JP2001119008A

JP2001119008A - 撮像装置

Info

Publication number: JP2001119008A
Application number: JP29739599A
Authority: JP
Inventors: Hiroyasu Yamada; 裕康山田
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 1999-10-19
Filing date: 1999-10-19
Publication date: 2001-04-27
Anticipated expiration: 2019-10-19
Also published as: JP4479024B2

Abstract

(57)【要約】【課題】微細なパターンを有する撮像対象物を撮像可
能な撮像装置を提供する。【解決手段】光源１００は、撮像対象物の撮像時に発
光し、撮像対象物中に光を入射させる。画像認証部２０
０は、撮像対象物中を伝搬し、撮像対象物から出射した
光を受光する。そして、画像認証部２００は、受光した
光量に応じた電気信号（例えば、電流）を発生させ、そ
の電流の大きさを測定することによって、撮像対象物を
撮像する。支持台３００は、光源１００と画像認証部２
００との間に設けられ、光源１００から出射した光が画
像認証部２００に直接入射することを防止し、撮像対象
物から出射した光を画像認証部２００に入射させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、撮像装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】フォトセンサシステム（撮像装置）に
は、複数のフォトセンサ（受光素子）がマトリックス状
に配置され、フォトセンサとしてフォトダイオードが用
いられている。

【０００３】上記したようなフォトセンサは、光を照射
されることによって電荷を発生させる。また、その電荷
量は照射された光の量によって変化するため、フォトセ
ンサが発生させた電荷量を測定することによって光量を
知ることができる。上記フォトセンサシステムの動作時
には、フォトセンサシステムに隣接して設けられた水平
走査回路及び垂直走査回路によって、フォトセンサシス
テムに走査電圧が印加される。これにより、各フォトセ
ンサの電荷量を検出し、照射光の光量を検出し、撮像を
行っている。

【０００４】上記以外にも、ＣＣＤやＣＭＯＳをフォト
センサとして用いた撮像装置がある。ＣＣＤやＣＭＯＳ
も、照射された光の光量に応じて電荷を発生させる。こ
のため、このような撮像装置の動作時にも、隣接して設
けられた水平走査回路及び垂直走査回路等から電圧が印
加される。これによって、各フォトセンサの電荷量を検
出し、照射光の光量を検出している。

【０００５】また、撮像対象物が有する表面の凹凸を検
知するために、静電容量方式を用いた撮像装置がある。
このような撮像装置は、例えば２枚の金属膜で柔軟な緩
衝剤を挟んだコンデンサを備えている。撮像時には、こ
のコンデンサに撮像対象物の凸部が接触することによっ
て２枚の金属膜の間隔が変化し、コンデンサの容量が変
化する。そして、この容量変化を検出することによって
撮像対象物を撮像している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記ＣＣＤ、
又は、ＣＭＯＳ等を用いた撮像装置は、フォトセンサと
フォトセンサを駆動するための回路とが、互いに隣接し
て設けられているため、撮像装置を１チップ状に形成し
ようとした場合は、チップの面積が大きくなってしま
う。即ち、撮像装置が大型化するという問題がある。ま
た、静電容量方式を用いた撮像装置は、撮像対象物の凸
部によって変化した容量を検出して撮像するため、例え
ば指紋のように柔らかく、且つ微細なパターンを有する
撮像対象物の像を鮮明に得ることができない場合がある
という問題がある。

【０００７】従って、本発明は、小型で微細なパターン
を有する撮像対象物の像を鮮明に得ることが可能な撮像
装置を提供することを目的とする。また、本発明は、１
チップ状に形成された小型な撮像装置を提供することを
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明にかかる撮像装置は、撮像対象物中に光を入
射する発光手段と、前記撮像対象物中を伝搬して該撮像
対象物から出射した光を受光し、受光した光量に応じた
電気信号を発生させる光電変換手段と、前記光電変換手
段の下方に設けられ、前記光電変換手段が発生させた電
気信号を検出することによって撮像対象物を撮像する制
御手段と、を備えることを特徴とする。この発明によれ
ば、撮像対象物中を伝搬し、撮像対象物から出射した光
（出射光）を使用して撮像している。撮像対象物が、例
えば微細な凹凸パターン又は白黒パターンを有していて
も、その凹凸又は白黒によって出射光の量が変わる。こ
のため、撮像対象物が微細なパターンを有していても、
撮像対象物の像を鮮明に得ることができる。そして制御
手段を光電変換手段の下方に設けたので装置を小型にで
きる。

