JP3135309B2 - Photoelectric conversion device and information processing device - Google Patents
Photoelectric conversion device and information processing deviceInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、ファクシミリ装置、デ
ジタル複写機等の画像読取り装置に用いられる画像読取
り装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image reading apparatus used for an image reading apparatus such as a facsimile machine and a digital copying machine.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、ファクシミリやデジタル複写機等
のいわゆる電子事務機の普及に伴い、小型で低コストの
画像読取り装置の需要が高まっている。そこで、原稿を
読み取り位置に保持する為の原稿保持手段により保持さ
れた原稿に直接接触できるとともに、結像系が不要であ
るかまたは、結像系の光路長の短い等倍型の画像読取り
装置が注目されている。この様な画像読取り装置に用い
られる光電変換部としては、CCDが代表的だが、アモ
ルファスシリコンやCdSに代表される非単結晶半導体
を材料とするものも、その低価格性と大面積に素子を作
り込めることを主な特徴として開発が盛んに行われてい
る。2. Description of the Related Art In recent years, with the spread of so-called electronic office machines such as facsimile machines and digital copiers, there has been an increasing demand for small-sized and low-cost image reading apparatuses. Therefore, a direct-magnification type image reading apparatus which can directly contact the original held by the original holding means for holding the original at the reading position and which does not require an imaging system or has a short optical path length of the imaging system Is attracting attention. As a photoelectric conversion unit used in such an image reading device, a CCD is a typical example, but a device using a non-single-crystal semiconductor such as an amorphous silicon or CdS as a material has a low cost and a large area. The main feature is that it can be built, and development is being actively pursued.
【0003】非晶質半導体を用いた光電変換素子として
は電極からの電荷の注入を許す光導電型と注入を許さな
い光ダイオード型とに分けられる。光導電型は一般に変
換効率が高く、大きな信号を取ることができ、また低コ
ストでの製造が可能であるという長所を持っている。ま
た、半導体に対してオーミック接合をなす一対のソー
ス、ドレイン電極が同一の電極材料を持って構成される
いわゆるコプラナー型の光導電型素子は、電荷蓄積用の
MISキャパシタ、電荷転送用の薄膜トランジスタと共
通の膜構成で形成できるため、信号処理部を同時に作り
込めるという長所も有している。[0003] Photoelectric conversion elements using an amorphous semiconductor are classified into a photoconductive type that allows injection of charge from an electrode and a photodiode type that does not allow injection. The photoconductive type generally has advantages of high conversion efficiency, capable of receiving a large signal, and capable of being manufactured at low cost. In addition, a so-called coplanar type photoconductive element in which a pair of source and drain electrodes forming an ohmic junction with a semiconductor has the same electrode material is a MIS capacitor for charge storage and a thin film transistor for charge transfer. Since they can be formed with a common film configuration, they also have an advantage that a signal processing unit can be simultaneously formed.
【0004】しかし、光導電型センサは、光入力の変化
に対する応答、いわゆる光応答が数桁遅いという改善す
べき点がある。光導電型センサの光応答が遅い理由は、
例えば特開昭62−193364号公報に述べられてい
る通りである。この遅い光応答ゆえに、画像読取り装置
として高速化が困難、あるいは読取り画像品位が劣る等
の問題が生じる。However, the photoconductive sensor has a point to be improved in that a response to a change in light input, that is, a so-called light response is several orders of magnitude slower. The reason for the slow photoresponse of the photoconductive sensor is that
For example, as described in JP-A-62-193364. Due to the slow light response, there arise problems such as difficulty in increasing the speed of the image reading device and inferior quality of the read image.
【0005】かかる問題点を解決するために、本発明の
1つは、光情報を電気情報に変換する為の画素として、
光を受けることにより導電率が変化する光導電型素子
と、光を受けることにより容量が変化する光容量変化素
子と、を具備する光電変換装置であって、前記光導電型
素子の一方の電極と前記光容量変化素子の一方の電極と
が短絡され、前記光導電型素子の他方の電極と前記光容
量変化素子の他方の電極とが短絡されており、且つ、前
記光導電型素子の受光面と前記光容量変化素子の受光面
とが独立して並置されていることを特徴とする。In order to solve such a problem, one of the present invention is to provide a pixel for converting optical information into electric information.
A photoelectric conversion device comprising: a photoconductive element whose conductivity is changed by receiving light; and a photocapacitance change element whose capacity is changed by receiving light, wherein one electrode of the photoconductive element is And one electrode of the photo-capacitance changing element is short-circuited, the other electrode of the photo-conductivity-type element and the other electrode of the photo-capacitance changing element are short-circuited, A surface and a light receiving surface of the optical capacitance changing element are independently juxtaposed.
【0006】上記本発明によれば、入射光量に応じて容
量が変化する光容量変化素子が、入射光量の変化に対し
て電荷を微分的に出力し、光応答の遅い光導電型素子の
出力する電荷電流と、光応答的に補償し合うように作用
することにより、光応答の速い光電変換部をつくること
を可能とするものである。According to the present invention, an optical capacitance changing element whose capacity changes in accordance with the amount of incident light outputs charges differentially with respect to the change in the amount of incident light, and the output of the photoconductive element having a slow optical response. By acting so as to compensate for the charge current in a photo-responsive manner, it is possible to produce a photoelectric conversion section with a fast photo-response.
【0007】一方、従来技術には別の解決すべき課題も
ある。図1に一例として、従来のダイオード型の光電変
換素子を用いた等倍型光電変換装置の断面説明図を示
す。図1に示すように、a−Si等を用いたダイオード
型の光電変換素子30は、照明光の直接光の遮光を兼ね
るAl等の金属からなる不透明な第1の電極31、n型
a−Si:H等のホールブロッキング層32、a−S
i:H等の半導体層33、p型a−Si:H等の電子ブ
ロッキング層34およびITO等の透明な導体から成る
第2の電極35をガラス等の透明基板1上に順次積層、
パターニングし構成される。On the other hand, the prior art has another problem to be solved. FIG. 1 shows, as an example, a cross-sectional explanatory view of a unit-size photoelectric conversion device using a conventional diode-type photoelectric conversion element. As shown in FIG. 1, a diode-type photoelectric conversion element 30 using a-Si or the like has an opaque first electrode 31 made of a metal such as Al, which also serves as a light-shielding element for directly illuminating light. Hole blocking layer 32 of Si: H or the like, a-S
i: a semiconductor layer 33 such as H, an electron blocking layer 34 such as p-type a-Si: H, and a second electrode 35 made of a transparent conductor such as ITO are sequentially laminated on a transparent substrate 1 such as glass.
It is patterned and configured.
【0008】読出しスイッチの薄膜トランジスタ部20
は、照明光の直接光の遮光を兼ねるAl等の金属からな
る不透明なゲート電極21、SiOx、SiNx等から
なる絶縁層22、a−Si:H等の半導体層23、オー
ミックコンタクトをとるためのドーピング層24、およ
びAl等から成るソース電極25、ドレイン電極26が
ガラス等の透明基板1上に順次積層、パターニングし構
成される。The thin film transistor section 20 of the read switch
Are an opaque gate electrode 21 made of a metal such as Al which also serves as a shield of direct light of illumination light, an insulating layer 22 made of SiOx, SiNx or the like, a semiconductor layer 23 made of a-Si: H or the like, and an ohmic contact. A doping layer 24, a source electrode 25 made of Al or the like, and a drain electrode 26 are sequentially laminated and patterned on a transparent substrate 1 made of glass or the like.
【0009】光電変換素子30と薄膜トランジスタ20
上に原稿とのスペーサを兼ねる透明絶縁層2を設ける。
また、これらを配置した透明基板1の下部に、原稿を照
明する光源(図示せず)が配置される。光源から放射し
た光50は、透明基板1、透明絶縁層2を通って原稿1
00を照射する。原稿の濃淡に応じた反射光51が、光
電変換素子30の第2の電極35および電子ブロッキン
グ層34を透過し、半導体層33が照射されることによ
り、半導体層33内で電子−ホール対が生成され、電子
は第1の電極に、ホールは第2の電極に向って走行し、
第1と第2の電極の間に光電流が流れる。The photoelectric conversion element 30 and the thin film transistor 20
A transparent insulating layer 2 also serving as a spacer for a document is provided thereon.
