(57)【要約】【課題】カラーＣＣＤリニアセンサの出力感度向上を図るとともに、小型化を実現させる。【解決手段】受光部２の第１列１１に第１基本画素７を配置し、第１列１１の隣の第２列１２に第２基本画素８を配置する。その第１基本画素７は、第１色に対応する第１列第１色画素７−１と、第１列第１色画素７−１の隣に配置され、第２色に対応する第１列第２色画素７−２と、第１列第２色画素７−２の隣に配置され、第３色に対応する第１列第３色画素７−３とを含むものとする。また、第２基本画素８は、第１色に対応する第２列第１色画素８−１と、第２列第１色画素８−１の隣に配置され、第２色に対応する第２列第２色画素８−２と、第２列第２色画素８−２の隣に配置され、第３色に対応する第２列第３色画素８−３とを含むものとする。その第２列第１色画素８−１は、第１列第２色画素７−２の隣に配置される。【選択図】図６
2010192683.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照射された光に応答して電荷を蓄積する受光部と、
前記受光部に蓄積された前記電荷を読み出して出力部に転送する信号電荷転送部と
を具備し、
前記受光部は、
第１列に配置され、第１列画素電荷を蓄積する複数の第１基本画素と、
前記第１列の隣の第２列に配置され、前記光に応答して蓄積した電荷と前記第１列画素電荷とを加算して第２列画素電荷として蓄積する複数の第２基本画素と
を備え、
前記複数の第１基本画素は、
第１色に対応する第１列第１色電荷を生成する第１列第１色画素と、
前記第１列第１色画素の隣に配置され、第２色に対応する第１列第２色電荷を生成する第１列第２色画素と、
前記第１列第２色画素の隣に配置され、第３色に対応する第１列第３色電荷を生成する第１列第３色画素と
を含み、
前記複数の第２基本画素は、
前記第１色に対応する第２列第１色電荷を生成する第２列第１色画素と、
前記第２列第１色画素の隣に配置され、前記第２色に対応する第２列第２色電荷を生成する第２列第２色画素と、
前記第２列第２色画素の隣に配置され、前記第３色に対応する第２列第３色電荷を生成する第２列第３色画素と
を含み、
前記第２列第１色画素は、前記第１列第２色画素の隣に配置される
カラーＣＣＤリニアイメージセンサ。
【請求項２】
請求項１に記載のカラーＣＣＤリニアイメージセンサにおいて、
前記複数の第１基本画素は、
前記第１列第３色画素の隣に配置される他の第１列第１色画素を含み、
前記第２列第２色画素は、
前記第１列第３色画素の隣に配置され、
前記第２列第３色画素は、
前記他の第１列第１色画素の隣に配置され、
前記第１列第１色画素は、
前記第１列第１色電荷を、前記第２列第１色画素に、行方向と異なる第３方向に沿って供給し、
前記第１列第２色画素は、
前記第１列第２色電荷を、前記第２列第２色画素に、前記第３方向に沿って供給し、
前記第１列第３色画素は、
前記第１列第３色電荷を、前記第２列第３色画素に、前記第３方向に沿って供給する
カラーＣＣＤリニアイメージセンサ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のカラーＣＣＤリニアイメージセンサにおいて、
前記受光部は、さらに、
前記第２列の隣の第３列に配置され、前記光に応答して生成した電荷と前記第２列画素電荷とを加算した第３基本画素電荷を蓄積する複数の第３基本画素を具備し、
前記複数の第３基本画素の各々は、
前記第１色に対応する第３列第１色電荷を生成する第３列第１色画素と、
前記列方向に前記第３列第１色画素の隣に配置され、前記第２色に対応する第３列第２色電荷を生成する第３列第２色画素と、
前記列方向に前記第３列第２色画素の隣に配置され、前記第３色に対応する第３列第３色電荷を生成する第３列第３色画素と
を備え、
前記第３列第１色画素は、
前記行方向に前記第２列第２色画素の隣に配置され、
前記第２列第１色画素は、
前記第２列第１色電荷を、前記第３列第１色画素に、前記第３方向に沿って供給し、
前記第２列第２色画素は、
前記第２列第２色電荷を、前記第３列第２色画素に、前記第３方向に沿って供給し、
前記第２列第３色画素は、
前記第２列第３色電荷を、前記第３列第３色画素に、前記第３方向に沿って供給する
カラーＣＣＤリニアイメージセンサ。
【請求項４】
請求項３に記載のカラーＣＣＤリニアイメージセンサにおいて、
前記第３列第２色画素は、
前記行方向に前記第２列第３色画素の隣に配置され、
前記第３列第３色画素は、
前記行方向に他の第２列第１色画素の隣に配置され、
前記他の第２列第１色画素は、
前記列方向に前記第２列第３色画素の隣に配置される
カラーＣＣＤリニアイメージセンサ。
【請求項５】
請求項４に記載のカラーＣＣＤリニアイメージセンサにおいて、
前記第１列第１色画素は、
前記第１列第１色電荷を、第１時刻に前記第２列第１色画素に供給し、
前記第１列第２色画素は、
前記第１列第２色電荷を、前記第１時刻に前記第２列第２色画素に供給し、
前記第１列第３色画素は、
