CN106254726A - 摄像装置及摄像模块 - Google Patents

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Abstract

提供一种能够抑制高照度时的低灵敏度像素单元的饱和而能够实现宽动态范围摄影的摄像装置。摄像装置1包括第1像素单元和第2像素单元，所述第1像素单元具备：第1光电变换膜，具有第1面和第1面的相反侧的第2面；第1电极，与第1面相接；第2电极，与第1面相接，配置为在俯视时将第1电极的周围包围；第1对置电极，与第2面相接，与第1电极及第2电极对置，所述第2像素单元具备：第2光电变换膜，具有第3面和第3面的相反侧的第4面；第3电极，与第3面相接；第4电极，与第3面相接，配置为在俯视时将第3电极的周围包围；第2对置电极，与第4面相接，与第3电极及第4电极对置，第2电极和第4电极电分离。

Description

摄像装置及摄像模块
技术领域
本发明涉及摄像装置及摄像模块。
背景技术
近年来提出了如下的技术：在CCD(Charge Coupled Device)图像传感器及CMOS(Complementary MOS)图像传感器等的摄像装置中，通过在摄像区域内配置高灵敏度像素单元和低灵敏度像素单元，扩大动态范围。例如，专利文献1公开了能够扩大动态范围的摄像装置。在该摄像装置中，在高灵敏度像素单元中配置面积大的光电二极管，在低灵敏度像素单元中配置面积小的光电二极管。
专利文献1：日本专利第4018820号
发明内容
本发明的非限定性的例示的一个实施方式，提供一种能够实现宽动态范围摄影的摄像装置。
为了解决上述课题，本发明的一个方式的摄像装置，包括第1像素单元和第2像素单元，所述第1像素单元具备：第1光电变换膜，具有第1面和第1面的相反侧的第2面；第1电极，与第1面相接；第2电极，与第1面相接，配置为在俯视时将第1电极的周围包围；第1对置电极，与第2面相接，与第1电极及第2电极对置，所述第2像素单元具备：第2光电变换膜，具有第3面和第3面的相反侧的第4面；第3电极，与第3面相接；第4电极，与第3面相接，配置为在俯视时将第3电极的周围包围；第2对置电极，与第4面相接，与第3电极及第4电极对置，第2电极和第4电极电分离。
另外，整体或具体的方式可以通过元件、器件、系统、集成电路及方法来实现。此外，整体或具体的方式也可以通过元件、器件、系统、集成电路及方法的任意组合来实现。
公开的实施方式的追加性的效果及优点通过说明书和附图而变得明确。效果及/或优点由说明书和附图所公开的各种实施方式和特征分别提供，为了得到其中的一个以上效果及/或优点，并不需要全部特征。
附图说明
图1是表示第1实施方式的摄像装置的例示性构成的示意图。
图2A是表示第1像素单元100的第1电极102及第2电极103的布局例的示意图。
图2B是表示第2像素单元101的第3电极106及第4电极107的布局例的示意图。
图2C是第1像素单元100的器件构造的示意截面图。
图2D是第2像素单元101的器件构造的示意截面图。
图3A是表示第1像素单元100的第1电极102及第2电极103的另一布局例的示意图。
图3B是表示第2像素单元101的第3电极106及第4电极107的另一布局例的示意图。
图3C是说明以包围第1电极102的周围的方式连续地形成第2电极103、并以包围第3电极106的周围的方式连续地形成第4电极107的情况下的优点的图。
图4是表示第1像素单元100的第2电极103和第2像素单元101的第4电极107的电连接关系的示意图。
图5是示意性地表示第2电极103及第4电极107被施加的电压和灵敏度输出的关系的图表。
图6A是表示第1像素单元100中的第1电极102及第2电极103的布局例的示意图。
图6B是表示第2像素单元101中的第3电极106及第4电极107的布局例的示意图。
图6C是第1像素单元100的器件构造的示意截面图。
图6D是第2像素单元101的器件构造的示意性的截面图。
图7是表示具有图6A～图6D所示的形状的第1像素单元100及第2像素单元101的、摄像区域200中的布局例的示意图。
图8A是表示第1像素单元100中的第1电极102及第2电极103的布局例的示意图。
