(57)【要約】【課題】光学的に圧力を検出できる圧力センサ及び圧力センサの圧力測定方法を提供する。【解決手段】光学的圧力センサ１が、透明基板１３と、透明基板１３に対向して設けられ、透明基板１３と対向した面に低反射領域８１と高反射領域を備えた受圧板８０と、透明基板１３と受圧板８０の間に設けられ、受圧板８０に力が作用されると透明基板１３と受圧板８０との距離を変化させる弾性支持部６１〜６４と、透明基板１３上の、受圧板８０の低反射領域８１と高反射領域の対向する位置にそれぞれ設けられた複数の受光素子２０と、を備える。【選択図】図１
2010197068.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板に対向して設けられ、前記基板と対向した面に低反射領域と高反射領域とを備えた受圧板と、
前記基板と前記受圧板の間に設けられ、前記受圧板に力が作用されると前記基板と前記受圧板との距離を変化させる支持部と、
前記基板上の、前記受圧板の前記低反射領域と前記高反射領域の対向する位置にそれぞれ設けられた複数の受光素子と、を備えることを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】
前記受圧板は高反射部材からなり、前記低反射領域は低反射部材からなることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項３】
前記受圧板は低反射部材からなり、前記高反射領域は高反射部材からなることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項４】
前記基板の前記複数の受光素子が形成されていない面側に設けられ、前記複数の受光素子に向けて光を発する光源を更に備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の圧力センサ。
【請求項５】
前記基板は透光性の部材からなり、
前記各受光素子が、
前記基板上に形成された遮光性の第一電極と、
前記第一電極上に形成された透明な第一絶縁膜と、
前記第一電極に対向した状態で前記第一絶縁膜上に形成された半導体膜と、
前記半導体膜に接し、互いに離れた２つの不純物半導体膜と、
前記２つの不純物半導体膜のうち一方の上に形成された第二電極と、
前記２つの不純物半導体膜のうち他方の上に形成された第三電極と、
前記半導体膜、前記不純物半導体膜、前記第二電極及び前記第三電極を被覆した透明な第二絶縁膜と、
前記半導体膜に対向した状態で前記第二絶縁膜の上に形成された第四電極と、を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の圧力センサ。
【請求項６】
基板と、前記基板に対向して設けられ、前記基板に対向した面にそれぞれ低反射領域及び高反射領域を備えた受圧板と、前記基板と前記受圧板の間に設けられ、前記受圧板に力が作用されると前記基板と前記受圧板との距離を変化させる支持部と、前記基板上の、前記受圧板の前記低反射領域と前記高反射領域の対向する位置にそれぞれ設けられた複数の受光素子を備える圧力センサの前記受圧板に力を作用させ、前記基板と前記受圧板との距離の変化にしたがった、前記低反射領域に対向する前記受光素子の受光量及び前記高反射領域に対向する前記受光素子の受光量に基づいて、圧力を測定することを特徴とする圧力センサの圧力測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力センサ及び圧力センサの圧力測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ロボット工学、メカトロシステムの発展に伴って、多くのセンサーシステムが開発されている。特に、人間の皮膚感覚に相当する触覚センサは重要な技術と考えられる。触覚センサは、感圧素子等の圧力センサをマトリクス状に配置したものである。このような触覚センサでは、何れかの圧力センサに圧力が作用すると、圧力が作用する位置とその圧力の大きさが検出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１−２９１２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、光学的に圧力を検出することが望まれている。