前記第１列第３色電荷を、前記第１時刻に前記第２列第３色画素に供給し、
前記第２列第１色画素は、
前記第２列第１色電荷を、第２時刻に前記第３列第１色画素に供給し、
前記第２列第２色画素は、
前記第２列第２色電荷を、前記第２時刻に前記第３列第２色画素に供給し、
前記第２列第３色画素は、
前記第２列第３色電荷を、前記第２時刻に前記第３列第３色画素に供給する
カラーＣＣＤリニアイメージセンサ。
【請求項６】
請求項５に記載のカラーＣＣＤリニアイメージセンサにおいて、
前記受光部は、
前記第１列第１色画素と前記第２列第１色画素との間に設けられた第１電荷転送領域と、
前記第１列第２色画素と前記第２列第２色画素との間に設けられた第２電荷転送領域と、
前記第１列第３色画素と前記第２列第３色画素との間に設けられた第３電荷転送領域と
を備える
カラーＣＣＤリニアイメージセンサ。
【請求項７】
請求項６に記載のカラーＣＣＤリニアイメージセンサにおいて、
前記受光部は、
前記第２列第１色画素と前記第３列第１色画素との間に設けられた他の第１電荷転送領域と、
前記第２列第２色画素と前記第３列第２色画素との間に設けられた他の第２電荷転送領域と、
前記第２列第３色画素と前記第３列第３色画素との間に設けられた他の第３電荷転送領域と
を備える
カラーＣＣＤリニアイメージセンサ。
【請求項８】
請求項３から７のいずれか１項に記載のカラーＣＣＤリニアイメージセンサにおいて、
前記受光部は、
第１受光領域と、
前記第１受光領域に配置される複数の画素に対し、前記列方向の軸に線対称に構成される複数の画素を有する第２受光領域と
を備え、
前記第１受光領域は、
前記複数の第１基本画素と、前記複数の第２基本画素と、前記複数の第３基本画素とを含む
カラーＣＣＤリニアイメージセンサ。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載のカラーＣＣＤリニアイメージセンサにおいて、
前記第１色が、光の三原色を構成する三つの色のうちの何れか１つに対応するとき、
前記第２色は、前記三原色の前記第１色に対応しない残りの色の一方に対応し、
前記第３色は、前記残りの色の他方に対応する
カラーＣＣＤリニアイメージセンサ。
【請求項１０】
請求項１から８のいずれか１項に記載のカラーＣＣＤリニアイメージセンサにおいて、
前記第１色が、色の三原色を構成する三つの色のうちの何れか１つに対応するとき、
前記第２色は、前記三原色の前記第１色に対応しない残りの色の一方に対応し、
前記第３色は、前記残りの色の他方に対応する
カラーＣＣＤリニアイメージセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カラーＣＣＤリニアイメージセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パーソナルコンピュータの周辺機器としてのスキャナの普及や、複写機の高性能化の要求にともない、カラー画像を読みとるためのカラーＣＣＤリニアセンサの需要が高まってきている。このようなカラーＣＣＤリニアセンサは、フォトダイオードを備える受光部と、その受光部で生成した信号電荷を、読み出しパルスにて読み出すゲート部と、信号電荷転送部と、外部信号処理回路に接続される出力部とを備えている。その信号電荷転送部は、例えば、２相駆動のＣＣＤシフトレジスタを備えている。
【０００３】
図１は、従来のカラーＣＣＤリニアセンサ１０１の構成を示すブロック図である。カラーＣＣＤリニアイメージセンサ１０１は、ＲＧＢのカラーフィルタがのった各受光部（第１受光部１０２ａ、第２受光部１０２ｂ、第３受光部１０２ｃ）を備えている。
【０００４】
第１受光部１０２ａは、フォトダイオード構造を有している。第１受光部１０２ａは、光電変換を実行して生成した信号電荷を、読み出しパルスに応答して信号読み出し部（図示せず）を介して（図面上矢印の方向に）第１信号電荷転送部１０３ａに供給する。同様に、第２受光部１０２ｂは、信号電荷を、読み出しパルスに応答して第２信号電荷転送部１０３ｂに供給し、第３受光部１０２ｃは、信号電荷を、読み出しパルスに応答して第３信号電荷転送部１０３ｃに供給する。
【０００５】
カラーＣＣＤリニアイメージセンサ１０１において、第１信号電荷転送部１０３ａ、第２信号電荷転送部１０３ｂおよび第３信号電荷転送部１０３ｃの各々は、２相駆動ＣＣＤシフトレジスタを含んでいる。第１信号電荷転送部１０３ａには、その２相駆動ＣＣＤを駆動するためのクロックφ１とクロックφ２が、第１転送電極端子１０６ａを介して供給されている。同様に、第２信号電荷転送部１０３ｂには、クロックφ１とクロックφ２が、第２転送電極端子１０６ｂより供給され、第３信号電荷転送部１０３ｃには、クロックφ１とクロックφ２が、第３転送電極端子１０６ｃより供給されている。
【０００６】
