JPH0322681A - 固体撮像装置 - Google Patents

固体撮像装置

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JPH0322681A
JPH0322681A JP1158014A JP15801489A JPH0322681A JP H0322681 A JPH0322681 A JP H0322681A JP 1158014 A JP1158014 A JP 1158014A JP 15801489 A JP15801489 A JP 15801489A JP H0322681 A JPH0322681 A JP H0322681A
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JP
Japan
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light
solid
battery
anode
charge
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Pending
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JP1158014A
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English (en)
Inventor
Takeshi Miyabayashi
毅 宮林
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Brother Industries Ltd
Original Assignee
Brother Industries Ltd
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Publication date
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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】 [産業上の利用分野] 本発明は、固体tlil像装置に関するものである。
[従来の技術] 従来、固体撮像装置の素子として、電荷結合素子(CC
D)が広く用いられている.このCCD社入射光により
生じた電荷を転送信号で転送するものである. [発明が解決しようとする課題1 ところで、このCODは電荷の転送効率が、表面準位密
度、デバイスの形状や種々の動作条件で異なるという問
題があった.さらに、CODは蓄積される表面電荷址が
極めて低く、外部に仕事をできるほどのN電機能を保持
することは極めて困雅であった. 本発明は、上述した問題点を解決するものであり、一画
素毎に蓄電機能を付与し、蓄電量すなわち、受光量を広
範囲の領域に互って正確に計測でき、複雑な信号読み出
し回路を必要とせず、光学系を用いて信号読出しを行な
うことができる固体撮像装置を提供することを目的とす
る.[課題を解決するための手段] この目的を達成するために本発明の固体撮像装置は、光
インターカレーション機能を持つ物質を陽極材としたシ
ート状蓄電池セルを複数個配列することにより固体撮像
素子を栴成し、この固体撮像素子に蓄積された電荷を読
出す手段を備えたものである。また、光インターカレー
ション機能を持ち、かつ充電時と放電時の光吸収特性が
異なる物質を陽極材とするシート状Ti″1池セルを複
数個配列することにより固体m像素子を構成し、この囚
体撮像素子の保持信号の読出時に前記陽極材へ信号保持
状態を変化させることのない光を照射する光照射手段と
、この光照射手段からの照射光の陽極材による反射光を
検出ずる検出手段とを具備したものである. [作用] 上記前者の梢戒において、シート状蓄電池の陽極にバン
ドギャップ以上のエネルギーを持つ光を入射すると、入
射光に比例して光インターカレーションが生じ、入射光
量に比例した電荷が蓄電池に@積される。蓄積された電
荷の放電電流を順次読出すことにより、入射光像の電気
信号を得ることができる.また、後者の構成においては
、蓄電池の電荷蓄積量に応じて陽極の光吸収特性が変化
するので、陽極への光照射の反射光をモニターすること
により各素子の受光量を検出することができる. [実施例] 以下、本発明を具体化したー実施例を図面を参照して説
明する. 第3図は本発明に用いる固体撮像素子を梢成するシート
状蓄電池1の構造を示す.蓄電池1は、ITO等で構成
される透明なWdjtM集電体2と、光インターカレー
ション可能な陽極3と、電解質4と、L i−Aj合金
を用いた陰極5と、陰極S電体6とからなる.上記光イ
ンターカレーション可能な陽極3としては、ZrSe 
 ,HfSe2,2 ZrS  ,HfS  ,FePS  ,InSe,T
2    2     3 102,Cu3PS4,Cue  xPSs r,(C
I)nを使用することができる.電解質4としては、押
入イオンがLi” ,Na” ,Cu+等のポリエチレ
ン系のボリマー電解質が好ましい.陰極集電体6として
は、画像形或能を考慮しトナー等の吸着のよいものが好
ましく、Nl又はN1合金が好ましい. 第l図は、このような構造でなる素子をマトリックス状
に配置、結合して固体Il像素子10とした状態を示す
.同図に示すように各素子にはマトリックススキャンす
るためのX,Y方向の引き出し用電極11.12が設け
られている.なお、上記素子の上に不図示のシャッター
を形成すれば高速の動画モニター行なうことも可能であ
る.第2図は各素子の信号消去のための回路図を示した
ものである.シート状N″S池1に光hνを照射して光
インターカーレーションを生じさせ蓄電池lに入射光に
比例した電荷を蓄積し、次いで、X,Yマトリックスの
スイッチl6をON状態として抵抗N′L荷)により蓄
電池1の放電電流を検出することにより、蓄積電荷量に
相当する電気信号を得ることができる. ここで、光インターカレーションの動作原理について説
明する.インターカレーションと呼ばれる反応は、下記
反応式(1)に見られるように、ホストT,X2がレド
ックス反応によって自己の結晶格子にゲストイオン(A
+〉を取り入れる反応である.その際ホストの格子定数
は膨脹するが、結晶椙造の基本は変わらない. xA”+xe  +T  X  −+A  1’yx 
 (i)yz     x       z 半導体をゲストイオンを含む電解質溶液に入れると、半
導体と溶液のフェルミ単位を一致させるように電子の出
入が生じ、表面の空間電荷層のために半導体のバンドが
曲がる.溶液のフェルミ準位とは、その電解質溶液内に
多く存在するゲストイオン種A1の酸化還元電位八+ 
/A−を指している.第7図(a)に示すように、P型
半導体の場合はバンドが半導体界面で下向きに曲がる.
ここに、バンド・ギャップ以上のエネルギーを持つ光を
照射すると、価電子帯の電子が励起されて伝導帯に移り
、価電子帯には正孔が残る.バンドの曲り方が下向きで
あるため、界面の近傍で生成した正孔はバンドの曲りに
