JPH1090789A - コンパクト撮像装置 - Google Patents

コンパクト撮像装置

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JPH1090789A
JPH1090789A JP9221744A JP22174497A JPH1090789A JP H1090789 A JPH1090789 A JP H1090789A JP 9221744 A JP9221744 A JP 9221744A JP 22174497 A JP22174497 A JP 22174497A JP H1090789 A JPH1090789 A JP H1090789A
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JP
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array
lens
optical sensor
current
image
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JP9221744A
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English (en)
Inventor
Mark Marshall Meyers
マーク・マーシャル・マイヤーズ
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Eastman Kodak Co
Original Assignee
Eastman Kodak Co
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Publication date
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/60—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
    • H04N25/616—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise involving a correlated sampling function, e.g. correlated double sampling [CDS] or triple sampling
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/10—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof for generating image signals from different wavelengths
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/0006—Arrays
    • G02B3/0037—Arrays characterized by the distribution or form of lenses
    • G02B3/0043—Inhomogeneous or irregular arrays, e.g. varying shape, size, height

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Cameras In General (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Color Television Image Signal Generators (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光電流発生源の近傍に支援電子部品を組み込
んだコンパクトな光センサアレイを提供すること。 【解決手段】 イメージからそれぞれの光センサ上に入
射される光線の光量の関数として出力信号を与えるため
の複数の光センサが離間して配置されて構成される光セ
ンサアレイ１００と、イメージの取り込みを容易とする
ために、与えられた出力信号を受けて、この出力信号を
増幅する複数の電子部品が、互いに離間された前記光セ
ンサ間の空間内に配置されて構成された電子部品アレイ
と、イメージからの光線を前記光センサ上で捕捉するた
めに、前記光線を集束させるように配置されたレンズア
レイ２１０とを有して、コンパクト撮像装置を構成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、撮像装置に係り、
