(57)【要約】【課題】フォトセンサを構成する画素構造を簡素化することで、高解像度化が可能で、且つ製造プロセスの簡略化が可能な光電変換装置を提供する。【解決手段】感光性半導体層を有するフォトトランジスタ７と、上記フォトトランジスタ７のドレイン電極Ｄに接続された補助容量１７とを有するセンサ基板２０と、上記フォトトランジスタ７のソース電極Ｓに接続され、上記センサ基板２０による光電変換量を検出する検出ＩＣ２５とを備える。上記補助容量１７には、所定量の電荷が充電されると共に、上記フォトトランジスタ７が非導通状態のときに上記感光性半導体層への光照射により生じる電荷が充電され、上記検出ＩＣ２５は、上記補助容量１７の電荷に基づいて、上記センサ基板２０の光電変換量を検出する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
感光性半導体層を有する薄膜トランジスタを含む光電変換素子の光電変換量を検出する光電変換量検出方法において、
上記薄膜トランジスタのドレイン電極に接続された補助容量に電荷を所定量充電し、
上記補助容量への所定量の電荷の充電完了後に、上記薄膜トランジスタを非導通状態にして上記感光性半導体層に光を所定時間照射し、
上記感光性半導体層に光を所定時間照射した後に、上記補助容量の電荷に基づいて、上記光電変換素子の光電変換量を検出することを特徴とする光電変換量検出方法。
【請求項２】
上記補助容量に電荷を所定量充電する前に、該補助容量内の全ての電荷を開放することを特徴とする請求項１記載の光電変換量検出方法。
【請求項３】
上記補助容量への所定量の電荷の充電は、上記薄膜トランジスタのゲート電極を駆動するゲート電極駆動電圧を用いることを特徴とする請求項１記載の光電変換量検出方法。
【請求項４】
上記補助容量への所定量の電荷の充電は、該補助容量を構成する電極のうち上記薄膜トランジスタのドレイン電極に接続された電極とは反対側の電極に電圧を印加することにより行うことを特徴とする請求項１記載の光電変換量検出方法。
【請求項５】
上記補助容量への所定量の電荷の充電は、上記薄膜トランジスタのソース電極に電圧を印加することにより行うことを特徴とする請求項１記載の光電変換量検出方法。
【請求項６】
上記薄膜トランジスタが非導通状態時に、光の照射によって該薄膜トランジスタのソース電極より放出される電荷を、消去することを特徴とする請求項１記載の光電変換量検出方法。
【請求項７】
上記光電変換素子の光電変換量を検出する間、上記薄膜トランジスタへの光の照射を停止することを特徴とする請求項１記載の光電変換量検出方法。
【請求項８】
感光性半導体層を有する薄膜トランジスタと、上記薄膜トランジスタのドレイン電極に接続された補助容量とを有する光電変換素子と、
上記薄膜トランジスタのソース電極に接続され、上記光電変換素子による光電変換量を検出する光電変換量検出手段とを備え、
上記補助容量は、所定量の電荷が充電されると共に、上記薄膜トランジスタが非導通状態のときに上記感光性半導体層への光照射により電荷が放電され、
上記光電変換量検出手段は、上記感光性半導体層への光照射完了後の上記補助容量の電荷に基づいて、上記光電変換素子の光電変換量を検出することを特徴とする光電変換装置。
【請求項９】
上記光電変換量検出手段は、補助容量から転送される電荷を増幅する増幅回路を備えていることを特徴とする請求項８記載の光電変換装置。
【請求項１０】
感光性半導体層を有する薄膜トランジスタを含む光電変換素子によって変換された原稿画像からの反射光による光電流を、画像情報として入力する画像入力方法において、
上記薄膜トランジスタのドレイン電極に接続された補助容量に電荷を所定量充電し、
上記補助容量への所定量の電荷の充電完了後に、上記薄膜トランジスタを非導通状態にして上記感光性半導体層に光を所定時間照射し、
上記感光性半導体層に光を所定時間照射した後に、上記補助容量の電荷に基づいて、上記光電変換素子の光電変換量を検出し、この検出結果を画像情報として入力することを特徴とする画像入力方法。
【請求項１１】
原稿画像に対応して複数個配置された、請求項８記載の光電変換装置と、
各光電変換装置によって検出された光電変換素子の光電変換量を原稿画像の入力画像情報として出力する画像情報出力手段とを備えていることを特徴とする画像入力装置。
【請求項１２】
原稿画像に、赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ照射する光照射手段を備え、上記画像情報出力手段は、光照射手段による各色の照射光に応じて検出された光電変換素子の光電変換量から入力画像情報をカラー画像として出力することを特徴とする請求項１１に記載の画像入力装置。
【請求項１３】
上記光電変換装置を１次元に配置したことを特徴とする請求項１１記載の画像入力装置。
【請求項１４】
上記光電変換装置を２次元に配置したことを特徴とする請求項１１記載の画像入力装置。
【請求項１５】
複数のデータ線と、
上記データ線と交差する複数の走査線と、
上記データ線及び走査線の交点にそれぞれ設けられた感光性半導体層を有する薄膜トランジスタと、上記薄膜トランジスタのドレイン電極に接続され、電荷が充電される補助容量とを含む光電変換素子と、
上記薄膜トランジスタのソース電極に接続され、上記薄膜トランジスタによる光電変換量を検出する光電変換量検出手段と、
上記光電変換量検出手段よって検出された結果を、画像情報として出力する画像情報出力手段とを備え、
上記補助容量は、所定量の電荷が充電されると共に、上記薄膜トランジスタが非導通状態のときに上記感光性半導体層への光照射により電荷が放電され、
上記光電変換量検出手段は、上記感光性半導体層への光照射完了後の上記補助容量の電荷に基づいて、上記光電変換素子の光電変換量を検出することを特徴とする２次元イメージセンサ。
【請求項１６】
上記データ線、走査線、薄膜トランジスタ、補助容量が透明基板上に形成されていることを特徴とする請求項１５記載の２次元イメージセンサ。
【請求項１７】
上記透明基板の上記薄膜トランジスタの形成面側の表面に透明な保護層が形成されていることを特徴とする請求項１６記載の２次元イメージセンサ。
【請求項１８】
上記透明基板の上記薄膜トランジスタの形成面とは反対側の面に、光照射手段が設けられ、上記薄膜トランジスタの形成面に配置した被照射物に光を照射し、該被照射物からの反射光を上記薄膜トランジスタに照射することを特徴とする請求項１６記載の２次元イメージセンサ。
【請求項１９】
上記光照射手段の光照射を制御する光照射制御手段を備え、
上記光照射制御手段は、上記補助容量に所定量の電荷が充電された後、一定時間光の照射を行うように上記光照射手段を制御し、
上記光電変換量検出手段は、上記光照射手段による一定時間の光照射後に光照射を停止した状態で、上記補助容量の電荷に基づいて、上記光電変換素子による光電変換量を検出することを特徴とする請求項１５記載の２次元イメージセンサ。
【請求項２０】
請求項１５記載の２次元イメージセンサの駆動方法において、
上記の各薄膜トランジスタに接続された全ての補助容量に所定量の電荷が充電された後、上記走査線を駆動することで薄膜トランジスタを順次導通状態とし、上記補助容量の電荷に基づいて上記光電変換素子による光電変換量を検出することを特徴とする２次元イメージセンサの駆動方法。
【請求項２１】
請求項１９記載の２次元イメージセンサの駆動方法において、
上記の各薄膜トランジスタに接続された全ての補助容量に所定量の電荷が充電された後、上記光照射手段による光照射を一定時間行った後、光照射を停止し、上記走査線を駆動することで薄膜トランジスタを順次導通状態として、上記補助容量の電荷に基づいて上記光電変換素子による光電変換量を検出することを特徴とする２次元イメージセンサの駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光電変換素子の光電変換量を検出する光電変換装置に関し、特に、光電変換装置を用いた、パーソナルコンピュータや情報端末等の画像入力用として好適に用いられる画像入力装置及び２次元イメージセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、パーソナルコンピュータやファクシミリ等の画像入力には、１次元イメージセンサと機械的走査を組み合わせた画像入力装置（例えば、イメージスキャナ）が用いられてきた。この場合、１次元イメージセンサを原稿に対して移動させて走査するか、あるいは原稿を移動させて走査する必要があり、何れも機械的に走査する必要があるため、画像の読取速度が遅く、また、装置の小型化・軽量化が制限されていた。
【０００３】
一方、機械的走査が不要な密着型２次元イメージセンサが種々提案されている。これらの多くは、クロストークを防ぐための画素選択トランジスタと、フォトセンサとしてのフォトダイオードやフォトトランジスタとで１画素が形成されており、各画素を２次元マトリクス状に配列して２次元イメージセンサを構成している。
【０００４】
上記の２次元イメージセンサの一般的な動作としては、各フォトセンサへの照射光量に応じて発生した電荷が各画素に蓄積され、画素選択トランジスタを電子走査して順次導通状態にして各画素から電荷量を読み出すことで画像情報を得るものである。例えば、テレビジョン学会技術報告Ｖｏｌ．１７，Ｎｏ．１６，ｐｐ２５−３０では、フォトセンサとしてｐｉｎフォトダイオードを用いた試作例が報告されている。
【０００５】
また、画素を高密度化する目的で、画素選択トランジスタとフォトセンサを一体化する提案も行なわれている。例えば、特許第２７９６３３６号や特許第３０１９６３２号では、フォトセンサ自体にフォトセンサ機能と画素選択機能とを持たせることにより画素面積の縮小を図っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前述したように、機械的走査が不要な密着型２次元イメージセンサは、高速な画像読み出しや軽量・薄型化が可能なため、多くの提案が行なわれているが、未だに実用化された例はない。
【０００７】
この主要因の一つは、画素構造及びアレイ構造の複雑さにある。つまり、現在量産されているアクティブマトリクス型液晶ディスプレイで用いられるＴＦＴアレイの場合に比べて、フォトセンサを形成するための製造プロセスが増加したり、画素構造が複雑になったり、画素面積が増加して高解像度化が困難である等の問題があった。
【０００８】
