JP2004031496A - Linear image sensor - Google Patents
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Abstract
Description
【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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a linear image sensor including a photoelectric conversion element array in which photoelectric conversion elements are linearly arranged on a semiconductor substrate, and more particularly to a linear image sensor suitable for color photography including a plurality of photoelectric conversion element arrays.
[0002]
[Prior art]
A linear image sensor used in various devices such as a facsimile, an electronic copying machine, an image scanner, and a barcode reader has an imaging unit formed on a semiconductor substrate. The imaging unit includes a photoelectric conversion element array in which photoelectric conversion elements such as photodiodes are arranged substantially linearly, and a charge transfer unit formed in the vicinity of the photoelectric conversion element array. The charge transfer unit includes a charge transfer channel for transferring a signal charge detected by the photoelectric conversion element, and a plurality of charge transfer electrodes for controlling the signal charge transfer. The signal charge transferred by the charge transfer unit is sent to an output unit such as a floating diffusion amplifier and output as a voltage signal.
[0003]
A linear image sensor for color image capturing has red, green, and blue color filters formed on each photoelectric conversion element, and each photoelectric conversion element has signal charges corresponding to red light, green light, and blue light, respectively. To detect.
[0004]
FIG. 24 shows a schematic configuration of an example of an imaging unit of a conventional linear image sensor for color image imaging. The linear image sensor of FIG. 21 has three rows of
[0005]
The
[0006]
Therefore, since the signals as shown in FIG. 25A are output from the
[0007]
However, in the linear image sensor of FIG. 24, since it is necessary to provide the
[0008]
FIG. 26 is a diagram illustrating a schematic configuration of another example of an imaging unit of a conventional linear image sensor for imaging a color image. The linear image sensor of FIG. 23 has two rows of
[0009]
A red filter and a blue filter (not shown) are alternately formed on each photodiode forming the
[0010]
Therefore, since the signals as shown in FIG. 27A are output from the
[0011]
In the linear image sensor of FIG. 26, since the
H1, H2 Horizontal transfer electrode
Is difficult. That is, if the number of photodiode rows is increased to increase detection sensitivity, the charge transfer unit is arranged in the photodiode row, and the resolution deteriorates.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a linear image sensor capable of high-resolution and high-sensitivity imaging without requiring a high-precision mechanical mechanism.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The linear image sensor of the present invention is a sensor including a plurality of photoelectric conversion element arrays in which a plurality of photoelectric conversion elements are linearly arranged on a semiconductor substrate, and charges from the photoelectric conversion elements are converted into the photoelectric conversion elements. A first charge transfer section that transfers in a direction intersecting the conversion element array direction; a second charge transfer section that transfers charges from the first charge transfer section in the photoelectric conversion element array direction; An output unit that outputs a signal corresponding to the charge transferred by the two charge transfer units, and the photoelectric conversion elements included in the adjacent photoelectric conversion element columns are mutually connected within the photoelectric conversion element column The photoelectric conversion elements are arranged approximately ½ of the pitch between the photoelectric conversion elements and shifted in the photoelectric conversion element array direction, and the first charge transfer unit includes the photoelectric elements included in one or more of the photoelectric conversion element arrays. Corresponding to the conversion element on the semiconductor substrate A first charge transfer channel formed and a plurality of first charge transfer electrodes formed to intersect each of the charge transfer channels in plan view, the first charge transfer channel comprising: It is formed close to the photoelectric conversion elements so as to exhibit a meandering shape extending in a direction intersecting with the photoelectric conversion element array direction as a whole. If comprised in this way, the gap between photoelectric conversion element rows can be made small, and the detection accuracy in the sub-scanning direction substantially orthogonal to the row direction as a whole can be improved. Therefore, even if the allowable range of mechanical sub-scanning accuracy is widened, high-accuracy imaging can be performed.
