(57)【要約】      （修正有）【課題】複数の固体撮像素子が容易に所望の位置精度で配置できる固体撮像装置を提供する。【解決手段】光電変換を行う２つの固体撮像素子１１ａと、１１ｂが所定の配置規則に従い隣接する固体撮像素子と千鳥形状をなすように搭載された回路基板を固体撮像ユニット２Ａとし、複数の固体撮像ユニット２Ａを複数列設して固体撮像装置とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換を行う複数の固体撮像素子と、
前記固体撮像素子が所定の配置規則に従い隣接する前記固体撮像素子と千鳥形状をなすように搭載された回路基板と、を備えることを特徴とする固体撮像ユニット。
【請求項２】
請求項１に記載の固体撮像ユニットであって、
複数の前記固体撮像素子のうち、１つの前記固体撮像素子を第１固体撮像素子、該第１固体撮像素子に隣接する前記固体撮像素子を第２固体撮像素子とした際に、
前記配置規則は、前記第１固体雑像素子の一端と当該一端に近接対向する前記第２固体撮像素子の端とが第１距離だけ離れ、前記第１固体撮像素子の下端と該下端と近接する前記第２固体撮像素子の上端とが第２距離だけ離れていることを特徴とする固体撮像ユニット。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の固体撮像ユニットであって、
当該固体撮像ユニットに２つの前記固体撮像素子が実装されていることを特徴とする固体撮像ユニット。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の固体撮像ユニットであって、
前記回路基板は、１つの前記固体撮像素子を搭載する回路基板部を複数の前記固体撮像素子の数だけ備え、かつ、各回路基板部における前記固体撮像素子の配置方向の幅が同じであることを特徴とする固体撮像ユニット。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の固体撮像ユニットであって、
前記固体撮像素子が実装される中継基板を備え、該中継基板が前記回路基板に搭載されていることを特徴とする固体撮像ユニット。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の固体撮像ユニットであって、
前記固体撮像素子を駆動して読出し信号処理を行う制御部を備え、該制御部が前記回路基板とコネクタ接続されていることを特徴とする固体撮像ユニット。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の固体撮像ユニットを複数備え、各固体撮像素子が千鳥形状をなすように複数の固体撮像ユニットを配置したことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項８】
請求項７に記載の固体撮像装置であって、
少なくとも画素サイズの異なる前記固体撮像素子により形成された第１種固体撮像ユニットと第２種撮像ユニットとの２種類の前記固体撮像ユニットを含み、
前記第１種固体撮像ユニットが複数列設されて第１固体撮像ブロックをなし、前記第２種固体撮像ユニットが複数列設されて第２固体撮像ブロックをなして、
前記第１固体撮像ブロックに含まれる複数の前記固体撮像素子が千鳥形状をなすと共に、前記第２種固体撮像ユニットに含まれる複数の前記固体撮像素子が千鳥形状をなすことを特徴とする固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像ユニット、及び、これを用いた固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光電変換素子である固体撮像素子からなる固体撮像装置が、人工衛星に搭載されることがある。このとき、固体撮像装置の撮像範囲を拡大するために、固体撮像素子を長尺化する方法が提案されている。
【０００３】
しかし、固体撮像素子はシリコン半導体技術等を利用して製造されるため、この固体撮像素子の最大長さは、シリコンウエーハの直径により制限される。従って、固体撮像素子の長さを任意に長くすることができず、固体撮像素子を複数配置することが必要となる。
