(57)【要約】【課題】  フォトセンサアレイに印加される外圧に対して高い保護性能を有し、フォトセンサや配線、絶縁性基板の損傷を防止しつつ、被写体の画像パターンを良好に読み取ることができる画像読取装置を提供する。【解決手段】  絶縁性基板ＳＵＢの一面側に、２次元配列された複数のフォトセンサ（ダブルゲート型フォトセンサ）ＰＳからなるセンサアレイ１１０と、該センサアレイ１１０上に保護絶縁膜を介して、上面に山部及び谷部が規則的に繰り返し配列された断面構造を有する検知面ＤＴＣが設けられたプリズムシートＰＲＭと、が積層配置された構成を有している。ここで、プリズムシートＰＲＭに形成される隣接する山部（又は、谷部）相互の離間間隔Ｌｂは、センサアレイ１１０に配列されたフォトセンサＰＳ相互の隣接離間距離Ｌａと同一になるように設定されている。【選択図】  図２
2007059504.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体の画像パターンを読み取る画像読取装置において、
透明な絶縁性基板の一面側に複数のフォトセンサが２次元配列された光透過型のセンサアレイと、
一方の面が前記絶縁性基板の一面側に対向して配置され、他方の面に前記被写体が載置される検知面を有する光学シートと、
前記絶縁性基板の他面側に配置され、前記センサアレイを介して前記光学シートに光を照射する光源と、
を備え、
前記光学シートにおける前記検知面は、傾斜面を有する山部及び谷部が交互に設けられた断面形状を有し、前記光源から照射された光は、前記検知面に載置された前記被写体が前記検知面に密着しない領域において、前記傾斜面で反射されて、前記フォトセンサに入射することを特徴とする画像読取装置。
【請求項２】
前記光源から照射された光は、前記検知面に載置された被写体が前記検知面に密着する領域において、前記傾斜面から前記被写体に入射されることを特徴とする請求項１記載の画像読取装置。
【請求項３】
前記被写体は凸部及び凹部を有し、該凸部が前記傾斜面に密着し、該凹部は前記傾斜面に密着しないことを特徴とする請求項１又は２記載の画像読取装置。
【請求項４】
前記光学シートにおける前記山部及び前記谷部の前記傾斜面は相互に対称に形成され、前記傾斜面相互により形成される角度が９０°になるように設定されていることを特徴とする請求項１記載の画像読取装置。
【請求項５】
前記光学シートにおける、隣接して設けられた前記山部間、又は、前記谷部間の離間距離が、前記センサアレイに配列された前記複数のフォトセンサの各々の離間距離と同一になるように設定されていることを特徴とする請求項１記載の画像読取装置。
【請求項６】
前記フォトセンサは、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、前記チャネル領域の前記一面側及び前記他面側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、を有す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画像読取装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像読取装置に関し、特に、指紋画像の読み取りに適用可能な画像読取装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、印刷物や写真、指紋等の被写体の画像雄パターンを読み取る画像読取装置として、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の光電変換素子（フォトセンサ）をライン状又はマトリクス状に配列したフォトセンサアレイを備え、該フォトセンサアレイ上の検知面に載置された被写体に対して、照射光を照射し、その反射光を各フォトセンサにより検出して電気信号に変換することにより、被写体画像を読み取る構造が知られている。
【０００３】
ここで、ＣＣＤは、周知の通り、各フォトセンサの受光部に入射された光（上記反射光に相当する）の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を用いて検出し、被写体の画像パターンの明暗データを検知するものであり、デジタルビデオカメラや複写機等、様々な撮像装置や画像読取装置に適用されている。このようなＣＣＤを用いた画像読取装置においては、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、各フォトセンサごとに個別に設ける必要があるため、検出精度の向上等に伴って検出画素（読取画素）数を増大させると、装置規模が大型化するという問題を有している。
【０００４】
