JP2018120892A - Photoelectric conversion device, method for forming photoelectric conversion device, and image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光電変換装置、光電変換装置の形成方法及び画像形成装置に関する。 The present invention relates to a photoelectric conversion device, a method for forming a photoelectric conversion device, and an image forming apparatus.
スキャナ装置又はスキャナ機能を含む複合機（ＭＦＰ：Multifunction Peripheral）等の画像形成装置においては、画像読み取り部の光電変換素子としてＣＣＤ（Charge Coupled Devices）イメージセンサが用いられていた。しかし、近年は、情報処理の高速化を図るため、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサが多く用いられている。 In an image forming apparatus such as a scanner device or a multifunction peripheral (MFP) including a scanner function, a CCD (Charge Coupled Devices) image sensor is used as a photoelectric conversion element of an image reading unit. In recent years, however, CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensors are often used to speed up information processing.
ＣＭＯＳイメージセンサは、ＣＣＤイメージセンサと同様に、入射光をフォトダイオード（ＰＤ）で光電変換する。しかし、ＣＭＯＳイメージセンサは、ＰＤに蓄積された電荷を、ＰＤに近接して設けられた画素回路（ピクセルブロック）で電圧信号に変換して出力する点が、ＣＣＤイメージセンサとは異なる。また、ＣＭＯＳイメージセンサは、ＣＭＯＳプロセスが使用できることから、ＡＤＣ（Analog-Digital Converter）等の高速ロジック回路を内蔵させることが可能であり、ＣＣＤイメージセンサよりも高速な情報処理を可能とすることができる。 Similar to a CCD image sensor, a CMOS image sensor photoelectrically converts incident light with a photodiode (PD). However, the CMOS image sensor is different from the CCD image sensor in that the charge accumulated in the PD is converted into a voltage signal by a pixel circuit (pixel block) provided close to the PD and output. Further, since the CMOS image sensor can use a CMOS process, it can incorporate a high-speed logic circuit such as an ADC (Analog-Digital Converter) and can process information at a higher speed than the CCD image sensor. it can.
ここで、ＣＭＯＳイメージセンサは、ＰＤの電荷をフローティング・ディフュージョン（ＦＤ）に転送する転送トランジスタ、ＦＤをリセットするリセットトランジスタ、後段の回路に信号を出力する増幅トランジスタ（ソースフォロワ）等の、複数の回路を画素内に形成する必要がある。このため、画素内には、各回路に駆動信号を供給する信号ライン、電源ライン、グランド（ＧＮＤ）ライン等の複数のライン（配線）が多層配置される。 Here, the CMOS image sensor has a plurality of transfer transistors that transfer the charge of the PD to the floating diffusion (FD), a reset transistor that resets the FD, and an amplification transistor (source follower) that outputs a signal to a subsequent circuit. A circuit needs to be formed in the pixel. For this reason, a plurality of lines (wirings) such as a signal line for supplying a drive signal to each circuit, a power supply line, and a ground (GND) line are arranged in multiple layers in the pixel.
しかし、このように画素内に各配線を多層配置すると、画素に光が入射する領域（開口領域）が制限される。また、開口領域の大きさは、光の入射角に影響を受ける。このため、ＣＭＯＳイメージセンサの画素の位置によって光の入射角が異なる場合、シェーディング（輝度ムラ、感度ムラ）の原因となり、各画素のＳ／Ｎ比（信号対雑音比：signal to noise ratio）のムラが発生する問題があった。 However, when each wiring is arranged in multiple layers in the pixel in this way, a region (opening region) where light enters the pixel is limited. Further, the size of the opening region is affected by the incident angle of light. For this reason, when the incident angle of light differs depending on the pixel position of the CMOS image sensor, it causes shading (unevenness of brightness, unevenness of sensitivity), and the S / N ratio (signal-to-noise ratio) of each pixel. There was a problem of unevenness.
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、シェーディングを低減して、各画素のＳ／Ｎ比のムラを防止可能な光電変換装置、光電変換装置の形成方法及び画像形成装置の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems. A photoelectric conversion device capable of reducing shading and preventing unevenness of the S / N ratio of each pixel, a method for forming a photoelectric conversion device, and an image forming device. For the purpose of provision.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、受光領域で受光した光の光量に応じた電気信号を形成する受光部と、複数の受光部を物理的に分離する分離部と、分離部上に積層された配線層にそれぞれ設けられた配線とを有し、受光部に対して略垂直に入射する光の受光光量と同等の受光光量となるように、光の入射角に応じて、受光部の受光領域をシフトした位置に設けると共に、各配線層の各配線をシフトした位置に設ける。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention provides a light receiving unit that forms an electrical signal corresponding to the amount of light received in the light receiving region, and a separation unit that physically separates the plurality of light receiving units. And an incident angle of light so that the received light amount is equivalent to the received light amount of light substantially perpendicularly incident on the light receiving unit. Accordingly, the light receiving area of the light receiving unit is provided at the shifted position, and each wiring of each wiring layer is provided at the shifted position.
本発明によれば、シェーディングを低減して、各画素のＳ／Ｎ比のムラを防止できるという効果を奏する。 According to the present invention, there is an effect that shading can be reduced and unevenness of the S / N ratio of each pixel can be prevented.
まず、最初に適用分野の説明をする。光電変換装置及び光電変換装置の形成方法は、画像の読み取りを行う機器の他、光の有無を感知して所定の情報処理を行う機器に適用可能である。具体的には、光電変換装置及び光電変換装置の形成方法は、複合機（ＭＦＰ：Multifunction Peripheral）のリニアセンサ、カメラ装置又はビデオカメラ装置のオートフォーカス用のラインセンサ、インタラクティブ・ホワイトボード装置（電子黒板）上に書き込まれたれた文字、記号又は図形の読み取りを行うラインセンサ等に適用することができる。以下、一例として光電変換装置及び光電変換装置の形成方法を適用したＭＦＰ（画像形成装置の一例）の説明をする。 First, the field of application will be described. The photoelectric conversion device and the method for forming the photoelectric conversion device can be applied not only to a device that reads an image, but also to a device that performs predetermined information processing by detecting the presence or absence of light. Specifically, a photoelectric conversion device and a method for forming the photoelectric conversion device include a multifunction peripheral (MFP) linear sensor, an autofocus line sensor for a camera device or a video camera device, an interactive whiteboard device (electronic The present invention can be applied to a line sensor or the like that reads characters, symbols, or figures written on a blackboard. Hereinafter, as an example, a photoelectric conversion apparatus and an MFP (an example of an image forming apparatus) to which the photoelectric conversion apparatus forming method is applied will be described.
