JPH10200687A - Solid-state image-pickup element and image reader provided with the same - Google Patents

Solid-state image-pickup element and image reader provided with the same

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JPH10200687A
JPH10200687A JP176297A JP176297A JPH10200687A JP H10200687 A JPH10200687 A JP H10200687A JP 176297 A JP176297 A JP 176297A JP 176297 A JP176297 A JP 176297A JP H10200687 A JPH10200687 A JP H10200687A
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photosensitive
light
pixels
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裕一 市川
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善弥 伊本
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To correct a magnification color aberration and to read images of high quality with high color registration accuracy by providing photosensitive pixel columns for photoelectrically converting incident light, microlenses arrayed corresponding to the incident angle of the incident light with respect to photosensitive pixel columns and a color filter for passing through specified color lights. SOLUTION: For the respective photosensitive pixel columns 11R, 11G and 11B of R, G and B, plural photosensitive pixels 12R, 12G and 12B composed of the photoelectric conversion element of a photodiode or the like for photoelectrically converting the incident light are successively arrayed at equal pitches. By forming the color filter for passing selectively through the incident light by a color component on a chip on a light-receiving surface, a photosensor provided with sensitivity with respect to red, green and blue light is formed. For the photosensitive pixels 12R, 12G and 12B, microlens arrays 14R, 14G and 14B for which microlenses 13R, 13G and 13B in a cylindrical shape, which are not provided with a convergence action in a sub-scanning direction are arrayed, so that orthogonally crossed with a main scanning direction, are formed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像素子およ
びこれを備えた画像読取装置に関し、特にカラー画像を
読み取るカラー方式の固体撮像素子およびこれを備えた
カラーイメージスキャナやデジタルカラー複写機等のカ
ラー画像読取装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state image pickup device and an image reading apparatus having the same, and more particularly to a color solid-state image pickup device for reading a color image and a color image scanner or digital color copier equipped with the same. The present invention relates to a color image reading device.

【0002】[0002]

【従来の技術】カラー画像読取装置には、1チップ上に
R(赤),G(緑),B(青)の3色の感光画素列を持
つ3ライン型カラーイメージセンサが広く用いられてい
る。このタイプのカラーイメージセンサを備えたカラー
画像読取装置の構成の概略を図6に示す。
2. Description of the Related Art In a color image reading apparatus, a three-line type color image sensor having three (R), G (green) and B (blue) photosensitive pixel arrays on one chip is widely used. I have. FIG. 6 shows a schematic configuration of a color image reading apparatus provided with a color image sensor of this type.

【0003】図6において、原稿台ガラス101上に載
置される原稿100の画像情報を、ランプ等の光源10
2からの照射光に基づく反射光として得る。この原稿画
像情報を、縮小結像光学系を構成する結像レンズ103
により3ライン型カラーイメージセンサ104の撮像面
上に縮小投影することで、1ライン分の主走査画像情報
の読取りを行うとともに、全反射ミラー105や半反射
ミラー106,107等の光学系移動手段によって機械
的に結像画像とセンサ104の位置関係を変化させるこ
とで、副走査方向の読取りを順次行っている。
In FIG. 6, image information of a document 100 placed on a platen glass 101 is transmitted to a light source 10 such as a lamp.
Obtained as reflected light based on the irradiation light from No. 2. This original image information is converted into an image forming lens 103 constituting a reduction image forming optical system.
The main scanning image information for one line is read by reducing and projecting the image on the imaging surface of the three-line type color image sensor 104, and the optical system moving means such as the total reflection mirror 105 and the semi-reflection mirrors 106 and 107 The reading in the sub-scanning direction is sequentially performed by mechanically changing the positional relationship between the formed image and the sensor 104.

【0004】図7は、3ライン型カラーイメージセンサ
の構成の概略を示す平面図である。図7において、R,
G,Bの各感光画素列111R,111G,111B
は、等ピッチで順次配列された複数の感光画素112
R,112G,112Bによって構成され、1ライン分
から12ライン分程度の間隔を隔てて同一平面上に形成
されている。各感光画素列111R,111G,111
B上には、それぞれ異なる色情報を読み取るように、光
学像を色成分において選択的に通過させるカラーフィル
タ(図示せず)がオンチップにて形成されている。
FIG. 7 is a plan view schematically showing the configuration of a three-line type color image sensor. In FIG. 7, R,
G, B photosensitive pixel rows 111R, 111G, 111B
Represents a plurality of photosensitive pixels 112 sequentially arranged at the same pitch.
R, 112G, and 112B, and are formed on the same plane with an interval of about 1 to 12 lines. Each photosensitive pixel row 111R, 111G, 111
On B, a color filter (not shown) for selectively passing an optical image in color components is formed on-chip so as to read different color information.

【0005】感光画素列111R,111G,111B
の各々の両側には、転送レジスタ113Ro,113R
e,113Go,113Ge,113Bo,113Be
が配置されている。また、感光画素列111Rと転送レ
ジスタ113Ro,113Reの間にはシフトゲート1
14Ro,114Reが、感光画素列111Gと転送レ
ジスタ113Go,113Geの間にはシフトゲート1
14Go,114Geが、感光画素列111Bと転送レ
ジスタ113Bo,113Beの間にはシフトゲート1
14Bo,114Beがそれぞれ設けられている。
The photosensitive pixel rows 111R, 111G, 111B
, Transfer registers 113Ro, 113R
e, 113Go, 113Ge, 113Bo, 113Be
Is arranged. A shift gate 1 is provided between the photosensitive pixel column 111R and the transfer registers 113Ro and 113Re.
14Ro and 114Re are provided with a shift gate 1 between the photosensitive pixel row 111G and the transfer registers 113Go and 113Ge.
14Go and 114Ge are shift gates 1 between the photosensitive pixel column 111B and the transfer registers 113Bo and 113Be.
14Bo and 114Be are provided, respectively.

