DE69319265T2

DE69319265T2 - Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung

Info

Publication number: DE69319265T2
Application number: DE69319265T
Authority: DE
Inventors: Hayao C/O Canon Kabushiki Kaisha Tokyo 146 Ohzu
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-03-03
Filing date: 1993-03-02
Publication date: 1999-01-21
Anticipated expiration: 2013-03-03
Also published as: DE69319265D1; JP2768453B2; EP0693786A2; DE69325182D1; EP0693786A3; JPH0645577A; EP0693786B1; JP3144537B2; EP0559138A1; JPH08265784A; US5506430A; EP0559138B1; DE69325182T2

Description

Die Erfindung betrifft eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung zum Einsatz in einem Bildverarbeitungsgerät wie einem Kopiergerät oder einem Faksimile-Endgerät und insbesondere eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung mit mehreren angeordneten Bildelementen und mit einer photoelektrischen Wandlereinheit, bei der ein Signal, das in der Steuerelektrode durch Lichtbeleuchtung gespeicherter elektrischer Ladung entspricht, aus einer der zweiten Hauptelektrodenflächen ausgegeben wird.

Verwandter Stand der Technik

Seit einigen Jahren sind Festkörper-Bildaufnahmevorrichtungen der CCD- bzw. Ladungsspeichereinrichtungs-Bauart typischerweise hinreichend bekannt, bei der eine Ladungsspeichereinrichtung bzw. CCD in der Abtastschaltung verwendet wird. Weil das Ausgangssignal eines photoelektrisch umgewandelten Signals mit höherer Auflösung der photoelektrischen Wandlerelemente abnehmen kann, erfreuen sich auch photoelektrische Wandlerelemente der Verstärkungs-Bauart Beliebtheit, bei denen ein photoelektrisch umgewandeltes Signal zur Ausgabe verstärkt werden kann. Derartige photoelektrische Verstärkungs-Wandlerelemente enthalten bipolare Transistoren, Feldeffekttransistoren und elektrostatische Induktionstransistoren. Von diesen enthalten photoelektrische Wandlerelemente der bipolaren Transistor-Bauart sowohl einen normalen Phototransistor als auch einen Phototransistor, bei der der Emitter mit einer kapazitiven Last verbunden ist, wie in der den Erfindern Ohmi und Tanaka erteilten US-A-4 791 469 offenbart ist. Ein derartiges photoelektrisches Wandlerelement der Verstärkungs-Bauart mit einem bipolaren Transistor wird nachstehend beispielhaft erläutert.
Fig. 15 zeigt eine schematische Draufsicht, die eine lineare Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung unter Verwendung des vorstehend erwähnten bipolaren Sensors darstellt. In Fig. 15 stellt 1 einen Teil eines Halbleitersubstrats dar, der ein Kollektorbereich des bipolaren Sensors ist. Darüber hinaus bezeichnen 2 und 3 jeweils einen Basisbereich bzw. einen Emitterbereich des bipolaren Sensors und 4 ein Auslese-Schaltungssystem, das aufeinanderfolgend ein Signal aus jedem Bildelement ausgibt. U (wie durch die gestrichelte Linie dargestellt) bezeichnet ein lichtempfindliches Bildelement (photoelektrisches Wandlerelement) zum Bilden eines bipolaren Sensors. Mehrere lichtempfindliche Bildelemente mit demselben Aufbau sind in einem linearen Format angeordnet. Es sei hier bemerkt, daß jedes Bildelement abgesehen von einer Lichtempfangsfläche mit einem offenen Bereich (x · y) von Licht abgeschirmt ist, wobei, falls diese Lichtempfangsflächen gleich groß sind (x · y), jedes Bildelement theoretisch dieselbe Lichtempfindlichkeit hat.
Fig. 16 zeigt eine schematische Draufsicht, die eine die vorstehend erwähnte bipolaren Sensoren verwendende, zweidimensionale Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung darstellt. In Fig. 16 zeigt 11 einen Teil des Halbleitersubstrats, der ein Kollektorbereich des bipolaren Sensors ist. Außerdem bezeichnen 12 und 13 jeweils einen Basisbereich bzw. einen Emitterbereich des bipolaren Sensors für jedes Bildelement und 4 ein Auslese-Schaltungssystem, das aufeinanderfolgend ein Signal aus jedem Bildelement ausgibt. U' (wie durch die gestrichelte Linie dargestellt) bezeichnet ein lichtempfindliches Bildelement (photoelektrisches Wandlerelement), das einen bipolaren Sensor bildet. Mehrere lichtempfindliche Bildelemente mit demselben Aufbau sind in einem zweidimensionalen Format von m · n Bildelementen angeordnet. Es sei hier bemerkt, daß, falls die Lichtempfangsflächen der Bildelemente Lichtempfangsbereiche oder offene Bereiche mit gleicher Größe haben, jedes Bildelement theoretisch dieselbe Lichtempfindlichkeit hat.
Zum Zweck des Lesens eines monochromatischen Bildes sind die Anordnung von Fig. 15 und 16 am geeignetsten.
Da jedoch Lichtsignale von Sonnenstrahlen oder Lampenstrahlen spektrale Kennlinien über breite Wellenlängenbereiche haben, falls eine Vielzahl von Lichtsignalen, die in voneinander unterschiedlichen Wellenlängenbereichen liegen, durch unterschiedliche Bildelemente photoelektrisch umgewandelt werden, können Unterschiede hinsichtlich der Empfindlichkeit auftreten.
Zum Vereinfachen des Verständnisses dieses technischen Problems wird nachstehend das Lesen eines Farbbildes beschrieben.
