(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電性素子とスイッチング素子の二次元アレイを、これらの素子に接続されて個々の光電性素子をアクセスできるようにするためのスイッチング信号用導体及びデータ信号用導体と一緒に支持する透明基板を具えているイメージセンサであって、少なくともスイッチング信号用導体は不透明とし、且つ光電性素子及びスイッチング素子は、これらの素子がスイッチング信号用導体により透明基板から隠れるようにスイッチング信号用導体の上に形成され、イメージセンサの面積の少なくとも半分が透明となるように前記光電性素子及びスイッチング素子と、前記スイッチング信号用導体及びデータ信号用導体を配置して成るイメージセンサにおいて、前記各光電性素子は、これらの各素子に光が入射することにより生成される電荷を蓄積するための各コンデンサに電気的に結合され、これらの各コンデンサは透明となるように、また、交差している前記スイッチング信号用導体とデータ信号用導体との２つの隣接対によって規定される画像領域を占め、且つ前記画像領域の１０％乃至１００％を占めるべく形成されるようにしたことを特徴とするイメージセンサ。
【請求項２】
前記各コンデンサが前記画像領域の５０％乃至１００％を占めるべく形成されるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項３】
２つ以上の光電性素子が、同一対を成すスイッチング信号用導体とデータ信号用導体に接続され、且つこれら２つ以上の光電性素子が、これらの光電性素子を個別にアクセスできるようにする、各しきい値調整手段にそれぞれ接続されるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項４】
光電性素子及びスイッチング素子の二次元アレイと、これらの素子に接続されて個々の光電性素子をアクセスできるようにするためのスイッチング信号用導体及びデータ信号用導体とを支持する透明基板を具えているイメージセンサであって、このイメージセンサの面積の大部分が透明となるように前記光電性素子及びスイッチング素子と、前記スイッチング信号用導体及びデータ信号用導体とが配置され、前記スイッチング信号用導体は不透明とし、且つ前記光電性素子及びスイッチング素子は、これらの素子が前記透明基板から隠れるように前記スイッチング信号用導体の上に形成されるようにしたイメージセンサにおいて、２つ以上の光電性素子が、同一対を成すスイッチング信号用導体とデータ信号用導体に接続され、且つこれら２つ以上の光電性素子が、これらの光電性素子を個別にアクセスできるようにする、各しきい値調整手段にそれぞれ接続されるようにしたことを特徴とするイメージセンサ。
【請求項５】
前記各しきい値調整手段のしきい値レベルによって前記各光電性素子をアクセスできるようにしたことを特徴とする請求項４に記載のイメージセンサ。
【請求項６】
前記しきい値調整手段を１個のダイオード又は多数直列に接続したダイオードで構成したことを特徴とする請求項５に記載のイメージセンサ。
【請求項７】
前記各スイッチング素子を絶縁ゲート電界効果トランジスタで構成し、且つ前記２つ以上の光電性素子のうち、それぞれ異なる光電性素子に接続される前記絶縁ゲート電界効果トランジスタが異なるしきい値レベルを有するようにしたことを特徴とする請求項５に記載のイメージセンサ。
【請求項８】
前記各スイッチング素子を絶縁ゲート電界効果トランジスタで構成し、これらの各トランジスタのゲート電極とスイッチング信号用導体との間に電圧調整素子をそれぞれ設けたことを特徴とする請求項５に記載のイメージセンサ。
【請求項９】
体に  電子−光学表示装置と請求項１〜７のいずれか一項に記載のイメージセンサとの組合せおいて、前記表示装置によって提供される像を前記イメージセンサを通して見れるように前記イメージセンサを前記表示装置の表示面に取付けたことを特徴とする組合せ体。
【請求項１０】
前記電子−光学表示装置が、画素の二次元アレイと、これら個々の画素を関連するスイッチング素子を経てアクセスできるようにするスイッチング信号用導体及びデータ信号用導体を支持する透明基板を有している能動マトリックス表示装置から成り、この表示装置の前記スイッチング信号用導体及びデータ信号用導体が、前記イメージセンサの対応するスイッチング信号用導体及びデータ信号用導体と整列して、前記イメージセンサから最大の光出力が得られるようにしたことを特徴とする請求項９に記載の組合せ体。
【請求項１１】
前記表示装置が前記スイッチング素子を入射光から遮蔽するマスクを具え、且つ前記イメージセンサのスイッチング信号用導体を前記マスクと一列に整列させたことを特徴とする請求項１０に記載の組合せ体。
【請求項１２】
前記電子−光学表示装置をカラー表示装置としたことを特徴とする請求項９，１０又は１１のいずれか一項に記載の組合せ体。
【請求項１３】
請求項１〜８のいずれか一項に記載のイメージセンサをカラー表示装置の上に設け、イメージセンサにより検知される像を３つの異なる色の光で順次照らすようにカラー表示装置を作動させ、各々異なる色照射により検知されるような像を表す信号組を前記イメージセンサから読出し、且つ３つの信号組を合成して、フルカラー像を表す一組の合成信号を発生するようにカラーイメージセンサを形成する方法。
【請求項１４】
前記イメージセンサにより検知される像を赤、緑及び青色光で所望な順序で照射することを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、光電性素子及びスイッチング素子の二次元アレイと、これらの素子に接続されて個々の光電性素子をアクセスできるようにするためのスイッチング信号用導体及びデータ信号用導体とを支持する透明基板を具えているイメージセンサであって、このイメージセンサの面積の一部が透明となるように、前記光電性素子及びスイッチング素子と、スイッチング信号用導体及びデータ信号用導体とを配置して成るイメージセンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
