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JP2001211389A - Photosensor system and sensitivity setting method thereof - Google Patents

Photosensor system and sensitivity setting method thereof

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JP2001211389A
JP2001211389A JP2000015981A JP2000015981A JP2001211389A JP 2001211389 A JP2001211389 A JP 2001211389A JP 2000015981 A JP2000015981 A JP 2000015981A JP 2000015981 A JP2000015981 A JP 2000015981A JP 2001211389 A JP2001211389 A JP 2001211389A
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JP
Japan
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sensitivity
image
photosensor
reading
image reading
Prior art date
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JP2000015981A
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Japanese (ja)
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Inventor
Yasuo Koshizuka
靖雄 腰塚
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Casio Computer Co Ltd
Original Assignee
Casio Computer Co Ltd
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Priority to CNB008026033A priority patent/CN1164088C/en
Priority to EP00969899A priority patent/EP1142314B1/en
Priority to HK02101298.5A priority patent/HK1039854B/en
Priority to CA002359053A priority patent/CA2359053C/en
Priority to KR10-2001-7008171A priority patent/KR100394570B1/en
Priority to AT00969899T priority patent/ATE512547T1/en
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Priority to US09/703,025 priority patent/US6879344B1/en
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 2次元のセンサシステムにおいて、種々の環
境下で被写体画像を良好に読み取るための最適感度を適
切に設定することができるフォトセンサシステム及びそ
の感度設定方法を提供する。 【解決手段】 フォトセンサアレイ100の画像読取感
度を各行毎に変えて被写体画像を読み取る事前読出動作
を実行し、読み取られた画像データを異常値除去部12
4によりフーリエ変換して高周波成分(異常値)を除去
し、当該異常値を除去した測定データに基づいて、デー
タ比較器124及び加算器125により各行毎の明度デ
ータのダイナミックレンジ、及び、その一次微分値を算
出し、ダイナミックレンジが極大となり、かつ、ダイナ
ミックレンジの一次微分値が最小となる行に設定された
画像読取感度を抽出して、正規の画像読み取り動作にお
ける読取感度として設定する。
(57) [Problem] To provide a photo sensor system and a sensitivity setting method thereof, in a two-dimensional sensor system, which can appropriately set an optimum sensitivity for properly reading a subject image under various environments. . SOLUTION: An image reading sensitivity of a photo sensor array 100 is changed for each row, a pre-reading operation for reading a subject image is executed, and the read image data is changed to an abnormal value removing unit 12.
4 to remove high-frequency components (outliers) by the Fourier transform, and based on the measured data from which the outliers have been removed, the data comparator 124 and the adder 125 determine the dynamic range of the brightness data of each row and its primary range. The differential value is calculated, and the image reading sensitivity set in the row where the dynamic range is maximized and the primary differential value of the dynamic range is the minimum is extracted and set as the reading sensitivity in the normal image reading operation.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、フォトセンサシス
テム及びその感度設定方法に関し、特に、いわゆる、ダ
ブルゲート構造を有する薄膜トランジスタによるフォト
センサを2次元配列して構成されるフォトセンサアレイ
を備えたフォトセンサシステム及びその感度設定方法に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photosensor system and a sensitivity setting method thereof, and more particularly, to a photosensor having a photosensor array formed by two-dimensionally arranging photosensors using thin film transistors having a so-called double gate structure. The present invention relates to a sensor system and a sensitivity setting method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、印刷物や写真、あるいは、指紋等
の微細な凹凸の形状等を読み取る2次元画像の読取装置
として、光電変換素子(フォトセンサ)をマトリクス状
に配列して構成されるフォトセンサアレイを有する構造
のものがある。このようなフォトセンサアレイとして、
一般に、CCD(Charge Coupled Device)等の固体撮
像デバイスが用いられている。CCDは、周知の通り、
フォトダイオードや薄膜トランジスタ(TFT:ThinFi
lm Transistor)等のフォトセンサをマトリクス状に配
列した構成を有し、各フォトセンサの受光部に照射され
た光量に対応して発生する電子−正孔対の電荷量を、水
平走査回路及び垂直走査回路により検出し、照射光の輝
度を検知している。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a two-dimensional image reading device for reading the shape of a fine unevenness such as a printed matter, a photograph, or a fingerprint, a photo-sensor constituted by arranging photoelectric conversion elements (photo sensors) in a matrix. There is a structure having a sensor array. As such a photo sensor array,
Generally, a solid-state imaging device such as a CCD (Charge Coupled Device) is used. CCD is, as is well known,
Photodiodes and thin film transistors (TFT: ThinFi
lm Transistor) are arranged in a matrix, and the charge amount of electron-hole pairs generated corresponding to the amount of light applied to the light receiving portion of each photo sensor is determined by a horizontal scanning circuit and a vertical scanning circuit. The luminance of the irradiation light is detected by the scanning circuit.

【0003】このようなCCDを用いたフォトセンサシ
ステムにおいては、走査された各フォトセンサを選択状
態にするための選択トランジスタを個別に設ける必要が
あるため、画素数が増大するにしたがって、システム自
体が大型化するという問題を有している。そこで、近
年、このような問題を解決するための構成として、フォ
トセンサ自体にフォトセンス機能と選択トランジスタ機
能とを持たせた、いわゆる、ダブルゲート構造を有する
薄膜トランジスタ(以下、ダブルゲート型フォトセンサ
という)をフォトセンサシステムに適用して、システム
の小型化、及び、画素の高密度化を図る試みがなされて
いる。
In a photosensor system using such a CCD, it is necessary to separately provide a selection transistor for setting each scanned photosensor to a selected state. However, there is a problem that the size is increased. In recent years, as a configuration for solving such a problem, a thin film transistor having a so-called double gate structure (hereinafter, referred to as a double gate type photo sensor) in which a photo sensor itself has a photo sensing function and a selection transistor function. Attempts have been made to apply) to a photosensor system to reduce the size of the system and increase the density of pixels.

【0004】このようなフォトセンサシステムは、概
略、ガラス基板の一面側にトップゲート電極及びボトム
ゲート電極を備えたダブルゲート型フォトセンサをマト
リクス状に形成して、フォトセンサアレイを構成し、例
えば、ガラス基板の背面側に設けられた光源から照射光
を照射して、フォトセンサアレイの上方に載置された指
紋等の2次元画像の画像パターンに応じた反射光を、ダ
ブルゲート型フォトセンサにより明暗情報として検出
し、2次元画像を読み取るものである。ここで、フォト
センサアレイによる画像の読み取り動作は、リセットパ
ルスの印加による初期化終了時から読み出しパルスが印
加されるまでの光蓄積期間において、各ダブルゲート型
フォトセンサ毎に蓄積されるキャリヤ(正孔)の蓄積量
に基づいて、明暗情報が検出される。なお、ダブルゲー
ト型トランジスタ、及び、フォトセンサアレイの具体的
な構成及び動作については、後述する。
[0004] Such a photosensor system generally forms a photosensor array by forming a double-gate photosensor having a top gate electrode and a bottom gate electrode on one side of a glass substrate in a matrix. Irradiates light from a light source provided on the back side of the glass substrate, and reflects reflected light corresponding to an image pattern of a two-dimensional image such as a fingerprint placed above the photosensor array to a double-gate photosensor. , And detects two-dimensional images as light / dark information. Here, the image reading operation by the photosensor array is performed by the carrier (positive) accumulated for each double gate photosensor during the light accumulation period from the end of the initialization by the application of the reset pulse to the application of the read pulse. Brightness information is detected based on the accumulated amount of holes. The specific configuration and operation of the double-gate transistor and the photosensor array will be described later.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来技術においては、以下に示すような問題を
有していた。すなわち、ダブルゲート型フォトセンサを
適用したセンサシステムにおいては、光蓄積期間におけ
るフォトセンサ毎のキャリヤ(正孔)の蓄積量に基づい
て、画像の読み取りが行われるので、種々の環境下で被
写体画像(2次元画像)を良好に読み取るためには、上
記光蓄積期間(すなわち、読取感度に相当する)を適切
に設定する必要がある。ここで、適切な光蓄積期間は、
環境照度等の周囲の条件に依存して異なるため、従来に
おいては、環境照度を検出するための回路を別個に設け
たり、正規のスキャン動作を開始する前に標準試料等を
検知面に載置し、光蓄積期間を複数段階に変えて読み取
り動作(いわゆる、事前読出動作)を行い、その検出結
果や読取結果に基づいて、環境照度等の周囲の条件に応
じた最適な光蓄積期間を求める手法を採用していた。
However, the prior art as described above has the following problems. That is, in a sensor system to which a double-gate photosensor is applied, an image is read based on the amount of carriers (holes) accumulated for each photosensor during the light accumulation period. In order to read (two-dimensional images) satisfactorily, it is necessary to appropriately set the light accumulation period (that is, equivalent to the reading sensitivity). Here, the appropriate light accumulation period is
Conventionally, a circuit for detecting the ambient illuminance is provided separately, or a standard sample is placed on the detection surface before the normal scanning operation is started, since it differs depending on the surrounding conditions such as the ambient illuminance. Then, a reading operation (so-called pre-reading operation) is performed by changing the light accumulation period into a plurality of stages, and based on the detection result and the reading result, an optimum light accumulation period according to surrounding conditions such as environmental illuminance is obtained. Technique was adopted.

【0006】ところが、このような事前読出動作により
得られた光蓄積期間毎の読取結果に基づいて、適切な光
蓄積期間を一義的、かつ、良好に設定する感度設定方法
が未だ開発されていなかった。特に、環境光の変化やフ
ォトセンサの特性変化が生じたような場合、また、検知
面への異物の付着やフォトセンサの素子欠陥が生じた場
合にあっては、事前読出動作により得られた光蓄積期間
毎の読取結果をそのまま用いると、適切な光蓄積期間が
設定されないことになるため、被写体画像の良好な読み
取り動作が阻害され、例えば、上記フォトセンサシステ
ムを指紋読取装置に適用した場合にあっては、指紋認識
処理における誤作動を生じる等の問題を有していた。
However, a sensitivity setting method for uniquely and satisfactorily setting an appropriate light accumulation period based on a reading result for each light accumulation period obtained by such a pre-read operation has not yet been developed. Was. In particular, in a case where a change in ambient light or a change in the characteristics of the photosensor has occurred, or in a case where a foreign substance has adhered to the detection surface or an element defect has occurred in the photosensor, it is obtained by the pre-read operation. If the reading result for each light accumulation period is used as it is, an appropriate light accumulation period will not be set, which hinders a good reading operation of the subject image. For example, when the photosensor system is applied to a fingerprint reading device However, there is a problem that a malfunction occurs in the fingerprint recognition processing.

【0007】そこで、本発明は、上述した問題を解決
し、2次元のセンサシステムにおいて、種々の環境下で
被写体画像を良好に読み取るための最適感度を適切に設
定することができるフォトセンサシステム及びその感度
設定方法を提供することを目的とする。
Accordingly, the present invention solves the above-described problems, and in a two-dimensional sensor system, a photosensor system and a photosensor system capable of appropriately setting the optimum sensitivity for reading a subject image satisfactorily under various environments. It is an object to provide a sensitivity setting method.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】請求項1記載のフォトセ
ンサシステムは、フォトセンサを2次元配列して構成さ
れるフォトセンサアレイを備え、画像読取感度の設定の
ために画像読取感度を変化させながら被写体画像を読み
取る事前読出動作を行うフォトセンサシステムにおい
て、前記各画像読取感度における前記被写体画像の画像
パターンに関連する所定の測定量のうち、該測定値の主
要な変化傾向から逸脱した異常値を除去する異常値除去
手段と、前記異常値が除去された前記測定値に基づい
て、前記被写体画像の読み取り動作に適する前記画像読
取感度を抽出する読取感度抽出手段と、前記抽出された
画像読取感度を、前記被写体画像の正規の読み取り動作
時に設定する読取感度設定手段と、を有することを特徴
としている。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a photo sensor system comprising a photo sensor array configured by two-dimensionally arranging photo sensors, and changing the image reading sensitivity for setting the image reading sensitivity. In a photo sensor system that performs a pre-reading operation while reading a subject image, an abnormal value that deviates from a main change tendency of the measured value among predetermined measurement amounts related to the image pattern of the subject image at each of the image reading sensitivities. An abnormal value removing means for removing the image reading sensitivity based on the measured value from which the abnormal value has been removed; and an image reading sensitivity extracting means for extracting the image reading sensitivity suitable for the reading operation of the subject image. Reading sensitivity setting means for setting the sensitivity during a normal reading operation of the subject image.

【0009】請求項2記載のフォトセンサシステムは、
請求項1記載のフォトセンサシステムにおいて、前記読
取感度抽出手段は、前記異常値が除去された前記測定値
のデータ範囲が極大となり、かつ、前記データ範囲の前
記各画像読取感度相互における変位が最小となる前記画
像読取感度を抽出することを特徴としている。請求項3
記載のフォトセンサシステムは、請求項1記載のフォト
センサシステムにおいて、前記異常値除去手段は、前記
所定の測定量に対してフーリエ変換を行い、周波数変換
された前記測定量から所定の高周波成分を除去すること
により、前記異常値を除去することを特徴としている。
請求項4記載のフォトセンサシステムは、請求項1記載
のフォトセンサシステムにおいて、前記被写体画像の事
前読出動作は、前記被写体画像の各行毎に段階的に異な
る画像読取感度を、前記フォトセンサアレイに設定して
実行されることを特徴としている。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a photo sensor system comprising:
2. The photosensor system according to claim 1, wherein the reading sensitivity extracting means has a maximum data range of the measured value from which the abnormal value has been removed, and a minimum displacement of the data range between the image reading sensitivities. The image reading sensitivity is extracted as follows. Claim 3
The photosensor system according to claim 1, wherein in the photosensor system according to claim 1, the abnormal value removing unit performs a Fourier transform on the predetermined measurement amount, and converts a predetermined high-frequency component from the frequency-converted measurement amount. It is characterized in that the abnormal value is removed by removing.
The photosensor system according to claim 4 is the photosensor system according to claim 1, wherein the pre-reading operation of the subject image includes an image reading sensitivity that varies stepwise for each row of the subject image to the photosensor array. It is set and executed.

【0010】請求項5記載のフォトセンサシステムは、
請求項1記載のフォトセンサシステムにおいて、前記所
定の測定量は、前記被写体画像の画像パターンに対応し
た明度データであることを特徴としている。請求項6記
載のフォトセンサシステムは、請求項1記載のフォトセ
ンサシステムにおいて、前記フォトセンサアレイの画像
読取感度は、前記フォトセンサにおける光蓄積期間を調
整することにより設定制御されることを特徴としてい
る。請求項7記載のフォトセンサシステムは、請求項1
乃至5のいずれかに記載のフォトセンサシステムにおい
て、前記フォトセンサシステムは、前記フォトセンサア
レイにおける第1の電極に印加される実効電圧を最適値
にするための第1の信号電圧を印加するとともに、前記
フォトセンサアレイにおける第2の電極に印加される実
効電圧を最適値にするための第2の信号電圧を印加する
実効電圧調整手段を具備することを特徴としている。
[0010] The photosensor system according to claim 5 is
2. The photo sensor system according to claim 1, wherein the predetermined measurement amount is brightness data corresponding to an image pattern of the subject image. According to a sixth aspect of the present invention, in the photo sensor system according to the first aspect, the image reading sensitivity of the photo sensor array is set and controlled by adjusting a light accumulation period of the photo sensor. I have. The photosensor system according to claim 7 is a photosensor system according to claim 1.
6. The photosensor system according to any one of claims 1 to 5, wherein the photosensor system applies a first signal voltage for optimizing an effective voltage applied to a first electrode in the photosensor array. And an effective voltage adjusting means for applying a second signal voltage for setting an effective voltage applied to a second electrode in the photosensor array to an optimum value.

