JP2001185712A - フォトセンサ装置及びその駆動制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フォトセンサのゲートに印加される実効電圧
の偏りや変動に起因する素子特性の劣化や感度特性の変
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装置及びその駆動
制御方法を提供するを提供する。 【解決手段】 フォトセンサシステムの駆動制御方法に
おいて、フォトセンサアレイの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
感度を設定する事前読出動作を行い、当該最適な画像読
取感度を用いて、被写体画像の全域を正規に読み取ると
ともに、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実効電圧の偏りを、最適値
に調整する信号電圧を印加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フォトセンサ装置
及びその駆動制御方法に関し、特に、いわゆる、ダブル
ゲート構造を有する薄膜トランジスタを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画像読取装置に
適用して良好なフォトセンサ装置及びその駆動制御方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、印刷物や写真、あるいは、指紋等
の微細な凹凸の形状等を読み取る２次元画像の読取装置
として、光電変換素子（フォトセンサ）をマトリクス状
に配列して構成されるフォトセンサアレイを有する構造
のものがある。このようなフォトセンサアレイとして、
一般に、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：ThinFi
lm Transistor）等のフォトセンサ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（以下、ダブルゲート型フォトセンサ
という）を画像読取装置に適用して、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】このようなフォトセンサを用いた画像読取
装置は、概略、ガラス基板上にトップゲート電極及びボ
トムゲート電極を備えたダブルゲート型フォトセンサを
マトリクス状に形成して、フォトセンサアレイを構成
し、例えば、ガラス基板の背面側から照射光を入射し
て、フォトセンサアレイの上方に載置された２次元画像
の画像パターンに応じた反射光を、ダブルゲート型フォ
トセンサにより明暗情報として検出し、２次元画像を読
み取るものである。ここで、フォトセンサアレイによる
画像の読み取り動作は、リセットパルスの印加による初
期化終了時から読み出しパルスが印加されるまでの光蓄
積期間において、各ダブルゲート型フォトセンサ毎に蓄
積されるキャリヤ（正孔）の蓄積量に基づいて、明暗情
報が検出される。なお、ダブルゲート型トランジスタ、
及び、フォトセンサアレイの具体的な構成及び動作につ
いては、後述する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したようなダブル
ゲート型フォトセンサを適用した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。すな
わち、ダブルゲート型フォトセンサを適用したセンサシ
ステムにおいては、光蓄積期間におけるフォトセンサ毎
のキャリヤ（正孔）の蓄積量に基づいて、画像の読み取
りが行われるので、種々の環境下で被写体画像（２次元
画像）を良好に読み取るためには、上記光蓄積期間（す
なわち、読取感度に相当する）を適切に設定する必要が
ある。特に、光蓄積期間は、環境照度等の周囲の条件に
依存して異なるため、従来においては、環境照度を検出
するための回路を別個に設けたり、正規のスキャン動作
を開始する前に標準試料等を用いて、光蓄積期間を複数
段階に変えて読み取り動作（いわゆる、事前読出動作）
を行い、その検出結果や読取結果に基づいて、環境照度
に応じた光蓄積期間の最適値を求める手法を採用してい
た。

【０００６】一方、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、ダブルゲート型フォトセ
ンサのトップゲート及びボトムゲートの各々に、非常に
短い期間のみ、例えば、正電圧のリセットパルス及び読
み出しパルスを印加し、リセットパルス及び読み出しパ
ルスが印加されていない期間においては、これらのパル
スとは逆の極性の信号電圧（負電圧）、又は、０Ｖ（Ｇ
ＮＤレベル）を印加する駆動制御方法が適用されていた
ため、トップゲート及びボトムゲートに印加される電圧
波形は、０Ｖ（ＧＮＤレベル）に対して対称ではなく、
実効電圧が、例えば、ローレベル（負電圧）側に大きく
偏っていた。

【０００７】ここで、ダブルゲート型フォトセンサに光
が照射された状態において、このような偏った実効電圧
が各ゲートに印加され続けると、各ゲートに正孔あるい
は電子がトラップされる等の現象が発生して、ダブルゲ
ート型フォトセンサの素子特性が劣化し、感度特性が変
化するという問題を有している。そのため、実効電圧を
最適値に調整制御する必要がある。ところが、上述した
ような事前読出動作により、環境照度に応じて、その都
度、最適な光蓄積期間を変更設定すると、各ゲートに印
加される実効電圧が必然的に変動して、予め設定した実
効電圧の最適値から外れることになり、上記感度特性等
の劣化が生じて、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。

