JP4658443B2

JP4658443B2 - 画像入力装置

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Publication number: JP4658443B2
Application number: JP2002368558A
Authority: JP
Inventors: 智美澤野
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2002-12-19
Filing date: 2002-12-19
Publication date: 2011-03-23
Anticipated expiration: 2022-12-19
Also published as: KR20050085683A; TWI252436B; KR100716046B1; TW200414070A; CN100343863C; AU2003285762A1; WO2004057523A1; CN1726505A; JP2004199487A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検体が載置される載置面下に配置された画像読取回路を備え、前記被検体を画像読取デバイスで読み取ることによって前記被検体の像を入力する画像入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
指紋は、個人特有の模様を呈しているため、個人認証をおこなう上で非常に有用な手段であり、近年では指紋を個人認証に適用する指紋認証装置が開発されている。具体的に、指紋認証装置は、画像読取装置で読み取った指紋画像を、予め登録された登録者の指紋画像データと照合することにより個人認証を行うものであり、ＰＣ（Personal Computer）、ＰＤＡ（Personal Digital Assistance）、携帯電話等の情報機器に搭載されることが検討されている。
【０００３】
特許文献１には、指紋認証装置に用いられる二次元画像読取装置について記載されている。この二次元画像読取装置は、複数のフォトセンサが透明基板上に配列されてなるフォトセンサアレイと、フォトセンサアレイの裏面に対向するようにフォトセンサアレイの裏側に配置されたバックライトと、フォトセンサアレイの表面を被覆した透明な電極層と、電極層の電圧の変化を検知する検知部と、を備える。従来の二次元読取装置の動作及び使用方法について説明すると、被験者自体が特有の抵抗と容量とになるので、被験者が電極層上に指を載置すると、指が電極層に接触したことによる特有の電圧変化が検知部によって検知され、検知部による指検知によってバックライトが点灯して指に光を照射し、検知部による指検知によってフォトセンサアレイが画像読み取り動作を行って指の像を読み取る。フォトセンサアレイで読み取られた指の像は、接触面内における指の凹凸による反射光の強度分布で表された指紋画像である。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−９４０４０号公報（第４−９頁、図６、図１４）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、指の発汗状態は人それぞれ異なり、電極層に指を載置した際に指で電極層を押す力も人それぞれ異なる。指の発汗状態が異なれば、指が電極層に接触したことによる特有の電圧変化も異なり、電極層を押す力が異なれば、指と電極層の接触面積も異なって電極層の電圧変化も異なる。従って、従来の二次元画像読取装置では、発汗状態の個人差によるばらつきや指で押す力のばらつきの許容量を狭くしすぎてしまうと、或る人が指を電極層に載置し、その人の指が検知部によって検知されて指紋画像を読み取ることができても、別の人が指を電極層に載置しても、検知部によってその別の人の指が検知部によって検知されないことがあり、その別の人の指紋画像を読み取ることができないことがある。同じ個人であっても場合によっては指の発汗状態や押す力も異なり、指の指紋画像を読み取れない恐れがある。また許容量を広くすると、指以外のものでも誤認識してしまう可能性があった。さらにこのような微弱な電圧変化は周囲の電磁波等のノイズにより精度の高い検知が困難であった。
【０００６】
また、電極層を押す力が弱いと、指の凸部が電極層に密接しないから、指の凸部と凹部との間で反射光の強度差がなくなり、鮮明な指紋画像を読み取れないことがある。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、簡易に画像を確実に読み取ることができ、鮮明な画像を読み取ることができる画像入力装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、請求項１に記載の発明における画像入力装置は、図１〜図５に示すように、
被検体（例えば、指１００）である指の先端から前記先端に最も近い関節までの間が載置される第一載置面（例えば、画像読取回路２の表面３２ａ）下に配置された画像読取回路（例えば、画像読取回路２）と、
前記第一載置面に隣接した第二載置面（圧力センサ５０の表面）に、前記先端に最も近い間接から二番目に近い間接までの間が載置されることによって付与された接触領域における圧力分布に基づいて前記被検体である指が前記第二載置面に載置されたことを検知する検知手段（例えば、圧力センサ５０、比較回路６２）と、
前記先端から前記先端に最も近い関節から二番目に近い間接までの間の指を保持するとともに前記画像読取回路及び前記検知手段にそれぞれ対応する前記第一載置面及び前記第二載置面が開口されている指保持部と、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項１に記載の発明では、第二載置面に被検体が載置されれば、被検体から第二載置面に圧力が付与されるので、検知手段が第二載置面に付与された接触領域における圧力分布に基づいて被検体の載置を検知するため、被検体が第二載置面に載置していないときに画像読取回路の読み取り動作を停止でき、また被検体が第二載置面に載置したときに迅速に画像読取回路の読み取り動作を停止できるので被検体から第二載置面に載置していないときの消費電力を抑えることができ、読み取り動作を行うために指を載せる以外に特別な動作をする必要がない。従って、被検体が第二載置面に載置されるだけで、被検体の画像を確実に読み取ることができる。
