JP2020074580A - 光電変換装置、センサユニットおよび画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の受光素子領域と周辺回路とを同一基板に配した光電変換装置において、チップサイズの小型化に有利な技術を提供する。【解決手段】複数の受光素子がそれぞれ配された２つの受光素子領域を含む基板と、基板の上に配された複数の電極パッドと、基板に配され、２つの受光素子領域から信号を読み出すための読出回路と、を含む光電変換装置であって、複数の電極パッドは、読出回路からの信号を出力するための出力用パッド、および、２つの受光素子領域および読出回路のいずれかに電力を供給するための電力供給用パッドを含み、２つの受光素子領域のそれぞれは、第１の方向を長手方向とする形状を有し、２つの受光素子領域は、第１の方向と交差する第２の方向に、所定の間隔をおいて配され、複数の電極パッドの少なくとも１つの電極パッドは、第２の方向において、２つの受光素子領域によって挟まれている。【選択図】図１

Description

本発明は、光電変換装置、センサユニットおよび画像形成装置に関する。

入射した光を電気信号に変換する複数の受光素子で構成される受光素子領域と、受光素子領域から出力される電気信号の処理や受光素子領域の制御を行う周辺回路と、を基板上に形成した光電変換装置において、チップ面積を削減するための提案がなされている。特許文献１には、Ｘ方向を長辺として受光素子が並ぶ受光素子領域と、受光素子の配列方向に沿って配された周辺回路とを含む固体リニアイメージセンサが示されている。電極パッドを、Ｘ方向において、受光素子領域および周辺回路の外側、かつ、受光素子領域および周辺回路のＸ方向の延長上からはみ出さない領域に配置し、Ｘ方向と直交するＹ方向のチップの長さを短くすることによって、チップ面積が削減される。

特開昭５８−２０６２８０号公報

光電変換装置において、入射する光を２つの開口部によって絞り込み、別々に受光する場合や、指向性の高い発光素子を用いて２つに分離して出射される光線を受光する場合など、基板上に２つの受光素子領域を配する場合がある。このように入射光が２つに分離される光学系において、互いの干渉を避けるために、同一基板に配される２つの受光素子領域を所定の距離をあけて配する必要がある。所定の間隔で２つの受光素子領域が配される光電変換装置に特許文献１に示される電極パッドの配置を適用した場合、電極パッドが受光素子領域および周辺回路の外側に配されるため、光電変換装置のチップサイズが大型化しうる。

本発明は、複数の受光素子領域と周辺回路とを同一基板に配した光電変換装置において、チップサイズの小型化に有利な技術を提供することを目的とする。

上記課題に鑑みて、本発明の実施形態に係る光電変換装置は、複数の受光素子がそれぞれ配された２つの受光素子領域を含む基板と、基板の上に配された複数の電極パッドと、基板に配され、２つの受光素子領域から信号を読み出すための読出回路と、を含む光電変換装置であって、複数の電極パッドは、読出回路からの信号を出力するための出力用パッド、および、２つの受光素子領域および読出回路のいずれかに電力を供給するための電力供給用パッドを含み、２つの受光素子領域のそれぞれは、第１の方向を長手方向とする形状を有し、２つの受光素子領域は、第１の方向と交差する第２の方向に、所定の間隔をおいて配され、複数の電極パッドの少なくとも１つの電極パッドは、第２の方向において、２つの受光素子領域によって挟まれていることを特徴とする。

上記手段によって、複数の受光素子領域と周辺回路とを同一基板に配した光電変換装置において、チップサイズの小型化に有利な技術を提供する。

本発明の実施形態に係る光電変換装置の平面図。 図１の光電変換装置の平面図。 図１の光電変換装置の断面図。 図１の光電変換装置の回路構成を示す図。 図１の光電変換装置の動作タイミング図。 図１の光電変換装置の変形例を示す平面図。 図１の光電変換装置を含むセンサユニットを備える画像形成装置の構成例を示す図。 図１の光電変換装置を含むセンサユニット、検査用画像およびコントローラの関係を示す図。

以下、本発明に係る光電変換装置の具体的な実施形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下の説明及び図面において、複数の図面に渡って共通の構成については共通の符号を付している。そのため、複数の図面を相互に参照して共通する構成を説明し、共通の符号を付した構成については適宜説明を省略する。

図１〜６を参照して、本発明の実施形態による光電変換装置の構成について説明する。図１は、本発明の実施形態における光電変換装置１００の構成を示す平面図である。光電変換装置１００は、２つの受光素子アレイ１１１、１１２が配された半導体基板を含む。また、光電変換装置１００は、基板に配された読出回路１３０、基板の上に配された複数の電極パッド１５０、１５１および遮光部１６０を含み、それぞれが、１チップとなるように配される。