图8B是表示第2像素单元101中的第3电极106及第4电极107的布局例的示意图。
图8C是第1像素单元100的器件构造的示意截面图。
图8D是第2像素单元101的器件构造的示意截面图。
图9是表示图8A所示的第1像素单元100和图8B所示的第2像素单元101的布局例的示意图。
图10A是表示包含第1彩色滤光片170的第1像素单元100中的第1电极102及第2电极103的布局例的示意图。
图10B是表示包含第2彩色滤光片171的第2像素单元101中的第3电极106及第4电极107的布局例的示意图。
图10C是包含第1彩色滤光片170的第1像素单元100的器件构造的示意截面图。
图10D是包含第2彩色滤光片171的第2像素单元101的器件构造的示意截面图。
图11A是表示像素电极设置于左侧的第2像素单元(低灵敏度像素)101中的第3电极106及第4电极107的布局例的示意图。
图11B是表示像素电极设置于右侧的第2像素单元101中的第3电极106及第4电极107的布局例的示意图。
图11C是像素电极设置于左侧的第2像素单元101的器件构造的示意截面图。
图11D是像素电极设置于右侧的第2像素单元101的器件构造的示意截面图。
图12是表示相位检测时的施加电压的切换定时的图。
图13是表示第1像素单元100的第2电极103及第2像素单元101的第4电极107与电压施加电路130的电连接关系的示意图。
图14是第1像素单元100及第2像素单元101各自的示意截面图。
图15是表示根据照度等级分别切换施加电压V1及V2的定时的图。
图16是相邻的第1像素单元100及第2像素单元101的示意截面图。
图17是相邻的第1像素单元100及第2像素单元101的示意截面图。
图18是相邻的第1像素单元100及第2像素单元101的示意截面图。
图19是示意性地表示摄像模块4的构成例的图。
具体实施方式
本说明包括下述的项目所记载的摄像装置及摄像模块。
〔项目1〕
一种摄像装置，包括第1像素单元和第2像素单元，
所述第1像素单元具备：
第1光电变换膜，具有第1面和第1面的相反侧的第2面；
第1电极，与第1面相接；
第2电极，与第1面相接，配置为在俯视时将第1电极的周围包围；
第1对置电极，与第2面相接，与第1电极及第2电极对置，
所述第2像素单元具备：
第2光电变换膜，具有第3面和第3面的相反侧的第4面；
第3电极，与第3面相接；
第4电极，与第3面相接，配置为在俯视时将第3电极的周围包围；
第2对置电极，与第4面相接，与第3电极及第4电极对置，
第2电极和第4电极电分离。
根据项目1所记载的摄像装置，能够向第2电极和第4电极施加单独的电压，并且，与第2电极和第4电极电连接的情况相比，第2电极及第4电极各自的电容降低，所以能够使向第2电极及第4电极分别施加的电压高速地变化。
〔项目2〕
如项目1所述的摄像装置，第1电极的面积比第3电极的面积更大。
根据项目2所记载的摄像装置，多个第1像素单元作为高灵敏度像素单元起作用，多个第2像素单元作为低灵敏度像素单元起作用。多个第1像素单元的灵敏度比多个第2像素单元的灵敏度更大，所以能够扩大动态范围。
〔项目3〕
如项目1所述的摄像装置，第1电极和第2电极的最短距离，比第3电极和第4电极的最短距离更大。
根据项目3所记载的摄像装置，多个第1像素单元作为高灵敏度像素单元起作用，多个第2像素单元作为低灵敏度像素单元起作用。能够抑制多个第1像素单元中的第2电极的灵敏度下降，并且能够使得多个第2像素单元中的第4电极的灵敏度的下降增大，所以能够扩大动态范围。
〔项目4〕
如项目1～3中任一项所述的摄像装置，还具有电压施加电路，该电压施加电路向第2电极及第4电极分别独立地施加电压。
根据项目4所述的摄像装置，不需要将电压施加电路连接到外部，所以能够使由摄像装置等构成的摄像模块小型化。
〔项目5〕
如项目4所述的摄像装置，电压施加电路向第2电极施加第1电压，电压施加电路向第4电极施加与第1电压不同的第2电压。
根据项目5所述的摄像装置，能够抑制多个第1像素单元中的第2电极的灵敏度下降，并且能够使多个第2像素单元中的第4电极的灵敏度的下降增大，所以能够扩大动态范围。
