JP2013069201A - Optical sensor, driving method thereof, vein sensor and fingerprint sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光センサーとその駆動方法、及び静脈センサーと指紋センサーの技術分野に関する。 The present invention relates to an optical sensor and a driving method thereof, and a technical field of a vein sensor and a fingerprint sensor.
静脈センサーや指紋センサーなどに使用される光センサーでは、特許文献１に記載されている様に、基板上に複数の計測セルを行列状に形成し、計測セル毎に光量を測定して、静脈像や指紋画像などを撮像している。図１８は特許文献１に記載されている計測セルの回路図である。フォトダイオード１１２のカソードに、薄膜トランジスター１１４のゲートと薄膜トランジスター１１８のソースとが接続している。薄膜トランジスター１１４のドレインと薄膜トランジスター１１８のドレインとは、補助走査線１４１に接続し、薄膜トランジスター１１４のソースは読出線１２１に接続している。又、薄膜トランジスター１１８のゲートは走査線１３１に接続している。
In an optical sensor used for a vein sensor, a fingerprint sensor, or the like, as described in Patent Document 1, a plurality of measurement cells are formed in a matrix on a substrate, and the amount of light is measured for each measurement cell. Taking images and fingerprint images. FIG. 18 is a circuit diagram of a measurement cell described in Patent Document 1. The gate of the
光量を測定するには、最初に薄膜トランジスター１１４のゲートを電圧Ｖｄｄに充電する。次いでτの期間に渡って露光する。露光期間中に薄膜トランジスター１１８はオフ状態にされているので、フォトダイオード１１２のリーク電流Ｉに応じて薄膜トランジスター１１４のゲート電位Ｖｇが変化する。こうして、露光終了後に、薄膜トランジスター１１４のゲート電位はＶｇ＝Ｖｄｄ−Ｉτ／ＣTとなる。尚、ここでＣTは薄膜トランジスター１１４のトランジスター容量である。リーク電流は光量が多い程大きいので、光量に応じて薄膜トランジスター１１４のゲート電位Ｖｇは変化し、この結果生ずる薄膜トランジスター１１４のコンダクタンスの変化を、読み出し期間中に、セル毎に計測して、露光期間中に照射された光量を測定していた。
In order to measure the amount of light, the gate of the
しかしながら、従来の光センサーには高速計測と高精度計測とを両立しがたいと云う課題があった。高速計測するには、読み出し期間中に各計測セルが選択されている時間を短くする必要がある。短時間で計測データを読み出すには、薄膜トランジスター１１４のオン抵抗を下げねばならず、その為には薄膜トランジスター１１４のゲート幅を広くせねばならない。一方、ゲート幅を広くすると、トランジスター容量ＣTが増大するので、露光期間中にもたらされるゲート電位の変化Ｉτ／ＣTは小さくなり、リーク電流Ｉの僅かな変化を計測できなくなる。即ち、光量の計測分解能が低下して仕舞う。この様に、従来の光センサーは短時間で行う高速計測と、計測分解能の高い高精度計測と、を同時に達成し得ないと云う課題があった。
However, the conventional optical sensor has a problem that it is difficult to achieve both high-speed measurement and high-precision measurement. In order to perform high-speed measurement, it is necessary to shorten the time during which each measurement cell is selected during the readout period. In order to read measurement data in a short time, the on-resistance of the
本発明は、前述の課題の少なくとも一部を解決する為になされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
（適用例１） 本適用例に係わる光センサーは、光量を計測する計測セルと、第一選択線と、読み出し線と、正電源と、負電源とを有する光センサーであって、計測セルは、受光素子と、第一トランジスターと、第二トランジスターと、選択トランジスターと、を少なくとも備え、受光素子の第一極と第一トランジスターのゲートとが電気的に接続され、受光素子の第二極と負電源とが電気的に接続され、第一トランジスターのドレインと正電源とが電気的に接続され、第一トランジスターのソースと第二トランジスターのゲートとが電気的に接続され、第二トランジスターのドレインと正電源とが電気的に接続され、第二トランジスターのソースと選択トランジスターのドレインとが電気的に接続され、選択トランジスターのゲートと第一選択線とが電気的に接続され、選択トランジスターのソースと読み出し線とが電気的に接続される事を特徴とする。
この構成によれば、計測セル毎に選択でき、而も、第一トランジスターを小さくする事ができるので、光量計測が高感度となる。同時に、第二トランジスターを大きくする事ができるので、トランジスターのオン抵抗を下げ、短時間での計測データを読み出せる。即ち、高速計測と高精度計測とを両立させる事ができる。
(Application Example 1) An optical sensor according to this application example is an optical sensor having a measurement cell for measuring the amount of light, a first selection line, a readout line, a positive power source, and a negative power source. A light receiving element, a first transistor, a second transistor, and a selection transistor, wherein the first electrode of the light receiving element and the gate of the first transistor are electrically connected, and the second electrode of the light receiving element The negative power source is electrically connected, the drain of the first transistor is electrically connected to the positive power source, the source of the first transistor and the gate of the second transistor are electrically connected, and the drain of the second transistor And the positive power supply are electrically connected, the source of the second transistor and the drain of the selection transistor are electrically connected, and the gate of the selection transistor and the first selection The selection line is electrically connected, and the source of the selection transistor and the readout line are electrically connected.
According to this configuration, the measurement can be made for each measurement cell, and since the first transistor can be made small, the light quantity measurement becomes highly sensitive. At the same time, since the second transistor can be enlarged, the on-resistance of the transistor can be lowered and the measurement data can be read out in a short time. That is, it is possible to achieve both high-speed measurement and high-accuracy measurement.
（適用例２） 上記適用例に係わる光センサーにおいて、更に、リセット線を有し、計測セルは、更に、リセットトランジスターを備え、リセットトランジスターのゲートとリセット線とが電気的に接続され、リセットトランジスターのドレインと正電源とが電気的に接続され、リセットトランジスターのソースと第一トランジスターのゲートとが電気的に接続される事が好ましい。
この構成によれば、第一トランジスターのゲートを正電源電位に充電する事ができる。
Application Example 2 The optical sensor according to the application example further includes a reset line, the measurement cell further includes a reset transistor, and the gate of the reset transistor and the reset line are electrically connected to each other. Preferably, the drain of the first transistor and the positive power source are electrically connected, and the source of the reset transistor and the gate of the first transistor are electrically connected.
According to this configuration, the gate of the first transistor can be charged to the positive power supply potential.
（適用例３） 上記適用例に係わる光センサーにおいて、計測セルは、更に、負荷素子を備え、負荷素子の一方の端子と第一トランジスターのソースとが電気的に接続され、負荷素子の他方の端子と負電源とが電気的に接続される事が好ましい。
この構成によれば、第一トランジスターのゲート電位変化をソース電位の変化に変換して増幅できるので、光量の計測結果を計測が容易で精度が高い電位に変換する事ができる。
Application Example 3 In the optical sensor according to the application example described above, the measurement cell further includes a load element, and one terminal of the load element and the source of the first transistor are electrically connected, and the other of the load elements is connected. It is preferable that the terminal and the negative power source are electrically connected.
According to this configuration, since the change in the gate potential of the first transistor can be converted into the change in the source potential and amplified, the measurement result of the light amount can be easily converted into a potential with high accuracy.
（適用例４） 上記適用例に係わる光センサーにおいて、更に、第二選択線を有し、負荷素子は、電流源トランジスターであり、電流源トランジスターのゲートと第二選択線とが電気的に接続され、一方の端子は電流源トランジスターのドレインであり、他方の端子は電流源トランジスターのソースである事が好ましい。
この構成によれば、第一トランジスターのゲート電位変化に対するソース電位の変化が、広いゲート電位範囲に渡って、規則的な変化となり、正確に光量を電位に変換する事ができる。
Application Example 4 The optical sensor according to the application example further includes a second selection line, the load element is a current source transistor, and the gate of the current source transistor and the second selection line are electrically connected. One terminal is preferably the drain of the current source transistor, and the other terminal is preferably the source of the current source transistor.
According to this configuration, the change in the source potential with respect to the change in the gate potential of the first transistor becomes a regular change over a wide gate potential range, and the amount of light can be accurately converted into a potential.
（適用例５） 本適用例に係わる光センサーは、光量を計測する計測セルと、第一選択線と、第二選択線と、リセット線と、読み出し線と、正電源と、負電源とを有する光センサーであって、計測セルは、受光素子と、第一トランジスターと、第二トランジスターと、選択トランジスターと、電流源トランジスターと、を少なくとも備え、受光素子の第一極と第一トランジスターのゲートとが電気的に接続され、受光素子の第二極とリセット線とが電気的に接続され、第一トランジスターのドレインと正電源とが電気的に接続され、第一トランジスターのソースと第二トランジスターのゲートと電流源トランジスターのドレインとが電気的に接続され、第二トランジスターのドレインと正電源とが電気的に接続され、第二トランジスターのソースと選択トランジスターのドレインとが電気的に接続され、選択トランジスターのゲートと第一選択線とが電気的に接続され、選択トランジスターのソースと読み出し線とが電気的に接続され、電流源トランジスターのゲートと第二選択線とが電気的に接続され、電流源トランジスターのソースと負電源とが電気的に接続される事を特徴とする。
この構成によれば、４つのトランジスターと一つの受光素子との簡単な構成にて計測セルをなし、更に計測セル毎に選択でき、光量の計測結果を計測が容易で精度が高い電位に変換する事ができる。而も、第一トランジスターのゲート電位変化に対するソース電位の変化が、広いゲート電位範囲に渡って、規則的な変化となり、正確に光量を電位に変換する事ができる。加えて、第一トランジスターを小さくする事ができるので、光量計測が高感度となる。同時に、第二トランジスターを大きくする事ができるので、トランジスターのオン抵抗を下げ、短時間での計測データを読み出せる。即ち、高速計測と高精度計測とを両立させる事ができる。
Application Example 5 An optical sensor according to this application example includes a measurement cell that measures the amount of light, a first selection line, a second selection line, a reset line, a readout line, a positive power source, and a negative power source. The measurement cell includes at least a light receiving element, a first transistor, a second transistor, a selection transistor, and a current source transistor, and includes a first electrode of the light receiving element and a gate of the first transistor. Are electrically connected, the second pole of the light receiving element and the reset line are electrically connected, the drain of the first transistor and the positive power supply are electrically connected, the source of the first transistor and the second transistor And the drain of the current source transistor are electrically connected, the drain of the second transistor and the positive power supply are electrically connected, and the source of the second transistor is And the drain of the selection transistor are electrically connected, the gate of the selection transistor and the first selection line are electrically connected, the source of the selection transistor and the readout line are electrically connected, and the current source transistor The gate and the second selection line are electrically connected, and the source of the current source transistor and the negative power source are electrically connected.
