イメージセンサ、マルチチップ型イメージセンサ及び密着型イメージセンサ
【課題】 色間の感度差に起因する画質の低下を抑えるとともに、チップ面積の増大を抑える。
【解決手段】 それぞれＲ，Ｇ，Ｂのカラーフィルタを受光開口部上に設けた受光素子行を３行有し、そのうちのＧの受光素子行の受光素子の受光面積が残りのＢ，Ｒの受光素子行の受光素子の受光面積よりも大きく、かつ各々の受光素子行の受光素子の受光部重心が各受光素子行間で等間隔（間隔Ｑ）に配置されており、受光面積が大きい受光素子を有するＧの受光素子行がＲ，Ｇ，Ｂの受光素子行の両端の受光素子行には配置されず、中央の受光素子行に配置されている。
【解決手段】 それぞれＲ，Ｇ，Ｂのカラーフィルタを受光開口部上に設けた受光素子行を３行有し、そのうちのＧの受光素子行の受光素子の受光面積が残りのＢ，Ｒの受光素子行の受光素子の受光面積よりも大きく、かつ各々の受光素子行の受光素子の受光部重心が各受光素子行間で等間隔（間隔Ｑ）に配置されており、受光面積が大きい受光素子を有するＧの受光素子行がＲ，Ｇ，Ｂの受光素子行の両端の受光素子行には配置されず、中央の受光素子行に配置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光電変換装置に関わり、特に光電変換素子の受光部に設けられたカラーフィルタとを基板上に有するイメージセンサ、該イメージセンサを複数列状に配置してなるマルチチップ型イメージセンサ、密着型イメージセンサ及び画像読取装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から情報処理システムの分野ではライン状の画像読取装置として、従来の光学系を用いた縮尺系のラインセンサに対して、複数の半導体光センサをマルチチップ実装した、等倍系の密着型イメージセンサの開発が積極的に行なわれている。
【０００３】
近年、従来からのモノクロに加えてカラーセンサの要望が多くなってきた。
【０００４】
例えば、特許文献１にその構造が開示されている。図１４〜図１６に従来例として下記特許文献１に記載されたイメージセンサチップの等価回路図を示す。図１４はマルチチップ方式の半導体イメージセンサの概略図である。図１５は上記マルチチップ方式の半導体イメージセンサのＡ部拡大図である。図１６は上記マルチチップ方式の半導体イメージセンサを用いた光学系を示す構成図である。
【０００５】
図１４及び図１６において、１は原稿、２は所望の回路を配置した半導体イメージセンサ実装用の回路基板、Ｓ１〜Ｓｎはライン状に配列された半導体イメージセンサ、３はセルホックレンズアレイ（商品名、日本板硝子（株）製）、４は原稿照明用ＬＥＤアレイを示している。原稿照明用ＬＥＤアレイ４の替わりにＬＥＤと導光体との組み合わせもよく用いられる。
【０００６】
図１５において、５は半導体イメージセンサ上の受光開口部である。カラーセンサの場合、半導体イメージセンサ上の受光開口部５を3行にして、各行ごとに図１５に示したようにＲＥＤ、ＢＬＵＥ、ＧＲＥＥＮのカラーフィルタを順番に受光開口部上に配置して、同列のＲＥＤ、ＢＬＵＥ、ＧＲＥＥＮの各々１受光開口部づつの出力を持って、ひとつのカラー受光要素とするものである。各々の行は後の画像処理でＲＥＤ、ＢＬＵＥ、ＧＲＥＥＮの信号からひとつのカラー信号を容易に生成できるように、各々の行間Ｑ（副走査方向の受光開口部の重心の間隔）が主走査方向の受光開口部ピッチPと同じか、又は整数倍になるよう配置される。図１５は行間を主走査方向の受光開口部ピッチPの２倍（Ｑ＝２Ｐ）とした例である。
【０００７】
６は受光開口部で受けた光から生成される光信号を制御、出力するために半導体イメージセンサ上に配置された周辺回路ブロック（周辺回路部）である。
【０００８】
このマルチチップ方式の半導体イメージセンサは、縮小光学系が不要で小型化が可能な特徴を有しており、ファクシミリ、スキャナ等の画像処理装置に多く用いられている。
【０００９】
しかし図１５に示したように各行ともに受光開口部の面積が等しい場合は、ＬＥＤの発光特性やカラーフィルタの分光特性、受光素子の分光特性に応じて各色ごとに感度が異なるために、もっとも感度の低い色に対応する行の出力で画像の品質が決まってしまっていた。
【００１０】
かかる課題に対して、カラーフィルタの透過率に合わせて画素の受光面積を変えることが特許文献２に記載されている。
【特許文献１】特開平３−２８９８５５号公報
【特許文献２】特開平１１−１５０６２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、本発明者は画素の受光面積を変えた場合、受光面積を変える画素行（受光素子行）によっては、新たな課題を生ずることを見出した。
【００１２】
本発明の目的は、上記問題を解決もしくは低減するために感度に合わせて受光開口部の面積を調整（広げ又は縮小）し、さらに受光開口部の面積を調整することで生ずる課題をも解決しうるイメージセンサ、マルチチップ型イメージセンサ及び密着型イメージセンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のイメージセンサは、複数の受光素子と該受光素子上に設けられたカラーフィルタとを備えた受光素子行を少なくとも３行有し、そのうちの一つの受光素子行の受光素子の受光面積が、残りの受光素子行の受光素子の受光面積よりも大きく、かつ各々の受光素子行の受光素子の受光部重心が各受光素子行間で等間隔に配置されているイメージセンサにおいて、
受光素子の受光面積が大きい前記一つの受光素子行が、前記少なくとも３行の受光素子行の中で両端の行には配置されないことを特徴とするイメージセンサである。
【００１４】
また本発明のイメージセンサは、複数の受光素子と該受光素子上に設けられたカラーフィルタとを備えた受光素子行を少なくとも３行有し、そのうちの少なくとも一つの受光素子行の受光素子の受光面積が、残りの少なくとも二つの受光素子行の受光素子の受光面積よりも大きく、かつ各々の受光素子行の受光素子の受光部重心が各受光素子行間で等間隔に配置されているイメージセンサにおいて、
受光素子の受光面積が大きい前記少なくとも一つの受光素子行が、前記少なくとも３行の受光素子行の中で両端の行には配置されないことを特徴とするイメージセンサである。ここで、上記「受光素子の受光面積が大きい前記少なくとも一つの受光素子行が、前記少なくとも３行の受光素子行の中で両端の行には配置されない」の意味を具体的に例を挙げて説明する。例えばそれぞれ受光素子の受光面積がＳ１、Ｓ２、Ｓ３である受光素子行があるとすると、Ｓ１＞Ｓ２≧Ｓ3の場合には、受光素子の面積がＳ１である受光素子行が両端の行に配置されないことを意味し、それぞれ受光素子の受光面積がＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４である受光素子行があるとすると、Ｓ１≧Ｓ２＞Ｓ３≧Ｓ４の場合には、受光素子の面積がＳ１又は／及びＳ２である受光素子行が両端の行に配置されないことを意味する。
【００１５】
また本発明のイメージセンサは、複数の受光素子と該受光素子上に設けられたカラーフィルタとを備えた受光素子行を少なくとも３行有し、少なくとも３行の前記受光素子行の受光素子で生成された光信号を制御、出力するための周辺回路部を有し、
前記少なくとも３行の受光素子行のうちの一つの受光素子行の受光素子の受光面積が、残りの受光素子行の受光素子の受光面積よりも小さく、かつ各々の受光素子行の受光素子の受光部重心が各受光素子行間で等間隔に配置されているイメージセンサにおいて、
受光素子の受光面積が小さい前記一つの受光素子行が、前記少なくとも3行の受光素子行の中で周辺回路部配置側の端部の行に配置されたことを特徴とするイメージセンサである。
【００１６】
さらに本発明のイメージセンサは、複数の受光素子と該受光素子上に設けられたカラーフィルタとを備えた受光素子行を複数有し、各々の受光素子行の受光素子の受光部重心が各受光素子行間で等間隔に配置されているイメージセンサにおいて、
各受光素子ごとに各受光素子から電気信号を読み出す駆動回路部を有し、
前記複数の受光素子行の受光素子の並び方向のピッチをＬ、前記複数の受光素子行の並び方向のピッチをnL（ｎは正の整数）、前記駆動回路部の前記複数の受光素子行の並び方向の幅をk、前記複数の受光素子行のうち最も面積の大きい第１の受光開口部における、前記複数の受光素子行の並び方向の幅をａ、前記複数の受光素子行のうち次に面積の大きい第２の受光開口部における、前記複数の受光素子行の並び方向の幅をbとしたとき、
前記幅ａが以下の関係を満たすように設定されることを特徴とするイメージセンサである。
【００１７】
(a/2) + k + (b/2) ＝ nL
ここで、上記「前記幅ａが以下の関係を満たすように設定される」とは、幅ａが(a/2) + k + (b/2) ＝ nLに近い関係にある場合も含める意である。すなわち、製造上のバラツキ等を考慮して幅ａは上記関係式より求められる値より小さい値に設定される場合があり、本願ではかかる場合も「前記幅ａが以下の関係を満たすように設定」されたものとしてとらえるものとする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、色間の感度差に起因する画質の低下を抑えるとともに、チップ面積の増大を抑えることができる。
【００１９】
また本発明によれば、不要な波長域の光に対する光キャリアの発生を抑えることができ、混色の発生を抑え高画質のカラー画像が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
【００２１】
〔第１の実施形態〕
比較例との比較において本実施形態の構成について説明する。
【００２２】
受光素子行の受光開口部の面積を広げる場合に、主走査方向のピッチＰはイメージセンサの仕様で決まるので、副走査方向に面積を広げることで感度を向上させる。図１０は周辺回路ブロック近傍の受光開口部５（BLUE）の面積を広げた場合の比較例を図１５の一部と対比して示している。図１０に示すように、各行の行間Qが主走査方向の受光開口部ピッチＰと同じか、又は整数倍になるよう配置すると、面積を広げた分に応じて周辺回路ブロック６の配置を変えなくてはならず、結果として半導体イメージセンサのチップ面積増大を招き、チップコストの増加を招くことになる。
【００２３】
図１１は、面積を広げる行を半導体イメージセンサのチップ端部寄りに配置した場合の比較例を図１５の一部と対比して示している。図１１に示すように、面積を広げる行を半導体イメージセンサのチップ端部寄りに配置しても、図１０の場合と同様に各行の行間Qが主走査方向の受光開口部ピッチＰと同じか、又は整数倍になるよう配置すると、面積を広げた分に応じて半導体イメージセンサのチップ端部の位置を変えなくてはならず、結果として半導体イメージセンサのチップ面積増大を招き、チップコストの増加を招くことになる。
【００２４】
図１は本発明の第１の実施形態の構成を示す模式的平面図であり、隣接する二つの半導体イメージセンサの境界部拡大図を示している。マルチチップ方式の半導体イメージセンサの構成は既に図１４〜図１６を用いて説明したので説明を省略する。図１は行間を主走査方向の受光開口部ピッチPの２倍（Ｑ＝２Ｐ）とした例である。
【００２５】
本実施形態では、図１に示すように、面積を広げる行を３行のうち中央の行に配置することで、各々の行間Ｑ（副走査方向の受光開口部の重心の間隔）が主走査方向の受光開口部ピッチＰと同じか、又は整数倍になるよう配置してカラー信号の生成が容易になるという利点を保ちつつ、色間の感度差に起因する画質の低下という問題を解決もしくは低減することができる。
【００２６】
なお、各々の行間Ｑ（副走査方向の受光開口部の重心の間隔）が主走査方向の受光開口部ピッチＰと同じに設定する場合には、行間距離Ｑ（Ｑ＝Ｐ）の制約があるので、中央の行に配置する画素の受光開口部の面積を広げるのは限度があるが、本実施形態のように、各々の行間Ｑが主走査方向の受光開口部ピッチＰの整数倍になるよう配置すれば（Ｑ＝２Ｐ，３Ｐ，・・・）、行間ピッチを広くとることができ、その結果、受光開口部の長さを副走査方向に任意に長くして面積を増大することができる。
【００２７】
既に説明したように、受光開口部の面積は光源の発光特性やカラーフィルタの分光特性、受光素子の分光特性に応じて決められる。ここではＧＲＥＥＮの行の受光開口部の面積を大きくし、ＧＲＥＥＮの行を中心に配置しているが、受光開口部の面積が等しいときに感度が低くなる受光素子行がＲＥＤ又はＢＬＵＥである場合には、ＲＥＤ又はＢＬＵＥの行の受光開口部の面積を大きくし、ＲＥＤ又はＢＬＵＥの行を中心に配置すればよい。
【００２８】
〔第２の実施形態〕
比較例との比較において本実施形態の構成について説明する。
【００２９】
図３はもっとも面積の小さい受光開口部を半導体イメージセンサのチップ端部に配置した場合の比較例の構成を示している。図４は図３の半導体イメージセンサの断面模式図を示す。７は半導体基板、８はダイオードなどの受光素子、９は周辺回路ブロック６を形成するための半導体デバイス領域、１０は層間膜１１の上に形成された遮光層であり、遮光層の開口位置で受光開口部５が規定されている。１２はパッシベーション膜１３上に形成されたカラーフィルタである。
【００３０】
図４に示したように、一般にチップ端部はパターンの粗密や層構成が変化するところであるため、層間膜厚、及びパッシベーション膜厚が変化しやすい。結果として層間膜やパッシベーション膜の屈折率の違いにより起こる多重反射現象により生じる分光特性のリップルが、パッシベーション膜厚の違いにより異なる特性を示すため、チップ端部と中央寄りの部分とでは受光素子の分光特性が異なる。図３、図４に示したようにチップ端部にもっとも面積が小さい行を配置すると、膜厚が一定な部分に対して膜厚が変動している部分の比率が大きく受けてしまうため画質と著しく低下させる。また、チップ端部は端面からの迷光が入射しやすい箇所である。図４のLightは端面からの迷光を示している。端面からの迷光はカラーフィルタによりフィルタリングされていない光であるので混色の原因となる。チップ端部にもっとも面積の小さい行を配置することは混色に対しても大きく影響を受けることとなり、やはり画質を著しく悪化させることになる。
【００３１】
図２は本発明の第２の実施形態の構成を示す模式的平面図であり、隣接する二つの半導体イメージセンサの境界部拡大図を示している。マルチチップ方式の半導体イメージセンサの構成は既に図１４〜図１６を用いて説明したので説明を省略する。
【００３２】
本実施形態は各色ごとで受光開口部の面積を変えた場合である。もっとも面積の小さい受光開口部は図１５の場合より小さくした例を示している。第１の実施形態と同様にもっとも面積の大きい受光開口部の行を中央の行に配置し、周辺回路ブロック近傍にもっとも面積の小さい受光開口部の行を配置している。
【００３３】
本実施形態のように、もっとも面積の大きい行を中央に、もっとも面積の小さい行を周辺回路ブロック寄りに配置することで、第１の実施形態の効果に加えて、各行間Ｑを一定間隔に保ちつつ上記の課題を解決もしくは低減し、混色の発生を抑えた、良好な画質を得ることができる。
