JP3227249B2 - Image sensor - Google Patents
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- Color Television Image Signal Generators (AREA)
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、ファクシミリ、イメー
ジスキャナー、複写機等の画像情報処理装置に用いられ
るイメージセンサに関し、特に、可視光だけではなく非
可視光領域の光信号を電気信号に変換するイメージセン
サに関連する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image sensor used in an image information processing apparatus such as a facsimile, an image scanner, and a copying machine, and in particular, converts not only visible light but also an optical signal in an invisible light range into an electric signal. Related to the image sensor.
【0002】[0002]
【背景技術の説明】従来のイメージセンサである固体撮
像装置としては電荷結合素子(CCD)型、MOS型或
いは発明者大見忠弘及び田中信義に付与された米国特許
第4791469の号明細書に記載されている光トラン
ジスタのエミッタに容量負荷を接続した増幅型の装置が
知られている。2. Description of the Related Art A conventional solid-state image sensor which is an image sensor is a charge-coupled device (CCD) type, a MOS type, or described in US Pat. No. 4,791,469 issued to Tadahiro Omi and Nobuyoshi Tanaka. 2. Description of the Related Art There is known an amplification type device in which a capacitive load is connected to an emitter of an optical transistor.
【0003】最近ではその用途も多様化しており、新し
い機能をもつ固体撮像装置が要求されている。[0003] In recent years, their applications have been diversified, and a solid-state imaging device having a new function has been demanded.
【0004】例えば、複写機の高画質化、カラー化に加
えて、目に見えない画像の認識し、それを再生し記録す
ることが要求されてきている。そのような画像すなわち
非可視光画像としては例えば、赤外線を吸収する特性を
もつインクで形成された画像等がある。[0004] For example, in addition to high image quality and colorization of copying machines, there is a demand for recognizing invisible images and reproducing and recording them. Examples of such an image, that is, an invisible light image, include an image formed with an ink having a characteristic of absorbing infrared rays.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする技術課題】一般に非可視光を
検出するセンサは個別デバイスであり画像等の検出を、
可視光検出用のセンサと併せて用いるには何らかの新し
い設計思想が必要となる。In general, a sensor for detecting invisible light is an individual device and detects an image or the like.
Some new design philosophy is needed to use it together with the sensor for visible light detection.
【0006】本発明者らは基本的な設計思想としてま
ず、可視光検出用のセンサと非可視光検出用のセンサと
をモノリシックに1つの半導体チップに収めるという技
術を見い出した。As a basic design concept, the present inventors have first found a technique in which a sensor for detecting visible light and a sensor for detecting invisible light are monolithically housed in one semiconductor chip.
【0007】しかしながら、上記技術には更なる改善の
余地か残されている。[0007] However, there is room for further improvement in the above technology.
【0008】[0008]
【発明の目的】本発明の目的は可視光領域から非可視光
領域に亘る広い波長領域での光信号検知が良好に行え信
号処理が比較的容易に行える小型のイメージセンサを提
供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a small-sized image sensor capable of detecting an optical signal in a wide wavelength range from a visible light region to an invisible light region and performing signal processing relatively easily. .
【0009】上記本発明の目的は、可視光領域の光信号
を電気信号に変換する複数の光電変換要素と、非可視光
領域の光信号を電気信号に変換する複数の光電変換要素
と、がアレイ状に配列されているイメージセンサであっ
て、前記可視光領域の光信号を電気信号に変換する複数
の光電変換要素は、その受光部に赤外カットフィルター
と、カラーフィルターとが積層されて形成されており、
前記非可視光領域の光信号を電気信号に変換する複数の
光電変換要素は、その受光部に、多結晶シリコン層と青
色フィルターとの積層構造、又は、赤色フィルターと青
色フィルターとの積層構造を有する可視光カットフィル
ターが形成されていることを特徴とするイメージセンサ
によって達成される。また、上記目的は、可視光領域と
非可視光領域との光信号を得るために必要な波長領域の
光で原稿を照明する照明手段と、前記原稿より得られる
可視光領域の光信号を電気信号に変換する複数の光電変
換要素と、前記原稿より得られる非可視光領域の光信号
を電気信号に変換する複数の光電変換要素と、がアレイ
状に配列されており、前記可視光領域の光信号を電気信
号に変換する複数の光電変換要素は、その受光部に赤外
カットフィルターと、カラーフィルターとが積層されて
形成されており、前記非可視光領域の光信号を電気信号
に変換する複数の光電変換要素は、その受光部に、多結
晶シリコン層と青色フィルターとの積層構造、又は、赤
色フィルターと青色フィルターとの積層構造を有する可
視光カットフィルターが形成されている撮像手段と、を
具備することを特徴とする画像情報処理装置により達成
される。さらに、上記目的は、可視光領域と非可視光領
域との光信号を得るために必要な波長領域の光で原稿を
照明する照明手段と、前記原稿より得られる可視光領域
の光信号を第1の電気信号に変換する複数の光電変換要
素と、前記原稿より得られる非可視光領域の光信号を第
2の電気信号に変換する複数の光電変換要素と、がアレ
イ状に配列されており、前記可視光領域の光信号を電気
信号に変換する複数の光電変換要素は、その受光部に赤
外カットフィルターと、カラーフィルターとが積層され
て形成されており、前記非可視光領域の光信号を電気信
号に変換する複数の光電変換要素は、その受光部に可視
光カットフィルターが形成されている撮像手段と、前記
第1の電気信号に基づき画像を形成する画像形成手段
と、前記第2の電気信号から前記原稿が非可視光の特定
パターンを有するか否かを判別する判別手段と、前記判
別手段の出力に基づいて前記画像形成手段の動作を制御
する制御手段と、を具備することを特徴とする画像情報
処理装置により達成される。An object of the present invention is to provide a plurality of photoelectric conversion elements for converting a light signal in a visible light region into an electric signal and a plurality of photoelectric conversion elements for converting a light signal in a non-visible light region into an electric signal. An image sensor arranged in an array, wherein the plurality of photoelectric conversion elements that convert the optical signal in the visible light region into an electric signal, an infrared cut filter and a color filter are stacked on the light receiving portion. Is formed,
A plurality of photoelectric conversion elements for converting an optical signal in the invisible light region into an electric signal include a polycrystalline silicon layer and a blue
Layered structure with color filter, or red filter and blue
This is achieved by an image sensor in which a visible light cut filter having a laminated structure with a color filter is formed. Further, the above object is to provide an illuminating means for illuminating an original with light in a wavelength region necessary for obtaining an optical signal in a visible light region and an invisible light region, A plurality of photoelectric conversion elements for converting a signal, and a plurality of photoelectric conversion elements for converting an optical signal in an invisible light region obtained from the document into an electric signal, are arranged in an array, and The plurality of photoelectric conversion elements for converting an optical signal into an electric signal are formed by laminating an infrared cut filter and a color filter on a light receiving portion thereof, and convert the optical signal in the invisible light region into an electric signal. a plurality of photoelectric conversion elements is provided at its light receiving portion, Tayui
