(57)【要約】【課題】光電変換装置のシリコン面積を増加せずに、適切な受光素子を配置することで受光面積を拡大し、高感度かつ安価なラインイメージセンサを提供する。【解決手段】ラインイメージセンサは、共通の基板上に、Ｒフィルタが形成されたＲ受光素子Ｒ１…をライン状に配列したＲ受光素子列１と、Ｇフィルタが形成されたＧ受光素子Ｇ１…をライン状に配列したＧ受光素子列２と、Ｂフィルタが形成されたＢ受光素子Ｂ１…をライン状に配列したＢ受光素子列３と、各受光素子列１〜３からの信号を処理して出力する回路部７と、各受光素子列１〜３の各受光素子と回路部７とを接続する配線１１…３１とを有する。副走査方向の回路部７に近い側から順に、Ｂ受光素子列３、Ｇ受光素子列２、Ｒ受光素子列１が順次配置される。受光素子列１…３毎に、受光素子間の空き領域のうち配線１１…３１が通る領域以外を利用して、受光素子の受光面積を異ならせる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラインイメージセンサの主走査方向とその副走査方向とが規定される共通の基板上に、前記主走査方向に沿ってカラーフィルタが形成された複数の受光素子がライン状に所定間隔で配列されて成り且つ互いに前記カラーフィルタの透過率及び前記受光素子の光電変換率で決まる感度の異なる複数の受光素子列と、前記複数の受光素子列からの信号を処理して出力する回路部と、前記複数の受光素子列の各受光素子と前記回路部とを電気的に接続する複数の配線とを有し、
前記複数の受光素子列が互いに平行して前記副走査方向に所定間隔で配列され、前記回路部が前記複数の受光素子列の前記副走査方向の外側の一方に配置され、前記複数の配線が前記複数の受光素子列内の各受光素子間の空き領域を通って配置されるラインイメージセンサにおいて、
前記複数の受光素子列のうち感度の最も高い受光素子列が、前記空き領域のうち前記配線が通る領域の面積が最も大きくなるよう、前記副走査方向の前記回路部に最も近い側に配置され、
前記複数の受光素子列のうち残りの受光素子列が、前記感度の高いものから低いものへ順番に、前記空き領域のうち前記配線が通る領域の面積が前記感度の最も高い受光素子列よりも順次小さくなるよう、前記感度の最も高い受光素子列と前記主走査方向に平行な状態で、前記副走査方向の前記回路部に近い側から遠い側へ順次配置され、
前記空き領域のうち前記配線が通る領域以外を利用して、前記複数の受光素子列毎に前記受光素子の受光面積を異ならせていることを特徴とする複数の受光素子列を持つラインイメージセンサ。
【請求項２】
前記感度の最も高い受光素子列は、前記受光素子の受光面積が最も小さく、
前記残りの受光素子列は、前記感度の高いものから低いものへ順番に、前記空き領域のうち前記配線が通る領域以外を利用して前記感度の最も高い受光素子列よりも前記受光素子の受光面積が順次大きくなるよう構成されていることを特徴とする請求項１記載の複数の受光素子列を持つラインイメージセンサ。
【請求項３】
前記複数の受光素子列は、
可視光の中で赤色の成分波長を透過する第１のカラーフィルタが形成された複数の受光素子をライン状に配列した第１の受光素子列と、
可視光の中で緑色の成分波長を透過する第２のカラーフィルタが形成された複数の受光素子をライン状に配列した第２の受光素子列と、
可視光の中で青色の成分波長を透過する第３のカラーフィルタが形成された複数の受光素子をライン状に配列した第３の受光素子列とを有し、
前記副走査方向の前記回路部に近い側から遠い側へ順に、前記第３の受光素子列、前記第２の受光素子列、及び前記第１の受光素子列が順次配置されることを特徴とする請求項１又は２記載の複数の受光素子列を持つラインイメージセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の受光素子列を持つラインイメージセンサに係り、とくにラインイメージセンサの有効な受光素子の配置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光電変換装置の分野においては、縮小光学系を用いたＣＣＤセンサ、複数の光電変換装置を実装した等倍系の密着型イメージセンサの開発が盛んに行われている（例えば、特許文献１参照）。図４は、特許文献１で提案されている従来例のカラーラインセンサにおける受光素子の配置図を示す。
【０００３】
