JPH10173868A - 固体撮像素子およびこれを備えた画像読取装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フルカラー読取り系で白黒画像を読み取る場
合、カラー画像を読み取る速度と同じ速度でしか読み取
れなかった。 【解決手段】 点順次型カラーリニアセンサにおいて、
第一，第二，第三色（例えば、Ｂ，Ｇ，Ｒ）の画素１１
Ｂ，１１Ｇ，１１Ｒが点順次に配列された感光画素列１
２の両側に、各色ごとに独立したシフトゲート１７Ｂ，
１７Ｇ，１７Ｒ，１８Ｂ，１８Ｇ，１８Ｒをピクセル単
位で設けるとともに、感光画素列１２の一方側に第一色
用として２本の転送レジスタ１３，１４を配置し、この
第一色用の転送レジスタ１３，１４のレジスタ段数を第
二，第三色用のそれの半分に設定した構造とし、白黒モ
ード時には２本の転送レジスタ１３，１４を用いてＢ，
Ｇ，Ｒの３色分の信号電荷を加算するとともに、信号電
荷を並列出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像素子およ
びこれを備えた画像読取装置に関し、特に点順次方式の
固体撮像素子およびこれを用いてカラー画像を読み取る
複写機やスキャナー等の画像読取装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、画像読取装置において、カラー原
稿を読み取る固体撮像素子としては、ＣＣＤ型あるいは
ＭＯＳ型のセンサ（光電変換素子）が直線状に多数配列
されてなる感光画素列上に、色フィルタをオンチップに
て形成するか、もしくは貼り合わせた構造のものが多く
用いられている。特に現在は、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ
（青）の３色の感光画素列を線順次に並べ、１色当たり
感光画素列の両側に２本の電荷転送部を配置して並列駆
動で高速性を確保する構成の３ライン型ＣＣＤリニアセ
ンサが主流になっている。この３ライン型ＣＣＤリニア
センサの構成の概略を図１２に示す。

【０００３】図１２において、Ｒ，Ｇ，Ｂの３本の感光
画素列１０１，１０２，１０３が並列に配置され、各感
光画素列１０１，１０２，１０３の両側には電荷転送部
（以下、転送レジスタと称する）１０４ｏ，１０４ｅ，
１０５ｏ，１０５ｅ，１０６ｏ，１０６ｅが配置されて
いる。また、Ｒの感光画素列１０１と転送レジスタ１０
４ｏ，１０４ｅの間にはシフトゲート１０７ｏ，１０７
ｅが、Ｇの感光画素列１０２と転送レジスタ１０５ｏ，
１０５ｏの間にはシフトゲート１０８ｏ，１０８ｅが、
Ｂの感光画素列１０３と転送レジスタ１０６ｏ，１０６
ｏの間にはシフトゲート１０９ｏ，１０９ｅがそれぞれ
設けられている。

【０００４】シフトゲート１０７ｏ，１０７ｅの各ゲー
ト電極には、シフトパルス発生回路１１０からシフトパ
ルスＳＨが印加され、これによりシフトゲート１０７ｏ
はＲの感光画素列１０１内の奇数（ｏｄｄ）番目の画素
（以下、単に奇数画素と称する）の信号電荷を転送レジ
スタ１０４ｏにシフトし、シフトゲート１０７ｅは偶数
（ｅｖｅｎ）番目の画素（以下、単に偶数画素と称す
る）の信号電荷を転送レジスタ１０４ｅにシフトする。
同様にして、シフトゲート１０８ｏ，１０８ｅはＧの感
光画素列１０２の奇数画素，偶数画素の各信号電荷を転
送レジスタ１０５ｏ，１０５ｅに、シフトゲート１０９
ｏ，１０９ｅはＢの感光画素列１０３の奇数画素，偶数
画素の各信号電荷を転送レジスタ１０６ｏ，１０６ｅに
それぞれシフトする。

【０００５】転送レジスタ１０４ｏ，１０４ｅ，１０５
ｏ，１０５ｅ，１０６ｏ，１０６ｅは、感光画素列１０
１，１０２，１０３の画素数と同じレジスタ段数の構成
となっており、各段ごとに例えば２層構造の転送電極を
有し、これら転送電極に対して水平転送パルス発生回路
１１１から２相の水平転送パルスφ１，φ２が印加され
ることにより、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。転送レジスタ１０４ｏ，１
０４ｅ，１０５ｏ，１０５ｅ，１０６ｏ，１０６ｅの各
々の転送先側の端部には、例えばフローティング・ディ
フュージョン・アンプ構成の電荷電圧変換部１１２ｏ，
１１２ｅ，１１３ｏ，１１３ｅ，１１４ｏ，１１４ｅが
設けられている。

【０００６】電荷電圧変換部１１２ｏ，１１２ｅ，１１
３ｏ，１１３ｅ，１１４ｏ，１１４ｅは、転送レジスタ
１０４ｏ，１０４ｅ，１０５ｏ，１０５ｅ，１０６ｏ，
１０６ｅによって順次転送されてくる信号電荷を信号電
圧に変換する。電荷電圧変換部１１２ｏ，１１２ｅの各
出力電圧は、出力アンプ１１５ｏ，１１５ｅを介してマ
ルチプレクサ１１８に供給される。同様に、電荷電圧変
換部１１３ｏ，１１３ｅの各出力電圧は出力アンプ１１
６ｏ，１１６ｅを介してマルチプレクサ１１９に、電荷
電圧変換部１１４ｏ，１１４ｅの各出力電圧は出力アン
プ１１７ｏ，１１７ｅを介してマルチプレクサ１２０に
それぞれ供給される。

