JP2014239183A - Photoelectric conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は複写機やスキャナーなどに用いられる光電変換装置に関する The present invention relates to a photoelectric conversion device used for a copying machine, a scanner, or the like.
光電変換装置として、画素中の受光素子の垂直列に対応して垂直レジスタを設け、該各垂直レジスタの転送先側に水平レジスタを設けた撮像素子が広く用いられている。このような撮像素子において、フォトダイオードへの光の入射量を増加させて感度を向上させるために、各フォトダイオード上にマイクロレンズを形成して画素に光を集める技術が知られている。また、フォトダイオードの受光面に垂直な方向から見た場合に、各画素上の受光窓を長方形に形成する技術が知られている(例えば特許文献1)。特許文献1に開示される長方形の形状を有する画素が用いられるのは以下の理由からである。 2. Description of the Related Art As photoelectric conversion devices, image sensors having a vertical register corresponding to a vertical column of light receiving elements in a pixel and a horizontal register on the transfer destination side of each vertical register are widely used. In such an image sensor, in order to improve the sensitivity by increasing the amount of light incident on the photodiode, a technique is known in which a microlens is formed on each photodiode to collect light on the pixel. In addition, a technique is known in which a light receiving window on each pixel is formed in a rectangular shape when viewed from a direction perpendicular to the light receiving surface of a photodiode (for example, Patent Document 1). The reason why the pixel having the rectangular shape disclosed in Patent Document 1 is used is as follows.
テレビジョン標準方式である、NTSC方式の場合、有効表示画面内での水平方向の解像度(サンプル数)と垂直方向のライン数との有効な組み合わせとして、水平720画素×垂直480ラインとされることが多い。これを標準のテレビジョン受像機の水平:垂直の比が4:3のスクリーンに表示することから、CCDイメージセンサの1画素の形としては、水平:垂直の比が約8:9の縦長の長方形となる。 In the case of the NTSC system, which is a standard television system, an effective combination of the horizontal resolution (number of samples) and the number of lines in the vertical direction within the effective display screen is 720 pixels horizontal × 480 lines vertical. There are many. Since this is displayed on the screen of a standard television receiver with a horizontal: vertical ratio of 4: 3, the shape of one pixel of the CCD image sensor is a vertically long ratio of horizontal: vertical of about 8: 9. It becomes a rectangle.
しかし特許文献1には、複写機やスキャナーなどに用いられるような、光電変換装置を走査させて画像を取得するような構成において、どのようにマイクロレンズおよび各フォトダイオード上の受光窓を設けるかは一切開示されていない。 However, Patent Document 1 describes how to provide a microlens and a light receiving window on each photodiode in a configuration in which an image is acquired by scanning a photoelectric conversion device, such as used in a copying machine or a scanner. Is not disclosed at all.
複写機やスキャナーにおいては、赤(R)、緑(G)、青(B)などの各色を検出するための複数の光電変換アレイを有する光電変換装置が用いられる。各光電変換アレイは、光電変換部が配列された方向と直角方向に所定間隔で配置される。そして、光電変換装置を原稿などの被写体に対して相対的に所定の方向に走査させることで画像の読み取りが行われる。 In a copying machine or a scanner, a photoelectric conversion device having a plurality of photoelectric conversion arrays for detecting each color such as red (R), green (G), and blue (B) is used. Each photoelectric conversion array is arranged at a predetermined interval in a direction perpendicular to the direction in which the photoelectric conversion units are arranged. An image is read by scanning the photoelectric conversion device in a predetermined direction relative to a subject such as a document.
この光電変換装置において、光電変換アレイ中の光電変換部のサイズを縮小することで画像読み取りの際の分解能を向上させることができる。その一方で、光電変換部サイズの縮小化に伴い、各光電変換部に入射する光量が減少し、感度が低下する。 In this photoelectric conversion device, the resolution at the time of image reading can be improved by reducing the size of the photoelectric conversion unit in the photoelectric conversion array. On the other hand, as the size of the photoelectric conversion unit is reduced, the amount of light incident on each photoelectric conversion unit is reduced and the sensitivity is lowered.
本発明は上述した課題を解決するために成されたものであり、被写体に対して相対的に所定の方向に走査させることで画像の読み取りを行う光電変換装置において、感度の低下を抑制しつつ解像度を向上させることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and suppresses a decrease in sensitivity in a photoelectric conversion apparatus that reads an image by scanning an object relatively in a predetermined direction. The purpose is to improve the resolution.
上述した課題を解決するために、本発明は被写体に対して相対的に第1の方向に走査することで前記被写体の読み取りを行う光電変換装置であって、前記第1の方向に沿って複数配され、各々が前記第1の方向と垂直な第2の方向に沿って配される光電変換アレイと、前記第2の方向に沿って複数配され、前記光電変換アレイを構成する光電変換部と、前記各光電変換部に対応して設けられたマイクロレンズと、前記各マイクロレンズと前記各光電変換部との間に受光窓を有する遮光部と、を備え、前記マイクロレンズの前記第1の方向における幅は前記第2の方向における幅よりも大きく、前記受光窓の前記第1の方向における幅は、前記第2の方向における幅よりも大きいことを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, the present invention provides a photoelectric conversion apparatus that reads the subject by scanning in a first direction relative to the subject, and includes a plurality of the photoelectric conversion devices along the first direction. A photoelectric conversion array that is arranged along a second direction perpendicular to the first direction, and a plurality of photoelectric conversion units that are arranged along the second direction and constitute the photoelectric conversion array And a microlens provided corresponding to each photoelectric conversion unit, and a light shielding unit having a light receiving window between each microlens and each photoelectric conversion unit, the first of the microlens The width in the first direction is larger than the width in the second direction, and the width of the light receiving window in the first direction is larger than the width in the second direction.
