JPH07110055B2

JPH07110055B2 - 二次元密着型イメージセンサ

Info

Publication number: JPH07110055B2
Application number: JP62219713A
Authority: JP
Inventors: 政隆伊藤; 敏西垣; 修平土本
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1987-09-02
Filing date: 1987-09-02
Publication date: 1995-11-22
Anticipated expiration: 2010-11-22
Also published as: JPS6462980A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、スキャナ、ディジタル複写機、光学式文字読
取り装置（オプティカルキャラクタリーダー）、ファク
シミリ等の画像入力装置に供されるイメージセンサに関
するものである。

〔従来の技術〕

従来、画像の読み取りには、CCD（チャージカップルド
デバイス）センサ若しくはMOS型センサ等の一次元ICセ
ンサ上に原稿像を縮小結像させて読み取る縮小型イメー
ジセンサ、または原稿幅と同じ長さの長尺一次元イメー
ジセンサを用いることにより、センサ上に等倍正立像を
結像させて読み取る等倍センサ等が用いられている。

前者の縮小型イメージセンサは、原稿幅をICのチップ長
まで縮小結像させるため、長い光路長が必要となると共
に、レンズ周辺部の収差等の問題を招来している。そし
て、これらの問題が装置の小型軽量化に対する大きな障
壁となっている。また、後者の等倍センサは、縮小セン
サと比較すると、光路長は短くなるものの、等倍正立像
を結像させるために設けられるオプティカルファイバー
レンズアレイが高価であり、また、色収差等にも問題が
ある。

そこで、近年、上記の問題を解決するものとして、完全
密着型の一次元イメージセンサが提案されている。この
イメージセンサは、第６図に示すように、透光性基板15
1上に、背面からの照射光153を透過させる窓部154を備
えた光電変換部152が設けられ、透光性基板151、窓部15
4および光電変換部152を覆うように透明保護層155が設
けられている。そして、窓部154を通じ入射した照射光1
53が透明保護層155を透過して透明保護層155上の原稿15
7に照射され、その反射光156が光電変換部152にて電気
信号に変換されるようになっている。

上記のような一次元イメージセンサによる二次元の画像
の読取り動作、即ち走査は、一次元センサと読み取られ
る原稿157とをセンサの読み取り方向、即ち主走査方向
に電気的に走査すると同時に、この方向と直行する副走
査方向に機械的手段にて相対的に移動させることによっ
て行われている。一次元イメージセンサの機械的走査方
法には、主として、原稿157を搬送するタイプとセンサ
ユニットを移動するタイプとがある。原稿157を搬送す
るタイプはファクシミリ等に用いられ、センサユニット
を移動するタイプはスキャナ等に用いられている。

一方、一次元の完全密着型イメージセンサを二次元へ展
開するという試みは従来から行われており、その構成と
しては例えば、第７図に示すものが考えられる。この構
成によれば、Ｙ電極ライン169・170とＸ電極ライン171
・172の間に光電変換部158〜161がそれぞれ接続され、
アナログスイッチ162〜165にてＹ電極ライン169・170と
Ｘ電極ライン171・172とを選択し、これら各電極ライン
の交点における光電変換信号の読み出しを行うようにな
っている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、上記従来の機械的走査手段を備えた一次元イ
メージセンサでは、前者の原稿157を搬送するタイプ
は、原稿157がシート状のものに限定される。一方、セ
ンサユニットを移動するタイプは、装置全体が大型にな
ると供に、センサ部の形状が限定されるため、前述の完
全密着型イメージセンサをこのタイプに使用することが
できない。また、これら機械的走査手段を要する構成で
は、この手段が高精度のものでなければならず、また、
光学情報をセンサ面上に導くための光学系が必要である
ため、コスト高である。さらに、一次元のイメージセン
サでは、同一のセンサをライン毎に繰り返して用いるた
め、信号電荷の読み残し、および光応答特性等によって
分解能の低下を招来する。また、蓄積時間が１ラインの
走査速度に対応しているため、高速の読み取りに対して
信号電荷が小さくなり、S/N比の低下を招来する等の問
題点を有している。

一方、上記従来の二次元密着型イメージセンサにおいて
は、読取り動作におけるアナログスイッチ162〜165の単
純な開閉によって、他の交点を流れる電流がクロストー
ク電流としてその交点に流れることになり、正確な読み
取りを行うことができないという問題点を有している。