[0014]
In the linear image sensor of the present invention, the first charge transfer electrode is formed between the photoelectric conversion elements so as to exhibit a meandering shape extending in the photoelectric conversion element array direction as a whole. In this way, the first transfer electrodes corresponding to the photoelectric conversion elements of the plurality of photoelectric conversion element arrays can be formed as one body, and the transfer pulse supply wiring for the transfer electrodes can be easily formed.
[0015]
In the linear image sensor of the present invention, four first charge transfer electrodes are provided corresponding to the photoelectric conversion elements.
[0016]
The photoelectric conversion element array in the linear image sensor of the present invention is composed of photoelectric conversion elements that detect charges corresponding to specific monochromatic light.
[0017]
The photoelectric conversion element rows in the linear image sensor of the present invention are provided in a plurality of rows corresponding to the same monochromatic light. With this configuration, it is possible to improve the resolution in the main scanning direction and increase the detection sensitivity.
[0018]
Further, the photoelectric conversion element arrays corresponding to the monochromatic light in the linear image sensor of the present invention are provided in even columns adjacent to the same monochromatic light. With this configuration, the number of first charge transfer units can be reduced. In addition, since signal charges can be added in the first charge transfer section, the number of stages of the second charge transfer section can be reduced and the detection sensitivity can be increased.
[0019]
Moreover, the monochromatic light in the linear image sensor of the present invention is three types of red light, green light, and blue light.
[0020]
In the linear image sensor of the present invention, the photoelectric conversion element array includes a single-color photoelectric conversion element array including a photoelectric conversion element that detects a charge corresponding to one monochromatic light, and a charge corresponding to each of a plurality of other single-color lights. And a multi-color photoelectric conversion element array composed of photoelectric conversion elements to be detected.
[0021]
In the linear image sensor of the present invention, the single-color photoelectric conversion element array and the multiple-color photoelectric conversion element array are alternately arranged, and the number of the multiple-color photoelectric conversion element arrays is equal to that of the single-color photoelectric conversion element array. More than a number.
[0022]
In the linear image sensor of the present invention, the one single-color light is green light, and the other plurality of single-color lights are red light and blue light, and a photoelectric conversion element for red light and blue light are used. The photoelectric conversion elements are alternately arranged in the column direction.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0024]
(First embodiment)
FIG. 1 shows a schematic configuration of a part of an imaging unit of the linear image sensor according to the first embodiment. The linear image sensor shown in FIG. 1 includes red light detection photodiodes R1, R2,..., Rn−1, Rn (red diode line 11), and green light detection photodiodes G1, G2, respectively. ,..., Gn-1, Gn (green diode row 12), blue light detection photodiodes B1, B2,..., Bn-1, Bn (blue diode row 13). As shown in the drawing, the
[0025]
Charges constituting a first charge transfer unit (hereinafter also referred to as “vertical transfer unit”) for transferring signal charges detected by the photodiodes R1 to Rn, G1 to Gn, and B1 to Bn. The transfer channels (hereinafter also referred to as “vertical transfer channels”) 21a to 2na and 21b to 2nb are for transferring in a direction crossing the photodiode column direction. The
[0026]
The second
[0027]
The vertical and
[0028]
Signal charges from the photodiodes R1 to Rn, G1 to Gn, and B1 to Bn are read out to the horizontal transfer channel in a relative positional relationship as shown in FIG. Therefore, signal charges are output from the output terminal OUT in the order of B1, R1, G1, B2, R2, G2, B3,..., Bn, Rn, Gn. These signal charges are converted into voltage signals at an output section (not shown) and output as color signals for each photodiode. Note that the signal charge transfer position in the horizontal transfer channel of FIG. 1 is schematically shown, and there may be a region where some signal charges are not transferred.
