DE3111746C2

DE3111746C2 - Photoelektrischer Wandler

Info

Publication number: DE3111746C2
Application number: DE3111746A
Authority: DE
Inventors: Eiichi Yokohama Hara; Seiichi Hayashi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1980-03-26
Filing date: 1981-03-25
Publication date: 1984-06-14
Also published as: US4446364A; DE3111746A1; JPS56136076A

Abstract

In einer photoelektrischen Wandleranordnung des Kontakttyps, die sich zur Verwendung in Bildfunksendern und Schriftzeichenlesegeräten eignet, ist ein Lichtübertragungsabschnitt (15, 17) zum Durchlaß von von einer Lichtquelle (8) ausgestrahltem Licht in der Nähe einer Reihe von photoleitenden Schichten (14) so gegenübergestellt, daß die Oberfläche (10) eines Originals gleichmäßig beleuchtet wird und der größere Teil der vom Original reflektierten Lichtstrahlen auf die photoleitenden Schichten (14) auftrifft, wodurch der Wirkungsgrad der Lichtausnutzung verbessert wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen photoelektrischen Wandler zur zeilenmäßigen Abtastung von mit Bild- oder Schriftzeichen versehenen Originalen. Sie betrifft insbesondere einen photoelektrischen Wandler, bei dem eine Mehrzahl von Photodioden auf einem transparenten Substrat angebracht sind und der bei der Abtastung des Originals mit diesem in Berührung ist.

Bisher wurde gewöhnlich eine eindimensionale Reihe von Siliziumphotodioden für einen photoelektrischen Wandlerbereich eines Bildabtasters, eines Schriftzeichenlesegeräts od. dgl. "erwendet. Da hinsichtlich der Länge der eindimensionalen Reihe Grenzen gesetzt sind, wird ein Bild eines zu lesenden Originals auf der Siliziumphotodiodenreihe in einem verkleinerten Maßstab mit Hilfe eines Linsensystem? abgebildet. Diese Anordnung weist mehrere Nachteile auf. Beispielsweise wird von dem optischen System ein verhältnismäßig großer Raum eingenommen. Danach ist eine Lageeinstellung der Linse erforderlich. Ein verschlechtertes Auflösungsvermögen sowie eine unzureichende Lichtmenge sind die Folge. Als Versuch zur Beseitigung dieser Nachteile wurde kürzlich eine photoelektrische Wandleranordnung des Kontakttyps, Lei dem die Wandlcranordnung in Berührung mit dem abzutustenden Original ist, vorgeschlagen, die sich /um Ablesen von Information ohne Verwendung des Linsensysicnis eignet

Ein typisches Beispiel der bisher bekannten photoelektrischen Wandleranordnung des Konlaktlyps ist in

to einem Querschnitt in Fi g. 1 und in einer Perspektivdarstellung in F i g. 2 gezeigt Im folgenden wird der Aufbau dieses pholoelektrischen Wandlers erläutert Auf einem lichtdurchlässigen Substrat 1 werden Lichtunterbrechungs- oder -abschirmschichten 2, lichtundurchlässige streifenförmige Elektroden 3, phololeitende Schichten 4 und eine gemeinsame darüberliegende lichtdurchlässige Elektrode 5 ausgebildet, wodurch eine eindimensionale Reihe von Photodioden geschaffen wird. Ein Halbleiterbauelement 6 zum Steuern der photoeleklrischcn Wandleranordnung wird auf dem lichtdurchlässigen Substrat f montiert und elektrisch mit den strcifenförmigen Elektroden 3 der eindimensionalen Photodiodenreihe verbunden. Anschließend wird eine lichtdurchlässige Schutzschicht 7 über der eindimensionalen Photodiodenreihe gebildet. Eine Lichtquelle 8 wird auf der Substratseite der so aufgebauten pholoelektrischen Wandleranordnung angeordnet, während eine Blattoder Bardförderwalzc 9 so angeordnet wird, daß sie in Kontakt mit der Schutzschicht 7 der eindimensionalen

jo Photodiodenreihe ist. Ein Original 10 wird zwischen der Schutzschicht 7 und der Förderwalze 9 zugeführt. Bei diesem Aufbau der photoelektrischen Wandleranordnung wird das Original 10 mii solchen Lichtstrahlen von der Lichtquelle 8 beleuchtet, die durch Spalte zwischen