第１信号電荷転送部１０３ａによって転送された信号電荷は、第１出力部１０４ａに供給される。第１出力部１０４ａは、浮遊拡散領域によって形成され、信号電荷を信号電圧に変換、増幅する信号電荷検出部とソースホロワ、インバータ等のアナログ回路を備えている。第１出力部１０４ａは、外部の信号処理回路（図示されず）へ接続されている。外部の信号処理回路は、カラーＣＣＤリニアイメージセンサ１０１から供給される信号電圧に基づいてカラー画像を生成する。
【０００７】
同様に、第２信号電荷転送部１０３ｂによって転送された信号電荷は、第２出力部１０４ｂに供給され、第３信号電荷転送部１０３ｃによって転送された信号電荷は、第３出力部１０４ｃに供給される。第２出力部１０４ｂと第３出力部１０４ｃは、第１出力部１０４ａと同様に、信号電荷を信号電圧に変換、増幅して外部の信号処理回路に供給する。
【０００８】
図２は、従来のカラーＣＣＤリニアセンサの他の構成を例示するブロック図である。図２に示されているカラーＣＣＤリニアイメージセンサ２０１は、点順次カラー方式を採用している。カラーＣＣＤリニアイメージセンサ２０１は、点順次配列の１本のみの受光部２０２（センサ列）とＲ、Ｇ、Ｂ各色別のＣＣＤレジスタから成る信号電荷転送部２０３と、出力部２０４を各１つで構成されている。受光部２０２上には、複数のＲＧＢの基本単位２０７を構成するようなカラーフィルタが形成されている。カラーＣＣＤリニアイメージセンサ２０１は、１つの出力部２０４から信号電荷を得る。そのため、上述のカラーＣＣＤリニアイメージセンサ１０１のような各色の出力（第１出力部１０４ａ、第２出力部１０４ｂ、第３出力部１０４ｃ）の出力回路の特性差がなく、各色の出力のリニアリティが均一となる。
【０００９】
上述のカラーＣＣＤリニアイメージセンサ１０１やカラーＣＣＤリニアイメージセンサ２０１の走査速度、感度、ＳＮ（信号対雑音）比の特性を向上させるための技術として、ＴＤＩ（Ｔｉｍｅ  Ｄｅｌａｙ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）方式が知られている（例えば、特許文献１参照）。図３Ａは、特許文献１に記載された、ＴＤＩ方式のＣＣＤリニアセンサ３８０の構成を示す平面図である。そのＣＣＤリニアセンサ３８０には、画素列３８１が複数本（ｎ本）平行に配設されている。複数の画素列３８１の各々には、入射光を受けて光電変換により光を電子に変換するフォトダイオード等からなる画素３８１ａが、複数個（ｍ個）直線状にならべられている。
【００１０】
各画素列は、それぞれ画素列に平行配置された転送電極３８３を有しており、画素列と転送電極が交互に配設された構造となっている。これらの転送電極は、第ｋ列（１≦ｋ≦ｎ−１）の転送電極に注目すると、図中において当該電極の左側に隣接する第ｋ列の画素列の第ｉ行（１≦ｉ≦ｍ）の画素から右側に隣接する第（ｋ＋１）列の画素列の第ｉ行の画素へ、電荷を転送する。
【００１１】
以下、第ｉ行、第ｊ列（１≦ｊ≦ｎ）の画素を、画素（ｉ、ｊ）と表すことにする。このＴＤＩ方式のＣＣＤリニアセンサにおいて、画素（１、１）で発生した信号電荷は、第１列の転送電極３８３を通して画素（１、２）へ移され、順次画素（１、３）、（１、４）、…、（１、ｎ−１）、（１、ｎ）まで転送され、さらに信号電荷転送部３８４によってＣＣＤレジスタ３８５に送られる。そして、この信号電荷はＣＣＤレジスタ３８５から出力部３８６へ転送され、ここで適当な出力信号に変換されて出力される。
【００１２】
ＴＤＩ方式で画像を読み取り走査する時、画像はセンサ上を画素列に垂直な方向（Ａ）へ移動する。このとき、画素列間の電荷の転送速度は、センサ上の画像走査速度と同期しており、ある画像に対応する信号電荷には、常に同一の画像が照射される画素にあり、対応する信号電荷を加算する。すなわち、ある特定の画像部分からの入射光によって第１列の画素で発生した信号電荷が第２列の画素に転送された時点においては、この信号電荷を発生させた入射光は第２列の画素に当たっており、ここでこの入射光によって発生した信号電荷は第１列の画素で発生して転送されてきた信号電荷に加算される。ある画像部分からの入射光に対応する信号電荷を発生する画素の総面積は、合計で画素ｎ個分となるので、高感度が得られる。
【００１３】
図３Ｂは、特許文献１に記載された、ＴＤＩ方式のＣＣＤリニアセンサの他の構成を示す平面図である。カラーＣＣＤリニアセンサ３１１は、画素３０１ａを直線状に配列した画素列３０１−１、３０１−２、…、３０１−（ｎ−１）、３０１−ｎを複数列平行に配設し、これらの画素列の間隔が、画素列と直交する方向の走査ピッチの２倍となっている。また、任意の隣接する画素列間には、信号電荷を一時蓄積することができる蓄積部３０２と転送電極３０３を配設している。
【００１４】
図３ＢのＣＣＤリニアセンサ３１１では、画素列間距離を走査ピッチのＮ倍にし、画素幅を走査ピッチ分確保している。そのため、走査ピッチを縮小した場合でも十分な画素の有効面積を得ることができる。また、画素列間に配設した転送部には、蓄積部を併設している。これによって、特定の画像部分からの入射光によって発生した信号電荷を、転送しながら順次加算していくことができる。このように、カラーＣＣＤリニアセンサ３１１は、高い感度と十分な飽和電荷量を得ることができる。
