JP2009081297A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】受光素子としての機能と発光素子としての機能とを併せ持つ撮像素子であって、製造が容易な撮像素子を提供する。
【解決手段】基板１１上方に配列された受光素子１００ａ及び発光素子１００ｂを備え、受光素子１００ａは、基板１上方に形成された受光電極６、受光電極６上の有機層４、及び有機層４上の共通電極２とを含み、発光素子１００ｂは、基板１上方に形成された発光電極７、発光電極７上の有機層４、及び有機層４上の共通電極２とを含み、発光電極７及び共通電極間には順バイアスを印加する電源１０が接続され、受光電極６及び共通電極間には逆バイアスを印加する電源９が接続されている。有機層４は、順バイアス印加時に発光機能を有し、且つ、逆バイアス印加時に光電変換機能を有し、且つ、順バイアス印加時の発光波長と逆バイアス印加時の受光波長とが重なりを有する層である。
【選択図】図１

Description

本発明は、被写体からの光を電荷に変換する光電変換機能と、前記被写体を照明する照明機能とを有する撮像装置に関する。

従来、受光素子と発光素子が混在した撮像装置が提案されている（特許文献１参照）。この撮像装置では、発光素子から発光された光が被写体に入射し、ここで反射して受光素子で受光されることで、被写体の撮像を行うことを可能にしている。受光素子は、光電変換層とこれを挟む一対の電極から構成され、発光素子は、発光層とこれを挟む一対の電極から構成されており、光電変換層と発光層とは全く別の材料で構成されている。

特開２００７−１０４０８８号公報

特許文献１記載の撮像装置は、構成の異なる発光素子と受光素子を同一面上に多数形成する必要がある。このため、発光層の成膜及びパターニングと光電変換層の成膜及びパターニングとを別々に行う必要があり、その製造が容易ではない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、受光素子としての機能と発光素子としての機能とを併せ持つ撮像素子であって、製造が容易な撮像素子を提供することを目的とする。

本発明の撮像装置は、被写体からの光を電荷に変換する光電変換機能と、前記被写体を照明する照明機能とを有する撮像装置であって、基板上方に配列された受光素子及び発光素子を備え、前記受光素子は、前記基板上方に形成された有機層及び前記有機層を挟む一対の電極を含み、前記発光素子は、前記基板上方に形成された有機層及び前記有機層を挟む一対の電極を含み、前記発光素子の一対の電極間に接続され、前記発光素子の有機層に電荷を注入するために、前記一対の電極間にバイアス電圧（以下、順バイアスという）を印加する順バイアス電源と、前記受光素子の一対の電極間に接続され、前記受光素子の有機層で発生した電荷を外部に取り出すために、前記一対の電極間に前記順バイアスとは極性が逆のバイアス電圧（以下、逆バイアスという）を印加する逆バイアス電源と、前記逆バイアス印加時に、前記受光素子の有機層で発生した電荷に応じた信号電流を検出する電流検出手段とを備え、前記受光素子と前記発光素子とに含まれる一対の電極のうちの被写体に近い電極が透明電極であり、前記受光素子の有機層と前記発光素子の有機層とが、それぞれ、前記順バイアス印加時に発光機能を有し、且つ、前記逆バイアス印加時に光電変換機能を有し、且つ、前記順バイアス印加時の発光波長と前記逆バイアス印加時の受光波長とが重なりを有する層であり、それぞれが同一の材料で構成されている。

本発明の撮像装置は、前記有機層が、前記一対の電極のうちの被写体に遠い電極側から順に配置された第１の有機層と第２の有機層との２層構造であり、前記第２の有機層の前記順バイアス印加時の発光波長域と前記第１の有機層の前記逆バイアス印加時の吸収波長域とが重なりを有し、前記第１の有機層の前記逆バイアス印加時の吸収波長域と前記第２の有機層の前記逆バイアス印加時の透過波長域とが重なりを有している。

本発明の撮像装置は、前記第１の有機層がキナクリドンであり、前記第２の有機層がＡｌｑ_３（tris（8-hydroxyquinoline）aluminum）である。

