光センサーとその駆動方法、及び静脈センサー、指紋センサー
【課題】高性能な光センサーを提供すること。
【解決手段】光センサー１は、計測セル２０と、第一選択線ＧＳＥＬＡと、読み出し線Ｓｅｎｓｅと、を有し、計測セルは、受光素子ＰＤと、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１と、第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２と、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴと、を備える。第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲートとソースとが、其々、受光素子ＰＤの第一極と、第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２のゲートとに接続される。選択トランジスターＳＥＬＴＦＴのドレインとゲートとソースとが、其々、第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２のソースと、第一選択線ＧＳＥＬＡと、読み出し線Ｓｅｎｓｅと、に接続される。斯うする事で、高速計測と高精度計測とが両立する光センサー１が実現する。
【解決手段】光センサー１は、計測セル２０と、第一選択線ＧＳＥＬＡと、読み出し線Ｓｅｎｓｅと、を有し、計測セルは、受光素子ＰＤと、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１と、第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２と、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴと、を備える。第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲートとソースとが、其々、受光素子ＰＤの第一極と、第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２のゲートとに接続される。選択トランジスターＳＥＬＴＦＴのドレインとゲートとソースとが、其々、第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２のソースと、第一選択線ＧＳＥＬＡと、読み出し線Ｓｅｎｓｅと、に接続される。斯うする事で、高速計測と高精度計測とが両立する光センサー１が実現する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光センサーとその駆動方法、及び静脈センサーと指紋センサーの技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
静脈センサーや指紋センサーなどに使用される光センサーでは、特許文献１に記載されている様に、基板上に複数の計測セルを行列状に形成し、計測セル毎に光量を測定して、静脈像や指紋画像などを撮像している。図１８は特許文献１に記載されている計測セルの回路図である。フォトダイオード１１２のカソードに、薄膜トランジスター１１４のゲートと薄膜トランジスター１１８のソースとが接続している。薄膜トランジスター１１４のドレインと薄膜トランジスター１１８のドレインとは、補助走査線１４１に接続し、薄膜トランジスター１１４のソースは読出線１２１に接続している。又、薄膜トランジスター１１８のゲートは走査線１３１に接続している。
【０００３】
光量を測定するには、最初に薄膜トランジスター１１４のゲートを電圧Ｖｄｄに充電する。次いでτの期間に渡って露光する。露光期間中に薄膜トランジスター１１８はオフ状態にされているので、フォトダイオード１１２のリーク電流Ｉに応じて薄膜トランジスター１１４のゲート電位Ｖｇが変化する。こうして、露光終了後に、薄膜トランジスター１１４のゲート電位はＶｇ＝Ｖｄｄ−Ｉτ／ＣTとなる。尚、ここでＣTは薄膜トランジスター１１４のトランジスター容量である。リーク電流は光量が多い程大きいので、光量に応じて薄膜トランジスター１１４のゲート電位Ｖｇは変化し、この結果生ずる薄膜トランジスター１１４のコンダクタンスの変化を、読み出し期間中に、セル毎に計測して、露光期間中に照射された光量を測定していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−６５２０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の光センサーには高速計測と高精度計測とを両立しがたいと云う課題があった。高速計測するには、読み出し期間中に各計測セルが選択されている時間を短くする必要がある。短時間で計測データを読み出すには、薄膜トランジスター１１４のオン抵抗を下げねばならず、その為には薄膜トランジスター１１４のゲート幅を広くせねばならない。一方、ゲート幅を広くすると、トランジスター容量ＣTが増大するので、露光期間中にもたらされるゲート電位の変化Ｉτ／ＣTは小さくなり、リーク電流Ｉの僅かな変化を計測できなくなる。即ち、光量の計測分解能が低下して仕舞う。この様に、従来の光センサーは短時間で行う高速計測と、計測分解能の高い高精度計測と、を同時に達成し得ないと云う課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、前述の課題の少なくとも一部を解決する為になされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
（適用例１） 本適用例に係わる光センサーは、光量を計測する計測セルと、第一選択線と、読み出し線と、正電源と、負電源とを有する光センサーであって、計測セルは、受光素子と、第一トランジスターと、第二トランジスターと、選択トランジスターと、を少なくとも備え、受光素子の第一極と第一トランジスターのゲートとが電気的に接続され、受光素子の第二極と負電源とが電気的に接続され、第一トランジスターのドレインと正電源とが電気的に接続され、第一トランジスターのソースと第二トランジスターのゲートとが電気的に接続され、第二トランジスターのドレインと正電源とが電気的に接続され、第二トランジスターのソースと選択トランジスターのドレインとが電気的に接続され、選択トランジスターのゲートと第一選択線とが電気的に接続され、選択トランジスターのソースと読み出し線とが電気的に接続される事を特徴とする。
この構成によれば、計測セル毎に選択でき、而も、第一トランジスターを小さくする事ができるので、光量計測が高感度となる。同時に、第二トランジスターを大きくする事ができるので、トランジスターのオン抵抗を下げ、短時間での計測データを読み出せる。即ち、高速計測と高精度計測とを両立させる事ができる。
【０００８】
（適用例２） 上記適用例に係わる光センサーにおいて、更に、リセット線を有し、計測セルは、更に、リセットトランジスターを備え、リセットトランジスターのゲートとリセット線とが電気的に接続され、リセットトランジスターのドレインと正電源とが電気的に接続され、リセットトランジスターのソースと第一トランジスターのゲートとが電気的に接続される事が好ましい。
この構成によれば、第一トランジスターのゲートを正電源電位に充電する事ができる。
【０００９】
（適用例３） 上記適用例に係わる光センサーにおいて、計測セルは、更に、負荷素子を備え、負荷素子の一方の端子と第一トランジスターのソースとが電気的に接続され、負荷素子の他方の端子と負電源とが電気的に接続される事が好ましい。
この構成によれば、第一トランジスターのゲート電位変化をソース電位の変化に変換して増幅できるので、光量の計測結果を計測が容易で精度が高い電位に変換する事ができる。
【００１０】
（適用例４） 上記適用例に係わる光センサーにおいて、更に、第二選択線を有し、負荷素子は、電流源トランジスターであり、電流源トランジスターのゲートと第二選択線とが電気的に接続され、一方の端子は電流源トランジスターのドレインであり、他方の端子は電流源トランジスターのソースである事が好ましい。
この構成によれば、第一トランジスターのゲート電位変化に対するソース電位の変化が、広いゲート電位範囲に渡って、規則的な変化となり、正確に光量を電位に変換する事ができる。
【００１１】
（適用例５） 本適用例に係わる光センサーは、光量を計測する計測セルと、第一選択線と、第二選択線と、リセット線と、読み出し線と、正電源と、負電源とを有する光センサーであって、計測セルは、受光素子と、第一トランジスターと、第二トランジスターと、選択トランジスターと、電流源トランジスターと、を少なくとも備え、受光素子の第一極と第一トランジスターのゲートとが電気的に接続され、受光素子の第二極とリセット線とが電気的に接続され、第一トランジスターのドレインと正電源とが電気的に接続され、第一トランジスターのソースと第二トランジスターのゲートと電流源トランジスターのドレインとが電気的に接続され、第二トランジスターのドレインと正電源とが電気的に接続され、第二トランジスターのソースと選択トランジスターのドレインとが電気的に接続され、選択トランジスターのゲートと第一選択線とが電気的に接続され、選択トランジスターのソースと読み出し線とが電気的に接続され、電流源トランジスターのゲートと第二選択線とが電気的に接続され、電流源トランジスターのソースと負電源とが電気的に接続される事を特徴とする。
この構成によれば、４つのトランジスターと一つの受光素子との簡単な構成にて計測セルをなし、更に計測セル毎に選択でき、光量の計測結果を計測が容易で精度が高い電位に変換する事ができる。而も、第一トランジスターのゲート電位変化に対するソース電位の変化が、広いゲート電位範囲に渡って、規則的な変化となり、正確に光量を電位に変換する事ができる。加えて、第一トランジスターを小さくする事ができるので、光量計測が高感度となる。同時に、第二トランジスターを大きくする事ができるので、トランジスターのオン抵抗を下げ、短時間での計測データを読み出せる。即ち、高速計測と高精度計測とを両立させる事ができる。
【００１２】
（適用例６） 上記適用例２に係わる光センサーの駆動方法であって、初期化工程と、露光工程と、露光データ読み出し工程とを含み、初期化工程では、リセット線に選択信号が供給されて、リセットトランジスターはオン状態とされ、露光工程では、リセット線に非選択信号が供給されて、リセットトランジスターはオフ状態とされ、露光データ読み出し工程では、第一選択線に選択信号が供給されて、選択トランジスターはオン状態とされる事を特徴とする。
この構成によれば、初期化工程で第一トランジスターのゲートが充電され、露光工程で光量に応じて、受光素子から充電された電荷が漏れ、露光データ読み出し工程で計測データを読み出すので、短期間に高精度で光量を計測できる。
【００１３】
（適用例７） 上記適用例に係わる光センサーの駆動方法において、更にリセットデータ読み出し工程を含み、リセットデータ読み出し工程では、リセット線に選択信号が供給されて、リセットトランジスターはオン状態とされ、第一選択線に選択信号が供給されて、選択トランジスターはオン状態とされる事が好ましい。
この構成によれば、露光データ読み出し工程では光量に応じた電位と第一トランジスターの閾値電圧と第二トランジスターの閾値電圧との和に対応する電圧値を読み出し、リセットデータ読み出し工程では充電した電位と第一トランジスターの閾値電圧と第二トランジスターの閾値電圧との和に対応する電圧値を読み出す。従って、これら両者の引き算する事で、第一トランジスターの閾値電圧と第二トランジスターの閾値電圧とを消去して、充電した電位と光量に応じた電位との差を得る事ができる。即ち、第一トランジスターの閾値電圧や第二トランジスターの閾値電圧の計測セル間でのばらつきに関係なく、総ての計測セルにて同じ精度で光量に応じた電位を計測できる。
【００１４】
（適用例８） 上記適用例５に係わる光センサーの駆動方法であって、初期化工程と、露光工程と、露光データ読み出し工程とを含み、初期化工程では、リセット線に高電位信号が供給されて、受光素子は順バイアス状態とされ、露光工程では、リセット線に低電位信号が供給されて、受光素子は逆バイアス状態とされ、露光データ読み出し工程では、リセット線に低電位信号が供給されて、受光素子は逆バイアス状態とされ、第一選択線に選択信号が供給されて、選択トランジスターはオン状態とされ、第二選択線に選択信号が供給されて、電流源トランジスターはオン状態とされる事を特徴とする。
この構成によれば、初期化工程で第一トランジスターのゲートが充電され、露光工程で光量に応じて、受光素子から充電された電荷が漏れ、露光データ読み出し工程で計測データを読み出すので、短期間に高精度で光量を計測できる。
【００１５】
（適用例９） 上記適用例に係わる光センサーの駆動方法において、更にリセットデータ読み出し工程を含み、リセットデータ読み出し工程では、リセット線に高電位信号が供給されて、受光素子は順バイアス状態とされた後に、リセット線に低電位信号が供給されて、受光素子は逆バイアス状態とされ、第一選択線に選択信号が供給されて、選択トランジスターはオン状態とされ、第二選択線に選択信号が供給されて、電流源トランジスターはオン状態とされる事が好ましい。
この構成によれば、露光データ読み出し工程では光量に応じた電位と第一トランジスターの閾値電圧と第二トランジスターの閾値電圧の和に対応する電圧値を読み出し、リセットデータ読み出し工程では充電した電位と第一トランジスターの閾値電圧と第二トランジスターの閾値電圧との和に対応する電圧値を読み出す。従って、これら両者の引き算する事で、第一トランジスターの閾値電圧と第二トランジスターの閾値電圧とを消去して、充電した電位と光量に応じた電位との差を得る事ができる。即ち、第一トランジスターの閾値電圧や第二トランジスターの閾値電圧の計測セル間でのばらつきに関係なく、総ての計測セルにて同じ精度で光量に応じた電位を計測できる。
【００１６】
（適用例１０） 上記適用例に係わる光センサーを備えた事を特徴とする静脈センサー。
この構成によれば、高速計測と高精度計測とを両立した静脈センサーを実現できる。
【００１７】
（適用例１１） 上記適用例に係わる光センサーを備えた事を特徴とする指紋センサー。
この構成によれば、高速計測と高精度計測とを両立した指紋センサーを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】光センサーの回路ブロック図。
【図２】実施形態１で初期化工程を示した図。
【図３】実施形態１で露光工程を示した図。
【図４】実施形態１で露光データ読み出し工程を示した図。
【図５】実施形態１でリセットデータ読み出し工程を示した図。
【図６】実施形態１で待機工程を示した図。
【図７】実施形態２に係わる光センサーの一例を説明した図。
【図８】実施形態２で初期化工程を示した図。
【図９】実施形態２で露光工程を示した図。
【図１０】実施形態２で露光データ読み出し工程を示した図。
【図１１】実施形態２でリセットデータ読み出し工程を示した図。
【図１２】実施形態２で待機工程を示した図。
【図１３】変形例１で初期化工程を示した図。
【図１４】変形例１で露光工程を示した図。
【図１５】変形例１で露光データ読み出し工程を示した図。
【図１６】変形例１でリセットデータ読み出し工程を示した図。
【図１７】変形例１で待機工程を示した図。