〔项目6〕
如项目1～5所述的摄像装置，第1电极、第2电极、第3电极及第4电极位于同一平面内。
根据项目6所述的摄像装置，能够一并形成各电极，所以能够简化工艺，降低制造成本。
〔项目7〕
如项目1～6中任一项所述的摄像装置，第1光电变换膜和第2光电变换膜的连续的单一膜。
根据项目7所述的摄像装置，能够一并形成光电变换膜，所以能够简化工艺，降低制造成本。
〔项目8〕
如项目1～7中任一项所述的摄像装置，第1对置电极和第2对置电极是连续的单一电极。
根据项目8所述的摄像装置，能够一并形成对置电极，所以能够简化工艺，降低制造成本。
〔项目9〕
如项目1～8中任一项所述的摄像装置，在俯视时，第2电极具有第1开口部，第1电极位于第1开口部内，在俯视时，第4电极具有第2开口部，第3电极位于第3开口部内。
根据项目9所述的摄像装置，能够加大第2电极及第4电极的灵敏度的可变范围，所以能够扩大动态范围。此外，能够抑制第1电极和第3电极之间的电耦合作用。能够减少从相邻像素的渗入电荷，所以能够有效地抑制混色及分辨率变差。
〔项目10〕
如项目1～9中任一项所述的摄像装置，第2电极具有与第1电极不同的功能，第4电极具有与第3电极不同的功能。
〔项目11〕
如项目1所述的摄像装置，第1像素单元的灵敏度比第2像素单元的灵敏度更高。
〔项目12〕
一种摄像模块，具备：
项目1～11的任一项所述的摄像装置；以及
摄像机信号处理部，对来自摄像装置的图像信号进行处理，输出图像数据。
根据项目12所述的摄像装置，提供抑制低灵敏度像素的饱和，能够提供一种能够实现宽动态范围摄影的摄像模块。
根据上述的本发明的一个方式，第2电极和第4电极电分离，所以能够向第2电极和第4电极施加单独的电压。例如，能够按照每个像素单元控制第2电极及第4电极，也可以将多个第1像素单元及第2像素单元分组，以组为单位来控制各像素单元。
以下，参照附图说明本发明的实施方式。另外，本发明不限于以下的实施方式。此外，在不脱离实现本发明的效果的范围内，能够适当变更。此外，也可以将一个实施方式和其他实施方式组合。在以下的说明中，对于同一或类似的构成要素附加同一参照符号。此外，有时省略重复的说明。
(第1实施方式)
参照图1～图12，说明第1实施方式的摄像装置1的构造及功能。
(摄像装置1的构造)
图1示意性地示出本实施方式的摄像装置1的构成。摄像装置1典型地具备：在摄像区域200内以矩阵状配置的多个第1像素单元100及多个第2像素单元101、行扫描电路201、控制部202、信号处理电路203、输出电路204。以下，有时将多个第1像素单元100及多个第2像素单元101(即，摄像区域200内的全部像素单元)称作“多个像素单元”。
如图示那样，例如多个第1像素单元100按照每个偶数列配置，多个第2像素单元101按照每个奇数列配置。此外，在本实施方式中，多个第1像素单元100作为高灵敏度像素单元起作用，多个第2像素单元101作为低灵敏度像素单元起作用。另外，多个像素单元也可以1维地排列。这种情况下，摄像装置1可以是线传感器。
行扫描电路201也被称作垂直扫描电路。行扫描电路201经由各种控制线与多个第1像素单元100及多个第2像素单元101连接。行扫描电路201以行单位选择配置于各行的多个像素单元，进行信号电压的读出及像素单元内的像素单元电极的电位的复位。控制部202对摄像装置1整体进行控制。
信号处理电路203进行从各像素单元读出的像素信号的信号处理。具体地说，信号处理电路203进行以相关双采样为代表的噪音抑压信号处理及模数变换(AD变换)等。
输出电路204将信号处理电路203处理后的信号输出到摄像装置1的外部。
(各像素单元的器件构造)
图2A示意性地示出第1像素单元100的第1电极102及第2电极103的布局例，图2B示意性地示出第2像素单元101的第3电极106及第4电极107的布局例。此外，图2C是第1像素单元100的器件构造的示意性的截面图，图2D是第2像素单元101的器件构造的示意性的截面图。
如上述那样，第1像素单元100是高灵敏度像素单元。第1像素单元100包括：半导体基板31、形成于半导体基板31的读出电路211、配置于半导体基板31的上方的第1光电变换部115。半导体基板31例如是p型硅基板。读出电路211检测由第1电极102捕捉的信号电荷，输出与该信号电荷相应的信号电压。读出电路211典型地包括放大晶体管、复位晶体管、及寻址晶体管等。
