JP2001148807A - フォトセンサシステム及びそのフォトセンサシステムにおけるフォトセンサの駆動制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フォトセンサを２次元配列して構成されるフ
ォトセンサアレイを備えたフォトセンサシステムにおい
て、被写体画像の読み取り処理に要する時間を短縮する
ことができるフォトセンサシステム及びそのフォトセン
サシステムにおけるフォトセンサの駆動制御方法を提供
する。 【解決手段】 最初の行のフォトセンサから順に、リセ
ットパルスφＴ１、φＴ２…を連続的に印加するリセッ
ト動作を先行して実行しつつ、電荷蓄積期間Ｔａが経過
し、かつ、プリチャージ動作が終了したフォトセンサか
ら順に、ボトムゲートライン１０２を介して読み出しパ
ルスφＢ１、φＢ２…を並行して印加し、ドレイン電極
の電圧変化を読み出す処理手順を実行する。このとき、
プリチャージパルスφpg及び各行毎の読み出しパルスφ
Ｂ１、φＢ２…の各印加タイミングが時間的に重ならな
いようにするとともに、各行の電荷蓄積時間Ｔａの一部
を時間的に重なるように設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フォトセンサを２
次元配列して構成されるフォトセンサアレイを備えたフ
ォトセンサシステム及びそのフォトセンサシステムにお
けるフォトセンサの駆動制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子スチルカメラやビデオカメラ
等の撮像装置の普及が著しく、このような撮像機器にお
いては、被写体像を画像信号に変換するための光電変換
装置として、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の固
体撮像デバイスが用いられている。ＣＣＤは、周知の通
り、フォトダイオードや薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Th
inFilm Transistor）等のフォトセンサ（受光素子）を
マトリクス状に配列した構成を有し、各フォトセンサの
受光部に照射された光量に対応して発生する電子−正孔
対の量（電荷量）を、水平走査回路及び垂直走査回路に
より検出し、照射光の輝度を検知している。

【０００３】このようなＣＣＤを用いたフォトセンサシ
ステムにおいては、走査された各フォトセンサを選択状
態にするための選択トランジスタを個別に設ける必要が
あるため、画素数が増大するにしたがってシステム自体
が大型化するという問題を有している。そこで、近年、
このような問題を解決するための構成として、フォトセ
ンサ自体にフォトセンス機能と選択トランジスタ機能と
を持たせた、いわゆる、ダブルゲート構造を有する薄膜
トランジスタによるフォトセンサ（以下、ダブルゲート
型フォトセンサという）が開発され、システムの小型
化、及び、画素の高密度化を図る試みがなされている。

【０００４】以下、ダブルゲート型フォトセンサの構造
及び機能について説明する。まず、本発明に係る画像読
取装置に適用されるダブルゲート型トランジスタについ
て、図面を参照して説明する。図１４は、ダブルゲート
型フォトセンサの構造を示す概略断面図である。図１４
（ａ）に示すように、ダブルゲート型フォトセンサ１０
は、可視光が入射されると電子−正孔対が生成されるア
モルファスシリコン等の半導体薄膜（チャネル領域）１
１と、半導体薄膜１１の両端にそれぞれ設けられたｎ^＋
シリコン層１７、１８と、ｎ^＋シリコン層１７、１８を
介して、半導体薄膜１１に対してオーミック接続された
ソース電極１２及びドレイン電極１３と、半導体薄膜１
１の上方（図面上方）にブロック絶縁膜１４及び上部
（トップ）ゲート絶縁膜１５を介して形成されたトップ
ゲート電極２１と、トップゲート電極２１上に設けられ
た保護絶縁膜２０と、半導体薄膜１１の下方（図面下
方）に下部（ボトム）ゲート絶縁膜１６を介して形成さ
れたボトムゲート電極２２と、を有し、これらの構成が
ガラス基板等の透明な絶縁性基板１９上に形成されてい
る。

【０００５】すなわち、ダブルゲート型フォトセンサ１
０は、半導体薄膜１１、ソース電極１２、ドレイン電極
１３及びトップゲート電極２１により構成される上部Ｍ
ＯＳトランジスタと、半導体薄膜１１、ソース電極１
２、ドレイン電極１３及びボトムゲート電極２２により
構成される下部ＭＯＳトランジスタと、を有して構成さ
れ、図１４（ｂ）の等価回路に示すように、半導体薄膜
１１を共通のチャネル領域として、ＴＧ（トップゲート
端子）、ＢＧ（ボトムゲート端子）、Ｓ（ソース端
子）、Ｄ（ドレイン端子）を有する２つのＭＯＳトラン
ジスタが組み合わされた構成と考えることができる。

【０００６】なお、図１４（ａ）において、トップゲー
ト電極２１、上部ゲート絶縁膜１５、ブロック絶縁膜１
４、下部ゲート絶縁膜１６、及び、トップゲート電極２
１上に設けられる保護絶縁膜２０は、いずれも半導体薄
膜１１を励起する可視光に対して透過率の高い材質によ
り構成され、一方、ボトムゲート電極２２は、可視光の
透過を遮断する材質により構成されることにより、トッ
プゲート電極２１側（図面上方）から入射された光がト
ップゲート電極２１、上部ゲート絶縁膜１５及びブロッ
ク絶縁膜１４を透過して、半導体薄膜１１に入射するこ
とにより、チャネル領域に電荷（正孔）が発生し、蓄積
される。

【０００７】次に、上述したダブルゲート型フォトセン
サを２次元配列して構成されるフォトセンサシステムに
ついて、図面を参照して簡単に説明する。図１５は、ダ
ブルゲート型フォトセンサを２次元配列して構成される
フォトセンサシステムの概略構成図である。図１５に示
すように、フォトセンサシステムは、大別して、多数の
ダブルゲート型フォトセンサ１０を、たとえば、ｎ行×
ｍ列のマトリクス状に配列したフォトセンサアレイ１０
０と、各ダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲー
ト端子ＴＧ及びボトムゲート端子ＢＧを各々行方向に接
続したトップゲートライン１０１及びボトムゲートライ
ン１０２と、トップゲートライン１０１及びボトムゲー
トライン１０２に各々接続されたトップゲートドライバ
１１１及びボトムゲートドライバ１１２と、各ダブルゲ
ート型フォトセンサ１０のドレイン端子Ｄを列方向に接
続したデータライン１０３と、データライン１０３に接
続されたコラムスイッチ１１３と、を有して構成され
る。ここで、Ｖtg及びＶbgは、それぞれリセットパルス
φＴ１、φＴ２、…φＴｉ、…φＴｎ、及び、読み出し
パルスφＢ１、φＢ２、…φＢｉ、…φＢｎを生成する
ための基準電圧、φpgは、プリチャージ電圧Ｖpgを印加
するタイミングを制御するプリチャージパルスである。

【０００８】このような構成において、後述するよう
に、トップゲートドライバ１１１からトップゲート端子
ＴＧに所定の電圧を印加することによりフォトセンス機
能が実現され、ボトムゲートドライバ１１２からボトム
ゲート端子ＢＧに所定の電圧を印加し、データライン１
０３を介してダブルゲート型フォトセンサ１０の出力電
圧をコラムスイッチ１１３に取り込んでシリアルデータ
Ｖoutとして出力することにより読み出し機能が実現さ
れる。

【０００９】次に、上述したフォトセンサシステムにお
けるフォトセンサの駆動制御方法について、図面を参照
して説明する。図１６は、フォトセンサの駆動制御方法
の一例を示すタイミングチャートであり、図１７は、ダ
ブルゲート型フォトセンサの動作概念図であり、図１８
は、フォトセンサシステムの出力電圧の光応答特性を示
す図である。まず、リセット動作においては、図１６、
図１７（ａ）に示すように、ｉ番目の行の検出動作期間
（ｉ行目処理サイクル）において、ｉ番目の行のトップ
ゲートライン１０１にパルス電圧（リセットパルス；た
とえばＶtg＝＋１５Ｖのハイレベル）φＴｉを印加し
て、ｉ番目の行の各ダブルゲート型フォトセンサ１０の
半導体薄膜（チャネル領域）に蓄積されている電荷（正
孔）を放出する（リセット期間Ｔreset）。

【００１０】次いで、電荷蓄積動作においては、図１
６、図１７（ｂ）に示すように、トップゲートライン１
０１にローレベル（たとえばＶtg＝−１５Ｖ）のバイア
ス電圧φＴｉを印加することにより、リセット動作が終
了し、電荷蓄積動作による電荷蓄積期間Ｔａがスタート
する。電荷蓄積期間Ｔａにおいては、トップゲート電極
側から入射した光の量に応じてチャネル領域に電荷（正
孔）が蓄積される。そして、プリチャージ動作において
は、図１６、図１７（ｃ）に示すように、電荷蓄積期間
Ｔａに並行して、プリチャージパルスφpgに基づいてデ
ータライン１０３に所定の電圧（プリチャージ電圧）Ｖ
pgを印加し、ドレイン電極１３に電荷を保持させる（プ
リチャージ期間Ｔprch）。

【００１１】次いで、読み出し動作においては、図１
６、図１７（ｄ）に示すように、プリチャージ期間Ｔpr
chを経過した後、ボトムゲートライン１０２にハイレベ
ル（たとえばＶbg＝＋１０Ｖ）のバイアス電圧（読み出
し選択信号；以下、読み出しパルスという）φＢｉを印
加することにより、ダブルゲート型フォトセンサ１０を
ＯＮ状態にする（読み出し期間Ｔread）。ここで、読み
出し期間Ｔreadにおいては、チャネル領域に蓄積された
電荷（正孔）が逆極性のトップゲート端子ＴＧに印加さ
れたローレベル電圧Ｖtg（−１５Ｖ）を緩和する方向に
働くため、ボトムゲート端子ＢＧのＶbgによりｎチャネ
ルが形成され、ドレイン電流に応じてデータライン１０
３の電圧ＶＤは、図１８（ａ）に示すように、プリチャ
ージ電圧Ｖpgから時間の経過とともに徐々に低下する傾
向を示す。

【００１２】すなわち、電荷蓄積期間Ｔａにおける電荷
蓄積状態が暗状態（入射光が暗く、光量が少ない状態）
で、チャネル領域に蓄積された電荷（正孔）が少ない場
合には、図１３（ｅ）、図１４（ａ）に示すように、ト
ップゲートＴＧに負バイアスをかけることによって、ボ
トムゲートＢＧの正バイアスが打ち消され、ダブルゲー
ト型フォトセンサ１０はＯＦＦ状態となり、ドレイン電
圧、すなわち、データライン１０３の電圧ＶＤは、ほぼ
そのまま保持されることになる。一方、電荷蓄積状態が
明状態（入射光が明るく、光量が多い状態）で、チャネ
ル領域に蓄積された電荷（正孔）が多い場合には、図１
３（ｄ）、図１４（ａ）に示すように、トップゲートＴ
Ｇの負バイアスを打ち消すように作用し、この打ち消さ
れた分だけボトムゲートＢＧの正バイアスによって、ダ
ブルゲート型フォトセンサ１０はＯＮ状態となる。そし
て、この入射光量に応じたＯＮ抵抗に従って、データラ
イン１０３の電圧ＶＤは、低下することになる。

【００１３】したがって、図１８（ａ）に示したよう
に、データライン１０３の電圧ＶＤの変化傾向は、トッ
プゲートＴＧへのリセットパルスφＴｉの印加によるリ
セット動作の終了時点から、ボトムゲートＢＧに読み出
しパルスφＢｉが印加されるまでの時間（電荷蓄積期間
Ｔａ）に受光した光量に深く関連し、蓄積された電荷が
少ない場合には極めて緩やかに低下する傾向を示し、ま
た、蓄積された電荷が多い場合には急峻に低下する傾向
を示す。そのため、読み出し期間Ｔreadがスタートし
て、所定の時間経過後のデータライン１０３の電圧ＶＤ
を検出することにより、あるいは、所定のしきい値電圧
を基準にして、その電圧に至るまでの時間を検出するこ
とにより、照射光の光量が換算される。

【００１４】上述した一連の画像読み取り動作を１サイ
クルとして、次のｉ＋１番目の行における検出動作期間
（ｉ＋１番目処理サイクル）においても、ｉ番目の行に
おける場合と同様に、リセットパルスφＴi+1、読み出
しパルスφＢi+1を印加する動作を行い、以下、フォト
センサアレイ１００の各行に対して同様の動作を繰り返
すことにより、ダブルゲート型フォトセンサ１０を２次
元のセンサシステムとして動作させることができる。

【００１５】なお、図１６に示したタイミングチャート
において、プリチャージ期間Ｔprchの経過後、図１７
（ｆ）、（ｇ）に示すように、ボトムゲートライン１０
２にローレベル（たとえばＶbg＝０Ｖ）を印加した状態
を継続すると、ダブルゲート型フォトセンサ１０はＯＦ
Ｆ状態を持続し、図１８（ｂ）に示すように、データラ
イン１０３の電圧ＶＤは、プリチャージ電圧Ｖpgを保持
する。このように、ボトムゲートライン１０２への電圧
の印加状態により、ダブルゲート型フォトセンサ１０の
読み出し状態を選択する選択機能が実現される。

【００１６】以上のように、リセット動作→電荷蓄積動
作→プリチャージ動作→読み出し動作の一連の動作ステ
ップにより被写体像の読み取りが行われるが、このよう
な動作ステップは、上述したダブルゲート型フォトセン
サを用いた場合に限らず、周知のフォトダイオードやフ
ォトトランジスタ等をフォトセンサとして用いたフォト
センサシステムにおいても、同様の動作ステップが実行
される。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】上述したような従来技
術に係るフォトセンサシステムにおいては、以下に示す
ような問題を有していた。 （１）フォトセンサが２次元配列されたフォトセンサア
レイを用いて被写体画像の読み取りを行う場合、フォト
センサアレイの１行毎のフォトセンサに対して、リセッ
トパルス及びプリチャージパルスの印加を行い、電荷蓄
積期間の経過後に読み出しパルスを印加するという一連
の処理手順を行い、かつ、この処理手順を各行毎に順次
繰り返して行う駆動制御方法が採用されていた。

