JP6708037B2 - Image reading device and its reading drive circuit - Google Patents
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Description
本発明は、2次元の接触型等の画像読取装置およびその読出駆動回路に関する。 The present invention relates to a two-dimensional contact type image reading device and a reading drive circuit thereof.
画像読取装置は、文字や画像が記載された紙等の被読取媒体(以下、原稿とも呼ぶ)上の文字や画像を読み取る装置である。画像を読み取る装置には、光学文字読取装置(OCR)で読み取った文字や画像を認識し、所定の処理を施して表示する装置もある(特許文献1、2、3参照)。
The image reading device is a device that reads characters and images on a medium (hereinafter, also referred to as a document) on a read medium such as paper on which characters and images are written. As an apparatus for reading an image, there is also an apparatus for recognizing a character or an image read by an optical character reading apparatus (OCR), performing a predetermined process and displaying the character or the image (see
近年、画像データの文字認識技術が発達し、その文字認識処理と共に構文解析等の技術によって言語翻訳も可能となっている。一般に、翻訳処理は、原稿画像を据え置き型のイメージスキャナーで読み取り、必要に応じて、輪郭補正、コントラスト補正等の前処理を行った後、文字認識を行い、次いで構文解析、翻訳という手順を踏む。 In recent years, a character recognition technique for image data has been developed, and language translation is possible by a technique such as the character recognition process and a syntax analysis. Generally, in the translation process, the manuscript image is read by a stationary image scanner, after performing preprocessing such as contour correction and contrast correction, if necessary, character recognition is performed, and then the steps of syntax analysis and translation are performed. ..
同様にスマートフォンカメラで画像を取得し、取得した画像データと該画像データからの翻訳結果とを同時にスマートフォンのディスプレイに比較表示する翻訳アプリ等が開発されている。この様に、原稿と翻訳結果等を同時に確認できる、画像読取装置と、読み取った画像データや翻訳結果等を表示するディスプレイとの両方を具備する、携帯型入出力一体型装置は非常に有用である。 Similarly, a translation application or the like has been developed in which an image is acquired by a smartphone camera and the acquired image data and the translation result from the image data are simultaneously compared and displayed on the display of the smartphone. In this way, a portable input/output integrated device having both an image reading device capable of simultaneously confirming a manuscript and translation results and a display for displaying read image data and translation results is very useful. is there.
近年、高速通信ネットワークの整備により、画像データの前処理や、文字認識、構文解析・翻訳といった高度な演算処理は、クラウドコンピューティングで実現することも可能であり、更にはワールドワイドなビッグデータ解析による高度な学習機能の活用も可能である。ネットワークインターフェイスを有し且つ通信環境にあるスマートフォンやタブレット端末等の携帯型入出力一体型画像読取装置は、自身が高度な処理や大きなメモリを有せずとも、良質な翻訳サービスを提供する事ができる。 In recent years, with the development of high-speed communication networks, advanced processing such as image data preprocessing, character recognition, and parsing/translation can also be realized with cloud computing. It is also possible to utilize advanced learning functions by. A portable input/output integrated image reading device such as a smartphone or a tablet terminal that has a network interface and is in a communication environment may provide a high-quality translation service even if it does not have sophisticated processing or a large memory. it can.
しかしながら、スマートフォンやタブレット端末等は、読取装置としてカメラを用いており、撮像に際し、ピントのずれや手ぶれ等の振動による画像ボケが生じ易く、また環境照度に対する最適露光条件設定(絞り、シャッター速度)が必要である。またカメラによる撮像では、室内環境で書類の画像を取り込む際、撮影装置自身の影や照明の映り込みが生じ易いといった問題もあり、これらの問題は文字や画像の認識精度の低下や、簡便性を損なう。そのため、撮影者はこれら諸条件をある一定の水準で満たすように撮影しなければならない。 However, smartphones, tablet terminals, etc. use cameras as reading devices, and during imaging, image blurring easily occurs due to vibrations such as focus shift and camera shake, and optimal exposure condition setting (aperture, shutter speed) for environmental illuminance. is necessary. In addition, when capturing an image of a document in an indoor environment, there is a problem in that the image captured by the camera is likely to cause a shadow of the image capturing apparatus itself or a reflection of illumination, which is a problem in that the recognition accuracy of characters and images is deteriorated and the ease of use is reduced. Spoil. Therefore, the photographer must photograph so that these conditions are met at a certain level.
そこで、薄型トランジスタを用いた接触型固定焦点2次元画像読取装置を薄型シート状に形成し、スマートフォンやタブレット端末に組み合わせることでこれらの課題を解決することが出来ることが提案されている。図1〜3にその概要を示す。 Therefore, it has been proposed that these problems can be solved by forming a contact type fixed focus two-dimensional image reading device using a thin transistor in a thin sheet shape and combining it with a smartphone or a tablet terminal. The outline is shown in FIGS.