特に、撮像装置を形成する個々の光検出器間の領域内に
回路を集積するための改善された方法、およびアレイ型
光学カメラ(opticarray camera)を形成するための光検
出器と回路との組合せに関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】Foss
um氏等に付与され、”画素内電荷移動機能を備えたアク
ティブ画素センサ(Active Pixel Sensor with Intra-Pi
xel Charge Transfer)”と題される米国特許5,471,515
号に開示された発明においては、光電効果により生成さ
れた電荷をアクティブ画素ユニットセル内に配置された
（通常はコンデンサである）検出ノード(sense node)に
移動させることで、フォトゲート(photogate)に蓄積さ
れた電荷が電圧に変換される。そして、信号ノイズを低
減するとともにフォトセンサからの暗電流の影響を除去
するために、２重サンプル(dual sample)による電圧ベ
ースの信号の相関ダブルサンプリング（ＣＤＳ(correla
ted double sampling)）が用いられる。この際、フォト
センサの行または列の端部に配置された電圧差増幅器(v
oltage differencing amplifier)により、イメージ露出
に関連する電圧から、ダークサンプル(dark sample)の
間の読み取りに関連する電圧が減じられる。適切な行選
択トランジスタおよび列選択トランジスタを用いること
で、イメージアレイ全体を読み取る必要なく、アレイの
サブセクションを読み取ることが可能である。しかし、
この発明では、ＣＣＤ検出要素の全体的感度を増加させ
ることができない。また、この特許では、アクティブ画
素上に光線を集中するためのレンズアレイの使用が開示
されているが、視野の異なるセグメントのイメージを形
成するためのアレイ型光学構造の使用が想定されてはい
ない。この発明は、検出器アレイのユニットセル内部の
画素の全体的露出レベルを調整する手段を有していな
い。さらに、この発明の大部分の信号処理が電圧増幅モ
ードで実行されるのと対照的に、本願発明は、電流モー
ドの信号処理の利点を用いている。
【０００３】Yoshimoto氏等に付与され、”光学的デー
タ媒体駆動装置およびサーボ回路内で使用するためのカ
レントミラー増幅回路(Current Mirror Amplifier for
usein an Optical Data Medium Driving Apparatus and
Servo Circuit)”と題される米国特許5,004,901号に開
示された発明においては、光電効果により発生された光
ディスクトラッキング(optical disk tracking)および
読み取りセンサからの電流が、固定された工程におい
て、一連の切り換え可能なカレントミラー回路(current
mirror)により増幅される。この際、カレントミラー回
路において、出力トランジスタのベースが並列に接続さ
れる複数の出力トランジスタを組み込んだ出力ステージ
を使用すること、あるいは入力側トランジスタのエミッ
タ面積の整数倍の面積を有するエミッタを備えた出力ト
ランジスタを使用することで、電流の倍化（整数倍化）
を実現することが可能となる。この発明の目的は、調整
可能な割合で入力電流を倍化することで、大きなダイナ
ミックレンジを用いて、受容された光電流を利用するこ
とである。この際、電流倍化の割合は、差動増幅器の切
り換え可能なネットワークを介して選択される。しか
し、この発明は、アレイ型イメージセンサに関連するも
のではなく、電圧差増幅器の切り換え可能なアレイの使
用を要求するものでない。また、この発明では、光セン
サからの電流は積分されず、光ディスクヘッドから照射
されるレーザ光線を受容して、電流が連続的に発生させ
られる。それゆえ、この発明においては、本願発明と異
なり、イメージに対してセンサが露出された際に検出さ
れる信号が電子的信号処理回路により積分されることが
なく、信号が光ディスクの連続的な位置監視モードにお
いて使用される。また、この発明では、本願発明で開示
されるような、ノイズ低減のための複傾斜型ダブルサン
プリングを用いてはいない。また、この発明では、セン
サアレイ内の放射方向位置の関数として変化する視野を
備えたアレイ型光学部品の使用について言及されていな
い。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の１つま
たは複数の問題点を解決するために与えられるものであ
