制御することを特徴とする。
ここで、制御手段により変更制御される画像読み取り特性の設定要素とし、画像センサ部の読取感度を適用することができ、特に、画像センサ部を光学式の撮像デバイスにより構成した場合にあっては、該撮像デバイスの電荷蓄積期間（光蓄積期間）を変更制御する態様を適用することができる。
【００１４】
この発明では、測定された抵抗値が所定の標準状態における抵抗値に対して低い傾向を示している場合には、読取感度（電荷蓄積期間）を低く（短く）設定して、露出不足の状態で被写体の画像が読み取られ、同抵抗値が標準状態における抵抗値に対して高い傾向を示している場合には、読取感度を高く設定して、露出過多の状態で被写体の画像が読み取られる。ここで、制御手段における画像読み取り特性の変更制御としては、たとえば、制御手段に、測定手段によって測定された抵抗値に対して、読取感度（電荷蓄積期間）を変更制御するための補正値が一義的に設定された補正テーブルを備え、上記測定された抵抗値に基づいて、この補正テーブルを参照して、一義的に抽出される補正値を用いて、上記読取感度を変更（補正）する手法を適用するものであってもよい。
【００１５】
また、本発明に係る請求項４記載の画像読み取り装置は、請求項１記載の画像読み取り装置において、複数の読取感度による前記被写体画像の読み取りに基づき標準読取感度を抽出する標準読取感度度抽出手段を備え、前記制御手段は、該標準読取感度を基準値として前記読取感度を変更制御することを特徴とする。
この発明では、被写体画像の読み取りにおいて、標準読取感度を抽出する手段を備え、測定された被写体の抵抗値に応じて、標準読取感度を基準値として読取感度が設定される。
【００１６】
また、本発明に係る請求項５記載の画像読み取り装置は、請求項１記載の画像読み取り装置において、前記画像信号を所定の閾値に基づいてデジタル値に変換する画像処理部を備え、前記制御手段は、前記測定手段によって測定された抵抗値が標準となる抵抗値に対して低い傾向を示している場合には、明状態の情報量が多くなるように前記画像処理部における前記閾値を変更制御する一方、前記測定された抵抗値が前記標準となる抵抗値に対して高い傾向を示している場合には、暗状態の情報量が多くなるように前記画像処理部における前記閾値を変更制御することを特徴とする。
この発明では、測定された抵抗値が所定の標準状態における抵抗値に対して低い傾向を示している場合には明状態の情報量が増加するようにデジタル化の閾値が制御され、同抵抗値が標準状態における抵抗値に対して高い傾向を示している場合には暗状態の情報量が増加するように閾値が制御される。ここで、制御手段における閾値の変更制御としては、たとえば、制御手段に、測定手段によって測定された抵抗値に対して、閾値を変更制御するための補正値が一義的に設定された補正テーブルを備え、上記測定された抵抗値に基づいて、この補正テーブルを参照して、一義的に抽出される補正値を用いて、上記閾値を変更（補正）する手法を適用するものであってもよい。
【００１８】
また、本発明に係る請求項７記載の画像読み取り装置は、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の画像読み取り装置において、半導体層からなるチャネル領域を挟んで形成されたソース電極及びドレイン電極と、少なくとも前記チャネル領域の上方及び下方に各々絶縁膜を介して形成された第１のゲート電極及び第２のゲート電極とを有し、前記第１のゲート電極にリセットパルスを印加して前記センサを初期化し、前記ドレイン電極にプリチャージパルスを印加した後、前記第２のゲート電極に読み出しパルスを印加することにより、前記初期化終了から前記読み出しパルスの印加までの電荷蓄積期間に、前記チャネル領域に蓄積された電荷に対応する電圧を出力電圧として出力し、前記画像読み取り装置は、前記プリチャージパルスに係る信号電圧と前記出力電圧との差分を、前記画像信号として観測することを特徴とする。
【００１９】
この発明では、画像センサ部が、所定のタイミングでトップゲート電極（第１のゲート電極）にリセットパルスを印加するとともに、ボトムゲート電極（第２のゲート電極）に読み出しパルスを印加することにより、電荷蓄積期間中に、チャネル領域の入射光量に応じた電荷が蓄積され、この蓄積電荷量に対応した電圧が画像信号として出力されように構成されている。これにより、画像センサ部の各画素が薄膜化及び小型化され、その結果、画像センサ部の高画素化が可能となり、指紋画像の読み取り精度の向上が図られる。
【００２０】
また、本発明に係る請求項８記載の画像読み取り方法は、画像センサ部の画像読み取り面に接触した被写体の画像を読み取り、その画像信号を出力する画像読み取り方法において、前記画像センサ部の前記画像読み取り面側の全域を覆う透明導電膜からなる前記画像読み取り面と、抵抗率が前記透明導電膜の抵抗率より低い材料からなり前記画像センサ部の周囲を取り囲むとともに前記透明導電膜の少なくとも一部を露出する開口部を有し、透明導電膜と電気的に絶縁された良導電体と、に跨って接触した被写体の、透明導電膜と良導電体間における抵抗値を測定する測定ステップと、前記画像センサ部における画像読み取り特性を変更制御する制御ステップと、を含み、前記制御ステップは、前記測定ステップの測定結果が標準となる抵抗値に対して低い抵抗値を示している場合には、明状態の情報量を多くするように前記画像読み取り特性を変更制御する一方、前記測定結果が前記標準となる抵抗値に対して高い抵抗値を示している場合には、暗状態の情報量を多くするように前記画像読み取り特性を変更制御することを特徴とする。この発明では、画像読み取り面に接触した被写体の該接触面における抵抗値が測定され、その抵抗値に応じて、読み取り画像の明状態または暗状態の情報量が適切となるように画像読み取り特性が変更制御される。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る画像読み取り装置の実施の形態を、指紋認証システムへの適用例として図面を参照しながら詳しく説明する。
＜画像センサ部の構造＞
まず、本発明に係る画像読み取り装置に適用して良好なセンサ構造について説明する。本発明に係る画像読み取り装置に適用されるセンサとしては、冒頭でも説明したとおり、小型・軽量・低消費電力の点でＣＣＤ等の固体撮像デバイスを使用することができる。
【００２２】
ＣＣＤは、周知のとおり、フォトダイオードや薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）等のフォトセンサをマトリクス状に配列した構成を有し、各フォトセンサの受光部に照射された光量に対応して発生する電子−正孔対の量（電荷量）を、水平走査回路及び垂直走査回路により検出し、照射光の輝度を検知するものである。ところで、このようなＣＣＤを用いたフォトセンサシステムにおいては、走査された各フォトセンサを選択状態にするための選択トランジスタを個別に設ける必要があるため、画素数が増大するにつれて、画像センサ部が大型化するという不都合を有している。
【００２３】
そこで、近年、このような問題を解決するための構成として、フォトセンサ自体にフォトセンス機能と選択トランジスタ機能とを持たせたダブルゲート構造を有する薄膜トランジスタ（以下、「ダブルゲート型トランジスタ」という）が開発され、システムの小型化、及び、画素の高密度化を図る試みがなされている。そのため、本発明における画像読み取り装置においても、このダブルゲート型トランジスタを適用することにより、画像センサ部を大型化することなく、画素数を増大させることができ、指紋画像の読み取り精度を格段に向上させることができる。
【００２４】
ここで、本発明に係る画像読み取り装置に適用されるダブルゲート型トランジスタによるフォトセンサ（以下、「ダブルゲート型フォトセンサ」と記す）について、図面を参照して説明する。
＜ダブルゲート型フォトセンサの構造＞
図１は、ダブルゲート型フォトセンサの概略構成を示す断面構造図である。
図１（ａ）に示すように、ダブルゲート型フォトセンサ（画像センサ部）１０は、励起光（ここでは、可視光）が入射されると電子−正孔対が生成されるアモルファスシリコン等の半導体層（チャネル層）１１と、半導体層１１の両端にそれぞれ設けられたｎ＋シリコンからなる一対の不純物層１７、１８と、不純物層１７、１８の上にそれぞれ形成されたドレイン電極１２及びソース電極１３と、半導体層１１の上方（図面上方）にブロック絶縁膜１４及び上部（トップ）ゲート絶縁膜１５を介して形成されたトップゲート電極（第１のゲート電極）２１と、半導体層１１の下方（図面下方）に下部（ボトム）ゲート絶縁膜１６を介して形成されたボトムゲート電極（第２のゲート電極）２２とを、ガラス基板等の透明な絶縁性基板（透光性絶縁基板）１９上に形成して構成されている。
【００２５】
ここで、ドレイン電極１２及びソース電極１３は、クロム、クロム合金、アルミ、アルミ合金等から選択された可視光に対して不透明な金属材料で形成されており、また、トップゲート電極（第１のゲート電極）２１は、可視光に対して透過性を有し、且つ、導電性を有する酸化スズ（ＳｎＯ２）膜やＩＴＯ（Indium−Tin−Oxide：インジウム−スズ酸化物）膜など等の透明電極膜からなり、また、ボトムゲート電極（第２のゲート電極）２２は、クロム、クロム合金、アルミ、アルミ合金等から選択された可視光に対して不透明な金属材料で形成されている。
【００２６】
すなわち、図１（ａ）において、最上層の透明電極層３０、その下位層の保護絶縁膜２０、トップゲート絶縁膜１５、ブロック絶縁膜１４、ボトムゲート絶縁膜１６は、いずれも半導体層１１を励起する可視光に対して高い光透過率を有する透明薄膜で形成されており、図面上方から入射する光のみを検知する構造を有している。
なお、このようなダブルゲート型フォトセンサ１０は、一般に、図１（ｂ）に示すような等価回路により表される。ここで、ＴＧはトップゲート電極２１と電気的に接続されたトップゲート端子、ＢＧはボトムゲート電極２２と電気的に接続されたボトムゲート端子、Ｓはソース電極１３と電気的に接続されたソース端子、Ｄはドレイン電極１２と電気的に接続されたドレイン端子である。
【００２７】
次いで、上述したダブルゲート型フォトセンサの駆動制御方法について、図面を参照して説明する。
図２は、ダブルゲート型フォトセンサの基本的な駆動制御方法の一例を示すタイミングチャートであり、図３は、ダブルゲート型フォトセンサの動作概念図であり、図４は、ダブルゲート型フォトセンサの出力電圧の光応答特性を示す図である。ここでは、上述したダブルゲート型フォトセンサの構成（図１）を適宜参照しながら説明する。
【００２８】
まず、リセット動作（初期化動作）においては、図２、図３（ａ）に示すように、ダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート端子ＴＧにパルス電圧（以下、「リセットパルス」と記す；たとえば、Ｖtg＝＋１５Ｖのハイレベル）φＴｉを印加して、半導体層１１、及び、ブロック絶縁膜１４における半導体層１１との界面近傍に蓄積されているキャリヤ（ここでは、正孔）を放出する（リセット期間Ｔrst）。
【００２９】
次いで、電荷蓄積動作においては、図２、図３（ｂ）に示すように、トップゲート端子ＴＧにローレベル（たとえば、Ｖtg＝−１５Ｖ）のリセットパルス（バイアス電圧）φＴｉを印加することにより、リセット動作を終了し、キャリヤ蓄積動作（電荷蓄積動作）による電荷蓄積期間Ｔａがスタートする。電荷蓄積期間Ｔａにおいては、トップゲート電極２１側から入射した光量に応じて半導体層１１の入射有効領域、すなわち、キャリヤ発生領域で電子−正孔対が生成され、半導体層１１、及び、ブロック絶縁膜１４における半導体層１１との界面近傍、すなわち、チャネル領域周辺に正孔が蓄積される。
【００３０】
そして、プリチャージ動作においては、図２、図３（ｃ）に示すように、電荷蓄積期間Ｔａに並行して、プリチャージパルスφpgに基づいてドレイン端子Ｄに所定の電圧（プリチャージ電圧）Ｖpgを印加し、ドレイン電極１２に電荷を保持させる（プリチャージ期間Ｔprch）。
次いで、読み出し動作においては、図２、図３（ｄ）に示すように、プリチャージ期間Ｔprchを経過した後、ボトムゲート端子ＢＧにハイレベル（たとえば、Ｖbg＝＋１０Ｖ）のバイアス電圧（読み出し選択信号；以下、「読み出しパルス」と記す）φＢｉを印加すること（選択状態）により、ダブルゲート型フォトセンサ１０をＯＮ状態にする（読み出し期間Ｔread）。
【００３１】
ここで、読み出し期間Ｔreadにおいては、チャネル領域に蓄積されたキャリヤ（正孔）が逆極性のトップゲート端子ＴＧに印加されたＶtg（−１５Ｖ）を緩和する方向に働くため、ボトムゲート端子ＢＧのＶbg（＋１５Ｖ）によりｎチャネルが形成され、ドレイン電流に応じてドレイン端子Ｄの電圧（ドレイン電圧）ＶＤは、図４（ａ）に示すように、プリチャージ電圧Ｖpgから時間の経過とともに徐々に低下する傾向を示す。
【００３２】
すなわち、電荷蓄積期間Ｔａにおける電荷蓄積状態が明状態の場合には、図３（ｄ）に示すように、チャネル領域に入射光量に応じたキャリヤ（正孔）が捕獲されているため、トップゲート端子ＴＧの負バイアスを打ち消すように作用し、この打ち消された分だけボトムゲート端子ＢＧの正バイアスによって、ダブルゲート型フォトセンサ１０はＯＮ状態となる。そして、この入射光量に応じたＯＮ抵抗に従って、図４（ａ）に示すように、ドレインライン電圧ＶＤは、低下することになる。
【００３３】
一方、電荷蓄積状態が暗状態で、チャネル領域にキャリヤ（正孔）が蓄積されていない場合には、図３（ｅ）に示すように、トップゲート端子ＴＧに負バイアスをかけることによって、ボトムゲート端子ＢＧの正バイアスが打ち消され、ダブルゲート型フォトセンサ１０はＯＦＦ状態となり、図４（ａ）に示すように、ドレインライン電圧ＶＤが、ほぼそのまま保持されることになる。
【００３４】
