JP5061687B2 - Photosensor, photosensor array, photosensor system, and drive control method for photosensor system - Google Patents

Photosensor, photosensor array, photosensor system, and drive control method for photosensor system Download PDF

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Description

本発明は、フォトセンサ、そのフォトセンサを2次元配列して構成されるフォトセンサアレイ、そのような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、そのようなフォトセンサシステムの駆動制御方法に関する。   The present invention relates to a photosensor, a photosensor array configured by two-dimensionally arranging the photosensors, a photosensor system including such a photosensor array, and a drive control method for such a photosensor system.

従来、印刷物や写真、あるいは、指紋等の微細な凹凸の形状等を読み取る画像読取装置として、光電変換素子(フォトセンサ)をライン状あるいはマトリックス状に配列して構成されるフォトセンサアレイを有する構造のものがある。このようなフォトセンサアレイとして、一般に、CCD(Charge Coupled Device)等の固体撮像デバイスが用いられている。   2. Description of the Related Art Conventionally, a structure having a photosensor array configured by arranging photoelectric conversion elements (photosensors) in a line shape or a matrix shape as an image reading device for reading a printed matter, a photograph, or a fine uneven shape such as a fingerprint. There are things. In general, a solid-state imaging device such as a CCD (Charge Coupled Device) is used as such a photosensor array.

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)等のフォトセンサを複数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。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、フォトセンサアレイを構成する画素数を増加させると、それにしたがってシステム自体が大型化してしまうという問題を有している。   As is well known, a CCD has a configuration in which a plurality of photosensors such as photodiodes and thin film transistors (TFTs) are arranged, and an electron − generated according to the amount of light irradiated to the light receiving portion of each photosensor. The charge amount of the hole pair is detected by the horizontal scanning circuit and the vertical scanning circuit, and the brightness of the irradiation light is detected. In such a photosensor system using a CCD, it is necessary to individually provide a selection transistor for selecting each scanned photosensor. Therefore, when the number of pixels constituting the photosensor array is increased, Accordingly, there is a problem that the system itself increases in size.

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(以下、「ダブルゲート型フォトトランジスタ」という)をフォトセンサシステムに適用して、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。このようなフォトセンサシステムは、概略、ガラス基板等の一面側にトップゲート電極及びボトムゲート電極を備えたダブルゲート型フォトトランジスタをマトリックス状に形成して、フォトセンサアレイを構成し、例えば、ガラス基板の他面(背面)側に設けられた光源から照射光を照射して、ガラス基板の一面側(フォトセンサアレイの上方)に載置された被写体の2次元画像の画像パターン(例えば、指の指紋パターン等)に応じた反射光を、ダブルゲート型フォトトランジスタにより明暗情報として検出し、前記2次元画像を読み取るものである。   Therefore, in recent years, as a configuration for solving such a problem, a thin film transistor having a so-called double gate structure (hereinafter referred to as a “double gate type phototransistor”) in which the photosensor itself has a photosense function and a select transistor function. ")" Is applied to a photosensor system, and attempts are made to reduce the size of the system and increase the density of pixels. Such a photosensor system generally includes a double-gate phototransistor having a top gate electrode and a bottom gate electrode on one surface side of a glass substrate or the like in a matrix form to constitute a photosensor array, for example, glass Irradiation light is emitted from a light source provided on the other surface (back surface) side of the substrate, and an image pattern (for example, a finger) of a subject placed on one surface side (above the photosensor array) of the glass substrate The two-dimensional image is read by detecting reflected light corresponding to the fingerprint pattern of the image as light / dark information by a double gate type phototransistor.

ここで、フォトセンサアレイによる画像の読取動作は、各行ごとのダブルゲート型フォトトランジスタへのリセットパルスの印加による初期化終了時から読み出しパルスが印加されるまでの電荷蓄積期間において、各ダブルゲート型フォトトランジスタに蓄積されるキャリヤ(正孔)の蓄積量に対応する出力電圧(ドレイン電圧)を読み出すことにより、明暗情報を検出する一連の動作ステップ(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)により被写体画像(2次元画像)の読み取りが行われる。なお、このような一連の動作ステップは、上述したダブルゲート型フォトトランジスタ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。   Here, the image reading operation by the photosensor array is performed for each double gate type in the charge accumulation period from the end of initialization by applying the reset pulse to the double gate type phototransistor for each row until the reading pulse is applied. A series of operation steps for detecting light / dark information by reading out the output voltage (drain voltage) corresponding to the accumulated amount of carriers (holes) accumulated in the phototransistor (reset operation → charge accumulation operation → precharge operation → readout) The subject image (two-dimensional image) is read by the operation. Such a series of operation steps is not limited to the case where the above-described double gate type phototransistor is used, and the same operation steps are used in a photosensor system using a known photodiode or phototransistor as a photosensor. Is executed.

また、上述したダブルゲート型フォトトランジスタ、及び、フォトセンサアレイの具体的な構成及び動作については、後述する発明の実施の形態において詳しく説明する。   Further, specific configurations and operations of the above-described double-gate phototransistor and photosensor array will be described in detail in the embodiments of the invention described later.

上述したように、従来技術のフォトセンサシステムにおいては、被写体画像の読取動作として、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が実行制御されるが、このような一連の動作ステップを、複数の行からなる2次元マトリックスを有するフォトセンサアレイに適用する場合、1画面のスキャンを行うために1行目から最終行まで、各行ごとに前記一連のステップを1処理サイクルとして、行数分シリアル(時系列的)に繰り返し実行する必要があるため、フォトセンサアレイの行数が多くなるほど1画面全体の読取所要時間(スキャン時間)が増大してしまう。   As described above, in the conventional photosensor system, as a subject image reading operation, a series of operation steps of reset operation → charge accumulation operation → precharge operation → reading operation is executed and controlled. When the above operation steps are applied to a photosensor array having a two-dimensional matrix composed of a plurality of rows, the above-mentioned series of steps is performed in one processing cycle for each row from the first row to the last row in order to scan one screen. As the number of rows in the photosensor array increases, the time required for reading the entire screen increases (scan time).

そこで、このような問題を解決する手法として、各行ごとの動作ステップ相互が影響を及ぼさない所定の遅延時間間隔(具体的には、各動作パルス相互が時間的に重ならない時間間隔)で、動作ステップの一部が相互に時間的な重なりを有するように実行タイミングを制御することにより、被写体画像全体の読取時間を短縮する駆動制御方法が知られている。   Therefore, as a technique for solving such a problem, operation is performed at a predetermined delay time interval (specifically, time intervals at which the operation pulses do not overlap each other) in which the operation steps of each row do not affect each other. There is known a drive control method that shortens the reading time of the entire subject image by controlling the execution timing so that some of the steps overlap each other in time.

しかしながら、そのような駆動制御方法においては、被写体画像の読取動作中のリセット動作時点のフォトセンサのドレイン電圧が、被写体画像の画像パターンに応じて異なるとともに、各行相互でダブルゲート型フォトトランジスタの読み出し動作とリセット動作が同時並行的に実行されるタイミングにおいて、読み出し動作の対象となったドレイン電圧がリセット動作の対象となっているフォトセンサのドレイン電圧に影響を与えるため、リセット動作時のフォトセンサのドレイン電圧が一定電圧に安定せず、バラツキを生じる。また、2次元マトリックスの1行目のフォトセンサにおいて、最初の読み出し動作を実行する場合にあっては、当該行のフォトセンサにおいてプリチャージ動作が最初の動作となるため、当該プリチャージ動作以前においてはドレイン電圧が不確定状態にある。   However, in such a drive control method, the drain voltage of the photosensor at the time of the reset operation during the reading operation of the subject image differs depending on the image pattern of the subject image, and reading of the double gate type phototransistor between each row is performed. At the timing when the operation and the reset operation are performed in parallel, the drain voltage that is the target of the read operation affects the drain voltage of the photosensor that is the target of the reset operation. The drain voltage is not stabilized at a constant voltage, causing variations. Further, in the case where the first read operation is executed in the photosensor in the first row of the two-dimensional matrix, the precharge operation is the first operation in the photosensor in the row, and therefore, before the precharge operation. The drain voltage is in an indeterminate state.

これにより、リセット動作後の各フォトセンサの状態が安定化(均一化)しなくなり、特に、当該フォトセンサの素子特性の製造上のバラツキや使用環境等の内部的外部的要因に起因して、読み出し動作時に読み出される前記ドレイン電圧のバラツキが一層顕著になる。そのため、被写体画像の良好な読取動作を実現することができなくなるという問題を有している。   As a result, the state of each photosensor after the reset operation is not stabilized (uniformized), particularly due to internal and external factors such as manufacturing variations and usage environment of the element characteristics of the photosensor, The variation in the drain voltage read out during the read operation becomes more remarkable. Therefore, there is a problem that it is impossible to realize a good reading operation of the subject image.

そこで、特許文献1では、ダブルゲート型フォトトランジスタを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、各行ごとのダブルゲート型フォトトランジスタ10に対するリセット動作に先立って、各ダブルゲート型フォトトランジスタ10に接続されたドレインラインにプリチャージ電圧を印加することにより、リセット動作開始時点のドレイン電圧を一定電圧に規格化することで、リセット動作後の各フォトセンサの状態のバラツキを抑制して、被写体画像全体の読取時間を短縮しつつ、良好に被写体画像を読み取ることができるフォトセンサシステム及び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案している。   Therefore, in Patent Document 1, in a photosensor system including a photosensor array configured by two-dimensionally arranging double-gate phototransistors, each double-gate phototransistor 10 is reset before each double-gate phototransistor 10 is reset. By applying a precharge voltage to the drain line connected to the gate type phototransistor 10, the drain voltage at the start of the reset operation is normalized to a constant voltage, so that variations in the state of each photosensor after the reset operation can be reduced. A photo sensor system and a photo sensor drive control method in the photo sensor system that can satisfactorily read the subject image while suppressing the reading time of the entire subject image are proposed.

図8(A)及び(B)は、前記特許文献1に開示されたダブルゲート型フォトトランジスタにおけるリセット時及びプリチャージ時の動作概念を示す図である。   FIGS. 8A and 8B are diagrams showing an operation concept at the time of resetting and precharging in the double gate type phototransistor disclosed in Patent Document 1. FIG.

