JP2001169190A - フォトセンサシステム及びその駆動制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ダブルゲート型フォトセンサのゲート端子に
印加される電圧波形の偏りに起因する素子特性の劣化を
抑制して、信頼性が十分に確保された画像読取装置を実
現することができるフォトセンサシステムの駆動制御方
法を提供する。 【解決手段】 リセット動作において、ダブルゲート型
フォトセンサ１０のトップゲート端子ＴＧに印加される
リセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎの電圧波形に
対する逆バイアス電圧波形を、上記画像読取動作の処理
サイクルの直後に付加する。また、読み出し動作におい
て、ダブルゲート型フォトセンサ１０のボトムゲート端
子ＢＧに印加される読み出しパルスφＢ１、φＢ２、…
φＢｎの電圧波形に対する逆バイアス電圧波形を、上記
画像読取動作の処理サイクルの直前、あるいは、直後に
付加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フォトセンサシス
テム及びその駆動制御方法に関し、特に、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有す
るフォトセンサシステム及びそ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
in Film 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
あったが、これに対し、フォトセンサ自体にフォトセン
ス機能と選択機能とを持たせた、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」と記す）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。図１６は、ダブルゲート型
フォトセンサの構造を示す断面図、及び、ダブルゲート
型フォトセンサの等価回路である。図１６（ａ）に示す
ように、ダブルゲート型フォトセンサ１０は、アモルフ
ァスシリコン等の半導体薄膜１１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上に形成されたソース電
極１２及びドレイン電極１３と、半導体薄膜１１の上方
にブロック絶縁膜１４及び上部ゲート絶縁膜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１
１の下方に下部ゲート絶縁膜１６を介して形成されたボ
トムゲート電極２２と、を備え、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、トップゲート電極２１により構成される上部ＭＯ
Ｓトランジスタと、半導体薄膜１１、ソース電極１２、
ドレイン電極１３、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
１６（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】また、保護絶縁膜２０、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１４、下
部ゲート絶縁膜１６は、いずれも半導体層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、ト
ップゲート電極２１側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、上述したような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１７
は、ダブルゲート型フォトセンサ１０を２次元配列して
構成されるセンサアレイを備えたフォトセンサシステム
の概略構成図である。図１７に示すように、フォトセン
サシステムは、多数のダブルゲート型フォトセンサ１０
をｎ行×ｍ列のマトリクス状に配列したセンサアレイ１
００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
接続された出力回路部１１３と、を有して構成されてい
る。また、φtg及びφbgは、それぞれ後述するリセット
パルスφＴｉ及び読み出しパルスφＢｉを生成するため
の制御信号、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、フォトセンサ１
０の出力電圧をデータライン１０３を介して出力回路部
１１３に取り込んでシリアルデータＶoutとして出力す
ることにより読み取り機能が実現される。

【０００９】次に、上述したフォトセンサシステムの駆
動制御方法について、図面を参照して説明する。図１８
は、フォトセンサシステムの駆動制御方法を示すタイミ
ングチャートであり、センサアレイ１００のｉ番目の行
における検出動作期間（ｉ行目処理サイクル）を示す。

【００１０】まず、ｉ番目の行のトップゲートライン１
０１に、図１８（ａ）に示すように、ハイレベルのパル
ス電圧（リセットパルス；例えばＶtg＝＋１５Ｖ）φＴ
ｉを印加して、リセット期間Ｔresetにｉ番目の行のダ
ブルゲート型フォトセンサ１０に蓄積されている電荷を
放出するリセット動作を行う。次いで、トップゲートラ
イン１０１にローレベル（例えば、Ｖtg＝−１５Ｖ）の
バイアス電圧φＴｉを印加することにより、リセット期
間Ｔresetが終了し、チャネル領域への電荷蓄積動作に
よる電荷蓄積期間Ｔaが開始される。電荷蓄積期間Ｔaに
おいて、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。

【００１１】そして、電荷蓄積期間Ｔaに並行して、デ
ータライン１０３にプリチャージ電圧Ｖpgを有する、図
１８（ｃ）に示すように、プリチャージパルスφpgを印
加してドレイン電極１３に電荷を保持させるプリチャー
ジ期間Ｔprchを経た後、ボトムゲートライン１０２に、
図.１８（ｂ）に示すように、ハイレベル（例えば、Ｖb
g＝＋１０Ｖ）のバイアス電圧（読み出しパルスφＢ
ｉ）を印加することによりダブルゲート型フォトセンサ
１０がＯＮ状態となって読み出し期間Ｔreadがスタート
する。

【００１２】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（例えばＶtg＝−１５Ｖ）
を緩和する方向に働くため、ボトムゲート端子ＢＧの電
圧Ｖbgによりｎチャンネルが形成され、ドレイン電流に
応じてデータライン１０３の電圧ＶＤは、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。すなわち、データライン１０３の電圧ＶＤの変化
傾向は、電荷蓄積期間Ｔaと受光した光量に依存し、図
１８（ｄ）に示すように、入射光が暗くて光量が少な
く、蓄積された電荷が少ない場合には緩やかに低下する
傾向（図中、点線）を示し、入射光が明るくて光量が多
く、蓄積された電荷が多い場合には急峻に低下する傾向
（図中、実線）を示す。したがって、読み出し期間Ｔre
adがスタートして、所定の時間経過後のデータライン１
０３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。

【００１３】そして、センサアレイ１００の各行につい
て、上記の駆動制御を行毎に順次行う、あるいは、上記
各駆動パルスが時間的に重ならないタイミングで各行の
駆動制御を並行して行う、ことによって画像の読み取り
を行う。以上の説明は、フォトセンサとしてダブルゲー
ト型フォトセンサを用いた場合の動作であるが、これに
限らず、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、同様に、［リセット動作→電荷蓄積動作→プリチャ
ージ動作→読み取り動作］の動作ステップを有してお
り、同様の駆動手順となっている。

【００１４】

【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）上述したような従来技術に係るフォトセンサシス
テムの駆動制御方法における画像読取動作においては、
例えば、上記ダブルゲート型フォトセンサの場合には、
トップゲート端子ＴＧにリセットパルス、ドレイン端子
Ｄにプリチャージパルス、ボトムゲート端子ＢＧに読み
出しパルスが順次印加される一連の動作が周期的に繰り
返される駆動制御が実行されていた。ここで、各パルス
は短時間だけ印加される信号波形であり、例えば、トッ
プゲート端子ＴＧに対しては、短期間だけハイレベル電
圧（例えば、＋１５Ｖ）が印加され、他の期間はローレ
ベル電圧（例えば、−１５Ｖ）が印加される。

【００１５】このため、動作期間（例えば、図.１８Ａ
〜１８Ｄに示したｉ行目処理サイクル期間）において、
トップゲート端子ＴＧに印加される電圧波形は、０Ｖ
（ＧＮＤレベル）に対して対称ではなく、トップゲート
端子ＴＧに印加される実効電圧は図１８（ａ）に示すＶ
teとなり、ローレベル（負電圧）側に大きく偏った波形
となっていた。また、同様にボトムゲート端子ＢＧに印
加される電圧波形も、短期間だけハイレベル電圧（例え
ば、＋１０Ｖ）が印加され、他の期間はＧＮＤ電圧が印
加されるため、０Ｖ（ＧＮＤレベル）に対して対称では
なく、ボトムゲート端子ＢＧに印加される実効電圧は、
図１８（ｂ）に示すＶbeとなり、ハイレベル（正電圧）
側に大きく偏った波形となっていた。

【００１６】薄膜トランジスタ構造を有するフォトセン
サにおいて、光が照射された状態で、このような偏った
電圧が各ゲート端子に印加され続けると、各ゲート電極
部分に電荷（正孔または電子）がトラップされる等の現
象が発生して、フォトセンサの素子特性が劣化し、感度
特性が変化してしまい、フォトセンサの信頼性が低下す
る、という問題を有していた。

【００１７】（２）また、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、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、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。このような種々の環境下で被
写体画像を良好に読み取るためには、フォトセンサの感
度を、使用の都度、その使用環境に適した感度に設定
し、その状態で被写体画像読み取り動作を行うようにす
ることが必要となる。ここで、フォトセンサの感度は、
例えば電荷蓄積期間の間に蓄積される入射光による電荷
の量によって決まるため、電荷蓄積期間の長さ（時間）
を調整することによって行われる。

【００１８】このため、予め、各ゲート端子に印加され
る電圧の実効電圧を最適な値に設定していた場合でも、
使用環境に応じて、その都度、電荷蓄積期間を変更設定
すると、各ゲート端子に印加される実効電圧が必然的に
変動することになり、実効電圧の最適値から外れること
になる。これによって、上述した感度特性等の変化が生
じて、画像読取装置の信頼性を十分に確保することがで
きなくなる、という問題を有していた。

【００１９】そこで、本発明は、上述した問題に鑑み
て、薄膜トランジスタ構造を有するフォトセンサを備え
るフォトセンサシステムにおいて、フォトセンサのゲー
ト電極に印加される電圧波形の実効電圧が正又は負電圧
に偏っていることによってフォトセンサの素子特性が劣
化して感度特性が変化することを抑制して、フォトセン
サシステムの信頼性を向上させることを目的としてい
る。また、フォトセンサシステムの使用環境の変化に応
じて、その都度、フォトセンサの適切な読み取り感度を
求め、それにより設定した感度によって読み取り動作を
行うようにした場合においても、フォトセンサの素子特
性が劣化することを防ぎ、フォトセンサシステムの信頼
性が低下することを抑制することを目的としている。

【００２０】

【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、複数のフォトセンサを２次元配列して
構成されるフォトセンサアレイと、前記フォトセンサア
レイの前記各フォトセンサにリセットパルスを印加し
て、前記各フォトセンサを初期化する初期化手段と、前
記フォトセンサアレイの前記各フォトセンサに対してプ
リチャージパルスを印加するとともに、前記各フォトセ
ンサに読み出しパルスを印加して、前記各フォトセンサ
の出力電圧を取り込む信号読み出し手段と、前記初期化
手段及び前記信号読み出し手段によって前記各フォトセ
ンサに印加された信号の実効電圧を最適値にする補正信
号を前記各フォトセンサに印加する実効電圧調整手段
と、を具備することを特徴としている。

【００２１】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、前記初
期化手段及び前記信号読み出し手段によって前記各フォ
トセンサに設定される画像読取感度を変化させつつ、前
記信号読み出し手段によって前記２次元配列された前記
複数のフォトセンサに対応する画素より構成される被写
体画像を読み取り、前記画像読取感度毎の前記被写体画
像の画像パターンに基づいて、最適な画像読取感度を求
める最適読取感度設定手段を具備することを特徴として
いる。

【００２２】請求項３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、前記実
効電圧調整手段における前記補正信号は、前記初期化手
段及び前記信号読み出し手段によって前記各フォトセン
サに印加された信号の平均実効電圧を、各々０Ｖに設定
する信号であることを特徴としている。請求項４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、前記実効電圧調整手段における前記
補正信号は、前記初期化手段及び前記信号読み出し手段
によって前記各フォトセンサに印加された信号の平均実
効電圧を、各々、前記フォトセンサにおけるしきい値電
圧の変化量が最小となる値に設定する信号であることを
特徴としている。

【００２３】請求項５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、前記実
効電圧調整手段における補正信号の電圧波形は、前記初
期化手段及び前記信号読み出し手段によって前記各フォ
トセンサに印加される各々の信号の電圧波形の時間積分
値に対して、逆の極性の時間積分値を有することを特徴
としている。請求項６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、前記初
期化手段及び前記実効電圧調整手段によって前記各フォ
トセンサに印加される信号の電圧波形、並びに、前記信
号読み出し手段及び前記実効電圧調整手段によって前記
フォトセンサに印加される信号の電圧波形は、各々一対
のハイレベル及びローレベルからなる２値の電圧を有す
ることを特徴としている。

【００２４】請求項７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、前記初
期化手段及び前記実効電圧調整手段によって前記各フォ
トセンサに印加される信号の電圧波形、並びに、前記信
号読み出し手段及び前記実効電圧調整手段によって前記
フォトセンサに印加される信号の電圧波形は、各々複数
対のハイレベル及びローレベルからなる多値の電圧を有
することを特徴としている。

【００２５】請求項８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、前記各
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、を備えたダブルゲート構造を有し、前記初期化手段
において、前記トップゲート電極に前記リセットパルス
を印加して初期化し、前記信号読み出し手段において、
前記ボトムゲート電極に前記読み出しパルスを印加し、
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
荷蓄積期間に前記チャネル領域に蓄積された電荷に対応
した電圧を前記出力電圧として出力することを特徴とし
ている。

