(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上で水平走査方向の第１のライン上に一定ピッチで配列され、それぞれイオン注入領域により形成された方形の複数の第１の画素領域と、
前記半導体基板上で前記第１のラインとは垂直走査方向にずれた水平走査方向の第２のライン上に前記第１の画素領域とは水平走査方向に１／２ピッチづつずれて配列され、かつ前記第１の画素領域とは垂直走査方向に離間して形成され、それぞれイオン注入領域により形成された方形の複数の第２の画素領域と、
前記第１および第２の画素領域の上方部に形成された遮光マスクの開口部からなり、前記複数の第１の画素領域に対応して配列された複数の第１の感光領域および前記複数の第２の画素領域に対応して配列された複数の第２の感光領域とを具備し、
前記複数の第１の各画素領域の水平走査方向端部と前記複数の第２の各画素領域の水平走査方向端部とが水平走査方向にオーバーラップして前記複数の第１および第２の画素領域が千鳥配列の画素領域群を構成しており、
前記各画素領域の水平走査方向中心部において前記遮光マスクの各開口部の垂直走査方向における長さは前記各画素領域の垂直走査方向における長さと等しいかもしくは短く、かつ各開口部の垂直走査方向における長さは、前記各画素領域の水平走査方向中心部が前記各画素領域の水平走査方向端部よりも長いことを特徴とする固体ラインセンサー。
【請求項２】
前記遮光マスクの各開口部の垂直走査方向における長さは、前記各画素領域の水平走査方向中央部で最大となり、水平走査方向に隣り合う画素領域相互間で最小となる八角形であって、水平走査方向に隣り合う感光領域の水平走査方向端部同士が連なっていることを特徴とする請求項１記載の固体ラインセンサー。
【請求項３】
前記遮光マスクの各開口部の垂直走査方向における長さは、前記各画素領域の水平走査方向中央部で最大となり、水平走査方向に隣り合う画素領域相互間で最小となる六角形であって、水平走査方向に隣り合う感光領域の水平走査方向端部同士が連なっていることを特徴とする請求項１記載の固体ラインセンサー。
【請求項４】
前記遮光マスクの各開口部の垂直走査方向における長さは、前記各画素領域の水平走査方向中心部で最大となり、水平走査方向に隣り合う画素領域相互間で最小となる菱形であって、水平走査方向に隣り合う感光領域の水平走査方向端部相互が分離されていることを特徴とする請求項１記載の固体ラインセンサー。
【請求項５】
前記遮光マスクの各開口部の垂直走査方向における長さは、前記各画素領域の水平走査方向中心部で最大となり、各画素領域の水平走査方向端部で最小となる六角形であって、水平走査方向に隣り合う感光領域の水平走査方向端部相互が分離されていることを特徴とする請求項１記載の固体ラインセンサー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体ラインセンサーに係り、特に第１のラインの画素領域の水平方向端部と第２のラインの画素領域の水平方向端部とが水平走査方向にオーバーラップした千鳥配列の画素領域群を備えた固体ラインセンサーにおける感光領域の平面パターンに関するもので、例えばスキャナー、コピー機、ファクシミリなどの光学読取り部に使用されるものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、従来の千鳥配列の画素領域群を備えた固体ラインセンサーの画素配列を示す。
【０００３】
図５において、半導体基板（半導体層）１上には、水平走査方向（主走査方向）の第１のライン上にそれぞれ方形の複数の画素領域（フォトセンサー）２が一定ピッチで配列されている。また、半導体基板１上には、前記第１のラインとは垂直走査方向（副走査方向）にずれた水平走査方向の第２のライン上に、前記第１のライン上の画素領域とは水平走査方向に１／２ピッチづつずれて、それぞれ方形の複数の画素領域２が一定ピッチで配列されている。図中、第１のライン上の画素領域を奇数ライン画素列（ＯＤＤ画素列）と表記し、第２のライン上の画素領域を偶数ライン画素列（ＥＶＥＮ画素列）と表記している。
【０００４】
この場合、各画素領域２は、光電変換素子形成のためにイオン注入された領域であり、第１のライン上の画素領域２の水平方向端部と第２のライン上の画素領域２の水平方向端部とが水平走査方向にオーバーラップしており、千鳥配列の画素領域群を形成している。
【０００５】
このような構成において、第１のライン上の水平走査方向開始側から各画素領域をＳ1 、Ｓ3 、…で表記し、第２のライン上の水平走査方向開始側から各画素領域をＳ2 、Ｓ4 、…で表記する。
【０００６】
そして、第１のライン上の各画素領域２から読み出された信号電荷を変換した信号電圧と第２のライン上の各画素領域２から読み出された信号電荷を変換した信号電圧とを１画素分だけタイミングをずらして合成するものとする。