リセット動作においては、図8(A)に示すように、ダブルゲート型フォトトランジスタ10のトップゲート端子(電極)TGにパルス電圧(リセットパルス;例えば、Vtg=+15Vのハイレベル)を印加して、半導体層11、及び、ブロック絶縁膜14における半導体層11との界面近傍に蓄積されているキャリヤ(ここでは、正孔)を放出する。ここで、スイッチSWpgはプリチャージパルスが第1の切替制御信号として印加されるときにONとなって導通するスイッチである。また、スイッチSW2は、前記リセットパルスに同期した第2の切替制御信号が印加されていないときには前記一定電圧であるプリチャージ電圧Vpg側に、前記第2の切替制御信号が印加されているときには前記プリチャージ電圧Vpgよりも低い特定電圧V側に切り替えられるスイッチである。リセットパルスの印加直前または印加中にプリチャージパルスが印加され、それによりスイッチSWpgがONとなり、リセットパルスの印加に同期してスイッチSW2が特定電圧V側となっているので、ダブルゲート型フォトトランジスタ10のドレイン端子(電極)Dには、その特定電圧Vが印加される。 In the reset operation, as shown in FIG. 8A, a pulse voltage (reset pulse; for example, high level of Vtg = + 15V) is applied to the top gate terminal (electrode) TG of the double gate type phototransistor 10; The carriers (here, holes) accumulated near the interface between the semiconductor layer 11 and the block insulating film 14 with the semiconductor layer 11 are emitted. Here, the switch SWpg is a switch that is turned on when the precharge pulse is applied as the first switching control signal. Further, the switch SW2 is configured such that the second switching control signal synchronized with the reset pulse is not applied to the precharge voltage Vpg side, which is the constant voltage, and the second switching control signal is applied when the second switching control signal is applied. This switch is switched to the specific voltage VL side lower than the precharge voltage Vpg. A precharge pulse is applied immediately before or during the application of the reset pulse, so that the switch SWpg is turned on, and the switch SW2 is on the specific voltage VL side in synchronization with the application of the reset pulse. The specific voltage V L is applied to the drain terminal (electrode) D of the transistor 10.

電荷蓄積動作においては、ダブルゲート型フォトトランジスタ10のトップゲート端子TGにローレベル(例えば、Vtg=−15V)のバイアス電圧を印加することにより、リセット動作を終了し、キャリヤ蓄積動作(電荷蓄積動作)による電荷蓄積期間がスタートする。この電荷蓄積期間においては、トップゲート電極側から入射した光量に応じて、ダブルゲート型フォトトランジスタ10のキャリヤ発生領域で電子−正孔対が生成され、チャネル領域周辺に正孔が蓄積される。   In the charge accumulation operation, by applying a low level (for example, Vtg = −15 V) bias voltage to the top gate terminal TG of the double gate type phototransistor 10, the reset operation is terminated, and the carrier accumulation operation (charge accumulation operation) The charge accumulation period due to) starts. During this charge accumulation period, electron-hole pairs are generated in the carrier generation region of the double-gate phototransistor 10 in accordance with the amount of light incident from the top gate electrode side, and holes are accumulated around the channel region.

そして、プリチャージ動作においては、図8(B)に示すように、前記電荷蓄積期間に並行して、プリチャージパルスが印加され、それに基づいてスイッチSWpgがONとなるが、このとき、スイッチSW2はプリチャージ電圧Vpg側となっているので、ダブルゲート型フォトトランジスタ10のドレイン端子Dには、前記一定電圧(プリチャージ電圧Vpg)が印加され、ドレイン電極に電荷を保持させる。   In the precharge operation, as shown in FIG. 8B, a precharge pulse is applied in parallel with the charge accumulation period, and the switch SWpg is turned on based on the precharge pulse. At this time, the switch SW2 is turned on. Since the voltage is on the precharge voltage Vpg side, the constant voltage (precharge voltage Vpg) is applied to the drain terminal D of the double gate type phototransistor 10 to hold the electric charge in the drain electrode.

なお、図8(A)及び(B)における二点鎖線の左側は、LSIとして形成されたドライバ(以下、LSIドライバと称する)内に構成される。
特開2003−189182号公報
Note that the left side of the two-dot chain line in FIGS. 8A and 8B is configured in a driver (hereinafter referred to as an LSI driver) formed as an LSI.
JP 2003-189182 A

前記特許文献1に開示されているフォトセンサシステム及び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では、リセット動作中に、ダブルゲート型フォトトランジスタ10のドレイン端子D側(V1ポイント)の電圧を前記一定電圧であるプリチャージ電圧Vpgよりも小さい特定電圧Vに設定し、電荷をディスチャージしている。 In the photosensor system and the photosensor drive control method in the photosensor system disclosed in Patent Document 1, the voltage on the drain terminal D side (V1 point) of the double gate type phototransistor 10 is set to the constant during the reset operation. The charge is discharged by setting the voltage to a specific voltage VL smaller than the precharge voltage Vpg which is a voltage.

そのため、前記特許文献1に開示の手法では、リセット及びプリチャージするため、LSIドライバ(ドレインドライバ)内に切り替え用のスイッチSW2が必要になり、またSW2を切り替えるための切替制御信号が必要で、そのための信号入力端子も必要であった。   Therefore, in the method disclosed in Patent Document 1, a reset switch SW2 is required in the LSI driver (drain driver) for resetting and precharging, and a switching control signal for switching SW2 is required. For this purpose, a signal input terminal is also required.

LSIドライバは配置される面積が限られており、LSIドライバ内の素子数や入力端子数はできるだけ少ないことが望まれている。   The area in which an LSI driver is arranged is limited, and it is desirable that the number of elements and the number of input terminals in the LSI driver be as small as possible.

本発明は、前記の点に鑑みてなされたもので、LSIドライバ内の素子数及びLSIドライバの入力端子数を減らすことが可能なフォトセンサ、そのフォトセンサを2次元配列して構成されるフォトセンサアレイ、そのような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、そのようなフォトセンサシステムの駆動制御方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points. A photosensor capable of reducing the number of elements in an LSI driver and the number of input terminals of the LSI driver, and a photo configured by two-dimensionally arranging the photosensors. It is an object of the present invention to provide a sensor array, a photosensor system including such a photosensor array, and a drive control method for such a photosensor system.

前記課題を解決するため、請求項1の発明は、フォトセンサにおいて、
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又は前記ボトムゲート電極の何れか一方を光照射側として、該光照射側から照射された光の量に対応する電荷が前記チャネル領域に発生、蓄積されるダブルゲート型フォトトランジスタと、
前記ダブルゲート型フォトトランジスタのトップゲート電極に接続される信号により、前記ドレイン電極に蓄積された電荷をディスチャージするディスチャージ用トランジスタと、
を備えることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the invention of claim 1 is a photosensor,
A source electrode and a drain electrode formed across a channel region made of a semiconductor layer, and a top gate electrode and a bottom gate electrode formed at least above and below the channel region via an insulating film, respectively, A double gate type phototransistor in which either one of the top gate electrode or the bottom gate electrode is used as a light irradiation side, and a charge corresponding to the amount of light irradiated from the light irradiation side is generated and accumulated in the channel region; ,
A discharge transistor for discharging the charge accumulated in the drain electrode by a signal connected to the top gate electrode of the double-gate phototransistor;
It is characterized by providing.

請求項2の発明は、請求項1の発明のフォトセンサにおいて、
前記ダブルゲート型フォトトランジスタは、
リセット期間にリセットパルスが印加されることで、前記ダブルゲート型フォトトランジスタが初期化され、
前記ボトムゲート電極には、読み出し期間に読み出しパルスが印加されて、前記ダブルゲート型フォトトランジスタに照射された光により発生する電荷に応じて変化する電圧を、前記ダブルゲート型フォトトランジスタのドレイン電極より出力するフォトトランジスタであり、
前記ダブルゲート型フォトトランジスタのトップゲート電極に印加される信号は前記リセットパルスであることを特徴とすることを特徴とする。
The invention of claim 2 is the photo sensor of the invention of claim 1,
The double gate type phototransistor is:
By applying a reset pulse during the reset period, the double gate phototransistor is initialized,
The bottom gate electrode is applied with a readout pulse during a readout period, and a voltage that changes according to the charge generated by the light applied to the double-gate phototransistor is applied from the drain electrode of the double-gate phototransistor. Output phototransistor,
The signal applied to the top gate electrode of the double gate type phototransistor is the reset pulse.

請求項の発明は、フォトセンサアレイにおいて、
請求項1または2に記載された複数のフォトセンサと、
前記各ダブルゲート型フォトトランジスタのトップゲート電極及びボトムゲート電極を各々行方向に接続して伸延するトップゲートライン及びボトムゲートラインと、
前記各ダブルゲート型フォトトランジスタのドレイン電極を列方向に接続するデータラインと、
前記各ダブルゲート型フォトトランジスタのソース電極を列方向に接続するコモンラインと、
前記各ディスチャージ用トランジスタのソース電極を列方向に接続するディスチャージラインと、
を具備し、
前記トップゲートラインには、リセット期間にリセットパルスが印加されることで、前記トップゲートラインに接続された前記各ダブルゲート型フォトトランジスタが初期化されると共に、前記トップゲートラインに接続された前記各ディスチャージ用トランジスタを介して対応するダブルゲート型フォトトランジスタのドレイン電極が前記ディスチャージラインに接続され、
前記ボトムゲートラインには、読み出し期間に読み出しパルスが印加されて、前記ボトムゲートラインに接続された各ダブルゲート型フォトトランジスタに照射された光により発生する電荷に応じて変化する電圧を、前記ダブルゲート型フォトトランジスタに接続された前記データラインより出力することを特徴とする。
The invention of claim 3 is the photo sensor array,
A plurality of photosensors according to claim 1 or 2,
A top gate line and a bottom gate line extending by connecting the top gate electrode and the bottom gate electrode of each double-gate type phototransistor in the row direction;
A data line connecting the drain electrodes of the double gate phototransistors in the column direction;
A common line connecting the source electrodes of the double-gate phototransistors in the column direction;
A discharge line connecting the source electrodes of the respective discharge transistors in a column direction;
Comprising
When the reset pulse is applied to the top gate line during a reset period, the double gate phototransistors connected to the top gate line are initialized and the top gate line is connected to the top gate line. The drain electrode of the corresponding double gate type phototransistor is connected to the discharge line via each discharge transistor,
A read pulse is applied to the bottom gate line during a read period, and a voltage that changes in accordance with charges generated by light irradiated to each double-gate phototransistor connected to the bottom gate line is changed to the double voltage. The data is output from the data line connected to the gate type phototransistor.