【０００４】
特公平７−７７２６１号公報には、図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように複数の固体撮像素子を配置した構成が開示されている。なお、図５（ａ）は固体撮像装置の斜視図であり、図５（ｂ）はその部分拡大図である。固体撮像装置は、複数の固体撮像素子１０１をチップキャリア上に配置し、このチップキャリアをパッケージ基板１０２に搭載して形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公平７−７７２６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特公平７−７７２６１号公報にかかる構成では、複数の固体撮像素子１０１をチップキャリアに配置する際に、所望の位置精度で配置することが困難であった。
【０００７】
即ち、固体撮像素子１０１が、２〜３つ程度の少数つであれば固体撮像素子１０１の位置精度（平面方向、鉛直方向／並進方向、回転方向）は、ある程度制御することはできる。しかし、例えば１０つ以上の固体撮像素子１０１を配置する場合には、全ての固体撮像素子の位置精度を所望の精度内に収めることは非常に困難であった。
【０００８】
また、チップキャリアに複数の固体撮像素子１０１を配置した場合、各固体撮像素子１０１が近接して配置され、かつ、これらを駆動する回路が共通であるため、固体撮像素子１０１間で電気的な干渉が発生する場合があった。
【０００９】
また、固体撮像素子１０１の固体差により、その特性にはバラツキが存在する。かかる特性バラツキを補正することは、撮像画像の品質低下を抑制するために重要である。しかし、上記構成には、補正のための手段が設けられていないため、調整ができない。従って、撮像範囲を拡大した結果、撮像画像の品質低下が防げない問題がある。
【００１０】
さらに、複数のうちの１つの固体撮像素子１０１に不具合があった場合には、チップキャリア単位で交換しなければならないため、製造歩留りが低い問題がある。
【００１１】
そこで、本発明は、少なくとも固体撮像素子が容易に所望の位置精度で配置できる固体撮像ユニット、及び、これを用いた固体撮像装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、固体撮像ユニットにかかる発明は、光電変換を行う複数の固体撮像素子と、固体撮像素子が所定の配置規則に従い隣接する固体撮像素子と千鳥形状をなすように搭載された回路基板と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
また、固体撮像装置にかかる発明は、上記固体撮像ユニットを複数備え、各固体撮像素子が千鳥形状をなすように複数の固体撮像ユニットを配置したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、少なくとも固体撮像素子が容易に所望の位置精度で配置できるようになり、容易に撮像範囲が拡大できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施形態にかかる固体撮像ユニットの構成を示す図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。
【図２】固体撮像ユニットを複数列設して形成された固体撮像装置の構成を示す図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。
【図３】図１に変わる固体撮像ユニットの構成を示す図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。
【図４】第２実施形態にかかる固体撮像ユニットの構成を示す図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は、側面図である。
