JP2004165386A - 画像読取装置および画像読取方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】蓄積容量やＴＦＴの電気特性が変化し難く、長期間に渡って高い信頼性を維持できる画像読取装置を提供する。
【解決手段】画像読取装置２０は、Ｃｓ電極の駆動電圧の極性を、読み出しサイクル（フレーム）毎に反転させている。例えば、奇数のサイクル（フレーム）では蓄積容量に正の電荷を充電し、偶数のサイクル（フレーム）では蓄積容量に負の電荷を充電してＣｓ電極を駆動する。
【選択図】 図１
【解決手段】画像読取装置２０は、Ｃｓ電極の駆動電圧の極性を、読み出しサイクル（フレーム）毎に反転させている。例えば、奇数のサイクル（フレーム）では蓄積容量に正の電荷を充電し、偶数のサイクル（フレーム）では蓄積容量に負の電荷を充電してＣｓ電極を駆動する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原稿、写真などの画像を読み取ることができる画像読取装置に関するものであって、特に、光応答性を有する薄膜フォトトランジスタ（ＴＦＴ）を光検出素子に用いた画像読取装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、光検出素子（フォトダイオード、フォトトランジスタなど）とスイッチング素子（薄膜トランジスタなど）とを２次元状に配列させたアクティブマトリクス型の２次元イメージセンサ（画像読取装置）が開発されている（特許文献１参照）。
【０００３】
このような２次元イメージセンサで使用されるアクティブマトリクスアレイ（アクティブマトリクス基板）は、図９に示すように、互いに交差するソース配線ｓ１，ｓ２，…、ｓｍとゲート配線ｇ１，ｇ２，…，ｇｎと、これらの交差部分にＸＹマトリクス状に配列された画素とを備えている。そして、各画素には、光センサ用ＴＦＴ（光検出用薄膜トランジスタ）、スイッチング用ＴＦＴ（スイッチング用薄膜トランジスタ）、および蓄積容量が備えられている。
【０００４】
２次元イメージセンサにおいては、ソース−ドレイン間電極が高抵抗となっている状態、つまり、ＴＦＴがオフになるようにゲート電極の電圧をＶｇｌに設定した状態で、読み取り原稿に対して光を照射する。そして、原稿面からの反射光がＴＦＴに入射すると、ＴＦＴの抵抗値が低抵抗化するため、図１０に示すように、ソースドレイン間の電流が暗電流（Ｉｄａｒｋ）から明電流（Ｉｐｈｏｔｏ）に変化する。
【０００５】
この原理を利用すれば、光を照射される原稿等の被写体の明るさ、すなわち光の反射率によってソース−ドレイン間の電流の大きさが変化するため、このＩｄａｒｋとＩｐｈｏｔｏとの差が、各画素の蓄積容量に蓄積される電荷量、または蓄積容量から放電される電荷量の差となって現れる。
【０００６】
よって、この蓄積容量の電荷量分布（面内分布）を、アクティブマトリクス基板のスイッチング用ＴＦＴを用いて順次読み出すことで、被写体の２次元情報を得ることができる。
【０００７】
【特許文献１】
実開平２−８０５５号公報（公開日：平成２年１月１８日）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の２次元イメージセンサ等の画像読取装置は、以下に示すような問題点を有している。
【０００９】
すなわち、従来の画像読取装置においては、Ｃｓ電極の駆動電圧の極性を、読み出しサイクル（フレーム）を通じて常に同じ極性にしていると、長期間の使用においては、ＴＦＴ素子や蓄積容量に対してＤＣバイアスのストレスが印加され、ＴＦＴ素子や蓄積容量の電気特性が変化してしまうという問題が生じる。
【００１０】
具体的には、ＤＣバイアスストレスを受けて絶縁膜中に捕獲された電荷の影響により、蓄積容量における電位の変動や極性の非対称性が僅かながら発生する。
【００１１】
このように、従来の画像読取装置は、長期間の使用における信頼性の面で課題を有する。
【００１２】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、蓄積容量やＴＦＴの電気特性が変化し難く、長期間に渡って高い信頼性を維持できる画像読取装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の画像読取装置は、上記の課題を解決するために、光応答性を有する薄膜トランジスタおよび該薄膜トランジスタのドレイン電極と接続された蓄積容量を有する光電変換素子と、上記薄膜トランジスタに照射される光の強弱に応じて変化する該蓄積容量の電荷量を検出する光電変換量検出手段とを備えた画像読取装置において、上記蓄積容量に蓄積される電荷の極性を、上記薄膜トランジスタのソース電極の電位を中心として反転させる制御手段を備えていることを特徴としている。
【００１４】
上記の構成によれば、制御手段により、例えば、１フレーム毎にＣｓ電極に印加する駆動電圧を反転させて、蓄積容量に蓄積される電荷の極性を反転させることで、蓄積容量に蓄積される電荷の極性をフレーム毎に反転させることができるため、薄膜トランジスタのＴＦＴ素子や蓄積容量に対してＤＣバイアスストレスが印加されることを防止して、長期間の使用においても電気的特性の変化がない信頼性に優れた画像読取装置を得ることができる。
【００１５】
すなわち、従来の画像読取装置による原稿画像の読み取りでは、Ｃｓ電極の駆動電極として常に同じ極性の電圧を印加しているため、ＴＦＴ素子や蓄積容量に対してＤＣバイアスストレスがかかってしまう。このＤＣバイアスストレスは、ＴＦＴ素子や蓄積容量の電気的特性を変化させて、画像読取装置の信頼性を低下させてしまう。
【００１６】
そこで、本発明の画像読取装置は、蓄積容量に正負双方の極性の電荷が蓄積されるようにＣｓ電極を駆動することで、ＴＦＴ素子や蓄積容量に対して、Ｃｓ配線の入力信号に起因するＤＣバイアスストレスが印加されることを防止し、長期間の使用においてもＴＦＴ素子や画素電極の電気的特性が変化することのない信頼性の高い画像読取装置を得ることができる。
【００１７】
上記制御手段は、蓄積容量に蓄積される電荷の極性を、１回の画像読み取りサイクル毎、または複数回の画像読み出しサイクル毎に反転させることがより好ましい。
【００１８】
これにより、１回あるいは複数回の画像読み取りサイクルが終了する毎に、蓄積容量に蓄積される電荷の極性が反転するため、ＴＦＴ素子や蓄積容量の電気的特性の変化を防止して、信頼性の高い画像読取装置を得ることができる。
【００１９】
上記光電変換量検出手段は、正負両極性の電荷を検出可能な電荷積分アンプを備えていることがより好ましい。
【００２０】
これにより、両極性の電荷を検出可能になるため、例えば、画像読み取りサイクル毎に、蓄積容量に正負両極性の電荷が交互に蓄積されるような場合でも、フレーム毎に電荷の読み取りを行って、全ての画素における画像情報を取得できる。
【００２１】
上記光電変換量検出手段は、正負何れか一方の極性の電荷を検出可能な電荷積分アンプを備えていることがより好ましい。
【００２２】
これにより、例えば、画素電極に蓄積される電荷が交互に反転する場合において、光電変換量検出手段が正負何れか一方の極性の電荷の検出しかできない場合でも、１フレームおきに電荷を検出することで、常に同じ極性の電荷を検出することができ、原稿画像の読み取りを行うことができる。
【００２３】
なお、この場合には、１つおきのフレームの画像情報しか得ることができないが、Ａ／Ｄコンバータの出力ビット数を片側極性に割り当てることができるため、階調性能を向上させることができる。つまり、両極性に対応するよりも少ないビット数で処理可能になるため，その余ったビット数分を階調特性の向上に割り当てることができる。
【００２４】
本発明の画像読取方法は、上記の課題を解決するために、光応答性を有する薄膜トランジスタのドレイン電極と接続された蓄積容量に所定量の電荷を充電する第１のステップと、上記薄膜トランジスタをオフ状態とし、上記薄膜トランジスタに対して光を照射しながら上記電荷を放電する第２のステップと、上記蓄積容量に蓄積された電荷量を検出する第３のステップと、を含む動作を１サイクルとして原稿画像の読み取りを行う画像読取方法であって、上記１サイクルあるいは複数サイクル後に、上記蓄積容量に蓄積される電荷の極性を、上記薄膜トランジスタのソース電極の電位を中心として反転させることを特徴としている。
【００２５】
上記の方法によれば、１サイクルあるいは複数サイクル毎に、Ｃｓ電極に印加する駆動電圧を反転させて、蓄積容量に蓄積される電荷の極性を反転させることで、蓄積容量に蓄積される電荷の極性を１フレームあるいは複数フレーム毎に反転させることができるため、薄膜トランジスタのＴＦＴ素子や蓄積容量に対してＤＣバイアスストレスが印加されることを防止して、長期間の使用においても装置の電気的特性に変化がない信頼性に優れた画像読取方法を提供できる。