斯種のイメージセンサについては欧州特許出願公開明細書ＥＰ−Ａ−３７８５９３（国際公開第ＷＯ ８９/０９９６０号) に記載されている。これに開示されているイメージセンサは行導体と列導体との間にスイッチングダイオードと背中合わせに接続した光電性ダイオードのマトリックスアレイを有している。各光電性ダイオードは関連するスイッチングダイオードの頂部に形成することができる。イメージセンサは、例えば電子−光学表示装置の頂部に載せるように設計され、このようにするにはイメージセンサを十分に透明にして、表示装置により発生される像が、イメージセンサを通して観た場合でも依然同一視できるようにする必要がある。前記刊行物に記載されているように、光電性ダイオードはイメージセンサの表面積の５０％又はそれ以下を占めるように設計される。光電性ダイオードがイメージセンサを占める面積が小さくなればなるほど、イメージセンサを通して観ることのできる表示装置の画像が良くなることは明らかである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、光電性ダイオードがイメージセンサを占める割合が少なくなれば、光電性ダイオードの集光効率が低下する。従って、イメージセンサのダイナミックレンジ（即ち、所定の照明レベルのもとで検出し得る検出限度、又はグレースケールレベルの数）と表示装置の不鮮明度との間で妥協点を見い出す必要がある。
本発明の目的は透明度が高くても、良好なダイナミックレンジを呈して、有効に像を検出できるイメージセンサを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光電性素子とスイッチング素子の二次元アレイを、これらの素子に接続されて個々の光電性素子をアクセスできるようにするためのスイッチング信号用導体及びデータ信号用導体と一緒に支持する透明基板を具えているイメージセンサであって、少なくともスイッチング信号用導体は不透明とし、且つ光電性素子及びスイッチング素子は、これらの素子がスイッチング信号用導体により透明基板から隠れるようにスイッチング信号用導体の上に形成され、イメージセンサの面積の少なくとも半分が透明となるように前記光電性素子及びスイッチング素子と、前記スイッチング信号用導体及びデータ信号用導体を配置して成るイメージセンサにおいて、前記各光電性素子は、これらの各素子に光が入射することにより生成される電荷を蓄積するための各コンデンサに電気的に結合され、これらの各コンデンサは透明となるように、また、交差している前記スイッチング信号用導体とデータ信号用導体との２つの隣接対によって規定される画像領域を占め、且つ前記画像領域の１０％乃至１００％を占めるべく形成されるようにしたことを特徴とする。
【０００５】
なお、こゝで用いている「光」とは人間の眼で観ることのできる電磁放射を意味するが、本発明は光電性素子を形成するのに適当な材料を用いることにより、例えば近赤外における電磁放射にも適用することができ、又こゝで云う「透明」とは、関連する物質が、それに入射する光を殆ど吸収せず、例えばその吸収度が約２０％以下のことを意味する。
【０００６】
従って、光電性素子に光が入射することにより生成される電荷を蓄積する透明コンデンサは、光電性素子に入射する光に応答して多量の電荷を蓄積することができることにより光電性素子のダイナミックレンジを有効に高める作用をする。このために光電性素子の光捕獲面積を極めて小さくすることができ、それでも光電性素子は十分な信号を供給し、画像検出精度を高めることができる。アレイは例えば約９０％まで透明とし、イメージセンサを表示装置（これは陰極線管としたり、又は液晶表示装置の如き他の形態の電子−光学表示装置とすることができる）の上に例えば接触させて設けても、表示装置の通常の作動中にイメージセンサは表示装置が投映する画像を不当に妨げることがない。少なくともスイッチング信号用導体を不透明とする場合には、光電性素子をこれらのスイッチング信号用導体により透明基板から隠すことができる。従って、光電性素子を不透明なスイッチング信号用導体の頂部に設けることにより、非透明部品によって占められるイメージセンサの面積が少なくなり、又スイッチング信号用導体はイメージセンサを載せる電子−光学表示装置から基板へと向けられる光から光電性素子を遮蔽する。
【０００７】
本発明の好適例では、２つ以上の光電性素子が、同一対を成すスイッチング信号用導体とデータ信号用導体に接続され、且つこれら２つ以上の光電性素子が、これらの光電性素子を個別にアクセスできるようにする、各しきい値調整手段にそれぞれ接続されるようにする。このようにすることにより光電性素子の数に対する導体の本数を減らすことができるのでイメージセンサを透明にする面積を大きくすることができ、それでも同程度の解像度を達成することができる。イメージセンサを能動マトリックス−アドレス方式の電子−光学表示装置の頂部に設ける場合には、イメージセンサのスイッチング信号用導体及びデータ信号用導体の数を表示装置のそれと同数として、イメージセンサのスイッチング信号用導体及びデータ信号用導体を表示装置の対応する導体、特に入射光から表示装置のスイッチング素子を遮蔽するのに用いられるマスクと整列させる必要がある。このようにすれば、表示装置の像がイメージセンサにより妨げられる割合が最小となり、又イメージセンサの解像度を表示装置より高くすることができる。これによりイメージセンサはテキストを検知又は読取ることができ、適当な回路とソフトウェアで光学文字認識をすることができる。
