(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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２次元画像読取装置の感度調整装置において、
前記フォトセンサアレイの全行のうちの一部の所定範囲の複数行のフォトセンサに対して、画像読取感度を複数段階に変化させて、前記所定範囲に対応する被写体画像を繰り返し読み取る感度調整用読取動作を実行する感度調整用読取手段と、
該感度調整用読取手段により前記各画像読取感度毎に読み取られた前記被写体画像の画像パターンに関連する特定の測定量に基づいて、前記被写体画像の正規の読取動作に適した画像読取感度を設定する読取感度設定手段と、を備えることを特徴とする２次元画像読取装置の感度調整装置。
【請求項２】
前記感度調整用読取手段は、
前記感度調整用読取動作により前記各画像読取感度毎に読み取られた前記特定の測定量の最大値及び最小値を抽出する測定量比較手段と、
前記各画像読取感度毎に抽出された前記測定量の最大値及び最小値に基づいて、前記測定量のデータ範囲を算出するデータ範囲算出手段と、
前記各画像読取感度毎に算出された前記測定量のデータ範囲のうち、最大のデータ範囲を有する前記画像読取感度を抽出する読取感度抽出手段と、
前記抽出された画像読取感度を、前記被写体画像の正規の読取動作時に設定する読取感度設定手段と、を有することを特徴とする請求項１記載の２次元画像読取装置の感度調整装置。
【請求項３】
前記特定の測定量は、前記被写体画像の画像パターンに対応した明度データであることを特徴とする請求項１又は２に記載の２次元画像読取装置の感度調整装置。
【請求項４】
前記フォトセンサアレイの画像読取感度は、前記フォトセンサにおける光蓄積期間を調整することにより設定制御され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次元画像読取装置の感度調整装置。
【請求項５】
前記２次元画像読取装置の感度調整装置は、前記感度調整用読取手段における前記感度調整用読取動作により前記所定範囲の複数行について前記各画像読取感度毎に読み取られた前記測定量の変化傾向に基づいて、該所定範囲の複数行に異常画素が存在するか否かを判別する異常画素判別手段を備え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次元画像読取装置の感度調整装置。
【請求項６】
前記２次元画像読取装置の感度調整装置は、前記異常画素判別手段により前記所定範囲の複数行に前記異常画素が存在すると判別された場合には、前記所定範囲の複数行以外の、他の所定範囲の複数行について前記感度調整用読取動作を実行する感度調整用読取制御手段を備えていることを特徴とする請求項５記載の２次元画像読取装置の感度調整装置。
【請求項７】
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のゲート電極又は前記第２のゲート電極のいずれか一方を光照射側として、該光照射側から照射された光の量に対応する電荷が前記チャネル領域に発生、蓄積される構成を有していることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の２次元画像読取装置の感度調整装置。
【請求項８】
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２次元画像読取装置の感度調整方法において、
前記フォトセンサアレイの全行のうちの一部の所定範囲の複数行のフォトセンサに対して、前記画像読取感度を複数段階に変化させて、前記所定範囲に対応する被写体画像を繰り返し読み取る手順と、
前記被写体画像の読み取り結果に基づいて、前記被写体画像の正規の読取動作に適する画像読取感度を抽出する手順と、を有していることを特徴とする２次元画像読取装置の感度調整方法。
【請求項９】
前記被写体画像の正規の読取動作に適する画像読取感度を抽出する手順は、前記各画像読取感度毎に読み取られた被写体画像の画像パターンに関連する特定の測定量の変化傾向に基づいて、前記所定範囲の複数行に異常画素が存在するか否かを判別する手順を有していることを特徴とする請求項８記載の２次元画像読取装置の感度調整方法。
【請求項１０】
前記所定範囲の複数行に前記異常画素が存在すると判別された場合には、前記所定範囲の複数行以外の、他の所定範囲の複数行について前記画像読取感度を複数段階に変化させて前記被写体画像を読み取る手順を実行する手順を有していることを特徴とする請求項９記載の２次元画像読取装置の感度調整方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２次元画像読取装置の感度調整装置及びその感度調整方法に関し、特に、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２次元画像読取装置の感度調整装置及びその感度調整方法に関する。
【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。
【０００３】
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。
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。
【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、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）をフォトセンサシステムに適用して、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。
このようなフォトセンサシステムは、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の上方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、上記２次元画像を読み取るものである。
【０００５】
ここで、フォトセンサアレイによる画像の読取動作は、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、ダブルゲート型フォトセンサ、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。
【０００６】
ところで、上述したようなダブルゲート型フォトセンサ等、各種の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、屋内外等、種々の使用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、該環境に応じてフォトセンサの読取感度（上記ダブルゲート型フォトセンサにおいては、光蓄積期間）を適切に調整して設定する必要がある。
フォトセンサにおける適切な読取感度は、環境照度等の周囲の条件に依存して異なるため、従来においては、環境照度を検出するための回路を別個に設けたり、正規のスキャン動作を開始する前に検知面に載置された標準試料等を、読取感度を複数段階に変えて読み取る動作（以下、「感度調整用読取動作」という）を行い、その検出結果や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読取感度を求める手法を採用していた。
【０００７】
