JPH0637296A - イメージセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 受光素子の受光エリアを小さくすることな
く、分解能を向上させることができるイメージセンサを
提供する。 【構成】 複数の受光素子５がアレイ状に配置されるイ
メージセンサにおいて、各受光素子５の個別電極となる
下部電極２の引出し線側を除いて前記受光素子５を囲む
ようにシールド用のＧＮＤパターン９を設けたイメージ
センサである。 【効果】 隣接する受光素子の個別電極間に発生する容
量カップリングを小さくすることができ、電位変化の影
響が小さいため、分解能を向上させることができる効果
がある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ファクシミリ又はイメ
ージスキャナ等において原稿像を光学的に読み取るイメ
ージセンサに係り、特に分解能の高いイメージセンサに
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のファクシミリ等において原稿を光
学的に読み取るために、非晶質材料等の半導体膜の上下
を電極で挟んだ、いわゆるサンドイッチ型構造のフォト
ダイオードを受光部とし、これを原稿幅に応じてライン
状に多数配置したイメージセンサが使用されている。

【０００３】従来のイメージセンサには、各受光素子で
あるフォトダイオードの下部電極を個別電極とし、上部
透明電極を共通電極とするタイプのイメージセンサと、
フォトダイオードの上部透明電極を個別電極とし、下部
電極を共通電極とするタイプのイメージセンサとがあ
る。

【０００４】まず、フォトダイオードの下部電極を個別
電極とし、上部透明電極を共通電極とするタイプの従来
のイメージセンサ（第１の従来例のイメージセンサ）に
ついて、図１０〜図１２を使って説明する。図１０は、
第１の従来例のイメージセンサの平面説明図であり、図
１１は図１０のＡ−Ａ′部分の断面説明図である。ま
た、図１２は第１の従来のイメージセンサの１ビットの
みの構成を表わした等価回路図である。

【０００５】第１の従来例のイメージセンサは、図１０
に示すように、受光素子であるフォトダイオードが主走
査方向に複数配置され、各受光素子の下部電極２が個別
電極となって副走査方向に引き出され、上部透明電極４
が共通電極となって主走査方向に帯状に形成された構造
になっている。

【０００６】そして、第１の従来例のイメージセンサの
フォトダイオードは、図１１に示すように、ガラス又は
セラミック等の絶縁性の基板１の上に、クロム（Ｃｒ）
等の下部電極２と、下部電極２を覆うよう形成された水
素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）等の光電変
換層３の半導体薄膜と、光電変換層３を覆うように形成
された酸化インジウム・スズ（ＩＴＯ）等から成る上部
透明電極４とを順次積層したサンドイッチ構造となって
いる。そして、下部電極２が個別電極となり電荷を読み
出すために副走査方向に配線が引き出され、光電変換層
３及び上部透明電極４が主走査方向に帯状に形成され
て、上部透明電極４が共通電極となり、一定の電圧が印
加されている。

【０００７】そして、受光素子５に原稿の反射光が照射
されると、反射光は上部透明電極４を通過して光電変換
層３で光電変換が行われ、受光素子５の寄生容量に蓄積
され電荷が下部電極２から読み出されるようになってい
た。

【０００８】ここで、ＬＥＤを光源として原稿を照射
し、その反射光をロッドレンズアレイで結像した光を、
このイメージセンサの受光素子に入射させたときの光電
変換層３表面の照度は１００［ｌｘ］程度である。この
ため発生する光電流は１［ｎＡ］と微少であり、この光
電流を直接検出することは困難となっていた。そこで、
原稿の反射光を電気信号として読み出すためには、１ラ
インの走査の間に発生する電荷を蓄積して薄膜トランジ
スタ等のスイッチング素子で電荷の転送を行い、電荷を
読み出す方法が採用されている（特開昭６３ー９３５８
号公報参照）。