そこで、本発明は、光学的に圧力を検出できる圧力センサ及び圧力センサの圧力測定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以上の課題を解決するために、本発明によれば、圧力センサが、基板と、前記基板に対向して設けられ、前記基板と対向した面に低反射領域と高反射領域とを備えた受圧板と、前記基板と前記受圧板の間に設けられ、前記受圧板に力が作用されると前記基板と前記受圧板との距離を変化させる支持部と、前記基板上の、前記受圧板の前記低反射領域と前記高反射領域の対向する位置にそれぞれ設けられた複数の受光素子と、を備えることとした。
【０００６】
好ましくは、前記受圧板は高反射部材からなり、前記低反射領域は低反射部材からなる。
好ましくは、前記受圧板は低反射部材からなり、前記高反射領域は高反射部材からなる。
好ましくは、前記基板の前記複数の受光素子が形成されていない面側に設けられ、前記複数の受光素子に向けて光を発する光源を更に備える。
好ましくは、前記基板は透光性の部材からなり、前記各受光素子が、前記基板上に形成された遮光性の第一電極と、前記第一電極上に形成された透明な第一絶縁膜と、前記第一電極に対向した状態で前記第一絶縁膜上に形成された半導体膜と、前記半導体膜に接し、互いに離れた２つの不純物半導体膜と、前記２つの不純物半導体膜のうち一方の上に形成された第二電極と、前記２つの不純物半導体膜のうち他方の上に形成された第三電極と、前記半導体膜、前記不純物半導体膜、前記第二電極及び前記第三電極を被覆した透明な第二絶縁膜と、前記半導体膜に対向した状態で前記第二絶縁膜の上に形成された第四電極と、を有する。
【０００７】
以上の課題を解決するために、本発明によれば、圧力センサの測定方法は、基板と、前記基板に対向して設けられ、前記基板に対向した面にそれぞれ低反射領域及び高反射領域を備えた受圧板と、前記基板と前記受圧板の間に設けられ、受圧板に力が作用されると前記基板と前記受圧板との距離を変化させる支持部と、前記基板上の、前記受圧板の前記低反射領域と前記高反射領域の対向する位置にそれぞれ設けられた複数の受光素子を備える圧力センサの前記受圧板に力を作用させ、前記基板と前記受圧板との距離の変化にしたがった、前記低反射領域に対向する前記受光素子の受光量及び前記高反射領域に対向する前記受光素子の受光量に基づいて、圧力を測定する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、複数の受光素子で取得された画像のボケ具合に基づいて、受圧板に作用した圧力を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態における光学的圧力センサの分解斜視図である。
【図２】同実施形態における光学的圧力センサの概略断面図である。
【図３】同実施形態における光学的圧力センサに備わる光センサの画素を示した平面図である。
【図４】IV−IV矢視断面図である。
【図５】同実施形態における光学的圧力センサに備わる受圧板の下面図である。
【図６】同実施形態における光学的圧力センサの概略断面図である。
【図７】同実施形態において、受圧板から光センサまでの距離と、その光センサで取得された画像との関係を示した図面である。
【図８】同実施形態において、光センサで取得された画像を示した図面である。
【図９】同実施形態において、コントラストと圧力の関係を示したグラフである。
【図１０】同実施形態における光学的圧力センサを用いた圧力測定装置の概略構成を示した図面である。
【図１１】同実施形態において、光センサを駆動するための信号の推移を示したタイミングチャートである。
【図１２】同実施形態において、圧力を定量化する算出フローを示したものである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明を実施するための好ましい形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