【００１８】そのため、ｎ本の行を有する２次元マトリ
クスの場合、１画面のスキャンを行うためには、１行目
から最後のｎ行目までｎ回同様の動作を繰り返し行わな
ければならず、フォトセンサアレイの行数が多くなるほ
ど１画面全体の動作処理時間（スキャン時間）が増大す
る、という問題を有していた。これによって、１画面分
のスキャン時間が経過するまで被写体を静止させておか
なければならない等の制約が生じ、実用化の範囲が極め
て制限されるという問題を有していた。

【００１９】ところで、上述したダブルゲート型フォト
センサにおいて、スキャン時間を短縮する技術として
は、特開平８−２０４２２３号公報等に記載された技術
が知られている。特開平８−２０４２２３号公報には、
読み出し動作時に印加される読み出しパルスφＢnに同
期して、トップゲート電極に所定のオフセットバイアス
を印加することにより、入射光による正孔の蓄積を待つ
ことなく、半導体薄膜に形成される空乏層を後退させて
チャネルを確保し、照度に応じたドレイン電流を迅速に
流して、上記電荷蓄積時間Ｔａを短縮することが記載さ
れている。

【００２０】しかしながら、特開平８−２０４２２３号
公報に記載された駆動制御方法においては、ダブルゲー
ト型フォトセンサ単体における電荷蓄積時間Ｔａの短縮
を図ることにより、２次元のフォトセンサシステム全体
のスキャン時間を短縮する効果はあるものの、より高精
細な画質を求めて画素数を増加すると、画素数に比例し
てスキャン時間が必然的に増大するという問題を依然と
して有していた。

【００２１】（２）上述したようなフォトセンサを用い
たフォトセンサシステムにおいては、たとえば、上述し
たダブルゲート型フォトセンサのように、入射光による
電荷が電荷蓄積期間の間蓄積されるフォトセンサの場
合、被写体が暗く、蓄積される電荷が少ない場合には、
十分な検出感度を得るために電荷蓄積期間を長く設定す
ることが必要となり、また、被写体が明るく、蓄積され
る電荷が多い場合には、電荷が飽和しないようにするた
めに電荷蓄積期間を短く設定することが必要になる。す
なわち、被写体画像を適切な感度で良好に読み取るため
には、被写体の明るさに応じてフォトセンサの電荷蓄積
期間、すなわち、読み取り感度を適切に設定する必要が
ある。

【００２２】したがって、フォトセンサシステムを使用
する場所や被写体が種々変化するような場合には、外光
照度等の周囲環境の状態や被写体によって被写体の明る
さがその都度変化するため、正規の被写体画像の読み取
り動作の開始直前に、試験的に読み込み動作（以下、事
前読み込み動作という）を行い、この結果から適切な感
度を求めるようにすることが必要となる。

【００２３】この事前読み込み動作を従来の駆動制御方
法によって行う場合、まず、感度をある適当な値に設定
して全画面読み取りを行い、検出結果が不適切であれ
ば、感度を変更して再度全画面読み取りを行う、という
動作を複数回繰り返し、適切な検出結果が得られる感度
設定値を見つける、という手順を行うことになる。その
ため、事前読み込み動作に要する時間が極めて長くなっ
てしまい、迅速に適切な感度で被写体画像の読み取り動
作を開始することができないという問題を有していた。

【００２４】そこで、本発明は、上述した問題を解決
し、フォトセンサを２次元配列して構成されるフォトセ
ンサアレイを備えたフォトセンサシステムにおいて、被
写体画像の読み取り処理に要する時間を短縮することが
できるフォトセンサシステム及びその駆動制御方法を提
供することを第１の目的とし、また、フォトセンサシス
テムの使用状態に適した読み取り感度による被写体画像
の読み取り動作を迅速に実行することができるフォトセ
ンサシステム及びそのフォトセンサシステムにおけるフ
ォトセンサの駆動制御方法を提供することを第２の目的
としている。

【００２５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載のフォトセ
ンサシステムは、マトリクス状に配列された複数のフォ
トセンサよりなるフォトセンサアレイを備えたフォトセ
ンサシステムにおいて、前記フォトセンサアレイの所定
の行にリセットパルスを印加して、当該行の複数のフォ
トセンサを初期化する初期化手段と、前記複数のフォト
センサに所定のプリチャージパルスを印加するプリチャ
ージ手段と、前記初期化終了後、照射された光により発
生する電荷を蓄積する電荷蓄積期間が経過し、かつ、前
記プリチャージパルスを印加するプリチャージ動作が終
了した前記所定の行の複数のフォトセンサに対して読み
出しパルスを印加する読み出し手段と、前記読み出し手
段に基づいて、前記電荷蓄積期間に蓄積された電荷によ
る電圧を出力電圧として出力する出力手段と、少なくと
も、前記プリチャージ手段によるプリチャージパルスの
印加タイミングと、前記読み出し手段による各行毎の前
記読み出しパルスの印加タイミングを、相互に時間的に
重ならないように設定するとともに、各行毎の前記電荷
蓄積期間が、少なくとも２つの異なる行間において、時
間的に重なる期間を有するように設定するタイミング制
御手段と、を備えていることを特徴としている。

【００２６】請求項２記載のフォトセンサシステムは、
請求項１記載のフォトセンサシステムにおいて、前記フ
ォトセンサは、半導体層からなるチャネル領域を挟んで
形成されたソース電極及びドレイン電極と、少なくとも
前記チャネル領域の上方及び下方に各々絶縁膜を介して
形成された第１の電極及び第２の電極とを有し、前記チ
ャネル領域に前記照射された光の量に対応する電荷が発
生、蓄積されることを特徴としている。

【００２７】請求項３記載のフォトセンサシステムは、
請求項２記載のフォトセンサシステムにおいて、前記初
期化手段は、前記フォトセンサにおける前記第１の電極
に前記リセットパルスを印加して前記フォトセンサを初
期化し、前記プリチャージ手段は、前記フォトセンサに
おける前記ドレイン電極に前記プリチャージパルスを印
加し、前記読み出し手段は、プリチャージパルスによる
プリチャージ動作が終了した前記フォトセンサの前記第
２の電極に前記読み出しパルスを印加し、前記出力手段
は、前記ドレイン電極の電圧を出力電圧として出力する
ことを特徴としている。

【００２８】請求項４記載のフォトセンサシステムは、
請求項２記載のフォトセンサシステムにおいて、前記フ
ォトセンサシステムは、前記第２の電極への前記読み出
しパルスの印加タイミングに同期して、前記第１のゲー
ト電極に、所定のオフセットバイアスを印加するオフセ
ットバイアス印加手段を備えていることを特徴としてい
る。

【００２９】請求項５記載のフォトセンサの駆動制御方
法は、マトリクス状に配列された複数のフォトセンサよ
りなるフォトセンサアレイを備えたフォトセンサシステ
ムにおけるフォトセンサの駆動制御方法において、前記
フォトセンサアレイの所定の行にリセットパルスを印加
して、その行の複数のフォトセンサを初期化する第１の
ステップと、前記初期化終了後、前記所定の行の複数の
フォトセンサにおいて、照射された光により発生する電
荷を蓄積する電荷蓄積期間が経過し、かつ、前記複数の
フォトセンサに所定のプリチャージパルスを印加するプ
リチャージ動作が終了した前記所定の行の複数のフォト
センサに対して読み出しパルスを印加して、前記電荷蓄
積期間に蓄積された電荷による電圧を出力電圧として出
力する第２のステップと、を含み、前記第２のステップ
におけるプリチャージパルス及び各行毎の前記読み出し
パルスの印加タイミングは、相互に時間的に重ならない
ように設定されるとともに、各行毎の前記電荷蓄積期間
は、少なくとも２つの異なる行間において、時間的に重
なる期間を有していることを特徴としている。

【００３０】請求項６記載のフォトセンサの駆動制御方
法は、請求項５記載のフォトセンサの駆動制御方法にお
いて、前記第１のステップにおいては、前記フォトセン
サアレイの各行に前記リセットパルスを順次印加して各
行毎の前記複数のフォトセンサを順次初期化し、前記第
２のステップにおいては、前記初期化が終了して所定の
電荷蓄積時間が経過し、かつ、前記プリチャージパルス
によるプリチャージ動作が終了した前記各行の複数のフ
ォトセンサに対して読み出しパルスを順次印加し、前記
電荷蓄積期間に蓄積された電荷による電圧を出力電圧と
して順次出力することを特徴としている。

【００３１】請求項７記載のフォトセンサの駆動制御方
法は、請求項６記載のフォトセンサの駆動制御方法にお
いて、前記第２のステップにおける前記プリチャージパ
ルス及び各行毎の前記読み出しパルスの印加間隔は、前
記プリチャージパルスのパルス幅と前記読み出しパルス
のパルス幅の合計時間に等しいか、又は、それ以上に設
定されていることを特徴としている。

【００３２】請求項８記載のフォトセンサの駆動制御方
法は、請求項６記載のフォトセンサの駆動制御方法にお
いて、前記第１のステップにおける各行毎の前記リセッ
トパルスの印加間隔、及び、前記第２のステップにおけ
る前記プリチャージパルス及び各行毎の前記読み出しパ
ルスの印加間隔は、前記プリチャージパルスのパルス幅
と前記読み出しパルスのパルス幅の合計時間に等しい
か、又は、それ以上に設定されていることを特徴として
いる。

【００３３】請求項９記載のフォトセンサの駆動制御方
法は、請求項６記載のフォトセンサの駆動制御方法にお
いて、前記第１のステップにおける各行毎の前記リセッ
トパルスの印加間隔、及び、前記第２のステップにおけ
る各行毎の前記プリチャージパルス及び前記読み出しパ
ルスの印加間隔は、前記第１のステップにおける前記リ
セットパルスのパルス幅と前記第２のステップにおける
前記プリチャージパルスのパルス幅と前記読み出しパル
スのパルス幅の合計時間に等しいか、又は、それ以上に
設定されていることを特徴としている。

【００３４】請求項１０記載のフォトセンサの駆動制御
方法は、請求項６記載のフォトセンサの駆動制御方法に
おいて、前記第２のステップにおける前記電荷蓄積期間
の設定間隔は、前記第２のステップにおける各行毎の前
記プリチャージパルス及び前記読み出しパルスの印加間
隔を単位とする時間に設定されていることを特徴として
いる。

【００３５】請求項１１記載のフォトセンサの駆動制御
方法は、請求項５記載のフォトセンサの駆動制御方法に
おいて、前記第２のステップにおける各行毎の前記プリ
チャージパルス及び前記読み出しパルスの印加間隔は、
前記第１のステップにおける前記リセットパルスのパル
ス幅と前記第２のステップにおける前記プリチャージパ
ルスのパルス幅と前記読み出しパルスのパルス幅との合
計時間に等しいか、その整数倍の時間に設定されている
ことを特徴としている。請求項１２記載のフォトセンサ
の駆動制御方法は、請求項１１記載のフォトセンサの駆
動制御方法において、前記第２のステップにおける各行
毎の前記電荷蓄積期間は、前記合計時間に等しいか、そ
の整数倍の時間で、各行毎に異なる時間に設定されてい
ることを特徴としている。

【００３６】請求項１３記載のフォトセンサの駆動制御
方法は、請求項１１記載のフォトセンサの駆動制御方法
において、前記第１のステップにおいて、前記リセット
パルスを前記フォトセンサアレイの各行に同時に印加
し、前記第２のステップにおいて、前記合計時間に等し
いか、その整数倍の時間間隔で、前記プリチャージパル
スを印加するとともに、各行に前記読み出しパルスを印
加することを特徴としている。

【００３７】請求項１４記載のフォトセンサの駆動制御
方法は、請求項１１記載のフォトセンサの駆動制御方法
において、前記第１のステップにおいて、前記リセット
パルスを前記フォトセンサアレイの各行に前記合計時間
に等しいか、その整数倍の時間間隔で順次印加し、全行
への前記リセットパルスの印加が終了した後、前記第２
のステップにおいて、前記プリチャージパルスを印加す
るとともに、前記第１のステップにおける前記フォトセ
ンサアレイの各行に対する前記リセットパルスの印加順
序に対して逆の順序で、各行に読み出しパルスを印加す
ることを特徴としている。

【００３８】請求項１５記載のフォトセンサの駆動制御
方法は、請求項１１記載のフォトセンサの駆動制御方法
において、前記第１のステップにおいて、前記リセット
パルスを前記フォトセンサアレイの各行に前記合計時間
に等しいか、その整数倍の時間間隔で順次印加し、前記
第２のステップにおいて、前記第１のステップと同期し
て、前記プリチャージパルスを印加するとともに、前記
第１のステップにおける前記フォトセンサアレイの各行
に対する前記リセットパルスの印加順序に対して逆の順
序で、各行に読み出しパルスを順次印加し、前記プリチ
ャージ電圧の印加、及び、前記読み出しパルスの印加が
終了し、前記合計時間経過後、前記プリチャージパルス
を印加するとともに、前記読み出しパルスの各行への印
加順序と同じ順序で、再度、各行に読み出しパルスを前
記合計時間に等しいか、その整数倍の時間間隔で印加す
ることを特徴としている。

【００３９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係るフォトセン
サシステム及びそのフォトセンサシステムにおけるフォ
トセンサの駆動制御方法の実施の形態について詳しく説
明する。なお、以下に示す実施形態においては、フォト
センサとして上述したダブルゲート型フォトセンサを適
用した場合について示すが、本発明の構成は、このダブ
ルゲート型フォトセンサに限定されるものではなく、他
の構成のフォトセンサを用いたフォトセンサシステムに
対しても同様に適用されるものである。また、以下に示
す各実施形態においては、上述したダブルゲート型フォ
トセンサのトップゲート電極を第１の電極として電圧を
印加することにより、フォトセンス機能を実現するとと
もに、ボトムゲート電極を第２の電極として電圧を印加
することにより、チャネル領域に蓄積された電荷量を読
み出す機能を実現するものとして説明する。

