(57)【要約】【課題】高精度の機械的機構を必要とせずに、光解像度、高感度の撮影が可能なリニアイメージセンサを提供する。【解決手段】リニアイメージセンサは、赤色ダイオード列１１、緑色ダイオード列１２、青色ダイオード列１３を含んで構成され、赤色ダイオード列１１と青色ダイオード列１３の間に位置する緑色ダイオード列１２は、図示のように、フォトダイオード列方向のピッチの約１／２だけ列方向にずれて配設されている。フォトダイオードＲ１〜Ｒｎ、Ｇ１〜Ｇｎ、Ｂ１〜Ｂｎによって検出された信号電荷は、垂直転送チャネル２１ａ〜２ｎａ、２１ｂ〜２ｎｂに読み出されて垂直方向に転送される。そして、垂直水平転送領域４０を介して水平転送チャネル３０に転送され、さらに水平方向に転送されて出力端ＯＵＴから出力される。【選択図】図１
2004031496.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に、複数の光電変換素子を線状に配設した光電変換素子列を、複数列含むリニアイメージセンサであって、
前記光電変換素子からの電荷を、前記光電変換素子列方向と交差する方向に転送する第１の電荷転送部と、
前記第１の電荷転送部からの電荷を、前記光電変換素子列方向に転送する第２の電荷転送部と、
前記第２の電荷転送部によって転送される電荷に応じた信号を出力する出力部とを有し、
隣接する前記光電変換素子列に含まれる前記光電変換素子は、互いに、前記光電変換素子列内での光電変換素子同士のピッチの約１／２、前記光電変換素子列方向にずれて配設されており、
前記第１の電荷転送部は、１又は複数の前記光電変換素子列に含まれる前記光電変換素子に対応して前記半導体基板に形成された第１の電荷転送チャネルと、前記電荷転送チャネルの各々を平面視上交差するように形成された複数本の第１の電荷転送電極とを含み、
前記第１の電荷転送チャネルは、全体として前記光電変換素子列方向と交差する方向に延在する蛇行形状を呈するように、前記光電変換素子に近接して形成されているリニアイメージセンサ。
【請求項２】
請求項１記載のリニアイメージセンサであって、
前記第１の電荷転送電極は、全体として前記光電変換素子列方向に延在する蛇行形状を呈するように、前記光電変換素子の間に形成されているリニアイメージセンサ。
【請求項３】
請求項１又は２記載のリニアイメージセンサであって、
前記第１の電荷転送電極は、前記光電変換素子に対応してそれぞれ４本設けられるリニアイメージセンサ。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項記載のリニアイメージセンサであって、
前記光電変換素子列は、それぞれ特定の単色光に対応する電荷を検出する光電変換素子からなるリニアイメージセンサ。
【請求項５】
請求項４記載のリニアイメージセンサであって、
前記光電変換素子列は、同一の単色光に対応して複数列設けられるリニアイメージセンサ。
【請求項６】
請求項５記載のリニアイメージセンサであって、
前記単色光に対応する光電変換素子列は、同一の単色光毎に隣接して偶数列設けられるリニアイメージセンサ。
【請求項７】
請求項４ないし６のいずれか１項記載のリニアイメージセンサであって、
前記単色光は、赤色光、緑色光、青色光の３種類であるリニアイメージセンサ。
【請求項８】
請求項１ないし３のいずれか１項記載のリニアイメージセンサであって、
前記光電変換素子列は、一の単色光に対応する電荷を検出する光電変換素子からなる単色光光電変換素子列と、他の複数の単色光それぞれに対応する電荷を検出する光電変換素子からなる複数色光光電変換素子列とを含むリニアイメージセンサ。
【請求項９】
請求項８記載のリニアイメージセンサであって、
前記単色光光電変換素子列と、前記複数色光光電変換素子列が交互に配列され、
前記複数色光光電変換素子列の数が前記単色光光電変換素子列の数より多いリニアイメージセンサ。
【請求項１０】
請求項８又は９記載のリニアイメージセンサであって、
前記一の単色光は、緑色光であり、
前記他の複数の単色光は、赤色光と青色光であり、かつ赤色光用の光電変換素子と青色光用の光電変換素子は、列方向に交互に配列されるリニアイメージセンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板に光電変換素子を線状に配設した光電変換素子列を含むリニアイメージセンサに関し、特に光電変換素子列を複数列含むカラー撮影に好適なリニアイメージセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ファクシミリ、電子複写機、イメージスキャナ、バーコードリーダー等の種々の機器において利用されるリニアイメージセンサは、半導体基板に形成された撮像部を有する。撮像部は、フォトダイオード等の光電変換素子を略線状に配置した光電変換素子列と、光電変換素子列に近接して形成された電荷転送部とを含む。電荷転送部は、光電変換素子によって検出した信号電荷を転送する電荷転送チャネルと、信号電荷転送を制御する複数本の電荷転送電極を含む。電荷転送部によって転送された信号電荷は、フローティングディフュージョンアンプ等の出力部に送られ、電圧信号として出力される。