【００１１】
図１は光学的圧力センサ１の分解斜視図であり、図２は光学的圧力センサ１の断面図である。
図１に示すように、この光学的圧力センサ１は、光センサ１０、光源５０、支持部（以下、弾性支持部）６１〜６４及び受圧板８０を有する。
【００１２】
〔光源〕
光源５０は、光センサ１０の下面を照射するものである。具体的には、光源５０は面発光する面発光デバイスである。即ち、光源５０は複数の発光素子（例えば、ＬＥＤ）５１を有し、これら発光素子５１がマトリクス状に配列されている。なお、光源５０として、有機エレクトロルミネッセンス、無機エレクトロルミネッセンス素子といった面発光素子を用いても良い。また、発光素子及び導光板を有した面発光装置（例えば、液晶ディスプレイのバックライトとして用いられているもの）を光源５０に用いてもよい。
【００１３】
〔光センサ〕
図１〜図４を用いて光センサ１０について説明する。図３は、光センサ１０の１画素を示した平面図である。図４は、図３に示されたIV−IVに沿った面の矢視断面図である。
【００１４】
光センサ１０は、透明基板１３と、ボトムゲート絶縁膜２２と、トップゲート絶縁膜２９と、保護絶縁膜３２と、表面電極３３とを積層してなる。透明基板１３は、ガラス基板（例えば、石英ガラス製の基板）、プラスチック基板（例えば、ポリカーボネート又はＰＭＭＡ製の基板）その他の絶縁性基板である。ボトムゲート絶縁膜２２、トップゲート絶縁膜２９及び保護絶縁膜３２は、絶縁性及び光透過性を有し、例えば窒化シリコン膜、酸化シリコン膜である。表面電極３３は、導電性及び光透過性を有し、例えば酸化インジウム、酸化亜鉛若しくは酸化スズ又はこれらのうちの少なくとも一つを含む混合物（例えば、錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、亜鉛ドープ酸化インジウム）からなる。
【００１５】
この光センサ１０については、受光素子（光電変換素子）２０としてダブルゲートトランジスタが利用され、１画素につき１つの受光素子２０が設けられている。複数の受光素子２０，２０，…が透明基板１３上において二次元アレイ状に特にマトリクス状に配列されている。尚、上記に限らず、光センサ１０は、受圧板８０に設けられた低反射領域８１と高反射領域に対向する位置にそれぞれ設けられていれば良い。これら受光素子２０，２０，…が保護絶縁膜３２によってまとめて被覆されている。
【００１６】
また、この光センサ１０については、受光素子２０のアドレス指定をすべく、複数本のボトムゲートライン４１，４１，…、複数本のソースライン４２，４２，…、複数本のドレインライン４３，４３，…及び複数本のトップゲートライン４４，４４，…が形成されている。ボトムゲートライン４１，４１，…は、互いに平行となって横方向に延在するとともに、透明基板１３とボトムゲート絶縁膜２２との間に形成されている。ソースライン４２，４２，…及びドレインライン４３，４３，…は、互いに平行となって縦方向に延在するとともに、ボトムゲート絶縁膜２２とトップゲート絶縁膜２９との間に形成されている。ソースライン４２とドレインライン４３は交互に配列されている。トップゲートライン４４，４４，…は、互いに平行となって横方向に延在するとともに、トップゲート絶縁膜２９と保護絶縁膜３２との間に形成されている。なお、図２において、ボトムゲートライン４１は、トップゲートライン４４によって隠れている。
【００１７】
受光素子２０は、ボトムゲート電極２１、半導体膜２３、チャネル保護膜２４、不純物半導体膜２５、不純物半導体膜２６、ソース電極２７、ドレイン電極２８及びトップゲート電極３１等を有する。
【００１８】
ボトムゲート電極２１は透明基板１３とボトムゲート絶縁膜２２との間に形成されている。半導体膜２３、チャネル保護膜２４、不純物半導体膜２５、不純物半導体膜２６、ソース電極２７及びドレイン電極２８はボトムゲート絶縁膜２２とトップゲート絶縁膜２９との間に形成されている。トップゲート電極３１はトップゲート絶縁膜２９と保護絶縁膜３２との間に形成されている。
【００１９】
