CN108462843A - 摄像装置及摄像模块 - Google Patents

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CN108462843A CN201810062274.1A CN201810062274A CN108462843A CN 108462843 A CN108462843 A CN 108462843A CN 201810062274 A CN201810062274 A CN 201810062274A CN 108462843 A CN108462843 A CN 108462843A
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三宅康夫
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Abstract

提供一种抑制高照度时的像素单元的饱和、能够进行宽动态范围摄影的摄像装置。摄像装置具备：至少1个像素单元，分别具备具有第1面和对置于第1面的第2面的光电变换层、第1面上的像素电极、在第1面上将像素电极的周围包围且与像素电极电绝缘的辅助电极、与像素电极及辅助电极对置的第2面上的对置电极、和连接在像素电极上的电荷检测电路；电压供给电路，供给电压；第1开关，切换导通及切断；第1电容元件，一端连接在第1像素单元的辅助电极上，另一端保持为规定的电压；第1控制电路连接于第1开关，切换第1开关的导通及切断；电压供给电路经由第1开关连接于第1像素单元的辅助电极及第1电容元件的一端。

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扩大动态范围的技术。例如，专利文献1公开了一种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而能够扩大动态范围的摄像装置。在专利文献1的摄像装置中，在高灵敏度像素单元中配置有面积较大的光敏二极管，在低灵敏度像素单元中配置有面积较小的光敏二极管。
专利文献1：日本特许第4018820号公报
发明内容
发明要解决的问题
本发明的目的是提供一种能够进行宽动态范围摄影的摄像装置。
用于解决问题的手段
为了解决上述课题，有关本发明的一技术方案的摄像装置具备：至少1个像素单元，分别具备具有第1面和对置于上述第1面的第2面的光电变换层、上述第1面上的像素电极、在上述第1面上将上述像素电极的周围包围且被与上述像素电极电绝缘的辅助电极、与上述像素电极及上述辅助电极对置的上述第2面上的对置电极、和连接在上述像素电极上的电荷检测电路；电压供给电路，供给电压；第1开关，切换导通及切断；第1电容元件，一端被连接在上述第1像素单元的上述辅助电极上，另一端被保持为规定的电压；第1控制电路被连接在上述第1开关上，将上述第1开关的导通及切断切换；上述电压供给电路经由上述第1开关被连接在上述第1像素单元的上述辅助电极及上述第1电容元件的上述一端上。
发明效果
根据本发明的一技术方案，提供一种抑制高照度时的像素单元的饱和、能够进行宽动态范围摄影的摄像装置。
附图说明
图1是示意地表示有关第1实施方式的摄像装置的结构的图。
图2A是示意地表示图1中的像素单元的像素电极及辅助电极的布局例的图。
图2B是图1中的像素单元的器件构造的示意性的剖面图。
图3是说明有关第1实施方式的摄像装置具备的多个电容元件和电压供给电路的图。
图4是示意地表示被施加在像素单元的辅助电极上的电压与灵敏度输出的关系的图。
图5A是示意地表示有关第2实施方式的摄像装置中的像素单元的辅助电极与电压供给电路的电连接关系的图。
图5B是表示在有关第2实施方式的摄像装置的电压供给电路中将施加电压切换的定时的图。
图6A是示意地表示有关第3实施方式的摄像装置中的辅助电极与电压供给电路、行扫描电路及列扫描电路的电连接关系的图。
图6B是表示在有关第3实施方式的摄像装置中按照每个区域切换施加电压的定时的图。
图7A是示意地表示有关第4实施方式的摄像装置中的辅助电极与行扫描电路及电压供给电路的电连接关系的图。
图7B是示意地表示在有关第4实施方式的摄像装置中按照每个区域切换施加电压的定时的图。
图8是示意地表示有关第5实施方式的摄像模块的块结构的图。
具体实施方式
在上述专利文献1所记载的摄像装置中，难以动态地降低像素单元的灵敏度。因此，在照度非常高的情况下，在像素单元内产生的电荷会饱和，结果是动态范围下降。本申请的非限定性的例示性的一实施方式提供一种能够进行宽动态范围摄影的摄像装置。
本发明包括在下述的项目中记载的摄像装置及摄像模块。
〔项目1〕
一种摄像装置，具备：至少1个像素单元，分别具备：具有第1面和对置于上述第1面的第2面的光电变换层；上述第1面上的像素电极；在上述第1面上将上述像素电极的周围包围且与上述像素电极电绝缘的辅助电极；与上述像素电极及上述辅助电极对置的上述第2面上的对置电极；和与上述像素电极连接的电荷检测电路；电压供给电路，供给电压；第1开关，对导通及切断进行切换；第1电容元件，一端与上述第1像素单元的上述辅助电极连接，另一端被保持为规定的电压；以及第1控制电路，与上述第1开关连接，对上述第1开关的导通及切断进行切换；上述电压供给电路经由上述第1开关与上述第1像素单元的上述辅助电极及上述第1电容元件的上述一端连接。
