JP4831456B2 - 画像読取装置 - Google Patents
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Description
図22は、従来技術における指紋読取装置を搭載した携帯型の電子機器(携帯電話機)の一例を示す概略構成図である。
例えば、特許文献2には、バックライトを備えた液晶表示パネル(画像表示パネル)上にプリズムを設けて、指紋画像(被写体画像)をフォトセンサ(指紋読取センサ)に導くようにした構成が記載されており、また、特許文献3には、液晶表示パネルの各表示画素内に、画素トランジスタ(TFT)とともに、フォトダイオードを内蔵するようにした構成が記載されている。
すなわち、上述した特許文献1等に記載された構成においては、電子機器の装置規模が増大してしまい、携帯型の電子機器に対する小型化、軽量化、薄型化等の要望に十分応えることができないという問題があった。
そのため、電子機器の既存の筐体において、個人認証機能を搭載するために指紋読取センサを小型化した場合には、指紋画像の良好な読み取りが困難となり、認証精度が低下するという問題があった。
請求項3記載の発明は、請求項1記載の画像読取装置において、前記画像読取手段は、前記複数の読取画素が、前記行方向に交互に配置されて前記列方向に配列された千鳥配列構造を有するように配列されていることを特徴とする。
請求項5記載の発明は、請求項3又は4記載の画像読取装置において、前記画像読取手段は、前記列方向に千鳥配列構造を有するように配列された前記複数の読取画素が、当該列の左列と右列で素子構造が左右対称となるように形成されていることを特徴とする。
請求項7記載の発明は、請求項3記載の画像読取装置において、前記画像読取手段は、少なくとも各行の前記複数の読取画素が前記行方向に配設された直線状の配線パターンを有する信号線により接続されていることを特徴とする。
請求項15記載の発明は、請求項1乃至13記載の画像読取装置において、前記画像表示手段は、少なくとも、発光素子を含む前記表示画素を二次元配列した自己発光型の表示パネルを備えていることを特徴とする。
したがって、センサアレイ(画像読取部)の背面側に配置された画像表示部の画素アレイに規則的に設けられたブラックマトリクスに対して、行方向又は列方向のうち、少なくとも一方向に配列されるフォトセンサの配置数を低減することができるので、画素アレイのブラックマトリクスにおける規則的な格子構造と、センサアレイにおけるフォトセンサの規則的な配列構造との間の光の干渉に起因するモアレ縞の発生を抑制することができ、画像表示部(画素アレイ)に表示された画像情報の表示品位の劣化を改善することができる。
<全体構成>
まず、本発明に係る画像読取装置の全体構成について簡単に説明する。
図1は、本発明に係る画像読取装置の一実施形態を示す全体構成図である。ここで、図1(a)は、本実施形態に係る画像読取装置の全体構成を示す概略斜視図であり、図1(b)は、画像読取装置の全体構成を示す概略断面図である。
<画像表示部>
図2は、本実施形態に係る画像読取装置に適用される画像表示部の一構成例を示す要部構成図であり、図3は、本実施形態に係る画像表示部に適用されるブラックマトリクスの一例を示す概略構成図である。ここでは、本実施形態に適用される画像表示部として、周知のアクティブマトリクス型の駆動方式に対応した表示画素構造及びドライバ構造を備える場合について説明する。
図4は、本実施形態に係る画像読取装置に適用される画像読取部の一構成例を示す要部構成図である。
図4に示すように、本実施形態に係る画像読取部(指紋読取センサ)100は、大別して、多数のフォトセンサ(読取画素;後述するダブルゲート型フォトセンサ)PS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透過型のフォトセンサアレイ(センサアレイ、読取画素アレイ)140Pと、各フォトセンサPSのトップゲート端子TGを行方向に接続して伸延するトップゲートラインLtと、各フォトセンサPSのボトムゲート端子BGを行方向に接続して伸延するボトムゲートラインLbと、各フォトセンサPSのドレイン端子Dを列方向に接続して伸延するドレインライン(データライン)Ldと、ソース端子Sを所定の低電位電圧(例えば、接地電位)Vssに共通に接続するソースライン(コモンライン)Lsと、各トップゲートラインLtに接続されたトップゲートドライバ120Tと、各ボトムゲートラインLbに接続されたボトムゲートドライバ120Bと、各ドレインラインLdに接続されたドレインドライバ130Dと、を有して構成されている。ここで、トップゲートドライバ120T及びボトムゲートドライバ120Bは、図1に示した走査ドライバ120に対応し、ドレインドライバ130Dは、読出ドライバ130に対応する。