Laminated structure of crystalline silicon layer and blue filter, or red
This is achieved by an image information processing apparatus comprising: an image pickup unit provided with a visible light cut filter having a laminated structure of a color filter and a blue filter . Further, the object is to illuminate an original with light in a wavelength region necessary for obtaining an optical signal in a visible light region and an invisible light region, and an optical signal in a visible light region obtained from the original. A plurality of photoelectric conversion elements for converting an electric signal into one electric signal and a plurality of photoelectric conversion elements for converting an optical signal in an invisible light region obtained from the document into a second electric signal are arranged in an array; The plurality of photoelectric conversion elements for converting an optical signal in the visible light region into an electric signal are formed by stacking an infrared cut filter and a color filter on a light receiving portion thereof, and the light in the non-visible light region is formed. A plurality of photoelectric conversion elements for converting a signal into an electric signal, an imaging unit having a visible light cut filter formed on a light receiving unit thereof, an image forming unit for forming an image based on the first electric signal, From the electric signal of 2 Determining means for determining whether or not the document has a specific pattern of invisible light; and control means for controlling an operation of the image forming means based on an output of the determining means. This is achieved by an image information processing device.
【0010】[0010]
【作用】本発明によれば、可視光用の光電変換要素と非
可視光用の光電変換要素とがインラインに配列されるの
で、両光信号の検知が小型の装置で容易に行える。According to the present invention, since the photoelectric conversion element for visible light and the photoelectric conversion element for non-visible light are arranged in-line, both light signals can be easily detected by a small-sized device.
【0011】[0011]
【好適な実施態様の説明】図1は本発明の一実施態様を
説明する為の模式的上面図である。このイメージセンサ
1の主面側には可視光領域の光信号を電気信号に変換す
る光電変換要素(R、G、B)と非可視光領域の光信号
を電気信号に変換する光電変換要素(IR)がほぼ一直
線状に並んでいる。従って、非可視光領域と可視光領域
との広い範囲での光信号の検出を行うことができ、高性
能なイメージセンサが得られる。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a schematic top view for explaining one embodiment of the present invention. On the main surface side of the image sensor 1, a photoelectric conversion element (R, G, B) for converting a light signal in the visible light region into an electric signal and a photoelectric conversion element (R) for converting a light signal in the invisible light region into an electric signal ( IR) are substantially linearly arranged. Therefore, optical signals can be detected in a wide range between the invisible light region and the visible light region, and a high-performance image sensor can be obtained.
【0012】本発明の光電変換要素としてはホトダイオ
ードやホトトランジスタのような光起電力素子または光
導電素子が好適に用いられる。As the photoelectric conversion element of the present invention, a photovoltaic element or a photoconductive element such as a photodiode or a phototransistor is preferably used.
【0013】そして、可視光領域の光信号を電気信号に
変換する光電変換要素としては、可視光領域の光信号の
みを選択的に吸収することのできる材料からなる要素又
は、可視光領域を透過し非可視光領域のうち他の光電変
換要素での光電変換に用いられる波長領域の光を遮断す
るフィルタを具えた要素が用いられる。As a photoelectric conversion element for converting an optical signal in the visible light region into an electric signal, an element made of a material capable of selectively absorbing only the optical signal in the visible light region, or transmitting an optical signal in the visible light region. An element having a filter that blocks light in a wavelength region used for photoelectric conversion by another photoelectric conversion element in the invisible light region is used.
【0014】具体的には白黒信号を得る為には、可視光
領域としての400nmから700nmに亘る波長領域
に選択的な感度をもつように、要素の構成材料を選択す
るか、上記波長領域の光を選択的に透過するフィルター
を要素に具備させる。Specifically, in order to obtain a black-and-white signal, the constituent materials of the elements are selected so as to have a selective sensitivity in a wavelength region from 400 nm to 700 nm as a visible light region, or the above-mentioned wavelength region is selected. The element is provided with a filter that selectively transmits light.
【0015】又、可視光領域のなかでも特定の領域の光
信号を得る為にはその特定の領域に選択的に感度をもつ
材料で要素を構成するか、該特定の領域の光を選択的に
透過するフィルターを要素に具備させる。In order to obtain an optical signal in a specific region in the visible light region, an element may be made of a material having a sensitivity selectively in the specific region, or the light in the specific region may be selectively used. The element is provided with a filter that transmits light through the element.
【0016】そして、例えば赤色(R)、緑色(G)、
青色(B)のようなカラー信号を得る為には、R領域
(例えば580nmから700nmの波長領域)に選択
的な感度をもつ要素(R要素)、G領域(例えば480
nmから580nmの波長領域)に選択的な感度をもつ
要素(G要素)及びB領域(例えば400nmから48
0nmの波長領域)に選択的な感度をもつ要素(B要
素)の複数の種類の要素を用いる。Then, for example, red (R), green (G),
In order to obtain a color signal such as blue (B), an element (R element) having selective sensitivity in an R region (for example, a wavelength region from 580 nm to 700 nm) and a G region (for example, 480)
An element (G element) having a selective sensitivity in a wavelength region from nm to 580 nm and a B region (for example, from 400 nm to 48 nm).
A plurality of types of elements (elements B) having selective sensitivity in a wavelength region of 0 nm are used.