According to this configuration, a measurement cell is configured with a simple configuration of four transistors and one light receiving element, and further, a measurement cell can be selected for each measurement cell, and the measurement result of light quantity is easily measured and converted to a highly accurate potential. I can do things. However, the change in the source potential with respect to the change in the gate potential of the first transistor becomes a regular change over a wide gate potential range, and the light quantity can be accurately converted into the potential. In addition, since the first transistor can be made small, the light quantity measurement becomes highly sensitive. At the same time, since the second transistor can be enlarged, the on-resistance of the transistor can be lowered and the measurement data can be read out in a short time. That is, it is possible to achieve both high-speed measurement and high-accuracy measurement.
（適用例６） 上記適用例２に係わる光センサーの駆動方法であって、初期化工程と、露光工程と、露光データ読み出し工程とを含み、初期化工程では、リセット線に選択信号が供給されて、リセットトランジスターはオン状態とされ、露光工程では、リセット線に非選択信号が供給されて、リセットトランジスターはオフ状態とされ、露光データ読み出し工程では、第一選択線に選択信号が供給されて、選択トランジスターはオン状態とされる事を特徴とする。
この構成によれば、初期化工程で第一トランジスターのゲートが充電され、露光工程で光量に応じて、受光素子から充電された電荷が漏れ、露光データ読み出し工程で計測データを読み出すので、短期間に高精度で光量を計測できる。
Application Example 6 A method of driving an optical sensor according to Application Example 2 including an initialization process, an exposure process, and an exposure data reading process, and a selection signal is supplied to the reset line in the initialization process. The reset transistor is turned on, the non-selection signal is supplied to the reset line in the exposure process, the reset transistor is turned off, and the selection signal is supplied to the first selection line in the exposure data reading process. The selection transistor is turned on.
According to this configuration, the gate of the first transistor is charged in the initialization process, the charge charged from the light receiving element leaks in accordance with the amount of light in the exposure process, and the measurement data is read out in the exposure data reading process. The light quantity can be measured with high accuracy.
（適用例７） 上記適用例に係わる光センサーの駆動方法において、更にリセットデータ読み出し工程を含み、リセットデータ読み出し工程では、リセット線に選択信号が供給されて、リセットトランジスターはオン状態とされ、第一選択線に選択信号が供給されて、選択トランジスターはオン状態とされる事が好ましい。
この構成によれば、露光データ読み出し工程では光量に応じた電位と第一トランジスターの閾値電圧と第二トランジスターの閾値電圧との和に対応する電圧値を読み出し、リセットデータ読み出し工程では充電した電位と第一トランジスターの閾値電圧と第二トランジスターの閾値電圧との和に対応する電圧値を読み出す。従って、これら両者の引き算する事で、第一トランジスターの閾値電圧と第二トランジスターの閾値電圧とを消去して、充電した電位と光量に応じた電位との差を得る事ができる。即ち、第一トランジスターの閾値電圧や第二トランジスターの閾値電圧の計測セル間でのばらつきに関係なく、総ての計測セルにて同じ精度で光量に応じた電位を計測できる。
Application Example 7 The optical sensor driving method according to the application example further includes a reset data reading process. In the reset data reading process, a selection signal is supplied to the reset line, and the reset transistor is turned on. It is preferable that a selection signal is supplied to one selection line so that the selection transistor is turned on.
According to this configuration, in the exposure data reading step, a voltage value corresponding to the sum of the potential according to the light amount and the threshold voltage of the first transistor and the threshold voltage of the second transistor is read, and in the reset data reading step, the charged potential A voltage value corresponding to the sum of the threshold voltage of the first transistor and the threshold voltage of the second transistor is read out. Therefore, by subtracting both of them, the threshold voltage of the first transistor and the threshold voltage of the second transistor can be erased, and the difference between the charged potential and the potential corresponding to the amount of light can be obtained. That is, regardless of variations in the threshold voltage of the first transistor and the threshold voltage of the second transistor between the measurement cells, the potential corresponding to the light amount can be measured with the same accuracy in all the measurement cells.
（適用例８） 上記適用例５に係わる光センサーの駆動方法であって、初期化工程と、露光工程と、露光データ読み出し工程とを含み、初期化工程では、リセット線に高電位信号が供給されて、受光素子は順バイアス状態とされ、露光工程では、リセット線に低電位信号が供給されて、受光素子は逆バイアス状態とされ、露光データ読み出し工程では、リセット線に低電位信号が供給されて、受光素子は逆バイアス状態とされ、第一選択線に選択信号が供給されて、選択トランジスターはオン状態とされ、第二選択線に選択信号が供給されて、電流源トランジスターはオン状態とされる事を特徴とする。
この構成によれば、初期化工程で第一トランジスターのゲートが充電され、露光工程で光量に応じて、受光素子から充電された電荷が漏れ、露光データ読み出し工程で計測データを読み出すので、短期間に高精度で光量を計測できる。
Application Example 8 A method for driving an optical sensor according to Application Example 5 including an initialization process, an exposure process, and an exposure data reading process, in which a high potential signal is supplied to a reset line. The light receiving element is in a forward bias state, a low potential signal is supplied to the reset line in the exposure process, and the light receiving element is in a reverse bias state. In the exposure data reading process, a low potential signal is supplied to the reset line. Then, the light receiving element is set in the reverse bias state, the selection signal is supplied to the first selection line, the selection transistor is turned on, the selection signal is supplied to the second selection line, and the current source transistor is turned on. It is said that it is said.
According to this configuration, the gate of the first transistor is charged in the initialization process, the charge charged from the light receiving element leaks in accordance with the amount of light in the exposure process, and the measurement data is read out in the exposure data reading process. The light quantity can be measured with high accuracy.
（適用例９） 上記適用例に係わる光センサーの駆動方法において、更にリセットデータ読み出し工程を含み、リセットデータ読み出し工程では、リセット線に高電位信号が供給されて、受光素子は順バイアス状態とされた後に、リセット線に低電位信号が供給されて、受光素子は逆バイアス状態とされ、第一選択線に選択信号が供給されて、選択トランジスターはオン状態とされ、第二選択線に選択信号が供給されて、電流源トランジスターはオン状態とされる事が好ましい。
この構成によれば、露光データ読み出し工程では光量に応じた電位と第一トランジスターの閾値電圧と第二トランジスターの閾値電圧の和に対応する電圧値を読み出し、リセットデータ読み出し工程では充電した電位と第一トランジスターの閾値電圧と第二トランジスターの閾値電圧との和に対応する電圧値を読み出す。従って、これら両者の引き算する事で、第一トランジスターの閾値電圧と第二トランジスターの閾値電圧とを消去して、充電した電位と光量に応じた電位との差を得る事ができる。即ち、第一トランジスターの閾値電圧や第二トランジスターの閾値電圧の計測セル間でのばらつきに関係なく、総ての計測セルにて同じ精度で光量に応じた電位を計測できる。
Application Example 9 The optical sensor driving method according to the application example further includes a reset data reading process. In the reset data reading process, a high potential signal is supplied to the reset line, and the light receiving element is in a forward bias state. After that, a low potential signal is supplied to the reset line, the light receiving element is in a reverse bias state, a selection signal is supplied to the first selection line, the selection transistor is turned on, and a selection signal is supplied to the second selection line. Is supplied, and the current source transistor is preferably turned on.
According to this configuration, in the exposure data reading step, a voltage value corresponding to the sum of the potential corresponding to the light amount, the threshold voltage of the first transistor and the threshold voltage of the second transistor is read, and in the reset data reading step, the charged potential and the first potential are read. A voltage value corresponding to the sum of the threshold voltage of one transistor and the threshold voltage of the second transistor is read out. Therefore, by subtracting both of them, the threshold voltage of the first transistor and the threshold voltage of the second transistor can be erased, and the difference between the charged potential and the potential corresponding to the amount of light can be obtained. That is, regardless of variations in the threshold voltage of the first transistor and the threshold voltage of the second transistor between the measurement cells, the potential corresponding to the light amount can be measured with the same accuracy in all the measurement cells.
（適用例１０） 上記適用例に係わる光センサーを備えた事を特徴とする静脈センサー。
この構成によれば、高速計測と高精度計測とを両立した静脈センサーを実現できる。
(Application example 10) A vein sensor characterized by including the optical sensor according to the application example.
According to this configuration, a vein sensor that achieves both high-speed measurement and high-precision measurement can be realized.
（適用例１１） 上記適用例に係わる光センサーを備えた事を特徴とする指紋センサー。
この構成によれば、高速計測と高精度計測とを両立した指紋センサーを実現できる。
Application Example 11 A fingerprint sensor including the optical sensor according to the application example.
According to this configuration, a fingerprint sensor that achieves both high-speed measurement and high-precision measurement can be realized.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。尚、以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度を実際とは異ならせしめている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the scale of each layer and each member is made different from the actual scale so that each layer and each member can be recognized.