る。簡単にまとめると、本発明の１つの特徴によれば、
電流を発生させる複数の光検出器が、それぞれ電流を倍
化するカレントミラー回路と組み合わされて構成される
感光アレイが与えられる。この際、電流の倍化を実行す
るそれぞれのカレントミラー回路は、１つの入力トラン
ジスタと、２つ以上の出力トランジスタ、または入力ト
ランジスタのエミッタ面積のＮ倍のエミッタ面積を有す
る出力トランジスタとを有して構成されている。この電
流倍化カレントミラー回路において、それぞれの光検出
器からの光電流は、出力トランジスタの数に等しい数だ
け整数倍化される。
【０００５】以上の記載から、本発明の主目的が、集積
された支援電子部品が組み込まれた改善された光センサ
アレイを提供することであるのが解されるであろう。
【０００６】本発明の他の目的は、本発明による改善さ
れた光センサアレイに基づいて焦点距離の短いカメラを
提供することである。
【０００７】また、本発明の他の目的は、光電流発生源
の近傍に支援電子部品を組み込んだコンパクトな光セン
サアレイを提供することである。
【０００８】本発明の上記および他の形態、目的、特
徴、および利点は、次の図面を参照して、好適な実施の
形態に関する以下の詳細な説明および付随する特許請求
の範囲を読むことで、明確に理解されるであろう。
【０００９】本発明は、アレイ状に配置された光検出器
と、光検出器に対して物理的に近傍に配置されたカレン
トミラー回路とを組み合わせることで、発生する信号電
流を増加できるという利点を有している。信号電流が増
加することは、光センサアレイの感度が高まることを意
味する。このように感度が高くなることで、露出時間を
短縮することができ、あるいはカメラ内で光センサアレ
イが使用された際に、開口数の小さい光学部品を用いる
ことができる。カメラにおいて小さい開口数（大きなＦ
ナンバー）の光学部品を用いることで、大きな焦点深度
を得ることができ、光学部品および光センサの位置合わ
せが容易であり、そして、通常は、システム構成にかか
るコストが低減される。本発明に基づいてカメラを構成
する際には、機械的シャッタまたは電気的シャッタのい
ずれかを使用することが可能である。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１は、アレイ状に配置可能であ
り、カメラ等の装置内でイメージを取り込むために使用
されるユニット画素サブアセンブリ(unit pixel subass
embly)を示す概略図である。図２は、図１のユニット画
素サブアセンブリの一部の他の実施の形態を示す回路図
である。図３は、図１のユニット画素サブアセンブリの
一部の他の実施の形態を示す回路図である。図４は、対
物レンズの焦平面に光センサアレイとして配置された複
数のユニット画素サブアセンブリを組み込んだ電子カメ
ラを示す斜視図である。図５は、複数のユニット画素サ
ブアセンブリを組み込んだアレイ型光学カメラ(optic a
rray camera)を示す上面図である。図６は、図５の光セ
ンサアレイを示す６−６線に沿った断面図である。図７
は、図５および図６の光センサアレイと機械的シャッタ
とを組み合わせて用いるカメラを示す図である。発明の
理解を容易とするために、各図に共通である同一の構成
要素を特定できるように、可能な場合には、同一の構成
要素に対して同一の参照番号が使用されている。
【００１１】本出願は、Mark M. Meyers氏により1996年
5月23日に出願され、”回折／屈折レンズアレイ(A Diff
ractive/Refractive Lenslet Array)”と題される米国
特許出願08/652,735号；Mark M. Meyers氏により1995年
4月5日に出願され、”電子的にサンプリングされた画像
内のエイリアシングを除去するためのぼかしフィルタ(
A Blur Filter For Eliminating Aliasing In Electric
ally Sampled Images)”と題される米国特許出願08/41
7,422号；Mark M. Meyers氏により1996年6月14日に出願
され、”第２非球面を備えた回折／屈折レンズアレイ(A
Diffractive/Refractive Lenslet Array Incorporatin
g A Second Aspheric Surface)と題される米国特許出願
08/633,887号；Mark M. Meyers氏により1996年7月18日
に出願され、”レンズ(Lens)”と題される米国特許出願
08/684,073号に関連するものである。
【００１２】図１に示されるように、ユニット画素サブ
