JPH065833A - イメージセンサー - Google Patents

イメージセンサー

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JPH065833A
JPH065833A JP4159783A JP15978392A JPH065833A JP H065833 A JPH065833 A JP H065833A JP 4159783 A JP4159783 A JP 4159783A JP 15978392 A JP15978392 A JP 15978392A JP H065833 A JPH065833 A JP H065833A
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capacitance
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individual electrode
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JP4159783A
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Hiroshi Ishihara
啓 石原
Kiyoshi Matsuda
潔 松田
Atsushi Tamaki
淳 玉木
Masatoshi Kato
雅敏 加藤
Tadahiko Hamaguchi
忠彦 浜口
Takeshi Takeda
岳 竹田
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Mitsubishi Kasei Corp
Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Kasei Corp
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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    • H10K85/6572Polycyclic condensed heteroaromatic hydrocarbons comprising only nitrogen in the heteroaromatic polycondensed ring system, e.g. phenanthroline or carbazole

Abstract

(57)【要約】 【構成】 全ての画素に共通の共通電極と各画素に対応
した個別電極とを有機光導電体層を介して設けた画素で
あって画像情報を電気信号に変換する画素を集積してな
る画像読み取り素子を用いたイメージセンサーにおい
て、線間容量が該画素の電気容量と各個別電極の出力容
量との和の35%以下であるイメージセンサー。 【効果】 光導電体層の成膜が容易であって生産性に優
れ、大面積化が容易であって、暗導電性が低く、シグナ
ル/ノイズ比を大きくとれると共にMTFが高く、実用
上多くの利点を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は画像信号を電気信号に変
換し、電気信号として取り出すイメージセンサーに用い
られる画像読み取り素子に関するものであり、有機系の
光導電材料を光電変換材料として使用したセンサーに関
するものである。
【0002】
【従来の技術】光センサーは光強度の計測に、またロボ
ット、各種オートメーションシステムにおける位置セン
サーとして、また情報通信、情報処理における画像情報
の読み取りなどに広く用いられている。特に画像情報処
理の技術、能力の進歩した今日、高性能な画像情報の入
力装置としてのイメージセンサーの進歩が強く望まれて
いる。ファクシミリ、ワードプロセッサ、電子ファイル
システムなどは画像入力装置を必要とする代表的な装置
である。
【0003】このような入力装置としては、ビデオカメ
ラのような二次元情報を取り出すものと、ラインセンサ
ーを利用して画像をスキャンして読み出すイメージスキ
ャナーが考えられるが、通常十分な解像力(画素数)を
得るためにラインセンサーを使用したイメージスキャナ