Beim Lesen eines Farbbildes mit einer Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung mit Rotlicht-Signallese-Bildelementen (R- Bildelementen), Grünlicht-Signallese-Bildelementen) (G- Bildelementen) und Blaulicht-Signallese-Bildelementen (B- Bildelementen) ist es üblich, einen Farbfilter auf jedem Bildelement entsprechend einer bestimmten Regel anzuordnen. Weil die spektralen Übertragungskennlinien von Farbfiltern für jede Farbe verschieden sind, ist in diesem Fall die Empfindlichkeit eines Bildelements mit einem angeordneten Farbfilter ein Wert, der durch die Kennlinie des Farbfilters bestimmt ist, der für jede Farbe verschieden sein kann. Wenn beispielsweise Rot R-, Grün G- und Blau B-Primärfarbenfilter verwendet werden, weist die Empfindlichkeit häufig den folgenden Zusammenhang auf: rote Empfindlichkeit SR > grüne Empfindlichkeit SG > blaue Empfindlichkeit SB.
Ein durch eine derartige Farb-Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung gelesenes Bild wird für jede Farbe in ein elektrisches Signal umgewandelt und zu einer Signalverarbeitungsschaltung in einer nachfolgenden Stufe ausgegeben. Weil die Empfindlichkeit für jede Farbe wegen des vorstehend erwähnten Grundes unterschiedlich ist, ist es beispielsweise in diesem Fall erforderlich, eine unterschiedliche Verstärkung für jedes Farbausgangssignal vor der Eingabe in die Signalverarbeitungsschaltung in der nachfolgenden Stufe anzuwenden, so daß der Signalpegel jeder Farbe beim Lesen mit weißem gleichmäßigen Licht gleich sein kann. Ein derartiger Vorgang wird nachstehend als Weißabgleich-Vorgang bezeichnet.
Dieser Weißabgleich-Vorgang erfordert übermäßige Hardware bzw. festverdrahtete Schaltungen oder eine übermäßige Steuerung auf dem Systemniveau, was zu einer Kostenzunahme führt. Als Maßnahme zur Lösung dieses Problems wird in Betracht gezogen, die Empfindlichkeit für jede Farbe durch Verändern der offenen Fläche des Bildelements für jeden Farbfilter einzustellen, aber es besteht ein Risiko dahingehend, daß eine unterschiedliche Aperturkennlinie für jede Farbe verursacht werden kann.
Die JP-A-5 967 791 offenbart eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung, bei der die Flächen von Photoerfassungsabschnitten von unterschiedlichen Farben voneinander verschieden gemacht werden. Infolgedessen wird vermieden, daß die Spitzenwellenlänge jeder Farbe in der spektralen Empfindlichkeitskennlinie verschoben wird, weshalb die spektrale Empfindlichkeitskennlinie jedes Farblichts gleich ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung zu schaffen, die hervorragende Ausgangssignale im Wesentlichen durch Einstellen der tatsächlichen Empfindlichkeit jedes Bildelements erzeugen kann, so daß die gleiche Empfindlichkeit erhalten werden kann, wobei die Farbkennlinie eines Filters und von Halbleiterbereichen der Vorrichtung ohne Veränderung der Öffnung oder Photoempfangsflächen von Farbbildelementen kompensiert wird, so daß die Auflösung für jede Farbe und Aperturkennlinie dieselbe bleibt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Festkörper- Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 1 gelöst.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Fig. 1A bis 1C zeigen schematische Draufsichten zur Erläuterung des Bildelementaufbaus in einer erfindungsgemäßen Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung.
Fig. 2 zeigt einen Graphen, der Beispiele für die spektrale Empfindlichkeitskennlinie bei einem Halbleiter zum Einsatz mit der erfindungsgemäßen Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung darstellt.
Fig. 3 zeigt einen Graphen, der ein Beispiel für die spektrale Empfindlichkeitskennlinie eines Farbtrennfilters zum Einsatz mit der erfindungsgemäßen Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung darstellt.
Fig. 4 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 1 der Erfindung.
Fig. 5 zeigt eine schematische Querschnittsansicht, die ein Bildelement in der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 1 in einem entlang der Linie A-A' genommenen Querschnitt darstellt.
Fig. 6 zeigt eine schematische Draufsicht einer Festkörper- Bildaufnahmevorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 2 der Erfindung.
Fig. 7 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Bildelements in der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 2.
Fig. 8 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 3 der Erfindung.
Fig. 9 zeigt eine schematische Querschnittsansicht, die ein Bildelement in der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 3 in einem entlang der Linie B-B' gemäß Fig. 8 genommenen Querschnitt darstellt.
Fig. 10 zeigt eine schematische Querschnittsansicht, die ein Bildelement in der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 3 in einem entlang der Linie C-C' gemäß Fig. 8 genommenen Querschnitt darstellt.
Fig. 11 zeigt ein Schaltbild der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 3.
Fig. 12 zeigt ein Schaltbild eines Bildelements in der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 3.
Fig. 13 zeigt Zeitverläufe zur Erläuterung des Ansteuerverfahrens der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 3.
Fig. 14 zeigt ein Steuerblockschaltbild einer Bildinformations-Verarbeitungsvorrichtung unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung.
Fig. 15 zeigt eine schematische Draufsicht, die einen Zeilensensor als herkömmliche Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung darstellt.
Fig. 16 zeigt eine schematische Draufsicht, die einen Flächensensor als herkömmliche Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung darstellt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEI- SPIELE

