JP2002077521A

JP2002077521A - ２次元画像読取装置及びその感度補正方法

Info

Publication number: JP2002077521A
Application number: JP2000257610A
Authority: JP
Inventors: Yoshisuke Nakamura; 善亮中村
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2000-08-28
Filing date: 2000-08-28
Publication date: 2002-03-15

Abstract

(57)【要約】【課題】フォトセンサ相互に感度特性のバラツキによ
りフォトセンサアレイに感度傾斜が存在する場合であっ
ても、駆動制御方法を複雑化することなく、被検出体の
画像パターンを正確に読み取ることができるようにし
て、生産歩留まりの向上を図ることができる２次元画像
読取装置及びその感度補正方法を提供する。【解決手段】ドレインドライバ１３０Ａは、単一のプ
リチャージ信号φpgに基づいて、各列のドレインライン
１０３に所定のプリチャージ電圧Ｖpgを印加するプリチ
ャージスイッチＳｇ_１〜Ｓｇ_ｍを備えたプリチャージ回
路１３１と、単一のサンプリング信号φspに基づく所定
のタイミングで、各列のドレイン電圧に対応する電圧を
出力制御するサンプリングスイッチＳｓ_１〜Ｓｓ_ｍ、各
サンプリングスイッチＳｓ_１〜Ｓｓ_ｍを所定時間ずつ遅
延させて、順次ＯＮ動作する遅延回路ＳＲ_１〜ＳＲ
_ｍ−１を備えた読出回路１３２Ａと、を有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、２次元画像読取装
置及びその感度補正方法に関し、特に、複数のフォトセ
ンサをマトリクス状に配列したフォトセンサアレイ上
に、被検出体を接触させて、その画像パターンを読み取
る２次元画像読取装置及びその感度補正方法に関する。

【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。

【０００３】ＣＣＤは、周知の通り、フォトダイオード
やトランジスタ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−正孔対の量（電荷量）
を、水平走査回路およ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。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。

【０００４】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、および、画素の高密度化
を図る試みがなされている。

【０００５】このようなフォトセンサを用いた画像読取
装置は、概略、ガラス基板の一面側に、共通の半導体層
に対して上方（上層）および下方（下層）に各々トップ
ゲート電極およ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に設
けられた光源から照射光を照射して、フォトセンサアレ
イ上方の検知面に載置された指（被検出体）から指紋等
の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。

【０００６】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時間
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。このとき、装置構成や制御方法の簡素化の観
点から、フォトセンサアレイを構成する全てのフォトセ
ンサに対して、同一の光蓄積期間が設定され、また、同
一のタイミングで列毎の読取動作を行う方式が採用され
ていた。なお、ダブルゲート型フォトセンサ、および、
フォトセンサアレイの具体的な構成および動作について
は、後述する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うな２次元画像読取装置に適用されるフォトセンサアレ
イにおいては、ガラス基板上に複数のフォトセンサをマ
トリクス状に配列した構成を有していることから、例え
ば、全てのフォトセンサを同一プロセスにより製造する
際に、各フォトセンサを構成する薄膜の膜厚や不純物濃
度等が素子の形成位置によって漸次変化することに起因
して、あるいは、配線による信号の遅延によって、フォ
トセンサ相互に感度特性の微小な誤差が生じ、これによ
り、例えば、フォトセンサアレイの行方向または列方向
に感度特性が、所定値（設計値）に対して、次第に上昇
又は低下する感度特性の傾斜傾向（以下、「感度傾斜」
という）が生じる場合があった。

【０００８】このような感度傾斜を有するフォトセンサ
アレイにおいて、例えば、列方向に感度傾斜が存在する
場合、上述したように同一の光蓄積時間を設定し、列毎
に同一のタイミングで読取動作を行う制御方法では、感
度傾斜を有している各々のフォトセンサに対応させて光
蓄積時間を変化させることができないため、フォトセン
サアレイの場所によって感度特性が変化することにな
り、被検出体の画像パターンを正確に読み取ることがで
きなくなるという問題を有していた。

【０００９】また、行方向に感度傾斜が存在する場合に
は、各フォトセンサの感度特性に対応させて光蓄積時間
を行毎に変化させることは可能であるが、行毎の動作タ
イミングを変化させることになるため、読取動作時の制
御が極めて複雑となり、実現が非常に困難であるという
問題を有していた。したがって、従来においては、個々
のフォトセンサの感度特性が許容範囲内にあっても、僅
かでも感度傾斜が存在するフォトセンサアレイについて
は、不良品として取り扱っていたため、生産歩留まりが
低下するという問題を有していた。

【００１０】そこで、本発明は、上述した問題点に鑑
み、フォトセンサ相互に感度特性のバラツキによりフォ
トセンサアレイに感度傾斜が存在する場合であっても、
駆動制御方法を複雑化することなく、被検出体の画像パ
ターンを正確に読み取ることができるようにして、生産
歩留まりの向上を図ることができる２次元画像読取装置
及びその感度補正方法を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の２次元画
像読取装置は、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
イ上に載置された被検出体に対応して各フォトセンサに
蓄積された電荷による電圧を、前記フォトセンサアレイ
の行毎に、各列毎の出力電圧として読み出す出力回路と
を備えた２次元画像読取装置において、前記出力回路
は、前記出力電圧を読み出すためのサンプリングタイミ
ングを、前記フォトセンサアレイの各列毎又は各行毎に
変化させるように設定したことを特徴としている。

【００１２】すなわち、出力回路により出力電圧を読み
出すためのサンプリングタイミングを順次変化（遅延）
させることにより、フォトセンサアレイを構成する各フ
ォトセンサの感度特性を実質的に変化させ、さらに、こ
の感度特性の変化を、フォトセンサアレイの感度特性の
変化傾向（感度傾斜や感度変化）に対応させて設定す
る。これにより、列方向又は行方向の感度傾斜や感度変
化が相殺（感度が補正）され、従来、感度特性の劣化に
より不良品として取り扱われてきた製品（フォトセンサ
アレイ）を救済することができ、生産歩留まりの向上を
図ることができる。

【００１３】また、請求項２記載の２次元画像読取装置
は、請求項１記載の２次元画像読取装置において、前記
出力回路は、各列毎に個別のサンプリングスイッチを備
え、該サンプリングスイッチに対して単一のサンプリン
グ信号を所定時間遅延して印加することにより、前記サ
ンプリングスイッチをＯＮ動作させて、前記出力電圧の
電圧レベルを読み出すことを特徴としている。すなわ
ち、出力回路は、各列毎に設けられた各サンプリングス
イッチに、所定の時間だけ遅延したサンプリング信号を
印加することにより、各列毎又は各行毎のサンプリング
タイミングを順次変化させるように制御する。これによ
り、例えば、遅延回路等をサンプリング信号線に設置し
た比較的簡易な回路構成を用いて、各フォトセンサの感
度特性を実質的に変化させることができ、フォトセンサ
アレイの感度傾斜を容易に相殺することができる。