ここで、感度調整用読取動作により最適な読取感度を設定する手法としては、例えば、特許３１１６９５０号公報等に、フォトセンサ（ダブルゲート型フォトセンサ）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２次元画像を読み取り、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）に基づいて、最適な画像読取状態にある行を判別し、該行に設定された読取感度（光蓄積期間）を最適感度として、正規の被写体画像を読み取る際の感度として採用する手法が記載されている。
【０００８】
具体的には、図１７に示すように、例えば、行数２５６、列数１９６のマトリクス状にダブルゲート型フォトセンサが配列されたフォトセンサアレイにおいて、検知面上に載置された指（指紋）を標準試料として、２５６の各行毎に読取感度（光蓄積期間）が異なるように設定される。なお、図１７においては、２５６番目の行方向に光蓄積期間が長くなり、１番目の行方向に光蓄積期間が短くなるように、各行毎に段階的に変化させて感度調整用読取動作を実行する。
【０００９】
このような感度調整用読取動作により得られる各行毎の明度データは、図１８に示すように、２５６番目の行方向に明度データが大きくなり、１番目の行方向に明度データが小さくなる傾向を示す。なお、図１８においては、便宜上、８０行目、１０４行目、１２８行目、１５２行目及び１７６行目の各行の明度データのみを示す。
そして、図１９に示すように、各行毎に得られた明度データから最大値及び最小値が抽出されて、明度データのデータ範囲（ダイナミックレンジ）が算出され、最大のデータ範囲を有する行に設定された光蓄積期間を最適な読取感度に決定する。図１９においては、１２８行目の明度データのデータ範囲“２２４”が最大となる場合の読取感度（光蓄積期間Ｔ128）の一義的な決定方法を示す。
【００１０】
【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技術においては、以下に示すような問題を有していた。
すなわち、上述したような公報に記載された従来技術においては、読取感度の調整のために、フォトセンサアレイの全域について２次元画像の感度調整用読取動作を行い、その後、読み取った２次元画像について各行毎に明度データを抽出してダイナミックレンジを算出し、さらに、最大となるダイナミックレンジを比較、判別する一連のデータ処理を行わなければならないため、感度調整用読取動作及び感度設定処理動作が複雑化して、該処理動作に要する時間が長くなり、例えば、フォトセンサシステムを指紋読取装置の２次元画像読取装置に適用した場合にあっては、指紋認識処理における被写体画像（指紋の画像パターン）の読取動作や照合動作等の迅速な実行が阻害されるとともに、上記感度調整用読取動作及び感度設定処理動作に関連する周辺回路の複雑化や回路構成の大型化を招くという問題を有していた。
【００１１】
また、フォトセンサアレイ上の検知面への異物の付着やフォトセンサの素子欠陥等により、感度調整用読取動作において減点や輝点等となる異常画素が存在する場合にあっては、感度調整用読取動作により得られた各行毎の明度データをそのまま用いると、不適切な画像読取感度が設定されることがあるという問題を有していた。すなわち、最適感度となる行に異常画素が存在した場合、当該行における明度データを感度設定処理に利用することができないため、最適な読取感度が設定されず、例えば、被写体画像の良好な読取動作が阻害されて、指紋認識処理における誤作動を生じる可能性を有していた。
ここで、異常画素により不適切な読取感度が設定される問題を回避するために、各行内に存在する異常画素により得られた明度データを抽出して、排除する処理を行うことが考えられるが、この場合にあっては、感度調整用読取動作後の感度設定処理動作がより複雑化して、被写体画像の読取動作や照合動作等の一層の遅延や、周辺回路の一層の複雑化、大型化を招くという問題を有していた。
【００１２】
そこで、本発明は、上述した問題を解決し、２次元のセンサシステムにおいて、異常画素が存在する場合であっても、適切な読取感度を設定することができるとともに、該読取感度の設定処理を迅速かつ簡易な処理動作、回路構成により実現することができる２次元画像読取装置の感度調整装置及びその感度調整方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の２次元画像読取装置の感度調整装置は、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２次元画像読取装置において、前記フォトセンサアレイの全行のうちの一部の所定範囲の複数行のフォトセンサに対して、画像読取感度を複数段階に変化させて、前記所定範囲に対応する被写体画像を繰り返し読み取る感度調整用読取動作を実行する感度調整用読取手段と、該感度調整用読取手段により前記各画像読取感度毎に読み取られた前記被写体画像の画像パターンに関連する特定の測定量に基づいて、前記被写体画像の正規の読取動作に適した画像読取感度を設定する読取感度設定手段と、を備えることを特徴としている。
【００１４】
請求項２記載の２次元画像読取装置の感度調整装置は、請求項１記載の２次元画像読取装置の感度調整装置において、前記感度調整用読取手段は、前記感度調整用読取動作により前記各画像読取感度毎に読み取られた前記特定の測定量の最大値及び最小値を抽出する測定量比較手段と、前記各画像読取感度毎に抽出された前記測定量の最大値及び最小値に基づいて、前記測定量のデータ範囲を算出するデータ範囲算出手段と、前記各画像読取感度毎に算出された前記測定量のデータ範囲のうち、最大のデータ範囲を有する前記画像読取感度を抽出する読取感度抽出手段と、前記抽出された画像読取感度を、前記被写体画像の正規の読取動作時に設定する読取感度設定手段と、を有することを特徴としている。
【００１５】
請求項３記載の２次元画像読取装置の感度調整装置は、請求項１又は２に記載の２次元画像読取装置の感度調整装置において、前記特定の測定量は、前記被写体画像の画像パターンに対応した明度データであることを特徴としている。
【００１６】
請求項４記載の２次元画像読取装置の感度調整装置は、請求項１乃至３のいずれかに記載の２次元画像読取装置の感度調整装置において、前記フォトセンサアレイの画像読取感度は、前記フォトセンサにおける光蓄積期間を調整することにより設定制御されることを特徴としている。請求項５記載の２次元画像読取装置の感度調整装置は、請求項１乃至４のいずれかに記載の２次元画像読取装置の感度調整装置において、前記感度調整用読取手段における前記感度調整用読取動作により前記所定範囲の複数行について前記各画像読取感度毎に読み取られた前記測定量の変化傾向に基づいて、該所定範囲の複数行に異常画素が存在するか否かを判別する異常画素判別手段を備えていることを特徴としている。
【００１７】
請求項６記載の２次元画像読取装置の感度調整装置は、請求項５記載の２次元画像読取装置の感度調整装置において、前記異常画素判別手段により前記所定範囲の複数行に前記異常画素が存在すると判別された場合には、前記所定範囲の複数行以外の、他の所定範囲の複数行について前記感度調整用読取動作を実行する感度調整用読取制御手段を備えていることを特徴としている。請求項７記載の２次元画像読取装置の感度調整装置は、請求項１乃至６のいずれかに記載の２次元画像読取装置の感度調整装置において、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のゲート電極又は前記第２のゲート電極のいずれか一方を光照射側として、該光照射側から照射された光の量に対応する電荷が前記チャネル領域に発生、蓄積される構成を有していることを特徴としている。
【００１８】
請求項８記載の２次元画像読取装置の感度調整方法は、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２次元画像読取装置の感度調整方法において、前記フォトセンサアレイの全行のうちの一部の所定範囲の複数行のフォトセンサに対して、前記画像読取感度を複数段階に変化させて、前記所定範囲に対応する被写体画像を繰り返し読み取る手順と、前記被写体画像の読み取りに基づいて、前記被写体画像の正規の読取動作に適する画像読取感度を抽出する手順と、を有していることを特徴としている。