本発明の撮像装置は、前記一対の電極のうちの一方と前記有機層との間に形成され、前記順バイアス印加時には前記一方の電極から注入される正孔を前記有機層まで輸送する正孔輸送層として機能し、前記逆バイアス印加時には前記一方の電極からの電子が前記有機層に移動するのを防ぐ電子ブロッキング層として機能する第１の機能層と、前記一対の電極のうちの他方と前記有機層との間に形成され、前記順バイアス印加時には前記他方の電極から注入される電子を前記有機層まで輸送する電子輸送層として機能し、前記逆バイアス印加時には前記他方の電極からの正孔が前記有機層に移動するのを防ぐ正孔ブロッキング層として機能する第２の機能層とを備える。

本発明の撮像装置は、前記一対の電極のうちの被写体に近い電極と前記第２の有機層との間に形成され、前記順バイアス印加時には当該電極から注入される電子を前記有機層まで輸送する電子輸送層として機能し、前記逆バイアス印加時には当該電極からの正孔が前記有機層に移動するのを防ぐ正孔ブロッキング層として機能する第１の機能層と、前記一対の電極のうちの被写体に遠い電極と前記第１の有機層との間に形成され、前記順バイアス印加時には当該電極から注入される正孔を前記有機層まで輸送する正孔輸送層として機能し、前記逆バイアス印加時には当該電極からの電子が前記有機層に移動するのを防ぐ電子ブロッキング層として機能する第２の機能層とを備え、前記第２の有機層を前記第１の機能層と兼用したものである。

本発明の撮像装置は、前記発光素子の一対の電極のうちの被写体から遠い方の電極が透明であり、前記受光素子の一対の電極のうちの被写体から遠い方の電極が不透明であり、前記受光素子による露光期間終了後、前記露光期間において前記有機層で発生した電荷に応じた信号にしたがった順バイアスを、前記受光素子に隣接する前記発光素子の一対の電極間に印加させる制御を行う発光制御手段を備える。

本発明の撮像装置は、前記受光素子と前記発光素子とが二次元状に多数配列されている。

本発明の撮像装置は、前記受光素子の有機層と前記発光素子の有機層とが、共通化された１つの層となっており、前記発光素子の一対の電極のうちの被写体に近い方の電極と、前記受光素子の一対の電極のうちの被写体に近い方の電極とが、共通化された１つの電極となっている。

本発明によれば、受光素子としての機能と発光素子としての機能とを併せ持つ撮像素子であって、製造が容易な撮像素子を提供することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態である撮像装置としての二次元スキャナの概略構成を示す部分断面模式図である。
二次元スキャナ１００は、基板１１上方に近接して配列された受光素子１００ａと発光素子１００ｂとを含む発光・受光ユニットを備え、このユニットが基板１１上に二次元状に多数配列された構成となっている。

受光素子１００ａと発光素子１００ｂの基本構成は、それぞれ、有機層とこれらを挟む一対の電極とからなっている。二次元スキャナ１００は、受光素子１００ａを構成する有機層と発光素子１００ｂを構成する有機層とを同一材料とし、それぞれの有機層に印加するバイアス電圧を変えることで、受光素子１００ａの有機層を光電変換層として機能させ、発光素子１００ｂの有機層を発光層として機能させることを可能にしている。

二次元スキャナ１００は、ガラス等の透明な基板１１と、基板１１上の受光素子１００ａを形成すべき位置に形成された受光素子１００ａ用の電極である受光電極６と、基板１１上の発光素子１００ｂを形成すべき位置に形成された発光素子１００ｂ用の電極である発光電極７と、受光電極６及び発光電極７上に形成された電子ブロッキング機能及び正孔輸送機能を有する機能層５と、機能層５上に形成された有機層４と、有機層４上に形成された正孔ブロッキング機能及び電子輸送機能を有する機能層３と、機能層３上に形成された受光素子１００ａと発光素子１００ｂで共通の一枚構成である共通電極２と、共通電極２上に形成された透明なガラス等の封止基板１と、受光電極６及び共通電極２間に接続された逆バイアス電源９と、発光電極７及び共通電極２間に接続された順バイアス電源１０と、受光電極６と逆バイアス電源９との間に接続された電流検出手段である電流計８とを備える。

機能層３、有機層４、及び機能層５は、それぞれ、受光素子１００ａと発光素子１００ｂで共通の１つの層となっている。共通電極２は、有機層４で発生した光が上方に透過し、上方から入射してくる光が有機層４に入射できるように、可視光に対して透明な材料（例えばＩＴＯ）で構成されている。受光電極６は、共通電極２と挟まれる有機層４に下方からの光が入射しないように、可視光に対して不透明な材料（例えばアルミニウム等の金属）で構成されている。発光電極７は、有機層４で発光した光が下方にも透過できるように、可視光に対して透明な材料（例えばＩＴＯ）で構成されている。

