DE3688520T2 - Festkoerperbildsensor mit amorpher, halbleitender, photoleitender zellenmatrix. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft einen Festkörperbildsensor und insbesondere einen Bildsensor des Kontakttyps mit einer Zellmatrix aus amorphen, halbleitenden, photoelektrischen Konverter- bzw. Umformerelementen, die mittels einer Matrix- Treibertechnik schaltergesteuert sind.
• Amorphe Halbleiterbildsensoren werden vorzugsweise für verschiedene Typen optischer Bildlesegeräte, wie z. B. ein Faksimile- bzw. Fax-System, einen optischen Codeleser, eine Kopiermaschine etc. verwendet, da der Einsatz solcher Bildsensoren eine Miniaturisierung der Gesamtgröße des Geräts gestattet. Insbesondere wurden erhebliche Anstrengungen auf die Entwicklung von linearen Halbleiter-Bildsensoren des Kontakttyps verwandt, die im wesentlichen gleich lang wie die zu lesenden Belege oder Dokumente breit sind. Solche Bildsensoren bieten gegenüber anderen Arten von Abbildungsgeräten einen Vorteil dahingehend, daß sie eine Bildverkleinerung überflüssig macht, die ein Linsensystem verwendet, bevor das Beleg- bzw. Dokumentbild dorthin gelangt, so daß das optische Bildlesegerät in kompakter Größe hergestellt werden kann.
• Der amorphe Halbleiter-Bildsensor des Kontakttyps ist im allgemeinen mit einer Matrix-Verdrahtungsschaltung verbunden und mittels einer Matrix-Treibertechnik schaltergesteuert. In diesem Fall sind linear ausgerichtete, photoelektrische Konverterelemente, die als Pixel (Bildelemente bzw. -punkte) dienen, in Pixelgruppen oder Zelleinheiten unterteilt, die an ihren ersten, kammförmigen Planarelektroden (die als individuelle Zellelektroden dienen) über eine aus gekreuzten Zeilen- und Spalten-Signalleitungen bestehende Matrix-Verdrahtungsschaltung mit einem Bildsignaldetektor gekoppelt sind. In jeder Pixelgruppe ist eine zweite kammförmige Planarelektrode vorgesehen, die für diese als eine gemeinsame Elektrode dient. Die zweiten kammförmigen Planarelektroden sind an einen Steuerspannungsgenerator angeschlossen. Die photoelektrischen Konverterelemente werden nacheinander mit jeder Pixelgruppe als eine Einheit angewählt, so daß durch den Bildsignaldetektor Zeitfolgesignale erhalten werden können.
• Gemäß dem herkömmlichen Bildsensor mit dem obenbeschriebenen Aufbau kann jedoch der Pixelsignalstrom nicht wirksam daran gehindert werden, durch Streukapazität und/oder Ableitungswiderstand, deren Bildung zwischen Planarelektroden oder zwischen den Zeilen- und Spaltenleitungen der Matrixschaltung inhärent ist, zu benachbarten Signalleitungen zu streuen. Wenn der in einer bestimmten Signalleitung fliegende Strom teilweise zu der benachbarten Signalleitung, durch die ein anderer Pixelstrom geschickt werden soll, streut, so wirkt der Leckstrom als ein Rauschstrom für das vom angewählten photoelektrischen Konverterelement erhaltene Bildsignal. Im Ergebnis wird der Rauschabstand des Bildsignals verringert, wodurch nicht nur die Bildqualität eines wiedergegebenen Videobildes, sondern auch die Geschwindigkeit der Bildleseoperation verschlechtert wird. Dieses Problem stellt ein schwerwiegendes Hindernis für die Entwicklung kompakter Hochleistungs-Bildlesegeräte dar.
• Die dem Stand der Technik zuzurechnende Veröffentlichung DE- A1-35 06 936 beschreibt eine lange Matrixanordnung aus linear ausgerichteten, in Pixelgruppen unterteilten Photoleitern. Jeder Photoleiter ist mittels einer ersten kammförmigen Planarelektrode mit einer Matrixverdrahtungsschaltung verbunden. In jeder Pixelgruppe ist eine zweite kammförmige Planarelektrode vorgesehen, die als eine gemeinsame Elektrode für alle Photoleiter einer Pixelgruppe dient.
• Des weiteren beschreibt die dem Stand der Technik zugehörige Veröffentlichung JP-A-60 218 869 eine Photosensormatrix mit erhöhter Auflösung und verringerten Einstreuungen bzw. Crosstalk aufgrund der Anordnung individueller Elektroden zu beiden Seiten einer gemeinsamen Elektrode. Die gemeinsame Elektrode ist mäanderförmig auf einer lichtleitenden Schicht ausgebildet, welche auf einem Substrat ausgeformt ist. Die einzelnen Elektroden sind wechselnd der Reihe nach zu beiden Seiten der gemeinsamen Elektrode angeordnet. Die benachbarten photoelektrischen Konverterteile sind so beidseitig der gemeinsamen Elektrode angeordnet, daß sie sich nicht gegenseitig stören.
• Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen neuen und verbesserten Festkörper-Bildsensor bereitzustellen, der in der Lage ist, mit hoher Geschwindigkeit ein zugeführtes Papierdokument zu lesen und ein qualitativ hochwertiges Bildsignal zu erzeugen.
• Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die vorliegende Erfindung eine Festkörper-Bildsensor gemäß Anspruch 1 bereit.
• Der spezielle Festkörper-Bildsensor gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt eine Vielzahl photoelektrischer Konverterelemente, die als photoelektronische Zellen des Bildsensors dienen. Diese photoelektrischen Konverterelemente sind linear so auf einem Substrat ausgerichtet, daß sie in eine zweite Menge von Zellgruppen unterteilt sind. Die photoelektrischen Konverterelemente umfassen eine amorphe, auf dem Substrat aufgeformte Halbleiterschicht, erste auf der amorphen Halbleiterschicht ausgebildete kammförmige Elektroden, welche die photoelektronischen Zellen definieren, sowie ebenfalls auf der amorphen Schicht in einer solchen Weise ausgebildete zweite kammförmige Elektroden, daß jede zweite Elektrode räumlich mit den ersten, in der entsprechenden Zellgruppe enthaltenen Elektroden kämmend in Eingriff steht, um für diese als eine gemeinsame Elektrode zu dienen.
• Eine Signalausleseeinheit ist an die photoelektronischen Zellen angeschlossen, die aus den photoelektrischen Konverterelementen sequentiell eine Zelleinheit anwählt, um eine Zeitfolgesignal zu erzeugen. Die Signalausleseeinrichtung hat einen Steuerspannungsgenerator, der eine elektrische Steuerspannung an die photoelektrischen Konverterelemente anlegt, sowie einen Signaldetektor zur Demodulation der sequentiell von den photoelektrischen Konverterelementen gelieferten Bildsignale, um ein elektrisches Videobildsignal zu erzeugen. Es ist zu beachten, daß der Steuerspannungsgenerator entweder mit den ersten oder mit den zweiten kammförmigen Elektroden verbunden ist, die die beiden stirnseitigen Zahnabschnitte der anderen Elektrodengruppe jeder Zelleinheit umgeben. Die eine Elektrodengruppe umfalt somit zwei benachbarte kammförmige Elektroden, die jeweils zu zwei nebeneinanderliegenden Zellgruppen gehören und Zahnabschnitte, die am stirnseitigen Abschnitt davon so angeordnet sind, daß sie einander unmittelbar gegenüberliegen. Der Signaldetektor ist mit der anderen Elektrodengruppe verbunden. Da in der obigen Konfiguration der Steuerspannungsgenerator mit denjenigen kammförmigen Elektroden verbunden ist, die einander direkt gegenüberliegende Zahnabschnitte haben, kann der Leckstrom auf ein Minimum begrenzt werden, um die obigen Aufgabe zu erfüllen.
• Die Erfindung mit ihren Merkmalen und Vorteilen wird nachstehend anhand einer detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform erläutert.
• In der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird auf die beiliegenden Zeichnungen verwiesen; es zeigen:
• Fig. 1 eine teilweise Draufsicht auf den Hauptteil eines linearen Bildsensors des Kontakttyps und der zugehörigen peripheren Schaltungsanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
• Fig. 2 eine vergrößerte teilweise Draufsicht eines linearen Bildsensors des Kontakttyps gemäß Fig. 1;
• Fig. 3 einen Querschnitt des Bildsensors entlang der Linie III-III gemäß Fig. 2;
• Fig. 4A bis 4G Wellenformen der in den Hauptteilen des Bildsensorsystems gemäß Fig. 1 generierten Signale; und
• Fig. 5 eine teilweise Draufsicht auf den Hauptteil eines linearen Bildsensors des Kontakttyps und der zugehörigen peripheren Schaltungsanordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
• Die Fig. 1 der Zeichnungen zeigt einen linearen Bildsensor des Kontakttyps mit einer Pixelmatrix photoelektrischer Konverterelemente, die linear über ein isolierendes Substrat 10 angeordnet sind und als photoleitende Zellen (Bildelemente) dienen. Auf dem Substrat 10 ist eine streifenförmige, amorphe Halbleiterschicht 12 (amorphes Silizium) in einem ersten Oberflächenbereich ausgeformt, die als eine elektrische Konverterschicht für den Bildsensor dient. Auf der amorphen Siliziumschicht 12 sind photoleitende Zellen D in ein solchen Weise ausgeformt, daß sie in M Zellgruppen (oder Zelleinheiten) eingeteilt werden können, von denen jede aus N Zellen D1, D2, ..., D(M · N) besteht. In dieser Ausführungsform ist die Menge M auf 54 und N auf 32 eingestellt (Gesamtzahl der Zellen 1.728), um die Bildauflösung von 8 Pixel/mm bei einem Papierdokument des Formats A4 zu erzielen.