前記課題を解決するため、請求項4の発明は、フォトセンサシステムにおいて、
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又は前記ボトムゲート電極の何れか一方を光照射側として、該光照射側から照射された光の量に対応する電荷が前記チャネル領域に発生、蓄積されるダブルゲート型フォトトランジスタであるフォトセンサを複数備えるフォトセンサアレイと、
前記フォトセンサアレイの前記複数のフォトセンサにリセットパルスを印加して、前記複数のフォトセンサを初期化するリセット手段と、
前記ダブルゲート型フォトトランジスタのトップゲート電極に印加される信号により、前記ドレイン電極に蓄積された電荷をディスチャージするディスチャージ用トランジスタと、
前記複数のフォトセンサにプリチャージパルスに基づいて、プリチャージ電圧を印加するプリチャージ手段と、
前記リセット手段による前記複数のフォトセンサの初期化終了後、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、且つ、前記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、
前記読み出しパルスを印加する読み出し期間に、前記プリチャージ電圧に対して、前記電荷蓄積期間に蓄積された電荷に応じて変化した電圧を読み出して出力電圧として出力する出力手段と、
を具備することを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention of claim 4 is a photo sensor system,
A source electrode and a drain electrode formed across a channel region made of a semiconductor layer, and a top gate electrode and a bottom gate electrode formed at least above and below the channel region via an insulating film, respectively, A double gate type phototransistor in which either the top gate electrode or the bottom gate electrode is used as a light irradiation side, and charges corresponding to the amount of light irradiated from the light irradiation side are generated and accumulated in the channel region. A photosensor array comprising a plurality of photosensors;
Reset means for initializing the plurality of photosensors by applying a reset pulse to the plurality of photosensors of the photosensor array;
A discharge transistor for discharging the charge accumulated in the drain electrode by a signal applied to the top gate electrode of the double-gate phototransistor;
Precharge means for applying a precharge voltage to the plurality of photosensors based on a precharge pulse;
After completion of initialization of the plurality of photosensors by the reset means, a charge accumulation period for accumulating charges generated by irradiated light has elapsed, and the precharge operation for applying the precharge voltage has been completed. Read means for applying a read pulse to a plurality of photosensors;
An output means for reading out a voltage changed according to the charge accumulated in the charge accumulation period and outputting it as an output voltage with respect to the precharge voltage in a readout period in which the readout pulse is applied;
It is characterized by comprising.

請求項5の発明は、請求項4の発明のフォトセンサシステムにおいて、
前記ディスチャージ用トランジスタのゲート電極は、前記ダブルゲート型フォトトランジスタの前記トップゲート電極に接続され、
前記ディスチャージ用トランジスタのドレイン電極は、前記ダブルゲート型フォトトランジスタのドレイン電極に接続されることを特徴とする。
The invention of claim 5 is the photosensor system of the invention of claim 4,
The gate electrode of the discharge transistor is connected to the top gate electrode of the double gate type phototransistor,
The drain electrode of the discharge transistor is connected to the drain electrode of the double gate phototransistor.

請求項6の発明は、請求項4または5の発明のフォトセンサシステムにおいて、
前記リセット手段は、前記ダブルゲート型フォトトランジスタの前記トップゲート電極に前記リセットパルスを印加して前記ダブルゲート型フォトトランジスタを初期化するリセット動作を行うと共に、前記ディスチャージ用トランジスタを導通させることを特徴とする。
The invention of claim 6 is the photosensor system according to claim 4 or 5, wherein
It said reset means, wherein by applying the reset pulse to the top gate electrode of the double-gate photo transistor performs a reset operation for initializing the double-gate photo transistor, thereby turning on the discharge transistor And

請求項7の発明は、請求項4乃至6の何れかの発明のフォトセンサシステムにおいて、
前記ディスチャージ用トランジスタのソース電極には、前記プリチャージ電圧よりも低い所定のディスチャージ電圧が印加されることを特徴とする。
The invention of claim 7 is the photosensor system according to any one of claims 4 to 6,
A predetermined discharge voltage lower than the precharge voltage is applied to the source electrode of the discharge transistor.

請求項8の発明は、請求項7の発明のフォトセンサシステムにおいて、
前記所定のディスチャージ電圧は、接地電位に設定されていることを特徴とする。
The invention of claim 8 is the photosensor system of the invention of claim 7,
The predetermined discharge voltage is set to a ground potential.

また、前記課題を解決するため、請求項9の発明は、複数のフォトトランジスタと各フォトトランジスタに接続されたディスチャージ用トランジスタよりなるフォトセンサアレイを備えるフォトセンサシステムの駆動制御方法であって、
リセットパルスを印加することにより、前記複数のフォトトランジスタを初期化すると共に前記複数のディスチャージ用トランジスタを導通させる第1のステップと、
前記第1のステップにおける前記複数のフォトトランジスタの初期化終了後、前記複数のフォトトランジスタにおいて、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た前記複数のフォトトランジスタ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、
を有していることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the invention of claim 9 is a drive control method of a photosensor system comprising a photosensor array comprising a plurality of phototransistors and a discharge transistor connected to each phototransistor,
A first step of initializing the plurality of phototransistors and applying the plurality of discharge transistors by applying a reset pulse;
After completion of initialization of the plurality of phototransistors in the first step, the plurality of phototransistors for which the charge accumulation period for accumulating charges generated by irradiated light has elapsed in the plurality of phototransistors. A second step of applying a read pulse and outputting a voltage due to the charge accumulated during the charge accumulation period as an output voltage;
It is characterized by having.

本発明によれば、フォトセンサとは別にトランジスタを設け、このトランジスタのゲート電極とフォトセンサのトップゲート電極とを接続し、リセット動作を行うことで、ドレイン電極の電荷を自動的にディスチャージするようにしているので、LSIドライバ内の素子数及びLSIドライバの入力端子数を減らすことが可能なフォトセンサ、そのフォトセンサを2次元配列して構成されるフォトセンサアレイ、そのような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、そのようなフォトセンサの駆動制御方法を提供することができる。   According to the present invention, a transistor is provided separately from the photosensor, the gate electrode of the transistor is connected to the top gate electrode of the photosensor, and the reset operation is performed to automatically discharge the drain electrode. Therefore, a photosensor capable of reducing the number of elements in the LSI driver and the number of input terminals of the LSI driver, a photosensor array configured by two-dimensionally arranging the photosensors, and such a photosensor array It is possible to provide a photosensor system including the photosensor system and a drive control method for such a photosensor.

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照して説明する。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.

<フォトセンサ>
まず、本発明の一実施形態に係るフォトセンサシステムに適用可能なフォトセンサの一例を、図面を参照して説明する。
<Photo sensor>
First, an example of a photosensor applicable to a photosensor system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1(A)は、本発明の一実施形態のフォトセンサに用いられるフォトトランジスタの一形態であるダブルゲート型フォトトランジスタ10の概略構成を示す断面構造図である。同図に示すように、ダブルゲート型フォトトランジスタ10は、励起光(ここでは、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層(チャネル層)11と、該半導体層11の両端にそれぞれ設けられたnシリコンからなる不純物層17、18と、これら不純物層17、18上に形成されたクロム、クロム合金、アルミ、アルミ合金等から選択され、可視光に対して不透明のソース電極12及びドレイン電極13と、前記半導体層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ITO等の透明導電層からなり、可視光に対して透過性を示すトップゲート電極21と、前記半導体層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クロム、クロム合金、アルミ、アルミ合金等から選択され、可視光に対して不透明なボトムゲート電極22と、を有して構成されている。そして、このような構成を有するダブルゲート型フォトトランジスタ10は、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。 FIG. 1A is a cross-sectional structure diagram illustrating a schematic configuration of a double gate type phototransistor 10 which is one mode of a phototransistor used in a photosensor according to an embodiment of the present invention. As shown in the figure, the double gate type phototransistor 10 includes a semiconductor layer (channel layer) 11 such as amorphous silicon in which electron-hole pairs are generated when excitation light (here, visible light) is incident. In addition, n + silicon impurity layers 17 and 18 provided on both ends of the semiconductor layer 11 and chromium, chromium alloy, aluminum, aluminum alloy, etc. formed on the impurity layers 17 and 18 are visible. A transparent conductive material such as ITO formed by a source electrode 12 and a drain electrode 13 which are opaque to light, and a block insulating film 14 and an upper (top) gate insulating film 15 above (above the drawing) the semiconductor layer 11. And a top gate electrode 21 that is transparent to visible light, and a lower (bottom) gate insulating film 16 below the semiconductor layer 11 (downward in the drawing). And a bottom gate electrode 22 that is selected from chromium, chromium alloy, aluminum, aluminum alloy and the like and is opaque to visible light. The double-gate phototransistor 10 having such a configuration is formed on a transparent insulating substrate 19 such as a glass substrate.

ここで、上部(トップ)ゲート絶縁膜15、ブロック絶縁膜14、下部(ボトム)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、いずれも半導体層11を励起する可視光に対して、高い透過率を有する材質、例えば、窒化シリコンや酸化シリコン等により構成されることにより、図面上方から入射する光のみを検知する構造を有している。即ち、ダブルゲート型フォトトランジスタ10は、半導体層11を共通のチャネル領域として、半導体層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により形成される上部MOSトランジスタと、半導体層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により形成される下部MOSトランジスタとからなる2つのMOSトランジスタの組み合わせた構造が、ガラス基板等の透明な絶縁性基板19上に形成されたものである。   Here, the upper (top) gate insulating film 15, the block insulating film 14, the lower (bottom) gate insulating film 16, and the protective insulating film 20 provided on the top gate electrode 21 all excite the semiconductor layer 11. By being made of a material having a high transmittance with respect to visible light, for example, silicon nitride, silicon oxide, or the like, it has a structure that detects only light incident from above. That is, the double gate type phototransistor 10 includes an upper MOS transistor formed by the semiconductor layer 11, the source electrode 12, the drain electrode 13, and the top gate electrode 21, the semiconductor layer 11, the source, and the semiconductor layer 11 as a common channel region. A structure in which two MOS transistors including a lower MOS transistor formed by the electrode 12, the drain electrode 13, and the bottom gate electrode 22 are combined is formed on a transparent insulating substrate 19 such as a glass substrate.