【０００９】前記光電変換手段及び前記制御手段は、１
チップ状に積層されていてもよい。前記光電変換手段
は、ソース電極と、ドレイン電極と、ソース電極及びド
レイン電極を挟んで対向するように設けられた２つのゲ
ート電極と、を備え、該ソース電極及びドレイン電極の
一方が定電圧に設定され、マトリックス状に配置された
複数のダブルゲートトランジスタを備え、前記制御手段
は、複数の前記ダブルゲートトランジスタの一方のゲー
ト電極に、行毎に所定の電圧を印加する第１ドライバ回
路と、複数の前記ダブルゲートトランジスタの他方のゲ
ート電極に、行毎に所定の電圧を印加する第２ドライバ
回路と、前記ダブルゲートトランジスタのソース電極及
びドレイン電極の一方に所定の電圧を印加する第３ドラ
イバ回路と、前記第１ドライバ回路、前記第２ドライバ
回路、及び、前記第３ドライバ回路を制御することによ
って撮像対象物を撮像する制御回路と、を備えてもよ
い。

【００１０】前記光電変換手段が形成されている面積
と、前記制御手段が形成されている面積とは、実質的に
同一であってもよい。前記発光手段は、撮像対象物が前
記光電変換手段上に接触した際、該撮像対象物の側面に
接触するように、該光電変換手段上に設けられていても
よい。前記発光手段は、前記光電変換手段と共に撮像対
象物を挟むように、該光電変換手段に対向する位置に設
けられていてもよい。前記発光手段と前記光電変換手段
との間に設けられ、該発光手段から放出された光が該光
電変換手段に直接入射することを防止し、前記撮像対象
物から出射した光を該光電変換手段に入射させる遮蔽手
段をさらに備えていてもよい。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態にかか
る撮像装置について図面を参照して説明する。本発明の
実施の形態にかかる撮像装置は、例えば図１に示すよう
に、指紋認証装置として使用される。なお、図１は、上
記撮像装置が撮像対象物である指紋を撮像している状態
を示している。図１に示すように、撮像装置は、光源１
００と、画像認証部２００と、支持台３００と、から構
成されている。

【００１２】光源１００は、撮像対象物（指）が図１に
示すように撮像装置の表面に接触した時、撮像対象物の
側面に接触するように配置されている。光源１００から
出射した光は、図１中の矢印で示したように指中（具体
的には、指の表皮中）を伝搬する。そして、その光の一
部は、撮像対象物から画像認証部２００に入射する。

【００１３】指を支持する支持台３００は、上面の周囲
に指の外周に沿った形状の光源１００を載置し、さらに
光源１００の内周にあたる上面には、僅かに離間した複
数の電極を有し、指が電極間を跨るように接触すること
により電極間に発生する電気的変位、例えば電圧を読み
取って検知するセンサ３００Ａを備え、センサが検知す
ると検知信号を画像認証部２００に出力する。また支持
台３００のセンサ３００Ａの内周には開口部３００Ｂが
設けられており、また支持台３００の下面には、開口部
３００Ｂと重なるように画像認証部２００が設けられ、
指をセンサ３００Ａに接触するように載置すると、指の
先端の指紋にあたるところが開口部３００Ｂで囲まれた
空間を介して画像認証部２００に接触するように設定さ
れている。また、支持台３００は光源１００から出射し
た光が画像認証部２００に直接入射することを防止する
ように光源１００からの光に対し遮光性を示し、撮像対
象物中を伝搬した光のみが開口部３００Ｂで囲まれた空
間を介して画像認証部２００に入射するような構造にな
っている。なお、支持台３００の材質は、光源１００か
らの光を遮断できるものであれば、例えばゴム等の絶縁
物でもよい。

