JPH0547476Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 (イ) 産業上の利用分野 本考案はフオトダイオードからなる複数の光電
変換機能部を備えた電荷蓄積型のイメージセンサ
に関する。

(ロ) 従来の技術 電荷蓄積型のイメージセンサとしては、近年特
開昭56−2784号に開示の如くアモルフアスシリコ
ンを光活性層としたフオトダイオードを多数集積
化したものが実用化されている。

斯様なイメージセンサでは原稿の読み取り分解
能は素子密度に比例し、現在のところ８ドツト／
mm更には16ドツト／mmが一般的である。

このセンサの蓄積動作は、フオトダイオードを
充電した後、入射光の照射を受けて充電荷量が減
少した電荷量を再充電電流によつて検出するもの
である。

従つて、斯る電荷蓄積型のイメージセンサにあ
つては、上記フオトダイオードにおける光電変換
による光キヤリア発生量が大きいこと、更にはフ
オトダイオードとしての蓄積電荷量、即ち静電容
量が大きいことが好ましいということとなる。

しかしながら上述のイメージセンサの高集積化
を図るにはフオトダイオードの小面積化が原因し
て静電容量の低下を招く事になる。その結果充電
電流も小さくなるため、撮像信号のＳ／Ｎ比の低
下を来たす欠点があつた。

従来このＳ／Ｎ比低下の対策として各ビツト毎
のフオトダイオード自体の面積を広げる事はでき
ないので、このフオトダイオードに容量成分を並
列付加するものがある。即ち、第３図に示す如
く、受光面側のガラス基板３１上に透明電極３
２、半導体層３３、裏面電極３４を順次積層して
なるフオトダイオードに、透明電極３２と連結し
た不透明な遮光電極、上記半導体層３３の延長部
分、上記裏面電極の積層体からなる容量が回路的
に並列配置されている。このように容量を付加す
るものは、電荷の蓄積許容量が増加するものの、
光電変換効率自体がフオトダイオード部分の受光
面積に依存して変化しないので、各フオトダイオ
ードの受光時間を長くする事で、画像信号のＳ／
Ｎ比を向上する事は可能である。しかしながら、
この場合、画像の高速読取りには不向きなものと
なつてしまい、イメージセンサの低速化を招く欠
点があつた。

(ハ) 考案が解決しようとする問題点 本考案は上述の点に鑑みてなされたものであ
り、フオトダイオードへの受光時間を増長せしめ
る事なく、フオトダイオード内で発生する光キヤ
リア量を増大せしめると共に、静電容量を増大せ
しめたことによるＳ／Ｎ比の向上を実現し得るイ
メージセンサを提供するものである。

(ニ) 問題点を解決するための手段 本考案のイメージセンサは、複数の光電変換機
能部からなる電荷蓄積型のイメージセンサであつ
て、上記光電変換機能部は、透光性の第１電極層
と、半導体接合を備えた光電変換機能を呈する第
１半導体膜層と、透光性の第２電極層と、半導体
接合を備えた光電変換機能を呈する第２半導体層
と、第３電極層とを光透過方向に沿つて積層した
積層体から成り、上記第１の電極層と上記第３の
電極層は電気的に接続されると共に、上記第１半
導体膜層と上記第２半導体膜層とは上記第２電極
層を介して逆極性の関係となるように積層される
ことにより、上記第１電極層と第１半導体膜層と
第２電極層により構成されるフオトダイオード
と、上記第２電極層と第２半導体膜層と第３電極
層による構成されるフオトダイオードとが並列接
続された構成としたものである。

(ホ) 作用 本考案のイメージセンサによれば、各光電変換
機能部のフオトダイオードを２個以上積層したも
のであるので、規定された大きさの光電変換機能
部に於けるフオトダイオードの受光面積を実質的
に２倍以上に設定できることから、各光電変換機
能部内における光キヤリア量を増大せしめること
ができる。

更に、本考案は、１つの光電変換機能部として
複数のフオトダイオードを備えると共に、これら
フオトダイオードを並列接続となるように構成し
ていることから、１光電変換機能部としての蓄積
電荷量、即ち静電容量が大きくし得る。これによ
り、撮像信号のＳ／Ｎ比が向上することとなる。

(ヘ) 実施例 第１図に本考案のイメージセンサの１ビツト当
りの光電変換機能部付近の断面構造を示し、第２
図にその１ビツト当りの回路図を示す。第１図に
於いて、１はガラス基板、２は基板１上の透光性
の受光面電極、３は該電極２上にｐ−ｉ−ｎ型の
順で積層されたアモルフアスシリコンからなる第
１の半導体層、４は該半導体層３上の透光性の中
間電極、５は該中間電極４上に上記半導体層３と
は逆にｎ−ｉ−ｐ型の順で積層されたアモルフア
スシリコンからなる第２の半導体層、６は該半導
体層５上に形成されたアルミニウムからなる裏面
電極であり、上記受光面電極２の延長部と重なつ
て電気的に結合した状態で一方の端子Ｘをなす。
又、これと同様のアルミニウムからなる導電層７
は上記中間電極４の延長部に重なつて電気的に結
合して他の端子Ｙをなす。

