JPS5868969A - 固体光電変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は入射光情報を電気信号として送り出す光電変換
装置に関するものであり、特にファクシミリ、少シタル
ーコピア（以下ＤＣと略記）レーザ記録装置等の文字及
び画像入力装置等に適した光電変換装置に醋する。

１１Ｅ米の元電歓ｇ８伎ｉＩｔは光電変換機能を有する
凹１素詳と、該画素群から出力される電気１４号を・１
１４次時系列に配列された形で取り出す走査成能勿もつ
回路とを包含するもので、フォトダイオードと＋ＪＯ８
ｍ　’Ｆｇ’ｒ　（Ｆ’１ｅｌｄ　Ｆｆ　ｆｅｃｔ　Ｔ
ｒａｎｓ　ｉｓ　ｔｏｒ）　（ＭＯ８ｔｙｐｅと略記す
る）を−成！索として包含するもの、７いはＣＣＤ（Ｃ
ｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ）やＢ　１
３１）（Ｒａｃｋｅｔ　Ｂｒｉｇａｄｅ　Ｄｅｖｉｃｅ
）、即ち所ｐ　ＣＴｉ）　（ＣｈａｒｇｅＴｒａ口５ｔ
ｅｒ　１ｌｅｖｉｃｅ）全構成要素として包含するもの
等々各種の方式がある。

丙午ら、これ４ＭＯ８ｔｙｐｅにしろ、ＣＴＤＩＣしろ
Ｓｉ単結晶（Ｃ−８ｉと略記する）ウェーハー゛基板を
使用する為に、光電変換部の受光−の面積は、Ｃ−′Ｓ
ｉつ・エーハ゛一基板の大きさで限定されて仕舞う。即
ち、現時点に於いては、全領域に於Ｖ↑ゐ均一性も含め
ると精々数１ｎｃｔｄ％度の大きさのｔ’、ｓｉウェー
ハー基板が製造され得るに過さｌい為に、この様なｃ−
ｓｉウェーハー基板を便用するＭＯＳ　　ｔｙｐｅ　、
或いはＣｌＦ３）　　をその構成面は、先のＣ−８ｉウ
エーハー基榎の大きさｆｔ超え得るものではない。

従って、受光面がこの様な限られた小面積である充電変
換部を有する光電変換装置では、例えばデジタルコピア
（以後ＤＣと略記）の入力装置として適用する場合、縮
小倍率の大きい光学系を複写しようとする原稿と受光面
との間に介在させ、該光学系を介して原稿の光学像を受
光面に結像させる必要がある。

この様な場合、以下に述べる様に解像度を高める上で技
術的な限度がある。

即ち、光電変換部の解像度が例えば１ｏ本／鵡、受光面
の長手方向の長さが３１であるとし、Ａ４？イズの原稿
を複写しようとする場合、受光１１ｉに結像される原稿
の光学像は約１／６９４Ｃ縮小され、ム４原稿に対する
前記光電変換部の実質的な解像Ｉ！紘約ｔ５本／ｍに低
下して仕舞う。

この様に嚢質的な解像度は、複写しようとする原稿のサ
イズが大きくなるに従って、（受光面のサイズ）／（原
稿のサイズ）の割合で低下する。

従って、この点を解決するには、この様な方式に於いて
は、光電変換部の解儂ｆを高める製造技術が要求される
が、先の様な限られた小面積で要求される解偉ｆを得る
には、集積密変を極めて゛高くし且つ構成素子に欠陥が
ない様にして蝕遺しなければならないが、斯かる製造技
術に木目づと限度がある。　　　□ 他方充電変換部を歯数配置して、全受光面の長手方向の
長さが複写し得る最大サイ、ズの原稿゛の主走査方向の
長さと、１：１になる様にし、結像される原稿ρ光学像
を光電変換部の数に分割して実質的な解像度の低下を避
は様とする方式が提案されている。