【００１４】画像認証部２００は、指がセンサ３００Ａ
に接触すると出力される検知信号の入力に応じて、光源
１００が発光を開始するように所定の信号を光源１００
に出力するとともに、光源１００からの光に応じてパタ
ーニングされる指の画像を認証する。指等の撮像対象物
はその表面に凹凸を有しているため、撮像対象物の表面
には、画像認証部２００に接触している部分と接触して
いない部分とが存在する。撮像対象物が画像認証部２０
０に接している部分では、撮像対象物から出射した光が
画像認証部２００に直接入射し、この光を受光素子が検
知する。一方、撮像対象物が画像認証部２００に接触し
ていない部分では、撮像対象物と画像認証部２００との
間に撮像対象物より屈折率の低い空気が存在しているた
めに撮像対象物から光があまり出射しないため、その下
方にある受光素子は光を十分検知しない。このように撮
像対象物から画像認証部２００に入射する光の量に差が
生じ、画像認証部２００は、この光量の差を検出するこ
とによって撮像対象物を撮像する。なお、画像認証部２
００の詳しい構造及び動作については後述する。

【００１５】次に、上記画像認証部２００の構成につい
て説明する。図２（ａ）及び図２（ｂ）は、画像認証部
２００の構成を示す平面図である。なお、画像認証部２
００は２層から構成されており、図２（ａ）は第１層２
００Ａの構成を示しており、図２（ｂ）は第２層２００
Ｂの構成を示している。図２（ａ）に示すように、第１
層２００Ａは、ダブルゲートトランジスタがマトリック
ス状に配置された２次元ダブルゲートセンサ（ダブルゲ
ート構造ＴＦＴ（Thin Film Transistor）フォトセン
サ）が設けられている。

【００１６】具体的には、２次元ダブルゲートセンサ
は、図２（ａ）に示すように、絶縁性基板２１１と、ト
ップゲート電極線２１２と、ボトムゲート電極線２１３
と、データ線２１４と、マトリクス状に配置された複数
のダブルゲートトランジスタ２１５と、から構成されて
いる。絶縁性基板２１１は、例えば第２層２００Ｂ上に
ＣＶＤ（化学気相堆積）法等によって形成された酸化シ
リコン膜等である。即ち、絶縁性基板２１１は、トップ
ゲート電極線２１２、ボトムゲート電極線２１３、デー
タ線２１４、及び、ダブルゲートトランジスタ２１５
と、第２層２００Ｂとの間に形成され、層間絶縁膜とし
ての役割を果たす。また、絶縁性基板２１１は、複数の
コンタクトプラグ（図示せず）を有し、トップゲート電
極線２１２、ボトムゲート電極線２１３、及び、データ
線２１４と第２層２００Ｂとを電気的に接続する。

【００１７】ダブルゲートトランジスタ２１５は、トッ
プゲート電極線２１２及びボトムゲート電極線２１３
と、データ線２１４との交点に相当する位置の、トップ
ゲート電極線２１２とボトムゲート電極線２１３との間
に形成され、例えば図３に示すように構成されている。
図３に示すように、ダブルゲートトランジスタ２１５
は、絶縁性基板２１１上に形成されたボトムゲート電極
（ＢＧ）２３１と、ボトムゲート電極２３１を覆うよう
に形成されたボトムゲート絶縁膜２３２と、ボトムゲー
ト絶縁膜２３２上に設けられた半導体層２３３と、半導
体層２３３の上面中央に設けられたブロッキング層２４
０と、半導体層２３３の両端にそれぞれ設けられたｎ^＋
シリコン層２３６と、ｎ^＋シリコン層２３６上にそれぞ
れ設けられたソース電極（Ｓ）２３４及びドレイン電極
（Ｄ）２３５と、ソース電極（Ｓ）２３４及びドレイン
電極（Ｄ）２３５を覆うように設けられたトップゲート
絶縁膜２３７と、トップゲート絶縁膜２３７上に設けら
れたトップゲート電極（ＴＧ）２３８と、その上に設け
られたオーバーコート膜２３９と、から構成されてい
る。

【００１８】トップゲート電極線２１２は、トップゲー
ト絶縁膜２３７上に所定間隔で行方向に複数形成され、
各々が行方向に揃った複数のダブルゲートトランジスタ
２１５のトップゲート電極２３８に接続されている。ボ
トムゲート電極線２１３は、絶縁性基板２１１上に所定
間隔で行方向に複数形成され、各々が行方向に揃った複
数のダブルゲートトランジスタ２１５のボトムゲート電
極２３１に接続されている。データ線２１４は、トップ
ゲート電極線２１２及びボトムゲート電極線２１３にほ
ぼ直交するように、即ち列方向に所定間隔で複数形成さ
れ、各々が列方向に揃った複数のダブルゲートトランジ
スタ２１５のドレイン電極２３５に接続されている。