ボトムゲート電極２１は、受光素子２０ごとに透明基板１３上に形成されている。横方向に配列された同一の行の受光素子２０，２０，…のボトムゲート電極２１が共通のボトムゲートライン４１と一体となって形成されている。ボトムゲート電極２１及びボトムゲートライン４１は、導電性及び遮光性を有し、例えばクロム、クロム合金、アルミ若しくはアルミ合金又はこれらの合金からなる。
【００２０】
半導体膜２３は、ボトムゲート電極２１に対向した状態でボトムゲート絶縁膜２２の上に形成されている。半導体膜２３は、受光素子２０ごとに独立して形成されている。半導体膜２３は、アモルファスシリコンからなる。半導体膜２３は、チャネル層となるものである。
【００２１】
チャネル保護膜２４は、半導体膜２３の中央部上に形成されている。チャネル保護膜２４は、受光素子２０ごとに独立してパターニングされたものである。チャネル保護膜２４は、絶縁性及び光透過性を有し、例えば窒化シリコン又は酸化シリコンからなる。チャネル保護膜２４は、パターニングに用いられるエッチャントから半導体膜２３を保護するものである。半導体膜２３に光が入射すると、入射した光量に従った量の電子−正孔対がチャネル保護膜２４と半導体膜２３との界面付近を中心に発生する。
【００２２】
不純物半導体膜２５，２６は、受光素子２０ごとに独立してパターニングされている。不純物半導体膜２５は、半導体膜２３の一部に重なるように形成されている。不純物半導体膜２５の一部は、チャネル保護膜２４に重なっている。不純物半導体膜２６は、半導体膜２３の別の部分に重なるように形成されている。不純物半導体膜２６の一部は、チャネル保護膜２４に重なっている。不純物半導体膜２５，２６は互いに離れている。不純物半導体膜２５，２６は、ｎ型の不純物を含むアモルファスシリコン（ｎ+シリコン）からなる。
【００２３】
ソース電極２７は、不純物半導体膜２５に重なっている。ドレイン電極２８は、不純物半導体膜２６に重なっている。ソース電極２７及びドレイン電極２８は受光素子２０ごとに形成されている。縦方向に配列された同一の列の受光素子２０，２０，…のソース電極２７は共通のソースライン４２と一体となって形成されており、縦方向に配列された同一の列の受光素子２０，２０，…のドレイン電極２８は共通のドレインライン４３と一体なって形成されている。ソース電極２７、ドレイン電極２８、ソースライン４２及びドレインライン４３は、導電性及び遮光性を有しており、例えばクロム、クロム合金、アルミ若しくはアルミ合金又はこれらの合金からなる。
【００２４】
トップゲート電極３１は、半導体膜２３に対向した状態でトップゲート絶縁膜２９の上に形成されている。トップゲート電極３１は、受光素子２０ごとにトップゲート絶縁膜２９上に形成されている。横方向に配列された同一の行の受光素子２０，２０，…のトップゲート電極３１が共通のトップゲートライン４４と一体となって形成されている。トップゲート電極３１及びトップゲートライン４４は、導電性及び光透過性を有し、例えば、酸化インジウム、酸化亜鉛若しくは酸化スズ又はこれらのうちの少なくとも一つを含む混合物（例えば、錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、亜鉛ドープ酸化インジウム）で形成されている。
【００２５】
トップゲート電極３１の上に保護絶縁膜３２が成膜され、保護絶縁膜３２の上に表面電極３３が成膜されている。表面電極３３が接地されており、電荷が表面電極３３によって放電されるから、静電破壊の防止が図られている。
【００２６】
以上のように構成された光センサ１０は、受光素子２０の間において光を透過させる光透過型のものである。つまり、透明基板１３、ボトムゲート絶縁膜２２、トップゲート絶縁膜２９、保護絶縁膜３２及び表面電極３３が透明であるため、光源５０から発した光が透明基板１３に入射しても、透明基板１３、ボトムゲート絶縁膜２２、トップゲート絶縁膜２９、保護絶縁膜３２及び表面電極３３を透過して、表面電極３３の表面から上へ出射する。ここで、光源５０から発して透明基板１３に入射した光がボトムゲート電極２１によって遮られるので、光が半導体膜２３の下方から半導体膜２３に直接入射しない。一方、表面電極３３、保護絶縁膜３２、トップゲート電極３１、トップゲート絶縁膜２９及びチャネル保護膜２４が透明であるから、光センサ１０の上から表面電極３３に入射した光が半導体膜２３に入射する。
