JP2009253683A - 光センサ - Google Patents

Abstract

【課題】光電変換素子での画素出力信号の蓄積時間（露光時間）の短縮化を図ることができる光センサを提供する。
【解決手段】行状のｍ本のゲート線と、列状のｎ本の信号線と、前記ゲート線と前記信号線の各交差部に配置された行列状のｍ×ｎ個の画素Ｐ１１〜Ｐｍｎと、前記画素内の能動素子を制御するためのゲート信号を前記ゲート線に出力する垂直走査回路１１とを備えるアクティブマトリックス型の光センサであって、光照射領域を検知する光スイッチＰＳＷを備え、垂直走査回路１１が、光スイッチＰＳＷの出力に応じて、複数行の前記画素内の能動素子を、１水平走査期間内に行毎に異なるタイミングで制御可能であることを特徴とする光センサ。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の画素を有するアクティブマトリックス基板を用いた２次元光センサに関する。当該光センサの応用領域としては、例えば、スキャナー、コピー機、放射線画像読取装置等の密着型２次元画像読取装置がある。

一般的な２次元光センサとして、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）アクティブセンサ、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等がある。これらの従来の光センサでは、単結晶シリコン基板を用い、単結晶シリコン基板内に光電変換素子が作製されている。単結晶材料は欠陥が極めて少なく、光センサのノイズ特性を決める要因の一つである暗電流が極めて小さいので、Ｓ／Ｎ比が高くなり、優れた特性を得ることができる。しかし、単結晶シリコン基板を用いた場合、ウェハーサイズによる制約のため大面積化が困難であり、また、基板価格が高いため低コスト化が困難である。

このため、大面積２次元光センサとして、アクティブマトリックス基板を用いた２次元光センサが提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。ここで、アクティブマトリックス基板を用いた従来の２次元光センサに関して、その一般的な構成（ｍ行×ｎ列の場合）を図１２に示す。

アクティブマトリックス基板を用いた従来の２次元光センサの一般的な構成について図１２を参照して説明する。各画素Ｐ１１〜Ｐｍｎはそれぞれ、フォトダイオード１と、１個のＴＦＴ（Thin Film Transistor）２とを有する構成であり、画素内にはリセットトランジスタが存在しない。

フォトダイオード１のカソードにはバイアス電圧Ｖ_BIASが印加されている。１列目の画素Ｐ１１〜Ｐｍ１では、フォトダイオード１のアノードがＴＦＴ２を介して信号線ＳＬ１に接続されており、２列目の画素Ｐ１２〜Ｐｍ２では、フォトダイオード１のアノードがＴＦＴ２を介して信号線ＳＬ２に接続されており、ｎ列目の画素Ｐ１ｎ〜Ｐｍｎでは、フォトダイオード１のアノードがＴＦＴ２を介して信号線ＳＬｎに接続されている。また、１行目の画素Ｐ１１〜Ｐ１ｎでは、ＴＦＴ２のゲートがゲート線ＧＬ１に接続されており、２行目の画素Ｐ２１〜Ｐ２ｎでは、ＴＦＴ２のゲートがゲート線ＧＬ２に接続されており、ｍ行目の画素Ｐｍ１〜Ｐｍｎでは、ＴＦＴ２のゲートがゲート線ＧＬｍに接続されている。垂直走査回路１１は、ゲート線ＧＬ１にゲート信号Ｇ（１）を供給し、ゲート線ＧＬ（２）にゲート信号Ｇ２を供給し、ゲート線ＧＬｍにゲート信号Ｇ（ｍ）を供給する。

列出力回路１０―１〜１０―ｎはそれぞれ、オペアンプ３、キャパシタ４、及びスイッチ５によって構成されるチャージセンシングアンプと、スイッチ６及び７と、サンプルホールド回路８及び９とを有している。そして、列出力回路１０−１〜１０−ｎ、マルチプレクサ１３、Ａ／Ｄ変換器１４が出力回路部を構成している。

オペアンプ３の非反転入力端子に基準電圧Ｖ_REFが印加され、オペアンプ３の反転入力端子と出力端子との間にキャパシタ４及びスイッチ５が並列接続される。また、列出力回路１０−１では、オペアンプ３の反転入力端子に信号線ＳＬ１が接続され、列出力回路１０−２では、オペアンプ３の反転入力端子に信号線ＳＬ２が接続され、列出力回路１０−ｎでは、オペアンプ３の反転入力端子に信号線ＳＬｎが接続される。

オペアンプ３の出力端子は、スイッチ６を介してサンプルホールド回路８の入力端に接続され、スイッチ７を介してサンプルホールド回路９の入力端に接続される。サンプルホールド回路８及び９の出力端はマルチプレクサ１３の入力端に接続される。マルチプレクサ１３の出力信号ＭＸｏｕｔはＡ／Ｄ変換器１４によってＡ／Ｄ変換される。

