JPH1065135A - 固体撮像装置およびこれを用いた画像読取装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 近赤外領域で記されたマークや文字等を読取
ることが可能で、精度良く製造することが可能な固体撮
像装置およびこれを用いた画像読取り装置を提供する。 【解決手段】 固体撮像装置は読み取り対象書類（１
０）のカラー画像を検出するための画素センサ（４２〜
４４）と不可視情報として記録された近赤外光を検出す
るための画素センサ（４５）を同一基板（４１）上に形
成しており、近赤外光検出のための近赤外光透過フィル
タ（６５）を赤フィルタ（６１）と青フィルタ（６３）
の積層体で形成しており、リニアセンサ、エリアセンサ
の双方に適用できる。また、このような固体撮像装置に
光源（２５）、光学系（２０）、走査系を組み合わせた
画像読取装置も提供される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、近赤外領域で記さ
れた不可視情報の読取りの可能な固体撮像装置および書
類、証券等の対象物を読みとって画像信号を得る画像読
取り装置の改良に関し、特に、近赤外領域で記された不
可視情報の読取りをも可能とした画像読取り装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の典型的な画像読取り装置の例につ
いて図１２を参照して説明する。同図において、書類原
稿等の読取り対象物１０からの反射光は光学系のレンズ
２０および赤外光をカットするフィルタ３０を通って導
出され、固体撮像装置４０上に光像が投影される。この
固体撮像装置４０は光像を画像信号に変換するＣＣＤ等
である。また、赤外光カットフィルタ３０は長波長の光
線（電磁波）をカットしてレンズ性能に起因する解像度
の低下を防止するものである。

【０００３】図１３は、固体撮像装置４０の分光感度特
性を示している。同図において横軸は固体撮像装置への
入射光の波長を、縦軸は最大感度を基準値１とした場合
の相対感度を示している。人の目は概略３８０ｎｍ
（紫）〜７８０ｎｍ（赤）の波長の電磁波に感じ、可視
光として認識するが、この範囲外の波長の電磁波（紫外
線、赤外線）は認識できない。しかし、固体撮像装置
（ＣＣＤ）は、人には不可視の８００〜１０００ｎｍの
近赤外領域にも感度を持つ。

【０００４】図１４は、赤外光カットフィルタの一つで
ある色補償フィルタの透過特性を示している。同図にお
いて、横軸は光の波長、縦軸は光の透過率を示してい
る。図中のＣＣ−５００〜ＣＭ−５００は、フィルタの
種類を表している。例えば、ＣＭ−５００のフィルタを
図１２に示す固体撮像装置（ＣＣＤ）に用いた場合、波
長６００ｎｍの入射光は５０％の減衰を受ける。６００
ｎｍの入射光は急激に減衰され、７００ｎｍの入射光は
殆どカットされる。

【０００５】図１５は、赤外光カットフィルタの他の種
類である熱線吸収フィルタの例を示している。同図にお
いて、横軸は光の波長、縦軸は光の透過率を示してい
る。図中のＨＡ−２０〜ＨＡ−６０は、フィルタの種類
を表している。例えば、ＨＡ−２０のフィルタを図１２
に示す固体撮像装置（ＣＣＤ）に用いた場合、波長６２
０ｎｍの入射光は５０％の減衰を受ける。８００ｎｍの
入射光に対しては透過率が１０％となり、殆どカットさ
れる。

【０００６】画像読取り装置は、種々の紙葉類の読取り
に使用されるが、この中には偽造防止や特殊情報を与え
るために、赤外光を当てると特定のマークや情報が読出
せるようにした有価証券や証明書類等がある。

【０００７】ところが、上述したような赤外光カットフ
ィルタを使用した装置では、近赤外領域で記されたマー
クや文字等を読取ることはできない。

【０００８】図１６は、赤外領域で記された文字等を読
取ることができるようにした画像読取り装置の試作例を
示している。同図において、読取りの対象物１０から得
られた光はハーフミラー２１により２つに分岐され、一
方はレンズ２０、赤外光カットフィルタ３０を経て赤、
緑、青に対応する３つのＣＣＤ感光画素ライン４２、４
３、４４を備えた固体撮像装置４０に集光される。ま
た、ハーフミラー２１により分離された他方の光はレン
ズ２２でそのまま赤外領域を読取る感光画素ライン４５
を有する固体撮像装置５０に集光される。