• Auf der Schicht 12 sind Metallzellelektroden 14 und 16 des Planartyps ausgeformt. Dies bedeutet im einzelnen, daß M · N kammförmige Elektroden 14, von denen jede drei Zahnabschnitte und einen Schaftabschnitt LC umfaßt, linear auf der amorphen Siliziumschicht 12 so angeordnet sind, daß eine Matrix der Zellen D1, D2, . . ., D(M · N) definiert ist. Diese Elektroden 14 dienen als individuelle Zellelektroden. M kammförmige Elektroden 16, von denen jede eine Vielzahl von Zahnabschnitten besitzt, sind auf der Schicht 12 in der Weise vorgesehen, daß jede kammförmige Elektrode 16 mit N kammförmigen Elektroden 14, die in einer Zelleinheit Ui (i = 1, 2, . . . oder m) enthalten sind, gemäß Fig. 1 räumlich kämmend oder überlappend angeordnet ist. (Die nachgestellten Ziffern 1, 2, . . . werden auch für andere Elemente verwendet. Wo eine Unterscheidung nicht nötig ist, wird in der folgenden Beschreibung-auf die nachgestellten Ziffern verzichtet). Somit können die M kammförmigen Elektroden 16 als gemeinsame Elektroden für die in jeder Zelleinheit Ui enthaltenden N Zellen D1, D2, . . ., Dn dienen. Die planare Elektrodenstruktur lädt sich auf einfache Weise mittels der üblichen photolithographischen Technologie herstellen.
• Die Schaftabschnitte LC der entsprechenden kammförmigen individuellen Zellelektroden in den verschiedenen Zelleinheiten U1, U2, . . ., Um sind von identischer Länge, wie die Fig. 1 zeigt, die zur Bildung einer N · M-Matrixschaltungskonfiguration auf dem Substrat 10 geeignet ist. Eine streifenförmige isolierende Schicht 18 ist über dem Substrat in einem zweiten Oberflächenbereich so ausgeformt, daß die amorphe Siliziumschicht 12 parallel zur isolierenden Schicht 18 ausgerichtet ist. Zwischen dem Substrat 10 und der isolierenden Schicht 18 sind N parallele Signalleitungen LR1, . . ., LRn vorgesehen, die als Zeilenleitungen der Matrixschaltungskonfiguration 20 fungieren können. Die Schaftabschnitte LC1, LC2, . . ., LCn der kammförmigen individuellen Zellelektroden 14 jeder Zelleneinheit Ui sind auf dem streifenförmigen Isolator 18 so ausgebildet, daß sie elektrisch von den Zeilensignalleitungen LR1, LRn geschnitten werden. In dieser Matrixschaltung 20 sind M Schaftabschnitte LC der entsprechenden kammförmigen individuellen Zellelektroden, die in den verschiedenen Zelleinheiten U1, U2, . . ., Um enthalten sind, elektrisch mit derselben Zeilenleitung durch im Isolator eingeformte Kontaktfenster verbunden. Diese Schaftabschnitte LC1, LC2, . . ., LCn der individuellen Zellelektroden 14 jeder Zelleinheit Ui können somit als Spaltensignalleitungen in der Matrixschaltung 20 dienen.
• Eine Steuerspannungsgeneratorschaltung 24 ist mit den Zeilensignalleitungen LR der Matrixschaltung 20 verbunden, die mit den individuellen Zellelektroden 14 gekoppelt sind. Die Schaltung 24 generiert ein elektrisches Steuerspannungssignal, das zur sequentiellen Ansteuerung der in einer Zelleinheit Ui (i = 1, 2, . . ., m) enthaltenen individuellen Zellelektroden erforderlich ist.
• Eine Signaldetektorschaltung, die in der Fig. 1 allgemein mit dem Bezugszeichen "26" gekennzeichnet ist, ist unmittelbar mit den kammförmigen gemeinsamen Elektroden 16-1, 16-2, . . ., 16-m verbunden. Der Signaldetektor 26 enthält einen Vorverstärker 28 zum Auslesen eines Bildsignals aus den Zellen. Der Vorverstärker 28 ist über M Analogschalter S1, S2, . . ., Sm mit den gemeinsamen Elektroden 16 der Zelleinheiten U1, U2, . . ., Um gekoppelt. Die Analogschalter S1, S2, . . ., Sm sind an ihren ersten Anschlüssen mit einer Signalausgangsleitung 30 verbunden, welche an den Signallese-Vorverstärker 28 angeschlossen ist. Die Analogschalter S1, S2, . . ., Sm sind an ihren zweiten Anschlüssen nicht nur unmittelbar mit den gemeinsamen Elektroden 16, sondern über Widerstände R1, R2, . . ., Rm auch mit Masse verbunden. Die Widerstände R1, R2, . . ., Rm können als Pull-down-Widerstände zur Festlegung des elektrischen Potentials nicht angewählter Elektroden 16 fungieren, die mit den nichtleitenden Analogschaltern verbunden sind. Ein Lastwiderstand RL ist an einem Ende des Vorverstärkers 28 vorgesehen, mit dem die gemeinsamen Elektroden 16 über die Schalter S verbunden sind. Das andere Ende des Vorverstärkers 28 ist mit einem Ausgangsanschluß 32 dieses Bildsensorsystems verbunden.
