JPS6052596B2 - イメ−ジセンサ− - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一次元イメージセンサー、特に等倍もしくは等
倍に近い縮率で原稿の画像を走査するのに適した一次元
イメージセンサーに関する。

従来のこの種のイメージセンサーにおいては、受光素子
の電極に接続すべき集積回路（ＩＣ）チップが電極と同
一の基板上に配置されておらず、従つてセンサー全体が
大形となり、またＩＣチッ・プと電極との接続をワイヤ
ボンディングによつて行なつていたため、イメージセン
サーの製造の作業能率が低い上、製品の信頼性が低いと
いう問題があつた。そこで透明の部分を有する基板の透
明部分の上に、フォトダイオードアレイを形成するとと
もに、フォトダイオードアレイ駆動用の専用の集積回路
を前記基板上に設けたイメージセンサーが提案された。

しかるにこのような構成では、必要とされる専用の集積
回路チップのコストが高く、また集積回路チップとフォ
トダイオードとをテープキャリアで接続する工程が必要
であるなど、組立コストが高いという問題がある。

本発明の目的はコストアップを伴うことなく、外部接続
用端子の数を少なくし得るイメージセンサーを提供する
ことにある。

本発明に係るイメージセンサーは、基板と、前記基板上
にアレイ状に配列され、互いに隣接するものから成る群
に分けられ、また各群の一端から順に順位を付けられた
フォトダイオードと、前記基板上に設けられ、それぞれ
各フォトダイオードに対応し、各フォトダイオードと逆
直列接続されて逆直列回路を形成するブロッキングダイ
オードと、前記基板上に設けられ、それぞれ前記群の各
々に対応し、同一の群のフォトダイオードを含む逆直列
回路の一端に一端が接続された負荷抵抗およびダイオー
ドの直列回路とを備え、すべての群の同一の順位のフォ
トダイオードを含む逆直列回路の他端を同一の外部接続
用端子に接続し、、前記群を互いに隣接するものから成
る団に分け、同一の団に属する群に対応する直列回路の
他端を同一の外部接続用端子に接続し、各群に各団の一
端から順に順位を付け、すべての団の同一の順位の群の
フォトダイオードを含む逆直列回路の前記一端を同一の
外部接続用端子に接続したものである。

第１図は本発明に係る一次元イメージセンサーの一実施
例を示したもので、鎖線で示す部分の断面が第２図に示
されている。

同図において、１は帯状の基板て、幅方向の中央部分を
占める中央部分１ａと中央部分１ａの両側部に接合され
た側部板１ｂおよび１ｃとにより構成されているる。中
央部分板１ａは透明な材料、例えばガラスにより形成さ
れている。側部板１ｂおよび１ｃは、例えばガラスエポ
キシ樹脂により形成されている。２は補強板で、基板１
と同一の平面形状を有し、例えばガラスエポキシ樹脂に
より形成されている。

補強板２には、第２図および底面を描いた第．３図に示
されるように、補強板２の幅方向の中間部を縦方向に延
びたスリット状の光窓２ａが設けられている。３はフォ
トダイオードＰを、基板１上に、光窓２ａの真上に光窓
２ａに沿うように直線上に配置！して成るフォトダイオ
ードアレイである。

また４は、各フォトダイオードＰに対応するブロッキン
グダイオードＢから成り、、フォトダイオードアレイ３
と平行して延びたブロッキングダイオードアレイである
。各フォトダイオードＰおよび対応一するブロッキング
ダイオードＢは、例えば第２図に示すように構成されて
いる。即ち、まずフォトダイオードＰの透明電極Ｐ１は
、ＳｎＯ２を電子ビーム蒸着またはスパッタリングによ
り１００〜２０００Ａの膜厚に形成したものである。一
方ブロッキングダイオードＢの電極Ｂ１はＮｉＣｒ層Ｂ
ｌａおよびＡｕ層Ｂｌｂをこの順序で電子ビーム蒸着ま
たはスパッタリングにより２０００〜３０００Ａの膜厚
に形成したものである。これらの電極Ｐ１およびＢ１は
互いに接続するようにして形成されている。電極Ｐ１お
よび２の上にＣｄＳの層Ｐ２および八が、スパッタリン
グまたは真空蒸着により形成されている。層Ｐ２および
への形成の後、空気中において５０（代）の温度で・３
紛〜１時間の熱処理を行なう。次にＣｄＴｅの層Ｐ，お
よびＢ３を上記と同様の方法で、０．５〜２μｍの厚さ
に形成し、アルゴンＡｒおよび酸素０２の混合気中にお
いて５００Ｃの温度で１時間の熱処理を行なう。さらに
その上に０．５〜１μｍ＜７）ＴＣの層Ｐ，および八を
上記と同様の方法で形成する。対電極Ｐ５および八とし
てはＡｕを用いる。対電極Ｐ５およびＢ５は各ストライ
プに対して略垂直に、互いに反対方向に延びている。対
電極の構成材料であるＡｕはガラスに対する接着強度が
弱いので、延長部分Ｐ５ａ，Ｂ５ａにおいてはガラス板
との間にＮｉＣｒ層Ｐ６，Ｂ６が介在している。フォト
ダイオードＰおよびブロッキングダイオードＢの諸層の
うち、ＣｄＳがｎ型、ＣｄＴＣがｐ型または真性の半導
体であり、バンドギャップがそれぞれ２．６ｅＶおよび
１．６ｅＶなので、ｐ−ｎヘテロ接合が形成されている
。

