JP3722352B2 - フォトセンサシステム及びそのフォトセンサシステムにおけるフォトセンサの駆動制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォトセンサを２次元配列して構成されるフォトセンサアレイを備えたフォトセンサシステム及びそのフォトセンサシステムにおけるフォトセンサの駆動制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子スチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置の普及が著しく、このような撮像機器においては、被写体像を画像信号に変換するための光電変換装置として、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の固体撮像デバイスが用いられている。
ＣＣＤは、周知の通り、フォトダイオードや薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）等のフォトセンサ（受光素子）をマトリクス状に配列した構成を有し、各フォトセンサの受光部に照射された光量に対応して発生する電子−正孔対の量（電荷量）を、水平走査回路及び垂直走査回路により検出し、照射光の輝度を検知している。
【０００３】
このようなＣＣＤを用いたフォトセンサシステムにおいては、走査された各フォトセンサを選択状態にするための選択トランジスタを個別に設ける必要があるため、画素数が増大するにしたがってシステム自体が大型化するという問題を有している。
そこで、近年、このような問題を解決するための構成として、フォトセンサ自体にフォトセンス機能と選択トランジスタ機能とを持たせた、いわゆる、ダブルゲート構造を有する薄膜トランジスタによるフォトセンサ（以下、ダブルゲート型フォトセンサという）が開発され、システムの小型化、及び、画素の高密度化を図る試みがなされている。
【０００４】
以下、ダブルゲート型フォトセンサの構造及び機能について説明する。
まず、本発明に係る画像読取装置に適用されるダブルゲート型トランジスタについて、図面を参照して説明する。
図１４は、ダブルゲート型フォトセンサの構造を示す概略断面図である。
図１４（ａ）に示すように、ダブルゲート型フォトセンサ１０は、可視光が入射されると電子−正孔対が生成されるアモルファスシリコン等の半導体薄膜（チャネル領域）１１と、半導体薄膜１１の両端にそれぞれ設けられたｎ＋シリコン層１７、１８と、ｎ＋シリコン層１７、１８を介して、半導体薄膜１１に対してオーミック接続されたソース電極１２及びドレイン電極１３と、半導体薄膜１１の上方（図面上方）にブロック絶縁膜１４及び上部（トップ）ゲート絶縁膜１５を介して形成されたトップゲート電極２１と、トップゲート電極２１上に設けられた保護絶縁膜２０と、半導体薄膜１１の下方（図面下方）に下部（ボトム）ゲート絶縁膜１６を介して形成されたボトムゲート電極２２と、を有し、これらの構成がガラス基板等の透明な絶縁性基板１９上に形成されている。
【０００５】
すなわち、ダブルゲート型フォトセンサ１０は、半導体薄膜１１、ソース電極１２、ドレイン電極１３及びトップゲート電極２１により構成される上部ＭＯＳトランジスタと、半導体薄膜１１、ソース電極１２、ドレイン電極１３及びボトムゲート電極２２により構成される下部ＭＯＳトランジスタと、を有して構成され、図１４（ｂ）の等価回路に示すように、半導体薄膜１１を共通のチャネル領域として、ＴＧ（トップゲート端子）、ＢＧ（ボトムゲート端子）、Ｓ（ソース端子）、Ｄ（ドレイン端子）を有する２つのＭＯＳトランジスタが組み合わされた構成と考えることができる。
【０００６】
なお、図１４（ａ）において、トップゲート電極２１、上部ゲート絶縁膜１５、ブロック絶縁膜１４、下部ゲート絶縁膜１６、及び、トップゲート電極２１上に設けられる保護絶縁膜２０は、いずれも半導体薄膜１１を励起する可視光に対して透過率の高い材質により構成され、一方、ボトムゲート電極２２は、可視光の透過を遮断する材質により構成されることにより、トップゲート電極２１側（図面上方）から入射された光がトップゲート電極２１、上部ゲート絶縁膜１５及びブロック絶縁膜１４を透過して、半導体薄膜１１に入射することにより、チャネル領域に電荷（正孔）が発生し、蓄積される。
【０００７】
次に、上述したダブルゲート型フォトセンサを２次元配列して構成されるフォトセンサシステムについて、図面を参照して簡単に説明する。
図１５は、ダブルゲート型フォトセンサを２次元配列して構成されるフォトセンサシステムの概略構成図である。
図１５に示すように、フォトセンサシステムは、大別して、多数のダブルゲート型フォトセンサ１０を、たとえば、ｎ行×ｍ列のマトリクス状に配列したフォトセンサアレイ１００と、各ダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート端子ＴＧ及びボトムゲート端子ＢＧを各々行方向に接続したトップゲートライン１０１及びボトムゲートライン１０２と、トップゲートライン１０１及びボトムゲートライン１０２に各々接続されたトップゲートドライバ１１１及びボトムゲートドライバ１１２と、各ダブルゲート型フォトセンサ１０のドレイン端子Ｄを列方向に接続したデータライン１０３と、データライン１０３に接続されたコラムスイッチ１１３と、を有して構成される。ここで、Ｖtg及びＶbgは、それぞれリセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｉ、…φＴｎ、及び、読み出しパルスφＢ１、φＢ２、…φＢｉ、…φＢｎを生成するための基準電圧、φpgは、プリチャージ電圧Ｖpgを印加するタイミングを制御するプリチャージパルスである。
【０００８】
このような構成において、後述するように、トップゲートドライバ１１１からトップゲート端子ＴＧに所定の電圧を印加することによりフォトセンス機能が実現され、ボトムゲートドライバ１１２からボトムゲート端子ＢＧに所定の電圧を印加し、データライン１０３を介してダブルゲート型フォトセンサ１０の出力電圧をコラムスイッチ１１３に取り込んでシリアルデータＶoutとして出力することにより読み出し機能が実現される。
【０００９】
次に、上述したフォトセンサシステムにおけるフォトセンサの駆動制御方法について、図面を参照して説明する。
図１６は、フォトセンサの駆動制御方法の一例を示すタイミングチャートであり、図１７は、ダブルゲート型フォトセンサの動作概念図であり、図１８は、フォトセンサシステムの出力電圧の光応答特性を示す図である。
まず、リセット動作においては、図１６、図１７（ａ）に示すように、ｉ番目の行の検出動作期間（ｉ行目処理サイクル）において、ｉ番目の行のトップゲートライン１０１にパルス電圧（リセットパルス；たとえばＶtg＝＋１５Ｖのハイレベル）φＴｉを印加して、ｉ番目の行の各ダブルゲート型フォトセンサ１０の半導体薄膜（チャネル領域）に蓄積されている電荷（正孔）を放出する（リセット期間Ｔreset）。
【００１０】
次いで、電荷蓄積動作においては、図１６、図１７（ｂ）に示すように、トップゲートライン１０１にローレベル（たとえばＶtg＝−１５Ｖ）のバイアス電圧φＴｉを印加することにより、リセット動作が終了し、電荷蓄積動作による電荷蓄積期間Ｔａがスタートする。電荷蓄積期間Ｔａにおいては、トップゲート電極側から入射した光の量に応じてチャネル領域に電荷（正孔）が蓄積される。
そして、プリチャージ動作においては、図１６、図１７（ｃ）に示すように、電荷蓄積期間Ｔａに並行して、プリチャージパルスφpgに基づいてデータライン１０３に所定の電圧（プリチャージ電圧）Ｖpgを印加し、ドレイン電極１３に電荷を保持させる（プリチャージ期間Ｔprch）。
【００１１】
次いで、読み出し動作においては、図１６、図１７（ｄ）に示すように、プリチャージ期間Ｔprchを経過した後、ボトムゲートライン１０２にハイレベル（たとえばＶbg＝＋１０Ｖ）のバイアス電圧（読み出し選択信号；以下、読み出しパルスという）φＢｉを印加することにより、ダブルゲート型フォトセンサ１０をＯＮ状態にする（読み出し期間Ｔread）。
ここで、読み出し期間Ｔreadにおいては、チャネル領域に蓄積された電荷（正孔）が逆極性のトップゲート端子ＴＧに印加されたローレベル電圧Ｖtg（−１５Ｖ）を緩和する方向に働くため、ボトムゲート端子ＢＧのＶbgによりｎチャネルが形成され、ドレイン電流に応じてデータライン１０３の電圧ＶＤは、図１８（ａ）に示すように、プリチャージ電圧Ｖpgから時間の経過とともに徐々に低下する傾向を示す。
【００１２】
すなわち、電荷蓄積期間Ｔａにおける電荷蓄積状態が暗状態（入射光が暗く、光量が少ない状態）で、チャネル領域に蓄積された電荷（正孔）が少ない場合には、図１３（ｅ）、図１４（ａ）に示すように、トップゲートＴＧに負バイアスをかけることによって、ボトムゲートＢＧの正バイアスが打ち消され、ダブルゲート型フォトセンサ１０はＯＦＦ状態となり、ドレイン電圧、すなわち、データライン１０３の電圧ＶＤは、ほぼそのまま保持されることになる。
一方、電荷蓄積状態が明状態（入射光が明るく、光量が多い状態）で、チャネル領域に蓄積された電荷（正孔）が多い場合には、図１３（ｄ）、図１４（ａ）に示すように、トップゲートＴＧの負バイアスを打ち消すように作用し、この打ち消された分だけボトムゲートＢＧの正バイアスによって、ダブルゲート型フォトセンサ１０はＯＮ状態となる。そして、この入射光量に応じたＯＮ抵抗に従って、データライン１０３の電圧ＶＤは、低下することになる。
【００１３】
したがって、図１８（ａ）に示したように、データライン１０３の電圧ＶＤの変化傾向は、トップゲートＴＧへのリセットパルスφＴｉの印加によるリセット動作の終了時点から、ボトムゲートＢＧに読み出しパルスφＢｉが印加されるまでの時間（電荷蓄積期間Ｔａ）に受光した光量に深く関連し、蓄積された電荷が少ない場合には極めて緩やかに低下する傾向を示し、また、蓄積された電荷が多い場合には急峻に低下する傾向を示す。そのため、読み出し期間Ｔreadがスタートして、所定の時間経過後のデータライン１０３の電圧ＶＤを検出することにより、あるいは、所定のしきい値電圧を基準にして、その電圧に至るまでの時間を検出することにより、照射光の光量が換算される。
【００１４】
上述した一連の画像読み取り動作を１サイクルとして、次のｉ＋１番目の行における検出動作期間（ｉ＋１番目処理サイクル）においても、ｉ番目の行における場合と同様に、リセットパルスφＴi+1、読み出しパルスφＢi+1を印加する動作を行い、以下、フォトセンサアレイ１００の各行に対して同様の動作を繰り返すことにより、ダブルゲート型フォトセンサ１０を２次元のセンサシステムとして動作させることができる。
【００１５】
なお、図１６に示したタイミングチャートにおいて、プリチャージ期間Ｔprchの経過後、図１７（ｆ）、（ｇ）に示すように、ボトムゲートライン１０２にローレベル（たとえばＶbg＝０Ｖ）を印加した状態を継続すると、ダブルゲート型フォトセンサ１０はＯＦＦ状態を持続し、図１８（ｂ）に示すように、データライン１０３の電圧ＶＤは、プリチャージ電圧Ｖpgを保持する。このように、ボトムゲートライン１０２への電圧の印加状態により、ダブルゲート型フォトセンサ１０の読み出し状態を選択する選択機能が実現される。
【００１６】
以上のように、リセット動作→電荷蓄積動作→プリチャージ動作→読み出し動作の一連の動作ステップにより被写体像の読み取りが行われるが、このような動作ステップは、上述したダブルゲート型フォトセンサを用いた場合に限らず、周知のフォトダイオードやフォトトランジスタ等をフォトセンサとして用いたフォトセンサシステムにおいても、同様の動作ステップが実行される。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような従来技術に係るフォトセンサシステムにおいては、以下に示すような問題を有していた。
（１）フォトセンサが２次元配列されたフォトセンサアレイを用いて被写体画像の読み取りを行う場合、フォトセンサアレイの１行毎のフォトセンサに対して、リセットパルス及びプリチャージパルスの印加を行い、電荷蓄積期間の経過後に読み出しパルスを印加するという一連の処理手順を行い、かつ、この処理手順を各行毎に順次繰り返して行う駆動制御方法が採用されていた。
【００１８】
そのため、ｎ本の行を有する２次元マトリクスの場合、１画面のスキャンを行うためには、１行目から最後のｎ行目までｎ回同様の動作を繰り返し行わなければならず、フォトセンサアレイの行数が多くなるほど１画面全体の動作処理時間（スキャン時間）が増大する、という問題を有していた。これによって、１画面分のスキャン時間が経過するまで被写体を静止させておかなければならない等の制約が生じ、実用化の範囲が極めて制限されるという問題を有していた。
【００１９】
ところで、上述したダブルゲート型フォトセンサにおいて、スキャン時間を短縮する技術としては、特開平８−２０４２２３号公報等に記載された技術が知られている。
特開平８−２０４２２３号公報には、読み出し動作時に印加される読み出しパルスφＢnに同期して、トップゲート電極に所定のオフセットバイアスを印加することにより、入射光による正孔の蓄積を待つことなく、半導体薄膜に形成される空乏層を後退させてチャネルを確保し、照度に応じたドレイン電流を迅速に流して、上記電荷蓄積時間Ｔａを短縮することが記載されている。
【００２０】
しかしながら、特開平８−２０４２２３号公報に記載された駆動制御方法においては、ダブルゲート型フォトセンサ単体における電荷蓄積時間Ｔａの短縮を図ることにより、２次元のフォトセンサシステム全体のスキャン時間を短縮する効果はあるものの、より高精細な画質を求めて画素数を増加すると、画素数に比例してスキャン時間が必然的に増大するという問題を依然として有していた。
【００２１】
（２）上述したようなフォトセンサを用いたフォトセンサシステムにおいては、たとえば、上述したダブルゲート型フォトセンサのように、入射光による電荷が電荷蓄積期間の間蓄積されるフォトセンサの場合、被写体が暗く、蓄積される電荷が少ない場合には、十分な検出感度を得るために電荷蓄積期間を長く設定することが必要となり、また、被写体が明るく、蓄積される電荷が多い場合には、電荷が飽和しないようにするために電荷蓄積期間を短く設定することが必要になる。すなわち、被写体画像を適切な感度で良好に読み取るためには、被写体の明るさに応じてフォトセンサの電荷蓄積期間、すなわち、読み取り感度を適切に設定する必要がある。
【００２２】
したがって、フォトセンサシステムを使用する場所や被写体が種々変化するような場合には、外光照度等の周囲環境の状態や被写体によって被写体の明るさがその都度変化するため、正規の被写体画像の読み取り動作の開始直前に、試験的に読み込み動作（以下、事前読み込み動作という）を行い、この結果から適切な感度を求めるようにすることが必要となる。
【００２３】
この事前読み込み動作を従来の駆動制御方法によって行う場合、まず、感度をある適当な値に設定して全画面読み取りを行い、検出結果が不適切であれば、感度を変更して再度全画面読み取りを行う、という動作を複数回繰り返し、適切な検出結果が得られる感度設定値を見つける、という手順を行うことになる。そのため、事前読み込み動作に要する時間が極めて長くなってしまい、迅速に適切な感度で被写体画像の読み取り動作を開始することができないという問題を有していた。
【００２４】
そこで、本発明は、上述した問題を解決し、フォトセンサを２次元配列して構成されるフォトセンサアレイを備えたフォトセンサシステムにおいて、被写体画像の読み取り処理に要する時間を短縮することができるフォトセンサシステム及びその駆動制御方法を提供することを第１の目的とし、また、フォトセンサシステムの使用状態に適した読み取り感度による被写体画像の読み取り動作を迅速に実行することができるフォトセンサシステム及びそのフォトセンサシステムにおけるフォトセンサの駆動制御方法を提供することを第２の目的としている。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のフォトセンサシステムは、マトリクス状に配列された複数のフォトセンサよりなるフォトセンサアレイを備えたフォトセンサシステムにおいて、前記フォトセンサアレイの所定の行にリセットパルスを印加して、当該行の複数のフォトセンサを初期化する初期化手段と、前記複数のフォトセンサに所定のプリチャージパルスを印加するプリチャージ手段と、前記初期化終了後、照射された光により発生する電荷を蓄積する電荷蓄積期間が経過し、かつ、前記プリチャージパルスを印加するプリチャージ動作が終了した前記所定の行の複数のフォトセンサに対して読み出しパルスを印加する読み出し手段と、前記読み出し手段に基づいて、前記電荷蓄積期間に蓄積された電荷による電圧を出力電圧として出力する出力手段と、少なくとも、前記プリチャージ手段によるプリチャージパルスの印加タイミングと、前記読み出し手段による各行毎の前記読み出しパルス及び前記初期化手段における前記リセットパルスの印加タイミングを、相互に時間的に重ならないように設定するとともに、各行毎の前記電荷蓄積期間が前記各行毎の前記読み出しパルスの印加間隔と前記プリチャージパルスのパルス幅の合計時間に等しいか、前記読み出しパルスの印加間隔の整数倍の時間と前記プリチャージパルスのパルス幅の合計時間を有するように設定されて、少なくとも２つの異なる行間において、時間的に重なる期間を有するように設定するタイミング制御手段と、を備えていることを特徴としている。
【００２６】
請求項２記載のフォトセンサシステムは、請求項１記載のフォトセンサシステムにおいて、前記フォトセンサは、半導体層からなるチャネル領域を挟んで形成されたソース電極及びドレイン電極と、少なくとも前記チャネル領域の上方及び下方に各々絶縁膜を介して形成された第１の電極及び第２の電極とを有し、
前記チャネル領域に前記照射された光の量に対応する電荷が発生、蓄積されることを特徴としている。
【００２７】
請求項３記載のフォトセンサシステムは、請求項２記載のフォトセンサシステムにおいて、前記初期化手段は、前記フォトセンサにおける前記第１の電極に前記リセットパルスを印加して前記フォトセンサを初期化し、前記プリチャージ手段は、前記フォトセンサにおける前記ドレイン電極に前記プリチャージパルスを印加し、前記読み出し手段は、プリチャージパルスによるプリチャージ動作が終了した前記フォトセンサの前記第２の電極に前記読み出しパルスを印加し、前記出力手段は、前記ドレイン電極の電圧を出力電圧として出力することを特徴としている。
【００２８】
請求項４記載のフォトセンサシステムは、請求項２記載のフォトセンサシステムにおいて、前記フォトセンサシステムは、前記第２の電極への前記読み出しパルスの印加タイミングに同期して、前記第１のゲート電極に、所定のオフセットバイアスを印加するオフセットバイアス印加手段を備えていることを特徴としている。
【００２９】
請求項５記載のフォトセンサの駆動制御方法は、マトリクス状に配列された複数のフォトセンサよりなるフォトセンサアレイを備えたフォトセンサシステムにおけるフォトセンサの駆動制御方法において、前記フォトセンサアレイの所定の行にリセットパルスを印加して、その行の複数のフォトセンサを初期化する第１のステップと、前記初期化終了後、前記所定の行の複数のフォトセンサにおいて、照射された光により発生する電荷を蓄積する電荷蓄積期間が経過し、かつ、前記複数のフォトセンサに所定のプリチャージパルスを印加するプリチャージ動作が終了した前記所定の行の複数のフォトセンサに対して読み出しパルスを印加して、前記電荷蓄積期間に蓄積された電荷による電圧を出力電圧として出力する第２のステップと、を含み、前記第２のステップにおけるプリチャージパルス及び各行毎の前記読み出しパルスと前記リセットパルスの印加タイミングは、相互に時間的に重ならないように設定されるとともに、各行毎の前記電荷蓄積期間は前記各行毎の前記読み出しパルスの印加間隔と前記プリチャージパルスのパルス幅の合計時間に等しいか、前記読み出しパルスの印加間隔の整数倍の時間と前記プリチャージパルスのパルス幅の合計時間を有するように設定されて、少なくとも２つの異なる行間において、時間的に重なる期間を有していることを特徴としている。
【００３０】
請求項６記載のフォトセンサの駆動制御方法は、請求項５記載のフォトセンサの駆動制御方法において、前記第１のステップにおいては、前記フォトセンサアレイの各行に前記リセットパルスを順次印加して各行毎の前記複数のフォトセンサを順次初期化し、前記第２のステップにおいては、前記初期化が終了して所定の電荷蓄積時間が経過し、かつ、前記プリチャージパルスによるプリチャージ動作が終了した前記各行の複数のフォトセンサに対して読み出しパルスを順次印加し、前記電荷蓄積期間に蓄積された電荷による電圧を出力電圧として順次出力することを特徴としている。
【００３１】
請求項７記載のフォトセンサの駆動制御方法は、請求項６記載のフォトセンサの駆動制御方法において、前記第２のステップにおける前記プリチャージパルス及び各行毎の前記読み出しパルスの印加間隔は、前記プリチャージパルスのパルス幅と前記読み出しパルスのパルス幅の合計時間に等しいか、又は、その整数倍の時間に設定されていることを特徴としている。
【００３２】
請求項８記載のフォトセンサの駆動制御方法は、請求項６記載のフォトセンサの駆動制御方法において、前記第１のステップにおける各行毎の前記リセットパルスの印加間隔、及び、前記第２のステップにおける前記プリチャージパルス及び各行毎の前記読み出しパルスの印加間隔は、前記プリチャージパルスのパルス幅と前記読み出しパルスのパルス幅の合計時間に等しいか、又は、その整数倍の時間に設定されていることを特徴としている。
【００３３】
請求項９記載のフォトセンサの駆動制御方法は、請求項６記載のフォトセンサの駆動制御方法において、前記第１のステップにおける各行毎の前記リセットパルスの印加間隔、及び、前記第２のステップにおける各行毎の前記プリチャージパルス及び前記読み出しパルスの印加間隔は、前記第１のステップにおける前記リセットパルスのパルス幅と前記第２のステップにおける前記プリチャージパルスのパルス幅と前記読み出しパルスのパルス幅の合計時間に等しいか、又は、その整数倍の時間に設定されていることを特徴としている。
【００３５】
請求項１０記載のフォトセンサの駆動制御方法は、請求項５記載のフォトセンサの駆動制御方法において、前記第２のステップにおける各行毎の前記プリチャージパルス及び前記読み出しパルスの印加間隔は、前記第１のステップにおける前記リセットパルスのパルス幅と前記第２のステップにおける前記プリチャージパルスのパルス幅と前記読み出しパルスのパルス幅との合計時間に等しいか、その整数倍の時間に設定されていることを特徴としている。請求項１１記載のフォトセンサの駆動制御方法は、請求項１０記載のフォトセンサの駆動制御方法において、前記第２のステップにおける各行毎の前記電荷蓄積期間は、各行毎に異なる時間に設定されていることを特徴としている。
【００３６】
請求項１２記載のフォトセンサの駆動制御方法は、請求項１０記載のフォトセンサの駆動制御方法において、前記第１のステップにおいて、前記リセットパルスを前記フォトセンサアレイの各行に同時に印加し、前記第２のステップにおいて、前記合計時間に等しいか、その整数倍の時間間隔で、前記プリチャージパルスを印加するとともに、各行に前記読み出しパルスを印加することを特徴としている。
【００３７】
請求項１３記載のフォトセンサの駆動制御方法は、請求項１０記載のフォトセンサの駆動制御方法において、前記第１のステップにおいて、前記リセットパルスを前記フォトセンサアレイの各行に前記合計時間に等しいか、その整数倍の時間間隔で順次印加し、全行への前記リセットパルスの印加が終了した後、前記第２のステップにおいて、前記プリチャージパルスを印加するとともに、前記第１のステップにおける前記フォトセンサアレイの各行に対する前記リセットパルスの印加順序に対して逆の順序で、各行に読み出しパルスを印加することを特徴としている。
【００３８】
