JPH01314065A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光学的画像情報を検知し電気信号に変換して
出力するリニア・イメージセンサから成る固体撮像装置
に関する。

〔従来の技術〕

リニア・イメージセンサから成る固体撮像装置は、すで
にファクシミ’Ｊ、ＯＣＲ，ｆｆｌ写器、非接触型計測
器等の分野において実用化されている。

従来のかかる固体撮像装置の構造を第５図に基づいて説
明すると、入射光のパターンを電気信号に変換するフォ
トダイオード−次元アレイ１と、夫々のフォトダイオー
ドに蓄積した電荷を時系列的に読み出す走査回路２を具
備したリニア・イメージセンサから成っている。更に詳
述すれば、カラー・イメージセンサの場合、３個づつを
一組とするフォトダイオードの表面に赤（Ｒ）、青（Ｂ
）、緑（Ｇ）のカラー・フィルタが順次に設けられ、走
査回路２は夫々のフォトダイオードに対応する電荷転送
エレメントを有する電荷転送デバイス（ＣＣＤ）から成
り、−次元アレイ１の夫々のフォトダイオードに蓄積さ
れた電荷を転送ゲート３を介して夫々所定の電荷転送エ
レメントに並列転送した後、所謂４相駆動方式等に基づ
くクロック信号に同期して順次に電荷を長手方向に転送
し、ソースフォロワ・アンプ４にて低インピーダンスの
信号に変換し時系列となったビデオ信号を出力する。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、このような従来の固体撮像装置にあって
は、−次元アレイの夫々のフォトダイオードの特性が均
一に優れていないと使用に供することができず、更に、
解像度を上げるためにフォトダイオードの数を増やすに
従って歩留りが急激に低下する問題があった。

特に、白と黒の文字情報のみを読取るためのファクシミ
リ等に使用する場合にあっては“０”と“１″の２値情
報を扱えばよいので受光量に対して比較的低い精度の光
電変換特性を有する一次元アレイでも良いが、カラー原
稿等を読み取る場合には、例えば２５６段階の階調を検
出し得る高精度の光電変換特性を必要とし、例えば５０
００画素分のフォトダイオード−次元アレイを必要とす
るカラー複写器等に利用することのできるこの種の固体
撮像装置を得ることは選別処理等を行っても極めて困難
な状況にある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、
歩留りを向上し得る構造の固体撮像装置を提供すること
を目的とする。

この目的を達成するため本発明は、複数の光電変換素子
を一次元配列して成る光電変換素子アレイと、該光電変
換素子アレイの各光電変換素子に発生する信号を時系列
的に転送して出力する電荷転送デバイスを該光電変換素
子アレイに対して平行に形成して成る固体撮像装置にお
いて、上記光電変換素子アレイを２列にし且つ夫々の各
光電変換素子を同一ピッチで配列するように形成すると
共に、これらの光電変換素子アレイに対向する１個の電
荷転送デバイス又は夫々の光電変換素子アレイ毎に対応
する２個の電荷転送デバイスを形成し、これらの光電変
換素子アレイの相対向する光電変換素子の特性の優れた
方の信号電荷を上記電荷転送デバイスを介して選択的に
出力させた。

〔作用〕

かかる本発明にあっては、上記一対の光電変換素子アレ
イに配列されている相対向する光電変換素子の内の良品
の方を採用することで、一対の光電変換素子から１個分
の光電変換素子アレイを実質的に形成することとなり、
確率的に言っても相対向する一対の光電変換素子の特性
が両方とも使用に耐え得ない程に悪くなる状況が減少す
ることとなり、歩留りの向上を図ることができ、特に画
素数の増加を図るべく光電変換素子を増やす場合に適す
る。

