JPH10112823A - 局部画像記憶を有する小型画像捕捉デバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回路及び画像メモリを画像捕捉デバイスを形
成する光検出器の間の領域に集積した光学的配列カメラ
を提供する。 【解決手段】 積分カレントミラーは光検出器電流出力
を増加するよう各光検出配置で使用されない空間に形成
される。補正された二重サンプリング回路はまた各光検
出器配置に入射した放射強度に比例する電圧を発生する
ために各露出期間にわたりカレントミラーにより発生さ
れた電流の和をとるよう各光検出器配置に形成される。
ＡＤＣ回路及び不揮発性メモリ回路は発生された電圧を
受け、記憶する。メモリ回路の全て又は一部は捕捉され
た画像を表す電圧の全て又は一部を出力するようアドレ
スされる。画像捕捉装置を独自のレンズレット配列と結
合することで非常に小型の光学的配列カメラが形成され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】関連する出願の相互参照 本発明はＭａｒｋ Ｍ．Ｍｅｙｅｒｓによる１９９６年
４月２３日出願の米国特許出願０８／６５２７３５、”
Ａ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ／Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ
Ｌｅｎｓｌｅｔ Ａｒｒａｙ”及びＭａｒｋ Ｍ．Ｍｅ
ｙｅｒｓによる１９９５年４月５日出願の米国特許出願
０８／４１７４２２、”Ａ ＢｌｕｒＦｉｌｔｅｒ Ｆ
ｏｒ Ｅｌｉｍｉｎａｔｉｎｇ Ａｌｉａｓｉｎｇ Ｉ
ｎ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｓａｍｐｌｅｄ Ｉｍ
ａｇｅｓ”及びＭａｒｋ Ｍ．Ｍｅｙｅｒｓによる１９
９６年６月１４日出願の米国特許出願０８／６６３８８
７、”Ａ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ／Ｒｅｆｒａｃｔｉ
ｖｅ ＬｅｎｓｌｅｔＡｒｒａｙ Ｉｎｃｏｐｏｒａｔ
ｉｎｇ Ａ Ｓｅｃｏｎｄ ＡｓｐｈｅｒｉｃＳｕｒｆ
ａｃｅ”及びＭａｒｋ Ｍ．Ｍｅｙｅｒｓによる１９９
６年７月１８日出願の米国特許出願０８／６８４０７
３、”Ｌｅｎｓ”及びＭａｒｋ Ｍ．Ｍｅｙｅｒｓによ
る１９９６年８月１９日出願の米国特許出願０８／６９
９３０６、”Ｃｏｍｐａｃｔ Ｉｍａｇｅ Ｃａｐｔｕ
ｒｅ Ｄｅｖｉｃｅ”に関する。

【０００２】

【発明の属する技術分野】本発明は画像捕捉デバイスに
関し、より詳細にはアナログ及びデジタル回路及び画像
メモリを画像捕捉デバイスを形成するそれぞれの光検出
器の間の領域に集積し、それらの組合せが光学的配列カ
メラとして形成される改善に関する。

【０００３】

【従来の技術】Ｆｏｓｓｕｍ等による米国特許第５４７
１５１５号、”Ａｃｔｉｖｅ Ｐｉｘｅｌ Ｓｅｎｓｏ
ｒ ｗｉｔｈ Ｉｎｔｒａ−Ｐｉｘｅｌ Ｃｈａｒｇｅ
Ｔｒｎａｓｆｅｒ”に開示される発明は半導体光セン
サーの光ゲートの下に蓄積された光生成された電荷を能
動画素ユニットセル内に配置された感知ノード（典型的
にはコンデンサ）にその電荷を移動することにより電圧
に変換するものである。Ｆｏｓｓｕｍは信号ノイズを減
少し、光センサからの暗電流の影響を除去するために信
号に基づく電圧の相関二重サンプリングの２つのサンプ
ルを用いている。画像露出に関連した電圧は光センサー
の行又は列の端に配置される電圧作動増幅器によりダー
クサンプル中の読み取りに関連する電圧から減算され
る。適切な行及び列選択データラインを用いることによ
り配列の減算は全体の画像配列を読み出す必要なしに読
み出されうる。しかしながらＦｏｓｓｕｍの発明は能動
画素に光を集中するレンズ配列の使用を開示している
が、光センサ（ＣＣＤ検出器）素子の全体の感度を増加
させえず、また視野の異なる領域の画像を形成する配列
光学型構造に用いる構想を示していない。Ｆｏｓｓｕｍ
の発明は検出器配列のユニットセルの内部の画素の全体
の露出レベルを調節する手段を含まない。Ｆｏｓｓｕｍ
の発明はまた信号処理のほとんどを電圧増幅モードでな
しているが、一方で本発明は信号処理の電流モードの利
点を用いる。加えて本発明は各光センササイトでデジタ
ル画像データのデジタル化と記憶を実現する。