また、フォトセンサ自体にフォトセンサ機能と選択機能とを持たせる構造の場合でも、例えば逆スタガー型薄膜トランジスタとコプラナ−型薄膜トランジスタとを、半導体層を単一層にして組み合わせた複雑な構造となっており、製造プロセスが複雑になるという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記の各問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、フォトセンサを構成する画素構造を簡素化することで、高解像度化が可能で、且つ製造プロセスの簡略化が可能な光電変換装置、それを用いた画像入力装置及び２次元イメージセンサを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明の光電変換方法は、感光性半導体層を有する薄膜トランジスタからなる光電変換素子の光電変換量を検出する光電変換量検出方法において、上記薄膜トランジスタのドレイン電極に接続された補助容量に電荷を所定量充電し、上記補助容量への所定量の電荷の充電完了後に、上記薄膜トランジスタを非導通状態にして上記感光性半導体層に光を所定時間照射し、上記補助容量の電荷に基づいて、上記光電変換素子の光電変換量を検出することを特徴としている。
【００１１】
上記の構成によれば、薄膜トランジスタの感光性半導体層に光が照射されると、該薄膜とトランジスタのドレイン電極−ソース電極間にドレイン電流が流れると共に、該補助容量に生じたドレイン電流に対応した電荷が放電される。ここで放電される電荷は、光電流の量（以下、光電変換量と称する）に等しい。
【００１２】
したがって、補助容量に、予め所定量の電荷を充填しておけば、光照射によって該補助容量から電荷が放電されることで、補助容量に残った電荷から光電変換量が分かる。
【００１３】
このように補助容量に残った電荷を検出することにより、光電変換量を検出することができるので、光照射時に生じた光電流そのものを検出する場合に比べて、光電変換量を検出するための回路（フォトセンサ）の構造を簡素にすることができる。
【００１４】
通常、電流値や電圧値を検出して光電変換量を検出する方法では、電流や電圧は蓄積すること自体が非常に難しく、電流値や電圧値の測定のための回路構成が複雑になり、結果として、薄膜トランジスタと光電変換量を検出する部分とで構成されるフォトセンサの構造が非常に複雑なものとなる。
【００１５】
これに対して、上記構成のように、補助容量の電荷に基づいて光電変換量を検出するようにすれば、電荷を蓄積するための補助容量を設けるだけでよいので、フォトセンサの構成を簡素なものとすることができる。
【００１６】
つまり、補助容量は、コンデンサであるので、光電流を検出するための回路に比べてより簡素な構造にすることができる。
【００１７】
しかも、補助容量は、薄膜トランジスタのドレイン電極に接続されているので、薄膜トランジスタの製造プロセスを利用してフォトセンサを製造することができる。
【００１８】
このように、フォトセンサを構成する画素構造を簡素化することで、フォトセンサ自体を小さくすることが可能となり、この結果、高解像度化が可能となる。しかも、フォトセンサの画素構造が簡素化されることで、該フォトセンサを用いた光電変換装置の製造プロセスの簡略化も図ることが可能となる。
【００１９】
上記補助容量に電荷を所定量充電する前に、該補助容量内の全ての電荷を開放するようにしてもよい。
【００２０】
この場合、補助容量の電荷を全て開放した後で、所定量の電荷を充電することになるので、予め充電する電荷の量の管理が容易になる。この結果、所定量の電荷が充電された後、光照射により電荷が放電されれば、補助容量に残存する電荷は正確な光電変換量を示すことになるので、光電変換量の検出精度を向上させることができる。
【００２１】
また、補助容量に電荷を所定量充電する前、すなわち光電変換量検出の前に、該補助容量に蓄積された電荷を開放するようになっているので、前回の検出情報に関する電荷が残らないようになる。このため、繰り返し検出動作を行っても、適切な光電変換量を検出することが可能となる。つまり、繰り返しの検出動作を行うことが可能になる。
【００２２】
上記補助容量への所定量の電荷の充電は、上記薄膜トランジスタのゲート電極を駆動するゲート電極駆動電圧を用いてもよい。
【００２３】
この場合、補助容量への電荷の充電を行うために別部材を設ける必要がないので、フォトセンサを構成する画素の構造を簡素なものにすることができる。
【００２４】
また、上記補助容量への所定量の電荷の充電は、該補助容量を構成する電極のうち上記薄膜トランジスタのドレイン電極に接続された電極とは反対側の電極に電圧を印加することにより行うようにしてもよい。
【００２５】
この場合、補助容量に直接接続された電極に電圧が印加されることで、電荷が充電されるようになっているので、該補助容量への電荷の充填量の調整が行い易くなる。これにより、光電変換により蓄積された電荷量を正確に検出することができるようになるので、光電変換量の検出精度の向上を図ることが可能となる。
【００２６】
上記補助容量への所定量の電荷の充電は、上記の方法以外に、上記薄膜トランジスタのソース電極に電圧を印加することにより行うようにしてもよい。
【００２７】
また、上記薄膜トランジスタが非導通状態時に、光の照射によって該薄膜トランジスタのソース電極より放出される電荷を、消去するようにしてもよい。
【００２８】
この場合、薄膜トランジスタが非導通状態時における電荷を検出する虞がなくなるので、光電変換量の誤検出を無くすことができる。
【００２９】
ここで、薄膜トランジスタの導通状態とは、ドレイン電極に接続された補助容量に電荷を充電することが可能状態を示し、非導通状態とは、補助容量に電荷を十分に充電できない状態を示す。
【００３０】
さらに、上記光電変換素子の光電変換量を検出する間、上記薄膜トランジスタへの光の照射を停止するようにしてもよい。
【００３１】
この場合、光電変換素子の光電変換量を検出する間、薄膜トランジスタへの光の照射による光電流が生じないので、光電変換量の誤検出を無くすことができる。つまり、薄膜トランジスタのソース電極方向、すなわちデータライン方向のクロストークを防止することができる。
【００３２】
本発明の光電変換装置は、上記の各問題点を解決するために、感光性半導体層を有する薄膜トランジスタと、上記薄膜トランジスタのドレイン電極に接続された補助容量とを有する光電変換素子と、上記薄膜トランジスタのソース電極に接続され、上記光電変換素子による光電変換量を検出する光電変換量検出手段とを備え、上記補助容量には、所定量の電荷が充電されると共に、上記薄膜トランジスタが非導通状態のときに上記感光性半導体層への光照射により電荷が放電され、上記光電変換量検出手段は、上記補助容量の電荷に基づいて、上記光電変換素子の光電変換量を検出することを特徴としている。
【００３３】
上記の構成によれば、薄膜トランジスタの感光性半導体層に光が照射されると、該薄膜とトランジスタのドレイン電極−ソース電極間にドレイン電流が流れると共に、該補助容量に生じたドレイン電流に対応した電荷が放電される。ここで放電される電荷は、光電流の量（以下、光電変換量と称する）に等しい。
【００３４】
したがって、補助容量に、予め所定量の電荷を充填しておけば、光照射によって該補助容量から電荷が放電されることで、補助容量に残った電荷から光電変換量が分かる。
【００３５】
このように補助容量に残った電荷を検出することにより、光電変換量を検出することにより、光照射時に生じた光電流そのものを検出する場合に比べて、回路の構造を簡素にすることができる。
【００３６】
通常、電流値や電圧値を検出して光電変換量を検出する方法では、電流や電圧は蓄積すること自体が非常に難しく、電流値や電圧値の測定のための回路構成が複雑になり、結果として、薄膜トランジスタと光電変換量を検出する部分とで構成されるフォトセンサの構造が非常に複雑なものとなる。
【００３７】
これに対して、上記構成のように、補助容量の電荷に基づいて光電変換量を検出するようにすれば、電荷を蓄積するための補助容量を設けるだけでよいので、フォトセンサの構成を簡素なものとすることができる。
【００３８】
つまり、補助容量は、コンデンサであるので、光電流を検出するための回路に比べてより簡素な構造にすることができる。
【００３９】
しかも、補助容量は、薄膜トランジスタのドレイン電極に接続されているので、薄膜トランジスタの製造プロセスを利用してフォトセンサを製造することができる。
【００４０】
このように、フォトセンサを構成する画素構造を簡素化することで、フォトセンサ自体を小さくすることが可能となり、この結果、高解像度化が可能となる。しかも、フォトセンサの画素構造が簡素化されることで、該フォトセンサを用いた光電変換装置の製造プロセスの簡略化も図ることが可能となる。
【００４１】
上記光電変換量検出手段は、補助容量から転送される電荷を増幅する増幅回路を備えていてもよい。
【００４２】
この場合、補助容量に残った電荷の量が少なくても、電荷を増幅することができるので、光電変換量を正確に検出することができる。
【００４３】
本発明の画像入力方法は、上記の各問題点を解決するために、感光性半導体層を有する薄膜トランジスタを含む光電変換素子によって変換された原稿画像からの反射光による光電流を、画像情報として入力する画像入力方法において、上記薄膜トランジスタのドレイン電極に接続された補助容量に電荷を所定量充電し、上記補助容量への所定量の電荷の充電完了後に、上記薄膜トランジスタを非導通状態にして上記感光性半導体層に光を所定時間照射し、上記感光性半導体層に光を所定時間照射した後に、上記補助容量の電荷に基づいて、上記光電変換素子の光電変換量を検出し、この検出結果を画像情報として入力することを特徴としている。
【００４４】
上記の構成によれば、薄膜トランジスタの感光性半導体層に光が照射されると、該薄膜とトランジスタのドレイン電極−ソース電極間にドレイン電流が流れると共に、該補助容量に生じたドレイン電流に対応した電荷が蓄積される。この電荷の蓄積量は、光電流の量（以下、光電変換量と称する）に等しい。
【００４５】
したがって、補助容量には、予め所定量の電荷を充填した後、さらに、光照射による電荷が放電されることになるので、最終的に補助容量の電荷量を求めれば、蓄積された電荷量（光電変換量）を検出することができる。
【００４６】
このように検出された電荷量を、光電変換量とすれば、光電流を適切に検出することが可能となるので、この光電変換量を画像情報とすれば、正確な画像情報を入力することができる。
【００４７】
また、本発明の画像入力装置は、上記の各問題点を解決するために、上記構成の光電変換装置を、原稿画像に対応して複数個配置され、各光電変換装置によって検出された光電変換素子の光電変換量を原稿画像の入力画像情報として出力する画像情報出力手段が設けられていることを特徴としている。
【００４８】
この場合、上記構成の光電変換装置を用いることで、解像度の高い画像入力装置を実現することができるので、画像情報出力手段は、高精細な入力画像情報を出力することができる。