【0006】シフトゲート114Roは感光画素列11
1R内の奇数(odd)画素の信号電荷を転送レジスタ
113Roにシフトし、シフトゲート114Reは偶数
(even)画素の信号電荷を転送レジスタ113Re
にシフトする。同様にして、シフトゲート114Go,
114Geは感光画素列111Gの奇数画素,偶数画素
の各信号電荷を転送レジスタ113Go,113Ge
に、シフトゲート114Bo,114Beは感光画素列
111Bの奇数画素,偶数画素の各信号電荷を転送レジ
スタ113Bo,113Beにそれぞれシフトする。転
送レジスタ113Ro,113Re,113Go,11
3Ge,113Bo,113Beは、感光画素列111
R,111G,111Bの各々の奇数画素の信号電荷と
偶数画素の信号電荷を並行して水平転送する。
The shift gate 114Ro is connected to the photosensitive pixel row 11
The signal charge of the odd (odd) pixel in 1R is shifted to the transfer register 113Ro, and the shift gate 114Re transfers the signal charge of the even (even) pixel to the transfer register 113Re.
Shift to Similarly, shift gate 114Go,
114Ge transfers the signal charges of the odd-numbered pixels and the even-numbered pixels of the photosensitive pixel row 111G to the transfer registers 113Go and 113Ge.
The shift gates 114Bo and 114Be shift the signal charges of the odd-numbered pixels and the even-numbered pixels of the photosensitive pixel column 111B to the transfer registers 113Bo and 113Be, respectively. Transfer registers 113Ro, 113Re, 113Go, 11
3Ge, 113Bo, and 113Be correspond to the photosensitive pixel row 111.
The signal charges of the odd-numbered pixels and the signal charges of the even-numbered pixels of R, 111G, and 111B are horizontally transferred in parallel.

【0007】原稿画像情報は、上記構成のカラーイメー
ジセンサのチップ平面上に先述した縮小結像光学系によ
って結像され、各色毎に各感光画素列111R,111
G,111Bによって読み取られるが、縮小結像光学系
の倍率色収差の存在により、色毎にそれぞれ異なる倍率
で像を読み取ることになり、後の3色の情報を合成する
段階においてカラーレジストレーション(以下、カラー
レジと略称する)ずれの問題を引き起こす原因となる。
ここに、倍率色収差とは、レンズの収差において、1つ
の色の像と他の色の像の結像倍率の違いによる画像サイ
ズの差を言う。
The original image information is formed on the chip plane of the color image sensor having the above-described configuration by the above-described reduced image forming optical system, and the respective photosensitive pixel rows 111R and 111 are provided for each color.
G, 111B, but due to the presence of chromatic aberration of magnification of the reduction imaging optical system, an image is read at a different magnification for each color. , Abbreviated as a color register).
Here, the chromatic aberration of magnification refers to a difference in image size due to a difference in imaging magnification between an image of one color and an image of another color in aberration of a lens.

【0008】近年、読取り画像の高密度化が進むにつれ
て、読取りセンサの画素ピッチが小さくなってきてお
り、このカラーレジずれの問題がますます大きな問題と
なってきている。現状、この倍率色収差の低減に充分に
気を使った設計を行っても、通常、画像読取装置に使わ
れる6〜8枚組程度の構成での結像レンズの設計におい
ては、0.2画素程度の倍率色収差が残ってしまう。ま
た、構成枚数を増やすことは、レンズ系組立時の調整誤
差の原因となるし、異常分散硝材を使用して色収差を低
減しようとした場合にも、像面湾曲などの他の収差が悪
化する問題が生じる。さらに、これらの色収差対策は、
結像レンズのコストアップに繋がる。
In recent years, as the density of read images has increased, the pixel pitch of a read sensor has become smaller, and the problem of color registration misregistration has become an increasingly serious problem. At present, even if a design is made with careful attention to the reduction of the chromatic aberration of magnification, the design of an imaging lens with a configuration of about 6 to 8 sheets used for an image reading apparatus usually requires 0.2 pixels. A degree of lateral chromatic aberration remains. Increasing the number of components causes an adjustment error at the time of assembling the lens system, and other aberrations such as curvature of field deteriorate when chromatic aberration is reduced by using an extraordinary dispersion glass material. Problems arise. Furthermore, these chromatic aberration countermeasures
This leads to an increase in the cost of the imaging lens.

【0009】結像レンズの倍率色収差の存在は、原稿中
の黒文字を読み取った際に、読み取り画像の黒文字のエ
ッジ部が色づいてしまうという現象に繋がり、カラー画
像データ中の黒文字をそれと認識できず、デジタルカラ
ー複写機等のカラー画像読取装置として認識エラーの原
因となる。この0.2画素の倍率色収差という量は、R
GB系の読取画像データを画像処理部でL* * *
の読取画像データに変換し、色度座標データa* *
面上でグレイ基準(a* =0,b* =0)からの距離c
* (c* =(a*2+b*21/2 :最も鮮やかな色で10
0に相当)に換算した場合に20弱に相当し、黒文字認
識性能を向上する際のネックになる。
The presence of the chromatic aberration of magnification of the imaging lens leads to a phenomenon that when a black character in a document is read, the edge of the black character of the read image is colored, and the black character in the color image data cannot be recognized as such. This causes a recognition error as a color image reading apparatus such as a digital color copying machine. The amount of the chromatic aberration of magnification of 0.2 pixels is R
The read image data of the GB system is converted into the read image data of the L * a * b * system by the image processing unit, and the gray reference (a * = 0, b * = 0) on the chromaticity coordinate data a * b * plane. Distance c from
* (C * = (a * 2 + b * 2 ) 1/2 : 10 for the brightest color
(Equivalent to 0), which is equivalent to slightly less than 20, which is a bottleneck in improving black character recognition performance.

