专利名称：图象读取设备的制作方法
技术领域：
本发明是关于用于读取具有细微的凹入或凸出图案的目标物体如指纹的读取设备。
背景技术：
通常的用于读取具有细微的凹入或凸出图案的目标物体例如指尖的读取设备具有象US专利No.5635723中所揭示的结构，其中，在一表面光源上形成二维的光敏器件，并在此二维光敏器件上形成光学组件。此参考文献的发明检测当一手指触及光学组件时电容的变化，并顺序地检测作为电荷的检测结果，这些电荷由作二维配置的光敏器件产生并对应于从光学组件入射的光量。在这种结构中，许多光导纤维被安装在此二维光敏器件上而无需任何光学透镜，从而使整个设备可能减小尺寸。目前，另一类型的结构在被加以检验，其中，一个由许多光导纤维构成的光学组件被作得更细以进入一光散射膜中，或者其中光敏器件的上表面被覆盖以具有粗糙表面的透明树脂层而没有任何光学组件。例如，由本发明申请人递交(1998年8月3日)的US专利申请No.09/128237中即揭示这一类型的结构。
在此读取设备中，手指直接触及此二维光敏器件的上表面。如果手指充有静电，这种静电可能引起二维光敏器件的误动作或在最坏情况下损坏它。如果通过任何装置将指纹的图案复制到一纸页上，由于读取设备未设置任何区分一纸页与人类手指的装置，只要在图案相同时此设备即确定相符合。当这一指纹相符被设定为对个人计算机或一网络的主计算机的登记条件时，此计算机不能可靠地防止第三者的进入。
本发明概述本发明的第一目的是提供防止光敏器件因静电而误操作或受损坏的读取设备。本发明的第二目的是提供能通过在例如检测此对象是否为一个人之后读取图案来保证其可靠性的读取设备。
按照本发明，提供一种用于读取具有阴影图案的目标物体的读取设备，包括光源，具有多个形成在光源上的光敏器件的光敏器件装置，和形成在光敏器件装置上的透明导电层。
按照本发明，提供一种用于读取具有阴影图案的目标物体的读取设备，包括光源；具有多个形成在光源上的光敏器件的光敏器件装置；至少一对形成在光敏器件装置上用于检测目标物体的电阻的透明导电层；和用于在被检测的目标物体的电阻值处于预定值之内时开始读取此目标物体的操作器。
在随后的说明中将阐述本发明的另外的目的和优点，其中一部分可由此说明显见，或者可由实践本发明来获知。本发明的目的和优点可依靠下面特别指出的工具和组合来实现和取得。
附图的简要说明被结合进并构成此说明书一部分的所列附图描述本发明的当前的优选实施例，并连同上面所作的总体说明和以下给出的优选实施例的详细说明用来说明本发明的基本原理，这些附图是
图1为按照本发明第一实施例的指纹读取设备的部分的放大断面视图；图2为图1中所示指纹读取设备的部分的平面视图；图3为图1所示指纹读取设备的方框图；
图4为图3中所示光敏器件部分和光敏器件驱动器的电路图；图5为图1所示单个光敏器件的等价电路图；图6A至6D为说明被加到图5中所示光敏器件各电极的电压和光敏器件的状态中的变化的电路图；图7为按照本发明第二实施例的指纹读取设备的部分的平面视图；图8为图7中所示指纹读取设备的部分的电路图；图9为按照本发明第三实施例的指纹读取设备的部分的平面视图；图10为图9中所示指纹读取设备的部分的电路图；和图11为表明图9中所示指纹读取设备的修改的平面视图。