【０００８】
各スイッチング素子は１個のダイオードか、又は直列接続の多数のダイオードで構成することができる。他の例として、各スイッチング素子は絶縁ゲート電界効果トランジスタで構成することもでき、また、２個以上の光電性素子のそれぞれに関連する前記トランジスタのしきい値電圧は、例えばトランジスタのゲート電極とスイッチング信号用導体との間にそれぞれ電圧調整素子を設けることにより相違させることができる。
【０００９】
本発明はカラーイメージセンサを形成する方法も提供し、この方法は前述した本発明によるイメージセンサをカラー表示装置、例えば液晶表示装置の上に設け、このカラー表示装置を、イメージセンサにより検知される像が３つの異なる色の光で順次照らされるように作動させ、それぞれ異なる色で照らされて検知されるような像を表わすイメージセンサからの信号を読出し、こうした３組の信号を合成して、完全なカラー画像を表わす一組の合成信号を発生させるようにするものである。
【００１０】
上述したような配置とすれば、イメージセンサ内にカラーフィルタを設ける必要がなく、イメージセンサを通常のカラー表示装置と組合わせることによりイメージセンサをカラー画像の検知に単に適用することができる。陰極線管(CRT) 表示装置を使用することができるも、カラー能動マトリックスアドレス方式の表示装置を用いる方が、斯種の表示装置は平坦でコンパクトなため、携帯装置として形成し易いから有利である。
【００１１】
任意の適当な３つの色の光、例えば三原色（赤、緑、青）の光か、又は３つの補色（シアン、マゼンタ及び黄）の光を用いることができる。このような光の色の１つは白色光とし、他の２つの色は補色関係にある色から選択したいずれかの２つの色とすることができる。
【００１２】
【実施例】
各図は単に概略的に図示したものであり、実寸図示したものではなく、例えば層の厚さの如き種々の寸法は明瞭化のために相対的に拡大して示してある。
【００１３】
図面には本発明によるイメージセンサの様々な例を示してある。各例におけるイメージセンサ１ａ,１ｂ,１ｃ又は １ｄ は、光電性素子とスイッチング素子の二次元アレイ３を、これらの素子４に接続されて個々の光電性素子をアクセスし得るようにするためのスイッチング信号用導体５及びデータ信号用導体６と一緒に支持する透明基板２を具えている。光電性素子とスイッチング素子及び導体５，６は、イメージセンサの面積の少なくとも半分が透明となるように配置する。
【００１４】
本発明によれば、各光電性素子を、これらの素子に光が入射することにより生成される電荷を蓄積するためのコンデンサ７にそれぞれ電気的に結合させ、これらのコンデンサ７を透明となるように、しかもアレイ３の全面積のかなりの部分を占めるように形成する。なお、こゝに云う「かなりの部分」とはスイッチング信号５及びデータ信号用の導体６によって占められないアレイ面積の少なくとも１０％、好ましくは５０％以上の面積を意味するものとする。
【００１５】
光電性素子４ａに光が入射することにより生成される電荷を蓄積する透明のコンデンサ７は、実際上光電性素子に入射する光に応答して多量の電荷を蓄積できるようにすることにより光電性素子の感度を高める作用をする。このことは、光電性素子の光捕獲面積をかなり小さくすることができ、それでも十分な信号を供給して像の検知精度を高めることができることを意味している。アレイはその面積の例えば約９０％までを透明とし、これを陰極線管のような表示装置又は液晶表示装置の如き他の形態の電気光学的表示装置の上に、それに接触させて設け、表示装置の通常の使用中にイメージセンサがこの表示装置によって表示される像を不当に妨げることのないようにすることができる。
【００１６】
斯種のイメージセンサは例えば、合体させた表示装置とイメージセンサの頂部に撮像すべき文書を載せるだけで接触像が得られるようにするのに用いることができる。この場合には蓄積像を表示装置に直接転送するのに通常の電子式ビデオ回路を用いて文書の像を表示することができる。他の例として、イメージセンサはライトペン又は同様なデバイスを用いて通常の陰極線管又は液晶表示装置のディスプレイ上に「書込む」ことができるようにするのに用いることができる。
【００１７】
図１は本発明によるイメージセンサ１ａの一例の概略的回路レイアウトである。
図１では、光電性素子とスイッチング素子の複合型素子を４ａにて示してある。以下、この複合型素子４ａを光電性-スイッチング素子とも称する。図１に示した例におけるアレイ３の寸法は隣接する光電性-スイッチング素子間のピッチを約 ２００μm として全体の大きさを ４００ｘ４００mmまでの大きさとすることができる。便宜上アレイ３の一部分しか図示してない。光電性-スイッチング素子における各光電性素子はダイオード、一般にはp-i-nダイオードとすることができ、これにはスイッチング素子も形成することができる。このようなダイオードを図１では参照番号４で示してある。この場合には各光電性-スイッチング素子４ａをスイッチング信号用導体、即ち行導体５と、データ信号用導体、即ち列導体６との間にコンデンサ７と直列に接続して、各光電性-スイッチング素子４ａを特定の対を成す行と列導体５と６に関連付けて、各光電性素子を個々にアクセスできるようにする。
【００１８】
図１に示すように、行及び列導体５及び６はｍ行ｎ列のマトリックス（図面では３行３列しか示してない）に配置する。行導体５は行ドライバ、即ちデコーダ／アドレッシング回路８に接続し、又列導体６は慣例のタイプのものとすることができる電荷検知読出し増幅器を含む読出し回路９に接続する。ＥＰ−Ａ−４４０２８２に開示されているタイプの読出し回路を用いることもできる。
【００１９】
