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WO2001026365A1 - Imageur et element imageur - Google Patents

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WO2001026365A1
WO2001026365A1 PCT/JP2000/006701 JP0006701W WO0126365A1 WO 2001026365 A1 WO2001026365 A1 WO 2001026365A1 JP 0006701 W JP0006701 W JP 0006701W WO 0126365 A1 WO0126365 A1 WO 0126365A1
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WO
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imaging
chip
blocks
imaging surface
imaging device
Prior art date
Application number
PCT/JP2000/006701
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Takeharu Etoh
Original Assignee
Shimadzu Corporation
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shimadzu Corporation filed Critical Shimadzu Corporation
Priority to US10/089,617 priority Critical patent/US7333146B1/en
Priority to DE60013622T priority patent/DE60013622T2/de
Priority to EP00962919A priority patent/EP1221814B1/en
Publication of WO2001026365A1 publication Critical patent/WO2001026365A1/ja

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50—Constructional details
    • H04N23/54—Mounting of pick-up tubes, electronic image sensors, deviation or focusing coils
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof

Definitions

  • the present invention relates to an imaging device and an imaging device suitable for scientific and technical measurement. Background art
  • the yield rate during manufacturing rapidly decreases. For example, if the yield rate, that is, the total number of usable IC chips to the total number of manufactured IC chips is 50%, and if the area of the IC chip is doubled, the yield rate is 1 to the square of 1 ⁇ 2. Z4. If the area of the IC chip is quadrupled, the yield rate will be 1/2 4th power of lZl6. Therefore, if the price of one chip is 100,000 yen, a chip with a quadruple area will cost 160,000 yen.
  • a joinable image sensor For example, in the field of astronomy, etc., a large-area image sensor is required, and an image sensor with a very large area has been manufactured using the joinable image sensor technology, allowing the boundary of the block to be included in the reproduced image. I have.
  • imaging devices are of a parallel reading type for the purpose of high-speed reading or the like.
  • an imaging surface is divided into a plurality of blocks, an image information readout line is provided for each block, and image information is read out of the image sensor in parallel.
  • the imaging surface of the chip is divided into four blocks by vertical and horizontal boundaries and each block functions independently, even if there is a block with a large defect that is virtually impossible to capture, In the block of, shooting is possible. Therefore, if at least one of the four blocks is normal, If imaging is performed using only an image sensor, it can be used as an image sensor having a small number of pixels. In addition, if the chip is cut so as to include blocks that can be photographed, normal blocks can be used without waste.
  • the external control circuit for controlling the image sensor is the same even if the size of the cut chips is different. As described above, if it is possible to replace different imaging devices having similar control, the range of use of one imaging device can be expanded.
  • a photographing apparatus capable of replacing the image pickup device is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-68873 of the present inventor. Disclosure of the invention
  • FIG. 11 when the imaging surface is the chip 10 of the imaging device composed of four upper and lower blocks, there are a total of 16 patterns of the presence or absence of a defect in each block. Of these, 15 have at least one normal block 11 (indicated by " ⁇ ") with no fatal or non-photographable defects.
  • a block 12 having a fatal or non-photographable defect is indicated by “X”.
  • Fig. 12 when only one block 11 out of four blocks has a defect, the following two types of usage can be used. First, one of the three non-defective blocks, block 1 2 (hatched in Figure 12) is not used, and the rectangular imaging surface is cut without cutting chip 10. There is a method that can be used as an imaging device with.
  • Another method is to cut the image sensor 10 in half, use one as a small square chip 10 ′, and use the other as a rectangular image sensor 10 ′ ''. is there.
  • the above-described image sensor has the following problems. That is, the image sensor supplies a control voltage such as a drive voltage for transferring image information on the image pickup surface from outside the image pickup surface.
  • a control voltage such as a drive voltage for transferring image information on the image pickup surface from outside the image pickup surface.
  • the imaging surface becomes large, the distance from the outside to the inside of the imaging surface increases, and the required power increases in proportion to the area. It becomes difficult to supply necessary power.
  • a first object of the present invention is to enable an imaging device having an imaging surface composed of a plurality of blocks to be used by one imaging device regardless of the presence or absence of a defect and the pattern of the defect.
  • a second object of the present invention is to make it possible to supply electric power necessary for achieving a sufficiently high transfer rate when the imaging surface is enlarged.
  • a first invention includes a chip having an imaging surface, and a package for mounting the chip, wherein the imaging surface includes a plurality of blocks, and each block reads image information.
  • An image sensor having lines, an optical system that forms incident light from an object to be imaged on an imaging surface of the image sensor, an image surface of the image sensor, and light of incident light traveling from the optical system to the image surface It is an object of the present invention to provide a photographing device comprising a position adjusting mechanism for changing the relative position with respect to the axis by 1 Z 2 in the vertical and horizontal lengths of the block.
  • the optical axis can be made coincident with the center of the imaging surface.
  • the position adjusting mechanism may, for example, displace the image sensor with respect to the optical axis. It is. Further, the position adjustment mechanism may displace the optical system with respect to the imaging device.
  • the second invention is also for solving the first problem, and includes a chip having an imaging surface, and a package for mounting the chip, wherein the imaging surface includes a plurality of blocks, and each block reads image information.
  • An image sensor having a line, an optical system for forming an incident light of an object to be imaged on an image pickup surface of the image sensor, and an image sensor mounting portion for replaceably mounting the image sensor.
  • a third invention is to solve the second problem, and the imaging surface of the chip includes a plurality of blocks each having an image information readout line, and is along at least one of the boundaries between the blocks. It is an object of the present invention to provide an image sensor having a voltage supply line for controlling a circuit in each block in a region.