【００４９】
また、原稿画像に、赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ照射する光照射手段を備え、上記画像情報出力手段は、光照射手段による各色の照射光に応じて検出された光電変換素子の光電変換量から入力画像情報をカラー画像として出力するようにしてもよい。
【００５０】
この場合、高精細なカラー画像を得ることができる。
【００５１】
上記画像入力装置において、光電変換装置は１次元に配置してもよいし、２次元に配置してもよい。
【００５２】
光電変換装置を１次元に配置した場合、家庭用のファクシミリ装置に用いられているようなハンディスキャナ等の携帯型の画像入力装置に好適に用いることができる。
【００５３】
また、光電変換装置を２次元に配置した場合、フラットヘッドスキャナ等に好適に用いられる。この場合、原稿画像の全体を一度に読み込むことが可能となる。
【００５４】
上記構成の光電変換装置を用いて実現した２次元イメージセンサは、以下のようになる。
【００５５】
本発明の２次元イメージセンサは、上記の各問題点を解決するために、複数のデータ線と、上記データ線と交差する複数の走査線と、上記データ線及び走査線の交点にそれぞれ設けられた感光性半導体層を有する薄膜トランジスタと、上記薄膜トランジスタのドレイン電極に接続され、電荷が充電される補助容量とを含む光電変換素子と、上記薄膜トランジスタのソース電極に接続され、上記薄膜トランジスタによる光電変換量を検出する光電変換量検出手段と、上記光電変換量検出手段よって検出された結果を、画像情報として出力する画像情報出力手段とを備え、上記補助容量は、所定量の電荷が充電されると共に、上記薄膜トランジスタが非導通状態のときに上記感光性半導体層への光照射により電荷が放電され、上記光電変換量検出手段は、上記感光性半導体層への光照射完了後の上記補助容量の電荷に基づいて、上記光電変換素子の光電変換量を検出することを特徴としている。
【００５６】
上記の構成によれば、簡単な構成で２次元のイメージを読み取ることが可能となる。
【００５７】
上記２次元イメージセンサにおいては、上記データ線、走査線、薄膜トランジスタ、補助容量が透明基板上に形成されていてもよい。
【００５８】
また、上記透明基板の上記薄膜トランジスタの形成面側の表面に透明な保護層が形成されていてもよい。
【００５９】
上記透明基板の上記薄膜トランジスタの形成面とは反対側の面に、該透明基板を介して薄膜トランジスタに光を照射する光照射手段が設けられていてもよい。
【００６０】
上記光照射手段の光照射を制御する光照射制御手段を備え、上記光照射制御手段は、上記補助容量に所定量の電荷が充電された後、一定時間光の照射を行うように上記光照射手段を制御し、上記光電変換量検出手段は、上記光照射手段による一定時間の光照射後に光照射を停止し、上記補助容量の電荷に基づいて、上記薄膜トランジスタによる光電変換量を検出するようにしてもよい。
【００６１】
上記構成の２次元イメージセンサの駆動方法において、上記の各薄膜トランジスタに接続された全ての補助容量に所定量の電荷が充電された後、上記走査線を駆動することで薄膜トランジスタを順次導通状態として、上記補助容量の電荷量に基づいて該薄膜トランジスタの光電変換量を検出するようにしてもよい。
【００６２】
また、上記構成の２次元イメージセンサの駆動方法において、上記の各薄膜トランジスタに接続された全ての補助容量に所定量の電荷が充電された後、光照射手段による光照射を一定時間行った後、光照射を停止し、上記走査線を駆動することで薄膜トランジスタを順次導通状態として、上記補助容量の電荷量に基づいて該薄膜トランジスタの光電変換量を検出するようにしてもよい。
【００６３】
【発明の実施の形態】
〔実施の形態１〕
本発明の一実施の形態について説明すれば、以下の通りである。
【００６４】
はじめに、本発明の光電変換装置に適用されるフォトセンサおよびこのフォトセンサを用いた２次元イメージセンサについて説明し、その後で、光電変換量検出方法について説明する。
【００６５】
上記フォトセンサは、基本的には、逆スタガー型薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の構成となっている（上部ゲート電極が光透過性の材質ならば、コプラナ−型薄膜トランジスタの構成となってもよい）。すなわち、図３に示すように、フォトトランジスタ７は、ガラス等からなる透明な絶縁性基板（透明基板）９上に、クロム（Ｃｒ）等からなるボトムゲート電極１１が形成されており、このボトムゲート電極１１及び絶縁性基板９を覆うように、窒化シリコン（ＳｉＮ）からなるボトムゲート絶縁膜（保護層）１３が形成されている。
【００６６】
上記ボトムゲート電極１１上には、ボトムゲート電極１１と対向する位置に、ｉ型アモルファス・シリコン（ｉ−ａ−Ｓｉ）で形成された半導体層（感光性半導体層）１２が形成されており、この半導体層１２を挟んで、該半導体層１２上に所定の間隔を有して相対向する位置にソース電極１０及びドレイン電極１５が形成されている。
【００６７】
これらソース電極１０及びドレイン電極１５は、それぞれｎ＋　シリコン層４を介して半導体層１２と接続されている。
【００６８】
ソース電極１０及びドレイン電極１５の上部には絶縁膜１４が形成され、これらによりトランジスタ（逆スタガー型薄膜トランジスタ）が構成されている。
【００６９】
このフォトトランジスタ７に対して、絶縁性基板９側のバックライトユニット１８から照射光２が照射され、この照射光２が開口部６を透過し、原稿１に反射して、シリコン層４に照射される。
【００７０】
そして、フォトトランジスタ７は、ボトムゲート電極１１に印加する電圧を制御することにより、導通状態と非導通状態を制御することができる。例えば、フォトトランジスタ７のゲート電極１１に正電圧を印加すると、半導体層１２にｎチャンネルが形成され、ここで、ソース電極１０−ドレイン電極１５間に正電圧を印加すると、ソース電極１０側から電子が供給されて、電流が流れる。
【００７１】
上記フォトトランジスタ７のゲート電圧とドレイン電流との関係を示すと図４に示すグラフのようになる。曲線Ｉ１は、光照射時のゲート電圧とドレイン電流との関係を示し、曲線Ｉ２は、光無照射時のゲート電圧とドレイン電流との関係を示すグラフである
すなわち、図４に示す曲線Ｉ１に示すように、非導通状態（ゲート電極１１に負電圧を印加した状態）での光照射時には、半導体層１２に光電流が誘起され、ソース電極１０−ドレイン電極１５間に、照射光により誘起された電子正孔の数、すなわち照射光の光量に応じたドレイン電流が流れる。また、光無照射時には、図４に示す曲線Ｉ２で示すように、ドレイン電流は極めて小さく、例えば、１０−１４Ａ（アンペア）程度にすることができる。その結果、フォトトランジスタ７は、光照射時のドレイン電流（Ｉ１）と光無照射時のドレイン電流（Ｉ２）の差を大きく取ることができる。また、この光照射時のドレイン電流と、光無照射のドレイン電流を所定の時間蓄積する事により、その差をより大きく取る事ができ、ダイナミックレンジの大きな光電変換装置を得ることができる。
【００７２】
次に、上記構成の光電変換装置をフォトセンサとして利用した２次元イメージセンサについて、図５及び図６を参照しながら以下に説明する。
【００７３】
図５は、２次元イメージセンサの概略構成ブロック図を示し、図６は、２次元イメージセンサの概略を示す斜視図である。なお、ここで説明する２次元イメージセンサは、密着型のイメージセンサを示す。また、本実施の形態では、二次元のイメージセンサについて説明するが、本発明の光電変換装置は、フォトセンサとして１次元のイメージセンサに適用することも可能である。
【００７４】
本実施の形態に係る２次元イメージセンサは、図５に示すように、マトリクス状に配列された複数の画素（図示せず）を有し、センサ部（フォトセンサ）を構成する平板状のセンサ基板（光電変換素子）２０を備えており、該センサ基板２０の外周には、複数の駆動ＩＣ１９…と、複数の検出ＩＣ（光電変換量検出手段）２５…とが接続されている。
【００７５】
駆動ＩＣ１９は、センサ基板２０に画素毎に設けられた後述するＴＦＴ７（図１参照）を駆動するものであって、センサ基板２０に設けられたゲートライン２２…に接続されている。ゲートライン２２…のライン数は、センサ基板２０の大きさや、画素ピッチにもよるが、数百〜数千ラインであり、これらゲートライン２２…を、複数個の駆動ＩＣ１９…で分担している。この場合、１つの駆動ＩＣ１９の出力数は、例えば数百となる。
【００７６】
これら各駆動ＩＣ１９は、駆動プリント基板２１に実装されており、各駆動ＩＣ１９と駆動プリント基板２１とで、駆動回路２８を構成している。
【００７７】
駆動プリント基板２１は、コントロール・通信基板（光照射制御手段）２４に接続されており、駆動ＩＣ１９の制御及びコントロール・通信基板２４とのインターフェイスを行う回路を搭載している。
【００７８】
一方、検出ＩＣ２５は、センサ基板２０に設けられたＴＦＴ７が駆動した結果得られた、センサ基板２０からの出力を検出するものである。各検出ＩＣ２５は、センサ基板２０のデータライン２３…に接続されている。データライン２３…のライン数も、センサ基板２０の大きさや、画素ピッチによるが、数百〜数千ラインであり、これらデータライン２３…からの出力の検出を、複数個の検出ＩＣ２５…で分担している。１つの検出ＩＣ２５の入力数は、例えば数百となる。
【００７９】
これら各検出ＩＣ２５は、検出プリント基板（画像情報出力手段）２６に実装されており、各検出ＩＣ２５と検出プリント基板２６とで、検出回路（検出手段）２９を構成している。
【００８０】
検出プリント基板２６は、コントロール・通信基板２４と接続されており、検出ＩＣ２５の制御及びコントロール・通信基板２４とのインターフェイスを行う回路を搭載している。
【００８１】
コントロール・通信基板２４は、ＣＰＵやメモリ等、センサ基板２０のライン読み出し走査やフレーム周期と同期を持たない信号を扱う回路が搭載された構成で、外部回路との通信及び、光電変換装置全般の制御を行うものである。
【００８２】
バックライトユニット１８は、ＬＥＤ、光導光板、光拡散板より構成される。
【００８３】
ＬＥＤの点燈・消灯は、コントロール・通信基板２４により制御される。
【００８４】
上記構成の２次元イメージセンサは、図６に示すように、駆動プリント基板２１および検出プリント基板２６がバックライトユニット１８のセンサ基板２０とは反対側の面に入り込むようにして設けられている。この場合、駆動ＩＣ１９および検出ＩＣ２５は断面略コの字状に形成されている。このような構成にすることで、２次元イメージセンサの小型化を図っている。
【００８５】