【００２６】
すなわち、従来の画像読取方法では、Ｃｓ電極の駆動電極として常に同じ極性の電圧を印加しているため、ＴＦＴ素子や蓄積容量に対してＤＣバイアスストレスがかかってしまう。このＤＣバイアスストレスは、ＴＦＴ素子や蓄積容量の電気的特性を変化させるため、装置の信頼性が低下してしまう。
【００２７】
そこで、本発明の画像読取方法では、蓄積容量に正負両方の極性の電荷が蓄積されるようにＣｓ電極を駆動することで、ＴＦＴ素子や蓄積容量に対して、Ｃｓ配線の入力信号に起因するＤＣバイアスストレスが印加されることを防止して、長期間の使用においてもＴＦＴ素子や画素電極の電気的特性を変化させることなく、画像読取装置を信頼性の高い状態で維持することができる。
【００２８】
上記第３のステップは、両極性の電荷の検出が可能な電荷積分アンプを用いて、フレーム毎に行われることがより好ましい。
【００２９】
これにより、蓄積容量に蓄積される電荷の極性が、１フレームごとに正負反転している場合でも、各画素における電荷を読み取って、原稿画像に対応した画像情報を得ることができる。
【００３０】
上記第３のステップは、正負何れか一方の極性の電荷のみ検出可能な電荷積分アンプを用いて、１フレームおきに行われることがより好ましい。
【００３１】
これにより、蓄積容量に蓄積される電荷の極性が、１フレームごとに正負反転している場合でも、１フレームおきに各画素における電荷を読み取ることで、常に同じ極性の電荷の読み取りを行うことができ、原稿画像に対応した１フレームおきの画像情報を得ることができる。
【００３２】
なお、この場合には、１つおきのフレームの画像情報しか得ることができないが、Ａ／Ｄコンバータの出力ビット数を片側極性に割り当てることができるため、階調性能を向上させることができる。つまり、両極性に対応するよりも少ないビット数で処理可能になるため，その余ったビット数分を階調特性の向上に割り当てることができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
〔実施形態１〕
本発明の画像読取装置および画像読取方法の一実施形態に係る画像読取装置について、図１〜図７を用いて説明すれば以下のとおりである。
【００３４】
本実施形態の画像読取装置２０は、図２に示すように、光検出用ＴＦＴとスイッチング用ＴＦＴとを兼用するＴＦＴ素子２１を備えた画像読取装置である。
【００３５】
画像読取装置２０は、互いに直交するゲート配線ｇ１…ｇｎ（以下「ｇ」と示す）およびソース配線ｓ１…ｓｎ（以下「ｓ」と示す）、ゲート配線ｇと平行に設けられた容量配線Ｃｓ、ゲート配線ｇとソース配線ｓとの交差部分に設けられたＴＦＴ素子（薄膜トランジスタ）２１および画素容量（蓄積容量）２２、ゲート配線ｇと接続された駆動回路２３、ソース配線ｓと接続された読み出し回路２４を備えている。
【００３６】
ここで、このＴＦＴ素子２１を備えた光検出用薄膜トランジスタについて、図３を用いて詳しく説明すれば、以下のとおりである。
【００３７】
光検出用薄膜トランジスタ７は、逆スタガー型薄膜トランジスタであって（上部ゲート電極が光透過性の材質である場合には、スタガー型薄膜トランジスタの構成となってもよい。）、絶縁性基板９上に、アルミニウム（Ａｌ）やタンタル（Ｔａ）等からなるゲート電極１１が形成されており、このゲート電極１１および絶縁性基板９を覆うように、窒化シリコン（ＳｉＮ）からなるゲート絶縁膜１３が形成されている。
【００３８】
上記ゲート電極１１上には、ゲート電極１１と対向する位置に、ｉ型アモルファスシリコン（ｉ−ａ−Ｓｉ）で形成された半導体層（感光性半導体層）１２が形成されており、該半導体層１２上に所定の間隔を有して相対向する位置にソース電極１０及びドレイン電極１５が形成されている。
【００３９】
これらソース電極１０及びドレイン電極１５は、それぞれｎ＋シリコン層４を介して半導体層１２と接続されている。
【００４０】
ソース電極１０及びドレイン電極１５の上部には絶縁膜１４（保護層）が形成され、これらによりトランジスタ（逆スタガー型薄膜トランジスタ）が構成されている。
【００４１】
この光検出用薄膜トランジスタ７に対して、絶縁性基板９側のバックライトユニット１８から照射光２が照射され、この照射光２が開口部６を透過し、原稿１に反射して、半導体層１２に照射される。
【００４２】
そして、光検出用薄膜トランジスタ７は、ゲート電極１１に印加する電圧を制御することにより、導通状態と非導通状態とを制御することができる。例えば、光検出用薄膜トランジスタ７のゲート電極１１に正電圧を印加した場合には、半導体層１２にｎチャンネルが形成される。ここで、ソース電極１０とドレイン電極１５との間に電圧を印加すると、ソース電極１０とドレイン電極１５との間に、電流が流れる。
【００４３】
上記光検出用薄膜トランジスタ７のゲート電圧とドレイン電流との関係を示すと図１０に示すグラフのようになる。曲線Ｉｐｈｏｔｏは、光を照射された画素におけるゲート電圧とドレイン電流との関係を示し、曲線Ｉｄａｒｋは、光を照射されていない画素におけるゲート電圧とドレイン電流との関係を示すグラフである。
【００４４】
すなわち、図１０に示す曲線Ｉｐｈｏｔｏのように、非導通状態（ゲート電極１１に負電圧を印加した状態）での光照射時には、半導体層１２にキャリアが誘起され、ソース電極１０とドレイン電極１５との間に、照射光により誘起された電子正孔の数、すなわち照射光の光量に応じたドレイン電流が流れる。また、光非照射時には、図４に示す曲線Ｉｄａｒｋで示すように、ドレイン電流は極めて小さく、例えば、１０−１４Ａ（アンペア）程度にすることができる。その結果、光検出用薄膜トランジスタ７は、光照射時のドレイン電流（Ｉｐｈｏｔｏ）と光無照射時のドレイン電流（Ｉｄａｒｋ）との差を大きく取ることができる。また、この光照射時のドレイン電流と、光無照射時のドレイン電流とを所定の時間蓄積することにより、その差をより大きく取ることができ、ダイナミックレンジの大きな光電変換装置を得ることができる。
【００４５】
ここで、本実施形態の画像読取装置２０による駆動方法について、図４のフローチャートを用いて説明すれば、以下のとおりである。
【００４６】
画像読取装置２０は、図４に示すように、下記の基本ステップ（以下、Ｓと示す）１〜３に従って動作し、原稿画像の読み取りを行う。
【００４７】
Ｓ１においては、ソース配線ｓまたは容量配線Ｃｓを用いて、画素容量１２を予め所定の値になるまで充電し、画素容量１２のプリチャージを行う。
【００４８】
Ｓ２においては、バックライトを点灯するとともに、Ｓ１において各画素の画素容量１２に充電した電荷を、ＴＦＴ素子１１を介して所定時間放出する。なお、このとき、図１０に示すように、光が照射された画素からはソース−ドレイン間電流Ｉｐｈｏｔｏ 、光が照射されていない画素からはソース−ドレイン間電流Ｉｄａｒｋ がそれぞれ出力される。
【００４９】
Ｓ３においては、バックライト５をオフするとともに、該画素容量２２に残った電荷をソース配線ｓと接続された読み出し回路２４によって検出し、読み取った原稿画像に対応する画像情報を得ることができる。
【００５０】
なお、連続して複数の原稿画像を読み取る場合には、上記Ｓ１〜Ｓ３を順次繰り返せばよい。
【００５１】
次に、図２に示すマトリクス配線のうち、ソース線ｓ一本分の等価回路図と、該ソース線ｓと接続されている読み出し回路（光電変換量検出手段）２４とについて、図５を用いて説明すれば以下のとおりである。
【００５２】
読み出し回路２４は、内部に、電荷積分アンプ（ＣＳＡ）３１、増幅アンプ３２、サンプルホールド回路（Ｓ／Ｈ回路）３３等を読み出し回路２４が検出するライン数分（例えば、数百ライン）備えている。また、Ｓ／Ｈ回路３３の後段には、図示しないアナログマルチプレクサを介して、アナログ／デジタル変換回路（Ａ／Ｄコンバータ）３４を備えている。
【００５３】
ＣＳＡ３１の出力は、増幅アンプ３２に入力され、所定の倍率に増幅されて出力される。なお、ＣＳＡ３１と増幅アンプ３２との間に、ノイズ成分をカットするローパスフィルタを挿入してもよい。
【００５４】
そして、増幅アンプ３２の出力は、Ｓ／Ｈ回路３３に入力して一旦保持され、保持された値は、アナログマルチプレクサの複数入力の一入力に出力される。
【００５５】
アナログマルチプレクサの出力は、次段のＡ／Ｄコンバータ３４に入力され、該Ａ／Ｄコンバータ３４によって、アナログデータがデジタルデータに変換され、外部に出力される。