【図１８】従来技術における計測セルの回路図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。尚、以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度を実際とは異ならせしめている。
【００２０】
（実施形態１）
「光センサーの概要」
先ず、光センサーの概要を、図１を参照して説明する。
図１は、実施形態１における光センサー１の回路ブロック図である。光センサー１は計測領域１０を有し、計測領域１０には複数の計測セル２０が規則的に配列されている。ここでは計測セル２０が行列状に配置されている。これらの計測セル２０が個別に光量を計測する事で、画像が撮像される。計測領域１０の外側には選択回路ＳＣやパラレル・シリアル変換回路ＰＳＣが備えられている。選択回路ＳＣは第一選択回路ＳＣＡと第二選択回路ＳＣＢと第三選択回路ＳＣＣとを含んでいる。又、パラレル・シリアル変換回路ＰＳＣはサンプルホールド回路ＳＨＣとサンプルホールド選択回路ＳＨＳとを含んでいる。これらの計測領域１０や選択回路ＳＣ、及びパラレル・シリアル変換回路ＰＳＣには外部のコントローラーに接続する配線が引かれている。尚、図１では、複数種類の配線も象徴として一本の黒線で描いてある場合（例えば、パラレル・シリアル変換回路ＰＳＣへの入力ＰＳＩＮや選択回路ＳＣへの入力ＳＣＩＮ）もある。又、計測領域１０には複数の計測セル２０が設けられているが、理解を容易とする為に、一つの計測セル２０とそれに接続する配線とを描いてある。
【００２１】
光センサー１にて撮像するには、初期化工程と露光工程と露光データ読み出し工程とが必要となる。初期化工程では露光の準備をし、露光工程で光量を電気情報に変換し、得られた電気情報は露光データ読み出し工程でサンプルホールド回路ＳＨＣに出力される。初期化工程と露光工程と露光データ読み出し工程は選択回路ＳＣにて行ごとに設定される。露光データ読み出し工程で各計測セルの電気情報が個別に読み出される。具体的には選択回路ＳＣにて行方向に揃う一行の計測セル２０が選択される。選択された行に属する計測セル２０が取得した電気情報はサンプルホールド回路ＳＨＣに保持される。サンプルホールド回路ＳＨＣは複数のアナログデータ値を独立に保持すべく、複数個の要素回路を有している。即ち、要素回路は列毎に設けられ、一つの要素回路がその列に出力されたアナログデータの電気情報を保持する。サンプルホールド選択回路ＳＨＳはこれら複数の要素回路から、一つの要素回路を選択し、その要素回路のデータを出力線ＤＯＵＴに出力する。こうして列方向に並列する電気情報は一つずつシリアルデータとして出力線ＤＯＵＴに出力される。
【００２２】
「計測セルの回路構成」
次に計測セル２０の回路構成を、図１を参照して説明する。尚、図１にはトランジスターのソースとドレインとをｓとｄとで示し、ダイオードのアノードとカソードとをＡとＣとで示してある。計測領域１０には、第一選択線ＧＳＥＬＡと、読み出し線Ｓｅｎｓｅと、第二選択線ＧＳＥＬＢと、リセット線ＧＲＳＴと、正電源Ｖｄｄと、負電源Ｖｓｓとが配線されている。計測セル２０は行列状に並ぶが、第一選択線ＧＳＥＬＡが行方向を定め、読み出し線Ｓｅｎｓｅが列方向を定めている。即ち、ｉ行目の第一選択線ＧＳＥＬＡとｊ列目の読み出し線Ｓｅｎｓｅとの交点に、ｉ行ｊ列に位置する計測セル２０が配置される。従って、計測セル２０がＭ行Ｎ列の行列状に配置されている場合、第一選択線ＧＳＥＬＡはＭ本設けられ、読み出し線ＳｅｎｓｅはＮ本設けられる。尚、ＭもＮも１以上の整数である。リセット線ＧＲＳＴも、第一選択線ＧＳＥＬＡに一対一対応してＭ本設けられる。又、第二選択線ＧＳＥＬＢも、第一選択線ＧＳＥＬＡに一対一対応してＭ本設けられるのが好ましく、図１にもそう描かれている。但し、本実施形態では第二選択線ＧＳＥＬＢは選択非選択の動作がなされず、全計測セル２０で同じ電位を取るので、複数行又は複数列の計測セル２０で一本の第二選択線ＧＳＥＬＢを共用しても良い。同様に正電源Ｖｄｄと負電源Ｖｓｓも、複数行又は複数列の計測セル２０で一本の正電源Ｖｄｄ、或いは一本の負電源Ｖｓｓを共用しても良い。第一選択線ＧＳＥＬＡは第一選択回路ＳＣＡに電気的に接続し、第一選択回路ＳＣＡによって選択される。同様に、第二選択線ＧＳＥＬＢは第二選択回路ＳＣＢに電気的に接続し、第二選択回路ＳＣＢによって選択される。同様に、リセット線ＧＲＳＴは第三選択回路ＳＣＣに電気的に接続し、第三選択回路ＳＣＣによって選択される。読み出し線Ｓｅｎｓｅは、列毎に設けられた一つの要素回路に電気的に接続される。尚、ＡとＢとが電気的に接続するとは、ＡとＢとが配線で直接結ばれている場合の他に、ＡとＢとの間にパスゲートなどのスイッチが設けられ、スイッチが導通状態になった際にＡとＢとが導通状態になる場合をも含んでいる。
【００２３】
計測セル２０は、受光素子ＰＤと、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１と、第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２と、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴと、リセットトランジスターＲＳＴＴＦＴと負荷素子と、を備えている。ここで負荷素子は、電流源トランジスターＣＳＴＦＴであるが、単純な抵抗体であっても良い。負荷素子を設ける事で、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート電位変化をソース電位の変化に変換して増幅できる。これにより光量の計測結果を、計測が容易で精度が高い電位に変換する事が可能となる。
【００２４】
受光素子ＰＤはフォトダイオードである。これの第一極がカソードで、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲートと、リセットトランジスターＲＳＴＴＦＴのソースとに電気的に接続している。リセットトランジスターＲＳＴＴＦＴのドレインは正電源Ｖｄｄに電気的に接続されているので、フォトダイオードのカソードはリセットトランジスターＲＳＴＴＦＴを介して正電源Ｖｄｄに電気的に接続されている事になる。一方、受光素子ＰＤの第二極はアノードで、これは負電源Ｖｓｓに電気的に接続されている。従って、受光素子ＰＤは正電源Ｖｄｄと負電源Ｖｓｓとの間に逆バイアス状態になる様に配置されている。リセットトランジスターＲＳＴＴＦＴのゲートは、リセット線ＧＲＳＴに電気的に接続され、リセットトランジスターＲＳＴＴＦＴはリセット線ＧＲＳＴに供給される電気信号で制御される。
【００２５】
第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１は、そのドレインが正電源Ｖｄｄに電気的に接続され、ソースが第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２のゲートと負荷素子の一方の端子とに電気的に接続されている。負荷素子の他方の端子は負電源Ｖｓｓに電気的に接続されている。前述の如く、負荷素子は電流源トランジスターＣＳＴＦＴであり、一方の端子が電流源トランジスターＣＳＴＦＴのドレインに相当し、他方の端子は電流源トランジスターＣＳＴＦＴのソースに相当する。従って、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のソースは、負電源Ｖｓｓに電気的に接続されている事になる。電流源トランジスターＣＳＴＦＴのゲートは、第二選択線ＧＳＥＬＢに電気的に接続され、電流源トランジスターＣＳＴＦＴは第二選択線ＧＳＥＬＢに供給される電気信号で制御される。
【００２６】
第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２は、そのドレインが正電源Ｖｄｄに電気的に接続され、ソースが選択トランジスターＳＥＬＴＦＴのドレインに電気的に接続されている。選択トランジスターＳＥＬＴＦＴのソースは読み出し線Ｓｅｎｓｅに電気的に接続されている。選択トランジスターＳＥＬＴＦＴのゲートは第一選択線ＧＳＥＬＡに電気的に接続され、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴは第一選択線ＧＳＥＬＡに供給される電気信号で制御される。
【００２７】
この構成では、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート幅を狭くして、トランジスター容量ＣTを小さくするので、光センサー１を高感度とする事ができる。同時に第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２のゲート幅を広くして、第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２のオン抵抗を下げるので、オン抵抗と読み出し線との寄生容量との積で定まる時定数を短くする事ができ、短時間での出力が可能になる。即ち、高感度測定を迅速に行える様になる。
【００２８】
「光センサーの駆動方法」
次に光センサー１の駆動方法を、図２乃至６を参照して説明する。尚、図２乃至６では、第一選択線ＧＳＥＬＡと第二選択線ＧＳＥＬＢとリセット線ＧＲＳＴとに関しては、選択信号が供給されている場合にこれらの配線を太線で描き、非選択信号が供給されている場合にこれらの配線を点線で描いてある。選択信号とはその配線にゲートが接続するトランジスターをオン状態とする信号で、非選択信号とはその配線にゲートが接続するトランジスターをオフ状態とする信号である。本実施形態では、リセットトランジスターＲＳＴＴＦＴや電流源トランジスターＣＳＴＦＴ、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴにＮ型トランジスターを用いているので、選択信号が高電位（正電源Ｖｄｄ以上の高い電位）となり、非選択信号が低電位（例えば、接地電位などの負電源Ｖｓｓ）となる。又、図２乃至６では、正電源Ｖｄｄも太線で描き、負電源Ｖｓｓも点線で描いてある。更に、図２乃至６で、黒矢印はトランジスターがオン状態、又はダイオードが順バイアス状態に成り得る事を示す。灰色矢印はトランジスターがオン状態からオフ状態の間の何処かで固定している状態を示す。白矢印はトランジスターがその期間中にオン状態とオフ状態との間を変化し得る状態を示す。Ｘはトランジスターがオフ状態、又はダイオードが逆バイアス状態となっている状態を示す。
【００２９】
光センサー１を用いた撮像は、初期化工程と、露光工程と、露光データ読み出し工程と、リセットデータ読み出し工程と、待機工程と、で一周期をなして一枚の画像が得られる。以下、この一周期を、順を追って説明する。
【００３０】
図２は、本実施形態での初期化工程を示した図である。初期化工程では、リセット線ＧＲＳＴにリセット選択信号が供給されて、リセットトランジスターＲＳＴＴＦＴはオン状態とされる。リセット選択信号の電位は、リセットトランジスターＲＳＴＴＦＴの閾値電圧よりも高く、リセットトランジスターＲＳＴＴＦＴをオン状態とする値である。好ましくは、リセット選択信号の電位は、正電源Ｖｄｄ以上の値である。その結果、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１は、初期化工程期間中に、そのゲートが正電源Ｖｄｄへと充電される。第二選択線ＧＳＥＬＢには第二選択信号が供給され、電流源トランジスターＣＳＴＦＴを定電流源として動作させる。第二選択信号の電位は、電流源トランジスターＣＳＴＦＴの閾値電圧を僅かに超えた値（Ｖｔｈ＋δ、０＜δ＜０．３Ｖ）程度か、それよりも僅かに小さい。第二選択信号の電位がＶｔｈ＋δ程度ならば、電流源トランジスターＣＳＴＦＴは殆どの場合、飽和動作し、定電流源となる。又、第二選択信号の電位がＶｔｈよりも小さければ、電流源トランジスターＣＳＴＦＴは閾値下領域に入るので矢張り飽和動作し、定電流源となる。
【００３１】
図３は、本実施形態での露光工程を示した図である。露光工程では、リセット線ＧＲＳＴに非選択信号が供給されて、リセットトランジスターＲＳＴＴＦＴはオフ状態とされている。露光工程で照射された光量に応じて受光素子ＰＤは電荷を漏らし、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート電位は変化する。これに合わせて、第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２のゲート電位も変化する。第二選択線ＧＳＥＬＢには、初期化工程と同じく、第二選択信号が供給されている。又、第一選択線ＧＳＥＬＡには非選択信号が供給されている。
【００３２】
図４は、本実施形態での露光データ読み出し工程を示した図で、（ａ）は選択された計測セルを示し、（ｂ）は非選択の計測セルを示している。露光工程が終了すると、露光データ読み出し工程に移る。この期間中、リセット線ＧＲＳＴには非選択信号が供給されて、リセットトランジスターＲＳＴＴＦＴはオフ状態とされて、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート電位は保存される。即ち、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート電位は露光量に応じた固定値に定まっている。露光量に応じた固定値はゼロＶからＶｄｄの間にある。第二選択線ＧＳＥＬＢには、露光工程と同じく、第二選択信号が供給されている。従って、露光データ読み出し期間中、第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２のゲート電位は、露光量に応じた固定値に保たれている。図４（ａ）に示す様に、読み出しの選択がなされる計測セルでは、第一選択線ＧＳＥＬＡに第一選択信号が供給されている。第一選択信号の電位は選択トランジスターＳＥＬＴＦＴの閾値電圧以上の値で、好ましくは正電源Ｖｄｄ以上の値である。その結果、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴはオン状態とされ、読み出し線Ｓｅｎｓｅを介して第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２のソース電位が測定される。一方、図４（ｂ）に示す様に、読み出しの選択がなされない非選択の計測セルでは、第一選択線ＧＳＥＬＡには非選択信号が供給されており、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴはオフ状態とされている。
【００３３】