本発明に係る光電変換装置によれば、画像を読み取る際の感度の低下を抑制しつつ解像度を向上させることが可能となる。 According to the photoelectric conversion device of the present invention, it is possible to improve the resolution while suppressing a decrease in sensitivity when reading an image.
以下、本発明に係る光電変換装置の実施形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書で特に図示または記載されない部分に関しては、当該技術分野の周知または公知技術を適用する。以下に説明する実施形態は、発明の一つの実施形態であって、これらに限定されるものではない。 Hereinafter, an embodiment of a photoelectric conversion device according to the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the well-known or well-known technique of the said technical field is applied regarding the part which is not illustrated or described in particular in this specification. The embodiment described below is one embodiment of the present invention and is not limited thereto.
本発明に係る光電変換装置を用いた画像読み取り装置について、図16を用いて説明する。図16に画像読み取り装置としてのカラースキャナーの構成例を示す。 An image reading apparatus using the photoelectric conversion device according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 16 shows a configuration example of a color scanner as an image reading apparatus.
スキャナーは読み取り部401、無色透明の載置台402、光源404、レンズ405および光電変換装置406を備える。載置台402に原稿403が載置された状態において光源404から原稿403に白色光を照射することで、レンズ405を介して原稿403からの反射光を光電変換装置406上に結像させる。このとき読み取り部401を矢印方向である第1の方向に移動することで光電変換装置406によって原稿403の読み取りが行われる。光電変換装置406に入射した反射光は光学フィルタにより色分解され、例えば、R、GおよびBの各々の画像信号が出力される。
The scanner includes a
次に図6を用いて光電変換アレイを備えた光電変換装置の動作について説明する。 Next, the operation of the photoelectric conversion device including the photoelectric conversion array will be described with reference to FIG.
まず光電変換装置を用いて相対的に原稿を走査することで、原稿の画像の情報を読み取る。原稿は光電変換アレイが並ぶ方向に走査される。このときそれぞれの光電変換アレイで取得したR信号、G信号及びB信号が光電変換装置1からアナログデジタル変換器(以下ADCともいう)2に出力される。各信号はADC2によってアナログからデジタルに変換される。その後、ADC2から信号処理プロセッサ3へデジタル信号が出力される。信号処理プロセッサ3はデジタルの信号に対してシェーディング補正等の所定の処理を行い、R信号、G信号及びB信号を出力端子Rout,Gout,Boutに出力する。以上の動作により光電変換装置で読み取られた原稿の情報を得ることができる。 First, the image of the document is read by relatively scanning the document using the photoelectric conversion device. The document is scanned in the direction in which the photoelectric conversion arrays are arranged. At this time, the R signal, G signal, and B signal acquired by each photoelectric conversion array are output from the photoelectric conversion device 1 to an analog-digital converter (hereinafter also referred to as ADC) 2. Each signal is converted from analog to digital by the ADC 2. Thereafter, a digital signal is output from the ADC 2 to the signal processor 3. The signal processor 3 performs predetermined processing such as shading correction on the digital signal, and outputs the R signal, the G signal, and the B signal to the output terminals Rout, Gout, and Bout. Through the above operation, information on the original read by the photoelectric conversion device can be obtained.
次に、図8に光電変換装置の光電変換部及び光電変換部から信号を読み出す部分の等価回路図の一例を示す。 Next, FIG. 8 illustrates an example of an equivalent circuit diagram of a photoelectric conversion unit of a photoelectric conversion device and a part for reading a signal from the photoelectric conversion unit.