タイミングジェネレータ１２は、垂直走査回路１１、列出力回路１０−１〜１０−ｎ、マルチプレクサ１３、及びＡ／Ｄ変換器１４の動作タイミングを制御しており、信号φＡＲＳＴをスイッチ５に供給し、信号φＳＨＲをスイッチ６に供給し、信号φＳＨＳをスイッチ７に供給している。

続いて、アクティブマトリックス基板を用いた従来の２次元光センサの駆動について図１２及び図１３を参照して説明する。図１３は、図１２に示す２次元光センサの概略タイミングチャートを示す図である。

ｔ１時点において、スイッチ５がオンになり、チャージセンシングアンプのリセットが行われる。

ｔ２時点において、スイッチ６がオンになり、リセットされたときのチャージセンシングアンプの出力がサンプルホールド回路８によってサンプルホールドされる。

ｔ３時点において、ＴＦＴ２が行単位でオンになり、１行分の画素出力信号が列出力回路１０−１〜１０−ｎの各チャージセンシングアンプによって読み出される。ここでは、１行目のＴＦＴ２がオンになり、１行目の画素出力信号が読み出される。

ｔ４時点において、スイッチ７がオンになり、画素出力信号を読み出したときのチャージセンシングアンプの出力がサンプルホールド回路９によってサンプルホールドされる。

ｔ５時点から、サンプルホールドした１行分の出力信号ＭＸｏｕｔ_11,…_,1nがマルチプレクサ１３によって順次選択されてシリアルに読み出される。

上述した１水平走査期間で行われるｔ２時点以降の１行分の処理を全行に対して順次実施することで、２次元画像が得られる。すなわち、ｔ１’時点（＝ｔ５時点）でチャージセンシングアンプのリセットが行われた後、ｔ２’時点以降の２行目の処理が実施され、２行目の出力信号ＭＸｏｕｔ_21,…_,2nがマルチプレクサ１３によって順次選択されてシリアルに読み出され、ｔ１’’時点でチャージセンシングアンプのリセットが行われた後、ｔ２’’時点以降の３行目の処理が実施され、その後、順次ｍ行目まで各行の処理が実施され、最後にｍ行目の出力信号ＭＸｏｕｔ_m1,…_,mnがマルチプレクサ１３によって順次選択されてシリアルに読み出される。

なお、リセットされたときのチャージセンシングアンプの出力と画素出力信号を読み出したときのチャージセンシングアンプの出力とを差分することにより、相関２重サンプリング処理が実施される。

図１２に示す２次元光センサでは、ＴＦＴ２がオンになり、画素出力信号が読み出されることによって、フォトダイオード１のリセット動作が行われる。したがって、１枚の画像を得るためには、画素のリセット動作と画素出力信号の読み出し動作との計２フレーム（２垂直走査期間）の処理時間が必要となる。また、画素出力信号は、最低でも１垂直走査期間の画素出力信号読み出し期間の間、フォトダイオード１に蓄積されることになる。なお、１垂直走査期間は、信号φＡＲＳＴの周期と光センサの行数ｍとの積となっている。

特開平４−３０９０５９号公報 特開平８−３２１９１２号公報

アクティブマトリックス基板を用いた２次元光センサのフォトダイオード１は、アモルファスシリコン等の無機半導体材料や導電性高分子化合物を含有する電子供与体とπ共有系化合物を含有する電子受容体を混合した層等の有機半導体材料でガラス等の基板上に形成され、単結晶シリコンで形成されたフォトダイオードに比べ暗電流が大幅に大きくなる。暗電流の増加によるＳ／Ｎの劣化を抑制するために、例えばコピー機に応用する場合、照射光量を大きくすることで、信号レベルを稼ぎ、フォトダイオード１での画素出力信号の蓄積時間（露光時間）を短縮してノイズレベルを抑えるといった手法が大変有効である。このため、フォトダイオード１での画素出力信号の蓄積時間（露光時間）の短縮が望まれている。

また、多画素数化に伴い１フレーム（１垂直走査期間）に掛かる処理時間が増加しており、単位時間当たりの画像処理枚数を制限している。フォトダイオード１での画素出力信号の蓄積時間（露光時間）が短縮できれば単位時間当たりの画像処理枚数の増加が見込まれるため、フォトダイオード１での画素出力信号の蓄積時間（露光時間）の短縮が望まれている。