在半导体基板31的表面层积有层间绝缘层210。在层间绝缘层210中，埋设有将读出电路211和第1电极102电连接的通孔116及各种布线等。
第1光电变换部115设置于层间绝缘层210上。第1光电变换部115包括第1电极102、第2电极103、第1对置电极105、第1光电变换膜104。第1光电变换膜104与设置于层间绝缘层210上的第1电极102及第2电极103相接。在第1光电变换膜104中，在与第1电极102及第2电极103相接的面的相反侧的面设置有第1对置电极105。第1光电变换膜104夹在第1对置电极105和第1电极102及第2电极103之间。
第1对置电极105例如由ITO等的导电性透明材料形成。第1电极102及第2电极103由铝、铜等金属、或者掺入了杂质而带有导电性的多晶硅等形成。虽然未图示，第1像素单元100也可以在第1对置电极105上具有用于聚光的微透镜。
如图2A所示，第1电极102具有矩形形状，第2电极103具有包围第1电极102的环状的矩形形状。像这样，在本实施方式中，第2电极103以包围第1电极102的周围的方式连续地形成。即，在俯视时，第2电极103具有开口部，第1电极102配置在该开口部内。此外，第1电极102和第2电极103离开规定的距离。
图2B及图2D所示的第2像素单元101是低灵敏度像素单元。第2像素单元101具有与第1像素单元100实质上相同的构造。具体地说，第2像素单元101包含半导体基板31、读出电路211、第2光电变换部117。
在半导体基板31的表面层积有层间绝缘层210。在层间绝缘层210中，埋设有将读出电路211和第3电极106电连接的通孔116及各种布线等。
第2光电变换部117设置于层间绝缘层210上。第2光电变换部117包含第3电极106、第4电极107、第2对置电极109、第2光电变换膜108。第2光电变换膜108与设置于层间绝缘层210上的第3电极106及第4电极107相接。在第2光电变换膜108中，在与第3电极106及第4电极107相接的面的相反侧的面设置有第2对置电极109。第2光电变换膜108夹在第2对置电极109和第3电极106及第4电极107之间。虽然未图示，第2像素单元101与第1像素单元100同样，在第2对置电极109上具有用于聚光的微透镜。
如图2B所示，第3电极106具有矩形形状，第4电极107具有包围第3电极106的环状的矩形形状。像这样，在本实施方式中，第4电极107以包围第3电极106的周围的方式连续地形成。即，在俯视时，第4电极107具有开口部，第3电极106配置于该开口部内。此外，第3电极106和第4电极107离开规定的距离。另外，本发明的第3电极106的形状不限于矩形，例如也可以是圆形或多边形。
图3A示意性地示出第1像素单元100的第1电极102及第2电极103的另一布局例，图3B示意性地示出第2像素单元101的第3电极106及第4电极107的另一布局例。在本发明中，如图示那样，第2电极103也能够以包围第1电极102的周围的方式非连续地形成。此外，第4电极107也能够以包围第3电极106的周围的方式非连续地形成。但是，非连续地形成的第2电极103的各部分与后述的第2电极用布线110电连接。此外，非连续地形成的第4电极107的各部分与后述的第4电极用布线111电连接。
图4示意性地示出第1像素单元100的第2电极103及第2像素单元101的第4电极107的电连接关系。在摄像区域200中，第2电极103和第4电极107电分离。多个第1像素单元100的各第2电极103通过第2电极用布线110相互电连接。此外，多个第2像素单元101的各第4电极107通过第4电极用布线111相互电连接。
第2电极103及第4电极107作为屏蔽电极起作用。通过将第2电极103和第4电极107电分离，能够向第2电极103和第4电极107独立地施加电压。此外，与第2电极103和第4电极107电连接的情况相比，第2电极103及第4电极107各自的电容下降。因此，能够使向第2电极103及第4电极107分别施加的电压(即屏蔽电压)高速地变化。结果，能够使第1像素单元100及第2像素单元101的灵敏度独立地高速变化。