〔项目2〕
如项目1所记载的摄像装置，上述至少1个像素单元包括第2像素单元；上述第2像素单元的上述辅助电极与上述第1像素单元的上述辅助电极及上述第1电容元件的上述一端连接；上述电压供给电路经由上述第1开关与上述第2像素单元的上述辅助电极连接。
〔项目3〕
如项目1所记载的摄像装置，还具备：第2电容元件；第2开关，对导通及切断进行切换；以及第2控制电路，与上述第2开关连接，对上述第2开关的导通及切断进行切换；上述至少1个像素单元包括第2像素单元；上述第2电容元件的一端与上述第2像素单元的上述辅助电极连接，上述第2电容元件的另一端被保持为规定的电压；上述电压供给电路经由上述第1开关向上述第1像素单元的上述辅助电极施加第1电压，经由上述第2开关向上述第2像素单元的上述辅助电极施加与上述第1电压不同的第2电压。
〔项目4〕
如项目1或2所记载的摄像装置，上述电压供给电路包括上述第1开关。
〔项目5〕
如项目3所记载的摄像装置，上述电压供给电路包括上述第1开关及上述第2开关。
〔项目6〕
如项目1～5中任一项所记载的摄像装置，上述第1控制电路包括与上述第1开关连接的第1扫描电路及第2扫描电路；上述第1开关基于来自上述第1扫描电路的信号和来自上述第2扫描电路的信号，对导通及切断进行切换。
〔项目7〕
如项目1～5中任一项所记载的摄像装置，上述第1控制电路包括与上述第1开关连接的第1扫描电路；上述第1开关基于来自上述第1扫描电路的信号，对导通及切断进行切换。
〔项目8〕
一种摄像模块，具备：项目1～7中任一项所记载的摄像装置；以及照相机信号处理部，对从上述摄像装置输出的图像信号进行处理，并生成图像数据。
本发明还具备下述的项目中记载的摄像装置及摄像模块。
〔项目1〕
一种摄像装置，具备多个像素单元、和与多个像素单元中的至少2个像素单元分别对应而设置的电容；多个像素单元分别具有：像素电极；辅助电极，与像素电极电绝缘，在相对于像素电极的俯视中设在像素电极的周围；对置电极，对置于像素电极及辅助电极；光电变换膜，被像素电极及辅助电极和对置电极夹着，将光变换为电荷；各电容被连接在对应的像素单元的辅助电极上。
由此，由于至少在2个像素单元的各自的辅助电极上连接着电容，所以能够对各电容独立地施加电压并保持。由此，能够对多个像素单元分别独立且动态地调整灵敏度。由此，例如对于照度极高的像素单元能够动态地将灵敏度维持得较低。由此，抑制了在像素单元中产生的电荷饱和，所以能够进行宽动态范围摄影。
此外，由于施加在各电容上的电压被保持，所以能够使连接着电容的各像素单元的灵敏度持续。因此，对于拥有不同灵敏度的多个像素能够实现使曝光时间一致的全局快门。
〔项目2〕
如项目1所记载的摄像装置，多个像素单元被配置在摄像区域中；摄像区域包括配置有多个第1像素单元的第1区域和配置有多个第2像素单元的第2区域；多个电容包括连接在2个第1像素单元的辅助电极上的第1电容、和连接在2个第2像素单元的辅助电极上的第2电容。
由此，由于设置对属于摄像区域中的2个区域的各自的多个像素单元共同的电容，所以能够对属于2个区域的各自的多个像素单元独立地调整灵敏度。例如，通过将偶数列的像素单元和奇数列的像素单元设定为不同的灵敏度并摄影，能够用1次摄影得到拥有不同灵敏度的2种图像，即与偶数列的像素单元对应的图像和与奇数列的像素单元对应的图像。
〔项目3〕
如项目1所记载的摄像装置，具备用来对多个电容施加电压的电压供给电路。
由此，由于摄像装置具备电压供给电路，所以能够不在外部设置电压供给电路而对各电容独立地施加电压。
〔项目4〕
如项目1所记载的摄像装置，具备对应于各电容设置、连接在各电容上的开关；电压供给电路经由各开关向对应的电容独立地施加电压。
由此，能够用单一的电压供给电路对各电容独立地施加电压，能够使电压供给电路简洁化。
〔项目5〕
如项目4所记载的摄像装置，多个像素单元被配置为矩阵状；对应于各像素单元而设有电容；摄像装置还具备以行单位或列单位驱动各开关的扫描电路。
由此，由于能够以行单位或列单位对各电容施加电压，所以向全部的像素单元的电压施加高速地完成。
〔项目6〕
如项目5所记载的摄像装置，电压供给电路是与各列对应而设置的电压施加部；具有：对对应于配置在同一列中的各像素单元而设置的电容；和经由对应于配置在同一列中的各像素单元而设置的开关施加电压的电压施加部；扫描电路以行单位驱动各开关。
由此，能够以主动矩阵方式对设在各像素单元中的电容施加独立的电压，所以以高速且多种多样的灵敏度设定完成向全部的像素单元的电压施加。
〔项目7〕
一种摄像模块，具备：项目1～6中任一项所记载的摄像装置；照相机信号处理部，将从摄像装置输出的图像信号处理而生成图像数据。
由此，实现具备能够进行宽动态范围摄影的摄像装置的摄像模块。