Further, a light source (not shown) for illuminating the original is arranged below the transparent substrate 1 on which these are arranged. The light 50 emitted from the light source passes through the transparent substrate 1 and the transparent insulating layer 2 and passes through the original 1
Irradiate 00. The reflected light 51 corresponding to the density of the document passes through the second electrode 35 and the electron blocking layer 34 of the photoelectric conversion element 30 and irradiates the semiconductor layer 33, so that an electron-hole pair is formed in the semiconductor layer 33. Generated, the electrons travel toward the first electrode, the holes travel toward the second electrode,
Photocurrent flows between the first and second electrodes.
【0010】この光電流を薄膜トランジスタ20を用い
て、例えば、図2に示すような回路で電気信号として読
み出す。図2において、薄膜トランジスタ20がON状
態になると、ダイオード型の光電変換素子30の両端の
電位は電源200の電位と接地電位に決められる。すな
わち、光電変換素子30の内部容量がリセットされ、A
点の電位は接地電位となる。薄膜トランジスタ20がO
FF状態となると、光電変換素子30を流れる光電流に
より、内部容量が充電され、時間と共にA点の電位が上
昇する。再び、薄膜トランジスタ20がON状態となり
内部容量をリセットする時に流れる電流を電流アンプ2
01により検出することにより、入射光量に応じた電気
信号202が得られる。The photocurrent is read out as an electric signal by using the thin film transistor 20 by, for example, a circuit as shown in FIG. 2, when the thin film transistor 20 is turned on, the potentials at both ends of the diode-type photoelectric conversion element 30 are determined to be the potential of the power supply 200 and the ground potential. That is, the internal capacitance of the photoelectric conversion element 30 is reset, and A
The potential of the point becomes the ground potential. The thin film transistor 20 is O
In the FF state, the internal capacitance is charged by the photocurrent flowing through the photoelectric conversion element 30, and the potential at the point A increases with time. The current flowing when the thin film transistor 20 is turned on again to reset the internal capacitance is again supplied to the current amplifier 2.
01, an electric signal 202 corresponding to the amount of incident light is obtained.
【0011】しかしながら、図1、2に示したようにダ
イオード型の光電変換素子は、その素子の層構成が一般
にはサンドイッチ型をとるため、信号読み出し用のスイ
ッチとなる薄膜トランジスタと構成が異なり、薄膜トラ
ンジスタを形成後、光電変換素子を形成するプロセスが
必要となり、プロセスが複雑になり、製造コストが上が
るという改善すべき課題を有していた。However, as shown in FIGS. 1 and 2, the diode-type photoelectric conversion element has a different layer structure from the thin-film transistor serving as a signal reading switch because the layer structure of the element is generally a sandwich type. After the formation, a process of forming a photoelectric conversion element is required, and the process is complicated, and there is a problem to be improved that the manufacturing cost is increased.
【0012】また、光電変換素子としてコプラナ型の光
導電型素子を用いると、薄膜トランジスタと同一のプロ
セスで光電変換装置を構成できるが、光導電型の素子は
光入力の変化に対する応答(光応答)が遅く、高速動作
に向かないとされている。When a coplanar photoconductive element is used as a photoelectric conversion element, a photoelectric conversion device can be formed in the same process as a thin film transistor. However, the photoconductive element has a response to a change in light input (photoresponse). Is slow and not suitable for high-speed operation.
【0013】本発明のもう1つの目的は、この様な現状
に鑑み、光応答が速く、かつ、信号読み出し用のスイッ
チ手段となる薄膜トランジスタと同様の構成をもつ光電
変換素子を用いて高速、かつ小型で安価な光電変換装置
を提供することにある。Another object of the present invention is to provide a high-speed and high-speed photoelectric conversion device using a photoelectric conversion element having the same configuration as a thin film transistor serving as a switch for reading out a signal in view of the above situation. It is to provide a small and inexpensive photoelectric conversion device.
【0014】かかる目的を達成するために、本発明は、
光を受けることにより容量が変化する光容量変化素子と
該光容量変化素子の容量変化に基づく信号を読出す為の
薄膜トランジスタを同一基板上に具備する光電変換装置
において、前記光容量変化素子は、第1の電極と絶縁層
と、第1の半導体層と、受光面を提供する第1のドーピ
ング層とを有し、前記薄膜トランジスタは、ゲート電極
と、ゲート絶縁層と、第2の半導体層と、第2のドーピ
ング層と、ソース及びドレイン電極とを有し、前記絶縁
層と前記ゲート絶縁層、前記第1の半導体層と前記第2
の半導体層、前記第1のドーピング層と前記第2のドー
ピング層がそれぞれ同時に形成された共通の層から作製
されたものであることを特徴とする。In order to achieve such an object, the present invention provides:
In a photoelectric conversion device including, on the same substrate, an optical capacitance changing element whose capacitance changes by receiving light and a thin film transistor for reading a signal based on a capacitance change of the optical capacitance changing element, the optical capacitance changing element includes: A thin film transistor including a first electrode, an insulating layer, a first semiconductor layer, and a first doping layer providing a light receiving surface, wherein the thin film transistor includes a gate electrode, a gate insulating layer, a second semiconductor layer; , A second doping layer, source and drain electrodes, the insulating layer and the gate insulating layer, the first semiconductor layer and the second
Wherein the semiconductor layer, the first doping layer and the second doping layer are each formed from a common layer formed simultaneously.
【0015】光容量変化素子は光によりその容量が変化
するが、その応答速度は光導電型の受光素子に比べて十
分に速く、また、光容量変化素子の構成は読出しスイッ
チ手段として用いる薄膜トランジスタと同じであるた
め、光応答が速く、かつ、小型で安価な光電変換装置を
構成することが可能となる。The capacitance of the optical capacitance changing element changes due to light, but its response speed is sufficiently faster than that of the photoconductive light receiving element. The configuration of the optical capacitance changing element is the same as that of the thin film transistor used as the readout switch means. Since they are the same, it is possible to configure a small and inexpensive photoelectric conversion device with a fast optical response.
【0016】[0016]
【実施例】以上の通り、本発明は光を受けることにより
静電容量の変化する光容量変化素子を利用して光応答性
を改善することにあるが、その詳細は以下に述べる各実
施例により容易に理解できるであろう。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS As described above, the present invention is to improve the light responsiveness by using a light capacitance changing element whose capacitance changes by receiving light. Will be easier to understand.
【0017】(第1の実施例) 図3は、本発明の一画素分の情報を読み取る光電変換素
子エリアの断面図並びに上面図である。図3に示した本
発明の光電変換素子エリアの製造方法について説明す
る。FIG. 3 is a sectional view and a top view of a photoelectric conversion element area for reading information of one pixel of the present invention. A method for manufacturing the photoelectric conversion element area of the present invention shown in FIG. 3 will be described.
【0018】(1)絶縁性基板1にMISコンデンサの
下電極2をCrで選択形成し、続いてMISコンデンサ
の絶縁膜3となる水素化アモルファスシリコン窒化膜
(a−SiNx:H以下窒化シリコン膜)を1000
Å、薄膜半導体4となる水素化アモルファスシリコン
(以下a−Si:H)を6500Å、n+層5を500
ÅプラズマCVD法により、順次堆積する。(1) A lower electrode 2 of a MIS capacitor is selectively formed on an insulating substrate 1 by using Cr, and then a hydrogenated amorphous silicon nitride film (a-SiNx: H or less silicon nitride film) to be an insulating film 3 of the MIS capacitor. ) To 1000
{6500 of hydrogenated amorphous silicon (hereinafter a-Si: H) to be the thin film semiconductor 4} and 500 of the n + layer 5
順次 Deposit sequentially by plasma CVD.
【0019】(2)後でソース、ドレイン電極6、7と
なるアルミニュウムを10000Åスパッタリング法で
堆積後、ソース、ドレイン電極のパターンに形成する。(2) Aluminum, which will be the source and drain electrodes 6 and 7 later, is deposited by a 10000 ° sputtering method and then formed into a pattern of the source and drain electrodes.
【0020】(3)つぎに感光性レジストを所望のパタ
ーンにパターニング後、感光性レジストをマスクとして
光導電型素子のソース、ドレイン電極間のn+層をRI
Eによりエッチング、除去する。(3) Next, after patterning the photosensitive resist into a desired pattern, the n + layer between the source and drain electrodes of the photoconductive element is subjected to RI using the photosensitive resist as a mask.
Etching and removal by E.
【0021】(4)さらに所望のパターンに感光性レジ
ストでパターニング後、素子分離をRIEで行う。(4) After patterning with a photosensitive resist into a desired pattern, element separation is performed by RIE.