【0010】このカラーレジずれを防止する方法とし
て、従来、様々な方法が提案されている。その一従来技
術として、図8に示すように、3ライン型カラーイメー
ジセンサ121を、そのセンサ面の垂線が光軸Oに対し
て結像レンズ122による倍率色収差に応じて傾くよう
にして配置することによって色毎の光路長を変化させ、
結像倍率を補正するという方式が提案されている(例え
ば、特開平6−6516号公報参照)。
Conventionally, various methods have been proposed to prevent the color registration error. As one prior art, as shown in FIG. 8, a three-line type color image sensor 121 is arranged such that a perpendicular line of the sensor surface is inclined with respect to an optical axis O according to chromatic aberration of magnification caused by an imaging lens 122. By changing the optical path length for each color,
A method of correcting an imaging magnification has been proposed (for example, see Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-6516).

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、結像レ
ンズの倍率色収差による色毎の像倍率は必ずしも感光画
素列111R,111G,111Bの各色の配列に応じ
て比例関係になるとは限らないことから、上述した従来
技術のように、3ライン型カラーイメージセンサ121
を、そのセンサ面を光軸Oに対して傾けて配置すると、
中心の感光画素列(本例では、Gの感光画素列111
G)に対して両側の感光画素列111R,111Bの倍
率色収差を独立に調整することができないという問題が
あった。
However, since the image magnification of each color due to the chromatic aberration of magnification of the imaging lens is not always proportional to the arrangement of each color of the photosensitive pixel rows 111R, 111G, 111B, As in the prior art described above, the three-line type color image sensor 121
Is arranged with its sensor surface inclined with respect to the optical axis O,
The center photosensitive pixel row (in this example, the G photosensitive pixel row 111
G) has a problem that the chromatic aberration of magnification of the photosensitive pixel rows 111R and 111B on both sides cannot be adjusted independently.

【0012】また、近年、読取走査時の振動に対する許
容度を増すために、感光画素列111R,111G,1
11B相互間の距離を1〜4ライン間隔程度に縮める構
造になってきている。この場合には、例えば中央の感光
画素列の像倍率を基準に他の感光画素列の像倍率の±
0.2画素の調整をするためにもセンサを大きく傾ける
必要が生じたり、感光画素列相互間の距離が画素ピッチ
の整数分で無くなり、ライン遅延による副走査方向のレ
ジ合わせが困難になるなどの問題があった。
In recent years, in order to increase the tolerance to vibration during reading scanning, the photosensitive pixel rows 111R, 111G, 1
The structure is such that the distance between 11B is reduced to about 1 to 4 line intervals. In this case, for example, the image magnification of the other photosensitive pixel row is ±
In order to adjust 0.2 pixels, it is necessary to tilt the sensor greatly, or the distance between the photosensitive pixel rows is not equal to the integer of the pixel pitch, and registration in the sub-scanning direction due to line delay becomes difficult. There was a problem.

【0013】また、他の従来技術として、図9に示すよ
うに、3ライン型カラーイメージセンサの構造におい
て、3つの感光画素列131,132,133の各々の
画素の配列を別々の画素ピッチP1,P2,P3で作る
ことで、倍率色収差に対応するという方法も提案されて
いる(例えば、特開平7−58908号公報参照)。し
かしながら、3ライン型カラーイメージセンサにおい
て、各感光画素列131,132,133毎に別々の画
素ピッチで画素を配列することは、隣接する感光画素列
との位置関係や構造が異なることになり、センサ内の配
線の引き回しが困難かつ複雑になるという問題があり、
しかも他チャンネルからの誘導ノイズが混入し易いとい
う点でも不利である。
As another prior art, as shown in FIG. 9, in the structure of a three-line type color image sensor, the arrangement of the respective pixels of the three photosensitive pixel columns 131, 132, and 133 is changed to a different pixel pitch P1. , P2, and P3 to cope with the chromatic aberration of magnification has been proposed (for example, see JP-A-7-58908). However, in a three-line color image sensor, arranging pixels at different pixel pitches for each of the photosensitive pixel columns 131, 132, and 133 results in a different positional relationship and structure between adjacent photosensitive pixel columns. There is a problem that wiring of the wiring inside the sensor is difficult and complicated,
In addition, it is disadvantageous in that inductive noise from other channels is easily mixed.

【0014】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、結像レンズに起因す
る倍率色収差を簡単な構成で補正可能な固体撮像素子、
さらにはカラーレジ精度の高い高画質の画像読取りを可
能とした画像読取装置を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide a solid-state imaging device capable of correcting chromatic aberration of magnification caused by an imaging lens with a simple configuration.
Another object of the present invention is to provide an image reading apparatus capable of reading a high-quality image with high color registration accuracy.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明による固体撮像素
子は、入射光を光電変換する感光画素が順次配列されて
なる感光画素列と、この感光画素の配列方向において各
感光画素に対して入射光の入射角に対応して配置され、
その入射光を感光画素列上に集光させるマイクロレンズ
と、このマイクロレンズによって集光された入射光の特
定色光を通過させるカラーフィルタとを備えている。
According to the present invention, there is provided a solid-state imaging device comprising: a photosensitive pixel array in which photosensitive pixels for photoelectrically converting incident light are sequentially arranged; It is arranged corresponding to the incident angle of light,
A microlens for condensing the incident light on the photosensitive pixel row and a color filter for passing a specific color light of the incident light condensed by the microlens are provided.