請求項１４記載のフォトセンサの駆動制御方法は、請求項１０記載のフォトセンサの駆動制御方法において、前記第１のステップにおいて、前記リセットパルスを前記フォトセンサアレイの各行に前記合計時間に等しいか、その整数倍の時間間隔で順次印加し、前記第２のステップにおいて、前記第１のステップと同期して、前記プリチャージパルスを印加するとともに、前記第１のステップにおける前記フォトセンサアレイの各行に対する前記リセットパルスの印加順序に対して逆の順序で、各行に読み出しパルスを順次印加し、前記プリチャージ電圧の印加、及び、前記読み出しパルスの印加が終了し、前記合計時間経過後、前記プリチャージパルスを印加するとともに、前記読み出しパルスの各行への印加順序と同じ順序で、再度、各行に読み出しパルスを前記合計時間に等しいか、その整数倍の時間間隔で印加することを特徴としている。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係るフォトセンサシステム及びそのフォトセンサシステムにおけるフォトセンサの駆動制御方法の実施の形態について詳しく説明する。なお、以下に示す実施形態においては、フォトセンサとして上述したダブルゲート型フォトセンサを適用した場合について示すが、本発明の構成は、このダブルゲート型フォトセンサに限定されるものではなく、他の構成のフォトセンサを用いたフォトセンサシステムに対しても同様に適用されるものである。
また、以下に示す各実施形態においては、上述したダブルゲート型フォトセンサのトップゲート電極を第１の電極として電圧を印加することにより、フォトセンス機能を実現するとともに、ボトムゲート電極を第２の電極として電圧を印加することにより、チャネル領域に蓄積された電荷量を読み出す機能を実現するものとして説明する。
【００４０】
まず、本発明に係るフォトセンサシステムの一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係るフォトセンサシステムの一実施形態を示すブロック図である。なお、ここでは、図１４、図１５に示したダブルゲート型フォトセンサ及びフォトセンサシステムの構成を適宜参照しながら説明する。また、図１５に示したフォトセンサシステムと同等の構成については、同一の符号を付して説明する。
【００４１】
図１に示すように、本実施形態に係るフォトセンサシステムは、図１４に示したダブルゲート型フォトセンサ１０を２次元配列して構成されるフォトセンサアレイ１００と、ダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲートＴＧに所定のタイミングで、所定のトップゲート電圧（リセットパルス）、さらには、オフセットバイアスを印加するトップゲートドライバ（初期化手段、オフセットバイアス印加手段）１１１と、ダブルゲート型フォトセンサ１０のボトムゲートＢＧに所定のタイミングで、所定のボトムゲート電圧（読み出しパルス）を印加するボトムゲートドライバ（読み出し手段）１１２と、ダブルゲート型フォトセンサ１０へのプリチャージ電圧の印加及びデータライン電圧の読み出しを行うコラムスイッチ１１３、プリチャージスイッチ１１４、アンプ１１５からなる出力回路（プリチャージ手段、出力手段）１１６と、読み出されたデータ電圧（アナログ信号）をデジタル信号からなる画像データに変換するアナログ−デジタル変換器（以下、Ａ／Ｄコンバータと記す）１１６と、フォトセンサアレイ１００による被写体画像の読取動作制御や外部機能部２００とのデータのやり取り等を行うとともに、一連の動作ステップに係るリセット動作、電荷蓄積動作、プリチャージ動作、読み出し動作に関連する各パルス信号の印加タイミングを制御するタイミング制御機能を有するコントローラ（タイミング制御手段）１２０と、読取画像データ及び感度調整処理に関連するデータ等を記憶するＲＡＭ１３０と、を有して構成されている。
【００４２】
ここで、フォトセンサアレイ１００、トップゲートドライバ１１１、ボトムゲートドライバ１１２、コラムスイッチ１１３、プリチャージスイッチ１１４、アンプ１１５からなる構成は、図１５に示したフォトセンサシステムと略同等の構成及び機能を有しているので、その詳細な説明を省略する。
本実施形態におけるコントローラ１２０は、トップゲートドライバ１１１及びボトムゲートドライバ１１２に所定の制御信号を供給することにより、トップゲートドライバ１１１及びボトムゲートドライバ１１２の各々から、フォトセンサアレイ１００を構成する各ダブルゲート型フォトセンサのトップゲートＴＧ及びボトムゲートＢＧに印加する所定のパルス信号（リセットパルス、読み出しパルス）を生成するとともに、プリチャージスイッチ１１４に所定の制御信号φpgを出力することにより、データラインにプリチャージ電圧Ｖpgを印加して、被写体画像の読取動作の実行を制御する。
【００４３】
また、コントローラ１２０には、ダブルゲート型フォトセンサ１０から読み出されたデータライン電圧がアンプ１１５及びＡ／Ｄコンバータ１１６を介してデジタル信号に変換され、画像データとして入力される。コントローラ１２０は、この画像データに対して、所定の画像処理を施したり、ＲＡＭ１３０への書き込み、読み出しを行うとともに、画像データの照合や加工等の所定の処理を実行する外部機能部２００に対してインタフェースとしての機能をも備えている。
【００４４】
特に、コントローラ１２０は、トップゲートドライバ１１１、ボトムゲートドライバ１１２及び出力回路１１６に出力する制御信号を設定変更することにより、後述する駆動制御処理におけるリセットパルス、読み出しパルス、プリチャージパルス、オフセットバイアス等の印加タイミングを所定の条件を満たすように設定して、被写体画像の読み取り時間を短縮するとともに、外光照度等の周囲の環境等に対応して被写体画像を最適に読み込むことができる読取感度、すなわち、ダブルゲート型フォトセンサ１０の最適な電荷蓄積期間Ｔａを設定する機能を有している。
【００４５】
＜第１の実施形態＞
次に、上述したコントローラ１２０の概略動作について、図面を参照して説明する。
図２は、本発明に係るフォトセンサの駆動制御方法の第１の実施形態を示すタイミングチャートである。なお、ここでは、図１４、図１５及び図１に示したフォトセンサシステムの構成を適宜参照しながら説明する。
図２に示すように、まず、複数のダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート端子ＴＧを行方向に接続するトップゲートライン１０１の各々にリセットパルスφＴ１、φＴ２、φＴ３、…φＴｎを順次印加してリセット期間Ｔresetをスタートし、各行毎にダブルゲート型フォトセンサ１０を初期化する。
【００４６】
次いで、リセットパルスφＴ１、φＴ２、φＴ３、…φＴｎが立ち下がり、リセット期間Ｔresetが終了することにより、電荷蓄積期間Ｔａがスタートして、各行毎にダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート電極側から入射される光量に応じてチャネル領域に電荷（正孔）が発生し、蓄積される。
次いで、電荷蓄積期間Ｔａ内に並行して、全データライン１０３にプリチャージパルスφpgに基づくプリチャージ電圧Ｖpgを印加してプリチャージ期間Ｔprchをスタートし、ダブルゲート型フォトセンサ１０のドレイン電極に所定の電圧を保持させるプリチャージ動作が行われる。
【００４７】
次いで、電荷蓄積期間Ｔａ及びプリチャージ期間Ｔprchが終了したダブルゲート型フォトセンサ１０に対して、各行毎にボトムゲートライン１０２に読み出しパルスφＢ１、φＢ２、φＢ３、…φＢｎを順次印加して読み出し期間Ｔreadをスタートし、各ダブルゲート型フォトセンサ１０に蓄積された電荷に対応する電圧変化を、各データライン１０３を介してコラムスイッチ１１３に取り込んで読み出す。
なお、照射光量の検出方法は、上述した従来技術と同様に、データライン１０３の電圧の低下傾向を、読み出し期間Ｔreadがスタートして、所定の時間経過後の電圧値を検出することにより、あるいは、所定のしきい値電圧を基準にして、その電圧値に至るまでの時間を検出することにより、照射光量に換算される。
【００４８】
ここで、従来技術においては、フォトセンサアレイ１００の１行毎の読み取り処理時間、すなわち、１サイクルの期間内で、リセット動作から電荷蓄積動作、読み出し動作に至る一連の処理手順（動作ステップ）を実行し、フォトセンサアレイの行数（ｎ）分、同様の処理をシリアルに繰り返して行う駆動制御方法であったのに対して、本実施形態に係るフォトセンサの駆動制御方法においては、まず、トップゲートライン１０１を介して最初の行のダブルゲート型フォトセンサから順に、リセットパルスφＴ１、φＴ２、φＴ３、…φＴｎを連続的に印加するリセット動作を先行して実行しつつ、ダブルゲート型フォトセンサのうち、電荷蓄積期間が経過し、かつ、プリチャージ動作が終了した最初の行のダブルゲート型フォトセンサから順に、ボトムゲートライン１０２を介して読み出しパルスφＢ１、φＢ２、φＢ３、…φＢｎを並行して印加し、ドレイン電極の電圧変化を読み出す処理手順を実行するようにしたものである。
【００４９】
このとき、プリチャージパルスφpg及び各行毎の読み出しパルスφＢ１、φＢ２、φＢ３、…φＢｎの印加タイミングが相互に時間的に重ならないように設定するとともに、各行の読み取り処理期間における電荷蓄積時間Ｔａの一部を時間的に重なるように設定することによって、各行毎の処理サイクルを一部オーバーラップさせて全体の読み取り処理時間を短縮するとともに、このような駆動制御を行った場合においても、行毎の出力電圧が相互に影響することなく、正確な読み取り動作を行うようにものである。
【００５０】
次に、上述したフォトセンサの駆動制御方法における、より好ましい実施の形態を示して、各行毎の処理動作のタイミングについて説明する。
図３は、上述したフォトセンサの駆動制御方法における、各行毎の処理動作のタイミングを説明するタイミングチャートである。
一般に、フォトセンサシステムにおいては、光量の検出感度を高めるため、リセット期間Ｔresetに対して読み出し期間Ｔreadが長く設定されている。また、処理時間を最適化し、駆動制御及び検出結果の処理を簡易にするため、検出感度に対応する行毎の電荷蓄積期間Ｔａが一定値に設定される。したがって、各行毎のリセット動作を単に連続して行った場合、１行目のダブルゲート型フォトセンサ１０の電荷蓄積期間Ｔａ経過後の読み出し期間Ｔread中に、次の２行目のダブルゲート型フォトセンサ１０の電荷蓄積期間Ｔａが経過して、異なる行相互の読み出し期間Ｔreadが重なり合う現象が生じる。その結果、一つのデータライン１０３上に異なる行に対応した読み取りデータが同時に出力されてしまい、データのクロストークが生じ、正確なデータの読み取りが行えなくなる。また、プリチャージ期間Ｔprchは、必ず各行毎の読み出し期間Ｔreadの前に設けることが必要であるため、読み出し期間Ｔreadとプリチャージ期間Ｔprchが時間的に重なり合ってしまう場合があり、データ読み取りが正確に行えなくなる。
【００５１】
そこで、本実施形態のより好ましい駆動制御方法は、上述したような異なる行に接続されたダブルゲート型フォトセンサ相互の読み出し期間Ｔreadの重複を避け、かつ、データライン１０３に印加されるプリチャージ電圧Ｖpgと読み出しデータＶＤの重複を避けることを目的として、図３に示すように、図２に示した処理手順と同様に、リセットパルスφＴ１、φＴ２、φＴ３、…φＴｎを順次印加するリセット動作を先行して実行しつつ、ダブルゲート型フォトセンサ１０のうち、電荷蓄積期間Ｔａが経過し、かつ、プリチャージ動作が終了した最初の行のダブルゲート型フォトセンサ１０から順に、ボトムゲートライン１０２を介して読み出しパルスφＢ１、φＢ２、φＢ３、…φＢｎを並行して順次印加し、ドレイン電極の電圧変化を読み出す処理手順を実行するようにして、各行毎の処理サイクルの一部を時間的にオーバーラップさせるようにした駆動制御方法において、行毎のリセットパルスφＴ１、φＴ２、φＴ３、…φＴｎ、読み出しパルスφＢ１、φＢ２、φＢ３、…φＢｎ、及び、プリチャージパルスφpgの間隔を、読み出しパルスによる読み出し期間Ｔreadとプリチャージパルスφpgによるプリチャージ期間Ｔprchとの和に相当する時間（合計時間）に設定するようにしたものである。
【００５２】
すなわち、行毎のリセットパルス、読み出しパルス、及びプリチャージパルスの間隔は、次の（１）式で表される第１のパルス間隔Ｔintとなる。
Ｔint＝Ｔprch＋Ｔread ……（１）
これによって、行毎のダブルゲート型フォトセンサ１０相互の読み出し期間Ｔread、及び、データラインに印加されるプリチャージ期間Ｔprchと読み出し期間Ｔreadが時間的に重なることが避けられるため、行毎の出力電圧が影響してクロストークが発生することが防止され、正確な読み取り動作を行うことができる。但し、この場合、上記タイミングチャートから明らかなように、電荷蓄積期間Ｔａは任意の時間に設定することはできず、電荷蓄積期間Ｔａの設定間隔は、上記第１のパルス間隔Ｔintを基準単位とする時間となる。
また、この構成によって、以下に示すように読み取り動作の処理時間を大幅に短縮することができる。更に、読み出し期間Ｔreadが一定に設定されるとともに、読み出し期間Ｔreadとプリチャージ期間Ｔprchの合計よりなるリセット動作の間隔も一定にすることができるため、駆動制御を簡略化することができる。
【００５３】
ここで、本実施形態のより好ましい駆動制御方法における動作処理時間の短縮効果について説明する。
従来技術におけるフォトセンサ全体（１画面分）のスキャン時間は、図１６に示したように、フォトセンサアレイ１００の行数をｎとした場合、リセット期間Ｔresetと電荷蓄積期間Ｔａと読み出し期間Ｔreadとの合計時間よりなる１行分の処理時間（処理サイクル）を行数分繰り返すことになるため、次の（２）式に示すＴp-oldとして表すことができる。
Ｔp-old＝ｎ×(Ｔreset＋Ｔa＋Ｔread) ……（２）
【００５４】
これに対して、本実施形態のより好ましい駆動制御方法におけるスキャン時間Ｔp１は、図３に示したように、１行目のリセット期間Ｔresetと電荷蓄積期間Ｔaの後、読み出し期間Ｔreadとプリチャージ期間Ｔprchが連続してｎ−１回繰り返された後に、ｎ行目の読み出し期間Ｔreadが一回付加された時間となるため、次の（３）式のように表すことができる。
したがって、従来技術におけるスキャン時間Ｔp-oldと、本実施形態のより好ましい駆動制御方法におけるスキャン時間Ｔp１との差、すなわち、本実施形態によって短縮される動作処理時間は、次の（４）式に示すＴoffとして表すことができる。
Ｔoff＝Ｔp-old−Ｔp１＝(ｎ−１)×(Ｔreset＋Ｔａ−Ｔprch) ……（４）
【００５５】
ここで、上述した短縮された処理時間Ｔoffについて、具体的な数値例を示して、本実施形態における有効性を説明する。
本実施形態のより好ましい駆動制御方法により短縮された動作処理時間Ｔoffは、ダブルゲート型フォトセンサが受光する光の明るさが、たとえば、数十ルクスの場合、１行（走査線）の処理時間（Ｔreset＋Ｔa＋Ｔread）として約０．１５秒を必要とするので、フォトセンサアレイの行数ｎが２００本程度の場合、従来技術においては、スキャン時間３０秒以上を必要としていたのに対して、本実施形態によれば０．３秒程度に短縮することができるので、短縮される処理時間Ｔoffは２９．７秒程度となる。すなわち、本実施形態によれば、スキャン理時間が１／１００程度に大幅に短縮され、今後の実用化に向けた有効な駆動方法を提示することができる。
【００５６】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明に係るフォトセンサの駆動制御方法における第２の実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態は、上述した第１の実施形態において、ボトムゲート電極に印加する読み出しパルスφＢｎに同期して、トップゲート電極にオフセットバイアスを印加するようにしたことを特徴としている。
図４は、フォトセンサの駆動制御方法の第２の実施形態を示すタイミングチャートである。ここでは、図１５に示したフォトセンサシステムの構成を適宜参照しながらを説明する。
【００５７】
図４に示すように、まず、複数のダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート端子ＴＧを行方向に接続するトップゲートライン１０１の各々に順次リセットパルス（Ｈレベル：たとえば、＋５Ｖ）φＴ１、φＴ２、φＴ３、…φＴｎを印加してリセット期間Ｔresetをスタートし、各行毎にダブルゲート型フォトセンサ１０を初期化する。
次いで、リセットパルスφＴ１、φＴ２、φＴ３、…φＴｎが立ち下がり（Ｌレベル：たとえば、−２０Ｖ）、リセット期間Ｔresetが終了すると、電荷蓄積期間Ｔａがスタートして、各行毎にダブルゲート型フォトセンサ１０に入射される光量に応じてチャネル領域に電荷が蓄積される。ここで、電荷蓄積期間Ｔａ内にデータライン１０３にプリチャージ電圧を印加してプリチャージ期間Ｔprchをスタートし、ダブルゲート型フォトセンサ１０のドレイン電極に所定の電圧を保持させる。
【００５８】
次いで、電荷蓄積期間Ｔａ及びプリチャージ期間Ｔprchが終了したダブルゲート型フォトセンサ１０に対して、各行毎にボトムゲートライン１０２に順次読み出しパルス（Ｈレベル：たとえば、１０Ｖ）φＢ１、φＢ２、φＢ３、…φＢｎを印加して、読み出し期間Ｔreadをスタートするとともに、上記読み出しパルスφＢ１、φＢ２、φＢ３、…φＢｎの印加タイミングに同期して、トップゲートライン１０１に順次所定のオフセットバイアス（たとえば、−１０Ｖ、バイアス期間Ｔbias）を印加し、各ダブルゲート型フォトセンサ１０に蓄積された電荷に対応する電圧変化をデータライン１０３を介して読み出す。
【００５９】
ここで、本実施形態に係る駆動制御方法における電荷蓄積期間とオフセットバイアスとの関係について、図面を参照して説明する。
まず、ダブルゲート型フォトセンサにおけるゲート印加電圧とチャネル形成との関係について説明する。
図５は、ダブルゲート型フォトセンサにおけるゲート印加電圧とチャネル形成状態を示す概念図である。なお、ダブルゲート型フォトセンサの各構成のうち、従来技術（図１４）に対応する構成については、同一の符号を付して説明する。
【００６０】
図５（ａ）は、ダブルゲート型フォトセンサ１０に光が照射されない状態にあって、かつ、トップゲート電極２１にＬレベル（−２０Ｖ）が印加された状態を示している。この状態においては、半導体層１１ａに形成される空乏層３０は、トップゲート電極側からボトムゲート電極側に向けて、半導体層１１ａのほぼ全域に広がり、ボトムゲート電極２２側から見たＭＯＳトランジスタ（以下、下部ＭＯＳトランジスタという）は、チャネルがピンチオフした状態を示す。
【００６１】
上述したように、下部ＭＯＳトランジスタのチャネルをピンチオフした状態で、半導体層１１ａに光が入射すると、図５（ｂ）に示すように、半導体層１１ａに電子−正孔対が発生してトップゲート電極２１直下に電荷（正孔）が蓄積され、空乏層３０の広がりがトップゲート電極２１方向に後退する。しかしながら、入射する光が低照度の場合には、図４に示したタイミングチャートにおける予め設定された電荷蓄積期間Ｔａ中に半導体層１１ａに蓄積される電荷量が少ないため、空乏層３０の広がりをトップゲート電極２１方向に十分後退させることができず、下部ＭＯＳトランジスタにおけるチャネルが形成されなくなり、読み出し動作時における下部ＭＯＳトランジスタによる出力が機能しないことになる。
そこで、本実施形態においては、図４のタイミングチャートに示したように、ボトムゲート電極２２に印加する読み出しパルスφＢ１、φＢ２、φＢ３、…の印加タイミングに同期させてトップゲート電極２１にオフセットバイアス（−１０Ｖ）を印加するようにしている。
【００６２】
このようなオフセットバイアスを印加することにより、図５（ｃ）に示すように、トップゲート電極２１の電圧が負の高バイアスから負の低バイアスに変化することにより、半導体層１１ａにおける空乏層３０の広がりが後退（減衰）して、光の照射による電荷の蓄積を待つことなく（電荷蓄積期間Ｔａの経過を待つことなく）、下部ＭＯＳトランジスタのチャネルが形成される。このとき、チャネルを流れるドレイン電流Ｉｄは、入射光の光量に応じて変化するチャネル抵抗に依存して変化する傾向を示すため、データラインを介して出力されるドレイン電流を検出することにより、照射光量を算出することができる。
一方、ダブルゲート型フォトセンサに入射する光が高照度の場合、半導体層１１ａに蓄積される電荷量が多いうえ、オフセットバイアスの印加により、電荷蓄積期間Ｔａの経過を待つことなく、空乏層３０の広がりは速やかに後退して下部ＭＯＳトランジスタのチャネルが形成される。
【００６３】
上述したような読み出しパルスφＢ１、φＢ２、φＢ３、…φＢｎの印加タイミングに同期して、オフセットバイアスを印加する手法を用いることにより、ダブルゲート型フォトセンサの飽和露光量を小さくすることができるとともに、下部ＭＯＳトランジスタにおけるチャネルの形成を制御し、かつ、チャネルを流下するドレイン電流により照射光量を検出することができるため、電荷蓄積期間Ｔａの短縮、又は、検出感度の向上を図ることができる。
したがって、本実施形態に係るフォトセンサの駆動制御方法によれば、上記（２）式におけるスキャン時間Ｔp１をさらに短縮して、高速スキャンを可能とし、また、低照度（暗い）の環境下にあっても良好に照射光量を検出して被写体像像を読み取ることができるフォトセンサシステムを提供することができる。
【００６４】
なお、本実施形態においては、トップゲート電極２１に印加するオフセットバイアスを−１０Ｖに設定した場合について説明したが、通常の非リセット動作時のセンスゲートバイアス（−２０Ｖ）と０Ｖの間の電圧値であれば、たとえば半導体層１１ａの特性や、周囲の明るさ、被写体の明暗等に応じて適宜設定するものであってもよい。
また、オフセットバイアスを入射光の照度に関わらず、均一に印加する手法を示したが、たとえば暗い被写体に対してのみ、オフセットバイアスを印加するように切り換え制御を行うものであってもよい。
さらに、オフセットバイアスを、読み出しパルスの立ち上がり、立ち下がりのタイミングに同期してトップゲート電極２１に印加する場合について説明したが、読み出しパルスをボトムゲート電極２２に印加している期間内であれば、読み出しパルスのパルス幅（読み出し期間）Ｔreadより短く設定するものであってもよい。
【００６５】
＜第３の実施形態＞
次に、本発明に係るフォトセンサの駆動制御方法における第３の実施形態について、図面を参照して説明する。
図６は、本発明に係るフォトセンサの駆動制御方法の第３の実施形態を示すタイミングチャートであり、図７は、本実施形態の変形例を示すタイミングチャートである。ここでは、図１５に示したフォトセンサシステムを適宜参照しながら、駆動制御方法を説明する。
図６、図７に示すように、本実施形態に係る駆動制御方法は、まず、ダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート端子ＴＧを行方向に接続するトップゲートライン１０１の各々に、順次リセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎを印加してリセット期間Ｔresetをスタートし、各行毎のダブルゲート型フォトセンサ１０を初期化する。
【００６６】
次いで、リセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎが立ち下がり、リセット期間Ｔresetが終了することにより、電荷蓄積期間Ｔａがスタートして、各行毎にダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート電極側から入射される光量に応じてチャネル領域に電荷（正孔）が発生し、蓄積される。ここで、図６に示すように、電荷蓄積期間Ｔａ内に並行して、あるいは、図７に示すように、電荷蓄積期間Ｔａの終了後に、プリチャージ信号φpgを順次印加することにより、プリチャージ期間Ｔprchをスタートし、データライン１０３にプリチャージ電圧を印加してダブルゲート型フォトセンサ１０のドレイン電極に所定の電圧を保持させるプリチャージ動作が行われる。
【００６７】