【0022】(5)上記工程(4)で形成された薄膜半
導体の表面に窒化シリコン膜の保護層(不図示)をプラ
ズマCVD法により形成し、さらに所望のパターンに感
光性レジストでパターニング後、各電極のワイヤーボン
ディングパッドを露出させる。(5) A protective layer (not shown) of a silicon nitride film is formed on the surface of the thin film semiconductor formed in the above step (4) by a plasma CVD method, and is further patterned into a desired pattern by a photosensitive resist. The wire bonding pad of each electrode is exposed.
【0023】(6)N2環境下で80℃30分、150
℃30分、200℃120分のステップでアニールを行
い、12時間かけて室温まで徐冷する。(6) Under N 2 environment, 80 ° C. for 30 minutes, 150
Annealing is performed in steps of 30 ° C. for 30 minutes and 200 ° C. for 120 minutes, and gradually cooled to room temperature over 12 hours.
【0024】(7)上記工程(5)で露出せしめた各パ
ッドにワイヤーボンディングを行い、以上形成してきた
光電変換素子エリアに電源と電流アンプICを接続す
る。(7) Wire bonding is performed on each of the pads exposed in the step (5), and a power supply and a current amplifier IC are connected to the photoelectric conversion element area formed as described above.
【0025】以上のようにして、本発明の第1の実施例
の光電変換素子エリアは作製される。As described above, the photoelectric conversion element area according to the first embodiment of the present invention is manufactured.
【0026】本発明の効果を明らかにするために、上述
した工程により同一基板上に、光導電型素子(A)及
び、MIS型光容量変化素子(B)を単ビット素子とし
て作成して、その特性を測定した。In order to clarify the effects of the present invention, the photoconductive element (A) and the MIS type optical capacitance change element (B) are formed as single bit elements on the same substrate by the above-described steps. Its properties were measured.
【0027】図4は、光導電型素子(A)及び、MIS
型光容量変化素子(B)の各単ビット素子の入射光の変
化に対する出力電流の変化である。光容量変化素子は、
光がONした時に電流が流れ、ある時定数をもって流れ
なくなる。光がOFFした時は負の電流が流れ、ある時
定数をもって流れなくなる。光導電型素子は、光がON
した瞬間はほとんど暗電流しか流れず、ある時定数をも
って光電流の定常値に向かう。光がOFFした時は光電
流の定常値から、ある時定数をもって暗電流に向かう。
すなわち、両者は光応答的に相補的な関係にあり、両者
の電流を加えれば、光導電型素子のゲインを持った光電
流の定常値と光容量素子の速い光応答を両立する光電変
換素子エリアの実現が可能となる。FIG. 4 shows the photoconductive element (A) and the MIS
It is a change of an output current with respect to a change of incident light of each single bit element of the type optical capacitance changing element (B). The optical capacitance change element
When the light is turned on, a current flows and stops flowing with a certain time constant. When the light is turned off, a negative current flows and stops flowing with a certain time constant. Light is ON for photoconductive element
At that moment, almost only the dark current flows, and it goes to a steady value of the photocurrent with a certain time constant. When the light is turned off, it goes from a steady value of the photocurrent to a dark current with a certain time constant.
That is, the two have a complementary relationship in terms of photoresponse, and when currents of both are added, a photoelectric conversion element that achieves both a steady value of photocurrent having a gain of a photoconductive element and a fast photoresponse of a photocapacitance element. Areas can be realized.
【0028】図3は、図4で用いた光導電型素子及び、
MIS型光容量変化素子を並列的に内部接続した本発明
の光電変換エリアの断面並びに上面図、図5は外部電源
と電流計とを含めた等価回路図、図6は得られた光応答
である。光容量素子が光応答改善に寄与していることが
示されている。FIG. 3 shows the photoconductive element used in FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view and a top view of the photoelectric conversion area of the present invention in which the MIS type optical capacitance changing elements are internally connected in parallel, FIG. 5 is an equivalent circuit diagram including an external power supply and an ammeter, and FIG. is there. It is shown that the optical capacitance element contributes to the improvement of the optical response.
【0029】図7(a),(b)は光電変換エリアの面
積を光導電型素子と光容量変化素子とで振り分ける面積
比を変化させていった場合の光電変換エリアの光応答の
様子である。光導電型素子の面積を減らし、光容量変化
素子の面積を増やしていくにしたがって、取り出せる光
電流の定常値は減少していくが、入射光の変化に対する
微分成分は大きくなり、見かけの光応答はよくなってい
く。このように、ある光電変換素子エリアの面積の中
で、相対的に光導電型素子の面積を減らし、光容量変化
素子の面積を増やしていくことにより、実際に図7
(c)に示すような光応答特性を持つものを得ることが
できた。FIGS. 7 (a) and 7 (b) show the optical response of the photoelectric conversion area when the area ratio of the photoelectric conversion area is divided between the photoconductive element and the photo-capacitance changing element. is there. As the area of the photoconductive element is reduced and the area of the photocapacitance change element is increased, the steady-state value of the photocurrent that can be extracted decreases, but the differential component with respect to the change in incident light increases, resulting in an apparent optical response. Is getting better. As described above, by relatively reducing the area of the photoconductive element and increasing the area of the optical capacitance changing element in the area of a certain photoelectric conversion element area, the area shown in FIG.
One having the optical response characteristic as shown in (c) could be obtained.
【0030】図8は図7(c)で得られた光電変換素子
の光量依存である。200ルクスの入射光でも20ルク
スの入射光でも光応答波形は、変わらず、本発明が応答
の速い光電変換エリアとして画像読取り等の用途にも使
えることを示している。以上述べたように、電流アンプ
を接続することで、光応答の優れた電流波形を電圧に変
換できるので、本発明の光電変換素子エリアを複数個な
らべて1対1に電流アンプを接続することで、応答の速
い画像読み取り装置を実現できるのは言うまでもない。FIG. 8 shows the dependence of the photoelectric conversion element obtained in FIG. 7C on the amount of light. The optical response waveform does not change with the incident light of 200 lux or the incident light of 20 lux, indicating that the present invention can be used as a photoelectric conversion area having a fast response, such as for image reading. As described above, by connecting a current amplifier, a current waveform having excellent optical response can be converted into a voltage. Therefore, it is necessary to connect a current amplifier in a one-to-one manner by arranging a plurality of photoelectric conversion element areas according to the present invention. Therefore, it goes without saying that an image reading apparatus with a high response speed can be realized.
【0031】従来、複数のタイプの光電変換素子を組み
合わせて1個の画素情報を読み取るという光電変換素子
エリアの考え方はなかった。本発明は、光に対して定常
的にゲインをもって光電流を出力する光導電型の特徴を
生かしつつ、光容量変化素子によって、光応答の欠点を
補うものであり、簡易な作製プロセスの優位性も信号処
理部との両立性も何等損なわれることがない。Conventionally, there has been no idea of a photoelectric conversion element area in which a plurality of types of photoelectric conversion elements are combined to read one piece of pixel information. The present invention makes use of the characteristics of the photoconductive type, which constantly outputs a photocurrent with a gain to light, and compensates for the shortcomings of the optical response by using an optical capacitance change element. Also, the compatibility with the signal processing unit is not impaired at all.
【0032】(第2の実施例) 本発明の第2の実施例は、1次元センサアレイとして、
第1の実施例の工程で作成された光電変換エリア、及び
これと同一の工程で作成される信号電荷蓄積用MIS型
キャパシタ、薄膜トランジスタ等からなる駆動回路を用
いて構成する。図9に本実施例の回路の一例を示す。但
し、ここでは9個の光電変換エリアをもつセンサアレイ
の場合を取り上げる。Second Embodiment A second embodiment of the present invention relates to a one-dimensional sensor array.
The photoelectric conversion area is formed by using the photoelectric conversion area formed in the process of the first embodiment, and the driving circuit including the MIS capacitor for storing signal charges, the thin film transistor, and the like formed in the same process. FIG. 9 shows an example of the circuit of this embodiment. Here, a case of a sensor array having nine photoelectric conversion areas will be described.
【0033】光電変換エリアS11〜S33は、第1の
実施例と同様、本発明の光導電変換素子と光容量変化素
子を両方具備するものである。As in the first embodiment, the photoelectric conversion areas S11 to S33 are provided with both the photoconductive conversion element of the present invention and the light capacity change element.