（実施形態１）
「光センサーの概要」
先ず、光センサーの概要を、図１を参照して説明する。
図１は、実施形態１における光センサー１の回路ブロック図である。光センサー１は計測領域１０を有し、計測領域１０には複数の計測セル２０が規則的に配列されている。ここでは計測セル２０が行列状に配置されている。これらの計測セル２０が個別に光量を計測する事で、画像が撮像される。計測領域１０の外側には選択回路ＳＣやパラレル・シリアル変換回路ＰＳＣが備えられている。選択回路ＳＣは第一選択回路ＳＣＡと第二選択回路ＳＣＢと第三選択回路ＳＣＣとを含んでいる。又、パラレル・シリアル変換回路ＰＳＣはサンプルホールド回路ＳＨＣとサンプルホールド選択回路ＳＨＳとを含んでいる。これらの計測領域１０や選択回路ＳＣ、及びパラレル・シリアル変換回路ＰＳＣには外部のコントローラーに接続する配線が引かれている。尚、図１では、複数種類の配線も象徴として一本の黒線で描いてある場合（例えば、パラレル・シリアル変換回路ＰＳＣへの入力ＰＳＩＮや選択回路ＳＣへの入力ＳＣＩＮ）もある。又、計測領域１０には複数の計測セル２０が設けられているが、理解を容易とする為に、一つの計測セル２０とそれに接続する配線とを描いてある。
(Embodiment 1)
"Outline of optical sensor"
First, an outline of the optical sensor will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a circuit block diagram of the optical sensor 1 according to the first embodiment. The optical sensor 1 has a
光センサー１にて撮像するには、初期化工程と露光工程と露光データ読み出し工程とが必要となる。初期化工程では露光の準備をし、露光工程で光量を電気情報に変換し、得られた電気情報は露光データ読み出し工程でサンプルホールド回路ＳＨＣに出力される。初期化工程と露光工程と露光データ読み出し工程は選択回路ＳＣにて行ごとに設定される。露光データ読み出し工程で各計測セルの電気情報が個別に読み出される。具体的には選択回路ＳＣにて行方向に揃う一行の計測セル２０が選択される。選択された行に属する計測セル２０が取得した電気情報はサンプルホールド回路ＳＨＣに保持される。サンプルホールド回路ＳＨＣは複数のアナログデータ値を独立に保持すべく、複数個の要素回路を有している。即ち、要素回路は列毎に設けられ、一つの要素回路がその列に出力されたアナログデータの電気情報を保持する。サンプルホールド選択回路ＳＨＳはこれら複数の要素回路から、一つの要素回路を選択し、その要素回路のデータを出力線ＤＯＵＴに出力する。こうして列方向に並列する電気情報は一つずつシリアルデータとして出力線ＤＯＵＴに出力される。
In order to capture an image with the optical sensor 1, an initialization process, an exposure process, and an exposure data reading process are required. The initialization process prepares for exposure, converts the amount of light into electrical information in the exposure process, and the obtained electrical information is output to the sample hold circuit SHC in the exposure data reading process. The initialization process, the exposure process, and the exposure data reading process are set for each row by the selection circuit SC. In the exposure data reading process, the electrical information of each measurement cell is read individually. Specifically, one row of
「計測セルの回路構成」
次に計測セル２０の回路構成を、図１を参照して説明する。尚、図１にはトランジスターのソースとドレインとをｓとｄとで示し、ダイオードのアノードとカソードとをＡとＣとで示してある。計測領域１０には、第一選択線ＧＳＥＬＡと、読み出し線Ｓｅｎｓｅと、第二選択線ＧＳＥＬＢと、リセット線ＧＲＳＴと、正電源Ｖｄｄと、負電源Ｖｓｓとが配線されている。計測セル２０は行列状に並ぶが、第一選択線ＧＳＥＬＡが行方向を定め、読み出し線Ｓｅｎｓｅが列方向を定めている。即ち、ｉ行目の第一選択線ＧＳＥＬＡとｊ列目の読み出し線Ｓｅｎｓｅとの交点に、ｉ行ｊ列に位置する計測セル２０が配置される。従って、計測セル２０がＭ行Ｎ列の行列状に配置されている場合、第一選択線ＧＳＥＬＡはＭ本設けられ、読み出し線ＳｅｎｓｅはＮ本設けられる。尚、ＭもＮも１以上の整数である。リセット線ＧＲＳＴも、第一選択線ＧＳＥＬＡに一対一対応してＭ本設けられる。又、第二選択線ＧＳＥＬＢも、第一選択線ＧＳＥＬＡに一対一対応してＭ本設けられるのが好ましく、図１にもそう描かれている。但し、本実施形態では第二選択線ＧＳＥＬＢは選択非選択の動作がなされず、全計測セル２０で同じ電位を取るので、複数行又は複数列の計測セル２０で一本の第二選択線ＧＳＥＬＢを共用しても良い。同様に正電源Ｖｄｄと負電源Ｖｓｓも、複数行又は複数列の計測セル２０で一本の正電源Ｖｄｄ、或いは一本の負電源Ｖｓｓを共用しても良い。第一選択線ＧＳＥＬＡは第一選択回路ＳＣＡに電気的に接続し、第一選択回路ＳＣＡによって選択される。同様に、第二選択線ＧＳＥＬＢは第二選択回路ＳＣＢに電気的に接続し、第二選択回路ＳＣＢによって選択される。同様に、リセット線ＧＲＳＴは第三選択回路ＳＣＣに電気的に接続し、第三選択回路ＳＣＣによって選択される。読み出し線Ｓｅｎｓｅは、列毎に設けられた一つの要素回路に電気的に接続される。尚、ＡとＢとが電気的に接続するとは、ＡとＢとが配線で直接結ばれている場合の他に、ＡとＢとの間にパスゲートなどのスイッチが設けられ、スイッチが導通状態になった際にＡとＢとが導通状態になる場合をも含んでいる。
"Circuit configuration of measurement cell"
Next, the circuit configuration of the
計測セル２０は、受光素子ＰＤと、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１と、第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２と、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴと、リセットトランジスターＲＳＴＴＦＴと負荷素子と、を備えている。ここで負荷素子は、電流源トランジスターＣＳＴＦＴであるが、単純な抵抗体であっても良い。負荷素子を設ける事で、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート電位変化をソース電位の変化に変換して増幅できる。これにより光量の計測結果を、計測が容易で精度が高い電位に変換する事が可能となる。
The
受光素子ＰＤはフォトダイオードである。これの第一極がカソードで、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲートと、リセットトランジスターＲＳＴＴＦＴのソースとに電気的に接続している。リセットトランジスターＲＳＴＴＦＴのドレインは正電源Ｖｄｄに電気的に接続されているので、フォトダイオードのカソードはリセットトランジスターＲＳＴＴＦＴを介して正電源Ｖｄｄに電気的に接続されている事になる。一方、受光素子ＰＤの第二極はアノードで、これは負電源Ｖｓｓに電気的に接続されている。従って、受光素子ＰＤは正電源Ｖｄｄと負電源Ｖｓｓとの間に逆バイアス状態になる様に配置されている。リセットトランジスターＲＳＴＴＦＴのゲートは、リセット線ＧＲＳＴに電気的に接続され、リセットトランジスターＲＳＴＴＦＴはリセット線ＧＲＳＴに供給される電気信号で制御される。 The light receiving element PD is a photodiode. The first pole of this is the cathode and is electrically connected to the gate of the first transistor AMPTFT1 and the source of the reset transistor RSTTFT. Since the drain of the reset transistor RSTTFT is electrically connected to the positive power source Vdd, the cathode of the photodiode is electrically connected to the positive power source Vdd via the reset transistor RSTTFT. On the other hand, the second pole of the light receiving element PD is an anode, which is electrically connected to a negative power source Vss. Therefore, the light receiving element PD is disposed so as to be in a reverse bias state between the positive power supply Vdd and the negative power supply Vss. The gate of the reset transistor RSTTFT is electrically connected to the reset line GRST, and the reset transistor RSTTFT is controlled by an electric signal supplied to the reset line GRST.
第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１は、そのドレインが正電源Ｖｄｄに電気的に接続され、ソースが第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２のゲートと負荷素子の一方の端子とに電気的に接続されている。負荷素子の他方の端子は負電源Ｖｓｓに電気的に接続されている。前述の如く、負荷素子は電流源トランジスターＣＳＴＦＴであり、一方の端子が電流源トランジスターＣＳＴＦＴのドレインに相当し、他方の端子は電流源トランジスターＣＳＴＦＴのソースに相当する。従って、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のソースは、負電源Ｖｓｓに電気的に接続されている事になる。電流源トランジスターＣＳＴＦＴのゲートは、第二選択線ＧＳＥＬＢに電気的に接続され、電流源トランジスターＣＳＴＦＴは第二選択線ＧＳＥＬＢに供給される電気信号で制御される。 The drain of the first transistor AMPTFT1 is electrically connected to the positive power supply Vdd, and the source is electrically connected to the gate of the second transistor AMPTFT2 and one terminal of the load element. The other terminal of the load element is electrically connected to the negative power source Vss. As described above, the load element is the current source transistor CSTFT, one terminal corresponds to the drain of the current source transistor CSTFT, and the other terminal corresponds to the source of the current source transistor CSTFT. Therefore, the source of the first transistor AMPTFT1 is electrically connected to the negative power source Vss. The gate of the current source transistor CSTFT is electrically connected to the second selection line GSELB, and the current source transistor CSTLT is controlled by an electric signal supplied to the second selection line GSELB.
第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２は、そのドレインが正電源Ｖｄｄに電気的に接続され、ソースが選択トランジスターＳＥＬＴＦＴのドレインに電気的に接続されている。選択トランジスターＳＥＬＴＦＴのソースは読み出し線Ｓｅｎｓｅに電気的に接続されている。選択トランジスターＳＥＬＴＦＴのゲートは第一選択線ＧＳＥＬＡに電気的に接続され、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴは第一選択線ＧＳＥＬＡに供給される電気信号で制御される。 The second transistor AMPTFT2 has a drain electrically connected to the positive power supply Vdd and a source electrically connected to the drain of the selection transistor SELTFT. The source of the selection transistor SELECTFT is electrically connected to the read line Sense. The gate of the selection transistor SELTFT is electrically connected to the first selection line GSELA, and the selection transistor SELTFT is controlled by an electrical signal supplied to the first selection line GSELA.
この構成では、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート幅を狭くして、トランジスター容量ＣTを小さくするので、光センサー１を高感度とする事ができる。同時に第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２のゲート幅を広くして、第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２のオン抵抗を下げるので、オン抵抗と読み出し線との寄生容量との積で定まる時定数を短くする事ができ、短時間での出力が可能になる。即ち、高感度測定を迅速に行える様になる。 In this configuration, by narrowing the gate width of the first transistor AMPTFT1, so to reduce the transistor capacitance C T, it can be a light sensor 1 and the high sensitivity. At the same time, the gate width of the second transistor AMPTFT2 is widened and the on-resistance of the second transistor AMPTFT2 is lowered, so that the time constant determined by the product of the on-resistance and the parasitic capacitance of the readout line can be shortened. Can be output. That is, high sensitivity measurement can be performed quickly.
「光センサーの駆動方法」
次に光センサー１の駆動方法を、図２乃至６を参照して説明する。尚、図２乃至６では、第一選択線ＧＳＥＬＡと第二選択線ＧＳＥＬＢとリセット線ＧＲＳＴとに関しては、選択信号が供給されている場合にこれらの配線を太線で描き、非選択信号が供給されている場合にこれらの配線を点線で描いてある。選択信号とはその配線にゲートが接続するトランジスターをオン状態とする信号で、非選択信号とはその配線にゲートが接続するトランジスターをオフ状態とする信号である。本実施形態では、リセットトランジスターＲＳＴＴＦＴや電流源トランジスターＣＳＴＦＴ、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴにＮ型トランジスターを用いているので、選択信号が高電位（正電源Ｖｄｄ以上の高い電位）となり、非選択信号が低電位（例えば、接地電位などの負電源Ｖｓｓ）となる。又、図２乃至６では、正電源Ｖｄｄも太線で描き、負電源Ｖｓｓも点線で描いてある。更に、図２乃至６で、黒矢印はトランジスターがオン状態、又はダイオードが順バイアス状態に成り得る事を示す。灰色矢印はトランジスターがオン状態からオフ状態の間の何処かで固定している状態を示す。白矢印はトランジスターがその期間中にオン状態とオフ状態との間を変化し得る状態を示す。Ｘはトランジスターがオフ状態、又はダイオードが逆バイアス状態となっている状態を示す。
"Light sensor driving method"
Next, a method for driving the optical sensor 1 will be described with reference to FIGS. 2 to 6, regarding the first selection line GSELA, the second selection line GSELB, and the reset line GRST, when the selection signal is supplied, these wirings are drawn with bold lines, and the non-selection signal is supplied. These wirings are drawn with dotted lines. The selection signal is a signal for turning on a transistor whose gate is connected to the wiring, and the non-selection signal is a signal for turning off a transistor whose gate is connected to the wiring. In this embodiment, since an N-type transistor is used for the reset transistor RSTTFT, the current source transistor CSTFT, and the selection transistor SELTFT, the selection signal becomes a high potential (a high potential higher than the positive power supply Vdd), and the non-selection signal becomes a low potential ( For example, a negative power source Vss) such as a ground potential. In FIGS. 2 to 6, the positive power source Vdd is also drawn with a thick line, and the negative power source Vss is also drawn with a dotted line. Further, in FIGS. 2-6, the black arrow indicates that the transistor can be in the on state or the diode can be in the forward bias state. A gray arrow indicates a state in which the transistor is fixed somewhere between the on state and the off state. A white arrow indicates a state in which the transistor can change between an on state and an off state during that period. X indicates a state in which the transistor is in an off state or the diode is in a reverse bias state.