図４において、カラーラインセンサ２０２４はイメージスキャナ（画像読取装置）に適用されるもので、フォトダイオードからなる各受光素子上には、ＲＧＢ三原色のカラーフィルタが形成されている。２０２４−１は、可視光の中で赤色の波長成分を透過するＲフィルタが形成された受光素子Ｒ…Ｒを１ラインに配置した受光素子列である。また、２０２４−２、２０２４−３は、緑色光、青色光の波長成分を透過するＧフィルタ、Ｂフィルタが形成された受光素子Ｇ…Ｇ、Ｂ…Ｂをそれぞれ１ラインに配置した受光素子列である。これら３つの受光素子列２０２４-１、２０２４-２、２０２４-３は、ＲＧＢ３ラインの読取ラインを形成し、所定の蓄積時間に各受光素子に入射される光量に対応した電荷を発生する。
【０００４】
また、２０２４-４は、３つの受光素子列２０２４-１、２０２４-２、２０２４-３の各受光素子において蓄積された電荷を転送するための電荷転送部としてのＣＣＤアナログシフトレジスタ、２０２４-５は、電荷信号を電圧に変換し、電圧出力信号として出力するための出力アンプ部である。
【０００５】
上記ＲＧＢ３ラインの異なる光学特性を持つ受光素子列２０２４-１、２０２４-２、２０２４-３は、同一ラインを読み取るべく、互いに平行に配置される。また、ＣＣＤアナログシフトレジスタ２０２４-４は、３ラインの受光素子列２０２４-１、２０２４-２、２０２４-３の外側位置で、受光素子列２０２４-３に隣接して平行に配置される。各受光素子列２０２４-１、２０２４-２、２０２４-３、及びＣＣＤシフトレジスタ２０２４-４は、同一のシリコンチップ上においてモノリシック構造をとる。
【０００６】
各ラインにおける主走査方向の画素ピッチは、１画素の開口部の主走査方向の大きさと等しい４２μｍになるように各受光素子が配置される。各ラインの間隔も、１画素の開口部の副走査方向の大きさと等しい４２μｍになるように各受光素子が配置される。上記の従来技術では、全受光素子が同等な受光面積を有している。
【特許文献１】特開２００３−３２４３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した特許文献１の図４で示したような複数の受光素子列を持つラインイメージセンサにあっては、受光素子の受光面積を同等に作ることにしても受光素子の感度が同等にならない。その原因は、各光波長に対するフィルタの透過率を同等に作ることが困難であり、また光電変換素子材料として使われているシリコンは、それぞれの光波長に対する光電変換率が違うことにある。
【０００８】
従って、入力光の成分を赤、緑、青、３色に色分解する光電変換素子が同等の感度を持たせるため、アンプゲインを変える手段あるいは高感度を持つ受光素子の一部の受光領域をメタル層で遮光して、一番感度が低い受光素子に合わせる手段が一般に用いられている。
【０００９】
図２は、一部の受光領域をメタルで遮光した受光素子列を有するカラーラインセンサの受光素子列配置イメージ図を示す。しかし、高感度を持つ受光素子の一部の受光領域をメタル層で遮光する手段（図２参照）は、無駄なスペースが発生し、設計上理想的な方法ではない。
【００１０】
本発明は、このような従来の事情を考慮してなされたもので、光電変換装置のシリコン面積を増加せずに、適切な受光素子を配置することで受光面積を拡大し、高感度かつ安価なラインイメージセンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明に係る複数の受光素子列を持つラインイメージセンサは、ラインイメージセンサの主走査方向とその副走査方向とが規定される共通の基板上に、前記主走査方向に沿ってカラーフィルタが形成された複数の受光素子がライン状に所定間隔で配列されて成り且つ互いに前記カラーフィルタの透過率及び前記受光素子の光電変換率で決まる感度の異なる複数の受光素子列と、前記複数の受光素子列からの信号を処理して出力する回路部と、前記複数の受光素子列の各受光素子と前記回路部とを電気的に接続する複数の配線とを有し、前記複数の受光素子列が互いに平行して前記副走査方向に所定間隔で配列され、前記回路部が前記複数の受光素子列の前記副走査方向の外側の一方に配置され、前記複数の配線が前記複数の受光素子列内の各受光素子間の空き領域を通って配置されるラインイメージセンサにおいて、前記複数の受光素子列のうち感度の最も高い受光素子列が、前記空き領域のうち前記配線が通る領域の面積が最も大きくなるよう、前記副走査方向の前記回路部に最も近い側に配置され、前記複数の受光素子列のうち残りの受光素子列が、前記感度の高いものから低いものへ順番に、前記空き領域のうち前記配線が通る領域の面積が前記感度の最も高い受光素子列よりも順次小さくなるよう、前記感度の最も高い受光素子列と前記主走査方向に平行な状態で、前記副走査方向の前記回路部に近い側から遠い側へ順次配置され、前記空き領域のうち前記配線が通る領域以外を利用して、前記複数の受光素子列毎に前記受光素子の受光面積を異ならせていることを特徴とする。