受光素子アレイ１１１は、図１に示される方向１９１に平行な方向を長手方向とする形状を有するように複数の受光素子１１０が配された受光素子領域１０１を含む。同様に、受光素子アレイ１１２は、方向１９１に平行な方向を長手方向とする形状を有するように複数の受光素子１１０が配された受光素子領域１０２を含む。それぞれの受光素子領域１０１と受光素子領域１０２とは、方向１９１と交差する方向１９２において、所定の間隔をあけて、互いに対向して配される。方向１９１と方向１９２とは、図１に示すように、直交していてもよい。本実施形態において、それぞれの受光素子領域１０１、１０２には、方向１９１に並行に１６個および方向１９２に並行に２個の合計３２個の受光素子１１０が２次元アレイ状に配された矩形状を有する。それぞれの受光素子領域１０１、１０２に含まれる受光素子１１０の数や配置はこれに限られることなく、光電変換装置の仕様に基づいて、適宜決定すればよい。例えば、受光素子領域１０１、１０２は、方向１９１を長手方向とするように、複数の受光素子１１０が、千鳥配置されていてもよい。２つの受光素子領域１０１、１０２の方向１９２の間隔は、受光素子領域１０１、１０２に入射する光による互いの干渉を避けるため、受光素子領域１０１、１０２の方向１９２の大きさに対して、例えば２倍以上の距離であってもよいし、５倍以上であってもよい。

電極パッド１５０、１５１は、光電変換装置１００の外部と電気的に接続するために露出された電気的接点である。電極パッド１５０、１５１は、読出回路１３０からの信号を出力するための出力用パッド、および、２つの受光素子領域１０１、１０２および読出回路１３０のいずれかに電力を供給するための電力供給用パッドを含む。図１に示すように、電極パッド１５０、１５１は、それぞれ光電変換装置１００の方向１９１の両端部に、方向１９２に沿って並行に複数の電極パッドを方向１９１に１列、配している。図１に示す構成では、それぞれ６個の電極パッド１５０、１５１が配される。電極パッド１５０、１５１は、図１に示すように、２つの受光素子領域１０１、１０２によって挟まれている。より具体的には、電極パッド１５０、１５１のそれぞれは、方向１９２において、受光素子領域１０１、１０２の間に配される。さらに、電極パッド１５０、１５１は、方向１９１において、電極パッド１５０、１５１のそれぞれの少なくとも一部分が、受光素子領域１０１、１０２の方向１９１および方向１９１と反対の方向の端部同士を結ぶ仮想線１２０、１２１の間に配される。従って、電極パッド１５０、１５１のそれぞれにおいて、電極パッド１５０、１５１の外縁のうち、方向１９１に沿う辺の少なくとも一部が、２つの受光素子領域１０１、１０２によって挟まれる領域（仮想線１２０と仮想線１２１との間）に配される。例えば、電極パッド１５０、１５１の何れかが、仮想線１２０または仮想線１２１によって２つの部分に分けられるように、電極パッド１５０、１５１の一部分が、方向１９２において、２つの受光素子領域１０１、１０２の間に配さてもよい。また、電極パッド１５０、１５１のそれぞれの電極パッドの全体が、２つの受光素子領域１０１、１０２によって挟まれる領域（仮想線１２０と仮想線１２１との間）に配されていてもよい。仮想線１２０は、図１に示されるように、受光素子１１０のうち２つの受光素子領域１０１、１０２の長手方向である方向１９１において同じ側にある端部に配された２つの受光素子１１０の外縁の端同士を結ぶ。また、仮想線１２１は、受光素子１１０のうち２つの受光素子領域１０１、１０２の方向１９１の仮想線１２０とは反対の側にある端部に配された２つの受光素子１１０の外縁の端同士を結ぶ。

読出回路１３０は、２つの受光素子領域１０１、１０２によって挟まれる領域内に配される。より具体的には、読出回路１３０は、方向１９２において、２つの受光素子領域１０１、１０２の間、かつ、方向１９１において、仮想線１２０と仮想線１２１との間に配される。また、図１に示される構成において、光電変換装置１００において、読出回路１３０よりも方向１９１の側、換言すると読出回路１３０を起点として方向１９１の一方の側（仮想線１２０の側）に複数の電極パッド１５０が配される。また、光電変換装置１００において、読出回路１３０よりも方向１９１とは反対の方向の側、換言すると読出回路１３０を起点として方向１９１の他方の側（仮想線１２１の側）に複数の電極パッド１５１が配される。電極パッド１５１は、読出回路１３０を起点として方向１９１において、電極パッド１５０が配される側とは反対側に配される。本実施形態において、読出回路１３０の両側に電極パッド１５０、１５１がそれぞれ配されるが、一方の側にのみ配されてもよい。例えば、読出回路１３０よりも仮想線１２０の側の電極パッド１５０だけが配されてもよいし、読出回路１３０よりも仮想線１２１の側の電極パッド１５１だけが配されてもよい。

以上の構成よって、光電変換装置１００のチップの外周に電極パッド１５０、１５１を配置する場合と比較して、２つの受光素子領域１０１、１０２の配置によって決まるチップサイズに光電変換装置１００の大きさを収めることが可能となる。

ここで、図１に示すように、２つの受光素子領域１０１、１０２が、互いに同じ大きさで、方向１９１において同じ位置に配される場合、仮想線１２０、１２１は、方向１９２に沿って、方向１９２と平行に延びうる。また、受光素子領域１０１と受光素子領域１０２とが、異なる大きさの場合や、方向１９１にずれて配される場合、仮想線１２０、１２１は、方向１９１および方向１９２に対して、任意の角度を取りうる。この場合、受光素子領域１０１の端部とは、方向１９１および方向１９１と反対の方向の受光素子領域１０１の端部に配された２つの受光素子１１０の方向１９１および方向１９１と反対方向のそれぞれ端部かつ方向１９２の受光素子領域１０２側の角であってもよい。同様に、受光素子領域１０２の端部とは、方向１９１および方向１９１と反対の方向の受光素子領域１０２の端部に配された２つの受光素子１１０の方向１９１および方向１９１と反対の方向のそれぞれ端部かつ方向１９２の受光素子領域１０１側の角であってもよい。