实施本发明的最佳方式(第一实施例)图1为按照本发明第一实施例的读取设备的部分的断面视图。此读取设备能读取具有细微的凹入或凸出图案的任何形式的目标物体。在下面的实施例中，此读取设备将示范说明用于读取指纹的指纹读取设备。这一指纹读取设备具有在一表面光源1上的二维光敏器件(光敏器件装置)2。在此二维光敏器件2上形成由ITO之类制成的透明导电层3。表面光源1被作成为电致发光的或者构成为液晶显示装置中所用的边缘光型的背景光。虽然未图示出，此边缘光型背景光典型地具有在一光导板的下表面上的光反射板，一或数个点光源如发光二极管被配置成紧接光导板，不与光导板相符合的点光源的表面被覆盖以光反射薄层。透明导电层3使静电消散并在一定的区域内被接地(未图示)。此透明导电层3依靠例如在此二维光敏器件2的外层膜23的上表面上作蒸镀来形成(后面将说明)。透明导电层3被作成稍大于二维光敏器件2的在图2中以单点线指出的方形传感器区4。应指出图2中的双点线代表一手指5。
现在说明此二维光敏器件2。此二维光敏器件2具有其中多个光敏器件11作矩阵配置(图1中仅表明一个光敏器件)的结构。此二维光敏器件2具有一由丙烯酸树脂、玻璃等制成的透明基片12。对透明基片12上表面上的各个光敏器件11构成由铬或铝制成的用作为光屏蔽电极的底栅极13。在底栅极13的整个上表面和透明基片12的上表面上形成由氮化硅制成的透光底栅绝缘膜14。在底栅绝缘膜14的对应于底栅极13的上表面部分上形成由非晶硅制的半导体层15。在底栅绝缘膜14的上表面上分别在半导体层15的两侧形成n+型硅层16和17。在半导体层15的上表面上形成由氮化硅制成的透光阻挡层18。在阻挡层18的上表面的二个边上、n+型硅层16和17的上表面上、和底栅绝缘膜14的上表面上形成由铬或铝制成的作为光屏蔽电极的源和漏极19和20。在源和漏极19和20的整个上表面和阻挡层18的暴露表面上形成由氮化硅制的透光顶栅绝缘膜21。在此顶栅绝缘膜21的对应于半导体层15的上表面部分上形成有由ITO等制成的作为透明电极的顶栅极22。在顶栅极22的整个上表面和绝缘膜21的上表面上形成有由氮化硅制的透光外层膜23。此二维光敏器件2中，当光束随机地由下表面侧入射时，光束的一部分被底栅极13屏蔽，而光束的其他部分通过除源和漏极19和20以外的透光层，以致光束不直接地入射在半导体层15上。
下面简要地说明这一指纹读取设备的运行。从表面光源1的上表面发射的光束通过二维光敏器件2的透光部分和透明导电层3。与透明导电层3接触的手指5(见图2)被来自下表面侧的这一发射光束随机地照射。被手指5的表面反射的光束通过透明导电层3和用作为透明电极的相邻顶栅极22，并入射在源与漏极19和20之间的半导体层15的入射表面(暴露表面)上。在此情况中，对应于与透明导电层3表面接触的手指5的皮肤表面的突起处(隆起)的部分成为亮的。对应于手指5的皮肤表面的凹进处(谷槽)的部分成为暗的。结果，即可得到其对比度按照手指5的皮肤表面的隆起和谷槽而在光学上明显起来的图象来读取手指5的指纹。
在此指纹读取设备中，由于透明导电层3被形成和接地在二维光敏器件2上，由与此二维光敏器件2上的透明导电层3接触的手指5放出的静电可通过透明导电层3散失。这可防止二维光敏器件2因这种静电而误操作或损伤。
图3为表明指纹读取设备的部分的方框图。这一指纹读取设备包括光敏器件部分31，光敏器件驱动器32，CTR(控制器)33，时钟发生部分34，A/D(模—数)转换部分35，S/P(串—并)转换部分36，标准图案存储器37，核对部分38，确定部分39，等等。
如图4中所示，光敏器件部分31具有其中构成图1中所示的二维光敏器件的光敏器件11被配置成一矩阵的结构。如图1中所示，此光敏器件具有一由底栅极(BG)13、半导体层15、源极(S)19、漏极(D)20等构成的底栅型晶体管，和一由顶栅极(TG)22、半导体层15、源极(S)19、漏极(D)20等构成的顶栅型晶体管。即就是，此光敏器件由光电变换薄膜晶体管构成，其中分别在半导体层15之下和之上形成有底栅极(BG)13和顶栅极(TG)22。图5中示出了这种晶体管的等效电路。