また、上記の２次元イメージセンサにおいては、センサ部分となるセンサ基板の所定の領域に、透明な保護膜３が形成され、該センサ基板２０表面が保護されるようになっている。
【００８６】
ここで、上記構成のフォトセンサの動作について、図１ないし図４を参照しながら以下に説明する。なお、図１は、１画素に対応するフォトセンサの概略ブロック図を示し、図２は、図１に示すフォトセンサに流れる信号のタイミングチャートを示している。
【００８７】
図３に示すように、ＴＦＴからなるフォトトランジスタ７には、絶縁性基板９側のバックライトユニット１８から照射光２が照射され、この照射光２が開口部６を透過し、原稿１に反射して、コンタクト層となるシリコン層４に照射される。
【００８８】
そして、フォトトランジスタ７は、ボトムゲート電極１１に印加する電圧を制御することにより、導通状態と非導通状態を制御することができる。例えば、フォトトランジスタ７のゲート電極１１に正電圧を印加すると、半導体層１２にｎチャンネルが形成され、ここで、ソース電極１０−ドレイン電極１５間に正電圧を印加すると、ソース電極１０側から電子が供給されて、電流が流れる。
【００８９】
また、図４の曲線Ｉ１に示すように、非導通状態（ゲート電極に負電圧を印加した状態）での光照射時には、半導体層１２に光電流が誘起され、ソース電極１０−ドレイン電極１５間に、照射光により誘起された電子正孔の数、すなわち照射光の光量に応じたドレイン電流が流れる。また、光無照射時には、図４の曲線Ｉ２で示すように、ドレイン電流は極めて小さく、例えば、１０−１４Ａ（アンペア）程度にすることができる。
【００９０】
その結果、上記のフォトトランジスタ７は、光照射時のドレイン電流（Ｉ１）と光無照射時のドレイン電流（Ｉ２）の差を大きく取ることができる。
【００９１】
また、所定の電荷を補助容量１７に充電し、この電荷を光照射時のドレイン電流と、光無照射のドレイン電流で所定の時間放出し、放出後に補助容量に残った電荷を検出ＩＣ２５で検出することにより、その差をより大きく取る事ができ、ダイナミックレンジの大きな光電変換装置を得ることができる。
【００９２】
上記検出ＩＣ２５は、図１に示すように、内部に、積分アンプ３３、ローパスフィルタ３４、増幅アンプ３５、サンプルホールド回路３６等を、該検出ＩＣ２５が検出するライン数分（例えば数百ライン）備え、サンプルホールド回路３６の後段に、アナログマルチプレクサ３７と、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換回路３８とを、１つずつ備えている。
【００９３】
また、この検出ＩＣ２５では、各構成回路のオフセット及びノイズを除去するために、二重相関サンプリングを行うようになっている。
【００９４】
このような構成の検出ＩＣ２５において、データライン２３を通って検出ＩＣ２５に入力した補助容量１７の電荷は、まず、負入力として積分アンプ３３に入力され、これにて、積分アンプ３３からは、入力した電荷に比例した電位が出力される。また、積分アンプ３３の正入力には、基準電圧（Ｖｒｅｆ）３２が接続されている。
【００９５】
上記積分アンプ３３の出力は、ノイズを低減するために設けられたローパスフィルタ３４を通って増幅アンプ３５に入力し、所定倍に増幅されて出力される。
【００９６】
そして、増幅アンプ３５の出力は、サンプルホールド回路３６に入力して一旦保持され、保持された値は、アナログマルチプレクサ３７の複数入力の１入力に出力される。
【００９７】
アナログマルチプレクサ３７の出力は、次段のＡ／Ｄ変換回路３８に入力され、該Ａ／Ｄ変換回路３８にて、アナログデータからデジタルデータに変換され、画像データとして、コントロール・通信基板２４に出力される。
【００９８】
また、上記積分アンプ３３には、リセットスイッチ３０が設けられており、該リセットスイッチ３０は、検出ＩＣ２５のコントロール部３１の出力により制御される。このコントロール部３１は、検出ＩＣ２５の制御、及び検出プリント基板２６とのインターフェイスを行うものである。
【００９９】
次に、図２を参照しながら、時間を追って、上記構成のフォトセンサの各部の動作を説明する。図２は、前述のように本フォトセンサにおける各部のタイムチャートを示している。なお、このタイムチャートでは、説明の便宜上、区間１の時間ｔ１以前に補助容量１７には電荷は存在しないとする。
【０１００】
（１）区間１の時間ｔ１〜ｔ３
区間１の時間ｔ１で積分アンプ３３のリセットスイッチ３０がオンからオフされ、積分アンプ３３のリセットが解除される。時間ｔ２でゲート駆動信号がオンされ、ＴＦＴ７がオンすると、ゲートからドレインＤとソースＳヘ電荷が漏れ込むフィードスルー現象が生じ、漏れ込んできた電荷（正孔）により、積分アンプ３３の出力は下降する。フィードスルー現象は、ＴＦＴ７では、ゲートとドレインＤとの間、及びゲートとソースＳとの間に、ゲートとオーバーラップする部分があり、該オーバラップ部分に寄生容量が存在しているために起こる（図１参照）。
【０１０１】
図２において、積分アンプ出力の波形が、時間ｔ３で時間ｔ１時よりも値Ｗ１下降しているのは、フィードスルー現象の影響である。また、このとき、積分アンプ３３の出力は、センサ基板２０のデータライン２３の時定数により、立ち下がりが遅れることとなる。
【０１０２】
積分アンプ３３の出力が入力されるローパスフィルタ３４の出力は、時間ｔ２〜において、積分アンプ３３の出力値に向かって時定数を持って下降していく。この下降は、最終的に値Ｗ１になる。
【０１０３】
ローパスフィルタ３４の出力が入力される増幅アンプ３５の出力は、積分アンプ３３の出力値×Ｇ（ゲイン）に向かって下降していく。この下降は最終的に値Ｗ１×Ｇになり、この値を時間ｔ３でサンプルホールドする。この値がフィードスルー信号成分である。
【０１０４】
（２）区間１の時間ｔ４〜ｔ５
区間１の時間ｔ４で積分アンプ３３のリセットスイッチ３０がオフからオンされると、アンプ３３の帰還容量３９がショートされ、アンプ３３の出力は、基準電圧（Ｖｒｅｆ）になる、この為、ローパスフィルタ３４および増幅アンプ３５の出力もＶｒｅｆになる。
【０１０５】
時間ｔ５でＴＦＴ７のゲート駆動信号がオフされると、ＴＦＴ７の主にゲートとソースＳとの間の寄生容量によるフィードスルー現象により、電荷（電子）が、積分アンプ３３の帰還容量３９に流れ込むが、積分アンプ３３はリセット状態のため、流れ込んで来た電荷は消滅する。これに対して、ＴＦＴ７の主にゲートとドレインＤとの間の寄生容量によるフィードスルー現象により、電荷（電子）が、補助容量１７に流れ込みＴＦＴドレイン電圧は、Ｗ２だけ下降する。
【０１０６】
この時、ＴＦＴ７に光が所定の時間照射されると、光電流により、補助容量１７の電荷は、ＴＦＴ７のソースＳ側に流れ、それに伴ってＴＦＴドレイン電圧は上昇する（区間１のｔ５〜区間２のｔ２（図２の点線））。また、光が照射されないＴＦＴ７では、光電流が発生しないため、補助容量の１７の電荷は保持され、ＴＦＴドレイン電圧も変化しない（区間１のｔ５〜区間２のｔ２（図２の実線））。
【０１０７】
（３）区間２の時間ｔ１〜ｔ３
区間２の時間ｔ１で積分アンプ３３のリセットスイッチ３０がオンからオフされ、積分アンプ３３のリセットが解除される。時間ｔ２でゲート駆動信号がオンされ、ＴＦＴ７がオンすると、ゲートからドレインＤとソースＳヘ電荷が漏れ込むフィードスルー現象が生じ、漏れ込んできた電荷（正孔）により、積分アンプ３３の出力は下降する。このとき、区間１の時間ｔ５で補助容量１７に注入された電荷（電子）もソースＳ側へ流れる。この時の電荷量は、ＴＦＴ７への光の照射の状況により異なる。
【０１０８】
図２において、完全に光が当たるＴＦＴ（画素）と光が当たらないＴＦＴ（画素）の場合を示している。この電荷量の違いにより、光が当たっていたＴＦＴの積分アンプの出力と、光が当たっていないＴＦＴの積分アンプの出力にはＷ３（ｔ３）の差が出る。この下降は、最終的に値Ｗ３×Ｇになり、この値を時間ｔ３でサンプルホールドする。このサンプルホールドした値が、光が照射された画素と、照射されていない画素の検出値の差となる。
【０１０９】
（４）区間２の時間ｔ４〜ｔ５
区間２の時間ｔ４で積分アンプ３３のリセットスイッチ３０がオフからオンされると、アンプ３３の帰還容量３９がショートされ、アンプ３３の出力は、基準電圧（Ｖｒｅｆ）になる。この為、ローパスフィルタ３４および増幅アンプ３５の出力もＶｒｅｆになる。
【０１１０】
時間ｔ５でゲート駆動信号がオフされると、ＴＦＴ７の主にゲートとソースＳとの間の寄生容量によるフィードスルー現象により、電荷（電子）が、積分アンプ３３の帰還容量３９に流れ込むが、積分アンプ３３はリセット状態のため、流れ込んで来た電荷は消滅する。これに対して、ＴＦＴ７の主にゲートとドレインＤとの間の寄生容量によるフィードスルー現象により、電荷（電子）が、補助容量１７に流れ込みＴＦＴドレイン電圧は、Ｗ２だけ下降する。
【０１１１】
この時ＴＦＴ７に光が所定の時間照射されると、光電流により、補助容量１７の電荷は、ＴＦＴ７のソース側に流れ、それに伴ってＴＦＴドレイン電圧は上昇する（区間２のｔ５〜）。また、光が照射されないＴＦＴ７では、光電流が発生しないため、補助容量の１７の電荷は保持され、ＴＦＴドレイン電圧も変化しない。
【０１１２】
以上のように、区間１から区間２の動作を１回行うことにより、区間２の時間ｔ３において光電変換量を１回検出することが出来る。また、区間１から区間２の動作を繰り返すことにより、上記検出動作が繰り返され、区間１，２の時間ｔ３において、光電変換量を連続して検出する事が出来る。
【０１１３】
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施形態について以下に説明する。なお、説明の便宜上、前記実施の形態にて示した部材と同一の機能を有する部材には、同一の符号を付記し、その説明を省略する。また、図５及び図６で示した構成は本実施の形態でも同じである。
【０１１４】
本実施の形態に係るフォトセンサの構成および動作について、図７および図８を参照しながら以下に説明する。なお、図７は、１画素に対応するフォトセンサの概略ブロック図を示し、図８は、図７に示すフォトセンサに流れる信号のタイミングチャートを示している。
【０１１５】
本実施の形態に係るフォトセンサは、図７に示すように、補助容量のＴＦＴドレインと反対側の電極を、基準電圧３２とは別の電圧（ＣＳ電極駆動電圧４０）で駆動する事に特徴がある。このフォトセンサの他の構成は、図１に示すフォトセンサと同じである。なお、図７に示す基準電圧３２は一定の電圧であり、ＣＳ電極駆動電圧４０は２値の電圧である。
【０１１６】
次に、図８を参照しながら、時間を追って、上記構成のフォトセンサの各部の動作を説明する。図８は、前述のように本フォトセンサにおける各部のタイムチャートを示している。なお、このタイムチャートでは、説明の便宜上、区間１の時間ｔ１以前に補助容量１７には電荷は存在しないとする。