【0034】同図において、光電変換エリアS11〜S
33は、3個で1ブロックを構成し、3ブロックで光電
変換エリアアレイを構成している。光電変換エリアS1
1〜S33に各々対応している蓄積容量CS1〜CS3
3、スイッチングトランジスタT11〜T33も同様で
ある。In the figure, photoelectric conversion areas S11 to S11
Reference numeral 33 denotes one block composed of three components, and a photoelectric conversion area array composed of three blocks. Photoelectric conversion area S1
Storage capacitances CS1 to CS3 respectively corresponding to S1 to S33
3. The same applies to the switching transistors T11 to T33.
【0035】また光電変換エリアS11〜S33の各ブ
ロック内で同一順番を有する個別電極は、各々スイッチ
ングトランジスタT11〜T33を介して、共通線10
1〜103の一つに接続されている。The individual electrodes having the same order in each block of the photoelectric conversion areas S11 to S33 are connected to the common line 10 via the switching transistors T11 to T33, respectively.
1 to 103.
【0036】次にこのような構成を有する光電変換部の
動作を、タイミングチャートを図10に示して説明す
る。Next, the operation of the photoelectric conversion unit having such a configuration will be described with reference to a timing chart shown in FIG.
【0037】まず光電変換エリアS11〜S33に光が
入射すると、その強度に応じて電源105からコンデン
サCS11〜CS33に電荷が蓄積される。First, when light enters the photoelectric conversion areas S11 to S33, electric charges are accumulated in the capacitors CS11 to CS33 from the power supply 105 according to the intensity.
【0038】そして、まずシフトレジスタ201の第1
の並列端子からハイレベルが出力され、スイッチングト
ランジスタT11〜T13がオン状態になる。The first of the shift registers 201
, A high level is output from the parallel terminals, and the switching transistors T11 to T13 are turned on.
【0039】スイッチングトランジスタT11〜T13
がオン状態となることで、コンデンサCS11〜CS1
3に蓄積されていた電荷が、それぞれコンデンサCL1
〜CL3へ転送される。Switching transistors T11 to T13
Are turned on, the capacitors CS11 to CS1
3 are stored in the capacitor CL1.
To CL3.
【0040】続いて、シフトレジスタ203から出力さ
れるハイレベルがシフトして、スイッチングトランジス
タTS1〜TS3が順次オン状態となる。Subsequently, the high level output from the shift register 203 shifts, and the switching transistors TS1 to TS3 are sequentially turned on.
【0041】これによって、コンデンサCL1〜CL3
に転送され蓄積された第1ブロックの光情報がアンプ2
04を通って順次読み出される。第1ブロックの情報が
読み出されると、端子104にハイレベルが印加され、
スイッチングトランジスタRS1〜RS3は同時にオン
状態となる。Thus, the capacitors CL1 to CL3
The optical information of the first block transferred and stored in the
04 sequentially read out. When the information of the first block is read, a high level is applied to the terminal 104,
The switching transistors RS1 to RS3 are simultaneously turned on.
【0042】この動作により、コンデンサCL1〜CL
3の残留電荷が完全に放電される。コンデンサCL1〜
CL3の残留電荷が完全に放電された時点で、シフトレ
ジスタ201がシフトし、第2の並列端子からハイレベ
ルが出力される。これによってスイッチングトランジス
タT21〜T23がオン状態になり、第2ブロックのコ
ンデンサCS21〜CS23に蓄積されている電荷がコ
ンデンサCL1〜CL3へ転送される。同時点において
シフトレジスタ202の第1の並列端子からハイレベル
が出力され、スイッチングトランジスタR11〜R13
がオン状態となり、コンデンサCS11〜CS13の残
留電荷が完全に放電される。By this operation, the capacitors CL1 to CL
3 are completely discharged. Capacitor CL1
When the residual charge of CL3 is completely discharged, the shift register 201 shifts, and a high level is output from the second parallel terminal. As a result, the switching transistors T21 to T23 are turned on, and the charges accumulated in the capacitors CS21 to CS23 of the second block are transferred to the capacitors CL1 to CL3. At the same time, a high level is output from the first parallel terminal of the shift register 202, and the switching transistors R11 to R13
Is turned on, and the residual charges of the capacitors CS11 to CS13 are completely discharged.
【0043】このように、第1ブロックのコンデンサC
S11〜CS13の放電動作と、第2ブロックのコンデ
ンサCS21〜CS23に蓄積されている電荷がコンデ
ンサCL1〜CL3へ転送される転送動作と並行して行
われる。そして第1ブロックの場合と同様に、シフトレ
ジスト203のシフトにより、スイッチングトランジス
タTS1〜TS3が順次オン状態となり、コンデンサC
L1〜CL3に蓄積されている第2ブロックの光情報が
順次読み出される。As described above, the first block capacitor C
The discharging operation of S11 to CS13 and the transfer operation of transferring the charges accumulated in the capacitors CS21 to CS23 of the second block to the capacitors CL1 to CL3 are performed in parallel. As in the case of the first block, the switching of the shift resist 203 causes the switching transistors TS1 to TS3 to be sequentially turned on, and the capacitor C
The optical information of the second block stored in L1 to CL3 is sequentially read.
【0044】第3ブロックの場合も同様に、転送動作と
並行して、第2ブロックのコンデンサCS21〜CS2
3の放電動作が行われ、以下同様に、上記動作がブロッ
クごとに繰り返される。Similarly, in the case of the third block, the capacitors CS21 to CS2 of the second block are simultaneously executed in parallel with the transfer operation.
The discharging operation of No. 3 is performed, and thereafter, the above operation is repeated for each block.
【0045】さらに、特定の光電変換素子の信号につい
て詳細に説明する。Further, the signal of a specific photoelectric conversion element will be described in detail.
【0046】図11は、本実施例にかかる任意の光電変
換素子エリアとその信号処理部の等価回路である。同図
において、光電変換素子エリア10が電源200と容量
変化の生じない第1の容量素子70に直列接続され、第
1の容量素子との接続部に容量変化の生じない第2の容
量素子80を接続するスイッチ手段として薄膜トランジ
スタ20が設けられている。また、スイッチ90は、第
2の容量素子80の電位リセットを行う。このような光
電変換装置の構成は図3に示した断面図と全く同様にし
て形成することができる。FIG. 11 is an equivalent circuit of an arbitrary photoelectric conversion element area and its signal processing section according to the present embodiment. In the figure, a photoelectric conversion element area 10 is connected in series with a power supply 200 and a first capacitance element 70 that does not cause a change in capacitance, and a second capacitance element 80 that does not cause a change in capacitance at a connection with the first capacitance element. The thin film transistor 20 is provided as a switch means for connecting. The switch 90 resets the potential of the second capacitor 80. Such a photoelectric conversion device can be formed in exactly the same manner as the cross-sectional view shown in FIG.
【0047】次に図11に示した読出し回路の動作を説
明する。第1、第2の容量素子の容量値をそれぞれC
A、CB、電源200の電位をVAとする。Next, the operation of the read circuit shown in FIG. 11 will be described. The capacitance values of the first and second capacitance elements are respectively represented by C
A, CB, and the potential of the power supply 200 are VA.
【0048】まず、スイッチ90がON状態となること
で、容量素子80がリセット電位VBにリセットされ
る。First, when the switch 90 is turned on, the capacitance element 80 is reset to the reset potential VB.
【0049】ある時刻において、薄膜トランジスタ20
がON状態になると、B点とC点の電位は等しくなる。
この電位を仮にV1とする。この時の光容量変化素子1
0の容量値をC1とする。薄膜トランジスタ20がOF
F状態になっても電荷の移動はないため、B点およびC
点の電位はV1を保持している。すなわち、薄膜トラン
ジスタ20の左側の電荷Q1は Q1=C1・(V1−VA)+CA・V1 右側の電荷Q2は Q2=CB・V1である。At a certain time, the thin film transistor 20
Is turned on, the potentials at points B and C become equal.
This potential is assumed to be V1. Light capacity change element 1 at this time
The capacitance value of 0 is defined as C1. Thin film transistor 20 is OF
Since there is no charge transfer even in the F state, points B and C
The potential at the point holds V1. That is, the charge Q1 on the left side of the thin film transistor 20 is Q1 = C1 · (V1−VA) + CA · V1. The charge Q2 on the right side is Q2 = CB · V1.
【0050】上記時刻から次の時刻までは電荷蓄積時間
である。光容量変化素子9に入射する光量が変化し容量
値がC2=C1+ΔCに応答良く変化する。光容量変化
素子が変化しても、電荷量は変化しない。一方、光導電
型素子8が、光電流又は暗電流を第1の容量素子70に
電荷Qpを蓄積する。The period from the above time to the next time is a charge accumulation time. The amount of light incident on the optical capacitance changing element 9 changes, and the capacitance changes in response to C2 = C1 + ΔC with good response. Even if the light capacity change element changes, the charge amount does not change. On the other hand, the photoconductive element 8 accumulates a photocurrent or a dark current in the first capacitive element 70 to store the charge Qp.