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、例えば、特許文献１等に記載されているように、ダブルゲート型の薄膜トランジスタ構造を有し、フォトセンサ自体にフォトセンス機能（光量検出機能）と選択トランジスタ機能とを持たせた、いわゆる、ダブルゲート型フォトセンサが開発され、システムの小型化、及び、読取画素の高密度化（読取画像の高精細化）を図る試みがなされている。
【０００５】
なお、特許文献１等に記載されたダブルゲート型フォトセンサの素子構造や駆動制御方法等については、詳しく後述するが、概略、ガラス基板等の絶縁性基板の一面側に、単一の半導体層（チャネル領域）に対して上方及び下方に、トップゲート電極及びボトムゲート電極を備え、上記一面側からの光のみを受光し、絶縁性基板の他面側からの光を遮光するように構成されている。また、このようなダブルゲート型フォトセンサが複数個、２次元配列された絶縁性基板上には、光透過性の絶縁膜が形成されて、ダブルゲート型フォトセンサ間を電気的に絶縁し、また、外圧等による損傷から保護するように構成されている。
【０００６】
そして、このようなダブルゲート型フォトセンサを２次元配列したフォトセンサアレイを備えた画像読取装置における画像読取動作（指紋読取動作）は、図７に示すように、絶縁性基板ＳＵＢの他面側（背面側；図面下面側）に設けられたバックライト（光源）ＢＬから光Ｒａを放射して、上記フォトセンサアレイの上方（絶縁性基板ＳＵＢの一面側（図面上面側）に設けられた検知面ＤＴＣに載置された被写体（例えば、指）ＦＧＰに照射し、当該被写体ＦＧＰの画像パターン（凹凸パターン）に応じて反射して、各ダブルゲート型フォトセンサＰＳＰの受光領域（チャネル領域）に入射される光（反射光）Ｒｂの光量を検出することにより、被写体ＦＧＰの画像パターンを明暗データとして読み取る。
【０００７】
ここで、図７に示した画像読取装置においては、検知面ＤＴＣに密着する被写体ＦＧＰの凸部領域ＦＧａではフォトセンサアレイと被写体ＦＧＰとの間で光の反射、散乱が発生することにより、その一部の光Ｒｂがダブルゲート型フォトセンサＰＳＰの受光領域に入射して、その光量に応じた電荷量が蓄積され、一方、検知面ＤＴＣに密着しない被写体ＦＧＰの凹部領域ＦＧｂでは、光Ｒａが透過して上記反射、散乱が発生しないため、ダブルゲート型フォトセンサＰＳＰに光Ｒｂが入射せず、電荷の蓄積が生じない。
【０００８】
したがって、フォトセンサアレイを構成する複数のダブルゲート型フォトセンサＰＳＰの各々に蓄積された電荷量に応じた電気信号を読み出すことにより、被写体ＦＧＰの画像パターン（指紋画像）を、検知面ＤＴＣに密着した領域（明データ）と密着しない領域（暗データ）からなる明暗データとして読み出すことができる。
なお、図７は、ダブルゲート型フォトセンサを適用した画像読取装置における画像読取動作（指紋読取動作）を説明するための概念断面図である。ここで、図示の都合上、断面を表すハッチングを省略した。
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−２５９９５５号公報  （第３頁、図１０）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上述したような従来技術においては、以下に示すような課題を有していた。
すなわち、
（１）図７に示したような画像読取装置においては、外圧等による損傷を防止するために、フォトセンサアレイ（ダブルゲート型フォトセンサＰＳＰ）上にシリコン窒化膜等からなる保護絶縁膜（オーバーコート膜）ＰＲＴが設けられ、該保護絶縁膜ＰＲＴ上に被写体ＦＧＰが直接載置、密着される検知面ＤＴＣが形成された構成を有している。ここで、例えば、保護絶縁膜ＰＲＴの膜厚が薄い場合や膜質が劣化した場合等には、当該保護絶縁膜ＰＲＴにピンホール等の欠陥が存在（又は、発生）しやすくなり、特に、上述した画像読取装置を指紋読取装置に適用した場合、被写体ＦＧＰである指から分泌される汗や指に付着する汚れ等に含まれる塩分や汚染物質（浸食性の物質）により、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ＰＳＰやその配線部材に腐食が発生して、画像読取装置の動作不良や故障を生じるという問題を有していた。
【００１１】
そのため、画像読取装置の完成後、又は、フォトセンサアレイを含む画像読取部の完成後に、検知面に塩水等の浸食性の物質を滴下して画像読取動作を繰り返し実行し、フォトセンサやその配線部材における腐食等の発生状況を検査する試験を実施する必要があり、製造工程が極めて煩雑になるという問題を有していた。
【００１２】