したがって、図４（ａ）に示したように、ドレインライン電圧ＶＤの変化傾向は、トップゲート端子ＴＧへのリセットパルスφＴｉの印加によるリセット動作の終了時点から、ボトムゲート端子ＢＧに読み出しパルスφＢｉが印加されるまでの時間（電荷蓄積期間Ｔａ）に受光した光量に深く関連し、蓄積されたキャリヤが多い場合（明状態）には急峻に低下する傾向を示し、また、蓄積されたキャリヤが少ない場合（暗状態）には緩やかに低下する傾向を示す。そのため、読み出し期間Ｔreadがスタートして、所定の時間経過後のドレインライン電圧ＶＤ（＝Ｖrd）を検出することにより、あるいは、所定の閾値電圧を基準にして、その電圧に至るまでの時間を検出することにより、ダブルゲート型フォトセンサ１０に入射した光（照射光）の光量が換算される。
【００３５】
上述した一連の画像読取動作を１サイクルとして、ｉ＋１番目の行のダブルゲート型フォトセンサ１０にも同等の処理手順を繰り返すことにより、ダブルゲート型フォトセンサを２次元のセンサシステムとして動作させることができる。
なお、図２に示したタイミングチャートにおいて、プリチャージ期間Ｔprchの経過後、図３（ｆ）、（ｇ）に示すように、ボトムゲート端子ＢＧにローレベル（たとえば、Ｖbg＝０Ｖ）を印加した状態（非選択状態）を継続すると、ダブルゲート型フォトセンサ１０はＯＦＦ状態を持続し、図４（ｂ）に示すように、ドレインライン電圧ＶＤは、プリチャージ電圧Ｖpgに近似する電圧を保持する。このように、ボトムゲート端子ＢＧへの電圧の印加状態により、ダブルゲート型フォトセンサ１０の読み出し状態を選択、非選択状態に切り替える選択機能が実現される。
【００３６】
さて、ダブルゲート型フォトセンサの基本的な駆動制御方法は、以上説明のとおりであるが、本発明を理解する上で必要な部分を重ねて説明すると、図４（ａ）において、縦軸のドレインライン電圧ＶＤ（＝Ｖpg）は、読み出し期間Ｔreadが進行するにしたがって、“暗状態”では緩やかに低下し、“明状態”では急激に低下する。図中に示す複数のＶＤ変化ラインＬ１〜Ｌ５のうち、最も変化の少ないラインＬ１は暗状態のもの、最も変化の大きいラインＬ５は明状態のものである。
【００３７】
ここで、暗状態又は明状態とは、読み出し期間Ｔreadに入る前の電荷蓄積期間Ｔａにおける入射光量の大小に呼応する言葉であり、具体的には、暗状態は入射光量が少ない（したがって蓄積電荷量が少ない）ことを意味し、明状態は入射光量が多い（したがって蓄積電荷量が多い）ことを意味する。
【００３８】
読み出し期間Ｔreadにおけるドレインライン電圧ＶＤ（＝Ｖpg）の低下の度合いは、電荷蓄積期間Ｔａにおける蓄積電荷量に依存する。したがって、たとえば、暗状態の情報量を増加させるためには、ＶＤの低下度合いを大きく（Ｌ１の変化を大きく）すればよいので、たとえば、電荷蓄積期間Ｔａを長く設定（読取感度を高く設定）して電荷蓄積量を増やせばよい。一方、明状態の情報量を増加させるためには、ＶＤの低下度合いを少なく（Ｌ５の変化を小さく）すればよいので、たとえば、電荷蓄積期間Ｔａを短く設定（読取感度を低く設定）して電荷蓄積量を減らせばよい。また、アナログ値として得られるドレインライン電圧ＶＤ値を所定の階調（例えば２５６階調）のデジタル値に変換する際の各階調の閾値を適宜補正することによっても、暗状態または明状態の情報量を増加させることができる。
【００３９】
＜フォトセンサシステム＞
次いで、上述したダブルゲート型フォトセンサを所定の形式で配列して構成されるフォトセンサアレイを備えたフォトセンサシステムについて、図面を参照して説明する。ここでは、複数のダブルゲート型フォトセンサを２次元配列して構成されるフォトセンサアレイを示して説明するが、複数のダブルゲート型フォトセンサをＸ方向に１次元配列してラインセンサアレイを構成し、該ラインセンサアレイをＸ方向に直交するＹ方向に移動させて２次元領域を走査（スキャン）するものであってもよいことは言うまでもない。
【００４０】
図５は、ダブルゲート型フォトセンサを２次元配列して構成されるフォトセンサアレイを備えたフォトセンサシステムの概略構成図である。
図５に示すように、フォトセンサシステムは、大別して、多数のダブルゲート型フォトセンサ１０を、たとえば、ｎ行×ｍ列（ｎ、ｍは任意の自然数）のマトリクス状に配列したフォトセンサアレイ１００と、各ダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート端子ＴＧ（トップゲート電極２１）及びボトムゲート端子ＢＧ（ボトムゲート電極２２）を各々行方向に接続して伸延するトップゲートライン１０１及びボトムゲートライン１０２と、各ダブルゲート型フォトセンサ１０のドレイン端子Ｄ（ドレイン電極１２）を列方向に接続したドレインライン（データライン）１０３と、ソース端子Ｓ（ソース電極１３）を列方向に接続するとともに、接地電位に接続されたソースライン（コモンライン）１０４と、トップゲートライン１０１に接続されたトップゲートドライバ１１０と、ボトムゲートライン１０２に接続されたボトムゲートドライバ１２０と、ドレインライン１０３に接続されたコラムスイッチ１３１、プリチャージスイッチ１３２、アンプ１３３からなるドレインドライバ１３０と、を有して構成されている。
【００４１】
ここで、トップゲートライン１０１は、図１に示したトップゲート電極２１とともに、ＩＴＯ等の透明電極層で一体的に形成され、ボトムゲートライン１０２、ドレインライン１０３並びにソースライン１０４は、それぞれボトムゲート電極２２、ドレイン電極１２、ソース電極１３と同一の励起光に不透明な材料で一体的に形成されている。また、ソースライン１０４には、後述するプリチャージ電圧Ｖpgに応じて設定される定電圧Ｖssが印加されるが、接地電位（ＧＮＤ）であってもよい。
【００４２】
なお、図５において、φtgは、リセット電圧及び光キャリア蓄積電圧のいずれかとして選択的に出力される信号（リセットパルス）φＴ１、φＴ２、…φＴｉ、…φＴｎを生成するための制御信号であり、φbgは、読み出し電圧及び非読み出し電圧のいずれかとして選択的に出力される信号φＢ１、φＢ２、…φＢｉ、…φＢｎを生成するための制御信号、φpgは、プリチャージ電圧Ｖpgを印加するタイミングを制御するプリチャージ信号である。
【００４３】
このような構成において、トップゲートドライバ１１０からトップゲートライン１０１を介して、トップゲート端子ＴＧにリセットパルスφＴｉ（ｉは任意の自然数；ｉ＝１、２、・・・ｎ）を印加することにより、フォトセンス機能が実現され、ボトムゲートドライバ１２０からボトムゲートライン１０２を介して、ボトムゲート端子ＢＧに読み出しパルスφＢｉを印加し、ドレインライン１０３を介して検出信号をドレインドライバ１３０に取り込んで、シリアルデータ又はパラレルデータの出力電圧Ｖoutとして出力することにより、選択読み出し機能が実現される。
【００４４】
次いで、上述したフォトセンサシステムに適用される透明電極層の平面構造について、図面を参照して説明する。
図６は、上述したフォトセンサシステムに適用される透明電極層の平面構造の一例を示す概略図である。
図１（ａ）に示したダブルゲート型フォトセンサ１０の最上層（保護絶縁膜２０上）に積層形成される透明電極層３０は、上記フォトセンサアレイ１００のマトリクス領域に対応して、以下に示すような所定の平面構造（パターン）を有して形成され、被写体としての指４０の載置面として用いられるものである。
【００４５】
図６に示すように、透明電極層３０は、二分割構造（図示の例では櫛歯構造）を有している。便宜的に、図面の左側櫛歯部分を「左透明電極層３０ａ」、図面の右側櫛歯部分を「右透明電極層３０ｂ」ということにすると、左透明電極層３０ａと右透明電極層３０ｂは、互いに微小な間隔で離隔配置されるなどして通常は電気的に分離（絶縁）されており、指４０を載置したときに、その指４０の皮膚抵抗を介して導通状態にされるようになっている。
【００４６】
左透明電極層３０ａ及び右透明電極層３０ｂからは、それぞれリード線３１ａ、３１ｂが引き出されており、リード線３１ａ、３１ｂの先端には、図面では便宜的に端子３２ａ、３２ｂが設けられている。左透明電極層３０ａ及び右透明電極層３０ｂは、透明性と導電性とを有する透明導電薄膜（ＩＴＯ等）であり、それぞれ、発明の要旨に記載の第１の導電体及び第２の導電体に対応し、指４０の指紋像を効率よく透過させることができるとともに、指４０の載置時には一対の端子３２ａ、３２ｂの間を指４０の皮膚抵抗に相当する低い抵抗値で導通させることができるものである。ここで、透明電極層３０（左透明電極層３０ａ及び右透明電極層３０ｂ）は、後述するように、指４０の載置、接触（タッチ）を検出する機能、載置された指４０の皮膚抵抗を測定する機能、さらに、指に帯電した静電気を放電する機能を有するものであればよいので、図６に示した平面構造以外の他の構成を有するものであってもよい。
【００４７】
図７は、上述したようなフォトセンサシステムを適用した指紋用画像読み取り装置（画像センサ部）の要部断面図である。なお、ここでは、説明及び図示の都合上、フォトセンサシステムの断面部分を表すハッチングを省略する。
図７に示すように、指紋等の画像パターンを読み取る画像読み取り装置においては、ダブルゲート型フォトセンサ１０が形成されたガラス基板等の絶縁性基板１９の下方側に設けられたバックライト（面光源）ＢＬから照射光Ｌａを入射させ、この照射光Ｌａがダブルゲート型フォトセンサ１０（詳しくは、ボトムゲート電極２２、ドレイン電極１２、ソース電極１３）の形成領域を除く、透明な絶縁性基板１９と絶縁膜１５、１６、２０を透過して、透明電極層３０上の指紋検出面（画像読み取り面）３０ａに載置された指（被写体）４０に照射される。
【００４８】
そして、指紋読み取り装置による指紋の検出時においては、指４０の皮膚表層４１の半透明層が、フォトセンサアレイ１００の最上層に形成された透明電極層３０に接触することにより、透明電極層３０と皮膚表層４１との間の界面に屈折率の低い空気層がなくなる。ここで、皮膚表層４１の厚さは、６５０ｎｍより厚いため、指紋４２の凸部４２ａにおいて内部に入射された光Ｌａは、皮膚表層４１内を散乱、反射しながら伝搬する。伝搬された光Ｌｂの一部は、透明電極層３０（左透明電極層３０ａ、右透明電極層３０ｂ）、保護絶縁膜２０、１５、１４及びトップゲート電極２１を透過してダブルゲート型フォトセンサ１０の半導体層１１に励起光として入射される。このように、指４０の凸部４２ａに対応する位置に配置されたダブルゲート型フォトセンサ１０の半導体層１１に光が入射されて生成されるキャリヤ（正孔）が蓄積されることにより、上述した一連の駆動制御方法にしたがって、指４０の画像パターンを明暗情報として読み取ることができる。
【００４９】
また、指紋４２の凹部４２ｂにおいては、照射された光Ｌａは、透明電極層３０（左透明電極層３０ａ、右透明電極層３０ｂ）の指紋検出面と空気層との間の界面を通過し、空気層の先の指４０に到達して皮膚表層４１内で散乱するが、皮膚表層４１は空気より屈折率が高いため、ある角度で界面に入射された皮膚表層４１内の光Ｌｃは空気層に抜けにくく、凹部４２ｂに対応する位置に配置されたダブルゲート型フォトセンサ１０の半導体層１１への入射が抑制される。
【００５０】
このように、透明電極層３０（左透明電極層３０ａ、右透明電極層３０ｂ）としてＩＴＯ等の透明な導電性材料を適用していることにより、透明電極層３０上に載置された指４０に照射され、散乱、反射した光が良好に各ダブルゲート型フォトセンサ１０の半導体層１１に入射されることになるので、指（被写体）４０の読取動作における読取感度特性が悪化することがなく、被写体の画像パターン（指紋）の読み取りが良好に行われる。
【００５１】
＜画像読み取り装置＞
次に、上述したフォトセンサシステムを適用した画像読み取り装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に示す実施形態においては、フォトセンサとして、上述したダブルゲート型フォトセンサを適用し、トップゲート電極を第１のゲート電極として信号電圧（リセットパルス）を印加することにより、フォトセンス機能を実現するとともに、ボトムゲート電極を第２のゲート電極として信号電圧（読み出しパルス）を印加することにより、チャネル領域に蓄積された電荷量を読み出す機能を実現するものとして説明する。
【００５２】
図８は、本発明に係る画像読み取り装置の一実施形態の全体構成を示すブロック図である。また、図９は、本実施形態に係る画像読み取り装置に適用される透明電極層及び検知回路の一構成例を示す要部詳細構成図である。なお、ここでは、図１、図５に示したダブルゲート型フォトセンサ及びフォトセンサシステムの構成を適宜参照しながら説明する。また、図５、図６に示したフォトセンサシステムと同等の構成については、同一の符号を付して、その説明を簡略化又は省略する。
【００５３】
図８に示すように、本実施形態に係る２次元画像読み取り装置２００は、大別して、図５に示したフォトセンサシステムと同様に、ダブルゲート型フォトセンサ１０を２次元配列して構成されるフォトセンサアレイ１００と、ダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート端子ＴＧに所定のタイミングで、所定のトップゲート電圧（リセットパルス）を印加するトップゲートドライバ１１０と、ダブルゲート型フォトセンサ１０のボトムゲート端子ＢＧに所定のタイミングで、所定のボトムゲート電圧（読み出しパルス）を印加するボトムゲートドライバ１２０と、ダブルゲート型フォトセンサ１０へのプリチャージ電圧の印加及びドレイン電圧の読み出しを行うコラムスイッチ１３１、プリチャージスイッチ１３２、アンプ１３３からなるドレインドライバ１３０と、図６に示した構成を有する透明電極層３０（左透明電極層３０ａ及び右透明電極層３０ｂ）上に載置された被写体（指先）の電気的抵抗値を検出して、透明電極層３０への被写体（指４０）の接触検知とその被写体の表面抵抗測定とを行い、電圧に変換して出力する検知回路１４０と、上記ドレインドライバ１３０を介して読み出されたドレイン電圧（出力電圧Ｖout）、又は、上記検知回路１４０から出力される抵抗値測定信号（詳しくは後述する）のいずれか一方を選択して出力する切替器１５０と、該切替器１５０により選択された信号電圧をデジタル信号に変換して、画像出力信号（画像データ）又は抵抗値信号を生成するアナログ−デジタル変換器（以下、「Ａ／Ｄコンバータ」と記す）１６０と、所定の制御プログラムにしたがって、フォトセンサアレイ１００による被写体画像の読取動作制御や画像データの照合、加工等の所定の画像処理を実行する外部機能部１９０とのデータのやり取り等を行うとともに、画像読み取り動作や画像処理に関する諸設定を修正又は補正する機能を備えたコントローラ１７０と、画像データや読取感度の設定等に関連するデータ等を記憶するＲＡＭ１８０と、を有して構成されている。
