JP6195134B2 - 電磁波検知器アセンブリを備える装置およびそのような装置のアセンブリの配置 - Google Patents

Description

本発明は、電磁波検知器アセンブリを備える装置、とりわけ、特に内視鏡または小型監視カメラに用いられるイメージセンサであって、このセンサが、検査領域の画像を提供するように配列された画素マトリクスを備え、検査領域の形状が前記Ｃ型マトリクスの立体形状にほぼ一致し、検知器が、アドレス指定図を介して前記マトリクスの行および列に沿ってアドレス指定されて、検知セルの前記マトリクスの各セルを、前記マトリクスの外周に配置された１つまたは複数の読み出し回路に接続することができる、装置に関する。

本発明は、このような装置のアセンブリを含む配置にも関する。

通常この種の装置は、ピクセルと呼ばれる画素からなる長方形のマトリクスで構成され、センサの集積回路も長方形である。しかし、内視鏡に用いられる多くの用途や、極小サイズのセンサが求められるその他の用途では、この長方形は理想的ではない。なぜなら、長方形では、普通なら装置に利用できる空間に相当する円形表面の一部しか埋まらないからである。通常は円形であるレンズでカバーされる視野は、長方形のセンサが感知する面積とは一致せず、センサがレンズの視野の一部しかカバーしていないか、センサ表面の角部分が円形のレンズでカバーされる視野からはみ出しているようなセンサしかないかのいずれかである。

光感知セル全体を組み合わせて像を得る場合、長方形は、限られた利用空間にあまり適応しないことが多いことから、よりよく適応したセンサを作製するために多くの解決策が提案されている。例えば米国特許第７００９６４５号明細書では、光感知セルを円形に配置したイメージセンサが提案されている。この光感知セルは、極座標でアドレス指定するシステムに従って、半径に沿って円状に連続的に読み取るようにアドレス指定される。この配置には２つの重大な欠点があり、この欠点があるためにこのような配置はほとんど用いられない。第一に、このような配置にした光検知セルの空間解像度は均一ではなく、中心に向かって大きくなり、この影響を軽減するための措置が提案されているものの、完全
に均一な解像度は達成されていない。第二に、画像処理アルゴリズムおよび画像表示アルゴリズムの多くは、行および列に沿って画素を配置することを基本としているため、この画像表示形式に変換することはこのようなセンサに必須であり、これには座標空間を変換するかなり重い計算が必要である。

光感知要素からなるマトリクスを備えるイメージセンサが知られており、このイメージセンサの個々の信号は、前記光感知要素の行および列をアドレス指定することによる連続工程に従って進む。この連続的なアドレス指定は、行アドレス指定回路をマトリクスの外周縁に沿って配置し、列アドレス指定回路をマトリクスの別の外周縁に沿って配置することによって実現される。

このような装置は、センサが正方形または長方形である場合に都合がよく、このようにすると、行および列のアドレス指定で画素どうしが重なることなく画素を規定できる。例えば多角形の場合、各画素が一意的な行アドレスおよび列アドレスを有するという単純なアドレス指定は、多角形が最低でも１つの直角を含まなくなった時点で、行のアドレス指定か列のアドレス指定のいずれかの要素のみが装置の外周縁に沿って配置されている状態では検討できない。なぜならこの場合、行デコーダおよび列デコーダを少なくとも多角形の１辺に沿って同時に配置しなければならなくなるからである。

１つまたは２つの角が切断されている光検知セルマトリクスの配置に対する解決策が、例えば米国特許第５２９１０１０号明細書などに記載されているが、行アドレス指定回路および列アドレス指定回路はそれぞれ、多角形の個々の辺にとどまっている。