（第１の実施の形態）
（ＭＦＰの構成）
まず、図１に、第１の実施の形態のＭＦＰを横から見た状態の図を示す。この図１は、ＭＦＰの本体を透視した状態の図となっている。この図１に示すように、ＭＦＰは、読み取り装置１及び本体２を有している。読み取り装置１は、自動原稿給送機構（ＡＤＦ：Auto Document Feeder）３、及び、スキャナ機構４を有している。
(First embodiment)
(MFP configuration)
First, FIG. 1 shows a diagram of the MFP according to the first embodiment viewed from the side. FIG. 1 shows a state in which the main body of the MFP is seen through. As shown in FIG. 1, the MFP includes a
本体２内には、タンデム方式の作像部５、作像部５に給紙部１３から搬送路６を介して記録紙を供給するレジストローラ７、光書き込み装置８、定着搬送部９、及び、両面トレイ１０を有している。作像部５には、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色に対応する４本の感光体ドラム１１が並設されている。各感光体ドラム１１の周囲には、帯電器、現像器１２、転写器、クリーナ、及び、除電器を含む作像要素が配置されている。また、転写器と感光体ドラム１１との間には、両者のニップに挟持された状態で駆動ローラと従動ローラとの間に張架された中間転写ベルト１４が設けられている。
In the
このように構成されたタンデム方式の画像形成装置では、ＹＭＣＫの各色に対応する感光体ドラム１１に光書き込みを行い、現像器１２で各色のトナー毎に現像し、例えばＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋの順で中間転写ベルト１４上に１次転写する。そして、１次転写により４色が重畳したフルカラーの画像を記録紙に２次転写した後、定着して排紙する。これにより、フルカラーの画像を記録紙上に形成する。
In the tandem-type image forming apparatus configured as described above, optical writing is performed on the
（ＡＤＦ及びスキャナ機構の構成）
図２は、ＡＤＦ３及びスキャナ機構４の横断面図である。スキャナ機構４は、上面に原稿を載置するコンタクトガラス１５を備えている。また、スキャナ機構４は、原稿露光用の光源１６及び第１反射ミラー１７を備えた第１キャリッジ１８と、第２反射ミラー１９及び第３反射ミラー２０を備えた第２キャリッジ２４とを備えている。また、スキャナ機構４は、第３反射ミラー２０で反射された光を、光電変換素子２１の受光領域上に結像させるためのレンズユニット２２を備えている。また、スキャナ機構４は、読み取り光学系等による各種の歪み補正用の基準白板２３、及び、シートスルー読取用スリット２４を備えている。スキャナ機構４は、光源１６からの照射光で照明した原稿からの反射光を、光電変換素子２１で受光して電気信号（画像データ）に変換して出力する。
(Configuration of ADF and scanner mechanism)
FIG. 2 is a cross-sectional view of the
ＡＤＦ３は、コンタクトガラス１５に対して開閉可能となるように、図示しないヒンジ部材等を介して本体２に接続されている。ＡＤＦ３は、複数枚の原稿からなる原稿束２７を載置可能な原稿トレイ２８を備えている。また、このＡＤＦ３は、原稿トレイ２８に載置された原稿束２７から原稿を１枚ずつ分離して、シートスルー読取用スリット２５へ向けて自動給送する給送ローラ２９を含む分離給送部も備えている。
The
（原稿の読み取り動作）
このような読み取り装置１は、コンタクトガラス１５上に載置した原稿の読み取りを行うスキャンモード、及び、ＡＤＦ３により自動給送される原稿の読み取りを行うシートスルーモードを有している。なお、スキャンモード又はシートスルーモードによる画像読み取り前に、点灯された光源１６によって基準白板２３を照明し、反射光による画像を光電変換素子２１で読み取る。そして、その１ライン分の画像データの各画素のレベルが均一なレベルになるように、シェーディング補正用データを生成して記憶する。記憶されシェーディング補正用データは、以下に説明するスキャンモード又はシートスルーモードで読み取られた画像データのシェーディング補正に用いられる。
(Original scanning operation)
Such a
スキャンモード時には、第１キャリッジ１８及び第２キャリッジ２４が、図示しないステッピングモータによって、矢印Ａ方向（副走査方向）に移動して原稿を走査する。このとき、コンタクトガラス１５から光電変換素子２１の受光領域までの光路長を一定に維持するために、第２キャリッジ２４は、第１キャリッジ１８の１／２の速度で移動する。
In the scan mode, the
同時に、コンタクトガラス１５上に載置された原稿の下面である画像面が、第１キャリッジ１８の光源１６によって照明（露光）される。すると、その画像面からの反射光が、第１キャリッジ１８の第１反射ミラー１７、第２キャリッジ２４の第２反射ミラー１９及び第３反射ミラー２０によって順次反射される。そして、第３反射ミラー２０による反射光束が、レンズユニット２２によって集束され、光電変換素子２１の受光領域上に結像される。光電変換素子２１は、１ライン毎に受光した光を光電変換して画像データを生成する。画像データは、デジタル化され、ゲイン調整が施されて出力される。画像の読み取りが完了した原稿は、図示しない排出口に排出される。
At the same time, the image surface, which is the lower surface of the document placed on the
シートスルーモードの時には、第１キャリッジ１８及び第２キャリッジ２４が、シートスルー読取用スリット２５の下側へ移動して停止する。その後、ＡＤＦ３の原稿トレイ２８上に載置された原稿束２７の最下位の原稿から順次、給送ローラ２９によって矢印Ｂ方向（副走査方向）へ自動給送され、シートスルー読取用スリット２５の位置を原稿が通過する際に、その原稿の走査が行われる。
In the sheet through mode, the
この際、自動給送される原稿の下面（画像面）が第１キャリッジ１８の光源１６によって照明される。すると、その画像面からの反射光が、第１キャリッジ１８の第１反射ミラー１７、第２キャリッジ２４の第２反射ミラー１９及び第３反射ミラー２０によって順次反射される。そして、第３反射ミラー２０による反射光束が、レンズユニット２２によって集束され、光電変換素子２１の受光領域上に結像される。光電変換素子２１は、１ライン毎に受光した光を光電変換して画像データを生成する。画像データは、デジタル化され、ゲイン調整が施されて出力される。画像の読み取りが完了した原稿は、図示しない排紙口に排紙される。
At this time, the lower surface (image surface) of the automatically fed document is illuminated by the
（ＭＦＰのハードウェア構成）
次に、図３に、ＭＦＰのハードウェア構成を示す。この図３に示すように、ＭＦＰは、ＣＰＵ４１、ＲＯＭ４２、ＲＡＭ４３、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）４４、及びフラッシュメモリ４５を備える。また、ＭＦＰは、ＦＡＸモデム４６、操作パネル４７、エンジン４８、ＡＤＦ４９（図１及び図２に示すＡＤＦ３に相当）、接続インタフェース（接続Ｉ／Ｆ）５０、画像読み取り部５２、及びインターネット等のネットワーク４０を介して有線通信又は無線通信を行う通信Ｉ／Ｆ５１を有している。ＣＰＵ４１〜画像読み取り部５２は、システムバス１８を介して相互に接続されている。
(Hardware configuration of MFP)
Next, FIG. 3 shows a hardware configuration of the MFP. As shown in FIG. 3, the MFP includes a
ＣＰＵ４１は、ＭＦＰの動作を統括的に制御する。ＣＰＵ４１は、ＲＡＭ４３をワークエリア（作業領域）としてＲＯＭ４２又はＨＤＤ４４等に格納されたプログラムを実行することで、ＭＦＰ全体の動作を制御し、コピー機能、スキャナ機能、ファクシミリ機能、プリンタ機能等の各種機能を実現する。
The
エンジン４８は、コピー機能、スキャナ機能、及びプリンタ機能等を実現させるための、汎用的な情報処理及び通信以外の処理を行うハードウェアである。エンジン４８は、例えば原稿又は名刺等の文字及び画像をスキャンして読み取るスキャナ、用紙等のシート材への印刷を行うプロッタ等を備えている。ＦＡＸモデム４６は、ファクシミリ通信を行うファクシミリ通信機能を備えている。
The
（画像読み取り部の構成）
図４に、画像読み取り部５２のブロック図を示す。一例ではあるが、画像読み取り部５２は、ＣＭＯＳリニアセンサとなっている。なお、以下一例として、画像読み取り部５２は、リニアセンサ（ラインセンサ：一次元センサ）として説明を進めるが、エリアセンサでもよい。
(Configuration of image reader)
FIG. 4 shows a block diagram of the
画像読み取り部５２は、それぞれ主走査方向に沿って複数並べられた赤色用（Ｒ）の画素６１Ｒ、緑色用（Ｇ）の画素６１Ｇ、青色用（Ｂ）の画素６１Ｂを有している。ＲＧＢの各画素６１Ｒ、６１Ｇ、６１Ｂは、主走査方向と２次元的に直交する方向に並べられて設けられている。また、ＲＧＢの各画素６１Ｒ、６１Ｇ、６１Ｂは、例えば約７０００画素ずつ設けられている。
The
また、画像読み取り部５２は、ＲＧＢの各画素６１Ｒ、６１Ｇ、６１Ｂ毎に、それぞれ画素回路（ＰＩＸ＿ＢＬＫ）６１ＲＰＢ、６１ＧＰＢ、６１ＢＰＢが設けられている。図４の例は、Ｒ用の画素６１Ｒの行、Ｒ用の画素回路６１ＲＰＢの行、Ｇ用の画素６１Ｇの行、Ｇ用の画素回路６１ＧＰＢの行、Ｂ用の画素６１Ｂ行、及び、Ｂ用の画素回路６１ＢＰＢの行の順に各色用の画素及び画素回路が並べられて設けられている例である。しかし、Ｒ用の画素６１Ｒの行、Ｇ用の画素６１Ｇの行、Ｂ用の画素６１Ｂ行、Ｒ用の画素回路６１ＲＰＢの行、Ｇ用の画素回路６１ＧＰＢの行、及び、Ｂ用の画素回路６１ＢＰＢの行の順に各色用の画素及び画素回路を並べて設けてもよい（ギャップレス構成）。このギャップレス構成は、図２０を用いて後述する。
The
また、画像読み取り部５２は、アナログメモリ部（ＡＭＥＭ）６３、アナログ−デジタル変換部（ＡＤＣ：Analog-Digital Converter）６４、パラレル／シリアル変換部（Ｐ／Ｓ変換部）６５、タイミングジェネレータ（ＴＧ）６６、及び、ＬＶＤＳインタフェースＩ／Ｆを有している。ＬＶＤＳは、「Low Voltage Differential Signaling（小振幅差動信号方式）」の略記である。ＴＧ６６は、駆動の基準となる所定周波数のクロックを形成して各部に供給する。