図５は、本実施形態でのリセットデータ読み出し工程を示した図で、（ａ）は選択された計測セルを示し、（ｂ）は非選択の計測セルを示している。露光データ読み出し工程が終了すると、リセットデータ読み出し工程に移る。この期間中、リセット線ＧＲＳＴにはリセット選択信号が供給されて、リセットトランジスターＲＳＴＴＦＴはオン状態とされ、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート電位は正電源Ｖｄｄとされる。第二選択線ＧＳＥＬＢには、露光工程と同じく、第二選択信号が供給されている。従って、リセットデータ読み出し期間中、第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２のゲート電位は、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート電位が正電源Ｖｄｄとされている状態に応じた固定値に保たれている。図５（ａ）に示す様に、読み出しの選択がなされる計測セルでは、第一選択線ＧＳＥＬＡに第一選択信号が供給され、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴはオン状態とされる。即ち、読み出し線Ｓｅｎｓｅを介して、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート電位が正電源Ｖｄｄとされている状態に応じた第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２のソース電位が測定される。一方、図５（ｂ）に示す様に、読み出しの選択がなされない非選択の計測セルでは、第一選択線ＧＳＥＬＡには非選択信号が供給されており、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴはオフ状態とされている。
【００３４】
露光データ読み出し工程では光量に応じた電位（Ｖｐｈｏｔｏ）と第一トランジスターの閾値電圧（Ｖｔｈ１）と第二トランジスターの閾値電圧（Ｖｔｈ２）との和に対応する電圧値（Ｖｐｈｏｔｏ＋Ｖｔｈ１＋Ｖｔｈ２）を読み出す。これに対して、リセットデータ読み出し工程では充電した電位（Ｖｄｄ）と第一トランジスターの閾値電圧と第二トランジスターの閾値電圧との和に対応する電圧値（Ｖｄｄ＋Ｖｔｈ１＋Ｖｔｈ２）を読み出す。従って、これら両者の引き算する事で、第一トランジスターの閾値電圧と第二トランジスターの閾値電圧とを消去して、充電した電位と光量に応じた電位との差を得る事ができる。即ち、第一トランジスターの閾値電圧や第二トランジスターの閾値電圧の計測セル間でのばらつきに関係なく、総ての計測セルにて同じ精度で光量に応じた電位を計測できる。
【００３５】
図６は、本実施形態での待機工程を示した図である。リセットデータ読み出し工程が終わると、計測セルは待機状態となる。この期間中、リセット線ＧＲＳＴに選択信号が供給されて、リセットトランジスターＲＳＴＴＦＴはオン状態とされる。又、第一選択線ＧＳＥＬＡは非選択信号が供給されて、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴはオフ状態とされている。以降、次の露光工程が始まるまで、待機状態が維持される。
【００３６】
「電子機器」
前述した光センサー１は静脈センサーや指紋センサーなどの各種センサーに適応できる。これらの他にも、デジタルカメラやイメージセンサー、スキャナーなどの電子機器に本実施形態に係わる光センサー１を適用する事ができる。
【００３７】
以上述べた様に、本実施形態に係わる光センサー１とその製造方法に依れば、以下の効果を得る事ができる。
第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１を小さくして、光量計測を高感度とすると同時に、第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２を大きくするので、短時間での計測データを読み出せる。即ち、高速計測と高精度計測とを両立させる事ができる。又、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート電位変化をソース電位の変化に変換して増幅できるので、光量の計測結果を計測が容易で精度が高い電位に変換する事ができる。更に負荷素子に電流源トランジスターＣＳＴＦＴを用いているので、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート電位変化に対するソース電位の変化が、広いゲート電位範囲に渡って、規則的な変化となり、正確に光量を電位に変換する事ができる。
【００３８】
又、初期化工程で第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲートが充電され、露光工程で光量に応じて、受光素子ＰＤから充電された電荷が漏れ、露光データ読み出し工程で計測データを読み出すので、短期間に高精度で光量を計測できる。加えて、露光データ読み出し工程とリセットデータ読み出し工程とを有するので、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１の閾値電圧と第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２の閾値電圧とを消去して、充電した電位と光量に応じた電位との差を得る事ができる。即ち、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１の閾値電圧や第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２の閾値電圧の計測セル２０間でのばらつきに関係なく、総ての計測セル２０にて同じ精度で光量に応じた電位を計測できる。
【００３９】
尚、本実施形態では第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１や第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２、電流源トランジスターＣＳＴＦＴ、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴ、リセットトランジスターＲＳＴＴＦＴ、にＮ型薄膜トランジスターを用いたが、これらはＰ型薄膜トランジスターであっても良い。その場合、選択信号は非選択信号に対して負の値となる。例えば、非選択信号を正電源Ｖｄｄとし、選択信号を負電源Ｖｓｓ（ゼロＶ）からＶｄｄよりも小さい値とする。又、Ｐ型の電流源トランジスターＣＳＴＦＴはソースを正電源Ｖｄｄに電気的に接続する。
【００４０】
（実施形態２）
「リセットトランジスターを伴わぬ形態」
図７は実施形態２に係わる光センサーの一例を説明した図である。以下、本実施形態に係わる光センサー１について説明する。尚、実施形態１と同一の構成部位については、同一の符号を附し、重複する説明は省略する。
【００４１】
本実施形態（図７）は実施形態１（図１）と比べて、計測セル２０の回路構成が異なっている。それ以外の構成は、実施形態１とほぼ同様である。尚、図７でもトランジスターのソースとドレインとをｓとｄとで示し、ダイオードのアノードとカソードとをＡとＣとで示してある。計測領域１０には、第一選択線ＧＳＥＬＡと、読み出し線Ｓｅｎｓｅと、第二選択線ＧＳＥＬＢと、リセット線ＧＲＳＴと、正電源Ｖｄｄと、負電源Ｖｓｓとが配線されている。実施形態１と同様に、第一選択線ＧＳＥＬＡが行方向を定め、読み出し線Ｓｅｎｓｅが列方向を定めている。即ち、計測セル２０はＭ行Ｎ列の行列状に配置され、第一選択線ＧＳＥＬＡはＭ本設けられ、読み出し線ＳｅｎｓｅはＮ本設けられる。尚、ＭもＮも１以上の整数である。リセット線ＧＲＳＴも、第一選択線ＧＳＥＬＡに一対一対応してＭ本設けられる。又、第二選択線ＧＳＥＬＢも、第一選択線ＧＳＥＬＡに一対一対応してＭ本設けられるのが好ましい。但し、本実施形態でも第二選択線ＧＳＥＬＢは選択非選択の動作がなされず、全計測セル２０で同じ電位を取るので、複数行又は複数列の計測セル２０で一本の第二選択線ＧＳＥＬＢを共用しても良い。
【００４２】
計測セル２０は、受光素子ＰＤと、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１と、第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２と、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴと、負荷素子と、を備えている。負荷素子は、電流源トランジスターＣＳＴＦＴであるが、単純な抵抗体であっても良い。
【００４３】
受光素子ＰＤはフォトダイオードで、この第一極（カソード）が第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲートに電気的に接続している。一方、受光素子の第二極（アノード）はリセット線ＧＲＳＴに電気的に接続されている。
【００４４】
第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１は、そのドレインが正電源Ｖｄｄに電気的に接続され、ソースが第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２のゲートと負荷素子の一方の端子とに電気的に接続されている。負荷素子の他方の端子は負電源Ｖｓｓに電気的に接続されている。前述の如く、負荷素子は電流源トランジスターＣＳＴＦＴであり、一方の端子が電流源トランジスターＣＳＴＦＴのドレインに相当し、他方の端子は電流源トランジスターＣＳＴＦＴのソースに相当する。電流源トランジスターＣＳＴＦＴのゲートは、第二選択線ＧＳＥＬＢに電気的に接続され、電流源トランジスターＣＳＴＦＴは第二選択線ＧＳＥＬＢに供給される電気信号で制御される。
【００４５】
第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２は、そのドレインが正電源Ｖｄｄに電気的に接続され、ソースが選択トランジスターＳＥＬＴＦＴのドレインに電気的に接続されている。選択トランジスターＳＥＬＴＦＴのソースは読み出し線Ｓｅｎｓｅに電気的に接続されている。選択トランジスターＳＥＬＴＦＴのゲートは第一選択線ＧＳＥＬＡに電気的に接続され、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴは第一選択線ＧＳＥＬＡに供給される電気信号で制御される。
【００４６】
この構成では、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート幅を狭くして、トランジスター容量ＣTを小さくするので、光センサー１を高感度とする事ができる。同時に第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２のゲート幅を広くして、第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２のオン抵抗を下げるので、オン抵抗と読み出し線との寄生容量との積で定まる時定数を短くする事ができ、短時間での出力が可能になる。即ち、高感度測定を迅速に行える様になる。
【００４７】
「光センサーの駆動方法」
次に光センサー１の駆動方法を、図８乃至１２を参照して説明する。尚、図８乃至１２でも、選択信号が供給されている配線と正電源Ｖｄｄとを太線で描き、非選択信号が供給されている配線と負電源Ｖｓｓとを点線で描く。又、黒矢印と、灰色矢印、白矢印、Ｘに関しても実施形態１と同じ意味を持たせる。
【００４８】
光センサー１を用いた撮像は、初期化工程と、露光工程と、露光データ読み出し工程と、リセットデータ読み出し工程と、待機工程と、で一周期をなして一枚の画像が得られる。以下、この一周期を、順を追って説明する。
【００４９】
図８は、本実施形態での初期化工程を示した図である。初期化工程では、リセット線ＧＲＳＴにリセット選択信号が供給されて、受光素子ＰＤは順バイアス状態とされる。リセット選択信号の電位は、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１の閾値電圧よりも高く、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１をオン状態とする値である。好ましくは、リセット選択信号の電位は、正電源Ｖｄｄ以上の値である。その後リセット線ＧＲＳＴに非選択信号が供給されて、受光素子ＰＤは逆バイアス状態とされる。この結果、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート電位は受光素子ＰＤの静電容量と第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート容量で容量分割された所定のリセット電位ＶＲＳＴにリセットされる。第一選択線ＧＳＥＬＡには非選択信号が供給され、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴはオフ状態とされる。同様に、第二選択線ＧＳＥＬＢにも非選択信号が供給され、電流源トランジスターＣＳＴＦＴはオフ状態とされる。
【００５０】
図９は、本実施形態での露光工程を示した図である。露光工程では、リセット線ＧＲＳＴに非選択信号が供給されて、受光素子ＰＤは逆バイアス状態とされている。照射された光量に応じて受光素子ＰＤは電荷を漏らし、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート電位は変化する。これに合わせて、第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２のゲート電位も変化する。第一選択線ＧＳＥＬＡには非選択信号が供給されている。又、第二選択線ＧＳＥＬＢにも非選択信号が供給されている。
【００５１】
図１０は、本実施形態での露光データ読み出し工程を示した図で、（ａ）は選択された計測セルを示し、（ｂ）は非選択の計測セルを示している。露光工程が終了すると、露光データ読み出し工程に移る。この期間中、リセット線ＧＲＳＴには非選択信号が供給されて、受光素子ＰＤは逆バイアス状態とされて、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート電位は保存される。即ち、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート電位は露光量に応じた固定値に定まっている。第二選択線ＧＳＥＬＢには、第二選択信号が供給されている。第二選択信号の電位は、電流源トランジスターＣＳＴＦＴの閾値電圧を僅かに超えた値（Ｖｔｈ＋δ、０＜δ＜０．３Ｖ）程度か、それよりも僅かに小さい。第二選択信号の電位がＶｔｈ＋δ程度ならば、電流源トランジスターＣＳＴＦＴは殆どの場合、飽和動作し、定電流源となる。又、第二選択信号の電位がＶｔｈよりも小さければ、電流源トランジスターＣＳＴＦＴは閾値下領域に入るので矢張り飽和動作し、定電流源となる。こうして、露光データ読み出し期間中、第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２のゲート電位は、露光量に応じた固定値に保たれている。図１０（ａ）に示す様に、読み出しの選択がなされる計測セルでは、第一選択線ＧＳＥＬＡに第一選択信号が供給されている。第一選択信号の電位は選択トランジスターＳＥＬＴＦＴの閾値電圧以上の値で、好ましくは正電源Ｖｄｄ以上の値である。その結果、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴはオン状態とされ、読み出し線Ｓｅｎｓｅを介して第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２のソース電位が測定される。一方、図１０（ｂ）に示す様に、読み出しの選択がなされない非選択の計測セルでは、第一選択線ＧＳＥＬＡには非選択信号が供給されており、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴはオフ状態とされている。