• Besondere Beachtung ist der Tatsache zu schenken, daß die mit dem Steuerspannungsgenerator 24 gekoppelten kammförmigen, individuellen Zellelektroden 14 auf der amorphen Halbleiterschicht 12 räumlich mit den entsprechenden kammförmigen gemeinsamen Elektroden 16 in einer speziellen, nachstehend beschriebenen, Weise in Eingriff stehen. Zwei individuelle kammförmige Elektroden, z. B. 14-n und 14-1', die jeweils zu den beiden benachbarten Zelleinheiten (z. B. U1 und U2) gehören und die an deren seitlichen Enden nebeneinanderliegend positioniert sind, sind so angeordnet, daß zwei benachbarte Zähne 14a und 14b am seitlichen Ende einander unmittelbar gegenüberliegen, wie in der Fig. 1 gezeigt. Keine Zähne der gemeinsamen Zellelektrode sind zwischen dem Zahn 14a am rechtsseitigen Ende der Zellelektrode 14-n der Zelleinheit U1 und dem Zahn 14b am linksseitigen Ende der Zellelektrode 14-1' der Zelleinheit U2 positioniert. Anders ausgedrückt, wenn die Zellelektroden 14 mit dem Steuerspannungsgenerator 24 verbunden sind, so sind diese in jeder Zelleinheit U1, U2, . . ., oder Um enthaltenen Elektroden 14 so angeordnet, daß sie die entsprechende gemeinsame Elektrode 16 umgeben. Innerhalb einer solchen Planarelektrodenstruktur sind die beiden nebeneinanderliegenden Zähne 14a und 14b der benachbarten Zellelektroden 14-n und 14-1' zwischen einem Zahn am linksseitigen Ende der gemeinsamen Elektrode 16-1 und einem Zahn am rechtsseitigen Ende der gemeinsamen Elektrode 16-2 verlängert ausgeführt, um dadurch als eine Abschirmelektrode für die benachbarten gemeinsamen Elektroden 16 zu wirken, so daß ein Leckstrom zwischen diesen benachbarten gemeinsamen Elektroden verhindert werden kann.
• Nunmehr sei auf die Fig. 2 verwiesen, in der die seitlichen Endabschnitte der der beiden benachbarten gemeinsamen Elektroden 16-1 und 16-2 vergrößert dargestellt sind, um die obengenannte Planarelektrodenstruktur zu verdeutlichen. Die einander direkt gegenüberliegenden Zähne 14a und 14b der seitlichen Enden benachbarter Zellelektroden, die zu verschiedenen Zelleinheiten (z. B. U1 und U2) gehören, sind zwischen dem Zahn 16a am rechtsseitigen Ende der ersten gemeinsamen Elektrode 16-1 und dem Zahn 16b am linksseitigen Ende der gemeinsamen Elektrode 16-2 positioniert. Keine Zähne der gemeinsamen Elektrode sind zwischen den Zähnen 14a und 14b der mit dem Steuerspannungsgenerator 24 verbundenen Zelle positioniert. In anderen Worten, die beiden endseitigen Zähne jeder gemeinsamen mit dem Signaldetektor 26 verbundenen Elektrode 16 sind so angeordnet, daß sie von den Zähnen der in derselben Zelleinheit enthaltenen individuellen Zellelektroden und der mit dem Steuerspannungsgenerator 24 verbundenen Matrixschaltung 20 umgeben sind.
• Die planare Anordnung der Zähne 14a, 14b, 16a und 16b ist vorzugsweise so festgelegt, daß die folgende Bedingung erfüllt wird:
• Lc/Wc « Le/We
• Dabei bedeuten:
• Lc: einen horizontalen Abstand zwischen benachbarten gemeinsamen Elektroden
• Wc: den vertikalen Abstand zwischen dem oberen Ende des Zellenzahns 14a oder 14b und der oberen Endlinie der gemeinsamen Elektroden 16
• Le: eine zwischen den kammformigen Zellelektroden 14 und der entsprechenden kammförmigen gemeinsamen Elektrode 16 jeder Zelleinheit definierte Spaltbreite
• We: die Gesamtlänge des zwischen den drei Zähnen einer kammförmigen Zellelektrode 14 und denjenigen der entsprechenden kammförmigen gemeinsamen Elektrode 16 definierten Pfades.
