專利名稱：圖像讀取裝置及其驅(qū)動方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圖像讀取裝置，尤其涉及一種使被檢測體與將多個傳感器配置成矩陣狀的傳感器陣列進行接觸，檢測人體等特定被檢測體的接觸狀態(tài)，并執(zhí)行讀取被檢測體的圖像圖案的動作的圖像讀取裝置及其驅(qū)動方法。
背景技術(shù)：
以前，作為讀取打印物或照片、指紋等細微凹凸形狀等的二維圖像讀取裝置，有如下讀取結(jié)構(gòu)使例如被檢測體放置在光傳感器陣列上設(shè)置的檢測面上并與之接觸，讀取該被檢測體的圖像圖案，該光傳感器陣列通過將例如光電變換元件(光傳感器)排列成矩陣狀來構(gòu)成。
在這種被檢測體直接接觸檢測面的圖像讀取裝置中，已知這樣一種圖像讀取裝置，為了抑制光傳感器元件特性的惡化，同時進行適當(dāng)?shù)膱D像讀取動作，具備檢測被檢測體對檢測面的接觸狀態(tài)并開始圖像讀取動作的功能(下面稱為接觸檢測功能)。另外，還已知這樣一種圖像讀取裝置，為了抑制被檢測體所帶靜電引起的元件破壞或誤操作的發(fā)生，具備放電、去除靜電的功能(下面稱為靜電去除功能)。
這里，參照附圖來簡單說明具備上述接觸檢測功能、靜電去除功能的圖像讀取裝置的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)。這里，作為圖像讀取裝置的結(jié)構(gòu)例，示出指紋讀取裝置來進行說明。
首先，說明現(xiàn)有的接觸檢測功能。
圖25是表示圖像讀取裝置中的現(xiàn)有接觸檢測功能一結(jié)構(gòu)例的示意結(jié)構(gòu)圖，圖26是表示其它結(jié)構(gòu)例的示意結(jié)構(gòu)圖。將圖25所示接觸檢測功能稱為阻抗檢測方式。
該方式構(gòu)成為大致具有光傳感器陣列300A，多個光傳感器310在透明的絕緣性基板的一面?zhèn)扰帕谐删仃嚑?；透明電極層320x、320y，形成于至少配置多個光傳感器310的陣列區(qū)域上，2分割該陣列區(qū)域，并由細微的間隙GP彼此間隔；檢測電路330a，經(jīng)引出布線PLx向透明電極層320x及320y之一的透明電極層(例如透明電極層320x)施加直流電壓，同時，經(jīng)引出布線Ply向另一透明電極層(例如透明電極層320y)施加地電位，檢測使手指FG等被檢測體放置、接觸透明電極層320x及320y之間引起的電壓變化，圖像讀取裝置開始圖像讀取動作；和面光源(省略圖示)，配置在光傳感器陣列300A的背面?zhèn)取?br> 在這種圖像讀取裝置中，若使手指FG等被檢測體橫跨透明電極層320x、320y兩者地放置、接觸，則透明電極層320x、320y之間經(jīng)手指FG的電阻導(dǎo)通，通過檢測電路330a觀測由此產(chǎn)生的電壓變化，檢測手指放置在光傳感器陣列100p上，使省略圖示的各種驅(qū)動器或面光源動作，自動執(zhí)行讀取被檢測體的圖像圖案(指紋)的圖像讀取動作。
另外，將圖26所示接觸檢測功能稱為容量檢測方式。
該方式構(gòu)成為示意具有光傳感器陣列300B，將多個光傳感器310排列成矩陣狀；透明電極層320z，覆蓋整體陣列區(qū)域來形成；檢測電路330b，經(jīng)引出布線PLz連接于透明電極層320z，檢測使被檢測體放置、接觸透明電極層320z引起的電容變化，圖像讀取裝置開始圖像讀取動作；和面光源(省略圖示)，配置在光傳感器陣列300B的背面?zhèn)取?br> 在這種圖像讀取裝置中，若使手指FG等被檢測體放置、接觸透明電極層320z，則觀測光傳感器陣列300B自身本來具有的電容中因接觸、附加作為電介質(zhì)的手指(人體)FG所產(chǎn)生的電容變化，檢測手指放置在光傳感器陣列300B上，自動執(zhí)行讀取指紋的圖像讀取動作。
下面，說明現(xiàn)有的靜電去除功能。
圖27A是表示圖像讀取裝置中的現(xiàn)有靜電去除功能一結(jié)構(gòu)例的示意結(jié)構(gòu)圖。
在該結(jié)構(gòu)中，大體具有光傳感器陣列300C，在透明的絕緣性基板的一面?zhèn)?，將多個光傳感器310排列成陣列狀；透明電極層320z，至少覆蓋配置多個光傳感器310的陣列區(qū)域來形成；引出布線PLp，將透明電極層320z接于地電位；和面光源(省略圖示)，配置在光傳感器陣列300C的背面?zhèn)取D中，Rp是引出布線PLp的布線阻抗。
在這種圖像讀取裝置中，若使手指FG等被檢測體放置、接觸透明電極層320z，則手指(人體)FG所帶電荷(靜電)經(jīng)引出布線PLp放電到地電位。即，手指FG所帶電荷引起的過大電流經(jīng)阻抗較低的引出布線PLp(布線阻抗Rp)流到地電位，所以可抑制靜電引起的光傳感器310的元件破壞或圖像讀取裝置發(fā)生誤操作。這里，已知以前手指接觸引起的放電電壓大概為3-4kV，因此，認為耐靜電電壓只要大于5kV即可。另外，為了得到該耐靜電電壓，將透明電極層320z的薄膜阻抗設(shè)定為比50Ω/□低的值、期望為15-20Ω/□。
另外，還知具備上述接觸檢測功能及靜電去除功能兩者的圖像讀取裝置。圖27B是表示圖像讀取裝置中具備接觸檢測功能及靜電去除功能兩者情況下的一構(gòu)成例的示意結(jié)構(gòu)圖。
此時，形成于光傳感器陣列區(qū)域上的透明電極層330z經(jīng)引出布線PLp連接于檢測電路330b，同時，將例如彼此反方向并聯(lián)連接一對二極管的反并聯(lián)二極管電路340z連接于引出布線PLp與地電位之間，手指FG所帶電荷引起的過大電流經(jīng)具有布線阻抗Rp的布線PLp與反并聯(lián)二極管電路340z的二極管流到地電位。
但是，上述現(xiàn)有圖像讀取裝置中存在如下問題。
在圖25所示阻抗檢測方式的圖像讀取裝置(指紋讀取裝置)中，適用于根據(jù)被檢測體接觸經(jīng)間隙GP間隔開的透明電極層320x、320y兩者時的值來檢測被檢測體接觸狀態(tài)的方法，但在該被檢測體為人體時，由于受到人的體質(zhì)或狀況等個體差異、或氣溫或濕度等外部環(huán)境的影響，被檢測體(人體)固有的電阻值變動大。從而，不能正確檢測被檢測體的接觸狀態(tài)，圖像讀取動作的開始控制不均勻且不穩(wěn)定。
另一方面，在圖26所示電容檢測方式的圖像讀取裝置中，作為正確檢測被檢測體的接觸狀態(tài)的方法一例，有讀取對應(yīng)于被檢測體具有的電容成分而位移的微弱信號電壓變化的方法，但為了判斷這種微弱的電壓變化，期望透明電極層的電容、進而光傳感器與透明電極層之間生成的寄生電容非常小。但是，為了提高光傳感器及外圍電路的耐靜電性，必需將透明電極層形成得較厚，以使透明電極層具有足夠小的薄膜阻抗。這里，在適用一般的金屬氧化物作為透明電極層的情況下，具有所謂阻抗率較高的特性，所以若如上所述為了減小薄膜阻抗而將透明電極層堆積得厚，則透明電極層自身的電容極大地增大，光傳感器與透明電極層之間的寄生電容增大，所以相對被檢測體的接觸產(chǎn)生的電容變化的信噪比(S/N)變小，難以良好檢測被檢測體(人體)放置在檢測面上時的電容變化。
另外，上述接觸檢測功能的阻抗檢測方式或電容檢測方式僅著眼于被檢測體的電阻值或電容值，檢測基于電阻值或電容值的變化，所以在接觸異物或接觸正式以外物體作為被檢測體時，難以判斷是否是正式的被檢測體。
另外，在圖27A、27B所示具備靜電去除功能的圖像讀取裝置中，作為透明電極層330C的膜材料，在具有透光性的同時，必需具有經(jīng)引出布線PLp放電靜電用的導(dǎo)電性。通常，使用氧化錫(SnO2)膜或ITO(Indium-Tin-Oxide銦錫氧化物)膜等透光性導(dǎo)電膜。
如上所述，以前若設(shè)透明電極層的薄膜阻抗為比50Ω/□低的值、最好是15-20Ω/□，則可得到規(guī)定的耐靜電電壓，在透明電極層中使用ITO膜時，已知通過設(shè)其膜厚大致為1500-2000，則可得到這種值。
然而，上述透明電極層的薄膜阻抗的條件如上所述，為根據(jù)耐靜電電壓最好大于5kV的條件來求出手指接觸引起的放電電壓。但是，通過后來本申請發(fā)明人的精心研究，知道有時人體帶10kV以上的電。另外，還知必需具有比10kV高的值、具體而言為具有10kV至15kV左右的值來作為對應(yīng)的耐靜電電壓。
相反，在基于現(xiàn)有技術(shù)的考慮的情況下，設(shè)想通過將透明電極層設(shè)為低阻抗，可得到必需的耐靜電電壓，但此時，必需進一步增厚透明電極層的膜厚。但是，因為該透明電極層必需具有良好的透光性并且不妨礙讀取被攝體圖像圖案，所以不能過分增厚膜厚。另外，在適用使用透明電極層的電容檢測方式來作為接觸檢測功能的情況下，如上所述，若增厚透明電極層的膜厚，則光傳感器與透明電極層之間的寄生電容增大，難以良好檢測被檢測體(人體)放置在檢測面上時的電容變化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的優(yōu)點在于，在讀取被檢測體的圖像圖案的圖像讀取裝置中，能良好檢測放置、接觸在檢測面的特定的被檢測體的接觸狀態(tài)，開始圖像圖案的讀取動作，同時，良好放電被檢測體所帶靜電，避免靜電引起的元件破壞或系統(tǒng)發(fā)生誤操作。
為了得到上述優(yōu)點，本發(fā)明的圖像讀取裝置具備檢測面，放置被檢測體；傳感器陣列，排列多個傳感器，該傳感器讀取放置在所述檢測面上的所述被檢測體的圖像圖案；第1檢測電極，至少設(shè)置在所述傳感器陣列上部，具有所述檢測面；第2檢測電極，與所述第1檢測電極電絕緣、間隔設(shè)置；相對電極，經(jīng)層間絕緣膜，與所述第1檢測電極相對設(shè)置；信號電壓施加電路，向所述相對電極施加具有周期性變動的第1信號波形的信號電壓，經(jīng)所述層間絕緣膜，在所述第1檢測電極中激勵第2信號波形；接觸檢測裝置，根據(jù)對應(yīng)于所述被檢測體接觸所述第1檢測電極及所述第2檢測電極雙方而在所述第2檢測電極中激勵的第2信號波形狀態(tài)，判斷接觸所述檢測面的所述被檢測體是否特定的被檢測體；和驅(qū)動控制裝置，根據(jù)所述接觸檢測裝置對所述被檢測體是否所述特定被檢測體的判斷結(jié)果，向所述傳感器陣列的各傳感器提供規(guī)定的驅(qū)動控制信號，進行讀取所述檢測面上放置的所述被檢測體的圖像圖案的圖像讀取動作，所述特定被檢測體例如是人體，讀取該人體固有的圖像圖案。
所述傳感器陣列的所述各傳感器是光傳感器，所述第1檢測電極及所述層間絕緣膜具有透光性，所述第1檢測電極是經(jīng)所述層間絕緣膜設(shè)置在至少所述傳感器陣列感光面上部的透明導(dǎo)電膜，該透明導(dǎo)電膜例如由以銦錫氧化物為主的材料構(gòu)成。
所述第1檢測電極是設(shè)置在所述傳感器陣列上部的導(dǎo)電膜，所述第2檢測電極是接近該導(dǎo)電膜周圍的至少一部分設(shè)置的導(dǎo)電性部件，該導(dǎo)電性部件是例如包圍所述傳感器陣列周圍的導(dǎo)電性盒部件，以跨躍接觸所述被檢測體的方式配置所述第1檢測電極和所述第2檢測電極。
另外，具備振幅限制電路，規(guī)定所述第1檢測電路中激勵的所述第2信號波形的上限及下限的電壓值，由例如設(shè)置在所述第1檢測電極和地電極間的反并聯(lián)二極管電路構(gòu)成。
所述信號電壓施加電路向所述相對電極施加具有規(guī)定電壓振幅的、信號波形為周期脈沖狀的電壓成分。
所述接觸檢測裝置根據(jù)所述第2檢測電極中激勵的所述第3信號波形的電壓振幅及振幅中心電壓值，判斷所述被檢測體是否特定的被檢測體。所述接觸檢測裝置根據(jù)基于所述特定被檢測體的電容成分及電阻成分來事先設(shè)定的閾值電壓與所述第2檢測電極中激勵的所述第3信號波形的比較，判斷所述被檢測體是否所述特定的被檢測體。所述接觸檢測裝置具備設(shè)定所述閾值電壓的閾值電壓設(shè)定電路、和比較所述閾值電壓與所述第3信號波形大小關(guān)系的比較電路。所述接觸檢測裝置根據(jù)所述比較電路的比較結(jié)果，當(dāng)所述閾值電壓包含于所述第2檢測電極中激勵的所述第3信號波形的電壓振幅范圍內(nèi)時，判斷為該被檢測體是所述特定的被檢測體。
另外，所述第3信號波形是周期變動的波形，所述接觸檢測裝置具備計數(shù)電路，根據(jù)所述比較電路的比較結(jié)果，計數(shù)所述第3信號波形通過所述閾值電壓電平的次數(shù)，當(dāng)所述計數(shù)電路的連續(xù)計數(shù)值超過事先設(shè)定的次數(shù)時，判斷為該被檢測體是所述特定的被檢測體。
所述傳感器是光傳感器，具有夾持半導(dǎo)體層構(gòu)成的溝道區(qū)域而形成的源電極及漏電極，所述相對電極是所述漏電極及連接漏電極的漏極線，由所述信號電壓施加電路施加到所述相對電極上的所述第1信號電壓是施加于所述漏極線上的、例如由預(yù)充電脈沖構(gòu)成的脈沖電壓。
由所述檢測面與地電位間的電阻成分及附加于所述檢測面上的電容成分規(guī)定的時間常數(shù)被設(shè)定為0.3μsec或小于0.3μsec的值，最好設(shè)定為0.25μsec或小于0.25μsec的值，所述電阻成分包含所述第1檢測電極的電阻，設(shè)定為30Ω或小于30Ω的電阻值，所述電容成分包含經(jīng)所述層間絕緣膜相對的所述第1檢測電極與所述相對電極之間、及所述第1檢測電極與所述傳感器之間形成的靜電電容，設(shè)定為10nF或小于10nF的電容值。