【0017】勿論この場合も、材料自体が上記R、G、
B各領域の光を選択的に吸収するもの、即ち選択感度を
もつもので各要素を構成してもよいし、R、G、Bの全
ての領域に感度をもつ要素に各R、G、B領域の光をそ
れぞれ選択的に透過するフィルターを具備させて各要素
を構成する。Of course, also in this case, the material itself has the R, G,
Each element may be composed of a material that selectively absorbs light in each of the B regions, that is, a material having selective sensitivity, or each of R, G, and B that has sensitivity in all regions of R, G, and B. Each element is configured by including a filter that selectively transmits light in the B region.
【0018】図2はフィルターの代表的な透過光の分光
特性を示すグラフであり、縦軸の相対感度が可視光の透
過率に対応する。材料の選択により各要素に選択的な感
度をもたせる場合には例えば、図2に示すような相対感
度にあたる光吸収特性をもつ材料を用いて各要素を形成
する。FIG. 2 is a graph showing typical spectral characteristics of transmitted light of the filter. The relative sensitivity on the vertical axis corresponds to the transmittance of visible light. When each element is provided with selective sensitivity by selecting a material, for example, each element is formed using a material having a light absorption characteristic corresponding to a relative sensitivity as shown in FIG.
【0019】又、本発明における、可視光領域、非可視
光領域更にはR、G、Bの各波長領域は、波長の値によ
って明確に区別されるものではなく、本発明に用いられ
る光電変換要素は必要な各信号を得る為に紫外、青色、
緑色、赤色、赤外各光を必要な量だけ光電変換し、不要
な光を実質的に光電変換しないように構成されていれば
よい。In the present invention, the visible light region, the invisible light region, and the R, G, and B wavelength regions are not clearly distinguished by the value of the wavelength. The elements are UV, blue,
It suffices if the configuration is such that green, red, and infrared light are photoelectrically converted by a required amount, and unnecessary light is not substantially photoelectrically converted.
【0020】一方、非可視光領域の光信号を電気信号に
変換する光電変換要素としては、例えば紫外線又は赤外
線に対して選択的な感度をもつ要素が用いられる。この
場合も、材料自体が非可視光領域の光に対して選択的な
感度をもつもので要素を構成するか、該非可視光領域を
含む広い波長領域に感度を有する材料に非可視光領域の
光に対して選択的な透過率をもつフィルターを組み合わ
せて構成することが望ましい。On the other hand, as a photoelectric conversion element for converting an optical signal in an invisible light region into an electric signal, for example, an element having selective sensitivity to ultraviolet light or infrared light is used. In this case as well, the material itself has a selective sensitivity to light in the invisible light region to constitute an element, or a material having sensitivity to a wide wavelength region including the invisible light region has an invisible light region. It is desirable to combine filters having a selective transmittance to light.
【0021】例えば、図3は上記フィルターの代表的な
透過光の分光特性を示すグラフであり、縦軸の相対感度
が非可視光の透過率に対応している。ここでは、赤外領
域(例えば750nm以上の波長領域)に選択的な感度
を有するフィルターの例を挙げているがこれに限定され
ることはない。For example, FIG. 3 is a graph showing typical spectral characteristics of transmitted light of the above-mentioned filter. The relative sensitivity on the vertical axis corresponds to the transmittance of invisible light. Here, an example of a filter having a selective sensitivity in an infrared region (for example, a wavelength region of 750 nm or more) is described, but the filter is not limited thereto.
【0022】本発明の固体撮像装置は、図1に示したよ
うにR、G、B、IRの各要素をライン状に周期的に配
列してカラーラインセンサを構成することができる。好
ましくは、カラー信号としての解像度における1画像が
それぞれR領域に選択的な感度を有する要素(R要
素)、G領域に選択的な感度を有する要素(G要素)、
B領域に選択的な感度を有する要素(B要素)、非可視
光領域に選択的な感度を有する要素(IR要素)を含む
ように構成する。In the solid-state imaging device according to the present invention, as shown in FIG. 1, the R, G, B, and IR elements can be periodically arranged in a line to form a color line sensor. Preferably, one image at a resolution as a color signal has an element having selective sensitivity to an R region (R element), an element having selective sensitivity to a G region (G element),
An element having a selective sensitivity in the B region (B element) and an element having a selective sensitivity in the invisible light region (IR element) are included.
【0023】検出すべき光信号を発生するものとして
は、3次元映像又は2次元像があり、2次元像の代表的
な例は原稿などの平面画像である。従って原稿の画像を
読み取るようなシステムに用いる場合には原稿面を照明
する為の照明手段を設けることが望ましい。このような
照明手段としては、発光ダイオードやキセノンランプ、
ハロゲンランプ等の光源がある。図4に光源の代表的な
発光分布特性を示す。光源としては検出すべき光信号に
応じて必要な波長領域の光を発生するものであればよ
く、図4の特性をもつものに限定されることはない。少
なくとも図4に示すような特性の光を発生する光源を用
いれば、R、G、B及び非可視光領域としての赤外光を
得ることかできる。The three-dimensional image or the two-dimensional image is used to generate an optical signal to be detected. A typical example of the two-dimensional image is a planar image of a document or the like. Therefore, when used in a system that reads an image of an original, it is desirable to provide an illuminating unit for illuminating the original surface. Such lighting means include light emitting diodes, xenon lamps,
There are light sources such as halogen lamps. FIG. 4 shows typical light emission distribution characteristics of the light source. The light source only needs to generate light in a necessary wavelength range in accordance with the optical signal to be detected, and is not limited to the light source having the characteristics shown in FIG. By using a light source that generates light having at least the characteristics shown in FIG. 4, infrared light as R, G, B, and invisible light regions can be obtained.
【0024】以下に図5、7、10、11に示すフィル
ターの積層構成が好ましく用いられ、その場合の光電変
換要素としてはR、G、B、IRがそれぞれ平行な独立
した4つのラインでモノリシックに構成されていてもよ
い。In the following, a laminated structure of filters shown in FIGS. 5, 7, 10 and 11 is preferably used. In this case, the photoelectric conversion elements are monolithic with four independent lines each having R, G, B and IR parallel to each other. May be configured.