返回来参看图4，各光敏器件11的底栅极(BG)被连接到多个在行方向伸展的底电极线41之一。各光敏器件11的漏极(D)被连接到在列方向伸展的多个信号线42之一。各光敏器件11的顶栅极(TG)被连接到多个在行方向伸展的顶电极线43之一。各光敏器件11的源极(S)接地。
如图4中所示，图3中所示的光敏器件驱动器32包括起垂直扫描电路作用的被连接到底电极线42的底地址译码器44，起水平扫描电路作用的被连接到信号线14的列开关45，和连接到顶电极43的顶地址译码器46。底地址译码器44通过对应底电极线41将底栅电压VBG施加到排列在各行上的光敏器件11的底栅极(BG)。顶地址译码器46将顶栅电压VTG通过对应顶电极线43加给排列在各行上的光敏器件11的顶栅极(TG)。
列开关45通过预充电晶体管47接收漏极电压VDD，列开关45通过缓存器48输出输出信号Vout。每次预充电晶体管47在接收到预充电压Vpc而导通时，列开关45即通过缓存器48输出来自连接到信号线42的各光敏器件11的输出作为输出信号Vout。
图3中所示的时钟发生部分34包括有振荡电路和分频电路，而输出具有预定频率的时钟和复位信号到CTR33。CTR33根据来自时钟发生部分34的时钟和复位信号将底和顶栅电压VBG和VTG作为读数和复位信号输出给光敏器件驱动器32，并输出预充和漏极电压VPC和VDD到图4中所示的预电充晶体管47。
图3中所示A/D变换部分35对由光敏器件部分31通过光敏器件驱动器32(亦即图4中所示的列开关45)输出的输出信号Vout作A/D转换。S/P变换部分36将来自A/D变换部分35的串行输出信号变换成并行输出信号。对应于多个特定人员的指纹的指纹图象信号被作为标准图案信号预先存储在标准图案存储器37中。核对部分38以从标准图案存储器37顺序读出的标准图案信号核对来自S/P变换部分36的输出信号，并输出各核对信号到确定部分39。确定部分39根据来自核对部分38的核对信号确定一对应于从光敏器件部分31输出的信号Vout的指纹图象信号是否符合预先存储在标准图案存储器37中的某一特定人员的标准图案信号。
现参照图5和1说明光敏器件11的运行。当一正电压(例如+10V)被加到底栅极(BG)同时一正电压(例如+5V)被维持加在光敏器件11的源极(S)与漏极(D)之间时，在半导体层15中形成沟道以流过漏极电流。在这一状态中，当一电平足以使得由底栅极(BG)的电场形成的沟道消失的负电压(如-20V)被加到顶栅极(TG)时，由顶栅极(TG)产生的电场在消除由底栅极(GB)电场形成的沟道的方向作用，从而夹断此沟道。这时，当半导体层15被来自顶栅极(TG)侧的光束照射时，电子空穴对被引入顶栅极(TG)侧上的半导体层15。电子空穴对被累积在半导体层15的沟道区中而抵消顶栅极(TG)的电场。然后在半导体层15中形成沟道来流过漏极电流。此漏极电流随半导体层15的入射光量中的变化而变化。如上述，在此二维光敏器件2中，由顶栅极(TG)产生的电场在阻止利用底栅极(BG)的电场形成沟道的方向上作用来夹断沟道。能大大降低无光束入射时得到的漏极电流，例如达10-14A。可以使无光束入射时得到的漏极电流与光束入射时所得漏极电流间的差足够大。这时底栅型晶体管的放大系数可按照入射光量中的变化改变来增加S/N比。
在此二维光敏器件2中，一个光敏器件11可具有传感器功能和选择晶体管功能两者。下面将大致介绍这些功能。当一电压例如0V被加到顶栅极(TG)而同时底栅极(BG)被维持加有正电压(+10V)时，空穴从半导体层15与顶栅绝缘膜21间的俘获电平放电以便能进行刷新或复位操作。较具体说，在连续应用读取设备时，半导体层15与顶栅绝缘膜21间的俘获电平被因照射所产生的空穴和从漏极(D)注入的空穴掩盖。在无光束入射时所建立的沟道电阻降低，而无光束入射时所得的漏极电流增加。因此，将顶栅极(TG)设定为0V使这些空穴放电以便能作复位操作。
