JPS5868968A - 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】 一本発明は人、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７Ｔククミリ、デ
ジタル・コピア（以下１）　Ｃと略記）レーザ記録装置
等の文字及び画像人力装置等に一適した光電変換装置に
関する。

従来の光電変換装置は変換機能を有する画淋詳と、咳画
素鮮から出力される電気信号を順次時系列に配列された
形で取り出す走査機ｐ′目をもつ回路とを包含するもの
で、フォトダイオードとＭＯＳ　ｍ　ＰＩＴ（ｙｉｅｌ
ｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　ｔ’ｒａｎｓｉｓｔｏｒ）（Ｍ＋、
）８　ｔｙｐｅと略記する）を構成要素として包含する
もの、或いはＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　
ｌ’）ｅｖｉｃｅ）やＢＢＤ（ＲａｃｋｅｔＢｒｉｇａ
ｄｅ　ｆ）ｅｖｉｃｅ）、即ち所１１（Ｃｈａｒｇｅ　
Ｔｈａｎｓｔｅｒ　１）ｅｖｉｃｅ）を構成要素として
包含するもの等々各種の方式丙午ら、これ等ＭＯ８ｔｙ
ｐｅ　　にしろ、Ｃ’ｒＤにしろ５ｉｌｋ結晶（Ｃ−８
ｉ　　と略記する）ウェーハー基板を゛使用する為に、
充電変換部の受光面の面積は、Ｃ−８ｉ　　ウェーハー
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゛４域に於ける均一性も含めると精々数１ｎｃ
ｈ　程度の大きさＣ−８ｉウェー−・−幕板が製造され
得るに過ぎない為に、この様なＣ−８ｉウエーハー基板
１ｒ］史用するＭＯ８ｔｙｐｅｔ或いはｃ’ｒｏｌその
構成要素とする充電変換装置に於いては、その受光面ｄ
１先のＣ−８ｉウエーハー基板の大きさを超え得るもの
ではない。

従って、受光面がこの様なし艮られた小囲積である光′
戒変換部を有する充電変換装置では、例えばディジタル
コピア（以後ＩＪＣと略記）の人力装置として適用する
場合、催小倍率の大きい光学系を複写しＬうとする原稿
と受光面との間ｌで介在させ、該光学系を介して原稿の
九学儂を蛍光面に結像させる必要がある。

この峠な場合、以下に述べる様に４像闇を高める上で技
術的な限度がある。

即ち、光電変換部の解像度が例えば１０不／；臘、受光
面の使手方向の長さが３ｃＩＬであるとし、へ４サイズ
の原稿を複写しようとする場合、受光面に結像される原
稿の光学僧は約１／６９に縮小され、Ａ４原稿に対する
前記光電変換部の実画的な解像度は約１．５本／關に低
下して仕舞う。

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、光電変換部の解像度を高める製、造技術が要求され
ろ・ゲ、先の仔なｌ艮られた小面積で要求される解像度
を得るには、集積密度を極めて高くし且つ構成素子に欠
陥がない様にして製造しなければならないが、斯かる製
造技術にも自づと限度がある。

他方充電変換部’ｔ−複数配置して、全受光面の長手方
向の長さが複写し得る鰻大サイズの原稿の主走査方向の
長さと、１；ＩＩＣなる様にし、結像される原稿の光学
イ？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。

両生ら、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
各光電変換部間に受光面の存在しない境界領置が生じ、
全体的に艶る場合、蛍光面は連続的でなくなって什緯い
、原稿の結１束される光学像は分断され、且つ境界領域
に相当する部分は、充電変換部に人力されず、複写され
て来る画渾は線状（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片された不完全なもの
となる。又、複数の受光面に分割されて結゛罐された光
学像は、各受光面に吟いて各々光学的反転像となってす
る為、全体１嫁は、原４１ψの光学的反転像とは異って
いる。

従って、受光１４！ｉｉの納儂された光学像をそのまま
再生したのでは元の原稿憬を６現することは出来ない。

この様に、従来の、光電変換部ｔ−具備した充電変換装
置に於いては、その受光面が小さい為に４　＞８像度で
１＃報を再現するのは極めて困峻であった。

従って、長尺化された受光面を有し、且つ解惰性に優れ
た充電変換部を有する充電変換装置が４まれている。殊
にブｒクシミリやＤＣの人力ｆ！電、或いはその他の、
１瞑塙に臀か−ｒＬだ文字やａｔ読取る装置に適用する
ものとしては、再生される原稿のサイズに相等しい受光
＋＠　ｆ　４４　Ｌ、再生像に要求される解像ｆを低下
させず、原稿ｔ−忠実に再生させ得る光電変換部を具備
した光電変１１！装置が不可欠である。