アセンブリ１０は、カメラの光センサアレイ１００（図
４のアレイを参照）の一部を形成している。ユニット画
素サブアセンブリ１０は、例えばＣＣＤデバイスおよび
／またはフォトダイオードである光検出器２０を有して
構成されている。光検出器２０の出力部２２は、転送ゲ
ート(transfer gate)２４、リセットゲート(reset gat
e)２６、および電流倍化を実現するカレントミラー回路
３０Ａに接続されている。転送ゲート２４を設けること
で、露出の間に光検出器２０により蓄積された電荷を、
望ましい時に、カレントミラー回路３０Ａに移動させる
ことが可能となる。リセットゲート２６を閉じること
で、既に完了した露出により光検出器２０に蓄積された
電荷が排除される。リセットゲート２６が開放されると
ともに、カメラのシャッタ１１０（図４参照）が閉じら
れると、暗電流およびノイズを相殺するために、前の露
出時間と等しい時間の間、光検出器２０からの出力が積
分される。このような相殺機能は、接続されたダブルサ
ンプリング回路４０内で実施される。そして、光センサ
アレイ１００は、新しいイメージに対する露出に対して
準備が完了される。
【００１３】周知のように、カレントミラー回路３０Ａ
の出力は、光検出器２０により発生された電流の整数倍
となる。このような電流（整数）倍化機能は、従来、ト
タンジスタ３２1から３２nまでのそれぞれのベースまた
はゲートを互いに並列に接続するか、あるいは、出力ト
ランジスタのエミッタ（ソース）面積を入力スライドト
ランジスタ(slide transistor)３４のエミッタ（ソー
ス）面積の整数倍となるように形成することで実現され
る。カレントミラー回路内のすべてのトランジスタにお
けるエミッタ−ベース電圧（ゲート−ソース電圧）が等
しいことで、それぞれのコレクタ（ドレイン）電流が等
しくなり、これにより、出力側ＴOからの電流の合計
は、出力側のトランジスタの数あるいはエミッタ面積比
に応じて整数倍化されるという原理に基づき、上記の種
類のカレントミラー回路は動作する。
【００１４】上記の電流の整数倍化は、数学的に以下の
ように示される。 Ｉout ＝ ｎ＊Ｉin ここで、ｎは、カレントミラー回路の出力側”ＴO”に
おけるトランジスタ数を示すか、あるいは、ｎ＝Ａout
／Ａinで、エミッタ面積比を示す。詳細な解析によれ
ば、出力電流は、上記の方程式のように単純とはなら
ず、より正確には、以下の式を用いて導かれる。 Ｉout ＝ ｎ＊（Ｉin／（１＋β）） ここで、βは、トランジスタの電流ゲイン（通常は、５
０から２００）を示す。
【００１５】カレントミラー回路３０Ａの他の実施の形
態においては、カレントミラー回路の出力側ＴOのベー
ス（またはゲート）を駆動するために、カレントミラー
回路の入力側Ｔiに、トランジスタ３６を付加すること
が可能である。これにより、漏れ電流を低減することが
できる。これは、上記の方程式の理想的な性質を低減さ
せて、下記の式が導かれる。 Ｉout ＝ ｎ＊（Ｉin／（１＋β2））
【００１６】カレントミラー回路３０Ａの出力は、それ
ぞれ＋１および−１のゲインを有する増幅器４２と増幅
器４４との２つの電流増幅器の間で、切り換えられる。
光検出器２０が入射光を受光すると、所定の時間の間、
切り換えられた＋１のゲインを有する増幅器４２を通し
て、増幅された電流が積分増幅器４６へ送られる。そし
て、シャッタが閉じられた後に、同じ時間だけ、−１の
ゲインを有する増幅器４４を通して、電流が積分され
る。この処理は、複傾斜型相関ダブルサンプリングとし
て知られ、この処理により、暗電流およびＫＴＣノイズ
が除去される。このような処理は、信号が画像データを
表すか、あるいは背景データを表すかに応じて、信号が
２つの異なる増幅器に対して切り換えられる２重サンプ
ルＣＤＳとは異なるものである。一方、２重時間(dual
time)ＣＤＳは、同じ増幅チェイン(amplification chai
n)を使用している。また、相関ダブルサンプリングは、
ジョンソンノイズ(Johnson noise)、フリッカノイズ(fl
icker noise)、および１／ｆノイズを低減させる。ま
た、不透明にマスクされた光検出器からの電流を−１の
ゲインを有する増幅器４４を通して積分することによ
り、同様の効果を達成することが可能である。不透明に
マスクされた光検出器をアクティブな光検出器２０に隣
接して配置することで、相関ダブルサンプリング処理を
並列に実現するとともに、読み取り時間(readout time)
を減少させることが可能となる。この際、電流増幅器４
２および４４の出力の積分は同時に実施されるので、出