丙午ら、斯かる方式に於いても、次に述べる様な不都合
さがある。即ち、光電変換部を複数配置すると必然的に
各充電変換部間に受光面の存在しない境界領域が生じ、
全体的に見る場合、受光面は連続的でなくなって仕舞い
、原稿の結像される光学像は分断され、乱っ境界領域に
相当する部分は、光電変換部に入力されず、複写されて
来る１Ｉｉｉ侭は線状に白抜けした或いは線状に白抜け
する部分に相当する部分が除かれて結合され九不完全な
ものとなる。又、複数の受光面に分割されて輔像された
光学像は、各受光面に於いて咎々光学的反転像となって
いる為、全体像は、原稿像や光学的反転儂とは轡ってい
る。

従って、受光面に結像された光学像をその１ま再生した
のでは元の原稿像を再現することは出゛来ない。

この様に１従来の、光電変換部を具備した光電変換装置
に於い−Ｃは、その受光面が小さい為に高解像度で情報
を再現するのは極めて困難であった。

従って、長尺化された受光面を有し、且っ解儂性に優れ
た光電変換部を有する光電変換装着が望まれてやる。殊
に７アクシｉリーやＤＣの入力装置、或いはその他の、
原稿に書すれた文字や一曹を読取る装ｆＩＬＫ適用する
本のとしては、再生される原稿のサイズに相等しい受光
面を有し、再生像に要求される解像度を低下させず、原
稿′４ｒ：忠実に再生させ得る光電変換部を具備した光
電変換装置が不可欠である。

不発明は、上記の諸点に鑑み成されたものであって、そ
の目的とするところは、長尺化された受光面を有し且つ
高解儂度化、高感度化された光電変換部を具備ｔ／、極
めて軽量化された光電変換装置ｆｔ提供することにある
。

本発明の情報処理装置は１個の充電変換要素が一列アレ
ー状とされ、該光電変換要素がｎ個に共通な電極と、ｎ
個の光電変換要素毎に独立して設けられたｎ個の電極と
、前記共通電極と前記独立電極との間に充電変換層とを
有する一次元長尺光電変換部；入力された光信号に応答
して前記ｎ個の光電変換要素から出力される電気信号を
並列に人力し、直列に出力する走査回路部及びマトリッ
クス配線部；とを包含するものである。

更に本発明の光電変換装置の特像を鰺述すれ型素子と該
素子に並列に電気的に接続された放電用ダイオードと、
該光導電素子の別の一端にそれぞれ傭、別に電気的に接
続された電荷蓄積手段と、該電荷蓄積手段に蓄積された
電荷量に討て構成されかつ前記増巾手段の変換増巾出力
が債択入力の配ＩＮＫ応じたマトリックス配線をされて
いる事である。

以下本発明に於ける走査回路の説明を行なう。

′＄１図に本発明に於ける第１の走査回路′ｆ：掲げる
。Ａ４短手方向に約Ｂ１１１ｉ累／目の密度での画儂読
み取やを実現する為に必要な１７２８（＝５４Ｘ３２）
の光導電素子Ｓ宜−・〜８１４−１１は外部バイアス電
源として図示されているｇｔ　”−’ｇｌ１４により給
電されている。従って電荷蓄積用のコンデンサ自−０〜
ｃｓａ−ｓｔには各光導電素子への入射光量に応じた速
度で電荷が蓄積されていく。結果的に前記コンデンサｃ
、　−ｏ　−ｃｓ４−　ｓｘ　の横抗口Ｉｆな増巾用Ｍ
０８　）ランジスタへ１−・〜Ａ、４−３重　のゲート
への接続点電位は、一定の電荷蓄積時間に対しては入射
光量に対応した値を持つ事になる。本尉１ｖ：回路では
電荷蓄積用コンデンサは回路的にはむしろ光導′１を素
子とともに低周波ｐ波回路としての効果が期待されてい
る増巾用ＭＯ８）ランジスタの３２本毎に共通なドレイ
ン側配線、例えばブロック駆動線−に排他的に磁圧を供
給すれば、゛前記接、線点の電位位に一応じて増巾用１
〜（（１）　８　（又はＭＬ８））う／ジスタ入、−６
〜Ｎ、−３゜ｑまバイアスされている事に成り、各増巾
用ＭＯ８（又はＭＩ８）　？ランジスタは（ｉｌｌ々に
接続されている光導′ぽ素子への入射光量に対応したチ
ャンネル抵抗を持つ事になる。従って自動的に個別デー
タ線９０〜Ｉ）１．上へは光導電素子５１−０〜ｓ、　
ｓｔへの入射光量に２」応した信号電流が出力さｉるｉ
４　ｖ’Ｃなる。ヒ述の動作で確保する為には個別デー
タ線り、〜１ａｓｔ　　は電流増巾器等の低インピーダ
ンス入力回路へ接続すべきは自明の事である。