【０１１７】
（１）区間１の時間ｔ１〜ｔ５
区間１の時間ｔ１で積分アンプ３３のリセットスイッチ３０がオンからオフされ、積分アンプ３３のリセットが解除される。時間ｔ２でゲート駆動信号がオンされ、ＴＦＴ７がオンすると、ゲートからドレインＤとソースＳヘ電荷が漏れ込むフィードスルー現象が生じ、漏れ込んできた電荷（正孔）により、積分アンプ３３の出力は下降する。フィードスルー現象は、ＴＦＴ７では、ゲートとドレインＤとの間、及びゲートとソースＳとの間に、ゲートとオーバーラップする部分があり、該オーバラップ部分に寄生容量が存在しているために起こる（図７参照）。
【０１１８】
積分アンプ出力３３の波形が、時間ｔ２以降において、時間ｔ１時よりも値Ｗ１下降しているのは、上述のフィードスルー現象の影響である。また、このとき、積分アンプ３３の出力は、センサ基板２０のデータライン２３の時定数により、立ち下がりが遅れることとなる。
【０１１９】
積分アンプ３３の出力が入力されるローパスフィルタ３４の出力は、時間ｔ２より、積分アンプ３３の出力値に向かって時定数を持って下降していく。この下降は、最終的に値Ｗ１になる。
【０１２０】
ローパスフィルタ３４の出力が入力される増幅アンプ３５の出力は、積分アンプの出力値×Ｇ（ゲイン）に向かって下降していく。この下降は最終的に値Ｗ１×Ｇになり、この値を時間ｔ３でサンプルホールドする。このサンプリングされた値がＴＦＴ７の寄生容量及び、補助容量からのフィードスルー信号成分である。
【０１２１】
次いで、時間ｔ４で積分アンプ３３のリセットスイッチ３０がオフからオンされると、アンプ３３の帰還容量３９がショートされ、積分アンプ３３の出力は、基準電圧（Ｖｒｅｆ）になる。この為、ローパスフィルタ３４および増幅アンプ３５の出力もＶｒｅｆになる。
【０１２２】
時間ｔ５でＣＳ電極駆動電圧がオンされると、補助容量より電荷（正孔）がＴＦＴ７のドレインＤに流れ込んでくるが、積分アンプ３３がリセットされているため、この電荷は消滅する。
【０１２３】
（２）区間１の時間ｔ６〜ｔ７
時間ｔ６でゲート駆動信号がオフされると、ＴＦＴ７の主にゲートとソースＳとの間の寄生容量によるフィードスルー現象により、電荷（電子）が、積分アンプ３３の帰還容量３９に流れ込むが、積分アンプ３３はリセット状態のため、流れ込んで来た電荷は消滅する。これに対して、ＴＦＴ７の主にゲートとドレインＤとの間の寄生容量によるフィードスルー現象により、電荷（電子）が、補助容量１７に流れ込みＴＦＴドレイン電圧は、Ｗ２だけ下降する。
【０１２４】
次いで、時間ｔ７でＣＳ電極駆動電圧がオフされると、補助容量１７より電荷（電子）がＴＦＴ７のドレインＤに流れ込んでくる。この電荷により、積分アンプ３３の出力は、値Ｗ３まで下降する。
【０１２５】
この時、ＴＦＴ７に光が照射されると、光電流により、補助容量１７の電荷は、ＴＦＴ７のソースＳ側に流れ、それに伴ってＴＦＴドレイン電圧は上昇する（区間１のｔ７〜区間２のｔ２）。また、光が照射されないＴＦＴ７では、光電流が発生しないため、補助容量の１７の電荷は保持され、ＴＦＴドレイン電圧も変化しない。
【０１２６】
（３）区間２の時間ｔ１〜ｔ４
区間２の時間ｔ１で積分アンプ３３のリセットスイッチ３０がオンからオフされ、積分アンプ３３のリセットが解除される。時間ｔ２でゲート駆動信号がオンされ、ＴＦＴ７がオンすると、ゲートからドレインＤとソースＳヘ電荷が漏れ込むフィードスルー現象が生じ、漏れ込んできた電荷（正孔）により、積分アンプ３３の出力は下降する。このとき、区間１の時間ｔ６およびｔ７で、補助容量１７に注入された電荷（電子）もソースＳ側へ流れ、積分アンプ３３の出力は上昇する。この時の電荷量は、ＴＦＴへの光の照射の状況により異なる。
【０１２７】
図８においては、完全に光が当たるＴＦＴ（画素）と当たらないＴＦＴの場合を示している。この電荷量の違いにより、光が当たっていたＴＦＴの積分アンプの出力と、光が当たっていないＴＦＴの積分アンプの出力にはＷ４（ｔ３）の差が出る。この下降は、最終的に値Ｗ４×Ｇになり、この値を時間ｔ３でサンプルホールドする。このサンプルホールドされた値が、光が照射された画素と、照射されていない画素の検出値の差となる。
【０１２８】
次に、時間ｔ４で積分アンプ３３のリセットスイッチ３０がオフからオンされると、アンプ３３の帰還容量３９がショートされ、積分アンプ３３の出力は、基準電圧（Ｖｒｅｆ）になる。この為、ローパスフィルタ３４および増幅アンプ３５の出力もＶｒｅｆになる。
【０１２９】
続いて、時間ｔ５でＣＳ電極駆動電圧がオンされると、補助容量１７より電荷（正孔）がＴＦＴ７のドレインに流れ込んでくるが、積分アンプ３３がリセットされているため、この電荷は消滅する。
【０１３０】
（２）区間２の時間ｔ６〜ｔ７
時間ｔ６でゲート駆動信号がオフされると、ＴＦＴ７の主にゲートとソースＳとの間の寄生容量によるフィードスルー現象により、電荷（電子）が、積分アンプ３３の帰還容量３９に流れ込むが、積分アンプ３３はリセット状態のため、流れ込んで来た電荷は消滅する。これに対して、ＴＦＴ７の主にゲートとドレインＤとの間の寄生容量によるフィードスルー現象により、電荷（電子）が、補助容量１７に流れ込みＴＦＴドレイン電圧は、Ｗ２だけ下降する。
【０１３１】
次に、時間ｔ７でＣＳ電極駆動電圧がオフされると、補助容量より電荷（電子）がＴＦＴ７のドレインに流れ込んでくる。この電荷により、積分アンプ３３の出力は、値Ｗ３まで下降する。この時ＴＦＴ７に光が所定の時間照射されると、光電流により、補助容量１７の電荷は、ＴＦＴ７のソース側に流れ、それに伴ってＴＦＴドレイン電圧は上昇する（区間２のｔ７〜）。また、光が照射されないＴＦＴ７では、光電流が発生しないため、補助容量の１７の電荷は保持され、ＴＦＴドレイン電圧も変化しない。
【０１３２】
以上のように、区間１から区間２の動作を１回行うことにより区間２の時間ｔ３において光電変換量を１回検出することが出来る。また、区間１から区間２の動作を繰り返すことにより、上記検出動作が繰り返され、区間１，２の時間ｔ３において、光電変換量を連続して検出する事が出来る。
【０１３３】
本実施の形態では、図８に示すように、ＣＳ電極駆動電圧を時間ｔ５でハイレベルにし、時間ｔ７でローレベルにすることにより、補助容量１７に電荷を充電しているが、図９に示すように、ＣＳ電極駆動電圧を時間ｔ５でローレベルにし、時間ｔ７でハイレベルにするような逆方向の駆動を行っても補助容量１７に電荷を充電することができる。但し、この場合、時間ｔ６でのゲート信号のオフによるフィードスルー信号成分と逆の電荷の充電となり、補助容量１７に充電される電荷量は、図８の場合に比べて小さくなる。
【０１３４】
〔実施の形態３〕
本発明のさらに他の実施の形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、前記実施の形態にて示した部材と同一の機能を有する部材には、同一の符号を付記し、その説明を省略する。また、図５及び図６で示した構成は本実施形態でも同じである。
【０１３５】
本実施の形態に係るフォトセンサの構成および動作について、図７および図１０を参照しながら以下に説明する。なお、図１０は、図７に示すフォトセンサに流れる信号のタイミングチャートを示している。
【０１３６】
本実施の形態に係るフォトセンサは、図７に示すように、補助容量のＴＦＴドレインと反対側の電極を、基準電圧３２とは別の電圧（ＣＳ電極駆動電圧４０）で駆動する事に特徴がある。このフォトセンサの他の構成は、図１に示すフォトセンサと同じである。なお、前記実施の形態２とは異なり、図７に示す基準電圧３２は２値の電圧であり、ＣＳ電極駆動電圧４０は一定の電圧である。
【０１３７】
次に、図１０を参照しながら、時間を追って、各部の動作を説明する。図１０は、本フォトセンサにおける各部のタイムチャートである。なお、このタイムチャートでは、説明の便宜上、区間１の時間ｔ１以前に補助容量１７には電荷は存在しないとものする。
【０１３８】
（１）区間１の時間ｔ１〜ｔ７
区間１の時間ｔ１で積分アンプ３３のリセットスイッチ３０がオンからオフされ、積分アンプ３３のリセットが解除される。時間ｔ２でゲート駆動信号がオンされ、ＴＦＴ７がオンすると、ゲートからドレインＤとソースＳヘ電荷が漏れ込むフィードスルー現象が生じ、漏れ込んできた電荷（正孔）により、積分アンプ３３の出力は下降する。フィードスルー現象は、ＴＦＴ７では、ゲートとドレインＤとの間、及びゲートとソースＳとの間に、ゲートとオーバーラップする部分があり、該オーバラップ部分に寄生容量が存在しているために起こる（図７参照）。
【０１３９】
積分アンプ出力３３の波形が、時間ｔ１時よりも値Ｗ１下降しているのは、フィードスルー現象の影響である。また、このとき、積分アンプ３３の出力は、センサ基板２０のデータライン２３の時定数により、立ち下がりが遅れることとなる。
【０１４０】
積分アンプ３３の出力が入力されるローパスフィルタ３４の出力は、時間ｔ２より、積分アンプ３３の出力値に向かって時定数を持って下降していく。この下降は、最終的に値Ｗ１になる。
【０１４１】
ローパスフィルタ３４の出力が入力される増幅アンプ３５の出力は、積分アンプの出力値×Ｇ（ゲイン）に向かって下降していく。この下降は最終的に値Ｗ１×Ｇになり、この値を時間ｔ３でサンプルホールドする。このサンプルホールドされた値がＴＦＴ７の寄生容量及び、補助容量からのフィードスルー信号成分である。
【０１４２】
次に、時間ｔ４で積分アンプ３３のリセットスイッチ３０がオフからオンされると、アンプ３３の帰還容量３９がショートされ、積分アンプ３３の出力は、基準電圧（Ｖｒｅｆ）になる。この為、ローパスフィルタ３４および増幅アンプ３５の出力もＶｒｅｆになる。
【０１４３】
続いて、時間ｔ５で基準電圧３２の電圧がＶｒｅｆより、Ｖ１に駆動されると、それに伴いＴＦＴドレインの電圧、積分アンプ３３の出力、ローパスフィルタ３４の出力、増幅アンプの出力もＶ１になる。
【０１４４】
（２）区間１の時間ｔ６〜ｔ７
時間ｔ６でゲート駆動信号がオフされると、ＴＦＴ７の主にゲートとソースＳとの間の寄生容量によるフィードスルー現象により、電荷（電子）が、積分アンプ３３の帰還容量３９に流れ込むが、積分アンプ３３はリセット状態のため、流れ込んで来た電荷は消滅する。これに対して、ＴＦＴ７の主に、ゲートとドレインＤとの間の寄生容量によるフィードスルー現象により、電荷（電子）が、補助容量１７に流れ込みＴＦＴドレイン電圧は、Ｗ２だけ下降する。この時、補助容量１７は電圧Ｖ１＋Ｗ２により電荷が充電されている。
【０１４５】
次いで、時間ｔ７で基準電圧３２の電圧がＶ１より、Ｖｒｅｆに駆動されると、それに伴いＴＦＴドレインの電圧、積分アンプ３３の出力、ローパスフィルタ３４の出力、増幅アンプ３５の出力もＶｒｅｆになる。