【0051】[0051]
【外1】 [Outside 1]
【0052】そして、再び、薄膜トランジスタ20がO
N状態となると、B点の電位が変化しているため、C点
と電位差が生じ、電流が流れる。B点、C点の電位やが
てV2で等しくなったのち、薄膜トランジスタ20がO
FF状態となり、第2の容量素子80に信号電荷が転送
されたことになる。Then, again, the thin film transistor 20
In the N state, since the potential at point B has changed, a potential difference occurs from point C, and a current flows. After the potentials at points B and C eventually become equal at V2, the thin film transistor 20
In the FF state, the signal charge has been transferred to the second capacitor 80.
【0053】薄膜トランジスタ20がOFF状態になっ
ても電荷の移動はないため、B点およびC点の電位はV
2を保持している。Since the charge does not move even when the thin film transistor 20 is turned off, the potentials at the points B and C are V
Holding 2.
【0054】すなわち、薄膜トランジスタ20の左側の
電荷Q1′は Q1′=C2・(V2−VA)+CA・V2 右側の電荷Q2′は Q2′=CB・V2である。 電荷の保存の関係から Q1+Q2+QP=Q1′+Q2′ ∴Q2′−Q2=Qp+ΔC・(VA−V1)−(C1
+CA+ΔC)(V2−V1) 左辺はCB(V2−V1)であるから、That is, the charge Q1 'on the left side of the thin film transistor 20 is Q1' = C22 (V2-VA) + CA ・ V2. The charge Q2 'on the right side is Q2' = CB ・ V2. From the relation of charge conservation, Q1 + Q2 + QP = Q1 ′ + Q2′∴Q2′−Q2 = Qp + ΔC · (VA−V1) − (C1
+ CA + ΔC) (V2-V1) Since the left side is CB (V2-V1),
【0055】[0055]
【外2】 [Outside 2]
【0056】左辺は初期電位V1からの変化量であり、
まさに第2の容量素子に読み出された信号である。右辺
の分子の第1項は光導電型素子からの光電流の電荷量、
第2項は光容量変化素子の容量変化ΔCによる変位電流
項である。項の両者が和の形で処理できることは、第1
の実施例の効果が本実施例でも得られることを示してい
る。The left side shows the amount of change from the initial potential V1.
This is exactly the signal read to the second capacitor. The first term of the molecule on the right side is the amount of charge of the photocurrent from the photoconductive element,
The second term is a displacement current term due to a capacitance change ΔC of the optical capacitance changing element. The fact that both terms can be processed in the form of a sum
It is shown that the effect of the embodiment can be obtained also in this embodiment.
【0057】以上述べたように、光容量変化素子が電源
と容量変化の生じない第1の容量素子に直列接続し、第
1の容量素子との接続部に容量変化の生じない第2の容
量素子を接続するスイッチ手段として薄膜トランジスタ
を設けた構成とすることで、容量変化を高価な電流アン
プを用いずに、簡易な構成で電圧出力として検出でき、
より安価な光電変換装置を提供できる。なお、ここで
は、光容量変化素子に直列に容量変化の生じない第1の
容量素子を接続したが、この第1の容量素子を設けなく
ても、第2の容量素子を設けておけば、光容量素子の容
量変化を電圧で検出できることは言うまでもない。As described above, the optical capacitance changing element is connected in series to the power supply and the first capacitance element having no capacitance change, and the second capacitance having no capacitance change at the connection with the first capacitance element. By adopting a configuration in which a thin film transistor is provided as a switch means for connecting the elements, a capacitance change can be detected as a voltage output with a simple configuration without using an expensive current amplifier,
A cheaper photoelectric conversion device can be provided. Here, the first capacitance element that does not cause a capacitance change is connected in series to the optical capacitance change element. However, if the second capacitance element is provided without providing the first capacitance element, It goes without saying that a change in capacitance of the optical capacitance element can be detected by voltage.
【0058】このようにして検出された光の照射の変化
は、第1の実施例と同様に図9に示すような処理回路を
用いて原稿の情報に変換が可能である。The change in the light irradiation detected in this manner can be converted into document information by using a processing circuit as shown in FIG. 9 as in the first embodiment.
【0059】以下、本発明のもう1つの実施態様につい
て詳述する。Hereinafter, another embodiment of the present invention will be described in detail.
【0060】(第3の実施例) 図12は本実施例にかかる光電変換装置の断面説明図で
ある。(Third Embodiment) FIG. 12 is an explanatory sectional view of a photoelectric conversion device according to this embodiment.
【0061】光電変換素子である光容量変化素子10
は、照明光の直接光の遮光を兼ねるAl等の金属からな
る不透明な第1の電極11、SiOx,SiNx等から
なる絶縁層12、a−Si:H等の半導体層13、オー
ミックコンタクトをとるためのドーピング層14、およ
びITO等の透明な導体から成る第2の電極15をガラ
ス等の透明基板1上に順次積層、パターニンングし構成
される。Light capacity change element 10 as photoelectric conversion element
Is an opaque first electrode 11 made of a metal such as Al which also serves as a shield of direct light of illumination light, an insulating layer 12 made of SiOx, SiNx or the like, a semiconductor layer 13 made of a-Si: H or the like, and ohmic contact. Layer 14 and a second electrode 15 made of a transparent conductor such as ITO are sequentially laminated and patterned on a transparent substrate 1 such as glass.
【0062】読出しスイッチの薄膜トランジスタ部20
は、光容量変化素子10と同様に、照明光の直接光の遮
光を兼ねるAl等の金属からなる不透明なゲート電極2
1、SiOx,SiNx等からなる絶縁層22、a−S
i:H等の半導体層23、オーミックコンタクトをとる
ためのドーピング層24、およびAl等から成るソース
電極25、ドレイン電極26がガラス等の透明基板1上
に順次積層、パターニングし構成される。The thin film transistor section 20 of the read switch
Is an opaque gate electrode 2 made of a metal such as Al, which also serves as a shield for direct illumination light as in the case of the optical capacitance changing element 10.
1, insulating layer 22 made of SiOx, SiNx, etc., a-S
i: A semiconductor layer 23 of H or the like, a doping layer 24 for making ohmic contact, and a source electrode 25 and a drain electrode 26 of Al or the like are sequentially laminated and patterned on a transparent substrate 1 such as glass.
【0063】図12において、光容量変化素子10と薄
膜トランジスタ部20の構成が同じ部分、すなわち、第
1の電極11とゲート電極21、絶縁層12と絶縁層2
2、半導体層13と半導体層23、ドーピング層14と
ドーピング層24は同一の層構成であるため、同時に形
成される。In FIG. 12, the portions having the same configuration of the optical capacitance changing element 10 and the thin film transistor section 20, that is, the first electrode 11 and the gate electrode 21, the insulating layer 12 and the insulating layer 2
2. Since the semiconductor layers 13 and 23 and the doping layers 14 and 24 have the same layer structure, they are formed simultaneously.
【0064】さらに、光容量変化素子10と薄膜トラン
ジスタ20上に原稿とのスペーサを兼ねる透明絶縁層2
を設ける。また、これらを配置した透明基板1の下部
に、原稿を照明する光源(図示せず)が配置される。光
源から放射した光50は、透明基板1、透明絶縁層2を
通って原稿100を照射する。原稿の濃淡に応じた反射
光51が、光容量変化素子10の第2の電極15を透過
し、半導体層13が照射されることにより、第1と第2
の電極の間の容量が変化する。Further, the transparent insulating layer 2 serving also as a spacer for the original is formed on the light capacity changing element 10 and the thin film transistor 20.
Is provided. Further, a light source (not shown) for illuminating the original is arranged below the transparent substrate 1 on which these are arranged. Light 50 emitted from the light source irradiates the original 100 through the transparent substrate 1 and the transparent insulating layer 2. The reflected light 51 corresponding to the density of the document passes through the second electrode 15 of the optical capacitance changing element 10 and irradiates the semiconductor layer 13 so that the first and second light beams are irradiated.
The capacitance between the electrodes changes.
【0065】なお、ここでは光容量変化素子10の第2
の電極15として透明電極を用いたが、ドーピング層1
4のみでも十分電極としての機能は果たせ、また、透明
電極による入射光の減衰がなく出力を大きく取ることが
できる。It should be noted that here, the second
Although a transparent electrode was used as the electrode 15 of the
Only 4 can sufficiently function as an electrode, and a large output can be obtained without the attenuation of incident light by the transparent electrode.