• Die Fig. 3 zeigt einen Querschnitt des Bildsensors entlang der Linie III-III (nicht maßstäblich gezeichnet). Die streifenförmige amorphe Halbleiterschicht 12 und die Zeilensignalleitungen LR1, . . ., LRn für die Matrixschaltung 20 sind auf dem isolierenden Substrat 10 ausgeformt. Die streifenförmige Isolierschicht 18 ist auf dem isolierenden Substrat 10 so aufgebracht, daß sie die Zeilensignalleitungen LR bedeckt. Eine drei Zähne umfassende kammförmige individuelle Elektrode 14 hat einen Schaftabschnitt, der sich in die Isolierschicht 18 erstreckt und mit der entsprechenden Zeilenleitung LR durch das in der Isolierschicht eingeformte Kontaktfenster 22 verbunden ist.
• Im folgenden wird die Funktionsweise des linearen Bildsensors vom Kontakttyp beschrieben. Bei Einsatz in einem Faksimilesystem wird der Bildsensor in einer Spaltenrichtung eines zugeführten Papierdokuments verfahren, um Zeilen linearer Bilder sequentiell abzutasten. Während dieser Operation werden die photoleitenden Zellen jeder Zelleinheit Ui (i = 1, 2, m) der linearen Zellmatrix vom Steuerspannungsgenerator 24 mit Steuerimpulsspannungen beaufschlagt. Beim Auslesen der von diesen photoleitenden Zellen abgetasteten Bildsignale werden die Analogschalter S1, S2, . . ., Sm in einer Zeilenausleseperiode T der Reihe nach leitend gemacht, wie in den Fig. 4A bis 4C gezeigt. Es ist zu beachten, daß der Begriff "eine Zeilenausleseperiode T" einen Zeitraum bezeichnet, der zur vollständigen Abwicklung der Signalausleseoperation hinsichtlich der in der Fig. 1 dargestellten M · N Zellen (eine Matrix photoleitender Zellen) erforderlich ist. Wenn ein Schalter (z. B. S1) für eine konstante Zeit leitend gemacht wird, um eine Zelleinheit (U1) anzuwählen, werden die übrigen Schalter (S2, . . ., Sm) nichtleitend gemacht, so daß die anderen Zelleinheiten (U2, . . ., Um) im nicht angewählten Zustand verbleiben. Auf diese Weise werden die Zelleinheiten durch die sequentielle Schaltoperation der Analogschalter S der Reihe nach angewählt.
• Während ein Schalter (z. B. S1) zum Anschluß einer gemeinsamen Elektrode (z. B. 16-1) der entsprechenden Zelleinheit (U1) an den Vorverstärker 28 des Signaldetektors 26 leitend ist, werden synchron mit der Einschaltdauer des leitenden Schalters (S1) vom Steuerspannungsgenerator 24 Steuerimpulse P1, P2, Pn sequentiell über die Matrixschaltung 20 an die N individuellen Zellelektroden (14-1, 14-2, . . ., 14-n) derselben Zelleinheit geliefert, wie in den Fig. 4D bis 4F gezeigt. Die photoleitenden Zellen (D1, D2, . . ., Dn) in der angewählten Zelleinheit generieren deshalb als Reaktion auf die sequentielle Beaufschlagung mit den Steuerimpulsen P Pixelbildstromsignale, die dann sequentiell an eine gemeinsame Signalausgangsleitung 30 und den Lastwiderstand RL geliefert werden. Der Vorverstärker 28 erkennt eine Spannungsänderung an einem Ende des Lastwiderstands RL und verstärkt diese, um ein Videobildsignal zu erzeugen, das ein Dokumentzeilenbild repräsentiert, welches in serieller Weise von einer Zelleinheit ausgegeben wird. Die obige Signalausleseoperation wird bezüglich jeder Zelleinheit in gleicher Weise wiederholt, wodurch am Ausgangsanschluß 32 ein Vollzeilenbildsignal Vout des zugeführten Papierdokuments erzeugt wird, dessen Wellenform in der Fig. 4G dargestellt ist.
