(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のフォトセンサを２次元配列して構成されるフォトセンサアレイと、
前記フォトセンサアレイの前記各フォトセンサにリセットパルスを印加して、前記各フォトセンサを初期化する初期化手段と、
前記フォトセンサアレイの前記各フォトセンサに対してプリチャージパルスを印加するとともに、前記各フォトセンサに読み出しパルスを印加して、前記各フォトセンサの出力電圧を取り込む信号読み出し手段と、
所定の実効電圧調整動作期間において、前記各フォトセンサに補正信号を印加して、前記初期化手段及び前記信号読み出し手段によって前記各フォトセンサに印加された信号の平均電圧を最適値にする実効電圧調整手段と、を具備することを特徴とするフォトセンサシステム。
【請求項２】
前記初期化手段及び前記信号読み出し手段によって前記各フォトセンサに設定される画像読取感度を変化させつつ、前記信号読み出し手段によって前記２次元配列された前記複数のフォトセンサに対応する画素より構成される被写体画像を読み取り、前記画像読取感度毎の前記被写体画像の画像パターンに基づいて、最適な画像読取感度を求める最適読取感度設定手段を具備することを特徴とする請求項１記載のフォトセンサシステム。
【請求項３】
前記実効電圧調整手段における前記補正信号は、前記初期化手段及び前記信号読み出し手段によって前記各フォトセンサに印加された信号の平均電圧を、各々０Ｖに設定する信号であることを特徴とする請求項１記載のフォトセンサシステム。
【請求項４】
前記実効電圧調整手段における前記補正信号は、前記初期化手段及び前記信号読み出し手段によって前記各フォトセンサに印加された信号の平均電圧を、各々、前記フォトセンサにおけるしきい値電圧の変化量が最小となる値に設定する信号であることを特徴とする請求項１記載のフォトセンサシステム。
【請求項５】
前記実効電圧調整手段における補正信号の電圧波形は、前記初期化手段及び前記信号読み出し手段によって前記各フォトセンサに印加される各々の信号の電圧波形の時間積分値に対して、逆の極性の時間積分値を有することを特徴とする請求項１記載のフォトセンサシステム。
【請求項６】
前記初期化手段及び前記実効電圧調整手段によって前記各フォトセンサに印加される信号の電圧波形、並びに、前記信号読み出し手段及び前記実効電圧調整手段によって前記フォトセンサに印加される信号の電圧波形は、各々一対のハイレベル及びローレベルからなる２値の電圧を有することを特徴とする請求項１記載のフォトセンサシステム。
【請求項７】
前記初期化手段及び前記実効電圧調整手段によって前記各フォトセンサに印加される信号の電圧波形、並びに、前記信号読み出し手段及び前記実効電圧調整手段によって前記フォトセンサに印加される信号の電圧波形は、各々複数対のハイレベル及びローレベルからなる多値の電圧を有することを特徴とする請求項１記載のフォトセンサシステム。
【請求項８】
前記各フォトセンサは、半導体層からなるチャネル領域を挟んで形成されたソース電極及びドレイン電極と、少なくとも前記チャネル領域の上方及び下方に各々絶縁膜を介して形成されたトップゲート電極及びボトムゲート電極と、を備えたダブルゲート構造を有し、
前記初期化手段において、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初期化し、前記信号読み出し手段において、前記ボトムゲート電極に前記読み出しパルスを印加し、前記初期化終了から前記読み出しパルスの印加までの電荷蓄積期間に前記チャネル領域に蓄積された電荷に対応した電圧を前記出力電圧として出力することを特徴とする請求項１記載のフォトセンサシステム。
【請求項９】
複数のフォトセンサを２次元配列して構成されるフォトセンサアレイを備えたフォトセンサシステムの駆動制御方法において、
該フォトセンサシステムの駆動制御方法は、
前記フォトセンサアレイの前記各フォトセンサにリセットパルスを印加して前記各フォトセンサを初期化する初期化手順と、
前記フォトセンサアレイの前記各フォトセンサにプリチャージパルスを印加した後、前記各フォトセンサに読み出しパルスを印加し、前記各フォトセンサの出力電圧を取り込む信号読み出し手順と、
前記初期化手順及び前記信号読み出し手順において前記各フォトセンサに印加された信号の平均電圧を所定の最適値に調整する実効電圧調整手順と、を含むことを特徴とするフォトセンサシステムの駆動制御方法。
【請求項１０】
前記実効電圧調整手順により調整される、前記各フォトセンサに印加される信号の平均電圧の前記最適値は０Ｖに設定されることを特徴とする請求項９記載のフォトセンサシステムの駆動制御方法。
【請求項１１】
前記実効電圧調整手順により調整される、前記各フォトセンサに印加される信号の平均電圧の前記最適値は、前記各フォトセンサにおけるしきい値電圧の変化量が最小となる値に設定されることを特徴とする請求項９記載のフォトセンサシステムの駆動制御方法。
【請求項１２】
前記フォトセンサは、半導体層からなるチャネル領域を挟んで形成されたソース電極及びドレイン電極と、少なくとも前記チャネル領域の上方及び下方に各々絶縁膜を介して形成されたトップゲート電極及びボトムゲート電極と、を備えたダブルゲート構造を有し、
前記トップゲート電極に前記リセットパルスを印加し、前記ボトムゲート電極に前記読み出しパルスを印加することにより、前記初期化終了から前記読み出しパルスの印加までの電荷蓄積期間に前記チャネル領域に蓄積された電荷に対応した電圧を出力することを特徴とする請求項９記載のフォトセンサシステムの駆動制御方法。
【請求項１３】
前記初期化手段及び前記信号読み出し手順によって前記フォトセンサアレイにおける前記各フォトセンサに設定する画像読取感度を変化させつつ、前記信号読み出し手順によって前記２次元配列されたフォトセンサに対応する画素より構成される被写体画像を読み取り、前記画像読取感度毎の前記被写体画像の画像パターンに基づいて、最適な画像読取感度を設定する事前読取動作を実行する手順と、
前記最適な画像読取感度を用いて、前記被写体画像の全域を読み取る画像読取動作を実行する手順と、
前記事前読取動作及び前記画像読取動作の期間に、前記フォトセンサアレイの各フォトセンサに印加された信号の平均電圧を、前記最適値に調整する実効電圧調整動作を実行する手順よりなる前記実効電圧調整手順と、
を含むことを特徴とする請求項９記載のフォトセンサシステムの駆動制御方法。
【請求項１４】
前記事前読取動作を実行する手順は、前記各フォトセンサに、第１のタイミングで所定の極性の電圧を有する第１のリセットパルスを印加して、前記フォトセンサを初期化する第１のステップと、前記初期化終了後、プリチャージパルスに基づくプリチャージ動作が終了した前記各フォトセンサに対して、第２のタイミングで所定の極性の電圧を有する第１の読み出しパルスを印加して、前記初期化終了から前記第１の読み出しパルスの印加までの電荷蓄積期間に蓄積された電荷に対応した第１の読出電圧を出力する第２のステップと、を含み、前記第１の読み出しパルスは、前記第２のタイミングにより、前記電荷蓄積期間を所定の比率で変化させるように印加され、前記電荷蓄積期間毎に蓄積された電荷に対応して出力される前記第１の読出電圧により得られる前記被写体画像の画像パターンに基づいて、最適な前記電荷蓄積期間が決定されることを特徴とする請求項１３記載のフォトセンサシステムの駆動制御方法。
【請求項１５】
前記画像読取動作を実行する手順は、前記各フォトセンサに、第３のタイミングで所定の極性の電圧を有する第２のリセットパルスを印加して、前記各フォトセンサを初期化する第３のステップと、前記初期化終了後、プリチャージパルスに基づくプリチャージ動作が終了した前記各フォトセンサに対して、前記事前読取動作により決定された前記最適な電荷蓄積期間を規定する第４のタイミングで所定の極性の電圧を有する第２の読み出しパルスを印加して、前記初期化終了から前記第２の読み出しパルスの印加までの前記最適な電荷蓄積期間に蓄積された電荷に対応した第２の読出電圧を出力する第４のステップと、を含み、
前記実効電圧調整動作を実行する手順は、前記第１及び第３のステップにおいて前記フォトセンサに印加された平均電圧を、前記最適値に調整制御する所定の平均電圧を有する第５の信号を、前記フォトセンサに印加する第５のステップと、前記第２及び第４のステップにおいて前記フォトセンサに印加された平均電圧を、前記最適値に調整制御する所定の平均電圧を有する第６の信号を、前記フォトセンサに印加する第６のステップと、を含むことを特徴とする請求項１４記載のフォトセンサシステムの駆動制御方法。
【請求項１６】
前記第５の信号は、前記フォトセンサの感度特性に応じて設定される平均電圧の前記最適値を基準として、前記第１及び第３のステップにおいて前記フォトセンサに印加された平均電圧に対して、逆極性の平均電圧を有し、また、前記第６の信号は、前記フォトセンサの感度特性に応じて設定される平均電圧の前記最適値を基準として、前記第２及び第４のステップにおいて前記フォトセンサに印加された平均電圧に対して、逆極性の平均電圧を有していることを特徴とする請求項１５記載のフォトセンサシステムの駆動制御方法。
【請求項１７】
前記第５のステップは、前記フォトセンサの感度特性に応じて設定される平均電圧の前記最適値を基準として、該最適値より低い第５の電圧部分と該最適値より高い第６の電圧部分とを有し、前記第１、第３及び第５のステップにおいて前記フォトセンサに印加された信号電圧の時間積分値の絶対値と、前記第１、第２及び第６のステップにおいて前記フォトセンサに印加された信号の電圧波形の時間積分値の絶対値とが等しくなるように、各々所定の時間幅に設定された前記第５の信号を前記フォトセンサに印加し、
また、前記第６のステップは、前記フォトセンサの感度特性に応じて設定される平均電圧の前記最適値を基準として、該最適値より低い第７の電圧部分と該最適値より高い第８の電圧部分とを有し、前記第２、第４及び第７のステップにおいて前記フォトセンサに印加された信号の電圧波形の時間積分値の絶対値と、前記第１、第２及び第８のステップにおいて前記フォトセンサに印加された信号電圧の時間積分値の絶対値とが等しくなるように、各々所定の時間幅に設定された前記第６の信号を前記フォトセンサに印加することを特徴とする請求項１５記載のフォトセンサシステムの駆動制御方法。
【請求項１８】
前記第１、第３及び第５のステップにおいて前記各フォトセンサに印加される信号の電圧波形、並びに、前記第２及、第４及び第６のステップにおいて前記フォトセンサに印加される信号の電圧波形は、各々一対のハイレベル及びローレベルからなる２値の電圧を生成、出力する２値ドライバにより、前記各フォトセンサに印加されることを特徴とする請求項１５記載のフォトセンサシステムの駆動制御方法。
【請求項１９】
前記第１、第３及び第５のステップにおいて前記フォトセンサに印加される信号の電圧波形、並びに、前記第２、第４及び第６のステップにおいて前記フォトセンサに印加される信号の電圧波形は、各々複数対のハイレベル及びローレベルからなる多値の電圧を生成、出力する多値ドライバにより、前記フォトセンサに印加されることを特徴とする請求項１５記載のフォトセンサシステムの駆動制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォトセンサシステム及びその駆動制御方法に関し、特に、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有するフォトセンサシステム及びその駆動制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子スチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置の普及が著しく、このような撮像機器においては、被写体像を画像信号に変換するための光電変換装置として、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の固体撮像デバイスが用いられている。ＣＣＤは、周知の通り、フォトダイオードや薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）等のフォトセンサ（受光素子）をマトリクス状に配列した構成を有し、各フォトセンサの受光部に照射された光量に対応して発生する電子−正孔対の量（電荷量）を、水平走査回路及び垂直走査回路により検出し、照射光の輝度を検知している。
【０００３】
このようなＣＣＤを用いたフォトセンサシステムにおいては、走査された各フォトセンサを選択状態にするための選択トランジスタを個別に設ける必要があったが、これに対し、フォトセンサ自体にフォトセンス機能と選択機能とを持たせた、いわゆる、ダブルゲート構造を有する薄膜トランジスタによるフォトセンサ（以下、「ダブルゲート型フォトセンサ」と記す）が開発され、システムの小型化、及び、画素の高密度化を図る試みがなされている。
【０００４】
以下、ダブルゲート型フォトセンサの構造及び機能について説明する。
図１６は、ダブルゲート型フォトセンサの構造を示す断面図、及び、ダブルゲート型フォトセンサの等価回路である。
図１６（ａ）に示すように、ダブルゲート型フォトセンサ１０は、アモルファスシリコン等の半導体薄膜１１と、半導体薄膜１１の両端にそれぞれ設けられたｎ＋シリコン層１７、１８と、ｎ＋シリコン層１７、１８上に形成されたソース電極１２及びドレイン電極１３と、半導体薄膜１１の上方にブロック絶縁膜１４及び上部ゲート絶縁膜１５を介して形成されたトップゲート電極２１と、トップゲート電極２１上に設けられた保護絶縁膜２０と、半導体薄膜１１の下方に下部ゲート絶縁膜１６を介して形成されたボトムゲート電極２２と、を備え、ガラス基板等の透明な絶縁性基板１９上に形成されている。