【０１４６】
この時、ＴＦＴ７に光が照射されると、光電流により、補助容量１７の電荷は、ＴＦＴ７のソース側に流れ、それに伴ってＴＦＴドレイン電圧は上昇する（区間１のｔ６〜区間２のｔ２）。また、光が照射されないＴＦＴ７では、光電流が発生しないため、補助容量の１７の電荷は保持され、ＴＦＴドレイン電圧も変化しない。
【０１４７】
（３）区間２の時間ｔ１〜ｔ５
区間２の時間ｔ１で積分アンプ３３のリセットスイッチ３０がオンからオフされ、積分アンプ３３のリセットが解除される。次の時間ｔ２でゲート駆動信号がオンされ、ＴＦＴ７がオンすると、ゲートからドレインＤとソースＳヘ電荷が漏れ込むフィードスルー現象が生じ、漏れ込んできた電荷（正孔）により、積分アンプ３３の出力は下降する。このとき、区間１の時間ｔ５およびｔ６で、補助容量１７に注入された電荷（電子）もソースＳ側へ流れ、積分アンプ３３の出力は上昇する。この時の電荷量は、ＴＦＴへの光の照射の状況により異なる。
【０１４８】
図１０においては、完全に光が当たるＴＦＴ（画素）と当たらないＴＦＴの場合を示している。この電荷量の違いにより、光が当たっていたＴＦＴの積分アンプの出力と、光が当たっていないＴＦＴの積分アンプの出力にはＷ４（ｔ３）の差が出る。この下降は、増幅アンプ出力で最終的に値Ｗ３×Ｇになり、この値を時間ｔ３でサンプルホールドする。このサンプルホールドされた値が、光が照射された画素と、照射されていない画素の検出値の差となる。
【０１４９】
続いて、時間ｔ４で積分アンプ３３のリセットスイッチ３０がオフからオンされると、アンプ３３の帰還容量３９がショートされ、積分アンプ３３の出力は、基準電圧（Ｖｒｅｆ）になる。この為、ローパスフィルタ３４および増幅アンプ３５の出力もＶｒｅｆになる。
【０１５０】
次に、時間ｔ５で基準電圧３２の電圧がＶｒｅｆより、Ｖ１に駆動されると、それに伴いＴＦＴドレインの電圧、積分アンプ３３の出力、ローパスフィルタ３４の出力、増幅アンプ３５の出力もＶ１になる。
【０１５１】
（２）区間２の時間ｔ６〜ｔ７
時間ｔ６でゲート駆動信号がオフされると、ＴＦＴ７の主にゲートとソースＳとの間の寄生容量によるフィードスルー現象により、電荷（電子）が、積分アンプ３３の帰還容量３９に流れ込むが、積分アンプ３３はリセット状態のため、流れ込んで来た電荷は消滅する。これに対して、ＴＦＴ７の主にゲートとドレインＤとの間の寄生容量によるフィードスルー現象により、電荷（電子）が、補助容量１７に流れ込みＴＦＴドレイン電圧は、Ｗ２だけ下降する。この時、補助容量１７は電圧Ｖ１＋Ｗ２により電荷が充電されている。
【０１５２】
時間ｔ７で基準電圧３２の電圧がＶ１より、Ｖｒｅｆに駆動されると、それに伴いＴＦＴドレインの電圧、積分アンプ３３の出力、ローパスフィルタ３４の出力、増幅アンプ３５の出力もＶｒｅｆになる。
【０１５３】
この時、ＴＦＴ７に光が照射されると、光電流により、補助容量１７の電荷は、ＴＦＴ７のソース側に流れ、それに伴ってＴＦＴドレイン電圧は上昇する（区間１のｔ６〜区間２のｔ２）。また、光が照射されないＴＦＴ７では、光電流が発生しないため、補助容量の１７の電荷は保持され、ＴＦＴドレイン電圧も変化しない。
【０１５４】
以上のように区間１から区間２の動作を１回行うことにより区間２の時間ｔ３において光電変換量を１回検出することが出来る。また、区間１から区間２の動作を繰り返すことにより、上記検出動作が繰り返され、区間１，２の時間ｔ３において、光電変換量を連続して検出する事が出来る。
【０１５５】
本実施の形態では、図１０に示すように、時間ｔ５で積分アンプ基準電圧３２をローレベルにし、時間ｔ７でハイレベルにすることにより、補助容量１７に電荷を充電しているが、図１１に示すように、時間ｔ５で積分アンプ基準電圧をハイレベルにし、時間ｔ７でローレベルにするような逆方向の駆動を行っても補助容量１７に電荷を充電することができる。但し、この場合、時間ｔ６でのゲート信号のオフによるフィードスルー信号成分と逆の電荷の充電となり、補助容量１７に充電される電荷量は、図１０に示す場合に比べて小さくなる。
【０１５６】
また、本実施の形態では、図７に示すブロック図において、基準電圧３２を、２値の電圧で駆動するようにしているが、図１２に示すブロック図のように、基準電圧を一定の電圧とし、スイッチ４１により、基準電圧３２と、充電電圧４２とを切り替えるようにしても同様の機能が得られる。
【０１５７】
〔実施の形態４〕
本発明のさらに他の実施形態について以下に説明する。なお、説明の便宜上、前記実施の形態にて示した部材と同一の機能を有する部材には、同一の符号を付記し、その説明を省略する。また、図１、図５及び図６で示した構成は本実施の形態でも同じである。また、以下の説明では、実施の形態１の方法を用いて、補助容量１７へ充電を行う場合を示しているが、実施の形態２及び３の方法を用いて、補助容量１７へ充電を行っても同様である。
【０１５８】
本実施の形態では、前記実施の形態１で用いた図１のブロック図で示されるフォトセンサ（マトリクス状（または、１次元）に配列された複数のセンサ画素を有する光電変換装置）に照射する光をオン・オフ制御する点について説明する。なお、その他の構成は、図１と同じである。また、実施の形態２及び３の方法を用いる場合には、図７及び図１２で示されるフォトセンサに照射する光をオン・オフ制御する点以外は、図７及び図１２の構成と同じである。
【０１５９】
図１３は、図５に示す２次元イメージセンサにおける１データラインを示したものである。この図において、データライン２３に接続されている画素（ＴＦＴ７）の数は、数百〜数千である。本実施の形態では、これらの画素を、前記実施の形態１の図２に示すようなタイミングにて、充電及び光電変換量の検出を行うようになっている。
【０１６０】
すなわち、図１３において、数百〜数千の画素を、駆動ＩＣ１９にて順にスキャンしていく、ゲートライン２２の内、オンされているゲートライン２２に接続されているＴＦＴ７の補助容量１７の電荷（読み出し電荷２７）が読み出される光電変換量としての電荷である。これ以外のＴＦＴ７は、オフのゲートライン２２に接続されているため、オフ状態であるが、光が照射されているため、微小な光電流４３が補助容量１７から、データライン２３に流れ出している。
【０１６１】
これらの光電流４３による電荷は、図２の時間ｔ１からｔ３の期間の間、図１の積分アンプ３３の帰還容量３９に蓄積される。この帰還容量３９に蓄積される電荷は、画素毎の光電流４３は微小であるが、光電流４３を流す画素の数が数百〜数千と多いため、読み出し電荷２７対して誤差（クロストーク）となる。
【０１６２】
この誤差（クロストーク）となる光電流４３を防ぐため、図１４及び図１５に示すタイミングで駆動を行う。図１４、図１５では、区間をフレームと称し、１フレーム（データライン方向の画素数を５１２としている）を、５１２ラインとしている。
【０１６３】
図１４に示すタイミングによる駆動では、読み出し電荷を読み出す間の時間ｔ１からｔ４の間、光の照射を停止している、こうする事により読み出し電荷２７以外の光電流４３は止まり、電荷の流出を防ぐことができ、誤差（クロストーク）を防ぐことができる。
【０１６４】
また、図１５に示すタイミングによる駆動では、１フレームのスキャン期間中、光の照射を停止している。こうする事でも読み出し電荷２７以外の光電流４３による電荷の流出を防ぐことができ、誤差を防ぐことができる。
【０１６５】
〔実施の形態５〕
本発明の他の実施形態について以下に説明する。なお、説明の便宜上、前記実施の形態にて示した部材と同一の機能を有する部材には、同一の符号を付記し、その説明を省略する。また、図１、図５及び図６で示した構成は本実施形態でも同じである。また、以下の説明では、実施の形態１の方法を用いて、補助容量１７へ充電を行う場合を示しているが、実施の形態２及び３の方法を用いて、補助容量１７へ充電を行っても同様である。
【０１６６】
本実施の形態では、図１に示すフォトセンサにおいて、赤色光、緑色光、青色光を順に照射することで、カラーの原稿を読み取る場合について説明する。つまり、赤色光、緑色光、青色光を順に照射する点以外は、前記の実施の形態１で示した図１に示したフォトセンサと同じであり、また、実施の形態２及び３の方法を用いる場合には、図７及び図１２に示すフォトセンサと同じである。
【０１６７】
図１に示すフォトセンサにおいて、図１６に示すようなタイミングで、赤色光、緑色光、青色光の照射を行い、その光に対応したそれぞれの画素データを取得する。この赤色光、緑色光、青色光に対応したデータを合成する事によりカラー画像を得ることができる。また、図１６のタイミングを連続して行うことにより、連続したカラー画像を取得することが出来る。
【０１６８】
上記の各実施の形態では、一つのＴＦＴによって、画素選択機能とフォトセンサ機能とを持たせた光電変換装置の例について説明したが、本願発明は、これに限定されるものではなく、画素選択機能とフォトセンサ機能とを別々のＴＦＴで実現する場合においても適用可能である。つまり、２つのＴＦＴを用いる場合であっても、前記の実施の形態１ないし５で示した駆動方法が全て適用可能である。
【０１６９】
例えば図１７に示すように、フォトセンサ機能を実現するフォトＴＦＴと、画素選択機能を実現するスイッチングＴＦＴとを設け、このフォトＴＦＴを前記の各実施の形態で示したＴＦＴ７と同様に機能させればよい。なお、スイッチングＴＦＴの上部には、該スイッチングＴＦＴを覆う遮光板が設けられており、余分な光電流の発生を防止するようになっている。
【０１７０】
図１７に示す光電変換装置は、図１８に示すタイミングチャートに基づいて検出動作を行う。図１８のタイミングチャートは、図２に示すタイミングチャートの「ＴＦＴドレインの電圧」を「フォトＴＦＴドレインの電圧」に置き換えただけであり、そのタイミングは全く同じである。
【０１７１】
したがって、図１に示す光電変換装置のみならず、図７に示す光電変換装置にも適用できる。この場合においても、図８〜図１１に示すタイミングチャートの「ＴＦＴドレインの電圧」を「フォトＴＦＴドレインの電圧」に置き換えただけであり、そのタイミングは全く同じである。
【０１７２】
また、本願発明は、図１２に示す光電変換装置にも適用できることは言うまでもなく、さらに、実施の形態４、５に開示した光電変換装置にも適用できる。
【０１７３】
以上のように、本発明の光電変換装置では、フォトセンサ自体にフォトセンサ機能と選択機能とを持たせること、および、補助容量１７に充電された所定の電荷より、光電流を所定の時間蓄積した電荷を差分することに得られる電荷量を、光電変換量とすることを特徴としている。
【０１７４】
