(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のフォトセンサを２次元配列して構成されるフォトセンサアレイと、
前記フォトセンサアレイの前面側に載置された被写体に対して、前記フォトセンサアレイの背面側から照射光を照射する光源と、
前記光源を消灯した状態において、前記フォトセンサアレイの前面側から照射される環境照度を判定する環境照度判定手段と、
前記環境照度に基づいて、前記光源の点灯状態を点灯、又は、消灯、いずれか一方の状態に設定する点灯状態設定手段と、
前記環境照度判定時、又は、前記点灯状態設定後、の少なくともいずれか一方において、前記フォトセンサアレイにおける画像読取感度を複数段階に変化させつつ、前記２次元配列されたフォトセンサに対応する画素より構成される被写体画像を読み取り、前記異なる画像読取感度毎の前記被写体画像の画像パターンに基づいて、前記被写体画像の読み取りに最適な画像読取感度を求める読取感度設定手段と、
前記最適な画像読取感度に基づいて、前記２次元配列されたフォトセンサに対応する画素より構成される被写体画像を読み取る画像読み取り手段と、
を具備することを特徴とする画像読取装置。
【請求項２】
前記環境照度判定手段は、前記光源を消灯状態に維持し、前記被写体が前記フォトセンサアレイの前面側に載置された状態で、前記２次元配列されたフォトセンサに対応する画素より構成される被写体画像を読み取り、前記画像読取感度毎の前記被写体画像の画像パターンに基づいて最適な画像読取感度を求め、該画像読取感度に対して予め設定されたしきい値に基づいて環境照度を判定す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】
前記環境照度判定手段は、前記被写体が載置される前記フォトセンサアレイとは別個独立して設けられた環境照度検出部を備え、前記環境照度検出部は少なくとも１つのフォトセンサを備え、該フォトセンサの出力電圧に対して予め設定されたしきい値に基づいて環境照度を判定す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４】
前記画像読取装置は、前記フォトセンサアレイにおける第１の電極にリセットパルスを印加して前記フォトセンサを初期化し、該第１の電極に印加される信号電圧の実効電圧を前記フォトセンサの感度特性に応じて設定された最適値にするための第１の信号電圧を印加するとともに、前記フォトセンサアレイにおける第２の電極に読み出しパルスを印加して前記被写体画像の読み取りを行い、該第２の電極に印加される信号電圧の実効電圧を前記フォトセンサの感度特性に応じて設定された最適値にするための第２の信号電圧を印加する実効電圧調整手段を具備す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画像読取装置。
【請求項５】
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、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トップゲート電極及びボトムゲート電極と、を備えたダブルゲート構造を有し、
前記トップゲート電極を前記第１の電極として、前記リセットパルスを印加し、前記ボトムゲート電極を前記第２の電極として、前記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した電圧を出力することを特徴とする請求項４記載の画像読取装置。
【請求項６】
複数のフォトセンサを２次元配列して構成されるフォトセンサアレイと、前記フォトセンサアレイの前面側に載置された被写体に対して、前記フォトセンサアレイの背面側から照射光を照射する光源と、を備えた画像読取装置の駆動制御方法において、
前記光源を消灯した状態において、前記フォトセンサアレイの前面側から照射される環境照度を判定する環境照度判定動作を実行する手順と、該環境照度に基づいて、前記光源の点灯状態を点灯、又は、消灯、いずれか一方の状態に設定する点灯状態設定動作を実行する手順と、
前記環境照度判定時、又は、前記点灯状態設定後、の少なくともいずれか一方において、前記フォトセンサアレイにおける画像読取感度を複数段階に変化させつつ、前記２次元配列されたフォトセンサに対応する画素より構成される被写体画像を読み取り、前記異なる画像読取感度毎の前記被写体画像の画像パターンに基づいて、前記被写体画像の読み取りに最適な画像読取感度を求める読取感度設定動作を実行する手順と、
前記最適な画像読取感度に基づいて、前記２次元配列されたフォトセンサに対応する画素より構成される被写体画像を読み取る画像読み取り動作を実行する手順と、を含むことを特徴とする画像読取装置の駆動制御方法。
【請求項７】
前記環境照度判定動作を実行する手順は、前記光源を消灯状態に維持し、前記被写体が前記フォトセンサアレイの前面側に載置された状態で、前記２次元配列されたフォトセンサに対応する画素より構成される被写体画像を読み取り、前記画像読取感度毎の前記被写体画像の画像パターンに基づいて最適な画像読取感度を求め、該画像読取感度に対して予め設定されたしきい値に基づいて環境照度を判定することを特徴とする請求項６記載の画像読取装置の駆動制御方法。
【請求項８】
前記環境照度判定動作を実行する手順は、前記被写体が載置される前記フォトセンサアレイとは別個独立して設けられた環境照度検出部に備えられたフォトセンサの出力電圧に対して予め設定されたしきい値に基づいて環境照度を判定することを特徴とする請求項６記載の画像読取装置の駆動制御方法。
【請求項９】
前記画像読取装置の駆動制御方法は、前記フォトセンサアレイにおける第１の電極にリセットパルスを印加して前記フォトセンサを初期化し、該第１の電極に印加される信号電圧の実効電圧を前記フォトセンサの感度特性に応じて設定された最適値にするための第１の信号電圧を印加するとともに、前記フォトセンサアレイにおける第２の電極に読み出しパルスを印加して前記被写体画像の読み取りを行い、該第２の電極に印加される信号電圧の実効電圧を前記フォトセンサの感度特性に応じて設定された最適値にするための第２の信号電圧を印加する実効電圧調整動作を実行する手順を含むことを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の画像読取装置の駆動制御方法。
【請求項１０】
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、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トップゲート電極及びボトムゲート電極と、を備えたダブルゲート構造を有し、
前記トップゲート電極を前記第１の電極として、前記リセットパルスを印加し、前記ボトムゲート電極を前記第２の電極として、前記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した電圧を出力することを特徴とする請求項９記載の画像読取装置の駆動制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像読取装置及びその駆動制御方法に関し、特に、いわゆる、ダブルゲート構造を有する薄膜トランジスタを２次元配列して構成されるフォトセンサアレイを備え、指紋等の２次元画像を読み取る画像読取装置及びその駆動制御方法に関する。
【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を有する構造のものがある。このようなフォトセンサアレイとして、一般に、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の固体撮像デバイスが用いられている。
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している。
【０００３】
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、ダブルゲート型フォトセンサという）を画像読取装置に適用して、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。