本発明は、上記の状況に鑑み、光電変換素子での画素出力信号の蓄積時間（露光時間）の短縮化を図ることができる光センサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明に係る光センサは、行状の複数のゲート線と、列状の複数の信号線と、前記ゲート線と前記信号線の各交差部に配置された行列状の複数の画素と、前記画素内の能動素子を制御するためのゲート信号を前記ゲート線に出力する垂直走査回路とを備えるアクティブマトリックス型の光センサであって、光照射領域を検知する光スイッチを備え、前記垂直走査回路が、前記光スイッチの出力に応じて、複数行の前記画素内の能動素子を、１水平走査期間内に行毎に異なるタイミングで制御可能であるようにする。なお、前記光スイッチは、前記垂直走査回路内であっても、前記垂直走査回路外であってもよい。

このような構成によると、複数行の画素内の能動素子を、１水平走査期間内に行毎に異なるタイミングで制御することができるので、画素のリセット動作と画素出力信号の読み出し動作に２フレーム（２垂直走査期間）の処理時間を必要としない。したがって、光電変換素子での画素出力信号の蓄積時間（露光時間）の短縮化を図ることができる。また、このような構成によると、光照射領域の移動を光スイッチにより直接検知しているため、光照射領域の移動制御と読出し行制御の同期が不要になり、固体調整作業が不要になる。

また、前記光スイッチを行毎に設けてもよい。

また、前記光スイッチを前記画素内の光電変換素子と同一の構造にしてもよい。これにより、低コスト化を図ることができる。

また、前記光スイッチのオン期間をモニターするカウンタを備え、前記カウンタのカウンタ値を用いて露出補正を行うようにしてもよい。これにより、高精度な撮影が可能となる。

また、前記画素内の光電変換素子が少なくも有機半導体材料を用いて形成されているようにしてもよい。

また、前記画素内の光電変換素子のリセット制御と前記画素の出力信号の読出し制御とのうち、少なくとも一つを前記光スイッチの出力に応じて行うようにしてもよい。この場合、ｋ（ｋは自然数）行目が光照射領域であることを検知するｋ行目の光スイッチの出力に応じて、ｋ行目以降の画素（例えば（ｋ＋２）行目の画素）内の光電変換素子がリセット制御されるようにしてもよい。さらに、光電変換素子のリセットレベルの安定化・完全化を図る観点から、ｋ（ｋは自然数）行目が光照射領域であることを検知するｋ行目の光スイッチの出力に応じて、複数行の画素内の光電変換素子がリセット制御されるようにしてもよい。また、この場合、ｋ（ｋは自然数）行目が光照射領域であることを検知するｋ行目の光スイッチの出力に応じて、ｋ行目以前の画素（例えば（ｋ−２）行目の画素）の出力信号が読出し制御されるようにしてもよい。

本発明に係る光センサによると、複数行の画素内の能動素子を、１水平走査期間内に行毎に異なるタイミングで制御することができるので、画素のリセット動作と画素出力信号の読み出し動作に２フレーム（２垂直走査期間）の処理時間を必要としない。したがって、光電変換素子での画素出力信号の蓄積時間（露光時間）の短縮化を図ることができる。また、本発明に係る光センサによると、光照射領域の移動を光スイッチにより直接検知しているため、光照射領域の移動制御と読出し行制御の同期が不要になり、固体調整作業が不要になる。

本発明の実施形態について図面を参照して以下に説明する。

＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態に係る光センサの概略構成を図１に示す。図１（ａ）は平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の線Ａ―Ａに沿って切断した断面図である。なお、図１中の矢印Ｄは光源１８の移動方向を示している。

図１に示す本発明の第１実施形態に係る光センサは、被写体１５の透過像を撮像する２次元光センサであり、垂直走査回路１１と、タイミングジェネレータ１２と、画素Ｐ１１〜Ｐｍｎからなる画素アレイ部１６と、列出力回路、マルチプレクサ、及びＡ／Ｄ変換器（図１において不図示）から成る出力回路部１７とを備えており、カラー撮像を行うためのＲＧＢカラーフィルタ（不図示）が画素アレイ部１６上にベイヤ配列で配置されている。

光源１８は、白色の線光源（例えば、白色ＬＥＤ［Light Emitting Diode］と導光板からなる白色の線光源）であり、最初の行である１行から最終行であるｍ行に向かって等速運動している。光源１８の移動速度は図１に示す本発明の第１実施形態に係る光センサの水平走査期間により決まる。また、光源１８の幅は移動方向の画素ピッチと同一である。

タイミングジェネレータ１２と、画素アレイ部１６と、出力回路部１７とは、図１２に示す従来の２次元光センサと同様の構成であるため、詳細な説明を省略する。これに対して、図１に示す本発明の第１実施形態に係る光センサの垂直走査回路１１は、本発明の特徴部分であって、図１２に示す従来の２次元光センサの垂直走査回路１１とは異なる構成であり、光スイッチＰＳＷを有している。