【０００５】
すなわち、ダブルゲート型フォトセンサ１０は、半導体薄膜１１、ソース電極１２、ドレイン電極１３、トップゲート電極２１により構成される上部ＭＯＳトランジスタと、半導体薄膜１１、ソース電極１２、ドレイン電極１３、ボトムゲート電極２２により構成される下部ＭＯＳトランジスタと、を有して構成され、図１６（ｂ）の等価回路に示すように、半導体薄膜１１を共通のチャネル領域として、ＴＧ（トップゲート端子）、ＢＧ（ボトムゲート端子）、Ｓ（ソース端子）、Ｄ（ドレイン端子）を有する２つのＭＯＳトランジスタが組み合わされた構成と考えることができる。
【０００６】
また、保護絶縁膜２０、トップゲート電極２１、上部ゲート絶縁膜１５、ブロック絶縁膜１４、下部ゲート絶縁膜１６は、いずれも半導体層１１を励起する可視光に対して透過率の高い材質により構成され、トップゲート電極２１側から入射された光がトップゲート電極２１、上部ゲート絶縁膜１５、及びブロック絶縁膜１４を透過して、半導体薄膜１１に入射することにより、チャネル領域に電荷（正孔）が発生し、蓄積される。
【０００７】
次に、上述したようなダブルゲート型フォトセンサを２次元配列して構成されるフォトセンサシステムについて、図面を参照して簡単に説明する。
図１７は、ダブルゲート型フォトセンサ１０を２次元配列して構成される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。
図１７に示すように、フォトセンサシステムは、多数のダブルゲート型フォトセンサ１０をｎ行×ｍ列のマトリクス状に配列したセンサアレイ１００と、各ダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート端子ＴＧ及びボトムゲート端子ＢＧを各々行方向に接続したトップゲートライン１０１及びボトムゲートライン１０２と、トップゲートライン１０１及びボトムゲートライン１０２に各々接続されたトップゲートドライバ１１１及びボトムゲートドライバ１１２と、各ダブルゲート型フォトセンサ１０のドレイン端子Ｄを列方向に接続したデータライン１０３と、データライン１０３に接続された出力回路部１１３と、を有して構成されている。
また、φtg及びφbgは、それぞれ後述するリセットパルスφＴｉ及び読み出しパルスφＢｉ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る。
【０００８】
このような構成において、後述するように、トップゲートドライバ１１１からトップゲート端子ＴＧに所定の電圧を印加することによりフォトセンス機能が実現され、ボトムゲートドライバ１１２からボトムゲート端子ＢＧに所定の電圧を印加し、フォトセンサ１０の出力電圧をデータライン１０３を介して出力回路部１１３に取り込んでシリアルデータＶoutとして出力することにより読み取り機能が実現される。
【０００９】
次に、上述したフォトセンサシステムの駆動制御方法について、図面を参照して説明する。
図１８は、フォトセンサシステムの駆動制御方法を示すタイミングチャートであり、センサアレイ１００のｉ番目の行における検出動作期間（ｉ行目処理サイクル）を示す。
【００１０】
まず、ｉ番目の行のトップゲートライン１０１に、図１８（ａ）に示すように、ハイレベルのパルス電圧（リセットパルス；例えばＶtg＝＋１５Ｖ）φＴｉを印加して、リセット期間Ｔresetにｉ番目の行のダブルゲート型フォトセンサ１０に蓄積されている電荷を放出するリセット動作を行う。
次いで、トップゲートライン１０１にローレベル（例えば、Ｖtg＝−１５Ｖ）のバイアス電圧φＴｉを印加することにより、リセット期間Ｔresetが終了し、チャネル領域への電荷蓄積動作による電荷蓄積期間Ｔaが開始される。電荷蓄積期間Ｔaにおいて、トップゲート電極側から入射した光の量に応じてチャネル領域に電荷（正孔）が蓄積される。
【００１１】
そして、電荷蓄積期間Ｔaに並行して、データライン１０３にプリチャージ電圧Ｖpgを有する、図１８（ｃ）に示すように、プリチャージパルスφpgを印加してドレイン電極１３に電荷を保持させるプリチャージ期間Ｔprchを経た後、ボトムゲートライン１０２に、図.１８（ｂ）に示すように、ハイレベル（例えば、Ｖbg＝＋１０Ｖ）のバイアス電圧（読み出しパルスφＢｉ）を印加することによりダブルゲート型フォトセンサ１０がＯＮ状態となって読み出し期間Ｔreadがスタートする。
【００１２】
読み出し期間Ｔreadにおいては、チャネル領域に蓄積された電荷が逆極性のトップゲート端子ＴＧに印加されたローレベル電圧（例えばＶtg＝−１５Ｖ）を緩和する方向に働くため、ボトムゲート端子ＢＧの電圧Ｖbgによりｎチャンネルが形成され、ドレイン電流に応じてデータライン１０３の電圧ＶＤは、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。すなわち、データライン１０３の電圧ＶＤの変化傾向は、電荷蓄積期間Ｔaと受光した光量に依存し、図１８（ｄ）に示すように、入射光が暗くて光量が少なく、蓄積された電荷が少ない場合には緩やかに低下する傾向（図中、点線）を示し、入射光が明るくて光量が多く、蓄積された電荷が多い場合には急峻に低下する傾向（図中、実線）を示す。したがって、読み出し期間Ｔreadがスタートして、所定の時間経過後のデータライン１０３の電圧ＶＤを検出することにより、あるいは、所定のしきい値電圧を基準にして、その電圧に至るまでの時間を検出することにより、照射光の光量が換算される。
【００１３】
そして、センサアレイ１００の各行について、上記の駆動制御を行毎に順次行う、あるいは、上記各駆動パルスが時間的に重ならないタイミングで各行の駆動制御を並行して行う、ことによって画像の読み取りを行う。
以上の説明は、フォトセンサとしてダブルゲート型フォトセンサを用いた場合の動作であるが、これに限らず、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、同様に、［リセット動作→電荷蓄積動作→プリチャージ動作→読み取り動作］の動作ステップを有しており、同様の駆動手順となっている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような従来技術に係るフォトセンサシステムにおいては、以下に示すような問題を有していた。
（１）上述したような従来技術に係るフォトセンサシステムの駆動制御方法における画像読取動作においては、例えば、上記ダブルゲート型フォトセンサの場合には、トップゲート端子ＴＧにリセットパルス、ドレイン端子Ｄにプリチャージパルス、ボトムゲート端子ＢＧに読み出しパルスが順次印加される一連の動作が周期的に繰り返される駆動制御が実行されていた。ここで、各パルスは短時間だけ印加される信号波形であり、例えば、トップゲート端子ＴＧに対しては、短期間だけハイレベル電圧（例えば、＋１５Ｖ）が印加され、他の期間はローレベル電圧（例えば、−１５Ｖ）が印加される。
【００１５】
このため、動作期間（例えば、図１８（ａ）〜図１８（ｄ）に示したｉ行目処理サイクル期間）において、トップゲート端子ＴＧに印加される電圧波形は、０Ｖ（ＧＮＤレベル）に対して対称ではなく、トップゲート端子ＴＧに印加される平均電圧は図１８（ａ）に示すＶteとなり、ローレベル（負電圧）側に大きく偏った波形となっていた。また、同様にボトムゲート端子ＢＧに印加される電圧波形も、短期間だけハイレベル電圧（例えば、＋１０Ｖ）が印加され、他の期間はＧＮＤ電圧が印加されるため、０Ｖ（ＧＮＤレベル）に対して対称ではなく、ボトムゲート端子ＢＧに印加される平均電圧は、図１８（ｂ）に示すＶbeとなり、ハイレベル（正電圧）側に大きく偏った波形となっていた。
【００１６】
薄膜トランジスタ構造を有するフォトセンサにおいて、光が照射された状態で、このような偏った電圧が各ゲート端子に印加され続けると、各ゲート電極部分に電荷（正孔または電子）がトラップされる等の現象が発生して、フォトセンサの素子特性が劣化し、感度特性が変化してしまい、フォトセンサの信頼性が低下する、という問題を有していた。
【００１７】
（２）また、上述したようなフォトセンサを用いたフォトセンサシステムにおいて、フォトセンサシステムを使用する場所や被写体が種々変化するような場合には、周囲環境の状態や被写体によって被写体の明るさがその都度変化する。このような種々の環境下で被写体画像を良好に読み取るためには、フォトセンサの感度を、使用の都度、その使用環境に適した感度に設定し、その状態で被写体画像読み取り動作を行うようにすることが必要となる。ここで、フォトセンサの感度は、例えば電荷蓄積期間の間に蓄積される入射光による電荷の量によって決まるため、電荷蓄積期間の長さ（時間）を調整することによって行われる。
【００１８】
このため、予め、各ゲート端子に印加される電圧の平均電圧を最適な値に設定していた場合でも、使用環境に応じて、その都度、電荷蓄積期間を変更設定すると、各ゲート端子に印加される平均電圧が必然的に変動することになり、平均電圧の最適値から外れることになる。これによって、上述した感度特性等の変化が生じて、画像読取装置の信頼性を十分に確保することができなくなる、という問題を有していた。
【００１９】
そこで、本発明は、上述した問題に鑑みて、薄膜トランジスタ構造を有するフォトセンサを備えるフォトセンサシステムにおいて、フォトセンサのゲート電極に印加される電圧波形の平均電圧が正又は負電圧に偏っていることによってフォトセンサの素子特性が劣化して感度特性が変化することを抑制して、フォトセンサシステムの信頼性を向上させることを目的としている。また、フォトセンサシステムの使用環境の変化に応じて、その都度、フォトセンサの適切な読み取り感度を求め、それにより設定した感度によって読み取り動作を行うようにした場合においても、フォトセンサの素子特性が劣化することを防ぎ、フォトセンサシステムの信頼性が低下することを抑制することを目的としている。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のフォトセンサシステムは、複数のフォトセンサを２次元配列して構成されるフォトセンサアレイと、前記フォトセンサアレイの前記各フォトセンサにリセットパルスを印加して、前記各フォトセンサを初期化する初期化手段と、前記フォトセンサアレイの前記各フォトセンサに対してプリチャージパルスを印加するとともに、前記各フォトセンサに読み出しパルスを印加して、前記各フォトセンサの出力電圧を取り込む信号読み出し手段と、所定の実効電圧調整動作期間において、前記各フォトセンサに補正信号を印加して、前記初期化手段及び前記信号読み出し手段によって前記各フォトセンサに印加された信号の平均電圧を最適値にする実効電圧調整手段と、を具備することを特徴としている。
【００２１】
請求項２記載のフォトセンサシステムは、請求項１記載のフォトセンサシステムにおいて、前記初期化手段及び前記信号読み出し手段によって前記各フォトセンサに設定される画像読取感度を変化させつつ、前記信号読み出し手段によって前記２次元配列された前記複数のフォトセンサに対応する画素より構成される被写体画像を読み取り、前記画像読取感度毎の前記被写体画像の画像パターンに基づいて、最適な画像読取感度を求める最適読取感度設定手段を具備することを特徴としている。
【００２２】
請求項３記載のフォトセンサシステムは、請求項１記載のフォトセンサシステムにおいて、前記実効電圧調整手段における前記補正信号は、前記初期化手段及び前記信号読み出し手段によって前記各フォトセンサに印加された信号の平均電圧を、各々０Ｖに設定する信号であることを特徴としている。請求項４記載のフォトセンサシステムは、請求項１記載のフォトセンサシステムにおいて、前記実効電圧調整手段における前記補正信号は、前記初期化手段及び前記信号読み出し手段によって前記各フォトセンサに印加された信号の平均電圧を、各々、前記フォトセンサにおけるしきい値電圧の変化量が最小となる値に設定する信号であることを特徴としている。
【００２３】
請求項５記載のフォトセンサシステムは、請求項１記載のフォトセンサシステムにおいて、前記実効電圧調整手段における補正信号の電圧波形は、前記初期化手段及び前記信号読み出し手段によって前記各フォトセンサに印加される各々の信号の電圧波形の時間積分値に対して、逆の極性の時間積分値を有することを特徴としている。
請求項６記載のフォトセンサシステムは、請求項１記載のフォトセンサシステムにおいて、前記初期化手段及び前記実効電圧調整手段によって前記各フォトセンサに印加される信号の電圧波形、並びに、前記信号読み出し手段及び前記実効電圧調整手段によって前記フォトセンサに印加される信号の電圧波形は、各々一対のハイレベル及びローレベルからなる２値の電圧を有することを特徴としている。
【００２４】
請求項７記載のフォトセンサシステムは、請求項１記載のフォトセンサシステムにおいて、前記初期化手段及び前記実効電圧調整手段によって前記各フォトセンサに印加される信号の電圧波形、並びに、前記信号読み出し手段及び前記実効電圧調整手段によって前記フォトセンサに印加される信号の電圧波形は、各々複数対のハイレベル及びローレベルからなる多値の電圧を有することを特徴としている。
【００２５】
請求項８記載のフォトセンサシステムは、請求項１記載のフォトセンサシステムにおいて、前記各フォトセンサは、半導体層からなるチャネル領域を挟んで形成されたソース電極及びドレイン電極と、少なくとも前記チャネル領域の上方及び下方に各々絶縁膜を介して形成されたトップゲート電極及びボトムゲート電極と、を備えたダブルゲート構造を有し、前記初期化手段において、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初期化し、前記信号読み出し手段において、前記ボトムゲート電極に前記読み出しパルスを印加し、前記初期化終了から前記読み出しパルスの印加までの電荷蓄積期間に前記チャネル領域に蓄積された電荷に対応した電圧を前記出力電圧として出力することを特徴としている。