【００１４】また、請求項３記載の２次元画像読取装置
は、請求項１又は２記載の２次元画像読取装置におい
て、前記各列毎又は各行毎の前記サンプリングタイミン
グは、前記単一のサンプリング信号に対して任意の遅延
時間を有するように設定されていることを特徴としてい
る。特に、請求項４記載の２次元画像読取装置は、請求
項３記載の２次元画像読取装置において、前記各列毎又
は各行毎の前記サンプリングタイミングは、前記フォト
センサアレイの列毎又は行毎に一定の遅延時間を有して
いることを特徴としている。また、請求項５記載の２次
元画像読取装置は、請求項３記載の２次元画像読取装置
において、前記各列毎又は各行毎の前記サンプリングタ
イミングは、前記フォトセンサアレイの列毎又は行毎に
異なる遅延時間を有していることを特徴としている。

【００１５】すなわち、各列毎又は各行毎のサンプリン
グタイミングは、出力電圧を読み出すための基準サンプ
リング信号（又は、読み出し信号）に対して、所定の線
形性あるいは非線形性の遅延特性を有する任意の遅延時
間に設定されている。これにより、各フォトセンサの感
度特性を、フォトセンサアレイの感度傾斜に十分対応さ
せて設定することができ、列方向又は行方向の感度傾斜
を良好に相殺することができる。

【００１６】また、請求項６記載の２次元画像読取装置
は、請求項１乃至５のいずれかに記載の２次元画像読取
装置において、前記出力回路は、前記各列毎の前記出力
電圧の読み出しの順序を、反転設定可能に構成されてい
ることを特徴としている。すなわち、出力回路は、各列
毎に設けられた各サンプリングスイッチにサンプリング
信号を印加する順序（方向）が、列又は行における任意
の方向（一方向又はその反対方向）に切換設定される。
これにより、フォトセンサアレイの感度傾斜の方向性に
対応させて、各フォトセンサの感度特性を変化させるこ
とができ、上記感度傾斜の方向に関わらず良好に相殺し
て、感度特性の補正を行うことができる。

【００１７】また、請求項７記載の２次元画像読取装置
は、請求項１乃至６のいずれかに記載の２次元画像読取
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第１のゲート電極及び
第２のゲート電極と、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
とを有していることを特徴としている。

【００１８】すなわち、上記フォトセンサは、所定のタ
イミングで第１のゲート電極にリセットパルスを印加す
るとともに、第２の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。これによ
り、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、小型化することができるとともに、読取画素
を高密度化して被検出体画像を高精細で読み取ることが
できる。

【００１９】そして、請求項８記載の２次元画像読取装
置の感度補正方法は、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と、前記フォトセン
サアレイ上に載置された被検出体に対応して各フォトセ
ンサに蓄積された電荷による電圧を、前記フォトセンサ
アレイの行毎に、各列毎の出力電圧として読み出す出力
回路とを備えた２次元画像読取装置の感度補正方法にお
いて、前記フォトセンサアレイを構成する各フォトセン
サの感度特性の傾斜傾向又は変化傾向に対応させて、前
記出力回路による前記出力電圧を読み出すためのサンプ
リングタイミングを、前記フォトセンサアレイの各列毎
又は各行毎に変化させて、前記感度特性の傾斜傾向又は
変化傾向を相殺するように設定したことを特徴としてい
る。

【００２０】すなわち、フォトセンサアレイを構成する
各フォトセンサの光蓄積時間を変化させることなく、出
力電圧を読み出すためのサンプリングタイミングを順次
変化（遅延）させることにより、各フォトセンサの感度
特性を実質的に変化制御し、さらに、この感度特性の変
化を、フォトセンサアレイの感度特性の変化傾向（感度
傾斜や感度変化）に対応させて設定する。これにより、
列方向又は行方向の感度傾斜や感度変化が相殺され、従
来、感度特性の劣化により不良品として取り扱われてき
た製品であっても、良好に被検出体の画像パターンを読
み取ることができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る２次元画像
読取装置の実施形態について、詳しく説明する。まず、
本発明に係る２次元画像読取装置に適用して良好なダブ
ルゲート型フォトセンサの構成について説明する。

【００２２】図１は、ダブルゲート型フォトセンサの概
略構成を示す断面構造図である。図１（ａ）に示すよう
に、ダブルゲート型フォトセンサ１０は、励起光（例え
ば、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
コンからなる不純物層１７、１８と、不純物層１７、１
８上に形成されたクロム、クロム合金、アルミ、アルミ
合金等から選択された可視光に対して不透明のドレイン
電極１２およびソース電極１３と、半導体層１１の上方
（図面上方）にブロック絶縁膜１４および上部（トッ
プ）ゲート絶縁膜１５を介して形成されたＩＴＯ等の透
明導電膜からなり、可視光に対して透過性を示すトップ
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ク
ロム、クロム合金、アルミ、アルミ合金等の可視光に対
して不透明なボトムゲート電極２２と、を有して構成さ
れている。

【００２３】ここで、図１（ａ）において、トップゲー
ト絶縁膜１５、ブロック絶縁膜１４、ボトムゲート絶縁
膜１６、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、例えば、窒化シリコン等により
構成されることにより、図面上方から入射する光のみを
検知する構造を有している。

【００２４】上述したように、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、ドレイン電極１２、ソース電極１
３、およ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、ドレイン電極１
２、ソース電極１３およ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トランジスタを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。

【００２５】次いで、上述したダブルゲート型フォトセ
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２は、ダブルゲート型フォトセンサの基本的な駆
動制御方法の一例を示すタイミングチャートであり、図
３は、ダブルゲート型フォトセンサの動作概念図であ
り、図４は、ダブルゲート型フォトセンサの出力電圧の
光応答特性を示す図である。ここでは、上述したダブル
ゲート型フォトセンサの構成（図１）を適宜参照しなが
ら説明する。

【００２６】まず、リセット動作においては、図２、図
３（ａ）に示すように、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にパルス電圧（以下、「リセ
ットパルス」と記す；例えば、Ｖtg＝＋１５Ｖのハイレ
ベル）φＴを印加して、半導体層１１、および、ブロッ
ク絶縁膜１４における半導体層１１との界面近傍に蓄積
されているキャリア（ここでは、正孔）を放出する（リ
セット期間Ｔrst）。

【００２７】次いで、光蓄積動作においては、図２、図
３（ｂ）に示すように、トップゲート端子ＴＧにローレ
ベル（例えば、Ｖtg＝−１５Ｖ）のバイアス電圧φＴ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２１側から入射
した光量に応じて半導体層１１の入射有効領域、すなわ
ち、キャリア発生領域で生成された電子−正孔対が生成
され、半導体層１１、および、ブロック絶縁膜１４にお
ける半導体層１１との界面近傍、すなわち、チャネル領
域周辺に正孔が蓄積される。

【００２８】そして、プリチャージ動作においては、図
２、図３（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に基づいてドレイン端子Ｄ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１２に電荷を保持させる（プリチャージ期間Ｔpr
ch）。次いで、読み出し動作においては、図２、図３
（ｄ）に示すように、プリチャージ期間Ｔprchを経過し
た後、ボトムゲート端子ＢＧにハイレベル（例えば、Ｖ
bg＝＋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」と記す）φＢ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）。