図8に示すように、光電変換装置は、光電変換部として機能するフォトダイオード502(以下「PD」ともいう)を有する。そして、読み出し回路として機能する、転送部503、フローティングディフュージョン部(以下「FD」ともいう)504、リセット部507、増幅部505および選択部506を有する。リセット部507、増幅部505、選択部506はそれぞれトランジスタで構成することができる。
As illustrated in FIG. 8, the photoelectric conversion device includes a photodiode 502 (hereinafter also referred to as “PD”) that functions as a photoelectric conversion unit. In addition, a
PD502のアノードは接地ラインに接続され、カソードは転送部503に接続される。転送部503は、そのゲート端子に入力される転送パルスφTXによって駆動され、PD502で発生した電荷をFD504に転送する。FD504は、転送された電荷を電圧信号に変換する電荷電圧変換部として機能する。増幅部505は、例えばソースフォロアで構成され、ソースフォロワを構成するトランジスタ(以下、増幅トランジスタともいう)のゲートはFD504と電気的に接続される。また、増幅トランジスタは、そのドレインが第1電位を供給する第1電源線VDD1に接続され、そのソースが選択スイッチ506に接続されている。選択スイッチ506は、そのゲートに入力される垂直選択パルスφSELによって駆動され、そのドレインが増幅トランジスタのソースに接続され、そのソースが垂直信号線508に接続されている。垂直選択パルスφSELがアクティブレベル(ハイレベル)になると、画素アレイの該当する行に属する画素の選択スイッチ506が導通状態になり、増幅部トランジスタのソースの電位に対応する信号が垂直信号線508に出力される。リセット部507はFDに所定の電圧を供給する。リセット部507を構成するトランジスタ(以下、リセットトランジスタともいう)は、そのドレインが第2電位(リセット電位)を供給する第2電源線VDD2に接続され、そのソースがFD504に接続されている。
The anode of the PD 502 is connected to the ground line, and the cathode is connected to the
以下の実施形態で説明する光電変換装置は、上述の画像読み取り装置に好適に用いられるものである。つまり、相対的に所定の方向に被写体を走査することで被写体の読み取りを行うための光電変換装置である。更に、以下の実施形態で説明する光電変換装置は図8の構成を有して構成することができる。 The photoelectric conversion device described in the following embodiment is suitably used for the above-described image reading device. That is, it is a photoelectric conversion device for reading a subject by scanning the subject in a relatively predetermined direction. Furthermore, a photoelectric conversion device described in the following embodiment can be configured with the configuration of FIG.
(第1の実施形態)
図1を用いて本発明の第1の実施形態に係る光電変換装置1を説明する。
(First embodiment)
A photoelectric conversion apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
光電変換装置は複数の光電変換アレイ110、120および130を備える。各光電変換アレイは複数の光電変換部および該光電変換部からの信号を読み出す読み出し領域から構成される。光電変換アレイ110は、赤色の波長領域の光を透過する光学フィルタを上面に配したR光電変換アレイである。光電変換アレイ120は、緑色の波長領域の光を透過する光学フィルタを上面に配したG光電変換アレイである。光電変換アレイ130は、青色の波長領域の光を透過する光学フィルタを上面に配したB光電変換アレイである。光電変換アレイ110と光電変換アレイ120と光電変換アレイ130は、図1に示されるように、所定の間隔を置いて配置される。各光電変換アレイは、光電変換部と、対応する光電変換部の信号を読み出す回路が配される読み出し領域との組が繰り返し配置されて構成される。図において四角で区切られている箇所は上述の組が繰り返し配置されている様子を示している。
The photoelectric conversion device includes a plurality of
光電変換アレイ110〜130を備える光電変換装置1を原稿に対して相対的に光電変換アレイが並列配置されている方向に走査(移動)させることで、画像読み取りが行われる。画像読み取りの際は光電変換装置1を移動させてもよいし、原稿を移動させてもよい。光電変換装置が備える光電変換アレイの数および各光電変換装置で取得する波長領域は適宜変更可能である。なお、以降では、本発明に係る光電変換装置の説明において、光電変換アレイが複数配されている方向(相対的に原稿の走査が行われる方向)を第1の方向とし、該第1の方向と直角な方向(各光電変換アレイが延びる方向)を第2の方向とする。また、第1の方向および第2の方向の双方に垂直な方向を第3の方向とする。
Image scanning is performed by scanning (moving) the photoelectric conversion device 1 including the
次に図2および図3を用いて本発明に係る光電変換装置の詳細な構造について説明する。なお、図1と同様の機能を有する部分には同様の符号を付し詳細な説明は省略する。後述する他の実施形態においても同様である。 Next, the detailed structure of the photoelectric conversion device according to the present invention will be described with reference to FIGS. Note that portions having the same functions as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. The same applies to other embodiments described later.
図2および図3には2つの光電変換アレイと、光電変換アレイの一部分の詳細な構造が示されている。 2 and 3 show two photoelectric conversion arrays and a detailed structure of a part of the photoelectric conversion array.
