Brevet FR2536188A1 — publié le 19840518

l La présente invention a pour objet un dispo- sitif de lecture de document point par point utilisant une matrice d'éléments photodétecteurs Elle trouve notamment son application dans l'analyse des documents pour la télécopie. Selon l'art connu, présenté en particulier dans ACTA BLECTRONICA, vol 21, N O 1, 1978, pp 55- 79, les moyens d'analyse des appareils de télécopie comprennent une tête de lecture constituée d'une bar- rette d'éléments photodétecteurs De manière généra- le, pour lire un document de format standard A 4, la barrette comprend 1 728 éléments photodétecteurs ali- gnés permettant d'analyser une ligne du document Pour réduire, le nombre de connexions entre ces éléments photodétecteurs et les circuits électroniques de trai- tement, on réalise un adressage multiplexé de ces élé- ments photodétecteurs Ces circuits d'adressage sont réalisés sur la barrette même La figure 1 donne un exemple d'une telle barrette connue Dans le cas par- ticulier de la figure 1, les éléments photodétecteurs constituant la tête de lecture 4 de la barrette sont des photodiodes 2 alignées suivant l'axe XX, mais ce- pourrait être aussi bien des photorésistances, des phototransistors et de manière générale tout élément délivrant un courant proportionnel à un rayonnement lumineux reçu Ces éléments photodétecteurs sont ras- semblés en p groupes de q éléments Deux circuits Ex et Ey commandant des interrupteurs permettent d'adres- ser séparément chaque élément photodétecteur Ces in- terrupteurs sont généralement réalisés au moyen de transistor MOS dont la grille est reliée aux circuits Ex et Ey * Le circuit Ex a p connexions, chacune per- mettant de sélectionner tous les éléments photodétec- teurs d'un groupe particulier Le circuit Ey a q con- nexions, chacune permettant de sélectionner tous les éléments photodétecteurs occupant un rang particulier dans un groupe Lorsqu'il est sélectionné simultané- ment par le circuit E et par le circuit Ey, un élé- xy ment photodétecteur est rendu actif, c'est-à-dire qu'il peut délivrer un signal fonction de l'éclaire- ment reçu sur une des connexions 51,, Sq du cir- cuit de sortie S. L'analyse de l'état de chacun des éléments photodétecteurs de la barrette se fait de la façon suivante Dans l'état initial, les p connexions Xl, X 2, Xp de Ex et les q connexions Yi, Y 2, ' Yq de Ey sont dans un état électrique tel que tous les in- terrupteurs sont ouverts On sélectionne alors le pre- mier groupe de q éléments photodétecteurs en faisant apparaître sur la connexion X 1 du circuit Ex un état électrique qui commande la fermeture de l'interrupteur Il On rend alors actif le premier élément photodétec- teur du groupe en faisant apparaître sur la connexion Y 1 du circuit Ey un état électrique qui commande la fermeture de l'interrupteur Ill Il apparaît alors sur la connexion 51 du circuit de sortie S un état élec- trique fonction de l'éclairement de l'élément photodé- tecteur activé Ce signal est recueilli, puis on ouvre l'interrupteur Ill On procède alors de même pour cha- cun des éléments photodétecteurs du groupe On ouvre ensuite l'interrupteur Il, puis on procède pour chacun des groupes selon la même séquence d'opérations que pour le premier groupe. Le principal inconvénient de ce système pho- todiode-interrupteurs MOS est l'extraction d'un si- gnal à bas niveau sur les connexions 51, 52,, Sq du circuit de sortie S En effet, la fermeture des interrupteurs Ill, I 21,, Ipl commandés par la con- nexion Y 1 du circuit Ey induit sur la connexion 51 du circuit de sortie S un bruit de commutation non négli- geable qui gêne l'exploitation de ce signal à bas ni- veau De même, la fermeture des interrupteurs comman- dés respectivement par les connexions Y 2, Y 3,, Yq du circuit Ey induit un bruit de commutation sur les connexions correspondantes 52, 53,, Sq du circuit de.sortie S. La présente invention constitue principale- ment une solution originale de matriçage pour la lec- -10 ture multiplexée des photodétecteurs. Cette invention a aussi pour objet d'atté- nuer le bruit de commutation en substituant à l'élé- ment de base photodiode-interrupteurs MOS un élément de base constitué de deux diodes montées en opposi- tion, l'une des diodes étant photosensible - De façon plus précise, l'invention a pour objet un dispositif de lecture d'un document point par point utilisant une matrice d'éléments photodétec- teurs comprenant p groupes de q éléments de base ali- gnés suivant un axe XX munis chacun d'une borne d'en- trée et d'une borne de sortie, un circuit ayant p con- nexions dont chacune est reliée à la borne d'entrée de chacun des éléments de base d'un