光センサー１を用いた撮像は、初期化工程と、露光工程と、露光データ読み出し工程と、リセットデータ読み出し工程と、待機工程と、で一周期をなして一枚の画像が得られる。以下、この一周期を、順を追って説明する。 In imaging using the optical sensor 1, an initialization process, an exposure process, an exposure data reading process, a reset data reading process, and a standby process form one image with one cycle. Hereinafter, this one cycle will be described step by step.
図２は、本実施形態での初期化工程を示した図である。初期化工程では、リセット線ＧＲＳＴにリセット選択信号が供給されて、リセットトランジスターＲＳＴＴＦＴはオン状態とされる。リセット選択信号の電位は、リセットトランジスターＲＳＴＴＦＴの閾値電圧よりも高く、リセットトランジスターＲＳＴＴＦＴをオン状態とする値である。好ましくは、リセット選択信号の電位は、正電源Ｖｄｄ以上の値である。その結果、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１は、初期化工程期間中に、そのゲートが正電源Ｖｄｄへと充電される。第二選択線ＧＳＥＬＢには第二選択信号が供給され、電流源トランジスターＣＳＴＦＴを定電流源として動作させる。第二選択信号の電位は、電流源トランジスターＣＳＴＦＴの閾値電圧を僅かに超えた値（Ｖｔｈ＋δ、０＜δ＜０．３Ｖ）程度か、それよりも僅かに小さい。第二選択信号の電位がＶｔｈ＋δ程度ならば、電流源トランジスターＣＳＴＦＴは殆どの場合、飽和動作し、定電流源となる。又、第二選択信号の電位がＶｔｈよりも小さければ、電流源トランジスターＣＳＴＦＴは閾値下領域に入るので矢張り飽和動作し、定電流源となる。 FIG. 2 is a diagram showing an initialization process in the present embodiment. In the initialization process, a reset selection signal is supplied to the reset line GRST, and the reset transistor RSTFT is turned on. The potential of the reset selection signal is higher than the threshold voltage of the reset transistor RSTTFT and is a value that turns on the reset transistor RSTTFT. Preferably, the potential of the reset selection signal is a value equal to or higher than the positive power supply Vdd. As a result, the gate of the first transistor AMPTFT1 is charged to the positive power supply Vdd during the initialization process. A second selection signal is supplied to the second selection line GSELB, and the current source transistor CSTFT is operated as a constant current source. The potential of the second selection signal is about a value (Vth + δ, 0 <δ <0.3V) slightly exceeding the threshold voltage of the current source transistor CSTFT, or slightly smaller than that. If the potential of the second selection signal is about Vth + δ, in most cases, the current source transistor CSTFT performs a saturation operation and becomes a constant current source. On the other hand, if the potential of the second selection signal is smaller than Vth, the current source transistor CSTFT enters the sub-threshold region.
図３は、本実施形態での露光工程を示した図である。露光工程では、リセット線ＧＲＳＴに非選択信号が供給されて、リセットトランジスターＲＳＴＴＦＴはオフ状態とされている。露光工程で照射された光量に応じて受光素子ＰＤは電荷を漏らし、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート電位は変化する。これに合わせて、第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２のゲート電位も変化する。第二選択線ＧＳＥＬＢには、初期化工程と同じく、第二選択信号が供給されている。又、第一選択線ＧＳＥＬＡには非選択信号が供給されている。 FIG. 3 is a view showing an exposure process in the present embodiment. In the exposure process, a non-selection signal is supplied to the reset line GRST, and the reset transistor RSTTFT is turned off. The light receiving element PD leaks electric charge according to the amount of light irradiated in the exposure process, and the gate potential of the first transistor AMPTFT1 changes. In accordance with this, the gate potential of the second transistor AMPTFT2 also changes. A second selection signal is supplied to the second selection line GSELB as in the initialization step. A non-selection signal is supplied to the first selection line GSELA.
図４は、本実施形態での露光データ読み出し工程を示した図で、（ａ）は選択された計測セルを示し、（ｂ）は非選択の計測セルを示している。露光工程が終了すると、露光データ読み出し工程に移る。この期間中、リセット線ＧＲＳＴには非選択信号が供給されて、リセットトランジスターＲＳＴＴＦＴはオフ状態とされて、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート電位は保存される。即ち、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート電位は露光量に応じた固定値に定まっている。露光量に応じた固定値はゼロＶからＶｄｄの間にある。第二選択線ＧＳＥＬＢには、露光工程と同じく、第二選択信号が供給されている。従って、露光データ読み出し期間中、第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２のゲート電位は、露光量に応じた固定値に保たれている。図４（ａ）に示す様に、読み出しの選択がなされる計測セルでは、第一選択線ＧＳＥＬＡに第一選択信号が供給されている。第一選択信号の電位は選択トランジスターＳＥＬＴＦＴの閾値電圧以上の値で、好ましくは正電源Ｖｄｄ以上の値である。その結果、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴはオン状態とされ、読み出し線Ｓｅｎｓｅを介して第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２のソース電位が測定される。一方、図４（ｂ）に示す様に、読み出しの選択がなされない非選択の計測セルでは、第一選択線ＧＳＥＬＡには非選択信号が供給されており、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴはオフ状態とされている。 4A and 4B are diagrams showing an exposure data reading process in the present embodiment, in which FIG. 4A shows a selected measurement cell, and FIG. 4B shows a non-selected measurement cell. When the exposure process is completed, the process proceeds to an exposure data reading process. During this period, a non-selection signal is supplied to the reset line GRST, the reset transistor RSTTFT is turned off, and the gate potential of the first transistor AMPTFT1 is stored. That is, the gate potential of the first transistor AMPTFT1 is fixed to a fixed value corresponding to the exposure amount. The fixed value corresponding to the exposure amount is between zero V and Vdd. A second selection signal is supplied to the second selection line GSELB as in the exposure process. Therefore, during the exposure data read period, the gate potential of the second transistor AMPTFT2 is kept at a fixed value corresponding to the exposure amount. As shown in FIG. 4A, the first selection signal is supplied to the first selection line GSELA in the measurement cell in which reading is selected. The potential of the first selection signal is a value equal to or higher than the threshold voltage of the selection transistor SELTFT, preferably a value equal to or higher than the positive power supply Vdd. As a result, the selection transistor SELTFT is turned on, and the source potential of the second transistor AMPTFT2 is measured via the read line Sense. On the other hand, as shown in FIG. 4B, in the non-selected measurement cell in which reading is not selected, the non-selection signal is supplied to the first selection line GSELA, and the selection transistor SELTFT is turned off. Yes.
図５は、本実施形態でのリセットデータ読み出し工程を示した図で、（ａ）は選択された計測セルを示し、（ｂ）は非選択の計測セルを示している。露光データ読み出し工程が終了すると、リセットデータ読み出し工程に移る。この期間中、リセット線ＧＲＳＴにはリセット選択信号が供給されて、リセットトランジスターＲＳＴＴＦＴはオン状態とされ、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート電位は正電源Ｖｄｄとされる。第二選択線ＧＳＥＬＢには、露光工程と同じく、第二選択信号が供給されている。従って、リセットデータ読み出し期間中、第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２のゲート電位は、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート電位が正電源Ｖｄｄとされている状態に応じた固定値に保たれている。図５（ａ）に示す様に、読み出しの選択がなされる計測セルでは、第一選択線ＧＳＥＬＡに第一選択信号が供給され、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴはオン状態とされる。即ち、読み出し線Ｓｅｎｓｅを介して、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート電位が正電源Ｖｄｄとされている状態に応じた第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２のソース電位が測定される。一方、図５（ｂ）に示す様に、読み出しの選択がなされない非選択の計測セルでは、第一選択線ＧＳＥＬＡには非選択信号が供給されており、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴはオフ状態とされている。 FIGS. 5A and 5B are diagrams showing a reset data reading process in the present embodiment. FIG. 5A shows a selected measurement cell, and FIG. 5B shows a non-selected measurement cell. When the exposure data reading process ends, the process proceeds to a reset data reading process. During this period, a reset selection signal is supplied to the reset line GRST, the reset transistor RSTTFT is turned on, and the gate potential of the first transistor AMPTFT1 is set to the positive power supply Vdd. A second selection signal is supplied to the second selection line GSELB as in the exposure process. Therefore, during the reset data read period, the gate potential of the second transistor AMPTFT2 is kept at a fixed value according to the state where the gate potential of the first transistor AMPTFT1 is set to the positive power supply Vdd. As shown in FIG. 5A, in the measurement cell in which reading is selected, the first selection signal is supplied to the first selection line GSELA, and the selection transistor SELTFT is turned on. That is, the source potential of the second transistor AMPTFT2 corresponding to the state where the gate potential of the first transistor AMPTFT1 is set to the positive power supply Vdd is measured via the read line Sense. On the other hand, as shown in FIG. 5B, in the non-selected measurement cell in which reading is not selected, a non-selection signal is supplied to the first selection line GSELA, and the selection transistor SELTFT is turned off. Yes.
露光データ読み出し工程では光量に応じた電位（Ｖｐｈｏｔｏ）と第一トランジスターの閾値電圧（Ｖｔｈ１）と第二トランジスターの閾値電圧（Ｖｔｈ２）との和に対応する電圧値（Ｖｐｈｏｔｏ＋Ｖｔｈ１＋Ｖｔｈ２）を読み出す。これに対して、リセットデータ読み出し工程では充電した電位（Ｖｄｄ）と第一トランジスターの閾値電圧と第二トランジスターの閾値電圧との和に対応する電圧値（Ｖｄｄ＋Ｖｔｈ１＋Ｖｔｈ２）を読み出す。従って、これら両者の引き算する事で、第一トランジスターの閾値電圧と第二トランジスターの閾値電圧とを消去して、充電した電位と光量に応じた電位との差を得る事ができる。即ち、第一トランジスターの閾値電圧や第二トランジスターの閾値電圧の計測セル間でのばらつきに関係なく、総ての計測セルにて同じ精度で光量に応じた電位を計測できる。 In the exposure data reading step, a voltage value (Vphoto + Vth1 + Vth2) corresponding to the sum of the potential (Vphoto) corresponding to the amount of light, the threshold voltage (Vth1) of the first transistor, and the threshold voltage (Vth2) of the second transistor is read. In contrast, in the reset data reading step, a voltage value (Vdd + Vth1 + Vth2) corresponding to the sum of the charged potential (Vdd), the threshold voltage of the first transistor, and the threshold voltage of the second transistor is read. Therefore, by subtracting both of them, the threshold voltage of the first transistor and the threshold voltage of the second transistor can be erased, and the difference between the charged potential and the potential corresponding to the amount of light can be obtained. That is, regardless of variations in the threshold voltage of the first transistor and the threshold voltage of the second transistor between the measurement cells, the potential corresponding to the light amount can be measured with the same accuracy in all the measurement cells.