行及び列導体５及び６のマトリックスアレイは画像領域１０の格子を規定し、各画像領域は交差している行及び列導体５及び６の２つの隣接対によって画成される。図１に示した例における各画像領域１０は単一の光電性-スイッチング素子４ａに関連付けられている。
【００２０】
図１の例では、像を検知して関連するコンデンサ７に電荷を蓄積できるようにするために、各光電性-スイッチング素子４ａを行導体５の適当なスイッチング信号により逆バイアスする。次に各光電性-スイッチング素子を引き続き順方向にバイアスして、この素子に関連するコンデンサ７に蓄積された電荷を読出すことができる。個々の光電性素子をアドレス指定し、且つそこに蓄積されている電荷（データ）を読取る方式は画像検知技術にとっては周知であり（例えば、ＥＰ−Ａ−２３３１０４, ＥＰ−Ａ−２３４９６８) 、こうした方式は例えば電子−光学表示装置、特にＬＣＤ表示装置に用いられる能動マトリックスアドレス指定方式から由来している。従って、アドレス指定及び読出し方式についての詳しい説明は省略する。
【００２１】
図２はイメージセンサ１ａの頂部の導電レベルにおける画像領域１０を少なくともこの画像領域を画成する行及び列導体５及び６の部分と一緒に極めて概略的に示した平面図である。光電性-スイッチング素子の領域を図３に適当な参照番号を付して示してあり、この図３は図２に示した画像領域１０の III−III 線上での断面図である。
【００２２】
この例では透明基板２をガラス製とするが、これは適当なプラスチック材料の如き平坦な可撓性材料とすることもできる。イメージセンサ１ａは通常の薄膜処理技術を用いて透明基板２の上に形成する。従って、この場合には先ず不透明の適当な導電材料、本例ではクロム製の層を基板２上に堆積して、これをパターン化することにより行導体５を形成する。次いで適当にドープした、本例ではアモルファスシリコン製の層４０，４１及び４２を行導体５の上に堆積し、これらの層をパターン化することにより光電性-スイッチング素子４ａを好ましくはn-i-pダイオード（ｐ導電形の層をクロム製の行導体５に隣接させる）として形成するが、これはp-i-nダイオードとして形成することもできる。次いで例えばシリコン酸化物又はシリコン窒化物の絶縁層１１を堆積し、これをパターン化して、ダイオード４ａへの接触を可能にする窓を形成する。
【００２３】
次に透明の導電材料層、一般にはインジウム錫酸化物層を堆積して、ダイオード４ａへの頂部接点１２を規定すべくパターン化する。各ダイオード４の頂部接点は、そのダイオードに関連するコンデンサ７の底部透明電極７ａと一体に形成する。次いでシリコン酸化物又はシリコン窒化物の如き透明の絶縁材料層１３を堆積してコンデンサの誘電体を形成し、この上に透明の導電材料層、一般にはインジウム錫酸化物層を堆積し、この層をパターン化してコンデンサ７の頂部電極７ｂ及び列導体６を規定する。列導体６の導電率は必要に応じて、列導体の複合構体を形成するように列導体６の上に例えばアルミニウム層を堆積して、これをパターン化することにより高めることができる。このようにして完成したものを通常はポリアミド層の如き透明の保護絶縁層１４で覆う。
【００２４】
図２及び図３に概略的に示したように、透明のコンデンサ７は画像領域１０のかなりの部分を占める。特定の用途に応じてコンデンサの容量値は約0.1 〜約５pFの範囲内の値とすることができる。実際上、各画像領域１０がコンデンサ７によって占められる割合は、通常画素ピッチ（即ち隣接する画像領域１０の中心間の距離）に大いに左右される。画素ピッチが相違しても同じような容量値が必要とされることがある。従って、例えば画素ピッチが約 0.1 mm （ミリメートル)の場合には、導体５及び６によって占められない画素領域１０の ５０〜１００％をコンデンサ７が占めるようにし、又画素ピッチが約 0.2mmの場合には、コンデンサ７によって占められる画像領域１０の部分を同様な容量値に対して１０〜２０％下げるようにするが、もっと大きい容量値のものを用いることができることは勿論である。なお、コンデンサ用に極めて大きな面積（例えば、図２及び図３に示すように画像領域１０の ８０ 〜１００ ％を占めるような大面積）を用いることはダイナミックレンジを高めるのに有利ではあっても、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）の如き材料でも少量の光を吸収し、従ってイメージセンサ  デバイスの透過率を下げることになる。さらに、コンデンサの面積を大きくすればするほど、ピン−ホール欠陥による短絡の可能性が起こりがちとなる。
【００２５】
光電性-スイッチング素子４ａを不透明の行導体５の頂部に設けることにより、これらの光電性-スイッチング素子４ａが基板２を経てこれらの素子４ａの方へと透過されてくる光から自動的に遮蔽されると云う利点があり、さらにこのことは、光電性素子（これは勿論検知すべき光を吸収しなければならないし、このために透明にすることはできない）がイメージセンサ１ａの既に不透明な個所に設けられることを意味している。従ってイメージセンサ１ａが不透明である領域の大きさは光電性-スイッチング素子４ａの存在によっては何等影響されず、例えばイメージセンサ１ａの全面積の90％程度を透明とすることができる。
【００２６】
図４は図１に示した回路の変形例を示すための１つの画像領域１０の回路レイアウトであり、この例ではイメージセンサの透明にすべき個所の面積をさらに大きくすることができる。
【００２７】
