JPH0740711B2 - 光センサの駆動方法及び画像入力装置 - Google Patents

光センサの駆動方法及び画像入力装置

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JPH0740711B2
JPH0740711B2 JP14298686A JP14298686A JPH0740711B2 JP H0740711 B2 JPH0740711 B2 JP H0740711B2 JP 14298686 A JP14298686 A JP 14298686A JP 14298686 A JP14298686 A JP 14298686A JP H0740711 B2 JPH0740711 B2 JP H0740711B2
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克己 中川
伊八郎 五福
芳幸 長田
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キヤノン株式会社
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    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14665Imagers using a photoconductor layer

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、光に対する応答性を向上させることを企図し
た光センサ駆動方法及び画像入力装置に関する。

本発明による光センサの駆動方法は、たとえばファクシ
ミリ、デジタルコピー、あるいはスキャナ等の画像入力
部の光センサや、画像情報の等倍読取りを行う光センサ
等に適用される。

[従来技術] 近年、ファクシミリやデジタルコピー等のいわゆる電子
事務機の普及に伴ない、小型で低コストの画像入力装置
の需要が高まっている。そこで、原稿に直接接触できる
とともに、結像系の不要であるか又は結像系の動作距離
の短かい等倍型ラインセンサが注目されている。

等倍型ラインセンサは実際の原稿の一辺と同じ長さを有
し、多数の光センサを高密度に形成して高解像度を達成
している。しかしながら、このような多数の光センサか
ら情報を高速で読出すには、各光センサの光応答速度を
向上させることが重要となる。

そこで、光導電層に絶縁層を挟んで補助電極が形成され
た構造を有する光センサが提案されている(たとえば特
開昭60−239072号公報)。この補助電極を設けることに
よって、光センサの出力を安定化させ、かつ光強度に比
例した出力を得ることが容易となる。

第4図および第5図は、夫々補助電極を有する光センサ
の概略的構成図である。

第4図において、ガラス又はセラミクス等の絶縁物基板
1上には、補助電極2および絶縁層3が形成され、その
上に光導電層としてのCdS・Seやa−Si:H等の半導体層
4が形成されている。更にオーミックコンタクト用のド
ーピング半導体層5を介して一対の主電極6および7が
形成され、その間に受光窓8が形成されている。

また、第5図に示す構造の光センサにおいても、上記光
センサと同一機能を有する部分には同一番号が付されて
いるが、この構造では基板1が透明であり、基板1側か
ら受光する。

第6図(A)および(B)は、上記光センサを用いた従
来の駆動方法の一例を説明するための波形図である。

まず、主電極6の電位を基準として、主電極7には高電
位の駆動電圧が印加されており、補助電極2には低電位
の電圧Vg=−3Vが印加されている。この状態では、半導
体層4内の電子数が減少しているために、光が入射しな
い限り主電極間に流れる出力電流は小さい。

次に、同図(A)において、100ルクスの光が入射した
時に、補助電極2にパルス電圧が印加されて読取りが開
始されたものとする。

このパルス電圧の立上がりによって補助電極2の電圧Vg
が−4Vとなり、補助電極2の容量に対応した正の電荷量
が不足するために半導体層4内の電子が主電極7から掃
出されて電子濃度が低下し、出力電流は急激に低下す
る。続いてパルス電圧の立下がりによって、補助電極2
の電圧Vgが−3Vに戻ると、今度は逆に正の電荷量が過剰
となり、その過剰分に相当する電荷量の電子が主電極6
から半導体層4内へ注入され、出力電流が急激に上昇す
る(実線で図示された出力電流の変化)。そして光パル
スの立下がりと同時に出力電流は徐々に減少する。した
がって、この読取り期間の出力電流による電荷をコンデ
ンサ等に蓄積しておけば、その蓄積電荷量が入射した光
パルスに対応する光情報となる。