なお、フォトセンサアレイ１００、トップゲートドライバ１１０、ボトムゲートドライバ１２０、ドレインドライバ１３０は、図５に示したフォトセンサシステムと同等の構成及び機能を有しているので、その詳細な説明を省略する。
【００５４】
ここで、透明電極層３０は、図６に示したように、櫛歯構造を有する左透明電極層３０ａ及び右透明電極層３０ｂからなる二分割構造を有し、このような透明電極層３０において、左透明電極層３０ａに接続されたリード線３１ａは、図９に示すように、端子３２ａを介して接地電位（ＧＮＤ）に接続されており、透明電極層３０の右透明電極層３０ｂに接続されたリード線３１ｂは端子３２ｂを介して検知回路１４０に接続されている。したがって、透明電極層３０に指４０が接触した場合、透明電極層３０に印加される静電気等の過大入力電圧は、左透明電極層３０ａからリード線３１ａを介して接地電位に速やかに放電されるので、フォトセンサアレイ１００を構成するダブルゲート型フォトセンサ１０の静電気による破損を良好に抑制又は防止することができる。
【００５５】
また、検知回路１４０は、図９に示すように、透明電極層３０の右透明電極層３０ｂと接地電位（ＧＮＤ）との間に並列接続された入力保護ダイオ−ド６１と、この入力保護ダイオ−ド６１に並列接続された第１抵抗素子６２と、一端を第１抵抗素子６２に接続するとともに他端を直流定電圧Ｖccに接続した第２抵抗素子６３と、第１抵抗素子６２と第２抵抗素子６３との接続点（以下「Ａ点」という）の電位をＡＮＦ（増幅率）１で増幅するボルテージフォロワ６４と、直流定電圧Ｖccと接地電位との間に接続された可変抵抗素子６５と、可変抵抗素子６５から取り出された可変電圧とボルテージフォロワ６４の出力電位（抵抗値測定信号）とを比較してその比較結果に応じた二値論理信号（タッチ検知信号）を出力するコンパレ−タ６６と、コンパレ−タ６６の出力電位のプルアップ抵抗６７とを有している。ここで、第１抵抗素子６２と第２抵抗素子６３は分圧手段６８を構成する。
【００５６】
このような構成において、透明電極層３０に指４０が接触していない場合、透明電極層３０の左透明電極層３０ａと右透明電極層３０ｂとの間の電気的抵抗値ＲＬは、ほぼ無限大相当の高い抵抗値（以下「Ｒmax」とする）になっている。この高抵抗状態における分圧手段のＡ点の電位（以下「Ｖmax」とする）は、第１抵抗素子６２の抵抗値をＲ62、第２抵抗素子６３の抵抗値をＲ63とすると、次式（１）で与えられる。
【００５７】
Ｖmax＝ｉ×Ｒ62 ・・・・（１）
ここで、ｉ＝Ｖcc／（Ｒ62＋Ｒ63） ・・・・（２）
であるから、
Ｖmax＝〔Ｖcc／（Ｒ62＋Ｒ63）〕×Ｒ62 ・・・・（３）
となる。
【００５８】
今、説明を簡単化するために、「Ｒ62＝Ｒ63＝１ｋΩ」とすると、上式（３）は、
Ｖmax＝（Ｖcc／２ｋΩ）×１ｋΩ ・・・・（４）
となり、
Ｖmax＝Ｖcc／２ ・・・・（５）
となる。
【００５９】
一方、透明電極層３０に指４０が接触した場合、透明電極層３０の左透明電極層３０ａと右透明電極層３０ｂとの間の電気的抵抗値ＲＬは、指４０の皮膚抵抗相当の低い抵抗値（以下「Ｒmin」とする）になっている。この低抵抗状態における分圧手段のＡ点の電位（以下「Ｖmin」とする）は、説明の便宜上、Ｒmin＝０．５ｋΩとすると、次式（６）で与えられる。
Ｖmin＝〔Ｖcc／（（０．５ｋΩ／１．５ｋΩ）
＋１ｋΩ）〕×０．５ｋΩ／１．５ｋΩ
≒Ｖcc／４ ・・・・（６）
となる。
【００６０】
すなわち、透明電極層３０に指４０が接触していない場合の分圧手段のＡ点の電位（Ｖmax）と、透明電極層３０に指４０が接触した場合の分圧手段のＡ点の電位（Ｖmin）は、式（５）及び式（６）より、Ｖmax＞Ｖminの関係になるから、閾値電圧（可変抵抗素子６５から取り出された可変電圧）を、Ｖmaxよりも小さく且つＶminよりも大きい適切な値に設定しておくことにより、コンパレ−タ６６でそのＡ点の電位変化を二値論理信号（タッチ検知信号）に変換して出力することができる。
【００６１】
ここで、ボルテージフォロワ６４の出力電位は、Ａ点の電位、すなわちＶmaxまたはＶmin相当の電位であり、これらの電位は式（５）や式（６）より、左透明電極層３０ａと右透明電極層３０ｂとの間の電気的抵抗値ＲＬに比例し、特に、タッチ検知信号がアクティブのときの当該電位はＶmin相当の電位となるから、たとえば、このボルテージフォロワ６４の出力電位を抽出することによって、透明電極層３０に載置された被写体（指４０）の皮膚抵抗を比較的正確に表すことができる。そこで、本実施形態においては、この点に着目して、以下、ボルテージフォロワ６４の出力電位のことを「抵抗値測定信号」ということにする。
【００６２】
コントローラ１７０は、トップゲートドライバ１１０及びボトムゲートドライバ１２０に制御信号φtg、φbgを出力することにより、図２に示したように、トップゲートドライバ１１０及びボトムゲートドライバ１２０の各々から、フォトセンサアレイ１００を構成する各ダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート端子ＴＧ及びボトムゲート端子ＢＧに所定の信号電圧（リセットパルスφＴｉ、読み出しパルスφＢｉ）を所定のタイミングで印加する動作（リセット動作、電荷蓄積動作、読み出し動作）を制御する。
【００６３】
また、コントローラ１７０は、プリチャージスイッチ１３２にプリチャージパルスφpgを出力することにより、各ダブルゲート型フォトセンサ１０のドレイン端子Ｄに所定のタイミングでプリチャージ電圧Ｖpgを印加して（プリチャージ動作）、読み取られた被写体の画像パターンに対応して各ダブルゲート型フォトセンサ１０に蓄積された電荷量に応じたドレインライン電圧ＶＤを検出する動作を制御する。
【００６４】
さらに、コントローラ１７０には、検知回路１４０からタッチ検知信号が入力されるとともに、このタッチ検知信号に基づいて切替制御される切替器１５０により選択設定された、ドレインドライバ１３０から出力される出力電圧Ｖout、もしくは、検知回路１４０から出力される抵抗値測定信号のいずれか一方が、Ａ／Ｄコンバータ１６０を介してデジタル信号に変換されて、画像データもしくは抵抗値信号として入力される。
【００６５】
そして、コントローラ１７０は、この画像データに対して、所定の画像処理を施したり、ＲＡＭ１８０への書き込み、読み出しを行うとともに、画像データの照合や加工等の所定の処理を実行する外部機能部１９０に対するインターフェースとしての機能と、抵抗値信号に基づいて、所定の補正テーブルを参照（ルックアップ）して、被写体（指４０）の表面状態（乾き具合や湿り具合）に応じた読取感度の調整、設定や、上記画像データに対するデジタル化処理における閾値の補正及び／又は特徴点抽出における画像処理の補正等を実行する読取画像の適正化機能と、を備えている。
【００６６】
以下に、本実施形態に係る画像読み取り装置に適用されるコントローラの構成及び動作について、図面を参照してさらに詳しく説明する。
図１０は、本実施形態に係る画像読み取り装置に適用されるコントローラの一構成例を示す概念的な構成図である。なお、ここでは、検知回路１４０からの出力される抵抗値測定信号に基づいて、被写体画像の読取感度を調整する構成を有する場合を示すが、上述したように、抵抗値測定信号に基づいて、デジタル化処理における閾値の補正や特徴点抽出における画像処理の補正を行う場合であっても、同等の構成を適用することができる。
【００６７】
図１０に示すように、本実施形態におけるコントローラ１７０は、トップゲートドライバ１１０やボトムゲートドライバ１２０、プリチャージスイッチ１３２における動作を制御するデバイスコントローラ１７１と、ＲＡＭ１８０への画像データの書き込みや読み出し、所定の画像処理を実行する外部機能部１９０への画像データの出力、ＲＯＭ１７５に格納された補正テーブルの読み出し等、各種データを管理するデータコントローラ１７２と、これらのコントローラ１７１、１７２を所定の制御プログラムにしたがって統括するとともに、外部機能部１９０等との制御信号のやり取りを行うメインコントローラ１７３と、を有している。ここで、メインコントローラ１７３は、検知回路１４０からアクティブレベルのタッチ検知信号が入力されると、上述したように、切替器１５０を切替制御して、検知回路１４０からの抵抗値測定信号（抵抗値信号）を取り込むとともに、データコントローラ１７２を制御して、後述する補正データ生成処理部における補正テーブルの参照、補正値の抽出処理が可能な状態に設定する。
【００６８】
また、コントローラ１７０は、透明電極層３０（検知回路１４０）からＡ／Ｄコンバータ１６０を介してデジタル信号として入力される抵抗値信号に基づいて、後述するデータセレクタ１７４によりＲＯＭ１７５から読み出された補正テーブルを比較、参照して、被写体の表面状態（指４０の乾き具合又は湿り具合）を判別し、当該判別結果に基づいて被写体に対する画像読み取り動作を適正に実行することができる読取感度を生成するための補正値（補正データ）を抽出する補正データ生成処理部１７７と、フォトセンサアレイ１００からＡ／Ｄコンバータ１６０を介してデジタル信号として入力される画像データや、上記補正データ生成処理部１７７により抽出、設定された読取感度に関する補正値等のデータを、必要に応じてＲＡＭ１８０への書き込みや読み出し、あるいは、データコントローラ１７２を介して外部機能部１９０への出力、さらには、ＲＯＭ１７５に格納された補正テーブルの読み出し、補正データ生成処理部１７７への出力等、各種データの伝送を切換制御するデータセレクタ１７４と、上記補正データ生成処理部１７７により設定された読取感度に基づいて、データコントローラ１７２から出力される制御信号に基づいて、フォトセンサアレイ１００の読取感度を最適化するように、デバイスコントローラ１７１からトップゲートドライバ１１０及びボトムゲートドライバ１２０に出力する制御信号φtg、φbgのタイミングを設定制御する感度設定レジスタ１７６と、を有している。
【００６９】
次に、上述した抵抗値判別処理部において参照される補正テーブルについて、図面を参照して説明する。
図１１は、本実施形態に係るコントローラに設定される補正テーブルの一例を示す概念図である。
まず、本実施形態に係る画像読み取り装置に適用される補正テーブルとしては、図１１（ａ）に示すように、縦軸に補正値、横軸に抵抗値を配置し、所定範囲の抵抗値ごとに段階的に補正値を対応させたものを適用することができる。図示の例では、抵抗値を五つの範囲（領域）に分け、各範囲ごとに適切な補正値を割り当てるようにしている。
【００７０】
すなわち、この例によれば、検知回路１４０で測定した被写体の抵抗値が、抵抗範囲ＲＥ１に入っているときには、補正値"Ｈ１"が参照（ルックアップ）され、抵抗値が、抵抗範囲ＲＥ２に入っているときには、補正値"Ｈ２"が参照され、抵抗値が、抵抗範囲ＲＥ３に入っているときには、補正値"Ｈ３"が参照され、抵抗値が、抵抗範囲ＲＥ４に入っているときには、補正値"Ｈ４"が参照され、抵抗値が、抵抗範囲ＲＥ５に入っているときには、補正値"Ｈ５"が参照される。そして、この補正テーブルにより参照、抽出された補正値に基づいて、予め設定されている読取感度の補正処理が行われ、被写体の表面状態に応じた読取感度が設定される。
【００７１】
次いで、上述したような段階的な補正テーブルを用いた補正処理について、より具体的な例を示して説明する。なお、ここでは、フォトセンサシステム２０１における読取感度（電荷蓄積期間）を、検知回路１４０で測定した被写体（指４０）の皮膚抵抗の値（抵抗値）に応じて変更制御するようにした場合について説明する。
図１１（ｂ）に示すように、本具体例に適用される補正テーブルにおいては、指の肌状態（乾き具合又は湿り具合）が標準状態にあるときの抵抗値（抵抗範囲）をＲstとし、このときの補正値を"０"、読取感度をＴａ（初期値）とする。
【００７２】
いま、検知回路１４０により測定された指４０の皮膚抵抗が、標準状態の抵抗値Ｒstに比較して１５%以上高い抵抗値Ｒst＋Ｒ15（Ｒ15＝Ｒst×0.15）の場合、指４０の表面状態を乾き度弱と判別して、補正値"＋Ｔ15"が抽出される。また、皮膚抵抗が、標準状態の抵抗値Ｒstに比較して３０%以上高い抵抗値Ｒst＋Ｒ30（Ｒ30＝Ｒst×0.30）の場合には、指４０の表面状態を乾き度強と判別して、補正値"＋Ｔ30"が抽出される。一方、皮膚抵抗が、標準状態の抵抗値Ｒstに比較して１５%以上低い抵抗値Ｒst−Ｒ15の場合、指４０の表面状態を湿り度弱と判別して、補正値"−Ｔ15"が抽出され、皮膚抵抗が、標準状態の抵抗値Ｒstに比較して３０%以上低い抵抗値Ｒst−Ｒ30の場合には、指４０の表面状態を湿り度強と判別して、補正値"−Ｔ30"が抽出される。
【００７３】
ここで、指の表面状態（乾き具合又は湿り具合）と読取感度（電荷蓄積期間）との関係について、図面を参照して説明する。
図１２（ａ）は、乾燥肌の指紋画像例であり、図１２（ｂ）は、湿り肌の指紋画像例である。
まず、フォトセンサシステム２０１（フォトセンサアレイ）を構成するダブルゲート型フォトセンサは、上述したように、電荷蓄積期間Ｔａにおいて、入射光量に応じた電荷（正孔）を蓄積するように駆動制御されるので、電荷蓄積期間Ｔａを長くすることにより電荷の蓄積量が増加して、読取感度が高くなるように制御され、一方、電荷蓄積期間Ｔａを短くすることにより電荷の蓄積量が減少して、読取感度が低くなるように制御される。ただし、電荷の蓄積量は、上限（飽和レベル）があるため、電荷蓄積期間Ｔａをいくら長くしても飽和レベル以上には増えない。