図４に単一の画像領域１０によって示したイメージセンサ１ｂにおいては、多数の光電性-スイッチング素子４は同じ対の行及び列導体５及び６に関連付けられる。個々の光電性-スイッチング素子４a',４a'',４a'''をアクセスできるようにするために、行導体５に異なるレベルのスイッチング信号を必要とするようなしきい値調整デバイス１４'を設けて、同じ対の行及び列導体５及び６に関連する光電性素子の内の別々の光電性素子をアクセスできるようにする。図４に示す例では、しきい値調整デバイス１４'を追加のダイオード形態のものとし、これらのダイオードを光電性-スイッチング素子 ４a'',４a'''を形成するダイオードに直列に接続する。図４に示すように、同じ対の行及び列導体５及び６には３つの光電性-スイッチング素子のダイオード４a',４a''及び４a'''を関連付けるも、行及び列導体５及び６を一部破線で示してあるように、各画像領域にはもっと多数（又は少数）の光電性-スイッチング素子を関連付けることもできる。
【００２８】
所定の光電性ダイオード４ａをアクセスできるしきい値電圧を調整するのに用いられる直列接続の追加ダイオード１４'の数が、これらしきい値調整ダイオード１４'の特性及び利用できるスイッチング信号の電圧レベルに依存することは勿論である。
【００２９】
しきい値調整ダイオード１４'は光電性ダイオード４ａと同様に不透明の行導体５の上に形成することができる。これらのしきい値調整ダイオード１４'は勿論光電性ダイオード４ａが検出すべき光から隠す必要がある。これは各光電性ダイオード４ａを関連するしきい値調整ダイオード又は積重ねたしきい値調整ダイオード１４'の頂部に形成するか、又はしきい値調整ダイオード１４'用の不透明な（通常はクロム製の）頂部接点を設けることにより達成することができる。
【００３０】
図４に示す例における別々のコンデンサ７'，７''及び７'''は、インジウム錫酸化物層を適当にパターン化して、この場合には各画像領域１０に所望される形状の３つの個別のコンデンサを規定することにより極めて簡単に形成することができる。これら別個のコンデンサ７'，７''及び７'''は全て同じか、又は同程度の寸法のものとして、各コンデンサが同じような値の信号を供給するようにすることより、信号処理を簡単とすることができる。或いは又、別個のコンデンサ７'，７''及び７'''の面積 (従って容量値) をかなり相違させ、信号処理回路の複雑化は犠牲にしても、信号を供給している特定のコンデンサを識別し易くすることもできる。特に、コンデンサ７'をコンデンサ７''よりも小さくし、コンデンサ７''をコンデンサ７'''よりも小さくすることにより、これらの各コンデンサの信号を読出す際に、各コンデンサを、しきい値が次に高い補助画素から信号を読取る前に完全に放電させることができる。
【００３１】
図４に示した構成の画像領域１０を有するイメージセンサ１ｂの追加の利点は、各光電性-スイッチング素子に対する特別な対を成す行及び列導体５及び６を必要としないので、行及び列導体５及び６を多少広目に離間させて、これら不透明の導体５及び６がイメージセンサ１ｂにて占める割合を減らして同程度の解像度（画素ピッチ）を達成することができ、従ってイメージセンサの透明にすべき面積を大きくすることができることにある。
【００３２】
上述した各例では光電性-スイッチング素子を単一の光電性ダイオード４ａにより形成しているが、光電性素子とスイッチング素子とを別個のものとすることもできる。このような場合には光電性素子がスイッチング機能を持つ必要がなく、それは例えば光電性の抵抗とすることができる。
【００３３】
図１及び図４に別個の光電性素子４ｂを用いる例を破線にて示してあり、図示のように光電性素子は関連するコンデンサ７に並列に配置する光電性ダイオード４ｂとする。図５はこのような光電性ダイオード４ｂに対する可能な構成を示したものである。図５から明らかなように、光電性ダイオード４ｂは、光電性機能とスイッチング機能を兼ね備えたダイオード４ａに対する図３に示したものと同じような構造をしているも、相違点は、図５の場合には光電性ダイオード４ｂを絶縁層１５により不透明な行導体５から電気的に絶縁し、且つコンデンサ７の底部及び頂部電極７ａ及び７ｂを形成するインジウム錫酸化物層をパターン化して光電性ダイオード４ｂの底部及び頂部電極４b'及び４b''を規定するようにしている点にある。
【００３４】
この場合には、図１及び図４に４ａにて示す別のダイオードは光電性とせずに、しきい値調整ダイオード１４'につき上述した方法と同様な方法でイメージセンサに入射する光から遮蔽すべきである。
【００３５】
上述したスイッチング素子及びしきい値調整ダイオード４ａ及び１４'はp-i-nダイオードとするが、例えば薄膜ショットキーダイオードの如き他のタイプのダイオード或いはＭＩＭデバイスの如き他の非線形スイッチング素子を用いることもできる。このようなデバイスを十分な光電感度を呈すべく作ることができる場合には、これらのデバイスを光電性素子として、即ち（図１及び図４に破線で示した）別個の光電性素子４ｂとしてか、又は上述した複合型の光電性-スイッチング素子４ａのいずれかとして用いることもできる。
【００３６】
上記各変形例の場合における光電性-スイッチング素子は不透明の行導体５の上に形成して、透明のコンデンサ７が各画像領域１０を最大限に占めるようにする。
なお本発明によるイメージセンサを形成するのには、２端子の光電性-スイッチング素子による別の回路構成及び組合わせを用いることもできる。
【００３７】
図６は図示のような薄膜絶縁ゲート電界効果トランジスタ（ＴＦＴ）の如き３端子スイッチング素子４ｃを上述した２端子スイッチング素子の代りに用いることができるイメージセンサ１ｃの他の例を示す。この場合には各ＴＦＴ４ｃの制御、即ちゲート電極を行導体５に接続し、一方の主電極（この場合にはソース電極）を列導体６に接続する。他方の主電極（ドレイン）は光電性素子４ｂとコンデンサ７との並列回路に接続する。この場合にも光電性素子４ｂを図示のようにダイオードとするが、これは光電性抵抗又はダイオード接続した光電性ＴＦＴの如き他の光電性素子を用いることもできる。光電性ダイオード４ｂの陽極は基準電位点に接続される共通のライン１６に接続する。