【０００９】固体撮像装置４０は、基板表面に３つのＣ
ＣＤラインセンサ４２、４３、４４が形成されたもので
ある。第１のラインセンサ４２、第２のラインセンサ４
３、第３のラインセンサ４４はそれぞれ、赤（Ｒｅｄ）
フィルタ、緑（Ｇｒｅｅｎ）フィルタ、青（Ｂｌｕｅ）
フィルタがそれぞれ感光画素列上に形成された構成を有
しており、それぞれ画像の赤色成分、緑色成分、青色成
分を読取る。

【００１０】赤外光カットフィルタ３０は赤外光をカッ
トするものであり、これにより光学系の光の収束性を向
上させるので、固体撮像装置４０は良好な解像度で対象
物を読取ってＲ、Ｇ、Ｂの三色のカラー画像信号を出力
する。

【００１１】また、固体撮像装置５０は、基板上に１つ
のラインセンサが形成されており、このラインセンサ上
には近赤外領域を透過するフィルタ（図示せず）が形成
されており、近赤外領域で記録されたマークや文字等を
読取る。読取り結果は、例えば、白黒の画像信号として
出力される。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成では光路を分岐するため光学系が複雑であり、
装置が大型化するとともに、高精度で組立を行うことも
困難である。また、固体撮像装置が複数個必要なことか
ら、コストの上昇を招くという問題がある。

【００１３】このような問題を解決するため、１つのチ
ップ上に３色のカラーセンサと赤外光センサの双方を備
えたものが、例えば特開平７−２１３１２６号公報に開
示されているが、赤外光カットフィルタを密封したパッ
ケージの表面に別個に設ける複雑な構造を採用してお
り、製造の困難性や組立精度に関しては改善されていな
い。

【００１４】また、赤外光カットフィルタおよび赤外光
透過フィルタを固体撮像装置上に形成したものとしては
特開昭６０−５３９２２号公報に開示されているが、そ
れぞれのフィルタとして色フィルタの材料とは異なるも
のを使用するため、依然として精度やコスト面で問題が
あった。

【００１５】本発明は、近赤外領域で記されたマークや
文字等を読取ることが可能で、精度良く製造することが
可能な固体撮像装置およびこれを用いた画像読取り装置
を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の第１の観点によれば、半導体基板表面部に
略平行列状に複数個形成された、受光光量に応じた信号
を発生する第１〜第４の画素センサと、前記第１〜第３
の画素センサ列上にそれぞれ形成された赤、緑、青の色
フィルタと、前記赤、緑、青の色フィルタ上を共通に覆
う赤外光カットフィルタと、前記第４の画素センサ列上
に形成された、前記赤および青の色フィルタの積層体で
なる近赤外光透過フィルタと、を備えた固体撮像装置が
提供される。

【００１７】この固体撮像装置によれば、３原色を取り
出すためのセンサと近赤外領域で記されたマーク及び文
字等の目に見えない隠し情報を読取るための近赤外光検
出センサを同一半導体基板上に設けており、特に別途必
要とされた近赤外光透過フィルタを３原色のフィルタの
積層体としているので、光学的距離が短縮され、装置全
体の小型化、コスト低減が容易となる。

【００１８】本発明の第２の観点によれば、半導体基板
表面部にマトリクス状に複数個形成された、受光光量に
応じた信号を発生する画素センサと、前記複数の画素セ
ンサのうち、一定の規則にしたがって分散配置された特
定の前記画素センサ上に形成された赤および青の色フィ
ルタの積層体でなる近赤外光透過フィルタと、を備えた
固体撮像装置が提供される。

【００１９】この固体撮像装置ではエリアセンサの画素
センサの一部を近赤外光検出センサとしているので、不
可視情報をも読取り得る画像読取り装置を簡単な構成で
実現することが可能となり、装置の小型化、低価格化も
達成することができる。