力データを得るための２つの積分期間にわたって、待機
する必要がなくなる。しかしながら、個別の光検出器が
使用されるので、これらの光検出器の間において、暗電
流およびノイズに小さな差異が生じる可能性がある。
【００１７】相関ダブルサンプリング回路４０の出力
は、行選択トランジスタ５４および列選択トランジスタ
５２を用いて、データバス５０に選択的に接続される。
行トランジスタおよび列トランジスタを画素ユニットセ
ル内に組み込むことで、感光アレイのサブセクションに
アクセスすることができ、これによりイメージにおける
特定の処理対象領域におけるデータ読み取りを高速で実
施することが可能となる。シーンを監視するとともに、
イメージの中で移動物体に関連するセクションを重点的
に更新することが要求されるデジタルカメラにおいて、
上記のような特徴は有用となる。
【００１８】図２には、カレントミラー回路３０Ａに代
えて、カレントミラー回路３０Ｂを配置した第２の実施
の形態が示されている。この実施の形態では、入力トラ
ンジスタＴiのエミッタ（またはソース）面積のｎ倍の
エミッタ（またはソース）面積を有する出力トランジス
タＴoを用いることで、カレントミラー機能が実現され
ている。これにより、より小さな回路が形成されて、光
検出器２０に対して、より大きな面積が割り当てられ
る。カレントミラー回路３０Ｂは、符号Ａで示される接
続点において、カレントミラー回路３０Ａに置換され
る。
【００１９】図３には、カレントミラー回路３０Ａまた
は３０Ｂに代えて、符号Ａで示される接続点において、
図１のユニット画素サブアセンブリ１０と接続可能であ
る別のカレントミラー回路３０Ｃが示されている。カレ
ントミラー回路３０Ｃは、カレントミラー回路の入力側
のエミッタ−ベース電圧（またはゲート−ソース電圧）
を出力側よりも高くバイアスすることで、電流倍化機能
を実現している。より詳細に言えば、このような機能
は、抵抗値Ｒ１およびＲ２を調整することで実現され
る。また、これに代えて、固定の電圧バイアスを得るた
めに、カレントミラー回路３０Ｃの入力側のエミッタ
（またはソース）に関して、ダイオード接続(diode jun
ction)に置換することが可能である。
【００２０】電流倍化カレントミラー回路のバイポーラ
型実現のために、上記の技術は、エバース−モル関係(e
bers-moll relation)により示すことが可能である。こ
の関係は、次式により示される。 Ｉtr ＝ Ｉs＊ｅ(vbe/kt-1) ここで、 Ｖbei ＝ Ｖbeo＋０．０６０ｖ これにより、絶対温度３００ｋにおいて、約１０倍の電
流倍化が可能となる。
【００２１】図１から図３により示されたユニット画素
サブアセンブリ１０を複数用いることは、光センサアレ
イに対して特に有効である。このような光センサアレイ
としては、図４においてカメラ１２０およびシャッタ１
１０と関連して示された、イメージ・ラディエーション
(image radiation)を検出するための光センサアレイ１
００が上げられる。従来の光センサアレイと異なり、光
センサアレイ１００には、それぞれの光検出器まわり
に、未使用領域が設けられている。そして、回路３０
Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、および回路４０が、行選択トラン
ジスタ５４および列選択トランジスタ５２とともに、こ
の未使用領域内に配置される。既に述べたように、この
ような回路およびトランジスタを関連する光検出器２０
の近傍に配置することで、より効率的な光センサアレイ
が形成されるとともに、外部支援回路の必要性が小さく
なる。
【００２２】カメラの解像度を劣化させることなしに、
個々の光検出器の間に開放スペースを設けるために、特
有のレンズアレイが用いられる。このようなレンズアレ
イは、本出願の発明者であるMark M. Meyers氏に1996年
5月23日に付与され、”屈折／回折レンズアレイ(A Diff
ractive/Refractive Lenslet Array)”と題される米国
特許出願08/652,735号明細書に開示されている。
【００２３】図５には、光センサアレイ１００およびレ
ンズアレイ２１０を組み込んだアレイ型光学カメラ２０
０が示されている。図６には、図５の６−６線に沿った
アレイ型光学カメラの断面図が示されている。図５およ
び図６に示されるように、アレイ型光学カメラ２００
は、感光部位(photosensitive site)２１７上にそれぞ
れ中心を置く色消しされた屈折／回折レンズ２１２また
は屈折レンズのアレイ２１０を有して構成されている。
レンズアレイ２１０は、カメラ内で１つの中心軸に沿っ
