(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性基板の一面側にマトリクス状に配列された複数のフォトセンサと、該複数のフォトセンサを被覆するように設けられた透光性絶縁膜とを有するフォトセンサデバイス上に被検出体を載置して、該被検出体の画像パターンを読み取る２次元画像読取装置において、
前記透光性絶縁膜上に設けられ、前記被検出体が直接接触する導電層と、
前記導電層を所定の電位に接続する配線と、
を備え、
前記導電層のシート抵抗を５０Ω／□以下としたことを特徴とする２次元画像読取装置。
【請求項２】
前記導電層は、光透過性を有する導電性材料により構成されていることを特徴とする請求項１に記載の２次元画像読取装置。
【請求項３】
前記導電層は、酸化インジウム・スズを主体とする材質を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の２次元画像読取装置。
【請求項４】
前記配線は、接地電位に接続されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の２次元画像読取装置。
【請求項５】
前記配線は、概ね４０Ω以下の配線抵抗に設定されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の２次元画像読取装置。
【請求項６】
前記導電層は、前記透光性絶縁膜上に複数の所定の形状パターンを有して設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の２次元画像読取装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２次元画像読取装置に関し、特に、複数の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上に、被検出体を接触させて、その画像パターンを読み取る２次元画像読取装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、印刷物や写真、あるいは、指紋等の微細な凹凸の形状等を読み取る２次元画像の読取装置として、光電変換素子（フォトセンサ）をマトリクス状に配列して構成されるフォトセンサアレイ上に設けられた検出面に被検出体を載置、接触させて、被検出体の２次元画像を読み取る構造のものがある。
そして、このような被検出体が直接検出面に接触する構造を有する２次元画像読取装置においては、被検出体に帯電した静電気等による誤動作や破損を抑制するために、様々な手法が考えられている。
【０００３】
例えば、特開平１１−２５９６３８号公報等には、図１５（ａ）、（ｂ）に示すように、面光源２０１の光出射面側に設けられ、複数のフォトセンサ２０２ａがマトリクス状に配列されたフォトセンサデバイス２０２上に透明導電層２０３が形成された指紋読取装置が記載されている。このような指紋読取装置において、透明導電層２０３の上面（検出体接触面）２０３ａに接触された指（被検出体）２１０に対して、面光源２０１から光Ｌｐを照射することにより、指紋の凹凸パターンに対応してフォトセンサ２０２ａに入射する反射光Ｌｒに基づいて、明暗情報を検出して指紋画像を生成する。
【０００４】
ここで、透明導電層２０３は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ：酸化インジウム・スズ）等の透明な導電性材料により形成され、フォトセンサデバイス２０２の上面全域に、あるいは、所定の形状パターンを有して薄膜状に形成されている。このような透明導電層２０３の役割は、検出体接触面２０３ａに接触される指２１０に帯電した静電気を、図示を省略した接地電位等に放電することにより、指紋読取装置（２次元画像読取装置）における読取誤動作やフォトセンサデバイス２０２の破損を防止するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来の２次元画像読取装置においては、被検出体に帯電した静電気を十分かつ確実に放電することができる透明導電層の形成条件等の具体的な構成が未だ確定されていなかったため、静電気耐圧が十分ではなく、上記静電気による２次元画像読取装置の読取誤動作や破損等を確実に防止することができないという問題を有していた。
したがって、被検出体に帯電した静電気を適切に放電して２次元画像読取装置の読取誤動作や破損等を良好に防止することができる具体的な構成や形成条件の確立が求められていた。
【０００６】
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑み、フォトセンサデバイスに載置される被検出体に帯電した静電気を適切に放電して、読取誤動作やデバイスの破損を大幅に抑制することができる２次元画像読取装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の２次元画像読取装置は、絶縁性基板の一面側にマトリクス状に配列された複数のフォトセンサと、該複数のフォトセンサを被覆するように設けられた透光性絶縁膜とを有するフォトセンサデバイス上に被検出体を載置して、該被検出体の画像パターンを読み取る２次元画像読取装置において、前記透光性絶縁膜上に設けられ、前記被検出体が直接接触する導電層と、前記導電層を所定の電位に接続する配線と、を備え、前記導電層のシート抵抗を５０Ω／□以下としたことを特徴とする。