【０００８】そこで、本発明は、上述した問題を解決
し、フォトセンサのゲートに印加される実効電圧の偏り
や変動に起因する素子特性の劣化や感度特性の変化を抑
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装置及びその駆動制御方
法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載のフォトセ
ンサ装置は、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
における第１の電極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とともに、前記第１の電極に印
加される実効電圧を最適値にするための信号電圧を印加
する第１の信号電圧印加手段と、前記フォトセンサアレ
イにおける第２の電極に読み出しパルスを印加するとと
もに、前記第２の電極に印加される実効電圧を最適値に
するための信号電圧を印加する第２の信号電圧印加手段
と、前記フォトセンサアレイにおける前記複数のフォト
センサにプリチャージパルスを印加するとともに、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、
前記リセットパルス及び前記読み出しパルスによって設
定される前記フォトセンサアレイにおける画像読取感度
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
感度を求める読取感度設定手段と、を具備することを特
徴としている。

【００１０】請求項２記載のフォトセンサ装置は、請求
項１記載のフォトセンサ装置において、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を前記
第１の電極として、前記リセットパルスを印加し、前記
ボトムゲート電極を前記第２の電極として、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。

【００１１】請求項３記載のフォトセンサ装置の駆動制
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、前記フォトセンサアレイの画
像読取感度を変化させつつ、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
読出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、前記事前読出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、を含むことを特徴
としている。

【００１２】請求項４記載のフォトセンサ装置の駆動制
御方法は、請求項３記載のフォトセンサ装置の駆動制御
方法において、前記フォトセンサは、ＭＯＳ構造を有
し、前記事前読出動作を実行する手順は、前記複数のフ
ォトセンサの第１の電極に、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とともに、前記第１のタ
イミング以外の期間には、前記第１のリセットパルスと
逆極性の第１の信号電圧を印加する第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フォトセンサに対して、前記
フォトセンサの第２の電極に、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とともに、前記第２のタイミング
以外の期間には、前記第１の読み出しパルスと逆極性の
第２の信号電圧を印加する第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。

【００１３】請求項５記載のフォトセンサ装置の駆動制
御方法は、請求項４記載のフォトセンサ装置の駆動制御
方法において、前記画像読取動作を実行する手順は、前
記複数のフォトセンサの第１の電極に、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、前記フォトセンサを初期化するとともに、前
記第３のタイミング以外の期間には、前記第２のリセッ
トパルスと逆極性の第３の信号電圧を印加する第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フォトセンサに対
して、前記フォトセンサの第２の電極に、前記事前読出
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
るとともに、前記第４のタイミング以外の期間には、前
記第２の読み出しパルスと逆極性の第４の信号電圧を印
加する第４のステップと、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
おいて前記第１及び第２のリセットパルス及び前記第１
及び第３の信号電圧により、前記フォトセンサの第１の
電極に印加された実効電圧を、所定の最適値に調整制御
する所定の実効電圧を有する第５の信号を、前記フォト
センサの第１の電極に印加する第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第１及び第２の読
み出しパルス及び前記第２及び第４の信号電圧により、
前記フォトセンサの第２の電極に印加された実効電圧
を、所定の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、前記フォトセンサの第２の電極に印加
する第６のステップと、を含むことを特徴としている。

【００１４】請求項６記載のフォトセンサ装置の駆動制
御方法は、請求項５記載のフォトセンサ装置の駆動制御
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第１の電極側の実効電圧の
前記最適値を基準として、前記第１及び第３のステップ
において前記第１及び第２のリセットパルス及び前記第
１及び第３の信号電圧により、前記フォトセンサの第１
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、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第２の電極側の実効電圧
の前記最適値を基準として、前記第２及び第４のステッ
プにおいて前記第１及び第２の読み出しパルス及び前記
第２及び第４の信号電圧により、前記フォトセンサの第
２の電極に印加された実効電圧に対して、逆極性の実効
電圧を有していることを特徴としている。