J5 den lichtundurchlässigen streifenförmigen Elektroden 3 durchgegangen sind, wobei an der Oberfläche des Originals 10 Streulicht auf die photoleitenden Schichten 4 auftrifft, wie in F i g. 3 erkennbar ist. die die photoelek trischc Wandleranordnung in einer Längsschnittansicht zeigt. Demgemäß ist es, um ;iuf das Original projizierlc Schalten der lichlundurchlässigcn streifenförmigen Elektroden 3 zu verringern und eine gleichmäßige Beleuchtung des Originals zu erreichen, erforderlich, die Spalten zwischen den benachbarten lichiundurchlässigen streifenförmigen Elektroden 3 zu vergrößern, was indessen bedeutet, daß das Teilungsmaß 1 der photoleitenden Schichten 4, d. h. das Ablese-Aufiösungsvcrmögen verringert wird. Weiter ist es bei diesem Aufbau der photoelektrischen Wandleranordnung der Fall, daß Lichtanteile, die auf das Original senkrecht auftreffen, zur Lichtquelle reflektiert werden, wodurch sich eine schlechte Lichtausnutzung ergibt. Außerdem fällt auf die photoleitende Schicht 4 ein hoher Anteil von Streulicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Überwindung der Nachteile der bekannten Anordnung eine photoelcktrische Wandleranordnung zu entwikkein, die das Original gleichmäßig beleuchtet und die ein hohes Auflösungsvermögen sowie einen verbesserten Lichtausnutzungswirkungsgrad erzielt.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im kenn/eiehncnclen Teil des Patentanspruchs I angegebenen Merkmale.
Zweckmäßige Ausgestaltungen bzw. Weiierbildun-

b^r> gen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im Gegensatz zum vorher dargestellten Stand der Technik, bei (.lern entsprechend dem AtisiiihrunnsK'i

spiel zwischen den Photodioden eine Vielzahl von einzelnen t-'cnslcrn vorgesehen ist, durch die das Original belichtet wird, ist bei der erfindungsgemäßen Ausführung nur ein einziges, längliches Fenster vorhanden, welches in Abtastrichtung gesehen vor der Reihe der Photodioden liegt Dadurch wird eine wesentlich bessere Beleuchtung des Originals erreicht Da überdies der Raum zwischen den Photodioden nicht mehr zur Beleuchtung gebraucht wird, können die Dioden näher aneinander gerückt werden, wodurch sich eine Diodenreihe aufbauen läßt, die eine höhere Auflösung ermöglicht.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher erläutert; darin zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt einer bekannten photoelektrischen Wandleranordnung des Kontakttyps;

F i g. 2 eine Perspektivdarstellung dieser bekannten Anordnung;

Fig. 3 einen Längsschnitt dieser bekannten Anordnung:

F i g. 4 einen Querschnitt einer photoelektrischen Wandleranordnung des Kontakttyps nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig.5 eine Perspektivdarstellung der Anordnung nach Fi g. 4;

Fig.6 einen Querschnitt einer photoclektrischen Wandleranordnung des Konlakttyps nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und

Fig. 7 eine Perspektivdarstellung der Anordnung nach F i g. 6.

Im folgenden wird ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Fig. 4 und 5 beschrieben, uic einen grundsätzlichen Aufbau der photoelektrischen Wandleranordnung gemäß der Erfindung im Querschnitt und in Perspektivdarstellung zeigen.