【００３４】
なお、図４に示したイメージセンサの断面構成は本実施形態以外の各実施形態においても基本的に同様な構成となっている。また、図４では遮光増１０を用いて受光素子の開口を画する場合を示したがこれに限るものではなく、例えばフォトダイオードの面積で規定してもよい（フォトダイオードの面積で受光素子の開口を画してもよいことは各実施形態において同様である。）。
【００３５】
〔第３の実施形態〕
図５は本発明の第３の実施形態の構成を示す模式的平面図であり、隣接する二つの半導体イメージセンサの境界部拡大図を示している。マルチチップ方式の半導体イメージセンサの構成は既に図１４〜図１６を用いて説明したので説明を省略する。本実施形態は受光開口部を４行設けた例である。近年色再現性を向上するために、従来のＲＥＤ、ＧＲＥＥＮ、ＢＬＵＥに加えて、例えばＧＲＥＥＮとＢＬＵＥの中間の分光特性を有する受光部を設ける例がある。また、別の例としてＲＥＤ、ＧＲＥＥＮ、ＢＬＵＥに加えて赤外光を受光する受光部を設けることで、赤外光を透過するか否かで被撮像体と被撮像体上のゴミとを判別して画像補正する例がある。本発明の第３の実施形態はこのような例に即したものである。本実施形態においても第１、第２の実施形態と同様の効果が得られるものである。
【００３６】
なおここでは、一つの受光素子行の受光面積が大きく、残りの受光素子行の受光面積が同じ場合について説明したが、４行の受光素子行の受光素子の受光面積がＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４としたとき、Ｓ１≧Ｓ２＞Ｓ３≧Ｓ４の場合には、受光素子の面積Ｓ３、Ｓ４の受光素子列を両端の行に配置し、受光素子の面積がＳ２の受光素子行も受光素子の面積がＳ１の受光素子行と同様に両端の行に配置されないように配置することが望ましい。
【００３７】
〔第４の実施形態〕
第４の実施形態は図１６に示したＬＥＤとしてＲＥＤ、ＧＲＥＥＮ、ＢＬＵＥの３色のＬＥＤを用いた例である。図６はＬＥＤの分光特性である。横軸が波長、縦軸は相対発光強度である。図７はカラーフィルタの分光特性も含めた受光素子の分光特性である。横軸は同じく波長、縦軸は相対感度である。図８は図６の前記ＬＥＤを光源とし図７の分光特性をもつ受光素子で撮像した半導体イメージセンサの出力である。
【００３８】
カラーフィルタに加えて光源として発光波長域の狭いＬＥＤを用いることで波長の選別性が増すものである。
【００３９】
既に説明したように、半導体イメージセンサの出力レベルはＬＥＤの発光特性やカラーフィルタの分光特性、受光素子の分光特性に応じて決まるものであるので、使用するＬＥＤがたとえば図６のようにＢＬＵＥ＞ＧＲＥＥＮ＞ＲＥＤのような発光強度を有する場合に図７のようなＢＬＵＥ＜ＧＲＥＥＮ＜ＲＥＤの感度特性を持つように受光開口部の面積を設計し、且つもっとも面積の大きくなる行を中央の行に配置することで、各行間Ｑを一定間隔に保ちつつ、図８のように、ＲＥＤ、ＧＲＥＥＮ、ＢＬＵＥの各色でバランスのとれた出力が得られる。
【００４０】
〔第５の実施形態〕
図９は本発明の第５の実施形態の平面図である。マルチチップ方式の半導体イメージセンサの構成は既に図１４〜図１６を用いて説明したので説明を省略する。同図において１４はフォトダイオードなどの受光素子で発生した光電荷を取り出すための駆動回路部である。駆動回路部１４は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）レジスタやＣＭＯＳソースフォロワアンプなどが配置され、受光素子部で発生した微小な光電荷を出力端子まで転送したり、電荷増幅したりといった機能を担うものである。
【００４１】
例えば、特開平11-112006号公報において、駆動回路部が電荷-電圧変換手段（ソースフォロアアンプ）、という例が開示されている。ここで図９に示すように、
主走査方向の受光開口部ピッチ（受光素子行の受光素子の並び方向のピッチ）：Ｌ
副走査方向の受光開口部ピッチ（受光素子行の並び方向のピッチ）：nL（ｎは正の整数；１，２，３・・・）
駆動回路部の受光素子行の並び方向の幅：k
もっとも面積の大きい受光開口部の受光素子行の並び方向の幅：a
ついで面積の大きい受光画素開口部の受光素子行の並び方向の幅：b
感度のバランスの最適解である面積比：r（＝a/b）
としたとき、もっとも面積の大きい受光開口部の幅aは以下の関係を満たすとき最大値をとることができる。したがって、幅ａは以下の関係を満たすように、又はほぼ以下の関係を満たすように設定することが望ましい。製造上のバラツキ等を考慮して幅ａは上記関係式より小さい値に設定してもよい。
【００４２】
【数１】
【００４３】
この式を整理すると、以下のようになる。
【００４４】
【数２】
【００４５】
たとえば、n=2、k=0、r=2だったとき、
【００４６】
【数３】
【００４７】
となる。上式の関係を満たすように受光開口部の幅を設定すれば、各行ごとの最適な感度比を保ちつつ、もっとも高い感度が得られるものである。
【００４８】
上記実施形態はＲＥＤ、ＧＲＥＥＮ、ＢＬＵＥ３色のカラーフィルタを３列に配置した場合を主に例にとり説明したがこれに限るものではなく、勿論補色フィルタの場合であっても本発明の配置をおこなえば同様の効果が得られる事はいうまでもない。
【００４９】
〔第６の実施形態〕
図１２、図１３に基づいて、本発明によるマルチチップ型イメージセンサをシートフィード式の原稿画像記録装置に適用した場合の一実施形態について詳述する。
【００５０】
図１２は、原稿画像を読み取る原稿画像読取装置の概略図である。
【００５１】
２０１は、密着型のイメージセンサ（以下“ＣＩＳ”とも呼ぶ）であり、マルチチップ型イメージセンサ（光電変換装置）２０２、セルフォックレンズ２０３、ＬＥＤアレイ２０４及びコンタクトガラス２０５から構成されている。
【００５２】
搬送ローラ２０６は、ＣＩＳ１の前後に配置されており、原稿を配置させるために使用される。コンタクトシート２０７は、原稿をＣＩＳ１に接触させる為に使用される。２１０は、制御回路であり、ＣＩＳ２０１からの信号の処理を行う。
【００５３】
原稿検知レバー２０８は、原稿が差し込まれたことを検知するためのレバーであり、原稿が差し込まれたことを検知すると、原稿検知レバー２０８が傾くことにより、原稿検知センサー２０９の出力が変化することにより、その状態を制御回路２１０内のＣＰＵ３１５（図１３）に伝達することにより、原稿が差し込まれたと判断して、原稿搬送ローラ２０６の駆動用モータ（図示せず）を駆動させることにより、原稿搬送を開始させ読み取り動作を行う。
【００５４】
図１３は、図１２の制御回路２１０を詳細に説明するための電気的構成を示すブロック図である。以下に図１３を用いて、その回路動作を説明する。
【００５５】
図１３において、３０１は密着型イメージセンサ（図１２のＣＩＳ２０１）であり、光源であるＬＥＤ３０２も一体化されており、図１２に示したＣＩＳ２０１のコンタクトガラス２０５上を原稿を搬送させながら、ＬＥＤ制御（ドライブ）回路３０３にて点灯させることにより、カラー画像を読み取ることが可能である。
【００５６】
ＡＭＰ３０４は、ＣＩＳ３０１より出力された信号を増幅させる増幅器であり、３０５はこの増幅出力のＡ／Ｄ変換を行って、例えば８ビットのディジタル出力を得るＡ／Ｄ変換器である。シェーディングＲＡＭ３０６は、キャリブレーション用のシートを予め読み取ることにより、シェーディング補正用のデータが記憶されており、シェーディング補正回路３０７は、前記シェーディングＲＡＭ３０６のデータに基づいて読み取られた画像信号のシェーディング補正を行う。ピーク検知回路３０８は、読み取られた画像データにおけるピーク値を、ライン毎に検知する回路であり、原稿の先端を検知する為に使用される。
【００５７】
ガンマ変換回路３０９は、ホストコンピュータより予め設定されたガンマーカーブに従って読み取られた画像データのガンマ変換を行う。
【００５８】
バッファＲＡＭ３１０は、実際の読み取り動作とホストコンピュータとの通信におけるタイミングを合せる為に、画像データを１次的に記憶させるためのＲＡＭであり、パッキング／バッファＲＡＭ制御回路３１１は、ホストコンピュータより予め設定された画像出力モード（２値、４ビット多値、８ビット多値、２４ビット多値）に従ったパッキング処理を行った後に、そのデータをバッファＲＡＭ３１０に書き込む処理と、インターフェース回路３１２にバッファＲＡＭ３１０から画像データを読み込んで出力させる。
【００５９】
インターフェース回路３１２は、パーソナルコンピュータなどの本実施形態に係る画像読み取り装置のホスト装置となる外部装置との間でコントロール信号の受容や画像信号の出力を行う。
【００６０】
３１５は、例えばマイクロコンピュータ形態のＣＰＵで有り、処理手順を格納したＲＯＭ３１５Ａ及び作業用のＲＡＭ３１５Ｂを有し、ＲＯＭ３１５Ａに格納された手順に従って、各部の制御を行う。
【００６１】
３１６は、例えば水晶発振器、３１４は、ＣＰＵ３１５の設定に応じて発振器３１６の出力を分周して動作の基準となる各種タイミング信号を発生するタイミング信号発生回路である。３１３は、インターフェース回路３１２を介して制御回路と接続される外部装置であり、外部装置の一例としてはパーソナルコンピュータ等が挙げられる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明はイメージセンサ、イメージセンサを複数列状に配置したマルチチップ型イメージセンサ、密着型イメージセンサ及び画像読取装置に適用される。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の光電変換装置の第１の実施形態の模式的平面図である。
【図２】本発明の光電変換装置の第２の実施形態の模式的平面図である。
【図３】比較例における半導体イメージセンサの模式的平面図である。
【図４】比較例における半導体イメージセンサの模式的断面図である。
【図５】本発明の光電変換装置の第３の実施形態の模式的平面図である。
【図６】本発明の光電変換装置の第４の実施形態を説明するためのＬＥＤの分光特性図である。
【図７】本発明の光電変換装置の第４の実施形態を説明するための受光素子の分光特性である。
【図８】本発明の光電変換装置の第４の実施形態を説明するための半導体イメージセンサ出力の分光特性である。
【図９】本発明の光電変換装置の第５の実施形態の模式的平面図である。
【図１０】比較例における半導体イメージセンサの模式的平面図である。
【図１１】他の比較例における半導体イメージセンサの模式的断面図である。
【図１２】原稿画像を読み取る原稿画像読取装置の概略図である。
【図１３】図１２の制御回路２１０を詳細に説明するための電気的構成を示すブロック図である。
【図１４】従来技術におけるマルチチップイメージセンサの概略平面図である。
【図１５】図１４の概略平面図のＡ部拡大図である。
【図１６】図１４のマルチチップイメージセンサを用いた光学系を示す構成図である。
【符号の説明】
【００６４】
１ 原稿
２ 半導体イメージセンサ実装用の回路基板
Ｓ1〜Ｓｎ 半導体イメージセンサ
３ セルホックレンズアレイ
４ ＬＥＤアレイ、もしくはＬＥＤと導光体
５ 受光開口部
６ 周辺回路ブロック
７ 半導体基板
８ 受光素子
９ 周辺回路ブロック６を形成するための半導体デバイス領域
１０ 遮光層
１１ 層間膜
１２ カラーフィルタ
１３ パッシベーション膜
１４ 光電荷取り出し部
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光電変換装置に関わり、特に光電変換素子の受光部に設けられたカラーフィルタとを基板上に有するイメージセンサに関するものである。
【０００２】
更に、該イメージセンサを複数列状に配置してなるマルチチップ型イメージセンサ、密着型イメージセンサ及び画像読取装置に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
従来から情報処理システムの分野ではライン状の画像読取装置として、従来の光学系を用いた縮尺系のラインセンサに対して、複数の半導体光センサをマルチチップ実装した、等倍系の密着型イメージセンサの開発が積極的に行なわれている。
【０００４】
近年は更に、従来からのモノクロに加えてカラーセンサの要望が多くなってきた。
【０００５】
例えば、特許文献１にその構造が開示されている。図１４〜図１６に、従来例として上記特許文献１に記載されたイメージセンサチップの等価回路図を示す。図１４はマルチチップ方式の半導体イメージセンサの概略図である。図１５は上記マルチチップ方式の半導体イメージセンサのＡ部拡大図である。図１６は上記マルチチップ方式の半導体イメージセンサを用いた光学系を示す構成図である。
【０００６】
図１４及び図１６において、１は原稿、２は所望の回路を配置した半導体イメージセンサ実装用の回路基板、Ｓ１〜Ｓｎはライン状に配列された半導体イメージセンサである。更に、３はセルホックレンズアレイ（商品名、日本板硝子（株）製）、４は原稿照明用ＬＥＤアレイを示している。原稿照明用ＬＥＤアレイ４の替わりにＬＥＤと導光体との組み合わせもよく用いられる。
【０００７】
図１５において、５は半導体イメージセンサ上の受光開口部である。カラーセンサの場合、半導体イメージセンサ上の受光開口部５を3行にして、各行ごとに図１５に示したようにＲＥＤ、ＢＬＵＥ、ＧＲＥＥＮのカラーフィルタを順番に受光開口部上に配置している。同列のＲＥＤ、ＢＬＵＥ、ＧＲＥＥＮの各々１受光開口部づつの出力を持って、ひとつのカラー受光要素とするものである。各々の行は後の画像処理でＲＥＤ、ＢＬＵＥ、ＧＲＥＥＮの信号からひとつのカラー信号を容易に生成できるように、各々の行間Ｑ（副走査方向の受光開口部の重心の間隔）が主走査方向の受光開口部ピッチPと同じか、又は整数倍になるよう配置される。図１５は行間を主走査方向の受光開口部ピッチPの２倍（Ｑ＝２Ｐ）とした例である。
【０００８】
６は受光開口部で受けた光から生成される光信号を制御、出力するために半導体イメージセンサ上に配置された周辺回路ブロック（周辺回路部）である。
【０００９】
このマルチチップ方式の半導体イメージセンサは、縮小光学系が不要で小型化が可能な特徴を有しており、ファクシミリ、スキャナ等の画像処理装置に多く用いられている。
【００１０】
しかし図１５に示したように各行ともに受光開口部の面積が等しい場合は、ＬＥＤの発光特性やカラーフィルタの分光特性、受光素子の分光特性に応じて各色ごとに感度が異なるために、もっとも感度の低い色に対応する行の出力で画像の品質が決まってしまっていた。
【００１１】
かかる課題に対して、カラーフィルタの透過率に合わせて画素の受光面積を変えることが特許文献２に記載されている。
【特許文献１】特開平３−２８９８５５号公報
【特許文献２】特開平１１−１５０６２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、本発明者は画素の受光面積を変えた場合、受光面積を変える画素行（受光素子行）によっては、新たな課題を生ずることを見出した。