【００１９】
請求項９記載の２次元画像読取装置の感度調整方法は、請求項８記載の２次元画像読取装置の感度調整方法において、前記被写体画像の正規の読取動作に適する画像読取感度を抽出する手順は、前記各画像読取感度毎に読み取られた被写体画像の画像パターンに関連する特定の測定量の変化傾向に基づいて、前記所定範囲の複数行特定の行に異常画素が存在するか否かを判別する手順を有していることを特徴としている。請求項１０記載の２次元画像読取装置の感度調整方法は、請求項９記載の２次元画像読取装置の感度調整方法において、前記所定範囲の複数行に前記異常画素が存在すると判別された場合には、前記所定範囲の複数行以外の、他の所定範囲の複数行について前記画像読取感度を複数段階に変化させて前記被写体画像を読み取る手順を実行する手順を有していることを特徴としている。
【００２０】
【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感度調整装置及びその感度調整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２次元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について、図面を参照して説明する。
【００２１】
＜ダブルゲート型フォトセンサ＞
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、可視光に対して不透明のソース電極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ＩＴＯ等の透明導電層からなり、可視光に対して透過性を示すトップゲート電極（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クロム、クロム合金、アルミ、アルミ合金等から選択され、可視光に対して不透明なボトムゲート電極（第２のゲート電極）２２と、を有して構成されている。そして、このような構成を有するダブルゲート型フォトセンサ１０は、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。
【００２２】
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、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、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。
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。
【００２３】
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１２と電気的に接続されたソース端子、Ｄはドレイン電極１３と電気的に接続されたドレイン端子である。
【００２４】
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。
【００２５】
まず、リセット動作（初期化動作、初期化ステップ）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；例えば、Ｖtg＝＋１５Ｖのハイレベル）φＴ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）。
【００２６】
次いで、光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（例えば、Ｖtg＝−１５Ｖ）のバイアス電圧φＴ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（電荷蓄積動作）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。
【００２７】
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、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１３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（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」と記す）φＢ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）。
【００２８】
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。
【００２９】
すなわち、光蓄積期間Ｔａにおける光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、ドレイン電圧ＶＤは、低下することになる。
一方、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、ドレイン電圧ＶＤが、ほぼそのまま保持されることになる。
【００３０】
したがって、図４（ａ）に示したように、ドレイン電圧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φＴ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φＢ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電圧ＶＤ（＝Ｖrd）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、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。
【００３１】
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（例えば、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。
【００３２】
＜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について、図面を参照して説明する。
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。
【００３３】
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、例えば、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１３）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１２）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。
【００３４】
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等の透明導電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、ソース電極１２、ドレイン電極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。
【００３５】