図5は、本実施形態に係る画像読取部に適用可能なフォトセンサの素子構造を示す概略断面図である。ここで、図5(a)は、本実施形態に係るフォトセンサの一構成例を示す概略平面図であり、図5(b)は、フォトセンサのB−B断面における概略断面図である。なお、図5(a)においては、図示の都合上、各層の絶縁膜を省略するとともに、フォトセンサの主要な構成のみを示し、さらに、透明なトップゲート電極及びトップゲートラインを介して透視される、下層の各構成(ドレイン、ソース電極及び半導体層)を実線で示した。また、フォトセンサの構成を明瞭にするために、ドレイン、ソース電極及び半導体層にハッチングを施した。
図6は、本実施形態に係る画像読取部に適用可能なトップゲートドライバ又はボトムゲートドライバの一構成例を示す概略ブロック図である。ここで、トップゲートドライバ120T及びボトムゲートドライバ120Bは、略同等の構成を有しているので、以下の説明においては、主に、トップゲートドライバを例にして構成を説明する。
図7は、本実施形態に係る画像読取部に適用可能なドレインドライバの一構成例を示す概略ブロック図である。
ドレインドライバ130Dは、例えば、図7に示すように、概略、図示を省略したシステムコントローラ等からドレイン制御信号として供給されるスタート信号STd、基準クロック信号CKd、出力イネーブル信号OEd等に基づいて、スタート信号STdを基準クロック信号CKdに基づくタイミングで順次次段へシフトしつつ、出力イネーブル信号OEd等に基づくタイミングで各ドレインラインLdに対応するシフト信号SD1、SD
S2、・・・SDmとして出力するシフトレジスタ回路部131と、ドレイン制御信号として供給されるプリチャージ信号φpgに基づくタイミング(後述するプリチャージ期間)で、各ドレインラインLdに所定のプリチャージパルス(プリチャージ電圧Vpg)を一斉に印加するプリチャージ回路部135と、ドレイン制御信号として供給されるサンプリング信号φsrに基づくタイミング(後述する読み出し期間)で、各ドレインラインLdを介して各フォトセンサPSに蓄積されたキャリヤに対応するドレイン電圧VD(データ電圧Vrd)を並列的に読み出して保持するサンプリング回路部134と、該サンプリング回路部134により読み出された(保持された)ドレインライン電圧VDを所定の信号レベルに増幅するソースフォロワ回路部133と、上記シフトレジスタ回路部131から順次出力されるシフト信号SD1、SD2、・・・SDmに基づくタイミングで、ソースフォロワ回路部1D3から出力されるデータ電圧を時系列的に取り出してシリアル信号に変換し、読取データ信号Vdataとして出力するパラレル−シリアル変換回路部132と、を有して構成されている。
次いで、上述した画像読取部(フォトセンサアレイ)の駆動制御方法について、図面を参照して簡単に説明する。
図8は、本実施形態に係る画像読取部(フォトセンサアレイ)における駆動制御方法の一例を示すタイミングチャートである。また、図9は、本実施形態に係る画像読取部を指紋読取センサに適用した場合の指紋画像の読み取り動作を示す概念図である。ここで、図9においては、図示の都合上、フォトセンサアレイ140Pの断面部分を表すハッチングの一部を省略する。
図8に示すように、まず、リセット期間Trstにおいては、トップゲートドライバ120TによりトップゲートラインLtを介して、i行目(iは1≦i≦nの任意の自然数)のフォトセンサPSのトップゲート端子TGにリセットパルス(例えば、トップゲート電圧(=リセットパルス電圧)Vtg=+15Vのハイレベル)φTiを印加して、半導体層11に蓄積されているキャリヤ(ここでは、正孔)を放出するリセット動作(初期化動作)を実行する。
次に、上述したような構成を有する画像読取部に適用されるセンサアレイの第1の実施形態について、図面を参照して説明する。