【００４０】まず、本発明に係るフォトセンサシステム
の一実施形態について、図面を参照して説明する。図１
は、本発明に係るフォトセンサシステムの一実施形態を
示すブロック図である。なお、ここでは、図１４、図１
５に示したダブルゲート型フォトセンサ及びフォトセン
サシステムの構成を適宜参照しながら説明する。また、
図１５に示したフォトセンサシステムと同等の構成につ
いては、同一の符号を付して説明する。

【００４１】図１に示すように、本実施形態に係るフォ
トセンサシステムは、図１４に示したダブルゲート型フ
ォトセンサ１０を２次元配列して構成されるフォトセン
サアレイ１００と、ダブルゲート型フォトセンサ１０の
トップゲートＴＧに所定のタイミングで、所定のトップ
ゲート電圧（リセットパルス）、さらには、オフセット
バイアスを印加するトップゲートドライバ（初期化手
段、オフセットバイアス印加手段）１１１と、ダブルゲ
ート型フォトセンサ１０のボトムゲートＢＧに所定のタ
イミングで、所定のボトムゲート電圧（読み出しパル
ス）を印加するボトムゲートドライバ（読み出し手段）
１１２と、ダブルゲート型フォトセンサ１０へのプリチ
ャージ電圧の印加及びデータライン電圧の読み出しを行
うコラムスイッチ１１３、プリチャージスイッチ１１
４、アンプ１１５からなる出力回路（プリチャージ手
段、出力手段）１１６と、読み出されたデータ電圧（ア
ナログ信号）をデジタル信号からなる画像データに変換
するアナログ−デジタル変換器（以下、Ａ／Ｄコンバー
タと記す）１１６と、フォトセンサアレイ１００による
被写体画像の読取動作制御や外部機能部２００とのデー
タのやり取り等を行うとともに、一連の動作ステップに
係るリセット動作、電荷蓄積動作、プリチャージ動作、
読み出し動作に関連する各パルス信号の印加タイミング
を制御するタイミング制御機能を有するコントローラ
（タイミング制御手段）１２０と、読取画像データ及び
感度調整処理に関連するデータ等を記憶するＲＡＭ１３
０と、を有して構成されている。

【００４２】ここで、フォトセンサアレイ１００、トッ
プゲートドライバ１１１、ボトムゲートドライバ１１
２、コラムスイッチ１１３、プリチャージスイッチ１１
４、アンプ１１５からなる構成は、図１５に示したフォ
トセンサシステムと略同等の構成及び機能を有している
ので、その詳細な説明を省略する。本実施形態における
コントローラ１２０は、トップゲートドライバ１１１及
びボトムゲートドライバ１１２に所定の制御信号を供給
することにより、トップゲートドライバ１１１及びボト
ムゲートドライバ１１２の各々から、フォトセンサアレ
イ１００を構成する各ダブルゲート型フォトセンサのト
ップゲートＴＧ及びボトムゲートＢＧに印加する所定の
パルス信号（リセットパルス、読み出しパルス）を生成
するとともに、プリチャージスイッチ１１４に所定の制
御信号φpgを出力することにより、データラインにプリ
チャージ電圧Ｖpgを印加して、被写体画像の読取動作の
実行を制御する。

【００４３】また、コントローラ１２０には、ダブルゲ
ート型フォトセンサ１０から読み出されたデータライン
電圧がアンプ１１５及びＡ／Ｄコンバータ１１６を介し
てデジタル信号に変換され、画像データとして入力され
る。コントローラ１２０は、この画像データに対して、
所定の画像処理を施したり、ＲＡＭ１３０への書き込
み、読み出しを行うとともに、画像データの照合や加工
等の所定の処理を実行する外部機能部２００に対してイ
ンタフェースとしての機能をも備えている。

【００４４】特に、コントローラ１２０は、トップゲー
トドライバ１１１、ボトムゲートドライバ１１２及び出
力回路１１６に出力する制御信号を設定変更することに
より、後述する駆動制御処理におけるリセットパルス、
読み出しパルス、プリチャージパルス、オフセットバイ
アス等の印加タイミングを所定の条件を満たすように設
定して、被写体画像の読み取り時間を短縮するととも
に、外光照度等の周囲の環境等に対応して被写体画像を
最適に読み込むことができる読取感度、すなわち、ダブ
ルゲート型フォトセンサ１０の最適な電荷蓄積期間Ｔａ
を設定する機能を有している。

【００４５】＜第１の実施形態＞次に、上述したコント
ローラ１２０の概略動作について、図面を参照して説明
する。図２は、本発明に係るフォトセンサの駆動制御方
法の第１の実施形態を示すタイミングチャートである。
なお、ここでは、図１４、図１５及び図１に示したフォ
トセンサシステムの構成を適宜参照しながら説明する。
図２に示すように、まず、複数のダブルゲート型フォト
センサ１０のトップゲート端子ＴＧを行方向に接続する
トップゲートライン１０１の各々にリセットパルスφＴ
１、φＴ２、φＴ３、…φＴｎを順次印加してリセット
期間Ｔresetをスタートし、各行毎にダブルゲート型フ
ォトセンサ１０を初期化する。

【００４６】次いで、リセットパルスφＴ１、φＴ２、
φＴ３、…φＴｎが立ち下がり、リセット期間Ｔreset
が終了することにより、電荷蓄積期間Ｔａがスタートし
て、各行毎にダブルゲート型フォトセンサ１０のトップ
ゲート電極側から入射される光量に応じてチャネル領域
に電荷（正孔）が発生し、蓄積される。次いで、電荷蓄
積期間Ｔａ内に並行して、全データライン１０３にプリ
チャージパルスφpgに基づくプリチャージ電圧Ｖpgを印
加してプリチャージ期間Ｔprchをスタートし、ダブルゲ
ート型フォトセンサ１０のドレイン電極に所定の電圧を
保持させるプリチャージ動作が行われる。

【００４７】次いで、電荷蓄積期間Ｔａ及びプリチャー
ジ期間Ｔprchが終了したダブルゲート型フォトセンサ１
０に対して、各行毎にボトムゲートライン１０２に読み
出しパルスφＢ１、φＢ２、φＢ３、…φＢｎを順次印
加して読み出し期間Ｔreadをスタートし、各ダブルゲー
ト型フォトセンサ１０に蓄積された電荷に対応する電圧
変化を、各データライン１０３を介してコラムスイッチ
１１３に取り込んで読み出す。なお、照射光量の検出方
法は、上述した従来技術と同様に、データライン１０３
の電圧の低下傾向を、読み出し期間Ｔreadがスタートし
て、所定の時間経過後の電圧値を検出することにより、
あるいは、所定のしきい値電圧を基準にして、その電圧
値に至るまでの時間を検出することにより、照射光量に
換算される。

【００４８】ここで、従来技術においては、フォトセン
サアレイ１００の１行毎の読み取り処理時間、すなわ
ち、１サイクルの期間内で、リセット動作から電荷蓄積
動作、読み出し動作に至る一連の処理手順（動作ステッ
プ）を実行し、フォトセンサアレイの行数（ｎ）分、同
様の処理をシリアルに繰り返して行う駆動制御方法であ
ったのに対して、本実施形態に係るフォトセンサの駆動
制御方法においては、まず、トップゲートライン１０１
を介して最初の行のダブルゲート型フォトセンサから順
に、リセットパルスφＴ１、φＴ２、φＴ３、…φＴｎ
を連続的に印加するリセット動作を先行して実行しつ
つ、ダブルゲート型フォトセンサのうち、電荷蓄積期間
が経過し、かつ、プリチャージ動作が終了した最初の行
のダブルゲート型フォトセンサから順に、ボトムゲート
ライン１０２を介して読み出しパルスφＢ１、φＢ２、
φＢ３、…φＢｎを並行して印加し、ドレイン電極の電
圧変化を読み出す処理手順を実行するようにしたもので
ある。

【００４９】このとき、プリチャージパルスφpg及び各
行毎の読み出しパルスφＢ１、φＢ２、φＢ３、…φＢ
ｎの印加タイミングが相互に時間的に重ならないように
設定するとともに、各行の読み取り処理期間における電
荷蓄積時間Ｔａの一部を時間的に重なるように設定する
ことによって、各行毎の処理サイクルを一部オーバーラ
ップさせて全体の読み取り処理時間を短縮するととも
に、このような駆動制御を行った場合においても、行毎
の出力電圧が相互に影響することなく、正確な読み取り
動作を行うようにものである。

【００５０】次に、上述したフォトセンサの駆動制御方
法における、より好ましい実施の形態を示して、各行毎
の処理動作のタイミングについて説明する。図３は、上
述したフォトセンサの駆動制御方法における、各行毎の
処理動作のタイミングを説明するタイミングチャートで
ある。一般に、フォトセンサシステムにおいては、光量
の検出感度を高めるため、リセット期間Ｔresetに対し
て読み出し期間Ｔreadが長く設定されている。また、処
理時間を最適化し、駆動制御及び検出結果の処理を簡易
にするため、検出感度に対応する行毎の電荷蓄積期間Ｔ
ａが一定値に設定される。したがって、各行毎のリセッ
ト動作を単に連続して行った場合、１行目のダブルゲー
ト型フォトセンサ１０の電荷蓄積期間Ｔａ経過後の読み
出し期間Ｔread中に、次の２行目のダブルゲート型フォ
トセンサ１０の電荷蓄積期間Ｔａが経過して、異なる行
相互の読み出し期間Ｔreadが重なり合う現象が生じる。
その結果、一つのデータライン１０３上に異なる行に対
応した読み取りデータが同時に出力されてしまい、デー
タのクロストークが生じ、正確なデータの読み取りが行
えなくなる。また、プリチャージ期間Ｔprchは、必ず各
行毎の読み出し期間Ｔreadの前に設けることが必要であ
るため、読み出し期間Ｔreadとプリチャージ期間Ｔprch
が時間的に重なり合ってしまう場合があり、データ読み
取りが正確に行えなくなる。

【００５１】そこで、本実施形態のより好ましい駆動制
御方法は、上述したような異なる行に接続されたダブル
ゲート型フォトセンサ相互の読み出し期間Ｔreadの重複
を避け、かつ、データライン１０３に印加されるプリチ
ャージ電圧Ｖpgと読み出しデータＶＤの重複を避けるこ
とを目的として、図３に示すように、図２に示した処理
手順と同様に、リセットパルスφＴ１、φＴ２、φＴ
３、…φＴｎを順次印加するリセット動作を先行して実
行しつつ、ダブルゲート型フォトセンサ１０のうち、電
荷蓄積期間Ｔａが経過し、かつ、プリチャージ動作が終
了した最初の行のダブルゲート型フォトセンサ１０から
順に、ボトムゲートライン１０２を介して読み出しパル
スφＢ１、φＢ２、φＢ３、…φＢｎを並行して順次印
加し、ドレイン電極の電圧変化を読み出す処理手順を実
行するようにして、各行毎の処理サイクルの一部を時間
的にオーバーラップさせるようにした駆動制御方法にお
いて、行毎のリセットパルスφＴ１、φＴ２、φＴ３、
…φＴｎ、読み出しパルスφＢ１、φＢ２、φＢ３、…
φＢｎ、及び、プリチャージパルスφpgの間隔を、読み
出しパルスによる読み出し期間Ｔreadとプリチャージパ
ルスφpgによるプリチャージ期間Ｔprchとの和に相当す
る時間（合計時間）に設定するようにしたものである。

【００５２】すなわち、行毎のリセットパルス、読み出
しパルス、及びプリチャージパルスの間隔は、次の
（１）式で表される第１のパルス間隔Ｔintとなる。 Ｔint＝Ｔprch＋Ｔread ……（１） これによって、行毎のダブルゲート型フォトセンサ１０
相互の読み出し期間Ｔread、及び、データラインに印加
されるプリチャージ期間Ｔprchと読み出し期間Ｔreadが
時間的に重なることが避けられるため、行毎の出力電圧
が影響してクロストークが発生することが防止され、正
確な読み取り動作を行うことができる。但し、この場
合、上記タイミングチャートから明らかなように、電荷
蓄積期間Ｔａは任意の時間に設定することはできず、電
荷蓄積期間Ｔａの設定間隔は、上記第１のパルス間隔Ｔ
intを基準単位とする時間となる。また、この構成によ
って、以下に示すように読み取り動作の処理時間を大幅
に短縮することができる。更に、読み出し期間Ｔreadが
一定に設定されるとともに、読み出し期間Ｔreadとプリ
チャージ期間Ｔprchの合計よりなるリセット動作の間隔
も一定にすることができるため、駆動制御を簡略化する
ことができる。

【００５３】ここで、本実施形態のより好ましい駆動制
御方法における動作処理時間の短縮効果について説明す
る。従来技術におけるフォトセンサ全体（１画面分）の
スキャン時間は、図１６に示したように、フォトセンサ
アレイ１００の行数をｎとした場合、リセット期間Ｔre
setと電荷蓄積期間Ｔａと読み出し期間Ｔreadとの合計
時間よりなる１行分の処理時間（処理サイクル）を行数
分繰り返すことになるため、次の（２）式に示すＴp-ol
dとして表すことができる。 Ｔp-old＝ｎ×(Ｔreset＋Ｔa＋Ｔread) ……（２）