特に、口腔内のＸ線放射を検知するのに用いられるＣＣＤタイプのセンサの分野では、この問題に対する解決策が提案されている。それらの解決策は、光感知セルマトリクスを行および列に沿って編成した配置を実現することによるものである場合があるが、４角をすべてカットする（ほぼ八角形になる）ことが提案されている。これらの解決策のいくつかは、ＣＣＤ（電荷結合素子）タイプの検知装置でしか通用せず、検知マトリクスの周期は、アドレス指定用の電子機器を設置するのに必要な最低限の空間よりもかなり大きく、これは口腔内のＸ線用途によくある事例である。ＣＣＤ技術では、厳密に行に沿ってアドレス指定する必要がない。列に沿ってアドレス指定するシステムの代わりに、列から発信される信号はむしろ、いわゆる「水平に」読み出しレジスタに沿って１つの列から別の列へ伝送される。そのため、欧州特許公報第１２５５４０１号では、ＣＣＤタイプのマトリクスを口腔内で使用する目的で角をカットした状態でアドレス指定する解決策が提案されており、この場合、行のアドレス指定は水平読み出しレジスタを介して上方の導電層に進んでいく。このように実現することは、ＣＣＤタイプの検知器のマトリクスに限定されていて、読み出しのために各ピクセルを読み出し回路に直接接続しなければならないセンサには一般化できない。これは例えば、ＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）技術で作製された検知器のマトリクスの場合に当てはまり、このマトリクスでは、およそ数マイクロメートル、あるいは現在知られている最小ピクセルに対して１マイクロメートル未満という極めて小さい検知セルを作製できる。

米国特許第２００６０２７６２５号明細書には、角を斜めにカットした直交マトリクスを作製するのにＣＣＤ技術のみを用いて実現可能なもう１つの解決策が提案されているが、この解決策は行に沿って読み出すレジスタを必要とし、このレジスタは、前記列レジスタのクロックパルスごとに斜めにカットされた列から受け取った電荷を伝送できるものである。この特性は、ＣＣＤタイプの検知器のみに備わっている。

米国特許第２００９００３３７７７号明細書には、行および列に沿ってアドレス指定した光検知セルマトリクスに対する解決策が提案されている。この解決策はＣＭＯＳ技術で
実現できるものだが、斜辺が直交辺よりもやや短い場合には限定されてしまう。なぜなら、アドレス指定ブロックは、斜辺の行であれ列であれ、直交辺の該当ブロックの後ろに配置され、接続ネットワークを介して斜辺に相互接続されるからである。また、この相互接続ネットワークでは、例えば内視鏡に必要とされるように、極めて小型化して使用される背景では、全体の表面積が増大してしまい、これは望ましくない。

特開２０１０−２７３７５７号には、概ね円形の光検知セルマトリクスを備える装置を作製することが提案されている。しかし長方形、あるいは正方形の光検知セルマトリクスを維持するものの、マトリクスの直交縁の中心に沿って空間を自由に使用して、放射線検知システム、とりわけ高度に組み込まれた撮像システムの動作に必要な他の電子部品を設置することが提案されている。この提案のもう１つの変形例では、第２の読み出し電子素子を集積回路の第２の面に配置することでアドレス指定の問題およびマトリクス読み出しの問題を解決するとともに、光検知セルマトリクスを三次元集積化によって読み出し回路に相互接続することが示唆されている。これでは単位当たりの製造コストが膨大になる。このような装置を製造基板に配置する工程は六角形に限定されており、基板が直線切断工程で分割されると、製造基板として可能な面の５０％以上が失われてしまい、その結果、このような装置の製造コストは著しく上昇する。これに代わる切断工程は、円形カットからなるものであろうが、これは電子機器を大規模に製造する標準的な工程ではない。

米国特許第７００９６４５号明細書 米国特許第５２９１０１０号明細書 欧州特許公報第１２５５４０１号明細書 米国特許第２００６０２７６２５号明細書 米国特許第２００９００３３７７７号明細書 特開２０１０−２７３７５７号

本発明は、電磁波検知装置、とりわけイメージセンサであって、レンズの視野と一致する円形表面のほぼ全体を最適な形でカバーするマトリクスを有するイメージセンサを作製できるアーキテクチャを提供するとともに、この立体形状に適応したセンサの配置を提供することを提案するものであり、センサのこの配置はアドレス指定と関連があり、このアドレス指定によって、一意的な行アドレスおよび列アドレスを１つ１つの画素に割り当てて画素を明確に識別できる。よって画素は、従来の連続的な方法で読み出すことができる。しかし、本アーキテクチャでは、行デコーダ要素およびアドレスを、一般的なアドレス指定図の行および列の直線方向に対して斜めの縁に沿って配置する手段を提供し、前記マトリクスの角をカットする数に制限はない。