ここで電流分離用ダイオ−’ｌ’Ｒｔ−畳〜ＲＩ４−１
１は個別データ線に接続された増巾用ＭＯ８（又はＭｉ
ｓ）トランジスタ間の分離を（特に非横抗時に）確実に
する為に設けられている。

さて引き続いて今度は第２の光導電素子群からの出力を
貢択する為にｂ２　　に電産を排゛他的に供給している
間に、放電用素子であるダイオードｈ１−・〜８１４−
１１の第１の光導電素子群に属する群が共通１に結ばれ
た放電制御線ｇ、にダイオードが願バイアスになる様に
電圧を供給する事によって電荷蓄積用コンデンサＣＩ−
・〜ｃｓ−ｓｔに蓄積された電荷が瞼ダイオードを１１
シて放電される事になる。門型完了後ダイオードを逆バ
イアスする様な電圧を′供給すれば各蓄積コンデンサま
た増巾用トランジスタＡＩ−・〜入！！４”１１のスレ
個のバイアス電−からの給電で行なうならば素子設計の
巾を拡げる効果を生む事も明らかである。

走査回路の第２の実施例を第２図に掲げる第１図に示し
た第１の例は入射光量の読み出し精度全多く要求しない
場合い、もしくは増巾用として使用するトランジスタが
同一ロット製品で伝達特性にスレッショルド電圧の分布
が小さい場合等には十分な効果が期待でき回路もｆＩＩ
ＩＰである。しかしながら特に高い精度で光量情報を読
み取る場合等には前記”伝達特性の分布が問題に成る場
合がある。第２図に示した例は上記の問題を解決する為
に増巾用トランジスタＡｌ−０〜ＡＳ４−１１のソース
回路に抵抗を挿入し、電流帰還にｔって複合した伝達特
性の均一化を実現した例である。回路動作の説明社増巾
用トランジスタの動作に電流帰還を利用した負帰還を作
用さ妨る◆が理解されれば哨ｌの走査回路の説明から明
らかである。

本発明に於ける第３の走査回格例を第３図ａ。

ｂに掲げる。この例では前“記の電流帰葉を実現する素
子として抵抗の代わ９に非−形動作素子Ｐ１−・〜ＰＩ
ａ−ｓ＊（図に一部のみを掲採）を用い、ま九増巾用ト
ランジスタのドレイン側共通線からの分量手段としてＭ
Ｏ８（又はＭＩ８））ランジ及び分峻用トランジスタ１
ｒ！−・〜ＴＳ４−１１　とを同一テクノロジーで製作
される素子で構成する事に。

より容易に集積化出来るという大きな効果が生まれる。

更に第３図（ａ）の場合には電流帰還用トランジスタＰ
Ｋ−・”Ｐｅａ−ａｔへの共通ゲートバイアスｖ。

への給電・々圧を変える率により複合した伝達特性をプ
ログラム出来る特徴を有する。種々の共通ゲートバイア
ス値に対する伝達特性の変化を第４図に示す。

以上述べた走査回路では常に光導電素子出力を増巾（上
記例では電流に変換増巾している）してマトリックス配
線上に信号を送り出してぃの る。一般に光導電部り導電率は可成り低く、また本光電
変換手段の主なる用途であるテイジタルコピア、ファク
シミリ等で要求される長尺化されたＩ！Ｉｉ偉読み取９
装置への応用に於ては、広いマ）ＩＪワックス線を要求
され微弱な電気信号を叫い配線を通して処理する事にな
り良好な８Ｎ比を期待出来ぬ場合が多い。本発明の大き
な特徴の一つはと例の様に光導電素子出力横抗素子に増
巾作用を待たせており、上記のマトリック自己 スＮ腺を低インピーダンスで駆動出来るφになり雑音等
の悪影響を大きく低減せしめた率にある。