【００５２】
図１１は、本実施形態でのリセットデータ読み出し工程を示した図で、（ａ）は選択された計測セルを示し、（ｂ）は非選択の計測セルを示している。露光データ読み出し工程が終了すると、リセットデータ読み出し工程に移る。この期間中、リセット線ＧＲＳＴにはリセット選択信号が供給されて、受光素子ＰＤは順バイアス状態とされ、その後リセット線ＧＲＳＴに非選択信号が供給されて、受光素子ＰＤは逆バイアス状態とされる。この結果、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート電位は受光素子ＰＤの静電容量と第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート容量で容量分割された所定のリセット電位（ＶＲＳＴ）にリセットされる。第二選択線ＧＳＥＬＢには、第二選択信号が供給されている。従って、リセットデータ読み出し期間中、第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２のゲート電位は、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート電位がＶＲＳＴとされている状態に応じた固定値に保たれている。図１１（ａ）に示す様に、読み出しの選択がなされる計測セルでは、第一選択線ＧＳＥＬＡに第一選択信号が供給され、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴはオン状態とされる。即ち、読み出し線Ｓｅｎｓｅを介して、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート電位がＶＲＳＴとされている状態に応じた第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２のソース電位が測定される。一方、図１１（ｂ）に示す様に、読み出しの選択がなされない非選択の計測セルでは、第一選択線ＧＳＥＬＡには非選択信号が供給されており、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴはオフ状態とされている。
【００５３】
露光データ読み出し工程ではＶｐｈｏｔｏ＋Ｖｔｈ１＋Ｖｔｈ２を読み出す。これに対して、リセットデータ読み出し工程ではＶＲＳＴ＋Ｖｔｈ１＋Ｖｔｈ２を読み出す。従って、これら両者の引き算する事で、第一トランジスターの閾値電圧と第二トランジスターの閾値電圧とを消去して、充電した電位と光量に応じた電位との差を得る事ができる。即ち、第一トランジスターの閾値電圧や第二トランジスターの閾値電圧の計測セル間でのばらつきに関係なく、総ての計測セルにて同じ精度で光量に応じた電位を計測できる。
【００５４】
図１２は、本実施形態での待機工程を示した図である。リセットデータ読み出し工程が終わると、計測セルは待機状態となる。この期間中、リセット線ＧＲＳＴに非選択信号が供給される。又、第一選択線ＧＳＥＬＡにも非選択信号が供給されて、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴはオフ状態とされている。以降、次の画像が撮像される時迄、待機状態が維持される。
【００５５】
以上述べたように、本実施形態に係わる光センサー１によれば、４つのトランジスターと一つの受光素子との簡単な構成にて、実施形態１と同じ効果を得る事ができる。
【００５６】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良などを加えることが可能である。変形例を以下に述べる。
【００５７】
（変形例１）
「駆動方法が異なる形態」
本変形例では、実施形態１の構成（図１）にて、駆動方法が異なる形態を説明する。尚、実施形態１と同一の構成部位については、同一の符号を附し、重複する説明は省略する。
【００５８】
本変形例における光センサー１の駆動方法を、図１３乃至１７を参照して説明する。尚、図１３乃至１７では、選択信号が供給されている配線と正電源Ｖｄｄとを太線で描き、非選択信号が供給されている配線と負電源Ｖｓｓとを点線で描く。又、黒矢印と、灰色矢印、白矢印、Ｘに関しても実施形態１と同じ意味を持たせる。
【００５９】
光センサー１を用いた撮像は、初期化工程と、露光工程と、露光データ読み出し工程と、リセットデータ読み出し工程と、待機工程と、で一周期をなして一枚の画像が得られる。以下、この一周期を、順を追って説明する。
【００６０】
図１３は、本変形例での初期化工程を示した図である。初期化工程では、リセット線ＧＲＳＴにリセット選択信号が供給されて、リセットトランジスターＲＳＴＴＦＴはオン状態とされる。その結果、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１は、初期化工程期間中に、そのゲートが正電源Ｖｄｄへと充電される。第一選択線ＧＳＥＬＡには非選択信号が供給され、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴはオフ状態とされている。第二選択線ＧＳＥＬＢにも非選択信号が供給され、電流源トランジスターＣＳＴＦＴはオフ状態とされている。
【００６１】
図１４は、本変形例での露光工程を示した図である。露光工程では、リセット線ＧＲＳＴに非選択信号が供給されて、リセットトランジスターＲＳＴＴＦＴはオフ状態とされている。露光工程で照射された光量に応じて受光素子ＰＤは電荷を漏らし、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート電位は変化する。これに合わせて、第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２のゲート電位も変化する。但し、第二選択線ＧＳＥＬＢには、非選択信号が供給されており、電流源トランジスターＣＳＴＦＴはオフ状態とされている。又、第一選択線ＧＳＥＬＡにも非選択信号が供給されている。
【００６２】
図１５は、本変形例での露光データ読み出し工程を示した図で、（ａ）は選択された計測セルを示し、（ｂ）は非選択の計測セルを示している。露光工程が終了すると、露光データ読み出し工程に移る。この期間中、リセット線ＧＲＳＴには非選択信号が供給されて、リセットトランジスターＲＳＴＴＦＴはオフ状態とされ、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート電位は保存される。即ち、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート電位は露光量に応じた固定値に定まっている。第二選択線ＧＳＥＬＢには第二選択信号が供給されて、電流源トランジスターＣＳＴＦＴは定電流源となっている。こうして、露光データ読み出し期間中、第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２のゲート電位は、露光量に応じた固定値に保たれている。図１５（ａ）に示す様に、読み出しの選択がなされる計測セルでは、第一選択線ＧＳＥＬＡに第一選択信号が供給されている。その結果、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴはオン状態とされ、読み出し線Ｓｅｎｓｅを介して第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２のソース電位が測定される。一方、図１５（ｂ）に示す様に、読み出しの選択がなされない非選択の計測セルでは、第一選択線ＧＳＥＬＡには非選択信号が供給されており、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴはオフ状態とされている。
【００６３】
図１６は、本変形例でのリセットデータ読み出し工程を示した図で、（ａ）は選択された計測セルを示し、（ｂ）は非選択の計測セルを示している。露光データ読み出し工程が終了すると、リセットデータ読み出し工程に移る。リセット線ＧＲＳＴにはリセット選択信号が供給されて、リセットトランジスターＲＳＴＴＦＴはオン状態とされ、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート電位は正電源Ｖｄｄとされる。第二選択線ＧＳＥＬＢには、第二選択信号が供給されている。従って、リセットデータ読み出し期間中、第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２のゲート電位は、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート電位が正電源Ｖｄｄとされている状態に応じた固定値に保たれている。図１６（ａ）に示す様に、読み出しの選択がなされる計測セルでは、第一選択線ＧＳＥＬＡに第一選択信号が供給され、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴはオン状態とされる。一方、図１６（ｂ）に示す様に、読み出しの選択がなされない非選択の計測セルでは、第一選択線ＧＳＥＬＡには非選択信号が供給されており、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴはオフ状態とされている。
【００６４】
図１７は、本変形例での待機工程を示した図である。リセットデータ読み出し工程が終わると、計測セルは待機状態となる。この期間中、リセット線ＧＲＳＴに選択信号が供給されて、リセットトランジスターＲＳＴＴＦＴはオン状態とされる。又、第一選択線ＧＳＥＬＡにも非選択信号が供給されて、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴはオフ状態とされている。又、第二選択線ＧＳＥＬＢにも非選択信号が供給されて、電流源トランジスターＣＳＴＦＴはオフ状態とされている。以降、次の画像が撮像される時迄、待機状態が維持される。
【００６５】
以上述べたように、本変形例に係わる光センサー１の駆動方法によれば、実施形態１での効果に加えて、電流源トランジスターＣＳＴＦＴを、それが必要とされる期間に動作させるので、エネルギー効率を高める事ができる。
【符号の説明】
【００６６】
１…光センサー、１０…計測領域、２０…計測セル、ＧＲＳＴ…リセット線、ＧＳＥＬＡ…第一選択線、ＧＳＥＬＢ…第二選択線、Ｓｅｎｓｅ…読み出し線、ＲＳＴＴＦＴ…リセットトランジスター、ＰＤ…受光素子、ＡＭＰＴＦＴ１…第一トランジスター、ＡＭＰＴＦＴ２…第二トランジスター、ＣＳＴＦＴ…電流源トランジスター、ＳＥＬＴＦＴ…選択トランジスター。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光センサーとその駆動方法、及び静脈センサーと指紋センサーの技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
静脈センサーや指紋センサーなどに使用される光センサーでは、特許文献１に記載されている様に、基板上に複数の計測セルを行列状に形成し、計測セル毎に光量を測定して、静脈像や指紋画像などを撮像している。図１８は特許文献１に記載されている計測セルの回路図である。フォトダイオード１１２のカソードに、薄膜トランジスター１１４のゲートと薄膜トランジスター１１８のソースとが接続している。薄膜トランジスター１１４のドレインと薄膜トランジスター１１８のドレインとは、補助走査線１４１に接続し、薄膜トランジスター１１４のソースは読出線１２１に接続している。又、薄膜トランジスター１１８のゲートは走査線１３１に接続している。
【０００３】
光量を測定するには、最初に薄膜トランジスター１１４のゲートを電圧Ｖｄｄに充電する。次いでτの期間に渡って露光する。露光期間中に薄膜トランジスター１１８はオフ状態にされているので、フォトダイオード１１２のリーク電流Ｉに応じて薄膜トランジスター１１４のゲート電位Ｖｇが変化する。こうして、露光終了後に、薄膜トランジスター１１４のゲート電位はＶｇ＝Ｖｄｄ−Ｉτ／ＣTとなる。尚、ここでＣTは薄膜トランジスター１１４のトランジスター容量である。リーク電流は光量が多い程大きいので、光量に応じて薄膜トランジスター１１４のゲート電位Ｖｇは変化し、この結果生ずる薄膜トランジスター１１４のコンダクタンスの変化を、読み出し期間中に、セル毎に計測して、露光期間中に照射された光量を測定していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−６５２０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の光センサーには高速計測と高精度計測とを両立しがたいと云う課題があった。高速計測するには、読み出し期間中に各計測セルが選択されている時間を短くする必要がある。短時間で計測データを読み出すには、薄膜トランジスター１１４のオン抵抗を下げねばならず、その為には薄膜トランジスター１１４のゲート幅を広くせねばならない。一方、ゲート幅を広くすると、トランジスター容量ＣTが増大するので、露光期間中にもたらされるゲート電位の変化Ｉτ／ＣTは小さくなり、リーク電流Ｉの僅かな変化を計測できなくなる。即ち、光量の計測分解能が低下して仕舞う。この様に、従来の光センサーは短時間で行う高速計測と、計測分解能の高い高精度計測と、を同時に達成し得ないと云う課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、前述の課題の少なくとも一部を解決する為になされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
（適用例１） 本適用例に係わる光センサーは、光量を計測する計測セルと、第一選択線と、読み出し線と、正電源と、負電源とを有する光センサーであって、計測セルは、受光素子と、第一トランジスターと、第二トランジスターと、選択トランジスターと、を少なくとも備え、受光素子の第一極と第一トランジスターのゲートとが電気的に接続され、受光素子の第二極と負電源とが電気的に接続され、第一トランジスターのドレインと正電源とが電気的に接続され、第一トランジスターのソースと第二トランジスターのゲートとが電気的に接続され、第二トランジスターのドレインと正電源とが電気的に接続され、第二トランジスターのソースと選択トランジスターのドレインとが電気的に接続され、選択トランジスターのゲートと第一選択線とが電気的に接続され、選択トランジスターのソースと読み出し線とが電気的に接続される事を特徴とする。
この構成によれば、計測セル毎に選択でき、而も、第一トランジスターを小さくする事ができるので、光量計測が高感度となる。同時に、第二トランジスターを大きくする事ができるので、トランジスターのオン抵抗を下げ、短時間での計測データを読み出せる。即ち、高速計測と高精度計測とを両立させる事ができる。
【０００８】
（適用例２） 上記適用例に係わる光センサーにおいて、更に、リセット線を有し、計測セルは、更に、リセットトランジスターを備え、リセットトランジスターのゲートとリセット線とが電気的に接続され、リセットトランジスターのドレインと正電源とが電気的に接続され、リセットトランジスターのソースと第一トランジスターのゲートとが電気的に接続される事が好ましい。