なお、このようなダブルゲート型フォトトランジスタ10は、一般に、図1(B)に示すような等価回路により表される。ここで、TGはトップゲート電極21と電気的に接続されたトップゲート端子、BGはボトムゲート電極22と電気的に接続されたボトムゲート端子、Sはソース電極12と電気的に接続されたソース端子、Dはドレイン電極13と電気的に接続されたドレイン端子である。   Such a double gate type phototransistor 10 is generally represented by an equivalent circuit as shown in FIG. Here, TG is a top gate terminal electrically connected to the top gate electrode 21, BG is a bottom gate terminal electrically connected to the bottom gate electrode 22, and S is a source electrically connected to the source electrode 12. A terminal D is a drain terminal electrically connected to the drain electrode 13.

図1(C)は、本発明の一実施形態に係るフォトセンサシステムに適用可能なフォトセンサ30の構成を説明するための等価回路図である。このフォトセンサ30は、前記ダブルゲート型フォトトランジスタ10に並列にディスチャージ用TFT(ディスチャージ手段)40を接続したものである。即ち、ディスチャージ用TFT40のゲート端子(電極)が前記ダブルゲート型フォトトランジスタ10のトップゲート端子TGに接続され、ディスチャージ用TFT40のドレイン端子(電極)が前記ダブルゲート型フォトトランジスタ10のドレイン端子Dに接続され、ディスチャージ用TFT40のソース端子(電極)DCが後述のプリチャージ電圧Vpgよりも低い特定電圧Vに接続されるようになっている。これは、実際には、後述のように前記ダブルゲート型フォトトランジスタ10のソース端子Sに接続することが望ましい。 FIG. 1C is an equivalent circuit diagram for explaining the configuration of the photosensor 30 applicable to the photosensor system according to one embodiment of the present invention. This photosensor 30 is one in which a discharge TFT (discharge means) 40 is connected in parallel to the double gate type phototransistor 10. That is, the gate terminal (electrode) of the discharge TFT 40 is connected to the top gate terminal TG of the double gate type phototransistor 10, and the drain terminal (electrode) of the discharge TFT 40 is connected to the drain terminal D of the double gate type phototransistor 10. The source terminal (electrode) DC of the discharge TFT 40 is connected to a specific voltage VL lower than a precharge voltage Vpg described later. In practice, it is desirable to connect to the source terminal S of the double gate type phototransistor 10 as described later.

ディスチャージ用TFT40の構造は、図1(A)に示した前記ダブルゲート型フォトトランジスタ10の断面構造において同様であり、よって、同一の製造プロセスによって前記ダブルゲート型フォトトランジスタ10と同時に製造が可能となっている。この場合、ディスチャージ用TFT40のゲート電極は、ダブルゲート型フォトトランジスタ10のボトムゲート電極22と同一の配線層として形成され、ビアホールを介してダブルゲート型フォトトランジスタ10のトップゲート電極21の配線層と接続される。   The structure of the discharge TFT 40 is the same as the cross-sectional structure of the double gate phototransistor 10 shown in FIG. 1A, and therefore can be manufactured simultaneously with the double gate phototransistor 10 by the same manufacturing process. It has become. In this case, the gate electrode of the discharge TFT 40 is formed as the same wiring layer as the bottom gate electrode 22 of the double gate type phototransistor 10, and the wiring layer of the top gate electrode 21 of the double gate type phototransistor 10 through the via hole. Connected.

次いで、このようなフォトセンサ30の駆動制御方法について、図面を参照して説明する。図2は、そ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3及び図4は、そのフォトセンサ30の動作概念図であり、図5は、ダブルゲート型フォトトランジスタ10の出力電圧の光応答特性を示す図である。   Next, a method for controlling the driving of the photosensor 30 will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a timing chart showing an example of the drive control method, FIGS. 3 and 4 are operation conceptual diagrams of the photosensor 30, and FIG. 5 shows the light of the output voltage of the double gate type phototransistor 10. It is a figure which shows a response characteristic.

まず、リセット動作においては、図2、図3(A)に示すように、ダブルゲート型フォトトランジスタ10のトップゲート端子TGにバイアス電圧φTとしてパルス電圧(リセットパルス;例えば、Vtg=+15Vのハイレベル)を印加して、半導体層11、及び、ブロック絶縁膜14における半導体層11との界面近傍に蓄積されているキャリヤ(ここでは、正孔)を放出する(リセット期間Trst)。   First, in the reset operation, as shown in FIGS. 2 and 3A, a pulse voltage (reset pulse; for example, a high level of Vtg = + 15V) is applied to the top gate terminal TG of the double gate type phototransistor 10 as a bias voltage φT. ) And the carriers (here, holes) accumulated near the interface between the semiconductor layer 11 and the block insulating film 14 with the semiconductor layer 11 are released (reset period Trst).

ここで、LSIドライバ内に構成されるスイッチSWpgは、プリチャージパルスφpgが印加されるときにONとなって導通するスイッチであり、このプリチャージパルスφpgは、リセットパルスの印加直前または印加中に印加されるようになっている。而して、このリセット期間Trstにおいては、スイッチSWpgはOFFである。   Here, the switch SWpg configured in the LSI driver is a switch that is turned on when the precharge pulse φpg is applied, and this precharge pulse φpg is applied immediately before or during the application of the reset pulse. It is to be applied. Thus, in the reset period Trst, the switch SWpg is OFF.

また、ダブルゲート型フォトトランジスタ10のトップゲート端子TGへの前記ハイレベルのリセットパルスの印加により、前記ディスチャージ用TFT40がONする。これにより、図3(A)中に破線の矢印で示すように、ダブルゲート型フォトトランジスタ10のドレイン端子D側(V1ポイント)より該ディスチャージ用TFT40を介してディスチャージ電位Vへ電流が流れ、V1ポイントの電荷をディスチャージ電位Vにディスチャージすることができる。(後述のように、ディスチャージ電位VはGNDが望ましい。)
次いで、電荷蓄積動作においては、図2、図3(B)に示すように、トップゲート端子TGにローレベル(例えば、Vtg=−15V)のバイアス電圧φTを印加することにより、リセット動作を終了し、キャリヤ蓄積動作(電荷蓄積動作)による電荷蓄積期間Taがスタートする。また、前記ダブルゲート型フォトトランジスタ10のトップゲート端子TGへのローレベルのリセットパルスの印加により、ディスチャージ用TFT40も自動的にOFFする。
Further, the discharge TFT 40 is turned ON by applying the high level reset pulse to the top gate terminal TG of the double gate type phototransistor 10. As a result, as indicated by a broken arrow in FIG. 3A, a current flows from the drain terminal D side (V1 point) of the double gate type phototransistor 10 to the discharge potential V L via the discharge TFT 40. The charge at the point V1 can be discharged to the discharge potential VL . (As described later, the discharge potential V L is preferably GND.)
Next, in the charge accumulation operation, as shown in FIGS. 2 and 3B, the reset operation is terminated by applying a low level (for example, Vtg = −15 V) bias voltage φT to the top gate terminal TG. Then, the charge accumulation period Ta by the carrier accumulation operation (charge accumulation operation) starts. Further, the discharge TFT 40 is automatically turned OFF by applying a low level reset pulse to the top gate terminal TG of the double gate type phototransistor 10.

この電荷蓄積期間Taにおいては、トップゲート電極21側から入射した光量に応じて半導体層11の入射有効領域、即ち、キャリヤ発生領域で電子−正孔対が生成され、半導体層11、及び、ブロック絶縁膜14における半導体層11との界面近傍、即ち、チャネル領域周辺に正孔が蓄積される。   During this charge accumulation period Ta, electron-hole pairs are generated in the incident effective region of the semiconductor layer 11, that is, the carrier generation region, according to the amount of light incident from the top gate electrode 21 side. Holes are accumulated in the vicinity of the interface between the insulating film 14 and the semiconductor layer 11, that is, around the channel region.

そして、プリチャージ動作においては、図2、図3(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が印加され、それに基づいてスイッチSWpgがONとなって、ダブルゲート型フォトトランジスタ10のドレイン端子D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)。   In the precharge operation, as shown in FIG. 2 and FIG. 3C, a precharge pulse φpg is applied in parallel with the charge accumulation period Ta, and the switch SWpg is turned on based on this, and the double A predetermined voltage (precharge voltage Vpg) is applied to the drain terminal D of the gate-type phototransistor 10 to hold the drain electrode 13 with charge (precharge period Tprch).

次いで、読み出し動作においては、図2、図4(A)に示すように、プリチャージ期間Tprchを経過した後、ボトムゲート端子BGにバイアス電圧φBとしてハイレベル(例えば、Vbg=+15V)のバイアス電圧(読み出し選択信号;以下、「読み出しパルス」と記す)を印加すること(選択状態)により、ダブルゲート型フォトトランジスタ10をON状態にする(読み出し期間Tread)。   Next, in the read operation, as shown in FIGS. 2 and 4A, after the precharge period Tprch has elapsed, the bias voltage φB is applied to the bottom gate terminal BG as a bias voltage of high level (for example, Vbg = + 15 V). By applying (read selection signal; hereinafter referred to as “read pulse”) (selected state), the double gate type phototransistor 10 is turned on (read period 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キャリヤ(正孔)が逆極性のトップゲート端子TGに印加された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(+15V)によりnチャネルが形成され、ドレイン電流に応じてドレイン端子Dの電圧(ドレイン電圧)VDは、図5(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。   Here, in the read period Tread, carriers (holes) accumulated in the channel region work in the direction of relaxing Vtg (−15 V) applied to the reverse polarity top gate terminal TG, so that the bottom gate terminal BG An n channel is formed by Vbg (+15 V), and the voltage (drain voltage) VD of the drain terminal D gradually decreases with time from the precharge voltage Vpg as shown in FIG. 5A in accordance with the drain current. Show a tendency to

即ち、電荷蓄積期間Taにおける電荷蓄積状態が明状態の場合には、図4(A)に示すように、チャネル領域に入射光量に応じたキャリヤ(正孔)が捕獲されているため、トップゲート端子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端子BGの正バイアスによって、ダブルゲート型フォトトランジスタ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、図5(A)に示すように、ドレイン電圧VDは、低下することになる。   That is, when the charge accumulation state in the charge accumulation period Ta is a bright state, as shown in FIG. 4A, carriers (holes) corresponding to the amount of incident light are captured in the channel region. The double gate type phototransistor 10 is turned on by the positive bias of the bottom gate terminal BG by the amount of the cancellation which acts to cancel the negative bias of the terminal TG. Then, according to the ON resistance corresponding to the incident light quantity, the drain voltage VD decreases as shown in FIG.