が使用されている。ラインセンサーとしては、結晶シリ
コンを使用した電荷結合素子が代表的であるが、素子の
大きさに限界があって、大きな面積の画像を読み取るに
は縮小光学系を使用するか、素子を多数高精度に並べる
必要がある。それに対して硫化カドミウム、アモルファ
スシリコンを光導電面としたセンサーは比較的大きな面
積が可能であり、ロッドレンズアレイを併用して等倍密
着型のラインセンサーが一部実用化されている。
【0004】しかし、従来のこのような光導電材料は成
膜の方法に制約があって量産性が低く、実質的には大面
積の画像をスキャンする長いラインセンサーを作ること
は困難であった。一方光導電材料として有機系の材料を
使用したセンサーは、成膜が塗布液からの塗布によって
行うことができ容易であり、生産性に優れていること、
大面積化が容易であること、暗導電性が低くシグナル/
ノイズ比を大きく取れるなどいくつかの有利な点を有し
ている。そのため有機材料を光導電面に使用したイメー
ジセンサーの例がいくつか知られている(例えば特開昭
61−285262号公報、特開昭61−291657
号公報、特開平1−184961号公報等参照)。
【0005】ところがこうした有機系の光導電材料を使
用したイメージセンサーにおいては空間分解能(以下
「MTF」と略す。)が、無機系の光導電材料を使用し
たイメージセンサーに比べ低く、好ましい出力画像を得
ることが困難であった。ここで、MTFとは、イメージ
センサーの出力電圧の最大値をVmax 、最小値をVmin
とすると〔(Vmax −Vmin )/(Vmax +Vmin )〕
×100(%)で定義される値である。MTFはイメー
ジセンサーに白と黒が等間隔で並んだ原稿を入力して測
定できる。
【0006】実用上MTFが30%以上であると比較的
高解像度で原稿を読み取ることができ、秀れた出力画像
を得ることができる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、成膜
が容易であって生産性に優れ、大面積化が容易であっ
て、暗導電性が低く、シグナル/ノイズ比を大きくとれ
ると共に、MTFが高い有機系の光導電材料を使用した
イメージセンサーを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記目的を
達成するために鋭意研究の結果、MTFが各画素出力間
の干渉の度合と関連することを見い出し本発明を完成す
るに至った。即ち本発明の要旨は、全ての画素に共通の
共通電極と各画素に対応した個別電極とを有機光導電体
層を介して設けた画素であって画像情報を電気信号に変
換する画素を集積してなる画像読み取り素子を用いたイ
メージセンサーにおいて、線間容量が該画素の電気容量
と各個別電極の出力容量との和の35%以下であること
を特徴とするイメージセンサーに存する。
【0009】以下、本発明につき詳細に説明する。本発
明における画素は、有機光導電体層を介して個別電極と
共通電極が設けられている。こうした画素を集積してな
る画像読み取り素子を用いたイメージセンサーの電気信
号の読み出し方法としては、電荷をコンデンサに蓄積し
読み出す電荷蓄積型と、光電流そのものを読み出す光電
流型とがあるが、前者の方が感度の点から好ましく、そ
のコンデンサとしては、特別なコンデンサーを別に設け
ることなく各画素の電気容量を用いることが多い。
【0010】ここで各画素の電気容量とは個別電極と共
通電極間の容量のことである。この場合電荷は各画素の
電気容量と各個別電極の出力容量との和の容量に蓄積さ
れる。ここで各個別電極の出力容量とは、各個別電極と
基準電位との間に存する電気容量を言い、基準電位は通
常0ボルトを意味する。又、個別電極とそれと隣接する
他の個別電極との間に存する電気容量を線間容量として
表わすと、各画素出力間の干渉の度合は各素子の電気容
量と各個別電極の出力容量との和に対する線間容量の比
1/kによって表わせる。
【0011】この画素出力間の干渉の度合をある特定値
以下にすることによりMTFが30%以上のイメージセ
ンサーを得ることができることがわかった。即ち、イメ
ージセンサー出力のMTFは線間容量に対する各素子の
電気容量と個別電極の出力容量との和の比kと関連し、
具体的にはkが大きいほどMTFは大きくなり、またM