【０００４】Ｙｏｓｈｉｍｏｔｏ等による米国特許第５
００４９０１号、”ＣｕｒｒｅｎｔＭｉｒｒｏｒ Ａｍ
ｐｌｉｆｉｅｒ ｆｏｒ ｕｓｅ ｉｎ ａｎ Ｏｐｔ
ｉｃａｌ Ｄａｔａ Ｍｅｄｉｕｍ Ｄｒｉｖｉｎｇ
Ａｐｐａｒａｔｕｓ ａｎｄ Ｓｅｒｖｏ Ｃｉｒｃｕ
ｉｔ”では光ディスクトラッキング及び読み取りセンサ
からの光により生成された電流はスイッチング可能な一
連のカレントミラーにより固定された段階で増幅され、
ここでカレントミラーは並列に接続される出力トランジ
スタのベースを有する多重出力トランジスタか又は入力
側のトランジスタのエミッタ領域の多重集積である出力
トランジスタの使用により出力段の使用を通して電流増
倍をなす。Ｙｏｓｉｍｏｔｏの発明の目的は調節可能な
比で入力電流を増倍することにより大きなダイナミック
レンジを有する受容された光電流の使用を許容すること
である。Ｙｏｓｉｍｏｔｏの発明は配列画像センサの分
野に関係せず、作動増幅器のスイッチング可能な配列の
使用を必要とする。Ｙｏｓｉｍｏｔｏの発明は光センサ
からの電流を積分せず、電流は光ディスクヘッドにより
出射されたレーザー光から受容された光により連続的に
発生される。故にそのセンサは本発明のようにアナログ
及びデジタル信号処理電子回路により積分されたその検
知信号を有する画像に対して露出されず、むしろ連続的
な光ディスク位置モニターモードで用いられる。Ｙｏｓ
ｉｍｏｔｏは本発明で開示されるようなノイズ減少のた
めのデュアルスロープ相関二重サンプリングを用いな
い。Ｙｏｓｈｉｍｏｔｏはセンサ配列での径方向位置の
関数として変化する視野を有する配列光学系の使用につ
いて言及していない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は上記の
問題を克服することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】短く要約すると本発明の
一つの特徴によれば各放射センサ上の画像から入射する
放射の関数である出力信号を供給する離間した放射セン
サの配列と；画像捕捉を容易にするよう供給された出力
信号を増幅し、デジタル化し、記憶するために、供給さ
れた出力信号を受信する離間した放射センサ間の空間に
分散された配列電子回路と；該放射センサ上で捕捉され
た画像の放射を合焦するために配置されたレンズ配列と
からなる小型画像捕捉デバイスが提供される。

【０００７】上記から本発明の目的は集積された補助電
子回路を取り付けた改善された光センサを提供すること
にある。本発明の他の目的は本発明の改善された光セン
サ配列に基づく短い焦点距離のカメラを提供することに
ある。本発明の更に他の目的は光センササイトでデジタ
ル化された画像データを記憶することを含む発生された
光電流源に近接して補助電子回路を取り付けた小型光セ
ンサ配列を提供することにある。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明のこれらの及び他の目的、
特徴及び利点は以下に図を参照して好ましい実施例と請
求項の詳細な説明により明確に理解される。理解を容易
にするために、同一の符号が図に共通な同一の要素を示
すために可能なところで用いられる。