図６は、本実施形態での待機工程を示した図である。リセットデータ読み出し工程が終わると、計測セルは待機状態となる。この期間中、リセット線ＧＲＳＴに選択信号が供給されて、リセットトランジスターＲＳＴＴＦＴはオン状態とされる。又、第一選択線ＧＳＥＬＡは非選択信号が供給されて、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴはオフ状態とされている。以降、次の露光工程が始まるまで、待機状態が維持される。 FIG. 6 is a diagram showing a standby process in the present embodiment. When the reset data reading process is completed, the measurement cell is in a standby state. During this period, a selection signal is supplied to the reset line GRST, and the reset transistor RSTTFT is turned on. Further, the first selection line GSELA is supplied with a non-selection signal, and the selection transistor SELTFT is turned off. Thereafter, the standby state is maintained until the next exposure process starts.
「電子機器」
前述した光センサー１は静脈センサーや指紋センサーなどの各種センサーに適応できる。これらの他にも、デジタルカメラやイメージセンサー、スキャナーなどの電子機器に本実施形態に係わる光センサー１を適用する事ができる。
"Electronics"
The optical sensor 1 described above can be applied to various sensors such as a vein sensor and a fingerprint sensor. In addition to these, the optical sensor 1 according to the present embodiment can be applied to electronic devices such as digital cameras, image sensors, and scanners.
以上述べた様に、本実施形態に係わる光センサー１とその製造方法に依れば、以下の効果を得る事ができる。
第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１を小さくして、光量計測を高感度とすると同時に、第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２を大きくするので、短時間での計測データを読み出せる。即ち、高速計測と高精度計測とを両立させる事ができる。又、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート電位変化をソース電位の変化に変換して増幅できるので、光量の計測結果を計測が容易で精度が高い電位に変換する事ができる。更に負荷素子に電流源トランジスターＣＳＴＦＴを用いているので、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート電位変化に対するソース電位の変化が、広いゲート電位範囲に渡って、規則的な変化となり、正確に光量を電位に変換する事ができる。
As described above, according to the optical sensor 1 and its manufacturing method according to this embodiment, the following effects can be obtained.
Since the first transistor AMPTFT1 is made small to make the light quantity measurement highly sensitive and at the same time the second transistor AMPTFT2 is made large, measurement data can be read out in a short time. That is, it is possible to achieve both high-speed measurement and high-accuracy measurement. Further, since the change in the gate potential of the first transistor AMPTFT1 can be amplified by converting it into the change in the source potential, the measurement result of the light quantity can be converted into a potential that is easy to measure and highly accurate. Furthermore, since the current source transistor CSTFT is used as the load element, the change of the source potential with respect to the change of the gate potential of the first transistor AMPTFT1 becomes a regular change over a wide gate potential range, and the light quantity is accurately converted to the potential I can do it.
又、初期化工程で第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲートが充電され、露光工程で光量に応じて、受光素子ＰＤから充電された電荷が漏れ、露光データ読み出し工程で計測データを読み出すので、短期間に高精度で光量を計測できる。加えて、露光データ読み出し工程とリセットデータ読み出し工程とを有するので、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１の閾値電圧と第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２の閾値電圧とを消去して、充電した電位と光量に応じた電位との差を得る事ができる。即ち、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１の閾値電圧や第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２の閾値電圧の計測セル２０間でのばらつきに関係なく、総ての計測セル２０にて同じ精度で光量に応じた電位を計測できる。
In addition, the gate of the first transistor AMPTFT1 is charged in the initialization process, the charge charged from the light receiving element PD leaks in accordance with the amount of light in the exposure process, and the measurement data is read out in the exposure data reading process. The amount of light can be measured with accuracy. In addition, since the exposure data reading process and the reset data reading process are included, the threshold voltage of the first transistor AMPTFT1 and the threshold voltage of the second transistor AMPTFT2 are erased, and the difference between the charged potential and the potential corresponding to the amount of light. Can be obtained. That is, regardless of variations in the threshold voltage of the first transistor AMPTFT1 and the threshold voltage of the second transistor AMPTFT2 between the
尚、本実施形態では第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１や第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２、電流源トランジスターＣＳＴＦＴ、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴ、リセットトランジスターＲＳＴＴＦＴ、にＮ型薄膜トランジスターを用いたが、これらはＰ型薄膜トランジスターであっても良い。その場合、選択信号は非選択信号に対して負の値となる。例えば、非選択信号を正電源Ｖｄｄとし、選択信号を負電源Ｖｓｓ（ゼロＶ）からＶｄｄよりも小さい値とする。又、Ｐ型の電流源トランジスターＣＳＴＦＴはソースを正電源Ｖｄｄに電気的に接続する。 In this embodiment, N-type thin film transistors are used for the first transistor AMPTFT1, the second transistor AMPTFT2, the current source transistor CSTFT, the selection transistor SELTFT, and the reset transistor RSTTFT. However, these may be P-type thin film transistors. . In this case, the selection signal has a negative value with respect to the non-selection signal. For example, the non-selection signal is a positive power supply Vdd, and the selection signal is a negative power supply Vss (zero V) to a value smaller than Vdd. The P-type current source transistor CSTFT electrically connects the source to the positive power supply Vdd.
（実施形態２）
「リセットトランジスターを伴わぬ形態」
図７は実施形態２に係わる光センサーの一例を説明した図である。以下、本実施形態に係わる光センサー１について説明する。尚、実施形態１と同一の構成部位については、同一の符号を附し、重複する説明は省略する。
(Embodiment 2)
"Form without reset transistor"
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of an optical sensor according to the second embodiment. Hereinafter, the optical sensor 1 according to the present embodiment will be described. In addition, about the component same as Embodiment 1, the same code | symbol is attached | subjected and the overlapping description is abbreviate | omitted.
本実施形態（図７）は実施形態１（図１）と比べて、計測セル２０の回路構成が異なっている。それ以外の構成は、実施形態１とほぼ同様である。尚、図７でもトランジスターのソースとドレインとをｓとｄとで示し、ダイオードのアノードとカソードとをＡとＣとで示してある。計測領域１０には、第一選択線ＧＳＥＬＡと、読み出し線Ｓｅｎｓｅと、第二選択線ＧＳＥＬＢと、リセット線ＧＲＳＴと、正電源Ｖｄｄと、負電源Ｖｓｓとが配線されている。実施形態１と同様に、第一選択線ＧＳＥＬＡが行方向を定め、読み出し線Ｓｅｎｓｅが列方向を定めている。即ち、計測セル２０はＭ行Ｎ列の行列状に配置され、第一選択線ＧＳＥＬＡはＭ本設けられ、読み出し線ＳｅｎｓｅはＮ本設けられる。尚、ＭもＮも１以上の整数である。リセット線ＧＲＳＴも、第一選択線ＧＳＥＬＡに一対一対応してＭ本設けられる。又、第二選択線ＧＳＥＬＢも、第一選択線ＧＳＥＬＡに一対一対応してＭ本設けられるのが好ましい。但し、本実施形態でも第二選択線ＧＳＥＬＢは選択非選択の動作がなされず、全計測セル２０で同じ電位を取るので、複数行又は複数列の計測セル２０で一本の第二選択線ＧＳＥＬＢを共用しても良い。
The circuit configuration of the
計測セル２０は、受光素子ＰＤと、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１と、第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２と、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴと、負荷素子と、を備えている。負荷素子は、電流源トランジスターＣＳＴＦＴであるが、単純な抵抗体であっても良い。
The
受光素子ＰＤはフォトダイオードで、この第一極（カソード）が第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲートに電気的に接続している。一方、受光素子の第二極（アノード）はリセット線ＧＲＳＴに電気的に接続されている。 The light receiving element PD is a photodiode, and the first pole (cathode) is electrically connected to the gate of the first transistor AMPTFT1. On the other hand, the second pole (anode) of the light receiving element is electrically connected to the reset line GRST.
第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１は、そのドレインが正電源Ｖｄｄに電気的に接続され、ソースが第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２のゲートと負荷素子の一方の端子とに電気的に接続されている。負荷素子の他方の端子は負電源Ｖｓｓに電気的に接続されている。前述の如く、負荷素子は電流源トランジスターＣＳＴＦＴであり、一方の端子が電流源トランジスターＣＳＴＦＴのドレインに相当し、他方の端子は電流源トランジスターＣＳＴＦＴのソースに相当する。電流源トランジスターＣＳＴＦＴのゲートは、第二選択線ＧＳＥＬＢに電気的に接続され、電流源トランジスターＣＳＴＦＴは第二選択線ＧＳＥＬＢに供給される電気信号で制御される。 The drain of the first transistor AMPTFT1 is electrically connected to the positive power supply Vdd, and the source is electrically connected to the gate of the second transistor AMPTFT2 and one terminal of the load element. The other terminal of the load element is electrically connected to the negative power source Vss. As described above, the load element is the current source transistor CSTFT, one terminal corresponds to the drain of the current source transistor CSTFT, and the other terminal corresponds to the source of the current source transistor CSTFT. The gate of the current source transistor CSTFT is electrically connected to the second selection line GSELB, and the current source transistor CSTLT is controlled by an electric signal supplied to the second selection line GSELB.
第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２は、そのドレインが正電源Ｖｄｄに電気的に接続され、ソースが選択トランジスターＳＥＬＴＦＴのドレインに電気的に接続されている。選択トランジスターＳＥＬＴＦＴのソースは読み出し線Ｓｅｎｓｅに電気的に接続されている。選択トランジスターＳＥＬＴＦＴのゲートは第一選択線ＧＳＥＬＡに電気的に接続され、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴは第一選択線ＧＳＥＬＡに供給される電気信号で制御される。 The second transistor AMPTFT2 has a drain electrically connected to the positive power supply Vdd and a source electrically connected to the drain of the selection transistor SELTFT. The source of the selection transistor SELECTFT is electrically connected to the read line Sense. The gate of the selection transistor SELTFT is electrically connected to the first selection line GSELA, and the selection transistor SELTFT is controlled by an electrical signal supplied to the first selection line GSELA.