【００１３】
本発明の目的は、上記問題を解決もしくは低減するために感度に合わせて受光開口部の面積を調整（広げ又は縮小）し、さらに受光開口部の面積を調整することで新たに生じる課題も解決しうるイメージセンサ、マルチチップ型イメージセンサ及び密着型イメージセンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明のイメージセンサは、
複数の受光素子と該受光素子上に設けられたカラーフィルタとを備えた受光素子行を少なくとも３行有し、そのうちの一つの受光素子行の受光素子の受光面積が、残りの受光素子行の受光素子の受光面積よりも大きく、かつ各々の受光素子行の受光素子の受光部重心が各受光素子行間で等間隔に配置されているイメージセンサにおいて、
受光素子の受光面積が大きい前記受光素子行の両側に、前記残りの受光素子行を配置したことを特徴とするイメージセンサである。
【００１５】
また本発明のイメージセンサは、
複数の受光素子と該受光素子上に設けられたカラーフィルタとを備えた受光素子行を少なくとも３行有し、そのうちの少なくとも一つの受光素子行の受光素子の受光面積が、残りの少なくとも二つの受光素子行の受光素子の受光面積よりも大きく、かつ各々の受光素子行の受光素子の受光部重心が各受光素子行間で等間隔に配置されているイメージセンサにおいて、
受光素子の受光面積が大きい前記少なくとも一つの受光素子行の両側に、前記残りの受光素子行を配置したことを特徴とするイメージセンサである。
【００１６】
ここで、上記「受光素子の受光面積が大きい前記少なくとも一つの受光素子行の両側に、前記残りの受光素子行を配置したこと」の意味を具体的に例を挙げて説明する。例えばそれぞれ受光素子の受光面積がＳ１、Ｓ２、Ｓ３である受光素子行があるとすると、Ｓ１＞Ｓ２≧Ｓ3の場合には、受光素子の面積がＳ１である受光素子行が両端の行に配置されないことを意味する。また、それぞれ受光素子の受光面積がＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４である受光素子行があるとすると、Ｓ１≧Ｓ２＞Ｓ３≧Ｓ４の場合には、受光素子の面積がＳ１又は／及びＳ２である受光素子行が両端の行に配置されないことを意味する。
【００１７】
また本発明のイメージセンサは、複数の受光素子と該受光素子上に設けられたカラーフィルタとを備えた受光素子行を少なくとも３行有し、少なくとも３行の前記受光素子行の受光素子で生成された光信号を制御、出力するための周辺回路部を有し、
前記少なくとも３行の受光素子行のうちの一つの受光素子行の受光素子の受光面積が、残りの受光素子行の受光素子の受光面積よりも小さく、かつ各々の受光素子行の受光素子の受光部重心が各受光素子行間で等間隔に配置されているイメージセンサにおいて、
受光素子の受光面積が小さい前記一つの受光素子行は、前記少なくとも3行の受光素子行の中で周辺回路部配置側の端部に配置されたことを特徴とするイメージセンサである。
【００１８】
さらに本発明のイメージセンサは、複数の受光素子と該受光素子上に設けられたカラーフィルタとを備えた受光素子行を複数有し、各々の受光素子行の受光素子の受光部重心が各受光素子行間で等間隔に配置されているイメージセンサにおいて、
各受光素子ごとに各受光素子から電気信号を読み出す駆動回路部を有し、
前記複数の受光素子行の受光素子の並び方向のピッチをＬ、前記複数の受光素子行の並び方向のピッチをnL（ｎは正の整数）、前記駆動回路部の前記複数の受光素子行の並び方向の幅をk、前記複数の受光素子行のうち最も面積の大きい第１の受光開口部における、前記複数の受光素子行の並び方向の幅をａ、前記複数の受光素子行のうち次に面積の大きい第２の受光開口部における、前記複数の受光素子行の並び方向の幅をbとしたとき、
前記幅ａが以下の関係を満たすように設定されることを特徴とするイメージセンサである。
【００１９】
(a/2) + k + (b/2) ＝ nL
ここで、上記「前記幅ａが以下の関係を満たすように設定される」とは、幅ａが(a/2) + k + (b/2) ＝ nLに近い関係にある場合も含める意である。すなわち、製造上のバラツキ等を考慮して幅ａは上記関係式より求められる値より小さい値に設定される場合があり、本願ではかかる場合も「前記幅ａが以下の関係を満たすように設定」されたものとしてとらえるものとする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、色間の感度差に起因する画質の低下を抑えるとともに、チップ面積の増大を抑えることができる。
【００２１】
また本発明によれば、不要な波長域の光に対する光キャリアの発生を抑えることができ、混色の発生を抑え高画質のカラー画像が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
【００２３】
〔第１の実施形態〕
比較例との比較において本実施形態の構成について説明する。
【００２４】
受光素子行の受光開口部の面積を広げる場合に、主走査方向のピッチＰはイメージセンサの仕様で決まるので、副走査方向に面積を広げることで感度を向上させる。図１０は周辺回路ブロック近傍の受光開口部５（BLUE）の面積を広げた場合の比較例を図１５の一部と対比して示している。図１０に示すように、各行の行間Qが主走査方向の受光開口部ピッチＰと同じか、又は整数倍になるよう配置すると、面積を広げた分に応じて周辺回路ブロック６の配置を変えなくてはならない。その結果として、半導体イメージセンサのチップ面積増大を招き、チップコストの増加を招くことになる。
【００２５】
図１１は、面積を広げる行を半導体イメージセンサのチップ端部寄りに配置した場合の比較例を図１５の一部と対比して示している。図１１に示すように、図１０の場合と同様に各行の行間Qが主走査方向の受光開口部ピッチＰと同じか、又は整数倍になるよう配置している。その場合、面積を広げた分に応じて半導体イメージセンサのチップ端部の位置を変えなくてはならない。その結果として、半導体イメージセンサのチップ面積増大を招き、チップコストの増加を招くことになる。
【００２６】
図１は本発明の第１実施形態の構成を示す模式的平面図であり、隣接する二つの半導体イメージセンサにおける境界部の拡大図を示している。マルチチップ方式の半導体イメージセンサの構成は既に図１４〜図１６を用いて説明したので説明を省略する。図１は行間を主走査方向の受光開口部ピッチPの２倍（Ｑ＝２Ｐ）とした例である。
【００２７】
本実施形態では、図１に示すように、面積を広げる行を３行のうち中央の行に配置している。それにより、各々の行間Ｑ（副走査方向の受光開口部の重心の間隔）が主走査方向の受光開口部ピッチＰと同じか、又は整数倍になるよう配置してカラー信号の生成が容易になるという利点をそのまま有する。加えて、色間の感度差に起因する画質の低下という問題を解決もしくは低減することができる。
【００２８】
なお、各々の行間Ｑ（副走査方向の受光開口部の重心の間隔）が主走査方向の受光開口部ピッチＰと同じに設定する場合には、行間距離Ｑ（Ｑ＝Ｐ）の制約があるので、中央の行に配置する画素の受光開口部の面積を広げるのは限度がある。本実施形態のように、各々の行間Ｑが主走査方向の受光開口部ピッチＰの整数倍になるよう配置すれば（Ｑ＝２Ｐ，３Ｐ，・・・）、行間ピッチを広くとることができる。その結果、受光開口部の長さを副走査方向に任意に長くして面積を増大することができる。
【００２９】
既に説明したように、受光開口部の面積は光源の発光特性やカラーフィルタの分光特性、受光素子の分光特性に応じて決められる。ここではＧＲＥＥＮの行の受光開口部の面積を大きくし、ＧＲＥＥＮの行を中心に配置している。しかしながら、受光開口部の面積が等しいときに感度が低くなる受光素子行がＲＥＤ又はＢＬＵＥである場合には、ＲＥＤ又はＢＬＵＥの行の受光開口部の面積を大きくし、ＲＥＤ又はＢＬＵＥの行を中心に配置すればよい。
【００３０】
〔第２の実施形態〕
本実施形態の構成について説明する。
【００３１】
本実施形態は、３行からなる受光素子行毎に受光開口部の面積を全て変えた場合である。最も面積の小さい受光開口部は図１５の場合より小さくした例を示している。本実施形態においても、第１実施形態と同様にもっとも面積の大きい受光開口部を有する行を中央の行に配置している。
【００３２】
図２は、もっとも面積の小さい受光開口部を半導体イメージセンサのチップ端部に配置した場合の本実施形態の構成を示している。図３は図２の半導体イメージセンサの断面模式図を示す。７は半導体基板、８はダイオードなどの受光素子、９は周辺回路ブロック６を形成するための半導体デバイス領域、１０は層間膜１１の上に形成された遮光層である。遮光層の開口位置で受光開口部５が規定されている。１２はパッシベーション膜１３上に形成されたカラーフィルタである。
【００３３】
したがって、本実施形態においても上記の第１実施形態と同様の効果を有する。
【００３４】
しかしながら、図２に示した構成の場合、以下に記載した欠点を有する場合がある。
【００３５】
すなわち、図３に示したように、一般にチップ端部はパターンの粗密や層構成が変化するところであるため、層間膜厚、及びパッシベーション膜厚が変化しやすい。結果として層間膜やパッシベーション膜の屈折率の違いにより起こる多重反射現象により生じる分光特性のリップルが、パッシベーション膜厚の違いにより異なる特性を示す。したがって、チップ端部と中央寄りの部分とでは受光素子の分光特性が異なってしまう場合がある。図２、図３に示したようにチップ端部にもっとも面積が小さい受光開口部を有する行を配置すると、膜厚が一定な部分に対して膜厚が変動している部分の比率が大きく、その影響を大きく受けてしまうため画質を低下させる場合がある。また、チップ端部は端面からの迷光が入射しやすい箇所である。図４のLightは端面からの迷光を示している。端面からの迷光はカラーフィルタによりフィルタリングされていない光であるので混色の原因となる可能性がある。チップ端部にもっとも面積の小さい行を配置することは混色に対して影響を受ける可能性があり、画質を悪化させる場合がある。
【００３６】
図４は本発明の第２実施形態の他の構成を示す模式的平面図であり、隣接する二つの半導体イメージセンサの境界部拡大図を示している。マルチチップ方式の半導体イメージセンサの構成は既に図１４〜図１６を用いて説明したので説明を省略する。
【００３７】
図４の構成は、図２の構成と同様に、３行からなる受光素子行毎に受光開口部の面積を全て変えた場合である。しかしながら、周辺回路ブロック近傍にもっとも面積の小さい受光開口部の行を配置しているのが図２とは異なる。
【００３８】
図４の示す本実施形態では、第１の実施形態の効果に加えて、各行間Ｑを一定間隔に保ちつつ、図２の構成が有する上記の課題を解決もしくは低減し、混色の発生を抑えた、良好な画質を得ることができる。
【００３９】
なお、図３に示したイメージセンサの断面構成は本実施形態以外の各実施形態においても基本的に同様な構成となっている。また、図３では遮光増１０を用いて受光素子の開口を画する場合を示したがこれに限るものではない。例えばフォトダイオードの面積で規定してもよい（フォトダイオードの面積で受光素子の開口を画してもよいことは各実施形態において同様である。）。
【００４０】
〔第３の実施形態〕
図５は本発明の第３の実施形態の構成を示す模式的平面図であり、隣接する二つの半導体イメージセンサの境界部拡大図を示している。マルチチップ方式の半導体イメージセンサの構成は既に図１４〜図１６を用いて説明したので説明を省略する。本実施形態は受光開口部を有する受光素子行を４行設けた例である。近年色再現性を向上するために、従来のＲＥＤ、ＧＲＥＥＮ、ＢＬＵＥに加えて、例えばＧＲＥＥＮとＢＬＵＥの中間の分光特性を有する受光部を設ける例がある。また、別の例としてＲＥＤ、ＧＲＥＥＮ、ＢＬＵＥに加えて赤外光を受光する受光部を設けることで、赤外光を透過するか否かで被撮像体と被撮像体上のゴミとを判別して画像補正する例がある。本発明の第３の実施形態はこのような例に即したものである。本実施形態においても第１、第２の実施形態と同様の効果が得られるものである。
【００４１】
なお本実施形態では、一つの受光素子行の受光面積が大きく、残りの受光素子行の受光面積が同じ場合について説明した。仮に、４行の受光素子行の受光素子の受光面積をＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４として、Ｓ１≧Ｓ２＞Ｓ３≧Ｓ４となる場合を想定する。この場合は、受光素子の面積Ｓ３、Ｓ４の受光素子列を両端の行に配置し、受光素子の面積がＳ２の受光素子行も受光素子の面積がＳ１の受光素子行と同様に両端の行に配置されないように配置することが望ましい。
【００４２】
〔第４の実施形態〕
第４の実施形態は図６に示したＬＥＤとしてＲＥＤ、ＧＲＥＥＮ、ＢＬＵＥの３色のＬＥＤを用いた例である。図６はＬＥＤの分光特性である。横軸が波長、縦軸は相対発光強度である。図７はカラーフィルタの分光特性も含めた受光素子の分光特性である。横軸は同じく波長、縦軸は相対感度である。図８は図６の前記ＬＥＤを光源とし図７の分光特性をもつ受光素子で撮像した半導体イメージセンサの出力である。
【００４３】
カラーフィルタに加えて光源として発光波長域の狭いＬＥＤを用いることで波長の選別性が増すものである。
【００４４】
既に説明したように、半導体イメージセンサの出力レベルはＬＥＤの発光特性やカラーフィルタの分光特性、受光素子の分光特性に応じて決まる。したがって、使用するＬＥＤがたとえば図６のようにＢＬＵＥ＞ＧＲＥＥＮ＞ＲＥＤのような発光強度を有する場合に図７のようなＢＬＵＥ＜ＧＲＥＥＮ＜ＲＥＤの感度特性を持つように受光開口部の面積を設計する。そして、開口部面積の最も大きい行を中央の行に配置することで、各行間Ｑを一定間隔に保ちつつ、図８のように、ＲＥＤ、ＧＲＥＥＮ、ＢＬＵＥの各色でバランスのとれた出力が得られる。
【００４５】
〔第５の実施形態〕
図９は本発明の第５の実施形態の平面図である。マルチチップ方式の半導体イメージセンサの構成は既に図１４〜図１６を用いて説明したので説明を省略する。同図において１４はフォトダイオードなどの受光素子で発生した光電荷を取り出すための駆動回路部である。駆動回路部１４は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）レジスタやＣＭＯＳソースフォロワアンプなどが配置され、受光素子部で発生した微小な光電荷を出力端子まで転送したり、電荷増幅したりといった機能を担うものである。
【００４６】
例えば、特開平11-112006号公報において、駆動回路部が電荷-電圧変換手段（ソースフォロアアンプ）、という例が開示されている。ここで図９に示すように、
主走査方向の受光開口部ピッチ（同じ受光素子行の受光素子の並び方向のピッチ）：Ｌ
副走査方向の受光開口部ピッチ（受光素子行の並び方向のピッチ）：nL（ｎは正の整数；１，２，３・・・）