【0066】光容量変化素子10は照射された光によ
り、電子ホール対が生成されこのうちドーピング層がn
型の場合はホールが半導体層内に蓄積され、その結果が
容量変化として現われる。この容量変化は、一般に光導
電型の光電変換素子の光応答に比べはるかに速く、また
光量に対するリニアリティも良く光電変換素子として用
いることが可能である。The photo-capacitance change element 10 generates electron hole pairs by the irradiated light, and the doping layer is n
In the case of the mold, holes are accumulated in the semiconductor layer, and the result appears as a capacitance change. This capacitance change is generally much faster than the optical response of a photoconductive photoelectric conversion element, and has a good linearity with respect to the amount of light and can be used as a photoelectric conversion element.
【0067】この容量変化を薄膜トランジスタ20を用
いて、例えば、図13に示すような回路で電気信号とし
て読み出すことができる。図13および図14のタイミ
ングチャートを用いて読み出し方法を説明する。図14
の(a)は入射光量、(b)は光容量変換素子10の容
量値、(c)は薄膜トランジスタ20のONのタイミン
グ、(d)は電流アンプ201の出力信号を示す。This change in capacitance can be read out as an electric signal using the thin film transistor 20 by, for example, a circuit as shown in FIG. The reading method will be described with reference to the timing charts of FIGS. FIG.
(A) shows the incident light amount, (b) shows the capacitance value of the optical capacitance conversion element 10, (c) shows the ON timing of the thin film transistor 20, and (d) shows the output signal of the current amplifier 201.
【0068】まず、時刻t1において、光容量変換素子
10の容量値をC1とすると、薄膜トランジスタ20が
ON状態になると、光容量変換素子10の両端の電位は
電源200の電位と接地電位に決められる。すなわち、
光容量変換素子10の容量がリセットされ、A点の電位
は接地電位となる。この時、電源200の電位をVAと
すると光容量変換素子10にはC1・VAなる電荷が蓄
積されたことになる。薄膜トランジスタ20がOFF状
態の期間では、従来例のダイオード型の場合と異なり、
光電流は流れないため、光容量変換素子10に充電され
ている電荷量は変化しない。時刻t2に光容量変換素子
10に入射する光量が変化し容量値がC2=C1+ΔC
に応答良く変化する。このとき電荷量は変化しないがA
点の電位はVA・C1/C2−VAだけ変化する。時刻
t3時に、再び、薄膜トランジスタ20がON状態とな
ると、A点の電位が変化しているため、これを補うため
に電流が流れる。この電流を電流アンプ201により検
出することにより、入射光量に応じた電気信号202が
得られる。First, at time t1, assuming that the capacitance value of the light capacity conversion element 10 is C1, when the thin film transistor 20 is turned on, the potentials at both ends of the light capacity conversion element 10 are determined to the potential of the power supply 200 and the ground potential. . That is,
The capacitance of the optical capacitance conversion element 10 is reset, and the potential at the point A becomes the ground potential. At this time, assuming that the potential of the power supply 200 is VA, the charge of C1 · VA has been accumulated in the optical capacitance conversion element 10. During the period when the thin film transistor 20 is in the OFF state, unlike the conventional diode type,
Since no photocurrent flows, the charge amount charged in the optical capacitance conversion element 10 does not change. At time t2, the amount of light incident on the optical capacitance conversion element 10 changes and the capacitance value becomes C2 = C1 + ΔC
Changes responsively. At this time, the charge amount does not change, but A
The potential at the point changes by VA · C1 / C2-VA. At time t3, when the thin film transistor 20 is turned on again, the potential at point A has changed, and a current flows to compensate for the change. By detecting this current with the current amplifier 201, an electric signal 202 corresponding to the amount of incident light is obtained.
【0069】この様に図13に示す回路により、薄膜ト
ランジスタ20のON状態とON状態の間に入射光量に
変化があり、これにより光容量変換素子10の容量値が
変化した場合に、その変化量を検出することができる。
言い換えると、入射光量に変化がない場合は、薄膜トラ
ンジスタ20がON状態になっても電流は流れない。す
なわち入射光量の時間に対する微分出力が得られる。As described above, according to the circuit shown in FIG. 13, the amount of incident light changes between the ON state and the ON state of the thin film transistor 20, and when the capacitance value of the optical capacitance conversion element 10 changes, the change amount Can be detected.
In other words, when the incident light amount does not change, no current flows even when the thin film transistor 20 is turned on. That is, a differential output of the incident light amount with respect to time is obtained.
【0070】この微分出力をもとに原稿の情報を得る方
式の一例のブロック図を図15に示す。図15におい
て、メモリ60は、基準となる信号レベル、例えば原稿
が基準黒から基準白に変化した場合の出力レベルを記憶
しておく。加算器61は光電変換装置で得られた次の読
出しの微分出力202とメモリ60の内容を加算する。
この加算した結果の信号203が原稿の情報となる。ま
た信号203は再度メモリ60に記憶され、次回読出し
の微分出力202と加算することになる。FIG. 15 is a block diagram showing an example of a method for obtaining document information based on the differential output. In FIG. 15, a memory 60 stores a reference signal level, for example, an output level when a document changes from reference black to reference white. The adder 61 adds the differential output 202 of the next readout obtained by the photoelectric conversion device and the content of the memory 60.
The signal 203 resulting from this addition becomes document information. The signal 203 is stored again in the memory 60, and is added to the differential output 202 of the next reading.
【0071】(第4の実施例) 図16は本発明の第4の実施例にかかる光電変換装置の
等価回路である。Fourth Embodiment FIG. 16 is an equivalent circuit of a photoelectric conversion device according to a fourth embodiment of the present invention.
【0072】図16において、光容量変換素子10が電
源200と容量変化の生じない第1の容量素子70に直
列接続され、第1の容量素子との接続部に容量変化の生
じない第2の容量素子80を接続するスイッチ手段とし
て薄膜トランジスタ20が設けられている。また、スイ
ッチ90は、第2の容量素子80の電位を電源300の
電位にリセットする。このような光電変換装置の構成は
図12に示した断面図と全く同様にして形成することが
できる。In FIG. 16, the optical capacitance conversion element 10 is connected in series with the power supply 200 and the first capacitance element 70 in which the capacitance does not change, and the second part in which the capacitance does not change in the connection with the first capacitance element. The thin film transistor 20 is provided as a switch for connecting the capacitor 80. The switch 90 resets the potential of the second capacitor 80 to the potential of the power supply 300. Such a photoelectric conversion device can be formed in exactly the same manner as the cross-sectional view shown in FIG.
【0073】次に図16に示した読出し回路の動作を説
明する。第1、第2の容量素子の容量値をそれぞれC
A、CB、電源200の電位をVAとする。Next, the operation of the read circuit shown in FIG. 16 will be described. The capacitance values of the first and second capacitance elements are respectively represented by C
A, CB, and the potential of the power supply 200 are VA.
【0074】まず、スイッチ90がON状態となること
で、容量素子80がリセット電位VBにリセットされ
る。First, when the switch 90 is turned on, the capacitance element 80 is reset to the reset potential VB.
【0075】次に、薄膜トランジスタ20がON状態に
なると、B点とC点の電位は等しくなる。この電位を仮
にV1とする。この時の光容量変換素子10の容量値を
C1とする。薄膜トランジスタ20がOFF状態になっ
ても電荷の移動はないため、B点およびC点の電位はV
1を保持している。すなわち、薄膜トランジスタ20の
左側の電荷Q1は Q1=(C1+CA)・V1−C1・VA 右側の電荷Q2は Q2=CB・V1である。Next, when the thin film transistor 20 is turned on, the potentials at points B and C become equal. This potential is assumed to be V1. The capacitance value of the optical capacitance conversion element 10 at this time is defined as C1. Even if the thin film transistor 20 is turned off, there is no movement of electric charge, so that the potentials at points B and C are V
Holds 1. That is, the charge Q1 on the left side of the thin film transistor 20 is Q1 = (C1 + CA) .V1-C1.VA The charge Q2 on the right side is Q2 = CB.V1.
