專利名稱：線性圖像傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種線性圖像傳感器，特別涉及一種具有快門功能的線性圖像傳感器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有情況下，在其中使用了線性圖像傳感器的彩色線性圖像傳感器中放置有多個線性圖像傳感器。多個圖像傳感器分別對應(yīng)于不同的顏色。通常來說，不同的彩色濾波器(例如，綠色、藍(lán)色和紅色)對應(yīng)于陣列中的各個線性圖像傳感器。諸如光電二極管等多個光接收元件在每一個陣列中的線性圖像傳感器中的半導(dǎo)體襯底上成直線排列。多個光接收元件對應(yīng)于每一個像素。在這種線性圖像傳感器中，順序轉(zhuǎn)移由光接收元件進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的信號電荷，從而依次輸出對應(yīng)于各個像素的圖像信號。
在具有快門功能的彩色線性圖像傳感器中，分別對具有不同顏色的彩色濾波器進(jìn)行曝光設(shè)定。通常來說，曝光設(shè)定是通過在具有快門柵極和快門漏極的每一個陣列中提供線性圖像傳感器來執(zhí)行的。通過這種曝光設(shè)定可以獲取用于每一個顏色的合適圖像數(shù)據(jù)。
在線性圖像傳感器的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中，圖像傳感器的光接收元件的陣列的一側(cè)具有快門柵極和快門漏極，并且其另一側(cè)具有電荷讀取部件和電荷轉(zhuǎn)移部件。由于線性圖像傳感器的速度增加了，因此存在著當(dāng)只從一側(cè)讀取信號時讀取時間變長的問題。為了響應(yīng)傳感器的較高速度，在現(xiàn)有線性圖像傳感器中提供了一種系統(tǒng)，其中提供了兩個電荷轉(zhuǎn)移部件，以便在其間容納光接收元件陣列，并且使用了兩個電荷轉(zhuǎn)移部件來讀出信號電荷。不過，該系統(tǒng)沒有采用快門結(jié)構(gòu)，因此難以獲得高質(zhì)量照片。
對于這種技術(shù)，在日本未決專利申請公開No.2000-32216中講述了一種技術(shù)。在日本未決專利申請公開No.2000-32216中講述的技術(shù)中，光接收元件陣列的一側(cè)具有平行的第一和第二電荷轉(zhuǎn)移部件。通過使用這種結(jié)構(gòu)，位于光接收元件的陣列附近的第一電荷轉(zhuǎn)移部件接收在奇數(shù)像素中生成的信號電荷，并且遠(yuǎn)離光接收元件的陣列的第二電荷轉(zhuǎn)移部件接收在偶數(shù)像素中生成的信號電荷，從而響應(yīng)較高的速度。另一方面，為了防止由為每一個線性傳感器提供快門結(jié)構(gòu)部件而引起的線-線距離的增加，對入射光具有不同靈敏度的第一至第三線性圖像傳感器按照相對于入射光的最高靈敏度的次序從外側(cè)開始放置，并且進(jìn)一步提供了快門柵極和快門漏極，用于僅對光線進(jìn)入側(cè)上的具有入射光的最高靈敏度的線性圖像傳感器進(jìn)行曝光調(diào)整。在日本未決專利申請公開No.9-205520中也公開了這樣的技術(shù)。
日本未決專利申請公開No.60-120557講述了具有抑制高光溢出的結(jié)構(gòu)的固態(tài)圖像感應(yīng)設(shè)備。
當(dāng)如上所述的線性圖像傳感器實現(xiàn)了較高的速度時，則難以追求較高質(zhì)量的照片。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，線性圖像傳感器包括讀取柵極，用于讀出光接收元件的信號電荷；快門結(jié)構(gòu)部件，用于控制光接收元件的累積電荷；第一柵極/快門陣列，其中交替放置了多個讀取柵極和多個快門結(jié)構(gòu)部件；第二柵極/快門陣列，其中按照不同于第一柵極/快門陣列的次序交替放置了讀取柵極和快門結(jié)構(gòu)部件；光接收元件陣列，其置于第一和第二柵極/快門陣列之間，并且其中多個光接收元件成直線排列；第一電荷轉(zhuǎn)移部件，用于轉(zhuǎn)移由第一柵極/快門陣列的讀取柵極讀出的信號電荷；以及第二電荷轉(zhuǎn)移部件，用于轉(zhuǎn)移由第二柵極/快門陣列的讀取柵極讀出的信號電荷。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，彩色線性圖像傳感器包括第一線性圖像傳感器和第二線性圖像傳感器。第一線性圖像傳感器包括第一柵極/快門陣列，其中交替放置了多個讀取柵極和多個快門結(jié)構(gòu)部件；第二柵極/快門陣列，其中按照不同于第一柵極/快門陣列的次序交替放置了讀取柵極和快門結(jié)構(gòu)部件；光接收元件陣列，其置于第一和第二柵極/快門陣列之間，并且其中多個光接收元件成直線排列；第一電荷轉(zhuǎn)移部件，用于轉(zhuǎn)移由第一柵極/快門陣列的讀取柵極讀出的信號電荷；以及第二電荷轉(zhuǎn)移部件，用于轉(zhuǎn)移由第二柵極/快門陣列的讀取柵極讀出的信號電荷。