【００５６】
なお、図５では、Ｃｓ電極を駆動することで画素容量２２のプリチャージを行う画像読取装置２０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。例えば、図６に示すように、ＣＳＡ３１の基準電位Ｖｒｅｆを駆動する画像読取装置２０’であっても、画素容量２２に対してプリチャージを行うことができる。
【００５７】
ここでさらに、上記のような構成の画像読取装置２０の具体的な動作について、上段にて説明した図４に示すフローチャートと図１に示すタイムチャートとを用いて説明すれば、以下のとおりである。
【００５８】
まず、図４に示したフローチャートのＳ１に対応する時間ｔ４〜ｔ７における画素容量２２のプリチャージを行う動作について説明する。
【００５９】
時間ｔ４において、ＣＳＡ３１のリセットスイッチＳＷをオンすると、ＣＳＡ３１の帰還容量３５がショートして、ＣＳＡ３１の出力が基準電圧Ｖｒｅｆとなるため、増幅アンプ３２の出力も基準電圧Ｖｒｅｆとなる。そして、この状態のまま、時間ｔ５においてＣｓ電極の駆動電圧をオンすると、画素容量２２に蓄えられた電荷がＴＦＴ素子２１のドレイン側に流れ込む。ただし、ＴＦＴ素子２１がオンされている場合には、ＣＳＡ３１がリセットされているため、この電荷は消滅する。
【００６０】
そして、時間ｔ６においてゲート駆動信号をオフ、時間ｔ７においてＣｓ電極駆動電圧をオフすると、画素容量２２がプリチャージされ、画素容量２２の電位が変化する。
【００６１】
続いて、図４に示したフローチャートのＳ２に対応する時間ｔ７〜ｔ１におけるバックライト点灯時の動作について説明する。
【００６２】
時間ｔ７において、画素容量Ｃｓに充電された電荷は、ＴＦＴ素子２１がオフ状態であるため、時間ｔ７〜時間ｔ１の期間、つまり、次のサイクルが開始されるまでの期間は、ＴＦＴ素子２１のオフ抵抗の値と画素容量Ｃｓの値とで決定される時定数で保持されている。
【００６３】
ここで、時間ｔ７〜時間ｔ１の期間において、所定の時間バックライトを点灯し、原稿に対して光照射を行う。
【００６４】
このとき、ＴＦＴ素子２１に光が照射された画素においては、ＴＦＴ素子２１の抵抗値が小さくなるため、画素容量２２の電荷はＴＦＴ素子２１のソース側に流れ、ＴＦＴ−ドレイン電圧がＶｒｅｆに近づく。一方、光が照射されない画素において、ＴＦＴ素子２１が高い抵抗値を保っているため、画素容量２２の電荷は保持され、ＴＦＴ−ドレイン電圧は大きく変化しない。この結果、時間ｔ７〜ｔ１の間に、光が照射された画素と照射されなかった画素とで、ＴＦＴ素子２１のドレイン電圧、つまり画素容量２２の残存電荷量に差が生じる。
【００６５】
最後に、図４に示したフローチャートのＳ３に対応する時間ｔ１〜ｔ４における電荷の読み出しの動作について説明する。
【００６６】
時間ｔ１においては、ＣＳＡ３１のリセットスイッチをオフし、ＣＳＡ３１のリセットを解除する。時間ｔ２でゲート駆動信号をオンして、ＴＦＴ素子２１をオンする。
【００６７】
ＴＦＴ素子２１をオンすると、各画素における画素容量２２の電荷がＣＳＡ３１の帰還容量３５に移動し、それに伴ってＣＳＡ３１の出力を決定する。なお、ＣＳＡ３１は、光照射された画素からは図１の実線で示す出力を行い、光照射されなかった画素からは図１の波線で示す出力を行う。
【００６８】
増幅アンプ３２の出力は、ＣＳＡ３１の出力値×Ｇ（ゲイン）となり、時間ｔ３において、Ｓ／Ｈ３３においてこの値をサンプルホールドする。これにより、光照射期間に得られた原稿の画像情報を電気信号として得ることができる。
【００６９】
なお、この期間は、データの読み出しの際におけるＴＦＴ素子１１の動作に影響を与えないように、光照射は行わない。データ読み出しが終了すると時間ｔ４に戻り、ＣＳＡ３１のリセットスイッチをオンにする。
【００７０】
以上のように、上記Ｓ１〜Ｓ３のステップを行うことで、原稿画像の読み取りを行うことができる。
【００７１】
また、Ｓ１〜Ｓ３のステップを繰り返すことにより、連続して原稿画像の画像情報を取得することが可能になる。また、光を照射する際において、ＲＧＢの３原色を順次切り替えて発光することにより、カラー画像の読み取りも可能になる。
【００７２】
本実施形態の画像読取装置２０は、図１に示すように、Ｃｓ電極の駆動電圧の極性を、読み出しサイクル（フレーム）毎に反転させている。例えば、奇数のサイクル（フレーム）では画素容量２２に正の電荷を充電し、偶数のサイクル（フレーム）では負の電荷を充電して、Ｃｓ電極を駆動する。
【００７３】
このように、駆動電圧の極性を反転させながらＣｓ電極を駆動することで、ＴＦＴ素子２１や画素容量２２に対してＤＣ的にバイアスが印加されて、ＴＦＴ素子２１や画素容量２２の電気的特性が変化する等の不具合の発生を防止して、長期間にわたる使用においても、信頼性の高い画像読取装置を提供することができる。
【００７４】
ここでさらに、画像読取装置２０の全体的なシーケンスについて、図７を用いて説明すれば、以下のとおりである。
【００７５】
なお、実際の駆動時には、画素容量２２に蓄積される電荷量は、ゲート電極とソース電極との間の寄生容量Ｃｇｓ、ゲート電極とドレイン電極との間の寄生容量Ｃｇｄに起因するフィードスルー、すなわちゲート信号の変化に対するＣｇｓ、Ｃｇｄのカップリング効果の影響を受けるが、ここでは説明を分かりやすくするために省略する。
【００７６】
画像読取装置は、通常、ゲート線ｇを複数本備えており、図７では、ゲート線を５１２本備えている例を示している。
【００７７】
画像読取装置２０は、光の照射期間において生じた画素容量Ｃｓの残存電荷（ドレイン電圧）を、光照射停止期間においてゲート線ｇを線順次にスキャンしている。これにより、順次、各画素における画素容量Ｃｓの残存電荷に対応した出力を画像情報として得ることができる。
【００７８】
以上のように、本実施形態の画像読取装置２０は、図９、図１０に示すような駆動シーケンスを有し、画素容量２２には、正の極性のパルスと負の極性のパルスとをフレーム毎に交互に入力している。
【００７９】
このため、長期間の使用においても、ＴＦＴ素子２１や画素容量２２に対して、Ｃｓラインの入力信号に起因するＤＣバイアスストレスが印加されず、ＴＦＴ素子２１や画素容量２２の特性変動を防ぐことができる。
【００８０】
なお、図２に示す画像読取装置において、図１１に示すように、Ｃｓ電極の駆動電圧の極性を、読み出しサイクル（フレーム）を通じて常に同じ極性とし、図１２に示すようなタイミングチャートに従って全体の駆動を行うと、Ｃｓ電極の駆動電圧は、繰り返し行われる読み出しサイクルにおいて、常に正負何れか一方側の極性となってしまう。このため、長期間の使用においては、ＴＦＴ素子や蓄積容量に対してＤＣバイアスのストレスが印加され、ＴＦＴ素子や蓄積容量の電気特性が変化してしまうという問題が生じていた。
【００８１】
そこで、本実施形態の画像読取装置２０では、画素容量２２に充電される電荷の極性がフレーム毎に反転するため、ソース線ｓを介して入力される電荷の極性がフレーム毎に反転する。したがって、ＣＳＡ３１としては、両極性の電荷に対応できるものが使用されていることが望ましい。
【００８２】
これにより、画素容量２２に極性を反転させた電荷が交互に入力された場合でも、両極性に対応した出力を行うことができる。
【００８３】
また、本実施形態においては、画素容量２２に充電する電荷の極性を反転させるために、Ｃｓ電極にＶｒｅｆを基準として、正側と負側とで同じ振幅巾の電荷を入力する例を挙げて説明した。しかし、実際には、ｔ６においてゲートがオンからオフに切り替わる際の寄生容量Ｃｇｄに起因するフィールドスルー（電荷の引き込み）の影響を受けて、画素容量Ｃｓにプリチャージされる電荷は、正側と負側とで異なる。
【００８４】
このため、ＴＦＴ素子２１や画素容量２２に対して、ＤＣバイアスストレスが印加されることをより確実に防止するためには、寄生容量Ｃｇｄに起因するフィールドスルーの影響を考慮して、画素容量２２に充電される電荷量が正側と負側とで実質的に均等になるように、Ｃｓ電極に入力する正／負のパルスの振幅巾がＶｒｅｆを基準として非対称に設定することが好ましい。
【００８５】
なお、本発明は、図１に示すように、Ｃｓ電極の極性を１サイクル毎に反転させる場合に限定されるものではなく、例えば、複数の読み出しサイクル毎に反転させてもよい。
【００８６】
〔実施形態２〕
本発明の画像読取装置および画像読取方法の他の実施形態に係る画像読取方法について、図８を用いて説明すれば以下のとおりである。
【００８７】
本実施形態の画像読取装置は、両極性の電荷に対応したＣＳＡ２１を、片側極性の電荷に対して対応したＣＳＡ（電荷積分アンプ）に使用している点以外は、上記実施形態１の画像読取装置２０と同様の構成である。