【００１９】ボトムゲート電極２３１は、約１００ｎｍ
の厚さのクロムやアルミニウム等の可視光に対し遮光性
の導電物からなり、ボトムゲート電極線２１３に接続さ
れている。ボトムゲート絶縁膜２３２は、窒化シリコン
（ＳｉＮ）等から形成され、ボトムゲート電極２３１を
覆うように絶縁性基板２１１上に形成されている。ま
た、ボトムゲート絶縁膜２３２の厚さは約２５０ｎｍで
ある。半導体層２３３は、約５０ｎｍの厚さを有し、ボ
トムゲート絶縁膜２３２上の、ボトムゲート電極２３１
と対向する位置に形成されている。なお、半導体層２３
３は、ｉ型アモルファス・シリコン（ｉ−ａ−Ｓｉ）か
ら形成されている。

【００２０】ソース電極２３４及びドレイン電極２３５
は、約５０ｎｍの厚さを有し、半導体層２３３を挟み、
さらに半導体層２３３上に所定の間隔を隔てて相対向す
るように形成されている。なお、ソース電極２３４及び
ドレイン電極２３５は、それぞれリン等のドーパントが
拡散されたアモルファスシリコンから形成されたｎ⁺シ
リコン層２３６を介して半導体層２３３上に接続されて
いる。また、ソース電極２３４は接地されており、ドレ
イン電極２３５はデータ線２１４に接続されている。な
お、ｎ^＋シリコン層２３６の厚さは約２５ｎｍであり、
ソース電極２３４とドレイン電極２３５との間隔は約７
μｍである。

【００２１】トップゲート絶縁膜２３７及びブロッキン
グ層２４０は、透明な窒化シリコン等から形成され、半
導体層２３３、ソース電極２３４、及び、ドレイン電極
２３５上に形成されている。なお、トップゲート絶縁膜
２３７並びにブロッキング層２４０の厚さはそれぞれ約
１５０ｎｍ、１００ｎｍである。

【００２２】トップゲート電極２３８は、透明な導電性
材料（例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide））から形成さ
れ、トップゲート絶縁膜２３７上の、ボトムゲート電極
２３１に相対向する位置に形成されている。また、トッ
プゲート電極２３８は、約５０ｎｍの厚さを有し、トッ
プゲート電極線２１２に接続されている。トップゲート
電極２３８は、後述するように電子−正孔対の発生を誘
起するために半導体層２３３のチャンネル領域のみでな
く、図３に示すように、ｎ⁺シリコン層２３６上部も覆
う大きさに形成することが望ましい。

【００２３】オーバーコート膜２３９は、透明な窒化シ
リコン等から形成され、トップゲート電極２３８を覆う
ようにトップゲート絶縁膜２３７上に形成されている。
これによって、ダブルゲートトランジスタ２１５が保護
される。なお、オーバーコート膜２３９の厚さは約２０
０ｎｍである。図４（ａ）〜（ｄ）は、ダブルゲートト
ランジスタ１０の駆動原理を示す模式図である。

【００２４】チャネル長方向の半導体層２３３の両端部
は、それぞれソース電極２３４、ドレイン電極２３５を
介してトップゲート電極２３８と重なっている。このた
め、この両端部にかかる電界は、トップゲート電極２３
８の電圧ではなく、ソース電極２３４及びドレイン電極
２３５に印加される電圧に強く影響される。図４（ａ）
に示すように、トップゲート電極２３８に印加されてい
る電圧が＋１０（Ｖ）で、ボトムゲート電極２３１及び
ソース電極２３４に印加されている電圧が０（Ｖ）であ
ると、半導体層２３３内に連続したｎチャネルが形成さ
れず、ドレイン電極２３５に＋１０（Ｖ）の電圧が供給
されても、ソース電極２３４との間に電流が流れない。
また、この状態では、後述するフォトセンス状態におい
て半導体層２３３の上部に蓄積された正孔が、同じ極性
のトップゲート電極２３８の電圧により反発することに
より、突出される。以下、この状態をリフレッシュ状態
という。