• Beim obigen linearen Bildsensor des Kontakttyps sind jene kammförmigen Elektroden, die über die Matrixschaltungskonfiguration 20 an den Steuerspannungsgenerator 24 angeschlossen sind (d. h. die in der obigen Ausführungsform als individuelle Zellelektroden 14 bezeichneten kammförmigen Elektroden), auf folgende Weise angeordnet: In jeder Zelleinheit umgeben die kammförmigen Elektroden die an den beiden Enden der entsprechenden Elektroden (d. h. den in dieser Ausführungsform genannten gemeinsamen Elektroden 16) befindlichen Zähne. Das bedeutet, daß die beiden am äußersten rechten und am äußersten linken stirnseitigen Ende der gemeinsamen Elektrode 16 befindlichen Zähne so umgeben sind. Aufgrund dieser Anordnung kann es nie vorkommen, daß die Zähne der individuellen Zellelektroden (beispielsweise die mit 14a und 14b gekennzeichneten Zähne) zwischen dem Zahn am äußerst rechten oder äußerst linken stirnseitigen Ende der gemeinsamen Elektrode 16 jeder Zelleinheit und dem Zahn des entsprechenden stirnseitigen Endes der gemeinsamen Elektrode 16 der benachbarten Zelleinheit fehlen. Es kann deshalb vermieden werden, daß die Zähne an den äußerst rechten und äußerst linken stirnseitigen Enden der gemeinsamen Elektroden 16 zweier benachbarter Zelleinheiten zu nahe beieinander zu liegen kommen. Die zwischen die Zähne an den stirnseitigen Enden der gemeinsamen Elektroden der benachbarten beiden Zelleinheiten Zähne der Zellelektrode (z. B. die Zähne 14a und 14b) dienen als eine Abschirmelektrode für die angrenzenden Zelleinheiten, so daß die Streukapazität und der Ableitungswiderstand zwischen den beiden Zelleinheiten auf ein Minimum gebracht werden kann, wodurch in zuverlässiger Weise ein Leckstrom zwischen den beiden Zelleinheiten vermieden wird. Wenn während der Zeitfolgebildsignalausleseoperation Pixelströme sequentiell ausgelesen werden, wird ihr unerwünschtes Streuen zur gemeinsamen Elektroden der angrenzenden nicht angewählten Zelleinheit verhindert. Es ist deshalb möglich, sowohl den Rauschabstand des ausgelesenen Bildsignals deutlich zu verbessern, als auch die Geschwindigkeit zu erhöhen, mit der die Signale ausgelesen werden.
• Die Erfinder verwirklichten in der Praxis einen Bildsensor mit dem in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Aufbau und maßen die Streukapazität an jedem Abschnitt dieses Bildsensors. Als Ergebnis bestätigte sich, daß die Streukapazität der gemeinsamen Elektroden 16 innerhalb eines sehr niedrigen Bereichs von 2 bis 3 pF lag, während die Streukapazität der Zeilen- und Spaltenleitungen (d. h. der Matrixschaltung) innerhalb eines hohen Bereichs von 40 bis 100 pF lag. Dies bedeutet, daß die Zeitkonstante für die Zeit zum Lesen eines Signals pro Pixel klein ist (1/13 bis 1/15), vorausgesetzt, der Wert des Lastwiderstands RL ist konstant. Dementsprechend kann die Arbeitsgeschwindigkeit verbessert werden. Aus dieser Tatsache folgt eindeutig, daß die Arbeitsgeschwindigkeit des betreffenden Bildsensors, wie oben erwähnt, sehr hoch ist.
• Wenn die kammförmigen Elektroden und die peripheren Schaltungen in der obigen Weise angeordnet und verbunden sind, ist es möglich, die Fertigungsausbeute bei einem Bildsensor zu verbessern, bei dem amorphes Silizium als ein photoleitendes Material für die photoleitenden Zellen verwendet wird. Der Grund hier ist, daß die individuellen Zellelektroden 14 über die Matrixverdrahtungsschaltung 20 mit dem Steuerspannungsgenerator verbunden sind, so daß niemals ein Auslesesignal zur Matrixverdrahtungsschaltung 20 fliegt. Allgemein kann gesagt werden, daß der Widerstand der photoelektrischen Konverterelemente eines amorphen Silizium-Bildsensors 50 MΩ im "hellen" Zustand und 1 GΩ im "dunklen" Zustand überschreitet. Bei einem dem Stand der Technik entsprechenden Bildsensor, bei dem eine Steuerimpulsspannung unmittelbar an die gemeinsamen Elektroden der Zelleinheiten angelegt wird und ein Auslesesignalstrom über einen Matrixverdrahtungsabschnitt zu einem Signaldetektor fließt, muß deshalb die Matrixverdrahtungsschaltung einen hohen Ableitungswiderstand zwischen angrenzenden Schichten gemäß dem größeren Wert, den der Widerstand der photoelektrischen Konverterelemente annehmen kann, haben. Dies bedingt, daß die Fertigungsausbeute des bekannten Bildsensors unvermeidlich gering ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung dagegen flieht kein Auslesesignalstrom zur Matrixverdrahtungsschaltung 20, wie oben erwähnt, so daß der Ableitungswiderstand auf nur 10 kΩ reduziert werden kann. Außerdem hat die gemeinsame Leitung 30, bei der es sich um eine einschichtige Struktur handelt und an die ein Auslesesignalstrom von den Zellen geliefert wird, einen hinreichend hohen Ableitungswiderstand, so daß die Höhe des Leckstroms von den nicht angewählten Zellen extrem gering ist. Es ist deshalb möglich, den Rauschabstand eines wiedergegebenen Bildes noch weiter zu verbessern.
