JP2004350215A

JP2004350215A - 撮像装置及びその駆動方法

Info

Publication number: JP2004350215A
Application number: JP2003147763A
Authority: JP
Inventors: Yuu Ken Roy; ユーケンロイ
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-05-26
Filing date: 2003-05-26
Publication date: 2004-12-09

Abstract

【課題】副走査方向の解像度を維持してＳ／Ｎを増大させる撮像装置を提供する。
【解決手段】光電変換により電荷を生成する複数のセルが直列に配列された複数の受光部５４，５６と、複数の受光部５４，５６で生成された電荷を並列に転送する複数の並列転送部７０，７４と、複数の並列転送部７０，７４の前端に接続され互いに異なる受光部５４，５６のセルで互いに異なるタイミングに生成された電荷を合流させる合流部８０と、合流部８０で合流した電荷を検出する検出部９０とを備える。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は撮像装置及びその駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＣＣＤイメージセンサ等の撮像装置はイメージスキャナ、ファクシミリ、ディジタルカメラ等で広く用いられている。特許文献１には、光電変換により電荷を生成する複数のセルが直列に配列された受光部が複数並列に配列された撮像装置が開示されている。副走査方向の最高解像度（最高副走査解像度）より低い副走査方向の解像度（副走査解像度）で駆動するときには、互いに異なる受光部のセルで生成された電荷が合流するようにこの撮像装置を駆動することにより、Ｓ／Ｎを増大させることができる。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１５７１１９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、並列に配列された複数の受光部で同時に読み取る領域は互いに異なる。このため、特許文献１に開示された撮像装置とその駆動方法では、副走査方向の実質的な副走査解像度が最高副走査解像度より低く設定された副走査解像度よりもさらに低下するという問題がある。
本発明は、かかる問題を解決するために創作されたものであって、副走査方向の解像度を維持してＳ／Ｎを増大させる撮像装置及びその駆動方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る撮像装置は、光電変換により電荷を生成する複数のセルが直列に配列された受光部が複数並列に配列された撮像装置であって、複数の受光部で生成された電荷を並列に転送する複数の並列転送部と、複数の並列転送部の前端に接続され互いに異なる受光部のセルで互いに異なるタイミングに生成された電荷を合流させる合流部と、合流部で合流した電荷を検出する検出部とを備えることを特徴とする。互いに異なる受光部のセルで異なるタイミングに生成された電荷を合流させる合流部を備えることにより、互いに異なる受光部で同一領域を読み取って生成された電荷を合流させることができる。したがって、本発明に係る撮像装置によると、副走査方向の解像度を維持してＳ／Ｎを増大させることができる。
【０００６】
さらに本発明に係る撮像装置は、受光部と並列転送部との間に設けられ複数の受光部で互いに異なるタイミングに生成された電荷を複数の並列転送部に同時に移送する移送部をさらに備えることを特徴とする。複数の受光部で互いに異なるタイミングに生成された電荷を複数の並列転送部に同時に移送する移送部を受光部と並列転送部との間に設けることにより、駆動回路を簡素化し、撮像装置を小型化することができる。
【０００７】