【０００９】上記電荷の読み出し方法について図１２を
使って説明すると、受光素子のフォトダイオードＰＤに
は逆バイアス電圧（−５Ｖ）が印加される。そして、受
光素子に入射した光により光電変換層３に光電流が流れ
て、電荷が等価的にはフォトダイオードＰＤと並列な容
量ＣPDで表わされる容量に蓄積される。その電荷は電解
効果型トランジスタＴが導通状態となったとき、出力側
の配線の浮遊静電容量ＣL に転送され、外付けの増幅器
Ｉで増幅されて読み出されるようになっていた。リセッ
ト用アナログスイッチＳはこの回路のリセットを行うも
のである。

【００１０】次に、フォトダイオードの上部透明電極を
個別電極とし、下部電極を共通電極とするタイプの従来
のイメージセンサ（第２の従来例のイメージセンサ）に
ついて、図１３〜１５を使って説明する。図１３は、第
２の従来例のイメージセンサの平面説明図であり、図１
４は、図１３のＢ−Ｂ′部分の断面説明図であり、図１
５は、第２の従来例のイメージセンサの１ビットのみの
構成を表した等価回路図である。

【００１１】第２の従来例のイメージセンサは、図１３
に示すように、受光素子であるフォトダイオードが主走
査方向に複数配置され、各受光素子の上部透明電極４が
個別電極となって、上部透明電極４から副走査方向に引
き出した引出し線８から電荷の読み出しを行い、下部電
極２が共通電極となって主走査方向に帯状に形成された
構造になっている。

【００１２】そして、第２の従来例のイメージセンサの
フォトダイオードは、図１４に示すように、ガラス又は
セラミック等の絶縁性の基板１の上に、クロム（Ｃｒ）
等の下部電極２と、下部電極２を覆うよう形成された水
素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）等の光電変
換層３の半導体薄膜と、光電変換層３を覆うように形成
された酸化インジウム・スズ（ＩＴＯ）等から成る透明
電極４と、コンタクトホール６を除いて基板１全体を覆
うよう形成された透明絶縁層７と、コンタクトホール６
部分から副走査方向に引き出したアルミニウム（Ａｌ）
の引出し線８とを順次積層したサンドイッチ構造となっ
ている。そして、上部透明電極４が下部電極２上に離散
的に形成されて個別電極となり、光電変換層３も同様に
離散的に形成され、下部電極２は主走査方向に帯状に形
成されて共通電極となり、一定の電圧が印加されてい
る。

【００１３】そして、電荷の読み出し方法は、図１５に
示すように、受光素子のフォトダイオードＰＤには正バ
イアス（＋５Ｖ）が印加されており、受光素子５に原稿
の反射光が照射されると、反射光は透明絶縁層７及び上
部透明電極４を通過して光電変換層３で光電変換が行わ
れて光電流が流れ、電荷が等価的にはフォトダイオード
ＰＤと並列な容量ＣPDで表される容量に蓄積される。そ
の電荷は電解効果型トランジスタＴが導通状態となった
とき、上部透明電極４から引出し線８を介して出力側の
配線の浮遊静電容量ＣL に転送され、外付けの増幅器Ｉ
で増幅されて読み出されるようになっていた。尚、リセ
ット用アナログスイッチＳは回路のリセットを行うもの
である。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記第
１及び第２の従来例のイメージセンサでは、隣接する受
光素子、つまりフォトダイオードの個別電極間で容量カ
ップリングが発生するため、隣接するフォトダイオード
の電位変化の影響を受けて、各受光素子に発生した電荷
を正確に読み取ることができず、そのため分解能（ＭＴ
Ｆ）を低下させるという問題点があった。

【００１５】また、受光素子間のカップリング容量を減
らして分解能を向上させるために、受光素子を小さくし
て受光素子間の間隔を広げることも考えられるが、受光
素子を小さくすることで受光エリアが狭くなり、イメー
ジセンサの感度が低下し、更に受光素子を小さくしてい
るためにフォトダイオードに形成される容量が小さくな
り、原稿の反射光によって蓄積される電荷量も制限され
て、電荷蓄積のリニアリティーが低下するという問題点
があった。