【００５４】これに対して、本実施形態のより好ましい
駆動制御方法におけるスキャン時間Ｔp１は、図３に示
したように、１行目のリセット期間Ｔresetと電荷蓄積
期間Ｔaの後、読み出し期間Ｔreadとプリチャージ期間
Ｔprchが連続してｎ−１回繰り返された後に、ｎ行目の
読み出し期間Ｔreadが一回付加された時間となるため、
次の（３）式のように表すことができる。 Ｔp１＝Ｔreset＋Ｔａ＋(ｎ−１)×(Ｔread＋Ｔprch)＋Ｔread ＝Ｔreset＋Ｔａ＋ｎ×(Ｔread＋Ｔprch)−Ｔprch ……（３） したがって、従来技術におけるスキャン時間Ｔp-old
と、本実施形態のより好ましい駆動制御方法におけるス
キャン時間Ｔp１との差、すなわち、本実施形態によっ
て短縮される動作処理時間は、次の（４）式に示すＴof
fとして表すことができる。 Ｔoff＝Ｔp-old−Ｔp１＝(ｎ−１)×(Ｔreset＋Ｔａ−Ｔprch) ……（４）

【００５５】ここで、上述した短縮された処理時間Ｔof
fについて、具体的な数値例を示して、本実施形態にお
ける有効性を説明する。本実施形態のより好ましい駆動
制御方法により短縮された動作処理時間Ｔoffは、ダブ
ルゲート型フォトセンサが受光する光の明るさが、たと
えば、数十ルクスの場合、１行（走査線）の処理時間
（Ｔreset＋Ｔa＋Ｔread）として約０．１５秒を必要と
するので、フォトセンサアレイの行数ｎが２００本程度
の場合、従来技術においては、スキャン時間３０秒以上
を必要としていたのに対して、本実施形態によれば０．
３秒程度に短縮することができるので、短縮される処理
時間Ｔoffは２９．７秒程度となる。すなわち、本実施
形態によれば、スキャン理時間が１／１００程度に大幅
に短縮され、今後の実用化に向けた有効な駆動方法を提
示することができる。

【００５６】＜第２の実施形態＞次に、本発明に係るフ
ォトセンサの駆動制御方法における第２の実施形態につ
いて、図面を参照して説明する。本実施形態は、上述し
た第１の実施形態において、ボトムゲート電極に印加す
る読み出しパルスφＢｎに同期して、トップゲート電極
にオフセットバイアスを印加するようにしたことを特徴
としている。図４は、フォトセンサの駆動制御方法の第
２の実施形態を示すタイミングチャートである。ここで
は、図１５に示したフォトセンサシステムの構成を適宜
参照しながらを説明する。

【００５７】図４に示すように、まず、複数のダブルゲ
ート型フォトセンサ１０のトップゲート端子ＴＧを行方
向に接続するトップゲートライン１０１の各々に順次リ
セットパルス（Ｈレベル：たとえば、＋５Ｖ）φＴ１、
φＴ２、φＴ３、…φＴｎを印加してリセット期間Ｔre
setをスタートし、各行毎にダブルゲート型フォトセン
サ１０を初期化する。次いで、リセットパルスφＴ１、
φＴ２、φＴ３、…φＴｎが立ち下がり（Ｌレベル：た
とえば、−２０Ｖ）、リセット期間Ｔresetが終了する
と、電荷蓄積期間Ｔａがスタートして、各行毎にダブル
ゲート型フォトセンサ１０に入射される光量に応じてチ
ャネル領域に電荷が蓄積される。ここで、電荷蓄積期間
Ｔａ内にデータライン１０３にプリチャージ電圧を印加
してプリチャージ期間Ｔprchをスタートし、ダブルゲー
ト型フォトセンサ１０のドレイン電極に所定の電圧を保
持させる。

【００５８】次いで、電荷蓄積期間Ｔａ及びプリチャー
ジ期間Ｔprchが終了したダブルゲート型フォトセンサ１
０に対して、各行毎にボトムゲートライン１０２に順次
読み出しパルス（Ｈレベル：たとえば、１０Ｖ）φＢ
１、φＢ２、φＢ３、…φＢｎを印加して、読み出し期
間Ｔreadをスタートするとともに、上記読み出しパルス
φＢ１、φＢ２、φＢ３、…φＢｎの印加タイミングに
同期して、トップゲートライン１０１に順次所定のオフ
セットバイアス（たとえば、−１０Ｖ、バイアス期間Ｔ
bias）を印加し、各ダブルゲート型フォトセンサ１０に
蓄積された電荷に対応する電圧変化をデータライン１０
３を介して読み出す。

【００５９】ここで、本実施形態に係る駆動制御方法に
おける電荷蓄積期間とオフセットバイアスとの関係につ
いて、図面を参照して説明する。まず、ダブルゲート型
フォトセンサにおけるゲート印加電圧とチャネル形成と
の関係について説明する。図５は、ダブルゲート型フォ
トセンサにおけるゲート印加電圧とチャネル形成状態を
示す概念図である。なお、ダブルゲート型フォトセンサ
の各構成のうち、従来技術（図１４）に対応する構成に
ついては、同一の符号を付して説明する。

【００６０】図５（ａ）は、ダブルゲート型フォトセン
サ１０に光が照射されない状態にあって、かつ、トップ
ゲート電極２１にＬレベル（−２０Ｖ）が印加された状
態を示している。この状態においては、半導体層１１ａ
に形成される空乏層３０は、トップゲート電極側からボ
トムゲート電極側に向けて、半導体層１１ａのほぼ全域
に広がり、ボトムゲート電極２２側から見たＭＯＳトラ
ンジスタ（以下、下部ＭＯＳトランジスタという）は、
チャネルがピンチオフした状態を示す。

【００６１】上述したように、下部ＭＯＳトランジスタ
のチャネルをピンチオフした状態で、半導体層１１ａに
光が入射すると、図５（ｂ）に示すように、半導体層１
１ａに電子−正孔対が発生してトップゲート電極２１直
下に電荷（正孔）が蓄積され、空乏層３０の広がりがト
ップゲート電極２１方向に後退する。しかしながら、入
射する光が低照度の場合には、図４に示したタイミング
チャートにおける予め設定された電荷蓄積期間Ｔａ中に
半導体層１１ａに蓄積される電荷量が少ないため、空乏
層３０の広がりをトップゲート電極２１方向に十分後退
させることができず、下部ＭＯＳトランジスタにおける
チャネルが形成されなくなり、読み出し動作時における
下部ＭＯＳトランジスタによる出力が機能しないことに
なる。そこで、本実施形態においては、図４のタイミン
グチャートに示したように、ボトムゲート電極２２に印
加する読み出しパルスφＢ１、φＢ２、φＢ３、…の印
加タイミングに同期させてトップゲート電極２１にオフ
セットバイアス（−１０Ｖ）を印加するようにしてい
る。

【００６２】このようなオフセットバイアスを印加する
ことにより、図５（ｃ）に示すように、トップゲート電
極２１の電圧が負の高バイアスから負の低バイアスに変
化することにより、半導体層１１ａにおける空乏層３０
の広がりが後退（減衰）して、光の照射による電荷の蓄
積を待つことなく（電荷蓄積期間Ｔａの経過を待つこと
なく）、下部ＭＯＳトランジスタのチャネルが形成され
る。このとき、チャネルを流れるドレイン電流Ｉｄは、
入射光の光量に応じて変化するチャネル抵抗に依存して
変化する傾向を示すため、データラインを介して出力さ
れるドレイン電流を検出することにより、照射光量を算
出することができる。一方、ダブルゲート型フォトセン
サに入射する光が高照度の場合、半導体層１１ａに蓄積
される電荷量が多いうえ、オフセットバイアスの印加に
より、電荷蓄積期間Ｔａの経過を待つことなく、空乏層
３０の広がりは速やかに後退して下部ＭＯＳトランジス
タのチャネルが形成される。

【００６３】上述したような読み出しパルスφＢ１、φ
Ｂ２、φＢ３、…φＢｎの印加タイミングに同期して、
オフセットバイアスを印加する手法を用いることによ
り、ダブルゲート型フォトセンサの飽和露光量を小さく
することができるとともに、下部ＭＯＳトランジスタに
おけるチャネルの形成を制御し、かつ、チャネルを流下
するドレイン電流により照射光量を検出することができ
るため、電荷蓄積期間Ｔａの短縮、又は、検出感度の向
上を図ることができる。したがって、本実施形態に係る
フォトセンサの駆動制御方法によれば、上記（２）式に
おけるスキャン時間Ｔp１をさらに短縮して、高速スキ
ャンを可能とし、また、低照度（暗い）の環境下にあっ
ても良好に照射光量を検出して被写体像像を読み取るこ
とができるフォトセンサシステムを提供することができ
る。

【００６４】なお、本実施形態においては、トップゲー
ト電極２１に印加するオフセットバイアスを−１０Ｖに
設定した場合について説明したが、通常の非リセット動
作時のセンスゲートバイアス（−２０Ｖ）と０Ｖの間の
電圧値であれば、たとえば半導体層１１ａの特性や、周
囲の明るさ、被写体の明暗等に応じて適宜設定するもの
であってもよい。また、オフセットバイアスを入射光の
照度に関わらず、均一に印加する手法を示したが、たと
えば暗い被写体に対してのみ、オフセットバイアスを印
加するように切り換え制御を行うものであってもよい。
さらに、オフセットバイアスを、読み出しパルスの立ち
上がり、立ち下がりのタイミングに同期してトップゲー
ト電極２１に印加する場合について説明したが、読み出
しパルスをボトムゲート電極２２に印加している期間内
であれば、読み出しパルスのパルス幅（読み出し期間）
Ｔreadより短く設定するものであってもよい。

【００６５】＜第３の実施形態＞次に、本発明に係るフ
ォトセンサの駆動制御方法における第３の実施形態につ
いて、図面を参照して説明する。図６は、本発明に係る
フォトセンサの駆動制御方法の第３の実施形態を示すタ
イミングチャートであり、図７は、本実施形態の変形例
を示すタイミングチャートである。ここでは、図１５に
示したフォトセンサシステムを適宜参照しながら、駆動
制御方法を説明する。図６、図７に示すように、本実施
形態に係る駆動制御方法は、まず、ダブルゲート型フォ
トセンサ１０のトップゲート端子ＴＧを行方向に接続す
るトップゲートライン１０１の各々に、順次リセットパ
ルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎを印加してリセット期間
Ｔresetをスタートし、各行毎のダブルゲート型フォト
センサ１０を初期化する。

【００６６】次いで、リセットパルスφＴ１、φＴ２、
…φＴｎが立ち下がり、リセット期間Ｔresetが終了す
ることにより、電荷蓄積期間Ｔａがスタートして、各行
毎にダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート電
極側から入射される光量に応じてチャネル領域に電荷
（正孔）が発生し、蓄積される。ここで、図６に示すよ
うに、電荷蓄積期間Ｔａ内に並行して、あるいは、図７
に示すように、電荷蓄積期間Ｔａの終了後に、プリチャ
ージ信号φpgを順次印加することにより、プリチャージ
期間Ｔprchをスタートし、データライン１０３にプリチ
ャージ電圧を印加してダブルゲート型フォトセンサ１０
のドレイン電極に所定の電圧を保持させるプリチャージ
動作が行われる。

【００６７】次いで、電荷蓄積期間Ｔａ及びプリチャー
ジ期間Ｔprchが終了したダブルゲート型フォトセンサ１
０に対して、他の行におけるリセット動作、プリチャー
ジ動作及び読み出し動作のための各信号の印加タイミン
グと時間的に重ならないタイミングで、各行毎にボトム
ゲートライン１０２に順次読み出しパルスφＢ１、φＢ
２、…φＢｎを印加して、読み出し期間Ｔreadをスター
トし、ダブルゲート型フォトセンサ１０に蓄積された電
荷に対応する電圧変化ＶＤ１、ＶＤ２、ＶＤ３、…ＶＤ
ｍを、コラムスイッチ１１３によりデータライン１０３
を介して読み出す。

【００６８】ここで、照射光量の検出方法は、上述した
従来技術と同様に、各データライン１０３の電圧ＶＤ
１、ＶＤ２、ＶＤ３、…ＶＤｍの低下傾向を、読み出し
期間Ｔreadがスタートして、所定の時間経過後の電圧値
を検出することにより、あるいは、所定のしきい値電圧
を基準にして、その電圧値に至るまでの時間を検出する
ことにより、照射光量を換算する。

【００６９】すなわち、本実施形態においては、上述し
た実施形態に示した処理手順と同様に、リセットパルス
φＴ１、φＴ２、φＴ３、…φＴｎを順次印加するリセ
ット動作を先行して実行しつつ、ダブルゲート型フォト
センサ１０のうち、電荷蓄積期間Ｔａが経過し、かつ、
プリチャージ動作が終了した最初の行のダブルゲート型
フォトセンサ１０から順に、ボトムゲートライン１０２
を介して読み出しパルスφＢ１、φＢ２、φＢ３、…φ
Ｂｎを並行して順次印加し、ドレイン電極の電圧変化を
読み出す処理手順を実行するようにして、各行毎の処理
サイクルの一部を時間的にオーバーラップさせるように
した駆動制御方法において、行毎のリセットパルスφＴ
１、φＴ２、φＴ３、…φＴｎ、読み出しパルスφＢ
１、φＢ２、φＢ３、…φＢｎ、及び、プリチャージパ
ルスφpgの間隔を、リセットパルスによるリセット期間
Ｔresetと、読み出しパルスによる読み出し期間Ｔread
と、プリチャージパルスによるプリチャージ期間Ｔprch
との合計時間に設定するようにしたものである。

【００７０】ここで、本実施形態におけるリセットパル
ス、読み出しパルス、及びプリチャージパルスの間隔
は、次の（５）式に示す第２のパルス間隔Ｔdelayとし
て表すことができる。 Ｔdelay＝Ｔreset＋Ｔprch＋Ｔread ……（５） これにより、各行毎の処理サイクルの一部を時間的にオ
ーバーラップさせることができるとともに、リセット動
作、プリチャージ動作、読み出し動作が時間的に重なっ
て実行されることがないので、全ての行におけるリセッ
ト動作が終了する前に読み出し動作を行うことができ、
スキャン時間を大幅に短縮することができるとともに、
２次元画面全体のスキャン動作を良好に行うことができ
る。以下、具体的に説明する。