図1(a)〜(e)に、スマートフォンケース内蔵型の画像読取装置およびスマートフォンケースを取り付けるスマートフォンの概略図を示す。図1(e)に示す様に、画像読取装置101は、原稿を読み取る画像読取部202、画像読み取りの際に使用する光源部203および制御部201を備える。また、画像読取部202と光源部203とは積層されており、光源部203は画像読取部202とスマートフォンケース212との間に配置されている。本実施形態のように、画像読取装置101がスマートフォンケース212に内蔵される場合、画像読取部202は、その読取面がスマートフォンを取り付ける面と対向する面に、スマートフォンケース212の外部に露出するように配置される。
1A to 1E are schematic diagrams of an image reading device with a built-in smartphone case and a smartphone to which the smartphone case is attached. As shown in FIG. 1E, the
図3(a)、(b)に示すように、この装置は被読み取り媒体の上に載せて撮像することが可能であり、前述したカメラ読み取りの問題点が解消される。薄型シート状の画像読取装置を実現するためには、機械走査メカニズムや、光学集光系を用いることは困難である。この問題は図2(a)〜(c)に示す電子走査型の透明画像読取装置と薄型バックライトを用いることが有用である。 As shown in FIGS. 3(a) and 3(b), this apparatus can be placed on a medium to be read and imaged, and the above-mentioned problems of the camera reading can be solved. It is difficult to use a mechanical scanning mechanism or an optical focusing system in order to realize a thin sheet-shaped image reading apparatus. To solve this problem, it is useful to use the electronic scanning type transparent image reading device and the thin backlight shown in FIGS.
[画像読取方法]
図4に、画像読取部202のより詳細な断面構造を示す。303は透明薄型基板であり、光源部203は画像読取部202を挟んで被読取媒体204に対向している。受光素子302は透明薄型基板303上に形成されている。被読取媒体204に対向している側が受光素子302の光検出面である。301は読取部の一部である透明な保護層であり、光源部203から出射した光304は、透明基板303を透過し、受光素子302を含む基板上の遮光物の間隙を通過し、被読取媒体204表面に到達後、被読取媒体204表面の描画物に起因した反射光305を生じ検出光として受光素子302に入射する。受光素子と基板の接合面との逆側を光検出面とする本素子構造をトップ読込型と呼ぶ。
[Image reading method]
FIG. 4 shows a more detailed sectional structure of the
[ダブルゲート方式薄膜トランジスタ(DGTr)の等価回路]
図4に示す受光素子302はDGTrであり、図5にその等価回路図を示す。DGTrは4端子素子であり、トップ読込型素子では、センストップゲート端子410、選択ボトムゲート端子413、ソースまたはドレイン端子411、412から構成される。ソースとドレインの属性は相対的な電位で決まり、ゲート電流を構成する主たるキャリアが電子の場合、相対的に負電位の端子がソースとなり、ゲート電流を構成する主たるキャリアが正孔の場合、相対的に正電位の端子がソースとなる。図4に示すDGTrはアモルファスSiTFTを用いており、主たるキャリアは電子であり、nch型トランジスタとなる。
[Equivalent circuit of double-gate thin film transistor (DGTr)]
The light receiving
[トップ読込DGTrの構造]
図6に、トップ読込型読取部のトップ読込DGTrの構造を説明する。チャンネルを構成するa−Si半導体層403を挟んで基板側に選択ボトムゲート電極401と対向してセンストップゲート電極408を有する。a−Si半導体層403とブロッキングレイヤー絶縁膜404の界面領域は、受光素子が光検出状態においてセンストップゲート電極408が加える負電界が形成する感光部となる。a−Si半導体層403の選択ボトムゲート絶縁膜402の界面領域は、受光素子がデータ読出し状態において時選択ボトムゲート電極401から加える正電界が形成するチャンネル部となる。
[Structure of top read DGTr]
FIG. 6 illustrates the structure of the top reading DGTr of the top reading type reading unit. A sense
406はソースまたはドレイン電極であり、オーミックコンタクト層405を介しa−Si半導体層403に接続している。読出し状態において形成されるチャンネル部は、ソースとドレイン電極を電気的に接続する。
A source or
センストップゲート電極408及び、透明薄型基板303、選択ボトムゲート絶縁膜402、オーバーコート絶縁膜407、保護膜409、ブロッキングレイヤー絶縁膜404は透明であり、選択ボトムゲート電極401は不透明であり、光源部203から入射した光は被読取媒体204の反射光として感光部に入射する。
The sense
[ゲートドライバ動作]
図7に、DGTrを用いた、3行×3列のイメージセンサの回路図を示す。510はデータドライバ、520は選択ボトムゲートドライバ、530はセンストップゲートドライバ、540はデータ線、541は選択ボトムゲート制御線、542はセンストップゲート制御線、543はソース線、544は蓄積容量を示す。
[Gate driver operation]
FIG. 7 shows a circuit diagram of a 3-row×3-column image sensor using a DGTr.