  • the voltage supply line is provided in at least one area along the boundary between the blocks, it is possible to shorten the transmission of the control voltage from outside the image pickup plane to the inside of the image pickup plane. A sufficiently high transfer speed can be achieved even when the surface is enlarged.
  • it can be cut along another one of the boundaries between the blocks.
  • all chips can be used effectively regardless of the presence or absence of a defect in each block and the pattern of the defect.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating an imaging device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a front view showing the position adjusting mechanism.
  • FIG. 3 is a front view showing the image sensor.
  • FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a defect pattern and a cutting pattern of a chip, and a combination of a chip and a knockage.
  • FIG. 5 is a front view showing the imaging device of the second embodiment.
  • c 7 is a front view showing a state in which the removal of the light-shielding film of the image sensor of the second embodiment is a partial enlarged front view showing an imaging device of the second embodiment.
  • FIG. 8 is a schematic configuration diagram illustrating an imaging device according to the third embodiment.
  • FIG. 9 is a schematic perspective view showing an example of a combination of a chip and a package.
  • FIG. 10 is a schematic perspective view showing another example of a combination of a chip and a package.
  • FIG. 11 is a schematic diagram for explaining a defect pattern of a chip having an imaging surface composed of four blocks.
  • Figure 12 shows the case where one of the four blocks is defective.
  • the imaging device includes a lens (optical system) 51 that forms incident light from an imaging target (not shown) on an imaging surface 31 on a chip 53 of an imaging element 52.
  • the imaging element 52 includes a chip 53 and a package 41 for mounting the chip 53.
  • the image sensor 52 is mounted on a mount 54 so as to be replaceable.
  • the mount 54 is attached to the main body of the photographing apparatus by a mount attaching device (position adjusting mechanism) 55.
  • FIG. 3 shows an imaging surface 31 of a CCD type imaging device 52.
  • the imaging surface 31 is composed of four blocks 31a to 31d.
  • a plurality of vertical CCDs 21 for photoelectric conversion and transfer of charges (image information) in the vertical direction, and horizontal CCDs (image information readout lines) 39 for signal readout are provided. Is provided.
  • the charge generated by the photoelectric conversion in each of the blocks 31a to 31d is read out along a path indicated by an arrow 30 in FIG.
  • the vertical CCD 21 is of a three-phase drive type.
  • aluminum wires (voltage supply lines) 33, 3, 4, 4 for supplying drive voltage to the vertical CCD 21 3 5 are arranged.
  • the one-phase drive voltage is sent through the aluminum wire 33 and the contact point 38 into the imaging surface 31 as shown by the arrow 37.
  • the armored wires 33, 34, 35 along the boundary line 32 in this way, the supply distance of the drive voltage from outside the imaging surface to the imaging surface 31 can be shortened. Even when the imaging surface 31 is enlarged, charges can be transferred at a sufficiently high speed.
  • the driving voltage can be supplied via a metal wire provided above or below the horizontal reading CCD 39.
  • the present embodiment has a simpler structure as the aluminum wires 33 to 35 do not intersect with other circuits around the horizontal CCD 39. If voltage supply lines are provided in both the region along the boundary line 32 and the horizontal CCD 39, the processing speed can be further increased.
  • No circuits or lines are incorporated in the area along the vertical boundary 36.
  • This region is a channel stop region, and the chip 53 can be cut along this boundary line 36.
  • the width of the blank area along the boundary line 36 is set to be larger than the CCD pitch in the imaging surface 31, so that the pixel pitch becomes wider only at the portion sandwiching the boundary line 36.
  • imaging devices used for academic research in astronomy and the like even if such a discontinuity in pixel pitch occurs, it does not pose a major problem in image analysis.
  • FIG. 4 shows a defect pattern and a cutting pattern generated on the imaging surface 31 of the chip 53 and a pattern of attaching the chip 53 to the package 41.
  • the blocks 31 a to 31 d having a fatal or non-photographable defect are indicated by “X”, and a normal without such a defect.
  • the chip 53 is cut vertically along the vertical boundary line 36, and the cut chips 5 3 ′ and 5
  • the chip 53 ' is an image sensor having lZ4 pixels when none of the blocks 31a to 31d has a defect.
  • chip 5 3 '' This is 1/2 of the case where there is no defect in any of the blocks 31a to 31d, and the imaging device has a rectangular imaging surface that is long in the vertical direction.
  • the imaging device having these chips 53 'and 53' ' is shifted from the center of the imaging surface with respect to the case where any of the blocks 31a to 31d has no defect. Therefore, in order to make the center of the imaging surface coincide with the optical axis of the incident light beam (indicated by reference numeral 60 in FIG. 1), the mounting position of the package 41 as shown by arrows 43 and 44 in FIG.
  • the blocks 31a to 31d need to be shifted to the left or right, up or down, or both by 1 Z2 of width 6 4. This position adjustment can be performed by a mount attaching device 55 as described later.
  • any of the blocks 31a to 31d may be used without cutting even if there is a defect.
  • the package 41 without cutting and used as an image sensor having 1/4 pixels. Even when two chips are obtained by cutting as described above, it is possible to use one chip without cutting.
  • Chips having a rectangular imaging surface with 1Z2 pixels include vertically long ones and horizontally long ones. There is no practical problem if, for example, holders are attached to the side and lower part of the main body of the photographing device and external decorations are provided so that the user is not conscious of the length and width. Next, the mounting device 55 will be described.