【０００３】
カラー画像撮像用のリニアイメージセンサは、各光電変換素子の上に赤、緑、青のカラーフィルタが形成され、各光電変換素子は、それぞれ赤色光、緑色光、青色光に対応した信号電荷を検出する。
【０００４】
図２４に、従来のカラー画像撮像用のリニアイメージセンサの撮像部の一例の概略構成を示す。図２１のリニアイメージセンサは、略矩形のフォトダイオード５００を直線状に配列した３列のフォトダイオード列５１１、５１２、５１３を有し、フォトダイオード列５１１、５１２、５１３には、電荷転送部５２１、５２２、５２３がそれぞれ並設される。電荷転送部５２１、５２２、５２３の一端には、フローティングディフュージョンアンプ等を含む出力部５３１、５３２、５３３が形成され、各出力端子５４１、５４２、５４３からフォトダイオード５００で検出した信号電荷に対応する電圧を出力する。
【０００５】
フォトダイオード列５１１、５１２、５１３は、それぞれ赤色光、緑色光、青色光に対応する信号を出力する。すなわち、フォトダイオード列５１１を形成する各フォトダイオードには赤色フィルタ（図示せず）が形成され、フォトダイオード列５１２を形成する各フォトダイオードには緑色フィルタ（図示せず）が形成され、フォトダイオード列５１３を形成する各フォトダイオードには青色フィルタ（図示せず）が形成される。
【０００６】
したがって、各出力端子５４１、５４２、５４３からは、図２５（ａ）に示すような信号が出力されるので、ＡＤ変換その他の処理を行った後、図２５（ｂ）に示すようなカラー撮像信号として利用することができる。なお、図２５における符号Ｒ１、Ｒ２、…、Ｒｎ、Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｎ、Ｂ１、Ｂ２、…、Ｂｎは、図２４において、符号Ｒ１、Ｒ２、…、Ｒｎ、Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｎ、Ｂ１、Ｂ２、…、Ｂｎを付与したフォトダイオードによって検出した信号を示すものであり、以降の説明においても同様である。
【０００７】
しかし、図２４のリニアイメージセンサは、フォトダイオード列５１１と５１２の間、及び５１２と５１３の間に、電荷転送部５２１、及び５２２を設ける必要があるため、フォトダイオード列５１１、５１２、５１３間の間隔を狭くすることができない。そのため、高解像度の撮像を行うためには、フォトダイオード列５１１、５１２、５１３の配置方向（以下、単に主走査方向と記述する場合もある。）と交差する方向（以下、単に副走査方向と記述する場合もある。）の位置精度が要求される。副走査方向の精度は、副走査機構の機械的精度に依存し、高精度の機構を安価に得るのは、一般に困難である。
【０００８】
図２６は、従来のカラー画像撮像用のリニアイメージセンサの撮像部の他の例の概略構成を示す図である。図２３のリニアイメージセンサは、略矩形のフォトダイオード６００を直線状に配列した２列のフォトダイオード列６１１、６１２を有する。フォトダイオード列６１１、６１２は、近接して設けられ、電荷転送部６２１、６２２は、フォトダイオード列６１１、６１２の外側に設けられる。また、電荷転送部６２１、６２２の一端には、フローティングディフュージョンアンプ等を含む出力部６３１、６３２が形成され、各出力端子６４１、６４２からフォトダイオード６００で検出した信号電荷に対応する電圧を出力する。
【０００９】
フォトダイオード列６１１を形成する各フォトダイオードには赤色フィルタと青色フィルタ（図示せず）が交互に形成され、フォトダイオード列６１２を形成する各フォトダイオードには緑色フィルタ（図示せず）が形成される。
【００１０】
したがって、各出力端子６４１、６４２からは、図２７（ａ）に示すような信号が出力されるので、ＡＤ変換その他の処理を行った後、色信号の演算を行って図２７（ｂ）に示すようなカラー撮像信号として利用することができる。
【００１１】
図２６のリニアイメージセンサは、フォトダイオード列６１１と６１２が近接して設けられるため、副走査機構の機械的精度が必ずしも要求されない。しかし
Ｈ１、Ｈ２・・・水平転送電極