駆動回路部の受光素子行の並び方向の幅：k
もっとも面積の大きい受光開口部の受光素子行の並び方向の幅：a
次に面積の大きい受光画素開口部の受光素子行の並び方向の幅：b
感度のバランスの最適解である面積比：r（＝a/b）
とする。
【００４７】
もっとも面積の大きい受光開口部の幅aは以下の関係を満たすとき最大値をとることができる。したがって、幅ａは以下の関係を満たすように、又はほぼ以下の関係を満たすように設定することが望ましい。製造上のバラツキ等を考慮して幅ａは上記関係式より小さい値に設定してもよい。
【００４８】
【数１】
この式を整理すると、以下のようになる。
【００４９】
【数２】
たとえば、n=2、k=0、r=2だったとき、
【００５０】
【数３】
となる。上式の関係を満たすように受光開口部の幅を設定すれば、各行ごとの最適な感度比を保ちつつ、もっとも高い感度が得られるものである。
【００５１】
上記実施形態はＲＥＤ、ＧＲＥＥＮ、ＢＬＵＥ３色のカラーフィルタを３列に配置した場合を主に例にとり説明したがこれに限るものではない。勿論補色フィルタの場合であっても本発明の配置をおこなえば同様の効果が得られる事はいうまでもない。
【００５２】
〔第６の実施形態〕
図１２、図１３に基づいて、本発明によるマルチチップ型イメージセンサをシートフィード式の原稿画像記録装置に適用した場合の一実施形態について詳述する。
【００５３】
図１２は、原稿画像を読み取る原稿画像読取装置の概略図である。
【００５４】
２０１は、密着型のイメージセンサ（以下"ＣＩＳ"とも呼ぶ）であり、マルチチップ型イメージセンサ（光電変換装置）２０２、セルフォックレンズ２０３、ＬＥＤアレイ２０４及びコンタクトガラス２０５から構成されている。
【００５５】
搬送ローラ２０６は、ＣＩＳ１の前後に配置されており、原稿を配置させるために使用される。コンタクトシート２０７は、原稿をＣＩＳ１に接触させる為に使用される。２１０は、制御回路であり、ＣＩＳ２０１からの信号の処理を行う。
【００５６】
原稿検知レバー２０８は、原稿が差し込まれたことを検知するためのレバーである。原稿が差し込まれると、原稿検知レバー２０８が傾く。原稿検知レバー２０８が傾くことにより、原稿検知センサ２０９の出力が変化することにより、その状態を制御回路２１０内のＣＰＵ３１５（図１３）に伝達することにより、原稿が差し込まれたと判断する。それによって、原稿搬送ローラ２０６の駆動用モータ（図示せず）を駆動させることにより、原稿搬送を開始させ読み取り動作を行う。
【００５７】
図１３は、図１２の制御回路２１０を詳細に説明するための電気的構成を示すブロック図である。以下に図１３を用いて、その回路動作を説明する。
【００５８】
図１３において、３０１は密着型イメージセンサ（図１２のＣＩＳ２０１）であり、光源であるＬＥＤ３０２も一体化されている。図１２に示したＣＩＳ２０１のコンタクトガラス２０５上を原稿を搬送させながら、ＬＥＤ制御（ドライブ）回路３０３にて点灯させることにより、カラー画像を読み取ることが可能である。
【００５９】
ＡＭＰ３０４は、ＣＩＳ３０１より出力された信号を増幅させる増幅器であり、３０５はこの増幅出力のＡ／Ｄ変換を行って、例えば８ビットのディジタル出力を得るＡ／Ｄ変換器である。シェーディングＲＡＭ３０６は、キャリブレーション用のシートを予め読み取ることにより、シェーディング補正用のデータが記憶されている。シェーディング補正回路３０７は、前記シェーディングＲＡＭ３０６のデータに基づいて読み取られた画像信号のシェーディング補正を行う。ピーク検知回路３０８は、読み取られた画像データにおけるピーク値を、ライン毎に検知する回路であり、原稿の先端を検知する為に使用される。
【００６０】
ガンマ変換回路３０９は、ホストコンピュータより予め設定されたガンマーカーブに従って読み取られた画像データのガンマ変換を行う。
【００６１】
バッファＲＡＭ３１０は、実際の読み取り動作とホストコンピュータとの通信におけるタイミングを合わせる為に、画像データを１次的に記憶させるためのＲＡＭである。パッキング／バッファＲＡＭ制御回路３１１は、ホストコンピュータより予め設定された画像出力モード（２値、４ビット多値、８ビット多値、２４ビット多値）に従ったパッキング処理を行う。更に、パッキング／バッファＲＡＭ制御回路３１１は、その後に、そのデータをバッファＲＡＭ３１０に書き込む処理と、インターフェース回路３１２にバッファＲＡＭ３１０から画像データを読み込んで出力させる処理を行う。
【００６２】
インターフェース回路３１２は、パーソナルコンピュータなどの本実施形態に係る画像読み取り装置のホスト装置となる外部装置との間でコントロール信号の受容や画像信号の出力を行う。
【００６３】
３１５は、例えばマイクロコンピュータ形態のＣＰＵで有り、処理手順を格納したＲＯＭ３１５Ａ及び作業用のＲＡＭ３１５Ｂを有し、ＲＯＭ３１５Ａに格納された手順に従って、各部の制御を行う。
【００６４】
３１６は、例えば水晶発振器、３１４は、ＣＰＵ３１５の設定に応じて発振器３１６の出力を分周して動作の基準となる各種タイミング信号を発生するタイミング信号発生回路である。３１３は、インターフェース回路３１２を介して制御回路と接続される外部装置であり、外部装置の一例としてはパーソナルコンピュータ等が挙げられる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明はイメージセンサ、イメージセンサを複数列状に配置したマルチチップ型イメージセンサ、密着型イメージセンサ及び画像読取装置に適用される。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の光電変換装置の第１実施形態の模式的平面図である。
【図２】本発明の光電変換装置の第２実施形態の模式的平面図である。
【図３】本発明の光電変換装置の第２実施形態の模式的断面図である。
【図４】本発明の光電変換装置の第２実施形態の他形態の模式的平面図である。
【図５】本発明の光電変換装置の第３実施形態の模式的平面図である。
【図６】本発明の光電変換装置の第４実施形態を説明するためのＬＥＤの分光特性図である。
【図７】本発明の光電変換装置の第４実施形態を説明するための受光素子の分光特性である。
【図８】本発明の光電変換装置の第４実施形態を説明するための半導体イメージセンサ出力の分光特性である。
【図９】本発明の光電変換装置の第５実施形態の模式的平面図である。
【図１０】比較例における半導体イメージセンサの模式的平面図である。
【図１１】他の比較例における半導体イメージセンサの模式的断面図である。
【図１２】原稿画像を読み取る原稿画像読取装置の概略図である。
【図１３】図１２の制御回路２１０を詳細に説明するための電気的構成を示すブロック図である。
【図１４】従来技術におけるマルチチップイメージセンサの概略平面図である。
【図１５】図１４の概略平面図のＡ部拡大図である。
【図１６】図１４のマルチチップイメージセンサを用いた光学系を示す構成図である。
【符号の説明】
【００６７】
１ 原稿
２ 半導体イメージセンサ実装用の回路基板
Ｓ1〜Sn 半導体イメージセンサ
３ セルホックレンズアレイ
４ ＬＥＤアレイ、もしくはＬＥＤと導光体
５ 受光開口部
６ 周辺回路ブロック
７ 半導体基板
８ 受光素子
９ 周辺回路ブロック６を形成するための半導体デバイス領域
１０ 遮光層
１１ 層間膜
１２ カラーフィルタ
１３ パッシベーション膜
１４ 光電荷取り出し部
【技術分野】
【０００１】
本発明は光電変換装置に関わり、特に光電変換素子の受光部に設けられたカラーフィルタとを基板上に有するイメージセンサ、該イメージセンサを複数列状に配置してなるマルチチップ型イメージセンサ、密着型イメージセンサ及び画像読取装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から情報処理システムの分野ではライン状の画像読取装置として、従来の光学系を用いた縮尺系のラインセンサに対して、複数の半導体光センサをマルチチップ実装した、等倍系の密着型イメージセンサの開発が積極的に行なわれている。
【０００３】
近年、従来からのモノクロに加えてカラーセンサの要望が多くなってきた。
【０００４】
例えば、特許文献１にその構造が開示されている。図１４〜図１６に従来例として下記特許文献１に記載されたイメージセンサチップの等価回路図を示す。図１４はマルチチップ方式の半導体イメージセンサの概略図である。図１５は上記マルチチップ方式の半導体イメージセンサのＡ部拡大図である。図１６は上記マルチチップ方式の半導体イメージセンサを用いた光学系を示す構成図である。
【０００５】
図１４及び図１６において、１は原稿、２は所望の回路を配置した半導体イメージセンサ実装用の回路基板、Ｓ１〜Ｓｎはライン状に配列された半導体イメージセンサ、３はセルホックレンズアレイ（商品名、日本板硝子（株）製）、４は原稿照明用ＬＥＤアレイを示している。原稿照明用ＬＥＤアレイ４の替わりにＬＥＤと導光体との組み合わせもよく用いられる。
【０００６】
図１５において、５は半導体イメージセンサ上の受光開口部である。カラーセンサの場合、半導体イメージセンサ上の受光開口部５を3行にして、各行ごとに図１５に示したようにＲＥＤ、ＢＬＵＥ、ＧＲＥＥＮのカラーフィルタを順番に受光開口部上に配置して、同列のＲＥＤ、ＢＬＵＥ、ＧＲＥＥＮの各々１受光開口部づつの出力を持って、ひとつのカラー受光要素とするものである。各々の行は後の画像処理でＲＥＤ、ＢＬＵＥ、ＧＲＥＥＮの信号からひとつのカラー信号を容易に生成できるように、各々の行間Ｑ（副走査方向の受光開口部の重心の間隔）が主走査方向の受光開口部ピッチPと同じか、又は整数倍になるよう配置される。図１５は行間を主走査方向の受光開口部ピッチPの２倍（Ｑ＝２Ｐ）とした例である。
【０００７】
６は受光開口部で受けた光から生成される光信号を制御、出力するために半導体イメージセンサ上に配置された周辺回路ブロック（周辺回路部）である。
【０００８】
このマルチチップ方式の半導体イメージセンサは、縮小光学系が不要で小型化が可能な特徴を有しており、ファクシミリ、スキャナ等の画像処理装置に多く用いられている。
【０００９】
しかし図１５に示したように各行ともに受光開口部の面積が等しい場合は、ＬＥＤの発光特性やカラーフィルタの分光特性、受光素子の分光特性に応じて各色ごとに感度が異なるために、もっとも感度の低い色に対応する行の出力で画像の品質が決まってしまっていた。
【００１０】
かかる課題に対して、カラーフィルタの透過率に合わせて画素の受光面積を変えることが特許文献２に記載されている。
【特許文献１】特開平３−２８９８５５号公報
【特許文献２】特開平１１−１５０６２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、本発明者は画素の受光面積を変えた場合、受光面積を変える画素行（受光素子行）によっては、新たな課題を生ずることを見出した。
【００１２】
本発明の目的は、上記問題を解決もしくは低減するために感度に合わせて受光開口部の面積を調整（広げ又は縮小）し、さらに受光開口部の面積を調整することで生ずる課題をも解決しうるイメージセンサ、マルチチップ型イメージセンサ及び密着型イメージセンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のイメージセンサは、複数の受光素子と該受光素子上に設けられたカラーフィルタとを備えた受光素子行を少なくとも３行有し、そのうちの一つの受光素子行の受光素子の受光面積が、残りの受光素子行の受光素子の受光面積よりも大きく、かつ各々の受光素子行の受光素子の受光部重心が各受光素子行間で等間隔に配置されているイメージセンサにおいて、
受光素子の受光面積が大きい前記一つの受光素子行が、前記少なくとも３行の受光素子行の中で両端の行には配置されないことを特徴とするイメージセンサである。
【００１４】
また本発明のイメージセンサは、複数の受光素子と該受光素子上に設けられたカラーフィルタとを備えた受光素子行を少なくとも３行有し、そのうちの少なくとも一つの受光素子行の受光素子の受光面積が、残りの少なくとも二つの受光素子行の受光素子の受光面積よりも大きく、かつ各々の受光素子行の受光素子の受光部重心が各受光素子行間で等間隔に配置されているイメージセンサにおいて、
受光素子の受光面積が大きい前記少なくとも一つの受光素子行が、前記少なくとも３行の受光素子行の中で両端の行には配置されないことを特徴とするイメージセンサである。ここで、上記「受光素子の受光面積が大きい前記少なくとも一つの受光素子行が、前記少なくとも３行の受光素子行の中で両端の行には配置されない」の意味を具体的に例を挙げて説明する。例えばそれぞれ受光素子の受光面積がＳ１、Ｓ２、Ｓ３である受光素子行があるとすると、Ｓ１＞Ｓ２≧Ｓ3の場合には、受光素子の面積がＳ１である受光素子行が両端の行に配置されないことを意味し、それぞれ受光素子の受光面積がＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４である受光素子行があるとすると、Ｓ１≧Ｓ２＞Ｓ３≧Ｓ４の場合には、受光素子の面積がＳ１又は／及びＳ２である受光素子行が両端の行に配置されないことを意味する。
【００１５】
また本発明のイメージセンサは、複数の受光素子と該受光素子上に設けられたカラーフィルタとを備えた受光素子行を少なくとも３行有し、少なくとも３行の前記受光素子行の受光素子で生成された光信号を制御、出力するための周辺回路部を有し、
前記少なくとも３行の受光素子行のうちの一つの受光素子行の受光素子の受光面積が、残りの受光素子行の受光素子の受光面積よりも小さく、かつ各々の受光素子行の受光素子の受光部重心が各受光素子行間で等間隔に配置されているイメージセンサにおいて、
受光素子の受光面積が小さい前記一つの受光素子行が、前記少なくとも3行の受光素子行の中で周辺回路部配置側の端部の行に配置されたことを特徴とするイメージセンサである。
【００１６】
さらに本発明のイメージセンサは、複数の受光素子と該受光素子上に設けられたカラーフィルタとを備えた受光素子行を複数有し、各々の受光素子行の受光素子の受光部重心が各受光素子行間で等間隔に配置されているイメージセンサにおいて、
各受光素子ごとに各受光素子から電気信号を読み出す駆動回路部を有し、
前記複数の受光素子行の受光素子の並び方向のピッチをＬ、前記複数の受光素子行の並び方向のピッチをnL（ｎは正の整数）、前記駆動回路部の前記複数の受光素子行の並び方向の幅をk、前記複数の受光素子行のうち最も面積の大きい第１の受光開口部における、前記複数の受光素子行の並び方向の幅をａ、前記複数の受光素子行のうち次に面積の大きい第２の受光開口部における、前記複数の受光素子行の並び方向の幅をbとしたとき、
前記幅ａが以下の関係を満たすように設定されることを特徴とするイメージセンサである。
【００１７】
(a/2) + k + (b/2) ＝ nL