この構成では、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート幅を狭くして、トランジスター容量ＣTを小さくするので、光センサー１を高感度とする事ができる。同時に第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２のゲート幅を広くして、第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２のオン抵抗を下げるので、オン抵抗と読み出し線との寄生容量との積で定まる時定数を短くする事ができ、短時間での出力が可能になる。即ち、高感度測定を迅速に行える様になる。 In this configuration, by narrowing the gate width of the first transistor AMPTFT1, so to reduce the transistor capacitance C T, it can be a light sensor 1 and the high sensitivity. At the same time, the gate width of the second transistor AMPTFT2 is widened and the on-resistance of the second transistor AMPTFT2 is lowered, so that the time constant determined by the product of the on-resistance and the parasitic capacitance of the readout line can be shortened. Can be output. That is, high sensitivity measurement can be performed quickly.
「光センサーの駆動方法」
次に光センサー１の駆動方法を、図８乃至１２を参照して説明する。尚、図８乃至１２でも、選択信号が供給されている配線と正電源Ｖｄｄとを太線で描き、非選択信号が供給されている配線と負電源Ｖｓｓとを点線で描く。又、黒矢印と、灰色矢印、白矢印、Ｘに関しても実施形態１と同じ意味を持たせる。
"Light sensor driving method"
Next, a method for driving the optical sensor 1 will be described with reference to FIGS. 8 to 12, the wiring to which the selection signal is supplied and the positive power supply Vdd are drawn with thick lines, and the wiring to which the non-selection signal is supplied and the negative power supply Vss are drawn with dotted lines. The black arrow, gray arrow, white arrow, and X have the same meaning as in the first embodiment.
光センサー１を用いた撮像は、初期化工程と、露光工程と、露光データ読み出し工程と、リセットデータ読み出し工程と、待機工程と、で一周期をなして一枚の画像が得られる。以下、この一周期を、順を追って説明する。 In imaging using the optical sensor 1, an initialization process, an exposure process, an exposure data reading process, a reset data reading process, and a standby process form one image with one cycle. Hereinafter, this one cycle will be described step by step.
図８は、本実施形態での初期化工程を示した図である。初期化工程では、リセット線ＧＲＳＴにリセット選択信号が供給されて、受光素子ＰＤは順バイアス状態とされる。リセット選択信号の電位は、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１の閾値電圧よりも高く、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１をオン状態とする値である。好ましくは、リセット選択信号の電位は、正電源Ｖｄｄ以上の値である。その後リセット線ＧＲＳＴに非選択信号が供給されて、受光素子ＰＤは逆バイアス状態とされる。この結果、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート電位は受光素子ＰＤの静電容量と第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート容量で容量分割された所定のリセット電位ＶＲＳＴにリセットされる。第一選択線ＧＳＥＬＡには非選択信号が供給され、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴはオフ状態とされる。同様に、第二選択線ＧＳＥＬＢにも非選択信号が供給され、電流源トランジスターＣＳＴＦＴはオフ状態とされる。 FIG. 8 is a diagram showing an initialization process in the present embodiment. In the initialization process, a reset selection signal is supplied to the reset line GRST, and the light receiving element PD is set in a forward bias state. The potential of the reset selection signal is higher than the threshold voltage of the first transistor AMPTFT1, and is a value that turns on the first transistor AMPTFT1. Preferably, the potential of the reset selection signal is a value equal to or higher than the positive power supply Vdd. Thereafter, a non-selection signal is supplied to the reset line GRST, and the light receiving element PD is brought into a reverse bias state. As a result, the gate potential of the first transistor AMPTFT1 is reset to a predetermined reset potential VRST divided by the capacitance of the light receiving element PD and the gate capacitance of the first transistor AMPTFT1. A non-selection signal is supplied to the first selection line GSELA, and the selection transistor SELTFT is turned off. Similarly, a non-selection signal is also supplied to the second selection line GSELB, and the current source transistor CSTFT is turned off.
図９は、本実施形態での露光工程を示した図である。露光工程では、リセット線ＧＲＳＴに非選択信号が供給されて、受光素子ＰＤは逆バイアス状態とされている。照射された光量に応じて受光素子ＰＤは電荷を漏らし、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート電位は変化する。これに合わせて、第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２のゲート電位も変化する。第一選択線ＧＳＥＬＡには非選択信号が供給されている。又、第二選択線ＧＳＥＬＢにも非選択信号が供給されている。 FIG. 9 is a view showing an exposure process in the present embodiment. In the exposure process, a non-selection signal is supplied to the reset line GRST, and the light receiving element PD is in a reverse bias state. The light receiving element PD leaks electric charge according to the amount of irradiated light, and the gate potential of the first transistor AMPTFT1 changes. In accordance with this, the gate potential of the second transistor AMPTFT2 also changes. A non-selection signal is supplied to the first selection line GSELA. A non-selection signal is also supplied to the second selection line GSELB.
図１０は、本実施形態での露光データ読み出し工程を示した図で、（ａ）は選択された計測セルを示し、（ｂ）は非選択の計測セルを示している。露光工程が終了すると、露光データ読み出し工程に移る。この期間中、リセット線ＧＲＳＴには非選択信号が供給されて、受光素子ＰＤは逆バイアス状態とされて、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート電位は保存される。即ち、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート電位は露光量に応じた固定値に定まっている。第二選択線ＧＳＥＬＢには、第二選択信号が供給されている。第二選択信号の電位は、電流源トランジスターＣＳＴＦＴの閾値電圧を僅かに超えた値（Ｖｔｈ＋δ、０＜δ＜０．３Ｖ）程度か、それよりも僅かに小さい。第二選択信号の電位がＶｔｈ＋δ程度ならば、電流源トランジスターＣＳＴＦＴは殆どの場合、飽和動作し、定電流源となる。又、第二選択信号の電位がＶｔｈよりも小さければ、電流源トランジスターＣＳＴＦＴは閾値下領域に入るので矢張り飽和動作し、定電流源となる。こうして、露光データ読み出し期間中、第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２のゲート電位は、露光量に応じた固定値に保たれている。図１０（ａ）に示す様に、読み出しの選択がなされる計測セルでは、第一選択線ＧＳＥＬＡに第一選択信号が供給されている。第一選択信号の電位は選択トランジスターＳＥＬＴＦＴの閾値電圧以上の値で、好ましくは正電源Ｖｄｄ以上の値である。その結果、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴはオン状態とされ、読み出し線Ｓｅｎｓｅを介して第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２のソース電位が測定される。一方、図１０（ｂ）に示す様に、読み出しの選択がなされない非選択の計測セルでは、第一選択線ＧＳＥＬＡには非選択信号が供給されており、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴはオフ状態とされている。 FIG. 10 is a diagram showing an exposure data reading process in the present embodiment, where (a) shows a selected measurement cell and (b) shows an unselected measurement cell. When the exposure process is completed, the process proceeds to an exposure data reading process. During this period, a non-selection signal is supplied to the reset line GRST, the light receiving element PD is in a reverse bias state, and the gate potential of the first transistor AMPTFT1 is stored. That is, the gate potential of the first transistor AMPTFT1 is fixed to a fixed value corresponding to the exposure amount. A second selection signal is supplied to the second selection line GSELB. The potential of the second selection signal is about a value (Vth + δ, 0 <δ <0.3V) slightly exceeding the threshold voltage of the current source transistor CSTFT, or slightly smaller than that. If the potential of the second selection signal is about Vth + δ, in most cases, the current source transistor CSTFT performs a saturation operation and becomes a constant current source. On the other hand, if the potential of the second selection signal is smaller than Vth, the current source transistor CSTFT enters the sub-threshold region. Thus, during the exposure data reading period, the gate potential of the second transistor AMPTFT2 is maintained at a fixed value corresponding to the exposure amount. As shown in FIG. 10A, in the measurement cell in which reading is selected, the first selection signal is supplied to the first selection line GSELA. The potential of the first selection signal is a value equal to or higher than the threshold voltage of the selection transistor SELTFT, preferably a value equal to or higher than the positive power supply Vdd. As a result, the selection transistor SELTFT is turned on, and the source potential of the second transistor AMPTFT2 is measured via the read line Sense. On the other hand, as shown in FIG. 10B, in the non-selected measurement cell in which the selection of reading is not performed, the non-selection signal is supplied to the first selection line GSELA, and the selection transistor SELTFT is turned off. Yes.
図１１は、本実施形態でのリセットデータ読み出し工程を示した図で、（ａ）は選択された計測セルを示し、（ｂ）は非選択の計測セルを示している。露光データ読み出し工程が終了すると、リセットデータ読み出し工程に移る。この期間中、リセット線ＧＲＳＴにはリセット選択信号が供給されて、受光素子ＰＤは順バイアス状態とされ、その後リセット線ＧＲＳＴに非選択信号が供給されて、受光素子ＰＤは逆バイアス状態とされる。この結果、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート電位は受光素子ＰＤの静電容量と第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート容量で容量分割された所定のリセット電位（ＶＲＳＴ）にリセットされる。第二選択線ＧＳＥＬＢには、第二選択信号が供給されている。従って、リセットデータ読み出し期間中、第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２のゲート電位は、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート電位がＶＲＳＴとされている状態に応じた固定値に保たれている。図１１（ａ）に示す様に、読み出しの選択がなされる計測セルでは、第一選択線ＧＳＥＬＡに第一選択信号が供給され、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴはオン状態とされる。即ち、読み出し線Ｓｅｎｓｅを介して、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート電位がＶＲＳＴとされている状態に応じた第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２のソース電位が測定される。一方、図１１（ｂ）に示す様に、読み出しの選択がなされない非選択の計測セルでは、第一選択線ＧＳＥＬＡには非選択信号が供給されており、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴはオフ状態とされている。 FIG. 11 is a diagram showing a reset data reading process in the present embodiment, where (a) shows a selected measurement cell and (b) shows an unselected measurement cell. When the exposure data reading process ends, the process proceeds to a reset data reading process. During this period, a reset selection signal is supplied to the reset line GRST, the light receiving element PD is in a forward bias state, and then a non-selection signal is supplied to the reset line GRST, so that the light receiving element PD is in a reverse bias state. . As a result, the gate potential of the first transistor AMPTFT1 is reset to a predetermined reset potential (VRST) divided by the electrostatic capacitance of the light receiving element PD and the gate capacitance of the first transistor AMPTFT1. A second selection signal is supplied to the second selection line GSELB. Therefore, during the reset data read period, the gate potential of the second transistor AMPTFT2 is kept at a fixed value according to the state where the gate potential of the first transistor AMPTFT1 is set to VRST. As shown in FIG. 11A, in the measurement cell in which reading is selected, the first selection signal is supplied to the first selection line GSELA, and the selection transistor SELTFT is turned on. That is, the source potential of the second transistor AMPTFT2 corresponding to the state where the gate potential of the first transistor AMPTFT1 is set to VRST is measured via the read line Sense. On the other hand, as shown in FIG. 11B, in the non-selected measurement cell in which the selection of reading is not performed, the non-selection signal is supplied to the first selection line GSELA, and the selection transistor SELTFT is turned off. Yes.