【００８８】
本実施形態の画像読取装置は、図８に示すような駆動シーケンスを用いて、Ｃｓ電極を駆動している。
【００８９】
すなわち、本実施形態の画像読取装置では、Ｃｓ電極に入力する信号をフレームＡ、フレームＢ毎に極性反転させているものの、ＣＳＡは、正の電荷に対してのみ対応できるため、フレームＢにおいてのみ、サンプルホールドによって出力値を読み取っている。逆に、負の電荷を読み取るべきフレームＡにおいては、ＣＳＡからの出力はなく、かつサンプルホールト゛も行わない。
【００９０】
これにより、フレームＢでのみ原稿画像の読み取りを行う、換言すれば、２フレームに１回の割合で原稿画像の読み取りを行うことで、片側極性にしか対応できないＣＳＡを備えた画像形成装置であっても、実施形態１の画像読取装置２０と同様の効果を得ることができる。
【００９１】
なお、本実施形態の画像読取装置においては、２フレームに１回の割合で原稿画像の読み取りを行うが、ＣＳＡとして片側極性の電荷に対応したものを用いているため、Ａ／Ｄコンバータの出力ビット数を片側極性に割り当てることができる。よって、本実施形態の画像読取装置は、結果として、階調性能を向上させることができるといったメリットを有する。
【００９２】
また、上記実施形態１・２では、一画素にスイッチング用薄膜トランジスタとフォトセンサ用薄膜トランジスタとを１個のＴＦＴ素子で兼用する画像読取装置を例にあげて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、一画素にスイッチング用薄膜トランジスタとフォトセンサ用薄膜トランジスタを別々に設けた画像読取装置に対しても、本発明の画像読取方法を適用可能である。
【００９３】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【００９４】
なお、本発明の画像読取装置は、光応答性を有する薄膜トランジスタと、該薄膜トランジスタのドレイン電極と接続された蓄積容量とを有する光電変換素子を備え、該薄膜トランジスタに照射される光の強弱に応じて変化する該蓄積容量の電荷量を検出することで画像を読み取る画像読取装置において、上記蓄積容量に蓄積される電荷の極性が、上記薄膜トランジスタのソース電極の電位を中心として、正の場合と負の場合との両者が存在するシーケンスを備えていることを特徴とする画像読取装置と表現することもできる。
【００９５】
【発明の効果】
本発明の画像読取装置は、以上のように、蓄積容量に蓄積される電荷の極性を、上記薄膜トランジスタのソース電極の電位を中心として反転させる制御手段を備えている構成である。
【００９６】
それゆえ、制御手段により、例えば、１フレーム毎にＣｓ電極に印加する駆動電圧を反転させて、蓄積容量に蓄積される電荷の極性を反転させることで、蓄積容量に蓄積される電荷の極性をフレーム毎に反転させることができるため、薄膜トランジスタのＴＦＴ素子や蓄積容量に対してＤＣバイアスストレスが印加されることを防止して、長期間の使用においても電気的特性の変化がない信頼性に優れた画像読取装置を得ることができるという効果を奏する。
【００９７】
上記制御手段は、蓄積容量に蓄積される電荷の極性を、１回の画像読み取りサイクル毎、または複数回の画像読み出しサイクル毎に反転させることがより好ましい。
【００９８】
それゆえ、１回あるいは複数回の画像読み取りサイクルが終了する毎に、蓄積容量に蓄積される電荷の極性が反転するため、ＴＦＴ素子や蓄積容量の電気的特性の変化を防止して、信頼性の高い画像読取装置を得ることができるという効果を奏する。
【００９９】
上記光電変換量検出手段は、正負両極性の電荷を検出可能な電荷積分アンプを備えていることがより好ましい。
【０１００】
それゆえ、両極性の電荷を検出可能になるため、例えば、画像読み取りサイクル毎に、蓄積容量に正負両極性の電荷が交互に蓄積されるような場合でも、フレーム毎に電荷の読み取りを行って、全ての画素における画像情報を取得できるという効果を奏する。
【０１０１】
上記光電変換量検出手段は、正負何れか一方の極性の電荷を検出可能な電荷積分アンプを備えていることがより好ましい。
【０１０２】
それゆえ、例えば、画素電極に蓄積される電荷が交互に反転する場合において、光電変換量検出手段が正負何れか一方の極性の電荷の検出しかできない場合でも、１つおきのフレームにおける電荷を検出することで、原稿画像の読み取りを行うことができるという効果を奏する。
【０１０３】
本発明の画像読取方法は、以上のように、１サイクルあるいは複数サイクル後に、上記蓄積容量に蓄積される電荷の極性を、上記薄膜トランジスタのソース電極の電位を中心として反転させる画像読取方法である。
【０１０４】
それゆえ、１サイクルあるいは複数サイクル毎にＣｓ電極に印加する駆動電圧を反転させて、蓄積容量に蓄積される電荷の極性を反転させることで、蓄積容量に蓄積される電荷の極性を１フレームあるいは複数フレーム毎に反転させることができるため、薄膜トランジスタのＴＦＴ素子や蓄積容量に対してＤＣバイアスストレスが印加されることを防止して、長期間の使用においても電気的特性の変化がない信頼性に優れた画像読取方法を提供できるという効果を奏する。
【０１０５】
上記第３のステップは、両極性の電荷の検出が可能な電荷積分アンプを用いて、フレーム毎に行われることがより好ましい。
【０１０６】
それゆえ、蓄積容量に蓄積される電荷の極性が、１フレームごとに正負反転している場合でも、各画素における電荷を読み取って、原稿画像に対応した画像情報を得ることができるという効果を奏する。
【０１０７】
上記第３のステップは、正負何れか一方の極性の電荷のみ検出可能な電荷積分アンプを用いて、１フレームおきに行われることがより好ましい。
【０１０８】
それゆえ、蓄積容量に蓄積される電荷の極性が、１サイクルごとに正負反転している場合でも、１フレームおきに各画素における電荷を読み取ることで、常に同じ極性の電荷を検出することができ、原稿画像に対応した１フレームおきの画像情報を得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる画像読取装置による原稿画像の読み取り時の１つの画素におけるＣｓ反転駆動を示したタイミングチャートである。
【図２】本発明の画像読取装置の簡易な構成を示す回路図である。
【図３】図２の画像読取装置が備えているＴＦＴ部分を示す断面図である。
【図４】図２の画像読取装置による画像読み取り動作を示すフローチャートである。
【図５】図２の画像読取装置内における１本のソース線に対応する等価回路と読み出し回路とを示す回路図である。
【図６】図５の等価回路および読み出し回路についての他の例を示す回路図である。
【図７】図２の画像読取装置による各フレーム毎のＣｓ反転駆動を示すタイミングチャートである。
【図８】本発明の他の実施形態に係る画像読取装置によるＣｓ反転駆動を示すタイミングチャートである。
【図９】従来の画像読取装置を備えたアクティブマトリクス型画像読取装置を示す平面図である。
【図１０】光検出用ＴＦＴの一般的な特性である、ゲート電圧とソース−ドレイン間電流との関係を示すグラフである。
【図１１】従来の画像読取装置による駆動を示すタイミングチャートである。
【図１２】従来の画像読取装置による全体の駆動を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１ 原稿
２ 照射光
７ 光検出用薄膜トランジスタ（薄膜トランジスタ）
１０ ソース電極
１２ 半導体層（感光性半導体層）
１５ ドレイン電極
１８ バックライト
２０・２０’ 画像読取装置
２１ ＴＦＴ素子（薄膜トランジスタ）
２２ 画素容量（蓄積容量）
２３ 駆動回路
２４ 読み出し回路（光電変換量検出手段）
３１ 電荷積分アンプ
３２ 増幅アンプ
３３ Ｓ／Ｈ回路（サンプルホールド回路）
３４ Ａ／Ｄコンバータ（アナログ／デジタル変換回路）
３５ 帰還容量
ＳＷ リセットスイッチ
【発明の属する技術分野】
本発明は、原稿、写真などの画像を読み取ることができる画像読取装置に関するものであって、特に、光応答性を有する薄膜フォトトランジスタ（ＴＦＴ）を光検出素子に用いた画像読取装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、光検出素子（フォトダイオード、フォトトランジスタなど）とスイッチング素子（薄膜トランジスタなど）とを２次元状に配列させたアクティブマトリクス型の２次元イメージセンサ（画像読取装置）が開発されている（特許文献１参照）。
【０００３】
