JPH0855975A - 画像読取装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 透光性基板上に２次元イメ−ジセンサを形成
し、透光性基板内を導光する拡散光を２次元イメ−ジセ
ンサ側に形成された照明用窓を通して原稿側に光を照射
する構造の画像読取装置において、透光性基板に導かれ
る光の光利用効率を向上させる。 【構成】 ２次元イメ−ジセンサ１００のガラス基板１
を導光板として用い、そのガラス基板の端面に配置した
光源４からの照射光を導光し、照明用窓５から原稿照射
できるようにした構成において、ガラス基板の裏面に粗
面処理を施すことにより、線状光源４からの入射光が粗
面処理面において乱反射することにより拡散光を得るこ
とにより、ガラス基板裏面に対して全反射する臨界角以
上の入射光についても原稿側への照射光として利用し、
光源の光利用効率を向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、受光素子を薄膜積層構
造で形成し、原稿に密着して画像を読み取るイメ−ジス
キャナ、光学式文字読取装置などに用いられる画像読取
装置に係り、特に、原稿照明用光源の光利用効率の向上
を図る画像読取装置の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】画像読取装置には、例えば図６の等価回
路図に示すように、２次元イメ−ジセンサと光源とによ
り構成されるものが存在する。２次元イメ−ジセンサ１
００は、一対の受光素子及びスイッチング素子Ｔｒで画
素の一単位を形成し、この画素を行方向にｍ個、列方向
にｎ個それぞれ配置して構成されている。サイドイッチ
構造で構成された受光素子は、等価的にフォトダイオ−
ドＰＤと、受光素子自体に形成される寄生容量Ｃｓとを
並列に接続して構成される。また、スイッチング素子Ｔ
ｒは薄膜積層構造の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）で構成
され、スイッチング素子Ｔｒ（以下、ＴＦＴという）の
ドレイン電極がフォトダイオードＰＤのアノード側に接
続されている。また、行方向に配置された各ＴＦＴのゲ
ート電極が行方向毎にそれぞれ走査線Ｓc1〜Ｓcm に接
続され、この走査線が走査線駆動回路１０１のシフトレ
ジスタ１０２の出力部に接続される各ドライバー１０３
に接続されている。更に、フォトダイオードＰＤのカソ
ード側には、一定のバイアス電圧ＶB がバイアス線によ
り印加されている。また、列方向に配置された各ＴＦＴ
のソース電極は、列方向毎にそれぞれデ−タ線Ｄa1〜Ｄ
an に接続され、このデ−タ線はデ−タ読取回路１０４
に接続されている。また、各デ−タ線Ｄa はロ−ドキャ
パシタＣL の一方の電極に接続され、ロ−ドキャパシタ
ＣL の他方の電極はリセット電位ライン（グランド電
位）に接続されている（例えば、特開昭５７−１１５８
８０号公報、特開昭６４−６２９８０号公報参照）。

【０００３】上記等価回路で表わされた画像読取装置
は、図７の平面説明図及び図８の断面説明図に示される
ように、ガラス基板１の一方面側に複数の受光素子及び
スイッチング素子から成るセンサ部２が形成され、ガラ
ス基板１の他方面側に光反射手段として光拡散反射板３
を設け、ガラス基板１の対向する端面側に配置された一
対の線状光源４より照射された光がガラス基板１内に導
光し、前記光拡散反射板３により散乱反射した光が前記
素子側に形成した照明用窓５を通して素子上に配置され
る原稿２００を照射するように構成されている。前記光
拡散反射板３としては、白色あるいは鏡面のシ−トが用
いられ、ガラス基板１に接着あるいは押さえ具で取り付
けられている。