【００２９】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
（＋１５Ｖ）によりｎチャネルが形成され、ドレイン電
流に応じてドレイン端子Ｄの電圧（ドレイン電圧）ＶＤ
は、図４（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。

【００３０】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３（ｅ）に示すように、ト
ップゲート端子ＴＧに負バイアスをかけることによっ
て、ボトムゲート端子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、
図４（ａ）に示すように、ドレイン電圧ＶＤが、ほぼそ
のまま保持されることになる。

【００３１】一方、光蓄積状態が明状態の場合には、図
３（ｄ）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
ト端子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端子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、図４（ａ）に示すように、ドレイン電圧ＶＤは、低
下することになる。

【００３２】したがって、図４（ａ）に示したように、
ドレイン電圧ＶＤの変化傾向は、トップゲート端子ＴＧ
へのリセットパルスφＴの印加によるリセット動作の終
了時点から、ボトムゲート端子ＢＧに読み出しパルスφ
Ｂ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
経過後のドレイン電圧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。

【００３３】なお、図２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３
（ｆ）、（ｇ）に示すように、ボトムゲート端子ＢＧ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１０はＯＦＦ状
態を持続し、図４（ｂ）に示すように、ドレイン電圧Ｖ
Ｄは、プリチャージ電圧Ｖpgを保持する。このように、
ボトムゲート端子ＢＧ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。

【００３４】次いで、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アレイを
備えたフォトセンサシステムについて、図面を参照して
説明する。図５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り、図６は、フォト
センサシステムに適用されるドレインドライバの回路構
成図である。

【００３５】図５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（トップゲート電極２
１）およびボトムゲート端子ＢＧ（ボトムゲート電極２
２）を各々行方向に接続して伸延するトップゲートライ
ン１０１およびボトムゲートライン１０２と、各ダブル
ゲート型フォトセンサ１０のドレイン端子Ｄ（ドレイン
電極１２）を列方向に接続したドレインライン１０３
と、ソース端子Ｓ（ソース電極１３）を列方向に接続す
るとともに、接地電位に接続されたソースライン１０４
と、トップゲートライン１０１に接続されたトップゲー
トドライバ１１０と、ボトムゲートライン１０２に接続
されたボトムゲートドライバ１２０と、ドレインライン
１０３に接続されたドレインドライバ（出力回路）１３
０と、を有して構成されている。

【００３６】なお、図５において、φtgおよびφbgは、
それぞれリセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｉ、…
φＴｎ、および、読み出しパルスφＢ１、φＢ２、…φ
Ｂｉ、…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、φspは、ドレイン電圧ＶＤ_１、Ｖ
Ｄ _２、ＶＤ_３、…ＶＤ_ｍを検出するタイミングを制御す
るサンプリング信号である。

【００３７】ここで、ドレインドライバ１３０は、図６
に示すように、プリチャージ信号φpgに基づいて、各列
のドレインライン１０３に所定のプリチャージ電圧Ｖpg
を印加するプリチャージスイッチＳｇ_１、Ｓｇ_２、Ｓｇ
_３、…Ｓｇ_ｍからなるプリチャージ回路１３１と、各ド
レインライン１０３の電圧ＶＤ_１、ＶＤ_２、ＶＤ_３、…
ＶＤ_ｍを所定の増幅率で増幅するプリアンプＡｐ_１、Ａ
ｐ_２、Ａｐ_３、…Ａｐ _ｍ、サンプリング信号φspに基づ
いて、各列のドレイン電圧に対応する電圧を出力制御す
るサンプリングスイッチＳｓ_１、Ｓｓ_２、Ｓｓ_３、…Ｓ
ｓ_ｍ、サンプリングスイッチＳｓ_１、Ｓｓ_２、Ｓｓ_３、
…Ｓｓ_ｍを介して検出されたドレイン電圧を蓄積して保
持するコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、…Ｃｍ、検出され
たドレイン電圧を所定の出力電圧Ｖｏ_１、Ｖｏ_２、Ｖｏ
_３、…Ｖｏ_ｍに増幅するための出力アンプＡｏ_１、Ａｏ
_２、Ａｏ_３、…Ａｏ_ｍからなる読出回路１３２と、を備
えている。

【００３８】すなわち、プリチャージスイッチＳｇ_１、
Ｓｇ_２、Ｓｇ_３、…Ｓｇ_ｍは、単一のプリチャージ信号
φpgに基づいて同時にＯＮ動作して、各ドレインライン
１０３（各ダブルゲート型フォトセンサ１０のドレイン
端子Ｄ）に同一のプリチャージ電圧を印加するように構
成されている。また、サンプリングスイッチＳｓ_１、Ｓ
ｓ_２、Ｓｓ_３、…Ｓｓ_ｍは、単一のサンプリング信号φ
spに基づいて同時にＯＮ動作して、各ドレインライン１
０３に保持されているドレイン電圧ＶＤ_１、ＶＤ_２、Ｖ
Ｄ_３、…ＶＤ_ｍを一斉に読み出すように構成されてい
る。

【００３９】このような構成において、トップゲートド
ライバ１１０からトップゲートライン１０１を介して、
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１２
０からボトムゲートライン１０２を介して、ボトムゲー
ト端子ＢＧに電圧を印加し、ドレインライン１０３を介
して検出信号をドレインドライバ１３０に取り込んでパ
ラレルデータとして、又は、パラレルデータをシリアル
データに変換する機能（図示せず）を有してシリアルデ
ータとして出力（Ｖout）することにより、選択読み出
し機能が実現される。

【００４０】ここで、上述したフォトセンサシステムの
駆動制御方法は、基本的には、上述したダブルゲート型
フォトセンサの駆動制御方法（図２参照）を１処理サイ
クルとして、フォトセンサアレイを構成するマトリクス
の行数分シリアルに繰り返すことにより実現されるが、
例えば、読取精度を高精細化するためにフォトセンサア
レイを高密度化した場合には、読取動作のための所要時
間が増大して、フォトセンサシステムの実用化の面で好
ましくない。そこで、ダブルゲート型フォトセンサを用
いたフォトセンサシステムにおいては、以下に示すよう
な駆動制御方法が良好に適用される。

【００４１】図７は、上述した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８は、出力電圧とサンプリングタイミングとの関係を
示すタイミングチャートであり、図９は、感度傾斜が存
在しない場合のフォトセンサアレイの出力電圧特性を示
す図である。ここでは、図５、図６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、駆動制御方法を
説明する。図７に示すように、まず、トップゲートドラ
イバ１１０からトップゲートライン１０１を介して、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。

【００４２】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
毎の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（正孔）が発生し、蓄積さ
れる。ここで、図７に示すように、電荷蓄積期間Ｔａ内
に並行して、ドレインドライバ１３０にプリチャージ信
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、プリチャージスイッチＳｇ_１、Ｓｇ_２、
Ｓｇ_３、…Ｓｇ_ｍを介して、ドレインライン１０３にプ
リチャージ電圧Ｖpgを同時に印加して各行毎のダブルゲ
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。