以下，参照附图对实施方式具体地说明。另外，以下说明的实施方式都是表示包含性或具体的例子的。在以下的实施方式中表示的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置位置及连接形态、处理定时等是一例，不是限定本发明的意思。此外，关于以下的实施方式的构成要素中的、在表示最上位概念的独立权利要求中没有记载的构成要素，设为任意的构成要素而进行说明。
(第1实施方式)
参照图1至图4，说明有关第1实施方式的摄像装置的构造及功能。
(摄像装置的构造)
图1示意地表示有关第1实施方式的摄像装置1的结构。摄像装置1典型的是具备以矩阵状配置有多个像素单元的摄像区域200、行扫描电路201、控制部202、信号处理电路203和输出电路204。摄像区域200具备配置有多个像素单元100的第1区域和配置有多个像素单元101的第2区域。以下，有将第1区域的多个像素单元100及第2区域的多个像素单元101称作“多个像素单元”的情况。这里，第1区域的多个像素单元100及第2区域的多个像素单元101是摄像区域200内的全部像素单元。摄像装置1典型的是由1个半导体芯片实现的图像传感器。
另外，在本实施方式中，摄像装置1还具备与多个像素单元中的至少2个像素单元分别对应而设置的电容、和用来对各电容施加电压的电压供给电路。这里，所谓电容，是指电容元件。但是，也可以利用寄生电容。关于这些电容及电压供给电路使用图3在后面叙述。
如图1所示，例如多个像素单元100被配置在偶数列中，多个像素单元101被配置在奇数列中。即，在图1中，第1区域是偶数列，第2区域是奇数列。另外，多个像素单元也可以被一维地排列。在此情况下，摄像装置1可以是线性传感器。
行扫描电路201经由各种控制线被连接在多个像素单元100及多个像素单元101上。行扫描电路201将配置在各行中的多个像素单元以行单位选择，进行信号电压的读出及像素电极的电位的复位。行扫描电路201也被称作垂直扫描电路。控制部202控制摄像装置1整体。
信号处理电路203进行从各像素单元读出的信号电压的信号处理。如果具体地说明，则信号处理电路203进行以相关双采样为代表的杂音平抑信号处理及模拟－数字变换(AD变换)等。
输出电路204将由信号处理电路203处理后的信号电压向摄像装置1的外部输出。
(各像素单元的器件构造)
图2A示意地表示像素单元100的像素电极102和辅助电极103的布局例、以及像素单元101的像素电极112和辅助电极113的布局例。此外，图2B是像素单元100及101的器件构造的示意性的剖面图。另外，关于在图2A中表示的布局例、以及在图2B中表示的器件构造，在像素单元100和像素单元101中没有差别。由此，以下在图2A及图2B的说明中，关于像素电极102、112使用像素电极102作为代表进行说明，关于辅助电极103、113使用辅助电极103作为代表进行说明。
像素单元100、101包括半导体基板212、读出电路211和光电变换部115。半导体基板212例如是p型硅基板。读出电路211检测由像素电极102捕捉到的信号电荷，输出与该信号电荷对应的信号电压。读出电路211典型的包括放大晶体管、复位晶体管、地址晶体管等，形成在半导体基板212上。
在半导体基板212的表面上层叠有层间绝缘层210。在层间绝缘层210中，埋设有将读出电路211与像素电极102电连接的接触插塞116及各种配线等。
光电变换部115被设置在层间绝缘层210上。光电变换部115包括像素电极102、辅助电极103、与像素电极102及辅助电极103对置的对置电极105、光电变换膜104。光电变换膜104被对置电极105和像素电极102及辅助电极103夹着。换言之，像素电极102及辅助电极103被配置在光电变换膜104的第1面上，对置电极105被配置在光电变换膜104的与第1面对置的第2面上。
对置电极105例如由ITO等的导电性透明材料形成。像素电极102及辅助电极103由通过掺杂金属或杂质而被赋予了导电性的多晶硅等形成。作为金属的例子，可以举出铝、铜。虽然没有图示，但像素单元100、101也可以在对置电极105上具有将光聚光的微透镜及滤色器。
如图2A所示，像素电极102具有矩形形状，辅助电极103具有将像素电极102包围的环状的矩形形状。这样，在本实施方式中，以将像素电极102包围的方式连续地形成辅助电极103。此外，像素电极102和辅助电极103隔着间隙离开了规定的距离。即，辅助电极103被与像素电极102电绝缘，在俯视中被设置在像素电极102的周围。
这里，详细地说明关于像素单元100及像素单元101的灵敏度的调制的原理。另外，在本实施方式中，摄像装置1检测通过光电变换膜104中的光电变换生成的空穴电子对中的空穴，作为信号电荷。但是，摄像装置1也可以检测电子作为信号电荷。