【００２６】請求項９記載のフォトセンサシステムの駆
動制御方法は、複数のフォトセンサを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
テムの駆動制御方法において、該フォトセンサシステム
の駆動制御方法は、前記フォトセンサアレイの前記各フ
ォトセンサにリセットパルスを印加して前記各フォトセ
ンサを初期化する初期化手順と、前記フォトセンサアレ
イの前記各フォトセンサにプリチャージパルスを印加し
た後、前記各フォトセンサに読み出しパルスを印加し、
前記各フォトセンサの出力電圧を取り込む信号読み出し
手順と、前記初期化手順及び前記信号読み出し手順にお
いて前記各フォトセンサに印加された信号の実効電圧を
所定の最適値に調整する実効電圧調整手順と、を含むこ
とを特徴としている。

【００２７】請求項１０記載のフォトセンサシステムの
駆動制御方法は、請求項９記載のフォトセンサシステム
の駆動制御方法において、前記実効電圧調整手順により
調整される、前記各フォトセンサに印加される信号の実
効電圧の前記最適値は０Ｖに設定されることを特徴とし
ている。請求項１１記載のフォトセンサシステムの駆動
制御方法は、請求項９記載のフォトセンサシステムの駆
動制御方法において、前記実効電圧調整手順により調整
される、前記各フォトセンサに印加される信号の実効電
圧の前記最適値は、前記各フォトセンサにおけるしきい
値電圧の変化量が最小となる値に設定されることを特徴
としている。

【００２８】請求項１２記載のフォトセンサシステムの
駆動制御方法は、請求項９記載のフォトセンサシステム
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、を備えたダブルゲート
構造を有し、前記トップゲート電極に前記リセットパル
スを印加し、前記ボトムゲート電極に前記読み出しパル
スを印加することにより、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前記チャネル領
域に蓄積された電荷に対応した電圧を出力することを特
徴としている。

【００２９】請求項１３記載のフォトセンサシステムの
駆動制御方法は、請求項９記載のフォトセンサシステム
の駆動制御方法において、前記初期化手段及び前記信号
読み出し手順によって前記フォトセンサアレイにおける
前記各フォトセンサに設定する画像読取感度を変化させ
つつ、前記信号読み出し手順によって前記２次元配列さ
れたフォトセンサに対応する画素より構成される被写体
画像を読み取り、前記画像読取感度毎の前記被写体画像
の画像パターンに基づいて、最適な画像読取感度を設定
する事前読取動作を実行する手順と、前記最適な画像読
取感度を用いて、前記被写体画像の全域を読み取る画像
読取動作を実行する手順と、前記事前読取動作及び前記
画像読取動作の期間に、前記フォトセンサアレイの各フ
ォトセンサに印加された信号の実効電圧を、前記最適値
に調整する実効電圧調整動作を実行する手順よりなる実
効電圧調整手順と、を含むことを特徴としている。

【００３０】請求項１４記載のフォトセンサシステムの
駆動制御方法は、請求項１３記載のフォトセンサシステ
ムの駆動制御方法において、前記事前読取動作を実行す
る手順は、前記各フォトセンサに、第１のタイミングで
所定の極性の電圧を有する第１の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くプ
リチャージ動作が終了した前記各フォトセンサに対し
て、第２のタイミングで所定の極性の電圧を有する第１
の読み出しパルスを印加して、前記初期化終了から前記
第１の読み出しパルスの印加までの電荷蓄積期間に蓄積
された電荷に対応した第１の読出電圧を出力する第２の
ステップと、を含み、前記第１の読み出しパルスは、前
記第２のタイミングにより、前記電荷蓄積期間を所定の
比率で変化させるように印加され、前記電荷蓄積期間毎
に蓄積された電荷に対応して出力される前記第１の読出
電圧により得られる前記被写体画像の画像パターンに基
づいて、最適な前記電荷蓄積期間が決定されることを特
徴としている。

【００３１】請求項１５記載のフォトセンサシステムの
駆動制御方法は、請求項１４記載のフォトセンサシステ
ムの駆動制御方法において、前記画像読取動作を実行す
る手順は、前記各フォトセンサに、第３のタイミングで
所定の極性の電圧を有する第２のリセットパルスを印加
して、前記各フォトセンサを初期化する第３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くプ
リチャージ動作が終了した前記各フォトセンサに対し
て、前記事前読取動作により決定された前記最適な電荷
蓄積期間を規定する第４のタイミングで所定の極性の電
圧を有する第２の読み出しパルスを印加して、前記初期
化終了から前記第２の読み出しパルスの印加までの前記
最適な電荷蓄積期間に蓄積された電荷に対応した第２の
読出電圧を出力する第４のステップと、を含み、前記実
効電圧調整動作を実行する手順は、前記第１及び第３の
ステップにおいて前記フォトセンサに印加された実効電
圧を、前記最適値に調整制御する所定の実効電圧を有す
る第５の信号を、前記フォトセンサに印加する第５のス
テップと、前記第２及び第４のステップにおいて前記フ
ォトセンサに印加された実効電圧を、前記最適値に調整
制御する所定の実効電圧を有する第６の信号を、前記フ
ォトセンサに印加する第６のステップと、を含むことを
特徴としている。

【００３２】請求項１６記載のフォトセンサシステムの
駆動制御方法は、請求項１５記載のフォトセンサシステ
ムの駆動制御方法において、前記第５の信号は、前記フ
ォトセンサの感度特性に応じて設定される実効電圧の前
記最適値を基準として、前記第１及び第３のステップに
おいて前記フォトセンサに印加された実効電圧に対し
て、逆極性の実効電圧を有し、また、前記第６の信号
は、前記フォトセンサの感度特性に応じて設定される実
効電圧の前記最適値を基準として、前記第２及び第４の
ステップにおいて前記フォトセンサに印加された実効電
圧に対して、逆極性の実効電圧を有していることを特徴
としている。

【００３３】請求項１７記載のフォトセンサシステムの
駆動制御方法は、請求項１５記載のフォトセンサシステ
ムの駆動制御方法において、前記第５のステップは、前
記フォトセンサの感度特性に応じて設定される実効電圧
の前記最適値を基準として、該最適値より低い第５の電
圧部分と該最適値より高い第６の電圧部分とを有し、前
記第１、第３及び第５のステップにおいて前記フォトセ
ンサに印加された信号電圧の時間積分値の絶対値と、前
記第１、第２及び第６のステップにおいて前記フォトセ
ンサに印加された信号の電圧波形の時間積分値の絶対値
とが等しくなるように、各々所定の時間幅に設定された
前記第５の信号を前記フォトセンサに印加し、また、前
記第６のステップは、前記フォトセンサの感度特性に応
じて設定される実効電圧の前記最適値を基準として、該
最適値より低い第７の電圧部分と該最適値より高い第８
の電圧部分とを有し、前記第２、第４及び第７のステッ
プにおいて前記フォトセンサに印加された信号の電圧波
形の時間積分値の絶対値と、前記第１、第２及び第８の
ステップにおいて前記フォトセンサに印加された信号電
圧の時間積分値の絶対値とが等しくなるように、各々所
定の時間幅に設定された前記第６の信号を前記フォトセ
ンサに印加することを特徴としている。

【００３４】請求項１８記載のフォトセンサシステムの
駆動制御方法は、請求項１５記載のフォトセンサシステ
ムの駆動制御方法において、前記第１、第３及び第５の
ステップにおいて前記各フォトセンサに印加される信号
の電圧波形、並びに、前記第２及、第４及び第６のステ
ップにおいて前記フォトセンサに印加される信号の電圧
波形は、各々一対のハイレベル及びローレベルからなる
２値の電圧を生成、出力する２値ドライバにより、前記
各フォトセンサに印加されることを特徴としている。

【００３５】請求項１９記載のフォトセンサシステムの
駆動制御方法は、請求項１５記載のフォトセンサシステ
ムの駆動制御方法において、前記第１、第３及び第５の
ステップにおいて前記フォトセンサに印加される信号の
電圧波形、並びに、前記第２、第４及び第６のステップ
において前記フォトセンサに印加される信号の電圧波形
は、各々複数対のハイレベル及びローレベルからなる多
値の電圧を生成、出力する多値ドライバにより、前記フ
ォトセンサに印加されることを特徴としている。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係るフォトセン
サシステムおよびその駆動制御方法の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。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薄膜トランジス
タ構造を有する前記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。図１は、本発明に
係るフォトセンサシステムを適用した２次元画像読取装
置の一例を示す概略構成図である。なお、ここでは、図
１７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。

【００３７】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１６（a）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のトップゲート端子ＴＧに所定のタイミングで、所
定のリセットパルスを印加するトップゲートドライバ１
１１と、ダブルゲート型フォトセンサ１０のボトムゲー
ト端子ＢＧに所定のタイミングで、所定の読み出しパル
スを印加するボトムゲートドライバ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１
１４、プリチャージスイッチ１１５、アンプ１１６から
なる出力回路部１１３と、読み出されたアナログ信号の
データ電圧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）１１７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、本発明における実効電
圧調整制御、及び、外部機能部２００とのデータのやり
取り等を行うとともに、後述する感度設定機能を備えた
コントローラ１２０と、読取画像データや後述する読取
感度の設定、実効電圧の調整等に関連するデータ等を記
憶するＲＡＭ１３０と、を有して構成されている。

【００３８】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、出力回路部１１３からなる構成は、図１７に示した
従来技術によるフォトセンサシステムと同等の構成及び
機能を有しているものであるが、本実施形態に係るフォ
トセンサシステムは、これに加えてＡ／Ｄコンバータ１
１７、コントローラ１２０、及びＲＡＭ１３０を設け
て、後述するような種々の制御を行うことができるよう
にしたものである。

【００３９】すなわち、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
に制御信号φtg、φbgを出力することにより、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端子ＴＧ及びボ
トムゲート端子ＢＧに所定の信号電圧（リセットパルス
φＴｉ、読み出しパルスφＢｉ）を印加するとともに、
プリチャージスイッチ１１５に制御信号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と共
に、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ＶＤがアン
プ１１５及びＡ／Ｄコンバータ１１７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。

【００４０】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。更
に、コントローラ１２０は、後述するように、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
出力する制御信号φtg、φbgを設定制御することによ
り、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に印加される実効電圧
の偏りを最適値に調整する機能、及び、外光等の環境照
度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
の最適な光蓄積期間Ｔａを設定する機能、を有してい
る。

【００４１】次に、上述した構成を有するフォトセンサ
システムの駆動制御方法について、図面を参照して説明
する。なお、図１、及び図１７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。以下に示す
ように、各実施形態に係わるフォトセンサシステムの駆
動制御方法は、何れも、コントローラ１２０から送出さ
れる制御信号（φtg、φbg、φpg等）に基づいて各動作
の制御が行われるものである。

【００４２】＜第１の実施形態＞図２は、本発明に係る
フォトセンサシステムの駆動制御方法における第１の実
施形態について、各行毎の動作のタイミングを示すタイ
ミングチャートである。なお、この第１の実施形態は、
トップゲートライン１０１に印加されるリセットパル
ス、及び、ボトムゲートライン１０２に印加される読み
出しパルス、の各々のハイレベル電圧とローレベル電圧
がＧＮＤレベル（０Ｖ）に対して、互いに逆極性で絶対
値が等しい電圧を有している場合に対応したものであ
る。

【００４３】本実施形態に係る駆動制御方法は、まず、
図２（ａ）〜（ｃ）の画像読取動作期間に示すように、
トップゲートライン１０１の各々に、リセットパルスφ
Ｔ１、φＴ２、…φＴｎを順次印加してリセット期間Ｔ
reset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。ここで、リセットパルスφＴ
１、φＴ２、…φＴｎは、ハイレベルが正電圧ＶtgH、
ローレベルが負電圧ＶtgLのパルス信号であり、電圧Ｖt
gH、ＶtgLは、ＧＮＤレベル（０Ｖ）に対して極性を反
転した対称な電圧波形を有している。

【００４４】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、光蓄積期間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２（ｇ）に示す
ように、光蓄積期間Ｔａ内に並行して、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Ｔ
prchをスタートし、データライン１０３にプリチャージ
電圧Ｖprch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。

【００４５】そして、図２（ｄ）〜（ｆ）の画像読取動
作期間に示すように、光蓄積期間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に順次読
み出しパルスφＢ１、φＢ２、…φＢｎを印加して、読
み出し期間Ｔreadをスタートし、図２（ｈ）に示すよう
に、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ＶＤを、出力回路部１１３によりデ
ータライン１０３を介して読み出し、順次ＲＡＭ１３０
に記憶する。ここで、読み出しパルスφＢ１、φＢ２、
…φＢｎは、ハイレベルが正電圧ＶbgH、ローレベルが
負電圧ＶbgLのパルス信号であり、電圧ＶbgH、ＶbgL
は、ＧＮＤレベル（０Ｖ）に対して極性を反転した対称
な電圧値を有している。