イメージセンサは以下に説明するように動作する。イメージセンサは、選択ボトムゲート制御線541とセンストップゲート制御線542を有し、同一方向に異なるタイミングで走査を行なう。選択ボトムゲート制御線541、センストップゲート制御線542とも1行当たりの占有時間は等しく、この値をゲート周期と呼ぶ。
The image sensor operates as described below. The image sensor has a selection bottom
選択ボトムゲート制御線541はDGTFTセンサ550の行列に対し第1行から第3行に向ってon状態(読出)を走査し、on後は逐次off(保持)に移行する。センストップゲート制御線542はDGTFTセンサ550の行列に対し第1行から第3行に向って光キャリア掃出(初期化状態)を走査し、掃出後は逐次光キャリア蓄積に移行する。
The selected bottom
図7はセンストップゲート制御線542の掃出走査から、2ゲート周期遅れて選択ボトムゲート制御線541のon(選択)走査が行われているアレイ全体の状態を示している。この場合3行アレイセンサの走査は、合計5ゲート周期で終了する。この合計ゲート周期を走査時間と呼ぶ。この時1行目の受光素子505はon走査終了、即ち読出終了の時点で、合計2ゲート周期の蓄積状態を遷移しており、この合計周期を蓄積時間と呼ぶ。即ち、走査行nのセンサアレイの蓄積時間と走査時間は、トップセンスゲート走査開始後、dゲート周期遅れで選択ボトムゲート走査を開始する場合、蓄積時間はdとなり、走査時間はn+dとなる。蓄積時間は露光時間に等しく、蓄積状態の間光キャリアは蓄積する。
FIG. 7 shows a state of the entire array in which the on (selection) scan of the selected bottom
[走査行状態遷移と検出原理]
図8〜10に、図7に示す3行×3列のイメージセンサの第1〜3行の走査行状態遷移の詳細をまとめた表それぞれ示す。また、図11〜15に、各ゲート周期における各制御線の電位変化を示すタイミングチャートを示す。センサアレイの各走査行は、ゲート周期が1から5に向かって状態を遷移する。図7に示す状態は、ゲート周期3に相当する。各行は、掃出状態、蓄積状態を経過してから読出状態(選択ボトムゲート制御線が+15V:on)となる。読出状態には更に細分化した状態があり、ディスチャージ、プリチャージ状態を経過することで蓄積容量の電位を統一し、その後自然放電状態を経て、各画素の蓄積光キャリアに応じたデータ電位を取得する。
[Scan row state transition and detection principle]
8 to 10 are tables respectively showing details of the scanning row state transitions of the first to third rows of the 3×3 image sensor shown in FIG. 7. Further, FIGS. 11 to 15 are timing charts showing changes in potential of each control line in each gate cycle. Each scan row of the sensor array transits from gate state to gate state from 1 to 5. The state shown in FIG. 7 corresponds to the
次にトランジスタの動作概念図を用い状態遷移と検出原理を説明する。 Next, the state transition and the detection principle will be described using a conceptual diagram of transistor operation.
図16に、トランジスタ動作概念図における各部名称を示す。選択ゲート制御線電位は、ソース・ドレイン間の電流経路であるチャンネル418の生成に寄与し、15Vでon、0Vでoffに制御する。センスゲート制御線電位は、−15Vで空乏層414を生成すると同時に、正孔蓄積領域420に正孔415を蓄積し、+15Vで蓄積した正孔415を掃出す。
FIG. 16 shows each part name in the transistor operation conceptual diagram. The select gate control line potential contributes to the generation of the
走査は掃出状態から開始する。 The scan starts from the sweep state.
図17に、掃出状態のトランジスタ動作概念図を示す。掃出状態における各制御線の電位は、図11または図15に示すように変化する。掃出状態ではセンストップゲート電極408に+15V:掃出、選択ボトムゲート電極401に0V:offを加える。この時、センストップゲート電極408に印加した+15Vが生じる正電界は、事前の履歴に従い正孔蓄積領域412に残存する正孔415を掃出す。このとき、図17に示すように、データ線540には任意の電位が生じている。掃出後は蓄積状態に遷移する。
FIG. 17 shows a conceptual diagram of transistor operation in the sweep state. The potential of each control line in the sweep state changes as shown in FIG. 11 or 15. In the sweep state, +15V: sweep is applied to the sense
図18に、蓄積状態における暗部トランジスタ動作概念図を示し、図19に、蓄積状態における明部トランジスタ動作概念図を示す。蓄積状態における各制御線の電位は、図12〜14に示すように変化する。蓄積状態ではセンストップゲート電極408に−15V:蓄積、選択ボトムゲート電極401に0V:offを加える。この時、センストップゲート電極408に印加した−15Vが生じる負電界は、a−Si半導体層403に存在する電子を排他し空乏層正孔414を生じる。
FIG. 18 shows a conceptual diagram of dark transistor operation in the accumulated state, and FIG. 19 shows a conceptual diagram of bright transistor operation in the accumulated state. The potential of each control line in the storage state changes as shown in FIGS. In the storage state, −15 V: storage is applied to the sense
図18に示すように、受光部417に光が入射しない暗部画素においては空乏層414がチャンネル領域416に到達する。一方、図19に示すように、受光部417に光421が入射する明部画素においては、光照射によりa−Si半導体層403に正孔・電子対が発生し、正電荷をもつ正孔415はセンストップゲート電極408の−15Vの負電界により正孔蓄積領域420に蓄積する。蓄積した正孔415の正電荷により、センストップゲート電極408の−15Vが生じる負電界は抑制され、暗部画素に比較し、空乏層414は縮小する。即ち、空乏層414の縮小の程度は光照射量に依存した蓄積正孔量が決定する。このとき、図18、19に示すように、データ線540には任意の電位が生じている。蓄積状態の後、読出状態に移行する。
As shown in FIG. 18, the
読出状態は、ディスチャージ、プリチャージ、自然放電、電位取得の状態に細分化される。 The read state is subdivided into discharge, precharge, spontaneous discharge, and potential acquisition states.