例えば、Ｙ方向のアナログスイッチ162とＸ方向のアナ
ログスイッチ164とを閉じて光電変換部158に電源166の
電圧を印加し、読み出しを行う場合を考えてみる。この
場合には、検出したい電流は、光電変換部158を流れる
電流167であるが、実際には、回りの光電変換部159・16
0・161を通ってクロストーク電流168が流れ込むことに
なる。このクロストーク電流168は、画素数が多くなる
に連れて重大な問題となる。そして、クロストーク電流
168を防止するためには、選択電極以外の電極を接続す
る、或いはブロッキングダイオードを光電変換部158〜1
61に直列に接続する等の処置を施す必要があり、このよ
うな処置は光導電型のイメージセンサには有効であるも
のの、蓄積型のイメージセンサには適用し難いものであ
る。

本発明は、上記の各問題点を解決し、且つ、高速の読取
りを可能にし得る二次元イメージセンサを提供すること
を目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の二次元密着型イメージセンサは、上記の問題点
を解決するために、行方向に設けられた複数のＹ電極ラ
インと、列方向に設けられ、Ｙ電極ラインの奇数行に対
応する複数の第1X電極ラインと、Ｙ電極ラインの偶数行
に対応する複数の第2X電極ラインと、各Ｙ電極ラインを
選択的に走査するＹ電極ライン走査手段と、各第1X電極
ラインを選択的に走査する第1X電極ライン走査手段と、
各第2X電極ラインを選択的に走査する第2Y電極ラインを
走査手段と、少なくとも被読取り体と同程度の大きさを
有する透光性基板上に、列方向と行方向との二次元に配
設されると共に、透光性の窓部を有し、この窓部を通過
して原稿に照射された光の反射光を入射し、この反射光
を電気信号に変換する受光素子と、これら各受光素子に
対応して設けられ、同一行の各ゲートが対応する同一の
Ｙ電極ラインに接続され、第一列の各ソースまたはドレ
インが対応する第1X電極ラインあるいは第2X電極ライン
に接続され、他方のドレインまたはソースが対応する受
光素子と接続された薄膜トランジスタとを備えた構成と
なっている。

〔作用〕本二次元密着型イメージセンサは、被読取り体とほぼ同
じ大きさに形成されていることにより、被読取り体とセ
ンサとを相対的に移動する走査機構を必要とせずに走査
を行うことができる。また、各受光素子に設けられた窓
部を通じて原稿を照射し、その反射光を直接に受光素子
に入射するものであるため、特別な光学系を設けること
なく原稿の読み取りを行うことができる。さらに、各受
光素子毎に薄膜トランジスタが設けられ、この薄膜トラ
ンジスタのON/OFF動作により、受光素子間のクロストー
ク電流を阻止することができる。

また、各受光阻止は、薄膜トランジスタを介してＹ電極
ラインの奇数行に対応する複数の第1X電極ラインあるは
Ｙ電極ラインの偶数行に対応する複数の第2X電極ライン
に接続され、それぞれ独立した走査手段により走査され
ているので、本二次元密着型イメージセンサは、奇数行
群の受光素子と偶数行群の受光素子とから独立に読み出
す構成となっている。これにより、例えば、薄膜トラン
ジスタのゲートパルスに対して、次に動作させるべき薄
膜トランジスタのゲートパルスを半周期ずらして供給す
ることが可能となり、この結果、両方の薄膜トランジス
タが完全にONとなってから読み出しを開始することがで
きる。従って、各受光素子の出力信号は、薄膜トランジ
スタの応答速度の影響を受け難くなり、非常に高速の読
み取りを行うことができる。

〔実施例〕

本発明の一実施例を第１図乃至第５図に基づいて以下に
説明する。

本実施例に係る二次元密着型イメージセンサは、第１図
に示すように、垂直走査回路51、第1X電極母線56および
第2X電極母線57を備えている。上記の垂直走査回路51に
は垂直電極ラインであるＹ電極ライン52〜55が接続され
ている。また、第1X電極母線56には、各々、常開のアナ
ログスイッチ58〜61を介して、水平電極ラインである第
1X電極ライン66〜69が接続され、第2X電極母線57には、
各々、常開のアナログスイッチ62〜65を介して、水平電
極ラインである第2X電極ライン101〜104が接続されてい
る。上記の第1X電極ライン66〜69は、アナログスイッチ
58〜61の選択的なON動作によって走査され、第2X電極ラ
イン101〜104は、アナログスイッチ62〜65の選択的なON
動作によって走査される。また、Ｙ電極ライン52〜55は
垂直走査回路51によって走査される。そして、垂直走査
回路51はＹ電極ライン走査手段を構成し、第1X電極母線
56とアナログスイッチ58〜61とで第1X電極ライン走査手
段を、第2X電極母線57とアナログスイッチ62〜65とで第
2X電極ライン走査手段を構成している。