【００１５】請求項７記載のフォトセンサ装置の駆動制
御方法は、請求項５記載のフォトセンサ装置の駆動制御
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第１の電極側の実効電
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及び第３の信号電圧と前記第５の電圧の時間積
分値の絶対値と、前記第１及び第２のリセットパルスと
前記第６の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５の信号を
前記フォトセンサの第１の電極に印加し、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
設定される第２の電極側の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及び第４の信
号電圧と前記第７の電圧の時間積分値の絶対値と、前記
第１及び第２の読み出しパルスと前記第８の電圧の時間
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の第
２の電極に印加することを特徴としている。

【００１６】請求項８記載のフォトセンサ装置の駆動制
御方法は、請求項３乃至７のいずれかに記載のフォトセ
ンサ装置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を前記第
１の電極として、前記第１及び第３のステップにおける
前記第１及び第２のリセットパルス、並びに、前記第１
及び第３の信号電圧を印加するとともに、前記ボトムゲ
ート電極を前記第２の電極として、前記第２及び第４の
ステップにおける前記第１及び第２の読み出しパルス、
並びに、前記第２及び第４の信号電圧を印加することに
より、前記最適な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。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係るフォトセン
サ装置及びその駆動制御方法の実施の形態について詳し
く説明する。まず、本発明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１
は、ダブルゲート型トランジスタの構造を示す概略断面
図である。図１（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層（チャ
ネル層）１１と、半導体層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１
７、１８上に形成されたソース電極１２及びドレイン電
極１３と、半導体層１１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、半導体層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、を有して構
成されている。

【００１８】なお、図１（ａ）において、トップゲート
電極２１、トップゲート絶縁膜１５、ボトムゲート絶縁
膜１６、及び、トップゲート電極２１上に設けられる保
護絶縁膜２０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、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、図面上方から入射する照射
光のみを検知する構造を有している。すなわち、ダブル
ゲート型フォトセンサ１０は、半導体層１１を共通のチ
ャネル領域として、半導体層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により形成さ
れる上部ＭＯＳトランジスタと、半導体層１１、ソース
電極１２、ドレイン電極１３及びボトムゲート電極２２
により形成される下部ＭＯＳトランジスタとからなる２
つのＭＯＳトランジスタの組み合わせた構造が、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。そ
して、このようなダブルゲート型フォトセンサ１０は、
一般に、図１（ｂ）に示すような等価回路により表され
る。ここで、ＴＧはトップゲート端子、ＢＧはボトムゲ
ート端子、Ｓはソース端子、Ｄはドレイン端子である。

【００１９】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２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２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、例えば、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１００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１０
２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、を有して構成される。ここで、φtg
及びφbg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、φ
Ｂ２、…φＢｉ、…φＢｎ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信号である。

【００２０】このような構成において、トップゲートド
ライバ１１１からトップゲート端子ＴＧに電圧を印加す
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に電圧を印
加し、データライン１０３を介して検出信号を出力回路
部１１３に取り込んでシリアルデータとして出力（Ｖou
t）することにより選択読み出し機能が実現される。

【００２１】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３
は、フォトセンサシステム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４は、ダブルゲート型フ
ォトセンサの動作概念図であり、図５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３、図４（ａ）に示す
ように、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；例えばＶtg＝＋１５Ｖのハイ
レベル）φＴｉを印加して、各ダブルゲート型フォトセ
ンサ１０の半導体層に蓄積されているキャリア（正孔）
を放出する（リセット期間Ｔreset）。

【００２２】次いで、光蓄積動作においては、図３、図
４（ｂ）に示すように、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φＴ
ｉを印加することにより、リセット動作を終了し、キャ
リヤ蓄積動作による光蓄積期間Ｔａがスタートする。光
蓄積期間Ｔａにおいては、トップゲート電極側から入射
した光量に応じてチャネル領域にキャリアが蓄積され
る。そして、プリチャージ動作においては、図３、図４
（ｃ）に示すように、光蓄積期間Ｔａに並行して、プリ
チャージ信号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）Ｖpg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Ｔprc
h）。

【００２３】次いで、読み出し動作においては、図３、
図４（ｄ）に示すように、プリチャージ期間Ｔprchを経
過した後、ボトムゲートライン１０２にハイレベル（例
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キャリア
（正孔）が逆極性のトップゲート端子ＴＧに印加された
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１０３のデータライン電
圧ＶＤは、図５（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。