次いで、電荷蓄積期間Ｔａ及びプリチャージ期間Ｔprchが終了したダブルゲート型フォトセンサ１０に対して、他の行におけるリセット動作、プリチャージ動作及び読み出し動作のための各信号の印加タイミングと時間的に重ならないタイミングで、各行毎にボトムゲートライン１０２に順次読み出しパルスφＢ１、φＢ２、…φＢｎを印加して、読み出し期間Ｔreadをスタートし、ダブルゲート型フォトセンサ１０に蓄積された電荷に対応する電圧変化ＶＤ１、ＶＤ２、ＶＤ３、…ＶＤｍを、コラムスイッチ１１３によりデータライン１０３を介して読み出す。
【００６８】
ここで、照射光量の検出方法は、上述した従来技術と同様に、各データライン１０３の電圧ＶＤ１、ＶＤ２、ＶＤ３、…ＶＤｍの低下傾向を、読み出し期間Ｔreadがスタートして、所定の時間経過後の電圧値を検出することにより、あるいは、所定のしきい値電圧を基準にして、その電圧値に至るまでの時間を検出することにより、照射光量を換算する。
【００６９】
すなわち、本実施形態においては、上述した実施形態に示した処理手順と同様に、リセットパルスφＴ１、φＴ２、φＴ３、…φＴｎを順次印加するリセット動作を先行して実行しつつ、ダブルゲート型フォトセンサ１０のうち、電荷蓄積期間Ｔａが経過し、かつ、プリチャージ動作が終了した最初の行のダブルゲート型フォトセンサ１０から順に、ボトムゲートライン１０２を介して読み出しパルスφＢ１、φＢ２、φＢ３、…φＢｎを並行して順次印加し、ドレイン電極の電圧変化を読み出す処理手順を実行するようにして、各行毎の処理サイクルの一部を時間的にオーバーラップさせるようにした駆動制御方法において、行毎のリセットパルスφＴ１、φＴ２、φＴ３、…φＴｎ、読み出しパルスφＢ１、φＢ２、φＢ３、…φＢｎ、及び、プリチャージパルスφpgの間隔を、リセットパルスによるリセット期間Ｔresetと、読み出しパルスによる読み出し期間Ｔreadと、プリチャージパルスによるプリチャージ期間Ｔprchとの合計時間に設定するようにしたものである。
【００７０】
ここで、本実施形態におけるリセットパルス、読み出しパルス、及びプリチャージパルスの間隔は、次の（５）式に示す第２のパルス間隔Ｔdelayとして表すことができる。
Ｔdelay＝Ｔreset＋Ｔprch＋Ｔread ……（５）
これにより、各行毎の処理サイクルの一部を時間的にオーバーラップさせることができるとともに、リセット動作、プリチャージ動作、読み出し動作が時間的に重なって実行されることがないので、全ての行におけるリセット動作が終了する前に読み出し動作を行うことができ、スキャン時間を大幅に短縮することができるとともに、２次元画面全体のスキャン動作を良好に行うことができる。以下、具体的に説明する。
【００７１】
図８は、上述したフォトセンサの駆動制御方法における、各行毎の処理動作のタイミングを説明するタイミングチャートである。
上述した第１の実施形態（図２参照）においては、リセットパルス、読み出しパルス、及びプリチャージパルスの間隔を、読み出し期間Ｔreadとプリチャージ期間Ｔprchとの和に相当する第１のパルス間隔Ｔintに設定することによって、行毎の読み出し期間Ｔread及びプリチャージ期間Ｔprchが時間的に重ならないようにしたものであるが、電荷蓄積期間Ｔａを短縮して、全ての行におけるリセット動作が終了する前に読み取り動作を開始すると、行毎のリセット期間Ｔresetとプリチャージ期間Ｔprch、もしくは、読み出し期間Ｔreadが時間的に重なってしまうことがあり、その場合には正確な読み取りができなくなる。そのため、上述した第１の実施形態においては、全行のリセット動作が終了した後に、各行のプリチャージ動作及び読み取り動作を開始するようにしなければならず、電荷蓄積期間Ｔａを全行のリセット動作が終了する時間より短くすることができないという問題があった。
【００７２】
これに対して、本実施形態においては、図８に示すように、リセットパルス、読み出しパルス、及びプリチャージパルスの間隔を、上記（５）式で表される第２のパルス間隔Ｔdelayに設定することにより、行毎のリセット動作相互間の期間にプリチャージ動作及び各行の読み取り動作を実行した場合でも、各動作が時間的に重なることが避けられる。すなわち、全行のリセット動作が終了する前に読み取り動作を開始することが可能となり、電荷蓄積期間Ｔａを全行のリセット動作に要する時間よりも短くすることができる。したがって、電荷蓄積期間Ｔａの設定可能幅を広くすることができ、感度設定の幅（感度の設定自由度）を広げることができる。
【００７３】
なお、この場合における電荷蓄積期間Ｔａは、任意の時間に設定することはできず、次の（６）式のように表されるので、電荷蓄積期間Ｔａの設定間隔は、上記第２のパルス間隔Ｔdelayを基本単位とする時間に設定されることになる。ここで、ｋは０以上の整数である。
Ｔａ＝Ｔdelay×ｋ＋Ｔprch ……（６）
また、本実施形態におけるスキャン時間Ｔp２は、図８に示すように、１行目のリセット期間Ｔresetと電荷蓄積期間Ｔａの後、読み出し期間Ｔreadとプリチャージ期間Ｔprchが第２のパルス間隔Ｔdelayの時間間隔でｎ−１回繰り返された後に読み出し期間Ｔreadが１回加わる時間となるため、次の（７）式のように表すことができる。
【００７４】
これを上述した第１の実施形態におけるスキャン時間Ｔp１と比べると、電荷蓄積期間Ｔａが同じである場合は、行毎の動作間隔がリセット期間Ｔreset分だけ長くなっているため、スキャン時間もその分だけ長くなる。しかし、本実施形態においては、電荷蓄積期間Ｔａを第１の実施形態の場合よりも短くすることができるので、その場合には、本実施形態におけるスキャン時間Ｔp２は、第１の実施形態におけるスキャン時間Ｔp１よりも短くなる場合もある。いずれにしても、第１の実施形態の場合と同様に、スキャン時間を従来技術におけるスキャン時間に比較して、大幅に短くすることができる。
【００７５】
＜第４の実施形態＞
次に、本発明に係るフォトセンサの駆動制御方法の第４の実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態は、上述した第１乃至第３の実施形態に示したような、被写体画像の実際の読み取り動作（スキャン動作）に先立って、周囲環境の明るさや検出対象物（被写体）の種類等の種々の条件によって変化するフォトセンサの最適な感度設定値（電荷蓄積期間）を求めるための処理（以下、事前読み込み処理）において、上記（１）式、又は、（５）式の設定条件を適用して、事前読み込み処理の所要時間を大幅に短縮したことを特徴とする。
【００７６】
図９は、本発明に係るフォトセンサの駆動制御方法の第４の実施形態を示すタイミングチャートである。ここでは、図１５に示したフォトセンサシステムを適宜参照しながら、駆動制御方法を説明する。
図９に示すように、本実施形態に係る事前読み込み処理の駆動制御方法は、まず、ダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート端子ＴＧを行方向に接続するトップゲートライン１０１の各々に、リセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎ-1、φＴｎを同時に印加してリセット期間Ｔresetを各行同時にスタートし、全ての行のダブルゲート型フォトセンサ１０を同時に初期化する。
次いで、リセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎ-1、φＴｎが同時に立ち下がり、リセット期間Ｔresetが終了することにより、全ての行におけるダブルゲート型フォトセンサ１０の電荷蓄積期間Ｔａが一斉にスタートして、各行毎のダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート電極側から入射される光量に応じてチャネル領域に電荷（正孔）が発生し、蓄積される。
【００７７】
次いで、上記（５）式に示した第２のパルス間隔Ｔdelayを単位時間として、図９に示すように、電荷蓄積期間Ｔａを各行毎に第２のパルス間隔Ｔdelayの時間間隔で変化させて、プリチャージ期間Ｔprch及び行毎の読み出し期間Ｔreadが時間的に重ならないタイミングで、プリチャージパルスφpgの印加、及び、各行への読み出しパルスφＢ１、φＢ２、…φＢｎ-1、φＢｎの印加を行う。
すなわち、第３の実施形態と同様に、プリチャージパルスφpgを電荷蓄積期間Ｔａ内に並行して（あるいは、電荷蓄積期間Ｔａの終了後に）、第２のパルス間隔Ｔdelay毎に順次印加することにより、プリチャージ期間Ｔprchをスタートし、データライン１０３にプリチャージ電圧を印加してダブルゲート型フォトセンサ１０のドレイン電極に所定の電圧を保持させるプリチャージ動作が行われる。
【００７８】
また、電荷蓄積期間Ｔａ及びプリチャージ期間Ｔprchが終了したダブルゲート型フォトセンサ１０に対して、各行毎にボトムゲートライン１０２に読み出しパルスφＢ１、φＢ２、…φＢｎ-1、φＢｎを第２のパルス間隔Ｔdelayの時間間隔で順次印加することにより、読み出し期間Ｔreadをスタートし、各ダブルゲート型フォトセンサ１０に蓄積された電荷に対応する電圧変化ＶＤ１、ＶＤ２、ＶＤ３、…ＶＤｍが、データライン１０３を介してコラムスイッチ１１３に取り込まれて読み出される。
【００７９】
なお、本実施形態においては、電荷蓄積期間Ｔａの設定間隔を上記第２のパルス間隔Ｔdelayではなく、（１）式に示した読み出し期間Ｔreadとプリチャージ期間Ｔprchとの合計時間よりなる第１のパルス間隔Ｔintとした場合であっても、プリチャージ期間Ｔprch及び読み出し期間Ｔreadが時間的に重なることを避けることができる。しかし、本実施形態による検出結果より求められた最適電荷蓄積期間Ｔａが正規の被写体画像の読み取り動作における電荷蓄積期間Ｔａに適用され、その読み取り動作において上述した第３実施形態における駆動制御方法を適用した場合には、電荷蓄積期間Ｔａの設定間隔は、第２のパルス間隔Ｔdelayを基準単位とした値となるため、本実施形態における行毎の電荷蓄積期間Ｔａの設定間隔も第２のパルス間隔Ｔdelayとすることにより、本実施形態により求められた最適電荷蓄積期間の値を正規の読み取り動作における駆動制御方法に適用できる。このようなことから、本実施形態においては、電荷蓄積期間Ｔａの設定間隔を、上記第２のパルス間隔Ｔdelayの時間間隔に設定している。後述する第５及び第６の実施形態においても同様である。
【００８０】
したがって、従来技術に示した駆動制御方法においては、ｘ段階（ｘは正の整数）の電荷蓄積期間の調整を可能とするためには、最適な感度を得るまでに、少なくとも、電荷蓄積期間をｘ回異なる数値に設定して、その都度一画面を読み取らなければならなかったのに対して、本実施形態においては、まず、全ての行のダブルゲート型フォトセンサ１０に同時に、リセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎを印加して、リセット動作及び電荷蓄積動作を同時に開始するとともに、読み出し動作を各行について、第２のパルス間隔Ｔdelayの時間間隔だけ順次変化させて行うことにより、各行毎の電荷蓄積期間Ｔａが第２のパルス間隔Ｔdelayの時間間隔で増加するので、一画面を一回読み込む事前読み込み処理により行数分の異なる検出感度で読み込んだ画像を取得することができる。すなわち、各行の電荷蓄積期間Ｔａは、次の（８）式のように表される。
Ｔa＝Ｔdelay×Ｊ＋Ｔprch ……（８）
ここで、Ｊは０以上の整数よりなる変数であって、１行目からｎ行目ではＪの値が０、１、……、ｎ−２、ｎ−１になる。
【００８１】
すなわち、電荷蓄積期間Ｔａは、一画面の事前読み込み処理によって、概略第２のパルス間隔Ｔdelayの整数倍の値でｎ種類の異なる値に設定されることになり、ｎ種類の異なる感度による読み込み処理が実行されることになる。
そして、本実施形態における一画面の事前読み込みに要する時間Ｔｐ３は、フォトセンサアレイ１００の行数をｎとした場合、次の（９）式のように表される。
よって、本実施形態による駆動制御方法によれば、一画面を一回読み込むだけで行数分の種類の感度に対する検出結果を得ることができるので、この検出結果に基づいて周囲環境の変化や検出対象物の変化に対応した最適な検出感度の値を求めることができ、この感度調整のために必要な時間を大幅に短縮することができる。
【００８２】
なお、本実施形態に係る駆動制御方法においては、全ての行のダブルゲート型フォトセンサに、リセットパルスを同時に印加する必要があるため、トップゲートドライバ１１１がそれに見合った十分な駆動能力を備えている必要がある。
また、本実施形態においては、行毎の読み出しパルス、及びプリチャージパルスの印加間隔を第２のパルス間隔Ｔdelayの時間間隔に設定したが、この間隔を第２のパルス間隔Ｔdelay時間の整数倍としてもよく、また、行毎の印加間隔が一定でなく、第２のパルス間隔Ｔdelayの整数倍の時間間隔で行毎に異なるようにしてもよい。
【００８３】
＜第５の実施形態＞
次に、本発明に係るフォトセンサの駆動制御方法の第５の実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態は、事前読み込み処理において、上記（１）式、又は、（５）式の設定条件を適用して、事前読み込み処理の所要時間を短縮しつつ、電荷蓄積期間（すなわち、検出感度）の設定幅を拡大したことを特徴とする。
図１０は、本発明に係るフォトセンサの駆動制御方法の第５の実施形態を示すタイミングチャートであり、図１１は、本実施形態における電荷蓄積期間の設定幅の変化を示す概念図である。ここでは、図１５に示したフォトセンサシステムを適宜参照しながら、駆動制御方法を説明する。
【００８４】
図１０に示すように、本実施形態に係る駆動制御方法は、まず、ダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート端子ＴＧを行方向に接続するトップゲートライン１０１の１行目から、上記（５）式に示した第２のパルス間隔Ｔdelayの時間間隔で、リセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎ-1、φＴｎを順次印加してリセット期間Ｔresetをスタートし、各行毎のダブルゲート型フォトセンサ１０を初期化する。
次いで、リセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎ-1、φＴｎが立ち下がり、リセット期間Ｔresetが終了することにより、電荷蓄積期間Ｔａがスタートして、各行毎にダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート電極側から入射される光量に応じてチャネル領域に電荷（正孔）が発生し、蓄積される。
【００８５】
次いで、最後の行（ｎ行）に対するリセットパルスφＴｎが立ち下がった後、上記（５）式に示した第２のパルス間隔Ｔdelayを単位時間として、電荷蓄積期間Ｔａを各行毎に第２のパルス間隔Ｔdelayの時間間隔で変化させて、プリチャージ期間Ｔprch、及び、行毎の読み出し期間Ｔreadが時間的に重ならないタイミングで、プリチャージパルスφpgの印加、及び、ｎ行目から１行目にかけて各行に、読み出しパルスφＢｎ、φＢｎ−１、…φＢ２、φＢ１の印加を行う。
すなわち、プリチャージ信号φpgを電荷蓄積期間Ｔａ内に並行して（あるいは、電荷蓄積期間Ｔａの終了後に）、第２のパルス間隔Ｔdelay毎に順次印加することにより、プリチャージ期間Ｔprchをスタートし、データライン１０３にプリチャージ電圧を印加してダブルゲート型フォトセンサ１０のドレイン電極に所定の電圧を保持させるプリチャージ動作が行われる。
【００８６】
そして、電荷蓄積期間Ｔａ及びプリチャージ期間Ｔprchが終了したダブルゲート型フォトセンサ１０に対して、ボトムゲートライン１０２のｎ行目から１行目にかけて行毎に、読み出しパルスφＢｎ、φＢｎ−１、…φＢ２、φＢ１を第２のパルス間隔Ｔdelayの時間間隔で順次印加することにより、ｎ行目から読み出し期間Ｔreadをスタートし、各ダブルゲート型フォトセンサ１０に蓄積された電荷に対応する電圧変化ＶＤ１、ＶＤ２、ＶＤ３、…ＶＤｍが、データライン１０３を介してコラムスイッチ１１３により取り込まれて読み出される。
【００８７】
このように、本実施形態においては、まず、１行目からｎ行目の順番で、かつ、第２のパルス間隔Ｔdelayの時間間隔で、各行に順次リセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎを印加して、リセット動作及び電荷蓄積動作を順次開始するとともに、全ての行のリセット動作後、ｎ行目から１行目の順番で、かつ、第２のパルス間隔Ｔdelayの時間間隔で、各行に順次読み出しパルスφＢｎ、φＢｎ−１、…φＢ２、φ１を印加して、読み出し動作を実行することにより、各行毎に電荷蓄積期間Ｔａが第２のパルス間隔Ｔdelayの２倍の時間間隔で増加することになる。すなわち、各行の電荷蓄積期間Ｔａは、次の（１０）式のように表される。
Ｔa＝２×Ｔdelay×Ｌ＋Ｔprch ……（１０）
【００８８】
ここで、Ｌは０以上の整数よりなる変数であって、ｎ行目から１行目ではＬの値が０、１、……、ｎ−２、ｎ−１になる。すなわち、図１１に示すように、一画面の読み込み処理によって、電荷蓄積期間Ｔａは、概略第２のパルス間隔Ｔdelayの２倍の時間を整数倍した値でｎ種類の異なる値に設定されることになり、ｎ種類の異なる感度による読み込み処理が実行されることになる。
そして、本実施形態における一画面の事前読み込みに要する時間Ｔｐ４は、次の（１１）式のように表される。
【００８９】
なお、電荷蓄積期間Ｔａを上述した第４の実施形態と同様に、ｎ×Ｔdelay時間まで行う場合には、読み取り動作を一画面の半分（ｎ／２行目）まで行えばよいので、読み込み所要時間は、次の（１２）式に示すＴp４′のように表される。
【００９０】
したがって、本実施形態に係る駆動制御方法によれば、電荷蓄積期間Ｔａを第２のパルス間隔Ｔdelayの２倍の時間間隔で変化させているため、上述した第４の実施形態の場合のように、第２のパルス間隔Ｔdelayの時間間隔で細かく調整することはできないが、一画面の事前読み込み処理によって電荷蓄積期間を、最大、第４の実施形態の場合の２倍の値にまで設定することができ、たとえば、行数ｎが２５６のフォトセンサアレイ１００を用いた場合においても、５１２段階まで感度調整を行うことができ、第４の実施形態の場合よりも広い範囲の感度設定値による画像を取得することができる。
【００９１】
また、本実施形態に係る駆動制御方法においては、各行毎に第２のパルス間隔Ｔdelayの時間間隔で、順次リセットパルスを印加する手法を採用しているので、トップゲートドライバから供給するリセットパルスは１度に１つのフォトセンサにしか供給されない。そのため、第４の実施形態の場合のように、大きな駆動能力を備える必要がないという利点を有している。
よって、本実施形態に係る駆動制御方法によれば、駆動能力の小さいトップゲートドライバを用いても、一画面を一回読み込むだけで、上述した第４の実施形態の場合よりも広い感度範囲で、行数分の種類の感度に対する検出結果を得ることができ、感度調整のために必要な情報をより多く取得することができる。そのため、駆動回路を小さくすることができるとともに、より広い範囲の周囲環境の変化や検出対象物（被写体）の変化に対応した最適な検出感度の値を求めることができる。
【００９２】
なお、本実施形態において、リセット動作においては１行目からｎ行目に方向に、また、読み出し動作においてはｎ行目から１行目方向に、それぞれ信号パルスの印加順序を変化させているため、たとえば、ボトムゲートドライバ１１２のシフトレジスタにシフト方向を切り換える機能を備えている必要がある。
また、本実施形態においては、行毎のリセットパルス、読み出しパルス、及び、プリチャージパルスの印加間隔を第２のパルス間隔Ｔdelayの時間間隔としたが、この間隔を第２のパルス間隔Ｔdelay時間の整数倍としてもよく、また、行毎の印加間隔が一定でなく、第２のパルス間隔Ｔdelay時間の整数倍の間隔で行毎に異なるようにしてもよい。
【００９３】
＜第６の実施形態＞
次に、本発明に係るフォトセンサの駆動制御方法の第６の実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態は、事前読み込み処理において、上記（１）式、又は、（５）式のの設定条件を適用して、事前読み込み処理の所要時間を短縮しつつ、電荷蓄積期間（検出感度）を細かく設定し、さらに、ドライバの駆動能力の増加を抑制したことを特徴とする。
図１２は、本発明に係るフォトセンサの駆動制御方法の第６の実施形態を示すタイミングチャートであり、図１３は、本実施形態における電荷蓄積期間の設定幅の変化を示す概念図である。ここでは、図１５に示したフォトセンサシステムを適宜参照しながら、駆動制御方法を説明する。
【００９４】
図１２に示すように、本実施形態に係る駆動制御方法は、まず、ダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート端子ＴＧを行方向に接続するトップゲートライン１０１の各々に、１行目からｎ行目の順番、かつ、上記（５）式に示した第２のパルス間隔Ｔdelayの時間間隔で、リセットパルスφＴ１、φＴ２、…Ｔｎ／２、Ｔｎ／2+1、…φＴｎ-1、φＴｎを順次印加してリセット期間Ｔresetをスタートし、各行毎のダブルゲート型フォトセンサ１０を初期化するとともに、各リセット期間Ｔresetが終了することにより、電荷蓄積期間Ｔａがスタートして、各行毎にダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート電極側から入射される光量に応じてチャネル領域に電荷（正孔）が発生し、蓄積される。
【００９５】
ここで、このリセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎの印加と同時に、ボトムゲートライン１０２の各々に、ｎ行目から１行目の順番、かつ、第２のパルス間隔Ｔdelayの時間間隔で、読み出しパルスφＢｎ、φＢｎ−１、…φＢｎ／2+1、φＢｎ／２、……φＢ２、φＢ１を各行に順次印加するとともに、ｎ／２行目以降の読み出しパルスφＢｎ／２、…φＢ２、φＢ１に対応して、プリチャージパルスφpgを第２のパルス間隔Ｔdelayの時間間隔で順次印加して、読み取り動作を実行する。
【００９６】
そして、最下行（ｎ行目）のリセットパルスφＴｎが立ち下がった後、第２のパルス間隔Ｔdelay時間経過後に、最下行（ｎ行目）からｎ／２＋１行目まで、第２のパルス間隔Ｔdelayの時間間隔で、再度、読み出しパルスに対応したプリチャージパルスφpgを第２のパルス間隔Ｔdelayの時間間隔で順次印加するとともに、読み出しパルスφＢｎ、φＢｎ-1、…φＢｎ／2+1を順次印加して、読み取り動作を実行する。
【００９７】
このようにして、各行毎に設定された電荷蓄積期間Ｔａに蓄積された電荷に対応する電圧変化ＶＤ１、…ＶＤｍが、データライン１０３を介してコラムスイッチ１１３に取り込まれ読み出される。
そして、本実施形態における各行毎の電荷蓄積期間Ｔａは、次のように表わせる。すなわち、１行目からｎ／２行目までは、次の（１３）式のように表される。
Ｔａ＝２×Ｔdelay×Ｋ＋Ｔprch ……（１３）
【００９８】
また、ｎ／２＋１行目からｎ行目までは、次の（１４）式のように表される。
Ｔａ＝Ｔdelay×Ｋ＋Ｔprch ……（１４）
ここで、Ｋは０以上の整数よりなる変数であって、１行目からｎ／２行目ではＫの値がｎ−２、ｎ−４、……２、０となり、ｎ／２＋１行目からｎ行目ではｎ−１、ｎ−３、……、３、１となる。すなわち、一画面の読み込み処理で、変数Ｋは、行毎の変化は１つ飛びで連続的ではないが、全体では０からｎ−１まで１段階づつｎ段階まで変化するように設定されることになる。したがって、図１３に示すように、一画面の事前読み込み処理で、電荷蓄積期間Ｔａは、概略第２のパルス間隔Ｔdelayを整数倍した値でｎ種類の異なる値に設定されることになり、ｎ種類の異なる感度による読み込み処理が実行されることになる。
【００９９】
そして、本実施形態における一画面の事前読み込みに要する時間Ｔｐ５は、次の（１５）式のように表される。
したがって、本実施形態に係る駆動制御方法によれば、一画面の事前読み込み処理によって電荷蓄積期間が、隣接する行間では、上述した第５の実施形態と同様に、第２のパルス間隔Ｔdelayの２倍の時間間隔で変化するが、一画面全体では、上述した第４の実施形態の場合と同じ範囲、かつ、同じ設定間隔の感度設定による画像を取得することができる。