順バイアス電源１０は、発光電極７と共通電極２とで挟まれる有機層４に、発光電極７及び共通電極２から電荷（正孔及び電子）を注入するためのバイアス電圧（以下、順バイアスという）を、発光電極７及び共通電極２に印加するものである。順バイアス電源１０は、図示しないスイッチによって発光電極７及び共通電極２に順バイアスを印加する状態と印加しない状態とを切り替え可能となっている。又、順バイアス電源１０は、印加する電圧の大きさを変えることが可能な可変電圧電源となっている。

逆バイアス電源９は、受光電極６と共通電極２とで挟まれる有機層４に、該有機層４で発生した電荷を受光電極６及び共通電極２に移動させるための順バイアスとは極性が逆のバイアス電圧（以下、逆バイアスという）を、受光電極６及び共通電極２に印加するものである。逆バイアス電源９は、図示しないスイッチによって受光電極６及び共通電極２に逆バイアスを印加する状態と印加しない状態とを切り替え可能となっている。

発光電極７と共通電極２とで挟まれる有機層４に順バイアスを印加した場合、機能層５は正孔輸送層として機能し、機能層３は電子輸送層として機能する。このため、陰極（発光電極７）からの有機層４への正孔の注入が促進され、陽極（共通電極２）からの有機層４への電子の注入が促進され、注入された電子と正孔が再結合領域（有機層４）で再結合することで、発光が行われる。機能層５と機能層３は、発光電極７及び共通電極２から注入された電子と正孔を再結合領域まで移動させると共に、界面領域の局所的なエネルギー領域に電子と正孔を溜めて発光作用を強める働きもする。このように、発光電極７と、共通電極２と、これらに挟まれる有機層４とによって、発光素子１００ｂが構成されている。

順バイアス電源１０は、印加する電圧の大きさを変えることが可能なため、印加電圧を変えることで、発光素子１００ｂの発光輝度を調整することが可能である。

受光電極６と共通電極２とで挟まれる有機層４に逆バイアスを印加した場合、機能層５は電子ブロッキング層として機能し、機能層３は正孔ブロッキング層として機能する。このため、陰極（共通電極２）からの有機層４への正孔の注入が抑制され、陽極（受光電極６）からの有機層４への電子の注入が抑制される。一方、この状態で、有機層４に封止基板１上方から光が入射し、電子が伝導帯（励起状態）に励起され、価電子帯（基底状態）に正孔を残すと、これら電子と正孔は逆バイアスによって発生した電界によってそれぞれ逆方向の電極へ移動し、即ち、正孔は受光電極６に、電子は共通電極２に移動して、信号電流となる。電流計８は、この信号電流を検出するために設けられており、電流計８の出力から、被写体に応じた撮像信号を得ることができる。このように、受光電極６と、共通電極２と、これらに挟まれる有機層４とによって、受光素子１００ａが構成されている。

有機層４は、順バイアス印加時に発光機能を有し、逆バイアス印加時に光電変換機能を有するような有機材料（例えば、キナクリドン、スクアリリウム、亜鉛フタロシアニン等）で構成されていれば良い。しかし、このような有機材料は、電圧印加によって有機材料の励起状態に注入された電子と基底状態に注入された正孔が、有機物質中を電界に駆動されて移動し、再結合する際に発光するものである。基底状態にある電子が光で励起される場合、電子遷移の時間は実質ゼロである。一方、励起状態にある電子は寿命があり、その間に電子のエネルギーが格子振動などのエネルギーに変化して失われる。そのため、このような有機材料の発光波長は、吸収波長に対して、励起エネルギーよりも小さなエネルギーに対応する長波長側にシフト（ストークスシフト）する。

例えば、有機センサの緑色を検出する光電変換層として良く知られているキナクリドンは、図２に示す如く、イメージセンサとして用いた場合の吸収波長のピークが５６０ｎｍ近傍であるのに対し、有機ＥＬの発光層として用いた場合の発光波長のピークは６１０ｎｍ近傍となる。同様に、正孔ブロッキング材料として良く用いられるＡｌｑ_３は、図３に示す如く、吸収波長のピークが紫外にあるため可視域では透明であるが、有機ＥＬの発光層として用いた場合の発光波長のピークは５２０ｎｍ近傍と、長波側にシフトする。