（２）また、検知面ＤＴＣに硬いものが当たったり、接触したりすることにより、保護絶縁膜ＰＲＴが損傷すると、ダブルゲート型フォトセンサＰＳＰやその配線に断線や接続不良を生じる場合がある。このような不具合を防止するために、保護絶縁膜ＰＲＴを厚く形成した構成を適用することが考えられるが、保護絶縁膜ＰＲＴに適用される透過性を有する絶縁膜（シリコン窒化膜等）を厚く形成すると、製造（成膜）時間が長くなる上、厚い絶縁膜により光の透過性が低下して、撮像された被写体の画像パターン（指紋画像）のコントラストが低下するという問題を有していた。そのため、保護絶縁膜の膜厚は、上述したようなピンホール等の欠陥や膜質劣化、成膜条件、透過性等を勘案して、概ね１０μｍ（１００００Å）以下になるように形成されていた。
【００１３】
（３）さらに、より強い外圧が検知面ＤＴＣ（フォトセンサアレイ）に印加された場合には、絶縁性基板ＳＵＢの破損（割れ）を生じる可能性もあり、この場合には、画像読取装置（指紋読取装置）の使用者（指紋の被採取者）に怪我を負わせてしまう可能性もあるという問題も有していた。
【００１４】
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、フォトセンサアレイに印加される外圧に対して高い保護性能を有し、フォトセンサや配線、絶縁性基板の損傷を防止しつつ、被写体の画像パターンを良好に読み取ることができる画像読取装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
請求項１記載の発明は、被写体の画像パターンを読み取る画像読取装置において、透明な絶縁性基板の一面側に複数のフォトセンサが２次元配列された光透過型のセンサアレイと、一方の面が前記絶縁性基板の一面側に対向して配置され、他方の面に前記被写体が載置される検知面を有する光学シートと、前記絶縁性基板の他面側に配置され、前記センサアレイを介して前記光学シートに光を照射する光源と、を備え、前記光学シートにおける前記検知面は、傾斜面を有する山部及び谷部が交互に設けられた断面形状を有し、前記光源から照射された光は、前記検知面に載置された前記被写体が前記検知面に密着しない領域において、前記傾斜面で反射されて、前記フォトセンサに入射することを特徴とする。
【００１６】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の画像読取装置において、前記光源から照射された光は、前記検知面に載置された被写体が前記検知面に密着する領域において、前記傾斜面から前記被写体に入射されることを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の画像読取装置において、前記被写体は凸部及び凹部を有し、該凸部が前記傾斜面に密着し、該凹部は前記傾斜面に密着しないことを特徴とする。
【００１７】
請求項４記載の発明は、請求項１記載の画像読取装置において、前記光学シートにおける前記山部及び前記谷部の前記傾斜面は相互に対称に形成され、前記傾斜面相互により形成される角度が９０°になるように設定されていることを特徴とする。
請求項５記載の発明は、請求項１記載の画像読取装置において、前記光学シートにおける、隣接して設けられた前記山部間、又は、前記谷部間の離間距離が、前記センサアレイに配列された前記複数のフォトセンサの各々の離間距離と同一になるように設定されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項６記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の画像読取装置において、前記フォトセンサは、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、前記チャネル領域の前記一面側及び前記他面側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、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
すなわち、本発明に係る画像読取装置においては、透明な絶縁性基板に一面側に複数のフォトセンサ（ダブルゲート型フォトセンサ）が２次元配列されたセンサアレイ上に、保護絶縁膜を介して、上面に検知面が設けられた透明部材からなる光学シート（プリズムシート）を積層配置した構成を有しているので、検知面に直接載置される被写体（指等）からの分泌物や付着物（汚れ）等に含まれる塩分や浸食性の物質によりセンサアレイを構成するフォトセンサやその配線部材が腐食される現象を抑制することができ、画像読取装置の動作不良や故障の発生を防止することができるとともに、そのための検査工程をなくして、製造工程の簡略化及び製品歩留まりの向上を図ることができる。
【００２０】
