JP2002314060A

JP2002314060A - イメージセンサおよびその製造方法

Info

Publication number: JP2002314060A
Application number: JP2001112486A
Authority: JP
Inventors: Tomoyoshi Zenki; 智義善木
Original assignee: Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 2001-04-11
Filing date: 2001-04-11
Publication date: 2002-10-25

Abstract

(57)【要約】【課題】センサ感度を低下させることなく簡単にシェ
ーディング補正でき安価なイメージセンサを提供する。【解決手段】本発明のイメージセンサは、絶縁基板上
に、少なくとも下部電極と光電変換素子部と上部透明電
極と配線電極とから成る光電変換素子とを複数配列して
成るイメージセンサであって、該光電変換素子列の少な
くとも一つの前記光電変換素子の上部透明電極上の一部
に不透明材料からなる遮光膜を有することで、前記光電
変換素子の受光面積が素子列中心から周囲に向かって徐
々に大きくなることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はアモルファスシリコ
ン半導体を光電変換素子に用いたイメージセンサに関
し、特に縮小型画像読取装置に用いられるイメージセン
サに関する。

【０００２】

【従来の技術】イメージセンサおよびイメージセンサを
用いた画像読取り装置は、例えばイメージスキャナ、金
融端末機器、ファクシミリ装置、ディジタル複写機電子
黒板、印刷機器等において印刷物や記載事項等の画像情
報を読み取るために幅広く用いられている。

【０００３】画像読取装置に用いられるセンサの一つに
アモルファスシリコン半導体を光電変換素子に用いたイ
メージセンサがある。このイメージセンサはガラスなど
の絶縁体基板上に下部電極を形成し、その上にアモルフ
ァスシリコン半導体を形成し、この半導体層上に上部透
明電極を形成し、下部電極と上部透明電極は配線電極を
通して外部回路と接続される構造になっている。そし
て、原稿面からセンサに導かれた光情報に対応してアモ
ルファスシリコン半導体で発生する電荷を蓄積し、電気
信号として読み出すことにより画像情報の読み取りが行
われる。

【０００４】一方、原稿面の光をセンサ上に結像する方
法としては、一般に縮小型と密着型が存在しその特徴に
より使用されている。

【０００５】密着型センサは被検出画像を等倍、すなわ
ち１：１で光電変換素子（画素）に結像して画像読取を
行うものであり、家庭用ファクシミリやイメージスキャ
ナーなどの小型または取付性の簡便さ等が要求される分
野においてよく用いられている。しかしながら、密着型
センサでは被検出画像を１：１で結像するために原稿以
上の長さのセンサが必要で、例えば新聞紙面など幅広の
原稿を読み取るにはセンサが長大になりコストが高くな
るという問題がある。

【０００６】一方、縮小型（縮小光学型）センサは例え
ば業務用コピー機や印刷機の紙面検査などの画像読取に
よく用いられている。縮小型センサでは例えばＡ４幅
（約２１０ｍｍ）の原稿を幅約３０ｍｍのセンサで読み
取るなど原稿幅に対してセンサ長を短くできるためコス
トを安くできるという特徴がある。

【０００７】しかし、一般にレンズでは光軸中心と周辺
部では輝度が異なり、中心より周辺に向かって徐々に暗
くなるいわゆる「シェーディング」が発生する。特に小
型、軽量化の要請から、レンズ口径を小さくすると周辺
部の輝度低下が顕著になり「シェーディング」の悪化が
起こる。

【０００８】この「シェーディング」の悪化に対する対
策として、絞りの開口面積をレンズ口径に対して十分小
さく、すなわちレンズのＦ値を大きくする必要があり、
一般にはＦ４〜Ｆ８のレンズが用いられている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Ｆ値
を大きくすると原稿面照度に対しセンサ受光面に到達す
る光量が減少し感度が低下するという問題がある。

【００１０】本発明はこのような問題点を解決するため
になされたものである。すなわち本発明は、センサ感度
を低下させることなく簡単にシェーディング補正でき安
価なイメージセンサを提供することを目的とする。