【0011】請求項8記載のフォトセンサシステムは、
請求項1乃至6のいずれかに記載のフォトセンサシステ
ムにおいて、前記フォトセンサは、半導体層からなるチ
ャネル領域を挟んで形成されたソース電極及びドレイン
電極と、少なくとも前記チャネル領域の上方及び下方に
各々絶縁膜を介して形成されたトップゲート電極及びボ
トムゲート電極と、を有し、前記トップゲート電極又は
前記ボトムゲート電極のいずれか一方を光照射側とし
て、該光照射側から照射された光の量に対応する電荷が
前記チャネル領域に発生、蓄積される構成を有している
ことを特徴としている。請求項9記載のフォトセンサシ
ステムの感度設定方法は、フォトセンサを2次元配列し
て構成されるフォトセンサアレイを備え、画像読取感度
の設定のために画像読取感度を変化させながら被写体画
像を読み取る事前読出動作を行うフォトセンサシステム
の感度設定方法において、前記各画像読取感度における
前記被写体画像の画像パターンに関連する所定の測定量
のうち、該測定値の主要な変化傾向から逸脱した異常値
を除去する手順と、前記異常値が除去された前記測定値
に基づいて、前記被写体画像の読み取り動作に適する前
記画像読取感度を抽出する手順と、前記抽出された画像
読取感度を、前記被写体画像の正規の読み取り動作時に
設定する手順と、を含むことを特徴としている。
[0011] The photosensor system according to claim 8 is
7. The photosensor system according to claim 1, wherein the photosensor has a source electrode and a drain electrode formed with a channel region made of a semiconductor layer interposed therebetween, and at least above and below the channel region. 8. A top gate electrode and a bottom gate electrode formed through an insulating film, and having one of the top gate electrode or the bottom gate electrode as a light irradiation side, and light emitted from the light irradiation side. It is characterized in that a charge corresponding to the amount is generated and accumulated in the channel region. A sensitivity setting method for a photo sensor system according to a ninth aspect includes a photo sensor array configured by two-dimensionally arranging photo sensors, and reads a subject image while changing the image reading sensitivity for setting the image reading sensitivity. In the sensitivity setting method of the photo sensor system performing the pre-reading operation, in a predetermined measurement amount related to the image pattern of the subject image at each of the image reading sensitivities, an abnormal value deviating from a main change tendency of the measurement value is determined. A removing step, a step of extracting the image reading sensitivity suitable for the reading operation of the subject image based on the measurement value from which the abnormal value is removed, and a step of extracting the extracted image reading sensitivity of the subject image. And setting at the time of a regular reading operation.

【0012】請求項10記載のフォトセンサシステムの
感度設定方法は、請求項9記載のフォトセンサシステム
の感度設定方法において、前記画像読取感度を抽出する
手順は、前記異常値が除去された前記測定値のデータ範
囲が極大となり、かつ、前記データ範囲の前記各画像読
取感度相互における変位が最小となる前記画像読取感度
を抽出することにより行うことを特徴としている。請求
項11記載のフォトセンサシステムの感度設定方法は、
請求項8記載のフォトセンサシステムの感度設定方法に
おいて、前記所定の測定量から異常値を除去する手順
は、前記所定の測定量に対してフーリエ変換を行い、周
波数変換された前記測定量から所定の高周波成分を除去
することにより行うことを特徴としている。
According to a tenth aspect of the present invention, in the sensitivity setting method for the photosensor system according to the ninth aspect, the step of extracting the image reading sensitivity comprises the step of extracting the image reading sensitivity. This is performed by extracting the image reading sensitivity at which the value data range becomes maximum and the displacement between the image reading sensitivities of the data range becomes minimum. The sensitivity setting method of the photosensor system according to claim 11,
9. The sensitivity setting method for a photo sensor system according to claim 8, wherein the step of removing an abnormal value from the predetermined measurement amount includes performing a Fourier transform on the predetermined measurement amount and performing a predetermined conversion from the frequency-converted measurement amount. , By removing the high-frequency components of

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係るフォトセン
サシステム及びその感度設定方法の実施の形態について
詳しく説明する。まず、本発明に係るフォトセンサシス
テムに適用されるダブルゲート型トランジスタについ
て、図面を参照して説明する。図1は、ダブルゲート型
トランジスタの構造を示す概略断面図である。図1
(a)に示すように、ダブルゲート型フォトセンサ10
は、可視光が入射されると電子−正孔対が生成されるア
モルファスシリコン等の半導体層(チャネル層)11
と、半導体層11の両端にそれぞれ設けられたnシリ
コン層17、18と、nシリコン層17、18上に形
成されたソース電極12及びドレイン電極13と、半導
体層11の上方(図面上方)にブロック絶縁膜14及び
上部(トップ)ゲート絶縁膜15を介して形成されたト
ップゲート電極21と、半導体層11の下方(図面下
方)に下部(ボトム)ゲート絶縁膜16を介して形成さ
れたボトムゲート電極22と、を有して構成されてい
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a photosensor system and a sensitivity setting method thereof according to the present invention will be described in detail. First, a double-gate transistor applied to a photosensor system according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic sectional view showing the structure of a double-gate transistor. FIG.
(A) As shown in FIG.
Is a semiconductor layer (channel layer) 11 made of amorphous silicon or the like in which electron-hole pairs are generated when visible light is incident.
If, respectively n + silicon layers 17 and 18 provided at both ends of the semiconductor layer 11, a source electrode 12 and drain electrode 13 formed on the n + silicon layers 17 and 18, the upper (drawing above the semiconductor layer 11 ), A top gate electrode 21 formed via a block insulating film 14 and an upper (top) gate insulating film 15, and a lower (bottom) gate insulating film 16 below (below the drawing) the semiconductor layer 11. And a bottom gate electrode 22.

【0014】なお、図1(a)において、トップゲート
電極21、トップゲート絶縁膜15、ボトムゲート絶縁
膜16、及び、トップゲート電極21上に設けられる保
護絶縁膜20は、いずれも半導体層11を励起する可視
光に対して透過率の高い材質により構成され、一方、ボ
トムゲート電極22は、可視光の透過を遮断する材質に
より構成されることにより、図面上方から入射する照射
光のみを検知する構造を有している。すなわち、ダブル
ゲート型フォトセンサ10は、半導体層11を共通のチ
ャネル領域として、半導体層11、ソース電極12、ド
レイン電極13及びトップゲート電極21により形成さ
れる上部MOSトランジスタと、半導体層11、ソース
電極12、ドレイン電極13及びボトムゲート電極22
により形成される下部MOSトランジスタとからなる2
つのMOSトランジスタの組み合わせた構造が、ガラス
基板等の透明な絶縁性基板19上に形成されている。そ
して、このようなダブルゲート型フォトセンサ10は、
一般に、図1(b)に示すような等価回路により表され
る。ここで、TGはトップゲート端子、BGはボトムゲ
ート端子、Sはソース端子、Dはドレイン端子である。
In FIG. 1A, the top gate electrode 21, the top gate insulating film 15, the bottom gate insulating film 16, and the protective insulating film 20 provided on the top gate electrode 21 are all semiconductor layers 11 The bottom gate electrode 22 is made of a material that blocks transmission of visible light, so that only the incident light from above is detected. The structure has That is, the double-gate photosensor 10 uses the semiconductor layer 11 as a common channel region, the upper MOS transistor formed by the semiconductor layer 11, the source electrode 12, the drain electrode 13, and the top gate electrode 21, the semiconductor layer 11, the source Electrode 12, drain electrode 13, and bottom gate electrode 22
Consisting of a lower MOS transistor formed by
A structure in which two MOS transistors are combined is formed on a transparent insulating substrate 19 such as a glass substrate. And such a double gate type photo sensor 10 is:
Generally, it is represented by an equivalent circuit as shown in FIG. Here, TG is a top gate terminal, BG is a bottom gate terminal, S is a source terminal, and D is a drain terminal.

【0015】次に、上述したダブルゲート型フォトセン
サを2次元配列して構成されるフォトセンサシステムに
ついて、図面を参照して簡単に説明する。図2は、ダブ
ルゲート型フォトセンサを2次元配列して構成されるフ
ォトセンサシステムの概略構成図である。図2に示すよ
うに、フォトセンサシステムは、大別して、多数のダブ
ルゲート型フォトセンサ10を、例えば、n行×m列の
マトリクス状に配列したフォトセンサアレイ100と、
各ダブルゲート型フォトセンサ10のトップゲート端子
TG及びボトムゲート端子BGを各々行方向に接続した
トップゲートライン101及びボトムゲートライン10
2と、トップゲートライン101及びボトムゲートライ
ン102に各々接続されたトップゲートドライバ111
及びボトムゲートドライバ112と、各ダブルゲート型
フォトセンサのドレイン端子Dを列方向に接続したデー
タライン103と、データライン103に接続された出
力回路部113と、を有して構成される。ここで、φtg
及びφbgは、それぞれリセットパルスφT1、φT2、
…φTi、…φTn、及び、読み出しパルスφB1、φ
B2、…φBi、…φBnを生成するための制御信号、
φpgは、プリチャージ電圧Vpgを印加するタイミングを
制御するプリチャージ信号である。
Next, a photo sensor system configured by two-dimensionally arranging the above-described double gate type photo sensors will be briefly described with reference to the drawings. FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a photosensor system configured by two-dimensionally arranging double-gate photosensors. As shown in FIG. 2, the photosensor system is roughly divided into a photosensor array 100 in which a large number of double-gate photosensors 10 are arranged in a matrix of, for example, n rows × m columns.
A top gate line 101 and a bottom gate line 10 in which the top gate terminal TG and the bottom gate terminal BG of each double gate type photosensor 10 are connected in the row direction, respectively.
2 and a top gate driver 111 connected to the top gate line 101 and the bottom gate line 102, respectively.
And a bottom gate driver 112, a data line 103 connecting the drain terminals D of the respective double-gate photosensors in the column direction, and an output circuit unit 113 connected to the data line 103. Where φtg
And φbg are reset pulses φT1, φT2,
... ΦTn,... ΦTn, and readout pulses φB1, φB
Control signals for generating B2,... ΦBi,.
φpg is a precharge signal for controlling the timing of applying the precharge voltage Vpg.

【0016】このような構成において、トップゲートド
ライバ111からトップゲート端子TGに電圧を印加す
ることによりフォトセンス機能が実現され、ボトムゲー
トドライバ112からボトムゲート端子BGに電圧を印
加し、データライン103を介して検出信号を出力回路
部113に取り込んでシリアルデータとして出力(Vou
t)することにより選択読み出し機能が実現される。
In such a configuration, a photo sensing function is realized by applying a voltage from the top gate driver 111 to the top gate terminal TG, and a voltage is applied from the bottom gate driver 112 to the bottom gate terminal BG, and the data line 103 is applied. The detection signal is taken into the output circuit unit 113 via the
t) implements the selective read function.

【0017】次に、上述したフォトセンサシステムの駆
動制御方法について、図面を参照して説明する。図3
は、フォトセンサシステムの駆動制御方法の一例を示す
タイミングチャートであり、図4は、ダブルゲート型フ
ォトセンサの動作概念図であり、図5は、フォトセンサ
システムの出力電圧の光応答特性を示す図である。ま
ず、リセット動作においては、図3、図4(a)に示す
ように、i番目の行のトップゲートライン101にパル
ス電圧(リセットパルス;例えばVtg=+15Vのハイ
レベル)φTiを印加して、各ダブルゲート型フォトセ
ンサ10の半導体層に蓄積されているキャリア(正孔)
を放出する(リセット期間Treset)。
Next, a drive control method of the above-described photo sensor system will be described with reference to the drawings. FIG.
FIG. 4 is a timing chart showing an example of a drive control method of the photo sensor system. FIG. 4 is a conceptual diagram of the operation of the double gate type photo sensor, and FIG. 5 shows the optical response characteristics of the output voltage of the photo sensor system. FIG. First, in the reset operation, as shown in FIGS. 3 and 4A, a pulse voltage (reset pulse; for example, a high level of Vtg = + 15 V) φTi is applied to the top gate line 101 of the i-th row, Carriers (holes) accumulated in the semiconductor layer of each double gate photosensor 10
(Reset period Treset).

【0018】次いで、光蓄積動作においては、図3、図
4(b)に示すように、トップゲートライン101にロ
ーレベル(例えばVtg=−15V)のバイアス電圧φT
iを印加することにより、リセット動作を終了し、キャ
リヤ蓄積動作による光蓄積期間Taがスタートする。光
蓄積期間Taにおいては、トップゲート電極側から入射
した光量に応じてチャネル領域にキャリアが蓄積され
る。そして、プリチャージ動作においては、図3、図4
(c)に示すように、光蓄積期間Taに並行して、プリ
チャージ信号φpgに基づいてデータライン103に所定
の電圧(プリチャージ電圧)Vpgを印加し、ドレイン電
極13に電荷を保持させる(プリチャージ期間Tprc
h)。
Next, in the light accumulation operation, as shown in FIGS. 3 and 4B, a low level (for example, Vtg = −15 V) bias voltage φT is applied to the top gate line 101.
By applying i, the reset operation ends, and the light accumulation period Ta due to the carrier accumulation operation starts. In the light accumulation period Ta, carriers are accumulated in the channel region according to the amount of light incident from the top gate electrode side. 3 and 4 in the precharge operation.
As shown in (c), a predetermined voltage (precharge voltage) Vpg is applied to the data line 103 based on the precharge signal φpg in parallel with the light accumulation period Ta to cause the drain electrode 13 to hold a charge ( Precharge period Tprc
h).

【0019】次いで、読み出し動作においては、図3、
図4(d)に示すように、プリチャージ期間Tprchを経
過した後、ボトムゲートライン102にハイレベル(例
えばVbg=+10V)のバイアス電圧(読み出し選択信
号;以下、読み出しパルスという)φBiを印加するこ
とにより、ダブルゲート型フォトセンサ10をON状態
にする(読み出し期間Tread)。ここで、読み出し期間
Treadにおいては、チャネル領域に蓄積されたキャリア
(正孔)が逆極性のトップゲート端子TGに印加された
Vtg(−15V)を緩和する方向に働くため、ボトムゲ
ート端子BGのVbgによりnチャネルが形成され、ドレ
イン電流に応じてデータライン103のデータライン電
圧VDは、図5(a)に示すように、プリチャージ電圧
Vpgから時間の経過とともに徐々に低下する傾向を示
す。
Next, in the read operation, FIG.
As shown in FIG. 4D, after a precharge period Tprch has elapsed, a high-level (for example, Vbg = + 10 V) bias voltage (read selection signal; hereinafter, referred to as a read pulse) φBi is applied to the bottom gate line 102. As a result, the double gate photosensor 10 is turned on (readout period Tread). Here, in the read period Tread, the carriers (holes) accumulated in the channel region act in a direction of relaxing Vtg (−15 V) applied to the top gate terminal TG having the opposite polarity, so that the bottom gate terminal BG has Vbg forms an n-channel, and the data line voltage VD of the data line 103 tends to gradually decrease from the precharge voltage Vpg over time as shown in FIG. 5A according to the drain current.