遮光部１６０は、例えば、配線パターン層を用いて構成される。遮光部１６０は、受光素子領域１０１、１０２のそれぞれの受光素子１１０の上および電極パッド１５０、１５１の上の部分を除いて、光電変換装置１００を覆うように配されうる。このため、遮光部１６０は、読出回路１３０を覆いうる。

次いで、図２〜５を用いて、光電変換装置１００のより詳細な構成および動作について説明する。図２は、図１に示した光電変換装置１００の遮光部１６０を除いた下層の平面図である。図３（ａ）は、図１のＡ−Ｂ間の、図３（ｂ）は、図１のＣ−Ｄ間のそれぞれ断面図である。読出回路１３０は、２つの受光素子領域１０１、１０２のそれぞれの受光素子１１０から信号を読み出すために、選択部１３１、１３２、処理部１３３、１３４および設定部１３５を含む。読出回路１３０の動作の詳細は後述する。本実施形態において、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、光電変換装置１００は、ｎ型の半導体である基板３０４の上に、ｎ^＋型の埋め込み層３０５およびｎ⁻型のエピタキシャル層３０６が積層される。ｎ⁻型のエピタキシャル層３０６の表面に、受光素子領域１０１、１０２と、ｎＭＯＳトランジスタ３１０やｐＭＯＳトランジスタ３１１などによって構成される読出回路１３０とが形成される。

受光素子領域１０１、１０２のそれぞれの受光素子１１０は、例えば、ＰＮ型のフォトダイオードによって構成される光電変換部を含む。このため、２つの受光素子領域１０１、１０２のそれぞれにおいて、複数の光電変換部が、方向１９１に沿って列をなすように配されるとも言える。ＰＮ型のフォトダイオードは、エピタキシャル層３０６に形成されたｐ＋型の領域３０７とｎ型の領域３０８とによって構成され、領域３０７と領域３０８との周囲には、ｎ＋型のバリア領域３０９が配される。それぞれの受光素子１１０は、酸化シリコンなどの絶縁材料を用いた素子分離領域３１２およびバリア領域３０９によって、電気的に分離される。換言すると、それぞれの受光素子１１０は、素子分離領域３１２およびバリア領域３０９によって規定された活性領域に配された半導体領域である領域３０７、３０８（光電変換部）を含む。このため、受光素子１１０（活性領域）と素子分離領域３１２との境界が、それぞれの受光素子１１０の外縁となりうる。また、上述の仮想線１２０は、方向１９１において、受光素子領域１０１、１０２のそれぞれ一方の端の最も近くに配されたに配された受光素子１１０の受光素子１１０と素子分離領域３１２との境界３１３を通りうる。同様に、仮想線１２１は、方向１９１において、受光素子領域１０１、１０２のそれぞれ他方の端の最も近くに配された受光素子１１０の受光素子１１０と素子分離領域３１２との境界３１４を通りうる。つまり、境界３１３、３１４は、受光素子領域１０１、１０２の方向１９１の側および方向１９１と反対の側のそれぞれ端の少なくとも一部となりうる。この境界３１３と境界３１４との間が、受光素子領域１０１、１０２の方向１９１の幅と定義されてもよい。また、方向１９２の幅も、それぞれ方向１９２および方向１９２と反対の方向において、それぞれ端部に配された受光素子１１０の方向１９２および方向１９２と反対の方向の端部と素子分離領域３１２との境界同士の間と定義されうる。

遮光部１６０は、バリア領域３０９およびエピタキシャル層３０６を覆うように配され、受光素子１１０の上、換言すると受光素子１１０を構成する領域３０７および領域３０８の上に開口部３１７を有する。このため、基板３０４の表面に対する正射影において、遮光部１６０の開口部３１７の外縁が、それぞれの受光素子１１０の外縁となりうる。また、上述の仮想線１２０は、開口部３１７のうち、方向１９１において、受光素子領域１０１、１０２のそれぞれ端部に配された受光素子１１０の方向１９１の側の外縁の上に配された開口部３１７の外縁３１５を通りうる。同様に、仮想線１２１は、開口部３１７のうち、方向１９１と反対の方向において、受光素子領域１０１、１０２のそれぞれ端部に配された受光素子１１０の方向１９１と反対の方向の側の外縁の上に配された開口部３１７の外縁３１６を通りうる。このため、この開口部３１７の外縁３１５と外縁３１６との間が、受光素子領域１０１、１０２の方向１９１の幅と定義されてもよい。また、方向１９２の幅も、それぞれ方向１９２および方向１９２と反対の方向において、それぞれ端部に配された受光素子１１０の方向１９２および方向１９２と反対の方向の外縁の上の開口部３１７の外縁同士の間と定義されうる。

