JPS63122165A - 光センサ装置及びそれを用いた画像読取装置 - 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］ 本発明は光センサ装置に係り、特にファクシミリ、デジ
タルコピー、スキャナ等において、光画像情報の読取り
を行う光導電型の光センサ装置に関する。

［従来技術］ 近年、ファクシミリ、デジタルコピー等の電子事務機の
普及に伴ない、小型で低コストの画像入力装置の需要が
高まっている。ａ−３ｉ。

Ｃｄ５−ＣｄＳｅ等を光導電体として用い、光電変換効
果を利用したコプラナー型の光センサは、Ｎ稿に直接接
触できるとともに、結像系が不要であるか又は結像系の
動作距離が短いという長所をもっている。このコブラナ
ー型の光センナの中にセンサ特性を安定化させるために
、半導体層の下あるいは上に絶縁層と補助電極を有する
電界効果型光センサ（以下、光センサと略す、）がある
。

ｆＱ９図（ａ）、（ｂ）は上記光センサの概略的構成図
である。

第９図（ａ）において、ガラス又はセラミック等の絶縁
基板１上には、補助電極２及び絶縁層３が形成され、そ
の上に光導電層としてのＣｄ５−８ｅやａ−３ｉ：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
及び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９図（ｂ）に示す構造の光センサは、補助電極
２が主電極６．７上に設けられており、絶縁基板１が透
明で絶縁基板ｌ側から受光する。

なお、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。

上記のような構成の光センサにおいて、入力である光の
強弱に対して、出力電流の大小の比を大きくとるために
は、該補助電極２に半導体層４を流れる電流の担い手と
なるキャリア（以後、多数キャリアと記す、）を空乏化
させるように多数キャリアの種類に応じ電子の場合は負
、ホールの場合は正のバイアス電圧を印加して動作させ
なければならないが、このような動作をさせると、出力
電流が小さくなるため、該光センサの信号読出し回路と
しては、出力電流を蓄積する蓄積コンデンサを設けるこ
とが必要となる。またそのために、該蓄積コンデンサに
蓄積された電荷を信号として転送するためのＴＰＴ及び
転送後に残された電荷を放電させるためのＴＰＴ等のス
イッチング素子、このスイッチング素子の接続を行なう
マトリクス回路等が必要となる。

第１０図は上記光センサの光センサ装置を示す′概略図
である。

同図において、Ｒｓｌ、　Ｒｓ２．　＊　ｅ　ｅ　、　
Ｒｓｎが補助電極を有する光センサ、Ｃｓｌ、Ｃｓ２．
・・・。

Ｃｓｎが蓄積コンデンサ、Ｔｔｌ、Ｔｔ２．−−−　。

Ｔｔｎ　　が蓄積コンデンサＣｓ１ｘＣｓｎに蓄積され
た電荷を転送する転送用Ｔ　ＦＴ、　Ｔｒｉ、　Ｔｒ２
．・・・、Ｔｒｎが転送後蓄積コンデンサＣ３ｌ〜Ｃｓ
ｎ　　に残された電荷を放電する放電用ＴＰＴである。

Ｌｇｌ　〜Ｌｇｎは前記転送用ＴＦＴＴｔｌ　〜Ｔｔｎ
ｃ７）制御電極たるゲートと放電用ＴＦＴＴｒｌ〜Ｔｒ
ｎの制御電極たるゲートに接続される配線であり、Ｖｇ
ｌ〜Ｖｇｎはそれぞれに印加されるスイッチング電圧で
ある。ＬＤは該光センサ１ｉｓｔ〜Ｒｓｎの主電極に接
続される配線であり、ＶＤは印加される電圧である。Ｌ
Ｒは前記蓄積コンデンサＣｓｌ〜Ｃｓｎに接続される配
線であり、ＶＲはＪａコンデンサＣｓｌ〜Ｃｓｎの基準
電圧で、蓄積コンデンサＣｓｌ〜Ｃｓｎを放電用ＴＦＴ
Ｔｒｌ〜Ｔｒｎによって放電させると、蓄積コンデンサ
Ｃｓｌ〜Ｃｓｎの両端の電極の電位はともにＶＲとなる
。