このほか、本発明は、読み出すために１つまたは複数の読み出し回路に直接接続することが必要な光検知マトリクスのあらゆる原理に一般化でき、とりわけＣＭＯＳ技術で作製
されたイメージセンサに一般化できるものである。本発明で提供される原理は、放射線検知セルのサイズ縮小化と併用可能であり、１〜２マイクロメートルほどのわずかな周期でマトリクスに適用できる。行アドレス指定回路および列アドレス指定回路を前記マトリクスの斜めの縁に沿って配置してルーティングするための特異な解決策を提供すると、アドレス指定のために前記装置の斜めの縁に必要な検知セルマトリクスの外部に追加の空間を増やさなくてよい。

このようにするために、冒頭で定義したような本発明によるセンサは、互いに直交する行および列に沿って構造化された光検知セルマトリクスであって、多角形であり、その輪郭が、閉鎖した線に内接する少なくとも５つの辺を有し、直交する縁および斜めの縁を有するマトリクスで構成されることを特徴とする。

有利な一実施形態によれば、前記光検知セルは正方形で、前記少なくとも１つの斜めの縁は４５°にカットされ、１つの前記アドレス回路の幅は、光検知セルの一辺の寸法に√２／２を乗算したものにほぼ等しい。

もう１つの有利な実施形態によれば、前記光検知セルは正方形で、前記少なくとも１つの斜めの縁は４５°にカットされ、１つの前記アドレス回路の幅は、√２に光検知セルの一辺の寸法を乗算したものにほぼ等しい。

特定の一実施形態によれば、前記閉鎖した線は、円形または楕円形である。

有利には、特定の一構造形態によれば、光検知セルマトリクスの多角形は、円または楕円に内接する八角形である。

前記センサの画素マトリクスに一致している、直交する行および列のアドレス指定要素は、行アドレス指定手段および列アドレス指定手段を備えていてよく、この手段は、前記マトリクスの多角形の輪郭の辺の少なくとも一部に沿って配置された要素を備えている。

特定の一実施形態によれば、行および列の前記アドレス指定手段の要素は、前記センサの画素マトリクスの少なくとも１つの斜めの縁に沿って交互になる。

特定のもう１つの実施形態によれば、行および列の前記アドレス指定手段の要素は、前記センサの画素マトリクスの少なくとも１つの斜めの縁に沿って、一方が他方の後ろに配置される。

特定のさらにもう１つの実施形態によれば、画素マトリクスの少なくとも１つの斜めの縁に沿って配置された行および列の前記アドレス指定手段の要素は、前記センサの画素マトリクスの直交する縁に沿って配置された要素よりも幅が狭い。

特定のさらにもう１つの実施形態によれば、行および列の前記アドレス指定手段の要素は、行および列のアドレス指定を、マトリクスを介して対面する縁どうしの間に分割してマトリクスの全縁に沿って配置される。

イメージセンサは、有利には、断面がほぼ円形の内視鏡チューブに取り付けられてよく、少なくとも１つの円形レンズを備える光学系に接続されてよい。

本発明による配置は、前記装置のアセンブリが製造基板上に作製され、前記装置が八角
形であり、該装置は、直線のみで切断されてよいように間隔をあけて配置され、その直線どうしの間が４５度のみであることを特徴とする。

本発明およびその利点は、例として非限定的に挙げた添付の図面を参照して、本装置の好適な実施形態の詳細な説明文を読むことでさらによく理解されるであろう。

先行技術による光検知セルマトリクスを示す平面図である。 断面が円形の支持体に載せられた図１の光検知セルマトリクスの斜視図である。 先行技術による光検知セルマトリクスおよび円形レンズを使用した際に生じた問題を示している図である。 先行技術による光検知セルマトリクスに接続しているアドレス指定方式を示す図である。 特定のアドレス指定装置に接続している本発明による光検知セルマトリクスの一実施形態を示す図である。 図５の光検知セルマトリクスに適応している特定のアドレス指定方式の一実施形態を示す部分図である。 図５の光検知セルマトリクスに適応している別の特定のアドレス指定方式を示す部分図である。 図５の光検知セルマトリクスに適応している別の特定のアドレス指定方式を示す部分図である。 本発明によるセンサを作製するために一連の光検知セルマトリクスを工業規模で製造する方式を示す概略図である。

図１を参照すると、先行技術による光検知セルセンサ１は通常、長方形または正方形であり、セルは、同じく長方形または正方形の画素マトリクス２を形成している。図２に示したように、このセンサは一般に、円形の内視鏡チューブであってよい支持体３の上に載せられ、センサに接続している光学系は、１つまたは複数のレンズを有し、典型的には断面が円形である。