【０００４】
このようなフォトセンサを用いた画像読取装置は、概略、ガラス基板の一面側にトップゲート電極及びボトムゲート電極を備えたダブルゲート型フォトセンサをマトリクス状に形成して、フォトセンサアレイを構成し、例えば、ガラス基板の背面側に設けられた光源から照射光を照射して、フォトセンサアレイ上方の検知面に載置された指紋等の２次元画像の画像パターンに応じた反射光を、ダブルゲート型フォトセンサにより明暗情報として検出し、２次元画像を読み取るものである。
ここで、フォトセンサアレイによる画像の読み取り動作は、リセットパルスの印加による初期化終了時から読み出しパルスが印加されるまでの光蓄積期間において、各ダブルゲート型フォトセンサ毎に蓄積されるキャリヤ（正孔）の蓄積量に基づいて、明暗情報が検出される。なお、ダブルゲート型トランジスタ、及び、フォトセンサアレイの具体的な構成及び動作については、後述する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したようなダブルゲート型フォトセンサを適用したフォトセンサシステムにおいては、以下に示すような問題を有していた。
すなわち、ダブルゲート型フォトセンサを適用したセンサシステムにおいては、光蓄積期間におけるフォトセンサ毎のキャリヤ（正孔）の蓄積量に基づいて、画像の読み取りが行われるので、種々の環境下で被写体画像（２次元画像）を良好に読み取るためには、上記光蓄積期間（すなわち、読取感度に相当する）を適切に設定する必要がある。
【０００６】
ここで、光蓄積期間は、環境照度等の周囲の条件に大きく依存するため、従来においては、被写体画像の画像読み取り動作を開始する前に標準試料等を検知面に載置し、光蓄積期間を複数段階に変えて読み取り動作（いわゆる、読取感度設定動作）を行い、その読取結果に基づいて、環境照度等の周囲の条件に応じた最適な光蓄積期間を求める手法を採用していた。
しかしながら、上述したような従来技術に係るフォトセンサシステムにおいては、上記読取感度設定動作、及び、それに引き続き実行される被写体画像の画像読み取り動作時には、検知面に載置された被写体に対して、ガラス基板の背面側に設けられた光源から照射光を継続的又は連続的に照射する必要があり、これに伴って消費電力の増大を招くという問題を有していた。特に、このような消費電力の問題は、低消費電力化が強く求められる携帯情報端末等に、画像読取装置を適用する際には顕著かつ重大な問題となっていた。
【０００７】
そこで、本発明は、上述した問題を解決し、フォトセンサの最適な読取感度を設定する読取感度設定動作や、被写体画像の画像読み取り動作における消費電力の低減を図り、良好に携帯情報端末等へ適用することができる画像読取装置及びその駆動制御方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明に係る画像読取装置は、複数のフォトセンサを２次元配列して構成されるフォトセンサアレイと、前記フォトセンサアレイの前面側に載置された被写体に対して、前記フォトセンサアレイの背面側から照射光を照射する光源と、前記光源を消灯した状態において、前記フォトセンサアレイの前面側から照射される環境照度を判定する環境照度判定手段と、前記環境照度に基づいて、前記光源の点灯状態を点灯、又は、消灯、いずれか一方の状態に設定する点灯状態設定手段と、前記環境照度判定時、又は、前記点灯状態設定後、の少なくともいずれか一方において、前記フォトセンサアレイにおける画像読取感度を複数段階に変化させつつ、前記２次元配列されたフォトセンサに対応する画素より構成される被写体画像を読み取り、前記異なる画像読取感度毎の前記被写体画像の画像パターンに基づいて、前記被写体画像の読み取りに最適な画像読取感度を求める読取感度設定手段と、前記最適な画像読取感度に基づいて、前記２次元配列されたフォトセンサに対応する画素より構成される被写体画像を読み取る画像読み取り手段と、を具備することを特徴としている。
【０００９】
請求項２記載の発明に係る画像読取装置は、請求項１記載の画像読取装置において、前記環境照度判定手段は、前記光源を消灯状態に維持し、前記被写体が前記フォトセンサアレイの前面側に載置された状態で、前記２次元配列されたフォトセンサに対応する画素より構成される被写体画像を読み取り、前記画像読取感度毎の前記被写体画像の画像パターンに基づいて最適な画像読取感度を求め、該画像読取感度に対して予め設定されたしきい値に基づいて環境照度を判定することを特徴としている。
【００１０】
請求項３記載の発明に係る画像読取装置は、請求項１記載の画像読取装置において、前記環境照度判定手段は、前記被写体が載置される前記フォトセンサアレイとは別個独立して設けられた環境照度検出部を備え、前記環境照度検出部は少なくとも１つのフォトセンサを備え、該フォトセンサの出力電圧に対して予め設定されたしきい値に基づいて環境照度を判定することを特徴としている。請求項４記載の発明に係る画像読取装置は、請求項１乃至３のいずれかに記載の画像読取装置において、前記画像読取装置は、前記フォトセンサアレイにおける第１の電極にリセットパルスを印加して前記フォトセンサを初期化し、該第１の電極に印加される信号電圧の実効電圧を前記フォトセンサの感度特性に応じて設定された最適値にするための第１の信号電圧を印加するとともに、前記フォトセンサアレイにおける第２の電極に読み出しパルスを印加して前記被写体画像の読み取りを行い、該第２の電極に印加される信号電圧の実効電圧を前記フォトセンサの感度特性に応じて設定された最適値にするための第２の信号電圧を印加する実効電圧調整手段を具備することを特徴としている。
【００１１】
請求項５記載の発明に係る画像読取装置は、請求項４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、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トップゲート電極及びボトムゲート電極と、を備えたダブルゲート構造を有し、前記トップゲート電極を前記第１の電極として、前記リセットパルスを印加し、前記ボトムゲート電極を前記第２の電極として、前記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した電圧を出力することを特徴としている。
【００１２】
請求項６記載の発明に係る画像読取装置の駆動制御方法は、複数のフォトセンサを２次元配列して構成されるフォトセンサアレイと、前記フォトセンサアレイの前面側に載置された被写体に対して、前記フォトセンサアレイの背面側から照射光を照射する光源と、を備えた画像読取装置の駆動制御方法において、前記光源を消灯した状態において、前記フォトセンサアレイの前面側から照射される環境照度を判定する環境照度判定動作を実行する手順と、該環境照度に基づいて、前記光源の点灯状態を点灯、又は、消灯、いずれか一方の状態に設定する点灯状態設定動作を実行する手順と、前記環境照度判定時、又は、前記点灯状態設定後、の少なくともいずれか一方において、前記フォトセンサアレイにおける画像読取感度を複数段階に変化させつつ、前記２次元配列されたフォトセンサに対応する画素より構成される被写体画像を読み取り、前記異なる画像読取感度毎の前記被写体画像の画像パターンに基づいて、前記被写体画像の読み取りに最適な画像読取感度を求める読取感度設定動作を実行する手順と、前記最適な画像読取感度に基づいて、前記２次元配列されたフォトセンサに対応する画素より構成される被写体画像を読み取る画像読み取り動作を実行する手順と、を含むことを特徴としている。
【００１３】
請求項７記載の発明に係る画像読取装置の駆動制御方法は、請求項６記載の画像読取装置の駆動制御方法において、前記環境照度判定動作を実行する手順は、前記光源を消灯状態に維持し、前記被写体が前記フォトセンサアレイの前面側に載置された状態で、前記２次元配列されたフォトセンサに対応する画素より構成される被写体画像を読み取り、前記画像読取感度毎の前記被写体画像の画像パターンに基づいて最適な画像読取感度を求め、該画像読取感度に対して予め設定されたしきい値に基づいて環境照度を判定することを特徴としている。
【００１４】