１番目のＹ電極ライン52には薄膜トランジスタ70〜73お
よび受光素子86〜89が設けられ、２番目のＹ電極ライン
53には薄膜トランジスタ74〜77および受光素子90〜93が
設けられ、３番目のＹ電極ライン54には薄膜トランジス
タ78〜81および受光素子94〜97が設けられ、４番目のＹ
電極ライン55には薄膜トランジスタ82〜85および図示し
ない受光素子が設けられ、以下、行方向および列方向へ
同様に所定数の薄膜トランジスタと受光素子とが並設さ
れている。

１行目の薄膜トランジスタ70のゲートはＹ電極ライン52
と接続され、ドレインは第1X電極ライン66と接続される
と共に、ソースは受光素子86と接続されている。受光素
子86の他端部は信号線98と接続されている。そして、１
行目の他の薄膜トランジスタ71〜73および受光素子87〜
89の接続関係も同様となっている。また、以下奇数行目
の薄膜トランジスタおよび受光素子の接続関係も上記１
行目と同一となっている。

一方、２行目の薄膜トランジスタ74のゲートは電極ライ
ン53と接続され、ドレインは第2X電極ライン101と接続
され、ソースは受光素子90と接続され、受光素子90の他
端部は信号線99と接続されている。そして、２行目の他
の薄膜トランジスタ75〜77および受光素子91〜93の接続
関係も同様となっている。また、以下偶数行目の薄膜ト
ランジスタおよび受光素子の接続関係も上記２行目と同
一となっている。

即ち、奇数行の受光素子86〜89、94〜97はそれぞれ、対
応する薄膜トランジスタ70〜73、78〜91を通じて、各
々、同一列に共通の第1X電極ライン66〜69に接続され、
一方、偶数行の受光素子90〜93はそれぞれ、対応する薄
膜トランジスタ74〜77を通じて、各々、同一列共通の第
2X電極ライン101〜104に接続されている。尚、上記薄膜
トランジスタ70〜85のドレインとソースとの接続方向は
逆であっても構わない。

上記の二次元密着型イメージセンサは、第２図（ａ）
（ｂ）に示すように、透光性絶縁基板25上に、導電性の
遮光膜26が設けられ、この遮光膜26には窓部である導光
窓27が形成されている。遮光膜26上におけるＸ・Ｙ配線
部および薄膜トランジスタ形成部位には層間絶縁層28が
形成されている。薄膜トランジスタ39は、層間絶縁層28
上に形成されたゲート電極29と、このゲート電極29の表
面を覆うゲート絶縁膜30と、ゲート絶縁膜30の表面を覆
うチャンネル部31と、層間絶縁層28上およびチャンネル
部31上に形成されたソース電極32と、ドレイン電極33と
から構成されている。上記のソース電極32はＸ電極ライ
ン34と接続され、ゲート電極29はＹ電極ライン35と接続
されている。また、ドレイン電極33は後述する受光部38
の上部電極37と接続されている。

上記の遮光膜26上には受光層36が形成され、この受光層
36上には上部電極37が設けられている。これら遮光膜2
6、受光層36および上部電極37から受光素子である受光
部38が構成され、この受光部38を貫通して上記の導光窓
27が形成されている。上記透光性絶縁基板25、薄膜トラ
ンジスタ39、受光部38上には透明保護層40が設けられて
いる。そして、この透明保護層40上に被読取り体である
原稿41が載置され、導光窓27を通じて入射した光42が原
稿41に照射され、その反射光43が受光部38に入射される
ようになっている。

上記の構成において、本二次元密着型イメージセンサの
製造方法を以下に説明する。

まず、透光性絶縁基板25となるコーニング社製の^＃7059
ガラス基板上に、真空蒸着にて3000Åの厚みにCrを蒸着
し、遮光膜26を形成する。この遮光膜26は導光窓27に相
当する部位をエッチングにて除去する。次に、SiN_Xをプ
ラズマCVD法により2000Åの厚みに堆積させて層間絶縁
層28を形成し、この層間絶縁層28を受光部38に対応した
部位だけ除去する。