また、センサアレイ上に一般的に適用されてきた保護絶縁膜（シリコン窒化膜等）よりも膜硬度の高い透明部材（アクリル系樹脂等）からなる光学シートを配置した構成を有しているので、保護絶縁膜を必要以上に厚く形成する必要がなく、当該保護絶縁膜の製造（成膜）時間を短縮することができるとともに、外圧等によりセンサアレイ及び絶縁性基板が破損する現象を抑制することができ、仮に、絶縁性基板に適用されるガラス基板が破損した場合であっても、光学シートによりガラスの破片の飛散を防止することができ、画像読取装置の使用者の安全を確保することができる。
【００２１】
さらに、光学シート上面の検知面は、傾斜面を有する山部及び谷部が交互に設けられた断面形状を有し、設けられる山部及び谷部を構成する傾斜面相互の交差角度が９０°になるように設定され、かつ、隣接する山部間（又は、谷部間）の離間距離が、センサアレイに配列されたフォトセンサの隣接離間距離と同一になる（一致する）ように設定されていることにより、光源（バックライト）から照射された光は、検知面に載置された被写体（指紋）が傾斜面に密着しない領域（指紋の凹部）においては、光学シートの傾斜面でほぼ全反射されて、対応する位置のフォトセンサに入射し、被写体が傾斜面に密着する領域（指紋の凸部）においては、傾斜面から被写体に入射され、被写体内で拡散されるため、光の減衰を抑制して、良好なコントラストで被写体の画像パターン（指紋画像）を撮像することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明に係る画像読取装置について、実施の形態を示して詳しく説明する。
まず、本発明に係る画像読取装置の全体構成（センサアレイ及びその周辺回路）について説明する。
図１は、本発明に係る画像読取装置の全体構成（センサアレイ及びその周辺回路）の一実施形態を示す概略構成図であり、図２は、本実施形態に係る画像読取装置（センサアレイ）の要部構成を示す概略断面図である。ここで、上述した従来技術と同等の構成については、同一又は同等の符号を付して説明する。
【００２３】
なお、本実施形態においては、センサアレイを構成するフォトセンサとして、従来技術において言及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、要するに、光透過型のセンサアレイを構成するものであって、かつ、背面側に配置された光源からの光が該センサアレイを透過して、検知面に載置された被写体（指）に充分な光量で良好に照射され、その反射光を受光して被写体の画像パターン（指紋画像）に応じた電気信号を出力するものであれば、他の素子構造や回路構成を有するものであってもよいことはいうまでもない。
【００２４】
図１、図２に示すように、本発明に係る画像読取装置は、ガラス基板等の透明な絶縁性基板ＳＵＢの一面側（図２の図面上面側）に、例えば、ｎ行×ｍ列（ｎ、ｍは任意の正の整数）のマトリクス状に配列された複数のフォトセンサ（後述するダブルゲート型フォトセンサ）ＰＳと、各フォトセンサＰＳのトップゲート端子ＴＧを行方向に接続して配設されたトップゲートラインＴＬと、各フォトセンサＰＳのボトムゲート端子ＢＧを行方向に接続して配設されたボトムゲートラインＢＬと、各フォトセンサＰＳのドレイン端子Ｄを列方向に接続して配設されたドレインライン（データライン）ＤＬと、ソース端子Ｓを所定の低電位電圧（例えば、接地電位）Ｖssに共通に接続するように配設されたソースライン（コモンライン）ＳＬと、からなるセンサアレイ１１０を備えた構成を有している。
【００２５】
ここで、センサアレイ１１０の上方（図１の紙面手前側、図２の図面上方側）には、図２に示すように、センサアレイ１１０に２次元配列されたフォトセンサ（ダブルゲート型フォトセンサ）ＰＳを被覆するように形成された保護絶縁膜（図３に示す保護絶縁膜１９）を介して、上面に検知面ＤＴＣが設けられたプリズムシート（光学シート）ＰＲＭが配置された構成を有している。
【００２６】
特に、本実施形態に適用されるプリズムシートＰＲＭの上面に設けられる検知面ＤＴＣは、図２に示すように、紙面左右に対称に形成された傾斜面からなる山部及び谷部が規則的に繰り返し配列された断面構造を有している。山部又は谷部を構成する一対の傾斜面は、絶縁性基板、センサアレイ及びプリズムシートの積層方向（図面上下方向）、あるいは、検知面ＤＴＣ上に載置される被写体表面の延在方向（図面左右方向）に対して、一定の角度を有するように設定され、例えば、当該傾斜面相互により形成される角度（傾斜面相互の交差角度）αが９０°になるように設定されている。
【００２７】
このようなプリズムシートＰＲＭは、具体的には、例えば、１００μｍ程度の膜厚を有するポリエステルフィルム上に、アクリル系樹脂材料からなる透明な板状部材の上面にＶ字型の断面を有する溝部（谷部）を形成したプリズム層を積層することにより製造することができ、プリズムシートＰＲＭの全体の膜厚は、例えば、概ね１５０μｍ程度に設定することができる。
【００２８】