Die Erfindung wird unter Bezug auf die Zeichnung nachstehend beschrieben. Zuerst wird eine in Fig. 1A bis 1C dargestellte Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung zum Vereinfachen des Verständnisses der Erfindung beschrieben.
Fig. 1A, 1B sowie 1C zeigen Bildelementabschnitte der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung gemäß 3 Ausführungsbeispielen.
Gemäß Fig. 1A werden die Längen y&sub1;, y&sub2; in Halbleiterbereichen 102, 112 für ein linkes Bildelement 101 und ein rechtes Bildelement 111 zum Erzeugen im wesentlichen derselben Empfindlichkeit verändert. Der Aufbau in den anderen Abschnitten ist derselbe. Wenn Licht in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen photoelektrisch umgewandelt wird, ist nämlich die Empfindlichkeit jedes Bildelements 101 höher und die Empfindlichkeit des Bildelements 111 niedriger, falls y&sub1; gleich y&sub2; ist. Deswegen werden die Längen der Halbleiterbereiche 102, 112 verschieden gemacht, so daß die Empfindlichkeit des photoelektrisch umzuwandelnden Lichts im wesentlichen gleich ist.
In diesem Fall kann jedes der Bildelemente 101, 111 eine Photodiode oder ein Phototransistor sein, der einen P-Typ- Halbleiter in den Halbleiterbereichen 102, 112 und einen N- Typ-Halbleiter in den Halbleiterbereichen 103, 113 verwendet.
Demgegenüber sind in Fig. 1B die Längen yR, yG und YB der Halbleiterbereiche 122R, 122G sowie 122B für drei Bildelemente 121R, 121G sowie 121B verschieden, während die Breiten der Halbleiterbereiche 123R, 123G sowie 123B dieselben sind, d. h. XR = XG = XB, wobei die Länge y gleich ist und die Breiten der Halbleiterbereiche 122R, 122G sowie 122B dieselben sind.
Außerdem unterscheidet sich Fig. 1C von Fig. 1B wie vorstehend beschrieben nur darin, daß die Länge der Halbleiterbereiche 122R, 122G gleich yR gemacht wird. Selbst falls drei Bildelemente 121R 121G sowie 121B denselben Aufbau haben, kann die Empfindlichkeit jedes der drei Bildelemente möglicherweise verschieden sein in Abhängigkeit von der Spektralkennlinie des zu erfassenden Lichts und der Lichtübertragungskennlinie des Farbtrennfilters. In einem solchen Fall ist es erwünscht, den Aufbau von Fig. 1C zu verwenden.
Damit erfindungsgemäß sämtliche Bildelemente mit der gleichmäßigen Empfindlichkeit versehen werden können, können verschiedene Verfahren angewandt werden.
Beispielsweise ist es vorzuziehen, daß jedes Bildelement gemäß Fig. 1A bis 1C zur Einstellung der Empfindlichkeit aus einer Photodiode gebildet ist, wobei die Fläche des Halbleiterübergangs (PN-Übergangs) verändert wird. Falls die Länge oder Breite des PN-Übergangs verändert wird, wobei die Tiefe von der Oberfläche des Halbleitersubstrats im wesentlichen konstant ist, können im einzelnen die PN-Übergänge sämtlicher Bildelemente unter Verwendung desselben Maskenmusters ausgebildet werden. Derartige Bildelemente können natürlich auch unter Verwendung eines Feldeffekttransistors FET oder eines SIT als bipolarer Transistor, wobei der vorstehend erwähnte PN-Übergang mit dem Basis- Kollektor-Übergang ersetzt wird, oder als unipolarer Transistor ausgebildet werden, bei der der PN-Übergang mit dem Gate-Drain-Übergang ersetzt wird.
Wenn Lichtsignale über breite Wellenlängenbereiche von Sonnenstrahlen oder Halogenlampenstrahlen durch die Farbtrennung und photoelektrische Umwandlung verarbeitet werden, ist es erwünscht, daß beim Farbtrennfilter für jedes Bildelement von R, G, B zur selektiven Übertragung von entsprechendem Licht von R, G, B dadurch vorgesehen ist, um eine photoelektrische Umwandlung auf einem, aus einem Halbleiter wie einem einkristallinem Silizium hergestellten Bildelement durchzuführen.
In diesem Fall kann die Durchlässigkeit bzw. Transmittivität des Filters wie in Fig. 2 dargestellt sein, während die Empfindlichkeit des einkristallinen Siliziums wie in Fig. 3 dargestellt sein kann. Da nur die blaue Empfindlichkeit ausgesprochen niedrig ist, ist es erwünscht, einen in Fig. 1C dargestellten Bildelementaufbau zu haben.
Wenn nur rotes und blaues Licht berücksichtigt wird, oder wenn nur rotes und grünes Licht berücksichtigt wird, oder wenn nur grünes und blaues Licht berücksichtigt wird, sollte natürlich beispielsweise ein Aufbau verwendet werden, bei dem zwei Bildelemente zu einem Paar wie in Fig. 1A gezeigt gemacht werden.
Durch Versehen der Übergangs- bzw. Sperrschichtkapazitäten mit Unterschieden, die zur Kompensation der Spektralkennlinien wie der Transmittivität eines Filters oder einer Empfindlichkeit eines Halbleiters ausreichen, kann ein hervorragendes, farbgetrenntes Signal erhalten werden.
Falls derartige, gegen Licht abgeschirmte Bildelemente auf demselben Substrat angeordnet sind, um ein Bildelement zur Dunkelsignalausgabe zu erzeugen, kann auch eine hervorragende Entfernung von dunklem Rauschen erreicht werden.
In diesem Fall ist es erwünscht, mit dem Signal aus dem abgeschirmten, dunklen Bildelement und dem lichtempfindlichen Bildelement mit derselben Kapazität zu arbeiten.
Nachstehend werden die Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben, obwohl die Erfindung nicht auf derartige Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern verschiedene Veränderungen des Entwurfs innerhalb eines Bereichs möglich sind, in dem die Aufgaben der Erfindung gelöst werden können.