【０００９】図１を参照するに、ユニット画素副組立体
（ｓｕｂａｓｓｅｍｂｌｙ）１０はカメラの光センサ配
列１００（図４の配列を参照）の一部分を形成する。ユ
ニット画素副組立体１０は光検出器２０からなり、これ
は例えばＣＣＤデバイス及び／又は光ダイオードであ
る。光検出器２０の出力２２は移動ゲート２４、リセッ
トゲート２６、多重カレントミラー３０Ａに接続され
る。移動ゲート２４は露出期間中に光検出器２０により
集積された電荷が所望の時点で多重カレントミラー３０
Ａに転送されるのを許容する。閉じられたときにリセッ
トゲート２６は前に完了された露出で光検出器２０に集
積された電荷を空にすることを許容する。リセットゲー
ト２６が開かれ、カメラの機械的なシャッター２５０
（図７参照）が閉じられたときに光検出器２０の出力は
暗電流及びノイズを打ち消すために前の露出時間と同じ
時間積分される。この打ち消しは相関二重サンプリング
回路（ＣＤＳ）４０でなされる。ＣＤＳ回路４０からの
積分された信号はアナログ／デジタル変換器５６により
デジタル化され、得られたデジタル値はＳＲＡＭメモリ
である不揮発性メモリ５８に記憶される。デジタル値は
行及び列アドレスデコーダを介してユニット画素副組立
体にアクセスすることにより主データバス５０に出力さ
れる。画像データはサイトに記憶され、及び／又は各捕
捉の後にダウンロードされる。このようにして光センサ
配列１００は新たな画像に対して露出する準備がなされ
る。

【００１０】良く知られているようにカレントミラー３
０Ａは光検出器２０により発生された電流を増倍する。
電流の増倍効果はトランジスタ３２₁ から３２_n のベー
ス又はゲートを相互に並列に接続し、又はエミッタ（又
はソース）領域を入力側トランジスタ３４のエミッタ領
域の多重集積によってより大きくすることによるいずれ
かで従来は達成されてきた。この型のカレントミラーは
カレントミラーの全てのトランジスタに対するエミッタ
ベース電圧（又はゲートソース電圧）が等しく、それに
よりそれぞれのコレクタ（ドレイン）電流が同じであ
り、故に出力側Ｔ _o からの電流の和が出力側でトランジ
スタの数又は領域の比のいずれかの倍数となるという原
理で動作する。この電流増倍は数学的に以下のように表
される： Ｉ_out ＝ｎ＊Ｉ_in ここで ｎ＝カレントミラーの出力側”Ｔ_o ”でのトランジスタ
の数であり、又は ｎ＝Ａ_out ／Ａ_in＝エミッタ領域の比 詳細な解析により出力電流は上記の式のように簡単では
なく、より正確な表現は以下のようになる Ｉ_out ＝ｎ＊（Ｉ_in／（１＋β）） ここで β＝トランジスタ電流利得（典型的には５０及び２００
の間）である。

【００１１】カレントミラー３０Ａの他の実施例ではト
ランジスタ３６がカレントミラーの出力側Ｔ_o のベース
（又はゲート）を駆動するためにカレントミラーの入力
側Ｔ _i に付加され、それにより漏洩電流の影響を減少す
る。これは上記の式の理想からのずれを Ｉ_out ＝ｎ＊（Ｉ_in／（１＋β² ）） にすることで減少させるものとして知られている。

