JP2512427B2 - 光電変換装置 - Google Patents

光電変換装置

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JP2512427B2 JP61047831A JP4783186A JP2512427B2 JP 2512427 B2 JP2512427 B2 JP 2512427B2 JP 61047831 A JP61047831 A JP 61047831A JP 4783186 A JP4783186 A JP 4783186A JP 2512427 B2 JP2512427 B2 JP 2512427B2
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光佑 池田
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、ファクシミリ装置、およびインテリジェン
トコピアや光ディスクなど各種OA機器の画像入力部に用
いられる光電変換装置に関するものである。
従来の技術 近年、ファクシミリ装置や各種OA機器の画像情報入力
装置の小型化や画像ひずみの改良を目指して、原稿と同
一寸法の密着型ラインセンサを開発し、これを用いた画
像読取装置が使用され始めている。この分野では、情報
伝達の高速化に伴い、その読取速度を決める光センサの
応答速度の向上が強く望まれている。
光導電素子の応答速度を改善する方法として、バイア
ス光を用いる方法がある。この方法にもとづく光電変換
装置の基本構成を第2図に示す。すなわち、基台1に設
けたLEDなどの光源2Aから出た光が原稿3に当たり、そ
の反射光が集束性ファイバアレイなどの導光系4を通っ
て光導電素子5に当たり、かつ光源2Aと同種の光源2Bか
ら出た光がバイアス光として直接光導電素子に当たるよ
うになっている。この方法では、光電流がたとえば第3
図(a)に示すような立上り波形をもつ光導電素子の場
合はその効果が小さく、第3図(b)に示すようなS字
形の立ち上り波形をもつ光導電素子の場合はその効果が
非常に大きい。このことは本出願人の提案にかかる特願
昭59−181751号に示されている通りである。
なお、光電流がS字形の立上りを示すというのは、第
3図(b)に示すように、光電流Jpの時間tに対する増
加率すなわち微分係数dJp/dtがt=t0(>0)で最大値
を示すものを云う。また、S字形の立上りを示す光導電
素子は逆に立下りが速いので、バイアス光により立上り
を速くすると、立上り、立下りを含めての全体の応答速
度が速くなる(ナショナル テクニカル レポート:Nat
ional Technical Report,Vol.31,No.2,pp.30〜38,1985
参照)。
発明が解決しようとする問題点 さて、光導電素子にバイアス光を照射すると、このバ
イアス光による光電流Jpbが流れ、さらに原稿からの反
射光による信号光電流Jpsが加わり、合計の光電流Jpt
(=Jpb+Jps)が流れるようになる。電気信号として取
出すときにはJpbからJpbを差引いたJpsを用いるが、ラ
インセンサの場合は個別の光導電素子のJptから一定のJ
pbを差引くことになる。したがって、ラインセンサにつ
きものの、個別の光導電素子の感度にバラツキがある場
合には、信号成分として得られるJpt(個別)−Jpb(一
定)のバラツキが大きくなるという欠点が生じる。この
欠点は、Jpbが大きい場合にはさらに大きな問題とな
る。
本発明は、以上のような光電流の応答速度が遅いとい
う欠点をなくすとともに、バイアス光による光電流成分
を小さくした高速応答の光電変換装置を提供せんとする
ものである。
問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するため本発明は、絶縁性透明基板
上に形成された主走査方向に並んだ複数個の光導電体膜
に対向電極を設けてなる光導電素子群を有し、原稿から
の反射光が導光系を通して前記光導電素子に当たる構成
とされた光電変換装置において、前記光導電素子群を構
成するとともに光電流の光照射に対する応答がS字形の
立上り特性を示す光導電素子と、光源と、この光源から
の光を原稿を照射する長波長光と前記光導電素子を直接
照射する短波長光とに分光する手段とを有する構成とし
たものである。
作用 S字形の立上りを示す理由は、光導電性膜中に多数存
在するトラップのためである(アール.エイチ.ビュー
ベ.R.H.Bube,フォトコンダクティビティ オブ ソリッ
ズ:Photoconductivity of solids,ジョン ウィリー
アンド サンズ:John Wiley & Sons,ニュー ヨーク:N
ew York,1960,pp.284〜287参照)。S字形の立上りを示
すのは、光照射により発生したキャリアがこのトラップ
に捕まるため有効な光キャリアになり得ず、このトラッ
プが埋まって後初めて光電流が立上るためと考えられて
いる。バイアス光の効果は、このトラップを予め埋めて
おくことにある。短波長の光がバイアス光としてより有
効であるのは、短波長の光は光導電膜の極く表面で吸収