【００１６】本発明は上記実情に鑑みて為されたもの
で、受光素子の受光エリアを小さくすることなく、分解
能を向上させることができるイメージセンサを提供する
ことを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記従来例の問題点を解
決するための請求項１記載の発明は、共通電極、光電変
換層、個別電極を有する受光素子が複数個アレイ状に配
置されたイメージセンサにおいて、前記各受光素子にお
ける前記個別電極の引出し線側を除いて前記受光素子を
囲むように一定電位に接続するシールド用のパターンを
設けたことを特徴としている。

【００１８】上記従来例の問題点を解決するための請求
項２記載の発明は、共通電極、光電変換層、個別電極を
有する受光素子が複数個アレイ状に配置されたイメージ
センサにおいて、前記個別電極の面積を広くし、前記各
受光素子における前記個別電極の引出し線側を除いて前
記個別電極の端部を覆うように一定電位に接続するシー
ルド用のパターンを設けたことを特徴としている。

【００１９】

【作用】請求項１記載の発明によれば、複数の受光素子
の個別電極の引出し線側を除いて各受光素子を囲むよう
に一定電位に接続するシールド用のパターンを設けたイ
メージセンサとしているので、隣接する受光素子の個別
電極間に発生する容量カップリングを小さくすることが
でき、隣接する受光素子の電位変化の影響を小さくし
て、イメージセンサの分解能を向上させることができ
る。

【００２０】請求項２記載の発明によれば、個別電極の
面積を広くして、複数の受光素子における個別電極の引
出し線側を除いて各個別電極の端部を覆うように一定電
位に接続するシールド用のパターンを設けたイメージセ
ンサとしているので、共通電極と個別電極で形成される
受光素子の容量が大きくなり、更にシールド用のパター
ンと受光素子の個別電極との重なり部分で容量が形成さ
れるため、受光素子部分全体の容量が増大して電荷蓄積
のリニアリティーが向上し、かつ受光素子間のシールド
も確保することができ、感度及び分解能を向上させるこ
とができる。

【００２１】

【実施例】本発明の一実施例について図面を参照しなが
ら説明する。図１は、本発明の一実施例に係るイメージ
センサの平面説明図であり、図２は、図１のＣ−Ｃ′部
分の断面説明図であり、図３は、図１のＤ−Ｄ′部分の
断面説明図である。尚、図１０，図１１と同様の構成を
とる部分については同一の符号を付して説明する。

【００２２】本実施例（第１の実施例）のイメージセン
サは、下部電極を個別電極とし、上部透明電極を共通電
極とするタイプのイメージセンサに、シールド用のＧＮ
Ｄパターンを形成したもので、図１に示すように、個別
電極の引出し線側を除いて各受光素子を囲むように、個
別電極である下部電極２と同様の素材でＧＮＤパターン
９を形成し、ＧＮＤレベルに接続している。

【００２３】第１の実施例のイメージセンサのフォトダ
イオード部の構成は、図２に示すように、ガラス又はセ
ラミック等の絶縁性の基板１の上に、クロム（Ｃｒ）等
の下部電極２とシールド用のＣｒのＧＮＤパターン９を
積層し、その上に水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓ
ｉ：Ｈ）等の光電変換層３の半導体薄膜と、その上に酸
化インジウム・スズ（ＩＴＯ）等から成る上部透明電極
４とを順次積層したサンドイッチ構造となっている。

【００２４】そして、図３に示すように、下部電極２が
個別電極となり主走査方向に複数離散的に形成され、そ
の個別電極の引出し線側を除いて個別電極を囲むように
シールド用のＣｒのＧＮＤパターン９が形成され、その
上に光電変換層３の半導体薄膜と、上部透明電極４とが
主走査方向に帯状に順次積層され、上部透明電極４が共
通電極となって一定電圧が印加されている。

【００２５】上記第１の実施例のような構成にすること
により、隣接する受光素子の個別電極間のカップリング
容量を減少させることができ、隣接する受光素子の電位
変化の影響を受けないため、イメージセンサの分解能を
向上させることができる効果がある。

