CN112425151A - 固体摄像装置以及内窥镜相机 - Google Patents

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Abstract

固体摄像装置(1)具备具有接受入射光的受光部(11)的第一半导体基板(1A)、和具有处理来自受光部(11)的信号而生成图像信号的图像处理电路(12)的第二半导体基板(1B)，第二半导体基板(1B)具备具有保存使用履历数据的区域的非易失性存储器(14)、和当在非易失性存储器(14)中保存有使用履历数据时限制图像信号的输出的控制电路(使用履历担保电路)(13)。

Description

固体摄像装置以及内窥镜相机
技术领域
本发明涉及固体摄像装置以及内窥镜相机。
背景技术
以下，参照附图，说明专利文献1所公开的现有技术的固体摄像装置。图6是表示现有技术的固体摄像装置的结构的框图。
根据图6，固体摄像装置120在具备传感器部121的像素基板122的背面侧配置有信号处理基板123而以二层被层叠，上述传感器部121将来自被摄体的光的信号向电信号进行光电转换。信号处理基板123具备图像信息处理部104以及图像信息输出部124。
图像信息处理部104至少具备将从传感器部121输出的电信号从模拟信号向数字信号转变的模拟数字转换部(A/D转换部)125、以及形成将由A/D转换部125得到的图像信息和固体摄像装置120的图像传感器识别信息建立了关联的综合信息的综合信息形成部126。
图像信息输出部124将从A/D转换部125输出的图像信息以及从综合信息形成部126输出的综合信息向外部输出。
根据这样的结构，专利文献1的固体摄像装置保证了所取得的图像信息和所拍摄的图像信息的同一性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2017－184198号公报
近年来，有如下情况，即：例如在医疗现场，要求代替使用被进行了灭菌以成为每当检查、手术时能再次使用的状态的固体摄像装置(或者相机，作为一例，是搭载有固体摄像装置的内窥镜相机)而使用一次性固体摄像装置(作为一例，能以封装的形式到达医院的一次性固体摄像装置)。
但是，现有技术所公开的固体摄像装置具有不适于一次性用途的课题。例如，即使将以往的固体摄像装置用于一次性用途，在一次使用后也可能再使用，例如可能引起错误地再使用。
发明内容
本发明是鉴于上述课题而做出的，目的在于提供适于一次性用途且难以被再使用的固体摄像装置以及内窥镜相机。
为了解决上述课题，本发明的固体摄像装置具备具有接受入射光的受光部的第一半导体基板、以及具有处理来自上述受光部的信号而生成图像信号的图像处理电路的第二半导体基板，上述第二半导体基板具备具有保存使用履历数据的区域的非易失性存储器、以及当上述非易失性存储器中保存有使用履历数据时限制上述图像信号的输出的控制电路。
此外，本发明的内窥镜相机具备上述的固体摄像装置。
发明效果
根据本发明的固体摄像装置以及内窥镜相机，适于一次性用途。
附图说明
图1是表示实施方式1的使用了固体摄像装置的内窥镜相机系统的结构例的框图。
图2是表示实施方式1的相机观测器部的前端部分的结构例的图。
图3是表示实施方式1的固体摄像装置的结构例的图。
图4是表示实施方式1的固体摄像装置的第二半导体基板的结构例的图。
图5A是表示实施方式1的表示固体摄像装置的层叠芯片的例子的剖面图。
图5B是表示实施方式1的表示固体摄像装置的层叠芯片的其他例子的剖面图。
图6是表示现有技术的固体摄像装置的结构的框图。
具体实施方式
以下，关于本发明的实施方式，参照附图进一步具体说明。
另外，以下说明的各实施方式均表示总括性或具体性的例子。以下的实施方式所示的数值、形状、构成要素、构成要素的配置位置以及连接形态等作为一例而并不意欲限定本发明。此外，以下实施方式的构成要素中，关于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进行说明。
(实施方式1)
图1是表示使用了固体摄像装置的内窥镜相机系统100的结构例的框图。
该内窥镜相机系统100至少具备当检查及手术时进行观察的相机观测器部10、以及进行观察图像的处理及相机观测器部的控制的系统控制部20。该图的内窥镜相机系统100中，相机观测器部10和系统控制部20经由线材部30而与系统控制部20连接。线材部30具有观测器控制器40。系统控制部20具备当检查及手术时进行观察的监视器、信息输入装置。
相机观测器部10相当于一次性型的相机(内窥镜相机)。图2是表示相机观测器部10的前端部分的结构例的图。在相机观测器部10的前端，具备固体摄像装置1、摄像透镜2、照明光源3等。相机观测器部10当一次使用后不被再次使用地通过规定的方法被废弃处置。相机观测器部10是被无菌化处理的一次性型的观测器(scope)(即内窥镜相机)，被装配于线材部30，在检查、手术后被废弃。
线材部30被连接于系统控制部20。
在线材部30，具备对相机观测器部10的动作进行控制的观测器控制器40，观测器控制器40向固体摄像装置1、照明光源3等的各电路输出控制信号。
图3是表示实施方式1的固体摄像装置1的结构例的图。该图的固体摄像装置1具有第一半导体基板1A和第二半导体基板1B。第一半导体基板1A在表面具备受光部11。第二半导体基板1B具有图像处理电路12和控制电路13。控制电路13也称作使用履历担保电路。从照明光源3放射的光被向观察部位照射。在观察部位进行了反射的光经过摄像透镜2，到达图3所示的固体摄像装置1的二维排列有单位单元(像素单元)的受光部(像素部)11，上述单位单元具有将第一半导体基板1A的入射光进行光电转换的光电转换部(像素，作为一例，二极管)，生成与光量相应的信号。接着，在被送至第二半导体基板1B后，被AD转换电路12a转换为数字信号。成为了数字信号的图像信号被向第二半导体基板1B的控制电路13(使用履历担保电路)输入。