【００３８】
イメージセンサ１ｃの作動時には、光電性素子４ｂに入射する光がコンデンサ７に電荷として蓄積される。この電荷は行導体５に適当なスイッチング信号を供給して関連するＴＦＴを導通させると、列導体６を経て読出される。
【００３９】
図７は図６ａのイメージセンサ１ｃの電極レイアウトの概略平面図である。ＴＦＴの領域を光電性ダイオード４ｂの領域の近くに４ｃとして示してある。
図８はＴＦＴ４ｃの構造を示すために図７のイメージセンサの画像領域をVIII−VIIIで切った断面図である。
図７及び図８から明らかなように、この場合ＴＦＴ４ｃは行導体５の頂部に形成することができ、行導体５は１行のＴＦＴ４ｃの全てのゲートを接続するゲートラインを形成する。図８に示したＴＦＴ４ｃは通常クロム製のゲート電極１７ａを有している反転タイプのＢＴＦＴであり、これは行導体５の頂部に直接形成することができる。
【００４０】
ＴＦＴ４ｃを形成するには様々な層を堆積してパターン化する。各ＴＦＴ４ｃはゲート絶縁領域17ｂを有し、この領域は通常シリコン二酸化物又はシリコン窒化物で形成し、この上を例えばアモルファス又は多結晶シリコンの如き、チャネルを形成する真性半導体領域１８によって覆う。チャネル形成領域１８とソース及びドレイン電極２０及び２１との間にソース及びドレイン接点領域を規定するためにドープ半導体領域１９を設けることができる。チャネル領域の上には保護絶縁層２２を設けることができる。
【００４１】
斯くして形成した構体の表面上に通常シリコン二酸化物又はシリコン窒化物製の透明絶縁層２３を設け、これをパターン化して、ソース及びドレイン電極２０及び２１への接点形成用の窓をあける。次いで金属層を堆積し、これをパターン化して１行のＴＦＴ４ｃの全てのソース電極を接続する不透明な列導体６を規定すると共に通常透明なインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）製のドレイン導体を規定する。なお、ドレイン導体はコンデンサ７の底部電極７ａを形成すべく延在させる。ドレイン導体の上にさらに透明の絶縁層１３を設け、この絶縁層の上に別の同じくＩＴＯの透明層を設け、これによりコンデンサ７の頂部電極７ｂ及び共通ライン１６を形成する。次いでさらに通常ポリイミド層とする透明な保護不活性化層１４を設ける。
【００４２】
光電性ダイオード４ｂは適当なマスクを用いてＴＦＴと一緒か、又は別々に形成して各デバイスの特性を最適なものとすることができる。光電性ダイオード４ｂは図５に示したものと同様な構造をしており、勿論この例の場合にもコンデンサの頂部電極７ｂは共通ライン１６も形成する。
【００４３】
図１につき述べた例におけるように、各画像領域１０の内の透明コンデンサ７が占めることができるか、又は部品をなくして透明とすることのできる領域の割合は、上述したように光電性素子４ｂ及びスイッチング素子４ｃを行導体５の上に形成することにより増やすことができる。
【００４４】
図９は図６に示したイメージセンサ１ｃの変形例であるイメージセンサ１ｄの画像領域１０を示す。このイメージセンサ１ｄは、図１のイメージセンサ１ａが図４のイメージセンサ１ｂに関連すると同じように、図６のイメージセンサ１ｃに関連するものである。従って、イメージセンサ１ｄにおける１つの画像領域１０を規定する行及び列導体５及び６の各対は、各々がスイッチング素子４ｃを伴なう多数の光電性素子４ｂに関連付けられる。
【００４５】
この場合には、図４につき述べたように、個々の光電性素子４ｂをアクセスできるようにするのに必要なしきい値調整手段が或る特定のＴＦＴ４ｃをターン・オンさせるのに必要なゲート電圧を調整する。このような調整はゲートしきい値電圧が異なるＴＦＴを用いるか、例えばゲート絶縁領域の厚さを調整するか、又はゲート電極１７と行導体５との間にしきい値調整デバイス、例えばコンデンサ２４（図９に仮想線で示してある）又はダイオードか、同様なデバイスを挿入することにより達成することができる。その他の構成はイメージセンサ１ｃと同様である。イメージセンサ１ｄは図４につき述べたと同様な方法で個々の光電性素子４ｂをアクセスすることができる。
【００４６】
スイッチングダイオードを様々な回路構成とし得ることは勿論である。さらに、光電性素子及びスイッチング素子は必ずしも行導体５の頂部に設ける必要はないが、そのようにしないと、各画像領域１０の透明とし得る部分の割合が必然的に少なくなる。
【００４７】
各画像領域１０に多数の光電性素子４を関連付ける場合、これらの素子を例えば液晶表示装置の如き電気−光学的表示装置にとって既知の方法と同様な方法にてカラーフィルタの挿入により様々な波長に感応させて、カラー像を検知し得るようにすることができる。
【００４８】
上述したようなイメージセンサは、例えば透明保護層１４の上に直接載せた文書の像を形成するのに用いることができる。
上述した各例では、光電性素子４ｂによって検知された像を表わすコンデンサ７における蓄積電荷を読出し増幅器９を経て読出すのに、上述したように各光電性素子４ｂ及び関連するコンデンサ７を個々にアクセスして読出す。このようにして得られる画像信号を例えばフレーム記憶装置に供給して、陰極線管の如き表示装置又は他の電気光学表示装置、例えば液晶表示装置にて表示させることができる。或いは又、画像信号データを後に使用するために適当な媒体、ＷＯＲＭ,ＲＡＭ等に記憶させたり、又は記憶或いは表示する前にコンピュータ処理をしたりすることもできる。
【００４９】