(Ausführungsbeispiel 1)

Fig. 4 zeigt eine Draufsicht, die den Aufbau einer erfindungsgemäßen Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel darstellt, und Fig. 5 zeigt eine Längs-Querschnittsansicht eines Bildelements (UR) von Fig. 4. In Fig. 15 und 4 bezeichnen die gleichen Bezugszahlen dieselben Bauteile, deren Beschreibung entfällt.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist eine lineare Farb- Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung vorgesehen mit drei (nicht dargestellten) Farbfiltern der Primärfarben R, G, B. Es sei bemerkt, daß das Farbfilter in Fig. 4 und 5 nicht dargestellt ist, sondern auf dem Öffnungsabschnitt jedes Bildelements vorgesehen ist. In Fig. 5 bezeichnet 5 eine Lichtabschirmmembran, 6 eine Isolationsschicht und 7 eine Epitaxieschicht auf einem Halbleitersubstrat 1, die einen Teil des Kollektorbereichs bildet. Es sei bemerkt, daß ein mit einem R-Filter versehenes Bildelement, ein mit einem G- Filter versehenes Bildelement und ein mit einem B-Filter versehenes Bildelement eine Dreiergruppe bilden, und derartige Dreiergruppen sind als Reihe angeordnet.
Wie in Fig. 4 dargestellt wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel, um die Empfindlichkeit jedes Farb-Bildelements für R, G, B äquivalent zu machen, die Form des Basisbereichs 2 für das Bildelement UR, UG, UB mit einem Farbfilter R, G, B entsprechend dem Größenverhältnis (R > G > B) in der spektralen Übertragungskennlinie des Farbfilters derart verändert, daß die Länge des Basisbereichs 2 größer in der Reihenfolge von R, G, B ist. Auf diese Weise wird die Basis- Kollektor-Kapazität Cbc derart verändert, daß
CbcR > CbcG > CbcB
gilt, wobei CbcR die Basis-Kollektor-Kapazität für das Bildelement UR, CbcG die Basis-Kollektor-Kapazität für das Bild element UG, CbCB die Basis-Kollektor-Kapazität für das Bildelement Ub ist, die dem Größenverhältnis der Spektralübertragungskennlinie des Farbfilters entspricht. Dies beruht auf der Theorie, daß die Licht-Spannungs-Umwandlungsverstärkung eines Bildelements umgekehrt proportional zu der Basis-Kollektor-Kapazität Cbc ist.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist beim Lesen von weißem gleichmäßigen Licht der Ausgangssignalpegel (die Empfindlichkeit) jeder Farbe im wesentlichen gleich, wodurch es möglich ist, die Signalverarbeitung direkt ohne Einstellung der Verstärkung für jede Farbe in einer darauffolgenden Schaltung einzustellen.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Tiefe des Basisbereichs 2 für sämtliche Bildelemente UR, UG, UB gleich. Da die Dicke des Substrats t&sub1;, die Dicke der n-Epitaxieschicht 7 t&sub2; und die Dicke des Emitters 3 t&sub3; dieselben sind, kann die Sperrschichtkapazität (Speicherkapazität) natürlich durch Verändern nur der Länge des Basisbereichs 2 in einem Öffnungsabschnitt 20 wie durch yR, yG, yB in Fig. 4 leicht verändert werden. Ein derartiger Aufbau gestattet, die Empfindlichkeit ohne große Veränderung des Stromverstärkungsfaktors (hfe) des Transistors oder der Haltespannung einzustellen.