【００２６】
請求項９記載のフォトセンサシステムの駆動制御方法は、複数のフォトセンサを２次元配列して構成されるフォトセンサアレイを備えたフォトセンサシステムの駆動制御方法において、該フォトセンサシステムの駆動制御方法は、前記フォトセンサアレイの前記各フォトセンサにリセットパルスを印加して前記各フォトセンサを初期化する初期化手順と、前記フォトセンサアレイの前記各フォトセンサにプリチャージパルスを印加した後、前記各フォトセンサに読み出しパルスを印加し、前記各フォトセンサの出力電圧を取り込む信号読み出し手順と、前記初期化手順及び前記信号読み出し手順において前記各フォトセンサに印加された信号の平均電圧を所定の最適値に調整する実効電圧調整手順と、を含むことを特徴としている。
【００２７】
請求項１０記載のフォトセンサシステムの駆動制御方法は、請求項９記載のフォトセンサシステムの駆動制御方法において、前記実効電圧調整手順により調整される、前記各フォトセンサに印加される信号の平均電圧の前記最適値は０Ｖに設定されることを特徴としている。請求項１１記載のフォトセンサシステムの駆動制御方法は、請求項９記載のフォトセンサシステムの駆動制御方法において、前記実効電圧調整手順により調整される、前記各フォトセンサに印加される信号の平均電圧の前記最適値は、前記各フォトセンサにおけるしきい値電圧の変化量が最小となる値に設定されることを特徴としている。
【００２８】
請求項１２記載のフォトセンサシステムの駆動制御方法は、請求項９記載のフォトセンサシステムの駆動制御方法において、前記フォトセンサは、半導体層からなるチャネル領域を挟んで形成されたソース電極及びドレイン電極と、少なくとも前記チャネル領域の上方及び下方に各々絶縁膜を介して形成されたトップゲート電極及びボトムゲート電極と、を備えたダブルゲート構造を有し、前記トップゲート電極に前記リセットパルスを印加し、前記ボトムゲート電極に前記読み出しパルスを印加することにより、前記初期化終了から前記読み出しパルスの印加までの電荷蓄積期間に前記チャネル領域に蓄積された電荷に対応した電圧を出力することを特徴としている。
【００２９】
請求項１３記載のフォトセンサシステムの駆動制御方法は、請求項９記載のフォトセンサシステムの駆動制御方法において、前記初期化手段及び前記信号読み出し手順によって前記フォトセンサアレイにおける前記各フォトセンサに設定する画像読取感度を変化させつつ、前記信号読み出し手順によって前記２次元配列されたフォトセンサに対応する画素より構成される被写体画像を読み取り、前記画像読取感度毎の前記被写体画像の画像パターンに基づいて、最適な画像読取感度を設定する事前読取動作を実行する手順と、前記最適な画像読取感度を用いて、前記被写体画像の全域を読み取る画像読取動作を実行する手順と、前記事前読取動作及び前記画像読取動作の期間に、前記フォトセンサアレイの各フォトセンサに印加された信号の平均電圧を、前記最適値に調整する実効電圧調整動作を実行する手順よりなる前記実効電圧調整手順と、を含むことを特徴としている。
【００３０】
請求項１４記載のフォトセンサシステムの駆動制御方法は、請求項１３記載のフォトセンサシステムの駆動制御方法において、前記事前読取動作を実行する手順は、前記各フォトセンサに、第１のタイミングで所定の極性の電圧を有する第１のリセットパルスを印加して、前記フォトセンサを初期化する第１のステップと、前記初期化終了後、プリチャージパルスに基づくプリチャージ動作が終了した前記各フォトセンサに対して、第２のタイミングで所定の極性の電圧を有する第１の読み出しパルスを印加して、前記初期化終了から前記第１の読み出しパルスの印加までの電荷蓄積期間に蓄積された電荷に対応した第１の読出電圧を出力する第２のステップと、を含み、前記第１の読み出しパルスは、前記第２のタイミングにより、前記電荷蓄積期間を所定の比率で変化させるように印加され、前記電荷蓄積期間毎に蓄積された電荷に対応して出力される前記第１の読出電圧により得られる前記被写体画像の画像パターンに基づいて、最適な前記電荷蓄積期間が決定されることを特徴としている。
【００３１】
請求項１５記載のフォトセンサシステムの駆動制御方法は、請求項１４記載のフォトセンサシステムの駆動制御方法において、前記画像読取動作を実行する手順は、前記各フォトセンサに、第３のタイミングで所定の極性の電圧を有する第２のリセットパルスを印加して、前記各フォトセンサを初期化する第３のステップと、前記初期化終了後、プリチャージパルスに基づくプリチャージ動作が終了した前記各フォトセンサに対して、前記事前読取動作により決定された前記最適な電荷蓄積期間を規定する第４のタイミングで所定の極性の電圧を有する第２の読み出しパルスを印加して、前記初期化終了から前記第２の読み出しパルスの印加までの前記最適な電荷蓄積期間に蓄積された電荷に対応した第２の読出電圧を出力する第４のステップと、を含み、前記実効電圧調整動作を実行する手順は、前記第１及び第３のステップにおいて前記フォトセンサに印加された平均電圧を、前記最適値に調整制御する所定の平均電圧を有する第５の信号を、前記フォトセンサに印加する第５のステップと、前記第２及び第４のステップにおいて前記フォトセンサに印加された平均電圧を、前記最適値に調整制御する所定の平均電圧を有する第６の信号を、前記フォトセンサに印加する第６のステップと、を含むことを特徴としている。
【００３２】
請求項１６記載のフォトセンサシステムの駆動制御方法は、請求項１５記載のフォトセンサシステムの駆動制御方法において、前記第５の信号は、前記フォトセンサの感度特性に応じて設定される平均電圧の前記最適値を基準として、前記第１及び第３のステップにおいて前記フォトセンサに印加された平均電圧に対して、逆極性の平均電圧を有し、また、前記第６の信号は、前記フォトセンサの感度特性に応じて設定される平均電圧の前記最適値を基準として、前記第２及び第４のステップにおいて前記フォトセンサに印加された平均電圧に対して、逆極性の平均電圧を有していることを特徴としている。
【００３３】
請求項１７記載のフォトセンサシステムの駆動制御方法は、請求項１５記載のフォトセンサシステムの駆動制御方法において、前記第５のステップは、前記フォトセンサの感度特性に応じて設定される平均電圧の前記最適値を基準として、該最適値より低い第５の電圧部分と該最適値より高い第６の電圧部分とを有し、前記第１、第３及び第５のステップにおいて前記フォトセンサに印加された信号電圧の時間積分値の絶対値と、前記第１、第２及び第６のステップにおいて前記フォトセンサに印加された信号の電圧波形の時間積分値の絶対値とが等しくなるように、各々所定の時間幅に設定された前記第５の信号を前記フォトセンサに印加し、また、前記第６のステップは、前記フォトセンサの感度特性に応じて設定される平均電圧の前記最適値を基準として、該最適値より低い第７の電圧部分と該最適値より高い第８の電圧部分とを有し、前記第２、第４及び第７のステップにおいて前記フォトセンサに印加された信号の電圧波形の時間積分値の絶対値と、前記第１、第２及び第８のステップにおいて前記フォトセンサに印加された信号電圧の時間積分値の絶対値とが等しくなるように、各々所定の時間幅に設定された前記第６の信号を前記フォトセンサに印加することを特徴としている。
【００３４】
請求項１８記載のフォトセンサシステムの駆動制御方法は、請求項１５記載のフォトセンサシステムの駆動制御方法において、前記第１、第３及び第５のステップにおいて前記各フォトセンサに印加される信号の電圧波形、並びに、前記第２及、第４及び第６のステップにおいて前記フォトセンサに印加される信号の電圧波形は、各々一対のハイレベル及びローレベルからなる２値の電圧を生成、出力する２値ドライバにより、前記各フォトセンサに印加されることを特徴としている。
【００３５】
請求項１９記載のフォトセンサシステムの駆動制御方法は、請求項１５記載のフォトセンサシステムの駆動制御方法において、前記第１、第３及び第５のステップにおいて前記フォトセンサに印加される信号の電圧波形、並びに、前記第２、第４及び第６のステップにおいて前記フォトセンサに印加される信号の電圧波形は、各々複数対のハイレベル及びローレベルからなる多値の電圧を生成、出力する多値ドライバにより、前記フォトセンサに印加されることを特徴としている。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係るフォトセンサシステムおよびその駆動制御方法の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に示す実施形態においては、フォトセンサとして薄膜トランジスタ構造を有する前記ダブルゲート型フォトセンサを適用した場合について示すが、本発明の構成は、このダブルゲート型フォトセンサに限定されるものではなく、他の構成のフォトセンサを用いたフォトセンサシステムに対しても同様に適用されるものである。
図１は、本発明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一例を示す概略構成図である。なお、ここでは、図１７に示したフォトセンサシステムと同等の構成については、同一の符号を付して説明する。
【００３７】
図１に示すように、本実施形態に係るフォトセンサシステムは、図１６（a）に示したダブルゲート型フォトセンサ１０を２次元配列して構成されるフォトセンサアレイ１００と、ダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート端子ＴＧに所定のタイミングで、所定のリセットパルスを印加するトップゲートドライバ１１１と、ダブルゲート型フォトセンサ１０のボトムゲート端子ＢＧに所定のタイミングで、所定の読み出しパルスを印加するボトムゲートドライバ１１２と、ダブルゲート型フォトセンサ１０へのプリチャージ電圧の印加及びデータライン電圧の読み出しを行うコラムスイッチ１１４、プリチャージスイッチ１１５、アンプ１１６からなる出力回路部１１３と、読み出されたアナログ信号のデータ電圧をデジタル信号からなる画像データに変換するアナログ−デジタル変換器（以下、「Ａ／Ｄコンバータ」と記す）１１７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、本発明における実効電圧調整制御、及び、外部機能部２００とのデータのやり取り等を行うとともに、後述する感度設定機能を備えたコントローラ１２０と、読取画像データや後述する読取感度の設定、平均電圧の調整等に関連するデータ等を記憶するＲＡＭ１３０と、を有して構成されている。
【００３８】
ここで、フォトセンサアレイ１００、トップゲートドライバ１１１、ボトムゲートドライバ１１２、出力回路部１１３からなる構成は、図１７に示した従来技術による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ものであるが、本実施形態に係るフォトセンサシステムは、これに加えてＡ／Ｄコンバータ１１７、コントローラ１２０、及びＲＡＭ１３０を設けて、後述するような種々の制御を行うことができるようにしたものである。
【００３９】
すなわち、コントローラ１２０は、トップゲートドライバ１１１及びボトムゲートドライバ１１２に制御信号φtg、φbgを出力することにより、トップゲートドライバ１１１及びボトムゲートドライバ１１２の各々から、フォトセンサアレイ１００を構成する各ダブルゲート型フォトセンサのトップゲート端子ＴＧ及びボトムゲート端子ＢＧに所定の信号電圧（リセットパルスφＴｉ、読み出しパルスφＢｉ）を印加するとともに、プリチャージスイッチ１１５に制御信号φpgを出力することにより、データラインにプリチャージ電圧Ｖpgを印加して、被写体画像の読取動作の実行を制御すると共に、コントローラ１２０には、ダブルゲート型フォトセンサ１０から読み出されたデータライン電圧ＶＤがアンプ１１５及びＡ／Ｄコンバータ１１７を介してデジタル信号に変換され、画像データとして入力される。
【００４０】
コントローラ１２０は、この画像データに対して、所定の画像処理を施したり、ＲＡＭ１３０への書き込み、読み出しを行うとともに、画像データの照合や加工等の所定の処理を実行する外部機能部２００に対してインタフェースとしての機能をも備えている。更に、コントローラ１２０は、後述するように、トップゲートドライバ１１１及びボトムゲートドライバ１１２に出力する制御信号φtg、φbgを設定制御することにより、ダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート端子ＴＧ及びボトムゲート端子ＢＧに印加される平均電圧の偏りを最適値に調整する機能、及び、外光等の環境照度に対応して被写体画像を最適に読み込むことができる読取感度、すなわち、ダブルゲート型フォトセンサ１０の最適な光蓄積期間Ｔａを設定する機能、を有している。
【００４１】
次に、上述した構成を有するフォトセンサシステムの駆動制御方法について、図面を参照して説明する。なお、図１、及び図１７に示したフォトセンサシステムの構成を適宜参照しながら説明する。
以下に示すように、各実施形態に係わるフォトセンサシステムの駆動制御方法は、何れも、コントローラ１２０から送出される制御信号（φtg、φbg、φpg等）に基づいて各動作の制御が行われるものである。
【００４２】
＜第１の実施形態＞