【０００７】
これにより、例えば図６に示すようにＳ1 、Ｓ2 、Ｓ3 、Ｓ4 、…の順に信号電圧を得ることができ、水平走査方向の解像度を倍増することが可能になる。
【０００８】
ところで、従来の固体ラインセンサーは、画素領域２の上方部以外の部分が遮光マスク（例えばアルミニウム）により覆われており、感光領域５０の平面パターンは方形の画素領域２とほぼ一致している。
【０００９】
この場合、２つのライン上の各感光領域５０相互間の水平方向端部のオーバーラップ量が大きいので、千鳥配列の画素領域群の感度分布は図６に示したようになり、解像度（Modulation Transfer Function;MTF）が劣化する。
【００１０】
ここで、MTF は、入力光の白黒のコントラストに対する出力電圧の白黒のコントラストの変調の割合を表わすものであり、画素間の解像度に影響し、画素の高密度化の要求により画素ピッチが狭くなるにつれて劣化する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように従来の固体ラインセンサーは、千鳥配列を有する画素領域群の画素ピッチが狭くなるにつれて解像度が劣化するという問題があった。
【００１２】
本発明は上記の問題点を解決すべくなされたもので、千鳥配列を有する画素領域群の画素ピッチが狭くなっても、解像度の劣化を抑制し得る固体ラインセンサーを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の固体ラインセンサーは、半導体基板上で水平走査方向の第１のライン上に一定ピッチで配列され、それぞれイオン注入領域により形成された方形の複数の第１の画素領域と、前記半導体基板上で前記第１のラインとは垂直走査方向にずれた水平走査方向の第２のライン上に前記第１の画素領域とは水平走査方向に１／２ピッチづつずれて配列され、かつ前記第１の画素領域とは垂直走査方向に離間して形成され、それぞれイオン注入領域により形成された方形の複数の第２の画素領域と、前記第１および第２の画素領域の上方部に形成された遮光マスクの開口部からなり、前記複数の第１の画素領域に対応して配列された複数の第１の感光領域および前記複数の第２の画素領域に対応して配列された複数の第２の感光領域とを具備し、前記複数の第１の各画素領域の水平走査方向端部と前記複数の第２の各画素領域の水平走査方向端部とが水平走査方向にオーバーラップして前記複数の第１および第２の画素領域が千鳥配列の画素領域群を構成しており、前記各画素領域の水平走査方向中心部において前記遮光マスクの各開口部の垂直走査方向における長さは前記各画素領域の垂直走査方向における長さと等しいかもしくは短く、かつ各開口部の垂直走査方向における長さは、前記各画素領域の水平走査方向中心部が前記各画素領域の水平走査方向端部よりも長いことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１５】
＜第１の実施形態＞
図１（ａ）は、第１の実施形態に係る固体ラインセンサーの画素配列を示す。
【００１６】
この固体ラインセンサーは、従来の千鳥配列の画素領域群を備えた固体ラインセンサーと比べて、各感光領域１０の平面パターンは、方形の画素領域２とは異なる（従来は感光領域の平面パターンが方形の画素領域とほぼ一致している）ように、画素領域２の上方部の一部も遮光マスク（例えばアルミニウム）３により覆われている。
【００１７】
図１（ａ）において、半導体基板１上には、水平走査方向（主走査方向）の第１のライン上にそれぞれ方形の複数の画素領域２が一定ピッチで配列されている。また、半導体基板１上には、前記第１のラインとは垂直走査方向（副走査方向）にずれた水平走査方向の第２のライン上に、前記第１の複数の画素領域２とは水平走査方向に１／２ピッチづつずれて、それぞれ方形の複数の画素領域２が一定ピッチで配列されている。図中、第１のライン上の画素領域を奇数ライン画素列（ＯＤＤ画素列）と表記し、第２のライン上の画素領域を偶数ライン画素列（ＥＶＥＮ画素列）と表記している。
【００１８】
この場合、各画素領域２は、光電変換素子（フォトセンサー）形成のためにイオン注入された領域であり、第１のライン上の画素領域２の水平方向端部と第２のライン上の画素領域２の水平方向端部とが水平走査方向にオーバーラップしており、千鳥配列の画素領域群を形成している。
【００１９】
そして、本実施形態では、半導体基板１上を選択的に覆うように形成される遮光マスク（例えばアルミニウム）３のパターンによって、各感光領域１０の平面パターンが方形の画素領域２とは異なるように規定しており、画素領域１の副走査方向にその開口パターン（感光領域）を規定している。
【００２０】