図３には、先行技術による例えば正方形の光検知セルマトリクス１０でカバーされた面、および円形の光学系のレンズ４でカバーされた面をそれぞれ示している。第１の実施形態によれば、マトリクス２ａは、レンズ４を表す円に内接している。この場合、マトリクス２ａの外側にありレンズ４の円周内部にある領域５は、このレンズにカバーされておらず、像を提供できない。第２の実施形態によれば、レンズ４を表す円は、マトリクス２ｂに内接している。この場合、マトリクス２ｂの内部にありレンズ４の円周の外部にある領域６は、このレンズにカバーされておらず、像を提供できない。このように最適ではない状態になるため、本発明ではこれを修正することを提案する。

図４は、行７およびこの行に直交する列８に沿って配置された画素マトリクスを有する、先行技術による従来のセンサのアドレス指定方式を示している。アドレス指定手段は２つの要素９ａおよび９ｂを備え、両要素はそれぞれ、光検知セルマトリクス２の行７および列８に割り当てられている。

図５は、光検知セル１２のマトリクス１１を備える本発明によるセンサ１０を示し、このマトリクス１１は八角形である。光検知セル１２のマトリクス１１の画素を完全にアドレス指定するためには、マトリクスの少なくとも１つの斜辺に、行アドレス指定回路１３ａを配置するとともに、マトリクスの同じ辺の列アドレス指定回路１３ｂを配置する必要がある。このようにすると、マトリクスの外側でこのアドレス指定回路が消失することは
それほど多くない。したがって、輪郭が多角形で、例えば八角形である画素マトリクスを使用して得られる利益は一貫しており、これによってセンサの面積を全体的に縮小できる。この配置にする結果、直交方向にカットされていない画素マトリクスのセルの外周は、ピタゴラスの定理により長くなるが、行デコーダおよび列デコーダの単位当たりのセルの寸法は、セルが回転を受けていれば増大しないという事実を利用できる。

光検知セルマトリクスの斜辺で単位セルの外周がこのように長くなることを利用して、行および列のアドレス指定手段の基本要素を配置する。図６は、行アドレス指定回路１６ａおよび列アドレス指定回路１６ｂの集積回路の部品を示しており、両アドレス指定回路は、行および列に対して４５°の斜辺を有するマトリクスの斜辺に隣り合わせで配置されている。

図７Ａおよび図７Ｂにはその他の構成を示している。図７ａの構成の場合、列アドレス指定手段１７ｂの基本要素の後ろに配置されている行アドレス指定手段１７ａの基本要素の幅の方が大きいため、マトリクスの外側で行および列が消失するのを減らすことができる。この逆も同じように実施できる。

この概念は、異なる辺の角度が４５°であるマトリクスの多角形の輪郭に拡張できる。図８は、このような構成を描いたものであり、画素マトリクスの外周の各セクションに、行および列のアドレス指定手段の基本要素が十分な数だけ配置されている。図７Ｂのマトリクスの斜辺の角度は２６°である。行アドレス指定手段の２つの基本要素１８ａを列アドレス指定手段の１つの基本要素１８ｂに添える。

本発明によるセンサの一変形例によれば、行および列アドレス指定回路は、マトリクスの全辺に沿って配置され、画素行のいくつかの群を１つの辺にアドレス指定し、画素行の別のいくつかの群を反対側の辺にアドレス指定するようにし、列についても同じようにする。例えば、偶数行を画素マトリクスの一番左の辺にアドレス指定し、奇数行を画素マトリクスの一番右の辺にアドレス指定できる。画素マトリクスの下端または上端の偶数列および奇数列についても同じようにでき、その列は、それぞれのアドレス指定回路を位置決めするために選定されてよい。

このように上記の原理を利用して、辺数を増やして円形に近づけるために多角形のマトリクス、例えば八角形、あるいは十角形のマトリクスを有するイメージセンサを作製できるだけでなく、多角形の表面をカバーする電子回路を備えた完全なイメージセンサにすることができる。

長方形ではなくとりわけ多角形で、例えば八角形の電子回路、とりわけイメージセンサを産業規模で製造する際は、このような回路が上に複数製造されている基板から個々の回路を分離する際に問題が生じる。というのも、電子回路の分離方法は、直線状のカットまたは切断の原理に基づいているからである。