TFに対するkの影響は空間周波数fが高いほど大きく
なる。
【0012】従ってMTFが30%以上のイメージセン
サーを得るには、線間容量が、各画素の電気容量と各個
別電極の出力容量との和の35%以下、より好ましくは
30%以下となるようにすればよい。しかしながら、有
機系の材料を使用したセンサーにおいて、有機光導電体
層を塗布液からの塗布で成膜する場合、成膜の精度の点
から膜厚を1μm以下にすることは困難であり、また有
機光導電体の比誘電率は3.5以下と小さい為、各画素
の電気容量は0.1から1pF(ピコファラット)であ
って、無機系の材料を使用したセンサーに比べて小さ
く、その結果、各画素の電気容量と各個別電極の出力容
量との和に対する、線間容量の比を35%以下にするこ
とは困難であった。
【0013】本発明者らは、線間容量を小さくする手段
及び各画素の電気容量又は各個別電極の出力容量を大き
くする手段について検討した結果、線間容量を小さくす
るには個別電極を特定の形状の設計することが好ましい
こと、各画素の電気容量を大きくするには個別電極と共
通電極の少なくとも一部に絶縁層を設けることが好まし
いこと、又、各個別電極の出力容量を大きくするには一
定の電位に保った、個別電極もしくは共通電極以外の第
3の電極と個別電極の間に絶縁層を設けることが好まし
いことを見い出した。
【0014】以下、本発明を図面を用いて詳細に説明す
る。まず、本発明の画像読み取り素子を用いたセンサー
の全体構成の一例を図1に示す。この例ではいわゆる密
着型のラインセンサーの例が示されている。原稿面
(4)にLEDアレイ(3)よりなる光源から照射、反
射した光はロッドレンズアレイ(2)によってラインセ
ンサーの光導電部(1)に照射され、個々の画素で光電
変換された信号は個別電極につながったスイッチング素
子を介して逐次時系列信号として読み出されていく。光
電変換により各画素に生じた電流は電荷蓄積型で読み込
まれる。このように光導電体層と電極対からなる画素は
一次元に並べられラインセンサーとして使用される。
【0015】センサー中の画像読み取り素子のうちいわ
ゆるサンドイッチ型素子の構成例を図2に示す。この場
合、個別電極(5)を設けた支持体(8)上にブロッキ
ング層(6)と光導電体層(7)が形成され、さらにそ
の上に共通電極(9)が設けられる。この場合、ブロッ
キング層(6)は個別電極(5)に直接接して設けられ
る。電極対におけるいずれかの電極は個別電極であり、
個別電極の一つ及びこれが対向する電極との電極対並び
に電極対の間に介在する光導電体層とブロッキング層と
で一つの画素が構成され、個別の画素の光に応じた信号
を取り出せる。電極対の一方及び光導電体層並びにブロ
ッキング層は各画素共通でよい。少なくとも一方の電極
は光の入射通路になり十分光を透過する透明電極である
ことが必要である。透明電極としては酸化インジウム、
酸化スズ、インジウム・スズ酸化物膜などの金属酸化
物、また金、アルミニウムなどの金属の薄い膜が挙げら
れる。もう一方の対向する電極には種々の金属が使用で
き、例えばアルミニウム、チタン、金、銀、銅、ニッケ
ル、クロム、モリブデン、タンタル、タングステンなど
が挙げられる。支持体側から露光を行う場合、支持体も
十分光を透過することが必要である。有機光導電体層と
してはアゾ顔料、フタロシアニン顔料、多環キノン顔
料、ペリレン顔料、メロシアニン顔料、スクウェアリウ
ム顔料等の電荷発生物質をバインダー中に分散させた層
構成が挙げられる。また、該電荷発生物質および電荷移
動物質を有効成分として含有し、両物質をバインダー樹
脂に分散した層構成、また電荷発生層、電荷移動層を積
層した層構成が挙げられる。
【0016】個別電極の共通電極と対向している部分の
幅は各画素の出力を増加させるためにできるだけ大きく
設計されるので、各個別電極間の距離が小さくなり線間
容量は大きくなる結果、MTFが低下するという問題が
生じる。そこで個別電極の形状を線間容量が小さくなる
ように設計することによってMTFの低下を防ぐことが
好ましい。具体的には共通電極と対向していない部分の
個別電極の幅を対向している部分の幅に比べて細くする
かあるいは個別電極の長さを短くするなどの方法によっ
て、線間容量を小さくすることができる。
【0017】1mmあたり8個の画素(8dot/mm)で