さらに、本実施形態に適用されるプリズムシートＰＲＭに形成される隣接する山部相互、又は、谷部（Ｖ字溝）相互の離間間隔（ピッチ）Ｌｂは、センサアレイ１１０に配列されたフォトセンサＰＳ相互の隣接離間距離Ｌａと同一になるように設定されている。具体的には、例えば、Ｌａ＝Ｌｂ＝５０μｍに設定することができる。
【００２９】
このような構成を有するセンサアレイ１１０及びプリズムシートＰＲＭにおいては、絶縁性基板ＳＵＢの他面側（図２の図面下面側）に配置されたバックライト（光源）ＢＬの一面側（図２の図面上面側）から放射された平面光が、上記絶縁性基板ＳＵＢ、及び、センサアレイ１１０のフォトセンサＰＳ及び上記各ラインが形成されていない領域（素子間領域）を透過して、プリズムシートＰＲＭの下面側に照射される。後述するように、照射された光の一部はプリズムシートＰＲＭ内で全反射されてフォトセンサＰＳに入射し、一部はプリズムシートＰＲＭを介して検知面ＤＴＣに載置された被写体に照射される。本実施形態に係る画像読取装置における被写体への光の照射状態及びフォトセンサへの光の入射状態については、詳しくは後述する。
【００３０】
また、本発明に係る画像読取装置は、図１に示すように、上述したセンサアレイ１１０に配設された各トップゲートラインＴＬに接続されたトップゲートドライバ１２０と、各ボトムゲートラインＢＬに接続されたボトムゲートドライバ１３０と、各ドレインラインＤＬに接続されたドレインドライバ１４０と、を有して構成されている。
【００３１】
トップゲートドライバ１２０、又は、ボトムゲートドライバ１３０は、トップゲート制御信号（又は、ボトムゲート制御信号）として供給されるスタート信号、基準クロック信号、出力イネーブル信号等に基づいて、スタート信号を基準クロック信号に基づくタイミングで順次次段へシフトしつつ、出力イネーブル信号等に基づくタイミングで、各行のトップゲートラインＴＬ、又は、ボトムゲートラインＢＬに対応するシフト信号として出力し、順次出力される当該シフト信号を所定の信号レベルに増幅してリセットパルスφＴｉ、又は、読み出しパルスφＢｉとして、各トップゲートラインＴＬ、又は、ボトムゲートラインＢＬに出力するように構成されている。
【００３２】
ドレインドライバ１４０は、ドレイン制御信号として供給されるプリチャージ信号に基づくタイミング（後述するプリチャージ期間）で、各ドレインラインＤＬに所定のプリチャージパルス（プリチャージ電圧Ｖpg）を一斉に印加するプリチャージ動作と、ドレイン制御信号として供給されるサンプリング信号に基づくタイミング（後述する読み出し期間）で、各ドレインラインＤＬを介して各フォトセンサＰＳに蓄積されたキャリヤに対応する各データ電圧Ｖrd（ドレインライン電圧ＶＤ）を並列的に読み出し、各ドレインラインＤＬに対応して出力されたシフト信号に基づくタイミングで、上記データ電圧Ｖrdを、時系列的に取り出してシリアル信号に変換し、読取データ信号Ｖdataとして出力する読み出し動作と、を所定のタイミングで実行するように構成されている。
【００３３】
すなわち、図１に示したトップゲート制御信号は、トップゲートドライバ１２０において後述するリセット電圧（リセットパルス）及びキャリヤ蓄積電圧のいずれかとして、選択的に出力される信号φＴ１、φＴ２、…φＴｉ、…φＴｎ（ｉは１≦ｉ≦ｎとなる任意の正の整数）を生成するための制御信号であり、ボトムゲート制御信号は、ボトムゲートドライバ１３０において後述する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であり、ドレイン制御信号は、ドレインドライバ１４０において後述するプリチャージ電圧Ｖpgを各フォトセンサＰＳに印加するとともに、各フォトセンサＰＳに蓄積されたキャリヤに対応するデータ電圧Ｖrdの読み出しを制御するための制御信号である。これらの制御信号はいずれも、例えば、図示を省略したシステムコントローラ（タイミング制御手段）等により生成されて供給される。
【００３４】
次いで、本実施形態に適用可能なフォトセンサの素子構造について詳しく説明する。
図３は、本発明に係る画像読取装置のセンサアレイに適用可能なフォトセンサの素子構造を示す概略構成図である。ここで、図３（ａ）は、フォトセンサの一構成例を示す概略断面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示したフォトセンサの等価回路図である。
【００３５】