【００２４】すなわち、光蓄積期間Ｔａにおける光蓄積
状態が暗状態で、チャネル領域にキャリヤ（正孔）が蓄
積されていない場合には、図４（ｅ）、図５（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が、ほぼそのまま保持されることになる。一方、
光蓄積状態が明状態の場合には、図４（ｄ）、図５
（ａ）に示すように、チャネル領域に入射光量に応じた
キャリヤ（正孔）が捕獲されているため、トップゲート
ＴＧ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。

【００２５】したがって、図５（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（光蓄積期間Ｔａ）
に受光した光量に深く関連し、蓄積されたキャリアが少
ない場合には緩やかに低下する傾向を示し、また、蓄積
されたキャリア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。

【００２６】上述した一連の画像読取動作を１サイクル
として、ｉ＋１番目の行のダブルゲート型フォトセンサ
１０にも同等の処理手順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。なお、図３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４（ｆ）、（ｇ）に示すように、ボトムゲート
ライン１０２にローレベル（例えば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１
０はＯＦＦ状態を持続し、図５（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。

【００２７】＜実施形態＞次に、本発明に係るフォトセ
ンサ装置の実施形態について、図面を参照して説明す
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、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。図６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
１、図２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２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。

【００２８】図６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１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、所定のトッ
プゲート電圧（リセットパルス）を印加するトップゲー
トドライバ（第１の信号電圧印加手段）１１１と、ダブ
ルゲート型フォトセンサ１０のボトムゲート端子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（第２の信
号電圧印加手段）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１１４、プリチャー
ジスイッチ１１５、アンプ１１６からなる出力回路部
（信号読み出し手段）１１３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）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外部機能部２００と
のデータのやり取り等を行うとともに、本発明における
感度設定機能及び異常検出機能を備えたコントローラ
（読取感度設定手段）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。

【００２９】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（コラムスイッチ１１４、プリチ
ャージスイッチ１１５、アンプ１１６）からなる構成
は、図２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。コントローラ１２０は、トップゲートドライバ１１
１及びボトムゲートドライバ１１２に制御信号φtg、φ
bg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。

【００３０】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ＶＤがアンプ１１６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。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。さらに、
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に出力する制御信号φt
g、φbgを設定制御することにより、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、及び、ダブルゲ
ート型フォトセンサ１０のトップゲートＴＧ及びボトム
ゲートＢＧに印加される実効電圧の偏りを最適値に調整
する機能を有している。

【００３１】次に、上述した構成を有するフォトセンサ
装置の駆動制御方法について、図面を参照して説明す
る。図７は、本発明に係るフォトセンサ装置の駆動制御
方法の一実施形態を示すタイミングチャートである。こ
こでは、図２、図６に示したフォトセンサ装置の構成を
適宜参照しながら、その駆動制御方法を説明する。図７
に示すように、本実施形態に係るフォトセンサ装置の駆
動制御方法は、事前読出動作と、画像読取動作と、実効
電圧調整動作の各手順を有し、いずれもコントローラ１
２０から送出される制御信号（φtg、φbg、φpg等）に
基づいて、各動作制御が行われる。以下、各処理動作に
ついて具体的に説明する。

【００３２】＜事前読出動作＞ （第１のステップ）図７に示すように、本実施形態にお
ける事前読取動作は、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の各々に対して、所定の遅れ時間
Ｔdlyの時間間隔で順次リセットパルス（第１のリセッ
トパルス）φＴ１、φＴ２、…φＴｎを印加してリセッ
ト期間Ｔrst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、ハイレベルが信号電圧Ｖ
tgh、ローレベルが信号電圧Ｖtglのパルス信号であり、
第１のステップにおいて、ハイレベルＶtghのリセット
パルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎが印加されるタイミン
グ（第１のタイミング）以外では、ローレベルの信号電
圧（第１の信号電圧）Ｖtglが印加された状態にある。

【００３３】（第２のステップ）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Ｔrstが終了することにより、光蓄積期間ＴＡ₁、ＴＡ
₂、…ＴＡ_n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Ｔ
Ａ₁、ＴＡ₂、…ＴＡ_nは、図７に示すように、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させるように、プリ
チャージ信号φpg及び読み出しパルス（第１の読み出し
パルス）φＢｎ、…φＢ２、φＢ１を順次印加して、読
み出し期間Ｔrd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。

