JPH03101364A - 光電変換素子 - Google Patents

光電変換素子

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JPH03101364A
JPH03101364A JP1238870A JP23887089A JPH03101364A JP H03101364 A JPH03101364 A JP H03101364A JP 1238870 A JP1238870 A JP 1238870A JP 23887089 A JP23887089 A JP 23887089A JP H03101364 A JPH03101364 A JP H03101364A
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JP1238870A
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Akihiko Hiroe
昭彦 廣江
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Ricoh Co Ltd
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Ricoh Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/04Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements with semiconductor devices only
    • H03F3/08Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements with semiconductor devices only controlled by light
    • H03F3/082Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements with semiconductor devices only controlled by light with FET's
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J1/44Electric circuits
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/09Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
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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】 政権分用 本発明は、光電変換素子に関し、例えば、等倍スキャナ
ーの光センサに適用されるものである。
災米技先 従来アモルファスシリコンを用いた光導電型センサは流
れる電流量が少ない為感度が低く、ノイズに弱い欠点が
あった。この為、読み取り回路は低ノイズであることが
要求され、又、受光部の面積も出来るだけ大きくする必
要があり、高集積化の妨げとなっていた。
また、先導伏型アモルファスシリコンセンサは、カルコ
ゲナイドを用いたセンサよりも高速であるものの流れる
電流量が小さい為、感度が悪い欠点があった。この為、
読み取り回路が高価になることや、受光面積を小さくす
ることが難かしく、高集積化に向いていないなどの欠点
があった。
第5図は、読み取り回路の従来例を模式的に示す図で、
図中、21は電圧供給回路、22は光導仏性を有するア
モルファスシリコンを用いた光導伝型センサ、23は負
荷容量、24は電圧増巾回路である。
アモルファスシリコンを用いた先導伝型センサは、例え
ば100Qx程度のセンサ面照度で、明及び暗電流の比
を2けた程度数ることが出来るが、センサを高密度に集
積した場合、絶対的な電流値が非常に小さくなってしま
う為、この回路例に示した様な容量性負荷を用いて尚且
つ低雑音の電圧供給源を用いなくてはならない−0従っ
て、読み取り回路が高価になり、又、読み取りのタイミ
ングの狂いも、ビット間の感度のばらつきにつながる為
、低く抑えることが要求される。
且−一五 本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、
回路上、モノリシックに増巾作用を有する素子を集積す
ることも出来、センサの高集積化に対応出来る先導伝型
センサとしての光電変換素子を提供することを目的とし
てなされたものである。
購−一」叉 本発明は、上記目的を達成するために、(1)光伝導性
材料を用いた光導電型光重変換素子において、ある電位
差を有する2つの電源間に、前記光伝導性材料を一定の
抵抗を有する抵抗材料と直列に接続して設け、該2つの
材料の接続部分の端子を相補型電界効果トランジスター
の入力に接続したこと、更には、(2)上記光電変換素
子を用いて密着型又は完全密着型センサとしたこと、更
には、(3)上記光伝導性材料と抵抗材料に加える全電
圧を変化させて多値の出力を得る様にしたこと、更には
、(4)上記(3)の光電変換素子を用いて密着型又は
完全密着型センサとしたことを特徴としたものである。
以下、本発明の実施例に基づいて説明する。