【０１００】
また、本実施形態に係る駆動制御方法においては、第５の実施形態と同様に、各行毎に第２のパルス間隔Ｔdelayの時間間隔で順次リセットパルスを印加する手法を採用しているので、第４の実施形態の場合のように、トップゲートドライバに大きな駆動能力を備える必要がない、という利点を有している。
よって、本実施形態に係る駆動制御方法によれば、駆動能力の小さいトップゲートドライバを用いても、一画面を一回読み込むだけで、上述した第４の実施形態の場合と同等の細かさ（間隔）で、行数分の種類の感度に対する検出結果を得ることができる。そのため、駆動回路を小さくすることができるとともに、周囲環境の変化や検出対象物の変化に対応したより適切な検出感度の値を求めることができる。
【０１０１】
なお、本実施形態において、リセット動作においては１行目からｎ行目方向に、また、読み取り動作においてはｎ行目から１行目方向に、それぞれ信号パルスの印加順序を変化させているため、ボトムゲートドライバ１１２のシフトレジスタにシフト方向を切り換える機能を備えている必要がある。
また、本実施形態においては、行毎の読み出しパルス、及び、プリチャージパルスの印加間隔を第２のパルス間隔Ｔdelayの時間間隔としたが、この間隔を第２のパルス間隔Ｔdelay時間の整数倍としてもよく、また、行毎の印加間隔が一定でなく、第２のパルス間隔Ｔdelay時間の整数倍の間隔で行毎に異なるようにしてもよい。
【０１０２】
以上、各実施形態において説明したように、本発明に係るフォトセンサの駆動制御方法は、換言すれば、以下に示すような特徴及び作用効果を有している。
すなわち、本発明に係るフォトセンサの駆動制御方法は、マトリクス状に配列された複数個のフォトセンサと、該フォトセンサの第１のゲート電極を行方向に接続した第１のゲートライン群と、前記フォトセンサの第２のゲート電極を行方向に接続した第２のゲートライン群と、前記フォトセンサのドレイン電極を列方向に接続したデータライン群と、を備えたフォトセンサの駆動制御方法において、該フォトセンサの駆動制御方法は、前記第１のゲートライン群の各々に順次リセットパルスを印加して、前記フォトセンサを前記行毎に初期化する第１のステップと、前記初期化終了後、前記フォトセンサに照射された光により発生する電荷を蓄積する電荷蓄積時間が経過し、かつ、前記ドレイン電極に所定のプリチャージ電圧を印加するプリチャージ動作が終了した前記各行のフォトセンサに対して、前記第２のゲートラインを介して順次読み出しパルスを印加して、前記電荷蓄積時間に蓄積された電荷による前記データラインの電圧変化を順次出力する第２のステップとを含み、前記第１のステップにおける前記リセットパルスの各行毎の印加タイミングは、前記第２のステップにおける前記電荷蓄積時間と前記読み出しパルスの合計時間より短く設定されていることを特徴とする。
【０１０３】
したがって、フォトセンサを２次元配列して構成されるフォトセンサシステムにおいて、連続してリセットパルスを印加して全てのフォトセンサのリセット動作を先行して行いつつ、電荷蓄積期間が経過し、かつ、プリチャージ動作が終了したフォトセンサの行から、順次読み出しパルスを印加して、ドレイン電極の電圧変化の読み出しを行うことにより、各行毎の処理サイクルを時間的にオーバーラップさせることができるので、２次元画面全体のスキャン時間を短縮することができる。
【０１０４】
また、走査線数が増えた場合であっても、一方でリセット動作、及び、電荷蓄積動作を行いながら、他方で、電荷蓄積期間が経過し、かつ、プリチャージ動作が終了した行のフォトセンサから順に読み出し動作を行うことができるので、画素の高密度化に対して有効な駆動制御方法を提供することができる。
また、上記効果は換言すれば、従来と同じスキャン時間を適用した場合、より長い電荷蓄積時間を設定することができることになるため、より低照度の光に対して高い感度で検出することができる。
【０１０５】
また、本発明に係るフォトセンサの駆動制御方法は、上記フォトセンサの駆動制御方法において、前記第１のステップにおける前記リセットパルスの各行毎の印加タイミングは、前記プリチャージ時間と前記読み出しパルスのパルス幅の和に相当する時間間隔程度に設定されていることを特徴とする。
したがって、リセットパルスの間隔を、読み出し時間とプリチャージ時間との和に相当する時間に設定することにより、センサシステムを過負荷なく動作させつつ、処理時間を最適化することができるため、異なる走査線相互での読み出しデータのクロストークを防止することができる。
【０１０６】
また、本発明に係るフォトセンサの駆動制御方法は、上記フォトセンサの駆動制御方法において、前記第２のステップにおける前記データラインの電圧変化は、前記読み出しパルスのパルス幅の時間経過後に、前記データラインに印加されている電圧であって、該電圧に基づいて前記照射された光量を検出することを特徴とする。
したがって、データラインの電圧変化の読み出し時間を一定に設定し、所定時間経過後の電圧値に基づいて照射光量の換算を行うことにより、リセット動作の間隔を一定に設定することができ、動作処理時間の均一化、最適化を図ることができる。
【０１０７】
また、本発明に係るフォトセンサの駆動制御方法は、マトリクス状に配列された複数個のフォトセンサと、該フォトセンサの第１のゲート電極を行方向に接続した第１のゲートライン群と、前記フォトセンサの第２のゲート電極を行方向に接続した第２のゲートライン群と、前記フォトセンサのドレイン電極を列方向に接続したデータライン群と、を備えたフォトセンサの駆動制御方法において、該フォトセンサの駆動制御方法は、前記第１のゲートライン群の所定のラインにリセットパルスを印加して、前記フォトセンサを初期化する第１のステップと、前記初期化終了後、プリチャージパルスに基づいて、前記データライン群の所定のラインに所定のプリチャージ電圧を印加するプリチャージ動作が終了したフォトセンサに対して、前記第２のゲートラインを介して読み出しパルスを印加して、前記初期化終了から前記読み出しパルスの印加までの電荷蓄積期間に蓄積された電荷による前記データラインの電圧変化を順次出力する第２のステップと、を含み、前記第２のステップにおける前記プリチャージパルスと読み出しパルスの各行毎の印加タイミングは、前記第１のステップにおけるリセットパルスと、前記第２のステップにおける前記プリチャージパルス及び前記読み出しパルスとの合計時間に設定されていることを特徴としている。
【０１０８】
したがって、フォトセンサを２次元配列して構成されるフォトセンサシステムにおいて、リセットパルスとプリチャージパルスと読み出しパルスとの合計時間間隔で、連続的にリセット動作を実行しつつ、フォトセンサのうち、電荷蓄積期間が経過し、かつ、プリチャージ期間が終了した最初の行のフォトセンサから順に、他の行におけるリセット動作、プリチャージ動作、読み出し動作のタイミングと時間的に重ならないように、ボトムゲートラインを介して読み出しパルスを順次印加し、ドレイン電極の電圧変化を読み出す処理手順を実行する駆動制御方法を有しているので、各行毎の処理サイクルの一部を時間的にオーバーラップさせることができるとともに、他の行におけるリセット動作、プリチャージ動作、読み出し動作と時間的に重なって実行されることがなく、全ての行におけるリセット動作が終了する前に読み出し動作を行って、スキャン時間を大幅に短縮することができるとともに、２次元画面全体のスキャン動作を良好に行うことができる。
【０１０９】
また、本発明に係るフォトセンサの駆動制御方法は、上記フォトセンサの駆動制御方法において、前記第１のステップにおいて、前記リセットパルスを前記第１のゲートライン群の各々に同時に印加し、前記第２のステップにおいて、前記データライン群の各々に順次、前記プリチャージ電圧を印加するとともに、前記第２のゲートライン群の各々に順次読み出しパルスを印加することを特徴としている。
【０１１０】
したがって、フォトセンサを２次元配列して構成されるフォトセンサシステムにおいて、まず、全ての行のフォトセンサに同時に、リセットパルスを印加して、一斉にリセット動作及び電荷蓄積動作を同時に開始し、リセットパルスとプリチャージパルスと読み出しパルスとの合計時間間隔で、かつ、他の行におけるプリチャージ動作及び読み出し動作のための信号の印加タイミングと時間的に重ならないタイミングで、ボトムゲートラインを介して読み出しパルスを順次印加し、ドレイン電極の電圧変化を読み出す処理手順を実行する駆動制御方法を有しているので、一画面のスキャン動作により、行数分の異なる検出感度の出力を得ることができ、事前読み込み時間を大幅に短縮することができる。
【０１１１】
また、本発明に係るフォトセンサの駆動制御方法は、上記フォトセンサの駆動制御方法において、前記リセットパルスを前記第１のゲートライン群の各々に順次印加し、前記第２のステップにおいて、前記第１のゲートライン群への前記第１のステップにおける前記リセットパルスの印加終了後、前記データライン群の各々に順次、前記プリチャージ電圧を印加するとともに、前記第２のゲートライン群の各々に、前記第１のステップにおける前記第１のゲートライン群への前記リセットパルスの印加順序に対して逆の順序で、読み出しパルスを印加することを特徴としている。
【０１１２】
したがって、フォトセンサを２次元配列して構成されるフォトセンサシステムにおいて、まず、１行目からｎ行目の順番、かつ、リセットパルスとプリチャージパルスと読み出しパルスとの合計時間間隔で、各行に順次リセットパルスを印加して、リセット動作及び電荷蓄積動作を開始するとともに、全ての行のリセット動作後に、ｎ行目から１行目の順番、かつ、上記合計時間間隔で、各行に順次読み出しパルスを印加して、読み出し動作を実行する駆動制御方法を有しているので、各行毎の電荷蓄積期間を上記合計時間の２倍の間隔で増加させて、一画面のスキャン動作により、各行に順次リセット動作を行いつつ、行数分以上の調整段階を有する検出感度の出力を得ることができる。
【０１１３】
また、本発明に係るフォトセンサの駆動制御方法は、上記フォトセンサの駆動制御方法において、前記第１のステップにおいて、前記リセットパルスを前記第１のゲートライン群の各々に順次印加し、前記第２のステップにおいて、前記第１のステップと同期して、前記データライン群の各々に順次、前記プリチャージ電圧を印加するとともに、前記第２のゲートライン群の各々に、前記第１のステップにおける前記第１のゲートライン群への前記リセットパルスの印加順序に対して逆の順序で、読み出しパルスを印加するとともに、前記データライン群への所定のプリチャージ電圧の印加、及び、前記第２のゲートライン群への読み出しパルスの印加が終了し、前記第１のステップにおけるリセットパルスと、前記第２のステップにおける前記プリチャージパルス及び前記読み出しパルスとの合計時間経過後、前記データライン群の各々に順次、前記プリチャージ電圧を印加するとともに、前記第２のゲートライン群の各々に、前記読み出しパルスの印加順序と同じ順序で前記読み出しパルスを印加することを特徴としている。
【０１１４】
したがって、フォトセンサを２次元配列して構成されるフォトセンサシステムにおいて、まず、１行目からｎ行目の順番、かつ、リセットパルスとプリチャージパルスと読み出しパルスとの合計時間間隔で、各行に順次リセットパルスを印加してリセット動作及び電荷蓄積動作を開始すると同時に、ｎ行目から１行目の順番、かつ、上記合計時間間隔で、各行に順次読み出しパルスを印加して、読み出し動作を実行し、全ての行のリセット動作後に、ｎ行目からｎ／２行目の順番、かつ、上記合計時間間隔で、各行に順次読み出しパルスを再度印加して、読み出し動作を実行する駆動制御方法を有しているので、各行毎に電荷蓄積期間が上記合計時間の間隔で設定され、一画面のスキャン動作により、各行に順次リセット動作を行いつつ、行数分の異なる検出感度の出力を得ることができる。
【０１１５】
また、本発明に係るフォトセンサの駆動制御方法は、上記フォトセンサの駆動制御方法において、前記第１のステップにおけるリセットパルスと、前記第２のステップにおける前記プリチャージパルスと、前記読み出しパルスは、相互に時間的に重ならないように設定されていることを特徴としている。
したがって、上記合計時間を構成するセットパルス、プリチャージパルス、読み出しパルスは、相互に時間的に重ならないように設定されているので、各行毎の処理サイクルの一部を時間的にオーバーラップさせて、全ての行におけるリセット動作が終了する前に読み出し動作を行って、スキャン時間を大幅に短縮することができるとともに、２次元画面全体のスキャン動作を良好に行うことができる。
【０１１６】
また、本発明に係るフォトセンサの駆動制御方法は、上記フォトセンサの駆動制御方法において、前記第２のステップにおける前記電荷蓄積期間は、前記第１のステップにおけるリセットパルスと、前記第２のステップにおける前記プリチャージパルス及び前記読み出しパルスとの合計時間を基準時間として、該基準時間の整数倍に相当する時間に設定されていることを特徴としている。
したがって、電荷蓄積期間が、リセットパルスとプリチャージパルスと読み出しパルスとの合計時間を基準時間として、該基準時間の整数倍に相当する時間に設定されているので、該基準時間を単位として電荷蓄積時間を任意に設定することができる。
【０１１７】
また、本発明に係るフォトセンサの駆動制御方法は、上記フォトセンサの駆動制御方法において、前記第２のステップにおける前記電荷蓄積期間は、前記第１のステップにおけるリセットパルスと、前記第２における前記プリチャージパルス及び前記読み出しパルスとの合計時間を基準時間として、前記各行毎に異なる長さの時間に設定されていることを特徴としている。
したがって、電荷蓄積期間が、リセットパルスとプリチャージパルスと読み出しパルスとの合計時間を基準時間として、各行毎に異なる長さの時間に設定されているので、一画面の事前読み込み処理で行数分の異なる検出感度で読み込んだ画像を得ることができ、事前読み込み時間を大幅に短縮することができる。
【０１１８】
さらに、本発明に係るフォトセンサの駆動制御方法は、上記フォトセンサの駆動制御方法において、前記フォトセンサは、半導体層からなるチャネル領域を挟んで形成されたソース電極及びドレイン電極と、少なくとも前記チャネル領域の上方及び下方に各々絶縁膜を介して形成されたトップゲート電極及びボトムゲート電極と、を有し、前記トップゲート電極を前記第１のゲート電極とするとともに、前記ボトムゲート電極を前記第２のゲート電極とし、前記チャネル領域に前記照射された光の量に対応する電荷が発生、蓄積されることを特徴とする。
【０１１９】
したがって、上記フォトセンサシステムを、２次元配列したダブルゲート型フォトセンサにより構成しているので、２次元画面全体のスキャン時間、及び、事前読み込み処理の所要時間を大幅に短縮して、従来の構成において実用化の障害となっていた動作処理時間が長い、検出感度が低いという問題を解決することができ、種々の応用分野への適用を実現することができるとともに、外光照度や種々の周囲の条件に応じた適切な検出感度で被写体画像の読み取り動作を行うことができる。
【０１２０】
そして、本発明に係るフォトセンサの駆動制御方法は、上記フォトセンサの駆動制御方法において、前記第２のステップにおける前記第２のゲートラインへの読み出しパルスの印加タイミングに同期して、前記第１のゲート電極に、所定のオフセットバイアスを印加することを特徴とする。
したがって、第２のゲート電極への読み出しパルスの印加タイミングに同期して、第１のゲート電極に所定のオフセットバイアスを印加することにより、上記ダブルゲート型フォトセンサの半導体層における空乏層の広がりを迅速に後退させて飽和露光量を小さくし、かつ、蓄積された電荷の読み出し動作を行うボトムゲート電極側にチャネルを形成することができるため、フォトセンサシステムの全体のスキャン時間を短縮して、高速スキャンを可能とするとともに、より低照度（暗い）の光に対しても良好に照射光量を検出することができ、検出感度の向上を図ることができる。
【０１２１】
【発明の効果】
本発明に係るフォトセンサシステム及びそのフォトセンサシステムにおけるフォトセンサの駆動制御方法によれば、マトリクス状に配列された複数のフォトセンサよりなるフォトセンサアレイの各行に、リセットパルスを順次印加してリセット動作を先行して実行しつつ、電荷蓄積期間が経過し、かつ、プリチャージパルスを印加してプリチャージ動作が終了した行に読み出しパルスを順次印加して、フォトセンサの出力電圧を読み出す処理手順を実行するようにして、各行毎の処理サイクルの一部を時間的にオーバーラップさせて、１画面の読み取り処理時間を短縮することができるようにしたフォトセンサシステムにおいて、行毎のリセットパルス、読み出しパルス、及びプリチャージパルスの間隔を、リセットパルスによるリセット期間と読み出しパルスによる読み出し期間とプリチャージパルスによるプリチャージ期間との合計時間に設定するようにしたことによって、各行毎のリセット期間、プリチャージ期間及び読み出し期間が時間的に重なることがなくなるので、行毎の出力電圧が相互に影響することがなく、正確な読み取り動作を行うことができるとともに、全ての行におけるリセット動作が終了する前にプリチャージパルス及び読み出しパルスを印加して読み取り動作を開始することができるので、電荷蓄積期間、すなわちフォトセンサの感度の設定を広い範囲で行うことができる。
【０１２２】
また、本発明に係るフォトセンサシステム及びそのフォトセンサシステムにおけるフォトセンサの駆動制御方法によれば、上記駆動制御方法と同様に、各行毎の処理サイクルの一部を時間的にオーバーラップさせるようにしたフォトセンサシステムにおいて、各行にリセットパルスを同時、もしくは、順次印加してリセットした後、各行毎の電荷蓄積期間をリセット期間と読み出し期間とプリチャージ期間との合計時間の整数倍の時間とプリチャージ期間との合計時間の間隔で異なるように設定し、プリチャージ期間及び行毎の読み出し期間が時間的に重ならないタイミングで、プリチャージパルス及び読み出しパルスを各行に順次印加して行毎に読み取り処理を行うようにしたことによって、各行毎の電荷蓄積期間が上記合計時間の整数倍の間隔で行数分の異なる値となり、一画面の読み込み処理により行数分の異なる検出感度で読み込んだ画像を取得することができる。この一画面の読み込み処理（事前読み込み処理）による画像データを用いて、最も良好に検出できる最適検出感度の値を抽出することができるので、最適検出感度の設定のために必要な画像読み込み処理時間を大幅に短縮して、フォトセンサシステムの使用状態に適した検出感度による被写体画像の読み取り動作を迅速に実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るフォトセンサシステムの一実施形態を示すブロック図である。
【図２】本発明に係るフォトセンサの駆動制御方法の第１の実施形態を示すタイミングチャートである。
【図３】上述したフォトセンサの駆動制御方法における、各行毎の処理動作のタイミングを説明するタイミングチャートである。
【図４】本発明に係るフォトセンサの駆動制御方法の第２の実施形態を示すタイミングチャートである。
【図５】ダブルゲート型フォトセンサにおけるゲート印加電圧とチャネル形成状態を示す概念図である。
【図６】本発明に係るフォトセンサの駆動制御方法の第３の実施形態を示すタイミングチャートである。
【図７】第３の実施形態の変形例を示すタイミングチャートである。
【図８】第３の実施形態に係るフォトセンサの駆動制御方法における、各行毎の処理動作のタイミングを説明するタイミングチャートである。
【図９】本発明に係るフォトセンサの駆動制御方法の第４の実施形態を示すタイミングチャートである。
【図１０】本発明に係るフォトセンサの駆動制御方法の第５の実施形態を示すタイミングチャートである。
【図１１】第５の実施形態における電荷蓄積期間の設定幅の変化を示す概念図である。
【図１２】本発明に係るフォトセンサの駆動制御方法の第６の実施形態を示すタイミングチャートである。
【図１３】第６の実施形態における電荷蓄積期間の設定幅の変化を示す概念図である。
【図１４】従来技術におけるダブルゲート型フォトセンサの構造を示す断面図である。
【図１５】従来技術におけるダブルゲート型フォトセンサを２次元配列して構成されるフォトセンサシステムの概略構成図である。
【図１６】フォトセンサの駆動制御方法を示すタイミングチャートである。
【図１７】ダブルゲート型フォトセンサの動作概念図である。
【図１８】フォトセンサシステムの出力電圧の光応答特性を示す図である。
【符号の説明】
１０ ダブルゲート型フォトセンサ
１００ フォトセンサアレイ
１１１ トップゲートドライバ
１１２ ボトムゲートドライバ
１１３ コラムスイッチ
１１４ プリチャージスイッチ
１１５ アンプ
１１６ Ａ／Ｄコンバータ
１２０ コントローラ
１３０ ＲＡＭ
２００ 外部機能部
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォトセンサを２次元配列して構成されるフォトセンサアレイを備えたフォトセンサシステム及びそのフォトセンサシステムにおけるフォトセンサの駆動制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子スチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置の普及が著しく、このような撮像機器においては、被写体像を画像信号に変換するための光電変換装置として、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の固体撮像デバイスが用いられている。
ＣＣＤは、周知の通り、フォトダイオードや薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）等のフォトセンサ（受光素子）をマトリクス状に配列した構成を有し、各フォトセンサの受光部に照射された光量に対応して発生する電子−正孔対の量（電荷量）を、水平走査回路及び垂直走査回路により検出し、照射光の輝度を検知している。
【０００３】
このようなＣＣＤを用いたフォトセンサシステムにおいては、走査された各フォトセンサを選択状態にするための選択トランジスタを個別に設ける必要があるため、画素数が増大するにしたがってシステム自体が大型化するという問題を有している。
そこで、近年、このような問題を解決するための構成として、フォトセンサ自体にフォトセンス機能と選択トランジスタ機能とを持たせた、いわゆる、ダブルゲート構造を有する薄膜トランジスタによるフォトセンサ（以下、ダブルゲート型フォトセンサという）が開発され、システムの小型化、及び、画素の高密度化を図る試みがなされている。
【０００４】
以下、ダブルゲート型フォトセンサの構造及び機能について説明する。
まず、本発明に係る画像読取装置に適用されるダブルゲート型トランジスタについて、図面を参照して説明する。
図１４は、ダブルゲート型フォトセンサの構造を示す概略断面図である。
図１４（ａ）に示すように、ダブルゲート型フォトセンサ１０は、可視光が入射されると電子−正孔対が生成されるアモルファスシリコン等の半導体薄膜（チャネル領域）１１と、半導体薄膜１１の両端にそれぞれ設けられたｎ＋シリコン層１７、１８と、ｎ＋シリコン層１７、１８を介して、半導体薄膜１１に対してオーミック接続されたソース電極１２及びドレイン電極１３と、半導体薄膜１１の上方（図面上方）にブロック絶縁膜１４及び上部（トップ）ゲート絶縁膜１５を介して形成されたトップゲート電極２１と、トップゲート電極２１上に設けられた保護絶縁膜２０と、半導体薄膜１１の下方（図面下方）に下部（ボトム）ゲート絶縁膜１６を介して形成されたボトムゲート電極２２と、を有し、これらの構成がガラス基板等の透明な絶縁性基板１９上に形成されている。
【０００５】
すなわち、ダブルゲート型フォトセンサ１０は、半導体薄膜１１、ソース電極１２、ドレイン電極１３及びトップゲート電極２１により構成される上部ＭＯＳトランジスタと、半導体薄膜１１、ソース電極１２、ドレイン電極１３及びボトムゲート電極２２により構成される下部ＭＯＳトランジスタと、を有して構成され、図１４（ｂ）の等価回路に示すように、半導体薄膜１１を共通のチャネル領域として、ＴＧ（トップゲート端子）、ＢＧ（ボトムゲート端子）、Ｓ（ソース端子）、Ｄ（ドレイン端子）を有する２つのＭＯＳトランジスタが組み合わされた構成と考えることができる。