  • the mount 54 to which the image sensor 52 is attached is attached to the main body of the photographing apparatus with three screws 61.
  • Nine screw holes 62 are provided for each screw 61.
  • the vertical and horizontal spacing (pitch) 63 between these screw holes 62 is 1/2 of the vertical and horizontal width 64 of the blocks 31a to 31d. Therefore, by changing the mounting position of the mount 54, the position of the imaging surface can be changed by 1/2 of the width 64 of the blocks 31a to 31d. Therefore, block 3
  • the center of the imaging surface can be made coincident with the optical axis 60 of the incident light regardless of the presence or absence of the defects 1a to 31d and the defect pattern, and regardless of whether the chip is cut or not.
  • by fixing the mounting position of the imaging device 52 with respect to the imaging device main body and moving the lens 51 with respect to the imaging device 52 even if the center of the imaging surface coincides with the optical axis 60 of the incident light. Good.
  • an image captured by the image capturing apparatus of the present embodiment is displayed on a display as it is, the image may be displayed only in a half of the screen or an area of 1Z4.
  • most recent image processing software has a function to display a part of an image on the entire screen, so there is no practical problem if this is used.
  • the imaging device 52 is cut by cutting the chip 53 and shifting the block 31 by 1Z2 with a width 63 of 31a to 31b.
  • the imaging device 52 is cut by cutting the chip 53 and shifting the block 31 by 1Z2 with a width 63 of 31a to 31b.
  • the same photographing apparatus body and package can be shared regardless of the presence or absence of a defect and the defect pattern. Therefore, it is possible to suppress an increase in cost due to manufacturing a different type of imaging device body or package, and as a result, the manufacturing cost per imaging device is significantly reduced.
  • the user first purchases an imaging device equipped with an image sensor with 1/4 of the number of pixels, and later purchases an additional image sensor of all pixel sizes when there is sufficient funds, and then uses the same imaging device.
  • imaging equipment for scientific and technological measurement has a much longer service life than general video cameras and the like. In such a case, improving the performance of the sequential apparatus has a great merit for scientific engineers who conduct research with a limited annual budget.
  • FIG. 5 to 7 show a second embodiment of the present invention.
  • the second embodiment is different from the first embodiment only in the structure of the chip of the imaging element, and the structure of the package and the mounting device is the same as that of the first embodiment.
  • the imaging surface 31 is covered with a metal light-shielding film 95.
  • This The light shielding film 95 is provided with a window for transmitting light to a portion corresponding to the photodiode 71.
  • Each of the blocks 31a to 31d is configured by a pixel peripheral recording type imaging device.
  • the charges generated by the photodiode 71 are sent to the CCD transfer path 73 through the input gate 72, and are transferred obliquely downward on the CCD transfer path 73.
  • a charge collection well 74, a drain gate 75, an amplifier 76, and a reading circuit 77 are provided.
  • the CCD transfer path 73 also serves as a means for recording image information (charge), and accumulates charges corresponding to image information from a certain point in time to several tens of steps before. That is, during shooting, the charges are accumulated in the CCD transfer path 73 by the all-pixel parallel processing without being read out of the image sensor.
  • the charges accumulated in the CCD transfer path 73 can be read out of the image pickup device via the above-described readout circuit 77.
  • a feature of the pixel peripheral recording type imaging device is that the axis 78 of the CCD transfer path 73 is oblique to the pixel axis 79 of the photodiode 71. Thereby, even if the linear CCD recording element penetrates the lower pixel, it does not pass over the photodiode 71 of the lower pixel. Accordingly, the CCD transfer path 73 can be extended sufficiently long, and a large number of continuous images can be recorded.
  • elongated areas 81, 82 where the photodiode 71 and the CCD transfer path 73 do not exist along the boundaries 32, 36 of the blocks 31a to 31d (each hatched area). ) Is present.
  • the area 82 along the vertical boundary 36 has a width of several tens of microns so that the chip can be cut along the boundary 36.
  • metal CCD drive voltage supply lines 91, 92, 93 are provided in a region 81 along the horizontal boundary line 32.
  • a drive voltage is supplied to the CCD transfer path 73 via a CCD drive voltage supply line 96 provided obliquely with the CCD transfer path 73.
  • the contact point between the drive voltage supply line 96 and the CCD transfer path 73 is provided at the intersection of the drive voltage supply line 96 and the channel stop.
  • FIGS. 8 to 10 show an imaging device according to a third embodiment of the present invention.
  • the mount 54 of the image sensor 52 is fixed to the main body of the photographing apparatus so that the position cannot be adjusted.
  • FIGS. The package 41 is prepared, and the imaging surface is aligned with the optical axis 60 depending on the mounting position of the chip 53 in the package 41.
  • the package 41 in FIG. 9 is used when no defect is present in any of the blocks 31a to 31b, and is used for all the blocks 31a to 31d constituting this imaging surface.
  • the chip 53 can be mounted so that the center coincides with the optical axis 60 of the incident light. Further, the chip 53 and the circuit on the package 41 side can be bonded.
  • the package 41 in FIG. 10 is used for the cut chip 53, and the center of the two blocks 31a and 31c constituting the imaging surface is aligned with the optical axis 60 of the incident light. Tip 53 can be attached to match. In addition, these blocks 31a and 31c can be bonded to the circuit on the package 41 side. In this case, some of the pins of the package 41 are dummy pins. In FIG. 10, a sufficient space is provided on both sides of the chip 53 of the package 41 so that the center of the block used without cutting the chip 53 coincides with the optical axis 60. You may make it attachable to the package 41.