さらに本発明に係る撮像装置は、合流部で合流する電荷を生成する複数のセルは、互いに異なる受光部において、各受光部におけるセルの配列方向軸に垂直な直線上に、配列されていることを特徴とする。互いに異なる前記受光部において、各受光部におけるセルの配列方向軸に垂直な直線上に配列されている複数のセルで生成される電荷を合成することにより、主走査方向の解像度を維持してＳ／Ｎを増大させることができる。
【０００８】
さらに本発明に係る撮像装置は、合流部で合流する電荷を生成する２つの受光部と合流部と検出部との組を一色について２組備え、同一色の互いに異なる組の互いに異なる受光部のセルは、各受光部におけるセルの配列方向に互いに半ピッチずれて配列されていることを特徴とする。各受光部におけるセルの配列方向に互いに半ピッチずらして互いに異なる受光部のセルを配列することにより、感度を落とさずに主走査方向の解像度を高くすることができる。
【０００９】
さらに本発明に係る撮像装置の駆動方法は、請求項１に記載の撮像装置の駆動方法であって、互いに異なる受光部において各受光部におけるセルの配列方向軸に垂直な直線上に配列されているセルで互いに異なるタイミングに生成された電荷を合流部で合流させることを特徴とする。互いに異なる受光部のセルで異なるタイミングに生成された電荷を合流させることにより、互いに異なる受光部で同一領域を読み取って生成された電荷を合流させることができる。したがって、本発明に係る撮像装置の駆動方法によると、副走査方向の解像度を維持してＳ／Ｎを増大させることができる。
【００１０】
さらに本発明に係る撮像装置の駆動方法は、請求項２に記載の撮像装置の駆動方法であって、移送部に、複数の受光部で互いに異なるタイミングに生成された電荷を複数の並列転送部に同時に移送させ、互いに異なる前記受光部において各受光部におけるセルの配列方向軸に垂直な直線上に配列されているセルで互いに異なるタイミングに生成され複数の並列転送部に同時に移送された電荷を合流部で合流させることを特徴とする。複数の受光部で互いに異なるタイミングに生成された電荷を複数の並列転送部に同時に移送させることにより、駆動回路を簡素化し、撮像装置を小型化することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を示す一実施例を図面に基づいて説明する。
図１は、リニアイメージセンサ２０の構成を示す模式図である。リニアイメージセンサ２０は、並列配置されたセンサ部５０を同一チップ上に複数有し、各センサ部５０に所定の色のフィルタをオンチップで形成したカラー出力方式のセンサである。尚、フィルタとしては、Ｒ（Ｒｅｄ），Ｇ（Ｇｒｅｅｎ），Ｂ（Ｂｌｕｅ）の３色の原色フィルタ、Ｃ（Ｃｙａｎ），Ｍ（Ｍａｇｅｎｔａ），Ｙ（Ｙｅｌｌｏｗ）の３色乃至はＣ，Ｍ，Ｙ，Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）の４色の補色フィルタが使用される。また、本発明はフルカラーの撮像装置に限らず、モノクロ出力の撮像装置にも適用可能である。
【００１２】
同一色のフィルタが設けられているセンサ部５０は各色について２つずつ設けられている。同一色のフィルタが設けられるセンサ部５０同士は、図１に示すように、後述するセル５２，５３がその配列方向に互いに半ピッチずれるように配列されている。
同一色のフィルタが設けられる二つのセンサ部５０から出力される信号のうちｎ番目の主走査線に関する信号を処理して得た画素を交互に配列することで、当該主走査線に対応する１ライン分の画像データが生成される。同一色のフィルタが設けられる二つのセンサ部５０では、各受光部５４，５６におけるセル５２，５３がその配列方向に互いに半ピッチずれるように配列されているので、各セルが小さくなって感度が低下することなしに、主走査方向の解像度を実質的に倍増させることができる。
【００１３】
センサ部５０は受光部５４，５６、転送ゲート６０，６２，６４、移送部６６、並列転送部としてのＣＣＤアナログシフトレジスタ（シフトレジスタ）７０，７４、合流部８０、検出部９０等から構成されている。
第一受光部５４及び第二受光部５６は互いに隣接して並列配置されている。説明を簡略化するため、第一受光部５４と第二受光部５６のピッチは各受光部５４，５６の短手方向の長さと等しいものとする。また、読み取りを開始し始める最初の主走査線から数えてｎ番目の主走査線上の画像が第一受光部５４によって読み取られるとき、同時にｎ＋１番目の主走査線上の画像が第二受光部５６によって読み取られるものとする。