【０００８】
請求項１記載の発明によれば、導電層が配線を介して接地電位等の所定の電位に接続されるとともに、上記導電層のシート抵抗を５０Ω／□以下と設定したので、導電層に指（人体）等の被検出体が載置、接触されると、被検出体に帯電した静電気が低抵抗のシート抵抗を有する導電層から配線を介して移動し、接地電位に放電される。
これにより、被検出体に帯電した静電気を十分かつ確実に放電することができるので、フォトセンサデバイスの静電気耐圧を向上させることができ、上記静電気による２次元画像読取装置の読取誤動作やフォトセンサデバイスの破損等を大幅に抑制することができる。
【０００９】
上記導電層は、光透過性を有する導電性材料、例えば、酸化インジウム・スズ（ＩＴＯ）を主体とする材質により構成されていることが望ましい。これにより、導電層上に載置された被検出体に照射され、反射した光が、上記導電層を良好に透過して各ダブルゲート型フォトセンサの半導体層１１に入射されるので、被検出体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、良好に被検出体の画像パターンを読み取ることができる。
【００１０】
また、上記配線は、概ね４０Ω以下の配線抵抗に設定されていることが望ましい。これにより、フォトセンサデバイスの実耐電圧を大幅に高めることができ、２次元画像読取装置における読取誤動作の発生や破損等を良好に防止することができる。
ここで、導電層として上記ＩＴＯを適用した場合には、導電層のシート抵抗を概ね１５〜２０Ω／□程度に設定するとともに、配線の配線抵抗を概ね１５Ω以下に設定することがより望ましい。これにより、導電層（ＩＴＯ）の膜厚を比較的薄く形成することができるので、実耐電圧を高めつつ（概ね−１０ｋＶ程度）、導電層内における光の大幅な減衰を抑制して、画像パターンの読取感度特性に優れた２次元画像読取装置を提供することができる。
【００１１】
さらに、上記導電層は、透光性絶縁膜上に所定の形状パターンを有して設けられているものであってもよい。すなわち、導電層を所定の形状パターンを有する一対の電極層により構成し、一方の電極層を上記構成に基づいて接地電位に接続し、他方の電極層に所定の電圧を印加することにより、被検出体に帯電していた静電気を一方の電極層を介して接地電位に放電することができるとともに、他方の電極層に印加された電圧の変化を検出して指紋読み取り動作を開始することができ、被検出体の画像パターンの読取動作を自動的に実行制御することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る２次元画像読取装置の実施形態について、詳しく説明する。
まず、本発明に係る２次元画像読取装置に適用して良好なフォトセンサの構成について説明する。
本発明に係る２次元画像読取装置に適用されるフォトセンサとしては、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）等の固体撮像デバイスを用いることができる。
ＣＣＤは、周知の通り、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。
【００１３】
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、検出画素数が増大するにしたがってシステム自体が大型化するという問題を有している。
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、いわゆる、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２次元画像読取装置においても、このダブルゲート型トランジスタを良好に適用することができる。
【００１４】
ここで、本発明に係る２次元画像読取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。
図１は、ダブルゲート型フォトセンサの基本構造を示す概略断面図である。
【００１５】
図１（ａ）に示すように、ダブルゲート型フォトセンサ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＋シリコンからなる不純物層１７、１８と、不純物層１７、１８上に形成されたクロム、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のドレイン電極１２およびソース電極１３と、半導体層１１の上方（図面上方）にブロック絶縁膜１４および上部（トップ）ゲート絶縁膜１５を介して形成されたＩＴＯ等の透明導電膜からなり、可視光に対して透過性を示すトップゲート電極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クロム、クロム合金、アルミ、アルミ合金等の可視光に対して不透明なボトムゲート電極２２と、を有して構成されている。