当未将正电压加到底栅极(BG)时，底栅形晶体管中没有沟道形成。即使有光束入射，也无漏极电流流通建立非选择的状态。较具体说，通过控制加到底栅极(BG)的电压即可控制被选择的和非选择的状态。在非选择状态中，当0V被加到顶栅极(TG)时，空穴可从半导体层15与顶栅绝缘膜21间的俘获电平放电使得能以与上述同样状态作复位操作。
结果，如图6A至6D中所示，例如控制顶栅电压VTG到0V和-20V而能控制读数状态和复位状态。将底栅电压VBG控制到0V和+10V而可控制被选择状态和非选择状态。即就是，通过控制顶栅电压VTG和底栅电压VBG，一个光敏器件11能具有用作为光敏器件的功能和用作为选择晶体管的功能两者。
现参照图3和4解释二维光敏器件2的运行。时钟发生部分34输出具有预定频率的时钟和复位信号到CTR33。CTR33根据来自时钟发生部分34的时钟和复位信号输出底和顶栅电压VBG和VTG作为读数和复位信号到光敏器件驱动器32，并输出预充电和漏极电压VPC和VDD到预充电晶体管47。
第一行上的光敏器件通过设定底和顶栅电压VBG和VTG到0V而复位。在此复位期间，将预充电压VPC加到预充电晶体管47一预定时间，并将漏极电压VDD(+5V)加到所有信号线42来对光敏器件11预充电。将顶栅电压VTG设置到-20V来将光敏器件11改变到读数状态。将底栅电压VBG设置到+10V来将光敏器件11改变到一被选择状态。由各光敏器件11输出的信号Vout取决于入射光量(光通量)改变到0V或保持在+5V。由各光敏器件11输出的信号Vout通过缓冲器48从列开关45输出。对第二到最后行上的光敏器件11进行同样的操作。对此随后的运行不予以说明。
(第二实施例)图7为表明按照本发明第二实施例的指纹读取设备的部分的平面图。在此指纹读取设备中，在二维光敏器件2的外层膜23的上表面上传感器区4之内并围绕其形成一对梳齿状的透明导电膜3A和3B。当手指5触及包括有这对透明导电膜3A和3B的二维光敏器件2时，该对透明导电膜3A和3B检测触摸手指5的电阻并由此检测信号开始指纹读取操作(后面说明)。此对透明导电膜3A和3B也可具有抗静电功能。此对透明导电膜3A和3B被构成为梳齿状是为了能以高灵敏度检测相对很小的手指5的电阻。
图8表明指纹读取设备的电路的部分。图8中，与图4中相同的引用号指相同部件，将相应地省略它们的说明。一个透明导电膜3A通过电阻51连接到CTR33(见图3)用于输出漏极电压VDD，而另一透明导电膜3B则接地。CTR33通过反相器52被连接在一透明导电膜3A与电阻51之间。CTR33在从反相器52接收到一H电平信号后输出转换信号到开关控制器53。开关控制器53在从CTR33接收到转换信号之后输出开关控制信号到开关54。开关54为在列开关45与预充电晶体管47间形成的常开开关。
在此指纹读取设备中，当手指5触及此包括有这对透明导电膜3A和3B的二维光敏器件2时，在这对透明导电膜3A与3B间产生对应于手指5的接触部分的电阻而将透明导电膜3A与电阻51间的电位降低到被电阻51和手指的电阻值所分压的电位。反相器52的输入从H电平降到L电平而将反相器52的输出改变到H电平，并将此H电平信号输出给CTR33。CTR33在从反相器52接收到H电平信号后输出转换信号到开关控制器53。从CTR33接收到转换信号后开关控制器53输出开关控制信号到开关54闭合此开关54。然后，列开关45通过开关54被连接到预充电晶体管47，设定如图4中所示同样的状态而起动指纹读取操作。