上述したセンサアレイ１１０に適用可能なフォトセンサＰＳは、例えば、図３（ａ）に示すように、概略、励起光（ここでは、可視光）の入射により電子−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（チャネル領域）１１と、該半導体層１１の両端に、各々ｎ＋シリコンからなる不純物層（オーミックコンタクト層）１７、１８を介して形成され、クロム、クロム合金、アルミニウム、アルミニウム合金等から選択された導電性材料からなり、可視光に対して不透明なドレイン電極１２（ドレイン端子Ｄ）及びソース電極１３（ソース端子Ｓ）と、半導体層１１の上方（図面上方）にブロック絶縁膜（ストッパ膜）１４及び上部ゲート絶縁膜１５を介して形成され、酸化スズ膜やＩＴＯ膜（インジウム−スズ酸化膜）等の透明電極層からなり、可視光に対して透過性を示すトップゲート電極ＴＧｘ（第１のゲート電極；トップゲート端子ＴＧ）と、半導体層１１の下方（図面下方）に下部ゲート絶縁膜１６を介して形成され、クロム、クロム合金、アルミニウム、アルミニウム合金等から選択された導電性材料からなり、可視光に対して不透明な（遮光性を有する）ボトムゲート電極ＢＧｘ（第２のゲート電極；ボトムゲート端子ＢＧ）と、を有して構成されている。
【００３６】
すなわち、フォトセンサＰＳは、いわゆる、ダブルゲート型の薄膜トランジスタ構造を有するフォトセンサ（ダブルゲート型フォトセンサ）であって、半導体製造技術を適用して、図３（ａ）に示すように、ガラス基板等の透明な絶縁性基板ＳＵＢ上に薄膜形成されている。また、該フォトセンサＰＳを含む絶縁性基板ＳＵＢの一面側（図面上方）全体には保護絶縁膜（オーバーコート膜）１９が被覆形成されている。
【００３７】
ここで、図３（ａ）に示したフォトセンサＰＳ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を構成する絶縁膜、及び、トップゲート電極ＴＧｘ上に設けられる保護絶縁膜１９は、いずれも半導体層１１を励起する可視光に対して高い透過率を有する材質、例えば、窒化シリコンや酸化シリコン等により構成されていることにより、絶縁性基板ＳＵＢ側（図面下方）に設けられた光源（図示を省略；上述したバックライトＢＬに相当する）から放射された光を図面上方に透過させるとともに、保護絶縁膜１９上に設けられたプリズムシートＰＲＭ（図示を層略）上面の検知面ＤＴＣに載置された被写体の画像パターンに応じて反射した光がフォトセンサＰＳ（詳しくは、半導体層１１）に入射するように構成されている。
【００３８】
なお、図３（ａ）に示したような素子構造を有するフォトセンサＰＳは、一般に、図３（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ＴＧｘに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ＢＧｘに電気的に接続されたボトムゲート端子、Ｄはドレイン電極１２に電気的に接続されたドレイン端子、Ｓはソース電極１３に電気的に接続されたソース端子である。
【００３９】
次に、上述した構成を有する画像読取装置の駆動制御方法について、図面を参照して説明する。
図４は、本実施形態に係る画像読取装置に適用されるセンサアレイ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。また、図５は、本実施形態に係る画像読取装置において、指紋を読み取る場合の動作（指紋読取動作）を示す概念図である。ここで、図５においては、図示の都合上、断面を表すハッチングの一部を省略した。
【００４０】
上述したセンサアレイ１１０（フォトセンサＰＳ）における駆動制御方法は、例えば、図４に示すように、所定の処理動作期間（１処理サイクル）に、リセット期間Ｔrst、電荷蓄積期間Ｔａ、プリチャージ期間Ｔprch及び読み出し期間Ｔreadを設定することにより実現される。
【００４１】
まず、リセット期間Ｔrstにおいては、トップゲートドライバ１２０によりトップゲートラインＴＬを介して、ｉ行目のフォトセンサＰＳのトップゲート端子ＴＧにリセットパルスφＴｉ（例えば、トップゲート電圧（＝リセットパルス電圧）Ｖtg＝＋１５Ｖのハイレベル）を印加して、半導体層１１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動作（初期化動作）を実行する。
【００４２】
次いで、電荷蓄積期間Ｔａにおいては、トップゲートドライバ１２０によりトップゲート端子ＴＧにローレベルのバイアス電圧φＴｉ（例えば、トップゲート電圧Ｖtg＝−１５Ｖ）を印加することにより、上記リセット動作を終了し、電荷蓄積動作（キャリヤ蓄積動作）をスタートする。
【００４３】
この電荷蓄積期間Ｔａにおいては、図５に示すように、透明な絶縁性基板ＳＵＢの背面側に配置されたバックライトＢＬから放射された光Ｒｘの一部が、絶縁性基板ＳＵＢ、センサアレイ１１０の素子間領域を透過してプリズムシートＰＲＭに入射され、プリズムシートＰＲＭの上面に設けられた検知面ＤＴＣに密着して載置された被写体（指）ＦＧの画像パターン（指紋の凹凸パターン）に応じて反射した光（反射光）Ｒｚが、図３に示したフォトセンサ（ダブルゲート型フォトセンサ）ＰＳを構成する透明電極層からなるトップゲート電極ＴＧｘを通過して半導体層１１に入射する。これにより、電荷蓄積期間Ｔａ中に半導体層１１に入射した光量に応じて、半導体層１１の入射有効領域（キャリヤ発生領域）で電子−正孔対が生成され、半導体層１１とブロック絶縁膜１４との界面近傍（チャネル領域周辺）にキャリヤ（正孔）が蓄積される。