これに対してパルス電圧を印加せずに補助電極2の電圧
Vgを−3Vに固定した場合は、同図の破線で図示されるよ
うに、光パルスの立上がりに従って出力電流が上昇し、
立下がりによって徐々に減少する。

また、同図(B)では、100ルクスの光が消えて暗状態
となった時にパルス電圧が補助電極2に印加されて読出
しが開始された場合が示され、出力電流の変化が実線で
表わされている。上述したように補助電極2の電圧Vgが
−4Vになった時に出力電流は急激に減少し、電圧Vgが−
3Vに戻った時に急激に上昇する。この場合も読出し期間
の出力電流によってコンデンサ等に蓄積された蓄積電荷
量が光パルスの光情報を表わしている。

これに対してパルス電圧を印加せずに補助電極2の電圧
Vgを−3Vに固定した場合は、同図の破線で図示されるよ
うに、光パルスの立下がりおよび立上がりいに従って出
力電流が変化する。

[発明が解決しようとする問題点] しかしながら、上記従来の駆動方法では、第2図に示す
ように補助電極2にパルス電圧を印加することで出力電
流の立上がりは良好になったように見えるが、蓄積電荷
量によって光情報を読出す場合には実質的な改善とはな
っていない。

さらに、第6図(B)に示すように、パルス電圧の印加
によっても前の出力電流が残存しており、入射光に正確
に対応した出力を得ることができないという問題点を有
していた。

[問題点を解決するための手段] 上記従来の問題点を解決するために、本発明による光セ
ンサの駆動方法は、 アモルファスシリコンからなる受光領域を有する半導体
層と該半導体層に設けられた一対の主電極と該半導体層
に対して絶縁層を介して設けられた補助電極とを具備す
る光センサの駆動方法において、 該光センサより出力を得る為の読取り期間には該補助電
極に第1のバイアス電圧を印加するとともに、 非読取り期間には該第1のバイアス電圧と同極性であっ
て絶対値の小さい第2のバイアス電圧を印加することを
特徴とする。

また、本発明による画像入力装置は、 アモルファスシリコンからなる受光領域を有する半導体
層と該半導体層に設けられた一対の主電極と該半導体層
に対して絶縁層を介して設けられた補助電極とを具備す
る光センサの複数の画像入力部とした画像入力装置にお
いて、 該光センサより出力を得る為の読取り期間には該補助電
極に第1のバイアス電圧を印加するとともに、 非読取り期間には該第1のバイアス電圧と同極性であっ
て絶対値の小さい第2のバイアス電圧を印加する駆動回
路を備えていることを特徴とする。

[作用] 本発明は、読取り期間には補助電極に第1のバイアス電
圧を印加するとともに、非読取り期間には該第1のバイ
アス電圧と同極性であって絶対値の小さい第2のバイア
ス電圧を該補助電極に印加することによって、前の読取
り時の出力を消去して次の読取りを行うことができ、光
応答速度が向上し、かつ入射光に正しく対応した出力を
得ることができる。

[実施例] 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第1図(A)は、ライン状に配列された光センサの1ビ
ット分の概略的平面図、第1図(B)は、そのI−I線
断面図である。

同図において、ガラス基板11上に真空蒸着法によりCrを
500Å、Alを500Å各々堆積させた後、フォトリソグラフ
ィによって所望形状にパターニングし、補助電極12を形
成する。その上に厚さ3000ÅのSiN:H層13、厚さ4000Å
のノンドープ水素化アモルファスシリコン(a−Si:H)
層14、厚さ1200ÅのN+層15をグロー放電分解法により連
続堆積させる。

SiN:H層13の堆積条件は、水素希釈10%のSiH4を5SCCMと
NH3を14.4SCCMとを使用し、基板温度200℃、内圧0.15To
rr、Rfパワー3.5W、放電時間2時間40分である。

