JP2893625B2 - Photo sensor system - Google Patents

Photo sensor system

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JP2893625B2
JP2893625B2 JP5085647A JP8564793A JP2893625B2 JP 2893625 B2 JP2893625 B2 JP 2893625B2 JP 5085647 A JP5085647 A JP 5085647A JP 8564793 A JP8564793 A JP 8564793A JP 2893625 B2 JP2893625 B2 JP 2893625B2
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sense
photo sensor
photosensor
gate electrode
light
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裕康 山田
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KASHIO KEISANKI KK
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、フォトセンサシステム
に関し、詳しくは、照射光の光量を精度良く検出するフ
ォトセンサシステムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photo sensor system, and more particularly, to a photo sensor system for detecting the amount of irradiation light with high accuracy.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、フォトセンサシステムは、通常、
フォトダイオードやTFT(Thin Film Transistor)を
その受光素子(フォトセンサ)として利用し、複数のフ
ォトセンサをマトリックス状に配列している。そして、
各フォトセンサは、照射された光の量に応じた電荷を発
生し、この電荷量を見ることにより、輝度を知ることが
できる。このマトリックス状に配列されたフォトセンサ
に、水平走査回路及び垂直走査回路から走査電圧を印加
して、各フォトセンサの電荷量を検出し、この電荷量を
増幅して、照射光の光量を検出している。
2. Description of the Related Art Conventionally, a photo sensor system is usually
A plurality of photosensors are arranged in a matrix using a photodiode or a thin film transistor (TFT) as a light receiving element (photosensor). And
Each photosensor generates an electric charge according to the amount of irradiated light, and the luminance can be known by checking the amount of the electric charge. A scanning voltage is applied from the horizontal scanning circuit and the vertical scanning circuit to the photosensors arranged in a matrix to detect the charge amount of each photosensor, amplify the charge amount, and detect the amount of irradiation light. doing.

【0003】また、被検出対象を階調表現しようとする
ときには、この検出した電荷量に対応したアナログ信号
のレベルを階調度に合わせて分割処理し、検出信号レベ
ルに対応した階調に変換している。
Further, when trying to express a gradation of an object to be detected, the level of an analog signal corresponding to the detected charge amount is divided and processed in accordance with the gradient, and converted into a gradation corresponding to the detection signal level. ing.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のフォトセンサシステムにあっては、フォトセ
ンサのアナログ出力をそのまま取り出して、一旦増幅し
た後、階調度に合わせて出力信号を分割処理することに
より、階調表現していたため、外部に増幅回路を必要と
し、フォトセンサシステムとして大型化するだけでな
く、特に、被検出対象の暗い部分ではフォトセンサの出
力が小さくなり、安定した出力を得ることができず、正
確な階調表現が困難であるという問題があった。
However, in such a conventional photosensor system, the analog output of the photosensor is taken out as it is, amplified once, and then the output signal is divided according to the gradation. As a result, the grayscale expression required an external amplifier circuit, which not only increased the size of the photosensor system, but also reduced the output of the photosensor, especially in dark areas to be detected, and provided a stable output. However, there is a problem that accurate gradation expression is difficult to obtain.

【0005】そこで、本発明は、センス状態で光量に応
じた時間でその出力が反転するフォトセンサのセンス時
間を変化させて当該フォトセンサの出力が反転するまで
の臨界のセンス時間に基づいて、光量を検出することに
より、精度良く階調表現を行うことのできるフォトセン
サシステムを提供することを目的としている。
Therefore, the present invention is based on a critical sensing time until the output of the photosensor is inverted by changing the sensing time of the photosensor whose output is inverted at a time corresponding to the amount of light in the sensing state. It is an object of the present invention to provide a photosensor system capable of accurately expressing a gradation by detecting the amount of light.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明のフォトセンサシ
ステムは、センス状態と非センス状態を有し、センス状
態にあるときに、その出力が照射される光量に応じた時
間で反転するフォトセンサを用いたフォトセンサシステ
ムにおいて、前記フォトセンサをセンス状態と非センス
状態とに交互に切り換えるとともに、該センス状態にあ
るセンス時間の長さを変化させて、該フォトセンサの出
力の反転を検出する検出動作を複数回繰り返し、フォト
センサの出力が反転する臨界の前記センス時間に基づい
て、照射光の光量を検出することにより、上記目的を達
成している。
SUMMARY OF THE INVENTION A photosensor system according to the present invention has a sense state and a non-sense state, and when in the sense state, its output is inverted at a time corresponding to the amount of light irradiated. In the photo sensor system using the photo sensor, the photo sensor is alternately switched between a sense state and a non-sense state, and the length of the sense time in the sense state is changed to detect the inversion of the output of the photo sensor. The above object is achieved by repeating the detection operation a plurality of times and detecting the light amount of the irradiation light based on the critical sensing time at which the output of the photosensor is inverted.

【0007】この場合、前記フォトセンサは、例えば、
請求項2に記載するように、半導体層を挟んで、ソース
電極とドレイン電極が相対向して配され、これら半導体
層、ソース電極及びドレイン電極を挟んでその両側にそ
れぞれ絶縁膜を介して該半導体層と相対向する第1ゲー
ト電極及び第2ゲート電極が配され、該第1ゲート電極
側または第2ゲート電極側のいずれか一方を光照射側と
し、該光照射側から照射された光が、該光照射側の絶縁
膜を透過して前記半導体層に照射され、前記光照射側の
ゲート電極に印加される電圧が制御されることにより、
そのセンス状態と非センス状態が制御されるものであっ
てもよい。
In this case, the photo sensor is, for example,
As described in claim 2, the source electrode and the drain electrode are disposed opposite to each other with the semiconductor layer interposed therebetween, and the semiconductor layer, the source electrode and the drain electrode are interposed with insulating films on both sides of the semiconductor layer. A first gate electrode and a second gate electrode opposed to the semiconductor layer are provided, and one of the first gate electrode side and the second gate electrode side is a light irradiation side, and light emitted from the light irradiation side is provided. Is transmitted through the insulating film on the light irradiation side, is irradiated on the semiconductor layer, and the voltage applied to the gate electrode on the light irradiation side is controlled,
The sense state and the non-sense state may be controlled.

【0008】また、前記センス時間は、例えば、請求項
3に記載するように、予め設定された最長のセンス時間
から順次所定時間間隔毎に短く設定されていてもよく、
また、請求項4に記載するように、予め設定された最短
のセンス時間から順次所定時間間隔毎に長く設定されて
いてもよい。
Further, the sense time may be set to be shorter at predetermined time intervals sequentially from a preset longest sense time, for example, as set forth in claim 3;
Further, as set forth in claim 4, it may be set to be sequentially longer at predetermined time intervals from a preset shortest sense time.

【0009】[0009]

【作用】本発明のフォトセンサシステムによれば、フォ
トセンサをセンス状態と非センス状態とに交互に切り換
えるとともに、該センス状態にあるセンス時間の長さを
変化させ、フォトセンサの出力が反転するのを検出する
検出動作を複数回繰り返し、フォトセンサの出力が反転
する臨界のセンス時間に基づいて、照射光の光量を検出
しているので、光量をディジタル化して取り出すことが
でき、外部に増幅回路を設けることなく、正確に光量を
検出することができる。その結果、精度良く階調表現を
行うことができる。
According to the photo sensor system of the present invention, the photo sensor is alternately switched between the sense state and the non-sense state, the length of the sense time in the sense state is changed, and the output of the photo sensor is inverted. The detection operation is repeated several times to detect the amount of irradiation light based on the critical sense time when the output of the photo sensor is inverted, so that the amount of light can be digitized and extracted, and amplified externally. The amount of light can be accurately detected without providing a circuit. As a result, gradation expression can be performed with high accuracy.