ここで、上記「前記幅ａが以下の関係を満たすように設定される」とは、幅ａが(a/2) + k + (b/2) ＝ nLに近い関係にある場合も含める意である。すなわち、製造上のバラツキ等を考慮して幅ａは上記関係式より求められる値より小さい値に設定される場合があり、本願ではかかる場合も「前記幅ａが以下の関係を満たすように設定」されたものとしてとらえるものとする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、色間の感度差に起因する画質の低下を抑えるとともに、チップ面積の増大を抑えることができる。
【００１９】
また本発明によれば、不要な波長域の光に対する光キャリアの発生を抑えることができ、混色の発生を抑え高画質のカラー画像が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
【００２１】
〔第１の実施形態〕
比較例との比較において本実施形態の構成について説明する。
【００２２】
受光素子行の受光開口部の面積を広げる場合に、主走査方向のピッチＰはイメージセンサの仕様で決まるので、副走査方向に面積を広げることで感度を向上させる。図１０は周辺回路ブロック近傍の受光開口部５（BLUE）の面積を広げた場合の比較例を図１５の一部と対比して示している。図１０に示すように、各行の行間Qが主走査方向の受光開口部ピッチＰと同じか、又は整数倍になるよう配置すると、面積を広げた分に応じて周辺回路ブロック６の配置を変えなくてはならず、結果として半導体イメージセンサのチップ面積増大を招き、チップコストの増加を招くことになる。
【００２３】
図１１は、面積を広げる行を半導体イメージセンサのチップ端部寄りに配置した場合の比較例を図１５の一部と対比して示している。図１１に示すように、面積を広げる行を半導体イメージセンサのチップ端部寄りに配置しても、図１０の場合と同様に各行の行間Qが主走査方向の受光開口部ピッチＰと同じか、又は整数倍になるよう配置すると、面積を広げた分に応じて半導体イメージセンサのチップ端部の位置を変えなくてはならず、結果として半導体イメージセンサのチップ面積増大を招き、チップコストの増加を招くことになる。
【００２４】
図１は本発明の第１の実施形態の構成を示す模式的平面図であり、隣接する二つの半導体イメージセンサの境界部拡大図を示している。マルチチップ方式の半導体イメージセンサの構成は既に図１４〜図１６を用いて説明したので説明を省略する。図１は行間を主走査方向の受光開口部ピッチPの２倍（Ｑ＝２Ｐ）とした例である。
【００２５】
本実施形態では、図１に示すように、面積を広げる行を３行のうち中央の行に配置することで、各々の行間Ｑ（副走査方向の受光開口部の重心の間隔）が主走査方向の受光開口部ピッチＰと同じか、又は整数倍になるよう配置してカラー信号の生成が容易になるという利点を保ちつつ、色間の感度差に起因する画質の低下という問題を解決もしくは低減することができる。
【００２６】
なお、各々の行間Ｑ（副走査方向の受光開口部の重心の間隔）が主走査方向の受光開口部ピッチＰと同じに設定する場合には、行間距離Ｑ（Ｑ＝Ｐ）の制約があるので、中央の行に配置する画素の受光開口部の面積を広げるのは限度があるが、本実施形態のように、各々の行間Ｑが主走査方向の受光開口部ピッチＰの整数倍になるよう配置すれば（Ｑ＝２Ｐ，３Ｐ，・・・）、行間ピッチを広くとることができ、その結果、受光開口部の長さを副走査方向に任意に長くして面積を増大することができる。
【００２７】
既に説明したように、受光開口部の面積は光源の発光特性やカラーフィルタの分光特性、受光素子の分光特性に応じて決められる。ここではＧＲＥＥＮの行の受光開口部の面積を大きくし、ＧＲＥＥＮの行を中心に配置しているが、受光開口部の面積が等しいときに感度が低くなる受光素子行がＲＥＤ又はＢＬＵＥである場合には、ＲＥＤ又はＢＬＵＥの行の受光開口部の面積を大きくし、ＲＥＤ又はＢＬＵＥの行を中心に配置すればよい。
【００２８】
〔第２の実施形態〕
比較例との比較において本実施形態の構成について説明する。
【００２９】
図３はもっとも面積の小さい受光開口部を半導体イメージセンサのチップ端部に配置した場合の比較例の構成を示している。図４は図３の半導体イメージセンサの断面模式図を示す。７は半導体基板、８はダイオードなどの受光素子、９は周辺回路ブロック６を形成するための半導体デバイス領域、１０は層間膜１１の上に形成された遮光層であり、遮光層の開口位置で受光開口部５が規定されている。１２はパッシベーション膜１３上に形成されたカラーフィルタである。
【００３０】
図４に示したように、一般にチップ端部はパターンの粗密や層構成が変化するところであるため、層間膜厚、及びパッシベーション膜厚が変化しやすい。結果として層間膜やパッシベーション膜の屈折率の違いにより起こる多重反射現象により生じる分光特性のリップルが、パッシベーション膜厚の違いにより異なる特性を示すため、チップ端部と中央寄りの部分とでは受光素子の分光特性が異なる。図３、図４に示したようにチップ端部にもっとも面積が小さい行を配置すると、膜厚が一定な部分に対して膜厚が変動している部分の比率が大きく受けてしまうため画質と著しく低下させる。また、チップ端部は端面からの迷光が入射しやすい箇所である。図４のLightは端面からの迷光を示している。端面からの迷光はカラーフィルタによりフィルタリングされていない光であるので混色の原因となる。チップ端部にもっとも面積の小さい行を配置することは混色に対しても大きく影響を受けることとなり、やはり画質を著しく悪化させることになる。
【００３１】
図２は本発明の第２の実施形態の構成を示す模式的平面図であり、隣接する二つの半導体イメージセンサの境界部拡大図を示している。マルチチップ方式の半導体イメージセンサの構成は既に図１４〜図１６を用いて説明したので説明を省略する。
【００３２】
本実施形態は各色ごとで受光開口部の面積を変えた場合である。もっとも面積の小さい受光開口部は図１５の場合より小さくした例を示している。第１の実施形態と同様にもっとも面積の大きい受光開口部の行を中央の行に配置し、周辺回路ブロック近傍にもっとも面積の小さい受光開口部の行を配置している。
【００３３】
本実施形態のように、もっとも面積の大きい行を中央に、もっとも面積の小さい行を周辺回路ブロック寄りに配置することで、第１の実施形態の効果に加えて、各行間Ｑを一定間隔に保ちつつ上記の課題を解決もしくは低減し、混色の発生を抑えた、良好な画質を得ることができる。
【００３４】
なお、図４に示したイメージセンサの断面構成は本実施形態以外の各実施形態においても基本的に同様な構成となっている。また、図４では遮光増１０を用いて受光素子の開口を画する場合を示したがこれに限るものではなく、例えばフォトダイオードの面積で規定してもよい（フォトダイオードの面積で受光素子の開口を画してもよいことは各実施形態において同様である。）。
【００３５】
〔第３の実施形態〕
図５は本発明の第３の実施形態の構成を示す模式的平面図であり、隣接する二つの半導体イメージセンサの境界部拡大図を示している。マルチチップ方式の半導体イメージセンサの構成は既に図１４〜図１６を用いて説明したので説明を省略する。本実施形態は受光開口部を４行設けた例である。近年色再現性を向上するために、従来のＲＥＤ、ＧＲＥＥＮ、ＢＬＵＥに加えて、例えばＧＲＥＥＮとＢＬＵＥの中間の分光特性を有する受光部を設ける例がある。また、別の例としてＲＥＤ、ＧＲＥＥＮ、ＢＬＵＥに加えて赤外光を受光する受光部を設けることで、赤外光を透過するか否かで被撮像体と被撮像体上のゴミとを判別して画像補正する例がある。本発明の第３の実施形態はこのような例に即したものである。本実施形態においても第１、第２の実施形態と同様の効果が得られるものである。
【００３６】
なおここでは、一つの受光素子行の受光面積が大きく、残りの受光素子行の受光面積が同じ場合について説明したが、４行の受光素子行の受光素子の受光面積がＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４としたとき、Ｓ１≧Ｓ２＞Ｓ３≧Ｓ４の場合には、受光素子の面積Ｓ３、Ｓ４の受光素子列を両端の行に配置し、受光素子の面積がＳ２の受光素子行も受光素子の面積がＳ１の受光素子行と同様に両端の行に配置されないように配置することが望ましい。
【００３７】
〔第４の実施形態〕
第４の実施形態は図１６に示したＬＥＤとしてＲＥＤ、ＧＲＥＥＮ、ＢＬＵＥの３色のＬＥＤを用いた例である。図６はＬＥＤの分光特性である。横軸が波長、縦軸は相対発光強度である。図７はカラーフィルタの分光特性も含めた受光素子の分光特性である。横軸は同じく波長、縦軸は相対感度である。図８は図６の前記ＬＥＤを光源とし図７の分光特性をもつ受光素子で撮像した半導体イメージセンサの出力である。
【００３８】
カラーフィルタに加えて光源として発光波長域の狭いＬＥＤを用いることで波長の選別性が増すものである。
【００３９】
既に説明したように、半導体イメージセンサの出力レベルはＬＥＤの発光特性やカラーフィルタの分光特性、受光素子の分光特性に応じて決まるものであるので、使用するＬＥＤがたとえば図６のようにＢＬＵＥ＞ＧＲＥＥＮ＞ＲＥＤのような発光強度を有する場合に図７のようなＢＬＵＥ＜ＧＲＥＥＮ＜ＲＥＤの感度特性を持つように受光開口部の面積を設計し、且つもっとも面積の大きくなる行を中央の行に配置することで、各行間Ｑを一定間隔に保ちつつ、図８のように、ＲＥＤ、ＧＲＥＥＮ、ＢＬＵＥの各色でバランスのとれた出力が得られる。
【００４０】
〔第５の実施形態〕
図９は本発明の第５の実施形態の平面図である。マルチチップ方式の半導体イメージセンサの構成は既に図１４〜図１６を用いて説明したので説明を省略する。同図において１４はフォトダイオードなどの受光素子で発生した光電荷を取り出すための駆動回路部である。駆動回路部１４は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）レジスタやＣＭＯＳソースフォロワアンプなどが配置され、受光素子部で発生した微小な光電荷を出力端子まで転送したり、電荷増幅したりといった機能を担うものである。
【００４１】
例えば、特開平11-112006号公報において、駆動回路部が電荷-電圧変換手段（ソースフォロアアンプ）、という例が開示されている。ここで図９に示すように、
主走査方向の受光開口部ピッチ（受光素子行の受光素子の並び方向のピッチ）：Ｌ
副走査方向の受光開口部ピッチ（受光素子行の並び方向のピッチ）：nL（ｎは正の整数；１，２，３・・・）
駆動回路部の受光素子行の並び方向の幅：k
もっとも面積の大きい受光開口部の受光素子行の並び方向の幅：a
ついで面積の大きい受光画素開口部の受光素子行の並び方向の幅：b
感度のバランスの最適解である面積比：r（＝a/b）
としたとき、もっとも面積の大きい受光開口部の幅aは以下の関係を満たすとき最大値をとることができる。したがって、幅ａは以下の関係を満たすように、又はほぼ以下の関係を満たすように設定することが望ましい。製造上のバラツキ等を考慮して幅ａは上記関係式より小さい値に設定してもよい。
【００４２】
【数１】
【００４３】
この式を整理すると、以下のようになる。
【００４４】
【数２】
【００４５】
たとえば、n=2、k=0、r=2だったとき、
【００４６】
【数３】
【００４７】
となる。上式の関係を満たすように受光開口部の幅を設定すれば、各行ごとの最適な感度比を保ちつつ、もっとも高い感度が得られるものである。
【００４８】
上記実施形態はＲＥＤ、ＧＲＥＥＮ、ＢＬＵＥ３色のカラーフィルタを３列に配置した場合を主に例にとり説明したがこれに限るものではなく、勿論補色フィルタの場合であっても本発明の配置をおこなえば同様の効果が得られる事はいうまでもない。
【００４９】
〔第６の実施形態〕
図１２、図１３に基づいて、本発明によるマルチチップ型イメージセンサをシートフィード式の原稿画像記録装置に適用した場合の一実施形態について詳述する。
【００５０】
図１２は、原稿画像を読み取る原稿画像読取装置の概略図である。
【００５１】
２０１は、密着型のイメージセンサ（以下“ＣＩＳ”とも呼ぶ）であり、マルチチップ型イメージセンサ（光電変換装置）２０２、セルフォックレンズ２０３、ＬＥＤアレイ２０４及びコンタクトガラス２０５から構成されている。
【００５２】
搬送ローラ２０６は、ＣＩＳ１の前後に配置されており、原稿を配置させるために使用される。コンタクトシート２０７は、原稿をＣＩＳ１に接触させる為に使用される。２１０は、制御回路であり、ＣＩＳ２０１からの信号の処理を行う。
【００５３】
原稿検知レバー２０８は、原稿が差し込まれたことを検知するためのレバーであり、原稿が差し込まれたことを検知すると、原稿検知レバー２０８が傾くことにより、原稿検知センサー２０９の出力が変化することにより、その状態を制御回路２１０内のＣＰＵ３１５（図１３）に伝達することにより、原稿が差し込まれたと判断して、原稿搬送ローラ２０６の駆動用モータ（図示せず）を駆動させることにより、原稿搬送を開始させ読み取り動作を行う。
【００５４】
図１３は、図１２の制御回路２１０を詳細に説明するための電気的構成を示すブロック図である。以下に図１３を用いて、その回路動作を説明する。
【００５５】
図１３において、３０１は密着型イメージセンサ（図１２のＣＩＳ２０１）であり、光源であるＬＥＤ３０２も一体化されており、図１２に示したＣＩＳ２０１のコンタクトガラス２０５上を原稿を搬送させながら、ＬＥＤ制御（ドライブ）回路３０３にて点灯させることにより、カラー画像を読み取ることが可能である。
【００５６】
ＡＭＰ３０４は、ＣＩＳ３０１より出力された信号を増幅させる増幅器であり、３０５はこの増幅出力のＡ／Ｄ変換を行って、例えば８ビットのディジタル出力を得るＡ／Ｄ変換器である。シェーディングＲＡＭ３０６は、キャリブレーション用のシートを予め読み取ることにより、シェーディング補正用のデータが記憶されており、シェーディング補正回路３０７は、前記シェーディングＲＡＭ３０６のデータに基づいて読み取られた画像信号のシェーディング補正を行う。ピーク検知回路３０８は、読み取られた画像データにおけるピーク値を、ライン毎に検知する回路であり、原稿の先端を検知する為に使用される。
【００５７】
ガンマ変換回路３０９は、ホストコンピュータより予め設定されたガンマーカーブに従って読み取られた画像データのガンマ変換を行う。
【００５８】
バッファＲＡＭ３１０は、実際の読み取り動作とホストコンピュータとの通信におけるタイミングを合せる為に、画像データを１次的に記憶させるためのＲＡＭであり、パッキング／バッファＲＡＭ制御回路３１１は、ホストコンピュータより予め設定された画像出力モード（２値、４ビット多値、８ビット多値、２４ビット多値）に従ったパッキング処理を行った後に、そのデータをバッファＲＡＭ３１０に書き込む処理と、インターフェース回路３１２にバッファＲＡＭ３１０から画像データを読み込んで出力させる。
【００５９】
インターフェース回路３１２は、パーソナルコンピュータなどの本実施形態に係る画像読み取り装置のホスト装置となる外部装置との間でコントロール信号の受容や画像信号の出力を行う。
【００６０】