【００７４】
一方、被写体である指４０の肌状態（乾燥肌や湿り肌）は、冒頭でも説明したように、フォトセンサシステム２０１における指紋画像の読み取り精度に影響を与える。すなわち、水分量や油分量が少ない乾燥肌の指先にあっては、凸部（指紋の山線）の読み取り精度が低下し、逆に、水分量や油分量が多い湿り肌の指先にあっては、凹部に水分等が入り込むために凹（指紋の谷線）凸の区別が付きにくく、やはり読み取り精度が低下する。
【００７５】
すなわち、図１２（ａ）に示すように、乾燥肌の指紋画像の場合、指先の密着性が悪いために指紋の紋様がかすれやすくなり、一方、図１２（ｂ）に示すように、湿り肌の指紋画像の場合は、指紋の谷線に水分等が入り込むために紋様全体がつぶれたようになりやすい。これらの乾燥肌や湿り肌は、個人差や体調はもちろんのこと、環境や季節等の外的な変動要因によっても起こりやすい。
図１２（ａ）、（ｂ）に示した二つの画像に対して、より鮮明な指紋画像を得るためには、乾燥肌の指紋画像（図１２（ａ））にあっては、画像の暗い部分が明るくなるように読取感度を補正することが必要である。また、湿り肌の指紋画像（図１２（ｂ））にあっては、水分や油分によって埋められてしまった指紋の谷線（画像中の明るい部分）が暗くなるように読取感度を補正することが必要である。
【００７６】
したがって、乾燥肌の場合（すなわち、図１１（ａ）における抵抗範囲Ｒ５や図１１（ｂ）における乾き度強の場合）は、明るい部分が飽和し、暗い部分のダイナミックレンジが広がるように「露出過多」の状態で指紋画像を読み取った方が、上述したような紋様のかすれが抑制されて画質が改善し、一方、湿り肌の場合（すなわち、図１１（ａ）における抵抗範囲Ｒ１や図１１（ｂ）における湿り度強の場合）は、暗い部分が飽和し、明るい部分のダイナミックレンジが広がるように「露出不足」の状態で指紋画像を読み取った方が、上述したような紋様の潰れが抑制されて画質が改善されることが理解される。
【００７７】
このことから、図１１（ｂ）に示した補正テーブルの例においては、皮膚抵抗から判別された肌状態が乾燥肌の場合には、電荷蓄積期間Ｔａを長くして「露出過多」とし、明るい部分が飽和し、暗い部分のダイナミックレンジが広がるような補正値（たとえば、＋Ｔ15、＋Ｔ30）を参照、抽出できるように設定するとともに、判別された肌状態が湿り肌の場合には、電荷蓄積期間Ｔａを短くして「露出不足」とし、暗い部分が飽和し、明るい部分のダイナミックレンジが広がるような補正値（たとえば、−Ｔ15、−Ｔ30）を参照、抽出できるように設定する。なお、この場合、図１１（ａ）に示した補正テーブルの中間値（Ｒ３）は、標準的な肌状態における皮膚抵抗の抵抗範囲に対応するように設定され、補正値（Ｈ３）が"０"になるように設定されている。
【００７８】
このような補正テーブルを参照することにより、皮膚抵抗（抵抗値）に基づいて抽出された補正値は、上述したデータセレクタ１７４を介して、たとえば、一旦ＲＡＭ１８０に書き込まれた後、データコントローラ１７２により所定のタイミングで読み出されて、感度設定レジスタ１７６によりデバイスコントローラ１７１に対して、補正値に基づいて補正された読取感度に対応した制御信号を出力するように設定され、該読取感度に応じた電荷蓄積期間（図１１（ｂ）に示した設定感度;"Ｔａ＋Ｔ30"、"Ｔａ＋Ｔ15"、"Ｔａ"、"Ｔａ−Ｔ15"、"Ｔａ−Ｔ30"）で被写体（指４０）の画像読み取り動作を行う。
【００７９】
したがって、本実施形態に係る補正データ生成処理部１７７においては、上述したような補正テーブルを参照することにより、被写体（指４０）から測定された抵抗値（皮膚抵抗）の含まれる抵抗範囲（領域）ごとに一義的に補正値が抽出され、該補正値に基づいて、被写体の画像読み取り動作の際に用いられる画像読み取り特性、すなわち、読取感度（電荷蓄積期間）が調整されることになる。
【００８０】
ここで、読取感度の初期値Ｔａは、例えば、予め調整・設定されて、メモリー等に格納・記憶されているものであってもよいし、または、画像読み取り装置に、被写体を用いて感度調整用の画像読取動作を行って最適な読取感度を抽出する自動感度設定機構を備えて、標準的な被写体を用いて抽出した読取感度を標準読取感度として、読取感度の初期値Ｔａとするようにしてもよい。
この感度調整用の画像読取動作としては、例えば、フォトセンサをマトリクス状に配列したフォトセンサアレイにおいて、各行毎に読取感度が段階的に異なるように設定して、所定の被写体画像を読み取り、各行毎の明度データから算出されたデータ範囲（ダイナミックレンジ）が最大となる行を抽出して、これを最適な画像読取状態にある行とし、該行に設定された読取感度（光蓄積期間）を最適読取感度として設定する方法を適用することができる。この場合、例えば、外部環境が変化した都度、最適読取感度を抽出・設定するようにすると、常に安定した画像読取動作を行うことができる。
【００８１】
なお、本実施形態においては、補正テーブルを格納するＲＯＭ１７５をコントローラ１７０に内蔵し、画像データや読取感度に関するデータ等を書き込み、読み出しするＲＡＭ１８０をコントローラ１７０の外部に付設した構成を示したが、この構成に限定されるものではなく、両者をコントローラ１７０の内部又は外部に備えるように構成したものであってもよい。
【００８２】
また、本実施形態においては、コントローラ１７０の構成（図１０）として、各動作に対応した機能ブロックを示したが、コントローラ１７０内に、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インターフェース及びバス等からなり、ＣＰＵにおいて実行される制御プロセスにより、同等の動作を実現するものであってもよい。この場合、ＣＰＵは、ＲＯＭにあらかじめ格納された制御プログラムや制御データをＲＡＭにロードして実行することにより、入力インターフェースを介して画像データやタッチ検知信号及び抵抗値測定信号を逐次に読み込み、画像読み取り装置の全体動作の制御に必要な各種処理を実行し、その処理結果として、適切なタイミングで出力インターフェースを介し、φtg、φbg、φpg等の制御信号を出力するとともに、必要に応じて、外部機能部（たとえば、指紋認証システム）との間で情報の授受を行う。ここで、ＲＯＭには、ＣＰＵで実行するための制御プログラムが格納されているとともに、さらに、本実施形態の特有の要素として、上述した場合と同様に、検知回路１４０により測定された被写体（指４０）の皮膚抵抗に対応した電荷蓄積期間Ｔａの補正値を参照するため補正テーブルが格納されている。
【００８３】
＜画像読み取り方法＞
次に、上述した構成を有する画像読み取り装置における駆動制御方法（画像読み取り方法）について、図面を参照して説明する。
図１３は、本実施形態に係る画像読み取り方法の概略フローチャートを示す図である。なお、以下に示す一連の処理手順は、上述したコントローラ１７０により実行される。ここで、コントローラ１７０（具体的には、メインコントローラ１７３）には、以下の一連の手順を実行するための制御プログラムが組み込まれているものとする。
【００８４】
図１３に示すように、本実施形態に係る画像読み取り方法は、まず、タッチ検知信号がアクティブであるか否か、すなわち、透明電極層３０に被写体である指４０が載置されているか否かを判定する（ステップＳ１１）。ここで、指４０が載置されていないと判定した場合には、そのまま判定処理をループし、載置されていると判定した場合には、検知回路１４０のボルテージフォロワ６４の出力電位、すなわち、載置された指４０の皮膚抵抗を表す抵抗値測定信号（抵抗値信号）を読み込む（ステップＳ１２；測定ステップ）。
【００８５】
次いで、ＲＯＭ１７５に格納された補正テーブル（図１１（ａ）、（ｂ）参照）を参照して、その抵抗値測定信号に基づく皮膚抵抗（抵抗値）がＲＥ１〜ＲＥ５のいずれの領域に入っているかを調べ、該当する領域に対応した補正値（Ｈ１〜Ｈ５のいずれか）を抽出し（ステップＳ１３）、次に、参照、抽出された補正値でフォトセンサシステム２０１の電荷蓄積期間Ｔａを可変設定する（ステップＳ１４；制御ステップ）。
【００８６】
具体的には、図１１（ｂ）に示した補正テーブルにおいて、抵抗値測定信号に基づく皮膚抵抗が、たとえば、乾燥肌に相当する抵抗値（Ｒst＋Ｒ15、Ｒst＋Ｒ30）の場合には、標準状態の皮膚抵抗を基準とした場合の比較値（＋１５％、＋３０％）に応じた補正値（＋Ｔ15、＋Ｔ30）を抽出して、標準状態における画像読み取り動作の設定感度（電荷蓄積期間）Ｔａに該補正値を加味して電荷蓄積期間（Ｔａ＋Ｔ15、Ｔａ＋Ｔ30）を長く設定することにより、フォトセンサシステム２０１を「露出過多」状態とし、一方、皮膚抵抗が、湿り肌に相当する抵抗値（Ｒst−Ｒ15、Ｒst−Ｒ30）の場合には、標準状態の皮膚抵抗を基準とした場合の比較値（−１５％、−３０％）に応じた補正値（−Ｔ15、−Ｔ30）を抽出して、標準状態の設定感度Ｔａに該補正値を加味して電荷蓄積期間（Ｔａ−Ｔ15、Ｔａ−Ｔ30）を短く設定することにより、フォトセンサシステム２０１を「露出不足」状態とする。
【００８７】
次いで、フォトセンサシステム２０１を駆動して、上述したステップＳ１３
、Ｓ１４において設定された電荷蓄積期間に基づいて、載置された指４０の指紋画像の読み取りを開始する（ステップＳ１５）。そして、指紋画像の一画面分の読み取りが終了した場合には（ステップＳ１６）、読み取られた指紋画像を、指紋照合処理等の所定の画像処理を実行する外部機能部１９０等に出力して（ステップＳ１７）、フローチャートを終了する。
【００８８】
以上の実施形態によれば、透明電極層３０に指４０を載置したときにその載置状態を検知回路１４０で検知してタッチ検知信号をアクティブにすることができるほか、さらに、透明電極層３０を左透明電極層３０ａと右透明電極層３０ｂに二分割し、その透明電極層３０を左透明電極層３０ａとの間の抵抗値を検知回路１４０で測定することにより、透明電極層３０に載置された指４０を皮膚抵抗を測定することができ、且つ、その測定結果を利用して、フォトセンサシステム２０１の電荷蓄積期間Ｔａを被写体の表面状態（乾き具合又は湿り具合）に応じて適応的に可変設定することができる。また、透明電極層３０を構成する一方の電極層（本実施形態においては、左透明電極層３０ａ）が接地電位に接続されていることにより、透明電極層３０に指４０が接触した際に、人体に帯電した静電気等の過大入力電圧を接地電位に速やかに放電することができ、フォトセンサシステムの静電気破壊を回避することもできる。
【００８９】
したがって、指紋画像の読み取り精度に影響を与える指４０の肌状態（乾燥具合又は湿り具合）に応じて、フォトセンサシステム２０１の露出特性を露出過多又は露出不足に調整することができ、肌状態にかかわらず、良好な画質で指紋画像を撮影することができ、個人差や環境及び季節等の変動要因に左右されることなく指紋照合の精度向上を図ることができる。
【００９０】
なお、上述した実施形態においては、補正テーブルとして、抵抗範囲に対して段階的に設定された補正値を一義的に割り当てる（対応させる）場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、標準状態の抵抗値（皮膚抵抗）に対する比較値（割合；表面状態の乾き具合や湿り具合）に応じて、一次関数や二次関数のような所定の関数により一義的に補正値が対応するように構成されたものであってもよい。
【００９１】
具体的には、図１１（ｂ）に示したような補正テーブルと同様に、標準状態の皮膚抵抗の値をＲst、検知回路１４０により測定された抵抗値をＲｉとした場合、標準状態における抵抗値に対する測定された抵抗値の比較値（割合）Ｐｉは、次式で表される。
Ｐｉ＝Ｒｉ／Ｒst−１・・・・（７）
と表されるので、補正値Ｔｈは、この比較値に基づいて、例えば
Ｔｈ＝Ｐｉ×Ｔａ・・・・（８）
と表される。ここで、Ｔａは、標準状態の皮膚抵抗における指４０を読み取る場合に適した読取感度、すなわち、電荷蓄積期間である。
したがって、フォトセンサシステム２０１に設定される読取感度Ｔｉは、
Ｔｉ＝Ｔａ＋Ｔｈ＝（１＋Ｐｉ）×Ｔａ＝Ｔａ×Ｒｉ／Ｒst・・・・（９）
と一義的に表される。ここで、上式（９）において、所定の係数が付加されたものであってもよい。
【００９２】
このような補正値の算出方法によれば、上述した実施形態に比較して、コントローラ１７０において演算処理を実行するための制御処理上の負担がやや増大するものの、被写体の表面状態のわずかな変化にも対応して読取感度を微妙に修正することができるので、被写体の画像を良好な画質で読み取ることができ、指紋照合の一層の精度向上を図ることができる。
【００９３】
さらに、上述した実施形態においては、図１１（ｂ）に示したように測定された皮膚抵抗（抵抗値）に基づいて補正テーブルを参照することにより、該抵抗値が含まれる抵抗範囲に応じて（もしくは、標準状態における抵抗値に対する測定された抵抗値の比較値に応じて）、時間成分からなる補正値を抽出して、予め設定された読取感度（標準状態における電荷蓄積期間）を修正する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００９４】
たとえば、予め設定された一定の読取感度で指紋画像を読み込んだ後、測定された皮膚抵抗と標準状態における抵抗値との比較に基づいて、たとえば、図１１（ａ）に示したように、測定された皮膚抵抗が標準状態における抵抗値に対して、所定値以上異なっていた場合に、上記読み取った指紋画像の画像信号を所定の階調（例えば２５６階調）のデジタル値に変換する際の閾値を補正値に基づいて修正（補正）するものであってもよいし、外部機能部における指紋画像の照合処理において、特徴点抽出を行う画像処理に適用される所定のパラメータ等の設定を変更（補正）するものであってもよい。これによれば、上述した実施形態に示したように、コントローラにより読取感度の設定を修正、設定して、電荷蓄積期間を変化させる制御を行う必要がないので、常に一定の読み取り時間で指紋画像を読み取ることができる。また、コントローラにおいて、補正テーブルを参照して測定された皮膚抵抗に応じた補正値のみを抽出し、該補正値を外部機能部等に出力することにより、指の肌状態に応じた適切な画像処理が実行されるので、コントローラにおける制御処理上の負担を軽減することができる。