如上所述，在此指纹读取设备中，当手指触及包括有这对透明导电膜3A和3B的二维光敏器件2时，触摸手指5的电阻被检测来由这一检测信号启动指纹读取操作。指纹读取操作可自动地方便地启动。由于被应用于二维光敏器件2的大部分传感器区4的另一透明导电膜3B接地，如图7中所示，所以抗静电功能加强。应指出，当例如一其上复制有手指5的指纹图象的复制薄片被置于包括有此对透明导电膜3A和3B的二维光敏器件2上时，不会被此对透明导电膜3A和3B检测到电阻因为此复制薄片被绝缘，从而能防止被此复制薄片非法利用。
(第三实施例)图9为按照本发明第三实施例的指纹读取设备的部分的平面视图。在此指纹读取设备中，在二维光敏器件2的外层膜23的上表面上的一方形传感器区4的四个角上分别形成有梳齿状的透明导电膜对3A和3B。当手指5触及包括有此四对透明导电膜3A和3B的二维光敏器件2时，四对透明导电膜3A和3B检测触摸手指5的电阻并由此检测信号启动指纹读取操作(稍后说明)。这些透明导电膜对3A和3B也可具有抗静电功能。
图10表明指纹读取设备的电路的主要部分。图10中，与图8中同样的引用号指相同部件，将相应省略它们的说明。对应于此四对透明导电膜3A和3B的四个反相器52的输出侧被连接到CTR33和一“与”电路55的输入侧。“与”电路55的输出侧被连接到CTR33。
在此指纹读取设备中，当手指5触及包括有此四对透明导电膜3A和3B的二维光敏器件2时，在各对透明导电膜3A和3B之间生成对应于指纹5的接触部分的电阻，四个反相器52的输出由L电平信号变化到H电平信号，这些H电平信号被输出到“与”电路55。当“与”电路55从所有四个反相器52接收到H电平信号时输出一“与”信号给CTR33。在这些情况中，反相器52直接输出此H电平信号到CTR33，但CTR33不理会这些H电平信号。参看图8，CTR33在从“与”电路55接收到此“与”信号后输出转换信号给开关控制器53。从CTR33接收到此转换信号，开关控制器53输出一开关控制信号到开关54使开关54闭合。然后，列开关45通过开关54被连接到预充电晶体管47来设置与图4所示相同的状态，并启动指纹读取操作。
在此指纹读取设备中，当手指5相对于二维光敏器件2的传感器区4的接触位置和状态(手指5是否恰当地触及)不正确时，亦即，手指5未触及所有的四对透明导电膜3A和3B，“与”电路55将不会输出“与”信号。在这一情形中，手指5接触到四对透明导电膜3A和3B中的一至三对透明导电膜3A和3B，而对应于这些被手指5触及的透明导电膜对3A和3B的反相器52输出H电平信号到CTR33。CTR33根据不存在有来自“与”电路55的“与”信号和存在有来自反相器52的H电平信号输出手指接触差错信号给控制器(未图示)。控制器依靠任何通告装置例如显示“请重新放置你的手指”或者声音来通知操作人员手指5相对于二维光敏器件2的传感器区4的不正确接触位置或状态。
(第三实施例的修改)这一指纹读取设备能显现抗静电功能因为各对的另一透明导电膜3B被如图10中那样接地。但在第三实施例中，传感器区4的中央部分抗静电能较差因为透明导电膜对3A和3B被分别形成在二维光敏器件2的方形传感器区4的四角，如图9中所示。因此，可以在传感器区4的中央部分形成几乎为十字形状的静电消散透明导电膜3C，如图11中所示。
应指出，在图1中的指纹读取设备中，透明基片12被布置在表面光源1上，在此透明基片12上形成有具有光电变换薄膜晶体管的光敏器件部分31。或者，也可以省略此透明基片12，此具有光电变换薄膜晶体管的光敏器件部分31可被直接形成在构成表面光源1的光导板上。各光敏器件并不限于上面实施例中所述的双栅型光电转换薄膜晶体管，而可以是一单栅型薄膜晶体管或二极管型薄膜晶体管。