【００７１】図８は、上述したフォトセンサの駆動制御
方法における、各行毎の処理動作のタイミングを説明す
るタイミングチャートである。上述した第１の実施形態
（図２参照）においては、リセットパルス、読み出しパ
ルス、及びプリチャージパルスの間隔を、読み出し期間
Ｔreadとプリチャージ期間Ｔprchとの和に相当する第１
のパルス間隔Ｔintに設定することによって、行毎の読
み出し期間Ｔread及びプリチャージ期間Ｔprchが時間的
に重ならないようにしたものであるが、電荷蓄積期間Ｔ
ａを短縮して、全ての行におけるリセット動作が終了す
る前に読み取り動作を開始すると、行毎のリセット期間
Ｔresetとプリチャージ期間Ｔprch、もしくは、読み出
し期間Ｔreadが時間的に重なってしまうことがあり、そ
の場合には正確な読み取りができなくなる。そのため、
上述した第１の実施形態においては、全行のリセット動
作が終了した後に、各行のプリチャージ動作及び読み取
り動作を開始するようにしなければならず、電荷蓄積期
間Ｔａを全行のリセット動作が終了する時間より短くす
ることができないという問題があった。

【００７２】これに対して、本実施形態においては、図
８に示すように、リセットパルス、読み出しパルス、及
びプリチャージパルスの間隔を、上記（５）式で表され
る第２のパルス間隔Ｔdelayに設定することにより、行
毎のリセット動作相互間の期間にプリチャージ動作及び
各行の読み取り動作を実行した場合でも、各動作が時間
的に重なることが避けられる。すなわち、全行のリセッ
ト動作が終了する前に読み取り動作を開始することが可
能となり、電荷蓄積期間Ｔａを全行のリセット動作に要
する時間よりも短くすることができる。したがって、電
荷蓄積期間Ｔａの設定可能幅を広くすることができ、感
度設定の幅（感度の設定自由度）を広げることができ
る。

【００７３】なお、この場合における電荷蓄積期間Ｔａ
は、任意の時間に設定することはできず、次の（６）式
のように表されるので、電荷蓄積期間Ｔａの設定間隔
は、上記第２のパルス間隔Ｔdelayを基本単位とする時
間に設定されることになる。ここで、ｋは０以上の整数
である。 Ｔａ＝Ｔdelay×ｋ＋Ｔprch ……（６） また、本実施形態におけるスキャン時間Ｔp２は、図８
に示すように、１行目のリセット期間Ｔresetと電荷蓄
積期間Ｔａの後、読み出し期間Ｔreadとプリチャージ期
間Ｔprchが第２のパルス間隔Ｔdelayの時間間隔でｎ−
１回繰り返された後に読み出し期間Ｔreadが１回加わる
時間となるため、次の（７）式のように表すことができ
る。 Ｔp２＝Ｔreset＋Ｔａ＋(ｎ−１)×(Ｔreset＋Ｔprch＋Ｔread)＋Ｔread ＝Ｔａ＋ｎ×(Ｔreset＋Ｔprch＋Ｔread)−Ｔprch ……（７）

【００７４】これを上述した第１の実施形態におけるス
キャン時間Ｔp１と比べると、電荷蓄積期間Ｔａが同じ
である場合は、行毎の動作間隔がリセット期間Ｔreset
分だけ長くなっているため、スキャン時間もその分だけ
長くなる。しかし、本実施形態においては、電荷蓄積期
間Ｔａを第１の実施形態の場合よりも短くすることがで
きるので、その場合には、本実施形態におけるスキャン
時間Ｔp２は、第１の実施形態におけるスキャン時間Ｔp
１よりも短くなる場合もある。いずれにしても、第１の
実施形態の場合と同様に、スキャン時間を従来技術にお
けるスキャン時間に比較して、大幅に短くすることがで
きる。

【００７５】＜第４の実施形態＞次に、本発明に係るフ
ォトセンサの駆動制御方法の第４の実施形態について、
図面を参照して説明する。本実施形態は、上述した第１
乃至第３の実施形態に示したような、被写体画像の実際
の読み取り動作（スキャン動作）に先立って、周囲環境
の明るさや検出対象物（被写体）の種類等の種々の条件
によって変化するフォトセンサの最適な感度設定値（電
荷蓄積期間）を求めるための処理（以下、事前読み込み
処理）において、上記（１）式、又は、（５）式の設定
条件を適用して、事前読み込み処理の所要時間を大幅に
短縮したことを特徴とする。

【００７６】図９は、本発明に係るフォトセンサの駆動
制御方法の第４の実施形態を示すタイミングチャートで
ある。ここでは、図１５に示したフォトセンサシステム
を適宜参照しながら、駆動制御方法を説明する。図９に
示すように、本実施形態に係る事前読み込み処理の駆動
制御方法は、まず、ダブルゲート型フォトセンサ１０の
トップゲート端子ＴＧを行方向に接続するトップゲート
ライン１０１の各々に、リセットパルスφＴ１、φＴ
２、…φＴｎ-1、φＴｎを同時に印加してリセット期間
Ｔresetを各行同時にスタートし、全ての行のダブルゲ
ート型フォトセンサ１０を同時に初期化する。次いで、
リセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎ-1、φＴｎが
同時に立ち下がり、リセット期間Ｔresetが終了するこ
とにより、全ての行におけるダブルゲート型フォトセン
サ１０の電荷蓄積期間Ｔａが一斉にスタートして、各行
毎のダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート電
極側から入射される光量に応じてチャネル領域に電荷
（正孔）が発生し、蓄積される。

【００７７】次いで、上記（５）式に示した第２のパル
ス間隔Ｔdelayを単位時間として、図９に示すように、
電荷蓄積期間Ｔａを各行毎に第２のパルス間隔Ｔdelay
の時間間隔で変化させて、プリチャージ期間Ｔprch及び
行毎の読み出し期間Ｔreadが時間的に重ならないタイミ
ングで、プリチャージパルスφpgの印加、及び、各行へ
の読み出しパルスφＢ１、φＢ２、…φＢｎ-1、φＢｎ
の印加を行う。すなわち、第３の実施形態と同様に、プ
リチャージパルスφpgを電荷蓄積期間Ｔａ内に並行して
（あるいは、電荷蓄積期間Ｔａの終了後に）、第２のパ
ルス間隔Ｔdelay毎に順次印加することにより、プリチ
ャージ期間Ｔprchをスタートし、データライン１０３に
プリチャージ電圧を印加してダブルゲート型フォトセン
サ１０のドレイン電極に所定の電圧を保持させるプリチ
ャージ動作が行われる。

【００７８】また、電荷蓄積期間Ｔａ及びプリチャージ
期間Ｔprchが終了したダブルゲート型フォトセンサ１０
に対して、各行毎にボトムゲートライン１０２に読み出
しパルスφＢ１、φＢ２、…φＢｎ-1、φＢｎを第２の
パルス間隔Ｔdelayの時間間隔で順次印加することによ
り、読み出し期間Ｔreadをスタートし、各ダブルゲート
型フォトセンサ１０に蓄積された電荷に対応する電圧変
化ＶＤ１、ＶＤ２、ＶＤ３、…ＶＤｍが、データライン
１０３を介してコラムスイッチ１１３に取り込まれて読
み出される。

【００７９】なお、本実施形態においては、電荷蓄積期
間Ｔａの設定間隔を上記第２のパルス間隔Ｔdelayでは
なく、（１）式に示した読み出し期間Ｔreadとプリチャ
ージ期間Ｔprchとの合計時間よりなる第１のパルス間隔
Ｔintとした場合であっても、プリチャージ期間Ｔprch
及び読み出し期間Ｔreadが時間的に重なることを避ける
ことができる。しかし、本実施形態による検出結果より
求められた最適電荷蓄積期間Ｔａが正規の被写体画像の
読み取り動作における電荷蓄積期間Ｔａに適用され、そ
の読み取り動作において上述した第３実施形態における
駆動制御方法を適用した場合には、電荷蓄積期間Ｔａの
設定間隔は、第２のパルス間隔Ｔdelayを基準単位とし
た値となるため、本実施形態における行毎の電荷蓄積期
間Ｔａの設定間隔も第２のパルス間隔Ｔdelayとするこ
とにより、本実施形態により求められた最適電荷蓄積期
間の値を正規の読み取り動作における駆動制御方法に適
用できる。このようなことから、本実施形態において
は、電荷蓄積期間Ｔａの設定間隔を、上記第２のパルス
間隔Ｔdelayの時間間隔に設定している。後述する第５
及び第６の実施形態においても同様である。

【００８０】したがって、従来技術に示した駆動制御方
法においては、ｘ段階（ｘは正の整数）の電荷蓄積期間
の調整を可能とするためには、最適な感度を得るまで
に、少なくとも、電荷蓄積期間をｘ回異なる数値に設定
して、その都度一画面を読み取らなければならなかった
のに対して、本実施形態においては、まず、全ての行の
ダブルゲート型フォトセンサ１０に同時に、リセットパ
ルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎを印加して、リセット動
作及び電荷蓄積動作を同時に開始するとともに、読み出
し動作を各行について、第２のパルス間隔Ｔdelayの時
間間隔だけ順次変化させて行うことにより、各行毎の電
荷蓄積期間Ｔａが第２のパルス間隔Ｔdelayの時間間隔
で増加するので、一画面を一回読み込む事前読み込み処
理により行数分の異なる検出感度で読み込んだ画像を取
得することができる。すなわち、各行の電荷蓄積期間Ｔ
ａは、次の（８）式のように表される。 Ｔa＝Ｔdelay×Ｊ＋Ｔprch ……（８） ここで、Ｊは０以上の整数よりなる変数であって、１行
目からｎ行目ではＪの値が０、１、……、ｎ−２、ｎ−
１になる。

【００８１】すなわち、電荷蓄積期間Ｔａは、一画面の
事前読み込み処理によって、概略第２のパルス間隔Ｔde
layの整数倍の値でｎ種類の異なる値に設定されること
になり、ｎ種類の異なる感度による読み込み処理が実行
されることになる。そして、本実施形態における一画面
の事前読み込みに要する時間Ｔｐ３は、フォトセンサア
レイ１００の行数をｎとした場合、次の（９）式のよう
に表される。 Ｔp３＝［Ｔdelay×（ｎ−１）＋Ｔprch］＋Ｔreset＋Ｔread ＝Ｔdelay×ｎ＝(Ｔreset＋Ｔprch＋Ｔread)×ｎ ……（９） よって、本実施形態による駆動制御方法によれば、一画
面を一回読み込むだけで行数分の種類の感度に対する検
出結果を得ることができるので、この検出結果に基づい
て周囲環境の変化や検出対象物の変化に対応した最適な
検出感度の値を求めることができ、この感度調整のため
に必要な時間を大幅に短縮することができる。

【００８２】なお、本実施形態に係る駆動制御方法にお
いては、全ての行のダブルゲート型フォトセンサに、リ
セットパルスを同時に印加する必要があるため、トップ
ゲートドライバ１１１がそれに見合った十分な駆動能力
を備えている必要がある。また、本実施形態において
は、行毎の読み出しパルス、及びプリチャージパルスの
印加間隔を第２のパルス間隔Ｔdelayの時間間隔に設定
したが、この間隔を第２のパルス間隔Ｔdelay時間の整
数倍としてもよく、また、行毎の印加間隔が一定でな
く、第２のパルス間隔Ｔdelayの整数倍の時間間隔で行
毎に異なるようにしてもよい。

【００８３】＜第５の実施形態＞次に、本発明に係るフ
ォトセンサの駆動制御方法の第５の実施形態について、
図面を参照して説明する。本実施形態は、事前読み込み
処理において、上記（１）式、又は、（５）式の設定条
件を適用して、事前読み込み処理の所要時間を短縮しつ
つ、電荷蓄積期間（すなわち、検出感度）の設定幅を拡
大したことを特徴とする。図１０は、本発明に係るフォ
トセンサの駆動制御方法の第５の実施形態を示すタイミ
ングチャートであり、図１１は、本実施形態における電
荷蓄積期間の設定幅の変化を示す概念図である。ここで
は、図１５に示したフォトセンサシステムを適宜参照し
ながら、駆動制御方法を説明する。

【００８４】図１０に示すように、本実施形態に係る駆
動制御方法は、まず、ダブルゲート型フォトセンサ１０
のトップゲート端子ＴＧを行方向に接続するトップゲー
トライン１０１の１行目から、上記（５）式に示した第
２のパルス間隔Ｔdelayの時間間隔で、リセットパルス
φＴ１、φＴ２、…φＴｎ-1、φＴｎを順次印加してリ
セット期間Ｔresetをスタートし、各行毎のダブルゲー
ト型フォトセンサ１０を初期化する。次いで、リセット
パルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎ-1、φＴｎが立ち下が
り、リセット期間Ｔresetが終了することにより、電荷
蓄積期間Ｔａがスタートして、各行毎にダブルゲート型
フォトセンサ１０のトップゲート電極側から入射される
光量に応じてチャネル領域に電荷（正孔）が発生し、蓄
積される。

【００８５】次いで、最後の行（ｎ行）に対するリセッ
トパルスφＴｎが立ち下がった後、上記（５）式に示し
た第２のパルス間隔Ｔdelayを単位時間として、電荷蓄
積期間Ｔａを各行毎に第２のパルス間隔Ｔdelayの時間
間隔で変化させて、プリチャージ期間Ｔprch、及び、行
毎の読み出し期間Ｔreadが時間的に重ならないタイミン
グで、プリチャージパルスφpgの印加、及び、ｎ行目か
ら１行目にかけて各行に、読み出しパルスφＢｎ、φＢ
ｎ−１、…φＢ２、φＢ１の印加を行う。すなわち、プ
リチャージ信号φpgを電荷蓄積期間Ｔａ内に並行して
（あるいは、電荷蓄積期間Ｔａの終了後に）、第２のパ
ルス間隔Ｔdelay毎に順次印加することにより、プリチ
ャージ期間Ｔprchをスタートし、データライン１０３に
プリチャージ電圧を印加してダブルゲート型フォトセン
サ１０のドレイン電極に所定の電圧を保持させるプリチ
ャージ動作が行われる。