が困難である。すなわち、検出感度を上げるためフォトダイオード列を増やすと、電荷転送部をフォトダイオード列に配置する構成となって、解像度が悪化することになる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、高精度の機械的機構を必要とせずに、高解像度、高感度の撮影が可能なリニアイメージセンサを提供するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明のリニアイメージセンサは、半導体基板に、複数の光電変換素子を線状に配設した光電変換素子列を、複数列含むものセンサであって、前記光電変換素子からの電荷を、前記光電変換素子列方向と交差する方向に転送する第１の電荷転送部と、前記第１の電荷転送部からの電荷を、前記光電変換素子列方向に転送する第２の電荷転送部と、前記第２の電荷転送部によって転送される電荷に応じた信号を出力する出力部とを有し、隣接する前記光電変換素子列に含まれる前記光電変換素子は、互いに、前記光電変換素子列内での光電変換素子同士のピッチの約１／２、前記光電変換素子列方向にずれて配設されており、前記第１の電荷転送部は、１又は複数の前記光電変換素子列に含まれる前記光電変換素子に対応して前記半導体基板に形成された第１の電荷転送チャネルと、前記電荷転送チャネルの各々を平面視上交差するように形成された複数本の第１の電荷転送電極とを含み、前記第１の電荷転送チャネルは、全体として前記光電変換素子列方向と交差する方向に延在する蛇行形状を呈するように、前記光電変換素子に近接して形成されているものである。このように構成すると、光電変換素子列間ギャップを小さくすることができ、全体としての列方向と略直交する副走査方向の検出精度を向上させることができる。したがって、機械的な副走査精度の許容範囲を広げても、高精度の撮像が可能となる。
【００１４】
本発明のリニアイメージセンサにおける前記第１の電荷転送電極は、全体として前記光電変換素子列方向に延在する蛇行形状を呈するように、前記光電変換素子の間に形成されているものである。こうすると、複数の光電変換素子列の光電変換素子に対応する第１の転送電極を、一体のものとして形成することができ、転送電極に対する転送パルス供給用配線が簡単に形成できる。
【００１５】
本発明のリニアイメージセンサにおける前記第１の電荷転送電極は、前記光電変換素子に対応してそれぞれ４本設けられるものである。
【００１６】
また、本発明のリニアイメージセンサにおける前記光電変換素子列は、それぞれ特定の単色光に対応する電荷を検出する光電変換素子からなるものである。
【００１７】
本発明のリニアイメージセンサにおける前記光電変換素子列は、同一の単色光に対応して複数列設けられるものである。このように構成すると、主走査方向の解像度の向上及び検出感度の増加を図ることができる。
【００１８】
また、本発明のリニアイメージセンサにおける前記単色光に対応する光電変換素子列は、同一の単色光毎に隣接して偶数列設けられるものである。このように構成すると、第１の電荷転送部の本数を減らすことができる。また、第１の電荷転送部内で信号電荷の加算が可能となるので、第２の電荷転送部の段数を減らすことができるとともに検出感度を増加させることができる。
【００１９】
また、本発明のリニアイメージセンサにおける前記単色光は、赤色光、緑色光、青色光の３種類である。
【００２０】
本発明のリニアイメージセンサにおける前記光電変換素子列は、一の単色光に対応する電荷を検出する光電変換素子からなる単色光光電変換素子列と、他の複数の単色光それぞれに対応する電荷を検出する光電変換素子からなる複数色光光電変換素子列とを含むものである。
【００２１】
また、本発明のリニアイメージセンサは、前記単色光光電変換素子列と、前記複数色光光電変換素子列が交互に配列され、前記複数色光光電変換素子列の数が前記単色光光電変換素子列の数より多いものである。
【００２２】
また、本発明のリニアイメージセンサにおける前記一の単色光は、緑色光であり、前記他の複数の単色光は、赤色光と青色光であり、かつ赤色光用の光電変換素子と青色光用の光電変換素子は、列方向に交互に配列されるものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図１から図２３を用いて説明する。
【００２４】
（第１の実施の形態）
図１に、第１の実施の形態のリニアイメージセンサの撮像部の一部の概略構成を示す。図１のリニアイメージセンサは、それぞれ１列に配置された赤色光検出用のフォトダイオードＲ１、Ｒ２、…、Ｒｎ−１、Ｒｎ（赤色ダイオード列１１）、緑色光検出用のフォトダイオードＧ１、Ｇ２、…、Ｇｎ−１、Ｇｎ（緑色ダイオード列１２）、青色光検出用のフォトダイオードＢ１、Ｂ２、…、Ｂｎ−１、Ｂｎ（青色ダイオード列１３）を含んで構成される。赤色ダイオード列１１と青色ダイオード列１３の間に位置する緑色ダイオード列１２は、図示のように、フォトダイオード列方向のピッチの約１／２だけ列方向にずれて配設されている。
【００２５】
