JPS60254656A

JPS60254656A - イメ−ジセンサ

Info

Publication number: JPS60254656A
Application number: JP59110241A
Authority: JP
Inventors: Tamio Saito; 斎藤　民雄
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1984-05-30
Filing date: 1984-05-30
Publication date: 1985-12-16

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】〔発明の技術分野〕この発明は、光電変換素子を用いて原稿面上の画像情報
を読取るイメージセンサに関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

この種のイメージセンサは、一般的に第３図に示すよう
に構成されている。すなわち、Ｄ１〜ＤＮはフォトダイ
オードあるいは非晶質または多結晶質膜等からなる電荷
蓄積型の光電変換素子であシ、通常、−列に配列されて
いる。これらの光電変換素子Ｄｌ−ＤＮは画像面からの
入射光量（フォトン数）に対応した電荷を発生して、容
量Ｃ１〜ＣＮ（電極間容量、接合容量、配線浮遊容量等
）に蓄積するもので、その各一端は電源Ｅに接続され、
また各他端はＭＯＳ−ＦＥＴのようなスイッチング素子
Ｓｌ〜ＳＮ　にそれぞれ接続されている。スイッチング
素子８１〜ＳＮはシフトレジスタＳＲによシ順次駆動さ
れ、容量Ｃ，〜ＣＮに蓄積されている電荷信号を読出す
。すなわち、スイッチング素子８１〜ＳＮが順次オン状
態となり、１ラインの読取りが終了した後、再びオン状
態になるまでの時間、光電変換素子Ｄ１〜ＤＮ　の発生
電荷をスイッチング素子８１〜ＳＮのうちの対応するス
イッチング素子が再度オン状態になった時に読出すので
ある。そして、この読出し電荷が検出回路ＤＥＴを介し
て読取り出力として取出される。

ところで、このようなイメージセンサにおいては、一般
にスイッチング素子Ｓ　１−８Ｎを含む信号読出し回路
がＭＯＳ　−Ｉ　Ｃのようなモノリシック集積回路によ
り構成される。この場合、光電変換素子Ｄ１〜ＤＮと集
積回路とは基板上に形成された配線パターンによって接
続されるが、集積回路の実装上これらの配線パターンは
配線長が均一とはならず、各々の・ヤターンの持つ浮遊
容量も不均一となる。

ここで、上記配線ノ４ターンの浮遊容量は第３図におけ
る信号電荷を蓄積するための容量０１〜ＣＮの一部とな
るので、浮遊容量が不均一であると、これらの容量Ｃｌ
−ＣＮ　も不均一となる。

従って各光電変換素子り、〜ＤＮからの信号電荷の読出
し出力も不均一となってしまい、画像読取り感度のむら
が発生するという問題があった。

〔発明の目的〕

この発明の目的は、光電変換素子と信号読出し回路とを
接続する配線パターンの浮遊容量の不均一に起因する感
度むらの少ない画像読取少出力が得られるイメージセン
サを提供することである。

〔発明の概要〕

この発明は各光電変換素子領域に対応して複数に分割さ
れた個別電極の面積を変えて光電変換領域からの出力電
流を異ならせることによシ、配線パターンの浮遊容量の
不均一の影響を補償して均一な画像読取り出力が得られ
るようにしたものである。

すなわち、この発明に係るイメージセンサは、複数に分
割された個別電極と、これらの個別電極に対向して設け
られた共通電極と、これらの個別電極と共通電極間に形
成され読取るべき画像面からの光が共通電極または個別
電極を介して入射される光電変換層と、前記個別電極に
それぞれ接続された配線長の異なる配線パターンと、こ
れらの配線パターンを介して前記光電変換層の前記個別
電極と共通電極との間に挾まれた各光電変換素子領域か
らの信号を読出す信号読出し回路とを備えたイメージセ
ンサにおいて、前記個別電極の面積を該電極に接続され
る前記配線・ぐターンの配線長が長いものほど大きくし
て、前記個別電極および共通電極の電極間容量と配線・
ぐターンの浮遊容量との和と、個別電極の面積との比を
一定値に揃えたことを特徴とするＯ〔発明の効果〕この発明によれば、個別電極および共通電極間の電極間
容量と、それぞれの個別電極に接続された配線パターン
の浮遊容量との和と、それぞれの個別電極の面積との比
を一定にすることによシ、各光電変換領域からの出力電
流を配線長が長く浮遊容量が大きい配線・やターンに出
力されるものほど大きくして、画像読取多出力を一定に
することができる。従って、画像読取り感度のむらが少
なくなり、濃度むらのない高品質の画像を再現すること
が可能となる。