一方、電荷蓄積状態が暗状態で、チャネル領域にキャリヤ(正孔)が蓄積されていない場合には、図4(B)に示すように、トップゲート端子TGに負バイアスをかけることによって、ボトムゲート端子BGの正バイアスが打ち消され、ダブルゲート型フォトトランジスタ10はOFF状態となり、図5(A)に示すように、ドレイン電圧VDが、ほぼそのまま保持されることになる。   On the other hand, when the charge accumulation state is dark and carriers (holes) are not accumulated in the channel region, as shown in FIG. 4B, by applying a negative bias to the top gate terminal TG, The positive bias of the gate terminal BG is canceled, the double gate type phototransistor 10 is turned off, and the drain voltage VD is held almost as it is as shown in FIG.

したがって、図5(A)に示したように、ドレイン電圧VDの変化傾向は、トップゲート端子TGへのバイアス電圧φTとしてリセットパルスの印加によるリセット動作の終了時点から、ボトムゲート端子BGにバイアス電圧φBとして読み出しパルス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、蓄積されたキャリヤが多い場合(明状態)には急峻に低下する傾向を示し、また、蓄積されたキャリヤが少ない場合(暗状態)には緩やか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ドレイン電圧VD(=Vrd)を検出することにより、あるいは、所定の閾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、ダブルゲート型フォトトランジスタ10に入射した光(照射光)の光量が換算される。   Therefore, as shown in FIG. 5A, the tendency of the drain voltage VD to change is that the bias voltage is applied to the bottom gate terminal BG from the end of the reset operation by applying the reset pulse as the bias voltage φT to the top gate terminal TG. It is deeply related to the amount of light received during the time until the readout pulse is applied as φB (charge accumulation period Ta), and when there is a large amount of accumulated carriers (bright state), it tends to decrease sharply. When there are few carriers (dark state), there is a tendency to gradually decrease. For this reason, by detecting the drain voltage VD (= Vrd) after the elapse of a predetermined time from the start of the read period Tread, or by using the predetermined threshold voltage as a reference, the time until the voltage is detected is detected. Thus, the amount of light (irradiation light) incident on the double gate type phototransistor 10 is converted.

なお、図2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4(C)及び(D)に示すように、ボトムゲート端子BGにローレベル(例えば、Vbg=0V)を印加した状態(非選択状態)を継続すると、ダブルゲート型フォトトランジスタ10はOFF状態を持続し、図5(B)に示すように、ドレイン電圧VDは、プリチャージ電圧Vpgに近似する電圧を保持する。このように、ボトムゲート端子BGへの電圧の印加状態により、ダブルゲート型フォトトランジスタ10の読み出し状態を選択、非選択状態に切り替える選択機能が実現される。   In the timing chart shown in FIG. 2, a low level (for example, Vbg = 0 V) is applied to the bottom gate terminal BG as shown in FIGS. 4C and 4D after the precharge period Tprch has elapsed. When the state (non-selected state) is continued, the double gate type phototransistor 10 continues to be in the OFF state, and the drain voltage VD maintains a voltage approximate to the precharge voltage Vpg as shown in FIG. In this way, a selection function for switching the reading state of the double gate type phototransistor 10 between the selection state and the non-selection state is realized by the application state of the voltage to the bottom gate terminal BG.

以上のように、ダブルゲート型フォトトランジスタ10とディスチャージ用TFT40を並列に接続し、ディスチャージ用TFT40のゲート端子とダブルゲート型フォトトランジスタ10のトップゲート端子TGとを共通接続したフォトセンサ30では、リセット動作時に自動的にディスチャージ用TFT40が導通してディスチャージが行われ、V1ポイントをディスチャージ電位Vにすることができる。従って、リセット動作後のフォトセンサ30の状態を安定化(均一化)することができ、このようなフォトセンサ30をマトリックス状に複数配置したとしてもリセット動作後のフォトセンサ30の状態のバラツキを制御して、被写体画像全体の読取時間を短縮しつつ、良好に被写体画像を読み取ることができるようになる。 As described above, in the photosensor 30 in which the double gate phototransistor 10 and the discharge TFT 40 are connected in parallel, and the gate terminal of the discharge TFT 40 and the top gate terminal TG of the double gate phototransistor 10 are connected in common, the reset is performed. During operation, the discharge TFT 40 is automatically turned on and discharged, and the V1 point can be set to the discharge potential VL . Accordingly, the state of the photosensors 30 after the reset operation can be stabilized (uniformized), and even if a plurality of such photosensors 30 are arranged in a matrix, variations in the state of the photosensors 30 after the reset operation are prevented. This makes it possible to read the subject image satisfactorily while shortening the reading time of the entire subject image.

なお、上記説明ではリセット動作時に、V1ポイントの電荷をプリチャージ電圧Vpgよりも低い特定電圧ディスチャージ電位Vにディスチャージするものとし、バラツキの抑制を行った。 In the above description, during the reset operation, the charge at the point V1 is discharged to the specific voltage discharge potential VL lower than the precharge voltage Vpg, and variation is suppressed.

但し、本願発明者の各種実験検討の結果、より効果的な抑制を行うには、接地電位(GND)にすることが好ましいことが判明している。   However, as a result of various experiments by the inventor of the present application, it has been found that it is preferable to use the ground potential (GND) for more effective suppression.

<フォトセンサシステム>
次いで、上述したフォトセンサ30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本発明の一実施形態に係るフォトセンサシステムについて、図面を参照して説明する。図6Aは、フォトセンサ30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の概略構成図である。
<Photo sensor system>
Next, a photosensor system according to an embodiment of the present invention including a photosensor array configured by two-dimensionally arranging the above-described photosensors 30 will be described with reference to the drawings. FIG. 6A is a schematic configuration diagram of a photosensor system including a photosensor array configured by two-dimensionally arranging photosensors 30.

図6Aに示すように、本発明の一実施形態に係るフォトセンサシステムは、大別して、多数のフォトセンサ30を、例えば、n行×m列(n、mは任意の自然数)のマトリックス状に配列したフォトセンサアレイ100と、各フォトセンサ30のダブルゲート型フォトトランジスタ10のトップゲート端子TG(トップゲート電極21)及びボトムゲート端子BG(ボトムゲート電極22)を各々行方向に接続して伸延するトップゲートライン101及びボトムゲートライン102と、各フォトセンサ30のダブルゲート型フォトトランジスタ10のドレイン端子D(ドレイン電極13)を列方向に接続したドレインライン(データライン)103と、ソース端子S(ソース電極12)を列方向に接続するとともに、接地電位に接続されたソースライン(コモンライン)104と、トップゲートライン101に接続されたトップゲートドライバ(リセット手段)110と、ボトムゲートライン102に接続されたボトムゲートドライバ(読み出し手段)120と、ドレインライン103に接続されたコラムスイッチ131、前記スイッチSWpgであるプリチャージスイッチ132、及びアンプ133からなるLSIドライバであるドレインドライバ(プリチャージ手段、出力手段)130と、を有して構成されている。   As shown in FIG. 6A, the photosensor system according to an embodiment of the present invention is roughly divided into a large number of photosensors 30 in, for example, a matrix of n rows × m columns (n and m are arbitrary natural numbers). The arranged photosensor array 100 and the top gate terminal TG (top gate electrode 21) and the bottom gate terminal BG (bottom gate electrode 22) of the double gate type phototransistor 10 of each photosensor 30 are connected in the row direction and extended. A top gate line 101 and a bottom gate line 102, a drain line (data line) 103 in which the drain terminals D (drain electrodes 13) of the double gate type phototransistors 10 of each photosensor 30 are connected in a column direction, and a source terminal S (Source electrode 12) is connected in the column direction and connected to the ground potential. Sline (common line) 104, top gate driver (reset means) 110 connected to top gate line 101, bottom gate driver (read means) 120 connected to bottom gate line 102, and drain line 103 And a column driver 131, a precharge switch 132 as the switch SWpg, and a drain driver (precharge means, output means) 130 as an LSI driver including an amplifier 133.

ここで、トップゲートライン101は、図1に示したトップゲート電極21とともに、ITO等の透明導電層で一体的に形成され、ボトムゲートライン102、ドレインライン103並びにソースライン104は、それぞれボトムゲート電極22、ソース電極12、ドレイン電極13と同一の励起光に不透明な材料で一体的に形成されている。また、ソースライン104は、GNDに接続されている。   Here, the top gate line 101 is integrally formed of a transparent conductive layer such as ITO together with the top gate electrode 21 shown in FIG. 1, and the bottom gate line 102, the drain line 103, and the source line 104 are respectively a bottom gate. The electrode 22, the source electrode 12, and the drain electrode 13 are integrally formed of the same excitation light with an opaque material. The source line 104 is connected to GND.

ここで、ディスチャージライン106は、プリチャージ電圧Vpgよりも低い特定電圧ディスチャージ電位Vに接続されている。上述のように、ディスチャージ電位VはGNDにすることが特性的に望ましいので、ソースライン104とディスチャージライン106をともにGNDに接続するが望ましく、構成も簡易になる。 Here, the discharge line 106 is connected to a specific voltage discharge potential VL lower than the precharge voltage Vpg. As described above, since the discharge potential VL is desirably GND, it is desirable to connect both the source line 104 and the discharge line 106 to the GND, and the configuration is simplified.

