JPS58131765A - 原稿読取装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はファタシセリ等に用いられる原稿読取装置に関
する。更に評しくは、従来の原稿読取装置に用いられて
いるＭＯ２１７オトダイオード、アレイ、−ちるいはＯ
ＯＤイメージセンサに対して最近新たに開発されている
大蓋イメージセンサに関する・ 大蓋イメージセンナは、絶縁体基板上に複数個の光電変
換素子を形成し、該素子をスイッチング走査する回路を
上記同一基板上に設けるか、もしくは外部に設けること
によって構成され、かっ光電変換素子のアレイの長さが
原稿と同一サイズを有するもので、オプチカル・ファイ
バ・アレイ又はレンズ・アレイ等の光学系を用いて一対
一結像により原稿を読取るため、結像光路長を短くする
ことが可能であり、原稿読取装置の大幅な小型化を達成
するものである。

第１図に一般の大蓋イメージ七ンサの原理を説明するた
めの構成および構造を示す。同Ｆ！！ｆＪＣ＆）におい
て、１は光導電性薄膜により形成された光電変換素子で
等価的にはフォトダイオードＦＤとコンデンサＯＤによ
り構成される。５は上記光電変換素子をスイッチングす
るためのＭＯ８）ランジスタ、６はＭｏｂ）ランジス＃
５を走査するためのシフトレジスタ、８は信号線、９は
負荷抵抗、１０はバイアス電源である。

同図（ｂ）は図（−）の具体的構造を示す為の平面図、
同図（０）は同図（ｂ）のムーム断面図である・光電変
換素子１は光導電性薄Ｍ６の上下を４ＨＥ性薄膜による
分割された＞Ｉｔ電極と透明導電性薄膜４による連続し
た電極でサンドインチ状に挾むことにより基板１１上に
作られる。スイッチング回路７は前記ＭＯ！ｌ）ランジ
スタ５及びシフトレジスタ６を半導体基板上に集積化し
たもので、前記基板１１上に塔載しかつワイヤボンディ
ング等の方法により前Ｖ光電変換素子と接続される。

原稿像を光学系により光電変換素子１上に結像すると、
光強度に対応した光電流がフォトダイオードＦＤに発生
し、それに応じて電極２の電位が羨化し、この変化をＭ
ｏ１）ランジス＃５を閉シて信号１ｉ１８に伝え、抵抗
９により映像信号として取り出す。

かかる装置について本発明者は光導電性薄膜６としてア
モルファス・シリコンを用い、又ＭＯＩトランジスタと
してＭチャンネルＭＯＢ）ランジスタを用いて動作テス
トを行なった。−絵素についての概略構成図を第２ｗＪ
に示す。Ｐ型Ｓ１基板１２にＩ型不純物を拡散した不純
物拡散領域１６゜１４及びゲート１５、ドレイン１６、
ソース１７を設けることによりにチャンネルＭＯＢ）ラ
ンジスタ５が形成されている。ドレイン１６には前記ア
モルファスシリコンによる充電変換素子１の分割電極２
が接続され、透明電極４はバイアス電源１０により負に
バイアスされており、又、ソース１７は信号ｌ！ｉＩ８
、負荷抵抗９を介して接地されている。又基板１２は通
常の夏チャンネルＭＯ８）ランジスタを動作させる場合
にならって接地されている。上記−路の動作を＃１５図
の略画回路を参照して説明する。崗、定電流源１９は第
２図の光電変換素子１に対応し、容量２０、ダイオード
２１は基板１２と不純物拡散領域１３の接合により形成
される。ＮチャンネルＭＯＢ）ランジスタ５をｏｙｙに
した状態において、光照射により定電流線１９には光電
流Ｉ、が流れ、これにより容量２０には信号ｉｎが蓄積
され、十分蓄積された時点でＮチャンネルＭＯＢ）ラン
ジスタ５をＯＮにし、谷１１２０に蓄積された信号電何
を信号Ｉ！ｉＩ８、抵抗９を通して放電し、その際の族
４青流を読み出すことにより信号検出がなされる。