【００２５】図４（ｂ）に示すように、半導体層２３３
に光が入射すると、その光量に応じて半導体層２３３内
に正孔−電子対が生じる。このとき、トップゲート電極
２３８に印加されている電圧が−１５（Ｖ）で、ボトム
ゲート電極２３１に印加されている電圧が０（Ｖ）であ
ると、発生した正孔−電子対のうちの正孔が半導体層２
３３内のブロッキング層（図の上部）に蓄積される。以
下、この状態をキャリア蓄積状態という。このとき、ソ
ース、ドレイン間電圧は０（Ｖ）または＋１０（Ｖ）に
設定される。なお、半導体層２３３内に蓄積された正孔
は、リフレッシュ状態となるまで半導体層２３３から吐
出されることはない。

【００２６】図４（ｃ）に示すように、フォトセンス状
態において入射光量が不十分なため十分な量の正孔が半
導体層２３３内に蓄積されず、トップゲート電極２３８
に印加されている電圧が−１５（Ｖ）で、ボトムゲート
電極２３１に印加されている電圧が＋１０（Ｖ）である
と、半導体層２３３内に空乏層が広がり、ｎチャネルが
ピンチオフされ、半導体層２３３が高抵抗となる。この
ため、ドレイン電極２３５に＋１０（Ｖ）の電圧が供給
されても、ソース電極２３４との間に電流が流れず、デ
ータ線２１４の電圧があまり減衰しない。この減衰しな
い電圧Ｖout又電流をデータ線２１４からデータドライ
バ回路２２３へ読み出す。以下、この状態を第１の読み
出し状態という。

【００２７】図４（ｄ）に示すように、フォトセンス状
態において入射光量が十分なため十分な量の正孔が半導
体層２３３内に蓄積され、トップゲート電極２３８に印
加されている電圧が−１５（Ｖ）で、ボトムゲート電極
２３１に印加されている電圧が＋１０（Ｖ）であると、
蓄積されている正孔が負電圧を印加されているトップゲ
ート電極２３８に引き寄せられて保持され、トップゲー
ト電極２３８の負電圧が半導体層２３３に及ぼす影響を
緩和させる。このため、半導体層２３３のボトムゲート
電極２３１側にｎチャネルが形成され、半導体層２３３
が低抵抗となる。このため、データ線２１４からドレイ
ン電極に＋１０（Ｖ）の電圧が供給されると、ソース電
極２３４との間に電流が流れ、データ線２１４の電圧が
フォトセンス状態での正孔量つまり入射した光の量に応
じて減衰する。この減衰した電圧Ｖout又は電流をデー
タ線２１４からデータドライバ回路２２３へ読み出す。
以下、この状態を第２の読み出し状態という。そして、
リフレッシュ後から読み出し後までをフォトセンス状態
という。

【００２８】一方、第２層２００Ｂは、図２（ｂ）に示
すように、トップゲートドライバ回路２２１と、ボトム
ゲートドライバ回路２２２と、データドライバ回路２２
３と、コントローラ２２４と、から構成されている。ト
ップゲートドライバ回路２２１は、第１層２００Ａの絶
縁性基板２１１が有するコンタクトプラグを介してトッ
プゲート電極線２１２に接続され、各トップゲート電極
線２１２に所定の電圧を印加する。

【００２９】ボトムゲートドライバ回路２２２は、第１
層２００Ａの絶縁性基板２１１が有するコンタクトプラ
グを介してボトムゲート電極線２１３に接続され、各ボ
トムゲート電極線２１３に所定の電圧を印加する。デー
タドライバ回路２２３は、第１層２００Ａの絶縁性基板
２１１が有するコンタクトプラグを介してデータ線２１
４に接続され、各データ線２１４に所定の電圧を印加す
る。また、データドライバ回路２２３は、各データ線２
１４を流れる電流又は電圧の大きさを所定のタイミング
で測定し、コントローラ２２４に出力する。

【００３０】コントローラ２２４は、電流又は電圧の大
きさを比較するために予め設定されたしきい値と比較し
データドライバ回路２２３から得た撮像対象物の画像デ
ータを２値化する。またコントローラ２２４は、メモリ
等を備え、予め提供されたプログラムやデータを記憶
し、記憶しているプログラムやデータ等に従って、第２
層２００Ｂを構成する上記各部の動作を制御し、撮像対
象物の撮像や撮像により得た２値化された画像データと
予め記憶された撮像対象物の画像データとを比較して認
証を行う。以上に示したように、撮像装置は、２次元ダ
ブルゲートセンサ（第１層２００Ａ）と２次元ダブルゲ
ートセンサを駆動する回路（第２層２００Ｂ）とが積層
されることによって、１チップ状に形成されている。即
ち、上記撮像装置は、１チップ指紋認証ＬＳＩとして構
成されている。