また、従来、被検体の指の発汗状態等に起因して指の載置を検知することができない場合があったが、請求項１に記載の発明では、指が第二載置面に載置されれば、第二載置面に圧力が付与されるので、接触領域における圧力分布に基づいて指の載置を検知手段で確実に検知することができ、指の画像を確実に読み取ることができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、図５に示すように、請求項１に記載の画像入力装置において、
前記検知手段が、
前記第二載置面に付与された圧力分布を検知する圧力センサ（例えば、圧力センサ５０）と、
前記圧力センサで検知された圧力分布に基づいた圧力レベルを載置状態と未載置状態とに仕切る閾値に対して比較し、前記閾値を超えた場合に、前記画像読取回路に画像読み取り動作を行わせるためのトリガ信号を出力する比較手段（例えば、比較回路６２）と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
被検体が載置面に載置されると、被検体から載置面に圧力が付与されるが、被検体から載置面に付与される圧力が小さいと、被検体と載置面との接触面積が小さくなり、仮に画像読取回路で画像を読み取ったものとしても鮮明な画像を読み取ることができない。ところが、請求項３に記載の発明では、被検体から載置面に付与された圧力を示す検知信号のレベルが閾値以上にならないと、比較手段がトリガ信号を出力しないで画像読取回路が画像読み取り動作を行わないから、そのような不鮮明な画像を読み取ることがない。そして、被検体から載置面に付与された圧力を示す検知信号のレベルが閾値を越えれば、比較手段がトリガ信号を出力し、画像読取回路が画像読み取り動作を行うから、被検体と載置面との接触面積が大きい場合に画像読取回路で画像を読み取るため、鮮明な画像を確実に読み取ることができる。
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の画像入力装置において、
前記被検体が前記第二載置面に付与した圧力分布に応じて、前記被検体である指に光を照射する光源の明るさを調整する調節手段（例えば、調節回路１０２）を備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の発明では、被検体による第二載置面に対する圧力に基づいて、光源の光照射強度が調節されるため、被検体と第二載置面との接触面積に適した強度の光が被検体に入射する。従って、被検体による接触圧がどのような場合でも、被検体の画像を鮮明に読み取ることができる。
【００１３】
前記画像読取回路は、光学式センサを有することを特徴とする。
【００１４】
前記光学式センサは、マトリクス状に配列された複数のダブルゲート型トランジスタを有することを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を用いて本発明の具体的な態様について説明する。ただし、発明の範囲を図示例に限定するものではない。
【００１６】
〔第一の実施の形態〕
図１は、本発明の画像入力装置が適用された指紋読取装置１を示した平面図であり、図２（ａ）及び図２（ｂ）は、それぞれ指が載置されていない状態及び指が載置されている状態を図１の破断線Ｂ−Ｂで破断して示した断面図である。図３は、図１の破断線Ｃ−Ｃで破断して示した断面図である。
【００１７】
指紋読取装置１は、表面３２ａに載置された指１００の反射光の光量や強度を電気信号に変換することによって指１００の指紋画像を読み取るとともに、光学式センサである固体撮像デバイスとそのドライバが一体となった画像読取回路２と、画像読取回路２からの電気信号を検知することによって指１００の指紋画像を取得する駆動回路１０と、画像読取回路２の表面３２ａに載置された指１００に向けて光を照射する光照射手段と、指１００が画像読取回路２の表面３２ａに接することによって発生した圧力を検知するフィルム型の圧力センサ５０と、指１００を画像読取回路２及び圧力センサ５０内の所定位置に保持するための指保持部１６と、を具備する。
【００１８】
まず、光照射手段について説明する。光照射手段は、光を発するＬＥＤ、冷陰極蛍光管といった光源１４と、光源１４から発せられた光を画像読取回路２に導いて画像読取回路２を通じて被検体である指１００に光を照射するための導光板１５と、を備える。導光板１５は、略平板状であり、光源１４に対向した側面及び画像読取回路２の裏面に対向した表面を除き光反射材で覆われている。光源１４からの光が導光板１５にて面拡散して、導光板１５の表面から面放射した光が画像読取回路２の裏面に均等に照射されるようになっている。なお、導光板１５と光源１４の代わりに、有機ＥＬ素子といった面発光素子を画像読取回路２の裏面に対向するように設けても良い。
【００１９】
次に、図１〜図４を用いて画像読取回路２について説明する。図４（ａ）は、画像読取回路２の一画素を示した平面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）の破断線Ａ−Ａで破断して示した断面図である。
【００２０】
画像読取回路２は、略平板状の透明基板１７と、透明基板１７の一方の面上にｎ行ｍ列（ｎ、ｍともに整数である。）のマトリクス状に配列された複数のダブルゲート型トランジスタ（以下、ＤＧ−Ｔｒという。）２０，２０，…と、ＤＧ−Ｔｒ２０，２０，…が配列された画像入力領域８の周囲であって透明基板１７上に形成されたトップゲートドライバ１１、ボトムゲートドライバ１２及びドレインドライバ１３と、ドライバ１１，１２，１３並びにＤＧ−Ｔｒ２０，２０，…を被覆する保護絶縁膜３１と、保護絶縁膜３１上に成膜された放電用導電膜３２と、を備える。