另外，所述傳感器陣列的所述各傳感器是光傳感器，具有規(guī)定的感光面，所述第1檢測電極是面積比該感光面的面積大、并經(jīng)所述層間絕緣膜設(shè)置在所述傳感器陣列感光面上部的透明導(dǎo)電膜。另外，在所述透明導(dǎo)電膜中去除至少對應(yīng)于所述感光面的區(qū)域的區(qū)域中，電連接地設(shè)置電阻值比該透明導(dǎo)電膜的電阻值低的導(dǎo)電性部件，所述電阻成分包含所述透明導(dǎo)電膜與所述導(dǎo)電部件形成的電阻，所述導(dǎo)電性部件由鉻、鋁、包含鉻的合金材料、包含鋁的合金材料之一的導(dǎo)電性材料構(gòu)成。
為了得到上述優(yōu)點，本發(fā)明的圖像讀取裝置的驅(qū)動方法包含如下步驟向相對電極施加具有周期性變動的第1信號波形的信號電壓，在所述第1檢測電極中激勵第2信號波形，該相對電極經(jīng)層間絕緣膜，與設(shè)置在所述傳感器陣列上部、具備所述檢測面的第1檢測電極相對設(shè)置；基于所述被檢測體接觸所述第1檢測電極、和與該第1檢測電極電絕緣、間隔設(shè)置的第2檢測電極雙方，檢測所述第2檢測電極中激勵的第3信號波形；根據(jù)檢測到的所述這第3信號波形的狀態(tài)，判斷接觸所述檢測面的所述被檢測體是否特定的被檢測體；和當(dāng)判斷為所述被檢測體是所述特定被檢測體時，所述驅(qū)動控制裝置開始讀取圖像圖案，判斷被檢測體是否特定的被檢測體的步驟包含比較步驟，比較基于所述特定被檢測體的電容成分及電阻成分來事先設(shè)定的閾值電壓與所述第2檢測電極中激勵的所述第3信號波形，比較所述閾值電壓與所述第3信號波形的步驟包含如下步驟判斷所述閾值電壓是否包含于所述第3信號波形的電壓振幅范圍內(nèi)；在判斷為所述閾值電壓包含于所述第3信號波形的電壓振幅范圍內(nèi)時，判斷為該被檢測體是所述特定的被檢測體。


圖1是表示實現(xiàn)本發(fā)明接觸檢測功能用接觸檢測裝置的實施形態(tài)1的示意框圖。
圖2是表示適用于接觸檢測裝置實施形態(tài)1的檢測電路結(jié)構(gòu)例的示意電路圖。
圖3A-D是表示接觸檢測裝置實施形態(tài)1的接觸檢測動作一例的原理圖。
圖4A-D是表示接觸檢測裝置實施形態(tài)1的接觸檢測動作另一例的原理圖。
圖5是表示實現(xiàn)本發(fā)明接觸檢測功能用接觸檢測裝置的實施形態(tài)2的示意框圖。
圖6A-C是表示接觸檢測裝置實施形態(tài)2的接觸檢測動作一例的原理圖。
圖7A、B是表示雙選通(double gate)型光傳感器示意結(jié)構(gòu)的截面結(jié)構(gòu)圖及等效電路。
圖8是表示雙選通型光傳感器的基本驅(qū)動控制方法一例的時間圖。
圖9是具備二維排列雙選通型光傳感器來構(gòu)成的光傳感器陣列的光傳感器系統(tǒng)的示意結(jié)構(gòu)圖。
圖10是基于適用光傳感器系統(tǒng)的圖像讀取裝置的指紋讀取裝置中的指紋讀取時的主要部分截面圖。
圖11A、B是表示將各實施形態(tài)的接觸檢測裝置適用于基于圖像讀取裝置的指紋讀取裝置時的一實施形態(tài)的示意結(jié)構(gòu)圖。
圖12A、B是表示將手指放置在圖11A、B的指紋讀取裝置狀態(tài)下的示意圖。
圖13A是表示適用各實施形態(tài)的接觸檢測裝置的指紋讀取裝置中可適用的漏極驅(qū)動器一結(jié)構(gòu)例的示意結(jié)構(gòu)圖。
圖13B是表示適用各實施形態(tài)的接觸檢測裝置的指紋讀取裝置中可適用的漏極驅(qū)動器另一結(jié)構(gòu)例的示意結(jié)構(gòu)圖。
圖14是說明適用各實施形態(tài)的接觸檢測裝置的指紋讀取裝置的接觸檢測動作用的示意圖。
圖15是表示接觸檢測動作時的光傳感器陣列的等效電路圖。
圖16A、B是表示作為本發(fā)明各實施形態(tài)的圖像讀取裝置比較對象的現(xiàn)有指紋讀取裝置一例的示意結(jié)構(gòu)圖。
圖17是表示適用于圖16A、B的現(xiàn)有指紋讀取裝置中的檢測電路一例的示意電路圖。
圖18是表示本發(fā)明實現(xiàn)靜電去除功能用的結(jié)構(gòu)的實施形態(tài)1的示意結(jié)構(gòu)圖。
圖19是表示靜電去除功能的實施形態(tài)1的主要部分結(jié)構(gòu)的示意截面圖。
圖20A、B是表示測定圖像讀取裝置中耐靜電電壓與時間常數(shù)之間關(guān)系時適用的試驗方法的示意圖。
圖21是表示圖像讀取裝置的時間常數(shù)與耐靜電電壓之間關(guān)系的曲線。
圖22是表示本發(fā)明實現(xiàn)靜電去除功能用結(jié)構(gòu)的實施形態(tài)2一結(jié)構(gòu)例的示意結(jié)構(gòu)圖。
圖23是表示靜電去除功能的實施形態(tài)2的主要部分結(jié)構(gòu)的示意截面圖。
圖24A、B是表示靜電去除功能實施形態(tài)2的其它結(jié)構(gòu)例的示意結(jié)構(gòu)圖。
圖25是表示圖像讀取裝置中的現(xiàn)有接觸檢測功能一結(jié)構(gòu)例的示意結(jié)構(gòu)圖。
圖26是表示現(xiàn)有接觸檢測功能另一結(jié)構(gòu)例的示意結(jié)構(gòu)圖。
圖27A是表示圖像讀取裝置中的現(xiàn)有靜電去除功能一結(jié)構(gòu)例的示意結(jié)構(gòu)圖。
圖27B是表示圖像讀取裝置中具備接觸檢測功能及靜電去除功能兩者時的一結(jié)構(gòu)例的示意結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式
下面，根據(jù)圖示實施形態(tài)來說明具備本發(fā)明的接觸檢測功能及靜電去除功能的圖像讀取裝置及其驅(qū)動方法。
首先，示出實施形態(tài)來說明實現(xiàn)本發(fā)明的接觸檢測功能用的結(jié)構(gòu)。
(接觸檢測功能的實施形態(tài)1)圖1是表示實現(xiàn)本發(fā)明接觸檢測功能用接觸檢測裝置的實施形態(tài)1的示意框圖，圖2是表示適用于本實施形態(tài)的接觸檢測裝置的檢測電路結(jié)構(gòu)例的示意電路圖。
如圖1所示，本實施形態(tài)的接觸檢測裝置大致具備第1檢測電極10和第2檢測電極20，彼此間隔設(shè)置，且由被檢測體OBJ跨躍兩者進行接觸；相對電極30，經(jīng)層間絕緣膜(絕緣層)，與第1檢測電極10相對設(shè)置；脈沖發(fā)生電路(信號電壓施加電路)40，向該相對電極30施加具有規(guī)定信號波形的信號電壓；振幅限制電路(振幅限制電路)50，將第1檢測電壓10中激勵的信號成分的電壓振幅限制于規(guī)定的電壓范圍內(nèi)；和檢測電路(接觸檢測裝置)60，檢測第2檢測電極20中激勵的信號成分的變化，判斷被檢測體OBJ接觸上述第1檢測電極10及第2檢測電極20的狀態(tài)。
第1檢測電極30例如采用透明導(dǎo)電膜(氧化錫(SnO2)膜或ITO(Indium-Tin-Oxide銦錫氧化物)膜)等較高電阻導(dǎo)電材料構(gòu)成的薄膜，以覆蓋作為接觸對象的被檢測體OBJ被放置、接觸的區(qū)域的整個區(qū)域的方式來設(shè)置。
另外，第2檢測電極20例如采用金屬等低電阻導(dǎo)電材料構(gòu)成的裝置，經(jīng)空氣等絕緣物，相對上述第1檢測電極10空間間隔且電絕緣地設(shè)置。這里，第2檢測電極20突出設(shè)置于接近例如第1檢測電極10的區(qū)域中，使將被檢測體OBJ放置、接觸上述第1檢測電極10的狀態(tài)下，同時接觸被檢測體OBJ。第1檢測電極10及第2檢測電極20的具體結(jié)構(gòu)例將在后面描述。
由此，如圖1所示，僅在跨躍第1檢測電極10及第2檢測電極20間放置、接觸被檢測體OBJ的情況下，第1檢測電極10及第2檢測電極20成為電連接狀態(tài)。
相對電極30采用例如中間設(shè)有作為電介質(zhì)的絕緣膜而與第1檢測電極10相對設(shè)置的導(dǎo)電性薄膜，由第1檢測電極10、絕緣膜及相對電極30形成具有規(guī)定電容值的靜電電容。這里，如上所述，相對電極30可設(shè)置為大小與放置、接觸被檢測體OBJ的整體區(qū)域中形成的第1檢測電極10相同的單一形狀的薄膜層，也可設(shè)置為形成帶狀等的薄膜層，以相對上述第1檢測電極10具有規(guī)定配置路徑。相對電極30的具體結(jié)構(gòu)例將在后面描述。
脈沖發(fā)生電路40生成具有規(guī)定電壓振幅ΔVp(例如0-Vp)及信號周期的脈沖狀信號電壓(第1信號波形)，并施加到相對電極30上。
另外，例如圖1所示，振幅限制電路50具備在第1檢測電極10與地電位間反并聯(lián)連接一對二極管的反并聯(lián)二極管電路部50a、和并聯(lián)連接于該反并聯(lián)二極管電路部50a上的阻抗元件50b。
由此，在第1檢測電極10中，根據(jù)由脈沖發(fā)生電路40施加于上述相對電極30上的脈沖狀第1信號波形，經(jīng)絕緣膜的電容分量，激勵信號波形對應(yīng)于第1信號波形的第2信號波形。振幅限制電路50的反并聯(lián)二極管電路部50a將該第2信號波形的電壓振幅Δva(振幅上限電壓及振幅下限電壓)規(guī)定在對應(yīng)于二極管的正向電壓Vf的電壓范圍+Vf～-Vf內(nèi)，同時，由阻抗元件50b進行控制，使得成為以地電位為中心的正負交流電壓波形。
這里，第2檢測電極具有與第1檢測電極10設(shè)置間隙后彼此間隔且電絕緣的結(jié)構(gòu)，所以，由第1檢測電極10與第2檢測電極20形成的電容成分非常小。故，在被檢測體OBJ未接觸的狀態(tài)下，通過由上述脈沖發(fā)生電路40在第1檢測電極10中激勵的第2信號波形而在第2檢測電極20側(cè)激勵的信號波形(第3信號波形)設(shè)定成非常小，不能由檢測電路60來檢測。細節(jié)如后所述。
在第1檢測電極10中激勵由振幅限制電路50限制電壓振幅ΔVa后的第2信號波形，由該電壓振幅ΔVa將電壓范圍規(guī)定在+Vf～-Vf內(nèi)，從而，即使在向第1檢測電壓施加超過該電壓范圍的(大于振幅上限電壓+Vf的電壓及小于振幅下限電壓-Vf的電壓)電干擾因素的情況下，也可通過連接于振幅限制電路50上的反并聯(lián)二極管50a向地電位流過電流，僅向第1檢測電極10施加由上述電壓振幅ΔVa規(guī)定的規(guī)定電壓范圍(+Vf～-Vf)內(nèi)的電壓。因此，例如可防止經(jīng)絕緣膜向相對電極30施加大于上述振幅上限電壓+Vf的過大電壓，可適當(dāng)防止接觸檢測裝置及外圍電路的靜電破壞。
檢測電路60始終監(jiān)視第2檢測電極20中激勵的信號波形，并在檢測到規(guī)定的信號波形的情況下，判斷為跨躍第1檢測電極10及第2檢測電極20兩者接觸特定的被檢測體OBJ，輸出該判斷結(jié)果，作為接觸檢測信號。
具體而言，如圖2所示，檢測電路60大致具備阻抗R11，連接于第2檢測電極20上連接的接點N1與高電位電源Vdd之間；阻抗R12，連接于接點N1與地電位之間；阻抗R21、R22，經(jīng)接點N2，串聯(lián)連接于高電位電源Vdd與地電位之間；和比較器CMP，接點N1連接于非反轉(zhuǎn)輸入端子(+)，接點N2連接于反轉(zhuǎn)輸入端子(-)。
在具有這種電路結(jié)構(gòu)的檢測電路中，比較器CMP比較第2檢測電極20中激勵的第3信號波形的電壓成分(接點N1的信號電壓Vα)和接點N2分壓生成的基準(zhǔn)電壓(閾值電壓)Vref，在信號電壓Vα大于基準(zhǔn)電壓Vref時，輸出接觸檢測信號。
(接觸檢測裝置的檢測方法)下面，參照附圖來詳細說明具有上述結(jié)構(gòu)的接觸檢測裝置的被檢測體的接觸狀態(tài)檢測動作。
圖3A-D是表示本實施形態(tài)的接觸檢測裝置接觸檢測動作一例的原理圖。這里，圖3A對應(yīng)于被檢測體OBJ未接觸時的狀態(tài)，圖3B-D對應(yīng)于被檢測體OBJ接觸時的狀態(tài)。
首先，在被檢測體OBJ未接觸第1檢測電極10及第2檢測電極20的狀態(tài)下，第2檢測電極20基本不受第1檢測電極10中激勵的第2信號波形的影響，所以輸入到比較器CMP的非反轉(zhuǎn)輸入端子(+)的信號電壓Vα實質(zhì)上成為以連接于接點N1的阻抗元件R11、R12分壓生成的規(guī)定電壓Vr(例如在阻抗元件R11、R12的各電阻值相等的情況下為Vdd/2)為振幅中心電壓Vc、具有微小振幅的信號波形。這里，通過任意設(shè)定基于阻抗元件R11、R12的分壓比，使輸入反轉(zhuǎn)輸入端子(-)的基準(zhǔn)電壓Vref比上述信號電壓Vα(＝Vr)還大，從而不能從比較器CMP輸出接觸檢測信號。
另一方面，在跨躍第1檢測電極10及第2檢測電極20來放置、接觸被檢測體OBJ的狀態(tài)下，如圖1、圖2所示，經(jīng)被檢測體OBJ具有的固有的電阻成分及電容成分，電連接第1檢測電極10及第2檢測電極20。從而，根據(jù)被檢測體OBJ的電阻成分及電容成分，在第2檢測電極20中激勵第3信號波形，該第3信號波形對應(yīng)于第1檢測電極10中激勵的第2信號波形。