第二線性圖像傳感器包括第三柵極/快門陣列，其中交替放置了多個讀取柵極和多個快門結(jié)構(gòu)部件；第四柵極/快門陣列，其中按照不同于第三柵極/快門陣列的次序交替放置了讀取柵極和快門結(jié)構(gòu)部件；光接收元件陣列，其置于第三和第四柵極/快門陣列之間，并且其中多個光接收元件成直線排列；第三電荷轉(zhuǎn)移部件，用于轉(zhuǎn)移由第三柵極/快門陣列的讀取柵極讀出的信號電荷；以及第四電荷轉(zhuǎn)移部件，用于轉(zhuǎn)移由第四柵極/快門陣列的讀取柵極讀出的信號電荷。第一線性圖像傳感器的快門結(jié)構(gòu)部件根據(jù)第一快門信號來控制，并且第二線性圖像傳感器的快門結(jié)構(gòu)部件根據(jù)第二快門信號來控制。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，彩色線性圖像傳感器包括第一線性圖像傳感器和第二線性圖像傳感器。第一線性圖像傳感器包括第一柵極/快門陣列，其中交替放置了多個讀取柵極和多個快門結(jié)構(gòu)部件；第二柵極/快門陣列，其中按照不同于第一柵極/快門陣列的次序交替放置了讀取柵極和快門結(jié)構(gòu)部件；第一光接收元件陣列，其置于第一和第二柵極/快門陣列之間，并且其中多個光接收元件成直線排列；第一電荷轉(zhuǎn)移部件，用于轉(zhuǎn)移由第一柵極/快門陣列的讀取柵極讀出的信號電荷；以及第二電荷轉(zhuǎn)移部件，用于轉(zhuǎn)移由第二柵極/快門陣列的讀取柵極讀出的信號電荷。第二線性圖像傳感器包括第二光接收元件陣列，其中多個光接收元件成直線排列；第三和第四電荷轉(zhuǎn)移部件，置于第二光接收元件陣列的一側(cè)；以及快門結(jié)構(gòu)部件，置于第三和第四電荷轉(zhuǎn)移部件的相對側(cè)。


從結(jié)合附圖的如下說明中，本發(fā)明的上述和其他目的、優(yōu)勢以及特征將更為明顯，其中圖1示出了實施例1的線性圖像傳感器的俯視圖。
圖2示出了沿著圖1中的II-II的線性圖像傳感器的截面圖。
圖3示出了具有三個圖1所示的圖像傳感器的彩色線性圖像傳感器的俯視圖。
圖4示出了曝光和信號輸出電平之間的關(guān)系。
圖5示出了讀取信號、快門信號和輸出電壓之間的關(guān)系。
圖6示出了實施例2的線性圖像傳感器的俯視圖。
圖7示出了實施例2的彩色線性圖像傳感器的俯視圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在參考解釋性實施例來講述本發(fā)明。本領(lǐng)于技術(shù)人員將認(rèn)識到使用本發(fā)明的講述可以實現(xiàn)許多可選的實施例，并且本發(fā)明并不限于用于解釋目的的實施例。
本發(fā)明的實施例1在下文中，現(xiàn)在參考附圖來詳細(xì)講述根據(jù)本發(fā)明的實施例1的線性圖像傳感器。圖1示出了實施例1的線性圖像傳感器100的陣列的俯視圖。圖2示出了圖1的線性圖像傳感器100沿著線II-II的截面圖。圖3示出了通過在圖中的垂直方向上平行的陣列中放置三個圖1所示的線性圖像傳感器100而得到的彩色線性圖像傳感器的結(jié)構(gòu)的俯視圖。如圖3所示，該彩色線性圖像傳感器具有這樣的結(jié)構(gòu)，其中平行排列了具有相同結(jié)構(gòu)的線性圖像傳感器100。
現(xiàn)在將使用圖1來在下文中講述線性圖像傳感器100的陣列的結(jié)構(gòu)。如圖1所示，該線性圖像傳感器100包括光接收元件陣列1、讀取柵極2、快門柵極3、快門漏極4、第一電荷轉(zhuǎn)移部件5a、第二電荷轉(zhuǎn)移部件5b、第一輸出電路6a、以及第二輸出電路6b。
光接收元件陣列1具有成直線放置的多個光接收元件。光接收元件陣列1中的單個光接收元件輸出與圖像的各個像素相對應(yīng)的信號電荷。讀取柵極2為用于響應(yīng)讀取信號而將光接收元件的信號電荷讀出到電荷轉(zhuǎn)移部件5a和5b的柵極。快門柵極3和快門漏極4組成快門結(jié)構(gòu)部件，用于響應(yīng)快門信號來執(zhí)行線性圖像傳感器100的快門操作。恒電壓VSD被施加于快門漏極，以排空電荷。下文中將講述快門操作。第一和第二電荷轉(zhuǎn)移部件5a和5b將由讀取柵極2讀出的信號電荷依次轉(zhuǎn)移到輸出電路6a和6b。輸出電路6a和6b為由諸如源極跟隨器、反向器等模擬電路組成的電路。輸出電路6a和6b包括信號電荷檢測部件，用于將信號電荷轉(zhuǎn)換成信號電壓，信號電荷檢測部件是由浮動擴(kuò)散區(qū)制成。輸出電路6a和6b將從電荷轉(zhuǎn)移部件5a和5b轉(zhuǎn)移來的信號電荷作為輸出電壓來輸出。
如圖1所示，關(guān)于從圖左邊起的奇數(shù)光接收元件，讀取柵極2置于光接收元件陣列1和第一電荷轉(zhuǎn)移部件5a之間，并且快門柵極3和快門漏極4置于光接收元件陣列1和第二電荷轉(zhuǎn)移部件5b之間。關(guān)于從圖1左邊起的偶數(shù)光接收元件，快門柵極3和快門漏極4置于光接收元件陣列1和電荷轉(zhuǎn)移部件5a之間，并且讀取柵極2置于光接收元件陣列1和電荷轉(zhuǎn)移部件5b之間。