Der photoelcktrische Wandler weist ein aus z. B. Glas gebildetes lichtdurchlässiges Substrat ti mit einer Dikke von etwa 1 bis 5 mm auf. Eine Lichtunterbrechungsoder -abschirmur.gsschicht 12, die aus einer elektrisch isolierenden und lichtundurchlässigen Schicht, wie z. B. einer SiC-Aufstäubungsschicht oder einer Ta.>O-,-Aufsiäubungsschichi besieht und eine Schichtdicke in der Größenordnung von 0,2 um bis 2,0 μm aufweist, ist auf dem lichtdurchlässigen Substrat 11 vorgesehen. Aul der Lichtunlerbrechungsschicht 12 sind streifenförmige Elektroden 13 vorgesehen, die jeweils aus einer Aufdampfschicht aus Gold oder Aluminium bestehen und eine Schichtdicke im Bereich von 0.5 bis 2.0 μπι aufweisen. Photoleitende Schichten 14, deren jede aus einer 1 bis 3 μηι dicken Aufdampfschicht aus einem amorphen Halbleitermaterial der Se-As-Te-Gruppc oder aus einer Aufdampfschicht aus z. B. amorphen Silizium bestehen kann, sind über den streifenförmigen Elektroden 13 und der Lichiunterbrechungsschicht 12 in einer derartigen geometrischen Zuordnung ausgebildet, daß die Kante 18 der Lichtunlerbrechungsschicht 12 im wesentlichen zur Kante der photoleitenden Schicht 14 ausgerichtet ist. Eine gemeinsame Elektrode 15. die beispielsweise aus Zinnoxid oder Indiumoxid gebildet sein kann und eine Dicke von etwa 0,1 bis 1,0 μηι hat, ist über der eo photoleitenden Schicht 14 ausgebildet. So ist eine eindimensionale Reihe von Photodioden geschaffen. Anschließend wird ein Halbleiterbauelement 16. in dem Schaliiransisiorcn und ein Schieberegister zur Steuerung der Wandleranordnung integriert sind, auf dem t>i lichtdurchlässigen Substrat II montiert. Dann wird das Halbleiterbauelement 16 elektrisch mit den si reifen fornigen Elektroden 13 der eindimensionalen Reihe von Photodioden durch geeignete Verdrahtung verbunden. Schließlich wird eine lichtdurchlässige Schutzschicht 17 in Laminatform mit zwei Schichten aus z. B. einer SiO2-Aufstäubungsschicht von etwa 2 bis 5 μπι Dicke und einer Ta₂Os-Aufstäubungsschicht von etwa 5 bis 10 μη Dicke über der eindimensionalen Reihe von Photodioden ausgebildet

Eine Lichtquelle 8, die z. B. aus einer länglichen Wolframlampe, einer Leuchtstofflampe oder einer linearen Reihenanordnung von Lichtemissionsdioden (LEDs) besteht ist an der Seite des lichtdurchlässigen Substrats 11 der so aufgebauten photoelektrischen Wandleranordnung angeordnet Eine Blatt- oder Bandförderwalze 9 ist so angebracht daß sie in Kontakt mit der Schutzschicht 17 der eindimensionalen Reihe von Photodioden ist Ein Original wird zwischen der Schutzschicht 17 und der Förderwaize 9 durchgeführt Bei dem Aufbau der vorstehend beschriebenen photoelektrischen Wandleranordnung geht von der Lichtquelle 8 ausgestrahltes Licht durch das lichtdurchlässige Substrat 11, die lichtdurchlässige Elektrode 15 und die Schutzschicht 17 durch, um die Oberfläche des Originals 10 zu erreichen, wodurch vom Original 10 reflektierte Lichtkomponenten durch die lichtdurchlässige Elektrode 15 auf die photoleitenden Schichten 14 auftreffen, wie in Fig.4 ge zeigt ist. Da ein lichtdurchlässiger Abschnitt der Reihe der photolei'icnden Schichten benachbart ist, läßt sich eine gleichmäßige Beleuchtung des Originals unabhängig vom Teilungsmaß der photoleitenden Schichten 14 erreichen. Dies bedeutet, daß das Teilungsmaß der photoleitenden Schichten in der Reihe geringer gewählt werden kann. Mit anderen Worten läßt sich eine photoelektrische Wandleranordnung mit einem hohen Auflösungsvermögen leicht herstellen. Weiter wird die Lage der Lichtquelle 8 so gewählt, daß die reflektierten Lichtkomponenten auf die photoleitenden Schichten auftreffen und die photoelektrische Wandleranordnung einen hohen Lichtausnutzungswirkungsgrad im Vergleich mit dem Fall bietet, bei dem Streulicht auf die photoleitenden Schichten auftrifft.