【００４３】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
ゲートドライバ１２０からボトムゲートライン１０２を
介して、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、各行毎
のダブルゲート型フォトセンサ１０に蓄積された電荷に
対応するドレイン電圧ＶＤ_１、ＶＤ_２、ＶＤ_３、…ＶＤ
_ｍの変化を、ドレインドライバ１３０により、各ドレイ
ンライン１０３及びサンプリングスイッチＳｓ_１、Ｓｓ
_２、Ｓｓ_３、…Ｓｓ_ｍを介して同時に検出し、出力電圧
Ｖout（Ｖｏ_１、Ｖｏ_２、Ｖｏ_３、…Ｖｏ_ｍのシリアル
データ又はパラレルデータ）として読み出す。

【００４４】すなわち、本駆動制御方法においては、行
毎のリセットパルスφＴ１、φＴ２、φＴ３、…φＴ
ｎ、読み出しパルスφＢ１、φＢ２、φＢ３、…φＢ
ｎ、及び、プリチャージ信号φpgの間隔（Ｔdelay）
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
ジ信号によるプリチャージ期間Ｔprchとの合計時間（Ｔ
reset＋Ｔprch＋Ｔread）に設定する。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（同時進行的
に）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。

【００４５】ここで、ドレイン電圧の検出、すなわち、
明暗情報の読み取りは、具体的には、ダブルゲート型フ
ォトセンサ１０に蓄積された電荷量に応じてドレイン電
圧ＶＤが、図４に示したように、読み出し期間Ｔreadに
おける時間の経過とともに低下していく特性を有してい
るので、図８に示すように、読み出し期間Ｔreadがスタ
ートし、一定の時間Ｔspが経過したタイミング（すなわ
ち、単一のサンプリング信号φspの印加タイミング）に
おけるドレイン電圧値…Ｖ_ｊ−２、Ｖ_ｊ−１、Ｖ_ｊ、Ｖ
_ｊ＋１、Ｖ_ｊ＋２…を計測することにより、各ドレイン
ライン１０３の電圧ＶＤ_１、ＶＤ_２、ＶＤ_３、…ＶＤ_ｍ
の変化を検出し、各ダブルゲート型フォトセンサへの換
算する。なお、照射光量の検出方法の他の例としては、
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方
式もあるが、前者の方式によれば、ドレインドライバの
回路構成及び制御方法を簡易にして良好に適用すること
ができる。

【００４６】したがって、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１０の感度特性
が略均一であって、その誤差が無視できる程度の場合に
おいては、図８、図９に示すように、各列毎（列番号…
Ｄ_ｊ−２、Ｄ_ｊ−１、Ｄ_ｊ、Ｄ_ｊ＋１、Ｄ_ｊ＋２…）の
ドレイン電圧…ＶＤ_ｊ−２、ＶＤ_ｊ−１、ＶＤ_ｊ、ＶＤ
_ｊ＋１、ＶＤ_ｊ＋２…の照射光量に対する変化傾向は略
同等となるので、サンプリングタイミング（サンプリン
グ信号φspの印加タイミング）における各ドレイン電圧
値…Ｖ_ｊ−２、Ｖ_ｊ−１、Ｖ_ｊ、Ｖ_ｊ＋１、Ｖ_ｊ＋２…
は、略一定の値Ｖａとなる。これは、換言すれば、各列
毎の読出電圧が略一定であれば、フォトセンサアレイ１
００上に載置された被検出体の画像パターンを全域にわ
たって均一かつ良好な感度特性で読み取ることができる
ことを意味している。

【００４７】＜第１の実施形態＞次に、本発明に係る２
次元画像読取装置の第１の実施形態について、図面を参
照して説明する。図１０は、本発明に係る２次元画像読
取装置の全体構成を示すブロック図である。なお、ここ
では、図１、図５に示した構成を適宜参照しながら説明
する。また、図５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。

【００４８】図１０に示すように、本発明に係る２次元
画像読取装置は、図５に示したフォトセンサシステムと
同様に、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にリセ
ットパルスを印加するトップゲートドライバ１１０と、
ダブルゲート型フォトセンサ１０のボトムゲート端子Ｂ
Ｇに読み出しパルスを印加するボトムゲートドライバ１
２０と、ダブルゲート型フォトセンサ１０のドレイン端
子Ｄにプリチャージ電圧Ｖpgを印加するプリチャージ回
路１３１、ドレイン電圧ＶＤを読み出す読出回路１３２
からなるドレインドライバ１３０と、読み出された出力
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）１４０と、フォトセンサアレイ１０
０による被検出体画像の読取動作制御や外部機能部２０
０とのデータのやり取り等を行うコントローラ１５０
と、読取画像データ等を記憶するＲＡＭ１３０と、を有
して構成されている。

【００４９】ここで、フォトセンサアレイ１００、トッ
プゲートドライバ１１０、ボトムゲートドライバ１２０
は、図５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。

【００５０】コントローラ１５０は、トップゲートドラ
イバ１１０及びボトムゲートドライバ１２０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１１０及びボトムゲートドライバ１２０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１０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φＴ
ｉ、読み出しパルスφＢｉ）を印加する動作を制御す
る。また、プリチャージ回路１３１にプリチャージ信号
φpgを出力することにより、各ダブルゲート型フォトセ
ンサ１０のドレイン端子Ｄにプリチャージ電圧Ｖpgを印
加するとともに、読出回路１３２にサンプリング信号φ
spを出力することにより、各ダブルゲート型フォトセン
サ１０に蓄積された電荷量に対応するドレイン電圧ＶＤ
を検出する動作を制御する。

【００５１】また、コントローラ１５０には、ドレイン
ドライバ１３０により読み出された出力電圧Ｖoutが、
Ａ／Ｄコンバータ１４０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１５０
は、この画像データに対して、所定の画像処理を施した
り、ＲＡＭ１６０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に対するインタフェースとしての機能
をも備えている。

【００５２】次いで、第１の実施形態に係るドレインド
ライバについて、図面を参照して詳しく説明する。図１
１は、上述した２次元画像読取装置に適用されるドレイ
ンドライバの第１の実施形態を示す回路構成図である。
ここで、図６に示したドレインドライバと同等の構成に
ついては、同一の符号を付して、その説明を省略又は簡
略化する。また、図１２は、本実施形態に係るドレイン
ドライバを用いた場合の感度補正方法を示すタイミング
チャートであり、図１３は、感度傾斜が存在する場合の
フォトセンサアレイの出力電圧特性を示す図である。

【００５３】図１１に示すように、ドレインドライバ１
３０Ａは、上述した構成（図６参照））と同様に、単一
のプリチャージ信号φpgに基づいて、各列のドレインラ
イン１０３に所定のプリチャージ電圧Ｖpgを同時に印加
するプリチャージスイッチＳｇ_１、Ｓｇ_２、Ｓｇ_３、…
Ｓｇ_ｍからなるプリチャージ回路１３１と、プリアンプ
Ａｐ_１、Ａｐ_２、Ａｐ_３、…Ａｐ_ｍ、単一のサンプリン
グ信号φspに基づく所定のタイミングで、各列のドレイ
ン電圧に対応する電圧を出力制御するサンプリングスイ
ッチＳｓ_１、Ｓｓ_２、Ｓｓ_３、…Ｓｓ_ｍ、コンデンサＣ
１、Ｃ２、Ｃ３、…Ｃｍ、出力アンプＡｏ_１、Ａｏ_２、
Ａｏ_３、…Ａｏ_ｍからなる読出回路１３２Ａと、を備え
ている。