斯様な膜積層構造は、受光面電極２と第１の半
導体層３と中間電極４とからなる第１のフオトダ
イオードPD１と、中間電極４と第２の半導体層
５と裏面電極６とからなる第２のフオトダイオー
ドPD２とを重ね合せたものである。その回路構
成は第２図の如く両フオトダイオードPD１，PD
２が並列接続されている。

本考案のイメージセンサは上述のように並列接
続の２個（あるいは３個以上）のフオトダイオー
ドを積層してなるビツト単位を多数上記の基板１
上に配列し、これ等を順次スキヤンして、例えば
一次元の密着画像読取が行なわれる。この読取り
手法としては前述の如き電荷蓄積方式が採用され
る。即ち、光電変換機能部の両フオトダイオード
PD１，PD２を蓄積容量として用い、これ等両フ
オトダイオードPD１，PD２で入射光量に応じて
発生した光電荷によつて中和減少した蓄積電荷部
を外部電源より供給充電し、その時の充電電流値
を画像信号として読取るのである。

従つて、上述の実施例の場合、１ビツト当りの
並列積層状態の両フオトダイオードPD１，PD２
によつて、実質的な受光面積が２倍になつた上に
蓄積容量も倍増した事になる。この結果画像信号
として外部へ読み出すべき充電電流の大きさが従
来のイメージセンサより倍増する事になるので、
画像信号のＳ／Ｎ比を大巾に向上できる。又、こ
のように光電変換機能部での光電変換効率が高い
為に、受光時間を増長する事なく画像信号のＳ／
Ｎ比を高める事が可能である。

第１図の実施例の場合、入射光は透明な基板
１、透明な受光面電極２、半透明な第１の半導体
層３、透明な中間層電極４を介して第２の半導体
層５に達する。即ち、入射光は第１のフオトダイ
オードPD１で光電変換されこのフオトダイオー
ドPD２を通過した光が第２のフオトダイオード
PD２で光電変換される。この入射光が例えば黄
色LEDを光源としたものであれば、第１のフオ
トダイオードPD１のアモルフアスシリコン半導
体層３のｉ型層を1000Å厚にし、第２のフオトダ
イオードPD２のそれ５のｉ型層を3000Åとする
事で、両フオトダイオードPD１，PD２の並列積
層構造での総合的な光電変換効率を高め得る。

又、例えば、赤色LEDを光源とした場合はフ
オトダイオードの３段積層構造とし、第１段（最
も受光面側に位置する）のフオトダイオードのア
モルフアスシリコン半導体層のｉ型層を1000Å、
第２段のそれを3000Å、第３段のそれを5000Åと
することで、総合的光電変換効率の向上を図る事
ができる。

(ト) 考案の効果 本考案のイメージセンサは、以上の説明から明
らかな如く、各光電変換機能部のフオトダイオー
ドを２個以上積層したものであるので、光電変換
機能部の面積を大きくする事なく実質的な受光面
積を倍増する事ができる。また、本考案は、複数
のフオトダイオードにより１つの光電変換機能部
を構成せしめるに際して、これらフオトダイオー
ドを並列接続となるように構成していることか
ら、１光電変換機能部としての蓄積電荷量、即ち
静電容量が大きくし得ることとなる。従つて、こ
の実質的な受光面積の増加と、静電容量の増加と
が相まつて、読み取り速度の低下を招くことな
く、撮像信号のＳ／Ｎ比の向上が望める。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案のイメージセンサの一実施例の
要部断面図、第２図は第１図装置の等価回路図、
第３図は従来のイメージセンサの要部断面図であ
る。 １……ガラス基板、２……受光面電極、３，５
……半導体層、４……中間電極、６……裏面電
極。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 複数の光電変換機能部からなる電荷蓄積型のイ
   メージセンサであつて、上記光電変換機能部は、
   透光性の第１電極層と、半導体接合を備えた光電
   変換機能を呈する第１半導体膜層と、透光性の第
   ２電極層と、半導体接合を備えた光電変換機能を
   呈する第２半導体層と、第３電極層とを光透過方
   向に沿つて積層した積層体から成り、上記第１の
   電極層と上記第３の電極層は電気的に接続される
   と共に、上記第１半導体膜層と上記第２半導体膜
   層とは上記第２電極層を介して逆極性の関係とな
   るように積層されることにより、上記第１電極層
   と第１半導体膜層と第２電極層により構成される
   フオトダイオードと、上記第２電極層と第２半導
   体膜層と第３電極層による構成されるフオトダイ
   オードとが並列接続されて成ることを特徴とする
   イメージセンサ。