【００８６】そして、電荷蓄積期間Ｔａ及びプリチャー
ジ期間Ｔprchが終了したダブルゲート型フォトセンサ１
０に対して、ボトムゲートライン１０２のｎ行目から１
行目にかけて行毎に、読み出しパルスφＢｎ、φＢｎ−
１、…φＢ２、φＢ１を第２のパルス間隔Ｔdelayの時
間間隔で順次印加することにより、ｎ行目から読み出し
期間Ｔreadをスタートし、各ダブルゲート型フォトセン
サ１０に蓄積された電荷に対応する電圧変化ＶＤ１、Ｖ
Ｄ２、ＶＤ３、…ＶＤｍが、データライン１０３を介し
てコラムスイッチ１１３により取り込まれて読み出され
る。

【００８７】このように、本実施形態においては、ま
ず、１行目からｎ行目の順番で、かつ、第２のパルス間
隔Ｔdelayの時間間隔で、各行に順次リセットパルスφ
Ｔ１、φＴ２、…φＴｎを印加して、リセット動作及び
電荷蓄積動作を順次開始するとともに、全ての行のリセ
ット動作後、ｎ行目から１行目の順番で、かつ、第２の
パルス間隔Ｔdelayの時間間隔で、各行に順次読み出し
パルスφＢｎ、φＢｎ−１、…φＢ２、φ１を印加し
て、読み出し動作を実行することにより、各行毎に電荷
蓄積期間Ｔａが第２のパルス間隔Ｔdelayの２倍の時間
間隔で増加することになる。すなわち、各行の電荷蓄積
期間Ｔａは、次の（１０）式のように表される。 Ｔa＝２×Ｔdelay×Ｌ＋Ｔprch ……（１０）

【００８８】ここで、Ｌは０以上の整数よりなる変数で
あって、ｎ行目から１行目ではＬの値が０、１、……、
ｎ−２、ｎ−１になる。すなわち、図１１に示すよう
に、一画面の読み込み処理によって、電荷蓄積期間Ｔａ
は、概略第２のパルス間隔Ｔdelayの２倍の時間を整数
倍した値でｎ種類の異なる値に設定されることになり、
ｎ種類の異なる感度による読み込み処理が実行されるこ
とになる。そして、本実施形態における一画面の事前読
み込みに要する時間Ｔｐ４は、次の（１１）式のように
表される。 Ｔp４＝Ｔdelay×（２ｎ−１） ＝(Ｔreset＋Ｔprch＋Ｔread)×（２ｎ−１） ……（１１）

【００８９】なお、電荷蓄積期間Ｔａを上述した第４の
実施形態と同様に、ｎ×Ｔdelay時間まで行う場合に
は、読み取り動作を一画面の半分（ｎ／２行目）まで行
えばよいので、読み込み所要時間は、次の（１２）式に
示すＴp４′のように表される。 Ｔp４′＝Ｔdelay×（３ｎ／２−１） ＝(Ｔreset＋Ｔprch＋Ｔread)×（３ｎ／２−１） ……（１２）

【００９０】したがって、本実施形態に係る駆動制御方
法によれば、電荷蓄積期間Ｔａを第２のパルス間隔Ｔde
layの２倍の時間間隔で変化させているため、上述した
第４の実施形態の場合のように、第２のパルス間隔Ｔde
layの時間間隔で細かく調整することはできないが、一
画面の事前読み込み処理によって電荷蓄積期間を、最
大、第４の実施形態の場合の２倍の値にまで設定するこ
とができ、たとえば、行数ｎが２５６のフォトセンサア
レイ１００を用いた場合においても、５１２段階まで感
度調整を行うことができ、第４の実施形態の場合よりも
広い範囲の感度設定値による画像を取得することができ
る。

【００９１】また、本実施形態に係る駆動制御方法にお
いては、各行毎に第２のパルス間隔Ｔdelayの時間間隔
で、順次リセットパルスを印加する手法を採用している
ので、トップゲートドライバから供給するリセットパル
スは１度に１つのフォトセンサにしか供給されない。そ
のため、第４の実施形態の場合のように、大きな駆動能
力を備える必要がないという利点を有している。よっ
て、本実施形態に係る駆動制御方法によれば、駆動能力
の小さいトップゲートドライバを用いても、一画面を一
回読み込むだけで、上述した第４の実施形態の場合より
も広い感度範囲で、行数分の種類の感度に対する検出結
果を得ることができ、感度調整のために必要な情報をよ
り多く取得することができる。そのため、駆動回路を小
さくすることができるとともに、より広い範囲の周囲環
境の変化や検出対象物（被写体）の変化に対応した最適
な検出感度の値を求めることができる。

【００９２】なお、本実施形態において、リセット動作
においては１行目からｎ行目に方向に、また、読み出し
動作においてはｎ行目から１行目方向に、それぞれ信号
パルスの印加順序を変化させているため、たとえば、ボ
トムゲートドライバ１１２のシフトレジスタにシフト方
向を切り換える機能を備えている必要がある。また、本
実施形態においては、行毎のリセットパルス、読み出し
パルス、及び、プリチャージパルスの印加間隔を第２の
パルス間隔Ｔdelayの時間間隔としたが、この間隔を第
２のパルス間隔Ｔdelay時間の整数倍としてもよく、ま
た、行毎の印加間隔が一定でなく、第２のパルス間隔Ｔ
delay時間の整数倍の間隔で行毎に異なるようにしても
よい。

【００９３】＜第６の実施形態＞次に、本発明に係るフ
ォトセンサの駆動制御方法の第６の実施形態について、
図面を参照して説明する。本実施形態は、事前読み込み
処理において、上記（１）式、又は、（５）式のの設定
条件を適用して、事前読み込み処理の所要時間を短縮し
つつ、電荷蓄積期間（検出感度）を細かく設定し、さら
に、ドライバの駆動能力の増加を抑制したことを特徴と
する。図１２は、本発明に係るフォトセンサの駆動制御
方法の第６の実施形態を示すタイミングチャートであ
り、図１３は、本実施形態における電荷蓄積期間の設定
幅の変化を示す概念図である。ここでは、図１５に示し
たフォトセンサシステムを適宜参照しながら、駆動制御
方法を説明する。

【００９４】図１２に示すように、本実施形態に係る駆
動制御方法は、まず、ダブルゲート型フォトセンサ１０
のトップゲート端子ＴＧを行方向に接続するトップゲー
トライン１０１の各々に、１行目からｎ行目の順番、か
つ、上記（５）式に示した第２のパルス間隔Ｔdelayの
時間間隔で、リセットパルスφＴ１、φＴ２、…Ｔｎ／
２、Ｔｎ／2+1、…φＴｎ-1、φＴｎを順次印加してリ
セット期間Ｔresetをスタートし、各行毎のダブルゲー
ト型フォトセンサ１０を初期化するとともに、各リセッ
ト期間Ｔresetが終了することにより、電荷蓄積期間Ｔ
ａがスタートして、各行毎にダブルゲート型フォトセン
サ１０のトップゲート電極側から入射される光量に応じ
てチャネル領域に電荷（正孔）が発生し、蓄積される。

【００９５】ここで、このリセットパルスφＴ１、φＴ
２、…φＴｎの印加と同時に、ボトムゲートライン１０
２の各々に、ｎ行目から１行目の順番、かつ、第２のパ
ルス間隔Ｔdelayの時間間隔で、読み出しパルスφＢ
ｎ、φＢｎ−１、…φＢｎ／2+1、φＢｎ／２、……φ
Ｂ２、φＢ１を各行に順次印加するとともに、ｎ／２行
目以降の読み出しパルスφＢｎ／２、…φＢ２、φＢ１
に対応して、プリチャージパルスφpgを第２のパルス間
隔Ｔdelayの時間間隔で順次印加して、読み取り動作を
実行する。

【００９６】そして、最下行（ｎ行目）のリセットパル
スφＴｎが立ち下がった後、第２のパルス間隔Ｔdelay
時間経過後に、最下行（ｎ行目）からｎ／２＋１行目ま
で、第２のパルス間隔Ｔdelayの時間間隔で、再度、読
み出しパルスに対応したプリチャージパルスφpgを第２
のパルス間隔Ｔdelayの時間間隔で順次印加するととも
に、読み出しパルスφＢｎ、φＢｎ-1、…φＢｎ／2+1
を順次印加して、読み取り動作を実行する。

【００９７】このようにして、各行毎に設定された電荷
蓄積期間Ｔａに蓄積された電荷に対応する電圧変化ＶＤ
１、…ＶＤｍが、データライン１０３を介してコラムス
イッチ１１３に取り込まれ読み出される。そして、本実
施形態における各行毎の電荷蓄積期間Ｔａは、次のよう
に表わせる。すなわち、１行目からｎ／２行目までは、
次の（１３）式のように表される。 Ｔａ＝２×Ｔdelay×Ｋ＋Ｔprch ……（１３）

【００９８】また、ｎ／２＋１行目からｎ行目までは、
次の（１４）式のように表される。 Ｔａ＝Ｔdelay×Ｋ＋Ｔprch ……（１４） ここで、Ｋは０以上の整数よりなる変数であって、１行
目からｎ／２行目ではＫの値がｎ−２、ｎ−４、……
２、０となり、ｎ／２＋１行目からｎ行目ではｎ−１、
ｎ−３、……、３、１となる。すなわち、一画面の読み
込み処理で、変数Ｋは、行毎の変化は１つ飛びで連続的
ではないが、全体では０からｎ−１まで１段階づつｎ段
階まで変化するように設定されることになる。したがっ
て、図１３に示すように、一画面の事前読み込み処理
で、電荷蓄積期間Ｔａは、概略第２のパルス間隔Ｔdela
yを整数倍した値でｎ種類の異なる値に設定されること
になり、ｎ種類の異なる感度による読み込み処理が実行
されることになる。

【００９９】そして、本実施形態における一画面の事前
読み込みに要する時間Ｔｐ５は、次の（１５）式のよう
に表される。 Ｔp５＝Ｔdelay×(３ｎ／２＋１) ＝(Ｔreset＋Ｔprch＋Ｔread)×(３ｎ／２＋１) ……（１５） したがって、本実施形態に係る駆動制御方法によれば、
一画面の事前読み込み処理によって電荷蓄積期間が、隣
接する行間では、上述した第５の実施形態と同様に、第
２のパルス間隔Ｔdelayの２倍の時間間隔で変化する
が、一画面全体では、上述した第４の実施形態の場合と
同じ範囲、かつ、同じ設定間隔の感度設定による画像を
取得することができる。

【０１００】また、本実施形態に係る駆動制御方法にお
いては、第５の実施形態と同様に、各行毎に第２のパル
ス間隔Ｔdelayの時間間隔で順次リセットパルスを印加
する手法を採用しているので、第４の実施形態の場合の
ように、トップゲートドライバに大きな駆動能力を備え
る必要がない、という利点を有している。よって、本実
施形態に係る駆動制御方法によれば、駆動能力の小さい
トップゲートドライバを用いても、一画面を一回読み込
むだけで、上述した第４の実施形態の場合と同等の細か
さ（間隔）で、行数分の種類の感度に対する検出結果を
得ることができる。そのため、駆動回路を小さくするこ
とができるとともに、周囲環境の変化や検出対象物の変
化に対応したより適切な検出感度の値を求めることがで
きる。

【０１０１】なお、本実施形態において、リセット動作
においては１行目からｎ行目方向に、また、読み取り動
作においてはｎ行目から１行目方向に、それぞれ信号パ
ルスの印加順序を変化させているため、ボトムゲートド
ライバ１１２のシフトレジスタにシフト方向を切り換え
る機能を備えている必要がある。また、本実施形態にお
いては、行毎の読み出しパルス、及び、プリチャージパ
ルスの印加間隔を第２のパルス間隔Ｔdelayの時間間隔
としたが、この間隔を第２のパルス間隔Ｔdelay時間の
整数倍としてもよく、また、行毎の印加間隔が一定でな
く、第２のパルス間隔Ｔdelay時間の整数倍の間隔で行
毎に異なるようにしてもよい。

【０１０２】以上、各実施形態において説明したよう
に、本発明に係るフォトセンサの駆動制御方法は、換言
すれば、以下に示すような特徴及び作用効果を有してい
る。すなわち、本発明に係るフォトセンサの駆動制御方
法は、マトリクス状に配列された複数個のフォトセンサ
と、該フォトセンサの第１のゲート電極を行方向に接続
した第１のゲートライン群と、前記フォトセンサの第２
のゲート電極を行方向に接続した第２のゲートライン群
と、前記フォトセンサのドレイン電極を列方向に接続し
たデータライン群と、を備えたフォトセンサの駆動制御
方法において、該フォトセンサの駆動制御方法は、前記
第１のゲートライン群の各々に順次リセットパルスを印
加して、前記フォトセンサを前記行毎に初期化する第１
のステップと、前記初期化終了後、前記フォトセンサに
照射された光により発生する電荷を蓄積する電荷蓄積時
間が経過し、かつ、前記ドレイン電極に所定のプリチャ
ージ電圧を印加するプリチャージ動作が終了した前記各
行のフォトセンサに対して、前記第２のゲートラインを
介して順次読み出しパルスを印加して、前記電荷蓄積時
間に蓄積された電荷による前記データラインの電圧変化
を順次出力する第２のステップとを含み、前記第１のス
テップにおける前記リセットパルスの各行毎の印加タイ
ミングは、前記第２のステップにおける前記電荷蓄積時
間と前記読み出しパルスの合計時間より短く設定されて
いることを特徴とする。