図２は、本発明に係るフォトセンサシステムの駆動制御方法における第１の実施形態について、各行毎の動作のタイミングを示すタイミングチャートである。なお、この第１の実施形態は、トップゲートライン１０１に印加されるリセットパルス、及び、ボトムゲートライン１０２に印加される読み出しパルス、の各々のハイレベル電圧とローレベル電圧がＧＮＤレベル（０Ｖ）に対して、互いに逆極性で絶対値が等しい電圧を有している場合に対応したものである。
【００４３】
本実施形態に係る駆動制御方法は、まず、図２（ａ）〜（ｃ）の画像読取動作期間に示すように、トップゲートライン１０１の各々に、リセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎを順次印加してリセット期間Ｔresetをスタートし、各行毎のダブルゲート型フォトセンサ１０を初期化する。ここで、リセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎは、ハイレベルが正電圧ＶtgH、ローレベルが負電圧ＶtgLのパルス信号であり、電圧ＶtgH、ＶtgLは、ＧＮＤレベル（０Ｖ）に対して極性を反転した対称な電圧波形を有している。
【００４４】
次いで、リセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎが立ち下がり、リセット期間Ｔresetが終了することにより、光蓄積期間Ｔａがスタートして、各行毎にダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート電極側から入射される光量に応じてチャネル領域に電荷（正孔）が発生し、蓄積される。ここで、図２（ｇ）に示すように、光蓄積期間Ｔａ内に並行して、プリチャージ信号φpgを順次印加することにより、プリチャージ期間Ｔprchをスタートし、データライン１０３にプリチャージ電圧Ｖprchを印加してダブルゲート型フォトセンサ１０のドレイン電極に所定の電圧を保持させるプリチャージ動作が行われる。
【００４５】
そして、図２（ｄ）〜（ｆ）の画像読取動作期間に示すように、光蓄積期間Ｔａ及びプリチャージ期間Ｔprchが終了したダブルゲート型フォトセンサ１０に対して、各行毎にボトムゲートライン１０２に順次読み出しパルスφＢ１、φＢ２、…φＢｎを印加して、読み出し期間Ｔreadをスタートし、図２（ｈ）に示すように、ダブルゲート型フォトセンサ１０に蓄積された電荷に対応する電圧変化ＶＤを、出力回路部１１３によりデータライン１０３を介して読み出し、順次ＲＡＭ１３０に記憶する。ここで、読み出しパルスφＢ１、φＢ２、…φＢｎは、ハイレベルが正電圧ＶbgH、ローレベルが負電圧ＶbgLのパルス信号であり、電圧ＶbgH、ＶbgLは、ＧＮＤレベル（０Ｖ）に対して極性を反転した対称な電圧値を有している。
【００４６】
なお、照射光量の検出方法は、上述した従来技術と同様に、各データライン１０３の電圧ＶＤの低下傾向を、読み出し期間Ｔreadがスタートして、所定の時間経過後の電圧値を検出することにより、あるいは、所定のしきい値電圧を基準にして、その電圧値に至るまでの時間を検出することにより、照射光量を換算する。
【００４７】
次いで、上記「リセット動作→光蓄積動作→プリチャージ動作→読み出し動作」からなる一連の画像読取動作が、フォトセンサアレイ１００の全ての行において終了した後、この全行の画像読取動作に要した時間と同一の時間を有し、かつ、画像読取動作において各行毎のトップゲートライン１０１、及び、ボトムゲートライン１０２に印加された電圧に対して逆バイアスとなる電圧を、各行のトップゲートライン１０１、及び、ボトムゲートライン１０２に印加する。
【００４８】
すなわち、図２（ａ）〜（ｃ）の実効電圧調整動作期間に示すように、トップゲートライン１０１に対する補正信号として、リセット動作において、ダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート端子ＴＧに印加されるリセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎの電圧波形に対して、逆極性となる電圧波形、すなわち、画像読取期間にトップゲート端子ＴＧに印加された電圧波形をＧＮＤレベル（０Ｖ）に対して反転した波形を生成し、上記画像読取動作期間の直前、あるいは、直後に付加する（図２（ａ）〜（ｃ）では、直後の場合を示す）。
【００４９】
また、図２（ｄ）〜（ｆ）の実効電圧調整動作期間に示すように、ボトムゲートライン１０２に対する補正信号として、読み出し動作において、ダブルゲート型フォトセンサ１０のボトムゲート端子ＢＧに印加される読み出しパルスφＢ１、φＢ２、…φＢｎの電圧波形に対して、逆極性となる電圧波形、すなわち画像読取期間にボトムゲート端子ＢＧに印加された電圧波形をＧＮＤレベル（０Ｖ）に対して反転した波形を生成し、上記画像読取動作期間の直前、あるいは、直後に付加する（図２（ｄ）〜（ｆ）では、直後の場合を示す）。
【００５０】
ここで、ダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート端子ＴＧ及びボトムゲート端子ＢＧに印加される電圧波形について、より具体的に説明する。
図３は、本実施形態におけるダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート端子ＴＧ及びボトムゲート端子ＢＧに印加される電圧波形の詳細を示すタイミングチャートである。ここでは、１行目のトップゲートライン１０１及びボトムゲートライン１０２に印加される電圧波形を例として示すが、他の行においても同様である。
【００５１】
図３（ａ）に示すように、画像読取動作におけるリセット動作時には、極めて短い時間（リセット期間Ｔreset）のみ、正電圧ＶtgHのリセットパルスφＴ１がトップゲートライン１０１を介してトップゲート端子ＴＧに印加され、リセット動作以外の他の動作時には、比較的長い時間、負電圧ＶtgLが印加される。これによって、トップゲート端子ＴＧに印加される平均電圧は、負電圧に大きく偏っている。
【００５２】
一方、読み出し動作時においても、図３（ｂ）に示すように、短い時間（読み出し期間Ｔread）のみ、正電圧ＶbgHの読み出しパルスφＢ１がボトムゲートライン１０２を介してボトムゲート端子ＢＧに印加され、読み出し動作Ｔread以外の他の動作時には、比較的長い時間、負電圧ＶbgLが印加される。これによって、ボトムゲート端子ＢＧに印加される平均電圧は、負電圧に大きく偏っている。このような特定の極性の電圧側に偏った電圧がゲート端子に印加された状態が継続すると、上述したように、ゲート部分に電荷（正孔または電子）がトラップされて、フォトセンサの感度特性の変化や、素子特性の劣化が生じる。
【００５３】
そこで、本実施形態においては、画像読取動作期間に印加される電圧波形を、ＧＮＤレベル（０Ｖ）に対して電圧極性を反転した逆バイアス電圧波形を補正信号として生成し、画像読取動作期間の直前、あるいは、直後の実効電圧調整動作期間に各ゲート電極に印加する。このようなフォトセンサシステムの駆動制御方法によれば、画像読取動作期間におけるトップゲート端子ＴＧ及びボトムゲート端子ＢＧへの電圧の印加状態と、実効電圧調整動作期間における電圧の印加状態とは、互いに同等の印加タイミングを有するとともに、互いに逆極性の電圧の時間積分値を有することになる。したがって、画像読取動作期間及び実効電圧調整動作期間を含めた全体の動作期間において、トップゲート端子ＴＧ及びボトムゲート端子ＢＧに印加される電圧は互いに打ち消し合って平均電圧の極性の偏りが解消される。
【００５４】
より詳細に言えば、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、画像読取動作期間において、トップゲート端子ＴＧ及びボトムゲート端子ＢＧに印加される平均電圧を、それぞれＶte1、Ｖbe1とし、実効電圧調整動作期間においてトップゲート端子ＴＧ及びボトムゲート端子ＢＧに印加される平均電圧を、それぞれＶte2、Ｖbe2とすると、各端子に対して、各期間における平均電圧の絶対値は互いに等しく、逆極性となり、|Ｖte1|＝|Ｖte2|、|Ｖbe1|＝|Ｖbe2|となる。従って、画像読取動作期間と実効電圧調整動作期間とをあわせた全体の動作期間にトップゲート端子ＴＧ及びボトムゲート端子ＢＧに印加される電圧の平均電圧Ｖte、Ｖbeは、各期間の平均電圧値が互いに相殺されて０Ｖとなる。これによって、各ゲート部分への電荷（正孔または電子）の蓄積が防止されるので、フォトセンサの素子特性の劣化や感度特性の変化を抑制することができる。
【００５５】
なお、本実施形態においては、画像読取動作、及び、実効電圧調整動作に際し、トップゲート端子ＴＧに印加される電圧波形に必要な電圧値は、ＧＮＤレベル（０Ｖ）に対して互いに反転極性を有する一対の正電圧ＶtgH及び負電圧ＶtgL（＝−ＶtgH）であり、また、ボトムゲート端子ＢＧに印加される電圧波形に必要な電圧値は、ＧＮＤレベル（０Ｖ）に対して互いに反転極性を有する一対の正電圧ＶbgH及び負電圧ＶbgL（＝−ＶbgH）であるので、トップゲートドライバ１１１及びボトムゲートドライバ１１２を、各々２値出力を有するドライバにより構成することができる。このような２値出力を有するドライバは通常、ローコストであるため、フォトセンサシステムのコストアップを抑制することができる。
【００５６】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明に係るフォトセンサシステムの駆動制御方法の第２の実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態は、前記第１の実施形態に対し、画像読取動作期間におけるリセットパルス及び読み出しパルスの各々のハイレベル電圧とローレベル電圧がＧＮＤレベル（０Ｖ）に対して非対象な電圧を有している場合に対応したものである。
【００５７】
図４は、本発明に係るフォトセンサシステムの駆動制御方法における第２の実施形態について、各行毎の動作のタイミングを示すタイミングチャートであり、図５は、本実施形態におけるダブルゲート型フォトセンサのトップゲート端ＴＧ子及びボトムゲート端子ＢＧに印加される電圧波形の詳細を示すタイミングチャートである。ここで、上述した実施形態と同等の制御処理については、その説明を簡略化して説明する。
【００５８】
本実施形態に係る駆動制御方法は、上述した実施形態と同様に、まず、トップゲートライン１０１の各々に、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、リセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎを順次印加してリセット期間Ｔresetをスタートし、各行毎のダブルゲート型フォトセンサ１０を初期化した後、光蓄積期間Ｔａをスタートし、入射される光量に応じてチャネル領域に電荷（正孔）を蓄積する。ここで、リセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎは、ＧＮＤレベル（０Ｖ）に対して非対称な正電圧（ハイレベル）ＶtgH2、負電圧（ローレベル）ＶtgL1（≠−ＶtgH2）を有するパルス信号である。
【００５９】
そして、光蓄積期間Ｔａ、及び、図４（ｇ）に示すように、光蓄積期間Ｔａ内に並行するプリチャージ期間Ｔprchが終了したダブルゲート型フォトセンサ１０に対して、各行毎のボトムゲートライン１０２に、図４（ｄ）〜（ｆ）に示すように、読み出しパルスφＢ１、φＢ２、…φＢｎを順次印加して、読み出し期間Ｔreadをスタートし、図４（ｈ）に示すように、蓄積された電荷に対応する電圧変化ＶＤを、出力回路部１１３によりデータライン１０３を介して読み出し、順次ＲＡＭ１３０に記憶される。ここで、読み出しパルスφＢ１、φＢ２、…φＢｎは、ＧＮＤレベル（０Ｖ）に対して非対称な正電圧（ハイレベル）ＶbgH2及び負電圧（ローレベル）ＶbgL1を有するパルス信号である。
【００６０】
次いで、上記一連の画像読取動作が、全ての行において終了すると、この全行の画像読取動作に要した時間と同一の時間を有し、かつ、各行毎のトップゲートライン１０１、及び、ボトムゲートライン１０２に印加された電圧波形に対して逆バイアスとなる補正信号を、上記画像読取動作期間の直前、あるいは、直後の実効電圧調整動作期間に、各行のトップゲートライン１０１、及び、ボトムゲートライン１０２に印加する（図４（ａ）〜（ｈ）では、直後の場合を示す）。
【００６１】
すなわち、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、トップゲート端子ＴＧには、画像読取動作期間に印加される電圧波形をＧＮＤレベル（０Ｖ）に対して電圧極性を反転し、ハイレベルとして正電圧ＶtgH1（＝−ＶtgL1）、ローレベルとして負電圧ＶtgL2（＝−ＶtgH2）を有する電圧波形が生成されて、実効電圧調整動作期間に印加される。また、ボトムゲート端子ＢＧには、画像読取動作期間に印加される電圧波形をＧＮＤレベル（０Ｖ）に対して電圧極性を反転し、ハイレベルとして正電圧ＶbgH1（＝−ＶbgL1）、ローレベルとして負電圧ＶbgL2（＝−ＶbgH2）を有する電圧波形が補正信号として生成されて、実効電圧調整動作期間に印加される。
【００６２】
このようなフォトセンサシステムの駆動制御方法によれば、画像読取動作期間におけるトップゲート端子ＴＧ及びボトムゲート端子ＢＧへの電圧の印加状態と、実効電圧調整動作期間における電圧の印加状態とは、互いに同等の印加タイミングを有するとともに、互いに逆極性の電圧の時間積分値を有することになる。したがって、画像読取動作期間及び実効電圧調整動作期間を含めた全体の処理期間において、トップゲート端子ＴＧ及びボトムゲート端子ＢＧに各々印加される平均電圧Ｖte、Ｖbeは、０Ｖとなり、各ゲート電極への電荷（正孔または電子）の蓄積が防止され、フォトセンサの感度特性の変化や素子特性の劣化を抑制することができる。