【０００６】
なお、図１４（ａ）において、トップゲート電極２１、上部ゲート絶縁膜１５、ブロック絶縁膜１４、下部ゲート絶縁膜１６、及び、トップゲート電極２１上に設けられる保護絶縁膜２０は、いずれも半導体薄膜１１を励起する可視光に対して透過率の高い材質により構成され、一方、ボトムゲート電極２２は、可視光の透過を遮断する材質により構成されることにより、トップゲート電極２１側（図面上方）から入射された光がトップゲート電極２１、上部ゲート絶縁膜１５及びブロック絶縁膜１４を透過して、半導体薄膜１１に入射することにより、チャネル領域に電荷（正孔）が発生し、蓄積される。
【０００７】
次に、上述したダブルゲート型フォトセンサを２次元配列して構成されるフォトセンサシステムについて、図面を参照して簡単に説明する。
図１５は、ダブルゲート型フォトセンサを２次元配列して構成されるフォトセンサシステムの概略構成図である。
図１５に示すように、フォトセンサシステムは、大別して、多数のダブルゲート型フォトセンサ１０を、たとえば、ｎ行×ｍ列のマトリクス状に配列したフォトセンサアレイ１００と、各ダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート端子ＴＧ及びボトムゲート端子ＢＧを各々行方向に接続したトップゲートライン１０１及びボトムゲートライン１０２と、トップゲートライン１０１及びボトムゲートライン１０２に各々接続されたトップゲートドライバ１１１及びボトムゲートドライバ１１２と、各ダブルゲート型フォトセンサ１０のドレイン端子Ｄを列方向に接続したデータライン１０３と、データライン１０３に接続されたコラムスイッチ１１３と、を有して構成される。ここで、Ｖtg及びＶbgは、それぞれリセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｉ、…φＴｎ、及び、読み出しパルスφＢ１、φＢ２、…φＢｉ、…φＢｎを生成するための基準電圧、φpgは、プリチャージ電圧Ｖpgを印加するタイミングを制御するプリチャージパルスである。
【０００８】
このような構成において、後述するように、トップゲートドライバ１１１からトップゲート端子ＴＧに所定の電圧を印加することによりフォトセンス機能が実現され、ボトムゲートドライバ１１２からボトムゲート端子ＢＧに所定の電圧を印加し、データライン１０３を介してダブルゲート型フォトセンサ１０の出力電圧をコラムスイッチ１１３に取り込んでシリアルデータＶoutとして出力することにより読み出し機能が実現される。
【０００９】
次に、上述したフォトセンサシステムにおけるフォトセンサの駆動制御方法について、図面を参照して説明する。
図１６は、フォトセンサの駆動制御方法の一例を示すタイミングチャートであり、図１７は、ダブルゲート型フォトセンサの動作概念図であり、図１８は、フォトセンサシステムの出力電圧の光応答特性を示す図である。
まず、リセット動作においては、図１６、図１７（ａ）に示すように、ｉ番目の行の検出動作期間（ｉ行目処理サイクル）において、ｉ番目の行のトップゲートライン１０１にパルス電圧（リセットパルス；たとえばＶtg＝＋１５Ｖのハイレベル）φＴｉを印加して、ｉ番目の行の各ダブルゲート型フォトセンサ１０の半導体薄膜（チャネル領域）に蓄積されている電荷（正孔）を放出する（リセット期間Ｔreset）。
【００１０】
次いで、電荷蓄積動作においては、図１６、図１７（ｂ）に示すように、トップゲートライン１０１にローレベル（たとえばＶtg＝−１５Ｖ）のバイアス電圧φＴｉを印加することにより、リセット動作が終了し、電荷蓄積動作による電荷蓄積期間Ｔａがスタートする。電荷蓄積期間Ｔａにおいては、トップゲート電極側から入射した光の量に応じてチャネル領域に電荷（正孔）が蓄積される。
そして、プリチャージ動作においては、図１６、図１７（ｃ）に示すように、電荷蓄積期間Ｔａに並行して、プリチャージパルスφpgに基づいてデータライン１０３に所定の電圧（プリチャージ電圧）Ｖpgを印加し、ドレイン電極１３に電荷を保持させる（プリチャージ期間Ｔprch）。
【００１１】
次いで、読み出し動作においては、図１６、図１７（ｄ）に示すように、プリチャージ期間Ｔprchを経過した後、ボトムゲートライン１０２にハイレベル（たとえばＶbg＝＋１０Ｖ）のバイアス電圧（読み出し選択信号；以下、読み出しパルスという）φＢｉを印加することにより、ダブルゲート型フォトセンサ１０をＯＮ状態にする（読み出し期間Ｔread）。
ここで、読み出し期間Ｔreadにおいては、チャネル領域に蓄積された電荷（正孔）が逆極性のトップゲート端子ＴＧに印加されたローレベル電圧Ｖtg（−１５Ｖ）を緩和する方向に働くため、ボトムゲート端子ＢＧのＶbgによりｎチャネルが形成され、ドレイン電流に応じてデータライン１０３の電圧ＶＤは、図１８（ａ）に示すように、プリチャージ電圧Ｖpgから時間の経過とともに徐々に低下する傾向を示す。
【００１２】
すなわち、電荷蓄積期間Ｔａにおける電荷蓄積状態が暗状態（入射光が暗く、光量が少ない状態）で、チャネル領域に蓄積された電荷（正孔）が少ない場合には、図１３（ｅ）、図１４（ａ）に示すように、トップゲートＴＧに負バイアスをかけることによって、ボトムゲートＢＧの正バイアスが打ち消され、ダブルゲート型フォトセンサ１０はＯＦＦ状態となり、ドレイン電圧、すなわち、データライン１０３の電圧ＶＤは、ほぼそのまま保持されることになる。
一方、電荷蓄積状態が明状態（入射光が明るく、光量が多い状態）で、チャネル領域に蓄積された電荷（正孔）が多い場合には、図１３（ｄ）、図１４（ａ）に示すように、トップゲートＴＧの負バイアスを打ち消すように作用し、この打ち消された分だけボトムゲートＢＧの正バイアスによって、ダブルゲート型フォトセンサ１０はＯＮ状態となる。そして、この入射光量に応じたＯＮ抵抗に従って、データライン１０３の電圧ＶＤは、低下することになる。
【００１３】
したがって、図１８（ａ）に示したように、データライン１０３の電圧ＶＤの変化傾向は、トップゲートＴＧへのリセットパルスφＴｉの印加によるリセット動作の終了時点から、ボトムゲートＢＧに読み出しパルスφＢｉが印加されるまでの時間（電荷蓄積期間Ｔａ）に受光した光量に深く関連し、蓄積された電荷が少ない場合には極めて緩やかに低下する傾向を示し、また、蓄積された電荷が多い場合には急峻に低下する傾向を示す。そのため、読み出し期間Ｔreadがスタートして、所定の時間経過後のデータライン１０３の電圧ＶＤを検出することにより、あるいは、所定のしきい値電圧を基準にして、その電圧に至るまでの時間を検出することにより、照射光の光量が換算される。
【００１４】
上述した一連の画像読み取り動作を１サイクルとして、次のｉ＋１番目の行における検出動作期間（ｉ＋１番目処理サイクル）においても、ｉ番目の行における場合と同様に、リセットパルスφＴi+1、読み出しパルスφＢi+1を印加する動作を行い、以下、フォトセンサアレイ１００の各行に対して同様の動作を繰り返すことにより、ダブルゲート型フォトセンサ１０を２次元のセンサシステムとして動作させることができる。
【００１５】
なお、図１６に示したタイミングチャートにおいて、プリチャージ期間Ｔprchの経過後、図１７（ｆ）、（ｇ）に示すように、ボトムゲートライン１０２にローレベル（たとえばＶbg＝０Ｖ）を印加した状態を継続すると、ダブルゲート型フォトセンサ１０はＯＦＦ状態を持続し、図１８（ｂ）に示すように、データライン１０３の電圧ＶＤは、プリチャージ電圧Ｖpgを保持する。このように、ボトムゲートライン１０２への電圧の印加状態により、ダブルゲート型フォトセンサ１０の読み出し状態を選択する選択機能が実現される。
【００１６】
以上のように、リセット動作→電荷蓄積動作→プリチャージ動作→読み出し動作の一連の動作ステップにより被写体像の読み取りが行われるが、このような動作ステップは、上述したダブルゲート型フォトセンサを用いた場合に限らず、周知のフォトダイオードやフォトトランジスタ等をフォトセンサとして用いたフォトセンサシステムにおいても、同様の動作ステップが実行される。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような従来技術に係るフォトセンサシステムにおいては、以下に示すような問題を有していた。
（１）フォトセンサが２次元配列されたフォトセンサアレイを用いて被写体画像の読み取りを行う場合、フォトセンサアレイの１行毎のフォトセンサに対して、リセットパルス及びプリチャージパルスの印加を行い、電荷蓄積期間の経過後に読み出しパルスを印加するという一連の処理手順を行い、かつ、この処理手順を各行毎に順次繰り返して行う駆動制御方法が採用されていた。
【００１８】
そのため、ｎ本の行を有する２次元マトリクスの場合、１画面のスキャンを行うためには、１行目から最後のｎ行目までｎ回同様の動作を繰り返し行わなければならず、フォトセンサアレイの行数が多くなるほど１画面全体の動作処理時間（スキャン時間）が増大する、という問題を有していた。これによって、１画面分のスキャン時間が経過するまで被写体を静止させておかなければならない等の制約が生じ、実用化の範囲が極めて制限されるという問題を有していた。
【００１９】
ところで、上述したダブルゲート型フォトセンサにおいて、スキャン時間を短縮する技術としては、特開平８−２０４２２３号公報等に記載された技術が知られている。
特開平８−２０４２２３号公報には、読み出し動作時に印加される読み出しパルスφＢnに同期して、トップゲート電極に所定のオフセットバイアスを印加することにより、入射光による正孔の蓄積を待つことなく、半導体薄膜に形成される空乏層を後退させてチャネルを確保し、照度に応じたドレイン電流を迅速に流して、上記電荷蓄積時間Ｔａを短縮することが記載されている。
【００２０】
しかしながら、特開平８−２０４２２３号公報に記載された駆動制御方法においては、ダブルゲート型フォトセンサ単体における電荷蓄積時間Ｔａの短縮を図ることにより、２次元のフォトセンサシステム全体のスキャン時間を短縮する効果はあるものの、より高精細な画質を求めて画素数を増加すると、画素数に比例してスキャン時間が必然的に増大するという問題を依然として有していた。
【００２１】
（２）上述したようなフォトセンサを用いたフォトセンサシステムにおいては、たとえば、上述したダブルゲート型フォトセンサのように、入射光による電荷が電荷蓄積期間の間蓄積されるフォトセンサの場合、被写体が暗く、蓄積される電荷が少ない場合には、十分な検出感度を得るために電荷蓄積期間を長く設定することが必要となり、また、被写体が明るく、蓄積される電荷が多い場合には、電荷が飽和しないようにするために電荷蓄積期間を短く設定することが必要になる。すなわち、被写体画像を適切な感度で良好に読み取るためには、被写体の明るさに応じてフォトセンサの電荷蓄積期間、すなわち、読み取り感度を適切に設定する必要がある。
【００２２】
したがって、フォトセンサシステムを使用する場所や被写体が種々変化するような場合には、外光照度等の周囲環境の状態や被写体によって被写体の明るさがその都度変化するため、正規の被写体画像の読み取り動作の開始直前に、試験的に読み込み動作（以下、事前読み込み動作という）を行い、この結果から適切な感度を求めるようにすることが必要となる。
【００２３】
この事前読み込み動作を従来の駆動制御方法によって行う場合、まず、感度をある適当な値に設定して全画面読み取りを行い、検出結果が不適切であれば、感度を変更して再度全画面読み取りを行う、という動作を複数回繰り返し、適切な検出結果が得られる感度設定値を見つける、という手順を行うことになる。そのため、事前読み込み動作に要する時間が極めて長くなってしまい、迅速に適切な感度で被写体画像の読み取り動作を開始することができないという問題を有していた。
【００２４】
そこで、本発明は、上述した問題を解決し、フォトセンサを２次元配列して構成されるフォトセンサアレイを備えたフォトセンサシステムにおいて、被写体画像の読み取り処理に要する時間を短縮することができるフォトセンサシステム及びその駆動制御方法を提供することを第１の目的とし、また、フォトセンサシステムの使用状態に適した読み取り感度による被写体画像の読み取り動作を迅速に実行することができるフォトセンサシステム及びそのフォトセンサシステムにおけるフォトセンサの駆動制御方法を提供することを第２の目的としている。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のフォトセンサシステムは、マトリクス状に配列された複数のフォトセンサよりなるフォトセンサアレイを備えたフォトセンサシステムにおいて、前記フォトセンサアレイの所定の行にリセットパルスを印加して、当該行の複数のフォトセンサを初期化する初期化手段と、前記複数のフォトセンサに所定のプリチャージパルスを印加するプリチャージ手段と、前記初期化終了後、照射された光により発生する電荷を蓄積する電荷蓄積期間が経過し、かつ、前記プリチャージパルスを印加するプリチャージ動作が終了した前記所定の行の複数のフォトセンサに対して読み出しパルスを印加する読み出し手段と、前記読み出し手段に基づいて、前記電荷蓄積期間に蓄積された電荷による電圧を出力電圧として出力する出力手段と、少なくとも、前記プリチャージ手段によるプリチャージパルスの印加タイミングと、前記読み出し手段による各行毎の前記読み出しパルス及び前記初期化手段における前記リセットパルスの印加タイミングを、相互に時間的に重ならないように設定するとともに、各行毎の前記電荷蓄積期間が前記各行毎の前記読み出しパルスの印加間隔と前記プリチャージパルスのパルス幅の合計時間に等しいか、前記読み出しパルスの印加間隔の整数倍の時間と前記プリチャージパルスのパルス幅の合計時間を有するように設定されて、少なくとも２つの異なる行間において、時間的に重なる期間を有するように設定するタイミング制御手段と、を備えていることを特徴としている。
【００２６】
請求項２記載のフォトセンサシステムは、請求項１記載のフォトセンサシステムにおいて、前記フォトセンサは、半導体層からなるチャネル領域を挟んで形成されたソース電極及びドレイン電極と、少なくとも前記チャネル領域の上方及び下方に各々絶縁膜を介して形成された第１の電極及び第２の電極とを有し、
前記チャネル領域に前記照射された光の量に対応する電荷が発生、蓄積されることを特徴としている。
【００２７】
請求項３記載のフォトセンサシステムは、請求項２記載のフォトセンサシステムにおいて、前記初期化手段は、前記フォトセンサにおける前記第１の電極に前記リセットパルスを印加して前記フォトセンサを初期化し、前記プリチャージ手段は、前記フォトセンサにおける前記ドレイン電極に前記プリチャージパルスを印加し、前記読み出し手段は、プリチャージパルスによるプリチャージ動作が終了した前記フォトセンサの前記第２の電極に前記読み出しパルスを印加し、前記出力手段は、前記ドレイン電極の電圧を出力電圧として出力することを特徴としている。
【００２８】
請求項４記載のフォトセンサシステムは、請求項２記載のフォトセンサシステムにおいて、前記フォトセンサシステムは、前記第２の電極への前記読み出しパルスの印加タイミングに同期して、前記第１のゲート電極に、所定のオフセットバイアスを印加するオフセットバイアス印加手段を備えていることを特徴としている。
【００２９】
請求項５記載のフォトセンサの駆動制御方法は、マトリクス状に配列された複数のフォトセンサよりなるフォトセンサアレイを備えたフォトセンサシステムにおけるフォトセンサの駆動制御方法において、前記フォトセンサアレイの所定の行にリセットパルスを印加して、その行の複数のフォトセンサを初期化する第１のステップと、前記初期化終了後、前記所定の行の複数のフォトセンサにおいて、照射された光により発生する電荷を蓄積する電荷蓄積期間が経過し、かつ、前記複数のフォトセンサに所定のプリチャージパルスを印加するプリチャージ動作が終了した前記所定の行の複数のフォトセンサに対して読み出しパルスを印加して、前記電荷蓄積期間に蓄積された電荷による電圧を出力電圧として出力する第２のステップと、を含み、前記第２のステップにおけるプリチャージパルス及び各行毎の前記読み出しパルスと前記リセットパルスの印加タイミングは、相互に時間的に重ならないように設定されるとともに、各行毎の前記電荷蓄積期間は前記各行毎の前記読み出しパルスの印加間隔と前記プリチャージパルスのパルス幅の合計時間に等しいか、前記読み出しパルスの印加間隔の整数倍の時間と前記プリチャージパルスのパルス幅の合計時間を有するように設定されて、少なくとも２つの異なる行間において、時間的に重なる期間を有していることを特徴としている。
【００３０】
請求項６記載のフォトセンサの駆動制御方法は、請求項５記載のフォトセンサの駆動制御方法において、前記第１のステップにおいては、前記フォトセンサアレイの各行に前記リセットパルスを順次印加して各行毎の前記複数のフォトセンサを順次初期化し、前記第２のステップにおいては、前記初期化が終了して所定の電荷蓄積時間が経過し、かつ、前記プリチャージパルスによるプリチャージ動作が終了した前記各行の複数のフォトセンサに対して読み出しパルスを順次印加し、前記電荷蓄積期間に蓄積された電荷による電圧を出力電圧として順次出力することを特徴としている。
【００３１】
請求項７記載のフォトセンサの駆動制御方法は、請求項６記載のフォトセンサの駆動制御方法において、前記第２のステップにおける前記プリチャージパルス及び各行毎の前記読み出しパルスの印加間隔は、前記プリチャージパルスのパルス幅と前記読み出しパルスのパルス幅の合計時間に等しいか、又は、その整数倍の時間に設定されていることを特徴としている。
【００３２】
請求項８記載のフォトセンサの駆動制御方法は、請求項６記載のフォトセンサの駆動制御方法において、前記第１のステップにおける各行毎の前記リセットパルスの印加間隔、及び、前記第２のステップにおける前記プリチャージパルス及び各行毎の前記読み出しパルスの印加間隔は、前記プリチャージパルスのパルス幅と前記読み出しパルスのパルス幅の合計時間に等しいか、又は、その整数倍の時間に設定されていることを特徴としている。
【００３３】
請求項９記載のフォトセンサの駆動制御方法は、請求項６記載のフォトセンサの駆動制御方法において、前記第１のステップにおける各行毎の前記リセットパルスの印加間隔、及び、前記第２のステップにおける各行毎の前記プリチャージパルス及び前記読み出しパルスの印加間隔は、前記第１のステップにおける前記リセットパルスのパルス幅と前記第２のステップにおける前記プリチャージパルスのパルス幅と前記読み出しパルスのパルス幅の合計時間に等しいか、又は、その整数倍の時間に設定されていることを特徴としている。
【００３５】
請求項１０記載のフォトセンサの駆動制御方法は、請求項５記載のフォトセンサの駆動制御方法において、前記第２のステップにおける各行毎の前記プリチャージパルス及び前記読み出しパルスの印加間隔は、前記第１のステップにおける前記リセットパルスのパルス幅と前記第２のステップにおける前記プリチャージパルスのパルス幅と前記読み出しパルスのパルス幅との合計時間に等しいか、その整数倍の時間に設定されていることを特徴としている。請求項１１記載のフォトセンサの駆動制御方法は、請求項１０記載のフォトセンサの駆動制御方法において、前記第２のステップにおける各行毎の前記電荷蓄積期間は、各行毎に異なる時間に設定されていることを特徴としている。
【００３６】
請求項１２記載のフォトセンサの駆動制御方法は、請求項１０記載のフォトセンサの駆動制御方法において、前記第１のステップにおいて、前記リセットパルスを前記フォトセンサアレイの各行に同時に印加し、前記第２のステップにおいて、前記合計時間に等しいか、その整数倍の時間間隔で、前記プリチャージパルスを印加するとともに、各行に前記読み出しパルスを印加することを特徴としている。
【００３７】
請求項１３記載のフォトセンサの駆動制御方法は、請求項１０記載のフォトセンサの駆動制御方法において、前記第１のステップにおいて、前記リセットパルスを前記フォトセンサアレイの各行に前記合計時間に等しいか、その整数倍の時間間隔で順次印加し、全行への前記リセットパルスの印加が終了した後、前記第２のステップにおいて、前記プリチャージパルスを印加するとともに、前記第１のステップにおける前記フォトセンサアレイの各行に対する前記リセットパルスの印加順序に対して逆の順序で、各行に読み出しパルスを印加することを特徴としている。
【００３８】
請求項１４記載のフォトセンサの駆動制御方法は、請求項１０記載のフォトセンサの駆動制御方法において、前記第１のステップにおいて、前記リセットパルスを前記フォトセンサアレイの各行に前記合計時間に等しいか、その整数倍の時間間隔で順次印加し、前記第２のステップにおいて、前記第１のステップと同期して、前記プリチャージパルスを印加するとともに、前記第１のステップにおける前記フォトセンサアレイの各行に対する前記リセットパルスの印加順序に対して逆の順序で、各行に読み出しパルスを順次印加し、前記プリチャージ電圧の印加、及び、前記読み出しパルスの印加が終了し、前記合計時間経過後、前記プリチャージパルスを印加するとともに、前記読み出しパルスの各行への印加順序と同じ順序で、再度、各行に読み出しパルスを前記合計時間に等しいか、その整数倍の時間間隔で印加することを特徴としている。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係るフォトセンサシステム及びそのフォトセンサシステムにおけるフォトセンサの駆動制御方法の実施の形態について詳しく説明する。なお、以下に示す実施形態においては、フォトセンサとして上述したダブルゲート型フォトセンサを適用した場合について示すが、本発明の構成は、このダブルゲート型フォトセンサに限定されるものではなく、他の構成のフォトセンサを用いたフォトセンサシステムに対しても同様に適用されるものである。
また、以下に示す各実施形態においては、上述したダブルゲート型フォトセンサのトップゲート電極を第１の電極として電圧を印加することにより、フォトセンス機能を実現するとともに、ボトムゲート電極を第２の電極として電圧を印加することにより、チャネル領域に蓄積された電荷量を読み出す機能を実現するものとして説明する。
【００４０】
まず、本発明に係るフォトセンサシステムの一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係るフォトセンサシステムの一実施形態を示すブロック図である。なお、ここでは、図１４、図１５に示したダブルゲート型フォトセンサ及びフォトセンサシステムの構成を適宜参照しながら説明する。また、図１５に示したフォトセンサシステムと同等の構成については、同一の符号を付して説明する。
【００４１】
図１に示すように、本実施形態に係るフォトセンサシステムは、図１４に示したダブルゲート型フォトセンサ１０を２次元配列して構成されるフォトセンサアレイ１００と、ダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲートＴＧに所定のタイミングで、所定のトップゲート電圧（リセットパルス）、さらには、オフセットバイアスを印加するトップゲートドライバ（初期化手段、オフセットバイアス印加手段）１１１と、ダブルゲート型フォトセンサ１０のボトムゲートＢＧに所定のタイミングで、所定のボトムゲート電圧（読み出しパルス）を印加するボトムゲートドライバ（読み出し手段）１１２と、ダブルゲート型フォトセンサ１０へのプリチャージ電圧の印加及びデータライン電圧の読み出しを行うコラムスイッチ１１３、プリチャージスイッチ１１４、アンプ１１５からなる出力回路（プリチャージ手段、出力手段）１１６と、読み出されたデータ電圧（アナログ信号）をデジタル信号からなる画像データに変換するアナログ−デジタル変換器（以下、Ａ／Ｄコンバータと記す）１１６と、フォトセンサアレイ１００による被写体画像の読取動作制御や外部機能部２００とのデータのやり取り等を行うとともに、一連の動作ステップに係るリセット動作、電荷蓄積動作、プリチャージ動作、読み出し動作に関連する各パルス信号の印加タイミングを制御するタイミング制御機能を有するコントローラ（タイミング制御手段）１２０と、読取画像データ及び感度調整処理に関連するデータ等を記憶するＲＡＭ１３０と、を有して構成されている。
【００４２】
