(57)【要約】【課題】タブルゲートＴＦＴを用いた接触型２次元イメージセンサシステムにおいて、従来の自然放電を用いたデータ読出方法に比較し、より高速のデータ読出し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。【解決手段】データドライバ７１０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を接続している。読み出し時には、スイッチ７１１をオンしてプリチャージをし、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を接続しにより電流を押し込む。データ線７４０の電圧は、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の駆動能力特性に従い、速やかに飽和する。ＡＤコンバータ７１２は、ＤＧＴＦＴセンサ７５０を介して放電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測定する。【選択図】図２５
2018014594.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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読出駆動回路。
【請求項２】
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画像読取装置。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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請求項２又は３に記載の２次元接触型画像読取装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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）。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
［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。
【００１１】
［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。
【００１２】
［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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
［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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
［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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
走査は掃出状態から開始する。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
［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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３４】
【特許文献１】特開２００３−８８４３号公報
【特許文献２】特許第３２３４７３６号公報
【特許文献３】特許第２７３５６９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【課題を解決するための手段】
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【発明の効果】
【００４１】
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。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る画像読取装置を内蔵したスマートフォンもしくはタブレットＰＣケースの、嵌合部側から見た、スマートフォンもしくはタブレットＰＣケース未実装状態の概略図であり、（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る画像読取装置の画像読取側からみた概略図であり、（ｃ）はスマートフォンもしくはタブレットＰＣの概略図であり、（ｄ）は本発明の第１の実施形態に係る画像読取装置を内蔵したスマートフォンもしくはタブレットＰＣケースがスマートフォンもしくはタブレットＰＣと嵌合した状態であり、スマートフォンもしくはタブレットＰＣの表示側から見た概略図であり、（ｅ）は（ｄ）のＡ−Ａ’断面図である。
【図２】（ａ）本発明の第１の実施形態に係る画像読取装置の光源部側から見た概略図であり、（ｂ）はその側面図であり、（ｃ）はその読取部側から見た概略図である。
【図３】（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る画像読取装置が被読取媒体上画像を読取っている状態を示す図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。
【図４】トップ読込型読取部の詳細な断面図である。
【図５】受光素子の一例であるダブルゲートトランジスタの等価回路図である。
【図６】トップ読込型読取部のトップ読込受光素子の詳細な構造を示す図である。
【図７】ＤＧＴｒを用いた、３行×３列のイメージセンサの概略回路図である。
【図８】図７の３行×３列のイメージセンサの第１行の状態遷移の詳細をまとめた表である。
【図９】図７の３行×３列のイメージセンサの第２行の状態遷移の詳細をまとめた表である。
【図１０】図７の３行×３列のイメージセンサの第３行の状態遷移の詳細をまとめた表である。
【図１１】掃出状態かつ非読出状態のゲート周期における各制御線およびデータ線の電位の変化を示す図である。
【図１２】蓄積状態かつ非読出状態のゲート周期における各制御線およびデータ線の電位の変化を示す図である。
【図１３】選択ボトムゲート制御線が＋１５Ｖ：ｏｎである行の読出状態のゲート周期における各制御線およびデータ線の電位の変化を示す図である。
【図１４】選択ボトムゲート制御線が０Ｖ：ｏｆｆである行の読出状態のゲート周期における各制御線およびデータ線の電位の変化を示す図である。
【図１５】掃出状態かつ読出状態のゲート周期における各制御線およびデータ線の電位の変化を示す図である。
【図１６】画素トランジスタ動作概念の説明する図である。
【図１７】掃出状態の画素トランジスタ動作概念を示す図である。
【図１８】蓄積状態暗部画素のトランジスタ動作概念を示す図である。
【図１９】蓄積状態暗部画素のトランジスタ動作概念を示す図である。
【図２０】読出／自然放電または電位取得状態暗部画素のトランジスタ動作概念を示す図である。
【図２１】読出／自然放電または電位取得状態明部画素のトランジスタ動作概念を示す図である。
【図２２】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図である。
【図２３】従来のデータ読出し時のデータ線動作の概要を示す図である。
【図２４】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、データ読出しタイミングを示す図である。
【図２５】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を示す図である。
【図２６】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を示す図である。
【図２７】ＤＧＴＦＴセンサのＶｄｓ−Ｉｄ特性を示す図である。
【図２８】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図である。
【図２９】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を示す図である。
【図３０】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を示す図である。
【図３１】ダイオード接続したＤＧＴＦＴセンサのＶ−Ｉ特性を示す図である。
【図３２】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図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００４４】
＜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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
［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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
＜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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
［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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【符号の説明】
【００６１】
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
【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７】
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【図８】
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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１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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