【０１０３】したがって、フォトセンサを２次元配列し
て構成されるフォトセンサシステムにおいて、連続して
リセットパルスを印加して全てのフォトセンサのリセッ
ト動作を先行して行いつつ、電荷蓄積期間が経過し、か
つ、プリチャージ動作が終了したフォトセンサの行か
ら、順次読み出しパルスを印加して、ドレイン電極の電
圧変化の読み出しを行うことにより、各行毎の処理サイ
クルを時間的にオーバーラップさせることができるの
で、２次元画面全体のスキャン時間を短縮することがで
きる。

【０１０４】また、走査線数が増えた場合であっても、
一方でリセット動作、及び、電荷蓄積動作を行いなが
ら、他方で、電荷蓄積期間が経過し、かつ、プリチャー
ジ動作が終了した行のフォトセンサから順に読み出し動
作を行うことができるので、画素の高密度化に対して有
効な駆動制御方法を提供することができる。また、上記
効果は換言すれば、従来と同じスキャン時間を適用した
場合、より長い電荷蓄積時間を設定することができるこ
とになるため、より低照度の光に対して高い感度で検出
することができる。

【０１０５】また、本発明に係るフォトセンサの駆動制
御方法は、上記フォトセンサの駆動制御方法において、
前記第１のステップにおける前記リセットパルスの各行
毎の印加タイミングは、前記プリチャージ時間と前記読
み出しパルスのパルス幅の和に相当する時間間隔程度に
設定されていることを特徴とする。したがって、リセッ
トパルスの間隔を、読み出し時間とプリチャージ時間と
の和に相当する時間に設定することにより、センサシス
テムを過負荷なく動作させつつ、処理時間を最適化する
ことができるため、異なる走査線相互での読み出しデー
タのクロストークを防止することができる。

【０１０６】また、本発明に係るフォトセンサの駆動制
御方法は、上記フォトセンサの駆動制御方法において、
前記第２のステップにおける前記データラインの電圧変
化は、前記読み出しパルスのパルス幅の時間経過後に、
前記データラインに印加されている電圧であって、該電
圧に基づいて前記照射された光量を検出することを特徴
とする。したがって、データラインの電圧変化の読み出
し時間を一定に設定し、所定時間経過後の電圧値に基づ
いて照射光量の換算を行うことにより、リセット動作の
間隔を一定に設定することができ、動作処理時間の均一
化、最適化を図ることができる。

【０１０７】また、本発明に係るフォトセンサの駆動制
御方法は、マトリクス状に配列された複数個のフォトセ
ンサと、該フォトセンサの第１のゲート電極を行方向に
接続した第１のゲートライン群と、前記フォトセンサの
第２のゲート電極を行方向に接続した第２のゲートライ
ン群と、前記フォトセンサのドレイン電極を列方向に接
続したデータライン群と、を備えたフォトセンサの駆動
制御方法において、該フォトセンサの駆動制御方法は、
前記第１のゲートライン群の所定のラインにリセットパ
ルスを印加して、前記フォトセンサを初期化する第１の
ステップと、前記初期化終了後、プリチャージパルスに
基づいて、前記データライン群の所定のラインに所定の
プリチャージ電圧を印加するプリチャージ動作が終了し
たフォトセンサに対して、前記第２のゲートラインを介
して読み出しパルスを印加して、前記初期化終了から前
記読み出しパルスの印加までの電荷蓄積期間に蓄積され
た電荷による前記データラインの電圧変化を順次出力す
る第２のステップと、を含み、前記第２のステップにお
ける前記プリチャージパルスと読み出しパルスの各行毎
の印加タイミングは、前記第１のステップにおけるリセ
ットパルスと、前記第２のステップにおける前記プリチ
ャージパルス及び前記読み出しパルスとの合計時間に設
定されていることを特徴としている。

【０１０８】したがって、フォトセンサを２次元配列し
て構成されるフォトセンサシステムにおいて、リセット
パルスとプリチャージパルスと読み出しパルスとの合計
時間間隔で、連続的にリセット動作を実行しつつ、フォ
トセンサのうち、電荷蓄積期間が経過し、かつ、プリチ
ャージ期間が終了した最初の行のフォトセンサから順
に、他の行におけるリセット動作、プリチャージ動作、
読み出し動作のタイミングと時間的に重ならないよう
に、ボトムゲートラインを介して読み出しパルスを順次
印加し、ドレイン電極の電圧変化を読み出す処理手順を
実行する駆動制御方法を有しているので、各行毎の処理
サイクルの一部を時間的にオーバーラップさせることが
できるとともに、他の行におけるリセット動作、プリチ
ャージ動作、読み出し動作と時間的に重なって実行され
ることがなく、全ての行におけるリセット動作が終了す
る前に読み出し動作を行って、スキャン時間を大幅に短
縮することができるとともに、２次元画面全体のスキャ
ン動作を良好に行うことができる。

【０１０９】また、本発明に係るフォトセンサの駆動制
御方法は、上記フォトセンサの駆動制御方法において、
前記第１のステップにおいて、前記リセットパルスを前
記第１のゲートライン群の各々に同時に印加し、前記第
２のステップにおいて、前記データライン群の各々に順
次、前記プリチャージ電圧を印加するとともに、前記第
２のゲートライン群の各々に順次読み出しパルスを印加
することを特徴としている。

【０１１０】したがって、フォトセンサを２次元配列し
て構成されるフォトセンサシステムにおいて、まず、全
ての行のフォトセンサに同時に、リセットパルスを印加
して、一斉にリセット動作及び電荷蓄積動作を同時に開
始し、リセットパルスとプリチャージパルスと読み出し
パルスとの合計時間間隔で、かつ、他の行におけるプリ
チャージ動作及び読み出し動作のための信号の印加タイ
ミングと時間的に重ならないタイミングで、ボトムゲー
トラインを介して読み出しパルスを順次印加し、ドレイ
ン電極の電圧変化を読み出す処理手順を実行する駆動制
御方法を有しているので、一画面のスキャン動作によ
り、行数分の異なる検出感度の出力を得ることができ、
事前読み込み時間を大幅に短縮することができる。

【０１１１】また、本発明に係るフォトセンサの駆動制
御方法は、上記フォトセンサの駆動制御方法において、
前記リセットパルスを前記第１のゲートライン群の各々
に順次印加し、前記第２のステップにおいて、前記第１
のゲートライン群への前記第１のステップにおける前記
リセットパルスの印加終了後、前記データライン群の各
々に順次、前記プリチャージ電圧を印加するとともに、
前記第２のゲートライン群の各々に、前記第１のステッ
プにおける前記第１のゲートライン群への前記リセット
パルスの印加順序に対して逆の順序で、読み出しパルス
を印加することを特徴としている。

【０１１２】したがって、フォトセンサを２次元配列し
て構成されるフォトセンサシステムにおいて、まず、１
行目からｎ行目の順番、かつ、リセットパルスとプリチ
ャージパルスと読み出しパルスとの合計時間間隔で、各
行に順次リセットパルスを印加して、リセット動作及び
電荷蓄積動作を開始するとともに、全ての行のリセット
動作後に、ｎ行目から１行目の順番、かつ、上記合計時
間間隔で、各行に順次読み出しパルスを印加して、読み
出し動作を実行する駆動制御方法を有しているので、各
行毎の電荷蓄積期間を上記合計時間の２倍の間隔で増加
させて、一画面のスキャン動作により、各行に順次リセ
ット動作を行いつつ、行数分以上の調整段階を有する検
出感度の出力を得ることができる。

【０１１３】また、本発明に係るフォトセンサの駆動制
御方法は、上記フォトセンサの駆動制御方法において、
前記第１のステップにおいて、前記リセットパルスを前
記第１のゲートライン群の各々に順次印加し、前記第２
のステップにおいて、前記第１のステップと同期して、
前記データライン群の各々に順次、前記プリチャージ電
圧を印加するとともに、前記第２のゲートライン群の各
々に、前記第１のステップにおける前記第１のゲートラ
イン群への前記リセットパルスの印加順序に対して逆の
順序で、読み出しパルスを印加するとともに、前記デー
タライン群への所定のプリチャージ電圧の印加、及び、
前記第２のゲートライン群への読み出しパルスの印加が
終了し、前記第１のステップにおけるリセットパルス
と、前記第２のステップにおける前記プリチャージパル
ス及び前記読み出しパルスとの合計時間経過後、前記デ
ータライン群の各々に順次、前記プリチャージ電圧を印
加するとともに、前記第２のゲートライン群の各々に、
前記読み出しパルスの印加順序と同じ順序で前記読み出
しパルスを印加することを特徴としている。

【０１１４】したがって、フォトセンサを２次元配列し
て構成されるフォトセンサシステムにおいて、まず、１
行目からｎ行目の順番、かつ、リセットパルスとプリチ
ャージパルスと読み出しパルスとの合計時間間隔で、各
行に順次リセットパルスを印加してリセット動作及び電
荷蓄積動作を開始すると同時に、ｎ行目から１行目の順
番、かつ、上記合計時間間隔で、各行に順次読み出しパ
ルスを印加して、読み出し動作を実行し、全ての行のリ
セット動作後に、ｎ行目からｎ／２行目の順番、かつ、
上記合計時間間隔で、各行に順次読み出しパルスを再度
印加して、読み出し動作を実行する駆動制御方法を有し
ているので、各行毎に電荷蓄積期間が上記合計時間の間
隔で設定され、一画面のスキャン動作により、各行に順
次リセット動作を行いつつ、行数分の異なる検出感度の
出力を得ることができる。

【０１１５】また、本発明に係るフォトセンサの駆動制
御方法は、上記フォトセンサの駆動制御方法において、
前記第１のステップにおけるリセットパルスと、前記第
２のステップにおける前記プリチャージパルスと、前記
読み出しパルスは、相互に時間的に重ならないように設
定されていることを特徴としている。したがって、上記
合計時間を構成するセットパルス、プリチャージパル
ス、読み出しパルスは、相互に時間的に重ならないよう
に設定されているので、各行毎の処理サイクルの一部を
時間的にオーバーラップさせて、全ての行におけるリセ
ット動作が終了する前に読み出し動作を行って、スキャ
ン時間を大幅に短縮することができるとともに、２次元
画面全体のスキャン動作を良好に行うことができる。

【０１１６】また、本発明に係るフォトセンサの駆動制
御方法は、上記フォトセンサの駆動制御方法において、
前記第２のステップにおける前記電荷蓄積期間は、前記
第１のステップにおけるリセットパルスと、前記第２の
ステップにおける前記プリチャージパルス及び前記読み
出しパルスとの合計時間を基準時間として、該基準時間
の整数倍に相当する時間に設定されていることを特徴と
している。したがって、電荷蓄積期間が、リセットパル
スとプリチャージパルスと読み出しパルスとの合計時間
を基準時間として、該基準時間の整数倍に相当する時間
に設定されているので、該基準時間を単位として電荷蓄
積時間を任意に設定することができる。

【０１１７】また、本発明に係るフォトセンサの駆動制
御方法は、上記フォトセンサの駆動制御方法において、
前記第２のステップにおける前記電荷蓄積期間は、前記
第１のステップにおけるリセットパルスと、前記第２に
おける前記プリチャージパルス及び前記読み出しパルス
との合計時間を基準時間として、前記各行毎に異なる長
さの時間に設定されていることを特徴としている。した
がって、電荷蓄積期間が、リセットパルスとプリチャー
ジパルスと読み出しパルスとの合計時間を基準時間とし
て、各行毎に異なる長さの時間に設定されているので、
一画面の事前読み込み処理で行数分の異なる検出感度で
読み込んだ画像を得ることができ、事前読み込み時間を
大幅に短縮することができる。

【０１１８】さらに、本発明に係るフォトセンサの駆動
制御方法は、上記フォトセンサの駆動制御方法におい
て、前記フォトセンサは、半導体層からなるチャネル領
域を挟んで形成されたソース電極及びドレイン電極と、
少なくとも前記チャネル領域の上方及び下方に各々絶縁
膜を介して形成されたトップゲート電極及びボトムゲー
ト電極と、を有し、前記トップゲート電極を前記第１の
ゲート電極とするとともに、前記ボトムゲート電極を前
記第２のゲート電極とし、前記チャネル領域に前記照射
された光の量に対応する電荷が発生、蓄積されることを
特徴とする。

【０１１９】したがって、上記フォトセンサシステム
を、２次元配列したダブルゲート型フォトセンサにより
構成しているので、２次元画面全体のスキャン時間、及
び、事前読み込み処理の所要時間を大幅に短縮して、従
来の構成において実用化の障害となっていた動作処理時
間が長い、検出感度が低いという問題を解決することが
でき、種々の応用分野への適用を実現することができる
とともに、外光照度や種々の周囲の条件に応じた適切な
検出感度で被写体画像の読み取り動作を行うことができ
る。

【０１２０】そして、本発明に係るフォトセンサの駆動
制御方法は、上記フォトセンサの駆動制御方法におい
て、前記第２のステップにおける前記第２のゲートライ
ンへの読み出しパルスの印加タイミングに同期して、前
記第１のゲート電極に、所定のオフセットバイアスを印
加することを特徴とする。したがって、第２のゲート電
極への読み出しパルスの印加タイミングに同期して、第
１のゲート電極に所定のオフセットバイアスを印加する
ことにより、上記ダブルゲート型フォトセンサの半導体
層における空乏層の広がりを迅速に後退させて飽和露光
量を小さくし、かつ、蓄積された電荷の読み出し動作を
行うボトムゲート電極側にチャネルを形成することがで
きるため、フォトセンサシステムの全体のスキャン時間
を短縮して、高速スキャンを可能とするとともに、より
低照度（暗い）の光に対しても良好に照射光量を検出す
ることができ、検出感度の向上を図ることができる。