本発明ｄ１上記の諸点に鑑み成されたものであって、ス
の目的とするところは、長尺化された受光面を有し且つ
高解像度化、高感開化された光電変換部を具備し、極め
て軽量化された光電変換装置ｇｃ提供することにある。

本発明の情報処理装置はｎ個の光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
個の光電変換部間毎に独立して設けられたｎ個の電極と
、前記共通ゼ悼と前記独立電極との間に光電変換層とを
有する一次元長尺光電変換部：入力された光信号に応茶
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
並列に入力し、直列に出力する；走査−Ｉ１１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゛イ変遺装置の特ｖＩＬを詳述すれ子と
、該光導電素子の別の一爛にそれぞれ個別に一気的に接
続された電荷蓄積時間と、該電荷涛横手段に廖積された
電荷を放電する為の制御可能な放電手段と咳成荷廖積手
段に蓄積され九段とにｔつて構成されかつ前記放電手段
の制御信号線が所定の数毎に共通に配線され、かつ前記
端巾手没の変埃増巾出力線が横抗人力の配線マ にしト；じた蔦トリックス配線されているφでるる。

１−ＬＦ本発明に於ける走査回路の説明を行なう。

４１図に本発明に於ける（１の走査回路を掲げる。Ａ４
４手方向に約８画素／龍の密度での画１４！ｒ；＊　、
永取りを実現する為に必要な１７２８（＝５４Ｘ３２）
の光導電素子５ｌ−ＰＳ５４−３１　は外部バイアス電
源とじて図示されているＶＢにより給電されてｃｓ４−
ｓｔ　　には各光導電素子への入射光量に応じ九遮変で
電荷が蓄積されていく。結果的に前記ツンデン−？Ｃ，
−・〜ｃｓ４−ｓｔの撰択可能な増巾用ＭＯ８）ランジ
スタ五！−・〜ｋｇ−Ｈ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。本走査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電素子とともに低周波−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２０
３２本毎に共通なドレイン側配線、例えばプロッタ駆動
線ｂ１に排他的に電圧を供給すれば、前記接続点の電位
ｌｔｃ応じて増巾用ＭＯ８（冬は膳ｌ８））ランジスタ
Ａｌ−０〜Ａ１−％−Ｓ、はバイアスされている亭に成
り、各増巾用ＭＯ８（又はＭＩ８））ランジスタ社個々
に接続されている光導電素子への入射光量に対応し九チ
ャンネル抵抗を持つ亭になる。従って自動的に個別デー
タｌＩＤ０〜Ｄ３１上へ線光導電素子Ｓ宜−・〜Ｓ鵞−
３１への入射光量に対応した信号電流が出力される事に
なる。上述の動作を確保する為には個別データ４ａ　Ｄ
ｏ−Ｄｓｌ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。

ここで電流分雌用ダイオードａ１−・〜ＲＩ４−１１　
　は個別データ線に接続された増巾用ＭＯ８（又はＭＩ
８））ランジスタ間の分噛ｔ−（特に非償択時に）確実
にする為に設けられている。さて引き続いて今度は駆動
線す、にやａ′抄排他的に電圧１に供給した時放電用Ｍ
Ｏ８（又はＭＩ８））ランジスタＱｌ−０〜Ｑ１−ｓｔ
は導通状態どな抄第１の光導素子群も−ｏ＝ｓｔ−ｓｔ
　Ｋ属する蓄積用コンデンサＣ１−・〜ｃｔ−ｓｔに蓄
積され光電荷は前記トランジスタＱｓ　ｏ−Ｑｔ〜３１
を通して放電される事になる。

放電用トランジスタ９重−・〜Ｑｓ−冨霊の共通ゲート
線を第２の光導電素子群Ｓ雪−０〜５ｓ−ｓｔに属する
Ｌ管中用）ランジスタ入鵞−〇〜Ａ雪−３１のドレイン
側共通線と接続して駆動する哄は本光電変換手段への外
部機器からの制御線本数を減する利益がちるが、駆′＃
Ｊ電圧の相違、゛駆動タイピングの設定等の問題により
別個に駆動する場合も容易に類推できる。

また増巾用トランジスタ八！−・〜Ａ１４１１のスレッ
ショルド電圧等の伝達特性を考直して放電用トランジス
タＱ１−・〜Ｑｓａ−鵞１　　の共通ソース線を別個の
バイアス電源からの給電で行なうならば素子設計の巾を
拡ける効果を生む事も明らかである。