【００２０】本発明の第３の観点によれば、一部に近赤
外光を発する領域を有する読み取り対象の書類に対し光
を照射する光源と、前記光源から照射され前記書類面で
反射した反射光を集光する光学系と、前記光学系と前記
書類の相対移動を行う走査系と、前記光学系で集光され
た反射光を受光する固体撮像装置であって半導体基板表
面部に略平行列状に複数個形成された、受光光量に応じ
た信号を発生する第１〜第４の画素センサと、前記第１
〜第３の画素センサ列上にそれぞれ形成された赤、緑、
青の色フィルタと、前記赤、緑、青の色フィルタ上を共
通に覆う赤外光カットフィルタと、前記第４の画素セン
サ列上に形成された、前記赤および青の色フィルタの積
層体でなる近赤外光透過フィルタとを有する固体撮像装
置とを備えた画像読取装置が提供される。

【００２１】本発明の第４の観点によれば、少なくとも
一部に近赤外光を発する領域を有する読み取り対象の書
類に対し光を照射する光源と、前記光源から照射され前
記書類面で反射した反射光を集光する光学系と、前記光
学系で集光された反射光を受光する固体撮像装置であっ
て半導体基板表面部にマトリクス状に複数個形成され
た、受光光量に応じた信号を発生する画素センサと、前
記複数の画素センサのうち、一定の規則にしたがって分
散配置された特定の前記画素センサ上に形成された赤お
よび青の色フィルタの積層体でなる近赤外光透過フィル
タとを有する固体撮像装置とを備えた画像読取装置が提
供される。

【００２２】これらの画像読取装置によれば、赤および
青の色フィルタの積層体により形成された近赤外光透過
フィルタを設け、通常の画像読み取りのためのセンサと
近赤外光検出のセンサを同一基板上に形成した固体撮像
装置を用いて読み取りを行うので、近赤外光を発する書
類上の情報を読み取ることのできる画像読取装置を提供
できる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００２４】図１は、本発明の第１の実施の形態にかか
る画像読取装置における主要構成要素間の光路を主とし
た概略構成を示す図であり、図２は図１に対応して主要
構成要素間の空間的位置関係を示す概略斜視図である。
これらの図において図１２と対応する部分には同一符号
を付し、かかる部分の説明は省略する。

【００２５】図２に示すように、読取りの対象となる書
類１０には、その大部分を占める第１の領域１０ａに可
視の文字等が記載されるとともに、端部に設けられた第
２の領域１０ｂには、近赤外領域の記録材料によって記
された文字やマーク等が記載されている。

【００２６】この読取り対象物１０は、光源２５によっ
て照射され、読取り対象物１０の表面からの反射光がレ
ンズ２０等を含む光学系によってラインセンサである固
体撮像装置４０に導かれる。

【００２７】図１を参照すると、読取り対象物１０から
の反射光がレンズ２０により固体撮像装置４０の感光画
素部４２、４３、４４、４５にそれぞれ収束する様子が
示されている。この固体撮像装置４０は基板４１の表面
に赤外光カットフィルタ６４および近赤外光透過フィル
タ６５を有する。

【００２８】図３は固体撮像装置４０の詳細な構造を示
す断面図であり、ラインセンサのラインの直交する方向
に切断した様子を示すものである。

【００２９】半導体基板４１の表面部には４つの感光画
素部４２、４３、４４、４５がほぼ一定間隔で設けられ
ており、これらは後述するように赤、緑、青、近赤外領
域の光を検知する。また、これらの各感光画素部は紙面
に垂直な方向に複数個形成され、ラインセンサとなって
いる。

【００３０】半導体基板４１の表面上にはアルミニウム
でなる遮光膜４６が感光画素部４２、４３、４４、４５
に対応した開口部４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄを与
えるように形成されている。このような構成の上部には
開口部に対応した凹部を有するシリコン酸化膜４７の上
に中間保護膜であるポリグリシジル・メタクリレート
（ＰＧＭＡ）膜４８〜５２とフィルタ６１〜６４が交互
に積層されている。このフィルタ６１〜６４はゼラチン
あるいはカゼインに所望の色に対応した染料を混入させ
て染色したものである。