つまり、有機層４を単体の有機材料で構成した場合には、受光素子１００ａで検出できる光の波長域と、発光素子１００ｂで発光できる光の波長域とがずれてしまうため、発光素子１００ｂを、受光素子１００ａで撮影を行うときの被写体照明として用いることができなくなってしまう。本実施形態の二次元スキャナ１００は、スキャン対象となる部位に光を当て、その光によってスキャン対象から反射した光を受光してスキャン対象の画像を得る機能を有するものである。しかし、有機層４を単体の有機材料で構成した場合には、このような機能を実現することが困難となる。そこで、本実施形態では、有機層４を、機能層５上に形成された有機層４ａと、有機層４ａ上に形成された有機層４ｂとの２層構造とすることで、上記機能を実現可能としている。

有機層４ａは、逆バイアス印加時に、特定の波長域の光を吸収する吸収スペクトルを持つ有機材料で構成されている。有機層４ｂは、逆バイアス印加時の透過波長域が有機層４ａの逆バイアス印加時の吸収波長域と重なりを有し、且つ、順バイアス印加時の発光波長域が、逆バイアス印加時の有機層４ａの吸収波長域と重なりを有するような有機材料で構成されている。例えば、上記特定の波長域の光を緑色の波長域の光とした場合は、有機層４ａをキナクリドン、有機層４ｂをＡｌｑ_３とすれば良い。

このように材料を選択することで、発光素子１００ｂを発光させて被写体に緑色光（図１の光（２））を照射し、被写体から反射してきた緑色光（図１の光入射）を受光素子１００ａで吸収することができ、被写体の撮影が可能となる。又、図１の光（１）で示したように、発光素子１００ｂの有機層４ａからは、順バイアス印加時に図２の破線で示した波長域の光が封止基板１上方及び基板１１下方に照射される。封止基板１上方に出た光（１）は被写体に当たるが、ここで反射した光の波長域は有機層４ｂの吸収波長と重なりをあまり持たないため、光（１）は有機層４ａではほとんど検出されない。一方、基板１１下方に出た光（１）は、これを表示用の光として利用することが可能であり、スキャン結果を、光（１）を利用して表示することができる。

機能層３は、正孔ブロッキング機能及び電子輸送機能を有する有機材料（例えば、Ａｌｑ_３等）によって構成されている。Ａｌｑ_３のように、機能層３としても有機層４ｂとしても用いることのできる材料が存在するため、二次元スキャナ１００は、図４に示すように、機能層３を省略して、有機層４ｂを機能層３と兼用した構成とすることができる。このようにすることで、素子の薄型化を実現することができる。

機能層５は、電子ブロッキング機能及び正孔輸送機能を有する有機材料（例えば、アミン系のＴＰＤ等）によって構成されている。

尚、図１の構成例では、共通電極２、機能層３、有機層４、及び機能層５を、それぞれ受光素子１００ａと発光素子１００ｂとで共通化しているが、これらは受光素子１００ａと発光素子１００ｂ毎に分割した構成であっても良い。図１のように共通化した構成にした場合は、受光電極６と発光電極７以外はフォトリソグラフィ法を用いたパターニングを行う必要がなくなるため、二次元スキャナ１００の製造が容易となる。又、受光電極６と発光電極７を先に形成した場合は、その後に形成する有機層の形成後にフォトリソグラフィ工程を実施する必要がなくなるため、フォトリソグラフィ工程による有機層の損傷や特性劣化を防ぐことができる。共通電極２、機能層３、有機層４、及び機能層５を、素子毎に分割する場合でも、これらは各素子で同一の材料を用いることができるため、各素子を同一プロセスで作る事が可能であり、構成材料の異なる発光素子と受光素子を同一面上に並べて形成した従来と比較すると、その製造は格段に容易なものとなる。