【0020】すなわち、光蓄積期間Taにおける光蓄積
状態が暗状態で、チャネル領域にキャリヤ(正孔)が蓄
積されていない場合には、図4(e)、図5(a)に示
すように、トップゲートTGに負バイアスをかけること
によって、ボトムゲートBGの正バイアスが打ち消さ
れ、ダブルゲート型フォトセンサ10はOFF状態とな
り、ドレイン電圧、すなわち、データライン103の電
圧VDが、ほぼそのまま保持されることになる。一方、
光蓄積状態が明状態の場合には、図4(d)、図5
(a)に示すように、チャネル領域に入射光量に応じた
キャリヤ(正孔)が捕獲されているため、トップゲート
TGの負バイアスを打ち消すように作用し、この打ち消
された分だけボトムゲートBGの正バイアスによって、
ダブルゲート型フォトセンサ10はON状態となる。そ
して、この入射光量に応じたON抵抗に従って、データ
ライン103の電圧VDは、低下することになる。
That is, when the light accumulation state during the light accumulation period Ta is a dark state and no carriers (holes) are accumulated in the channel region, as shown in FIGS. 4 (e) and 5 (a). By applying a negative bias to the top gate TG, the positive bias of the bottom gate BG is canceled, the double gate type photosensor 10 is turned off, and the drain voltage, that is, the voltage VD of the data line 103 is held almost as it is. Will be. on the other hand,
When the light accumulation state is a bright state, FIGS.
As shown in (a), since carriers (holes) corresponding to the amount of incident light are trapped in the channel region, they act to cancel the negative bias of the top gate TG, and the bottom gate BG is reduced by the amount of the cancellation. The positive bias of
The double gate type photo sensor 10 is turned on. Then, the voltage VD of the data line 103 decreases in accordance with the ON resistance according to the amount of incident light.

【0021】したがって、図5(a)に示したように、
データライン103の電圧VDの変化傾向は、トップゲ
ートTGへのリセットパルスφTiの印加によるリセッ
ト動作の終了時点から、ボトムゲートBGに読み出しパ
ルスφBiが印加されるまでの時間(光蓄積期間Ta)
に受光した光量に深く関連し、蓄積されたキャリアが少
ない場合には緩やかに低下する傾向を示し、また、蓄積
されたキャリアが多い場合には急峻に低下する傾向を示
す。そのため、読み出し期間Treadがスタートして、所
定の時間経過後のデータライン103の電圧VDを検出
することにより、あるいは、所定のしきい値電圧を基準
にして、その電圧に至るまでの時間を検出することによ
り、照射光の光量が換算される。
Therefore, as shown in FIG.
The change tendency of the voltage VD of the data line 103 is determined by the time from the end of the reset operation due to the application of the reset pulse φTi to the top gate TG to the application of the read pulse φBi to the bottom gate BG (light accumulation period Ta).
In the case where the amount of accumulated carriers is small, the amount tends to decrease gradually, and when the amount of accumulated carriers is large, the amount tends to decrease sharply. Therefore, by detecting the voltage VD of the data line 103 after a predetermined time has elapsed after the start of the read period Tread, or detecting the time until the voltage reaches the voltage with reference to a predetermined threshold voltage. By doing so, the amount of irradiation light is converted.

【0022】上述した一連の画像読み取り動作を1サイ
クルとして、i+1番目の行のダブルゲート型フォトセ
ンサ10にも同等の処理手順を繰り返すことにより、ダ
ブルゲート型フォトセンサ10を2次元のセンサシステ
ムとして動作させることができる。なお、図3に示した
タイミングチャートにおいて、プリチャージ期間Tprch
の経過後、図4(f)、(g)に示すように、ボトムゲ
ートライン102にローレベル(例えばVbg=0V)を
印加した状態を継続すると、ダブルゲート型フォトセン
サ10はOFF状態を持続し、図5(b)に示すよう
に、データライン103の電圧VDは、プリチャージ電
圧Vpgを保持する。このように、ボトムゲートライン1
02への電圧の印加状態により、ダブルゲート型フォト
センサ10の読み出し状態を選択する選択機能が実現さ
れる。
The above-described series of image reading operations is defined as one cycle, and the same processing procedure is repeated for the double-gate photosensor 10 in the (i + 1) -th row, thereby making the double-gate photosensor 10 a two-dimensional sensor system. Can work. In the timing chart shown in FIG. 3, the precharge period Tprch
After a lapse of time, as shown in FIGS. 4F and 4G, when a state where a low level (for example, Vbg = 0 V) is applied to the bottom gate line 102 is continued, the double gate type photosensor 10 keeps the OFF state. Then, as shown in FIG. 5B, the voltage VD of the data line 103 holds the precharge voltage Vpg. Thus, the bottom gate line 1
The selection function of selecting the read state of the double-gate photosensor 10 is realized by the application state of the voltage 02.

【0023】次に、本発明に係るフォトセンサシステム
の一実施形態について、図面を参照して説明する。な
お、以下に示す実施形態においては、フォトセンサとし
て、上述したダブルゲート型フォトセンサを適用し、ト
ップゲート電極を第1の電極として電圧を印加すること
により、フォトセンス機能を実現するとともに、ボトム
ゲート電極を第2の電極として電圧を印加することによ
り、チャネル領域に蓄積された電荷量を読み出す機能を
実現するものとして説明する。図6は、本発明に係るフ
ォトセンサシステムを適用した2次元画像読取装置の一
例を示す概略構成図である。なお、ここでは、図1、図
2に示したダブルゲート型フォトセンサ及びフォトセン
サシステムの構成を適宜参照しながら説明する。また、
図2に示したフォトセンサシステムと同等の構成につい
ては、同一の符号を付して説明する。
Next, an embodiment of a photosensor system according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the embodiment described below, the above-described double-gate photosensor is applied as the photosensor, and a voltage is applied using the top gate electrode as the first electrode, thereby realizing a photosense function, and The description will be made on the assumption that a function of reading out the amount of charge accumulated in the channel region by applying a voltage using the gate electrode as a second electrode is realized. FIG. 6 is a schematic configuration diagram illustrating an example of a two-dimensional image reading device to which the photo sensor system according to the present invention is applied. Note that here, description will be made with reference to the configurations of the double-gate photosensor and the photosensor system shown in FIGS. 1 and 2 as appropriate. Also,
The same components as those of the photo sensor system shown in FIG. 2 will be described with the same reference numerals.

【0024】図6に示すように、本実施形態に係る2次
元画像読取装置は、図1に示したダブルゲート型フォト
センサ10を2次元配列して構成されるフォトセンサア
レイ100と、ダブルゲート型フォトセンサ10のトッ
プゲート端子TGに所定のタイミングで、所定のトップ
ゲート電圧(リセットパルス)を印加するトップゲート
ドライバ111と、ダブルゲート型フォトセンサ10の
ボトムゲート端子BGに所定のタイミングで、所定のボ
トムゲート電圧(読み出しパルス)を印加するボトムゲ
ートドライバ112と、ダブルゲート型フォトセンサ1
0へのプリチャージ電圧の印加及びデータライン電圧の
読み出しを行うコラムスイッチ114、プリチャージス
イッチ115、アンプ116からなる出力回路部113
と、読み出されたデータ電圧(アナログ信号)をデジタ
ル信号からなる画像データに変換するアナログ−デジタ
ル変換器(以下、A/Dコンバータと記す)117と、
フォトセンサアレイ100による被写体画像の読み取り
動作制御(画像読み取り動作)や画像データの照合や加
工等の所定の処理を実行する外部機能部200とのデー
タのやり取り等を行うとともに、本発明における異常値
除去動作や読取感度設定動作、実効電圧調整動作を実行
制御する機能を備えたコントローラ120と、読取画像
データや読取感度の設定、実効電圧の調整等に関連する
データ等を記憶するRAM130と、を有して構成され
ている。
As shown in FIG. 6, a two-dimensional image reading apparatus according to the present embodiment comprises a photo sensor array 100 in which the double gate type photo sensor 10 shown in FIG. A top gate driver 111 that applies a predetermined top gate voltage (reset pulse) to the top gate terminal TG of the photosensor 10 at a predetermined timing, and a bottom gate terminal BG of the double gate photosensor 10 at a predetermined timing. A bottom gate driver 112 for applying a predetermined bottom gate voltage (read pulse);
An output circuit unit 113 including a column switch 114, a precharge switch 115, and an amplifier 116 for applying a precharge voltage to 0 and reading a data line voltage.
An analog-to-digital converter (hereinafter referred to as an A / D converter) 117 for converting the read data voltage (analog signal) into image data composed of a digital signal;
In addition to controlling the reading operation of the subject image by the photosensor array 100 (image reading operation), exchanging data with the external function unit 200 for executing predetermined processing such as collation and processing of image data, etc. A controller 120 having a function of controlling execution of a removing operation, a reading sensitivity setting operation, and an effective voltage adjusting operation; and a RAM 130 for storing read image data, reading sensitivity setting, data related to effective voltage adjustment, and the like. It is configured to have.

【0025】ここで、フォトセンサアレイ100、トッ
プゲートドライバ111、ボトムゲートドライバ11
2、出力回路部113(コラムスイッチ114、プリチ
ャージスイッチ115、アンプ116)からなる構成
は、図2に示したフォトセンサシステムと略同等の構成
及び機能を有しているので、その詳細な説明を省略す
る。コントローラ120は、トップゲートドライバ11
1及びボトムゲートドライバ112に制御信号φtg、φ
bgを出力することにより、トップゲートドライバ111
及びボトムゲートドライバ112の各々から、フォトセ
ンサアレイ100を構成する各ダブルゲート型フォトセ
ンサのトップゲート端子TG及びボトムゲート端子BG
に所定の信号電圧(リセットパルスφTi、読み出しパ
ルスφBi)を印加するとともに、プリチャージスイッ
チ115に制御信号φpgを出力することにより、データ
ラインにプリチャージ電圧Vpgを印加して、被写体画像
の読み取り動作の実行を制御する。
Here, the photo sensor array 100, the top gate driver 111, and the bottom gate driver 11
2. The configuration including the output circuit unit 113 (the column switch 114, the precharge switch 115, and the amplifier 116) has substantially the same configuration and function as those of the photosensor system shown in FIG. Is omitted. The controller 120 is provided with the top gate driver 11
Control signals φtg, φ
By outputting bg, the top gate driver 111
And the bottom gate driver 112, the top gate terminal TG and the bottom gate terminal BG of each double gate type photo sensor constituting the photo sensor array 100.
A pre-charge voltage Vpg is applied to the data line by applying a predetermined signal voltage (reset pulse φTi, read-out pulse φBi) to the precharge switch 115 and outputting a control signal φpg to the data line. Control the execution of

【0026】また、コントローラ120には、ダブルゲ
ート型フォトセンサ10からコラムスイッチ114を介
して読み出されたデータライン電圧VDが、アンプ11
6及びA/Dコンバータ117を介してデジタル信号に
変換され、画像データとして入力される。コントローラ
120は、この画像データに対して、所定の画像処理を
施したり、RAM130への書き込み、読み出しを行う
とともに、画像データの照合や加工等の所定の処理を実
行する外部機能部200に対してインタフェースとして
の機能をも備えている。さらに、コントローラ120
は、後述するように、トップゲートドライバ111及び
ボトムゲートドライバ112に出力する制御信号φtg、
φbgを設定制御することにより、外光等の環境照度に対
応して被写体画像を最適に読み込むことができる読取感
度、すなわち、ダブルゲート型フォトセンサ10の最適
な光蓄積期間Taを設定する機能、及び、ダブルゲート
型フォトセンサ10のトップゲートTG及びボトムゲー
トBGに印加される実効電圧の偏りを最適値に調整する
機能を有している。したがって、コントローラ120
は、異常値除去手段、読取感度抽出手段、読取感度設定
手段、及び、実効電圧調整手段を構成している。
The data line voltage VD read from the double gate type photo sensor 10 via the column switch 114 is supplied to the controller 120 by the amplifier 11.
6 and converted into a digital signal via the A / D converter 117 and input as image data. The controller 120 performs predetermined image processing on the image data, writes and reads the image data to and from the RAM 130, and performs a predetermined process such as collation and processing of the image data on the external function unit 200. It also has an interface function. Further, the controller 120
Is a control signal φtg output to the top gate driver 111 and the bottom gate driver 112, as will be described later.
By setting and controlling φbg, a reading sensitivity capable of optimally reading a subject image corresponding to environmental illuminance such as external light, that is, a function of setting an optimal light accumulation period Ta of the double-gate type photosensor 10, Further, it has a function of adjusting the bias of the effective voltage applied to the top gate TG and the bottom gate BG of the double gate photosensor 10 to an optimum value. Therefore, the controller 120
Constitutes an abnormal value removing unit, a reading sensitivity extracting unit, a reading sensitivity setting unit, and an effective voltage adjusting unit.

【0027】以下に、本発明に係るフォトセンサシステ
ムに適用されるコントローラの構成及び動作について、
図面を参照して、さらに詳しく説明する。まず、コント
ローラの具体的な装置構成について説明する。図7は、
本発明に係るフォトセンサシステムに適用されるコント
ローラの一構成例を示すブロック図である。図7に示す
ように、本実施形態におけるコントローラ120は、ゲ
ートドライバ111Aやスイッチ類113Aを制御する
デバイスコントローラ121と、RAM130への画像
データや書き込み、読み出し等、各種データを管理する
データコントローラ122と、これらのコントローラ1
21、122を統括し、かつ、外部機能部200とのイ
ンターフェースを担うメインコントローラ123と、を
有している。
The configuration and operation of the controller applied to the photo sensor system according to the present invention will be described below.
This will be described in more detail with reference to the drawings. First, a specific device configuration of the controller will be described. FIG.
It is a block diagram showing an example of 1 composition of a controller applied to a photo sensor system concerning the present invention. As shown in FIG. 7, a controller 120 according to the present embodiment includes a device controller 121 that controls a gate driver 111A and switches 113A, and a data controller 122 that manages various data such as image data and writing and reading to and from a RAM 130. , These controllers 1
And a main controller 123 that supervises 21 and 122 and that interfaces with the external function unit 200.