【０００７】マルチプレクサ１１８，１１９，１２０
は、出力アンプ１１５ｏ，１１５ｅ，１１６ｏ，１１６
ｅ，１１７ｏ，１１７ｅを介してパラレルに供給される
奇数画素信号列および偶数画素信号列をシリアル変換
し、奇数画素信号および偶数画素信号が交互に連なる
Ｒ，Ｇ，Ｂ３色ののアナログ画像信号として出力する。
このＲ，Ｇ，Ｂのアナログ画像信号は、Ａ／Ｄ変換器１
２１，１２２，１２３でデジタル画像信号に変換されて
画像処理部１２４に供給される。画像処理部１２４で
は、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色間の色補正処理などの各種の信号
処理が行われる。

【０００８】しかしながら、上述した３ライン型ＣＣＤ
リニアセンサの場合には、Ｒ，Ｇ，Ｂの感光画素列１０
１，１０２，１０３が副走査方向において所定の間隔を
もって並置されていることに起因して、以下のような問
題がある。すなわち、 副走査方向の感光画素列１０１，１０２，１０３間の
ギャップに起因するカラーレジストレーションのずれ
を、メモリを用いた遅延回路によって補正する電気回路
が不可欠であるため、メモリコスト分だけコストが余分
にかかる。 複写機やフラットベット型スキャナでは、副走査方向
に機械的な走査を行う都合上振動等の外的要因が加わる
ため、色ずれ等の画質欠陥が生じやすい。 縮倍コピーで１％刻みの変化を走査速度で変えると
き、感光画素列１０１，１０２，１０３間のギャップ補
正量が見かけ上整数にならないポイントが多く、小数分
の２点間補間が必須となるが、このとき補間をかける色
がローパス効果でぼけるため、３色間のＭＴＦ(Modulat
ion Transfer Function;光学的伝達関数）に差が生じ、
やはり色ずれ等の画質劣化を引き起こす。

【０００９】そこで着目されているのが、Ｒ，Ｇ，Ｂの
各画素を主走査方向に繰り返して配列した構成の点順次
型ＣＣＤリニアセンサである。この点順次型ＣＣＤリニ
アセンサの構成の概略を図１３に示す。図１３におい
て、例えば図の左側からＢ，Ｇ，Ｒの順で各画素２０１
Ｂ，２０１Ｇ，２０１Ｒが点順次に繰り返し配列される
ことによって１本の感光画素列２０２が形成されてい
る。この感光画素列２０２において、点順次に配列され
たＢ，Ｇ，Ｒの３画素２０１Ｂ，２０１Ｇ，２０１Ｒが
１ピクセルを構成している。感光画素列２０２の図の下
側には１本の転送レジスタ２０３が、図の上側には２本
の転送レジスタ２０４，２０５がそれぞれ配置されてい
る。

【００１０】図１４に、感光画素列２０２における１ピ
クセル分の拡大図を示す。図１３から特に明らかなよう
に、感光画素列２０２と転送レジスタ２０３の間には、
Ｂの画素２０１Ｂの信号電荷を転送レジスタ２０３に読
み出すためのシフトゲート２０６が設けられている。感
光画素列２０２と転送レジスタ２０４の間には、Ｇ，Ｒ
の各画素２０１Ｇ，２０１Ｒの信号電荷を転送レジスタ
２０４に読み出すためのシフトゲート２０７，２０８が
設けられている。さらに、転送レジスタ２０４と転送レ
ジスタ２０５の間には、一旦転送レジスタ２０４に読み
出されたＧ，Ｒの各信号電荷のうち、Ｒの信号電荷を転
送レジスタ２０５にシフトするためのシフトゲート２０
９が設けられている。

【００１１】シフトゲート２０６〜２０９には、シフト
パルス発生回路２１０からシフトパルスＳＨが印加され
る。転送レジスタ２０３，２０４，２０５は、１ピクセ
ルにつき２段のレジスタ段数の構成となっており、各段
ごとに例えば２層構造の転送電極を有し、これら転送電
極に対して水平転送パルス発生回路２１１から２相の水
平転送パルスφ１，φ２が印加されることにより、Ｂ，
Ｇ，Ｒの各信号電荷を並行して水平転送する。転送レジ
スタ２０３，２０４，２０５の各々の転送先側の端部に
は、例えばフローティング・ディフュージョン・アンプ
構成の電荷電圧変換部２１２，２１３，２１４が設けら
れている。

【００１２】電荷電圧変換部２１２，２１３，２１４
は、転送レジスタ２０３，２０４，２０５によって順次
転送されてくるＢ，Ｇ，Ｒの信号電荷を信号電圧に変換
する。電荷電圧変換部２１２，２１３，２１４から出力
されるＢ，Ｇ，Ｒのアナログ画像信号は、出力アンプ２
１５，２１６，２１７を経た後Ａ／Ｄ変換器２１８，２
１９，２２０でデジタル画像信号に変換されて画像処理
部２２１に供給される。画像処理部２２１では、Ｒ，
Ｇ，Ｂの３色間の色補正処理などの各種の信号処理が行
われる。