【００３４】ここで、読み出しパルスφＢ１、φＢ２、
…φＢｎは、ハイレベルが信号電圧Ｖbgh、ローレベル
が信号電圧Ｖbglのパルス信号であり、第２のステップ
において、ハイレベルＶbghの読み出しパルスφＢ１、
φＢ２、…φＢｎが印加されるタイミング（第２のタイ
ミング）以外では、ローレベルの信号電圧（第２の信号
電圧）Ｖbghが印加された状態にある。なお、照射光量
の検出方法は、上述したフォトセンサシステムと同様
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Ｔrd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、照射光量に換算する。したがって、こ
のような事前読出動作によれば、各行毎に設定される光
蓄積期間ＴＡ₁、ＴＡ₂、…ＴＡ_n相互が所定の遅れ時間
Ｔdlyの２倍の時間間隔で増加するので、一画面の読み
込み動作により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、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。

【００３５】＜画像読取動作＞ （第３のステップ）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。すなわち、図７に示すように、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（第２のリセットパルス）φＴ１、φＴ
２、…φＴｎを印加してリセット期間Ｔrst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、…φＴ
ｎは、上述した第１のステップと同様に、ハイレベルが
信号電圧Ｖtgh、ローレベルが信号電圧Ｖtglのパルス信
号であり、ハイレベルＶtghのリセットパルスφＴ１、
φＴ２、…φＴｎが印加されるタイミング（第３のタイ
ミング）以外では、ローレベルの信号電圧（第３の信号
電圧）Ｖtglが印加される。

【００３６】（第４のステップ）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Ｔrst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。ここで、図７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。

【００３７】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（第２の読み出しパルス）φＢ
１、φＢ２、…φＢｎを印加して、読み出し期間Ｔread
をスタートし、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、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。こ
こで、読み出しパルスφＢ１、φＢ２、…φＢｎは、上
述した第１のステップと同様に、ハイレベルが信号電圧
Ｖbgh、ローレベルが信号電圧Ｖbglのパルス信号であ
り、ハイレベルＶbghの読み出しパルスφＢ１、φＢ
２、…φＢｎが印加されるタイミング（第４のタイミン
グ）以外では、ローレベルの信号電圧（第４の信号電
圧）Ｖbghが印加された状態にある。

【００３８】＜実効電圧調整動作＞ （第５のステップ）次に、上述した画像読取動作が、全
ての行（ｎ）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印加された信号の実効電圧の
偏りを調整して最適化する実効電圧調整動作を実行す
る。すなわち、図７に示すように、上記第１及び第３の
ステップにおいて、リセットパルスによりダブルゲート
型フォトセンサ１０のトップゲートライン１０１（トッ
プゲート端子ＴＧ）に印加された信号電圧の平均値、す
なわち、実効電圧を、予め当該ダブルゲート型フォトセ
ンサ１０の感度特性に応じて設定した最適値に調整する
ことができる所定の実効電圧を有する信号（第５の信
号）を、各行のトップゲートライン１０１に印加する。

【００３９】（第６ステップ）また、上記第２び第４ス
テップにおいて、読み出しパルスによりダブルゲート型
フォトセンサ１０のボトムゲートライン１０２（ボトム
ゲート端子ＢＧ）に印加された信号電圧の平均値、すな
わち、実効電圧を、予め当該ダブルゲート型フォトセン
サ１０の感度特性に応じて設定した最適値に調整するこ
とができる所定の実効電圧を有する信号（第６の信号）
を、各行のボトムゲートライン１０２に印加する。

【００４０】ここで、実効電圧調整動作において、ダブ
ルゲート型フォトセンサ１０のトップゲートＴＧ及びボ
トムゲート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。図８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ける実効電圧調整
動作の作用を示す概念図である。ここでは、図７に示し
たフォトセンサシステムの駆動制御方法のタイミングチ
ャートを適宜参照しながら、駆動制御方法を説明する。
なお、説明の都合上、１行目のトップゲートライン及び
ボトムゲートラインに印加される電圧波形に着目して説
明する。

【００４１】図７に示したように、事前読出動作及び画
像読取動作の第１のステップ及び第３のステップ、すな
わち、リセット動作においては、第１及び第３のタイミ
ングに係る極めて短い時間（Ｔrst）のみ、ハイレベル
の信号電圧（ここでは、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ＴＧに印加され、第１及び第３のタイミング
以外の比較的長い期間では、ローレベルの信号電圧（こ
こでは、負電圧）Ｖtglが印加される。そのため、事前
読出動作及び画像読取動作時において、トップゲートＴ
Ｇに印加される実効電圧は、ローレベル側に大きく偏っ
ている。さらに、画像読出動作に設定される最適な光蓄
積期間Ｔａは、事前読出動作により環境照度等に応じ
て、その都度、変更設定されるため、上記トップゲート
ＴＧに印加される実効電圧は、必然的に変動する。