この構成によれば、第一トランジスターのゲートを正電源電位に充電する事ができる。
【０００９】
（適用例３） 上記適用例に係わる光センサーにおいて、計測セルは、更に、負荷素子を備え、負荷素子の一方の端子と第一トランジスターのソースとが電気的に接続され、負荷素子の他方の端子と負電源とが電気的に接続される事が好ましい。
この構成によれば、第一トランジスターのゲート電位変化をソース電位の変化に変換して増幅できるので、光量の計測結果を計測が容易で精度が高い電位に変換する事ができる。
【００１０】
（適用例４） 上記適用例に係わる光センサーにおいて、更に、第二選択線を有し、負荷素子は、電流源トランジスターであり、電流源トランジスターのゲートと第二選択線とが電気的に接続され、一方の端子は電流源トランジスターのドレインであり、他方の端子は電流源トランジスターのソースである事が好ましい。
この構成によれば、第一トランジスターのゲート電位変化に対するソース電位の変化が、広いゲート電位範囲に渡って、規則的な変化となり、正確に光量を電位に変換する事ができる。
【００１１】
（適用例５） 本適用例に係わる光センサーは、光量を計測する計測セルと、第一選択線と、第二選択線と、リセット線と、読み出し線と、正電源と、負電源とを有する光センサーであって、計測セルは、受光素子と、第一トランジスターと、第二トランジスターと、選択トランジスターと、電流源トランジスターと、を少なくとも備え、受光素子の第一極と第一トランジスターのゲートとが電気的に接続され、受光素子の第二極とリセット線とが電気的に接続され、第一トランジスターのドレインと正電源とが電気的に接続され、第一トランジスターのソースと第二トランジスターのゲートと電流源トランジスターのドレインとが電気的に接続され、第二トランジスターのドレインと正電源とが電気的に接続され、第二トランジスターのソースと選択トランジスターのドレインとが電気的に接続され、選択トランジスターのゲートと第一選択線とが電気的に接続され、選択トランジスターのソースと読み出し線とが電気的に接続され、電流源トランジスターのゲートと第二選択線とが電気的に接続され、電流源トランジスターのソースと負電源とが電気的に接続される事を特徴とする。
この構成によれば、４つのトランジスターと一つの受光素子との簡単な構成にて計測セルをなし、更に計測セル毎に選択でき、光量の計測結果を計測が容易で精度が高い電位に変換する事ができる。而も、第一トランジスターのゲート電位変化に対するソース電位の変化が、広いゲート電位範囲に渡って、規則的な変化となり、正確に光量を電位に変換する事ができる。加えて、第一トランジスターを小さくする事ができるので、光量計測が高感度となる。同時に、第二トランジスターを大きくする事ができるので、トランジスターのオン抵抗を下げ、短時間での計測データを読み出せる。即ち、高速計測と高精度計測とを両立させる事ができる。
【００１２】
（適用例６） 上記適用例２に係わる光センサーの駆動方法であって、初期化工程と、露光工程と、露光データ読み出し工程とを含み、初期化工程では、リセット線に選択信号が供給されて、リセットトランジスターはオン状態とされ、露光工程では、リセット線に非選択信号が供給されて、リセットトランジスターはオフ状態とされ、露光データ読み出し工程では、第一選択線に選択信号が供給されて、選択トランジスターはオン状態とされる事を特徴とする。
この構成によれば、初期化工程で第一トランジスターのゲートが充電され、露光工程で光量に応じて、受光素子から充電された電荷が漏れ、露光データ読み出し工程で計測データを読み出すので、短期間に高精度で光量を計測できる。
【００１３】
（適用例７） 上記適用例に係わる光センサーの駆動方法において、更にリセットデータ読み出し工程を含み、リセットデータ読み出し工程では、リセット線に選択信号が供給されて、リセットトランジスターはオン状態とされ、第一選択線に選択信号が供給されて、選択トランジスターはオン状態とされる事が好ましい。
この構成によれば、露光データ読み出し工程では光量に応じた電位と第一トランジスターの閾値電圧と第二トランジスターの閾値電圧との和に対応する電圧値を読み出し、リセットデータ読み出し工程では充電した電位と第一トランジスターの閾値電圧と第二トランジスターの閾値電圧との和に対応する電圧値を読み出す。従って、これら両者の引き算する事で、第一トランジスターの閾値電圧と第二トランジスターの閾値電圧とを消去して、充電した電位と光量に応じた電位との差を得る事ができる。即ち、第一トランジスターの閾値電圧や第二トランジスターの閾値電圧の計測セル間でのばらつきに関係なく、総ての計測セルにて同じ精度で光量に応じた電位を計測できる。
【００１４】
（適用例８） 上記適用例５に係わる光センサーの駆動方法であって、初期化工程と、露光工程と、露光データ読み出し工程とを含み、初期化工程では、リセット線に高電位信号が供給されて、受光素子は順バイアス状態とされ、露光工程では、リセット線に低電位信号が供給されて、受光素子は逆バイアス状態とされ、露光データ読み出し工程では、リセット線に低電位信号が供給されて、受光素子は逆バイアス状態とされ、第一選択線に選択信号が供給されて、選択トランジスターはオン状態とされ、第二選択線に選択信号が供給されて、電流源トランジスターはオン状態とされる事を特徴とする。
この構成によれば、初期化工程で第一トランジスターのゲートが充電され、露光工程で光量に応じて、受光素子から充電された電荷が漏れ、露光データ読み出し工程で計測データを読み出すので、短期間に高精度で光量を計測できる。
【００１５】
（適用例９） 上記適用例に係わる光センサーの駆動方法において、更にリセットデータ読み出し工程を含み、リセットデータ読み出し工程では、リセット線に高電位信号が供給されて、受光素子は順バイアス状態とされた後に、リセット線に低電位信号が供給されて、受光素子は逆バイアス状態とされ、第一選択線に選択信号が供給されて、選択トランジスターはオン状態とされ、第二選択線に選択信号が供給されて、電流源トランジスターはオン状態とされる事が好ましい。
この構成によれば、露光データ読み出し工程では光量に応じた電位と第一トランジスターの閾値電圧と第二トランジスターの閾値電圧の和に対応する電圧値を読み出し、リセットデータ読み出し工程では充電した電位と第一トランジスターの閾値電圧と第二トランジスターの閾値電圧との和に対応する電圧値を読み出す。従って、これら両者の引き算する事で、第一トランジスターの閾値電圧と第二トランジスターの閾値電圧とを消去して、充電した電位と光量に応じた電位との差を得る事ができる。即ち、第一トランジスターの閾値電圧や第二トランジスターの閾値電圧の計測セル間でのばらつきに関係なく、総ての計測セルにて同じ精度で光量に応じた電位を計測できる。
【００１６】
（適用例１０） 上記適用例に係わる光センサーを備えた事を特徴とする静脈センサー。
この構成によれば、高速計測と高精度計測とを両立した静脈センサーを実現できる。
【００１７】
（適用例１１） 上記適用例に係わる光センサーを備えた事を特徴とする指紋センサー。
この構成によれば、高速計測と高精度計測とを両立した指紋センサーを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】光センサーの回路ブロック図。
【図２】実施形態１で初期化工程を示した図。
【図３】実施形態１で露光工程を示した図。
【図４】実施形態１で露光データ読み出し工程を示した図。
【図５】実施形態１でリセットデータ読み出し工程を示した図。
【図６】実施形態１で待機工程を示した図。
【図７】実施形態２に係わる光センサーの一例を説明した図。
【図８】実施形態２で初期化工程を示した図。
【図９】実施形態２で露光工程を示した図。
【図１０】実施形態２で露光データ読み出し工程を示した図。
【図１１】実施形態２でリセットデータ読み出し工程を示した図。
【図１２】実施形態２で待機工程を示した図。
【図１３】変形例１で初期化工程を示した図。
【図１４】変形例１で露光工程を示した図。
【図１５】変形例１で露光データ読み出し工程を示した図。
【図１６】変形例１でリセットデータ読み出し工程を示した図。
【図１７】変形例１で待機工程を示した図。
【図１８】従来技術における計測セルの回路図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。尚、以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度を実際とは異ならせしめている。
【００２０】
（実施形態１）
「光センサーの概要」
先ず、光センサーの概要を、図１を参照して説明する。
図１は、実施形態１における光センサー１の回路ブロック図である。光センサー１は計測領域１０を有し、計測領域１０には複数の計測セル２０が規則的に配列されている。ここでは計測セル２０が行列状に配置されている。これらの計測セル２０が個別に光量を計測する事で、画像が撮像される。計測領域１０の外側には選択回路ＳＣやパラレル・シリアル変換回路ＰＳＣが備えられている。選択回路ＳＣは第一選択回路ＳＣＡと第二選択回路ＳＣＢと第三選択回路ＳＣＣとを含んでいる。又、パラレル・シリアル変換回路ＰＳＣはサンプルホールド回路ＳＨＣとサンプルホールド選択回路ＳＨＳとを含んでいる。これらの計測領域１０や選択回路ＳＣ、及びパラレル・シリアル変換回路ＰＳＣには外部のコントローラーに接続する配線が引かれている。尚、図１では、複数種類の配線も象徴として一本の黒線で描いてある場合（例えば、パラレル・シリアル変換回路ＰＳＣへの入力ＰＳＩＮや選択回路ＳＣへの入力ＳＣＩＮ）もある。又、計測領域１０には複数の計測セル２０が設けられているが、理解を容易とする為に、一つの計測セル２０とそれに接続する配線とを描いてある。
【００２１】
光センサー１にて撮像するには、初期化工程と露光工程と露光データ読み出し工程とが必要となる。初期化工程では露光の準備をし、露光工程で光量を電気情報に変換し、得られた電気情報は露光データ読み出し工程でサンプルホールド回路ＳＨＣに出力される。初期化工程と露光工程と露光データ読み出し工程は選択回路ＳＣにて行ごとに設定される。露光データ読み出し工程で各計測セルの電気情報が個別に読み出される。具体的には選択回路ＳＣにて行方向に揃う一行の計測セル２０が選択される。選択された行に属する計測セル２０が取得した電気情報はサンプルホールド回路ＳＨＣに保持される。サンプルホールド回路ＳＨＣは複数のアナログデータ値を独立に保持すべく、複数個の要素回路を有している。即ち、要素回路は列毎に設けられ、一つの要素回路がその列に出力されたアナログデータの電気情報を保持する。サンプルホールド選択回路ＳＨＳはこれら複数の要素回路から、一つの要素回路を選択し、その要素回路のデータを出力線ＤＯＵＴに出力する。こうして列方向に並列する電気情報は一つずつシリアルデータとして出力線ＤＯＵＴに出力される。
【００２２】
「計測セルの回路構成」
次に計測セル２０の回路構成を、図１を参照して説明する。尚、図１にはトランジスターのソースとドレインとをｓとｄとで示し、ダイオードのアノードとカソードとをＡとＣとで示してある。計測領域１０には、第一選択線ＧＳＥＬＡと、読み出し線Ｓｅｎｓｅと、第二選択線ＧＳＥＬＢと、リセット線ＧＲＳＴと、正電源Ｖｄｄと、負電源Ｖｓｓとが配線されている。計測セル２０は行列状に並ぶが、第一選択線ＧＳＥＬＡが行方向を定め、読み出し線Ｓｅｎｓｅが列方向を定めている。即ち、ｉ行目の第一選択線ＧＳＥＬＡとｊ列目の読み出し線Ｓｅｎｓｅとの交点に、ｉ行ｊ列に位置する計測セル２０が配置される。従って、計測セル２０がＭ行Ｎ列の行列状に配置されている場合、第一選択線ＧＳＥＬＡはＭ本設けられ、読み出し線ＳｅｎｓｅはＮ本設けられる。尚、ＭもＮも１以上の整数である。リセット線ＧＲＳＴも、第一選択線ＧＳＥＬＡに一対一対応してＭ本設けられる。又、第二選択線ＧＳＥＬＢも、第一選択線ＧＳＥＬＡに一対一対応してＭ本設けられるのが好ましく、図１にもそう描かれている。但し、本実施形態では第二選択線ＧＳＥＬＢは選択非選択の動作がなされず、全計測セル２０で同じ電位を取るので、複数行又は複数列の計測セル２０で一本の第二選択線ＧＳＥＬＢを共用しても良い。同様に正電源Ｖｄｄと負電源Ｖｓｓも、複数行又は複数列の計測セル２０で一本の正電源Ｖｄｄ、或いは一本の負電源Ｖｓｓを共用しても良い。第一選択線ＧＳＥＬＡは第一選択回路ＳＣＡに電気的に接続し、第一選択回路ＳＣＡによって選択される。同様に、第二選択線ＧＳＥＬＢは第二選択回路ＳＣＢに電気的に接続し、第二選択回路ＳＣＢによって選択される。同様に、リセット線ＧＲＳＴは第三選択回路ＳＣＣに電気的に接続し、第三選択回路ＳＣＣによって選択される。読み出し線Ｓｅｎｓｅは、列毎に設けられた一つの要素回路に電気的に接続される。尚、ＡとＢとが電気的に接続するとは、ＡとＢとが配線で直接結ばれている場合の他に、ＡとＢとの間にパスゲートなどのスイッチが設けられ、スイッチが導通状態になった際にＡとＢとが導通状態になる場合をも含んでいる。
【００２３】
計測セル２０は、受光素子ＰＤと、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１と、第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２と、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴと、リセットトランジスターＲＳＴＴＦＴと負荷素子と、を備えている。ここで負荷素子は、電流源トランジスターＣＳＴＦＴであるが、単純な抵抗体であっても良い。負荷素子を設ける事で、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート電位変化をソース電位の変化に変換して増幅できる。これにより光量の計測結果を、計測が容易で精度が高い電位に変換する事が可能となる。
【００２４】
受光素子ＰＤはフォトダイオードである。これの第一極がカソードで、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲートと、リセットトランジスターＲＳＴＴＦＴのソースとに電気的に接続している。リセットトランジスターＲＳＴＴＦＴのドレインは正電源Ｖｄｄに電気的に接続されているので、フォトダイオードのカソードはリセットトランジスターＲＳＴＴＦＴを介して正電源Ｖｄｄに電気的に接続されている事になる。一方、受光素子ＰＤの第二極はアノードで、これは負電源Ｖｓｓに電気的に接続されている。従って、受光素子ＰＤは正電源Ｖｄｄと負電源Ｖｓｓとの間に逆バイアス状態になる様に配置されている。リセットトランジスターＲＳＴＴＦＴのゲートは、リセット線ＧＲＳＴに電気的に接続され、リセットトランジスターＲＳＴＴＦＴはリセット線ＧＲＳＴに供給される電気信号で制御される。
【００２５】
第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１は、そのドレインが正電源Ｖｄｄに電気的に接続され、ソースが第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２のゲートと負荷素子の一方の端子とに電気的に接続されている。負荷素子の他方の端子は負電源Ｖｓｓに電気的に接続されている。前述の如く、負荷素子は電流源トランジスターＣＳＴＦＴであり、一方の端子が電流源トランジスターＣＳＴＦＴのドレインに相当し、他方の端子は電流源トランジスターＣＳＴＦＴのソースに相当する。従って、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のソースは、負電源Ｖｓｓに電気的に接続されている事になる。電流源トランジスターＣＳＴＦＴのゲートは、第二選択線ＧＳＥＬＢに電気的に接続され、電流源トランジスターＣＳＴＦＴは第二選択線ＧＳＥＬＢに供給される電気信号で制御される。