【0016】上記構成の固体撮像素子において、マイク
ロレンズが感光画素の配列方向において各感光画素に対
して入射光の入射角に対応して配置されていると、入射
光の色毎にその入射角が異なる場合であっても、各色に
対して常に同じ入射条件で入射光が感光画素列上に画素
単位で集光される。
In the solid-state image pickup device having the above-described structure, if the microlenses are arranged corresponding to the incident angles of the incident light with respect to the respective photosensitive pixels in the arrangement direction of the photosensitive pixels, the incident angle is different for each color of the incident light Is different, the incident light is always focused on the photosensitive pixel row on a pixel-by-pixel basis under the same incident condition for each color.

【0017】本発明による画像読取装置は、感光画素が
主走査方向に配列された上記構成の固体撮像素子と、原
稿を光学的に副走査方向に走査しつつその画像光を固体
撮像素子の撮像面上に投影する光学系とを備えている。
An image reading apparatus according to the present invention comprises a solid-state image pickup device having photosensitive pixels arranged in the main scanning direction and an image pickup device which optically scans a document in the sub-scanning direction and outputs the image light by the solid-state image pickup device. And an optical system for projecting the image on a plane.

【0018】上記構成の画像読取装置において、光学系
の結像レンズを通して固体撮像素子の撮像面上に結像さ
れる画像光が、結像レンズの倍率色収差によって各色毎
に倍率が異なる場合であっても、マイクロレンズによっ
て各色に対して常に同じ入射条件が与えられることにな
り、全ての色光が同一倍率で読み取られる。
In the image reading apparatus having the above configuration, the image light formed on the imaging surface of the solid-state imaging device through the imaging lens of the optical system has a different magnification for each color due to chromatic aberration of magnification of the imaging lens. However, the same incident condition is always given to each color by the micro lens, and all the color lights are read at the same magnification.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照しつつ詳細に説明する。図1は本発明の一実
施形態を示す概略平面図、図2はその要部(マイクロレ
ンズアレイ)を概念的に示す斜視図である。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic plan view showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view conceptually showing a main part (microlens array) thereof.

【0020】図1および図2において、R,G,Bの各
感光画素列11R,11G,11Bは、入射光を光電変
換するフォトダイオード等の光電変換素子からなる複数
の感光画素12R,12G,12Bが等ピッチで順次配
列されることによって構成され、入射光を色成分におい
て選択的に通過させる、即ち異なる光透過特性を有する
カラーフィルタ(図示せず)が受光面上にオンチップに
て形成されることにより、各々、赤色光、緑色光、青色
光に対する感度を有する3ライン型カラーイメージセン
サの構造となっている。
In FIGS. 1 and 2, each of the R, G, B photosensitive pixel rows 11R, 11G, 11B has a plurality of photosensitive pixels 12R, 12G, 12B are sequentially arranged at the same pitch, and selectively transmit the incident light in the color component, that is, a color filter (not shown) having different light transmission characteristics is formed on a light receiving surface on a chip. As a result, a three-line color image sensor having sensitivity to red light, green light, and blue light is obtained.

【0021】このカラーイメージセンサにおいて、単位
感光画素12R,12G,12Bの各々は、その配列方
向(主走査方向)に対して垂直な方向(副走査方向)の
寸法が例えば8μmであり、主走査方向には、各画素間
に感光アパーチャ(口径)を制限するチャネルストッパ
ー(図示せず)を介して有効感光画素が例えば8μmピ
ッチで7500画素並んでいる。各感光画素列11R,
11G,11Bは、例えば64μmの間隔を隔てて並列
に配置されている。なお、ここに示した数値は一例に過
ぎず、これに限定されるものではない。また、図1に
は、簡単のため、各感光画素列11R,11G,11B
が33画素分の場合を示している。
In this color image sensor, each of the unit photosensitive pixels 12R, 12G, and 12B has a dimension (for example, 8 μm) in a direction (sub-scanning direction) perpendicular to the arrangement direction (main-scanning direction) and main scanning. In the direction, 7,500 effective photosensitive pixels are arranged at a pitch of, for example, 8 μm via a channel stopper (not shown) for limiting a photosensitive aperture (diameter) between the pixels. Each photosensitive pixel row 11R,
11G and 11B are arranged in parallel at an interval of, for example, 64 μm. Note that the numerical values shown here are merely examples, and the present invention is not limited to these. FIG. 1 shows each photosensitive pixel row 11R, 11G, 11B for simplicity.
Indicates the case of 33 pixels.

【0022】各感光画素列11R,11G,11Bにお
いて、オンチップカラーフィルタの上方には、各々の感
光画素12R,12G,12Bに対し、副走査方向に集
光作用(集光率)を持たないシリンドリカル形状のマイ
クロレンズ13R,13G,13Bが、主走査方向に直
交するように配列されてなるマイクロレンズアレイ14
R,14G,14Bがオンチップにて形成されている。
In each of the photosensitive pixel rows 11R, 11G, and 11B, above the on-chip color filter, the respective photosensitive pixels 12R, 12G, and 12B have no light condensing action (light condensing rate) in the sub-scanning direction. A microlens array 14 in which cylindrical microlenses 13R, 13G, and 13B are arranged so as to be orthogonal to the main scanning direction.
R, 14G, and 14B are formed on-chip.