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パルス信号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パルス信号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。
【００３６】
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に信号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に信号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。
【００３７】
上述したフォトセンサシステムの駆動制御方法は、基本的には、上述したダブルゲート型フォトセンサの駆動制御方法（図２参照）を１処理サイクルとして、フォトセンサアレイを構成するマトリクスの行数分シリアル（時系列的）に繰り返すことにより実現されるが、例えば、読取精度を高精細化するためにフォトセンサアレイを高密度化した場合には、読取動作のための所要時間が増大して、フォトセンサシステムの実用化の面で好ましくない。そこで、ダブルゲート型フォトセンサを用いたフォトセンサシステムにおいては、以下に示すような駆動制御方法を良好に適用することができる。
【００３８】
図６は、上述した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。ここでは、図５に示したフォトセンサシステムの構成を適宜参照しながら、駆動制御方法を説明する。
図６に示すように、まず、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、リセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｋ、φＴk+1、…φＴｎ（ｋは任意の自然数；ｋ＝１、２、・・・ｎ−１）を順次印加して、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。
【００３９】
次いで、リセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｋ、φＴk+1、…φＴｎが順次立ち下がり、リセット期間Ｔrstが終了することにより、光蓄積期間Ｔａがスタートして、各行毎の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。ここで、図６に示すように、光蓄積期間Ｔａ内に並行して、ドレインドライバ１３０にプリチャージ信号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、ドレインライン１０３にプリチャージ電圧Ｖpgを印加して各行毎の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。
【００４０】
次いで、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、他の行におけるリセット動作、プリチャージ動作及び読み出し動作のための各信号の印加タイミングと時間的に重ならないタイミングで、各行毎に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、読み出しパルスφＢ１、φＢ２、…φＢｋ、φＢk+1、…φＢｎを順次印加して、読み出し期間Ｔreadをスタートし、各行毎の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ドレイン電圧ＶＤ１、ＶＤ２、ＶＤ３、…ＶＤｍの変化を、ドレインドライバ１３０により、各ドレインライン１０３を介して同時に検出し、シリアルデータ又はパラレルデータからなる出力電圧Ｖoutとして読み出す。
【００４１】
すなわち、本駆動制御方法においては、行毎のリセットパルスφＴ１、φＴ２、φＴ３、…φＴｎ、読み出しパルスφＢ１、φＢ２、φＢ３、…φＢｎ、及び、プリチャージ信号φpgの印加タイミングの間隔（Ｔdly）を、次式に示すように、リセットパルスによるリセット期間Ｔrstと、読み出しパルスによる読み出し期間Ｔreadと、プリチャージ信号によるプリチャージ期間Ｔprchとの合計時間に設定する。
Ｔdly＝Ｔrst＋Ｔprch＋Ｔread                ・・・（１）
【００４２】
これにより、リセット動作、プリチャージ動作、読み出し動作が時間的に重なって実行されることがなく、さらに、各行毎の処理サイクルの一部を時間的にオーバーラップさせることができるので、全ての行におけるリセット動作が終了する前に読み出し動作を行うことができ、２次元画像の読み出し動作を良好に実行しつつ、読み出し動作に係る処理時間を大幅に短縮することができる。
【００４３】
また、このことは、換言すれば、上記間隔（Ｔdly）を基準単位として、その整数倍の時間を光蓄積期間Ｔａに付加した場合であっても、２次元画像の読み出し動作に係る処理時間を大幅に増大させることなく、読み出し動作を良好に実行することができることを意味している。したがって、各行毎の処理サイクルの一部を時間的にオーバーラップさせつつ、光蓄積時間Ｔａを段階的に変更設定することにより、２次元画像の読取感度を上記間隔（Ｔdly）を最小単位として任意に調整制御することができ、被検出体に係る画像が暗い場合等においても、読取感度を高くして良好に読取動作を行うことができる。
【００４４】
＜２次元画像読取装置＞
次に、本発明に係る２次元画像読取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２次元画像読取装置の全体構成を示すブロック図である。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。
【００４５】
図７に示すように、本実施形態に係る２次元画像読取装置は、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ラ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、読み出されたドレインライン電圧（アナログ信号）をデジタル信号からなる画像出力信号（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）１４０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（画像読取動作）や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、本発明における感度調整用読取動作や読取感度設定動作を実行制御する機能を備えたコントローラ１５０と、読取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ＲＡＭ１６０と、を有して構成されている。
ここで、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。
【００４６】
コントローラ１５０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及び図６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）を印加する動作を制御する。また、プリチャージスイッチ１３２にプリチャージ信号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にプリチャージ電圧Ｖpgを印加して、読み取られた被検出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電圧ＶＤを検出する動作を制御する。
【００４７】