前記光センサは、前記補助電極に該光センサの多数キャ
リアに応じ電子の場合は負、ホールの場合は正のバイア
スを定常的に印加することによって、多数キャリアに対
する空乏層が形成されると、少数キャリアは該補助電極
近傍の半導体層に、また多数キャリアは反対側の半導体
層中に相互に分離して存在するようになる。このような
状態においては、多数キャリアと少数キャリアとの再結
合がスムーズに行われないために、光センサに対する照
射光が遮断されても、少数キャリアが生き続ける限り残
留光電流が流れ、結果として光応答速度が低下し、光セ
ンサのＳ／Ｎ比低下をもたらすことになる。

そこで、該補助゛電極に例えば第１１図に示すように、
該光センサの読取り時に電子の場合は負。

ホールの場合は正の一定レベルのバイアス電圧ｖｌを印
加しておき、読取り時直前に非読取り時間を作り該バイ
アス電圧に対して、該バイアス電圧の極性と逆方向にパ
ルス電圧（大きさＶ２）を印加すると、光応答における
立ち上がりを改善し、光の強弱に対する出力電流の比を
大きくとることが可能となる。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記の様な動作を、該光センサを一次元
に多数配置して形成した画像読取装置等に適用しようと
すると、各センサビットの読取りが時系列的に行われる
ため、該パルス電圧の印加タイミングは１ビツトづつ異
なる。このため、前記光センサの補助電極への印加電圧
の制御を、転送用ＴＰＴ及び放電用ＴＰＴのゲート電圧
の制御と回路的に独立させて行うと、光センサの補助電
極制御用のマトリクス回路と転送用ＴＰＴのゲート電圧
制御用のマトリクス回路が必要となるために回路が複雑
になり、またパルスの印加のタイミング、パルス巾、パ
ルスの大きさ等それぞれ別に決めなければならず、駆動
が複雑になる問題を有していた。

本発明の目的は上記の問題点に鑑み、光センサの光応答
速度を向上させ且つ簡易な構成の光センサ装置を提供す
ることにある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の光センサ装置は、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。

且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
る光センサと、この光センサを流れる電荷を蓄積する蓄
積コンデンサと、この蓄積コンデンサに蓄積された電荷
を転送する転送用トランジスタと、前記蓄積コンデンサ
に蓄積された電荷を放電させる放電用トランジスタとを
有する光センサ装置において。

前記放電用トランジスタの制ｍ電極に印加されるスイッ
チング電圧を分圧して前記補助電極に印加する分圧手段
を設けたことを特徴とする。

［作用］ 本発明の光センサ装置は、放電用トランジスタの制御電
極に印加されるスイッチング電圧を分圧して補助電極に
印加する分圧手段を設けたことにより、光センサの非読
取り区間内に前記補助電極にバイアス電圧を印加すると
ともに、このバイアス電圧に該バイアス電圧の極性に対
して逆方向にパルス電圧を印加することができ、前の読
み取り時の出力を消去して次の読み取りを行うことがで
きる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。

第１図は、本発明の光センサ装設を示す一実施例の回路
図である。

第２図は前記光センサ装置の動作を説明するためのタイ
ミングチャートである。

第１図において、前記第１０図と同様に。

Ｒｓｌ、　Ｒｓ２．　”　”　＠　、　Ｒｓｎが補助電
極を有する光センサ、Ｃｓｌ、Ｃｓ２．ａ　＊　ａ　、
Ｃｓｎが蓄積コンデンサ、Ｔｔｌ、Ｔｔ２．＊　＊　＊
　、Ｔｔｎが蓄積コンデンサＣｓｌ〜Ｃｓｎに蓄積され
た電荷を転送する転送用ＴＦＴ、　Ｔｒｉ、　Ｔｒ２．
　＊　＊　ｅ　、　Ｔｒｎが転送後蓄積コンデンサＣ３
ｌＮＣ８ｎに残された電荷を放電するの放電用ＴＦＴ、
　Ｃｘ１．　Ｃ！２．　・＠　１１　、　Ｃｘｎが該光
センサＲ５１−Ｒｓｎの補助電極に分圧された電圧を印
加するための分圧用コンデンサである。