【００２１】
透明基板１７は、光に対して透過性（以下、単に透光性という。）を有するとともに絶縁性を有し、石英ガラス等といったガラス基板又はポリカーボネート等といったプラスチック基板である。この透明基板１７が、画像読取回路２の裏面を成しており、この透明基板１７に導光板１５が対向している。
【００２２】
それぞれのＤＧ−Ｔｒ２０は、画素となる光電変換素子である。それぞれのＤＧ−Ｔｒ２０は、透明基板１７上に形成されたボトムゲート電極２１と、ボトムゲート電極２１上に形成された層間絶縁膜２２と、ボトムゲート電極２１と層間絶縁膜２２を挟むとともにボトムゲート電極２１に対向した半導体膜２３と、半導体膜２３の中央部上に形成されたチャネル保護膜２４と、半導体膜２３の両端部上に互いに離間して形成された不純物半導体膜２５，２６と、不純物半導体膜２５上に形成されたソース電極２７と、不純物半導体膜２６上に形成されたドレイン電極２８と、ソース電極２７及びドレイン電極２８上に形成された層間絶縁膜２９と、半導体膜２３と層間絶縁膜２９及びチャネル保護膜２４を挟むとともに半導体膜２３に対向したトップゲート電極３０と、を具備する。
【００２３】
透明基板１７上には、ボトムゲート電極２１がＤＧ−Ｔｒ２０ごとにマトリクス状となって形成されている。また、透明基板１７上には横方向に延在するｎ本のボトムゲートライン４１，４１，…が形成されており、横方向に配列された同一行の各ＤＧ−Ｔｒ２０のボトムゲート電極２１は共通のボトムゲートライン４１と一体となって形成されている。ボトムゲート電極２１及びボトムゲートライン４１は、導電性及び遮光性を有し、例えばクロム、クロム合金、アルミ若しくはアルミ合金又はこれらの合金からなる。
【００２４】
ボトムゲート電極２１及びボトムゲートライン４１上には、全てのＤＧ−Ｔｒ２０，２０，…に共通した層間絶縁膜２２が形成されている。層間絶縁膜２２は、絶縁性及び透光性を有し、例えば窒化シリコン又は酸化シリコンからなる。
【００２５】
層間絶縁膜２２上には、半導体膜２３がＤＧ−Ｔｒ２０ごとに形成されている。半導体膜２３は、平面視して略矩形状を呈しており、アモルファスシリコン又はポリシリコンで形成された層である。半導体膜２３上には、チャネル保護膜２４が形成されている。チャネル保護膜２４は、パターニングに用いられるエッチャントから半導体膜２３の界面を保護する機能を有し、絶縁性及び透光性を有し、例えば窒化シリコン又は酸化シリコンからなる。半導体膜２３に光が入射すると、入射した光量に従った量の電子−正孔対がチャネル保護膜２４と半導体膜２３との界面付近を中心に発生するようになっている。この場合、半導体膜２３側にはキャリアとして正孔が発生し、チャネル保護膜２４側には電子が発生する。
【００２６】
半導体膜２３の一端部上には、不純物半導体膜２５が一部チャネル保護膜２４に重なるようにして形成されており、半導体膜２３の他端部上には、不純物半導体膜２６が一部チャネル保護膜２４に重なるようにして形成されている。不純物半導体膜２５，２６は、ＤＧ−Ｔｒ２０ごとにパターニングされている。不純物半導体膜２５，２６は、ｎ型の不純物イオンを含むアモルファスシリコン（ｎ⁺シリコン）からなる。
【００２７】
不純物半導体膜２５上には、ＤＧ−Ｔｒ２０ごとにパターニングされたソース電極２７が形成されている。不純物半導体膜２６上には、ＤＧ−Ｔｒ２０ごとにパターニングされたドレイン電極２８が形成されている。また、縦方向に延在するｍ本のソースライン４２，４２，…及びドレインライン４３，４３，…が層間絶縁膜２２上に形成されており、縦方向に配列された同一列の各ＤＧ−Ｔｒ２０のソース電極２７は共通のソースライン４２と一体に形成されており、縦方向に配列された同一列の各ＤＧ−Ｔｒ２０のドレイン電極２８は共通のドレインライン４３と一体に形成されている。ソース電極２７、ドレイン電極２８、ソースライン４２及びドレインライン４３は、導電性及び遮光性を有しており、例えばクロム、クロム合金、アルミ若しくはアルミ合金又はこれらの合金からなる。
【００２８】
全てのＤＧ−Ｔｒ２０，２０，…のチャネル保護膜２４、ソース電極２７及びドレイン電極２８並びにソースライン４２，４２，…及びドレインライン４３，４３，…上には、全てのＤＧ−Ｔｒ２０，２０，…に共通した層間絶縁膜２９が形成されている。層間絶縁膜２９は、絶縁性及び透光性を有し、例えば窒化シリコン又は酸化シリコンからなる。
【００２９】
層間絶縁膜２９上には、ＤＧ−Ｔｒ２０ごとにパターニングされたトップゲート電極３０が形成されている。また、層間絶縁膜２９上には横方向に延在するｎ本のトップゲートライン４４が形成されており、横方向に配列された同一行の各ＤＧ−Ｔｒ２０のトップゲート電極３０は共通のトップゲートライン４４と一体に形成されている。トップゲート電極３０及びトップゲートライン４４は、導電性及び透光性を有した導電体であり、例えば、酸化インジウム、酸化亜鉛若しくは酸化スズ又はこれらのうちの少なくとも一つを含む混合物（例えば、錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、亜鉛ドープ酸化インジウム）で形成されている。
以上のように構成されたＤＧ−Ｔｒ２０は、半導体膜２３を受光部とした光電変換素子である。
【００３０】
全てのＤＧ−Ｔｒ２０，２０，…のトップゲート電極３０及びトップゲートライン４４，４４，…上には、共通の保護絶縁膜３１がトップゲート電極３０及びトップゲートライン４４に接するようにして形成されている。保護絶縁膜３１は、絶縁性及び透光性を有し、窒化シリコン又は酸化シリコンからなる。
【００３１】