次いで、図４を用いて光電変換装置１００の回路構成を説明する。２つの受光素子アレイ１１１、１１２のそれぞれの受光素子領域１０１、１０２は、電極パッド１５１を介して供給される電力を電源として用い、受光素子１１０に入射した光量に応じた光電流を生成し、読出回路１３０の選択部１３１、１３２へ供給する。選択部１３１は、受光素子領域１０１と読出回路１３０の処理部１３３、１３４および基準電圧源４５０との間に配され、受光素子領域１０１において、読出回路１３０の設定部１３５から入力される設定信号に従って光電流を出力する受光素子１１０を選択する。選択部１３２も同様に、受光素子領域１０２と処理部１３３、１３４および基準電圧源４５０との間に配され、受光素子領域１０２において、設定部１３５から入力する設定信号に従って光電流を出力する受光素子１１０を選択する。受光素子１１０の選択パターンは、それぞれの受光素子に対して、処理部１３３の電流電圧変換アンプ４０１〜４０４の何れかに接続するか、何れにも接続しないかの５通りである。何れにも接続しない場合、それぞれの受光素子は基準電圧源４５０へ接続される。電流電圧変換アンプ４０１へ接続される場合、選択された受光素子１１０の数と入射光量に応じて得られる光電流として電流Ｉ１が出力される。同様に、電流電圧変換アンプ４０２、４０３、４０４に接続される場合、電流Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４が、それぞれ出力される。

処理部１３３は、電流電圧変換アンプ４０１、４０２と増幅アンプ４０５とを含む。電流電圧変換アンプ４０１は、非反転入力端子に基準電圧源４５０から電圧Ｖｒｅｆ０が供給され、反転入力端子に選択部１３１、１３２からの出力および積分抵抗Ｒ１１がそれぞれ接続される。電流電圧変換アンプ４０１の出力端子からの出力は、積分抵抗Ｒ１１を介して反転入力端子へフィードバックされる。反転入力端子の電圧値は、非反転入力端子との仮想ショートによって、電圧Ｖｒｅｆ０に接続される。電流電圧変換アンプ４０１の出力である信号ＶＰ１は、供給される電流Ｉ１に対して、積分抵抗Ｒ１１を乗じた値の電圧降下を生じるため、Ｖｒｅｆ０−Ｒ１１×Ｉ１で求められる電圧に変換される。電流電圧変換アンプ４０２においても同様に、電流電圧変換アンプ４０２の出力である信号ＶＮ１は、ＶＮ１＝Ｖｒｅｆ０−Ｒ１２×Ｉ２で求められる電圧に変換される。

増幅アンプ４０５には、反転入力端子にゲイン抵抗Ｒ１３を介して電流電圧変換アンプ４０１の信号ＶＰ１が接続され、非反転入力端子にゲイン抵抗Ｒ１４を介して電流電圧変換アンプ４０２の信号ＶＮ１が接続される。増幅アンプ４０５の出力である信号ＶＯ１は、ゲイン抵抗Ｒ１３を介して、増幅アンプ４０５の反転入力端子にフィードバックされる。また、電圧Ｖｒｅｆ１が、ゲイン抵抗Ｒ１４を介して、増幅アンプ４０５の反転入力端子に接続される。

ゲイン抵抗Ｒ１３、Ｒ１４は、図４に示す構成のように、可変抵抗であってもよい。これによって、ゲイン抵抗Ｒ１３において、増幅アンプ４０５の反転入力端子と信号ＶＰ１との間の抵抗成分Ｒｉと、増幅アンプ４０５の反転入力端子と信号ＶＯ１との間の抵抗成分Ｒｆの値と、を可変に制御することができる。また、ゲイン抵抗Ｒ１４においても同様に、増幅アンプ４０５の非反転入力端子と信号ＶＮ１との間の抵抗成分Ｒｉ’と、非反転入力端子と入力信号ＶＮ１と信号ＶＯ１との間の抵抗成分Ｒｆ’の値を可変に制御することができる。ここで、それぞれの抵抗成分をＲｉ＝Ｒｉ’、Ｒｆ＝Ｒｆ’とする場合、増幅アンプ４０５から出力される信号ＶＯ１は、ＶＯ１＝Ｒｆ／Ｒｉ×（ＶＮ１−ＶＰ１）＋Ｖｒｅｆ１で求められる。さらに、積分抵抗Ｒ１１、Ｒ１２の値をＲ１１＝Ｒ１２＝Ｒｉｖとする場合、信号ＶＯ１は、ＶＯ１＝Ｒｆ／Ｒｉ×Ｒｉｖ×（Ｉ１−Ｉ２）＋Ｖｒｅｆ１となる。このようにして、処理部１３３は、入射する光に応じた電流Ｉ１、Ｉ２を電圧に変換および増幅し、電極パッド１５０から出力する。同様に、処理部１３４は、選択部１３１、１３２から出力される電流Ｉ３、Ｉ４を、電流Ｉ３、Ｉ４の値に応じた電圧の信号ＶＯ２に変換、増幅し、電極パッド１５０を介して出力する。上述と同様に、ゲイン抵抗Ｒ２３、Ｒ２４の可変抵抗の抵抗成分をＲｉ＝Ｒｉ’、Ｒｆ＝Ｒｆ’とし、積分抵抗Ｒ２１、Ｒ２２の値をＲ２１＝Ｒ２２＝Ｒｉｖとする場合、信号ＶＯ２は、ＶＯ２＝Ｒｆ／Ｒｉ×Ｒｉｖ×（Ｉ３−Ｉ４）＋Ｖｒｅｆ１）となる。