The
このような画像読み取り部５２は、各画素６１Ｒ、６１Ｇ、６１Ｂに蓄積された電荷を電圧信号に変換し、読み出し線を介してＡＭＥＭ６３に一時的に記憶する。なお、リニアセンサの場合、エリアセンサとは異なり、画素６１Ｒ、６１Ｇ、６１Ｂ毎に、独立して電化が読み出される。このため、読み出し線は画素６１Ｒ、６１Ｇ、６１Ｂ毎に独立して設けられている。
Such an
ＡＭＥＭ６３に記憶された各画素６１Ｒ、６１Ｇ、６１Ｂの電圧信号は、順次、ＡＤＣ６４に供給される。ＡＭＥＭ６３で各画素６１Ｒ、６１Ｇ、６１Ｂの電圧信号を一時的に記憶することで、各画素６１Ｒ、６１Ｇ、６１Ｂ及び各画素回路６１ＲＰＢ、６１ＧＰＢ、６１ＢＰＢの動作タイミング（露光タイミング）が、ＲＧＢの各色で同時となる、いわゆるグローバルシャッタ方式を実現している。
The voltage signals of the
画像読み取り部５２は、ＡＭＥＭ６３以降はＲＧＢの各画素６１Ｒ、６１Ｇ、６１Ｂで１つのＡＤＣ６４を共有し（カラムＡＤＣ構成）、ＡＤＣ６４で、ＲＧＢの各電圧信号を、順次、デジタルデータに変換する。ＡＤＣ６４を複数用いた並列処理を行うことで、動作速度を抑え、リニアセンサの高速化を実現することができる。
In the
ＡＤＣ６４でデジタル化された画素毎の電圧データは、それぞれＰ／Ｓ変換部６５に保持され、ＬＶＤＳＩ／Ｆ６７に順次出力される。Ｐ／Ｓ変換部６５は、パラレルに供給される各画素の電圧データを、シリアルの電圧データに変換して出力する。Ｐ／Ｓ変換部６５からのシリアルの電圧データは、ＬＶＤＳＩ／Ｆ６７にて低電圧差動シリアル信号に変換され、後段の回路に出力される。
The voltage data for each pixel digitized by the
（画像読み取り部の回路構成）
図５は、画像読み取り部５２の要部（ＰＤ６１、画素回路６２及びＡＭＥＭ６３）の回路図である。この図５に示すように、各画素は、入射光を光電変換するＰＤ６１で構成されている。ＰＤ６１に蓄積された電荷は、画素回路６２に出力され、電圧信号に変換される。画素回路６２は、電荷−電圧変換を行うフローティングディフュージョン（ＦＤ）、ＦＤをリセットするリセットトランジスタＲＳを有している。また、画素回路６２は、ＰＤ６１の電荷をＦＤに転送する転送トランジスタＴ、及び、後段に信号をバッファリングして出力するソースフォロワ（ＳＦ）を有している。
(Circuit configuration of the image reading unit)
FIG. 5 is a circuit diagram of the main parts (
ＳＦからの信号は読み出し配線を介して後段に読み出される。また、画素回路６２の後段にはＡＭＥＭ６３が設けられている。ＡＭＥＭ６３は、画素を選択する選択スイッチ（ＳＬ）、ＳＦにバイアス電流を供給する電流源（Ｉｓ）、アナログメモリを選択する選択スイッチ（Ｓ）、メモリ容量となるコンデンサ（Ｃｓ）を有している。ＡＭＥＭ６３から出力される信号は、後段のＡＤＣ６４に供給される。
The signal from the SF is read out to the subsequent stage through the read wiring. Further, an
なお、この図５は、１画素に相当する構成を示している。一例として、画像読み取り部５２は、メモリ容量となるコンデンサＣｓへの書き込み動作を、ＲＧＢの全画素が一斉に行うグローバルシャッタ方式の画像読み取り部５２である。しかし、画像読み取り部５２は、コンデンサＣｓからの読み出し動作以降はシリアル処理となっており、ＲＧＢの画素毎に、順次、後段の回路に対する読み出しを行うようになっている。
FIG. 5 shows a configuration corresponding to one pixel. As an example, the
（ＭＦＰの要部の構成）
図６は、画像読み取り部５２を含むＭＦＰの要部の回路図である。画像読み取り部５２は、原稿からの反射光を、例えばＣＭＯＳイメージセンサである光電変換素子２１で光電変換処理して生成した画像信号をアナログ−デジタル変換した後、ＬＶＤＳ Ｉ／Ｆ６７、７５を介して後段の画像処理部７２及びプリンタエンジン４８供給する。
(Configuration of main parts of MFP)
FIG. 6 is a circuit diagram of a main part of the MFP including the
画像読み取り部５２の光源としては、ＬＥＤ１６が用いられている。ドライバ（ＬＥＤ＿ＤＥＶ）７１は、タイミングジェネレータ（ＴＧ）６６により生成されたクロックに基づいて、ＬＥＤ１６を点灯制御する。
An
一方、画像読み取り部５２からＬＶＤＳ Ｉ／Ｆ６７を介して出力される画像データ、同期信号及びクロックは、プリンタエンジン４８側のＬＶＤＳ Ｉ／Ｆ７５に供給される。ＬＶＤＳ Ｉ／Ｆ７５は、画像読み取り部５２から供給された画像データを、クロックに基づいてライン同期をとり、例えば１０ビットのパラレルの画像データに変換して画像処理部７２に供給する。画像処理部７２は、画像データに対して、各種画像補正処理を施し、インタフェース（Ｉ／Ｆ）７３を介してプリンタエンジン４８に供給する。これにより、画像データの印刷が行われる。
On the other hand, image data, a synchronization signal, and a clock output from the
（縮小光学系の問題点）
ここで、画像読み取り部５２に設けられている縮小光学系は、原稿からの反射光をレンズユニット２２の集光レンズで縮小し、光電変換素子２１上に結像する。図７は、縮小光学系により、原稿の主走査中央部、及び、原稿の端部からの反射光が光電変換素子２１上に縮小されて結像される様子を示している。また、図７において、実線で示す光は主光線を示し、点線で示す光は、上光線又は下光線を示している。
(Problem of reduction optical system)
Here, the reduction optical system provided in the
原稿の主走査中央部からの反射光（主光線）は、レンズユニット２２の集光レンズを介して略々垂直に光電変換素子２１に入射し、原稿の端部からの反射光は、それぞれの入射角θで光電変換素子２１に入射する。集光レンズの焦点距離等で決定される画角が大きいと、この入射角θも大きくなる。また、入射角θは、原稿位置によって異なり、原稿中央付近では小さいが、原稿の中央から離れるに連れ大きくなる。光電変換素子２１から見た場合、主走査中央付近の各画素に対する光の入射角θは、略々０度となり、主走査中央から離れるに連れ、入射角θは徐々に大きくなる。そして、光電変換素子２１の端部画素に対する光の入射角θが、最も大きな入射角となる。このように、縮小光学系の光電変換素子２１に対しては、各画素の位置に応じた入射角の光が入射される。なお、レンズユニット２２の集光レンズを例に用いて説明したが、曲面ミラーの場合も同様である。
Reflected light (principal ray) from the main scanning center portion of the document enters the
（光電変換素子の構成）
図８は、光電変換素子２１の構成を示している。光電変換素子２１は、入射光を光電変換するＲＧＢの各色用のフォトダイオード（ＰＤ）２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂと、各色用のＰＤ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂで蓄積された電荷を電圧信号に変換する画素回路２１ＲＰＢ、２１ＧＰＢ、２１ＢＰＢとを有している。画素回路２１ＲＰＢ、２１ＧＰＢ、２１ＢＰＢは、各色のＰＤ２１毎に設けられる。画素回路２１ＲＰＢ、２１ＧＰＢ、２１ＢＰＢは、各ＰＤに蓄積された電荷に対応する電圧信号である画像信号を形成し、各色用の読み出し線を介して後段のＰＧＡ（Programmable Gain Amplifier）及びＡＤＣ６４に供給する。
(Configuration of photoelectric conversion element)
FIG. 8 shows the configuration of the
ここで、ＣＭＯＳリニアセンサの場合、ＣＣＤイメージセンサとは異なり、上述の画素回路２１ＲＰＢ、２１ＧＰＢ、２１ＢＰＢを有している。このため、ＣＭＯＳリニアセンサの場合、画素回路２１ＲＰＢ、２１ＧＰＢ、２１ＢＰＢから画像信号の読み出しを行う読み出しライン、リセット信号及び転送信号等の制御信号ライン、電源ライン及びグランド（ＧＮＤ）ライン等の、多数のライン（配線）が画素の周りに配置される。ＰＤの周りに多くの配線が設けられると、配線領域を確保するために、ＰＤの面積の縮小化が必要となるため、感度の低下を招く。このため、ＣＭＯＳリニアセンサでは、複数の配線層を多層化し、各配線層にそれぞれ配線を行うことで、ＰＤの面積を縮小化することなく、配線領域を確保している。 Here, unlike the CCD image sensor, the CMOS linear sensor has the pixel circuits 21RPB, 21GPB, and 21BPB described above. For this reason, in the case of a CMOS linear sensor, there are a large number of read lines for reading image signals from the pixel circuits 21RPB, 21GPB, 21BPB, control signal lines such as reset signals and transfer signals, power supply lines, and ground (GND) lines. A line (wiring) is arranged around the pixel. If many wirings are provided around the PD, it is necessary to reduce the area of the PD in order to secure a wiring region, resulting in a decrease in sensitivity. For this reason, in the CMOS linear sensor, a plurality of wiring layers are multilayered and wiring is performed on each wiring layer, thereby securing a wiring region without reducing the area of the PD.