【００１５】
図４は、図３Ａまたは図３Ｂに例示された従来のカラーＣＣＤリニアセンサの全体の構成を示す平面図である。カラーＣＣＤリニアセンサ３２１は、カラー化を実現するために、３つのＴＤＩ方式のＣＣＤリニアセンサにて構成されている。カラーＣＣＤリニアセンサ３２１は、Ｒ、Ｇ、Ｂのカラーフィルタが形成された複数の受光部（第１受光部３２２ａ、第２受光部３２２ｂ、第３受光部３２２ｃ）を備えている。
【００１６】
第１受光部３２２ａには、第１駆動クロック供給端子３２５ａを介して転送クロックφＡと転送クロックφＢが供給される。同様に、第２受光部３２２ｂには、第２駆動クロック供給端子３２５ｂを介して転送クロックφＡと転送クロックφＢが供給され、第３受光部３２２ｃには、第３駆動クロック供給端子３２５ｃを介して転送クロックφＡと転送クロックφＢが供給される。
【００１７】
各受光部（第１受光部３２２ａ、第２受光部３２２ｂ、第３受光部３２２ｃ）は、図４に示されている矢印の方向に、スキャン速度（周期）に同期して１画素分信号電荷を転送し、信号電荷を加算しながら、信号電荷転送部（第１信号電荷転送部３２３ａ、第２信号電荷転送部３２３ｂ、第３信号電荷転送部３２３ｃ）へ読み出す。各信号電荷転送部（第１信号電荷転送部３２３ａ、第２信号電荷転送部３２３ｂ、第３信号電荷転送部３２３ｃ）は、クロックφ１とクロックφ２を、各転送電極端子（第１転送電極端子３２６ａ、第２転送電極端子３２６ｂ、第３転送電極端子３２６ｃ）より受ける。そのクロックφ１とクロックφ２に応答して、各出力部（第１出力部３２４ａ、第２出力部３２４ｂ、第３出力部３２４ｃ）へ信号電荷を送る。カラーＣＣＤリニアセンサ３２１は、同じ位置の信号電荷を複数ラインで蓄積（加算）することで、解像度を保ちつつ感度を改善している。
【００１８】
また、上述の特許文献１に記載のＣＣＤリニアセンサと異なる構成のＴＤＩ方式のＣＣＤリニアセンサに関する技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２には、ＴＤＩ方式のＣＣＤリニアセンサが有する紫外線領域の感度が低いという問題を解決するための技術が記載されている。図５Ａは、特許文献２に記載のカラーＣＣＤリニアイメージセンサ４０１の構成を示す平面図である。カラーＣＣＤリニアイメージセンサ４０１は、ＵＶ（紫外線）インスペクター用途として、紫外線領域の感度を高めることができるＴＤＩ方式のＣＣＤリニアセンサを開示している。
【００１９】
受光面４１０においては、単位画素となる受光セル４１２には、チャネルストップ４１４により分離された４個を１組として水平方向に２個、垂直方向に２個並べられた構成である。１画素の整数倍毎（図面上は４画素毎）に水平方向に配置され、垂直方向には所定の行数（例えば１０行）離間した位置に１画素ずつずらして配置されている。また、カラーＣＣＤリニアイメージセンサ４０１は、水平転送部４２０と、得られた信号電荷を増幅するアンプ４２１とを備えている。受光面４１０上の受光セル４１２を除く領域は、垂直転送部４１３により構成されており、受光面４１０全体として、受光セル４１２において生成した信号電荷を図面上矢印ＯＰＶの方向に転送する。
【００２０】
図５Ｂは、図５Ａの受光セルおよび垂直転送部の一部を拡大した平面図である。図中の４つの受光セルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４は水平方向に対して同一の位置となり、それぞれが被写体の同一部分を撮像する。垂直転送部４１３は、第１相４１３ａ、第２相４１３ｂおよび第３相４１３ｃの３相から１つの転送セルが形成されており、この転送セルが矢印ＯＰＶと略同一の方向へ繰り返し並べられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】特開平８−１８８６７号公報
【特許文献２】特開２００１−５３２６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
図１に示したカラーＣＣＤリニアイメージセンサ１０１では、原稿を走査する方向に、ＲＧＢのライン間隔Ｌが必要で、チップサイズが大きくなる欠点がある。ライン間隔が必要な場合、走査し終わるまで１本目と２本目、２本目と３本目といったラインの色情報を外部で記憶し、３つの色情報をそろえてから信号処理を行う必要がある。このため、かなりの容量の外部メモリが必要となる。
【００２３】
図２に示したカラーＣＣＤリニアイメージセンサ２０１では、ＲＧＢの３画素で一単位を構成するため、水平方向の画素サイズが小さくなり、感度が低くなってしまう。また、感度を上げるためには、水平方向に受光面を増加させなければならないため、チップサイズが大きくなる。
【００２４】