【００４６】なお、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。

【００４７】次いで、上記「リセット動作→光蓄積動作
→プリチャージ動作→読み出し動作」からなる一連の画
像読取動作が、フォトセンサアレイ１００の全ての行に
おいて終了した後、この全行の画像読取動作に要した時
間と同一の時間を有し、かつ、画像読取動作において各
行毎のトップゲートライン１０１、及び、ボトムゲート
ライン１０２に印加された電圧に対して逆バイアスとな
る電圧を、各行のトップゲートライン１０１、及び、ボ
トムゲートライン１０２に印加する。

【００４８】すなわち、図２（ａ）〜（ｃ）の実効電圧
調整動作期間に示すように、トップゲートライン１０１
に対する補正信号として、リセット動作において、ダブ
ルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート端子ＴＧに
印加されるリセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎの
電圧波形に対して、逆極性となる電圧波形、すなわち、
画像読取期間にトップゲート端子ＴＧに印加された電圧
波形をＧＮＤレベル（０Ｖ）に対して反転した波形を生
成し、上記画像読取動作期間の直前、あるいは、直後に
付加する（図２（ａ）〜（ｃ）では、直後の場合を示
す）。

【００４９】また、図２（ｄ）〜（ｆ）の実効電圧調整
動作期間に示すように、ボトムゲートライン１０２に対
する補正信号として、読み出し動作において、ダブルゲ
ート型フォトセンサ１０のボトムゲート端子ＢＧに印加
される読み出しパルスφＢ１、φＢ２、…φＢｎの電圧
波形に対して、逆極性となる電圧波形、すなわち画像読
取期間にボトムゲート端子ＢＧに印加された電圧波形を
ＧＮＤレベル（０Ｖ）に対して反転した波形を生成し、
上記画像読取動作期間の直前、あるいは、直後に付加す
る（図２（ｄ）〜（ｆ）では、直後の場合を示す）。

【００５０】ここで、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に印
加される電圧波形について、より具体的に説明する。図
３は、本実施形態における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
に印加される電圧波形の詳細を示すタイミングチャート
である。ここでは、１行目のトップゲートライン１０１
及びボトムゲートライン１０２に印加される電圧波形を
例として示すが、他の行においても同様である。

【００５１】図３（ａ）に示すように、画像読取動作に
おけるリセット動作時には、極めて短い時間（リセット
期間Ｔreset）のみ、正電圧ＶtgHのリセットパルスφＴ
１がトップゲートライン１０１を介してトップゲート端
子ＴＧに印加され、リセット動作以外の他の動作時に
は、比較的長い時間、負電圧ＶtgLが印加される。これ
によって、トップゲート端子ＴＧに印加される実効電圧
は、負電圧に大きく偏っている。

【００５２】一方、読み出し動作時においても、図３
（ｂ）に示すように、短い時間（読み出し期間Ｔread）
のみ、正電圧ＶbgHの読み出しパルスφＢ１がボトムゲ
ートライン１０２を介してボトムゲート端子ＢＧに印加
され、読み出し動作Ｔread以外の他の動作時には、比較
的長い時間、負電圧ＶbgLが印加される。これによっ
て、ボトムゲート端子ＢＧに印加される実効電圧は、負
電圧に大きく偏っている。このような特定の極性の電圧
側に偏った電圧がゲート端子に印加された状態が継続す
ると、上述したように、ゲート部分に電荷（正孔または
電子）がトラップされて、フォトセンサの感度特性の変
化や、素子特性の劣化が生じる。

【００５３】そこで、本実施形態においては、画像読取
動作期間に印加される電圧波形を、ＧＮＤレベル（０
Ｖ）に対して電圧極性を反転した逆バイアス電圧波形を
補正信号として生成し、画像読取動作期間の直前、ある
いは、直後の実効電圧調整動作期間に各ゲート電極に印
加する。このようなフォトセンサシステムの駆動制御方
法によれば、画像読取動作期間におけるトップゲート端
子ＴＧ及びボトムゲート端子ＢＧへの電圧の印加状態
と、実効電圧調整動作期間における電圧の印加状態と
は、互いに同等の印加タイミングを有するとともに、互
いに逆極性の電圧の時間積分値を有することになる。し
たがって、画像読取動作期間及び実効電圧調整動作期間
を含めた全体の動作期間において、トップゲート端子Ｔ
Ｇ及びボトムゲート端子ＢＧに印加される電圧は互いに
打ち消し合って実効電圧の極性の偏りが解消される。

【００５４】より詳細に言えば、図３（ａ）、（ｂ）に
示すように、画像読取動作期間において、トップゲート
端子ＴＧ及びボトムゲート端子ＢＧに印加される実効電
圧を、それぞれＶte1、Ｖbe1とし、実効電圧調整動作期
間においてトップゲート端子ＴＧ及びボトムゲート端子
ＢＧに印加される実効電圧を、それぞれＶte2、Ｖbe2と
すると、各端子に対して、各期間における実効電圧の絶
対値は互いに等しく、逆極性となり、|Ｖte1|＝|Ｖte2
|、|Ｖbe1|＝|Ｖbe2|となる。従って、画像読取動作期
間と実効電圧調整動作期間とをあわせた全体の動作期間
にトップゲート端子ＴＧ及びボトムゲート端子ＢＧに印
加される電圧の平均電圧（平均実効電圧）Ｖte、Ｖbe
は、各期間の実効電圧値が互いに相殺されて０Ｖとな
る。これによって、各ゲート部分への電荷（正孔または
電子）の蓄積が防止されるので、フォトセンサの素子特
性の劣化や感度特性の変化を抑制することができる。

【００５５】なお、本実施形態においては、画像読取動
作、及び、実効電圧調整動作に際し、トップゲート端子
ＴＧに印加される電圧波形に必要な電圧値は、ＧＮＤレ
ベル（０Ｖ）に対して互いに反転極性を有する一対の正
電圧ＶtgH及び負電圧ＶtgL（＝−ＶtgH）であり、ま
た、ボトムゲート端子ＢＧに印加される電圧波形に必要
な電圧値は、ＧＮＤレベル（０Ｖ）に対して互いに反転
極性を有する一対の正電圧ＶbgH及び負電圧ＶbgL（＝−
ＶbgH）であるので、トップゲートドライバ１１１及び
ボトムゲートドライバ１１２を、各々２値出力を有する
ドライバにより構成することができる。このような２値
出力を有するドライバは通常、ローコストであるため、
フォトセンサシステムのコストアップを抑制することが
できる。

【００５６】＜第２の実施形態＞次に、本発明に係るフ
ォトセンサシステムの駆動制御方法の第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、前記
第１の実施形態に対し、画像読取動作期間におけるリセ
ットパルス及び読み出しパルスの各々のハイレベル電圧
とローレベル電圧がＧＮＤレベル（０Ｖ）に対して非対
象な電圧を有している場合に対応したものである。

【００５７】図４は、本発明に係るフォトセンサシステ
ムの駆動制御方法における第２の実施形態について、各
行毎の動作のタイミングを示すタイミングチャートであ
り、図５は、本実施形態におけるダブルゲート型フォト
センサのトップゲート端ＴＧ子及びボトムゲート端子Ｂ
Ｇに印加される電圧波形の詳細を示すタイミングチャー
トである。ここで、上述した実施形態と同等の制御処理
については、その説明を簡略化して説明する。

【００５８】本実施形態に係る駆動制御方法は、上述し
た実施形態と同様に、まず、トップゲートライン１０１
の各々に、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、リセット
パルスφＴ１、φＴ２、…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を初期化した後、光蓄積期間Ｔａをス
タートし、入射される光量に応じてチャネル領域に電荷
（正孔）を蓄積する。ここで、リセットパルスφＴ１、
φＴ２、…φＴｎは、ＧＮＤレベル（０Ｖ）に対して非
対称な正電圧（ハイレベル）ＶtgH2、負電圧（ローレベ
ル）ＶtgL1（≠−ＶtgH2）を有するパルス信号である。

【００５９】そして、光蓄積期間Ｔａ、及び、図４
（ｇ）に示すように、光蓄積期間Ｔａ内に並行するプリ
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、各行毎のボトムゲートライン１０２
に、図４（ｄ）〜（ｆ）に示すように、読み出しパルス
φＢ１、φＢ２、…φＢｎを順次印加して、読み出し期
間Ｔreadをスタートし、図４（ｈ）に示すように、蓄積
された電荷に対応する電圧変化ＶＤを、出力回路部１１
３によりデータライン１０３を介して読み出し、順次Ｒ
ＡＭ１３０に記憶される。ここで、読み出しパルスφＢ
１、φＢ２、…φＢｎは、ＧＮＤレベル（０Ｖ）に対し
て非対称な正電圧（ハイレベル）ＶbgH2及び負電圧（ロ
ーレベル）ＶbgL1を有するパルス信号である。

【００６０】次いで、上記一連の画像読取動作が、全て
の行において終了すると、この全行の画像読取動作に要
した時間と同一の時間を有し、かつ、各行毎のトップゲ
ートライン１０１、及び、ボトムゲートライン１０２に
印加された電圧波形に対して逆バイアスとなる補正信号
を、上記画像読取動作期間の直前、あるいは、直後の実
効電圧調整動作期間に、各行のトップゲートライン１０
１、及び、ボトムゲートライン１０２に印加する（図４
（ａ）〜（ｈ）では、直後の場合を示す）。

【００６１】すなわち、図５（ａ）、（ｂ）に示すよう
に、トップゲート端子ＴＧには、画像読取動作期間に印
加される電圧波形をＧＮＤレベル（０Ｖ）に対して電圧
極性を反転し、ハイレベルとして正電圧ＶtgH1（＝−Ｖ
tgL1）、ローレベルとして負電圧ＶtgL2（＝−ＶtgH2）
を有する電圧波形が生成されて、実効電圧調整動作期間
に印加される。また、ボトムゲート端子ＢＧには、画像
読取動作期間に印加される電圧波形をＧＮＤレベル（０
Ｖ）に対して電圧極性を反転し、ハイレベルとして正電
圧ＶbgH1（＝−ＶbgL1）、ローレベルとして負電圧Ｖbg
L2（＝−ＶbgH2）を有する電圧波形が補正信号として生
成されて、実効電圧調整動作期間に印加される。

【００６２】このようなフォトセンサシステムの駆動制
御方法によれば、画像読取動作期間におけるトップゲー
ト端子ＴＧ及びボトムゲート端子ＢＧへの電圧の印加状
態と、実効電圧調整動作期間における電圧の印加状態と
は、互いに同等の印加タイミングを有するとともに、互
いに逆極性の電圧の時間積分値を有することになる。し
たがって、画像読取動作期間及び実効電圧調整動作期間
を含めた全体の処理期間において、トップゲート端子Ｔ
Ｇ及びボトムゲート端子ＢＧに各々印加される平均実効
電圧Ｖte、Ｖbeは、０Ｖとなり、各ゲート電極への電荷
（正孔または電子）の蓄積が防止され、フォトセンサの
感度特性の変化や素子特性の劣化を抑制することができ
る。

【００６３】なお、本実施形態においては、画像読取動
作期間におけるリセットパルス及び読み出しパルスの各
々のハイレベル電圧とローレベル電圧がＧＮＤレベル
（０Ｖ）に対して非対象な電圧を有しているため、実効
電圧調整動作期間を含めて、トップゲート端子ＴＧ及び
ボトムゲート端子ＢＧに印加される電圧波形に必要な電
圧値は、ＧＮＤレベル（０Ｖ）に対して対称な正電圧及
び負電圧で、各々２種の電圧値を有する計４種の電圧値
となる。このため、本実施形態におけるトップゲートド
ライバ１１１及びボトムゲートドライバ１１２は、各々
多値レベル出力のドライバにより構成することができ
る。これにより、フォトセンサの感度特性等に対応した
適切な電圧を印加することができて、画像読取動作を良
好に実行することができる。

【００６４】＜第３の実施形態＞次に、本発明に係るフ
ォトセンサシステムの駆動制御方法の第３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、前記
第２の実施形態の場合と同様に、画像読取動作期間にお
けるリセットパルス及び読み出しパルスの各々のハイレ
ベル電圧とローレベル電圧がＧＮＤレベル（０Ｖ）に対
して非対象な電圧を有している場合に対応したものであ
る。

【００６５】図６は、本発明に係るフォトセンサシステ
ムの駆動制御方法における第３の実施形態について、各
行毎の動作のタイミングを示すタイミングチャートであ
り、図７は、本実施形態におけるダブルゲート型フォト
センサのトップゲート端子ＴＧ及びボトムゲート端子Ｂ
Ｇに印加される電圧波形の詳細を示すタイミングチャー
トである。ここで、上述した実施形態と同等の制御処理
については、その説明を簡略化して説明する。