【0028】また、コントローラ120は、フォトセン
サアレイ100からA/Dコンバータ117を介してデ
ジタル信号として入力される画像データに基づいて、特
定の測定データ(測定量)をフーリエ変換するフーリエ
変換部124a、フーリエ(周波数)変換された上記測
定データから、異常値に対応する高周波成分を除去する
フィルタ部124b、高周波成分が除去された測定デー
タを逆フーリエ変換する逆フーリエ変換部124cから
なる異常値除去部(異常値除去手段)124と、異常値
が除去された測定データの大小を比較して最大値及び最
小値を抽出するとともに、後述する加算器126により
算出されるダイナミックレンジ(測定データのデータ範
囲)の極大値、及び、ダイナミックレンジの変位の最小
値を抽出するデータ比較器(読取感度抽出手段)125
と、前記測定データの最大値及び最小値の差分からダイ
ナミックレンジを算出するとともに、各ダイナミックレ
ンジ相互の差分、すなわち、一次微分値(データ範囲の
変位)を算出する加算器126と、A/Dコンバータ1
17、異常値除去部124、データ比較器125、加算
器126を介して処理された測定データを入力とし、こ
れらのデータを必要に応じてRAMへの書き込みや読み
出し、あるいは、データ比較器125、加算器126へ
の再入力、データコントローラ122を介しての外部機
能部200への出力等を切換制御するデータセレクタ1
27と、データコントローラ122からの制御信号に基
づいて、フォトセンサアレイ100の読取感度を最適化
するように、デバイスコントローラ121からトップゲ
ートドライバ111及びボトムゲートドライバ112に
出力する制御信号を変更制御する感度設定レジスタ(読
取感度設定手段)128と、を有している。
Further, the controller 120 performs a Fourier transform section 124a for performing a Fourier transform on specific measurement data (measurement amount) based on image data input as a digital signal from the photo sensor array 100 via the A / D converter 117. A filter unit 124b for removing a high-frequency component corresponding to an abnormal value from the Fourier-transformed measurement data, and an inverse Fourier transform unit 124c for performing an inverse Fourier transform on the measurement data from which the high-frequency component has been removed. Unit (abnormal value removing means) 124 compares the magnitude of the measured data from which the abnormal value has been removed to extract the maximum value and the minimum value, and furthermore, a dynamic range (data of the measured data) calculated by an adder 126 described later. Data for extracting the maximum value of the range) and the minimum value of the displacement of the dynamic range. Comparator (reading sensitivity extraction means) 125
An adder 126 that calculates a dynamic range from a difference between the maximum value and the minimum value of the measurement data and calculates a difference between the dynamic ranges, that is, a first derivative (displacement of a data range); Converter 1
17, the measured data processed via the abnormal value removing unit 124, the data comparator 125, and the adder 126 are input, and these data are written to or read from the RAM as necessary, or the data comparator 125, A data selector 1 that controls switching of re-input to the adder 126, output to the external function unit 200 via the data controller 122, and the like.
27 and a control signal output from the device controller 121 to the top gate driver 111 and the bottom gate driver 112 so as to optimize the reading sensitivity of the photosensor array 100 based on the control signal from the data controller 122. And a sensitivity setting register (reading sensitivity setting means) 128.

【0029】次に、本発明に係るフォトセンサシステム
の感度設定方法について、図面を参照して説明する。図
8は、本発明に係るフォトセンサシステムの感度設定方
法の一処理手順を示すフローチャートであり、図9は、
本発明に係るフォトセンサシステムの感度設定方法の一
例を示すタイミングチャートである。ここでは、図2、
図6、図7に示したフォトセンサシステムの構成を適宜
参照しながら、その感度設定手順を説明する。図8、図
9に示すように、本実施形態に係るフォトセンサシステ
ムの感度設定方法は、読取感度設定動作と、画像読み取
り動作と、実効電圧調整動作の各手順を有し、いずれも
コントローラ120により各動作制御が行われる。以
下、各処理動作について具体的に説明する。
Next, a method for setting the sensitivity of the photo sensor system according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 8 is a flowchart showing one processing procedure of the sensitivity setting method of the photo sensor system according to the present invention, and FIG.
4 is a timing chart illustrating an example of a sensitivity setting method of the photo sensor system according to the present invention. Here, FIG.
The sensitivity setting procedure will be described with reference to the configuration of the photosensor system shown in FIGS. 6 and 7 as appropriate. As shown in FIGS. 8 and 9, the sensitivity setting method of the photosensor system according to the present embodiment includes a reading sensitivity setting operation, an image reading operation, and an effective voltage adjustment operation. Controls each operation. Hereinafter, each processing operation will be specifically described.

【0030】<読取感度設定動作>図8、図9に示すよ
うに、本実施形態における読取感度設定動作は、まず、
メインコントローラ123により、被写体画像の正規の
読み取り動作に先立って、データコントローラ122を
介して、感度設定レジスタ128に事前読出動作用の画
像読取感度を設定するように制御され、被写体画像の事
前読出動作が開始される(手順S101)。事前読出動
作は、通常の画像読み取り動作と同様に、フォトセンサ
アレイ100を構成する各ダブルゲート型フォトセンサ
10に対して、リセット動作→光蓄積動作→プリチャー
ジ動作→読み出し動作の一連の処理を実行することによ
り行われる。特に、本実施形態においては、ダブルゲー
ト型フォトセンサ10のトップゲート端子TGを行方向
に接続するトップゲートライン101の各々に対して、
所定の遅れ時間Tdlyの時間間隔で順次リセットパルス
φT1、φT2、…φTnを印加してリセット期間Trs
tをスタートし、各行毎のダブルゲート型フォトセンサ
10を初期化する。ここで、リセットパルスφT1、φ
T2、…φTnは、ハイレベルが信号電圧Vtgh、ロー
レベルが信号電圧Vtglのパルス信号であり、ハイレベ
ルVtghのリセットパルスφT1、φT2、…φTnが
印加されるタイミング以外では、ローレベルの信号電圧
Vtglが印加された状態にある。
<Reading Sensitivity Setting Operation> As shown in FIGS. 8 and 9, the reading sensitivity setting operation in this embodiment
Prior to the normal reading operation of the subject image, the main controller 123 controls via the data controller 122 to set the image reading sensitivity for the pre-reading operation in the sensitivity setting register 128, and performs the pre-reading operation of the subject image. Is started (procedure S101). In the pre-reading operation, similarly to the normal image reading operation, a series of processes of a reset operation, a light accumulation operation, a precharge operation, and a read operation is performed on each of the double-gate photosensors 10 constituting the photosensor array 100. It is performed by executing. In particular, in the present embodiment, for each of the top gate lines 101 connecting the top gate terminals TG of the double gate type photosensor 10 in the row direction,
... ΦTn are sequentially applied at time intervals of a predetermined delay time Tdly to reset the reset period Trs.
Start t and initialize the double-gate photosensor 10 for each row. Here, reset pulses φT1, φ
T2,... ΦTn are pulse signals having a high level of the signal voltage Vtgh and a low level of the signal voltage Vtgl, and have a low-level signal voltage except for the timing at which the high-level Vtgh reset pulses φT1, φT2,. Vtgl is being applied.

【0031】次いで、リセット期間Trstが終了する
と、光蓄積期間TA1、TA2、…TAnが順次スタート
して、各行毎にダブルゲート型フォトセンサ10に入射
される光量に応じてチャネル領域に電荷(正孔)が発生
し、蓄積される。次いで、プリチャージ信号φpg及び読
み出しパルスφBn、…φB2、φB1をデータライン
103及びボトムゲートライン102の各々に、所定の
遅れ時間Tdlyの時間間隔で順次印加することにより、
各行毎に設定された光蓄積期間TA1、TA2、…TAn
に蓄積された電荷に対応する電圧変化VDを、出力回路
部113を介して読み出し、順次RAM130に記憶す
る。ここで、読み出しパルスφB1、φB2、…φBn
は、ハイレベルが信号電圧Vbgh、ローレベルが信号電
圧Vbglのパルス信号であり、ハイレベルVbghの読み出
しパルスφB1、φB2、…φBnが印加されるタイミ
ング以外では、ローレベルの信号電圧Vbghが印加され
た状態にある。
[0031] Then, when the reset period Trst ends, the light accumulating period TA 1, TA 2, ... TA n is sequentially started, the channel region in accordance with the amount of light entering the double-gate photo-sensor 10 in each row Electric charges (holes) are generated and accumulated. Next, a precharge signal φpg and readout pulses φBn,... ΦB2, φB1 are sequentially applied to each of the data line 103 and the bottom gate line 102 at a time interval of a predetermined delay time Tdly.
The light accumulation periods TA 1 , TA 2 ,... TA n set for each row
The voltage change VD corresponding to the electric charge accumulated in the RAM is read out via the output circuit unit 113 and sequentially stored in the RAM. Here, the read pulses φB1, φB2,.
Is a pulse signal with the high level being the signal voltage Vbgh and the low level being the signal voltage Vbgl. The low level signal voltage Vbgh is applied except at the timing when the high level Vbgh readout pulses φB1, φB2,. It is in the state where it was.

【0032】すなわち、事前読出動作用の画像読取感度
は、被写体画像の各行毎に画像読取感度(すなわち、ダ
ブルゲート型フォトセンサ10の光蓄積期間)を段階的
に変化させて、複数の異なる感度で被写体の一画像を読
み込めるように設定される。特に、本実施形態に示した
事前読出動作によれば、各行毎に設定される光蓄積期間
TA1、TA2、…TAn相互が所定の遅れ時間Tdlyの2
倍の時間間隔で増加するので、一画面の読み込み動作に
より行数分以上の感度調整幅で設定された読取感度で読
み取られた画像データが得られる。そして、この各行毎
の画像読取感度は、行番号に対応付けて、例えば、テー
ブル形式(行番号−画像読取感度対応テーブル)でRA
M130に記憶される。次いで、上述した事前読出動作
により読み込まれた画像データは、アンプ115及びA
/Dコンバータ116を介してデジタル信号に変換され
(手順S102)、被写体画像の明暗パターンに対応し
た明度データとして異常値除去部124に入力される。
That is, the image reading sensitivity for the pre-reading operation is changed by changing the image reading sensitivity (that is, the light accumulation period of the double gate type photosensor 10) step by step for each row of the subject image to obtain a plurality of different sensitivities. Is set so that one image of the subject can be read. In particular, according to the pre-read operation shown in the present embodiment, the light accumulation periods TA 1 , TA 2 ,..., TA n set for each row are different from each other by a predetermined delay time Tdly of two.
Since the image data is increased at double time intervals, image data read with a reading sensitivity set with a sensitivity adjustment width equal to or more than the number of lines by a reading operation of one screen can be obtained. The image reading sensitivity for each row is associated with the row number, for example, in a table format (row number-image reading sensitivity correspondence table).
It is stored in M130. Next, the image data read by the above-described pre-read operation is supplied to the amplifier 115 and A
The signal is converted into a digital signal via the / D converter 116 (step S102), and is input to the abnormal value removing unit 124 as brightness data corresponding to the brightness pattern of the subject image.

【0033】そして、異常値除去部124に入力された
明度データ(所定の測定量)は、まず、各行毎の明度デ
ータのコントラスト(データ範囲)に基づいて、フーリ
エ変換部124aにおいてフーリエ変換されて、行番号
毎の明度データの変動幅(振幅)を表す周波数分布が求
められる(手順S103)。次いで、変換された周波数
分布のうち、所定値以上の高周波成分を除去する。具体
的には、例えば、ローパスフィルタにより構成されるフ
ィルタ部124bを通過させることにより所定の高周波
成分を除去する(手順S104)。さらに、高周波成分
が除去された周波数分布を逆フーリエ変換部124cに
より逆フーリエ変換することにより、再び行番号毎のコ
ントラストが求められる(手順S105)。このような
異常値除去部124による一連の異常値除去動作によ
り、元の明度データから高周波成分、すなわち、急峻な
変動を有し、明度データの主要な変化傾向から逸脱した
異常値が除去され、行番号に対して滑らかに変化する成
分(主要な変化傾向)のみが抽出される。この異常値が
除去された明度データは、データ比較器125に入力さ
れる。
The brightness data (predetermined measurement amount) input to the abnormal value removing unit 124 is first subjected to Fourier transform in the Fourier transform unit 124a based on the contrast (data range) of the brightness data for each row. Then, a frequency distribution representing the variation width (amplitude) of the brightness data for each row number is obtained (step S103). Next, high frequency components equal to or higher than a predetermined value are removed from the converted frequency distribution. Specifically, for example, a predetermined high-frequency component is removed by passing through a filter unit 124b configured by a low-pass filter (step S104). Further, the frequency distribution from which the high-frequency component has been removed is subjected to inverse Fourier transform by the inverse Fourier transform unit 124c, whereby the contrast for each row number is obtained again (step S105). By such a series of abnormal value removing operations by the abnormal value removing unit 124, an abnormal value having a high frequency component from the original brightness data, that is, having a steep fluctuation and deviating from a main change tendency of the brightness data, is removed. Only components that change smoothly with respect to the row number (major change tendency) are extracted. The brightness data from which the abnormal value has been removed is input to the data comparator 125.

【0034】次いで、異常値が除去された明度データ
は、データ比較器125により各行毎に最大値及び最小
値が抽出されて、加算器126に出力される(手順S1
06)。ここで、明度データの最大値及び最小値の抽出
処理は、具体的には、被写体画像の明暗パターンにおけ
る白と黒との間を、例えば256階調に分割設定し、各
行毎に含まれる最大値を示す明度データ(最も明るい階
調を有する画素)、及び、最小値を示す明度データ(最
も暗い階調を有する画素)を抽出することにより行われ
る。そして、加算器126は、各行毎の明度データの最
大値及び最小値の差分、すなわち、ダイナミックレンジ
を演算し、その結果をデータセレクタ127を介して、
RAM130に一旦記憶する。このようなダイナミック
レンジの算出処理を全ての行について実行する(手順S
107)。次いで、RAM130に記憶された各行毎の
ダイナミックレンジをデータセレクタ127を介して読
み出して、再び加算器126に入力し、隣接する行相互
のダイナミックレンジの差分(一次微分値)を演算す
る。この結果は、データセレクタ127を介して、RA
M130に記憶される(手順S108)。
Next, from the brightness data from which the abnormal value has been removed, the maximum value and the minimum value are extracted for each row by the data comparator 125 and output to the adder 126 (step S1).
06). Here, in the extraction processing of the maximum value and the minimum value of the brightness data, specifically, the interval between white and black in the brightness pattern of the subject image is divided and set to, for example, 256 gradations, and the maximum value included in each row is set. This is performed by extracting brightness data indicating the value (pixels having the lightest gradation) and brightness data indicating the minimum value (pixels having the darkest gradation). Then, the adder 126 calculates the difference between the maximum value and the minimum value of the brightness data of each row, that is, the dynamic range, and outputs the result via the data selector 127.
The information is temporarily stored in the RAM 130. Such dynamic range calculation processing is executed for all rows (procedure S
107). Next, the dynamic range of each row stored in the RAM 130 is read out via the data selector 127 and input to the adder 126 again to calculate the difference (first-order differential value) of the dynamic range between adjacent rows. This result is output via the data selector 127 to the RA
It is stored in M130 (procedure S108).