【００９５】
また、前記自動感度設定機構を備えた画像読み取り装置において、測定された皮膚抵抗と標準状態における抵抗値との比較に基づいて、所定値以上、抵抗値が異なっていた場合に、上記自動感度設定動作を強制的に実行して読取感度を修正するものであってもよい。これによれば、外部環境が同一又は同等の状態で、自動感度設定動作が実行されない場合であっても、測定された皮膚抵抗に基づいて、自動感度設定動作が実行されるので、指の肌状態（乾き具合又は湿り具合）に応じた適切な読取感度を設定することができ、指紋画像の画質をより一層向上させることができる。
【００９６】
＜他の実施形態＞
次いで、本発明に係る画像読み取り装置の他の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１４は、本発明に係る画像読み取り装置の他の実施形態を示す図である。なお、ここでは、上述したフォトセンサ及びフォトセンサシステムの構成（図１、図７）を適宜参照しながら説明する。また、図１、図７に示した構成と同等の構成については、同一の符号を付して、その説明を簡略化又は省略する。
【００９７】
上述した実施形態においては、透明電極層３０を左透明電極層３０ａと右透明電極層３０ｂに二分割し、その一方（左透明電極層３０ａ）を接地電位に接続するとともに、その他方（右透明電極層３０ｂ）を検知回路１４０に接続しているが、本発明の思想は、この実施態様に限定されるものではなく、たとえば、透明電極層３０を二分割せずに、フォトセンサシステム保護用のケース部材を上記の左透明電極層３０ａの代わりに用いてもよい。
【００９８】
具体的には、図１４（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態に係る画像読み取り装置は、上述した構成を有するダブルゲート型フォトセンサ１０を、透明な絶縁性基板１９の一面側にマトリクス状に配列して形成されたフォトセンサアレイ１００、及び、ダブルゲート型フォトセンサ１０が配列されたアレイ領域の全域に、保護絶縁膜２０を介して形成された透明電極層（透明導電膜）３０からなるセンサデバイスＰＤと、絶縁性基板１９の他面側に配置され、センサデバイスＰＤの上面（指紋検出面）に接触された指（被写体）４０に均一な光を照射する面光源ＢＬと、センサデバイスＰＤとは離間して設けられ、且つ、該センサデバイスＰＤの周囲を取り囲むように設けられた良導電体としての金属製ケース部材５０と、透明電極層３０とケース部材５０との間の抵抗値変化を検出する検知回路１４０とを有して構成されている。
【００９９】
ここで、ケース部材５０には、接地電位（ＧＮＤ）が与えられており、センサデバイスＰＤに対して所定の間隙を有して離間して配置され、間隙内の空気を絶縁層として電気的に絶縁されている。または、間隙内に空気以外の所定の絶縁体（たとえば、ゴムやテフロン（登録商標）など）を介在させてもよく、要は、ケース部材５０と、センサデバイスＰＤの透明電極層３０との間が電気的に絶縁されていればよい。
【０１００】
また、ケース部材５０は、センサデバイスＰＤの周囲を取り囲むとともに、透明電極層３０上の指紋検出面を露出する所定の形状の開口部５０ａを備えて構成されている。ケース部材５０の材質は、たとえば、クロム、アルミニウム、タングステン等から選択され、透明電極層３０のＩＴＯ等の透明な導電性材料よりも低抵抗率の材料（すなわち、良導電体）からなり、単層又は複数層の導電体で構成される。
具体的には、ケース部材５０の開口部５０ａは、センサデバイスＰＤ上の指紋検出面に指４０を載置した状態で、該指４０が開口部５０ａの端部近傍のケース部材５０にも接触するような形状を有している。すなわち、指４０が透明電極層３０及びケース部材５０の双方に接触するために適した形状を有している。
【０１０１】
なお、ケース部材５０は、センサデバイスＰＤを電気的な外乱要素や物理的な衝撃等から保護するためのシールドケースとしての機能を有しているものであってもよいし、後述するように、被写体である指をセンサデバイスＰＤ上の指紋検出面に良好に接触するように誘導又は案内するためのガイド部材としての機能を有しているものであってもよい。
【０１０２】
ケース部材５０は、透明電極層３０を構成する導電体材料よりも低抵抗率の材料で構成されるので、薄い厚さで十分なシート抵抗を得ることができるため、信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）を十分大きくすることができる。また、ケース部材５０は、可視光や紫外線を反射あるいは吸収する性質を有し、トップゲートドライバ１１０、ボトムゲートドライバ１２０及びドレインドライバ１３０を覆うように配置されているので、このようなドライバ１１０、１２０、１３０に外光が直接入射することを防止することができ、劣化を抑制することができる。
【０１０３】
この実施形態によれば、ケース部材５０と透明電極層３０とに指４０が接触しているか否かを、図１４（ｂ）に示すように、ケース部材５０（開口部５０ａ）と透明電極層３０との間の電気的抵抗値ＲＬの変化で検出することができ、照合動作の開始を指示するためのワンタッチ検知信号を生成出力することができる。また、ケース部材５０と透明電極層３０との間の抵抗値を測定することにより、ケース部材５０と透明電極層３０に載置された指４０の皮膚抵抗を測定することができ、且つ、その測定結果を利用して、フォトセンサシステム２０１の電荷蓄積期間Ｔａを適応的に可変設定することができる。
【０１０４】
したがって、前記の実施形態と同様に、指紋画像の読み取り精度に影響を与える指４０の乾燥具合（又は、湿り具合）に応じて、フォトセンサシステム２０１の露出特性を露出過多にしたり露出不足にしたりすることができ、肌状態にかかわらず、良好な画質で指紋画像を撮影することができ、個人差や環境及び季節に左右されることなく指紋照合の精度向上を図ることができる。
【０１０５】
なお、本実施形態においては、ケース部材５０を接地電位（ＧＮＤ）に接続し、透明電極層３０を検知回路１４０に接続しているが、これに限るものではなく、これを逆にすることも可能である。すなわち、ケース部材５０を検知回路１４０に接続し、透明電極層３０を接地電位（ＧＮＤ）に接続してもよい。但し、この構成（金属に比較して抵抗値の高いＩＴＯ等からなる透明電極層３０を接地電位に接続する構成）に比較して、前述のケース部材５０を接地電位に接続した構成の方が、良導体である金属等により形成されたケース部材５０を介して人体の静電気を良好に接地電位に放電することができるので、人体の静電気放電（静電気除去）の観点からはより好ましい。
【０１０６】
さらに、上述した各実施形態においては、光学式の撮像デバイスとしてダブルゲート型フォトセンサを適用した場合についてのみ示したが、本発明に適用される撮像デバイスは、このダブルゲート型フォトセンサに限定されるものではなく、フォトダイオードやＴＦＴ等、他の構成のフォトセンサを用いたフォトセンサシステムに対しても同様に適用することができる。
【０１０７】
【発明の効果】
本発明に係る画像読み取り装置によれば、画像センサ部の画像読み取り面側の全域を覆い、画像読み取り面をなす透明導電膜と、抵抗率が透明導電膜の抵抗率より低い材料からなり、画像センサ部の周囲を取り囲むとともに透明導電膜の少なくとも一部を露出する開口部を有し、透明導電膜と電気的に絶縁され、被検出体が画像読み取り面に接触したときに跨って接触する良導電体と、を有して、画像読み取り面に接触した被写体の、透明導電膜と良導電体間における抵抗値が測定され、その抵抗値に応じて、画像センサ部の画像読み取り特性が適応的に変更制御される。したがって、画像読み取り装置における読取感度が被写体の表面状態に応じて補正されるので、被写体の表面模様の読み取り精度を向上することができ、たとえば、指紋照合システムに適用した場合に、指の乾燥具合や湿り具合に影響されることなく、良好な指紋画像を得ることができ、指紋照合システムの照合性能改善に寄与することができる。
【０１０８】
また、本発明に係る画像読み取り装置及び画像読み取り方法によれば、画像センサ部の画像読み取り面側の全域を覆う透明導電膜からなる画像読み取り面と、抵抗率が透明導電膜の抵抗率より低い材料からなり画像センサ部の周囲を取り囲むとともに透明導電膜の少なくとも一部を露出する開口部を有し、透明導電膜と電気的に絶縁された良導電体と、に跨って接触した被写体の、透明導電膜と良導電体間における抵抗値を測定し、測定された被写体の抵抗値に応じて、画像センサ部から出力される画像信号をデジタル値に変換する際の閾値が適応的に変更制御される。したがって、たとえば、指紋照合システムに適用した場合に、指の乾燥具合や湿り具合に影響されることなく、指紋の山線と谷線をそれぞれ明状態と暗状態の適切な階調データで表した良好な指紋画像信号を得ることができ、指紋照合システムの照合性能改善に寄与することができる。
【０１１０】
また、上述した画像読み取り装置において、測定された抵抗値が標準となる抵抗値に対して低い傾向を示している場合には、画像読み取り特性における読取感度を低くする、あるいは、画像信号のデジタル化において、明状態の情報量が増加するように制御され、同抵抗値が標準となる抵抗値に対して高い傾向を示している場合には、画像読み取り特性における読取感度を高くする、あるいは、画像信号のデジタル化において、暗状態の情報量が増加するように制御される。したがって、たとえば、指紋照合システムに適用することにより、同抵抗値が低い湿り肌の読み取り画質を改善して指紋画像のかすれを回避することができ、一方、同抵抗値が高い乾燥肌の読み取り画質を改善して指紋画像のつぶれを回避することができる。
【０１１１】
また、上述した画像読み取り装置において、上記センサは、半導体層からなるチャネル領域を挟んで形成されたソース電極及びドレイン電極と、少なくとも前記チャネル領域の上方及び下方に各々絶縁膜を介して形成された第１のゲート電極及び第２のゲート電極と、を有し、第１のゲート電極にリセットパルスを印加してセンサを初期化し、ドレイン電極にプリチャージパルスを印加した後、第２のゲート電極に読み出しパルスを印加することにより、初期化終了から読み出しパルスの印加までの電荷蓄積期間に、チャネル領域に蓄積された電荷に対応する電圧を出力電圧として出力し、上記画像読み取り装置は、プリチャージパルスに係る信号電圧と出力電圧との差分を、上記画像信号として観測するものであってもよい。
【０１１２】
これにより、センサアレイを構成するセンサを薄型化、小型化することができるとともに、読取画素を高密度化して被写体の画像パターンを高精細な画像として読み取ることができる。この場合、センサが薄膜化されることにより、静電気耐性が低下するが、上述したような透明電極層またはケース部材が接地電位に接続された、静電気除去のための構成を備えることにより、ダブルゲート型フォトセンサからなるセンサアレイを本発明に係る画像読み取り装置に良好に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像読み取り装置に適用されるダブルゲート型フォトセンサの概略構成を示す断面構造図である。
【図２】ダブルゲート型フォトセンサの基本的な駆動制御方法の一例を示すタイミングチャートである。
【図３】ダブルゲート型フォトセンサの動作概念図である。
【図４】ダブルゲート型フォトセンサの出力電圧の光応答特性を示す図である。
【図５】ダブルゲート型フォトセンサを２次元配列して構成されるフォトセンサアレイを備えたフォトセンサシステムの概略構成図である。
【図６】本発明に係る画像読み取り装置に適用される最上層の透明電極層の一実施形態を示す平面構造図である。
【図７】ダブルゲート型フォトセンサを備えたフォトセンサシステムを適用した画像読み取り装置（指紋読み取り装置）の要部断面図である。
【図８】本実施形態に係る画像読み取り装置の構成図である。
【図９】本実施形態に係る画像読み取り装置に適用される検知回路の一例を示す要部詳細構成図である。
【図１０】本実施形態に係る画像読み取り装置に適用されるコントローラの一例を示す概略構成図である。
【図１１】本実施形態に係る画像読み取り装置に適用される補正テーブルの一例を示す図である。
【図１２】乾燥肌及び湿り肌の指紋画像例を示す図である。
【図１３】本実施形態に係る画像読み取り方法の一例を示す概略フローチャートを示す図である。
【図１４】本発明に係る画像読み取り装置に適用される最上層の透明電極層の他の実施形態を示す概略構成図である。
【図１５】従来技術における画像読み取り装置の一構成例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１０ ダブルゲート型フォトセンサ（画像センサ部）
２１ トップゲート電極（第１のゲート電極）
２２ ボトムゲート電極（第２のゲート電極）
３０ａ 左透明電極層（第１の導電体）
３０ｂ 右透明電極層（第２の導電体）
４０ 指（被写体）
１１０ トップゲートドライバ
１２０ ボトムゲートドライバ
１３０ ドレインドライバ
１４０ 検知回路（測定手段）
１７０ コントローラ（制御手段）
１９０ 外部機能部
２００ 画像読み取り装置
Ｓ１２ 測定ステップ
Ｓ１４ 制御ステップ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is suitable for application to a so-called biometric authentication system that performs personal authentication using, for example, biological characteristics (for example, fingerprints) of the human body that cannot be arbitrarily changed. About.