上述したように、本発明によるイメージセンサは極めて透明に、例えばイメージセンサの全面積の７０〜８０％を透明とすることができる。このためにイメージセンサを表示装置の上に載せたり、又は表示装置の頂部に取付けたりすることができ、そのようにしても表示装置の表示画像を観ることができる。このような表示装置は例えば、陰極線管（ＣＲＴ）、液晶（ＬＣＤ）、他の電子光学表示装置、又は（データを入力するための簡便な方法としてイメージセンサを用いる計測表示パネルの如き）他の形態の可視表示装置とすることができる。イメージセンサの透明基板２を可撓性の例えばプラスチック材料で作ることができ、しかもイメージセンサ全体を或る程度可撓性を有するように作ることができれば、本発明によるイメージセンサは通常のＣＲＴ又は彎曲面を有している他の表示装置に適用することができる。又、慣例のタイプの適当な電子回路を用いて、例えばライトペンを介して、又はイメージセンサに載せた文書から直接表示装置にデータを入力させることができる。
【００５０】
本発明によるイメージセンサはＬＣＤ又は同様な能動マトリックスアドレス方式の表示装置に関連付けて適用することができる。通常の形態の液晶表示装置はこゝで説明するまでもなく、周知のものである。一般に、能動マトリックスアドレスＬＣＤ表示装置の回路レイアウトは幾つかの重要な差異があることは勿論ではあるが、大体は図１又は図６に示したイメージセンサのそれと似たものである。特に、液晶表示装置の場合には、光電性素子を除いて、コンデンサを液晶材料と関連する電極とで形成する。ＬＣＤ表示装置の場合には、図１にダイオードとして示したスイッチング素子をp-i-nダイオード、ＭＩＭ等の如き適当な形態の非線形スイッチングデバイスとすることができる。液晶表示装置の場合、行及び列導体によって画成される画像領域に相当する各領域は通常画素即ちピクセルとして知られている。
【００５１】
図１０はＴＦＴスイッチング素子に基づく能動マトリックスアレイを有している液晶表示装置３０の１つの画素３１を経る断面図である。この場合における回路レイアウトは、この場合にも光電性素子をなくして、コンデンサが液晶素子の容量値を表わすことを除けば、図６のイメージセンサに対して示したものと同様なものである。
【００５２】
ＬＣＤ表示装置に関するもっと詳しい情報については、例えば米国特許第３８６２３６０号、又は“Proceedings of the IEEE ”(Vol. 59, No. 11. 1971年11月、第1566〜1579頁) に Lechner外１名により発表された論文「液晶マトリックス表示装置」或いは入手し易い標準のテキストを参照することができる。
【００５３】
液晶表示装置３０は２枚の離間した透明の、通常はガラス製の基板３２と３３とを有しており、これらの基板間を規定するギャップ内にねじれネマチック液晶材料３４を入れてある。図示してはないが、基板３２及び３３の外側表面の上には通常偏光層を設ける。
【００５４】
上側基板３３は通常ＩＴＯ製の透明電極を支持し、この電極は画素３１の共通電極３４'を形成する。下側基板３２はスイッチング素子３５を支持し、本例ではこのスイッチング素子を図８につき上述したものと同様に構成するため、これについては詳しくは説明しない。図１０の例では図８のものと同様な部分を示すものには同じ参照番号を付して示してある。しかし、この場合には各ＴＦＴ３５のＩＴＯ製のドレイン電極を延在させて画素の下側電極３６を形成し、且つ不活性絶縁層１３をポリマ材料製の配向層３７によって覆う。
【００５５】
透明の共通電極34'は上側基板３３に入射する光又は散乱光からスイッチング素子３５を遮蔽する作用をするマトリックス状の遮光領域３８の形態をしている遮光体（マスク）を支持する。共通電極34'はカラーフィルタ層３９も支持し、このフィルタ層は既知の方法で配置される赤、緑及び青色のフィルタ材料製の、隣接フィルタ領域のマトリックスを規定し、３つの画素の対応する群からの出力を合成してカラー画像を発生させることができる。液晶材料３４と遮光領域３８との間に別の配向層４０を設ける。
【００５６】
例えば、ＧＢ−Ａ−２１９８９６９又はＥＰ−Ａ−２７１９６０に記載されているように、各画素３１を各スイッチング素子によりアクセスできる補助画素に分け、適当な形態のしきい値調整デバイスを設けて、同じ対の行及び列導体に関連する種々の補助画素をそれぞれ異なるスイッチング信号を用いて個々にアクセスできるようにし、表示装置により発生させることができる画像のグレースケール（又は色解像度）を改善することができる。
【００５７】
本発明によるイメージセンサは上述したタイプのＬＣＤ表示装置と組合わせることができる。図１１はこのような組合わせを概略的に示した断面図である。
図１１に示すように、本発明によるイメージセンサ１（これは例えば図１〜図９につき上述したもののいずれかとする）の基板２をＬＣＤ表示装置３０の上側基板３３の頂部に、ＬＣＤ表示装置の像をイメージセンサ１を通して観れるように取付ける。基板２及び３３は必要に応じ、適当な透明接着剤により一緒に固着させるか、又はイメージセンサ１を表示装置３０の頂部に取外せるように取付けることができる。図１１は検知すべき文書Ｄをイメージセンサ１の頂部に載せる状態を示している。
【００５８】
ＬＣＤ表示装置３０及びイメージセンサ１は同じように作動するマトリックスアドレス指定装置を有しており、これら２つの装置はそれらの行及び列導体が整列して一致するように形成することができる。特に、イメージセンサ１の不透明な行導体５はＬＣＤ表示装置の遮光領域３８と整列させることができる。表示装置３０は例えばＵＶ（紫外線）硬化性エポキシ樹脂によりイメージセンサ１に固着させることができ、表示装置３０とイメージセンサ１との整列は、ＵＶ露光する前にイメージセンサ１を表示装置３０のバックライトで投光照射し、イメージセンサ１からの光出力（これは適当な光度計により検出される）が最大となるまでイメージセンサ１を表示装置３０に対して動かすことにより達成することができる。このようにすることより、ＬＣＤ表示装置が表示する像を不透明な行導体が妨げたり、又は覆い隠したりせず、しかもイメージセンサ１は殆ど透明であるため、ＬＣＤ表示装置により表示される像はその全体を難なく観ることができる。光電性素子（４ａ）を不透明な行導体５の上に設けるということは、これらの光電性素子が液晶表示装置の裏側の照明光源から自動的に隠れることを意味する。