〔発明の実施例〕

第１図はこの発明の一実施例のイメージセンサの回路構
成図である・図において、光電変換素子Ｄ１〜ＤＨの各一端は駆動電
源Ｅに接続され、各他端は前置増幅器Ａ１〜ＡＮに接続
されている。前置増幅器Ａ１〜ＡＮは好ましくは高入力
インピーダンス、低出力インピーダンスの差動増幅器で
あり、その非反転入力端に光電変換素子Ｄ１〜ＤＮの出
力信号が入力信号が入力され、また反転入力端は出力端
と直結されている。さらに、前置増幅器Ａ１％ＡＮの非
反転入力端とアース間にはリセットスイッチＲ，−ＲＮ
がそれぞれ接続されている。

前置増幅器Ａ１％ＡＮの出力端は、信号読出し用スイッ
チング素子８１〜ＳＮに接続されている。リセットスイ
ッチＲ１〜ＲＮと信号読出し用スイッチング素子８１〜
ＳＮは、シフトレジスタＳ　Ｒ（ＳＲ１，ＳＲ１’〜Ｓ
ＲＭ、　ＳＲＭ’　）によって駆動される。なお、Ｓ　
Ｒ１〜ＳＲＭはＮ７Ｍ段のシフトレジスタであり、また
ＳＲ１′〜ＳＲＭ’は１段のシフトレジスタである。ス
イッチング素子Ｓ　１−８　Ｎは共通出力線ＬＯに接続
され、共通出力線り、は出力抵抗Ｒｏを介して接地され
るとともに、出力端子ＯＵＴに接続されている。

またぐこの実施例においては前置増幅器Ａ１〜ＡＮ％　
リセットスイッチＲ１〜ＲＮおよび信号読出し用スイッ
チング素子５ｌ−ＳＮは８７Ｍ個ずつまとめられて、対
応するシフトレジスタＳＲＩ　、　８Ｒ１’　〜ＳＲＭ
＋　ＳＲｍ’とともにＭ個の集積回路素子（チッｆ）上
に形成されている。

上記構成において、光電変換素子Ｄ１〜ＤＮは入射光量
に応じた光電流を発生し、これらが容量ＣＩｌ〜ＣＩＮ
およびＣ２１〜Ｃ２、に信号電荷として一定時間蓄積さ
れる。容ｆｃ０１１〜ＣＩＮおよびＣ２１〜Ｃ２Ｎに蓄
積された信号電荷によ多発生する電圧は、前置増幅器Ａ
Ｉ　−ＡＮにより増幅される。一方、シフトレジスタＳ
ＲＩ〜ＳＲＭは１ラインの読取り毎にＳＲＩの初段にデ
ータ＠１”を入力され、これを転送りロックφ。により
転送することによってスイッチング素子Ｓｔ〜ＳＮを順
次駆動し、またリセットスイッチＲ１〜ＲＮをスイッチ
ング素子８１〜ＳＮより１クロック分位相をずらせて順
次駆動する。これによって前置増幅器ＡＩ−’−ＡＮか
らの出力信号はスイッチング素子８１〜８Ｎを介して順
次読出され、共通出力線ＬＯを介して出力端子ＯＵＴに
画像読取り出力として導かれる。

この読出し後、容量Ｃ１１〜ＣＩＮおよびＣ２１〜０２
Ｎに残存した電荷はリセットスイッチＲ１〜ＲＮを介し
て放電され、次の信号電荷蓄積および読出しに備えられ
る。

ここで、容量Ｃ１，〜ＣＩＮは光電変換素子Ｄｌ−ＤＮ
の電極間容量であシ、また容量Ｃ２１〜Ｃ２Ｎは配線・
ぐターンの持つ浮遊容量である。

これらの容量のうち電極間容量Ｃハ〜ＣＩＮは一般的に
一定であるが、浮遊容量Ｃ２１〜Ｃ２Ｎは配線長の違い
から一般的に均一ではない。容量ＣＩｌ〜ＣＩＮおよび
Ｃ２１〜０２Ｎに発生する画像読取多出力電圧ｖ１は、
光電変換素子Ｄ１〜Ｄ８からの出力電流（光電流）を１
□、信号電荷蓄積時間をＴ、容量ＣＩｌ〜ＣＩＮをＣＩ
、、容量Ｃ２１〜Ｃ２ＮをＣ２□で表わすと、ｖ、＝ｓ
、・Ｔ／（ｃｚ、＋ｃ＋、）　・（１）（但し、Ｉ＝１
〜Ｎ）で与えられる。従って配線・ぐターンの浮遊容量Ｃ２１
〜０２Ｎ（Ｃ２□）が不均一であれば、各光電変換素子
Ｄ１〜ＤＮからの出力電流１１が等しいとすると、同じ
入射光量に対してＶ□が異なることになシ、画像読取シ
の感度むらの原因となる。そこで、この発明では以下の
ようにして出力電流１１を異ならせることによシ、。