【００１１】なお、特開平７−５０４０１にはＣＣＤ撮
像素子の「シェーディング」を個々の撮像素子への焦点
位置がずれるのをその開口部を制御することにより防止
しているが、これは素子１つに対して１つの焦点を有す
るマイクロレンズを持った高価なＣＣＤ撮像素子に対す
る技術であり、本発明のように１つの焦点を持つレンズ
に対し複数の光電変換素子を持つような安価なイメージ
センサに適応できる技術とは根本的に異なる。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明のイメージセン
サは、絶縁基板上に、少なくとも下部電極とアモルファ
スシリコンを含む光電変換半導体と上部透明電極とから
成る０．１ｍｍ²以上の面積を持つ光電変換素子が複数
配列してある光電変換素子列と、配線電極を持ち、か
つ、１つの焦点を持つレンズに対して複数の光電変換素
子が対応する縮小型のイメージセンサであって、該光電
変換素子列の少なくとも一つの前記光電変換素子の上部
透明電極上の一部に不透明材料からなる遮光膜を有する
ことで、前記光電変換素子の受光面積が素子列中心から
周囲に向かって徐々に大きくすることを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施の形態により
詳細に説明する。

【００１４】（実施例１）図１は本発明のイメージセン
サの構成の１例を概略的に示す平面図であり、図２は図
１の光電変換素子列部分を拡大した図である。また、図
３は図１に例示した１つの光電変換素子のＡＡ方向の構
造を概略的に示す断面図である。

【００１５】このイメージセンサ１００は例えば低アル
カリもしくは無アルカリのガラス板などからなる高抵抗
の基板（絶縁基板）１０１上に、下部共通電極１０２、
アモルファスシリコン半導体１０４、上部透明個別電極
１０５を積層した構成となっている。１０３ａ、１０３
ｂはそれぞれ下部共通電極１０２および上部透明個別電
極１０５の取り出し配線電極である。下部共通電極１０
２と上部透明個別電極１０５とこれらに挟持されたアモ
ルファスシリコン半導体１０４から構成される光電変換
素子に光が入射すると、入射した光の強度に比例した光
電子が発生し、下部共通電極１０２と上部透明個別電極
１０５との間に生じる電圧差を出力として検出するもの
である。

【００１６】絶縁基板１０１にはＳｉＯ₂などの薄膜コ
ーティングを施すようにしてもよい。ＳｉＯ₂などの薄
膜をコーティングすることにより、アルカリガラスを用
いる場合でも、半導体層などへのアルカリ成分の拡散を
防止することができる。

【００１７】下部共通電極１０２の形成は、例えば絶縁
基板１０１上にクローム（Ｃｒ）などを蒸着し、さらに
フォトリソグラフ工程により形成するようにすればよ
い。

【００１８】次いで、下部共通電極上に例えばＣＶＤ
（ＣｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）
法などによりアモルファスシリコン半導体１０４を形成
し、さらにアモルファスシリコン半導体１０４上にスパ
ッタリング工程によりＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯ
ｘｉｄｅ）からなる透明導電膜を蒸着し、フォトリソグ
ラフ工程にて上部透明個別電極１０５を個別の光電変換
素子を構成するように分離して形成し、さらに例えばス
パッタリング工程によりアルミニウム（Ａｌ）からなる
導電膜を蒸着し、フォトリソグラフ工程にて配線電極１
０３および遮光膜１０６を形成する。本実施例で形成し
た遮光膜１０６の形状をを図２に示している。なお、遮
光膜１０６の別の例を図４に示す。このように遮光膜１
０６は任意の形状でよく、素子の一部を遮光していれば
特に限定されるものではない。アモルファスシリコン半
導体１０４は素子毎に分離する必要は特に無いが、フォ
トリソグラフ工程により素子間を分離すれば隣接素子間
のクロストークが減少し分解能を向上することができ
る。

【００１９】このように形成された光電変換素子を有す
る絶縁基板１０１と光電変換素子を駆動するための駆動
ＩＣ１１０を搭載したプリント基板１１１を、例えばボ
ンディングワイヤ１１２などにより素子配線１２１と駆
動ＩＣ１１０のＩＬＢパッドとを接続して、個別の配線
電極１０３ｂと駆動ＩＣとの電気的接続を確立しモジュ
ール化する（図５）。