フォトダイオードＲ１〜Ｒｎ、Ｇ１〜Ｇｎ、Ｂ１〜Ｂｎによって検出された信号電荷を転送するための第１の電荷転送部（以下、「垂直転送部」と記述する場合もある。）を構成する電荷転送チャネル（以下、「垂直転送チャネル」と記述する場合もある。）２１ａ〜２ｎａ、２１ｂ〜２ｎｂは、フォトダイオード列方向に交差する方向に転送するものである。電荷転送チャネル２１ａ〜２ｎａは、それぞれフォトダイオードＲ１とＢ１、Ｒ２とＢ２、…、ＲｎとＢｎに近接して形成され、電荷転送チャネル２１ｂ〜２ｎｂは、それぞれフォトダイオードＧ１〜Ｇｎに近接して形成され、主走査方向（以下、「水平方向」と記述する場合もある。）と交差する方向（以下、「垂直方向」と記述する場合もある。）に延在する蛇行形状を呈する。そして、それぞれ対応するフォトダイオードから所定のタイミングで読み出された信号電荷を、垂直水平転送領域４０を介して電荷転送チャネル（以下、「水平転送チャネル」と記述する場合もある。）３０に転送する。垂直転送チャネル２１ａ〜２ｎａ、２１ｂ〜２ｎｂに読み出された信号電荷は、図１では図示していない第１の電荷転送電極（以下、「垂直転送電極」と記述する場合もある。）に所定のシフトパルスを供給することによって垂直方向に転送される。
【００２６】
第２の電荷転送チャネル３０は、図１では図示していない第２の電荷転送電極（以下、「水平転送電極」と記述する場合もある。）とともに、第２の電荷転送部を構成し、第２の電荷転送電極に所定のシフトパルスを供給することによって、フォトダイオードＲ１〜Ｒｎ、Ｇ１〜Ｇｎ、Ｂ１〜Ｂｎによって検出された信号電荷を主走査方向に転送する。そして、信号電荷は、出力端ＯＵＴから出力される。
【００２７】
垂直水平転送領域４０は、垂直転送チャネル２１ａ〜２ｎａ、２１ｂ〜２ｎｂからの信号電荷を、水平転送チャネル３０に転送するために設けられるもので、図示しない転送電極に所定のシフトパルスを与えることにより制御される。このシフトパルスは、垂直転送電極及び水平転送電極に供給されるシフトパルスと所定の関係を有しており、フォトダイオードＲ１〜Ｒｎ、Ｇ１〜Ｇｎ、Ｂ１〜Ｂｎからの信号電荷が、それぞれ水平転送チャネル３０の所定の領域に転送される。
【００２８】
フォトダイオードＲ１〜Ｒｎ、Ｇ１〜Ｇｎ、Ｂ１〜Ｂｎからの信号電荷は、図１に示すような相対位置関係で水平転送チャネルに読み出される。したがって、出力端ＯＵＴからは、Ｂ１、Ｒ１、Ｇ１、Ｂ２、Ｒ２、Ｇ２、Ｂ３、…、Ｂｎ、Ｒｎ、Ｇｎの順で信号電荷が出力される。これらの信号電荷は、図示しない出力部において電圧信号に変換され、各フォトダイオード毎の色信号として出力される。なお、図１の水平転送チャネルにおける信号電荷の転送位置は、模式的に示して物であり、一部信号電荷が転送されない領域があってもよい。
【００２９】
出力される各フォトダイオード毎の色信号は、図２に示すような検出位置の各色信号に対応し、緑（Ｇ）信号が約１／２ピッチずれているので、カラー画像信号として利用する場合は、補正処理を行って図３に示すような赤（Ｒ）信号、緑（Ｇ）信号、青（Ｂ）信号とする。図３（ａ）は、緑色ダイオード列１２の位置を基準に補正したものであり、Ｒ信号とＢ信号が、隣接する２つのダイオードの出力の平均値となっている。また、図３（ｂ）は、赤色ダイオード列１１及び青色ダイオード列１３の位置を基準に補正したものであり、Ｇ信号が、隣接する２つのダイオードの出力の平均値となっている。ここでの補正処理はリニアイメージセンサの外部で行うが、補正処理は　ここで述べた方法にとどまらず、他の方法でもよい。
【００３０】
次に、第１及び第２の電荷転送部のさらに詳細な構成、及び電荷転送チャネルへの信号電荷の読み出し、及び出力端への電荷転送の仕組みについて説明する。図４は、図１のリニアイメージセンサの撮像部をさらに詳細に示したもので、垂直転送チャネル２１ａ〜２ｎａ、２１ｂ〜２ｎｂ上の垂直転送電極、及び水平転送チャネル上の水平転送電極が図示されている。１つのフォトダイオードに対応して４つの電荷転送電極Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４が設けられ、それぞれ、１／４周期ずれたタイミングで駆動される。電荷転送電極Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４は、フォトダイオード列の数によっては、実質的に不要なものもあり、図４においても一部省略してある。
【００３１】
図４においては、垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ４を垂直転送チャネル２１ａ〜２ｎａ、２１ｂ〜２ｎｂ毎それぞれのフォトダイオードに対応させて、模式的に単独のものとして示しているが、具体的には、図５に示すように、共通の導電体によって構成する。図５において、フォトダイオードが形成される半導体基板には、各色のフォトダイオードＲ１〜Ｒｎ、Ｇ１〜Ｇｎ、Ｂ１〜Ｂｎを分離するチャネルストップ領域５１、５２、５３、５４、５５、５６が形成され、チャネルストップ領域５１と５２の間に垂直転送チャネル２１ａが、チャネルストップ領域５２と５３の間に電荷転送チャネル２１ｂが、チャネルストップ領域５３と５４の間に電荷転送チャネル２２ａが、チャネルストップ領域５４と５５の間に垂直転送チャネル２２ｂが、チャネルストップ領域５５と５６の間に電荷転送チャネル２２３ａというように、電荷転送チャネル形成される。垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ４は、全体として主走査方向に延在する蛇行形状を呈するように、フォトダイオードの間に形成される。