在此，详细说明灵敏度变化的原理。另外，在本实施方式中，摄像装置1在第1光电变换膜104及第2光电变换膜108中检测通过光电变换而生成的空穴电子对中的空穴作为信号电荷。当然，也可以检测电子作为信号电荷。
第1像素单元(高灵敏度像素单元)100的灵敏度随着因第1电极102与第1对置电极105之间的电位差产生的电场、以及因第2电极103与第1对置电极105之间的电位差产生的电场而变化。例如，在第2电极103和第1对置电极105之间没有电位差的情况下，在第2电极103附近的第1光电变换膜104中产生的电荷(空穴)不被第2电极103捕获，而流入第1电极102。结果，这些电荷被与第1电极102连接的读出电路211读出，对第1像素单元100的灵敏度有贡献。换言之，意味着第1像素单元100的实质灵敏度区域的面积变大。在此，“实质灵敏度区域”指的是决定像素单元的灵敏度的因素之一的、光电变换膜的实质受光区域。
与此相对，在第2电极103和第1对置电极105之间存在电位差的情况下，在第2电极103附近的第1光电变换膜104产生的电荷朝向被第2电极103捕获的方向移动，难以流入第1电极102。结果，这些电荷对第1像素单元100的灵敏度没有贡献。换言之，意味着第2像素单元101的实质灵敏度区域的面积变小。
与第1像素单元(高灵敏度像素单元)100同样，第2像素单元(低灵敏度像素单元)101的灵敏度随着因第3电极106与第2对置电极109之间的电位差产生的电场、以及因第4电极107与第2对置电极109之间的电位差产生的电场而变化。像这样，第1像素单元100的灵敏度随着第2电极103被施加的电压而变化，第2像素单元101的灵敏度随着第4电极107被施加的电压而变化。
在此，参照图3C，一边说明实质灵敏度区域，一边说明以包围第1电极102的周围的方式连续地形成第2电极103、并以包围第3电极106的周围的方式连续地形成第4电极107的情况的优点。
图3C中示出了第1像素单元100的实质灵敏度区域120、第2像素单元101的实质灵敏度区域121、以及从相邻的像素单元的渗入电荷160。
以包围第1电极102的周围的方式连续地形成第2电极103、以包围第3电极106的周围的方式连续地形成第4电极107，由此，渗入电荷160被第2电极103及第4电极107捕获。结果，渗入电荷160不流入实质灵敏度区域120，所以能够有效地抑制混色及分辨率变差。
像这样，为了抑制混色及分辨率变差，优选为以连续地包围第1电极102的周围的方式形成第2电极103，以连续地包围第3电极106的周围的方式形成第4电极107。
图5示意性地示出第2电极103及第4电极107被施加的电压和灵敏度的关系。灵敏度与实质灵敏度区域的面积大致成比例。检测电荷为空穴的情况下，如果使第2电极103及第4电极107被施加的电压变化，则灵敏度也变化，如果加大电压，则灵敏度提高。例如，向第2电极103施加相对高的电压时，第1像素单元100的灵敏度提高。此外，向第4电极103施加相对低的电压时，第2像素单元101的灵敏度下降。
关于这样的灵敏度的变化的更详细说明，在本发明人的未公开的专利申请日本特愿2014-216209号中记载。其全部公开内容在本发明说明书中援引以供参考。
根据本实施方式，由于第2电极103和第4电极107电分离，所以能够向各自的电极独立地施加电压。其结果，能够使第1像素单元(高灵敏度像素单元)100的灵敏度和第2像素单元(低灵敏度像素单元)101的灵敏度独立地变化。此外，通过使各自的灵敏度最优化，能够扩大动态范围。
以下说明本实施方式的变形例。
图6A示意性地示出第1像素单元100中的第1电极102及第2电极103的另一布局例。图6B示意性地示出第2像素单元101中的第3电极106及第4电极107的另一布局例。此外，图6C是第1像素单元100的器件构造的示意性截面图。图6D是第2像素单元101的器件构造的示意性截面图。