【００４４】
ここで、本実施形態に係る画像読取装置を指紋読取装置として適用した場合、図５に示すように、被写体（指紋）ＦＧは凸部領域ＦＧａ及び凹部領域ＦＧｂを有する。そして、このような被写体（指紋）ＦＧが検知面ＤＴＣ上に載置されたとき、凸部領域ＦＧａは検知面ＤＴＣに密着するが、凹部領域ＦＧｂは検知面ＤＴＣに接しない。すなわち、被写体ＦＧの凸部領域ＦＧａにおいては、検知面ＤＴＣの山部及び谷部を構成する傾斜面に被写体ＦＧが密着しており、プリズムシートＰＲＭと指との屈折率が近似することにより、バックライトＢＬから放射された光Ｒｘは、プリズムシートＰＲＭと指の界面を透過して、指の皮膚表層内に入射され、皮膚表層内で反射、拡散される（図中、光Ｒｙ参照）。このため、凸部領域ＦＧａにおいては、各フォトセンサＰＳへの光の入射がほとんど生じない。
【００４５】
一方、指紋の凹部領域ＦＧｂにおいては、検知面ＤＴＣの山部及び谷部を構成する傾斜面には被写体ＦＧが接しておらず、プリズムシートＰＲＭは空気層と接することとなり、相互の屈折率が大きく異なり、かつ、検知面ＤＴＣに設けられた山部及び谷部を構成する傾斜面相互により形成される角度（傾斜面相互の交差角度）が９０°になるように設定され、さらに、隣接する山部間（又は、谷部間）の離間距離が、センサアレイに配列されたフォトセンサの隣接離間距離と同一になる（一致する）ように設定されていることにより、バックライトＢＬから放射された光Ｒｘは被写体ＦＧ側には出射せず、プリズムシートＰＲＭの傾斜面でほぼ全反射されて（図中、光Ｒｚ参照）、各フォトセンサＰＳに入射する。
これによって、指紋の凹凸パターンに応じて、センサアレイ１１０に配列された複数のフォトセンサＰＳの各々に入射する光量が異なり、蓄積される電荷量も異なることになる。
【００４６】
そして、プリチャージ期間Ｔprchにおいては、上記電荷蓄積期間Ｔａに並行して、ドレイン制御信号として供給されるプリチャージ信号φpgに基づいて、ドレインドライバ１４０によりドレインラインＤＬを介してドレイン端子Ｄにプリチャージパルス（例えば、プリチャージ電圧Ｖpg＝＋５Ｖ）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動作を実行する。
【００４７】
次いで、読み出し期間Ｔreadにおいては、上記プリチャージ期間Ｔprchが経過した後、ボトムゲートドライバ１３０によりボトムゲートラインＢＬを介して、ボトムゲート端子ＢＧに読み出しパルスφＢｉ（例えば、ボトムゲート電圧（＝読み出しパルス電圧）Ｖbg＝＋１０Ｖのハイレベル）を印加することにより、電荷蓄積期間Ｔａに上記チャネル領域に蓄積されたキャリヤ（正孔）に応じたドレイン電圧ＶＤ（データ電圧Ｖrd；電圧信号）を、ドレインラインＤＬを介してドレインドライバ１４０により読み出す読み出し動作が実行される。
【００４８】
ここで、読み出しパルスφＢｉの印加期間（読み出し期間）におけるドレイン電圧ＶＤ（データ電圧Ｖrd）の変化傾向は、電荷蓄積期間Ｔａに蓄積されたキャリヤが多い場合（明状態；指紋の凹部領域ＦＧｂ）には、電圧が急峻に低下する傾向を示し、一方、蓄積されたキャリヤが少ない場合（暗状態；指紋の凸部領域ＦＧａ）には緩やかに低下する傾向を示すので、例えば、読み出し期間Ｔreadの開始から所定の時間経過後のデータ電圧Ｖrdを検出することにより、フォトセンサＰＳに入射した光の量、すなわち、被写体の凹凸パターンに対応した明度データ（明暗情報）を検出することができる。
【００４９】
そして、このような特定の行（ｉ行目）に対する一連の明度データ検出動作を１処理サイクルとして、上述したセンサアレイ１１０の各行（ｉ＝１、２、・・・ｎ）に対して、同等の動作処理を繰り返し実行することにより、ダブルゲート型の薄膜トランジスタ構造を有するフォトセンサＰＳからなるセンサアレイ１１０を備えた画像読取装置を、被写体の画像パターン（指紋の凹凸パターン）を明度データとして読み取るモノクローム型の画像読取装置として動作させることができる。なお、上述した一連の画像読取装置の駆動制御動作は、例えば、図示を省略したシステムコントローラ等により制御される。
【００５０】
したがって、本実施形態に係る画像読取装置によれば、センサアレイ上に保護絶縁膜を介して透明部材からなるプリズムシート（光学シート）を積層配置した構成を有しているので、プリズムシートの上面に設けられた検知面に直接載置される被写体からの分泌物や付着物（汚れ）等に含まれる塩分や浸食性の物質によりセンサアレイを構成するフォトセンサやその配線部材が腐食される現象を抑制することができ、画像読取装置の動作不良や故障の発生を防止することができるとともに、そのための検査工程を実施する必要がなくなり、製造工程の大幅な簡略化及び製品歩留まりの向上を図ることができる。