（光の入射角による感度の低下）
図９は、光電変換素子２１を主走査方向に沿って切断した状態の断面図である。図９（ａ）は、ＰＤに対して光が垂直（入射角＝０度）に入射した状態を示している。図９（ｂ）は、ＰＤに対して所定の入射角で光が入射した状態を示している。ＣＭＯＳリニアセンサでは、画素毎にＰＤが設けられ、各画素を分離する為の画素分離領域（ＳＴＩ：Shallow Trench Isolation）、及び、画素からの信号を読み出す読み出し配線、電源ライン、グランドライン等の配線が、２つの配線層Ｍ１、Ｍ２のいずれかに形成されている。配線層Ｍ１、Ｍ２の間は、絶縁膜層となっている。また、配線層の上にはカラーフィルタＣＦが設けられている。
(Decrease in sensitivity due to the incident angle of light)
FIG. 9 is a cross-sectional view of the
また、通常、配線はＳＴＩ上に設けられる。この配線が存在しない領域を介してＰＤに光が入射する。すなわち、画素の開口幅（光が照射される範囲の幅）は、光の入射方向に対して、配線が存在しない領域とＰＤの領域とが重なる領域の幅で決定する。なお、図９（ａ）及び図９（ｂ）は、配線が存在しない領域の幅とＰＤの幅とを、同じ幅とした例である。 Usually, the wiring is provided on the STI. Light enters the PD through a region where the wiring does not exist. That is, the aperture width of the pixel (the width of the light irradiation range) is determined by the width of the region where the region where no wiring exists and the PD region overlap with respect to the light incident direction. 9A and 9B are examples in which the width of a region where no wiring exists and the width of the PD are the same.
図９（ａ）に示すように、光電変換素子２１の中央部の画素に入射する光は、略々垂直に入射するため、開口幅（Ｗｃ）はＰＤ全域となる。これに対して、光電変換素子２１の端部の画素に入射する光は、図９（ｂ）に示すように所定の入射角で入射される。このため、図９（ａ）に示した中央部の画素の開口幅（Ｗｃ）に対して、非入射領域（Ｗｄ）の分、減少した開口幅（Ｗｅ）となる（Ｗｃ＞Ｗｅ）。これは、所定の入射角で入射した光が、図９（ｂ）に示すように配線層Ｍ２の配線Ｍ２Ｌ１で反射し、ＰＤ上に光が入射しない領域である非入射領域（Ｗｄ）を形成するためである。
As shown in FIG. 9A, since the light incident on the central pixel of the
このような非入射領域（Ｗｄ）は、配線数（配線層）が多いほど形成され易くなる。また、エリアセンサの場合、１列に１本の読み出し配線を設けるが、リニアセンサの場合、画素毎に読み出し配線を設ける。このため、リニアセンサの方が、ＰＤ間に設ける配線数が多くなる。従って、リニアセンサには、非入射領域（Ｗｄ）が、より多く現れる。 Such a non-incident region (Wd) becomes easier to form as the number of wirings (wiring layers) increases. In the case of an area sensor, one readout wiring is provided in one column. In the case of a linear sensor, a readout wiring is provided for each pixel. For this reason, the number of wirings provided between the PDs is larger in the linear sensor. Therefore, more non-incident areas (Wd) appear in the linear sensor.
このような非入射領域（Ｗｄ）が形成されると、中央画素から端部画素にかけて感度が低減するシェーディング（輝度ムラ、感度ムラ）が発生する。シェーディングが発生すると、各画素のＳ／Ｎ比のムラとなり画質が劣化する。さらに、近年のレンズ系は、小型化による短焦点化が進んでいる。このため、シェーディングを防止することは重要である。 When such a non-incident region (Wd) is formed, shading (luminance unevenness, sensitivity unevenness) in which sensitivity decreases from the center pixel to the end pixel occurs. When shading occurs, the S / N ratio of each pixel becomes uneven and the image quality deteriorates. Further, recent lens systems have been shortened due to miniaturization. For this reason, it is important to prevent shading.
図１０に、配線によるシェーディングの影響が現れた光電変換素子２１の感度特性を示す。図１０（ａ）は、横軸が光電変換素子２１の主走査方向に沿った各画素の画素番号であり、縦軸が各画素の実効感度（受光レベル）となっている。また、図１０（ａ）に点線で示す特性は、光電変換素子２１の理想特性であり、これに対して、実線で示す特性が、シェーディングが発生している感度特性である。なお、実際には、いわゆるコサイン４乗則等による、レンズ起因の周辺光量落ちが発生するが、図１０においては、配線による光量落ち以外の減衰分は除外した特性を示している。
FIG. 10 shows the sensitivity characteristics of the
図１０（ａ）からわかるように、縮小光学系のＣＭＯＳセンサの場合、画素への光入射角に応じて配線により上述の非入射領域が形成されるため（配線により入射光が反射するため）、光電変換素子２１の中央の画素から離れた位置に形成された画素ほど、受光感度が低下する。
As can be seen from FIG. 10A, in the case of a reduction optical system CMOS sensor, the above-described non-incident region is formed by the wiring according to the light incident angle to the pixel (because the incident light is reflected by the wiring). As the pixel is formed at a position farther from the central pixel of the
また、図１０（ｂ）は、横軸が光の入射角であり、縦軸が各画素の実効感度となっている。また、図１０（ｂ）に点線で示す特性は、光電変換素子２１の理想特性であり、これに対して、実線で示す特性が、シェーディングが発生している感度特性である。この図１０（ｂ）からわかるように、光の入射角が大きくなるに連れ、感度低下が大きくなり、シェーディングの影響が大きくなる。
In FIG. 10B, the horizontal axis represents the incident angle of light, and the vertical axis represents the effective sensitivity of each pixel. Further, the characteristic indicated by the dotted line in FIG. 10B is an ideal characteristic of the
また、各画素への入射光量が変化することで、濃淡のムラが発生することが懸念されるが、通常、後段の画像処理回路でシェーディング補正処理が施されるため、最終的な画像に濃淡のムラが現れる不都合は軽減される。しかし、画素への入射光量で変化する各画素のＳ／Ｎ比は、電気的なシェーディング補正処理では補正することは困難である。このため、光電変換素子２１側で機械的に（物理的に）シェーディングを低減しておくことが重要となる。
In addition, there is a concern that unevenness in density may occur due to changes in the amount of incident light on each pixel. However, since shading correction processing is usually performed in the subsequent image processing circuit, the final image is shaded. The inconvenience of unevenness is reduced. However, it is difficult to correct the S / N ratio of each pixel, which changes with the amount of light incident on the pixel, by electrical shading correction processing. For this reason, it is important to reduce shading mechanically (physically) on the
（配線層の増加により悪化するシェーディング）
上述のように、ＣＭＯＳリニアセンサの場合、画素回路２１ＲＰＢ、２１ＧＰＢ、２１ＢＰＢから画像信号の読み出しを行う読み出しライン、制御信号ライン、電源ライン及びグランドライン等の、多数のライン（配線）を画素周りに配置するために、多層化した複数の配線層にそれぞれ配線を行う。図１１は、多層化された配線層Ｍ１〜Ｍ３に、それぞれ配線が行われた状態を示している。
(Shading that gets worse with an increase in wiring layers)
As described above, in the case of a CMOS linear sensor, a large number of lines (wirings) such as a readout line for reading an image signal from the pixel circuits 21RPB, 21GPB, and 21BPB, a control signal line, a power supply line, and a ground line are arranged around the pixel. In order to arrange, wiring is performed on each of a plurality of multilayered wiring layers. FIG. 11 shows a state in which wiring is performed on the multilayered wiring layers M1 to M3.