このような２次元イメージセンサで使用されるアクティブマトリクスアレイ（アクティブマトリクス基板）は、図９に示すように、互いに交差するソース配線ｓ１，ｓ２，…、ｓｍとゲート配線ｇ１，ｇ２，…，ｇｎと、これらの交差部分にＸＹマトリクス状に配列された画素とを備えている。そして、各画素には、光センサ用ＴＦＴ（光検出用薄膜トランジスタ）、スイッチング用ＴＦＴ（スイッチング用薄膜トランジスタ）、および蓄積容量が備えられている。
【０００４】
２次元イメージセンサにおいては、ソース−ドレイン間電極が高抵抗となっている状態、つまり、ＴＦＴがオフになるようにゲート電極の電圧をＶｇｌに設定した状態で、読み取り原稿に対して光を照射する。そして、原稿面からの反射光がＴＦＴに入射すると、ＴＦＴの抵抗値が低抵抗化するため、図１０に示すように、ソースドレイン間の電流が暗電流（Ｉｄａｒｋ）から明電流（Ｉｐｈｏｔｏ）に変化する。
【０００５】
この原理を利用すれば、光を照射される原稿等の被写体の明るさ、すなわち光の反射率によってソース−ドレイン間の電流の大きさが変化するため、このＩｄａｒｋとＩｐｈｏｔｏとの差が、各画素の蓄積容量に蓄積される電荷量、または蓄積容量から放電される電荷量の差となって現れる。
【０００６】
よって、この蓄積容量の電荷量分布（面内分布）を、アクティブマトリクス基板のスイッチング用ＴＦＴを用いて順次読み出すことで、被写体の２次元情報を得ることができる。
【０００７】
【特許文献１】
実開平２−８０５５号公報（公開日：平成２年１月１８日）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の２次元イメージセンサ等の画像読取装置は、以下に示すような問題点を有している。
【０００９】
すなわち、従来の画像読取装置においては、Ｃｓ電極の駆動電圧の極性を、読み出しサイクル（フレーム）を通じて常に同じ極性にしていると、長期間の使用においては、ＴＦＴ素子や蓄積容量に対してＤＣバイアスのストレスが印加され、ＴＦＴ素子や蓄積容量の電気特性が変化してしまうという問題が生じる。
【００１０】
具体的には、ＤＣバイアスストレスを受けて絶縁膜中に捕獲された電荷の影響により、蓄積容量における電位の変動や極性の非対称性が僅かながら発生する。
【００１１】
このように、従来の画像読取装置は、長期間の使用における信頼性の面で課題を有する。
【００１２】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、蓄積容量やＴＦＴの電気特性が変化し難く、長期間に渡って高い信頼性を維持できる画像読取装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の画像読取装置は、上記の課題を解決するために、光応答性を有する薄膜トランジスタおよび該薄膜トランジスタのドレイン電極と接続された蓄積容量を有する光電変換素子と、上記薄膜トランジスタに照射される光の強弱に応じて変化する該蓄積容量の電荷量を検出する光電変換量検出手段とを備えた画像読取装置において、上記蓄積容量に蓄積される電荷の極性を、上記薄膜トランジスタのソース電極の電位を中心として反転させる制御手段を備えていることを特徴としている。
【００１４】
上記の構成によれば、制御手段により、例えば、１フレーム毎にＣｓ電極に印加する駆動電圧を反転させて、蓄積容量に蓄積される電荷の極性を反転させることで、蓄積容量に蓄積される電荷の極性をフレーム毎に反転させることができるため、薄膜トランジスタのＴＦＴ素子や蓄積容量に対してＤＣバイアスストレスが印加されることを防止して、長期間の使用においても電気的特性の変化がない信頼性に優れた画像読取装置を得ることができる。
【００１５】
すなわち、従来の画像読取装置による原稿画像の読み取りでは、Ｃｓ電極の駆動電極として常に同じ極性の電圧を印加しているため、ＴＦＴ素子や蓄積容量に対してＤＣバイアスストレスがかかってしまう。このＤＣバイアスストレスは、ＴＦＴ素子や蓄積容量の電気的特性を変化させて、画像読取装置の信頼性を低下させてしまう。
【００１６】
そこで、本発明の画像読取装置は、蓄積容量に正負双方の極性の電荷が蓄積されるようにＣｓ電極を駆動することで、ＴＦＴ素子や蓄積容量に対して、Ｃｓ配線の入力信号に起因するＤＣバイアスストレスが印加されることを防止し、長期間の使用においてもＴＦＴ素子や画素電極の電気的特性が変化することのない信頼性の高い画像読取装置を得ることができる。
【００１７】
上記制御手段は、蓄積容量に蓄積される電荷の極性を、１回の画像読み取りサイクル毎、または複数回の画像読み出しサイクル毎に反転させることがより好ましい。
【００１８】
これにより、１回あるいは複数回の画像読み取りサイクルが終了する毎に、蓄積容量に蓄積される電荷の極性が反転するため、ＴＦＴ素子や蓄積容量の電気的特性の変化を防止して、信頼性の高い画像読取装置を得ることができる。
【００１９】
上記光電変換量検出手段は、正負両極性の電荷を検出可能な電荷積分アンプを備えていることがより好ましい。
【００２０】
これにより、両極性の電荷を検出可能になるため、例えば、画像読み取りサイクル毎に、蓄積容量に正負両極性の電荷が交互に蓄積されるような場合でも、フレーム毎に電荷の読み取りを行って、全ての画素における画像情報を取得できる。
【００２１】
上記光電変換量検出手段は、正負何れか一方の極性の電荷を検出可能な電荷積分アンプを備えていることがより好ましい。
【００２２】
これにより、例えば、画素電極に蓄積される電荷が交互に反転する場合において、光電変換量検出手段が正負何れか一方の極性の電荷の検出しかできない場合でも、１フレームおきに電荷を検出することで、常に同じ極性の電荷を検出することができ、原稿画像の読み取りを行うことができる。
【００２３】
なお、この場合には、１つおきのフレームの画像情報しか得ることができないが、Ａ／Ｄコンバータの出力ビット数を片側極性に割り当てることができるため、階調性能を向上させることができる。つまり、両極性に対応するよりも少ないビット数で処理可能になるため，その余ったビット数分を階調特性の向上に割り当てることができる。
【００２４】
本発明の画像読取方法は、上記の課題を解決するために、光応答性を有する薄膜トランジスタのドレイン電極と接続された蓄積容量に所定量の電荷を充電する第１のステップと、上記薄膜トランジスタをオフ状態とし、上記薄膜トランジスタに対して光を照射しながら上記電荷を放電する第２のステップと、上記蓄積容量に蓄積された電荷量を検出する第３のステップと、を含む動作を１サイクルとして原稿画像の読み取りを行う画像読取方法であって、上記１サイクルあるいは複数サイクル後に、上記蓄積容量に蓄積される電荷の極性を、上記薄膜トランジスタのソース電極の電位を中心として反転させることを特徴としている。
【００２５】
上記の方法によれば、１サイクルあるいは複数サイクル毎に、Ｃｓ電極に印加する駆動電圧を反転させて、蓄積容量に蓄積される電荷の極性を反転させることで、蓄積容量に蓄積される電荷の極性を１フレームあるいは複数フレーム毎に反転させることができるため、薄膜トランジスタのＴＦＴ素子や蓄積容量に対してＤＣバイアスストレスが印加されることを防止して、長期間の使用においても装置の電気的特性に変化がない信頼性に優れた画像読取方法を提供できる。
【００２６】
すなわち、従来の画像読取方法では、Ｃｓ電極の駆動電極として常に同じ極性の電圧を印加しているため、ＴＦＴ素子や蓄積容量に対してＤＣバイアスストレスがかかってしまう。このＤＣバイアスストレスは、ＴＦＴ素子や蓄積容量の電気的特性を変化させるため、装置の信頼性が低下してしまう。
【００２７】
そこで、本発明の画像読取方法では、蓄積容量に正負両方の極性の電荷が蓄積されるようにＣｓ電極を駆動することで、ＴＦＴ素子や蓄積容量に対して、Ｃｓ配線の入力信号に起因するＤＣバイアスストレスが印加されることを防止して、長期間の使用においてもＴＦＴ素子や画素電極の電気的特性を変化させることなく、画像読取装置を信頼性の高い状態で維持することができる。
【００２８】
上記第３のステップは、両極性の電荷の検出が可能な電荷積分アンプを用いて、フレーム毎に行われることがより好ましい。
【００２９】
これにより、蓄積容量に蓄積される電荷の極性が、１フレームごとに正負反転している場合でも、各画素における電荷を読み取って、原稿画像に対応した画像情報を得ることができる。
【００３０】
上記第３のステップは、正負何れか一方の極性の電荷のみ検出可能な電荷積分アンプを用いて、１フレームおきに行われることがより好ましい。
【００３１】