次に、薄膜トランジスタ39を層間絶縁層28上に設ける。
薄膜トランジスタ39のゲート電極29にはCr或いはNiCrを
用い、逆スタガー構造とした。ゲート絶縁膜30はSiN_Xに
て形成し、チャンネル部31はプラズマCVDにて作製した
非晶質シリコン（以下ａ−Siと称する）にて形成した。

また、受光部38にもａ−Siを使用した。即ち、遮光膜26
上の受光部38に対応する部位に、プラズマCVDにてｉ型
ａ−Siを１μｍ程度堆積させ、その上にITO透明電極を
形成する。これにより、受光層36、即ち下部電極をCr−
ｉ型ａ−Siとし、上部電極37をITO透明電極とするショ
ットキー接合ダイオードを作製する。上記のITO透明電
極は、薄膜トランジスタ39のドレイン電極33と接続され
ている。そして、上記の各素子上に透明保護層40を形成
し、その上に薄板ガラス蒸着して、製造を終了する。

上記の構成において、二次元密着型イメージセンサの動
作を以下に説明する。

先ず、第３図（ａ）に示すように、１番目のＹ電極ライ
ン52に電圧を印加し、薄膜トランジスタ70〜73をONにす
る。一定時間経過後、アナログスイッチ58をONして第1X
電極ライン66を閉じ、受光素子86の出力を読み出す。こ
れと同時に、同図（ｂ）に示すように、２番目のＹ電極
ライン53に電圧を印加し、薄膜トランジスタ74〜77をON
にする。以下順次、アナログスイッチ59〜61のON動作に
より、第1X電極ライン67〜69を閉じ、受光素子87〜89の
出力信号105〜108を読み出す。１行目の受光素子86〜89
の出力信号の読み出しが終了すると、Ｙ電極ライン52の
電位を０にし、１行目の薄膜トランジスタ70〜73をOFF
にして、３行目のＹ電極ライン54に電圧を印加し、薄膜
トランジスタ78〜81をONにする。これと同時に、アナロ
グスイッチ62〜65を順次ONして第2X電極ライン101〜104
を順次閉じ、２行目の受光素子90〜93の出力を順次読み
取る。以下、このようにして、Ｘ・Ｙ電極ラインを順次
走査することにより、同図（ｌ）に示すように、受光素
子86〜97の出力信号109〜116を時系列的に取り出すこと
ができる。

尚、一般に薄膜トランジスタを用いた構成において、薄
膜トランジスタのスイッチング応答速度が遅い場合に
は、単純にＸ・Ｙ電極ラインを走査することによって
は、以下のような問題が生じる。

即ち、第４図（ａ）に示す薄膜トランジスタのゲートパ
ルス対して、同図（ｂ）に示すタイミングにて次に動作
されるべき薄膜トランジスタにゲートパルスを供給する
と、同図（ｃ）に示す先に動作している薄膜トランジス
タの動作状態に対して、後の薄膜トランジスタは、同図
（ｄ）に示すように、動作状態が完全にONにならないよ
うに走査を開始することになる。従って、出力信号は、
同図（ｅ）に示すように、薄膜トランジスタのスイッチ
ング速度の影響を受ける。

これに対し、本実施例に係るイメージセンサのように、
奇数行群の受光素子と偶数行群の受光素子とを独立に読
み出す構成では、第５図（ａ）に示す薄膜トランジスタ
のゲートパルスに対して、同図（ｂ）に示すように、次
に動作させるべき薄膜トランジスタのゲートパルスを半
周期ずらして供給し、両方の薄膜トランジスタが完全に
ONとなってから読み出しを開始している。従って、同図
（ｅ）に示すように、出力信号は薄膜トランジスタの応
答速度の影響を受け難くなっている。例えば、100μsec
の応答速度を有する薄膜トランジスタの場合には、一行
を100μsec程度にて読み取ることが可能となり、非常に
高速の読み取りを行うことができる。

〔発明の効果〕

本発明の二次元密着型イメージセンサは、以上のよう
に、行方向に設けられた複数のＹ電極ラインと、列方向
に設けられ、Ｙ電極ラインの奇数行に対応する複数の第
1X電極ラインと、Ｙ電極ラインの偶数行に対応する複数
の第2X電極ラインと、各Ｙ電極ラインを選択的に走査す
るＹ電極ライン走査手段と、各第1X電極ラインを選択的
に走査する第1X電極ライン走査手段と、各第2X電極ライ
ンを選択的に走査する第2X電極ライン走査手段と、少な
くとも被読取り体と同程度の大きさを有する透光性基板
上に、列方向と行方向との二次元に配設されると共に、
透光性の窓部を有し、この窓部を通過して原稿に照射さ
れた光の反射光を入射し、この反射光を電気信号に変換
する受光素子と、これら各受光素子に対応して設けら
れ、同一行の各ゲートが対応する同一のＹ電極ラインに
接続され、同一列の各ソースまたはドレインが対応する
第1X電極ラインあるいは第2X電極ラインに接続され、他
方のドレインまたはソースが対応する受光素子と接続さ
れた薄膜トランジスタとを備えた構成である。それゆ
え、以下に示す多数の効果を奏し得る。