設定部１３５は、通信部４１１と記憶部４１２とを含む。設定部１３５は、選択部１３１、１３２が２つの受光素子領域１０１、１０２のうち信号を出力する受光素子１１０を選択するための設定信号を選択部１３１、１３２に供給する。また、設定部１３５は、処理部１３３、１３４の増幅アンプ４０５、４０６の増幅度を調整するための設定信号を処理部１３３、１３４に供給する。通信部４１１は、例えば、チップセレクト（ＣＳ）、シリアルクロック（ＣＬＫ）、シリアルデータ（ＤＡＴＡ）の３線式のシリアル通信回路で構成され、不図示の通信コントローラから電極パッド１５１を介して設定データを受信する。受信したデータは、通信部４１１から記憶部４１２へ送られる。記憶部４１２は、例えば、レジスタによって構成され、通信部４１１から送られた設定データを記憶し、設定データに応じた設定信号を選択部１３１、１３２、処理部１３３、１３４にそれぞれ出力する。本実施形態において、通信部４１１は、３線シリアル通信方式であるが、Ｉ２Ｃ（Ｉｎｔｅｒ−Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）バス対応の２線通信方式であってもよい。また、記憶部４１２は、レジスタであるが、ＳＲＡＭなどの揮発メモリやＲＯＭなどの不揮発メモリであってもよい。

次に、光電変換装置１００の動作について説明する。図５は、光電変換装置１００の動作の一例を示す動作タイミング図である。光入射状況は、光電変換装置１００に光が入射しない期間である暗闇状態（ＤＡＲＫ）と、光が入射する期間である光入射状態（ＬＩＧＨＴ）とを示す。電源は、光電変換装置１００の電源のオン（ＶＣＣ）およびオフ（０）を示す。信号ＣＳ、ＣＬＫ、ＤＡＴＡは、それぞれ通信部４１１への入力されるチップセレクト（ＣＳ）、シリアルクロック（ＣＬＫ）、シリアルデータ（ＤＡＴＡ）の通信パターンを示す。信号ＶＰ１、ＶＮ１、ＶＯ１は、上述の処理部１３３における電流電圧変換アンプ４０１、４０２、増幅アンプ４０５のそれぞれ出力を示す。

まず、時刻ｔ０において、光電変換装置１００に電源が供給され、信号ＶＰ１および信号ＶＮ１は電圧Ｖｒｅｆ０へ上昇するとともに、信号ＶＯ１は基準電圧Ｖｒｅｆ１へ上昇する。次に、時刻ｔ１から時刻ｔ２にかけて通信部４１１が、光電変換装置１００の外部の通信コントローラと電極パッド１５１を介して通信を行う。信号ＣＳ（チップセレクト信号）がオフ（Ｌｏｗ）状態からオン（Ｈｉｇｈ）状態に変わることによって通信部４１１は、外部からの信号を受信可能な状態になる。通信部４１１が、信号を受信可能な状態になると、設定部１３５は、信号ＣＬＫ（シリアルクロック信号）の立ち上がり、または、立ち下がりに応じて信号ＤＡＴＡ（シリアルデータ信号）の値（ｄａｔａ０、ｄａｔａ１、…、ｄａｔａＮ）を順次取り込む。取り込んだ信号ＤＡＴＡの値に応じて、設定部１３５は、記憶部４１２を介して選択部１３１、１３２および処理部１３３、１３４の設定を行う。図５に示す設定例では、光信号Ｉ１、Ｉ２がそれぞれ、Ｉ１＞０、Ｉ２＝０となるように選択部１３１、１３２の設定を行っている。次いで、時刻ｔ３において、光入射状態になると、入射する光に応じて生じた光電流Ｉ１によって、電流電圧変換アンプ４０１の出力である信号ＶＰ１は、電圧Ｖｒｅｆ０から下降する。これに伴い、増幅アンプ４０５の出力である信号ＶＯ１は、電圧Ｖｒｅｆ１から上昇する。その後、時刻ｔ４において、暗闇状態になると、信号ＶＰ１は電圧Ｖｒｅｆ０に戻り、信号ＶＯ１は電圧Ｖｒｅｆ１に戻る。

ここで、受光素子領域１０１、１０２のそれぞれの受光素子がフォトダイオードである場合を考える。フォトダイオードの両端に印可される電圧において、アノード側は電極パッド１５１を介して接続される外部電源であり、カソード側は選択部１３１、１３２を介して接続される電圧Ｖｒｅｆ０である。また、受光素子は、図３に示すｐ^＋型の領域３０７とｎ型の領域３０８とによるＰＮ接合容量を含む。この受光素子の光応答を上げるために、受光素子１１０の両端にかかる逆電圧を大きくしてもよい。例えば、電圧Ｖｒｅｆ０を外部電源の１／２倍以下にしてもよい。しかしながら、電源電圧に変動が生じた場合、受光素子に逆電圧をかけると、ＰＮ接合容量によって変動分の電流がノイズとして発生する。光電変換装置１００は、処理部１３３、１３４を介して、このノイズを増幅して出力してしまう。電源電圧の変動を可能な限り抑えるためには、読出回路１３０からの出力変化によって生じるクロストークを避けるなど、電力供給用のパッド配置を考慮する必要がある。例えば、電極パッド１５０、１５１のうち、光電変換装置１００に電力を供給するため電力供給用パッドと、読出回路１３０の処理部１３３、１３４から信号を出力する出力用パッドは、光電変換装置１００の方向１９１のそれぞれ両端に分けて配置してもよい。図１に示す構成において、電極パッド１５０、１５１のうち信号を出力する出力用パッドが配される側（電極パッド１５０の側）に、読出回路１３０のうち処理部１３３、１３４が配される。また、電極パッド１５０、１５１のうち外部電源から電力を供給する電力供給用パッドが配される側（電極パッド１５１の側）に、読出回路１３０のうち設定部１３５が配される。これによって、電源の安定性が向上し、光電変換装置１００から出力される信号のノイズを低減することができる。

