JPS631055A - 光センサの駆動方法及び画像入力装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、光に対する応答性を向上させることを企図し
た光センサの駆動方法に関する。

本発明による光センサの駆動方法は、たとえばファクシ
ミリ、デジタルコピー、あるいはスキャナ等の画像入力
部の光センサや、画像情報の等倍読取りを行う光センサ
等に適用される。

［従来技術］ 近年、ファクシミリやデジタルコピー等のいわゆる電子
事務機の汀及に伴ない、小型で低コストの画像入力部こ
の需要が高まっている。そこで、原稿に直接接触できる
とともに、結像系の不要であるか又は結像系の動作距離
の短かい等倍型ラインセンサが注［１されている。

等倍型ラインセンサは実際の原稿の一辺と同じ長さを有
し、多数の光センサを高密度に形成して高解像度を達成
している。しかしながら、このような多数の光センサか
ら情報を高速で読出すには、各光センサの光応答速度を
向上させることが重要となる。

そこで、光導電層に絶縁層を挟んで補助電極が形成され
た構造を有する光センサが提案されている（たとえば特
開昭６０−２３９０７２号公報）、この補助電極を設け
ることによって、光センサの出力を安定化させ、かつ光
強度に比例した出力を得ることが容易となる。

第４図および第５図は、夫々補助電極を有する光センサ
の概略的構成図である。

第４図において、ガラス又はセラミクス等の絶縁物基板
１上には、補助電極２および絶縁層３が形成され、その
上に光導電層としてのＣｄ５−５ｅやａ−９ｉ＋Ｈ等の
半導体層４が形成されている。更にオーミックコンタク
ト用のドーピング半導体層５を介して一対の主電極６お
よび７が形成され、その間に受光窓８が形成されている
。

また、第５図に示す構造の光センサにおいても、上記光
センサと同一機能を有する部分には同一番号が付されて
いるが、この構造では基板１が透明であり、基板１側か
ら受光する。

第６図（Ａ）および（Ｂ）は、上記光センサを用いた従
来の駆動力Ｕ：の一例を説明するだめの波形図である。

まず、主電極６の電位を基準として、主電極７には高電
位の駆動電圧が印加されており、補助電極２には低電位
の電圧Ｖｇ＝−３Ｖが印加されている。この状態では、
半導体層４内の電子数が減少しているために、光が入射
しない限り主電極間に流れる出力電流は小さい。

次に、同図（Ａ）において、１００ルクスの光が入射し
た時に、補助電極２にパルス電圧が印加されて読取りが
開始されたものとする。

このパルス電圧の立上がりによって補助電極２の電圧Ｖ
ｇが一４ｖとなり、補助電極２の容量に対応した正の電
荷量が不足するために半導体層４内のｉ「子が主電極７
から掃出されて電子濃度が低下し、出力電流は急激に低
下する。続いてパルス電圧の立下がりによって、補助電
極２の電圧Ｖｇが一３ｖに戻ると、今度は逆に正の電荷
量が過剰となり、その過剰分に相当する電荷量の電子が
主電極６から半導体層４内へ注入され、出力電流が急激
に上昇する（実線で図示された出力電流の変化）、そし
て光パルスの立下がりと同時に出力電流は徐々に減少す
る。したがって、この読取り期間の出力電流による電荷
をコンデンサ等に蓄積しておけば、そのＪＭ電荷量が入
射した光パルスに対応する光情報となる。

これに対してパルス電圧を印加せずに補助電極２の電圧
Ｖｇを一３ｖに固定した場合は、同図の破線で図示され
るように、光パルスの立上がりに従って出力電流が上昇
し、立下がりによって徐々に減少する。

また、同図（Ｂ）では、ｉｏｏルクスの光が消えて飴状
ｙＥとなった時にパルス電圧が補助電極２に印加されて
読出しが開始された場合が示され、出力電流の変化が実
線で表わされている。上述したように補助電極２の電圧
Ｖｇが一４ｖになった時に出力電流は急激に減少し、電
圧Ｖｇが一３■に戻った時に急激に−Ｌ昇する。この場
合も読出し期間の出力電流によってコンデンサ等に蓄積
された蓄積電荷量が光パルスの光情報を表わしている。

これに対してパルス電圧を印加せずに補助？Ｉｆ極２の
電圧ｖｇを一３ｖに固定した場合は、同図の破線で図示
されるように、光パルスの立下がりおよび立上がりに従
って出力電流が変化する。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記従来の駆動方法では、第２図に示す
ように補助電極２にパルス電圧を印加することで出力電
流の立上がりは良好になったように見えるが、蓄積電荷
Ｕ１１によって光情報を読出す場合には実質的な４五と
はなっていない。

サラに、Ｅ８６　図（Ｂ）に示すように、パルス電圧の
印加によっても前の出力゛電流が残存しており、入射光
に正確に対応した出力を得ることができないという問題
点を有していた。