【００１２】カレントミラー３０Ａの出力は２つの電流
増幅器、増幅器４２及び４４の間でそれぞれ利得を＋１
及び−１にスイッチさせる。光検出器２０が入射光を受
けるときその増幅された電流は増幅器４２の＋１利得を
介して所与の時間積分増幅器４６にスイッチされ、それ
から電流はシャッターが閉じられた後に増幅器４４の−
１利得を介して同じ時間だけ積分される。この動作はデ
ュアルスロープ、相関二重サンプリングとして知られ、
これは暗電流及びＫＴＣノイズの影響を除去する。これ
はデュアルタイムＣＤＳが同じ増幅チェインで用いられ
るときはいつも信号が画像データを示すか、背景のデー
タを示すかに依存して信号が２つの異なる増幅器を通し
てスイッチされる点でデュアルサンプルＣＤＳとは異な
る。相関二重サンプリングはまたジョンソンのノイズ、
フリッカーノイズ、１／ｆノイズを減少する。類似の効
果が増幅器４４の−１の利得を介した不透明なマスクを
された光検出器からの電流を積分することにより達成さ
れる。動作する光検出器２０に隣接する不透明なマスク
をされた光検出器を用いることは相関二重サンプリング
技術を並列に実施することを可能にし、読み出し時間の
減少を許容する。電流増幅器４２、４４の出力の積分は
同時になされ、故に出力データを有するために２つの積
分期間待つ必要をなくする。しかしながら別の光検出器
が用いられるので暗電流及びノイズの小さな差が両者間
で発生されうる。

【００１３】光センサからの積分された信号はアナログ
／デジタル変換器（ＡＤＣ）回路５６によりデジタル化
される。ＡＤＣの出力はメモリセル５８に記憶される。
本発明の一実施例では各ユニット画素副組立体サイトで
唯一のメモリセルが存在し、これはまた各サイトで多メ
モリセルを配置することを可能にし、これは光センサ配
列１００上に多画像の記憶を許容する。これは本質的に
小型光センサ配列が配列レンズ２１０を完備した光学配
列カメラ２００（図５参照）として動作することを可能
にする。

【００１４】デジタル濃度データはデータをデータバス
５０に送るために行及び列アドレスデコーダを介してメ
モリセル５８をストロービング（ｓｔｒｏｂｉｎｇ）す
ることによりアクセスされる。行及び列アドレスデータ
ラインの設置は画像の問題の特定の領域をより早く画像
読み出しするために光感応配列の副区域をアドレッシン
グすることを許容する。これは場面をモニターし、動く
対象に関する画像の区域を更新することだけを問題にす
るデジタルカメラで有用である。

【００１５】図２を参照するにカレントミラー３０Ａを
置き換えるカレントミラー回路３０Ｂはその領域が入力
トランジスタＴ_i のエミッタ又はソースの領域のｎ倍で
ある出力トランジスタＴ_o のエミッタ又はソースを用い
ることによりカレントミラー機能の第二の変形例を提供
する。これは光検出器２０により大きな領域を割り当て
るより小さな回路を形成する。カレントミラー３０Ｂは
円で囲まれたＡで示される接続点でカレントミラー３０
Ａを置き換えうる。

【００１６】図３は３０Ｃで示されるカレントミラーの
他の変形例を示し、これはカレントミラー３０Ａ又は３
０Ｂのいずれかの代わりに円で囲まれたＡで示された点
で、図１のユニット画素副組立体１０に接続可能であ
る。カレントミラー３０Ｃはエミッタベース（又はゲー
トソース）電圧をカレントミラーの出力側より入力側で
より高くバイアスすることにより電流増倍を達成する。
より詳細にはこれはＲ１，Ｒ２の値を調節することによ
り達成される。あるいはダイオード接合は固定された電
圧のバイアスを供給するためにカレントミラー３０Ｃの
入力側のエミッタ又はソースに置き換えられ得る。

【００１７】多重カレントミラーのバイポーラの実施例
に対してこの技術はエバースモール（ｅｂｅｒｓ−ｍｏ
ｌｌ）関係により示され、これは以下のように与えられ
る Ｉ_tr＝Ｉ_s ＊ｅ^(vbe/kt-1) ここで Ｖ_bei ＝Ｖ_beo ＋０．００６０ｖ これは３００ｋで約１０ｘの電流増倍を許容する。