這里，被檢測體OBJ的電容成分影響第2檢測電極20中激勵的第3信號波形的電壓振幅ΔVq，如上所述，在被檢測體OBJ未接觸時，第1檢測電極10與第2檢測電極20間的電容成分非常小，所以電壓振幅ΔVq是極小的值，但若被檢測體OBJ接觸，并附加被檢測體OBJ的電容值時，則在第1檢測電極10與第2檢測電極20之間產(chǎn)生電容耦合，電壓振幅ΔVq的幅度增大。被檢測體OBJ的電容值越大，則該電壓振幅ΔVq的幅度越大。但是，第2檢測電極20中激勵的第3信號波形的電壓振幅ΔVq的最大值(振幅上限電壓)(+Vmax～-Vmin)被限制在第1檢測電極10中激勵的第2信號波形的電壓振幅ΔVa、即由連接于第1檢測電極10上的振幅限制電路50中設(shè)置的反并聯(lián)二極管50a的正向電壓Vf所規(guī)定的電壓范圍(+Vf～Vf)內(nèi)。
被檢測體OBJ的電阻成分經(jīng)所述振幅限制電路50的阻抗元件50b連接于地電位，實質(zhì)上與檢測電路60的阻抗元件R12并聯(lián)連接，由此與地電位間的電阻值減少，在將第2檢測電極20中激勵的信號波形的振幅中心電壓Vc下降的方向上發(fā)揮作用，若該電阻值越小，則振幅中心電壓Vc越低。
因此，在第2檢測電極20中激勵、經(jīng)接點N1輸入比較器CMP的非反轉(zhuǎn)輸入端子(+)的第3信號波形具有由被檢測體OBJ的電阻成分規(guī)定的規(guī)定振幅中心電壓Vc，同時，具有由被檢測體OBJ的電容成分規(guī)定的規(guī)定電壓振幅ΔVq。
此時，事先適當(dāng)設(shè)定輸入比較器CMP的反轉(zhuǎn)輸入端子(-)的基準(zhǔn)電壓Vref，通過比較具有振幅中心電壓Vc及電壓振幅ΔVq的信號波形與基準(zhǔn)電壓Vref的大小的關(guān)系，檢測第3信號波形基于特定被檢測體OBJ(例如手指FG)固有的電阻成分及電容成分的變化，可僅檢測放置接觸特定被檢測體OBJ的狀態(tài)。
具體而言，在著眼于被檢測體OBJ的電容成分時，在被檢測體OBJ未接觸第1檢測電極10及第2檢測電極20的狀態(tài)下，如圖3A所示，事先設(shè)定阻抗元件R11、R12分壓生成的基準(zhǔn)電壓Vref，使基準(zhǔn)電壓Vref比第2檢測電極20中激勵的第3信號波形的最大值高。另一方面，如上所述，第2檢測電極20中激勵的第3信號波形具有由檢測電路60中設(shè)置的阻抗元件R11、R12分壓生成的振幅中心電壓Vc，且具有微小的電壓振幅ΔVqa。因此，檢測電路60中設(shè)置的比較器CMP中輸入非反轉(zhuǎn)輸入端子(+)的信號波形比輸入反轉(zhuǎn)輸入端子(-)的基準(zhǔn)電壓Vref小，判斷為其大小關(guān)系完全未逆轉(zhuǎn)，輸出低電平的輸出信號。
接著，在被檢測體OBJ跨躍第1檢測電極10及第2檢測電極20接觸的情況下，如圖3B所示，由于被檢測體OBJ的電容成分，輸入上述比較器CMP的非反轉(zhuǎn)輸入端子(+)的第3信號波形的電壓振幅ΔVqa變化到ΔVqb。此時，如上所述，電壓振幅ΔVqb由于被檢測體OBJ的電容成分，通過附加于第1檢測電極10上的電容值極大增加，從電壓振幅ΔVqa開始增大。另外，在電壓振幅ΔVqa的最大值(振幅上限電壓)+Vmax比基準(zhǔn)電壓Vref還大時，即上述第3信號波形與基準(zhǔn)電壓Vref交叉時，比較器CMP輸出高電平的輸出信號，比較器CMP的輸出變化，檢測被檢測體OBJ接觸。
這里，具有使上述第3信號波形的電壓振幅ΔVqa增大的電容成分的被檢測體OBJ，如圖3C及圖3D所示，附加于第1檢測電極10上的電阻值由于該電阻成分而實質(zhì)上減少，上述信號波形的振幅中心電壓Vc降低(Vca→Vcb)，如圖3D所示，在電壓振幅ΔVqb的最大值(振幅上限電壓)+Vmax變得比基準(zhǔn)電壓Vref還小的情況下，即上述第3信號波形與基準(zhǔn)電壓Vref不交叉時，比較器CMP輸出低電平的輸出信號。即，不輸出接觸檢測信號。
即，即使在跨躍第1檢測電極10及第2檢測電極20來接觸被檢測體的情況下，當(dāng)被檢測體事先不具有變?yōu)榻佑|檢測對象的物質(zhì)固有的電容成分及電阻成分時，例如雖具有規(guī)定的電容值但電阻值極低時等情況下，接觸檢測裝置也可判斷為未接觸作為對象的正式被檢測體。換言之，不使用正式被檢測體、而使用例如偽造手指等作為被攝體時，或附加導(dǎo)電性或電容性的異物(橡膠等)時，可作為與正式的被檢測體不同的物體進行排除，可防止不正當(dāng)使用或誤損傷。
因此，根據(jù)本實施形態(tài)的接觸檢測裝置及其檢測方法，著眼于被檢測體的電阻成分及電容成分這兩個要素，僅在與兩者關(guān)聯(lián)變化的信號波形超過規(guī)定閾值時，可判斷為是作為檢測對象的正式被檢測體，故與現(xiàn)有技術(shù)所示的情況不同，當(dāng)檢測被檢測體的接觸狀態(tài)時，可抑制被檢測體的固有狀態(tài)或外部環(huán)境等的影響，進行較正確的檢測、判斷，提高接觸檢測裝置的可靠性。
下面，參照附圖來說明本發(fā)明的接觸檢測方法的其它實施形態(tài)。
圖4A-D是表示本實施形態(tài)的接觸檢測裝置的接觸檢測動作另一例的原理圖。這里，因為接觸檢測裝置的結(jié)構(gòu)與上述實施形態(tài)等同，所以省略說明。即使是接觸檢測動作，對與上述實施形態(tài)相同的方法附加相同符號，簡化或省略其說明。
在上述實施形態(tài)中示出的接觸檢測裝置的檢測方法中，示出事先將基準(zhǔn)電壓Vref設(shè)定得比第2檢測電極20中激勵的信號波形大的情況，但在本實施形態(tài)中，例如事先將基準(zhǔn)電壓Vref設(shè)定得比第2檢測電極20中激勵的信號波形小。
具體而言，在被檢測體OBJ未接觸第1檢測電極10及第2檢測電極20的狀態(tài)下，如圖4A所示，事先設(shè)定基準(zhǔn)電壓Vref、第2檢測電極20中激勵的第3信號波形的振幅中心電壓Vc及電壓振幅ΔVqa，使基準(zhǔn)電壓Vref變得比第2檢測電極20中激勵的信號波形的最小值(振幅下限電壓)-Vmin還低。在該狀態(tài)下，檢測電路60中設(shè)置的比較器CMP中輸入非反轉(zhuǎn)輸入端子(+)的信號波形比輸入反轉(zhuǎn)輸入端子(-)的基準(zhǔn)電壓Vref大，判斷為其大小關(guān)系完全未逆轉(zhuǎn)，輸出高電平的輸出信號。
另一方面，在被檢測體OBJ跨躍第1檢測電極10及第2檢測電極20接觸的情況下，如圖4B所示，由于被檢測體OBJ的電容成分，輸入上述比較器CMP的非反轉(zhuǎn)輸入端子(+)的第3信號波形的電壓振幅ΔVqa變化到ΔVqb。此時，由被檢測體OBJ的電容成分而增大的信號波形的電壓振幅ΔVqb的最小值(振幅下限電壓)-Vmin比基準(zhǔn)電壓Vref還小時，即上述第3信號波形與基準(zhǔn)電壓Vref交叉時，比較器CMP輸出低電平的輸出信號，比較器CMP的輸出變化，檢測被檢測體OBJ接觸。
這里，被檢測體OBJ固有的電容成分小，實質(zhì)上即使是不具有上述使信號波形的電壓振幅ΔVqa增大的電容成分的被檢測體OBJ，如圖4C及圖4D所示，附加于第1檢測電極10上的電阻值由于該電阻成分而實質(zhì)上減少，上述信號波形的振幅中心電壓Vc降低(Vca→Vcb)，在電壓振幅Δvqa的最小值(振幅下限電壓)-Vmin變得比基準(zhǔn)電壓Vref還小的情況下，即上述第3信號波形與基準(zhǔn)電壓Vref交叉時，比較器CMP輸出低電平的輸出信號。即，比較器CMP的輸出變化，檢測被檢測體OBJ接觸。
即，在跨躍第1檢測電極10及第2檢測電極20來接觸被檢測體的情況下，當(dāng)事先具有變?yōu)榻佑|檢測對象的物質(zhì)固有的電容成分及電阻成分(尤其是規(guī)定范圍的電阻成分)時，接觸檢測裝置判斷為接觸作為對象的正式被檢測體。換言之，即使在被檢測體的電容成分事先與成為接觸檢測對象的物質(zhì)固有的電容成分具有相同值時，在電阻成分經(jīng)該對象物質(zhì)固有的電阻成分高很多或低很多時，第2檢測電極中激勵的信號波形與基準(zhǔn)電壓Vref不交叉，所以比較器CMP的輸出不變化，判斷不是接觸正式的被檢測體。
根據(jù)這種接觸檢測方法，與上述實施形態(tài)一樣，可在抑制被檢測體的固有狀態(tài)或外部環(huán)境等的影響的同時，較嚴格設(shè)定成為接觸檢測對象的被檢測體的接觸判斷條件，所以能較正確地檢測、判斷正式的被檢測體的接觸狀態(tài)。
(接觸檢測裝置的實施形態(tài)2)下面，參照附圖來說明實現(xiàn)本發(fā)明的接觸檢測功能用結(jié)構(gòu)的實施形態(tài)2。
圖5是表示實現(xiàn)本發(fā)明接觸檢測功能用接觸檢測裝置的實施形態(tài)2的示意框圖，圖6A-C是表示本實施形態(tài)的接觸檢測裝置的接觸檢測動作一例的原理圖。這里，就接觸檢測裝置及接觸檢測動作而言，向與上述實施形態(tài)1相同的結(jié)構(gòu)及方法標(biāo)以相同符號，簡化或省略說明。其中，圖6A對應(yīng)于被檢測體OBJ未接觸時的狀態(tài)，圖6B、C對應(yīng)于被檢測體OBJ接觸時的狀態(tài)。
如圖5所示，本實施形態(tài)的接觸檢測裝置在圖1及圖2所示接觸檢測裝置中設(shè)置的檢測電路60的輸出部具備接觸判斷電路70。
這里，接觸判斷電路70在被檢測體接觸第1檢測電極及第2檢測電極的情況下，計數(shù)從檢測電路輸出的特定信號電平的輸出信號，在輸出大于規(guī)定閾值的次數(shù)的輸出信號時，輸出接觸檢測信號。
具體而言，例如與圖3A所示情況一樣，如圖6A所示，檢測電路60事先設(shè)定基準(zhǔn)電壓Vref，使基準(zhǔn)電壓Vref比第2檢測電極20中激勵的第3信號波形(振幅中心電壓Vc、電壓振幅Δvqa)大，設(shè)定當(dāng)被檢測體OBJ未接觸時，不從比較器CMP輸出接觸檢測信號。
接著，在被檢測體OBJ跨躍第1檢測電極10及第2檢測電極20接觸時，由于該被檢測體OBJ的電容成分及電阻成分，上述信號波形的電壓振幅Δvqa及振幅中心電壓Vc變化，如圖6B所示，檢測電路60中設(shè)置的比較器CMP檢測第3信號波形與基準(zhǔn)電壓Vref的大小關(guān)系逆轉(zhuǎn)的狀態(tài)、即信號波形與基準(zhǔn)電壓Vref交叉的狀態(tài)，從比較器CMP輸出接觸檢測信號。此時，接觸判斷電路70計數(shù)從檢測電路60(比較器CMP)輸出的接觸檢測信號在規(guī)定期間中的次數(shù)，并在該計數(shù)值超過事先設(shè)定的閾值(例如連續(xù)5次)時，判斷為正式的被檢測體接觸。
根據(jù)這種接觸檢測方法，可在抑制被檢測體的固有狀態(tài)或外部環(huán)境等的影響的同時，僅在繼續(xù)且穩(wěn)定地接觸具有特定電容成分及電阻成分的被檢測體的情況下，判斷為正式的被檢測體，在導(dǎo)電性或電容性異物接觸于第1檢測電極及第2檢測電極間時，良好判斷正式的被檢測體與異物，并從接觸檢測動作的對象中去除，另外，例如即使是正式的被檢測體、但錯誤地暫時接觸時，可防止錯誤判斷為正式接觸狀態(tài)并輸出接觸檢測信號等誤操作，可實現(xiàn)可靠性極高的接觸檢測裝置。
(圖像讀取裝置)下面，示出實施形態(tài)來說明采用本發(fā)明接觸檢測裝置的圖像讀取裝置。
首先，說明可適用于本發(fā)明圖像讀取裝置的傳感器結(jié)構(gòu)。
適用于本發(fā)明圖像讀取裝置的傳感器，可良好地使用CCD(ChargeCoupled Device電荷耦合器件)等固體攝像器件。
眾所周知，CCD具備將光二極管或薄膜晶體管(TFTThin Film Transistor)等光傳感器排列成矩陣狀的結(jié)構(gòu)，由水平掃描電路及垂直掃描電路檢測對應(yīng)于照射到各光傳感器感光部的光量所發(fā)生的電子-空穴對的量(電荷量)，檢測照射光的輝度。
然而，在使用這種CCD的光傳感器系統(tǒng)中，必需單獨設(shè)置將掃描到的各傳感器變?yōu)檫x擇狀態(tài)的選擇晶體管，所以存在檢測象素數(shù)量增大、進而系統(tǒng)自身大型化的問題。
因此，作為近年來解決這種問題的結(jié)構(gòu)，開發(fā)了具有所謂雙選通結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管(下面記作雙選通型晶體管)，其中，光傳感器自身具有光敏功能和選擇晶體管功能，嘗試系統(tǒng)的小型化及象素的高密度化。因此，本發(fā)明的圖像讀取裝置中也可良好地采用該雙選通型晶體管。
這里，參照附圖來詳細說明可適用于本發(fā)明的圖像讀取裝置中的雙選通型晶體管形成的光傳感器(下面記作雙選通(double gate)型光傳感器)。
(雙選通型光傳感器)圖7A、B是表示雙選通型光傳感器示意結(jié)構(gòu)的截面結(jié)構(gòu)圖及等效電路。