【００１２】
本発明において、前記感度の最も高い受光素子列は、前記受光素子の受光面積が最も小さく、前記残りの受光素子列は、前記感度の高いものから低いものへ順番に、前記空き領域のうち前記配線が通る領域以外を利用して前記感度の最も高い受光素子列よりも前記受光素子の受光面積が順次大きくなるよう構成されててもよい。
【００１３】
本発明において、前記複数の受光素子列は、可視光の中で赤色の成分波長を透過する第１のカラーフィルタが形成された複数の受光素子をライン状に配列した第１の受光素子列と、可視光の中で緑色の成分波長を透過する第２のカラーフィルタが形成された複数の受光素子をライン状に配列した第２の受光素子列と、可視光の中で青色の成分波長を透過する第３のカラーフィルタが形成された複数の受光素子をライン状に配列した第３の受光素子列とを有し、前記副走査方向の前記回路部に近い側から遠い側へ順に、前記第３の受光素子列、前記第２の受光素子列、及び前記第１の受光素子列が順次配置されてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、複数の受光素子列の受光素子間に形成される空き領域を受光素子の受光面積にすることで、副走査方向の受光素子列のピッチを変更せず、従って光電変換装置のシリコン面積を増加せずに受光面積を拡大させることができ、これにより従来技術よりも高感度なラインイメージセンサを安価に提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る複数の受光素子列を持つラインイメージセンサを実施するための最良の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
本実施形態によるラインイメージセンサは、複数の受光素子列内のライン状に並んでいる受光素子間に生じた空き領域と、受光素子の光電変換率及びカラーフィルタの透過率の関係に基づいて、各列の受光素子を適切な位置に配置することで高い感度を実現するものである。以下の説明では、受光素子の「感度」とは、受光素子の光電変換率及びカラーフィルタの透過率で決まるものを言う。
【００１７】
具体的には、本実施形態は、共通の基板上に、複数の受光素子列が互いに平行して副走査方向に配列され、複数の受光素子列からの信号を処理して出力する回路部を有するラインイメージセンサを適用している。この構成において、感度の最も高い受光素子列が、副走査方向の回路部の最も近い側（直上あるいは直下）に配置され、残りの受光素子列が感度の高い順番に、配置された感度の最も高い受光素子列と平行に、副走査方向の回路部から遠ざかる方向に配置される。これにより、受光素子列の受光素子間に形成される空き領域を受光素子の受光面積にする。こうすることで、副走査方向方向の受光素子列のピッチを変更せず、かつ従来技術より高感度なラインイメージセンサを実現している。
【００１８】
図１は、複数の受光素子列を有するカラーラインセンサの受光素子配置イメージ図を示す。
【００１９】
図１に示すカラーラインセンサ１００には、共通の基板上に形成される複数の受光素子列として、受光素子列１（以下、「Ｒ受光素子列」と呼ぶ）、受光素子列２（以下、「Ｇ受光素子列」と呼ぶ）、及び受光素子列３（以下、「Ｂ受光素子列」と呼ぶ）が配置される。
【００２０】
Ｒ受光素子列１は、可視光の中で赤色の波長成分を透過するカラーフィルタ（Ｒフィルタ）が形成された受光素子Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、…（以下、「Ｒ受光素子」と呼ぶ）をライン状に配置したものである。Ｇ受光素子列２は、可視光の中で緑色の波長成分を透過するカラーフィルタ（Ｇフィルタ）が形成された受光素子Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、…（以下、「Ｇ受光素子」と呼ぶ）をライン状に配置したものである。Ｂ受光素子列３は、可視光の中で青色の波長成分を透過するカラーフィルタ（Ｂフィルタ）が形成された受光素子Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、…（以下、「Ｂ受光素子」と呼ぶ）をライン状に配置したものである。