請求項８記載の発明に係る画像読取装置の駆動制御方法は、請求項６記載の画像読取装置の駆動制御方法において、前記環境照度判定動作を実行する手順は、前記被写体が載置される前記フォトセンサアレイとは別個独立して設けられた環境照度検出部に備えられたフォトセンサの出力電圧に対して予め設定されたしきい値に基づいて環境照度を判定することを特徴としている。請求項９記載の発明に係る画像読取装置の駆動制御方法は、請求項６乃至８のいずれかに記載の画像読取装置の駆動制御方法において、前記画像読取装置の駆動制御方法は、前記フォトセンサアレイにおける第１の電極にリセットパルスを印加して前記フォトセンサを初期化し、該第１の電極に印加される信号電圧の実効電圧を前記フォトセンサの感度特性に応じて設定された最適値にするための第１の信号電圧を印加するとともに、前記フォトセンサアレイにおける第２の電極に読み出しパルスを印加して前記被写体画像の読み取りを行い、該第２の電極に印加される信号電圧の実効電圧を前記フォトセンサの感度特性に応じて設定された最適値にするための第２の信号電圧を印加する実効電圧調整動作を実行する手順を含むことを特徴としている。
【００１５】
請求項１０記載の発明に係る画像読取装置の駆動制御方法は、請求項９記載の画像読取装置の駆動制御方法において、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、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トップゲート電極及びボトムゲート電極と、を備えたダブルゲート構造を有し、前記トップゲート電極を前記第１の電極として、前記リセットパルスを印加し、前記ボトムゲート電極を前記第２の電極として、前記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した電圧を出力することを特徴としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る画像読取装置及びその駆動制御方法の実施の形態について詳しく説明する。
まず、本発明に係る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ついて、図面を参照して説明する。
図１は、ダブルゲート型トランジスタの構造を示す概略断面図である。
図１（ａ）に示すように、ダブルゲート型フォトセンサ１０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＋シリコン層１７、１８と、ｎ＋シリコン層１７、１８上に形成されたソース電極１２及びドレイン電極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２２と、を有して構成されている。
【００１７】
なお、図１（ａ）において、トップゲート電極２１、トップゲート絶縁膜１５、ボトムゲート絶縁膜１６、及び、トップゲート電極２１上に設けられる保護絶縁膜２０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により構成され、一方、ボトムゲート電極２２は、可視光の透過を遮断する材質により構成されることにより、図面上方から入射する照射光のみを検知する構造を有している。
すなわち、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、ソース電極１２、ドレイン電極１３及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、ソース電極１２、ドレイン電極１３及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トランジスタの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】
次に、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システムの概略構成図である。
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及びボトムゲート端子ＢＧを各々行方向に接続したトップゲートライン１０１及びボトムゲートライン１０２と、トップゲートライン１０１及びボトムゲートライン１０２に各々接続されたトップゲートドライバ１１１及びボトムゲートドライバ１１２と、各ダブルゲート型フォトセンサのドレイン端子Ｄを列方向に接続したデータライン１０３と、データライン１０３に接続された出力回路部１１３と、を有して構成される。ここで、φtg及びφbgは、それぞれリセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｉ、…φＴｎ、及び、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。
【００１９】
このような構成において、トップゲートドライバ１１１からトップゲート端子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からボトムゲート端子ＢＧに電圧を印加し、データライン１０３を介して検出信号を出力回路部１１３に取り込んでシリア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。
【００２０】
次に、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。
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の半導体層に蓄積されているキャリア（正孔）を放出する（リセット期間Ｔreset）。
【００２１】
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チャネル領域にキャリアが蓄積される。
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に基づいてデータライン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１３に電荷を保持させる（プリチャージ期間Ｔprch）。
【００２２】
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）。
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データライン１０３のデータライン電圧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。
【００２３】
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ＴＧに負バイアスをかけることによって、ボトムゲート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、データライン１０３の電圧ＶＤが、ほぼそのまま保持されることになる。
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、データライン１０３の電圧ＶＤは、低下することになる。
【００２４】
したがって、図５（ａ）に示したように、データライン１０３の電圧ＶＤの変化傾向は、トップゲート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データライン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。
【００２５】
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、データライン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。
【００２６】
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次元画像の画像読取装置の要部断面図である。