光电变换膜104将光变换为电荷。像素单元100、101的灵敏度被通过由像素电极102与对置电极105之间的电位差产生的电场、以及通过辅助电极103与对置电极105之间的电位差产生的电场调制。考虑与对置电极105相比将像素电极102及辅助电极103的电位设定得较低、使像素电极102及辅助电极103与对置电极105之间产生电位差的情况。在此情况下，通过光电变换而在光电变换膜104中产生的空穴向像素电极102及辅助电极103移动。此外，例如在像素电极102与对置电极105之间的电位差比辅助电极103与对置电极105之间的电位差大的情况下，在辅助电极103附近的光电变换膜104中产生的电荷(这里是空穴)容易流入到像素电极102中，不易流入到辅助电极103中。结果，这些电荷被连接在像素电极102上的读出电路211读出，对第1区域的像素单元100的灵敏度有贡献。
相对于此，例如在像素电极102与对置电极105之间的电位差比辅助电极103与对置电极105之间的电位差小的情况下，在辅助电极103附近的光电变换膜104中产生的电荷容易流入到辅助电极103中，不易流入到像素电极102中。在辅助电极103附近产生的电荷中的流入到辅助电极103中的电荷不对像素单元100的灵敏度有贡献。换言之，在像素电极102与对置电极105之间的电位差比辅助电极103与对置电极105之间的电位差小的情况下，与相反的情况相比，意味着像素单元100的有效灵敏度区域的面积变窄。这里，所谓有效灵敏度区域，是指作为决定像素单元的灵敏度的因素之一的光电变换膜的实质性的受光区域。
光电变换膜104典型的是由有机材料形成。有机材料例如包括将p型有机半导体与n型有机半导体接合的结构。作为p型有机半导体，可以使用有电子施与性的有机化合物。作为有电子施与性的有机化合物的例子，可以举出三芳基胺化合物，联苯胺化合物，吡唑啉化合物。作为n型有机半导体，可以使用有电子受容性的化合物。作为有电子受容性的化合物的例子，可以举出含有氮原子、氧原子、硫原子的5～7元的杂环化合物、稠合芳香族碳环化合物、聚亚芳基化合物。
图3是说明有关本实施方式的摄像装置1具备的电容140、141和电压供给电路130的图。这里，示意地表示第1区域的2个像素单元100、100a的各辅助电极103、第2区域的2个像素单元101、101a的各辅助电极113与电压供给电路130的电连接关系。
电压供给电路130具有2个电压施加部130a及130b，它们分别独立地生成规定的电压。由此，能够对包括2个像素单元100、100a的多个像素单元的各像素单元和包括2个像素单元101、101a的多个像素单元的各像素单元施加独立的电压。对像素单元100、100a及像素单元101、101a分别施加的电压的大小例如基于来自操作摄像装置1的操作者的指令、或来自摄像装置1内的控制部202(参照图1)的指令适当决定。
电压施加部130a被用配线110连接在像素单元100、100a的各辅助电极103上。在配线110与接地之间连接着电容140。在本实施方式中，电容140对应于像素单元100而设置。但是，电容140是对于像素单元100、100a共同的电容。
同样，电压施加部130b被用配线111连接在多个像素单元101、101a的辅助电极113上。在配线111与接地之间连接着电容141。在本实施方式中，电容141对应于像素单元101设置。但是，电容141是对于像素单元101及101a共同的电容。
通过这样的结构，电压供给电路130能够对像素单元100、100a的各辅助电极103和像素单元101、101a的各辅助电极113施加独立的电压。
在本实施方式中，电压施加部130a经由配线110对辅助电极103施加电压V1。另一方面，电压施加部130b经由配线111对辅助电极113施加电压V2。对于对置电极105，从未图示的对置电压供给电路施加电压V3。作为一例，施加电压V1比施加电压V2大。施加电压V3比施加电压V1大。像素电极102、112的电压V4比施加电压V2小。在此情况下，辅助电极103与对置电极105之间的电位差变得比辅助电极113与对置电极105之间的电位差小。结果，像素单元100、100a与像素单元101、101a相比，在辅助电极103的附近产生的空穴容易流入到像素电极102中。即，像素单元100、100a的有效灵敏度区域的面积比像素单元101、101a的有效灵敏度区域的面积大。因而，能够使像素单元100、100a的灵敏度比像素单元101、101a的灵敏度提高。即，能够根据施加电压来控制有效灵敏度区域的面积。应用该特性，例如也可以根据摄影时的照度动态地变更施加电压V1、V2。
另外，在本实施方式中，在配线110、111中分别设有电容140、141。由此，在电压供给电路130输出电压后，即使电压供给电路130的输出状态成为浮动状态，被输出的电压也被保持在电容140、141的各自中。此外，也可以在电压供给电路130的输出侧附近，在配线110、111的各自的途中设置开关，在电压供给电路130输出电压后将各开关关闭。在此情况下，输出的电压也被保持在电容140、141的各自中。即，电容140、141将电压供给电路13输出的电压采样并保持。并且，被保持在电容140、141中的电压被向对应的辅助电极103、113持续施加。