【００５４】ここで、読出回路１３２Ａにおいて、単一
のサンプリング信号φspが印加される信号線ＬＡには、
遅延回路（図中、「delay」と表記）ＳＲ_１、ＳＲ_２、
…ＳＲ_ｍ−１が、直列に接続され、各遅延回路ＳＲ_１、
ＳＲ_２、…ＳＲ_ｍ−１からの出力に基づいて、各サンプ
リングスイッチＳｓ_１、Ｓｓ_２、Ｓｓ_３、…Ｓｓ_ｍが順
次ＯＮ動作するように構成されている。

【００５５】このような構成を有するドレインドライバ
を用いた２次元画像読取装置の駆動制御方法は、図１２
に示すように、トップゲートドライバ１１０からダブル
ゲート型フォトセンサ１０にリセットパルスφＴｉが印
加されることにより、リセット期間Ｔrst及び電荷蓄積
期間Ｔａが開始され、ドレインドライバ１３０にプリチ
ャージ信号φpgが印加されることによりプリチャージ期
間Ｔprchが開始され、ボトムゲートドライバ１２０から
読み出しパルスφＢｉが印加されることにより、読み出
し期間Ｔreadが開始される。すなわち、本実施形態にお
いては、図７に示したタイミングチャートと同等の駆動
制御方法をそのまま適用することができるので、上記コ
ントローラ１５０によるフォトセンサシステムの制御プ
ログラムをほとんど変更することなく、スキャン時間を
短縮しつつ、被検出体の画像パターンを良好に読み取る
ことができる。

【００５６】一方、読み出し期間Ｔreadにおける各列毎
のドレイン電圧の検出は、読み出し期間Ｔreadがスター
トした後、各々一定の時間…Ｔ_ｊ−２、Ｔ_ｊ−１、
Ｔ_ｊ、Ｔ _ｊ＋１、Ｔ_ｊ＋２…が経過したタイミング、す
なわち、基準となるサンプリング信号φspに対して、各
遅延回路ＳＲ_１、ＳＲ_２、…ＳＲ_ｍ−１により設定され
た所定の遅延時間を順次加算したタイミングにおけるド
レイン電圧値…Ｖ_ｊ−２、Ｖ_ｊ−１、Ｖ_ｊ、Ｖ_ｊ＋１、
Ｖ_ｊ＋２…を計測することにより行われる。

【００５７】すなわち、各遅延回路ＳＲ_１、ＳＲ_２、…
ＳＲ_ｍ−１に対して、任意の遅延時間を設定することに
より、検出されるドレイン電圧値…Ｖ_ｊ−２、
Ｖ_ｊ−１、Ｖ _ｊ、Ｖ_ｊ＋１、Ｖ_ｊ＋２…を変化させるこ
とができるので、各列毎のドレイン電圧の検出タイミン
グをドレインライン１０３の列番号の順に漸次変化させ
ることにより、ダブルゲート型フォトセンサ１０の感度
特性をフォトセンサアレイ１００の列方向（図５又は図
１１の左右方向）に変化させることができる。

【００５８】これにより、図１２に示すように、あらか
じめ判明しているフォトセンサアレイ１００の感度傾斜
に基づいて、上記読出電圧値…Ｖ_ｊ−２、Ｖ_ｊ−１、Ｖ
_ｊ、Ｖ_ｊ＋１、Ｖ_ｊ＋２…が一定の電圧値Ｖｂ（≒Ｖａ
の許容範囲内）となるように、各遅延回路ＳＲ_１、ＳＲ
_２、…ＳＲ_ｍ−１の遅延時間を設定し、サンプリング信
号φsp及び…φsp_ｊ−２、φsp_ｊ−１、φsp_ｊ、φsp
_ｊ＋１、φsp_ｊ＋２…の印加タイミング（サンプリング
タイミング）を調整することにより、各列毎の感度特性
を均一化するように補正することができる。

【００５９】したがって、図１３に示すように、各列毎
のドレイン電圧を単一のサンプリング信号の印加により
同時に検出した際の各列毎（列番号…Ｄ_ｊ−２、Ｄ
_ｊ−１、Ｄ_ｊ、Ｄ_ｊ＋１、Ｄ_ｊ＋２…）のドレイン電圧
値…Ｖ_ｊ−２、Ｖ_ｊ−１、Ｖ_ｊ、Ｖ_ｊ＋１、Ｖ_ｊ＋２…
が、各ダブルゲート型フォトセンサ１０の感度特性の微
少な差に起因して、その感度差がフォトセンサアレイ１
００の列方向に低下する感度傾斜を示す場合には、図１
２に示したように、サンプリングタイミング（サンプリ
ング信号φsp及び…φsp_ｊ−２、φsp_ｊ−１、φsp_ｊ、
φsp_ｊ＋１、φsp_ｊ _＋２…の印加タイミング）を調整す
ることにより、フォトセンサアレイ１００に存在する列
方向の感度傾斜を相殺することができるので、フォトセ
ンサアレイ１００上に載置された被検出体の画像パター
ンを全域にわたって均一かつ良好な感度特性で読み取る
ことができ、従来、感度傾斜の存在により不良品として
取り扱われてきた製品（フォトセンサアレイ）を救済し
て、生産歩留まりの向上を図ることができる。

【００６０】なお、本実施形態においては、各遅延回路
ＳＲ_１、ＳＲ_２、…ＳＲ_ｍ−１により設定される遅延時
間を、各々同一に設定することにより、図１３に示した
ように、感度特性が列毎に一定の率で劣化するリニア特
性（線形性）を有する感度傾斜に対応させて良好に相殺
することができるが、各遅延回路ＳＲ_１、ＳＲ_２、…Ｓ
Ｒ_ｍ−１により設定される遅延時間を、互いに異なる任
意の値に設定することにより、より複雑な非線形の感度
傾斜に対応させて良好に相殺することもできる。

【００６１】また、本実施形態においては、フォトセン
サアレイ１００について、あらかじめ判明している感度
傾斜に対応して、各遅延回路ＳＲ_１、ＳＲ_２、…ＳＲ
_ｍ−１における遅延時間を設定する必要があるので、フ
ォトセンサアレイ１００とドレインドライバ１３０Ａ等
の周辺回路を個別に形成し、接続する構成を有する２次
元画像読取装置に良好に適用することができる。

【００６２】また、本実施形態に係る感度補正方法にお
いては、最も感度特性が低くなる（又は、劣化した）ダ
ブルゲート型フォトセンサを基準にして、他のダブルゲ
ート型フォトセンサの感度特性を低下させるように遅延
時間を設定して、感度傾斜を相殺するものであるため、
少なくとも、感度補正の基準となる（最も低い感度特性
を有する）ダブルゲート型フォトセンサの感度特性が、
製品基準を満たしている必要があり、本実施形態は、こ
のようなフォトセンサアレイの救済に良好に適用するこ
とができる。