保護絶縁膜３１上には、放電用導電膜３２が一面に形成されている。放電用導電膜３２は、導電性及び透光性を有し、例えば、酸化インジウム、酸化亜鉛若しくは酸化スズ又はこれらのうちの少なくとも一つを含む混合物（例えば、錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、亜鉛ドープ酸化インジウム）で形成されている。放電用導電膜３２は、接地されて０〔Ｖ〕に保たれており、指１００に帯電した電荷を放電することによってＤＧ−Ｔｒ２０，２０，…の静電破壊を防止するものである。放電用導電膜３２の表面３２ａは、画像読取回路２の表面を成しており、指１００が載置される載置面である。
【００３２】
以上の画像読取回路２において、導光板１５から透明基板１７に入射した光は、ボトムゲート電極２１で遮蔽されて、半導体膜２３に直接入射しないようになっている。また、ＤＧ−Ｔｒ２０，２０，…の間ではボトムゲート電極２１が形成されていないから、導光板１５から透明基板１７に入射した光がＤＧ−Ｔｒ２０，２０，…の間を透過して画像読取回路２の表面から外部へ出射するようになっている。
【００３３】
画像読取回路２のドライバについて説明する。図１に示すように、ソースライン４２，４２，…は、一定電圧に保たれており、例えば接地されて０〔Ｖ〕に保たれている。ボトムゲートライン４１，４１，…はボトムゲートドライバ１２の出力に接続されている。トップゲートライン４４，４４，…は、トップゲートドライバ１１の出力に接続されている。
【００３４】
トップゲートドライバ１１は、シフトレジスタであり、１行目のトップゲートライン４４からｎ行目のトップゲートライン４４の順（ｎ行目に達したら必要に応じて１行目に戻る。）にリセットパルスを出力するようになっている。リセットパルスが或るトップゲートライン４４に出力されている時には、そのトップゲートライン４４が、半導体膜２３及びチャネル保護膜２４に蓄積された正孔を除去するようなハイレベルのリセット電位となり、リセットパルスが或るトップゲートライン４４に出力されていない時には、そのトップゲートライン４４並びにそれに接続されたトップゲート電極３０が、半導体膜２３に入射した光によって生成された電子−正孔対のうち正孔を保持するようなローレベルのキャリア蓄積電位となる。
【００３５】
ボトムゲートドライバ１２は、シフトレジスタであり、一行目のボトムゲートライン４１からｎ行目のボトムゲートライン４１の順（ｎ行目に達したら必要に応じて１行目に戻る。）にハイレベルのリードパルスを出力するようになっている。リードパルスが或るボトムゲートライン４１に出力されている時には、そのボトムゲートライン４１並びにそれに接続されたボトムゲート電極２１は、半導体膜２３にチャネルが形成されるような読取電位となり、チャネルの領域の大きさは半導体膜２３に入射した光の量に依存する。
【００３６】
トップゲートドライバ１１がｉ行目（ｉは１〜ｎの何れかの整数。）のトップゲートライン４４にリセットパルスを出力してから、ボトムゲートドライバ１２がｉ行目のボトムゲートライン４１にリードパルスを出力するように、トップゲートドライバ１１及びボトムゲートドライバ１２は出力信号をシフトするようになっている。
【００３７】
ドレインドライバ１３は、リセットパルスが出力されてからリードパルスが出力されるまでの間に、全てのドレインライン４３，４３，…に所定レベル（ハイレベル）のプリチャージパルスを出力するようになっている。更に、ドレインドライバ１３は、プリチャージパルスの出力後にドレインライン４３，４３，…の電圧を増幅して、駆動回路１０に出力するようになっている。
【００３８】
次に、駆動回路１０について説明する。
駆動回路１０は、ボトムゲートドライバ１２に制御信号Ｂｃｎｔを出力することでボトムゲートドライバ１２に適宜リードパルスを出力させ、トップゲートドライバ１１に制御信号Ｔｃｎｔを出力することでトップゲートドライバ１１に適宜リセットパルスを出力させ、ドレインドライバ１３に制御信号Ｄｃｎｔを出力することでドレインドライバ１３に適宜プリチャージパルスを出力させる。また、駆動回路１０は、リードパルスが出力されてから所定時間経過後のドレインライン４３，４３，…の電圧を検出することによって、又はリードパルスが出力されてからドレインライン４３，４３，…の電圧が所定閾値電圧に至るまでの時間を検出することによって、指１００の指紋画像を取得するようになっている。
【００３９】
次に、圧力センサ５０について説明する。
図２（ａ）に示すように、圧力センサ５０は、透明基板１７上に形成された互いに平行となって行方向に延在した複数の電極線５１，５１，…と、複数の電極線５１，５１，…間に設けられた電極線５１より高いスペーサ５３，５３，…と、互いに平行となって列方向に延在した複数の電極線５２，５２，…が裏面に形成された可撓性のシート材５５と、シート材５５の周囲を覆い、透明基板１７とシート材５５とを接合するシール５４と、を備え、複数の電極線５２，５２，…はスペーサ５３により複数の電極線５１，５１，…と離間し、また平面視して電極線５１に電極線５２が直交するように且つ電極線５１と電極線５２とが対向するように、シート材５５と透明基板１７を貼り合わせた構成となっている。スペーサ５３，５３，…は、シート材５５の裏面における複数の電極線５２，５２，…間に設けられるように配置してもよい。また指で圧力センサ５０繰り返し押し続けた後に、押されていない状態で複数の電極線５１，５１，…と複数の電極線５２，５２，…とが離間できる程度の十分な復元力があればスペーサ５３は必ずしも必要としない。
【００４０】
圧力センサ５０の電極線５１及び電極線５２の少なくとも一方には、後述する検知用駆動回路６１から電圧が出力され、図２（ｂ）に示すように、指１００が画像読取回路２上及び圧力センサ５０上に載置されると、指の加圧力によりシート材５５が撓み、これにともない電極線５２が撓んで電極線５１と接触する。このとき、電極線５１及び電極線５２は導通するために、電極線５１及び電極線５２を流れる電流や電極線５１及び電極線５２の少なくとも一方の電圧や抵抗値等の電気的特性が変化する。この電気的特性の変化を検知用駆動回路６１が読み取ることで指が載置されたと判断し、画像読取回路２の読取り動作を開始させる。
【００４１】