走査回路の１ｓ２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を亭く要求し
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）１１品で伝達特性特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
も簡単である。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／ジスタＡｔ−・〜Ａｌ４−ｍ１のソース
回路に抵抗を挿入し、電流帰還によって複合した伝達特
性の均一化を実現し先例である。回路動作の説明は増巾
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
用させる事が理解されれば＠１０走査回路の説明から明
らかである。

不発明に於ける第３の走査回路例をｆ４３図（１）。

（ｂｌに掲げる。この例では前記の電流帰瞳を実現する
素子として抵抗の代わ抄に非線形動作素子Ｐ、−０〜Ｐ
１４−□（図に一部のみを掲採）を用い、また増巾用ト
ランジスタのドレイン側共通線からの分離手段としてＭ
ＯＳ（又はＭＩ８）　トランジスタを用いてお抄、特に
増巾用トランジスタＡＩ−・〜Ａ修じ３１、放電用トラ
ンジスタＱｔ−ｏ〜Ｑｓａ−ｓ＋及び分離用トランジス
タＴｔ　ｅ　〜Ｔ’５−ｓ１とを同一テクノロジーで製
作される素子で構成する哄によ抄容易に集積化出来ると
いう大きな効果が生まれる。

ｅＫ第３図（ａｌの場合には電流帰還用トランジスタｐ
、−ｏ〜ＰＳ４−ＩＩＩへの共通ゲートバイアスｖ。

への給電電圧を変える事によ□り複合しれ伝達特性をプ
ログラム出来る特徴を有する。種々の共第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
記例でけ電流に変換増巾している）して！トリックス配
線上に信号を送り出している。一般に光導電素子導電率
は可成り低く、また本光電費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
を長い配線を通して処理する事にな抄良好なＳＮ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上側
の様に光導電素子出力横抗素子り一部等の悪影響を大き
く低減せしめた手にある。

！ｓ５図に不発明の充電変換装置の構成の模式的説明図
を示す。ガラス等の透明な基板５０上に一列に作られた
光導電素子群（素子構造は後述）　８８ｘ　−８、Ｂｓ
４Ｆｉ、、やは抄同じ基板上に薄膜形成された１１ｔゆ
配線、及びコンデンサ群ＣＢ！〜ＣＢ５４　　を・１し
て集積化された走査回路基板！重〜Ｉ５２にワイヤ・ポ
ンディノグに依って接続されている。まえｌ！〜ｔｏ　
　からの出力線もやはりワ終的に出力用電極に導びかれ
る。駆動線ｂｌ〜ｂ１４−争外部制御線もやはり基板上
の蒸着薄膜電極配線を・１して走査回路基板に導びかれ
る。本実施１タリで示されるハイブリット構造のた電変
遺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′、を素子と同一構造を有するのでその・金に
詳細に説明される。

鳴６肉に示す実施例は鷹１　ｉ’４に示された走査回路
を全て薄膜蒸着によって一枚の基板上に実現した本発明
の充電変換装置の例である。第６図（ａ）は平面図、第
６図（ｂ）は、第６ＬＳＩ（ａ）に示されるｘ−ｘ’　
で示される位置での断１桓図である。

基板上には光電変換部６０１　、鑞荷・蓄積部６０２、
横抗可能な増市部６０３、及び放電部６０４と図示され
る紙面右側に位置するマトリックス配線部と信号入出力
及び電源供給電極が作製されている。ｉトリックス配線
部の櫃略図は第７図で示される一般的なものであって７
０〜７４等はスルーホール接続部を７５は光導電部及び
走査回路部分に対応する。

光電変換部は個別電極として透明基板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−素形状の均一化の
為のクロム（Ｃｒ　）　　等の遮光用電極蒸着膜６０７
とをフォト・エツチングし画素毎に独立して作製されて
いる。更に前記個別電極上に８ｉＨ４ガス、Ｈ雪ガス混
合ガス中でグロー放電を発生せしめＳｉＨ４の分解によ
って：）−１ トエッチングにより画素毎の、ＢＰイ導電素子６０６を
作製する。引き続いて共通対抗電極６０８がＡＪ等の金
属材料によって（蒸着エッチングプロセスを経て）Ｒ膜
配線される。

口”４ヒ記グロ一放電分解法による蒸着プロセスに於て
８ｉＨ４／Ｈ２’ガス中に適当濃変のＰＨ，ガスもしく
はＢ、Ｈ，ガス金混入させる帯で広い範囲の的に各導電
型の；−を堆積できる。例えば上記ａ−Ｓｉ　’／ｆ、
導電喚けそのＦ°画部及び下面部をＰ原子を弘漫変にド
ープし之計鳩で形成するーに【り電極金属との抵抗性接
触を確保している。