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、ダブルゲート型トランジスタ１０のガラス基板１９下方側に設けられた導光板３１、光源３２からなるバックライト３０から照射光Ｒ１を入射させ、この照射光Ｒ１がダブルゲート型トランジスタ１０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、保護絶縁膜２０上の被写体（指）４０に照射される。
そして、被写体４０の画像パターン（あるいは、凹凸パターン）によって決まる反射率に応じた反射光Ｒ２が、透明な絶縁膜２０、１５、１４及びトップゲート電極２１を透過して半導体層１１に入射することにより、被写体４０の画像パターンに対応したキャリヤが蓄積され、上述した一連の駆動制御方法にしたがって、被写体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。
【００２７】
＜第１の実施形態＞
次に、本発明に係る画像読取装置の第１の実施形態について、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の電極として電圧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の電極として電圧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。
図７は、本発明に係る画像読取装置の第１の実施形態を示す概略構成図である。なお、ここでは、図１、図２、図６に示した構成を適宜参照しながら説明する。また、図２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説明する。
【００２８】
図７に示すように、本実施形態に係る画像読取装置は、図１に示した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１１１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１１２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データライン電圧の読み出しを行うコラムスイッチ１１４、プリチャージスイッチ１１５、アンプ１１６からなる出力回路部１１３と、読み出されたデータ電圧（アナログ信号）をデジタル信号からなる画像データに変換するアナログ−デジタル変換器（以下、Ａ／Ｄコンバータと記す）１１７と、フォトセンサアレイ１００が形成されたガラス基板の背面側に配置され、被写体に所定の照射光を照射するバックライト（光源）１１８と、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（画像読み取り動作）や外部機能部２００とのデータのやり取り等を行うとともに、本発明における環境照度判定動作や点灯状態設定動作、読取感度設定動作、実効電圧調整動作を実行制御する機能を備えたコントローラ１２０と、読取画像データや読取感度の設定、環境照度の判定、実効電圧の調整等に関連するデータ等を記憶するＲＡＭ１３０と、を有して構成されている。
【００２９】
ここで、フォトセンサアレイ１００、トップゲートドライバ１１１、ボトムゲートドライバ１１２、出力回路部１１３（コラムスイッチ１１４、プリチャージスイッチ１１５、アンプ１１６）からなる構成は、図２に示したフォトセンサシステムと略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。また、バックライト１１８は、所定の波長を有する単色光を発光する光源と、透明なアクリル等の合成樹脂板により構成され、光源から発せられて入射した光を板内部で均一に散乱させ、フォトセンサアレイ１００上方の検知面に載置された被検出体に略均一に照射光を照射する導光板とを有して構成される面光源である。
【００３０】
コントローラ１２０は、トップゲートドライバ１１１及びボトムゲートドライバ１１２に制御信号φtg、φbgを出力することにより、トップゲートドライバ１１１及びボトムゲートドライバ１１２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）を印加するとともに、プリチャージスイッチ１１５に制御信号φpgを出力することにより、データラインにプリチャージ電圧Ｖpgを印加して、被写体画像の読取動作の実行を制御する。
【００３１】
また、コントローラ１２０には、ダブルゲート型フォトセンサ１０からコラムスイッチ１１４を介して読み出されたデータライン電圧ＶＤが、アンプ１１６及びＡ／Ｄコンバータ１１７を介してデジタル信号に変換され、画像データとして入力される。コントローラ１２０は、この画像データに対して、所定の画像処理を施したり、ＲＡＭ１３０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２００に対してインタフェースとしての機能をも備えている。
【００３２】
さらに、コントローラ１２０は、トップゲートドライバ１１１及びボトムゲートドライバ１１２に出力する制御信号φtg、φbgを設定制御することにより、外光等の環境照度に対応して被写体画像を最適に読み込むことができる読取感度、すなわち、ダブルゲート型フォトセンサ１０の最適な光蓄積期間Ｔａを設定する機能、最適な光蓄積期間に基づいて環境照度を判定する機能、該環境照度に基づいて被写体画像の読取動作時におけるバックライトの点灯状態を設定制御する機能、及び、ダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲートＴＧ及びボトムゲートＢＧに印加される実効電圧の偏りを最適値に調整する機能を有している。したがって、コントローラ１２０は、環境照度判定手段、点灯状態設定手段、読取感度設定手段、画像読み取り手段、及び、実効電圧調整手段を構成している。
【００３３】
次に、本実施形態に係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８は、本実施形態に係る画像読取装置の駆動制御方法の処理手順を示すフローチャートであり、図９は、本実施形態に係る画像読取装置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１０は、被写体を透過する外光の状況を示す概念図であり、図１１は、環境照度と光蓄積期間との対応関係を示す測定データである。ここでは、図２、図７に示した画像読取装置の構成を適宜参照しながら、その駆動制御手順及び方法を説明する。
図８、図９に示すように、本実施形態に係る画像読取装置の駆動制御方法は、環境照度判定動作と、点灯状態設定動作、読取感度設定動作と、画像読み取り動作と、実効電圧調整動作の各手順を有し、いずれもコントローラ１２０により各動作制御が行われる。
以下、各処理動作について具体的に説明する。
【００３４】
＜環境照度判定動作／点灯状態設定動作＞
図８、図９に示すように、本実施形態における環境照度判定動作は、まず、フォトセンサアレイ１００上方の検知面に指等の被写体を載置した状態で、バックライト１１８を消灯状態に設定制御した後（手順Ｓ１１）、ダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート端子ＴＧを行方向に接続するトップゲートライン１０１の各々に対して、所定の遅れ時間Ｔdlyの時間間隔で順次リセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎを印加してリセット期間Ｔrstをスタートし、各行毎のダブルゲート型フォトセンサ１０を初期化する。
ここで、リセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎは、ハイレベルが信号電圧Ｖtgh、ローレベルが信号電圧Ｖtglのパルス信号であり、ハイレベルＶtghのリセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎが印加されるタイミング以外では、ローレベルの信号電圧Ｖtglが印加された状態にある。
【００３５】