如圖7A所示，雙選通型光傳感器110具有非晶硅等半導(dǎo)體層(溝道層)111，一旦入射激勵光(這里為可視光)，則生成電子-空穴對；雜質(zhì)層117、118，分別設(shè)置在半導(dǎo)體層111的兩端，由n+硅構(gòu)成；漏電極112及源電極113，從形成于雜質(zhì)層117、118上的鉻、鉻合金、鋁、鋁合金等中選擇，對可視光不透明；頂部(top)柵電極(第1柵電極)121，經(jīng)塊(block)絕緣膜114及上部(頂部)柵極絕緣膜(絕緣層)115形成于半導(dǎo)體層111的上方(圖面上方)，由ITO等透明電極層構(gòu)成，對可視光具有透過性；底部柵電極(第2柵電極)122，從經(jīng)下部(底)柵極絕緣膜(絕緣層)116形成于半導(dǎo)體層111的下方(圖面下方)的鉻、鉻合金、鋁、鋁合金等中選擇，對可視光不透明；和最上層的透明電極層130，經(jīng)保護絕緣膜(絕緣層；電介質(zhì))120形成于頂部柵電極121上。具有這種結(jié)構(gòu)的雙選通型光傳感器110形成于玻璃基板等透明的絕緣性基板119上。
在圖7A中，頂部柵極絕緣膜115、塊絕緣膜114、底部柵極絕緣膜116、設(shè)置在頂部柵電極121上的保護絕緣膜(電介質(zhì))120及最上層的透明電極層130都由對激勵半導(dǎo)體層111的可視光具有高透明率的材料、例如氮化硅或氧化硅、ITO等構(gòu)成，從而具有僅檢測從圖面上方入射的光的結(jié)構(gòu)。如后所述，最上層的透明電極層130的上面變?yōu)榉胖?、接觸被檢測體的檢測面DT。
通常由圖7B所示等效電路來表示這種雙選通型光傳感器110。這里，TG是電連接于頂部柵電極121上的頂部柵極端子，BG為電連接于底柵電極122上的底部柵極端子，S為電連接于源電極113上的源極端子，D為電連接于漏電極112上的漏極端子。
下面，參照附圖來說明上述雙選通型光傳感器的驅(qū)動控制方法。
圖8是表示雙選通型光傳感器的基本驅(qū)動控制方法一例的時間圖。這里，適當(dāng)參照上述雙選通型光傳感器的結(jié)構(gòu)(圖7)來說明。
如圖8所示，首先，在復(fù)位動作(初始化動作)中，向雙選通型光傳感器110的頂部柵極端子TG施加脈沖電壓(下面記為復(fù)位脈沖；例如Vtg＝+15V的高電平)ΦTi，放出半導(dǎo)體層111及塊絕緣膜114中與半導(dǎo)體層111界面附近積累的載流子(這里為空穴)(復(fù)位期間Trst)。
接著，在電荷積累動作(光積累動作)中，向頂部柵極端子TG施加低電平(例如Vtg＝-15V)的偏壓ΦTi，從而終止復(fù)位動作，開始載流子積累動作的電荷積累期間Ta。在電荷積累期間Ta中，對應(yīng)于從頂部柵電極121側(cè)入射的光量，在半導(dǎo)體層111的入射有效區(qū)域、即載流子發(fā)生區(qū)域中，生成電子-空穴對，在半導(dǎo)體層111及塊絕緣膜114中與半導(dǎo)體層111的界面附近、即溝道區(qū)域周圍積累空穴。
在預(yù)充電動作中，與電荷積累期間Ta并行，根據(jù)預(yù)充電信號Φpg，向漏極端子D施加規(guī)定電壓(預(yù)充電電壓)Vpg，并使漏電極112保持電荷(預(yù)充電期間Tprch)。
之后，在讀出動作中，在經(jīng)過預(yù)充電期間Tprch后，向底部柵極端子BG施加高電平(例如Vbg＝+10V)的偏壓(讀出選擇信號；下面記為讀出脈沖)Φbi(選擇狀態(tài))，從而雙選通型光傳感器110變?yōu)镺N狀態(tài)(讀出期間Tread)。
這里，在讀出期間Tread中，溝道區(qū)域中積累的載流子(空穴)沿緩和施加于反極性的頂部柵極端子TG的Vtg(-15V)的方向運動，所以，底部柵極端子BG的Vbg(+15V)形成n溝道，漏極端子D的電壓(漏極電壓)VD傾向于對應(yīng)于漏極電流，隨著時間經(jīng)過，從預(yù)充電電壓Vpg緩慢下降。
即，在電荷積累期間Ta中的光積累狀態(tài)為亮狀態(tài)的情況下，因為在溝道區(qū)域中捕獲對應(yīng)于入射光量的載流子(空穴)，所以抵消了頂部柵極端子TG的負偏壓，通過大小等于該抵消部分的底部柵極端子BG的正偏壓，雙選通型光傳感器110變?yōu)镺N狀態(tài)。根據(jù)對應(yīng)于該入射光量的ON阻抗，漏極電壓VD下降。
另一方面，在光積累狀態(tài)為暗狀態(tài)下，當(dāng)溝道區(qū)域中未積累載流子(空穴)時，通過向頂部柵極端子TG施加負偏壓，抵消底部柵極端子BG的正偏壓，雙選通型光傳感器110變?yōu)镺FF狀態(tài)，漏極電壓VD基本保持不變。
因此，漏極電壓VD的變化趨勢與從向頂部柵極端子TG施加復(fù)位脈沖ΦTi引起的復(fù)位動作終止時刻開始、到向底部柵極端子BG施加讀出脈沖Φbi為止的時間(電荷積累期間Ta)中感光的光量密切相關(guān)，在積累的載流子多的情況下(亮狀態(tài))，呈現(xiàn)急劇下降的趨勢，在積累的載流子小的情況下(暗狀態(tài))，呈現(xiàn)出緩慢下降的趨勢。因此，讀出期間Tread開始，檢測經(jīng)過規(guī)定時間后的漏極電壓VD(＝Vrd)，或以規(guī)定的閾值電壓為基準(zhǔn)，檢測到達該電壓的時間，從而換算入射到雙選通型光傳感器110的光(照射光)的光量。
將上述一連串圖像讀取操作作為一個循環(huán)，通過對第i+1行的雙選通型光傳感器110也重復(fù)同樣的處理步驟，可使雙選通型光傳感器110作為二維傳感器系統(tǒng)進行動作。
(光傳感器系統(tǒng))下面，參照附圖來說明光傳感器系統(tǒng)，該系統(tǒng)具備以規(guī)定形式排列上述雙選通型光傳感器構(gòu)成的光傳感器陣列。這里，顯示說明二維排列多個雙選通型光傳感器所構(gòu)成的光傳感器陣列，但不用說，也可沿X方向一維排列多個雙選通型光傳感器來構(gòu)成線性傳感器陣列，并使該線性傳感器陣列沿與X方向垂直的Y方向移動，掃描(scan)二維區(qū)域。
圖9是具備二維排列雙選通型光傳感器來構(gòu)成的光傳感器陣列的光傳感器系統(tǒng)的示意結(jié)構(gòu)圖。
如圖9所示，光傳感器系統(tǒng)大致具有光傳感器陣列100，將多個雙選通型光傳感器110排列成例如n行×m列(n、m為任意自然數(shù))的矩陣狀；頂部柵極線101及底部柵極線102，分別沿行方向連接各雙選通型光傳感器110的頂部柵極端子TG(頂部柵電極121)及底部柵極端子BG(底柵電極122)并延伸；漏極線(數(shù)據(jù)線)103，沿列方向連接各雙選通型光傳感器110的漏極端子D(漏電極12)；源極線(公共線)104，沿列方向連接源極端子S(源電極13)的同時，連接地電位；頂部柵極驅(qū)動器210，連接于頂部柵極線101；底部柵極驅(qū)動器220，連接于底部柵極線102；和漏極驅(qū)動器230，連接于漏極線103，具備省略圖示的列開關(guān)、預(yù)充電開關(guān)、輸出放大器等。
這里，頂部柵極線101由圖7所示頂部柵電極121及ITO等透明電極層一體形成，底部柵極線102、漏極線103及源極線104分別由與底柵電極122、漏電極112、源電極113相同的對激勵光不透明的材料一體形成。另外，向源極線104施加對應(yīng)于后述預(yù)充電電壓Vpg設(shè)定的恒定電壓Vss，但也可以是地電位(GND)。
圖9中，Φtg是生成選擇輸出信號ΦT1、ΦT2、...ΦTi、...ΦTn來作為復(fù)位電壓及光載流子積累電壓某個用的控制信號，Φbg是生成選擇輸出信號ΦB1、ΦB2、...ΦBi、...ΦBn來作為讀出電壓及非讀出電壓某個用的控制信號，Φpg是控制施加預(yù)充電電壓Vpg的定時的預(yù)充電信號。另外，后面詳細描述可適用于本發(fā)明的漏極驅(qū)動器230的結(jié)構(gòu)。
在這種結(jié)構(gòu)中，通過經(jīng)頂部柵極線101、從頂部柵極驅(qū)動器210向頂部柵極端子TG施加信號ΦTi(i為任意自然數(shù)，i＝1、2、...n)，實現(xiàn)光敏功能，通過經(jīng)底部柵極線102、從底部柵極驅(qū)動器220向底部柵極端子BG施加信號Φbi，經(jīng)漏極線103將檢測信號取入漏極驅(qū)動器230，作為串行數(shù)據(jù)或并行數(shù)據(jù)的輸出電壓Vout輸出，從而實現(xiàn)選擇讀出功能。
圖10是基于適用上述光傳感器系統(tǒng)的圖像讀取裝置的指紋讀取裝置中、讀取指紋的圖像圖案時的結(jié)構(gòu)的主要部分截面圖。這里，為了方便說明及圖示，省略表示光傳感器系統(tǒng)截面部分的剖面線部分。
如圖10所示，在讀取指紋等圖像圖案的圖像讀取裝置中，從形成雙選通型光傳感器110的玻璃基板等絕緣性基板119下方側(cè)設(shè)置的后燈(面光源)BL入射照射光，該照射光La透過去除了雙選通型光傳感器110(具體而言為底柵電極122、漏電極112、源電極113)的形成區(qū)域的透明絕緣性基板119與絕緣膜115、116、120，照射到放置在透明電極層130上的指紋檢測面(檢測面)DT上的手指(被檢測體)FG。
在指紋讀取裝置檢測指紋時，手指FG的皮膚表層FG s的半透明層接觸形成于光傳感器陣列100最上層中的透明電極層130，從而在透明電極層130與皮膚表層FG s之間的界面中沒有折射率低的空氣層。這里，因為皮膚表層FG s的厚度比650nm厚，所以在指紋FP的凸部Fpa中入射到內(nèi)部的光La邊在皮膚表層FG s內(nèi)散射、反射、邊傳播。傳播的光Lb的一部分透過透明電極層130、透明絕緣膜120、115、114及頂部柵電極121，作為激勵光，入射到雙選通型光傳感器110的半導(dǎo)體層111。因此，通過積累載流子(空穴)，該載流子通過向?qū)?yīng)于手指FG的凸部Fpa的位置上配置的雙選通型光傳感器110的半導(dǎo)體層111入射光來生成，可根據(jù)上述一連串驅(qū)動控制方法，讀取手指FG的圖像圖案，作為明暗信息。
另外，在指紋FG的凹部FPb，照射的光La通過透明電極層130上面的檢測面DT與空氣層之間的界面，并到達空氣層末端的手指FG，在皮膚表層FG s內(nèi)散射，但因為皮膚表層FG s的折射率比空氣高，所以以一定角度入射到界面上的皮膚表層FG s內(nèi)的光Lc難以脫離空氣層，抑制了向?qū)?yīng)于凹部FPb的位置上配置的雙選通型光傳感器110的半導(dǎo)體層111的入射。
因此，通過采用ITO等透明導(dǎo)電性材料作為透明電極層130，照射到透明電極層130上放置的手指FG后散射、反射的光良好地入射到各雙選通型光傳感器110的半導(dǎo)體層111，所以手指FG的讀取動作中的讀取嘗試特性不會惡化，可良好進行讀取被檢測體的圖像圖案(指紋)。
下面，說明將上述各實施形態(tài)的接觸檢測裝置適用于基于上述圖像讀取裝置的指紋讀取裝置時的具體結(jié)構(gòu)。另外，以下所示實施形態(tài)中，說明傳感器采用上述雙選通型光傳感器的情況。
圖11A、B是表示將各實施形態(tài)的接觸檢測裝置適用于基于圖像讀取裝置的指紋讀取裝置時的一實施形態(tài)的示意結(jié)構(gòu)圖，圖12A、B是表示將手指放置在圖11A、B的指紋讀取裝置狀態(tài)下的示意圖。這里，適當(dāng)參照上述光傳感器及光傳感器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)(圖7、圖9)來進行說明。對與圖7、圖9所示結(jié)構(gòu)同等的結(jié)構(gòu)標(biāo)以相同符號，并簡化或省略其說明。
如圖11A、B所示，本實施形態(tài)的指紋讀取裝置具有傳感器器件PD，包括，在絕緣性基板119一面?zhèn)葘⒕哂猩鲜鼋Y(jié)構(gòu)的雙選通型光傳感器110排列成矩陣狀形成的光傳感器陣列100、及在排列雙選通型光傳感器110的整體陣列區(qū)域中形成的保護絕緣膜120(光傳感器111的頂部柵極絕緣膜115與保護絕緣膜120相當(dāng)于上述層間絕緣膜)；透明電極層130(透明導(dǎo)電膜；相當(dāng)于上述第1檢測電極)，形成于保護絕緣膜120上；面光源BL，配置在傳感器器件PD的另一面測，向接觸透明電極層130上面(檢測面DT)的被檢測體(手指FG)照射均勻光；導(dǎo)電性殼部件(導(dǎo)電性部件；相當(dāng)于上述第2檢測電極)240，設(shè)置成與傳感器器件PD及透明電極層130電絕緣，并且，設(shè)置成包圍該傳感器器件PD及透明電極層130的周圍；振幅限制電路(振幅限制裝置)250，如上述實施形態(tài)所示，將透明電極層130中激勵的信號波形(等于上述第2信號波形)的電壓振幅限制在規(guī)定的電壓范圍；和檢測電路(接觸檢測裝置)260，檢測殼部件240中激勵的信號波形(相當(dāng)于上述第3信號波形)的變化，判斷被檢測體(手指FG)共同接觸透明電極層130及殼部件240兩者的狀態(tài)。
如圖11B所示，殼部件240通過與透明電極層130具有規(guī)定間隔(即經(jīng)空氣等絕緣物)空間間隔來電絕緣。另外，如圖11A所示，殼部件240包圍傳感器器件PD及透明電極層130的周圍，同時，具備露出透明電極層130上的檢測面DT的規(guī)定形狀開口部240a。殼部件240由阻抗率比構(gòu)成透明電極層130的ITO等透明導(dǎo)電性材料低的材料、例如從鉻、鋁、鎢等中選擇牟材料單層或多層導(dǎo)電體構(gòu)成。由此，因為可以薄有板厚或膜厚實現(xiàn)跔的薄膜阻抗，所以可使信噪比(S/N)足夠大。
具體而言，如圖12A、B所示，殼部件240的開口部240a具有在將手指FG放置在透明電極層130的檢測面DT上的狀態(tài)下，該手指FG還同時接觸開口部240a端部附近的殼部件240的形狀。即，具有適于手指FG接觸透明電極層130和殼部件240雙方的形狀。
