(57)【要約】　　　（修正有）【課題】薄くしたチップを少しずつずらして重ね、ずれて現れた細長い表面に画素配列を作り、上のチップで覆われている大部分の面積に高知能回路を組み入れた棚田型撮像素子を二組対向させて配置する。これにより、段差により生じる焦点のずれによる、再生画像上の段差部分の境界線を実質上消し去るとともに、段差により段差直下の画素に入射するはずの光が遮蔽されることにより、段差直下の画素の実質感度が低下する段差遮蔽効果を防止する。【解決手段】各組をそれぞれ、ずれて現われた各チップ１０１の画素配列の中点を結ぶ線が、結像面１１０に一致するように、光軸に対してやや斜めに置く。【選択図】　図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のチップを少しずつずらしながら重ね、各チップの表面にあって、ずれていなければ上のチップで覆われていた部分で、ずれたために露出した表面の端部に位置する細長い面に画素配列を備えるチップの組を、
２組備えるとともに、この２組が対向しており、かつそれぞれの組について、各チップの画素配列の中点を結ぶ線が結像面に一致していることを特徴とする撮像素子。
【請求項２】
請求項１の撮像素子を備える撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高性能の高速ビデオカメラや、ロボット・ビジョンなどの高い知的機能を有する撮影装置を提供する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明は、図１に示すような棚田型撮像素子１００に関するものである。ただし図１は本発明の片側半分を示している。棚田型撮像素子は、複数の撮像機能を有するチップ１０１をずらしながら重ね、ずれて現れた細長い面１０２に画素配列を作ったものである。
【０００３】
棚田型撮像素子は、本発明の発明者が発明したもので、以前はシングル・センサーと呼んでいた（特願２０００−０１８７６６、出願００９０１９３２．４、公開番号ＥＰ１０９４５２２Ａ１、米国特許出願番号０９／６４７２１９）。シングル（Ｓｈｉｎｇｌｅ）とは、屋根瓦や壁のようにずらしながら重ねた構造を意味する。本発明にあたり、よりわかりやすい表現として、「棚田型撮像素子（英語ではＴｅｒｒａｃｅｄ　Ｉｍａｇｅ　Ｓｅｎｓｏｒ）」と呼ぶことにした。
【０００４】
これまで非常に多くの高知能回路が試作されてきたが、ほとんどは１チップ上に、フォトダイオード等のセンサー面と、画像情報処理機能を組み入れたもので、少しでも複雑な機能を組み入れようとすると、画像情報処理機能が広い面積を占め、フォトダイオード配列の面積、すなわちフォトダイオードの数が減って、空間解像力が落ちるという競合関係が大きな問題となっていた。
【０００５】
図１に示す棚田型撮像素子の表面は文字通り「棚田」のように段々になっており、平面ではない。このため２枚のチップの境界の段差の直下の画素（下のチップ上）と直上の画素（上のチップ上）に入射する光の条件が変わり、再生画像上で境目が見える。このような効果を総称して「段差効果」と呼ぶことにする。
【０００６】
段差効果の一つは、上のチップと下のチップの間に生じる焦点のずれである。これを「段差効果」のうちの「焦点効果」と呼ぶことにする。
【０００７】
図１でまず単純に各チップ１０１を５０ミクロン程度に薄くし、重ねたのち、図２に示すように各階段の中点、もしくは受光面１０２の中点を結ぶ線が、図で１点鎖線で示す結像面１１０になるようにやや斜めに置く。こうすると焦点のずれはチップの厚さの１／２の２５ミクロンとなる。焦点深度は（２ｘ画素サイズｘ光学系のＦ値）で表されるから、絞りを開放にしてＦ１．４にしたとしても、画素サイズが２０ミクロンであれば焦点深度は５６ミクロンとなり、段差による焦点のズレは無視できる。とくに絞りを少しでも絞ればこの問題は無視できる。
【０００８】
ずれて重なっていることによって生じる問題は焦点のズレの問題だけではない。図３に示すように、図上ではレンズ１１２の右から入射する光１１４は、上のチップに入射するため端面直下の画素１２２には届かない。このような効果を「端面遮蔽効果」と名付ける。
【０００９】
端面遮蔽効果は、図３で一番左に位置する段差１２５でもっとも影響が大きく、段差１２５の直下の画素１２２には、レンズの左半分を通過した光しか入射しないので、この画素行の再生画像は、他の画素行に比べて暗くなり、再生画像上で境界線として見える。
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は「焦点効果」とともに「端面遮蔽効果」を解決する。
【本発明による課題解決の手段】
【００１１】