【０１２１】

【発明の効果】本発明に係るフォトセンサシステム及び
そのフォトセンサシステムにおけるフォトセンサの駆動
制御方法によれば、マトリクス状に配列された複数のフ
ォトセンサよりなるフォトセンサアレイの各行に、リセ
ットパルスを順次印加してリセット動作を先行して実行
しつつ、電荷蓄積期間が経過し、かつ、プリチャージパ
ルスを印加してプリチャージ動作が終了した行に読み出
しパルスを順次印加して、フォトセンサの出力電圧を読
み出す処理手順を実行するようにして、各行毎の処理サ
イクルの一部を時間的にオーバーラップさせて、１画面
の読み取り処理時間を短縮することができるようにした
フォトセンサシステムにおいて、行毎のリセットパル
ス、読み出しパルス、及びプリチャージパルスの間隔
を、リセットパルスによるリセット期間と読み出しパル
スによる読み出し期間とプリチャージパルスによるプリ
チャージ期間との合計時間に設定するようにしたことに
よって、各行毎のリセット期間、プリチャージ期間及び
読み出し期間が時間的に重なることがなくなるので、行
毎の出力電圧が相互に影響することがなく、正確な読み
取り動作を行うことができるとともに、全ての行におけ
るリセット動作が終了する前にプリチャージパルス及び
読み出しパルスを印加して読み取り動作を開始すること
ができるので、電荷蓄積期間、すなわちフォトセンサの
感度の設定を広い範囲で行うことができる。

【０１２２】また、本発明に係るフォトセンサシステム
及びそのフォトセンサシステムにおけるフォトセンサの
駆動制御方法によれば、上記駆動制御方法と同様に、各
行毎の処理サイクルの一部を時間的にオーバーラップさ
せるようにしたフォトセンサシステムにおいて、各行に
リセットパルスを同時、もしくは、順次印加してリセッ
トした後、各行毎の電荷蓄積期間をリセット期間と読み
出し期間とプリチャージ期間との合計時間の整数倍の間
隔で異なるように設定し、プリチャージ期間及び行毎の
読み出し期間が時間的に重ならないタイミングで、プリ
チャージパルス及び読み出しパルスを各行に順次印加し
て行毎に読み取り処理を行うようにしたことによって、
各行毎の電荷蓄積期間が上記合計時間の整数倍の間隔で
行数分の異なる値となり、一画面の読み込み処理により
行数分の異なる検出感度で読み込んだ画像を取得するこ
とができる。この一画面の読み込み処理（事前読み込み
処理）による画像データを用いて、最も良好に検出でき
る最適検出感度の値を抽出することができるので、最適
検出感度の設定のために必要な画像読み込み処理時間を
大幅に短縮して、フォトセンサシステムの使用状態に適
した検出感度による被写体画像の読み取り動作を迅速に
実行することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るフォトセンサシステムの一実施形
態を示すブロック図である。

【図２】本発明に係るフォトセンサの駆動制御方法の第
１の実施形態を示すタイミングチャートである。

【図３】上述したフォトセンサの駆動制御方法におけ
る、各行毎の処理動作のタイミングを説明するタイミン
グチャートである。

【図４】本発明に係るフォトセンサの駆動制御方法の第
２の実施形態を示すタイミングチャートである。

【図５】ダブルゲート型フォトセンサにおけるゲート印
加電圧とチャネル形成状態を示す概念図である。

【図６】本発明に係るフォトセンサの駆動制御方法の第
３の実施形態を示すタイミングチャートである。

【図７】第３の実施形態の変形例を示すタイミングチャ
ートである。

【図８】第３の実施形態に係るフォトセンサの駆動制御
方法における、各行毎の処理動作のタイミングを説明す
るタイミングチャートである。

【図９】本発明に係るフォトセンサの駆動制御方法の第
４の実施形態を示すタイミングチャートである。

【図１０】本発明に係るフォトセンサの駆動制御方法の
第５の実施形態を示すタイミングチャートである。

【図１１】第５の実施形態における電荷蓄積期間の設定
幅の変化を示す概念図である。

【図１２】本発明に係るフォトセンサの駆動制御方法の
第６の実施形態を示すタイミングチャートである。

【図１３】第６の実施形態における電荷蓄積期間の設定
幅の変化を示す概念図である。

【図１４】従来技術におけるダブルゲート型フォトセン
サの構造を示す断面図である。

【図１５】従来技術におけるダブルゲート型フォトセン
サを２次元配列して構成されるフォトセンサシステムの
概略構成図である。

【図１６】フォトセンサの駆動制御方法を示すタイミン
グチャートである。

【図１７】ダブルゲート型フォトセンサの動作概念図で
ある。

【図１８】フォトセンサシステムの出力電圧の光応答特
性を示す図である。

【符号の説明】

１０ ダブルゲート型フォトセンサ １００ フォトセンサアレイ １１１ トップゲートドライバ １１２ ボトムゲートドライバ １１３ コラムスイッチ １１４ プリチャージスイッチ １１５ アンプ １１６ Ａ／Ｄコンバータ １２０ コントローラ １３０ ＲＡＭ ２００ 外部機能部

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マトリクス状に配列された複数のフォト
   センサよりなるフォトセンサアレイを備えたフォトセン
   サシステムにおいて、 前記フォトセンサアレイの所定の行にリセットパルスを
   印加して、当該行の複数のフォトセンサを初期化する初
   期化手段と、 前記複数のフォトセンサに所定のプリチャージパルスを
   印加するプリチャージ手段と、 前記初期化終了後、照射された光により発生する電荷を
   蓄積する電荷蓄積期間が経過し、かつ、前記プリチャー
   ジパルスを印加するプリチャージ動作が終了した前記所
   定の行の複数のフォトセンサに対して読み出しパルスを
   印加する読み出し手段と、 前記読み出し手段に基づいて、前記電荷蓄積期間に蓄積
   された電荷による電圧を出力電圧として出力する出力手
   段と、 少なくとも、前記プリチャージ手段によるプリチャージ
   パルスの印加タイミングと、前記読み出し手段による各
   行毎の前記読み出しパルスの印加タイミングを、相互に
   時間的に重ならないように設定するとともに、各行毎の
   前記電荷蓄積期間が、少なくとも２つの異なる行間にお
   いて、時間的に重なる期間を有するように設定するタイ
   ミング制御手段と、を備えていることを特徴とするフォ
   トセンサシステム。
2. 【請求項２】前記フォトセンサは、半導体層からなるチ
   ャネル領域を挟んで形成されたソース電極及びドレイン
   電極と、少なくとも前記チャネル領域の上方及び下方に
   各々絶縁膜を介して形成された第１の電極及び第２の電
   極とを有し、 前記チャネル領域に前記照射された光の量に対応する電
   荷が発生、蓄積されることを特徴とする請求項１記載の
   フォトセンサシステム。
3. 【請求項３】前記初期化手段は、前記フォトセンサにお
   ける前記第１の電極に前記リセットパルスを印加して前
   記フォトセンサを初期化し、 前記プリチャージ手段は、前記フォトセンサにおける前
   記ドレイン電極に前記プリチャージパルスを印加し、 前記読み出し手段は、プリチャージパルスによるプリチ
   ャージ動作が終了した前記フォトセンサの前記第２の電
   極に前記読み出しパルスを印加し、 前記出力手段は、前記ドレイン電極の電圧を出力電圧と
   して出力することを特徴とする請求項２記載のフォトセ
   ンサシステム。
4. 【請求項４】前記フォトセンサシステムは、前記第２の
   電極への前記読み出しパルスの印加タイミングに同期し
   て、前記第１のゲート電極に、所定のオフセットバイア
   スを印加するオフセットバイアス印加手段を備えている
   ことを特徴とする請求項２記載のフォトセンサシステ
   ム。
5. 【請求項５】マトリクス状に配列された複数のフォトセ
   ンサよりなるフォトセンサアレイを備えたフォトセンサ
   システムにおけるフォトセンサの駆動制御方法は、 前記フォトセンサアレイの所定の行にリセットパルスを
   印加して、その行の複数のフォトセンサを初期化する第
   １のステップと、 前記初期化終了後、前記所定の行の複数のフォトセンサ
   において、照射された光により発生する電荷を蓄積する
   電荷蓄積期間が経過し、かつ、前記複数のフォトセンサ
   に所定のプリチャージパルスを印加するプリチャージ動
   作が終了した前記所定の行の複数のフォトセンサに対し
   て読み出しパルスを印加して、前記電荷蓄積期間に蓄積
   された電荷による電圧を出力電圧として出力する第２の
   ステップと、を含み、 前記第２のステップにおけるプリチャージパルス及び各
   行毎の前記読み出しパルスの印加タイミングは、相互に
   時間的に重ならないように設定されるとともに、各行毎
   の前記電荷蓄積期間は、少なくとも２つの異なる行間に
   おいて、時間的に重なる期間を有していることを特徴と
   するフォトセンサの駆動制御方法。
6. 【請求項６】前記第１のステップにおいては、前記フォ
   トセンサアレイの各行に前記リセットパルスを順次印加
   して各行毎の前記複数のフォトセンサを順次初期化し、 前記第２のステップにおいては、前記初期化が終了して
   所定の電荷蓄積時間が経過し、かつ、前記プリチャージ
   パルスによるプリチャージ動作が終了した前記各行の複
   数のフォトセンサに対して読み出しパルスを順次印加
   し、前記電荷蓄積期間に蓄積された電荷による電圧を出
   力電圧として順次出力することを特徴とする請求項５記
   載のフォトセンサの駆動制御方法。
7. 【請求項７】前記第２のステップにおける前記プリチャ
   ージパルス及び各行毎の前記読み出しパルスの印加間隔
   は、前記プリチャージパルスのパルス幅と前記読み出し
   パルスのパルス幅の合計時間に等しいか、又は、それ以
   上に設定されていることを特徴とする請求項６記載のフ
   ォトセンサの駆動制御方法。
8. 【請求項８】前記第１のステップにおける各行毎の前記
   リセットパルスの印加間隔、及び、前記第２のステップ
   における前記プリチャージパルス及び各行毎の前記読み
   出しパルスの印加間隔は、前記プリチャージパルスのパ
   ルス幅と前記読み出しパルスのパルス幅の合計時間に等
   しいか、又は、それ以上に設定されていることを特徴と
   する請求項６記載のフォトセンサの駆動制御方法。
9. 【請求項９】前記第１のステップにおける各行毎の前記
   リセットパルスの印加間隔、及び、前記第２のステップ
   における各行毎の前記プリチャージパルス及び前記読み
   出しパルスの印加間隔は、前記第１のステップにおける
   前記リセットパルスのパルス幅と前記第２のステップに
   おける前記プリチャージパルスのパルス幅と前記読み出
   しパルスのパルス幅の合計時間に等しいか、又は、それ
   以上に設定されていることを特徴とする請求項６記載の
   フォトセンサの駆動制御方法。
10. 【請求項１０】前記第２のステップにおける前記電荷蓄
    積期間の設定間隔は、前記第２のステップにおける各行
    毎の前記プリチャージパルス及び前記読み出しパルスの
    印加間隔を単位とする時間に設定されていることを特徴
    とする請求項６記載のフォトセンサの駆動制御方法。
11. 【請求項１１】前記第２のステップにおける各行毎の前
    記プリチャージパルス及び前記読み出しパルスの印加間
    隔は、前記第１のステップにおける前記リセットパルス
    のパルス幅と前記第２のステップにおける前記プリチャ
    ージパルスのパルス幅と前記読み出しパルスのパルス幅
    との合計時間に等しいか、その整数倍の時間に設定され
    ていることを特徴とする請求項５記載のフォトセンサの
    駆動制御方法。
12. 【請求項１２】前記第２のステップにおける各行毎の前
    記電荷蓄積期間は、前記合計時間に等しいか、その整数
    倍の時間で、各行毎に異なる時間に設定されていること
    を特徴とする請求項１１記載のフォトセンサの駆動制御
    方法。
13. 【請求項１３】前記第１のステップにおいて、前記リセ
    ットパルスを前記フォトセンサアレイの各行に同時に印
    加し、 前記第２のステップにおいて、前記合計時間に等しい
    か、その整数倍の時間間隔で、前記プリチャージパルス
    を印加するとともに、各行に前記読み出しパルスを印加
    することを特徴とする請求項１１記載のフォトセンサの
    駆動制御方法。
14. 【請求項１４】前記第１のステップにおいて、前記リセ
    ットパルスを前記フォトセンサアレイの各行に前記合計
    時間に等しいか、その整数倍の時間間隔で順次印加し、
    全行への前記リセットパルスの印加が終了した後、 前記第２のステップにおいて、前記プリチャージパルス
    を印加するとともに、前記第１のステップにおける前記
    フォトセンサアレイの各行に対する前記リセットパルス
    の印加順序に対して逆の順序で、各行に読み出しパルス
    を印加することを特徴とする請求項１１記載のフォトセ
    ンサの駆動制御方法。
15. 【請求項１５】前記第１のステップにおいて、前記リセ
    ットパルスを前記フォトセンサアレイの各行に前記合計
    時間に等しいか、その整数倍の時間間隔で順次印加し、 前記第２のステップにおいて、前記第１のステップと同
    期して、前記プリチャージパルスを印加するとともに、
    前記第１のステップにおける前記フォトセンサアレイの
    各行に対する前記リセットパルスの印加順序に対して逆
    の順序で、各行に読み出しパルスを順次印加し、 前記プリチャージ電圧の印加、及び、前記読み出しパル
    スの印加が終了し、前記合計時間経過後、前記プリチャ
    ージパルスを印加するとともに、前記読み出しパルスの
    各行への印加順序と同じ順序で、再度、各行に読み出し
    パルスを前記合計時間に等しいか、その整数倍の時間間
    隔で印加することを特徴とする請求項１１記載のフォト
    センサの駆動制御方法。