【００３１】図３から明らかなように、赤、緑、青に対
応した感光画素部分の上方にはこれらを共通に覆う赤外
光カットフィルタ６４が形成されており、また、近赤外
領域用の感光画素部４５の上方には赤フィルタ６１と青
フィルタ６３が形成されている。この赤フィルタ６１と
青フィルタ６３の積層体は後述するように、近赤外光透
過フィルタ６５として機能する。また、赤外光カットフ
ィルタ６４は長波長の光線（電磁波）をカットしてレン
ズ性能に起因する解像度の低下を防止するものである。

【００３２】なお、近赤外光透過フィルタ６５を構成す
る赤フィルタ６１および青フィルタ６２は感光画素４２
および４４の上に形成される赤フィルタ６１および青フ
ィルタとそれぞれ同じ工程で形成される。

【００３３】図４〜６は、それぞれ赤フィルタ６１、緑
フィルタ６２、青フィルタ６３を有する感光画素の入射
光波長と相対感度との関係を示す特性曲線図である。こ
れらはそれぞれの色に対応する波長領域にピーク感度を
有していることがわかる。

【００３４】図７は赤フィルタ６１と青フィルタ６３の
積層構造を有する感光画素の入射光波長と相対感度との
関係を示す特性曲線図である。この場合は、近赤外光領
域である８００ｎｍ近傍に感度のピークを持っており、
近赤外光透過フィルタとして機能していることがわか
る。

【００３５】次に、このような固体撮像装置を含む画像
読取装置の動作を説明する。

【００３６】図１および図２を参照すると、ラインセン
サの方向を主走査方向としてこれに直角方向である副走
査方向に読取り対象物１０と固体撮像装置４０とが相対
的に移動される。これにより、ラインセンサ４２、４
３、４４からそれぞれ画像の赤、緑、青成分が出力され
るが、近赤外領域で記録が行われていない書類面の走査
中はラインセンサ４５からは何も出力が発せられない。

【００３７】そして、書類の領域１０ｂに達すると、第
４のラインセンサ４５が近赤外光を検出して記録された
情報が画像信号として読出される。読み出された画像信
号は図示しないコンピュータシステムによって処理さ
れ、種々のパターン認識やＯＣＲ技術によって文字やマ
ークが解釈される。

【００３８】なお、ここに述べた読み取り対象物１０と
固体撮像装置４０の相対移動については、固体撮像装置
４０を固定して対象物たる原稿１０を移動する方式と、
対象物たる原稿１０を固定して、光源、レンズ、固体撮
像装置等を移動する方式とに大別される。前者はファク
シミリに、後者はいわゆるフラットベッドスキャナや複
写機に採用されている。本発明はいずれの方式にも適用
可能である。

【００３９】このように、本発明にかかる固体撮像装置
では近赤外光透過フィルタを複数の色フィルタを積層さ
せることにより得ているので、色フィルタと同一工程で
精度良く近赤外光透過フィルタを形成することができ
る。

【００４０】図８は本発明の他の実施の形態を示すもの
で、図１のラインセンサ４０に代えてエリアセンサ４０
０を使用している。

【００４１】このエリアセンサ４００は単位画素を構成
する画素センサを二次元に配列し、画素センサの表面に
色フィルタを形成したカラーＣＣＤによって構成され
る。このエリアセンサでは３色信号を得るために、図９
に示すように、補色系の緑（Ｇ）、シアン（Ｃｙ）、マ
ゼンタ（Ｍｇ）、黄（Ｙｅ）のフィルタを用いるととも
に、黄色（Ｙｅ）もしくはマゼンタ（Ｍｇ）を３〜４つ
に一つなどの一定の割合で近赤外光透過フィルタに置換
えたフィルタ構成を有している。この近赤外光透過フィ
ルタは赤フィルタ（Ｒ）と青フィルタ（Ｂ）とを積層し
て得ている。