３１５は、例えばマイクロコンピュータ形態のＣＰＵで有り、処理手順を格納したＲＯＭ３１５Ａ及び作業用のＲＡＭ３１５Ｂを有し、ＲＯＭ３１５Ａに格納された手順に従って、各部の制御を行う。
【００６１】
３１６は、例えば水晶発振器、３１４は、ＣＰＵ３１５の設定に応じて発振器３１６の出力を分周して動作の基準となる各種タイミング信号を発生するタイミング信号発生回路である。３１３は、インターフェース回路３１２を介して制御回路と接続される外部装置であり、外部装置の一例としてはパーソナルコンピュータ等が挙げられる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明はイメージセンサ、イメージセンサを複数列状に配置したマルチチップ型イメージセンサ、密着型イメージセンサ及び画像読取装置に適用される。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の光電変換装置の第１の実施形態の模式的平面図である。
【図２】本発明の光電変換装置の第２の実施形態の模式的平面図である。
【図３】比較例における半導体イメージセンサの模式的平面図である。
【図４】比較例における半導体イメージセンサの模式的断面図である。
【図５】本発明の光電変換装置の第３の実施形態の模式的平面図である。
【図６】本発明の光電変換装置の第４の実施形態を説明するためのＬＥＤの分光特性図である。
【図７】本発明の光電変換装置の第４の実施形態を説明するための受光素子の分光特性である。
【図８】本発明の光電変換装置の第４の実施形態を説明するための半導体イメージセンサ出力の分光特性である。
【図９】本発明の光電変換装置の第５の実施形態の模式的平面図である。
【図１０】比較例における半導体イメージセンサの模式的平面図である。
【図１１】他の比較例における半導体イメージセンサの模式的断面図である。
【図１２】原稿画像を読み取る原稿画像読取装置の概略図である。
【図１３】図１２の制御回路２１０を詳細に説明するための電気的構成を示すブロック図である。
【図１４】従来技術におけるマルチチップイメージセンサの概略平面図である。
【図１５】図１４の概略平面図のＡ部拡大図である。
【図１６】図１４のマルチチップイメージセンサを用いた光学系を示す構成図である。
【符号の説明】
【００６４】
１ 原稿
２ 半導体イメージセンサ実装用の回路基板
Ｓ1〜Ｓｎ 半導体イメージセンサ
３ セルホックレンズアレイ
４ ＬＥＤアレイ、もしくはＬＥＤと導光体
５ 受光開口部
６ 周辺回路ブロック
７ 半導体基板
８ 受光素子
９ 周辺回路ブロック６を形成するための半導体デバイス領域
１０ 遮光層
１１ 層間膜
１２ カラーフィルタ
１３ パッシベーション膜
１４ 光電荷取り出し部
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光電変換装置に関わり、特に光電変換素子の受光部に設けられたカラーフィルタとを基板上に有するイメージセンサに関するものである。
【０００２】
更に、該イメージセンサを複数列状に配置してなるマルチチップ型イメージセンサ、密着型イメージセンサ及び画像読取装置に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
従来から情報処理システムの分野ではライン状の画像読取装置として、従来の光学系を用いた縮尺系のラインセンサに対して、複数の半導体光センサをマルチチップ実装した、等倍系の密着型イメージセンサの開発が積極的に行なわれている。
【０００４】
近年は更に、従来からのモノクロに加えてカラーセンサの要望が多くなってきた。
【０００５】
例えば、特許文献１にその構造が開示されている。図１４〜図１６に、従来例として上記特許文献１に記載されたイメージセンサチップの等価回路図を示す。図１４はマルチチップ方式の半導体イメージセンサの概略図である。図１５は上記マルチチップ方式の半導体イメージセンサのＡ部拡大図である。図１６は上記マルチチップ方式の半導体イメージセンサを用いた光学系を示す構成図である。
【０００６】
図１４及び図１６において、１は原稿、２は所望の回路を配置した半導体イメージセンサ実装用の回路基板、Ｓ１〜Ｓｎはライン状に配列された半導体イメージセンサである。更に、３はセルホックレンズアレイ（商品名、日本板硝子（株）製）、４は原稿照明用ＬＥＤアレイを示している。原稿照明用ＬＥＤアレイ４の替わりにＬＥＤと導光体との組み合わせもよく用いられる。
【０００７】
図１５において、５は半導体イメージセンサ上の受光開口部である。カラーセンサの場合、半導体イメージセンサ上の受光開口部５を3行にして、各行ごとに図１５に示したようにＲＥＤ、ＢＬＵＥ、ＧＲＥＥＮのカラーフィルタを順番に受光開口部上に配置している。同列のＲＥＤ、ＢＬＵＥ、ＧＲＥＥＮの各々１受光開口部づつの出力を持って、ひとつのカラー受光要素とするものである。各々の行は後の画像処理でＲＥＤ、ＢＬＵＥ、ＧＲＥＥＮの信号からひとつのカラー信号を容易に生成できるように、各々の行間Ｑ（副走査方向の受光開口部の重心の間隔）が主走査方向の受光開口部ピッチPと同じか、又は整数倍になるよう配置される。図１５は行間を主走査方向の受光開口部ピッチPの２倍（Ｑ＝２Ｐ）とした例である。
【０００８】
６は受光開口部で受けた光から生成される光信号を制御、出力するために半導体イメージセンサ上に配置された周辺回路ブロック（周辺回路部）である。
【０００９】
このマルチチップ方式の半導体イメージセンサは、縮小光学系が不要で小型化が可能な特徴を有しており、ファクシミリ、スキャナ等の画像処理装置に多く用いられている。
【００１０】
しかし図１５に示したように各行ともに受光開口部の面積が等しい場合は、ＬＥＤの発光特性やカラーフィルタの分光特性、受光素子の分光特性に応じて各色ごとに感度が異なるために、もっとも感度の低い色に対応する行の出力で画像の品質が決まってしまっていた。
【００１１】
かかる課題に対して、カラーフィルタの透過率に合わせて画素の受光面積を変えることが特許文献２に記載されている。
【特許文献１】特開平３−２８９８５５号公報
【特許文献２】特開平１１−１５０６２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、本発明者は画素の受光面積を変えた場合、受光面積を変える画素行（受光素子行）によっては、新たな課題を生ずることを見出した。
【００１３】
本発明の目的は、上記問題を解決もしくは低減するために感度に合わせて受光開口部の面積を調整（広げ又は縮小）し、さらに受光開口部の面積を調整することで新たに生じる課題も解決しうるイメージセンサ、マルチチップ型イメージセンサ及び密着型イメージセンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明のイメージセンサは、
複数の受光素子と該受光素子上に設けられたカラーフィルタとを備えた受光素子行を少なくとも３行有し、そのうちの一つの受光素子行の受光素子の受光面積が、残りの受光素子行の受光素子の受光面積よりも大きく、かつ各々の受光素子行の受光素子の受光部重心が各受光素子行間で等間隔に配置されているイメージセンサにおいて、
受光素子の受光面積が大きい前記受光素子行の両側に、前記残りの受光素子行を配置したことを特徴とするイメージセンサである。
【００１５】
また本発明のイメージセンサは、
複数の受光素子と該受光素子上に設けられたカラーフィルタとを備えた受光素子行を少なくとも３行有し、そのうちの少なくとも一つの受光素子行の受光素子の受光面積が、残りの少なくとも二つの受光素子行の受光素子の受光面積よりも大きく、かつ各々の受光素子行の受光素子の受光部重心が各受光素子行間で等間隔に配置されているイメージセンサにおいて、
受光素子の受光面積が大きい前記少なくとも一つの受光素子行の両側に、前記残りの受光素子行を配置したことを特徴とするイメージセンサである。
【００１６】
ここで、上記「受光素子の受光面積が大きい前記少なくとも一つの受光素子行の両側に、前記残りの受光素子行を配置したこと」の意味を具体的に例を挙げて説明する。例えばそれぞれ受光素子の受光面積がＳ１、Ｓ２、Ｓ３である受光素子行があるとすると、Ｓ１＞Ｓ２≧Ｓ3の場合には、受光素子の面積がＳ１である受光素子行が両端の行に配置されないことを意味する。また、それぞれ受光素子の受光面積がＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４である受光素子行があるとすると、Ｓ１≧Ｓ２＞Ｓ３≧Ｓ４の場合には、受光素子の面積がＳ１又は／及びＳ２である受光素子行が両端の行に配置されないことを意味する。
【００１７】
また本発明のイメージセンサは、複数の受光素子と該受光素子上に設けられたカラーフィルタとを備えた受光素子行を少なくとも３行有し、少なくとも３行の前記受光素子行の受光素子で生成された光信号を制御、出力するための周辺回路部を有し、
前記少なくとも３行の受光素子行のうちの一つの受光素子行の受光素子の受光面積が、残りの受光素子行の受光素子の受光面積よりも小さく、かつ各々の受光素子行の受光素子の受光部重心が各受光素子行間で等間隔に配置されているイメージセンサにおいて、
受光素子の受光面積が小さい前記一つの受光素子行は、前記少なくとも3行の受光素子行の中で周辺回路部配置側の端部に配置されたことを特徴とするイメージセンサである。
【００１８】
さらに本発明のイメージセンサは、複数の受光素子と該受光素子上に設けられたカラーフィルタとを備えた受光素子行を複数有し、各々の受光素子行の受光素子の受光部重心が各受光素子行間で等間隔に配置されているイメージセンサにおいて、
各受光素子ごとに各受光素子から電気信号を読み出す駆動回路部を有し、
前記複数の受光素子行の受光素子の並び方向のピッチをＬ、前記複数の受光素子行の並び方向のピッチをnL（ｎは正の整数）、前記駆動回路部の前記複数の受光素子行の並び方向の幅をk、前記複数の受光素子行のうち最も面積の大きい第１の受光開口部における、前記複数の受光素子行の並び方向の幅をａ、前記複数の受光素子行のうち次に面積の大きい第２の受光開口部における、前記複数の受光素子行の並び方向の幅をbとしたとき、
前記幅ａが以下の関係を満たすように設定されることを特徴とするイメージセンサである。
【００１９】
(a/2) + k + (b/2) ＝ nL
ここで、上記「前記幅ａが以下の関係を満たすように設定される」とは、幅ａが(a/2) + k + (b/2) ＝ nLに近い関係にある場合も含める意である。すなわち、製造上のバラツキ等を考慮して幅ａは上記関係式より求められる値より小さい値に設定される場合があり、本願ではかかる場合も「前記幅ａが以下の関係を満たすように設定」されたものとしてとらえるものとする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、色間の感度差に起因する画質の低下を抑えるとともに、チップ面積の増大を抑えることができる。
【００２１】
また本発明によれば、不要な波長域の光に対する光キャリアの発生を抑えることができ、混色の発生を抑え高画質のカラー画像が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
【００２３】
〔第１の実施形態〕
比較例との比較において本実施形態の構成について説明する。
【００２４】
受光素子行の受光開口部の面積を広げる場合に、主走査方向のピッチＰはイメージセンサの仕様で決まるので、副走査方向に面積を広げることで感度を向上させる。図１０は周辺回路ブロック近傍の受光開口部５（BLUE）の面積を広げた場合の比較例を図１５の一部と対比して示している。図１０に示すように、各行の行間Qが主走査方向の受光開口部ピッチＰと同じか、又は整数倍になるよう配置すると、面積を広げた分に応じて周辺回路ブロック６の配置を変えなくてはならない。その結果として、半導体イメージセンサのチップ面積増大を招き、チップコストの増加を招くことになる。
【００２５】
図１１は、面積を広げる行を半導体イメージセンサのチップ端部寄りに配置した場合の比較例を図１５の一部と対比して示している。図１１に示すように、図１０の場合と同様に各行の行間Qが主走査方向の受光開口部ピッチＰと同じか、又は整数倍になるよう配置している。その場合、面積を広げた分に応じて半導体イメージセンサのチップ端部の位置を変えなくてはならない。その結果として、半導体イメージセンサのチップ面積増大を招き、チップコストの増加を招くことになる。
【００２６】
図１は本発明の第１実施形態の構成を示す模式的平面図であり、隣接する二つの半導体イメージセンサにおける境界部の拡大図を示している。マルチチップ方式の半導体イメージセンサの構成は既に図１４〜図１６を用いて説明したので説明を省略する。図１は行間を主走査方向の受光開口部ピッチPの２倍（Ｑ＝２Ｐ）とした例である。
【００２７】
本実施形態では、図１に示すように、面積を広げる行を３行のうち中央の行に配置している。それにより、各々の行間Ｑ（副走査方向の受光開口部の重心の間隔）が主走査方向の受光開口部ピッチＰと同じか、又は整数倍になるよう配置してカラー信号の生成が容易になるという利点をそのまま有する。加えて、色間の感度差に起因する画質の低下という問題を解決もしくは低減することができる。
【００２８】
なお、各々の行間Ｑ（副走査方向の受光開口部の重心の間隔）が主走査方向の受光開口部ピッチＰと同じに設定する場合には、行間距離Ｑ（Ｑ＝Ｐ）の制約があるので、中央の行に配置する画素の受光開口部の面積を広げるのは限度がある。本実施形態のように、各々の行間Ｑが主走査方向の受光開口部ピッチＰの整数倍になるよう配置すれば（Ｑ＝２Ｐ，３Ｐ，・・・）、行間ピッチを広くとることができる。その結果、受光開口部の長さを副走査方向に任意に長くして面積を増大することができる。
【００２９】
既に説明したように、受光開口部の面積は光源の発光特性やカラーフィルタの分光特性、受光素子の分光特性に応じて決められる。ここではＧＲＥＥＮの行の受光開口部の面積を大きくし、ＧＲＥＥＮの行を中心に配置している。しかしながら、受光開口部の面積が等しいときに感度が低くなる受光素子行がＲＥＤ又はＢＬＵＥである場合には、ＲＥＤ又はＢＬＵＥの行の受光開口部の面積を大きくし、ＲＥＤ又はＢＬＵＥの行を中心に配置すればよい。
【００３０】
〔第２の実施形態〕
本実施形態の構成について説明する。
【００３１】
本実施形態は、３行からなる受光素子行毎に受光開口部の面積を全て変えた場合である。最も面積の小さい受光開口部は図１５の場合より小さくした例を示している。本実施形態においても、第１実施形態と同様にもっとも面積の大きい受光開口部を有する行を中央の行に配置している。
【００３２】
図２は、もっとも面積の小さい受光開口部を半導体イメージセンサのチップ端部に配置した場合の本実施形態の構成を示している。図３は図２の半導体イメージセンサの断面模式図を示す。７は半導体基板、８はダイオードなどの受光素子、９は周辺回路ブロック６を形成するための半導体デバイス領域、１０は層間膜１１の上に形成された遮光層である。遮光層の開口位置で受光開口部５が規定されている。１２はパッシベーション膜１３上に形成されたカラーフィルタである。