如后所述，殼部件240不僅用作檢測手指FG接觸檢測面DT的狀態(tài)用結(jié)構(gòu)，也可用作保護傳感器器件PD不受電干擾因素或物理沖擊等影響的屏蔽殼，也可用作誘導(dǎo)或引導(dǎo)作為被檢測體的手指良好接觸透明電極層130上的檢測面DT的引導(dǎo)部件。
另外，檢測電路260始終監(jiān)視殼部件240中激勵的信號波形(第3信號波形)的變化，并跨躍透明電極層130及殼部件240兩者接觸手指FG，由此在根據(jù)手指FG固有的電容成分及電阻成分來檢測上述信號波形中有規(guī)定變化時，判斷為手指FG放置在透明電極層130上的指紋檢測面30a上，將該判斷結(jié)果作為接觸檢測信號，例如輸出到進行指紋讀取裝置的動作控制的控制器(驅(qū)動控制電路)，由此控制指紋讀取動作的開始定時。
具體而言，檢測電路260如上述接觸檢測裝置(參照圖2)所示那樣，比較事先根據(jù)作為被檢測體的手指FG的電容成分及電阻成分設(shè)定的基準(zhǔn)電壓Vref、與殼部件240中激勵的信號波形(第3信號波形)的電壓振幅及振幅中心電壓的大小關(guān)系，在與基準(zhǔn)電壓Vref的大小關(guān)系變化(逆轉(zhuǎn))的情況下，輸出接觸檢測信號(參照圖3A-D、圖4A-D、圖6A-C)。
下面，參照附圖詳細說明適用于本實施形態(tài)的指紋讀取裝置(參照圖9)的漏極驅(qū)動器。
圖13A是表示適用各實施形態(tài)的接觸檢測裝置的指紋讀取裝置中可適用的漏極驅(qū)動器一結(jié)構(gòu)例的示意結(jié)構(gòu)圖，圖13B是表示漏極驅(qū)動器另一結(jié)構(gòu)例的示意結(jié)構(gòu)圖。這里，適當(dāng)參照上述光傳感器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(圖9)進行說明。另外，向與圖9所示結(jié)構(gòu)相同的結(jié)構(gòu)標(biāo)以相同符號，簡化或省略其說明。
如上述實施形態(tài)(例如參照圖1)所示，在本發(fā)明的接觸檢測裝置中，具備對接觸被檢測體的第1檢測電極激勵規(guī)定信號波形(第2信號波形)的相對電極及脈沖發(fā)生電路。在將具有這種結(jié)構(gòu)的接觸檢測裝置適用于具備雙選通型光傳感器的圖像讀取裝置(指紋讀取裝置)的情況下，例如在圖7和圖9所示雙選通型光傳感器中，將漏電極112、及連接漏電極彼此的漏極線103用作相對電極，同時，將漏極驅(qū)動器230用作脈沖發(fā)生電路(信號電壓施加電路)。
如圖13A所示，本實施形態(tài)的指紋讀取裝置除大致與圖7所示結(jié)構(gòu)相等的光傳感器陣列100、頂部柵極驅(qū)動器210、底部柵極驅(qū)動器220外，還設(shè)置漏極驅(qū)動器230，該驅(qū)動器具備連接于漏極線103的列開關(guān)231、設(shè)置在列開關(guān)231輸出端的輸出放大器232、一端連接于各漏極線103上的開關(guān)群233、共同連接于該開關(guān)群232另一端的單一開關(guān)234、和并聯(lián)連接于該開關(guān)234上的多個電源電壓Vpg、Vgnd。
這里，構(gòu)成漏極驅(qū)動器230的列開關(guān)231及輸出放大器232根據(jù)上述雙選通型光傳感器110的動作控制步驟，將對應(yīng)于被檢測體圖像圖案而積累在各雙選通型光傳感器110中的電荷量(載流子)，經(jīng)漏極線103，由列開關(guān)231向每行統(tǒng)一讀入，作為漏極電壓的變化，由輸出放大器232放大到規(guī)定的信號電壓，作為串行數(shù)據(jù)或并行數(shù)據(jù)，從輸出端子Vout輸出到外圍電路(例如指紋對照裝置等的圖像處理裝置)。
另外，開關(guān)群233的一端分別連接于構(gòu)成光傳感器陣列100的各漏極線上，另一端連接于單一開關(guān)234上，同時，根據(jù)從省略圖示的控制器提供的預(yù)充電信號Φpg，控制導(dǎo)通/截止?fàn)顟B(tài)。另一方面，開關(guān)234連接于多個電源電壓Vpg、Vgnd，根據(jù)從省略圖示的控制器提供的切換控制信號Φsw，選擇地連接電源電壓Vpg、Vgnd中之一進行控制。
在具有這種結(jié)構(gòu)的漏極驅(qū)動器230中，首先，說明執(zhí)行上述圖像讀取動作的情況，在雙選通型光傳感器的電荷積累期間內(nèi)執(zhí)行的預(yù)充電動作中，由切換控制信號Φsw將開關(guān)234切換到預(yù)充電電壓Vpg側(cè)，之后，由預(yù)充電信號Φpg以規(guī)定定時使開關(guān)群233一齊進行導(dǎo)通動作，經(jīng)開關(guān)群233及漏極線103向各雙選通型光傳感器施加預(yù)充電電壓Vpg。
另外，在雙選通型光傳感器的讀出動作中，通過由預(yù)充電信號Φpg使開關(guān)群233一齊進行截止動作，將在電荷積累期間、根據(jù)被檢測體(手指FG)的圖像圖案積累在各雙選通型光傳感器中的電荷(載流子)量所對應(yīng)的漏極電壓，經(jīng)各漏極線103統(tǒng)一取入列開關(guān)231，作為串行數(shù)據(jù)或并行數(shù)據(jù)，經(jīng)輸出放大器232從輸出端子輸出。
另一方面，在上述圖像讀取動作之前執(zhí)行的接觸檢測動作中，首先，由預(yù)充電信號Φpg在規(guī)定定時使開關(guān)群233一齊進行導(dǎo)通動作，并由切換控制信號Φsw以規(guī)定定時重復(fù)切換控制開關(guān)234，從而將開關(guān)234周期且選擇地連接于參充電電壓Vpg及地電位Vgnd側(cè)，具有將下限振幅電壓規(guī)定為0V、上限振幅電壓規(guī)定為預(yù)充電電壓Vpg(例如3.3V)的電壓振幅的脈沖信號經(jīng)各漏極線103，施加到構(gòu)成光傳感器陣列100的所有雙選通型光傳感器的漏電極上。
另外，在上述圖13A所示實施形態(tài)中，和為向各漏極線103施加脈沖信號的方法，示出通過由切換控制信號Φsw切換控制的開關(guān)234，周期地選擇預(yù)充電電壓Vpg及地電位Vgnd，生成并提供具有0V-Vpg的電壓振幅的脈沖信號，但本發(fā)明不限于此，也可如圖13B所示，單獨具備發(fā)生具有規(guī)定電壓振幅的脈沖信號的脈沖發(fā)生電路235，同時，具備設(shè)置在開關(guān)群233的另一端與開關(guān)234之間、切換開關(guān)群233與開關(guān)234或脈沖發(fā)生電路235的連接的開關(guān)236，在接觸檢測動作時，由開關(guān)控制信號Psw切換控制開關(guān)236，將脈沖發(fā)生電路235連接于開關(guān)群233的另一端，向各漏極線103提供從脈沖發(fā)生電路235輸出的脈沖信號。
下面，參照附圖來詳細說明本實施形態(tài)的指紋讀取裝置中的接觸檢測動作。
圖14是說明適用各實施形態(tài)的接觸檢測裝置的指紋讀取裝置的接觸檢測動作用的示意圖，圖15是表示接觸檢測動作時的光傳感器陣列的等效電路圖。
如上所述，在本實施形態(tài)的指紋讀取裝置中，接觸檢測動作時，漏極驅(qū)動器230用作上述實施形態(tài)(參照圖1)所示接觸檢測裝置中的脈沖發(fā)生電路40，同時，漏極線103及漏電極112用作相對電極30，從而，如圖14所示，經(jīng)上部柵極絕緣膜115與保護絕緣膜120，在覆蓋整個陣列區(qū)域而形成的透明電極層130中激勵施加于漏極線103及漏電極112上的脈沖信號(第1信號波形)所對應(yīng)的信號波形(第2信號波形)。
具體而言，如圖15所示，光傳感器陣列100在構(gòu)成最上層的透明電極層130與相對該透明電極層130并經(jīng)保護絕緣膜120或上部柵極絕緣膜115、下部柵極絕緣膜116等形成的頂部柵極線101、底部柵極線102、漏極線103及源極線104之間分別形成寄生電容，另外，在頂部柵極線101、底部柵極線102、漏極線103及源極線104中也彼此形成寄生電容。
另一方面，如圖14、15所示，在透明電極層130中，與地電位之間設(shè)置振幅限制電路250，所以如圖14所示，根據(jù)振幅限制電路250中設(shè)置的反并聯(lián)二極管電路中的正向電壓Vf來限制透明電極層130中激勵的信號波形(交流電壓波形；第2信號波形)(-Vf～+Vf)。
另外，如圖15所示，連接于頂部柵極驅(qū)動器210上的頂部柵極線101及連接于底部柵極驅(qū)動器220上的底部柵極線102經(jīng)各驅(qū)動器210、220的輸出阻抗Rt、Rb連接于地電位，源極線104也連接于地電位。
因此，在這種等效電路中，若通過漏極驅(qū)動器230經(jīng)漏極線103施加具有規(guī)定電壓振幅的脈沖信號，則頂部柵極線101、底部柵極線102及源極線104中不激勵電位，僅在漏極線103中激勵由振幅限制電路250規(guī)定了電壓振幅的規(guī)定信號波形。
由此，即使在振幅限制電路250規(guī)定的電壓振幅范圍以外(大于振幅上限電壓+Vf的電壓及小于振幅下限電壓-Vf的電壓)的電干擾因素施加于透明電極層130時，也可抑制過大電壓經(jīng)保護絕緣膜120施加于頂部柵極線101或底部柵極線102等，故可適當(dāng)防止光傳感器陣列100或各驅(qū)動器210、220、230的靜電破壞。
另外，在上述在透明電極層130中激勵規(guī)定信號波形的狀態(tài)下，如圖14所示，若手指FG共同接觸透明電極層130及殼部件240雙方，則透明電極層130及殼部件240經(jīng)手指FG固有的電容成分及電阻成分電連接。從而，與上述接觸檢測裝置的檢測方法一樣，由于手指FG固有的電容成分及電阻成分，在殼部件中激勵的信號波形變化，且由檢測電路260中設(shè)置的比較器(參照圖2)來進行與事先設(shè)定的基準(zhǔn)電壓的比較處理，在上述信號波形的電壓成分與基準(zhǔn)電壓交叉的情況下，判斷為作為檢測對象的正式被攝體(手指FG)放置、接觸透明電極層130，向省略圖示的指紋讀取裝置的控制器輸出接觸檢測信號?？刂破鞲鶕?jù)該接觸檢測信號，執(zhí)行上述一連串圖像讀取動作，之后開始讀取透明電極層130(光傳感器陣列100)上放置的手指FG的圖像圖案(指紋)的動作。
這里，與其它結(jié)構(gòu)相比較來具體說明本發(fā)明的接觸檢測裝置及其檢測方法和適用接觸檢測裝置的圖像讀取裝置的有效性。
圖16A、B是表示作為本發(fā)明各實施形態(tài)的圖像讀取裝置比較對象的、使用阻抗檢測方法的現(xiàn)有指紋讀取裝置一例的示意結(jié)構(gòu)圖，圖17是表示適用于圖16A、B的現(xiàn)有指紋讀取裝置中的檢測電路一例的示意電路圖。這里，向與上述實施形態(tài)相同的結(jié)構(gòu)標(biāo)以相同符號，簡化或省略其說明。
作為本實施形態(tài)的圖像讀取裝置的比較對象的指紋讀取裝置例如圖16A、B所示，與上述實施形態(tài)一樣，具備傳感器器件PD，配備在最上面形成透明電極層130的光傳感器陣列100；面光源BL，配置在傳感器器件PD的背面；和導(dǎo)電性殼部件240，電絕緣地設(shè)置在傳感器器件PD的周圍，并且，檢測電路260連接于透明電極層130上，同時，地電位連接于殼部件240上。這里，至少透明電極層130與殼部件240經(jīng)空氣等電絕緣。
如圖17所示，檢測電路260大致具備輸入保護二極管261及阻抗元件262，并聯(lián)連接于透明電極層430上連接的接點Na與地電位之間；阻抗元件263，連接于一接點Na與電源電壓Vdd之間；電壓輸出器264，用放大率1放大接點Na的電位；可變阻抗元件265，連接于電源電壓Vdd與地電位之間；比較器266，比較可變阻抗元件265生成的電壓Vr與電壓輸出器264的輸出電位Vo，輸出對應(yīng)于該比較結(jié)果的二值邏輯信號，作為接觸檢測信號；和上拉(pull up)阻抗267，連接于比較器266的輸出端與電源電壓Vdd之間。
在具有這種結(jié)構(gòu)的指紋讀取裝置中，在手指FG未共同接觸透明電極層130及殼部件240上的情況下，透明電極層130與殼部件240之間的電阻值呈現(xiàn)出大致相當(dāng)于無限大的高值。
另一方面，在手指FG共同接觸透明電極層130及殼部件240的情況下，透明電極層130與殼部件240之間的電阻值示出基于手指FG的電阻成分的值、即相當(dāng)于手指FG的皮膚阻抗的較低電阻值。
由此，在具有這種結(jié)構(gòu)的圖像讀取裝置中，接點Na的電位對應(yīng)于手指FG接觸透明電極層130及殼部件240的狀態(tài)來變化，所以通過由可變阻抗適當(dāng)設(shè)定輸入比較器266的基準(zhǔn)電壓Vr，可輸出手指FG的接觸狀態(tài)，作為由二值邏輯信號構(gòu)成的接觸檢測信號。另外，指紋讀取裝置根據(jù)該接觸檢測信號，開始讀取透明電極層130(光傳感器陣列100)上放置的手指FG的圖像圖案(指紋)的動作。