[0029]
The output color signal for each photodiode corresponds to each color signal at the detection position as shown in FIG. 2, and the green (G) signal is shifted by about 1/2 pitch, so that it is used as a color image signal. Are corrected to red (R), green (G), and blue (B) signals as shown in FIG. FIG. 3A shows a correction based on the position of the
[0030]
Next, a more detailed configuration of the first and second charge transfer units and a mechanism for reading signal charges to the charge transfer channel and transferring charges to the output terminal will be described. FIG. 4 shows the imaging unit of the linear image sensor of FIG. 1 in more detail, and illustrates vertical transfer electrodes on the
[0031]
In FIG. 4, the vertical transfer electrodes V1 to V4 are schematically shown as single ones corresponding to the respective photodiodes for the
[0032]
As shown schematically by arrows in FIG. 4 and FIG. 5, the read gate portion that reads signal charges from the photodiode to the vertical transfer channel is the vertical transfer electrode V1 in the red diodes R1 to Rn and the blue diodes B1 to Bn. It is formed between the lower
[0033]
On the
[0034]
The transfer electrodes on the vertical and
[0035]
Next, a signal charge reading operation and a charge transfer operation from the photodiode will be described with reference to a time chart of FIG. As shown in FIG. 6, a four-phase shift pulse shifted by a quarter cycle is applied to the vertical transfer electrodes V1 to V4, and a two-phase shift shifted by a half cycle is applied to the horizontal transfer electrodes H1 and H2. A pulse is applied. Further, a pulse represented by reference sign VH is a shift pulse supplied to the transfer electrode on the vertical and
[0036]
At time t1, when the read pulse is superimposed on the shift pulse V3, the signal charges of the photodiodes G1 to Gn are read to the
[0037]
The signal charges read to the
[0038]
Thereafter, when the shift pulses H1 and H2 are supplied, signal charges are output from the output terminal OUT in the order shown in FIG. Note that “-” in FIG. 7B indicates a portion where there is no signal charge, and the signal in this portion may be ignored during signal processing.
[0039]
As described above, in the linear image sensor according to the first embodiment, a plurality of adjacent diode rows are arranged so as to be shifted from each other by about ½ pitch of the photodiode interval, and the vertical transfer channel is arranged as a whole. Since the arrangement is such that the meandering shape extends in the direction crossing the photodiode column direction, the interval between columns is not widened even if a photodiode column for detecting RGB color signals is provided.
[0040]
(Second Embodiment)
FIG. 8 shows a schematic configuration of a part of the imaging unit of the linear image sensor according to the second embodiment. The linear image sensor of FIG. 8 has a red detection photodiode, a green light detection photodiode, and a blue light detection photodiode arranged in two rows. In FIG. 8, the vertical and horizontal transfer areas and the horizontal transfer channel are not shown.
[0041]
Red light detection photodiodes R1a, R2a,..., Rn-1a, Rna arranged in a row and red light detection photodiodes R1b, R2b,..., Rn-1b, Rnb in a row. The arranged
[0042]
[0043]
Then, the signal charges read from the corresponding photodiodes at a predetermined timing are transferred to the horizontal transfer channel via a vertical horizontal transfer region (not shown in FIG. 8), transferred in the horizontal direction, and output. In this example, data is read from the vertical transfer channel to the horizontal transfer channel in a relative positional relationship as shown in FIG. Reading in such a relative positional relationship is possible by changing the arrangement density of the horizontal transfer electrodes. It is also necessary to change the number of shift pulses supplied to the vertical transfer electrodes and the transfer electrodes on the vertical and horizontal transfer regions.
[0044]
The output color signal for each photodiode corresponds to each color signal at the detection position as shown in FIG. As is apparent from FIG. 10, the red signals R1a to Rna, the green signals G1a to Gna, and the blue signals B1a to Bna are about the red signals R1b to Rnb, the green signals G1b to Gnb, and the blue signals B1b to Bnb, respectively. Since the pitch is shifted by 1/2 pitch, as shown in FIG. 11, when (R1a, G1a, B1a), (R1b, G1b, B1b), (R2a, G2a, B2a),. The resolution in the scanning direction can be doubled the arrangement pitch of the photodiodes. It is also possible to use by adding as shown in FIG. 12. In this case, the resolution in the main scanning direction is the same as the arrangement pitch of the photodiodes, but the sensitivity is doubled. Can do.