【0035】さらに、RAM130に記憶された各行毎
のダイナミックレンジのデータ群、及び、ダイナミック
レンジの一次微分値のデータ群を、データセレクタ12
7を介して読み出して、データ比較器125に入力し、
ダイナミックレンジが極大となり、かつ、ダイナミック
レンジの一次微分値が最小、すなわち、0又は最も0に
近くなる行番号を抽出する(手順S109)。そして、
抽出された行番号に基づいて、RAM130に記憶され
た上記行番号−画像読取感度対応テーブルを参照して、
当該行に設定されている画像読取感度、すなわち、ダブ
ルゲート型フォトセンサの光蓄積期間を抽出する(手順
S110)。次いで、メインコントローラ123は、デ
ータコントローラ122を介して感度設定レジスタ12
8を書き換え制御して、上記行番号−画像読取感度対応
テーブルから抽出された画像読取感度を設定することに
より、事前読出動作に基づく感度設定処理を終了する
(手順S111)。
The data group of the dynamic range for each row stored in the RAM 130 and the data group of the primary differential value of the dynamic range are stored in the data selector 12.
7 and input to the data comparator 125,
A row number at which the dynamic range is maximum and the first derivative of the dynamic range is minimum, that is, 0 or the row number closest to 0 is extracted (step S109). And
Based on the extracted line number, refer to the line number-image reading sensitivity correspondence table stored in the RAM 130,
The image reading sensitivity set in the row, that is, the light accumulation period of the double gate type photo sensor is extracted (step S110). Next, the main controller 123 sends the sensitivity setting register 12 via the data controller 122.
8 to control the image reading sensitivity extracted from the line number-image reading sensitivity correspondence table, thereby terminating the sensitivity setting process based on the pre-reading operation (step S111).

【0036】<画像読み取り動作>次に、上述した読取
感度設定動作により決定された最適な光蓄積時間Taを
用いて、被写体画像の正規の画像読み取り動作を実行す
る(手順S112)。すなわち、図9に示すように、ダ
ブルゲート型フォトセンサ10のトップゲート端子TG
を行方向に接続するトップゲートライン101の各々
に、順次リセットパルスφT1、φT2、…φTnを印
加してリセット期間Trstをスタートし、各行毎のダブ
ルゲート型フォトセンサ10を初期化する。ここで、リ
セットパルスφT1、φT2、…φTnは、上述した事
前読出動作と同様に、ハイレベルが信号電圧Vtgh、ロ
ーレベルが信号電圧Vtglのパルス信号であり、ハイレ
ベルVtghのリセットパルスφT1、φT2、…φTn
が印加されるタイミング以外では、ローレベルの信号電
圧Vtglが印加される。
<Image Reading Operation> Next, a normal image reading operation of the subject image is executed using the optimum light accumulation time Ta determined by the above-described reading sensitivity setting operation (step S112). That is, as shown in FIG. 9, the top gate terminal TG of the double gate type photo sensor 10
, .Phi.Tn are sequentially applied to each of the top gate lines 101 connecting in the row direction, and the reset period Trst is started to initialize the double-gate photosensor 10 for each row. Here, the reset pulses φT1, φT2,..., ΦTn are pulse signals of the signal voltage Vtgh at the high level, the signal voltage Vtgl at the low level, and the reset pulses φT1, φT2 of the high level Vtgh, as in the above-described pre-read operation. , ... φTn
Is applied, the low-level signal voltage Vtgl is applied.

【0037】次いで、リセットパルスφT1、φT2、
…φTnが立ち下がり、リセット期間Trstが終了する
ことにより、各行毎に、上記最適な光蓄積期間Taが順
次スタートして、ダブルゲート型フォトセンサ10のト
ップゲート電極側から入射される光量に応じてチャネル
領域に電荷(正孔)が発生し、蓄積される。ここで、図
9に示すように、光蓄積期間Ta内に並行して、プリチ
ャージ信号φpgを印加することにより、プリチャージ期
間Tprchをスタートし、データライン103にプリチャ
ージ電圧Vprchを印加してダブルゲート型フォトセンサ
10のドレイン電極に所定の電圧を保持させるプリチャ
ージ動作が行われる。
Next, reset pulses φT1, φT2,
... The falling of φTn and the end of the reset period Trst sequentially start the optimum light accumulation period Ta for each row, according to the amount of light incident from the top gate electrode side of the double gate type photosensor 10. As a result, charges (holes) are generated and accumulated in the channel region. Here, as shown in FIG. 9, the precharge period Tprch is started by applying the precharge signal φpg in parallel with the light accumulation period Ta, and the precharge voltage Vprch is applied to the data line 103. A precharge operation for holding a predetermined voltage at the drain electrode of the double-gate photosensor 10 is performed.

【0038】そして、最適な光蓄積期間Ta及びプリチ
ャージ期間Tprchが終了したダブルゲート型フォトセン
サ10に対して、各行毎に、ボトムゲートライン102
に順次読み出しパルスφB1、φB2、…φBnを印加
して、読み出し期間Trdをスタートし、ダブルゲート型
フォトセンサ10に蓄積された電荷に対応する電圧変化
VDを、出力回路113によりデータライン103を介
して読み出す。ここで、読み出しパルスφB1、φB
2、…φBnは、上述した事前読出動作と同様に、ハイ
レベルが信号電圧Vbgh、ローレベルが信号電圧Vbglの
パルス信号であり、ハイレベルVbghの読み出しパルス
φB1、φB2、…φBnが印加されるタイミングで
は、ローレベルの信号電圧Vbghが印加された状態にあ
る。
Then, the bottom gate line 102 is provided for each row with respect to the double gate type photosensor 10 in which the optimal light accumulation period Ta and the precharge period Tprch have been completed.
, ΦBn are sequentially applied to start the readout period Trd, and a voltage change VD corresponding to the electric charge accumulated in the double-gate photosensor 10 is output from the output circuit 113 via the data line 103. Read. Here, read pulses φB1, φB
2,... ΦBn are pulse signals of the signal voltage Vbgh at a high level and the signal voltage Vbgl at a low level, and read pulses φB1, φB2,. At the timing, the low-level signal voltage Vbgh is applied.

【0039】<実効電圧調整動作>次に、上述した画像
読み取り動作が、全ての行(n)において終了すると、
読取感度設定動作及び画像読み取り動作において、各ゲ
ート電極に印加された信号の実効電圧の偏りを調整して
最適化する実効電圧調整動作を実行する(手順S11
3)。すなわち、図9に示すように、上述した各動作に
おいて、リセットパルスによりダブルゲート型フォトセ
ンサ10のトップゲートライン101(トップゲート端
子TG)に印加された信号電圧の平均値、すなわち、実
効電圧を、予め当該ダブルゲート型フォトセンサ10の
感度特性に応じて設定した最適値Vteに調整することが
できる所定の実効電圧を有する信号(第1の信号電圧)
を、各行のトップゲートライン101に印加する。同様
に、読み出しパルスによりダブルゲート型フォトセンサ
10のボトムゲートライン102(ボトムゲート端子B
G)に印加された信号電圧の平均値、すなわち、実効電
圧を、予め当該ダブルゲート型フォトセンサ10の感度
特性に応じて設定した最適値Vbeに調整することができ
る所定の実効電圧を有する信号(第2の信号電圧)を、
各行のボトムゲートライン102に印加する。
<Effective Voltage Adjustment Operation> Next, when the above-described image reading operation is completed in all rows (n),
In the reading sensitivity setting operation and the image reading operation, an effective voltage adjusting operation for adjusting the bias of the effective voltage of the signal applied to each gate electrode and optimizing the bias is executed (step S11).
3). That is, as shown in FIG. 9, in each operation described above, the average value of the signal voltage applied to the top gate line 101 (top gate terminal TG) of the double gate photosensor 10 by the reset pulse, that is, the effective voltage is A signal (first signal voltage) having a predetermined effective voltage that can be adjusted to an optimum value Vte set in advance according to the sensitivity characteristics of the double-gate photosensor 10
Is applied to the top gate line 101 of each row. Similarly, the bottom gate line 102 (bottom gate terminal B) of the double gate
G) A signal having a predetermined effective voltage that can adjust the average value of the signal voltages applied to G), that is, the effective voltage to an optimum value Vbe previously set according to the sensitivity characteristics of the double-gate photosensor 10. (Second signal voltage)
It is applied to the bottom gate line 102 of each row.

【0040】ここで、ダブルゲート型フォトセンサ10
のトップゲートTG及びボトムゲートBGに印加される
信号の実効電圧について簡単に説明する。図9からも明
らかなように、読取感度設定動作及び画像読み取り動作
における各リセット動作においては、トップゲートTG
に対して、極めて短い時間(Trst)のみ、ハイレベル
の信号電圧Vtghが印加され、それ以外の比較的長い期
間では、ローレベルの信号電圧Vtglが印加されてい
る。そのため、読取感度設定動作及び画像読み取り動作
時において、トップゲートTGに印加される実効電圧
は、ローレベル側に大きく偏っている。さらに、画像読
み取り動作に設定される最適な光蓄積期間Tbは、読取
感度設定動作により環境照度等に応じて、その都度、変
更設定されるため、上記トップゲートTGに印加される
実効電圧が、必然的に変動する。
Here, the double gate type photo sensor 10
The effective voltage of the signal applied to the top gate TG and the bottom gate BG will be briefly described. As is clear from FIG. 9, in each reset operation in the reading sensitivity setting operation and the image reading operation, the top gate TG
On the other hand, the high-level signal voltage Vtgh is applied only for an extremely short time (Trst), and the low-level signal voltage Vtgl is applied for other relatively long periods. Therefore, during the reading sensitivity setting operation and the image reading operation, the effective voltage applied to the top gate TG is largely biased toward the low level. Further, the optimal light accumulation period Tb set for the image reading operation is changed and set each time in accordance with the environmental illuminance and the like by the reading sensitivity setting operation, so that the effective voltage applied to the top gate TG becomes Inevitably fluctuates.

【0041】一方、読取感度設定動作及び画像読み取り
動作における読み出し動作においても、ボトムゲートB
Gに対して、極めて短い時間(Trd)のみ、ハイレベル
の信号電圧Vbghが印加され、それ以外の比較的長い期
間では、ローレベルの信号電圧Vtglが印加されてい
る。そのため、読取感度設定動作及び画像読み取り動作
時において、ボトムゲートBGに印加される実効電圧
も、ローレベル側に大きく偏っている。さらに、画像読
出動作に設定される最適な光蓄積期間Taは、読取感度
設定動作により環境照度等に応じて、その都度、変更設
定されるため、上記ボトムゲートTGに印加される実効
電圧は、必然的に変動する。そのため、このような特定
の極性の電圧側に偏った電圧がゲート電極に印加された
状態が継続すると、ゲート電極に正孔がトラップされ
て、ダブルゲート型フォトセンサの素子特性が劣化して
感度特性が変化してしまう問題が生じる。
On the other hand, also in the reading operation in the reading sensitivity setting operation and the image reading operation, the bottom gate B
For G, the high-level signal voltage Vbgh is applied only for an extremely short time (Trd), and the low-level signal voltage Vtgl is applied for other relatively long periods. Therefore, during the reading sensitivity setting operation and the image reading operation, the effective voltage applied to the bottom gate BG is also largely biased toward the low level. Further, the optimal light accumulation period Ta set in the image reading operation is changed and set each time in accordance with the environmental illuminance or the like by the reading sensitivity setting operation. Therefore, the effective voltage applied to the bottom gate TG is: Inevitably fluctuates. For this reason, if such a voltage biased to the voltage side of a specific polarity continues to be applied to the gate electrode, holes are trapped in the gate electrode, and the element characteristics of the double-gate photosensor are deteriorated and the sensitivity is lowered. There is a problem that the characteristics change.

【0042】そこで、本実施形態においては、読取感度
設定動作及び画像読み取り動作の処理サイクル内、及
び、これから実行する実効電圧調整動作の処理サイクル
内に印加される電圧波形について、例えば、ダブルゲー
ト型フォトセンサの感度特性に応じて設定されるトップ
ゲート側の実効電圧の最適値Vte、及び、ボトムゲート
側の実効電圧の最適値Vbeを基準として、上記電圧波形
のハイレベル側の時間積分値の絶対値と、ローレベル側
の時間積分値の絶対値とを等しくするように、所定の信
号幅Ttp、Tbpを有する調整パルスを、実効電圧調整動
作時にダブルゲート型フォトセンサのトップゲートライ
ン、及び、ボトムゲートラインに印加することにより、
上記素子特性の劣化に伴う感度特性の変化を抑制して、
フォトセンサシステムの信頼性を向上させることができ
る。
Therefore, in the present embodiment, the voltage waveform applied in the processing cycle of the reading sensitivity setting operation and the image reading operation and in the processing cycle of the effective voltage adjustment operation to be executed from now on is, for example, a double gate type. With reference to the optimum value Vte of the effective voltage on the top gate and the optimum value Vbe of the effective voltage on the bottom gate, which are set according to the sensitivity characteristics of the photosensor, In order to make the absolute value equal to the absolute value of the time integration value on the low level side, an adjustment pulse having predetermined signal widths Ttp and Tbp is supplied to the top gate line of the double-gate photosensor during the effective voltage adjustment operation, and , By applying to the bottom gate line,
By suppressing the change in sensitivity characteristics due to the deterioration of the device characteristics,
The reliability of the photo sensor system can be improved.

【0043】<具体例>次に、上述したフォトセンサシ
ステムの構成及び動作を指紋読取装置に適用した場合の
具体例について、図面を参照して説明する。図10は、
事前読出動作において、被写体画像の各行毎に画像読取
感度を段階的に変化させて読み込んだ場合の画像データ
の一例を示す図であり、図11は、事前読出動作により
得られた特定の行における各画素毎の明度データの変化
を示すグラフであり、図12は、各行毎のダイナミック
レンジ(最大及び最小の明度データの差)の変化と、ダ
イナミックレンジの一次微分値の変化との関係を示すグ
ラフであり、図13は、事前読出動作により得られたダ
イナミックレンジの一次微分値と、行番号−画像読取感
度対応テーブルとの関係を示す図である。
<Specific Example> Next, a specific example in which the configuration and operation of the photosensor system described above are applied to a fingerprint reader will be described with reference to the drawings. FIG.
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of image data when the image reading sensitivity is changed step by step for each row of the subject image in the pre-reading operation, and FIG. 11 illustrates a specific row in a specific row obtained by the pre-reading operation. FIG. 12 is a graph showing a change in brightness data for each pixel, and FIG. 12 shows a relationship between a change in a dynamic range (difference between maximum and minimum brightness data) for each row and a change in a primary differential value of the dynamic range. FIG. 13 is a graph showing the relationship between the first derivative of the dynamic range obtained by the pre-read operation and the row number-image reading sensitivity correspondence table.