【0010】この場合、フォトセンサを、半導体層を挟
んで、ソース電極とドレイン電極が相対向して配され、
これら半導体層、ソース電極及びドレイン電極を挟んで
その両側にそれぞれ絶縁膜を介して該半導体層と相対向
する第1ゲート電極及び第2ゲート電極が配され、該第
1ゲート電極側または第2ゲート電極側のいずれか一方
を光照射側とし、該光照射側から照射された光が、該光
照射側の絶縁膜を透過して前記半導体層に照射され、前
記光照射側のゲート電極に印加される電圧が制御される
ことにより、そのセンス状態と非センス状態が制御され
るものとすると、フォトセンサのセンス状態を容易に制
御することができるとともに、フォトセンサ自体に増幅
機能を有したフォトセンサ機能とフォトセンサの選択機
能とを持たせることができ、より一層検出精度を向上さ
せることができるとともに、フォトセンサシステム自体
をより一層小型化することができる。
In this case, the photo sensor is provided with a source electrode and a drain electrode opposed to each other with a semiconductor layer interposed therebetween.
On both sides of the semiconductor layer, the source electrode and the drain electrode, a first gate electrode and a second gate electrode opposed to the semiconductor layer with an insulating film interposed therebetween, respectively, are arranged. One of the gate electrode sides is a light irradiation side, and light irradiated from the light irradiation side is irradiated on the semiconductor layer through the insulating film on the light irradiation side, and the light is irradiated on the gate electrode on the light irradiation side. Assuming that the sense state and the non-sense state are controlled by controlling the applied voltage, the sense state of the photosensor can be easily controlled, and the photosensor itself has an amplifying function. A photo sensor function and a photo sensor selection function can be provided, which can further improve detection accuracy and further reduce the size of the photo sensor system itself. Rukoto can.

【0011】[0011]

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below based on embodiments.

【0012】図1〜図8は、フォトセンサシステムの一
実施例を示す図であり、図1はフォトセンサシステムの
回路ブロック図、図2はフォトセンサアレイの一例を示
す回路図、図3はそのフォトセンサシステムに使用され
るフォトセンサの側面断面図、図4は図3のフォトセン
サの等価回路、図5は図3のフォトセンサの各電極に印
加する電圧とその状態変化の説明図、図6は図5の電圧
印加状態における出力特性を示す特性曲線図、図7は図
2のフォトセンサアレイの各部の印加電圧と出力信号と
の関係を示すタイミング図、図8は階調度検出作用の説
明図である。
FIGS. 1 to 8 show an embodiment of a photosensor system. FIG. 1 is a circuit block diagram of a photosensor system, FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of a photosensor array, and FIG. FIG. 4 is a side sectional view of a photo sensor used in the photo sensor system, FIG. 4 is an equivalent circuit of the photo sensor of FIG. 3, FIG. 5 is an explanatory diagram of voltages applied to each electrode of the photo sensor of FIG. FIG. 6 is a characteristic curve diagram showing output characteristics in the voltage applied state of FIG. 5, FIG. 7 is a timing diagram showing a relationship between applied voltages and output signals of each part of the photosensor array of FIG. 2, and FIG. FIG.

【0013】図1において、フォトセンサシステム1
は、画素部駆動回路2、センサ部3、クロック発生部
4、信号反転検出部5及び階調判断部6等を備えてい
る。
In FIG. 1, a photo sensor system 1
Includes a pixel section drive circuit 2, a sensor section 3, a clock generation section 4, a signal inversion detection section 5, a gradation determination section 6, and the like.

【0014】センサ部3は、図2に示すように、多数の
フォトセンサPSがマトリックス状に配されており、そ
の行方向に1〜n個及び列方向に1〜m個のフォトセン
サPSが配列されている。各フォトセンサPSは、その
ボトムゲート電極(BG)が行方向に配された駆動線3
1に接続され、そのドレイン電極(D)が列方向に配さ
れた信号線32に接続されている。また、各フォトセン
サPSは、そのトップゲート電極(TG)が行方向に配
されたトップ電極線33に接続されている。すなわち、
各フォトセンサPSは、後述するように、トップゲート
電極(TG)、ドレイン電極(D)、ソース電極(S)
及びボトムゲート電極(BG)を備えている。
As shown in FIG. 2, the sensor section 3 has a large number of photo sensors PS arranged in a matrix, and includes 1 to n photo sensors PS in a row direction and 1 to m photo sensors PS in a column direction. Are arranged. Each photosensor PS has a drive line 3 whose bottom gate electrode (BG) is arranged in the row direction.
1 and its drain electrode (D) is connected to a signal line 32 arranged in the column direction. Each photosensor PS has its top gate electrode (TG) connected to a top electrode line 33 arranged in the row direction. That is,
Each photosensor PS has a top gate electrode (TG), a drain electrode (D), and a source electrode (S), as described later.
And a bottom gate electrode (BG).

【0015】図1の画素部駆動回路2は、図2に示すよ
うに、センサ部3の駆動線31に接続された垂直走査回
路であるローアドレスデコーダー34と、センサ部3の
信号線32に接続された水平走査回路であるコラムスイ
ッチ35と、センサ部3のトップ電極線33に接続され
たトップアドレスデコーダ36と、を備えている。
As shown in FIG. 2, the pixel section driving circuit 2 of FIG. 1 includes a row address decoder 34 as a vertical scanning circuit connected to a driving line 31 of the sensor section 3 and a signal line 32 of the sensor section 3. It includes a column switch 35 as a connected horizontal scanning circuit, and a top address decoder 36 connected to the top electrode line 33 of the sensor unit 3.

【0016】ローアドレスデコーダ34は、行毎に配さ
れたフォトセンサPSのボトムゲート電極(BG)に対
して駆動線31を介してボトムゲート電圧φBG1〜φ
BGnを印加する。
The row address decoder 34 applies bottom gate voltages φBG 1 to φBG to the bottom gate electrodes (BG) of the photosensors PS arranged for each row via the drive line 31.
BGn is applied.

【0017】コラムスイッチ35には、プリチャージト
ランジスタ37を介してドレイン電圧(Vdd)が入力
され、このコラムスイッチ35からバッファ38を介し
て出力信号VOUT が出力される。すなわち、コラムスイ
ッチ35は、プリチャージトランジスタ37にプリチャ
ージ電圧φPGが入力されて、プリチャージトランジス
タ37がオンする毎に、各信号線32に接続された各フ
ォトセンサPSの出力をバッファ38を介して、出力信
号VOUT として出力する。
A drain voltage (Vdd) is input to the column switch 35 via a precharge transistor 37, and an output signal V OUT is output from the column switch 35 via a buffer 38. That is, the column switch 35 outputs the output of each photo sensor PS connected to each signal line 32 via the buffer 38 every time the precharge transistor 37 is turned on when the precharge voltage φPG is input to the precharge transistor 37. And outputs it as an output signal V OUT .

【0018】トップアドレスデコーダ36は、行毎に配
された各フォトセンサPSのトップゲート電極(TG)
に対して、トップ電極線33を介して、トップゲート電
圧φTG1〜φTGnを印加する。
The top address decoder 36 is a top gate electrode (TG) of each photo sensor PS arranged for each row.
, Top gate voltages φTG1 to φTGn are applied via top electrode line 33.

【0019】なお、フォトセンサPSのソース電極
(S)は、接地されている。
The source electrode (S) of the photo sensor PS is grounded.