【0025】[0025]
【実施例】以下、本発明の各実施例について詳述する
が、本発明はこれらの各実施例に限定されるものではな
く、本発明の目的が達成されるものであれば、その範囲
内での各構成要素の置換や材料の選択等の変更が可能で
ある。EXAMPLES Hereinafter, each example of the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited to each example, and the scope of the present invention is not limited as long as the object of the present invention is achieved. It is possible to change the replacement of each constituent element and the selection of the material.
【0026】(実施例1)図5は、実施例1によるイメ
ージセンサとしての固体撮像装置を模式的に示す断面図
である。Embodiment 1 FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a solid-state imaging device as an image sensor according to Embodiment 1.
【0027】1つのSi基板100上に形成された光電
変換要素としてのフォトダイオード101〜104の上
には、本発明による機能を実現するためのフィルタが形
成されている。On the photodiodes 101 to 104 as photoelectric conversion elements formed on one Si substrate 100, a filter for realizing the function according to the present invention is formed.
【0028】フォトダイオード101〜103は可視光
領域の光信号をフォトダイオード104は非可視光領域
としての赤外領域の光信号を各々吸収し光キャリアを発
生する。その為にフォトダイオード101〜103の上
には赤外カット用のフィルタ105が形成されている。
赤外カットフィルタ105は、例えば光の干渉を利用し
た方式で製造することができる。つまりSiO2 の様な
低屈折率物質とTiO2 の様な高屈折率物質を薄膜状に
交互に積層して、例えば図6に示す様な特性を実現させ
る。このようなフィルタ105は所望の領域上のみに形
成すべく所望のパターンに加工する。赤外カットフィル
タ105の上には、フォトダイオード101〜103の
各々に対応するように可視光領域のうちR領域、G領域
及びB領域の光を透過するR、G、Bフィルタ106〜
108が各々形成されている。R、G、Bフィルタ10
6〜108は、例えば光の選択吸収を利用した方式によ
り製造することかできる。すなわち感光性を有する染色
性の樹脂を用い、あらかじめパターンを形成した後に、
色素にて染色する“染色フィルタ”や、色素を感光性樹
脂中に混合し、これを用いフォトリソグラフィーのみで
着色樹脂パターンを形成する“着色レジストフィルタ
ー”などであり、例えば図2に示す様な各々の可視領域
の分光特性が得られる。The photodiodes 101 to 103 absorb a light signal in the visible light region, and the photodiode 104 absorbs a light signal in the infrared region as a non-visible light region to generate light carriers. For this purpose, an infrared cut filter 105 is formed on the photodiodes 101 to 103.
The infrared cut filter 105 can be manufactured, for example, by a method using light interference. That is, a low-refractive-index material such as SiO 2 and a high-refractive-index material such as TiO 2 are alternately laminated in a thin film shape, thereby realizing the characteristics as shown in FIG. Such a filter 105 is processed into a desired pattern so as to be formed only on a desired area. On the infrared cut filter 105, R, G, and B filters 106 through which light in the R region, the G region, and the B region in the visible light region are transmitted so as to correspond to each of the photodiodes 101 to 103.
108 are formed respectively. R, G, B filters 10
Nos. 6 to 108 can be manufactured by, for example, a method utilizing selective absorption of light. That is, using a dyeable resin having photosensitivity, after forming a pattern in advance,
Examples include a “staining filter” for dyeing with a dye, and a “colored resist filter” for mixing a dye in a photosensitive resin and forming a colored resin pattern only by photolithography using the dye. For example, as shown in FIG. The spectral characteristics of each visible region can be obtained.
【0029】一方フォトダイオード104の上には、赤
外領域の情報を読み取るために、可視光カツトフィルタ
109が形成される。可視光カットフィルタ109とし
ては、前記した光の干渉を利用した方式や光の選択吸収
を利用した方式により同様に実現することかできるが、
本実施例では、Rフィルタ110とBフィルタ111を
重ねて形成することで、例えば図3に示したような分光
特性を実現している。On the other hand, a visible light cut filter 109 is formed on the photodiode 104 for reading information in the infrared region. The visible light cut filter 109 can be similarly realized by a method using the above-described light interference or a method using the selective absorption of light.
In this embodiment, for example, the spectral characteristics as shown in FIG. 3 are realized by forming the R filter 110 and the B filter 111 so as to overlap each other.
【0030】図5ではR要素、G要素、B要素及びIR
要素を1つづつ有する固体撮像素子を一例に挙げている
が、これを1画素として複数アレイ状に配列することで
図1に示したような固体撮像装置を構成する。FIG. 5 shows an R element, a G element, a B element and an IR element.
A solid-state imaging device having one element at a time is described as an example, but the solid-state imaging device as shown in FIG. 1 is configured by arranging a plurality of pixels as one pixel in an array.
【0031】(実施例2)図7は実施例2によるイメー
ジセンサとしての固体撮像装置を示す模式的断面図であ
る。(Embodiment 2) FIG. 7 is a schematic sectional view showing a solid-state imaging device as an image sensor according to Embodiment 2.
【0032】実施例1と異なる点は赤外領域の光信号を
電気信号に変換する光電変換要素の構成であり、他は実
施例1と同様の構成を有する。The difference from the first embodiment lies in the structure of the photoelectric conversion element for converting an optical signal in the infrared region into an electric signal. The other structure is the same as that of the first embodiment.
【0033】フォトダイオード104の上には多結晶シ
リコン層(p−Si層)113とBフィルタ112とが
積層されている。このBフィルタは図5におけるBフィ
ルタ108と同じものであり、図8に示すような分光特
性を示す。On the photodiode 104, a polycrystalline silicon layer (p-Si layer) 113 and a B filter 112 are stacked. This B filter is the same as the B filter 108 in FIG. 5, and exhibits spectral characteristics as shown in FIG.
【0034】一方、p−Si層113はその厚みを変え
ることにより500nm以下の波長領域での特性(吸収
特性)を所望の特性にすることができるので、図9に示
すような可視光カットの特性をフィルタ109にもたせ
ることができる。On the other hand, by changing the thickness of the p-Si layer 113, the characteristics (absorption characteristics) in the wavelength region of 500 nm or less can be made the desired characteristics. The characteristics can be given to the filter 109.
【0035】(実施例3)図10は実施例3によるイメ
ージセンサとしての固体撮像装置を示す模式的断面図で
ある。(Embodiment 3) FIG. 10 is a schematic sectional view showing a solid-state imaging device as an image sensor according to Embodiment 3.