図１に示す本発明の第１実施形態に係る光センサの垂直走査回路１１の一構成例を図２に示す。なお、図２中の矢印Ｄは光源の移動方向を示している。

図２に示す垂直走査回路は、光源１８の走査を感知する光スイッチＰＳＷ（１）〜ＰＳＷ（ｍ）を行毎に備えている。なお、光スイッチＰＳＷ（１）〜ＰＳＷ（ｍ）は外光の影響による誤動作を避けるために、シュミットトリガタイプであることが望ましい。光スイッチＰＳＷ（１）〜ＰＳＷ（ｍ）の出力値は論理演算部１９に入力され、同じく論理演算部１９に入力されるリセット制御信号Ｓ１及び読出し制御信号Ｓ２とともに、ゲート信号Ｇ（１）〜Ｇ（ｍ）を生成するために用いられる。

フォトダイオードでの画素出力信号の蓄積時間を短縮するためには、垂直走査回路が、複数行の画素内のフォトダイオードを、１水平走査期間内に行毎に異なるタイミングで制御可能とする必要がある。そこで、図２に示す垂直走査回路では、光スイッチの出力を２つの異なる行の画素内のフォトダイオードの制御に用いている。具体的には、ｋ行目の光スイッチＰＳＷ（ｋ）の出力を、（ｋ＋２）行目のリセット制御信号φＲＳＴ（ｋ＋２）として用いるとともに、（ｋ−２）行目の読出し制御信号φＲＥＡＤ（ｋ−２）としても用いている。なお、ｋは３以上（ｍ−２）以下の自然数である。

続いて、図２に示す垂直走査回路の駆動について図３を参照して説明する。図３は、図２に示す垂直走査回路の概略タイミングチャートである。ここでは、ｋ行目のゲート信号Ｇ（ｋ）に着目して説明する。なお、図３中のＬは、光源移動方向の画素ピッチを示している。

期間Ｔ１は、光源が（ｋ−２）行目に位置し、（ｋ−２）行目の光スイッチＰＳＷ（ｋ−２）がオン状態になる期間である。このとき、（ｋ−２）行目の光スイッチＰＳＷ（ｋ−２）の出力Ｐ（ｋ−２）がＨｉｇｈレベルになることから、ｋ行目のリセット制御信号φＲＳＴ（ｋ）がＨｉｇｈレベルになる。この状態において、リセット制御信号Ｓ１と論理演算することにより、水平走査期間内の所定のタイミングでゲート信号Ｇ（ｋ）がＨｉｇｈレベルになる。これにより、ｋ行目のフォトダイオードがリセット制御される。

期間Ｔ２〜Ｔ４では、光源の移動により光源１８が（ｋ−２）行目の位置から離れている。期間Ｔ２は、光源が（ｋ−１）行目に位置し、（ｋ−１）行目の光スイッチＰＳＷ（ｋ−１）がオン状態になる期間であり、期間Ｔ３は、光源がｋ行目に位置し、ｋ行目の光スイッチＰＳＷ（ｋ）がオン状態になる期間であり、期間Ｔ４は、光源が（ｋ＋１）行目に位置し、（ｋ＋１）行目の光スイッチＰＳＷ（ｋ＋１）がオン状態になる期間である。期間Ｔ２〜Ｔ４では、（ｋ−２）行目の光スイッチＰＳＷ（ｋ−２）の出力Ｐ（ｋ−２）がＬｏｗレベルになり、ｋ行目のリセット制御信号φＲＳＴ（ｋ）がＬｏｗレベルになることから、ゲート信号Ｇ（ｋ）がＨｉｇｈレベルになることはなく、ｋ行目の画素は光電変換し続け、その画素信号がフォトダイオードに蓄積される。

期間Ｔ５では、光源の更なる移動により光源が（ｋ＋２）行目に位置し、（ｋ＋２）行目の光スイッチＰＳＷ（ｋ＋２）がオン状態になる。このとき、（ｋ＋２）行目の光スイッチＰＳＷ（ｋ＋２）の出力Ｐ（ｋ＋２）がＨｉｇｈレベルになることから、ｋ行目の読出し制御信号φＲＥＡＤ（ｋ）がＨｉｇｈレベルになる。この状態において、読出し制御信号Ｓ２と論理演算することにより、水平走査期間内の所定のタイミングでゲート信号Ｇ（ｋ）がＨｉｇｈレベルになる。これにより、ｋ行目のフォトダイオードで蓄積されていた画素出力信号が読み出される。