[0002]
[Prior art]
Fingerprint authentication, which is one of biometric authentication, is a personal authentication method using a fingerprint unique to an individual, and is an authentication technology that has much higher security than a password method or the like. The fingerprint authentication system using this technology is applied to a wide range of applications such as entrance / exit management systems for specific areas in offices, payment systems for home security, the Internet, etc., or usage authentication systems for business applications. be able to.
[0003]
FIG. 15A is a simplified configuration diagram of the
[0004]
The
[0005]
Here, the reading operation of the fingerprint image in the
[0006]
FIG. 15B is a conceptual diagram of the resistance detection method. The
[0007]
In such a structure, the resistance value between the two transparent
Although not shown in FIG. 15B, a ground potential is applied to one of the two transparent
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the conventional
[0009]
That is, as will be described later, the image sensor unit 2a configured by an optical imaging device has a concavo-convex pattern on a subject surface in a bright state and a dark state, specifically, a convex portion as bright information and a concave portion as dark information. It is read as a bright and dark pattern. Here, as described above, in the case where the fingertip of the person to be authenticated 4 is the subject, the convex portion corresponds to the peak line of the fingerprint, and the concave portion corresponds to the valley line. The water content and oil content of the fingertip vary depending on the individual, and also changes depending on the physical condition and season, so that there is a disadvantage that the reading performance of the convex portion and the concave portion corresponding to the fingerprint varies.
[0010]
For example, on the fingertip of so-called dry skin (dry skin) with a low amount of moisture and oil, only the protruding part due to drying is remarkably brightly read, and even the convex part is read darkly, The reading accuracy of the convex portion is lowered and the fingerprint image (bright / dark pattern) becomes noticeably blurred. Conversely, in the case of a fingertip of so-called wet skin (oily skin) with a large amount of moisture or oil, the image sensor unit 2a. Since the fingertips are highly close to the detection surface and moisture or the like enters the recesses, the distinction between the uneven patterns is unclear and the fingerprint image tends to be crushed. . As a result, if the subject is always read with a constant reading sensitivity, a subject image with good image quality cannot be obtained depending on the surface condition (dryness or wetness) of the subject. When applied, there is a problem in that collation performance is degraded.
[0011]
Accordingly, in view of the above-described problems, the present invention provides a surface pattern of a subject by correcting and controlling reading sensitivity and image processing in accordance with the surface state of the subject in an image reading apparatus having a conventional resistance detection configuration. It is an object of the present invention to provide an image reading apparatus and an image reading method that can be read satisfactorily without deterioration in image quality, and can contribute to, for example, improvement in collation performance of a fingerprint collation system.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The image reading apparatus according to
[0013]
According to a second aspect of the present invention, in the image reading device according to the first aspect, the control means is such that the resistance value measured by the measuring means is lower than a standard resistance value. In the case where the tendency is indicated, the change is controlled so as to lower the reading sensitivity in the image reading characteristic of the image sensor unit, while the measured resistance value tends to be higher than the standard resistance value. If it is shown, the change control is performed so as to increase the reading sensitivity in the image reading characteristic.
Here, it is possible to apply the reading sensitivity of the image sensor unit as a setting element of the image reading characteristic that is changed and controlled by the control means, and particularly when the image sensor unit is configured by an optical imaging device. A mode of changing and controlling the charge accumulation period (light accumulation period) of the imaging device can be applied.
[0014]
In the present invention, when the measured resistance value tends to be lower than the resistance value in a predetermined standard state, the reading sensitivity (charge accumulation period) is set low (short), and the underexposure state When the image of the subject is read and the resistance value tends to be higher than the resistance value in the standard state, the reading sensitivity is set high, and the image of the subject is read in an overexposed state. Here, as the change control of the image reading characteristic in the control means, for example, a correction value for changing and controlling the reading sensitivity (charge accumulation period) with respect to the resistance value measured by the measurement means is uniquely defined in the control means. A method of changing (correcting) the reading sensitivity using a correction value uniquely extracted with reference to the correction table based on the measured resistance value. May be applied.
[0015]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the image reading apparatus according to the first aspect, wherein the standard reading sensitivity extraction means extracts the standard reading sensitivity based on the reading of the subject image by a plurality of reading sensitivities. The control means changes and controls the reading sensitivity using the standard reading sensitivity as a reference value.
In the present invention, in reading a subject image, a means for extracting a standard reading sensitivity is provided, and the reading sensitivity is set using the standard reading sensitivity as a reference value in accordance with the measured resistance value of the subject.
[0016]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the image reading device according to the first aspect, further comprising an image processing unit that converts the image signal into a digital value based on a predetermined threshold value, and the control means. When the resistance value measured by the measuring means tends to be lower than a standard resistance value, the threshold value in the image processing unit is changed and controlled so that the amount of information in the bright state increases. On the other hand, when the measured resistance value tends to be higher than the standard resistance value, the threshold value in the image processing unit is changed and controlled so that the amount of dark state information increases. It is characterized by that.
In the present invention, when the measured resistance value tends to be lower than the resistance value in a predetermined standard state, the digitization threshold is controlled so that the amount of information in the bright state increases, and the resistance value , The threshold value is controlled so that the amount of information in the dark state increases. Here, as the threshold value change control in the control means, for example, a correction table in which a correction value for changing and changing the threshold value is uniquely set for the resistance value measured by the measurement means in the control means. And a method of changing (correcting) the threshold value using a correction value uniquely extracted with reference to the correction table based on the measured resistance value. .
[0018]
Moreover, the claim concerning this
[0019]
In this invention, the image sensor unit applies a reset pulse to the top gate electrode (first gate electrode) at a predetermined timing and applies a read pulse to the bottom gate electrode (second gate electrode), During the charge accumulation period, charges corresponding to the amount of incident light in the channel region are accumulated, and a voltage corresponding to the accumulated charge amount is output as an image signal. Thereby, each pixel of the image sensor unit is thinned and miniaturized. As a result, the pixel of the image sensor unit can be increased, and the fingerprint image reading accuracy can be improved.
[0020]
Moreover, the claim concerning this
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of an image reading apparatus according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings as application examples to a fingerprint authentication system.
<Image sensor structure>
First, a sensor structure that is suitable for application to the image reading apparatus according to the present invention will be described. As the sensor applied to the image reading apparatus according to the present invention, as described at the beginning, a solid-state imaging device such as a CCD can be used in terms of small size, light weight, and low power consumption.
[0022]
As is well known, a CCD has a configuration in which photosensors such as photodiodes and thin film transistors (TFTs) are arranged in a matrix, and is generated corresponding to the amount of light irradiated to the light receiving portion of each photosensor. The amount of electron-hole pairs (charge amount) is detected by a horizontal scanning circuit and a vertical scanning circuit, and the brightness of the irradiation light is detected. By the way, in such a photosensor system using a CCD, it is necessary to individually provide a selection transistor for selecting each scanned photosensor. Therefore, as the number of pixels increases, the image sensor section It has the disadvantage of increasing the size.
[0023]
Therefore, in recent years, as a configuration for solving such a problem, a thin film transistor (hereinafter referred to as “double gate type transistor”) having a double gate structure in which a photo sensor itself has a photo sense function and a select transistor function is provided. An attempt has been made to reduce the size of the system and increase the pixel density. Therefore, also in the image reading apparatus according to the present invention, by applying this double gate type transistor, the number of pixels can be increased without increasing the size of the image sensor unit, and the fingerprint image reading accuracy is remarkably improved. Can be made.
[0024]
Here, a photo sensor using a double gate type transistor (hereinafter referred to as “double gate type photo sensor”) applied to the image reading apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.
<Structure of double gate type photo sensor>
FIG. 1 is a cross-sectional structure diagram showing a schematic configuration of a double gate type photosensor.
As shown in FIG. 1A, a double-gate photosensor (image sensor unit) 10 is made of amorphous silicon or the like that generates electron-hole pairs when excitation light (here, visible light) is incident. Semiconductor layer (channel layer) 11 and n provided at both ends of semiconductor layer 11 + A pair of impurity layers 17 and 18 made of silicon, a
[0025]
Here, the
[0026]
That is, in FIG. 1A, the uppermost
Such a double
[0027]
Next, a driving control method for the above-described double-gate photosensor will be described with reference to the drawings.
2 is a timing chart showing an example of a basic drive control method of a double gate type photosensor, FIG. 3 is an operation conceptual diagram of the double gate type photosensor, and FIG. 4 is a double gate type photosensor. It is a figure which shows the optical response characteristic of the output voltage. Here, description will be made with reference to the configuration of the above-described double-gate photosensor (FIG. 1) as appropriate.
[0028]
First, in the reset operation (initialization operation), as shown in FIGS. 2 and 3A, a pulse voltage (hereinafter referred to as “reset pulse”) is applied to the top gate terminal TG of the
[0029]
Next, in the charge accumulation operation, as shown in FIGS. 2 and 3B, by applying a reset pulse (bias voltage) φTi of a low level (for example, Vtg = −15 V) to the top gate terminal TG, The reset operation is terminated, and a charge accumulation period Ta by the carrier accumulation operation (charge accumulation operation) starts. In the charge accumulation period Ta, electron-hole pairs are generated in the incident effective region of the
[0030]
In the precharge operation, as shown in FIGS. 2 and 3C, in parallel with the charge accumulation period Ta, a predetermined voltage (precharge voltage) Vpg is applied to the drain terminal D based on the precharge pulse φpg. Is applied to hold the charge in the drain electrode 12 (precharge period Tprch).
Next, in the read operation, as shown in FIGS. 2 and 3D, after the precharge period Tprch has elapsed, a high level (for example, Vbg = + 10 V) bias voltage (read selection signal) is applied to the bottom gate terminal BG. Hereinafter referred to as “readout pulse”) by applying φBi (selected state), the
[0031]
Here, in the read period Tread, carriers (holes) accumulated in the channel region work in the direction of relaxing Vtg (−15 V) applied to the top gate terminal TG having the opposite polarity, and therefore the bottom gate terminal BG An n channel is formed by Vbg (+15 V), and the voltage (drain voltage) VD of the drain terminal D gradually decreases with time from the precharge voltage Vpg as shown in FIG. Show a tendency to
[0032]
That is, when the charge accumulation state in the charge accumulation period Ta is a bright state, as shown in FIG. 3D, carriers (holes) corresponding to the amount of incident light are trapped in the channel region, so that the top gate The double
[0033]
On the other hand, when the charge accumulation state is a dark state and carriers (holes) are not accumulated in the channel region, as shown in FIG. 3E, by applying a negative bias to the top gate terminal TG, The positive bias of the gate terminal BG is canceled, the double
[0034]
Therefore, as shown in FIG. 4A, the change tendency of the drain line voltage VD is that the read pulse φBi is applied to the bottom gate terminal BG from the end of the reset operation by applying the reset pulse φTi to the top gate terminal TG. It is closely related to the amount of light received in the time until application (charge accumulation period Ta), and when there is a large amount of accumulated carriers (bright state), it tends to decrease sharply, and the accumulated carriers are small In the case (dark state), it shows a tendency to gradually decrease. Therefore, the time to reach the voltage is detected by detecting the drain line voltage VD (= Vrd) after the lapse of a predetermined time from the start of the read period Tread or based on a predetermined threshold voltage. By doing so, the amount of light (irradiation light) incident on the
[0035]
The above-described series of image reading operations is set as one cycle, and the same processing procedure is repeated for the i + 1-th row
In the timing chart shown in FIG. 2, a low level (for example, Vbg = 0V) is applied to the bottom gate terminal BG after the precharge period Tprch has elapsed, as shown in FIGS. 3 (f) and 3 (g). If the state (non-selected state) is continued, the
[0036]
Now, the basic drive control method of the double gate type photosensor is as described above. However, when overlapping the parts necessary for understanding the present invention, the vertical axis in FIG. The drain line voltage VD (= Vpg) gradually decreases in the “dark state” and rapidly decreases in the “bright state” as the read period Tread advances. Of the plurality of VD change lines L1 to L5 shown in the figure, the line L1 with the smallest change is in the dark state, and the line L5 with the largest change is in the bright state.
[0037]
Here, the dark state or the bright state is a term corresponding to the magnitude of the incident light amount in the charge accumulation period Ta before entering the readout period Tread. Specifically, the dark state has a small amount of incident light (therefore, the accumulated charge) Light state means a large amount of incident light (and thus a large amount of accumulated charge).
[0038]
The degree of decrease in the drain line voltage VD (= Vpg) in the read period Tread depends on the accumulated charge amount in the charge accumulation period Ta. Therefore, for example, in order to increase the amount of information in the dark state, it is only necessary to increase the degree of decrease in VD (increase the change in L1). For example, the charge accumulation period Ta is set longer (the reading sensitivity is set higher). Thus, the charge accumulation amount may be increased. On the other hand, in order to increase the amount of information in the bright state, it is only necessary to reduce the degree of decrease in VD (small change in L5). For example, the charge accumulation period Ta is set short (read sensitivity is set low). What is necessary is to reduce the charge accumulation amount. Also, information on the dark state or the bright state can be obtained by appropriately correcting the threshold value of each gradation when the drain line voltage VD value obtained as an analog value is converted into a digital value of a predetermined gradation (for example, 256 gradations). The amount can be increased.
[0039]
<Photo sensor system>
Next, a photo sensor system including a photo sensor array configured by arranging the above-described double gate photo sensors in a predetermined format will be described with reference to the drawings. Here, a photosensor array configured by two-dimensionally arranging a plurality of double-gate photosensors is shown and described. However, a line sensor array is configured by arranging a plurality of double-gate photosensors one-dimensionally in the X direction. Needless to say, the line sensor array may be moved in the Y direction orthogonal to the X direction to scan the two-dimensional region.