て配置される通常の単一の円形レンズに代えて用いられ
ている。図５から分かるように、それぞれのレンズ２１
２の機械的−光学的軸(mechanical optic-al axis)２１
４の中心位置は、センサとセンサとの間の固定された距
離を基準にして、変位（ズレ）が生じている。そして、
この変位は、図に示されるアレイの物理的中心にある中
心レンズの光軸２１３からの放射方向距離の関数として
与えられる。 それぞれのレンズ２１２の機械的−光学
的軸２１４まわりに描かれた線２１５は、レンズ面の高
さの変化を示す等高線である。レンズを通過して光線が
到達する場合以外で、光線が光検出器（光センサ）に到
達するのを防止するために、レンズ２１２間の領域は、
不透明マスク２１６により覆われている。図６に示され
るアレイは、実際にカメラ内で使用されるアレイの小部
分を表したものである。実際のカメラでは、通常、２８
０画素＊６４０画素のアレイが実現され、３画素ごとに
１つのレンズが割り当てられる。使用されるレンズの形
状に関しては、本発明の範囲から離れることなく、それ
ぞれのレンズ２１２の外形を正方形、六角形、または円
形に形成することが可能である。
【００２４】アレイが異なる視野を観察できるように、
レンズアレイ１００内におけるレンズ２１２の光軸２１
４は、光軸間の距離がアレイ内の画素の中心間距離より
も次第に大きくなるように配置される。レンズの光軸２
１４の上記のような変位は、アレイの中心から放射方向
に離間するのに応じて増加する。レンズ要素を偏心させ
ることで、軸外フィールドの方角から入射する光線がレ
ンズグループの視野の中心方向に屈折される。アレイの
中心からの距離が増加するのに応じて、レンズ要素の光
軸を放射方向外側にずらすことで、それぞれのレンズと
光検出器との組合せに応じた視野の中心に対応する角度
位置は、視野全体においてより軸外方向のセグメントに
向いていくことになる。
【００２５】例えば、焦点距離ＦＬiのアレイ要素に関
して、視野において所定の角度からの光線をアレイ要素
の視野絞りの中心方向へ屈折させるために要求される偏
心量は、近軸光線追跡方程式(paraxial ray tracing eq
uation)から決定可能である。この近軸方程式は、以下
のようになる。 ｙ’ ＝ ｙ0＋ｎｕ（ｔ／ｎ） ｎ’ｕ’ ＝ ｎ0ｕ0−ｙφ ここで、 ｙ’； 後側面(next surface)へ伝搬した後の像高 ｙ0 ； 前側面(previous surface)における像高 ｕ ； 近軸傾斜角 ｕ0 ； 屈折前の傾斜角 φ ； アレイ要素のパワー（φ＝１／ＦＬi） ｎ ； 媒体の屈折率
【００２６】それゆえ、パワーφ（１／ＦＬi）を備え
たレンズに関して、屈折する際に、角度ｕ0で入射する
中心光線を角度ｕに屈折させるために必要となる変位
（ズレ）は、以下の式で与えられる。 ｄ ＝ ｙ ＝ （ｎ0ｕ0−ｎ’ｕ’）／φ
【００２７】レンズグループの光軸の局部的変位がシス
テムの光軸の中心に対する放射方向位置の関数として変
化することを特徴とするレンズアレイが、本発明では使
用されている。この結果、ｒの関数として、次式が得ら
れる。 ｄ（ｒ） ＝ （ｎ0ｕ0（ｒ）−ｎ’ｕ’（ｒ））／φ
【００２８】本発明では、与えられたレンズの視野内の
中心光線に関して、ｕ’（ｒ）＝０となるように、レン
ズの偏心量が調整される。この場合、与えられたレンズ
要素に対して必要となる偏心量は、レンズ要素のシステ
ム光軸からの放射方向距離のおおよそ線形関数として導
かれる。
【００２９】図６に示されるように、レンズアレイ２１
０は、グループ化された光センサ２２２からなる光セン
サアレイ１００上に配置されている。それぞれの光セン
サグループ２２２は、対応する感光部位２１７に配置さ
れている。それぞれの光センサグループ２２２は、レッ
ド（Ｒ）、グリーン（Ｇ）、およびブルー（Ｂ）のセン
サから構成されている。感光部位２１７の数は、少なく
ともレンズアレイ２１０内のレンズ２１２の数に一致す
る。レンズアレイ２１０は、光線バフル(lightbaffle)
としての機能を付加的に有するスペーサ２１８により、
光センサの設けられた面から離間した位置に保持され
る。レンズアレイ２１０上の不透明マスク２１６と視野
絞り有孔プレート２４０(field stop aperture plate)
とを組み合わせることで、それぞれの光センサの視野が
制限され、これにより、それぞれの光センサの視野が、
隣接する光センサの視野と大きく重なることがない。有
孔プレート２４０は、レンズアレイ２１０が設けられる
面から、約０．５ｍｍから約２ｍｍ離間して配置され
る。有孔プレート２４０は、一方の側にフォトレジスト