なお、１，２行目のフォトダイオードの制御には、例えば、図４に示すように垂直走査回路の先頭行部に第１のダミー行Ｄ１及び第２のダミー行Ｄ２を設け、１行目のフォトダイオードの制御に第１のダミー行Ｄ１の光スイッチＰＳＷ（Ｄ１）の出力を用い、２行目のフォトダイオードの制御に第２のダミー行Ｄ２の光スイッチＰＳＷ（Ｄ２）の出力を用いるとよい。なお、図４中の矢印Ｄは光源の移動方向を示している。垂直走査回路の先頭行部に設けるダミー行数は、本実施形態の場合は２行以上であればよく、行数は特に限定されない。また、垂直走査回路の先頭行部に設けるダミー行に対応する論理演算回路、ドライバ、及びゲート線を設けてもよい。垂直走査回路の先頭行部に設けるダミー行に対応する論理演算回路を設ける場合、ダミー行のリセット制御信号φＲＳＴのレベルは不問である。

また、（ｍ−１），ｍ行目のフォトダイオードの制御には、例えば、図５に示すように垂直走査回路の最終行部に第３のダミー行Ｄ３及び第４のダミー行Ｄ４を設け、（ｍ−１）行目のフォトダイオードの制御に第３のダミー行Ｄ３の光スイッチＰＳＷ（Ｄ３）の出力を用い、ｍ行目のフォトダイオードの制御に第４のダミー行Ｄ４の光スイッチＰＳＷ（Ｄ４）の出力を用いるとよい。なお、図５中の矢印Ｄは光源の移動方向を示している。垂直走査回路の最終行部に設けるダミー行数は、本実施形態の場合は２行以上であればよく、行数は特に限定されない。また、垂直走査回路の最終行部に設けるダミー行に対応する論理演算回路、ドライバ、及びゲート線を設けてもよい。垂直走査回路の最終行部に設けるダミー行に対応する論理演算回路を設ける場合、ダミー行のリセット制御信号φＲＳＴのレベルはＬｏｗレベルに固定する。

以上より、ｋ行目のフォトダイオードは、光源がｋ行目に位置する直前にリセット制御され、光源がｋ行目の位置から離れた直後に露光を完了し読み出し制御される。なお、ｋ行目のフォトダイオードは、光源がｋ行目に位置しているときにリセット制御され、光源がｋ行目に位置しているときに露光を完了し読み出し制御されように、光スイッチと論理演算回路との接続を変形してもよい。また、リセット制御と読出し制御のいずれか一方のみが光スイッチの出力に応じて行われるように、光スイッチと論理演算回路との接続を変形してもよい。

次に、図１に示す本発明の第１実施形態に係る光センサ全体の駆動について図１及び図６を参照して説明する。図６は、図１に示す本発明の第１実施形態に係る光センサの概略タイミングチャートである。

ゲート信号以外は図１２に示す従来の２次元光センサの信号（図１３参照）と同様であるので、差異点のみを説明する。なお、図１に示す本発明の第１実施形態に係る光センサにおける画像取得動作は、図１２に示す従来の２次元光センサと同様である（図１３参照）。ゲート信号がＨｉｇｈレベルである期間が、図１２に示す従来の２次元光センサでは垂直走査期間に１回しかないのに対して、図１に示す本発明の第１実施形態に係る光センサでは垂直走査期間に２回に存在する。これにより、フォトダイオードでの画素信号の蓄積時間を短縮及び制御することができる。

＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態に係る光センサは、被写体１５の反射像を撮像する２次元光センサである。本発明の第２実施形態に係る光センサの駆動は、本発明の第１実施形態に係る光センサの駆動と同一であるため、説明を省略する。

本発明の第２実施形態に係る光センサの概略構成を図７に示す。図７（ａ）は平面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）の線Ａ―Ａに沿って切断した断面図である。なお、図７中の矢印Ｄは光源１８の移動方向を示している。なお、図７において図１と同一の部分については同一の符号を付す。

また、本発明の第２実施形態に係る光センサの１画素分の画素構造例を図８に示す。本発明の第２実施形態に係る光センサの画素は、ゲート３３と、ゲート絶縁層２０と、活性層（半導体層）３１と、ドレイン３０と、ソース及びソースバス３２のソースとからなるＴＦＴ、透明電極２６と、光電変換層（半導体層）２７と、画素電極２８とからなるフォトダイオード、並びにカラーフィルタ２４の光入射窓Ｗによって構成される。白色光源２３（図７における光源１８と同一）は矢印Ｄ方向に移動する。画素電極２８とドレイン３０とはコンタクト電極２９によって電気的に接続されており、画素電極２８と活性層（半導体層）３１並びにソース及びソースバス３２のソースとは層間絶縁層２１によって絶縁されている。また、フォトダイオードは保護膜２２によって保護されており、補助容量用電極３４がドレイン３０に対向して設けられている。