ディスチャージ状態、プリチャージ状態では、センストップゲート電極408に−15V:蓄積、選択ボトムゲート電極413に0V:offを加える。ディスチャージ状態では、全データ端子に共通の電圧源を接続し、全データラインの電位を0Vに統一する。引き続きプリチャージ状態では、全データ端子に共通の電圧源を接続し、全データラインの電位を5Vに統一する。プリチャージ後、データ端子419をハイインピーダンス(Hi−Z)とする。蓄積容量544に蓄えた電荷により、ソース線543とデータ線540間には5Vの電位差が残る。プリチャージに続き読出状態は自然放電状態、電位取得状態に遷移する。
In the discharged state and the precharged state, −15V: accumulation is applied to the sense
図20に、自然放電状態、電位取得状態における暗部画素のトランジスタ動作概念図を示し、図21に、自然放電状態、電位取得状態における明部画素のトランジスタ動作概念図を示す。自然放電状態、電位取得状態では、センストップゲート電極408に−15V:蓄積、選択ボトムゲート電極413に+15V:onを加える。選択ボトムゲート電極413の+15Vは、チャンネル形成部418にソース・ドレイン406間の電流経路となるチャンネルを生成する。
FIG. 20 is a conceptual diagram of transistor operation of the dark pixel in the natural discharge state and potential acquisition state, and FIG. 21 is a conceptual diagram of transistor operation of the bright pixel in the natural discharge state and potential acquisition state. In the spontaneous discharge state and the potential acquisition state, −15 V: accumulation is applied to the sense
図20に示すように、受光部417に光が入射しない暗部画素においては正孔蓄積が生じず、空乏層414はチャンネル領域416に到達し、選択ボトムゲート413が形成するチャンネルを遮断する。この為、自然放電状態の暗部画素では放電が生じず、蓄積容量544にプリチャージした5Vは電位取得状態まで維持される。一方、図21に示す様に、受光部417に光421が入射する明部画素において、積算露光量に従った正孔415が蓄積されており、空乏層414は積算光照射量に応じて縮小している。選択ボトムゲート413に加える+15V:onが生成するチャンネルに流れる電流量は、空乏層414の大きさに依存して変化する。積算露光量が大きく空乏層414がより縮小した画素は、より大きな電流駆動能力を持つ。この為、自然放電状態の明部画素では、積算露光量に応じた放電が生じ、蓄積容量544にプリチャージした5Vはソース線543の電位0Vに向かって減少する。
As shown in FIG. 20, hole accumulation does not occur in the dark pixel where light does not enter the
自然放電に続く電位取得状態では、データ端子419がドライバー510内のアナログ・デジタ変換機に接続し、放電過程でのデータ線540の電圧を取得する。この為、積算露光量が多く、より大きな電流駆動能力を持つ画素では、より速い放電が生じ、より低い電位が取得される。
In the potential acquisition state following the natural discharge, the
図22に、データ読出に自然放電を用いる従来の3列データ×3行走査での画素回路と駆動方法の概要を示す。また、図23に、従来のデータ読出し時のデータ線動作の概要を示し、図24に、従来の駆動方法におけるデータ読出し時のデータ線の電圧変化と、データ取得タイミングを示す。 FIG. 22 shows an outline of a pixel circuit and a driving method in the conventional 3 column data×3 row scanning using natural discharge for data reading. Further, FIG. 23 shows an outline of the data line operation at the time of reading the conventional data, and FIG. 24 shows the voltage change of the data line at the time of reading the data and the data acquisition timing in the conventional driving method.
掃出状態、蓄積状態は、センストップゲートドライバ630がセンストップゲート制御線642を介して制御し、読出状態のon、offは、選択ボトムゲートドライバ620が選択ボトムゲート制御線641を介して制御する。ディスチャージ状態、プリチャージ状態は、データドライバ610のスイッチ611をオンし、スイッチ612を切り替えて制御する。選択ボトムゲート制御線641に+15Vが印加されて読出状態がonになると同時にスイッチ611はオフして、自然放電状態、電位取得状態に順に遷移する。測定電位は、蓄積容量644の両端の電圧、すなわちソース・ドレイン間の電位差として検出される。
The sweep state and the storage state are controlled by the sense
[電子走査型透明画像読取装置の種類]
電子走査型透明画像読取装置としては、多結晶Si薄膜トランジスタ(polySiTFT)技術を用いCMOSイメージセンサ型の画素回路を電子走査する装置や、アモルファスSi薄膜トランジスタ(a−SiTFT)を用いたダブルゲート方式薄膜トランジスタ(DGTr)を電子走査する装置がある。a−SiTFTは大型TV用として量産されており、より大面積の接触型2次元画像読取装置の実現に有利である。また、DGTr型はpolySiTFT型に比べ画素回路単純であり開口率が高く、高感度化や微細化に有利である。
[Types of electronic scanning transparent image reading device]
Examples of the electronic scanning transparent image reading device include a device that electronically scans a CMOS image sensor type pixel circuit using a polycrystalline Si thin film transistor (polySiTFT) technology, and a double gate thin film transistor (a-SiTFT) using an amorphous Si thin film transistor (a-SiTFT) There is a device for electronically scanning a DGTr). The a-Si TFT is mass-produced for a large-sized TV and is advantageous for realizing a contact type two-dimensional image reading device having a larger area. Further, the DGTr type has a simpler pixel circuit and has a higher aperture ratio than the polySiTFT type, and is advantageous for high sensitivity and miniaturization.