【００２７】
光センサ１０が光透過型のものであるから、受圧板８０が光センサ１０に対向配置されていても、光源５０の光により受圧板８０の下面が照らされる。
【００２８】
〔弾性支持部〕
図１に示すように、弾性支持部６１〜６４が光センサ１０の上面（表面電極３３の表面）の周辺部上に接合されている。これら弾性支持部６１〜６４が矩形枠状に配置され、これら弾性支持部６１〜６４によって光センサ１０が囲われ、これら弾性支持部６１〜６４の内側において複数の受光素子２０，２０，…が配置されている。弾性支持部６１〜６４は、ゴムやバネ等からなる。
【００２９】
なお、弾性支持部６１〜６４が光センサ１０の上面に設けられている必要はなく、例えば、光センサ１０が光源５０の上に搭載され、光センサ１０よりも厚い弾性支持部６１〜６４が光センサ１０を囲うようにして光源５０の上に設けられていてもよい。
【００３０】
〔受圧板〕
受圧板８０は、光センサ１０の上面に対向した状態で弾性支持部６１〜６４の上に接合されている。受圧板８０が弾性支持部６１〜６４によって支持されることによって、受圧板８０の下面と光センサ１０の上面が離れている。受圧板８０は金属などからなる剛体であり、受圧板８０の弾性率は弾性支持部６１〜６４の弾性率よりも十分に大きい。そのため、受圧板８０の上面から下に圧力が作用することによって、受圧板８０の曲げは殆ど生じず、弾性支持部６１〜６４が圧縮され、透明基板１３と受圧板８０との距離が変化する。
【００３１】
図５は、受圧板８０の下面図である。図５に示すように、受圧板８０の下面の中央部には、薄膜状の低反射部材により低反射領域８１が形成されている。低反射領域８１は円形状に設けられている。低反射領域８１の反射率は、その低反射領域８１の周囲（受圧板８０の下面）の反射率よりも相対的に低い。例えば、受圧板８０は白色の高反射部材からなり、低反射領域８１は黒色の低反射部材からなる。なお、受圧板８０が低反射部材からなり、低反射領域８１の代わりに、受圧板８０よりも相対的に反射率の高い高反射部材により高反射領域を設けてもよい。また、受圧板８０の下面に、低反射部材からなる低反射部と、高反射部材からなる高反射部とを別々に設けてもよい。つまり、低反射領域と高反射領域の二値からなる像パターンが、受圧板８０の下面に形成されていればよい。
【００３２】
〔光学的圧力センサの圧力測定原理〕
光源５０から発した光は上述のように光センサ１０を透過し、受圧板８０の下面で反射し、反射光が各受光素子２０の半導体膜２３に入射する。この際、光センサ１０が駆動されると、受光素子２０の半導体膜２３において受光した光量が電気信号に変換される。これにより、光センサ１０によって画像が取得される。光センサ１０によって取得される画像は、受圧板８０の下面の高反射領域と低反射領域８１とからなる像である。なお、光センサ１０の駆動回路及び駆動方法については、後述する。
【００３３】
一方、図６に示すように、受圧板８０の上面から下に圧力が作用すると、弾性支持部６１〜６４が圧縮される。受圧板８０に対する圧力が大きい程、弾性支持部６１〜６４の圧縮量が大きく、受圧板８０の下面と光センサ１０の上面との距離が小さい。
【００３４】
図７は、受圧板８０の下面から光センサ１までの距離と、光センサ１０によって取得された画像との関係を示したものである。図７から明らかなように、受圧板８０の下面から光センサ１までの距離が大きい程、取得画像のボケが顕著である。つまり、受圧板８０に対する圧力が大きい程、取得画像のボケが顕著であり、受圧板８０に対する圧力が小さい程、取得画像がシャープである。従って、受圧板８０に対する圧力が取得画像のボケ具合から定まり、取得画像のボケ具合から定量化することによって、受圧板８０に対する圧力を定量化することができる。
【００３５】