ここで、フォトセンサアレイ１００、トップゲートドライバ１１１、ボトムゲートドライバ１１２、コラムスイッチ１１３、プリチャージスイッチ１１４、アンプ１１５からなる構成は、図１５に示したフォトセンサシステムと略同等の構成及び機能を有しているので、その詳細な説明を省略する。
本実施形態におけるコントローラ１２０は、トップゲートドライバ１１１及びボトムゲートドライバ１１２に所定の制御信号を供給することにより、トップゲートドライバ１１１及びボトムゲートドライバ１１２の各々から、フォトセンサアレイ１００を構成する各ダブルゲート型フォトセンサのトップゲートＴＧ及びボトムゲートＢＧに印加する所定のパルス信号（リセットパルス、読み出しパルス）を生成するとともに、プリチャージスイッチ１１４に所定の制御信号φpgを出力することにより、データラインにプリチャージ電圧Ｖpgを印加して、被写体画像の読取動作の実行を制御する。
【００４３】
また、コントローラ１２０には、ダブルゲート型フォトセンサ１０から読み出されたデータライン電圧がアンプ１１５及びＡ／Ｄコンバータ１１６を介してデジタル信号に変換され、画像データとして入力される。コントローラ１２０は、この画像データに対して、所定の画像処理を施したり、ＲＡＭ１３０への書き込み、読み出しを行うとともに、画像データの照合や加工等の所定の処理を実行する外部機能部２００に対してインタフェースとしての機能をも備えている。
【００４４】
特に、コントローラ１２０は、トップゲートドライバ１１１、ボトムゲートドライバ１１２及び出力回路１１６に出力する制御信号を設定変更することにより、後述する駆動制御処理におけるリセットパルス、読み出しパルス、プリチャージパルス、オフセットバイアス等の印加タイミングを所定の条件を満たすように設定して、被写体画像の読み取り時間を短縮するとともに、外光照度等の周囲の環境等に対応して被写体画像を最適に読み込むことができる読取感度、すなわち、ダブルゲート型フォトセンサ１０の最適な電荷蓄積期間Ｔａを設定する機能を有している。
【００４５】
＜第１の実施形態＞
次に、上述したコントローラ１２０の概略動作について、図面を参照して説明する。
図２は、本発明に係るフォトセンサの駆動制御方法の第１の実施形態を示すタイミングチャートである。なお、ここでは、図１４、図１５及び図１に示したフォトセンサシステムの構成を適宜参照しながら説明する。
図２に示すように、まず、複数のダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート端子ＴＧを行方向に接続するトップゲートライン１０１の各々にリセットパルスφＴ１、φＴ２、φＴ３、…φＴｎを順次印加してリセット期間Ｔresetをスタートし、各行毎にダブルゲート型フォトセンサ１０を初期化する。
【００４６】
次いで、リセットパルスφＴ１、φＴ２、φＴ３、…φＴｎが立ち下がり、リセット期間Ｔresetが終了することにより、電荷蓄積期間Ｔａがスタートして、各行毎にダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート電極側から入射される光量に応じてチャネル領域に電荷（正孔）が発生し、蓄積される。
次いで、電荷蓄積期間Ｔａ内に並行して、全データライン１０３にプリチャージパルスφpgに基づくプリチャージ電圧Ｖpgを印加してプリチャージ期間Ｔprchをスタートし、ダブルゲート型フォトセンサ１０のドレイン電極に所定の電圧を保持させるプリチャージ動作が行われる。
【００４７】
次いで、電荷蓄積期間Ｔａ及びプリチャージ期間Ｔprchが終了したダブルゲート型フォトセンサ１０に対して、各行毎にボトムゲートライン１０２に読み出しパルスφＢ１、φＢ２、φＢ３、…φＢｎを順次印加して読み出し期間Ｔreadをスタートし、各ダブルゲート型フォトセンサ１０に蓄積された電荷に対応する電圧変化を、各データライン１０３を介してコラムスイッチ１１３に取り込んで読み出す。
なお、照射光量の検出方法は、上述した従来技術と同様に、データライン１０３の電圧の低下傾向を、読み出し期間Ｔreadがスタートして、所定の時間経過後の電圧値を検出することにより、あるいは、所定のしきい値電圧を基準にして、その電圧値に至るまでの時間を検出することにより、照射光量に換算される。
【００４８】
ここで、従来技術においては、フォトセンサアレイ１００の１行毎の読み取り処理時間、すなわち、１サイクルの期間内で、リセット動作から電荷蓄積動作、読み出し動作に至る一連の処理手順（動作ステップ）を実行し、フォトセンサアレイの行数（ｎ）分、同様の処理をシリアルに繰り返して行う駆動制御方法であったのに対して、本実施形態に係るフォトセンサの駆動制御方法においては、まず、トップゲートライン１０１を介して最初の行のダブルゲート型フォトセンサから順に、リセットパルスφＴ１、φＴ２、φＴ３、…φＴｎを連続的に印加するリセット動作を先行して実行しつつ、ダブルゲート型フォトセンサのうち、電荷蓄積期間が経過し、かつ、プリチャージ動作が終了した最初の行のダブルゲート型フォトセンサから順に、ボトムゲートライン１０２を介して読み出しパルスφＢ１、φＢ２、φＢ３、…φＢｎを並行して印加し、ドレイン電極の電圧変化を読み出す処理手順を実行するようにしたものである。
【００４９】
このとき、プリチャージパルスφpg及び各行毎の読み出しパルスφＢ１、φＢ２、φＢ３、…φＢｎの印加タイミングが相互に時間的に重ならないように設定するとともに、各行の読み取り処理期間における電荷蓄積時間Ｔａの一部を時間的に重なるように設定することによって、各行毎の処理サイクルを一部オーバーラップさせて全体の読み取り処理時間を短縮するとともに、このような駆動制御を行った場合においても、行毎の出力電圧が相互に影響することなく、正確な読み取り動作を行うようにものである。
【００５０】
次に、上述したフォトセンサの駆動制御方法における、より好ましい実施の形態を示して、各行毎の処理動作のタイミングについて説明する。
図３は、上述したフォトセンサの駆動制御方法における、各行毎の処理動作のタイミングを説明するタイミングチャートである。
一般に、フォトセンサシステムにおいては、光量の検出感度を高めるため、リセット期間Ｔresetに対して読み出し期間Ｔreadが長く設定されている。また、処理時間を最適化し、駆動制御及び検出結果の処理を簡易にするため、検出感度に対応する行毎の電荷蓄積期間Ｔａが一定値に設定される。したがって、各行毎のリセット動作を単に連続して行った場合、１行目のダブルゲート型フォトセンサ１０の電荷蓄積期間Ｔａ経過後の読み出し期間Ｔread中に、次の２行目のダブルゲート型フォトセンサ１０の電荷蓄積期間Ｔａが経過して、異なる行相互の読み出し期間Ｔreadが重なり合う現象が生じる。その結果、一つのデータライン１０３上に異なる行に対応した読み取りデータが同時に出力されてしまい、データのクロストークが生じ、正確なデータの読み取りが行えなくなる。また、プリチャージ期間Ｔprchは、必ず各行毎の読み出し期間Ｔreadの前に設けることが必要であるため、読み出し期間Ｔreadとプリチャージ期間Ｔprchが時間的に重なり合ってしまう場合があり、データ読み取りが正確に行えなくなる。
【００５１】
そこで、本実施形態のより好ましい駆動制御方法は、上述したような異なる行に接続されたダブルゲート型フォトセンサ相互の読み出し期間Ｔreadの重複を避け、かつ、データライン１０３に印加されるプリチャージ電圧Ｖpgと読み出しデータＶＤの重複を避けることを目的として、図３に示すように、図２に示した処理手順と同様に、リセットパルスφＴ１、φＴ２、φＴ３、…φＴｎを順次印加するリセット動作を先行して実行しつつ、ダブルゲート型フォトセンサ１０のうち、電荷蓄積期間Ｔａが経過し、かつ、プリチャージ動作が終了した最初の行のダブルゲート型フォトセンサ１０から順に、ボトムゲートライン１０２を介して読み出しパルスφＢ１、φＢ２、φＢ３、…φＢｎを並行して順次印加し、ドレイン電極の電圧変化を読み出す処理手順を実行するようにして、各行毎の処理サイクルの一部を時間的にオーバーラップさせるようにした駆動制御方法において、行毎のリセットパルスφＴ１、φＴ２、φＴ３、…φＴｎ、読み出しパルスφＢ１、φＢ２、φＢ３、…φＢｎ、及び、プリチャージパルスφpgの間隔を、読み出しパルスによる読み出し期間Ｔreadとプリチャージパルスφpgによるプリチャージ期間Ｔprchとの和に相当する時間（合計時間）に設定するようにしたものである。
【００５２】
すなわち、行毎のリセットパルス、読み出しパルス、及びプリチャージパルスの間隔は、次の（１）式で表される第１のパルス間隔Ｔintとなる。
Ｔint＝Ｔprch＋Ｔread ……（１）
これによって、行毎のダブルゲート型フォトセンサ１０相互の読み出し期間Ｔread、及び、データラインに印加されるプリチャージ期間Ｔprchと読み出し期間Ｔreadが時間的に重なることが避けられるため、行毎の出力電圧が影響してクロストークが発生することが防止され、正確な読み取り動作を行うことができる。但し、この場合、上記タイミングチャートから明らかなように、電荷蓄積期間Ｔａは任意の時間に設定することはできず、電荷蓄積期間Ｔａの設定間隔は、上記第１のパルス間隔Ｔintを基準単位とする時間となる。
また、この構成によって、以下に示すように読み取り動作の処理時間を大幅に短縮することができる。更に、読み出し期間Ｔreadが一定に設定されるとともに、読み出し期間Ｔreadとプリチャージ期間Ｔprchの合計よりなるリセット動作の間隔も一定にすることができるため、駆動制御を簡略化することができる。
【００５３】
ここで、本実施形態のより好ましい駆動制御方法における動作処理時間の短縮効果について説明する。
従来技術におけるフォトセンサ全体（１画面分）のスキャン時間は、図１６に示したように、フォトセンサアレイ１００の行数をｎとした場合、リセット期間Ｔresetと電荷蓄積期間Ｔａと読み出し期間Ｔreadとの合計時間よりなる１行分の処理時間（処理サイクル）を行数分繰り返すことになるため、次の（２）式に示すＴp-oldとして表すことができる。
Ｔp-old＝ｎ×(Ｔreset＋Ｔa＋Ｔread) ……（２）
【００５４】
これに対して、本実施形態のより好ましい駆動制御方法におけるスキャン時間Ｔp１は、図３に示したように、１行目のリセット期間Ｔresetと電荷蓄積期間Ｔaの後、読み出し期間Ｔreadとプリチャージ期間Ｔprchが連続してｎ−１回繰り返された後に、ｎ行目の読み出し期間Ｔreadが一回付加された時間となるため、次の（３）式のように表すことができる。
Ｔoff＝Ｔp-old−Ｔp１＝(ｎ−１)×(Ｔreset＋Ｔａ−Ｔprch) ……（４）
【００５５】
ここで、上述した短縮された処理時間Ｔoffについて、具体的な数値例を示して、本実施形態における有効性を説明する。
本実施形態のより好ましい駆動制御方法により短縮された動作処理時間Ｔoffは、ダブルゲート型フォトセンサが受光する光の明るさが、たとえば、数十ルクスの場合、１行（走査線）の処理時間（Ｔreset＋Ｔa＋Ｔread）として約０．１５秒を必要とするので、フォトセンサアレイの行数ｎが２００本程度の場合、従来技術においては、スキャン時間３０秒以上を必要としていたのに対して、本実施形態によれば０．３秒程度に短縮することができるので、短縮される処理時間Ｔoffは２９．７秒程度となる。すなわち、本実施形態によれば、スキャン理時間が１／１００程度に大幅に短縮され、今後の実用化に向けた有効な駆動方法を提示することができる。
【００５６】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明に係るフォトセンサの駆動制御方法における第２の実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態は、上述した第１の実施形態において、ボトムゲート電極に印加する読み出しパルスφＢｎに同期して、トップゲート電極にオフセットバイアスを印加するようにしたことを特徴としている。
図４は、フォトセンサの駆動制御方法の第２の実施形態を示すタイミングチャートである。ここでは、図１５に示したフォトセンサシステムの構成を適宜参照しながらを説明する。
【００５７】
図４に示すように、まず、複数のダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート端子ＴＧを行方向に接続するトップゲートライン１０１の各々に順次リセットパルス（Ｈレベル：たとえば、＋５Ｖ）φＴ１、φＴ２、φＴ３、…φＴｎを印加してリセット期間Ｔresetをスタートし、各行毎にダブルゲート型フォトセンサ１０を初期化する。
次いで、リセットパルスφＴ１、φＴ２、φＴ３、…φＴｎが立ち下がり（Ｌレベル：たとえば、−２０Ｖ）、リセット期間Ｔresetが終了すると、電荷蓄積期間Ｔａがスタートして、各行毎にダブルゲート型フォトセンサ１０に入射される光量に応じてチャネル領域に電荷が蓄積される。ここで、電荷蓄積期間Ｔａ内にデータライン１０３にプリチャージ電圧を印加してプリチャージ期間Ｔprchをスタートし、ダブルゲート型フォトセンサ１０のドレイン電極に所定の電圧を保持させる。
【００５８】
次いで、電荷蓄積期間Ｔａ及びプリチャージ期間Ｔprchが終了したダブルゲート型フォトセンサ１０に対して、各行毎にボトムゲートライン１０２に順次読み出しパルス（Ｈレベル：たとえば、１０Ｖ）φＢ１、φＢ２、φＢ３、…φＢｎを印加して、読み出し期間Ｔreadをスタートするとともに、上記読み出しパルスφＢ１、φＢ２、φＢ３、…φＢｎの印加タイミングに同期して、トップゲートライン１０１に順次所定のオフセットバイアス（たとえば、−１０Ｖ、バイアス期間Ｔbias）を印加し、各ダブルゲート型フォトセンサ１０に蓄積された電荷に対応する電圧変化をデータライン１０３を介して読み出す。
【００５９】
ここで、本実施形態に係る駆動制御方法における電荷蓄積期間とオフセットバイアスとの関係について、図面を参照して説明する。
まず、ダブルゲート型フォトセンサにおけるゲート印加電圧とチャネル形成との関係について説明する。
図５は、ダブルゲート型フォトセンサにおけるゲート印加電圧とチャネル形成状態を示す概念図である。なお、ダブルゲート型フォトセンサの各構成のうち、従来技術（図１４）に対応する構成については、同一の符号を付して説明する。
【００６０】
図５（ａ）は、ダブルゲート型フォトセンサ１０に光が照射されない状態にあって、かつ、トップゲート電極２１にＬレベル（−２０Ｖ）が印加された状態を示している。この状態においては、半導体層１１ａに形成される空乏層３０は、トップゲート電極側からボトムゲート電極側に向けて、半導体層１１ａのほぼ全域に広がり、ボトムゲート電極２２側から見たＭＯＳトランジスタ（以下、下部ＭＯＳトランジスタという）は、チャネルがピンチオフした状態を示す。
【００６１】
上述したように、下部ＭＯＳトランジスタのチャネルをピンチオフした状態で、半導体層１１ａに光が入射すると、図５（ｂ）に示すように、半導体層１１ａに電子−正孔対が発生してトップゲート電極２１直下に電荷（正孔）が蓄積され、空乏層３０の広がりがトップゲート電極２１方向に後退する。しかしながら、入射する光が低照度の場合には、図４に示したタイミングチャートにおける予め設定された電荷蓄積期間Ｔａ中に半導体層１１ａに蓄積される電荷量が少ないため、空乏層３０の広がりをトップゲート電極２１方向に十分後退させることができず、下部ＭＯＳトランジスタにおけるチャネルが形成されなくなり、読み出し動作時における下部ＭＯＳトランジスタによる出力が機能しないことになる。
そこで、本実施形態においては、図４のタイミングチャートに示したように、ボトムゲート電極２２に印加する読み出しパルスφＢ１、φＢ２、φＢ３、…の印加タイミングに同期させてトップゲート電極２１にオフセットバイアス（−１０Ｖ）を印加するようにしている。
【００６２】
このようなオフセットバイアスを印加することにより、図５（ｃ）に示すように、トップゲート電極２１の電圧が負の高バイアスから負の低バイアスに変化することにより、半導体層１１ａにおける空乏層３０の広がりが後退（減衰）して、光の照射による電荷の蓄積を待つことなく（電荷蓄積期間Ｔａの経過を待つことなく）、下部ＭＯＳトランジスタのチャネルが形成される。このとき、チャネルを流れるドレイン電流Ｉｄは、入射光の光量に応じて変化するチャネル抵抗に依存して変化する傾向を示すため、データラインを介して出力されるドレイン電流を検出することにより、照射光量を算出することができる。
一方、ダブルゲート型フォトセンサに入射する光が高照度の場合、半導体層１１ａに蓄積される電荷量が多いうえ、オフセットバイアスの印加により、電荷蓄積期間Ｔａの経過を待つことなく、空乏層３０の広がりは速やかに後退して下部ＭＯＳトランジスタのチャネルが形成される。
【００６３】
上述したような読み出しパルスφＢ１、φＢ２、φＢ３、…φＢｎの印加タイミングに同期して、オフセットバイアスを印加する手法を用いることにより、ダブルゲート型フォトセンサの飽和露光量を小さくすることができるとともに、下部ＭＯＳトランジスタにおけるチャネルの形成を制御し、かつ、チャネルを流下するドレイン電流により照射光量を検出することができるため、電荷蓄積期間Ｔａの短縮、又は、検出感度の向上を図ることができる。
したがって、本実施形態に係るフォトセンサの駆動制御方法によれば、上記（２）式におけるスキャン時間Ｔp１をさらに短縮して、高速スキャンを可能とし、また、低照度（暗い）の環境下にあっても良好に照射光量を検出して被写体像像を読み取ることができるフォトセンサシステムを提供することができる。
【００６４】
なお、本実施形態においては、トップゲート電極２１に印加するオフセットバイアスを−１０Ｖに設定した場合について説明したが、通常の非リセット動作時のセンスゲートバイアス（−２０Ｖ）と０Ｖの間の電圧値であれば、たとえば半導体層１１ａの特性や、周囲の明るさ、被写体の明暗等に応じて適宜設定するものであってもよい。
また、オフセットバイアスを入射光の照度に関わらず、均一に印加する手法を示したが、たとえば暗い被写体に対してのみ、オフセットバイアスを印加するように切り換え制御を行うものであってもよい。
さらに、オフセットバイアスを、読み出しパルスの立ち上がり、立ち下がりのタイミングに同期してトップゲート電極２１に印加する場合について説明したが、読み出しパルスをボトムゲート電極２２に印加している期間内であれば、読み出しパルスのパルス幅（読み出し期間）Ｔreadより短く設定するものであってもよい。
【００６５】
＜第３の実施形態＞
次に、本発明に係るフォトセンサの駆動制御方法における第３の実施形態について、図面を参照して説明する。
図６は、本発明に係るフォトセンサの駆動制御方法の第３の実施形態を示すタイミングチャートであり、図７は、本実施形態の変形例を示すタイミングチャートである。ここでは、図１５に示したフォトセンサシステムを適宜参照しながら、駆動制御方法を説明する。
図６、図７に示すように、本実施形態に係る駆動制御方法は、まず、ダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート端子ＴＧを行方向に接続するトップゲートライン１０１の各々に、順次リセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎを印加してリセット期間Ｔresetをスタートし、各行毎のダブルゲート型フォトセンサ１０を初期化する。
【００６６】
次いで、リセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎが立ち下がり、リセット期間Ｔresetが終了することにより、電荷蓄積期間Ｔａがスタートして、各行毎にダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート電極側から入射される光量に応じてチャネル領域に電荷（正孔）が発生し、蓄積される。ここで、図６に示すように、電荷蓄積期間Ｔａ内に並行して、あるいは、図７に示すように、電荷蓄積期間Ｔａの終了後に、プリチャージ信号φpgを順次印加することにより、プリチャージ期間Ｔprchをスタートし、データライン１０３にプリチャージ電圧を印加してダブルゲート型フォトセンサ１０のドレイン電極に所定の電圧を保持させるプリチャージ動作が行われる。
【００６７】
次いで、電荷蓄積期間Ｔａ及びプリチャージ期間Ｔprchが終了したダブルゲート型フォトセンサ１０に対して、他の行におけるリセット動作、プリチャージ動作及び読み出し動作のための各信号の印加タイミングと時間的に重ならないタイミングで、各行毎にボトムゲートライン１０２に順次読み出しパルスφＢ１、φＢ２、…φＢｎを印加して、読み出し期間Ｔreadをスタートし、ダブルゲート型フォトセンサ１０に蓄積された電荷に対応する電圧変化ＶＤ１、ＶＤ２、ＶＤ３、…ＶＤｍを、コラムスイッチ１１３によりデータライン１０３を介して読み出す。
【００６８】
ここで、照射光量の検出方法は、上述した従来技術と同様に、各データライン１０３の電圧ＶＤ１、ＶＤ２、ＶＤ３、…ＶＤｍの低下傾向を、読み出し期間Ｔreadがスタートして、所定の時間経過後の電圧値を検出することにより、あるいは、所定のしきい値電圧を基準にして、その電圧値に至るまでの時間を検出することにより、照射光量を換算する。
【００６９】
すなわち、本実施形態においては、上述した実施形態に示した処理手順と同様に、リセットパルスφＴ１、φＴ２、φＴ３、…φＴｎを順次印加するリセット動作を先行して実行しつつ、ダブルゲート型フォトセンサ１０のうち、電荷蓄積期間Ｔａが経過し、かつ、プリチャージ動作が終了した最初の行のダブルゲート型フォトセンサ１０から順に、ボトムゲートライン１０２を介して読み出しパルスφＢ１、φＢ２、φＢ３、…φＢｎを並行して順次印加し、ドレイン電極の電圧変化を読み出す処理手順を実行するようにして、各行毎の処理サイクルの一部を時間的にオーバーラップさせるようにした駆動制御方法において、行毎のリセットパルスφＴ１、φＴ２、φＴ３、…φＴｎ、読み出しパルスφＢ１、φＢ２、φＢ３、…φＢｎ、及び、プリチャージパルスφpgの間隔を、リセットパルスによるリセット期間Ｔresetと、読み出しパルスによる読み出し期間Ｔreadと、プリチャージパルスによるプリチャージ期間Ｔprchとの合計時間に設定するようにしたものである。
【００７０】
ここで、本実施形態におけるリセットパルス、読み出しパルス、及びプリチャージパルスの間隔は、次の（５）式に示す第２のパルス間隔Ｔdelayとして表すことができる。
Ｔdelay＝Ｔreset＋Ｔprch＋Ｔread ……（５）
これにより、各行毎の処理サイクルの一部を時間的にオーバーラップさせることができるとともに、リセット動作、プリチャージ動作、読み出し動作が時間的に重なって実行されることがないので、全ての行におけるリセット動作が終了する前に読み出し動作を行うことができ、スキャン時間を大幅に短縮することができるとともに、２次元画面全体のスキャン動作を良好に行うことができる。以下、具体的に説明する。
【００７１】
図８は、上述したフォトセンサの駆動制御方法における、各行毎の処理動作のタイミングを説明するタイミングチャートである。
上述した第１の実施形態（図２参照）においては、リセットパルス、読み出しパルス、及びプリチャージパルスの間隔を、読み出し期間Ｔreadとプリチャージ期間Ｔprchとの和に相当する第１のパルス間隔Ｔintに設定することによって、行毎の読み出し期間Ｔread及びプリチャージ期間Ｔprchが時間的に重ならないようにしたものであるが、電荷蓄積期間Ｔａを短縮して、全ての行におけるリセット動作が終了する前に読み取り動作を開始すると、行毎のリセット期間Ｔresetとプリチャージ期間Ｔprch、もしくは、読み出し期間Ｔreadが時間的に重なってしまうことがあり、その場合には正確な読み取りができなくなる。そのため、上述した第１の実施形態においては、全行のリセット動作が終了した後に、各行のプリチャージ動作及び読み取り動作を開始するようにしなければならず、電荷蓄積期間Ｔａを全行のリセット動作が終了する時間より短くすることができないという問題があった。
【００７２】