但是，如上所述，在具備在傳感器器件PD的周圍電絕緣地設(shè)置導(dǎo)電性殼部件240的圖像讀取裝置(指紋讀取裝置)中，在采用由檢測電路260僅根據(jù)接觸了透明電極層130與殼部件240之間的手指FG特有的電阻成分檢測變化的電位、并檢測手指FG的接觸狀態(tài)的方式時，由于具有所謂根據(jù)手指電阻成分檢測的電阻值變化較小、電阻值差異因手指狀態(tài)(肌肉狀態(tài)或個人差異、外部環(huán)境等)而變大的特性，所以難以檢測相應(yīng)的寬范圍下的電壓變化，難以始終正常檢測有無接觸。另外，還會將電阻值近似于正式被檢測體(手指)的電阻成分的導(dǎo)電性異物(贓物等)錯誤檢測為正式的被檢測體。
相反，在本發(fā)明的接觸檢測裝置及其檢測方法和圖像讀取裝置中，通過根據(jù)被檢測體(手指)固有的電容成分及電阻成分雙方，進行變化的信號波形與事先設(shè)定的基準(zhǔn)電壓的比較處理，檢測、判斷被檢測體接觸透明電極層的狀態(tài)，所以可提供一種可靠性高的接觸檢測裝置及圖像讀取裝置，可良好且均勻地判斷作為檢測對象的正式被檢測體與此外的導(dǎo)電性或電容性異物，同時，可抑制該異物引起的錯誤檢測，并抑制圖像讀取裝置的錯誤動作。
下面，示出實施形態(tài)來說明本發(fā)明實現(xiàn)靜電去除功能用的結(jié)構(gòu)。
(靜電去除功能的實施形態(tài)1)圖18是表示本發(fā)明實現(xiàn)靜電去除功能用的結(jié)構(gòu)的實施形態(tài)1的示意結(jié)構(gòu)圖，圖19是表示本實施形態(tài)的主要部分結(jié)構(gòu)的示意截面圖。這里，適當(dāng)參照上述雙選通型光傳感器及光傳感器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)來進行說明。
另外，本發(fā)明的圖像讀取裝置如上所述兼具接觸檢測功能和靜電去除功能，如上述接觸檢測裝置的各實施形態(tài)那樣，具備對應(yīng)于第1檢測電極、第2檢測電極、相對電極等的、形成于傳感器器件上的透明電極層、導(dǎo)電性殼部件、漏電極、漏極線、和脈沖發(fā)生電路、振幅限制電路、檢測電路等，但下示實現(xiàn)靜電去除功能用的結(jié)構(gòu)涉及對應(yīng)于第1檢測電極的、形成于光傳感器器件上的透明導(dǎo)電膜結(jié)構(gòu)，為了方便，僅著重表示涉及該透明導(dǎo)電膜結(jié)構(gòu)的部分。
另外，向與上述各實施形態(tài)相同的結(jié)構(gòu)部分標(biāo)以相同符號并簡化或省略其說明。
如圖18、圖19所示，本實施形態(tài)的圖像讀取裝置大致具備光傳感器器件PD，包括將具有上述結(jié)構(gòu)的雙選通型光傳感器110矩陣狀排列到絕緣性基板119一面?zhèn)人纬傻墓鈧鞲衅麝嚵?00、及形成于該光傳感器陣列100上的保護絕緣膜(透光性絕緣膜)120；透明電極層(透明電極膜)430，作為包含光傳感器陣列100的陣列區(qū)域的區(qū)域，單面形成于保護絕緣膜120上，對應(yīng)于上面構(gòu)成檢測面DT的上述接觸檢測裝置在各實施形態(tài)中的透明電極層130；頂部柵極驅(qū)動器210，連接于配置在光傳感器器件PD(光傳感器陣列100)上的頂部柵極線101，在復(fù)位期間Trst，向特定行的雙選通型光傳感器110群施加復(fù)位脈沖ΦTi；底部柵極驅(qū)動器220，連接于配置在光傳感器器件PD上的底部柵極線102上，在讀出期間Tread，向特定行的雙選通型光傳感器110群施加讀出脈沖ΦBi；和漏極驅(qū)動器230，連接于配置在光傳感器器件PD上的漏極線103，在預(yù)充電期間Tprch中，施加預(yù)充電電壓，同時，在讀出期間Tread中，檢測特定行的雙選通型光傳感器110群中積累的載流子量，作為輸出電壓。
這里，如圖18所示，上述圖像讀取裝置的各結(jié)構(gòu)(光傳感器器件PD、透明電極層430、頂部柵極驅(qū)動器210、底部柵極驅(qū)動器220、漏極驅(qū)動器230)搭載在例如玻璃基板或薄膜基板等透明絕緣性基板400的一面?zhèn)?，在該絕緣性基板400上，配置引出布線LNt、LNb、LNd，電連接頂部柵極驅(qū)動器210、底部柵極驅(qū)動器220、漏極驅(qū)動器230和省略圖示的外部控制器或電源供給電路等。另外，在絕緣性基板400上配置引出布線LNg，電連接光傳感器器件PD上形成的透明電極層430與地電位。經(jīng)引出布線將透明電極層430連接于地電位的結(jié)構(gòu)相對于上述接觸檢測裝置的各實施形態(tài)的結(jié)構(gòu)，實質(zhì)上對應(yīng)于經(jīng)振幅限制電路將第1檢測電極連接于地電位的結(jié)構(gòu)。
這里，引出布線LNt、LNb、LNd、LNg也可經(jīng)絕緣性基板400一端側(cè)設(shè)置的連接端子群(省略圖示)，與外部控制器或電源供給電路等連接。另外，也可不具備絕緣性基板400，而例如延長絕緣性基板119的左右及下邊部分，形成規(guī)定布線，搭載頂部柵極驅(qū)動器210、底部柵極驅(qū)動器220、漏極驅(qū)動器230，并且，也可在絕緣性基板119上，將底部柵極驅(qū)動器220、漏極驅(qū)動器230與光傳感器陣列100一體形成。
另外，如圖19所示，在光傳感器器件PD的另一面(絕緣性基板400的另一面)，配置向放置、接觸透明電極層130上面的檢測面DT的被檢測體(例如手指等)照射均勻光的面光源BL。因此，上述光傳感器器件PD(雙選通型光傳感器110)的結(jié)構(gòu)中所示絕緣性基板119與圖18及圖19所示絕緣性基板200也可由同一玻璃基板等構(gòu)成。
下面，具體說明本實施形態(tài)的圖像讀取裝置中適用的靜電去除功能。
首先，可認為具有上述結(jié)構(gòu)的圖像讀取裝置等價于圖19所示的電路結(jié)構(gòu)，透明電極層430具有的阻抗及引出布線LNg的布線阻抗構(gòu)成的電阻成分R形成于透明電極層430與地電位之間，同時，透明電極層430、保護絕緣膜120等絕緣膜及各雙選通型光傳感器的各電極(具體而言，為與頂部柵電極121一體形成的頂部柵極線101與底柵電極122一體形成的底部柵極線102、與漏電極112一體形成的漏極線103及與源電極113一體形成的源極線104)所形成的靜電電容(寄生電容)所構(gòu)成的電容成分Co分布附加在透明電極層430上。這里，設(shè)各電容成分Co的總電容為C。
另外，如現(xiàn)有技術(shù)中所述，在讀取易帶靜電的被檢測體(人體等)圖像圖案的圖像讀取裝置中，當(dāng)將被檢測體放置、接觸檢測面DT時，為了防止靜電引起元件破壞或圖像讀取裝置的錯誤動作，要求具備大于被檢測體所帶靜電的耐電壓(耐靜電電壓)。如上所述，在設(shè)人體為被檢測體的情況下，判斷大致帶有大于10kV至15kV的靜電，所以具有上述結(jié)構(gòu)的圖像讀取裝置(指紋讀取裝置)也要求大于或等于上述帶電電壓的耐靜電電壓。
因此，本申請發(fā)明人基于這種觀點，對上述電阻成分R及電容成分C與耐靜電電壓的關(guān)系進行了各種實驗，并刻意研究其結(jié)果，發(fā)現(xiàn)，圖像讀取裝置的耐靜電電壓與由上述電阻成分R及電容成分C之積規(guī)定的時間常數(shù)τ(C×R)密切相關(guān)。另外，根據(jù)該觀點，發(fā)現(xiàn)在將人體設(shè)為被檢測體的圖像讀取裝置(指紋讀取裝置)中、確保充分的耐靜電電壓的最佳時間常數(shù)τ的數(shù)值范圍。
下面，說明本實施形態(tài)的圖像讀取裝置中適用的試驗方法。
圖20A、B是表示測定本實施形態(tài)的圖像讀取裝置中耐靜電電壓與時間常數(shù)之間關(guān)系時使用的試驗方法的示意圖。
在本實施形態(tài)中，對具有上述結(jié)構(gòu)的圖像讀取裝置適用基于人體帶電模塊的ESD(靜電放電)試驗法，作為試驗方法，有圖20A所示將透明電極層430及雙選通型光傳感器100的全部電極連接于地電位的全部端子接地狀態(tài)、和圖20B所示僅將透明電極層430連接于地電位的透明電極接地狀態(tài)這兩種，分別測量規(guī)定時間常數(shù)τ的透明電極層430的阻抗及靜電電容的數(shù)值、與相當(dāng)于耐靜電電壓的施加電壓的數(shù)值。這里，作為任意設(shè)定時間常數(shù)τ的數(shù)值方法，通過使透明電極層430的膜厚變化，任意設(shè)定透明電極層430的阻抗數(shù)值，另外，通過使保護絕緣膜120的膜厚變化，任意設(shè)定附加于透明電極層430的靜電電容的數(shù)值，以使時間常數(shù)τ的數(shù)值變化。
具體而言，全部端子接地狀態(tài)的ESD試驗中，如圖20A所示，設(shè)定成如下狀態(tài)將以任意膜厚形成透明電極層430及保護絕緣膜120的光傳感器器件PD設(shè)置在試件臺STG上，將透明電極層430經(jīng)引出布線LNg連接于地電位，同時，雙選通型光傳感器110的各電極也連接地電位。接著，設(shè)定為與使放電槍接觸透明電極層430上的檢測面DT、通過施加任意電壓、帶電的被檢測體接觸時相同的狀態(tài)。
另外，在透明電極接地狀態(tài)的ESD試驗中，如圖20B所示，設(shè)定成如下狀態(tài)設(shè)置在試件臺STG上的光傳感器器件PD中，僅將透明電極層430經(jīng)引出布線LNg連接于地電位，同時，將雙選通型光傳感器110的各電極設(shè)為浮動狀態(tài)(浮動電壓狀態(tài))。接著，使放電槍SP接觸透明電極層430上的檢測面DT，施加任意電壓。
通過這種試驗方法，基于施加于透明電極層430的電壓的電荷根據(jù)透明電極層430與雙選通型光傳感器110的各電極的電位差，保持、積累在保護絕緣膜120等形成的靜電電容中，同時，跨躍透明電極層430與地電位間的電位差，經(jīng)布線阻抗比透明電極層430還低的引出布線LNg，緩慢流向連接于地電位的試件臺STG。另外，當(dāng)使放電槍SP產(chǎn)生的施加電壓變化時，測量光傳感器器件PD(雙選通型光傳感器110)不發(fā)生破壞，將良好保持的最大施加電壓作為耐靜電電壓進行測量。
圖21是表示基于上述試驗方法的圖像讀取裝置的時間常數(shù)與耐靜電電壓之間關(guān)系的曲線。其中，測定以下情況下的耐靜電電壓(最大施加電壓)將ITO膜用作透明電極層430，將透明電極層430的膜厚設(shè)定為50nm(500)、150nm(1500)，同時，將氮化硅膜用作保護絕緣膜120，并將保護絕緣膜120的膜厚設(shè)定為600nm(6000)、800nm(8000)、1000nm(1微米)。
首先，在表1中示出透明電極層430的薄膜阻抗及保護絕緣膜120的靜電電容與時間常數(shù)τ之間的關(guān)系、及該時間常數(shù)下的耐靜電電壓的測定數(shù)據(jù)。
表1如表1所示，在形成透明電極層430的ITO膜中，呈現(xiàn)出膜厚越厚則薄膜阻抗減少的趨勢。在本實施形態(tài)中，透明電極層430形成為大致正方形，所以透明電極層430的電阻值與薄膜阻抗相同。因此，后面用薄膜阻抗來表示透明電極層430的阻抗。另一方面，在形成保護絕緣膜120的氮化硅膜中呈現(xiàn)出膜厚越厚則靜電電容減少的趨勢。因此，透明電極層430的膜厚越厚(即薄膜阻抗設(shè)定得越低)、且保護絕緣膜120的膜厚形成得越厚(即靜電電容設(shè)定得越低)，則由薄膜阻抗(電阻成分R)與靜電電容(電容成分C)之積規(guī)定的時間常數(shù)τ越小。
在設(shè)定為具有表1所示數(shù)值的薄膜阻抗及靜電電容的圖像讀取裝置中，若根據(jù)上述試驗方法來測定耐靜電電壓，則可判斷如表1及圖21所示，任一試驗方法都呈現(xiàn)出時間常數(shù)τ越小、耐靜電電壓越大的趨勢。
由此，在將本實施形態(tài)的圖像讀取裝置適用于將人體設(shè)為被檢測體的指紋讀取裝置等的情況下，可知為了實現(xiàn)大于人體所帶靜電(10至15kV)的耐電壓，增厚透明電極層430的膜厚并將薄膜阻抗設(shè)定得低是有效的，同時，增厚保護絕緣膜120的膜厚并將靜電電容設(shè)定得低，并盡量減小時間常數(shù)τ。
但是，如上所述，為了使對應(yīng)于被檢測體圖像圖案的光良好入射到各雙選通型光傳感器110，透明電極層430及保護絕緣膜120等必需具有高的透光性，故為了提高上述耐靜電電壓(減小時間常數(shù)τ)而將透明電極層430及保護絕緣膜120等的膜厚形成得厚，有可能使透光特性因膜內(nèi)的光的反射、散射、衰減等而惡化，并導(dǎo)致光傳感器器件的讀取靈敏度或精度降低。因此，必需確定在充分確保耐靜電電壓的同時、可實現(xiàn)適當(dāng)?shù)淖x取靈敏度的時間常數(shù)τ的數(shù)值范圍。
因此，本申請發(fā)明人基于這種實驗結(jié)果及光傳感器器件要求的讀取靈敏度等條件進行刻意研究的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)如圖21所示，為了實現(xiàn)大于10至10kV的耐靜電電壓(靜電去除功能)和良好的器件特性(讀取靈敏度或精度)，設(shè)定透明電極403的薄膜阻抗及保護絕緣膜120的靜電電容，使時間常數(shù)τ大致小于0.3微秒(大于10kV的耐靜電電壓的情況)，更好是小于0.25微秒(μm)(大于15kV的耐靜電電壓的情況)是有效的。此時，為了使時間常數(shù)τ小于0.3微秒，最好將透明電極層430及保護絕緣膜120等的膜厚形成得非常厚，最好由成膜條件或材料組成等、以極薄的膜厚來實現(xiàn)上述時間常數(shù)τ的數(shù)值范圍。
