JPH11177785A - 二次元走査システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 非常にコンパクトな、エネルギー消費を最小
限に抑えた二次元走査アレイの提供。 【解決手段】 二次元走査デバイスを含み、この二次元
走査デバイスが２つの面を有する透明基体と、光を電気
信号に変換するための二次元アレイを形成し、透明基体
41の第１の面に一体的に形成された複数の光電サイト
と、及び前記透明基体の第２の面に一体形成された又は
第２の面に接近して配置された発光ダイオードで構成さ
れた二次元光源49を含む二次元走査システムにより、前
記課題を解決する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は二次元アモルファス
シリコンの文書スキャナに関する。更に詳細には、本発
明は発光ダイオードの薄膜を利用して二次元走査アレイ
にバック照明を提供する、二次元アモルファスシリコン
の文書スキャナに関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】ゼログ
ラフィの出現以来、コピー機技術の動向は絶えず速くな
る速度と正確性を有するコピー機を構成することであ
り、同時に一方で末端ユーザにより高レベルの機能性を
提供することであった。コピー機の歴史の初期の段階に
おいては、この傾向は原料及び設計のよりよい工学技術
によって進歩する性能改良により特徴付けられていた。

【０００３】コピー機の一つの態様は入力スキャナであ
る。一般的なコピー機の入力スキャナは長年にわたり、
伝統的な「光レンズ」の走査バーであった。この走査バ
ーは文書のページの一部を照明し、その画像を一連の光
学系を通じて受光体に投射し、次いで該受光体がその画
像を潜像の形態で捕らえることにより動作するものであ
った。この走査はページの下方向へ向けて、全体の画像
が捕らえられるまで１ラインずつ行われる。光レンズ走
査システムは信頼性の高い画像を継続して捕らえるが、
その主たる限界は速度にある。走査バーを文書ページの
長手方向に下方に機械的に移動させることにより１ライ
ンずつ文書を走査することは、文書処理において生産性
の面での障害となっている。

【０００４】更に、画像操作及び処理の必要性が高まる
につれ、「光レンズ」走査システムにおけるデジタル画
像獲得プロセスの欠如は「光レンズ」走査システムのも
う一つの限界を表している。「光レンズ」スキャナはあ
る制限された画像処理、即ち画像の縮小及び拡大などは
実行することができるが、ユーザが望む応用範囲が一層
高度になるにつれて、デジタルのフォーマットはその高
度の要求に対してより適応性がある。例えば画像の回
転、識別及び選択、光学特性の認識などはデジタル画像
フォーマットを用いることにより、より容易に実行され
る。

【０００５】デジタル画像処理に対する要求に適合する
ため、電荷結合デバイス、接合シリコン全幅アレイ、ア
モルファスシリコン全幅アレイ、及びラスタ入力スキャ
ナなどの多数の線形デジタル画像スキャナが造られてい
る。これらのデジタルスキャナは文書の画像をデジタル
的に捕獲するが、これらのデジタルスキャナは全て、１
ラインずつ画像を捕獲するという同じ欠点を有する。初
期の「光レンズ」システムを用いた場合のように、線走
査により画像を捕獲する場合の限界は速度であり、従っ
て一度に文書の一部分のみを捕獲することは同時に文書
の全ページの画像を捕獲する場合ほど速くはない。

【０００６】この要求を満たすため、種々の二次元走査
アレイが開発されてきたが、これらの二次元走査アレイ
は画像を１ラインずつ走査する必要がなく、一度にペー
ジ全体の画像を捕獲することができる。

【０００７】従来は、二次元走査アレイは２つの異なっ
たモードで動作することが可能であった。モードの１つ
は接触画像形成モードであり、もう１つは投映モードで
ある。図５は接触画像形成モードで動作する二次元走査
アレイを表す。

【０００８】図５に示されているように、文書１９は二
次元センサアレイ２６により、文書１９をアレイ２６と
接触させて配置することにより画像形成することができ
る。図６に示されるように、走査アレイ２６中には種々
の光センサ４５の間に位置する間隙４６がある。接触型
二次元走査アレイにおいては、これらの間隙４６は光透
過性である。間隙４６が透過性であることにより、二次
元アレイはセンサアレイ２６の背面から間隙４６及び保
護層４０を通って文書１９を照明することが可能にな
る。