構成されるイメージセンサーについて共通電極と対向し
ていない部分の個別電極の幅を変えることによって線間
容量を変化させたものを作製し、それらを用いて41p
/mmすなわち1mmあたり4ラインペアー、より具体的に
は1mmあたりに白と黒の線対が4組ある原稿を読み込ま
せてMTFを測定した結果を図3に示す。個別電極の長
さは1cmとした。ロッドレンズアイは41p/mmでMT
Fが70%の一般的なものを用いた。なお、41p/mm
というのは8dot/mmのイメージセンサーで読み取り
が可能な最も高い空間周波数である。MTFの低下は空
間周波数が高いほど大きいので、図3のMTF値はイメ
ージセンサー出力のMTFの最低値を示している。図3
の結果より、個別電極の形状を、線間容量が各画素の電
気容量と個別電極出力容量の和の35%以下、より好ま
しくは30%以下になるように設計することによって、
出力を2値化するのに必要なMTF値(30%以上)が
得られる事が分かった。
【0018】ここで、個別電極の幅を狭くすると電極の
抵抗値が増大するなどの問題が生じるが、共通電極と対
向していない部分の幅を対向している部分の半分にして
も電極部の抵抗の増加による各画素の出力信号への影響
は殆どなく、またこの形状で線間容量も十分小さくでき
る。各画素の電気容量を大きくするには、共通電極
(9)と個別電極(5)の間に、有機光導電体層(7)
とブロッキング層(6)で構成された部分と、絶縁層
(10)とブロッキング層(6)で構成された部分を設
けた素子構成(図4、もしくは図5)にすることによっ
て、絶縁層による電気容量の分だけ各画素の電気容量を
大きくすることができる。
【0019】しかし、共通電極と個別電極の間に絶縁層
を設ける場合、有機光導電体層(7)と該絶縁層(1
0)の境界部に於て、有機光導電体層の端部形状が不均
一になると、各素子の電気容量が不均一となり、均一な
出力が得られないという問題が生じる。そこで、絶縁層
を設ける素子構成にする場合、該有機光導電体層と該絶
縁層の境界部において、個別電極の線幅を図8に示すよ
うに細くすることによって、端部形状が不均一でも各画
素の電気容量の均一性が失われないようにすることが可
能になり、出力の均一性が向上する。なお、図8は素子
構成が図4の場合を示しているが、図5の場合でも同様
である。
【0020】各個別電極の出力容量を大きくするには一
定の電位に保った第3の電極(11)と個別電極(5)
の間に絶縁層(10)を設けることが好ましく、絶縁層
による電気容量の分だけ各個別電極の出力容量を大きく
できる。(図6、もしくは図7)但し、この素子構成の
場合、特別に絶縁層を設けなくても、ブロッキング層が
絶縁層として機能するため、同じ効果が生じる。
【0021】本発明における絶縁層の材料としては6−
66−12、6−66−11、6−66−610、等の
共重合ナイロン樹脂、アルコキシアルキルナイロン、ポ
リウレタン、ポリイミド、酢酸ビニル、ポリエステル、
アクリル樹脂、フェノール樹脂、カゼイン、ポリビニル
アセタール、硬化エポキシ樹脂、酸化珪素、ポリスチレ
ン、塩化ビニル、ポリエチレン、シリカ等の無機物をバ
インダー中に分散させたものなどの、体積固有抵抗値が
107 Ω・cm以上の絶縁物が挙げられる。
【0022】
【発明の効果】本発明によって得られたイメージセンサ
ーは、光導電体層の成膜が容易であって生産性に優れ、
大面積化が容易であって、暗導電性が低く、シグナル/
ノイズ比を大きくとれると共にMTFが高く、実用上多
くの利点を有する。
【0023】
【実施例】以下に本発明を実施例により詳細に説明する
が、本発明はその要旨を越えない限りこれらの実施例に
限定されるものではない。 実施例1 共重合ナイロン(ダイセル(株)製、商品名ダイアミド
T171)をn−プロパノールに溶解し、インジウム・
スズ酸化物(ITO)の透明電極を個別電極として1mm
あたり8素子、全体で1728素子を一次元上にパター
ンニングしたガラス板上に、乾燥後0.3μmの膜厚に
浸漬塗布した。なお、個別電極の形状は線間容量を少な
くするために図9に示す様にした。図9中のa1〜a5
はそれぞれ寸法を表しており、a1は100〔μm〕、
a2は25〔μm〕、a3は1〔cm〕、a4は75〔μ
m〕、a5は50〔μm〕である。