這里，若根據(jù)表1所示測定數(shù)據(jù)來驗證規(guī)定上述時間常數(shù)τ的數(shù)值范圍的0.3微秒，則相當(dāng)于將透明電極層430的薄膜阻抗形成為大致小于30Ω/□，將由保護絕緣膜120形成的靜電電容形成為大致小于10nF。薄膜阻抗與靜電電容的數(shù)值范圍在本實施形態(tài)中如表1所示，相當(dāng)于形成構(gòu)成透明導(dǎo)電層30的ITO膜，使膜厚大致大于150nm(1500)、并形成構(gòu)成保護絕緣膜120的氮化硅膜，使膜厚大致大于600nm(6000)，但薄膜阻抗或靜電電容與膜厚的關(guān)系極大取決于成膜條件或材料組成、結(jié)晶狀態(tài)等，所以未必具有唯一的關(guān)系，另外，因為還可分別設(shè)定透明電極430與保護絕緣膜120的膜厚(薄膜阻抗與靜電電容)組合，所以不能僅由這些膜厚來唯一確定時間常數(shù)τ或耐靜電電壓。
因此，在本實施形態(tài)的圖像讀取裝置中，通過將由透明電極層的電阻成分及保護絕緣膜等的電容成分(靜電電容)之積規(guī)定的時間常數(shù)限定地設(shè)定在小于0.3微秒的數(shù)值范圍內(nèi)，從而，即使在將圖像讀取裝置適用于將人體等帶有極大(10至15kV)靜電的對象物設(shè)為對象物的指紋讀取裝置等的情況下，也可將施加于檢測面的靜電良好放電到地電位，故可良好防止或抑制光傳感器的元件破壞或系統(tǒng)發(fā)生誤操作。
在本實施形態(tài)的圖像讀取裝置中，不對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)附加特定結(jié)構(gòu)，僅通過控制透明電極層及保護絕緣膜等的膜質(zhì)(膜厚或成膜條件、材料組成等)，可較簡易且廉價地實現(xiàn)具有期望時間常數(shù)τ的結(jié)構(gòu)，故可提供良好適用于現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中且靜電去除功能好的圖像讀取裝置。
(靜電去除功能的實施形態(tài)2)下面，說明本發(fā)明實現(xiàn)靜電去除功能用結(jié)構(gòu)的實施形態(tài)2。
圖22是表示本發(fā)明實現(xiàn)靜電去除功能用結(jié)構(gòu)的實施形態(tài)2的示意結(jié)構(gòu)圖，圖23是表示本實施形態(tài)的圖像讀取裝置主要部分結(jié)構(gòu)的示意截面圖。另外，圖24A、B是表示本實施形態(tài)的其它結(jié)構(gòu)例的示意結(jié)構(gòu)圖。這里，適當(dāng)參照上述雙選通型光傳感器及光傳感器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進行說明。
如圖22、圖23所示，本實施形態(tài)的圖像讀取裝置向光傳感器陣列100的感光區(qū)域(陣列區(qū)域)AR外側(cè)延伸地形成結(jié)構(gòu)與上述實施形態(tài)1(參照圖18)一樣的光傳感器器件PD上形成的透明電極層430，在該透明電極層430的任意區(qū)域中設(shè)置電連接于透明電極層430及地電位的導(dǎo)電性部件FR。
這里，導(dǎo)電性部件FR不特別限定其設(shè)置區(qū)域，例如圖22、圖23所示，即使在被檢測體放置、接觸于作為透明電極層430的周邊部、作為不重疊于光傳感器陣列100的陣列區(qū)域AR上的區(qū)域、且透明電極層430上的檢測面DT的狀態(tài)下，也可在不直接接觸導(dǎo)電性部件FR的區(qū)域中形成被檢測體。即，導(dǎo)電性部件FR至少露出陣列區(qū)域AR地設(shè)置在陣列區(qū)域AR周圍的透明電極層430上。
另外，導(dǎo)電性部件FR通過從任意部位延伸的引出布線LNf，與絕緣性基板200的地電位連接，從而，將透明電極層430電連接于地電位。這里，作為構(gòu)成導(dǎo)電性部件FR的導(dǎo)電性材料，與構(gòu)成透明電極層430的ITO膜或氧化錫膜等相比，可良好采用電阻較小的良導(dǎo)體，例如，可良好采用從鉻、鋁或包含鉻的合金材料、包含鋁的合金材料的合金材料等中選擇的導(dǎo)電性材料。
其中，本實施形態(tài)的圖像讀取裝置中，透明電極層430的薄膜阻抗在不具有導(dǎo)電性部件FR的情況下，與上述實施形態(tài)1的形態(tài)相同，所以必需設(shè)為小于30Ω/□。另外，為了將透明電極層430的薄膜阻抗設(shè)定成大致小于30Ω/□，如上所述，雖也基于透明電極層430的成膜條件或材料組成等，但必需具有大致大于150nm(1500)的膜厚。但是，如上述實施形態(tài)1中所述，若將光傳感器陣列100上的透明電極層430或保護絕緣膜120等的膜厚形成得厚，則有可能使透明電極層430或保護絕緣膜120等的透光性惡化，使光傳感器器件的讀取靈敏度或精度惡化。
因此，在本實施形態(tài)中，在透明電極層430的周邊部設(shè)置由低阻抗材料構(gòu)成的導(dǎo)電性部件FR，電連接透明電極層430與導(dǎo)電性部件FR。從而，結(jié)合透明電極層430與導(dǎo)電性部件FR來構(gòu)成上述電阻成分，所以可實質(zhì)上降低透明電極層430的阻抗。
即，例如將透明電極層430的膜厚形成得較薄(例如50nm(500)左右)，即使在透明電極層430自己的阻抗變高的情況下，也可降低與低阻抗導(dǎo)電性部件FR結(jié)合的電阻成分R，可得到實質(zhì)上與將透明電極層430的薄膜阻抗大致設(shè)定在小于30Ω/□時一樣的電特性(放電特性)。
從而，通過在透明電極層430的周邊部，經(jīng)由良導(dǎo)體構(gòu)成的導(dǎo)電性部件FR及引出布線LNf連接于地電位，可將透明電極層430的薄膜阻抗設(shè)定為實質(zhì)上變?yōu)榈妥杩梗瑫r，將從透明電極層430經(jīng)導(dǎo)電性部件FR及引出布線LNf到達地電位的電流路徑中的電阻值整體設(shè)定得低，所以可較薄形成透明電極層430的膜厚。因此，即使在透明電極層430上的檢測面DT上放置、接觸人體等帶較高電壓(大于10至15kV)的靜電的被檢測體(手指等)時，也可從透明電極層430經(jīng)導(dǎo)電性部件FR及引出布線LNf良好放電到地電位，抑制過大電壓施加到光傳感器器件PD或流過過電流，并良好防止或抑制雙選通型光傳感器110的元件破壞或系統(tǒng)發(fā)生誤操作，同時，可良好確保光傳感器器件的讀取靈敏度或精度。
在本實施形態(tài)中，如圖22、圖23所示，說明將導(dǎo)電性部件FR形成于作為透明電極層430的周邊部、作為不重疊于光傳感器陣列100的陣列區(qū)域AR的區(qū)域、且被檢測體不直接接觸的區(qū)域中的情況，但本發(fā)明不限于此，例如圖24A、B所示，也可在被檢測體(例如手指FG)放置、接觸透明電極層430上的檢測面DT的狀態(tài)下，被檢測體接觸檢測面DT及導(dǎo)電性部件FR雙方。此時，最好在被檢測體接觸檢測面DT之前，適當(dāng)設(shè)定其設(shè)置區(qū)域或形狀，來接觸導(dǎo)電性部件FR。
根據(jù)具有這種結(jié)構(gòu)的圖像讀取裝置，當(dāng)將被檢測體放置、接觸透明電極層上的檢測面時，被檢測體接觸檢測面(透明電極層)，同時，或在接觸檢測面之前，被檢測體接觸低阻抗的導(dǎo)電性部件，所以可經(jīng)低阻抗的導(dǎo)電性部件及引出布線將被檢測體所帶靜電良好放電到地電位，可良好防止或抑制光傳感器的元件破壞或系統(tǒng)發(fā)生誤操作。
另外，在本實施形態(tài)中，僅說明了在向陣列區(qū)域AR周邊延伸形成的透明電極層430上層疊形成導(dǎo)電性部件FR的情況，但本發(fā)明不限于此，也可至少部分導(dǎo)電性部件FR電接觸透明電極層430。
(靜電去除功能的實施形態(tài)3)下面，說明本發(fā)明的實現(xiàn)靜電去除功能用結(jié)構(gòu)的實施形態(tài)3。
在本實施形態(tài)中，具有上述靜電去除功能實施形態(tài)1所示的、通過將時間常數(shù)設(shè)定在規(guī)定數(shù)值范圍內(nèi)來提高耐靜電電壓的結(jié)構(gòu)、和靜電去除功能實施形態(tài)2所示的、在透明電極層的周邊部設(shè)置低阻抗導(dǎo)電性部件、通過實質(zhì)上降低透明電極層的薄膜阻抗來提高耐靜電電壓的結(jié)構(gòu)。
具體而言，在實施形態(tài)2所示結(jié)構(gòu)(圖22、圖23)中，在延伸到光傳感器陣列100的陣列區(qū)域AR外側(cè)所形成的透明電極層430的周邊部，設(shè)置阻抗比該透明電極層430還低的導(dǎo)電性部件FR，同時，將該透明電極層430的薄膜阻抗(電阻成分)與保護絕緣膜129等形成的靜電電容(電容成分)所規(guī)定的時間常數(shù)τ的實質(zhì)數(shù)值設(shè)定為大致小于0.3微秒。
其中，在本實施形態(tài)的圖像讀取裝置中，如實施形態(tài)2所示，通過在透明電極層430的周邊部電連接阻抗比該透明電極層430還低的導(dǎo)電性部件FR，可整體降低從透明電極層430經(jīng)導(dǎo)電性部件FR及引出布線LNf到達地電位的電流路徑中的電阻值，故可得到與實質(zhì)將透明電極層430的薄膜阻抗設(shè)定得低的情況相等的效果。
由此，如實施形態(tài)1所示，因為可不進行使透明電極層430的膜厚變厚等膜質(zhì)的變更控制，將由透明電極層430的薄膜阻抗與基于保護絕緣膜120等的靜電電容之積規(guī)定的時間常數(shù)τ實質(zhì)設(shè)定得低，所以可如表1及圖21所示，實現(xiàn)耐靜電電壓的提高。因此，可通過較簡單的結(jié)構(gòu)來提供一種圖像讀取裝置，很薄地形成構(gòu)成檢測面的透明電極層的膜厚，同時，將其薄膜阻抗實質(zhì)設(shè)定得低，降低檢測面的時間常數(shù)，使靜電的放電特性提高，故在可良好防止或抑制光傳感器的元件破壞或系統(tǒng)發(fā)生誤操作的同時，可良好確保光傳感器器件的讀取靈敏度或精度。
在上述實施形態(tài)中，示出將雙選通型光傳感器適用為光傳感器系統(tǒng)中適用的傳感器的情況，但本發(fā)明中適用的傳感器不限于此，不用說，對于使用光二極管或TFT等其它結(jié)構(gòu)的光傳感器的光傳感器系統(tǒng)，也可同樣適用。
另外，在以上說明中，舉例示出手指作為被檢測體，并舉例示出指紋作為成為讀取對象的圖像，但本發(fā)明不限于此，也可以手指以外的人體特定部位或其它物體為檢測對象。另外，因為可得到良好的耐靜電電壓，所以可良好適用于具有上述易帶靜電性質(zhì)的被檢測體。

表權(quán)利要求
1.一種圖像讀取裝置，其特征在于，具備檢測面，放置被檢測體；傳感器陣列，排列多個傳感器，該傳感器讀取放置在所述檢測面上的所述被檢測體的圖像圖案；第1檢測電極，至少設(shè)置在所述傳感器陣列上部，具有所述檢測面；第2檢測電極，與所述第1檢測電極電絕緣地間隔設(shè)置；相對電極，經(jīng)層間絕緣膜，與所述第1檢測電極相對設(shè)置；信號電壓施加電路，向所述相對電極施加具有周期性變動的第1信號波形的信號電壓，經(jīng)所述層間絕緣膜，在所述第1檢測電極中激勵第2信號波形；和接觸檢測裝置，根據(jù)對應(yīng)于所述被檢測體接觸所述第1檢測電極及所述第2檢測電極雙方而在所述第2檢測電極中被激勵的第3信號波形狀態(tài)，判斷接觸所述檢測面的所述被檢測體是否是特定的被檢測體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像讀取裝置，其特征在于還具備驅(qū)動控制裝置，向所述傳感器陣列的各傳感器提供規(guī)定的驅(qū)動控制信號，進行讀取所述檢測面上放置的所述被檢測體的圖像圖案的圖像讀取動作。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的圖像讀取裝置，其特征在于所述驅(qū)動控制裝置根據(jù)所述接觸檢測裝置對所述被檢測體是否所述特定被檢測體的判斷結(jié)果，控制所述圖像讀取動作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像讀取裝置，其特征在于所述傳感器陣列的所述各傳感器是光傳感器，所述第1檢測電極及所述層間絕緣膜具有透光性。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的圖像讀取裝置，其特征在于所述第1檢測電極是經(jīng)所述層間絕緣膜設(shè)置在至少所述傳感器陣列感光面上部的透明導(dǎo)電膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的圖像讀取裝置，其特征在于所述透明導(dǎo)電膜由以銦錫氧化物為主的材料構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像讀取裝置，其特征在于所述第1檢測電極是設(shè)置在所述傳感器陣列上部的導(dǎo)電膜，所述第2檢測電極是接近該導(dǎo)電膜周圍的至少一部分設(shè)置的導(dǎo)電性部件。