次いで、リセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎが立ち下がり、リセット期間Ｔrstが終了することにより、光蓄積期間ＴＡ1、ＴＡ2、…ＴＡnが順次スタートして、各行毎にダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート電極側から入射される光量に応じてチャネル領域に電荷（正孔）が発生し、蓄積される。
そして、各行毎に設定される光蓄積期間ＴＡ1、ＴＡ2、…ＴＡnは、図９に示すように、最後のリセットパルスφＴｎが立ち下がった後、各行毎に所定の遅れ時間Ｔdly分ずつ段階的に変化させるように、プリチャージ信号φpg及び読み出しパルスφＢｎ、…φＢ２、φＢ１を順次印加して、読み出し期間Ｔrdをスタートし、ダブルゲート型フォトセンサ１０に蓄積された電荷に対応する電圧変化ＶＤが、出力回路部１１３によりデータライン１０３を介して読み出され、順次ＲＡＭ１３０に記憶される。
【００３６】
ここで、読み出しパルスφＢ１、φＢ２、…φＢｎは、ハイレベルが信号電圧Ｖbgh、ローレベルが信号電圧Ｖbglのパルス信号であり、ハイレベルＶbghの読み出しパルスφＢ１、φＢ２、…φＢｎが印加されるタイミング以外では、ローレベルの信号電圧Ｖbghが印加された状態にある。
なお、照射光量の検出方法は、上述したフォトセンサシステムと同様に、各データライン１０３の電圧ＶＤの低下傾向を、読み出し期間Ｔrdがスタートして、所定の時間経過後の電圧値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、その電圧値に至るまでの時間を検出することにより、照射光量に換算する。
したがって、このような環境照度判定動作によれば、各行毎に設定される光蓄積期間ＴＡ1、ＴＡ2、…ＴＡn相互が所定の遅れ時間Ｔdlyの２倍の時間間隔で増加するので、一画面の読み込み動作により行数分以上の感度調整幅で設定された読取感度で読み取られた画像データが得られる。そして、この画像データに基づいて、コントローラ１２０は、明暗パターンのコントラストが最大となる光蓄積期間を抽出し、環境照度の判定に用いる最適な光蓄積期間Ｔａを決定する。
【００３７】
ここで、バックライト１１８が消灯状態においては、図１０に示すように、フォトセンサアレイ１００上の検知面に載置された被写体、例えば、指４０ａの上方から照射される外光（白色光）Ｒ１は、指４０ａの肉厚の薄い部分において、光の透過を生じ、また、皮膚の表層４０ｂに入射した光Ｒ２は、皮膚に含まれる赤色系の色素内で伝搬、散乱を繰り返し、白色光のうち主に波長の長い赤色の可視光Ｒ３が指４０ａの表面からフォトセンサアレイ１００に放出されるので、上記一連の画像読取手順により得られる光蓄積期間Ｔａは、被写体を透過してフォトセンサアレイ１００に達した自然光や人工光等の外光（環境照度）の寄与によるものと考えることができる。
そこで、このような考えに基づいて、環境照度と被写体画像を良好に読み取ることができる最適な光蓄積期間との関係について鋭意検討した結果、図１１に示すように、概ね１０００ルクス（Ｌｘ）以上の環境照度になると、光蓄積期間が短くなり、環境照度による被写体画像の読み取りへの寄与が増大する（支配的なっていく）ことが認められた。
【００３８】
すなわち、環境照度が１０００ルクス以上の環境下においては、バックライトからの照射光に対する被写体表面での反射光よりも、被写体を透過した外光の方が、フォトセンサアレイ１００による画像読み取り動作に大きく寄与するので、バックライトを消灯状態に設定しても、外光のみで被写体画像を良好に読み取ることができる。
したがって、図１１に示した環境照度と光蓄積期間との対応関係を有する参照テーブルや近似式をコントローラ１２０及びＲＡＭ１３０に保持しておくことにより、上述した環境照度判定動作により決定された光蓄積期間Ｔａに基づいて、環境照度を抽出、あるいは、逆算することができる（手順Ｓ１２）。
【００３９】
次いで、算出された環境照度が所定のしきい値レベル以上か否かが判定され（手順Ｓ１３）、環境照度がしきい値レベル以上の場合には、以後の被写体画像を読み取る全ての動作において、バックライトが消灯状態に設定制御される。
一方、環境照度がしきい値レベル以下の場合には、以後の被写体画像を読み取る全ての動作において、バックライトが点灯状態に設定制御される（手順Ｓ１４）。ここで、環境照度の判定基準となるしきい値レベルは、例えば、上述した１０００ルクスを適用することができる。
なお、上記一連の画像読取手順において設定される読取感度、すなわち、各行毎に設定される光蓄積期間ＴＡ1、ＴＡ2、…ＴＡnは、後述する読取感度設定動作において設定される光蓄積時間よりも遅延時間間隔が長いか、あるいは、設定数が少なくてもよい。図１１に示したように、環境照度と最適な光蓄積期間との関係（変化傾向）は、極めて緩やかであるため、概ね１０００ルクス以上になっているか否かが概略的に判明すればよいからである。
【００４０】
＜読取感度設定動作＞
図８、図９に示すように、本実施形態における読取感度設定動作（手順Ｓ１５）は、上述した環境照度判定動作において実行した一連の画像読取手順と同等の処理手順を有している。
まず、フォトセンサアレイ１００上方の検知面に指等の被写体が載置された状態で、バックライト１１８を点灯状態に設定制御した後、フォトセンサアレイ１００のトップゲートライン１０１に対して、所定の遅れ時間Ｔdlyの時間間隔でリセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎを印加して、各行毎のダブルゲート型フォトセンサ１０を初期化する。
次いで、リセット期間Ｔrstが終了すると、光蓄積期間ＴＢ1、ＴＢ2、…ＴＢnが順次スタートして、各行毎にダブルゲート型フォトセンサ１０に入射される光量に応じてチャネル領域に電荷（正孔）が発生し、蓄積される。
【００４１】
そして、プリチャージ信号φpg及び読み出しパルスφＢｎ、…φＢ２、φＢ１の印加により、各行毎に設定された光蓄積期間ＴＢ1、ＴＢ2、…ＴＢnに蓄積された電荷に対応する電圧変化ＶＤを、出力回路部１１３を介して読み出し、順次ＲＡＭ１３０に記憶する。
したがって、このような読取感度設定動作によれば、各行毎に設定される光蓄積期間ＴＢ1、ＴＢ2、…ＴＢn相互が所定の遅れ時間Ｔdlyの２倍の時間間隔で増加するので、一画面の読み込み動作により行数分以上の感度調整幅で設定された読取感度で読み取られた画像データが得られる。そして、この画像データに基づいて、コントローラ１２０は、明暗パターンのコントラストが最大となる光蓄積期間を抽出し、後述する被写体画像の画像読み取り動作における最適な光蓄積期間（すなわち、最適な読取感度）Ｔｂを決定する。
【００４２】
なお、本実施形態においては、フォトセンサアレイ１００の背面側に配置されたバックライト１１８を点灯状態（すなわち、上記手順Ｓ１３において、環境照度がしきい値レベル以下の場合）として、検知面に載置された被写体表面で反射した反射光により、被写体画像を事前読み出しする場合について説明したが、バックライト１１８を消灯状態（すなわち、上記手順Ｓ１３において、環境照度がしきい値レベル以上の場合）として、上記読取感度設定処理を行うものであってもよい。この場合、上述した環境照度判定動作における光蓄積期間ＴＡ1、ＴＡ2、…ＴＡnの設定が、読取感度設定動作と同等である場合には、環境照度判定動作において決定された最適な光蓄積期間Ｔａをそのまま、後述する被写体画像の画像読み取り動作における光蓄積期間に設定することができ、読取感度設定動作を省略することもできる。
また、読取感度設定動作において、各行毎に設定される光蓄積期間ＴＢ1、ＴＢ2、…ＴＢnは、後述する画像読み取り動作における読取感度を設定し、読み取られた画像の精度に影響を与えるものなので、遅延時間間隔を短く、また、設定数を多くすることが望ましい。
【００４３】
＜画像読み取り動作＞
次に、上述した読取感度設定動作（又は、環境照度判定動作）により決定された最適な光蓄積時間Ｔｂ（又は、Ｔａ）を用いて、被写体画像の画像読み取り動作（手順Ｓ１６）を実行する。
すなわち、図８、図９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を行方向に接続するトップゲートライン１０１の各々に、順次リセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎを印加してリセット期間Ｔrstをスタートし、各行毎のダブルゲート型フォトセンサ１０を初期化する。