本実施形態において、読出回路１３０は、積分抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ２１、Ｒ２２を用いた電流電圧変換型の回路構成を有する。しかしながら、回路構成は、これに限られることはなく、イメージセンサやリニアセンサで一般的に用いられる電荷転送型の回路構成を有していてもよい。

また、図１に示す構成では、光電変換装置１００の方向１９１の両端において、方向１９２に沿って、それぞれ複数の電極パッド１５０、１５１を方向１９１に１列で配置した。しかしながら、電極パッド１５０、１５１の配置は、これに限られることはない。例えば、図６に示すように、電極パッド１５０、１５１を方向１９１に２列、配置してもよい。電極パッド１５０、１５１の配置を２列に増やすことで、同じチップサイズで多くの電極パッドを配置することができる。図６に示す構成では、光電変換装置１００において、読出回路１３０の方向１９１の端部の側および方向１９１とは反対の方向の端部の側に、それぞれ１１個の電極パッド１５０、１５１を千鳥配置している。これによって、図１に示す構成と同じチップサイズの光電変換装置１００において、より多くの電極パッドを配置することができる。

次に、図７、８を用いて、上述した光電変換装置１００の応用例として、光電変換装置１００を備える色ずれを検出するためのセンサユニットと、当該センサユニットを備える画像形成装置について説明する。

図７は、タンデム型のカラー画像を形成する画像形成装置７００の構成を示す図である。図７の参照符号の末尾のＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋは、それぞれ、対応する部材が対象とする現像剤（トナー）の色が、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックであることを示している。以下の説明において色を区別する必要がない場合、末尾のＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋを省いた参照符号を使用する。帯電部７０２は、図中の矢印の方向に回転駆動される像担持体である感光体ドラム７０１を一様に帯電させる。露光部７０７は、感光体ドラム７０１にレーザ光を照射して感光体ドラム７０１に静電潜像を形成する。現像部７０３は、現像バイアスを印加することで、静電潜像に現像剤であるトナーを供給して、静電潜像を可視像であるトナー像とする。一次転写ローラ７０６は、一次転写バイアスにより感光体ドラム７０１のトナー像を中間転写ベルト７０８に転写する。以上の帯電部７０２から一次転写ローラ７０６までが画像形成部７０５として構成されている。なお、トナー像を搬送するための中間転写ベルト７０８は、駆動ローラ７１０によって回転駆動される。感光体ドラム７０１Ｙ、感光体ドラム７０１Ｍ、感光体ドラム７０１Ｃ、感光体ドラム７０１Ｋが、中間転写ベルト７０８に順次にトナー像を重ねて転写することによってカラー画像が形成される。

搬送ローラ７１４、７１５は、カセット７１３内の記録材を搬送路７０９に沿って二次転写ローラ７１１まで搬送する。二次転写ローラ７１１は、二次転写バイアスによって中間転写ベルト７０８のトナー像を記録材に転写する。トナー像が転写された記録材は、定着部７１７において、加熱および加圧されてトナー像の定着が行われ、搬送ローラ７２０によって画像形成装置７００外へと排出される。エンジン制御部７２５は、マイクロコントローラ（コントローラ５０１）を搭載しており、画像形成装置７００の図示しない各種の駆動源のシーケンス制御や、センサを用いた各種制御などを行う。さらに、エンジン制御部７２５は、検査用画像を生成して上述の画像形成部７０５に出力する検査用画像生成の機能も担っている。また、画像形成装置７００には、中間転写ベルト７０８に対向する位置に色ずれ量の検出するためのセンサユニット７４０が設けられている。

タンデム型の画像形成装置７００において、経時変化または連続印刷によって出力されるカラー画像の色味や濃度などが変化する場合がある。この変動を補正するために、濃度制御が行われる。濃度制御においては、中間転写ベルト７０８に各色の濃度を検出するための検出画像を形成し、形成された画像濃度を色ずれ検出用のセンサユニット７４０で検出する。センサユニット７４０による濃度検出は、検査用画像を光源で照射し、反射光の強度を受光素子で検出する方式が一般的である。反射光の強度に対応する信号は、エンジン制御部７２５のコントローラ５０１で処理され、各電圧条件やレーザ光のパワーといったプロセス形成条件にフィードバックすることによって各色の最大濃度や、ハーフトーン階調特性を補正する。最大濃度の制御は、各色のカラーバランスを一定に保つことや、トナーの載り過ぎによる色重ねした画像の飛び散りを防止すること、定着不良を防止することを目的とする。一方、ハーフトーンの階調制御は、非線形的な入出力特性によって、入力画像信号に対して出力濃度がずれて自然な画像が形成できないことを防止することを目的としている。