【００２０】図６は本発明のイメージセンサ１００を備
えた画像読み取り装置１３０の構造を概略的に示す図で
ある。

【００２１】原稿読み取りの際には、イメージセンサモ
ジュール１２０と、例えば冷陰極管等の光源１２５、原
稿面１２６の画像を縮小してイメージセンサ１００の光
電変換素子上に結像するレンズ１２２が用いられる。

【００２２】縮小型センサに到達する光の強度はレンズ
の焦点面上での分布により、光軸中心では強く、光軸か
らずれる位置につれて弱くなる。したがって、図１に示
すように、上部透明個別電極１０５ｂが構成する光電変
換素子へ入射する光の強度は強く、光軸からずれた上部
透明個別電極１０５ａ、１０５ｃが構成する光電変換素
子へ入射する光の強度は、上部透明個別電極１０５ｂが
構成する光電変換素子へ入射する光の強度よりも弱いも
のとなる。

【００２３】したがって前述のように装置全体の感度に
対応して遮光膜１０６の面積を最適化することにより、
画像読み取り装置全体での感度を均一にすることができ
る。

【００２４】なお、遮光膜１０６は例えば配線電極１０
３と別の金属や不透明の樹脂などにより形成してもよい
が、配線電極と同時に形成することにより特別な工程を
必要とせず生産性を向上することができる。

【００２５】アモルファスシリコン半導体を用いたイメ
ージセンサにおいては、下部共通電極１０２と上部透明
個別電極１０５と、これらに挟持されたアモルファスシ
リコン半導体１０４から構成される光電変換素子に入射
する光の強度に比例した光電子が発生し、下部共通電極
１０２と上部透明個別電極１０５との間に生じる電圧差
を出力として検出するものである。同一のアモルファス
シリコン半導体１０４の厚みで形成された光電変換素子
では、配線等の浮遊容量が上部透明個別電極と共通電極
との間の容量に対して十分小さい場合には、光電変換素
子の面積によらずほぼ一定の出力となる。すなわち素子
面積を単純に素子列中央部を周辺部より小さくしても出
力はほとんど変化せずシェーディングを補正することは
できない。本発明のイメージセンサにおいては遮光膜１
０６で素子に入射する光の一部を遮蔽しているので、半
導体層１０４をアモルファスシリコンの一定膜厚で形成
することにより素子サイズのそれぞれを０．１ｍｍ²以
上の大きな面積で形成した場合において、シェーディン
グの補正を行うことができる。また、とくに例えば素子
の主走査方向の配設ピッチが０．３ｍｍよりも大きいよ
うな場合であっても、シェーディングの補正ができ均一
で信頼度の高い画像読取りを行うことができる。

【００２６】本発明の実施例、比較例におけるセンサの
素子と遮光膜のサイズ、開口面積を表１に示す。素子の
サイズはすべて０．３１３６ｍｍ²である。ここで読み
取りは素子番号１、２、．．．１６の順になされ、素子
番号１、１６が再端の素子、素子番号７，８が中央部の
素子である。センサ素子および遮光膜のサイズは本実施
例に特定されることは無く、目的の解像度あるいは組み
合わせるレンズの特性により任意に選択できる。

【表１】

【００２７】シェーディングの評価値としては出力のバ
ラツキΔＶを用いることができる。ΔＶは素子列内の最
大出力Ｖｍａｘと最小出力Ｖｍｉｎから（Ｖｍａｘ−Ｖ
ｍｉｎ）／（Ｖｍａｘ＋Ｖｍｉｎ）×１００（％）で定
義する。ΔＶはシェーディングが無く均一な出力が得ら
れているとき０％であり、シェーディングが悪化するに
つれて大きな値となる。一般にΔＶが２０％以下であれ
ば良好な画像を読み取ることができる。本実施例のセン
サをＦ２．７のレンズと組み合わせて白原稿を読み取っ
た結果、ΔＶは６．８％と良好であった。なお、この時
の素子番号−センサ出力を示したグラフを図７に、レン
ズの仕様を表２に示す。