しかし乍ら、実際は容量２０に信号電荷が蓄積されると
、Ａ点の電位は負の方向に下降する為、ダイオード２１
が順方向バイアスとなり、その電圧がダイオード２１の
順方向電圧以上になると、ダイオード２１が導通状態と
なり、その結果、容量２０＆：蓄積された信号Ｉｍ荷は
ダイオード２１を通して放′−シてしまい、ム点の電位
は前記順方向電圧以上下降することがない。その為Ｍｏ
Ｂ）ランジスタをＯＮにしても放電々流は微小しか流れ
ず、十分な信号検出がなされないという結果が生じた。

上記現象は口いかえれば、光照射による出力信号が小さ
く、その出力も光量に対してリニアでなくすぐに飽和し
てしまう特性を示しており、大型イメージセンサの特性
としては低感度、低ダイナミンクレンジということで、
実用には程遠いものである。

本発明は前記の欠点を解決し、高感度、嶋ダイナミック
レンジの特性を有する大型イメージセンサの実現を可能
にし、その結果高性能の原稿読取装置を提供することを
目的としたものである。

本発明は上記目的を達成するために、Ｍｏ８）ランジス
タの使用法として従来の一般的な方式と異なり、大型イ
メージセンナを駆動するのに固有の新規な方式を案出し
たことにある。

本発明は、光電変換素子を形成する２つの電極の一方に
バイアス電圧を印加し、他方をＭｏ８）ランジスタでス
イッチングする場合、ＮチャンネルＭｏ８）ランジスタ
を用いる場合は、ＭＯＳトランジスタの基板電位を前記
バイアス電圧の負に相当する電位と同じか又はそれ以下
に、又Ｐチャンネル層０８トランジスタを用いる場合は
Ｍｏ８トランジスタの基板電位を前記バイアス電圧の正
に相当する電位と同じか又はそれ以上にすることを特徴
とするものである。

以下本’ｚｅ明の詳細を第４図乃至第８図の実施例を用
いて説明する。

第４ｍ（ａ）に於いて、ガラスにより形成された基板１
１の上にＯｒによる分割電極２を形成し、その上にアモ
ルファス・シリコンによる光導電性薄膜６をル成し更に
その上にエテＯによる透明導電性薄膜４を形成した。こ
の場合光電変換素子１は電圧−電流特性として、Ｏｒ電
極をカソードとするようなダイオード特性を示す。上記
光電変換素子をＮチャンネルＭＯ８）ランジスタによ’
［動する場合の例を示し、同図（、）は接続方法、（ｂ
）は等価回路を示す。前記のようなダイオード特性から
、光電置換素子１にかけるバイアス１０は透明電極４が
負となるよう接続される。このとき夏チャンネルＭＯ８
）ランジスタ５の基［１２をバイアス１０の負の電位と
等しくなるよ−う接続することによって以下に述べるよ
うな利点が生じる。

すなわち、ゲート１５をバイアス１０の負電位　゛にし
て翼チャンネルＭＯ８）ランジスタ５を０１１にした状
態で光照射により定電流源１９に光電流工、が第４図０
）の矢印の方向に流れ、その結果、容量２０には信号電
荷が蓄積される。それと共にム点の電位は負の方向に下
降するが、ここでダイオード２１の７ノードはバイアス
電＃１１０の負極に接続されているため、前記のように
Ａ点の電位がシフトしてもダイオード２１は順方向バイ
アスとはならないため、容量２０には十分な信号電荷を
蓄えることができ、これはム点の電位がバイアス電源１
０の負極と等しくなるまで縦統する。

その結果ゲート１５を接地電位にしてＭｏ３）ランジス
タ５をＯＮにしたときの出力信号を大きくすることが可
能となり、又その出力は光量に対してリニアとなり、高
感度、高ダイナミツクレンジの大型イメージセンナを実
現することが可能となる０次に前記アモルファス・シリ
コンによる光電変換素子をＰチャンネルＭ０８トラレジ
ス会により駆動する場合の例を第５図に示す。同図（−
）は接続方法、同図（ｂ）は等価回路を示す。