  • the blocks 31 a to 31 b in which the chip 53 has no defect are formed by using the package 41 corresponding to the presence or absence of the defect of the chip 53 and the defect pattern. All of them can be used effectively, and the actual yield can be improved.
  • the image sensor may be for black and white photography or for color photography with a color filter array.
  • the imaging device may include a microlens, a light intensifier such as an image intensifier, and a layer that emits visible light against electromagnetic waves and particles other than visible light.
  • the size of the image sensor is not limited to four times the area of each block. It may be a 2 x 3 block of 6 blocks, or even larger.
  • the present invention is suitable for a case where the imaging device has an imaging surface including a plurality of blocks,
  • the present invention can also be applied to a case where the imaging surface is not blocked. That is, the imaging device is provided with a position adjusting mechanism for changing the relative position between the imaging surface of the imaging element and the optical axis of the incident light from the optical system toward the imaging surface, and the imaging surface has no or few defects. By aligning the center of the missing part with the optical axis of the incident light, large chips can be used with or without defects.

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Description

明 細 書 撮影装置及び撮像素子
技術分野
本発明は、 科学技術計測に適した撮影装置及び撮像素子に関するものである。 背景技術
I Cチップは大型化するにしたがって急速に製造時の歩留まり率が下がる。 例 えば歩留まり率、 すなわち製造した I Cチップの総数に対する使用可能な I Cチ ップの総数が 5 0 %のとき、 I Cチップの面積を 2倍にすると、 歩留まり率は 1 ノ2の 2乗で 1 Z 4となる。 I Cチップの面積を 4倍にすると、 歩留まり率は 1 / 2の 4乗で l Z l 6となる。 したがって 1個のチップの値段を 1 0万円とすれ ば、 面積が 4倍のものは 1 6 0万円にも達する。
通常の I Cチップでは別々に作った 4個の使えるチップを単純に並べて 4倍面 積のチップとほぼ同じ機能を持つものを製作することができる。 撮像素子で 4倍 面積のものを作ろうとすると、 撮像面を再生画像に線が入らないように接合する 必要があり、 高度の技術を必要とする。
撮像素子を並べて大面積の撮像素子を製作する技術はすでに使われており、 こ のような撮像素子は接合可能型撮像素子と呼ばれている。 例えば、 天文学等の分 野では大面積の撮像素子が必要なので、 再生画像にプロックの境界線が入ること を許容して、 接合可能型撮像素子技術により非常に大きな面積の撮像素子が製作 されている。
一方、 撮像素子には高速読み出し等の目的で並列読み出し型としたものがある。 これは、 撮像面を複数のプロックに分け、 それぞれのプロックに対して画像情報 読み出し線を設け、 並列的に画像情報を撮像素子外に読み出す方式である。
例えば、 チップの撮像面を縦横の境界線によって 4つのブロックに分け、 各ブ ロックが独立に機能するようにしておくと、 実質上撮影不可能な大きな欠陥を持 つブロックがあっても、 他のブロックでは撮影可能である。 従って、 4つのブロ ックのうち少なくとも 1つのブロックが正常であれば、 その撮影可能なブロック だけ用いて撮影することにすると、 画素数の少ない撮像素子として使用すること ができる。 また、 撮影可能なブロックを含むようにチップを切断すれば、 正常な なブロックを無駄なく利用できる。
切断されたチップのサイズが相違しても、 撮像素子を制御するための外部の制 御回路は同じである。 このように、 制御が類似する異なる撮像素子を付け替える ことができるようにすると、 一つの撮影装置の利用範囲を広げることができる。 この撮像素子を取り換え可能な撮影装置は、 本発明者に係る特開平 4 _ 6 8 8 7 3号に開示されている。 発明の開示