Ｃｇｓｌ　　、　Ｃｇｓ２　　、　ａ　１１６　、　Ｃ
ｇｓｎが光センサＲ５１ｘＲｓｎにおける前記蓄積コン
デンサ接続側の主電極と補助電極との間の容量である。

Ｌｇｌ〜Ｌｇｎは前記転送用Ｔ　Ｆ　Ｔ　Ｔ　ｔｌ　−
Ｔ　ｔｎの制御電極たるゲートと放電用ＴＦＴＴｒｌ−
Ｔｒｎの制御電極たるゲートに接続され、且つ分圧用コ
ンデンサＣ！１〜Ｃｘｎと接続される配線であり、Ｖｇ
ｌ〜Ｖｇｎはそれぞれに印加されるスイッチング電圧で
ある。ＬＤは該光センサＩｔ＋１−Ｒｓｎの主電極に接
続される配線であり、ＶＤは印加される電圧である。Ｌ
Ｒは前記＠積コンデンサＣｇｌ〜Ｃｓｎに接続される配
線であり、ＶＲは蓄積コンデンサｃｓｌ〜Ｃ８ｎの基準
電圧で、蓄積コンデンサＣｓ１−Ｃ５！ｌを放電用ＴＦ
ＴＴｒｌ〜Ｔｒｎによって放電させると、蓄積コンデン
サＣｓ１−Ｃｓｎの両端の電極の電位はともにＶＲとな
る。なお、配線Ｌｇｌ−Ｌｇｎ。

ＬＤ　、　ＬＲ、はマトリクス回路を構成する。

次に前記光センサ装置の動作について説明を行う、今前
記光センサの多数キャリアを電子であるとする。

第１図において、配線ＬＤに正の電圧ＶＤを。

配置ＬＲに負の電圧ＶＲを印加すると、光センサＲｓｌ
〜Ｒｓｎに照射光量に応じた電流が流れ、蓄積コンデン
サＣｓｌ〜Ｃｓｎに電荷が９１積されて、蓄積コンデン
サＣｓｌ〜Ｃｓｎの光センサＲｓｌ〜Ｒｓｎの主電極側
の電位が上がる。

ここで、第２図に示すようなタイミングで、前記転送用
ＴＦＴＴｔｌ−Ｔｔｎのゲートと前記放電用ＴＦＴＴｒ
ｌｘＴｒｎのゲートとに、スイッチング電圧Ｖｇｌ”Ｖ
ｇｎを第１図の各配線によるマトリクス回路を介して印
加すると、区間Ｔ　１．１では蓄積コンデンサＣｓｌ〜
Ｃ３１１に電荷の蓄積が行われ、区間Ｔ１２では転送用
ＴＦＴＴｔｌがオンし、蓄積コンデンサ（、＋１の電荷
が信号として転送される。さらに１区間Ｔ１３で放電用
Ｔ　Ｆ　Ｔ　Ｔ　ｒ　１がオンし、転送の終了した該蓄
積コンデンサＣｓｌの両端の電極がショートされ、残っ
た電荷の放電が行われて、光センサＲｓｌの読み取りに
関する１サイクルが終了すると同時に、転送用ＴＦＴＴ
ｔ２がオンし、区間Ｔ２１で、蓄積を行っていた蓄積コ
ンデンサＣｓ２の電荷が信号として転送が行われ、以下
光センサＲｓｌと同様の読取リサイクルが次々と隣の光
センサビットに対して行われる。

第１図に示す回路においては、上記に示すように、読取
り、転送、放電が行われるが、同時に光センサＲｓ１〜
Ｒｓｎの補助電極には放電用ＴＦＴＴｒｌ〜Ｔｒｎのゲ
ートに印加されるスイッチング電圧と同相の電圧が印加
され、光応答速度の改善が図られている。即ち光センサ
Ｒｓｌに注目して考えると、補助電極には、分圧用コン
デンサＣ！１と、光センサＲｓｌの補助電極と主電極の
一方（蓄積コンデンサＣｓｌ側）との間に生ずる容量Ｃ
ｇｓｌと、蓄積コンデンサＣｓｌとにより、放電用ＴＰ
ＴＴｒｌに印加されるスイッチング電圧Ｖｇ２と基準電
圧ＶＲとの間で分圧された電圧が印加される。光センサ
Ｒｓｌは放電区間Ｔ１３に印加されるパルス電圧により
電子が引き込まれ、この区間では大きな電流が流れると
同時にホールの再結合を促進し、光センナＲｓｌ内に残
されていた放電区間以前の光情報を打ち消し、読取り区
間Ｔｌｌでの光応答における立ち下がりを特に改善する
ため、光強度に対する出力電流の比を大きくとれるよう
になる。一方、放電区間Ｔ１３では光センサＲｓｌに大
きな電流が流れているが、蓄積コンデンサＣｓ１は放電
状態にあるため電荷蓄積は行われず、不要な情報を混入
させる心配はない、さらに、電荷蓄積型の読み出し回路
においては、蓄積コンデンサに電荷が蓄積されてくると
、光センサの補助電極の電位が信号読出し側の主電極に
対して相対的に変化し、その結果第３図に示すように、
出力電流を変化させることとなるが、本発明の回路では
、補助電極の相対電位の変動が、第４図に示すように、
上記の分圧効果により、前記の容Ｅｋｃｇｓｌの値と分
圧用コンデンサＣ！１の値との比に抑えられるため出力
電流の変動が抑えられ、安定した駆動が行える。