【0020】再び、図1において、クロック発生部4
は、発信回路や分周回路等を備え、画素部駆動回路2及
び信号反転検出部5に所定周波数のクロック信号及びリ
セット信号を出力する。そして、画素部駆動回路2は、
クロック発生部4から入力されるクロック信号及びリセ
ット信号に基づいて、センサ部3にセンス信号及びリセ
ット信号として、トップゲート電圧(φTG)やボトム
ゲート電圧(φBG)を出力し、センサ部3の各フォト
センサPS毎の駆動を行なう。
Referring again to FIG. 1, the clock generator 4
Includes a transmitting circuit, a frequency dividing circuit, and the like, and outputs a clock signal and a reset signal of a predetermined frequency to the pixel unit driving circuit 2 and the signal inversion detecting unit 5. Then, the pixel unit driving circuit 2
A top gate voltage (φTG) and a bottom gate voltage (φBG) are output as a sense signal and a reset signal to the sensor unit 3 based on the clock signal and the reset signal input from the clock generation unit 4. Driving of each photo sensor PS is performed.

【0021】信号反転検出部5には、さらにセンサ部3
から出力信号VOUT が入力されており、信号反転検出部
5は、クロック発生部4からリセット信号が入力された
時点から次のリセット信号までの時間、すなわち、後述
するフォトセンサPSのセンス時間τ内にクロック発生
部4から入力されるクロック信号の数をカウントして、
そのカウント数と出力信号VOUT の反転したフォトセン
サPSのアドレスデータを階調判断部6に出力する。
The signal inversion detecting section 5 further includes a sensor section 3
Is input the output signal V OUT from the signal inversion detecting unit 5, the time from the clock generation unit 4 from the time the reset signal is input until the next reset signal, i.e., sense time of the photosensor PS to be described later τ The number of clock signals input from the clock generator 4 is counted
The count number and the address data of the photosensor PS whose output signal V OUT is inverted are output to the gradation judging unit 6.

【0022】階調判断部6は、CPU(Central Proces
sing Unit)、RAM(Random Access Memory)及びR
OM(Read Only Memory)等を備え、そのRAMあるい
はROM内には、出力信号VOUT が反転するまでの時間
(臨界センス時間τ)と階調との関係を示すテーブルや
フォトセンサシステム1としてのプログラムが予め格納
されている。階調判断部6は、センサ部3の駆動を制御
しつつ、信号反転検出部5から入力されるカウント数に
基づいてROMを検索して直接諧調データに変換し、変
換した階調データを図外の画像メモリに出力する。
The gradation judging section 6 has a CPU (Central Processes).
sing unit), RAM (Random Access Memory) and R
An OM (Read Only Memory) or the like is provided, and its RAM or ROM has a table showing the relationship between the time until the output signal V OUT is inverted (critical sense time τ) and the gradation, and the photo sensor system 1 as the photo sensor system 1. The program is stored in advance. The gradation determining unit 6 searches the ROM based on the count number input from the signal inversion detecting unit 5 and directly converts the converted gradation data into gradation data while controlling the driving of the sensor unit 3. Output to external image memory.

【0023】図2に示した各フォトセンサPSは、図3
に示すように、基本的には、逆スタガー型薄膜トランジ
スタとコプラナー型薄膜トランジスタとを半導体層を単
一層にして組み合わせた構成となっている。
Each photosensor PS shown in FIG.
As shown in (1), basically, an inverted staggered thin film transistor and a coplanar thin film transistor are combined in a single semiconductor layer.

【0024】すなわち、フォトセンサPSは、ガラス等
からなる透明な絶縁性基板10上に、ボトムゲート電極
(BG)11が形成されており、このボトムゲート電極
(BG)11及び絶縁性基板10を覆うように、窒化シ
リコン(SiN)からなるボトムゲート絶縁膜12が形
成されている。このボトムゲート絶縁膜12上には、ボ
トムゲート電極(BG)11と対向する位置に、半導体
層13が形成されており、半導体層13は、i型アモル
ファス・シリコン(i−a−Si)で形成されている。
この半導体層13を挟んで、該半導体層13上に所定の
間隔を有して相対向する位置にソース電極(S)14及
びドレイン電極(D)15が形成されており、これらソ
ース電極(S)14及びドレイン電極(D)15は、そ
れぞれリン等のドーパントが拡散されたアモルファスシ
リコンよりなるn+ シリコン層16、17を介して半導
体層13と接続されている。これらによりボトムトラン
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。
That is, in the photosensor PS, a bottom gate electrode (BG) 11 is formed on a transparent insulating substrate 10 made of glass or the like, and the bottom gate electrode (BG) 11 and the insulating substrate 10 are A bottom gate insulating film 12 made of silicon nitride (SiN) is formed to cover. A semiconductor layer 13 is formed on the bottom gate insulating film 12 at a position facing the bottom gate electrode (BG) 11, and the semiconductor layer 13 is made of i-type amorphous silicon (ia-Si). Is formed.
A source electrode (S) 14 and a drain electrode (D) 15 are formed on the semiconductor layer 13 at positions facing each other at a predetermined interval with the semiconductor layer 13 interposed therebetween. ) 14 and the drain electrode (D) 15 are connected to the semiconductor layer 13 via n + silicon layers 16 and 17 made of amorphous silicon in which a dopant such as phosphorus is diffused. These constitute a bottom transistor (inverted staggered thin film transistor).

【0025】上記ソース電極(S)14とドレイン電極
(D)15及び半導体層13のソース電極(S)14と
ドレイン電極(D)15の間の部分は、透明な窒化シリ
コンからなるトップゲート絶縁膜18により覆われてお
り、トップゲート絶縁膜18上には、前記ボトムゲート
電極(BG)11と相対向する位置に透明な導電性材料
からなるトップゲート電極(TG)19が形成されてい
る。トップゲート電極(TG)19は、後述する電子−
正孔対を発生するために半導体層13のチャンネル領域
のみでなく、図3に示すように、n+ シリコン層16、
17上部面も覆う大きさに形成することが望ましい。そ
して、図示しないが、このトップゲート電極(TG)1
9及びトップゲート絶縁膜18を覆うように、窒化シリ
コンからなる透明なオーバーコート膜が形成されてお
り、保護している。上記トップゲート電極(TG)1
9、トップゲート絶縁膜18、半導体層13、ソース電
極(S)14及びドレイン電極(D)15により、トッ
プトランジスタ(コプラナー型薄膜トランジスタ)が形
成されている。
The portion between the source electrode (S) 14 and the drain electrode (D) 15 and the semiconductor layer 13 between the source electrode (S) 14 and the drain electrode (D) 15 is a top gate insulating layer made of transparent silicon nitride. A top gate electrode (TG) 19 made of a transparent conductive material is formed on the top gate insulating film 18 at a position facing the bottom gate electrode (BG) 11 on the top gate insulating film 18. . The top gate electrode (TG) 19 is provided with an electron-
In order to generate hole pairs, not only the channel region of the semiconductor layer 13 but also the n + silicon layer 16 as shown in FIG.
17 is preferably formed to have a size that also covers the upper surface. Although not shown, this top gate electrode (TG) 1
A transparent overcoat film made of silicon nitride is formed so as to cover 9 and the top gate insulating film 18 to protect them. The above top gate electrode (TG) 1
9, a top transistor (coplanar thin film transistor) is formed by the top gate insulating film 18, the semiconductor layer 13, the source electrode (S) 14, and the drain electrode (D) 15.

【0026】このフォトセンサPSは、本実施例では、
図3に示すように、トップゲート電極(TG)19側か
ら照射光Aが照射され、この照射光Aがトップゲート電
極(TG)19及びトップゲート絶縁膜18を透過し
て、半導体層13に照射される。なお、フォトセンサP
Sは、上記構成からも明らかなように、照射光Aをトッ
プゲート電極1側から照射するものに限定されるもので
はなく、ボトムゲート電極(BG)11側から照射する
ようにしても、以降に説明する動作を、同様に行なわせ
ることができる。
In this embodiment, the photo sensor PS is:
As shown in FIG. 3, irradiation light A is irradiated from the top gate electrode (TG) 19 side, and the irradiation light A passes through the top gate electrode (TG) 19 and the top gate insulating film 18 and is applied to the semiconductor layer 13. Irradiated. Note that the photo sensor P
As is clear from the above configuration, S is not limited to the irradiation of the irradiation light A from the top gate electrode 1 side, and is not limited to the irradiation from the bottom gate electrode (BG) 11 side. Can be performed in a similar manner.