ノンドープa−Si:H層14の堆積条件は、水素希釈10%の
SiH4を20SCCM使用し、基板温度200℃、内圧0.12Torr、R
fパワー5.5W、放電時間2時間である。

n+層15の堆積条件は、水素希釈10%のSiH4を5SCCM、100
ppmのPH3を50SCCMを使用し、基板温度200℃、内圧0.12T
orr、Rfパワー17.5W、放電時間45分である。

次に、フォトリソグラフィによって補助電極12の取出し
および隣接ビット間の不要な半導体層等の除去を行う。
この上に、真空蒸着法によりCrを500Å、Alを5000Å堆
積させ、フォトリソグラフィによって補助電極12のパタ
ーンと若干重なるように主電極16および17を形成し、更
に主電極をマスクとして不要なn+層15を除去して受光窓
18を形成する。

補助電極12の幅が受光窓18の幅より大きいことで、補助
電極12による出力制御が安定する。ただし、不要な電極
容量を抑えるために、補助電極12と主電極16および17と
の重なりは必要最小限に留めることが望ましい。

次に、このような光センサを駆動する本発明について述
べる。

第2図は、本発明による光センサの駆動方法の一実施例
を示す電圧波形図である。ただし、本実施例では、半導
体層14がn型の場合を示す。

同図において、電圧V0は、主電極16を基準として主電極
17に印加されている電圧であり、ここではV0>0であ
る。

電圧V1は、センサの読取り期間T1に保持電極12に印加さ
れるバイアス電圧であり、ここでは半導体層14がn型で
あるからV1<0である。

電圧V2は、非読取り期間T2に補助電極12に印加される電
圧であり、V1<V2<0である。

このように補助電極12の電圧を非読取り期間T2でバイア
ス電圧V1より正方向に変化させることで、次に述べるよ
うに出力電流の立下がり速度を大きく向上させることが
できる。

なお、補助電極12に同図に示すようなバイアス電圧およ
びパルス電圧を印加する駆動回路は容易に構成できるた
めに、ここでは省略されている。

第3図(A)および(B)は、本実施例による出力電流
の変化を説明するための波形図である。

同図(A)は読取り開始直前に光パルスが入射した場合
を示し、同図(B)は読取り開始直前まで光が入射して
いた場合を示している。

同図(A)Bにおいて、バイアス電圧V1を−3V、パルス
電圧V2を−2.8Vとし、パルス電圧V2が補助電極12に印加
されて読取りが開始されると、補助電極12の電位が正方
向に変化するために、主電極16から電子が注入されて大
きな出力電流が流れ、注入された電子によって半導体層
14内のホール再結合が促進される。このためにホールが
少ない状態にあり、光が照射されても、補助電極12の電
位が固定されている場合(破線で示す変化)に比べて出
力電流の立上がりは若干遅れる。しかしながら、出力電
流の波形は光パルスに従っており、この出力電流によっ
て蓄積された電荷量は入射した光に対応した光情報を表
わしている。

一方、同図(B)に示すように読取り開始直前まで光が
入射していた場合においても、出力電流は光パルスに対
応している。すなわち、補助電極12にパルス電圧V2が印
加されることで、上述したように注入された電子による
ホールの再結合が促進され、その結果、補助電極12がバ
イアス電位V1に戻った時には、不要なホールが存在しな
いために暗状態の電流値を維持し、光パルスの入射によ
って立上がる。

このように、補助電極12にパルス電圧V2を読出し開始直
前に印加することによって、前の読取りによる出力がリ
セットされるために、補助電極12の電位がバイアス電圧
V1に固定されている場合(図中の破線で示す変化)や、
上記従来のように、前の出力によって次の出力が影響さ
れるという欠点は解消される。

したがって、前の読取り期間T1での出力が消去された状
態で次の読取りを行うことができ、入射光に正しく対応
した出力を得ることができるとともに、全体として光応
答速度の向上および読取り動作の高速化が達成される。