groupe déterminé, un circuit de sortie ayant q connexions dont chacune est reliée à la borne de sortie de chacun des éléments de base occupant un rang particulier dans les différents groupes caractérisé en ce que chaque élément de base est constitué d'une photodiode et d'une diode insensi- ble aux rayonnements lumineux, l'une des électrodes de la photodiode étant reliée à l'électrode de la diode de même polarité, l'autre électrode de la photodiode étant la borne de sortie de l'élément de base, l'élec- trode de la diode non reliée à la photodiode étant la borne d'entrée de l'élément de base. De façon préférée, chaque élément-de base du dispositif est caractérisé en ce que la diode de cha- que élément de base est une photodiode identique à la photodiode qui est rendue insensible à tout rayonne- ment lumineux. Cette construction privilégiée simplifie la réalisation de la barrette. Par photodiodes identiques, on entend des photodiodes constituées des mêmes couches de semicon- ducteurs Les électrodes de ces photodiodes -peuvent cependant différer soit par leur nature, soit par leur épaisseur Les photodiodes peuvent être de n'importe quel type et notamment de type Schottky, de type p n, de type p i N (p intrinsèque n), de type m i S (métal- isolant-semiconducteur) ou autre Les photodiodes sont réalisées au moyen d'un semiconducteur pris parmi les suivants * silicium amorphe hydrogéné, silicium polycristallin, arsénure de gallium (As Ga), sélénure de cadmium (Cd Se). Selon une caractéristique secondaire, cha- que élément de base d'axe YY perpendiculaire à l'axe XX est constitué: d'un substrat isolant, de deux électrodes selon l'axe YY disposées symétri- quement de part et d'autre de l'axe XX, d'une couche de semiconducteur dopé négativement re- couvrant partiellement chaque électrode, d'une couche de semiconducteur intrinsèque recou- vrant la couche précédente et l'espace interélectro- des, d'une électrode de type Schottky transparente aux rayonnements lumineux recouvrant la couche précé- dente et constituant la face d'entrée du photodétec- teur, d'une résine opaque aux rayonnements lumineux recou- vrant la partie de l'électrode précédente contenue dans un seul demi-plan défini par l'axe XX. L'illumination de la photodiode se fait par l'électrode commune supérieure Un autre mode de réa- lisation o l'illumination se fait par le substrat transparent est également possible Les deux modes de réalisation sont envisageables avec tous les types de diodes et tous les semiconducteurs. Selon une autre caractéristique secondaire, chaque élément photodétecteur, d'axe YY, est consti- tué: d'un substrat isolant, transparent aux rayonnements lumineux, d'une électrode de type Schottky transparente aux rayonnements lumineux et située selon l'axe YY dans un demi-plan défini par l'axe XX, et constituant la face d'entrée du photodétecteur, d'une électrode de type Schottky opaque aux rayonne- ments lumineux située symétriquement par rapport à l'électrode transparente aux rayonnements lumineux dans l'autre demi-plan défini par l'axe XX, d'une couche de semiconducteur intrinsèque disposée selon l'axe YY et recouvrant partiellement chaque électrode, d'une couche de semiconducteur fortement dopé néga- tivement recouvrant la couche précédente, d'une électrode opaque aux rayonnements lumineux re- couvrant la couche précédente. L'invention a aussi pour objet un dispositif de lecture d'un document couleur point par point com- prenant sur un même substrat plusieurs dispositifs de lecture conformes à l'invention, qui se caractérise en ce que chacun de ces dispositifs de lecture est sensi- ble à une partie du spectre optique. Sur un même substrat, on peut par exemple disposer trois dispositifs de lecture parallèles entre eux et décalés de quelques centaines de micromètres. Pour obtenir un dispositif de lecture couleur, on peut par exemple recouvrir chaque dispositif de lecture par un filtre coloré dont les couleurs sont complémentai- res Ces couleurs peuvent être rouge, vert et bleu Un autre moyen d'obtenir un dispositif de lecture couleur est par exemple de choisir des photodiodes sensibles à une partie du spectre optique Le temps de lecture de ce dispositif de lecture couleur est sensiblement identique au temps de lecture du dispositif à une tête de lecture puisque les trois têtes de lecture, indé- pendantes électriquement, fonctionnent simultanément. De toute façon, les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lec- ture de la description qui suit, d'exemples de réali- sation donnés à titre explicatif et nullement limita- tif Cette description se réfère à des dessins anne- xés, sur lesquels: la figure 2 a représente