【0027】このフォトセンサPSは、例えば、ボトム
ゲート電極(BG)11が500オングストローム、ボ
トムゲート絶縁膜12が2000オングストローム、半
導体層13が1500オングストローム、ソース電極
(S)14及びドレイン電極(D)15が500オング
ストローム、n+ シリコン層16、17が250オング
ストローム、トップゲート絶縁膜18が2000オング
ストローム、トップゲート電極(TG)19が500オ
ングストローム及びオーバーコート膜が2000オング
ストロームに形成されており、半導体層13上のソース
電極(S)14とドレイン電極(D)15との間隔が、
7μmに形成されている。
In this photosensor PS, for example, the bottom gate electrode (BG) 11 is 500 angstroms, the bottom gate insulating film 12 is 2000 angstroms, the semiconductor layer 13 is 1500 angstroms, the source electrode (S) 14 and the drain electrode (D). 15 is formed at 500 Å, n + silicon layers 16 and 17 are formed at 250 Å, top gate insulating film 18 is formed at 2,000 Å, top gate electrode (TG) 19 is formed at 500 Å, and overcoat film is formed at 2,000 Å. 13, the distance between the source electrode (S) 14 and the drain electrode (D) 15
It is formed to 7 μm.

【0028】このように、フォトセンサPSは、逆スタ
ガー型薄膜トランジスタとコプラナー型薄膜トランジス
タとを組み合わせた構成となっており、その等価回路
は、図4のように示すことができる。
As described above, the photosensor PS has a configuration in which the inverted staggered thin film transistor and the coplanar thin film transistor are combined, and an equivalent circuit thereof can be shown in FIG.

【0029】次に、このフォトセンサPSの動作を説明
する。
Next, the operation of the photo sensor PS will be described.

【0030】図3に示すフォトセンサPSのボトムゲー
ト電極(BG)11に正電圧、例えば、+10[V]を
印加すると、ボトムトランジスタにnチャンネルが形成
される。ここで、ソース電極(S)14−ドレイン電極
(D)15間に正電圧、例えば、+5[V]を印加する
と、ソース電極(S)14側から電子が供給され、電流
が流れる。この状態で、トップゲート電極(TG)19
にボトムゲート電極(BG)11の電界によるチャンネ
ルを消滅させるレベルの負電圧、例えば、−20[V]
を印加すると、トップゲート電極(TG)19からの電
界がボトムゲート電極(BG)11の電界がチャンネル
層に与える影響を減じる方向に働き、この結果、空乏層
が半導体層13の厚み方向に伸び、nチャンネルをピン
チオフする。このとき、トップゲート電極(TG)19
側から照射光Aが照射されると、半導体層13のトップ
ゲート電極(TG)19側に電子−正孔対が誘起され
る。トップゲート電極(TG)19に、−20[V]が
印加されているため、誘起された正孔は、チャンネル領
域に蓄積され、トップゲート電極(TG)19の電界を
打ち消す。このため、半導体層13のチャンネル領域に
nチャンネルが形成され、電流が流れる。ソース電極
(S)14−ドレイン電極(D)15間に流れる電流
(以下ドレイン電流IDS)は、照射光Aの光量に応じて
変化する。
When a positive voltage, for example, +10 [V] is applied to the bottom gate electrode (BG) 11 of the photosensor PS shown in FIG. 3, an n-channel is formed in the bottom transistor. Here, when a positive voltage, for example, +5 [V] is applied between the source electrode (S) 14 and the drain electrode (D) 15, electrons are supplied from the source electrode (S) 14 side, and a current flows. In this state, the top gate electrode (TG) 19
A negative voltage of a level that annihilates the channel due to the electric field of the bottom gate electrode (BG) 11, for example, -20 [V]
Is applied, the electric field from the top gate electrode (TG) 19 acts to reduce the influence of the electric field of the bottom gate electrode (BG) 11 on the channel layer. As a result, the depletion layer extends in the thickness direction of the semiconductor layer 13. , N channels. At this time, the top gate electrode (TG) 19
When the irradiation light A is irradiated from the side, electron-hole pairs are induced on the side of the top gate electrode (TG) 19 of the semiconductor layer 13. Since −20 [V] is applied to the top gate electrode (TG) 19, the induced holes are accumulated in the channel region and cancel the electric field of the top gate electrode (TG) 19. Therefore, an n-channel is formed in the channel region of the semiconductor layer 13 and a current flows. The current (hereinafter, drain current I DS ) flowing between the source electrode (S) 14 and the drain electrode (D) 15 changes according to the amount of irradiation light A.

【0031】このように、フォトセンサPSは、トップ
ゲート電極(TG)19からの電界がボトムゲート電極
(BG)11からの電界によるチャンネル形成に対して
それを妨げる方向に働くように制御し、nチャンネルを
ピンチオフするものであるから、光無照射時に流れるド
レイン電流IDSを極めて小さく、例えば、10-14 A程
度にすることができる。その結果、フォトセンサPS
は、光照射時のドレイン電流IDSと光無照射時のドレイ
ン電流IDSとの差を充分大きくすることができ、また、
このときのボトムトランジスタの増幅率は、照射された
光量によって変化し、S/N比を大きくすることができ
る。
As described above, the photosensor PS is controlled so that the electric field from the top gate electrode (TG) 19 acts in a direction that prevents the electric field from the bottom gate electrode (BG) 11 from forming a channel. Since the n-channel is pinched off, the drain current I DS flowing when no light is irradiated can be extremely small, for example, about 10 −14 A. As a result, the photo sensor PS
The difference between the drain current I DS of the drain current I DS and the light non-irradiation time during the light irradiation can sufficiently increase it. In addition,
At this time, the amplification factor of the bottom transistor changes depending on the amount of irradiated light, and the S / N ratio can be increased.

【0032】また、フォトセンサPSは、ボトムゲート
電極(BG)11に、正電圧(+10[V])を印加し
た状態で、トップゲート電極(TG)19を、例えば、
0[V]にすると、半導体層13とトップゲート絶縁膜
18との間のトラップ準位から正孔を吐き出させてリフ
レッシュ、すなわち、リセットすることができる。すな
わち、フォトセンサPSは、連続使用されると、トップ
ゲート絶縁膜18と半導体層13との間のトラップ準位
が光照射により発生する正孔及びドレイン電極(D)1
5から注入される正孔によって埋められていき、光無照
射状態でのチャンネル抵抗も小さくなって、光無照射時
にドレイン電流IDSが増加する。そこで、トップゲート
電極(TG)19に0[V]を印加し、この正孔を吐き
出させて、リセットする。
In addition, the photo sensor PS applies a positive voltage (+10 [V]) to the bottom gate electrode (BG) 11 and, for example,
When the voltage is set to 0 [V], holes can be discharged from the trap level between the semiconductor layer 13 and the top gate insulating film 18 to refresh, that is, reset. That is, if the photosensor PS is used continuously, the trap level between the top gate insulating film 18 and the semiconductor layer 13 is a hole and a drain electrode (D) 1 generated by light irradiation.
Filled with holes injected from No. 5, the channel resistance in the non-light irradiation state also decreases, and the drain current I DS increases in the no light irradiation state. Therefore, 0 [V] is applied to the top gate electrode (TG) 19 to discharge the holes and reset.