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的圖像讀取裝置，其特征在于所述導(dǎo)電性部件是包圍所述傳感器陣列周圍的導(dǎo)電性盒部件。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像讀取裝置，其特征在于所述特定被檢測體是人體，讀取該人體固有的圖像圖案。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像讀取裝置，其特征在于所述第1檢測電極和所述第2檢測電極以跨躍接觸所述被檢測體的方式配置。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像讀取裝置，其特征在于還具備振幅限制電路，規(guī)定所述第1檢測電路中激勵的所述第2信號波形的上限及下限的電壓值。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的圖像讀取裝置，其特征在于所述振幅限制電路具備至少設(shè)置在所述第1檢測電極和地電極間的反并聯(lián)二極管電路，根據(jù)構(gòu)成該反并聯(lián)二極管電路的各二極管的正向電壓，規(guī)定所述第1檢測電極中激勵的所述第2信號波形的上限及下限的電壓值。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像讀取裝置，其特征在于所述信號電壓施加電路向所述相對電極施加具有規(guī)定電壓振幅的、信號波形為周期脈沖狀的電壓成分。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像讀取裝置，其特征在于所述接觸檢測裝置根據(jù)所述第2檢測電極中激勵的所述第3信號波形的電壓振幅及電壓振幅的中心電壓值，判斷所述被檢測體是否是特定的被檢測體。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像讀取裝置，其特征在于所述接觸檢測裝置根據(jù)基于所述特定的被檢測體的電容成分及電阻成分被事先設(shè)定的閾值電壓、和所述第2檢測電極中激勵的所述第3信號波形的比較，判斷所述被檢測體是否是所述特定的被檢測體。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的圖像讀取裝置，其特征在于所述接觸檢測裝置當(dāng)所述閾值電壓包含于所述第2檢測電極中激勵的所述第3信號波形的電壓振幅范圍內(nèi)時，判斷為該被檢測體是所述特定的被檢測體。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的圖像讀取裝置，其特征在于所述閾值電壓被設(shè)定成至少在所述被檢測體未接觸所述檢測面的狀態(tài)下、比所述第2檢測電壓中激勵的所述第3信號波形的上限值高的電壓。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的圖像讀取裝置，其特征在于所述閾值電壓被設(shè)定成至少在所述被檢測體未接觸所述檢測面的狀態(tài)下、比所述第2檢測電壓中激勵的所述第3信號波形的下限值低的電壓。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的圖像讀取裝置，其特征在于所述接觸檢測裝置至少具備設(shè)定所述閾值電壓的閾值電壓設(shè)定電路；和比較所述閾值電壓與所述第3信號波形的比較電路。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的圖像讀取裝置，其特征在于所述接觸檢測裝置根據(jù)所述比較電路的比較結(jié)果，判斷所述閾值電壓是否包含于所述第3信號波形的電壓振幅范圍內(nèi)，在判斷為所述閾值電壓包含于所述第3信號波形的電壓振幅范圍內(nèi)時，輸出表示所述被檢測體是所述特定的被檢測體的接觸檢測信號。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的圖像讀取裝置，其特征在于所述第3信號波形是周期變動的波形，所述接觸檢測裝置具備檢測裝置，根據(jù)所述比較電路的比較結(jié)果，檢測所述第3信號波形是否通過了所述閾值電壓電平；和計數(shù)電路，計數(shù)所述第3信號波形通過所述閾值電壓電平的次數(shù)，當(dāng)所述計數(shù)電路的連續(xù)計數(shù)值超過事先設(shè)定的次數(shù)時，輸出表示所述被檢測體是所述特定被檢測體的接觸檢測信號。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像讀取裝置，其特征在于所述傳感器是光傳感器，具有夾持半導(dǎo)體層構(gòu)成的溝道區(qū)域而形成的源電極及漏電極；分別經(jīng)柵極絕緣膜形成于至少所述溝道區(qū)域上方及下方的第1柵電極和第2柵電極；向所述第1柵電極施加復(fù)位脈沖，初始化所述傳感器，并在向所述漏電極施加預(yù)充電脈沖后，通過向所述第2柵電極施加讀出脈沖，在從所述初始化終止開始到所述讀出脈沖施加為止的電荷積累期間，在所述溝道區(qū)域中積累對應(yīng)于照射光量的電荷，輸出對應(yīng)于積累電荷量的電壓，作為輸出電壓，根據(jù)基于所述預(yù)充電脈沖的信號電壓與所述輸出電壓之差，讀取放置在所述檢測面上的所述被檢測體的圖像圖案。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的圖像讀取裝置，其特征在于所述傳感器形成于具有透光性的絕緣性基板上，在該傳感器與所述絕緣性基板相對一側(cè)形成保護絕緣膜，所述層間絕緣膜包含所述保護絕緣膜及所述柵極絕緣膜。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的圖像讀取裝置，其特征在于在所述保護絕緣膜上形成透明導(dǎo)電膜，所述第1檢測電極是該透明導(dǎo)電膜。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的圖像讀取裝置，其特征在于所述相對電極是所述漏電極，由所述信號電壓施加電路施加到所述相對電極上的所述第1信號電壓是施加于所述漏極線上的脈沖電壓。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的圖像讀取裝置，其特征在于所述脈沖電壓是所述預(yù)充電脈沖。
27.根據(jù)權(quán)利要求22所述的圖像讀取裝置，其特征在于所述傳感器陣列至少具備連接于所述多個光傳感器的漏電極上的多個漏極線，所述相對電極是所述漏電極及所述漏極線，由所述信號電壓施加電路施加到所述相對電極上的所述第1信號電壓是施加于所述漏極線上的脈沖電壓。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的圖像讀取裝置，其特征在于所述脈沖電壓是所述預(yù)充電脈沖。
29.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像讀取裝置，其特征在于由所述檢測面與地電位間的電阻成分及附加于所述檢測面上的電容成分規(guī)定的時間常數(shù)被設(shè)定為0.3μsec或小于0.3μsec的值。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的圖像讀取裝置，其特征在于所述電阻成分包含所述第1檢測電極的電阻。
31.根據(jù)權(quán)利要求29所述的圖像讀取裝置，其特征在于所述電容成分包含經(jīng)所述層間絕緣膜相對的所述第1檢測電極與所述相對電極之間、及所述第1檢測電極與所述傳感器之間形成的靜電電容。
32.根據(jù)權(quán)利要求29所述的圖像讀取裝置，其特征在于所述時間常數(shù)被設(shè)定為0.25μsec或小于0.25μsec的值。
33.根據(jù)權(quán)利要求29所述的圖像讀取裝置，其特征在于所述電阻成分被設(shè)定為30Ω或小于30Ω的電阻值。
34.根據(jù)權(quán)利要求29所述的圖像讀取裝置，其特征在于所述電容成分被設(shè)定為10nF或小于10nF的電容值。
35.根據(jù)權(quán)利要求29所述的圖像讀取裝置，其特征在于所述傳感器陣列的所述各傳感器是光傳感器，具有規(guī)定的感光面，所述第1檢測電極是面積比該感光面的面積大、并經(jīng)所述層間絕緣膜設(shè)置在所述傳感器陣列感光面上部的透明導(dǎo)電膜。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的圖像讀取裝置，其特征在于在所述透明導(dǎo)電膜中至少去除對應(yīng)于所述感光面的區(qū)域的區(qū)域中，電連接設(shè)置電阻值比該透明導(dǎo)電膜的電阻值低的導(dǎo)電性部件。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的圖像讀取裝置，其特征在于所述電阻成分包含所述透明導(dǎo)電膜與所述導(dǎo)電部件形成的電阻。
38.根據(jù)權(quán)利要求36所述的圖像讀取裝置，其特征在于所述導(dǎo)電性部件由鉻、鋁、包含鉻的合金材料、包含鋁的合金材料之一的導(dǎo)電性材料構(gòu)成。
39.一種圖像讀取裝置的驅(qū)動方法，該裝置具備傳感器陣列，具備放置被檢測體的檢測面；和驅(qū)動控制裝置，讀取放置在所述檢測面上的所述被檢測體的圖像圖案，該方法包含如下步驟向相對電極施加具有周期性變動的第1信號波形的信號電壓，在所述第1檢測電極中激勵第2信號波形，該相對電極經(jīng)層間絕緣膜，與設(shè)置在所述傳感器陣列上部、具備所述檢測面的第1檢測電極相對設(shè)置；檢測基于所述被檢測體接觸所述第1檢測電極、和與該第1檢測電極電絕緣、間隔設(shè)置的第2檢測電極雙方而在所述第2檢測電極中激勵的第3信號波形；根據(jù)檢測到的所述第3信號波形的狀態(tài)，判斷接觸所述檢測面的所述被檢測體是否是特定的被檢測體；和當(dāng)判斷為所述被檢測體是所述特定被檢測體時，所述驅(qū)動控制裝置開始讀取圖像圖案。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的圖像讀取裝置的驅(qū)動方法，其特征在于判斷該被檢測體是否是特定的被檢測體的步驟包含比較步驟，對基于所述特定被檢測體的電容成分及電阻成分而事先設(shè)定的閾值電壓與所述第2檢測電極中激勵的所述第3信號波形進行比較。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的圖像讀取裝置的驅(qū)動方法，其特征在于比較所述閾值電壓與所述第3信號波形的步驟包含如下步驟判斷所述閾值電壓是否包含于所述第3信號波形的電壓振幅范圍內(nèi)；和在判斷為所述閾值電壓包含于所述第3信號波形的電壓振幅范圍內(nèi)時，判斷為該被檢測體是所述特定的被檢測體。
42.根據(jù)權(quán)利要求40所述的圖像讀取裝置的驅(qū)動方法，其特征在于比較所述第3信號波形與所述閾值電壓的步驟包含如下步驟檢測所述第3信號波形是否通過了所述閾值電壓電平；和計數(shù)所述第3信號波形通過所述閾值電壓電平的次數(shù)，在連續(xù)計數(shù)值超過事先設(shè)定的次數(shù)時，判斷為該被檢測體是所述特定的被檢測體。
43.根據(jù)權(quán)利要求40所述的圖像讀取裝置的驅(qū)動方法，其特征在于所述閾值電壓被設(shè)定成至少在所述被檢測體未接觸所述檢測面的狀態(tài)下、比所述第2檢測電壓中激勵的所述第3信號波形的上限值高的電壓。
44.根據(jù)權(quán)利要求40所述的圖像讀取裝置的驅(qū)動方法，其特征在于所述閾值電壓被設(shè)定成至少在所述被檢測體未接觸所述檢測面的狀態(tài)下、比所述第2檢測電壓中激勵的所述第3信號波形的下限值低的電壓。
全文摘要
本發(fā)明提供一種讀取被檢測體的圖像圖案的圖像讀取裝置，能良好檢測放置、接觸在檢測面的特定的被檢測體的接觸狀態(tài)，具備檢測面，放置被檢測體；傳感器陣列，排列多個傳感器，該傳感器讀取放置在檢測面上的被檢測體的圖像圖案；第1檢測電極，至少設(shè)置在傳感器陣列上部，具有檢測面；第2檢測電極，與第1檢測電極電絕緣、間隔設(shè)置；相對電極；信號電壓施加電路，在第1檢測電極中激勵第2信號波形；和接觸檢測裝置，根據(jù)對應(yīng)于被檢測體接觸第1檢測電極及第2檢測電極雙方而在第2檢測電極中激勵的第3信號波形狀態(tài)，判斷被檢測體接觸檢測面的狀態(tài)，根據(jù)接觸檢測裝置的判斷結(jié)果，進行讀取所述被檢測體的圖像圖案的動作。
文檔編號G06K9/00GK1476236SQ0315247
公開日2004年2月18日 申請日期2003年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月31日
發(fā)明者中村善亮, 宮川達也, 森川茂, 飯浜智美, 也, 美 申請人:卡西歐計算機株式會社