圧力センサ５０は電極線５１及び電極線５２の少なくとも一方の表面に感圧性インク層を設けてもよい。この場合、電極線５１に電極線５２との交差部において感圧性インク層が重なるように配置されている。電極線５１及び電極線５２間の電気抵抗は、感圧性インク層に付与された圧力に依存し、圧力の大きさが変化すると電気抵抗等が変化する特性となっている。この圧力センサ５０では、電極線５１と電極線５２との交差部における電気抵抗等によってその交差部の圧力を検知することができる。また、圧力センサ５０は、平面視すると交差部がマトリクス状に配列されているから、それぞれの交差部の電極線５１又は電極線５２の電気的特性の変化を検知用駆動回路６１が測定することによって面内の圧力分布を検知することができるとともに面内全体の圧力を検知することができる。
【００４２】
図１に示すように、平面視して（画像読取回路２の表面３２ａに向かって見て）、圧力センサ５０と画像読取回路２は互いに異なった位置に配置されている。詳細には、圧力センサ５０は画像読取回路２に隣接するように配置されており、圧力センサ５０の表面が画像読取回路２の表面３２ａと同一平面となっており、圧力センサ５０の表面も、指先１００が載置される載置面である。
【００４３】
次に、指保持部１６について説明する。
指保持部１６には、指の先端から指の第二関節までの指形状に開口した開口部１６ａが形成されており、ＤＧ−Ｔｒ２０，２０，…が配列された画像入力領域８並びに電極線５１と電極線５２との交差部が配列された圧力検知領域が開口部に露出するように、指保持部１６が画像読取回路２の表面３２ａ及び圧力センサ５０の表面に取り付けられている。指の末節に対応する指保持部１６の開口部が画像入力領域８に配される。
【００４４】
次に、指紋読取装置１の回路構成について図５を用いて説明する。
図５に示すように、指紋読取装置１は、画像読取回路２、駆動回路１０及び圧力センサ５０に加えて、検知用駆動回路６１と、比較回路６２と、ＣＰＵ６３と、ＲＡＭ６４と、ＲＯＭ６５と、記憶部６６と、を備える。
【００４５】
検知用駆動回路６１は、圧力センサ５０を駆動して圧力センサ５０の電極線５１及び電極線５２の少なくとも一方に出力した信号の電気的特性の変化を入力し、圧力センサ５０によって検知された面内の全体の圧力のレベルを示す検知信号を比較回路６２に出力するようになっている。また、検知用駆動回路６１は、圧力センサ５０によって検知された圧力分布を表す圧力分布データをＣＰＵ６３に出力するようになっている。
【００４６】
比較回路６２は、検知用駆動回路６１から検知信号を入力し、指載置状態と指未載置状態とに仕切る閾値に対して検知信号のレベルを比較し、検知信号のレベルが閾値を越えた場合にトリガ信号を駆動回路１０に出力するようになっている。
圧力センサ５０の表面に付与された圧力によって画像読取回路２の表面３２ａに指１００が載置されたことを検知する検知手段は、以上の圧力センサ５０と、検知用駆動回路６１と、比較回路６２とから構成される。
【００４７】
駆動回路１０は、比較回路６２からトリガ信号を入力した場合に、まず光源１４を発光させる信号を出力し、光源１４を発光させるようになっている。また、駆動回路１０は、光源１４の発光後にボトムゲートドライバ１２に制御信号Ｂｃｎｔを出力し、トップゲートドライバ１１に制御信号Ｔｃｎｔを出力し、更にドレインドライバ１３に制御信号群Ｄｃｎｔを出力するようになっている。これにより、画像読取回路２が動作を開始する。画像読取回路２が動作することによって指１００の指紋画像が駆動回路１０で取得されるが、その指紋画像のデータをＣＰＵ６３に出力するようになっている。
【００４８】
記憶部６６には、登録者ごとに指の末節の登録指紋画像データが格納されている。また、記憶部６６は、登録指紋画像データを格納する領域以外に、種々のデータを格納したデータ格納領域を有し、データ格納領域は、特定領域と通常領域とからなる。この登録画像データは、指紋から抽出された複数の特徴点の相対的位置を表したデータでもよく、画像そのものでもよい。
【００４９】
ＲＯＭ６５には、ＣＰＵ６３にとって実行可能なプログラムが格納されている。ＣＰＵ６３は、ＲＡＭ６４を作業領域として、ＲＯＭ６５に格納されたプログラムに従って、駆動回路１０から指紋画像データを入力したり、検知用駆動回路６１から圧力分布データを入力したり、入力した圧力分布データによって圧力センサ５０の表面に載置されたものが指の中節とみなせるか否かを判定したり、圧力センサ５０の表面に載置されたものが指の中節とみなせる場合には、駆動回路１０から入力した指紋画像データを記憶部６６に格納された登録指紋画像データと比較することによって指紋画像データが登録指紋画像データに一致するとみなせるか否かを判定したりするようになっている。更に、ＣＰＵ６３は、指紋画像データが登録指紋画像データに一致するとみなした場合にはシークレットモードを始動し、指紋画像データが登録指紋画像データに一致するとみなさなかった場合には通常モードを始動するようになっている。
【００５０】
本実施形態の指紋読取装置１の動作及び使用方法について説明する。
圧力センサ５０の表面に何も接していないときには、圧力センサ５０によって検知された面内の全体の圧力を表す検知信号のレベルが閾値以下であるため、比較回路６２から駆動回路１０にトリガ信号が出力されない。
【００５１】
一方、被験者が指１００の末節を放電用導電膜３２の表面３２ａに載置するとともに、指１００の中節を圧力センサ５０の表面に載置すると、光源１４が発光し、導光板１５で発した光が画像読取回路２を介して指１００に入射し、指１００で反射した反射光がＤＧ−Ｔｒ２０，２０，…の半導体膜２３に入射する。ＤＧ−Ｔｒ２０，２０，…の半導体膜２３に入射した反射光の面内強度分布は、指１００の凹凸に応じており、表面３２ａに密接した指１００の凸部で反射した反射光は、高強度で半導体膜２３に入射するが、表面３２ａから離れた指１００の凹部で反射した反射光は、乱反射等によって低強度で半導体膜２３に入射するか、殆ど半導体膜２３に入射しない。
【００５２】