【００２６】第２の実施例として、上部透明電極を個別
電極とし、下部電極を共通電極とするタイプのイメージ
センサにおける実施例について、図４〜６を使って説明
する。図４は、第２の実施例に係るイメージセンサの平
面説明図であり、図５は、図４のＥ−Ｅ′部分の断面説
明図であり、図６は、図４のＦ−Ｆ′部分の断面説明図
である。尚、図１３，図１４と同様の構成をとる部分に
ついては同一の符号を付して説明する。

【００２７】第２の実施例のイメージセンサは、上部透
明電極を個別電極とし、下部電極を共通電極とするタイ
プのイメージセンサに、シールド用のＧＮＤパターンを
形成したもので、図４に示すように、個別電極の引出し
線側を除いて各受光素子を囲むように、引出し線８と同
様の素材でＧＮＤパターン１０を形成し、ＧＮＤレベル
に接続している。

【００２８】第２の実施例のイメージセンサのフォトダ
イオード部の構成は、図５に示すように、ガラス又はセ
ラミック等の絶縁性の基板１の上に、クロム（Ｃｒ）等
の下部電極２と、下部電極２を覆うよう形成された水素
化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）等の光電変換
層３の半導体薄膜と、光電変換層３を覆うように形成さ
れた酸化インジウム・スズ（ＩＴＯ）等から成る透明電
極４と、コンタクトホール６を除いて基板１全体を覆う
よう形成された透明絶縁層７が形成され、その上にアル
ミニウム（Ａｌ）等で形成された引出し線８と、Ａｌで
形成されたＡｌのＧＮＤパターン１０とを順次積層した
サンドイッチ構造となっている。引出し線８は、コンタ
クトホール５を介して個別電極である上部透明電極４に
接続され、透明絶縁層７の上を副走査方向に引き出され
ている。

【００２９】そして、図６に示すように、共通電極であ
る下部電極２が主走査方向に帯状に形成され、その上に
光電変換層３の半導体薄膜が離散的に形成され、更にそ
の上に個別電極である上部透明電極４が離散的に形成さ
れ、そして全体を透明絶縁層７が覆い、引出し線８側を
除いて個別電極を囲むようにシールド用のＡｌのＧＮＤ
パターン１０が形成されている。

【００３０】上記第２の実施例のような構成にすること
により、隣接する受光素子の個別電極間のカップリング
容量を減少させることができ、隣接する受光素子の電位
変化の影響を受けないため、イメージセンサの分解能を
向上させることができる効果がある。

【００３１】次に、第３の実施例について図７〜９を用
いて説明する。図７は、第３の実施例に係るイメージセ
ンサの平面説明図であり、図８は、図７のＧ−Ｇ′部分
の断面説明図であり、図９は、図７のＨ−Ｈ′部分の断
面説明図である。

【００３２】第３の実施例のイメージセンサは、図７に
示すように、第２の実施例のイメージセンサで離散的に
形成された各光電変換層３及び各上部透明電極４の基板
１上の面積を主走査方向に少しばかり拡大し、副走査方
向に大きく拡大して光電変換層３及び上部透明電極４部
分の面積を広げ、それに従ってＡｌのＧＮＤパターン１
０領域も広げて受光エリアを規定するように受光素子５
を部分的に覆うようにし、結果的には受光エリアは第２
の実施例と同程度となるように形成するものである。
尚、第３の実施例のイメージセンサの受光素子部の積層
構成は、図８及び図９に示した第２の実施例とほぼ同様
である

【００３３】上記第３の実施例の構成にすることによ
り、各受光素子の面積を拡大したために、個別電極であ
る上部透明電極４と共通電極である下部電極２との間に
形成される容量が増加し、更に、ＡｌのＧＮＤパターン
１０と上部透明電極４との重なり部分で新たな容量が形
成されるため、受光素子部の容量が増大し、電荷蓄積の
リニアリティーを向上させることができる効果がある。