【００１８】従来の光センサ配列と異なり、光センサ配
列１００は可変の視野を有する配列光学系の使用により
各光検出器サイトに使用されない領域を含む。これらの
領域ではアナログ／デジタル変換器５６及びメモリセル
５８と同様に回路３０Ａ，Ｂ，Ｃ及び回路４０が設けれ
られる。上記のように関連する光検出器２０に近接した
これらの回路の配置は光センサ配列をより効率的にし、
外部の補助回路の必要を減少する。

【００１９】カメラの解像度を劣化させずに光検出器サ
イト間に空き空間を設けるために単独のレンズ配列が用
いられる。この配列は本発明の発明者のＭａｒｋ Ｍ．
Ｍｅｙｅｒｓによる１９９６年４月２３日出願の米国特
許出願０８／６５２７３５、”Ａ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉ
ｖｅ／Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ Ｌｅｎｓｌｅｔ Ａｒｒ
ａｙ”に完全に記載されている。この出願の一部分は本
発明の請求項に対する参考を提供するためにここで用い
られる。

【００２０】図４を参照するに光センサ配列１００は理
解を容易にするためにブロックレイアウトの形で示され
る。各ユニット画素副組立体は行アドレスデコーダ６０
及び列アドレスデコーダ６２に接続される。動作では配
列の副区域からのデータは問題のデータの配置を表すこ
れらのアドレスのみを用いてアクセスされる。このよう
にして捕捉された画像の一部分は速い場面変化を捕捉す
る領域を観察するためにより速くクロックされ、一方で
より活動的でない領域はより少なくクロックされる。

【００２１】一以上の画像が各ユニット画素副組立体サ
イトに記憶される場合にアドレスの長さは多画像データ
ワード（画素画像データ）のそれぞれに個別にアクセス
を許容するよう増加される。図５は光センサ配列１００
及びレンズレット配列２１０からなる光学的配列カメラ
２００を示す。図６は光学配列カメラの図５の線６−６
での断面図を示す。図５、６を共に参照するに光学的配
列カメラ２００は色消しにされた屈折／回折レンズレッ
ト２１２又は屈折レンズレットで構成され、それは光感
応性サイト２１７にわたり中心に置かれる。レンズレッ
ト２１０の配列はカメラ内の一つの中心軸に沿って離間
された典型的には単一の丸いレンズで置き換えられる。
図５に見られるように各レンズレット２１２の機械的光
軸２１４の中心は示されている配列の物理的中心の中心
レンズレットの光軸２１３からの径方向距離の関数とし
て固定されたセンサー間の距離により配置される。各レ
ンズレット２１２の機械的な光軸２１４の周囲に示され
るライン２１５はレンズレット表面の高さの変化を示す
トポグラフ的なラインである。不透明なマスク２１６は
レンズレットを通して送られる以外の光が光検出器（光
センサ）に到達するのを防ぐためにレンズレット２１２
の間の領域を覆う。図６に示される配列は実際のカメラ
で用いられる配列のごく僅かな部分のみを示す。典型的
な実施例はレンズ毎に３画素で４８０ｘ６４０（又はそ
れ以上）の画素からなる。レンズレットの他の構成は本
発明から離れることなく正方形、六角形、又は円形のよ
うな各レンズレット２１２の外周を形成するように用い
られる。

【００２２】配列が異なる視野を見るためにレンズ配列
１００のレンズレット２１２の光軸２１４が配列の画素
の中心間の距離より次第に大きくなる距離で配置され
る。レンズレットの光軸２１４の変位は配列の中心から
径方向に増加する。レンズ素子を中心から離すことは光
線を軸から外れた視野角からレンズ群の視野の中心に曲
げる傾向にある。配列の中心から距離を増加してレンズ
要素の光軸を径方向に更に外に動かすことにより所与の
レンズレット／光検出器の対に対して視野の中心での対
象の角度配置は視野全体のますます軸を外れた区域から
由来する。