換句話說，在光接收元件陣列1的一側(cè)(圖1中的上側(cè))上，放置了第一柵極/快門陣列110a，其中交替形成用于每一個光接收元件的讀取柵極2和快門結(jié)構(gòu)部件。電荷轉(zhuǎn)移部件5a可轉(zhuǎn)移經(jīng)由第一柵極快門陣列110a的讀取柵極2所提供的信號電荷。在光接收元件陣列1的另一側(cè)(圖1中的下側(cè))上，放置了第二柵極/快門陣列110b，其中按照不同于相對側(cè)中的次序來交替形成用于每一個光接收元件的讀取柵極2和快門結(jié)構(gòu)部件。電荷轉(zhuǎn)移部件5b可轉(zhuǎn)移經(jīng)由第二柵極/快門陣列110b的讀取柵極2所提供的信號電荷。在實施例1的線性圖像傳感器100的結(jié)構(gòu)中，光接收元件陣列1置于第一柵極/快門陣列110a和第二柵極/快門陣列110b之間，并且光接收元件陣列1、第一柵極/快門陣列110a和第二柵極/快門陣列110b置于第一電荷轉(zhuǎn)移部件5a和第二電荷轉(zhuǎn)移部件5b之間。
圖2示出了與從圖1的左邊起的偶數(shù)像素相對應(yīng)的線性圖像傳感器100的橫截面結(jié)構(gòu)。如圖2所示，在形成于N型襯底7上的P阱8中形成了線性圖像傳感器100。分別與元件相對應(yīng)的P型區(qū)域和N型區(qū)域形成于P阱8中。熱氧化層14形成于包括了這些擴(kuò)散區(qū)的襯底的表面上。進(jìn)而，中間絕緣層16形成于包括了熱氧化膜14、讀取柵極2、電荷轉(zhuǎn)移部件5a和5b等的襯底的整個表面上。
如圖2所示，用具有PN結(jié)的光電二極管形成光接收元件陣列1。具體地說，N型區(qū)域9是通過將N型雜質(zhì)引入到P阱8上形成的。進(jìn)而，在N型區(qū)域9上靠近襯底表面的部分中形成了P型區(qū)域10。N型區(qū)域9和P型區(qū)域10形成了光電二極管。
在圖2中，在光接收元件陣列1的左側(cè)(圖1中的下側(cè))上，由多晶硅制成的讀取柵極2形成于P阱8上，其間具有熱氧化膜14。由多晶硅制成的用于電荷轉(zhuǎn)移的電極15b形成于讀取柵極2的左側(cè)上。形成讀取柵極2和電荷轉(zhuǎn)移電極15b，其處于其部分堆疊于襯底上的狀態(tài)中。熱氧化膜14形成于讀取柵極2和電荷轉(zhuǎn)移電極15b之間，由此使它們相互絕緣。
N型區(qū)域11b形成于與電荷轉(zhuǎn)移電極15b的下部相對應(yīng)的P阱8的表面附近。用電荷轉(zhuǎn)移電極15b和N型區(qū)域11b形成第二電荷轉(zhuǎn)移部件(CCD移位寄存器)5b。從電荷轉(zhuǎn)移電極15b起更左處上P阱8的遠(yuǎn)左區(qū)域具有作為溝道截斷區(qū)域的P+區(qū)域12。
在圖2中，在光接收元件陣列1的右側(cè)(圖1中的上側(cè))上，由多晶硅組成的快門柵極3形成于P阱8上，其間具有熱氧化膜14。N型區(qū)域13形成于與快門柵極3的右側(cè)相對應(yīng)的P阱8的襯底表面附近。該N型區(qū)域13形成了快門漏極4。作為溝道上層的P+區(qū)域17形成于快門漏極4的右側(cè)上。在作為溝道截斷層的P+區(qū)域17的右側(cè)上，存在N型區(qū)域11a和形成于N型區(qū)域11a上的多晶硅電荷轉(zhuǎn)移電極15a，其間具有熱氧化膜14。第一電荷轉(zhuǎn)移部件5a形成為具有電荷轉(zhuǎn)移電極15a和N型區(qū)域11a。與P阱8的左邊遠(yuǎn)端處一樣，作為溝道截斷層的P+區(qū)域12形成于電荷轉(zhuǎn)移部件5a的右側(cè)上的右邊遠(yuǎn)端上。注意，盡管圖2示出了對應(yīng)于從圖1的左邊起的偶數(shù)光接收元件之一的區(qū)域的橫截面，但是對應(yīng)于奇數(shù)光接收元件之一的區(qū)域是對稱的，并且具有相同的結(jié)構(gòu)。
從圖1和2所示的結(jié)構(gòu)可以看出，在線性圖像傳感器100的結(jié)構(gòu)中，快門柵極3和讀取柵極2被交替置于奇數(shù)和偶數(shù)光接收元件上。對于每一個光接收元件，讀取柵極2和快門結(jié)構(gòu)部件(快門柵極3和快門漏極4)被交替置于光接收元件陣列1和第一電荷轉(zhuǎn)移部件5a之間。讀取柵極2和快門結(jié)構(gòu)部件按照不同于光接收元件陣列1和第一電荷轉(zhuǎn)移部件5a之間的次序被交替置于線性圖像傳感器100的光接收元件陣列1和第二電荷轉(zhuǎn)移部件5b之間。
圖3示出了彩色線性圖像傳感器，其中如上所述的這種線性圖像傳感器100的陣列平行放置作為第一線性圖像傳感器100a、第二線性圖像傳感器100b和第三線性圖像傳感器100c。在圖3中，線性圖像傳感器100a對應(yīng)于藍(lán)色，100b對應(yīng)于綠色，并且100c對應(yīng)于紅色。注意，如圖1所示，將用于驅(qū)動每一個讀取柵極2的讀取信號ΦTG，以及用于驅(qū)動每一個快門柵極的快門信號ΦST供應(yīng)給各個線性圖像傳感器。將用于控制轉(zhuǎn)移的轉(zhuǎn)移信號Φ1和Φ2供應(yīng)給電荷轉(zhuǎn)移部件5a和5b。