イ（５図に本発明の光電変換装置の）子構成の模式的説
明図を示す。ガラス等の透明な基板５０ヒ（Ｃ−列に作
られた光導電素子群（素子構造は後述）　ＳＢ、’〜８
１３，４は、やはり同じ基板上に薄膜形成された電極配
線、及びコンデンサ群ＣＢｌ〜ＣｔＳ５．を通して集積
化された走ｆ回路基板Ｌ１〜ｌ１ｔＫワイヤ・ボンディ
ングに依って接続されている。また１１〜”１４からの
出力線もやはりワイヤー・ボンディングによって基板上
蒸着電極に接続されマトリックス鬼線部５１に導びかれ
最終的に出力用電極に導ひかれる。駆動線ｂ１〜ｂｓ４
等外部制御線も中は９基板上の蒸着薄膜電極配線を通し
て走査回路基板に導びかれる。本実施例で示されるハイ
ブリッド構造の光電変換素子も以下の実施例で示される
モノリシック構造に於ける光導電素子と同一構造を有す
るのでその際に詳細に説明される。

第６図に示す実施例は第１図に示された走査回路を全て
薄膜蒸着によって一枚Ｑ、Ｉｌｃ板ヒに実現し九本発明
の光電変換装置の例である。、窮６図（ａ）　ｎ平面図
、第６図（１））は第６図（ａ）に示されるｘ　−ｘ’
　　で示される位置でへ断面図である。基板上には光電
変換部６０１、電荷蓄積部６０２、横抗可能な増巾部６
０３、及び放電部６０４と図示される紙面右側に位置す
Ｚマ）　ＩＪックス配＠部と信号入出力及び電源供給電
極が作製されている。

臂トリックス配線部の概略図は第７図で示される一般的
なものであって７０〜７４等はスルーホール接続部を７
５は光導電部及び走査回路部分に対応する。

ｉ＊変換部は個別電極どして透明基板６００を通過して
きた光が入射可能な様にインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）
等の透明導電性蒸着膜６０５、及び画素形状の均一化の
為のクロム（Ｃｒ）Ｊの遮光用′ゼ極蒸着膜６０７とｔ
−７オトエぢチングし画素毎に独立して作製されている
。更に前記個別電極に：、　Ｉｃ　ＳｉＨ４ガス、Ｈ！
ガス混合ガス中でグロー放電全発生せしめ８ｉＨ４の分
解によって堆積するアモ：Ｈ ルファス水素化シリコン（以後ａ−ｓＰ１略記）の光導
電性薄膜を形成し、フォトエツチングＫｔり画素毎のａ
−ｓｉ導電素−Ｐ　６０６を作製する。

引き続いて共通対抗電極６０８がＡ／等の金属材料によ
って（蒸着エツチングプロセスを経て）薄膜配線される
。

向上記グロー放電分解法による蒸着プロセスに於て５ｉ
ｎ４／１４．ガス中に適当濃度のＰＨ６ガスもしくはＢ
、ｌ（、ガスを混入させる事で広い範囲のドーピングを
金持ちそれぞれｎ型導電特性、及びＰ型導電特性をもっ
たａ−８ｉ薄模を作製する事もでき、’ａ−８ｉ層は外
気に触れる事なく連続的に各導電型の層を堆積できる。

例えば上記ａ−８ｉ光−電膜はその上面部反び下面部ｔ
−ｐ原子を高濃ｔにドープしｆｔ−ｎ＋層で形成する事
により電極金属との抵抗性接触を確保している。

従って以後の説明では各導電型のａ−８ｉ　層の成膜法
は一々触れない。

さて電荷蓄積部６０２はパターン・エツチングされ九ス
パツ１タリング法等で形成された５ｉ０２又Ｂ　８　ｉ
　ｓ　Ｎａ蒸着薄膜６１８をはさんで接地電極６０９を
薄膜配線する事によりって作られたコンデンサで構成さ
れる。