【００６３】
なお、本実施形態においては、画像読取動作期間におけるリセットパルス及び読み出しパルスの各々のハイレベル電圧とローレベル電圧がＧＮＤレベル（０Ｖ）に対して非対象な電圧を有しているため、実効電圧調整動作期間を含めて、トップゲート端子ＴＧ及びボトムゲート端子ＢＧに印加される電圧波形に必要な電圧値は、ＧＮＤレベル（０Ｖ）に対して対称な正電圧及び負電圧で、各々２種の電圧値を有する計４種の電圧値となる。このため、本実施形態におけるトップゲートドライバ１１１及びボトムゲートドライバ１１２は、各々多値レベル出力のドライバにより構成することができる。これにより、フォトセンサの感度特性等に対応した適切な電圧を印加することができて、画像読取動作を良好に実行することができる。
【００６４】
＜第３の実施形態＞
次に、本発明に係るフォトセンサシステムの駆動制御方法の第３の実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態は、前記第２の実施形態の場合と同様に、画像読取動作期間におけるリセットパルス及び読み出しパルスの各々のハイレベル電圧とローレベル電圧がＧＮＤレベル（０Ｖ）に対して非対象な電圧を有している場合に対応したものである。
【００６５】
図６は、本発明に係るフォトセンサシステムの駆動制御方法における第３の実施形態について、各行毎の動作のタイミングを示すタイミングチャートであり、図７は、本実施形態におけるダブルゲート型フォトセンサのトップゲート端子ＴＧ及びボトムゲート端子ＢＧに印加される電圧波形の詳細を示すタイミングチャートである。ここで、上述した実施形態と同等の制御処理については、その説明を簡略化して説明する。
【００６６】
本実施形態に係る駆動制御方法は、上述した実施形態と同様に、まず、トップゲートライン１０１の各々に、図６（ａ）〜（ｃ）に示すようにリセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎを順次印加してリセット期間Ｔresetをスタートし、各行毎のダブルゲート型フォトセンサ１０を初期化した後、光蓄積期間Ｔａをスタートし、入射される光量に応じてチャネル領域に電荷（正孔）を蓄積する。ここで、リセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎは、ＧＮＤレベル（０Ｖ）に対して非対称な正電圧（ハイレベル）ＶtgH及び負電圧（ローレベル）ＶtgL（≠−ＶtgH）を有するパルス信号である。
【００６７】
そして、光蓄積期間Ｔａ及びプリチャージ期間Ｔprchが終了したダブルゲート型フォトセンサ１０に対して、各行毎のボトムゲートライン１０２に、図６（ｄ）〜（ｆ）に示すように、順次読み出しパルスφＢ１、φＢ２、…φＢｎを印加して、読み出し期間Ｔreadをスタートし、図６（ｈ）に示すように、蓄積された電荷に対応する電圧変化ＶＤを、出力回路部１１３によりデータライン１０３を介して読み出し、順次ＲＡＭ１３０に記憶される。ここで、読み出しパルスφＢ１、φＢ２、…φＢｎは、ＧＮＤレベル（０Ｖ）に対して非対称な正電圧（ハイレベル）ＶbgH及び負電圧（ローレベル）ＶbgL（≠−ＶbgH）を有するパルス信号である。
【００６８】
次いで、上記一連の画像読取動作が、全ての行において終了すると、各行毎のトップゲートライン１０１、及び、ボトムゲートライン１０２に印加された電圧波形の平均電圧を打ち消して０Ｖとするような逆バイアス電圧波形よりなる補正信号を、上記画像読取動作期間の直前、あるいは、直後の実効電圧調整動作期間に、各行のトップゲートライン１０１、及び、ボトムゲートライン１０２に印加する（図６（ａ）〜（ｈ）では、直後の場合を示す）。
【００６９】
すなわち、トップゲート端子ＴＧには、実効電圧調整動作期間に、ハイレベル電圧及びローレベル電圧が、画像読取動作期間に印加されるパルス信号と同じ正電圧ＶtgH及び負電圧ＶtgLを有するとともに、正電圧ＶtgH及び負電圧ＶtgLの信号幅を調整して、画像読取動作期間に印加される電圧波形の平均電圧Ｖte1に対しＧＮＤレベル（０Ｖ）に対して電圧極性を反転した平均電圧Ｖte2（＝−Ｖte1）を有する電圧波形が補正信号として生成され、印加される。また、ボトムゲート端子ＢＧには、ハイレベル電圧及びローレベル電圧が、画像読取動作期間に印加されるパルス信号と同じ正電圧ＶbgH及び負電圧ＶbgLを有するとともに、正電圧ＶbgH及び負電圧ＶbgLの信号幅を調整して、画像読取動作期間に印加される電圧波形の平均電圧Ｖbe1に対しＧＮＤレベル（０Ｖ）に対して電圧極性を反転した平均電圧Ｖbe2（＝−Ｖbe1）を有する電圧波形が補正信号として生成され、印加される。
【００７０】
具体的には、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、トップゲート端子ＴＧには、ハイレベルとして正電圧ＶtgH、ローレベルとして負電圧ＶtgLを有し、その平均電圧Ｖte2が、画像読取動作期間に印加される電圧波形の平均電圧Ｖte1をＧＮＤレベル（０Ｖ）に対して極性反転した値となる電圧波形が補正信号として生成されて、実効電圧調整動作期間に印加される。また、ボトムゲート端子ＢＧには、ハイレベルとして正電圧ＶbgH、ローレベルとして負電圧ＶbgLを有し、その平均電圧Ｖbe2が、画像読取動作期間に印加される電圧波形の平均値Ｖbe1をＧＮＤレベル（０Ｖ）に対して極性反転した値となる電圧波形が補正信号として生成されて、実効電圧調整動作期間に印加される。なお、この実効電圧調整動作期間の時間は、前記画像読取動作に要した時間と同一の時間としてもよいし、異なる時間、例えば画像読取動作に要した時間より短い時間としてもよい。要するに、実効電圧調整動作期間にトップゲート端子ＴＧ及びボトムゲート端子ＢＧに印加される電圧の平均電圧が画像読取動作期間に各端子に印加される電圧の平均値を相殺するように電圧波形が設定されていればよい。
【００７１】
このようなフォトセンサシステムの駆動制御方法によれば、画像読取動作期間及び実効電圧調整動作期間を含めた全体の動作期間において、トップゲート端子ＴＧ及びボトムゲート端子ＢＧに各々印加される平均電圧Ｖte、Ｖbeは、０Ｖ（ＧＮＤレベル）となって、電荷（正孔または電子）の蓄積が防止され、ダブルゲート型フォトセンサの感度特性の変化や素子特性の劣化を抑制することができる。
【００７２】
本実施形態においては、画像読取動作期間及び実効電圧調整動作期間にトップゲートライン１０１及びボトムゲートライン１０２に印加される電圧波形に必要な電圧値は、ＧＮＤレベル（０Ｖ）に対して非対称な正、負各一対の電圧値となる。このため、トップゲートドライバ１１１及びボトムゲートドライバ１１２を各々２値出力を有するドライバにより構成することができる。このような２値出力を有するドライバは通常、ローコストであるため、フォトセンサシステムのコストアップを抑制することができる。
【００７３】
＜第４の実施形態＞
次に、本発明に係るフォトセンサシステムの駆動制御方法の第４の実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態は、前記第２の実施形態の場合と同じく、画像読取動作期間におけるリセットパルス及び読み出しパルスの各々のハイレベル電圧とローレベル電圧がＧＮＤレベル（０Ｖ）に対して非対象な電圧を有している場合に対応し、更に、フォトセンサを構成するトランジスタにおけるしきい値の変化量が最小となるように、逆バイアス電圧波形を設定したことを特徴とするものである。
図８は、ダブルゲート型フォトセンサを構成するトランジスタにおけるゲート電極への印加電圧としきい値電圧の変化傾向の一例を示し、ＣＶ測定法によって測定した、ＢＴ処理後のトランジスタのしきい値電圧の変化傾向の一例を示すものである。
【００７４】
図８に示した例においては、しきい値電圧の変化量は、ゲート電極に印加される電圧が正バイアスの場合には数Ｖ〜十数Ｖと大幅な変化を示すのに対し、ゲート電極に印加される電圧が負バイアスの場合には数Ｖ以内と小幅な変化を示す。したがって、ゲート電極に印加される正バイアスと負バイアスの印加時間を同じとして、ゲート電極に印加される平均電圧を０Ｖとした場合には、負バイアスによるしきい値電圧の変化より正バイアスによるしきい値電圧の変化が大きいために、しきい値電圧の変化を生じて、ダブルゲート型フォトセンサの感度特性の変化や素子特性の劣化を招くことになる。従って、しきい値電圧の変化を少なくするにはゲート電極に印加される平均電圧が負バイアス側に偏っている方が良いことになる。本実施形態は、ゲート電極に印加される電圧の平均値が、０Ｖではなく、上記のように、しきい値の変化量が最小となる電圧値となるようにしたものであり、そのように設定された逆バイアス電圧波形を生成し、画像読取動作期間の直前、あるいは、直後に、ゲート端子に印加するようにしたものである。
【００７５】
なお、図８に示したトランジスタのしきい値電圧の変化傾向では、ゲート電極に負バイアスを印加した場合より正バイアスを印加した場合に大幅な変化を示す場合を示したが、これは一例にすぎず、素子構造や使用材料等により、図８に示した場合とは逆に、ゲート電極に負バイアスを印加した場合に、大幅な変化を示す場合もある。
【００７６】
図９は、本発明に係るフォトセンサシステムの駆動制御方法における第４の実施形態について、各行毎の動作のタイミングを示すタイミングチャートであり、図１０は、本実施形態におけるダブルゲート型フォトセンサのトップゲート端子ＴＧ及びボトムゲート端子ＢＧに印加される電圧波形の詳細を示すタイミングチャートである。また、本実施形態は、前記第２の実施形態の場合と同様に、画像読取動作期間におけるリセットパルス及び読み出しパルスの各々のハイレベル電圧とローレベル電圧がＧＮＤレベル（０Ｖ）に対して非対象な電圧を有している場合に対応したものである。ここで、上述した実施形態と同等の制御処理については、その説明を簡略化して説明する。
【００７７】
本実施形態に係る駆動制御方法は、上述した実施形態と同様に、まず、トップゲートライン１０１の各々に、図９（ａ）〜（ｃ）に示すように、リセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎを順次印加してリセット期間Ｔresetをスタートし、各行毎のダブルゲート型フォトセンサ１０を初期化した後、光蓄積期間Ｔａをスタートし、入射される光量に応じてチャネル領域に電荷（正孔）を蓄積する。ここで、リセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎは、０Ｖに対して非対称な正電圧（ハイレベル）ＶtgH2及び負電圧（ローレベル）ＶtgL1（≠−ＶtgH2）を有するパルス信号である。
【００７８】
そして、光蓄積期間Ｔａ及びプリチャージ期間Ｔprchが終了したダブルゲート型フォトセンサ１０に対して、各行毎のボトムゲートライン１０２に、図９（ｄ）〜（ｆ）に示すように、順次読み出しパルスφＢ１、φＢ２、…φＢｎを印加して、読み出し期間Ｔreadをスタートし、図９（ｈ）に示すように、蓄積された電荷に対応する電圧変化ＶＤを、出力回路部１１３によりデータライン１０３を介して読み出し、順次ＲＡＭ１３０に記憶される。ここで、読み出しパルスφＢ１、φＢ２、…φＢｎは、０Ｖに対して非対称な正電圧（ハイレベル）ＶbgH2及び負電圧（ローレベル）ＶbgL1（≠−ＶbgH2）を有するパルス信号である。
【００７９】
次いで、上記一連の画像読取動作が、全ての行において終了すると、各行毎のトップゲートライン１０１、及び、ボトムゲートライン１０２に印加された電圧の極性に応じて生じるトランジスタのしきい値電圧の変化量を相殺して、最小とするような逆バイアス電圧波形よりなる補正信号を、上記画像読取動作期間の直前、あるいは、直後の実効電圧調整動作期間に、各行のトップゲートライン１０１、及び、ボトムゲートライン１０２に印加する（図９（ａ）〜（ｈ）では、直後の場合を示す）。
【００８０】
すなわち、ダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート端子ＴＧ側のトランジスタのしきい値電圧の変化量を最小又は０とするような最適電圧をＶteとして、トップゲート端子ＴＧには、画像読取動作期間に印加された電圧波形を、前記最適電圧Ｖteに対して電圧極性を反転し、ハイレベルとして正電圧ＶtgH1、ローレベルとして負電圧ＶtgL2を有する電圧波形が補正信号として生成され、印加される。また、ボトムゲート端子ＢＧには、ダブルゲート型フォトセンサ１０のボトムゲート端子ＢＧ側のトランジスタのしきい値電圧の変化量を最小又は０とするような最適電圧をＶbeとして、画像読取動作期間に印加された電圧波形を、上記最適電圧Ｖbeに対して電圧極性を反転し、ハイレベルとして正電圧ＶbgH1、ローレベルとして負電圧ＶbgL2を有する電圧波形が補正信号として生成され、印加される。
【００８１】
具体的には、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、画像読取動作期間に各ゲート電極に印加される平均電圧Ｖte1、Ｖbe1に対して、画像読取動作及び実効電圧調整動作を含めた全体の処理期間における平均電圧として、フォトセンサを構成するトランジスタのしきい値電圧の変化量が最小又は０となる最適電圧Ｖte、Ｖbeが得られるように、逆バイアス電圧波形の平均電圧Ｖte2、Ｖbe2が設定される。すなわち、画像読取動作における平均電圧Ｖte1、Ｖbe1と、実効電圧調整動作における平均電圧Ｖte2、Ｖbe2の平均電圧が、各々最適電圧Ｖte、Ｖbeとなるように設定されている。