上述彩色線性圖像傳感器中的每一個線性圖像傳感器100都具有用于執(zhí)行快門功能的快門結(jié)構(gòu)部件(快門柵極3和快門漏極4)?，F(xiàn)在，圖3和圖4用于描述通過快門結(jié)構(gòu)部件來執(zhí)行快門功能的重要性。
如圖3所示，當(dāng)通過在半導(dǎo)體襯底上以三個陣列的形式平行放置線性圖像傳感器100a、100b和100c，并且通過在各個光接收元件陣列1上貼裝具有不同顏色(藍(lán)色、綠色和紅色)的彩色濾波器來構(gòu)造彩色線性圖像傳感器時，有必要調(diào)整用于每一個顏色的曝光(入射在光電二極管上的光量與累積時間的乘積)。
用于確定線性圖像傳感器100的性能的特征之一是飽和輸出電壓。通常來說，線性圖像傳感器100的輸出信號電壓與曝光(入射在光接收部件的光量與累積時間的乘積)成比例。不過，在等于或大于一定輸出信號電壓時，即使曝光增加了，輸出信號電壓也不會增加。這個值被稱為“飽和輸出電壓(Vsat)”(產(chǎn)生飽和輸出電壓的曝光被稱為“飽和曝光”)。這個值越大，信號電壓幅度就越大，并且動態(tài)范圍(例如，飽和曝光與噪聲或暗輸出之間的比率)就越大。因此，對于線性圖像傳感器100，要求飽和輸出電壓盡可能地大。
在上述彩色線性圖像傳感器的情況中，由于彩色濾波器形成于線性圖像傳感器100a～100c的三個陣列上，因此除非有意改變光接收元件1以及電荷轉(zhuǎn)移部件5a和5b的尺寸，或者各個輸出電路6a和6b的最大信號電壓幅度，否則對三種顏色RGB，各個線性圖像傳感器100a～100c的飽和輸出電壓都是相等的。
進(jìn)而，由于如上所述優(yōu)選情況下用于線性圖像傳感器100的飽和輸出電壓應(yīng)該盡可能地大，因此用于三種顏色的飽和輸出電壓相等是很自然的。不過，在上述彩色線性圖像傳感器的情況中，用于三種顏色的RGB輸出(輸出信號電壓/曝光)的靈敏度通常不是相等的。而且，即使在一定光源下RGB輸出的靈敏度是相等的，但當(dāng)改變了所使用的光源時，RGB輸出的靈敏度也并不總是相同。因此，通常曝光和彩色線性圖像傳感器的信號輸出電壓之間的關(guān)系如圖4所示。圖4示出了其中在RGB輸出中綠色具有最大的靈敏度并且藍(lán)色具有最小的靈敏度的情況。從圖4可以看出，雖然RGB輸出的飽和輸出電壓基本相等，但是除了具有最大靈敏度的綠色之外的輸出只能分別使用達(dá)到VsaR和VsaB的輸出值。這是因為當(dāng)使用了其中超過了SEG的飽和曝光(產(chǎn)生了綠色輸出的飽和輸出電壓的曝光)的彩色線性圖像傳感器時，綠色輸出會超過飽和輸出電壓VsaG，并且不能得到用于綠色的正常圖像數(shù)據(jù)。可選情況下，在用于輸出對應(yīng)于綠色的信號的線性圖像傳感器100b的光接收元件部件1b和電荷轉(zhuǎn)移部件5ab和5bb中溢出的信號電荷可能流入其他兩個線性圖像傳感器(100a，100c)的光接收元件部件1a和1c以及電荷轉(zhuǎn)移部件5aa和5ac中，從而顏色被混合。在任一種情況中，由于在該例子中對于實際的飽和輸出電壓，綠色具有最大值且藍(lán)色具有最小值，因此每一個顏色的動態(tài)范圍不同，從而影響了圖像質(zhì)量。
當(dāng)使用了快門結(jié)構(gòu)部件時，對具有相同光量的每一種顏色都可以控制累積時間。換句話說，光接收元件，也就是根據(jù)彩色濾波器的特性等通過控制快門柵極3來達(dá)到飽和輸出電壓的光接收元件的累積電荷可以被釋放到快門漏極4。通過根據(jù)使每一種顏色都達(dá)到飽和輸出電壓的曝光來改變用于控制快門柵極3的時序，對于在其中排列了多個線性圖像傳感器100的彩色線性圖像傳感器中的每一個線性圖像傳感器100，都可以獲得大的動態(tài)范圍。
圖5示出了一種驅(qū)動方法，來作為具有圖4所示的飽和輸出電壓特性的彩色線性圖像傳感器的例子。圖5示出了供應(yīng)給每一個線性圖像傳感器的讀取信號、快門信號和輸出電壓之間的關(guān)系。進(jìn)而，圖2示出了遵照橫截面結(jié)構(gòu)的溝道電勢的狀態(tài)和信號電荷Q的狀態(tài)。下面使用圖2和圖5來講述具體的快門操作。在如下所述的方法中，通過對用于每一種顏色的快門柵極3的快門信號進(jìn)行調(diào)整可以獲得對于三種顏色的合適曝光，并且甚至可以使用在三種顏色中公用的飽和輸出電壓。
在下述的操作中，對于每一個線性傳感器100a、100b和100c，將圖5所示的脈沖讀取信號ΦTGa、ΦTGb和ΦTGc，以及脈沖快門信號ΦSTa、ΦSTb和ΦSTc提供給對應(yīng)于圖2的元件。