これまで説明してきた従来の電子走査型画像読取装置では、大面積化により、走査線数増加と共に配線抵抗増加と寄生容量増加による時定数増加により走査時間が増加する。しかしながら画像読取装置の利用者にとっては、より短い走査時間が好ましい。走査時間を抑制する為には、走査ゲート周期の短縮が必要となる。図13に示すように、自然放電によりデータ線電位を取得する従来のDGTr型駆動では、ゲート周期の長さは主に自然放電期間に依存する。自然放電の速度は、トランジスタの電流駆動能力に依存する。図21に示す様に、従来の駆動方法において、トランジスタの駆動能力はデータ線540とソース線543の電位差に依存する。自然放電においてこの電位差は図24に示す様にデータ取得まで漸次縮小し、即ち放電速度の低下を伴い、ゲート周期短縮には好ましくない。
In the conventional electronic scanning image reading apparatus described so far, the scanning time increases due to the increase in the number of scanning lines due to the increase in the area and the increase in the time constant due to the increase in the wiring resistance and the parasitic capacitance. However, shorter scanning times are preferred for users of image reading devices. In order to suppress the scanning time, it is necessary to shorten the scanning gate cycle. As shown in FIG. 13, in the conventional DGTr type drive in which the data line potential is obtained by natural discharge, the length of the gate cycle mainly depends on the natural discharge period. The speed of spontaneous discharge depends on the current driving capability of the transistor. As shown in FIG. 21, in the conventional driving method, the driving capability of the transistor depends on the potential difference between the
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、タブルゲートTFTを用いたイメージセンサシステムにおいて、自然放電を用いた従来の方法に比較しより高速のデータ取得を実現する画像読取装置およびその読出駆動回路を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to obtain data at a higher speed in an image sensor system using a tabletable gate TFT as compared with a conventional method using natural discharge. An object of the present invention is to provide an image reading device that realizes the above and a reading drive circuit thereof.
上記の課題を解決するために、本発明は、ダブルゲートTFTを撮像素子とする画像読取装置の撮像データ値を読み出す読取駆動回路であって、前記ダブルゲートTFTのドレイン端子にデータ線を介して接続された電圧測定手段であって、前記ダブルゲートTFTの露光量に応じた駆動能力に依存して変化する前記データ線上の過渡電圧又は飽和電圧の測定値を出力する、前記電圧測定手段と、前記データ線に前記電圧測定手段と並列に接続された定電流源であって、前記ダブルゲートTFTのドレイン端子に対し前記データ線を介して所定の押込電流を印加する、前記定電流源と、を備えたことを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is a read drive circuit for reading an imaged data value of an image reading device having a double gate TFT as an image pickup element, wherein a drain terminal of the double gate TFT is connected via a data line. Connected voltage measuring means, which outputs a measured value of a transient voltage or a saturation voltage on the data line that changes depending on the driving ability according to the exposure amount of the double gate TFT, A constant current source connected to the data line in parallel with the voltage measuring means, wherein the constant current source applies a predetermined inrush current to the drain terminal of the double gate TFT via the data line, It is characterized by having.
請求項2に記載の発明は、ダブルゲートTFTを撮像素子とする2次元の画像読取装置であって、前記ダブルゲートTFTを複数2次元に配列したTFTアレイと、前記ダブルゲートTFTのドレイン端子にデータ線を介して接続された電圧測定手段であって、前記ダブルゲートTFTの露光量に応じた駆動能力に依存して変化する前記データ線上の過渡電圧又は飽和電圧の測定値を出力する、前記電圧測定手段、および前記データ線に前記電圧測定手段と並列に接続された定電流源であって、前記ダブルゲートTFTのドレイン端子に対し前記データ線を介して所定の押込電流を印加する、前記定電流源を備えた読出駆動回路と、前記TFTアレイの各ダブルゲートTFTのボトムゲート端子に選択ボトムゲート制御線を介して接続された選択ボトムゲート駆動回路と、前記TFTアレイの各ダブルゲートTFTのトップゲート端子にセンストップゲート制御線を介して接続されたセンストップゲート駆動回路と、を備えたことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a two-dimensional image reading apparatus having a double gate TFT as an image pickup device, wherein a plurality of the double gate TFTs are two-dimensionally arranged in a TFT array and a drain terminal of the double gate TFT. A voltage measuring means connected via a data line, which outputs a measured value of a transient voltage or a saturation voltage on the data line, which changes depending on a driving ability according to an exposure amount of the double gate TFT. A constant current source connected to the voltage measuring means and the data line in parallel with the voltage measuring means, wherein a predetermined inrush current is applied to the drain terminal of the double gate TFT via the data line, A read drive circuit having a constant current source, a select bottom gate drive circuit connected to a bottom gate terminal of each double gate TFT of the TFT array via a select bottom gate control line, and each double gate TFT of the TFT array And a sense top gate drive circuit connected to the top gate terminal via a sense top gate control line.
請求項3に記載の発明は、ダブルゲートTFTを撮像素子とする2次元の画像読取装置であって、ボトムゲート端子とソース・ドレイン電極の一方が短絡されたダイオード接続構造をもつ前記ダブルゲートTFTを複数2次元に配列したTFTアレイと、前記TFTアレイのダイオード接続した各ダブルゲートTFTのカソード端子にデータ線を介して接続された電圧測定手段であって、前記ダブルゲートTFTの露光量に応じた駆動能力に依存して変化する前記データ線上の過渡電圧又は飽和電圧の測定値を出力する、前記電圧測定手段、および前記データ線に前記電圧測定手段と並列に接続された定電流源であって、前記ダブルゲートTFTのカソード端子に対し前記データ線を介して所定の引込電流を引き込む、前記定電流源を備えた読出駆動回路と、前記TFTアレイの各ダブルゲートTFTのアノード端子およびボトムゲート端子に選択ボトムゲート制御線を介して接続された選択ボトムゲート駆動回路と、前記TFTアレイの各ダブルゲートTFTのトップゲート端子にセンストップゲート制御線を介して接続されたセンストップゲート駆動回路と、を備えたことを特徴とする。
The invention according to
請求項4に記載の発明は、請求項2又は3に記載の2次元接触型画像読取装置において、前記定電流源はTFT回路によって形成されたことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the two-dimensional contact image reading apparatus according to the second or third aspect, the constant current source is formed by a TFT circuit.