【００１６】
ここで、図１（ａ）において、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、トップゲート電極２１上に設けられる保護絶縁膜２０及びその上のアース電極層（導電層）２３Ａは、いずれも半導体層１１を励起する可視光に対して透過率の高い材質、例えば、窒化シリコン、ＩＴＯ等により構成されることにより、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。
【００１７】
上述したように、ダブルゲート型フォトセンサ１０は、半導体層１１を共通のチャネル領域として、半導体層１１、ドレイン電極１２、ソース電極１３、およびトップゲート電極２１により形成される上部ＭＯＳトランジスタと、半導体層１１、ドレイン電極１２、ソース電極１３およびボトムゲート電極２２により形成される下部ＭＯＳトランジスタと、からなる２つのＭＯＳトランジスタを組み合わせた構造が、ガラス基板等の透明な絶縁性基板１９上に形成されている。
そして、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はトップゲート端子、ＢＧはボトムゲート端子、Ｓはソース端子、Ｄはドレイン端子である。
【００１８】
次いで、上述した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（フォトセンサデバイス）を備えたフォトセンサシステムについて、図面を参照して簡単に説明する。
図２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。
【００１９】
図２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、例えば、ｎ行×ｍ列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）およ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およ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１０３と、ソース端子Ｓ（ソース電極１３）を列方向に接続したソースライン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１３２、プリチャージスイッチ１３３、アンプ１３４からなるドレインドライバ（出力回路部）１３０と、を有して構成されている。
【００２０】
ここで、トップゲートライン１０１は、トップゲート電極２１とともに、ＩＴＯ等の透明導電膜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は、接地電位に接続されている。
なお、図２において、φｔｇおよびφｂｇは、それぞれリセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｉ、…φＴｎ、および、読み出しパルス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。
【００２１】
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に電圧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１１２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に電圧を印加し、ドレインライン１０３を介して検出信号をトレインドライバ１３０に取り込んでシリアルデータ又はパラレルデータとして出力（Ｖｏｕｔ）することにより、選択読み出し機能が実現される。
【００２２】
次いで、上述したフォトセンサシステムの駆動制御方法について、図面を参照して説明する。
図３は、フォトセンサシステムの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４は、ダブルゲート型フォトセンサの動作概念図であり、図５は、フォトセンサシステム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およびフォトセンサシステムの構成（図１、図２）を適宜参照して説明する。
【００２３】
まず、リセット動作においては、図３、図４（ａ）に示すように、ｉ番目の行のトップゲートライン１０１にパルス電圧（リセットパルス；例えばＶｔｇ＝＋１５Ｖのハイレベル）φＴｉを印加して、各ダブルゲート型フォトセンサ１０の半導体層１１、および、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ア（ここでは、正孔）を放出する（リセット期間Ｔｒｅｓｅｔ）。
【００２４】