【0023】ここで、図2から特に明らかなように、各
マイクロレンズアレイ14R,14G,14Bのうち、
G,Bの各感光画素列11B,11G上においては、全
ての感光画素12B,12Gに対して、各感光画素12
B,12Gの主走査方向のピッチと同一の8μmのピッ
チで各感光画素12B,12Gの真上に配置されてい
る。これに対し、Rの感光画素列11R上においては、
マイクロレンズアレイ14Rを形成するときの各マイク
ロレンズ13Rの主走査方向のピッチを、主走査方向の
位置ごとに変えた構成を採っている。
Here, as is particularly clear from FIG. 2, among the microlens arrays 14R, 14G and 14B,
On each of the G and B photosensitive pixel columns 11B and 11G, all the photosensitive pixels 12B and 12G are
B and 12G are arranged directly above the photosensitive pixels 12B and 12G at the same pitch of 8 μm as the pitch in the main scanning direction. On the other hand, on the R photosensitive pixel row 11R,
The configuration in which the pitch in the main scanning direction of each microlens 13R when forming the microlens array 14R is changed for each position in the main scanning direction is adopted.

【0024】すなわち、一例として、Rの感光画素列1
1Rの各感光画素12Rを主走査方向において複数画素
ずつ、例えば7500画素の感光画素列において90画
素ずつ領域分けし、90画素に一回の割合で主走査方向
のピッチを7.9μmとすることで、感光画素列11R
の中央(図中、矢印O)を基準に、左右それぞれ外側に
いくに連れて感光画素12R上のマイクロレンズ13R
の主走査方向の中心が感光画素列11Rの中央よりに縮
まるようにマイクロレンズアレイ14Rが形成されてい
る。
That is, as an example, the R photosensitive pixel row 1
Each of the 1R photosensitive pixels 12R is divided into a plurality of pixels in the main scanning direction, for example, 90 pixels in a 7500-pixel photosensitive pixel row, and the pitch in the main scanning direction is set to 7.9 μm once for every 90 pixels. And the photosensitive pixel row 11R
With reference to the center (arrow O in the figure), the microlenses 13R on the photosensitive pixels 12R move outward from the left and right sides.
The microlens array 14R is formed such that the center in the main scanning direction is smaller than the center of the photosensitive pixel row 11R.

【0025】ところで、マイクロレンズと感光画素との
相対位置関係により、感光画素列11R,11G,11
Bの撮像面(以下、センサ面と称する)上への結像位置
関係を相対的に調整することができる。すなわち、図3
に示すように、マイクロレンズの作用により、センサ面
上て結像光束が集光されて蜜になる箇所と粗となる箇所
が存在する。この光束が粗となる部分が感光画素間の境
界に当たる範囲では、図3の(a)→(b)→(c)に
示すように、マイクロレンズと感光画素との相対位置関
係を変えることで、結像光束のうちのどの部分が図示の
3つの感光画素の中央に入射するかを調整できる。
By the way, depending on the relative positional relationship between the micro lens and the photosensitive pixels, the photosensitive pixel rows 11R, 11G, 11
It is possible to relatively adjust the positional relationship of B on the imaging surface (hereinafter, referred to as a sensor surface). That is, FIG.
As shown in (1), there are a portion where the imaging light flux is condensed on the sensor surface to be fine and a portion where it is rough due to the action of the microlens. In a range where the portion where the light flux becomes coarse corresponds to the boundary between the photosensitive pixels, as shown in (a) → (b) → (c) of FIG. 3, the relative positional relationship between the microlens and the photosensitive pixel is changed. , It is possible to adjust which part of the imaging light flux enters the center of the three photosensitive pixels shown in the figure.

【0026】このマイクロレンズのシフト量と入射光線
のずれの関係を図4に示す。もし、マイクロレンズの特
性が入射光線を完全に1点に集光するものとすれば、図
4に一点鎖線で示すように、マイクロレンズのシフト量
と入射光線のずれ量は等しくなり、±0.5画素以上ず
らした場合には、位相が一回りする周期的な特性となっ
ている。マイクロレンズの形成条件によっては、センサ
面上の集光状態がブロードとなり、マイクロレンズのシ
フト量に対する入射光線のずれ量の変化率は小さくな
る。
FIG. 4 shows the relationship between the shift amount of the microlens and the shift of the incident light beam. If the characteristics of the micro-lens are such that the incident light is completely condensed at one point, the shift amount of the micro-lens and the shift amount of the incident light become equal to each other, as shown by the dashed line in FIG. When the pixel is shifted by more than .5 pixels, the phase has a periodic characteristic in which the phase goes around. Depending on the formation conditions of the microlens, the light condensing state on the sensor surface becomes broad, and the rate of change of the shift amount of the incident light beam with respect to the shift amount of the microlens becomes small.