図2に示されるように、光電変換装置は、配線103と、光電変換部として機能するフォトダイオード(以下PDともいう)102を複数備える。配線103と直交する方向には配線301、302および303が配される。配線301および303は最も基板側に位置する第1の配線層に配され、配線302は第1の配線層よりも基板から離れて配される第2の配線層に配される。配線103は、第2の配線層よりも基板から離れて配される第3の配線層に配される。配線301〜303、配線103は基板に入射する光の一部を遮る遮光部として機能し、この遮光部によって光電変換部ごとに受光窓104が形成される。本例では複数の配線層で遮光部を形成しているが、1つの配線層のみで遮光部を形成してもよい。例示した配線層のうち最も上層である第3の配線層で各光電変換アレイ間の境界部分を覆うように遮光し、これよりも下層の配線層である第2の配線層で同一光電変換アレイ内のPD102の境界部分を覆うように遮光するのがよい。
As shown in FIG. 2, the photoelectric conversion device includes a plurality of
光電変換装置に入った光は受光窓104を通してPD102に入射する。配線103を基板に正射影した領域はPD102で発生した信号電荷を読み出すための読み出し回路が配される読み出し領域となる。本実施形態ではPD102の面積は受光窓104の基板の正射影よりも大きいため、PD102の受光領域は受光窓104によって画定されている。配線301〜303および配線103から構成される遮光部は、第3の方向から見た場合に各PD102の間に設けられている。遮光部はPD102への光の入射を過度に妨げない範囲で各PD102と重なって配されてもよい。なお、本実施形態では配線によって遮光部を形成しているが、これ以外にも遮光用の膜を各PD102間に設けることで遮光部としてもよい。
Light that enters the photoelectric conversion device enters the
次に図3を用いて各PD102に対応して配されるマイクロレンズについて説明する。なお、図3においては図2で説明した配線301〜303は省略して記載する。つまり、マイクロレンズ、第3の配線層で形成されるパターン及びPDの平面的位置関係が図示されている。またPD102については、第3の方向から見た場合に受光窓104を通して見えるPD102の領域のみを図示している。光電変換装置はPD102上であって、各々のPD102に対応する位置にマイクロレンズ(以下MLともいう)101を備えている。ML101とPD102との間には、特定の波長領域の光を透過させるように不図示の光学フィルタが設けられている。ML101を通過した光は光学フィルタを透過し、上述した受光窓104を通してPD102に入射する。ML101は第3の方向から見た場合に楕円形状であり、好ましくは、長軸が第2の方向と平行に、短軸が第1の方向と平行になるように形成される。また、集光効率を向上させるために、ML101の短径は受光窓104の第2の方向の幅よりも大きくなるように形成され、ML101の長径は受光窓104の第1の方向の幅よりも大きくなるように形成される。
Next, microlenses arranged corresponding to the
ML101の長軸方向の端部は第3の方向から見た場合に配線103と重なるように構成される。ML101と配線103の平面的な重なりについては、ML101の長軸方向の端部に入射して屈曲した光が、配線103に遮られることなくPD102に入射するように構成される。このような構成によれば、第1の方向における配線103同士の間に入射する光よりも広い範囲から光を集光させてPD102に入射させることが可能となり、画像読み取りの際の感度を向上させることができる。加えて光電変換部で発生した信号を読み出すための読み出し回路が配された領域への光の入射を低減させることが可能となる。
The end in the major axis direction of the
また、第1の方向における隣接する2つの受光窓104の間隔(第1の方向における配線103の幅)D1は、第1の方向における受光窓104の幅(第1の方向における隣接する2つの配線103の間隔)D2以下となるように構成されることが好ましい。また受光窓104の第2の方向における幅D3がD1と等しくなるように構成し、D1とD2の和がD3の整数倍となるように構成することが好ましい。このような構成によれば、各光電変換アレイ110〜130で原稿の信号を読み取る際の、第2の方向における色ズレを抑制することが可能となる。
In addition, the distance (width of the
図3に示される光電変換アレイの一部のA−A´断面図を図4に示す。 FIG. 4 shows a cross-sectional view of a part of the photoelectric conversion array shown in FIG.
各PD102同士は分離領域304によって分離されている。分離領域304は、LOCOS(Local Oxidation of Silicon)法で形成される絶縁体分離や、STI(Shallow Trench Isolation)構造を用いて構成することができる。ML101と、基板との間には、光学フィルタ311、配線301および配線302が設けられる。光学フィルタは所定の透過分光特性を有し、特定の波長の光のみを透過するように構成される。
The
図3に示される光電変換装置の一部のB−B´断面図を図5に示す。 FIG. 5 shows a cross-sectional view of a part of the photoelectric conversion device shown in FIG.
ML101と、基板との間には、光学フィルタ311、光学フィルタ312、配線202、配線203および配線103が設けられる。配線202は最も基板側に位置する第1の配線層に配され、配線203は第1の配線層よりも基板から離れて配される第2の配線層に配される。光学フィルタ311および312は異なる透過分光特性を有し、それぞれが異なる波長の光を透過するように構成される。配線103の下方であってPD102に隣接する領域には、PD102で発生した信号を読み出すための読み出し回路201が設けられる。配線103によって読み出し回路201には入射する光を低減している。
An
相対的に原稿を第1の方向に走査することで原稿の画像の情報を読み取る光電変換装置においては、原稿の走査方向と直交する方向(第2の方向)における、画像読み取りに寄与する光電変換アレイの幅が原稿の幅により規定される。従って原稿を読み取る際の解像度を向上させるためには、第2の方向の所定の幅に設けられるPD102の数を増加させる必要がある。しかし、画素数の増加に伴い各PD102の面積が小さくなり、PD102に入射する光量は減少する。しかしながら本発明では、各PD102上に設けられるML101は、第1の方向における幅が第2の方向における幅よりも大きくなるように形成されている。また、PD102とML101との間に設けられ、PD102の受光面を画定している受光窓104は、第1の方向における幅が第2の方向における幅よりも大きくなるように形成されている。従って、第1の方向においてより広い領域から光を集めてPD102に入射させることができるため、解像度を向上させた場合においても感度の低下を抑制することができる。
In a photoelectric conversion apparatus that reads image information of a document by relatively scanning the document in a first direction, photoelectric conversion that contributes to image reading in a direction (second direction) orthogonal to the scanning direction of the document The width of the array is defined by the width of the document. Therefore, in order to improve the resolution when reading the document, it is necessary to increase the number of