本発明の第２実施形態に係る光センサにおける撮像は、白色光源２３から光入射窓Ｗを通りカラーフィルタ２４を通過した光が原稿２５に照射され、その反射光をフォトダイオードで受光することによって実施される。

＜第３実施形態＞
本発明の第３実施形態に係る光センサは、本発明の第１及び第２実施形態に係る光センサよりも高精度な撮像が可能な２次元光センサであり、具体的には露出補正を行う光センサである。

本発明の第３実施形態に係る光センサの概略構成を図９に示す。図９に示す本発明の第３実施形態に係る光センサは、図７に示す本発明の第２実施形態に係る光センサにカウンタ３５と演算部３６を追加し、カウンタ３５を垂直走査回路１１内に設けた構成である。

カウンタ３５は行毎に設けられ、光スイッチＰＳＷのオン期間をモニターする。演算部３６は、各カウンタ３５のカウンタ値を入力し、行毎の露光時間が同一になるように出力回路部１７から出力される読出しデータの露出補正を行う。例えば、出力回路部１７から出力されるｋ行目の読出しデータをｋ行目のカウンタ３５のカウンタ値で割ることによって露出補正を行うとよい。これにより、光源１８の移動速度にムラが生じたときの画像劣化を防止することができる。

＜第４実施形態＞
本発明の第４実施形態に係る光センサは、部品点数が少なく、低コスト化が可能な２次元光センサであり、具体的には光スイッチに画素アレイ部のダミー素子を利用する光センサである。

本発明の第４実施形態に係る光センサは、図７に示す本発明の第２実施形態に係る光センサから垂直走査回路１１内の光スイッチＰＳＷを取り除き、その代わりにシュミットトリガタイプのアンプを垂直走査回路１１内にダミー素子を画素アレイ部にそれぞれ行毎に設け、そのダミー素子を光スイッチとして利用する構成である。

本発明の第４実施形態に係る光センサの光スイッチ部周辺の構成を図１０に示す。なお、図１０において図１２及び図２と同一の部分には同一の符号を付す。シュミットトリガタイプのアンプ３７とダミー素子（フォトダイオード）３８とによって光スイッチ部が構成される。

一般的な２次元光センサの画素アレイ部は、被写体を実際に撮像する有効画素以外に、被写体を撮像せずに画像処理等に用いられるダミー画素を有している。そこで、そのダミー画素の領域に、有効画素のフォトダイオード１と同じ構造のダミー素子（フォトダイオード）３８を、有効画素のフォトダイオード１と同じプロセスで同時に作製する。これにより、本発明に係る光センサを実現するにあたって、新たなプロセスで光スイッチのフォトダイオードを作製する必要がなくなるため、低コスト化が可能になる。

＜その他の実施例等＞
本発明に係る光センサが撮影する被写体は、透過型原稿（上述した本発明の第１実施形態参照）、反射型原稿（上述した本発明の第２実施形態参照）のどちらでもよい。

また、本発明に係る光センサに用いられる光源は、線光源に限定されない。例えば、面光源を行単位で順次点灯制御してもよい。また、被写体が透過型原稿であれば、光源を光センサアレイ上に形成してもよい。この場合、光入射窓は不要となる。

また、本発明に係る光センサに用いられる光源は、白色光源に限定されない。単波長光源（モノクロ光源）でもよい。また、異なる波長の光源（例えば、ＲＧＢ）を、フィールドシーケンシャル発光してもよい。この場合、被写体が反射型原稿であれば、カラーフィルタが不要になる。また、画素毎に対応する発光波長を変えてもよい。例えば、図１１に示す線光源のようにＲＧＢを繰り返す構成が挙げられる。なお、図１１中の３９は線光源の基板を示し、４０はＢ発光部を示し、４１はＧ発光部を示し、４２はＲ発光部を示している。

本発明に係る光センサにおいて白色光源を用いてカラー撮像を行う場合、カラーフィルタを発光側に設けてもよく、受光側に設けてもよい。また、光電変換素子自身に任意の分光感度特性を持たせてカラーフィルタレス構造にしてもよい。