また、コントローラ１５０には、ドレインドライバ１３０により読み出された出力電圧Ｖoutが、Ａ／Ｄコンバータ１４０を介してデジタル信号に変換され、画像出力信号として入力される。コントローラ１５０は、この画像出力信号に対して、所定の画像処理を施したり、ＲＡＭ１６０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に対するインタフェースとしての機能をも備えている。
【００４８】
さらに、コントローラ１５０は、後述するように、被検出体の画像パターンを読み取る本来の読取動作に先立って、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を設定制御することにより、フォトセンサアレイ１００の後述する特定の行のダブルゲート型フォトセンサ１０から出力される画像出力信号を観測し、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画像読取感度、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を設定する機能を有している。
【００４９】
＜コントローラ＞
以下に、上述した２次元画像読取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。
まず、コントローラの具体的な装置構成について説明する。
図８は、本発明に係る２次元画像読取装置に適用されるコントローラの一構成例を示すブロック図である。
【００５０】
図８に示すように、本実施形態におけるコントローラ１５０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１５１と、ＲＡＭ１６０への画像データや書き込み、読み出し等、各種データを管理するデータコントローラ１５２と、これらのコントローラ１５１、１５２を統括し、かつ、外部機能部２００とのインターフェースを担うメインコントローラ１５３と、を有している。
【００５１】
また、コントローラ１５０は、フォトセンサアレイ１００からＡ／Ｄコンバータ１４０を介してデジタル信号として入力される画像出力信号（画像データ）に基づいて、該画像出力信号に含まれる特定の測定量の大小を比較して最大値及び最小値を抽出するとともに、加算器１５５により算出されるダイナミックレンジ（測定量のデータ範囲）の最大値を抽出するデータ比較器（測定量比較手段、読取感度抽出手段）１５４と、データ比較器１５４により抽出された測定量の最大値及び最小値の差分からダイナミックレンジを算出する加算器（データ範囲算出手段）１５５と、Ａ／Ｄコンバータ１４０、データ比較器１５４、加算器１５５を介して処理された画像出力信号及び処理データを入力とし、これらのデータを必要に応じてＲＡＭ１６０への書き込みや読み出し、あるいは、データ比較器１５４や加算器１５５への再入力、データコントローラ１５２を介しての外部機能部２００への出力等を切換制御するデータセレクタ１５６と、データコントローラ１５２からの制御信号に基づいて、フォトセンサアレイ１００の画像読取感度を最適化するように、デバイスコントローラ１５１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（読取感度設定手段）１５７と、を有している。
【００５２】
次に、上述したコントローラの概略動作について説明する。
図９は、本実施形態に係る２次元画像読取装置の感度調整装置に適用されるコントローラにより実現される感度調整処理の一実施形態を示すフローチャートであり、図１０は、本実施形態に係る感度調整処理に適用される感度調整用読取動作の対象となるフォトセンサアレイ（被写体画像）の特定の行を示す図である。なお、ここでは、図７、図８に示した２次元画像読取装置の構成を適宜参照しながら説明する。
【００５３】
（手順Ｓ１１）
図９に示すように、まず、メインコントローラ１５３は、被写体画像の正規の読取動作に先立って、感度調整用読取動作を開始し、データコントローラ１５２を介して、感度設定レジスタ１５７に感度調整用読取動作のための画像読取感度を設定するように制御し、被写体画像の感度調整用読取動作を実行する。ここで、本実施形態に係る感度調整方法に適用される感度調整用読取動作は、例えば、図１０に示すように、行数２５６、列数１９６のマトリクス状にダブルゲート型フォトセンサが配列されたフォトセンサアレイ１００において、特定の１行（図では、ｎ／２行目）を構成するダブルゲート型フォトセンサ１０に対してのみ、単一のリセット動作を実行した後、光蓄積期間が段階的に変化するように、所定のタイミングでプリチャージ動作及び読み出し動作を繰り返し実行するように制御される。以下、具体的に説明する。
【００５４】
図１１は、本実施形態に係る感度調整処理に適用される感度調整用読取動作の一例を示すタイミングチャートである。また、図１２は、本実施形態に係る感度調整処理に適用される感度調整用読取動作により得られた特定の行における読取回数毎の明度データの変化を示すグラフであり、図１３は、読取回数毎のダイナミックレンジ（最大及び最小の明度データの差）の変化を示すグラフである。
本発明に係る感度調整用読取動作は、図１１に示すように、図１０に示したようなフォトセンサアレイ１００において、特定の１行、例えば、中心行（ｎ／２行目）のダブルゲート型フォトセンサ１０に対して、単一のリセットパルスφＴ(n/2)（ハイレベルのパルス信号；例えば、＋１５Ｖ）を印加してリセット期間Ｔrstをスタートし、（ｎ／２）行のダブルゲート型フォトセンサ１０を初期化する。
【００５５】
上記リセットパルスφＴ(n/2)が立ち下がり（ロウレベルの信号；例えば、−１５Ｖ）、リセット期間Ｔrstが終了すると、光蓄積期間がスタートして、（ｎ／２）行の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。
次いで、プリチャージ信号φpg（ハイレベルのパルス信号；例えば、＋５Ｖ）及び読み出しパルスφＢ(n/2)（ハイレベルのパルス信号；例えば、＋１０Ｖ）を所定のタイミング間隔Ｔintで複数回（Ｘ回；Ｘは２以上の整数）順次印加することにより、リセット期間Ｔrstの終了から各読み出しパルスφＢ(n/2)の印加による読み出し期間Ｔreadの開始までの各光蓄積期間Ｔa1、Ｔa2、…Ｔaxに蓄積された電荷に対応して変化した各ドレイン電圧ＶＤ１、ＶＤ２、・・・ＶＤｍが、各ダブルゲート型フォトセンサ１０からドレインドライバ１３０を介して順次読み出される。
【００５６】
これにより、感度調整用読取動作において、光蓄積期間（すなわち、画像読取感度）が所定のタイミング間隔Ｔintで段階的に変化するように設定されて、複数の異なる画像読取感度で単一の被写体画像（のうちの特定の行）が読み取られることになる。ここで、各読出動作毎の光蓄積期間（画像読取感度）は、読取回数に対応付けて、例えば、テーブル形式（読取回数−画像読取感度対応テーブル）でＲＡＭ１６０に記憶される。
【００５７】
（手順Ｓ１２）
上述した感度調整用読取動作により読み出された各ドレイン電圧ＶＤは、アンプ１３３及びＡ／Ｄコンバータ１４０を介してデジタル信号に変換され、被写体画像の明暗パターンに対応した明度データ（特定の測定量）としてコントローラ１５０内のデータ比較器１５４に入力される。具体的には、図１２に示すように、被写体画像における白と黒との間を、例えば２５６階調に設定し、各読取回数毎に各列のダブルゲート型フォトセンサ１０から出力されるドレイン電圧ＶＤの電圧変化を、０〜２５５の明度データ値に変換してデータ比較器１５４に取り込む。
【００５８】
なお、図１２においては、例として、読取回数が１６回目（図１２（ａ））、３２回目（図１２（ｂ））、６４回目（図１２（ｃ））、９６回目（図１２（ｄ））及び１２８回目（図１２（ｅ））の場合の明度データの列毎の変化を示す。ここで、読取回数が１６回目及び３２回目の場合の明度データには、明度データ値が０となり、最低値を示す列（ダブルゲート型フォトセンサ）が含まれており、また、９６回目及び１２８回目の場合の明度データには、明度データ値が２５５となり、最高値（飽和値）を示す列が含まれている。