図５は、本実施形態の二次元スキャナ１００の全体構成を示す図である。図５において図１と同じ構成には同一符号を付してある。
図５に示すように、二次元スキャナ１００は、文書等の被写体２１に封止基板１を密着させて用いられる。被写体２１に封止基板１を密着させた状態で基板１１の裏面から見える多数の発光電極７からは光が出射可能となっており、この多数の発光電極７によってこれらを表示画素とする表示部２３が構成されている。二次元スキャナ１００には受光素子１００ａから得られた信号を外部に出力するためのＵＳＢケーブル２５と、表示部２３に文字入力を行うためのタッチペン２４とが接続されている。又、図１では図示を省略していたが、受光電極６と基板１１との間には、受光電極６や発光電極７に接続されるＴＦＴや配線や電源等の駆動回路１５が形成されている。

図６は、二次元スキャナ１００の駆動回路１５の概略構成を示す図である。図７は、図６に示した発光・受光ユニットの拡大図である。尚、図６では、図７に示した回路の等価回路を示してある。
二次元スキャナ１００の駆動回路１５は、トランジスタ４５〜５０、コンデンサ５１、発光素子行選択線５２、受光素子・発光素子行リセット線５３、受光素子行選択線５４、電源供給線５５、列スキャン信号線５７、列表示信号線５８、電源ＶＤＤ、バイアス電源６０、垂直走査回路４１、水平走査回路４２、ＣＤＳ回路５９、スキャン信号出力部６１、表示信号入力部６２、表示信号切り替え線６５、スイッチ６３，６４，６６，６７、及びパルス発生部６８を備える。

受光素子１００ａの受光電極６には、リセットトランジスタ４５のドレインが接続され、リセットトランジスタ４５のドレインには電流計８に相当する出力トランジスタ４９のゲートが接続されている。リセットトランジスタ４５のソースと、出力トランジスタ４９のソースとには、電源ＶＤＤ（３．３Ｖ）が接続されている。出力トランジスタ４９のドレインには、行選択トランジスタ４８のソースが接続され、行選択トランジスタ４８のゲートには受光素子行選択線５４が接続され、行選択トランジスタ４８のドレインには列スキャン信号線５７が接続されている。

発光素子１００ｂの発光電極７には、リセットトランジスタ４７のドレインが接続され、リセットトランジスタ４７のドレインには入力トランジスタ５０のドレインが接続されている。リセットトランジスタ４７のソースには電源ＶＤＤが接続されている。リセットトランジスタ４５，４７のゲートには、受光素子・発光素子行リセット線５３が接続されている。入力トランジスタ５０のゲート・ソース間にはコンデンサ５１が接続されている。入力トランジスタ５０のゲートには、行選択トランジスタ４６のドレインが接続されている。行選択トランジスタ４６のゲートには発光素子行選択線５２が接続され、行選択トランジスタ４６のソースには列表示信号線５８が接続されている。入力トランジスタ５０のソースには電源供給線５５を介して電源Ｖ（−２０Ｖ）が接続されている。

共通電極２には、バイアス電源供給線５６を介してバイアス電源６０が接続されている。バイアス電源６０及び電源ＶＤＤにより逆バイアス電源９が構成され、バイアス電源６０、行選択トランジスタ４６、電源Ｖ、入力トランジスタ５０、及びコンデンサ５１により順バイアス電源１０が構成される。

発光素子行選択線５２と、受光素子・発光素子行リセット線５３と、受光素子行選択線５４とは、それぞれ垂直走査回路４１に接続され、ここからパルスが印加されるようになっている。発光素子行選択線５２と、受光素子・発光素子行リセット線５３と、受光素子行選択線５４とからなる組は、水平方向にならぶ複数の発光・受光ユニットからなるユニット行に対応してその上側部に設けられている。電源供給線５５は、垂直方向にならぶ複数の発光・受光ユニットからなるユニット列に対応してその右側部に配置されている。

列スキャン信号線５７は、各ユニット列に対して１つ設けられたＣＤＳ回路５９に接続されている。列表示信号線５８は、このＣＤＳ回路５９にスイッチ６７を介して接続されている。スイッチ６７は、ＣＤＳ回路５９の出力と列表示信号線５８とを接続するのか、列表示信号線５８と表示信号入力部６２とを接続するのかを切り替えるスイッチである。スイッチ６７は表示信号切り替え線６５にも接続され、ここから印加されるパルスによって接続先が制御される。スイッチ６７と表示信号入力部６２との間には水平走査回路４２によって制御されるスイッチ６４が設けられている。