【0033】さらに、フォトセンサPSは、ボトムゲー
ト電極(BG)11に、正電圧を印加していないときに
は、ボトムトランジスタにチャンネルが形成されず、光
照射を行なっても、ドレイン電流IDSが流れず、非選択
状態とすることができる。すなわち、フォトセンサPS
は、ボトムゲート電極(BG)11に印加する電圧(ボ
トムゲート電圧VBG)を制御することにより、選択状態
と、非選択状態とを制御することができる。また、この
非選択状態において、トップゲート電極(TG)19に
0[V]を印加すると、上記同様に、半導体層13とト
ップゲート絶縁膜18との間のトラップ準位から正孔を
吐き出させてリセットすることができる。
Further, in the photosensor PS, when a positive voltage is not applied to the bottom gate electrode (BG) 11, a channel is not formed in the bottom transistor, and the drain current IDS flows even if light irradiation is performed. Instead, it can be in a non-selected state. That is, the photo sensor PS
By controlling the voltage (bottom gate voltage V BG ) applied to the bottom gate electrode (BG) 11, the selected state and the non-selected state can be controlled. When 0 [V] is applied to the top gate electrode (TG) 19 in this non-selected state, holes are discharged from the trap level between the semiconductor layer 13 and the top gate insulating film 18 as described above. Can be reset.

【0034】次に、上記動作を、フォトセンサPSの各
電極に印加する電圧関係を示す図5とそのときのドレイ
ン電流特性曲線を示す図6を用いて説明する。なお、図
6は、ボトムゲート電極(BG)11に印加されるボト
ムゲート電圧VBG及び照射光Aの有無をパラメータとし
て、トップゲート電極(TG)19に印加するトップゲ
ート電圧VTGを変化させたときのドレイン電流特性を示
している。
Next, the above operation will be described with reference to FIG. 5 showing a relationship between voltages applied to the respective electrodes of the photosensor PS and FIG. 6 showing a drain current characteristic curve at that time. FIG. 6 shows that the top gate voltage V TG applied to the top gate electrode (TG) 19 is changed by using the bottom gate voltage V BG applied to the bottom gate electrode (BG) 11 and the presence or absence of the irradiation light A as parameters. The graph shows the drain current characteristics when the device is turned on.

【0035】いま、図5の(A)および(B)に示す2
状態は、ボトムゲート電圧VBGが0[V]である点で共
通する。この状態は、図6の、照射光Aを照射したとき
(明時)のドレイン電流特性曲線T1及び照射光Aを照
射しないとき(暗時)のドレイン電流特性曲線T2に対
応する。すなわち、この状態は、トップゲート電圧VTG
が0[V]〜−20[V]に変化しても、また、照射光
Aの照射の有無にかかわらず、ドレイン電流IDSは、1
0[pA]以下であり、フォトセンサPSは、非選択状
態となっている。
Now, as shown in FIG. 5A and FIG.
The state is common in that the bottom gate voltage V BG is 0 [V]. This state corresponds to the drain current characteristic curve T1 when the irradiation light A is irradiated (when bright) and the drain current characteristic curve T2 when the irradiation light A is not irradiated (when dark) in FIG. That is, this state corresponds to the top gate voltage V TG
Is changed from 0 [V] to −20 [V], and the drain current IDS is 1 regardless of the irradiation of the irradiation light A.
0 [pA] or less, and the photosensor PS is in a non-selected state.

【0036】また、図5の(C)及び(D)に示す状態
は、ボトムゲート電圧VBGが+10[V]である点で共
通する。この状態で、光を照射してトップゲート電圧V
TGを0[V]から−20[V]に変化しても、ドレイン
電流IDSは、図6に明時のドレイン電流特性曲線B2と
して示すように、常に、1[μA]以上のドレイン電流
DSが流れ、光照射が検出される。また、フォトセンサ
PSに照射光Aを照射しないときには、図6に暗時のド
レイン電流特性曲線B1として示すように、トップゲー
ト電圧VTGが−14[V]以下で、10[pA]以下の
ドレイン電流IDSが流れ、トップゲート電圧VTGがそれ
よりも高くなると、ドレイン電流IDSは増大する。
The states shown in FIGS. 5C and 5D are common in that the bottom gate voltage V BG is +10 [V]. In this state, light is radiated and the top gate voltage V
Even if TG is changed from 0 [V] to -20 [V], the drain current I DS is always 1 [μA] or more as shown in FIG. IDS flows and light irradiation is detected. When the photosensor PS is not irradiated with the irradiation light A, the top gate voltage V TG is -14 [V] or less and 10 [pA] or less, as shown in FIG. When the drain current I DS flows and the top gate voltage V TG becomes higher, the drain current I DS increases.

【0037】したがって、フォトセンサPSは、図5に
示したように、トップゲート電圧VTGを、例えば、0
[V]と−20[V]とに制御することにより、センス
状態とリセット状態を制御することができ、また、ボト
ムゲート電圧VBGを、例えば、0[V]と+10[V]
とに制御することにより、選択状態及び非選択状態を制
御することができる。その結果、トップゲート電圧VTG
及びボトムゲート電圧VBGを制御することにより、フォ
トセンサPSを、それ自体で、フォトセンサとしての機
能と、選択トランジスタとしての機能を兼ね備えさたも
のとして、動作させることができる。
Therefore, as shown in FIG. 5, the photo sensor PS changes the top gate voltage V TG to, for example, 0
By controlling to [V] and -20 [V], the sense state and the reset state can be controlled, and the bottom gate voltage V BG is set to, for example, 0 [V] and +10 [V].
Thus, the selected state and the non-selected state can be controlled. As a result, the top gate voltage V TG
In addition, by controlling the bottom gate voltage V BG , the photo sensor PS can operate as a photo sensor having both a function as a photo sensor and a function as a selection transistor.

【0038】このフォトセンサPSは、フォトセンサと
しての機能と選択トランジスタとしての機能とを兼ね備
えていることを利用して、本実施例では、図2に示した
ようにフォトセンサアレイに適用されており、このフォ
トセンサアレイを利用して、図1に示したフォトセンサ
システム1が構成されている。
In this embodiment, the photosensor PS is applied to a photosensor array as shown in FIG. 2 by utilizing the fact that it has both a function as a photosensor and a function as a selection transistor. The photo sensor system 1 shown in FIG. 1 is configured using the photo sensor array.

【0039】次に、作用を説明する。Next, the operation will be described.

【0040】上記フォトセンサシステム1においては、
マトリックス状に配設された各フォトセンサPSをセン
ス状態と非センス状態とに、交互に切り換えるととも
に、該センス状態にあるセンス時間の長さを変化させ、
このセンス時間内に各フォトセンサPSの出力が反転す
るかどうかをチェックして、各フォトセンサPSの出力
が反転する臨界のセンス時間に基づいて照射光の光量、
すなわち、被検出対象の階調度を検出する。
In the photo sensor system 1 described above,
Each of the photo sensors PS arranged in a matrix is alternately switched between a sense state and a non-sense state, and the length of the sense time in the sense state is changed.
It is checked whether or not the output of each photosensor PS is inverted within this sense time, and based on the critical sense time at which the output of each photosensor PS is inverted, the amount of irradiation light,
That is, the gradient of the detection target is detected.