その場合、図6Bに示すような構成となる。   In that case, the configuration is as shown in FIG. 6B.

なお、図6において、φtgは、リセット電圧(リセットパルス)及び光キャリヤ蓄積電圧の何れかとして選択的に出力されるバイアス電圧φT1,φT2,…,φTi,…,φTnを生成するための制御信号であり、φbgは、読み出し電圧及び非読み出し電圧の何れかとして選択的に出力されるバイアス電圧φB1,φB2,…,φBi,…,φBnを生成するための制御信号、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り、このプリチャージパルスで、スイッチSWpgのON−OFFが制御される。   In FIG. 6, φtg is a control signal for generating bias voltages φT1, φT2,..., ΦTi,..., ΦTn that are selectively output as either a reset voltage (reset pulse) or an optical carrier storage voltage. Φbg is a control signal for generating bias voltages φB1, φB2,..., ΦBi,..., ΦBn selectively output as either a read voltage or a non-read voltage, and φpg is a precharge voltage Vpg. Is a precharge pulse for controlling the application timing of the switch SWpg, and ON / OFF of the switch SWpg is controlled by this precharge pulse.

このような構成において、トップゲートドライバ110からトップゲートライン101を介して、トップゲート端子TGにバイアス電圧φTi(iは任意の自然数;i=1,2,…,n)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120からボトムゲートライン102を介して、ボトムゲート端子BGにバイアス電圧φBiを印加し、ドレインライン103を介して検出信号をドレインドライバ130に取り込んで、シリアルデータ又はパラレルデータの出力電圧Voutとして出力することにより、選択読み出し機能が実現される。   In such a configuration, by applying a bias voltage φTi (i is an arbitrary natural number; i = 1, 2,..., N) to the top gate terminal TG from the top gate driver 110 through the top gate line 101, A photo-sensing function is realized, a bias voltage φBi is applied from the bottom gate driver 120 to the bottom gate terminal BG via the bottom gate line 102, and a detection signal is taken into the drain driver 130 via the drain line 103 to obtain serial data. Alternatively, the selective read function is realized by outputting the output voltage Vout of parallel data.

上述したフォトセンサシステムの駆動制御方法は、基本的には、上述したフォトセンサ30の駆動制御方法(図2参照)を1処理サイクルとして、フォトセンサアレイを構成するマトリックスの行数分シリアル(時系列的)に繰り返すことにより実現されるが、例えば、読取精度を高精細化するためにフォトセンサアレイを高密度化した場合には、被写体画像の読取所要時間が増大して、フォトセンサシステムの実用化の面で好ましくない。そこで、例えば、特開2001−148807号公報等に記載されているように、各行ごとの動作ステップ相互が影響を及ぼさない所定の遅延時間間隔(具体的には、各動作パルス相互が時間的に重ならない時間間隔)で、動作ステップの一部が相互に時間的な重なりを有するように実行タイミングを制御することにより、被写体画像全体の読取所要時間を大幅に短縮することができる。   The above-described drive control method of the photosensor system basically uses the drive control method of the photosensor 30 (see FIG. 2) described above as one processing cycle, and is serial (hours) for the number of rows of the matrix constituting the photosensor array. For example, when the density of the photosensor array is increased in order to increase the reading accuracy, the time required to read the subject image increases, It is not preferable in terms of practical use. Therefore, as described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-148807, etc., a predetermined delay time interval (specifically, each operation pulse is not temporally affected by each other). By controlling the execution timing so that some of the operation steps have temporal overlap with each other at a time interval that does not overlap, the time required to read the entire subject image can be significantly reduced.

以上のように、ダブルゲート型フォトトランジスタ10とディスチャージ用TFT40を並列に接続したフォトセンサ30をマトリックス状に配置したフォトセンサアレイ100を用いることで、各フォトセンサ30のリセット動作時に自動的にディスチャージが行われ、リセット動作後のフォトセンサ30の状態を安定化(均一化)することができるので、LSIドライバであるドレインドライバ130内に従来のようなスイッチSW2を設ける必要が無く、従ってそのスイッチSW2を切り替えるための第2の切替制御信号も不要で、そのためのドレインドライバ130への入力端子も不要となる。従って、本一実施形態に係るフォトセンサシステムによれば、従来に比して、ドレインドライバ130内の素子数及びドレインドライバ130の入力端子数を減らすことが可能である。   As described above, by using the photosensor array 100 in which the photosensors 30 in which the double gate type phototransistor 10 and the discharge TFT 40 are connected in parallel are arranged in a matrix, discharge is automatically performed at the time of resetting of each photosensor 30. Since the state of the photosensor 30 after the reset operation can be stabilized (uniformized), there is no need to provide the conventional switch SW2 in the drain driver 130 which is an LSI driver. The second switching control signal for switching SW2 is also unnecessary, and the input terminal to the drain driver 130 for that purpose is also unnecessary. Therefore, according to the photosensor system according to the present embodiment, the number of elements in the drain driver 130 and the number of input terminals of the drain driver 130 can be reduced as compared with the conventional one.

また、前記フォトセンサアレイ100では、n行×m列(n、mは任意の自然数)のマトリックス状にフォトセンサ30を配列しているが、従来ダブルゲート型フォトトランジスタ10がマトリックス状に配置される面積はそもそも大きく、ディスチャージ用TFT40を一つずつ加えることは、同じプロセスで作り込むことができるので容易である。   In the photosensor array 100, the photosensors 30 are arranged in a matrix of n rows × m columns (n and m are arbitrary natural numbers). Conventionally, the double gate type phototransistors 10 are arranged in a matrix. The area to be discharged is large in the first place, and it is easy to add the discharge TFTs 40 one by one because they can be formed by the same process.

また、該フォトセンサシステムを指紋センサ等に利用する場合、フォトセンサアレイ100の裏面(透明な絶縁性基板19側)よりバックライト光を放出し、指で反射された反射光をフォトセンサアレイ100で受光することになるが、フォトセンサアレイ100における一つのフォトセンサ30のエリアに関して見れば、十分なバックライト光を放出できるように、ダブルゲート型フォトトランジスタ10の占める面積は少なく(隣接するダブルゲート型フォトトランジスタ10間の素子間領域が広い)、そのダブルゲート型フォトトランジスタ10よりも面積の小さなディスチャージ用TFT40を配置しても、バックライト光の放射性能に大きな影響を及ぼすことはない。   When the photo sensor system is used for a fingerprint sensor or the like, backlight light is emitted from the back surface (transparent insulating substrate 19 side) of the photo sensor array 100, and the reflected light reflected by the finger is used as the photo sensor array 100. However, in view of the area of one photosensor 30 in the photosensor array 100, the area occupied by the double gate type phototransistor 10 is small so that sufficient backlight light can be emitted (adjacent double sensors). Even if the discharge TFT 40 having a smaller area than the double-gate phototransistor 10 is disposed, the emission performance of the backlight light is not greatly affected.

<2次元画像読取装置>
次に、本発明の一実施形態に係るフォトセンサシステムを適用した2次元画像読取装置の例について、図面を参照して説明する。なお、以下に示す例においては、フォトセンサとして、上述したフォトセンサ30を適用し、該フォトセンサ30のダブルゲート型フォトトランジスタ10のトップゲート電極21に電圧(リセットパルス)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22に電圧(読み出しパルス)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。
<2D image reader>
Next, an example of a two-dimensional image reading apparatus to which a photosensor system according to an embodiment of the present invention is applied will be described with reference to the drawings. In the example shown below, the above-described photosensor 30 is applied as a photosensor, and a voltage (reset pulse) is applied to the top gate electrode 21 of the double-gate phototransistor 10 of the photosensor 30. In the following description, it is assumed that the function of reading the charge amount accumulated in the channel region is realized by applying a voltage (readout pulse) to the bottom gate electrode 22 as well as realizing the photo-sense function.

図7は、一実施形態に係るフォトセンサシステムを適用した2次元画像読取装置の全体構成を示すブロック図である。なお、図6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、その説明を簡略化又は省略する。   FIG. 7 is a block diagram illustrating an overall configuration of a two-dimensional image reading apparatus to which the photosensor system according to the embodiment is applied. In addition, about the structure equivalent to the photosensor system shown in FIG. 6, the same code | symbol is attached | subjected and the description is simplified or abbreviate | omitted.

図7に示すように、この2次元画像読取装置は、大別して、図6に示したフォトセンサシステムと同様に、フォトセンサ30を2次元配列して構成されるフォトセンサアレイ100と、該フォトセンサアレイ100の各フォトセンサ30のダブルゲート型フォトトランジスタ10のトップゲート端子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)を印加するトップゲートドライバ110と、各フォトセンサ30のダブルゲート型フォトトランジスタ10のボトムゲート端子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120と、各フォトセンサ30のダブルゲート型フォトトランジスタ10へのプリチャージ電圧の印加及びドレイン電圧の読み出しを行うコラムスイッチ131、プリチャージスイッチ132(スイッチSWpg)、アンプ133からなるドレインドライバ130と、読み出されたドレイン電圧(アナログ信号)をデジタル信号からなる画像出力信号(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)140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画像データの照合、加工等の所定の処理を実行する外部機能部200とのデータのやり取り等を行うとともに、画像読取動作(即ち、本発明に係るフォトセンサの駆動制御方法)を実行制御する機能を備えたコントローラ(タイミング制御手段)150と、読取画像データや読取感度の設定等に関連するデータ等を記憶するRAM160と、を有して構成されている。ここで、フォトセンサアレイ100、トップゲートドライバ110、ボトムゲートドライバ120、ドレインドライバ130は、図6に示したフォトセンサシステムと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。   As shown in FIG. 7, the two-dimensional image reading apparatus is roughly divided into a photosensor array 100 configured by two-dimensionally arranging photosensors 30 as in the photosensor system shown in FIG. A top gate driver 110 that applies a predetermined top gate voltage (reset pulse) to the top gate terminal TG of the double gate type phototransistor 10 of each photosensor 30 of the sensor array 100 at a predetermined timing, and a double of each photosensor 30 A bottom gate driver 120 that applies a predetermined bottom gate voltage (readout pulse) to the bottom gate terminal BG of the gate type phototransistor 10 at a predetermined timing, and a precharge voltage to the double gate type phototransistor 10 of each photosensor 30 Application and drain voltage readout A drain driver 130 including a column switch 131, a precharge switch 132 (switch SWpg), and an amplifier 133, and an analog-digital converting the read drain voltage (analog signal) into an image output signal (image data) including a digital signal. Data between a converter (hereinafter referred to as “A / D converter”) 140 and an external function unit 200 that executes predetermined processing such as subject image reading operation control, image data collation, and processing by the photosensor array 100. And the like, and a controller (timing control means) 150 having a function of executing and controlling an image reading operation (that is, a photosensor drive control method according to the present invention), setting of read image data, reading sensitivity, and the like RAM 160 for storing data related to the That. Here, the photosensor array 100, the top gate driver 110, the bottom gate driver 120, and the drain driver 130 have the same configuration and function as the photosensor system shown in FIG. To do.