ＣＤＳ回路５９の出力は、水平走査回路４２によって制御されるスイッチ６３を介してスキャン信号出力部６１に接続されると共に、スイッチ６７を介して列表示信号線５８にも接続されている。

列表示信号線５８には、水平走査回路４２によって制御されるスイッチ６６を介して、タッチペン２４用の水平位置座標パルスを発生するパルス発生部６８が接続されている。

次に、被写体をスキャンすると共に、そのスキャン結果を表示部２３に表示する際の二次元スキャナ１００の動作を説明する。この動作開始時点では、表示信号切り替え線６５にはパルスが印加されておらず、スイッチ６７はＣＤＳ回路５９に接続された状態となっている。
図８は、スキャン結果を表示部２３に表示する際の二次元スキャナ１００の動作タイミングを示した図である。
まず、垂直走査回路４１からｎライン目のユニット行に対応する受光素子・発光素子行リセット線５３にパルスが印加されると、受光電極６には電源ＶＤＤから電圧３．３Ｖが供給されて受光素子１００ａの有機層４に逆バイアスが印加された状態となり、電源供給線５５からコンデンサ５１に電圧値が充電され、この電圧値に応じた電圧−２０Ｖが発光電極７に印加されて発光素子１００ｂの有機層４に順バイアスが印加された状態となる。この状態で、発光素子１００ｂはフル発光となって被写体２１を照明し、受光素子１００ａは露光を開始する。

露光期間終了後、受光素子行選択線５４にパルスが印加されると、受光素子１００ａの有機層４で発生して受光電極６に移動した電荷が出力トランジスタ４９でスキャン信号に変換されて行選択トランジスタ４８から列スキャン信号線５７へと出力される。列スキャン信号線５７へと出力されたスキャン信号はＣＤＳ回路５９でノイズ除去される。ノイズ除去後のスキャン信号は、水平走査回路４２によってスイッチ６３がオンされると、スキャン信号出力部６１へと出力され、ここで増幅されて外部に出力される。

一方、ノイズ除去後のスキャン信号は、スイッチ６７を介して列表示信号線５８に送られる。そして、発光素子行選択線５２にパルスが印加されると、列表示信号線５８に送られたスキャン信号がトランジスタ４６でその信号量に応じた順バイアス電圧に変換され、この電圧値がコンデンサ５１に保持され、コンデンサ５１に保持された電圧値が発光電極７に供給される。これにより、ｎライン目のユニット行の発光素子１００ｂからは被写体２１とは反対側に、スキャン信号に応じた光が出射されるため、ｎライン分のスキャン結果が表示部２３に表示されることになる。この表示は、コンデンサ５１にスキャン信号値が保持されている間中行われる。

このような動作を、ｎ→ｎ＋１としていくことで、被写体の全体像をスキャンして、そのスキャン結果を表示部２３に表示する。

尚、このような動作を行う場合、表示部２３上では、図９に示した如く、画像表示上全発光の帯（１ライン巾）が垂直方向に移動を繰り返す。ただし、１画面のスキャン及び表示の速度は１／３０秒程度であり、また、平均すると垂直ライン数分の１のコントラスト変化であるため、ほとんど表示の妨害とはならない。

以上の説明では、表示部２３にスキャン結果を表示するものとしたが、表示部２３には全く異なる画像を表示することも可能である。この場合は、表示信号切り替え線６５にパルスを印加してスイッチ６７をスイッチ６４側に接続し、この状態で、図１０に示すように、水平走査回路４２の制御によってスイッチ６４を水平方向に順次オンにしていくと共に、発光素子行選択線５２をオンにしていくことで、表示信号入力部６２に入力された信号に応じた光を発光素子１００ｂで発光させることができ、任意の画像を表示させることができる。

表示部２３には、タッチペン２４によって手書き入力した情報を表示させることも可能である。図１１は、図６に示した回路の簡略図である。図１１に示したように、タッチペン２４は、先端に付けられた微小コイル又は電極によって、静電又は電磁誘導によって列表示信号線５８にパルス発生部６８から印加される水平位置座標パルスを検出し、検出結果をペン制御回路７０に入力する。ペン制御回路７０は、発光素子行選択線５２、受光素子・発光素子行リセット線５３、受光素子行選択線５４にパルスが印加されるタイミングと、列表示信号線にパルスが印加されるタイミングとから垂直方向と水平方向の座標値を算出する。