【0044】図10においては、指紋の画像データが、
例えば256行×196列のマトリクスで読み出され、
行番号が大きくなるほど、画像読取感度が高く(光蓄積
期間が長く)なるように設定されている場合の画像デー
タについて示している。そのため、行番号が大きくなる
ほど、画像読取感度が高くなり、外光等の影響を受けて
指紋の凹凸パターンPNAがかすれて(薄れて)、ある
いは、見えなくなる程度に明るい画像として読み取られ
る(図10上方)。一方、行番号が小さくなるほど、画
像読取感度が低く(光蓄積期間が短く)なり、指紋の凹
凸パターンPNAが黒ずんで、あるいは、見えなくなる
程度に暗い画像として読み取られる(図10下方)。こ
のような画像データにおいて、最適感度となる行を抽出
するために用いる感度判定対象範囲としては、指紋の凹
凸パターンPNAに対応した良好なコントラストを有す
る領域に限定することが、画像処理上好ましい。ここで
は、一例として、64〜191行目、かつ、67〜13
0列目の行/列範囲を感度判定対象範囲に設定した場合
の感度設定処理について説明する。
In FIG. 10, the fingerprint image data is
For example, it is read out in a matrix of 256 rows × 196 columns,
The image data when the image reading sensitivity is set to be higher (the light accumulation period is longer) as the line number is larger is shown. Therefore, as the row number increases, the image reading sensitivity increases, and the uneven pattern PNA of the fingerprint is read (faded) by the influence of external light or the like, so as to be blurred (fading) or to be invisible (FIG. 10). Above). On the other hand, as the row number becomes smaller, the image reading sensitivity becomes lower (light accumulation period becomes shorter), and the fingerprint is read as a dark image such that the concave / convex pattern PNA becomes dark or invisible (lower part in FIG. 10). In such image data, it is preferable from the viewpoint of image processing that the sensitivity determination target range used for extracting a row having the optimum sensitivity is limited to a region having a good contrast corresponding to the concave and convex pattern PNA of the fingerprint. Here, as an example, lines 64 to 191 and 67 to 13
The sensitivity setting process when the row / column range in the 0th column is set as the sensitivity determination target range will be described.

【0045】図10に示した感度判定対象範囲におい
て、例えば、64、96、160、191行目の明度デ
ータの変化を抽出してグラフ化すると、図11に示すよ
うに、上記行範囲のうち、191行目(図中、破線で示
す)及び160行目(図中、細線で示す)においては、
感度が高く設定されているため、明度データが高い値
(概ね220〜225程度)に収束してしまい画像デー
タとして情報(明暗パターン)が無いに等しい状態にな
っている。また、96行目(図中、太線で示す)におい
ては、全列において明度データが上限又は下限で収束す
ることなく、画像データの明暗パターンに対応した比較
的大きな上下方向への変位を有している。さらに、64
行目(図中、一点鎖線で示す)においては、感度が低く
設定されているため、明度データがほぼ低い値(概ね3
5程度)に収束してしまい画像データとして情報が無い
に等しい状態になっている。ここで、明度データ値が大
きいほど明るく、小さいほど暗い画像データであること
を示している。
In the sensitivity determination target range shown in FIG. 10, for example, when the change of the brightness data on lines 64, 96, 160, and 191 is extracted and graphed, as shown in FIG. , Line 191 (shown by a broken line in the figure) and line 160 (shown by a thin line in the figure)
Since the sensitivity is set to be high, the brightness data converges to a high value (approximately 220 to 225), and there is no information (brightness / darkness pattern) as image data. In the 96th row (indicated by a bold line in the figure), the brightness data does not converge at the upper limit or the lower limit in all the columns and has a relatively large vertical displacement corresponding to the brightness pattern of the image data. ing. In addition, 64
In the line (indicated by a dashed line in the figure), the sensitivity is set low, so that the brightness data has a substantially low value (about 3).
(About 5), and there is no information as image data. Here, the larger the brightness data value, the brighter the image data, and the smaller the brightness data value, the darker the image data.

【0046】次いで、上述した異常値除去動作にしたが
って、各行毎の明度データの分布をフーリエ変換して行
番号に対する周波数分布を求め、異常値やノイズに対応
する高周波成分を除去することにより、各行毎の明度デ
ータの分布における主要な変化傾向を示す明度データの
みが抽出される。そして、異常値が除去された各行毎の
明度データの分布に対して、最大値及び最小値を抽出
し、その差分を演算してダイナミックレンジ(データ範
囲)を求めると、図12(a)に示すように、所定の行
において極大値MAを有する分布が得られる。さらに、
このダイナミックレンジの分布に対する一次微分を演算
して、その変化の傾向を求めると、図12(b)に示す
ように、上記極大値MAを示す行において一次微分値が
0(又は、最小;図中、MBで示す)となる。このと
き、ダイナミックレンジが極大を示し、かつ、その一次
微分が最小となる行の明度データは、指紋の凹凸パター
ンに対応した良好なコントラストを有する画像データで
あり、当該行に最適な画像読取感度が設定されていると
判断することができる。
Next, according to the above-described abnormal value removing operation, the distribution of the brightness data of each row is Fourier-transformed to obtain a frequency distribution corresponding to the row number, and an abnormal value or a high frequency component corresponding to noise is removed. Only the brightness data indicating the main change tendency in the distribution of the brightness data for each is extracted. Then, the maximum value and the minimum value are extracted from the distribution of the brightness data for each row from which the abnormal value has been removed, and the difference between them is calculated to obtain the dynamic range (data range). As shown, a distribution having a local maximum MA in a given row is obtained. further,
When the first derivative of the distribution of the dynamic range is calculated and the tendency of the change is obtained, as shown in FIG. 12B, the first derivative is 0 (or minimum; FIG. 12B) in the row indicating the maximum value MA. Medium, indicated by MB). At this time, the brightness data of the row in which the dynamic range shows the maximum and the first derivative thereof is the minimum is image data having a good contrast corresponding to the concave and convex pattern of the fingerprint. Can be determined to be set.

【0047】そして、図13(a)に示すように、上記
ダイナミックレンジが極大(例えば、図中Rk)を示
し、かつ、その一次微分が最小(例えば、図中Dk-1
となる行(図中、Lk-1、Lk)について、図13(b)
に示すような行番号−画像読取感度対応テーブルを参照
することにより、当該行Lk-1、Lkに設定されている画
像読取感度、すなわち、ダブルゲート型フォトセンサの
光蓄積期間Tk-1、Tkが抽出され、最適値として決定さ
れる。ここで、上述した感度設定レジスタ128には、
最適な画像読取感度として、抽出された2つの光蓄積期
間Tk-1、Tkに基づいて決定される設定値、例えば、光
蓄積期間Tk-1、Tkの平均値等が設定されるように書き
換え制御される。なお、図12(a)、(b)に示した
ダイナミックレンジ及び一次微分値の分布においては、
ダイナミックレンジが極大値MAとなる行の一次微分値
が0(MB)となる場合について説明したが、現実に
は、一次微分値が0となる行が存在しない場合もあるの
で、最適感度に設定された行を抽出する際の条件は、ダ
イナミックレンジが極大を示し、かつ、その一次微分が
最小となる(すなわち、0に最も近い値を示す)行を抽
出することが望ましい。
Then, as shown in FIG. 13A, the dynamic range shows a maximum (for example, R k in the figure) and the first-order derivative thereof is minimum (for example, D k-1 in the figure).
(B) in the row (L k−1 , L k ) in FIG.
By referring to the row number-image reading sensitivity correspondence table shown in FIG. 2, the image reading sensitivity set in the rows L k−1 and L k , that is, the light accumulation period T k− of the double gate type photosensor. 1 , Tk is extracted and determined as the optimal value. Here, the above-described sensitivity setting register 128 includes:
As the optimum image reading sensitivity, a set value determined based on the two extracted light accumulation periods T k−1 and T k , for example, an average value of the light accumulation periods T k−1 and T k is set. Rewriting is controlled as follows. In the dynamic range and the distribution of the first derivative shown in FIGS. 12A and 12B,
Although the case where the primary differential value of the row in which the dynamic range has the maximum value MA is 0 (MB) has been described, there is actually no row in which the primary differential value becomes 0, so the optimal sensitivity is set. It is desirable to extract a row in which a dynamic range shows a maximum and a first-order derivative thereof becomes minimum (that is, a row showing a value closest to 0).

【0048】ここで、上述した画像読取感度の設定処理
において、被写体画像中に含まれる異物やフォトセンサ
アレイを構成するセンサ素子の欠陥等に伴う異常画素が
存在した場合における動作処理について、図面を参照し
て説明する。図14は、事前読出動作において、被写体
画像の各行毎に画像読取感度を段階的に変化させて読み
込んだ場合の画像データの他の例を示す図であり、図1
5は、被写体画像中に異物等が存在する場合における各
行毎の明度データのコントラストの分布と、異常値除去
動作後における各行毎の明度データのコントラストの分
布を示すグラフである。図14に示すように、上述した
場合と同様に、指紋の画像データに対して、64〜19
1行目、かつ、67〜130列目の行/列範囲を感度判
定対象範囲に設定した場合において、指紋読取面(検知
面)上に付着した異物やダブルゲート型フォトセンサの
素子欠陥、画像データに含まれるノイズ等により、感度
判定対象範囲内に複数の画素にまたがる異常画素ILが
存在すると、その異常画素ILの明度データが、周囲の
画素データに対して複数行にわたって連続的に突出した
値を示す場合がある。例えば、白背景に黒点が存在する
場合や、黒背景に白点が存在するような場合であって、
特に、図15(a)に示すように、明度データの変動幅
やコントラストが行毎に離散的に変動している場合や、
検知面に付着した異物や素子欠陥による異常な画素デー
タMCが複数行にまたがって存在している場合である。
Here, in the above-described image reading sensitivity setting process, an operation process in the case where there is an abnormal pixel due to a foreign substance included in a subject image or a defect of a sensor element constituting a photo sensor array, etc., will be described with reference to the drawings. It will be described with reference to FIG. FIG. 14 is a diagram illustrating another example of image data when the image reading sensitivity is changed stepwise for each row of the subject image and read in the pre-reading operation.
5 is a graph showing the contrast distribution of the brightness data of each row when a foreign substance or the like is present in the subject image, and the contrast distribution of the brightness data of each row after the abnormal value removal operation. As shown in FIG. 14, similarly to the case described above, 64 to 19
In the case where the row / column range of the first row and the 67th to 130th columns is set as the sensitivity determination target range, foreign matter adhering to the fingerprint reading surface (detection surface), element defect of the double gate type photosensor, image If an abnormal pixel IL spans a plurality of pixels within the sensitivity determination range due to noise or the like included in the data, the brightness data of the abnormal pixel IL continuously protrudes over a plurality of rows with respect to the surrounding pixel data. May indicate a value. For example, when a black point exists on a white background, or when a white point exists on a black background,
In particular, as shown in FIG. 15 (a), the variation width and contrast of the brightness data vary discretely for each row,
This is a case where abnormal pixel data MC due to a foreign substance or element defect attached to the detection surface exists over a plurality of rows.

【0049】このような場合、上述したような異常値除
去動作(図8の手順S103〜S105)を行うことな
く、明度データの最大値及び最小値に基づいて算出され
るダイナミックレンジの分布から、上記読取感度の最適
値を求める処理(図8の手順S106〜S110)を実
行すると、異常画素ILが複数行にわたって連続的に存
在する行のダイナミックレンジが全体の主要な分布傾向
(変化傾向)から大きく外れ、かつ、主要な分布傾向に
対して連続的な変化として現れるため、ダイナミックレ
ンジの分布の変化傾向の一部として認識されて、本来の
最大値MAとは何ら関連性のない、当該異常画素ILが
存在する行のダイナミックレンジが最大値として抽出さ
れてしまい、当該ダイナミックレンジを有する行に設定
された画像読取感度が最適値であると誤認される。この
場合、フォトセンサシステムに不適切な画像読取感度
(例えば、最適値よりも長い光蓄積時間)が設定される
ことになり、正規の読み取り動作において、被写体画像
が白つぶれ等を生じてしまう可能性がある。
In such a case, without performing the above-described abnormal value removing operation (steps S103 to S105 in FIG. 8), the dynamic range distribution calculated based on the maximum value and the minimum value of the lightness data can be used. When the process of obtaining the optimum value of the reading sensitivity (steps S106 to S110 in FIG. 8) is executed, the dynamic range of the row in which the abnormal pixel IL continuously exists over a plurality of rows is changed from the entire main distribution tendency (change tendency). Since it largely deviates and appears as a continuous change with respect to the main distribution tendency, the abnormality is recognized as a part of the change tendency of the dynamic range distribution, and has no relation to the original maximum value MA. The dynamic range of the row where the pixel IL exists is extracted as the maximum value, and the image reading feeling set for the row having the dynamic range is determined. It is mistaken as the optimum value. In this case, an inappropriate image reading sensitivity (for example, a light accumulation time longer than the optimum value) is set in the photo sensor system, and the subject image may be overexposed in a normal reading operation. There is.

【0050】これに対して、本発明に係るフォトセンサ
システムの感度設定方法においては、明度データのダイ
ナミックレンジにより読取感度の最適値を求める処理に
先立って、フーリエ変換を行い、異常値やノイズに対応
する高周波成分を除去することにより、明度データに含
まれる異常値を予め除去することができるので、図15
(b)に示すように、行番号に対する明度データのコン
トラストの分布傾向から大きく逸脱する異常値が排除さ
れて、主要な分布傾向を示す平滑化された明度データM
Dのみが抽出される。したがって、測定データに依存し
て離散的に変動するノイズ成分や指紋読取面上に付着し
た比較的大きな異物、ダブルゲート型フォトセンサの素
子欠陥等により、被写体画像に複数行にまたがる異常画
素(あるいは、ノイズによる)ILが含まれている場合
であっても、指紋の凹凸パターンに対応した良好なコン
トラストを有する行を確実に抽出して、最適な光蓄積時
間を決定することができるので、良好な指紋画像を読み
取ることができ、誤作動が少なく信頼性の高い指紋読取
装置を提供することができる。
On the other hand, in the method for setting the sensitivity of the photosensor system according to the present invention, Fourier transform is performed prior to the processing for obtaining the optimum value of the reading sensitivity based on the dynamic range of the brightness data, and abnormal values and noise are eliminated. By removing the corresponding high-frequency component, an abnormal value included in the brightness data can be removed in advance.
As shown in (b), an abnormal value which largely deviates from the distribution tendency of the contrast of the brightness data with respect to the line number is eliminated, and the smoothed brightness data M indicating the main distribution tendency is removed.
Only D is extracted. Therefore, due to noise components that discretely vary depending on the measurement data, relatively large foreign substances attached to the fingerprint reading surface, element defects of the double-gate photosensor, etc., abnormal pixels (or Even if IL is included, it is possible to reliably extract a row having a good contrast corresponding to the concave and convex pattern of the fingerprint and determine the optimal light accumulation time. It is possible to provide a fingerprint reader that can read a complex fingerprint image, has less malfunction, and has high reliability.