【0036】実施例1と異なる点は赤外領域の光信号を
電気信号に変換する光電変換要素の構成及びフィルタ1
05とフィルタ107の配置であり、他は実施例1と同
様の構成を有する。The difference from the first embodiment is that the structure of the photoelectric conversion element for converting an optical signal in the infrared region into an electric signal and the filter 1
The arrangement is the same as that of the first embodiment except for the arrangement of the filter 05 and the filter 107.
【0037】フォトダイオード104の上にはRフィル
タ114とBフィルタ115とが積層されている。この
Rフィルタ114、Bフィルタ115は図5におけるR
フィルタ106、Bフィルタ108とそれぞれ同じもの
であり、図8に示すようなものとほぼ同様な分光特性を
示す。An R filter 114 and a B filter 115 are stacked on the photodiode 104. The R filter 114 and the B filter 115 correspond to the R filter in FIG.
The filter is the same as the filter 106 and the B filter 108, respectively, and exhibits almost the same spectral characteristics as those shown in FIG.
【0038】(実施例4)図11は実施例4によるイメ
ージセンサとしての固体撮像装置を示す模式的断面図で
ある。Fourth Embodiment FIG. 11 is a schematic sectional view showing a solid-state imaging device as an image sensor according to a fourth embodiment.
【0039】実施例1と異なる点はフィルタ106、1
07、108、110、111の配設位置であり、その
他の構成は実施例1と同じ構成である。The difference from the first embodiment is that the filters 106, 1
The arrangement positions of 07, 108, 110, and 111 are the same as those of the first embodiment.
【0040】ここでは、各フィルタができるだけ精度よ
くフォトダイオードの上の形成できるように、IRフィ
ルタ105とGフィルタ107、Bフィルタ108、1
11との間に平坦化された層116が設けられている。
層116の平坦面上には上記フィルタ107、108、
111が隣接して形成されており、その上には別の平坦
化された層117が設けられている。層117の平坦面
上にはRフィルタ106、110が離間して設けられて
いる。そして、Rフィルタ106、110の上には同様
の平坦化された層118が形成され平坦な光入射面を形
成している。Here, the IR filter 105, the G filter 107, the B filter 108, and the B filter 108 are formed so that each filter can be formed on the photodiode as accurately as possible.
11 and a flattened layer 116 is provided.
On the flat surface of the layer 116, the filters 107, 108,
111 are formed adjacently, on which another planarized layer 117 is provided. On the flat surface of the layer 117, the R filters 106 and 110 are provided separately from each other. A similar flattened layer 118 is formed on the R filters 106 and 110 to form a flat light incident surface.
【0041】これらの層116、117、118として
は例えば屈折率が1.49程の透明膜が用いられる。As these layers 116, 117 and 118, for example, transparent films having a refractive index of about 1.49 are used.
【0042】(走査回路)以上説明したイメージセンサ
としての固体撮像装置は、光電変換要素を含む画素アレ
イと共に読出し回路としての走査回路が同一基板上に一
体的に集積された集積回路として構成することが望まし
い。このような走査回路としては、CCD型のシフトレ
ジスタ、CCD型の転送ゲート、トランジスタを用いた
シフトレジスタ、トランジスタを用いた転送ゲートが単
独或いは適宜組み合わされて用いられる。又、必要に応
じて光電変換された電気信号を蓄積する蓄積容量が設け
られてもよい。(Scanning Circuit) The above-described solid-state imaging device as an image sensor is configured as an integrated circuit in which a scanning circuit as a readout circuit is integrated integrally with a pixel array including a photoelectric conversion element on the same substrate. Is desirable. As such a scanning circuit, a CCD shift register, a CCD transfer gate, a shift register using a transistor, and a transfer gate using a transistor are used alone or in appropriate combination. Also, a storage capacitor for storing the photoelectrically converted electric signal may be provided as necessary.
【0043】図12の構成では、図1で示した各フォト
ダイオードの信号をCCDレジスタへ転送した後、例え
ばR、G、B、IRの順にシリアル形式で信号が順次読
み出される。In the configuration shown in FIG. 12, after the signals of the respective photodiodes shown in FIG. 1 are transferred to the CCD register, the signals are sequentially read out in a serial format, for example, in the order of R, G, B, and IR.
【0044】図13は別の構成であり、各フォトダイオ
ードの信号のうち、R、G、B信号は可視用CCDレジ
スタIR信号は反対側の赤外用CCDレジスタへ各々転
送した後、R、G、Bのシリアル形式出力とIR出力が
個別に並列読出しされる。FIG. 13 shows another structure in which the R, G, and B signals of the photodiode signals are transferred to a visible CCD register for the visible CCD register, and the R, G, and B signals are transferred to the infrared CCD register on the opposite side. , B and the serial output are separately read out in parallel.
【0045】図14は更に別の構成であり、各フォトダ
イオードアレイの信号は、各フォトダイオードに対応す
る各蓄積容量へ同時に転送され一旦蓄積された後、選択
走査回路により順次読出される。この際、蓄積容量から
の出力は、各フォトダイオードごとに独立に行なえるた
め、R、G、B、IRの各信号はパラレル形式で読出す
ことができる。FIG. 14 shows still another configuration. The signals of the respective photodiode arrays are simultaneously transferred to the respective storage capacitors corresponding to the respective photodiodes, temporarily stored, and then sequentially read out by the selective scanning circuit. At this time, since the output from the storage capacitor can be performed independently for each photodiode, the R, G, B, and IR signals can be read in a parallel format.
【0046】図15は更に他の構成であり、可視用の
R、G、B信号と赤外用のIR信号が上下に分けられて
読み出される。FIG. 15 shows still another configuration, in which R, G, B signals for visible light and IR signals for infrared light are read out separately in upper and lower parts.
【0047】以上説明した各実施例のイメージセンサを
有する画像情報処理装置について説明する。An image information processing apparatus having the image sensor of each embodiment described above will be described.