ここで、圧力センサ５０に指１００の中節が載置されているため、指１００から圧力センサ５０に圧力が付与され、圧力センサ５０によって検知された面内の全体の圧力を表す検知信号のレベルが閾値を越える。このため、比較回路６２からトリガ信号が駆動回路１０に出力される。
【００５３】
比較回路６２からトリガ信号を入力した駆動回路１０は、ボトムゲートドライバ１２に制御信号Ｂｃｎｔを出力し、トップゲートドライバ１１に制御信号Ｔｃｎｔを出力し、更にドレインドライバ１３に制御信号Ｄｃｎｔを出力する。そして、ドライバ１１，１２，１３が動作し、ＤＧ−Ｔｒ２０，２０，…に入射した反射光の強度や光量に応じた電気信号がドレインドライバ１３を介して駆動回路１０に転送され、駆動回路１０によって電気信号のレベルを検知することによって指先１００の指紋画像データが取得され、指紋画像データがＣＰＵ６３に出力される。
【００５４】
また、圧力センサ５０に指１００の中節が載置されているため、ＣＰＵ６３は、入力した圧力分布データによって圧力センサ５０の表面に載置されたものが指の中節と認識する。そして、ＣＰＵ６３は、入力した指紋画像データが記憶部６６の登録指紋画像データに一致するとみなせるか否かを判定する。そして、ＣＰＵ６３は、指紋画像データが登録指紋画像データに一致するとみなした場合には、シークレットモードを始動する。シークレットモードとは、ＣＰＵ６３が記憶部６６の特定領域及び通常領域にアクセスすることができるモードである。一方、ＣＰＵ６３は、指紋画像データが登録指紋画像データに一致するとみなさなかった場合には、通常モードを始動する。通常モードは、ＣＰＵ６３が記憶部６６の通常領域にアクセスすることができ且つ特定領域にアクセスすることができないモードである。
【００５５】
本実施形態の効果について説明する。
図２（ｂ）に示すように、画像読取回路２の表面に指１００が載置されるのにともない圧力センサ５０の表面にも指１００の中節が載置されて指１００から圧力センサ５０に圧力が付与され、指１００が画像読取回路２の表面３２ａに載置されたことの検知が圧力センサ５０及び比較回路６２によって確実に行われ、画像読取回路２による画像読み取りも確実に行われる。従って、指１００が画像読取回路２の表面３２ａ及び圧力センサ５０の表面に載置されるだけで、指紋画像を確実に読み取ることができる。
また、指１００と圧力センサ５０の表面との接触圧力が閾値より小さいと、指１００の凸部が画像読取回路２の表面３２ａに十分に密接しないので、指紋画像が不鮮明になる恐れがあるが、指１００から圧力センサ５０の表面に付与された圧力を示す検知信号のレベルが閾値以上にならないと、画像読取回路２が画像読み取り動作を行わないから、圧力センサ５０が指１００が押していると判断している程度の押圧力であれば画像読取回路２が鮮明な指紋画像として確実に読み取ることができ、充分押していないために読み取った指紋画像データが不鮮明な状態であるといったことがない。
また、比較回路６２における閾値のレベルを調整すれば、指１００と圧力センサ５０の表面との接触圧力が適切になった場合にのみ画像読取回路２が画像読み取り動作を行うようにすることができる。このようにすることで、動作が行われないことを確認した被験者は指１００を画像読取回路２及び圧力センサ５０に強く押すことで鮮明な指紋画像データを確実に読み取ることができる。
【００５６】
〔第二の実施の形態〕
次に、図６〜図８に示されるように、第一実施形態の指紋読取装置１とは別の指紋読取装置１０１について説明する。
【００５７】
第二実施形態では、導光板１５は画像読取回路２に重なっており、画像読取回路２の裏面に向いた導光板１５の表面が画像読取回路２の裏面に当接している。
【００５８】
また、上記第一実施形態では圧力センサ５０の表面が画像読取回路２の表面３２ａと同一平面となっていたが、第二実施形態では圧力センサ５０が導光板１５に重なって圧力センサ５０の表面が導光板１５の裏面に当接している。つまり、指紋読取装置１０１は、下から順に圧力センサ５０、導光板１５、画像読取回路２の順に積み重ねられて構成されている。そのため、画像読取回路２の表面３２ａに付与された圧力が圧力センサ５０にも付与され、圧力センサ５０が画像読取回路２の表面３２ａの圧力を検知できるようになっている。圧力センサ５０は、基板５６上に形成された互いに平行となって行方向に延在した複数の電極線５１，５１，…と、互いに平行となって列方向に延在した複数の電極線５２，５２，…が裏面に形成された可撓性のシート材５５と、シート材５５の周囲を覆い、基板５６とシート材５５とを接合するシール５４と、を備え、複数の電極線５２，５２，…は複数の電極線５１，５１，…と離間し、また平面視して電極線５１に電極線５２が直交するように且つ電極線５１と電極線５２とが対向するように、シート材５５と基板５６を貼り合わせた構成となっている。また、電極線５１及び電極線５２の少なくとも一方の表面に感圧性インク層を設けてもよい。この場合、電極線５１に電極線５２との交差部において感圧性インク層が重なるように配置されている。電極線５１及び電極線５２間の電気抵抗は、感圧性インク層に付与された圧力に依存し、圧力の大きさが変化すると電気抵抗等が変化する特性となっている。この圧力センサ５０では、電極線５１と電極線５２との交差部における電気抵抗等によってその交差部の圧力を検知することができる。
【００５９】
また、第二実施形態の指紋読取装置１０１は、図５に示された回路構成に加えて、図８に示すように光源１４の発光強度を調節する調節回路１０２を有する。