また、そのカラーＣＣＤリニアイメージセンサ２０１は、ライン間隔Ｌが不要となり、縦方向のチップサイズが縮小されるが、ＲＧＢの３画素で一単位の感度が低い欠点がある。また単色画素が隣接しているため、解像度限界の縦縞模様の原稿を読み取った場合に、偽信号の防止のため、光学ローパスフィルタが必要となる。従って、このカラーＣＣＤリニアイメージセンサ２０１は、小型化や光学ローパスフィルタを不要とした製造コスト低減と出力感度向上との両立が困難である。
【００２５】
図４に示したカラーＣＣＤリニアセンサ３２１のようなＴＤＩ方式を用いたカラーＣＣＤリニアセンサでは、各ＲＧＢの受光部（第１受光部３２２ａ、第２受光部３２２ｂ、第３受光部３２２ｃ）の走査方向に複数段の画素があり、ＲＧＢのライン間隔Ｌの領域が必要となり、チップサイズが大きくなる欠点がある。さらに、感度向上のため、走査方向の画素を増やすほど、ＲＧＢのライン間隔が増加し、小型化が困難となる。
【００２６】
図５Ａ（または図５Ｂ）に示したカラーＣＣＤリニアイメージセンサ４０１では、画素からの水平方向へ信号電荷を読み出しする転送部によって、同一走査方向の画素の信号電荷を加算する。そのため、水平方向、走査方向の領域を増加させなければならないので、装置の小型化が困難となり、製造工程における歩留の低下などの問題がある。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
以下に、［発明を実施するための形態］で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための形態］との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００２８】
上記の課題を解決するために、照射された光に応答して電荷を蓄積する受光部（２）と、前記受光部（２）に蓄積された前記電荷を読み出して出力部に転送する信号電荷転送部（３）とを具備するカラーＣＣＤリニアイメージセンサ（１）を構成する。ここにおいて、前記受光部（２）は、第１列（１１）に配置され、第１列画素電荷を蓄積する複数の第１基本画素（７）と、前記第１列（１１）の隣の第２列（１２）に配置され、前記光に応答して蓄積した電荷と前記第１列画素電荷とを加算して第２列画素電荷として蓄積する複数の第２基本画素（８）とを備えることが好ましい。
そして、前記複数の第１基本画素（７）は、第１色に対応する第１列第１色電荷を生成する第１列第１色画素（７−１）と、前記第１列第１色画素（７−１）の隣に配置され、第２色に対応する第１列第２色電荷を生成する第１列第２色画素（７−２）と、前記第１列第２色画素（７−２）の隣に配置され、第３色に対応する第１列第３色電荷を生成する第１列第３色画素（７−３）とを含むことが好ましい。
また、前記複数の第２基本画素（８）は、前記第１色に対応する第２列第１色電荷を生成する第２列第１色画素（８−１）と、前記第２列第１色画素（８−１）の隣に配置され、前記第２色に対応する第２列第２色電荷を生成する第２列第２色画素（８−２）と、前記第２列第２色画素（８−２）の隣に配置され、前記第３色に対応する第２列第３色電荷を生成する第２列第３色画素（８−３）とを含むことが好ましい。その場合に、前記第２列第１色画素（８−１）は、前記第１列第２色画素（７−２）の隣に配置されることが好ましい。
【発明の効果】
【００２９】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、カラーＣＣＤリニアセンサの出力感度向上を図るとともに、小型化を実現させる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、従来のカラーＣＣＤリニアセンサの構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、従来のカラーＣＣＤリニアセンサの他の構成を例示するブロック図である。
【図３Ａ】図３Ａは、ＴＤＩ方式のＣＣＤリニアセンサの構成を示す平面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、ＴＤＩ方式のＣＣＤリニアセンサの他の構成を示す平面図である。
【図４】図４は、従来のカラーＣＣＤリニアセンサの全体の構成を示す平面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、従来のカラーＣＣＤリニアイメージセンサの構成を示す平面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、従来のカラーＣＣＤリニアイメージセンサの垂直転送部の一部を拡大した平面図である。
【図６】図６は、第１実施形態のカラーＣＣＤリニアイメージセンサ１の構成を例示する平面図である。
【図７】図７は、本実施形態のカラーＣＣＤリニアイメージセンサ１の動作を例示する平面図である。
【図８】図８は、本実施形態のカラーＣＣＤリニアイメージセンサ１の実効開口１７の構成を例示する平面図である。
【図９Ａ】図９Ａは、ＭＴＦの空間周波数依存を例示するグラフである。