これらのｐ−ｎヘテロ接合部は逆バイアスされると、等
価的にキャパシタンスとして作用する。フォトダイオー
ドＰおよびブロッキングダイオードＢは第４図に示すよ
うに電気的接続がなされている。

同図において、鎖線１の内側に示すのが基板１上に設け
られた要素を示す。

フォトダイオードＰと対応するブロッキングダイオード
Ｂの対（以下ＰＢ対という）は、第２図にも示すように
電極Ｐ１と電極２とが、即ちカソード同士が互いに結合
されていて逆直列回路を形成している。ＰＢ対は互いに
隣接するｒ個、例えば１２個のＰＢ対から成る群に分け
られ、群は互いに隣接するｓ個、例えば１加の群から成
るｔ個例えば１瀬の団に分けられている。同一の群のフ
ォトダイオードＰのアノードは同一の負荷抵抗Ｒの一端
に接続されている。一方、すべての群の、同一の側から
数えて同一の順位に位置するＰＢ対のブロッキングダイ
オードＢのアノードは互いに同一の外部接続用端子に接
続されている。

例えば、すべての群の左側から１番目のＰＢ対はブロッ
キングダイオードのアノードが、外部接続用端子Ｘ１に
、２番目のＰＢ対は外部接続用端子Ｘ２に接続されてい
る。また同一の団に属する群に対応する負荷抵抗Ｒの他
端はそれぞれダイオードを介して同一の外部接続用端子
（Ｙｌ，Ｙ２・・・・・・Ｙｒ）さらに同一の団の、同
一の側から数えて同一の順位に位置する群に属するＰＢ
対のフォトダイオードＰのアノードは同一の外部接続用
端子に接続されている。例えばすべての団の左側から１
番目の群のＰＢ対は外部接続用端子Ｚ１に、２番目の群
のＰＢ対は外部接続用端子Ｚ２に接続されている。外部
接続用端子Ｘｌ，ｘ２・・・・・・Ｘｒには図示しない
回路手段により、第５図ａに示すようにパルスが順次印
加される。外部接続用端子Ｙｌ，Ｙ２，・・・・Ｙｔは
、基板１の外部に設けられたＭＯＳスイッチＳｌ，ｓ２
・・・・・・Ｓｔを介して、共通の線に接続されている
。

ＭＯＳスイッチＳｌ，ｓ２・・・・・・Ｓｔはそれぞれ
図示しない制御手段により第５図ｂに１高ョレベルで示
す期間だけ順次導通する。第５図から明らかなように、
各団に対応して設けられたＭＯＳスイッチの導通は、外
部接続用端子Ｘｌ，ｘ２・・・・・・Ｘｒへのパルスの
印加が一巡する間続く。端子Ｘｌ，ｘ２・・・・・・Ｘ
ｒへのパルスの印加が一巡すると、隣接する団に対応す
るＭＯＳスツチが導通する。このように、端子Ｘｌ，ｘ
２，・・・・Ｘｒにパルスを順次印加し、これに関連さ
せてＭＯＳスイッチを順次導通させると、各団のすべて
の群の同一の順位のＰ旦吋が１個ずつ順次選択されて電
圧を印加される。フォトダイオードＰは電圧を印加され
ると、逆バイアスされて充電される。

充電後に、光が入射するとその光量に応じて充電変がフ
ォトダイオード内を流れて放電される。次に電圧が印加
されると、放電された分だけ再充電される。このとき、
再充電の電流に応じた電圧が負荷抵抗Ｒの両端に信号Ｖ
Ｏｕｔとして得られる。第６図はフォトダイオードに順
次電圧を印加することにより得られる信号ＶＯｕｔを示
したもので、Ａ，ｂ，ｄは再充電量が多いところを示し
、ｃは再充電量が小さいところを示す。各団のすべての
群の同一の順位のＰＢ対が同時に選択され、外部接続用
端子Ｚｌ，Ｚ２・・・・・・ムから同時に出力が得られ
る。

この出力は、レジスタなどを用いてパラレル−シリアル
変換される。ブロッキングダイオードＢは露光の際に例
えばＰＢ対Ｃｌｌｌ−Ｃｌ２ｌ−Ｃｌ２２−Ｃｌｌ．の
閉回路で放電が起こるのを阻止するためのものである。