［問題点を解決するための手段］ 上記従来の問題点を解決するために、本発明による光セ
ンサの駆動方法は、 半導体層上に受光領域となる部分を隔てて−対の主電極
が設けられ、かつ少なくとも前記受光領域となる部分で
は前記半導体層と補助電極とが絶縁層を介して請層され
た構造を有する光センサを駆動する方法において、 前記補助電極に対して、前記半導体層の電波を担うキャ
リアに従ったバイアス電圧を印加するとともに、光セン
サの非読取り期間内にｌＮｉ記バイアス電圧と同極性で
あって絶対値の小さい電圧を所望時間印加することを特
徴とする。

［作用］ 、上記非読取り期間内に上記バイアス電圧と同極性であ
って絶対値の小さい電圧を上記補助電極に印加すること
によって、前の読取り時の出力を消去して次の読取りを
行うことができ、光応答速度が向上し、かつ入射光に正
しく対応した出力を得ることができる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第１図（Ａ）は　ライン状に配列された光センサの１ビ
ット分の概略的平面図、第１図（Ｂ）は、そのＩ−Ｉ線
断面図である。

同図において、ガラス基板ｌｌ上に真空ノへ着法により
Ｃｒを５００人、ＡＩを５００人各々堆積させた後、フ
ォトリングラフィによって所望形状にパターニングし、
補助電極１２を形成する。その上にＪゾさ３０００人の
ＳｉＮ：Ｈ層１３、厚さ４０００人のノンドープ水素化
アモルファスシリ：Ｉ７　（ａ−Ｓ　ｉ　：　Ｈ）層１
４、厚さ１２００人のＮ中層１５をグロー放電分解法に
より２１続堆積させる。

ＳｉＮ：Ｈ層１３の堆積条件は、水素希釈ｌＯ％のＳｉ
Ｈ４を５ＳＣＣＭとＮＨ３を１４．４ＳＣＣＭとを使用
し、基板温度２００℃、内圧０゜１５Ｔｏｒｒ、Ｒｆパ
ワー３．５Ｗ、放電時間２時間４０分である。

ノンドープａ−３ｉ：Ｈ層１４の堆積条件は、氷；に希
釈１０％のＳｉＨ４を２０ＳＣＣＭ使用し、基板温度２
００℃、内圧０．１２Ｔｏｒｒ、Ｒｆパワー５．５Ｗ、
放電時間２吟間である。

ｎ中層１５の堆積条件は、水素希釈１０％のＳｉＨ４を
５ＳＣＣＭ、１１００ＰＰのＰＨ３を５０３ＣＣＭを使
用し、基板温度２００℃、内圧０．１２Ｔｏｒｒ、Ｒｆ
パワー１７　、５Ｗ、放電時間４５分である。

次に、フォトリングラフィによって補助電極１２の取出
しおよび隣接ビット間の不要な半導体層等の除去を行う
。この上に、真空蒸着法によりＣｒを５００人、ＡＩを
５０００人堆積させ、フォトリソグラフィによって補助
電極１２のパターンと若干型なるように主電極１６およ
び１７を形成し、更に主電極をマスクとして不要なｎ中
層１５を除去して受光窓１８を形成する。

補助電極１２の幅が受光窓１８の幅より大きいことで、
補助電極１２による出力制御が安定する。ただし、不要
な電極容量を抑えるために、補助電極１２と主電極１６
および１７どの重なりは必要最小限に留めることが望ま
しい。

次に、このような光センサを駆動する本発明について述
へる。

第２図は、本発明による光センサの駆動方法の一実施例
を示す電圧波形図である。ただし、本実施例では、半導
体層１４がｎ型の場合を示す。

同図において、電圧ｖＯは、主電極１６を基準として主
電極１７に印加されている電圧であり、ここでは■０〉
０である。

電圧■１は、センサの読取り期間Ｔ１に保持電極１２に
印加されるバイアス電圧であり、ここでは半導体層１４
がｎ型であるからＶ、＜Ｏである。

電圧ｖ２は、非読取り期間Ｔ２に補助電極１２に印加さ
れる電圧であり、ｖｌ　＜ｖ２　＜ｏである。

このように補助電極１２の電圧を非読取り期間Ｔ２でバ
イアス電圧ｖｌより正方向に変化させることで、次に述
べるように出力電流の立下がり速度を大きく向上させる
ことができる。

なお、補助電極１２に同図に示すようなバイアス７１１
圧およびパルス電圧を印加する駆動回路は容易に構成で
きるために、ここでは省略されている。

第３図（Ａ）および（Ｂ）は、本実施例による出力電流
の変化を説明するための波形図である。

同図（Ａ）は読取り開始直前に光パルスが入射した場合
を示し、同図（Ｂ）は読取り開始直前まで光が入射して
いた場合を示している。

同図（Ａ）において、バイアス電圧■１を一３Ｖ、パル
ス電圧ｖ２を−２，８ｖとし、パルス電圧Ｖ２が補助電
極１２に印加されて読取りが開始されると、補助電極１
２の電位が正方向に変化するために、主電極１６から電
子が注入されて大きな出力電流が流れ、注入された電子
によって半導体層１４内のホールの再結合が促進される
。