[0045]
(Third embodiment)
FIG. 13 illustrates a schematic configuration of a part of the imaging unit of the linear image sensor according to the third embodiment. The linear image sensor shown in FIG. 13 includes two
[0046]
The difference from the second embodiment is the configuration of the vertical transfer channel. In the linear image sensor of FIG. 13, the
[0047]
As shown in FIG. 14, the
[0048]
Since the charge readout channel is provided at a position corresponding to the charge transfer electrodes V1 and V2, a readout pulse having a higher potential than the shift pulse is superimposed on the shift pulses V1 and V2. When such driving is performed, the signal charges of the photodiodes R1a and R1b, G1a and G1b, and B1a and B1b are added and transferred by the
[0049]
Therefore, the color signal for each photodiode that is read and output from the vertical transfer channel to the horizontal transfer channel in the relative positional relationship as shown in FIG. 15 is a highly sensitive color image signal as shown in FIG. Can be used as In addition, since signal addition is performed using signal charges, the number of horizontal transfer units can be reduced, and the amount of signal processing can be reduced.
[0050]
(Fourth embodiment)
In the above embodiment, photodiodes for detecting the same color light are arranged in one row. However, the linear image sensor of the fourth embodiment includes photodiodes for detecting light of different colors in the same column. Composed. FIG. 16 illustrates a schematic configuration of a part of the imaging unit of the linear image sensor according to the fourth embodiment. The linear image sensor shown in FIG. 16 includes red / blue diode arrays in which red light detection photodiodes R1, R2,..., Rn and blue light detection photodiodes B1, B2,. 211 and a
[0051]
[0052]
The signal charges read from the corresponding photodiodes at a predetermined timing are transferred to the
[0053]
The output color signal for each photodiode corresponds to each color signal at the detection position as shown in FIG. When used as a color image signal, RGB three-color signals are required, so the color signal of the undetected portion is obtained by interpolation as shown in FIG. As is clear from FIG. 18, since the G signal is shifted by about ½ pitch with respect to the R signal and the B signal, correction processing is further performed to obtain an RGB signal as shown in FIG. Such image signal processing is performed outside the linear image sensor. Further, the processing method is not limited to this method.
[0054]
(Fifth embodiment)
FIG. 19 shows a schematic configuration of a part of the imaging unit of the linear image sensor according to the fifth embodiment. The linear image sensor of FIG. 19 includes a red / blue diode row and a green diode row as in the linear image sensor of the fourth embodiment, but differs from the fourth embodiment in that a plurality of rows are provided.
[0055]
The red / blue diode array is a red / blue diode in which red light detection photodiodes R1a, R3a,..., Rn-1a and blue light detection photodiodes B2a, B4a,. .., Bn-1b and red light detection photodiodes R2b, R4b,..., Rnb alternately arranged in one row, red /
[0056]
The green diode array includes green light detection photodiodes G1a, G2a,..., G2n-1a, G2na arranged in a line, and green light detection photodiodes G1b, G2b,. , G2nb are arranged in a row, and a
[0057]
The
[0058]
The signal charges read from the corresponding photodiodes at a predetermined timing are transferred to the
[0059]
The output color signal for each photodiode corresponds to each color signal at the detection position as shown in FIG. When used as a color image signal, a signal subjected to addition calculation as shown in FIG. 23 is used as a detection color signal. Further, as apparent from FIG. 22, since the G signal is shifted by about ½ pitch with respect to the R signal and the B signal, correction processing is further performed to obtain an RGB signal as shown in FIG. Such image signal processing is performed outside the linear image sensor. Further, the processing method is not limited to this method.