ここで、リセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎは、ハイレベルが信号電圧Ｖtgh、ローレベルが信号電圧Ｖtglのパルス信号であり、ハイレベルＶtghのリセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎが印加されるタイミング以外では、ローレベルの信号電圧Ｖtglが印加される。
【００４４】
次いで、リセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎが立ち下がり、リセット期間Ｔrstが終了することにより、各行毎に、上記最適な光蓄積期間Ｔｂが順次スタートして、ダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート電極側から入射される光量に応じてチャネル領域に電荷（正孔）が発生し、蓄積される。ここで、図９に示すように、光蓄積期間Ｔｂ内に並行して、プリチャージ信号φpgを印加することにより、プリチャージ期間Ｔprchをスタートし、データライン１０３にプリチャージ電圧Ｖprchを印加してダブルゲート型フォトセンサ１０のドレイン電極に所定の電圧を保持させるプリチャージ動作が行われる。
【００４５】
そして、最適な光蓄積期間Ｔａ及びプリチャージ期間Ｔprchが終了したダブルゲート型フォトセンサ１０に対して、各行毎に、ボトムゲートライン１０２に順次読み出しパルスφＢ１、φＢ２、…φＢｎを印加して、読み出し期間Ｔrdをスタートし、ダブルゲート型フォトセンサ１０に蓄積された電荷に対応する電圧変化ＶＤを、コラムスイッチ１１３によりデータライン１０３を介して読み出す。ここで、読み出しパルスφＢ１、φＢ２、…φＢｎは、ハイレベルが信号電圧Ｖbgh、ローレベルが信号電圧Ｖbglのパルス信号であり、ハイレベルＶbghの読み出しパルスφＢ１、φＢ２、…φＢｎが印加されるタイミングでは、ローレベルの信号電圧Ｖbghが印加された状態にある。
【００４６】
＜実効電圧調整動作＞
次に、上述した画像読み取り動作が、全ての行（ｎ）において終了すると、一連の環境照度判定動作、読取感度設定動作及び画像読み取り動作において、各ゲート電極に印加された信号の実効電圧の偏りを調整して最適化する実効電圧調整動作（手順Ｓ１７）を実行する。
すなわち、図９に示すように、上述した各動作において、リセットパルスによりダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲートライン１０１（トップゲート端子ＴＧ）に印加された信号電圧の平均値、すなわち、実効電圧を、予め当該ダブルゲート型フォトセンサ１０の感度特性に応じて設定した最適値に調整することができる所定の実効電圧を有する信号（第１の信号電圧）を、各行のトップゲートライン１０１に印加する。
同様に、読み出しパルスによりダブルゲート型フォトセンサ１０のボトムゲートライン１０２（ボトムゲート端子ＢＧ）に印加された信号電圧の平均値、すなわち、実効電圧を、予め当該ダブルゲート型フォトセンサ１０の感度特性に応じて設定した最適値に調整することができる所定の実効電圧を有する信号（第２の信号電圧）を、各行のボトムゲートライン１０２に印加する。
【００４７】
ここで、ダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲートＴＧ及びボトムゲートＢＧに印加される信号の実効電圧について簡単に説明する。
図９からも明らかなように、環境照度判定動作、読取感度設定動作及び画像読み取り動作における各リセット動作においては、トップゲートＴＧに対して、極めて短い時間（Ｔrst）のみ、ハイレベルの信号電圧Ｖtghが印加され、それ以外の比較的長い期間では、ローレベルの信号電圧Ｖtglが印加されている。そのため、環境照度判定動作、読取感度設定動作及び画像読み取り動作時において、トップゲートＴＧに印加される実効電圧は、ローレベル側に大きく偏っている。さらに、画像読み取り動作に設定される最適な光蓄積期間Ｔｂは、読取感度設定動作により環境照度等に応じて、その都度、変更設定されるため、上記トップゲートＴＧに印加される実効電圧が、必然的に変動する。
【００４８】
一方、環境照度判定動作、読取感度設定動作及び画像読み取り動作における読み出し動作においても、ボトムゲートＢＧに対して、極めて短い時間（Ｔrd）のみ、ハイレベルの信号電圧Ｖbghが印加され、それ以外の比較的長い期間では、ローレベルの信号電圧Ｖtglが印加されている。そのため、環境照度判定動作、読取感度設定動作及び画像読み取り動作時において、ボトムゲートＢＧに印加される実効電圧も、ローレベル側に大きく偏っている。さらに、画像読出動作に設定される最適な光蓄積期間Ｔａは、読取感度設定動作により環境照度等に応じて、その都度、変更設定されるため、上記ボトムゲートＴＧに印加される実効電圧は、必然的に変動する。
【００４９】
そのため、このような特定の極性の電圧側に偏った電圧がゲート電極に印加された状態が継続すると、ゲート電極に正孔がトラップされて、ダブルゲート型フォトセンサの素子特性が劣化して感度特性が変化してしまう問題が生じる。
そこで、本実施形態においては、環境照度判定動作、読取感度設定動作及び画像読み取り動作の処理サイクル内、及び、これから実行する実効電圧調整動作の処理サイクル内に印加される電圧波形について、例えば、ダブルゲート型フォトセンサの感度特性に応じて設定されるトップゲート側の実効電圧の最適値、及び、ボトムゲート側の実効電圧の最適値を基準として、上記電圧波形のハイレベル側の時間積分値の絶対値と、ローレベル側の時間積分値の絶対値とを等しくするように、所定の信号幅Ｔtp、Ｔbpを有する調整パルスを、実効電圧調整動作時にダブルゲート型フォトセンサのトップゲートライン、及び、ボトムゲートラインに印加することにより、上記素子特性の劣化に伴う感度特性の変化を抑制して、フォトセンサシステムの信頼性を向上させることができる。
【００５０】
以上説明したように、本実施形態に係る画像読取装置及びその駆動制御方法によれば、被写体画像の画像読み取り動作に先立って、バックライトを消灯状態に設定制御して環境照度を検出、判定し、該環境照度が所定のしきい値レベル（１０００ルクス）以上である場合には、バックライトを消灯状態に設定したまま、被写体画像の画像読み取り動作を実行することができるので、画像読取装置の消費電力を低減することができ、良好に携帯情報端末等へ適用することができる。また、この場合、バックライトを消灯状態に設定した状態であっても、被写体画像を良好に読み取ることができる。
さらに、環境照度判定動作と読取感度設定動作を同等のタイミングで同等のパルス波形の信号を用いて実行しているので、動作制御を簡易に行うことができる。
【００５１】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明に係る画像読取装置の第２の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１２は、本発明に係る画像読取装置の第１の実施形態を示す概略構成図である。なお、ここでは、図１、図２、図６に示した構成を適宜参照しながら説明する。また、上述した実施形態（図７）と同等の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態に係る画像読取装置は、上述した第１の実施形態の構成に加え、環境照度を判定する環境照度検出部を備えたことを特徴としている。
すなわち、上述した第１の実施形態においては、被写体に対して、読取感度設定動作及び画像読み取り動作を実行するフォトセンサアレイを用いて、環境照度判定動作を実行していたが、これとは別個に、被写体が載置されないフォトセンサ領域（環境照度検出部）を設け、該フォトセンサ領域において環境照度を検出する。
【００５２】