[0040]
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a photosensor system including a photosensor array configured by two-dimensionally arranging double-gate photosensors.
As shown in FIG. 5, the photosensor system is roughly divided into a photosensor array in which a large number of
[0041]
Here, the
[0042]
In FIG. 5, φtg is a control signal for generating signals (reset pulses) φT1, φT2,... ΦTi,... ΦTn that are selectively output as either a reset voltage or an optical carrier storage voltage. φbg is a control signal for generating signals φB1, φB2,... φBi,... φBn selectively output as either a read voltage or a non-read voltage, and φpg controls the timing of applying the precharge voltage Vpg. This is a precharge signal.
[0043]
In such a configuration, by applying a reset pulse φTi (i is an arbitrary natural number; i = 1, 2,... N) to the top gate terminal TG from the
[0044]
Next, the planar structure of the transparent electrode layer applied to the above-described photosensor system will be described with reference to the drawings.
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating an example of a planar structure of a transparent electrode layer applied to the above-described photosensor system.
The
[0045]
As shown in FIG. 6, the
[0046]
Lead wires 31a and 31b are drawn out from the left
[0047]
FIG. 7 is a cross-sectional view of an essential part of a fingerprint image reading apparatus (image sensor unit) to which the photosensor system as described above is applied. Here, for convenience of explanation and illustration, hatching representing a cross-sectional portion of the photosensor system is omitted.
As shown in FIG. 7, in an image reading apparatus that reads an image pattern such as a fingerprint, a backlight (surface light source) provided below an insulating
[0048]
When the fingerprint is detected by the fingerprint reading device, the translucent layer of the skin surface layer 41 of the
[0049]
In the concave portion 42b of the
[0050]
As described above, the transparent electrode layer 30 (the left
[0051]
<Image reading device>
Next, an embodiment of an image reading apparatus to which the above-described photosensor system is applied will be described with reference to the drawings. In the embodiment described below, the above-described double-gate photosensor is applied as a photosensor, and a photovoltage function is applied by applying a signal voltage (reset pulse) using the top gate electrode as a first gate electrode. And a function of reading the charge amount accumulated in the channel region by applying a signal voltage (readout pulse) with the bottom gate electrode as the second gate electrode.
[0052]
FIG. 8 is a block diagram showing the overall configuration of an embodiment of an image reading apparatus according to the present invention. FIG. 9 is a main part detailed configuration diagram showing a configuration example of the transparent electrode layer and the detection circuit applied to the image reading apparatus according to the present embodiment. Here, description will be made with reference to the configurations of the double-gate photosensor and the photosensor system shown in FIGS. 1 and 5 as appropriate. 5 and FIG. 6 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is simplified or omitted.
[0053]
As shown in FIG. 8, the two-dimensional
Note that the
[0054]
Here, as shown in FIG. 6, the
[0055]
As shown in FIG. 9, the
[0056]
In such a configuration, when the
[0057]
Vmax = i x R 62 (1)
Where i = Vcc / (R 62 + R 63 (2)
Because
Vmax = [Vcc / (R 62 + R 63 )] × R 62 .... (3)
It becomes.
[0058]
To simplify the explanation now, "R 62 = R 63 = 1 kΩ ", the above equation (3) is
Vmax = (Vcc / 2kΩ) × 1kΩ (4)
And
Vmax = Vcc / 2 (5)
It becomes.
[0059]
On the other hand, when the
Vmin = [Vcc / ((0.5 kΩ / 1.5 kΩ)
+ 1kΩ)] × 0.5kΩ / 1.5kΩ
≒ Vcc / 4 (6)
It becomes.
[0060]
That is, the potential at point A of the voltage dividing means when the
[0061]
Here, the output potential of the voltage follower 64 is the potential at the point A, that is, the potential corresponding to Vmax or Vmin, and these potentials are expressed by the left
[0062]
The
[0063]
Further, the
[0064]
Furthermore, the touch detection signal is input from the
[0065]
Then, the
[0066]
Hereinafter, the configuration and operation of the controller applied to the image reading apparatus according to the present embodiment will be described in more detail with reference to the drawings.
FIG. 10 is a conceptual configuration diagram illustrating a configuration example of a controller applied to the image reading apparatus according to the present embodiment. Note that, here, a case in which the reading sensitivity of the subject image is adjusted based on the resistance value measurement signal output from the
[0067]
As shown in FIG. 10, the
[0068]
Further, the
[0069]
Next, a correction table referred to in the above-described resistance value determination processing unit will be described with reference to the drawings.
FIG. 11 is a conceptual diagram illustrating an example of a correction table set in the controller according to the present embodiment.
First, as a correction table applied to the image reading apparatus according to the present embodiment, as shown in FIG. 11A, a correction value is arranged on the vertical axis and a resistance value is arranged on the horizontal axis, and each resistance value within a predetermined range is arranged. A correction value corresponding to stepwise can be applied. In the illustrated example, the resistance value is divided into five ranges (regions), and an appropriate correction value is assigned to each range.
[0070]
That is, according to this example, when the resistance value of the subject measured by the
[0071]
Next, correction processing using the above-described stepwise correction table will be described with a more specific example. Note that here, the reading sensitivity (charge accumulation period) in the
As shown in FIG. 11 (b), in the correction table applied to this example, the resistance value (resistance range) when the finger skin state (dryness or wetness) is in the standard state is Rst, The correction value at this time is “0”, and the reading sensitivity is Ta (initial value).
[0072]
If the skin resistance of the
[0073]
Here, the relationship between the finger surface condition (how dry or wet) and the reading sensitivity (charge accumulation period) will be described with reference to the drawings.
FIG. 12A shows an example of a fingerprint image of dry skin, and FIG. 12B shows an example of a fingerprint image of wet skin.
First, as described above, the double gate type photosensors constituting the photosensor system 201 (photosensor array) are driven and controlled so as to accumulate charges (holes) corresponding to the amount of incident light during the charge accumulation period Ta. Therefore, by increasing the charge accumulation period Ta, the charge accumulation amount is increased and the reading sensitivity is controlled to be high. On the other hand, by shortening the charge accumulation period Ta, the charge accumulation amount is decreased. The reading sensitivity is controlled to be low. However, since the charge accumulation amount has an upper limit (saturation level), it does not increase beyond the saturation level no matter how long the charge accumulation period Ta is made.
[0074]
On the other hand, the skin state (dry skin or wet skin) of the
[0075]
That is, in the case of a fingerprint image of dry skin as shown in FIG. 12 (a), the fingerprint pattern tends to fade due to poor fingertip adhesion, while on the other hand, as shown in FIG. In the case of the fingerprint image, since the moisture enters the valley line of the fingerprint, the entire pattern tends to be crushed. These dry skin and wet skin are likely to occur not only due to individual differences and physical condition, but also due to external fluctuation factors such as environment and seasons.
In order to obtain a clearer fingerprint image for the two images shown in FIGS. 12A and 12B, in the case of a dry skin fingerprint image (FIG. 12A), the image is dark. It is necessary to correct the reading sensitivity so that the portion becomes bright. In addition, in the case of a fingerprint image with wet skin (FIG. 12B), the reading sensitivity is corrected so that the valleys of the fingerprint (light portions in the image) that have been filled with moisture or oil are darkened. is required.
[0076]
Therefore, in the case of dry skin (that is, the resistance range R5 in FIG. 11 (a) or the high dryness in FIG. 11 (b)), the exposure is performed so that the bright part is saturated and the dynamic range of the dark part is widened. When the fingerprint image is read in the “excessive” state, the above-described pattern blur is suppressed and the image quality is improved. On the other hand, in the case of wet skin (that is, the resistance range R1 in FIG. In the case of high wetness in (b), the pattern is crushed as described above when the fingerprint image is read in an “underexposed” state so that the dark portion is saturated and the dynamic range of the bright portion is widened. It is understood that the image quality is improved by being suppressed.
[0077]
Therefore, in the example of the correction table shown in FIG. 11B, when the skin state determined from the skin resistance is dry skin, the charge accumulation period Ta is lengthened to be “overexposed” and bright. A correction value (for example, + T15, + T30) that saturates and widens the dynamic range of dark parts is set so that it can be referred to and extracted, and when the determined skin condition is moist skin, the charge accumulation period Ta is set to be “underexposure” by shortening Ta so that correction values (for example, −T15, −T30) that saturate dark portions and widen the dynamic range of bright portions can be referred to and extracted. In this case, the intermediate value (R3) of the correction table shown in FIG. 11A is set so as to correspond to the resistance range of the skin resistance in the standard skin state, and the correction value (H3) is “0”. "It is set to be.
[0078]
By referring to such a correction table, the correction value extracted based on the skin resistance (resistance value) is once written into the
[0079]
Therefore, in the correction data generation processing unit 177 according to the present embodiment, a resistance range (region) including a resistance value (skin resistance) measured from the subject (finger 40) by referring to the correction table as described above. The correction value is uniquely extracted every time), and based on the correction value, the image reading characteristic used in the image reading operation of the subject, that is, the reading sensitivity (charge accumulation period) is adjusted.
[0080]
Here, the initial value Ta of the reading sensitivity may be adjusted and set in advance and stored and stored in a memory or the like, or the image reading apparatus may adjust the sensitivity using a subject. An automatic sensitivity setting mechanism that extracts the optimum reading sensitivity by performing an image reading operation is used, and the reading sensitivity extracted using a standard subject is set as the standard reading sensitivity, and the initial value Ta of the reading sensitivity is set. May be.
As an image reading operation for sensitivity adjustment, for example, in a photosensor array in which photosensors are arranged in a matrix, the reading sensitivity is set to be stepwise different for each row, a predetermined subject image is read, and each row is read. A row having the maximum data range (dynamic range) calculated from each brightness data is extracted, and this is set as a row in an optimum image reading state, and the reading sensitivity (light accumulation period) set in the row is set. A method for setting the optimum reading sensitivity can be applied. In this case, for example, if the optimum reading sensitivity is extracted and set every time the external environment changes, a stable image reading operation can always be performed.
[0081]
In the present embodiment, a configuration has been described in which the
[0082]
In the present embodiment, the functional block corresponding to each operation is shown as the configuration of the controller 170 (FIG. 10). However, the
[0083]
<Image reading method>
Next, a drive control method (image reading method) in the image reading apparatus having the above-described configuration will be described with reference to the drawings.
FIG. 13 is a schematic flowchart of the image reading method according to the present embodiment. A series of processing procedures shown below are executed by the
[0084]
As shown in FIG. 13, in the image reading method according to the present embodiment, first, whether or not the touch detection signal is active, that is, whether or not the
[0085]
Next, referring to the correction table stored in the ROM 175 (see FIGS. 11A and 11B), the skin resistance (resistance value) based on the resistance value measurement signal enters any region of RE1 to RE5. Then, a correction value (any one of H1 to H5) corresponding to the corresponding region is extracted (step S13). Next, the charge accumulation period Ta of the
[0086]
Specifically, in the correction table shown in FIG. 11B, when the skin resistance based on the resistance value measurement signal is a resistance value corresponding to dry skin (Rst + R15, Rst + R30), for example, the skin in the standard state A correction value (+ T15, + T30) corresponding to the comparison value (+ 15%, + 30%) when the resistance is used as a reference is extracted, and the correction value is set to the setting sensitivity (charge accumulation period) Ta of the image reading operation in the standard state. In consideration of the above, by setting the charge accumulation period (Ta + T15, Ta + T30) to be long, the
[0087]
Next, the
The reading of the fingerprint image of the placed
[0088]
According to the above embodiment, when the
[0089]
Therefore, the exposure characteristic of the
[0090]
In the above-described embodiment, a case has been described in which correction values set stepwise with respect to the resistance range are uniquely assigned (corresponding) as the correction table. However, the present invention is not limited to this. Rather, the correction value is uniquely determined by a predetermined function such as a linear function or a quadratic function according to a comparison value (ratio; dryness or wetness of the surface state) with respect to the resistance value (skin resistance) in the standard state. It may be configured to correspond.
[0091]
Specifically, similarly to the correction table as shown in FIG. 11B, when the skin resistance value in the standard state is Rst and the resistance value measured by the
Pi = Ri / Rst−1 (7)
Therefore, the correction value Th is based on this comparison value, for example,
Th = Pi × Ta (8)
It is expressed. Here, Ta is a reading sensitivity suitable for reading the
Therefore, the reading sensitivity Ti set in the
Ti = Ta + Th = (1 + Pi) × Ta = Ta × Ri / Rst (9)
Is uniquely expressed. Here, in the above equation (9), a predetermined coefficient may be added.
[0092]
According to such a calculation method of the correction value, although the burden on the control processing for executing the arithmetic processing in the
[0093]
Further, in the above-described embodiment, by referring to the correction table based on the skin resistance (resistance value) measured as shown in FIG. 11B, according to the resistance range including the resistance value. (Or according to the comparison value of the measured resistance value with respect to the resistance value in the standard state), the correction value consisting of the time component is extracted to correct the preset read sensitivity (the charge accumulation period in the standard state). Although the case has been described, the present invention is not limited to this.
[0094]
For example, after reading a fingerprint image with a predetermined reading sensitivity set in advance, based on the comparison between the measured skin resistance and the resistance value in the standard state, for example, as shown in FIG. When the measured skin resistance differs from the resistance value in the standard state by a predetermined value or more, the image signal of the read fingerprint image is converted into a digital value of a predetermined gradation (for example, 256 gradations). The threshold value may be corrected (corrected) based on the correction value, or the setting of a predetermined parameter or the like applied to the image processing for extracting feature points may be changed in the fingerprint image collation processing in the external function unit. (Correction) may be performed. According to this, as shown in the above-described embodiment, there is no need to control and change the charge accumulation period by correcting and setting the reading sensitivity by the controller. Can be read. In addition, the controller extracts only a correction value corresponding to the skin resistance measured with reference to the correction table, and outputs the correction value to an external function unit or the like, so that an appropriate image corresponding to the finger skin condition is obtained. Since the process is executed, the burden on the control process in the controller can be reduced.