図８は、センサユニット７４０、検査用画像６００、および、エンジン制御部７２５のコントローラ５０１の関係を示す斜視図である。検査用画像６００は、例えば、中間転写ベルト７０８の移動方向に沿って矩形状のトナー像を複数個形成したものである。センサユニット７４０は、パッケージ基板８００の上に配置された発光素子８０１と上述の光電変換装置１００と絞り部材８０２とを含む。従来、光電変換装置１００の機能は、フォトトランジスタで構成される受光素子や、受光素子で検出した信号を処理するための回路など、ディスクリート部品を用いた構成によって達成されていた。このため、パッケージ基板８００の面積確保に伴い、センサユニットが大型化していた。本実施形態では、センサユニット７４０が、パッケージ基板８００上の光電変換装置１００と発光素子８０１とによって構成されるため、ディスクリート部品を用いた従来の構成と比較して、センサユニット７４０を数分の１のサイズに小型化することが可能になる。

発光素子８０１は、光電変換装置１００に受光させる光を発し、例えばＬＥＤチップによって構成され、発散光束を中間転写ベルト７０８に照射する。発光素子８０１から発され、中間転写ベルト７０８で反射した反射光は、絞り部材８０２に設けられた反射光を絞るため、または、集光するための開口部８０３、８０４を経由して光電変換装置１００の２つの受光素子領域１０１、１０２に入射する。

濃度制御は、正反射光成分をモニタすることによって検出されうる。しかしながら、本実施形態の画像形成装置７００は、４色のトナーを使用しているため、トナーの色によって光の吸収・反射特性が異なる。例えば、発光素子８０１が発する光が赤外光の場合、ブラックのトナーは光をほぼ吸収し、その他の色のトナーは、光を散乱反射する。また例えば、発光素子８０１が発する光が赤色光の場合、ブラック及びシアンのトナーは光をほぼ吸収し、他の色のトナーは、光を散乱反射する。つまり、散乱反射量が多いトナーと、散乱反射量が少ない、または、殆ど生じないトナーが混在している状態において、検査用画像６００による散乱光成分を除去する処理を行う必要がある。このため、濃度制御において、絞り部材８０２に正反射成分を検出するための開口部８０３と散乱反射光成分を検出するための開口部８０４を別途設ける必要がある。

正反射光成分および散乱反射光成分を２つの受光素子アレイ１１１、１１２のそれぞれの受光素子領域１０１、１０２で受光した光電変換装置１００は、上述したように入射した光量に応じた信号ＶＯ１、ＶＯ２を、コントローラ５０１へ出力する。コントローラ５０１は、正反射光成分および散乱反射光成分の各信号レベルに基づいて演算処理することによって、検査用画像６００の濃度を判定する。これによって、色ずれを検出し、濃度制御を行い各色の最大濃度や、ハーフトーン階調特性を補正することができる。

以上、本発明に係る実施形態を示したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、上述した実施形態は適宜変更、組み合わせが可能である。

１００：光電変換装置、１０１、１０２：受光素子領域、１１０：受光素子、１３０：読出回路、１５０，１５１：電極パッド

上記課題に鑑みて、本発明の実施形態に係る光電変換装置は、複数の受光素子がそれぞれ配された２つの受光素子領域を含む基板と、基板に配され、２つの受光素子領域から信号を読み出すための読出回路と、基板に配され、読出回路からの信号を出力するための出力用パッドと、基板に配され、２つの受光素子領域および読出回路のいずれかに電力を供給するための電力供給用パッドと、を含む光電変換装置であって、２つの受光素子領域のそれぞれは、第１の方向を長手方向とする形状を有し、２つの受光素子領域は、第１の方向と交差する第２の方向に、所定の間隔をおいて配され、出力用パッドおよび電力供給用パッドのそれぞれの少なくとも一部は、第２の方向において、２つの受光素子領域によって挟まれ、読出回路が、２つの受光素子領域によって挟まれる領域内に配され、第１の方向において、出力用パッドは、読出回路と基板の第２の方向に沿ったいずれかの端との間に配されていることを特徴とする。

Claims (19)