具体的には、図１２に示すように、本実施形態に係る画像読取装置は、指等の被写体４０が載置されるフォトセンサアレイ１００上方（紙面手前側）の検知面ＳＰの近傍、又は、隣接して、環境照度検出部３００が設けられた構成を有している。ここで、環境照度検出部３００は、被写体画像の読取時におけるバックライトの点灯状態を設定するものであるので、被写体が載置されるフォトセンサアレイ１００の近傍に設ける必要がある。また、図示の都合上、図１２においては、環境照度検出部３００を比較的広い領域を有するように示したが、少なくとも、環境照度を的確に判断できるものであれば、単一のダブルゲート型フォトセンサのみを有する微小な領域のものであってもよい。
そして、環境照度検出部３００は、コントローラ１２０により制御され、読取感度設定動作及び画素読取動作に先立って、後述する手順に基づいて環境照度を検出する。
【００５３】
次に、本実施形態に係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１３は、本実施形態に係る画像読取装置の駆動制御方法の処理手順を示すフローチャートであり、図１４は、本実施形態に係る画像読取装置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１５は、フォトセンサの出力電圧と環境照度との対応関係を示す特性図である。ここでは、図２、図７、図１２に示した画像読取装置の構成を適宜参照しながら、その駆動制御手順及び方法を説明する。
図１３、図１４に示すように、本実施形態に係る画像読取装置の駆動制御方法は、上述した第１の実施形態と同様に、環境照度判定動作と、読取感度設定動作と、画像読み取り動作と、実効電圧調整動作の各手順を有し、いずれもコントローラ１２０により各動作制御が行われる。なお、読取感度設定動作、画像読み取り動作及び実効電圧調整動作の各手順は、上述した実施形態と同等であるので、その説明を省略し、本実施形態の特徴である環境照度判定動作について、以下に詳しく説明する。
【００５４】
＜環境照度判定動作＞
図１３、図１４に示すように、本実施形態における環境照度判定動作は、例えば、フォトセンサアレイ１００上方の検知面ＳＰに、被写体が載置されたことを検知して、環境照度検出部３００に備えられたダブルゲート型フォトセンサにより環境照度を検出する。具体的には、環境照度検出部３００を構成するダブルゲート型フォトセンサのトップゲートラインに対して、所定の時間間隔でリセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎを印加して、各行毎のダブルゲート型フォトセンサを初期化する。リセット期間Ｔrstが終了すると、予め設定された所定の光蓄積期間ＴＬが順次スタートして、各行毎にダブルゲート型フォトセンサに入射される光量に応じてチャネル領域に電荷（正孔）が発生し、蓄積される。
そして、プリチャージ信号φpg及び読み出しパルスφＢ１、φＢ２、…φＢｎの印加により、各行毎に設定された光蓄積期間ＴＬに蓄積された電荷に対応する電圧変化を読み出し、順次ＲＡＭ１３０に記憶する（手順Ｓ２１）。
【００５５】
ここで、環境照度検出部３００を構成するダブルゲート型フォトセンサから出力される出力電圧は、図１５に示すように、通常のダブルゲート型フォトセンサの出力電圧と同様に、検出対象が暗い場合（環境照度が低い場合）には、電圧レベルが高くなり、検出対象が明るい場合（環境照度が高い場合）には、電圧レベルが低くなる傾向を示す。
そこで、図１１に示したように、被写体画像の読み取りへの寄与が増大する（支配的なっていく）環境照度を、バックライトの使用、不使用を判定する判定照度Ｌｊとして設定することにより、環境照度検出部３００からの出力電圧に基づいて、環境照度を判定することができる。
【００５６】
具体的には、図１５に示した出力電圧と環境照度との対応関係から判定照度Ｌｊに対応する判定出力電圧Ｖｊ抽出して、コントローラ１２０及びＲＡＭ１３０に保持しておくことにより、上述した環境照度判定動作により検出される出力電圧と判定出力電圧Ｖｊとの大小関係に基づいて、環境照度の判定を行うことができる。
なお、環境照度判定動作において各行毎に設定される光蓄積期間ＴＬは、図１５に示した出力電圧と環境照度との対応関係に基づいて、上述した判定照度Ｌｊを含む範囲に、フォトセンサの感度領域（光蓄積期間ＴＬの変化範囲）ＴＷを有するように設定する。
そして、上記環境照度判定動作において、環境照度検出部３００からの出力電圧が、上記判定電圧Ｖｊ以上か否かが判定され（手順Ｓ２２）、出力電圧が判定電圧Ｖｊ以下の場合（すなわち、出力電圧に対応する環境照度が判定照度Ｌｊ以上の場合）には、環境照度のみでの画像読み取り動作が可能と判断して、以後の読取感度設定動作、画像読み取り動作において、バックライトが消灯状態（不使用状態）に設定制御される。
【００５７】
一方、出力電圧が判定電圧Ｖｊ以上の場合（すなわち、出力電圧に対応する環境照度が判定照度Ｌｊ以下の場合）には、環境照度のみでの画像読み取り動作が不可能と判断して、以後の読取感度設定動作、画像読み取り動作において、バックライトが点灯状態（使用状態）に設定制御される（手順Ｓ２３）。ここで、判定照度Ｌｊは、例えば、上述した１０００ルクスを適用することができる。
続いて、上述した実施形態と同様に、読取感度設定動作（手順Ｓ２４）、被写体の画像読み取り動作（手順Ｓ２５）、実効電圧調整動作（手順Ｓ２６）が順次実行される。なお、本実施形態においては、環境照度判定動作により設定されるバックライトの点灯状態に関わらず、読取感度設定動作（手順Ｓ２４）が必ず実行される。これは、環境照度判定動作が検知面ＳＰとは別個独立して設けられた環境照度検出部により実行されるため、被写体画像の画像読み取り動作において用いられる最適な光蓄積時間Ｔｂを設定する必要があるからである。
【００５８】
以上説明したように、本実施形態に係る画像読取装置及びその駆動制御方法によれば、被写体画像を読み取るフォトセンサアレイとは別個に環境照度検出部を設けて、読取感度設定動作や画像読み取り動作とは別個の制御により、判断照度近傍の環境照度を有する光蓄積期間を設定して環境照度判定動作を実行しているので、被写体画像の画像読み取り動作に先立って実行する環境照度の判定に要する時間を一層短縮することができる。
また、環境照度の判定を、環境照度検出部からの出力電圧と所定の判定出力電圧との大小関係の比較のみによって実行することができるので、動作制御を極めて簡易に行うことができる。
【００５９】
＜他の具体例＞
次に、本発明に係る画像読取装置の駆動制御方法における環境照度判定動作及び読取感度設定動作に適用することができる画像の読出動作の他の具体例について、図面を参照して説明する。
図１６は、本発明に係る画像読取装置の駆動制御方法における環境照度判定動作（特に、第１の実施形態）及び読取感度設定動作に適用することができる画像の読出動作の他の実施例を示すタイミングチャートである。ここでは、図２、図７に示した構成を適宜参照しながら説明する。
図１６に示すように、本実施例に係る画像の読出動作は、まず、ダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート端子ＴＧを行方向に接続するトップゲートライン１０１の各々に対して、同時にリセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎを印加してリセット期間Ｔrstを同時にスタートし、各行毎のダブルゲート型フォトセンサ１０を初期化する。
【００６０】
次いで、リセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎが同時に立ち下がり、リセット期間Ｔrstが終了することにより、全ての行におけるダブルゲート型フォトセンサ１０の光蓄積期間ＴＣ1、ＴＣ2、…ＴＣnが一斉にスタートして、各行毎のダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート電極側から入射される光量に応じてチャネル領域に電荷（正孔）が発生し、蓄積される。
ここで、各行毎に設定される光蓄積期間ＴＣ1、ＴＣ2、…ＴＣnは、図９に示すように、各行毎に所定の遅れ時間Ｔdly分ずつ段階的に変化させるように、プリチャージ信号φpg及び読み出しパルスφＢ１、φＢ２、…φＢｎを印加する。したがって、上述した実施形態に示したような被写体画像の画像読み取り動作に先立って行う環境照度判定動作又は読取感度設定動作において、被写体画像を構成する各行毎に異なる読取感度（すなわち、行数分の異なる読取感度）で読み取られた画像データを、１回の被写体画像（一画面）の読み込みにより取得することができる。