【0041】すなわち、図1において、クロック発生部
23は、所定周波数のクロック信号及びリセット信号を
画素部駆動回路21及び信号反転検出部24に出力し、
画素部駆動回路2は、クロック発生部4から入力される
クロック信号及びリセット信号に基づいて、センサ部3
にセンス信号及びリセット信号として、トップゲート電
圧(φTG)やボトムゲート電圧(φBG)を出力し、
センサ部3の各フォトセンサPS毎の駆動を行なう。こ
のとき、画素部駆動回路21は、図2に示すように、そ
のローアドレスデコーダ34、トップアドレスデコーダ
36及びコラムスイッチ35により、各フォトセンサP
Sのボトムゲート電極(BG)11に印加するボトムゲ
ート電圧φBG1〜φBGn、トップゲート電極(T
G)19に印加するトップゲート電圧φTG1〜φTG
n及びドレイン電極(D)15に印加するドレイン電圧
φd1〜φdm(プリチャージ電圧φPG)を、図7に
示すように制御する。
That is, in FIG. 1, the clock generating section 23 outputs a clock signal of a predetermined frequency and a reset signal to the pixel section driving circuit 21 and the signal inversion detecting section 24,
The pixel unit driving circuit 2 detects the sensor unit 3 based on the clock signal and the reset signal input from the clock generation unit 4.
Outputs a top gate voltage (φTG) and a bottom gate voltage (φBG) as a sense signal and a reset signal,
The sensor unit 3 is driven for each photo sensor PS. At this time, as shown in FIG. 2, the pixel portion drive circuit 21 uses the row address decoder 34, the top address decoder 36, and the column switch 35 to control each photo sensor P.
The bottom gate voltages φBG1 to φBGn applied to the bottom gate electrode (BG) 11 of the S, the top gate electrode (T
G) Top gate voltages φTG1 to φTG applied to 19
The n and the drain voltages φd1 to φdm (precharge voltage φPG) applied to the drain electrode (D) 15 are controlled as shown in FIG.

【0042】すなわち、図7に示すように、フォトセン
サシステム1では、まず、第1行目に接続された各フォ
トセンサPSに対して、そのボトムゲート電圧φBG1
を0[V]、トップゲート電圧φTG1を+5[V]と
して、リセットし、このリセット中にプリチージトラン
ジスタ37に所定時間だけプリチャージ電圧(φPG)
を印加して、信号線32にドレイン電圧φd1〜φdm
を印加することによりプリチャージする。その後、トッ
プゲート電圧φTG1を−20[V]としてフォトセン
サPSをセンス状態とし、このセンス状態の期間(セン
ス時間τ)にボトムゲート電圧φBG1を+10[V]
にすると、フォトセンサPSは、選択状態となる。フォ
トセンサPSは、選択状態となったとき、所定のセンス
時間τ1の長さとそのセンス時間τ1内の光照射量(光
量)に応じて、出力信号VOUT が0[V]に変化した
り、+10[V]のままであったりする。
That is, as shown in FIG. 7, in the photosensor system 1, first, the bottom gate voltage φBG1 is applied to each photosensor PS connected to the first row.
Is reset to 0 [V] and the top gate voltage φTG1 is set to +5 [V]. During the reset, the precharge transistor 37 is charged with a precharge voltage (φPG) for a predetermined time.
Is applied to the signal line 32 to apply the drain voltages φd1 to φdm.
Is precharged by applying. Thereafter, the photo sensor PS is set to the sensing state by setting the top gate voltage φTG1 to −20 [V], and the bottom gate voltage φBG1 is set to +10 [V] during this sensing state (sense time τ).
Then, the photo sensor PS is in the selected state. When the photosensor PS is in the selected state, the output signal V OUT changes to 0 [V] according to the length of the predetermined sense time τ1 and the light irradiation amount (light amount) within the sense time τ1. +10 [V].

【0043】上記動作をボトムゲート電圧φBG1とト
ップゲート電圧φTG1からボトムゲート電圧φBGn
とトップゲート電圧φTGnまで、すなわち、マトリッ
クス状に配設されたフォトセンサPSの第1行目のフォ
トセンサから第n行目のフォトセンサPSまで、順次、
同じセンス時間τ1で動作させ、このときの各行に接続
されたフォトセンサPSの出力信号VOUT をコラムスイ
ッチ35からバッファ38を介して信号反転検出部5に
出力する。
The above operation is performed from the bottom gate voltage φBG1 and the top gate voltage φTG1 to the bottom gate voltage φBGn.
And the top gate voltage φTGn, that is, from the photosensors in the first row to the nth row of the photosensors PS arranged in a matrix,
The operation is performed at the same sense time τ1, and the output signal V OUT of the photo sensor PS connected to each row at this time is output from the column switch 35 to the signal inversion detection unit 5 via the buffer 38.

【0044】上記動作を第1行目から第n行目まで行う
と、リセットし、次に、センス時間τを、図7に示すよ
うに、上記センス時間τ1よりも所定時間だけ短いセン
ス時間τ2に設定して、このセンス時間τ2について、
上記同様の処理を第1行目から第n行目まで、繰り返し
行う。そして、このときの各フォトセンサPSの出力信
号VOUT を上記同様に信号反転検出部5に出力する。
When the above operation is performed from the first row to the n-th row, reset is performed, and then, as shown in FIG. 7, the sense time τ2 is shorter than the sense time τ1 by a predetermined time τ2 as shown in FIG. And for this sense time τ2,
The same processing is repeated from the first line to the n-th line. Then, the output signal V OUT of each photosensor PS at this time is output to the signal inversion detection unit 5 in the same manner as described above.

【0045】以下同様に、順次、センス時間τを順次所
定時間だけ短くして、上記処理を繰り返し行い、予め設
定した回数だけ上記処理を繰り返して行う。このときの
繰り返し回数は、少なくとも表現したい階調数以上の回
数を設定する。
Similarly, the sensing time τ is successively shortened by a predetermined time, and the above processing is repeated. The above processing is repeated a preset number of times. At this time, the number of repetitions is set to be at least the number of tones to be expressed.

【0046】このようにして、順次信号反転検出部5に
各フォトセンサPSの出力信号VOU T が入力されると、
信号反転検出部5は、各フォトセンサPS毎に、その出
力信号VOUT が反転したかどうかを検出するとともに、
当該センス時間τ内にクロック発生部4から入力される
クロック信号をカウントし、カウント数と当該出力信号
OUT の反転したフォトセンサPSのアドレスデータを
階調判断部6に出力する。そして、各フォトセンサPS
の出力信号VOUT が反転するまでの時間は、上述のよう
に、各フォトセンサPSに照射される照射光の光量に依
存し、クロック発生部4のカウントするカウント数(す
なわち、フォトセンサPSの出力信号VOUT の反転する
臨界センス時間τ)は、各フォトセンサPSに照射され
る照射光の光量に対応している。
[0046] In this manner, the output signal V OU T of each photosensor PS is sequentially input to the signal inversion detecting unit 5,
The signal inversion detection unit 5 detects whether or not the output signal V OUT is inverted for each photosensor PS,
The clock signal input from the clock generation unit 4 is counted within the sense time τ, and the count number and the address data of the photosensor PS in which the output signal V OUT is inverted are output to the gradation determination unit 6. And each photo sensor PS
As described above, the time until the output signal V OUT is inverted depends on the amount of irradiation light applied to each photosensor PS, and is counted by the clock generator 4 (that is, the count of the photosensor PS). The critical sense time τ) at which the output signal V OUT is inverted corresponds to the amount of irradiation light applied to each photosensor PS.

【0047】階調判断部6は、信号反転検出部5から入
力されるカウント数に基づいて内蔵ROMに格納されて
いる臨界センス時間と階調との関係を示すテーブルを検
索して諧調データに変換し、変換した階調データを図外
の画像メモリに出力する。
The gradation judging section 6 searches a table showing the relationship between the critical sense time and the gradation stored in the built-in ROM based on the count number input from the signal inversion detecting section 5 and converts the table into gradation data. The converted gradation data is output to an image memory (not shown).