【００３２】
フォトダイオードから垂直転送チャネルに信号電荷を読み出す読み出しゲート部は、図４及び図５において、模式的に矢印によって示すように、赤色ダイオードＲ１〜Ｒｎ及び青色ダイオードＢ１〜Ｂｎにおいては、垂直転送電極Ｖ１下部の垂直転送チャネル２１ａから２ｎａとの間に形成され、緑色ダイオードＧ１〜Ｇｎにおいては、垂直転送電極Ｖ３下部の垂直転送チャネル２１ｂから２ｎｂとの間に形成される。読み出しゲート電極は、垂直転送電極Ｖ１及びＶ３と兼用され、垂直転送電極Ｖ１及びＶ３に、シフトパルスより高電位の読み出しパルスを供給することによってフォトダイオードに蓄積された信号電荷が垂直転送チャネル２１ａ〜２ｎａ、２１ｂ〜２ｎｂに読み出される。
【００３３】
水平転送チャネル３０上には、半周期ずれたタイミングで駆動される２種類の水平転送電極Ｈ１、Ｈ２が交互に設けられ、信号電荷を順次転送保持される。図４に概略的に示すように、各垂直転送チャネル間にはそれぞれ２つの水平転送電極Ｈ１、Ｈ２が形成される。したがって、各垂直転送チャネル間には、２つの信号電荷が転送保持されることになる。図４では、信号電荷が保持される領域を便宜的に０から１１の数字で示してある。
【００３４】
なお、垂直水平転送領域４０上の転送電極は、図示を省略しているが、垂直転送チャネル２１ａ〜２ｎａ、２１ｂ〜２ｎｂからの信号電荷を、水平転送チャネル３０の奇数数字で示した保持領域に転送するように、配置される。
【００３５】
次に、フォトダイオードからの信号電荷の読み出し動作及び電荷転送動作を、図６のタイムチャートを用いて説明する。図６に示されるように、垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ４には、１／４周期づつずれた４相のシフトパルスが加えられ、水平転送電極Ｈ１、Ｈ２には、半周期ずれた２相のシフトパルスが加えられる。また、符号ＶＨで表されるパルスは、垂直水平転送領域４０上の転送電極に対して供給されるシフトパルスである。
【００３６】
今、時刻ｔ１において、シフトパルスＶ３に読み出しパルスが重畳されると、読み出しゲートを介してフォトダイオードＧ１〜Ｇｎの信号電荷が、垂直転送チャネル２１ｂ〜２ｎｂに読み出される。また、時刻ｔ２において、シフトパルスＶ１に読み出しパルスが重畳されると、読み出しゲートを介してフォトダイオードＲ１〜Ｒｎ、Ｂ１〜Ｂｎの信号電荷が、垂直転送チャネル２１ａ〜２ｎａに読み出される。
【００３７】
垂直転送チャネル２１ａ〜２ｎａ、２１ｂ〜２ｎｂに読み出された信号電荷は、順次転送され、時刻ｔ３で水平転送チャネル３０に転送される。したがって、時刻ｔ３における水平転送チャネル３０の各領域には、図７（ａ）に示すような信号電荷が保持されることになる。そして、時刻ｔ４で、再度シフトパルスＶＨがハイレベルになると、再び信号電荷が水平転送チャネル３０に転送される。この時、時刻ｔ３で転送された信号電荷は、シフトパルスＨ１、Ｈ２によって水平方向に転送されているで、時刻ｔ４における水平転送チャネル３０の各領域には、図７（ｂ）に示すような信号電荷が保持されることになる。
【００３８】
この後、シフトパルスＨ１、Ｈ２を供給すると、出力端ＯＵＴから、図１に示すような順序で信号電荷が出力される。なお、図７（ｂ）における「−」は、信号電荷がない部分を示し、信号処理時は、この部分の信号を無視すればよい。
【００３９】
以上、説明したように、第１の実施の形態のリニアイメージセンサは、隣接する複数のダイオード列を互にフォトダイオード間隔の約１／２ピッチだけずらして配置するとともに、垂直転送チャネルを、全体としてフォトダイオード列方向と交差する方向に延在する蛇行形状を呈するように配置しているので、ＲＧＢそれぞれの色信号を検出するフォトダイオード列を設けても列間の間隔は広くならない。
【００４０】
（第２の実施の形態）
図８に、第２の実施の形態のリニアイメージセンサの撮像部の一部の概略構成を示す。図８のリニアイメージセンサは、赤色検出用のフォトダイオード、緑色光検出用のフォトダイオード、青色光検出用のフォトダイオードをそれぞれ２列に配列している。なお、図８は、垂直水平転送領域及び水平転送チャネルの記載を省略している。
【００４１】
赤色光検出用のフォトダイオードＲ１ａ、Ｒ２ａ、…、Ｒｎ−１ａ、Ｒｎａを一列に配列した赤色ダイオード列１１ａと、赤色光検出用のフォトダイオードＲ１ｂ、Ｒ２ｂ、…、Ｒｎ−１ｂ、Ｒｎｂを一列に配列した赤色ダイオード列１１ｂは、隣接してフォトダイオード列方向のピッチの約１／２だけ列方向にずらして配設している。同様に、緑色光検出用のフォトダイオードＧ１ａ、Ｇ２ａ、…、Ｇｎ−１ａ、Ｇｎａを一列に配列した緑色ダイオード列１２ａと、緑色光検出用のフォトダイオードＧ１ｂ、Ｇ２ｂ、…、Ｇｎ−１ｂ、Ｇｎｂを一列に配列した緑色ダイオード列１２ｂ、及び青色光検出用のフォトダイオードＢ１ａ、Ｂ２ａ、…、Ｂｎ−１ａ、Ｂｎａを一列に配列した青色ダイオード列１３ａと、青色光検出用のフォトダイオードＢ１ｂ、Ｂ２ｂ、…、Ｂｎ−１ｂ、Ｂｎｂを一列に配列した青色ダイオード列１３ｂも、隣接してフォトダイオード列方向のピッチの約１／２だけ列方向にずらして配設している。また、赤色ダイオード列１１ｂと緑色ダイオード列１２ａ、及び緑色ダイオード列１２ｂと青色ダイオード列１３ａも、フォトダイオード列方向のピッチの約１／２だけ列方向にずらして配設している。