沿って半導体内部へ移動し、また内部で生成した正孔が
界面へ出てくることはない。そのため光照射によって生
じた正孔は、この半導体界面を−通して溶液内のイオン
や分子と結合することはなく、外部回路を通って対極の
方に流れてゆき、そこでの酸化反応に関与して消滅する
. 一方、伝導帯に励起された電子はバンドの曲りに沿って
界面へ移動し、電気化学反応を起こしてカソード電流が
流れる.酸化還元準位A” /A’が伝導帯のバンド端
よりも下にあれば、A+が還元される.一般に、この反
応によりガスが発生したり、金属が電析するが、半導体
の禁制帯中にA原子を受け入れる適当な準位が存在すれ
ば、生或したA原子は半導体中に取り込まれる.このゲ
ストの単位がフエルミ準位よりも下に位置しておれば、
一旦取り込まれたゲストは光照射を止めた後も安定に半
導体中に残っている.こうしてp型半導体の場合には光
インターカレーションが起こる.ここでいうゲストの単
位はもちろん最初から存在しているものではなく、イン
ターカレーションによって生成されるものである. 還元生成物のA0がガスになったり金属として析出する
か、それともインターカレーションするかは、電極から
A+に電子が渡される時にA+がどういう状態にいるか
に強く依存する・。インターカレーションの場合はA+
とt極との強い相互作用による反応と言われ、A+は電
極上に一種の表面準位を形成すると考えられている.第
7図でレドックス単位が溶液と半導体の両方にまたがっ
て掃かれているのは、このことを意味している.n型半
導体では、格子内のゲストが光照射により溶液中に陽イ
オンA+となって溶け出す光デインターカレーションが
期待される.そのエネルギーダイアダラムを第7図(b
)に示す.n型半導体では界面でバンドが上向きに曲る
ため、価電子帯の正孔のみがこの電極表面における電気
化学反応に関与し、アノード電流が流れる.半導体のゲ
ストの単位が禁制帯内の適当な位置を占めておれば、そ
のゲスト原子は1!極界面で正孔を受け取り、イオンと
なって溶液中に溶け出す. このような光インターカレーション可能な物質を陽極材
とするシート状蓄電池1を、第1図に示したように、マ
トリックス状に配置、結合し、これらの陽極にバンドギ
ャップ以上のエネルギーを持つ光を入射すると、N電池
1に入射光量に比例して電荷が蓄積される.蓄積された
電荷は第2図に示すようにX−Yマトリックスのスイッ
チ16をON状態にすれば、シート状蓄電池1の放電電
流を負荷15で測定することができる.このようにして
各画素毎の放電電流を順次読出し、2次元にその強度分
布をプロットすると、被写体の光学像をトレースするこ
とができる.また、シート状蓄電池1の充電容量を増加
させると、蓄積した電荷により、トナーの吸着を行なう
ことにより直接、画像形戒を行なうこともできる. また、第2図のスイッチ16とは別に、蓄電池1に対す
る充電用のスイッチ及び充電回路を設け、これらを用い
て′ri電池1を部分的(例えば撮像面の外枠部など)
に充・放電しておくことにより、得られる画像の一部を
白或いは黒にすることもできる. 次に、シート状@電池1の他の実施例を第5図に示す.
同図において前記と同部材には同符号を付しており、陽
f!13の材質として、上記の特性に加えて、充電時と
放電時、すなわち光の非照射時と照射時とで光吸収特性
が変化するものを用いたものを用いている.この光吸収
特性の各素子での変化を、信号保持状態に変化のないよ
うな条件でレーザービーム等をスキャンさせ、検出信号
を順次モニターすれば、各素子の受光量が検知でき、固
体撮像素子としてI!l能させることができる.上記陽
!!3の材質としては、Cu6−XPS5Iが知られて
いる.この物質は可視部全域に亘って光を吸収するため
不透明であるが、蓄電池の充電反応に相当するCuイオ
ン又はAgイオンの光インターカレーションが生ずると
、赤色透明となる.また、この場合の電解質4としては
、Cuイオン、Agイオンが可動なポリエチレン系のボ
リマー電解質が好ましく、陰極5としては、Cu又はA
gの薄片が好ましく、また、陰極集電体6としては、N
i,Cuを使用すればよい。
第4図は上記第5図の例での各素子の信号消去のための
回路図を示したものである,本実施例では光照射による
インターカーレションに先立って、X,Yマトリックス
のスイッチ16をON状態として、電源17から抵抗負
荷15を通して電流を流し、シート状蓄電池1のデイン
ターカレーションを行なう. この構戒では、固体撮像素子に物体(被写体)からの反
射光(可視光〉が入射すると、上述したインタカーレシ
ョンにより蓄電池に電荷が蓄積されると共に、陽極の材
質に起因して同部の光吸収特性が変化する.この様子を
モニターずるために第6図に示したごときモニター装置
を用いる.この装置は、固体撮像素子10に蓄積された
電荷を読出すための光を放射する光源31と、光源31
からの光を面スキャンするための光偏向8132と、同
偏向1132からの光を固体撮像素子10へ投射するポ
リゴンミラ−33と、固体撮像素子10からの反射光を
集光する集光レンズ34と、反射光を検出する検出IR
35から梧成される。
そして、上記光源3lは、Cu6−xPS5Iの光イン
ターカレーションに影響のない6500m以上のレーザ
ビームが好ましい.光照射されると各素子に蓄積された
電荷量、すなわちC u e一XPS5I中のCuイオ
ン又はAgイオン量に応じて陽極からの反射光のスペク
トル強度は変化し、検出機35により被写(ホ)の光学
像を検出ずることができる. [発明の効果] 以上のように本発明によれば、光インターカレーション
機能を持つ物質を陽極材としたシート状蓄電池を固体撮
像素子として使用しているので、被写体から各画素の素
子が受光した光量を蓄積電荷量として正確に読出すこと
ができ、ダイナミックレンジが大きく、画像再現精度が
高い固体撮像装置が得られる.また、蓄積された電荷で
外部に仕事をさせることができ、素子へのトナー吸着等
による画像形成等が可能になる。また、受光素子、蓄電
素子の構成が極めて簡単なため、製造上の歩留りがよく
、大面積の素子を有した撮像装置を得ることが可能であ
り、しかも安価となる.さらには、後者の例では、使用
する照射光としてのレーザ光等の波長により分解能が決
まるので、従来のCCDでは到達できない高密度記録が
可能となる.また、CODのように高密度配線が不要な
ため、歩留りがよく大面積の固体Ii像素子を有した撮
像装置を得ることができる.
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例による固体撮像装置に用いた
撮像素子の千面図、第2図は同撮像素子を構或する蓄電
池の電気回路を含んだ′Mtj.図、第3図は蓄電池の
構成図、第4図は他の実施例による撮像装置の素子を#
I戊する蓄電池の電気回路を含んだ椙戒図、第5図は同
蓄電池の梢或図、第6図は後者の実施例による光学系を
含んだ装置全体のIllIrlc図、第7図(a)(b
)は光インターカレーションの反応機梢を示す説明図で
ある.1・・・シート状蓄電池、3・・・陽極、10・
・・固体撮像素子、l5・・・抵抗(負荷)、l6・・
・スイッチ、31・・・光源、35・・・検出機.