• Die Fig. 5 zeigt einen linearen Bildsensor des Kontakttyps gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der identische Bezugszeichen zur Kennzeichnung gleicher Elemente oder Komponenten wie für die erste Ausführungsform gemäß den Fig. 1 bis 3 verwendet werden. Dieser Bildsensor unterscheidet sich von der Einrichtung gemäß der ersten Ausführungsform dadurch, daß ein Steuerspannungsgenerator 40 nicht mit den individuellen Zellelektroden 14, sondern mit den vielzähnigen kammförmigen Elektroden 14 verbunden ist, welche als gemeinsame Elektroden 42 dienen, die auf der amorphen Halbleiterschicht 12 aus ausgebildet sind, daß ihre stirnseitigen Zähne 42a und 42b (42c und 42d) die beiden stirnseitigen Elektroden 14-1 und 14-n in jeder Zelleinheit umgeben.
• Eine Vielzahl von (M) Zelleinheiten U1, U2, . . . (die Zelleinheit Um ist in der Fig. 5 nicht dargestellt) sind auf der amorphen Halbleiterschicht 12 vorgesehen. Jede Zelleinheit Ui (i = 1, 2, . . . oder m) enthält N dreizähnige kammförmige Planarelektroden 14-1, 14-2, . . ., 14-n, welche als individuelle Zellelektroden dienen, und eine gemeinsame Elektrode 42-i (i = 1, 2, . . . oder m), wodurch eine Matrix aus N · M photoleitenden Zellen definiert ist. Die Schaftabschnitte der Zellelektroden 14-1, 14-2, . . ., 14-n in jeder Zelleinheit Ui sind un gleicher Weise mit den Zeilensignalleitungen LR1, LR2, . LRn der Matrixschaltungskonfiguration 20 verbunden wie der Bildsensor gemäß des ersten in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels. Die Tatsache ist zu beachten, daß eine Gemeinsamkeit bei den Einrichtungen des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels darin liegt, daß der Steuerspannungsgenerator 40 mit einer Gruppe von Planarelektroden, Zellelektroden oder gemeinsamen Elektroden verbunden ist, bei denen die beiden stirnseitigen Zähne jeweils die stirnseitigen Zähne der anderen Elektrodengruppe umgeben.
• Beim Auslesen des Pixelbildsignalstromsaus der photoleitenden Zellmatrix generiert der Steuerspannungsgenerator 40 Steuerimpulsspannungen, die dann sequentiell an die gemeinsamen Elektroden 42 angelegt werden. Wenn eine erste Zelleinheit U1 angewählt ist, werden Pixelbildsignalströme von den Zellelektroden 14-1, 14-2, . . ., 14-n ausgelesen und über die Matrixschaltungskonfiguration 20 an den Bildsignaldetektor 26 geliefert, so daß das Zeilenvideobildsignal Vout am Ausgangsanschluß 32 erhalten werden kann. Signalströme aus der nicht angewählten benachbarten Zelleinheit U2 können daran gehindert werden, in die Ströme der angewählten Zelleinheit U1 zu streuen, da die stirnseitigen Zähne an den seitlichen Ende der beiden Zelleinheiten 14-1 und 14-n von den stirnseitigen Zähnen 42a und 42b der gemeinsamen Elektrode 42-1 umgeben sind, so daß die nebeneinanderliegenden zu den benachbarten Zelleinheiten U1 und U2 gehörigen Zellelektroden 14-n und 14-1' elektrisch durch die Zähne 42b und 42 c der gemeinsamen Elektrode abgeschirmt sind. Demzufolge kann auch in der zweiten Ausführungsform ein Leckstrom zwischen benachbarten Zelleinheiten U während der Bildsignalausleseoperation wirksam verhindert werden, wodurch eine Qualitätsverbesserung des wiedergegebenen Bildsignals möglich ist.
• Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf spezielle Ausführungsbeispiele beschrieben ist, ist es für den Fachmann selbstverständlich, daß innerhalb der Idee und des Rahmens der erfinderischen Leistung zahlreiche Modifikationen möglich sind.
• So sind beispielsweise gemäß Fig. 1 die Analogschalter S so angeordnet, daß jeder gemeinsame Schalterknoten (Si = 1, 2, ... oder m) und die entsprechende gemeinsame Elektrode 16-i über den Pull-down-Widerstand Ri mit Masse verbunden ist. Wenn die Analogschalter nichtleitend gemacht werden, sind die entsprechenden gemeinsamen Elektroden (nicht angewählte gemeinsame Elektroden) über die Pull-down-Widerstände R mit Masse verbunden. Eine derartige Anordnung kann in der Weise modifiziert werden, daß die nicht angewählten gemeinsamen Elektroden während der Signalausleseoperation unmittelbar mit Masse verbunden sind. In einen solchen Fall wird vorzugsweise für jeden der Analogschalter S ein Trennumschalter verwendet, um zwischen einem ersten mit der gemeinsamen Ausgangsleitung 30 verbundenen Kontakt und einem zweiten mit Masse ohne einen Pull-down-Widerstand verbundenen Kontakt umzuschalten.