これにより、蓄積容量に蓄積される電荷の極性が、１フレームごとに正負反転している場合でも、１フレームおきに各画素における電荷を読み取ることで、常に同じ極性の電荷の読み取りを行うことができ、原稿画像に対応した１フレームおきの画像情報を得ることができる。
【００３２】
なお、この場合には、１つおきのフレームの画像情報しか得ることができないが、Ａ／Ｄコンバータの出力ビット数を片側極性に割り当てることができるため、階調性能を向上させることができる。つまり、両極性に対応するよりも少ないビット数で処理可能になるため，その余ったビット数分を階調特性の向上に割り当てることができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
〔実施形態１〕
本発明の画像読取装置および画像読取方法の一実施形態に係る画像読取装置について、図１〜図７を用いて説明すれば以下のとおりである。
【００３４】
本実施形態の画像読取装置２０は、図２に示すように、光検出用ＴＦＴとスイッチング用ＴＦＴとを兼用するＴＦＴ素子２１を備えた画像読取装置である。
【００３５】
画像読取装置２０は、互いに直交するゲート配線ｇ１…ｇｎ（以下「ｇ」と示す）およびソース配線ｓ１…ｓｎ（以下「ｓ」と示す）、ゲート配線ｇと平行に設けられた容量配線Ｃｓ、ゲート配線ｇとソース配線ｓとの交差部分に設けられたＴＦＴ素子（薄膜トランジスタ）２１および画素容量（蓄積容量）２２、ゲート配線ｇと接続された駆動回路２３、ソース配線ｓと接続された読み出し回路２４を備えている。
【００３６】
ここで、このＴＦＴ素子２１を備えた光検出用薄膜トランジスタについて、図３を用いて詳しく説明すれば、以下のとおりである。
【００３７】
光検出用薄膜トランジスタ７は、逆スタガー型薄膜トランジスタであって（上部ゲート電極が光透過性の材質である場合には、スタガー型薄膜トランジスタの構成となってもよい。）、絶縁性基板９上に、アルミニウム（Ａｌ）やタンタル（Ｔａ）等からなるゲート電極１１が形成されており、このゲート電極１１および絶縁性基板９を覆うように、窒化シリコン（ＳｉＮ）からなるゲート絶縁膜１３が形成されている。
【００３８】
上記ゲート電極１１上には、ゲート電極１１と対向する位置に、ｉ型アモルファスシリコン（ｉ−ａ−Ｓｉ）で形成された半導体層（感光性半導体層）１２が形成されており、該半導体層１２上に所定の間隔を有して相対向する位置にソース電極１０及びドレイン電極１５が形成されている。
【００３９】
これらソース電極１０及びドレイン電極１５は、それぞれｎ＋シリコン層４を介して半導体層１２と接続されている。
【００４０】
ソース電極１０及びドレイン電極１５の上部には絶縁膜１４（保護層）が形成され、これらによりトランジスタ（逆スタガー型薄膜トランジスタ）が構成されている。
【００４１】
この光検出用薄膜トランジスタ７に対して、絶縁性基板９側のバックライトユニット１８から照射光２が照射され、この照射光２が開口部６を透過し、原稿１に反射して、半導体層１２に照射される。
【００４２】
そして、光検出用薄膜トランジスタ７は、ゲート電極１１に印加する電圧を制御することにより、導通状態と非導通状態とを制御することができる。例えば、光検出用薄膜トランジスタ７のゲート電極１１に正電圧を印加した場合には、半導体層１２にｎチャンネルが形成される。ここで、ソース電極１０とドレイン電極１５との間に電圧を印加すると、ソース電極１０とドレイン電極１５との間に、電流が流れる。
【００４３】
上記光検出用薄膜トランジスタ７のゲート電圧とドレイン電流との関係を示すと図１０に示すグラフのようになる。曲線Ｉｐｈｏｔｏは、光を照射された画素におけるゲート電圧とドレイン電流との関係を示し、曲線Ｉｄａｒｋは、光を照射されていない画素におけるゲート電圧とドレイン電流との関係を示すグラフである。
【００４４】
すなわち、図１０に示す曲線Ｉｐｈｏｔｏのように、非導通状態（ゲート電極１１に負電圧を印加した状態）での光照射時には、半導体層１２にキャリアが誘起され、ソース電極１０とドレイン電極１５との間に、照射光により誘起された電子正孔の数、すなわち照射光の光量に応じたドレイン電流が流れる。また、光非照射時には、図４に示す曲線Ｉｄａｒｋで示すように、ドレイン電流は極めて小さく、例えば、１０−１４Ａ（アンペア）程度にすることができる。その結果、光検出用薄膜トランジスタ７は、光照射時のドレイン電流（Ｉｐｈｏｔｏ）と光無照射時のドレイン電流（Ｉｄａｒｋ）との差を大きく取ることができる。また、この光照射時のドレイン電流と、光無照射時のドレイン電流とを所定の時間蓄積することにより、その差をより大きく取ることができ、ダイナミックレンジの大きな光電変換装置を得ることができる。
【００４５】
ここで、本実施形態の画像読取装置２０による駆動方法について、図４のフローチャートを用いて説明すれば、以下のとおりである。
【００４６】
画像読取装置２０は、図４に示すように、下記の基本ステップ（以下、Ｓと示す）１〜３に従って動作し、原稿画像の読み取りを行う。
【００４７】
Ｓ１においては、ソース配線ｓまたは容量配線Ｃｓを用いて、画素容量１２を予め所定の値になるまで充電し、画素容量１２のプリチャージを行う。
【００４８】
Ｓ２においては、バックライトを点灯するとともに、Ｓ１において各画素の画素容量１２に充電した電荷を、ＴＦＴ素子１１を介して所定時間放出する。なお、このとき、図１０に示すように、光が照射された画素からはソース−ドレイン間電流Ｉｐｈｏｔｏ 、光が照射されていない画素からはソース−ドレイン間電流Ｉｄａｒｋ がそれぞれ出力される。
【００４９】
Ｓ３においては、バックライト５をオフするとともに、該画素容量２２に残った電荷をソース配線ｓと接続された読み出し回路２４によって検出し、読み取った原稿画像に対応する画像情報を得ることができる。
【００５０】
なお、連続して複数の原稿画像を読み取る場合には、上記Ｓ１〜Ｓ３を順次繰り返せばよい。
【００５１】
次に、図２に示すマトリクス配線のうち、ソース線ｓ一本分の等価回路図と、該ソース線ｓと接続されている読み出し回路（光電変換量検出手段）２４とについて、図５を用いて説明すれば以下のとおりである。
【００５２】
読み出し回路２４は、内部に、電荷積分アンプ（ＣＳＡ）３１、増幅アンプ３２、サンプルホールド回路（Ｓ／Ｈ回路）３３等を読み出し回路２４が検出するライン数分（例えば、数百ライン）備えている。また、Ｓ／Ｈ回路３３の後段には、図示しないアナログマルチプレクサを介して、アナログ／デジタル変換回路（Ａ／Ｄコンバータ）３４を備えている。
【００５３】
ＣＳＡ３１の出力は、増幅アンプ３２に入力され、所定の倍率に増幅されて出力される。なお、ＣＳＡ３１と増幅アンプ３２との間に、ノイズ成分をカットするローパスフィルタを挿入してもよい。
【００５４】
そして、増幅アンプ３２の出力は、Ｓ／Ｈ回路３３に入力して一旦保持され、保持された値は、アナログマルチプレクサの複数入力の一入力に出力される。
【００５５】
アナログマルチプレクサの出力は、次段のＡ／Ｄコンバータ３４に入力され、該Ａ／Ｄコンバータ３４によって、アナログデータがデジタルデータに変換され、外部に出力される。
【００５６】
なお、図５では、Ｃｓ電極を駆動することで画素容量２２のプリチャージを行う画像読取装置２０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。例えば、図６に示すように、ＣＳＡ３１の基準電位Ｖｒｅｆを駆動する画像読取装置２０’であっても、画素容量２２に対してプリチャージを行うことができる。
【００５７】
ここでさらに、上記のような構成の画像読取装置２０の具体的な動作について、上段にて説明した図４に示すフローチャートと図１に示すタイムチャートとを用いて説明すれば、以下のとおりである。
【００５８】
まず、図４に示したフローチャートのＳ１に対応する時間ｔ４〜ｔ７における画素容量２２のプリチャージを行う動作について説明する。
【００５９】
時間ｔ４において、ＣＳＡ３１のリセットスイッチＳＷをオンすると、ＣＳＡ３１の帰還容量３５がショートして、ＣＳＡ３１の出力が基準電圧Ｖｒｅｆとなるため、増幅アンプ３２の出力も基準電圧Ｖｒｅｆとなる。そして、この状態のまま、時間ｔ５においてＣｓ電極の駆動電圧をオンすると、画素容量２２に蓄えられた電荷がＴＦＴ素子２１のドレイン側に流れ込む。ただし、ＴＦＴ素子２１がオンされている場合には、ＣＳＡ３１がリセットされているため、この電荷は消滅する。
【００６０】
そして、時間ｔ６においてゲート駆動信号をオフ、時間ｔ７においてＣｓ電極駆動電圧をオフすると、画素容量２２がプリチャージされ、画素容量２２の電位が変化する。
【００６１】
続いて、図４に示したフローチャートのＳ２に対応する時間ｔ７〜ｔ１におけるバックライト点灯時の動作について説明する。