【図９Ｂ】図９Ｂは、折り返しひずみの様子を例示するグラフである。
【図９Ｃ】図９Ｃは、空間周波数を使った折り返しひずみの解釈を例示するグラフである。
【図１０】図１０は、第１実施形態のカラーＣＣＤリニアイメージセンサ１の具体的な構成を例示する平面図である。
【図１１】図１１は、本発明の第２実施形態のカラーＣＣＤリニアイメージセンサ１の構成を例示する平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
［第１実施形態］
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、実施の形態を説明するための図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。図６は、第１実施形態のカラーＣＣＤリニアイメージセンサ１の構成を例示する平面図である。カラーＣＣＤリニアイメージセンサ１は、受光部２と、電荷転送部３と、出力部４とを含んでいる。受光部２は、受光部第１クロックφＡと受光部第２クロックφＢとを供給する駆動クロック供給端子５に接続されている。また電荷転送部３は、ＣＣＤ第１クロックφ１とＣＣＤ第２クロックφ２とを供給する転送クロック供給端子６に接続されている。
【００３２】
受光部２は、第１画素列１１と、第２画素列１２と、第３画素列１３とを含んでいる。第１画素列１１には、複数の第１列基本画素単位７が配置されている。複数の第１列基本画素単位７の各々は、第１列青色画素７−１と、第１列緑色画素７−２と、第１列赤色画素７−３とを含んでいる。第２画素列１２には、複数の第２列基本画素単位８が配置されている。複数の第２列基本画素単位８の各々は、第２列青色画素８−１と、第２列緑色画素８−２と、第２列赤色画素８−３とを含んでいる。第３画素列１３には、複数の第３列基本画素単位９が配置されている。複数の第３列基本画素単位９の各々は、第３列青色画素９−１と、第３列緑色画素９−２と、第３列赤色画素９−３とを含んでいる。
【００３３】
電荷転送部３は、ＣＣＤ第１クロックφ１とＣＣＤ第２クロックφ２とに応答して動作する２相駆動ＣＣＤで構成されている。電荷転送部３には、その２相駆動ＣＣＤを駆動するためのＣＣＤ第１クロックφ１とＣＣＤ第２クロックφ２が、転送クロック供給端子６を介して供給されている。電荷転送部３によって転送された信号電荷は、出力部４に供給される。出力部４は、浮遊拡散領域によって形成され、信号電荷を信号電圧に変換、増幅する信号電荷検出部とソースホロワ、インバータ等のアナログ回路を備えている。出力部４は、外部の信号処理回路（図示されず）へ接続されている。外部の信号処理回路は、カラーＣＣＤリニアイメージセンサ１から供給される信号電圧に基づいてカラー画像を生成する。
【００３４】
図６を参照すると、受光部２は、単位画素（たとえば、色再現処理するＲＧＢ３原色の色フィルタを画素上に形成）を水平方向に繰り返し配列し、それと同一数の画素分を走査方向（垂直方向）に１画素ずつずらして複数段（この場合、水平方向に単位画素と同数の３画素分）を配列した信号電荷を加算して読み出すＴＤＩ方式の構成である。
【００３５】
受光部２は、例えばポリシリコンなどで構成された透明電極に、駆動クロック供給端子５を介して、２相の転送クロック（受光部第１クロックφＡと受光部第２クロックφＢ）を供給し、信号電荷を加算しながら、最終のＲＧＢ受光部ラインに送っていく。電荷転送部３は、その最終のＲＧＢ受光部ラインに対向して構成されている。電荷転送部３は、読み出しパルスに応答して動作する信号読み出し部（図示されず）を介して、その最終のＲＧＢ受光部ラインの信号電荷を読み出す。
【００３６】
図７は、本実施形態のカラーＣＣＤリニアイメージセンサ１の動作を例示する平面図である。図７は、時刻ｔ１、時刻ｔ２、時刻ｔ３の順に走査方向に原稿１４の画像を読み取る場合の動作を例示している。時刻ｔ１では、その時刻ｔ１の蓄積位置にて信号電荷が受光部に蓄積される。次に、走査方向に同期しながら、時刻ｔ２において、その時刻ｔ２の蓄積位置にて、信号電荷が受光部に蓄積される。次に時刻ｔ３において、その時刻ｔ３の蓄積位置にて、信号電荷が受光部に蓄積される。各蓄積位置の信号電荷は、それぞれ走査速度（周期）に同期して、信号電荷移動経路１５、信号電荷移動経路１６に沿って信号電荷を１画素分、転送・加算する。
【００３７】
従来のＣＣＤリニアセンサの感度向上を図るＴＤＩ方式では、複数段の同一色を形成した受光部を設けていたため、ライン間隔が必要となり、チップサイズが大きり、装置の小型化が困難であった。本実施形態のカラーＣＣＤリニアイメージセンサ１は、単一基本画素（たとえば、ＲＧＢ）を水平方向に繰り返した受光部の画素配列を、複数段で走査方向に対して、１画素分斜めにずらして配列したことにより、ライン間隔が削減でき、同一色の画素の信号電荷を加算、転送することにより、感度向上を図ることができる。
【００３８】