un élément de base du dispo- sitif, la figure 2 b représente la caractéristique courant- tension de'l'élément de base de la figure 2 a, la figure 3 représente une barrette d'éléments pho- todétecteurs, la figure 4 représente une réalisation de l'élément de base du dispositif, la figure 5 représente une autre réalisation de l'élément de base du dispositif. La figure 2 a représente un élément de base 1 selon l'invention Une photodiode 2 est montée en op- position avec une diode 3 L'électrode commune peut être soit la cathode (cas de la figure), soit l'anode. La tension V représente la différence de potentiel aux bornes de l'élément de base 1 comptée de l'électrode de la diode 3 vers l'électrode de la photodiode 2 Le courant I est compté positivement de la diode 3 vers la photodiode 2. La figure 2 b représente l'allure de la ca- ractéristique courant-tension de cet élément de base 1 La photodiode 2 et la-diode 3 possèdent chacune un courant de saturation ou courant inverse Ce courant est très faible, de l'ordre de 1012 A Il est repré- senté par la grandeur IS pour la photodiode 2 et IS pour la diode 3 La grandceur Iph représente le couran B engendré par les photons éclairant la photodiode 2 La courbe en traits tiretés représente la caractéristique de l'élément de base 1, lorsque la photodiode 2 n'est pas éclairée Quelle que soit la tension aux bornes de l'élément de base 1, le courant circulant dans le sys- tème est compris entre IS et IS L'élément de base 1 est bloqué, il se comporte donc comme un interrupteur ouvert La courbe en trait plein représente la carac- téristique de l'élément de base 1 lorsque la photodio- de 2 est éclairée Lorsque la tension de polarisation est inférieure à V O l le courant circulant est compris entre -IS et 0 L'élément de base 1 est alors bloqué. Lorsque lâ tension de polarisation est supérieur à V 0, il est conducteur Le courant est alors proportionnel à la tension de polarisation jusqu'à une valeur asymp- totique égale à I 52 + 1 ph' L'élément de base 1 est la partie essentiel- le du dispositif de lecture décrit par la figure 3. Les éléments de base 1 y sont arrangés en p groupes de q éléments alignés suivant l'axe XX L'ensemble des photodiodes 2 constitue la tête de lecture 1 Le dis- positif est complété par un circuit E dont chacune des p connexions est reliée à toutes les diodes non photo- sensibles d'un groupe d'éléments de base 1 et par un circuit S dont chacune des q connexions est reliée à toutes les photodiodes occupant un rang particulier dans un groupe. L'analyse des éléments de base 1 se fait de la façon suivante On applique sur la connexion E 1 une tension telle que les éléments du premier groupe sont actifs, c'est-à-dire que la caractéristique de ces éléments est représentée par le trait plein de la fi- gure 2 b Dans le cas de la figure 3, cela correspond à une tension supérieure à V Sur les autres connexions E 2, E 3,,Ep, on applique une tension telle que les éléments de tous les groupes fonctionnent en interrup- teur ouvert (traits tiretés de la figure 2 b) Dans le cas de la figure 3, cela correspond à une tension in- férieure à V O Ces éléments de base 1 sont alors blo- qués Il apparaît alors sur les connexions Slî 52,, S du circuit S un courant proportionnel à l'éclairement des éléments de base 1 du premier grou- pe Ces signaux sont recueillis et traités selon tout moyen connu On applique ensuite sur la connexion E 1 une tension telle que les éléments de base 1 du pre- mier groupe fonctionnent en interrupteur ouvert On répète alors pour chacun des P-1 groupes restants la séquence d'opérations réalisées pour le premier grou- pe. Un avantage de l'invention réside dans la diminution du bruit parasite sur les connexions 51,. 52,, S du circuit de sortie S Un autre avantage tient à la simplification de l'élément de base 1 de la barrette La figure 4 montre un exemple de réalisation d'un élément de base 1 selon l'invention Les éléments de base 1 sont disposés au pas de 100 hum le long d'un axe XX Chaque élément de base 1 est constitué, sur un substrat isolant 11, de deux électrodes 12 et 13 gra- vées dans une couche de Ni Cr ou In 203 d'épaisseur 3 000 A Ces électrodes 12 et 13 sont disposées selon un axe YY, l'axe XX passant entre les électrodes 12 et 13 Cette gravure, ainsi que les dépôts de couche sui- vants, est réalisée selon toute technique connue Une couche 14 de silicium amorphe hydrogéné, fortement do- pée avec des impuretés de type N, d'épaisseur 100 A est déposée sur une partie de chaque électrode 12 et 13 Le rôle de cette couche 14 est d'assurer un meil- leur contact ohmique Cette couche 14 est recouverte par une couche 15 de silicium