【００３４】また、ＡｌのＧＮＤパターン１０を引出し
線８側を除いて各受光素子の周辺部分を覆うように形成
したことにより、各受光素子の個別電極間に発生する電
気的影響をシールドすることができ、従って隣接する受
光素子の電位変化の悪影響を減少させてイメージセンサ
の分解能を向上させることができる効果がある。

【００３５】また、第３の実施例のイメージセンサは、
特に、画素を高密度化させた場合に、受光素子部分の容
量を増大させることができるので、受光素子に蓄積する
電荷量も大きくでき、高解像度化に有効に対応できるも
のでである。

【００３６】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、複数の受
光素子の個別電極の引出し線側を除いて各受光素子を囲
むように一定電位に接続するシールド用のパターンを設
けたイメージセンサとしているので、隣接する受光素子
の個別電極間に発生する容量カップリングを小さくする
ことができ、隣接する受光素子の電位変化の影響を小さ
くして、イメージセンサの分解能を向上させることがで
きる効果がある。

【００３７】請求項２記載の発明によれば、個別電極の
面積を広くして、複数の受光素子における個別電極の引
出し線側を除いて各個別電極の端部を覆うように一定電
位に接続するシールド用のパターンを設けたイメージセ
ンサとしているので、共通電極と個別電極で形成される
受光素子の容量が大きくなり、更にシールド用のパター
ンと受光素子の個別電極との重なり部分で容量が形成さ
れるため、受光素子部分全体の容量が増大して電荷蓄積
のリニアリティーが向上し、かつ受光素子間のシールド
も確保することができ、感度及び分解能を向上させるこ
とができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例（第１の実施例）に係るイ
メージセンサの平面説明図である。

【図２】 図１のＣ−Ｃ′部分の断面説明図である。

【図３】 図１のＤ−Ｄ′部分の断面説明図である。

【図４】 第２の実施例のイメージセンサの平面説明図
である。

【図５】 図４のＥ−Ｅ′部分の断面説明図である。

【図６】 図４のＦ−Ｆ′部分の断面説明図である。

【図７】 第３の実施例のイメージセンサの平面説明図
である。

【図８】 図７のＧ−Ｇ′部分の断面説明図である。

【図９】 図７のＨ−Ｈ′部分の断面説明図である。

【図１０】 第１の従来例のイメージセンサの平面説明
図である。

【図１１】 図１０のＡ−Ａ′部分の断面説明図であ
る。

【図１２】 第１の従来のイメージセンサの１ビットの
みの構成を表わした等価回路図である。

【図１３】 第２の従来例のイメージセンサの平面説明
図である。

【図１４】 図１３のＢ−Ｂ′部分の断面説明図であ
る。

【図１５】 第２の従来例のイメージセンサの１ビット
のみの構成を表わした等価回路図である。

【符号の説明】

１…基板、 ２…下部電極、 ３…光電変換層、 ４…
上部透明電極、 ５…受光素子、 ６…コンタクトホー
ル、 ７…透明絶縁層、 ８…引出し線、 ９…Ｃｒの
ＧＮＤパターン、 １０…ＡｌのＧＮＤパターン、 Ｐ
Ｄ…フォトダイオード、 ＣPD…容量、 Ｔ…電解効果
型トランジスタ、 ＣL …浮遊静電容量、 Ｉ…増幅
器、 Ｓ…リセット用アナログスイッチ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 共通電極、光電変換層、個別電極を有す
   る受光素子が複数個アレイ状に配置されたイメージセン
   サにおいて、前記各受光素子における前記個別電極の引
   出し線側を除いて前記受光素子を囲むように一定電位に
   接続するシールド用のパターンを設けたことを特徴とす
   るイメージセンサ。
2. 【請求項２】 共通電極、光電変換層、個別電極を有す
   る受光素子が複数個アレイ状に配置されたイメージセン
   サにおいて、前記個別電極の面積を広くし、前記各受光
   素子における前記個別電極の引出し線側を除いて前記個
   別電極の端部を覆うように一定電位に接続するシールド
   用のパターンを設けたことを特徴とするイメージセン
   サ。