第1図は、本発明による光電変換素子の一実施例を説明
するための回路構成図で、図中、1は抵抗値一定の固定
抵抗素子、2は先導仏性を有する材料で、光を照射する
ことにより抵抗の変化する可変抵抗素子、3はP型及び
N型の電界効果トランジスタを直列に接続してなる、い
わゆるCMOSインバータ素子、4はこのセンサの電圧
出力を取出す出力端子、5はリセット用スイッチ素子、
φはリセット信号である。
第2図は、第1図に用いた光導仏性を有するセンサ部分
の構成例を示す図で、図中、1はノンドープ非晶質シリ
コン層、2はオーミックコンタクト用のn+非晶質シリ
コン層、3はクロム電極、4は配線用アルミ電極、5は
ガラス基板である。
ノンドープ非晶質シリコン層は膜厚約1μmで電極の巾
と長さの比が50、センサ面照度を100Qxとすると
、明時の抵抗約107Ω、暗時の抵抗約109Ωとなる
。固定抵抗を10”Ωに選ぶと固定抵抗1と可変抵抗2
の接続端子Aの電圧は暗時で約0.91XV工、明時で
約0.09XV工となる。これをCMOSインバータ素
子3でしきい値処理して読み取り回路へ出力する。この
様な回路構成とすることにより読み出し回路に負担をか
けずに2値化された出力を取り出すことが出来る。
つまり、CMOSインバータ3のしきい値が仮にVoo
/2とすると、点Aの電位VA(7)VDD/2との大
小により端子4の出力電圧が〜0又は〜VIAりの値を
取り、この出力は接地点又は電源Vflt+と小さな抵
抗によって結ばれているので、電流駆動能力も有し、又
電位は抵抗1により浮遊容量及びCMOSインバータ3
のゲート容量を充電する時間後には決まり(待機時はP
chMO8FET5によりリセットしてVAを接地電位
に等しくしておくものとする)、その後は一定となるの
で、各ビットの出力を読み出すタイミングの誤差も読み
出し誤差とはならない。この回路構成の有する欠点はセ
ンサ出力が2値でしか読み出せない。つまり、階調性を
取ることが出来ないことである。この点を克服するには
、次の様な方法が考えられる。すなわち、(1)L、き
い値の異なるCMOSインバータを読み出し階調分だけ
用意する。(2)VDDを変化させ、ひとつのインバー
タで異なるしきい値を持たせる。(3)■□を変化させ
vAの電位を変えることにより、インバータのしきい値
との関係を変えて読み出す。これら3つのうち(1)は
確実な方法だが、通常の方法ではトランジスタ数が増加
してしまい、この読み出しのインバータを外部につける
必要が生じ、ノイズ等の不利になってしまう、(2)は
vDDを変化させると、結果的に読み出しもV。Dとの
電圧比較を行なわなくてはならないので、回路が複雑に
なってしまう。(3)の方法は基本的に第1図の構成を
保ったままで実現が可能である。以上の理由から、ここ
では上記(3)で述べた方法について説明する。抵抗1
の抵抗値をr〔Ω〕、抵抗2の抵抗値をR〔Ω〕とする
と、A点の電位vAは次式で与えられる。
但しβ= r / R。
先に述べた実施例ではβ=0.1〜10の範囲を取る。
つまり暗時にβ=0.1、明暗にはβ=10である。
今、CMOSインバータのしきい値を前述の実施例と同
じV DD/ 2 ニ取ると、VA<VDD/2 なら
ば出力はHigh (VDD)、VA>VDD/2なら
ば出力はLow(GND)となるので、仮にとなる様に
vlを選ぶと、β≧10の時に出力が15  150 High、  β≦10x16  =  16  の時
にLowととなる。次に れを順次くり返すことにより、β=10.IOXの読み
出しが可能となる。
vDD=12■として、上記(2)、(3)式よ’)−
Vxの範囲を求めると、(2)式からは 66〉■□>62.25         (4)(3
)式からは 62.25>V工>58.5       (5)とな
る。同様にして計算をくり返すと、58.5 54.75 1 47.25 43.5 39.75 6 32.25 28.5 24.75 1 17.25 13.5 9.75 〉Vよ>54.75 >V、>51 〉■□)47.25 >V、>43.5 〉Vよ)39.75 〉■□〉36 >Vl>32.25 >Vl>28.5 〉■□>24.75 >Vl>21 >V、>17.25 >V、>13.5 >Vl>9.75 〉vl (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) (15) (16) (17) (18) (19) の各電圧範囲で順次出力を読み出すことで、 6 階調の出力を取り出すことが可能となる。次にノイズマ
ージンについて考察する。
今階調性も考慮して、 β=yxイ皆       (2o) と置く。但し、yは抵抗1と抵抗2の明状態での抵抗比
で、前述の例では10である。又、Xは階調を示すパラ
メータで16階調では1〜16の値を取る。しきり値を
VT□と置くと(2) 、 (3)式などは一般的に、
次の様に書ける。
16V            16V””〈(x−1
)y+16    (21)xy+16 変形すると、 これを数値計算したものが(4)〜(19)式である。
(21)式を ■リム< V TR xy+ 16               (23−
a)6V vTI(′<(x−1)y+16        (2
3−b)ΔVTH 7丁)1’  =VTH2(24a) とおくと、 (22)式は、 (25) となる。
この不等式が解を持つ為には、 (26) これを解くと、 となり、これがしきい値に対する余欲度を与える。