图4示意地表示对辅助电极施加的电压与灵敏度输出的关系。灵敏度输出相当于像素单元的有效灵敏度区域的面积。如果使对辅助电极施加的电压变化，则灵敏度输出变化。在检测电荷是空穴的情况下，如果使施加在辅助电极上的电压变大，则像素单元的灵敏度输出增大。例如如果在辅助电极103上施加相对较高的电压，则像素单元100的灵敏度上升。另一方面，例如如果在辅助电极113上施加相对较低的电压，则像素单元101的灵敏度下降。
在本实施方式中，在辅助电极103、113上分别连接着电容140、141。由此，即使在施加在辅助电极上的电压因干扰噪声等而变动的情况下，辅助电极的电位也不易变动。由此，能够进行灵敏度更稳定的状态下的摄像。
如以上这样，有关本实施方式的摄像装置1与多个像素单元中的至少2个像素单元100、101分别对应而设有电容140、141。多个像素单元分别具有：像素电极102、112；辅助电极103、113，被与像素电极102、112电绝缘，在俯视中设在像素电极102、112的周围；对置电极105，与像素电极102、112及辅助电极103、113对置；光电变换膜104，被像素电极102、112及辅助电极103、113和对置电极105夹着，将光变换为电荷。电容140、141分别被连接在对应的像素单元的辅助电极103、113上。
在像素单元100的辅助电极103上连接着电容140，在像素单元101的辅助电极113上连接着电容141。通过对电容140、141分别独立地施加电压并保持，能够将像素单元100、101的各自的灵敏度相互独立地调整。进而，也可以将像素单元100、101各自的灵敏度动态地调整。由此，例如通过对照度极高的像素单元动态地抑制灵敏度，能够抑制在像素单元中产生的电荷饱和，能够进行宽动态范围摄影。
此外，由于被施加在电容140、141的各自上的电压被对应的电容140、141保持，所以能够维持分别连接着电容140、141的像素单元100、101的灵敏度。由此，能够在使像素单元100、101的灵敏度相互不同的状态下，实现使曝光时间一致的全局快门。
此外，有关本实施方式的摄像装置1包括被配置在第1区域中的像素单元100、100a和被配置在第2区域中的像素单元101、101a。此外，有关本实施方式的摄像装置1包括共同地连接在像素单元100、101a的各辅助电极103上的电容140、和共同地连接在像素单元101、101a的各辅助电极113上的电容141。
如上述那样，由于对于分别属于摄像区域中的2个区域的多个像素单元设置共同的电容，所以能够对2个区域分别独立地调整灵敏度。例如，通过以列单位设定为不同的灵敏度进行摄影，能够用1次的摄影得到拥有不同的灵敏度的2个图像，即与偶数列的像素单元对应的图像和与奇数列的像素单元对应的图像。
此外，有关本实施方式的摄像装置1还具备用来对各电容施加电压的电压供给电路130。
由此，由于摄像装置1具备电压供给电路130，所以能够不在外部设置电压供给电路，而对各电容独立地施加电压。
(第2实施方式)
接着，参照图5A及图5B说明有关第2实施方式的摄像装置。
有关第2实施方式的摄像装置2具备将像素单元100、100a的各辅助电极103与电压供给电路131分离及连接的开关135a、和将像素单元101、101a的各辅助电极113与电压供给电路131分离及连接的开关135b。在这一点上，有关本实施方式的摄像装置2与有关第1实施方式的摄像装置1不同。除了电压供给电路131及开关135a、135b以外的其他的结构与第1实施方式相同。主要说明电压供给电路131和开关135a、135b的动作。
图5A示意地表示在有关第2实施方式的摄像装置2中、像素单元100、100a的各辅助电极103与电压供给电路131的电连接关系、和像素单元101、101a的各辅助电极113与电压供给电路131的电连接关系。
电压供给电路131具有生成规定的电压的一个电压施加部。电压供给电路131能够经由开关135a对包括像素单元100、100a的多个像素单元施加电压，经由开关135b对包括像素单元101、101a的多个像素单元施加电压。为了开关135a、135b的控制而施加的规定的电压、向像素单元100、100a施加的规定的电压、以及向像素单元101、101a施加的规定的电压例如基于来自操作摄像装置2的操作者的指令、或者来自摄像装置2内的控制部202(参照图1)的指令适当决定。
通过这样的结构，通过有选择地使开关135a、135b开启，能够使用单一的电压供给电路131对辅助电极103、113分别施加独立的电压。在第1实施方式中，电压供给电路130具有独立的2个电压施加部130a、130b，而在本实施方式中，电压供给电路131具有一个电压施加部。这样，根据本实施方式，由于能够减少实质性的电压供给电路的数量，所以能够使由摄像装置2等构成的摄像模块自身小型化。
在本实施方式中，电压供给电路131经由配线110对辅助电极103施加电压V1，另一方面经由配线111对辅助电极113施加电压V2。例如，施加电压V1比施加电压V2大。结果，像素单元100、100a的有效灵敏度区域的面积变得比像素单元101及101a的有效灵敏度区域的面积大。由此，能够使像素单元100、100a的灵敏度与像素单元101、101a的灵敏度相比上升。即，能够根据施加电压控制有效灵敏度区域的面积。也可以应用这一点，例如根据摄影时的照度将施加电压V1及V2动态地变更。