【図５】関連技術の説明に適用される固体撮像装置を示す図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態を説明する。図１は、本実施形態にかかる固体撮像ユニット２Ａ（２）の構成を示す図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。なお、この固体撮像ユニット２Ａを固体撮像装置として用いることも可能である。
【００１７】
以下の説明において用いる配置方向等の用語の意味を明瞭にするため、図１に示すように任意にＸ−Ｙ−Ｚ座標を便宜的に定義する。このとき、回路基板１５の平面内をＸ−Ｙ平面とし、当該Ｘ−Ｙ平面に鉛直な方向をＺ軸に設定する。そして、適宜上下左右方向を規定するが、上方向は＋Ｙ軸方向、下方向は−Ｙ軸方向、右方向は＋Ｘ軸方向、左方向は−Ｘ軸方向を示すものとする。上側、上部、上端等も同様である。
【００１８】
固体撮像ユニット２Ａは、２つの固体撮像素子１１（１１ａ，１１ｂ）、中継基板１２、ＬＳＩ（大規模集積回路）１３、チップ部品１４、回路基板１５（１５ａ、１５ｂ）、制御部１６、接続基板１７、コネクタ１８、を主要構成としている。
【００１９】
固体撮像素子１１は、ＣＣＤ等の光電変換素子である。なお、説明の都合から固体撮像素子１１ａを第１固体撮像素子１１ａ、固体撮像素子１１ｂを第２固体撮像素子１１ｂと記載し、これらを区別する必要がない場合には単に固体撮像素子１１と記載する。第１固体撮像素子１１ａ、第２固体撮像素子１１ｂは、同じ仕様である。
【００２０】
なお、本実施形態では、上述したように、２つの固体撮像素子１１ａ，１１ｂを用いた固体撮像ユニット２Ａを例に説明するが、後述する配置規則に従うことを条件に任意の数でもよい。
【００２１】
中継基板１２は、固体撮像素子１１が搭載され、かつ、ワイヤーボンディング等の電気的接続手段（不図示）を用いて、当該中継基板１２の配線パターンと電気的に接続される基板である。
【００２２】
ＬＳＩ１３は、固体撮像素子１１の駆動及び読出し信号処理等を行う半導体素子である。チップ部品１４は、抵抗やコンデンサ等の部品である。
【００２３】
制御部１６は、２つの固体撮像素子１１の駆動及び読出し等を制御する回路である。接続基板１７は、制御部１６と接続されたフレキシブル基板等である。コネクタ１８は、回路基板１５と接続基板１７とを脱着可能に電気的に接続する雄雌構造の接続端子である。
【００２４】
回路基板１５は、ＬＳＩ１３やチップ部品１４を搭載すると共に、中継基板１２が搭載される基板である。この回路基板１５は、第１固体撮像素子１１ａが搭載される第１回路基板部１５ａ、第２固体撮像素子１１ｂが搭載される第２回路基板部１５ｂにより形成され、これら第１回路基板部１５ａと第２回路基板部１５ｂとは、一体に形成されている。このとき、第１回路基板部１５ａと第２回路基板部１５ｂとのＸ軸方向の幅Ｗは、同じ寸法である。
【００２５】
なお、図１においては、第１回路基板部１５ａに対して第２回路基板部１５ｂがＸ軸方向に位置ズレした形状を示しているが、位置ズレしていることに限定するものではない。以下、位置ズレした形状を階段形状と記載する。
【００２６】
しかし、後述するように、当該固体撮像ユニット２Ａを複数列設する際には、第１回路基板部１５ａと第２回路基板部１５ｂとが階段形状であるならば、第１回路基板部１５ａのＹ軸側端縁と第２回路基板部１５ｂのＸ軸側端縁とが位置基準として利用できる利点がある。
【００２７】
上述した第１固体撮像素子１１ａと第２固体撮像素子１１ｂとが満たすべき配置規則は、以下の通りである。即ち、配置規則は、第１固体撮像素子１１ａの右端と、この右端と近接対向する固体撮像素子１１ｂの左端とが所定の第１距離（Ｌ１）だけ離れ、第１固体撮像素子１１ａの下端と、この下端と近接対向する第２固体撮像素子１１ｂの上端とが所定の第２距離（Ｈ１）離れて配置されることを要求する。このような、配置規則に従うと、第１固体撮像素子１１ａと第２固体撮像素子１１ｂとは、スタガ（千鳥）形状をなして配置されることになる。
【００２８】
このような固体撮像ユニット２Ａは、以下のようにして組み立てて製造される。先ず、固体撮像素子１１を中継基板１２に搭載する。そして、固体撮像素子１１の接続端子（不図示）と中継基板１２の配線パターンのパッド（不図示）とをワイヤーボンディング等の電気的接続手段を用いて電気的に接続する。