露光データ読み出し工程ではＶｐｈｏｔｏ＋Ｖｔｈ１＋Ｖｔｈ２を読み出す。これに対して、リセットデータ読み出し工程ではＶＲＳＴ＋Ｖｔｈ１＋Ｖｔｈ２を読み出す。従って、これら両者の引き算する事で、第一トランジスターの閾値電圧と第二トランジスターの閾値電圧とを消去して、充電した電位と光量に応じた電位との差を得る事ができる。即ち、第一トランジスターの閾値電圧や第二トランジスターの閾値電圧の計測セル間でのばらつきに関係なく、総ての計測セルにて同じ精度で光量に応じた電位を計測できる。 In the exposure data reading step, Vphoto + Vth1 + Vth2 is read. On the other hand, VRST + Vth1 + Vth2 is read in the reset data reading step. Therefore, by subtracting both of them, the threshold voltage of the first transistor and the threshold voltage of the second transistor can be erased, and the difference between the charged potential and the potential corresponding to the amount of light can be obtained. That is, regardless of variations in the threshold voltage of the first transistor and the threshold voltage of the second transistor between the measurement cells, the potential corresponding to the light amount can be measured with the same accuracy in all the measurement cells.
図１２は、本実施形態での待機工程を示した図である。リセットデータ読み出し工程が終わると、計測セルは待機状態となる。この期間中、リセット線ＧＲＳＴに非選択信号が供給される。又、第一選択線ＧＳＥＬＡにも非選択信号が供給されて、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴはオフ状態とされている。以降、次の画像が撮像される時迄、待機状態が維持される。 FIG. 12 is a diagram showing a standby process in the present embodiment. When the reset data reading process is completed, the measurement cell is in a standby state. During this period, a non-selection signal is supplied to the reset line GRST. Further, a non-selection signal is also supplied to the first selection line GSELA, and the selection transistor SELTFT is turned off. Thereafter, the standby state is maintained until the next image is captured.
以上述べたように、本実施形態に係わる光センサー１によれば、４つのトランジスターと一つの受光素子との簡単な構成にて、実施形態１と同じ効果を得る事ができる。 As described above, according to the optical sensor 1 according to the present embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained with a simple configuration of four transistors and one light receiving element.
尚、本発明は上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良などを加えることが可能である。変形例を以下に述べる。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various changes and improvements can be added to the above-described embodiment. A modification will be described below.
（変形例１）
「駆動方法が異なる形態」
本変形例では、実施形態１の構成（図１）にて、駆動方法が異なる形態を説明する。尚、実施形態１と同一の構成部位については、同一の符号を附し、重複する説明は省略する。
(Modification 1)
"Forms with different driving methods"
In this modification, a configuration in which the driving method is different in the configuration of the first embodiment (FIG. 1) will be described. In addition, about the component same as Embodiment 1, the same code | symbol is attached | subjected and the overlapping description is abbreviate | omitted.
本変形例における光センサー１の駆動方法を、図１３乃至１７を参照して説明する。尚、図１３乃至１７では、選択信号が供給されている配線と正電源Ｖｄｄとを太線で描き、非選択信号が供給されている配線と負電源Ｖｓｓとを点線で描く。又、黒矢印と、灰色矢印、白矢印、Ｘに関しても実施形態１と同じ意味を持たせる。 A method for driving the optical sensor 1 in this modification will be described with reference to FIGS. In FIGS. 13 to 17, the wiring to which the selection signal is supplied and the positive power supply Vdd are drawn with thick lines, and the wiring to which the non-selection signal is supplied and the negative power supply Vss are drawn with dotted lines. The black arrow, gray arrow, white arrow, and X have the same meaning as in the first embodiment.
光センサー１を用いた撮像は、初期化工程と、露光工程と、露光データ読み出し工程と、リセットデータ読み出し工程と、待機工程と、で一周期をなして一枚の画像が得られる。以下、この一周期を、順を追って説明する。 In imaging using the optical sensor 1, an initialization process, an exposure process, an exposure data reading process, a reset data reading process, and a standby process form one image with one cycle. Hereinafter, this one cycle will be described step by step.
図１３は、本変形例での初期化工程を示した図である。初期化工程では、リセット線ＧＲＳＴにリセット選択信号が供給されて、リセットトランジスターＲＳＴＴＦＴはオン状態とされる。その結果、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１は、初期化工程期間中に、そのゲートが正電源Ｖｄｄへと充電される。第一選択線ＧＳＥＬＡには非選択信号が供給され、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴはオフ状態とされている。第二選択線ＧＳＥＬＢにも非選択信号が供給され、電流源トランジスターＣＳＴＦＴはオフ状態とされている。 FIG. 13 is a diagram showing an initialization process in the present modification. In the initialization process, a reset selection signal is supplied to the reset line GRST, and the reset transistor RSTFT is turned on. As a result, the gate of the first transistor AMPTFT1 is charged to the positive power supply Vdd during the initialization process. A non-selection signal is supplied to the first selection line GSELA, and the selection transistor SELTFT is turned off. A non-selection signal is also supplied to the second selection line GSELB, and the current source transistor CSTFT is turned off.
図１４は、本変形例での露光工程を示した図である。露光工程では、リセット線ＧＲＳＴに非選択信号が供給されて、リセットトランジスターＲＳＴＴＦＴはオフ状態とされている。露光工程で照射された光量に応じて受光素子ＰＤは電荷を漏らし、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート電位は変化する。これに合わせて、第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２のゲート電位も変化する。但し、第二選択線ＧＳＥＬＢには、非選択信号が供給されており、電流源トランジスターＣＳＴＦＴはオフ状態とされている。又、第一選択線ＧＳＥＬＡにも非選択信号が供給されている。 FIG. 14 is a view showing an exposure process in this modification. In the exposure process, a non-selection signal is supplied to the reset line GRST, and the reset transistor RSTTFT is turned off. The light receiving element PD leaks electric charge according to the amount of light irradiated in the exposure process, and the gate potential of the first transistor AMPTFT1 changes. In accordance with this, the gate potential of the second transistor AMPTFT2 also changes. However, the non-selection signal is supplied to the second selection line GSELB, and the current source transistor CSTFT is turned off. A non-selection signal is also supplied to the first selection line GSELA.
図１５は、本変形例での露光データ読み出し工程を示した図で、（ａ）は選択された計測セルを示し、（ｂ）は非選択の計測セルを示している。露光工程が終了すると、露光データ読み出し工程に移る。この期間中、リセット線ＧＲＳＴには非選択信号が供給されて、リセットトランジスターＲＳＴＴＦＴはオフ状態とされ、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート電位は保存される。即ち、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート電位は露光量に応じた固定値に定まっている。第二選択線ＧＳＥＬＢには第二選択信号が供給されて、電流源トランジスターＣＳＴＦＴは定電流源となっている。こうして、露光データ読み出し期間中、第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２のゲート電位は、露光量に応じた固定値に保たれている。図１５（ａ）に示す様に、読み出しの選択がなされる計測セルでは、第一選択線ＧＳＥＬＡに第一選択信号が供給されている。その結果、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴはオン状態とされ、読み出し線Ｓｅｎｓｅを介して第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２のソース電位が測定される。一方、図１５（ｂ）に示す様に、読み出しの選択がなされない非選択の計測セルでは、第一選択線ＧＳＥＬＡには非選択信号が供給されており、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴはオフ状態とされている。 FIGS. 15A and 15B are diagrams showing an exposure data reading process in the present modification. FIG. 15A shows a selected measurement cell, and FIG. 15B shows a non-selected measurement cell. When the exposure process is completed, the process proceeds to an exposure data reading process. During this period, a non-selection signal is supplied to the reset line GRST, the reset transistor RSTTFT is turned off, and the gate potential of the first transistor AMPTFT1 is stored. That is, the gate potential of the first transistor AMPTFT1 is fixed to a fixed value corresponding to the exposure amount. A second selection signal is supplied to the second selection line GSELB, and the current source transistor CSTFT is a constant current source. Thus, during the exposure data reading period, the gate potential of the second transistor AMPTFT2 is maintained at a fixed value corresponding to the exposure amount. As shown in FIG. 15A, the first selection signal is supplied to the first selection line GSELA in the measurement cell in which reading is selected. As a result, the selection transistor SELTFT is turned on, and the source potential of the second transistor AMPTFT2 is measured via the read line Sense. On the other hand, as shown in FIG. 15B, in the non-selected measurement cell in which the selection of reading is not performed, the non-selection signal is supplied to the first selection line GSELA, and the selection transistor SELTFT is turned off. Yes.
図１６は、本変形例でのリセットデータ読み出し工程を示した図で、（ａ）は選択された計測セルを示し、（ｂ）は非選択の計測セルを示している。露光データ読み出し工程が終了すると、リセットデータ読み出し工程に移る。リセット線ＧＲＳＴにはリセット選択信号が供給されて、リセットトランジスターＲＳＴＴＦＴはオン状態とされ、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート電位は正電源Ｖｄｄとされる。第二選択線ＧＳＥＬＢには、第二選択信号が供給されている。従って、リセットデータ読み出し期間中、第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２のゲート電位は、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート電位が正電源Ｖｄｄとされている状態に応じた固定値に保たれている。図１６（ａ）に示す様に、読み出しの選択がなされる計測セルでは、第一選択線ＧＳＥＬＡに第一選択信号が供給され、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴはオン状態とされる。一方、図１６（ｂ）に示す様に、読み出しの選択がなされない非選択の計測セルでは、第一選択線ＧＳＥＬＡには非選択信号が供給されており、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴはオフ状態とされている。 FIG. 16 is a diagram showing a reset data reading process in the present modification, where (a) shows a selected measurement cell and (b) shows an unselected measurement cell. When the exposure data reading process ends, the process proceeds to a reset data reading process. A reset selection signal is supplied to the reset line GRST, the reset transistor RSTTFT is turned on, and the gate potential of the first transistor AMPTFT1 is set to the positive power supply Vdd. A second selection signal is supplied to the second selection line GSELB. Therefore, during the reset data read period, the gate potential of the second transistor AMPTFT2 is kept at a fixed value according to the state where the gate potential of the first transistor AMPTFT1 is set to the positive power supply Vdd. As shown in FIG. 16A, in the measurement cell in which reading is selected, the first selection signal is supplied to the first selection line GSELA, and the selection transistor SELTFT is turned on. On the other hand, as shown in FIG. 16B, in the non-selected measurement cell in which reading is not selected, the non-selection signal is supplied to the first selection line GSELA, and the selection transistor SELTFT is turned off. Yes.