【００４２】このようなエリアセンサでは、縦２個横２
個の４つのセンサによって１画素分の色情報が抽出され
る。各画素毎に色情報が得られて、カラー画像信号が形
成されるとともに、近赤外光透過フィルタの直下の感光
画素からは近赤外情報を得ることができる。

【００４３】すなわち、ＣＣＤアレイ上における各色フ
ィルタの配置は予め判っているのでクロック信号に同期
して読出される画像信号の各色画素のレベルを識別可能
であり、近赤外センサによって集められた画像情報を収
集することが出来る。また、近赤外光透過フィルタ（Ｒ
／Ｂ）を挿入したことによって欠けた（減少）黄色（Ｙ
ｅ）の画素は、いわゆるライン間挿入やフレーム間挿入
等の画像情報の相関性を利用した補償技術によって補う
ことが可能である。

【００４４】このような、エリアセンサを画像読取り装
置に用いることによって、従来の画質と同等のレベルを
維持しながら、近赤外領域の記録材料で記された隠し情
報を読取ることが可能となる。

【００４５】図１０は、更に他の実施の形態を示してい
る。図８の例がいわゆる単板式のＣＣＤカメラの技術が
利用可能であるのに対し、図１０の例では、いわゆる三
板式のＣＣＤカメラの技術が利用可能である。

【００４６】同図において、１０は読取りの対象物、２
０はレンズ、２４はプリズム、４１０は赤（Ｒ）信号を
出力するＣＣＤエリアセンサ、４２０は緑（Ｇ）信号を
出力するＣＣＤエリアセンサ、４３０は青（Ｂ）信号を
出力するＣＣＤエリアセンサである。三色分解プリズム
を使用することによって各エリアセンサには白黒用のＣ
ＣＤを用いることが可能である。勿論、ＣＣＤの各セン
サ上に三色に分解するためのカラーフィルタを形成した
ものを使用することも可能である。このうち、エリアセ
ンサ４１０には、適当な割合、例えば、4 つに１つの割
合で近赤外光透過フィルタ（Ｒ／Ｂ）が形成される。前
述したように、近赤外光透過フィルタは赤フィルタ
（Ｒ）と青フィルタ（Ｂ）とを重畳して形成することが
可能である。これを図１１に示す。

【００４７】なお、プリズムで三色分解を行わない場
合、図１１では余白として表される画素には赤フィルタ
が形成される。また、エリアセンサには解像度を向上す
るために赤外光カットフィルタを近赤外センサ部分を除
いて適宜に配置（重畳）することが出来る。

【００４８】この三板ＣＣＤ方式の構成でも、従来と同
等レベルの画質を維持しながら、近赤外領域で記された
隠し情報を読取ることが可能である。

【００４９】以上の各実施の形態における固体撮像装置
はＣＣＤに限られるものではなく、他の方式の固体撮像
装置であってもよい。

【００５０】

【発明の効果】以上のように、本発明にかかる固体撮像
装置によれば、読み取り対象書類のカラー画像を検出す
るための画素センサと不可視情報記録からの近赤外光を
検出するための画素センサとを同一基板上に形成してお
り、近赤外光検出のための近赤外光透過フィルタ（６
５）を赤フィルタと青フィルタの積層体で形成している
ので、近赤外領域で記されたマークや文字等を読取るこ
とが可能な小型、低コストかつ高精度の固体撮像装置を
得ることができる。

【００５１】また、本発明にかかる画像読取装置は、こ
のような固体撮像装置に光源、光学系、走査系を備える
ようにしたものであるので、性能とコストに優れた画像
読取装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる画像読取り装置の光学系から見
た構成を示す模式図である。