〔実施例〕

以下、本発明による固体撮像装置の一実施例を図面と共
に説明する。第１図はこの実施例を示すブロック図であ
り、同図において、５は色を再現する為の３原色又はそ
の補色の内の一色例えば緑（Ｇ）を検出する光電変換素
子アレイと該光電変換素子アレイに発生した信号を時系
列的に読出す電荷転送デバイスを有する第１のリニア・
イメージセンサ、６は他の色相例えば青（Ｂ）を検出す
る光電変換素子アレイと該光電変換素子アレイに発生し
た信号を時系列的に読出す電荷転送デバイスを有する第
２のリニア・イメージセンサ、７は他の色相例えば赤（
Ｒ）を検出する光電変換素子アレイと該光電変換素子ア
レイに発生した信号を時系列的に読出す電荷転送デバイ
スを有する第３のリニア・イメージセンサであり、これ
ら第１〜第３のリニア・イメージセンサ５．６．７は同
一の半導体チップに一体形成されている。

第２図は第１のイメージ・センサ５の構造を更に詳しく
示したブロック図であり、８は複数の電荷転送エレメン
トが一次元配列されて成る電荷転送デバイスであり、Ｃ
ＣＤやＢＢＤ等で形成されている。電荷転送デバイス８
の終端部にある電荷転送エレメントには転送されてくる
信号電荷をインピーダンス変換して出力するインピーダ
ンス変換用アンプ９が形成されている。１０．１１は電
荷転送デバイス８０両側に平行に形成された電荷転送ゲ
ートであり、ポリシリコン層等によって形成された転送
ゲートに所定電圧の制御信号を印加することで導通状態
となる。１２．１３は一次元配列された複数の光電変換
素子から成り且つ各光電変換素子が電荷転送デバイス８
の各電荷転送エレメントに対応する同一ピッチで配列さ
れて成る一対の光電変換素子アレイである。尚、第２、
第３のリニア・イメージセンサについても同様の構成と
なっている。

更に、電荷転送ゲート１０．１１の構造を第３図に基づ
いて説明すると、先ず電荷転送ゲート１０は例えば夫々
のフォト・ダイオード１２ａ、　１２ｂ、　１２ｃ、　
１２ｄと電荷転送デバイス８の対応する転送エレメント
との間の導通・非導通を制御するポリシリコン層から成
る独立のゲート電極１４ａ、　１４ｂ、　１４ｃ、　１
４ｄが形成され、これらゲート電極１４ａ、　１４ｂ、
　１４ｃ、　１４ｄは上面に隔絶して形成されたアルミ
ニウム配線層１５とコンタクト１６ａ、　１６ｂ、　１
６ｃ、　１６ｄを介して接続されている。一方の電荷転
送ゲート１１も同様に例えば夫々のフォト・ダイオード
１３ａ、　１３ｂ、　１３Ｃ，１３ｄ　と電荷転送デバ
イス８の対応する転送エレメントとの間の導通・非導通
を制御するポリシリコン層から成る独立のゲート電極１
７ａ、　１７ｂ、　１７ｃ、　１７ｄが形成され、これ
らゲート電極１７ａ、　１７ｂ、　１７ｃ、　１７ｄは
上面に隔絶して形成されたアルミニウム配線層１８とコ
ンタクト１９ａ、　１９ｂ、　１９ｃ、　１９ｄを介し
て接続されている。

ここで、電荷転送デバイス８を介して対向する’７オト
・ダイオード１２ａ　と１３ａ　、１２ｂ　と１３ｂ　
、１２ｃと１３ｃ　、　１２ｄと１３６について夫々の
特性の優れた方のみを選択的に利用するために、使用し
ないフォト・ダイオード〔図中の１２ａ、　１３ａ、　
１３ｃ、　１３ｄ　〕に係わるゲート電極１６ｂ、　１
７ａ、　１７ｃ、　１７ｄとアルミニウム配線１５．１
８の接続部分をレーザ・トリミング等によって切断しで
ある。この切断により、アルミニウム配線１５．１８に
ゲートを導通にするための制御信号を印加しても特性の
優れた方のフォト・ダイオードだけが電荷転送デバイス
８と導通状態になり、性能の良い固体撮像装置を形成す
ることができる。尚、このレーザ・トリミング等による
切断はウェハ状態での特性検査及び試験の際に行っても
良いし、各チップに分離されパッケージに組付ける際に
行っても良い。

