JPH0366164A - カラーイメージセンサ - 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 本発明は映像情報を読み取る撮像デバイスに関するもの
であり、特にカラー映像情報を読み取る安価なカラーイ
メージセンサに関するものである。

従来の技術 リニアイメージセンサにおいては、主としてカラー読み
とりを可能にするために、複数本の画素列を有するもの
が存在する。この場合各列毎に読み取る色が異なるよう
にストライプフィルタが設けられている。このタイプの
センサは、異なる色のフィルタを有する画素が交番して
１列に並んだ構成のセンサに比べ、モワレや色ずれを生
じにくいという点や走査回路のクロック周波数及びモノ
クロ換算時の解像度が低くて済むという点で利点を持つ
。更に、走査回路がＣＯＤではなく、バイポーラトラン
ジスタやＭＯＳ）ランマスタから形成されている場合に
は、モノクロセンサの場合と等しい１列の走査回路があ
れば充分であり、極めて簡単な構成でカラーイメージセ
ンサを実現できる。しかしアクセススイッチ切り換え時
に生じるスパイクノイズ等を低減することを目的に、後
で差動出力をとるために、遮光した画素列を更に並列に
設けることが望ましい。

発明が解決しようとする課題 上記のような複数列が並列に並んだ構成のリニアイメー
ジセンサにおいて、その副走査方向の画素間インターバ
ルすなわち列間インターバルは主走査方向の画素間イン
ターバルの整数倍になっていることが望ましい。この理
由は電荷蓄積モードで動作するセンサの各列の積分時間
のタイミングをラインバッファメモリ等を使って容易に
合わせることによって、前記のようにモワレや色ずれを
抑えることができるからである。ところで装置の小型化
を図るために光路長の短い密着型イメージセンサでは、
センサチップ内に占める画素列部の面積が走査回路部よ
りも大きい。従って、副走査方向の画素間インターバル
が主走査方向の画素間インターバルの１倍である方が、
２倍以上であるよりもチップサイズの増大を抑えること
ができる。

しかし前記のようにアクセススイッチ切り換え時に生じ
るスパイクノイズの少ない出力を得るために、遮光した
画素列を余分に付加することも直接にチップサイズの増
大即ちチップコストの増大につながる。

課題を解決するための手段 カラー読み取りの密着型イメージセンサの画素解像度は
通常、文字等の細かいパターンの原稿を精密に読み取る
際に各色４００ドツト／インチ必要であるが、細かい文
字等を含まない場合には各色２００　　ドツト／インチ
程度あれば個人向けの安価なイメージ人力デバイスとし
て実用上充分である。

各色２００ドツト／インチ程度の安価な個人向は用途に
おいては、光量または積分時間を充分大きくとれるので
光を検知する画素のサイズを多少小さくしでも問題ない
。従って、本願発明のイメージセンサは上記課題に鑑み
、光感応画素列間のインターバルを主走査方向の画素間
インターバルに等しく保ったまま、光感応画素サイズを
副走査方向に縮めることにより、前記光感応画素列間の
隙間に遮光画素列を配置することを特徴とするものであ
る。

作用 本発明は上記した構成によって、アクセススイッチ切り
換え時に生じるスパイクノイズを抑制するための遮光画
素列を、チップ上に占める面積の実質的な増加なしに設
けることにより、Ｓ／Ｎのよいカラー読み取りのできる
安価な密着型イメージセンサを実現するものである。ま
た、光感応画素列間への遮光画素列の配置は、光感応画
素列上に設けるストライプフィルタの積載位置精度に対
して許容範囲を大きくする。つまり遮光画素列の幅に相
当するフィルタ積載位置誤差の許容マージンがある。従
って位置精度は高いがコストも高いリソグラフィによる
フィルタ形成技術によらずに、耐光性や耐熱性のある顔
料を含むフィルタを位置精度は若干低いが安価な印刷技
術でセンサ上に形成することができる。この意味でも本
発明は安価で高性能なカラーイメージセンサを実現する
ものである。

実施例 以下本発明の実施例のイメージセンサについて図面を参
照しながら説明する。

第１図は本発明を実施するためのイメージセンサの構成
ブロック図を示す。１は映像信号を読みだす行を選択す
る走査回路、２は走査回路により選択された行の共通ラ
インをオン状態のとき一定電圧まで充電できるようにス
イッチしていくアクセススイッチ列、３は画素単位であ
るフォトトランジスタであり、ｎ行５列のマＩ・リクス
状に配列されている。フォトトランジスタ３のうち、ベ
ースを白抜きにしたものは光感応画素たるフォトトラン
ジスタであり、ベースを黒く塗ったものは遮光したフォ
トトランジスタである。４は第１列に属する光感応画素
からの映像信号を得る出力端子、５は第２列に属する遮
光画素からの映像信号を得る出力端子、６は第３列に属
する光感応画素からの映像信号を得る出力端子、７は第
４列に属する遮光画素からの映像信号を得る出力端子、
８は第５列に属する光感応画素からの映像信号を得る出
力端子である。ここで赤、緑、青色のストライプフィル
タを第１列、第３列、第５列の画素の上に配置してカラ
ー読み取りの出来るセンサを実現する。第１列、第３列
及び第５列間の副走査方向の画素間インターバルを主走
査方向の画素間インターバルと等しくなるように構成す
る。２００ＤＰＩ程度の比較的画素解像度の低い密着型
イメージセンサではこの画素間インターバルが大きいの
で、画素１ラインの増減がチップサイズに大きく影響し
てくる。しかし画素インターバルが大きいということは
、画素の受光部サイズを大きくできることを意味する。