【００５９】
（手順Ｓ１３）
そして、データ比較器１５４に入力された明度データは、各読取回数毎に最大値及び最小値が抽出されて加算器１５５に出力される。すなわち、各読取回数毎に含まれる明度データのうち、最大値を示す明度データ値（最も明るい階調を有する画素の明度データ）、及び、最小値を示す明度データ値（最も暗い階調を有する画素の明度データ）を抽出する。
【００６０】
（手順Ｓ１４）
次いで、加算器１５５は、各読取回数毎の明度データの最大値及び最小値の差分、すなわち、ダイナミックレンジ（データ範囲）を演算し、その結果をデータセレクタ１５６を介して、ＲＡＭ１６０に一旦記憶する。このようなダイナミックレンジの算出処理を全ての読取回数毎に得られた明度データについて実行する。したがって、図１２に示した明度データにおいては、読取回数が１６回目及び３２回目の場合には、最小値の明度データ値が０となり固定され、また、９６回目及び１２８回目の場合にも、最大値の明度データ値が２５５となり固定されるため、各読取回数におけるダイナミックレンジは、最低値（０）又は最高値（２５５）のいずれにも飽和していない６４回目の明度データのダイナミックレンジに比較して、必然的に小さい値となる。
【００６１】
（手順Ｓ１５）
そして、ＲＡＭ１６０に記憶された各読取回数毎のダイナミックレンジをデータセレクタ１５６を介して読み出して、データ比較器１５４に入力し、図１３に示すような読取回数に対するダイナミックレンジの変化傾向から、ダイナミックレンジが最大となる極大値ＤＬmaxを抽出し、該最大となるダイナミックレンジに対応する読取回数ＲＣａを抽出する。したがって、図１２に示した明度データにおいては、読取回数が６４回目の明度データのダイナミックレンジが、他の読取回数におけるダイナミックレンジよりも大きくなるため、６４回目のダイナミックレンジが極大値として抽出される。
【００６２】
（手順Ｓ１６）
次いで、抽出された読取回数ＲＣａに基づいて、ＲＡＭ１６０に記憶された読取回数−画像読取感度対応テーブルを参照して、当該読取回数ＲＣａに設定されている画像読取感度、すなわち、ダブルゲート型フォトセンサ１０の光蓄積期間を抽出する。
（手順Ｓ１７）
そして、メインコントローラ１５３は、データコントローラ１５２を介して感度設定レジスタ１５７を書き換え制御して、上記抽出された画像読取感度をそのまま、あるいは、所定の補正処理を施した後に、設定することにより、感度調整用読取動作に基づく感度調整処理を終了する。この後、上述した感度調整用読取動作及び画像読取感度調整動作により決定された最適な画像読取感度（光蓄積時間）に基づいて、図６に示したような駆動制御方法にしたがって、被写体画像の正規の画像読取動作が実行される。
【００６３】
したがって、上述したような構成を有する２次元画像読取装置の感度調整装置及びその感度調整方法によれば、フォトセンサアレイの特定の１行において、単一のリセット動作に対して被写体画像を所定の時間間隔で繰り返し読み取る感度調整用読取動作を実行することにより、画像読取感度（光蓄積期間）を段階的に変化させて設定することができるので、リセット動作を繰り返し実行する場合に比較して、感度調整用読取動作に要する時間を短縮することができるとともに、フォトセンサアレイの全域について感度調整用読取動作を実行する場合に比較して、データ量（特定の１行分のみ）を大幅に削減して処理負担を軽減することができるので、迅速に環境照度等の周囲の条件に応じた最適な画像読取感度を設定して、被写体画像の正規の読取動作に移行することができる。
【００６４】
この場合、感度調整用読取動作の対象となる特定の行に、フォトセンサアレイ上の検知面への異物の付着やフォトセンサの素子欠陥等による異常画素（減点や輝点等）が含まれる確率は、従来技術に示したようなフォトセンサアレイ（２次元画像）の全域を対象とする場合に比較して、大幅に低下することになるので、異常画素による不適切な画像読取感度の設定を回避して、被写体画像を良好に読み取ることができるとともに、指紋認識処理等における誤作動を抑制することができる。
【００６５】
また、感度調整用読取動作により得られた画像出力信号のうち、各読取回数毎の明度データの最大値及び最小値を抽出し、さらに、該最大値及び最小値に基づくダイナミックレンジが最大となる読取回数に対応する画像読取感度を抽出して、最適な画像読取感度を設定することができるので、環境光を検知するための専用の回路や特殊な処理方法等を適用することなく、簡易な演算処理により適切な画像読取感度を迅速に設定することができる。
【００６６】
なお、本実施形態に係る感度調整用読取動作においては、特定の行のダブルゲート型フォトセンサ１０に対して、単一のプリチャージ動作後、所定の時間間隔（タイミング間隔）Ｔintで読出動作を連続的に繰り返し実行する手法を適用しているので、各ダブルゲート型フォトセンサ１０に入射する光の量に応じて蓄積電荷量が変化するため、上述した読取回数（読み出しパルスの印加タイミング）と光蓄積時間（画像読取感度）との対応関係が必ずしも確定しなくなる場合が考えられる。このような場合には、その対応関係を補正する処理を適宜施すことにより、上述したような作用効果を得ることができる。
【００６７】
また、本実施形態においては、特定の行としてフォトセンサアレイを構成するｎ行×ｍ列（ｎ＝２５６、ｍ＝１９６）のダブルゲート型フォトセンサにおいて、中央行（ｎ／２行目）を対象にして、上述した感度調整用読取動作を行う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、被写体画像の明暗パターン（コントラスト）が明確に現れている領域であれば、中央行の近傍の行や、さらに他の領域に位置する行であってもよいことは言うまでもない。
【００６８】
次に、本発明に係る２次元画像読取装置の感度調整方法の他の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、上述した実施形態と同等の構成及び動作については、同一の符号を付して、その説明を簡略化又は省略する。
上述した実施形態においては、感度調整用読取動作の対象となる特定の行に異常画素が存在する確率を、２次元画像の全域を対象とする場合に比較して大幅に低下させることができるものの、異常画素が上記特定の行に存在する確率がゼロになる訳ではない。したがって、本実施形態においては、このような異常画素による不適切な画像読取感度の設定をより確実に回避する手法について説明する。
【００６９】
図１４は、本発明に係る２次元画像読取装置の感度調整装置に適用されるコントローラにより実現される感度調整処理の他の実施形態を示すフローチャートであり、図１５は、本発明に係る２次元画像読取装置の感度調整処理に適用される感度調整用読取動作の対象となるフォトセンサアレイの特定の行に、異常画素が存在する場合の被写体画像を示す図である。また、図１６は、本実施形態に係る感度調整処理に適用される感度調整用読取動作により得られた特定の行における読取回数毎の明度データの変化を示すグラフである。なお、本実施形態においても、上述した構成を有する２次元画像読取装置により感度調整処理が実行される。
【００７０】
（手順Ｓ２１）