本说明的第1电极102的形状不限于矩形，例如也可以是圆形或多边形。图6A及图6B中例示了第1电极102的形状为八边形、第3电极106的形状为矩形。此外，为了提高第1像素单元100的灵敏度，也可以使第1电极102的面积比第3电极106的面积更大。灵敏度与像素电极的面积大致成比例。因此，通过使第1电极102的面积比第3电极106的面积更大，第1像素单元100的实质灵敏度区域120比第2像素单元101的实质灵敏度区域121更大。其结果，第1像素单元100的灵敏度比第2像素单元101的灵敏度更高。
图7示意性地示出具有图6A～图6D所示的形状的第1像素单元100及第2像素单元101的、摄像区域200中的布局例。第1像素单元100的尺寸比第2像素单元101的尺寸更大。与图1所示的布局不同，以配置在偶数列的多个第1像素单元100为基准，配置在相邻的奇数列的多个第1像素单元100向列方向平移1/2像素。
根据该布局，能够提高第1像素单元100的灵敏度，并且在摄像区域200内密致地配置多个像素。由此，提高了像素的布局效率。
图8A示意性地示出第1像素单元100中的第1电极102及第2电极103的另一布局例。图8B示意性地示出第2像素单元101中的第3电极106及第4电极107的另一布局例。此外，图8C是第1像素单元100的器件构造的示意性截面图，图8D是第2像素单元101的器件构造的示意性截面图。图9示出了图8A所示的第1像素单元100及图8B所示的第2像素单元101的摄像区域200中的布局例。
第1像素单元100中的第1电极102与第2电极103之间的间隙，比第2像素单元101中的第3电极106与第4电极107之间的间隙更大。即，第1电极102与第2电极103的最短距离，比第3电极106与第4电极107的最短距离更大。根据该构成，在第1像素单元100中，能够扩大可根据施加的电压来调整的实质灵敏度区域的范围。结果，能够使第1像素单元100的实质灵敏度区域120的面积比第2像素单元101的实质灵敏度区域121的面积更大，能够提高第1像素单元100的灵敏度。
图10A示意性地示出包含第1彩色滤光片170的第1像素单元100中的第1电极102及第2电极103的布局例。图10B示意性地示出包含第2彩色滤光片171的第2像素单元101中的第3电极106及第4电极107的布局例。此外，图10C是包含第1彩色滤光片170的第1像素单元100的器件构造的示意性截面图。图10D是包含第2彩色滤光片171的第2像素单元101的器件构造的示意性截面图。
第1像素单元100在第1对置电极105上具有第1彩色滤光片170。第2像素单元101在第2对置电极109上具有第2彩色滤光片171。例如，第1彩色滤光片170是红色，第2彩色滤光片171是蓝色。
在第1像素单元100中，设想透过第1彩色滤光片170而入射至第1光电变换膜104的光的量非常多的情况。这种情况下，根据该光量，由第1像素单元(即高灵敏度像素单元)100产生的电荷饱和。在这样的摄影条件下，透过动态地缩小第2电极103被施加的电压，第1像素单元100的灵敏度下降，抑制了由第1像素单元100产生的电荷的饱和。
此外，本发明也能够应用于相位差AF用的像素(以下称作“相位差像素”)。作为AF(Auto Focus)的方式，已知摄像面相位差AF。这是通过2个视差图像的相位差来对焦的方法。在此使用包含相位差像素的CMOS传感器等。
图11A示意性地示出了像素电极设置于左侧的第2像素单元(低灵敏度像素)101中的第3电极106及第4电极107的布局例。图11B示意性地示出了像素电极设置于右侧的第2像素单元101中的第3电极106及第4电极107的布局例。此外，图11C是像素电极设置于左侧的第2像素单元101的器件构造的示意性截面图。图11D是像素电极设置于右侧的第2像素单元101的器件构造的示意性截面图。图12示出相位检测时的施加电压的切换定时。
在该例中，第2像素单元101具备相位差检测功能。换言之，多个第2像素单元101的全部或一部分是相位差像素。另外，第1像素单元(高灵敏度像素)100也可以具备相位差检测功能。