：Ｈ イｉｅって以後の説明では各導電型のａ−８ｔ層の成り
法は一々触れない。

さて電荷蓄ｌｋ部６０２はパターン・エツチングさｎ、
たスパッタリング法等で形成された５ｉ０１父け５ｉｌ
Ｎ４蒸着′４嗅６１８をはさんで接地電極６０９を薄膜
配線する率によりって作ら孔たコンデンサで構成される
。

によ粉発生する電位を該ＭＩ８構造トランジスング速度
がドープしたＰ原子ａＷｌに依存する嘔を利用してｎ土
層を収り去っておりドレイン電極６１０の材料としてＡ
ＬＡ等の金属を用いる嚇により、ｆ４１図に於いて山−
・〜Ｒ１４−Ｈで示される分離ダイオードとしての機能
を持つショットキー・バリヤーダイオードを形成してい
る。またソース側電極６１３接触□部分はｎ土層が残さ
れてお９抵抗性接触を保っている。絶＝層６１９はやは
抄８ＬＨＮ４．８　ｉｏｌ　　スバ７タ＋ｆｉ等の絶縁
膜で作製され、特に横抗電極６１０と光電変換部からの
出力線である逍光電極６０７との静電結合を小さ゛くす
る目的で形成されている。

放電部６０４を構成するＭＩ８構造トランジスつべくｎ
　層を介して接続される。ドレイン電極６１４及びソー
ス電極６１６との間のａ−８ｉ層中のｎ＋１−はフォト
エツチングによって除去される。

４８図ｆａ）、　（ｂｌに示す光電変換ｇｃＩ１１は第
２図に不す電流帰還用抵抗”１　ｏ−Ｆ’５４ｓｔ　を
挿入した例で第８図（ａ＞は模式的平面図、２窮８図（
ｂ）は、′４８□　　−図１ａｌに於けるＸ−Ｘ’での
切断面図である。部材配置１は第６図とほぼ同じであり
異なる点は抵抗もＬいし、適当な金属の酸化吻、ホウ化
物、窒化拗等を用いて構成されてもよい。

４漬帰還素子と１７てＭ２Ｓ）ランジスタを用いた例を
第９図１ａ）、　（ｂ）に示す。対応する走査回シ・＆
は哨３図（ａ）で既に示した。この実施例に於いても＃
ｆＳ１３Ｍに示した部材配置と多くの点で同様であり、
放電用６１５に平行な位置に電流帰還用と、してＭｉｓ
？ランジスタ９００を、また電荷蓄積４６０２と増ｒｊ
Ｊｉ１Ｍ１８）ランジスタ９０４との°Ｉ１１に分離用
素子として同じ（ＭＩ８）ランジスタ９０１とを形成し
た点が異なるだけである。尚　、レ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ＭＩ
８）ランジスタグートは債択信号線ｂｉの入力線９０２
と豊川して更にドレイン側はトランジスタ電源線ＶＤと
共用して使われている亭を図への補足説明としてつ形成
した　　　　　　　　　例を掲けた。

以上実施例で示した如く本発明では従来多数の光情報を
走査し出力する光電変換装置に於て、尺 長天化が精変良実現可能で、増巾機能を持つ走査回路を
構成する４ｋＫ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
減した光電変換装置を１゛「成する半を可能ならしめた
。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図（ａｔ、　（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図６・↑
、本発明に於ける共通ゲートバイヤス値に対する伝達特
性の変化全示す図、＄５図及び第６図ｆａ）、　（ｂｌ
は各々本発明の実施態様例を説明する為の説明図、第７
図は、本発明に於ける！トリックス配線部を説明する為
の説明図、第８図ｆａｌ、　（ｂｌ及び第９図（ａ）、
　（ｂ）は暮々他の本発明の実１０咋様例金説明する為
の説明図である。 出　劇　人　　キャノン株式会社 　　−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 給電用配線によって一端を共通に配線された多数の薄膜
   シリコンで作られた光導電素子と、該光導電素子の別の
   一端にそれぞ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を放電する為の制
   御可能な放電手段と該電荷蓄積手段に蓄積された電荷量
   に対応して、発生する電圧を読み取り電圧もしくは電流
   に変換増巾し、選択可能であって、多結晶シリコンから
   成る増巾手段とによって構成されかつ前記放、ｗＬ手段
   の制御信号線が所定の数毎に共通に配線され、かつ前記
   増巾手段の変換増ｒｊｊ出力線が選択入力の配線に応じ
   たマトリックス配線され、ている事を特徴とｊる光電変
   換装置。