され、この表面近傍には特にトラップが多いのでこの効
果が著しいためであると考えられる。一方、表面近傍で
は再結合中心も多いので光キャリアの寿命も短く、バイ
アス光による光電流も小さくて済む。
実施例 本発明は、第1図に示すように、光電流の立上り特性
がS字形の光導電素子5を用い、基台1の光源2からの
光を、原稿3を照射するための長波長光9Aと、直接光導
電素子5を照射するための短波長光9Bとに分光する手段
を有する構成の光電変換装置であることを特徴としてい
る。すなわち、絶縁性透明基板の上に形成された主走査
方向に並んだ複数個の光導電体膜に対向電極を設けてな
る光導電素子群を有し、原稿3からの反射光が導光系4
を通して光導電素子5に当たる構成とされた光電変換装
置において、前記光導電素子群を構成するとともに光電
流の光照射に対する応答がS字形の立上り特性を示す光
導電素子5と、光源2と、この光源2からの光を、原稿
3を照射する長波長光9Aと光導電素子5を直接照射する
バイアス用の短波長光9Bとに分光する手段たとえばフィ
ルタ8A,8Bとを有する構成としたものである。8Aは長波
長用フィルタ、8Bは短波長用フィルタである。6は信号
処理のための回路部、7は短波長光9Bが通過するスリッ
トである。バイアス用の短波長光9Bは、直流すなわち常
時照射の方が低照度で効果が大きい。
光導電素子5としては、光電流がS字形の立上り特性
を有するものなら何でも良いが、光電流が大きくて電気
信号処理の容易なII−VI族化合物半導体でなるものが好
ましい。なかでも、CdS−CdSe固溶体を主体としてなる
ものは特に光電流が大きく、しかも可視光全域に感度を
もたせることもできるので、さらに好ましい。
CdS−CdSe固溶体のなかでも、CdSeの分量が40モル%
以上のものでは、バイアス光の効果が特に大きい。40モ
ル%以上にCdSeの分量が増すと、光電流の立下り時間は
短くなるが、逆に立上り時間は長くなり、バイアス光は
この立上り時間を短くする効果が大きい。
CdS−CdSe固溶体の場合、不純物として添加するCu濃
度を高くしても光電流の立下り時間は短くなり、逆に立
上りはS字形を示し、その時間は長くなる。Cu濃度は0.
01モル%以上が好ましい。
一般に、光導電素子5を流れる光電流は、照射光の波
長に関して第4図のような分光感度を有している。波長
域(A)では、光導電体膜の固有吸収域であるため、光
吸収が盛んで光電流がピークを示す領域であり、通常は
この領域の発光波長を有するLEDや単色蛍光灯などを用
いて原稿を照射する。波長域(B)は光導電体膜の吸収
がさらに強く、多くは表面でのみ吸収され、再結合が盛
んであるので、光キャリアの寿命は短くなり光電流は領
域(A)より小さくなる。波長域(C)は、光導電体膜
の吸収がなくなるため、感度は小さいか殆んどない。
さて、本発明では、光源2の光をたとえば第1図のよ
うにフィルタ8A,8Bにより分光し、原稿3の照射にはフ
ィルタ8Aにより分光した波長域(A)の長波長光9Aを用
い、バイアス光としては、フィルタ8Bにより分光した波
長域(B)の短波長光9Bを用いる。分光の手段は、プリ
ズム、回析格子など利用しても良い。光源2としては少
なくとも波長域(A),(B)の両方の光を含むものな
ら何でも良いが、通常のW−ランプ、蛍光灯などが簡便
である。長波長光9Aによる原稿からの反射光が導光系4
を通って光導電素子5に達したときの光強度の最大値E
(λA)と、光導電素子5をスリット7を介して直接照
射する短波長光9Bによるバイアス光の光導電素子5面で
の光強度E(λB)とが等しいとき、後者の光(λB)に
よる光電流Jp(λB)が前者の光(λA)による光電流Jp
(λ)の半分以下であることが好ましい。これには、
短波長光9Bの光の中心波長が長波長光9Aの中心波長より
100nm以上短波長であることが必要である。
光導電素子5を直接照射する短波長光9Bによるバイア
ス光の光強度は、原稿3からの反射光が導光系4を通っ
て光導電素子群に達する長波長光9Aによる光強度の最大
値(原稿3の白地に対応する)を100とした場合、5以
上50以下であることが好ましい。バイアス光の強度が50
を越え、さらに100を越えても、応答時間は短くなる
が、電気信号の処理上は50位までが好ましい。
このように、光導電素子群において、原稿3からの間
接的な信号光による電気信号Jpsにこの光導電素子群を
直接照射するバイアス信号Jpbが重畳するので、このバ
イアス信号をキャンセルするための回路が必要である。
次に、本発明の実験例について説明する。第5図に示
すごとく、ガラス基板11(コーニング社,#7059,230×
25×1.2mm3)上に、0.01モル%のCuを含んだ厚さ4000Å
のCdS0.2Se0.8の蒸着膜を形成し、フォトエッチングに
より主走査方向に島状(90×350μm2)に8ビット/mmの
割合で1728ビット配置する。この島状のCdS0.2Se0.8
を500℃でCdCl2の飽和蒸気中で加熱処理して光電的に活
性化し、光導電体膜12とした後に、島状の膜12の各々に
NiCr/Auの対向電球すなわち共通側電極13と個別側電極1
4を形成する。対向電極のギャップは60μmである。電