図10は、本発明に係る画像読取装置に適用される画像読取部のセンサアレイの第1の実施形態を示す概略図であり、図11は、本実施形態に係るセンサアレイとの比較のための、通常のマトリクス配列構造を有するセンサアレイを示す概略図である。また、図12は、本発明に係る画像読取装置に適用される画像読取部のセンサアレイの第1の実施形態の他の例を示す概略図である。
すなわち、各行のフォトセンサPSが奇数列と偶数列との間で、列方向(y方向)に半ピッチ分(=30μm;行間ピッチの半ピッチ分にも相当する)だけシフトして、上下交互に配置された千鳥配列構造を有している。
図1に示したような画像表示部の視野側に透過型の画像読取部を配置した構成において、まず、画像表示部200の画素アレイ250に、図3に示したように、遮光性のブラックマトリクスBMが格子状に設けられ、また、画像読取部100のセンサアレイ140に、図11に示したように、遮光性の領域を有するフォトセンサPSが通常のマトリクス配列された構成について検討する。
次に、本発明に係る画像読取部に適用されるセンサアレイの第2の実施形態について、図面を参照して説明する。
図13は、本発明に係る画像読取装置に適用される画像読取部のセンサアレイの第2の実施形態を示す概略図であり、図14は、本実施形態に係るセンサアレイにおけるフォトセンサの配列構造を説明するための概念図である。
次に、本発明に係る画像読取部に適用されるセンサアレイの第3の実施形態について、図面を参照して説明する。
まず、上述した第1及び第2の実施形態に係るセンサアレイに適用される信号線の接続構造について検討する。
次いで、本実施形態に係る画像読取部における画像読取エリア(検知エリア)と、画像表示部における画像表示エリアとの関係について、図面を参照して説明する。
図20は、本実施形態に係る画像読取部における画像読取エリア(画像読取領域)と、画像表示部における画像表示エリア(画像表示領域)との関係を示す概念図である。なお、図20においては、画像読取エリアを明確にするために便宜的にハッチングを施した。
次に、本発明に係る画像読取装置の他の実施形態について説明する。
図21は、本発明に係る画像読取装置の他の実施形態を示す全体構成図である。ここで、図21(a)は、本実施形態に係る画像読取装置の全体構成を示す概略斜視図であり、図21(b)は、画像読取装置の全体構成を示す概略断面図である。なお、上述した実施形態に示した全体構成と同等の構成については、同一又は同等の符号を付してその説明を簡略化又は省略する。
110 絶縁性基板
120 走査ドライバ
130 読出ドライバ
140 センサアレイ
200 画像表示部
210 絶縁性基板
220 対向基板
230 表示駆動ドライバ
250 画素アレイ
300 バックライト
PS フォトセンサ
Px 液晶画素
PTp 素子間ピッチ
PTc 行間ピッチ
PTr 列間ピッチ
Claims (15)
- 特定の画像領域に所望の画像情報を表示する画像表示機能と、前記特定の画像領域に載置された所望の被写体の画像を読み取る画像読取機能と、を備えた画像読取装置において、
前記画像情報に応じた階調の光を視野側に放射する複数の表示画素の各々が、第1の基板上に、第1の方向及び該第1の方向に直交する第2の方向にマトリクス状に規則的に配列された表示画素アレイと、前記各表示画素間に格子状に形成された遮光性を有するブラックマトリクスと、を備えた画像表示手段と、
透過性を有し、前記被写体の画像を読み取る複数の読取画素の各々が、第2の基板上に、行方向及び列方向沿って二次元配列され、少なくとも前記行方向又は前記列方向に千鳥配列された構造を有する読取画素アレイを備えた画像読取手段と、
を具備し、
前記画像表示手段の前記視野側に、前記画像読取手段が、前記行方向が前記第1の方向と平行となり、前記列方向が前記第2の方向と平行となるように積層配置されるとともに、前記表示画素アレイにより規定される画像表示領域に平面的に重なるように、前記読取画素アレイにより規定される画像読取領域が設定されていることを特徴とする画像読取装置。 - 前記画像読取手段は、前記複数の読取画素が、前記列方向に交互に配置されて前記行方向に配列された千鳥配列構造を有するように配列されていることを特徴とする請求項1記載の画像読取装置。
- 前記画像読取手段は、前記複数の読取画素が、前記行方向に交互に配置されて前記列方向に配列された千鳥配列構造を有するように配列されていることを特徴とする請求項1記載の画像読取装置。