またこの場合、光量が通常は充分であるため、受光部サ
イズを画素間インターバル値にあまり近づける必要はな
い。また同一画素間インターバルである場合、受光部の
形状が正方形であれば副走査方向の解像度は主走査方向
の解像度の半分程度になってしまうので、寧ろ副走査方
向に沿った辺の長さが短い方が副走査方向の解像度低下
を抑えることになり好都合である。従って以上のことを
考慮した画素構造の平面図及び断面図を第２図（ａ）、
　（ｂ）にそれぞれ示す。第２図（ａ）は第１図中の一
点鎖線破線で囲んだ部分を表している。

第２図（ａ）、　（ｂ）の図中、９．１０．１１．、１
２．１３は第１図中の４．５，６，７．８なる出力端子
に各々接続される出力ラインである。１４はフォトトラ
ンジスタのエミッタ、斜線をいれて示した１５はフォト
トランジスタのベースであり、主たる光電変換領域を威
している。同一行に属する画素はコレクタ領域を共有し
た構造とすることにより、前記第１図において説明した
ように共通コレクタ構成としている。１６．１７．１８
は各コレクタをアクセスするラインであり、アクセスさ
れたコレクタを共有する画素の出力が各列毎の共通出力
端子から得られる。１９．２０．２１．２２は総てコレ
クタとしてエミッタと同型の半導体からなり、１９は電
極との接続のために低抵抗であり、２０は同一行の各画
素間での光生成キャリヤのクロストークを抑えるために
低抵抗であり、２１はコレクタの埋め込み層で低抵抗で
あり、２２は光電変換効率向上のために高抵抗となって
いる。２３はベースと同型の半導体基板である。第２図
（ａ）において主走査方向画素間インターバルと副走査
方向の光感応画素間インターバルとが等しく、３つの光
感応画素列の間にアクセススイッチ切り換え時に生じる
スパイクノイズ除去用の遮光された画素を配置している
。つまり密着型イメージセンサにおいて解像度があまり
高くない場合には、光感応画素間インターバルを変える
ことなく、また光感応画素の感度を必要量だけ確保しな
がら、スパイクノイズ抑制用の遮光された画素を光感応
画素間に配置することができるのである。これによって
、第２図に示したように、実質的に画素３列分のチップ
面内にスパイクノイズ抑制用の遮光された画素を配置で
き、良質な画像信号を得ることができるのである。また
３列の光感応画素に必ず隣接して遮光画素列が存在する
ため０ に、差動出力時のスパイクノイズ抑制効果は極めて大き
い。更に第１列、第３列、第５列の光感応画素列上にス
トライプフィルタを形成する際に、各列の間に遮光画素
列が存在するので、この遮光画素列幅に相当する幅だけ
前記フィルタ形成位置ずれを許容するマージンが大きい
。従って位置精度は高いがコストも高いリソグラフィに
よるフィルタ形成技術によらずに、耐光性や耐熱性のあ
る顔料を含むフィルタを位置精度は若干低いが安価な印
刷技術でセンサ上に形成することができる。

この意味でも安価で高性能なカラーイメージセンサを実
現できる。

また赤、緑、赤色出力間のバランスを重視する場合には
、第３図に示すように、遮光画素列２本の内の一本をな
くすと共に、感度向上を図るべき光感応画素の面積をそ
の分増加させることもできる。本図中、２４．２６．２
７は各々の列の光感応画素の出力ラインであり、２５は
遮光された画素列の出力ラインである。２８はフォトト
ランジスタのエミッタ、斜線をいれて示した２９はフォ
トトランジスタのベースである。同一行に属する画素は
コレクタ領域を共有した構造とすることにより、共通コ
レクタ構成としている。３０．３Ｌ　３２は各コレクタ
をアクセスするラインであり、アクセスされたコレクタ
を共有する画素の出力が各列毎の共通出力端子から得ら
れる。主走査方向画素間インターバルと副走査方向の光
感応画素間インターバルとが等しく、上の列２つの光感
応画素列の間にのみスパイクノイズ除去用の遮光された
画素を配置している。一方、最下列の光感応画素の受光
面積が広くなっている。副走査方向の画素間インターバ
ルは一定に保っている。これによって、同一面積の場合
に一番感度の低い色を読み取る画素面積を、本図の最下
列の画素のように構成することによって、３色の画素列
の出力のバランスをとることができる。またこの場合、
２列目の光感応画素列と３列目の光感応画素列との間に
は遮光画素列が存在していないので、印刷技術によって
フィルタ形成する際に形成位置誤差を許容するマージン
がやや小さくなるが、それでも最も大きい光感応画素１ ２ 列を最外列（本図では最下列）に配置しつつ、副走査方
向画素間インターバルを主走査方向画素間インターバル
に等しく保つことにより、出力ライン２７の幅から分か
るように、他の出力ライン２４及び２６幅に比べて大き
いフィルタを形成許容マージンを有することになる。従
って顔料を含むフィルタを安価な印刷技術によりセンサ
上にやはり安易に形成できる。