【００１３】上述した点順次型ＣＣＤリニアセンサは、
感光画素列が１本のため、先述した３ライン型ＣＣＤリ
ニアセンサの場合のような問題は発生しない。しかしそ
の一方で、高速読取りが難しいという３ライン型ＣＣＤ
リニアセンサにはない点順次特有の問題が発生する。こ
れは、以下の理由に起因する。すなわち、 １色の画素サイズが単純に３ライン型の約１／３とな
り、画素の信号出力が減るため、ダイナミックレンジを
確保するためには読取り周期を長くせざるを得ない。 レイアウト上、３ライン型のように各色２本ずつ計６
本の転送レジスタを感光画素列の両側に配置することが
困難なため、１色当たり２並列出力でビデオレートを上
げることができない。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】これに対し、３ライン
型ＣＣＤリニアセンサおよび点順次型ＣＣＤリニアセン
サの各構造を併用したいわゆる３ライン‐点順次切り換
え方式のＣＣＤリニアセンサが提案されている（特開平
７−４６３７１号公報参照）。しかしながら、この方式
は、実際は、ＧとＲの組合せのみが点順次の感光画素列
からなり、Ｂについてはこの点順次の感光画素列とはギ
ャップをもって配置された感光画素列からなる実質的に
２ライン型ＣＣＤリニアセンサであることから、感光画
素列間のギャップに起因する３ライン型ＣＣＤリニアセ
ンサが持つ問題点〜を回避できるものではなく、ま
た転送レジスタは１色１本の構造しかとれないため、点
順次型ＣＣＤリニアセンサが持つ問題点についても回
避できるものではない。

【００１５】ところで、近年、複写機、スキャナー、プ
リンタ等のＯＡ機器のカラー化が進む一方で、白黒もそ
の廉価さからニーズが盛んであり、カラー／白黒兼用機
という要望がある。つまり、白黒原稿については従来の
アナログ複写機のように高速で読取り、カラー原稿につ
いては読取速度は遅くとも画質重視で読み取るというも
のである。この場合、読取りセンサとしては当然カラー
用でなくてはならず、高画質なフルカラー読取りを行う
際の制約が、高速読取りを行う場合の問題となる。すな
わち、カラー用のＣＣＤリニアセンサを使用して白黒画
像を読み取る場合にも、カラー画像を読み取る速度と同
じ速度でしか読み取れないため、白黒専用機並みの高速
読取りが実現できないことになる。

【００１６】そこで、本発明は、画質、コストの面で優
れた点順次方式の利点を損なわず、ダイナミックレンジ
およびビデオレートを向上させ、白黒読取り時の高速性
とカラー読取り時の高画質の両立を可能とした固体撮像
素子およびこれを備えた画像読取装置を提供することを
目的とする。

【００１７】

【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、光学像を色成分において選択的に通過させ、複数
色を一組として順次複数組配置された色フィルタと、こ
の色フィルタを通過した光学像を受光して電気信号に変
換する光電変換手段と、この光電変換手段により変換さ
れた色フィルタの一組の色に対応する電気信号の中の少
なくとも２つを合成する合成手段とを備えている。

【００１８】また、光電変換手段の一方側に配置され、
色フィルタの一組の色のうちの第一色に対応する信号電
荷をｎ（ｎ≧２）系統に分けて並列に転送する第一の転
送レジスタ（第一の出力部）と、光電変換手段の他方側
に配置され、色フィルタの一組の色のうちの第二色，第
三色に対応する信号電荷をそれぞれ並列に転送する第
二，第三の転送レジスタ（第二，第三の出力部）とを備
え、第一の転送レジスタにおいて電気信号を合成すると
ともに、そのレジスタ段数が第二および第三の転送レジ
スタのそれの１／ｎに設定されている。

【００１９】上記構成の固体撮像素子において、光電変
換手段により変換された色フィルタの一組の色に対応す
る電気信号の中の少なくとも２つを、合成手段によって
合成することで、色フィルタの一組の色のうちの一色に
対応する電気信号のみを取り出す場合よりも、信号出力
レベルが大きなものとなる。また、第一の転送レジスタ
がｎ系統の分けたの信号電荷を並列に出力するととも
に、そのレジスタ段数が第二および第三の転送レジスタ
のそれの１／ｎであることから、この第一の転送レジス
タにおける信号電荷の転送速度が、第二および第三の転
送レジスタのそれのｎ倍となる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しつつ詳細に説明する。

【００２１】図１は、本発明の一実施形態を示す概略構
成図である。図１において、フォトダイオード等の光電
変換素子からなる画素１１Ｂ，１１Ｇ，１１Ｒが点順次
に繰り返し配列されることによって１本の感光画素列１
２が形成されている。この感光画素列１２の各画素１１
Ｂ，１１Ｇ，１１Ｒ上には、光学像を色成分において選
択的に通過させ、複数色（本例では、Ｂ，Ｇ，Ｒの３
色）を一組とする色フィルタ（図示せず）が配されてい
る。

【００２２】この感光画素列１２において、点順次に配
列されたＢ，Ｇ，Ｒ３色分の画素１１Ｂ，１１Ｇ，１１
Ｒが１ピクセルを構成しており、図面には説明を簡単に
するために、一例として、８ピクセル分の構成を示して
いる。感光画素列１２の副走査方向（図の上下方向）の
両側には、ＣＣＤからなる転送レジスタが２本ずつ配置
されている。すなわち、感光画素列１２の図の下側に
は、Ｂ用として２系統の転送レジスタ１３，１４が、図
の上側にはＧ，Ｒ用として２本の転送レジスタ１５，１
６が配置されている。

【００２３】図２に、感光画素列１２における１ピクセ
ル分の拡大図を示す。図２から特に明らかなように、感
光画素列１２と転送レジスタ１３の間には、１ピクセル
内において画素単位で独立した３系統のシフトゲート１
７Ｂ，１７Ｇ，１７Ｒが設けられており、これらシフト
ゲート１７Ｂ，１７Ｇ，１７Ｒはピクセル間で各色ごと
に共通に構成されている。また、転送レジスタ１３，１
４側への信号電荷の読出しに関しては、後述するよう
に、奇数番目のピクセル（以下、単に奇数ピクセルと称
する）と偶数番目のピクセル（以下、単に偶数ピクセル
と称する）を交互に読み出すことから、奇数系統／偶数
系統ごとに共通になっている。すなわち、各色ごとに奇
数系統のシフトゲート１７Ｂｏ，１７Ｇｏ，１７Ｒｏと
偶数系統のシフトゲート１７Ｂｅ，１７Ｇｅ，１７Ｒｅ
の２系統の構成となっている。