【００１４】
第一受光部５４は主走査方向Ｘに直列に配列された複数のセル５２を有し、第二受光部５６は主走査方向Ｘに直列に配列された複数のセル５３を有している。第一受光部５４の各セル５２、第二受光部５６の各セル５３はそれぞれ同一ピッチで配列されている。主走査方向軸に垂直な仮想直線Ｌに平行な直線上に第一受光部５４のセル５２と第二受光部５６のセル５３が、それぞれ１つ配列される。すなわち、第一受光部５４のセル５２と第二受光部５６のセル５３の主走査方向Ｘの配列は、副走査方向Ｙからみてずれが無く揃っている。セル５２，５３はフォトダイオード等の光電変換素子であり、フィルタの透過光を受光してその受光量に比例した電荷を光電変換により生成する。
【００１５】
第一転送ゲート６０は第一受光部５４に併設されている。第一転送ゲート６０には、第一転送ゲートパルスφ_Ｔ１が印加される電極が設けられている。
移送部６６は第一転送ゲート６０の反第一受光部側に設けられている。移送部６６は、第一受光部５４の各セル５２に１対１に対応する複数のセル６８を有している。各セル６８には、対応するセル５２の蓄積電荷が第一転送ゲート６０を介して転送される。
【００１６】
第二転送ゲート６２は移送部６６の反第一転送ゲート側に設けられている。第二転送ゲート６２には、第二転送ゲートパルスφ_Ｔ２が印加される電極が設けられている。
第一シフトレジスタ７０は第二転送ゲート６２の反移送部側に設けられている。第一シフトレジスタ７０には、駆動パルスφ_Ｄ１又はφ_Ｄ２が印加される電極が主走査方向Ｘにおいて１つずつ交互に配設されている。駆動パルスφ_Ｄ１又はφ_Ｄ２が印加されることにより、移送部６６からの転送電荷を拘束するポテンシャル井戸が形成される。駆動パルスには２相のパルスが用いられるが、３相以上のパルスを用いてもよい。
【００１７】
第三転送ゲート６４は第二受光部５６に併設されている。第三転送ゲート６４には、第三転送ゲートパルスφ_Ｔ３が主走査駆動部２４により印加される電極が設けられている。
第二シフトレジスタ７４は第三転送ゲート６４の反第二受光部側に設けられ、第一シフトレジスタ７０と平行に設けられている。第二シフトレジスタ７４の構成は第一シフトレジスタ７０の構成と実質的に同一である。第二シフトレジスタ７４には、駆動パルスφ_Ｄ１又はφ_Ｄ２が印加される電極が主走査方向Ｘにおいて１つずつ交互に配設されている。
【００１８】
合流部８０は、第一シフトレジスタ７０の電荷転送方向の前端と第二シフトレジスタ７４の電荷転送方向の前端との双方に接続されている。各シフトレジスタ７０，７４の転送電荷は合流部８０で合流する。合流部８０は、各シフトレジスタ７０，７４との接続箇所に合流ゲート８２，８４を有している。合流ゲート８２には合流ゲートパルスφ_Ｃ１が印加される電極が、合流ゲート８４には合流ゲートパルスφ_Ｃ２が印加される電極がそれぞれ設けられている。
【００１９】
検出部９０は合流部８０の反合流ゲート側に設けられている。検出部９０は、出力ゲート９２、フローティングキャパシタ９４、リセットゲート９６及び図示しない出力回路を有している。フローティングキャパシタ９４に転送された電荷は出力回路により検出され、検出された電荷に応じた電気信号が出力回路から出力される。合流部８０とフローティングキャパシタ９４の間には出力ゲート９２が設けられている。出力ゲート９２には、出力ゲートパルスφ_Ｏが印加される電極が設けられている。
【００２０】
図２は、リニアイメージセンサ２０の駆動方法を示すタイムチャートである。以下、リニアイメージセンサ２０の駆動方法について図２を参照しつつ説明する。
まず、ｔ_０≦ｔ＜ｔ_１の期間には、第一転送ゲートパルスφ_Ｔ１の電位レベルを低にして第一転送ゲート６０を遮断する。第一転送ゲート６０を遮断することにより、ｎ番目の主走査線について第一受光部５４の各セル５２が生成する電荷が各セル５２に蓄積される。
【００２１】
次にｔ_１≦ｔ＜ｔ_２の期間には、第一転送ゲートパルスφ_Ｔ１の電位レベルを高にして第一転送ゲート６０を開通させる。第一転送ゲート６０を開通させることにより、第一受光部５４の各セル５２で生成されたｎ番目の主走査線についての電荷が移送部６６の各セル６８に転送される。