【0051】このように、本実施形態に係るフォトセン
サシステム及びその感度設定方法によれば、被写体画像
を各行毎に画像読取感度を段階的に変化させて事前読出
動作を行い、明度データ主要な変化傾向から逸脱した異
常値を除去する異常値除去動作を行った後、各行毎の明
度データに対するダイナミックレンジの一次微分値に基
づいて、最適な画像読取状態にある行を簡易かつ的確に
判別して、当該行に設定された画像読取感度(光蓄積期
間)を最適感度として設定することができるので、指紋
読取面上に付着した異物や、ダブルゲート型フォトセン
サの素子欠陥等による異常画素の影響を受けることな
く、被写体画像の正規の画像読み取り動作を適切な感度
で読み取ることができる。また、正規の画像読み取り動
作に先立って、実際の被写体を用いて感度設定処理を行
うことができるので、環境照度の変化により被写体の明
るさが変化するような場合であっても、その都度、最適
な画像読取感度を設定することができるとともに、環境
照度を検知するための専用の回路等を設置する必要がな
い。
As described above, according to the photo sensor system and the sensitivity setting method according to the present embodiment, the pre-read operation is performed on the subject image by changing the image reading sensitivity step by step for each row, and the brightness data is mainly stored. After performing an abnormal value removal operation that removes abnormal values that deviate from the change tendency, the line in the optimal image reading state is easily and accurately determined based on the first derivative of the dynamic range for the brightness data of each line. As a result, the image reading sensitivity (light accumulation period) set for the row can be set as the optimum sensitivity, so that an extraordinary pixel due to a foreign substance adhering to the fingerprint reading surface or an element defect of the double gate type photo sensor can be set. The normal image reading operation of the subject image can be read with appropriate sensitivity without being affected. In addition, prior to the normal image reading operation, the sensitivity setting process can be performed using the actual subject. Therefore, even when the brightness of the subject changes due to a change in the environmental illuminance, each time, Optimum image reading sensitivity can be set, and there is no need to install a dedicated circuit or the like for detecting environmental illuminance.

【0052】さらに、ダブルゲート型フォトセンサの特
性変化が生じたような場合であっても、当該ダブルゲー
ト型フォトセンサにより得られる画像データに基づいて
最適感度を求める処理を行っているので、特性変動の影
響を大幅に抑制することができる。加えて、被写体その
ものを使って最適感度を設定することができるので、感
度設定処理に際し、標準試料を用意することがなく、極
めて簡易に感度設定処理を実行することができる。な
お、本実施形態においては、感度判定対象範囲として、
64〜191行目、及び、67〜130行目の行/列範
囲に限定して感度設定処理を実行する場合について説明
したが、本発明はこれに限らず、感度判定対象範囲を何
ら限定することなく、画像データの全域を対象にして感
度設定処理を実行する場合であっても、適用することが
できることはいうまでもない。
Further, even when the characteristics of the double-gate photosensor change, the processing for obtaining the optimum sensitivity based on the image data obtained by the double-gate photosensor is performed. The effect of the fluctuation can be greatly suppressed. In addition, since the optimum sensitivity can be set using the subject itself, the sensitivity setting process can be performed extremely easily without preparing a standard sample in the sensitivity setting process. In the present embodiment, the sensitivity determination target range is
The case where the sensitivity setting process is executed only for the row / column ranges of the 64th to 191st rows and the 67th to 130th rows has been described. However, the present invention is not limited to this, and the sensitivity determination target range is limited at all. Needless to say, even when the sensitivity setting processing is executed for the entire area of the image data, the sensitivity setting processing can be applied.

【0053】次いで、上述した各実施形態の事前読出動
作に適用することができる画像読取感度(光蓄積期間)
の他の設定方法について、図面を参照して説明する。図
16は、本発明に係るフォトセンサシステムに良好に適
用することができる画像読取感度(光蓄積期間)の設定
方法の他の例を示すタイミングチャートである。ここで
は、図2、図6及び図7に示したフォトセンサシステム
の構成を適宜参照しながら説明する。図16に示すよう
に、本実施例に係るフォトセンサシステムの感度設定方
法は、まず、ダブルゲート型フォトセンサ10のトップ
ゲート端子TGを行方向に接続するトップゲートライン
101の各々に対して、同時にリセットパルスφT1、
φT2、…φTnを印加してリセット期間Trstを同時
にスタートし、各行毎のダブルゲート型フォトセンサ1
0を初期化する。
Next, image reading sensitivity (light accumulation period) applicable to the pre-reading operation of each of the above-described embodiments.
Another setting method will be described with reference to the drawings. FIG. 16 is a timing chart showing another example of a method for setting the image reading sensitivity (light accumulation period) that can be favorably applied to the photosensor system according to the present invention. Here, a description will be given with reference to the configuration of the photosensor system shown in FIGS. 2, 6, and 7 as appropriate. As shown in FIG. 16, the sensitivity setting method of the photo sensor system according to the present embodiment firstly sets the top gate terminal TG of the double gate type photo sensor 10 to each of the top gate lines 101 connecting in the row direction. At the same time, reset pulse φT1,
.. φTn are applied to simultaneously start the reset period Trst, and the double gate type photo sensor 1
Initialize 0.

【0054】次いで、リセットパルスφT1、φT2、
…φTnが同時に立ち下がり、リセット期間Trstが終
了することにより、全ての行におけるダブルゲート型フ
ォトセンサ10の光蓄積期間TB1、TB2、…T
n-1、TBnが一斉にスタートして、各行毎のダブルゲ
ート型フォトセンサ10のトップゲート電極側から入射
される光量に応じてチャネル領域に電荷(正孔)が発生
し、蓄積される。ここで、各行毎に設定される光蓄積期
間TB1、TB2、…TBn-1、TBnは、図16に示すよ
うに、各行毎に所定の遅れ時間Tdly分ずつ段階的に変
化させるように、プリチャージ信号φpg及び読み出しパ
ルスφB1、φB2、…φBnを印加する。したがっ
て、上述した実施形態に示したような感度設定処理に先
立って行う事前読出動作において、被写体画像を構成す
る各行毎に異なる読取感度(すなわち、行数分の異なる
読取感度)で読み取られた画像データを、1回の被写体
画像(一画面)の読み込みにより取得することができ
る。
Next, reset pulses φT1, φT2,
... ΦTn simultaneously fall and the reset period Trst ends, so that the light accumulation periods TB 1 , TB 2 ,.
And started all at once B n-1, TB n, charges (holes) generated in the channel region in accordance with the amount of light entering from the top gate electrode side of the double-gate photo-sensor 10 for each row is accumulated You. Here, the light accumulation periods TB 1 , TB 2 ,..., TB n−1 , TB n set for each row are changed stepwise by a predetermined delay time Tdly for each row, as shown in FIG. Thus, the precharge signal φpg and the read pulses φB1, φB2,... ΦBn are applied. Therefore, in the pre-reading operation performed prior to the sensitivity setting processing as described in the above-described embodiment, an image read at a different reading sensitivity for each row constituting the subject image (that is, different reading sensitivity for the number of rows). Data can be acquired by reading a subject image (one screen) once.

【0055】なお、本発明に係る感度設定処理に適用さ
れる画像読取感度(光蓄積期間)の設定方法は、上述し
た各例に限定されるものではなく、被写体画像を異なる
読取感度で画像データを取得できるものであれば、例え
ば、通常の一画面全体に対してリセット動作→光蓄積動
作→プリチャージ動作→読み出し動作を行う一連の処理
サイクルを、読取感度を順次変更して複数回繰り返し
て、異なる読取感度による画像データを複数取得するも
のでもあってもよいし、さらに他の方法であってもよい
ことはいうまでもない。なお、上述した各実施形態にお
いては、フォトセンサアレイを構成するフォトセンサと
して、ダブルゲート型フォトセンサを適用した場合につ
いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではな
い。要するに、フォトセンサアレイを構成するフォトセ
ンサにおいて、画像読み取り動作に先立って読取感度設
定動作を行う構成を有しているものであれば、本発明に
係るフォトセンサシステムの構成及び感度設定方法を良
好に適用することができる。
Note that the method of setting the image reading sensitivity (light accumulation period) applied to the sensitivity setting process according to the present invention is not limited to the above-described respective examples. For example, a series of processing cycles of performing a reset operation, a light accumulation operation, a precharge operation, and a read operation for an entire normal screen is repeated a plurality of times while sequentially changing the read sensitivity. Needless to say, a plurality of image data with different reading sensitivities may be obtained, or another method may be used. In each of the embodiments described above, a case is described in which a double-gate photosensor is applied as a photosensor constituting a photosensor array, but the present invention is not limited to this. In short, as long as the photosensors constituting the photosensor array have a configuration in which the reading sensitivity setting operation is performed prior to the image reading operation, the configuration and sensitivity setting method of the photosensor system according to the present invention are satisfactory. Can be applied to

【0056】[0056]

【発明の効果】請求項1、2、9又は10記載の発明に
よれば、フォトセンサを2次元配列して構成されるフォ
トセンサアレイを備え、画像読取感度の設定のために画
像読取感度を変化させながら被写体画像を読み取る事前
読出動作を行うフォトセンサシステムにおいて、各画像
読取感度における前記被写体画像の画像パターンに関連
する所定の測定量のうち、該測定値の主要な変化傾向か
ら逸脱した異常値を除去した後、該測定値のデータ範囲
と、各画像読取感度相互におけるデータ範囲の変位に基
づいて、最適な画像読取状態にある画像読取感度を抽
出、設定して正規の読み取り動作を行うことができるの
で、被写体画像に含まれる連続する異常画素や離散的に
変動するノイズ成分等の影響を受けることなく、適切な
画像読取感度を設定することができる。
According to the invention as set forth in claim 1, 2, 9 or 10, a photo sensor array comprising photo sensors two-dimensionally arranged is provided, and the image reading sensitivity is set for setting the image reading sensitivity. In a photo sensor system that performs a pre-reading operation of reading a subject image while changing it, among predetermined measurement amounts related to the image pattern of the subject image at each image reading sensitivity, an abnormality deviating from a main change tendency of the measured value. After the value is removed, the image reading sensitivity in the optimum image reading state is extracted and set based on the data range of the measured value and the displacement of the data range between the image reading sensitivities, and a normal reading operation is performed. It is possible to set an appropriate image reading sensitivity without being affected by continuous abnormal pixels and discretely varying noise components contained in the subject image. Rukoto can.

【0057】また、正規の画像読み取り動作に先立っ
て、実際の被写体を用いて感度設定処理を行うので、環
境光の変化により被写体の明るさが変化するような場合
であっても、その都度、最適な画像読取感度を設定する
ことができるとともに、環境光を検知するための専用の
回路等を設置する必要がない。さらに、フォトセンサの
特性変化が生じたような場合であっても、当該フォトセ
ンサにより得られる画像データに基づいて最適感度を求
める処理を行っているので、特性変動の影響を大幅に抑
制することができる。加えて、被写体そのものを使って
最適感度を設定することができるので、感度設定処理に
際し、標準試料を用意することがなく、極めて簡易に感
度設定処理を実行することができる。
Since the sensitivity setting process is performed using the actual subject prior to the normal image reading operation, even if the brightness of the subject changes due to a change in ambient light, each time, The optimum image reading sensitivity can be set, and there is no need to install a dedicated circuit or the like for detecting environmental light. Further, even when the characteristics of the photosensor change, the processing for obtaining the optimum sensitivity based on the image data obtained by the photosensor is performed. Can be. In addition, since the optimum sensitivity can be set using the subject itself, the sensitivity setting process can be performed extremely easily without preparing a standard sample in the sensitivity setting process.

【0058】請求項3又は11記載の発明によれば、上
記異常値除去動作は、所定の測定量に対してフーリエ変
換を行い、周波数変換された測定量から所定の高周波成
分を除去することにより実行されるので、周波数変換さ
れた測定量をローパスフィルタ等の簡易な構成を通過さ
せることにより、測定量に含まれる異常値を良好に除去
することができ、主要な変化傾向を示す測定値のみを抽
出して、上記最適な画像読取感度を設定することができ
る。請求項4記載の発明によれば、上記事前読出動作
は、被写体画像の各行毎に段階的に異なる画像読取感度
をフォトセンサアレイに設定して実行されるので、被写
体画像を構成する各行毎に異なる読取感度で読み取られ
た画像データを、1回の被写体画像(一画面)の読み込
みにより取得することができ、感度設定処理に要する所
要時間を短縮して、適正な画像読取感度を迅速に設定す
ることができる。
According to the third or eleventh aspect of the present invention, the abnormal value removing operation includes performing a Fourier transform on a predetermined measured amount and removing a predetermined high-frequency component from the frequency-converted measured amount. Since the measurement is performed, by passing the frequency-converted measurement amount through a simple configuration such as a low-pass filter, abnormal values included in the measurement amount can be removed satisfactorily, and only the measurement value indicating a main change tendency is obtained. To extract the optimum image reading sensitivity. According to the fourth aspect of the present invention, the pre-reading operation is performed by setting a different image reading sensitivity to the photosensor array step by step for each row of the subject image. Image data read with different reading sensitivities can be acquired by reading the subject image (one screen) once, shortening the time required for the sensitivity setting process and quickly setting an appropriate image reading sensitivity. can do.

【0059】請求項5記載の発明によれば、所定の測定
量として、被写体画像の画像パターンに対応した明度デ
ータを測定して感度設定処理を行っているので、明度デ
ータのコントラストをフーリエ変換している周波数成分
に変換して高周波成分を除去することにより、明度デー
タに含まれる異常値を良好に排除することができるとと
もに、該明度データのダイナミックレンジ及びその一次
微分値を算出することにより、被写体画像の明暗パター
ンが良好に得られている行を適切に抽出することがで
き、最適な画像読取感度を簡易かつ適切に設定すること
ができる。請求項6記載の発明によれば、フォトセンサ
アレイの画像読取感度は、フォトセンサにおける光蓄積
期間を調整することにより設定制御されるので、画像読
取感度を段階的に変化させて事前読出動作を行い、異常
値が除去された各画像読取感度毎の測定量のダイナミッ
クレンジ及びその一次微分値に基づいて抽出された画像
読取感度を、フォトセンサに設定する光蓄積期間の時間
要素(パルスタイミング)のみで簡易に設定制御するこ
とができ、外光等の環境光の影響を抑制して、正規の被
写体画像を良好に読み取ることができるフォトセンサシ
ステムを提供することができる。
According to the fifth aspect of the present invention, the brightness data corresponding to the image pattern of the subject image is measured and the sensitivity setting process is performed as the predetermined measurement amount, so that the contrast of the brightness data is Fourier transformed. By converting the frequency component into a high-frequency component and removing the high-frequency component, abnormal values included in the brightness data can be satisfactorily eliminated, and by calculating the dynamic range of the brightness data and its first derivative, It is possible to appropriately extract a row in which a light and dark pattern of a subject image is obtained well, and it is possible to easily and appropriately set an optimum image reading sensitivity. According to the sixth aspect of the invention, the image reading sensitivity of the photo sensor array is set and controlled by adjusting the light accumulation period in the photo sensor. A time element (pulse timing) of a light accumulation period in which a dynamic range of a measurement amount for each image reading sensitivity from which an abnormal value has been removed and an image reading sensitivity extracted based on a first derivative thereof are set in a photo sensor. It is possible to provide a photo sensor system that can easily perform setting control only by using only it, suppress the influence of environmental light such as external light, and can read a proper subject image satisfactorily.

【0060】請求項7記載の発明によれば、被写体画像
の正規の読み取り動作の終了後、フォトセンサアレイに
おける第1の電極に印加される実効電圧を最適値にする
ための第1の信号電圧を印加するとともに、フォトセン
サアレイにおける第2の電極に印加される実効電圧を最
適値にするための第2の信号電圧を印加するようにして
いるので、読取感度設定動作、画像読み取り動作におい
てフォトセンサに印加される信号電圧による実効電圧の
偏りを最適化することができ、フォトセンサの素子特性
の劣化や感度特性の変化を抑制して、信頼性の高いフォ
トセンサシステムを提供することができる。
According to the seventh aspect of the present invention, after the normal reading operation of the subject image is completed, the first signal voltage for setting the effective voltage applied to the first electrode in the photo sensor array to an optimum value. And the second signal voltage for making the effective voltage applied to the second electrode in the photosensor array an optimum value, so that the reading sensitivity setting operation and the image reading operation can be performed in the reading sensitivity setting operation and the image reading operation. The bias of the effective voltage due to the signal voltage applied to the sensor can be optimized, the deterioration of the element characteristics of the photosensor and the change of the sensitivity characteristics can be suppressed, and a highly reliable photosensor system can be provided. .