【００４２】
フォトダイオードＲ１ａ〜Ｒｎａ、Ｒ１ｂ〜Ｒｎｂ、Ｇ１ａ〜Ｇｎａ、Ｇ１ｂ〜Ｇｎｂ、Ｂ１ａ〜Ｂｎａ、Ｂ１ｂ〜Ｂｎｂによって検出された信号電荷を転送するための垂直転送部を構成する垂直転送チャネル２１ａ〜２ｎａ、２１ｂ〜２ｎｂは、フォトダイオード列方向に交差する方向に転送するものである。電荷転送チャネル２１ａ〜２ｎａは、それぞれフォトダイオードＲ１ａとＧ１ａとＢ１ａ、Ｒ２ａとＧ２ａとＢ２ａ、…、ＲｎａとＧｎａとＢｎａに近接して形成され、電荷転送チャネル２１ｂ〜２ｎｂは、それぞれフォトダイオードＲ１ｂとＧ１ｂとＢ１ｂ、Ｒ２ｂとＧ２ｂとＢ２ｂ、…、ＲｎｂとＧｎｂとＢｎｂに近接して形成され、垂直方向に延在する蛇行形状を呈する。
【００４３】
そして、それぞれ対応するフォトダイオードから所定のタイミングで読み出された信号電荷は、図８では図示しない垂直水平転送領域を介して水平転送チャネルに転送され、水平方向に転送されて出力される。この例では、垂直転送チャネルから水平転送チャネルに、図９に示すような相対位置関係で読み出される。このような相対位置関係で読み出すためには、水平転送電極の配置密度を変更することにより可能である。また、垂直転送電極及び垂直水平転送領域上の転送電極に供給するシフトパルスの数も変更する必要がある。
【００４４】
出力される各フォトダイオード毎の色信号は、図１０に示すような検出位置の各色信号に対応する。図１０から明らかなように、赤色信号Ｒ１ａ〜Ｒｎａ、緑色信号Ｇ１ａ〜Ｇｎａ、青色信号Ｂ１ａ〜Ｂｎａは、それぞれ、赤色信号Ｒ１ｂ〜Ｒｎｂ、緑色信号Ｇ１ｂ〜Ｇｎｂ、青色信号Ｂ１ｂ〜Ｂｎｂに対して約１／２ピッチずれているので、図１１に示すように、（Ｒ１ａ、Ｇ１ａ、Ｂ１ａ）、（Ｒ１ｂ、Ｇ１ｂ、Ｂ１ｂ）、（Ｒ２ａ、Ｇ２ａ、Ｂ２ａ）、…をカラー画像信号として利用すると、主走査方向の解像度をフォトダイオードの配設ピッチの２倍にすることができる。また、図１２に示すような加算を行って利用することも可能であり、この場合は、主走査方向の解像度は、フォトダイオードの配設ピッチと同じであるが、感度を２倍にすることができる。
【００４５】
（第３の実施の形態）
図１３に、第３の実施の形態のリニアイメージセンサの撮像部の一部の概略構成を示す。図１３のリニアイメージセンサは、２列の赤色ダイオード列１１ａ、１１ｂ、２列の緑色ダイオード列１２ａ、１２ｂ、２列の青色ダイオード列１３ａ、１３ｂを含んで構成され、それらの位置関係は、第２の実施の形態と同様である。なお、図１３においても、垂直水平転送領域及び水平転送チャネルの記載を省略している。
【００４６】
第２の実施の形態と異なる点は、垂直転送チャネルの構成であり、図１３のリニアイメージセンサにおいては、垂直転送チャネル２１ｂ〜２ｎｂを省略し、、電荷読み出しゲートの位置を変更している。図１３のリニアイメージセンサは、図１４において矢印で示すように、赤色ダイオード列１１ａ、緑色ダイオード列１２ａ、青色ダイオード列１３ａについては、垂直転送電極Ｖ１下部の垂直転送チャネル２１ａ〜２ｎａとの間に形成され、赤色ダイオード列１１ｂ、緑色ダイオード列１２ｂ、青色ダイオード列１３ｂについては、垂直転送電極Ｖ２下部の垂直転送チャネル２１ａ〜２ｎａとの間に形成される。
【００４７】
図１４に示すように、フォトダイオードが形成される半導体基板に形成されたチャネルストップ領域５７と５８の間に垂直転送チャネル２１ａが形成され、フォトダイオードＲ１ａ、Ｇ１ａ、Ｂ１ａの電荷読み出しチャネルは、電荷転送電極Ｖ１との間に、フォトダイオードＲ１ｂ、Ｇ１ｂ、Ｂ１ｂの電荷読み出しチャネルは、電荷転送電極Ｖ２との間に形成される。
【００４８】
電荷読み出しチャネルが、電荷転送電極Ｖ１とＶ２に対応する位置に設けられるので、シフトパルスより高電位の読み出しパルスは、シフトパルスＶ１とＶ２に重畳される。このような駆動を行うと、フォトダイオードＲ１ａとＲ１ｂ、Ｇ１ａとＧ１ｂ、Ｂ１ａとＢ１ｂの信号電荷が、垂直転送チャネル２１ａで加算されて転送される。
【００４９】
したがって、垂直転送チャネルから水平転送チャネルには、図１５に示すような相対位置関係で読み出され、出力される各フォトダイオード毎の色信号は、図１２に示すような高感度のカラー画像信号として利用することができる。しかも、信号の加算を信号電荷によって行っているため、水平転送部の段数を減らすことができ、かつ信号処理量も減らすことができる。
【００５０】
（第４の実施の形態）