次いで、光蓄積動作においては、図３、図４（ｂ）に示すように、トップゲートライン１０１にローレベル（例えばＶｔｇ＝−１５Ｖ）のバイアス電圧φＴｉを印加することにより、リセット動作を終了し、キャリヤ蓄積動作による光蓄積期間Ｔａがスタートする。光蓄積期間Ｔａにおいては、トップゲート電極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、キャリア発生領域で生成された電子−正孔対が生成され、半導体層１１、および、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。
【００２５】
そして、プリチャージ動作においては、図３、図４（ｃ）に示すように、光蓄積期間Ｔａに並行して、プリチャージ信号φｐｇに基づいてドレインライン１０３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３、図４（ｄ）に示すように、プリチャージ期間Ｔｐｒｃｈを経過した後、ボトムゲートライン１０２にハイレベル（例えばＶｂｇ＝＋１０Ｖ）のバイアス電圧（読み出し選択信号；以下、読み出しパルスという）φＢｉを印加することにより、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）。
【００２６】
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ア（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ライン１０３のドレインライン電圧ＶＤは、図５（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。
【００２７】
すなわち、光蓄積期間Ｔａにおける光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４（ｅ）、図５（ａ）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、ドレイン電圧、すなわち、ドレインライン１０３の電圧ＶＤが、ほぼそのまま保持されることになる。
【００２８】
一方、光蓄積状態が明状態の場合には、図４（ｄ）、図５（ａ）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、ドレインライン１０３の電圧ＶＤは、低下することになる。
【００２９】
したがって、図５（ａ）に示したように、ドレインライン１０３の電圧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（光蓄積期間Ｔａ）に受光した光量に深く関連し、蓄積されたキャリアが少ない場合には緩やかに低下する傾向を示し、また、蓄積されたキャリアが多い場合には急峻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１０３の電圧ＶＤを検出することにより、あるいは、所定のしきい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、照射光の光量が換算される。
【００３０】
上述した一連の画像読み取り動作を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１０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３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４（ｆ）、（ｇ）に示すように、ボトムゲートライン１０２にローレベル（例えばＶｂｇ＝０Ｖ）を印加した状態を継続すると、ダブルゲート型フォトセンサ１０はＯＦＦ状態を持続し、図５（ｂ）に示すように、ドレインライン１０３の電圧ＶＤは、プリチャージ電圧Ｖｐｇを保持する。このように、ボトムゲートライン１０２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する選択機能が実現される。
【００３１】
図６は、上述したようなフォトセンサシステムを適用した２次元画像読取装置（指紋読取装置）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６に示すように、指紋等の２次元画像を読み取る画像読取装置においては、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（絶縁性基板）１９下方側に設けられたバックライト（面光源）３０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、透明なアース電極層２３Ａ上の検出体接触面２０ａに載置された指（被検出体）４０に照射される。
【００３２】
そして、指紋読取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層（アース電極層２３Ａ）に接触することにより、アース電極層２３Ａ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、透明なアース電極層２３Ａ、透明な絶縁膜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。