【００６３】＜第２の実施形態＞次に、本発明に係る２
次元画像読取装置の第２の実施形態について、図面を参
照して説明する。図１４は、本発明に係る２次元画像読
取装置に適用されるドレインドライバの第２の実施形態
を示す回路構成図である。ここで、上述した実施形態と
同等の構成については、同一の符号を付して、その説明
を省略又は簡略化する。

【００６４】本実施形態に係るドレインドライバは、各
列毎のドレイン電圧の検出の順序（読出方向）を、第１
の実施形態に対して、反転可能に構成されている。具体
的には、図１４に示すように、ドレインドライバ１３０
Ｂは、第１の実施形態と同等の構成（図１１）に加え、
サンプリング信号φspが印加される信号線ＬＡの他端側
に接続された信号線ＬＢを備えた読出回路１３２Ｂと、
信号線ＬＡ又はＬＢのいずれかに選択的にサンプリング
信号φspを供給する切換スイッチ１３３と、を有してい
る。

【００６５】すなわち、信号線ＬＡは、上述した実施形
態と同様に、一端側に切換スイッチ１３３により切り換
え接続される接点Ｐ_１を有するとともに、他端側に各
々、直列接続された複数の遅延回路ＳＲ_１、ＳＲ_２、…
ＳＲ_ｍ−１を介して、各ドレインライン１０３に設けら
れたサンプリングスイッチＳｓ_１、Ｓｓ_２、Ｓｓ_３、…
Ｓｓ_ｍが接続されている。一方、信号線ＬＢは、一端側
に切換スイッチ１３３により切り換え接続される接点Ｐ
_２を有するとともに、他端側に信号線ＬＡの他端側が接
続されている。また、切換スイッチ１３３は、例えば、
コントローラ１５０から出力される切換制御信号φspd
に基づいて、信号線ＬＡに接続された接点Ｐ_１と、信号
線ＬＢに接続された接点Ｐ_２とを選択的に切り換えて、
いずれか一方にサンプリング信号φspを印加する。

【００６６】このような構成によれば、切換スイッチ１
３３により信号線ＬＡ側が選択された場合には、上述し
た実施形態と同様に、フォトセンサアレイ１００の列番
号の順方向（Ｄ_１→Ｄ_２→Ｄ_３→…Ｄ_ｍ）に、サンプリ
ング信号φspが順次所定時間だけ遅延して伝達されて、
サンプリングスイッチＳｓ_１、Ｓｓ_２、Ｓｓ_３、…Ｓｓ
_ｍが順次順方向にＯＮ動作する。また、切換スイッチ１
３３により信号線ＬＢ側が選択された場合には、フォト
センサアレイ１００の列番号の逆方向（Ｄ_ｍ→…Ｄ_３→
Ｄ_２→Ｄ_１）に、サンプリング信号φspが順次所定時間
だけ遅延して伝達されて、サンプリングスイッチＳｓ_ｍ
…Ｓｓ_３、Ｓｓ_２、Ｓｓ_１が順次逆方向にＯＮ動作す
る。

【００６７】したがって、切換スイッチ１３３を切換制
御信号φspdにより切り換え設定する簡易な構成によ
り、フォトセンサアレイ１００の列番号の順方向に劣化
する感度傾斜のみならず、列番号の逆方向に劣化する感
度傾斜にも対応して、サンプリングタイミングを列方向
の任意の方向に遅延させるように調整することができる
ので、フォトセンサアレイ１００に存在する列方向のい
ずれの方向の感度傾斜をも相殺することができ、被検出
体の画像パターンを良好な感度特性で読み取ることがで
きる。

【００６８】＜第３の実施形態＞次に、本発明に係る２
次元画像読取装置の第３の実施形態について、図面を参
照して説明する。図１５は、本発明に係る２次元画像読
取装置に適用されるドレインドライバの第３の実施形態
を示す回路構成図である。ここで、上述した実施形態と
同等の構成については、同一の符号を付して、その説明
を省略又は簡略化する。

【００６９】本実施形態に係るドレインドライバは、フ
ォトセンサアレイに感度傾斜が存在する場合と、感度傾
斜が存在しない場合に対応して、読出回路の機能を切り
換え可能に構成されている。具体的には、図１５に示す
ように、ドレインドライバ１３０Ｃは、上述した実施形
態と同等の構成（図１１、図１４）を有するプリチャー
ジ回路１３１に加え、各ドレインライン１０３に各々並
列に接続された一対のサンプリングスイッチＳｓ₁₁とＳ
ｓ₁₂、Ｓｓ₂₁とＳｓ₂₂、Ｓｓ₃₁とＳｓ₃₂、…Ｓｓ_m1とＳ
ｓ_m2、他方のサンプリングスイッチＳｓ₁₂、Ｓｓ₂₂、Ｓ
ｓ₃₂、…Ｓｓ_m2に同時にサンプリング信号φspを印加す
る信号線ＬＣとを備えた読出回路１３２Ｃと、信号線Ｌ
Ａ又はＬＣのいずれかに選択的にサンプリング信号φsp
を供給する切換スイッチ１３４と、を有している。

【００７０】すなわち、信号線ＬＡは、上述した実施形
態と同様に、一端側に切換スイッチ１３４により切り換
え接続される接点Ｐ_１を有するとともに、他端側に各
々、直列接続された複数の遅延回路ＳＲ_１、ＳＲ_２、…
ＳＲ_ｍ−１を介して、各ドレインライン１０３に設けら
れた一方側のサンプリングスイッチＳｓ₁₁、Ｓｓ₂₁、Ｓ
ｓ₃₁、…Ｓｓ_m1が接続されている。一方、信号線ＬＣ
は、一端側に切換スイッチ１３４により切り換え接続さ
れる接点Ｐ_３を有するとともに、他端側に各ドレインラ
イン１０３に設けられた他方側のサンプリングスイッチ
Ｓｓ₁₂、Ｓｓ₂₂、Ｓｓ₃₂、…Ｓｓ_m2が直接接続されてい
る。また、切換スイッチ１３４は、例えば、コントロー
ラ１５０から出力される切換制御信号φspcに基づい
て、信号線ＬＡに接続された接点Ｐ_１と、信号線ＬＣに
接続された接点Ｐ_３とを選択的に切り換えて、いずれか
一方にサンプリング信号φspを印加する。

【００７１】このような構成によれば、切換スイッチ１
３４により信号線ＬＡ側が選択された場合には、上述し
た実施形態と同様に、サンプリング信号φspが順次所定
時間だけ遅延して伝達されて、サンプリングスイッチＳ
ｓ₁₁、Ｓｓ₂₁、Ｓｓ₃₁、…Ｓｓ_m1が順次ＯＮ動作する。
また、切換スイッチ１３４により信号線ＬＣ側が選択さ
れた場合には、全てのサンプリングスイッチＳｓ₁₂、Ｓ
ｓ₂₂、Ｓｓ₃₂、…Ｓｓ _m2がサンプリング信号φspに基づ
いて同時にＯＮ動作する。