【００６１】
ここで、本発明に係る画像読取装置の駆動制御方法に適用される環境照度判定動作及び読取感度設定動作の手法は、上述した実施形態及び実施例に限定されるものではなく、被写体画像を異なる読取感度で画像データを取得できるものであれば、例えば、リセット動作→光蓄積動作→プリチャージ動作→読み出し動作の一連の処理サイクルを読取感度を順次変更して複数回繰り返して、異なる読取感度による画像データを取得するものでもあってもよいし、さらに他の方法であってもよいことはいうまでもない。
なお、上述した各実施形態においては、フォトセンサアレイを構成するフォトセンサとして、ダブルゲート型フォトセンサを適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。要するに、フォトセンサアレイを構成するフォトセンサにおいて、読取感度設定動作及び画像読み取り動作時に環境照度に関わらずバックライトを点灯する制御を行う構成を有しているものであれば、本発明に係る画像読取装置の構成及び駆動制御方法を良好に適用することができ、消費電力の低減を図ることができる。
【００６２】
【発明の効果】
請求項１又は６記載の発明によれば、光源を消灯した状態において、フォトセンサアレイの前面側から照射される環境照度を判定する動作を実行する環境照度判定手段と、環境照度に基づいて、光源を点灯、又は、消灯、いずれか一方の状態に設定する動作を実行する点灯状態設定手段と、フォトセンサアレイにおける画像読取感度を複数段階に変化させつつ、被写体画像を読み取り、異なる画像読取感度毎の前記被写体画像の画像パターンに基づいて、最適な画像読取感度を求める動作を実行する読取感度設定手段と、被写体画像の読み取りに最適な画像読取感度に基づいて、被写体画像を読み取る動作を実行する画像読み取り手段と、を有しているので、被写体画像の画像読み取り動作に先立って、環境照度に応じて光源の点灯／消灯状態に設定制御することができるとともに、適切な画像読み取りを実行することができる最適な読取感度を設定することができ、被写体画像を良好に読み取りつつ、無駄な光源の点灯を抑制して消費電力の低減を図ることができる。
【００６３】
請求項２又は７記載の発明によれば、環境照度判定動作は、光源を消灯状態に維持し、被写体がフォトセンサアレイの前面側に載置された状態で、被写体画像を読み取り、画像読取感度毎の被写体画像の画像パターンに基づいて最適な画像読取感度を求め、該画像読取感度に対して予め設定されたしきい値に基づいて環境照度を判定するので、複雑な判定処理を行うことなく、簡易に画像読み取り動作への環境照度の寄与の度合いを判定することができるとともに、環境照度の寄与の度合いが大きい（環境照度が高い）場合には、環境照度判定動作において決定された画像読取感度をそのまま、被写体画像の画像読み取り動作における画像読取感度に設定することができ、読取感度設定動作を省略して、処理動作を簡略化することができる。
【００６４】
請求項３又は８記載の発明によれば、環境照度判定動作は、被写体が載置されるフォトセンサアレイとは別個独立して設けられた環境照度検出部に備えられたフォトセンサの出力電圧に対して予め設定されたしきい値に基づいて環境照度を判定するので、被写体画像の画像読み取り動作に先立って実行する環境照度の判定に要する時間を一層短縮することができるとともに、環境照度検出部からの出力電圧としきい値との比較処理によって判定を行うことができ、処理動作を極めて簡略化することができる。請求項４又は９記載の発明によれば、フォトセンサアレイにおける第１の電極にリセットパルスを印加してフォトセンサを初期化し、第１の電極に印加される信号電圧の実効電圧をフォトセンサの感度特性に応じて設定された最適値にするための第１の信号電圧を印加するとともに、フォトセンサアレイにおける第２の電極に読み出しパルスを印加して被写体画像の読み取りを行い、第２の電極に印加される信号電圧の実効電圧をフォトセンサの感度特性に応じて設定された最適値にするための第２の信号電圧を印加する実効電圧調整手段を具備しているので、環境照度判定動作、読取感度設定動作、画像読み取り動作においてフォトセンサに印加される信号電圧による実効電圧の偏りを最適化することができ、フォトセンサの素子特性の劣化や感度特性の変化を抑制して、信頼性の高い画像読取装置を提供することができる。
【００６５】
請求項５又は１０記載の発明によれば、上記フォトセンサは、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、少なくとも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トップゲート電極及びボトムゲート電極とを備え、所定のタイミングでトップゲート電極にリセットパルスを印加するとともに、ボトムゲート電極に読み出しパルス印加することにより、電荷蓄積期間にチャネル領域に蓄積された電荷に対応した電圧を出力する、いわゆる、ダブルゲート型フォトセンサにより構成されているので、環境照度判定動作、読取感度設定動作及び画像読み取り動作時にトップゲート電極及びボトムゲート電極に印加される実効電圧の偏りによる素子特性の劣化や感度特性の変化を抑制することができ、信頼性の高い画像読取装置を提供することができる。また、フォトセンサアレイを構成するフォトセンサデバイスを薄型、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画像を高精細で読み取ることができ、さらに、消費電力を低減して、携帯情報端末へ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取装置に適用されるダブルゲート型フォトセンサの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一般的な駆動制御方法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】フォトセンサシステムを適用した２次元画像の画像読取装置の要部断面図である。
【図７】本発明に係る画像読取装置の第１の実施形態を示す概略構成図である。
【図８】第１の実施形態に係る画像読取装置の駆動制御方法の処理手順を示すフローチャートである。
【図９】第１の実施形態に係る画像読取装置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１０】被写体を透過する外光の状況を示す概念図である。
【図１１】環境照度と光蓄積期間との対応関係を示す測定データである。
【図１２】本発明に係る画像読取装置の第１の実施形態を示す概略構成図である。
【図１３】第２の実施形態に係る画像読取装置の駆動制御方法の処理手順を示すフローチャートであり、
【図１４】第２の実施形態に係る画像読取装置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１５】フォトセンサの出力電圧と環境照度との対応関係を示す特性図である。
【図１６】本発明に係る画像読取装置の駆動制御方法における環境照度判定動作及び読取感度設定動作に適用することができる画像の読出動作の他の実施例を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１０      ダブルゲート型フォトセンサ
１１      半導体層
２１      トップゲート電極
２２      ボトムゲート電極
３０      バックライト
４０      被写体
１００    フォトセンサアレイ
１０１    トップゲートライン
１０２    ボトムゲートライン
１０３    データライン
１１１    トップアドレスデコーダ
１１２    ローアドレスデコーダ
１１３    出力回路部
１１８    バックライト
１２０    コントローラ
１３０    ＲＡＭ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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