ｔ_１≦ｔ＜ｔ_３の期間には、第二転送ゲートパルスφ_Ｔ２の電位レベルを低にして第二転送ゲート６２を遮断する。第二転送ゲート６２を遮断することにより、第一受光部５４の各セル５２で生成され移送部６６の各セル６８に転送されたｎ番目の主走査線についての電荷が各セル６８にバッファされる。
【００２２】
ｔ＝ｔ_２では、第一転送ゲートパルスφ_Ｔ１の電位レベルを低側に変化させ、ｎ＋１番目の主走査線について原稿の読み取りを開始する。すなわち、このパルスφ_Ｔ１の電位レベルの変化が次のｔ＝ｔ_０におけるパルスφ_Ｔ１の電位レベルの変化となる。ｔ_０≦ｔ＜ｔ_２に、リニアイメージセンサと原稿の相対的な位置関係が副走査方向Ｙにずれることにより、第一受光部５４に結像されるｎ番目の主走査線が次のｎ＋１番目の主走査線に移る。リニアイメージセンサと原稿の相対的な位置関係は、原稿又はリニアイメージセンサを他方に対して副走査方向Ｙに相対的に移動させることによってずらすことができる。
【００２３】
一方、ｔ_１≦ｔ＜ｔ_３の期間には、第三転送ゲートパルスφ_Ｔ３の電位レベルを低にして第三転送ゲート６４を遮断する。第三転送ゲート６４を遮断することにより、ｎ番目の主走査線について第二受光部５６の各セル５３が生成する電荷が各セル５３に蓄積される。
ｔ_３≦ｔ＜ｔ_４の期間では、第二及び第三転送ゲートパルスφ_Ｔ２，φ_Ｔ３の各電位レベルを同時に高にすることで、第二及び第三転送ゲート６２，６４を同時に開通する。これにより、移送部６６の各セル６８にバッファされたｎ番目の主走査線についての電荷が第一シフトレジスタ７０に転送されると同時に、第二受光部５６の各セル５３に蓄積されたｎ番目の主走査線についての電荷が第二シフトレジスタ７４に転送される。すなわち、同じｎ番目の主走査線についてｔ_０≦ｔ＜ｔ_１の期間に第一受光部５４で生成された電荷とｔ_１≦ｔ＜ｔ_３の期間に第二受光部５６で生成された電荷が同時にシフトレジスタ７０乃至は７４に移送される。
【００２４】
ｔ≧ｔ_４の期間には、各受光部５４，５６で異なるタイミングに生成された電荷が駆動パルスφ_Ｄ１，φ_Ｄ２の相変化に応じシフトレジスタ７０，７４により並列に転送される。
さらにｔ≧ｔ_４の期間では、出力ゲートパルスφ_Ｏを低にした状態で、合流ゲートパルスφ_Ｃ１及びφ_Ｃ２の電位レベルを高にして合流ゲート８２、８４を開通すると、第一受光部５４のセル５２の電荷と副走査方向Ｙに揃っている第二受光部５３のセル５３の電荷が合流部８０で合流する。２つの受光部５４，５３の電荷が合流部８０で合流したら、出力ゲートパルスφ_Ｏを高側に変化させ、出力ゲート９２を開通する。その結果、合流部８０で合流した電荷がフローティングキャパシタ９４に転送され、出力回路により検出される。以上、ｔ≧ｔ_４の期間には、ｎ番目の主走査線に関する各受光部５４，５６の生成電荷が全て検出されるまで、上記一連の内容が繰り返される。
【００２５】
ｔ＝ｔ_４では、第一転送ゲートパルスφ_Ｔ１の電位レベルを高側に変化させると共に、第二及び第三転送ゲートパルスφ_Ｔ２，φ_Ｔ３の各電位レベルを低側に変化させる。すなわち、かかるパルスφ_Ｔ１，φ_Ｔ２，φ_Ｔ３の電位レベルの変化が次のｔ＝ｔ_１におけるパルスφ_Ｔ１，φ_Ｔ２，φ_Ｔ３の電位レベルの変化となる。尚、次のｔ_１≦ｔ＜ｔ_２の期間には、各セル５２で生成されたｎ＋１番目の主走査線についての電荷が各セル６８に転送される。また、次のｔ_１≦ｔ＜ｔ_３の期間には、ｎ＋１番目の主走査線についての電荷が移送部６６の各セル６８にバッファされると同時に、ｎ＋１番目の主走査線について各セル５３が生成する電荷が各セル５３に蓄積される。
【００２６】
上述したリニアイメージセンサ２０の駆動方法によると、互いに異なる受光部５４，５６の副走査方向Ｙに揃ったセル５２，５３により同一主走査線の同一領域を読み取り、その結果生成された電荷を合流部８０で合流させることができる。したがって、主走査方向Ｘ及び副走査方向Ｙの解像度を維持してＳ／Ｎを増大させることができる。
【００２７】