【００３３】
また、指紋４２の凹部４２ｂにおいては、照射された光Ｌａは、アース電極層２３Ａの指紋検出面２０ａと空気層との間の界面を通過し、空気層の先の指に到達して皮膚表層４１内で散乱するが、指４０の皮膚表層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。
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た場合について説明するが、本発明は、これに限定されるものではなく、フォトダイオードやＴＦＴ等を良好に適用することができることはいうまでもない。
【００３４】
次に、本発明に係る２次元画像読取装置について、具体的な実施の形態を示して説明する。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た場合について説明する。
図７は、本発明に係る２次元画像読取装置を指紋読取装置に適用した場合の一実施形態を示す概略構成図である。なお、上述した構成（図１、図６）と同等の構成については、同一の符号を付して、その説明を簡略化する。
【００３５】
図７（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態に係る２次元画像読取装置は、上述した構成を有するダブルゲート型フォトセンサ１０を複数個、ガラス基板１９上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（フォトセンサデバイス）１００と、少なくとも複数のダブルゲート型フォトセンサ１０が配置されたアレイ領域の全域を被覆して形成された保護絶縁膜（透光性絶縁膜）２０の上面に形成されたアース電極層（導電層）２３Ａと、該アース電極層２３Ａを接地電位（所定の電位）に接続する引き出し配線（配線）２４と、フォトセンサアレイ１００の背面側（図面下方側）に配置され、フォトセンサアレイ１００の上面側（アース電極層２３Ａの上面）に接触された指（被検出体）４０に均一な光を照射する面光源３０と、を有して構成されている。
【００３６】
ここで、保護絶縁膜２０の上面に形成されるアース電極層２３Ａは、各ダブルゲート型フォトセンサ１０の半導体層１１を励起する可視光に対して透過率（光透過性）が高く、かつ、導電性が高く低抵抗の材質、例えば、上述したＩＴＯや酸化スズ（ＳｎＯ２）やインジウム及び亜鉛の酸化物等により構成され、そのシート抵抗が概ね５０Ω／□以下になるように、膜厚等が設定されている。一方、引き出し配線２４は、アース電極層２３Ａを接地電位に接続して、後述するように、アース電極層２３Ａに接触された指（又は、人体）４０に帯電した静電気を良好に放電することができる低抵抗の配線材料、例えば、リード線や金属層により構成され、その配線抵抗（挿入抵抗）２４ａが、アース電極層２３Ａのシート抵抗よりも小さい、概ね４０Ω以下になるように配線断面積等が設定されている。
【００３７】
このような２次元画像読取装置において、アース電極層２３Ａに被検出体、すなわち、指４０が載置、接触されると、指（人体）４０に帯電した静電気が、低抵抗のシート抵抗を有するアース電極層２３Ａから、より低抵抗の配線抵抗２４ａを有する引き出し配線２４に移動し、接地電位に放電される。
これにより、指４０に帯電した静電気を十分かつ確実に放電することができるので、フォトセンサアレイ１００の静電気耐圧を向上させることができ、上記静電気による２次元画像読取装置（指紋読取装置）の読取誤動作やフォトセンサアレイ１００の破損等を大幅に抑制することができる。
【００３８】
また、本実施形態に係る２次元画像読取装置によれば、アース電極層２３Ａ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、アース電極層２３Ａ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（被検出体）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、良好に被検出体の画像パターン（指紋）を読み取ることができる。
【００３９】
ここで、本実施形態に係る２次元画像読取装置に適用されるアース電極層２３Ａ及び引き出し配線２４について、具体的に説明する。
上述したように、本実施形態に適用されるアース電極層２３Ａのシート抵抗及び引き出し配線２４の配線抵抗２４ａは、いずれも低抵抗（概ね数十Ω程度）であって、かつ、アース電極層２３Ａのシート抵抗（５０Ω／□以下）よりも引き出し配線２４の配線抵抗（４０Ω以下）２４ａの方が小さく設定された構成を有している。
このような構成について、アース電極層２３Ａを構成するＩＴＯ層をリード線を介して接地電位に接続した実験モデルを用いて、ＩＴＯ層のシート抵抗とリード線の配線抵抗又はフォトセンサアレイの実耐電圧との関係について検証する。
【００４０】