【００２１】
このうち、受光素子の感度については、後述するように、Ｒ受光素子列１、Ｇ受光素子列２、Ｂ受光素子列３の順に高くなる。なお、図１において、ａはＲ、Ｇ、Ｂ受光素子の受光面積における主走査方向の寸法、ｄはＲ、Ｇ、Ｂ受光素子の主走査方向の配列間隔（ピッチ）、ｆはＲ、Ｇ、Ｂ受光素子の副走査方向の配列間隔（ピッチ）をそれぞれ示す。
【００２２】
また、このカラーラインセンサ１００は、複数の受光素子列と共通の基板上に形成される回路として、Ｒ受光素子列１内の各Ｒ受光素子Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、…に個別に接続されるＲ受光素子用の読み出し回路４と、Ｇ受光素子列２内の各Ｇ受光素子Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、…に個別に接続されるＧ受光素子用の読み出し回路５と、Ｂ受光素子列３内の各Ｂ受光素子Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、…に個別に接続されるＢ受光素子用の読み出し回路６とを有する。
【００２３】
さらに、このカラーラインセンサ１００は、複数の受光素子列と共通の基板上に形成される回路及び配線として、Ｒ、Ｇ、Ｂ受光素子列１、２、３からの信号を処理して出力する回路部７と、回路部７とＲ受光素子用の読み出し回路４との間に接続されるＲ受光素子用の出力読み出し配線１１…１１と、回路部７とＢ受光素子用の読み出し回路５との間に接続されるＧ受光素子用の出力読み出し配線２１…２１と、回路部７とＢ受光素子用の読み出し回路６との間に接続されるＢ受光素子用の出力読み出し配線３１…３１とを有する。
【００２４】
図１において、１０１は、Ｒ受光素子列１内の主走査方向に隣接する２つの受光素子Ｒ、Ｒ間に形成される空き領域、１０２は、Ｇ受光素子列２内の主走査方向に隣接する２つの受光素子Ｇ、Ｇ間に形成される空き領域、１０３は、Ｂ受光素子列３内の主走査方向に隣接する２つの受光素子Ｂ、Ｂ間に形成される空き領域である。
【００２５】
図１に示したように、Ｒ、Ｇ、Ｂ受光素子列１、２、３と回路部７との位置関係に応じて、自列を通過する他列の出力読み出し配線の数量が異なり、これにより各空き領域１０１、１０２、１０３の面積が異なっている。具体的には、Ｒ受光素子列１内の空き領域１０１には、Ｇ、Ｂ受光素子列２、３の出力読み出し配線２１、３１がいずれも通らず、Ｇ受光素子列２内の空き領域１０２には、Ｒ受光素子列１の出力読み出し配線１１のみが通り、Ｂ受光素子列３内の空き領域１０３には、Ｒ、Ｇ受光素子列１、２の出力読み出し配線１１、２１のいずれもが通っている。この出力読み出し配線数が増える程、各空き領域１０１、１０２、１０３の面積が小さい。すなわち、副走査方向の回路部７に最も離れた側（図中の下側）に配置されたＲ受光素子列１におけるＲ受光素子間の空き領域１０１の面積は最も大きく、副走査方向の回路部７に最も近い側（図中の上側）に配置されたＢ受光素子列３におけるＢ受光素子間の空き領域１０３の面積は最も小さい。両者の中間に配置されたＧ受光素子列２におけるＧ受光素子間の空き領域１０２の面積は、Ｒ受光素子間の空き領域１０１の面積より小さく、Ｂ受光素子間の空き領域１０３の面積より大きい。
【００２６】
従って、本実施形態では、これら面積の異なる各列の空き領域１０１、１０２、１０３をそれぞれ各列の受光素子の受光面積として有効に活用することによって、感度を向上させている。具体的な実現方法を、以下の例で説明する。
【００２７】
ここで、受光素子の感度をＳ（Sensitive）で表し、Ｒ受光素子の感度をＳ＿Ｒ、Ｇ受光素子の感度をＳ＿Ｇ、Ｂ受光素子の感度をＳ＿Ｂとすると、各受光素子の感度が、下記の式（１）のようにそれぞれ異なる場合は、Ｂ受光素子の感度が一番高く、Ｒ受光素子の感度が一番低く、Ｂ受光素子の感度はＢ受光素子の感度とＧ受光素子の感度の中間である。
【００２８】
Ｓ＿Ｂ＞Ｓ＿Ｇ＞Ｓ＿Ｒ  …（１）