[0095]
Further, in the image reading apparatus provided with the automatic sensitivity setting mechanism, when the resistance value is different by a predetermined value or more based on a comparison between the measured skin resistance and the resistance value in the standard state, the automatic sensitivity setting is performed. The reading sensitivity may be corrected by forcibly executing the operation. According to this, even when the external environment is the same or equivalent and the automatic sensitivity setting operation is not executed, the automatic sensitivity setting operation is executed based on the measured skin resistance. An appropriate reading sensitivity can be set according to the state (dryness or wetness), and the image quality of the fingerprint image can be further improved.
[0096]
<Other embodiments>
Next, another embodiment of the image reading apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 14 is a diagram showing another embodiment of the image reading apparatus according to the present invention. Here, description will be made with reference to the configuration of the above-described photosensor and photosensor system (FIGS. 1 and 7) as appropriate. Moreover, about the structure equivalent to the structure shown in FIG. 1, FIG. 7, the same code | symbol is attached | subjected and the description is simplified or abbreviate | omitted.
[0097]
In the embodiment described above, the
[0098]
Specifically, as shown in FIGS. 14A and 14B, the image reading apparatus according to this embodiment is configured such that the
[0099]
Here, the ground potential (GND) is applied to the
[0100]
The
Specifically, the opening 50a of the
[0101]
In addition, the
[0102]
Since the
[0103]
According to this embodiment, as shown in FIG. 14B, whether or not the
[0104]
Accordingly, as in the above-described embodiment, the exposure characteristics of the
[0105]
In the present embodiment, the
[0106]
Further, in each of the above-described embodiments, only the case where the double gate type photosensor is applied as the optical imaging device has been described. However, the imaging device applied to the present invention is limited to this double gate type photosensor. However, the present invention can be similarly applied to a photosensor system using a photosensor having another configuration such as a photodiode or TFT.
[0107]
【The invention's effect】
According to the image reading apparatus of the present invention, The image sensor unit covers the entire area on the image reading surface side and is made of a transparent conductive film forming the image reading surface and a material whose resistivity is lower than that of the transparent conductive film. Having an opening that exposes at least a portion, electrically insulated from the transparent conductive film, and having a good conductor that contacts when the object to be detected contacts the image reading surface, The subject touching the image reading surface Between transparent conductive film and good conductor The resistance value is measured, and the image reading characteristic of the image sensor unit is adaptively changed and controlled according to the resistance value. Therefore, since the reading sensitivity of the image reading device is corrected according to the surface condition of the subject, the reading accuracy of the surface pattern of the subject can be improved. For example, when applied to a fingerprint verification system, the dryness of the finger is improved. A good fingerprint image can be obtained without being affected by the wetness or the wetness, which can contribute to the improvement of the collation performance of the fingerprint collation system.
[0108]
Further, according to the image reading apparatus and the image reading method of the present invention, the image reading surface made of the transparent conductive film covering the entire area of the image reading portion of the image sensor unit, and the resistivity is lower than the resistivity of the transparent conductive film. An object that is made of a material and has an opening that surrounds the periphery of the image sensor unit and exposes at least a part of the transparent conductive film, and is in contact with a good conductor that is electrically insulated from the transparent conductive film. The resistance value between the transparent conductive film and the good conductor is measured, and the threshold value when the image signal output from the image sensor unit is converted into a digital value is adaptively controlled according to the measured resistance value of the subject. Is done. Therefore, for example, when applied to a fingerprint verification system, the peak and valley lines of the fingerprint are represented by appropriate gradation data in the bright state and the dark state, respectively, without being affected by the dryness or wetness of the finger. A good fingerprint image signal can be obtained, which can contribute to the improvement of the collation performance of the fingerprint collation system.
[0110]
In the above-described image reading apparatus, when the measured resistance value tends to be lower than the standard resistance value, the reading sensitivity in the image reading characteristics is lowered, or the image signal is digitized. If the resistance value is controlled to increase and the resistance value tends to be higher than the standard resistance value, the reading sensitivity in the image reading characteristics is increased, or the image In the digitization of the signal, control is performed so that the amount of information in the dark state increases. Therefore, for example, by applying it to a fingerprint collation system, it is possible to improve the reading quality of wet skin with the same resistance value and avoid the fading of the fingerprint image, while the reading image quality of dry skin with the same resistance value is high. Can be improved to avoid the collapse of the fingerprint image.
[0111]
In the above-described image reading apparatus, the sensor is formed with a source electrode and a drain electrode formed with a channel region made of a semiconductor layer interposed therebetween, and at least above and below the channel region via an insulating film, respectively. A first gate electrode and a second gate electrode, a reset pulse is applied to the first gate electrode to initialize the sensor, a precharge pulse is applied to the drain electrode, and then the second gate electrode By applying a readout pulse to the output, a voltage corresponding to the charge accumulated in the channel region is output as an output voltage during the charge accumulation period from the end of initialization to the application of the readout pulse. The difference between the signal voltage related to the pulse and the output voltage may be observed as the image signal.
[0112]
Thereby, the sensors constituting the sensor array can be reduced in thickness and size, and the image pattern of the subject can be read as a high-definition image by increasing the density of reading pixels. In this case, the resistance to static electricity is reduced by thinning the sensor, but a double gate is provided by providing a structure for removing static electricity with the transparent electrode layer or case member connected to the ground potential as described above. A sensor array composed of a type photosensor can be favorably applied to the image reading apparatus according to the present invention.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional structure diagram showing a schematic configuration of a double gate type photosensor applied to an image reading apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a timing chart showing an example of a basic drive control method of a double gate type photosensor.
FIG. 3 is an operation conceptual diagram of a double gate type photosensor.
FIG. 4 is a diagram showing a light response characteristic of an output voltage of a double gate type photosensor.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a photosensor system including a photosensor array configured by two-dimensionally arranging double-gate photosensors.
FIG. 6 is a plan view showing an embodiment of the uppermost transparent electrode layer applied to the image reading apparatus according to the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view of an essential part of an image reading apparatus (fingerprint reading apparatus) to which a photosensor system including a double gate type photosensor is applied.
FIG. 8 is a configuration diagram of an image reading apparatus according to the present embodiment.
FIG. 9 is a detailed configuration diagram of a main part illustrating an example of a detection circuit applied to the image reading apparatus according to the embodiment.
FIG. 10 is a schematic configuration diagram illustrating an example of a controller applied to the image reading apparatus according to the present embodiment.
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a correction table applied to the image reading apparatus according to the present embodiment.
FIG. 12 is a diagram showing examples of fingerprint images of dry skin and wet skin.
FIG. 13 is a diagram illustrating a schematic flowchart illustrating an example of an image reading method according to the present embodiment.
FIG. 14 is a schematic configuration diagram showing another embodiment of the uppermost transparent electrode layer applied to the image reading apparatus according to the present invention.
FIG. 15 is a schematic configuration diagram illustrating a configuration example of an image reading apparatus according to a conventional technique.
[Explanation of symbols]
10 Double gate type photo sensor (image sensor)
21 Top gate electrode (first gate electrode)
22 Bottom gate electrode (second gate electrode)
30a Left transparent electrode layer (first conductor)
30b Right transparent electrode layer (second conductor)
40 fingers (subject)
110 Top gate driver
120 Bottom gate driver
130 Drain driver
140 Detection circuit (measuring means)
170 Controller (control means)
190 External function
200 Image reader
S12 Measurement step
S14 Control step
Claims (8)
該画像読み取り装置は、
前記画像センサ部の前記画像読み取り面側の全域を覆い、前記画像読み取り面をなす透明導電膜と、
抵抗率が前記透明導電膜の抵抗率より低い材料からなり、前記画像センサ部の周囲を取り囲むとともに前記透明導電膜の少なくとも一部を露出する開口部を有し、前記透明導電膜と電気的に絶縁され、前記被検出体が前記画像読み取り面に接触したときに跨って接触する良導電体と、
前記画像読み取り面に接触した前記被写体の、前記透明導電膜と前記良導電体間における抵抗値を測定する測定手段と、
前記測定手段の測定結果に応じて、前記被写体の画像の読み取りにおける画像読み取り特性を変更制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする画像読み取り装置。In an image reading apparatus including an image sensor unit that reads an image of a subject that has contacted an image reading surface and outputs an image signal thereof,
The image reading apparatus
A transparent conductive film that covers the entire area of the image reading surface of the image sensor unit and forms the image reading surface;
It is made of a material whose resistivity is lower than that of the transparent conductive film, has an opening that surrounds the periphery of the image sensor unit and exposes at least a part of the transparent conductive film, and is electrically connected to the transparent conductive film A good conductor that is insulated and contacts across the object to be detected when it contacts the image reading surface;
Measuring means for measuring the of the object in contact with the image reading surface, the resistance value between the electrically good conductor and said transparent conductive film,
Control means for changing and controlling the image reading characteristics in reading the image of the subject according to the measurement result of the measuring means;
An image reading apparatus comprising:
前記測定手段によって測定された抵抗値が標準となる抵抗値に対して低い傾向を示している場合には、前記画像センサ部の前記画像読み取り特性における読取感度を低くするように変更制御する一方、
前記測定された抵抗値が前記標準となる抵抗値に対して高い傾向を示している場合には、前記画像読み取り特性における読取感度を高くするように変更制御することを特徴とする請求項１記載の画像読み取り装置。The control means includes
When the resistance value measured by the measurement means shows a tendency to be lower than a standard resistance value, the change control is performed so as to lower the reading sensitivity in the image reading characteristic of the image sensor unit,
2. The change control is performed so as to increase the reading sensitivity in the image reading characteristics when the measured resistance value tends to be higher than the standard resistance value. Image reading device.
前記測定手段によって測定された抵抗値に対して、前記読取感度を変更制御するための補正値が一義的に設定された補正テーブルを備え、
該補正テーブルにおける補正値に基づいて前記読取感度を設定制御することを特徴とする請求項２記載の画像読み取り装置。The control means includes
A correction table in which a correction value for changing and controlling the reading sensitivity is uniquely set for the resistance value measured by the measuring unit;
The image reading apparatus according to claim 2, wherein the reading sensitivity is set and controlled based on a correction value in the correction table.
複数の読取感度による前記被写体画像の読み取りに基づき標準読取感度を抽出する標準読取感度度抽出手段を備え、
前記制御手段は、該標準読取感度を基準値として前記読取感度を変更制御することを特徴とする請求項２記載の画像読み取り装置。The image reading device includes:
Standard reading sensitivity degree extraction means for extracting standard reading sensitivity based on reading of the subject image by a plurality of reading sensitivities,
The image reading apparatus according to claim 2, wherein the control unit changes and controls the reading sensitivity using the standard reading sensitivity as a reference value.
前記画像信号を所定の閾値に基づいてデジタル値に変換する画像処理部を備え、
前記制御手段は、前記測定手段によって測定された抵抗値が標準となる抵抗値に対して低い傾向を示している場合には、明状態の情報量が多くなるように前記画像処理部における前記閾値を変更制御する一方、
前記測定された抵抗値が前記標準となる抵抗値に対して高い傾向を示している場合には、暗状態の情報量が多くなるように前記画像処理部における前記閾値を変更制御することを特徴とする請求項１記載の画像読み取り装置。The image reading device includes:
An image processing unit that converts the image signal into a digital value based on a predetermined threshold;
When the resistance value measured by the measurement means has a tendency to be lower than a standard resistance value, the control means causes the threshold value in the image processing unit to increase the amount of information in the bright state. While changing control
When the measured resistance value tends to be higher than the standard resistance value, the threshold value in the image processing unit is changed and controlled so that the amount of information in a dark state increases. The image reading apparatus according to claim 1.
前記画像読み取り装置は、前記プリチャージパルスに係る信号電圧と前記出力電圧との差分を、前記画像信号として観測することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の画像読み取り装置。The image sensor unit includes a source electrode and a drain electrode formed across a channel region made of a semiconductor layer, and a first gate electrode and a first electrode formed at least above and below the channel region via an insulating film, respectively. 2, a reset pulse is applied to the first gate electrode to initialize the sensor, a precharge pulse is applied to the drain electrode, and then a read pulse is applied to the second gate electrode. By applying, in the charge accumulation period from the end of the initialization to the application of the read pulse, a voltage corresponding to the charge accumulated in the channel region is output as an output voltage,
The image reading apparatus, an image reading apparatus according to the difference between the signal voltage and the output voltage according to the pre-charge pulse, in any one of claims 1 to 6, characterized in that observed as the image signal .
前記画像センサ部の前記画像読み取り面側の全域を覆う透明導電膜からなる前記画像読み取り面と、抵抗率が前記透明導電膜の抵抗率より低い材料からなり前記画像センサ部の周囲を取り囲むとともに前記透明導電膜の少なくとも一部を露出する開口部を有し、前記透明導電膜と電気的に絶縁された良導電体と、に跨って接触した前記被写体の、前記透明導電膜と前記良導電体間における抵抗値を測定する測定ステップと、
前記画像センサ部における画像読み取り特性を変更制御する制御ステップと、
を含み、
前記制御ステップは、前記測定ステップの測定結果が標準となる抵抗値に対して低い抵抗値を示している場合には、明状態の情報量を多くするように前記画像読み取り特性を変更制御する一方、前記測定結果が前記標準となる抵抗値に対して高い抵抗値を示している場合には、暗状態の情報量を多くするように前記画像読み取り特性を変更制御することを特徴とする画像読み取り方法。In an image reading method for reading an image of a subject in contact with an image reading surface of an image sensor unit and outputting the image signal,
The image reading surface made of a transparent conductive film covering the entire area of the image sensor unit on the image reading surface side, and a material having a resistivity lower than the resistivity of the transparent conductive film and surrounding the image sensor unit. has an opening for exposing at least a portion of the transparent conductive film, wherein the transparent conductive film and electrically insulated electrically good conductor, of the subject in contact across, and the transparent conductive film electrically good conductor A measuring step for measuring a resistance value between
A control step of changing and controlling image reading characteristics in the image sensor unit ;
Including
In the control step, when the measurement result of the measurement step shows a low resistance value with respect to a standard resistance value, the image reading characteristic is changed and controlled to increase the amount of information in the bright state. When the measurement result shows a high resistance value with respect to the standard resistance value, the image reading characteristic is changed and controlled so as to increase the amount of information in a dark state. Method.
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