【００７２】したがって、切換スイッチ１３４を切換制
御信号φspcにより切り換え設定する簡易な構成によ
り、フォトセンサアレイ１００に感度傾斜が存在する場
合には、感度補正機能を有効として感度傾斜を相殺する
処理を実行し、感度傾斜が存在しない場合には、ドレイ
ンドライバ１３０Ｃの感度補正機能を無効にして、図
５、図６に示したフォトセンサアレイと同様に、被検出
体の画像パターンの読み取り動作を行うことができるの
で、フォトセンサアレイ１００とドレインドライバ等の
周辺回路を同一の基板上に一体的に形成した構成を有す
る２次元画像読取装置であっても、感度補正処理を行う
ことができ、被検出体の画像パターンを良好な感度特性
で読み取ることができる。

【００７３】＜第４の実施形態＞次に、本発明に係る２
次元画像読取装置の第４の実施形態について、図面を参
照して説明する。図１６は、本発明に係る２次元画像読
取装置に適用されるドレインドライバの第４の実施形態
を示す回路構成図である。ここで、上述した実施形態と
同等の構成については、同一の符号を付して、その説明
を省略又は簡略化する。また、図１７は、本実施形態に
係るドレインドライバを用いた場合の感度補正方法を示
すタイミングチャートである。

【００７４】本実施形態に係るドレインドライバは、フ
ォトセンサアレイの行毎の感度変化や、行方向の感度傾
斜に対応して、感度補正が可能なように構成されてい
る。具体的には、図１６に示すように、ドレインドライ
バ１３０Ｄは、上述した実施形態と同等の構成（図１
１、図１４、図１５）を有するプリチャージ回路１３１
に加え、図６に示した読出回路１３２と同様に、各ドレ
インライン１０３に接続された全てのサンプリングスイ
ッチＳｓ_１、Ｓｓ_２、Ｓｓ_３、…Ｓｓ_ｍに同時にサンプ
リング信号φspを印加する信号線ＬＤを備えた読出回路
１３２Ｄと、各々所定の遅延時間が設定され、かつ、直
列接続された遅延回路ＳＲ₁₁、ＳＲ₁₂、ＳＲ₁₃、…を備
え、各遅延回路ＳＲ₁₁、ＳＲ₁₂、ＳＲ₁₃、…の出力のい
ずれかを信号線ＬＤとを切り換え接続する切換スイッチ
１３５と、を有している。

【００７５】すなわち、信号線ＬＤは、一端側に切換ス
イッチ１３５により切り換え接続される接点Ｐ_４を有す
るとともに、他端側に各ドレインライン１０３に設けら
れたサンプリングスイッチＳｓ_１、Ｓｓ_２、Ｓｓ_３、…
Ｓｓ_ｍが直接接続されている。また、切換スイッチ１３
５は、一端側にサンプリング信号φspが印加され、他端
側に各々、直列接続された複数の遅延回路ＳＲ₁₁、ＳＲ
₁₂、ＳＲ₁₃、…を介して接続された出力接点Ｐ₁₁、
Ｐ₁₂、Ｐ₁₃、…を選択的に切り換えて、信号線ＬＤの接
点Ｐ_４と接続して、各遅延回路ＳＲ₁₁、ＳＲ₁₂、Ｓ
Ｒ₁₃、…により所定時間だけ遅延して伝達されたサンプ
リング信号φspをサンプリングスイッチＳｓ_１、Ｓ
ｓ_２、Ｓｓ_３、…Ｓｓ_ｍに同時に印加する。

【００７６】ここで、切換スイッチ１３５は、例えば、
コントローラ１５０又はボトムゲートドライバ１２０か
ら出力され、フォトセンサアレイ１００の各行毎のダブ
ルゲート型フォトセンサ１０を選択する読み出しパルス
φＢｉに同期する切換制御信号φspeに基づいて、出力
接点Ｐ₁₁、Ｐ₁₂、Ｐ₁₃、…のいずれかを選択するように
切り換え動作が行われる。

【００７７】このような構成によれば、図１７に示すよ
うに、読み出し期間Ｔreadにおける各列毎のドレイン電
圧の検出は、読み出し動作（読み出しパルス…φＢ
_ｉ−１、φＢ_ｉ、φＢ_ｉ＋１…）に対応して、各々一定
の時間…Ｔ_ｉ−１、Ｔ_ｉ、Ｔ_ｉ＋ _１…が経過したタイミ
ング、すなわち、基準となるサンプリング信号φspに対
して、各遅延回路ＳＲ₁₁、ＳＲ₁₂、ＳＲ₁₃、…により設
定された所定の遅延時間を任意に加算して得られるタイ
ミングにおけるドレイン電圧値…Ｖ_ｉ−１、Ｖ_ｉ、Ｖ
_ｉ＋１…を計測することにより行われる。

【００７８】すなわち、各遅延回路ＳＲ₁₁、ＳＲ₁₂、Ｓ
Ｒ₁₃、…の出力を任意に選択して任意の遅延時間を設定
することにより、検出されるドレイン電圧値…
Ｖ_ｉ−１、Ｖ _ｉ、Ｖ_ｉ＋１…を変化させることができる
ので、ドレイン電圧の検出タイミングをフォトセンサア
レイ１００の各行毎に変化させることにより、ダブルゲ
ート型フォトセンサ１０の感度特性をフォトセンサアレ
イ１００の行方向（図５又は図１６の上下方向）に変化
させることができる。

【００７９】これにより、あらかじめ判明しているフォ
トセンサアレイ１００の感度変化や感度傾斜に基づい
て、上記読出電圧値…Ｖ_ｉ−１、Ｖ_ｉ、Ｖ_ｉ＋１…が一
定の電圧値Ｖｃ（≒Ｖａの許容範囲内）となるように、
各遅延回路ＳＲ₁₁、ＳＲ₁₂、ＳＲ₁₃、…の出力を切り換
え設定し、サンプリング信号φspの印加タイミング（サ
ンプリングタイミング）を調整することにより、各行毎
の感度特性を均一化するように補正することができる。

【００８０】したがって、フォトセンサアレイ１００の
行毎に感度変化や行方向に感度傾斜が存在する場合に
は、各行毎のサンプリングタイミング（サンプリング信
号φspの印加タイミング）を調整することにより、フォ
トセンサアレイ１００に存在する行方向の感度変化を相
殺することができるので、フォトセンサアレイ１００上
に載置された被検出体の画像パターンを全域にわたって
均一かつ良好な感度特性で読み取ることができ、従来、
感度特性の劣化により不良品として取り扱われてきた製
品（フォトセンサアレイ）を救済して、生産歩留まりの
向上を図ることができる。

【００８１】なお、上述した各実施形態においては、フ
ォトセンサアレイに存在する感度傾斜に対応して、サン
プリング信号φspの印加タイミングを調整する手法とし
て、サンプリング信号が印加される信号線に遅延回路を
直列に接続して、各遅延回路の遅延時間を調整する構成
を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、
例えば、各サンプリングスイッチをシフトレジスタやマ
クロコンピュータ等を用いて個別に動作制御するもので
あってもよい。この場合には、より複雑な傾向を有する
感度傾斜や、特定の列又は行における感度特性の劣化に
対応することができるので、従来、不良品として取り扱
われてきた製品（フォトセンサアレイ）に対する救済確
率を高くすることができ、生産歩留まりの一層の向上を
図ることができる。