前記と同様、光電変換素子１にかけるバイアス１０はカ
明′４極が負となるよう接続されるが、輩Ｏ３）ランジ
スタ５０基板１２はバイアス１０の正電位、すなわち本
実施例の場合は接地に接続することにより、以下の効果
が生じる。

すなわちゲート１５を接地電位にしてＭｏ１）ランジス
４Ｉ５をＯＦνにした状態で、光照射することにより定
電流源１９に光電流工、が第５図（ｂ）の矢印の向きに
流れ、その結果、容量２０に信号１１ＩＬ＃Ｉが蓄積さ
れる。それに伴ない五点の電位は負に下降するが、ダイ
オード２１は逆バイアスの為、ｎ’＋記信号電葡は漏れ
ることケ＜十分蓄積される。その結果、ゲート１５の電
位を負バイアスと等しくしてＭＯ８トランジスタ５をＯ
Ｎにしたときの出力は十分大きくなり、前記と同様、高
感度、高ダイナミツクレンジの特性が実現される。

前記実施例においては、ＮチャンネルＭ０８）フンジス
タおよびＰチャンネルＭＯ８）ランジスタをそれぞれ１
−別に用いる場合の例について示したが、両者を同時に
用いた、いわゆる０Ｍ０Ｂ　）ランジス々として適用す
ることも可能である。その場合の接続例を第６図に示す
。Ｍ型Ｓ１基板１２に作られたＰチャンネルＭＯ８）ラ
ンジスタ２２と、上記８１基板中に形成されたＰｉミラ
エル２に作られたＮチャンネルＭＯｆｉ）ランジスタ２
４により０ＭＯ８が形成されており、両トランジスタの
ドレインは共通ドレイン２５として一極２に接続されて
いる。本実施例の場合もＳｉ基板１２および２３のバイ
アスを前記実施例のＰチャンネル、Ｋチャンネルの場合
とそれぞれと同様に接続することにより、高感度、高ダ
イナミツクレンジの出力が得られる。

更に他の実施例として光導電性薄膜としてＳ・−ム１−
τ・を用いた場合について述べる。

第７図において、ガラスにより形成された基板１１の上
にＯｒを下地とするムＵによる分割電極２を形成し、そ
の上にＢ　＠　−＝−Ａ　ｍ−Ｔ・による光導電性薄Ｍ
３を形成し、更にその上に８　ｎ　Ｏ２による透明導電
性薄膜４を形成した。この場合、光電変換素子１は電圧
−電流特性として、透ｖＡ４奄性薄Ｍ４をカソードとす
るようなダイオード特性を示す。上記光電変換素子１を
ＮチャンネルＭＯＳトランジスタにより駆動する場合の
例について接続方法及び等（ｉｉＪ回路を同図（＆）、
０）に示す。

前記のようなダイオード特性から、光電変換素子１にか
けるバイアス１０は透明電極４が正となるように接続す
る。この場合、光照射による光電流工、は第７図（ｂ）
の定電流源１９に矢印の向きに流れる為、容Ｊ１２０に
信号電荷が蓄積されることによるム点の電位変化は正方
向となる。この為舅チャンネルＭＯ８）ランジス横５の
基板１２はバイアス１０の負電位、すなわち接地と等し
くすることによりダイオード２１は常に逆バイアスとな
り、前記実施例同様、高感度、高ダイナミツクレンジの
出力が得られる。