【００２３】例えば焦点距離Ｆｌ_i の配列要素に対して
光線を所望の画角から配列要素の視野絞りの中心に偏向
するために必要な要求される偏心は近軸光線追跡法の式
から決定される。近軸の式は ｙ’＝ｙ₀ ＋ｎｕ（ｔ／ｎ） ｎ’ｕ’＝ｎ₀ ｕ₀ −ｙφ ここで ｙ’＝ 次の表面への伝搬後の高さ ｙ₀ ＝ 前の表面の高さ ｕ＝ 近軸スロープ角（ラジアン） ｕ₀ ＝ 屈折前のスロープ角 φ＝ 配列要素の倍率（φ＝１／ＦＬ_i ） ｎ＝ 媒体の屈折率 故に屈折の後に中心光線を与えられた角度から所望の角
度ｕ’へ曲げるのに必要な倍率φ（＝１／ＦＬ_i ）を有
する所与のレンズレットに対する変位は以下のように与
えられる ｄ＝ｙ＝（ｎ₀ ｕ₀ −ｎ’ｕ’）／φ 本発明はレンズレットの配列を用い、ここでレンズの群
の光軸の局部変位はシステムの画像光軸の中心に関する
径方向位置の関数として変化し、それにより一次の項は
以下のようになる ｄ（ｒ）＝（ｎ₀ ｕ₀ （ｒ）−ｎ’ｕ’（ｒ））／φ 本発明はレンズレットの偏心の調整からなり、それによ
り与えられたレンズレットの視野内の中心光線に対して
ｕ’（ｒ）＝０である。この場合には与えられた要素に
対して必要な偏心はシステムの光軸からの要素の径方向
距離の概略線形関数である。

【００２４】図６を再び参照してレンズレット配列２１
０は群化された光センサ２２２の光センサ配列１００に
わたり配置される。各光センサ群２２２は関連する光感
応性サイト２１７に配置される。光センサ２２２の各群
は赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）センサで形成される。
光感応性サイト２１７の数は少なくともレンズレット配
列２１０のレンズレット２１２の数と対応する。レンズ
レット配列２１０は光バッフルの付加的な機能を提供す
るスペーサ２１８により光センサの表面から一定の距離
で離間されるよう維持される。視野絞り開口板２４０と
結合されるレンズレット配列２１０上の不透明のマスク
２１６は隣接する視野と大きく重複しないように特定の
光センサの視野を制限する。開口板２４０はレンズレッ
ト配列２１０の表面から約０．５ｍｍから２．０ｍｍに
配置される。開口板２４０はその表面の片側に形成され
たフォトレジストマスクパターンを有する透明ガラスの
層である。

【００２５】開口板２４０の開口の中心は対応するレン
ズレットの視野の中心に対して配列される。機械的光学
的中心２１４の間隔は配列の中心から径方向に各レンズ
レットの径方向位置の関数として増加する。開口板２４
０を有する不透明領域２１６と与えられたレンズレット
焦点距離との組合せは光感応性サイト２１７に対する視
野を決定する。レンズレット配列２１０はエッチングさ
れた石英又はガラス基板上のエポキシレプリカで形成さ
れえ、又は射出成形プラスチックでありうる。

【００２６】適切な視野絞り開口板２４０と結合された
レンズレット２１２は各光感応性サイト２１７上の視野
の小さな区画の画像を形成する。機械的光学的軸２１４
の偏心を有するレンズレット２１２を形成することによ
り、それはレンズレット配列にわたり径方向に増加し、
特定のレンズレット上に軸方向の光線が入射する角度は
表面で形成され、レンズレット配列２１０の面への法線
は特定のレンズレットの径方向位置の関数として増加す
る。故に各レンズレットの偏心を適切に形成することに
より各光感応性サイト２１７は場面（画像）の異なる部
分からの入射を受ける。各光センサ群２２２がそれ自体
のレンズレットを有する故に画像をリレーレンズで再逆
転（ｒｅｉｎｖｅｒｔ）する必要はない。

【００２７】故に本発明に用いられるいかなるカメラシ
ステムでもカメラの大きさの更なる減少を許容する支持
回路基板の除去を許容する上記回路の集積により極めて
コンパクトかつ平坦でありうる。カメラはカラーフィル
タを有する三つのユニット画素副組立体が入射する放射
の割り当てられた周波数のみを通過するよう各画素サイ
ト２１７で形成される場合には白黒又はカラーで動作可
能である。