【００６２】
時間ｔ７において、画素容量Ｃｓに充電された電荷は、ＴＦＴ素子２１がオフ状態であるため、時間ｔ７〜時間ｔ１の期間、つまり、次のサイクルが開始されるまでの期間は、ＴＦＴ素子２１のオフ抵抗の値と画素容量Ｃｓの値とで決定される時定数で保持されている。
【００６３】
ここで、時間ｔ７〜時間ｔ１の期間において、所定の時間バックライトを点灯し、原稿に対して光照射を行う。
【００６４】
このとき、ＴＦＴ素子２１に光が照射された画素においては、ＴＦＴ素子２１の抵抗値が小さくなるため、画素容量２２の電荷はＴＦＴ素子２１のソース側に流れ、ＴＦＴ−ドレイン電圧がＶｒｅｆに近づく。一方、光が照射されない画素において、ＴＦＴ素子２１が高い抵抗値を保っているため、画素容量２２の電荷は保持され、ＴＦＴ−ドレイン電圧は大きく変化しない。この結果、時間ｔ７〜ｔ１の間に、光が照射された画素と照射されなかった画素とで、ＴＦＴ素子２１のドレイン電圧、つまり画素容量２２の残存電荷量に差が生じる。
【００６５】
最後に、図４に示したフローチャートのＳ３に対応する時間ｔ１〜ｔ４における電荷の読み出しの動作について説明する。
【００６６】
時間ｔ１においては、ＣＳＡ３１のリセットスイッチをオフし、ＣＳＡ３１のリセットを解除する。時間ｔ２でゲート駆動信号をオンして、ＴＦＴ素子２１をオンする。
【００６７】
ＴＦＴ素子２１をオンすると、各画素における画素容量２２の電荷がＣＳＡ３１の帰還容量３５に移動し、それに伴ってＣＳＡ３１の出力を決定する。なお、ＣＳＡ３１は、光照射された画素からは図１の実線で示す出力を行い、光照射されなかった画素からは図１の波線で示す出力を行う。
【００６８】
増幅アンプ３２の出力は、ＣＳＡ３１の出力値×Ｇ（ゲイン）となり、時間ｔ３において、Ｓ／Ｈ３３においてこの値をサンプルホールドする。これにより、光照射期間に得られた原稿の画像情報を電気信号として得ることができる。
【００６９】
なお、この期間は、データの読み出しの際におけるＴＦＴ素子１１の動作に影響を与えないように、光照射は行わない。データ読み出しが終了すると時間ｔ４に戻り、ＣＳＡ３１のリセットスイッチをオンにする。
【００７０】
以上のように、上記Ｓ１〜Ｓ３のステップを行うことで、原稿画像の読み取りを行うことができる。
【００７１】
また、Ｓ１〜Ｓ３のステップを繰り返すことにより、連続して原稿画像の画像情報を取得することが可能になる。また、光を照射する際において、ＲＧＢの３原色を順次切り替えて発光することにより、カラー画像の読み取りも可能になる。
【００７２】
本実施形態の画像読取装置２０は、図１に示すように、Ｃｓ電極の駆動電圧の極性を、読み出しサイクル（フレーム）毎に反転させている。例えば、奇数のサイクル（フレーム）では画素容量２２に正の電荷を充電し、偶数のサイクル（フレーム）では負の電荷を充電して、Ｃｓ電極を駆動する。
【００７３】
このように、駆動電圧の極性を反転させながらＣｓ電極を駆動することで、ＴＦＴ素子２１や画素容量２２に対してＤＣ的にバイアスが印加されて、ＴＦＴ素子２１や画素容量２２の電気的特性が変化する等の不具合の発生を防止して、長期間にわたる使用においても、信頼性の高い画像読取装置を提供することができる。
【００７４】
ここでさらに、画像読取装置２０の全体的なシーケンスについて、図７を用いて説明すれば、以下のとおりである。
【００７５】
なお、実際の駆動時には、画素容量２２に蓄積される電荷量は、ゲート電極とソース電極との間の寄生容量Ｃｇｓ、ゲート電極とドレイン電極との間の寄生容量Ｃｇｄに起因するフィードスルー、すなわちゲート信号の変化に対するＣｇｓ、Ｃｇｄのカップリング効果の影響を受けるが、ここでは説明を分かりやすくするために省略する。
【００７６】
画像読取装置は、通常、ゲート線ｇを複数本備えており、図７では、ゲート線を５１２本備えている例を示している。
【００７７】
画像読取装置２０は、光の照射期間において生じた画素容量Ｃｓの残存電荷（ドレイン電圧）を、光照射停止期間においてゲート線ｇを線順次にスキャンしている。これにより、順次、各画素における画素容量Ｃｓの残存電荷に対応した出力を画像情報として得ることができる。
【００７８】
以上のように、本実施形態の画像読取装置２０は、図９、図１０に示すような駆動シーケンスを有し、画素容量２２には、正の極性のパルスと負の極性のパルスとをフレーム毎に交互に入力している。
【００７９】
このため、長期間の使用においても、ＴＦＴ素子２１や画素容量２２に対して、Ｃｓラインの入力信号に起因するＤＣバイアスストレスが印加されず、ＴＦＴ素子２１や画素容量２２の特性変動を防ぐことができる。
【００８０】
なお、図２に示す画像読取装置において、図１１に示すように、Ｃｓ電極の駆動電圧の極性を、読み出しサイクル（フレーム）を通じて常に同じ極性とし、図１２に示すようなタイミングチャートに従って全体の駆動を行うと、Ｃｓ電極の駆動電圧は、繰り返し行われる読み出しサイクルにおいて、常に正負何れか一方側の極性となってしまう。このため、長期間の使用においては、ＴＦＴ素子や蓄積容量に対してＤＣバイアスのストレスが印加され、ＴＦＴ素子や蓄積容量の電気特性が変化してしまうという問題が生じていた。
【００８１】
そこで、本実施形態の画像読取装置２０では、画素容量２２に充電される電荷の極性がフレーム毎に反転するため、ソース線ｓを介して入力される電荷の極性がフレーム毎に反転する。したがって、ＣＳＡ３１としては、両極性の電荷に対応できるものが使用されていることが望ましい。
【００８２】
これにより、画素容量２２に極性を反転させた電荷が交互に入力された場合でも、両極性に対応した出力を行うことができる。
【００８３】
また、本実施形態においては、画素容量２２に充電する電荷の極性を反転させるために、Ｃｓ電極にＶｒｅｆを基準として、正側と負側とで同じ振幅巾の電荷を入力する例を挙げて説明した。しかし、実際には、ｔ６においてゲートがオンからオフに切り替わる際の寄生容量Ｃｇｄに起因するフィールドスルー（電荷の引き込み）の影響を受けて、画素容量Ｃｓにプリチャージされる電荷は、正側と負側とで異なる。
【００８４】
このため、ＴＦＴ素子２１や画素容量２２に対して、ＤＣバイアスストレスが印加されることをより確実に防止するためには、寄生容量Ｃｇｄに起因するフィールドスルーの影響を考慮して、画素容量２２に充電される電荷量が正側と負側とで実質的に均等になるように、Ｃｓ電極に入力する正／負のパルスの振幅巾がＶｒｅｆを基準として非対称に設定することが好ましい。
【００８５】
なお、本発明は、図１に示すように、Ｃｓ電極の極性を１サイクル毎に反転させる場合に限定されるものではなく、例えば、複数の読み出しサイクル毎に反転させてもよい。
【００８６】
〔実施形態２〕
本発明の画像読取装置および画像読取方法の他の実施形態に係る画像読取方法について、図８を用いて説明すれば以下のとおりである。
【００８７】
本実施形態の画像読取装置は、両極性の電荷に対応したＣＳＡ２１を、片側極性の電荷に対して対応したＣＳＡ（電荷積分アンプ）に使用している点以外は、上記実施形態１の画像読取装置２０と同様の構成である。
【００８８】
本実施形態の画像読取装置は、図８に示すような駆動シーケンスを用いて、Ｃｓ電極を駆動している。
【００８９】
すなわち、本実施形態の画像読取装置では、Ｃｓ電極に入力する信号をフレームＡ、フレームＢ毎に極性反転させているものの、ＣＳＡは、正の電荷に対してのみ対応できるため、フレームＢにおいてのみ、サンプルホールドによって出力値を読み取っている。逆に、負の電荷を読み取るべきフレームＡにおいては、ＣＳＡからの出力はなく、かつサンプルホールト゛も行わない。
【００９０】
これにより、フレームＢでのみ原稿画像の読み取りを行う、換言すれば、２フレームに１回の割合で原稿画像の読み取りを行うことで、片側極性にしか対応できないＣＳＡを備えた画像形成装置であっても、実施形態１の画像読取装置２０と同様の効果を得ることができる。
【００９１】
なお、本実施形態の画像読取装置においては、２フレームに１回の割合で原稿画像の読み取りを行うが、ＣＳＡとして片側極性の電荷に対応したものを用いているため、Ａ／Ｄコンバータの出力ビット数を片側極性に割り当てることができる。よって、本実施形態の画像読取装置は、結果として、階調性能を向上させることができるといったメリットを有する。
【００９２】
また、上記実施形態１・２では、一画素にスイッチング用薄膜トランジスタとフォトセンサ用薄膜トランジスタとを１個のＴＦＴ素子で兼用する画像読取装置を例にあげて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、一画素にスイッチング用薄膜トランジスタとフォトセンサ用薄膜トランジスタを別々に設けた画像読取装置に対しても、本発明の画像読取方法を適用可能である。