【0027】マイクロレンズの主走査方向のずれ量と、
対応する感光画素に入射する光線の範囲のずれ量は、マ
イクロレンズの形成条件によって変化する。マイクロレ
ンズの特性を決定するパラメータとしては、感光画素表
面からのマイクロレンズの高さ、レンズ表面の曲率、レ
ンズ形成材料の光学屈折率等がある。ここでは、マイク
ロレンズのピッチ補正量の設計をし易くするために、図
3に示すように、マイクロレンズの主走査方向のずれ量
に対し、対応する感光画素に入射する光線の範囲のずれ
量が半分になるように、感光画素表面からのマイクロレ
ンズの高さ、レンズ表面の曲率、レンズ形成材料の光学
屈折率を設定した。
The amount of displacement of the microlens in the main scanning direction;
The shift amount of the range of the light beam incident on the corresponding photosensitive pixel changes depending on the formation condition of the microlens. The parameters that determine the characteristics of the microlens include the height of the microlens from the photosensitive pixel surface, the curvature of the lens surface, the optical refractive index of the lens forming material, and the like. Here, in order to facilitate the design of the pitch correction amount of the micro lens, as shown in FIG. 3, the shift amount of the light beam incident on the corresponding photosensitive pixel is compared with the shift amount of the micro lens in the main scanning direction. The height of the microlens from the surface of the photosensitive pixel, the curvature of the lens surface, and the optical refractive index of the lens forming material were set so that was reduced by half.

【0028】このようにして設計されたマイクロレンズ
アレイにおいて、マイクロレンズの主走査方向のシフト
量と、対応する感光画素に入射する光線の範囲のずれ量
との関係は、図4に実線で示したようになる。ここで
は、マイクロレンズの主走査方向のシフト量を感光画素
の中心線を基準に±0.4画素分以内と設定することに
より、ほぼ正比例の関係で対応する感光画素に入射する
光線の範囲のずれ量を調整することが可能である。
In the microlens array thus designed, the relationship between the shift amount of the microlens in the main scanning direction and the shift amount of the light beam incident on the corresponding photosensitive pixel is shown by a solid line in FIG. It becomes like. Here, by setting the shift amount of the microlens in the main scanning direction to within ± 0.4 pixels with respect to the center line of the photosensitive pixel, the range of the light beam incident on the corresponding photosensitive pixel is almost directly proportional. It is possible to adjust the shift amount.

【0029】これに対し、本実施形態に係る3ライン型
カラーイメージセンサを、図6に示す如き構成の画像読
取装置のイメージセンサ104として用いた場合につい
て考える。ここで用いる結像レンズ103は、図5に示
すように、赤色光の結像倍率が緑色光/青色光の結像倍
率に対して1.00007倍である。したがって、図1
において、感光画素列11R,11G,11Bの主走査
方向の中央Oを基準にし、緑色光/青色光の結像倍率に
対して光学系を調整した場合、Rの感光画素列11R上
では、中央の感光画素から3750画素分、即ち30m
m(=8μm×3750)離れた最も外側の感光画素上
では約2.1μmだけ外側に結像位置のずれが生じる。
On the other hand, consider the case where the three-line color image sensor according to the present embodiment is used as the image sensor 104 of the image reading apparatus having the configuration shown in FIG. As shown in FIG. 5, the imaging lens 103 used here has a red light imaging magnification of 1.00007 times the green / blue light imaging magnification. Therefore, FIG.
In the above, when the optical system is adjusted with respect to the image forming magnification of green light / blue light with reference to the center O of the photosensitive pixel rows 11R, 11G, and 11B in the main scanning direction, the center on the R photosensitive pixel row 11R is 3750 pixels from the photosensitive pixel, ie, 30 m
On the outermost photosensitive pixels separated by m (= 8 μm × 3750), a shift of the imaging position occurs by about 2.1 μm on the outer side.

【0030】ここで、先述したように、Rの感光画素列
11R上においてマイクロレンズ13Rのピッチは90
画素に一回の割合で7.9μmとしているため、マイク
ロレンズ13Rの位置は中央の感光画素から3750画
素分だけ離れた最も外側の感光画素上では4.1μm
(≒0.1μm×(3750/90)回)分だけ内側に
ずれている。このことにより、Rの感光画素列11Rの
各感光画素12Rに入射する結像光の倍率色収差量であ
る約2.1μm分の拡がりを内側に補正することが可能
となる。
Here, as described above, the pitch of the microlenses 13R is 90 on the R photosensitive pixel row 11R.
Since it is 7.9 μm for each pixel, the position of the micro lens 13R is 4.1 μm on the outermost photosensitive pixel 3750 pixels away from the central photosensitive pixel.
(≒ 0.1 μm × (3750/90) times) inward. As a result, it is possible to correct inward the spread of about 2.1 μm, which is the amount of chromatic aberration of magnification of the imaging light incident on each photosensitive pixel 12R of the R photosensitive pixel row 11R.

【0031】ただし、本実施形態の場合には、マイクロ
レンズのピッチ補正は90画素に一回の割合としている
ため、Rの感光画素列11Rのすべての感光画素12R
に対するピッチ補正量は必ずしも最適化されてはいな
い。しかしながら、ピッチ補正量の最適値からのずれは
最大でも単位補正量である0.1μmの1/2の0.0
5μmであり、そのずれ補正の効果はさらにその半分の
0.025μmであり、画素ピッチ8μmに対して極め
て微小であるため問題とはならない。
However, in the case of the present embodiment, since the pitch correction of the microlens is performed once every 90 pixels, all the photosensitive pixels 12R of the R photosensitive pixel row 11R are corrected.
Are not necessarily optimized. However, the deviation of the pitch correction amount from the optimum value is at most 0.0 / 2 of 1/2 of the unit correction amount of 0.1 μm.
5 μm, and the effect of the shift correction is 0.025 μm, which is a half of that, which is not a problem because it is extremely small for a pixel pitch of 8 μm.