【００６６】本実施形態に係る駆動制御方法は、上述し
た実施形態と同様に、まず、トップゲートライン１０１
の各々に、図６（ａ）〜（ｃ）に示すようにリセットパ
ルスφＴ１、φＴ２、…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を初期化した後、光蓄積期間Ｔａをスタ
ートし、入射される光量に応じてチャネル領域に電荷
（正孔）を蓄積する。ここで、リセットパルスφＴ１、
φＴ２、…φＴｎは、ＧＮＤレベル（０Ｖ）に対して非
対称な正電圧（ハイレベル）ＶtgH及び負電圧（ローレ
ベル）ＶtgL（≠−ＶtgH）を有するパルス信号である。

【００６７】そして、光蓄積期間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、各行毎のボトムゲートライン１０２に、図６
（ｄ）〜（ｆ）に示すように、順次読み出しパルスφＢ
１、φＢ２、…φＢｎを印加して、読み出し期間Ｔread
をスタートし、図６（ｈ）に示すように、蓄積された電
荷に対応する電圧変化ＶＤを、出力回路部１１３により
データライン１０３を介して読み出し、順次ＲＡＭ１３
０に記憶される。ここで、読み出しパルスφＢ１、φＢ
２、…φＢｎは、ＧＮＤレベル（０Ｖ）に対して非対称
な正電圧（ハイレベル）ＶbgH及び負電圧（ローレベ
ル）ＶbgL（≠−ＶbgH）を有するパルス信号である。

【００６８】次いで、上記一連の画像読取動作が、全て
の行において終了すると、各行毎のトップゲートライン
１０１、及び、ボトムゲートライン１０２に印加された
電圧波形の実効電圧を打ち消して０Ｖとするような逆バ
イアス電圧波形よりなる補正信号を、上記画像読取動作
期間の直前、あるいは、直後の実効電圧調整動作期間
に、各行のトップゲートライン１０１、及び、ボトムゲ
ートライン１０２に印加する（図６（ａ）〜（ｈ）で
は、直後の場合を示す）。

【００６９】すなわち、トップゲート端子ＴＧには、実
効電圧調整動作期間に、ハイレベル電圧及びローレベル
電圧が、画像読取動作期間に印加されるパルス信号と同
じ正電圧ＶtgH及び負電圧ＶtgLを有するとともに、正電
圧ＶtgH及び負電圧ＶtgLの信号幅を調整して、画像読取
動作期間に印加される電圧波形の実効電圧Ｖte1に対し
ＧＮＤレベル（０Ｖ）に対して電圧極性を反転した実効
電圧Ｖte2（＝−Ｖte1）を有する電圧波形が補正信号と
して生成され、印加される。また、ボトムゲート端子Ｂ
Ｇには、ハイレベル電圧及びローレベル電圧が、画像読
取動作期間に印加されるパルス信号と同じ正電圧ＶbgH
及び負電圧ＶbgLを有するとともに、正電圧ＶbgH及び負
電圧ＶbgLの信号幅を調整して、画像読取動作期間に印
加される電圧波形の実効電圧Ｖbe1に対しＧＮＤレベル
（０Ｖ）に対して電圧極性を反転した実効電圧Ｖbe2
（＝−Ｖbe1）を有する電圧波形が補正信号として生成
され、印加される。

【００７０】具体的には、図７（ａ）、（ｂ）に示すよ
うに、トップゲート端子ＴＧには、ハイレベルとして正
電圧ＶtgH、ローレベルとして負電圧ＶtgLを有し、その
実効電圧Ｖte2が、画像読取動作期間に印加される電圧
波形の実効電圧Ｖte1をＧＮＤレベル（０Ｖ）に対して
極性反転した値となる電圧波形が補正信号として生成さ
れて、実効電圧調整動作期間に印加される。また、ボト
ムゲート端子ＢＧには、ハイレベルとして正電圧Ｖbg
H、ローレベルとして負電圧ＶbgLを有し、その実効電圧
Ｖbe2が、画像読取動作期間に印加される電圧波形の実
効値Ｖbe1をＧＮＤレベル（０Ｖ）に対して極性反転し
た値となる電圧波形が補正信号として生成されて、実効
電圧調整動作期間に印加される。なお、この実効電圧調
整動作期間の時間は、前記画像読取動作に要した時間と
同一の時間としてもよいし、異なる時間、例えば画像読
取動作に要した時間より短い時間としてもよい。要する
に、実効電圧調整動作期間にトップゲート端子ＴＧ及び
ボトムゲート端子ＢＧに印加される電圧の実効電圧が画
像読取動作期間に各端子に印加される電圧の実効値を相
殺するように電圧波形が設定されていればよい。

【００７１】このようなフォトセンサシステムの駆動制
御方法によれば、画像読取動作期間及び実効電圧調整動
作期間を含めた全体の動作期間において、トップゲート
端子ＴＧ及びボトムゲート端子ＢＧに各々印加される平
均実効電圧Ｖte、Ｖbeは、０Ｖ（ＧＮＤレベル）となっ
て、電荷（正孔または電子）の蓄積が防止され、ダブル
ゲート型フォトセンサの感度特性の変化や素子特性の劣
化を抑制することができる。

【００７２】本実施形態においては、画像読取動作期間
及び実効電圧調整動作期間にトップゲートライン１０１
及びボトムゲートライン１０２に印加される電圧波形に
必要な電圧値は、ＧＮＤレベル（０Ｖ）に対して非対称
な正、負各一対の電圧値となる。このため、トップゲー
トドライバ１１１及びボトムゲートドライバ１１２を各
々２値出力を有するドライバにより構成することができ
る。このような２値出力を有するドライバは通常、ロー
コストであるため、フォトセンサシステムのコストアッ
プを抑制することができる。

【００７３】＜第４の実施形態＞次に、本発明に係るフ
ォトセンサシステム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、前記
第２の実施形態の場合と同じく、画像読取動作期間にお
けるリセットパルス及び読み出しパルスの各々のハイレ
ベル電圧とローレベル電圧がＧＮＤレベル（０Ｖ）に対
して非対象な電圧を有している場合に対応し、更に、フ
ォトセンサを構成するトランジスタにおけるしきい値の
変化量が最小となるように、逆バイアス電圧波形を設定
したことを特徴とするものである。図８は、ダブルゲー
ト型フォトセンサを構成するトランジスタにおけるゲー
ト電極への印加電圧としきい値電圧の変化傾向の一例を
示し、ＣＶ測定法によって測定した、ＢＴ処理後のトラ
ンジスタのしきい値電圧の変化傾向の一例を示すもので
ある。

【００７４】図８に示した例においては、しきい値電圧
の変化量は、ゲート電極に印加される電圧が正バイアス
の場合には数Ｖ〜十数Ｖと大幅な変化を示すのに対し、
ゲート電極に印加される電圧が負バイアスの場合には数
Ｖ以内と小幅な変化を示す。したがって、ゲート電極に
印加される正バイアスと負バイアスの印加時間を同じと
して、ゲート電極に印加される実効電圧を０Ｖとした場
合には、負バイアスによるしきい値電圧の変化より正バ
イアスによるしきい値電圧の変化が大きいために、しき
い値電圧の変化を生じて、ダブルゲート型フォトセンサ
の感度特性の変化や素子特性の劣化を招くことになる。
従って、しきい値電圧の変化を少なくするにはゲート電
極に印加される実効電圧が負バイアス側に偏っている方
が良いことになる。本実施形態は、ゲート電極に印加さ
れる電圧の実効値が、０Ｖではなく、上記のように、し
きい値の変化量が最小となる電圧値となるようにしたも
のであり、そのように設定された逆バイアス電圧波形を
生成し、画像読取動作期間の直前、あるいは、直後に、
ゲート端子に印加するようにしたものである。

【００７５】なお、図８に示したトランジスタのしきい
値電圧の変化傾向では、ゲート電極に負バイアスを印加
した場合より正バイアスを印加した場合に大幅な変化を
示す場合を示したが、これは一例にすぎず、素子構造や
使用材料等により、図８に示した場合とは逆に、ゲート
電極に負バイアスを印加した場合に、大幅な変化を示す
場合もある。

【００７６】図９は、本発明に係るフォトセンサシステ
ムの駆動制御方法における第４の実施形態について、各
行毎の動作のタイミングを示すタイミングチャートであ
り、図１０は、本実施形態におけるダブルゲート型フォ
トセンサのトップゲート端子ＴＧ及びボトムゲート端子
ＢＧに印加される電圧波形の詳細を示すタイミングチャ
ートである。また、本実施形態は、前記第２の実施形態
の場合と同様に、画像読取動作期間におけるリセットパ
ルス及び読み出しパルスの各々のハイレベル電圧とロー
レベル電圧がＧＮＤレベル（０Ｖ）に対して非対象な電
圧を有している場合に対応したものである。ここで、上
述した実施形態と同等の制御処理については、その説明
を簡略化して説明する。

【００７７】本実施形態に係る駆動制御方法は、上述し
た実施形態と同様に、まず、トップゲートライン１０１
の各々に、図９（ａ）〜（ｃ）に示すように、リセット
パルスφＴ１、φＴ２、…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を初期化した後、光蓄積期間Ｔａをス
タートし、入射される光量に応じてチャネル領域に電荷
（正孔）を蓄積する。ここで、リセットパルスφＴ１、
φＴ２、…φＴｎは、０Ｖに対して非対称な正電圧（ハ
イレベル）ＶtgH2及び負電圧（ローレベル）ＶtgL1（≠
−ＶtgH2）を有するパルス信号である。

【００７８】そして、光蓄積期間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、各行毎のボトムゲートライン１０２に、図９
（ｄ）〜（ｆ）に示すように、順次読み出しパルスφＢ
１、φＢ２、…φＢｎを印加して、読み出し期間Ｔread
をスタートし、図９（ｈ）に示すように、蓄積された電
荷に対応する電圧変化ＶＤを、出力回路部１１３により
データライン１０３を介して読み出し、順次ＲＡＭ１３
０に記憶される。ここで、読み出しパルスφＢ１、φＢ
２、…φＢｎは、０Ｖに対して非対称な正電圧（ハイレ
ベル）ＶbgH2及び負電圧（ローレベル）ＶbgL1（≠−Ｖ
bgH2）を有するパルス信号である。

【００７９】次いで、上記一連の画像読取動作が、全て
の行において終了すると、各行毎のトップゲートライン
１０１、及び、ボトムゲートライン１０２に印加された
電圧の極性に応じて生じるトランジスタのしきい値電圧
の変化量を相殺して、最小とするような逆バイアス電圧
波形よりなる補正信号を、上記画像読取動作期間の直
前、あるいは、直後の実効電圧調整動作期間に、各行の
トップゲートライン１０１、及び、ボトムゲートライン
１０２に印加する（図９（ａ）〜（ｈ）では、直後の場
合を示す）。

【００８０】すなわち、ダブルゲート型フォトセンサ１
０のトップゲート端子ＴＧ側のトランジスタのしきい値
電圧の変化量を最小又は０とするような最適電圧をＶte
として、トップゲート端子ＴＧには、画像読取動作期間
に印加された電圧波形を、前記最適電圧Ｖteに対して電
圧極性を反転し、ハイレベルとして正電圧ＶtgH1、ロー
レベルとして負電圧ＶtgL2を有する電圧波形が補正信号
として生成され、印加される。また、ボトムゲート端子
ＢＧには、ダブルゲート型フォトセンサ１０のボトムゲ
ート端子ＢＧ側のトランジスタのしきい値電圧の変化量
を最小又は０とするような最適電圧をＶbeとして、画像
読取動作期間に印加された電圧波形を、上記最適電圧Ｖ
beに対して電圧極性を反転し、ハイレベルとして正電圧
ＶbgH1、ローレベルとして負電圧ＶbgL2を有する電圧波
形が補正信号として生成され、印加される。

【００８１】具体的には、図１０（ａ）、（ｂ）に示す
ように、画像読取動作期間に各ゲート電極に印加される
実効電圧Ｖte1、Ｖbe1に対して、画像読取動作及び実効
電圧調整動作を含めた全体の処理期間における平均実効
電圧として、フォトセンサを構成するトランジスタのし
きい値電圧の変化量が最小又は０となる最適電圧Ｖte、
Ｖbeが得られるように、逆バイアス電圧波形の実効電圧
Ｖte2、Ｖbe2が設定される。すなわち、画像読取動作に
おける実効電圧Ｖte1、Ｖbe1と、実効電圧調整動作にお
ける実効電圧Ｖte2、Ｖbe2の平均電圧が、各々最適電圧
Ｖte、Ｖbeとなるように設定されている。