(1)信號電荷的累積當(dāng)供應(yīng)給快門柵極3b的快門信號ΦSTb和供應(yīng)給讀取柵極2b的讀取信號ΦTGb都處于低電平時(圖5中的t1b時段)，累積了綠色的信號電荷。類似地，當(dāng)在對應(yīng)于紅色和藍(lán)色的線性圖像傳感器100a和100c中脈沖ΦSTc和ΦTGc以及脈沖ΦSTa和ΦTGa都處于低電平時(圖2中的t1c和t1a時段)，累積了藍(lán)色和紅色的信號電荷。
(2)信號電荷的釋放當(dāng)讀取信號ΦTGb仍處于低電平時，并且當(dāng)快門信號ΦSTb處于高電平時(圖2中的t2b時段)，光接收元件1b和快門漏極4b進(jìn)入傳導(dǎo)狀態(tài)。相應(yīng)地，將光接收元件1b中的信號電荷Qb釋放到快門漏極4b，并且光接收元件1b的電荷變?yōu)榱?。注意，此時在從圖1的左邊起的奇數(shù)光接收元件中累積電荷將釋放電荷到圖1下側(cè)上的快門漏極。在從圖1的左邊起的偶數(shù)光接收元件中累積電荷將釋放電荷到圖1上側(cè)上的快門漏極。(見圖1的箭頭)之后，當(dāng)讀取信號ΦTGb和快門信號ΦSTb再次處于低電平時，重新啟動信號電荷的累積(圖5中的t3b時段)。類似地，當(dāng)在對應(yīng)于藍(lán)色和紅色的部件中讀取信號ΦTGa和ΦTGc仍處于低電平并且快門信號ΦSTa和ΦSTc處于高電平時(圖5中的t2a和t2c時段)，將信號電荷Qa和Qc釋放到快門漏極4a和4c，并且光接收元件1a和1c的電荷變?yōu)榱?。注意，?dāng)快門信號ΦSTa和ΦSTc處于高電平時的時序可以根據(jù)線性圖像傳感器100的特性來確定，因此可以對每一個線性圖像傳感器100a、100b和100c單獨確定時序。然后，當(dāng)脈沖ΦTGa和脈沖ΦSTa以及脈沖ΦTGc和ΦSTc處于低電平時，信號電荷得到累積(圖5中的t3a和t3c時段)。
(3)讀出信號電荷當(dāng)讀取信號ΦTGb在快門信號ΦSTb處于低電平的狀態(tài)下時處于高電平(圖5中的t4b時段)，綠色的信號電荷Qb經(jīng)由讀取柵極2b被送到線性圖像傳感器100b的第二電荷轉(zhuǎn)移部件5bb。注意，此時在從圖1的左邊起的奇數(shù)光接收元件中累積電荷將轉(zhuǎn)移信號電荷到位于圖1上側(cè)上的電荷轉(zhuǎn)移部件5ab。之后，通過第二輸出電路6bb將信號電荷從第二電荷轉(zhuǎn)移部件5bb輸出到外部。該輸出的信號如圖5中的VsigB所示。類似地，當(dāng)快門信號ΦSTa和ΦSTc處于低電平并且讀取信號ΦTGa和ΦTGc處于高電平時，分別經(jīng)由輸出電路將藍(lán)色和紅色的信號電荷Qa和Qc從電荷轉(zhuǎn)移部件輸出。
如上詳述，在實施例1中的第一至第三線性圖像傳感器100a、100b和100c中，在光接收元件陣列1中產(chǎn)生的信號電荷中，在從圖1的左邊遠(yuǎn)端處起的奇數(shù)像素中產(chǎn)生的信號電荷被轉(zhuǎn)移到圖1的上部分中的電荷轉(zhuǎn)移部件5a，而在偶數(shù)像素中產(chǎn)生的信號電荷被轉(zhuǎn)移到下部分中的轉(zhuǎn)移部件5b(見圖1中的箭頭)。這樣分類的信號電荷通過用于轉(zhuǎn)移信號Φ1和Φ2的兩層驅(qū)動電荷轉(zhuǎn)移部件5a和5b(CCD移位寄存器)被依次轉(zhuǎn)移到輸出電路6a和6b。因此，信號電荷能以較高的速度進(jìn)行轉(zhuǎn)移。
對于對應(yīng)于各個顏色的信號電荷，用于通過各個顏色來釋放光接收元件的電荷的時序可以通過每一個線性圖像傳感器100a、100b和100c所具有的快門結(jié)構(gòu)來控制。換句話說，對每一種顏色單獨控制曝光(累積電荷)。因此，可以實現(xiàn)用于彩色線性圖像傳感器的高質(zhì)量照片。
在如上所述的具有多個線性圖像傳感器100的陣列的彩色線性圖像傳感器中，有必要獲得有關(guān)圖像在目的物上預(yù)定位置中的多個陣列的信息。因此，有必要以外部方式存儲從當(dāng)?shù)谝还饨邮赵嚵?掃描目的物上的預(yù)定位置時一直到當(dāng)?shù)诙饨邮赵嚵?掃描目的物上的預(yù)定位置時的信息，并且部署這些信息以執(zhí)行信號處理。因此，需要外部存儲器。這個所需要的外部存儲器的尺寸取決于鄰近的線性圖像傳感器100的光接收元件陣列之間的線-線距離。
現(xiàn)在使用現(xiàn)有技術(shù)中的線-線距離和本實施例中的線-線距離來講述所需/必需的存儲器的尺寸。具有高分辨率彩色線性圖像傳感器的掃描儀，以及具有在復(fù)印機(jī)中使用的10600像素級的線性圖像傳感器用線性圖像傳感器在相對于光接收元件陣列的排列方向(主掃描方向)的垂直方向(饋送方向)上進(jìn)行掃描。在這種情況下，如果灰度級(從黑到白的等級)為12比特，則所需存儲器大小如下面的公式所示C＝10600×12×(M+1)位…(1)這里，M以掃描數(shù)來表示兩個光接收元件陣列的線-線距離。