【０００４】画像読取装置の２次元イメージセンサにお
ける画素部分の詳細構造は、図９及び図１０のようにな
っている。すなわち、ガラス基板１上に、ゲート電極１
１，ゲート絶縁層１２，半導体活性層１３，上部絶縁層
１４，オーミックコンタクト層１５，ソース電極１６及
びドレイン電極１７を積層してスイッチング素子（ＴＦ
Ｔ）を形成し、ソース電極１６及びドレイン電極１７の
形成と同時に下部電極１８を形成し、光導電層１９，透
明電極２０を積層して受光素子を形成する。ＴＦＴと受
光素子との中間位置には、原稿２００側へ光を導くため
の照明用窓５が形成されている。

【０００５】上記構成の画像読取装置の動作について説
明する。図８及び図１０に示す断面説明図において、２
次元イメ−ジセンサのガラス基板１の端面に配置した線
状光源４からの光が、基板裏面に配置された拡散反射板
３により散乱され、その光が画素の照明用窓５を通して
原稿２００に照射され、原稿面からの反射光が受光素子
に照射されると、照射光に応じて光電変換により受光素
子の寄生容量Ｃｓに電荷が蓄積され、その蓄積された電
荷がスイッチング素子Ｔｒのスイッチング動作によりデ
−タ線Ｄa を介してロ−ドキャパシタＣLに走査線Ｓc
単位で順次一括転送され、そこで得られる電圧値をデ−
タ読取回路１０４において増幅し、アナログマルチプレ
クサ１０５で順次信号をＶCOM として出力線に読み出す
ようになっている（図６）。このようにして、２次元に
配置された画素に対する光信号を電気的に線順次走査で
読み出す装置を構成できる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記構造の画像読取装
置によると、ガラス基板１の光拡散反射板３が形成され
る側の表面は、平坦化面となっている。線状光源４から
光拡散反射板３への入射光路は、ガラスより光拡散反射
板側の空気層の屈折率が小さいことから、図１１に示す
ように、入射角θが臨界角θｉ以内であれば、ガラス板
１から光拡散反射板３側へ光が透過し光拡散反射板３で
散乱されてガラス板１側に戻される。しかしながら、入
射光の入射角θが臨界角θｉ以上である場合（例えば、
図１１における入射光Ａ）、ガラス板１の裏面で全反射
し、この反射光のガラス基板１面とのなす角度は小さい
ので（図１１における全反射光Ｂ）、照明用窓５へ到達
することができず、原稿面を照射する光量が低下し光源
の光利用効率が低くなるという問題があった。

【０００７】本発明は、上記実情に鑑みてなされたもの
で、透光性基板上に２次元イメ−ジセンサを形成し、透
光性基板内を導光する拡散光を２次元イメ−ジセンサ側
に形成された照明用窓を通して原稿側に光を照射する構
造の画像読取装置において、光源から透光性基板内に入
射する光の光利用効率を向上させるための構造を得るこ
とを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記従来例の問題点を解
決するため本発明は、透光性基板の一方面側に複数の受
光素子及び前記受光素子にそれぞれ接続される複数のス
イッチング素子を薄膜積層構造で形成し、透光性基板の
他方面側に光反射手段を設け、透光性基板の端面側に配
置された光源より照射された光が透光性基板内に導光
し、前記光拡散手段により散乱反射した光が薄膜積層部
分に形成された照明用窓を通して素子上に配置される原
稿を照射し、その反射光を前記受光素子で検出する画像
読取装置において、前記透光性基板の光拡散手段形成側
の表面に粗面処理を施したことを特徴としている。

【０００９】

【作用】本発明によれば、２次元イメ−ジセンサの透光
性基板を導光板として用い、その透光性基板の端面に配
置した光源からの照射光を導光し、照明用窓から原稿照
射できるようにした構成において、透光性基板の光反射
手段形成側の表面に粗面処理を施すことにより、光源か
らの入射光が粗面処理面において乱反射することにより
拡散光を得ることができるので、透光性基板裏面に対し
て全反射する臨界角以上の入射光についても、原稿側へ
の照射光として利用することができる。