極形成後の様子は第5図の概略図によって示されてい
る。ここで15は絶縁フィルム、16はフィルムリードであ
る。
このようにして作製した光導電素子群のうち、1素子
を選んで光電流、分光スペクトルを測定した。その結果
を第6図に示す。680nmにピークを有し、400nmではピー
ク値の1/5程度となる。この1素子にDC10Vを印加し、W
−ランプの光を干渉フイルター(東芝KL−57)により分
光してこれを光チョッパにより1Hzで点滅(0.5secず
つ)させた570nmを用い、素子面での光強度を15μW/cm2
(約100lux)として、光電流の時間に対する立上り、立
下り特性を測定した。その波形を第7図(a)に示す。
またバイアス光として6μW/cm2の定常光を照射し、同
じW−ランプの光を干渉フィルター(東芝KL−40)で分
光した400nmの光を当てた場合を第7図(b)に、また
比較のため信号光と同じ分光波長の光を当てた場合を第
7図(c)に示す。
ここでJpbはバイアス光による光電流、Jpsは信号光に
よる光電流を表わすとするとともに、バイアス光なしで
もバイアス光ありでも、立上り時間τrはJpsが0から
その飽和値の50%に上がるまでの時間、立下り時間τd
はJpsが飽和値からその50%に下がるまでの時間である
として、これから得られた光応答特性を次表にまとめ
る。
このように、本発明によるJpbが従来のJpbよりずっと
小さい。また同じ強度のバイアス光に照射した場合、本
発明によるバイアス光方式の方が応答速度を速くする効
果が大きい。
発明の効果 本発明は光応答速度(光電流の立上り時間、立下り時
間)が極めて速く、しかもバイアス光による光電流成分
を小さくしたため、センサの特性バラツキの小さい光電
変換装置およびこれを用いた高速画像読取装置の実現に
大きく寄与するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明にもとづく光電変換装置の構成断面図、
第2図は従来のバイアス光を用いる場合の光電変換装置
の構成断面図、第3図(a)は従来の光導電素子の光電
流の光応答特性図、同図(b)は本発明で用いる光導電
素子の光電流の光応答特性図、第4図は本発明で用いる
光導電素子の光電流の分光スペクトルを示す図、第5図
は電極形成後の光電変換部を示す概念図、第6図はCdS
0.2Se0.8を主成分とする光導電素子の光電流の分光スペ
クトルを示す図、第7図(a)はCdS0.2Se0.8を主成分
とする光導電素子の光電流の光応答特性図、同図(b)
は本発明の短波長バイアス光を当てた場合のバイアス光
電流Jpbと信号光電流Jpsの光応答特性図、同図(c)は
従来の信号光と同種の光源をバイアス光に用いた場合の
バイアス光電流Jpbと信号光電流Jpsの光応答特性を示す
図である。 2…光源、3…原稿、4…導光系、5…光導電素子、8A
…長波長用フィルタ(分光する手段)、8B…短波長用フ
ィルタ(分光する手段)、9A…長波長光、9B…短波長光

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】絶縁性透明基板上に形成された主走査方向
    に並んだ複数個の光導電体膜に対向電極を設けてなる光
    導電素子群を有し、原稿からの反射光が導光系を通して
    前記光導電素子に当たる構成とされた光電変換装置にお
    いて、前記光導電素子群を構成するとともに光電流の光
    照射に対する応答がS字形の立上り特性を示す光導電素
    子と、光源と、この光源からの光を原稿を照射する長波
    長光と前記光導電素子を直接照射する短波長光とに分光
    する手段とを有することを特徴とする光電変換装置。
  2. 【請求項2】光導電体膜がII−VI族化合物半導体を主体
    としてなることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
    の光電変換装置。
  3. 【請求項3】光導電体膜がCdS−CdSe固溶体を主体とし
    てなることを特徴とする特許請求の範囲第2項記載の光
    電変換装置。
  4. 【請求項4】CdSeの分量が40モル%以上であることを特
    徴とする特許請求の範囲第3項記載の光電変換装置。
  5. 【請求項5】光導電体膜が0.01モル%以上のCuを含有す
    ることを特徴とする特許請求の範囲第2項から第4項ま
    でのいずれかに記載の光電変換装置。
  6. 【請求項6】短波長光の中心波長が、長波長光の中心波
    長より100nm以上短波長であることを特徴とする特許請
    求の範囲第1項から第5項までのいずれかに記載の光電
    変換装置。
  7. 【請求項7】長波長光による原稿からの反射光が導光系
    を通ってきた光による光電流の最大値を100として、短
    波長光による光電流が5〜50であることを特徴とする特
    許請求の範囲第1項から第6項までのいずれかに記載の
    光電変換装置。
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