例如，當(dāng)考慮其中電荷轉(zhuǎn)移部件位于現(xiàn)有光接收元件陣列中的兩側(cè)上但不存在快門結(jié)構(gòu)部件這一情況時，在這種情況下，以線-線距離放置的組件部件為兩個電荷轉(zhuǎn)移部件陣列、兩個讀取柵極陣列、一個元件隔離區(qū)陣列和光接收元件陣列。這里，例如當(dāng)電荷轉(zhuǎn)移部件的陣列寬度為10μm，讀取柵極的寬度為4μm，元件隔離區(qū)的寬度為2μm，并且光接收元件陣列的寬度為10μm時，則線-線距離為線-線距離＝20+8+2+10＝40μm進(jìn)而，對于其中第一和第二電荷轉(zhuǎn)移部件平行地位于現(xiàn)有光接收元件陣列的一側(cè)上，并且形成這些電荷轉(zhuǎn)移部件的另一側(cè)上使用快門結(jié)構(gòu)部件這種結(jié)構(gòu)的情況，執(zhí)行計算。放置在光接收元件之間的組件部件是兩個電荷轉(zhuǎn)移部件陣列、一個讀取柵極陣列、一個快門柵極陣列、一個位于電荷轉(zhuǎn)移部件之間的柵極轉(zhuǎn)移陣列、一個快門漏極陣列、元件隔離區(qū)和一個光接收元件陣列。在快門柵極的寬度為4μm，快門漏極的寬度為2μm，并且電荷轉(zhuǎn)移部件之間的柵極轉(zhuǎn)移的寬度為10μm的這一情況下，使用在與上述元件相重疊的部分上具有相同陣列寬度的例子，則線-線距離為線-線距離＝20+4+4+10+4+2+10＝54μm另一方面，在該實施例的彩色線性圖像傳感器中，在線-線距離之間存在的組件部件為兩個電荷轉(zhuǎn)移部件陣列、一個讀取柵極陣列、其寬度與讀取柵極陣列的寬度基本相同的一個快門柵極陣列和一個快門柵極陣列組合在一起的結(jié)構(gòu)、一個元件隔離區(qū)陣列和一個光接收元件陣列。在該實施例中，如果讀取柵極陣列為8μm，其寬度與讀取柵極的寬度基本相同的一個快門柵極陣列和一個快門柵極陣列組合在一起的結(jié)構(gòu)為8μm，因此總數(shù)為16μm，得到線-線距離為線-線距離＝20+16+2+10＝48μm對于這些情況，可以使用上述公式(1)來計算用于每一種情況的所需外部存儲器的大小。雖然從光接收元件陣列的兩側(cè)轉(zhuǎn)移了電荷，但是當(dāng)不存在快門結(jié)構(gòu)部件時所需的外部存儲器的大小為636000比特。關(guān)于其中第一和第二電荷轉(zhuǎn)移部件平行地位于光接收元件陣列的一側(cè)上的這一結(jié)構(gòu)，當(dāng)快門結(jié)構(gòu)部件用于這些電荷轉(zhuǎn)移部件所在的另一側(cè)上時所需的外部存儲器的大小為814080比特。另一方面，該實施例中所需的外部存儲器的大小為737760比特。
由于沒有提供快門結(jié)構(gòu)部件，并且在不具有快門功能的上述彩色線性圖像傳感器中不能調(diào)整其曝光，因此所需的外部存儲器具有最小的大小。該實施例的彩色線性圖像掃描儀可以具有快門功能，并且十分必要地減少了外部存儲器。
而且，雖然這里沒有作詳細(xì)講述，但是在饋送方向上執(zhí)行機(jī)械掃描的彩色線性圖像傳感器中發(fā)生了諸如顏色偏移等現(xiàn)象。例如，當(dāng)考慮其中存在著與一次掃描等量的掃描漂移Y這一情況時，從執(zhí)行第一掃描所處的位置到執(zhí)行第二掃描所處的位置的漂移YA的總和為YA＝M×Y …(2)這里，M以掃描數(shù)來表示兩個光接收元件陣列的線-線距離。
從公式(2)還可以看出，為了減少顏色偏移，需要減少線-線距離和從第一掃描到第二掃描的掃描數(shù)。從顏色偏移的公式可以知道，為了實現(xiàn)該實施例的彩色線性圖像傳感器的高速和減少外部存儲器，需要盡可能地減少線-線距離。
如上詳述，在根據(jù)本發(fā)明的實施例1的彩色線性圖像傳感器中，在實現(xiàn)高速的同時可以很安全地執(zhí)行快門功能。進(jìn)而，在實現(xiàn)高速和快門功能的同時，可以降低其線-線距離和外部存儲器的增加。具體地說，在這種結(jié)構(gòu)中，快門結(jié)構(gòu)部件和讀取柵極2交替置于光接收元件陣列的每一個奇數(shù)像素和偶數(shù)像素，從而可以對每一個像素安全地執(zhí)行快門功能。進(jìn)而，使用這一結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)高速的輸出信號。而且，在實現(xiàn)高速和高質(zhì)量照片的同時，可以控制線-線距離的增加。
本發(fā)明的實施例2下面參照附圖來講述實施例2。圖6為示出了實施例2的俯視圖。實施例2的特征是，通過設(shè)計實施例1中詳述的圖1所示的線性圖像傳感器100和具有其中第一和第二電荷轉(zhuǎn)移部件平行地位于光接收元件陣列的一側(cè)上這種結(jié)構(gòu)的線性圖像傳感器700的排列，來減少光接收元件之間的線-線距離。
下面使用圖7來講述實施例2中使用的線性圖像傳感器700的結(jié)構(gòu)。在線性圖像傳感器700中，第一讀取柵極72a、電荷轉(zhuǎn)移部件之間的轉(zhuǎn)移柵極72b、第一電荷轉(zhuǎn)移部件75a和第二電荷轉(zhuǎn)移部件75b置于光接收元件陣列71的一側(cè)上(該圖的上側(cè))?？扉T結(jié)構(gòu)部件(快門柵極73和快門漏極74)置于光接收元件陣列71的另一側(cè)上。