本発明に係る光センサに設けられる光電変換素子（例えばフォトダイオード）や能動素子（例えばＴＦＴ）の半導体層は、無機材料、有機材料のいずれであってもよい。無機材料の場合は、例えば、アモルファスシリコンやアモルファスセレン等を用いるとよい。有機材料の場合は、例えば、導電性高分子化合物を含有する電子供与体とπ共有系化合物を含有する電子受容体を混合した層（特許文献２参照）等を用いるとよい。なお、導電性高分子化合物を含有する電子供与体とπ共有系化合物を含有する電子受容体を混合した層を用いる場合、好ましくは、上記導電性高分子化合物が、ポリフェニレンビニレンおよびその誘導体、ポリチオフェンおよびその誘導体、ポリ（チオフェンビニレン）およびその誘導体、ポリアセチレンおよびその誘導体、ポリピロールおよびその誘導体、ポリフルオレンおよびその誘導体、ポリ（ｐ−フェニレン）およびその誘導体、あるいはポリアニリンおよびその誘導体のうち、少なくとも１つを含有し、上記π共役系化合物が、フラーレンおよびその誘導体、カーボンナノチューブおよびその誘導体、ポルフィリンおよびその誘導体、フタロシアニンおよびその誘導体のうち、少なくとも１つを含有する。

本発明に係る光スイッチにおいて、一つの光スイッチの出力によって制御される行の本数は、上述した本発明の第１実施形態の例（２本）に限定されない。光電変換素子のリセットレベルを安定化・完全化させるためにはリセット動作を長くすることが望ましいので、光スイッチの出力によって選択されるリセット制御行の本数は多い方がよい。例えば、ｋ行目の光スイッチの出力によって（ｋ＋２）行目がリセット制御行として選択されるだけでなく、（ｋ＋３）行目、（ｋ＋４）行目、・・・の複数行もリセット制御行として選択されるようにするとよい。

本発明に係る光スイッチにおいて、一つの光スイッチの出力によって制御される行は、上述した本発明の第１実施形態の例（その一つの光スイッチが配置されている行の±２行目の２本）に限定されない。一つの光スイッチの出力によって制御される行を、その一つの光スイッチが配置されている行から遠くすれば、画素垂直制御と光源による光照射との間に時間的な余裕ができるため、動作が安定する。しかしながら、一つの光スイッチの出力によって制御される行を、その一つの光スイッチが配置されている行から遠くし過ぎると、光電変換素子での画素出力信号の蓄積時間（露光時間）が伸び、光電変換素子の暗電流によるダイナミックレンジの縮小やＳ／Ｎの劣化が生じることに留意する。また、例えば、上述した本発明の第１実施形態に係る光センサにおいて、光スイッチと論理演算部との接続状態を切り替えるスイッチを設け、一つの光スイッチの出力によって制御される行を撮像毎に変更することができるようにしてもよい。

上述した本発明の第１〜第４実施形態に係る光センサでは、光源の幅は移動方向の画素ピッチと同一であるが、本発明はこれに限定されず、光源の幅は移動方向の画素ピッチより太くても細くてもよい。読出し制御は、光源による光照射の終了後に行うことが望ましいので、光源の幅を移動方向の画素ピッチより太くする場合、ｋ行目の光スイッチの出力によって選択される読出し制御行を（ｋ−２）行目でなく、光源の太さ分少ない行にすることが望ましい。例えば、光源の太さが３画素分である場合、ｋ行目の光スイッチの出力によって選択される読出し制御行は（ｋ−４）行目にするとよい。

また、上述した本発明の第１〜第４実施形態に係る光センサのマルチプレクサとＡ／Ｄ変換器とを入れ替えて、サンプルホールド回路の各出力をＡ／Ｄ変換器でＡ／Ｄ変換してからマルチプレクサに入力する構成にしてもよい。

本発明の第３実施形態では、光スイッチのオン期間をモニターするカウンタを行毎に設けているが、本発明はこれに限定されない。例えば、カウンタを等間隔に設け、カウントデータを補間することで、各行のカウンタ値を生成するようにしてもよい。

＜効果＞
上述した本発明の第１〜第４実施形態に係る光センサでは、複数行の画素内のフォトダイオードを、１水平走査期間内に行毎に異なるタイミングで制御することができるので、フォトダイオードでの画素出力信号の蓄積時間を短縮及び制御することができる。これにより、Ｓ／Ｎが向上する。

光照射領域の制御を機械的な駆動により制御している場合、組み立て時にバラツキがあることから電気的な制御である読出し行制御との同期を固体毎に取る作業すなわち固体調整作業が必要となるが、本発明に係る光センサでは、光照射領域の移動を光スイッチにより直接検知しているため、光照射領域の移動制御と読出し行制御の同期が不要になり、固体調整作業が不要になる。

上述した本発明の第１〜第４実施形態に係る光センサでは、線光源が用いられているので、面光源を用いる場合に比べてコストを低減することができる。また、上述した本発明の第４実施形態では、新たなプロセスで光スイッチのフォトダイオードを作製する必要がなくなるため、更なる低コスト化が可能になる。