なお、本発明による駆動方法は、上述したように入射光
に正しく対応した出力電流を得ることができるものであ
り、光センサの出力をコンデンサ等に蓄積して光情報を
得る方式に限定されるものではない。

また、本実施例では、光センサにおける半導体層の電流
を担うキャリアが電子の場合を示したが、勿論電流を担
うキャリアがホールであるp型又はi型半導体を用いた
場合であっても電圧の極性が逆になるだけで同様に適用
できる。すなわち、キャリアが電子の場合は、上記実施
例のように、V1<V2<0であり、キャリアがホールの場
合は、V1>V2>0となる。

半導体層がi型の場合は、オーミックコンタクト層15の
導電型によって電流を担うキャリアが決定される。

[発明の効果] 以上詳細に説明したように、本発明によれば、読取り期
間には補助電極に第1のバイアス電圧を印加するととも
に、非読取り期間には該第1のバイアス電圧と同極性で
あって絶対値の小さい第2のバイアス電圧を該補助電極
に印加することによって、前の読取り時の出力を消去し
て次の読取りを行うことができ、光応答速度が向上し、
かつ入射光に正しく対応し、かつ安定した出力を得るこ
とができる。すなわち、光に対する応答性を従来に比べ
て大幅に向上させることができる。

また、多数の画素センサを有するラインセンサを構成し
た場合にも高速で原稿を読取ることができ、画像情報の
等倍読取りにも適している。

【図面の簡単な説明】

第1図(A)は、ライン状に配列された光センサの1ビ
ット分の概略的平面図、第1図(B)は、そのI−I線
断面図、 第2図は、本発明による光センサの駆動方法の一実施例
を示す電圧波形図、 第3図(A)および(B)は、本実施例による出力電流
の変化を説明するための波形図、 第4図および第5図は、夫々補助電極を有する光センサ
の概略的構成図、 第6図(A)および(B)は、上記光センサを用いた従
来の駆動方法の一例を説明するための波形図である。 11……基板 12……補助電極 13……絶縁層 14……半導体層 15……n+層 16、17……主電極 18……受光窓 T1……読取り期間 T2……非読取り期間 V1……バイアス電圧 V2……パルス電圧

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アモルファスシリコンからなる受光領域を
    有する半導体層と該半導体層に設けられた一対の主電極
    と該半導体層に対して絶縁層を介して設けられた補助電
    極とを具備する光センサの駆動方法において、 該光センサより出力を得る為の読取り期間には該補助電
    極に第1のバイアス電圧を印加するとともに、 非読取り期間には該第1のバイアス電圧と同極性であっ
    て絶対値の小さい第2のバイアス電圧を印加することを
    特徴とする光センサの駆動方法。
  2. 【請求項2】前記第2のバイアス電圧は前記読取り期間
    直前に印加されることを特徴とする特許請求の範囲第1
    項記載の光センサの駆動方法。
  3. 【請求項3】前記第2のバイアス電圧は前記読取り期間
    直後に印加されることを特徴とする特許請求の範囲第1
    項記載の光センサの駆動方法。
  4. 【請求項4】アモルファスシリコンからなる受光領域を
    有する半導体層と該半導体層に設けられた一対の主電極
    と該半導体層に対して絶縁層を介して設けられた補助電
    極とを具備する光センサの複数を画像入力部とした画像
    入力装置において、 該光センサより出力を得る為の読取り期間には該補助電
    極に第1のバイアス電圧を印加するとともに、 非読取り期間には該第1のバイアス電圧と同極性であっ
    て絶対値の小さい第2のバイアス電圧を印加する駆動回
    路を備えていることを特徴とする画像入力装置。
  5. 【請求項5】前記第2のバイアス電圧は前記読取り期間
    直前に印加されることを特徴とする特許請求の範囲第4
    項記載の画像入力装置。
  6. 【請求項6】前記第2のバイアス電圧は前記読取り期間
    直後に印加されることを特徴とする特許請求の範囲第4
    項記載の画像入力装置。
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