图5B表示在有关本实施方式的摄像装置2的电压供给电路131中将施加电压V1、V2分别切换的定时。在图5B中，“开关135a”表示开关135a的状态。“开关135b”表示开关135b的状态。“V0”表示电压供给电路131输出的电压值。“V1”表示对辅助电极103施加的电压V1。“V2”表示对辅助电极113施加的电压V2。
如图5B所示的定时那样，例如在照度比较高的情况下，通过将施加电压V1设定为“Low”(低)电平与“High”(高)电平之间的中间的“MID”(中间)电平、将施加电压V2设定为“Low”电平，能够降低灵敏度而抑制像素单元的饱和。另一方面，在照度比较低到像素不饱和的程度的情况下，通过将施加电压V1设定为“High”电平、将施加电压V2设定为中间的“MID”电平，能够使像素单元的灵敏度上升。
根据本实施方式，通过根据照度控制像素单元的有效灵敏度区域的面积，能够将灵敏度动态地调制。通过根据摄影场景将各自的灵敏度优化，能够扩大动态范围。
如以上这样，有关本实施方式的摄像装置2还具备与电容140、141对应而设置的开关135a、135b。电压供给电路131经由各开关135a、135b向对应的电容140、141独立地施加电压。
由此，能够由单一的电压供给电路131对各电容140、141独立地施加电压，能够使电压供给电路简洁化。
(第3实施方式)
接着，参照图6A及图6B，说明有关第3实施方式的摄像装置。
有关第3实施方式的摄像装置3具备与各像素单元对应而配置的扫描晶体管134a～134b、在行方向上配置的行扫描电路160、以及在列方向上配置的列扫描电路162。在这一点上，有关本实施方式的摄像装置3与有关第2实施方式的摄像装置2不同。
图6A示意地表示在有关第3实施方式的摄像装置3中、辅助电极103、113、电压供给电路131、行扫描电路160及列扫描电路162的电连接关系。
电压供给电路131生成规定的电压。电压供给电路131能够经由晶体管134a～134d及晶体管136a、136b对像素单元150a～150d分别施加独立的电压。晶体管134a～134d被连接在行扫描电路160上。晶体管136a、136b被连接在列扫描电路162上。为了晶体管134a～134d及晶体管136a、136b的控制而施加的电压、对像素单元100、100a、101、101a施加的规定的电压，例如基于来自操作摄像装置3的操作者的指令、或来自摄像装置3内的控制部202(参照图1)的指令适当决定。
另外，在本实施方式中，与像素单元150a～150d分别对应而设有电容140a～140d。具体而言，在晶体管134a～134d的输出端子(例如，漏极端子)与对应的像素单元150a～150d的辅助电极103、113的连接部位和接地之间，分别连接着电容140a～140d。
图6B表示在有关本实施方式的摄像装置3中按照每个区域切换施加电压的定时。“垂直同步信号”表示1帧的开始定时，“水平同步信号”表示1条线的开始定时。“扫描地址(x，y)”，表示列扫描电路162的选择列是第(x+1)列，行扫描电路160的选择行是第(y+1)行。“V(x，y)”，表示电压供给电路131对位于第(x+1)列、第(y+1)行的像素单元输出的电压值。另外，在摄像装置3中，在(m+1)列、(n+1)行中配置有像素单元。X是0以上、m以下的整数，y是0以上、n以下的整数。
在被输入了垂直同步信号和水平同步信号的定时，由行扫描电路160及列扫描电路162选择扫描地址(0，0)，从电压供给电路131输出电压值V(0，0)。由此，对扫描地址(0，0)的区域的辅助电极103及电容140a施加电压值V(0，0)。由于在电容140a中保持电压值，所以即使选择状态被解除，也维持被施加在辅助电极103及电容140a上的电压值V(0，0)。
扫描地址的x依次累加计数，在1次的水平同步期间中选择全列的地址，电压供给电路131输出与各个地址对应的电压值。
在被输入了下个水平同步信号的定时，y地址累加计数，同样，从扫描地址(0，1)起，扫描地址的x依次累加计数，电压供给电路131输出与各个地址对应的电压值。
根据本实施方式，通过用单一的电压供给电路131控制多个区域的有效灵敏度区域的面积，能够按照每个区域动态地调制灵敏度。通过根据摄影场景将各个区域的灵敏度优化，能够扩大动态范围。
如以上这样，在有关本实施方式的摄像装置3中，电容140a～140d与行方向及列方向的二维排列的多个像素单元150a～150d分别对应而设置。摄像装置3还具备行扫描电路160及列扫描电路162。行扫描电路160及列扫描电路162以行单位或列单位驱动晶体管134a～134d及晶体管136a、136b。
由此，能够以行单位或列单位向对应于像素单元150a～150d设置的电容140a～140d施加电压。由此，向全部的像素单元150a～150d的电压施加高速地完成。
(第4实施方式)
接着，参照图7A及图7B，说明有关第4实施方式的摄像装置。