次に、かかる固体撮像装置の作動を説明する。

第２図において、該固体撮像装置はファクシミリや複写
器等に適用する場合、複写原稿等に対して所定方向〔第
１図の矢印Ｘの方向〕に相対移動させる。そして、所定
ピッチで移動させる毎に後述する信号読取り動作を行う
。即ち、信号読取り動作は、複写原稿等からの光学的な
画像情報を光電変換素子アレイ１２．１３等の各フォト
・ダイオードで光電変換し、所定の期間において信号電
荷を蓄積した後に電荷転送ゲー）１０．１３等を導通に
して特性の良い方のフォト・ダイオードの信号電荷を電
荷転送デバイス８等の対応する電荷転送エレメントに移
動させる。次に、同一タイミングの例えば４相駆動信号
を電荷転送デバイス８等の転送ゲート電極（図示せず）
に印加することにより、第１図の行方向に並んだ電荷転
送エレメント毎にインピーダンス変換用アンプ９等から
時系列的な画像信号を出力する。

この実施例によれば、原色又はその補色の色相毎に光電
変換素子アレイを平行に配列すると共に゛それらアレイ
に電荷転送デバイスを併設して信号電荷を読出す様に構
成したので、従来のように長く大きなイメージセンサと
は成らず、コンパクト化することができる。又、各色相
毎の信号電荷を上記複数の電荷転送デバイスを介して並
列に読出すので読出し速度を向上することができる。又
、各色相の画像信号を電荷転送用の駆動信号に同期して
並列出力することができるので、画像再生等の信号処理
に適している。更に、一対の光電変換素子アレイの相対
向するフォト・ダイオードの内の特性の優れた方に発生
した信号を得ることができるので、色分解能の優れたリ
ニア・イメージセンサ型の固体撮像装置を得ることがで
きる。

次に第４図に基づいて他の実施例を説明する。

尚、同図は第１図のリニア・イメージセンサ５゜６．７
の内のリニア・イメージセンサ５に対応スるものを代表
して示す。

この実施例は一対の光電変換素子アレイ２０．２１の両
側に夫々対向する電荷転送デバイス２２．２３を形成し
たものである。即ち、一対の光電変換素子アレイ２０，
２１の各フォト・ダイオードは同一ピッチで配列され且
つ同一受光面積を有し、光電変換素子アレイ２０は外側
に設けられた電荷転送ゲート２４を介して第１の電荷転
送デバイス２２が形成され、光電変換素子アレイ２１は
外側に設けられた電荷転送ゲート２５を介して第２の電
荷転送デバイス２３が形成されている。電荷転送ゲー）
２４．２５の構造は第３図に示す電荷転送ゲート１０（
或いは１１）と同様の構造から成っており、第１．第２
の光電変換素子アレイ２０．２１の相対向するフォト・
ダイオードの内の特性の悪い方に係わるゲート電極に導
通のための制御信号が加わらないようにレーザ・トリミ
ング等によって配線が切断されている。

次にこの実施例の作動を説明する。尚、第４図に示すリ
ニア・イメージセンサを代表して説明スる。原稿等を所
定ピッチで走査する毎に光電変換素子アレイ２０，２１
で受光し、次に電荷転送ゲート２４、２５に制御信号を
印加して光電変換素子アレイ２０の信号を第１の電荷転
送デバイス２２、光電変換素子アレイ２１の信号を第２
の電荷転送デバイス２３の所定の電荷転送エレメントへ
転送する。ここで上記したように、特性の優れたフォト
・ダイオードに発生した信号電荷のみが移され、不良の
フォト・ダイオードに対応する電荷転送エレメントは空
き状態となる。そして、第１．第２の電荷転送デバイス
２２．２３に所定周期の転送駆動信号を同期して印加す
ることにより、インピーダンス変換用アンプ２６．２７
から信号が時系列的に出力される。