図１７は、本変形例での待機工程を示した図である。リセットデータ読み出し工程が終わると、計測セルは待機状態となる。この期間中、リセット線ＧＲＳＴに選択信号が供給されて、リセットトランジスターＲＳＴＴＦＴはオン状態とされる。又、第一選択線ＧＳＥＬＡにも非選択信号が供給されて、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴはオフ状態とされている。又、第二選択線ＧＳＥＬＢにも非選択信号が供給されて、電流源トランジスターＣＳＴＦＴはオフ状態とされている。以降、次の画像が撮像される時迄、待機状態が維持される。 FIG. 17 is a diagram showing a standby process in the present modification. When the reset data reading process is completed, the measurement cell is in a standby state. During this period, a selection signal is supplied to the reset line GRST, and the reset transistor RSTTFT is turned on. Further, a non-selection signal is also supplied to the first selection line GSELA, and the selection transistor SELTFT is turned off. Further, the non-selection signal is also supplied to the second selection line GSELB, and the current source transistor CSTFT is turned off. Thereafter, the standby state is maintained until the next image is captured.
以上述べたように、本変形例に係わる光センサー１の駆動方法によれば、実施形態１での効果に加えて、電流源トランジスターＣＳＴＦＴを、それが必要とされる期間に動作させるので、エネルギー効率を高める事ができる。 As described above, according to the driving method of the optical sensor 1 according to this modification, in addition to the effect of the first embodiment, the current source transistor CSTFT is operated during a period in which it is required. Efficiency can be increased.
１…光センサー、１０…計測領域、２０…計測セル、ＧＲＳＴ…リセット線、ＧＳＥＬＡ…第一選択線、ＧＳＥＬＢ…第二選択線、Ｓｅｎｓｅ…読み出し線、ＲＳＴＴＦＴ…リセットトランジスター、ＰＤ…受光素子、ＡＭＰＴＦＴ１…第一トランジスター、ＡＭＰＴＦＴ２…第二トランジスター、ＣＳＴＦＴ…電流源トランジスター、ＳＥＬＴＦＴ…選択トランジスター。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Optical sensor, 10 ... Measurement area | region, 20 ... Measurement cell, GRST ... Reset line, GSELA ... First selection line, GSELB ... Second selection line, Sense ... Read-out line, RSTFT ... Reset transistor, PD ... Light receiving element, AMPTFT1 ... first transistor, AMPTFT2 ... second transistor, CSTFT ... current source transistor, SELTFT ... selection transistor.
Claims (11)
前記計測セルは、受光素子と、第一トランジスターと、第二トランジスターと、選択トランジスターと、を少なくとも備え、
前記受光素子の第一極と前記第一トランジスターのゲートとが電気的に接続され、前記受光素子の第二極と前記負電源とが電気的に接続され、
前記第一トランジスターのドレインと前記正電源とが電気的に接続され、前記第一トランジスターのソースと前記第二トランジスターのゲートとが電気的に接続され、
前記第二トランジスターのドレインと前記正電源とが電気的に接続され、前記第二トランジスターのソースと前記選択トランジスターのドレインとが電気的に接続され、
前記選択トランジスターのゲートと前記第一選択線とが電気的に接続され、前記選択トランジスターのソースと前記読み出し線とが電気的に接続される事を特徴とする光センサー。 An optical sensor having a measurement cell for measuring the amount of light, a first selection line, a readout line, a positive power source, and a negative power source,
The measurement cell includes at least a light receiving element, a first transistor, a second transistor, and a selection transistor,
The first pole of the light receiving element and the gate of the first transistor are electrically connected, the second pole of the light receiving element and the negative power source are electrically connected,
The drain of the first transistor and the positive power supply are electrically connected, the source of the first transistor and the gate of the second transistor are electrically connected,
The drain of the second transistor and the positive power supply are electrically connected, the source of the second transistor and the drain of the selection transistor are electrically connected,
An optical sensor, wherein a gate of the selection transistor and the first selection line are electrically connected, and a source of the selection transistor and the readout line are electrically connected.
前記計測セルは、更に、リセットトランジスターを備え、
前記リセットトランジスターのゲートと前記リセット線とが電気的に接続され、前記リセットトランジスターのドレインと前記正電源とが電気的に接続され、前記リセットトランジスターのソースと前記第一トランジスターのゲートとが電気的に接続される事を特徴とする請求項１に記載の光センサー。 In addition, it has a reset line,
The measurement cell further includes a reset transistor,
The gate of the reset transistor and the reset line are electrically connected, the drain of the reset transistor and the positive power supply are electrically connected, and the source of the reset transistor and the gate of the first transistor are electrically connected The optical sensor according to claim 1, wherein the optical sensor is connected to the optical sensor.
前記負荷素子の一方の端子と前記第一トランジスターのソースとが電気的に接続され、前記負荷素子の他方の端子と前記負電源とが電気的に接続される事を特徴とする請求項１又は２に記載の光センサー。 The measurement cell further includes a load element,
The one terminal of the load element and the source of the first transistor are electrically connected, and the other terminal of the load element and the negative power source are electrically connected. 2. The optical sensor according to 2.
前記負荷素子は、電流源トランジスターであり、
前記電流源トランジスターのゲートと前記第二選択線とが電気的に接続され、前記一方の端子は前記電流源トランジスターのドレインであり、前記他方の端子は前記電流源トランジスターのソースである事を特徴とする請求項３に記載の光センサー。 Furthermore, it has a second selection line,
The load element is a current source transistor;
The gate of the current source transistor and the second selection line are electrically connected, the one terminal is a drain of the current source transistor, and the other terminal is a source of the current source transistor. The optical sensor according to claim 3.
前記計測セルは、受光素子と、第一トランジスターと、第二トランジスターと、選択トランジスターと、電流源トランジスターと、を少なくとも備え、
前記受光素子の第一極と前記第一トランジスターのゲートとが電気的に接続され、前記受光素子の第二極と前記リセット線とが電気的に接続され、
前記第一トランジスターのドレインと前記正電源とが電気的に接続され、前記第一トランジスターのソースと前記第二トランジスターのゲートと前記電流源トランジスターのドレインとが電気的に接続され、
前記第二トランジスターのドレインと前記正電源とが電気的に接続され、前記第二トランジスターのソースと前記選択トランジスターのドレインとが電気的に接続され、
前記選択トランジスターのゲートと前記第一選択線とが電気的に接続され、前記選択トランジスターのソースと前記読み出し線とが電気的に接続され、
前記電流源トランジスターのゲートと前記第二選択線とが電気的に接続され、前記電流源トランジスターのソースと前記負電源とが電気的に接続される事を特徴とする光センサー。 An optical sensor having a measurement cell for measuring the amount of light, a first selection line, a second selection line, a reset line, a readout line, a positive power source, and a negative power source,
The measurement cell includes at least a light receiving element, a first transistor, a second transistor, a selection transistor, and a current source transistor,
The first pole of the light receiving element and the gate of the first transistor are electrically connected, the second pole of the light receiving element and the reset line are electrically connected,
The drain of the first transistor and the positive power supply are electrically connected, and the source of the first transistor, the gate of the second transistor, and the drain of the current source transistor are electrically connected,
The drain of the second transistor and the positive power supply are electrically connected, the source of the second transistor and the drain of the selection transistor are electrically connected,
A gate of the selection transistor and the first selection line are electrically connected; a source of the selection transistor and the readout line are electrically connected;
An optical sensor, wherein a gate of the current source transistor and the second selection line are electrically connected, and a source of the current source transistor and the negative power source are electrically connected.
初期化工程と、露光工程と、露光データ読み出し工程とを含み、
前記初期化工程では、前記リセット線に選択信号が供給されて、前記リセットトランジスターはオン状態とされ、
前記露光工程では、前記リセット線に非選択信号が供給されて、前記リセットトランジスターはオフ状態とされ、
前記露光データ読み出し工程では、前記第一選択線に選択信号が供給されて、前記選択トランジスターはオン状態とされる事を特徴とする光センサーの駆動方法。 A method for driving an optical sensor according to claim 2,
Including an initialization process, an exposure process, and an exposure data reading process,
In the initialization step, a selection signal is supplied to the reset line, and the reset transistor is turned on.
In the exposure step, a non-selection signal is supplied to the reset line, and the reset transistor is turned off.
In the exposure data reading step, a selection signal is supplied to the first selection line, and the selection transistor is turned on.
前記リセットデータ読み出し工程では、前記リセット線に選択信号が供給されて、前記リセットトランジスターはオン状態とされ、
前記第一選択線に選択信号が供給されて、前記選択トランジスターはオン状態とされる事を特徴とする請求項６に記載の光センサーの駆動方法。 Furthermore, a reset data read process is included,
In the reset data reading step, a selection signal is supplied to the reset line, and the reset transistor is turned on.
The method of claim 6, wherein a selection signal is supplied to the first selection line to turn on the selection transistor.
初期化工程と、露光工程と、露光データ読み出し工程とを含み、
前記初期化工程では、前記リセット線に高電位信号が供給されて、前記受光素子は順バイアス状態とされ、
前記露光工程では、前記リセット線に低電位信号が供給されて、前記受光素子は逆バイアス状態とされ、
前記露光データ読み出し工程では、前記リセット線に低電位信号が供給されて、前記受光素子は逆バイアス状態とされ、前記第一選択線に選択信号が供給されて、前記選択トランジスターはオン状態とされ、前記第二選択線に選択信号が供給されて、前記電流源トランジスターはオン状態とされる事を特徴とする光センサーの駆動方法。 A method for driving an optical sensor according to claim 5,
Including an initialization process, an exposure process, and an exposure data reading process,
In the initialization step, a high potential signal is supplied to the reset line, and the light receiving element is in a forward bias state.
In the exposure step, a low potential signal is supplied to the reset line, and the light receiving element is in a reverse bias state,
In the exposure data reading step, a low potential signal is supplied to the reset line, the light receiving element is in a reverse bias state, a selection signal is supplied to the first selection line, and the selection transistor is turned on. A method of driving an optical sensor, wherein a selection signal is supplied to the second selection line, and the current source transistor is turned on.
前記リセットデータ読み出し工程では、前記リセット線に高電位信号が供給されて、前記受光素子は順バイアス状態とされ、前記リセット線に低電位信号が供給されて、前記受光素子は逆バイアス状態とされ、前記第一選択線に選択信号が供給されて、前記選択トランジスターはオン状態とされ、前記第二選択線に選択信号が供給されて、前記電流源トランジスターはオン状態とされる事を特徴とする請求項８に記載の光センサーの駆動方法。 Furthermore, a reset data read process is included,
In the reset data reading step, a high potential signal is supplied to the reset line, the light receiving element is in a forward bias state, a low potential signal is supplied to the reset line, and the light receiving element is in a reverse bias state. A selection signal is supplied to the first selection line, the selection transistor is turned on, a selection signal is supplied to the second selection line, and the current source transistor is turned on. The method for driving an optical sensor according to claim 8.
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