【００８２】
このようなフォトセンサシステムの駆動制御方法によれば、画像読取動作及び実効電圧調整動作を含めた全体の処理期間における平均電圧を、トランジスタのしきい値電圧の変化量が０又は最小となるように、トップゲート端子ＴＧ及びボトムゲート端子ＢＧに逆バイアス電圧波形を各々印加しているので、トップゲート端子ＴＧ及びボトムゲート端子ＢＧに印加される電圧極性に起因して変化するしきい値電圧の影響を抑制して、フォトセンサの感度特性や素子特性の劣化を伴わない信頼性の高いフォトセンサシステムを提供することができる。
【００８３】
なお、本実施形態においては、画像読取動作期間及び実効電圧調整動作期間を含めて、トップゲート端子ＴＧ及びボトムゲート端子ＢＧに印加される電圧波形に必要な電圧値は、ＧＮＤレベル（０Ｖ）に対して非対称な正電圧及び負電圧で、各々２種の電圧値を有する計４種の電圧値となる。このため、本実施形態におけるトップゲートドライバ１１１及びボトムゲートドライバ１１２は各々各々多値レベル出力のドライバにより構成することができる。これにより、フォトセンサの感度特性等に対応した適切な電圧を印加することができて、画像読取動作を良好に実行することができる。
【００８４】
＜第５の実施形態＞
次に、本発明に係るフォトセンサシステムの駆動制御方法の第５の実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態は、前記第４の実施形態と同じく、画像読取動作期間におけるリセットパルス及び読み出しパルスの各々のハイレベル電圧とローレベル電圧がＧＮＤレベル（０Ｖ）に対して非対象な電圧を有しているとともに、フォトセンサを構成するトランジスタにおけるしきい値の変化量が最小となるように、逆バイアス電圧波形を設定する場合に対応したものである。
【００８５】
図１１は、本発明に係るフォトセンサシステムの駆動制御方法における第５の実施形態について、各行毎の動作のタイミングを示すタイミングチャートであり、図１２は、本実施形態におけるダブルゲート型フォトセンサのトップゲート端子ＴＧ及びボトムゲート端子ＢＧに印加される電圧波形の詳細を示すタイミングチャートである。ここで、上述した実施形態と同等の制御処理については、その説明を簡略化して説明する。
【００８６】
本実施形態に係る駆動制御方法は、上述した実施形態と同様に、まず、トップゲートライン１０１の各々に、図１１（ａ）〜（ｃ）に示すように、リセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎを順次印加してリセット期間Ｔresetをスタートし、各行毎のダブルゲート型フォトセンサ１０を初期化した後、光蓄積期間Ｔａをスタートし、入射される光量に応じてチャネル領域に電荷（正孔）を蓄積する。ここで、リセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎは、ＧＮＤレベル（０Ｖ）に対して非対称な正電圧（ハイレベル）ＶtgH及び負電圧（ローレベル）ＶtgL（≠−ＶtgH）を有するパルス信号である。
【００８７】
そして、光蓄積期間Ｔａ及びプリチャージ期間Ｔprchが終了したダブルゲート型フォトセンサ１０に対して、各行毎のボトムゲートライン１０２に、図１１（ｄ）〜１１（ｆ）に示すように、順次読み出しパルスφＢ１、φＢ２、…φＢｎを印加して、読み出し期間Ｔreadをスタートし、図１１（ｈ）に示すように、蓄積された電荷に対応する電圧変化ＶＤを、出力回路部１１３によりデータライン１０３を介して読み出し、順次ＲＡＭ１３０に記憶される。ここで、読み出しパルスφＢ１、φＢ２、…φＢｎは、ＧＮＤレベル（０Ｖ）に対して非対称な正電圧（ハイレベル）ＶbgH及び負電圧（ローレベル）ＶbgL（≠−ＶbgH）を有するパルス信号である。
【００８８】
次いで、上記一連の画像読取動作が、全ての行において終了すると、各行毎のトップゲートライン１０１、及び、ボトムゲートライン１０２に印加された電圧波形の平均電圧に応じて生じるトランジスタのしきい値電圧の変化量を最小とするような逆バイアス電圧波形よりなる補正信号を、上記画像読取動作期間の直前、あるいは、直後の実効電圧調整動作期間に、各行のトップゲートライン１０１、及び、ボトムゲートライン１０２に印加する（図１１（ａ）〜（ｈ）では、直後の場合を示す）。
【００８９】
すなわち、ダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート端子ＴＧ側のトランジスタのしきい値電圧の変化量を最小又は０とするような最適電圧をＶteとして、トップゲート端子ＴＧには、画像読取動作期間に印加された電圧波形を、前記最適電圧Ｖteに対して電圧極性を反転するとともに、ハイレベルとして正電圧ＶtgH、ローレベルとして負電圧ＶtgLを有し、正電圧ＶtgH及び負電圧ＶtgLの期間の信号幅を調整した電圧波形を有するパルス信号が補正信号として印加される。また、ボトムゲート端子ＢＧには、ダブルゲート型フォトセンサ１０のボトムゲート端子ＢＧ側のトランジスタのしきい値電圧の変化量を最小又は０とするような最適電圧をＶbeとして、画像読取動作期間に印加された電圧波形を、前記最適電圧Ｖbeに対して電圧極性を反転するとともに、ハイレベルとして正電圧ＶbgH、ローレベルとして負電圧ＶbgLを有し、正電圧ＶbgH及び負電圧ＶbgLの期間の信号幅を調整した電圧波形を有するパルス信号が補正信号として印加される。
【００９０】
具体的には、図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、画像読取動作期間にゲート電極に印加される平均電圧Ｖte1、Ｖbe1に対して、画像読取動作及び実効電圧調整動作を含めた全体の処理期間における平均電圧として、フォトセンサを構成するトランジスタのしきい値電圧の変化量が最小又は０となる最適電圧Ｖte、Ｖbeが得られるように、補正信号の逆バイアス電圧波形の平均電圧Ｖte2、Ｖbe2が設定される。すなわち、画像読取動作における平均電圧Ｖte1、Ｖbe1と、実効電圧調整動作における平均電圧Ｖte2、Ｖbe2の平均電圧が、各々最適電圧Ｖte、Ｖbeとなるように、正負電圧の信号幅が設定されている。なお、この実効電圧調整動作期間の時間は、前記画像読取動作に要した時間と同一の時間としてもよいし、異なる時間、例えば画像読取動作に要した時間より短い時間としてもよい。要するに、実効電圧調整動作期間にトップゲート端子ＴＧ及びボトムゲート端子ＢＧに印加される電圧の平均電圧が各々平均電圧Ｖte、Ｖbeとなるように電圧波形が設定されていればよい。
【００９１】
このようなフォトセンサシステムの駆動制御方法によれば、画像読取動作及び実効電圧調整動作を含めた全体の処理期間における平均電圧を、トランジスタのしきい値電圧の変化量が最小又は０となるように、トップゲート端子ＴＧ及びボトムゲート端子ＢＧに逆バイアス電圧波形を各々印加しているので、トップゲート端子ＴＧ及びボトムゲート端子ＢＧに印加される電圧極性に起因して変化するしきい値電圧の影響を抑制して、フォトセンサの感度特性や素子特性の劣化を伴わない信頼性の高いフォトセンサシステムを提供することができる。
【００９２】
なお、本実施形態においては、画像読取動作期間及び実効電圧調整動作期間にトップゲートライン１０１及びボトムゲートライン１０２に印加される電圧波形に必要な電圧値は、ＧＮＤレベル（０Ｖ）に対して非対称な正、負各一対の電圧値となる。このため、トップゲートドライバ１１１及びボトムゲートドライバ１１２を各々２値出力を有するドライバにより構成することができる。このような２値出力を有するドライバは通常、ローコストであるため、フォトセンサシステムのコストアップを抑制することができる。
【００９３】
＜第６の実施形態＞
次に、本発明に係るフォトセンサシステムの駆動制御方法の第６の実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態は、前記第１〜第５の実施形態に示したような被写体画像の読み取り動作に加えて、周囲環境の明るさや検出対象物の種類等の種々の条件によって変化するフォトセンサの最適な感度設定値を求めるための処理（以下、事前読取動作）を画像読み取り動作期間の直前に行い、それにより決定された感度設定値によって画像読み取り動作を行うようにした駆動制御方法に関するものである。
【００９４】
図１３は、本発明に係るフォトセンサシステムの駆動制御方法における第６の実施形態について、各行毎の動作のタイミングを示すタイミングチャートである。ここで、上述した実施形態と同等の制御処理については、その説明を簡略化して説明する。なお、トップゲートライン１０１及びボトムゲートライン１０２に印加される信号電圧のハイレベル電圧とローレベル電圧がＧＮＤレベル（０Ｖ）に対して非対象な電圧を有しているとともに、前記第４、第５の実施形態と同様に、フォトセンサを構成するトランジスタにおけるしきい値の変化量が最小となるように、逆バイアス電圧波形を設定するようにした場合について説明する。
【００９５】
本実施形態における事前読取動作は、まず、トップゲートライン１０１の各々に、所定の遅れ時間Ｔdlyの時間間隔で、図１３（ａ）〜（ｃ）に示すように、リセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎを順次印加してリセット期間Ｔresetをスタートし、各行毎のダブルゲート型フォトセンサ１０を初期化する。ここで、リセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎは、ＧＮＤレベル（０Ｖ）に対して非対称な正電圧（ハイレベル）ＶtgH、負電圧（ローレベル）ＶtgL（≠−ＶtgH）を有するパルス信号である。
【００９６】
次いで、リセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎが立ち下がり、リセット期間Ｔresetが終了することにより、光蓄積期間ＴＡ1、ＴＡ2、…ＴＡnが順次スタートして、各行毎にダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート電極側から入射される光量に応じてチャネル領域に電荷（正孔）が発生し、蓄積される。
そして、各行毎に設定される光蓄積期間ＴＡ1、ＴＡ2、…ＴＡnが、最後のリセットパルスφＴｎが立ち下がった後、各行毎に所定の遅れ時間Ｔdly分ずつ段階的に変化するように、図１３（ｇ）に示すように、プリチャージ信号φpgを印加するとともに、ボトムゲートライン１０２の各々に、図１３（ｄ）〜（ｆ）に示す読み出しパルスφＢｎ、…φＢ２、φＢ１を順次印加して、読み出し期間Ｔreadをスタートし、図１３（ｈ）に示すように、ダブルゲート型フォトセンサ１０に蓄積された電荷に対応する電圧変化ＶＤを、出力回路部１１３によりデータライン１０３を介して読み出し、順次ＲＡＭ１３０に記憶される。
ここで、読み出しパルスφＢ１、φＢ２、…φＢｎは、ＧＮＤレベル（０Ｖ）に対して非対称な正電圧（ハイレベル）ＶbgH及び負電圧（ローレベル）ＶbgL（≠−ＶbgH）を有するパルス信号である。
【００９７】
したがって、このような事前読取動作によれば、各行毎に設定される光蓄積期間ＴＡ1、ＴＡ2、…ＴＡn相互が所定の遅れ時間Ｔdlyの２倍の時間間隔で変化するので、一画面の読み込み動作によりフォトセンサアレイ１００の行数分以上の感度調整幅で設定された読取感度で読み取られた画像データが得られる。そして、この画像データに基づいて、コントローラ１２０は、例えば、明暗パターンのコントラストが最大となる光蓄積期間を抽出し、最適な光蓄積期間Ｔａを決定する。なお、画像データから最適な光蓄積期間Ｔａを決定する方法は、上記のようにコントラストが最大となる条件を抽出する方式に限定されるものではない。
【００９８】
次に、上述した事前読取動作により決定された最適な光蓄積時間Ｔａを用いて画像読取動作を実行する。この画像読取動作は、前記第１〜第５の実施形態における画像読取動作と基本的に同じものである。
すなわち、まず、トップゲートライン１０１の各々に、順次リセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎを印加してリセット期間Ｔresetをスタートし、各行毎のダブルゲート型フォトセンサ１０を初期化する。ここで、リセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎは、前記事前読取動作期間におけるリセットパルスと同じく、ＧＮＤレベル（０Ｖ）に対して非対称な正電圧（ハイレベル）ＶtgH、負電圧（ローレベル）ＶtgL（≠−ＶtgH）を有するパルス信号である。
【００９９】
次いで、リセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎが立ち下がり、リセット期間Ｔresetが終了することにより、各行毎に、上記最適な光蓄積期間Ｔａが順次スタートして、ダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート電極側から入射される光量に応じてチャネル領域に電荷（正孔）が発生し、蓄積される。
【０１００】
そして、最適な光蓄積期間Ｔａ及びプリチャージ期間Ｔprchが終了したダブルゲート型フォトセンサ１０に対して、各行毎に、ボトムゲートライン１０２に順次読み出しパルスφＢ１、φＢ２、…φＢｎを印加して、読み出し期間Ｔreadをスタートし、ダブルゲート型フォトセンサ１０に蓄積された電荷に対応する電圧変化ＶＤを、出力回路部１１３によりデータライン１０３を介して読み出し、順次ＲＡＭ１３０に記憶される。