以上の実施の形態では、同一色光を検出するフォトダイオードを１列に配設したが、第４の実施の形態のリニアイメージセンサは、異なる色の光を検出するフォトダイオードを同一列に含んで構成される。図１６に、第４の実施の形態のリニアイメージセンサの撮像部の一部の概略構成を示す。図１６のリニアイメージセンサは、赤色光検出用のフォトダイオードＲ１、Ｒ２、…、Ｒｎと青色光検出用のフォトダイオードＢ１、Ｂ２、…、Ｂｎを交互に１列に配置した赤／青色ダイオード列２１１と、緑色光検出用のフォトダイオードＧ１、Ｇ２、…、Ｇ２ｎ−１、Ｇ２ｎを一列に配列した緑色ダイオード列２１２を含んで構成される。緑色ダイオード列２１２は、図示のように、赤／青色ダイオード列２１１に対してフォトダイオード列方向のピッチの約１／２だけ列方向にずれて配設される。
【００５１】
赤／青色ダイオード列２１１及び緑色ダイオード列２１２に含まれるフォトダイオードＲ１〜Ｒｎ、Ｇ１〜Ｇｎ、Ｂ１〜Ｂｎによって検出された信号電荷を転送するための垂直転送部を構成する垂直転送チャネル２１ａ〜２（２ｎ）ａは、それぞれフォトダイオードＲ１とＧ１、Ｂ１とＧ２、Ｒ２とＧ３、…、ＲｎとＧｎ−１、ＢｎとＧ２ｎに近接して形成され、垂直方向に延在する蛇行形状を呈する。
【００５２】
そして、それぞれ対応するフォトダイオードから所定のタイミングで読み出された信号電荷は、垂直水平転送領域４０を介して水平転送チャネル３０に転送され、水平方向に転送されて出力される。この例では、水平転送チャネル３０に、図１６に示すような相対位置関係で読み出される。
【００５３】
出力される各フォトダイオード毎の色信号は、図１７に示すような検出位置の各色信号に対応することになる。カラー画像信号として利用する場合は、ＲＧＢ３色の信号が必要であるので、図１８に示すように検出していない部分の色信号を補間によって求める。また、図１８から明らかなように、Ｇ信号がＲ信号とＢ信号に対して約１／２ピッチずれているので、さらに補正処理を行って図３に示すようなＲＧＢ信号とする。このような画像信号処理は、リニアイメージセンサの外部で行う。また、処理手法はこの方式に限ることはない。
【００５４】
（第５の実施の形態）
図１９に、第５の実施の形態のリニアイメージセンサの撮像部の一部の概略構成を示す。図１９のリニアイメージセンサは、第４の実施の形態のリニアイメージセンサと同様、赤／青色ダイオード列と緑色ダイオード列を含むが、それぞれ複数列設けられる点で第４の実施の形態と異なる。
【００５５】
赤／青色ダイオード列は、赤色光検出用のフォトダイオードＲ１ａ、Ｒ３ａ、…、Ｒｎ−１ａと青色光検出用のフォトダイオードＢ２ａ、Ｂ４ａ、…、Ｂｎａを交互に１列に配置した赤／青色ダイオード列２１１ａ、青色光検出用のフォトダイオードＢ１ｂ、Ｂ３ｂ、…、Ｂｎ−１ｂと赤色光検出用のフォトダイオードＲ２ｂ、Ｒ４ｂ、…、Ｒｎｂを交互に１列に配置した赤／青色ダイオード列２１１ｂ、赤色光検出用のフォトダイオードＲ１ｃ、Ｒ３ｃ、…、Ｒｎ−１ｃと青色光検出用のフォトダイオードＢ２ｃ、Ｂ４ｃ、…、Ｂｎｃを交互に１列に配置した赤／青色ダイオード列２１１ｃを含み、赤／青色ダイオード列２１１ｂは、赤／青色ダイオード列２１１ａ、２１１ｃとダイオードの配置順序が異なる。
【００５６】
緑色ダイオード列は、緑色光検出用のフォトダイオードＧ１ａ、Ｇ２ａ、…、Ｇ２ｎ−１ａ、Ｇ２ｎａを一列に配列した緑色ダイオード列２１２ａと、緑色光検出用のフォトダイオードＧ１ｂ、Ｇ２ｂ、…、Ｇ２ｎ−１ｂ、Ｇ２ｎｂを一列に配列した緑色ダイオード列２１２ｂを含む。緑色ダイオード列２１２ａは、赤／青色ダイオード列２１１ａと２１１ｂの間に配設され、緑色ダイオード列２１２ｂは、赤／青色ダイオード列２１１ｂと２１１ｃの間に配設される。また、緑色ダイオード列２１２ａ、２１２ｂは、赤／青色ダイオード列２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃに対してフォトダイオード列方向のピッチの約１／２だけ列方向にずらして配設している。
【００５７】
赤／青色ダイオード列２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ及び緑色ダイオード列２１２、２１２ｂに含まれるフォトダイオードによって検出された信号電荷を転送するための垂直転送部を構成する垂直転送チャネル２１ａ〜２ｎａは、それぞれフォトダイオードＲ１ａとＢ１ｂとＲ１ｃ、Ｂ２ａとＲ２ｂとＢ２ｃ、…、ＲｎａとＢｎｂとＲｎｃに近接して形成される。また、垂直転送チャネル２１ｂ〜２ｎｂは、それぞれフォトダイオードＧ１ａとＧ１ｂ、Ｇ２ａとＧ２ｂ、…、ＧｎａとＧｎｂに近接して形成され、垂直方向に延在する蛇行形状を呈する。
【００５８】
そして、それぞれ対応するフォトダイオードから所定のタイミングで読み出された信号電荷は、垂直水平転送領域４０を介して水平転送チャネル３０に転送され、水平方向に転送されて出力される。この例では、水平転送チャネル３０に、図２０又は図２１に示すような相対位置関係で読み出される。
【００５９】