【００１０】

【実施例】本発明にかかる画像読取装置の一実施例につ
いて、図面を参照しながら説明する。画像読取装置の等
価回路は、前記した図６と同様であり、受光素子とスイ
ッチング素子Ｔｒとで構成される画素を一単位とし、行
方向（ｍビット）及び列方向（ｎビット）に２次元に配
置した２次元イメ−ジセンサ１００と、その周辺回路と
して走査線駆動回路１０１及びデ−タ線読取回路１０４
とを備えている。図１に２次元イメ−ジセンサの画素部
の断面説明図を示す。

【００１１】スイッチング素子Ｔｒは、薄膜積層構造の
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）で形成されている。ＴＦＴ
は、クロム（Ｃｒ）層から成るゲ−ト電極１１、シリコ
ン窒化膜（ＳｉＮｘ）から成るゲ−ト絶縁層１２、水素
化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）層から成る半
導体活性層１３、シリコン窒化膜（ＳｉＮｘ）から成る
上部絶縁層１４、ｎ⁺水素化アモルファスシリコン（ｎ⁺
ａ−Ｓｉ：Ｈ）層から成るオ−ミックコンタクト層１
５、クロム（Ｃｒ）層から成るソース電極１６及びドレ
イン電極１７、ポリイミド層から成る層間絶縁膜層２１
をガラス基板１上に順次積層した逆スタガ構造のトラン
ジスタで構成されている。ソース電極１６及びドレイン
電極１７上に位置する層間絶縁層２１にはコンタクト孔
２２，２３が穿孔され、コンタクト孔２２，２３を介し
てアルミニウム（Ａｌ）膜で形成されたデータ配線２５
及び接続配線２６がそれぞれ接続されている。また、上
部絶縁層１４上部の層間絶縁膜層２１上には、データ配
線２５及び接続配線２６と同じアルミニウム（Ａｌ）膜
から成る遮光層２７が形成されている。

【００１２】受光素子は、前記ＴＦＴ（スイッチング素
子Ｔｒ）のソース電極１６及びドレイン電極１７として
着膜されたクロム（Ｃｒ）層を下部電極１８とし、その
上に各受光素子ごとに分割形成された水素化アモルファ
スシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）から成る光導電層１９を形
成し、光導電層１９上に各受光素子ごとに分割形成され
た酸化インジウム（ＩＴＯ）等から成る透明電極２０を
積層したサンドイッチ型のフォトダイオードで形成され
ている。透明電極２０上にも前記層間絶縁層２１が形成
され、この層間絶縁層２１に穿孔されたコンタクト孔２
８を介して前記接続配線２６により、受光素子の透明電
極２０とＴＦＴのドレイン電極１７とが接続されてい
る。

【００１３】また、フォトダイオードの下部電極１８の
下側には、ＴＦＴのオ−ミックコンタクト層１５，半導
体活性層１３及びゲート絶縁膜１２として着膜されたｎ
⁺ａ−Ｓｉ：Ｈ膜，ａ−Ｓｉ：Ｈ膜及びＳｉＮｘ膜が残
っている。前記ＴＦＴ及びフォトダイオードはパッシベ
ーション膜２９で被覆され、スイッチング素子とフォト
ダイオードとの間に、パッシベーション膜２９，層間絶
縁層（ｎ⁺ａ−Ｓｉ：Ｈ膜）２１，オーミックコンタク
ト層（ａ−Ｓｉ：Ｈ膜）１５及びゲート絶縁膜（ＳｉＮ
ｘ膜）１２を開口して照明用窓５が形成されている。

【００１４】２次元イメ−ジセンサが形成されるガラス
基板１の素子形成面と反対の面（ガラス基板裏面）に
は、光反射手段としての光拡散反射板３が接着若しくは
押え付け部材で固定されている。また、端面側には図７
及び図８で示したように、ガラス基板１の両側面に沿っ
て線状光源４が配置され、線状光源４からの光がガラス
基板１の端面から入射し、光拡散反射板３で反射するこ
とによりガラス基板１内を導光するように構成されてい
る。