【００８２】このようなフォトセンサシステムの駆動制
御方法によれば、画像読取動作及び実効電圧調整動作を
含めた全体の処理期間における平均実効電圧を、トラン
ジスタのしきい値電圧の変化量が０又は最小となるよう
に、トップゲート端子ＴＧ及びボトムゲート端子ＢＧに
逆バイアス電圧波形を各々印加しているので、トップゲ
ート端子ＴＧ及びボトムゲート端子ＢＧに印加される電
圧極性に起因して変化するしきい値電圧の影響を抑制し
て、フォトセンサの感度特性や素子特性の劣化を伴わな
い信頼性の高いフォトセンサシステムを提供することが
できる。

【００８３】なお、本実施形態においては、画像読取動
作期間及び実効電圧調整動作期間を含めて、トップゲー
ト端子ＴＧ及びボトムゲート端子ＢＧに印加される電圧
波形に必要な電圧値は、ＧＮＤレベル（０Ｖ）に対して
非対称な正電圧及び負電圧で、各々２種の電圧値を有す
る計４種の電圧値となる。このため、本実施形態におけ
るトップゲートドライバ１１１及びボトムゲートドライ
バ１１２は各々各々多値レベル出力のドライバにより構
成することができる。これにより、フォトセンサの感度
特性等に対応した適切な電圧を印加することができて、
画像読取動作を良好に実行することができる。

【００８４】＜第５の実施形態＞次に、本発明に係るフ
ォトセンサシステム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、前記
第４の実施形態と同じく、画像読取動作期間におけるリ
セットパルス及び読み出しパルスの各々のハイレベル電
圧とローレベル電圧がＧＮＤレベル（０Ｖ）に対して非
対象な電圧を有しているとともに、フォトセンサを構成
するトランジスタにおけるしきい値の変化量が最小とな
るように、逆バイアス電圧波形を設定する場合に対応し
たものである。

【００８５】図１１は、本発明に係るフォトセンサシス
テムの駆動制御方法における第５の実施形態について、
各行毎の動作のタイミングを示すタイミングチャートで
あり、図１２は、本実施形態におけるダブルゲート型フ
ォトセンサのトップゲート端子ＴＧ及びボトムゲート端
子ＢＧに印加される電圧波形の詳細を示すタイミングチ
ャートである。ここで、上述した実施形態と同等の制御
処理については、その説明を簡略化して説明する。

【００８６】本実施形態に係る駆動制御方法は、上述し
た実施形態と同様に、まず、トップゲートライン１０１
の各々に、図１１（ａ）〜（ｃ）に示すように、リセッ
トパルスφＴ１、φＴ２、…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を初期化した後、光蓄積期間Ｔａを
スタートし、入射される光量に応じてチャネル領域に電
荷（正孔）を蓄積する。ここで、リセットパルスφＴ
１、φＴ２、…φＴｎは、ＧＮＤレベル（０Ｖ）に対し
て非対称な正電圧（ハイレベル）ＶtgH及び負電圧（ロ
ーレベル）ＶtgL（≠−ＶtgH）を有するパルス信号であ
る。

【００８７】そして、光蓄積期間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、各行毎のボトムゲートライン１０２に、図１
１（ｄ）〜１１（ｆ）に示すように、順次読み出しパル
スφＢ１、φＢ２、…φＢｎを印加して、読み出し期間
Ｔreadをスタートし、図１１（ｈ）に示すように、蓄積
された電荷に対応する電圧変化ＶＤを、出力回路部１１
３によりデータライン１０３を介して読み出し、順次Ｒ
ＡＭ１３０に記憶される。ここで、読み出しパルスφＢ
１、φＢ２、…φＢｎは、ＧＮＤレベル（０Ｖ）に対し
て非対称な正電圧（ハイレベル）ＶbgH及び負電圧（ロ
ーレベル）ＶbgL（≠−ＶbgH）を有するパルス信号であ
る。

【００８８】次いで、上記一連の画像読取動作が、全て
の行において終了すると、各行毎のトップゲートライン
１０１、及び、ボトムゲートライン１０２に印加された
電圧波形の実効電圧に応じて生じるトランジスタのしき
い値電圧の変化量を最小とするような逆バイアス電圧波
形よりなる補正信号を、上記画像読取動作期間の直前、
あるいは、直後の実効電圧調整動作期間に、各行のトッ
プゲートライン１０１、及び、ボトムゲートライン１０
２に印加する（図１１（ａ）〜（ｈ）では、直後の場合
を示す）。

【００８９】すなわち、ダブルゲート型フォトセンサ１
０のトップゲート端子ＴＧ側のトランジスタのしきい値
電圧の変化量を最小又は０とするような最適電圧をＶte
として、トップゲート端子ＴＧには、画像読取動作期間
に印加された電圧波形を、前記最適電圧Ｖteに対して電
圧極性を反転するとともに、ハイレベルとして正電圧Ｖ
tgH、ローレベルとして負電圧ＶtgLを有し、正電圧Ｖtg
H及び負電圧ＶtgLの期間の信号幅を調整した電圧波形を
有するパルス信号が補正信号として印加される。また、
ボトムゲート端子ＢＧには、ダブルゲート型フォトセン
サ１０のボトムゲート端子ＢＧ側のトランジスタのしき
い値電圧の変化量を最小又は０とするような最適電圧を
Ｖbeとして、画像読取動作期間に印加された電圧波形
を、前記最適電圧Ｖbeに対して電圧極性を反転するとと
もに、ハイレベルとして正電圧ＶbgH、ローレベルとし
て負電圧ＶbgLを有し、正電圧ＶbgH及び負電圧ＶbgLの
期間の信号幅を調整した電圧波形を有するパルス信号が
補正信号として印加される。

【００９０】具体的には、図１２（ａ）、（ｂ）に示す
ように、画像読取動作期間にゲート電極に印加される実
効電圧Ｖte1、Ｖbe1に対して、画像読取動作及び実効電
圧調整動作を含めた全体の処理期間における平均実効電
圧として、フォトセンサを構成するトランジスタのしき
い値電圧の変化量が最小又は０となる最適電圧Ｖte、Ｖ
beが得られるように、補正信号の逆バイアス電圧波形の
実効電圧Ｖte2、Ｖbe2が設定される。すなわち、画像読
取動作における実効電圧Ｖte1、Ｖbe1と、実効電圧調整
動作における実効電圧Ｖte2、Ｖbe2の平均電圧が、各々
最適電圧Ｖte、Ｖbeとなるように、正負電圧の信号幅が
設定されている。なお、この実効電圧調整動作期間の時
間は、前記画像読取動作に要した時間と同一の時間とし
てもよいし、異なる時間、例えば画像読取動作に要した
時間より短い時間としてもよい。要するに、実効電圧調
整動作期間にトップゲート端子ＴＧ及びボトムゲート端
子ＢＧに印加される電圧の実効電圧が各々平均実効電圧
Ｖte、Ｖbeとなるように電圧波形が設定されていればよ
い。

【００９１】このようなフォトセンサシステムの駆動制
御方法によれば、画像読取動作及び実効電圧調整動作を
含めた全体の処理期間における平均実効電圧を、トラン
ジスタのしきい値電圧の変化量が最小又は０となるよう
に、トップゲート端子ＴＧ及びボトムゲート端子ＢＧに
逆バイアス電圧波形を各々印加しているので、トップゲ
ート端子ＴＧ及びボトムゲート端子ＢＧに印加される電
圧極性に起因して変化するしきい値電圧の影響を抑制し
て、フォトセンサの感度特性や素子特性の劣化を伴わな
い信頼性の高いフォトセンサシステムを提供することが
できる。

【００９２】なお、本実施形態においては、画像読取動
作期間及び実効電圧調整動作期間にトップゲートライン
１０１及びボトムゲートライン１０２に印加される電圧
波形に必要な電圧値は、ＧＮＤレベル（０Ｖ）に対して
非対称な正、負各一対の電圧値となる。このため、トッ
プゲートドライバ１１１及びボトムゲートドライバ１１
２を各々２値出力を有するドライバにより構成すること
ができる。このような２値出力を有するドライバは通
常、ローコストであるため、フォトセンサシステムのコ
ストアップを抑制することができる。

【００９３】＜第６の実施形態＞次に、本発明に係るフ
ォトセンサシステム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、前記
第１〜第５の実施形態に示したような被写体画像の読み
取り動作に加えて、周囲環境の明るさや検出対象物の種
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
な感度設定値を求めるための処理（以下、事前読取動
作）を画像読み取り動作期間の直前に行い、それにより
決定された感度設定値によって画像読み取り動作を行う
ようにした駆動制御方法に関するものである。

【００９４】図１３は、本発明に係るフォトセンサシス
テムの駆動制御方法における第６の実施形態について、
各行毎の動作のタイミングを示すタイミングチャートで
ある。ここで、上述した実施形態と同等の制御処理につ
いては、その説明を簡略化して説明する。なお、トップ
ゲートライン１０１及びボトムゲートライン１０２に印
加される信号電圧のハイレベル電圧とローレベル電圧が
ＧＮＤレベル（０Ｖ）に対して非対象な電圧を有してい
るとともに、前記第４、第５の実施形態と同様に、フォ
トセンサを構成するトランジスタにおけるしきい値の変
化量が最小となるように、逆バイアス電圧波形を設定す
るようにした場合について説明する。

【００９５】本実施形態における事前読取動作は、ま
ず、トップゲートライン１０１の各々に、所定の遅れ時
間Ｔdlyの時間間隔で、図１３（ａ）〜（ｃ）に示すよ
うに、リセットパルスφＴ１、φＴ２、…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。ここ
で、リセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎは、ＧＮ
Ｄレベル（０Ｖ）に対して非対称な正電圧（ハイレベ
ル）ＶtgH、負電圧（ローレベル）ＶtgL（≠−ＶtgH）
を有するパルス信号である。

【００９６】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、光蓄積期間ＴＡ1、ＴＡ2、…ＴＡnが順
次スタートして、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。そ
して、各行毎に設定される光蓄積期間ＴＡ1、ＴＡ2、…
ＴＡnが、最後のリセットパルスφＴｎが立ち下がった
後、各行毎に所定の遅れ時間Ｔdly分ずつ段階的に変化
するように、図１３（ｇ）に示すように、プリチャージ
信号φpgを印加するとともに、ボトムゲートライン１０
２の各々に、図１３（ｄ）〜（ｆ）に示す読み出しパル
スφＢｎ、…φＢ２、φＢ１を順次印加して、読み出し
期間Ｔreadをスタートし、図１３（ｈ）に示すように、
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ＶＤを、出力回路部１１３によりデータ
ライン１０３を介して読み出し、順次ＲＡＭ１３０に記
憶される。ここで、読み出しパルスφＢ１、φＢ２、…
φＢｎは、ＧＮＤレベル（０Ｖ）に対して非対称な正電
圧（ハイレベル）ＶbgH及び負電圧（ローレベル）ＶbgL
（≠−ＶbgH）を有するパルス信号である。

【００９７】したがって、このような事前読取動作によ
れば、各行毎に設定される光蓄積期間ＴＡ1、ＴＡ2、…
ＴＡn相互が所定の遅れ時間Ｔdlyの２倍の時間間隔で変
化するので、一画面の読み込み動作によりフォトセンサ
アレイ１００の行数分以上の感度調整幅で設定された読
取感度で読み取られた画像データが得られる。そして、
この画像データに基づいて、コントローラ１２０は、例
えば、明暗パターンのコントラストが最大となる光蓄積
期間を抽出し、最適な光蓄積期間Ｔａを決定する。な
お、画像データから最適な光蓄積期間Ｔａを決定する方
法は、上記のようにコントラストが最大となる条件を抽
出する方式に限定されるものではない。

【００９８】次に、上述した事前読取動作により決定さ
れた最適な光蓄積時間Ｔａを用いて画像読取動作を実行
する。この画像読取動作は、前記第１〜第５の実施形態
における画像読取動作と基本的に同じものである。すな
わち、まず、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。ここで、リセット
パルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎは、前記事前読取動作
期間におけるリセットパルスと同じく、ＧＮＤレベル
（０Ｖ）に対して非対称な正電圧（ハイレベル）Ｖtg
H、負電圧（ローレベル）ＶtgL（≠−ＶtgH）を有する
パルス信号である。

【００９９】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、各行毎に、上記最適な光蓄積期間Ｔａが
順次スタートして、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。

【０１００】そして、最適な光蓄積期間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
に順次読み出しパルスφＢ１、φＢ２、…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ＶＤを、出力回路部１１３によりデータライン１０３
を介して読み出し、順次ＲＡＭ１３０に記憶される。こ
こで、読み出しパルスφＢ１、φＢ２、…φＢｎは、前
記事前読取動作期間における読み出しパルスと同じく、
ＧＮＤレベル（０Ｖ）に対して非対称な正電圧（ハイレ
ベル）ＶbgH及び負電圧（ローレベル）ＶbgL（≠−Ｖbg
H）を有するパルス信号である。