(Ausführungsbeispiel 2)

Fig. 6 zeigt eine Draufsicht, die eine erfindungsgemäße Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel darstellt, und Fig. 7 zeigt eine Längs- Querschnittsansicht eines Bildelements gemäß Fig. 1. In Fig. 16 und 6 bezeichnen dieselben Bezugszahlen dieselben Bauteile, deren Erläuterung entfällt.
Dieses Ausführungsbeispiel ist ein Anwendungsbeispiel einer zweidimensionalen Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung, bei der m · n Bildelemente in zwei Dimensionen angeordnet sind, wobei ein erster Bereich aus a · b (m > a, n > b) Bildelementen und ein zweiter Bereich aus Bildelementen außer denen in dem ersten Bereich gemäß Fig. 6 besteht. Es sei bemerkt, daß m · n Bildelemente in dem gleichen Abstand sowohl in der Reihen- als auch in der Spaltenrichtung angeordnet sind, wobei die lichtempfindlichen Öffnungsflächen gleich groß sind.
In Fig. 6 und 7 bezeichnet 12 einen Basisbereich (Basisfläche Abc2) eines Bildelements in dem zweiten Bereich, 13 einen Emitterbereich eines Bildelements in dem zweiten Bereich, während 12' einen Basisbereich (Basisfläche Abc1) eines Bildelements in dem ersten Bereich und 13' einen Emitterbereich des Bildelements in dem ersten Bereich darstellt. Außerdem bezeichnet in Fig. 7 17 eine Epitaxieschicht (die einen Teil des Kollektorbereichs bildet) auf einem Halbleitersubstrat 11 und 18 einen selektiven Oxidbereich für die Isolation jedes Bildelements. Außerdem ist y' eine Breite des Öffnungsabschnitts.
Die Basisfläche Abc1 eines Bildelements in dem ersten Bereich ist kleiner als die Basisfläche Abc2 eines Bildelements in dem zweiten Bereich (Abc1 < Abc2). Dementsprechend gibt es einen Zusammenhang von S&sub1; > S&sub2; zwischen der Empfindlichkeit S&sub1; eines Bildelements in dem ersten Bereich und der Empfindlichkeit S&sub2; eines Bildelements in dem zweiten Bereich, weil, falls die Öffnungsfläche gleich ist, die Empfindlichkeit umgekehrt proportional zu der Basis-Kollektor-Kapazität Cbc ist (S 1/Cbc) und außerdem die Basis- Kollektor-Kapazität Cbc im wesentlichen proportional zu der Basisfläche Abc ist (Cbc Abc).
Dies bedeutet, daß die zweidimensionale Fläche von m · n Bildelementen in zwei Flächen aufgeteilt wird (d. h. eine a · b Fläche und die andere Fläche), die unterschiedliche Gewichtungen der Empfindlichkeit haben.
Beispielsweise bei der Gewichtung von Informationen für ein bestimmtes Bild in dem zentralen Bereich des Bildes bei den herkömmlichen zweidimensionalen Festkörper-Bildaufnahmevorrichtungen ist ein Verfahren bekannt, bei dem das gesamte Bild zuerst gelesen und dann in ein elektrisches Signal umgewandelt wird, und nur Signale in dem gewichteten Bereich von Ausgangssignalen zum Anwenden einer Verstärkung zu derartigen Signalen abgetastet werden. Jedoch wird bei der zweidimensionalen Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung nur die Basis-Kollektor-Kapazität Cbc eines Bildelements in dem gewichteten Bereich verändert, wodurch die Gewichtung leicht ausgeführt werden kann. In diesem Fall ist das Ausgangssignal direkt ein gewichtetes Signal, weshalb es nicht erforderlich ist, eine übermäßige Verarbeitung in einer nachfolgenden Stufe auszuführen, so daß eine Vereinfachung und geringere Kosten für die Schaltung in der nachfolgenden Stufe verwirklicht werden können.
Wie vorstehend beschrieben kann erfindungsgemäß die Empfindlichkeit eines Bildelements ohne das Erfordernis, die Öffnungsfläche eines Bildelements zu verändern oder eine zusätzliche Signalverarbeitungsschaltung in der nachfolgenden Stufe vorzusehen, die Empfindlichkeit eines Bildelements verändert werden, so daß eine Farb-Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung mit niedrigeren Kosten und mit mehr Funktionen geschaffen werden kann.

(Ausführungsbeispiel 3)