さらに、本発明では、第3の方向から見た場合に、各PD102の間には遮光部として機能する配線が設けられる。このためPD102上のML101、もしくはML101間の間隙を通過した光が隣接するPD102に入射してしまう、所謂混色を低減し、感度を高めることが可能となっている。また、ML101からPD102に効率的に光を集めるためにはML101とPD102の距離が近い方が好ましい。本発明では、遮蔽部により形成される受光窓について、受光窓104の第1の方向における幅が、第2の方向における幅よりも大きくなるように、遮光部として機能する配線103および配線301または配線303を配する。これにより、ML101とPD102の距離を近づけて集光効率を高めた場合においても、第1の方向において広い範囲から集光した光を、配線によって遮られることなくPD102に入射させることが可能となる。加えて遮光部の第2の方向の幅が小さいことにより、解像度を向上させることが可能となる。第1の方向は各々が異なる色を検出するための光電変換部で構成される複数の光電変換アレイが配されており、この方向の幅は、実質的に解像度には影響を及ぼさない。本発明はこの点に着目して、ML101および受光窓104の第1の方向における幅を、第2の方向における幅よりも大きくなるようにすることで、感度の低下を抑制しつつ、解像度を向上させることを可能にしたのである。
Furthermore, in the present invention, when viewed from the third direction, a wiring functioning as a light shielding portion is provided between the
(第2の実施形態)
図7を用いて本発明の第2の実施形態に係る光電変換装置を説明する。
(Second Embodiment)
A photoelectric conversion apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
本実施形態の第1の実施形態との違いは、第3の方向から見たときのML105の形状である。第1の実施形態においてML101は、第3の方向から見た場合に楕円形状を有していた。これに対して本実施形態に係るML105は、第3の方向から見た場合に、ML105の外縁が第1の方向と平行な直線領域を有する。このようなマイクロレンズの構成によれば、より多くの光を集光させることができるため、感度をさらに向上させることができる。
The difference of this embodiment from the first embodiment is the shape of the
図9を用いて本発明の第3の実施形態に係る光電変換装置を説明する。本実施形態の第1、第2の実施形態との違いは、マイクロレンズと読み出し回路を構成する部材との平面的な位置関係である。第1及び第2の実施形態に本実施形態の構成を適用することもできる。 A photoelectric conversion apparatus according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The difference between this embodiment and the first and second embodiments is the planar positional relationship between the microlens and the members constituting the readout circuit. The configuration of this embodiment can also be applied to the first and second embodiments.
図9は、PDおよびPDからの信号を読み出すための読み出し回路について、第3の方向から見たときのレイアウトを示す図である。なお図9における符号において、各PDと読み出し回路との対応を明確にするために、対応する構成要素の符号の末尾に共通のアルファベットを付している。以下において末尾のアルファベットは省略して説明する。本図では増幅部、リセット部、選択部がMOSトランジスタで構成される場合を例に説明する。他の素子で構成することもでき、例えば接合型電界効果トランジスタで構成してもよい。 FIG. 9 is a diagram showing a layout when the PD and the reading circuit for reading the signal from the PD are viewed from the third direction. In the reference numerals in FIG. 9, in order to clarify the correspondence between each PD and the readout circuit, a common alphabet is added to the end of the reference numerals of the corresponding components. In the following description, the alphabet at the end is omitted. In this figure, a case where the amplification unit, the reset unit, and the selection unit are configured by MOS transistors will be described as an example. For example, it may be composed of a junction field effect transistor.
PD102に隣接して転送部の一部として機能する転送ゲート電極601が配され、この転送ゲート電極601に隣接してFD602が配される。FD602は不図示の配線によって増幅トランジスタのゲート電極606に電気的に接続される。ゲート電極606を挟んでドレイン領域605およびソース領域607が配され、不図示の配線により増幅トランジスタのドレイン領域に第1電位が供給される。増幅トランジスタのソース領域607は選択スイッチを構成するトランジスタ(以下、選択トランジスタともいう)のドレイン領域と同一の活性領域に配され、選択トランジスタのゲート電極604には不図示の配線によって垂直選択パルスが印加される。FD602はリセットトランジスタのゲート電極603に隣接して配され、ゲート電極603のもう一方の端部には不図示の配線によって第2電位が供給されるドレイン領域609が配される。つまりリセットトランジスタのソースとFDとが同一の活性領域に配されている。
A transfer gate electrode 601 that functions as a part of the transfer unit is disposed adjacent to the
図9に示されるように、本実施形態に係る光電変換装置はFD602を構成する活性領域の少なくとも一部がML101と重ならないように構成される。このような構成によれば、FD602とML101との間に生じる寄生容量を低減することができる。また、増幅トランジスタのゲート電極606および選択トランジスタのゲート電極604は、第1の方向において隣接するML105と重なるように構成される。リセットトランジスタのゲート電極603はML105と重ならないように構成される。さらに増幅トランジスタのドレイン領域605、ソース領域607および選択トランジスタのソース領域608を構成する活性領域は、隣接するPD102上のML105と重ならないように構成される。
As shown in FIG. 9, the photoelectric conversion device according to the present embodiment is configured such that at least a part of the active region constituting the FD 602 does not overlap with the
図10は、図9に示したレイアウトに配線の一部を加えて示したものである。なお、図10においては、図9に示した各MOSトランジスタのソース・ドレイン領域は省略して記載している。図9と同様に、各読み出し回路と配線との対応を明確にするために、対応する構成要素の符号の末尾に共通のアルファベットを付している。以下において末尾のアルファベットは省略して説明する。 FIG. 10 shows the layout shown in FIG. 9 with a part of the wiring added. In FIG. 10, the source / drain regions of the MOS transistors shown in FIG. 9 are omitted. Similarly to FIG. 9, in order to clarify the correspondence between each readout circuit and wiring, a common alphabet is added to the end of the reference numerals of the corresponding components. In the following description, the alphabet at the end is omitted.