図８は、本実施形態に係るアース電極層に適用されるＩＴＯ層等のシート抵抗と実耐電圧との関係を示す実験結果であり、図９は、ＩＴＯ層の膜厚とシート抵抗との関係を示すテーブルであり、図１０は、本実施形態に係る引き出し配線の配線抵抗と実耐電圧との関係を示す実験結果であり、図１１は、本実施形態に係る接地電位への放電時の接地抵抗と実耐電圧との関係を示す実験結果であり、図１２は、本実施形態に係るアース電極層に適用されるＩＴＯ層のシート抵抗と引き出し配線の配線抵抗との関係を示す実験結果である。なお、接地抵抗は、アース電極層２３Ａのシート抵抗による成分と引き出し配線２４の配線抵抗２４ａによる成分からなり、図８のＩＴＯ層では、指４０が接触する位置から接地に至るまでの抵抗を全て３５〜３７Ωの範囲内に統一した。実耐電圧は、アース電極層上に静電気ガンで強電界を発生させ、図２に示す回路の一部もしくは全部が正常に機能しなくなったときのものと定義する。
【００４１】
＜シート抵抗と耐電圧の関係＞
アース電極層としてＩＴＯ層を適用した場合のシート抵抗と実耐電圧との関係は、図８に示すように、接地までの抵抗をほぼ統一したにもかかわらず、概ねシート抵抗が高い（４５〜５０Ω／□）ほど実耐電圧の絶対値が低く（−５〜−７ｋＶ）、これに対して、シート抵抗が低い（１５〜３０Ω／□）ほど実耐電圧の絶対値が高くなる（−８〜−９ｋＶ）傾向が観測された。
【００４２】
なお、同様の実験条件で他の材質との比較を行うと、アース電極層としてシート抵抗が比較的低い（２０〜３０Ω／□程度）カーボンペースト、銅テープを適用した場合には、実耐電圧が−１０ｋＶ未満となり、実耐電圧の絶対値が１０ｋＶ以上より大きくなることから、シート抵抗が低いほど、実耐電圧の絶対値が高くなることが判明した。なお、指の接触による放電電圧の絶対値は、概ね３〜４ｋＶなので、絶対値が５ｋＶ以上であれば良好に機能できる。
【００４３】
ここで、ＩＴＯ膜のシート抵抗は、ＩＴＯ層の膜厚、酸素の存在比を変化させることにより制御される。ＩＴＯ層の膜厚とシート抵抗との関係は、概ね図９に示すような対応関係を有している。したがって、上述したように実耐電圧を高めるためにシート抵抗を概ね１５〜２０Ω／□程度に低く設定するためには、膜厚を１５００〜２０００Å程度に形成する必要がある。なお、ＩＴＯ層は透明な導電性材料により構成されているが、ＩＴＯといえども層内での光の吸収、散乱による減衰が生じるので、低いシート抵抗を実現するためにＩＴＯ層の膜厚を無条件に厚くすると、被検出体（指）の画像パターンの読取感度特性を悪化させることになるため、ＩＴＯ層の膜厚の設定には自ずと限界が生じる。
【００４４】
＜配線抵抗と耐電圧の関係＞
一方、引き出し配線となるリード線の配線抵抗と実耐電圧との関係は、図１０に示すように、接地までの抵抗をほぼ統一したにもかかわらず、アース電極層としてＩＴＯ層を適用し、そのシート抵抗を略同等（２０〜３０Ω／□）に設定した場合、配線抵抗が低いほど実耐電圧の絶対値が高く（−９ｋＶ以上）、配線抵抗が高いほど実耐電圧の絶対値が低く（−８ｋＶ以下）なる傾向が観測された。一方、配線抵抗をゼロに設定した場合（接地までの配線がない状態）、シート抵抗が高い（４５〜５０Ω／□）ほど実耐電圧の絶対値が低く（−５〜−７ｋＶ程度）、シート抵抗が低い（２０〜３０Ω／□）ほど実耐電圧の絶対値が高く（概ね−１０ｋＶ程度）なる傾向が観測された。
【００４５】
なお、アース電極層としてシート抵抗が極めて低い（３Ω／□程度）銅テープを適用した場合には、配線抵抗に関係なく実耐電圧は常時一定であって、−１０ｋＶ以上と絶対値が極めて高くなることが観測された。したがって、シート抵抗が３Ω／□以下であれば、配線抵抗が０〜６８Ωの間では、配線抵抗の影響はみられなかった。
これにより、実耐電圧は、配線抵抗よりもシート抵抗に大きく依存することが判明し、アース電極層のシート抵抗が同等に設定されている場合には、配線抵抗が低いほど、実耐電圧の絶対値は高くなることが判明した。
【００４６】
＜接地抵抗と耐電圧の関係＞
さらに、接地電位への放電時の接地抵抗と実耐電圧との関係は、図１１に示すように、アース電極層としてＩＴＯ層を適用し、リード線の配線抵抗をゼロに設定した場合、接地抵抗に関係なく実耐電圧は常時一定であって、−５ｋＶ程度になることが観測された。すなわち、ＩＴＯ層面上に電圧を印加する位置を変えてアース電極層による抵抗を変位させても、実耐電圧に影響がなかった。
【００４７】
なお、同様の実験条件で他の材質との比較を行うと、アース電極層としてシート抵抗が比較的低い（２０〜３０Ω程度）カーボンペーストを適用した場合においても、カーボンペースト層面上の電圧を印加する位置を変えても、接地抵抗に関係なく実耐電圧が常時一定であって、−１０ｋＶ程度になることが観測された。
これにより、実耐電圧は、接地抵抗、すなわち、アース電極層となるＩＴＯ層の放電点の位置による影響を受けないことが判明した。
【００４８】
＜シート抵抗と配線抵抗の関係＞
以上の検証結果より、シート抵抗と配線抵抗の関係は、図１２に示すように表され、比較的高い実耐電圧の絶対値（例えば、概ね−５ｋＶ以上）を実現するためには、アース電極層のシート抵抗を概ね５０Ω／□以下に設定するとともに、引き出し配線の配線抵抗を概ね４０Ω以下に設定することが望ましく、より高い実耐電圧の絶対値（概ね−１０ｋＶ程度）を実現しつつ、画像パターンの読取感度特性を良好に維持するためには、アース電極層のシート抵抗を概ね１５〜２０Ω／□程度に設定するとともに、配線層の挿入抵抗を概ね１５Ω以下に設定することが望ましいことが判明した。