本発明は、DGTrを用いた2次元接触型等のイメージセンサシステムにおいて、大型化や走査線本数の増加に伴う走査時間の増加を抑制する効果を奏する。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention has the effect of suppressing an increase in scanning time due to an increase in size and an increase in the number of scanning lines in a two-dimensional contact type image sensor system using a DGTr.
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
<第1実施形態>
図25に、本発明の第1実施形態に係る3列データ×3行走査での画素回路と高速読出し駆動方法の概要について示し、図26に、本発明の第1実施形態に係るデータ読出し時のデータ線動作の概要について示す。また、図27に、DGTFTセンサのVds−Id特性を示し、図28に、本発明の第1実施形態に係る駆動方法におけるデータ読出し時のデータ線の電圧変化と、データ読出しタイミングを示す。
<First Embodiment>
FIG. 25 shows an outline of a pixel circuit in 3 column data×3 row scanning and a high-speed read driving method according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 26 shows a data read operation according to the first embodiment of the present invention. An outline of the data line operation of is shown. Further, FIG. 27 shows the Vds-Id characteristics of the DGTFT sensor, and FIG. 28 shows the voltage change of the data line at the time of data reading and the data reading timing in the driving method according to the first embodiment of the present invention.
図25に示す画素回路中の各DGTFTセンサ750、選択ボトムゲートドライバ720、センストップゲートドライバ730は従来の構造および駆動方法と同じである。すなわち、各DGTFTセンサ750のドレイン端子にはデータ線740を介してデータドライバ710が接続され、ソース端子にはソース線743を介してグラウンドに接続されている。また、各DGTFTセンサ750の選択ボトムゲート端子には選択ボトムゲート制御線741を介して選択ボトムゲートドライバ720が接続され、センストップゲートにはセンストップゲート制御線742を介してセンストップゲートドライバ730が接続されている。選択ボトムゲートドライバ720は、オン時が+15V、オフ時が0Vであり、センストップゲートドライバ730は、掃出時が+15V、蓄積時が−15Vである。
Each
一方、データドライバ710の構成は従来と異なる。データドライバ710内には、データ線740の電圧を測定するADコンバータ712と並列にデータ線740に押込定電流源713を接続しており、押込定電流源713の定電流押込電圧上限は15Vとする。これにより図26に示す様に、測定電位は従来同様、蓄積容量744の両端の電圧、すなわちソース・ドレイン間の電位差として検出される。
On the other hand, the configuration of the
選択ボトムゲート制御線741に+15Vを加えてONする直前に、スイッチ711をオンしてディスチャージすることでデータ線740の電位を0Vにそろえた後、スイッチ711をオフし、次にスイッチ714をオンし、データ線740側に定電流源713を接続し、電流を押し込む。この時、ソース線743に対するデータ線740の電圧Vdsは、図27に示す露光量に応じたトランジスタの駆動能力特性に従い押込電流値に対応する電圧となる。すなわち図28に示す様に、データライン電位は露光量に応じたトランジスタの駆動能力特性と押込電流値とによって決まる値に向かって速やかに飽和する。このとき電圧変化の速度は押込電流に比例する。ADコンバータ712は、選択ボトムゲートがオンしてDGTFTセンサ750を介して電流押込みが開始されてから所定の時間経過後のデータ線740の過渡電圧又は飽和電圧を、DGTFTセンサ750の撮像データ値として測定する。
Immediately before applying +15V to the selected bottom gate control line 741 to turn it on, the
本実施例において、データドライバLSI内に設けられた定電流源713は、TFT回路によってDGTFTと一括して形成してもよい。
In the present embodiment, the constant
[第1実施形態の効果]
本実施形態によれば、以下のような効果を奏する。
[Effects of First Embodiment]
According to this embodiment, the following effects are achieved.
従来の自然放電では、データ線740の電圧は、放電電流が蓄積容量の電位に応じて低下していくため、蓄積容量の電位に応じて放電速度を低下させながら0Vに向かって穏やかに漸近していく。一方本実施形態では、定電流源713を用いて所定の押込電流を印加することによって、図27に示すように所定の押込電流量における露光量に応じたトランジスタ駆動能力に従うソース・ドレイン間電圧Vsdまで速やかに飽和させることができる。そのため、DG−TFTセンサを用いた2次元の電子走査型画像読取装置において、従来駆動方法に比較し、高速なデータ取得が実現し、センサーパネルサイズの大型化による走査時間の増大を抑制する事ができる。
In the conventional natural discharge, the voltage of the
本実施例において、データドライバLSI内に設けられた定電流源は、TFT回路によってDGTFTと一括して形成してもよい。 In this embodiment, the constant current source provided in the data driver LSI may be formed together with the DGTFT by a TFT circuit.
<第2実施形態>
図29に、本発明の第2実施形態に係る3列データ×3行走査での画素回路と高速読出し駆動方法の概要について示し、図30に、本発明の第2実施形態に係るデータ読出し時のデータ線動作の概要について示す。また、図31に、ダイオード接続したDGTFTセンサのV−I特性を示し、図32に、本発明の第2実施形態に係る駆動方法におけるデータ読出し時のデータ線の電圧変化と、データ読出しタイミングを示す。
<Second Embodiment>
FIG. 29 shows an outline of a pixel circuit in 3 column data×3 row scanning and a high-speed read driving method according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 30 shows a data read operation according to the second embodiment of the present invention. An outline of the data line operation of is shown. Further, FIG. 31 shows the VI characteristics of the diode-connected DGTFT sensor, and FIG. 32 shows the voltage change of the data line at the time of data read and the data read timing in the driving method according to the second embodiment of the present invention. Show.