【００４２】一方、事前読出動作及び画像読取動作の第
２のステップ及び第４のステップ、すなわち、読み出し
動作においても、第２及び第４のタイミングに係る極め
て短い時間（Ｔrd）のみ、ハイレベルの信号電圧（ここ
では、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ＢＧに
印加され、第２及び第４のタイミング以外の比較的長い
期間では、ローレベルの信号電圧（ここでは、負電圧）
Ｖtglを有する信号電圧が印加される。そのため、事前
読出動作及び画像読取動作時において、ボトムゲートＢ
Ｇに印加される実効電圧も、ローレベル側に大きく偏っ
ている。さらに、画像読出動作に設定される最適な光蓄
積期間Ｔａは、事前読出動作により環境照度等に応じ
て、その都度、変更設定されるため、上記ボトムゲート
ＴＧに印加される実効電圧は、必然的に変動する。な
お、以下、説明の都合上、トップゲートＴＧに印加され
る実効電圧、及び、ボトムゲート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
しているものとする。

【００４３】そのため、このような特定の極性の電圧側
に偏った電圧がゲート電極に印加された状態が継続する
と、上述したように、ゲート電極に正孔がトラップされ
て、ダブルゲート型フォトセンサの素子特性が劣化して
感度特性が変化してしまう問題が生じる。そこで、本実
施形態においては、事前読出動作及び画像読取動作の処
理サイクル内、及び、これから実行する実効電圧調整動
作の処理サイクル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
るトップゲート側の実効電圧の最適値、及び、ボトムゲ
ート側の実効電圧の最適値を基準として、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、調整パル
ス（第５の信号、第６の信号）を、実効電圧調整動作時
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、及び、ボトムゲートラインに印加す
る。

【００４４】ここで、トップゲートラインに印加される
調整パルスは、図７に示すように、上記トップゲート側
の実効電圧の最適値Ｖte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（信
号電圧Ｖtgl；第５の電圧部分）と、所定の信号幅Ｔtph
を有するハイレベル側の電圧成分（信号電圧Ｖtgh；第
６の電圧部分）からなる電圧波形を有している。一方、
ボトムゲートラインに印加される調整パルスは、上記ボ
トムゲート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（信号電圧Ｖbgl；第７の電圧部分）と、所定の信
号幅Ｔbphを有するハイレベル側の電圧成分（信号電圧
Ｖbgh；第８の電圧部分）からなる電圧波形を有してい
る。

【００４５】すなわち、トップゲート側に印加される調
整パルスと、他の信号波形との関係は、図８（ａ）の模
式図に示すように、トップゲート側の実効電圧の最適値
をＶte、事前読出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、事前読出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
出動作及び画像読取動作におけるハイレベルの期間（Ｔ
rst＋Ｔrst）をＴhtとすると、次式にように表される。 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。

【００４６】上記（１）式より、調整パルスの印加時
間、すなわち、ハイレベル側の電圧成分の信号幅Ｔtph
は、次式のように表される。 Ｔtph＝Ｌｔ／Ｈｔ・（Ｔａ＋Ｔlt＋Ｔtpl）−Ｔht ……（２） 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
ンにハイレベルＶtghの調整パルスを印加して、信号電
圧を付加することにより、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。

【００４７】一方、ボトムゲート側に印加される調整パ
ルスと、他の信号波形との関係は、図８（ｂ）の模式図
に示すように、ボトムゲート側の実効電圧の最適値をＶ
be、事前読出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、事前読出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、事前読出動
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。 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、調整パルスのローレベル側の電圧成分
の合計信号幅（Ｔbpla＋Ｔbplb）である。