そこで、取得画像のボケ具合を定量化すべく、取得画像のコントラストを求める。つまり、図８に示すように、取得画像の暗点Ａ（暗点Ａとしては、例えば、取得画像のうち最も暗い画素や、取得画像の中心画素等を用いる。）の明るさと、取得画像の明点Ｂ（明点Ｂとしては、取得画像のうち最も明るい画素や、取得画像の中心画素から離れた所定の画素等を用いることができる。）の明るさの比コントラストを求め、その求めたコントラストから圧力を求めることができる。例えば、コントラストを明点Ｂの受光量／暗点Ａの受光量とし、コントラストと圧力との関係を表した相関グラフ（例えば、図９参照）、相関式又は相関表を予め準備しておき、その相関グラフ、相関式又は相関表を利用してコントラストから圧力を求めることができる。
【００３６】
〔光センサの駆動回路及び駆動方法〕
図１０は、光学的圧力センサ１を用いた圧力測定装置の概略構成を示した図面である。図１０では、光センサ１０及びその駆動回路を示すとともに、光センサ１によって取得された画像のボケ具合を定量化して圧力を求めるコントローラ７７等も示す。
【００３７】
光センサ１０のトップゲートライン４４，４４，…がトップゲートドライバ７１の端子に接続され、ボトムゲートライン４１，４１，…がボトムゲートドライバ７２の端子に接続され、ドレインライン４３，４３，…がパラレル−シリアル変換回路７３の端子に接続されている。また、光センサ１０のソースライン４２，４２，…が一定電圧源（Ｖｓｓ）に接続され、この例ではソースライン４２，４２，…が接地されている。トップゲートドライバ７１は、トップゲートライン４４，４４，…を１行目から順に選択する第一の走査ドライバである。ボトムゲートドライバ７２は、ボトムゲートライン４１，４１，…を１行目から順に選択する第二の走査ドライバである。
【００３８】
図１１は、光センサ１０を駆動するための信号の推移を示したタイミングチャートである。
トップゲートドライバ７１は、トップゲートライン４４，４４，…にリセットパルスを順次出力する。リセットパルスのレベルは＋１５〔Ｖ〕のハイレベルであり、リセットパルスが出力されていない時のレベルは、−１５〔Ｖ〕のローレベルである。トップゲートドライバ７１としては、シフトレジスタを用いることができる。リセットパルスが出力されている期間をリセット期間という。
【００３９】
ボトムゲートドライバ７２は、ボトムゲートライン４１，４１，…にリードパルスを順次出力する。リードパルスのレベルは＋１５〔Ｖ〕のハイレベルであり、リードパルスが出力されていない時のレベルは±０〔Ｖ〕のローレベルである。ボトムゲートドライバ７２としては、シフトレジスタを用いることができる。リードパルスが出力されている期間をリード期間という。
【００４０】
トップゲートドライバ７１の水平走査周期（ある行にリセットパルスを出力してから次の行にリセットパルスを出力するまでの期間）と、ボトムゲートドライバ７２の水平走査周期（ある行にリードパルスを出力してから次の行にリードパルスを出力するまでの期間）とが等しい。また、ボトムゲートドライバ７２による走査の位相はトップゲートドライバ７１による走査の位相に対して遅れている。つまり、各行では、リードパルスが出力されるタイミングは、リセットパルスが出力されるタイミングより遅れている。その遅れが、キャリア蓄積時間である。
【００４１】
具体的には、トップゲートドライバ７１が何れかの行のトップゲートライン４４にリセットパルスを出力した後に、キャリア蓄積時間を経て、ボトムゲートドライバ７２が同じ行のボトムゲートライン４１にリードパルスを出力するように、トップゲートドライバ７１及びボトムゲートドライバ７２が出力信号をシフトする。
【００４２】
パラレル−シリアル変換回路７３は、ボトムゲートドライバ７２によって選択された行の受光素子２０，２０…の出力値（電圧）を読み込み、読み込んだ受光素子２０，２０…の出力値を順次出力するものである。具体的には、パラレル−シリアル変換回路７３は、リセットパルスが出力されてからリードパルスが出力されるまでの間に、全てのドレインライン４３，４３，…にパラレルでプリチャージパルスを出力するようになっている。プリチャージパルスのレベルは＋１０〔Ｖ〕のハイレベルであり、プリチャージパルスが出力されていない時のレベルは±０〔Ｖ〕のローレベルである。プリチャージパルスが出力されている期間をプリチャージ期間という。