ここで、読み出しパルスφＢ１、φＢ２、…φＢｎは、前記事前読取動作期間における読み出しパルスと同じく、ＧＮＤレベル（０Ｖ）に対して非対称な正電圧（ハイレベル）ＶbgH及び負電圧（ローレベル）ＶbgL（≠−ＶbgH）を有するパルス信号である。
【０１０１】
次に、上述した画像読取動作が、全ての行において終了すると、一連の事前読取動作及び画像読取動作において各ゲートラインに印加された電圧波形の平均電圧の偏りを調整して最適化する実効電圧調整動作を実効電圧調整動作期間に実行する。すなわち、上記事前読取動作期間び画像読取動作期間において、リセットパルスによりトップゲートライン１０１及びボトムゲートライン１０２に印加された電圧波形の平均電圧値に対し、トップゲートライン１０１及びボトムゲートライン１０２に印加される平均電圧値をトランジスタのしきい値電圧の変化量を最小又は０とする最適電圧Ｖte及びＶbeに調整することができる平均電圧値を有する電圧波形を補正信号として生成し、実効電圧調整動作期間に各行のトップゲートライン１０１及びボトムゲートライン１０２に印加する。
【０１０２】
この実効電圧調整動作において、トップゲート端子ＴＧ及びボトムゲート端子ＢＧに印加される信号について、図面を参照してより具体的に説明する。なお、説明の都合上、トップゲート端子ＴＧに印加される平均電圧、及び、ボトムゲート端子ＢＧに印加される平均電圧のいずれもが、ローレベル側に偏った平均電圧を有しているものとし、また、１行目のトップゲートライン１０１及びボトムゲートライン１０２に印加される電圧波形に着目して説明する。図１４は、本実施形態に係るフォトセンサ装置の駆動制御方法において、トップゲート端子ＴＧ及びボトムゲート端子ＢＧに対し、実効電圧調整動作期間に印加される信号と、上記事前読取動作期間び画像読取動作期間に印加される信号、との関係を示す概念図である。
【０１０３】
図１３（ａ）〜（ｈ）に示したように、事前読取動作期間及び画像読取動作期間のリセット動作においては、極めて短い時間（Ｔreset）のみ、ハイレベルの信号電圧（正電圧）ＶtgHを有するリセットパルスφＴ１がトップゲートライン１０１を介してトップゲート端子ＴＧに印加され、それ以外の比較的長い期間では、ローレベルの信号電圧（負電圧）ＶtgLが印加される。また、画像読取動作における光蓄積期間Ｔａは、事前読取動作により、環境照度等に応じて、その都度、変更設定される。
【０１０４】
一方、事前読取動作期間及び画像読取動作期間の読み出し動作においても、極めて短い時間（Ｔread）のみ、ハイレベルの信号電圧（正電圧）ＶbgHを有する読み出しパルスφＢ１がボトムゲートライン１０２を介してボトムゲート端子ＢＧに印加され、それ以外の比較的長い期間では、ローレベルの信号電圧（負電圧）ＶtgLを有する信号電圧が印加される。また、画像読取動作における光蓄積期間Ｔａは、事前読取動作により、環境照度等に応じて、その都度、変更設定される。
【０１０５】
そこで、本実施形態においては、事前読取動作期間及び画像読取動作期間内、及び、これから実行する実効電圧調整動作期間内に印加される電圧波形について、ダブルゲート型フォトセンサの感度特性に応じて設定されるトップゲート端子ＴＧ側の平均電圧の最適値Ｖte、及び、ボトムゲート端子ＢＧ側の平均電圧の最適値Ｖbeを基準として、上記電圧波形のハイレベル側の時間積分値の絶対値と、ローレベル側の時間積分値の絶対値とを等しくするようにした電圧波形を生成し、実効電圧調整動作期間に所定のタイミングでダブルゲート型フォトセンサのトップゲートライン１０１、及び、ボトムゲートライン１０２に印加する。ここで、実効電圧調整動作期間にトップゲートライン１０１に印加される補正信号の電圧波形は、図１３（ａ）〜（ｃ）に示すように、上記トップゲート端子ＴＧ側の平均電圧の最適値Ｖteを基準として、所定の信号幅（時間幅）Ｔtplを有するローレベル側の電圧成分と、所定の信号幅Ｔtphを有するハイレベル側の電圧成分からなる電圧波形を有している。
【０１０６】
一方、実効電圧調整動作期間にボトムゲートライン１０２に印加される補正信号の電圧波形は、上記ボトムゲート端子ＢＧ側の平均電圧の最適値Ｖbeを基準として、所定の信号幅Ｔbpla、Ｔbplbを有するローレベル側の電圧成分と、所定の信号幅Ｔbphを有するハイレベル側の電圧成分からなる電圧波形を有している。ここで、実効電圧調整動作期間にトップゲート端子ＴＧ側に印加される補正信号の電圧波形と、他の信号波形との関係は、図１４（ａ）の模式図に示すように、トップゲート端子ＴＧの平均電圧の最適値をＶte、事前読取動作及び画像読取動作の処理サイクル内に印加される電圧波形のハイレベルをＶtgH、ローレベルをＶtgL、画像読取動作における最適な光蓄積時間をＴａ、事前読取動作及び画像読取動作における最適な光蓄積時間Ｔａ以外のローレベルの期間をＴlt、事前読取動作及び画像読取動作におけるハイレベルの期間（すなわち、Ｔreset＋Ｔrest）をＴhtとすると、次式にように表される。
【０１０７】
Ｈｔ・（Ｔtph＋Ｔht）＝Ｌｔ・（Ｔａ＋Ｔlt＋Ｔtpl） ……（１）
ここで、Ｈｔは、平均電圧の最適値Ｖteに対するハイレベルＶtgHの差分電圧の絶対値（｜ＶtgH−Ｖte｜）であり、Ｌｔは、平均電圧の最適値Ｖteに対するローレベルＶtgLの差分電圧の絶対値（｜ＶtgL−Ｖte｜）である。上記（１）式より、実効電圧調整動作期間にトップゲートライン１０１に印加される補正信号の電圧波形の印加時間、すなわち、ハイレベル側の電圧成分の信号幅Ｔtphとローレベル側の電圧成分の信号幅Ｔtplとの関係は、次式のように表される。
Ｔtph＝Ｌｔ／Ｈｔ・（Ｔａ＋Ｔlt＋Ｔtpl）−Ｔht ……（２）
【０１０８】
したがって、実効電圧調整動作において、（２）式のように表される時間分（Ｔtph）だけ、トップゲートライン１０１にハイレベルＶtgHの電圧波形を印加することにより、環境照度に応じて画像読取動作の最適な光蓄積期間Ｔａが変更設定された場合であっても、トップゲート端子ＴＧに印加される平均電圧の偏りを打ち消して、最適値Ｖteに調整制御することができ、ダブルゲート型フォトセンサの素子特性の劣化による感度特性の変化を抑制することができる。
【０１０９】
一方、実効電圧調整動作期間にボトムゲートライン１０２に印加される補正信号の電圧波形と、他の信号波形との関係は、図１４（ｂ）の模式図に示すように、ボトムゲート端子ＢＧの平均電圧の最適値をＶbe、事前読取動作及び画像読取動作の処理サイクル内に印加される電圧波形のハイレベルをＶbgH、ローレベルをＶbgL、画像読取動作における最適な光蓄積時間をＴａ、事前読取動作及び画像読取動作における最適な光蓄積時間Ｔａ以外のローレベルの期間をＴlb、事前読取動作及び画像読取動作におけるハイレベルの期間（Ｔrd＋Ｔrd）をＴhbとすると、次式にように表される。
【０１１０】
Ｈｂ・（Ｔbph＋Ｔhb）＝Ｌｂ・（Ｔａ＋Ｔlb＋Ｔbpl） ……（３）
ここで、Ｈｂは、平均電圧の最適値Ｖbeに対するハイレベルＶbgHの差分電圧の絶対値（｜ＶbgH−Ｖbe｜）であり、Ｌｂは、平均電圧の最適値Ｖbeに対するローレベルＶbgLの差分電圧の絶対値（｜ＶbgL−Ｖbe｜）である。また、Ｔbplは、電圧波形のローレベル側の電圧成分の合計信号幅（Ｔbpla＋Ｔbplb）である。上記（３）式より、補正信号の電圧波形の印加時間、すなわち、ハイレベル側の電圧成分の信号幅Ｔbphとローレベル側の電圧成分の信号幅Ｔbplとの関係は、次式のように表される。
Ｔbph＝Ｌｂ／Ｈｂ・（Ｔａ＋Ｔlｂ＋Ｔbpl）−Ｔhb ……（４）
【０１１１】
したがって、実効電圧調整動作において、（４）式のように表される時間分（Ｔbph）だけ、ボトムゲートライン１０２にハイレベルＶbgHの電圧波形を印加することにより、環境照度に応じて画像読取動作の最適な光蓄積期間Ｔａが変更設定された場合であっても、ボトムゲート端子ＢＧに印加される平均電圧の偏りを打ち消して、最適値Ｖbeに調整制御することができ、ダブルゲート型フォトセンサの素子特性の劣化による感度特性の変化を抑制することができる。なお、上述した実効電圧調整動作における、ダブルゲート型フォトセンサの感度特性に応じて設定されるトップゲート端子ＴＧ側の平均電圧の最適値Ｖte、及び、ボトムゲート端子ＢＧ側の平均電圧の最適値Ｖbeの値はダブルゲート型フォトセンサの素子構造や使用材料等によって異なり、正又は負電圧、あるいは、０Ｖのいずれも最適値となる場合がある。
【０１１２】
また、本実施形態においては、実効電圧調整動作においてトップゲート端子ＴＧ及びボトムゲート端子ＢＧに印加される補正信号のハイレベル側及びローレベル側の信号電圧を、事前読取動作及び画像読取動作におけるハイレベル及びローレベルと同じ電圧とする場合について説明した。この場合には、前記第１、３、５の実施形態と同じく、トップゲート端子ＴＧ及びボトムゲート端子ＢＧに印加する電圧値は２種の電圧値となるため、トップゲートドライバ１１１及びボトムゲートドライバ１１２を、各々２値出力を有するドライバにより構成することができる。このような２値出力を有するドライバは通常ローコストであるため、フォトセンサシステムのコストアップを抑制することができる。
【０１１３】
なお、本実施形態はこれに限定されるものではなく、前記第２、４実施形態と同様に、事前読取動作、画像読取動作及び実効電圧調整動作において、トップゲート端子ＴＧ及びボトムゲート端子ＢＧに印加される信号電圧のハイレベル側及びローレベル側の電圧が各々異なる電圧値を有して、トップゲートドライバ１１１及びボトムゲートドライバ１１２を、各々多値レベル出力を有するドライバにより構成するものであってもよい。
【０１１４】
また、本実施形態における事前読取動作の手法は、図１３（ａ）〜（ｈ）に示した形態に限定されるものではなく、他の手法も適用可能である。
図１５は、本実施形態に適用することができる事前読取動作の他の実施例を示すタイミングチャートである。
本実施例に係る事前読取動作は、まず、各行のトップゲートライン１０１に対して、図１５（ａ）〜（ｃ）に示すように、リセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎを同時に印加してリセット期間Ｔresetを同時にスタートし、各行毎のダブルゲート型フォトセンサ１０を初期化する。
【０１１５】
次いで、リセットパルスφＴ１、φＴ２、…φＴｎが同時に立ち下がり、リセット期間Ｔresetが終了することにより、全ての行におけるダブルゲート型フォトセンサ１０の光蓄積期間ＴＢ1、ＴＢ2、…ＴＢnが一斉にスタートして、各行毎のダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート電極側から入射される光量に応じてチャネル領域に電荷（正孔）が発生し、蓄積される。
【０１１６】
そして、各行毎に設定される光蓄積期間ＴＢ1、ＴＢ2、…ＴＢnが各行毎に所定の遅れ時間Ｔdly分ずつ段階的に変化するように、図１５（ｇ）に示すように、プリチャージ信号φpgを印加するとともに、ボトムゲートライン１０２の各々に図１５（ｄ）〜１５（ｆ）に示すように、読み出しパルスφＢ１、φＢ２、…φＢｎを順次印加して、読み出し期間Ｔreadをスタートし、ダブルゲート型フォトセンサ１０に蓄積された電荷に対応する、図１５（ｈ）に示すように、各列の電圧変化ＶＤ１、ＶＤ２、ＶＤ３、…ＶＤｍを、出力回路部１１３によりデータライン１０３を介して読み出し、順次ＲＡＭ１３０に記憶される。
【０１１７】
したがって、被写体画像を構成する各行毎に異なる読取感度（すなわち、行数分の異なる読取感度）で読み取られた画像データを、１回の被写体画像（一画面）の読み込みにより取得することができる。
なお、本実施形態に適用される事前読取動作の手法は、上述した実施形態に限定されるものではなく、被写体画像を異なる読取感度で画像データを取得できるものであれば、例えば、リセット動作→光蓄積動作→プリチャージ動作→読み出し動作の一連の処理サイクルを、読取感度を順次変更して複数回繰り返して、異なる読取感度による画像データを取得するものでもあってもよいし、さらに他の方法であってもよいことはいうまでもない。
【０１１８】
なお、上述した各実施形態においては、フォトセンサシステムを構成するフォトセンサとして、ダブルゲート型フォトセンサを適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、フォトセンサアレイを構成するフォトセンサにおいて、事前読取動作及び画像読取動作時に印加される信号電圧の極性の偏りにより、感度特性や素子特性が変化、又は、劣化する傾向を有し、かつ、実効電圧調整動作時に印加する補正信号により、当該特性の変化や劣化を抑制することができるものであれば、他の構成を有するフォトセンサであっても、本発明に係る駆動制御方法を良好に適用することができる。
【０１１９】
また、上述した各実施形態においては、ダブルゲート型フォトセンサの動作特性やフォトセンサシステムの装置構造に則して、電圧極性を反転したパルス信号を実効電圧調整動作時に印加する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、事前読取動作、画像読取動作及び実効電圧調整動作を含めた全体の処理期間における平均電圧を、フォトセンサの特性変化を抑制することができる電圧値（０Ｖや所定の電圧値）に設定することができるものであれば、上記反転極性を有するパルス信号に限らず、所定の一定電圧を印加するものであってもよい。
【０１２０】
【発明の効果】