次に上記回路構成を用いた画像読取装置について説明す
る。

第５図は上記光センサ装置の概略図である。なお、第９
図と重複する部分については同一番号を付する。

第６図は上記光センナ装置を用いた画像読取装置の概略
図である。

第５図において、光導電層として水素化アモルファスシ
リコンの半導体層４（第５図中下図示）を用い、この半
導体層４と絶縁層３（第５図中下図示）と主電極６，７
と補助電極２とで光センサＲｓｌを構成し、配線Ｌｇま
たる配置！９と不図示の絶縁・層３と電極１２とで分圧
用コンデンサＣ！ｌを構成し、電極１３と電極１４と不
図示の絶縁層３とで蓄積コンデンサＣｓｌを構成する。

また、不図示の半導体層４及び絶縁層３と電極１６．１
７゜１９とで放電用ＴＦＴＴｒｌを構成し、不図示の半
導体層４及び絶縁層３と電極１５，１６．１８とで転送
用ＴＦＴＴｔｌを構成する。各素子は透明の絶縁性基板
上に形成される。

上記光センサ装置は、例えば第６図に示すような画像読
取装置に取り付けて用いられる。

第６図に示すように、取付は台２４には入射光窓が設け
られており、光源２３からの光がこの入射光窓を通して
照射される。また、取付は台２４には、前述の光センサ
装置２２とこの光センサ装置２２からの光信号を処理す
るＩＣ２５とが設けられている。入射光窓を通して照射
された光は、光センサ族２２２２を通して、紙送りロー
ラ２０によって送られてきた原稿２１に光に照射され、
その反射光は、該光センサ装Ｆ１１２２上の光センサで
読み取られる０以上の構成の画像読み取り装置は、高速
度で且つ高品位の読み取りを行うことができた。

第７図及び第８図は本発明の光センサ装置の別の実施例
を示す回路図である。なお、第１図と同一部分について
は、同一符号を付するものとし。

各部分及びその動作の説明は省略する。

第７図において、前記実施例と同様１ビツト目に注目し
て説明すると、光センサＲｓｌの補助電極に印加する電
圧を、基準電圧ＶＲを基準として。

放電用ＴＦＴＴｒｌに印加するスイッチング電圧Ｖｇ２
を、分圧用に設けたコンデンサＣ！１１　　。

Ｃ！１２により分圧して与える。該補助電極には前記実
施例と同様に読取り区間の直前にパルス電圧が印加され
、光センサＲｓｌの光応答速度における立ち下がりが特
に改善され、入射光の強弱に対する出力電流の大小比を
大きくとることができる。

ただし、本実施例においては、該補助電極の電位は、読
取り区間中固定されるため、主電極の信号取出し側に対
する相対電位の変動を補うような作用は得られない、な
お、本実施例では放電用ＴＦＴ　Ｔ　ｒ　１のスイッチ
ング電圧Ｖｇ２を容量分割で分圧して、光センサＲｓｌ
の補助電極に印加したが、分圧の方法は容量分割に限定
されず、例えば第８図に示すように分圧用抵抗Ｒ１１１
、Ｒｘ１２を用いた抵抗分割でもかまわない、これらの
実施例を前記実施例と同様に第６図に示した画像読取装
置に設けたところ、高速読取りにおいて高品位の画像読
み取りが行うことができた。

［発明の効果］ 以上詳細に説明したように、本発明の光センサ装置にお
いては、光センサの光応答速度の立ち下がり速度が著し
く改善され、光の強弱に応じた出力電流の大小比を大き
くとることができる。