有关第4实施方式的摄像装置4被连接在按照每个列配置有电压供给电路132的信号线上。此外，摄像装置4不包含列扫描电路。在这些点上，有关本实施方式的摄像装置4与有关第3实施方式的摄像装置3不同。
图7A示意地表示在有关第4实施方式的摄像装置4中，像素单元100、100a的辅助电极103、113、行扫描电路160、以及包括对应于各列而设置的电压施加部132a、132b的电压供给电路132之间的电连接关系。
电压供给电路132具有被按照每个列设置、分别独立地生成规定的电压的电压施加部132a、132b。电压供给电路132能够经由晶体管134a～134d向对应的像素单元150a～150d分别施加独立的电压。晶体管134a～134d被连接在行扫描电路160和对应的电压施加部132a、132b上。为了晶体管134a～134d的控制而被施加的规定的电压、向像素单元100、100a施加的规定的电压、以及向像素单元101、101a施加的规定的电压，例如基于来自操作摄像装置4的操作者的指令、或来自摄像装置4内的控制部202(参照图1)的指令适当决定。
图7B表示在有关第4实施方式的摄像装置4中按照每个区域切换施加电压的定时。本图中的各项目与第3实施方式的图6B大致相同。但是，第3实施方式的“扫描地址(x，y)”在在本实施方式中为“扫描地址(y)”。此外，“Vfz(x，y)”表示在z帧期间中电压供给电路132对位于第(x+1)列、第(y+1)行的像素单元输出的电压值。另外，在摄像装置4中，在(m+1)列、(n+1)行中配置像素单元。X是0以上m以下的整数，y是0以上n以下的整数。
在本实施方式中，通过主动矩阵方式，对全部的像素单元150a～150d的各自的辅助电极103、113和电容140a～140d单独地施加电压。更详细地讲，首先，在被输入了垂直同步信号和水平同步信号的定时用行扫描电路160选择扫描地址(0)，电压供给电路132输出与各个列地址对应的电压值Vf0(0，0)到Vf0(m，0)。由此，对扫描地址(0)，即对第一行的区域的辅助电极103、113和电容140a、140b施加电压值Vf0(0，0)到Vf0(m，0)。由于在电容140a、140b中保持电压值，所以即使选择状态被解除，也维持电压值Vf0(0，0)到Vf0(m，0)。
在被输入下个水平同步信号的定时，y地址累加计数，电压供给电路132施加与各个列地址对应的电压值。由此，对扫描地址(1)，即对第二行的像素单元的辅助电极103、113和电容140c、140d施加电压值Vf0(0，1)至Vf0(m，1)。由于在电容140c、140d中保持电压值，所以即使选择状态被解除，也维持电压值Vf0(0，1)到Vf0(m，1)。以下同样，关于全部的扫描地址(y)，对辅助电极103、113和电容140c、140d施加电压值Vf0，在电容140c、140d中保持电压值。这样，在1帧期间中，对于全部像素单元的电压施加完成。这样的1帧期间中的对于全像素单元的电压施加被按照每个帧反复进行。
在本实施方式中，通过具有按照每个列配置的电压施加部132a、132b的电压供给电路132，控制多个区域的有效灵敏度区域的面积。由此，能够按照每个区域将灵敏度高速动态地调制。通过根据摄影场景将各个区域的灵敏度优化，能够扩大动态范围。
如以上这样，在有关本实施方式的摄像装置4中，像素单元150a～150d被以行方向及列方向的二维排列。电压供给电路132具有与各列对应的电压施加部132a、132b。电压施加部132a、132b分别对配置在对应的列中的像素单元150a～150d的电容140a～140d施加电压。行扫描电路160将对应于像素单元150a～150d设置的晶体管134a～134d以行单位驱动。
由此，在主动矩阵方式中，能够对与像素单元150a～150d分别对应设置的电容140a～140d施加独立的电压。由此，能够高速且以多种多样的灵敏度设定，完成向全部的像素单元150a～150d的电压施加。
(第5实施方式)
接着，参照图8说明有关第5实施方式的摄像模块。
图8示意地表示有关第5实施方式的摄像模块5的块结构。摄像模块5具备包括透镜及光圈等的光学系统220、摄像装置221、照相机信号处理部222和系统控制器223。这些构成要素典型的是被安装到印刷基板上。摄像模块例如是数字静像照相机、医疗用照相机、监视用照相机、车载用照相机、数字单反照相机、数字无反照相机。
作为摄像装置221，可以使用有关第1至第4实施方式的摄像装置1～4。
照相机信号处理部222由半导体元件等构成。照相机信号处理部222例如可以由图像信号处理器(ISP)实现。照相机信号处理部222将从摄像装置221输出的图像信号处理，输出图像数据。
系统控制器223由模块专用的CPU(Central Processing Unit)等实现。系统控制器223控制摄像模块5整体。
根据本实施方式，能够提供一种通过抑制低灵敏度像素的饱和而能够进行宽动态范围摄影的摄像模块。
如以上这样，有关本实施方式的摄像模块5具备相当于上述实施方式的某个的摄像装置221、和将从摄像装置221输出的图像信号处理而生成图像数据的照相机信号处理部222。