図 1 1に示すように、 撮像面が上下 4つのブロックからなる撮像素子のチップ 1 0の場合、 各ブロックにおける欠陥の有無のパターンは全部で 1 6通りある。 これらのうち、 少なくとも 1つの致命的ないしは撮影不可能な欠陥がない正常な ブロック 1 1 ( "〇" で示す） を持つ場合は、 1 5通りある。 なお、 図 1 0では、 致命的ないしは撮影不可能な欠陥を有するブロック 1 2は " X " で示している。 図 1 2に示すように、 4つのブロックのうち、 1つのブロック 1 1のみに欠陥 がある場合、 次の 2種類の使い方ができる。 まず、 欠陥のない 3つのブロックの うちの 1つのブロック 1 2 (図 1 2において斜線を付している。 ） を使わないよ うにして、 チップ 1 0を切断することなく、 長方形の撮像面を持つ撮像素子とし て使う方法がある。 もう一つの方法は、 撮像素子 1 0を半分に切断し、 一方を正 方形の小面積のチップ 1 0 ' として使用し、 他方を長方形の撮像素子 1 0 ' ' と して使用するという方法である。 ただし、 ブロック境界線に沿って駆動電圧送付 用の電線等が組み込まれていると、 その境界線に沿っての切断するのは困難であ る。
このようにして作られた数種類のチップを有する撮像素子を取り換えて装着で きる撮影装置があれば、 1つの撮影装置で、 欠陥の有無及びそのパターンにかか わらず、 全てのチップを無駄なく利用できる。 この場合、 ブロックが正常である チップを使用すると、 撮像面の中心がレンズからの入射光の光軸と一致する。 し かし、 例えば、 3つのブロックに欠陥があり、 1つのブロックのみが正常である チップを同一のパッケージにそのまま装着すると、 1 4サイズの撮像面の端点 に光軸が位置し、 光軸に対する画面の対象性が失われ、 レンズひずみや収差の悪 影響を強く受けることになる。 このように、 上記欠陥の有無及びそのパターンが 異なる複数種類のチップを単に同一のパッケージに取付けて撮影装置に装着する のだけでは、 これらのチップの全てを有効に利用することができない。
また、 上記撮像素子には以下の問題がある。 すなわち、 撮像素子では撮像面上 で画像情報を転送するための駆動電圧等の制御電圧を撮像面外部から供給してい る。 しカゝし、 撮像面が大型化すると、 外部から撮像面内に至る距離が長くなるこ と、 および、 面積に比例して必要電力が大きくなることから、 十分速い転送速度 を達成するために必要な電力の供給が困難になる。
本発明は、 上記従来の撮像素子における問題を解決するためになされたもので ある。 すなわち、 本発明の第 1の課題は、 撮像面が複数のブロックからなる撮像 素子を欠陥の有無及び欠陥のパターンにかかわらず、 1つの撮影装置で使用可能 とすることにある。 また、 本発明の第 2の課題は、 撮像面が大型化した場合に十 分速い転送速度を達成するために必要な電力を供給できるようにすることにある。 上記第 1の課題を解決するために、 第 1の発明は、 撮像面を備えるチップと、 このチップを取り付けるパッケージとを備え、 上記撮像面が複数のプロックから なり、 各ブロックがそれぞれ画像情報読み出し線を備える撮像素子と、 撮影対象 からの入射光を上記撮像素子の撮像面に結像させる光学系と、 上記撮像素子の撮 像面と、 上記光学系から上記撮像面へ向かう入射光の光軸との相対位置を、 上記 ブロックの縦及び横の長さの 1 Z 2づっ変更する位置調節機構とを備える撮影装 置を提供するものである。
第 1の発明の撮影装置では、 すべてのプロックに致命的な欠陥ないしは撮影不 可能な欠陥がないチップの場合でも、 一部のブロックに致命的な欠陥があるチッ プの場合でも、 入射光の光軸を撮像面の中心に一致させることができる。 これに より、 1種類のパッケージと撮影装置を使って、 レンズの収差や、 絞りによるい わゆるケラレ等を最小限に押さえつつ、 一部のブロックに欠陥があるチップも全 て実用に供することができる。
上記位置調節機構は、 例えば、 上記撮像素子を上記光軸に対して変位させるも のである。 また、 上記位置調節機構は、 上記光学系を上記撮像素子に対して変位 させるものであってもよレ、。
第 2発明も第 1の課題を解決するためのものであり、 撮像面を備えるチップと、 このチップを取り付けるパッケージとを備え、 上記撮像面が複数のプロックから なり、 各ブロックがそれぞれ画像情報読み出し線を備える撮像素子と、 撮影対象 力 の入射光を上記撮像素子の撮像面に結像させる光学系と、 撮像素子を取り換 え可能に取付ける撮像素子搭載部とを備え、 上記パッケージが複数種類あり、 こ れらのパッケージには、 上記撮像面を構成するすべてのプロックの中心が上記入 射光の光軸と一致するようにチップを取付可能なものと、 撮像面を構成するプロ ックの一部の中心が上記入射光の光軸と一致するようにチップを取付可能なもの とがある撮影装置を提供するものである。
第 3の発明は、 上記第 2の課題を解決するためのものであり、 チップの撮像面 がそれぞれ画像情報読み出し線を備える複数のプロックからなり、 プロック間の 境界線のうち少なくとも一つに沿う領域に、 各ブロック内の回路を制御するため の電圧供給線を備える撮像素子を提供するものである。
第 3の発明の撮像素子では、 ブロック間の境界線のうち少なくとも一つに沿う 領域に電圧供給線を設けているため、 撮像面外から撮像面内への制御電圧の送付 を短縮でき、 撮像面を大型化した場合にも十分速い転送速度を達成できる。
上記プロック間の境界線のうち他の一つに沿って切断可能であることが好まし い。 この場合、 チップを切断することにより、 各ブロックの欠陥に有無及び欠陥 のパターンにかかわらずすべてのチップを有効に使用することができる。 図面の簡単な説明
図 1は、 第 1実施形態の撮影装置を示す概略構成図である。