図１２は、座標値算出のためのタイミングチャートである。
タッチペン２４の出力信号を、図１２に示したタイミングチャートの垂直位置座標ゲートでゲートをすると、発光素子行選択線５２に印加されたパルスのみが検知される。このパルスの発生タイミングと垂直走査のタイミングを比較することにより、タッチペンの垂直位置座標値が得られる。同様に、タッチペンの出力信号を、図１２に示したタイミングチャートの水平位置座標ゲートでゲートをすると、列表示信号線５８に印加されたパルスのみが検知される。このパルスの発生タイミングと水平走査のタイミングを比較することにより、タッチペンの水平位置座標値が得られる。

このようにして得られた水平垂直座標を表示信号入力部６２にフィードバックして、その座標にある発光素子１００ｂにタッチペン２４で入力された内容に応じた発光を行わせることで、スキャン結果にタッチペン２４によって文字等を自由に上書きすることが可能となる。

このように、本実施形態の二次元スキャナによれば、被写体と密着させてスキャニングを行うことが可能であるため、撮像レンズ等の光学系を用いることなく、受光素子１００ａの数に応じた解像度の画像情報の読み取りが可能となる。光学系が不要となるため、一般的なスキャナに比べて薄型化が可能となり、例えば、分厚い書籍のスキャンしにくい中央部分も、この書籍にしおりを挟む感覚で二次元スキャナ１００を挟みこむことで容易にスキャンすることができる。尚、有機層４と被写体２１との距離は、受光電極６及び発光電極７の配列ピッチの１／２〜２倍程度としておけば、光学系を設けることなく、良好なスキャン結果を得ることができる。

又、本実施形態の二次元スキャナによれば、１つの有機層４をそこに印加するバイアス電圧によって光電変換層として機能させたり、発光層として機能させたりすることができるため、光電変換層と発光層とを異なる材料で構成している従来と比べて、その製造が容易となり、製造コストを大幅に削減することができる。

又、本実施形態の二次元スキャナによれば、スキャンしているラインは発光素子１００ｂが照明として機能しているが、スキャンが終了すると、そのラインの発光素子１００ｂはスキャン結果を表示する表示部として機能する。このため、画像をスキャンしながら、リアルタイムにそのスキャン結果を確認することができ、スキャンミス等の確認に役立てることができる。

又、本実施形態の二次元スキャナによれば、スキャン結果にタッチペン２４によって情報を加筆することができるため、利便性が高い。又、このような機能を、新たな信号線を設けることなく、スキャン及び表示用に設けられた選択線や信号線を利用して実現しているため、構造が簡単で安価となる。又、光を発する光学ペン等を用いていないため、外光の影響を受けず、信頼性が高い。

本発明の実施形態である撮像装置である二次元スキャナの概略構成を示す部分断面模式図 キナクリドンの発光・吸収特性を示した図 Ａｌｑ_３の発光・吸収特性を示した図 図１に示した二次元スキャナの構成の変形例を示した図 本実施形態の二次元スキャナの全体構成を示す図 本実施形態の二次元スキャナの駆動回路の概略構成を示す図 図６に示した発光・受光ユニットの拡大図 スキャン結果を表示部に表示する際の二次元スキャナの動作タイミングを示した図 スキャン結果を表示部に表示する際の二次元スキャナの動作時の表示部の状態を示した図 表示部にスキャン結果以外の画像を表示させるときのタイミングチャート タッチペンと駆動回路との関係を示した図 タッチペンの水平垂直位置座標を検出するためのタイミングチャート

符号の説明

１ 封止基板
２ 共通電極
３ 正孔ブロッキング兼電子輸送層
４ａ 有機層（キナクリドン）
４ｂ 有機層（Ａｌｑ_３）
５ 電子ブロッキング兼正孔輸送層
６ 受光電極
７ 発光電極
８ 電流計
９ 逆バイアス電源
１０ 順バイアス電源
１００ 二次元スキャナ
１００ａ 受光素子
１００ｂ 発光素子

Claims (8)