由此，实现能够具备进行宽动态范围摄影的摄像装置221的摄像模块。
以上，基于第1～第5实施方式对有关本发明的摄像装置及摄像模块进行了说明，但本发明并不限定于第1～第5实施方式。只要不脱离本发明的主旨，对实施方式实施了本领域技术人员想到的各种变形后的形态、或将实施方式的一部分的构成要素组合而构建的别的形态也包含在一个或多个技术方案的范围内。
例如，在第1及第2实施方式中，共用电容的第1区域及第2区域与摄像区域中的偶数列的像素单元及奇数列的像素单元对应，但第1区域及第2区域的划分并不限于此。第1区域及第2区域也可以对应于偶数行的像素单元及奇数行的像素单元。也可以将2个像素单元群配置为棋盘格图案状，一方对应于第1区域，另一方对应于第2区域。
产业上的可利用性
本发明的摄像装置及摄像模块作为能够进行宽动态范围摄影的摄像装置及摄像模块，例如能够向数字静像照相机、医疗用照相机、监视用照相机、车载用照相机、数字单反照相机、数字无反照相机等各种各样的照相机系统及传感器系统应用。
标号说明
1～4 摄像装置
5 摄像模块
100、100a 第1区域的像素单元
101、101a 第2区域的像素单元
102、112 像素电极
103、113 辅助电极
104 光电变换膜
105 对置电极
110、111 配线
115 光电变换部
116 接触插塞
130～132 电压供给电路
130a、130b、132a、132b 电压施加部
134a～134d、136a、136b 晶体管
135a、135b 开关
140、140a～140d、141 电容
150a～150d 像素单元
160 行扫描电路
162 列扫描电路
200 摄像区域
201 行扫描电路
202 控制部
203 信号处理电路
204 输出电路
210 层间绝缘层
211 读出电路
212 半导体基板
220 光学系统
221 摄像装置
222 照相机信号处理部
223 系统控制器

Claims (8)

1.一种摄像装置，其特征在于，
具备：
至少1个像素单元，分别具备：具有第1面和对置于上述第1面的第2面的光电变换层；上述第1面上的像素电极；在上述第1面上将上述像素电极的周围包围且与上述像素电极电绝缘的辅助电极；与上述像素电极及上述辅助电极对置的上述第2面上的对置电极；和与上述像素电极连接的电荷检测电路；
电压供给电路，供给电压；
第1开关，对导通及切断进行切换；
第1电容元件，一端与上述第1像素单元的上述辅助电极连接，另一端被保持为规定的电压；以及
第1控制电路，与上述第1开关连接，对上述第1开关的导通及切断进行切换；
上述电压供给电路经由上述第1开关与上述第1像素单元的上述辅助电极及上述第1电容元件的上述一端连接。
2.如权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，
上述至少1个像素单元包括第2像素单元；
上述第2像素单元的上述辅助电极与上述第1像素单元的上述辅助电极及上述第1电容元件的上述一端连接；
上述电压供给电路经由上述第1开关与上述第2像素单元的上述辅助电极连接。
3.如权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，
还具备：
第2电容元件；
第2开关，对导通及切断进行切换；以及
第2控制电路，与上述第2开关连接，对上述第2开关的导通及切断进行切换；
上述至少1个像素单元包括第2像素单元；
上述第2电容元件的一端与上述第2像素单元的上述辅助电极连接，上述第2电容元件的另一端被保持为规定的电压；
上述电压供给电路经由上述第1开关向上述第1像素单元的上述辅助电极施加第1电压，经由上述第2开关向上述第2像素单元的上述辅助电极施加与上述第1电压不同的第2电压。
4.如权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，
上述电压供给电路包括上述第1开关。
5.如权利要求3所述的摄像装置，其特征在于，
上述电压供给电路包括上述第1开关及上述第2开关。
6.如权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，
上述第1控制电路包括与上述第1开关连接的第1扫描电路及第2扫描电路；
上述第1开关基于来自上述第1扫描电路的信号和来自上述第2扫描电路的信号，对导通及切断进行切换。
7.如权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，
上述第1控制电路包括与上述第1开关连接的第1扫描电路；
上述第1开关基于来自上述第1扫描电路的信号，对导通及切断进行切换。
8.一种摄像模块，其特征在于，具备：
权利要求1～7中任一项所述的摄像装置；以及
照相机信号处理部，对从上述摄像装置输出的图像信号进行处理，并生成图像数据。
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