また、水平方向の同一色画素分の開口が実効的な開口となり、これが擬似的に光学ローパスフィルタと同様な機能となり、光学ローパスフィルタが不要となる。このため、出力感度向上とチップサイズ縮小化の両立を図ることができ、コスト低減を図ることができる。
【００３９】
図８は、本実施形態のカラーＣＣＤリニアイメージセンサ１の実効的な開口（以下、実効開口１７と記載する）の構成を例示する平面図である。本実施形態のカラーＣＣＤリニアイメージセンサ１では、１画素ずつ横方向にずれた受光部の信号を、３画素加算している。この構成・動作によって、開口は横方向の画素３つ分で実効的な実効開口１７ができる。これが擬似的に光学ローパスフィルタの効果と同じようになり、本実施形態のカラーＣＣＤリニアイメージセンサ１では、光学ローパスフィルタが不要となる。従って、感度向上とチップサイズ縮小化の両立を図ることができる。
【００４０】
図９Ａ、図９Ｂおよび図９Ｃは、水平方向の同一色画素分の開口が擬似的に光学ローパスフィルタと同様な機能となり、光学ローパスフィルタが不要となる原理を説明する図である。図９Ａは、ＭＴＦの空間周波数依存を例示するグラフである。図９Ｂは、折り返しひずみの様子を例示するグラフである。図９Ｃは、空間周波数を使った折り返しひずみの解釈を例示するグラフである。
【００４１】
下記の参考文献に記載されているように、単位距離当たりの波の数を表す空間周波数（縞模様の繰り返し距離の逆数）を“ｆ”、画素ピッチを“ｐ”とするとき、サンプリング周波数ｆｓ、および、サンプリング後の信号が再現可能な上限周波数であるナイキスト周波数ｆＮ（ｆｓの半分の周波数）は、
ｆｓ＝１／ｐ
ｆＮ＝１／２ｐ
で表される。
【００４２】
ＭＴＦをサンプリング周波数ｆｓと画素の開口幅ａ、画素ピッチｐとすると、ＭＴＦが画素の開口率ａ／ｐと縞模様のピッチ（相対空間周波数）ｆ／ｆｓに決まる。図９Ａは、その様子を示すグラフである。ナイキスト周波数を越える細かい縞模様を撮像したときは、サンプリング周波数ｆｓを中心に（ｆ→ｆｓ−ｆ）にした折り返しひずみ（ａｌｉａｓｉｎｇ、モアレや偽信号とも呼ばれる）が発生する。
【００４３】
図９Ｂ、図９Ｃは、ナイキスト周波数より高い空間周波数成分に対して発生する折り返しの様子と空間周波数を用いた説明図である。このような折り返しひずみを防止するため、実際のカメラやスキャナなどの装置には、ＣＣＤセンサに入る光は光学ローパスフィルタを設け、ナイキスト周波数以下に制限するようにしている。本実施形態のカラーＣＣＤリニアイメージセンサ１では、光学ローパスフィルタが不要となり、チップサイズ縮小化とコストの低減化を図ることができる。
【００４４】
［参考文献］
「ＣＱ出版社  ＣＣＤ／ＣＭＯＳイメージ・センサの基礎と応用  米本和也氏著」の２４７頁「Ａ−５  画素開口のサンプリングによるＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）と折り返し」
【００４５】
図１０は、上述の第１実施形態のカラーＣＣＤリニアイメージセンサ１の構成を具体的に例示する平面図である。第１実施形態におけるカラーＣＣＤリニアイメージセンサ１は、具体的には、同一色の画素間に受光部間転送部１８を備えている。同じ色の画素間の信号電荷の転送は、受光部間転送部１８を介して実行される。受光部間転送部１８は、駆動クロック供給端子５を介して供給された転送クロック（受光部第１クロックφＡと受光部第２クロックφＢ）によって信号電荷を転送する。また、カラーＣＣＤリニアイメージセンサ１の受光部２は、上述の構成に限定されること無く、例えば、インターライン方式のように画素の水平方向隣接に転送部を設ける構成にて実現してもよい。
【００４６】
［第２実施形態］
図１１は、本発明の第２実施形態のカラーＣＣＤリニアイメージセンサ１の構成を例示する平面図である。第２実施形態のカラーＣＣＤリニアイメージセンサ１において、受光部２は受光部第１領域２ａと受光部第２領域２ｂとを含んでいる。受光部第１領域２ａは、第１画素列１１、第２画素列１２および第３画素列１３に対応している。受光部第２領域２ｂは、第４画素列２１、第５画素列２２および第６画素列２３に対応している。第２実施形態のカラーＣＣＤリニアイメージセンサ１は、第１実施形態のカラーＣＣＤリニアイメージセンサ１と同様の実効開口１７を有し、受光部２の水平方向のＴＤＩ段数が増加している。カラーＣＣＤリニアイメージセンサ１は、この構成によって、増加した段数分さらに感度の向上が実現している。
【００４７】
図１１を参照すると、第２実施形態のカラーＣＣＤリニアイメージセンサ１は、同一色の画素を走査方向（垂直方向）に１画素ずつずらして水平方向に単位画素と同数の３画素分とし、走査方向（垂直方向）に、第１画素列１１、第２画素列１２、第３画素列１３、第４画素列２１、第５画素列２２および第６画素列２３を有している。受光部２の画素配列は、受光部第１領域２ａにおいて、上段から３段までは、左側に１画素ずつずらして配置されている。受光部第１領域２ａと受光部第２領域２ｂとの間（３段目から４段目）では、走査方向（垂直方向）に同位置にずらさずに、画素が配置されている。受光部第２領域２ｂにおいて、４段目から６段目は、右側に１画素ずつずらして配置されている。