【００２８】非球面レンズレットの配列はまた光センサ
配列１００上に画像を形成するよう用いられる。しかし
ながら前記実施例は波長の関数として焦点距離の変動を
補正しない。何故ならばレンズレットは単一の屈折率の
材料から形成され、故に入射光のスポットの大きさは色
の関数として変動するからである。各光サイトで発生さ
れた光電流を増加するために多重カレントミラーを用い
ることにより光センサ配列の有効感度は増加する。従来
技術の光感応性配列（ＣＣＤ配列のような）は非常に高
い開口数（低いＦ／＃、典型的にはＦ／１．８からＦ／
４．０）のレンズの使用を要求され、これは配列させる
ことがより困難であり、合焦を保つことが難しく、一般
に低いＦ／＃の対物レンズよりコストがかかる。光感応
性配列内の径方向位置の関数として変化する視野を有す
る配列光学カメラに対して増加した感度を有する光セン
サユニットセルの使用はより低いＦ／＃光学系の使用を
許容する。レンズのＦ／＃の定義は Ｆ／＃＝焦点距離／レンズの直径 である。

【００２９】各レンズレットのＦ／＃を減少することは
配列要素間の中心から中心への間隔の減少を許容する。
何故ならば与えられたＦ／＃及び検出器感度に対して特
定の光電流が発生するからである。与えられたレンズレ
ットから検出器配列上の入射する光は（Ｆ／＃）² に比
例する。故に感度がｘ倍増加する場合にはＦ／＃はｘ ¹/
² 倍減少可能である。例えば多重カレントミラーのない
配列光学カメラがＦ／＃＝４．０でＦＬ＝０．５ｍｍを
有するレンズレットを用いるときにレンズレットの直径
は２５０μｍである。故に配列光学カメラが７８０ｘ６
４０画素であるときに配列の長い寸法の長さは各光サイ
トで３つのカラー画素（光センサ）の場合に３２．５ｍ
ｍである。これは光センサ配列当たりのシリコンの大き
な面積を必要とし、これは部品コストを増加し、与えら
れたウエーハの大きさからの光センサの収率を低下す
る。各光サイトで増倍係数１６を有するカレントミラー
を用いることによりレンズレットの直径は４倍減少の６
５μｍにすることが可能であり、配列の長さは８．１２
５ｍｍに減少され、より高い光センサ収率とより低い部
品コストが達成される。配列光学カメラは使用可能な光
感受性表面領域を減少せずにこの技術を用いうる。何故
ならば光サイト間の空間は光検出に用いられていないか
らである。光センサ間の領域は必要な補助回路のみを許
容するよう最小化される。例えば光センサ間の間隔が６
５μｍであり、単一のカラー光センサの大きさが正方形
で側面が５から１０μｍの場合には単位セルで４２２５
μｍ² 、三つのカラー光センサの動作領域に関する表面
領域はわずか７５から３００μｍ ² である。故に画素間
の領域は光センサより５６から１４倍大きい。この余分
な領域は各光サイトでアナログ回路、ＡＤＣ及び１から
ｎの不揮発性メモリセルの設置を許容する。メモリセル
の数が多ければ多いほど光サイトに記憶可能な画像の数
は多い。適切なメモリの使用（例えばフラッシュメモ
リ）はカメラへの電力がオフされた場合でさえ画像デー
タを記憶したままにしうる。リフレッシュ回路を含むこ
とを受容可能な光サイトでＤＲＡＭメモリを使用するこ
ともまた可能である。ＤＲＡＭメモリは光サイト間のよ
り小さな距離又はより多くの画像データの記憶のいずれ
かを許容するより小さな表面領域を用いて構成されう
る。 上記メモリ及びレンズレット配列と結合した多重
カレントミラーの使用は光サイト間の距離の減少を許容
する。しかしながら光サイト間の大きな距離はより多く
のメモリセルの設置を許容する。故にそれはカレントミ
ラーに関する増倍係数と小さな画像化配列に記憶可能な
画像の数との間のトレードオフである。