【図２】本発明にかかる画像読取り装置の概略構成を示
す斜視図である。

【図３】本発明にかかる固体撮像装置の構成を示す素子
断面図である。

【図４】赤フィルタをオンチップした固体撮像装置の分
光感度曲線の例を示す特性曲線図である。

【図５】緑フィルタをオンチップした固体撮像装置の分
光感度曲線の例を示す特性曲線図である。

【図６】青フィルタをオンチップした固体撮像装置の分
光感度曲線の例を示す特性曲線図である。

【図７】近赤外光透過フィルタ（赤＋青フィルタ）をオ
ンチップした固体撮像装置の分光感度曲線の例を示す特
性曲線図である。

【図８】補色系のフィルタを用いる本発明の他の実施の
形態を示す説明図である。

【図９】エリアイメージセンサ（単板式）におけるカラ
ーフィルタの配置例を示す説明図である。

【図１０】本発明の更に他の実施の形態（３板式エリア
イメージセンサ）を示す説明図である。

【図１１】３板式エリアイメージセンサにおける、赤用
ＣＣＤに形成された近赤外領域の読取りセンサの配置例
を示す説明図である。

【図１２】従来の画像読取り装置の例を説明する模式図
である。

【図１３】固体撮像装置（ＣＣＤ）の分光感度特性の例
を示す特性曲線図である。

【図１４】各種色補償フィルタによる赤外光カットフィ
ルタの透過特性例を示す特性曲線図である。

【図１５】熱線吸収フィルタによる赤外光カットフィル
タの透過特性例を示す特性曲線図である。

【図１６】図は試作例を示す説明図である。

【符号の説明】

１０ 読み取り対象物 ２０ レンズ ４０ 固体撮像装置 ４１ 基板 ４２、４３、４４、４５ 感光画素部 ４６ 遮光膜 ４７ シリコン酸化膜 ４８、４９、５０、５１、５２ 中間保護膜 ６１ 赤フィルタ ６２ 緑フィルタ ６３ 青フィルタ ６４ 赤外光カットフィルタ ６５ 近赤外光透過フィルタ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体基板表面部に略平行列状に複数個形
   成された、受光光量に応じた信号を発生する第１〜第４
   の画素センサと、 前記第１〜第３の画素センサ列上にそれぞれ形成された
   赤、緑、青の色フィルタと、 前記赤、緑、青の色フィルタ上を共通に覆う赤外光カッ
   トフィルタと、 前記第４の画素センサ列上に形成された、前記赤および
   青の色フィルタの積層体でなる近赤外光透過フィルタ
   と、を備えた固体撮像装置。
2. 【請求項２】半導体基板表面部にマトリクス状に複数個
   形成された、受光光量に応じた信号を発生する画素セン
   サと、 前記複数の画素センサのうち、一定の規則にしたがって
   分散配置された特定の前記画素センサ上に形成された赤
   および青の色フィルタの積層体でなる近赤外光透過フィ
   ルタと、を備えた固体撮像装置。
3. 【請求項３】一部に近赤外光を発する領域を有する読み
   取り対象の書類に対し光を照射する光源と、 前記光源から照射され前記書類面で反射した反射光を集
   光する光学系と、 前記光学系と前記書類の相対移動を行う走査系と、 前記光学系で集光された反射光を受光する固体撮像装置
   であって 半導体基板表面部に平行列状に複数個形成された、受光
   光量に応じた信号を発生する第１〜第４の画素センサ
   と、 前記第１〜第３の画素センサ列上にそれぞれ形成された
   赤、緑、青の色フィルタと、 前記赤、緑、青の色フィルタ上を共通に覆う赤外光カッ
   トフィルタと、 前記第４の画素センサ列上に形成された、前記赤および
   青の色フィルタの積層体でなる近赤外光透過フィルタと
   を有する固体撮像装置と、 を備えた画像読取装置。
4. 【請求項４】少なくとも一部に近赤外光を発する領域を
   有する読み取り対象の書類に対し光を照射する光源と、 前記光源から照射され前記書類面で反射した反射光を集
   光する光学系と、 前記光学系で集光された反射光を受光する固体撮像装置
   であって半導体基板表面部にマトリクス状に複数個形成
   された、受光光量に応じた信号を発生する画素センサ
   と、 前記複数の画素センサのうち、一定の規則にしたがって
   分散配置された特定の前記画素センサ上に形成された赤
   および青の色フィルタの積層体でなる近赤外光透過フィ
   ルタとを有する固体撮像装置と、 を備えた画像読取装置。