• Weiterhin sind bei den Bildsensoren der obigen Ausführungsbeispiele die photoelektrischen Konverterelemente allein aus photoleitenden Elementen gebildet. Es ist außerdem möglich, das Substrat aus durchsichtigem Material herzustellen, so daß Signale von der Rückseite des Substrats gelesen werden können. Weiterhin sind in den obigen Ausführungsbeispielen die Zeilen- und Spaltenleitungen durch verschiedene Schichten gebildet, es können jedoch nur die Schnittpunkte dieser Leitungen so ausgebildet werden, daß eine Überkreuzungskonstruktion gegeben ist.

Claims (4)

1. Festkörper-Bildsensor mit:

einem isolierenden Substrat (10), einer länglichen auf dem Substrat in einem ersten Bereich davon angeordneten, amorphen Halbleiterschicht (12), einer ersten Anzahl photoleitender, linear auf der amorphen Halbleiterschicht ausgerichteter Zellen, welche als lineare Matrix photoelektronischer Zellen (U1, U2, . . ., Um) dienen, die in eine zweite Anzahl von Zelleinheiten (D1, D2, . . ., Dn, Dr) unterteilt sind; einer mit dem Bildsensor gekoppelten Signalausleseeinrichtung zur sequentiellen Anwählen einer Zelleinheit aus den Zelleinheiten, um ein Zeitfolgebildsignal zu erzeugen, wobei die photoleitenden Zellen erste kammförmige Elektroden (14), die auf der amorphen Halbleiterschicht angeordnet sind, und zweite kammförmigen Elektroden (16), die auf der amorphen Halbleiterschicht in einer solchen Weise angeordnet sind, daß jede zweite Elektrode mit den ersten in einer entsprechenden Zelleinheit enthaltenen Elektroden räumlich kämmt bzw. in Eingriff steht, um dafür als eine gemeinsame Elektrode zu dienen, umfassen, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten an einer Seite der zweiten kammförmigen Elektroden angeordneten kammförmigen Elektroden (14) zwei benachbarte kammförmige Elektroden (14n, 14r) umfassen, die jeweils zu zwei nebeneinanderliegenden Zelleinheiten gehören und deren Zahnabschnitte (14a, 14b) an den jeweiligen stirnseitigen Abschnitten und unmittelbar nebeneinanderliegend positioniert sind, und daß die Signalausleseeinrichtung folgendes umfaßt:

erste Signalleitungen (LR), die auf dem Substrat in einem zweiten Bereich davon angeordnet sind und sich auf der Seite der Halbleiterschicht erstrecken;

zweite Signalleitungen (LC), die isoliert so über den ersten Signalleitungen vorgesehen sind, daß sich mit diesen kreuzen, um eine Matrixschaltungskonfiguration (20) zu bilden;

eine mit den ersten kammförmigen Elektroden über die Matrixschaltungskonfiguration (20) verbundene Steuerspannungsgeneratoreinrichtung (24) zum Anlegen einer elektrischen Steuerspannung an die photoleitenden Zellen; und

eine mit den zweiten kammförmigen Elektroden verbundene Signaldetektoreinrichtung (26) zur Demodulation der sequentiell von den photoleitenden Zellen gelieferten Bildsingale, um ein elektrisches Videosignal zu erzeugen.

2. Bildsensor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten kammförmigen Elektroden in jeder Zelleinheit zwei kammformige Elektroden (14-1, 14-n) enthalten, die an den beiden Enden jeder Zelleinheit angeordnet sind und mit den entsprechenden zweiten kammförmigen Elektroden (16-1) in Eingriff stehen, so daß sie im wesentlichen deren stirnseitige Zahnabschnitte umgeben.

3. Bildsensor gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat eine durchsichtige Schicht (10) enthält.

4. Bildsensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß die zweiten an einer Seite der ersten kammförmigen Elektroden positionierten kammförmigen Elektroden (42) zwei benachbarte kammförmige Elektroden (42-1, 42-2) enthalten, die jeweils zu zwei nebeneinanderliegenden Zelleinheiten gehören und deren Zahnabschnitte (42b, 42c) an den stirnseitigen Abschnitten und unmittelbar nebeneinanderliegend positioniert sind, und daß die Signalausleseeinrichtung (26) folgendes umfaßt:

erste Signalleitungen (LR), die auf dem Substrat in einem zweiten Bereich davon angeordnet sind und sich auf der Seite der Halbleiterschicht erstrecken;

zweite Signalleitungen, die isoliert so über den ersten Signalleitungen vorgesehen sind, daß sich mit diesen kreuzen, um eine Matrixschaltungskonfiguration (20) zu bilden;

eine mit den zweiten kammförmigen Elektroden verbundene Steuerspannungsgeneratoreinrichtung (40) zum Anlegen einer elektrischen Steuerspannung an die photoleitenden Zellen; und

eine mit den ersten kammförmigen Elektroden verbundene Signaldetektoreinrichtung (26) zur Demodulation der sequentiell von den photoleitenden Zellen gelieferten Bildsignale, um ein elektrisches Videosignal zu erzeugen.