コントローラ150は、トップゲートドライバ110及びボトムゲートドライバ120に制御信号φtg,φbgを出力することにより、図2に示したように、トップゲートドライバ110及びボトムゲートドライバ120の各々から、フォトセンサアレイ100を構成する各フォトセンサ30のダブルゲート型フォトトランジスタ10のトップゲート端子TG及びボトムゲート端子BGに所定の信号電圧(バイアス電圧φTi(リセットパルス)、バイアス電圧φBi(読み出しパルス))を印加する動作を制御する。特に、本実施形態においては、フォトセンサアレイ100を構成する少なくとも2つの異なる行間において、リセットパルス及び読み出しパルスの何れの印加タイミングも相互に時間的に重ならないように設定するとともに、各行ごとの処理サイクルの一部(電荷蓄積期間相互)を時間的にオーバーラップさせた期間を有するように設定する。   The controller 150 outputs the control signals φtg and φbg to the top gate driver 110 and the bottom gate driver 120, so that the photosensor array 100 from each of the top gate driver 110 and the bottom gate driver 120 as shown in FIG. Of applying predetermined signal voltages (bias voltage φTi (reset pulse), bias voltage φBi (readout pulse)) to the top gate terminal TG and the bottom gate terminal BG of the double gate type phototransistor 10 of each photosensor 30 constituting To control. In particular, in the present embodiment, the application timings of the reset pulse and the readout pulse are set so as not to overlap each other between at least two different rows constituting the photosensor array 100, and processing for each row is performed. It is set so as to have a period in which a part of the cycle (the charge accumulation periods) overlap in time.

また、コントローラ150は、被検出体画像の読み取り動作において、プリチャージスイッチ132(スイッチSWpg)にプリチャージパルスφpgを出力することにより、各フォトセンサ30のダブルゲート型フォトトランジスタ10のドレイン端子Dにプリチャージ電圧Vpgを印加して、読み取られた被検出体の画像パターンに対応して各フォトセンサ30のダブルゲート型フォトトランジスタ10に蓄積された電荷量に応じたドレイン電圧VDを検出する動作を制御する。特に、本実施形態においては、コントローラ150は、少なくとも、フォトセンサアレイ100を構成する各行ごとのリセット動作の開始時点で、プリチャージ動作により所定の電圧(プリチャージ電圧Vpg)をドレインライン103に印加して、ドレイン電圧が一定の電圧値になるように設定する。   In addition, the controller 150 outputs a precharge pulse φpg to the precharge switch 132 (switch SWpg) in the reading operation of the detection object image, so that the controller 150 supplies the drain terminal D of the double gate type phototransistor 10 of each photosensor 30. An operation of applying the precharge voltage Vpg and detecting the drain voltage VD corresponding to the amount of charge accumulated in the double gate type phototransistor 10 of each photosensor 30 corresponding to the read image pattern of the detected object. Control. In particular, in this embodiment, the controller 150 applies a predetermined voltage (precharge voltage Vpg) to the drain line 103 by the precharge operation at least at the start of the reset operation for each row constituting the photosensor array 100. Thus, the drain voltage is set to a constant voltage value.

さらに、コントローラ150には、ドレインドライバ130から出力される出力電圧Voutが、A/Dコンバータ140を介してデジタル信号に変換され、画像出力信号として入力される。コントローラ150は、この画像出力信号に対して、所定の画像処理を施したり、RAM160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したりする所定の処理を実行する外部機能部200に対するインタフェースとしての機能をも備えている。   Further, the output voltage Vout output from the drain driver 130 is converted into a digital signal via the A / D converter 140 and input to the controller 150 as an image output signal. The controller 150 performs predetermined image processing on the image output signal, writes / reads data to / from the RAM 160, and performs the predetermined processing for collating and processing the image data. It also has a function as an interface.

以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。   Although the present invention has been described above based on the embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and applications are naturally possible within the scope of the gist of the present invention.

例えば、ダブルゲート型フォトトランジスタ10のボトムゲート端子BGへ印加するバイアス電圧等、実施形態で説明した値に限定されるものでない。   For example, the bias voltage applied to the bottom gate terminal BG of the double gate type phototransistor 10 is not limited to the values described in the embodiment.

なお、ここではゲート端子(電極)によりON−OFFの制御される端子(電極)を、それぞれ各図に対応して、ソース端子(電極)とドレイン端子(電極)と呼んでいるが、TFTの場合、場合によって、各図のソース端子(電極)がドレイン端子(電極)、ドレイン端子(電極)がソース端子(電極)というように逆に呼ばれることもある。   Here, the terminals (electrodes) that are controlled to be turned on and off by the gate terminals (electrodes) are called source terminals (electrodes) and drain terminals (electrodes) corresponding to the respective drawings. In some cases, the source terminal (electrode) in each figure may be called the drain terminal (electrode), and the drain terminal (electrode) may be called the source terminal (electrode).

(A)及び(B)はそれぞれ本発明の一実施形態に係るフォトセンサシステムに適用可能なフォトセンサに用いられるダブルゲート型フォトトランジスタの概略構成を示す断面構造図及び等価回路を示す図であり、(C)は一実施形態に係るフォトセンサシステムに適用可能なフォトセンサの等価回路を示す図である。FIGS. 4A and 4B are a cross-sectional structure diagram and an equivalent circuit diagram showing a schematic configuration of a double gate type phototransistor used in a photosensor applicable to a photosensor system according to an embodiment of the present invention. (C) is a figure which shows the equivalent circuit of the photo sensor applicable to the photo sensor system which concerns on one Embodiment. 一実施形態における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る。5 is a timing chart illustrating an example of a photosensor drive control method according to an embodiment. 一実施形態におけるフォトセンサのリセット期間、電荷蓄積期間及びプリチャージ期間における動作概念図である。FIG. 6 is an operation conceptual diagram in a reset period, a charge accumulation period, and a precharge period of a photosensor according to an embodiment. 一実施形態における読み出し期間におけるフォトセンサの動作概念図である。It is an operation | movement conceptual diagram of the photo sensor in the read-out period in one Embodiment. ダブルゲート型フォトトランジスタの出力電圧の光応答特性を示す図である。It is a figure which shows the optical response characteristic of the output voltage of a double gate type phototransistor. 本発明の一実施形態に係るフォトセンサを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の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a photosensor system including a photosensor array configured by two-dimensionally arranging photosensors according to an embodiment of the present invention. 図6Aにおいて、ソースラインとディスチャージラインをともにGNDに接続した場合の概略構成図である。FIG. 6A is a schematic configuration diagram when both the source line and the discharge line are connected to GND in FIG. 6A. 一実施形態に係るフォトセンサシステムを適用した2次元画像読取装置の全体構成を示すブロック図である。1 is a block diagram illustrating an overall configuration of a two-dimensional image reading apparatus to which a photosensor system according to an embodiment is applied. 従来のダブルゲート型フォトトランジスタにおけるリセット時及びプリチャージ時の動作概念図である。It is an operation conceptual diagram at the time of resetting and precharging in a conventional double gate type phototransistor.

符号の説明Explanation of symbols

10…ダブルゲート型フォトトランジスタ、 11…半導体層、 12…ソース電極、 13…ドレイン電極、 14…ブロック絶縁膜、 15…上部(トップ)ゲート絶縁膜、 16…下部(ボトム)ゲート絶縁膜、 17,18…不純物層、 19…絶縁性基板、 20…保護絶縁膜、 21…トップゲート電極、 22…ボトムゲート電極、 30…フォトセンサ、 40…ディスチャージ用TFT、 100…フォトセンサアレイ、 101…トップゲートライン、 102…ボトムゲートライン、 103…ドレインライン(データライン)、 104…ソースライン(コモンライン)、 106…ディスチャージライン、 110…トップゲートドライバ(リセット手段)、 120…ボトムゲートドライバ(読み出し手段)、 130…ドレインドライバ(プリチャージ手段、出力手段)、 131…コラムスイッチ、 132…プリチャージスイッチ(SWpg)、 133…アンプ、 140…アナログ−デジタル変換器(A/Dコンバータ)、 150…コントローラ、 160…RAM、 200…外部機能部、 TG…トップゲート端子、 BG…ボトムゲート端子、 D…ドレイン端子、 S…ソース端子、 SWpg…スイッチ、 Vpg…プリチャージ電圧、 φTi…バイアス電圧、 φBi…バイアス電圧、 φpg…プリチャージパルス、 Vpg…プリチャージ電圧、 V…特定電圧、 VD…ドレイン電圧、 Vout…出力電圧、 Trst…リセット期間、 Ta…電荷蓄積期間、 Tprch…プリチャージ期間、 Tread…読み出し期間。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Double gate type phototransistor, 11 ... Semiconductor layer, 12 ... Source electrode, 13 ... Drain electrode, 14 ... Block insulating film, 15 ... Upper (top) gate insulating film, 16 ... Lower (bottom) gate insulating film, 17 , 18 ... Impurity layer, 19 ... Insulating substrate, 20 ... Protective insulating film, 21 ... Top gate electrode, 22 ... Bottom gate electrode, 30 ... Photosensor, 40 ... Discharge TFT, 100 ... Photosensor array, 101 ... Top Gate line, 102 ... Bottom gate line, 103 ... Drain line (data line), 104 ... Source line (common line), 106 ... Discharge line, 110 ... Top gate driver (reset means), 120 ... Bottom gate driver (read means) ), 130 ... Drain driver (P (Recharge means, output means), 131 ... column switch, 132 ... precharge switch (SWpg), 133 ... amplifier, 140 ... analog-digital converter (A / D converter), 150 ... controller, 160 ... RAM, 200 ... external Functional part, TG ... Top gate terminal, BG ... Bottom gate terminal, D ... Drain terminal, S ... Source terminal, SWpg ... Switch, Vpg ... Precharge voltage, φTi ... Bias voltage, φBi ... Bias voltage, φpg ... Precharge pulse Vpg: precharge voltage, VL : specific voltage, VD: drain voltage, Vout: output voltage, Trst: reset period, Ta: charge accumulation period, Tprch: precharge period, Tread: read period.