【００２９】
次に、回路基板１５にＬＳＩ１３、チップ部品１４、コネクタ１８等の周辺部品を実装する。
【００３０】
そして、ハンダ付け等により、第１固体撮像素子１１ａが実装された中継基板１２を第１回路基板部１５ａに搭載し、第２固体撮像素子１１ｂが実装された中継基板１２を第２回路基板部１５ｂに搭載する。
【００３１】
このようにして製造された回路基板１５をコネクタ１８及び接続基板１７を介して制御部１６に接続する。これにより制御部１６は、固体撮像素子１１を駆動制御し、画像データの読出し制御を行う。
【００３２】
図２（ａ）は、このような固体撮像ユニット２Ａを複数列設して形成された固体撮像装置３Ａ（３）の上面図であり、図２（ｂ）はその側面図である。図２に示す固体撮像装置３Ａは、３つの固体撮像ユニット２Ａを列設して形成されているが、３つに限定するものではない。
【００３３】
固体撮像ユニット２Ａの第１回路基板部１５ａと第２回路基板部１５ｂとのＸ軸方向の幅が同じ寸法Ｗであり、かつ、第１固体撮像素子１１ａと第２固体撮像素子１１ｂとは、第１距離（Ｌ１）及び第２距離（Ｈ１）離れている。
【００３４】
これにより、第２固体撮像素子１１ｂの右端と、隣接する固体撮像ユニット２Ａの第１固体撮像素子１１ａにおける左端との距離は第１距離（Ｌ１）となる。また、第２固体撮像素子１１ｂの上端と、隣接する固体撮像ユニット２Ａの第１固体撮像素子１１ａにおける下端とは第２距離（Ｈ１）となる。即ち、複数の固体撮像ユニット２Ａを列設しても、各固体撮像素子１１は、互いに所定距離（第１距離（Ｌ１）、第２距離（Ｈ１））を保った千鳥形状となる。
【００３５】
なお、上記固体撮像ユニット２Ａは、固体撮像素子１１を中継基板１２に搭載し、この中継基板１２を回路基板１５に搭載する構成であった。しかし、かかる構成に限定するものではない。
【００３６】
例えば、図３に示すように、中継基板１２を介さずに直接回路基板１５に固体撮像素子１１を搭載してもよい。なお、図３（ａ）は、このような固体撮像ユニット２Ｂ（２）の上面図、図３（ｂ）はその側面図である。
【００３７】
中継基板１２を用いない分だけ、固体撮像素子１１の搭載スペースが大きくなる。このことは、固体撮像素子１１の実装密度を大きくできることを意味している。
【００３８】
図３では、第２固体撮像素子１１ｂの右端と、隣接する第１固体撮像素子１１ａの左端との距離が第１距離（Ｌ３）である。また、第２固体撮像素子１１ｂの上端と、隣接する第１固体撮像素子１１ａの下端との距離は第２距離（Ｈ３）である。即ち、第１固体撮像素子１１ａと第２固体撮像素子１１ｂとは、配置規則を満たして千鳥形状をなしている。このとき、寸法の基準端は、図１の場合と同じように固体撮像素子１１の端縁である。
【００３９】
以上説明したように、固体撮像ユニットを千鳥形状の最小単位である２つの固体撮像素子により形成し、これを一つの回路基板に搭載したので、固体撮像素子の位置精度が容易に制御管理できるようになる。
【００４０】
また、このような固体撮像ユニットを複数列設する場合においても、ユニット単位で列設するので、固体撮像ユニットの位置精度が容易に制御管理できるようになる。
【００４１】
また、固体撮像素子を搭載する回路基板と制御部とが別体構成であり、かつ、制御部を固体撮像ユニット毎に設けたので、ユニット間での電気的な干渉、即ち固体撮像素子間での電気的な干渉を抑制することができる。
【００４２】
また、固体撮像素子の特性ばらつきを補正するための回路調整（ＬＳＩやチップ等からなる）も、ユニット単位で行えるので、当該特性ばらつきの補正が容易に行える。これにより、撮像品質の低下を抑止しながら撮像範囲の拡大が可能となる。
【００４３】
さらに、固体撮像素子が故障等を起こした場合には、故障した固体撮像素子が搭載されている固体撮像ユニットのみを交換すれば良いので、メンテナンスが容易であると共に、各ユニットが独立しているので、全体への影響を最小限にとどめることが可能になる。また、このような利点により製品の歩留りや信頼性が向上する。
【００４４】