出力される各フォトダイオード毎の色信号は、図２２に示すような検出位置の各色信号に対応することになる。カラー画像信号として利用する場合は、図２３に示すように加算演算を施した信号を検出色信号とする。また、図２２から明らかなように、Ｇ信号がＲ信号とＢ信号に対して約１／２ピッチずれているので、さらに補正処理を行って図３に示すようなＲＧＢ信号とする。このような画像信号処理は、リニアイメージセンサの外部で行う。また、処理手法は、この方式に限ることはない。
【００６０】
第５の実施の形態のリニアイメージセンサは、複数のフォトダイオードの信号電荷を加算したものを検出色信号としているので、検出感度の増加することができる。第３の実施の形態及び第４の実施の形態に比べた場合、列数を少なくして感度を増加できる。また、加算するフォトダイオードの位置が分散しているので、信号加算によって生じる色信号の不自然さが避けられる。
【００６１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、高精度の機械的機構を必要とせずに、高解像度、高感度の撮影が可能なリニアイメージセンサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態のリニアイメージセンサの撮像部の一部の概略構成を示す図
【図２】第１の実施の形態のリニアイメージセンサによる出力色信号と検出位置との対応関係を示す図
【図３】第１の実施の形態のリニアイメージセンサによる出力色信号から演算したカラー画像信号を示す図
【図４】第１の実施の形態のリニアイメージセンサの撮像部の一部をさらに詳細に示す図
【図５】第１の実施の形態のリニアイメージセンサの電荷転送電極の構成例を示す図
【図６】第１の実施の形態のリニアイメージセンサの読み出し動作及び電荷転送動作を示すタイムチャート
【図７】第１の実施の形態のリニアイメージセンサの信号電荷の水平転送チャネルにおける相対位置を示す図
【図８】第２の実施の形態のリニアイメージセンサの撮像部の一部の概略構成を示す図
【図９】第２の実施の形態のリニアイメージセンサの信号電荷の水平転送チャネルにおける相対位置を示す図
【図１０】第２の実施の形態のリニアイメージセンサによる出力色信号と検出位置との対応関係を示す図
【図１１】第２の実施の形態のリニアイメージセンサによる出力色信号から得たカラー画像信号の一例を示す図
【図１２】第２の実施の形態のリニアイメージセンサによる出力色信号から得たカラー画像信号の他の例を示す図
【図１３】第３の実施の形態のリニアイメージセンサの撮像部の一部の概略構成を示す図
【図１４】第３の実施の形態のリニアイメージセンサの撮像部の一部を詳細に示す図
【図１５】第３の実施の形態のリニアイメージセンサの信号電荷の水平転送チャネルにおける相対位置を示す図
【図１６】第４の実施の形態のリニアイメージセンサの撮像部の一部の概略構成を示す図
【図１７】第４の実施の形態のリニアイメージセンサによる出力色信号と検出位置との対応関係を示す図
【図１８】第４の実施の形態のリニアイメージセンサによる出力色信号から演算したカラー画像信号の一例を示す図
【図１９】第５の実施の形態のリニアイメージセンサの撮像部の一部の概略構成を示す図
【図２０】第４の実施の形態のリニアイメージセンサの信号電荷の水平転送チャネルにおける相対位置の一例を示す図
【図２１】第４の実施の形態のリニアイメージセンサの信号電荷の水平転送チャネルにおける相対位置の他の例を示す図
【図２２】第４の実施の形態のリニアイメージセンサによる出力色信号と検出位置との対応関係を示す図
【図２３】第５の実施の形態のリニアイメージセンサによる出力色信号から演算したカラー画像信号の一例を示す図
【図２４】従来のリニアイメージセンサの一例の概略構成を示す図
【図２５】図２４のリニアイメージセンサの出力信号を示す図
【図２６】従来のリニアイメージセンサの他の例の概略構成を示す図
【図２７】図２６のリニアイメージセンサの出力信号を示す図
【符号の説明】
１１、１１ａ、１１ｂ・・・赤色ダイオード列
１２、１２ａ、１２ｂ・・・緑色ダイオード列
１３、１３ａ、１３ｂ・・・青色ダイオード列
２１ａ〜２ｎａ、２１ｂ〜２ｎｂ、２１〜２３、２１ａ〜２３ｃ・・・電荷転送チャネル（垂直転送チャネル）
３０・・・電荷転送チャネル（水平転送チャネル）
４０・・・垂直水平転送領域
ＯＵＴ・・・出力端
５１〜５８・・・チャネルストップ領域
Ｖ１〜Ｖ４・・・垂直転送電極
Ｈ１、Ｈ２・・・水平転送電極
２１１、２１１ａ〜２１１ｃ・・・赤／青色ダイオード列
２１２、２１２ａ〜２１２ｃ・・・緑色ダイオード列
５００、６００・・・フォトダイオード
５１１〜５１３、６１１、６１２・・・フォトダイオード列
５２１〜５２３、６２１、６２２・・・電荷転送部
５３１〜５３３、６３１、６３２・・・出力部
５４１〜５４３、６４１、６４２・・・出力端子
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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