図１４に示すように、まず、メインコントローラ１５３は、被写体画像の正規の読取動作に先立って、感度調整用読取動作を開始し、データコントローラ１５２を介して、感度設定レジスタ１５７に感度調整用読取動作のための画像読取感度を設定するように制御し、被写体画像の感度調整用読取動作を実行する。ここで、本実施形態に係る感度調整方法に適用される感度調整用読取動作は、例えば、図１５に示すように、行数２５６、列数１９６のマトリクス状にダブルゲート型フォトセンサが配列されたフォトセンサアレイ１００において、初期状態として、特定の行Ｒｐ（ｐは１〜２５６の任意の整数）を対象として感度調整用読取動作を実行するものとし、このとき、特定の行Ｒｐの列番号Ｌｑの位置に、フォトセンサアレイ上の検知面に付着した異物やダブルゲート型フォトセンサの素子欠陥、画像データに含まれるノイズ等により、異常画素ＩＬが存在する場合について、以下に具体的に説明する。
【００７１】
すなわち、本発明に係る感度調整用読取動作においては、まず、上述した実施形態における手順Ｓ１１（図９）に示した場合と同様に、図１５に示したようなフォトセンサアレイ１００において、特定の行Ｒｐのダブルゲート型フォトセンサ１０に対して、光蓄積期間（画像読取感度）が所定のタイミング間隔Ｔintで段階的に変化するように設定されて、複数の異なる画像読取感度で単一の被写体画像（のうちの特定の行）が読み取られる。
【００７２】
（手順Ｓ２２）
次いで、上述した実施形態における手順Ｓ１２（図９）に示した場合と同様に、感度調整用読取動作により読み出された各ドレイン電圧ＶＤの電圧変化は、被写体画像の明暗パターンに対応した明度データに変換されてコントローラ１５０に入力される。すなわち、図１６に示すように、各読取回数毎に各列のダブルゲート型フォトセンサ１０からのドレイン電圧ＶＤに基づいて２５６階調に設定された明度データが取り込まれ、データセレクタ１５６を介して、ＲＡＭ１３０に一旦記憶される。
【００７３】
なお、図１６においては、上述した実施形態における明度データ（図１２）に示した場合と同様に、読取回数が１６回目（図１６（ａ））、３２回目（図１６（ｂ））、６４回目（図１６（ｃ））、９６回目（図１６（ｄ））及び１２８回目（図１６（ｅ））の場合の明度データの列毎の変化を示す。ここで、読取回数が３２回目、６４回目、９６回目及び１２８回目の明度データには、図１５に示したような異常画素ＩＬにより明度データ値が０となり、最低値を示すダブルゲート型フォトセンサ（列番号Ｌｑ）が含まれている。また、読取回数が１６回目及び３２回目の場合の明度データには、列番号Ｌｑ以外にも明度データ値が０となり、最低値を示す列（ダブルゲート型フォトセンサ）が含まれており、また、９６回目及び１２８回目の場合の明度データには、明度データ値が２５５となり、最高値（飽和値）を示す列が含まれている。
【００７４】
（手順Ｓ２３／Ｓ２４）
次いで、ＲＡＭ１６０に記憶された各読取回数毎の明度データから、同一の列番号の明度データをデータセレクタ１５６を介して抽出して、データ比較器１５４に入力し、読取回数毎の該明度データを比較する。そして、読取回数に関わらず、明度データが常に一定になる（変化しない）列が存在する場合には、当該列番号の画素を異常画素と判定し、明度データが常に一定になる列が存在しない場合には、感度調整用読取動作の対象となっている特定の行に異常画素が含まれていないと判定する。該判定結果はデータ比較器１５４からメインコントローラ１５３に出力される。したがって、図１６に示した明度データにおいては、列番号Ｌｑの明度データが読取回数に関わらず０となり一定になる列が存在するため、初期状態に設定された特定の行Ｒｐ内に異常画素ＩＬが存在するものと判定する。
【００７５】
ここで、異常画素を検出する具体的な手法としては、例えば、図１１に示した感度調整用読取動作において、初回の読み出しパルスφＢ（読取回数“１”）により読み出されたドレイン電圧ＶＤ１、ＶＤ２、・・・ＶＤｍに基づく各画素（列）の明度データを基準とするとともに、各画素（列）に対応してフラグを設定し、各読取回数（“１”以外）毎の明度データと読取回数“１”の場合の明度データとを比較して、同一画素（列）における明度データが同一の場合には、該当する列のフラグを立て、異なる場合にはフラグを下ろす制御を行う。これにより、異なる画像読取感度により得られた明度データ相互が画素単位で比較されることになるので、フラグの設定状態を監視することにより、感度調整用読取動作の対象となっている特定の行に異常画素が含まれているか否かが判定される。
【００７６】
（手順Ｓ２５）
上述した手順Ｓ２４において、感度調整用読取動作の対象となっている特定の行Ｒｐに異常画素ＩＬが存在すると判定された場合には、メインコントローラ１５３からデバイスコントローラ１５１へ再度の感度調整用読取動作の実行が命令されるとともに、該再度の感度調整用読取動作における対象行を変更設定する。ここで、新たに感度調整用読取動作の対象となる特定の行は、上記異常画素ＩＬが検出された行Ｒｐ以外であれば良く、例えば、行Ｒｐの上方又は下方に隣接して形成された行Ｒ(p+1)、Ｒ(p-1)であってもよい。
この手順Ｓ２１〜Ｓ２４までの処理は、感度調整用読取動作の対象行内に異常画素が存在しないと判定されるまで繰り返し実行される。
【００７７】
（手順Ｓ２６）
一方、上記手順Ｓ２３、Ｓ２４において、感度調整用読取動作の対象となった行に異常画素が存在しないと判定された場合には、ＲＡＭ１６０からデータセレクタ１５６を介して各読取回数毎の明度データが読み出されてデータ比較器１５４に取り込まれ、該明度データの最大値及び最小値が抽出されて加算器１５５に出力される。
【００７８】
（手順Ｓ２７／Ｓ２８／Ｓ２９／Ｓ３０）
以下、上述した実施形態における手順Ｓ１４〜Ｓ１７（図９）に示した場合と同様に、加算器１５５により各読取回数毎の明度データのダイナミックレンジ（最大値及び最小値の差分）を演算した後、データ比較器１５４により読取回数に対するダイナミックレンジの変化傾向から、最大となるダイナミックレンジの読取回数を抽出して対応する画像読取感度（光蓄積期間）を、感度設定レジスタ１５７に設定して、感度調整用読取動作に基づく一連の感度調整処理を終了する。
【００７９】
したがって、上述したような２次元画像読取装置の感度調整方法によれば、フォトセンサアレイ上の検知面への異物の付着やフォトセンサの素子欠陥等による異常画素が、感度調整用読取動作の対象となる特定の行に存在した場合には、当該異常画素を判別して、異常画素が存在しない他の行を対象とした感度調整用読取動作を再度実行して、異常画素（減点、輝点等）による影響のない明度データを取得することができるので、環境照度等の周囲の条件に応じた最適な画像読取感度を設定して、被写体画像の正規の読取動作を適切に実行することができる。
【００８０】
ここで、感度調整用読取動作により取得した明度データのダイナミックレンジに基づいて、一義的に最適な画像読取感度が設定されるので、感度調整用読取動作の対象となる行を変更する処理を行った場合であっても、画像読取感度の最適性が損なわれることはなく、環境照度等の周囲の条件に関わらず、被写体画像の正規の読取動作を良好に実行することができ、指紋認識処理等における誤作動を抑制することができる。
【００８１】
なお、以上の説明においては、特定の行をフォトセンサアレイ中の１行のみとしたが、本発明はこれに限るものではない。すなわち、フォトセンサアレイの全行のうちの一部の所定範囲の複数行について画像読取感度を変化させて、上記と同様の感度調整用読取動作を行う態様としてもよい。また、この特定の行は、例えばフォトセンサアレイの中央部に予め定められているものとしたが、これを予め特定せず、例えば、当な画像読取感度で被写体画像の全領域又は所定の領域を読み取った結果に基づいて、画像読み取りに最も適した行又は領域を抽出し、それに基づいて特定の行もしくは特定の複数の行を設定するようにしてもよい。
【００８２】
また、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、読取感度設定動作を行う構成を有しているものであれば、本発明に係る２次元画像読取装置の感度調整装置の構成及び感度調整方法を良好に適用することができる。
【００８３】
【発明の効果】