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態を説明する。なお、上記実施形態と同一構成に関しては、同一符号を用いて説明を適宜省略する。これまでの説明では、固体撮像装置には素子仕様（画素サイズ、撮像バンド、解像度、画素数等）が同じ固体撮像素子により形成された固体撮像ユニットを用いて形成されていた。これに対し、本実施形態は、素子仕様の異なる固体撮像素子により形成された固体撮像ユニットを用いた固体撮像装置に関する。
【００４５】
図４（ａ）は、このような固体撮像装置３Ｂ（３）の上面図、図４（ｂ）は、その側面図である。この固体撮像装置３Ｂは、第１種固体撮像ユニット５Ａ（５）と、第２種固体撮像ユニット５Ｂ（５）との２種類の固体撮像ユニットを含んでいる。そして、複数の第１種固体撮像ユニット５Ａが列設されて第１固体撮影ブロック４Ａ（４）を形成し、複数の第２種固体撮像ユニット５Ｂが列設されて第２固体撮影ブロック４Ｂ（４）を形成している。従って、固体撮像装置３Ｂは、第１固体撮影ブロック４Ａと第２固体撮影ブロック４Ｂとにより形成されている。
【００４６】
第１種固体撮像ユニット５Ａには、第１固体撮像素子２１ａ（２１）、第２固体撮像素子２１ｂ（２１）が実装され、第２種固体撮像ユニット５Ｂには、第１固体撮像素子２２ａ（２２）、第２固体撮像素子２２ｂ（２２）が実装されている。固体撮像素子２１と固体撮像素子２２とは、画素サイズ、撮像バンド、解像度、画素数等の素子仕様が異なっている点が相違しているが、他は同じ構成である。
【００４７】
また、どちらのユニットも第１実施形態で説明した配置規則に従っている。従って、各固体撮像素子２１，２２は千鳥形状を形成している。
【００４８】
即ち、第１種固体撮像ユニット５Ａにおいては、第２固体撮像素子２１ｂの右端と隣接する第１種固体撮像ユニット５Ａの第１固体撮像素子２１ａにおける左端との距離は第１距離（Ｌ１）である。また、第２固体撮像素子２１ｂの上端と隣接する第１種固体撮像ユニット５Ａの第１固体撮像素子２１ａにおける下端との距離は第２距離（Ｈ１）である。
【００４９】
同様に、第２種固体撮像ユニット５Ｂにおいては、第２固体撮像素子２２ｂの右端と、この右端と近接対向する隣の第２種固体撮像ユニット５Ｂの第１固体撮像素子２２ａにおける左端との距離は第２距離（Ｌ２）である。また、第２固体撮像素子２２ｂの上端と、この上端と近接対向する隣の第２種固体撮像ユニット５Ｂの第１固体撮像素子２２ａの下端との距離は第２距離（Ｈ２）である。
【００５０】
このように各固体撮像素子が配置規則に従うことにより、各固体撮像素子は千鳥形状を形成するようになる。従って、素子仕様が異なる固体撮像ユニットを用いて形成された固体撮像装置であっても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５１】
本発明にかかる固体撮像ユニット、及び、これを用いた固体撮像装置は、人工衛星等に搭載する撮像装置に適用できる。
【００５２】
以上、実施形態（及び実施例）を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態（及び実施例）に限定されものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
【符号の説明】
【００５３】
２（２Ａ，２Ｂ）    固体撮像ユニット
３（３Ａ，３Ｂ）    固体撮像装置
４（４Ａ，４Ｂ）    第１，第２固体撮影ブロック
５（５Ａ，５Ｂ）    第１，第２種固体撮像ユニット
１１（１１ａ，１１ｂ）    第１，第２固体撮像素子
１２    中継基板
１３    ＬＳＩ（大規模集積回路）
１４    チップ部品
１５    回路基板
１５ａ，１５ｂ    第１，第２回路基板部
１６    制御部
１７    接続基板
１８    コネクタ
２１（２１ａ，２１ｂ）    第１，第２固体撮像素子
【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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