【０００９】図６に更に明確に示されているように、文
書１９から散乱した光は光センサ４５により集められ、
文書の電気的画像を形成する。従来は、センサの底部に
金属４３の不透明層があり、照明光が光センサ４５に直
接当たることを防いでいた。走査プロセスのための照明
を行うために、均一な背面照明光源３７が用いられ、シ
ステムの最大ダイナミックレンジを達成する。この従来
技術のシステムでは、背面照明光源３７は走査アレイ２
６と同サイズの多層ファイバーシートに織り込まれた光
ファイバの束でできている。タングステン光源又はフラ
ッシュランプのいずれかを光源３６として使用すること
ができる。光源３６はファイバ束の端部に送られる光を
供給し、光ファイバが屈曲しているため光ファイバから
漏れる光は広い面積の均一な照明を与える。カラー二次
元走査アレイが望ましい場合には、背面照明光源は更に
ブルー、グリーン及びレッドの各カラーにそれぞれ対応
するフィルタ３１、３３、３５を含んでいてもよい。こ
れらのフィルタの各々は光路に挿入され、文書１９を走
査するための所望のカラー光を作る。

【００１０】接触モードで動作する二次元走査アレイの
重要な特徴は、走査アレイのサイズが小型である点であ
る。このようなサイズの縮小は走査アレイが画像形成光
学系を持つ必要性がないためである。従って、二次元走
査アレイは走査デバイスの走査範囲(footprint) 即ちサ
イズが非常に重要となるデスクトップ型走査装置に非常
に適している。

【００１１】しかしながら、従来型の二次元走査デバイ
スは背面照明光源が大きかったため、最適なサイズでは
なかった。更に、この従来型の背面照明光源を用いるこ
とは、照明を行うのに大量のエネルギーも必要とするた
め、エネルギーの面で効率的でない。この故に、デスク
トップ型走査装置で容易に利用することができ、又エネ
ルギーの面でも非常に効率的であるような、非常に小型
であり接触モードで動作することができる二次元走査デ
バイスを有することが望ましい。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の一つの態様は、
二次元走査システムである。この二次元走査システムは
２つの面を有する透明な基体と、光を電気信号に変換す
るための、二次元アレイを形成し前記透明基体の第１の
面に一体的に形成された複数の光電サイトと、前記透明
基体の第２の面に一体的に形成された二次元光源とを有
する二次元走査デバイスを含む。

【００１３】本発明のもう一つの態様は、二次元走査シ
ステムである。この走査システムは２つの面をもつ透明
な基体と、光を二次元的に電気信号に変換するための、
前記透明基体の第１の面に一体的に形成された光電手段
と、前記光電手段の背面から二次元走査照明を行うため
に前記透明基体上の第２の面上に一体的に形成された二
次元光手段と、を有する走査デバイスを含む。

【００１４】本発明の第三の態様は二次元走査システム
である。このシステムは２つの面をもつ透明な基体と、
光を電気信号に変換するための、二次元アレイを形成し
前記透明基体の第１の面に一体的に形成された複数の光
電サイトと、前記透明基体の第２の面と極めて接近して
配置された二次元光源と、を有する二次元走査デバイス
を含む。

【００１５】本発明の更なる目的及び利点は、本発明の
種々の特徴に関する以下の説明により明らかにされる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下に示すのは本発明を説明する
ために用いられる各図面の簡単な説明であり、従ってこ
れらは単に例示目的で示されており、本発明の範囲を限
定するものではならない。本発明の概念の更なる理解の
ために、二次元走査即ちセンサアレイの簡単な説明を行
う。同一の参照番号は同一の或いは均等の回路又はデバ
イスに対応している。

【００１７】典型的な二次元センサアレイは、マトリッ
クスの形態で金属ゲートライン及びデータ出力ラインに
よりアドレスされた凡そ３００万個の画像形成画素を含
む。二次元センサアレイにおける種々の画素は光センサ
及び薄膜トランジスタを用いて形成される。図１は一般
的なセンサアレイの概略図を表し、ここではこのセンサ
アレイはセンサの構造の三次元の図を用いて示されてい
る。

【００１８】一般に、図１に示されるように、光センサ
３は蒸着アモルファスシリコンから作られるｎ−ｉ−ｐ
型ダイオードである。光がこのダイオードを照明する
と、入射する光子が電子と正孔の対を生成し、この電子
と正孔の対は次いでｎ−ｉ−ｐ型ダイオードの内部電界
に集められる。電荷はセンサダイオード３中に蓄積さ
れ、センサダイオード３が二次元走査アレイと接続され
た電子回路により読み出される際に放出される。各光セ
ンサ３は、それぞれの光センサ３を支持する基体１上に
存在する。各光センサ３は薄膜トランジスタ５を介して
出力電極７及びゲート電極４に接続され、又バイアス電
極９に接続されている。出力電極７、バイアス電極９、
ゲート電極４、及び薄膜トランジスタ５は協働して、走
査された文書の画像を電気的に表す蓄積された電荷の光
センサを放電させるように働く。