【0032】上述したように、3ライン型カラーイメー
ジセンサを読取りセンサとして用いたカラー画像読取装
置において、R,G,Bの感光画素列11R,11G,
11Bの各カラーフィルタの上方にマイクロレンズアレ
イ14R,14G,14Bを配置し、これらマイクロレ
ンズアレイ14R,14G,14Bのうち、例えばマイ
クロレンズアレイ14Rのマイクロレンズ13Rを、対
応する感光画素12Rに対して入射光の入射角に対応し
て主走査方向にシフトしたことで、結像レンズの倍率色
収差を精密に補正できる。
As described above, in a color image reading apparatus using a three-line type color image sensor as a reading sensor, the R, G, B photosensitive pixel rows 11R, 11G,
Microlens arrays 14R, 14G, 14B are arranged above the respective color filters 11B, and among these microlens arrays 14R, 14G, 14B, for example, the microlenses 13R of the microlens array 14R are placed on the corresponding photosensitive pixels 12R. Is shifted in the main scanning direction in accordance with the incident angle of the incident light, the chromatic aberration of magnification of the imaging lens can be accurately corrected.

【0033】すなわち、結像レンズを通してイメージセ
ンサ上に結像される画像光が、結像レンズの倍率色収差
によって各色毎に異なる場合においても、対応する感光
画素に対して主走査方向にシフトされたマイクロレンズ
の位置補正作用により、全ての色の画像光を同一倍率で
読み取ることができる。これにより、例えば、小さい黒
文字や黒細線等を誤って色文字や色細線と読み違えるこ
とがなくなり、画像読取りの精度が向上する。
That is, even when the image light formed on the image sensor through the imaging lens is different for each color due to the chromatic aberration of magnification of the imaging lens, it is shifted in the main scanning direction with respect to the corresponding photosensitive pixel. Image light of all colors can be read at the same magnification by the position correcting action of the microlens. Thus, for example, a small black character or a thin black line is not erroneously read as a color character or a thin thin line, and the accuracy of image reading is improved.

【0034】また、マイクロレンズアレイ14R,14
G,14Bの各マイクロレンズ13R,13G,13B
を、副走査方向に集光作用(集光率)を持たないシリン
ドリカル形状としたことで、マイクロレンズを具備して
いない従来のイメージセンサの場合と副走査方向の結像
倍率が同一になるので、マイクロレンズを具備したこと
に伴う不具合は発生しない。すなわち、マイクロレンズ
を具備したことによって、読み取られる画像の副走査方
向の解像度が劣化することはない。
The micro lens arrays 14R, 14
G, 14B microlenses 13R, 13G, 13B
Is formed in a cylindrical shape having no light condensing function (light condensing rate) in the sub-scanning direction, so that the imaging magnification in the sub-scanning direction becomes the same as that of the conventional image sensor without a microlens. However, there is no problem associated with the provision of the micro lens. That is, the provision of the microlens does not degrade the resolution of the read image in the sub-scanning direction.

【0035】なお、上記実施形態では、結像レンズの特
性に合わせ、Rの感光画素列11R上のみのマイクロレ
ンズ13Rのピッチを画素ピッチに対してシフトさせる
ことにより、結像レンズの倍率色収差を補正できるよう
にしたが、結像レンズの設計によっては、赤色光、緑色
光、青色光の全ての結像倍率が異なる場合もあり、この
場合には、例えば緑色光の結像倍率を基準とし、R,B
の感光画素列11R,11B上のマイクロレンズ13
R,13Bのピッチを、各々の結像倍率に応じて内側あ
るいは外側にシフトさせることにより、R,G,B3色
の読取り倍率を一致させることができる。
In the above embodiment, the chromatic aberration of magnification of the imaging lens is shifted by shifting the pitch of the microlenses 13R only on the R photosensitive pixel rows 11R with respect to the pixel pitch in accordance with the characteristics of the imaging lens. Although it was possible to correct, depending on the design of the imaging lens, red, green, and blue light may all have different imaging magnifications.In this case, for example, the green light imaging magnification is used as a reference. , R, B
Lens 13 on photosensitive pixel rows 11R and 11B
By shifting the pitches of R and 13B inward or outward in accordance with the respective imaging magnifications, the reading magnifications of the three colors R, G and B can be matched.

【0036】また、上記実施形態では、感光画素列の各
感光画素を主走査方向において複数画素ずつ領域分け
し、マイクロレンズのピッチのシフト量を、一定間隔毎
に一定量だけずらすように設定しているが、必ずしもこ
の限りではなく、結像レンズの特性に合わせ、異なる間
隔毎に一定量あるいは異なる量のマイクロレンズのピッ
チシフトを行うことによっても、色収差を補正すること
が可能である。
In the above embodiment, each photosensitive pixel in the photosensitive pixel row is divided into a plurality of pixels in the main scanning direction, and the shift amount of the pitch of the microlenses is set to be shifted by a fixed amount at fixed intervals. However, this is not necessarily the case, and chromatic aberration can be corrected by performing a pitch shift of the microlens by a fixed amount or a different amount at different intervals in accordance with the characteristics of the imaging lens.

【0037】さらに、上記実施形態においては、R,
G,Bの感光画素列11R,11G,11Bの全てに対
してマイクロレンズアレイ14R,14G,14Bを配
する構成としたが、これらマイクロレンズアレイ14
R,14G,14Bは結像倍率を補正するためのもので
あることから、結像倍率を補正する必要がない感光画素
列に対しては、マイクロレンズアレイを省略することも
可能である。
Further, in the above embodiment, R,
The microlens arrays 14R, 14G, and 14B are arranged for all the G and B photosensitive pixel rows 11R, 11G, and 11B.
Since R, 14G, and 14B are used to correct the imaging magnification, the microlens array can be omitted for a photosensitive pixel row that does not need to correct the imaging magnification.