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist ein Zeilensensor als Farb-Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung mit einem wie in Fig. 1C dargestellten Bildelementaufbau vorgesehen.
Fig. 8 zeigt eine schematische Draufsicht, die einen Zeilensensor 300 gemäß diesem Ausführungsbeispiel darstellt, bei dem eine Bildelementfolge 330 und eine Ausleseschaltung 320 auf der Oberfläche eines Halbleiterchips einander gegenüberliegend angeordnet sind.
Fig. 9 zeigt eine Querschnittsansicht in Längsrichtung eines Bildelements in der Nähe dessen Lichtempfangsabschnitt, die entlang der Linie B-B' von Fig. 8 genommen ist, und
Fig. 10 zeigt eine Querschnittsansicht in Tiefenrichtung eines Bildelements in der Nähe des Lichtsempfangsabschnitts, die entlang der Linie C-C' von Fig. 8 genommen ist.
Fig. 11 zeigt ein Schaltbild des Zeilensensors 300 und Fig. 12 ein Schaltbild eines Bildelements.
Fig. 13 zeigt einen Signalverlauf zur Erläuterung eines Ansteuerverfahrens des Zeilensensors 300.
Bei dem Zeilensensor 300 gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann Licht nur auf die Basis- und Kollektorabschnitte eines bipolaren Transistors BPT auftreffen, der ein Bildelement mit einer Lichtabschirmschicht 314 darstellt.
Gemäß Fig. 9 ist auf einem P-Typ-Siliziumsubstrat 301 eine Bildelementanordnung 330 angeordnet, die von einem Element- Isolationsbereich 330 aus P-Typ-Silizium umgeben ist, bei dem ein ein Bildelement bildender Transistor BPT einen Kollektorbereich mit einer vergrabenden n&spplus;-Typ-Schicht 302, eine n&spplus;-Typ-Kontaktschicht 304 und eine n&supmin;-Typ-Epitaxieschicht 305, einen Basisbereich mit einer P-Typ-Halbleiterschicht 307 und einen n&spplus;-Typ-Emitterbereich 308 aufweist.
Außerdem sind auf der Oberfläche eine Isolationsschicht 309, eine Kollektorelektrode 310, eine Emitterelektrode 312, eine Isolationsschicht 313, eine Lichtabschirmschicht 314, eine geebnete Schicht 315 und ein Filter 316R vorgesehen.
Die aus Al, Cr oder einem schwarzem organischen Harz hergestellte Lichtabschirmschicht 314 ist auf einer P-Typ-Halbleiterschicht 306 mit einer tiefen Sperrschicht als Basis, dem innerhalb davon vorgesehenen Emitterbereich 308 und der n&spplus;-Typ-Kontaktschicht 304 des Kollektors vorgesehen, wodurch verhindert wird, daß Licht direkt in diese Bereiche eintritt.
Außerdem wird durch Umgeben der Umgebung und der unteren Fläche der n&supmin;-Epitaxieschicht 305, die hauptsächlich Licht- Ladungsträger innerhalb der vergrabenen n&spplus;-Schicht 302 und der n&spplus;-Kontaktschicht 304 erzeugt, verhindert, daß Licht- Ladungsträger unter dem Einfluß der Lichtabschirmschicht 314 zu benachbarten Bildelementen ausweichen.
Die Einstellung der gespeicherten Kapazität wird derart ausgeführt, daß die Länge der P-Typ-Halbleiterschicht 307, d. h. die Länge in der Unterabtastrichtung ungefähr gleich 1/20 gemacht wird, wenn die Länge eines R-Bildelements und eines G-Bildelements 1 beträgt.
Außerdem weist der Zeilensensor 300 ein Paar Lichtabschirmbildelemente 201, 299 desselben Transistorsaufbaus auf beiden Enden der lichtempfindlichen Bildelemente 202, 203, ... auf. Diese weisen denselben Aufbau wie ein Paar lichtempfindliche Bildelemente 202, 203 abgesehen davon auf, daß sie durch die Lichtabschirmschicht 314 von Licht abgeschirmt sind.
Nachstehend wird der Vorgang des Lesens eines Signals auf Grundlage von in dem Basisbereich jedes Bildelements in dem Zeilensensor 300 gespeicherten Ladungsträgern beschrieben. Das grundlegende Arbeitsprinzip ist in der den Erfindern Tanaka u. a. erteilten US-A-4 810 896 beschrieben.
Eine Dreiergruppe R, G, B-Signale wird jeweils zu drei Ausgangsleitungen gleichzeitig durch eine Abtasttransistor kette STA und einen Schiebetransistor SR ausgegeben. Dieser wird aufeinanderfolgend von einer äußerst linken Dreiergruppe 201 des Lichtabschirm-Bildelements zu einer äußerst rechten Dreiergruppe 299 des Lichtabschirmbildelements abgetastet.
Jedes Bildelement ist gemäß Fig. 12 mit einem mit der Basis eines Phototransistors verbundenen PMOS-Transistors QP und den an dessen Emitter angeschlossenen NMOS-Transistoren QN1 und QN2 verbunden. Eine Spannungsquelle VCC ist an den Kollektor angeschlossen.
Zu den in Fig. 13 dargestellten Zeitpunkten wird, nachdem die Basis zuerst an eine Spannungsquelle VBB während der Rücksetzperiode angeschlossen ist, der Emitter mit einer Spannungsquelle VEE verbunden.
Zu diesem Zeitpunkt werden die Potentiale VBB und VEE eingestellt, so daß die Basis-Emitter-Sperrschicht des Transistors BPT ausreichend vorwärts vorgespannt ist.
Im einzelnen wird VBB auf ungefähr +3,0 V und VEE auf ungefähr ±0V eingestellt. Dann befinden sich in einer Speicherperiode TAC die Basis und der Emitter auf nicht festgelegtem Potential, wodurch durch einfallendes Licht entstehende Löcher der Ladungsträger in der Basis gespeichert werden.
Falls der NMOS-Transistor QN2 mit einem Impuls ρT zum Anschluß des Emitters an eine kapazitive Last CT eingeschaltet wird, wird danach die Signalspannung wegen der Teilungskapazität in die Last CT ausgelesen.
Dann wird wie vorstehend beschrieben die Signalspannung aufeinanderfolgend als R, G, B-Signale zu drei Ausgangsleitungen durch die Abtasttransistorkette STA und das Schieberegister SR ausgelesen.
Mit diesem Zeilensensor ist es möglich, das Rauschen effektiv durch Kompensation des Farbsignals mit demselben Aufbau des Lichtabschirm-Bildelements und des lichtempfindlichen Bildelements auf eine solche Weise zu entfernen, daß die Länge der Basis eingestellt wird.
Im einzelnen kann durch Berechnung von Unterschieden (Rb- Rd, Gb-Ga, Bb-Bd) zwischen den Signalen (Rd, Gd, Bd) der in dem Speicher gespeicherten Lichtabschirm-Bildelemente R, G, B und der Signale (Rb, Gb, Cb) von später zu lesenden lichtempfindlichen Bildelementen ein Lichtsignal mit dem entfernten Dunkelsignal erhalten werden.
Ein anderes Verfahren besteht darin, den Unterschied zwischen dem ersten ausgelesenen Signal und dem später ausgelesenen, durch die Verzögerungseinrichtung verzögerten Signal zu berechnen. Eine derartige Differenzberechnung kann mittels eines Differenzverstärkers leicht vorgenommen werden.
Fig. 14 zeigt ein Steuersystem-Blockschaltbild einer Bildinformations-Verarbeitungsvorrichtung, die eine erfindungsgemäße Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung verwendet.
Bei einem Beispiel der Verwendung des Zeilensensors 300 gemäß dem Ausführungsbeispiel 3 bezeichnet 401 eine Signalverarbeitungsschaltung mit einer Schaltung zur Umwandlung von R, G, B-Signalen in Gelb- (Y-), Zyan- (C-) und Magenta- (M-) Signale zusätzlich zu dem vorstehend beschriebenen Speicher und dem Differenzverstärker.
Außerdem bezeichnet 402 eine Kopf-Steuerschaltung, in der umgewandelte Y-, C-, M-Signale einem Kopf 403 zugeführt werden.
Der Kopf 403 ist ein Tintenstrahlkopf zum Ausstoß von Tintentröpfchen durch Wärmeenergie mit drei Farbköpfen von Y, C, M, in der die Aufzeichnung oder das Drucken auf einem Aufzeichnungsträger unter Verwendung von gelber Tinte, zyanfarbener Tinte und magentafarbener Tinte ausgeführt wird.
Die gesamte Steuerung kann durch eine Zentraleinheit CPU ausgeführt werden.