実施形態2は、実施形態1に対してデータドライバ810、DGTFTセンサ850の構成と、選択ボトムゲートドライバ820のオン・オフ時の設定電圧がことなる。図29、30に示す様に、本実施形態の駆動方法では、各DGTFT850は選択ボトムゲート電極と、ソース・ドレイン電極の一方が短絡されたダイオード接続構造もっている。実施形態2では、データドライバ810内の引き込み定電流源813によりデータ読み出しを行う為、DGTFT850ソース・ドレイン端子のデータ線に接続した電極は相対的に負電位となり、即ちソース端子となる。一方のドレイン端子は選択ボトムゲート電極と短絡されたダイオード接続となっている為、ソース端子をカソード端子、ドレイン端子はアノード端子と呼び変えても良い。この為、本実施形態では独立したソース線は存在しない。また、選択ボトムゲート制御線841とデータ線840との間に蓄積容量843が接続されている。
The second embodiment differs from the first embodiment in the configuration of the
データドライバ810内には、ADコンバータ812と並列にデータ線840に引込定電流源813を接続しており、引込定電流源813の定電流引込電圧下限は−15Vとする。選択ボトムゲートドライバ820は、オン時が0V、オフ時が−15Vであり、センストップゲートドライバ830は、掃出時が+15V、蓄積時が−15Vである。
In the
選択ボトムゲート制御線841に0Vを加えてONする直前に、スイッチ811をオンしてプリチャージすることでデータ線840の電位を0Vにそろえた後、スイッチ811をオフし、次にスイッチ814をオンし、データ線840側に定電流源813を接続し、電流を引き込む。この時、選択ボトムゲート制御線841を介して0Vが加えられたDGTFT850のアノードに対するデータ線840の電圧Vは、図31に示す露光量に応じたトランジスタダイオード接続の駆動能力特性に従い、図32に示す様に速やかに飽和に向かう。ADコンバータ812は、選択ボトムゲートがオンしてDGTFTセンサ850を介して電流引き込みが開始されてから所定の時間経過後のデータ線840の過渡電圧又は飽和電圧を、DGTFTセンサ850の撮像データ値として測定する。
Immediately before applying 0V to the selected bottom
尚、本実施例において、データドライバLSI内に設けられた定電流源813は、TFT回路によってDGTFTと一括して形成してもよい。
Incidentally, in this embodiment, the constant
[第2実施形態の効果]
本実施形態によれば、以下のような効果を奏する。
[Effects of Second Embodiment]
According to this embodiment, the following effects are achieved.
飽和に至る速度は各データ線840に接続する寄生容量と配線抵抗に起因する時定数と定電流源813による引込電流の大きさに従う。大型化や走査線本数の増加に伴う走査時間の増加の際にも引込電流を大きくし、飽和に至る時間を縮小することで読出し時間の増大を抑制する事ができる。
The speed of saturation depends on the time constant due to the parasitic capacitance connected to each
DG−TFTセンサを用いた2次元の電子走査型画像読取装置において、従来駆動方法に比較し、高速なデータ読出しが実現すると共に、センサーパネルサイズの大型化による走査時間の増大を抑制する事ができる。さらに、各DGTFTセンサがダイオード接続を取ることで、従来回路におけるソース線が不要となる為、開口率やセンサ面積の拡大が可能になる上、製造歩留まりが向上する。 In a two-dimensional electronic scanning type image reading device using a DG-TFT sensor, higher-speed data reading can be realized as compared with the conventional driving method, and an increase in scanning time due to an increase in sensor panel size can be suppressed. it can. Further, since each DGTFT sensor has a diode connection, the source line in the conventional circuit is not required, so that the aperture ratio and the sensor area can be increased, and the manufacturing yield is improved.
以上、本発明の実施形態を詳述してきたが、実際には、上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の変更があっても本発明に含まれる。 Although the embodiments of the present invention have been described above in detail, the present invention is not limited to the above-described embodiments in practice, and modifications within the scope of the present invention are included in the present invention.