【0048】このように、各フォトセンサPSをセンス
状態と非センス状態とに交互に切り換えるとともに、該
センス状態にあるセンス時間τの長さを変化させ、フォ
トセンサPSの出力信号VOUT が反転する臨界のセンス
時間τを検出する検出動作を複数回繰り返し、フォトセ
ンサPSの出力信号VOUT が反転する臨界のセンス時間
τに基づいて、照射光の光量(階調度)を検出してい
る。したがって、光量(階調度)をディジタル信号とし
て取り出すことができ、外部に増幅回路を設けることな
く、正確に光量(階調度)を検出することができる。そ
の結果、精度良く階調表現を行うことができる。
As described above, each photo sensor PS is alternately switched between the sense state and the non-sense state, and the length of the sense time τ in the sense state is changed, so that the output signal V OUT of the photo sensor PS is inverted. The detection operation for detecting the critical sense time τ is repeated a plurality of times, and the light amount (gradation) of the irradiation light is detected based on the critical sense time τ when the output signal V OUT of the photosensor PS is inverted. Therefore, the amount of light (gradation) can be extracted as a digital signal, and the amount of light (gradation) can be accurately detected without providing an external amplifier circuit. As a result, gradation expression can be performed with high accuracy.

【0049】例えば、図8に示すように、例えば、円形
の図形Zにおいて、その内側から外側に領域Z0 、領域
1 、領域ZM 及び領域ZN があり、外側の領域ZN
真っ白で、内側の領域Z0 が真っ黒である場合、信号反
転検出部5は、上記1回目の検出動作から最終の検出動
作の全ての検出動作において、外側の領域ZN を検出す
るフォトセンサPSの出力信号VOUT の反転を検出し、
また、例えば、3回目の検出動作から始めて外側から2
つ目の領域ZM を検出するフォトセンサPSの出力信号
OUT の反転を検出して、この領域ZM については以降
の検出動作において全て出力信号VOUT の反転を検出す
る。また、信号反転検出部5は、上記領域ZM よりも遅
い回の検出動作において領域Z1 を検出するフォトセン
サPSの出力信号VOUT の反転を検出し、この領域Z1
については、以降の検出動作において全て出力信号V
OUT の反転を検出する。さらに、信号反転検出部5は、
最終回の検出動作において、内側の領域Z0 を検出する
フォトセンサPSの出力信号VOUT の反転を検出する。
そして、信号反転検出部5は、各フォトセンサPSに対
して、最初に出力信号VOUT が反転するのを検出したと
きのセンス時間τ内にクロック発生部4から入力される
クロック信号をカウントして、そのカウント結果と出力
信号VOUT の反転したフォトセンサPSのアドレスデー
タを階調判断部6に出力する。したがって、階調判断部
6は、ディジタル信号としてのカウント結果に基づい
て、各領域領域Z0 、領域Z1 、領域ZM 及び領域ZN
の階調度を精度良く判断することができる。
For example, as shown in FIG. 8, for example, in a circular figure Z, there are a region Z 0 , a region Z 1 , a region Z M and a region Z N from inside to outside, and the outside region Z N is pure white. When the inner area Z 0 is completely black, the signal inversion detector 5 detects the outer area Z N of the photo sensor PS that detects the outer area Z N in all the detection operations from the first detection operation to the final detection operation. Detecting the inversion of the output signal V OUT ,
Also, for example, starting from the third detection operation and
One eye region Z M by detecting the inversion of the output signal V OUT of the photosensor PS to detect, to detect a reversal of all the output signals V OUT in the detection operation after about this region Z M. In addition, the signal inversion detection unit 5 detects the inversion of the output signal V OUT of the photo sensor PS that detects the area Z 1 in the detection operation performed later than the area Z M , and this area Z 1
For all the output signals V
Detects inversion of OUT . Further, the signal inversion detection unit 5
In the final detection operation, the inversion of the output signal V OUT of the photo sensor PS for detecting the inner area Z 0 is detected.
Then, the signal inversion detection unit 5 counts the clock signal input from the clock generation unit 4 for each photosensor PS within the sense time τ when the output signal V OUT is first detected to be inverted. Then, the count result and the address data of the photosensor PS in which the output signal V OUT is inverted are output to the gradation determination unit 6. Therefore, based on the count result as a digital signal, the gradation judging section 6 determines each of the region regions Z 0 , Z 1 , Z M and Z N.
Can be accurately determined.

【0050】また、本実施例によれば、各フォトセンサ
PSとして、半導体層13を挟んで、ソース電極(S)
14とドレイン電極(D)15が相対向して配され、こ
れら半導体層13、ソース電極(S)14及びドレイン
電極(D)15を挟んでその両側にそれぞれ絶縁膜1
2、18を介して該半導体層13と相対向するボトムゲ
ート電極(BG)11及びトップゲート電極(TG)1
9が配され、該トップゲート電極(TG)19を光照射
側とし、該光照射側から照射された光が、該光照射側の
トップゲート絶縁膜18を透過して半導体層13に照射
され、光照射側のトップゲート電極(TG)19に印加
される電圧が制御されることにより、そのセンス状態と
非センス状態が制御されるものを使用しているので、フ
ォトセンサPSのセンス状態を容易に制御することがで
きるとともに、フォトセンサPS自体に増幅機能を有し
たフォトセンサ機能とフォトセンサPSの選択機能とを
持たせることができ、より一層検出精度を向上させるこ
とができるとともに、フォトセンサシステム1自体をよ
り一層小型化することができる。
Further, according to this embodiment, as each photosensor PS, the source electrode (S)
14 and a drain electrode (D) 15 are opposed to each other, and the insulating film 1 is formed on both sides of the semiconductor layer 13, the source electrode (S) 14, and the drain electrode (D) 15.
A bottom gate electrode (BG) 11 and a top gate electrode (TG) 1 opposed to the semiconductor layer 13 via the first and second semiconductor layers 2 and 18;
The top gate electrode (TG) 19 is used as a light irradiation side, and the light irradiated from the light irradiation side is transmitted through the top gate insulating film 18 on the light irradiation side to irradiate the semiconductor layer 13. Since the voltage applied to the top gate electrode (TG) 19 on the light irradiation side is controlled so that the sense state and the non-sense state are controlled, the sense state of the photosensor PS is changed. In addition to being able to control easily, the photosensor PS itself can be provided with a photosensor function having an amplification function and a selection function of the photosensor PS, so that the detection accuracy can be further improved, and The size of the sensor system 1 itself can be further reduced.

【0051】なお、上記実施例においては、フォトセン
サPSとして逆スタガー型薄膜トランジスタとコプラナ
ー型薄膜トランジスタとを半導体層を単一層にして組み
合わせたものを使用しているが、これに限るものではな
く、一般に、センス状態と非センス状態を有し、センス
状態にあるときに、その出力が照射される光量に応じた
時間で反転するフォトセンサPSを使用することができ
る。
In the above embodiment, the photosensor PS is formed by combining an inverted staggered thin film transistor and a coplanar thin film transistor with a single semiconductor layer. However, the present invention is not limited to this. A photosensor PS having a sense state and a non-sense state and inverting the output thereof in a time corresponding to the amount of light irradiated when in the sense state can be used.

【0052】また、上記実施例では、センス時間τを最
長センス時間から順次所定時間間隔で短く設定している
が、これに限るものではなく、例えば、最短のセンス時
間から順次所定時間間隔毎に長く設定しても良く、ま
た、そのセンス時間の減少あるいは増加の割合を変化さ
せてもよい。
In the above-described embodiment, the sense time τ is set to be shorter at predetermined time intervals from the longest sense time. However, the present invention is not limited to this. For example, the sense time τ is sequentially set at predetermined time intervals from the shortest sense time. It may be set longer, and the rate of decrease or increase in the sense time may be changed.