【0076】光容量変化素子10に入射する光量が変化
し容量値がC2=C1+ΔCに応答良く変化する。容量
値が変化しても、電荷量は変化しないが、B点の電位
は、V2=(C1+CA)・V1/(C2+CA)+Δ
C・VA/(C2+CA)に変化する。The amount of light incident on the optical capacitance changing element 10 changes, and the capacitance changes in response to C2 = C1 + ΔC with good response. Even if the capacitance value changes, the charge amount does not change, but the potential at point B is V2 = (C1 + CA) · V1 / (C2 + CA) + Δ
C · VA / (C2 + CA).
【0077】そして、再び、薄膜トランジスタ20がO
N状態となると、B点の電位がV2に変化しているた
め、C点と電位差が生じ、電流が流れる。これによりB
点、C点の電位は V3=(C1+CA+CB)・V1/(C2+CA+C
B)+ΔC・VA/(C2+CA+CB) で等しくなる。Then, again, the thin film transistor 20
In the N state, since the potential at point B has changed to V2, a potential difference occurs from point C, and a current flows. This gives B
The potential at points C and C is V3 = (C1 + CA + CB) · V1 / (C2 + CA + C
B) + ΔC · VA / (C2 + CA + CB)
【0078】この時(C1+CA+CB)≫ΔCに設定
しておくと、上式の第1項はV1となり、B点、C点の
初期の電位に等しい。第2項が初期電位V1からの変化
量であり、容量変化ΔCに比例している。すなわち、光
容量変化素子の容量変化ΔCを電圧出力として検出でき
ることになる。At this time, if (C1 + CA + CB) ≫ΔC is set, the first term in the above equation becomes V1, which is equal to the initial potential at points B and C. The second term is the amount of change from the initial potential V1, and is proportional to the capacitance change ΔC. That is, the capacitance change ΔC of the optical capacitance changing element can be detected as a voltage output.
【0079】この様に図16に示す回路により、薄膜ト
ランジスタ20のON状態とON状態の間に入射光量に
変化があり、これにより光容量変化素子10の容量値が
変化した場合に、その変化量を電圧出力として検出する
ことができる。As described above, according to the circuit shown in FIG. 16, the amount of incident light changes between the ON state and the ON state of the thin film transistor 20, and when the capacitance value of the optical capacitance changing element 10 changes, the change amount Can be detected as a voltage output.
【0080】図16に示した回路を用いて光センサアレ
イを構成した例を図17に示す。但しここでは9個の光
電変換素子を有する光センサアレイの場合を一例とし
て、取り上げる。FIG. 17 shows an example in which an optical sensor array is configured using the circuit shown in FIG. However, here, a case of an optical sensor array having nine photoelectric conversion elements will be described as an example.
【0081】同図において、光容量変化素子S11〜S
33は、3個で1ブロックを構成し、3ブロックで光セ
ンサアレイを構成している。光容量変化素子S11〜S
33に各々対応している容量CS11〜CS33、スイ
ッチングトランジスタT11〜T33も同様である。In the figure, the optical capacitance changing elements S11 to S
Reference numeral 33 denotes one block composed of three components, and an optical sensor array composed of three blocks. Optical capacitance changing elements S11 to S
The same applies to the capacitors CS11 to CS33 and the switching transistors T11 to T33 respectively corresponding to 33.
【0082】また光容量変化素子S11〜S33の各ブ
ロック内で同一順番を有する個別電極は、各々スイッチ
ングトランジスタT11〜T33を介して、共通線10
1〜103の一つに接続されている。The individual electrodes having the same order in each block of the optical capacitance changing elements S11 to S33 are connected to the common line 10 via the switching transistors T11 to T33, respectively.
1 to 103.
【0083】詳細にいえば、各ブロックの第1のスイッ
チングトランジスタT11、T21、T31が共通線1
01に各ブロックの第2のスイッチングトランジスタT
12、T22、T32が共通線102に、そして各ブロ
ックの第3のスイッチングトランジスタT13、T2
3、T33が共通線103に、それぞれ接続されている
(このような接続をマトリクス接続と呼ぶ)。More specifically, the first switching transistors T11, T21, T31 of each block are connected to the common line 1
01 is the second switching transistor T of each block.
12, T22, T32 are connected to the common line 102, and the third switching transistors T13, T2 of each block.
3, T33 are connected to the common line 103, respectively (such a connection is called a matrix connection).
【0084】スイッチングトランジスタT11〜T33
のゲート電極は、ブロック毎に共通接続され、ブロック
ごとにシフトレジスタ401の並列出力端子に接続され
ている。したがって、シフトレジスタ401のシフトタ
イミングによってスイッチングトランジスタT11〜T
33はブロック毎に順次ON状態となる。共通線101
〜103は、各々スイッチングトランジスタTS1〜T
S3を介して、アンプ404に接続されている。Switching transistors T11 to T33
Are commonly connected for each block, and connected to the parallel output terminal of the shift register 401 for each block. Therefore, the switching transistors T11 to T11 are switched according to the shift timing of the shift register 401.
Reference numeral 33 sequentially turns on for each block. Common line 101
To 103 are switching transistors TS1 to TS
It is connected to the amplifier 404 via S3.
【0085】また図17において、共通線101〜10
3は、それぞれ負荷容量CL1〜CL3を介して設置さ
れ、且つスイッチングトランジスタRS1〜RS3を介
して接地されている。In FIG. 17, common lines 101 to 10
3 are installed via load capacitors CL1 to CL3, respectively, and are grounded via switching transistors RS1 to RS3.
【0086】負荷容量CL1〜CL3の容量は蓄積容量
CS11〜CS33のそれよりも十分大きくとってお
く。スイッチングトランジスタRS1〜RS3の各ゲー
ト電極は共通に接続され、端子104に接続されてい
る。すなわち、端子104にハイレベルが印加されるこ
とで、スイッチングトランジスタRS1〜RS3は同時
にオン状態となり共通線101〜103が接地されるこ
とになる。The capacity of the load capacitors CL1 to CL3 is set to be sufficiently larger than that of the storage capacitors CS11 to CS33. The gate electrodes of the switching transistors RS1 to RS3 are commonly connected, and are connected to the terminal 104. That is, when a high level is applied to the terminal 104, the switching transistors RS1 to RS3 are simultaneously turned on, and the common lines 101 to 103 are grounded.
【0087】図17のセンサアレイが、図16と同様に
動作することは説明するまでもない。It goes without saying that the sensor array of FIG. 17 operates in the same manner as in FIG.
【0088】以上述べたように、光容量変化素子が電源
と容量変化の生じない第1の容量素子に直列接続し、第
1の容量素子との接続部に容量変化の生じない第2の容
量素子を接続するスイッチ手段として薄膜トランジスタ
を設けた構成とすることで容量変化を電流アンプを用い
ずに、簡易な構成で電圧出力として検出できるため、よ
り安価な光電変換装置を提供できる。なお、ここでは、
光容量変化素子に直列に容量変化の生じない第1の容量
素子を接続したが、この第1の容量素子を設けなくて
も、第2の容量素子を設けておけば、光容量素子の容量
変化を電圧で検出できることは言うまでもない。As described above, the optical capacitance changing element is connected in series to the power supply and the first capacitance element having no capacitance change, and the second capacitance having no capacitance change at the connection with the first capacitance element. With a structure in which a thin film transistor is provided as a switch for connecting elements, a change in capacitance can be detected as a voltage output with a simple structure without using a current amplifier, so that a less expensive photoelectric conversion device can be provided. Here,
The first capacitance element that does not cause a capacitance change is connected in series to the optical capacitance change element. However, if the second capacitance element is provided without providing the first capacitance element, the capacitance of the optical capacitance element can be increased. Needless to say, the change can be detected by voltage.
【0089】このようにして検出された光の照射の変化
は、第3の実施例と同様に図15に示すような処理回路
を用いて原稿の情報に変換が可能である。The change in the light irradiation detected in this manner can be converted into document information by using a processing circuit as shown in FIG. 15, as in the third embodiment.
【0090】以上述べた光容量変化素子に接続した薄膜
トランジスタを用いて電荷を移動させて読出し動作を行
うことは、その読出し動作とともに光容量変化素子の容
量の電荷をリセットすることと同等である。このリセッ
ト動作により、光容量素子を光電変換素子として用いる
ことができた。Performing the read operation by moving the charge using the thin film transistor connected to the photo-capacitance change element described above is equivalent to resetting the charge of the capacitance of the photo-capacitance change element together with the read operation. By this reset operation, the optical capacitance element could be used as a photoelectric conversion element.