図 2は、 位置調節機構を示す正面図である。
図 3は、 撮像素子を示す正面図である。
図 4は、 チップの欠陥パターン及び切断パターン並びにチップとノ ッケージの 組合わせを説明するための概略図である。
図 5は、 第 2実施形態の撮像素子を示す正面図である。 図 6は、 第 2実施形態の撮像素子の遮光膜を除去した状態を示す正面図である c 図 7は、 第 2実施形態の撮像素子を示す部分拡大正面図である。
図 8は、 第 3実施形態の撮影装置を示す概略構成図である。
図 9は、 チップとパッケージの組合わせの一例を示す概略斜視図である。
図 1 0は、 チップとパッケージの組合わの他の例を示す概略斜視図である。 図 1 1は、 撮像面が 4つのブロックからなるチップの欠陥パターンを説明する ための概略図である。
図 1 2は、 4つのブロックのうち 1つのブロックに欠陥がある場合の
を説明するための概略図である。 発明を実施するための最良の形態
次に、 図面に示す本発明の実施形態を詳細に説明する。
(第 1実施形態）
図 1及び図 2は、 本発明の第 1実施形態の撮影装置を示している。 この撮影装 置は、 図示しない撮像対象からの入射光を撮像素子 5 2のチップ 5 3にある撮像 面 3 1に結像させるレンズ （光学系） 5 1を備えている。 撮像素子 5 2はチップ 5 3と、 このチップ 5 3を取り付けるパッケージ 4 1とを備えている。 撮像素子 5 2は、 マウント 5 4上に取り換え可能に取り付けられている。 このマウント 5 4はマウント取り付け装置 （位置調節機構） 5 5により撮影装置本体に取り付け られている。
図 3は C C D型である撮像素子 5 2の撮像面 3 1を示している。 撮像面 3 1は、 4つのブロック 3 1 a〜 3 1 dからなる。 各ブロック 3 1 a〜 3 1 d毎に、 光電 変換及び垂直方向に電荷 （画像情報） を移送するための複数の垂直 C C D 2 1と、 信号読み出し用水平 C C D (画像情報読み出し線） 3 9が設けられている。 各ブ ロック 3 1 a〜3 1 dで光電変換により発生した電荷は、 図 3において矢印 3 0 で示す経路で読み出される。
上記垂直 C C D 2 1は 3相駆動型である。 ブロック 3 1 a〜 3 1 d間の水平方 向の境界線 3 2に沿う領域に、 垂直 C C D 2 1に対して駆動電圧を供給するため のアルミニウム線 （電圧供給線） 3 3， 3 4， 3 5が配置されている。 例えば第 一相の駆動電圧は、 アルミニウム線 3 3及びコンタクトポイント 3 8を通って矢 印 3 7で示すように撮像面 3 1内に送られる。 このように境界線 3 2に沿ってァ ルミ二ゥム線 3 3 , 3 4， 3 5を設けたことにより、 撮像面外から撮像面 3 1内 への駆動電圧の供給距離を短縮でき、 撮像面 3 1を大型化した場合にも十分速い 速度で電荷を転送することができる。
なお、 上記駆動電圧は読み出し用水平 C C D 3 9の上部又は下部に設けた金属 線を介して供給することもできる。 し力 し、 本実施形態の方が、 アルミニウム線 3 3〜3 5が水平 C C D 3 9の周辺にある他の回路と交錯しないだけ単純な構造 となる。 境界線 3 2に沿う領域と水平 C C D 3 9の両方に電圧供給線を設ければ、 処理速度をより高速化することができる。
垂直の境界線 3 6に沿う領域には回路も線も組み込まれていない。 この領域は チャネルストップ領域となっていて、 この境界線 3 6に沿ってチップ 5 3を切断 可能である。 本実施形態では、 この境界線 3 6に沿った空白領域の幅を撮像面 3 1内の C C Dピッチより大きく設定しているため、 境界線 3 6をはさむ部分だけ 画素ピツチが広くなる。 しかし、 天文学等で学術研究に使う撮像素子では一般用 と違って、 このような画素ピッチの不連続が多少生じても画像解析上大きな問題 とはならなレ、。
図 4は、 チップ 5 3の撮像面 3 1に発生する欠陥パターン、 切断パターン及び チップ 5 3のパッケージ 4 1への取り付けのパターンを示している。 なお、 上記 図 1 0及び図 1 1の場合と同様に、 致命的ないしは撮影不可能な欠陥のあるプロ ック 3 1 a〜3 1 dは " X " で示し、 そのような欠陥のない正常なブロック 3
1 a〜3 1 dは "〇" で示している。
例えば、 撮像面 3 1の左上のプロック 3 1 aにのみ欠陥のある場合には、 垂直 の境界線 3 6に沿ってチップ 5 3を縦に切断し、 切断したチップ 5 3 ' , 5
3 ' ， をそれぞれパッケージ 4 1に装着する。 装着位置は、 いずれのブロック 3
1 a〜3 1 dにも欠陥がない場合と同じであり、 ボンディング等についても問題 は生じない。
チップ 5 3 ' は、 いずれのブロック 3 1 a〜3 1 dにも欠陥がない場合の l Z 4の画素数を有する撮像素子となる。 一方、 チップ 5 3 ' ' は、 画素数がいずれ のブロック 3 1 a〜3 1 dにも欠陥がない場合の 1 / 2であり、 縦方向に長い長 方形の撮像面を有する撮像素子となる。
これらチップ 5 3 ' , 5 3 ' ' を有する撮像素子は、 画素数がいずれのブロッ ク 3 1 a〜3 1 dにも欠陥がない場合に対して撮像面の中心がずれる。 従って、 撮像面の中心を入射光線の光軸 （図 1において符号 6 0で示す。 ) と一致させる ために、 図 4において矢印 4 3 , 4 4に示すようにパッケージ 4 1の取り付け位 置を、 ブロック 3 1 a〜3 1 dの幅 6 4の 1 Z 2だけ左右、 上下の一方、 もしく は両方にずらす必要がある。 この位置調節は後述するように、 マウント取り付け 装置 5 5により行うことができる。