【００３１】次に、以上のように構成された撮像装置の
動作について説明する。始めに、例えば指紋の照合を行
うために、指を図１に示したように、撮像装置の表面に
接触させる。このとき指の凸部はオーバーコート膜２３
９に接触し、凹部は接触していない。この際、指の接触
によって変位する電流または電圧からなる検知信号をセ
ンサ３００Ａによって生成して第２層２００Ｂのコント
ローラ２２４に出力し、コントローラ２２４は内部のイ
ンバータ等の発光駆動回路（図示せず）に発光開始信号
を出力し、発光駆動回路が所定の光源１００を発光す
る。同期して、画像認証部２００は、以下に示す撮像処
理を開始する。図５に示すように光源１００からの光１
００Ｌは指の表皮を伝搬し、指の凸部からオーバーコー
ト膜２３９を介し直下のダブルゲートトランジスタ２１
５の半導体層２３３に入射する。一方、指の凹部では、
オーバーコート膜２３９との間に存在する屈折率の低い
空気と指との界面で反射してしまうため、光１００Ｌは
あまり空気中に出射されない。このため、指の凹部の直
下のダブルゲートトランジスタ２１５の半導体層２３３
にはあまり光が入射されない。なお、以下の説明では省
略するが、画像認証部２００の動作はコントローラ２２
４によって制御されている。

【００３２】図６は、画像認証部２００が行う撮像処理
を示す波形チャートである。フォトセンスは１行毎に行
われ、各行のフォトセンスの直前に第１、２、……、ｎ
行のトップゲート電極線２１２（１）、２１２（２）、
……、２１２（ｎ）に＋１０（Ｖ）の電圧を印加してリ
フレッシュすることになる。始めに、トップゲートドラ
イバ回路２２１が、第１行のトップゲート電極線２１２
（１）に所定の電圧（例えば＋１０（Ｖ））を印加し、
ボトムゲートドライバ回路２２２が、第１行のボトムゲ
ート電極線２１３（１）に０（Ｖ）の電圧を印加する。
これによって、第１行のトップゲート電極線２１２
（１）に接続されたダブルゲートトランジスタ２１５の
半導体層２３３やブロッキング層２４０に蓄積された正
孔を除去しリフレッシュ状態にする。このとき、他の行
のトップゲート電極線２１２（２）〜２１２（ｎ）には
−１５（Ｖ）が印加されている。

【００３３】第１行のダブルゲートトランジスタ２１５
のリフレッシュ後、ボトムゲート電極線２１３（１）を
０（Ｖ）の電圧のままにして第１行のトップゲート電極
線２１２（１）に−１５（Ｖ）の電圧を印加し、ソー
ス、ドレイン間電圧を０（Ｖ）とし第１行のダブルゲー
トトランジスタ２１５をキャリア蓄積状態にする。この
間に第２行のトップゲート電極線２１２（２）に＋１０
（Ｖ）の電圧を印加し、リフレッシュ状態にする。そし
て、第１行のダブルゲートトランジスタ２１５をキャリ
ア蓄積期間の後半に、データドライバ回路２２３は、第
１行のダブルゲートトランジスタ２１５のために全ての
データ線２１４に所定の電圧（例えば＋１０（Ｖ））を
印加（プリチャージ）する。第１行のダブルゲートトラ
ンジスタ２１５をプリチャージ後またはプリチャージ中
には、第１行のボトムゲート電極線２１３（１）に所定
の電圧（例えば＋１０（Ｖ））を印加する。

【００３４】フォトセンス状態の最後の期間またはフォ
トセンス状態の直後に、データ線２１４から、第１行の
ダブルゲートトランジスタ２１５に入射された光の量に
応じて変化した電圧Ｖout又は電流をデータドライバ回
路２２３に出力する。第１行のダブルゲートトランジス
タ２１５は電圧Ｖout又は電流を読みだした後、次のリ
フレッシュが終了するまで非フォトセンス状態が続く。
また第１行のダブルゲートトランジスタ２１５の読みだ
し後は第２行以降のダブルゲートトランジスタ２１５が
順次読み出し状態になり、最終行の第ｎ行のダブルゲー
トトランジスタ２１５が読み出し状態が終了したところ
で１画面分のフォトセンスを終了する。