【0061】請求項8記載の発明によれば、フォトセン
サは、半導体層からなるチャネル領域を挟んで形成され
たソース電極及びドレイン電極と、少なくとも前記チャ
ネル領域の上方及び下方に各々絶縁膜を介して形成され
たトップゲート電極及びボトムゲート電極とを有し、ト
ップゲート電極又はボトムゲート電極のいずれか一方を
光照射側として、該光照射側から照射された光の量に対
応する電荷が上記チャネル領域に発生、蓄積される、い
わゆる、ダブルゲート型フォトセンサにより構成されて
いるので、フォトセンサアレイを構成するフォトセンサ
デバイスを薄型化して、フォトセンサシステムが適用さ
れる2次元画像読取装置を小型化することができるとと
もに、読取画素を高密度化して被写体画像を高精細で読
み取ることができる。
According to the invention described in claim 8, the photosensor has a source electrode and a drain electrode formed with a channel region made of a semiconductor layer interposed therebetween, and at least above and below the channel region via an insulating film. Having a top gate electrode and a bottom gate electrode formed by using one of the top gate electrode and the bottom gate electrode as a light irradiation side, and the charge corresponding to the amount of light irradiated from the light irradiation side is the above. Since it is constituted by a so-called double gate type photo sensor generated and accumulated in a channel region, a photo sensor device constituting a photo sensor array is thinned, and a two-dimensional image reading apparatus to which a photo sensor system is applied is provided. It is possible to reduce the size and read the subject image with high definition by increasing the density of the read pixels. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る画像読取装置に適用されるダブル
ゲート型フォトセンサの構造を示す概略断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating a structure of a double-gate photosensor applied to an image reading apparatus according to the present invention.

【図2】ダブルゲート型フォトセンサを2次元配列して
構成されるフォトセンサシステムの概略構成図である。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a photosensor system configured by two-dimensionally arranging double-gate photosensors.

【図3】フォトセンサシステムの一般的な駆動制御方法
を示すタイミングチャートである。
FIG. 3 is a timing chart showing a general drive control method of the photo sensor system.

【図4】ダブルゲート型フォトセンサの動作概念図であ
る。
FIG. 4 is an operation conceptual diagram of a double gate type photo sensor.

【図5】フォトセンサシステムの出力電圧の光応答特性
を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a light response characteristic of an output voltage of the photo sensor system.

【図6】本発明に係るフォトセンサシステムを適用した
2次元画像読取装置の一例を示す概略構成図である。
FIG. 6 is a schematic configuration diagram illustrating an example of a two-dimensional image reading apparatus to which the photo sensor system according to the present invention is applied.

【図7】本発明に係るフォトセンサシステムに適用され
るコントローラの一構成例を示すブロック図である。
FIG. 7 is a block diagram illustrating a configuration example of a controller applied to the photo sensor system according to the present invention.

【図8】本発明に係るフォトセンサシステムの感度設定
方法の一処理手順を示すフローチャートである。
FIG. 8 is a flowchart showing one processing procedure of a sensitivity setting method of the photo sensor system according to the present invention.

【図9】本発明に係るフォトセンサシステムの感度設定
方法の一例を示すタイミングチャートである。
FIG. 9 is a timing chart showing an example of a sensitivity setting method of the photo sensor system according to the present invention.

【図10】本発明に係るフォトセンサシステムの事前読
出動作において、被写体画像の各行毎に画像読取感度を
段階的に変化させて読み込んだ場合の画像データの一例
を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing an example of image data when the image reading sensitivity is changed stepwise for each row of the subject image and read in the pre-reading operation of the photosensor system according to the present invention.

【図11】本発明に係るフォトセンサシステムの事前読
出動作により得られた特定行における各画素毎の明度デ
ータの変化を示すグラフである。
FIG. 11 is a graph showing a change in brightness data for each pixel in a specific row obtained by a pre-read operation of the photo sensor system according to the present invention.

【図12】本発明に係るフォトセンサシステムの事前読
出動作により得られた各行毎のダイナミックレンジ(最
大及び最小の明度データの差)の変化と、ダイナミック
レンジの一次微分値の変化との関係を示すグラフであ
る。
FIG. 12 shows a relationship between a change in a dynamic range (difference between maximum and minimum brightness data) for each row and a change in a primary differential value of the dynamic range obtained by a pre-read operation of the photosensor system according to the present invention. It is a graph shown.

【図13】本発明に係るフォトセンサシステムの事前読
出動作により得られたダイナミックレンジの一次微分値
と、行番号−画像読取感度対応テーブルとの関係を示す
図である。
FIG. 13 is a diagram showing a relationship between a primary differential value of a dynamic range obtained by a pre-read operation of the photo sensor system according to the present invention and a row number-image reading sensitivity correspondence table.

【図14】本発明に係るフォトセンサシステムの事前読
出動作において、被写体画像の各行毎に画像読取感度を
段階的に変化させて読み込んだ場合の画像データの他の
例を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing another example of the image data when the image reading sensitivity is changed step by step in each row of the subject image in the pre-reading operation of the photo sensor system according to the present invention.

【図15】本発明に係るフォトセンサシステムの事前読
出動作により得られた被写体画像中に異物等が存在する
場合における各行毎の明度データのコントラストの分布
と、異常値除去動作後における各行毎の明度データのコ
ントラストの分布を示すグラフである。
FIG. 15 illustrates a distribution of contrast of brightness data of each row when a foreign object or the like is present in a subject image obtained by a pre-read operation of the photo sensor system according to the present invention, and a distribution of brightness data of each row after an abnormal value removing operation. It is a graph which shows distribution of contrast of brightness data.

【図16】本発明に係るフォトセンサシステムに良好に
適用することができる画像読取感度(光蓄積期間)の設
定方法の他の例を示すタイミングチャートである。
FIG. 16 is a timing chart showing another example of a method of setting an image reading sensitivity (light accumulation period) that can be favorably applied to the photo sensor system according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 ダブルゲート型フォトセンサ 100 フォトセンサアレイ 111 トップゲートドライバ 112 ボトムゲートドライバ 113 出力回路 114 コラムスイッチ 115 プリチャージスイッチ 116 アンプ 117 A/Dコンバータ 120 コントローラ 121 デバイスコントローラ 122 データコントローラ 123 メインコントローラ 124 異常値除去部 124a フーリエ変換部 124b フィルタ部 124c 逆フーリエ変換部 125 データ比較器 126 加算器 127 データセレクタ 128 感度設定レジスタ 130 RAM 200 外部機能部 Reference Signs List 10 double gate type photo sensor 100 photo sensor array 111 top gate driver 112 bottom gate driver 113 output circuit 114 column switch 115 precharge switch 116 amplifier 117 A / D converter 120 controller 121 device controller 122 data controller 123 main controller 124 abnormal value removal Unit 124a Fourier transform unit 124b Filter unit 124c Inverse Fourier transform unit 125 Data comparator 126 Adder 127 Data selector 128 Sensitivity setting register 130 RAM 200 External function unit

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 フォトセンサを2次元配列して構成され
るフォトセンサアレイを備え、画像読取感度の設定のた
めに画像読取感度を変化させながら被写体画像を読み取
る事前読出動作を行うフォトセンサシステムにおいて、 前記各画像読取感度における前記被写体画像の画像パタ
ーンに関連する所定の測定量のうち、該測定値の主要な
変化傾向から逸脱した異常値を除去する異常値除去手段
と、 前記異常値が除去された前記測定値に基づいて、前記被
写体画像の読み取り動作に適する前記画像読取感度を抽
出する読取感度抽出手段と、 前記抽出された画像読取感度を、前記被写体画像の正規
の読み取り動作時に設定する読取感度設定手段と、を有
することを特徴とするフォトセンサシステム。
1. A photosensor system comprising a photosensor array configured by two-dimensionally arranging photosensors and performing a pre-read operation for reading a subject image while changing the image reading sensitivity for setting the image reading sensitivity. An abnormal value removing unit that removes an abnormal value that deviates from a main change tendency of the measured value among predetermined measured amounts related to the image pattern of the subject image at each of the image reading sensitivities; Reading sensitivity extracting means for extracting the image reading sensitivity suitable for the reading operation of the subject image based on the measured value thus obtained; and setting the extracted image reading sensitivity at the time of the normal reading operation of the subject image. And a reading sensitivity setting unit.
【請求項2】 前記読取感度抽出手段は、前記異常値が
除去された前記測定値のデータ範囲が極大となり、か
つ、前記データ範囲の前記各画像読取感度相互における
変位が最小となる前記画像読取感度を抽出することを特
徴とする請求項1記載のフォトセンサシステム。
2. The image reading apparatus according to claim 1, wherein the reading sensitivity extracting unit is configured to read out the image in which the data range of the measurement value from which the abnormal value has been removed is maximized, and the displacement of the data range between the image reading sensitivities is minimized. The photosensor system according to claim 1, wherein sensitivity is extracted.
【請求項3】 前記異常値除去手段は、前記所定の測定
量に対してフーリエ変換を行い、周波数変換された前記
測定量から所定の高周波成分を除去することにより、前
記異常値を除去することを特徴とする請求項1記載のフ
ォトセンサシステム。
3. The abnormal value removing unit removes the abnormal value by performing a Fourier transform on the predetermined measured amount and removing a predetermined high-frequency component from the frequency-converted measured amount. The photosensor system according to claim 1, wherein:
【請求項4】 前記被写体画像の事前読出動作は、前記
被写体画像の各行毎に段階的に異なる画像読取感度を、
前記フォトセンサアレイに設定して実行されることを特
徴とする請求項1記載のフォトセンサシステム。
4. The pre-reading operation of the subject image includes the steps of:
2. The photo sensor system according to claim 1, wherein the photo sensor system is set and executed in the photo sensor array.
【請求項5】 前記所定の測定量は、前記被写体画像の
画像パターンに対応した明度データであることを特徴と
する請求項1記載のフォトセンサシステム。
5. The photosensor system according to claim 1, wherein the predetermined measurement amount is brightness data corresponding to an image pattern of the subject image.
【請求項6】 前記フォトセンサアレイの画像読取感度
は、前記フォトセンサにおける光蓄積期間を調整するこ
とにより設定制御されることを特徴とする請求項1記載
のフォトセンサシステム。
6. The photosensor system according to claim 1, wherein the image reading sensitivity of the photosensor array is set and controlled by adjusting a light accumulation period in the photosensor.
【請求項7】 前記フォトセンサシステムは、前記フォ
トセンサアレイにおける第1の電極に印加される実効電
圧を最適値にするための第1の信号電圧を印加するとと
もに、前記フォトセンサアレイにおける第2の電極に印
加される実効電圧を最適値にするための第2の信号電圧
を印加する実効電圧調整手段を具備することを特徴とす
る請求項1乃至5のいずれかに記載のフォトセンサシス
テム。
7. The photo sensor system applies a first signal voltage for optimizing an effective voltage applied to a first electrode in the photo sensor array and a second signal voltage in the photo sensor array. 6. The photosensor system according to claim 1, further comprising an effective voltage adjusting unit that applies a second signal voltage for setting an effective voltage applied to the electrodes to an optimum value.
【請求項8】 前記フォトセンサは、半導体層からなる
チャネル領域を挟んで形成されたソース電極及びドレイ
ン電極と、少なくとも前記チャネル領域の上方及び下方
に各々絶縁膜を介して形成されたトップゲート電極及び
ボトムゲート電極と、を有し、 前記トップゲート電極又は前記ボトムゲート電極のいず
れか一方を光照射側として、該光照射側から照射された
光の量に対応する電荷が前記チャネル領域に発生、蓄積
される構成を有していることを特徴とする請求項1乃至
6のいずれかに記載のフォトセンサシステム。
8. The photosensor includes a source electrode and a drain electrode formed with a channel region made of a semiconductor layer interposed therebetween, and a top gate electrode formed at least above and below the channel region with an insulating film interposed therebetween. And a bottom gate electrode, wherein one of the top gate electrode and the bottom gate electrode is used as a light irradiation side, and a charge corresponding to the amount of light irradiated from the light irradiation side is generated in the channel region. The photosensor system according to any one of claims 1 to 6, wherein the photosensor system has a configuration for storing.
【請求項9】 フォトセンサを2次元配列して構成され
るフォトセンサアレイを備え、画像読取感度の設定のた
めに画像読取感度を変化させながら被写体画像を読み取
る事前読出動作を行うフォトセンサシステムの感度設定
方法において、 前記各画像読取感度における前記被写体画像の画像パタ
ーンに関連する所定の測定量のうち、該測定値の主要な
変化傾向から逸脱した異常値を除去する手順と、 前記異常値が除去された前記測定値に基づいて、前記被
写体画像の読み取り動作に適する前記画像読取感度を抽
出する手順と、 前記抽出された画像読取感度を、前記被写体画像の正規
の読み取り動作時に設定する手順と、を含むことを特徴
とするフォトセンサシステムの感度設定方法。
9. A photosensor system comprising: a photosensor array configured by two-dimensionally arranging photosensors; and performing a pre-read operation for reading a subject image while changing the image reading sensitivity for setting the image reading sensitivity. In the sensitivity setting method, a step of removing an abnormal value deviating from a main change tendency of the measured value among predetermined measurement amounts related to the image pattern of the subject image at each of the image reading sensitivities; A step of extracting the image reading sensitivity suitable for the reading operation of the subject image based on the removed measurement value; and a step of setting the extracted image reading sensitivity at the time of the normal reading operation of the subject image. And a sensitivity setting method for a photosensor system.
【請求項10】 前記画像読取感度を抽出する手順は、
前記異常値が除去された前記測定値のデータ範囲が極大
となり、かつ、前記データ範囲の前記各画像読取感度相
互における変位が最小となる前記画像読取感度を抽出す
ることにより行うことを特徴とする請求項9記載のフォ
トセンサシステムの感度設定方法。
10. The procedure for extracting the image reading sensitivity is as follows:
The measurement is performed by extracting the image reading sensitivity at which the data range of the measurement value from which the abnormal value has been removed is maximized and the displacement between the image reading sensitivities of the data range is minimized. The sensitivity setting method for a photosensor system according to claim 9.
【請求項11】 前記所定の測定量から異常値を除去す
る手順は、前記所定の測定量に対してフーリエ変換を行
い、周波数変換された前記測定量から所定の高周波成分
を除去することにより行うことを特徴とする請求項9記
載のフォトセンサシステムの感度設定方法。
11. The step of removing an abnormal value from the predetermined measurement amount is performed by performing a Fourier transform on the predetermined measurement amount and removing a predetermined high-frequency component from the frequency-converted measurement amount. The method for setting sensitivity of a photosensor system according to claim 9, wherein:
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