【００４８】上記（３）式より、調整パルスの印加時
間、すなわち、ハイレベル側の電圧成分の信号幅Ｔbph
は、次式のように表される。 Ｔbph＝Ｌｂ／Ｈｂ・（Ｔａ＋Ｔlｂ＋Ｔbpl）−Ｔhb ……（４） 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
ンにハイレベルＶbghの調整パルスを印加して、信号電
圧を付加することにより、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側の実効電圧の
最適値Ｖte、及び、ボトムゲート側の実効電圧の最適値
Ｖbeについて、具体的な数値や電圧極性を示さなかった
が、ダブルゲート型フォトセンサの素子特性や感度特性
等に応じて、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。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及びボトム
ゲートに印加される調整パルスのハイレベル側及びロー
レベル側の信号電圧として、事前読出動作及び画像読取
動作におけるハイレベル及びローレベルを印加する場合
について説明したが、他の電圧レベルを印加するもので
あってもよい。

【００４９】次に、本発明に係るフォトセンサシステム
の駆動制御方法に適用することができる事前読出動作の
他の具体例について、図面を参照して説明する。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
に適用することができる事前読出動作の他の実施例を示
すタイミングチャートである。ここでは、図２、図６に
示したフォトセンサ装置の構成を適宜参照しながら説明
する。図９に示すように、本実施例に係る事前読出動作
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１
０１の各々に対して、同時にリセットパルスφＴ１、φ
Ｔ２、…φＴｎを印加してリセット期間Ｔrst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。

【００５０】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Ｔrst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、…ＴＢ_n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。ここで、各行毎に設定される光蓄積期間ＴＢ₁、Ｔ
Ｂ₂、…ＴＢ_nは、図９に示すように、各行毎に所定の遅
れ時間Ｔdly分ずつ段階的に変化させるように、プリチ
ャージ信号φpg及び読み出しパルスφＢ１、φＢ２、…
φＢｎを印加する。したがって、上述した実施形態に示
したような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
（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。

【００５１】ここで、本発明に係るフォトセンサシステ
ムの駆動制御方法に適用される事前読出動作の手法は、
上述した実施形態及び実施例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。

【００５２】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、事前読出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
作時に付加する調整パルスにより、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。

【００５３】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、フォトセ
ンサアレイの第１の電極にリセットパルスを印加してフ
ォトセンサを初期化するとともに、該第１の電極に印加
される実効電圧を最適値にするための信号電圧を印加す
る第１の信号電圧印加手段と、フォトセンサアレイの第
２の電極に読み出しパルスを印加するとともに、該第２
の電極に印加される実効電圧を最適値にするための信号
電圧を印加する第２の信号電圧印加手段と、リセットパ
ルス及び読み出しパルスによって設定されるフォトセン
サアレイにおけ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、該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読取感度設定手段
と、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
センサの第１の電極及び第２の電極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。

【００５４】請求項３記載の発明によれば、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、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。

【００５５】請求項４記載の発明によれば、事前読出動
作を実行する手順は、複数のフォトセンサの第１の電極
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、フォトセンサの第２の電極
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。

【００５６】請求項５記載の発明によれば、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、フォトセンサの第１の電極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、フォトセンサの第２の電極に印加され
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。

【００５７】請求項６記載の発明によれば、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第１の
電極側の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の第１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、ま
た、第６の信号は、フォトセンサの感度特性に応じて設
定される第２の電極側の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の信号を第１及び第２
の電極に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。

【００５８】請求項７記載の発明によれば、第５のステ
ップにおいて第１の電極に印加される第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、第１の電極側の実効電圧の最適値を基準
として、第１の電極に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、第６のステップにおいて第
２の電極に印加される第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、
第２の電極側の実効電圧の最適値を基準として、第２の
電極に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。

【００５９】請求項２又は８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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るフォトセンサ装置に適用されるダ
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２】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３】フォトセンサシステムの一般的な駆動制御方法
を示すタイミングチャートである。

【図４】ダブルゲート型フォトセンサの動作概念図であ
る。

【図５】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。

【図６】本発明に係るフォトセンサ装置の一実施形態を
示す概略構成図である。

【図７】一実施形態に係るフォトセンサ装置の駆動制御
方法を示すタイミングチャートである。

【図８】一実施形態に係るフォトセンサ装置の駆動制御
方法における実効電圧調整動作の作用を示す概念図であ
る。

【図９】本発明に係るフォトセンサ装置の駆動制御方法
に適用される事前読出動作の他の実施例を示すタイミン
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 半導体層 ２１ トップゲート電極 ２２ ボトムゲート電極 １００ フォトセンサアレイ 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

Claims (8)