Claims (9)

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又は前記ボトムゲート電極の何れか一方を光照射側として、該光照射側から照射された光の量に対応する電荷が前記チャネル領域に発生、蓄積されるダブルゲート型フォトトランジスタと、
前記ダブルゲート型フォトトランジスタのトップゲート電極に印加される信号により、前記ドレイン電極に蓄積された電荷をディスチャージするディスチャージ用トランジスタと、
を備えることを特徴とするフォトセンサ。
A source electrode and a drain electrode formed across a channel region made of a semiconductor layer, and a top gate electrode and a bottom gate electrode formed at least above and below the channel region via an insulating film, respectively, A double gate type phototransistor in which either one of the top gate electrode or the bottom gate electrode is used as a light irradiation side, and a charge corresponding to the amount of light irradiated from the light irradiation side is generated and accumulated in the channel region; ,
A discharge transistor for discharging the charge accumulated in the drain electrode by a signal applied to the top gate electrode of the double-gate phototransistor;
A photosensor comprising:
前記ダブルゲート型フォトトランジスタは、
リセット期間にリセットパルスが印加されることで、前記ダブルゲート型フォトトランジスタが初期化され、
前記ボトムゲート電極には、読み出し期間に読み出しパルスが印加されて、前記ダブルゲート型フォトトランジスタに照射された光により発生する電荷に応じて変化する電圧を、前記ダブルゲート型フォトトランジスタのドレイン電極より出力するフォトトランジスタであり、
前記ダブルゲート型フォトトランジスタのトップゲート電極に印加される信号は前記リセットパルスであることを特徴とする請求項1に記載のフォトセンサ。
The double gate type phototransistor is:
By applying a reset pulse during the reset period, the double gate phototransistor is initialized,
The bottom gate electrode is applied with a readout pulse during a readout period, and a voltage that changes according to the charge generated by the light applied to the double gate phototransistor is applied from the drain electrode of the double gate phototransistor. Output phototransistor,
The photosensor according to claim 1, wherein a signal applied to a top gate electrode of the double gate phototransistor is the reset pulse.
請求項1または2に記載された複数のフォトセンサと、
前記各ダブルゲート型フォトトランジスタのトップゲート電極及びボトムゲート電極を各々行方向に接続して伸延するトップゲートライン及びボトムゲートラインと、
前記各ダブルゲート型フォトトランジスタのドレイン電極を列方向に接続するデータラインと、
前記各ダブルゲート型フォトトランジスタのソース電極を列方向に接続するコモンラインと、
前記各ディスチャージ用トランジスタのソース電極を列方向に接続するディスチャージラインと、
を具備し、
前記トップゲートラインには、リセット期間にリセットパルスが印加されることで、前記トップゲートラインに接続された前記各ダブルゲート型フォトトランジスタが初期化されると共に、前記トップゲートラインに接続された前記各ディスチャージ用トランジスタを介して対応するダブルゲート型フォトトランジスタのドレイン電極が前記ディスチャージラインに接続され、
前記ボトムゲートラインには、読み出し期間に読み出しパルスが印加されて、前記ボトムゲートラインに接続された各ダブルゲート型フォトトランジスタに照射された光により発生する電荷に応じて変化する電圧を、前記ダブルゲート型フォトトランジスタに接続された前記データラインより出力することを特徴とするフォトセンサアレイ。
A plurality of photosensors according to claim 1 or 2,
A top gate line and a bottom gate line extending by connecting the top gate electrode and the bottom gate electrode of each double-gate type phototransistor in the row direction;
A data line connecting the drain electrodes of the double gate phototransistors in the column direction;
A common line connecting the source electrodes of the double-gate phototransistors in the column direction;
A discharge line connecting the source electrodes of the respective discharge transistors in a column direction;
Comprising
When the reset pulse is applied to the top gate line during a reset period, the double gate phototransistors connected to the top gate line are initialized and the top gate line is connected to the top gate line. The drain electrode of the corresponding double gate type phototransistor is connected to the discharge line via each discharge transistor,
A read pulse is applied to the bottom gate line during a read period, and a voltage that changes in accordance with charges generated by light irradiated to each double-gate phototransistor connected to the bottom gate line is changed to the double voltage. An output from the data line connected to a gate type phototransistor.
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又は前記ボトムゲート電極の何れか一方を光照射側として、該光照射側から照射された光の量に対応する電荷が前記チャネル領域に発生、蓄積されるダブルゲート型フォトトランジスタであるフォトセンサを複数備えるフォトセンサアレイと、
前記フォトセンサアレイの前記複数のフォトセンサにリセットパルスを印加して、前記複数のフォトセンサを初期化するリセット手段と、
前記ダブルゲート型フォトトランジスタのトップゲート電極に印加される信号により、前記ドレイン電極に蓄積された電荷をディスチャージするディスチャージ用トランジスタと、
前記複数のフォトセンサにプリチャージパルスに基づいて、プリチャージ電圧を印加するプリチャージ手段と、
前記リセット手段による前記複数のフォトセンサの初期化終了後、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、且つ、前記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、
前記読み出しパルスを印加する読み出し期間に、前記プリチャージ電圧に対して、前記電荷蓄積期間に蓄積された電荷に応じて変化した電圧を読み出して出力電圧として出力する出力手段と、
を具備することを特徴とするフォトセンサシステム。
A source electrode and a drain electrode formed across a channel region made of a semiconductor layer, and a top gate electrode and a bottom gate electrode formed at least above and below the channel region via an insulating film, respectively, A double gate type phototransistor in which either the top gate electrode or the bottom gate electrode is used as a light irradiation side, and charges corresponding to the amount of light irradiated from the light irradiation side are generated and accumulated in the channel region. A photosensor array comprising a plurality of photosensors;
Reset means for initializing the plurality of photosensors by applying a reset pulse to the plurality of photosensors of the photosensor array;
A discharge transistor for discharging the charge accumulated in the drain electrode by a signal applied to the top gate electrode of the double-gate phototransistor;
Precharge means for applying a precharge voltage to the plurality of photosensors based on a precharge pulse;
After completion of initialization of the plurality of photosensors by the reset means, a charge accumulation period for accumulating charges generated by irradiated light has elapsed, and the precharge operation for applying the precharge voltage has been completed. Read means for applying a read pulse to a plurality of photosensors;
An output means for reading out a voltage changed according to the charge accumulated in the charge accumulation period and outputting it as an output voltage with respect to the precharge voltage in a readout period in which the readout pulse is applied;
A photosensor system comprising:
前記ディスチャージ用トランジスタのゲート電極は、前記ダブルゲート型フォトトランジスタの前記トップゲート電極に接続され、
前記ディスチャージ用トランジスタのドレイン電極は、前記ダブルゲート型フォトトランジスタのドレイン電極に接続されることを特徴とする請求項4に記載のフォトセンサシステム。
The gate electrode of the discharge transistor is connected to the top gate electrode of the double gate type phototransistor,
The photosensor system according to claim 4, wherein a drain electrode of the discharge transistor is connected to a drain electrode of the double gate type phototransistor.
前記リセット手段は、前記ダブルゲート型フォトトランジスタの前記トップゲート電極に前記リセットパルスを印加して前記ダブルゲート型フォトトランジスタを初期化するリセット動作を行うと共に、前記ディスチャージ用トランジスタを導通させることを特徴とする請求項4または5に記載のフォトセンサシステム。 It said reset means, wherein by applying the reset pulse to the top gate electrode of the double-gate photo transistor performs a reset operation for initializing the double-gate photo transistor, thereby turning on the discharge transistor The photosensor system according to claim 4 or 5. 前記ディスチャージ用トランジスタのソース電極には、前記プリチャージ電圧よりも低い所定のディスチャージ電圧が印加されることを特徴とする請求項4乃至6の何れかに記載のフォトセンサシステム。   7. The photosensor system according to claim 4, wherein a predetermined discharge voltage lower than the precharge voltage is applied to a source electrode of the discharge transistor. 前記所定のディスチャージ電圧は、接地電位に設定されていることを特徴とする請求項7に記載のフォトセンサシステム。   The photosensor system according to claim 7, wherein the predetermined discharge voltage is set to a ground potential. 複数のフォトトランジスタと各フォトトランジスタに接続されたディスチャージ用トランジスタよりなるフォトセンサアレイを備えるフォトセンサシステムの駆動制御方法であって、
リセットパルスを印加することにより、前記複数のフォトトランジスタを初期化すると共に前記複数のディスチャージ用トランジスタを導通させる第1のステップと、
前記第1のステップにおける前記複数のフォトトランジスタの初期化終了後、前記複数のフォトトランジスタにおいて、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た前記複数のフォトトランジスタ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、
を有していることを特徴とするフォトセンサアレイを備えるフォトセンサシステムの駆動制御方法。
A drive control method for a photosensor system comprising a photosensor array comprising a plurality of phototransistors and a discharge transistor connected to each phototransistor,
A first step of initializing the plurality of phototransistors and applying the plurality of discharge transistors by applying a reset pulse;
After completion of initialization of the plurality of phototransistors in the first step, the plurality of phototransistors for which the charge accumulation period for accumulating charges generated by irradiated light has elapsed in the plurality of phototransistors. A second step of applying a read pulse and outputting a voltage due to the charge accumulated during the charge accumulation period as an output voltage;
A drive control method for a photosensor system including a photosensor array.
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