【００２４】感光画素列１２と転送レジスタ１５の間に
も、１ピクセル内において画素単位で独立した３系統の
シフトゲート１８Ｂ，１８Ｇ，１８Ｒが、ピクセル間で
各色ごとに共通に設けられており、これらシフトゲート
１８Ｂ，１８Ｇ，１８Ｒはピクセル間で各色ごとに共通
に構成されている。ただし、シフトゲート１８Ｂについ
ては、後述するように、Ｂの画素１１Ｂの信号電荷を転
送レジスタ１３，１４側にのみ読み出すことになるの
で、省略しても構わない。また、転送レジスタ１３，１
４間およびシフトゲート１５，１６間に、シフトゲート
１９およびシフトゲート２０が設けられている。

【００２５】シフトゲート１７Ｂ，１７Ｇ，１７Ｒおよ
びシフトゲート１８Ｇ，１８Ｒの各ゲート電極には、シ
フトパルス発生回路２１から各系統（各色）ごとに適宜
シフトパルスが印加される。具体的には、シフトゲート
１７Ｂについては、奇数系統のシフトゲート１７Ｂｏと
偶数系統のシフトゲート１７Ｂｅに分かれていることか
ら、２系統のシフトパルスＳＨＢｏ，ＳＨＢｅが印加さ
れる。ただし、シフトゲート１８Ｂについては、Ｂの画
素１１Ｂの信号電荷をＧ，Ｂの転送レジスタ１５，１６
側に読み出すことはないので、シフトパルスＳＨＢｏ，
ＳＨＢｅは印加されない。

【００２６】また、Ｇ，Ｒの画素１１Ｂ，１１Ｒの各信
号電荷については、カラーモードと白黒（モノクロ）モ
ードで読み出し方が違うので、シフトゲート１７Ｇ，１
７Ｒおよびシフトゲート１８Ｇ，１８Ｒの各ゲート電極
には、２系統のシフトパルスＳＨＧ１，ＳＨＲ１および
シフトパルスＳＨＧ２，ＳＨＲ２がそれぞれ印加され
る。しかも、シフトゲート１７Ｇ，１７Ｒについては、
奇数系統のシフトゲート１７Ｇｏ，１７Ｂｏと偶数系統
のシフトゲート１７Ｂｅ，１７Ｂｅに分かれていること
から、２系統のシフトパルスＳＨＧ１ｏ，ＳＨＲ１ｏお
よびシフトパルスＳＨＧ１ｅ，ＳＨＲ１ｅがそれぞれ印
加される。シフトゲート１９，２０の各ゲート電極に
は、シフトパルス発生回路２１から共通のシフトパルス
ＳＴが印加される。

【００２７】上述のように、シフトゲートの各々に適宜
シフトパルスが印加されることにより、転送レジスタ１
３には、感光画素列１２内における奇数ピクセルのＢの
画素１１Ｂｏの信号電荷がシフトゲート１７Ｂを介して
読み出され、転送レジスタ１４には偶数ピクセルのＢの
画素１１Ｂｅの信号電荷がシフトゲート１７Ｂ、転送レ
ジスタ１３およびシフトゲート１９を介して読み出され
る。転送レジスタ１５には、感光画素列１２内における
全ピクセルのＧの画素１１Ｇの信号電荷がシフトゲート
１７Ｇを介して読み出される。また、転送レジスタ１６
には、感光画素列１２内における全ピクセルのＲの画素
１１Ｒの信号電荷がシフトゲート１７Ｒ、転送レジスタ
１５およびシフトゲート２０を介して読み出される。

【００２８】Ｂ用の２系統の転送レジスタ１３，１４
は、感光画素列１２のピクセル数と同じレジスタ段数、
即ち画素数の１／３のレジスタ段数の構成となってお
り、各段ごとに例えば２層構造の転送電極を有し、これ
ら転送電極に対して水平転送パルス発生回路２２から２
相の水平転送パルスφ１，φ２が印加されることによ
り、奇数ピクセルのＢの信号電荷と偶数ピクセルのＢの
信号電荷を並行して水平転送する。

【００２９】Ｇ，Ｒ用の転送レジスタ１５，１６は、１
ピクセルにつき２段、即ち画素数の２／３のレジスタ段
数の構成となっており、転送レジスタ１３，１４と同様
に、各段ごとに例えば２層構造の転送電極を有し、これ
ら転送電極に対して水平転送パルス発生回路２２から２
相の水平転送パルスφ１，φ２が印加されることによ
り、全ピクセルのＧの信号電荷とＲの信号電荷を並行し
て水平転送する。すなわち、転送レジスタ１５，１６の
レジスタ段数は、転送レジスタ１３，１４のそれに対し
２倍となっている。

【００３０】転送レジスタ１３，１４，１５，１６の各
々の転送先側の端部には、例えばフローティング・ディ
フュージョン・アンプ構成の電荷電圧変換部２３，２
４，２５，２６がそれぞれ設けられている。電荷電圧変
換部２３，２４は、転送レジスタ１３，１４によって順
次転送されてくる奇数ピクセルのＢの信号電荷と偶数ピ
クセルのＢの信号電荷をそれぞれ信号電圧に変換する。
電荷電圧変換部２５，２６は、転送レジスタ１５，１６
によって転送されてくるＧの信号電荷とＲの信号電荷を
それぞれ信号電圧に変換する。