上面已说过，按照本发明，由于光敏器件装置上所形成的透明导电层具有静电消散功能，即使例如与光敏器件装置上的透明导电层接触的手指被静电充电，这种静电也能经由透明导电层消散。能防止光敏器件装置因静电误操作或受到损害。另外，一对透明导电层被相互隔开地形成。被置于导电层之间的目标物体的电阻值被测量来确定此电阻值是否在一预定范围之内。只有在到达核对时才开始核对。可避免采用复制的核对来提高可靠性。
对熟悉本技术领域的人员来说将能容易地产生另外的优点和修正。因此，在较广的意义上本发明并不局限于这里所示和描述的特定细节和表述性实施例。相应地，可能作成各种修改而不背离如由所附列权利要求及它们的等效物所定义的总的发明概念的精神或范畴。
权利要求
1.一种用于读取具有阴影图案的目标物体的读取设备，其特征是包括光源；具有多个形成在所述光源上的光敏器件的光敏器件装置；和形成在所述光敏器件装置上的透明导电层。
2.按照权利要求1的读取设备，其特征是所述光敏器件装置包括由二维配置的光敏器件构成的二维光敏器件。
3.按照权利要求1的读取设备，其特征是所述透明导电层消散静电。
4.按照权利要求1的读取设备，其特征是所述透明导电层包括一对相互分开的透明导电层，而当目标物体同时触及所述透明导电层对时，所述透明导电层对检测目标物体的电阻。
5.按照权利要求4的读取设备，其特征是还包括用于检测目标物体的电阻值是否处于一预定值之内的检测装置，和用于在当此电阻值处于此预定值之内时开始读取目标物体的装置。
6.按照权利要求1的读取设备，其特征是所述透明导电层包括形成在所述光敏器件装置的传感器区中的多个周围部分的透明导电层对部分。
7.按照权利要求6的读取设备，其特征是还包括用于在当目标物体同时触及所述透明导电层对时检测目标物体的多个接触部分的电阻值是否处于一预定值之内的检测装置，和用于在当所有检测结果都处于此预定值之内时开始读取目标物体的装置。
8.按照权利要求6的读取设备，其特征是所述透明导电层包括在所述光敏器件装置的传感器区中多个周围部分形成的透明导电层对部分，和在所述光敏器件装置的传感器区中的中央部分形成的静电消散透明导电层。
9.一种用于读取具有阴影图案的目标物体的读取设备，其特征是包括光源；具有多个形成在所述光源上的光敏器件的光敏器件装置；至少一对形成在所述光敏器件装置上的透明导电层，用来检测目标物体的电阻；和用于在当被检测的目标物体的所述电阻的值处于预定值之内时开始读取目标物体的操作器。
10.按照权利要求9的读取设备，其特征是所述透明导电层对之一被接地。
11.按照权利要求9的读取设备，其特征是所述光敏器件装置的各光敏器件为一光电变换薄膜晶体管，其中在光源侧形成由光屏蔽材料制成的第一栅极，在透明导电层侧形成由透光材料制成的第二栅极。
全文摘要
在一表面光源(1)上形成二维光敏器件(2),在此二维光敏器件(2)上形成由ITO之类制成的透明导电层(3)。此透明导电层(3)消散静电并被接地。即使与此二维光敏器件(2)上的透明导电层(3)相接触的手指被以静电充电,此静电也能通过透明导电层(3)消散。当此透明导电层(3)被分成为二层,并且手指同时触及此二透明导电层时,得到指纹读取开始信号。因此即使手指被充以静电,亦可防止此二维光敏器件因静电产生误操作或遭到损坏。当在透明导电层间相接触的目标物体为一具有不同电阻值的复制物时,即不进行读取,从而改善可靠性。
文档编号G06F3/042GK1256773SQ9980025
公开日2000年6月14日 申请日期1999年3月11日 优先权日1998年3月12日
发明者佐佐木和広, 佐佐木诚, 青木久 申请人:卡西欧计算机株式会社