【００２６】
第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２は、そのドレインが正電源Ｖｄｄに電気的に接続され、ソースが選択トランジスターＳＥＬＴＦＴのドレインに電気的に接続されている。選択トランジスターＳＥＬＴＦＴのソースは読み出し線Ｓｅｎｓｅに電気的に接続されている。選択トランジスターＳＥＬＴＦＴのゲートは第一選択線ＧＳＥＬＡに電気的に接続され、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴは第一選択線ＧＳＥＬＡに供給される電気信号で制御される。
【００２７】
この構成では、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート幅を狭くして、トランジスター容量ＣTを小さくするので、光センサー１を高感度とする事ができる。同時に第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２のゲート幅を広くして、第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２のオン抵抗を下げるので、オン抵抗と読み出し線との寄生容量との積で定まる時定数を短くする事ができ、短時間での出力が可能になる。即ち、高感度測定を迅速に行える様になる。
【００２８】
「光センサーの駆動方法」
次に光センサー１の駆動方法を、図２乃至６を参照して説明する。尚、図２乃至６では、第一選択線ＧＳＥＬＡと第二選択線ＧＳＥＬＢとリセット線ＧＲＳＴとに関しては、選択信号が供給されている場合にこれらの配線を太線で描き、非選択信号が供給されている場合にこれらの配線を点線で描いてある。選択信号とはその配線にゲートが接続するトランジスターをオン状態とする信号で、非選択信号とはその配線にゲートが接続するトランジスターをオフ状態とする信号である。本実施形態では、リセットトランジスターＲＳＴＴＦＴや電流源トランジスターＣＳＴＦＴ、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴにＮ型トランジスターを用いているので、選択信号が高電位（正電源Ｖｄｄ以上の高い電位）となり、非選択信号が低電位（例えば、接地電位などの負電源Ｖｓｓ）となる。又、図２乃至６では、正電源Ｖｄｄも太線で描き、負電源Ｖｓｓも点線で描いてある。更に、図２乃至６で、黒矢印はトランジスターがオン状態、又はダイオードが順バイアス状態に成り得る事を示す。灰色矢印はトランジスターがオン状態からオフ状態の間の何処かで固定している状態を示す。白矢印はトランジスターがその期間中にオン状態とオフ状態との間を変化し得る状態を示す。Ｘはトランジスターがオフ状態、又はダイオードが逆バイアス状態となっている状態を示す。
【００２９】
光センサー１を用いた撮像は、初期化工程と、露光工程と、露光データ読み出し工程と、リセットデータ読み出し工程と、待機工程と、で一周期をなして一枚の画像が得られる。以下、この一周期を、順を追って説明する。
【００３０】
図２は、本実施形態での初期化工程を示した図である。初期化工程では、リセット線ＧＲＳＴにリセット選択信号が供給されて、リセットトランジスターＲＳＴＴＦＴはオン状態とされる。リセット選択信号の電位は、リセットトランジスターＲＳＴＴＦＴの閾値電圧よりも高く、リセットトランジスターＲＳＴＴＦＴをオン状態とする値である。好ましくは、リセット選択信号の電位は、正電源Ｖｄｄ以上の値である。その結果、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１は、初期化工程期間中に、そのゲートが正電源Ｖｄｄへと充電される。第二選択線ＧＳＥＬＢには第二選択信号が供給され、電流源トランジスターＣＳＴＦＴを定電流源として動作させる。第二選択信号の電位は、電流源トランジスターＣＳＴＦＴの閾値電圧を僅かに超えた値（Ｖｔｈ＋δ、０＜δ＜０．３Ｖ）程度か、それよりも僅かに小さい。第二選択信号の電位がＶｔｈ＋δ程度ならば、電流源トランジスターＣＳＴＦＴは殆どの場合、飽和動作し、定電流源となる。又、第二選択信号の電位がＶｔｈよりも小さければ、電流源トランジスターＣＳＴＦＴは閾値下領域に入るので矢張り飽和動作し、定電流源となる。
【００３１】
図３は、本実施形態での露光工程を示した図である。露光工程では、リセット線ＧＲＳＴに非選択信号が供給されて、リセットトランジスターＲＳＴＴＦＴはオフ状態とされている。露光工程で照射された光量に応じて受光素子ＰＤは電荷を漏らし、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート電位は変化する。これに合わせて、第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２のゲート電位も変化する。第二選択線ＧＳＥＬＢには、初期化工程と同じく、第二選択信号が供給されている。又、第一選択線ＧＳＥＬＡには非選択信号が供給されている。
【００３２】
図４は、本実施形態での露光データ読み出し工程を示した図で、（ａ）は選択された計測セルを示し、（ｂ）は非選択の計測セルを示している。露光工程が終了すると、露光データ読み出し工程に移る。この期間中、リセット線ＧＲＳＴには非選択信号が供給されて、リセットトランジスターＲＳＴＴＦＴはオフ状態とされて、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート電位は保存される。即ち、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート電位は露光量に応じた固定値に定まっている。露光量に応じた固定値はゼロＶからＶｄｄの間にある。第二選択線ＧＳＥＬＢには、露光工程と同じく、第二選択信号が供給されている。従って、露光データ読み出し期間中、第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２のゲート電位は、露光量に応じた固定値に保たれている。図４（ａ）に示す様に、読み出しの選択がなされる計測セルでは、第一選択線ＧＳＥＬＡに第一選択信号が供給されている。第一選択信号の電位は選択トランジスターＳＥＬＴＦＴの閾値電圧以上の値で、好ましくは正電源Ｖｄｄ以上の値である。その結果、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴはオン状態とされ、読み出し線Ｓｅｎｓｅを介して第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２のソース電位が測定される。一方、図４（ｂ）に示す様に、読み出しの選択がなされない非選択の計測セルでは、第一選択線ＧＳＥＬＡには非選択信号が供給されており、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴはオフ状態とされている。
【００３３】
図５は、本実施形態でのリセットデータ読み出し工程を示した図で、（ａ）は選択された計測セルを示し、（ｂ）は非選択の計測セルを示している。露光データ読み出し工程が終了すると、リセットデータ読み出し工程に移る。この期間中、リセット線ＧＲＳＴにはリセット選択信号が供給されて、リセットトランジスターＲＳＴＴＦＴはオン状態とされ、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート電位は正電源Ｖｄｄとされる。第二選択線ＧＳＥＬＢには、露光工程と同じく、第二選択信号が供給されている。従って、リセットデータ読み出し期間中、第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２のゲート電位は、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート電位が正電源Ｖｄｄとされている状態に応じた固定値に保たれている。図５（ａ）に示す様に、読み出しの選択がなされる計測セルでは、第一選択線ＧＳＥＬＡに第一選択信号が供給され、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴはオン状態とされる。即ち、読み出し線Ｓｅｎｓｅを介して、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート電位が正電源Ｖｄｄとされている状態に応じた第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２のソース電位が測定される。一方、図５（ｂ）に示す様に、読み出しの選択がなされない非選択の計測セルでは、第一選択線ＧＳＥＬＡには非選択信号が供給されており、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴはオフ状態とされている。
【００３４】
露光データ読み出し工程では光量に応じた電位（Ｖｐｈｏｔｏ）と第一トランジスターの閾値電圧（Ｖｔｈ１）と第二トランジスターの閾値電圧（Ｖｔｈ２）との和に対応する電圧値（Ｖｐｈｏｔｏ＋Ｖｔｈ１＋Ｖｔｈ２）を読み出す。これに対して、リセットデータ読み出し工程では充電した電位（Ｖｄｄ）と第一トランジスターの閾値電圧と第二トランジスターの閾値電圧との和に対応する電圧値（Ｖｄｄ＋Ｖｔｈ１＋Ｖｔｈ２）を読み出す。従って、これら両者の引き算する事で、第一トランジスターの閾値電圧と第二トランジスターの閾値電圧とを消去して、充電した電位と光量に応じた電位との差を得る事ができる。即ち、第一トランジスターの閾値電圧や第二トランジスターの閾値電圧の計測セル間でのばらつきに関係なく、総ての計測セルにて同じ精度で光量に応じた電位を計測できる。
【００３５】
図６は、本実施形態での待機工程を示した図である。リセットデータ読み出し工程が終わると、計測セルは待機状態となる。この期間中、リセット線ＧＲＳＴに選択信号が供給されて、リセットトランジスターＲＳＴＴＦＴはオン状態とされる。又、第一選択線ＧＳＥＬＡは非選択信号が供給されて、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴはオフ状態とされている。以降、次の露光工程が始まるまで、待機状態が維持される。
【００３６】
「電子機器」
前述した光センサー１は静脈センサーや指紋センサーなどの各種センサーに適応できる。これらの他にも、デジタルカメラやイメージセンサー、スキャナーなどの電子機器に本実施形態に係わる光センサー１を適用する事ができる。
【００３７】
以上述べた様に、本実施形態に係わる光センサー１とその製造方法に依れば、以下の効果を得る事ができる。
第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１を小さくして、光量計測を高感度とすると同時に、第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２を大きくするので、短時間での計測データを読み出せる。即ち、高速計測と高精度計測とを両立させる事ができる。又、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート電位変化をソース電位の変化に変換して増幅できるので、光量の計測結果を計測が容易で精度が高い電位に変換する事ができる。更に負荷素子に電流源トランジスターＣＳＴＦＴを用いているので、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート電位変化に対するソース電位の変化が、広いゲート電位範囲に渡って、規則的な変化となり、正確に光量を電位に変換する事ができる。
【００３８】
又、初期化工程で第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲートが充電され、露光工程で光量に応じて、受光素子ＰＤから充電された電荷が漏れ、露光データ読み出し工程で計測データを読み出すので、短期間に高精度で光量を計測できる。加えて、露光データ読み出し工程とリセットデータ読み出し工程とを有するので、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１の閾値電圧と第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２の閾値電圧とを消去して、充電した電位と光量に応じた電位との差を得る事ができる。即ち、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１の閾値電圧や第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２の閾値電圧の計測セル２０間でのばらつきに関係なく、総ての計測セル２０にて同じ精度で光量に応じた電位を計測できる。
【００３９】
尚、本実施形態では第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１や第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２、電流源トランジスターＣＳＴＦＴ、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴ、リセットトランジスターＲＳＴＴＦＴ、にＮ型薄膜トランジスターを用いたが、これらはＰ型薄膜トランジスターであっても良い。その場合、選択信号は非選択信号に対して負の値となる。例えば、非選択信号を正電源Ｖｄｄとし、選択信号を負電源Ｖｓｓ（ゼロＶ）からＶｄｄよりも小さい値とする。又、Ｐ型の電流源トランジスターＣＳＴＦＴはソースを正電源Ｖｄｄに電気的に接続する。
【００４０】
（実施形態２）
「リセットトランジスターを伴わぬ形態」
図７は実施形態２に係わる光センサーの一例を説明した図である。以下、本実施形態に係わる光センサー１について説明する。尚、実施形態１と同一の構成部位については、同一の符号を附し、重複する説明は省略する。
【００４１】
本実施形態（図７）は実施形態１（図１）と比べて、計測セル２０の回路構成が異なっている。それ以外の構成は、実施形態１とほぼ同様である。尚、図７でもトランジスターのソースとドレインとをｓとｄとで示し、ダイオードのアノードとカソードとをＡとＣとで示してある。計測領域１０には、第一選択線ＧＳＥＬＡと、読み出し線Ｓｅｎｓｅと、第二選択線ＧＳＥＬＢと、リセット線ＧＲＳＴと、正電源Ｖｄｄと、負電源Ｖｓｓとが配線されている。実施形態１と同様に、第一選択線ＧＳＥＬＡが行方向を定め、読み出し線Ｓｅｎｓｅが列方向を定めている。即ち、計測セル２０はＭ行Ｎ列の行列状に配置され、第一選択線ＧＳＥＬＡはＭ本設けられ、読み出し線ＳｅｎｓｅはＮ本設けられる。尚、ＭもＮも１以上の整数である。リセット線ＧＲＳＴも、第一選択線ＧＳＥＬＡに一対一対応してＭ本設けられる。又、第二選択線ＧＳＥＬＢも、第一選択線ＧＳＥＬＡに一対一対応してＭ本設けられるのが好ましい。但し、本実施形態でも第二選択線ＧＳＥＬＢは選択非選択の動作がなされず、全計測セル２０で同じ電位を取るので、複数行又は複数列の計測セル２０で一本の第二選択線ＧＳＥＬＢを共用しても良い。