ここで、検知用駆動回路６１は、圧力センサ５０によって検知された面内の全体の圧力のレベルを示す検知信号を比較回路６２に出力するようになっている。比較回路６２は、圧力レベルが指と認識される許容範囲内であると、トリガ信号の代わりにその圧力レベルの圧力情報信号を駆動回路１０に出力する。駆動回路１０は、圧力情報信号の圧力レベルに応じて調整回路１０２に光源１４の発光階調信号を出力する。調節回路１０２は発光階調信号にしたがった明るさで光源１４を発光させる。つまり、調節回路１０２は、圧力レベルにしたがって光源１４を発光開始させるとともに圧力レベルに基づいて光源１４に供給する電力のレベルを調節し、光源１４の発光強度を調節するようになっている。また、駆動回路１０は、光源１４の発光後にボトムゲートドライバ１２に制御信号Ｂｃｎｔを出力することでボトムゲートドライバ１２に適宜リードパルスを出力させ、トップゲートドライバ１１に制御信号Ｔｃｎｔを出力することでトップゲートドライバ１１に適宜リセットパルスを出力させ、ドレインドライバ１３に制御信号Ｄｃｎｔを出力することでドレインドライバ１３に適宜プリチャージパルスを出力させるようになっている。ここで、駆動回路１０は、比較回路６２からの圧力情報信号の圧力レベルが許容範囲内で且つ低い（押圧力が小さい）と、光源１４の発光輝度が低くなるような発光階調信号を調節回路１０２に出力し、比較回路６２からの圧力情報信号の圧力レベルが許容範囲内で且つ高い（押圧力が大きい）と、光源１４の発光輝度が高くなるような発光階調信号を調節回路１０２に出力するように設定されている。
【００６０】
指紋読取装置１０１の構成要素は、以上のように説明したことを除いては指紋読取装置１の構成要素と同様であり、画像読取回路２、圧力センサ５０、検知用駆動回路６１、ＣＰＵ６３、ＲＡＭ６４、ＲＯＭ６５及び記憶部６６についての詳細な説明は省略する。
【００６１】
次に、指紋読取装置１０１の動作及び使用方法について説明する。
図６（ａ）に示すように、画像読取回路２の表面３２ａに何も接していないときには、検知用駆動回路６１から比較回路６２に出力されている検知信号の圧力レベルが低く、比較回路６２から駆動回路１０に圧力情報信号が出力されないので、駆動回路１０は調節回路１０２を介して光源１４を発光させない。
【００６２】
一方、図６（ｂ）及び図７に示すように、被験者が指１００の末節を放電用導電膜３２の表面３２ａに載置すると、指１００から画像読取回路２を介して圧力センサ５０に圧力が付与される。検知用駆動回路６１から比較回路６２に出力されている検知信号の圧力レベルが高いので、比較回路６２は検知信号の圧力レベルにしたがって指が載置されているとの認識情報及びどの程度の押圧力であるかの情報を含んだ圧力情報信号を駆動回路１０に出力する。駆動回路１０は、圧力情報信号に応じて調節回路１０２に発光階調信号を出力する。調節回路１０２はこの発光階調信号によって光源１４を所定の明るさで発光させる。ここで、調節回路１０２は、発光階調信号での情報に基づいて、つまり画像読取回路２の表面３２ａでの押圧力が低い又は低くなるにつれて光源１４の発光強度を高くするように調節する。なお、検知用駆動回路６１から調節回路１０２に出力される検知信号が、放電用導電膜３２に何も載置されていない時のレベル以下になったら、つまり、圧力センサ５０に圧力が付与されていない時のレベル以下になったら、調節回路１０２は光源１４を消灯させる。
【００６３】
光源１４が発光すると、導光板１５から画像読取回路２を介して指１００に光が入射し、指１００で反射した反射光がＤＧ−Ｔｒ２０，２０，…の半導体膜２３に入射する。ＤＧ−Ｔｒ２０，２０，…の半導体膜２３に入射した反射光の面内強度分布は、指１００の凹凸に応じている。
【００６４】
駆動回路１０は、発光階調信号を出力して光源１４を発光させてから画像読取回路２のドライバ１１，１２，１３に制御信号を出力する。そして、ドライバ１１，１２，１３によって画像読取回路２内のＤＧ−Ｔｒ２０，２０，…に入射した反射光の強度に応じた電気信号がドレインドライバ１３を介して駆動回路１０に転送され、駆動回路１０によって電気信号のレベルを検知することによって指先１００の指紋画像が取得され、指紋画像データがＣＰＵ６３に出力される。そして、ＣＰＵ６３は、入力した指紋画像データが記憶部６６の登録指紋画像データに一致するとみなせる否かを判定する。そして、指紋画像データが登録指紋画像データに一致するとみなせる場合には、ＣＰＵ６３がシークレットモードを始動し、指紋画像データが登録指紋画像データに一致するとみなせない場合には、ＣＰＵ６３が通常モードを始動する。
【００６５】
本実施形態の効果について説明する。
指１００による圧力が小さい又は小さくなるにつれて、指１００の凸部と表面３２ａとの接触面積が小さくなり、指１００の凸部が表面３２ａに密接しないことによって凸部の反射光が低強度で半導体膜２３に入射する恐れがある。しかしながら、指１００による圧力が小さくなるにつれて光源１４の発光強度が高くなるから、指１００に入射する光も強くなり、指１００の凸部が表面３２ａに密接していなくても、凸部の反射光が光強度で半導体膜２３に入射する。
また、指１００による圧力が大きい場合に仮に光源１４の発光強度が強かったとしたら、指１００の凹部の反射光も高強度で半導体膜２３に入射してしまい、ＤＧ−Ｔｒ２０，２０，…の半導体膜２３に入射した反射光の面内強度分布がほぼ均一となって明るくなってしまう。しかしながら、指１００による圧力が高くなるにつれて光源１４の発光強度が低くなるから、そのような問題も生じない。
従って、本実施形態では、指１００による圧力がどのような場合でも、画像読取回路２で指１００の指紋画像を鮮明に読み取ることができる。
また、第二実施形態の指紋読取装置１０１も第一実施形態の指紋読取装置１と同様の効果を奏する。
そしてこのような画像入力装置は、ドアの個人認証システムやパソコン等のアクセス制限のための固体識別画像入力装置として応用することができ、特に携帯電話、ノートパソコンやＰＤＡのような小型で消費電力やサイズに制限のある携帯機器に特に有効である。
【００６６】
なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行っても良い。
【００６７】
上記各実施形態では、指１００を読み取りしているが、指１００に限らずその他様々な被検体を放電用導電膜３２の表面３２ａに押し付けて読み取りしても良い。被検体を放電用導電膜３２の表面３２ａに押し当てれば、被検体の表面に描写された模様（文字、数字、絵等を含む意である。）を画像読取回路２で読み取りできたり、被検体の表面の凹凸により定義されたパターンを画像読取回路２で読み取りできたりする。