配線610、611および612は全て第2の配線層に配されている。配線610は転送部の転送ゲート601に転送パルスφTXを与える。配線611はリセットトランジスタのゲート電極603にリセットパルスφRESを与える。配線612は選択トランジスタのゲート電極604に垂直選択パルスφSELを与える。配線302は第3の方向から見た場合に、第2の方向における各ML105の間に位置するように設けられ、ML105の間隙から入る光を遮っている。また、配線302の電位はフローティングとすることができる。もしくは異なる配線層から所定の電圧が与えられていてもよい。
The wirings 610, 611, and 612 are all arranged in the second wiring layer. The wiring 610 applies a transfer pulse φTX to the transfer gate 601 of the transfer unit. The wiring 611 applies a reset pulse φRES to the gate electrode 603 of the reset transistor. The wiring 612 gives a vertical selection pulse φSEL to the gate electrode 604 of the selection transistor. The
図10に示されるように、第3の方向から見た場合に、配線610〜612は各光電変換アレイの間に配され、各光電変換アレイの間において互いに平行な部分をもって配される。また配線610、611および612はML105に重ならないように配される。
As shown in FIG. 10, when viewed from the third direction, the wirings 610 to 612 are arranged between the photoelectric conversion arrays, and are arranged with portions parallel to each other between the photoelectric conversion arrays. Further, the wirings 610, 611 and 612 are arranged so as not to overlap the
図11は、光電変換装置において、第1の方向に並んだ光電変換アレイの端部を拡大して示した図である。 FIG. 11 is an enlarged view of an end portion of the photoelectric conversion array arranged in the first direction in the photoelectric conversion device.
配線615は配線610〜612と同じく、第2の配線層に配されている。配線615は上述した読み出し回路と水平選択回路等を含む周辺回路を接続するための配線である。配線615は、第1の方向に沿って配された複数の導電パターン(図では4本。以下、引出パターンともいう)とこれらを接続する、第2の方向に沿って配され、第1の方向に沿って配された複数の導電パターンよりも幅の広いパターンにより形成される。本実施形態に係る光電変換装置では、原稿を読み出すための受光窓や光電変換部およびその読み出し回路が配される領域のみならず、その他の領域(即ち原稿を読み出すための光電変換が行われない領域)にもダミーとなるML620が配されている。上述の引出パターンはダミーML620で重なるように配置するのがよい。ダミーML620どうしの間には、光電変換部からの読み出し回路部を介して周辺回路領域へ信号を伝達するための配線を配するためである。なお、図11においては光電変換アレイの外周の一部しか示していないが、光電変換アレイの第1の方向、第2の方向におけるすべての外周においてダミーML620が配される。
The
図12は、図9に示したレイアウトに加え、第1の配線層および第2の配線層よりも基板から遠い位置に在る第3の配線層の配線を加えて示したものである。なお、図12においては、図9に示した各構成要素との位置関係を明確にするために、第3の配線層の配線を透過させて示している。また、図9と同様に、各読み出し回路と配線との対応を明確にするために、対応する構成要素の符号の末尾に共通のアルファベットを付している。以下において末尾のアルファベットは省略して説明する。 FIG. 12 shows the layout shown in FIG. 9 with the addition of the wiring of the third wiring layer located farther from the substrate than the first wiring layer and the second wiring layer. In FIG. 12, in order to clarify the positional relationship with each component shown in FIG. 9, the wiring of the third wiring layer is shown through. Similarly to FIG. 9, in order to clarify the correspondence between each readout circuit and the wiring, a common alphabet is added to the end of the reference numerals of the corresponding components. In the following description, the alphabet at the end is omitted.