101 画像読取装置
201 制御部
202 画像読取部
203 光源部
204 被読取媒体
205 TFTによるエリア切り替え回路
206 TFTエリア切り替え制御線
207 センサアレイエリア
209 表示部
211 スマートフォン又はタブレットPCなどの携帯端末
212 スマートフォン又はタブレットPCのケース
213 TFTによるディスチャージ、プリチャージ、未接続3状態切り替え回路
214 TFT状態切り替え回路制御線
214−1 データライン間接続・非接続(ハイインピーダンス:Hi−z)制御線
214−2 ディスチャージ制御線
214−3 プリチャージ制御線
301 透明保護層
302 受光素子
302a 受光素子 読出し/検出状態
302b 受光素子 非読出し/検出状態
302c 受光素子 非読出し/初期化状態
303 透明薄型基板
304 光源出射光
305 媒体反射光
401 ボトムゲート電極
402 ボトムゲート絶縁膜
403 半導体層
404 ブロッキングレイヤー絶縁膜
405 オーミックコンタクト層
406、411,412 ソース又はドレイン電極
407 オーバーコート絶縁膜
408 トップゲート電極
409 保護膜
410 トップゲート端子
413 ボトムゲート端子
414 空乏層
415 正孔
416 電子
417 受光部
418 チャンネル領域
419 データ端子(ドライバ入出力端子)
420 正孔蓄積領域
421 画素入射光
510、610、710、810 データドライバ
520、620、720、820 選択ボトムゲートドライバ
530、630、730、830 センストップゲートドライバ
540、640、740、840 データ線
541、641、741、841 選択ボトムゲート制御線
542、642、742、842 センストップゲート制御線
543、643、743、843 ソース線
544、644、744、844 蓄積容量
550、650、750、850 DGTFTセンサ
611、612、711、811、714、814 スイッチ
613、712、812 ADコンバータ
713、813 定電流源
101
420
Claims (4)
前記ダブルゲートTFTのドレイン端子にデータ線を介して接続された電圧測定手段であって、前記ダブルゲートTFTの露光量に応じた駆動能力に依存して変化する前記データ線上の過渡電圧又は飽和電圧の測定値を出力する、前記電圧測定手段と、
前記データ線に前記電圧測定手段と並列に接続された定電流源であって、前記ダブルゲートTFTのドレイン端子に対し前記データ線を介して所定の押込電流を印加する、前記定電流源と、
を備えたことを特徴とする読出駆動回路。 A reading drive circuit for reading an imaged data value of an image reading device using a double gate TFT as an image pickup element,
A voltage measuring unit connected to a drain terminal of the double gate TFT via a data line, the transient voltage or the saturation voltage on the data line changing depending on the driving ability according to the exposure amount of the double gate TFT. Outputting the measured value of the voltage measuring means,
A constant current source connected to the data line in parallel with the voltage measuring means, for applying a predetermined inrush current to the drain terminal of the double gate TFT via the data line,
A read drive circuit comprising:
前記ダブルゲートTFTを複数2次元に配列したTFTアレイと、
前記ダブルゲートTFTのドレイン端子にデータ線を介して接続された電圧測定手段であって、前記ダブルゲートTFTの露光量に応じた駆動能力に依存して変化する前記データ線上の過渡電圧又は飽和電圧の測定値を出力する、前記電圧測定手段、および前記データ線に前記電圧測定手段と並列に接続された定電流源であって、前記ダブルゲートTFTのドレイン端子に対し前記データ線を介して所定の押込電流を印加する、前記定電流源を備えた読出駆動回路と、
前記TFTアレイの各ダブルゲートTFTのボトムゲート端子に選択ボトムゲート制御線を介して接続された選択ボトムゲート駆動回路と、
前記TFTアレイの各ダブルゲートTFTのトップゲート端子にセンストップゲート制御線を介して接続されたセンストップゲート駆動回路と、
を備えたことを特徴とする画像読取装置。 A two-dimensional image reading device using a double gate TFT as an image pickup element,
A TFT array in which a plurality of the double gate TFTs are two-dimensionally arranged,
A voltage measuring unit connected to a drain terminal of the double gate TFT via a data line, the transient voltage or the saturation voltage on the data line changing depending on the driving ability according to the exposure amount of the double gate TFT. A constant current source for outputting the measured value of the voltage measuring means and a constant current source connected in parallel to the voltage measuring means on the data line, the drain terminal of the double gate TFT being predetermined through the data line. And a read drive circuit including the constant current source, for applying the inrush current of
A select bottom gate drive circuit connected to a bottom gate terminal of each double gate TFT of the TFT array via a select bottom gate control line;
A sense top gate drive circuit connected to the top gate terminal of each double gate TFT of the TFT array via a sense top gate control line;
An image reading apparatus comprising:
ボトムゲート端子とソース・ドレイン電極の一方が短絡されたダイオード接続構造もつ前記ダブルゲートTFTを複数2次元に配列したTFTアレイと、
前記TFTアレイのダイオード接続した各ダブルゲートTFTのカソード端子にデータ線を介して接続された電圧測定手段であって、前記ダブルゲートTFTの露光量に応じた駆動能力に依存して変化する前記データ線上の過渡電圧又は飽和電圧の測定値を出力する、前記電圧測定手段、および前記データ線に前記電圧測定手段と並列に接続された定電流源であって、前記ダブルゲートTFTのカソード端子に対し前記データ線を介して所定の引込電流を引き込む、前記定電流源を備えた読出駆動回路と、
前記TFTアレイの各ダブルゲートTFTのアノード端子およびボトムゲート端子に選択ボトムゲート制御線を介して接続された選択ボトムゲート駆動回路と、
前記TFTアレイの各ダブルゲートTFTのトップゲート端子にセンストップゲート制御線を介して接続されたセンストップゲート駆動回路と、
を備えたことを特徴とする画像読取装置。 A two-dimensional image reading device using a double gate TFT as an image pickup element,
A TFT array in which a plurality of the double gate TFTs having a diode connection structure in which one of a bottom gate terminal and one of a source/drain electrode is short-circuited are arranged two-dimensionally
Voltage measuring means connected to the cathode terminal of each diode-connected double-gate TFT of the TFT array via a data line, wherein the data changes depending on the driving capacity according to the exposure amount of the double-gate TFT. A constant current source for outputting a measured value of a transient voltage or a saturation voltage on a line, the constant voltage source being connected to the data line in parallel with the voltage measuring unit, the cathode terminal of the double-gate TFT. A read driving circuit including the constant current source, which draws a predetermined drawing current through the data line;
A selection bottom gate drive circuit connected to the anode terminal and bottom gate terminal of each double gate TFT of the TFT array via a selection bottom gate control line;
A sense top gate drive circuit connected to the top gate terminal of each double gate TFT of the TFT array via a sense top gate control line;
An image reading apparatus comprising:
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