電極間容量ＣＩｌ〜Ｃ２Ｎと配線パターンの浮遊客量Ｃ
２１〜０２Ｎとの和の不均一による画像読取多出力電圧
ｖＩの不均一を補償している。

第２図−’（、）　（ｂ）は第１図の回路構成を持つイ
メージセンサのこの発明に基く実装構造を示す平面図お
よびＡ　−Ａ’断面図である。

第２図において、１は例えばガラス基板または表面にグ
レーズ層が形成されたセラミック基板であシ、この基板
１上に一列に配列された複数個の個別電極２が形成され
、またこれらの個別電極２の各々と接続された引出し電
極としての配線ツクターン３が形成され、さらに後述す
る集積回路チップを搭載するためのグイゾンデイングツ
４ツド４が形成されている。個別電極２は第２図におけ
る光電変換素子り、−ＤＮの対向電極の一方の電極とな
るものであシ、例えば基板１上にＣｒを蒸着しフォトリ
ソグラフィ技術を用いて所望の形状に加工することによ
って形成される。また、配線パターン３およびグイがン
ディングノクッド４も個別電極２と同様に形成されるが
、配線・母ターン３上の個別電極２の近傍をはく部分お
よびグイポンディングパッド４には、それぞれ集積回路
チップとの接続のためのワイヤデンディングおよび集積
回路チップのグイボンディングを容易とする目的で、Ｃ
ｒ膜の上にＡｕ膜またはＡｕ／Ｃ膜等からなる？ンディ
ング用金属膜が積層される。

個別電極２およびその近傍の配Ｈ”ターフ３上を覆うよ
うに、例えばプラズマＣＶＤ法等により形成されたアモ
ルファスＳｔからなる帯状の光電変換層５が設けられ、
さらにこの光電変換層５の上に例えばＩＴＯ膜をスパッ
タまたはスプレー法によシ形成してなる帯状の透光性共
通電極６が設けられている。透光性共通電極６は第２図
における光電変換素子Ｄ１〜ＤＮと電源Ｅとを接続する
共通電極７に接続されている。そして個別電極２、配線
パターン３の一部、光電変換層５、透光性共通電極６お
よび共通電極７を覆うように、透光性樹脂からなる保慢
層８が設けられている。

一方、ダイゾンデイングツ４ツド４上に集積回路チップ
９が搭載され、この各集積回路チップ９上の接続端子と
前記配線・卆ターン３の端部に設けられたワイヤデンデ
ィングパッドとがワイヤ１０によシ接続されている。集
積回路チップ９は第２図における光電変換素子Ｄ１〜Ｄ
Ｎからの信号を読出す信号読出し回路を構成するリセッ
トスイッチＲ１〜ＲＮ％前置増幅器Ａ、〜ＡＮ％信号読
出し用スイッチング素子８１〜ＳＮおよびシフトレジス
タＳＲ１〜ＳＲＭ等を複数個ずつ組込んだものである。

以上のような実装構造を持つイメージセンサにおいて、
配線ツクターフ３は集積回路チップ９との接続上、その
配線長が種々異なっている。

そこで、この発明では個別電極２が配線パターン３に接
続されている点に着目し、この個別電極２の面積をそれ
に接続されている配線パターン３の配線長が長いものほ
ど大きくすることによって、光電変換素子領域の電極間
容量と配線パターン３の浮遊容量との和と、個別電極２
０面積との比を一定値に揃えている。なお、この実施例
では個別電極２の面積をその配列方向と直角な方向にお
ける長さを変えることによって変化させている。

すなわち、画像読取り出力電圧ｖ１を表わす前記（１）
弐において、出力電流１Ｘは光電変換効率Ｒ０と個別電
極２の面積Ｓ１との積で与えられるので、（１）式は次
のように変形できる。

Ｖ、＝Ｒ，５Ｘ−Ｔ／（Ｃ７□十Ｃ２Ｘ）・・・（２）
ここで、光電変換効率Ｒ８および信号電荷蓄積時間Ｔは
各光電変換領域間で一定であるから、（２）式はさらに
次のように表わされる。