【００３１】電荷電圧変換部２３，２４の各出力電圧は
出力アンプ２７，２８を介してマルチプレクサ２９に供
給される。マルチプレクサ２９は、出力アンプ２７，２
８を介してパラレルに供給される奇数ピクセルのＢの画
素信号列と偶数ピクセルのＢの画素信号列をシリアル変
換し、奇数ピクセルの画素信号と偶数ピクセルの画素信
号が交互に連なるＢのアナログ画像信号として出力す
る。

【００３２】このＢのアナログ画像信号は、Ａ／Ｄ変換
器３０でデジタル画像信号に変換されて画像処理部３１
に供給される。一方、電荷電圧変換部２５，２６から出
力されるＧ，Ｒのアナログ画像信号は、出力アンプ３
２，３３を経た後Ａ／Ｄ変換器３４，３５でデジタル画
像信号に変換されて画像処理部３１に供給される。画像
処理部３１では、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色間の色補正処理など
の各種の信号処理が行われる。

【００３３】図３に、図１のＸ‐Ｘ′矢視断面の断面構
造を示す。図３において、上述した感光画素列１２、転
送レジスタ１３，１４，１５，１６およびシフトゲート
１７（１７Ｂ，１７Ｇ，１７Ｒ），１８（１８Ｂ，１８
Ｇ，１８Ｒ），１９，２０は、Ｎ型半導体基板（Ｎｓｕ
ｂ）４１上のＰ型ウェル（Ｐｗｅｌｌ）４２に形成され
ている。感光画素１１（１１Ｂ，１１Ｇ，１１Ｒ）は、
ＮＰ接合のダイオードセンサであり、感度の向上および
暗電流の低減を図るため、基板表面側にＰ⁺ 不純物層を
付加した正孔蓄積構造を採っている。

【００３４】転送レジスタ１３，１４，１５，１６に対
応する部分の基板表面側にはＮ^- 不純物層が形成されて
いる。同様に、シフトゲート１９，２０に対応する部分
にもＮ^- 不純物層が形成されている。そして、転送レジ
スタ１３，１４，１５，１６の各転送電極（実際には、
２層構造）４３，４４，４５，４６には、ドライバ４
７，４８，４９，５０を介して水平転送パルスφ１／φ
２が印加される。また、シフトゲート１９，２０の各ゲ
ート電極５１，５２には、ドライバ５３，５４を介して
シフトパルスＳＴが印加される。図４に、Ｘ‐Ｘ′矢視
断面における各部のポテンシャルを示す。

【００３５】以上により、第一，第二，第三色（本例で
は、Ｂ，Ｇ，Ｒ）の画素１１Ｂ，１１Ｇ，１１Ｒが点順
次に配列され、３色それぞれのしかも副走査方向両側に
１個ずつ計６個の独立したシフトゲート１７Ｂ，１７
Ｇ，１７Ｒ，１８Ｂ，１８Ｇ，１８Ｒを有するととも
に、感光画素列１２に対してどちらか片側に第一色用と
して２本の転送レジスタ１３，１４を配置して並列出力
とし、この第一色用の転送レジスタ１３，１４のレジス
タ段数を第二，第三色用のそれに対して半分とした構造
の点順次型カラーリニアセンサが構成されている。

【００３６】次に、上記構成の本実施形態に係る点順次
型カラーリニアセンサを備えた画像読取装置について説
明する。図５は、当該画像読取装置の一例を示す概略構
成図である。

【００３７】図５において、光源６１および第一反射ミ
ラー６２を含むキャリッジ６３が副走査方向（図の左右
方向）に走査する。このとき、光源６１から発せられた
光が原稿台ガラス６４上に載置された原稿（図示せず）
を照射し、その反射光が第一反射ミラー、さらには第
二，第三反射ミラー６５，６６を経た後、結像レンズ６
７によって本実施形態に係る点順次型カラーリニアセン
サ（縮小型センサ）６８の撮像面上に結像される。この
カラーリニアセンサ６８の出力信号は、信号ケーブル６
９によって信号処理系に伝送される。なお、原稿台ガラ
ス６４の端部には白基準板７０が設けられている。

【００３８】次に、上記構成の画像読取装置における点
順次型カラーリニアセンサ６８のカラーモード時の動作
について、図６のタイミングチャートを用いて図７の動
作説明図を参照しつつ説明する。なお、図６において、
○印はＢの信号電荷、□印はＧの信号電荷、△印はＲの
信号電荷をそれぞれ示すものとする。また、Ｂのシフト
ゲート１７Ｂについては、シフトゲート１７Ｂｏ，１７
Ｂｅの２系統存在するが、説明を簡単にするために、い
ずれの場合にもシフトゲート１７Ｂとして説明するもの
とする。

【００３９】感光画素列１２において、期間ｔ０まで
に、Ｂ，Ｇ，Ｒの各画素１１Ｂ，１１Ｇ，１１Ｒで光電
変換が行われ、信号電荷の蓄積が完了する。この状態か
ら、シフトパルスＳＨＢｅおよびシフトパルスＳＨＲ２
が共に“Ｈ”レベルになり、これに同期して２相目の水
平転送パルスφ２も“Ｈ”レベルになると、偶数ピクセ
ルのＢの信号電荷のみがシフトゲート１７Ｂを介して転
送レジスタ１３の２相目のレジスタ段に読み出され、同
時に全ピクセルのＲの信号電荷がシフトゲート１８Ｒを
介して転送レジスタ１５に読み出される（期間ｔ１）。

【００４０】続いて、シフトパルスＳＴが“Ｈ”レベル
→“Ｌ”レベルと遷移し、これに同期して２相目の水平
転送パルスφ２が“Ｌ”レベル→“Ｈ”レベルと遷移す
ることにより、転送レジスタ１３に読み出された偶数ピ
クセルのＢの信号電荷および転送レジスタ１５に読み出
されたＲの信号電荷がシフトゲート１９およびシフトゲ
ート２０を介して転送レジスタ１４および転送レジスタ
１６にそれぞれシフトされる（期間ｔ２）。