【0091】さらに、この読出し動作終了後に原稿を照
明している光源をOFF状態とし再度読出し動作、すな
わちリセット動作を行うと、光容量変化素子は光に対し
ても、バイアス電位に対してもリセット動作が行える。
次に光源を再びON状態にし読出し動作を行うことで、
図15に示すような回路を用いなくとも、その読出し動
作時の原稿の情報を得ることができる。When the light source illuminating the original is turned off after the reading operation and the reading operation, that is, the resetting operation is performed again, the light capacity changing element resets both the light and the bias potential. Operation can be performed.
Next, by turning on the light source again and performing the reading operation,
It is possible to obtain the information of the original at the time of the reading operation without using the circuit as shown in FIG.
【0092】[0092]
【発明の効果】以上のような光容量変化素子は光により
その容量が変化するが、その応答速度は光導電型の受光
素子に比べて十分に速く、また、光容量変化素子の構成
は読出しスイッチ手段として用いる薄膜トランジスタと
同じであるため、光応答が速く、かつ、小型で安価な光
電変換装置を構成することが可能となる。As described above, the capacitance of the above-mentioned photo-capacitance change element is changed by light, but its response speed is sufficiently faster than that of the photoconductive type photo-detection element. Since the thin film transistor is the same as the thin film transistor used as the switch means, it is possible to configure a small and inexpensive photoelectric conversion device with a fast optical response.
【図1】従来の光電変換装置を説明する為の模式図であ
る。FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a conventional photoelectric conversion device.
【図2】従来の光電変換装置の等価回路図である。FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of a conventional photoelectric conversion device.
【図3】本発明の光電変換装置の一実施態様例を説明す
る為の模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram for explaining an embodiment of a photoelectric conversion device according to the present invention.
【図4】光導電型素子(A)及び、MIS型光容量変化
素子(B)の各単ビット素子の入射光の変化に対する出
力電流の変化を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing a change in output current with respect to a change in incident light of each single bit element of the photoconductive element (A) and the MIS type optical capacitance changing element (B).
【図5】本発明の一実施態様例の等価回路図である。FIG. 5 is an equivalent circuit diagram of an embodiment of the present invention.
【図6】本発明の一実施態様例による光応答特性を示す
グラフである。FIG. 6 is a graph showing light response characteristics according to an embodiment of the present invention.
【図7】光電変換エリアの面積を光導電型素子と光容量
変化素子とで振り分ける面積比を変化させていった場合
の光電変換素子エリアの光応答を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing the optical response of the photoelectric conversion element area when the area ratio of dividing the area of the photoelectric conversion area between the photoconductive element and the optical capacitance changing element is changed.
【図8】図7における応答(C)による光電変換素子エ
リアの光量依存性を示すグラフである。8 is a graph showing the light amount dependency of a photoelectric conversion element area according to a response (C) in FIG. 7;
【図9】本発明の一実施態様例による回路構成図であ
る。FIG. 9 is a circuit configuration diagram according to an embodiment of the present invention.
【図10】本発明の一実施態様例による駆動方法を説明
する為のタイミングチャートである。FIG. 10 is a timing chart for explaining a driving method according to an embodiment of the present invention.
【図11】ある1つの光電変換素子の等価回路図であ
る。FIG. 11 is an equivalent circuit diagram of a certain photoelectric conversion element.
【図12】本発明の光電変換装置の他の実施態様例を説
明する為の模式図である。FIG. 12 is a schematic diagram for explaining another embodiment of the photoelectric conversion device of the present invention.
【図13】本発明の他の実施態様例の回路構成図であ
る。FIG. 13 is a circuit diagram of another embodiment of the present invention.
【図14】本発明の他の実施態様例による駆動方法を説
明する為のタイミングチャートである。FIG. 14 is a timing chart for explaining a driving method according to another embodiment of the present invention.
【図15】微分出力をもとに原稿の情報を得る方式の情
報処理装置の一例を説明する為のブロック図である。FIG. 15 is a block diagram illustrating an example of an information processing apparatus that obtains document information based on a differential output.
【図16】本発明の他の実施態様例における光電変換装
置の等価回路図である。FIG. 16 is an equivalent circuit diagram of a photoelectric conversion device according to another embodiment of the present invention.
【図17】本発明の他の実施態様例における光電変換装
置の回路構成図である。FIG. 17 is a circuit configuration diagram of a photoelectric conversion device according to another embodiment of the present invention.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−7659(JP,A) 特開 昭62−145866(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 27/146 H01L 31/10 H04N 1/028 H04N 5/335 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-1-7659 (JP, A) JP-A-62-145866 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 27/146 H01L 31/10 H04N 1/028 H04N 5/335
Claims (9)
して、光を受けることにより導電率が変化する光導電型
素子と、光を受けることにより容量が変化する光容量変
化素子と、を具備する光電変換装置であって、 前記光導電型素子の一方の電極と前記光容量変化素子の
一方の電極とが短絡され、 前記光導電型素子の他方の電極と前記光容量変化素子の
他方の電極とが短絡されており、且つ、 前記光導電型素子の受光面と前記光容量変化素子の受光
面とが独立して並置されていることを特徴とする光電変
換装置。1. A pixel for converting optical information into electrical information, a photoconductive element whose conductivity changes when receiving light, and an optical capacitance changing element whose capacitance changes when receiving light. A photoelectric conversion device comprising: one electrode of the photoconductive element and one electrode of the photocapacitance variable element are short-circuited; the other electrode of the photoconductive element and the other of the photocapacitance variable element And a light receiving surface of the photoconductive element and a light receiving surface of the optical capacitance changing element are independently juxtaposed.
前記他方の電極との間に絶縁層と半導体層とを有するこ
とを特徴とする請求項1に記載の光電変換装置。2. The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the light capacity change element has an insulating layer and a semiconductor layer between the one electrode and the other electrode.
とが同一の半導体層を有することを特徴とする請求項1
に記載の光電変換装置。3. The photoconductive type device and the photocapacitance change device have the same semiconductor layer.
3. The photoelectric conversion device according to claim 1.
成されていることを特徴とする請求項3に記載の光電変
換装置。4. The photoelectric conversion device according to claim 3, wherein said semiconductor layer is mainly composed of an amorphous material.
容量変化素子と該光容量変化素子の容量変化に基づく信
号を読出す為の薄膜トランジスタを同一基板上に具備す
る光電変換装置において、 前記光容量変化素子は、第1の電極と絶縁層と、第1の
半導体層と、受光面を提供する第1のドーピング層とを
有し、 前記薄膜トランジスタは、ゲート電極と、ゲート絶縁層
と、第2の半導体層と、第2のドーピング層と、ソース
及びドレイン電極とを有し、 前記絶縁層と前記ゲート絶縁層、前記第1の半導体層と
前記第2の半導体層、前記第1のドーピング層と前記第
2のドーピング層がそれぞれ同時に形成された共通の層
から作製されたものであることを特徴とする光電変換装
置。5. A photoelectric conversion device, comprising: a light-capacitance change element whose capacitance changes by receiving light; and a thin-film transistor for reading a signal based on a change in capacitance of the light-capacity change element on the same substrate. The capacitance change element includes a first electrode, an insulating layer, a first semiconductor layer, and a first doping layer that provides a light receiving surface. The thin film transistor has a gate electrode, a gate insulating layer, A second semiconductor layer, a second doping layer, a source and a drain electrode, the insulating layer and the gate insulating layer, the first semiconductor layer and the second semiconductor layer, the first doping. The photoelectric conversion device, wherein the layer and the second doping layer are each formed from a common layer formed simultaneously.
と同期して、所定の電位にリセットするリセット手段を
有することを特徴とする請求項5に記載の光電変換装
置。6. The photoelectric conversion device according to claim 5, further comprising reset means for resetting a potential of said optical capacitance changing element to a predetermined potential in synchronization with a read operation.
ピング層上に形成された透明電極を有することを特徴と
する請求項5に記載の光電変換装置。7. The photoelectric conversion device according to claim 5, wherein the optical capacitance change element has a transparent electrode formed on the first doping layer.
電変換装置による読取り位置に画像情報を担持した原稿
を保持する原稿保持手段と、を有することを特徴とする
情報処理装置。8. An information processing apparatus comprising: the photoelectric conversion device according to claim 1; and document holding means for holding a document holding image information at a position read by the photoelectric conversion device.
電変換装置による読取り位置に画像情報を担持した原稿
を保持する原稿保持手段と、を有することを特徴とする
情報処理装置。9. An information processing apparatus comprising: the photoelectric conversion device according to claim 5; and document holding means for holding a document holding image information at a position read by the photoelectric conversion device.
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- 1991-09-27 JP JP03249201A patent/JP3135309B2/en not_active Expired - Fee Related
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