1. 複数の受光素子がそれぞれ配された２つの受光素子領域を含む基板と、
   前記基板の上に配された複数の電極パッドと、
   前記基板に配され、前記２つの受光素子領域から信号を読み出すための読出回路と、を含む光電変換装置であって、
   前記複数の電極パッドは、前記読出回路からの信号を出力するための出力用パッド、および、前記２つの受光素子領域および前記読出回路のいずれかに電力を供給するための電力供給用パッドを含み、
   前記２つの受光素子領域のそれぞれは、第１の方向を長手方向とする形状を有し、
   前記２つの受光素子領域は、前記第１の方向と交差する第２の方向に、所定の間隔をおいて配され、
   前記複数の電極パッドの少なくとも１つの電極パッドは、前記第２の方向において、前記２つの受光素子領域によって挟まれていることを特徴とする光電変換装置。
2. 前記第１の方向において、前記少なくとも１つの電極パッドの少なくとも一部分が、前記２つの受光素子領域の前記長手方向において同じ側にある第１の端同士を結ぶ第１の仮想線、および、前記２つの受光素子領域の前記長手方向において前記第１の端とは反対の第２の端同士を結ぶ第２の仮想線の間に配されることを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
3. 前記第１の仮想線が、前記複数の受光素子のうち前記２つの受光素子領域の前記第１の端の最も近くに配された２つの受光素子の外縁を互いに結び、
   前記第２の仮想線が、前記複数の受光素子のうち前記２つの受光素子領域の前記第２の端の最も近くに配された２つの受光素子の外縁を互いに結ぶことを特徴とする請求項２に記載の光電変換装置。
4. 前記複数の受光素子のそれぞれの受光素子は、素子分離領域によって電気的に分離され、
   前記複数の受光素子のそれぞれは、前記素子分離領域によって規定された活性領域に配された半導体領域を含み、
   前記活性領域と前記素子分離領域との境界が、前記２つの受光素子領域の前記第１の端および前記第２の端の少なくとも一部であることを特徴とする請求項２に記載の光電変換装置。
5. 前記光電変換装置は、前記基板を覆う遮光部をさらに含み、
   前記遮光部は、前記複数の受光素子の上にそれぞれ開口部を有し、
   前記基板の表面に対する正射影において、前記開口部の外縁が、前記複数の受光素子のそれぞれの受光素子の外縁であることを特徴とする請求項３または４に記載の光電変換装置。
6. 前記読出回路が、前記２つの受光素子領域によって挟まれる領域内に配され、
   前記複数の電極パッドが、前記読出回路を起点として前記長手方向の一方の側、および、前記長手方向の前記一方の側とは反対側のうち少なくとも一方に配されることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の光電変換装置。
7. 前記複数の電極パッドが、前記第２の方向に沿って並ぶことを特徴とする請求項６に記載の光電変換装置。
8. 前記複数の電極パッドが、前記第１の方向に１列または２列で前記第２の方向に沿って並ぶことを特徴とする請求項７に記載の光電変換装置。
9. 前記複数の電極パッドのうち前記出力用パッドが、前記読出回路を起点として前記長手方向における一方の側に配され、
   前記複数の電極パッドのうち前記電力供給用パッドが、前記読出回路を起点として前記長手方向における前記一方の側とは反対の側に配されることを特徴とする請求項６乃至８の何れか１項に記載の光電変換装置。
10. 前記読出回路が、前記２つの受光素子領域から出力される信号を処理する処理部と、前記２つの受光素子領域にそれぞれ配された前記複数の受光素子のうち信号を出力させる受光素子を設定するための設定部と、を含むことを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の光電変換装置。
11. 前記複数の電極パッドのうち前記出力用パッドが、前記読出回路を起点として前記長手方向における一方の側に配され、
    前記複数の電極パッドのうち前記電力供給用パッドが、前記読出回路を起点として前記長手方向における前記一方の側とは反対の側に配され、
    前記読出回路が、前記２つの受光素子領域から出力される信号を処理する処理部と、前記２つの受光素子領域にそれぞれ配された前記複数の受光素子のうち信号を出力させる受光素子を設定するための設定部と、を含み、
    前記読出回路において、前記出力用パッドの側に前記処理部が配され、前記電力供給用パッドの側に前記設定部が配されることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の光電変換装置。
12. 前記２つの受光素子領域のそれぞれにおいて、前記複数の受光素子が２次元アレイ状に配されることを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１項に記載の光電変換装置。
13. 第１の方向に沿って第１の列を成すように配された複数の第１の光電変換部と、
    前記第１の方向に沿って第２の列を成すように配された複数の第２の光電変換部と、
    前記第１の方向と交差する第２の方向において、前記第２の方向に沿って並ぶ前記第１の列および前記第２の列の間に配され、前記複数の第１の光電変換部からの信号および前記複数の第２の光電変換部から信号を読み出すための読出回路と、
    前記第２の方向において、前記第１の列および前記第２の列の間に配された複数の電極パッドと、を備え、
    前記複数の第１の光電変換部のいずれか１つと前記複数の第２の光電変換部のいずれか１つとを結ぶ仮想線が、前記複数の電極パッドの少なくとも１つを通る、
    ことを特徴とする光電変換装置。
14. 前記仮想線は、前記第１の列の一方の端に配置された前記第１の光電変換部と、前記複数の前記第２の列において、前記一方の端と同じ側の端に配された前記第２の光電変換部と、を結ぶ、
    ことを特徴とする請求項１３に記載の光電変換装置。
15. 前記複数の電極パッドの少なくとも１つが前記仮想線によって２つの部分に分けられるように、前記複数の電極パッドの少なくとも１つの一部分が、前記第２の方向において、前記第１の列および前記第２の列の間に配される、
    ことを特徴とする請求項１３または１４に記載の光電変換装置。
16. 前記複数の電極パッドは、前記読出回路からの信号を出力するための出力用パッド、および、前記複数の第１の光電変換部、前記複数の第２の光電変換部および前記読出回路のいずれかに電力を供給するための電力供給用パッドを含む、
    ことを特徴とする請求項１３乃至１５の何れか１項に記載の光電変換装置。
17. 前記複数の第１の光電変換部および前記複数の第２の光電変換部が配された基板を備え、
    前記基板は、前記複数の第１の光電変換部および前記複数の第２の光電変換部が配される活性領域と、前記活性領域を規定する分離領域とを含む、
    ことを特徴とする請求項１３乃至１６の何れか１項に記載の光電変換装置。
18. 請求項１乃至１７の何れか１項に記載の光電変換装置と、前記光電変換装置に受光させる光を発する発光素子と、を含むことを特徴とするセンサユニット。
19. 請求項１８に記載のセンサユニットと、前記センサユニットから出力される信号を処理するコントローラと、を含むことを特徴とする画像形成装置。

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