また分圧手段を蓄積コンデンサと、光センサの前記蓄積
コンデンサ接続側の主電極と補助電極との間の容量と、
放電用トランジスタの制ｕ４電極と前記補助電極との間
に接続された分圧用コンデンサとから構成すれば、蓄積
コンデンサに電荷が蓄積される場合に伴なう、光センサ
の信号取り出し側の主電極に対する補助電極の相対電位
の変動を減少させ、出力電流の変動を小さく抑えること
ができる。

本発明の光センサ装置を用いた画像読取装置は高速度で
且つ高品位の読み取りが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明の光センサ装置を示す一実施例の回路
図である。 第２図は上記光センサ装置の動作を説明するためのタイ
ミングチャートである。 第３図及び第４図は上記本発明の光センサ装置の効果を
説明するための特性図である。 第５図は上記光センサ装置の概略図である。 第６図は上記光センサ装置を用いた画像読取装置の概略
図である。 第７図及び第８図は本発明の光センサ装置の別の実施例
を示す回路図である。 第９図（ａ）、（ｂ）は光センサの概略的構成図である
。 第１０図は上記光センサの光センサ装置を示す概略図で
ある。 第１１図は上記光センサの補助電極に印加される電圧の
波形図である。 Ｒｓｌ〜Ｒｓｎ・・・・・光センサ Ｃｓｌ〜Ｃｓｎ拳・会・・蓄積コンデンサＴｔｌ−Ｔｔ
ｎ１１・・Ｏ・転送用ＴＦＴＴｒｉ　〜Ｔｒｎ＊　＊　
＊　ｅ　ｅ放電用ＴＦＴＣｘｌ〜Ｃｘｎ、　Ｃ！１１　
ＮＣｚｎｌ　　。 Ｃｘ１２〜Ｃｘｎ２　・・Φ番分圧用コンデンサＣｇｓ
Ｉ　ＮＣｇｓｎ　＊　ｅ　ｅ　ａ光センサＲｓｌ　〜Ｒ
５ｎｃｙ）主電極−補助電極間容量 Ｌｇｌ〜Ｌｇｎ。 ＬＤ、ＬＲ・・・・・配線 Ｖｇｌ〜Ｖｇｎ・・Φ・・スイッチング電圧ＶＲ・・・
・・基準電圧 ＶＤ・・・・・印加電圧 Ｒｘ１ｌ　ＮＲｘｎ１　　。 Ｒｘ１２〜Ｒ！１１２　・・・・分圧用抵抗代理人　　
弁理士　山　下　積　平 Ｍ１図 第２図 Ｖ＋　＜　Ｖ２ Ｖ＋≦ＶＲ 第３図 第４図 瀦°助電本セ＠Ａちう続出Ｌ４則工電判ト１Ｓズｆｆ１
３ｋｇ対電株の慣？１１ 第７図 第８図 第１１図 Ｖ。 Ｔ２：畔ちｔセク時

Claims (3)

【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、且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と、この光センサを流れ
   る電荷を蓄積する蓄積コンデンサと、この蓄積コンデン
   サに蓄積された電荷を転送する転送用トランジスタと、
   前記蓄積コンデンサに蓄積された電荷を放電させる放電
   用トランジスタとを有する光センサ装置において、前記
   放電用トランジスタの制御電極に印加されるスイッチン
   グ電圧を分圧して前記補助電極に印加する分圧手段を設
   けたことを特徴とする光センサ装置。
2. （２）前記分圧手段が前記蓄積コンデンサと、前記光セ
   ンサの前記蓄積コンデンサ接続側の主電極と補助電極と
   の間の容量と、前記放電用トランジスタの制御電極と前
   記補助電極との間に接続された分圧用コンデンサとから
   構成され、前記スイッチング電圧と前記蓄積コンデンサ
   に印加される基準電圧との間で分圧を行ったことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の光センサ装置。
3. （３）前記分圧手段が、前記放電用トランジスタの制御
   電極と前記蓄積コンデンサとの間に接続された直列のコ
   ンデンサ又は直列の抵抗から構成され、前記スイッチン
   グ電圧と前記蓄積コンデンサに印加される基準電圧との
   間で分圧を行ったことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の光センサ装置。