上記各実施形態では、被検体が載置される載置面を放電用導電膜３２の表面３２ａとしたが、放電用導電膜３２上に設けられた絶縁膜の表面であってもよく、また放電用導電膜３２を設けなくてもよい。
上記第二実施形態における画像読取回路２の下方に圧力センサ５０が設けられた構造の指紋読取装置１０１は、必ずしも図８のような調整回路１０２を設けなくてもよく、図５に示す回路構成であってもよい。そして第一実施形態における画像読取回路２と重ならないように配置された圧力センサ５０が設けられた構造の指紋読取装置１は、必ずしも図５のような回路構成でなくてもよく、図８に示す回路構成を有していてもよい。
【００６８】
また、上各記実施形態では、光電変換素子としてＤＧ−Ｔｒ２０，２０，…を用いた画像読取回路２を例にして説明したが、光電変換素子としてフォトダイオードを用いた画像読取回路に本発明を適用しても良い。フォトダイオードを用いた画像読取回路としては、ＣＣＤイメージセンサ、ＣＭＯＳイメージセンサがある。
【００６９】
ＣＣＤイメージセンサにおいては、フォトダイオードが基板上にマトリクス状となって画素ごとに形成されており、それぞれのフォトダイオードの周囲には、フォトダイオードで光電変換された電気信号を転送するための垂直ＣＣＤ、水平ＣＣＤが形成されている。
【００７０】
ＣＭＯＳイメージセンサにおいては、フォトダイオードが基板上にマトリクス状となって画素ごとに形成されており、それぞれのフォトダイオードの周囲にはフォトダイオードで光電変換された電気信号を増幅するための画素回路が設けられている。
また、上記の光学式センサのみに限らず静電容量式の接触型センサで指紋等の画像を読み取るようにしてもよい。
【００７１】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、被検体が第二載置面に載置されるだけで、被検体の画像を確実に読み取ることができる。
請求項３に記載の発明によれば、被検体から第二載置面に付与された圧力を示す検知信号のレベルが閾値を越えれば、比較手段がトリガ信号を出力し、画像読取回路が読み取り動作を行うから、被検体と第二載置面との接触面積が大きい場合に選択的に画像読取回路で読み取るため、鮮明な画像を確実に読み取ることができる。
請求項５に記載の発明によれば、被検体から第二載置面に付与された圧力がどのような場合でも、被検体の画像を鮮明に読み取ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用された指紋読取装置を示した平面図である。
【図２】図２（ａ）は、指が載置されていない状態を図１の破断線Ｂ−Ｂで破断して示した断面図であり、図２（ｂ）は、指が載置されている状態を図１の破断線Ｂ−Ｂで破断して示した断面図である。
【図３】上記指紋読取装置に備わった画像読取回路を破断して示した断面図である。
【図４】図４（ａ）は上記画像読取回路の一画素を示した平面図であり、図４（ｂ）はＡ−Ａ断面の断面図である。
【図５】上記指紋読取装置の回路構成を示したブロック図である。
【図６】図６（ａ）は、上記指紋読取装置とは別の指紋読取に指が載置されていない状態を示した断面図であり、図６（ｂ）は、指が載置されている状態を示した断面図である。
【図７】図６に示された指紋読取装置を破断して示した断面図である。
【図８】図７に示された指紋読取装置の回路構成を示したブロック図である。
【符号の説明】
１、１０１指紋読取装置（画像入力装置）
２画像読取回路
１０駆動回路（駆動手段）
１４光源（光照射手段）
１５導光板（光照射手段）
３２ａ画像読取回路の表面（載置面）
５０圧力センサ（検知手段）
６２比較回路（検知手段、比較手段）
１００指先（被検体）
１０２調節回路（調節手段）

Claims

被検体である指の先端から前記先端に最も近い関節までの間が載置される第一載置面下に配置された画像読取回路と、
前記第一載置面に隣接した第二載置面に、前記先端に最も近い間接から二番目に近い間接までの間が載置されることによって付与された接触領域における圧力分布に基づいて前記被検体である指が前記第二載置面に載置されたことを検知する検知手段と、
前記先端から前記先端に最も近い関節から二番目に近い間接までの間の指を保持するとともに前記画像読取回路及び前記検知手段にそれぞれ対応する前記第一載置面及び前記第二載置面が開口されている指保持部と、
を備えることを特徴とする画像入力装置。
前記被検体である指が前記第二載置面に載置されたことを前記検知手段によって検知された場合に前記画像読取回路に画像読み取り動作を行わせる駆動手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の画像入力装置。
前記検知手段が、
前記第二載置面に付与された圧力分布を検知する圧力センサと、
前記圧力センサで検知された圧力分布に基づいた圧力レベルを載置状態と未載置状態とに仕切る閾値に対して比較し、前記閾値を超えた場合に、前記画像読取回路に画像読み取り動作を行わせるためのトリガ信号を出力する比較手段と、を有することを特徴とする請求項１に記載の画像入力装置。
前記トリガ信号に基づいて前記被検体である指を照らす光源を備えることを特徴とする請求項３に記載の画像入力装置。
前記被検体である指が前記第二載置面に付与した圧力分布に応じて、前記被検体である指に光を照射するための光源の明るさを調整する調節手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の画像入力装置。
前記画像読取回路は、光学式センサを有することを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載の画像入力装置。
前記光学式センサは、マトリクス状に配列された複数のダブルゲート型トランジスタを有することを特徴とする請求項６に記載の画像入力装置。