請求項１又は９記載の発明によれば、フォトセンサアレイを構成するフォトセンサを初期化する初期化手段（手順）と、各フォトセンサの出力電圧を取り込む信号読み出し手段（手順）と、所定の実効電圧調整動作期間において、各フォトセンサに印加された信号の平均電圧を最適値にする補正信号を各フォトセンサに印加する実効電圧調整手段（手順）と、を有しているので、フォトセンサのリセット動作及び読み出し動作によって、フォトセンサのゲート電極に生じた平均電圧の偏りを解消、又は、最適値に調整し、フォトセンサの素子特性の劣化や、それによる感度特性の変化を抑制して、信頼性の高いフォトセンサシステムを提供することができる。
【０１２１】
請求項２記載の発明によれば、各フォトセンサに設定される画像読取感度を変化させつつ、２次元配列されたフォトセンサに対応する画素より構成される被写体画像を読み取り、画像読取感度毎の被写体画像の画像パターンに基づいて、最適な画像読取感度を求める最適読取感度設定手段を備えているので、新たな構成を付加することなく、環境照度に応じた最適な読取感度を設定して、被写体画像を良好に読み取ることができるとともに、フォトセンサに印加される平均電圧を最適化して、フォトセンサの素子特性の劣化に伴う感度特性の変化を抑制することができ、信頼性が高いフォトセンサシステムを実現することができる。
【０１２２】
請求項３又は１０記載の発明によれば、実効電圧調整手段により印加される上記補正信号により、初期化手段及び信号読み出し手段によってフォトセンサに印加される信号の平均電圧が、各々０Ｖに設定されるので、平均電圧の極性の偏りを抑制して、フォトセンサの素子特性の劣化や感度特性の変化を一層抑制することができる。
【０１２３】
請求項４又は１１記載の発明によれば、実効電圧調整手段により印加される上記補正信号により、初期化手段及び信号読み出し手段によってフォトセンサに印加される信号の平均電圧が、各々フォトセンサにおけるしきい値電圧の変化量が最小となるように設定されるので、フォトセンサに印加される平均電圧に起因して変化するしきい値電圧の影響を抑制して、フォトセンサの素子特性の劣化や感度特性の変化を伴わない信頼性の高いフォトセンサシステムを提供することができる。
【０１２４】
請求項５記載の発明によれば、上記実効電圧調整手段により印加される上記補正信号は、初期化手段及び信号読み出し手段により各フォトセンサに印加された信号の電圧波形の時間積分値に対して、逆極性となる時間積分値を有しているので、平均電圧の極性の偏りを抑制することができ、フォトセンサの素子特性の劣化や感度特性の変化を抑制することができる。
【０１２５】
請求項６又は１８記載の発明によれば、初期化手段及び実効電圧調整手段により（第１、第３及び第５のステップにおいて）、フォトセンサに印加される信号の電圧波形、並びに、信号読み出し手段及び実効電圧調整手段により（第２、第４及び第６のステップにおいて）、フォトセンサに印加される信号の電圧波形が、各々一対のハイレベル及びローレベルからなる２値の電圧を有しているので、各々の信号を安価な２値ドライバを用いて生成、印加することができ、システムのコストアップを抑制することができる。
【０１２６】
請求項７又は１９記載の発明によれば、初期化手段及び実効電圧調整手段により（第１、第３及び第５のステップにおいて）、フォトセンサに印加される信号の電圧波形、並びに、信号読み出し手段及び実効電圧調整手段により（第２、第４及び第６のステップにおいて）、フォトセンサに印加される信号の電圧波形が、各々複数対のハイレベル及びローレベルからなる多値の電圧を有しているので、フォトセンサの感度特性等に対応した適切な電圧を、多値ドライバを用いて生成、印加することができ、画像読取動作を良好に実行することができる。
【０１２７】
請求項８又は１２記載の発明によれば、上記フォトセンサは、半導体層からなるチャネル領域を挟んで形成されたソース電極及びドレイン電極と、少なくとも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備え、所定のタイミングでトップゲート電極にリセットパルスを印加するとともに、ボトムゲート電極に読み出しパルス印加することにより、電荷蓄積期間にチャネル領域に蓄積された電荷に対応した電圧を出力する、いわゆる、ダブルゲート型フォトセンサにより構成されているので、事前読出動作及び画像読取動作時にトップゲート電極及びボトムゲート電極に印加される信号の電圧極性の偏りにより生じるダブルゲート型フォトセンサの素子特性の劣化に伴う感度特性の変化を抑制することができ、信頼性の高いフォトセンサシステムを提供することができる。また、ダブルゲート型フォトセンサによれば、フォトセンサアレイを構成するフォトセンサデバイスを薄型化して、フォトセンサシステムが適用される２次元画像読取装置を小型化することができるとともに、読取画素を高密度化して被写体画像を高精細で読み取ることができる。
【０１２８】
請求項１３記載の発明によれば、フォトセンサアレイの画像読取感度を変化させつつ、所定の被写体画像を読み取り、各画像読取感度毎の被写体画像の画像パターンに基づいて、最適な画像読取感度を設定する事前読出動作を実行する手順と、最適な画像読取感度を用いて、被写体画像の全域を読み取る画像読取動作を実行する手順と、事前読出動作及び画像読取動作の期間に、フォトセンサアレイに印加された信号の平均電圧を、最適値に調整する信号電圧を印加する実効電圧調整動作を実行する手順と、を含んでいるので、事前読取動作により設定される最適な画像読取感度が、環境照度に応じて変更設定された場合であっても、実効電圧調整動作により事前読出動作及び画像読取動作に印加された信号の平均電圧を最適値に調整することができ、画像読取動作における画像読取感度を最適に保ちつつ、フォトセンサの素子特性の劣化に伴う感度特性の変化を抑制することができる。
【０１２９】
請求項１４記載の発明によれば、上記事前読出動作を実行する手順は、各フォトセンサに第１のリセットパルスを印加して、フォトセンサを初期化する第１のステップと、各フォトセンサに第１の読み出しパルスを印加して、電荷蓄積期間に蓄積された電荷に対応した第１の読出電圧を出力する第２のステップと、を含み、電荷蓄積期間を所定の比率で変化させて得られた画像パターンに基づいて、最適な前記電荷蓄積期間を決定する駆動制御方法を有しているので、画像読取動作に先立って行う事前読出動作において、被写体画像を構成する各行毎に異なる読取感度で読み取られた画像データを、１回の被写体画像の読み込みにより取得することができ、事前読出動作に要する処理時間を大幅に短縮することができ、迅速に最適な画像読取感度を設定して、正規の画像読取動作を実行することができる。
【０１３０】
請求項１５記載の発明によれば、上記事前読出動作を実行する手順は、フォトセンサを初期化する第１のステップと、電荷蓄積期間に蓄積された電荷に対応した第１の読出電圧を出力する第２のステップと、を含み、また、上記実効電圧調整動作を実行する手順は、第１及び第３のステップにおいて、フォトセンサに印加された平均電圧を、所定の平均電圧を有する第５の信号を印加して最適値に調整制御する第５のステップと、第２及び第４のステップにおいて、フォトセンサに印加された平均電圧を、所定の平均電圧を有する第６の信号を印加して最適値に調整制御する第６のステップと、を含んでいるので、事前読取動作により設定される最適な画像読取感度が、環境照度に応じて変更設定された場合であっても、実効電圧調整動作において、第５及び第６の信号を適宜設定することにより、上記平均電圧を最適値に調整制御することができ、簡易な制御方法でフォトセンサの素子特性劣化に伴う感度特性の変化を抑制することができる。
【０１３１】
請求項１６記載の発明によれば、上記第５の信号は、フォトセンサの感度特性に応じて設定される平均電圧の最適値を基準として、第１及び第３のステップにおいてフォトセンサに印加された平均電圧に対して、逆極性の平均電圧を有し、また、上記第６の信号は、フォトセンサの感度特性に応じて設定される平均電圧の最適値を基準として、第２及び第４のステップにおいてフォトセンサの第２の電極に印加された平均電圧に対して、逆極性の平均電圧を有しているので、実効電圧調整動作において、所定の信号幅を有する第５及び第６の信号を印加することにより、平均電圧の最適値を調整制御することができ、フォトセンサの素子特性劣化に伴う感度特性の変化を抑制することができる。
【０１３２】
請求項１７記載の発明によれば、上記第５のステップにおいて印加される第５の信号は、事前読出動作、画像読取動作、実効電圧調整動作の全ての動作期間中に、平均電圧の最適値を基準として印加される高電圧側の電圧成分の時間積分値の絶対値と、低電圧側の電圧成分の時間積分値の絶対値とが等しくなるように、高電圧側と低電圧側の時間幅が設定され、また、上記第６のステップにおいて印加される第６の信号は、事前読出動作、画像読取動作、実効電圧調整動作の全ての動作期間中に、平均電圧の最適値を基準として印加される高電圧側の電圧成分の時間積分値の絶対値と、低電圧側の電圧成分の時間積分値の絶対値とが等しくなるように、高電圧側と低電圧側の時間幅が設定されているので、事前読取動作により設定される最適な画像読取感度が、環境強度に応じて変更設定された場合であっても、実効電圧調整動作において、第５及び第６の信号の時間幅及び信号電圧を適宜設定することにより、両極性（平均電圧の最適値を基準として高電圧側と低電圧側）における時間積分値の絶対値を等しくして、各電極における平均電圧を最適値に調整制御することができ、簡易な制御方法でフォトセンサの素子特性劣化に伴う感度特性の変化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るフォトセンサシステムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明に係るフォトセンサシステムの駆動制御方法の第１の実施形態における各行毎の動作のタイミングを示すタイミングチャートである。
【図３】第１の実施形態において、フォトセンサに印加される電圧波形の詳細を示すタイミングチャートである。
【図４】本発明に係るフォトセンサシステムの駆動制御方法の第２の実施形態における各行毎の動作のタイミングを示すタイミングチャートである。
【図５】第２の実施形態において、フォトセンサに印加される電圧波形の詳細を示すタイミングチャートである。
【図６】本発明に係るフォトセンサシステムの駆動制御方法の第３の実施形態における各行毎の動作のタイミングを示すタイミングチャートである。
【図７】第３の実施形態において、フォトセンサに印加される電圧波形の詳細を示すタイミングチャートである。
【図８】フォトセンサを構成するトランジスタのゲート電極への印加バイアス電圧とＢＴ処理後のしきい値電圧の変化傾向の一例を示す特性図である。
【図９】本発明に係るフォトセンサシステムの駆動制御方法の第４の実施形態における各行毎の動作のタイミングを示すタイミングチャートである。
【図１０】第４の実施形態において、フォトセンサに印加される電圧波形の詳細を示すタイミングチャートである。
【図１１】本発明に係るフォトセンサシステムの駆動制御方法の第５の実施形態における各行毎の動作のタイミングを示すタイミングチャートである。
【図１２】第５の実施形態において、フォトセンサに印加される電圧波形の詳細を示すタイミングチャートである。
【図１３】本発明に係るフォトセンサシステムの駆動制御方法の第６の実施形態における各行毎の動作のタイミングを示すタイミングチャートである。
【図１４】第６の実施形態において、フォトセンサに対し、実効電圧調整動作期間に印加される信号と事前読取動作期間び画像読取動作期間に印加される信号との関係を示す概念図である。
【図１５】第６の実施形態における事前読取動作の他の実施例を示すタイミングチャートである。
【図１６】ダブルゲート型フォトセンサの構造を示す断面図及びダブルゲート型フォトセンサの等価回路である。
【図１７】ダブルゲート型フォトセンサを２次元配列して構成されるフォトセンサシステムの概略構成図である。
【図１８】ダブルゲート型フォトセンサシステムの従来の駆動制御方法を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１０      ダブルゲート型フォトセンサ
１１      半導体薄膜
１１ａ    半導体層
２１      トップゲート電極
２２      ボトムゲート電極
１００    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    データライン
１１１    トップアドレスデコーダ
１１２    ローアドレスデコーダ
１１３    出力回路部
１２０    コントローラ
【図１】
0003651660.tif 000002
【図２】
0003651660.tif 000003
【図３】
0003651660.tif 000004
【図４】
0003651660.tif 000005
【図５】
0003651660.tif 000006
【図６】
0003651660.tif 000007
【図７】
0003651660.tif 000008
【図８】
0003651660.tif 000009
【図９】
0003651660.tif 000010
【図１０】
0003651660.tif 000011
【図１１】
0003651660.tif 000012
【図１２】
0003651660.tif 000013
【図１３】
0003651660.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
0003651660.tif 000017
【図１７】
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【図１８】
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