【００４２】
計測セル２０は、受光素子ＰＤと、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１と、第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２と、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴと、負荷素子と、を備えている。負荷素子は、電流源トランジスターＣＳＴＦＴであるが、単純な抵抗体であっても良い。
【００４３】
受光素子ＰＤはフォトダイオードで、この第一極（カソード）が第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲートに電気的に接続している。一方、受光素子の第二極（アノード）はリセット線ＧＲＳＴに電気的に接続されている。
【００４４】
第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１は、そのドレインが正電源Ｖｄｄに電気的に接続され、ソースが第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２のゲートと負荷素子の一方の端子とに電気的に接続されている。負荷素子の他方の端子は負電源Ｖｓｓに電気的に接続されている。前述の如く、負荷素子は電流源トランジスターＣＳＴＦＴであり、一方の端子が電流源トランジスターＣＳＴＦＴのドレインに相当し、他方の端子は電流源トランジスターＣＳＴＦＴのソースに相当する。電流源トランジスターＣＳＴＦＴのゲートは、第二選択線ＧＳＥＬＢに電気的に接続され、電流源トランジスターＣＳＴＦＴは第二選択線ＧＳＥＬＢに供給される電気信号で制御される。
【００４５】
第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２は、そのドレインが正電源Ｖｄｄに電気的に接続され、ソースが選択トランジスターＳＥＬＴＦＴのドレインに電気的に接続されている。選択トランジスターＳＥＬＴＦＴのソースは読み出し線Ｓｅｎｓｅに電気的に接続されている。選択トランジスターＳＥＬＴＦＴのゲートは第一選択線ＧＳＥＬＡに電気的に接続され、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴは第一選択線ＧＳＥＬＡに供給される電気信号で制御される。
【００４６】
この構成では、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート幅を狭くして、トランジスター容量ＣTを小さくするので、光センサー１を高感度とする事ができる。同時に第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２のゲート幅を広くして、第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２のオン抵抗を下げるので、オン抵抗と読み出し線との寄生容量との積で定まる時定数を短くする事ができ、短時間での出力が可能になる。即ち、高感度測定を迅速に行える様になる。
【００４７】
「光センサーの駆動方法」
次に光センサー１の駆動方法を、図８乃至１２を参照して説明する。尚、図８乃至１２でも、選択信号が供給されている配線と正電源Ｖｄｄとを太線で描き、非選択信号が供給されている配線と負電源Ｖｓｓとを点線で描く。又、黒矢印と、灰色矢印、白矢印、Ｘに関しても実施形態１と同じ意味を持たせる。
【００４８】
光センサー１を用いた撮像は、初期化工程と、露光工程と、露光データ読み出し工程と、リセットデータ読み出し工程と、待機工程と、で一周期をなして一枚の画像が得られる。以下、この一周期を、順を追って説明する。
【００４９】
図８は、本実施形態での初期化工程を示した図である。初期化工程では、リセット線ＧＲＳＴにリセット選択信号が供給されて、受光素子ＰＤは順バイアス状態とされる。リセット選択信号の電位は、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１の閾値電圧よりも高く、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１をオン状態とする値である。好ましくは、リセット選択信号の電位は、正電源Ｖｄｄ以上の値である。その後リセット線ＧＲＳＴに非選択信号が供給されて、受光素子ＰＤは逆バイアス状態とされる。この結果、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート電位は受光素子ＰＤの静電容量と第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート容量で容量分割された所定のリセット電位ＶＲＳＴにリセットされる。第一選択線ＧＳＥＬＡには非選択信号が供給され、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴはオフ状態とされる。同様に、第二選択線ＧＳＥＬＢにも非選択信号が供給され、電流源トランジスターＣＳＴＦＴはオフ状態とされる。
【００５０】
図９は、本実施形態での露光工程を示した図である。露光工程では、リセット線ＧＲＳＴに非選択信号が供給されて、受光素子ＰＤは逆バイアス状態とされている。照射された光量に応じて受光素子ＰＤは電荷を漏らし、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート電位は変化する。これに合わせて、第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２のゲート電位も変化する。第一選択線ＧＳＥＬＡには非選択信号が供給されている。又、第二選択線ＧＳＥＬＢにも非選択信号が供給されている。
【００５１】
図１０は、本実施形態での露光データ読み出し工程を示した図で、（ａ）は選択された計測セルを示し、（ｂ）は非選択の計測セルを示している。露光工程が終了すると、露光データ読み出し工程に移る。この期間中、リセット線ＧＲＳＴには非選択信号が供給されて、受光素子ＰＤは逆バイアス状態とされて、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート電位は保存される。即ち、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート電位は露光量に応じた固定値に定まっている。第二選択線ＧＳＥＬＢには、第二選択信号が供給されている。第二選択信号の電位は、電流源トランジスターＣＳＴＦＴの閾値電圧を僅かに超えた値（Ｖｔｈ＋δ、０＜δ＜０．３Ｖ）程度か、それよりも僅かに小さい。第二選択信号の電位がＶｔｈ＋δ程度ならば、電流源トランジスターＣＳＴＦＴは殆どの場合、飽和動作し、定電流源となる。又、第二選択信号の電位がＶｔｈよりも小さければ、電流源トランジスターＣＳＴＦＴは閾値下領域に入るので矢張り飽和動作し、定電流源となる。こうして、露光データ読み出し期間中、第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２のゲート電位は、露光量に応じた固定値に保たれている。図１０（ａ）に示す様に、読み出しの選択がなされる計測セルでは、第一選択線ＧＳＥＬＡに第一選択信号が供給されている。第一選択信号の電位は選択トランジスターＳＥＬＴＦＴの閾値電圧以上の値で、好ましくは正電源Ｖｄｄ以上の値である。その結果、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴはオン状態とされ、読み出し線Ｓｅｎｓｅを介して第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２のソース電位が測定される。一方、図１０（ｂ）に示す様に、読み出しの選択がなされない非選択の計測セルでは、第一選択線ＧＳＥＬＡには非選択信号が供給されており、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴはオフ状態とされている。
【００５２】
図１１は、本実施形態でのリセットデータ読み出し工程を示した図で、（ａ）は選択された計測セルを示し、（ｂ）は非選択の計測セルを示している。露光データ読み出し工程が終了すると、リセットデータ読み出し工程に移る。この期間中、リセット線ＧＲＳＴにはリセット選択信号が供給されて、受光素子ＰＤは順バイアス状態とされ、その後リセット線ＧＲＳＴに非選択信号が供給されて、受光素子ＰＤは逆バイアス状態とされる。この結果、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート電位は受光素子ＰＤの静電容量と第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート容量で容量分割された所定のリセット電位（ＶＲＳＴ）にリセットされる。第二選択線ＧＳＥＬＢには、第二選択信号が供給されている。従って、リセットデータ読み出し期間中、第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２のゲート電位は、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート電位がＶＲＳＴとされている状態に応じた固定値に保たれている。図１１（ａ）に示す様に、読み出しの選択がなされる計測セルでは、第一選択線ＧＳＥＬＡに第一選択信号が供給され、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴはオン状態とされる。即ち、読み出し線Ｓｅｎｓｅを介して、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート電位がＶＲＳＴとされている状態に応じた第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２のソース電位が測定される。一方、図１１（ｂ）に示す様に、読み出しの選択がなされない非選択の計測セルでは、第一選択線ＧＳＥＬＡには非選択信号が供給されており、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴはオフ状態とされている。
【００５３】
露光データ読み出し工程ではＶｐｈｏｔｏ＋Ｖｔｈ１＋Ｖｔｈ２を読み出す。これに対して、リセットデータ読み出し工程ではＶＲＳＴ＋Ｖｔｈ１＋Ｖｔｈ２を読み出す。従って、これら両者の引き算する事で、第一トランジスターの閾値電圧と第二トランジスターの閾値電圧とを消去して、充電した電位と光量に応じた電位との差を得る事ができる。即ち、第一トランジスターの閾値電圧や第二トランジスターの閾値電圧の計測セル間でのばらつきに関係なく、総ての計測セルにて同じ精度で光量に応じた電位を計測できる。
【００５４】
図１２は、本実施形態での待機工程を示した図である。リセットデータ読み出し工程が終わると、計測セルは待機状態となる。この期間中、リセット線ＧＲＳＴに非選択信号が供給される。又、第一選択線ＧＳＥＬＡにも非選択信号が供給されて、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴはオフ状態とされている。以降、次の画像が撮像される時迄、待機状態が維持される。
【００５５】
以上述べたように、本実施形態に係わる光センサー１によれば、４つのトランジスターと一つの受光素子との簡単な構成にて、実施形態１と同じ効果を得る事ができる。
【００５６】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良などを加えることが可能である。変形例を以下に述べる。
【００５７】
（変形例１）
「駆動方法が異なる形態」
本変形例では、実施形態１の構成（図１）にて、駆動方法が異なる形態を説明する。尚、実施形態１と同一の構成部位については、同一の符号を附し、重複する説明は省略する。
【００５８】
本変形例における光センサー１の駆動方法を、図１３乃至１７を参照して説明する。尚、図１３乃至１７では、選択信号が供給されている配線と正電源Ｖｄｄとを太線で描き、非選択信号が供給されている配線と負電源Ｖｓｓとを点線で描く。又、黒矢印と、灰色矢印、白矢印、Ｘに関しても実施形態１と同じ意味を持たせる。
【００５９】
光センサー１を用いた撮像は、初期化工程と、露光工程と、露光データ読み出し工程と、リセットデータ読み出し工程と、待機工程と、で一周期をなして一枚の画像が得られる。以下、この一周期を、順を追って説明する。
【００６０】
図１３は、本変形例での初期化工程を示した図である。初期化工程では、リセット線ＧＲＳＴにリセット選択信号が供給されて、リセットトランジスターＲＳＴＴＦＴはオン状態とされる。その結果、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１は、初期化工程期間中に、そのゲートが正電源Ｖｄｄへと充電される。第一選択線ＧＳＥＬＡには非選択信号が供給され、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴはオフ状態とされている。第二選択線ＧＳＥＬＢにも非選択信号が供給され、電流源トランジスターＣＳＴＦＴはオフ状態とされている。
【００６１】
図１４は、本変形例での露光工程を示した図である。露光工程では、リセット線ＧＲＳＴに非選択信号が供給されて、リセットトランジスターＲＳＴＴＦＴはオフ状態とされている。露光工程で照射された光量に応じて受光素子ＰＤは電荷を漏らし、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート電位は変化する。これに合わせて、第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２のゲート電位も変化する。但し、第二選択線ＧＳＥＬＢには、非選択信号が供給されており、電流源トランジスターＣＳＴＦＴはオフ状態とされている。又、第一選択線ＧＳＥＬＡにも非選択信号が供給されている。
【００６２】
図１５は、本変形例での露光データ読み出し工程を示した図で、（ａ）は選択された計測セルを示し、（ｂ）は非選択の計測セルを示している。露光工程が終了すると、露光データ読み出し工程に移る。この期間中、リセット線ＧＲＳＴには非選択信号が供給されて、リセットトランジスターＲＳＴＴＦＴはオフ状態とされ、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート電位は保存される。即ち、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート電位は露光量に応じた固定値に定まっている。第二選択線ＧＳＥＬＢには第二選択信号が供給されて、電流源トランジスターＣＳＴＦＴは定電流源となっている。こうして、露光データ読み出し期間中、第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２のゲート電位は、露光量に応じた固定値に保たれている。図１５（ａ）に示す様に、読み出しの選択がなされる計測セルでは、第一選択線ＧＳＥＬＡに第一選択信号が供給されている。その結果、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴはオン状態とされ、読み出し線Ｓｅｎｓｅを介して第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２のソース電位が測定される。一方、図１５（ｂ）に示す様に、読み出しの選択がなされない非選択の計測セルでは、第一選択線ＧＳＥＬＡには非選択信号が供給されており、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴはオフ状態とされている。