【０１０１】次に、上述した画像読取動作が、全ての行
において終了すると、一連の事前読取動作及び画像読取
動作において各ゲートラインに印加された電圧波形の実
効電圧の偏りを調整して最適化する実効電圧調整動作を
実効電圧調整動作期間に実行する。すなわち、上記事前
読取動作期間び画像読取動作期間において、リセットパ
ルスによりトップゲートライン１０１及びボトムゲート
ライン１０２に印加された電圧波形の実効電圧値に対
し、トップゲートライン１０１及びボトムゲートライン
１０２に印加される平均実効電圧値をトランジスタのし
きい値電圧の変化量を最小又は０とする最適電圧Ｖte及
びＶbeに調整することができる実効電圧値を有する電圧
波形を補正信号として生成し、実効電圧調整動作期間に
各行のトップゲートライン１０１及びボトムゲートライ
ン１０２に印加する。

【０１０２】この実効電圧調整動作において、トップゲ
ート端子ＴＧ及びボトムゲート端子ＢＧに印加される信
号について、図面を参照してより具体的に説明する。な
お、説明の都合上、トップゲート端子ＴＧに印加される
実効電圧、及び、ボトムゲート端子ＢＧに印加される実
効電圧のいずれもが、ローレベル側に偏った実効電圧を
有しているものとし、また、１行目のトップゲートライ
ン１０１及びボトムゲートライン１０２に印加される電
圧波形に着目して説明する。図１４は、本実施形態に係
るフォトセンサ装置の駆動制御方法において、トップゲ
ート端子ＴＧ及びボトムゲート端子ＢＧに対し、実効電
圧調整動作期間に印加される信号と、上記事前読取動作
期間び画像読取動作期間に印加される信号、との関係を
示す概念図である。

【０１０３】図１３（ａ）〜（ｈ）に示したように、事
前読取動作期間及び画像読取動作期間のリセット動作に
おいては、極めて短い時間（Ｔreset）のみ、ハイレベ
ルの信号電圧（正電圧）ＶtgHを有するリセットパルス
φＴ１がトップゲートライン１０１を介してトップゲー
ト端子ＴＧに印加され、それ以外の比較的長い期間で
は、ローレベルの信号電圧（負電圧）ＶtgLが印加され
る。また、画像読取動作における光蓄積期間Ｔａは、事
前読取動作により、環境照度等に応じて、その都度、変
更設定される。

【０１０４】一方、事前読取動作期間及び画像読取動作
期間の読み出し動作においても、極めて短い時間（Ｔre
ad）のみ、ハイレベルの信号電圧（正電圧）ＶbgHを有
する読み出しパルスφＢ１がボトムゲートライン１０２
を介してボトムゲート端子ＢＧに印加され、それ以外の
比較的長い期間では、ローレベルの信号電圧（負電圧）
ＶtgLを有する信号電圧が印加される。また、画像読取
動作における光蓄積期間Ｔａは、事前読取動作により、
環境照度等に応じて、その都度、変更設定される。

【０１０５】そこで、本実施形態においては、事前読取
動作期間及び画像読取動作期間内、及び、これから実行
する実効電圧調整動作期間内に印加される電圧波形につ
いて、ダブルゲート型フォトセンサの感度特性に応じて
設定されるトップゲート端子ＴＧ側の実効電圧の最適値
Ｖte、及び、ボトムゲート端子ＢＧ側の実効電圧の最適
値Ｖbeを基準として、上記電圧波形のハイレベル側の時
間積分値の絶対値と、ローレベル側の時間積分値の絶対
値とを等しくするようにした電圧波形を生成し、実効電
圧調整動作期間に所定のタイミングでダブルゲート型フ
ォトセンサのトップゲートライン１０１、及び、ボトム
ゲートライン１０２に印加する。ここで、実効電圧調整
動作期間にトップゲートライン１０１に印加される補正
信号の電圧波形は、図１３（ａ）〜（ｃ）に示すよう
に、上記トップゲート端子ＴＧ側の実効電圧の最適値Ｖ
teを基準として、所定の信号幅（時間幅）Ｔtplを有す
るローレベル側の電圧成分と、所定の信号幅Ｔtphを有
するハイレベル側の電圧成分からなる電圧波形を有して
いる。

【０１０６】一方、実効電圧調整動作期間にボトムゲー
トライン１０２に印加される補正信号の電圧波形は、上
記ボトムゲート端子ＢＧ側の実効電圧の最適値Ｖbeを基
準として、所定の信号幅Ｔbpla、Ｔbplbを有するローレ
ベル側の電圧成分と、所定の信号幅Ｔbphを有するハイ
レベル側の電圧成分からなる電圧波形を有している。こ
こで、実効電圧調整動作期間にトップゲート端子ＴＧ側
に印加される補正信号の電圧波形と、他の信号波形との
関係は、図１４（ａ）の模式図に示すように、トップゲ
ート端子ＴＧの実効電圧の最適値をＶte、事前読取動作
及び画像読取動作の処理サイクル内に印加される電圧波
形のハイレベルをＶtgH、ローレベルをＶtgL、画像読取
動作における最適な光蓄積時間をＴａ、事前読取動作及
び画像読取動作における最適な光蓄積時間Ｔａ以外のロ
ーレベルの期間をＴlt、事前読取動作及び画像読取動作
におけるハイレベルの期間（すなわち、Ｔreset＋Ｔres
t）をＴhtとすると、次式にように表される。

【０１０７】 Ｈｔ・（Ｔtph＋Ｔht）＝Ｌｔ・（Ｔａ＋Ｔlt＋Ｔtpl） ……（１） ここで、Ｈｔは、実効電圧の最適値Ｖteに対するハイレ
ベルＶtgHの差分電圧の絶対値（｜ＶtgH−Ｖte｜）であ
り、Ｌｔは、実効電圧の最適値Ｖteに対するローレベル
ＶtgLの差分電圧の絶対値（｜ＶtgL−Ｖte｜）である。
上記（１）式より、実効電圧調整動作期間にトップゲー
トライン１０１に印加される補正信号の電圧波形の印加
時間、すなわち、ハイレベル側の電圧成分の信号幅Ｔtp
hとローレベル側の電圧成分の信号幅Ｔtplとの関係は、
次式のように表される。 Ｔtph＝Ｌｔ／Ｈｔ・（Ｔａ＋Ｔlt＋Ｔtpl）−Ｔht ……（２）

【０１０８】したがって、実効電圧調整動作において、
（２）式のように表される時間分（Ｔtph）だけ、トッ
プゲートライン１０１にハイレベルＶtgHの電圧波形を
印加することにより、環境照度に応じて画像読取動作の
最適な光蓄積期間Ｔａが変更設定された場合であって
も、トップゲート端子ＴＧに印加される実効電圧の偏り
を打ち消して、最適値Ｖteに調整制御することができ、
ダブルゲート型フォトセンサの素子特性の劣化による感
度特性の変化を抑制することができる。

【０１０９】一方、実効電圧調整動作期間にボトムゲー
トライン１０２に印加される補正信号の電圧波形と、他
の信号波形との関係は、図１４（ｂ）の模式図に示すよ
うに、ボトムゲート端子ＢＧの実効電圧の最適値をＶb
e、事前読取動作及び画像読取動作の処理サイクル内に
印加される電圧波形のハイレベルをＶbgH、ローレベル
をＶbgL、画像読取動作における最適な光蓄積時間をＴ
ａ、事前読取動作及び画像読取動作における最適な光蓄
積時間Ｔａ以外のローレベルの期間をＴlb、事前読取動
作及び画像読取動作におけるハイレベルの期間（Ｔrd＋
Ｔrd）をＴhbとすると、次式にように表される。

【０１１０】 Ｈｂ・（Ｔbph＋Ｔhb）＝Ｌｂ・（Ｔａ＋Ｔlb＋Ｔbpl） ……（３） ここで、Ｈｂは、実効電圧の最適値Ｖbeに対するハイレ
ベルＶbgHの差分電圧の絶対値（｜ＶbgH−Ｖbe｜）であ
り、Ｌｂは、実効電圧の最適値Ｖbeに対するローレベル
ＶbgLの差分電圧の絶対値（｜ＶbgL−Ｖbe｜）である。
また、Ｔbplは、電圧波形のローレベル側の電圧成分の
合計信号幅（Ｔbpla＋Ｔbplb）である。上記（３）式よ
り、補正信号の電圧波形の印加時間、すなわち、ハイレ
ベル側の電圧成分の信号幅Ｔbphとローレベル側の電圧
成分の信号幅Ｔbplとの関係は、次式のように表され
る。 Ｔbph＝Ｌｂ／Ｈｂ・（Ｔａ＋Ｔlｂ＋Ｔbpl）−Ｔhb ……（４）

【０１１１】したがって、実効電圧調整動作において、
（４）式のように表される時間分（Ｔbph）だけ、ボト
ムゲートライン１０２にハイレベルＶbgHの電圧波形を
印加することにより、環境照度に応じて画像読取動作の
最適な光蓄積期間Ｔａが変更設定された場合であって
も、ボトムゲート端子ＢＧに印加される実効電圧の偏り
を打ち消して、最適値Ｖbeに調整制御することができ、
ダブルゲート型フォトセンサの素子特性の劣化による感
度特性の変化を抑制することができる。なお、上述した
実効電圧調整動作における、ダブルゲート型フォトセン
サの感度特性に応じて設定されるトップゲート端子ＴＧ
側の実効電圧の最適値Ｖte、及び、ボトムゲート端子Ｂ
Ｇ側の実効電圧の最適値Ｖbeの値はダブルゲート型フォ
トセンサの素子構造や使用材料等によって異なり、正又
は負電圧、あるいは、０Ｖのいずれも最適値となる場合
がある。

【０１１２】また、本実施形態においては、実効電圧調
整動作においてトップゲート端子ＴＧ及びボトムゲート
端子ＢＧに印加される補正信号のハイレベル側及びロー
レベル側の信号電圧を、事前読取動作及び画像読取動作
におけるハイレベル及びローレベルと同じ電圧とする場
合について説明した。この場合には、前記第１、３、５
の実施形態と同じく、トップゲート端子ＴＧ及びボトム
ゲート端子ＢＧに印加する電圧値は２種の電圧値となる
ため、トップゲートドライバ１１１及びボトムゲートド
ライバ１１２を、各々２値出力を有するドライバにより
構成することができる。このような２値出力を有するド
ライバは通常ローコストであるため、フォトセンサシス
テムのコストアップを抑制することができる。

【０１１３】なお、本実施形態はこれに限定されるもの
ではなく、前記第２、４実施形態と同様に、事前読取動
作、画像読取動作及び実効電圧調整動作において、トッ
プゲート端子ＴＧ及びボトムゲート端子ＢＧに印加され
る信号電圧のハイレベル側及びローレベル側の電圧が各
々異なる電圧値を有して、トップゲートドライバ１１１
及びボトムゲートドライバ１１２を、各々多値レベル出
力を有するドライバにより構成するものであってもよ
い。

【０１１４】また、本実施形態における事前読取動作の
手法は、図１３（ａ）〜（ｈ）に示した形態に限定され
るものではなく、他の手法も適用可能である。図１５
は、本実施形態に適用することができる事前読取動作の
他の実施例を示すタイミングチャートである。本実施例
に係る事前読取動作は、まず、各行のトップゲートライ
ン１０１に対して、図１５（ａ）〜（ｃ）に示すよう
に、リセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎを同時に
印加してリセット期間Ｔresetを同時にスタートし、各
行毎のダブルゲート型フォトセンサ１０を初期化する。

【０１１５】次いで、リセットパルスφＴ１、φＴ２、
…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の光蓄積期間ＴＢ1、ＴＢ2、…ＴＢn
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。

【０１１６】そして、各行毎に設定される光蓄積期間Ｔ
Ｂ1、ＴＢ2、…ＴＢnが各行毎に所定の遅れ時間Ｔdly分
ずつ段階的に変化するように、図１５（ｇ）に示すよう
に、プリチャージ信号φpgを印加するとともに、ボトム
ゲートライン１０２の各々に図１５（ｄ）〜１５（ｆ）
に示すように、読み出しパルスφＢ１、φＢ２、…φＢ
ｎを順次印加して、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、図１５（ｈ）に示すように、各列の電圧変化Ｖ
Ｄ１、ＶＤ２、ＶＤ３、…ＶＤｍを、出力回路部１１３
によりデータライン１０３を介して読み出し、順次ＲＡ
Ｍ１３０に記憶される。