【００４１】次に、２相目の水平転送パルスφ２が
“Ｈ”レベルの状態において、シフトパルスＳＨＢｏお
よびシフトパルスＳＨＧ２が共に“Ｈ”レベルになる
と、奇数ピクセルのＢの信号電荷のみがシフトゲート１
７Ｂを介して転送レジスタ１３に読み出され、同時に全
ピクセルのＧの信号電荷がシフトゲート１８Ｇを介して
転送レジスタ１５に読み出される（期間ｔ３）。このと
き、転送レジスタ１３においては、水平転送パルスφ２
が“Ｈ”レベルであることから、読み出された信号電荷
は１相目のレジスタ段を介して２相目のレジスタ段に蓄
積される。

【００４２】以上により、奇数ピクセルのＢの信号電荷
が転送レジスタ１３に、偶数ピクセルのＢの信号電荷が
転送レジスタ１４に、Ｇの全ピクセルの信号電荷が転送
レジスタ１５に、全ピクセルのＲの信号電荷が転送レジ
スタ１６にそれぞれ読み出されたことになる。以降、水
平転送期間ｔ４において、水平転送レジスタφ１，φ２
によって各転送レジスタ１３〜１６が転送駆動されるこ
とにより、各信号電荷が順次水平転送される。

【００４３】この水平転送において、Ｂ用の転送レジス
タ１３，１４のレジスタ段数がＧ，Ｒ用の転送レジスタ
１５，１６のそれの１／２であることから、奇数／偶数
ピクセルのＢの信号電荷の転送速度は、Ｇ，Ｒの信号電
荷のそれの２倍となる。そして、Ｂについては後段のマ
ルチプレクサ２９において、奇数の画素信号列と偶数の
画素信号列のパラレル画像信号が、奇数／偶数の各画素
信号が交互に連なるシリアル画像信号に戻され、Ｇ，Ｒ
の画像信号と共にＢ，Ｇ，Ｒ３色の画像信号としてＡ／
Ｄ変換部２９，３４，３５を介して画像処理部３１に供
給される。

【００４４】次に、白黒モード時の動作について、図８
のタイミングチャートを用いて図９の動作説明図を参照
しつつ説明する。なお、図９においても、図７の場合と
同様に、○印はＢの信号電荷、□印はＧの信号電荷、△
印はＲの信号電荷をそれぞれ示すものとする。また、●
印はＢ，Ｇ，Ｒ合成の信号電荷を示すものとする。この
白黒モードでは、Ｂ，Ｇ，Ｒの各信号電荷はＢ用の転送
レジスタ１３，１４側にのみ読み出され、かつこの２系
統の転送レジスタ１３，１４のみによって転送動作が行
われることになる。

【００４５】すなわち、感光画素列１２において、Ｂ，
Ｇ，Ｒの各画素１１Ｂ，１１Ｇ，１１Ｒで光電変換が行
われ（期間ｔ０）、信号電荷の蓄積が完了した状態か
ら、先ず、奇数系統のシフトパルスＳＨＢｏ，ＳＨＧ１
ｏ，ＳＨＲ１ｏが共に“Ｈ”レベルとなり、これに同期
して１相目の水平転送レジスタφ１が“Ｈ”レベルにな
ると、奇数ピクセルのＢ，Ｇ，Ｒの各信号電荷がシフト
ゲート１７Ｂ，１７Ｇ，１７Ｒを介して転送レジスタ１
３の１相目のレジスタ段に読み出され、ここで各ピクセ
ルごとにＢ，Ｇ，Ｒ３色分の信号電荷が合成される（期
間ｔ１）。

【００４６】続いて、シフトパルスＳＴが“Ｈ”レベル
→“Ｌ”レベルと遷移し、これに同期して１相目の水平
転送パルスφ１が“Ｌ”レベル→“Ｈ”レベルと遷移す
ることにより、転送レジスタ１３の１相目のレジスタ段
で合成された信号電荷がシフトゲート１９を介して転送
レジスタ１４の１相目のレジスタ段にピクセル単位でシ
フトされる（期間ｔ２）。

【００４７】次に、偶数系統の各色のシフトパルスＳＨ
Ｂｅ，ＳＨＧ１ｅ，ＳＨＲ１ｅが共に“Ｈ”レベルとな
り、これに同期して１相目の水平転送レジスタφ１が
“Ｌ”レベル、２相目の水平転送レジスタφ２が“Ｈ”
レベルになると、偶数ピクセルのＢ，Ｇ，Ｒの各信号電
荷がシフトゲート１７Ｂ，１７Ｇ，１７Ｒを介して転送
レジスタ１３の２相目のレジスタ段に読み出され、ここ
で各ピクセルごとにＢ，Ｇ，Ｒ３色分の信号電荷が合成
され、同時に水平転送レジスタ１４の１相目のレジスタ
段の信号電荷が２相目のレジスタ段に転送される（期間
ｔ３）。

【００４８】以上により、偶数ピクセルのＢ，Ｇ，Ｒの
各色の信号電荷が合成され、偶数画素の信号電荷として
転送レジスタ１３に、奇数ピクセルのＢ，Ｇ，Ｒの各色
の信号電荷が合成され、奇数画素の信号電荷として転送
レジスタ１４にそれぞれ読み出されたことになる。ここ
では、各色の信号電荷と呼んでいるが、信号電荷に色が
ある訳ではないので、結局、３色分の信号電荷がピクセ
ル単位で加算されたことになる。