これらの出力信号を更にＯＲ回路等を介して出力させる
ことで特性の優れた１個のイメージ・センサからの信号
を得たのと同等の効果が得られる。

この実施例によれば、第１．第２の光電変換アレイが近
接しているので、分解能の高い検出が可能となる。

尚、上記２実施例では、使用しないフォト・ダイオード
に係わる電荷転送ゲートをレーザ・トリミング等によっ
て切断することによって該電荷転送ゲートを常時カット
・オフさせて特性の優れたフォト・ダイオードよりの信
号のみを選択するように構成したが、これに限らず、例
えば、相対向した光電変換素子アレイのフォト・ダイオ
ードの内の使用しない方のみを黒色の層やアルミ蒸着等
によって形成する反射層等のような遮蔽層で覆うことに
よって光電変換動作を停止させ、特性の良好なフォト・
ダイオードに発生する信号のみを読出すようにしても良
い。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明の固体撮像装置にあっては、
原色又はその補色の色を検出するように複数のリニア・
イメージセンサを相互に平行に配列シ、且つ該夫々のリ
ニア・イメージセンサは光電変換素子アレイを２列にし
且つ夫々の各光電変換素子を同一ピッチで配列するよう
に形成すると共に、これらの光電変換素子アレイに対向
する１個の電荷転送デバイス又は夫々の光電変換素子ア
レイ毎に対応する２個の電荷転送デバイスを形成し、こ
れらの光電変換素子アレイの相対向する光電変換素子の
特性の優れた方の信号電荷を上記１個の電荷転送デバイ
ス又は夫々の光電変換素子アレイ毎に対応する２個の電
荷転送デバイスを介して選択的に出力させるようにした
ので、上記一対の光電変換素子アレイに配列されている
相対向する光電変換素子の内の良品の方を採用して一対
の光電変換素子アレイから１個分の光電変換素子アレイ
を実質的に形成することとなり、確率的に言っても相対
向する一対の光電変換素子の特性が両方とも使用に耐え
得ない程に悪くなる状況が減少することとなり、歩留り
の向上を図ることができ、特に画素数の増加を図るべく
光電変換素子を増やす場合に適する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成をシンボリックに示し
たブロック図、第２図は第１図のリニア・イメージセン
サの構成を示すブロック図、第３図は第２図における電
荷転送ゲートの構成を更に詳しく示した部分拡大図、第
４図は本発明の他の実施例の構成を示すブロック図、第
５図は従来のリニア・イメージセンサ型の固体撮像装置
の構成を示すブロック図である。 ５．６，７；リニア・イメージセンサ ８、２２，２３　　；電荷転送デバイス９、２６，２７
　　；インピーダンス変換用アンプ１０．１１，２４，
２５　　；電荷転送ゲート１２．１３，２０，２１　　
；光電変換素子アレイ１２ａ　〜１２ｄ、１３ａ　〜１
３ｄ　　、フォト・ダイオード１４ａ　〜１４ｄ、１７
ａ　−１７ｄ　　；ゲート電極１６ａ　〜１６ｄ、１９
ａ　−１９ｄ　　；　ｍｌンタクト代理人（８１０７）
弁理士　佐々木　清隆（ほか３名） 第　　３　　図 へ８

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 複数の光電変換素子を一次元配列して成る光電変換素子
   アレイと、該光電変換素子アレイの各光電変換素子に発
   生する信号を時系列的に転送して出力する電荷転送デバ
   イスを該光電変換素子アレイに対して平行に形成して成
   るリニア・イメージセンサから成る固体撮像装置におい
   て、 原色又はその補色の色を検出するように上記複数のリニ
   ア・イメージセンサを相互の平行に配列し、且つ上記夫
   々のリニア・イメージセンサは光電変換素子アレイを２
   列にし且つ夫々の各光電変換素子を同一ピッチで配列す
   るように形成すると共に、これらの光電変換素子アレイ
   に対向する１個の電荷転送デバイス又は夫々の光電変換
   素子アレイ毎に対応する２個の電荷転送デバイスを形成
   し、これらの光電変換素子アレイの相対向する光電変換
   素子の特性の優れた方の信号電荷を上記１個の電荷転送
   デバイス又は夫々の光電変換素子アレイ毎に対応する２
   個の電荷転送デバイスを介して選択的に出力させること
   を特徴とする固体撮像装置。