【0048】センサ1は原稿のほぼ同一点をそれぞれR
(レッド)、G(グリーン)、B(ブルー)、それに加
え約1000nm付近に感度を有する赤外成分に分解し
て400dpiの画素密度で読み取る。The sensor 1 detects substantially the same point on the document as R
(Red), G (Green), B (Blue), and an infrared component having a sensitivity of about 1000 nm, and read at a pixel density of 400 dpi.
【0049】該センサー出力は白色板及び赤外光基準板
を用いて、いわゆるシェーディング補正を施され、各8
bitの画像信号として識別部1001及び画像処理部
1003に入力される。画像処理部1003は一般のカ
ラー複写機で行なわれる変倍、マスキング、OCR等の
処理を行い記録信号であるC、M、Y、Kの4色信号を
生成する。The output of the sensor is subjected to so-called shading correction using a white plate and an infrared light reference plate.
It is input to the identification unit 1001 and the image processing unit 1003 as a bit image signal. An image processing unit 1003 performs processes such as scaling, masking, and OCR performed in a general color copying machine, and generates four color signals of C, M, Y, and K as recording signals.
【0050】一方、判別手段としての識別部1001で
は、本発明の特徴とする原稿中の特定パターンの検出を
行ない、その結果を記録制御部1004に出力して必要
に応じて、特定色によるぬりつぶし等、記録信号に加工
を加えて記録部1005で記録紙上に記録し、あるいは
記録動作を中止するなどにより、忠実な画像再生を禁止
する。On the other hand, the discriminating unit 1001 as a discriminating means detects a specific pattern in the document, which is a feature of the present invention, and outputs the result to the recording control unit 1004, and if necessary, paints the image with a specific color. For example, faithful image reproduction is prohibited by processing the recording signal and recording it on recording paper by the recording unit 1005, or stopping the recording operation.
【0051】次に本発明で検出しようとする画像パター
ンについて図17、図18を用いて概説する。Next, an image pattern to be detected in the present invention will be outlined with reference to FIGS.
【0052】図17は可視領域ではほぼ透過し、800
nm付近の赤外光を吸収する透明色素の分光特性を示し
ており、例えば三井東圧化学(株)のSIR−159等
が代表的である。FIG. 17 shows that the light is almost transparent in the visible region and 800
It shows the spectral characteristics of a transparent dye that absorbs infrared light in the vicinity of nm, for example, SIR-159 of Mitsui Toatsu Chemicals, Inc. is typical.
【0053】図18は上記透明赤外吸収色素で構成され
る透明インクを用いて作られたパターン例である。すな
わち、ある特定のすなわち赤外光を反射するインクaで
記録された三角形のパターンの上に1辺が約120μm
の正方形の微小パターンbを上記透明インクを用いて印
刷してある。同パターンは図で示す様に可視域ではほと
んど同色であるためbのパターンは人の目では識別不能
であるが、赤外域において検出が可能となる。尚、以後
の説明の為に1列として約120μmのパターンを図示
したが400dpiでこのbの領域を読めば図示するご
とく約4画素の大きさとなる。尚、該パターンの形成法
は、この例に限定されるものではない。FIG. 18 shows an example of a pattern formed by using a transparent ink composed of the transparent infrared absorbing dye. That is, one side is about 120 μm on a triangular pattern recorded with a specific, that is, ink a that reflects infrared light.
Is printed using the above transparent ink. Since the pattern is almost the same color in the visible region as shown in the figure, the pattern b is indistinguishable to human eyes, but can be detected in the infrared region. For the following description, a pattern of about 120 μm is shown as one row, but if this b area is read at 400 dpi, the size becomes about 4 pixels as shown. The method of forming the pattern is not limited to this example.
【0054】図19を用いてさらに図16の識別部10
01の詳細について説明する。図19の10−1〜10
−4はFIFOで構成される画像データ遅延部であり、
それぞれ32bit(8bit×4成分)の画像データ
を1ライン分づつ遅延する。Referring to FIG. 19, the identification unit 10 shown in FIG.
01 will be described in detail. 10-1 to 10 in FIG.
-4 is an image data delay unit composed of FIFO,
The image data of 32 bits (8 bits × 4 components) is delayed by one line.
【0055】入力画像信号は、まずフリップフロップ1
1−1、11−2で2画素分遅延保持してAの画素デー
タを、メモリ10−1、10−2で2ラインさらに遅延
したCの画素データを、さらにFF11−3、11−4
で2画素分遅延させた注目画素データXを、FF11−
5、11−6で2画素分遅延させたBの画素データを同
様にしてDの画素データをそれぞれ同時に判定部12に
入力する。ここで注目画素位置Xに対するその近傍A、
B、C、D4画素の位置関係は図20のごとくなる。The input image signal is first supplied to the flip-flop 1
1-1 and 11-2 hold the pixel data of A by delaying by two pixels, the memories 10-1 and 10-2 further delay the pixel data of C by two lines, and FF11-3 and 11-4.
The target pixel data X delayed by two pixels in step
Similarly, the pixel data of D are simultaneously input to the determination unit 12 in the same manner as the pixel data of B delayed by two pixels in 5 and 11-6. Here, the vicinity A of the target pixel position X,
The positional relationship between the four pixels B, C, and D is as shown in FIG.
【0056】すなわち今注目画素Xが、図18のbの部
分のインクを読んでいたとするならば、上記A、B、
C、Dはいずれも、その周囲に位置するaパターンの画
像を読んでいる事になる。That is, if the pixel X of interest has read ink in the portion b in FIG.
Both C and D are reading the image of the pattern a located around them.