【0053】[0053]

【発明の効果】本発明のフォトセンサシステムによれ
ば、フォトセンサをセンス状態と非センス状態とに交互
に切り換えるとともに、該センス状態にあるセンス時間
の長さを変化させ、フォトセンサの出力が反転するのを
検出する検出動作を複数回繰り返し、フォトセンサの出
力が反転する臨界のセンス時間に基づいて、照射光の光
量を検出しているので、光量をディジタル化して取り出
すことができ、外部に増幅回路を設けることなく、正確
に光量を検出することができる。その結果、精度良く階
調表現を行うことができる。
According to the photo sensor system of the present invention, the photo sensor is alternately switched between the sense state and the non-sense state, and the length of the sense time in the sense state is changed, so that the output of the photo sensor is changed. The detection operation for detecting the inversion is repeated a plurality of times, and the light amount of the irradiation light is detected based on the critical sense time at which the output of the photosensor is inverted, so that the light amount can be digitized and extracted. It is possible to accurately detect the amount of light without providing an amplifier circuit. As a result, gradation expression can be performed with high accuracy.

【0054】この場合、フォトセンサを、半導体層を挟
んで、ソース電極とドレイン電極が相対向して配され、
これら半導体層、ソース電極及びドレイン電極を挟んで
その両側にそれぞれ絶縁膜を介して該半導体層と相対向
する第1ゲート電極及び第2ゲート電極が配され、該第
1ゲート電極側または第2ゲート電極側のいずれか一方
を光照射側とし、該光照射側から照射された光が、該光
照射側の絶縁膜を透過して前記半導体層に照射され、前
記光照射側のゲート電極に印加される電圧が制御される
ことにより、そのセンス状態と非センス状態が制御され
るものとすると、フォトセンサのセンス状態を容易に制
御することができるとともに、フォトセンサ自体に増幅
機能を有したフォトセンサ機能とフォトセンサの選択機
能とを持たせることができ、より一層検出精度を向上さ
せることができるとともに、フォトセンサシステム自体
をより一層小型化することができる。
In this case, the photo sensor is arranged such that the source electrode and the drain electrode face each other with the semiconductor layer interposed therebetween.
On both sides of the semiconductor layer, the source electrode and the drain electrode, a first gate electrode and a second gate electrode opposed to the semiconductor layer with an insulating film interposed therebetween, respectively, are arranged. One of the gate electrode sides is a light irradiation side, and light irradiated from the light irradiation side is irradiated on the semiconductor layer through the insulating film on the light irradiation side, and the light is irradiated on the gate electrode on the light irradiation side. Assuming that the sense state and the non-sense state are controlled by controlling the applied voltage, the sense state of the photosensor can be easily controlled, and the photosensor itself has an amplifying function. A photo sensor function and a photo sensor selection function can be provided, which can further improve detection accuracy and further reduce the size of the photo sensor system itself. Rukoto can.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係るフォトセンサシステムの一実施例
を示す回路ブロック図。
FIG. 1 is a circuit block diagram showing one embodiment of a photosensor system according to the present invention.

【図2】図1のセンサ部のセンサアレイを示す回路図。FIG. 2 is a circuit diagram showing a sensor array of the sensor unit of FIG.

【図3】図2のフォトセンサの側面断面図。FIG. 3 is a side sectional view of the photosensor of FIG. 2;

【図4】図3のフォトセンサの等価回路。FIG. 4 is an equivalent circuit of the photosensor of FIG.

【図5】図4のフォトセンサの各電極に印加する電圧と
その状態変化の説明図。
FIG. 5 is an explanatory diagram of voltages applied to respective electrodes of the photosensor of FIG. 4 and changes in the state thereof.

【図6】図5の電圧印加状態における出力特性を示す特
性曲線図。
6 is a characteristic curve diagram showing output characteristics in a voltage application state of FIG.

【図7】図2のフォトセンサへの各部の印加電圧と出力
信号との関係を示すタイミング図。
FIG. 7 is a timing chart showing a relationship between an applied voltage of each section to the photosensor of FIG. 2 and an output signal.

【図8】階調度の検出作用の説明図。FIG. 8 is an explanatory diagram of a gradation detecting operation.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 フォトセンサシステム 2 画素部駆動回路 3 センサ部 4 クロック発生部 5 信号反転検出部 6 階調判断部 10 絶縁性基板 11 ボトムゲート電極(BG) 12 ボトムゲート絶縁膜 13 半導体層 14 ソース電極(S) 15 ドレイン電極(D) 16、17 n+ シリコン層 18 トップゲート絶縁膜 19 トップゲート電極(TG) 34 ローアドレスデコーダ 35 コラムスイッチ 36 トップアドレスデコーダ PS フォトセンサDESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Photosensor system 2 Pixel part drive circuit 3 Sensor part 4 Clock generation part 5 Signal inversion detection part 6 Gradation judgment part 10 Insulating substrate 11 Bottom gate electrode (BG) 12 Bottom gate insulating film 13 Semiconductor layer 14 Source electrode (S 15) Drain electrode (D) 16, 17 n + silicon layer 18 Top gate insulating film 19 Top gate electrode (TG) 34 Row address decoder 35 Column switch 36 Top address decoder PS Photo sensor

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 センス状態と非センス状態を有し、セン
ス状態にあるときに、その出力が照射される光量に応じ
た時間で反転するフォトセンサを用いたフォトセンサシ
ステムにおいて、 前記フォトセンサをセンス状態と非センス状態とに交互
に切り換えるとともに、該センス状態にあるセンス時間
の長さを変化させて、該フォトセンサの出力の反転を検
出する検出動作を複数回繰り返し、フォトセンサの出力
が反転する臨界の前記センス時間に基づいて、照射光の
光量を検出することを特徴とするフォトセンサシステ
ム。
1. A photo sensor system using a photo sensor having a sense state and a non-sense state, and in a sense state, the output of which is inverted at a time corresponding to the amount of light irradiated. While alternately switching between the sense state and the non-sense state, and changing the length of the sense time in the sense state, the detection operation of detecting the inversion of the output of the photo sensor is repeated a plurality of times. A photosensor system for detecting the amount of irradiation light based on the critical sense time for inversion.
【請求項2】 前記フォトセンサは、 半導体層を挟んで、ソース電極とドレイン電極が相対向
して配され、これら半導体層、ソース電極及びドレイン
電極を挟んでその両側にそれぞれ絶縁膜を介して該半導
体層と相対向する第1ゲート電極及び第2ゲート電極が
配され、該第1ゲート電極側または第2ゲート電極側の
いずれか一方を光照射側とし、該光照射側から照射され
た光が、該光照射側の絶縁膜を透過して前記半導体層に
照射され、前記光照射側のゲート電極に印加される電圧
が制御されることにより、そのセンス状態と非センス状
態が制御されることを特徴とする請求項1記載のフォト
センサシステム。
2. The photosensor according to claim 1, wherein a source electrode and a drain electrode are opposed to each other with a semiconductor layer interposed therebetween, and both sides of the semiconductor layer, the source electrode and the drain electrode with an insulating film interposed therebetween. A first gate electrode and a second gate electrode facing the semiconductor layer are provided, and one of the first gate electrode side and the second gate electrode side is a light irradiation side, and irradiation is performed from the light irradiation side. Light is transmitted through the insulating film on the light irradiation side to irradiate the semiconductor layer, and by controlling a voltage applied to the gate electrode on the light irradiation side, the sense state and the non-sense state are controlled. The photo sensor system according to claim 1, wherein
【請求項3】 前記センス時間は、予め設定された最長
のセンス時間から順次所定時間間隔毎に短く設定されて
いることを特徴とする請求項1または請求項2記載のフ
ォトセンサシステム。
3. The photo sensor system according to claim 1, wherein the sense time is set to be shorter at predetermined time intervals sequentially from a preset longest sense time.
【請求項4】 前記センス時間は、予め設定された最短
のセンス時間から順次所定時間間隔毎に長く設定されて
いることを特徴とする請求項1または請求項2記載のフ
ォトセンサシステム。
4. The photo sensor system according to claim 1, wherein the sense time is set to be longer at predetermined time intervals sequentially from a preset shortest sense time.
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