図12に示されるように、第3の方向から見た場合に、配線103は、増幅トランジスタのゲート電極607、選択トランジスタのゲート電極604およびリセットトランジスタのゲート電極603と重なるように配される。また、第1の方向において隣接するPD102上のML105とも重なるように配され、隣接するPD102の受光窓を形成している。
As shown in FIG. 12, when viewed from the third direction, the
図13は、光電変換アレイ110〜130以外の領域に配されるオプティカルブラック領域(以下、OB領域ともいう)を示す図である。OB領域では図9に示す各構成要素が、図9と同様のレイアウトで配され、同様の回路構成を有する。光電変換アレイの領域との相違点は、第3の配線層に配される配線630がPD102を覆い、PD102に光が入らない点にある。
FIG. 13 is a diagram illustrating an optical black region (hereinafter also referred to as an OB region) arranged in a region other than the
このような構成により、光がPD102に入らない状態における信号(即ちノイズ成分)を読み出し、原稿からの反射光が入射する光電変換部からの信号に減算することで、ノイズ成分を低減した信号読み出しが可能となる。また配線層の中で基板からの距離が最も遠い配線層(以下、最上配線層ともいう)により、PDを覆うことで、遮光性能の優れたOB領域を提供することが可能となる。
With such a configuration, the signal (ie, the noise component) in a state where the light does not enter the
(マイクロレンズの製造方法)
図14を用いて本発明に係るMLの製造方法について説明する。図14はリフロー法によってMLを製造する際の工程図である。
(Microlens manufacturing method)
An ML manufacturing method according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 14 is a process diagram when manufacturing ML by the reflow method.
まずPD102等が形成された基板上に透明平坦化層801を形成し、その上に光学フィルタ802を形成する。その後、光学フィルタ802上に透明平坦化層803および熱変形樹脂層804を形成する(図14(a))。次にフォトリソグラフィー工程によって熱変形樹脂層804をパターニングし、熱変形樹脂層804aを得る(図14(b))。その後に熱処理を施すことで熱変形樹脂層804aを流動させ、レンズ形状に変化させることでマイクロレンズ101を得る(図14(c))。
First, a
他のMLの製造方法について図15を用いて説明する。図15は面積諧調法によってMLを製造する際の工程図である。 Another ML manufacturing method will be described with reference to FIG. FIG. 15 is a process diagram when manufacturing ML by the area gradation method.
まずリフロー法と同様に、PD102等が形成された基板上に透明平坦化層801、光学フィルタ802、透明平坦化層803を形成し、透明平坦化層803上に感光性樹脂層805を形成する(図15(a))。その後、面積諧調マイクロレンズ用のマスクを用いて、リソグラフィー工程によってML1を形成する(図15(b))。尚、この状態でMLの形成を終えても良いが、更なるマイクロレンズの特性向上のため、マイクロレンズが形成された基板に、光照射を行うことも有効である。
First, similarly to the reflow method, a
1 光電変換装置
110、120、130 光電変換アレイ
101、105 マイクロレンズ
102 フォトダイオード
103 配線
104 受光窓
301、302、303 配線
1
Claims (15)
前記第1の方向に沿って複数配される光電変換アレイと、
前記第2の方向に沿って複数配され、前記光電変換アレイを構成する光電変換部と、
前記各光電変換部上に設けられたマイクロレンズと、
前記各マイクロレンズと前記各光電変換部との間に受光窓を有する遮光部と、を備え、
前記マイクロレンズの前記第1の方向における幅は前記第2の方向における幅よりも大きく、前記受光窓の前記第1の方向における幅は、前記第2の方向における幅よりも大きい
ことを特徴とする光電変換装置。 A photoelectric conversion device that reads the subject by scanning in a first direction relative to the subject,
A plurality of photoelectric conversion arrays arranged along the first direction;
A plurality of photoelectric conversion units arranged along the second direction and constituting the photoelectric conversion array; and
A microlens provided on each of the photoelectric conversion units;
A light-shielding part having a light-receiving window between each microlens and each photoelectric conversion part,
The width of the micro lens in the first direction is larger than the width in the second direction, and the width of the light receiving window in the first direction is larger than the width in the second direction. A photoelectric conversion device.
フローティングディフュージョンと、
前記光電変換部の電荷を前記フローティングディフュージョンに転送する転送ゲート電極と、
ゲートが前記フローティングディフュージョンと電気的に接続された増幅トランジスタと、
前記増幅トランジスタのソースがドレインに接続され、そのゲートに選択パルスが入力される選択トランジスタと、
そのゲートにリセットパルスが入力されることで、前記フローティングディフュージョンに所定の電圧を供給するリセットトランジスタと、を備える読み出し回路をさらに備え、
前記第1の方向および前記第2の方向に直交する第3の方向から見た場合に、前記フローティングディフュージョンが配される活性領域と前記マイクロレンズとが重なっていることを特徴とすることを特徴とする請求項1に記載の光電変換装置。 The photoelectric conversion device
Floating diffusion,
A transfer gate electrode for transferring the charge of the photoelectric conversion unit to the floating diffusion;
An amplification transistor having a gate electrically connected to the floating diffusion;
A selection transistor in which a source of the amplification transistor is connected to a drain and a selection pulse is input to a gate thereof;
A reset circuit for supplying a predetermined voltage to the floating diffusion by inputting a reset pulse to the gate; and a read circuit further comprising:
When viewed from a third direction orthogonal to the first direction and the second direction, the active region where the floating diffusion is disposed and the microlens overlap each other. The photoelectric conversion device according to claim 1.
ことを特徴とする請求項2に記載の光電変換装置。 The photoelectric conversion device according to claim 2, wherein the transfer gate electrode and the microlens overlap each other when viewed from the third direction.