本発明に係る光センサでは、行単位で光照射が行われるため、低消費電力化が可能になる。

迷光等でＴＦＴに光が照射されるとチャネルが形成され、ＴＦＴがオフ状態であっても微小な電流（フォトリーク電流）が流れる。従来の光センサでは、画素出力信号の読出しが行われていない行にも光源の光が照射されているため、その行の画素出力信号はフォトリーク電流により減少している。これに対して、本発明に係る光センサでは、行単位で光源の光を照射して画素出力信号を読み出しているので、フォトリーク電流の影響を抑制することができる。

は、本発明の第１実施形態に係る光センサの概略構成を示す図である。 は、図１に示す光センサが有する垂直走査回路の一構成例を示す図である。 は、図２に示す垂直走査回路の概略タイミングチャートを示す図である。 は、図１に示す光センサが有する垂直走査回路の先頭行部の一構成例を示す図である。 は、図１に示す光センサが有する垂直走査回路の最終行部の一構成例を示す図である。 は、図１に示す光センサの概略タイミングチャートを示す図である。 は、本発明の第２実施形態に係る光センサの概略構成を示す図である。 は、本発明の第２実施形態に係る光センサの１画素分の画素構造例を示す図である。 は、本発明の第３実施形態に係る光センサの概略構成を示す図である。 は、本発明の第４実施形態に係る光センサの光スイッチ部周辺の構成を示す図である。 は、線光源の一例を示す図である。 は、アクティブマトリックス基板を用いた従来の２次元光センサの一般的な構成を示す図である。 は、図１２に示す２次元光センサの概略タイミングチャートを示す図である。

符号の説明

１ フォトダイオード
２ ＴＦＴ
３ オペアンプ
４ キャパシタ
５〜７ スイッチ
８、９ サンプルホールド回路
１０−１〜１０−ｎ 列出力回路
１１ 垂直走査回路
１２ タイミングジェネレータ
１３ マルチプレクサ
１４ Ａ／Ｄ変換器
１５ 被写体
１６ 画素アレイ
１７ 出力回路部
１８ 光源
１９ 論理演算部
２０ ゲート絶縁層
２１ 層間絶縁層
２２ 保護膜
２３ 白色光源
２４ カラーフィルタ
２５ 原稿
２６ 透明電極
２７ 光電変換層
２８ 画素電極
２９ コンタクト電極
３０ ドレイン
３１ 活性層
３２ ソース及びソースバス
３３ ゲート
３４ 補助容量用電極
３５ カウンタ
３６ 演算部
３７ シュミットトリガタイプのアンプ
３８ ダミー素子
３９ 線光源の基板
４０ Ｂ発光部
４１ Ｇ発光部
４２ Ｒ発光部

Claims (9)

1. 行状の複数のゲート線と、列状の複数の信号線と、前記ゲート線と前記信号線の各交差部に配置された行列状の複数の画素と、前記画素内の能動素子を制御するためのゲート信号を前記ゲート線に出力する垂直走査回路とを備えるアクティブマトリックス型の光センサであって、
   光照射領域を検知する光スイッチを備え、
   前記垂直走査回路が、前記光スイッチの出力に応じて、複数行の前記画素内の能動素子を、１水平走査期間内に行毎に異なるタイミングで制御可能であることを特徴とする光センサ。
2. 前記光スイッチが行毎に設けられている請求項１に記載の光センサ。
3. 前記光スイッチが前記画素内の光電変換素子と同一の構造である請求項１又は請求項２に記載の光センサ。
4. 前記光スイッチのオン期間をモニターするカウンタを備え、前記カウンタのカウンタ値を用いて露出補正を行う請求項１〜３のいずれか１項に記載の光センサ。
5. 前記画素内の光電変換素子が少なくも有機半導体材料を用いて形成されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の光センサ。
6. 前記画素内の光電変換素子のリセット制御と前記画素の出力信号の読出し制御とのうち、少なくとも一つを前記光スイッチの出力に応じて行う請求項１〜５のいずれか１項に記載の光センサ。
7. ｋ（ｋは自然数）行目が光照射領域であることを検知するｋ行目の光スイッチの出力に応じて、ｋ行目以降の画素内の光電変換素子がリセット制御される請求項６に記載の光センサ。
8. ｋ（ｋは自然数）行目が光照射領域であることを検知するｋ行目の光スイッチの出力に応じて、複数行の画素内の光電変換素子がリセット制御される請求項７に記載の光センサ。
9. ｋ（ｋは自然数）行目が光照射領域であることを検知するｋ行目の光スイッチの出力に応じて、ｋ行目以前の画素の出力信号が読出し制御される請求項６〜８のいずれか１項に記載の光センサ。

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