【００４８】
上述の第１実施形態では、走査方向の画素列には、それぞれ各色の画素の信号電荷は、１画素分が走査、加算されている。第２実施形態のカラーＣＣＤリニアイメージセンサ１においては、走査方向の画素列には、それぞれ各色の画素の信号電荷は、同数（ここでは２画素）分が走査、加算される。ここでの横方向の画素３つ分の実効的な開口（実効開口１７）は、走査方向に２画素分の信号電荷により、擬似的に光学ローパスフィルタの効果を得ている。
【００４９】
第２実施形態のカラーＣＣＤリニアイメージセンサ１は、第１実施形態のカラーＣＣＤリニアイメージセンサ１に比べて、受光部２に配置される画素列の段数を増加させている。そのため、受光部２の加算分さらに感度向上を図れる。さらに、構成する段数を、第２実施形態のカラーＣＣＤリニアイメージセンサ１と同じにした場合に、信号電荷を、必要段数分だけ加算することも可能である。これにより、複屈折特性が固定された光学ローパスフィルタの使用に対して、水平方向の画素加算数を可変することにより、実効的な開口８可変することもできる。
【００５０】
以上、本願発明の実施の形態を具体的に説明した。本願発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【符号の説明】
【００５１】
１…カラーＣＣＤリニアイメージセンサ
２…受光部
２ａ…受光部第１領域
２ｂ…受光部第２領域
３…電荷転送部
４…出力部
５…駆動クロック供給端子
６…転送クロック供給端子
７…第１列基本画素単位
７−１…第１列青色画素
７−２…第１列緑色画素
７−３…第１列赤色画素
８…第２列基本画素単位
８−１…第２列青色画素
８−２…第２列緑色画素
８−３…第２列赤色画素
９…第３列基本画素単位
９−１…第３列青色画素
９−２…第３列緑色画素
９−３…第３列赤色画素
１１…第１画素列
１２…第２画素列
１３…第３画素列
１４…原稿
１５…信号電荷移動経路
１６…信号電荷移動経路
１７…実効開口
１８…受光部間転送部
２１…第４画素列
２２…第５画素列
２３…第６画素列
１０１…カラーＣＣＤリニアイメージセンサ
１０２ａ…第１受光部
１０２ｂ…第２受光部
１０２ｃ…第３受光部
１０３ａ…第１信号電荷転送部
１０３ｂ…第２信号電荷転送部
１０３ｃ…第３信号電荷転送部
１０４ａ…第１出力部
１０４ｂ…第２出力部
１０４ｃ…第３出力部
１０６ａ…第１転送電極端子
１０６ｂ…第２転送電極端子
１０６ｃ…第３転送電極端子
２０１…カラーＣＣＤリニアイメージセンサ
２０２…受光部
２０３…信号電荷転送部
２０４…出力部
２０７…基本単位
３０１ａ…画素
３０１−１…画素列
３０１−２…画素列
３０１−（ｎ−１）…画素列
３０１−ｎ…画素列
３０２…蓄積部
３０３…転送電極
３１１…カラーＣＣＤリニアセンサ
３２１…カラーＣＣＤリニアセンサ
３２２ａ…第１受光部
３２２ｂ…第２受光部
３２２ｃ…第３受光部
３２３ａ…第１信号電荷転送部
３２３ｂ…第２信号電荷転送部
３２３ｃ…第３信号電荷転送部
３２４ａ…第１出力部
３２４ｂ…第２出力部
３２４ｃ…第３出力部
３２６ａ…第１転送電極端子
３２６ｂ…第２転送電極端子
３２６ｃ…第３転送電極端子
３２５ａ…第１駆動クロック供給端子
３２５ｂ…第２駆動クロック供給端子
３２５ｃ…第３駆動クロック供給端子
３８０…カラーＣＣＤリニアセンサ
３８１ａ…画素
３８１…画素列
３８３…転送電極
３８４…信号電荷転送部
３８５…ＣＣＤレジスタ
３８６…出力部
４０１…カラーＣＣＤリニアイメージセンサ
４１０…受光面
４１２…受光セル
４１３…垂直転送部
４１３ａ…第１相
４１３ｂ…第２相
４１３ｃ…第３相
４１３ａ’…第１相
４１３ｂ’…第２相
４１３ｃ’…第３相
４１４…チャネルストップ
４２０…水平転送部
４２１…アンプ
φＡ…受光部第１クロック
φＢ…受光部第２クロック
φ１…ＣＣＤ第１クロック
φ２…ＣＣＤ第２クロック
【図１】
2010192683.tif 000003
【図２】
2010192683.tif 000004
【図３Ａ】
2010192683.tif 000005
【図３Ｂ】
2010192683.tif 000006
【図４】
2010192683.tif 000007
【図５Ａ】
2010192683.tif 000008
【図５Ｂ】
2010192683.tif 000009
【図６】
2010192683.tif 000010
【図７】
2010192683.tif 000011
【図８】
2010192683.tif 000012
【図９Ａ】
2010192683.tif 000013
【図９Ｂ】
2010192683.tif 000014
【図９Ｃ】
2010192683.tif 000015
【図１０】
2010192683.tif 000016
【図１１】
2010192683.tif 000017