前記Ｂｅ−ムーーτｅによる光電変換素子をｒチャシネ
４ＭＯ８）ランジスタにより駆動する場合の例について
、接続法及び等価回路を第８図（ａ）、（ｂ）に示す。

この場合もｒチャンネル鼠０８トランジスタ５の基板１
２の電位をバイアス１０の正′４位と等しくすることに
より良好な出力を得ることが可能となる。

更に０Ｍ０Ｉ９）ランジスタによる駆動も可能であるこ
とは、前記実施例と同様である。

本実施例においては、光導電性薄膜としてアモルファス
壷シリコン及びＢ・−ムｓ　−Ｔ・についての例を示し
たが、他の材料、例えば８・、Ｂｅ−ム＃、Ｂｅ−？＊
又はＯｄ−Ｂ、Ｏｄ−８ｓあるいはＺ　ｎ−８ｅ、Ｚ　
ｎ−０６−Ｔ　ｅあるいはこれらの複合膜、更には多結
晶シリコン等を用いることも可能である。

又、実施例では透明導電性薄Ｍ４が最上層に形成され、
その上から光が入射する＃ＩＩ造であるが、これと逆に
基板側の電極２を透明導電性薄膜とし、又基板を透明基
板とすることにより、基板側から光が入射する構造も可
能である。

以上述べたように本発明によるとバイアス電圧の正負に
かかわらず、又麗０８トランジスタの型によらずに大型
イメージセンすの出力を高感度、高ダイナミツクレンジ
とすることが可能となり、その効果は極めて大きいと言
うことができる。

尚、上記各実施例に於いては基板電位をバイアス電位と
同じにしであるが、ＮチャンネルＭＯＳトランジスタを
用いる場合はバイアス電位の負に相当する電位以下にし
ても良く、また！チャンネルＭ０８トランジスタを用い
る場合はバイアス電位の正に相当する電位以上にしても
よいことは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１１１４（ａ）は一般の大型イメージセンナの等−回
路図、 第１図（ｂ）は第１図（、）の大型イメージセンサの構
成平向図、 第１図（ｃ）は第１図（ｂ）のムーム断面図、第２図は
従来方法による接続構成図、 第６図は第２図の等価回路図、　　　　　゛第４図（＆
）、（ｂ）はそれぞれ本発明の実緬例を示す接続構成図
及び等価回路図、 第５図（、）、（ｂ）はそれぞれ本発明の他の実施例を
示す接続構成図及び等価回路図、第６図は本発明のさら
なる実施例を示す接続構成図、 第７図（−）、（ｂ）はそれでれ本発明の別の実施例を
示す接続構成図及び等価回路、 ＄８ｂ！Ｊ（畠）、（１，）はそれぞれ本発明のさらに
別の実施例を示す接続構成図及び等価回路、図中符号 １−充電変換素子　　２−分割電極 ３・・光導電性薄Ｍ　　４−透明導電性薄膜５−Ｍ　Ｏ
８）テンジス会 ６・・シフトレジス責　７−スイッチング回路８−信号
線　　　　　９−抵　抗 １０−バイアス電源　１１・・基　板 １２・・基　板　　　　１３−不純物拡散領域１４・・
不純物拡散領域、１５−ゲート１６−ドレイン　　　１
７−ソース １９一定電流源　　　２〇−容量 ２５−Ｐウェル ２４−・夏チャンネルＭＯ８トランジスタ第　　１　　
図 第　　２　　図 第　　４　　図 （ｂ） 第　　５　　図 （ａ） （ｂ） 第　　６　　図 第　　７　　図 （ａ） （ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 基板上に襞数の下層電極を設け、この上に逐時光導電体
   、透明導電性上層電極を設けてなる受光素子を具備し、
   該受光素子の信号を読取る為に上記二電極の一方にバイ
   アス電圧を印加し、他方をＭＯ８）ランジスタでスイッ
   チングする場合、麗０１１）ランジスタの基板電位を、
   葺チャンネルＶＯ３）ランジスタを用いる場合は、前記
   バイアス電圧の負に相当する電位と同じ、もしくはそれ
   以下に、逃ヤンネル［０１９）ランジスタを用いる場合
   は前記バイアス電圧の正に相当する電位と同じ、もしく
   はそれ以上にすることを特徴とする原−読取装置。