【0057】(判定アルゴリズム)今Aの画素信号を構
成するR成分をAR 、G成分をAG 、B成分をAB 赤外
成分をAIRとし同様にB、C、Dの各画素信号を構成す
るR、G、B、IRの各成分を定義する。そして、同色
成分の平均値YR 、YG 、YB 、YIRを次式で求める。 YR =1/4(AR +BR +CR +DR ) YG =1/4(AG +BG +CG +DG ) YB =1/4(AB +BB +CB +DB ) YIR=1/4(AIR+BIR+CIR+DIR)[0057] (determination algorithm) Now the R component constituting the pixel signal A A R, a G component A G, B component of the A B infrared component in the same manner as A IR B, C, each pixel signal of the D Are defined as R, G, B, and IR components. Then, the average values Y R , Y G , Y B , and Y IR of the same color component are obtained by the following equation. Y R = 1/4 (A R + B R + C R + D R) Y G = 1/4 (A G + B G + C G + D G) Y B = 1/4 (A B + B B + C B + D B) Y IR = 1/4 ( AIR + BIR + CIR + DIR )
【0058】目的のパターンの判定は、それぞれ上式で
求めた平均値Yと注目画素Xの差に従う。すなわち、 ΔR=|YR −XR |、ΔG=|YG −XG |、ΔB=|YB −XB |、ΔI R=YIR−XIR としたとき ΔR<K ΔG<K(K、Lは定数) ΔB<K ΔIR>L が成立すればパターン有りと判定する。The target pattern is determined according to the difference between the average value Y and the target pixel X obtained by the above equations. That, ΔR = | Y R -X R |, ΔG = | Y G -X G |, ΔB = | Y B -X B |, when the ΔI R = Y IR -X IR ΔR <K ΔG <K ( If K and L are constants, it is determined that a pattern exists if ΔB <K ΔIR> L is satisfied.
【0059】すなわち、注目画素が、その周辺画素と比
べて可視域では色味に差が小であり、赤外特性において
定数L以上の差を有すると判断出来る。That is, it can be determined that the target pixel has a small difference in tint in the visible region as compared with the surrounding pixels, and has a difference of a constant L or more in infrared characteristics.
【0060】図21は上記判定アルゴリズムを実施した
ハードウエア例である。加算器121はそれぞれ4画素
分の各色成分を単純加算し、その上位8bit分を出力
し、それぞれYR 、YG 、YB 、YIRを得る。減算器1
22は、それぞれ注目画素信号の各成分との差を求め、
R、G、Bの3成分は、その絶対値を基準信号としての
定数Kと比較器123、124、125で比較する。一
方赤外成分は基準信号としての定数Lと比較器126に
よって比較する。上記各比較器出力がアンドゲート12
7に入力され、その出力端子において、“1”の場合パ
ターンを判定した事になる。FIG. 21 is an example of hardware that implements the above determination algorithm. The adder 121 simply adds each of the color components for each of the four pixels, outputs the upper 8 bits, and obtains Y R , Y G , Y B , and Y IR , respectively. Subtractor 1
22 finds the difference from each component of the pixel signal of interest,
The three components R, G, and B are compared in absolute value with a constant K as a reference signal by comparators 123, 124, and 125. On the other hand, the infrared component is compared with a constant L as a reference signal by a comparator 126. The output of each comparator is AND gate 12
7, when the output terminal is "1", the pattern is determined.
【図1】本発明の一実施態様による固体撮像装置の模式
的上面図。FIG. 1 is a schematic top view of a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention.
【図2】本発明に用いられるカラーフィルターの分光特
性を示す線図。FIG. 2 is a diagram showing spectral characteristics of a color filter used in the present invention.
【図3】本発明に用いられる可視光カットフィルターの
分光特性を示す線図。FIG. 3 is a diagram showing spectral characteristics of a visible light cut filter used in the present invention.
【図4】本発明に用いられる光源の発光特性を示す線
図。FIG. 4 is a diagram showing light emission characteristics of a light source used in the present invention.
【図5】本発明の実施例1による固体撮像装置の模式的
断面図。FIG. 5 is a schematic sectional view of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention.
【図6】本発明に用いられる赤外カットフィルターの分
光特性を示す線図。FIG. 6 is a diagram showing spectral characteristics of an infrared cut filter used in the present invention.
【図7】本発明の実施例2による固体撮像装置の模式的
断面図。FIG. 7 is a schematic sectional view of a solid-state imaging device according to a second embodiment of the present invention.
【図8】本発明に用いられる青色フィルターの分光特性
を示す線図。FIG. 8 is a diagram showing spectral characteristics of a blue filter used in the present invention.
【図9】本発明に用いられる別の可視光カットフィルタ
ーの分光特性を示す線図。FIG. 9 is a diagram showing spectral characteristics of another visible light cut filter used in the present invention.
【図10】本発明の実施例3による固体撮像装置の模式
的断面図。FIG. 10 is a schematic sectional view of a solid-state imaging device according to a third embodiment of the present invention.
【図11】本発明の実施例4による固体撮像装置の模式
的断面図。FIG. 11 is a schematic sectional view of a solid-state imaging device according to a fourth embodiment of the present invention.
【図12】本発明に用いられる固体撮像装置の走査回路
の一例を示すブロック図。FIG. 12 is a block diagram illustrating an example of a scanning circuit of a solid-state imaging device used in the present invention.
【図13】本発明に用いられる固体撮像装置の走査回路
の別の例を示すブロック図。FIG. 13 is a block diagram showing another example of the scanning circuit of the solid-state imaging device used in the present invention.
【図14】本発明に用いられる固体撮像装置の走査回路
の更に別の例を示すブロック図。FIG. 14 is a block diagram showing still another example of the scanning circuit of the solid-state imaging device used in the present invention.
【図15】本発明に用いられる固体撮像装置の走査回路
の他の例を示すブロック図。FIG. 15 is a block diagram showing another example of the scanning circuit of the solid-state imaging device used in the present invention.
【図16】本発明の画像情報処理装置の制御系のブロッ
ク図。FIG. 16 is a block diagram of a control system of the image information processing apparatus of the present invention.
【図17】本発明の画像情報処理装置により読み取るこ
とのできる原稿に用いられる赤外光吸収色素の分光特性
を示す線図。FIG. 17 is a diagram showing a spectral characteristic of an infrared light absorbing dye used for a document which can be read by the image information processing apparatus of the present invention.
【図18】本発明の画像情報処理装置により読み取るこ
とのできる原稿を示す模式図。FIG. 18 is a schematic diagram showing a document that can be read by the image information processing apparatus of the present invention.
【図19】本発明の画像情報処理装置における判別手段
の構成を示すブロック図。FIG. 19 is a block diagram illustrating a configuration of a determination unit in the image information processing apparatus of the present invention.
【図20】本発明の画像情報処理装置における判別動作
を説明するための模式図。FIG. 20 is a schematic diagram for explaining a determination operation in the image information processing apparatus of the present invention.