外部接続用端子Ｘｌ，ｘ２，・・・・Ｘｒにパルスを印
加する代りに、外部接続用端子Ｘｌ，ｘ２・・・・・・
Ｘｒを、それぞれＭＯＳスイッチを介して直流電源に接
続し、これらのＭＯＳスイッチを第５図ａに高レベルで
示す期間だけ順次導通させるようにしてもよい。

このようにすることの効果を以下に説明する。原稿の読
取りの解像度を高くしようとすればする程フォトダイオ
ードおよびブロッキングダイオードの幅は小さくなり、
従つてフォトダイオードおよびブロッキングダイオード
のＰＮ接合部の面積が小さくなる。

すなわち、ブロッキングダイオードの順方向抵抗は増加
し、出力電圧が低下する。そこでブロッキングダイオー
ドの順方向電流を大きくするためには各層を薄く形成す
る必要がある。しかし、そうすると、ブロッキングダイ
オードのＰＮ接合部の静電容量が大きくなり、ブロッキ
ングダイオードのブロッキング性は低下してしまう。

一方、ブロッキングダイオードの順方向電流を大きくす
るために、各層を薄くする代わりに、不純物濃度を高く
すると、これと同一のＰＮ接合部を有するフォトダイオ
ードの逆方向抵抗が小さくなり、暗状態で電荷を蓄積で
きなくなる。いずれにしても、端子Ｘｌ，ｘ２・・・Ｘ
ｒにパルスを印加する構成においては、端子Ｘｌ，ｘ２
・・・Ｘｒの電位が零のときに、フォトダイオードに蓄
積された電荷が少からずブロッキングダイオードを逆方
向に流れ、端子Ｘｌ，ｘ２・・・Ｘｒに達する経路で放
電される。これに対して、ＭＯＳスイッチを設けた構成
においては、上記の径路での放電は起らない。尚ＮＯＳ
スイッチ以外の他の種々のトランジスタスイッチを用い
た場合も同様の効果が得られる。上記の実施例のフォト
ダイオードに代えて、ＳｎＯ２一非晶質カルコゲナイド
膜（例えばＳｅ−Ｔｅ一Ｍ系のもの）−Ａｕで構成され
たもの、またはＳｎＯ２−Ｃｄｓ−ＣｄＴｅ−Ａｕで構
成されたものを用いてもよい。

この場合にも、ブロッキングダイオードとしてフォトダ
イオードＳｎＯ２の電極を除き、同一の層構成のものを
用いることとすれば製造が容易である。また基板に接す
る側の電極を互いに結合する代りに、第７図に示すよう
に対電極を互いに結合するようにしてもよい。

以上のように本発明によれば、フォトダイオードアレイ
とブロッキングダイオードアレイとを共通の基板上に設
けることとし、またフォトダイオ−ドーブロッキングダ
イオードの逆直列回路を隣接するものから成る群に分け
、さらに群を隣接するものから成る団に分け、各群に対
応して負荷抵抗を設け、各団に対応して外部接続用端子
を設け、また、すべての団の同一順位の群に対応する負
荷抵抗から得られる信号を同一の外部接続用端子を介し
て外部に出力することとしているので、外部接続用端子
の数を少くすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るイメージセンサーの一実施例を示
す平面図、第２図は第１図の−線拡大断面図、第３図は
第１図のイメージセンサーの底面図、第４図は第１図の
イメージセンサーの電気回路図、第５図Ａ，ｂおよびｃ
は第４図の各部の動作を示すタイムチャート、第６図は
第４図の信号ＶＯｕｔを示すタイムチャート、第７図は
フォトダイオードおよびブロッキングダイオードの構造
の異なる例を示す、第２図と同様の拡大断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 基板と、前記基板上にアレイ状に配列され、互いに
   隣接するものから成る群に分けられ、また各群の一端か
   ら順に順位を付けられたフォトダイオードと、前記基板
   上に設けられ、それぞれ各フォトダイオードに対応し、
   各フォトダイオードと逆直列接続されて逆直列回路を形
   成するブロッキングダイオードと、前記基板上に設けら
   れ、それぞれ前記群の各々に対応し、同一の群のフォト
   ダイオードを含む逆直列回路の一端に一端が接続された
   負荷抵抗およびダイオードの直列回路とを備え、すべて
   の群の同一の順位のフォトダイオードを含む逆直列回路
   の他端を同一の外部接続用端子に接続し、前記群を互い
   に隣接するものから成る団に分け、同一の団に属する群
   に対応する直列回路の他端を同一の外部接続用端子に接
   続し、各群に各団の一端から順に順位を付け、すべての
   団の同一の順位の群のフォトダイオードを含む逆直列回
   路の前記一端を同一の外部接続用端子に接続したイメー
   ジセンサー。 ２ 前記ブロッキングダイオードは対応するフォトダイ
   オードに隣接するようにして設けられ、ＰＮ接合部を構
   成する半導体層が同一の層構成を有することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載のイメージセンサー。 ３ 前記ブロッキングダイオードが、前記フォトダイオ
   ードアレイと略平行なアレイを構成するように配列され
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のイ
   メージセンサー。