【００３５】データドライバ回路２２３は、順次各デー
タ線２１４に流れる電流又は電圧Ｖoutをコントローラ
２２４に出力し、コントローラ２２４は、電流又は電圧
Ｖoutを検出し、検出した電流又は電圧Ｖoutの大きさを
予め設定されたしきい値と比較することによって、撮像
対象物の２値化画像データを生成する。なお、流れる電
流又は電圧Ｖoutの大きさは、指からダブルゲートトラ
ンジスタ２１５に入射する光の量に応じて変化する。ま
た、上記したように、ダブルゲートトランジスタ２１５
に入射する光の量は、撮像対象物の形状、即ち指紋の凹
凸によって異なる。従って、上記しきい値は、指紋の凹
凸を判別できるような値に設定される。これによって、
コントローラ２２４は、検出した電流又は電圧Ｖoutの
大きさがしきい値以上であるか否かによって指紋の凹凸
を２値化データとして判別し、画像データを生成するこ
とができる。コントローラ２２４は、以上の撮像処理で
得られた画像データが予め提供されたデータと一致する
か否かを判別することによって、指紋の認証を行う。

【００３６】以上に示したように、撮像装置は、２次元
ダブルゲートセンサ（第１層２００Ａ）と２次元ダブル
ゲートセンサを駆動する回路（第２層２００Ｂ）とが積
層されることによって、１チップ指紋認証ＬＳＩとして
構成されている。このため、撮像時に、撮像対象物の画
像データは撮像装置内でのみ処理される。従って、外部
からメモリへの不正アクセスや、画像データのコピー、
及び、画像データの改ざん等が困難である。即ち、上記
撮像装置は、高い信頼性、及び、高い安全性を有する。

【００３７】また、２次元ダブルゲートセンサの構成は
単純であるので、上記した第１層２００Ａと第２層２０
０Ｂとの積層構造を容易に形成することができる。即
ち、撮像装置の製造コストを低く抑えることができる。
なお、上記したように撮像対象物の側面から光を撮像対
象物に入射させる場合、撮像対象物の光源１００に近い
部分と、光源１００から遠い中央部分とでは、光の出射
量が異なる場合がある。このような場合は、データドラ
イバ回路２２３が検出した電流又は電圧Ｖoutの大きさ
を比較するためのしきい値を、データ線２１４毎または
指先端の中心を重心とした複数の同心円の重ならない部
分毎に変えて設定してもよい。また、絶縁性基板２１１
が有するコンタクトプラグを絶縁性基板２１１の端部に
形成することによって、第１層２００Ａのほぼ全面を２
次元ダブルゲートセンサとして使用することができる。

【００３８】また、上記撮像装置は、指紋認識だけでな
く、文字や画像の認識装置として用いることができる。
但し、この場合も光源１００からの光が撮像対象物に直
接入射し、画像認証部２００に直接入射しないようにし
なければならない。例えば、紙に書かれた文字等を認識
する場合、図７に示すように、光源１００と画像認証部
２００とで紙を挟むように光源１００が配置され、これ
によって撮像対象物（紙）を光が透過する。このように
すれば、文字等が書かれている部分と書かれていない部
分とで、光の透過量が変化する。即ち、画像認証部２０
０に入射する光量が変化する。従って、上記実施の形態
と同様にして紙に書かれた文字等を画像データとして認
識することができる。

【００３９】また、上記光源１００は、撮像対象物が接
触したことを検知した後、撮像対象物を挟むように構成
されてもよい。さらに、光源１００の撮像対象物に接触
する部分が、撮像対象物と同じような形状を有し、撮像
対象物中に光が入射しやすいようにしてもよい。

【００４０】また、上記実施の形態では、光電変換手段
としてダブルゲートトランジスタを用いた例を示した
が、ダブルゲートトランジスタ以外の素子を光電変換手
段として用いてもよい。例えば、ＰＣ（光導電）層、フ
ォトトランジスタ、フォトダイオード、ＣＣＤ等を用い
てもよい。この場合も、これらの素子が、受光した光量
に応じて発生させた電荷、電流、電圧、又は、抵抗等の
大きさを検出することによって、撮像対象物を撮像する
ことができる。