この図１１からわかるように、配線層が多くなると、非入射領域Ｗｄが大きくなり、シェーディングが悪化する。すなわち、配線層が多くなると、図１２（ａ）に示すように、画素毎の実効感度のばらつきは大きくなる。また、配線層が多くなると、図１２（ｂ）に示すように、光の入射角が小さい角度（θ’）であるにもかかわらず、感度低下が発生する。なお、図１２（ｂ）の「θ」は、少ない配線層の光電変換素子２１において、感度低下が発生し始める光の入射角を示している。近年におけるＣＭＯＳリニアセンサの場合、小画素化に伴い、配線層が増加しているため、シェーディングに対する早急な対策が必要である。
As can be seen from FIG. 11, as the number of wiring layers increases, the non-incident area Wd increases and shading deteriorates. That is, as the number of wiring layers increases, as shown in FIG. 12A, variation in effective sensitivity for each pixel increases. Further, when the number of wiring layers is increased, as shown in FIG. 12B, the sensitivity is lowered even though the incident angle of light is a small angle (θ ′). Note that “θ” in FIG. 12B indicates the incident angle of light at which the sensitivity reduction starts to occur in the
（第１の実施の形態の概念）
次に、このようなシェーディングの発生及び各画素のＳ／Ｎ比のムラを防止する第１の実施の形態のＭＦＰの概念を説明する。図１３（ａ）は、多層化された配線層Ｍ１〜Ｍ３により、ＰＤ上に光の非入射領域Ｗｄが発生している状態を示す図である。この状態において、光の入射角が「θ」の場合に発生する非入射領域Ｗｄは、以下の数１式〜数３式に示す演算で算出できる。なお、「ｙ」は、配線層の全体的な厚み（配線層Ｍ３からＳＴＩまでの距離）である。また、「Ｗａ」は、ＳＴＩの左端から、配線層Ｍ３の配線Ｍ３Ｌ１の左端までの距離であり、「Ｗｂ」は、ＳＴＩの左端から、垂直入射時における光の入射領域の右端までの距離である。
(Concept of the first embodiment)
Next, the concept of the MFP according to the first embodiment for preventing the occurrence of such shading and the unevenness of the S / N ratio of each pixel will be described. FIG. 13A is a diagram illustrating a state where a light non-incident region Wd is generated on the PD due to the multilayered wiring layers M1 to M3. In this state, the non-incident area Wd that occurs when the incident angle of light is “θ” can be calculated by the calculations shown in the following equations (1) to (3). “Y” is the overall thickness of the wiring layer (distance from the wiring layer M3 to the STI). “Wa” is a distance from the left end of the STI to the left end of the wiring M3L1 of the wiring layer M3, and “Wb” is a distance from the left end of the STI to the right end of the light incident region at the time of vertical incidence. is there.
ｙ／（Ｗｄ＋Ｗｂ＋Ｗａ）＝ｔａｎ（９０°−θ）・・・（数１式） y / (Wd + Wb + Wa) = tan (90 ° −θ) (Expression 1)
（ｔａｎ（９０°−θ））×（Ｗｄ＋Ｗｂ＋Ｗａ）＝ｙ・・・（数２式） (Tan (90 ° −θ)) × (Wd + Wb + Wa) = y (Expression 2)
Ｗｄ＝ｙ／（ｔａｎ（９０°−θ）−Ｗａ−Ｗｂ）・・・（数３式） Wd = y / (tan (90 ° −θ) −Wa−Wb) (Expression 3)
非入射領域Ｗｄを小さくするためには、
１．配線層を少なくして、配線層の全体的な厚み「ｙ」を小さくする、
２．光の入射角（９０°−θ）を小さくする、又は、
３．非入射領域を小さくする方向に配線をシフトさせる（Ｗａ又はＷｂを大きくする）、
ことが考えられる。
In order to reduce the non-incident area Wd,
1. Reducing the wiring layer to reduce the overall thickness “y” of the wiring layer;
2. Reduce the incident angle (90 ° -θ) of light, or
3. Shift the wiring in the direction to reduce the non-incident area (increase Wa or Wb),
It is possible.
このうち、「１」及び「２」の手法は、光電変換素子自体の設計を変更し、又は、光学系を変更する等の大規模な実現手法が必要となる。また、「３」の手法において、ＳＴＩの左端から、垂直入射時における光の入射領域の右端までの距離である「Ｗｂ」は、固定の距離であるため、実現困難である。 Among these, the methods “1” and “2” require a large-scale realization method such as changing the design of the photoelectric conversion element itself or changing the optical system. In the method “3”, “Wb”, which is the distance from the left end of the STI to the right end of the light incident region at the time of vertical incidence, is a fixed distance and is difficult to realize.
このため、「３」の手法において、ＳＴＩの左端から、配線層Ｍ３の配線Ｍ３Ｌ１の左端までの距離である「Ｗａ」を大きくする。これにより、非入射領域Ｗｄを小さくすることが可能となる。この場合、最適な条件は、図１３（ｂ）に示すように、「ｙ／（ｔａｎ（９０°−θ））＝Ｗａ＋Ｗｂの場合である。この場合、非入射領域Ｗｄを「０」とすることができる。 Therefore, in the method “3”, “Wa” that is the distance from the left end of the STI to the left end of the wiring M3L1 of the wiring layer M3 is increased. Thereby, the non-incident area Wd can be reduced. In this case, the optimum condition is the case of “y / (tan (90 ° −θ)) = Wa + Wb as shown in FIG. 13B. In this case, the non-incident region Wd is set to“ 0 ”. be able to.