如圖6所示，在實施例2的彩色線性圖像傳感器的結(jié)構(gòu)中，排列了對應(yīng)于各個顏色(例如，綠色、紅色和藍(lán)色)的線性圖像傳感器100和700以形成三個陣列。實施例2的彩色線性圖像傳感器具有圖1所示的一個線性圖像傳感器100和圖7所示的兩個線性圖像傳感器700。
如圖6所示，在該實施例中的彩色線性圖像傳感器中，圖1所示的第一線性圖像傳感器100b置于在該圖的垂直方向上進(jìn)行排列的三個線性圖像傳感器陣列的中間。在第二線性圖像傳感器700a中，快門結(jié)構(gòu)部件置于第二線性圖像傳感器700a的光接收元件陣列和線性圖像傳感器100b之間。相對于第二線性圖像傳感器700a的光接收元件陣列，線性圖像傳感器700a的第一和第二電荷轉(zhuǎn)移部件75a和75b平行地置于線性圖像傳感器100b的另一側(cè)上。在該圖的下側(cè)上的第三線性圖像傳感器700c中，快門結(jié)構(gòu)部件置于第三線性圖像傳感器700c的光接收元件陣列和線性圖像傳感器100b之間。相對于第三線性圖像傳感器700c的光接收元件陣列，線性圖像傳感器700c的第一和第二電荷轉(zhuǎn)移部件平行地置于線性圖像傳感器100b的另一側(cè)上。
換句話說，在實施例2的彩色線性圖像傳感器中，第二和第三線性圖像傳感器700a和700c以圖1的結(jié)構(gòu)的線性圖像傳感器100b作為中心來對稱放置，其中第二和第三線性圖像傳感器700a和700c具有在光接收元件陣列的其一側(cè)上有第一和第二電荷轉(zhuǎn)移部件的相同結(jié)構(gòu)。進(jìn)而，在實施例2的彩色線性圖像傳感器中，放置了兩個線性圖像傳感器700a和700c，使得其第一和第二電荷轉(zhuǎn)移部件相對于第一線性圖像傳感器面向外部。
當(dāng)具有這種結(jié)構(gòu)時，在線性圖像傳感器700a的光接收元件陣列和線性圖像傳感器100b的光接收元件陣列之間的結(jié)構(gòu)具有線性圖像傳感器700的快門結(jié)構(gòu)部件(快門柵極和快門漏極)、元件隔離區(qū)、線性圖像傳感器100b的電荷轉(zhuǎn)移部件以及線性圖像傳感器100b的讀取柵極或快門結(jié)構(gòu)部件。在線性圖像傳感器700c的光接收元件陣列和線性圖像傳感器100b的光接收元件陣列1之間的結(jié)構(gòu)在相反的順序上是一樣的。
至于各個局部結(jié)構(gòu)的寬度，當(dāng)線性圖像傳感器700a的快門結(jié)構(gòu)部件的寬度為4+4＝8μm，元件隔離區(qū)為2μm，電荷轉(zhuǎn)移部件位10μm，并且線性圖像傳感器100b的讀取柵極或快門結(jié)構(gòu)部件為8μm時，考慮到光接收元件陣列的寬度為10μm，則線-線距離為線-線距離＝10+8+4+4+2+10＝38μm從線-線距離的結(jié)果可以清楚看出，通過使用實施例2的布局來構(gòu)造彩色線性圖像傳感器，可以得到與不具有快門結(jié)構(gòu)部件的彩色線性圖像傳感器相同的線-線距離。因此，可以減小所需外部存儲器的大小。進(jìn)而，可以減少因線-線距離而引起的顏色偏移。
根據(jù)如上詳述的實施例2的彩色線性圖像傳感器，在實現(xiàn)高速的同時可以減小外部存儲器的大小。由于每一個線路都具有快門結(jié)構(gòu)部件，因此可以控制基于累積時間的曝光。進(jìn)而，通過減小線-線距離，可以減少其引起的顏色偏移，從而進(jìn)一步得到高質(zhì)量照片。
在上述的每一個實施例中，構(gòu)成彩色線性圖像傳感器的線性圖像傳感器為綠色、紅色和藍(lán)色；不過，線性圖像傳感器的類型并不限于這些，而是自然地具有多個線性圖像傳感器。
很明顯，本發(fā)明并不限于上述實施例，在不偏離本發(fā)明的范圍和精神的情況下可以對其進(jìn)行修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種線性圖像傳感器，包括讀取柵極，用于讀出光接收元件的信號電荷；快門結(jié)構(gòu)部件，用于控制光接收元件的累積電荷；第一柵極/快門陣列，其中交替放置了多個讀取柵極和多個快門結(jié)構(gòu)部件；第二柵極/快門陣列，其中按照不同于第一柵極/快門陣列的次序的次序交替放置了讀取柵極和快門結(jié)構(gòu)部件；光接收元件陣列，其置于第一和第二柵極/快門陣列之間，并且其中多個光接收元件成直線排列；第一電荷轉(zhuǎn)移部件，用于轉(zhuǎn)移由第一柵極/快門陣列的讀取柵極讀出的信號電荷；以及第二電荷轉(zhuǎn)移部件，用于轉(zhuǎn)移由第二柵極/快門陣列的讀取柵極讀出的信號電荷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的線性圖像傳感器，該快門結(jié)構(gòu)部件具有快門柵極和快門漏極，并且根據(jù)提供給快門柵極的快門信號來控制光接收元件陣列的累積電荷。
3.如權(quán)利要求1所述的線性圖像傳感器，其中將讀取信號提供給讀取柵極，快門結(jié)構(gòu)部件響應(yīng)快門控制信號和讀取信號來控制累積電荷，并且讀取信號與快門控制信號不同。