【表２】

【００２８】（実施例２）実施例１と同一のセンサをＦ
３．８のレンズと組み合わせ、同じく白原稿を読み取っ
た。ΔＶは９．６％と良好であった。本実施例では中央
部のセンサ出力が両端部より小さくなっているが、これ
は遮光膜面積がレンズ特性に対して大き過ぎるためであ
り、レンズ特性に合った遮光膜サイズとすることでΔＶ
はさらに改善される。しかしながら、遮光膜を設けてい
ない素子番号１および１６の出力は実施例１の同一素子
と比較して約２０％出力が低下しており、実施例１と比
較してＦ値の大きいレンズを用いているため、ΔＶが改
善されてもセンサ感度は実施例１より低下する。

【００２９】（比較例１）実施例１および２と光電変換
素子サイズは同一で遮光膜を設けないセンサを形成し、
実施例１と同一のＦ２．７レンズと組合せて白原稿を読
取った。実施例１と比較して中央部のセンサ出力が増加
しΔＶは３１．２％となった。

【００３０】（比較例２）比較例１と同一のセンサをＦ
３．８のレンズと組み合わせ、同じく白原稿を読み取っ
た。ΔＶは１９．４％であった。比較例１と比べ、レン
ズのＦ値を大きくすることによりシェーディングが改善
される。しかしながら、同一素子番号のセンサ出力を比
較例１と比較すると両端部で約２０％、中央部で３５％
低く、Ｆ値の大きいすなわち暗いレンズであるためセン
サ感度が低下している。

【００３１】

【発明の効果】以上より明らかなように、本発明のイ
メージセンサは、光電変換素子列の少なくとも一つの光
電変換素子の上部透明電極上の一部に不透明材料からな
る遮光膜を有し、光電変換素子の受光面積が素子列中心
から周囲に向かって徐々に大きくなっているので、周辺
減光よるシェーディングを改善できる。

【００３２】さらに、本発明による遮光膜は配線電極の
形成に際し配線電極材料の一部を透明電極上に残すこと
により形成されるため、特別な工程を必要とせず安価な
センサを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のイメージセンサを模式的に示す図。

【図２】本発明のイメージセンサの検出領域の構成を示
す図。

【図３】本発明のイメージセンサの検出領域の別の構成
を示す図。

【図４】図１に例示した本発明のイメージセンサのＡＡ
方向の構造を概略的に示す断面図。

【図５】モジュール化された本発明のイメージセンサの
一例を示す図。

【図６】本発明のイメージセンサを備えた画像読取装置
の構造を示す図。

【図７】本発明の実施例１、２および比較例１、２のセ
ンサ出力を示す図。

【符号の説明】

１００イメージセンサ１０１絶縁基板１０２下部共通電極１０３配線電極１０４アモルファスシリコン光電変換半導体１０５上部透明個別電極１０６遮光膜１１０ＩＣ１１１プリント基板１１２ボンディングワイヤ１２０センサモジュール１２２レンズ１２５光源１２６原稿１３０画像読み取り装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁基板上に、少なくとも下部電極とア
モルファスシリコンを含む光電変換半導体と上部透明電
極とから成る０．１ｍｍ²以上の面積を持つ光電変換素
子が複数配列してある光電変換素子列と、配線電極とを
持ち、かつ、１つの焦点を持つレンズに対して複数の光
電変換素子が対応する縮小型のイメージセンサであっ
て、該光電変換素子列の少なくとも一つの前記光電変換
素子の上部透明電極上の一部に不透明材料からなる遮光
膜を有することで、前記光電変換素子の受光面積が素子
列中心から周囲に向かって徐々に大きくすることを特徴
とするイメージセンサ。
【請求項２】前記遮光膜が前記配線電極と同一材料で
あることを特徴とする請求項１記載のイメージセンサ。
【請求項３】請求項２に記載のイメージセンサの製造
方法であって、前記遮光膜が前記配線電極の形成に際し
該配線電極材料の一部を前記透明電極上に残すことによ
り形成されることを特徴とするイメージセンサの製造方
法。