図 4に示す欠陥パターンのうち、 欠陥のあるブロック 3 1 a〜 3 1 dが 1個の 場合について 4パターン、 欠陥のあるブロック 3 1 a〜3 1 dが 2個の場合につ いての 2パターンの合計 6パターンについては、 チップ 5 3を切断することによ りそれぞれ別個の撮像素子に使用できる 2個のチップ 5 3 ' , 5 3 ' ' が得られ る。 これらのパターン以外は、 いずれかのブロック 3 1 a〜3 1 dに欠陥があつ ても切断することなく使用すればよい。 例えば、 欠陥のあるブロック 3 1 a〜3 1 dが 4個ある場合には、 切断することなくパッケージ 4 1に取り付けて画素数 が 1 / 4の撮像素子として使用することができる。 なお、 上記のように切断する ことにより 2個のチップが得られる場合であっても、 切断することなく 1個のチ ップとして使用することも可能である。
画素数が 1 Z 2の長方形の撮像面を有するチップには、 縦長のものと横長のも のがある。 し力、し、 例えば、 撮影装置の本体の側部と下部にホルダを取り付け、 使用者が縦横を意識しないような外部装飾としておけば、 実用上問題はない。 次に、 マウント取り付け装置 5 5について説明する。
図 2に示すように、 撮像素子 5 2を取り付けたマウント 5 4は、 3個のねじ 6 1で撮影装置本体に取り付けられている。 各ねじ 6 1についてそれぞれ 9個のね じ穴 6 2が設けられている。 これらねじ穴 6 2間の縦横の間隔 （ピッチ） 6 3は、 ブロック 3 1 a〜3 1 dの縦及び横の幅 6 4の 1 / 2である。 従って、 マウント 5 4の取り付け位置を変更することにより、 撮像面の位置をブロック 3 1 a〜 3 1 dの縦横の幅 6 4の 1 / 2づっ変更させることができる。 よって、 ブロック 3 1 a〜3 1 dの欠陥有無及び欠陥パターンにかかわらず、 また、 チップを切断し ているか否かにかかわらず、 撮像面の中心を入射光の光軸 6 0と一致させること ができる。 なお、 撮像素子 5 2の撮影装置本体に対する取り付け位置を固定し、 レンズ 5 1を撮像素子 5 2に対して移動させることにより、 撮像面の中心を入射 光の光軸 6 0と一致させてもよい。
本実施形態の撮影装置で撮影した画像を、 そのままディスプレイで表示すると、 画面の半分もしくは 1 Z 4の領域にしか画像が表示されない場合がある。 しかし 最近の画像処理ソフトウエアのほとんどは、 画像の一部を全画面に広げて表示す る機能を備えているので、 これを利用すれば実用上問題はない。
本実施形態の撮影装置では、 どの欠陥パターンに対しても、 チップ 5 3の切断 とブロック 3 1 a〜 3 1 bの幅 6 3の 1 Z 2づっずらして撮像素子 5 2を撮影装 置本体に装着することにより、 転送速度等の基本性能を維持しつつ、 チップ 5 3 の欠陥が生じていないブロック 3 1 a〜3 1 bのすベてを有効に利用することが でき、 実質歩留まり率を向上させることができる。
また、 欠陥の有無及び欠陥パターンのいかんにかかわらず、 同一の撮影装置本 体及びパッケージを共用することができる。 よって、 異なるタイプの撮影装置本 体やパッケージを製造することによるコストの増大を抑制することができ、 結果 的に撮影装置 1台あたりの製造コストが大幅に低減される。
一方、 ユーザーにとっては、 まず 1 / 4の画素数を持つ撮像素子を備える撮影 装置を購入し、 後に資金的余裕の生じたときに全画素サイズの撮像素子を追加購 入し、 同じ撮影装置で使用することができる。 例えば、 科学技術計測用の撮影装 置は一般のビデオカメラ等に比べてはるかに使用期間が長い。 このような場合に、 逐次装置の高性能化を図ることは、 限られた年間予算で研究を行っている科学技 術者にとって大きなメリットがある。
(第 2実施形態）
図 5から図 7は、 本発明の第 2実施形態を示している。 この第 2実施形態は撮 像素子のチップの構造のみが第 1実施形態と相違しており、 パッケージ及びマゥ ント取り付け装置等の構造は第 1実施形態と同様である。
図 5に示すように、 撮像面 3 1は金属製の遮光膜 9 5により覆われている。 こ の遮光膜 95にはフォトダイオード 71と対応する部分に光を通過させるための 窓部が設けられている。
各ブロック 31 a〜31 dは、 画素周辺記録型撮像素子により構成されている。 図 7に示すように、 フォトダイォード 71で発生した電荷はィンプットゲート 7 2を通じて CCD転送路 73に送られ、 CCD転送路 73上を斜め下方に転送さ れる。 また、 電荷収集井戸 74、 ドレーンゲート 75、 アンプ 76、 読み出し用 回路 77が設けられている。 C C D転送路 73は画像情報 （電荷） の記録手段を 兼ねており、 ある時点から数 10ステップ前までの画像情報に対応する電荷が蓄 積される。 すなわち撮影中は電荷を撮像素子外部に読み出すことなく全画素並列 処理で CCD転送路 73に蓄積する。 CCD転送路 73に蓄積された電荷は、 上 記読み出し用回路 77を経て撮像素子外に読み出すことができるようになってい る。
画素周辺記録型撮像素子の特徴は、 C C D転送路 73の軸 78がフォトダイォ ード 71の構成する画素軸 79に対して斜行していることである。 これにより、 直線状の CCD記録要素が下の画素に突き抜けていっても、 下の画素のフォトダ ィオード 71上を通過しない。 従って、 CCD転送路 73を十分長く延ばすこと ができ、 多数枚の連続画像を記録することができる。