これにより、フォトセンサ部を小さくし、画素を高密度化させることができ、且つ構造が簡単なフォトセンサを実現できる。しかも、ダイナミックレンジの大きな光電変換装置を得ることができるという効果を奏する。
【０１７５】
また、本発明の光電変換装置においては、所定の電荷を補助容量１７に充電する方法としてＴＦＴ７のゲート駆動信号を利用することを特徴とすることもできる。これにより、複雑なフォトセンサの構造を必要とせず、単純なタイミングで駆動することの出来るフォトセンサを実現出来るという効果を併せて奏することができる。
【０１７６】
また、本発明の光電変換装置においては、所定の電荷を補助容量１７に充電する方法としてＣＳ電極駆動電圧４０を利用することを特徴とすることもできる。これにより、複雑な構造を必要とせず、単純なタイミングで駆動することができ、且つダイナミックレンジの大きなフォトセンサを実現出来るという効果を併せて奏することができる。
【０１７７】
また、本発明の光電変換装置においては、所定の電荷を補助容量１７に充電する方法としてデータライン２３に接続している外部回路を利用することを特徴とすることもできる。これにより、複雑な構造を必要とせず、単純なタイミングで駆動することができ、且つダイナミックレンジの大きなフォトセンサを実現出来るという効果を併せて奏することができる。
【０１７８】
また、本発明の光電変換装置においては、補助容量１７に残る電荷を検出ＩＣ２５で検出する間、光の照射を停止することを特徴とすることもできる。これにより、ＴＦＴ７への光の照射時間を殆ど減らすことなく、データライン２３方向のクロストークを防止出来るという効果を併せて奏することができる。
【０１７９】
また、本発明の光電変換装置においては、補助容量１７に残る電荷を検出ＩＣ２５で検出する１フレーム期間の間、光の照射を停止することを特徴とすることもできる。これにより、バックライトユニット１８への簡単な駆動タイミングで、データライン２３方向のクロストークを防止出来るという効果を併せて奏することができる。
【０１８０】
また、本発明の光電変換装置においては、赤色光、緑色光、青色光の照射を行い、その光に対応したそれぞれの画素データを取得することを特徴とすることもできる。この赤色光、緑色光、青色光に対応したデータを合成する事によりカラー画像を取得出来るフォトセンサを実現出来るという効果を併せて奏することができる。
【０１８１】
本発明の光電変換装置は、上述した２次元イメージセンサの他に、１次元イメージセンサにも適用可能である。
【０１８２】
また、本発明は、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）にも適用することができる。この場合、ＰＤＡの表示画面とは反対側の面に本発明の２次元イメージセンサを設けることで、原稿をそのまま取り込んだり、原稿の任意の部分を拡大表示を行ったりすることが考えられる。
【０１８３】
本発明の他の構成としては、以下のようなものがある。
【０１８４】
すなわち、本発明の光電変換装置は、複数の光電変換素子から成る光電変換装置において、該光電変換素子はゲート電極、ソース電極、ドレイン電極、ゲート絶縁膜、感光性半導体層を少なくとも有する薄膜トランジスタと、薄膜トランジスタのドレイン電極に接続された補助容量と、ソース電極に接続された光電変換量検出手段から成り、かつ該薄膜トランジスタを導通状態にして所定の電荷を補助容量に充電し、充電後に光を照射しながら薄膜トランジスタを所定時間非導通状態にし、所定時間後に薄膜トランジスタを導通状態にする事により、該光電変換量検出手段で光電変換量を検出する事を特徴とする。
【０１８５】
また、本発明の光電変換装置は、複数の光電変換素子から成る光電変換装置において、該光電変換素子はゲート電極、ソース電極、ドレイン電極、ゲート絶縁膜、感光性半導体層を少なくとも有する薄膜トランジスタと、薄膜トランジスタのドレイン電極に接続された補助容量と、ソース電極側に接続された光電変換量検出手段から成り、かつ該薄膜トランジスタを導通状態にして該光電変換量検出手段で光電変換量を検出し、検出後に所定の電荷を補助容量に充電し、充電後に光を照射しながら薄膜トランジスタを所定時間非導通状態にする。所定時間後に前記薄膜トランジスタの前記導通時の動作、非導通の動作を順次繰り返す事により連続した光電変化量の検出を行う事を特徴とする。
【０１８６】
前記補助容量に所定の電荷を充電する方法が、ゲート電極駆動電圧による電荷の注入を利用した事を特徴とする。
【０１８７】
前記補助容量に所定の電荷を充電する方法が、補助容量の薄膜トランジスタドレイン側とは反対側の電極の電圧を変化させる事による補助容量への電荷の注入を利用した事を特徴とする。
【０１８８】
薄膜トランジスタのソース電極に接続した外部回路より所定の電圧を印加することによって前記補助容量に所定の電荷を充電する事を特徴とする。
【０１８９】
前記薄膜トランジスタが非導通状態時に、光の照射によって薄膜トランジスタのソース電極より放出される電荷を、外部回路で消去する事を特徴とする。
【０１９０】
前記薄膜トランジスタを導通状態にし、該光電変換量検出手段で光電変換量を検出する間、薄膜トランジスタへの光の照射を停止する事を特徴とする。
【０１９１】
赤色光、緑色光、青色光を順に照射し、それぞれの光に応じた光電変換量を検出し、その検出された光電変換量により、カラー画像を得ることを特徴とする。
【０１９２】
本発明の２次元イメージセンサは、複数のデータ線と、複数の走査線と、該データ線及び走査線の交点に設けられた感光性の半導体層を有する薄膜トランジスタと、該薄膜トランジスタに接続された蓄積容量と、前記データ線に接続された信号検出回路と、前記走査線に走査信号を供給する走査線駆動回路と、前記補助容量に所定の電荷を充電する補助容量充電手段と、上記データ線を所定電位に保持するデータ線駆動手段を備えることを特徴とする。
【０１９３】
前記補助容量充電手段により全ての前記補助容量を充電した後、所定時間後に前記走査線駆動回路により前記薄膜トランジスタを順次導通状態として、前記データ線を介して前記補助容量から前記信号検出回路に入力される電荷量を検出することを特徴とする。
【０１９４】
複数のデータ線と、複数の走査線と、該データ線及び走査線の交点に設けられた感光性の半導体層を有する薄膜トランジスタと、該薄膜トランジスタに接続された蓄積容量が透明基板上に形成されたことを特徴とする。
【０１９５】
上記透明基板の上記薄膜トランジスタが形成される側の表面に透明な保護層を有することを特徴とする。
【０１９６】
上記透明基板の上記薄膜トランジスタが形成される面とは反対側の面にバックライトを備えることを特徴とする。
【０１９７】
バックライトと該バックライト制御手段を備え、前記補助容量充電手段により全ての前記補助容量を充電した後、バックライトを一定時間点灯し、バックライト消去後に前記走査線駆動回路により前記薄膜トランジスタを順次導通状態として、前記データ線を介して前記補助容量から前記信号検出回路に入力される電荷量を検出することを特徴とする。
【０１９８】
【発明の効果】
以上のように、本発明の光電変換方法は、感光性半導体層を有する薄膜トランジスタからなる光電変換素子の光電変換量を検出する光電変換量検出方法において、上記薄膜トランジスタのドレイン電極に接続された補助容量に電荷を所定量充電し、上記補助容量への所定量の電荷の充電完了後に、上記薄膜トランジスタを非導通状態にして上記感光性半導体層に光を所定時間照射し、上記補助容量の電荷に基づいて、上記光電変換素子の光電変換量を検出する構成である。
【０１９９】
これにより、補助容量に、予め所定量の電荷を充填しておけば、光照射によって該補助容量から電荷が放電されることで、補助容量に残った電荷から光電変換量が分かる。
【０２００】
このように補助容量に残った電荷を検出することにより、光電変換量を検出することにより、光照射時に生じた光電流そのものを検出する場合に比べて、回路の構造を簡素にすることができる。
【０２０１】
このように、フォトセンサを構成する画素構造を簡素化することで、フォトセンサ自体を小さくすることが可能となり、この結果、高解像度化が可能となる。しかも、フォトセンサの画素構造が簡素化されることで、該フォトセンサを用いた光電変換装置の製造プロセスの簡略化も図ることが可能となるという効果を奏する。
【０２０２】
上記補助容量に電荷を所定量充電する前に、該補助容量内の全ての電荷を開放するようにしてもよい。
【０２０３】
この場合、補助容量の電荷を全て開放した後で、所定量の電荷を充電することになるので、予め充電する電荷の量の管理が容易になる。この結果、所定量の電荷が充電された後、光照射により電荷が放電されれば、補助容量に残存する電荷は正確な光電変換量を示すことになるので、光電変換量の検出精度を向上させることができる。
【０２０４】
また、補助容量に電荷を所定量充電する前、すなわち光電変換量検出の前に、該補助容量に蓄積された電荷を開放するようになっているので、前回の検出情報に関する電荷が残らないようになる。このため、繰り返し検出動作を行っても、適切な光電変換量を検出することが可能となる。つまり、繰り返しの検出動作を行うことが可能になるという効果を奏する。
【０２０５】
上記補助容量への所定量の電荷の充電方法としては、以下に示すような方法を用いることができる。
【０２０６】
すなわち、上記補助容量への所定量の電荷の充電は、上記薄膜トランジスタのゲート電極を駆動するゲート電極駆動電圧を用いてもよい。
【０２０７】
この場合、補助容量への電荷の充電を行うために別部材を設ける必要がないので、フォトセンサを構成する画素の構造を簡素なものにすることができるという効果を奏する。
【０２０８】
また、上記補助容量への所定量の電荷の充電は、該補助容量を構成する電極のうち上記薄膜トランジスタのドレイン電極に接続された電極とは反対側の電極に電圧を印加することにより行うようにしてもよい。
【０２０９】
この場合、補助容量に直接接続された電極に電圧が印加されることで、電荷が充電されるようになっているので、該補助容量への電荷の充填量の調整が行い易くなる。これにより、光電変換により蓄積された電荷量を正確に検出することができるようになるので、光電変換量の検出精度の向上を図ることが可能となるという効果を奏する。
【０２１０】
上記補助容量への所定量の電荷の充電は、上記の方法以外に、上記薄膜トランジスタのソース電極に電圧を印加することにより行うようにしてもよい。
【０２１１】
また、上記薄膜トランジスタが非導通状態時に、光の照射によって該薄膜トランジスタのソース電極より放出される電荷を、消去するようにしてもよい。
【０２１２】
この場合、薄膜トランジスタが非導通状態時における電荷を検出する虞がなくなるので、光電変換量の誤検出を無くすことができるという効果を奏する。
【０２１３】