これに対して、本実施形態においては、図８に示すように、リセットパルス、読み出しパルス、及びプリチャージパルスの間隔を、上記（５）式で表される第２のパルス間隔Ｔdelayに設定することにより、行毎のリセット動作相互間の期間にプリチャージ動作及び各行の読み取り動作を実行した場合でも、各動作が時間的に重なることが避けられる。すなわち、全行のリセット動作が終了する前に読み取り動作を開始することが可能となり、電荷蓄積期間Ｔａを全行のリセット動作に要する時間よりも短くすることができる。したがって、電荷蓄積期間Ｔａの設定可能幅を広くすることができ、感度設定の幅（感度の設定自由度）を広げることができる。
【００７３】
なお、この場合における電荷蓄積期間Ｔａは、任意の時間に設定することはできず、次の（６）式のように表されるので、電荷蓄積期間Ｔａの設定間隔は、上記第２のパルス間隔Ｔdelayを基本単位とする時間に設定されることになる。ここで、ｋは０以上の整数である。
Ｔａ＝Ｔdelay×ｋ＋Ｔprch ……（６）
また、本実施形態におけるスキャン時間Ｔp２は、図８に示すように、１行目のリセット期間Ｔresetと電荷蓄積期間Ｔａの後、読み出し期間Ｔreadとプリチャージ期間Ｔprchが第２のパルス間隔Ｔdelayの時間間隔でｎ−１回繰り返された後に読み出し期間Ｔreadが１回加わる時間となるため、次の（７）式のように表すことができる。
これを上述した第１の実施形態におけるスキャン時間Ｔp１と比べると、電荷蓄積期間Ｔａが同じである場合は、行毎の動作間隔がリセット期間Ｔreset分だけ長くなっているため、スキャン時間もその分だけ長くなる。しかし、本実施形態においては、電荷蓄積期間Ｔａを第１の実施形態の場合よりも短くすることができるので、その場合には、本実施形態におけるスキャン時間Ｔp２は、第１の実施形態におけるスキャン時間Ｔp１よりも短くなる場合もある。いずれにしても、第１の実施形態の場合と同様に、スキャン時間を従来技術におけるスキャン時間に比較して、大幅に短くすることができる。
【００７５】
＜第４の実施形態＞
次に、本発明に係るフォトセンサの駆動制御方法の第４の実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態は、上述した第１乃至第３の実施形態に示したような、被写体画像の実際の読み取り動作（スキャン動作）に先立って、周囲環境の明るさや検出対象物（被写体）の種類等の種々の条件によって変化するフォトセンサの最適な感度設定値（電荷蓄積期間）を求めるための処理（以下、事前読み込み処理）において、上記（１）式、又は、（５）式の設定条件を適用して、事前読み込み処理の所要時間を大幅に短縮したことを特徴とする。
【００７６】
図９は、本発明に係るフォトセンサの駆動制御方法の第４の実施形態を示すタイミングチャートである。ここでは、図１５に示したフォトセンサシステムを適宜参照しながら、駆動制御方法を説明する。
図９に示すように、本実施形態に係る事前読み込み処理の駆動制御方法は、まず、ダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート端子ＴＧを行方向に接続するトップゲートライン１０１の各々に、リセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎ-1、φＴｎを同時に印加してリセット期間Ｔresetを各行同時にスタートし、全ての行のダブルゲート型フォトセンサ１０を同時に初期化する。
次いで、リセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎ-1、φＴｎが同時に立ち下がり、リセット期間Ｔresetが終了することにより、全ての行におけるダブルゲート型フォトセンサ１０の電荷蓄積期間Ｔａが一斉にスタートして、各行毎のダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート電極側から入射される光量に応じてチャネル領域に電荷（正孔）が発生し、蓄積される。
【００７７】
次いで、上記（５）式に示した第２のパルス間隔Ｔdelayを単位時間として、図９に示すように、電荷蓄積期間Ｔａを各行毎に第２のパルス間隔Ｔdelayの時間間隔で変化させて、プリチャージ期間Ｔprch及び行毎の読み出し期間Ｔreadが時間的に重ならないタイミングで、プリチャージパルスφpgの印加、及び、各行への読み出しパルスφＢ１、φＢ２、…φＢｎ-1、φＢｎの印加を行う。
すなわち、第３の実施形態と同様に、プリチャージパルスφpgを電荷蓄積期間Ｔａ内に並行して（あるいは、電荷蓄積期間Ｔａの終了後に）、第２のパルス間隔Ｔdelay毎に順次印加することにより、プリチャージ期間Ｔprchをスタートし、データライン１０３にプリチャージ電圧を印加してダブルゲート型フォトセンサ１０のドレイン電極に所定の電圧を保持させるプリチャージ動作が行われる。
【００７８】
また、電荷蓄積期間Ｔａ及びプリチャージ期間Ｔprchが終了したダブルゲート型フォトセンサ１０に対して、各行毎にボトムゲートライン１０２に読み出しパルスφＢ１、φＢ２、…φＢｎ-1、φＢｎを第２のパルス間隔Ｔdelayの時間間隔で順次印加することにより、読み出し期間Ｔreadをスタートし、各ダブルゲート型フォトセンサ１０に蓄積された電荷に対応する電圧変化ＶＤ１、ＶＤ２、ＶＤ３、…ＶＤｍが、データライン１０３を介してコラムスイッチ１１３に取り込まれて読み出される。
【００７９】
なお、本実施形態においては、電荷蓄積期間Ｔａの設定間隔を上記第２のパルス間隔Ｔdelayではなく、（１）式に示した読み出し期間Ｔreadとプリチャージ期間Ｔprchとの合計時間よりなる第１のパルス間隔Ｔintとした場合であっても、プリチャージ期間Ｔprch及び読み出し期間Ｔreadが時間的に重なることを避けることができる。しかし、本実施形態による検出結果より求められた最適電荷蓄積期間Ｔａが正規の被写体画像の読み取り動作における電荷蓄積期間Ｔａに適用され、その読み取り動作において上述した第３実施形態における駆動制御方法を適用した場合には、電荷蓄積期間Ｔａの設定間隔は、第２のパルス間隔Ｔdelayを基準単位とした値となるため、本実施形態における行毎の電荷蓄積期間Ｔａの設定間隔も第２のパルス間隔Ｔdelayとすることにより、本実施形態により求められた最適電荷蓄積期間の値を正規の読み取り動作における駆動制御方法に適用できる。このようなことから、本実施形態においては、電荷蓄積期間Ｔａの設定間隔を、上記第２のパルス間隔Ｔdelayの時間間隔に設定している。後述する第５及び第６の実施形態においても同様である。
【００８０】
したがって、従来技術に示した駆動制御方法においては、ｘ段階（ｘは正の整数）の電荷蓄積期間の調整を可能とするためには、最適な感度を得るまでに、少なくとも、電荷蓄積期間をｘ回異なる数値に設定して、その都度一画面を読み取らなければならなかったのに対して、本実施形態においては、まず、全ての行のダブルゲート型フォトセンサ１０に同時に、リセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎを印加して、リセット動作及び電荷蓄積動作を同時に開始するとともに、読み出し動作を各行について、第２のパルス間隔Ｔdelayの時間間隔だけ順次変化させて行うことにより、各行毎の電荷蓄積期間Ｔａが第２のパルス間隔Ｔdelayの時間間隔で増加するので、一画面を一回読み込む事前読み込み処理により行数分の異なる検出感度で読み込んだ画像を取得することができる。すなわち、各行の電荷蓄積期間Ｔａは、次の（８）式のように表される。
Ｔa＝Ｔdelay×Ｊ＋Ｔprch ……（８）
ここで、Ｊは０以上の整数よりなる変数であって、１行目からｎ行目ではＪの値が０、１、……、ｎ−２、ｎ−１になる。
【００８１】
すなわち、電荷蓄積期間Ｔａは、一画面の事前読み込み処理によって、概略第２のパルス間隔Ｔdelayの整数倍の値でｎ種類の異なる値に設定されることになり、ｎ種類の異なる感度による読み込み処理が実行されることになる。
そして、本実施形態における一画面の事前読み込みに要する時間Ｔｐ３は、フォトセンサアレイ１００の行数をｎとした場合、次の（９）式のように表される。
【００８２】
なお、本実施形態に係る駆動制御方法においては、全ての行のダブルゲート型フォトセンサに、リセットパルスを同時に印加する必要があるため、トップゲートドライバ１１１がそれに見合った十分な駆動能力を備えている必要がある。
また、本実施形態においては、行毎の読み出しパルス、及びプリチャージパルスの印加間隔を第２のパルス間隔Ｔdelayの時間間隔に設定したが、この間隔を第２のパルス間隔Ｔdelay時間の整数倍としてもよく、また、行毎の印加間隔が一定でなく、第２のパルス間隔Ｔdelayの整数倍の時間間隔で行毎に異なるようにしてもよい。
【００８３】
＜第５の実施形態＞
次に、本発明に係るフォトセンサの駆動制御方法の第５の実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態は、事前読み込み処理において、上記（１）式、又は、（５）式の設定条件を適用して、事前読み込み処理の所要時間を短縮しつつ、電荷蓄積期間（すなわち、検出感度）の設定幅を拡大したことを特徴とする。
図１０は、本発明に係るフォトセンサの駆動制御方法の第５の実施形態を示すタイミングチャートであり、図１１は、本実施形態における電荷蓄積期間の設定幅の変化を示す概念図である。ここでは、図１５に示したフォトセンサシステムを適宜参照しながら、駆動制御方法を説明する。
【００８４】
図１０に示すように、本実施形態に係る駆動制御方法は、まず、ダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート端子ＴＧを行方向に接続するトップゲートライン１０１の１行目から、上記（５）式に示した第２のパルス間隔Ｔdelayの時間間隔で、リセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎ-1、φＴｎを順次印加してリセット期間Ｔresetをスタートし、各行毎のダブルゲート型フォトセンサ１０を初期化する。
次いで、リセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎ-1、φＴｎが立ち下がり、リセット期間Ｔresetが終了することにより、電荷蓄積期間Ｔａがスタートして、各行毎にダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート電極側から入射される光量に応じてチャネル領域に電荷（正孔）が発生し、蓄積される。
【００８５】
次いで、最後の行（ｎ行）に対するリセットパルスφＴｎが立ち下がった後、上記（５）式に示した第２のパルス間隔Ｔdelayを単位時間として、電荷蓄積期間Ｔａを各行毎に第２のパルス間隔Ｔdelayの時間間隔で変化させて、プリチャージ期間Ｔprch、及び、行毎の読み出し期間Ｔreadが時間的に重ならないタイミングで、プリチャージパルスφpgの印加、及び、ｎ行目から１行目にかけて各行に、読み出しパルスφＢｎ、φＢｎ−１、…φＢ２、φＢ１の印加を行う。
すなわち、プリチャージ信号φpgを電荷蓄積期間Ｔａ内に並行して（あるいは、電荷蓄積期間Ｔａの終了後に）、第２のパルス間隔Ｔdelay毎に順次印加することにより、プリチャージ期間Ｔprchをスタートし、データライン１０３にプリチャージ電圧を印加してダブルゲート型フォトセンサ１０のドレイン電極に所定の電圧を保持させるプリチャージ動作が行われる。
【００８６】
そして、電荷蓄積期間Ｔａ及びプリチャージ期間Ｔprchが終了したダブルゲート型フォトセンサ１０に対して、ボトムゲートライン１０２のｎ行目から１行目にかけて行毎に、読み出しパルスφＢｎ、φＢｎ−１、…φＢ２、φＢ１を第２のパルス間隔Ｔdelayの時間間隔で順次印加することにより、ｎ行目から読み出し期間Ｔreadをスタートし、各ダブルゲート型フォトセンサ１０に蓄積された電荷に対応する電圧変化ＶＤ１、ＶＤ２、ＶＤ３、…ＶＤｍが、データライン１０３を介してコラムスイッチ１１３により取り込まれて読み出される。
【００８７】
このように、本実施形態においては、まず、１行目からｎ行目の順番で、かつ、第２のパルス間隔Ｔdelayの時間間隔で、各行に順次リセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎを印加して、リセット動作及び電荷蓄積動作を順次開始するとともに、全ての行のリセット動作後、ｎ行目から１行目の順番で、かつ、第２のパルス間隔Ｔdelayの時間間隔で、各行に順次読み出しパルスφＢｎ、φＢｎ−１、…φＢ２、φ１を印加して、読み出し動作を実行することにより、各行毎に電荷蓄積期間Ｔａが第２のパルス間隔Ｔdelayの２倍の時間間隔で増加することになる。すなわち、各行の電荷蓄積期間Ｔａは、次の（１０）式のように表される。
Ｔa＝２×Ｔdelay×Ｌ＋Ｔprch ……（１０）
【００８８】
ここで、Ｌは０以上の整数よりなる変数であって、ｎ行目から１行目ではＬの値が０、１、……、ｎ−２、ｎ−１になる。すなわち、図１１に示すように、一画面の読み込み処理によって、電荷蓄積期間Ｔａは、概略第２のパルス間隔Ｔdelayの２倍の時間を整数倍した値でｎ種類の異なる値に設定されることになり、ｎ種類の異なる感度による読み込み処理が実行されることになる。
そして、本実施形態における一画面の事前読み込みに要する時間Ｔｐ４は、次の（１１）式のように表される。
なお、電荷蓄積期間Ｔａを上述した第４の実施形態と同様に、ｎ×Ｔdelay時間まで行う場合には、読み取り動作を一画面の半分（ｎ／２行目）まで行えばよいので、読み込み所要時間は、次の（１２）式に示すＴp４′のように表される。
したがって、本実施形態に係る駆動制御方法によれば、電荷蓄積期間Ｔａを第２のパルス間隔Ｔdelayの２倍の時間間隔で変化させているため、上述した第４の実施形態の場合のように、第２のパルス間隔Ｔdelayの時間間隔で細かく調整することはできないが、一画面の事前読み込み処理によって電荷蓄積期間を、最大、第４の実施形態の場合の２倍の値にまで設定することができ、たとえば、行数ｎが２５６のフォトセンサアレイ１００を用いた場合においても、５１２段階まで感度調整を行うことができ、第４の実施形態の場合よりも広い範囲の感度設定値による画像を取得することができる。
【００９１】
また、本実施形態に係る駆動制御方法においては、各行毎に第２のパルス間隔Ｔdelayの時間間隔で、順次リセットパルスを印加する手法を採用しているので、トップゲートドライバから供給するリセットパルスは１度に１つのフォトセンサにしか供給されない。そのため、第４の実施形態の場合のように、大きな駆動能力を備える必要がないという利点を有している。
よって、本実施形態に係る駆動制御方法によれば、駆動能力の小さいトップゲートドライバを用いても、一画面を一回読み込むだけで、上述した第４の実施形態の場合よりも広い感度範囲で、行数分の種類の感度に対する検出結果を得ることができ、感度調整のために必要な情報をより多く取得することができる。そのため、駆動回路を小さくすることができるとともに、より広い範囲の周囲環境の変化や検出対象物（被写体）の変化に対応した最適な検出感度の値を求めることができる。
【００９２】
なお、本実施形態において、リセット動作においては１行目からｎ行目に方向に、また、読み出し動作においてはｎ行目から１行目方向に、それぞれ信号パルスの印加順序を変化させているため、たとえば、ボトムゲートドライバ１１２のシフトレジスタにシフト方向を切り換える機能を備えている必要がある。
また、本実施形態においては、行毎のリセットパルス、読み出しパルス、及び、プリチャージパルスの印加間隔を第２のパルス間隔Ｔdelayの時間間隔としたが、この間隔を第２のパルス間隔Ｔdelay時間の整数倍としてもよく、また、行毎の印加間隔が一定でなく、第２のパルス間隔Ｔdelay時間の整数倍の間隔で行毎に異なるようにしてもよい。
【００９３】
＜第６の実施形態＞
次に、本発明に係るフォトセンサの駆動制御方法の第６の実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態は、事前読み込み処理において、上記（１）式、又は、（５）式のの設定条件を適用して、事前読み込み処理の所要時間を短縮しつつ、電荷蓄積期間（検出感度）を細かく設定し、さらに、ドライバの駆動能力の増加を抑制したことを特徴とする。
図１２は、本発明に係るフォトセンサの駆動制御方法の第６の実施形態を示すタイミングチャートであり、図１３は、本実施形態における電荷蓄積期間の設定幅の変化を示す概念図である。ここでは、図１５に示したフォトセンサシステムを適宜参照しながら、駆動制御方法を説明する。
【００９４】
図１２に示すように、本実施形態に係る駆動制御方法は、まず、ダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート端子ＴＧを行方向に接続するトップゲートライン１０１の各々に、１行目からｎ行目の順番、かつ、上記（５）式に示した第２のパルス間隔Ｔdelayの時間間隔で、リセットパルスφＴ１、φＴ２、…Ｔｎ／２、Ｔｎ／2+1、…φＴｎ-1、φＴｎを順次印加してリセット期間Ｔresetをスタートし、各行毎のダブルゲート型フォトセンサ１０を初期化するとともに、各リセット期間Ｔresetが終了することにより、電荷蓄積期間Ｔａがスタートして、各行毎にダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート電極側から入射される光量に応じてチャネル領域に電荷（正孔）が発生し、蓄積される。
【００９５】
ここで、このリセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎの印加と同時に、ボトムゲートライン１０２の各々に、ｎ行目から１行目の順番、かつ、第２のパルス間隔Ｔdelayの時間間隔で、読み出しパルスφＢｎ、φＢｎ−１、…φＢｎ／2+1、φＢｎ／２、……φＢ２、φＢ１を各行に順次印加するとともに、ｎ／２行目以降の読み出しパルスφＢｎ／２、…φＢ２、φＢ１に対応して、プリチャージパルスφpgを第２のパルス間隔Ｔdelayの時間間隔で順次印加して、読み取り動作を実行する。
【００９６】
そして、最下行（ｎ行目）のリセットパルスφＴｎが立ち下がった後、第２のパルス間隔Ｔdelay時間経過後に、最下行（ｎ行目）からｎ／２＋１行目まで、第２のパルス間隔Ｔdelayの時間間隔で、再度、読み出しパルスに対応したプリチャージパルスφpgを第２のパルス間隔Ｔdelayの時間間隔で順次印加するとともに、読み出しパルスφＢｎ、φＢｎ-1、…φＢｎ／2+1を順次印加して、読み取り動作を実行する。
【００９７】
このようにして、各行毎に設定された電荷蓄積期間Ｔａに蓄積された電荷に対応する電圧変化ＶＤ１、…ＶＤｍが、データライン１０３を介してコラムスイッチ１１３に取り込まれ読み出される。
そして、本実施形態における各行毎の電荷蓄積期間Ｔａは、次のように表わせる。すなわち、１行目からｎ／２行目までは、次の（１３）式のように表される。
Ｔａ＝２×Ｔdelay×Ｋ＋Ｔprch ……（１３）
【００９８】
また、ｎ／２＋１行目からｎ行目までは、次の（１４）式のように表される。
Ｔａ＝Ｔdelay×Ｋ＋Ｔprch ……（１４）
ここで、Ｋは０以上の整数よりなる変数であって、１行目からｎ／２行目ではＫの値がｎ−２、ｎ−４、……２、０となり、ｎ／２＋１行目からｎ行目ではｎ−１、ｎ−３、……、３、１となる。すなわち、一画面の読み込み処理で、変数Ｋは、行毎の変化は１つ飛びで連続的ではないが、全体では０からｎ−１まで１段階づつｎ段階まで変化するように設定されることになる。したがって、図１３に示すように、一画面の事前読み込み処理で、電荷蓄積期間Ｔａは、概略第２のパルス間隔Ｔdelayを整数倍した値でｎ種類の異なる値に設定されることになり、ｎ種類の異なる感度による読み込み処理が実行されることになる。
【００９９】
そして、本実施形態における一画面の事前読み込みに要する時間Ｔｐ５は、次の（１５）式のように表される。
【０１００】
また、本実施形態に係る駆動制御方法においては、第５の実施形態と同様に、各行毎に第２のパルス間隔Ｔdelayの時間間隔で順次リセットパルスを印加する手法を採用しているので、第４の実施形態の場合のように、トップゲートドライバに大きな駆動能力を備える必要がない、という利点を有している。
よって、本実施形態に係る駆動制御方法によれば、駆動能力の小さいトップゲートドライバを用いても、一画面を一回読み込むだけで、上述した第４の実施形態の場合と同等の細かさ（間隔）で、行数分の種類の感度に対する検出結果を得ることができる。そのため、駆動回路を小さくすることができるとともに、周囲環境の変化や検出対象物の変化に対応したより適切な検出感度の値を求めることができる。
【０１０１】
なお、本実施形態において、リセット動作においては１行目からｎ行目方向に、また、読み取り動作においてはｎ行目から１行目方向に、それぞれ信号パルスの印加順序を変化させているため、ボトムゲートドライバ１１２のシフトレジスタにシフト方向を切り換える機能を備えている必要がある。
また、本実施形態においては、行毎の読み出しパルス、及び、プリチャージパルスの印加間隔を第２のパルス間隔Ｔdelayの時間間隔としたが、この間隔を第２のパルス間隔Ｔdelay時間の整数倍としてもよく、また、行毎の印加間隔が一定でなく、第２のパルス間隔Ｔdelay時間の整数倍の間隔で行毎に異なるようにしてもよい。
【０１０２】
以上、各実施形態において説明したように、本発明に係るフォトセンサの駆動制御方法は、換言すれば、以下に示すような特徴及び作用効果を有している。
すなわち、本発明に係るフォトセンサの駆動制御方法は、マトリクス状に配列された複数個のフォトセンサと、該フォトセンサの第１のゲート電極を行方向に接続した第１のゲートライン群と、前記フォトセンサの第２のゲート電極を行方向に接続した第２のゲートライン群と、前記フォトセンサのドレイン電極を列方向に接続したデータライン群と、を備えたフォトセンサの駆動制御方法において、該フォトセンサの駆動制御方法は、前記第１のゲートライン群の各々に順次リセットパルスを印加して、前記フォトセンサを前記行毎に初期化する第１のステップと、前記初期化終了後、前記フォトセンサに照射された光により発生する電荷を蓄積する電荷蓄積時間が経過し、かつ、前記ドレイン電極に所定のプリチャージ電圧を印加するプリチャージ動作が終了した前記各行のフォトセンサに対して、前記第２のゲートラインを介して順次読み出しパルスを印加して、前記電荷蓄積時間に蓄積された電荷による前記データラインの電圧変化を順次出力する第２のステップとを含み、前記第１のステップにおける前記リセットパルスの各行毎の印加タイミングは、前記第２のステップにおける前記電荷蓄積時間と前記読み出しパルスの合計時間より短く設定されていることを特徴とする。
【０１０３】
したがって、フォトセンサを２次元配列して構成されるフォトセンサシステムにおいて、連続してリセットパルスを印加して全てのフォトセンサのリセット動作を先行して行いつつ、電荷蓄積期間が経過し、かつ、プリチャージ動作が終了したフォトセンサの行から、順次読み出しパルスを印加して、ドレイン電極の電圧変化の読み出しを行うことにより、各行毎の処理サイクルを時間的にオーバーラップさせることができるので、２次元画面全体のスキャン時間を短縮することができる。
【０１０４】
また、走査線数が増えた場合であっても、一方でリセット動作、及び、電荷蓄積動作を行いながら、他方で、電荷蓄積期間が経過し、かつ、プリチャージ動作が終了した行のフォトセンサから順に読み出し動作を行うことができるので、画素の高密度化に対して有効な駆動制御方法を提供することができる。
また、上記効果は換言すれば、従来と同じスキャン時間を適用した場合、より長い電荷蓄積時間を設定することができることになるため、より低照度の光に対して高い感度で検出することができる。
【０１０５】
また、本発明に係るフォトセンサの駆動制御方法は、上記フォトセンサの駆動制御方法において、前記第１のステップにおける前記リセットパルスの各行毎の印加タイミングは、前記プリチャージ時間と前記読み出しパルスのパルス幅の和に相当する時間間隔程度に設定されていることを特徴とする。
したがって、リセットパルスの間隔を、読み出し時間とプリチャージ時間との和に相当する時間に設定することにより、センサシステムを過負荷なく動作させつつ、処理時間を最適化することができるため、異なる走査線相互での読み出しデータのクロストークを防止することができる。