【００３３】
したがって、本実施形態においても上記の第１実施形態と同様の効果を有する。
【００３４】
しかしながら、図２に示した構成の場合、以下に記載した欠点を有する場合がある。
【００３５】
すなわち、図３に示したように、一般にチップ端部はパターンの粗密や層構成が変化するところであるため、層間膜厚、及びパッシベーション膜厚が変化しやすい。結果として層間膜やパッシベーション膜の屈折率の違いにより起こる多重反射現象により生じる分光特性のリップルが、パッシベーション膜厚の違いにより異なる特性を示す。したがって、チップ端部と中央寄りの部分とでは受光素子の分光特性が異なってしまう場合がある。図２、図３に示したようにチップ端部にもっとも面積が小さい受光開口部を有する行を配置すると、膜厚が一定な部分に対して膜厚が変動している部分の比率が大きく、その影響を大きく受けてしまうため画質を低下させる場合がある。また、チップ端部は端面からの迷光が入射しやすい箇所である。図４のLightは端面からの迷光を示している。端面からの迷光はカラーフィルタによりフィルタリングされていない光であるので混色の原因となる可能性がある。チップ端部にもっとも面積の小さい行を配置することは混色に対して影響を受ける可能性があり、画質を悪化させる場合がある。
【００３６】
図４は本発明の第２実施形態の他の構成を示す模式的平面図であり、隣接する二つの半導体イメージセンサの境界部拡大図を示している。マルチチップ方式の半導体イメージセンサの構成は既に図１４〜図１６を用いて説明したので説明を省略する。
【００３７】
図４の構成は、図２の構成と同様に、３行からなる受光素子行毎に受光開口部の面積を全て変えた場合である。しかしながら、周辺回路ブロック近傍にもっとも面積の小さい受光開口部の行を配置しているのが図２とは異なる。
【００３８】
図４の示す本実施形態では、第１の実施形態の効果に加えて、各行間Ｑを一定間隔に保ちつつ、図２の構成が有する上記の課題を解決もしくは低減し、混色の発生を抑えた、良好な画質を得ることができる。
【００３９】
なお、図３に示したイメージセンサの断面構成は本実施形態以外の各実施形態においても基本的に同様な構成となっている。また、図３では遮光増１０を用いて受光素子の開口を画する場合を示したがこれに限るものではない。例えばフォトダイオードの面積で規定してもよい（フォトダイオードの面積で受光素子の開口を画してもよいことは各実施形態において同様である。）。
【００４０】
〔第３の実施形態〕
図５は本発明の第３の実施形態の構成を示す模式的平面図であり、隣接する二つの半導体イメージセンサの境界部拡大図を示している。マルチチップ方式の半導体イメージセンサの構成は既に図１４〜図１６を用いて説明したので説明を省略する。本実施形態は受光開口部を有する受光素子行を４行設けた例である。近年色再現性を向上するために、従来のＲＥＤ、ＧＲＥＥＮ、ＢＬＵＥに加えて、例えばＧＲＥＥＮとＢＬＵＥの中間の分光特性を有する受光部を設ける例がある。また、別の例としてＲＥＤ、ＧＲＥＥＮ、ＢＬＵＥに加えて赤外光を受光する受光部を設けることで、赤外光を透過するか否かで被撮像体と被撮像体上のゴミとを判別して画像補正する例がある。本発明の第３の実施形態はこのような例に即したものである。本実施形態においても第１、第２の実施形態と同様の効果が得られるものである。
【００４１】
なお本実施形態では、一つの受光素子行の受光面積が大きく、残りの受光素子行の受光面積が同じ場合について説明した。仮に、４行の受光素子行の受光素子の受光面積をＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４として、Ｓ１≧Ｓ２＞Ｓ３≧Ｓ４となる場合を想定する。この場合は、受光素子の面積Ｓ３、Ｓ４の受光素子列を両端の行に配置し、受光素子の面積がＳ２の受光素子行も受光素子の面積がＳ１の受光素子行と同様に両端の行に配置されないように配置することが望ましい。
【００４２】
〔第４の実施形態〕
第４の実施形態は図６に示したＬＥＤとしてＲＥＤ、ＧＲＥＥＮ、ＢＬＵＥの３色のＬＥＤを用いた例である。図６はＬＥＤの分光特性である。横軸が波長、縦軸は相対発光強度である。図７はカラーフィルタの分光特性も含めた受光素子の分光特性である。横軸は同じく波長、縦軸は相対感度である。図８は図６の前記ＬＥＤを光源とし図７の分光特性をもつ受光素子で撮像した半導体イメージセンサの出力である。
【００４３】
カラーフィルタに加えて光源として発光波長域の狭いＬＥＤを用いることで波長の選別性が増すものである。
【００４４】
既に説明したように、半導体イメージセンサの出力レベルはＬＥＤの発光特性やカラーフィルタの分光特性、受光素子の分光特性に応じて決まる。したがって、使用するＬＥＤがたとえば図６のようにＢＬＵＥ＞ＧＲＥＥＮ＞ＲＥＤのような発光強度を有する場合に図７のようなＢＬＵＥ＜ＧＲＥＥＮ＜ＲＥＤの感度特性を持つように受光開口部の面積を設計する。そして、開口部面積の最も大きい行を中央の行に配置することで、各行間Ｑを一定間隔に保ちつつ、図８のように、ＲＥＤ、ＧＲＥＥＮ、ＢＬＵＥの各色でバランスのとれた出力が得られる。
【００４５】
〔第５の実施形態〕
図９は本発明の第５の実施形態の平面図である。マルチチップ方式の半導体イメージセンサの構成は既に図１４〜図１６を用いて説明したので説明を省略する。同図において１４はフォトダイオードなどの受光素子で発生した光電荷を取り出すための駆動回路部である。駆動回路部１４は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）レジスタやＣＭＯＳソースフォロワアンプなどが配置され、受光素子部で発生した微小な光電荷を出力端子まで転送したり、電荷増幅したりといった機能を担うものである。
【００４６】
例えば、特開平11-112006号公報において、駆動回路部が電荷-電圧変換手段（ソースフォロアアンプ）、という例が開示されている。ここで図９に示すように、
主走査方向の受光開口部ピッチ（同じ受光素子行の受光素子の並び方向のピッチ）：Ｌ
副走査方向の受光開口部ピッチ（受光素子行の並び方向のピッチ）：nL（ｎは正の整数；１，２，３・・・）
駆動回路部の受光素子行の並び方向の幅：k
もっとも面積の大きい受光開口部の受光素子行の並び方向の幅：a
次に面積の大きい受光画素開口部の受光素子行の並び方向の幅：b
感度のバランスの最適解である面積比：r（＝a/b）
とする。
【００４７】
もっとも面積の大きい受光開口部の幅aは以下の関係を満たすとき最大値をとることができる。したがって、幅ａは以下の関係を満たすように、又はほぼ以下の関係を満たすように設定することが望ましい。製造上のバラツキ等を考慮して幅ａは上記関係式より小さい値に設定してもよい。
【００４８】
【数１】
この式を整理すると、以下のようになる。
【００４９】
【数２】
たとえば、n=2、k=0、r=2だったとき、
【００５０】
【数３】
となる。上式の関係を満たすように受光開口部の幅を設定すれば、各行ごとの最適な感度比を保ちつつ、もっとも高い感度が得られるものである。
【００５１】
上記実施形態はＲＥＤ、ＧＲＥＥＮ、ＢＬＵＥ３色のカラーフィルタを３列に配置した場合を主に例にとり説明したがこれに限るものではない。勿論補色フィルタの場合であっても本発明の配置をおこなえば同様の効果が得られる事はいうまでもない。
【００５２】
〔第６の実施形態〕
図１２、図１３に基づいて、本発明によるマルチチップ型イメージセンサをシートフィード式の原稿画像記録装置に適用した場合の一実施形態について詳述する。
【００５３】
図１２は、原稿画像を読み取る原稿画像読取装置の概略図である。
【００５４】
２０１は、密着型のイメージセンサ（以下"ＣＩＳ"とも呼ぶ）であり、マルチチップ型イメージセンサ（光電変換装置）２０２、セルフォックレンズ２０３、ＬＥＤアレイ２０４及びコンタクトガラス２０５から構成されている。
【００５５】
搬送ローラ２０６は、ＣＩＳ１の前後に配置されており、原稿を配置させるために使用される。コンタクトシート２０７は、原稿をＣＩＳ１に接触させる為に使用される。２１０は、制御回路であり、ＣＩＳ２０１からの信号の処理を行う。
【００５６】
原稿検知レバー２０８は、原稿が差し込まれたことを検知するためのレバーである。原稿が差し込まれると、原稿検知レバー２０８が傾く。原稿検知レバー２０８が傾くことにより、原稿検知センサ２０９の出力が変化することにより、その状態を制御回路２１０内のＣＰＵ３１５（図１３）に伝達することにより、原稿が差し込まれたと判断する。それによって、原稿搬送ローラ２０６の駆動用モータ（図示せず）を駆動させることにより、原稿搬送を開始させ読み取り動作を行う。
【００５７】
図１３は、図１２の制御回路２１０を詳細に説明するための電気的構成を示すブロック図である。以下に図１３を用いて、その回路動作を説明する。
【００５８】
図１３において、３０１は密着型イメージセンサ（図１２のＣＩＳ２０１）であり、光源であるＬＥＤ３０２も一体化されている。図１２に示したＣＩＳ２０１のコンタクトガラス２０５上を原稿を搬送させながら、ＬＥＤ制御（ドライブ）回路３０３にて点灯させることにより、カラー画像を読み取ることが可能である。
【００５９】
ＡＭＰ３０４は、ＣＩＳ３０１より出力された信号を増幅させる増幅器であり、３０５はこの増幅出力のＡ／Ｄ変換を行って、例えば８ビットのディジタル出力を得るＡ／Ｄ変換器である。シェーディングＲＡＭ３０６は、キャリブレーション用のシートを予め読み取ることにより、シェーディング補正用のデータが記憶されている。シェーディング補正回路３０７は、前記シェーディングＲＡＭ３０６のデータに基づいて読み取られた画像信号のシェーディング補正を行う。ピーク検知回路３０８は、読み取られた画像データにおけるピーク値を、ライン毎に検知する回路であり、原稿の先端を検知する為に使用される。
【００６０】
ガンマ変換回路３０９は、ホストコンピュータより予め設定されたガンマーカーブに従って読み取られた画像データのガンマ変換を行う。
【００６１】
バッファＲＡＭ３１０は、実際の読み取り動作とホストコンピュータとの通信におけるタイミングを合わせる為に、画像データを１次的に記憶させるためのＲＡＭである。パッキング／バッファＲＡＭ制御回路３１１は、ホストコンピュータより予め設定された画像出力モード（２値、４ビット多値、８ビット多値、２４ビット多値）に従ったパッキング処理を行う。更に、パッキング／バッファＲＡＭ制御回路３１１は、その後に、そのデータをバッファＲＡＭ３１０に書き込む処理と、インターフェース回路３１２にバッファＲＡＭ３１０から画像データを読み込んで出力させる処理を行う。
【００６２】
インターフェース回路３１２は、パーソナルコンピュータなどの本実施形態に係る画像読み取り装置のホスト装置となる外部装置との間でコントロール信号の受容や画像信号の出力を行う。
【００６３】
３１５は、例えばマイクロコンピュータ形態のＣＰＵで有り、処理手順を格納したＲＯＭ３１５Ａ及び作業用のＲＡＭ３１５Ｂを有し、ＲＯＭ３１５Ａに格納された手順に従って、各部の制御を行う。
【００６４】
３１６は、例えば水晶発振器、３１４は、ＣＰＵ３１５の設定に応じて発振器３１６の出力を分周して動作の基準となる各種タイミング信号を発生するタイミング信号発生回路である。３１３は、インターフェース回路３１２を介して制御回路と接続される外部装置であり、外部装置の一例としてはパーソナルコンピュータ等が挙げられる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明はイメージセンサ、イメージセンサを複数列状に配置したマルチチップ型イメージセンサ、密着型イメージセンサ及び画像読取装置に適用される。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の光電変換装置の第１実施形態の模式的平面図である。
【図２】本発明の光電変換装置の第２実施形態の模式的平面図である。
【図３】本発明の光電変換装置の第２実施形態の模式的断面図である。
【図４】本発明の光電変換装置の第２実施形態の他形態の模式的平面図である。
【図５】本発明の光電変換装置の第３実施形態の模式的平面図である。
【図６】本発明の光電変換装置の第４実施形態を説明するためのＬＥＤの分光特性図である。
【図７】本発明の光電変換装置の第４実施形態を説明するための受光素子の分光特性である。
【図８】本発明の光電変換装置の第４実施形態を説明するための半導体イメージセンサ出力の分光特性である。
【図９】本発明の光電変換装置の第５実施形態の模式的平面図である。
【図１０】比較例における半導体イメージセンサの模式的平面図である。
【図１１】他の比較例における半導体イメージセンサの模式的断面図である。
【図１２】原稿画像を読み取る原稿画像読取装置の概略図である。
【図１３】図１２の制御回路２１０を詳細に説明するための電気的構成を示すブロック図である。
【図１４】従来技術におけるマルチチップイメージセンサの概略平面図である。
【図１５】図１４の概略平面図のＡ部拡大図である。
【図１６】図１４のマルチチップイメージセンサを用いた光学系を示す構成図である。
【符号の説明】
【００６７】
１ 原稿
２ 半導体イメージセンサ実装用の回路基板
Ｓ1〜Sn 半導体イメージセンサ
３ セルホックレンズアレイ
４ ＬＥＤアレイ、もしくはＬＥＤと導光体
５ 受光開口部
６ 周辺回路ブロック
７ 半導体基板
８ 受光素子
９ 周辺回路ブロック６を形成するための半導体デバイス領域
１０ 遮光層
１１ 層間膜
１２ カラーフィルタ
１３ パッシベーション膜
１４ 光電荷取り出し部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の受光素子と該受光素子上に設けられたカラーフィルタとを備えた受光素子行を少なくとも３行有し、そのうちの一つの受光素子行の受光素子の受光面積が、残りの受光素子行の受光素子の受光面積よりも大きく、かつ各々の受光素子行の受光素子の受光部重心が各受光素子行間で等間隔に配置されているイメージセンサにおいて、
受光素子の受光面積が大きい前記一つの受光素子行が、前記少なくとも３行の受光素子行の中で両端の行には配置されないことを特徴とするイメージセンサ。
【請求項２】
複数の受光素子と該受光素子上に設けられたカラーフィルタとを備えた受光素子行を少なくとも３行有し、そのうちの少なくとも一つの受光素子行の受光素子の受光面積が、残りの少なくとも二つの受光素子行の受光素子の受光面積よりも大きく、かつ各々の受光素子行の受光素子の受光部重心が各受光素子行間で等間隔に配置されているイメージセンサにおいて、
受光素子の受光面積が大きい前記少なくとも一つの受光素子行が、前記少なくとも３行の受光素子行の中で両端の行には配置されないことを特徴とするイメージセンサ。
【請求項３】
複数の受光素子と該受光素子上に設けられたカラーフィルタとを備えた受光素子行を少なくとも３行有し、少なくとも３行の前記受光素子行の受光素子で生成された光信号を制御、出力するための周辺回路部を有し、