例を挙げると、図８は最初に、八角形の複数のイメージセンサ２０が製造基板２１上にある構成で、イメージセンサを９０°で交差しているカット線２２、２３と平行なカット線２４、２５および２６、２７に沿って切断できるように、多角形の基板を作製する様子を示している。このようにするためには、行と列との間に間隔を置いた状態で八角形の回路１９を配置すればよい。切断は、図示した回路の左上に示した辺１９ａが別の回路の右下の辺１９ｂと一致するように行うことができる。

本発明は、記載した実施形態に限定されるものではなく、当業者に自明の様々な修正または変形を加えてよい。特に、辺の数は実用的な実現例のみに限定される。形状は適応可
能であり、アドレス指定手段は画像マトリクスの立体形状に応じて作製される。

Claims (11)

1. 電磁波検知器アセンブリを備える装置、とりわけ、特に内視鏡または小型監視カメラに用いられるイメージセンサであって、該センサが、検査領域の画像を提供するように配列された画素マトリクスを備え、検査領域の形状が前記マトリクスの立体形状にほぼ一致し、前記検知器が、アドレス指定図を介して前記マトリクスの行および列に沿ってアドレス指定されて、セルの前記マトリクスの各セルを、前記マトリクスの外周に配置された少なくとも１つの読み出し回路に接続でき、該装置が、互いに直交する行および列に沿って構造化された光検知セルマトリクスであって、多角形であり、その輪郭が、閉鎖した線に内接する少なくとも５つの辺を有し、直交する縁および２つの直交する縁を接続している少なくとも１つの斜めの縁を有するマトリクスで構成され、複数の光検知セルを有し、前記２つの直交する縁の各々と、前記斜めの縁との成す角度は４５°であり、
   前記複数の光検知セルは、正方形または長方形の光検知セルと、前記斜めの縁に沿って切り欠きのある光検知セルから構成され、前記２つの直交する縁と前記斜めの縁によって、前記切り欠きのある光検知セルが画成され、各々の前記光検知セルが、行および列に沿ってアドレス指定するシステムによって電圧または電流読み出し回路に直接接続される、装置において、前記行および列のアドレス回路は、前記少なくとも１つの斜めの縁に沿って、その寸法に応じて隣り合う領域に沿って配置され、各々の切り欠きのある光検知セルは、その寸法に応じて隣り合う２つのアドレス回路（行と列）に接続され、各々の前記切り欠きのある光検知セルの前記アドレス回路は、２つの隣り合う回路からなる一対を構成することを特徴とする、
   装置。
2. 前記光検知セルは正方形で、前記少なくとも１つの斜めの縁は４５°にカットされた装置において、１つの前記アドレス回路の幅は、光検知セルの一辺の寸法に√２／２を乗算したものにほぼ等しいことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記光検知セルは正方形で、前記少なくとも１つの斜めの縁は４５°にカットされた装置において、１つの前記アドレス回路の幅は、√２に光検知セルの一辺の寸法を乗算したものにほぼ等しいことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
4. 前記閉鎖した線は、円形であることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
5. 前記閉鎖した線は、楕円形であることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
6. 前記センサの画素マトリクスに一致している、直交する行および列のアドレス指定要素は、行および列のアドレス指定手段を備え、該手段は、前記マトリクスの多角形の輪郭の辺の少なくとも一部に沿って配置された要素を備えることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
7. 画素マトリクスの少なくとも１つの斜めの線に沿って配置された行および列の前記アドレス指定手段の要素は、前記センサの画素マトリクスの直交する縁に沿って配置された要素よりも幅が狭いことを特徴とする、請求項６に記載の装置。
8. 行および列の前記アドレス指定手段の要素は、行および列のアドレス指定を、マトリクスを介して対面する縁どうしの間に分割してマトリクスの全縁に沿って配置されることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
9. 断面がほぼ円形の内視鏡チューブに取り付けられ、少なくとも１つの円形レンズを備える光学系に接続されることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
10. ＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）技術で作製されることを特徴とする、請求項１〜９のうちいずれか一項に記載の装置。
11. 前記装置のアセンブリは製造基板上に作製され、前記装置は八角形であり、該装置は、直線のみで切断されてよいように間隔をあけて配置され、その直線どうしの間が４５度のみであることを特徴とする、請求項１〜１０のうちいずれか一項に記載の装置のアセンブリを製造するための配置。

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