[0060]
Since the linear image sensor of the fifth embodiment uses a signal obtained by adding signal charges of a plurality of photodiodes as a detection color signal, the detection sensitivity can be increased. When compared with the third and fourth embodiments, the sensitivity can be increased by reducing the number of columns. In addition, since the positions of the photodiodes to be added are dispersed, unnatural color signals caused by signal addition can be avoided.
[0061]
【The invention's effect】
As apparent from the above description, according to the present invention, it is possible to provide a linear image sensor capable of high-resolution and high-sensitivity imaging without requiring a high-precision mechanical mechanism.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a part of an imaging unit of a linear image sensor according to a first embodiment.
FIG. 2 is a diagram illustrating a correspondence relationship between an output color signal and a detection position by the linear image sensor according to the first embodiment.
FIG. 3 is a diagram illustrating a color image signal calculated from an output color signal by the linear image sensor according to the first embodiment.
FIG. 4 is a diagram showing a part of the imaging unit of the linear image sensor according to the first embodiment in more detail.
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of charge transfer electrodes of the linear image sensor according to the first embodiment.
FIG. 6 is a time chart showing a read operation and a charge transfer operation of the linear image sensor according to the first embodiment.
FIG. 7 is a diagram illustrating a relative position of a signal charge in a horizontal transfer channel of the linear image sensor according to the first embodiment.
FIG. 8 is a diagram illustrating a schematic configuration of a part of an imaging unit of a linear image sensor according to a second embodiment.
FIG. 9 is a diagram illustrating a relative position of a signal charge in a horizontal transfer channel of the linear image sensor according to the second embodiment.
FIG. 10 is a diagram illustrating a correspondence relationship between an output color signal and a detection position by the linear image sensor according to the second embodiment.
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a color image signal obtained from an output color signal by the linear image sensor according to the second embodiment.
FIG. 12 is a diagram showing another example of a color image signal obtained from an output color signal by the linear image sensor according to the second embodiment.
FIG. 13 is a diagram illustrating a schematic configuration of a part of an imaging unit of a linear image sensor according to a third embodiment.
FIG. 14 is a diagram showing in detail a part of the imaging unit of the linear image sensor according to the third embodiment.
FIG. 15 is a diagram illustrating a relative position of signal charges in a horizontal transfer channel of the linear image sensor according to the third embodiment;
FIG. 16 is a diagram showing a schematic configuration of a part of an imaging unit of a linear image sensor according to a fourth embodiment.
FIG. 17 is a diagram illustrating a correspondence relationship between an output color signal and a detection position by the linear image sensor according to the fourth embodiment.
FIG. 18 is a diagram illustrating an example of a color image signal calculated from an output color signal by the linear image sensor according to the fourth embodiment.
FIG. 19 is a diagram showing a schematic configuration of a part of an imaging unit of a linear image sensor according to a fifth embodiment.
FIG. 20 is a diagram illustrating an example of a relative position of a signal charge in a horizontal transfer channel of the linear image sensor according to the fourth embodiment.
FIG. 21 is a diagram illustrating another example of the relative position of the signal charge in the horizontal transfer channel of the linear image sensor according to the fourth embodiment.
FIG. 22 is a diagram illustrating a correspondence relationship between an output color signal and a detection position by the linear image sensor according to the fourth embodiment.
FIG. 23 is a diagram illustrating an example of a color image signal calculated from an output color signal by the linear image sensor according to the fifth embodiment.
FIG. 24 is a diagram showing a schematic configuration of an example of a conventional linear image sensor.
25 is a view showing an output signal of the linear image sensor in FIG. 24. FIG.
FIG. 26 is a diagram showing a schematic configuration of another example of a conventional linear image sensor.
27 is a view showing an output signal of the linear image sensor of FIG.