・マスクパターン(photoresist mask pattern)を備えた
透明ガラスから形成することが可能である。
【００３０】有孔プレート２４０に形成された開口部の
中心は、対応するレンズの視野の中心に対して位置合わ
せされる。機械的−光学的中心２１４の間隔が、それぞ
れのレンズに関するアレイの中心を基準とした放射方向
位置の関数として増加するから、有孔プレート２４０
は、関連するレンズアレイ２１０よりも少し大きくな
る。不透明エリア２１６と有孔プレート２４０との組合
せ、および与えられたレンズの焦点距離により、感光部
位２１７に対する視野が決定される。レンズアレイ２１
０は、エッチングされたクォーツ（石英）、ガラス基板
上に設けられたエポキシ樹脂製レプリカ（複製）、また
は射出成形されたプラスチックとして形成することが可
能である。
【００３１】レンズ２１２を適切な視野絞り有孔プレー
ト２４０と組み合わせることで、それぞれの感光部位２
１７に応じた小セグメントの視野から画像が構成され
る。機械的−光学的軸２１４の偏心量がレンズアレイの
放射方向に沿って増加するようにレンズ２１２が形成さ
れることで、それぞれのレンズに入射する軸線方向光線
とレンズアレイ２１０が設けられた平面の法線とのなす
角が、アレイ上におけるそれぞれのレンズの放射方向位
置の関数として増加する。それゆえ、それぞれのレンズ
の偏心量を適切に設定することで、それぞれの感光部位
２１７においてシーン（イメージ）の異なるセグメント
が観察される。また、それぞれの光センサグループ２２
２が対応する個別のレンズを有するので、リレーレンズ
(relay le-ns)を用いてイメージを再反転する必要がな
い。
【００３２】上記のように、支援回路を統合することに
より、支援回路ボードを省くことが可能で、カメラのサ
イズを小さくすることができるから、本発明を組み込ん
だカメラシステムは、非常にコンパクトかつフラットに
形成することが可能である。カメラは、白黒モードで動
作可能であるとともに、それぞれの感光部位２１７にお
いてカラーフィルタを備えた３つのユニット画素サブア
センブリが形成されて、入射光線の所定の周波数のみが
通過させられるような構成を有する場合には、カラーモ
ードで動作可能である。また、カラーフィルタの代わり
に、入射光線を物理的に変位させるレンズを使用するこ
とが可能である。このレンズにより、入射光線の適切な
周波数の光束が、割り当てられた所定の光センサに向け
て屈折される。
【００３３】また、光センサアレイ１００上に像を形成
するために、非球面レンズのアレイを使用することが可
能である。しかし、このレンズは単一の屈折材料から形
成されているので、上記の実施の形態では、波長の関数
としての焦点距離の変動を補正することができない。し
たがって、入射光線のスポットサイズは、色に応じて変
化する。
【００３４】それぞれの感光部位で発生される光電流を
増加させるために電流倍化カレントミラー回路を使用す
ることにより、光センサアレイの有効感度が高められ
る。従来技術の（例えばＣＣＤアレイのような）感光ア
レイにおいては、非常に大きな開口数（すなわち、通常
は、Ｆ／１．８からＦ／４．０の範囲の小さいＦナンバ
ー）を有するレンズの使用が要求される。このように小
さいＦナンバーのレンズは、大きいＦナンバーの対物レ
ンズと比較して、位置合わせおよび焦点を維持すること
が困難であるとともに、製造コストが高くなる。感光ア
レイ内の放射方向位置に応じて視野が変化するアレイ型
光学カメラに関しては、感度が高められた光センサユニ
ットセルを使用することにより、大きなＦナンバーの光
学部品を使用することが可能となる。レンズのＦナンバ
ーは、以下のように定義される。 Ｆナンバー ＝ （焦点距離）／（レンズ直径）
【００３５】Ｆナンバーと検出器の感度とに基づいて光
電流が発生されるから、それぞれのレンズのＦナンバー
を大きくすることで、アレイ要素間の中心間距離を減少
することが可能となる。レンズから検出器アレイに入射
する光線の照度は、開口数の２乗に比例する。それゆ
え、感度がｘ倍になれば、Ｆナンバーはｘ1/2倍に大き
くすることができる。例えば、電流倍化カレントミラー
回路を有さないアレイ型光学カメラにおいて、Ｆナンバ
ーが４．０で、焦点距離ＦＬが０．５ｍｍであるレンズ
が用いられる際には、レンズの直径は２５０μｍとな
る。それゆえ、７８０画素＊６４０画素でアレイ型光学
カメラが構成される場合には、それぞれの感光部位に３
つのカラー画素（光センサ）が配置されるとすると、ア
レイの長辺の長さは３２．５ｍｍとなる。この場合、光
センサアレイに対して大きなシリコン面積が要求され、
これにより部品コストが高くなるとともに、所定のウエ