摄像模式从相位差检测模式切换到相位差非检测模式时，切换第4电极107被施加的电压。具体地说，不进行相位差检测时(相位差非检测模式时)，通过相对地增大向第4电极107施加的电压，相位差非检测时的实质灵敏度区域变大，灵敏度提高。另一方面，在相位差检测时(相位差检测模式)时，通过相对地减少向第4电极107施加的电压，相位差检测时的实质灵敏度区域变小。图11A～图11D分别示出相位差非检测时的实质灵敏度区域122和相位差检测时的实质灵敏度区域123。
根据该构成，在相位差非检测时，能够抑制伴随着相位差像素的灵敏度下降而画质变差。
(第2实施方式)
第2实施方式的摄像装置2与第1实施方式的摄像装置1的不同点在于，具备电压施加电路130。电压施加电路130以外的构成与第1实施方式相同，所以主要说明电压施加电路130。
图13示意性地示出第1像素单元100的第2电极103及第2像素单元101的第4电极107与电压施加电路130的电连接关系。图14示意性地示出第1像素单元100及第2像素单元101各自的截面。
电压施加电路130生成规定的电压，能够向多个第1像素单元100和多个第2像素单元101独立地施加电压。规定的电压例如基于操作摄像装置1的操作者的指令、或者来自摄像装置1内的控制部202(参照图1)的指令而适当决定。
电压施加电路130典型地对多个第1像素单元100和多个第2像素单元101分别独立地施加电压，但是例如也可以按照行单位或列单位独立地施加电压。此外，第2电极103和第4电极107电分离，所以电压施加电路130可以按照像素单元单位独立地施加电压，也可以将多个像素单元分组，按照每个组单位独立地施加电压。
通过这样的构成，能够对第2电极103及第4电极107独立地施加电压。进而，不需要在摄像装置2连接外部的电压施加电路，所以摄像模块自身能够小型化。
在本实施方式中，电压施加电路130经由第2电极用布线110向多个第2像素电极103施加电压V1，经由第4电极用布线111向多个第4像素电极107施加电压V2。施加电压V1比施加电压V2更大。结果，第1像素单元100的实质灵敏度区域120的面积比第2像素单元101的实质灵敏度区域121的面积更大，能够相对地提高第1像素单元100的灵敏度。即，通过施加电压，能够控制实质灵敏度区域的面积。应用该原理，例如能够与摄影时的照度相应地动态变更施加电压V1及V2。
图15示出根据摄影时的照度来分别切换施加电压V1及V2的定时。例如，在照度比较高的情况下，将施加电压V1设定为低电平和高电平之间的中间电平，将施加电压V2设定为低电平，从而能够降低灵敏度而抑制饱和。另一方面，在照度低至不会发生像素饱和的程度的情况下，将施加电压V1设定为高电平，将施加电压V2设定为中间电平，从而能够提高灵敏度。
根据本实施方式，通过根据摄影时的照度来控制实质灵敏度区域的面积，能够使灵敏度动态地变化。此外，通过根据摄影场景使各自的灵敏度最优化，能够扩大动态范围。
(第3实施方式)
参照图16～18，说明第3实施方式的摄像装置3。
图16示意性地示出相邻的第1像素单元100及第2像素单元101的截面。如图示，第1电极102、第2电极103、第3电极106及第4电极107形成在同一平面内。由此，能够一并形成各电极，所以能够简化工艺而降低制造成本。
图17示意性地示出相邻的第1像素单元100及第2像素单元101的截面。如图示，第1光电变换膜104和第2光电变换膜108以与第1电极102、第2电极103、第3电极106及第4电极107相接的方式一体地形成。即，遍及第1像素单元100及第2像素单元101，连续地形成共用的光电变换膜140。再换言之，第1光电变换膜和第2光电变换膜是连续的单一膜。在该构造中，能够一并形成光电变换膜，所以能够简化工艺而降低制造成本。
图18示意性地示出相邻的第1像素单元100及第2像素单元101的截面。如图示，第1对置电极105和第2对置电极109一体地形成。即，共用的对置电极150在第1光电变换膜104及第2光电变换膜108上连续地形成。再换言之，第1对置电极和第2对置电极是连续的单一电极。由此，能够一并形成对置电极，所以能够简化工艺而降低制造成本。
另外，也可以将图16～图18所示的器件构造任意地组合。
(第4实施方式)
参照图19说明第4实施方式的摄像模块4。
图19示意性地示出摄像模块4的构成例。摄像模块4具备：包含透镜及光圈等的光学系统220、摄像装置221、摄像机信号处理部222、系统控制器223。这些构成要素典型地安装在印刷基板上。