図２は、各受光素子が同等の感度を持たせるため、高感度を持つＢ、Ｒ受光素子の一部の受光領域をメタル層（遮光層）１１１、１１２で遮光して、一番感度が低いＲ受光素子に合わせる場合のＲ、Ｇ、Ｂ受光素子列１、２、３の配置イメージ図を示す。
【００２９】
図２において、Ｒ受光素子の受光面積における主走査方向の寸法をａとし、メタル層１１１で受光領域の一部が遮光されたＧ受光素子の受光面積における主走査方向の寸法をｂとし、メタル層１１２で受光領域の一部が遮光されたＢ受光素子の受光面積における主走査方向の寸法をｃとすると、ａ＞ｂ＞ｃとなる。従って、図２に示すように、高感度を持つＢ、Ｒ受光素子の一部の受光領域をメタル層１１１、１１２で遮光する手段は、無駄なスペースが発生し、設計上理想的な方法ではない。このことは、前述した通りである。
【００３０】
これに対し、図３は、列毎に異なる受光面積を有する場合のＲ、Ｇ、Ｂ受光素子列１、２、３の配置イメージ図を示す。
【００３１】
ここで、受光素子の受光面積をＡ（Area）で表し、Ｒ受光素子の受光面積をＡ＿Ｒ、Ｇ受光素子の受光面積をＡ＿Ｇ、Ｂ受光素子の受光面積をＡ＿Ｂとすると、各受光素子の感度が上記の式（１）のようにそれぞれ異なる場合は、下記の式（２）のような受光面積とすれば、容易に全列の受光素子の感度を同等とすることができる。
【００３２】
Ａ＿Ｂ＜Ａ＿Ｇ＜Ａ＿Ｒ  …（２）
図３において、感度が一番高いＢ受光素子は、受光面積を拡大しなくても感度が十分足りる場合は受光面積を拡大する必要がなくなる。感度が一番低いＲ受光素子は、空き領域１０１を使用して受光面積を拡大している。Ｂ受光素子の感度とＧ受光素子の感度の中間の感度であるＢ受光素子は、空き領域１０３を使用して受光面積を拡大している。すなわち、図３において、Ｒ受光素子の受光面積における主走査方向の寸法をａとし、Ｇ受光素子の受光面積における主走査方向の寸法をｇとし、Ｂ受光素子の受光面積における主走査方向の寸法をｈとすると、ａ＜ｇ＜ｈとなる。
【００３３】
上記の図３に示す方法により、全受光素子の受光面積を有効に使用すると、以下の式（３）と同様に、全受光素子が同等な感度を実現することが容易にできる。
【００３４】
Ｓ＿Ｂ＝Ｓ＿Ｇ＝Ｓ＿Ｒ  …（３）
従って、本実施形態によれば、感度の最も高いＢ受光素子列が、回路部の直上あるいは直下に配置され、残りのＧ、Ｒ受光素子列が感度の高い順番に、感度の高いＢ受光素子列と平行に、回路部から遠さがる方向に配置される。これにより、受光素子列の受光素子間に形成される空き領域を有効に活用して受光素子の受光面積にすることで、副走査方向の受光素子列のピッチを変更せず、かつ従来技術より高感度なラインイメージセンサを実現できる。これによれば、光電変換装置の短辺長を縮小しても従来技術の同等な感度を実現でき、かつ安価なカラーラインセンサを提供することができる。この効果は、将来的に要求されている低価格の複数ラインセンサに適用する場合に最大限に発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態によるカラーラインセンサの受光素子列内の空き領域を説明する受光素子配置図である。
【図２】図１に示すカラーラインセンサの一部の受光領域をメタルで遮光した場合を説明する受光素子配置図である。
【図３】図１に示すカラーラインセンサの受光素子列内の空き領域を利用して列毎に受光面積を異ならせた場合を説明する受光素子配置図である。
【図４】従来技術（特許文献１）のカラーラインセンサの受光素子配置図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  Ｒ受光素子列
２  Ｇ受光素子列
３  Ｂ受光素子列
４  Ｒ受光素子用読み出し回路
５  Ｇ受光素子用読み出し回路
６  Ｂ受光素子用読み出し回路
７  回路部
１１  Ｒ受光素子用出力読み出し配線
２１  Ｇ受光素子用出力読み出し配線
３１  Ｂ受光素子用出力読み出し配線
１００  カラーラインセンサ
１０１  空き領域（Ｒ受光素子間）
１０２  空き領域（Ｇ受光素子間）
１０３  空き領域（Ｂ受光素子間）
１１１  Ｇ受光素子用メタル層（遮光層）
１１２  Ｂ受光素子用メタル層（遮光層）
【図１】
2006332250.tif 000003
【図２】
2006332250.tif 000004
【図３】
2006332250.tif 000005
【図４】
2006332250.tif 000006