前記少なくとも３行の受光素子行のうちの一つの受光素子行の受光素子の受光面積が、残りの受光素子行の受光素子の受光面積よりも小さく、かつ各々の受光素子行の受光素子の受光部重心が各受光素子行間で等間隔に配置されているイメージセンサにおいて、
受光素子の受光面積が小さい前記一つの受光素子行が、前記少なくとも3行の受光素子行の中で周辺回路部配置側の端部の行に配置されたことを特徴とするイメージセンサ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載のイメージセンサにおいて、前記少なくとも３行の受光素子行の並び方向のピッチが、前記少なくとも３行の受光素子行の受光素子の並び方向のピッチと同じ又は整数倍であることを特徴とするイメージセンサ。
【請求項５】
複数の受光素子と該受光素子上に設けられたカラーフィルタとを備えた受光素子行を複数有し、各々の受光素子行の受光素子の受光部重心が各受光素子行間で等間隔に配置されているイメージセンサにおいて、
各受光素子ごとに各受光素子から電気信号を読み出す駆動回路部を有し、
前記複数の受光素子行の受光素子の並び方向のピッチをＬ、前記複数の受光素子行の並び方向のピッチをnL（ｎは正の整数）、前記駆動回路部の前記複数の受光素子行の並び方向の幅をk、前記複数の受光素子行のうち最も面積の大きい第１の受光開口部における、前記複数の受光素子行の並び方向の幅をａ、前記複数の受光素子行のうち次に面積の大きい第２の受光開口部における、前記複数の受光素子行の並び方向の幅をbとしたとき、
前記幅ａが以下の関係を満たすように設定されることを特徴とするイメージセンサ。
(a/2) + k + (b/2) ＝ nL
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載のイメージセンサを端部どうしが隣接するように複数列状に配置したマルチチップ型イメージセンサ。
【請求項７】
請求項６記載のマルチチップ型イメージセンサと、被読取体に光を照射する光源と、該被読取体からの光を前記マルチチップ型イメージセンサへ導く光学系とを備えた密着型イメージセンサ。
【請求項８】
請求項７記載の光源がカラーフィルタの分光特性に対応した発光特性を有するＬＥＤであることを特徴とする密着型イメージセンサ。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の密着型イメージセンサと、前記密着型イメージセンサに前記被読取体となる原稿を搬送するローラと、を備えた画像読取装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の受光素子と該受光素子上に設けられたカラーフィルタとを備えた受光素子行を少なくとも３行有し、そのうちの一つの受光素子行の受光素子の受光面積が、残りの受光素子行の受光素子の受光面積よりも大きく、かつ各々の受光素子行の受光素子の受光部重心が各受光素子行間で等間隔に配置されているイメージセンサにおいて、
受光素子の受光面積が大きい前記受光素子行の両側に、前記残りの受光素子行を配置したことを特徴とするイメージセンサ。
【請求項２】
複数の受光素子と該受光素子上に設けられたカラーフィルタとを備えた受光素子行を少なくとも３行有し、そのうちの少なくとも一つの受光素子行の受光素子の受光面積が、残りの少なくとも二つの受光素子行の受光素子の受光面積よりも大きく、かつ各々の受光素子行の受光素子の受光部重心が各受光素子行間で等間隔に配置されているイメージセンサにおいて、
受光素子の受光面積が大きい前記少なくとも一つの受光素子行の両側に、前記残りの受光素子行を配置したことを特徴とするイメージセンサ。
【請求項３】
複数の受光素子と該受光素子上に設けられたカラーフィルタとを備えた受光素子行を少なくとも３行有し、少なくとも３行の前記受光素子行の受光素子で生成された光信号を制御、出力するための周辺回路部を有し、
前記少なくとも３行の受光素子行のうちの一つの受光素子行の受光素子の受光面積が、残りの受光素子行の受光素子の受光面積よりも小さく、かつ各々の受光素子行の受光素子の受光部重心が各受光素子行間で等間隔に配置されているイメージセンサにおいて、
受光素子の受光面積が小さい前記一つの受光素子行は、前記少なくとも3行の受光素子行の中で周辺回路部配置側の端部に配置されたことを特徴とするイメージセンサ。
【請求項４】
請求項２に記載のイメージセンサにおいて、前記少なくとも３行の受光素子行の並び方向のピッチが、前記少なくとも３行の受光素子行の受光素子の並び方向のピッチと同じ又は整数倍であることを特徴とするイメージセンサ。
【請求項５】
複数の受光素子と該受光素子上に設けられたカラーフィルタとを備えた受光素子行を複数有し、各々の受光素子行の受光素子の受光部重心が各受光素子行間で等間隔に配置されているイメージセンサにおいて、
各受光素子ごとに各受光素子から電気信号を読み出す駆動回路部を有し、
前記複数の受光素子行の受光素子の並び方向のピッチをＬ、前記複数の受光素子行の並び方向のピッチをnL（ｎは正の整数）、前記駆動回路部の前記複数の受光素子行の並び方向の幅をk、前記複数の受光素子行のうち最も面積の大きい第１の受光開口部における、前記複数の受光素子行の並び方向の幅をａ、前記複数の受光素子行のうち次に面積の大きい第２の受光開口部における、前記複数の受光素子行の並び方向の幅をbとしたとき、
前記幅ａが以下の関係を満たすように設定されることを特徴とするイメージセンサ。
(a/2) + k + (b/2) ＝ nL
【請求項６】
請求項２に記載のイメージセンサを端部どうしが隣接するように複数列状に配置したマルチチップ型イメージセンサ。
【請求項７】
請求項６記載のマルチチップ型イメージセンサと、被読取体に光を照射する光源と、該被読取体からの光を前記マルチチップ型イメージセンサへ導く光学系とを備えた密着型イメージセンサ。
【請求項８】
請求項７記載の光源がカラーフィルタの分光特性に対応した発光特性を有するＬＥＤであることを特徴とする密着型イメージセンサ。
【請求項９】
請求項７に記載の密着型イメージセンサと、前記密着型イメージセンサに前記被読取体となる原稿を搬送するローラと、を備えた画像読取装置。
【請求項１】
複数の受光素子と該受光素子上に設けられたカラーフィルタとを備えた受光素子行を少なくとも３行有し、そのうちの一つの受光素子行の受光素子の受光面積が、残りの受光素子行の受光素子の受光面積よりも大きく、かつ各々の受光素子行の受光素子の受光部重心が各受光素子行間で等間隔に配置されているイメージセンサにおいて、
受光素子の受光面積が大きい前記一つの受光素子行が、前記少なくとも３行の受光素子行の中で両端の行には配置されないことを特徴とするイメージセンサ。
【請求項２】
複数の受光素子と該受光素子上に設けられたカラーフィルタとを備えた受光素子行を少なくとも３行有し、そのうちの少なくとも一つの受光素子行の受光素子の受光面積が、残りの少なくとも二つの受光素子行の受光素子の受光面積よりも大きく、かつ各々の受光素子行の受光素子の受光部重心が各受光素子行間で等間隔に配置されているイメージセンサにおいて、
受光素子の受光面積が大きい前記少なくとも一つの受光素子行が、前記少なくとも３行の受光素子行の中で両端の行には配置されないことを特徴とするイメージセンサ。
【請求項３】
複数の受光素子と該受光素子上に設けられたカラーフィルタとを備えた受光素子行を少なくとも３行有し、少なくとも３行の前記受光素子行の受光素子で生成された光信号を制御、出力するための周辺回路部を有し、
前記少なくとも３行の受光素子行のうちの一つの受光素子行の受光素子の受光面積が、残りの受光素子行の受光素子の受光面積よりも小さく、かつ各々の受光素子行の受光素子の受光部重心が各受光素子行間で等間隔に配置されているイメージセンサにおいて、
受光素子の受光面積が小さい前記一つの受光素子行が、前記少なくとも3行の受光素子行の中で周辺回路部配置側の端部の行に配置されたことを特徴とするイメージセンサ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載のイメージセンサにおいて、前記少なくとも３行の受光素子行の並び方向のピッチが、前記少なくとも３行の受光素子行の受光素子の並び方向のピッチと同じ又は整数倍であることを特徴とするイメージセンサ。
【請求項５】
複数の受光素子と該受光素子上に設けられたカラーフィルタとを備えた受光素子行を複数有し、各々の受光素子行の受光素子の受光部重心が各受光素子行間で等間隔に配置されているイメージセンサにおいて、
各受光素子ごとに各受光素子から電気信号を読み出す駆動回路部を有し、
前記複数の受光素子行の受光素子の並び方向のピッチをＬ、前記複数の受光素子行の並び方向のピッチをnL（ｎは正の整数）、前記駆動回路部の前記複数の受光素子行の並び方向の幅をk、前記複数の受光素子行のうち最も面積の大きい第１の受光開口部における、前記複数の受光素子行の並び方向の幅をａ、前記複数の受光素子行のうち次に面積の大きい第２の受光開口部における、前記複数の受光素子行の並び方向の幅をbとしたとき、
前記幅ａが以下の関係を満たすように設定されることを特徴とするイメージセンサ。
(a/2) + k + (b/2) ＝ nL
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載のイメージセンサを端部どうしが隣接するように複数列状に配置したマルチチップ型イメージセンサ。
【請求項７】
請求項６記載のマルチチップ型イメージセンサと、被読取体に光を照射する光源と、該被読取体からの光を前記マルチチップ型イメージセンサへ導く光学系とを備えた密着型イメージセンサ。
【請求項８】
請求項７記載の光源がカラーフィルタの分光特性に対応した発光特性を有するＬＥＤであることを特徴とする密着型イメージセンサ。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の密着型イメージセンサと、前記密着型イメージセンサに前記被読取体となる原稿を搬送するローラと、を備えた画像読取装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の受光素子と該受光素子上に設けられたカラーフィルタとを備えた受光素子行を少なくとも３行有し、そのうちの一つの受光素子行の受光素子の受光面積が、残りの受光素子行の受光素子の受光面積よりも大きく、かつ各々の受光素子行の受光素子の受光部重心が各受光素子行間で等間隔に配置されているイメージセンサにおいて、
受光素子の受光面積が大きい前記受光素子行の両側に、前記残りの受光素子行を配置したことを特徴とするイメージセンサ。
【請求項２】
複数の受光素子と該受光素子上に設けられたカラーフィルタとを備えた受光素子行を少なくとも３行有し、そのうちの少なくとも一つの受光素子行の受光素子の受光面積が、残りの少なくとも二つの受光素子行の受光素子の受光面積よりも大きく、かつ各々の受光素子行の受光素子の受光部重心が各受光素子行間で等間隔に配置されているイメージセンサにおいて、
受光素子の受光面積が大きい前記少なくとも一つの受光素子行の両側に、前記残りの受光素子行を配置したことを特徴とするイメージセンサ。
【請求項３】
複数の受光素子と該受光素子上に設けられたカラーフィルタとを備えた受光素子行を少なくとも３行有し、少なくとも３行の前記受光素子行の受光素子で生成された光信号を制御、出力するための周辺回路部を有し、
前記少なくとも３行の受光素子行のうちの一つの受光素子行の受光素子の受光面積が、残りの受光素子行の受光素子の受光面積よりも小さく、かつ各々の受光素子行の受光素子の受光部重心が各受光素子行間で等間隔に配置されているイメージセンサにおいて、
受光素子の受光面積が小さい前記一つの受光素子行は、前記少なくとも3行の受光素子行の中で周辺回路部配置側の端部に配置されたことを特徴とするイメージセンサ。
【請求項４】
請求項２に記載のイメージセンサにおいて、前記少なくとも３行の受光素子行の並び方向のピッチが、前記少なくとも３行の受光素子行の受光素子の並び方向のピッチと同じ又は整数倍であることを特徴とするイメージセンサ。
【請求項５】
複数の受光素子と該受光素子上に設けられたカラーフィルタとを備えた受光素子行を複数有し、各々の受光素子行の受光素子の受光部重心が各受光素子行間で等間隔に配置されているイメージセンサにおいて、
各受光素子ごとに各受光素子から電気信号を読み出す駆動回路部を有し、
前記複数の受光素子行の受光素子の並び方向のピッチをＬ、前記複数の受光素子行の並び方向のピッチをnL（ｎは正の整数）、前記駆動回路部の前記複数の受光素子行の並び方向の幅をk、前記複数の受光素子行のうち最も面積の大きい第１の受光開口部における、前記複数の受光素子行の並び方向の幅をａ、前記複数の受光素子行のうち次に面積の大きい第２の受光開口部における、前記複数の受光素子行の並び方向の幅をbとしたとき、
前記幅ａが以下の関係を満たすように設定されることを特徴とするイメージセンサ。
(a/2) + k + (b/2) ＝ nL
【請求項６】
請求項２に記載のイメージセンサを端部どうしが隣接するように複数列状に配置したマルチチップ型イメージセンサ。
【請求項７】
請求項６記載のマルチチップ型イメージセンサと、被読取体に光を照射する光源と、該被読取体からの光を前記マルチチップ型イメージセンサへ導く光学系とを備えた密着型イメージセンサ。
【請求項８】
請求項７記載の光源がカラーフィルタの分光特性に対応した発光特性を有するＬＥＤであることを特徴とする密着型イメージセンサ。
【請求項９】
請求項７に記載の密着型イメージセンサと、前記密着型イメージセンサに前記被読取体となる原稿を搬送するローラと、を備えた画像読取装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００６−２４５７８３（Ｐ２００６−２４５７８３Ａ）
【公開日】平成１８年９月１４日（２００６．９．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−５６０１８（Ｐ２００５−５６０１８）
【出願日】平成１７年３月１日（２００５．３．１）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．セルフォック
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月１４日（２００６．９．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月１日（２００５．３．１）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．セルフォック
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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