た電極６０７は電荷蓄積部６０２に蓄積された電荷によ
り発生する電位を該ＭＩ８構造トランジスタグ速度がド
ープしたＰ原子製産に依存する箒を利用してｎ中層を取
り去りソ訃りドレイン電極６１０の材料としてＡｕ　等
の金属を用いる事により、第７図に於いてル！−ｅ〜島
シ３璽で示され本分譜ダイオードとしてのＩｌ、ｗＦ５
を持つショット中−・バリヤ・ダイオードを形成してい
る。またソース＠電極（６１３）接触部分はｎ中層が残
されており抵抗性接触を堡っている。絶縁層６１９はや
はりＳｉ３Ｎ４　、８ｉＵ＊。スパッタ濱等の絶縁膜で
作叫され、特に選択電極６１０と光電変換部からの出力
線である遮光電極６０７との静電結合を小さくする目的
で形成されている。

吹電部６０４を構成するダイオードはショットキーバリ
ヤを用いたもので共通対抗電極であって吹型制御電極を
兼ねる（６０８　）とはｎ中層を介して抵抗性接触ま九
遁光用電極６０７とはショットギー接触を行なっており
遮光電極側をアノードとしたショットキーダイオードが
作製されている。が浦１準ｇｏ４はα−５ｉ又１月Ｊｙ
−６，’の簿月更と糸１才と（て作入でれる。

？Ａ８図（ａ）、　（ｂｌに示す光電変換装置は第２図
に目を用いてもよいし、適当な金１属の酸化物、ホウ化
物、書化物等を用いて構成されてもよい。

る走査回路は第３図（ａ）で既に動作に９いては説明し
九。本実施例に於ては第６図に示した部材配置と異なる
点杜横抗可能な増巾素子としてのＭＩ８）ランジスータ
が９００としてとのチャンネルを遮光電極と平行に配し
、かつ分峻…トランジスタ９０１及び電流帰還用トラン
ジスタ９０２とを独立に設置した点とである。

インが電極金属と抵抗性接触を保つように設計されてい
る。また分離用Ｍ１８　）ランジスタゲートは横抗信号
線ｂｉ　　の入力線９０２と共用して更にドレイン側は
トランジスタ電源線ＶＤ　　と共ｉ１、て使われている
事を図への補促説明としてつ？Ｊｋシｆ！：、（≠ポ＃
璋→→卿←か翻肴権例ｔ−掲けた。

以上実施例で示した如く本発明では従来゛多数の光情＠
を走査し出力する光電変換装置に於て、長大化が精度良
実境可能で増巾ａ能を持つ走査回路全構成する事によっ
てインピーダンスの高い光導電素子を広く配置した場合
に問題となる雑音の影響を大きく低減した充電変換装置
を作成する手を可能ならしめた。

【図面の簡単な説明】

・篤１図乃至第３図＜ａ）、　（ｂ）は各々、本発明に
係わる走査回路を説明する為の走査回路図、第４゜オよ
、４発、にい、６よ通歩−４７，イヤ８１よ対する伝達
特性の変化を示す図、第５図及び第６１’ｉ：Ｊｆａ＞
　、　（ｂ）は各々本発明の実施蝦様例を説明すす・ツ
クース配線部を説明する為の説明図、第８図（ａｌ、　
（ｂ）及び第９図（ａ）、　（ｂ）は各々、聾の本発明
の一趣７旭！様例を説明する為の説明１図である。 出　願　人　　キャノン株式会社 と１．Ｊ４Ｉ鋼

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 配線によって一端を複数個づつ共通に接続された多数の
   薄膜シリコンで作られた光導電素子と該素子に並列に電
   気的に接続された放電用ダイオードと、該光導電素子の
   別の一端にそれヤれ個別に電気的に接続された電荷蓄積
   手段と、該′電荷蓄積手段に蓄積された電荷量に対応し
   て発生する゛電圧に読み取り電圧もしくは電流に変増巾
   手段の変換増巾出力が選択入力の配線に応じたマトリッ
   クス配線をされている事を特徴とする光電変換装置。