[Explanation of symbols]
11, 11a, 11b ... red diode array
12, 12a, 12b ... green diode array
13, 13a, 13b ... Blue diode array
21a to 2na, 21b to 2nb, 21 to 23, 21a to 23c ... charge transfer channel (vertical transfer channel)
30 ... Charge transfer channel (horizontal transfer channel)
40 ... vertical and horizontal transfer area
OUT ... Output terminal
51-58 ... Channel stop region
V1 to V4 ... Vertical transfer electrodes
H1, H2 Horizontal transfer electrode
211, 211a to 211c: Red / blue diode array
212, 212a to 212c ... Green diode array
500, 600... Photodiode
511-513,611,612 ... Photodiode row
521 to 523, 621, 622... Charge transfer unit
531 to 533, 631, 632... Output unit
541-543, 641, 642... Output terminal
Claims (10)
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。A linear image sensor including a plurality of photoelectric conversion element arrays in which a plurality of photoelectric conversion elements are linearly arranged on a semiconductor substrate,
A first charge transfer unit that transfers charges from the photoelectric conversion elements in a direction crossing the photoelectric conversion element row direction;
A second charge transfer unit configured to transfer charges from the first charge transfer unit in the photoelectric conversion element array direction;
An output unit that outputs a signal corresponding to the charge transferred by the second charge transfer unit;
The photoelectric conversion elements included in the adjacent photoelectric conversion element arrays are arranged so as to be shifted from each other in the photoelectric conversion element array direction by about ½ of the pitch between the photoelectric conversion elements in the photoelectric conversion element array. And
The first charge transfer unit includes a first charge transfer channel formed on the semiconductor substrate corresponding to the photoelectric conversion element included in one or a plurality of the photoelectric conversion element arrays, and each of the charge transfer channels. A plurality of first charge transfer electrodes formed so as to intersect with each other in plan view,
The linear image sensor, wherein the first charge transfer channel is formed close to the photoelectric conversion element so as to exhibit a meandering shape extending in a direction intersecting with the photoelectric conversion element array direction as a whole.
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。The linear image sensor according to claim 1,
The linear image sensor formed between the photoelectric conversion elements so that the first charge transfer electrode as a whole has a meandering shape extending in the photoelectric conversion element array direction.
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。The linear image sensor according to claim 1 or 2,
Each of the first charge transfer electrodes is a linear image sensor provided with four corresponding to the photoelectric conversion elements.
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。The linear image sensor according to any one of claims 1 to 3,
Each of the photoelectric conversion element arrays is a linear image sensor including photoelectric conversion elements that detect charges corresponding to specific monochromatic light.
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。The linear image sensor according to claim 4,
The said photoelectric conversion element row | line | column is a linear image sensor provided in multiple rows | lines corresponding to the same monochromatic light.
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。The linear image sensor according to claim 5,
The photoelectric conversion element array corresponding to the monochromatic light is a linear image sensor provided with an even number of columns adjacent to each other for the same monochromatic light.
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。The linear image sensor according to any one of claims 4 to 6,
The monochromatic light is a linear image sensor having three types of red light, green light, and blue light.
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。The linear image sensor according to any one of claims 1 to 3,
The photoelectric conversion element array includes a single-color photoelectric conversion element array that includes a photoelectric conversion element that detects a charge corresponding to one monochromatic light, and a photoelectric conversion element that detects a charge corresponding to each of a plurality of other monochromatic lights. A linear image sensor including a multi-color photoelectric conversion element array.
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。The linear image sensor according to claim 8,
The single-color photoelectric conversion element array and the multiple-color photoelectric conversion element array are alternately arranged,
A linear image sensor in which the number of the multi-color photoelectric conversion element arrays is larger than the number of the single-color photoelectric conversion element arrays.
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。The linear image sensor according to claim 8 or 9, wherein
The one monochromatic light is green light,
The other plurality of monochromatic lights are red light and blue light, and the photoelectric conversion elements for red light and the photoelectric conversion elements for blue light are alternately arranged in the column direction.
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