以上のように、フォトトランジスタからなる画素がマト
リクス状に配列された受光部と上記マトリクスの各行を
順次アクセスしていく走査回路とアクセススイッチから
なり、同一列に属する画素の工くツタが共通結線されて
出力ラインを列毎に形成し、同一行に属する画素のコレ
クタが基板と異なる型の半導体分離領域を共有しており
、上記共通コレクタを順次アクセスして前記列毎の出力
ラインから映像信号を得るイメージセンサであり、且つ
前記マトリクス状に並んだ内の１列が遮光された画素か
らなる列とし、光に感応する画素列間のインターバルが
主走査方向の画素間インターバルに等しく保ったまま前
記遮光された画素列の出力と他の光感応する、画素列を
他の光感応する画素列の間に入るように配置すると共に
、この遮光された画素列の出力との差動をとることによ
り、チップ面積の増大を招くことなくアクセススイッチ
切り換え時に生じるスパイクノイズの少ない映像信号を
得ることができる。更にはセンサ上にフィルタ形成する
際の形成位置ずれの許容誤差のマージンを大きくとれる
ので、安価な印刷技術により耐光性や耐熱性の強い顔料
を含むカラーフィルタを備えることにより安価で高性能
な密着型カラーイメージセンサを実現するこができる。

発明の効果 以上の説明で明らかなように、本発明によれば遮光した
画素列を、実効的なチップ面積の増加なしにセンサチッ
、プ内に設けることができるので、アクセススイッチ切
り換え時に生じるスパイクノイズを抑制すると共に耐光
性や耐熱性を有する密着型カラーイメージセンサを安価
に実現でき、産業上の効果は大変大きい。

３ ４

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のイメージセンサの構成ブロック図、第
２図（ａ）及び（ｂ）は第１図に示した実施例における
イメージセンサの画素構造平面図及び断面図、第３図は
他の実施例におけるイメージセンサの画素構造平面図で
ある。 １・・・・・・走査回路、２・・・・・・アクセススイ
ッチ列、３・・・・・・フォトトランジスタ、４，５，
６，７．８・・・・・・映像信号出力端子、１４．２８
フオトトランジスタのエミッタ領域、１５．２９・・・
・・・フォトトランジスタのベース領域。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）フォトトランジスタからなる画素がマトリクス状
   に配列された受光部と上記マトリクスの各行を順次アク
   セスしていく走査回路とアクセススイッチからなり、同
   一列に属する画素のエミッタが共通結線されて出力ライ
   ンを列毎に形成し、同一行に属する画素のコレクタが基
   板と異なる型の半導体分離領域を共有しており、上記共
   通コレクタを順次アクセスして前記列毎の出力ラインか
   ら映像信号を得るイメージセンサであり、且つ前記マト
   リクス状に並んだ内の１列が遮光された画素からなる列
   で、この遮光された画素列の出力と他の光に感応する画
   素列の出力との差動をとることによりスパイクノイズの
   少ない映像信号を得るイメージセンサにおいて、前記遮
   光された画素列を他の光に感応する画素列の間に入るよ
   うに配置すると共に、光に感応する画素列間のインター
   バルが主走査方向の画素間インターバルに等しくなるよ
   うにしたことを特徴とするカラーイメージセンサ。
2. （２）光感応する画素列が３列であり、遮光された画素
   列が光感応す画素列間に１列ずつ合計２列配置されて、
   前記光感応する画素列の上に各列毎に色の異なるストラ
   イプフィルタを配置してカラー原稿の読み取りを可能に
   したことを特徴とする請求項（１）記載のカラーイメー
   ジセンサ。
3. （３）光感応する画素列が３列であり、遮光された画素
   列が光感応する画素列間２箇所の内１箇所に１列だけ配
   置されていて、前記光感応する画素列の上に各列毎に色
   の異なるストライプフィルタを配置してカラー原稿の読
   みとりを可能にしており、　光感応画素間インターバル
   を主走査方向画素間インターバルと等しく保ったまま、
   前記遮光した画素を挟み合わない２列の光感応画素列の
   フォトトランジスタ受光部面積を大きくし、これを光量
   の少ない波長領域光を読み取る画素列とすることを特徴
   とする請求項（１）記載のカラーイメージセンサ。
4. （４）顔料を含むフィルタを光感応画素列上に印刷技術
   により形成することを特徴とする請求項（２）記載のカ
   ラーイメージセンサ。
5. （５）顔料を含むフィルタを光感応画素列上に印刷技術
   により形成することを特徴とする請求項（３）記載のカ
   ラーイメージセンサ。