【００３０】図７は図６の光学的配列カメラ２００が機
械的シャッター２５０を介して画像に露出される光密閉
された筐体２５２内に配置されているのを示す図であ
る。機械的なシャッターはフィルム型のカメラで用いら
れる典型的なシャッターのいずれでも良い。図６に示さ
れる光学的配列カメラ２００の利点は機械的なシャッタ
ーが必要とされないことである；光センサ２２２が光セ
ンサ配列１００上に合焦された画像からの光を捕捉する
ために’オン”され、又は作動される。図７の実施例で
は光センサ２２２はカメラ電源がオンされ、シャッター
２５０が作動されて画像捕捉が生ずるときに一般に”オ
ン”される。

【００３１】本発明は好ましい実施例を参照して記載さ
れてきた。しかしながら改良及び変更は本発明の範囲を
離れることなく当業者によりなされうる。

【００３２】

【発明の効果】本発明は増加された信号電流が光センサ
配列に対する感度の増加を表す関連する配列された光検
出器に物理的に近接して配置されるカレントミラーの組
合せにより発生する増加された信号電流を有するという
利点を有する。この増加された感度は光センサ配列がカ
メラで用いられるときにより短い露出時間の使用又はよ
り小さな開口値の光学系の使用を許容する。カメラ内の
より低い開口値の光学系（より高いＦ／＃）はより深い
焦点深度、光学系及び光センサのより容易な配列、一般
的なシステムコストの減少を許容する。光センササイト
で画像データをデジタル化することが可能な利点により
アナログデータバスを横切って画素データを搬送するこ
とに関するノイズピックアップを除去でき、外部メモリ
ＩＣの必要をなくするデジタル画像データの局部記憶用
に光センササイトでメモリセルを取り付けることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】配列内に配置され画像を捕捉するカメラのよう
な装置で用いられるユニット画素組立体の概略図であ
る。

【図２】図１のユニット画素組立体の一部分の代替実施
例の回路図である。

【図３】図１のユニット画素組立体の一部分の他の実施
例の回路図である。

【図４】ユニット画素組立体及び各サイトでの関連する
メモリを取り付けた光検出配列ブロック配置図である。

【図５】複数のユニット画素副組立体を取り付けられた
光学配列カメラの平面図である。

【図６】６−６に沿った図５の光センサ配列の断面であ
る。

【図７】図５、６の光センサ配列に結合された機械式シ
ャッターを用いたカメラを示す。

【符号の説明】

１０ ユニット画素副組立体 ２０ 光検出器 ２２ 出力 ２４ 転送ゲート ２６ リセットゲート ３０Ａ 多重カレントミラー ３０Ｂ カレントミラー回路 ３０Ｃ カレントミラー ３２ 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 相関二重サンプリング回路 ４２、４４、４６ 増幅器 ５０ データバス ５６ アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ） ５８ 不揮発性メモリ ６０ 行アドレスデコーダ ６２ 列アドレスデコーダ １００ 光センサ配列 ２００ 光学的配列カメラ ２１０ レンズレット配列 ２１２ 色消し屈折／回折レンズレット ２１３、２１４ 光軸 ２１５ ライン ２１６ 不透明マスク ２１７ 光感応性サイト ２１８ 光スペーサ及び／又はバッフル ２２２ 光センサ ２４０ 開口板視野絞り ２５０ 機械的シャッター ２５２ 光密閉筐体 Ｔ_o 出力トランジスタ Ｔ_i 入力トランジスタ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】各放射センサ上の画像から入射する放射の
   関数である出力信号を供給する離間した放射センサの配
   列と；画像捕捉を容易にするよう供給された出力信号を
   増幅し、デジタル化し、記憶するために、供給された出
   力信号を受信する離間した放射センサ間の空間に分散さ
   れた配列電子回路と；該放射センサ上で捕捉された画像
   の放射を合焦するために配置されたレンズ配列とからな
   る小型画像捕捉デバイス。