（実施の形態の画素構成）
図１４〜図１６に、第１の実施の形態のＭＦＰ１の光電変換素子２１における、主走査方向に沿った各位置の画素の構成を示す。図１４〜図１６は、いずれも、各画素を主走査方向に沿って切断した状態の断面図である。また、このうち、図１４は、光電変換素子２１（光電変換装置の一例）の中央部の画素の断面図である。中央部の画素に対しては、ＰＤ（受光部の一例）に対して光が垂直に入射する。また、図１６は、光電変換素子２１の端部の画素の断面図である。端部の画素のＰＤに対しては、光が大きな入射角「θ２」でＰＤに入射する。また、図１５は、光電変換素子２１の中央部と端部との間の端部近傍の画素の断面図である。端部近傍の画素のＰＤに対しては、光が小さな入射角「θ１」でＰＤに入射する。
(Pixel configuration of the embodiment)
14 to 16 show a configuration of pixels at each position along the main scanning direction in the
光電変換素子２１は、図１４〜図１６に示すように、積層された例えば３層の配線層Ｍ１〜Ｍ３を有している。光電変換素子２１の中央部の画素は、図１４に示すように、ＳＴＩ（分離部の一例）に対応する位置に配線を設けている。また、図１４に示すように、中央部の画素には、ＰＤに直近の配線層となる第１の配線層Ｍ１の配線Ｍ１Ｌ１と、隣接する画素の第１の配線層Ｍ１の配線Ｍ１Ｌ３との間に相当する開口幅Ｗｅの受光領域（開口部）ＶＲが形成されている。
As shown in FIGS. 14 to 16, the
これに対して、光電変換素子２１の端部近傍の画素の場合、図１５に示すように、斜めに入射する光を受光可能な位置まで受光領域ＶＲをシフトさせて設けている。換言すると、ＰＤの受光領域ＶＲに対して略垂直に入射する光の受光光量と同等の受光光量となるように、光の入射角に応じて、受光領域をシフトした位置に設けている。
On the other hand, in the case of a pixel near the end of the
さらに具体的には、端部近傍の画素の場合、図１５に示すように第３の配線層Ｍ３の配線Ｍ３Ｌ１で反射されることなくＰＤに到達する部分を一方の端部とし、第１の配線層Ｍ１の配線Ｍ１Ｌ３で反射されることなくＰＤに到達する部分を他方の端部とするように、開口幅Ｗｅの受光領域ＶＲの形成位置をシフトする。 More specifically, in the case of a pixel in the vicinity of the end portion, as shown in FIG. 15, a portion reaching the PD without being reflected by the wiring M3L1 of the third wiring layer M3 is set as one end portion, The formation position of the light receiving region VR with the opening width We is shifted so that the portion that reaches the PD without being reflected by the wiring M1L3 of the wiring layer M1 is the other end.
これにより、受光領域ＶＲの他方の端部を、第１の配線層Ｍ１の配線Ｍ１Ｌ３の下側に延長して形成したのと同等とすることができる。従って、光電変換素子２１の端部近傍の画素は、受光領域ＶＲの幅を変更することなく、入射角θ１で入射する光を受光することができる。
Thereby, the other end of the light receiving region VR can be made equivalent to the extension of the other end of the light receiving region VR to the lower side of the wiring M1L3 of the first wiring layer M1. Therefore, the pixels near the end of the
なお、この例では、受光領域ＶＲの他方の端部が、第１の配線層Ｍ１の配線Ｍ１Ｌ３の下側に位置するように、受光領域ＶＲをシフトしてＰＤ上に設けることとした（位置のみをシフトした）。しかし、受光領域ＶＲの他方の端部を、第１の配線層Ｍ１の配線Ｍ１Ｌ３の下側まで、物理的に延長してＰＤ上に形成してもよい。 In this example, the light receiving region VR is shifted and provided on the PD so that the other end of the light receiving region VR is located below the wiring M1L3 of the first wiring layer M1 (position). Only shifted). However, the other end of the light receiving region VR may be physically extended to the lower side of the wiring M1L3 of the first wiring layer M1 and formed on the PD.
一方、光電変換素子２１の端部の画素の場合、図１６に示すように、受光領域ＶＲの他方の端部が、第１の配線層Ｍ１の配線Ｍ１Ｌ３の下側に位置するように、受光領域ＶＲをシフトさせた状態のＰＤを形成すると共に、大きな入射角で斜めに入射する光を、シフトさせた受光領域ＶＲで受光するように、各配線層Ｍ１〜Ｍ３の各配線もシフトする。すなわち、端部の画素の場合、ＰＤの受光領域ＶＲに対して略垂直に入射する光の受光光量と同等の受光光量となるように、光の入射角に応じて、ＰＤの受光領域ＶＲ及び各配線層Ｍ１〜Ｍ３の各配線の「両方をシフト」させている。
On the other hand, in the case of the pixel at the end of the
具体的には、端部の画素の場合、図１６に示すように端部近傍の画素と同様に、受光領域ＶＲの他方の端部が、第１の配線層Ｍ１の配線Ｍ１Ｌ３の下側に位置するように、ＰＤの受光領域ＶＲをシフトさせている。また、端部の画素は、図１６に示すように、シフトさせた受光領域ＶＲに対して、大きな入射角θ２（θ１＜θ２）の光が反射されることなく受光領域ＶＲに入射するように、各配線層Ｍ１〜Ｍ３の配線をシフトして設けている。図１６の例の場合、第１の配線層Ｍ１の配線は距離Ｗａ２分、主走査方向に沿ってシフトされて設けられ、第２の配線層Ｍ２、Ｍ３の配線は距離Ｗａ１分、主走査方向に沿ってシフトされて設けられている。 Specifically, in the case of the pixel at the end, as shown in FIG. 16, the other end of the light receiving region VR is below the wiring M1L3 of the first wiring layer M1, as in the case of the pixel near the end. The light receiving region VR of the PD is shifted so as to be positioned. Further, as shown in FIG. 16, the pixels at the end portions are incident on the light receiving region VR without reflecting light having a large incident angle θ2 (θ1 <θ2) with respect to the shifted light receiving region VR. The wirings of the wiring layers M1 to M3 are shifted and provided. In the example of FIG. 16, the wiring of the first wiring layer M1 is provided by being shifted by a distance Wa2 along the main scanning direction, and the wirings of the second wiring layers M2 and M3 are by a distance Wa1 of the main scanning direction. Are provided along with a shift.
これにより、大きな入射角θ２（θ１＜θ２）で光電変換素子２１の端部の画素に入射される光を、各配線層Ｍ１〜Ｍ３の配線で反射されることなく受光領域ＶＲに導光して受光することができる。このため、シェーディングの発生を防止できる。
Thereby, the light incident on the pixels at the end of the
このように、実施の形態のＭＦＰは、光の入射角に応じて、ＰＤの受光領域ＶＲの位置をシフトすることで、シェーディングの低減を図る。図１７（ａ）は、ＰＤの受光領域ＶＲの位置をシフトしない場合における画素共通構成部分と画素固有構成部分の差異を示す図である。また、図１７（ｂ）は、ＰＤの受光領域ＶＲの位置をシフトした場合における画素共通構成部分と画素固有構成部分の差異を示す図である。この図１７（ａ）及び図１７（ｂ）において、横方向は主走査方向を示しており、白抜けの部分は画素共通構成部分を示し、斜線及網線の部分は画素固有構成部分を示している。斜線又は網線が細かいほど、シフト量が大きいことを意味している。 As described above, the MFP according to the embodiment aims to reduce shading by shifting the position of the light receiving region VR of the PD in accordance with the incident angle of light. FIG. 17A is a diagram illustrating a difference between the pixel common component and the pixel specific component when the position of the light receiving region VR of the PD is not shifted. FIG. 17B is a diagram showing the difference between the pixel common component and the pixel specific component when the position of the light receiving region VR of the PD is shifted. In FIG. 17A and FIG. 17B, the horizontal direction indicates the main scanning direction, white portions indicate pixel common component portions, and hatched and shaded portions indicate pixel specific component portions. ing. A finer shaded line or halftone line means a larger shift amount.
図１７（ａ）からわかるように、ＰＤの受光領域ＶＲの位置をシフトしない場合は、画素共通構成部分は少なく、画素固有構成部分が大きくなる。そして、端部の画素ほど、受光領域ＶＲのシフト量が大きくなる。これに対して、ＰＤの受光領域ＶＲの位置をシフトした場合、図１７（ｂ）に示すように、画素共通構成部分が大きく、画素固有構成部分は小さくなる。また、ＰＤの受光領域ＶＲの位置をシフトした場合、端部の画素における受光領域ＶＲのシフト量も小さくすることができることがわかる。これにより、画素共通構成部分と画素固有構成部分の境界については、受光領域ＶＲをシフトすることで、広角度の光の入射角に対応可能とすることができる。 As can be seen from FIG. 17A, when the position of the light receiving region VR of the PD is not shifted, the pixel common component is small and the pixel specific component is large. Then, the shift amount of the light receiving region VR becomes larger as the pixels are at the end. On the other hand, when the position of the light receiving region VR of the PD is shifted, as shown in FIG. 17B, the pixel common component is large and the pixel specific component is small. Further, it can be seen that when the position of the light receiving region VR of the PD is shifted, the shift amount of the light receiving region VR in the end pixel can be reduced. As a result, the boundary between the pixel common component and the pixel specific component can be made compatible with a wide angle of incident light by shifting the light receiving region VR.