4.一種線性圖像傳感器，包括第一線性圖像傳感器，該第一線性圖像傳感器包括，第一柵極/快門陣列，其中交替放置了多個讀取柵極和多個快門結(jié)構(gòu)部件，第二柵極/快門陣列，其中按照不同于第一柵極/快門陣列的次序的次序交替放置了讀取柵極和快門結(jié)構(gòu)部件，光接收元件陣列，其置于第一和第二柵極/快門陣列之間，并且其中多個光接收元件成直線排列，第一電荷轉(zhuǎn)移部件，用于轉(zhuǎn)移由第一柵極/快門陣列的讀取柵極讀出的信號電荷，以及第二電荷轉(zhuǎn)移部件，用于轉(zhuǎn)移由第二柵極/快門陣列的讀取柵極讀出的信號電荷；和第二線性圖像傳感器，該第二線性圖像傳感器包括，第三柵極/快門陣列，其中交替放置了多個讀取柵極和多個快門結(jié)構(gòu)部件，第四柵極/快門陣列，其中按照不同于第三柵極/快門陣列的次序的次序交替放置了讀取柵極和快門結(jié)構(gòu)部件，光接收元件陣列，其置于第三和第四柵極/快門陣列之間，并且其中多個光接收元件成直線排列，第三電荷轉(zhuǎn)移部件，用于轉(zhuǎn)移由第三柵極/快門陣列的讀取柵極讀出的信號電荷，以及第四電荷轉(zhuǎn)移部件，用于轉(zhuǎn)移由第四柵極/快門陣列的讀取柵極讀出的信號電荷；其中第一線性圖像傳感器的快門結(jié)構(gòu)部件根據(jù)第一快門信號來控制，并且第二線性圖像傳感器的快門結(jié)構(gòu)部件根據(jù)第二快門信號來控制。
5.如權(quán)利要求4所述的彩色線性圖像傳感器，進(jìn)一步包括第一彩色濾波器，置于第一線性圖像傳感器之上；以及第二彩色濾波器，置于第二線性圖像傳感器之上。
6.如權(quán)利要求5所述的彩色線性圖像傳感器，其中第二彩色濾波器的顏色與第一彩色濾波器的顏色不同。
7.如權(quán)利要求5所述的彩色線性圖像傳感器，其中第一和第二快門信號的每一個根據(jù)第一和第二彩色濾波器的每一個特性來設(shè)定。
8.一種線性圖像傳感器，包括第一線性圖像傳感器，該第一線性圖像傳感器包括，第一柵極/快門陣列，其中交替放置了多個讀取柵極和多個快門結(jié)構(gòu)部件，第二柵極/快門陣列，其中按照不同于第一柵極/快門陣列的次序的次序交替放置了讀取柵極和快門結(jié)構(gòu)部件，第一光接收元件陣列，其置于第一和第二柵極/快門陣列之間，并且其中多個光接收元件成直線排列，第一電荷轉(zhuǎn)移部件，用于轉(zhuǎn)移由第一柵極/快門陣列的讀取柵極讀出的信號電荷，以及第二電荷轉(zhuǎn)移部件，用于轉(zhuǎn)移由第二柵極/快門陣列的讀取柵極讀出的信號電荷；和第二線性圖像傳感器，該第二線性圖像傳感器包括，第二光接收元件陣列，其中多個光接收元件成直線排列，第三和第四電荷轉(zhuǎn)移部件，置于第二光接收元件陣列的一側(cè)，以及快門結(jié)構(gòu)部件，置于第三和第四電荷轉(zhuǎn)移部件的相對側(cè)。
9.如權(quán)利要求8所述的彩色線性圖像傳感器，其中第二線性圖像傳感器的快門部件置于第一線性圖像傳感器和第二線性圖像傳感器之間。
10.如權(quán)利要求8所述的彩色線性圖像傳感器，進(jìn)一步包括第三線性圖像傳感器，該第三線性圖像傳感器包括，第三光接收元件陣列，其中多個光接收元件成直線排列，第五和第六電荷轉(zhuǎn)移部件，置于第三光接收元件陣列的一側(cè)，以及快門結(jié)構(gòu)部件，置于第五和第六電荷轉(zhuǎn)移部件的相對側(cè)。
11.如權(quán)利要求8所述的彩色線性圖像傳感器，其中第一線性圖像傳感器的快門結(jié)構(gòu)部件根據(jù)第一快門信號來控制，并且第二線性圖像傳感器的快門結(jié)構(gòu)部件根據(jù)第二快門信號來控制。
12.如權(quán)利要求10所述的彩色線性圖像傳感器，其中第一線性圖像傳感器的快門結(jié)構(gòu)部件根據(jù)第一快門信號來控制，并且第二線性圖像傳感器的快門結(jié)構(gòu)部件根據(jù)第二快門信號來控制，并且第三線性圖像傳感器的快門結(jié)構(gòu)部件根據(jù)第三快門信號來控制。
全文摘要
一種線性圖像傳感器，包括第一和第二柵極/快門陣列，其中交替放置了多個讀取柵極和多個快門結(jié)構(gòu)部件；光接收元件陣列，其置于第一和第二柵極/快門陣列之間，并且其中多個光接收元件成直線排列；第一電荷轉(zhuǎn)移部件，用于轉(zhuǎn)移由第一柵極/快門陣列的讀取柵極讀出的信號電荷；以及第二電荷轉(zhuǎn)移部件，用于轉(zhuǎn)移由第二柵極/快門陣列的讀取柵極讀出的信號電荷。
文檔編號H04N5/372GK1684270SQ20051006498
公開日2005年10月19日 申請日期2005年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月13日
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