【0024】次に電荷発生物質としてオキシチタニウム
フタロシアニン10gをジメトキシエタンでサンドグラ
インダーによって分散処理し、ポリビニルブチラール樹
脂(積水化学(株)製、商品名エスレックBH−3)5
gをジメトキシエタンに溶解した液と混合し塗布液を得
た。この液を浸漬法によって上記共重合ナイロンからな
るブロッキング層上に塗布乾燥し、0.4μmの電荷発
生層を設けた。次にポリカーボネート(商品名ノバレッ
クス7025A、三菱化成(株)製)100g、下記式
(1)に示される化合物160g、式(2)で表される
化合物40gをジオキサン中に溶解し、上記電荷発生層
上に浸漬塗布し、乾燥後0.5μmの膜厚の電荷移動層
を設けた。さらにこの上にアルミニウムを真空蒸着し対
向電極を設け、図2のサンドイッチ型素子を作成した。
次に電荷蓄積型の基本回路で、アナログスイッチ、アン
プで増幅、2値化の回路を接続し受光部を形成した。こ
の結果、線間容量は0.2pF、各画素の電気容量は
0.3pF、各個別電極の出力容量は1.3pFとなっ
た。なお、線間容量の値は、電極パターンから算出し
た。また、各画素の電気容量の値は、ブロッキング層、
電荷発生層、電荷移動層の誘電率と膜厚、及び画素面積
から算出した。個別電極間の出力容量の値はアナログス
イッチの入力容量を測定しその値を用いた。
【0025】さらに、ロッドレンズアレイ、LED照明
系を取り付け、ラインイメージセンサーを作成した。ロ
ッドレンズアレイはSLA−20(日本板硝子(株)
製)を用い、光学的なMTFは41p/mmの原稿を入力
した場合、70%であった。また、LEDアレイはBU
4801(スタンレー電気(株)製、出力ピーク波長:
570nm)を用い、原稿面照度が100 luxとなるよう
に照明系を作製した。スイッチングの基本周波数は25
0kHz、ライン走査時間は(繰り返し時間)は20msec
である。このイメージセンサーにより、41p/mmの原
稿を読み込んだところ、MTFが50%と良好な値が得
られた。
【0026】
【化1】
【0027】実施例2 素子構成を図4に示すようにした他は、実施例1と同様
にして素子を作成した。個別電極及び共通電極の寸法は
図10に示す。図10中のb1〜b5はそれぞれ寸法を
表しており、b1は25〔μm〕、b2は100〔μ
m〕、b3は400〔μm〕、b4は1〔cm〕、b5は
250〔μm〕である。但し、特別に絶縁層は設けずブ
ロッキング層を絶縁層として用いた。
【0028】この結果、線間容量は0.4pF、各画素
の電気容量は1.2pF、各個別電極の出力容量は1.
3pFとなった。なお、各容量の値は実施例1と同様に
して求めた。このイメージセンサーを用いて41p/mm
の原稿を読み込んだ結果、MTF値は45%と良好な値
が得られた。また、各素子の出力値は±5%の範囲内で
変動しており、出力の均一性に問題はなかった。
【0029】実施例3 素子構成を図5に示すようにした他は、実施例1と同様
にして素子を作成した。個別電極及び共通電極の寸法は
図10に示す。図10中のb1〜b5はそれぞれ寸法を
表しており、b1は25〔μm〕、b2は100〔μ
m〕、b3は400〔μm〕、b4は1〔cm〕、b5は
250〔μm〕である。但し、特別に絶縁層は設けずブ
ロッキング層を絶縁層として用いた。
【0030】この結果、線間容量は0.4pF、各画素
の電気容量は1.2pF、各個別電極の出力容量は1.
3pFとなる。なお、各容量の値は実施例1と同様にし
て求めた。このイメージセンサーを用いて41p/mmの
原稿を読み込んだ結果、MTF値が45%と良好な値が
得られた。また、各素子の出力値は±5%の範囲内で変
動しており、出力の均一性に問題はなかった。
【0031】実施例4 素子構成を図6に示すようにした他は、実施例1と同様
にして素子を作成した。寸法は図11に示す。なお、第
3の電極(11)は0〔V〕に保った。図11中のc1
〜c5はそれぞれ寸法を表しており、c1は25〔μ
m〕、c2は100〔μm〕、c3は300〔μm〕、
c4は1〔cm〕、c5は500〔μm〕である。但し、
特別に絶縁層は設けずブロッキング層を絶縁層として用
いた。
【0032】この結果、線間容量は0.4pF、各画素
の電気容量は0.3pF、各個別電極の出力容量は2.