すなわち、実施の形態のＭＦＰは、図１８（ａ）に示すように、集光レンズの画角（光の入射角）にかかわらず、各画素で一定の実効感度を得ることができ、シェーディングの発生を防止できる。図１８（ｂ）に示す入射角θ１は、配線層が増加した場合に実効感度が低下する角度である。光の入射角が所定の入射角（θ≦θ１）までは感度低下は無く、それよりも大きい入射角（θ１＜θ≦θ２）では、受光領域ＶＲをシフトすることでシェーディングを低減できる。また、光の入射角がさらに大きい場合（θ２＜θ）には、受光領域ＶＲをシフトすると共に、各配線層Ｍ１〜Ｍ３の配線をシフトする。これにより、大きな入射角の入射光に対応して、シェーディングを低減できる。 That is, as shown in FIG. 18A, the MFP according to the embodiment can obtain a certain effective sensitivity for each pixel regardless of the angle of view of the condenser lens (the incident angle of light). Occurrence can be prevented. The incident angle θ1 shown in FIG. 18B is an angle at which the effective sensitivity decreases when the wiring layer increases. The sensitivity does not decrease until the incident angle of light reaches a predetermined incident angle (θ ≦ θ1), and shading can be reduced by shifting the light receiving region VR at an incident angle larger than that (θ1 <θ ≦ θ2). When the incident angle of light is larger (θ2 <θ), the light receiving region VR is shifted and the wirings of the wiring layers M1 to M3 are shifted. Thereby, shading can be reduced corresponding to incident light having a large incident angle.
このように実施の形態のＭＦＰの光電変換素子２１は、光の入射角に応じてＰＤの受光領域ＶＲの位置をシフトさせ、また、ＰＤの受光領域ＶＲの位置をシフトさせると共に、各配線層Ｍ１〜Ｍ３の配線の位置をシフトさせる。これにより、配線層が多層化された場合でも、配線で入射光が反射される不都合を防止でき、ＰＤの全画素において、垂直に光が入射される中央部の画素と同等の受光形態で入射光を受光できる。このため、シェーディングの発生を防止できるうえ、各画素のＳ／Ｎ比の均一化を図ることができ、画像の画質等の向上を図ることができる。
As described above, the
また、ＰＤの受光領域ＶＲの位置のシフトと、各配線層Ｍ１〜Ｍ３の配線の位置のシフトを併用しているため、ＰＤの受光領域ＶＲの位置のシフト量を必要最低限とすることができる。また、上述の併用により、各配線層Ｍ１〜Ｍ３の配線の位置をシフトする画素の数を、必要最小限の数とすることができる。 Further, since the shift of the position of the light receiving region VR of the PD and the shift of the position of the wiring of each of the wiring layers M1 to M3 are used in combination, the shift amount of the position of the light receiving region VR of the PD is minimized. it can. Further, by using the above-described combination, the number of pixels that shift the positions of the wirings of the wiring layers M1 to M3 can be reduced to the minimum necessary number.
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態のＭＦＰの説明をする。上述の第１の実施の形態のＭＦＰは、「主走査方向」の各画素に対する光の入射角に応じて、ＰＤの受光領域ＶＲの位置をシフトし、又は、ＰＤの受光領域ＶＲの位置及び各配線層Ｍ１〜Ｍ３の配線の位置の両方をシフトする例であった。これに対して、第２の実施の形態のＭＦＰは、「副走査方向」の各画素に対する光の入射角に応じて、ＰＤの受光領域ＶＲの位置をシフトし、又は、ＰＤの受光領域ＶＲの位置及び各配線層Ｍ１〜Ｍ３の配線の位置の両方をシフトする例である。なお、上述の第１の実施の形態と以下に説明する第２の実施の形態は、この点のみが異なる。このため、以下、両者の差異の部分のみ説明し、重複となる説明は省略する。
(Second Embodiment)
Next, an MFP according to the second embodiment will be described. The MFP according to the first embodiment described above shifts the position of the light receiving region VR of the PD or changes the position of the light receiving region VR of the PD according to the incident angle of light with respect to each pixel in the “main scanning direction”. In this example, both the wiring positions of the wiring layers M1 to M3 are shifted. On the other hand, the MFP according to the second embodiment shifts the position of the light receiving region VR of the PD or changes the position of the light receiving region VR of the PD according to the incident angle of light with respect to each pixel in the “sub-scanning direction”. This is an example of shifting both the position of the wiring and the positions of the wirings of the wiring layers M1 to M3. The first embodiment described above is different from the second embodiment described below only in this respect. For this reason, only the difference between the two will be described below, and redundant description will be omitted.
図１９は、光電変換素子２１の各画素が一次元的に並べられている方向である主走査方向に対して、二次元的に直交する方向である副走査方向から見た状態の光電変換素子２１の画素構成を示す図である。この図１９は、ＲＧＢの各色用のＰＤ２１Ｒ、ＰＤ２１Ｇ及び２１Ｇの間に、ＲＧＢの各色用の画素回路２１ＲＰＢ、２１ＧＰＢ及び２１ＢＰＢが設けられているギャップ構成の光電変換素子２１の例である。このような光電変換素子２１の場合、各ＰＤ２１Ｒ、ＰＤ２１Ｇ及び２１Ｇは、配線によって入射光が反射される不都合を生ずる。
FIG. 19 shows a photoelectric conversion element in a state viewed from the sub-scanning direction, which is a direction two-dimensionally orthogonal to the main scanning direction, which is a direction in which the pixels of the
図２０は、ギャップレス構成の光電変換素子２１を示している。ギャップレス構成の光電変換素子２１は、それぞれ行方向（主走査方向）に沿って並べられたＲ用のＰＤ２１Ｒの行、Ｇ用のＰＤ２１Ｇの行及びＢ用のＰＤ２１Ｂの行を備えた受光部群と、それぞれ行方向（主走査方向）に沿って並べられたＲ用の画素回路２１ＲＰＢの行、Ｇ用の画素回路２１ＧＰＢの行及びＢ用の画素回路２１ＢＰＢの行を備えた画素回路群と有している。そして、ギャップレス構成の光電変換素子２１は、受光部群と画素回路群とを列方向（副走査方向）に沿って並べて設けることで、各色用のＰＤ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂの間に、各色用の画素回路２１ＲＰＢ、２１ＧＰＢ、２１ＢＰＢが存在しないギャップレス構成を実現している。
FIG. 20 shows a
このようなギャップレス構成の光電変換素子２１の場合、ＰＤ上に配置される配線が図１９に示した光電変換素子２１よりも密になるため、配線による入射光の反射が発生し易くなり、副走査方向における各色の感度ムラが発生する。
In the case of the
具体的には、各色の画素がＲＧＢの順に副走査方向に沿って設けられており、例えばＧの画素に対して垂直（入射角＝０）に入射光が入射するように光源が設けられた場合、Ｇの画素の上側に位置するＲの画素と、Ｇの画素の下側に位置するＢの画素に対しては、所定の入射角で光が入射される。このような入射角の違いは、上述のギャップレス構成の光電変換素子２１及びギャップを有する光電変換素子２１の、いずれにも現れる。ただ、ギャップを有する光電変換素子２１の場合、各画素間に画素回路が設けられており、各画素間に距離を有するため、Ｒ及びＢの各画素に対する入射角は、ギャップレス構成の光電変換素子２１よりも大きくなり、上述の各色の感度ムラが発生し易くなる。
Specifically, each color pixel is provided along the sub-scanning direction in the order of RGB. For example, a light source is provided so that incident light is incident on the G pixel vertically (incident angle = 0). In this case, light is incident at a predetermined incident angle on the R pixel located above the G pixel and the B pixel located below the G pixel. Such a difference in incident angle appears in both the gapless
このようなことから第２の実施の形態のＭＦＰの場合、図２１に示すように、垂直に光が入射されるＧ用のＰＤ２１Ｇに対して副走査方向に沿って上下に隣接するＲ用のＰＤ２１Ｒ及びＢ用のＰＤ２１Ｂの受光領域ＶＲをシフトすると共に、各配線層Ｍ１〜Ｍ３の配線の位置をシフトしている。
For this reason, in the case of the MFP of the second embodiment, as shown in FIG. 21, the R-use adjacent vertically in the sub-scanning direction with respect to the G-
具体的には、Ｇ用のＰＤ２１Ｇの副走査方向に沿った上側に隣接するＲ用のＰＤ２１Ｒ、及び、Ｇ用のＰＤ２１Ｇの副走査方向に沿った下側に隣接するＢ用のＰＤ２１Ｂの各受光領域ＶＲを、Ｇ用のＰＤ２１Ｇとは反対の方向にシフトさせている。また、シフトさせた各受光領域ＶＲで、入射角θ１又は入射角θ２の入射光をそれぞれ受光するように、各配線層Ｍ１〜Ｍ３の配線を距離Ｗａ分シフトする。
Specifically, each light reception of the
図２２は、副走査方向の各画素における、画素共通構成部分と画素固有構成部分を示している。図２２において、白抜けで示すＧ用の画素が画素共通構成部分を示し、斜線で示すＲ用及びＢ用の画素は、受光領域ＶＲ及び配線がシフトされた画素固有構成部分を示している。Ｇ用の画素に対しては、垂直に入射光が入射するため、受光領域ＶＲ及び配線をシフトさせる必要が無く、全て画素共通構成部分となっている。Ｒ用の画素及びＢ用の画素に対しては、入射角θ１又は入射角θ２で入射光が入射するため、受光領域ＶＲ及び配線をシフトさせている。なお、Ｒ用の画素及びＢ用の画素に対する入射光の入射方向は反対方向となるため、受光領域ＶＲ及び配線をシフトさせる方向は逆方向となっている。 FIG. 22 shows a pixel common component and a pixel specific component in each pixel in the sub-scanning direction. In FIG. 22, G pixels indicated by white dots indicate pixel common components, and R and B pixels indicated by diagonal lines indicate pixel-specific component portions in which the light receiving region VR and wiring are shifted. Since incident light is incident vertically on the G pixel, it is not necessary to shift the light receiving region VR and the wiring, and all of the pixels are common pixel components. Since incident light is incident on the R pixel and the B pixel at the incident angle θ1 or the incident angle θ2, the light receiving region VR and the wiring are shifted. In addition, since the incident direction of the incident light with respect to the R pixel and the B pixel is opposite, the direction in which the light receiving region VR and the wiring are shifted is opposite.