図 5及び図 6に示すように、 ブロック 31 a〜 31 dの境界線 32, 36に沿 つてフォトダイォード 71や CCD転送路 73が存在しない細長い領域 81, 8 2 (それぞれ斜線を付して示す。 ) が存在している。 このうち垂直の境界線 36 に沿った領域 82は幅は数 10ミクロンあり、 境界線 36に沿ってチップを切断 できるようになつている。 一方、 水平の境界線 32に沿った領域 81には、 金属 製の CCD駆動電圧供給線 91， 92, 93を設けている。 これらの CCD駆動 電圧供給線 91， 92, 93力 ら、 CCD転送路 73と斜交するように設けた C CD駆動電圧供給線 96を経て C CD転送路 73に駆動電圧が供給される。 なお、 駆動電圧供給線 96と CCD転送路 73のコンタクトポイントは、 駆動電圧供給 線 96とチャネルストップの交差位置に設けている。
(第 3実施形態）
図 8から図 10は、 本発明の第 3実施形態の撮影装置を示している。 第 1実施形態と異なり、 撮像素子 5 2のマウント 5 4は撮影装置本体に対して 固定されており、 位置調節できないようになっているが、 図 9及び図 1 0に示す ように、 2種類のパッケージ 4 1を用意し、 これらのパッケージ 4 1におけるチ ップ 5 3の取り付け位置により、 撮像面を光軸 6 0と一 るようにしている。 図 9のパッケージ 4 1はいずれのブロック 3 1 a ~ 3 1 bにも欠陥が存在して いない場合に使用するものであり、 この撮像面を構成するすべてのブロック 3 1 a〜3 1 dの中心が入射光の光軸 6 0と一致するようにチップ 5 3を取り付ける ことができる。 また、 チップ 5 3とパッケージ 4 1側の回路とをボンディングで きるようになつている。
一方、 図 1 0のパッケージ 4 1は、 切断したチップ 5 3に使用するものであり、 撮像面を構成する 2つのブロック 3 1 a , 3 1 cの中心が入射光の光軸 6 0と一 致するようにチップ 5 3を取り付けることができる。 また、 これらのブロック 3 l a , 3 1 cとパッケージ 4 1側の回路とをボンディングできるようになつてい る。 この場合、 パッケージ 4 1のピンのうち一部はダミーのピンとなる。 なお、 図 1 0においてパッケージ 4 1のチップ 5 3両側の部分に十分な空間を設けてお き、 チップ 5 3を切断することなく使用するプロックの中心が光軸 6 0と一致す るようにパッケージ 4 1に取り付けることができるようにしてもよい。
第 3実施形態の撮影装置では、 チップ 5 3の欠陥の有無及び欠陥パターンに応 じたパッケージ 4 1を使用することにより、 チップ 5 3の欠陥が生じていないブ ロック 3 1 a〜 3 1 bのすベてを有効に利用することができ、 実質歩留まり率を 向上させることができる。
本発明は、 上記実施形態に限定されず、 種々の変形が可能である。
撮像素子は、 白黒撮影用又はカラーフィルターアレイの付いたカラー撮影用の いずれであってもよい。 また、 撮像素子は、 マイクロレンズ、 イメージ 'インテ ンシファィャ等の光増強装置、 可視光以外の電磁波や粒子に対して可視光を発す る層を備えていても良い。
また、 撮像素子の大きさは各ブロックの 4倍面積のものに限らない。 2 X 3 の 6ブロックのもの、 さらにはそれより大きいものでも良い。
本発明は、 撮像素子が撮像面が複数のプロックからなる場合に適しているが、 撮像面がブロック化されていない場合にも応用することができる。 すなわち、 撮 影装置に撮像素子の撮像面と、 上記光学系から上記撮像面へ向かう入射光の光軸 との相対位置を変更する位置調節機構を設け、 撮像面の欠陥のない又は欠陥が少 ない部分の中心を入射光の光軸を一致させることにより、 大型のチップを欠陥の 有無にかかわらず使用することができる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 撮像面を備えるチップと、 このチップを取り付けるパッケージとを備え、 上記撮像面が複数のプロックからなり、 各プロックがそれぞれ画像情報読み出し 線を備える撮像素子と、
撮影対象からの入射光を上記撮像素子の撮像面に結像させる光学系と、 上記撮像素子の撮像面と、 上記光学系から上記撮像面へ向かう入射光の光軸と の相対位置を、 上記プロックの縦及び横の長さの 1 Z 2づっ変更する位置調節機 構
とを備える撮影装置。
2 . 上記位置調節機構は、 上記撮像素子を上記光軸に対して変位させるもので ある請求項 1に記載の撮影装置。
3 . 上記位置調節機構は、 上記光学系を上記撮像素子に対して変位させるもの である請求項 1に記載の撮影装置。
4 . 撮像面を備えるチップと、 このチップを取り付けるパッケージとを備え、 上記撮像面が複数のプロックからなり、 各ブロックがそれぞれ画像情報読み出し 線を備える撮像素子と、
撮影対象からの入射光を上記撮像素子の撮像面に結像させる光学系と、 撮像素子を取り換え可能に取付ける撮像素子搭載部と、
を備え、
上記パッケージが複数種類あり、 これらのパッケージには、 上記撮像面を構成 するすべてのプロックの中心が上記入射光の光軸と一 るようにチップを取付 可能なものと、 撮像面を構成するプロックの一部の中心が上記入射光の光軸と一 致するようにチップを取付可能なものとがある撮影装置。
5 . チップの撮像面がそれぞれ画像情報読み出し線を備える複数のプロックか らなり、 ブロック間の境界線のうち少なくとも一つに沿う領域に、 各ブロック内 の回路を制御するための電圧供給線を備える撮像素子。
6 . 上記プロック間の境界線のうち他の一つに沿って切断可能である請求項 5 に記載の撮像素子。
7 . 撮像面を備えるチップと、 このチップを取り付けるパッケージとを備える 撮像素子と、
撮影対象からの入射光を上記撮像素子の撮像面に結像させる光学系と、 上記撮像素子の撮像面と、 上記光学系から上記撮像面へ向かう入射光の光軸と の相対位置を変更する位置調節機構
とを備える撮影装置。
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