また、上述したリニアイメージセンサ２０の駆動方法によると、第一受光部５４で生成された電荷の第一シフトレジスタ７０への転送を移送部６６により遅延させることで、異なる受光部５４，５６で異なるタイミングに生成された電荷をシフトレジスタ７０，７４に同時に移送することを可能にしている。リニアイメージセンサ２０では、第一受光部５４での生成電荷を取り出す第一転送ゲート６０と第一シフトレジスタ７０との間に移送部６６及び第二転送ゲート６２を設けた簡素な構成により、上記電荷転送の遅延機能が実現される。したがって、主走査駆動部２４の簡素化と、リニアイメージセンサ２０の小型化とを図ることができる。
【００２８】
以上、本発明の実施例について説明したが、図３に変形例を示すように、第一受光部５４での生成電荷を取り出す第一転送ゲート６０と第一シフトレジスタ７０との間において、移送部６６及び第二転送ゲート６２の複数組を並列に配列してもよい。これにより、第一受光部５４の各セル５２がｎ番目の主走査線について生成した電荷を各移送部６６に配列順に転送して、当該電荷と、ｎ＋ｋ（但し、ｋは移送部６６及び第二転送ゲート６２の組数）番目の主走査線について第二受光部５６の各セル５３が生成した電荷とを同時にシフトレジスタ７０，７４に転送することができる。
また、上述した実施例の検出部９０において出力ゲート９２をなくし合流ゲート８２，８４でその機能を代替することにより、検出部９０が合流部８０の機能を兼ね備えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例のリニアイメージセンサの構造を示す模式図である。
【図２】リニアイメージセンサの駆動方法を示すタイムチャートである。
【図３】変形例のリニアイメージセンサの構造を示す模式図である。
【符号の説明】
２０リニアイメージセンサ（撮像装置）、５０センサ部、５２，５３セル、５４，５６受光部、６０，６２，６４転送ゲート、６６移送部、７０，７４シフトレジスタ（並列転送部）、８０合流部、９０検出部

Claims

光電変換により電荷を生成する複数のセルが直列に配列された受光部が複数並列に配列された撮像装置であって、
前記複数の受光部で生成された電荷を並列に転送する複数の並列転送部と、
前記複数の並列転送部の前端に接続され互いに異なる前記受光部のセルで互いに異なるタイミングに生成された電荷を合流させる合流部と、
前記合流部で合流した電荷を検出する検出部と、
を備えることを特徴とする撮像装置。
前記受光部と前記並列転送部との間に設けられ前記複数の受光部で互いに異なるタイミングに生成された電荷を前記複数の並列転送部に同時に移送する移送部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記合流部で合流する電荷を生成する前記複数のセルは、互いに異なる前記受光部において、各受光部における前記セルの配列方向軸に垂直な直線上に、配列されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
前記合流部で合流する電荷を生成する２つの前記受光部と前記合流部と前記検出部との組を一色について２組備え、
同一色の互いに異なる組の互いに異なる前記受光部のセルは、前記各受光部におけるセルの配列方向に互いに半ピッチずれて配列されていることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の撮像装置。
請求項１に記載の撮像装置の駆動方法であって、
互いに異なる前記受光部において各受光部における前記セルの配列方向軸に垂直な直線上に配列されているセルで互いに異なるタイミングに生成された電荷を前記合流部で合流させることを特徴とする撮像装置の駆動方法。
請求項２に記載の撮像装置の駆動方法であって、
前記移送部に、前記複数の受光部で互いに異なるタイミングに生成された電荷を前記複数の並列転送部に同時に移送させ、
互いに異なる前記受光部において各受光部におけるセルの配列方向軸に垂直な直線上に配列されているセルで互いに異なるタイミングに生成され前記複数の並列転送部に同時に移送された電荷を前記合流部で合流させることを特徴とする撮像装置の駆動方法。