本実施形態の固体ラインセンサーにおける各感光領域１０の平面パターンは、画素領域２の水平方向中央部で垂直方向長さが最大となり、水平方向に隣り合う画素領域２相互間で垂直方向長さが最小となる八角形であって、水平方向に隣り合う感光領域１０の水平方向端部同士が連なっている。
【００２１】
即ち、本実施形態の固体ラインセンサーは、半導体基板１上で水平走査方向の第１のライン上に一定ピッチで配列された方形の画素領域２に対応して配列された第１の複数の感光領域１０と、半導体基板１上で、第１のラインとは垂直走査方向（副走査方向）にずれた水平走査方向の第２のライン上に、第１のライン上の画素領域２とは水平走査方向に１／２ピッチづつずれて配列された方形の画素領域２に対応して配列された第２の複数の感光領域１０とを有し、各感光領域１０の平面パターンは八角形である。
【００２２】
なお、本実施形態の固体ラインセンサーにおいては、通常のＣＣＤラインセンサー（電荷結合デバイス）と同様に、図示しないが、各画素領域の信号電荷は、電荷転送制御領域を介して水平転送用のＣＣＤレジスタへ転送される。この場合、画素領域、電荷転送制御領域は、チップ面内で垂直方向に配列されている。
【００２３】
さらに、ＣＣＤレジスタの電荷転送方向（延長方向）の一端側には、電荷／電圧変換用の電荷検出部が設けられている。
【００２４】
このような構成において、第１のライン上の水平走査方向開始側から各画素領域２をＳ1 、Ｓ3 、…で表記し、第２のライン上の水平走査方向開始側から各画素領域２をＳ2 、Ｓ4 、…で表記する。
【００２５】
そして、第１の複数の画素領域２から読み出された信号電荷を変換した信号電圧と第２の複数の画素領域２から読み出された信号電荷を変換した信号電圧とを１画素分だけタイミングをずらして合成するものとする。これにより、図２中に示すようにＳ1 、Ｓ2 、Ｓ3 、Ｓ4 、…の順に信号電圧を得ることができ、水平走査方向の解像度を倍増することが可能になる。
【００２６】
図２中の実線は、図１に示した千鳥配列の画素領域群の感度分布の一例を示している。
【００２７】
本実施形態のＣＣＤラインセンサーにおいては、各感光領域１０の平面パターンは、画素領域２の水平方向中心部が水平方向端部よりも垂直方向長さが長いので、２つのラインで隣り合う感光領域１０相互間の水平方向端部のオーバーラップ量が小さくなる。
【００２８】
これにより、千鳥配列の画素領域群の感度分布は図２中の実線で示したようになり、画素の高密度化の要求により画素ピッチが狭くなっても、MTF の劣化を抑制することができる。
【００２９】
なお、本実施形態のＣＣＤラインセンサーにおいては、画素領域１の副走査方向にその開口パターン（感光領域）を規定し、２つのラインで隣り合う感光領域１０相互間の水平方向端部のオーバーラップ量を小さくしているので、各画素領域１の感度は従来例よりも若干低下する。
【００３０】
＜第２の実施形態＞
図１（ｂ）は、第２の実施形態に係る固体ラインセンサーの画素配列を示す。
【００３１】
この固体ラインセンサーは、図１（ａ）を参照して前述した第１の実施形態に係る固体ラインセンサーと比べて、各感光領域２０の平面パターンが異なり、その他は同じであるので図１（ａ）中と同一符号を付している。
【００３２】
即ち、本実施形態の固体ラインセンサーにおける各感光領域２０の平面パターンは、画素領域２の水平方向中心部で垂直方向長さが最大となり、水平方向に隣り合う画素領域相互間で垂直方向長さが最小となる六角形であって、水平方向に隣り合う感光領域２０の水平方向端部同士が連なっている。
【００３３】
図２中の点線は、図３に示した千鳥配列の画素領域群の感度分布の一例を示している。
【００３４】
第２の実施形態の固体ラインセンサーにおいても、前述した第１の実施形態の固体ラインセンサーの動作と基本的に同様な動作が行われる。この際、各感光領域２０の平面パターンは、画素領域２の水平方向中心部が水平方向端部よりも垂直方向長さが長いので、２つのラインで隣り合う感光領域２０相互間の水平方向端部のオーバーラップ量が小さくなる。
【００３５】
これにより、千鳥配列の画素領域群の感度分布は図２中の点線で示したようになり、画素の高密度化の要求により画素ピッチが狭くなっても、MTF の劣化を抑制することができる。
【００３６】
本実施形態のＣＣＤラインセンサーにおいては、各感光領域２０の平面パターンは、画素領域２の水平方向中心部で垂直方向長さが最大となる六角形であるので、第１の実施形態の感光領域１０の平面パターンより大きい分だけ各画素領域１の感度は第１の実施形態よりも若干向上する。
【００３７】
＜第３の実施形態＞
図３（ａ）は、第３の実施形態に係る固体ラインセンサーの画素配列を示す。
【００３８】