【００５１】
また、センサアレイ上に保護絶縁膜よりも膜硬度の高い透明部材（アクリル系樹脂等）からなるプリズムシートを配置した構成を有しているので、外圧等によりセンサアレイ及び絶縁性基板が破損する現象を抑制することができるとともに、仮に、絶縁性基板に適用されるガラス基板が破損した場合であっても、プリズムシートによりガラスの破片の飛散を防止することができ、画像読取装置の使用者の安全を確保することができる。
【００５２】
この場合、検知面が設けられるプリズムシートがセンサアレイ（フォトセンサやその配線部材）を保護するために充分な機能を有しているので、センサアレイ上に設けられる保護絶縁膜を必要以上に厚く形成する必要がなく（例えば、２μｍ程度の膜厚で比較的薄く形成することができ）、当該保護絶縁膜の製造（成膜）時間を短縮することができるとともに、バックライトからセンサアレイを介して検知面に載置された被写体に照射される光の減衰を抑制することができ、良好なコントラストで被写体の画像パターン（指紋画像）を撮像することができる。
【００５３】
なお、上述した実施形態においては、センサアレイ上に保護絶縁膜を介してプリズムシートを積層配置した構成を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、センサアレイとプリズムシート間に、さらに光学部材を介在させるものであってもよい。例えば、センサアレイ上に形成された保護絶縁膜とプリズムシート間に、光ファイバの集束体を設け、バックライトから放射された光の減衰を抑制しつつ、センサアレイに垂直な方向に伝搬させるように構成するものであってもよい。
【００５４】
また、上述した実施形態においては、プリズムシートの上面の断面形状として、山部及び谷部が規則的に配列され、当該山部又は谷部を構成する傾斜面相互の交差角度が、例えば、略９０°になるように設定された構成を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、図６に示すように、プリズムシートＰＲＭの上面の断面形状として、波形の曲線部が規則的に配列され、当該波形を構成する傾斜部の曲面の接線相互の交差角度αが、略９０°になるように設定された構成を有するものであってもよい。
【００５５】
このような構成を有する画像読取装置によれば、本発明に係る画像読取装置を指紋読取装置に適用した場合に、被写体である指の凸部とプリズムシートＰＲＭとの密着性が向上するとともに、溝部（谷部）に付着した汚れ等を簡易かつ良好に拭き取ることができるので、良好なコントラストで被写体の画像パターン（指紋画像）を撮像することができる。なお、図６は、本発明に係る画像読取装置に適用されるプリズムシート上面（検知面）の断面形状の他の例を示す概略断面図である。図６においても、図示の都合上、断面を表すハッチングの一部を省略した。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明に係る画像読取装置の全体構成（センサアレイ及びその周辺回路）の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】本実施形態に係る画像読取装置（センサアレイ）の要部構成を示す概略断面図である。
【図３】本発明に係る画像読取装置のセンサアレイに適用可能なフォトセンサの素子構造を示す概略構成図である。
【図４】本実施形態に係る画像読取装置に適用されるセンサアレイ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５】本実施形態に係る画像読取装置において、指紋を読み取る場合の駆動制御方法（指紋読取動作）を示す概念図である。
【図６】本発明に係る画像読取装置に適用されるプリズムシート上面（検知面）の断面形状の他の例を示す概略断面図である。
【図７】ダブルゲート型フォトセンサを適用した画像読取装置における画像読取動作（指紋読取動作）を説明するための概念断面図である。
【符号の説明】
【００５７】
ＰＳ        フォトセンサ
ＳＵＢ      絶縁性基板
ＰＲＭ      プリズムシート
ＤＴＣ      検知面
ＦＧ        被写体
ＦＧａ      凸部領域
ＦＧｂ      凹部領域
１１０      センサアレイ
ＢＬ        バックライト
【図１】
2007059504.tif 000003
【図２】
2007059504.tif 000004
【図３】
2007059504.tif 000005
【図４】
2007059504.tif 000006
【図５】
2007059504.tif 000007
【図６】
2007059504.tif 000008
【図７】
2007059504.tif 000009