【００４９】以降、水平転送期間ｔ４において、水平転
送レジスタφ１，φ２によって各転送レジスタ１３，１
４が転送駆動されることにより、奇数画素の信号電荷と
偶数画素の信号電荷が順次水平転送され、２並列出力と
して導出される。そして、後段のマルチプレクサ２９で
シリアル変換され、奇数／偶数の各画素信号が交互に連
なる白黒用画像信号としてＡ／Ｄ変換器３０を介して画
像処理部３１に供給される。

【００５０】ところで、タングステンランプ系の光源と
赤外カットフィルタと一般的なＢ，Ｇ，Ｒ色フィルタと
Ｓｉフォトダイオードを掛け合わせたときの総合的な光
波長に対する出力エネルギーは概ね図１０の特性図に示
すようになり、その積分量であるＢ，Ｇ，Ｒの信号出力
レベル比は１：３：２となる。ここで、白黒の読取りを
単純に最も信号量の多いＧで行えば、その出力は相対値
で“３”となる。

【００５１】これに対し、本実施形態では、Ｂ，Ｇ，Ｒ
の３色分の信号電荷を加算するようにしたことで、Ｂ，
Ｒの信号電荷を有効活用でき、そのトータルの相対電荷
量は約６とＧの信号電荷のみを用いた場合の２倍にな
る。このとき、Ｂ，Ｇ，Ｒそれぞれの入射光量に対する
出力の関係、即ちリニアリティは加算後も損なわれず、
白黒原稿の濃淡を階調再現できる。

【００５２】上述したように、第一，第二，第三色（例
えば、Ｂ，Ｇ，Ｒ）の画素１１Ｂ，１１Ｇ，１１Ｒが点
順次に配列された感光画素列１２を用い、その両側に各
色ごとに独立したシフトゲート１７Ｂ，１７Ｇ，１７
Ｒ，１８Ｂ，１８Ｇ，１８Ｒをピクセル単位で設けると
ともに、感光画素列１２の一方側に第一色用として２本
の転送レジスタ１３，１４を配置し、この第一色用の転
送レジスタ１３，１４のレジスタ段数を第二，第三色用
のそれの半分とした構造の点順次型カラーリニアセンサ
において、白黒モード時には２本の転送レジスタ１３，
１４を用いて信号電荷を並列出力するようにしたこと
で、画像の高速読取りが可能となり、しかもＢ，Ｇ，Ｒ
の３色分の信号電荷を加算するようにしたことで、大な
る信号出力レベルが得られる。

【００５３】ここで、図１３に示す従来例に係る点順次
型カラーリニアセンサの場合と、本実施形態に係る点順
次型カラーリニアセンサの場合のビデオレートおよび信
号出力レベルについて、表１（従来例）および表２（本
実施形態）にそれぞれ示す。なお、従来構造の点順次型
カラーリニアセンサでは、最も感度の高いＧの画素の信
号電荷を用いて白黒モードを実現した場合を考えるもの
とする。

【００５４】

【表１】

【００５５】

【表２】

【００５６】表１（従来例）と表２（本実施形態）の対
比から明らかなように、本実施形態によれば、白黒モー
ド時には、レジスタ段数が半分の２本の転送レジスタ１
３，１４を用いて信号電荷を並列出力として取り出し、
後段のマルチプレクサ２９でシリアル変換して２倍のビ
デオレートの出力を得ることで、このときのビデオレー
トが“２”となり、またＢ，Ｇ，Ｒの３色分の信号電荷
を加算したことで、信号出力レベルが“６”となり、ダ
イナミックレンジが確保され、かつ従来例の２倍の読取
速度の画像読取りが実現できる。

【００５７】なお、上記実施形態においては、第一色を
Ｂ、第二色をＧ、第三色をＲとした場合を例にとって説
明したが、白黒モード時にはこれら３色の信号電荷が最
終的に混合されることから、第一色〜第三色がそれぞれ
どの色でも同じ効果が得られることは言うまでもない。

【００５８】また、上記実施形態では、転送レジスタ１
３，１４側の読出し用のシフトゲートについて、各色ご
とに独立したシフトゲート１７Ｂ，１７Ｇ，１７Ｒを設
ける構成としたが、Ｇ，Ｒの各信号電荷は共にＢの信号
電荷と混合されることから、Ｇ，Ｒのシフトゲート１７
Ｇ，１７Ｒについては必ずしも独立して設ける必要はな
く、図１１に示すように、Ｇ，Ｒ用として共通のシフト
ゲート１７Ｇ／Ｒを設けた構成とすることも可能であ
る。

【００５９】さらに、上記実施形態においては、白黒モ
ード時に、Ｂ，Ｇ，Ｒ３色分の信号電荷を合成するとし
たが、これに限定されるものではなく、ＧとＢの２色
分、あるいはＧとＲの２色分の信号電荷を合成すること
によっても、Ｇ１色分の場合よりも信号出力レベルを増
大できる。すなわち、表２から明らかなように、ＧとＢ
の２色分合成の場合には信号出力レベルが“４”、Ｇと
Ｒの２色分合成の場合には信号出力レベルが“５”とな
る。

【００６０】またさらに、上記実施形態では、第一色
（本例では、Ｇ）の画素の信号電荷を奇数ピクセルおよ
び偶数ピクセルの２系統に分けて２本の転送レジスタ１
３，１４に読み出し、この２本の転送レジスタ１３，１
４によって並列出力する構成の場合について説明した
が、第一色の信号電荷を３系統以上に分けて３本以上の
転送レジスタに読み出し、３本以上の転送レジスタにっ
て並列出力するように構成することも可能である。これ
により、信号電荷の転送速度をさらに上げることができ
る。