請求項１又は８記載の発明によれば、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、画像読取感度の設定のために画像読取感度を変化させながら被写体画像を読み取る感度調整用読取動作を実行する感度調整用読取手段と、該感度調整用読取手段により被写体画像の画像パターンに関連する特定の測定量に基づいて、被写体画像の正規の読取動作に適した画像読取感度を設定する読取感度設定手段と、を備える２次元画像読取装置の感度調整装置において、フォトセンサアレイの全行のうちの一部の所定範囲の複数行のフォトセンサに対してのみ、画像読取感度を段階的に変化させて所定範囲に対応する被写体画像を繰り返し読み取る感度調整用読取動作を実行し、各画像読取感度毎に得られた特定の測定量に基づいて、環境照度等の周囲の条件に応じた最適な画像読取状態にある画像読取感度を抽出、設定することができるので、画像読取感度の設定処理に用いるデータ量を削減して処理負担を軽減することができ、迅速な感度調整用読取動作及び画像読取感度の設定動作を実現することができる。
【００８４】
請求項２記載の発明によれば、上記２次元画像読取装置の感度調整装置において、感度調整用読取手段は、感度調整用読取動作により得られた特定の測定量のうち、該測定量の最大値及び最小値に基づくデータ範囲が最大となる画像読取感度を抽出して、被写体画像の正規の画像読取動作における画像読取感度として設定することができるので、最適な画像読取状態にある画像読取感度を、簡易な演算処理により設定することができ、環境光を検知するための専用の回路や特殊な処理方法等を適用する必要がない。また、このような感度設定処理を適用した２次元画像読取装置によれば、フォトセンサの特性変化が生じたような場合であっても、当該フォトセンサにより得られる測定量に基づいて最適な画像読取感度を設定することができるので、特性変動の影響を大幅に抑制することができる。加えて、被写体そのものを使って最適な画像読取感度を設定することができるので、標準試料等を用意することなく、極めて簡易に適切な感度設定処理を実現することができる。
【００８５】
請求項３記載の発明によれば、特定の測定量として、被写体画像の画像パターンに対応した明度データを測定して感度設定処理を行っているので、明度データの最大データ範囲を算出することにより、被写体画像の明暗パターン（凹凸パターン）が良好に得られている画像読取感度を適切に抽出することができ、最適な画像読取感度を簡易に設定することができる。
【００８６】
請求項４記載の発明によれば、フォトセンサアレイの画像読取感度は、フォトセンサにおける光蓄積期間を調整することにより設定制御されるので、画像読取感度を段階的に変化させて感度調整用読取動作を行い、各画像読取感度毎の測定量のデータ範囲に基づいて抽出された最適な画像読取感度を、フォトセンサに設定する光蓄積期間の時間要素（パルスタイミング）のみで、簡易に設定制御することができ、環境照度等の影響を抑制して、被写体画像の正規の読取動作を良好に実行することができる。
【００８７】
請求項５又は９記載の発明によれば、上記２次元画像読取装置の感度調整装置において、感度調整用読取手段における感度調整用読取動作により各画像読取感度毎に得られた測定量相互の変化傾向に基づいて、該測定量相互に変化が観測されない画素（減点、輝点等）を異常画素と判別するので、被写体が載置される検知面や被写体自体への異物の付着や、フォトセンサの素子欠陥等に起因する異常画素が、感度調整用読取動作の対象となっている所定範囲の複数行に存在するか否かを簡易に判別することができ、被写体画像の正規の読取動作に先立って、異物の除去や再度の感度調整用読取動作の実行等、適切な対処を行うことができる。
【００８８】
請求項６又は１０記載の発明によれば、上記２次元画像読取装置の感度調整装置において、感度調整用読取動作の対象となる所定範囲の複数行に異常画素が存在すると判別されたときには、該所定範囲の複数行以外の他の所定範囲の複数行に対して、上記感度調整用読取動作が再度実行されるので、被写体画像を最適な画像読取状態で読み取ることができる画像読取感度を適切に設定することができる。請求項７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（トップゲート電極）及び第２のゲート電極（ボトムゲート電極）とを有し、第１のゲート電極又は第２のゲート電極のいずれか一方を光照射側として、該光照射側から照射された光の量に対応する電荷が上記チャネル領域に発生、蓄積される、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、フォトセンサアレイを構成するフォトセンサを薄型化して、フォトセンサシステムが適用される２次元画像読取装置を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】上記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７】本発明に係る２次元画像読取装置の全体構成を示すブロック図である。
【図８】本発明に係る２次元画像読取装置に適用されるコントローラの一構成例を示すブロック図である。
【図９】一実施形態に係る２次元画像読取装置により実現される感度調整処理の一実施形態を示すフローチャートである。
【図１０】一実施形態に係る感度調整処理に適用される感度調整用読取動作の対象となるフォトセンサアレイ（被写体画像）の特定の行を示す図である。
【図１１】一実施形態に係る感度調整処理に適用される感度調整用読取動作の一例を示すタイミングチャートである。
【図１２】一実施形態に係る感度調整処理に適用される感度調整用読取動作により得られた特定の行における読取回数毎の明度データの変化を示すグラフである。
【図１３】上記読取回数毎のダイナミックレンジ（最大及び最小の明度データの差）の変化を示すグラフである。
【図１４】本発明に係る２次元画像読取装置の感度調整装置に適用されるコントローラにより実現される感度調整処理の他の実施形態を示すフローチャートである。
【図１５】本発明に係る２次元画像読取装置の感度調整処理に適用される感度調整用読取動作の対象となるフォトセンサアレイの特定の行に、異常画素が存在する場合の被写体画像を示す図である。
【図１６】他の実施形態に係る感度調整処理に適用される感度調整用読取動作により得られた特定の行における読取回数毎の明度データの変化を示すグラフである。
【図１７】従来技術における感度調整処理に適用される感度調整用読取動作の対象となるフォトセンサアレイ（被写体画像）を示す図である。
【図１８】従来技術における感度調整用読取動作により得られる各行毎の明度データの変化を示す図である。
【図１９】従来技術における感度調整用読取動作により得られる各行毎の明度データを用いた画像読取感度の決定方法を示す図である。
【符号の説明】
１０      ダブルゲート型フォトセンサ
１００    フォトセンサアレイ
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    Ａ／Ｄコンバータ
１５０    コントローラ
１５１    デバイスコントローラ
１５２    データコントローラ
１５３    メインコントローラ
１５４    データ比較器
１５５    加算器
１５６    データセレクタ
１５７    感度設定レジスタ
１６０    ＲＡＭ
２００    外部機能部
【図１】
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【図２】
0004081641.tif 000003
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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