【００１５】本発明の特徴的な構成は、ガラス基板１の
裏面において、この面で線状光源４からの光が乱反射し
て拡散光が得られるように、凹凸が連続する粗面部１ａ
を形成するために粗面処理を施したことである。この粗
面処理によりガラス板１の裏面は、図１に示すように、
凹部と凸部とのピッチを、各画素毎における光量バラツ
キを小さくするため、照明用窓５の面積に対して１／１
０以下程度に小さくして形成されたすりガラス状となっ
ている。また、そのピッチは、周期的でもランダムでも
よい。したがって、線状光源４からガラス基板１内に入
射する光は、前記凹凸面で散乱し、また、ガラス基板１
の外側に透過した光は光拡散反射板３で拡散反射し、ガ
ラス基板１内に導かれる。この際に、ガラス基板１の裏
面に対しての入射角度が浅い入射光Ａ（図１１）のよう
な光路の光についても、前記粗面部１ａで散乱させるこ
とができるので、照明用窓５から原稿２００面側へ照射
する光として利用することができる。

【００１６】前記粗面処理は、ガラス基板１の裏面をフ
ッソ系エッチング液によりエッチング処理によりなされ
る。このエッチング処理は、ガラス基板１の裏面に前記
エッチング液を塗布することにより行なう（ランダムエ
ッチング）。また、周期的な凹凸の配列を得る場合に
は、マスクを用いたフォトリソ法によるパターニングで
形成する。ガラス基板全体に対する凹凸部の密度や凹凸
部の深さは、エッチング液の種類やエッチング時間を調
整することにより制御することができる。ランダムエッ
チングでは、数μｍの凹凸とすることができ、フォトリ
ソ法では、５〜６μｍ以上の粗さになる。この粗さは、
各画素毎における光量バラツキを小さくするためには、
照明用窓５の面積に対して１／１０程度まで許容でき
る。また、図１の実施例においては、光反射手段として
光拡散反射板３を使用したが、鏡面反射板を使用しても
よい。この場合、鏡面反射板での反射について反射率を
高めることができるので、光の利用効率の向上を図るこ
とがきる。

【００１７】図２及び図３は、本発明の他の実施例を示
すもので、図１及び図２と同一構成をとる部分について
は同一符号を付して詳細な説明を省略する。この実施例
では、図１の光拡散反射板３に代えて粗面処理した粗面
部１ａにアルミニウム等の金属膜を蒸着して反射膜６を
形成している。この構成によれば凹凸面に密着して反射
膜６を形成することができるので、線状光源４からの光
のほぼ全部について粗面処理した粗面部１ａで散乱させ
ることが可能となり、光の利用効率の向上を図ることが
できる。

【００１８】上述したＴＦＴ及びフォトダイオードは一
対で一つの画素単位を構成し、各ＴＦＴのゲ−ト電極１
１は行毎に共通となる走査線３１に接続され（図９）、
各走査線３１は走査線駆動回路１０１に接続されている
（図６）。また、各ＴＦＴのソース電極１６は列毎に共
通となるデ−タ線２５に接続され（図９）、各データ線
２５はデータ読取回路１０４に接続されている（図
６）。２次元イメージセンサの端部のデータ線２５の外
側にはデータ線３２に沿ってグランド縦配線３３を設
け、データ線２５とグランド縦配線３３との間にロ−ド
キャパシタＣL （図６）を形成している。また、グラン
ド縦配線３３は、走査線３１に平行に設けられたグラン
ド横配線３４及び層間絶縁層２１に穿孔されたコンタク
ト孔３５，３６を介して前記遮光層２７に接続されてい
る。また、各フォトダイードの下部電極１８は、連結部
１８′により互いに連結するようにパターニングされ
（図９）、その端部においてバイアス電圧ＶB が印加さ
れている。

