[发明专利]光响应阵列

说明书

本发明涉及感测在许多位置处电磁辐射（例如光）相对强度并将测得的信息转换成供各种设备用的电子形式的器件。能结合使用这样一些器件的设备的范例包括光电复印机、传真发送器、光符阅读器和图形识别机。

众所周知，在一文件或其它媒介上的图象能通过照明该媒介、并测量从该图象上许多点中的每一点反射出来或穿过每一点的光量，来转换成电信号。一般，在距文件或图象很近处设置一线性的光敏传感器。图象相对于传感器运动，此时该传感器在垂直于该相对运动的方向一次一行地扫描该图象。对于照明的光响应是一电信号，该电信号包含指示沿着扫描线上的大量点处检测出的光亮的信息。该电信号能被进一步处理，以一种修改的、或者未修改的方式存储或重现该扫描图象，发送从该图象收集到的信息、确定该信息是和一检验标准相符（图形识别），还是代表一已知形状（光符阅读）。

工作在大格式下的、即用于一大面积的典型线性传感器使用电荷耦合器件或光传感器阵列。在大格式应用中，电荷耦合器件要求有透镜，这增加了设备的成本并引入光学分辨率的损失。在已知的阵列中，通常为一个二极管的每一光传感器在感测到光强时或感测到光强后，受到询问。通常，由感测每一光传感器上或与之并联的一个电容上电荷的变化来确定光强。通常，光的出现引起电流，并降低存储的电荷量。用测量恢复到原始电荷所需的电荷量来确定已损失的电荷存储量。在传感器的每一周期或每次扫描内，用分离的元件，例如一场效应晶体管，去访问每一光传感器。这些场效应晶体管本身一般连接到一个移位寄存器，该移位寄存器采集传感器的数据，供进一步处理之用。因为每一光响应器件带有单独的开关，且要用移位寄存器去控制这些开关，所以电路是相当复杂的。这些开关通常为晶体管，当它们打开和闭合时产生一附加的噪声信号，因为试图检测的信号十分微弱，所以该噪声信号是十分麻烦的。而且，那些晶体管只有几微米的门宽度（gate    length）。用普通的光刻技术在大面积的光传感器阵列上精确地控制大量这类门的定位也是困难的。

已知的光响应阵列需要有通到它们寄存器的大量连接。许多导体必须相互交迭而无电接触。这种要求意味着，要不是必须采用混合电路（即非单片电路）来建立起光传感器阵列，就是必须以单片的形式制作大量的导体跨接结构。在混合电路阵列中，利用将导线连结到触点上的方法，使布线为三维的形式，避免了导体的交迭，以便进行电连接。但混合电路的装配不易自动化，从而价格贵。在单片电路中使用大量交迭的导体，因为需要附加的加工工序，所以增加了成本，而且大量的交迭对其产量和可靠性产生不利的影响。

光敏阵列的一些例子披露于颁发给迪姆（Dym）的第3，432，670号美国专利和给霍尔（Hall）的第3，448，275号美国专利中。在迪姆的专利中，有许多对二极管（每对中，一个是光响应的，一个是非光响应的）接成串联。许多对二极管接成并联，中间用串联连接的电阻隔开。用一斜波电压扫描此串并联阵列，来确定这些光电二极管的状态。当斜波幅度增大时，每一非光响应二极管被依次正偏。于是每一二极管直至斜波电压终了时一直保持着正偏。光响应二极管被斜波电压反偏。如果任何一个光电二极管都未被照明，则只有漏电电流流过它们。结果，它们起着电容器的作用，并存储电荷。因为没有放电的途径，所以存储的电荷一直保持到光电二极管被照明为止。因此，来自第一次电压扫描的残余电压可以使所有相继的扫描失真。如果扫描器只感测黑白图象，这种失真或许是无害的，但如果扫描器企图感测绝对黑和绝对白之间的灰度，则用迪姆的扫描器时，残余电荷将对性能的精确度和可靠性有妨碍。

霍尔的扫描器除了没有披露关于单片的实施方案外，类似于迪姆的扫描器。霍尔增加了一个跨接在每一光电二极管两端的电容器，当非光响应二极管两端达到零电压点时，此电容器有助于检测。然而，和迪姆的扫描器一样，一旦第一次斜波电压已加上后，因为非受照二极管没有放电通路，霍尔的扫描器对残余电荷也是敏感的。

由此，所需的是一种最好为单片构造的光响应阵列，该阵列能将大面积的图象转换成电信号，不需要透镜、开关或大量交迭的导体，并且在该阵列中对于传感器的一次扫描不会产生对随后扫描有副作用的残余电荷效应，从而能检测黑、白和多级灰度图象的明暗度。

根据本发明的光敏阵列能容易地以单片方式来生产，而没有大量交迭的导体，不需要用开关去询问它的光传感器。依靠避免对每一光传感器元件使用开关，排除了潜在的噪声源以及在很大的面积上加工大量具有细致特征的开关元件的困难。