【０１１７】したがって、被写体画像を構成する各行毎
に異なる読取感度（すなわち、行数分の異なる読取感
度）で読み取られた画像データを、１回の被写体画像
（一画面）の読み込みにより取得することができる。な
お、本実施形態に適用される事前読取動作の手法は、上
述した実施形態に限定されるものではなく、被写体画像
を異なる読取感度で画像データを取得できるものであれ
ば、例えば、リセット動作→光蓄積動作→プリチャージ
動作→読み出し動作の一連の処理サイクルを、読取感度
を順次変更して複数回繰り返して、異なる読取感度によ
る画像データを取得するものでもあってもよいし、さら
に他の方法であってもよいことはいうまでもない。

【０１１８】なお、上述した各実施形態においては、フ
ォトセンサシステムを構成するフォトセンサとして、ダ
ブルゲート型フォトセンサを適用した場合について説明
したが、本発明はこれに限定されるものではない。すな
わち、フォトセンサアレイを構成するフォトセンサにお
いて、事前読取動作及び画像読取動作時に印加される信
号電圧の極性の偏りにより、感度特性や素子特性が変
化、又は、劣化する傾向を有し、かつ、実効電圧調整動
作時に印加する補正信号により、当該特性の変化や劣化
を抑制することができるものであれば、他の構成を有す
るフォトセンサであっても、本発明に係る駆動制御方法
を良好に適用することができる。

【０１１９】また、上述した各実施形態においては、ダ
ブルゲート型フォトセンサの動作特性やフォトセンサシ
ステムの装置構造に則して、電圧極性を反転したパルス
信号を実効電圧調整動作時に印加する場合について説明
したが、本発明はこれに限定されるものではない。すな
わち、事前読取動作、画像読取動作及び実効電圧調整動
作を含めた全体の処理期間における平均実効電圧を、フ
ォトセンサの特性変化を抑制することができる電圧値
（０Ｖや所定の電圧値）に設定することができるもので
あれば、上記反転極性を有するパルス信号に限らず、所
定の一定電圧を印加するものであってもよい。

【０１２０】

【発明の効果】請求項１又は９記載の発明によれば、フ
ォトセンサアレイを構成するフォトセンサを初期化する
初期化手段（手順）と、各フォトセンサの出力電圧を取
り込む信号読み出し手段（手順）と、各フォトセンサに
印加された信号の実効電圧を最適値にする補正信号を各
フォトセンサに印加する実効電圧調整手段（手順）と、
を有しているので、フォトセンサのリセット動作及び読
み出し動作によって、フォトセンサのゲート電極に生じ
た実効電圧の偏りを解消、又は、最適値に調整し、フォ
トセンサの素子特性の劣化や、それによる感度特性の変
化を抑制して、信頼性の高いフォトセンサシステムを提
供することができる。

【０１２１】請求項２記載の発明によれば、各フォトセ
ンサに設定される画像読取感度を変化させつつ、２次元
配列されたフォトセンサに対応する画素より構成される
被写体画像を読み取り、画像読取感度毎の被写体画像の
画像パターンに基づいて、最適な画像読取感度を求める
最適読取感度設定手段を備えているので、新たな構成を
付加することなく、環境照度に応じた最適な読取感度を
設定して、被写体画像を良好に読み取ることができると
ともに、フォトセンサに印加される実効電圧を最適化し
て、フォトセンサの素子特性の劣化に伴う感度特性の変
化を抑制することができ、信頼性が高いフォトセンサシ
ステムを実現することができる。

【０１２２】請求項３又は１０記載の発明によれば、実
効電圧調整手段により印加される上記補正信号により、
初期化手段及び信号読み出し手段によってフォトセンサ
に印加される信号の平均実効電圧が、各々０Ｖに設定さ
れるので、実効電圧の極性の偏りを抑制して、フォトセ
ンサの素子特性の劣化や感度特性の変化を一層抑制する
ことができる。

【０１２３】請求項４又は１１記載の発明によれば、実
効電圧調整手段により印加される上記補正信号により、
初期化手段及び信号読み出し手段によってフォトセンサ
に印加される信号の平均実効電圧が、各々フォトセンサ
におけるしきい値電圧の変化量が最小となるように設定
されるので、フォトセンサに印加される実効電圧に起因
して変化するしきい値電圧の影響を抑制して、フォトセ
ンサの素子特性の劣化や感度特性の変化を伴わない信頼
性の高いフォトセンサシステムを提供することができ
る。

【０１２４】請求項５記載の発明によれば、上記実効電
圧調整手段により印加される上記補正信号は、初期化手
段及び信号読み出し手段により各フォトセンサに印加さ
れた信号の電圧波形の時間積分値に対して、逆極性とな
る時間積分値を有しているので、実効電圧の極性の偏り
を抑制することができ、フォトセンサの素子特性の劣化
や感度特性の変化を抑制することができる。

【０１２５】請求項６又は１８記載の発明によれば、初
期化手段及び実効電圧調整手段により（第１、第３及び
第５のステップにおいて）、フォトセンサに印加される
信号の電圧波形、並びに、信号読み出し手段及び実効電
圧調整手段により（第２、第４及び第６のステップにお
いて）、フォトセンサに印加される信号の電圧波形が、
各々一対のハイレベル及びローレベルからなる２値の電
圧を有しているので、各々の信号を安価な２値ドライバ
を用いて生成、印加することができ、システムのコスト
アップを抑制することができる。

【０１２６】請求項７又は１９記載の発明によれば、初
期化手段及び実効電圧調整手段により（第１、第３及び
第５のステップにおいて）、フォトセンサに印加される
信号の電圧波形、並びに、信号読み出し手段及び実効電
圧調整手段により（第２、第４及び第６のステップにお
いて）、フォトセンサに印加される信号の電圧波形が、
各々複数対のハイレベル及びローレベルからなる多値の
電圧を有しているので、フォトセンサの感度特性等に対
応した適切な電圧を、多値ドライバを用いて生成、印加
することができ、画像読取動作を良好に実行することが
できる。

【０１２７】請求項８又は１２記載の発明によれば、上
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
備え、所定のタイミングでトップゲート電極にリセット
パルスを印加するとともに、ボトムゲート電極に読み出
しパルス印加することにより、電荷蓄積期間にチャネル
領域に蓄積された電荷に対応した電圧を出力する、いわ
ゆる、ダブルゲート型フォトセンサにより構成されてい
るので、事前読出動作及び画像読取動作時にトップゲー
ト電極及びボトムゲート電極に印加される信号の電圧極
性の偏りにより生じるダブルゲート型フォトセンサの素
子特性の劣化に伴う感度特性の変化を抑制することがで
き、信頼性の高いフォトセンサシステムを提供すること
ができる。また、ダブルゲート型フォトセンサによれ
ば、フォトセンサアレイを構成するフォトセンサデバイ
スを薄型化して、フォトセンサシステムが適用される２
次元画像読取装置を小型化することができるとともに、
読取画素を高密度化して被写体画像を高精細で読み取る
ことができる。

【０１２８】請求項１３記載の発明によれば、フォトセ
ンサアレイの画像読取感度を変化させつつ、所定の被写
体画像を読み取り、各画像読取感度毎の被写体画像の画
像パターンに基づいて、最適な画像読取感度を設定する
事前読出動作を実行する手順と、最適な画像読取感度を
用いて、被写体画像の全域を読み取る画像読取動作を実
行する手順と、事前読出動作及び画像読取動作の期間
に、フォトセンサアレイに印加された信号の実効電圧
を、最適値に調整する信号電圧を印加する実効電圧調整
動作を実行する手順と、を含んでいるので、事前読取動
作により設定される最適な画像読取感度が、環境照度に
応じて変更設定された場合であっても、実効電圧調整動
作により事前読出動作及び画像読取動作に印加された信
号の実効電圧を最適値に調整することができ、画像読取
動作における画像読取感度を最適に保ちつつ、フォトセ
ンサの素子特性の劣化に伴う感度特性の変化を抑制する
ことができる。

【０１２９】請求項１４記載の発明によれば、上記事前
読出動作を実行する手順は、各フォトセンサに第１のリ
セットパルスを印加して、フォトセンサを初期化する第
１のステップと、各フォトセンサに第１の読み出しパル
スを印加して、電荷蓄積期間に蓄積された電荷に対応し
た第１の読出電圧を出力する第２のステップと、を含
み、電荷蓄積期間を所定の比率で変化させて得られた画
像パターンに基づいて、最適な前記電荷蓄積期間を決定
する駆動制御方法を有しているので、画像読取動作に先
立って行う事前読出動作において、被写体画像を構成す
る各行毎に異なる読取感度で読み取られた画像データ
を、１回の被写体画像の読み込みにより取得することが
でき、事前読出動作に要する処理時間を大幅に短縮する
ことができ、迅速に最適な画像読取感度を設定して、正
規の画像読取動作を実行することができる。

【０１３０】請求項１５記載の発明によれば、上記事前
読出動作を実行する手順は、フォトセンサを初期化する
第１のステップと、電荷蓄積期間に蓄積された電荷に対
応した第１の読出電圧を出力する第２のステップと、を
含み、また、上記実効電圧調整動作を実行する手順は、
第１及び第３のステップにおいて、フォトセンサに印加
された実効電圧を、所定の実効電圧を有する第５の信号
を印加して最適値に調整制御する第５のステップと、第
２及び第４のステップにおいて、フォトセンサに印加さ
れた実効電圧を、所定の実効電圧を有する第６の信号を
印加して最適値に調整制御する第６のステップと、を含
んでいるので、事前読取動作により設定される最適な画
像読取感度が、環境照度に応じて変更設定された場合で
あっても、実効電圧調整動作において、第５及び第６の
信号を適宜設定することにより、上記実効電圧を最適値
に調整制御することができ、簡易な制御方法でフォトセ
ンサの素子特性劣化に伴う感度特性の変化を抑制するこ
とができる。

【０１３１】請求項１６記載の発明によれば、上記第５
の信号は、フォトセンサの感度特性に応じて設定される
実効電圧の最適値を基準として、第１及び第３のステッ
プにおいてフォトセンサに印加された実効電圧に対し
て、逆極性の実効電圧を有し、また、上記第６の信号
は、フォトセンサの感度特性に応じて設定される実効電
圧の最適値を基準として、第２及び第４のステップにお
いてフォトセンサの第２の電極に印加された実効電圧に
対して、逆極性の実効電圧を有しているので、実効電圧
調整動作において、所定の信号幅を有する第５及び第６
の信号を印加することにより、実効電圧の最適値を調整
制御することができ、フォトセンサの素子特性劣化に伴
う感度特性の変化を抑制することができる。

【０１３２】請求項１７記載の発明によれば、上記第５
のステップにおいて印加される第５の信号は、事前読出
動作、画像読取動作、実効電圧調整動作の全ての動作期
間中に、実効電圧の最適値を基準として印加される高電
圧側の電圧成分の時間積分値の絶対値と、低電圧側の電
圧成分の時間積分値の絶対値とが等しくなるように、高
電圧側と低電圧側の時間幅が設定され、また、上記第６
のステップにおいて印加される第６の信号は、事前読出
動作、画像読取動作、実効電圧調整動作の全ての動作期
間中に、実効電圧の最適値を基準として印加される高電
圧側の電圧成分の時間積分値の絶対値と、低電圧側の電
圧成分の時間積分値の絶対値とが等しくなるように、高
電圧側と低電圧側の時間幅が設定されているので、事前
読取動作により設定される最適な画像読取感度が、環境
強度に応じて変更設定された場合であっても、実効電圧
調整動作において、第５及び第６の信号の時間幅及び信
号電圧を適宜設定することにより、両極性（実効電圧の
最適値を基準として高電圧側と低電圧側）における時間
積分値の絶対値を等しくして、各電極における実効電圧
を最適値に調整制御することができ、簡易な制御方法で
フォトセンサの素子特性劣化に伴う感度特性の変化を抑
制することができる。

【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概略構成
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システムの駆動制御
方法の第１の実施形態における各行毎の動作のタイミン
グを示すタイミングチャートである。

【図３】第１の実施形態において、フォトセンサに印加
される電圧波形の詳細を示す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システムの駆動制御
方法の第２の実施形態における各行毎の動作のタイミン
グを示すタイミングチャートである。

【図５】第２の実施形態において、フォトセンサに印加
される電圧波形の詳細を示すタイミングチャートであ
る。

【図６】本発明に係るフォトセンサシステムの駆動制御
方法の第３の実施形態における各行毎の動作のタイミン
グを示すタイミングチャートである。

【図７】第３の実施形態において、フォトセンサに印加
される電圧波形の詳細を示すタイミングチャートであ
る。

【図８】フォトセンサを構成するトランジスタのゲート
電極への印加バイアス電圧とＢＴ処理後のしきい値電圧
の変化傾向の一例を示す特性図である。

【図９】本発明に係るフォトセンサシステムの駆動制御
方法の第４の実施形態における各行毎の動作のタイミン
グを示すタイミングチャートである。

【図１０】第４の実施形態において、フォトセンサに印
加される電圧波形の詳細を示すタイミングチャートであ
る。

【図１１】本発明に係るフォトセンサシステムの駆動制
御方法の第５の実施形態における各行毎の動作のタイミ
ングを示すタイミングチャートである。

【図１２】第５の実施形態において、フォトセンサに印
加される電圧波形の詳細を示すタイミングチャートであ
る。

【図１３】本発明に係るフォトセンサシステムの駆動制
御方法の第６の実施形態における各行毎の動作のタイミ
ングを示すタイミングチャートである。

【図１４】第６の実施形態において、フォトセンサに対
し、実効電圧調整動作期間に印加される信号と事前読取
動作期間び画像読取動作期間に印加される信号との関係
を示す概念図である。