【００９３】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【００９４】
なお、本発明の画像読取装置は、光応答性を有する薄膜トランジスタと、該薄膜トランジスタのドレイン電極と接続された蓄積容量とを有する光電変換素子を備え、該薄膜トランジスタに照射される光の強弱に応じて変化する該蓄積容量の電荷量を検出することで画像を読み取る画像読取装置において、上記蓄積容量に蓄積される電荷の極性が、上記薄膜トランジスタのソース電極の電位を中心として、正の場合と負の場合との両者が存在するシーケンスを備えていることを特徴とする画像読取装置と表現することもできる。
【００９５】
【発明の効果】
本発明の画像読取装置は、以上のように、蓄積容量に蓄積される電荷の極性を、上記薄膜トランジスタのソース電極の電位を中心として反転させる制御手段を備えている構成である。
【００９６】
それゆえ、制御手段により、例えば、１フレーム毎にＣｓ電極に印加する駆動電圧を反転させて、蓄積容量に蓄積される電荷の極性を反転させることで、蓄積容量に蓄積される電荷の極性をフレーム毎に反転させることができるため、薄膜トランジスタのＴＦＴ素子や蓄積容量に対してＤＣバイアスストレスが印加されることを防止して、長期間の使用においても電気的特性の変化がない信頼性に優れた画像読取装置を得ることができるという効果を奏する。
【００９７】
上記制御手段は、蓄積容量に蓄積される電荷の極性を、１回の画像読み取りサイクル毎、または複数回の画像読み出しサイクル毎に反転させることがより好ましい。
【００９８】
それゆえ、１回あるいは複数回の画像読み取りサイクルが終了する毎に、蓄積容量に蓄積される電荷の極性が反転するため、ＴＦＴ素子や蓄積容量の電気的特性の変化を防止して、信頼性の高い画像読取装置を得ることができるという効果を奏する。
【００９９】
上記光電変換量検出手段は、正負両極性の電荷を検出可能な電荷積分アンプを備えていることがより好ましい。
【０１００】
それゆえ、両極性の電荷を検出可能になるため、例えば、画像読み取りサイクル毎に、蓄積容量に正負両極性の電荷が交互に蓄積されるような場合でも、フレーム毎に電荷の読み取りを行って、全ての画素における画像情報を取得できるという効果を奏する。
【０１０１】
上記光電変換量検出手段は、正負何れか一方の極性の電荷を検出可能な電荷積分アンプを備えていることがより好ましい。
【０１０２】
それゆえ、例えば、画素電極に蓄積される電荷が交互に反転する場合において、光電変換量検出手段が正負何れか一方の極性の電荷の検出しかできない場合でも、１つおきのフレームにおける電荷を検出することで、原稿画像の読み取りを行うことができるという効果を奏する。
【０１０３】
本発明の画像読取方法は、以上のように、１サイクルあるいは複数サイクル後に、上記蓄積容量に蓄積される電荷の極性を、上記薄膜トランジスタのソース電極の電位を中心として反転させる画像読取方法である。
【０１０４】
それゆえ、１サイクルあるいは複数サイクル毎にＣｓ電極に印加する駆動電圧を反転させて、蓄積容量に蓄積される電荷の極性を反転させることで、蓄積容量に蓄積される電荷の極性を１フレームあるいは複数フレーム毎に反転させることができるため、薄膜トランジスタのＴＦＴ素子や蓄積容量に対してＤＣバイアスストレスが印加されることを防止して、長期間の使用においても電気的特性の変化がない信頼性に優れた画像読取方法を提供できるという効果を奏する。
【０１０５】
上記第３のステップは、両極性の電荷の検出が可能な電荷積分アンプを用いて、フレーム毎に行われることがより好ましい。
【０１０６】
それゆえ、蓄積容量に蓄積される電荷の極性が、１フレームごとに正負反転している場合でも、各画素における電荷を読み取って、原稿画像に対応した画像情報を得ることができるという効果を奏する。
【０１０７】
上記第３のステップは、正負何れか一方の極性の電荷のみ検出可能な電荷積分アンプを用いて、１フレームおきに行われることがより好ましい。
【０１０８】
それゆえ、蓄積容量に蓄積される電荷の極性が、１サイクルごとに正負反転している場合でも、１フレームおきに各画素における電荷を読み取ることで、常に同じ極性の電荷を検出することができ、原稿画像に対応した１フレームおきの画像情報を得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる画像読取装置による原稿画像の読み取り時の１つの画素におけるＣｓ反転駆動を示したタイミングチャートである。
【図２】本発明の画像読取装置の簡易な構成を示す回路図である。
【図３】図２の画像読取装置が備えているＴＦＴ部分を示す断面図である。
【図４】図２の画像読取装置による画像読み取り動作を示すフローチャートである。
【図５】図２の画像読取装置内における１本のソース線に対応する等価回路と読み出し回路とを示す回路図である。
【図６】図５の等価回路および読み出し回路についての他の例を示す回路図である。
【図７】図２の画像読取装置による各フレーム毎のＣｓ反転駆動を示すタイミングチャートである。
【図８】本発明の他の実施形態に係る画像読取装置によるＣｓ反転駆動を示すタイミングチャートである。
【図９】従来の画像読取装置を備えたアクティブマトリクス型画像読取装置を示す平面図である。
【図１０】光検出用ＴＦＴの一般的な特性である、ゲート電圧とソース−ドレイン間電流との関係を示すグラフである。
【図１１】従来の画像読取装置による駆動を示すタイミングチャートである。
【図１２】従来の画像読取装置による全体の駆動を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１ 原稿
２ 照射光
７ 光検出用薄膜トランジスタ（薄膜トランジスタ）
１０ ソース電極
１２ 半導体層（感光性半導体層）
１５ ドレイン電極
１８ バックライト
２０・２０’ 画像読取装置
２１ ＴＦＴ素子（薄膜トランジスタ）
２２ 画素容量（蓄積容量）
２３ 駆動回路
２４ 読み出し回路（光電変換量検出手段）
３１ 電荷積分アンプ
３２ 増幅アンプ
３３ Ｓ／Ｈ回路（サンプルホールド回路）
３４ Ａ／Ｄコンバータ（アナログ／デジタル変換回路）
３５ 帰還容量
ＳＷ リセットスイッチ
Claims (7)
- 光応答性を有する薄膜トランジスタおよび該薄膜トランジスタのドレイン電極と接続された蓄積容量を有する光電変換素子と、上記薄膜トランジスタに照射される光の強弱に応じて変化する該蓄積容量の電荷量を検出する光電変換量検出手段とを備えた画像読取装置において、
上記蓄積容量に蓄積される電荷の極性を、上記薄膜トランジスタのソース電極の電位を中心として反転させる制御手段を備えていることを特徴とする画像読取装置。 - 上記制御手段は、蓄積容量に蓄積される電荷の極性を、１回の画像読み取りサイクル毎、または複数回の画像読み出しサイクル毎に反転させることを特徴とする請求項１に記載の画像読取装置。
- 上記光電変換量検出手段は、正負両極性の電荷を検出可能な電荷積分アンプを備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の画像読取装置。
- 上記光電変換量検出手段は、正負何れか一方の極性の電荷の検出が可能な電荷積分アンプを備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の画像読取装置。
- 光応答性を有する薄膜トランジスタのドレイン電極と接続された蓄積容量に所定量の電荷を充電する第１のステップと、
上記薄膜トランジスタをオフ状態とし、上記薄膜トランジスタに対して光を照射しながら上記電荷を放電する第２のステップと、
上記蓄積容量に蓄積された電荷量を検出する第３のステップと、を含む動作を１サイクルとして原稿画像の読み取りを行う画像読取方法であって、
上記１サイクルあるいは複数サイクル後に、上記蓄積容量に蓄積される電荷の極性を、上記薄膜トランジスタのソース電極の電位を中心として反転させることを特徴とする画像読取方法。 - 上記第３のステップは、両極性の電荷の検出が可能な電荷積分アンプを用いて、各フレーム毎に行われることを特徴とする請求項５に記載の画像読取方法。
- 上記第３のステップは、正負何れか一方の極性の電荷のみ検出可能な電荷積分アンプを用いて、１フレームおきに行われることを特徴とする請求項５に記載の画像読取方法。
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