2pFとなる。なお、各容量の値は実施例1と同様にし
て求めた。但し、個別電極の出力容量は、第3の電極に
よる電気容量の値をブロッキング層の誘電率、膜厚、電
極パターンから算出し、これをアナログスイッチの入力
容量に加えた値を用いた。このイメージセンサーを用い
て41p/mmの原稿を読み込んだ結果、MTF値は45
%と良好な値が得られた。また、各素子の出力値は±5
%の範囲内で変動しており、出力の均一性に問題はなか
った。
【0033】実施例5 個別電極の平面形状を図13に示すようにした他は実施
例2と同様にして素子を作成した。図13中のe1〜e
5はそれぞれ寸法を表しており、e1は25〔μm〕、
e2は100〔μm〕、e3は400〔μm〕、e4は
1〔cm〕、e5は250〔μm〕である。線間容量は
0.4pF、各画素の電気容量は1.2pF、各個別電
極の出力容量は1.3pFとなった。なお、各容量の値
は実施例1と同様にして求めた。
【0034】この結果、各素子の出力値は±30%の範
囲内で変動していたが、このイメージセンサーを用いて
41p/mmの原稿を読み込んだ場合の、MTFの値は5
0%であった。
【0035】比較例1 個別電極の平面形状を図12に示すようにした他は実施
例1と同様にして素子を作成し、実施例1と同様にMT
Fの測定を行った。図12中のd1〜d3はそれぞれ寸
法を表しており、d1は100〔μm〕、d2は25
〔μm〕、d3は1〔cm〕である。この結果、線間容量
は0.8pF、各画素の電気容量は0.3pF、各個別
電極の出力容量は1.3pFとなった。なお、各容量の
値は実施例1と同様にして求めた。41p/mmの原稿を
読み込んだ結果、MTF値が25%となり、実施例1に
比べて解像度が低下していることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明画像読み取り素子を用いるイメージセン
サーの全体構成の説明図。
【図2】サンドイッチ型の画像読み取り素子の一例を説
明する図面。図2a)は上面説明図、図2b)は図2
a)中のA−A’線に沿った断面説明図。
【図3】画素の電気容量と個別電極の出力容量との和と
線間容量の比を変化させた場合の、MTFの推移を示す
グラフ。
【図4】個別電極と共通電極の間に絶縁層を設ける素子
構成を説明する図。
【図5】個別電極と共通電極の間に絶縁層を設ける素子
構成を説明する図。
【図6】一定の電位に保った第3の電極と個別電極の間
に絶縁層を設ける素子構成を説明する図。
【図7】一定の電位に保った第3の電極と個別電極の間
に絶縁層を設ける素子構成を説明する図。
【図8】有機光導電体層の端部において、個別電極幅を
狭くすることを説明する図。
【図9】個別電極の寸法についての説明図。
【図10】個別電極の寸法についての説明図。
【図11】個別電極の寸法についての説明図。
【図12】個別電極の寸法についての説明図。
【図13】個別電極の寸法についての説明図。
【符号の説明】
1 センサー 2 ロッドレンズアレイ 3 LEDアレイ 4 原稿 5 個別電極 6 ブロッキング層 7 光導電体層 8 支持体 9 共通電極 10 絶縁層 11 個別電極もしくは共通電極以外の第3の電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 31/0344 7210−4M H01L 31/08 T (72)発明者 玉木 淳 神奈川県横浜市緑区鴨志田町1000番地 三 菱化成株式会社総合研究所内 (72)発明者 加藤 雅敏 神奈川県鎌倉市大船二丁目14番40号 三菱 電機株式会社生活システム研究所内 (72)発明者 浜口 忠彦 神奈川県鎌倉市大船二丁目14番40号 三菱 電機株式会社生活システム研究所内 (72)発明者 竹田 岳 神奈川県鎌倉市大船二丁目14番40号 三菱 電機株式会社生活システム研究所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 全ての画素に共通の共通電極と各画素に
    対応した個別電極とを有機光導電体層を介して設けた画
    素であって画像情報を電気信号に変換する画素を集積し
    てなる画像読み取り素子を用いたイメージセンサーにお
    いて、線間容量が該画素の電気容量と各個別電極の出力
    容量との和の35%以下であることを特徴とするイメー
    ジセンサー。
  2. 【請求項2】 前記個別電極と共通電極との間の少なく
    とも一部又は前記個別電極と一定の電位に保った第3の
    電極との間の少なくとも1部に絶縁層を設けることを特
    徴とする請求項1記載のイメージセンサー。
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EP93304757A EP0575187B1 (en) 1992-06-18 1993-06-17 Image sensor
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