【００６３】
図１６は、本変形例でのリセットデータ読み出し工程を示した図で、（ａ）は選択された計測セルを示し、（ｂ）は非選択の計測セルを示している。露光データ読み出し工程が終了すると、リセットデータ読み出し工程に移る。リセット線ＧＲＳＴにはリセット選択信号が供給されて、リセットトランジスターＲＳＴＴＦＴはオン状態とされ、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート電位は正電源Ｖｄｄとされる。第二選択線ＧＳＥＬＢには、第二選択信号が供給されている。従って、リセットデータ読み出し期間中、第二トランジスターＡＭＰＴＦＴ２のゲート電位は、第一トランジスターＡＭＰＴＦＴ１のゲート電位が正電源Ｖｄｄとされている状態に応じた固定値に保たれている。図１６（ａ）に示す様に、読み出しの選択がなされる計測セルでは、第一選択線ＧＳＥＬＡに第一選択信号が供給され、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴはオン状態とされる。一方、図１６（ｂ）に示す様に、読み出しの選択がなされない非選択の計測セルでは、第一選択線ＧＳＥＬＡには非選択信号が供給されており、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴはオフ状態とされている。
【００６４】
図１７は、本変形例での待機工程を示した図である。リセットデータ読み出し工程が終わると、計測セルは待機状態となる。この期間中、リセット線ＧＲＳＴに選択信号が供給されて、リセットトランジスターＲＳＴＴＦＴはオン状態とされる。又、第一選択線ＧＳＥＬＡにも非選択信号が供給されて、選択トランジスターＳＥＬＴＦＴはオフ状態とされている。又、第二選択線ＧＳＥＬＢにも非選択信号が供給されて、電流源トランジスターＣＳＴＦＴはオフ状態とされている。以降、次の画像が撮像される時迄、待機状態が維持される。
【００６５】
以上述べたように、本変形例に係わる光センサー１の駆動方法によれば、実施形態１での効果に加えて、電流源トランジスターＣＳＴＦＴを、それが必要とされる期間に動作させるので、エネルギー効率を高める事ができる。
【符号の説明】
【００６６】
１…光センサー、１０…計測領域、２０…計測セル、ＧＲＳＴ…リセット線、ＧＳＥＬＡ…第一選択線、ＧＳＥＬＢ…第二選択線、Ｓｅｎｓｅ…読み出し線、ＲＳＴＴＦＴ…リセットトランジスター、ＰＤ…受光素子、ＡＭＰＴＦＴ１…第一トランジスター、ＡＭＰＴＦＴ２…第二トランジスター、ＣＳＴＦＴ…電流源トランジスター、ＳＥＬＴＦＴ…選択トランジスター。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光量を計測する計測セルと、第一選択線と、読み出し線と、正電源と、負電源とを有する光センサーであって、
前記計測セルは、受光素子と、第一トランジスターと、第二トランジスターと、選択トランジスターと、を少なくとも備え、
前記受光素子の第一極と前記第一トランジスターのゲートとが電気的に接続され、前記受光素子の第二極と前記負電源とが電気的に接続され、
前記第一トランジスターのドレインと前記正電源とが電気的に接続され、前記第一トランジスターのソースと前記第二トランジスターのゲートとが電気的に接続され、
前記第二トランジスターのドレインと前記正電源とが電気的に接続され、前記第二トランジスターのソースと前記選択トランジスターのドレインとが電気的に接続され、
前記選択トランジスターのゲートと前記第一選択線とが電気的に接続され、前記選択トランジスターのソースと前記読み出し線とが電気的に接続される事を特徴とする光センサー。
【請求項２】
更に、リセット線を有し、
前記計測セルは、更に、リセットトランジスターを備え、
前記リセットトランジスターのゲートと前記リセット線とが電気的に接続され、前記リセットトランジスターのドレインと前記正電源とが電気的に接続され、前記リセットトランジスターのソースと前記第一トランジスターのゲートとが電気的に接続される事を特徴とする請求項１に記載の光センサー。
【請求項３】
前記計測セルは、更に、負荷素子を備え、
前記負荷素子の一方の端子と前記第一トランジスターのソースとが電気的に接続され、前記負荷素子の他方の端子と前記負電源とが電気的に接続される事を特徴とする請求項１又は２に記載の光センサー。
【請求項４】
更に、第二選択線を有し、
前記負荷素子は、電流源トランジスターであり、
前記電流源トランジスターのゲートと前記第二選択線とが電気的に接続され、前記一方の端子は前記電流源トランジスターのドレインであり、前記他方の端子は前記電流源トランジスターのソースである事を特徴とする請求項３に記載の光センサー。
【請求項５】
光量を計測する計測セルと、第一選択線と、第二選択線と、リセット線と、読み出し線と、正電源と、負電源とを有する光センサーであって、
前記計測セルは、受光素子と、第一トランジスターと、第二トランジスターと、選択トランジスターと、電流源トランジスターと、を少なくとも備え、
前記受光素子の第一極と前記第一トランジスターのゲートとが電気的に接続され、前記受光素子の第二極と前記リセット線とが電気的に接続され、
前記第一トランジスターのドレインと前記正電源とが電気的に接続され、前記第一トランジスターのソースと前記第二トランジスターのゲートと前記電流源トランジスターのドレインとが電気的に接続され、
前記第二トランジスターのドレインと前記正電源とが電気的に接続され、前記第二トランジスターのソースと前記選択トランジスターのドレインとが電気的に接続され、
前記選択トランジスターのゲートと前記第一選択線とが電気的に接続され、前記選択トランジスターのソースと前記読み出し線とが電気的に接続され、
前記電流源トランジスターのゲートと前記第二選択線とが電気的に接続され、前記電流源トランジスターのソースと前記負電源とが電気的に接続される事を特徴とする光センサー。
【請求項６】
請求項２に記載の光センサーの駆動方法であって、
初期化工程と、露光工程と、露光データ読み出し工程とを含み、
前記初期化工程では、前記リセット線に選択信号が供給されて、前記リセットトランジスターはオン状態とされ、
前記露光工程では、前記リセット線に非選択信号が供給されて、前記リセットトランジスターはオフ状態とされ、
前記露光データ読み出し工程では、前記第一選択線に選択信号が供給されて、前記選択トランジスターはオン状態とされる事を特徴とする光センサーの駆動方法。
【請求項７】
更にリセットデータ読み出し工程を含み、
前記リセットデータ読み出し工程では、前記リセット線に選択信号が供給されて、前記リセットトランジスターはオン状態とされ、
前記第一選択線に選択信号が供給されて、前記選択トランジスターはオン状態とされる事を特徴とする請求項６に記載の光センサーの駆動方法。
【請求項８】
請求項５に記載の光センサーの駆動方法であって、
初期化工程と、露光工程と、露光データ読み出し工程とを含み、
前記初期化工程では、前記リセット線に高電位信号が供給されて、前記受光素子は順バイアス状態とされ、
前記露光工程では、前記リセット線に低電位信号が供給されて、前記受光素子は逆バイアス状態とされ、
前記露光データ読み出し工程では、前記リセット線に低電位信号が供給されて、前記受光素子は逆バイアス状態とされ、前記第一選択線に選択信号が供給されて、前記選択トランジスターはオン状態とされ、前記第二選択線に選択信号が供給されて、前記電流源トランジスターはオン状態とされる事を特徴とする光センサーの駆動方法。
【請求項９】
更にリセットデータ読み出し工程を含み、
前記リセットデータ読み出し工程では、前記リセット線に高電位信号が供給されて、前記受光素子は順バイアス状態とされ、前記リセット線に低電位信号が供給されて、前記受光素子は逆バイアス状態とされ、前記第一選択線に選択信号が供給されて、前記選択トランジスターはオン状態とされ、前記第二選択線に選択信号が供給されて、前記電流源トランジスターはオン状態とされる事を特徴とする請求項８に記載の光センサーの駆動方法。
【請求項１０】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光センサーを備えた事を特徴とする静脈センサー。
【請求項１１】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光センサーを備えた事を特徴とする指紋センサー。
【請求項１】
光量を計測する計測セルと、第一選択線と、読み出し線と、正電源と、負電源とを有する光センサーであって、
前記計測セルは、受光素子と、第一トランジスターと、第二トランジスターと、選択トランジスターと、を少なくとも備え、
前記受光素子の第一極と前記第一トランジスターのゲートとが電気的に接続され、前記受光素子の第二極と前記負電源とが電気的に接続され、
前記第一トランジスターのドレインと前記正電源とが電気的に接続され、前記第一トランジスターのソースと前記第二トランジスターのゲートとが電気的に接続され、
前記第二トランジスターのドレインと前記正電源とが電気的に接続され、前記第二トランジスターのソースと前記選択トランジスターのドレインとが電気的に接続され、
前記選択トランジスターのゲートと前記第一選択線とが電気的に接続され、前記選択トランジスターのソースと前記読み出し線とが電気的に接続される事を特徴とする光センサー。
【請求項２】
更に、リセット線を有し、
前記計測セルは、更に、リセットトランジスターを備え、
前記リセットトランジスターのゲートと前記リセット線とが電気的に接続され、前記リセットトランジスターのドレインと前記正電源とが電気的に接続され、前記リセットトランジスターのソースと前記第一トランジスターのゲートとが電気的に接続される事を特徴とする請求項１に記載の光センサー。
【請求項３】
前記計測セルは、更に、負荷素子を備え、
前記負荷素子の一方の端子と前記第一トランジスターのソースとが電気的に接続され、前記負荷素子の他方の端子と前記負電源とが電気的に接続される事を特徴とする請求項１又は２に記載の光センサー。
【請求項４】
更に、第二選択線を有し、
前記負荷素子は、電流源トランジスターであり、
前記電流源トランジスターのゲートと前記第二選択線とが電気的に接続され、前記一方の端子は前記電流源トランジスターのドレインであり、前記他方の端子は前記電流源トランジスターのソースである事を特徴とする請求項３に記載の光センサー。
【請求項５】
光量を計測する計測セルと、第一選択線と、第二選択線と、リセット線と、読み出し線と、正電源と、負電源とを有する光センサーであって、
前記計測セルは、受光素子と、第一トランジスターと、第二トランジスターと、選択トランジスターと、電流源トランジスターと、を少なくとも備え、
前記受光素子の第一極と前記第一トランジスターのゲートとが電気的に接続され、前記受光素子の第二極と前記リセット線とが電気的に接続され、
前記第一トランジスターのドレインと前記正電源とが電気的に接続され、前記第一トランジスターのソースと前記第二トランジスターのゲートと前記電流源トランジスターのドレインとが電気的に接続され、
前記第二トランジスターのドレインと前記正電源とが電気的に接続され、前記第二トランジスターのソースと前記選択トランジスターのドレインとが電気的に接続され、
前記選択トランジスターのゲートと前記第一選択線とが電気的に接続され、前記選択トランジスターのソースと前記読み出し線とが電気的に接続され、
前記電流源トランジスターのゲートと前記第二選択線とが電気的に接続され、前記電流源トランジスターのソースと前記負電源とが電気的に接続される事を特徴とする光センサー。
【請求項６】
請求項２に記載の光センサーの駆動方法であって、
初期化工程と、露光工程と、露光データ読み出し工程とを含み、
前記初期化工程では、前記リセット線に選択信号が供給されて、前記リセットトランジスターはオン状態とされ、
前記露光工程では、前記リセット線に非選択信号が供給されて、前記リセットトランジスターはオフ状態とされ、
前記露光データ読み出し工程では、前記第一選択線に選択信号が供給されて、前記選択トランジスターはオン状態とされる事を特徴とする光センサーの駆動方法。
【請求項７】
更にリセットデータ読み出し工程を含み、
前記リセットデータ読み出し工程では、前記リセット線に選択信号が供給されて、前記リセットトランジスターはオン状態とされ、
前記第一選択線に選択信号が供給されて、前記選択トランジスターはオン状態とされる事を特徴とする請求項６に記載の光センサーの駆動方法。
【請求項８】
請求項５に記載の光センサーの駆動方法であって、
初期化工程と、露光工程と、露光データ読み出し工程とを含み、
前記初期化工程では、前記リセット線に高電位信号が供給されて、前記受光素子は順バイアス状態とされ、
前記露光工程では、前記リセット線に低電位信号が供給されて、前記受光素子は逆バイアス状態とされ、
前記露光データ読み出し工程では、前記リセット線に低電位信号が供給されて、前記受光素子は逆バイアス状態とされ、前記第一選択線に選択信号が供給されて、前記選択トランジスターはオン状態とされ、前記第二選択線に選択信号が供給されて、前記電流源トランジスターはオン状態とされる事を特徴とする光センサーの駆動方法。
【請求項９】
更にリセットデータ読み出し工程を含み、
前記リセットデータ読み出し工程では、前記リセット線に高電位信号が供給されて、前記受光素子は順バイアス状態とされ、前記リセット線に低電位信号が供給されて、前記受光素子は逆バイアス状態とされ、前記第一選択線に選択信号が供給されて、前記選択トランジスターはオン状態とされ、前記第二選択線に選択信号が供給されて、前記電流源トランジスターはオン状態とされる事を特徴とする請求項８に記載の光センサーの駆動方法。
【請求項１０】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光センサーを備えた事を特徴とする静脈センサー。
【請求項１１】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光センサーを備えた事を特徴とする指紋センサー。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１３−６９２０１（Ｐ２０１３−６９２０１Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０８６６７（Ｐ２０１１−２０８６６７）
【出願日】平成２３年９月２６日（２０１１．９．２６）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２６日（２０１１．９．２６）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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