【００４１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によって、撮像対象物が微細なパターンを有していて
も、撮像対象物の像を鮮明に得ることができる。また、
光電変換手段と制御手段とが１チップ状に積層すること
ができ、小型な撮像装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】撮像装置が指紋を撮像している状態を示す図で
ある。

【図２】撮像装置を構成する画像認証部の構成を示す平
面図である。

【図３】画像認証部を構成するダブルゲートトランジス
タの構成を示す断面図である。

【図４】ダブルゲートトランジスタの駆動原理を示す回
路図である。

【図５】ダブルゲートトランジスタのフォトセンスを示
す図である。

【図６】画像認証部が行う撮像処理を示す波形チャート
である。

【図７】撮像装置の他の構成を示す図である。

【符号の説明】

１００・・・光源、２００・・・画像認証部、２１１・・・絶縁
性基板、２１２・・・トップゲート電極線、２１３・・・ボト
ムゲート電極線、２１４・・・データ線、２１５・・・ダブル
ゲートトランジスタ、２２１・・・トップゲートドライバ
回路、２２２・・・ボトムゲートドライバ回路、２２３・・・
データドライバ回路、２２４・・・コントローラ、２３１・
・・ボトムゲート電極、２３２・・・ボトムゲート絶縁膜、
２３３・・・半導体層、２３４・・・ソース電極、２３５・・・
ドレイン電極、２３６・・・ｎ^＋シリコン層、２３７・・・ト
ップゲート絶縁膜、２３８・・・トップゲート電極、２３
９・・・オーバーコート膜、２４０…ブロッキング層、３
００・・・支持台

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０４Ｎ 5/335 Ｈ０１Ｌ 31/10 Ｇ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】撮像対象物中に光を入射する発光手段と、前記撮像対象物中を伝搬して該撮像対象物から出射した
光を受光し、受光した光量に応じた電気信号を発生させ
る光電変換手段と、前記光電変換手段の下方に設けられ、前記光電変換手段
が発生させた電気信号を検出することによって撮像対象
物を撮像する制御手段と、を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】前記光電変換手段及び前記制御手段は、１
チップ状に積層されている、ことを特徴とする請求項１
に記載の撮像装置。
【請求項３】前記光電変換手段は、ソース電極と、ドレ
イン電極と、ソース電極及びドレイン電極を挟んで対向
するように設けられた２つのゲート電極と、を備え、該
ソース電極及びドレイン電極の一方が定電圧に設定さ
れ、マトリックス状に配置された複数のダブルゲートト
ランジスタを備え、前記制御手段は、複数の前記ダブルゲートトランジスタ
の一方のゲート電極に、行毎に所定の電圧を印加する第
１ドライバ回路と、複数の前記ダブルゲートトランジス
タの他方のゲート電極に、行毎に所定の電圧を印加する
第２ドライバ回路と、前記ダブルゲートトランジスタの
ソース電極及びドレイン電極の一方に所定の電圧を印加
する第３ドライバ回路と、前記第１ドライバ回路、前記
第２ドライバ回路、及び、前記第３ドライバ回路を制御
することによって撮像対象物を撮像する制御回路と、を
備える、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
【請求項４】前記光電変換手段が形成されている面積
と、前記制御手段が形成されている面積とは、実質的に
同一である、ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか
１項に記載の撮像装置。
【請求項５】前記発光手段は、撮像対象物が前記光電変
換手段上に接触した際、該撮像対象物の側面に接触する
ように、該光電変換手段上に設けられている、ことを特
徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の撮像装
置。
【請求項６】前記発光手段は、前記光電変換手段と共に
撮像対象物を挟むように、該光電変換手段に対向する位
置に設けられている、ことを特徴とする請求項１乃至４
の何れか１項に記載の撮像装置。
【請求項７】前記発光手段と前記光電変換手段との間に
設けられ、該発光手段から放出された光が該光電変換手
段に直接入射することを防止し、前記撮像対象物から出
射した光を該光電変換手段に入射させる遮蔽手段をさら
に備える、ことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１
項に記載の撮像装置。