１）．本イメージセンサは二次元のイメージセンサであ
るから、機械的走査が不要となる。また、小型軽量化を
図ることができ、安価に作製することができる。さら
に、原稿の種類、形状に対する自由度が大きくなる。

２）．入射光を導くための光学系の機構が不要であるた
め、薄型化を図ることができ、大幅なコストダウンを実
現することができる。

３）．二次元に配した受光素子と原稿とを１対１に対応
した状態にて原稿の読み取りが行われることにより、高
精度の読み取りが可能である。

４）．実際上、静止画像を読み取るものであるから、受
光素子の光応答速度等に影響されることなく、高速の読
み取りが可能である。

５）．薄膜トランジスタを使用していることにより、受
光素子間のクロストーク電流を解消することができ、高
いS/N比を備えた読み取りを行うことができる。

６）．奇数行の受光素子と偶数行の受光素子とから独立
に読み出しを行うものであるから、薄膜トランジスタに
おけるスイッチング応答性の影響が少なく、高速の読み
取りが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路図、第２図（ａ）
は第１図に示した二次元密着型イメージセンサの構造を
示す平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）におけるＡ−Ａ矢
視断面図、第３図は第１図に示した二次元密着型イメー
ジセンサの各部の信号を示すタイムチャート、第４図の
（ａ）〜（ｅ）は従来の二次元密着型イメージセンサに
おける薄膜トランジスタのスイッチング動作と出力信号
とを示すタイムチヤート、第５図の（ａ）〜（ｅ）は本
発明に係る二次元密着型イメージセンサにおける薄膜ト
ランジスタのスイッチング動作と出力信号とを示すタイ
ムチヤート、第６図は従来の二次元密着型イメージセン
サの構造を示す縦断面図、第７図は従来例を示す回路図
である。 25は透光性絶縁基板（透光性基板）、26は遮光膜、27は
導光窓（窓部）、28は層間絶縁層、29はゲート電極、30
はゲート絶縁膜、31はチャンネル部、32はソース電極、
33はドレイン電極、36は受光層、37は上部電極、38は受
光部（受光素子）、39は薄膜トランジスタ、40は透明保
護層、41は原稿（被読取り体）、51は垂直走査回路（Ｙ
電極ライン走査手段）、52〜55はＹ電極ライン、56は第
1X電極母線（第1X電極ライン走査手段）、57は第2X電極
母線（第2X電極ライン走査手段）、58〜61はアナログス
イッチ（第1X電極ライン走査手段）、62〜65はアナログ
スイッチ（第2X電極ライン走査手段）、66〜69は第1X電
極ライン、70〜85は薄膜トランジスタ、86〜97は受光素
子、101〜104は第2X電極ラインである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭59−158553（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−154781（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−127164（ＪＰ，Ａ) 特公昭50−26056（ＪＰ，Ｂ１)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】行方向に設けられた複数のＹ電極ライン
と、列方向に設けられ、Ｙ電極ラインの奇数行に対応す
る複数の第1X電極ラインと、Ｙ電極ラインの偶数行に対
応する複数の第2X電極ラインと、各Ｙ電極ラインを選択
的に走査するＹ電極ライン走査手段と、各第1X電極ライ
ンを選択的に走査する第1X電極ライン走査手段と、各第
2X電極ラインを選択的に走査する第2Y電極ラインを走査
手段と、少なくとも被読取り体と同程度の大きさを有す
る透光性基板上に、列方向と行方向との二次元に配設さ
れると共に、透光性の窓部を有し、この窓部を通過して
原稿に照射された光の反射光を入射し、この反射光を電
気信号に変換する受光素子と、これら各受光素子に対応
して設けられ、同一行の各ゲートが対応する同一のＹ電
極ラインに接続され、第一列の各ソースまたはドレイン
が対応する第1X電極ラインあるいは第2X電極ラインに接
続され、他方のドレインまたはソースが対応する受光素
子と接続された薄膜トランジスタとを備えたことを特徴
とする二次元密着型イメージセンサ。