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)光インターカレーション機能を持つ物質を陽極材
    としたシート状蓄電池セルを複数個配列することにより
    固体撮像素子を構成し、この固体撮像素子に蓄積された
    電荷を読出す手段を備えたことを特徴とする固体撮像装
  2. (2)光インターカレーション機能を持ち、かつ充電時
    と放電時の光吸収特性が異なる物質を陽極材とするシー
    ト状蓄電池セルを複数個配列することにより固体撮像素
    子を構成し、この固体撮像素子の保持信号の読出時に前
    記陽極材へ信号保持状態を変化させることのない光を照
    射する光照射手段と、この光照射手段からの照射光の陽
    極材による反射光を検出する検出手段とを具備したこと
    を特徴とする固体撮像装置。
JP1158014A 1989-06-19 1989-06-19 固体撮像装置 Pending JPH0322681A (ja)

Priority Applications (2)

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JP1158014A JPH0322681A (ja) 1989-06-19 1989-06-19 固体撮像装置
US07/537,797 US5036396A (en) 1989-06-19 1990-06-14 Solid image-pickup device having storage cell unit

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JP1158014A JPH0322681A (ja) 1989-06-19 1989-06-19 固体撮像装置

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ID=15662387

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JP1158014A Pending JPH0322681A (ja) 1989-06-19 1989-06-19 固体撮像装置

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JP (1) JPH0322681A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100720293B1 (ko) * 2007-01-19 2007-05-21 주식회사 부창엔지니어링 배전반용 압력방출장치
KR100795522B1 (ko) * 2007-12-05 2008-01-16 주식회사 광명전기 배전반 내에 있는 압력을 감지하는 스위치
KR100795524B1 (ko) * 2007-12-05 2008-01-16 주식회사 광명전기 배전반 내에 있는 아크에 의한 고온 고압의 가스를방출하는 장치

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100720293B1 (ko) * 2007-01-19 2007-05-21 주식회사 부창엔지니어링 배전반용 압력방출장치
KR100795522B1 (ko) * 2007-12-05 2008-01-16 주식회사 광명전기 배전반 내에 있는 압력을 감지하는 스위치
KR100795524B1 (ko) * 2007-12-05 2008-01-16 주식회사 광명전기 배전반 내에 있는 아크에 의한 고온 고압의 가스를방출하는 장치

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