前記第2の配線層は、前記第3の方向から見た場合に、前記第2の方向における前記マイクロレンズの間に配された導電パターンを有し、
前記導電パターンには、前記第2の配線層よりも前記光電変換部よりも遠い位置に配された第3の配線層に配された配線から所定の電圧が供給されることを特徴とする請求項9に記載の光電変換装置。 A second wiring layer disposed in a position away from the first wiring layer in the third direction;
The second wiring layer has a conductive pattern disposed between the microlenses in the second direction when viewed from the third direction;
The conductive pattern is supplied with a predetermined voltage from a wiring arranged in a third wiring layer arranged at a position farther than the photoelectric conversion unit than the second wiring layer. Item 10. The photoelectric conversion device according to Item 9.
ことを特徴とする請求項9または10のいずれかに記載の光電変換装置。 A third wiring layer disposed at a position farther from the first wiring layer and the second wiring layer in the third direction, and a wiring disposed on the third wiring layer; The photoelectric conversion device according to claim 9, wherein a width of the light receiving window in a first direction is defined.
前記転送ゲートに転送パルスを供給する第1の配線と、
前記リセットトランジスタのゲートにリセットパルスを供給する第2の配線と、
前記選択トランジスタのゲートに選択パルスを供給する第3の配線と、を備え、
前記第1の配線、前記第2の配線および前記第3の配線は互いに平行となる領域を有することを特徴とする請求項10または11に記載の光電変換装置。 In the second wiring layer,
A first wiring for supplying a transfer pulse to the transfer gate;
A second wiring for supplying a reset pulse to the gate of the reset transistor;
A third wiring for supplying a selection pulse to the gate of the selection transistor,
12. The photoelectric conversion device according to claim 10, wherein the first wiring, the second wiring, and the third wiring have regions that are parallel to each other.
各光電変換部に対応して設けられた読み出し回路を有し、
前記読み出し回路は、
フローティングディフュージョンと、
前記光電変換部の電荷を前記フローティングディフュージョンに転送する転送ゲート電極と、
ゲートが前記フローティングディフュージョンと電気的に接続された増幅トランジスタと、
前記増幅トランジスタのソースがドレインに接続され、そのゲートに選択パルスが入力される選択トランジスタと、
そのゲートにリセットパルスが入力されることで、前記フローティングディフュージョンに所定の電圧を供給するリセットトランジスタと、を備え、
前記第1の方向および前記第2の方向の双方に直交する第3の方向において、前記光電変換部に最も近い位置に配される第1の配線層と、
前記第3の方向において、前記第1の配線層よりも離れた位置に配される第2の配線層と、
前記第3の方向において、前記第1の配線層および前記第2の配線層よりも離れた位置に配される第3の配線層と、を有し、
前記第1の配線層に配される配線によって、前記受光窓の第2の方向における幅が画定されており、
前記第3の配線層に配される配線によって、前記受光窓の第1の方向における幅が画定されており、
更に光電変換装置はオプティカルブラック領域を有し、
前記オプティカルブラック領域は、前記光電変換アレイの前記光電変換部および前記読み出し回路と同一の回路構成を有し、
前記オプティカルブラック領域における、前記光電変換アレイの前記光電変換部に対応する領域は、前記第3の方向から見た場合に、第3の配線層により覆われていることを特徴とする請求項1に記載の光電変換装置。 Furthermore, the photoelectric conversion device
It has a readout circuit provided corresponding to each photoelectric conversion unit,
The readout circuit includes
Floating diffusion,
A transfer gate electrode for transferring the charge of the photoelectric conversion unit to the floating diffusion;
An amplification transistor having a gate electrically connected to the floating diffusion;
A selection transistor in which a source of the amplification transistor is connected to a drain and a selection pulse is input to a gate thereof;
A reset transistor for supplying a predetermined voltage to the floating diffusion by inputting a reset pulse to the gate;
A first wiring layer disposed at a position closest to the photoelectric conversion unit in a third direction orthogonal to both the first direction and the second direction;
A second wiring layer disposed in a position farther from the first wiring layer in the third direction;
A third wiring layer disposed in a position away from the first wiring layer and the second wiring layer in the third direction;
A width in the second direction of the light receiving window is defined by the wiring arranged in the first wiring layer,
A width in the first direction of the light receiving window is defined by the wiring arranged in the third wiring layer,
Furthermore, the photoelectric conversion device has an optical black region,
The optical black region has the same circuit configuration as the photoelectric conversion unit and the readout circuit of the photoelectric conversion array,
The region corresponding to the photoelectric conversion portion of the photoelectric conversion array in the optical black region is covered with a third wiring layer when viewed from the third direction. The photoelectric conversion device described in 1.
ことを特徴とする請求項13に記載の光電変換装置。 The photoelectric conversion device according to claim 13, further comprising: the microlens provided corresponding to a region corresponding to the photoelectric conversion unit of the photoelectric conversion array in the optical black region.
前記被写体に光を照射する光源と、
前記被写体からの反射光を読み取る請求項1乃至14のいずれか1項に記載の光電変換装置と、を備える画像読み取り装置。 A mounting table for mounting the subject;
A light source for irradiating the subject with light;
An image reading apparatus comprising: the photoelectric conversion device according to claim 1 that reads reflected light from the subject.
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