【0038】[0038]

【発明の効果】以上説明したように、本発明による固体
撮像素子においては、感光画素列のカラーフィルタの上
方に配したマイクロレンズを、対応する感光画素に対し
てその配列方向において入射光の入射角に対応して配置
したことで、入射光の色毎にその入射角が異なる場合で
あっても、各色に対して常に同じ入射条件で入射光を感
光画素列上に集光できるので、ピッチが異なるマイクロ
レンズを形成するという簡単な構成でカラー画像読取り
の精度を向上できる。
As described above, in the solid-state imaging device according to the present invention, the microlenses arranged above the color filters of the photosensitive pixel array are arranged so that the incident light is incident on the corresponding photosensitive pixels in the arrangement direction. With the arrangement corresponding to the angle, even if the incident angle is different for each color of the incident light, the incident light can always be condensed on the photosensitive pixel row under the same incident condition for each color. However, the accuracy of color image reading can be improved with a simple configuration in which micro lenses different from each other are formed.

【0039】また、本発明による画像読取装置において
は、上記固体撮像素子を読取りセンサとして用いたこと
で、光学系の結像レンズを通して固体撮像素子の撮像面
上に結像される画像光が、結像レンズの倍率色収差によ
って各色毎に倍率が異なる場合であっても、マイクロレ
ンズによって結像レンズの倍率色収差を精密に補正する
ことができるため、カラーレジ精度の高い高画質の画像
読取りが可能となる。しかも、結像レンズ単体の色収差
の補正精度の許容量が大きくなることから、レンズに用
いる硝材の自由度が増し、レンズの構成枚数を削減でき
るため、装置の低コスト化に寄与できることにもなる。
In the image reading apparatus according to the present invention, since the solid-state imaging device is used as a reading sensor, image light formed on the imaging surface of the solid-state imaging device through an imaging lens of an optical system can be obtained. Even if the magnification differs for each color due to the chromatic aberration of magnification of the imaging lens, the chromatic aberration of magnification of the imaging lens can be precisely corrected by the microlens, enabling high-quality image reading with high color registration accuracy. Becomes In addition, since the allowable amount of the correction accuracy of the chromatic aberration of the imaging lens alone increases, the degree of freedom of the glass material used for the lens increases, and the number of lenses can be reduced, thereby contributing to the cost reduction of the apparatus. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の一実施形態を示す概略平面図であ
る。
FIG. 1 is a schematic plan view showing an embodiment of the present invention.

【図2】 マイクロレンズアレイを概念的に示す斜視図
である。
FIG. 2 is a perspective view conceptually showing a microlens array.

【図3】 マイクロレンズの作用を説明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating the operation of a microlens.

【図4】 マイクロレンズのシフト量と、対応する感光
画素に入射する光線のずれ量との関係を示す図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship between a shift amount of a microlens and a shift amount of a light beam incident on a corresponding photosensitive pixel.

【図5】 結像レンズの倍率色収差を説明する図であ
る。
FIG. 5 is a diagram illustrating chromatic aberration of magnification of the imaging lens.

【図6】 カラー画像読取装置の一例を示す概略構成図
である。
FIG. 6 is a schematic configuration diagram illustrating an example of a color image reading device.

【図7】 3ライン型カラーイメージセンサの構成の概
略を示す平面図である。
FIG. 7 is a plan view schematically showing a configuration of a three-line color image sensor.

【図8】 一従来技術を示す構成図である。FIG. 8 is a configuration diagram showing a conventional technique.

【図9】 他の従来技術を示す構成図である。FIG. 9 is a configuration diagram showing another conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11R,11G,11B 感光画素列 12R,12G,12B 感光画素 13R,13G,13B マイクロレンズ 14R,14G,14B マイクロレンズアレイ 11R, 11G, 11B Photosensitive pixel array 12R, 12G, 12B Photosensitive pixel 13R, 13G, 13B Micro lens 14R, 14G, 14B Micro lens array

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 入射光を光電変換する感光画素が順次配
列されてなる感光画素列と、 前記感光画素の配列方向において各感光画素に対して入
射光の入射角に対応して配置され、その入射光を前記感
光画素列上に集光させるマイクロレンズと、 前記マイクロレンズによって集光された入射光の特定色
光を通過させるカラーフィルタとを備えることを特徴と
する固体撮像素子。
1. A photosensitive pixel array in which photosensitive pixels for photoelectrically converting incident light are sequentially arranged; and a photosensitive pixel array is arranged corresponding to an incident angle of the incident light with respect to each photosensitive pixel in an arrangement direction of the photosensitive pixels. A solid-state imaging device comprising: a microlens for condensing incident light on the photosensitive pixel row; and a color filter for passing a specific color light of the incident light condensed by the microlens.
【請求項2】 前記マイクロレンズは、前記感光画素の
配列方向に対して垂直な方向に集光作用を持たないこと
を特徴とする請求項1記載の固体撮像素子。
2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the microlens does not have a light condensing function in a direction perpendicular to an arrangement direction of the photosensitive pixels.
【請求項3】 感光画素が主走査方向に配列された請求
項1記載の固体撮像素子と、 原稿を光学的に副走査方向に走査しつつその画像光を前
記固体撮像素子の撮像面上に投影する光学系とを備える
ことを特徴とする画像読取装置。
3. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the photosensitive pixels are arranged in the main scanning direction, and the image light is optically scanned on the imaging surface of the solid-state imaging device while scanning the original in the sub-scanning direction. An image reading device comprising: an optical system for projecting.
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