【００６１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光学像を色成分において選択的に通過させ、複数色を一
組として順次複数組配置された色フィルタと、この色フ
ィルタを通過した光学像を受光して電気信号に変換する
光電変換手段とを有する固体撮像素子において、光電変
換手段により変換された色フィルタの一組の色に対応す
る電気信号の中の少なくとも２つを合成するようにした
ことで、色フィルタの一組の色のうちの一色に対応する
電気信号のみを取り出す場合よりも、信号出力レベルを
増大できるため、画質、コストに優れた点順次型の利点
を損なわずにダイナミックレンジを向上できる。

【００６２】また、光電変換手段の一方側に色フィルタ
の一組の色のうちの第一色に対応する信号電荷をｎ（ｎ
≧２）系統に分けて並列に転送する第一の転送レジスタ
を配置するとともに、その他方側に色フィルタの一組の
色のうちの第二色，第三色に対応する信号電荷をそれぞ
れ転送する第二，第三の転送レジスタを配置し、第一の
転送レジスタにおいて信号電荷を合成するとともに、そ
のレジスタ段数を第二および第三の転送レジスタのそれ
の１／ｎに設定したことで、第一の転送レジスタにおけ
る信号電荷の転送速度が、第二および第三の転送レジス
タのそれのｎ倍となるので、ビデオレートをも向上でき
る。

【００６３】本発明による画像読取装置においては、上
記構成の本発明に係る点順次型固体撮像素子を画像読取
りのためのセンサとして備えることで、白黒原稿の読取
り時には、ダイナミックレンジおよびビデオレートの向
上によって高い生産性が得られ、カラー画像の読取り時
には、点順次型固体撮像素子の利点である高い画質を維
持できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態を示す概略構成図であ
る。

【図２】 本実施形態に係る１ピクセル分の拡大図であ
る。

【図３】 図１のＸ‐Ｘ′矢視断面の断面構造図であ
る。

【図４】 Ｘ‐Ｘ′矢視断面のポテンシャル図である。

【図５】 本発明に係る画像読取装置の一例を示す概略
構成図である。

【図６】 カラーモード時のタイミングチャートであ
る。

【図７】 カラーモード時の動作説明図である。

【図８】 白黒モード時のタイミングチャートである。

【図９】 白黒モード時の動作説明図である。

【図１０】 光波長に対する出力エネルギーの特性図で
ある。

【図１１】 本実施形態の変形例を示す１ピクセル分の
拡大図である。

【図１２】 ３ライン型リニアセンサの従来例を示す概
略構成図である。

【図１３】 点順次型リニアセンサの従来例を示す概略
構成図である。

【図１４】 従来例に係る１ピクセル分の拡大図であ
る。

【符号の説明】

１１Ｂ，１１Ｇ，１１Ｒ Ｂ（青），Ｇ（緑），Ｒ
（赤）の画素 １２ 感光画素列 １３，１４，１５，１６ 転送レジスタ １７Ｂ，１７Ｇ，１７Ｒ，１８Ｂ，１８Ｇ，１８Ｒ，１
９，２０ 転送レジスタ ２１ シフトパルス発生回路 ２２ 水平転送パルス発生回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０４Ｎ 1/48 Ｈ０４Ｎ 1/46 Ａ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光学像を色成分において選択的に通過さ
   せ、複数色を一組として順次複数組配置された色フィル
   タと、 前記色フィルタを通過した光学像を受光して電気信号に
   変換する光電変換手段と、 前記光電変換手段により変換された前記色フィルタの一
   組の色に対応する電気信号の中の少なくとも２つを合成
   する合成手段とを備えることを特徴とする固体撮像素
   子。
2. 【請求項２】 前記光電変換手段の一方側に配置され、
   前記光電変換手段により変換された前記色フィルタの一
   組の色のうちの第一色に対応する電気信号をｎ（ｎ≧
   ２）系統に分けて並列に出力する第一の出力部と、 前記光電変換手段の他方側に配置され、前記光電変換手
   段により変換された前記色フィルタの一組の色のうちの
   第二色，第三色に対応する電気信号をそれぞれ並列に出
   力する第二，第三の出力部とを備えることを特徴とする
   請求項１記載の固体撮像素子。
3. 【請求項３】 前記合成手段は、前記第一の出力部にお
   いて電気信号を合成することを特徴とする請求項２記載
   の固体撮像素子。
4. 【請求項４】 前記第一，第二および第三の出力部は、
   前記光電変換手段から読み出された信号電荷を転送する
   転送レジスタからなり、 前記第一の出力部のレジスタ段数が前記第二および第三
   の出力部のレジスタ段数の１／ｎに設定されていること
   を特徴とする請求項２記載の固体撮像素子。
5. 【請求項５】 前記光電変換手段により変換された前記
   色フィルタの一組の色に対応する電気信号を少なくとも
   ２つに分離して出力するゲート部を有することを特徴と
   する請求項２記載の固体撮像素子。
6. 【請求項６】 前記ゲート部は、前記色フィルタの一組
   の各色に対応する電気信号を独立に出力することを特徴
   とする請求項５記載の固体撮像素子。
7. 【請求項７】 前記第一の出力部によって前記第一色に
   対応する電気信号を並列に出力し、かつ前記第二および
   第三の出力部によって前記第二色および第三色に対応す
   る電気信号を並列に出力するカラーモードと、 前記第一の出力部によって前記色フィルタの一組の色に
   対応する電気信号の中の少なくとも２つを合成して並列
   に出力する白黒モードとを有することを特徴とする請求
   項３記載の固体撮像素子。
8. 【請求項８】 画素が主走査方向に配置された請求項１
   〜請求項７のうちのいずか１に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光学像を前
   記固体撮像素子の撮像面に入射させる光学走査系とを備
   えることを特徴とする画像読取装置。