【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における第１の電極にリセット
   パルスを印加して前記フォトセンサを初期化するととも
   に、前記第１の電極に印加される実効電圧を最適値にす
   るための信号電圧を印加する第１の信号電圧印加手段
   と、 前記フォトセンサアレイにおける第２の電極に読み出し
   パルスを印加するとともに、前記第２の電極に印加され
   る実効電圧を最適値にするための信号電圧を印加する第
   ２の信号電圧印加手段と、 前記フォトセンサアレイにおける前記複数のフォトセン
   サにプリチャージパルスを印加するとともに、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、 前記リセットパルス及び前記読み出しパルスによって設
   定される前記フォトセンサアレイにおける画像読取感度
   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
   感度を求める読取感度設定手段と、を具備することを特
   徴とするフォトセンサ装置。
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を前記第１の電極として、前記リ
   セットパルスを印加し、前記ボトムゲート電極を前記第
   ２の電極として、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１記
   載のフォトセンサ装置。
3. 【請求項３】 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、 前記フォトセンサアレイの画像読取感度を変化させつ
   つ、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出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、 前記事前読出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、を含むことを特徴とするフォトセンサ
   装置の駆動制御方法。
4. 【請求項４】 前記フォトセンサは、ＭＯＳ構造を有
   し、 前記事前読出動作を実行する手順は、 前記複数のフォトセンサの第１の電極に、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とともに、
   前記第１のタイミング以外の期間には、前記第１のリセ
   ットパルスと逆極性の第１の信号電圧を印加する第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フォトセンサに対して、前記
   フォトセンサの第２の電極に、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とともに、前記第２のタイミング
   以外の期間には、前記第１の読み出しパルスと逆極性の
   第２の信号電圧を印加する第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３記載
   のフォトセンサ装置の駆動制御方法。
5. 【請求項５】 前記画像読取動作を実行する手順は、 前記複数のフォトセンサの第１の電極に、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、前記フォトセンサを初期化するとともに、
   前記第３のタイミング以外の期間には、前記第２のリセ
   ットパルスと逆極性の第３の信号電圧を印加する第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フォトセンサに対して、前記
   フォトセンサの第２の電極に、前記事前読出動作により
   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ととも
   に、前記第４のタイミング以外の期間には、前記第２の
   読み出しパルスと逆極性の第４の信号電圧を印加する第
   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第１及び第２
   のリセットパルス及び前記第１及び第３の信号電圧によ
   り、前記フォトセンサの第１の電極に印加された実効電
   圧を、所定の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、前記フォトセンサの第１の電極に印
   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第１及び第２
   の読み出しパルス及び前記第２及び第４の信号電圧によ
   り、前記フォトセンサの第２の電極に印加された実効電
   圧を、所定の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、前記フォトセンサの第２の電極に印
   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４記載のフォトセンサ装置の駆動制御方法。
6. 【請求項６】 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第１の電極側の実効電圧の
   前記最適値を基準として、前記第１及び第３のステップ
   において前記第１及び第２のリセットパルス及び前記第
   １及び第３の信号電圧により、前記フォトセンサの第１
   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、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
   て設定される第２の電極側の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第
   １及び第２の読み出しパルス及び前記第２及び第４の信
   号電圧により、前記フォトセンサの第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
   ことを特徴とする請求項５記載のフォトセンサシステム
   の駆動制御方法。
7. 【請求項７】 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第１の電極側の実効電
   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及び第３の信号電圧と前記第５の電圧の時間積
   分値の絶対値と、前記第１及び第２のリセットパルスと
   前記第６の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５の信号を
   前記フォトセンサの第１の電極に印加し、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
   応じて設定される第２の電極側の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及び第
   ４の信号電圧と前記第７の電圧の時間積分値の絶対値
   と、前記第１及び第２の読み出しパルスと前記第８の電
   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
   ンサの第２の電極に印加することを特徴とする請求項５
   記載のフォトセンサ装置の駆動制御方法。
8. 【請求項８】 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を前記第１の電極として、前記第
   １及び第３のステップにおける前記第１及び第２のリセ
   ットパルス、並びに、前記第１及び第３の信号電圧を印
   加するとともに、前記ボトムゲート電極を前記第２の電
   極として、前記第２及び第４のステップにおける前記第
   １及び第２の読み出しパルス、並びに、前記第２及び第
   ４の信号電圧を印加することにより、前記最適な電荷蓄
   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３乃至７のいず
   れかに記載のフォトセンサ装置の駆動制御方法。