【００４９】
この場合、アース電極層のシート抵抗を概ね１５〜２０Ω程度に設定するために必要なＩＴＯ層の膜厚は、概ね１５００〜２０００Å程度（図９、図１２参照）と比較的薄い膜厚でよいので、上述したようなＩＴＯ層内における光の大幅な減衰を抑制して、被検出体の画像パターン（指紋）を高い読取感度特性で読み取ることができるとともに、スループットが良好で、被検出体に帯電した静電気を良好に放電して実耐電圧を高めることができ、フォトセンサアレイへの電気的な影響を抑制して、２次元画像読取装置における読取誤動作の発生や破損等を防止することができる。
【００５０】
なお、上述した実施形態においては、フォトセンサアレイのアレイ領域全域を被覆する単一のアース電極層２３Ａを設けた構成を示したが、本発明に係る２次元画像読取装置は、これに限定されるものではなく、アース電極層を所定の形状パターンを有する一対の電極層により構成したものであってもよい。以下、その具体例について説明する。
図１３、図１４は、本発明に係る２次元画像読取装置における他の実施形態を示す概略構成図である。ここでは、上述した実施形態と同等の構成については、同一の符号を付して、その説明を省略または簡略化する。
【００５１】
図１３に示す２次元画像読取装置においては、フォトセンサアレイ１００上に形成されるアース電極が、アレイ領域を２分するように、僅かな間隙を介して互いに離間する一対の方形の電極層２３ａ、２３ｂにより構成され、例えば、一方の電極層２３ａが引き出し配線（配線抵抗２４ａを含む）２４を介して接地電位に電気的に接続されるとともに、他方の電極層２３ｂが所定の直流電圧を印加する電源２５に接続されている。また、他方の電極層２３ｂには上記印加された電圧の変化を検出する検出部２６が接続されている。検出部２６は、指の接触特有の電圧の変化を検知すると、フォトセンサシステムの駆動を開始する。
【００５２】
また、図１４に示す２次元画像読取装置においては、フォトセンサアレイ１００上に形成されるアース電極が、図面左右方向に櫛歯形状を有し、僅かな間隙を介して櫛歯が交互に入り組むように配置された一対の電極層２３ｃ、２３ｄにより構成され、例えば、一方の電極層２３ｃが引き出し配線（配線抵抗２４ａを含む）２４を介して接地電位に電気的に接続されるとともに、他方の電極層２３ｄが所定の直流電圧を印加する電源２５に接続されている。また、他方の電極層２３ｂには上記印加された電圧の変化を検出する検出部２６が接続されている。
【００５３】
ここで、少なくとも一方の電極層２３ａ、２３ｃは、上述した実施形態に示した構成と同様に、例えば、ＩＴＯ等の透明な導電性材料により、概ね５０Ω以下のシート抵抗を有するように膜厚が設定されるとともに、引き出し配線２４は、電極層２３ａ、２３ｃのシート抵抗よりも小さい、概ね４０Ω程度の配線抵抗２４ａを有するように設定されている。
【００５４】
また、検出部２６は、一対の電極層２３ａ、２３ｂ又は２３ｃ、２３ｄに跨って指４０等の被検出体が載置されると、指（人体）４０に帯電していた電荷が放電されるとともに、電極層２３ａ、２３ｂ又は２３ｃ、２３ｄ間が短絡することにより生じる電圧変化を検出し、フォトセンサアレイ１００上への指４０の載置の有無を判断して、図２に示した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の各動作を制御する制御信号を出力するとともに、指４０に対して図６に示した面光源３０から光Ｌａを照射するスイッチ機能を有している。
【００５５】
このような構成を有する２次元画像読取装置において、被検出体（たとえば、指）を、アース電極層を構成する一対の電極層２３ａ、２３ｂ又は２３ｃ、２３ｄの各々に同時に接触するように載置することにより、被検出体に帯電していた静電気が、低抵抗の一方の電極層２３ａ、２３ｃ及びより低抵抗の引き出し配線２４を介して接地電位に放電されるとともに、検出部２６により被検出体の接触状態が検出されて、図３に示した一連の駆動制御方法に基づいて、被検出体の画像パターン（指紋）の読取動作が自動的に実行制御される。
したがって、上述した実施形態と同様に、指（人体）４０に帯電した静電気を良好に放電して、２次元画像読取装置の読取誤動作やフォトセンサデバイス１００の破損の発生を抑制し、静電気耐圧を高めることができるとともに、画像読取動作を被検出体の載置により自動的に実行する２次元画像読取装置を提供することができる。
【００５６】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、導電層が配線を介して接地電位等の所定の電位に接続されるとともに、前記配線の配線抵抗が上記導電層のシート抵抗よりも小さく設定されているので、導電層に指（人体）等の被検出体が載置、接触されると、被検出体に帯電した静電気が低抵抗のシート抵抗を有する導電層から接地電位に放電される。