【図21】図19に示した判別手段の詳細な構成を示す
ブロック図。FIG. 21 is a block diagram illustrating a detailed configuration of a determination unit illustrated in FIG. 19;
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮脇 守 東京都大田区下丸子3丁目30番2号キヤ ノン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−82325(JP,A) 特開 平4−87453(JP,A) 特開 平3−191302(JP,A) 実開 昭60−177571(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 27/14 H04N 1/028 H04N 5/33 H04N 5/335 H04N 9/07 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Mamoru Miyawaki 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Inside Canon Inc. (56) References JP-A-63-82325 (JP, A) JP-A-4 -87453 (JP, A) JP-A-3-191302 (JP, A) Japanese Utility Model Application Sho 60-177571 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 27/14 H04N 1/028 H04N 5/33 H04N 5/335 H04N 9/07
Claims (6)
る複数の光電変換要素と、非可視光領域の光信号を電気
信号に変換する複数の光電変換要素と、がアレイ状に配
列されているイメージセンサであって、 前記可視光領域の光信号を電気信号に変換する複数の光
電変換要素は、その受光部に赤外カットフィルターと、
カラーフィルターとが積層されて形成されており、 前記非可視光領域の光信号を電気信号に変換する複数の
光電変換要素は、その受光部に、多結晶シリコン層と青
色フィルターとの積層構造、又は、赤色フィルターと青
色フィルターとの積層構造を有する可視光カットフィル
ターが形成されていることを特徴とするイメージセン
サ。1. A plurality of photoelectric conversion elements for converting a light signal in a visible light region into an electric signal and a plurality of photoelectric conversion elements for converting a light signal in a non-visible light region into an electric signal are arranged in an array. An image sensor, wherein a plurality of photoelectric conversion elements for converting the optical signal in the visible light region into an electrical signal, an infrared cut filter in its light receiving portion,
A plurality of photoelectric conversion elements for converting an optical signal in the non-visible light region into an electric signal, a polycrystalline silicon layer and a blue
Layered structure with color filter, or red filter and blue
An image sensor comprising a visible light cut filter having a laminated structure with a color filter .
フィルターとの間には平坦化層が介在していることを特
徴とする請求項1に記載のイメージセンサ。2. The image sensor according to claim 1, wherein a flattening layer is interposed between the infrared cut filter and the color filter.
換する複数の光電変換要素は赤色、青色及び緑色の3つ
の色分解信号を発生することを特徴とする請求項1に記
載のイメージセンサ。3. The image according to claim 1, wherein the plurality of photoelectric conversion elements for converting the optical signal in the visible light region into an electric signal generate three color separation signals of red, blue and green. Sensor.
ンジスタを含むことを特徴とする請求項1に記載のイメ
ージセンサ。4. The image sensor according to claim 1, wherein the light receiving unit includes a photo diode or a photo transistor.
得るために必要な波長領域の光で原稿を照明する照明手
段と、 前記原稿より得られる可視光領域の光信号を電気信号に
変換する複数の光電変換要素と、前記原稿より得られる
非可視光領域の光信号を電気信号に変換する複数の光電
変換要素と、がアレイ状に配列されており、前記可視光
領域の光信号を電気信号に変換する複数の光電変換要素
は、その受光部に赤外カットフィルターと、カラーフィ
ルターとが積層されて形成されており、前記非可視光領
域の光信号を電気信号に変換する複数の光電変換要素
は、その受光部に、多結晶シリコン層と青色フィルター
との積層構造、又は、赤色フィルターと青色フィルター
との積層構造を有する可視光カットフィルターが形成さ
れている撮像手段と、 を具備することを特徴とする画像情報処理装置。5. An illuminating means for illuminating an original with light in a wavelength region necessary for obtaining optical signals in a visible light region and an invisible light region, and an electric signal in a visible light region obtained from the original. A plurality of photoelectric conversion elements for converting light signals in an invisible light region obtained from the document into electric signals are arranged in an array, and the light in the visible light region The plurality of photoelectric conversion elements for converting a signal into an electric signal are formed by stacking an infrared cut filter and a color filter on a light receiving portion thereof, and convert the light signal in the invisible light region into an electric signal. A plurality of photoelectric conversion elements have a polycrystalline silicon layer and a blue filter
Or red filter and blue filter
An image information processing apparatus, comprising: an image pickup unit on which a visible light cut filter having a laminated structure is formed.
得るために必要な波長領域の光で原稿を照明する照明手
段と、 前記原稿より得られる可視光領域の光信号を第1の電気
信号に変換する複数の光電変換要素と、前記原稿より得
られる非可視光領域の光信号を第2の電気信号に変換す
る複数の光電変換要素と、がアレイ状に配列されてお
り、前記可視光領域の光信号を電気信号に変換する複数
の光電変換要素は、その受光部に赤外カットフィルター
と、カラーフィルターとが積層されて形成されており、
前記非可視光領域の光信号を電気信号に変換する複数の
光電変換要素は、その受光部に可視光カットフィルター
が形成されている撮像手段と、 前記第1の電気信号に基づき画像を形成する画像形成手
段と、 前記第2の電気信号から前記原稿が非可視光の特定パタ
ーンを有するか否かを判別する判別手段と、 前記判別手段の出力に基づいて前記画像形成手段の動作
を制御する制御手段と、 を具備することを特徴とする画像情報処理装置。6. An illuminating means for illuminating an original with light in a wavelength region necessary for obtaining optical signals in a visible light region and an invisible light region, and a first optical signal in a visible light region obtained from the original. A plurality of photoelectric conversion elements for converting into an electric signal, and a plurality of photoelectric conversion elements for converting an optical signal in an invisible light region obtained from the document into a second electric signal, are arranged in an array, The plurality of photoelectric conversion elements that convert the optical signal in the visible light region into an electric signal are formed by stacking an infrared cut filter and a color filter on a light receiving portion thereof,
A plurality of photoelectric conversion elements for converting the optical signal in the invisible light region into an electric signal, an imaging unit having a visible light cut filter formed in a light receiving unit thereof, and forming an image based on the first electric signal Image forming means; determining means for determining whether or not the document has a specific pattern of invisible light from the second electric signal; and controlling the operation of the image forming means based on an output of the determining means. An image information processing apparatus comprising: a control unit.
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