【図１５】第６の実施形態における事前読取動作の他の
実施例を示すタイミングチャートである。

【図１６】ダブルゲート型フォトセンサの構造を示す断
面図及びダブルゲート型フォトセンサの等価回路であ
る。

【図１７】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１８】ダブルゲート型フォトセンサシステムの従来
の駆動制御方法を示すタイミングチャートである。

【符号の説明】

１０ ダブルゲート型フォトセンサ １１ 半導体薄膜 １１ａ 半導体層 ２１ トップゲート電極 ２２ ボトムゲート電極 １００ センサアレイ １０１ トップゲートライン １０２ ボトムゲートライン １０３ データライン １１１ トップアドレスデコーダ １１２ ローアドレスデコーダ １１３ 出力回路部 １２０ コントローラ

フロントページの続き (72)発明者 中村 善亮 東京都八王子市石川町2951番地の５ カシ オ計算機株式会社八王子研究所内 Ｆターム(参考） 4M118 AA10 AB01 BA05 CA11 CA40 CB06 EA07 FB03 FB09 FB11 FB13 FB24 5C024 BX00 BX01 GX02 GY31 HX02 JX21

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のフォトセンサを２次元配列して構
   成されるフォトセンサアレイと、 前記フォトセンサアレイの前記各フォトセンサにリセッ
   トパルスを印加して、前記各フォトセンサを初期化する
   初期化手段と、 前記フォトセンサアレイの前記各フォトセンサに対して
   プリチャージパルスを印加するとともに、前記各フォト
   センサに読み出しパルスを印加して、前記各フォトセン
   サの出力電圧を取り込む信号読み出し手段と、 前記初期化手段及び前記信号読み出し手段によって前記
   各フォトセンサに印加された信号の実効電圧を最適値に
   する補正信号を前記各フォトセンサに印加する実効電圧
   調整手段と、を具備することを特徴とするフォトセンサ
   システム。
2. 【請求項２】 前記初期化手段及び前記信号読み出し手
   段によって前記各フォトセンサに設定される画像読取感
   度を変化させつつ、前記信号読み出し手段によって前記
   ２次元配列された前記複数のフォトセンサに対応する画
   素より構成される被写体画像を読み取り、前記画像読取
   感度毎の前記被写体画像の画像パターンに基づいて、最
   適な画像読取感度を求める最適読取感度設定手段を具備
   す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】 前記実効電圧調整手段における前記補正
   信号は、前記初期化手段及び前記信号読み出し手段によ
   って前記各フォトセンサに印加された信号の平均実効電
   圧を、各々０Ｖに設定する信号であ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。
4. 【請求項４】 前記実効電圧調整手段における前記補正
   信号は、前記初期化手段及び前記信号読み出し手段によ
   って前記各フォトセンサに印加された信号の平均実効電
   圧を、各々、前記フォトセンサにおけるしきい値電圧の
   変化量が最小となる値に設定する信号であることを特徴
   とする請求項１記載のフォトセンサシステム。
5. 【請求項５】 前記実効電圧調整手段における補正信号
   の電圧波形は、前記初期化手段及び前記信号読み出し手
   段によって前記各フォトセンサに印加される各々の信号
   の電圧波形の時間積分値に対して、逆の極性の時間積分
   値を有す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。
6. 【請求項６】 前記初期化手段及び前記実効電圧調整手
   段によって前記各フォトセンサに印加される信号の電圧
   波形、並びに、前記信号読み出し手段及び前記実効電圧
   調整手段によって前記フォトセンサに印加される信号の
   電圧波形は、各々一対のハイレベル及びローレベルから
   なる２値の電圧を有す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。
7. 【請求項７】 前記初期化手段及び前記実効電圧調整手
   段によって前記各フォトセンサに印加される信号の電圧
   波形、並びに、前記信号読み出し手段及び前記実効電圧
   調整手段によって前記フォトセンサに印加される信号の
   電圧波形は、各々複数対のハイレベル及びローレベルか
   らなる多値の電圧を有す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。
8. 【請求項８】 前記各フォトセンサは、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、を備えたダブルゲート構造を有
   し、 前記初期化手段において、前記トップゲート電極に前記
   リセットパルスを印加して初期化し、前記信号読み出し
   手段において、前記ボトムゲート電極に前記読み出しパ
   ルスを印加し、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前記チャネル領域に蓄積さ
   れた電荷に対応した電圧を前記出力電圧として出力する
   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。
9. 【請求項９】 複数のフォトセンサを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
   テムの駆動制御方法において、 該フォトセンサシステムの駆動制御方法は、 前記フォトセンサアレイの前記各フォトセンサにリセッ
   トパルスを印加して前記各フォトセンサを初期化する初
   期化手順と、 前記フォトセンサアレイの前記各フォトセンサにプリチ
   ャージパルスを印加した後、前記各フォトセンサに読み
   出しパルスを印加し、前記各フォトセンサの出力電圧を
   取り込む信号読み出し手順と、 前記初期化手順及び前記信号読み出し手順において前記
   各フォトセンサに印加された信号の実効電圧を所定の最
   適値に調整する実効電圧調整手順と、を含むことを特徴
   とするフォトセンサシステムの駆動制御方法。
10. 【請求項１０】 前記実効電圧調整手順により調整され
    る、前記各フォトセンサに印加される信号の実効電圧の
    前記最適値は０Ｖに設定されることを特徴とする請求項
    ９記載のフォトセンサシステムの駆動制御方法。
11. 【請求項１１】 前記実効電圧調整手順により調整され
    る、前記各フォトセンサに印加される信号の実効電圧の
    前記最適値は、前記各フォトセンサにおけるしきい値電
    圧の変化量が最小となる値に設定されることを特徴とす
    る請求項９記載のフォトセンサシステムの駆動制御方
    法。
12. 【請求項１２】 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、を備えたダブルゲート構造を有
    し、 前記トップゲート電極に前記リセットパルスを印加し、
    前記ボトムゲート電極に前記読み出しパルスを印加する
    ことにより、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前記チャネル領域に蓄積され
    た電荷に対応した電圧を出力することを特徴とする請求
    項９記載のフォトセンサシステムの駆動制御方法。
13. 【請求項１３】 前記初期化手段及び前記信号読み出し
    手順によって前記フォトセンサアレイにおける前記各フ
    ォトセンサに設定する画像読取感度を変化させつつ、前
    記信号読み出し手順によって前記２次元配列されたフォ
    トセンサに対応する画素より構成される被写体画像を読
    み取り、前記画像読取感度毎の前記被写体画像の画像パ
    ターンに基づいて、最適な画像読取感度を設定する事前
    読取動作を実行する手順と、 前記最適な画像読取感度を用いて、前記被写体画像の全
    域を読み取る画像読取動作を実行する手順と、 前記事前読取動作及び前記画像読取動作の期間に、前記
    フォトセンサアレイの各フォトセンサに印加された信号
    の実効電圧を、前記最適値に調整する実効電圧調整動作
    を実行する手順よりなる実効電圧調整手順と、を含むこ
    とを特徴とする請求項９記載のフォトセンサシステムの
    駆動制御方法。
14. 【請求項１４】 前記事前読取動作を実行する手順は、 前記各フォトセンサに、第１のタイミングで所定の極性
    の電圧を有する第１の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くプリチ
    ャージ動作が終了した前記各フォトセンサに対して、第
    ２のタイミングで所定の極性の電圧を有する第１の読み
    出しパルスを印加して、前記初期化終了から前記第１の
    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
    電荷に対応した第１の読出電圧を出力する第２のステッ
    プと、を含み、 前記第１の読み出しパルスは、前記第２のタイミングに
    より、前記電荷蓄積期間を所定の比率で変化させるよう
    に印加され、前記電荷蓄積期間毎に蓄積された電荷に対
    応して出力される前記第１の読出電圧により得られる前
    記被写体画像の画像パターンに基づいて、最適な前記電
    荷蓄積期間が決定されることを特徴とする請求項１３記
    載のフォトセンサシステムの駆動制御方法。
15. 【請求項１５】 前記画像読取動作を実行する手順は、 前記各フォトセンサに、第３のタイミングで所定の極性
    の電圧を有する第２のリセットパルスを印加して、前記
    各フォトセンサを初期化する第３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くプリチ
    ャージ動作が終了した前記各フォトセンサに対して、前
    記事前読取動作により決定された前記最適な電荷蓄積期
    間を規定する第４のタイミングで所定の極性の電圧を有
    する第２の読み出しパルスを印加して、前記初期化終了
    から前記第２の読み出しパルスの印加までの前記最適な
    電荷蓄積期間に蓄積された電荷に対応した第２の読出電
    圧を出力する第４のステップと、を含み、 前記実効電圧調整動作を実行する手順は、 前記第１及び第３のステップにおいて前記フォトセンサ
    に印加された実効電圧を、前記最適値に調整制御する所
    定の実効電圧を有する第５の信号を、前記フォトセンサ
    に印加する第５のステップと、 前記第２及び第４のステップにおいて前記フォトセンサ
    に印加された実効電圧を、前記最適値に調整制御する所
    定の実効電圧を有する第６の信号を、前記フォトセンサ
    に印加する第６のステップと、を含むことを特徴とする
    請求項１４記載のフォトセンサシステムの駆動制御方
    法。
16. 【請求項１６】 前記第５の信号は、前記フォトセンサ
    の感度特性に応じて設定される実効電圧の前記最適値を
    基準として、前記第１及び第３のステップにおいて前記
    フォトセンサに印加された実効電圧に対して、逆極性の
    実効電圧を有し、また、 前記第６の信号は、前記フォトセンサの感度特性に応じ
    て設定される実効電圧の前記最適値を基準として、前記
    第２及び第４のステップにおいて前記フォトセンサに印
    加された実効電圧に対して、逆極性の実効電圧を有して
    いることを特徴とする請求項１５記載のフォトセンサシ
    ステムの駆動制御方法。
17. 【請求項１７】 前記第５のステップは、前記フォトセ
    ンサの感度特性に応じて設定される実効電圧の前記最適
    値を基準として、該最適値より低い第５の電圧部分と該
    最適値より高い第６の電圧部分とを有し、前記第１、第
    ３及び第５のステップにおいて前記フォトセンサに印加
    された信号電圧の時間積分値の絶対値と、前記第１、第
    ２及び第６のステップにおいて前記フォトセンサに印加
    された信号の電圧波形の時間積分値の絶対値とが等しく
    なるように、各々所定の時間幅に設定された前記第５の
    信号を前記フォトセンサに印加し、また、 前記第６のステップは、前記フォトセンサの感度特性に
    応じて設定される実効電圧の前記最適値を基準として、
    該最適値より低い第７の電圧部分と該最適値より高い第
    ８の電圧部分とを有し、前記第２、第４及び第７のステ
    ップにおいて前記フォトセンサに印加された信号の電圧
    波形の時間積分値の絶対値と、前記第１、第２及び第８
    のステップにおいて前記フォトセンサに印加された信号
    電圧の時間積分値の絶対値とが等しくなるように、各々
    所定の時間幅に設定された前記第６の信号を前記フォト
    センサに印加することを特徴とする請求項１５記載のフ
    ォトセンサシステムの駆動制御方法。
18. 【請求項１８】 前記第１、第３及び第５のステップに
    おいて前記各フォトセンサに印加される信号の電圧波
    形、並びに、前記第２及、第４及び第６のステップにお
    いて前記フォトセンサに印加される信号の電圧波形は、
    各々一対のハイレベル及びローレベルからなる２値の電
    圧を生成、出力する２値ドライバにより、前記各フォト
    センサに印加されることを特徴とする請求項１５記載の
    フォトセンサシステムの駆動制御方法。
19. 【請求項１９】 前記第１、第３及び第５のステップに
    おいて前記フォトセンサに印加される信号の電圧波形、
    並びに、前記第２、第４及び第６のステップにおいて前
    記フォトセンサに印加される信号の電圧波形は、各々複
    数対のハイレベル及びローレベルからなる多値の電圧を
    生成、出力する多値ドライバにより、前記フォトセンサ
    に印加されることを特徴とする請求項１５記載のフォト
    センサシステムの駆動制御方法。