Es soll nun ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der F i g. 6 und 7 erläutert werden, die den grundsätzlichen Aufbau der erfindungsgemäßen pholoelektrischen Wandleranordnung in einem Querschnitt und in Perspektivdarstellung zeigen. Eine lichtundurchlässige gemeinsame Elektrode 15', die beispielsweise aus einer Aufdampfschicht aus Gold oder Aluminium gebildet ist und eine Schichtdicke von etwa 0,5 bis 2,0 μιη aufweist, ist auf einem lichtdurchlässigen Substrat 11 vorgesehen. Auf der gemeinsamen Elektrode 15' sind getrennte photoleitende Schichten 14' angebracht, deren jede beispielsweise aus einer Aufdampfschicht aus; einem amorphen Halbleitermaterial der Se-As-Te-Gruppe bzw. aus einer Aufdampfschicht aus amorphen Silizium gebildet ist und eine Dicke von etwa I bis 3 μιη aufweist, und streifenförmige Elektroden 13' angebracht, die jeweils aus einer transparenten und elektrisch leitenden Schicht aus Zinnoxid, Indiumoxid od. dgl. gebildet sind und eine Schichtdicke von etwa 0,1 bis I μηι aufweisen. So ergibt sich eine eindimensionale Reihe von Photodioden.

Die restlichen Teile der hier beschriebenen photoelektrischen Wandleranordnung sind in der gleichen Weise wie im Fall des ersten Ausführungsbeispiels ge-Maltet. Der Aufbau der photoclektrischen Wandleranordnung nach dem zweiten Ausführungsbeispiel ist in der Hinsicht vereinfacht, daß die beim ersten Ausführungsbeispiel benötigte LiehtiinierbrechunKs- oder -ab-

schirmungsschicht 12 eingespart wird. Indessen ist, da das Licht direkt auf die Kantenteile 18' der photoleitenden Schichten 14' auftriffl, das vom Ausgang der photoelektrischen Wandleranordnung nach dem zweiten Ausführungsbeispiel verfügbare elektrische Signal hinsichtlich des Rauschabstandes etwas verschlechtert. Es ist außerdem möglich, daß eine Lichtunterbrechungsschicht unter den photoleitenden Schichten 14' und der gemeinsamen Elektrode 15' zur Verbesserung des Rauschabstandes vorgesehen wird.

Die Erfindung stellt somit eine photoelektrische Wandleranordnung zur Verfügung, die ein hohes Auflösungsvermögen aufweist, eine gleichmäßige Beleuchtung eines Originals sichert und einen hohen Wirkungsgrad der Lichtausnutzung bietet.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

20

JO

40

iO

55

60

65

Claims

Patentansprüche:

1. Photoelektrischer Wandler zur zeilenmäßigen Abtastung von mit Bild- oder Schriftzeichen versehenen Originalen mit einer Mehrzahl von auf einem transparenten Substrat ausgebildeten Photodioden, die auf der einer Beleuchtungslichtquelle abgewandten Seite des Substrats in einer Reihe nebeneinander, durch Zwischenräume voneinander getrennt angeordnet sind und jede zwischen einer transparenten und einer opaken Elektrode je ein photoleitendes Element aufweisen, wobei die dem abzutastenden Original zugewandten Elektroden transparent ausgebildet und auf ihrer dem abzutastenden Original zugewandten Oberfläche mit einer transparenten Schutzschicht abgedeckt sind und auf dem Substrat außerhalb von dessen durch die Photodioden abgedeckter Fläche wenigstens ein von opaken Auflagen freies Fenster für den Durchtritt des Lichts der Beleuchtungsüchtquelle zur Reflexion an dem abzutastenden Original in Richtung auf die Photodioden vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Durchtrittsfenster für den Durchgang des Lichts von der Lichtquelle (8) zum abzutastenden Original (10) durch eine an der der schräg davor und darüber angeordneten Lichtquelle zugewandten Vorderkante (18; 18') jeder Photodiode (13, 14, 15; 13', 14', 15') beginnenden und die vor dieser Vorderkante liegende Substratoberfläche umfassenden Bereich des Substrats (11) gebildet ist bzw. sind.

2. Photoelektrischer Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die transparente äußere Elektrodenanordnung als Flächenelektrode (15) ausgebildet ist, während die darunterliegende Elektrodenanordnung aus einzelnen Elektrodenstreifen (13) besteht, die zum Teil auf einer lichtundurchlässigen Schicht (12) aufliegen (F i g. 4,5).

3. Photoelektrischer Wandler nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die transparente äußere Elektrodenanordnung aus einzelnen Elektroden-Streifen (13') besteht, während die darunterliegende Elektrodenanordnung eine optisch undurchlässige Schicht (15') bildet (F ig. 6,7).