また、以上の説明は副走査方向に対応する構成の説明であったが、第２の実施の形態のＭＦＰ１の光電変換素子２１は、主走査方向に対しては、上述の第１の実施の形態で説明したように、主走査方向の端部の画素に対して、受光領域ＶＲ及び配線のシフト処理が施されている。
Further, the above description is of the configuration corresponding to the sub-scanning direction. However, the
このような第２の実施の形態のＭＦＰの光電変換素子２１は、副走査方向に沿って光の入射角に差異が生じている場合でも、ＲＧＢの各ＰＤ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂで、それぞれ入射角に応じた適正な受光形態で入射光を受光できる。このため、ＲＧＢの各画素の感度のばらつきを抑制して、色ムラの発生を防止できる他、上述の第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
The
最後に、上述の実施の形態は、一例として提示したものであり、本発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことも可能である。また、実施の形態及び実施の形態の変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Finally, the above-described embodiment has been presented as an example, and is not intended to limit the scope of the present invention. The novel embodiment can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. Further, the embodiments and modifications of the embodiments are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
１ 複合機（ＭＦＰ）の読み取り装置
２ ＭＦＰの本体
２１ 光電変換素子
３０ 撮像部
５２ 画像読み取り装置
６１ フォトダイオード
６２ 画素回路
６３ アナログメモリ部
６４ アナログ−デジタル変換部
DESCRIPTION OF
Claims (8)
複数の前記受光部を物理的に分離する分離部と、
前記分離部上に積層された配線層にそれぞれ設けられた配線とを有し
前記受光部に対して略垂直に入射する前記光の受光光量と同等の受光光量となるように、前記光の入射角に応じて、前記受光部の前記受光領域をシフトした位置に設けると共に、前記各配線層の各配線をシフトした位置に設けたことを特徴とする光電変換装置。 A light receiving unit that forms an electrical signal according to the amount of light received in the light receiving region;
A separation unit that physically separates the plurality of light receiving units;
The light incident so that the received light amount is equivalent to the received light amount of the light incident substantially perpendicular to the light receiving unit. According to a corner, the photoelectric conversion device is characterized in that the light receiving region of the light receiving unit is provided at a shifted position and each wiring of each wiring layer is provided at a shifted position.
を特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。 2. The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the light receiving region is shifted in a main scanning direction which is a direction in which the light receiving units are arranged one-dimensionally.
前記受光領域は、前記副走査方向にシフトされていること
を特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。 A plurality of rows along the sub-scanning direction, which is two-dimensionally orthogonal to the main scanning direction, the light receiving portions corresponding to the rows arranged along the main scanning direction;
The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the light receiving region is shifted in the sub-scanning direction.
を特徴とする請求項３に記載の光電変換装置。 The photoelectric conversion device according to claim 3, wherein the light receiving units in each row are light receiving units for different colors.
を特徴とする請求項３又は請求項４に記載の光電変換装置。 5. The light receiving unit according to claim 3, wherein each of the light receiving units has a gap configuration in which the light receiving units and pixel circuits that process electric signals of the light receiving units are alternately provided. Photoelectric conversion device.
所定行数分の各受光部を前記副走査方向に沿って並べて設けた受光部群と、
前記受光部群の各受光部の電気信号の処理をそれぞれ行う各画素回路を、前記副走査方向に沿って所定行数分並べて設けた画素回路群とを有し、
前記受光部群と前記画素回路群とを前記副走査方向に沿って並べて設けたギャップレス構成を有すること
を特徴とする請求項３又は請求項４に記載の光電変換装置。 Each of the light receiving parts is
A group of light receiving portions provided with a predetermined number of rows of light receiving portions arranged along the sub-scanning direction;
A pixel circuit group in which each pixel circuit that performs processing of an electrical signal of each light receiving unit of the light receiving unit group is arranged in a predetermined number of rows along the sub-scanning direction;
5. The photoelectric conversion device according to claim 3, wherein the photoelectric conversion device has a gapless configuration in which the light receiving unit group and the pixel circuit group are provided side by side along the sub-scanning direction.
複数の前記受光部を物理的に分離する分離部と、
前記分離部上に積層された配線層にそれぞれ設けられた配線とを有する光電変換装置の形成方法であって、
前記受光部に対して略垂直に入射する前記光の受光光量と同等の受光光量となるように、前記光の入射角に応じて、前記受光部の前記受光領域をシフトした位置に設けると共に、前記各配線層の各配線をシフトした位置に設けて前記光電変換装置を形成すること
を特徴とする光電変換装置の形成方法。 A light receiving unit that forms an electrical signal according to the amount of light received in the light receiving region;
A separation unit that physically separates the plurality of light receiving units;
A method for forming a photoelectric conversion device having wirings provided in wiring layers stacked on the separation part,
In accordance with the incident angle of the light, the light receiving region of the light receiving unit is provided at a shifted position so that the received light amount is equivalent to the received light amount of the light that is incident substantially perpendicular to the light receiving unit. A method for forming a photoelectric conversion device, wherein the photoelectric conversion device is formed by providing each wiring of each wiring layer at a shifted position.
前記光電変換装置は、
受光領域で受光した光の光量に応じた電気信号を形成する受光部と、
複数の前記受光部を物理的に分離する分離部と、
前記分離部上に積層された配線層にそれぞれ設けられた配線とを有し
前記受光部に対して略垂直に入射する前記光の受光光量と同等の受光光量となるように、前記光の入射角に応じて、前記受光部の前記受光領域をシフトした位置に設けると共に、前記各配線層の各配線をシフトした位置に設けたこと
を特徴とする画像形成装置。 An image forming apparatus that performs a predetermined image forming process using an electrical signal formed according to the amount of light received by a photoelectric conversion device,
The photoelectric conversion device
A light receiving unit that forms an electrical signal according to the amount of light received in the light receiving region;
A separation unit that physically separates the plurality of light receiving units;
The light incident so that the received light amount is equivalent to the received light amount of the light incident substantially perpendicular to the light receiving unit. The image forming apparatus, wherein the light receiving region of the light receiving unit is provided at a shifted position according to a corner, and each wiring of each wiring layer is provided at a shifted position.
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