Claims

1. Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung mit einem ersten Bildelement (101; 121B) zur Ausgabe eines ersten Farbsignals und einem zweiten Bildelement (111; 121G) zur Ausgabe eines sich von dem ersten Farbsignal unterscheidenden, zweiten Farbsignals, wobei die ersten (101; 121B) und zweiten (111; 121B) Bildelemente jeweils entsprechende Filter mit unterschiedlichen spektralen Übertragungseigenschaften haben; dadurch gekennzeichnet, daß das erste (101; 121B) und das zweite (111; 121G) Bildelement jeweils einen Halbleiterübergang zwischen einem ersten Halbleiterbereich (102, 112) und einem zweiten Halbleiterbereich (103, 113) aufweisen, wobei der erste Bereich (102) des ersten Bildelements (101) eine erste Länge (y&sub1;) und Breite aufweist und auf dem zweiten Bereich (103) des ersten Bildelements ausgebildet ist, der erste Bereich (112) des zweiten Bildelements (111) eine zweite Länge (y&sub2;) und Breite aufweist und auf dem zweiten Bereich (113) des zweiten Bildelements (111) ausgebildet ist, wobei die Übergänge unterschiedliche Sperrschichtkapazitäten voneinander haben, wobei die ersten (101; 121B) und zweiten (111; 121B) Bildelemente einen ausreichenden Unterschied zwischen den Sperrschichtkapazitäten zur Kompensation eines Unterschieds von Filtereigenschaften der Filter aufweisen,

wobei die ersten (101, 121B) und zweiten (111; 121G) Bildelemente Lichtempfangsflächen haben, die gleich groß sind, und

die ersten Halbleiterbereiche (102, 112) der ersten (101; 121B) und zweiten (111; 121G) Bildelemente dieselbe Tiefe und unterschiedliche Längen aufweisen.

2. Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

ein drittes Bildelement (121R) mit einem dritten Filter zur Ausgabe eines dritten Farbsignals, wobei das dritte Bildelement (121R) eine zwischen dem ersten Halbleiterbereich (122R) und dem zweiten Halbleiterbereich (123R) ausgebildeten Halbleiterübergang aufweist, wobei der erste Bereich (122R) des dritten Bildelements (121R) eine dritte Länge (yR) und Breite aufweist und auf dem zweiten Bereich (123R) des dritten Bildelements (121R) ausgebildet ist, und

die Kapazität des Halbleiterübergangs der ersten (121B) und zweiten (121 G) Bildelemente von der des dritten Bildelements (121R) verschieden ist.

3. Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Halbleiterübergang durch den ersten Halbleiterbereich (122B, 1226, 122R) einer ersten Leitfähigkeit ausgebildet ist, wobei die Kapazität durch unterschiedliche Veränderung der Länge jedes ersten Halbleiterbereichs (122B, 1226, 122R) verändert wird, während dieselbe Breite und Tiefe beibehalten wird.

4. Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von das erste Bildelement (101; 121B) und das zweite Bildelement (111; 121G) enthaltenden Paaren als regelmäßige Anordnung angeordnet ist, wobei zumindest eines der Vielzahl von Paaren gegen Licht abgeschirmt ist.

5. Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Bildelement (101, 111; 121B, 121G, 121R) einen bipolaren Transistor enthält.

6. Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Bildelement (101, 111; 121B, 121G, 121R) eine Photodiode aufweist.

7. Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch

einen Wandler (401) zur Umwandlung der ersten und zweiten Farbsignale aus der Vorrichtung in andere Farbsignale und

eine Berechnungseinrichtung zur Berechnung der ersten und zweiten Farbsignale.

8. Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

der erste Halbleiterbereich (103, 113) einen ersten Leitfähigkeitstyp und der zweite Halbleiterbereich (102, 112) einen zweiten Leitfähigkeitstyp hat, und

der zweite Halbleiterbereich (102) des ersten Bildelements (101) und der zweite Halbleiterbereich (112) des zweiten Bildelements (111) dieselbe Tiefe und unterschiedliche Flächen haben.

9. Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

der zweite Halbleiterbereich (102) des ersten Bildelements (101) und der zweite Halbleiterbereich (112) des zweiten Bildelements (111) im wesentlichen dieselbe Tiefe, dieselbe Breite und unterschiedliche Längen aufweisen.

10. Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

ein drittes Bildelement (121R) mit einem dritten Filter zur Ausgabe eines dritten Farbsignals, wobei das dritte Bildelement (121R) ein zwischen dem ersten Halbleiterbereich (122R) und dem zweiten Halbleiterbereich (123R) ausgebildeten Halbleiterübergang aufweist, wobei der erste Be reich (122R) des dritten Bildelements (121R) eine dritte Länge (yR) und Breite aufweist und auf dem zweiten Bereich (123R) des dritten Bildelements (121R) ausgebildet ist, und

zumindest zwei Kapazitäten der Halbleiterübergänge der ersten, zweiten und dritten Bildelemente (121B, 121G, 121R) voneinander verschieden sind.

11. Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten (121B) und zweiten (121G) Bildelemente im wesentlichen dieselben Kapazitäten an deren Halbleiterübergängen aufweisen, und das dritte Bildelement (121R) eine Kapazität an dessen Halbleiterübergang aufweist, die sich von den Kapazitäten der ersten (121B) und zweiten (121 G) Bildelemente unterscheidet.

12. Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten, zweiten und dritten Bildelemente (121B, 121G, 121R) Kapazitäten an deren Halbleiterübergängen aufweisen, die sich voneinander unterscheiden.

13. Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß

der erste Halbleiterbereich (123B, 123G, 123R) einen ersten Leitfähigkeitstyp und der zweite Halbleiterbereich (122B, 122G, 122R) einen zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist und

der zweite Halbleiterbereich (122B, 122 G) des ersten (1218) oder zweiten (121 G) Bildelements und des zweiten Halbleiterbereichs (122R) des dritten Bildelements (121R) im wesentlichen dieselbe Tiefe und unterschiedliche Flächen aufweisen.

14. Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß

der erste Halbleiterbereich (123B, 123G, 123R) einen ersten Leitfähigkeitstyp und der zweite Halbleiterbereich (122B, 122G, 122R) einen zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist, und

die zweiten Halbleiterbereiche (122B, 122G, 122R) der ersten, zweiten und dritten Bildelemente (121B, 121G, 121R) im wesentlichen dieselbe Tiefe und unterschiedliche Flächen aufweisen.

15. Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 2 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Farbsignal blau ist, das zweite Farbsignal grün ist, und das dritte Farbsignal rot ist.

16. Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 1 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Aperaturfläche als Lichtübertragungsabschnitt durch eine Lichtabschirmschicht definiert ist.

17. Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 1 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Halbleiterübergang ein PN-Übergang einer Photodiode ist.

18. Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 1 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Halbleiterübergang ein Basis-Kollektor-Übergang eines Phototransistors ist.

19. Bildinformations-Verarbeitungsvorrichtung, die die Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18 verwendet, gekennzeichnet durch einen Wandler (401) zum Umwandeln der ersten und zweiten Farbsignale aus der Vorrichtung in andere Farbsignale.

20. Bildinformations-Verarbeitungsvorrichtung, die die Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18 verwendet, oder nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung einen Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf (403) aufweist.

21. Bildinformations-Verarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf (403) Tinte unter Verwendung von Wärmeenergie ausstößt.

22. Bildinformations-Verarbeitungsvorrichtung, die die Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18 verwendet, oder nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung die Aufzeichnung unter Verwendung von Tinten einschließlich Gelb, Zyan und Magenta ausführt.