【００４３】
また、パラレル−シリアル変換回路７３は、プリチャージパルスの出力後にリードパルスが出力されている時に、ボトムゲートドライバ７２によって選択された行の受光素子２０，２０…の出力値（電圧）をパラレルで入力する。そして、パラレル−シリアル変換回路７３は、パラレルで入力した出力値をシリアルで順次出力する。これにより、光センサ１０により画像入力がなされる。
【００４４】
トップゲートドライバ７１及びボトムゲートドライバ７２によって選択された何れかの行（以下、ｉ行目という）の各受光素子２０の動作について詳細に説明する。
トップゲートドライバ７１がｉ行目のトップゲートライン４４にリセットパルスを出力すると、ｉ行目のトップゲートライン４４がハイレベルになる。ｉ行目のトップゲートライン４４がハイレベルになっているリセット期間では、ｉ行目の各受光素子２０について、半導体膜２３内や半導体膜２３とチャネル保護膜２４との界面近傍に蓄積されたキャリア（ここでは、正孔である。）が、トップゲート電極３１の電圧により反発して吐出される。
【００４５】
そして、トップゲートドライバ７１は、ｉ行目のトップゲートライン４４にリセットパルスを出力した後、半導体膜２３に光が入射することによって半導体膜２３内に生成された電子−正孔対のうちの正孔を電気的に捕捉するためのするための負電位（−１５〔Ｖ〕）をそのｉ行目のトップゲートライン４４に印加する。ｉ行目の各受光素子２０のトップゲート電極３１に負電位が印加されていると、半導体膜２３に入射した光量に従って半導体膜２３内に生成された電子−正孔対のうちの正孔がトップゲート電極３１の電界によって半導体膜２３内や半導体膜２３とチャネル保護膜２４との界面近傍に蓄積される。
【００４６】
キャリア蓄積時間中に、パラレル−シリアル変換回路７３が全てのドレインライン４３，４３，…にプリチャージパルスを出力する。プリチャージパルスが出力されているプリチャージ期間では、ｉ行目の各受光素子２０においては、トップゲート電極３１に印加されている電位が負電位（−１５〔Ｖ〕）である。そうすると、この負電界によって半導体膜２３内や半導体膜２３とチャネル保護膜２４との界面近傍に蓄積された正孔による電界は、必然的に負電界を完全に相殺して半導体膜２３のチャネル領域にｎチャネルを形成する程度の正電界には成り得ない。そうすると、ボトムゲート電極２１に印加されている電位が±０〔Ｖ〕であるため、ドレイン電極２８とソース電極２７との間にプリチャージパルスの電位差が生じても半導体膜２３にはチャネルが形成されず、ドレイン電極２８とソース電極２７との間に電流は流れない。プリチャージ期間において、ドレイン電極２８とソース電極２７との間に電流が流れないため、ドレインライン４３，４３，…に出力されたプリチャージパルスによってｉ行目の各受光素子２０のドレイン電極２８に電荷がチャージされる。
【００４７】
パラレル−シリアル変換回路７３がプリチャージパルスの出力を終了するとともに、ボトムゲートドライバ７２がｉ行目のボトムゲートライン４１にリードパルスを出力する。ボトムゲートドライバ７２がｉ行目のボトムゲートライン４１にリードパルスを出力しているリード期間では、ｉ行目の各受光素子２０のボトムゲート電極２１にハイレベルの電位が印加されているため、ｉ行目の各受光素子２０がオン状態になる。
【００４８】
リード期間においては、キャリア蓄積時間において蓄積されたキャリアがトップゲート電極３１の負電界を緩和するように働く。そのため、入射される光量が十分であってキャリアの量が十分であれば、ボトムゲート電極２１の正電界とあわせて半導体膜２３にｎチャネルが形成されて、ドレイン電極２８からソース電極２７に電流が流れるようになり、ドレイン電極２８の電荷が減少する。従って、リード期間では、ドレインライン４３，４３，…の電圧は、ドレイン−ソース間電流によって時間の経過とともに徐々に低下する傾向を示す。
【００４９】