【０１０６】
また、本発明に係るフォトセンサの駆動制御方法は、上記フォトセンサの駆動制御方法において、前記第２のステップにおける前記データラインの電圧変化は、前記読み出しパルスのパルス幅の時間経過後に、前記データラインに印加されている電圧であって、該電圧に基づいて前記照射された光量を検出することを特徴とする。
したがって、データラインの電圧変化の読み出し時間を一定に設定し、所定時間経過後の電圧値に基づいて照射光量の換算を行うことにより、リセット動作の間隔を一定に設定することができ、動作処理時間の均一化、最適化を図ることができる。
【０１０７】
また、本発明に係るフォトセンサの駆動制御方法は、マトリクス状に配列された複数個のフォトセンサと、該フォトセンサの第１のゲート電極を行方向に接続した第１のゲートライン群と、前記フォトセンサの第２のゲート電極を行方向に接続した第２のゲートライン群と、前記フォトセンサのドレイン電極を列方向に接続したデータライン群と、を備えたフォトセンサの駆動制御方法において、該フォトセンサの駆動制御方法は、前記第１のゲートライン群の所定のラインにリセットパルスを印加して、前記フォトセンサを初期化する第１のステップと、前記初期化終了後、プリチャージパルスに基づいて、前記データライン群の所定のラインに所定のプリチャージ電圧を印加するプリチャージ動作が終了したフォトセンサに対して、前記第２のゲートラインを介して読み出しパルスを印加して、前記初期化終了から前記読み出しパルスの印加までの電荷蓄積期間に蓄積された電荷による前記データラインの電圧変化を順次出力する第２のステップと、を含み、前記第２のステップにおける前記プリチャージパルスと読み出しパルスの各行毎の印加タイミングは、前記第１のステップにおけるリセットパルスと、前記第２のステップにおける前記プリチャージパルス及び前記読み出しパルスとの合計時間に設定されていることを特徴としている。
【０１０８】
したがって、フォトセンサを２次元配列して構成されるフォトセンサシステムにおいて、リセットパルスとプリチャージパルスと読み出しパルスとの合計時間間隔で、連続的にリセット動作を実行しつつ、フォトセンサのうち、電荷蓄積期間が経過し、かつ、プリチャージ期間が終了した最初の行のフォトセンサから順に、他の行におけるリセット動作、プリチャージ動作、読み出し動作のタイミングと時間的に重ならないように、ボトムゲートラインを介して読み出しパルスを順次印加し、ドレイン電極の電圧変化を読み出す処理手順を実行する駆動制御方法を有しているので、各行毎の処理サイクルの一部を時間的にオーバーラップさせることができるとともに、他の行におけるリセット動作、プリチャージ動作、読み出し動作と時間的に重なって実行されることがなく、全ての行におけるリセット動作が終了する前に読み出し動作を行って、スキャン時間を大幅に短縮することができるとともに、２次元画面全体のスキャン動作を良好に行うことができる。
【０１０９】
また、本発明に係るフォトセンサの駆動制御方法は、上記フォトセンサの駆動制御方法において、前記第１のステップにおいて、前記リセットパルスを前記第１のゲートライン群の各々に同時に印加し、前記第２のステップにおいて、前記データライン群の各々に順次、前記プリチャージ電圧を印加するとともに、前記第２のゲートライン群の各々に順次読み出しパルスを印加することを特徴としている。
【０１１０】
したがって、フォトセンサを２次元配列して構成されるフォトセンサシステムにおいて、まず、全ての行のフォトセンサに同時に、リセットパルスを印加して、一斉にリセット動作及び電荷蓄積動作を同時に開始し、リセットパルスとプリチャージパルスと読み出しパルスとの合計時間間隔で、かつ、他の行におけるプリチャージ動作及び読み出し動作のための信号の印加タイミングと時間的に重ならないタイミングで、ボトムゲートラインを介して読み出しパルスを順次印加し、ドレイン電極の電圧変化を読み出す処理手順を実行する駆動制御方法を有しているので、一画面のスキャン動作により、行数分の異なる検出感度の出力を得ることができ、事前読み込み時間を大幅に短縮することができる。
【０１１１】
また、本発明に係るフォトセンサの駆動制御方法は、上記フォトセンサの駆動制御方法において、前記リセットパルスを前記第１のゲートライン群の各々に順次印加し、前記第２のステップにおいて、前記第１のゲートライン群への前記第１のステップにおける前記リセットパルスの印加終了後、前記データライン群の各々に順次、前記プリチャージ電圧を印加するとともに、前記第２のゲートライン群の各々に、前記第１のステップにおける前記第１のゲートライン群への前記リセットパルスの印加順序に対して逆の順序で、読み出しパルスを印加することを特徴としている。
【０１１２】
したがって、フォトセンサを２次元配列して構成されるフォトセンサシステムにおいて、まず、１行目からｎ行目の順番、かつ、リセットパルスとプリチャージパルスと読み出しパルスとの合計時間間隔で、各行に順次リセットパルスを印加して、リセット動作及び電荷蓄積動作を開始するとともに、全ての行のリセット動作後に、ｎ行目から１行目の順番、かつ、上記合計時間間隔で、各行に順次読み出しパルスを印加して、読み出し動作を実行する駆動制御方法を有しているので、各行毎の電荷蓄積期間を上記合計時間の２倍の間隔で増加させて、一画面のスキャン動作により、各行に順次リセット動作を行いつつ、行数分以上の調整段階を有する検出感度の出力を得ることができる。
【０１１３】
また、本発明に係るフォトセンサの駆動制御方法は、上記フォトセンサの駆動制御方法において、前記第１のステップにおいて、前記リセットパルスを前記第１のゲートライン群の各々に順次印加し、前記第２のステップにおいて、前記第１のステップと同期して、前記データライン群の各々に順次、前記プリチャージ電圧を印加するとともに、前記第２のゲートライン群の各々に、前記第１のステップにおける前記第１のゲートライン群への前記リセットパルスの印加順序に対して逆の順序で、読み出しパルスを印加するとともに、前記データライン群への所定のプリチャージ電圧の印加、及び、前記第２のゲートライン群への読み出しパルスの印加が終了し、前記第１のステップにおけるリセットパルスと、前記第２のステップにおける前記プリチャージパルス及び前記読み出しパルスとの合計時間経過後、前記データライン群の各々に順次、前記プリチャージ電圧を印加するとともに、前記第２のゲートライン群の各々に、前記読み出しパルスの印加順序と同じ順序で前記読み出しパルスを印加することを特徴としている。
【０１１４】
したがって、フォトセンサを２次元配列して構成されるフォトセンサシステムにおいて、まず、１行目からｎ行目の順番、かつ、リセットパルスとプリチャージパルスと読み出しパルスとの合計時間間隔で、各行に順次リセットパルスを印加してリセット動作及び電荷蓄積動作を開始すると同時に、ｎ行目から１行目の順番、かつ、上記合計時間間隔で、各行に順次読み出しパルスを印加して、読み出し動作を実行し、全ての行のリセット動作後に、ｎ行目からｎ／２行目の順番、かつ、上記合計時間間隔で、各行に順次読み出しパルスを再度印加して、読み出し動作を実行する駆動制御方法を有しているので、各行毎に電荷蓄積期間が上記合計時間の間隔で設定され、一画面のスキャン動作により、各行に順次リセット動作を行いつつ、行数分の異なる検出感度の出力を得ることができる。
【０１１５】
また、本発明に係るフォトセンサの駆動制御方法は、上記フォトセンサの駆動制御方法において、前記第１のステップにおけるリセットパルスと、前記第２のステップにおける前記プリチャージパルスと、前記読み出しパルスは、相互に時間的に重ならないように設定されていることを特徴としている。
したがって、上記合計時間を構成するセットパルス、プリチャージパルス、読み出しパルスは、相互に時間的に重ならないように設定されているので、各行毎の処理サイクルの一部を時間的にオーバーラップさせて、全ての行におけるリセット動作が終了する前に読み出し動作を行って、スキャン時間を大幅に短縮することができるとともに、２次元画面全体のスキャン動作を良好に行うことができる。
【０１１６】
また、本発明に係るフォトセンサの駆動制御方法は、上記フォトセンサの駆動制御方法において、前記第２のステップにおける前記電荷蓄積期間は、前記第１のステップにおけるリセットパルスと、前記第２のステップにおける前記プリチャージパルス及び前記読み出しパルスとの合計時間を基準時間として、該基準時間の整数倍に相当する時間に設定されていることを特徴としている。
したがって、電荷蓄積期間が、リセットパルスとプリチャージパルスと読み出しパルスとの合計時間を基準時間として、該基準時間の整数倍に相当する時間に設定されているので、該基準時間を単位として電荷蓄積時間を任意に設定することができる。
【０１１７】
また、本発明に係るフォトセンサの駆動制御方法は、上記フォトセンサの駆動制御方法において、前記第２のステップにおける前記電荷蓄積期間は、前記第１のステップにおけるリセットパルスと、前記第２における前記プリチャージパルス及び前記読み出しパルスとの合計時間を基準時間として、前記各行毎に異なる長さの時間に設定されていることを特徴としている。
したがって、電荷蓄積期間が、リセットパルスとプリチャージパルスと読み出しパルスとの合計時間を基準時間として、各行毎に異なる長さの時間に設定されているので、一画面の事前読み込み処理で行数分の異なる検出感度で読み込んだ画像を得ることができ、事前読み込み時間を大幅に短縮することができる。
【０１１８】
さらに、本発明に係るフォトセンサの駆動制御方法は、上記フォトセンサの駆動制御方法において、前記フォトセンサは、半導体層からなるチャネル領域を挟んで形成されたソース電極及びドレイン電極と、少なくとも前記チャネル領域の上方及び下方に各々絶縁膜を介して形成されたトップゲート電極及びボトムゲート電極と、を有し、前記トップゲート電極を前記第１のゲート電極とするとともに、前記ボトムゲート電極を前記第２のゲート電極とし、前記チャネル領域に前記照射された光の量に対応する電荷が発生、蓄積されることを特徴とする。
【０１１９】
したがって、上記フォトセンサシステムを、２次元配列したダブルゲート型フォトセンサにより構成しているので、２次元画面全体のスキャン時間、及び、事前読み込み処理の所要時間を大幅に短縮して、従来の構成において実用化の障害となっていた動作処理時間が長い、検出感度が低いという問題を解決することができ、種々の応用分野への適用を実現することができるとともに、外光照度や種々の周囲の条件に応じた適切な検出感度で被写体画像の読み取り動作を行うことができる。
【０１２０】
そして、本発明に係るフォトセンサの駆動制御方法は、上記フォトセンサの駆動制御方法において、前記第２のステップにおける前記第２のゲートラインへの読み出しパルスの印加タイミングに同期して、前記第１のゲート電極に、所定のオフセットバイアスを印加することを特徴とする。
したがって、第２のゲート電極への読み出しパルスの印加タイミングに同期して、第１のゲート電極に所定のオフセットバイアスを印加することにより、上記ダブルゲート型フォトセンサの半導体層における空乏層の広がりを迅速に後退させて飽和露光量を小さくし、かつ、蓄積された電荷の読み出し動作を行うボトムゲート電極側にチャネルを形成することができるため、フォトセンサシステムの全体のスキャン時間を短縮して、高速スキャンを可能とするとともに、より低照度（暗い）の光に対しても良好に照射光量を検出することができ、検出感度の向上を図ることができる。
【０１２１】
【発明の効果】
本発明に係るフォトセンサシステム及びそのフォトセンサシステムにおけるフォトセンサの駆動制御方法によれば、マトリクス状に配列された複数のフォトセンサよりなるフォトセンサアレイの各行に、リセットパルスを順次印加してリセット動作を先行して実行しつつ、電荷蓄積期間が経過し、かつ、プリチャージパルスを印加してプリチャージ動作が終了した行に読み出しパルスを順次印加して、フォトセンサの出力電圧を読み出す処理手順を実行するようにして、各行毎の処理サイクルの一部を時間的にオーバーラップさせて、１画面の読み取り処理時間を短縮することができるようにしたフォトセンサシステムにおいて、行毎のリセットパルス、読み出しパルス、及びプリチャージパルスの間隔を、リセットパルスによるリセット期間と読み出しパルスによる読み出し期間とプリチャージパルスによるプリチャージ期間との合計時間に設定するようにしたことによって、各行毎のリセット期間、プリチャージ期間及び読み出し期間が時間的に重なることがなくなるので、行毎の出力電圧が相互に影響することがなく、正確な読み取り動作を行うことができるとともに、全ての行におけるリセット動作が終了する前にプリチャージパルス及び読み出しパルスを印加して読み取り動作を開始することができるので、電荷蓄積期間、すなわちフォトセンサの感度の設定を広い範囲で行うことができる。
【０１２２】
また、本発明に係るフォトセンサシステム及びそのフォトセンサシステムにおけるフォトセンサの駆動制御方法によれば、上記駆動制御方法と同様に、各行毎の処理サイクルの一部を時間的にオーバーラップさせるようにしたフォトセンサシステムにおいて、各行にリセットパルスを同時、もしくは、順次印加してリセットした後、各行毎の電荷蓄積期間をリセット期間と読み出し期間とプリチャージ期間との合計時間の整数倍の時間とプリチャージ期間との合計時間の間隔で異なるように設定し、プリチャージ期間及び行毎の読み出し期間が時間的に重ならないタイミングで、プリチャージパルス及び読み出しパルスを各行に順次印加して行毎に読み取り処理を行うようにしたことによって、各行毎の電荷蓄積期間が上記合計時間の整数倍の間隔で行数分の異なる値となり、一画面の読み込み処理により行数分の異なる検出感度で読み込んだ画像を取得することができる。この一画面の読み込み処理（事前読み込み処理）による画像データを用いて、最も良好に検出できる最適検出感度の値を抽出することができるので、最適検出感度の設定のために必要な画像読み込み処理時間を大幅に短縮して、フォトセンサシステムの使用状態に適した検出感度による被写体画像の読み取り動作を迅速に実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るフォトセンサシステムの一実施形態を示すブロック図である。
【図２】本発明に係るフォトセンサの駆動制御方法の第１の実施形態を示すタイミングチャートである。
【図３】上述したフォトセンサの駆動制御方法における、各行毎の処理動作のタイミングを説明するタイミングチャートである。
【図４】本発明に係るフォトセンサの駆動制御方法の第２の実施形態を示すタイミングチャートである。
【図５】ダブルゲート型フォトセンサにおけるゲート印加電圧とチャネル形成状態を示す概念図である。
【図６】本発明に係るフォトセンサの駆動制御方法の第３の実施形態を示すタイミングチャートである。
【図７】第３の実施形態の変形例を示すタイミングチャートである。
【図８】第３の実施形態に係るフォトセンサの駆動制御方法における、各行毎の処理動作のタイミングを説明するタイミングチャートである。
【図９】本発明に係るフォトセンサの駆動制御方法の第４の実施形態を示すタイミングチャートである。
【図１０】本発明に係るフォトセンサの駆動制御方法の第５の実施形態を示すタイミングチャートである。
【図１１】第５の実施形態における電荷蓄積期間の設定幅の変化を示す概念図である。
【図１２】本発明に係るフォトセンサの駆動制御方法の第６の実施形態を示すタイミングチャートである。
【図１３】第６の実施形態における電荷蓄積期間の設定幅の変化を示す概念図である。
【図１４】従来技術におけるダブルゲート型フォトセンサの構造を示す断面図である。
【図１５】従来技術におけるダブルゲート型フォトセンサを２次元配列して構成されるフォトセンサシステムの概略構成図である。
【図１６】フォトセンサの駆動制御方法を示すタイミングチャートである。
【図１７】ダブルゲート型フォトセンサの動作概念図である。
【図１８】フォトセンサシステムの出力電圧の光応答特性を示す図である。
【符号の説明】
１０ ダブルゲート型フォトセンサ
１００ フォトセンサアレイ
１１１ トップゲートドライバ
１１２ ボトムゲートドライバ
１１３ コラムスイッチ
１１４ プリチャージスイッチ
１１５ アンプ
１１６ Ａ／Ｄコンバータ
１２０ コントローラ
１３０ ＲＡＭ
２００ 外部機能部
Claims (14)
- マトリクス状に配列された複数のフォトセンサよりなるフォトセンサアレイを備えたフォトセンサシステムにおいて、
前記フォトセンサアレイの所定の行にリセットパルスを印加して、当該行の複数のフォトセンサを初期化する初期化手段と、
前記複数のフォトセンサに所定のプリチャージパルスを印加するプリチャージ手段と、
前記初期化終了後、照射された光により発生する電荷を蓄積する電荷蓄積期間が経過し、かつ、前記プリチャージパルスを印加するプリチャージ動作が終了した前記所定の行の複数のフォトセンサに対して読み出しパルスを印加する読み出し手段と、
前記読み出し手段に基づいて、前記電荷蓄積期間に蓄積された電荷による電圧を出力電圧として出力する出力手段と、
少なくとも、前記プリチャージ手段によるプリチャージパルスの印加タイミングと、前記読み出し手段による各行毎の前記読み出しパルス及び前記初期化手段における前記リセットパルスの印加タイミングを、相互に時間的に重ならないように設定するとともに、各行毎の前記電荷蓄積期間が前記各行毎の前記読み出しパルスの印加間隔と前記プリチャージパルスのパルス幅の合計時間に等しいか、前記読み出しパルスの印加間隔の整数倍の時間と前記プリチャージパルスのパルス幅の合計時間を有するように設定されて、少なくとも２つの異なる行間において、時間的に重なる期間を有するように設定するタイミング制御手段と、
を備えていることを特徴とするフォトセンサシステム。 - 前記フォトセンサは、半導体層からなるチャネル領域を挟んで形成されたソース電極及びドレイン電極と、少なくとも前記チャネル領域の上方及び下方に各々絶縁膜を介して形成された第１の電極及び第２の電極とを有し、前記チャネル領域に前記照射された光の量に対応する電荷が発生、蓄積されることを特徴とする請求項１記載のフォトセンサシステム。
- 前記初期化手段は、前記フォトセンサにおける前記第１の電極に前記リセットパルスを印加して前記フォトセンサを初期化し、
前記プリチャージ手段は、前記フォトセンサにおける前記ドレイン電極に前記プリチャージパルスを印加し、
前記読み出し手段は、プリチャージパルスによるプリチャージ動作が終了した前記フォトセンサの前記第２の電極に前記読み出しパルスを印加し、
前記出力手段は、前記ドレイン電極の電圧を出力電圧として出力することを特徴とする請求項２記載のフォトセンサシステム。 - 前記フォトセンサシステムは、前記第２の電極への前記読み出しパルスの印加タイミングに同期して、前記第１のゲート電極に、所定のオフセットバイアスを印加するオフセットバイアス印加手段を備えていることを特徴とする請求項２記載のフォトセンサシステム。
- マトリクス状に配列された複数のフォトセンサよりなるフォトセンサアレイを備えたフォトセンサシステムにおけるフォトセンサの駆動制御方法は、
前記フォトセンサアレイの所定の行にリセットパルスを印加して、その行の複数のフォトセンサを初期化する第１のステップと、
前記初期化終了後、前記所定の行の複数のフォトセンサにおいて、照射された光により発生する電荷を蓄積する電荷蓄積期間が経過し、かつ、前記複数のフォトセンサに所定のプリチャージパルスを印加するプリチャージ動作が終了した前記所定の行の複数のフォトセンサに対して読み出しパルスを印加して、前記電荷蓄積期間に蓄積された電荷による電圧を出力電圧として出力する第２のステップと、を含み、
前記第２のステップにおけるプリチャージパルス及び各行毎の前記読み出しパルスと前記リセットパルスの印加タイミングは、相互に時間的に重ならないように設定されるとともに、各行毎の前記電荷蓄積期間は前記各行毎の前記読み出しパルスの印加間隔と前記プリチャージパルスのパルス幅の合計時間に等しいか、前記読み出しパルスの印加間隔の整 数倍の時間と前記プリチャージパルスのパルス幅の合計時間を有するように設定されて、少なくとも２つの異なる行間において、時間的に重なる期間を有していることを特徴とするフォトセンサの駆動制御方法。 - 前記第１のステップにおいては、前記フォトセンサアレイの各行に前記リセットパルスを順次印加して各行毎の前記複数のフォトセンサを順次初期化し、
前記第２のステップにおいては、前記初期化が終了して所定の電荷蓄積時間が経過し、かつ、前記プリチャージパルスによるプリチャージ動作が終了した前記各行の複数のフォトセンサに対して読み出しパルスを順次印加し、前記電荷蓄積期間に蓄積された電荷による電圧を出力電圧として順次出力することを特徴とする請求項５記載のフォトセンサの駆動制御方法。 - 前記第２のステップにおける前記プリチャージパルス及び各行毎の前記読み出しパルスの印加間隔は、前記プリチャージパルスのパルス幅と前記読み出しパルスのパルス幅の合計時間に等しいか、又は、その整数倍の時間に設定されていることを特徴とする請求項６記載のフォトセンサの駆動制御方法。
- 前記第１のステップにおける各行毎の前記リセットパルスの印加間隔、及び、前記第２のステップにおける前記プリチャージパルス及び各行毎の前記読み出しパルスの印加間隔は、前記プリチャージパルスのパルス幅と前記読み出しパルスのパルス幅の合計時間に等しいか、又は、その整数倍の時間に設定されていることを特徴とする請求項６記載のフォトセンサの駆動制御方法。
- 前記第１のステップにおける各行毎の前記リセットパルスの印加間隔、及び、前記第２のステップにおける各行毎の前記プリチャージパルス及び前記読み出しパルスの印加間隔は、前記第１のステップにおける前記リセットパルスのパルス幅と前記第２のステップにおける前記プリチャージパルスのパルス幅と前記読み出しパルスのパルス幅の合計時間に等しいか、又は、その整数倍の時間に設定されていることを特徴とする請求項６記載のフォトセンサの駆動制御方法。
- 前記第２のステップにおける各行毎の前記プリチャージパルス及び前記読み出しパルスの印加間隔は、前記第１のステップにおける前記リセットパルスのパルス幅と前記第２のステップにおける前記プリチャージパルスのパルス幅と前記読み出しパルスのパルス幅との合計時間に等しいか、その整数倍の時間に設定されていることを特徴とする請求項５記載のフォトセンサの駆動制御方法。
- 前記第２のステップにおける各行毎の前記電荷蓄積期間は、各行毎に異なる時間に設定されていることを特徴とする請求項１０記載のフォトセンサの駆動制御方法。
- 前記第１のステップにおいて、前記リセットパルスを前記フォトセンサアレイの各行に同時に印加し、前記第２のステップにおいて、前記合計時間に等しいか、その整数倍の時間間隔で、前記プリチャージパルスを印加するとともに、各行に前記読み出しパルスを印加することを特徴とする請求項１０記載のフォトセンサの駆動制御方法。
- 前記第１のステップにおいて、前記リセットパルスを前記フォトセンサアレイの各行に前記合計時間に等しいか、その整数倍の時間間隔で順次印加し、全行への前記リセットパルスの印加が終了した後、前記第２のステップにおいて、前記プリチャージパルスを印加するとともに、前記第１のステップにおける前記フォトセンサアレイの各行に対する前記リセットパルスの印加順序に対して逆の順序で、各行に読み出しパルスを印加することを特徴とする請求項１０記載のフォトセンサの駆動制御方法。
- 前記第１のステップにおいて、前記リセットパルスを前記フォトセンサアレイの各行に前記合計時間に等しいか、その整数倍の時間間隔で順次印加し、
前記第２のステップにおいて、前記第１のステップと同期して、前記プリチャージパルスを印加するとともに、前記第１のステップにおける前記フォトセンサアレイの各行に対する前記リセットパルスの印加順序に対して逆の順序で、各行に読み出しパルスを順次印加し、
前記プリチャージ電圧の印加、及び、前記読み出しパルスの印加が終了し、前記合計時間経過後、前記プリチャージパルスを印加するとともに、前記読み出しパルスの各行への印加順序と同じ順序で、再度、各行に読み出しパルスを前記合計時間に等しいか、その整数倍の時間間隔で印加することを特徴とする請求項１０記載のフォトセンサの駆動制御方法。
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