複数のチップを少しずつずらしながら重ね、各チップの表面にあって、ずれていなければ上のチップで覆われていた部分で、ずれたために露出した表面の端部に位置する細長い面に画素配列を備えるチップの組を、
２組備えるとともに、この２組が対向しており、かつそれぞれの組について、各チップの画素配列の中点を結ぶ線が結像面に一致していることを特徴とする撮像素子により、
簡単な方法で、焦点効果も端面遮蔽効果も無視できる程度に小さい撮像素子を提供する。
【００１２】
この撮像素子を備える撮影装置により、既存の技術で高機能でコンパクトな撮影装置を提供する。
【発明の実施の形態】
【００１３】
図４は本発明の撮影装置全体の構成を示している。
【００１４】
レンズ１１２から入射した光はチップ１０１をパッケージ１２１上に斜めに積層した棚田型撮像素子１００の結像面１１０上に結像し、受光面１０２で電子に変換される。棚田型撮像素子上で画像情報が近接する数１０画素単位で局所処理され、よりコンパクトで有用な情報に圧縮された後、読み出し線１１５を通じてマイクロ・コンピュータ１１６に読み込まれる。実際には読み出し線は複数の線からなるが図では１本で表している。ここで局所情報は結合され視野全体をカバーする一組の情報にまとめられた後、メイン・コンピュータ１１７に転送される。撮像素子を制御するとともに、マイクロ・コンピュータ、メイン・コンピュータなどの間の同期や情報のやり取りを制御するために、制御部１１８が備えられている。制御部から撮像素子へは、撮像素子操作のための制御電圧などを送る複数の入力線１１９を通じて必要な電気信号が送られる。
【００１５】
メイン・コンピュータでは、取りまとめられた画像情報を記録・保存するとともに、映像として再構成し、モニター・ディスプレイ１２０上で再生したり、さらにコンパクトでわかりやすい情報に加工してモニター・ディスプレイ上で表示したり、キー・ボード１２４から入力された撮影条件、再生条件などに関する指示に応じて、制御部、マイクロ・コンピュータなどに指示を送る。
【００１６】
この撮像素子の半分は図１に示すようになっている。すなわち、ずれて現われる細長い面１０２に、２０ミクロン四方のフォトダイオード・アレイが１００行×４００列作られている。図には４行×２２列で示されている。すなわちこの部分の面積は２ｍｍ×８ｍｍである。このチップをずらして４枚重ね４００ｘ４００画素の撮像素子となっている。このチップの組を２組対向して備えている。したがって受光面の面積は１６ｍｍｘ８ｍｍである。
【００１７】
図５は本発明の撮像素子の説明のための断面図を拡大して示している。このように２組の棚田型撮像素子を対向して配置し、かつそれぞれをレンズの光軸に対して適度な角度で傾けて置かれているので、図３に示した端面遮蔽効果の問題は生じない。
【００１８】
また結像面と各チップの画素配列の中点を結ぶ線が一致しており、かつ各チップの厚さは５０ミクロンと小さいので、焦点効果も無視できる。各チップは、全チップの画素配列が同じピッチで並ぶ位置にパッケージにマウントされている。
【００１９】
図５では端面が直角ではなく斜めに切り込まれている。これは端面での乱反射の影響を防ぐためと、仝画素のピッチを合わせるためである。斜めに切り込まれたひさし部分の下には画素はない。図５でレンズの右側を通過した光１１４も左側を通過した光１１３も段差直下の画素に届く。
【００２０】
本発明の実施形態は上記の例に限らない。撮像素子の各チップは裏面照射型でもよい。この場合、光の入射側が上面になり、回路が下面に作られるので、ボンディング・パットを下面の、光の入射側の端とは反対側の下面に露出させて作ることができるので、チップとパッケージをつなぐボンディング・ワイヤの引き出しが容易となる。
【００２１】
また各チップは曲面とし、結像面とできるだけ沿うようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的な棚田型撮像素子の説明図
【図２】焦点効果を防ぐ方法の説明図
【図３】端面遮蔽効果の説明図
【図４】撮影装置の構成
【図５】本発明の説明図
【符号の説明】
１００　棚田型撮像素子
１０１　チップ
１０２　受光面
１１０　結像面
１１２　レンズ
１１３、１１４　撮像素子への入射光
１１５　読出線
１１６　マイクロ・コンピュータ
１１７　メイン・コンピュータ
１１８　制御部
１１９　撮像素子駆動信号送付線
１２０　モニター
１２１　パッケージ
１２２　端面遮蔽効果を受ける段差直下の画素
１２４　キーボード
１２５　端面遮蔽効果が最も強い端面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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