【００５９】
多数の光電性素子を同じ対の行及び列導体に関連付ける図４及び図９につき上述したようなイメージセンサを用いることは特に例えば行及び列導体の数を増やさなくてもイメージセンサの解像度を表示装置３０のそれよりも大きくすることができ、テキストを読取ったり、又は撮像したりすることができるので、センサの透過率を下げることもなく、又表示装置の一部を覆い隠すこともないという利点を有する。
【００６０】
適当な市販の回路を用いてイメージセンサ１から読取った画像データ信号を例えばフレームメモリの如き適当な記憶装置を介して表示装置に供給することができる。こうしてイメージセンサ１を表示装置への「書込み」に使用したり、或いは表示画像を例えばライトペンを用いて変更させたりするのに用いることができる。
【００６１】
前述したように、イメージセンサを色に感応するようにして、カラーＬＣＤ表示装置に全色で書込めるよにすることができる。
或いは又、カラーＬＣＤ表示装置を「グレースケール」のイメージセンサと一緒に用い、例えばセンサを赤、緑及び青色光で順次照射するのに上記表示装置を用いることによりイメージセンサが全色の画像を検知できるようにすることができる。次いで、こうした３つのそれぞれ異なる色の照明でイメージセンサ１が検知する画像信号組を読出増幅器を介して順次読出し、これらを合成して、全色画像を表わす合成信号を発生させることができる。こうすればイメージセンサそのものを色検知に適合させなくても済むという利点がある。なお、光電性素子としては全可視範囲に感応するアモルファスシリコンダイオードの如き光電性素子を使用すべきであり、信号を合成する場合に重み係数を組込んで波長に応じた量子効率の変化を考慮する必要がある。図４又は図９に関連して図１０及び図１１につき述べたようなイメージセンサの解像度は表示装置のそれよりも高くすることができる。その理由は、表示装置を通過する光は厳密には平行でなく、発散するからであり、しかも通常例えば約２mmの厚さの基板で設定される液晶表示面と撮像面との離間距離は例えば ２００μm とし得る画素ピッチよりも遥かに大きいからである。このことからして、格別の色照明でのＬＣＤ表示装置により放たれる光が発散し、表示装置が光を発生する個所の面積が僅か 1/3でも撮像すべき文書又は物体の全体が照射されることになる。
【００６２】
赤、緑及び青以外の色（例えば白と２原色又は２つの補色（シアン、マゼンタ又は黄）又は３つの補色）を表示装置により発生させ、これらの色を用いて全色センサを形成することができる。
本発明は上述した実施例のみに限定されるものでなく、幾多の変更を加え得ること勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明によるイメージセンサの一例を示す概略回路図である。
【図２】  図１に示したイメージセンサの様々な構成部品の構造関係を示すように上記イメージセンサの伝導レベルにおける画像領域を示す概略平面図である。
【図３】  図１に示したイメージセンサの一部を示している図２の III−III 線上での断面図である。
【図４】  図１に示したイメージセンサの画像領域の変形例を示す概略回路図である。
【図５】  図１に示したイメージセンサの変形例を示している図４に対応する図２のＶ−Ｖ線上での断面図である。
【図６】  本発明によるイメージセンサの他の例を示す概略回路図である。
【図７】  図６に示したイメージセンサの様々な構成部品間の構造関係を示すように上記イメージセンサの画像領域を伝導レベルにて示す概略平面図である。
【図８】  図６に示したイメージセンサの一部を示している図７の VIII −VIII線上での断面図である。
【図９】  図６に示したイメージセンサの画像領域の変形例を示す概略回路図である。
【図１０】  液晶表示装置の画素領域の断面図である。
【図１１】  本発明によるイメージセンサと表示装置とを組合わせた断面図である。
【符号の説明】
1a , 1b , 1c , 1d  イメージセンサ
２  透明基板
３  光電性-スイッチング素子アレイ
４  光電性-スイッチング素子
５  スイッチング信号用導体
６  データ信号用導体
７  コンデンサ
８  行ドライバ（デコーダ／アドレッシング回路）
９  読出し回路
10  画像領域
11  絶縁層
12  接点
13  透明絶縁層 (コンデンサの誘電体)
14  保護絶縁層
14'  しきい値調整ダイオード
15  絶縁層
16  共通ライン
17a   ゲート電極
17b   ゲート絶縁領域
18  真性半導体領域
19  ドープ半導体領域
20  ソース電極
21  ドレイン電極
22  保護絶縁層
23  透明絶縁層
24  コンデンサ (しきい値調整デバイス)
30  ＬＣＤ表示装置
31  画素
32 , 33  基板
34  液晶材料
34'  共通電極
35  スイッチング素子
36  下側電極
37  配向層
38  遮光体
39  カラーフィルタ層
40  配向層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003955887.tif 000008
【図８】
0003955887.tif 000009
【図９】
0003955887.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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