最後に、第1図で、抵抗1と抵抗2を入れ変えた場合に
ついて第3図に基づいて考慮する。この場合、明出力が
Low、暗出力がHighとなり、前記とは逆になる。
(1)式は、 となる。
但し、β=r / Rt rは固定抵抗1.Rは光導仏
性抵抗2の抵抗 (20)式と同様、 β=yX青      (2゜) と置く。x、yの意味は前述と同じ。
(21)式に対応する式は、 (22)式に対応する式は、 これを用いて(6)〜(9)式に対応する式を実際に計
算すると次の様になる。
6<V□く 64<Vl< 69くv□く 74<V、< 8<V工〈 87<Vl< 96くv□く 07<Vl< 2 <Vl< 37〈V工〈  64 69 74 8 87 96  07 2 37 6 (32) (33) (34) (35) (36) (37) (38) (39) (40) (41) 7.6 <V、< 7.92 7.92<Vl< 8.4 8.4<V□<9.2 9.2<V工<10.8 10.8  <V、<15.6 15.6 <V□ (42) (43) (44) (45) (46) (47) この場合のノイズマージンは次の様に計算される。
115V L > V TR 16+xy VTR’>−1’ヨ1− 16+(x−1)y (48〜a) (48−b) VT、I =■、J V rX = V T□−画 (49−a) (49−b) と置いて、(31)式を次の様に変形する。
この不等式が解を持つ条件より、 o> 111   16+“17vt+x y  ”T
K(x−1)y これより を得る。これがしきい値に対する余欲度を与える。又、
以上述べた方法で階調性を持たせる場合。
V□を16の異なる値としなくてはならないが、この点
に関しては、次の様な方法を取ることも可能である。即
ち、第4図に示す様に、例えば1次式で表わされる関数
により与えられるランプ電圧を用いる。
V(t)= (”  + 1)VT)1100− t 
              (53)こうすればt=
3より始めて、6.25間隔で信号をサンプリングする
ことにより(32)〜(47)式の不等式を満足する電
圧を得ることが出来る。この時の時間の単位は、その時
の設計により随時決定すれば良い。尚、この方法は、第
1の実施例に適用する場合には、電圧が等間隔になるの
で通常のランプ波を用いることが出来る。
仇−一来 以上の説明から明らかなように、本発明によると、第1
図又は第3図に示す様な回路構成を用いることにより、
先導伏型センサーでありながら電流駆動能力を有する出
力を2値又は多値で得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明による光電変換素子の一実施例を説明
するために回路構成図、第2図は、センサ一部分の構成
例を示す図、第3図は、本発明の他の実施例を示す図、
第4図は、電圧特性を示す図、第5図は、従来例を示す
回路図である。 1・・・固定抵抗素子、2・・・光導仏性を有する材料
の可変抵抗素子、3・・・CMOSインバータ素子、4
・・・出力端子、5・・・リセット用スイッチ素子。 第 1 図 第 図 第 図 第 図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、光伝導性材料を用いた光導電型光電変換素子におい
    て、ある電位差を有する2つの電源間に、前記光伝導性
    材料を一定の抵抗を有する抵抗材料と直列に接続して設
    け、該2つの材料の接続部分の端子を相補型電界効果ト
    ランジスターの入力に接続したことを特徴とする光電変
    換素子。
JP1238870A 1989-09-13 1989-09-13 光電変換素子 Pending JPH03101364A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1238870A JPH03101364A (ja) 1989-09-13 1989-09-13 光電変換素子
US07/580,966 US5068526A (en) 1989-09-13 1990-09-12 Photoelectric conversion device with voltage source means

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JP1238870A JPH03101364A (ja) 1989-09-13 1989-09-13 光電変換素子

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JPH03101364A true JPH03101364A (ja) 1991-04-26

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ID=17036483

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JP1238870A Pending JPH03101364A (ja) 1989-09-13 1989-09-13 光電変換素子

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US5068526A (en) 1991-11-26

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