【００１９】蓄積された電荷の測定は、光センサ及びゲ
ート電極４に接続された薄膜トランジスタ５によって行
うことができる。より詳細には、各薄膜トランジスタ５
の電源は光センサ３に接続され、一方薄膜トランジスタ
のドレインはデータ出力ライン７と接続されている。こ
れについては図２に明瞭に示されている。ゲートライン
４が薄膜トランジスタ５のゲートに接続されている場合
に、電圧がゲートライン４を介して薄膜トランジスタ５
に送られると、薄膜トランジスタ５のゲートに印加され
た電圧が電荷を出力データライン７へ放電させるため、
入射光により生成された光センサ３中の電荷を二次元走
査アレイに接続された電子装置により読み出すことが可
能である。ゲート電圧をある所定の方法で全てのゲート
ライン４を通じてクロックすることにより、全ての光セ
ンサ中の電荷は走査アレイから読み出すことが可能であ
る。

【００２０】図３は走査アレイ中の種々の光センサ３か
ら電荷を読み出すのに用いられる読出し電子回路の概略
図を示す。図３に示すように、各光センサ３は出力デー
タライン７を介して増幅器１１に接続されている。二次
元走査アレイには多数の光センサがあるため、所定数の
光センサがチャンネルを形成するように一緒にグループ
化するのが一般的であり、この場合、このグループと関
連する各増幅器からの出力は多重化され、アナログ／デ
ジタル変換器（Ａ／Ｄ）１３へ送られる。各チャンネル
はそれぞれ専用のアナログ／デジタル変換器を備えてい
る。

【００２１】増幅器から受け取られたアナログビデオ信
号がデジタル信号へ変換されると、このデジタルデータ
はバッファメモリ１５へと送られ、ここにおいてこの情
報がデジタル画像データの流れを形成するようにメモリ
された他のチャンネルからの画像情報と多重化できるま
でバッファされる。

【００２２】図３で示した回路の略図は、図４で従来技
術の二次元走査アレイの全体のシステムを表すブロック
図として示されている。図４に示すように、二次元走査
アレイはシフトレジスタ２４と接続されており、種々の
光センサ又は画素が放電できるようにシフトレジスタ２
４はゲートラインに沿って電圧パルスを供給する。種々
の光センサからのこれらの電荷はプレアンプ回路及び多
重化回路２５へ供給される。この回路２５より出力され
るアナログ信号は、アナログ／デジタル変換器及びバッ
ファメモリを備えるもう一つの回路２３へ送られる。ア
ナログ／デジタル変換及びメモリ回路２３は制御基盤２
１に接続されており、この制御基盤２１は光センサから
アナログ／デジタル変換メモリ基盤２３への電荷の読出
しを制御し、又、二次元走査アレイから、パーソナルコ
ンピュータ又は他の処理デバイスなどの接続された画像
処理システム２０への画像データの流れを制御する。

【００２３】上に記したように、サイズが小型で且つエ
ネルギーを非常に効率的に利用する二次元走査アレイを
作ることが望ましい。このような成果を実現した二次元
走査アレイが図７に示されている。

【００２４】図７に示されるように、背面照明光源４９
はアレイ基体４１と一体化され、二次元アモルファスシ
リコン文書走査アレイ用のコンパクトな照明光源を提供
する。より具体的には、図７に図示された実施の形態は
カラー二次元アモルファスシリコン文書走査アレイであ
り、ここでは一体形成された背面照明光源４９は複数の
カラー発光ダイオード３１０、３３０及び３５０を含
む。種々の発光ダイオードは透明のセンサ基体４１及び
透明間隙４６を通過して文書１９への入射光となる光を
発生させる。文書１９から反射された又は散乱した光は
二次元走査アレイを形成する複数の光センサ４５へと反
射されて戻る。各光センサ４５は、それぞれに関連した
不透明の金属層４３を有し、この金属層４３が背面照明
光源から入る光が光センサ４５に直接的に入射すること
を阻止する。