1. 被写体からの光を電荷に変換する光電変換機能と、前記被写体を照明する照明機能とを有する撮像装置であって、
   基板上方に配列された受光素子及び発光素子を備え、
   前記受光素子は、前記基板上方に形成された有機層及び前記有機層を挟む一対の電極を含み、
   前記発光素子は、前記基板上方に形成された有機層及び前記有機層を挟む一対の電極を含み、
   前記発光素子の一対の電極間に接続され、前記発光素子の有機層に電荷を注入するために、前記一対の電極間にバイアス電圧（以下、順バイアスという）を印加する順バイアス電源と、
   前記受光素子の一対の電極間に接続され、前記受光素子の有機層で発生した電荷を外部に取り出すために、前記一対の電極間に前記順バイアスとは極性が逆のバイアス電圧（以下、逆バイアスという）を印加する逆バイアス電源と、
   前記逆バイアス印加時に、前記受光素子の有機層で発生した電荷に応じた信号電流を検出する電流検出手段とを備え、
   前記受光素子と前記発光素子とに含まれる一対の電極のうちの被写体に近い電極が透明電極であり、
   前記受光素子の有機層と前記発光素子の有機層とが、それぞれ、前記順バイアス印加時に発光機能を有し、且つ、前記逆バイアス印加時に光電変換機能を有し、且つ、前記順バイアス印加時の発光波長と前記逆バイアス印加時の受光波長とが重なりを有する層であり、それぞれが同一の材料で構成されている撮像装置。
2. 請求項１記載の撮像装置であって、
   前記有機層が、前記一対の電極のうちの被写体に遠い電極側から順に配置された第１の有機層と第２の有機層との２層構造であり、
   前記第２の有機層の前記順バイアス印加時の発光波長域と前記第１の有機層の前記逆バイアス印加時の吸収波長域とが重なりを有し、
   前記第１の有機層の前記逆バイアス印加時の吸収波長域と前記第２の有機層の前記逆バイアス印加時の透過波長域とが重なりを有している撮像装置。
3. 請求項２記載の撮像装置であって、
   前記第１の有機層がキナクリドンであり、前記第２の有機層がＡｌｑ_３（tris（8-hydroxyquinoline）aluminum）である撮像装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項記載の撮像装置であって、
   前記一対の電極のうちの一方と前記有機層との間に形成され、前記順バイアス印加時には前記一方の電極から注入される正孔を前記有機層まで輸送する正孔輸送層として機能し、前記逆バイアス印加時には前記一方の電極からの電子が前記有機層に移動するのを防ぐ電子ブロッキング層として機能する第１の機能層と、
   前記一対の電極のうちの他方と前記有機層との間に形成され、前記順バイアス印加時には前記他方の電極から注入される電子を前記有機層まで輸送する電子輸送層として機能し、前記逆バイアス印加時には前記他方の電極からの正孔が前記有機層に移動するのを防ぐ正孔ブロッキング層として機能する第２の機能層とを備える撮像装置。
5. 請求項２又は３記載の撮像装置であって、
   前記一対の電極のうちの被写体に近い電極と前記第２の有機層との間に形成され、前記順バイアス印加時には当該電極から注入される電子を前記有機層まで輸送する電子輸送層として機能し、前記逆バイアス印加時には当該電極からの正孔が前記有機層に移動するのを防ぐ正孔ブロッキング層として機能する第１の機能層と、
   前記一対の電極のうちの被写体に遠い電極と前記第１の有機層との間に形成され、前記順バイアス印加時には当該電極から注入される正孔を前記有機層まで輸送する正孔輸送層として機能し、前記逆バイアス印加時には当該電極からの電子が前記有機層に移動するのを防ぐ電子ブロッキング層として機能する第２の機能層とを備え、
   前記第２の有機層を前記第１の機能層と兼用した撮像装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項記載の撮像装置であって、
   前記発光素子の一対の電極のうちの被写体から遠い方の電極が透明であり、
   前記受光素子の一対の電極のうちの被写体から遠い方の電極が不透明であり、
   前記受光素子による露光期間終了後、前記露光期間において前記有機層で発生した電荷に応じた信号にしたがった順バイアスを、前記受光素子に隣接する前記発光素子の一対の電極間に印加させる制御を行う発光制御手段を備える撮像装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項記載の撮像装置であって、
   前記受光素子と前記発光素子とが二次元状に多数配列されている撮像装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項記載の撮像装置であって、
   前記受光素子の有機層と前記発光素子の有機層とが、共通化された１つの層となっており、
   前記発光素子の一対の電極のうちの被写体に近い方の電極と、前記受光素子の一対の電極のうちの被写体に近い方の電極とが、共通化された１つの電極となっている撮像装置。

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