キャリア蓄積時間において半導体膜２３に入射した光量が多くなるにつれて、蓄積されるキャリアも多くなり、蓄積されるキャリアが多くなるにつれて、リード期間におけるドレイン電極２８の電荷減少レートが大きくなるとともに、リード期間においてドレイン電極２８からソース電極２７に流れる電流のレベルも大きくなる。従って、リード期間におけるドレインライン４３，４３，…の電圧の減少傾向は、キャリア蓄積時間で半導体膜２３に入射した光量に深く関連する。
【００５０】
そして、ｉ行目のリード期間から次の（ｉ＋１）行目のプリチャージ期間までの間に、リード期間が開始してから所定の時間経過後のドレインライン４３，４３，…の電圧（出力値）がパラレル−シリアル変換回路７３によって検出される。パラレル−シリアル変換回路７３は、ドレインライン４３，４３，…の電圧（出力値）をＶoutとして列順次に出力する。
【００５１】
そして、パラレル−シリアル変換回路７３から順次出力された出力値（電圧）が、増幅器７４に増幅され、Ａ／Ｄ変換器７５によって量子化されて、メモリ７６に記録される。これにより、各受光素子２０の出力値が、受光量としてメモリ７６に記録される。
【００５２】
〔コントローラの機能〕
図１２は、コントローラ７７によって圧力を定量化する算出フローを示したものである。
図１２に示すように、受圧板８０が加圧されて（ステップＳ１）、トップゲートドライバ７１、ボトムゲートドライバ７２及びパラレル−シリアル変換回路７３によって光センサ１０が駆動されると、各受光素子２０において受光量が測定され、その受光量がメモリ７６に記録される（ステップＳ２）。コントローラ７７は、取得受光量と参照受光量を比較し（ステップＳ３）、圧力を数値化し（ステップＳ４）、数値化された圧力を表示部７８に表示する（ステップＳ５）。
【００５３】
更に具体的に説明する。
コントローラ７７はＣＰＵ及びＲＯＭを有する。コントローラ７７のＲＯＭには、コントラストと圧力との関係を表した相関関係（例えば、図９に示す相関グラフ）が予め記録されている。そして、コントローラ７７は、ＣＰＵによって次のような処理を行う。
【００５４】
つまり、コントローラ７７は、メモリ７６に記録された受光量の中から暗点Ａ及び明点Ｂを検索し、その暗点Ａ及び明点Ｂの明るさ（受光量）の比からコントラストを求める。つまり、明点Ｂの受光量／暗点Ａの受光量をコントラストとして求める。このような処理が、図１２に示されたステップＳ３に相当する。なお、コントローラ７７は、メモリ７６に記録された各受光素子２０における受光量の値の中から中心画素の受光量又は最も暗い画素の受光量を暗点Ａの受光量として検索し、中心画素から離れた所定の画素の受光量又は最も明るい画素の受光量を明点Ｂの受光量として検索する。
【００５５】
そして、コントローラ７７は、ＲＯＭに記録された相関関係を参照し、求めたコントラストに対応する圧力を求める。このような処理が、図１２に示されたステップＳ４に相当する。
【００５６】
そして、コントローラ７７は、求めた圧力を表示部７８に表示する。このような処理が、図１２に示されたステップＳ５に相当する。
【００５７】
本実施形態においては、コントラストを求める際、暗点Ａの受光量と明点Ｂの受光量の比を用いたが、暗点Ａの受光量と明点Ｂの受光量の差分値を用いても一義的に圧力を定量化することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１  光学的圧力センサ
１０  光センサ
１３  透明基板
２０  受光素子
２１  ボトムゲート電極
２２  ボトムゲート絶縁膜
２３  半導体膜
２４  チャネル保護膜
２５，２６  不純物半導体膜
２７  ソース電極
２８  ドレイン電極
２９  トップゲート絶縁膜
３１  トップゲート電極
３２  保護絶縁膜
４１  ボトムゲートライン
４２  ソースライン
４３  ドレインライン
４４  トップゲートライン
５０  光源
６１〜６４  弾性支持部
８０  受圧板
８１  低反射領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図７】
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【図８】
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