【００２５】更に図７に示されるように、レッド、グリ
ーン、ブルーの発光素子３１０、３３０及び３５０は、
各カラーを用いて文書１９を連続的に画像形成するため
に検出器アレイの背面に配列することができる。カラー
光源のピッチは光が文書に到達するまでに各色が均一な
照明になるように十分細かい。換言すると、カラー光源
のピッチは基体の厚さよりもずっと少ない。

【００２６】図８は、二次元走査アレイのカラー走査能
力を更に改良した本発明のもう一つの実施の形態を表
す。より具体的には、カラー発光ダイオードがセンサ基
体４１の背面上に互いに連続的に隣接して、又は、横方
向に互いに離間されて形成されているため、図７に示さ
れたカラー走査の方法は各カラー毎に使用できる領域を
小さくする。換言すると、ダイオードは透明基体の主表
面領域に平行な平面上に互いに隣接して形成されてい
る。

【００２７】別の方法は、図８に示すように、図７の連
続的に又は横方向に離間された構成とは対照的に、種々
のカラー発光ダイオードを並行の構成又は縦方向に積み
重ねた構成で配置するものである。換言すると、ダイオ
ードは透明基体の主表面領域に垂直な平面上に互いに隣
接して形成されている。

【００２８】有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）材料の吸
収は輝度に関して青色にシフトしているので、この並行
した又は縦方向に積み重ねた構造が実現できる。その結
果として殆どの可視光の発光素子は可視の全スペクトル
にわたって透明である。従って、有機発光ダイオード材
料のこの特性は、三レベルの（並行な）照明光源を構成
することを可能とし、この照明光源において最も底部の
カラー光源の光は残りの２つのカラー光源を通して光を
透過する。

【００２９】本発明の好適な実施の形態において、二次
元アモルファスシリコン文書走査アレイは非常に大きい
検出面積を有しているために有機発光ダイオードは背面
照明光源４９として利用され、従って、非常に低レベル
の入射光で動作することが可能である。換言すると、最
大電荷は約１ｅｒｇ／ｃｍ² の入射光束に対応し、又照
射レベルは約１ｃｄ／ｍ² である。更にＬＥＤは一体的
に不可分のデバイスを形成するように、従来の技術を用
いて透明基体４１上に直接的に構成される。

【００３０】有機発光ダイオードは１００，０００ｃｄ
／ｍ² までの輝度を生ずることができ、約１００ｃｄ／
ｍ² のオーダーの光レベルで約１００，０００時間のオ
ーダーの能力を有する。有機発光ダイオードのターンオ
ン電圧は有機発光ダイオード（２ボルト）に使用される
有機材料のバンドギャップに近く、従って操作は１５ボ
ルト以下で実行することができる。更に、有機発光ダイ
オードは広い面積にわたりガラス又は可撓性の基体上で
容易に塗布することができ、それにより背面照明光源を
走査アレイの一体形成部分とすることを可能とする。

【００３１】本発明の他の実施の形態では、本発明のセ
グメント光源は二次元走査アレイと極めて近接して配置
できる非一体型の基体上に形成される。この第三の実施
の形態の二次元走査アレイシステムは、背面照明光源と
二次元走査アレイとの間に適当な光学素子を配置してい
てもよいことに注意されたい。このような光学素子の一
つの例は拡散素子である。この拡散素子は照明光源と走
査アレイとの間の光路中に配置される。

【００３２】換言すると、図７及び図８に示された実施
の形態は、ＬＥＤが非常に小さい間隙により走査基体４
１から離間されて走査アレイの直ぐ下に配置できるか又
は走査基体４１上に直接接合できる第２の基体上に形成
されるように変更することができる。このような配置
は、一体形成でないため、ＬＥＤの製造プロセスの簡便
化を容易にする。

【００３３】下の表は本発明の好適な実施の形態を利用
した場合の照明レベル及び走査速度の概略の特性を示
す。より具体的には、典型的な有機発光ダイオードの効
率は０．１％〜４％である。下の表では０．１％を用い
ている。

【００３４】

【表１】

【００３５】１０％の透過率を有するアモルファスシリ
コンダイオードアレイを使用すると非常に速い走査速度
を達成することができ、照明光源電力レベル１１．６ワ
ットで量子効率が約４％の、現在までに報告された最良
のＯＬＥＤを用いると、照明光源は１ワット以下で動作
されることができる。

【００３６】上で指摘したように、本発明はダイオード
構造体の厚さが一般に１ミクロン未満であり、又ダイオ
ード構造が走査デバイスと一体化されていることで従来
のデバイスに対しコンパクトであるという利点を有して
いる。更に、本発明を利用することは従来のデバイスに
対し更なる利点を有する。