【００８２】また、上述した各実施形態においては、フ
ォトセンサアレイに存在する感度傾斜や感度変化に対応
して、サンプリング信号φspの印加タイミングを調整す
る列又は行は、フォトセンサアレイの全域にわたるもの
に限定されるものではなく、一部についてのみ感度特性
の劣化が生じているものに対しても良好に適用すること
ができることはいうまでもない。また、上述した各実施
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説明した
が、本発明は、これに限定されるものではなく、フォト
センサとしてフォトダイオードやフォトトランジスタ等
を用いた場合においても良好に適用することができるこ
とはいうまでもない。

【００８３】

【発明の効果】本発明に係る２次元画像読取装置及びそ
の感度補正方法によれば、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と、前記フォト
センサアレイ上に載置された被検出体に対応して各フォ
トセンサに蓄積された電荷による電圧を、前記フォトセ
ンサアレイの行毎に、各列毎の出力電圧として読み出す
出力回路とを備えた２次元画像読取装置において、フォ
トセンサアレイを構成する各フォトセンサの光蓄積時間
を変化させることなく、出力電圧を読み出すためのサン
プリングタイミングを順次変化（遅延）させることによ
り、実質的にフォトセンサアレイを構成する各フォトセ
ンサの感度特性を変化制御するように構成されているの
で、この感度特性の変化を、フォトセンサアレイの感度
特性の変化傾向（感度傾斜や感度変化）に対応させて設
定することにより、列方向又は行方向の感度傾斜や感度
変化を相殺することができ、従来、感度特性の劣化によ
り不良品として取り扱われてきた製品（フォトセンサア
レイ）を救済することができ、生産歩留まりの向上を図
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ダブルゲート型フォトセンサの概略構成を示す
断面構造図である。

【図２】ダブルゲート型フォトセンサの基本的な駆動制
御方法の一例を示すタイミングチャートである。

【図３】ダブルゲート型フォトセンサの動作概念図であ
る。

【図４】フォトセンサシステムの出力電圧（ドレイン電
圧）の光応答特性を示す図である。

【図５】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６】フォトセンサシステムに適用されるドレインド
ライバの回路構成図である。

【図７】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る。

【図８】出力電圧とサンプリングタイミングとの関係を
示すタイミングチャートである。

【図９】感度傾斜が存在しない場合のフォトセンサアレ
イの出力電圧特性を示す図である。

【図１０】本発明に係る２次元画像読取装置の全体構成
を示すブロック図である。

【図１１】本発明に係る２次元画像読取装置に適用され
るドレインドライバの第１の実施形態を示す回路構成図
である。

【図１２】本実施形態に係るドレインドライバを用いた
場合の感度補正方法を示すタイミングチャートである。

【図１３】感度傾斜が存在する場合のフォトセンサアレ
イの出力電圧特性を示す図である。

【図１４】本発明に係る２次元画像読取装置に適用され
るドレインドライバの第２の実施形態を示す回路構成図
である。

【図１５】本発明に係る２次元画像読取装置に適用され
るドレインドライバの第３の実施形態を示す回路構成図
である。

【図１６】本発明に係る２次元画像読取装置に適用され
るドレインドライバの第４の実施形態を示す回路構成図
である。

【図１７】本実施形態に係るドレインドライバを用いた
場合の感度補正方法を示すタイミングチャートである。

【符号の説明】

１００フォトセンサアレイ１１０トップゲートドライバ１２０ボトムゲートドライバ１３０、１３０Ａ〜１３０Ｄドレインドライバ１３１プリチャージ回路１３２、１３２Ａ〜１３２Ｄ読出回路１３３〜１３５切換スイッチ１５０コントローラＳＲ_１〜ＳＲ_ｍ−１、ＳＲ₁₁、ＳＲ₁₂、ＳＲ₁₃、…
遅延回路Ｓｓ_１〜Ｓｓ_ｍ、Ｓｓ₁₁〜Ｓｓ_m1、Ｓｓ₁₂〜Ｓｓ_m2
サンプリングスイッチ φpg プリチャージ信号 φsp サンプリング信号 φspc、φspd、φspe 切換制御信号

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０４Ｎ 5/335 Ｈ０１Ｌ 27/14 ＣＨ０４Ｎ 1/04 １０３ＥＦターム(参考） 4M118 AA06 AB01 BA05 CA11 FB03 FB09 FB13 5B047 AA01 BB04 CA06 CB17 5C024 CX27 CX37 GX24 GY31 HX02 HX03 HX15 HX23 HX50 HX58 5C051 AA01 BA03 DA06 DB01 DE02 5C072 AA01 BA15 EA06 EA08 FB17 FB19 FB23 UA09

Claims

【特許請求の範囲】

【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
イ上に載置された被検出体に対応して各フォトセンサに
蓄積された電荷による電圧を、前記フォトセンサアレイ
の行毎に、各列毎の出力電圧として読み出す出力回路と
を備えた２次元画像読取装置において、前記出力回路は、前記出力電圧を読み出すためのサンプ
リングタイミングを、前記フォトセンサアレイの各列毎
又は各行毎に変化させるように設定したことを特徴とす
る２次元画像読取装置。
【請求項２】前記出力回路は、各列毎に各列の前記出
力電圧を出力制御する個別のサンプリングスイッチを備
え、該各サンプリングスイッチに対して単一のサンプリ
ング信号を所定時間遅延して印加することにより、前記
サンプリングスイッチをＯＮ動作させて、前記出力電圧
の電圧レベルを読み出すことを特徴とする請求項１記載
の２次元画像読取装置。
【請求項３】前記各列毎又は各行毎の前記サンプリン
グタイミングは、前記単一のサンプリング信号に対して
任意の遅延時間を有するように設定されていることを特
徴とする請求項１又は２記載の２次元画像読取装置。
【請求項４】前記各列毎又は各行毎の前記サンプリン
グタイミングは、前記フォトセンサアレイの列毎又は行
毎に一定の遅延時間を有していることを特徴とする請求
項３記載の２次元画像読取装置。
【請求項５】前記各列毎又は各行毎の前記サンプリン
グタイミングは、前記フォトセンサアレイの列毎又は行
毎に異なる遅延時間を有していることを特徴とする請求
項３記載の２次元画像読取装置。
【請求項６】前記出力回路は、前記各列毎の前記出力
電圧の読み出しの順序を、反転設定可能に構成されてい
ることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の
２次元画像読取装置。
【請求項７】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のゲート電極及び
第２のゲート電極と、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、蓄積されることを有していることを特徴とす
る請求項１乃至６のいずれかに記載の２次元画像読取装
置。
【請求項８】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
イ上に載置された被検出体に対応して各フォトセンサに
蓄積された電荷による電圧を、前記フォトセンサアレイ
の行毎に、各列毎の出力電圧として読み出す出力回路と
を備えた２次元画像読取装置の感度補正方法において、前記フォトセンサアレイを構成する各フォトセンサの感
度特性の傾斜傾向又は変化傾向に対応させて、前記出力
回路による前記出力電圧を読み出すためのサンプリング
タイミングを、前記フォトセンサアレイの各列毎又は各
行毎に変化させて、前記感度特性の傾斜傾向又は変化傾
向を相殺するように設定したことを特徴とする２次元画
像読取装置の感度補正方法。