amorphe hydrogéné in- trinsèque d'épaisseur comprise entre 5 000 et o- 000 A Sur cette couche 15, on dépose une couche 16 de métal Schottky, transparente aux rayonnements lumi- neux et suffisamment conductrice Ce métal peut être par exemple du platine Enfin, une couche 17 de résine opaque aux rayonnements lumineux est déposée selon l'axe YY dans un seul demi-plan défini par l'axe XX. On a alors deux diodes ayant une électrode commune, le métal Schottky, et chacune une électrode sur le subs- trat, la diode non recouverte de résine étant photo- sensible. La figure 5 montre un autre mode de réalisa- tion possible: les rayons lumineux arrivent sur la diode et la photodiode au travers d'un substrat iso- lant et transparent 18 On dépose une couche 20 de métal Schottky transparente aux rayonnements lumineux et suffisamment conductrice, d'épaisseur 100 A et une couche 19 de métal Schottky opaque aux rayonne- ments lumineux, d'épaisseur 1000 A Ce métal Schottky peut être par exemple du platine Ces couches 19 et 20 sont recouvertes partiellement par une couche 21 de silicium amorphe hydrogéné intrinsèque d'épaisseur comprise entre 5000 et 10 000 A Cette couche 21 est recouverte par une couche 22 de silicium amorphe hy- drogéné, fortement dopé avec des impuretés de type N, o d'épaisseur 100 A Cette couche 22 est recouverte d'une électrode 23 en Ni Cr, d'épaisseur 3000 A. D'autres modes de réalisation possibles permettent d'utiliser des photodétecteurs à diodes p.i n, p n, m i s On peut également utiliser tout au- tre semiconducteur déposé en couche mince: silicium polycristallin, As Ga, Cd Se. REVENDICATIONS 1 Dispositif de lecture d'un document point par point utilisant une matrice d'éléments photodétec- teurs comprenant p groupes de q éléments de base ( 1) alignés suivant un axe XX munis chacun d'une borne d'entrée et d'une borne de sortie, un circuit (E) ayant p connexions dont chacune est reliée à la borne d'entrée de chacun des éléments de base ( 1) d'un grou- pe déterminé, un circuit de sortie (S) ayant q con- nexions dont chacune est reliée -à la borne de sortie de chacun des éléments de base ( 1) occupant un rang particulier dans les différents groupes, caractérisé en ce que chaque élément de base ( 1) est constitué d'une photodiode ( 2) et d'une diode ( 3) insensible aux rayonnements lumineux, l'une des électrodes de la pho- todiode ( 2) étant reliée à l'électrode de la diode ( 3) de même polarité, l'autre électrode de la photodiode ( 2) étant la borne de sortie de l'élément de base ( 1), l'électrode de la diode ( 3) non reliée à la photodiode ( 2) étant la borne d'entrée de l'élément de base ( 1). 2 Dispositif selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que la diode ( 3) de chaque élément de base ( 1) est une photodiode identique à la photodiode ( 2) et est rendue insensible à tout rayonnement lumi- neux. 3 Dispositif selon la revendication 2, ca- ractérisé en ce que chaque élément de base ( 1) d'axe YY est constitué e d'un substrat isolant ( 11), de deux électrodes ( 12, 13) selon l'axe YY disposées symétriquement de part et d'autre de l'axe XX, d'une couche ( 14) de semiconducteur dopé négative- ment recouvrant partiellement chaque électrode ( 12 et 13), d'une couche ( 15) de semiconducteur intrinsèque re- couvrant la couche précédente ( 14) et l'espace in- terélectrodes, d'une électrode ( 16) de type Schottky transparente aux rayonnements lumineux recouvrant la couche pré- cédente ( 15), d'une résine opaque ( 17) aux rayonnements lumineux recouvrant la partie de l'électrode( 16) précédente contenue dans un seul demi-plan défini par l'axe XX. 4 Dispositif selon la revendication 2, ca- ractérisé en ce que chaque élément de base ( 1), d'axe YY, est constitué: d'un-substrat isolant ( 18) transparent aux rayonne- ments lumineux, d'une électrode ( 20), de type Schottky, transparente aux rayonnements lumineux et située selon l'axe YY dans un demi-plan défini par l'axe XX, d'une électrode ( 19), de type Schottky, opaque aux rayonnements lumineux et située symétriquement à l'électrode ( 20) par rapport à l'axe XX, d'une couche ( 21) de semiconducteur intrinsèque dis- posée selon l'axe YY et recouvrant partiellement chaque électrode ( 19 et 20), d'une couche ( 22) de semiconducteur fortement dopé négativement recouvrant la couche précédente ( 21), d'une électrode ( 23) recouvrant la couche précéden- te ( 22). 5 Dispositif de lecture d'un document cou- leur point par point comprenant sur un même substrat,- plusieurs dispositifs de -lecture conformes à l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que chacun de ces dispositifs de lecture est sensible à une partie du spectre optique.