【００３７】更に具体的には、従来の二次元走査アレイ
は背面照明光源を供給するために蛍光管又は白熱電球の
いずれかを使用していた。これらの光源は発光ダイオー
ドに比べ安定化するまでにより多くの時間を要する。例
えば、有機発光ダイオードは数ナノ秒でターンオンする
ことができる。更に、蛍光管及び白熱電球のターンオン
は自己発熱により複雑化しており、又蛍光管のターンオ
ンプロセスはプラズマ励起時間、水銀の気化及び蛍光管
の寿命により、更に複雑化している。

【００３８】第三に、レッド、グリーン、ブルーなどの
個々のカラー発光ダイオードを使用することにより、個
々の発光ダイオードは独立して励起することができ、そ
れにより白色照明のカラーバランスの電子的制御が可能
となる。白色照明のカラーバランスの電子的制御は、単
一の蛍光管又は白熱電球を使用した場合には不可能であ
る。更に、種々のカラー発光ダイオードの同じ独立の制
御は連続したカラーの走査を可能とする。

【００３９】最後に、本発明の発光ダイオードを使用す
ることの更なる利点は蛍光管中の蛍光体が色補正を複雑
化するシャープスパイク(sharp spikes)を生じ、又、蛍
光管は有害物質すなわち水銀を使用している点である。

【００４０】要約すると、本発明は一体形成された背面
光源を有する二次元走査アレイを提供する。この背面光
源は有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）で構成してもよ
い。更に、ＯＬＥＤはカラー走査を行うためにカラーで
あってもよい。このような構成は二次元走査アレイを非
常にコンパクトにし、又白色照明のカラーバランスの電
子的制御を可能にしつつエネルギー消費を最小限に抑え
ることを可能とする。

【００４１】本発明を上に詳細に説明してきたが、本発
明の精神を逸脱せずに種々の変更を行うことが可能であ
る。例えば、本発明の好適な実施の形態はカラー走査シ
ステムに関連して説明したが、これらの方法は白黒走査
システムにおいても容易に実施可能である。

【００４２】更に、本発明の背面光源は、光源が複数の
単独で制御可能な光セグメントから構成され、この光源
は走査アレイと一体形成することが可能な、非有機のＬ
ＥＤ又は他の二次元背面光源を用いても容易に実施可能
である。

【００４３】本発明をこれまでに示した種々の実施の形
態を参照しながら説明してきたが、本発明は上で述べら
れた詳細に限定されるものではなく、請求項の範囲に含
まれる改変又は変更を包含するよう意図されている。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の二次元走査アレイのフォトサイトを表
す。

【図２】従来の二次元走査アレイ上のフォトサイトの回
路図を表す。

【図３】従来の二次元走査のサブシステムの回路図を表
す。

【図４】従来の二次元走査システムのブロック図を表
す。

【図５】接触モード用の従来の二次元走査アレイの模式
図を示す。

【図６】接触モード用の従来の二次元走査アレイの詳細
な模式図を示す。

【図７】本発明の概念に従った、接触モード用の二次元
走査アレイの詳細な模式図を示す。

【図８】本発明の概念に従った、接触モード用の二次元
走査アレイのもう一つの実施の形態の詳細な模式図を示
す。

【符号の説明】

１９ 文書 ４１ アレイ基体 ４３ 金属層 ４５ 光センサ ４６ 間隙 ４９ 照明光源 ３１０ カラー発光ダイオード ３３０ カラー発光ダイオード ３５０ カラー発光ダイオード

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 トーマス ジー．フィスケ アメリカ合衆国 95008 カリフォルニア 州 キャンプベル アカプルコ ドライブ 4173

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 二次元走査システムであって、 二次元走査デバイスを含み、 前記二次元走査デバイスが２つの面を有する透明基体を
   含み、光を電気信号に変換するための二次元アレイを形
   成し、前記透明基体の第１の面に一体的に形成された複
   数の光電サイトを含み、及び前記透明基体の第２の面に
   一体形成された二次元光源を含む、 二次元走査システム。
2. 【請求項２】 二次元走査システムであって、 二次元走査デバイスを含み、 前記二次元走査デバイスが２つの面を有する透明基体を
   含み、光を電気信号に変換するための二次元アレイを形
   成し、前記透明基体の第１の面に一体的に形成された複
   数の光電サイトを含み、 前記透明基体の第２の面に接近して配置された二次元光
   源を含み、 前記二次元光源が発光ダイオードで構成されている、 二次元走査システム。