作为摄像装置221，能够使用第1～第3实施方式的摄像装置1、2及3。
摄像机信号处理部222由半导体元件等构成。摄像机信号处理部222例如能够通过图像信号处理器(ISP)来实现。摄像机信号处理部222对从摄像装置221输出的图像信号进行处理，输出图像数据。
系统控制器223由模块专用的CPU(Central Processing Unit)等来实现。系统控制器223对摄像模块4整体进行控制。
根据本实施方式，通过抑制低灵敏度像素的饱和，能够提供一种能够进行宽动态范围摄影的摄像模块。
工业实用性
本发明的摄像装置及摄像模块能够应用于数字静态摄像机、医疗用摄像机、监视用摄像机、车载用摄像机、数字单反摄像机、数字无反摄像机等各种摄像机系统及传感器系统。
符号的说明：
1、2、3 摄像装置
4 摄像模块
100 第1像素单元(高灵敏度像素)
101 第2像素单元(低灵敏度像素)
102 第1电极
103 第2电极
104 第1光电变换膜
105 第1对置电极
106 第3电极
107 第4电极
108 第2光电变换膜
109 第2对置电极
110 第2电极用布线
111 第4电极用布线
115、117 光电变换部
116 通孔
120 高灵敏度像素的实质灵敏度区域
121 低灵敏度像素的实质灵敏度区域
130 电压施加电路
140 共通光电变换膜
150 共通对置电极
160 从相邻像素的渗入电荷
170 第1彩色滤光片
171 第2彩色滤光片
200 摄像区域
201 垂直扫描电路
202 控制部
203 信号处理电路
204 输出电路
210 层间绝缘膜
211 读出电路
220 光学系统
221 摄像装置
222 摄像机信号处理部
223 系统控制器

Claims (12)

1.一种摄像装置，包括第1像素单元和第2像素单元，
所述第1像素单元具有：
第1光电变换膜，具有第1面和所述第1面的相反侧的第2面；
第1电极，与所述第1面相接；
第2电极，与所述第1面相接，以俯视时包围所述第1电极的周围的方式配置；以及
第1对置电极，与所述第2面相接，与所述第1电极及所述第2电极对置，
所述第2像素单元具有：
第2光电变换膜，具有第3面和所述第3面的相反侧的第4面；
第3电极，与所述第3面相接；
第4电极，与所述第3面相接，以俯视时包围所述第3电极的周围的方式配置；
第2对置电极，与所述第4面相接，与所述第3电极及所述第4电极对置；
所述第2电极和所述第4电极电分离。
2.如权利要求1所述的摄像装置，
所述第1电极的面积比所述第3电极的面积更大。
3.如权利要求1所述的摄像装置，
所述第1电极与所述第2电极的最短距离，比所述第3电极与所述第4电极的最短距离更大。
4.如权利要求1～3中任一项所述的摄像装置，
还具有电压施加电路，该电压施加电路向所述第2电极及所述第4电极分别独立地施加电压。
5.如权利要求4所述的摄像装置，
所述电压施加电路向所述第2电极施加第1电压，
所述电压施加电路向所述第4电极施加与所述第1电压不同的第2电压。
6.如权利要求1所述的摄像装置，
所述第1电极、所述第2电极、所述第3电极及所述第4电极处于同一平面内。
7.如权利要求1所述的摄像装置，
所述第1光电变换膜和所述第2光电变换膜是连续的单一膜。
8.如权利要求1所述的摄像装置，
所述第1对置电极和所述第2对置电极是连续的单一电极。
9.如权利要求1所述的摄像装置，
在俯视时，所述第2电极具有第1开口部，所述第1电极位于所述第1开口部内，
在俯视时，所述第4电极具有第2开口部，所述第3电极位于所述第3开口部内。
10.如权利要求1所述的摄像装置，
所述第2电极具有与所述第1电极不同的功能，
所述第4电极具有与所述第3电极不同的功能。
11.如权利要求1所述的摄像装置，
所述第1像素单元的灵敏度比所述第2像素单元的灵敏度更高。
12.一种摄像模块，具备：
权利要求1所记载的摄像装置；以及
摄像机信号处理部，对来自所述摄像装置的图像信号进行处理，输出图像数据。
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