これにより、被検出体に帯電した静電気を十分かつ確実に放電することができるので、フォトセンサデバイスの静電気耐圧を向上させることができ、上記静電気による２次元画像読取装置の読取誤動作やフォトセンサデバイスの破損等を大幅に抑制することができる。
【００５７】
上記導電層は、光透過性を有する導電性材料、例えば、酸化インジウム・スズ（ＩＴＯ）を主体とする材質により構成されていることが望ましい。これにより、導電層上に載置された被検出体に照射され、反射した光が、上記導電層を良好に透過して各ダブルゲート型フォトセンサの半導体層１１に入射されるので、被検出体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、良好に被検出体の画像パターンを読み取ることができる。
【００５８】
また、上記配線は、概ね４０Ω以下の配線抵抗に設定されていることが望ましい。これにより、フォトセンサデバイスの実耐電圧を大幅に高めることができ、２次元画像読取装置における読取誤動作の発生や破損等を良好に防止することができる。
ここで、導電層として上記ＩＴＯを適用した場合には、導電層のシート抵抗を概ね１５〜２０Ω／□程度に設定するとともに、配線の配線抵抗を概ね１５Ω以下に設定することがより望ましい。これにより、導電層（ＩＴＯ）の膜厚を比較的薄く形成することができるので、実耐電圧を高めつつ、導電層内における光の大幅な減衰を抑制して、画像パターンの読取感度特性に優れた２次元画像読取装置を提供することができる。
【００５９】
さらに、上記導電層は、透光性絶縁膜上に所定の形状パターンを有して設けられているものであってもよい。すなわち、導電層を所定の形状パターンを有する一対の電極層により構成し、一方の電極層を上記構成に基づいて接地電位に接続し、他方の電極層に所定の電圧を印加することにより、被検出体に帯電していた静電気を一方の電極層を介して接地電位に放電することができるとともに、他方の電極層に印加された電圧の変化を検出して指紋読み取り動作を開始することができ、被検出体の画像パターンの読取動作を自動的に実行制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ダブルゲート型フォトセンサの基本構造を示す概略断面図である。
【図２】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３】フォトセンサシステムの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４】ダブルゲート型フォトセンサの動作概念図である。
【図５】フォトセンサシステムの出力電圧の光応答特性を示す図である。
【図６】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２次元画像読取装置の要部断面図である。
【図７】本発明に係る２次元画像読取装置における一実施形態を示す概略構成図である。
【図８】本実施形態に係るアース電極層に適用されるＩＴＯ層のシート抵抗と実耐電圧との関係を示す実験結果である。
【図９】ＩＴＯ層の膜厚とシート抵抗との関係を示すテーブルである。
【図１０】本実施形態に係る引き出し配線の配線抵抗と実耐電圧との関係を示す実験結果である。
【図１１】本実施形態に係る接地電位への放電時の接地抵抗と実耐電圧との関係を示す実験結果である。
【図１２】本実施形態に係るアース電極層に適用されるＩＴＯ層のシート抵抗と引き出し配線の配線抵抗との関係を示す実験結果である。
【図１３】本発明に係る２次元画像読取装置における他の実施形態を示す概略構成図である。
【図１４】本発明に係る２次元画像読取装置におけるさらに他の実施形態を示す概略構成図である。
【図１５】従来技術における静電気放電構造を備えた指紋読取装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１０      ダブルゲート型フォトセンサ
１１      半導体層
２０      保護絶縁膜
２１      トップゲート電極
２２      ボトムゲート電極
２３Ａ、２３ａ〜２３ｄ    アース電極層
２４      引き出し配線
２４ａ    配線抵抗
３０      面光源
４０      指
１００    フォトセンサアレイ
【図１】
0003569804.tif 000002
【図２】
0003569804.tif 000003
【図３】
0003569804.tif 000004
【図４】
0003569804.tif 000005
【図５】
0003569804.tif 000006
【図６】
0003569804.tif 000007
【図７】
0003569804.tif 000008
【図８】
0003569804.tif 000009
【図９】
0003569804.tif 000010
【図１０】
0003569804.tif 000011
【図１１】
0003569804.tif 000012
【図１２】
0003569804.tif 000013
【図１３】
0003569804.tif 000014
【図１４】
0003569804.tif 000015
【図１５】
0003569804.tif 000016