このためにホールが少ない状態にあり、光が照射されて
も、補助電極１２の電位が固定されている場合（破線で
示す変化）に比べて出力電流のｔ上がりは若干遅れる。

しかしながら、出力電流の波形は光パルスに従っており
、この出力電流によって蓄積された電荷針は入射した光
に対応した光情報を表わしている。

一方、同図（Ｂ）に示すように読取り開始直前まで光が
入射していた場合においても、出力電流は光パルスに対
応している。すなわち、補助電極１２にパルス電圧ｖ２
が印加されることで、上述したように注入された電子に
よるホールの再結合が促進され、その結果、補助電極１
２がバイアス電位ｖ１に戻った時には、不要なホールが
存在しないために暗状態の電流値を維持し、光パルスの
入射によって立上がる。

このように、補助型８１１２にパルス電圧Ｖ２を読出し
開始直前に印加することによって、前の読取りによる出
力がリセットされるために、補助電極１２の電位がバイ
アス電圧ｖ１に固定されている場合（図中の破線で示す
変化）や、Ｌ記従来のように、前の出力によって次の出
力が影響されるという欠点は解消される。

したがって、前の読取り期間Ｔ１での出力が消去された
状態で次の読取りを行うことができ、入射光に正しく対
応した出力を得ることができるととも・こ、全体として
光応答速度の向上および読取り動作の高速化が達成され
る。

なお、本発明による駆動方法は、上述したように入射光
に正しく対応した出力電流を得ることができるものであ
り、光センサの出力をコンデンサ等に蓄積して光情報を
得る方式に限定されるものではない。

また、本実施例では、光センサにおける半導体層の電流
を担うキャリアが電子の場合を示したが、勿論電流を担
うキャリアがホールであるＰ型又はｉ型半導体を用いた
Ｊ↓を合であっても′１Ｆ圧の極性が逆になるだけで同
様に適用できる。すなわち、キャリアが電子の場合は、
と記実施例のように、ｖｉ　＜Ｖ２　＜Ｏであり、キャ
リアがホールの場合は、ｖ、＞ｖ２　＞ｏとなる。

゛ト導体層がｉ型の場合は、オーミックコンタクト層１
５の導電型によって電流を担うキャリアが決定される。

［発明の効果］ 以上：詳細に説明したように、本発明による光センサの
駆動力法は、非読取り期間内にバイアス電圧と同極性で
あって絶対イＩＩ′１の小さい電圧を補助電極に印加す
ることによって、前の読取り時の出力を消去して次の読
取りを行うことができ、光応答速度が向上し、かつ入射
光に正しく対応し、かつ安定した出力を？’）ることが
できる。すなわち、光に対する応答性を従来に比べて大
幅に向トさせることができる。

また、多数の画素センサを右するラインセンサを構成し
た場合にも高速で原稿を読取ることができ、画像情報の
等倍読取りにも適している。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は、ライン状に配列された光センサのｌビ
ット分の概略的モ面図、第１図（Ｂ）は、そのＩ−Ｉ線
断面図、 第２図は、本発明による光センサの駆動方法の一実施例
を示す′重圧波形図、 第３図（Ａ）および（Ｂ）は１本実施例による出力電流
の変化を説明するだめの波形図、 第４図および第５図は、夫々補助電極を會する光センサ
の概略的構成図、 第６図（Ａ）および（Ｂ）は、上記光センサを用いた従
来の駆動方法の一例を説明するための波形図である。 １１・・・基板 １２・・・補助電極 １３・・・絶縁層 １４・・・半導体層 １５・・・ｎ中層 １６．１７φｅψ主電極 １８・・・受光窓　　　− Ｔｌ　・・−読取り期間 Ｔ２・・・非読取り期間 ｖｌ　　ｍ−−バイアス電圧 ｖ２−−・パルス電圧 代理人　　弁理士　山　下　穣　モ 第４　回 第　５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体層上に受光領域となる部分を隔てて一対の
   主電極が設けられ、かつ少なくとも前記受光領域となる
   部分では前記半導体層と補助電極とが絶縁層を介して積
   層された構造を有する光センサを駆動する方法において
   、 前記補助電極に対して、前記半導体層の 電流を担うキャリアに従ったバイアス電圧を印加すると
   ともに、光センサの非読取り期間内に前記バイアス電圧
   と同極性であって絶対値の小さい電圧を所望時間印加す
   ることを特徴とする光センサの駆動方法。
2. （２）上記バイアス電圧と同極性であって絶対値の小さ
   い電圧は、光センサの読取り直前に前記補助電極に所望
   時間印加されることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の光センサの駆動方法。