さらに、上記光電変換素子の光電変換量を検出する間、上記薄膜トランジスタへの光の照射を停止するようにしてもよい。
【０２１４】
この場合、光電変換素子の光電変換量を検出する間、薄膜トランジスタへの光の照射による光電流が生じないので、光電変換量の誤検出を無くすことができる。つまり、薄膜トランジスタのソース電極方向、すなわちデータライン方向のクロストークを防止することができるという効果を奏する。
【０２１５】
本発明の光電変換装置は、以上のように、感光性半導体層を有する薄膜トランジスタと、上記薄膜トランジスタのドレイン電極に接続された補助容量とを有する光電変換素子と、上記薄膜トランジスタのソース電極に接続され、上記光電変換素子による光電変換量を検出する光電変換量検出手段とを備え、上記補助容量には、所定量の電荷が充電されると共に、上記薄膜トランジスタが非導通状態のときに上記感光性半導体層への光照射により電荷が放電され、上記光電変換量検出手段は、上記補助容量の電荷に基づいて、上記光電変換素子の光電変換量を検出する構成である。
【０２１６】
これにより、補助容量に、予め所定量の電荷を充填しておけば、光照射によって該補助容量から電荷が放電されることで、補助容量に残った電荷から光電変換量が分かる。
【０２１７】
このように補助容量に残った電荷を検出することにより、光電変換量を検出することにより、光照射時に生じた光電流そのものを検出する場合に比べて、回路の構造を簡素にすることができる。
【０２１８】
このように、フォトセンサを構成する画素構造を簡素化することで、フォトセンサ自体を小さくすることが可能となり、この結果、高解像度化が可能となる。しかも、フォトセンサの画素構造が簡素化されることで、該フォトセンサを用いた光電変換装置の製造プロセスの簡略化も図ることが可能となるという効果を奏する。
【０２１９】
上記光電変換量検出手段は、補助容量から転送される電荷を増幅する増幅回路を備えていてもよい。
【０２２０】
この場合、補助容量に残った電荷の量が少なくても、電荷を増幅することができるので、光電変換量を正確に検出することができるという効果を奏する。
【０２２１】
本発明の画像入力方法は、以上のように、感光性半導体層を有する薄膜トランジスタを含む光電変換素子によって変換された原稿画像からの反射光による光電流を、画像情報として入力する画像入力方法において、上記薄膜トランジスタのドレイン電極に接続された補助容量に電荷を所定量充電し、上記補助容量への所定量の電荷の充電完了後に、上記薄膜トランジスタを非導通状態にして上記感光性半導体層に光を所定時間照射し、上記感光性半導体層に光を所定時間照射した後に、上記補助容量の電荷に基づいて、上記光電変換素子の光電変換量を検出し、この検出結果を画像情報として入力する構成である。
【０２２２】
これにより、補助容量には、予め所定量の電荷を充填した後、さらに、光照射による電荷が放電されることになるので、最終的に補助容量の電荷量を求めれば、蓄積された電荷量（光電変換量）を検出することができる。
【０２２３】
このように検出された電荷量を、光電変換量とすれば、光電流を適切に検出することが可能となるので、この光電変換量を画像情報とすれば、正確な画像情報を入力することができるという効果を奏する。
【０２２４】
また、本発明の画像入力装置は、以上のように、上記構成の光電変換装置を、原稿画像に対応して複数個配置され、各光電変換装置によって検出された光電変換素子の光電変換量を原稿画像の入力画像情報として出力する画像情報出力手段が設けられている構成である。
【０２２５】
この場合、上記構成の光電変換装置を用いることで、解像度の高い画像入力装置を実現することができるので、画像情報出力手段は、高精細な入力画像情報を出力することができる。
【０２２６】
また、原稿画像に、赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ照射する光照射手段を備え、上記画像情報出力手段は、光照射手段による各色の照射光に応じて検出された光電変換素子の光電変換量から入力画像情報をカラー画像として出力するようにしてもよい。
【０２２７】
この場合、高精細なカラー画像を得ることができるという効果を奏する。
【０２２８】
上記画像入力装置において、光電変換装置は１次元に配置してもよいし、２次元に配置してもよい。
【０２２９】
光電変換装置を１次元に配置した場合、家庭用のファクシミリ装置に用いられているようなハンディスキャナ等の携帯型の画像入力装置に好適に用いることができるという効果を奏する。
【０２３０】
また、光電変換装置を２次元に配置した場合、フラットヘッドスキャナ等に好適に用いられる。この場合、原稿画像の全体を一度に読み込むことが可能となる効果を奏する。
【０２３１】
上記構成の光電変換装置を用いて実現した２次元イメージセンサは、以下のようになる。
【０２３２】
本発明の２次元イメージセンサは、以上のように、複数のデータ線と、上記データ線と交差する複数の走査線と、上記データ線及び走査線の交点にそれぞれ設けられた感光性半導体層を有する薄膜トランジスタと、上記薄膜トランジスタのドレイン電極に接続され、電荷が充電される補助容量とを含む光電変換素子と、上記薄膜トランジスタのソース電極に接続され、上記薄膜トランジスタによる光電変換量を検出する光電変換量検出手段と、上記光電変換量検出手段よって検出された結果を、画像情報として出力する画像情報出力手段とを備え、上記補助容量は、所定量の電荷が充電されると共に、上記薄膜トランジスタが非導通状態のときに上記感光性半導体層への光照射により電荷が放電され、上記光電変換量検出手段は、上記感光性半導体層への光照射完了後の上記補助容量の電荷に基づいて、上記光電変換素子の光電変換量を検出する構成である。
【０２３３】
これにより、簡単な構成で２次元のイメージを読み取ることが可能となるという効果を奏する。
【０２３４】
上記２次元イメージセンサにおいては、上記データ線、走査線、薄膜トランジスタ、補助容量が透明基板上に形成されていてもよい。
【０２３５】
また、上記透明基板の上記薄膜トランジスタの形成面側の表面に透明な保護層が形成されていてもよい。
【０２３６】
上記透明基板の上記薄膜トランジスタの形成面とは反対側の面に、該透明基板を介して薄膜トランジスタに光を照射する光照射手段が設けられていてもよい。
【０２３７】
上記光照射手段の光照射を制御する光照射制御手段を備え、上記光照射制御手段は、上記補助容量に所定量の電荷が充電された後、一定時間光の照射を行うように上記光照射手段を制御し、上記光電変換量検出手段は、上記光照射手段による一定時間の光照射後に光照射を停止し、上記補助容量の電荷に基づいて、上記薄膜トランジスタによる光電変換量を検出するようにしてもよい。
【０２３８】
上記構成の２次元イメージセンサの駆動方法において、上記の各薄膜トランジスタに接続された全ての補助容量に所定量の電荷が充電された後、上記走査線を駆動することで薄膜トランジスタを順次導通状態として、上記補助容量の電荷量に基づいて該薄膜トランジスタの光電変換量を検出するようにしてもよい。
【０２３９】
また、上記構成の２次元イメージセンサの駆動方法において、上記の各薄膜トランジスタに接続された全ての補助容量に所定量の電荷が充電された後、光照射手段による光照射を一定時間行った後、光照射を停止し、上記走査線を駆動することで薄膜トランジスタを順次導通状態として、上記補助容量の電荷量に基づいて該薄膜トランジスタの光電変換量を検出するようにしてもよい。
【０２４０】
上記の何れの駆動方法においても、光電変換量を正確に検出することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光電変換装置の１画素分の構成を示す概略ブロック図である。
【図２】図１に示す光電変換装置における検出動作を示すタイミングチャートである。
【図３】図１に示す光電変換装置の概略構成断面図である。
【図４】図３に示す光電変換装置におけるゲート電圧−ドレイン電流特性を示すグラフである。
【図５】図１に示す光電変換装置を用いた２次元イメージセンサの概略ブロック図である。
【図６】図５に示した２次元イメージセンサの概略斜視図である。
【図７】本発明の他の光電変換装置の１画素分の構成を示す概略ブロック図である。
【図８】図７に示す光電変換装置における検出動作を示すタイミングチャートである。
【図９】図７に示す光電変換装置における他の検出動作を示すタイミングチャートである。
【図１０】図７に示す光電変換装置におけるさらに他の検出動作を示すタイミングチャートである。
【図１１】図７に示す光電変換装置におけるさらに他の検出動作を示すタイミングチャートである。
【図１２】本発明のさらに他の光電変換装置の１画素分の構成を示す概略ブロック図である。
【図１３】本発明の光電変換装置の１データラインの等価回路図である。
【図１４】本発明の光電変換装置によるクロストークを防止するための検出動作を示すタイミングチャートである。
【図１５】本発明の光電変換装置によるクロストークを防止するための他の検出動作を示すタイミングチャートである。
【図１６】本発明の光電変換装置によるカラー画像を取得する場合のタイミングチャートである。
【図１７】本発明のさらに他の光電変換装置の１画素分の構成を示す概略ブロック図である。
【図１８】図１７に示す光電変換装置における検出動作を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
２　照射光
３　保護膜
４　シリコン層
６　開口部
７　フォトトランジスタ（薄膜トランジスタ）
９　絶縁性基板（透明基板）
１０　ソース電極
１１　ボトムゲート電極（ゲート電極）
１２　半導体層（感光性半導体層）
１３　ボトムゲート絶縁膜（保護層）
１４　絶縁膜
１５　ドレイン電極
１７　補助容量
１８　バックライトユニット（光照射手段）
１９　駆動ＩＣ
２０　センサ基板
２１　駆動プリント基板
２２　ゲートライン
２３　データライン
２４　コントロール・通信基板（光照射制御手段）
２５　検出ＩＣ（光電変換量検出手段）
２６　検出プリント基板（画像情報出力手段）
２７　読み出し電荷
２８　駆動回路
２９　検出回路
３０　リセットスイッチ
３１　コントロール部
３２　基準電圧
３２　積分アンプ基準電圧
３３　積分アンプ
３４　ローパスフィルタ
３５　増幅アンプ
３６　サンプルホールド回路
３７　アナログマルチプレクサ
３８　Ａ／Ｄ変換回路
３９　帰還容量
４０　ＣＳ電極駆動電圧
４１　スイッチ
４２　充電電圧
４３　光電流
【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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