ｖ１＝に−ｓ／（ｃｚ□＋ｃ２．）−（３）（ｋは定数
）従って、ｓ／（ＣＩ□＋Ｃ２、）の比が一定値となるよ
うに、配線長が長くＣ２Ｘの大きい配線ノ４ターン３に
接続された個別電極２の面積Ｓ１は　Ｋ大きくシ、配線
長が短く０２□の小さい配線・千ターフ３に接続された
個別電極２の面積は小さくすれば、同じ入射光量に対し
各光電変換素子領域の画像読取り出力電圧ＶＸは一定と
なる。

以上のようにして、この発明によれば長さの不均一な配
線パターンの浮遊容量の不均一の影響を、個別電極の面
積を変化させることによシ補償することができ、画像読
取りの感度むらが少なくなり、濃度むらのない高品質の
画像を再現することが可能である。

なお、この発明は上記実施例に限定されるものではなく
、その要旨を涜脱しない範囲で種々変形実施が可能であ
る。例えば実施例では配線パターンが光電変換素子の片
側に設けられているが、両側に振分けられている構造の
イメージセンサにも、この発明を適用することができる
。

また、実施例では光電変換層を挾んで対向する電極のう
ち個別電極２が基板１上に設けられているが、基板１上
に第２図における透明共通電極６に相当する共通電極を
設け、その上に光電変換層を介して透光性の個別電極を
設けてもよい。その場合、基板上に設けられる共通電極
は透光性である必要はない。また、基板の少なくとも光
電変換層の下部の領域を透光性とし、基板側から光を入
射するようにしたイメージセンサにも、この発明を適用
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係るイメージセンサの回
路構成図、第２図（ａ）　（ｂ）はその実装構造を示す
平面図およびＡ　−Ａ’断面図、第３図は電荷蓄積型イ
メージセンサの基本構成を示す回路図である。Ｄ１〜ＤＮ・・・光電変換素子、Ｃハ〜ＣＩＮ・・・電
極間容量、Ｃ２ｔ〜Ｃ２Ｎ・・・浮遊容量、Ｒ１〜ＲＮ
・・・リセットスイッチ、ｓｔ　〜ＳＮ・・・信号読出
し用スイッチング素子、ＡＩ　−ＡＮ・・・前置増幅器
、ＳＲＩ〜ＳＲＭ、ＳＲ，’〜ＳＲＭ′・・・シフトレ
ジスタ、１・・・基板、２・・・個別電極、３・・・配
線・ぐターン、４・・・ダイポンディングパッド、５・
・・光電変換層、６・・・透光性共通、７・・・共通電
極、８・・・保護層、９・・・集積回路チップ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）複数に分割された個別電極と、これらの個別電極
に対向して設けられた共通電極と、これらの個別電極と
共通電極間に形成され読取るべき画像面からの光が共通
電極または個別電極を介して入射される光電変換層と、
前記個別電極にそれぞれ接続された配線長の異なる配線
パターンと、これらの配線パターンを介して前記光電変
換層の前記個別電極と共通電極との間に挾まれた各光電
変換素子領域からの信号を読出す信号読出し回路とを備
えたイメージセンサにおいて、前記個別電極の面積を該
電極に接続される前記配線ｉ９ターンの配線長が長いほ
ど大きくして、前記個別電極および共通電極の電極間容
量と配線ツクターンの浮遊容量との和と、個別電極の面
積との比を一定値に揃えたことを特徴とするイメージセ
ンサ。
（２）光電変換層は入射光量に応じた電荷を蓄積するも
のであシ、信号読出し回路はこの蓄積電荷に基く信号を
読出すものであることを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載のイメージセンサ。
（３）信号読出し回路は配線ノ４ターンの電位を検出し
て信号を読出すものであることを特徴とする特許請求の
範囲第１項または第２項記載のイメージセンサ。
（４）信号読出し回路は複数個の集積回路素子により構
成されたものであることを特徴とする特許請求の範囲第
１項、第２項または第３項記載のイメージセンサ。
（５）個別電極は基板上に形成され、共通電極は個別電
極上に光電変換層を介して帯状に形成された透光性電極
であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のイ
メージセンサ。
（６）　個別電極はその分割方向と直角方向の長さを異
ならせることによって該電極に接続される配線パターン
の配線長が長いものほど面積が大きく設定されたもので
あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のイメ
ージセンナ。