- 前記画像読取手段は、前記複数の読取画素が、前記列方向に交互に配置されて前記行方向に配列された千鳥配列構造を有し、且つ、前記行方向に交互に配置されて前記行方向に配列された千鳥配列構造を有するように配列されていることを特徴とする請求項1記載の画像読取装置。
- 前記画像読取手段は、前記列方向に千鳥配列構造を有するように配列された前記複数の読取画素が、当該列の左列と右列で素子構造が左右対称となるように形成されていることを特徴とする請求項3又は4記載の画像読取装置。
- 前記画像読取手段は、少なくとも各列の前記複数の読取画素が前記列方向に配設された直線状の配線パターンを有する信号線により接続されていることを特徴とする請求項2又は5記載の画像読取装置。
- 前記画像読取手段は、少なくとも各行の前記複数の読取画素が前記行方向に配設された直線状の配線パターンを有する信号線により接続されていることを特徴とする請求項3記載の画像読取装置。
- 前記画像読取手段における前記複数の読取画素の、前記行方向に配列された千鳥配列構造は、前記行方向の1読取画素おきに、前記読取画素間の前記列方向の配置間隔の1/2だけ、前記読取画素を前記列方向にずらして配置した構造を有し、 前記列方向に配列された千鳥配列構造は、前記列方向の1読取画素おきに、前記読取画素間の前記列方向の配置間隔の1/2だけ、前記読取画素を前記行方向にずらして配置した構造を有することを特徴とする請求項2乃至7のいずれかに記載の画像読取装置。
- 前記画像読取手段は、前記画像表示手段から放射され、該画像読取手段を透過し、前記画像読取領域上に設けられた検知面に載置された前記被写体に反射した光を、前記読取画素により受光して、前記被写体画像を読み取ることを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の画像読取装置。
- 前記読取画素は、透過性を有する前記第2の基板上に、半導体層からなるチャネル領域を挟んで形成された透過性を有する電極材料からなるドレイン電極及びソース電極と、前記チャネル領域の上方に透過性を有する絶縁膜を介して形成された、透過性を有する電極材料からなる第1のゲート電極と、前記チャネル領域の下方に透過性を有する絶縁膜を介して形成された、遮光性を有する電極材料からなる第2のゲート電極と、前記第1のゲート電極の上方に透過性を有する絶縁膜を介して形成され、前記被写体が載置される前記検知面と、を有するダブルゲート型の薄膜トランジスタ構造を有するフォトセンサであることを特徴とする請求項1記載の画像読取装置。
- 前記画像読取手段は、少なくとも各列の前記複数の読取画素が前記列方向に配設された直線状の配線パターンを有する信号線により接続されており、
前記画像読取手段における前記列方向に配設された直線状の配線パターンを有する信号線は、前記各列の前記複数の読取画素を構成する前記フォトセンサの前記ドレイン電極相互、及び、前記ソース電極相互を、各々個別に接続する信号線であることを特徴とする請求項10記載の画像読取装置。 - 前記画像読取手段は、少なくとも各列の前記複数の読取画素が前記行方向に配設された直線状の配線パターンを有する信号線により接続されており、
前記画像読取手段における前記行方向に配設された直線状の配線パターンを有する信号線は、前記各列の前記複数の読取画素を構成する前記フォトセンサの前記第1のゲート電極相互、及び、前記第2のゲート電極相互を、各々個別に接続する信号線であることを特徴とする請求項10記載の画像読取装置。 - 前記画像読取装置は、前記画像読取領域が前記画像表示領域に含まれるように、平面的な広がりが設定されていることを特徴とする請求項1乃至12記載の画像読取装置。
- 前記画像表示手段は、少なくとも、面光源を構成し、特定の一面方向に光を放射する発光手段と、前記発光手段の前記一面側に配置され、液晶画素を二次元配列した透過型の液晶表示パネルと、を備えていることを特徴とする請求項1乃至13記載の画像読取装置。
- 前記画像表示手段は、少なくとも、発光素子を含む前記表示画素を二次元配列した自己発光型の表示パネルを備えていることを特徴とする請求項1乃至13記載の画像読取装置。
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