ハサイズから製造される光センサアレイの数量が低下す
る。それぞれの感光部位において、倍化係数１６のカレ
ントミラー回路を組み込むことで、レンズの直径を４分
の１の６５μｍにすることができ、アレイの長辺長さも
８．１２５ｍｍに減少させることができる。これによ
り、所定のウエハサイズから製造される光センサアレイ
の数量が増加するとともに、部品コストが低減される。
感光部位間の空間は、光線の検出には利用されず、空き
空間となっているので、有効な感光面積を減少させるこ
となしに、アレイ型光学カメラにおいて、本発明の技術
を利用することが可能である。
【００３６】図７には、遮光用ハウジング２５２内に配
置された、図６のアレイ型光学カメラ２００が示されて
いる。このカメラでは、機械的シャッタ２５０を介し
て、アレイがイメージに対して露出される。この機械的
シャッタとしては、フィルム型カメラ内で使用される任
意の通常型のシャッタを用いることが可能である。図６
のアレイ型光学カメラ２００の利点としては、機械的な
シャッタを必要としないことが上げられる。この場合、
光センサアレイ１００上に焦点を合わされたイメージか
らの光線をとらえるために、光センサ２２２が、”オ
ン”あるいはアクティブにされる。図７に示される実施
の形態においては、カメラが動作状態にある際には、通
常、光センサ２２２はオンの状態におかれ、シャッタ２
５０が駆動されることで、撮像が実施される。
【００３７】上記のように、好適な実施の形態を参照し
て、本発明が説明された。しかし、当業者であれば、本
発明の範囲から離れることなく、種々の変形および修正
が可能であることが解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 アレイ状に配置可能であり、カメラ等の装置
内でイメージを取り込むために使用されるユニット画素
サブアセンブリを示す概略図である。
【図２】 図１のユニット画素サブアセンブリの一部の
他の実施の形態を示す回路図である。
【図３】 図１のユニット画素サブアセンブリの一部の
他の実施の形態を示す回路図である。
【図４】 対物レンズの焦平面に光センサアレイとして
配置された複数のユニット画素サブアセンブリを組み込
んだ電子カメラを示す斜視図である。
【図５】 複数のユニット画素サブアセンブリを組み込
んだアレイ型光学カメラを示す上面図である。
【図６】 図５の光センサアレイを示す６−６線に沿っ
た断面図である。
【図７】 図５および図６の光センサアレイと機械的シ
ャッタとを組み合わせて用いるカメラを示す図である。
【符号の説明】
１０ ユニット画素サブアセンブリ ２０ 光検出器 ２２ 出力部 ２４ 転送ゲート ２６ リセットゲート ３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ カレントミラー回路 ３２1−３２n 出力側トランジスタ ３４ 入力側トランジスタ ３６ トランジスタ ４０ 相関ダブルサンプリング回路 ４２ ＋１増幅器 ４４ −１増幅器 ４６ 積分増幅器 ５０ データバス ５２ 列選択トランジスタ ５４ 行選択トランジスタ １００ 光センサアレイ １１０ シャッタ １２０ カメラ ２００ アレイ型光学カメラ ２１０ レンズアレイ ２１２ 色消し屈折／回折レンズ ２１３，２１４ 光軸 ２１５ 等高線 ２１６ 不透明マスク ２１７ 感光部位 ２１８ スペーサ（光線バフル） ２２２ 光センサ ２４０ 視野絞り有孔プレート ２５０ 機械的シャッタ ２５２ 遮光用ハウジング Ｔo 出力トランジスタ Ｔi 入力トランジスタ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 イメージからそれぞれの光センサ上に入
    射される光線の光量の関数として出力信号を与えるため
    の複数の光センサが離間して配置されて構成される光セ
    ンサアレイと、 イメージの取り込みを容易とするために、与えられた出
    力信号を受けて、この出力信号を増幅する複数の電子部
    品が、互いに離間された前記光センサ間の空間内に配置
    されて構成された電子部品アレイと、 イメージからの光線を前記光センサ上で捕捉するため
    に、前記光線を集束させるように配置されたレンズアレ
    イとを有して構成されていることを特徴とするコンパク
    ト撮像装置。
JP9221744A 1996-08-19 1997-08-18 コンパクト撮像装置 Withdrawn JPH1090789A (ja)

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