【００１９】上記構成の画像読取装置における読み取り
動作を図５の駆動タイミング図を参照して説明する。原
稿面２００からの反射光がフォトダイオードに入射する
と、光信号に応じた光電変換による電荷が寄生容量Ｃs
に蓄積期間Ｔｓにおいて積分蓄積される。走査線駆動信
号Ｓc により各行毎にＴＦＴが順次走査され、それぞれ
の走査期間内では、デ−タ線読取回路１０４において、
各ビットでｔ1〜ｔ4の期間ごとのステップで画素内に蓄
積された電荷をロ−ドキャパシタＣL に走査線単位で一
括転送する。それらのステップにおいて、まず期間t1で
はリセット信号によりロ−ドキャパシタＣL の電荷をリ
セット電位に、実施例においてはグランドに放電するリ
セットを行ない、期間ｔ2では、オフセット電圧の取り
込みを行ない、期間ｔ3では走査線駆動信号Ｓc により
ＴＦＴ（Ｔｒ）がオンして受光素子内に蓄積された電荷
をロ−ドキャパシタＣL に転送する。期間ｔ4では、Ｔ
ＦＴ（Ｔｒ）のゲ−ト電極１１／ソ−ス電極１６間容量
によるフィ−ドスル−で期間ｔ3における転送ピ−ク電
圧ＶOPから転送デ−タ電圧ＶDAに電圧降下するが、この
転送デ−タ電圧ＶDAがサンプリング信号ＳＰＬにより保
持される。各ビットにおける各データ線３２での転送デ
−タ電圧ＶDAの電圧値を、デ−タ読取回路１０４におい
て増幅しアナログマルチプレクサ１０５で順次時系列信
号として読み出す。

【００２０】

【発明の効果】本発明の画像読取装置によれば、透光性
基板の光反射手段形成側の表面に粗面処理を施すことに
より、光源からの入射光が粗面処理面において乱反射す
ることにより拡散光を得ることができるので、透光性基
板裏面に対して全反射する臨界角以上の入射光について
も原稿側への照射光として利用し、光源の光利用効率を
向上させることができる。その結果、照明用窓を通して
原稿側に照射される拡散光の照度を増加させ、読取画像
の品質の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例にかかる画像読取装置の一
画素分を示す断面説明図である。

【図２】 図１の実施例によるガラス基板裏面での拡散
反射を説明する断面説明図である。

【図３】 本発明の他の実施例にかかる画像読取装置の
一画素分を示す断面説明図である。

【図４】 図３の実施例によるガラス基板裏面での拡散
反射を説明する断面説明図である。

【図５】 画像読取装置の動作を説明するための駆動タ
イミング図である。

【図６】 画像読取装置の回路構成を示す等価回路図で
ある。

【図７】 画像読取装置の平面説明図である。

【図８】 画像読取装置の断面説明図である。

【図９】 従来の画像読取装置の複数画素分を示す平面
説明図である。

【図１０】従来の画像読取装置の一画素分を示す断面説
明図である。

【図１１】従来例によるガラス基板裏面での拡散反射を
説明する断面説明図である。

【符号の説明】 １…ガラス基板、 １ａ…粗面部、 ２…センサ部、
３…光拡散反射板、４…線状光源、 ５…照明用窓、
６…反射膜、 １１…ゲート電極、 １２…ゲート絶縁
膜、 １３…半導体活性層、 １４…上部絶縁層、 １
５オーミックコンタクト層、 １６…ソース電極、 １
７…ドレイン電極、 １８…下部電極、 １９…光導電
層、 ２０…透明電極、 ２５…データ線、 ３０…反
射板、３１…走査線、 １００…２次元イメージセン
サ、 １０１…走査線駆動回路、 １０４…データ読取
回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透光性基板の一方面側に複数の受光素子
   及び前記受光素子にそれぞれ接続される複数のスイッチ
   ング素子を薄膜積層構造で形成し、透光性基板の他方面
   側に光反射手段を設け、透光性基板の端面側に配置され
   た光源より照射された光が透光性基板内に導光し、前記
   光拡散手段により散乱反射した光が薄膜積層構造部分に
   形成された照明用窓を通して素子上に配置される原稿を
   照射し、その反射光を前記受光素子で検出する画像読取
   装置において、 前記透光性基板の光拡散手段形成側の表面に粗面処理を
   施したことを特徴とする画像読取装置。