この固体ラインセンサーは、図１（ａ）を参照して前述した第１の実施形態に係る固体ラインセンサーと比べて、各感光領域３０の平面パターンが異なり、その他は同じであるので図１中と同一符号を付している。
【００３９】
即ち、本実施形態の固体ラインセンサーにおける各感光領域３０の平面パターンは、画素領域２の水平方向中心部で垂直方向長さが最大となり、水平方向に隣り合う画素領域２相互間の中央部で垂直方向長さが最小となる菱形であって、水平方向に隣り合う感光領域３０の水平方向端部相互が分離されている。
【００４０】
図４中の実線は、図３（ａ）に示した千鳥配列の画素領域群の感度分布の一例を示している。
【００４１】
第３の実施形態の固体ラインセンサーにおいても、前述した第１の実施形態の固体ラインセンサーの動作と基本的に同様な動作が行われる。この際、各感光領域３０の平面パターンは、画素領域の水平方向中心部が水平方向端部よりも垂直方向長さが長いので、２つのラインで隣り合う感光領域３０相互間の水平方向端部のオーバーラップ量が小さくなる。
【００４２】
これにより、千鳥配列の画素領域群の感度分布は図４中の実線で示したようになり、画素の高密度化の要求により画素ピッチが狭くなっても、MTF の劣化を抑制することができる。
【００４３】
本実施形態のＣＣＤラインセンサーにおいては、各感光領域３０の平面パターンは、画素領域２の水平方向中心部で垂直方向長さが最大となる菱形であって、水平方向に隣り合う感光領域３０の水平方向端部相互が分離されているので、第２の実施形態の感光領域２０の平面パターンより小さい分だけ第２の実施形態と比べて各画素領域１の感度は若干低下するが、画素間領域に対応する信号出力レベルが小さくなり、解像度が向上する。
【００４４】
＜第４の実施形態＞
図３（ｂ）は、第４の実施形態に係る固体ラインセンサーの画素配列を示す。
【００４５】
この固体ラインセンサーは、図１（ａ）を参照して前述した第１の実施形態に係る固体ラインセンサーと比べて、各感光領域４０の平面パターンが異なり、その他は同じであるので図１中と同一符号を付している。
【００４６】
即ち、本実施形態の固体ラインセンサーにおける各感光領域４０の平面パターンは、画素領域２の水平方向中心部で垂直方向長さが最大となり、画素領域２の水平方向端部で垂直方向長さが最小となる六角形であって、水平方向に隣り合う感光領域４０の水平方向端部相互が分離されている
図４中の点線は、図３（ｂ）に示した千鳥配列の画素領域群の感度分布の一例を示している。
【００４７】
第４の実施形態の固体ラインセンサーにおいても、前述した第１の実施形態の固体ラインセンサーの動作と基本的に同様な動作が行われ、各感光領域４０の平面パターンは、画素領域２の水平方向中心部が水平方向端部よりも垂直方向長さが長いので、２つのラインで隣り合う感光領域４０相互間の水平方向端部のオーバーラップ量が小さくなる。
【００４８】
これにより、千鳥配列の画素領域群の感度分布は図４中の点線で示したようになり、画素の高密度化の要求により画素ピッチが狭くなっても、MTF の劣化を抑制することができる。
【００４９】
本実施形態のＣＣＤラインセンサーにおいては、各感光領域４０の平面パターンは、画素領域２の水平方向中心部で垂直方向長さが最大となり、画素領域２の水平方向端部で垂直方向長さが最小となる六角形であるので、第３の実施形態のと比べて、画素間領域に対応する信号出力レベルが小さくなり、解像度が若干向上する。
【００５０】
【発明の効果】
上述したように本発明の固体ラインセンサーによれば、千鳥配列を有する画素領域群の画素ピッチが狭くなっても、解像度の劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態および第２の実施形態に係る固体ラインセンサーの画素配列を示す平面図。
【図２】図１に示した千鳥配列の画素領域群の感度分布の一例を示す特性図。
【図３】第３の実施形態および第４の実施形態に係る固体ラインセンサーの画素配列を示す平面図。
【図４】図３に示した千鳥配列の画素領域群の感度分布の一例を示す特性図。
【図５】従来の千鳥配列の画素領域群を備えた固体ラインセンサーの画素配列を示す平面図。
【図６】図５に示した千鳥配列の画素領域群の感度分布の一例を示す特性図。
【符号の説明】
１…半導体基板、
２…画素領域、
３…遮光マスク（例えばアルミニウム）、
１０、２０…感光領域。
【図１】
0003887196.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
0003887196.tif 000005
【図５】
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【図６】
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