图4是表示实施方式1的固体摄像装置的第二半导体基板1B的结构例的图。如图4所示，第二半导体基板1B具备图像处理电路12和控制电路13。图像处理电路12具有AD转换电路12a。控制电路13具有非易失性存储器14、加密电路15、输入输出电路16、判定电路17、信号重叠电路18以及切断电路19。
在非易失性存储器14中，预先被写入了固体摄像装置1所固有的识别ID。进而，非易失性存储器14具有保存使用履历数据的区域，当初次使用相机观测器部10时，从系统控制部20发送的摄像设备信息、摄像日期时间等作为使用履历数据被写入到非易失性存储器14。
将非易失性存储器14中保存的摄像设备信息、摄像日期时间、识别ID作为使用履历信息群而通过加密电路15加密，通过信号重叠电路18重叠于图像信号。此时，信号重叠电路18可以在图像信号中的有效像素以外的部分重叠，此外也可以在图像信号中的有效像素内的部分作为数字水印而重叠。这样，通过输出将识别ID、摄像设备信息、摄像日期时间等加密并重叠了的图像信号，能够防止拍摄被摄体而得到的图像数据的误解所引起的误诊等，还能够防止伪造及篡改。
相机观测器部10在检查及手术后被拆下而废弃，但是在错误地与线材部30进行了再连接的情况下，通过使用履历担保电路的判定电路17，进行非易失性存储器14内的使用履历信息群的判定，在使用履历被确认的情况下，通过切断电路19将图像信号切断。例如，切断电路19禁止输入输出电路16的图像信号的输出。这样，一次性用摄像设备被适当地使用，并且能够保证不被再利用。
另外，切断电路19也可以代替将图像信号切断(即禁止图像信号全部的输出)而限制图像信号的输出。例如，切断电路19也可以禁止图像信号中的有效像素的部分的输出，也可以将有效像素的部分替换为特定的图像数据。特定的图像数据例如可以是表示蓝色画面的图像数据、或表示“已使用”的消息图像。
本实施方式的固体摄像装置1层叠地接合了具有接受来自摄像光学系统的入射光的受光部11的第一半导体基板1A、和具有处理来自上述受光部11的信号的图像处理电路12的第二半导体基板1B。
图5A及图5B是表示实施方式1的表示固体摄像装置1的层叠芯片的例子的剖面图。如该图那样，固体摄像装置1是第二半导体基板1B与接合于其上的第一半导体基板1A的层叠体。
另外，图5A是光从形成有Cu布线(金属布线)62的一侧到达光电转换部61的构造、所谓表面照射型构造(FSI(Front Side Illumination)构造)，但本实施方式1的固体摄像装置1也能够如图5B所示那样，使用光从形成有Cu布线(金属布线)62的相反侧到达光电转换部61的构造、所谓背面照射型构造(BSI(Back Side Illumination)构造)。
在图5A及图5B中，第一半导体基板1A包括第一硅基板60、光电转换部61、Cu布线(金属布线)62、滤色器63、聚光元件64、贯通电极65、电极焊盘66。在第一硅基板60中形成有光电转换部61。在第一硅基板60上，形成SiO2膜(氧化膜)。在该SiO2膜内部形成有Cu布线62等。
第二半导体基板1B包括第二硅基板50、晶体管51、Cu布线52、非易失性存储器的存储器元件53。在第二硅基板50上形成SiO2膜。在该SiO2膜内部形成有晶体管51、Cu布线52、非易失性存储器14的存储器元件53等。
对于第一半导体基板1A与第二半导体基板1B的贴合，能够使用基于粘接剂的接合、将基板的表面通过等离子体活性化而接合的等离子体活性化接合等。本实施方式中，在第一半导体基板1A的表面形成的SiO2膜和在第二半导体基板1B的表面形成的SiO2膜通过等离子体活性化而接合。作为等离子体活性化接合的工序，具有将第一半导体基板1A和第二半导体基板1B的表面通过CMP等进行平坦化的工序、将各基板的表面进行等离子体处理而活性化的工序、使接合面重合并进行200～400℃的退火处理而进行接合的工序。作为退火处理温度，优选以不对布线等带来影响的400℃以下的低温进行处理，但在200℃以下接合强度变弱。
这样将受光部11和对信号进行处理的图像处理电路12分为不同的半导体基板进行接合，从而能够使固体摄像装置1小型化。并且，通过固体摄像装置1的小型化，能够使内窥镜相机的观测器径细径化。
进而，第二半导体基板1B的非易失性存储器14由于形成在与第一半导体基板1A的接合面侧，所以难以将非易失性存储器14内保存的使用履历数据物理地解析。进而，通过使非易失性存储器14为FeRAM(Ferroelectric Random Access Memory：铁电随机存储器)或ReRAM(Resistive Random Access Memory：电阻式随机存储器)，从而将FeRAM的介电常数变化、ReRAM的电阻值变化进行物理解析变得更困难，能够担保防止非易失性存储器14内的偷改、使用履历数据的正当性。
通常，固体摄像装置1的形成工艺、FeRAM及ReRAM的形成工艺较大地不同，难以混合搭载而形成，但是通过分为第一半导体基板1A和第二半导体基板1B而形成并使其贴合，从而能够实现搭载了FeRAM、ReRAM的固体摄像装置。
即，例如在医疗现场等，在通过搭载了固体摄像装置1的内窥镜相机(相机观测器部10)进行的检查、手术中，检查及手术中使用的设备需要严格灭菌及高无菌性，在检查或手术时被使用之后，需要使内窥镜及其构成部件等与患者接触的部位进行蒸气高温及药剂灭菌，对于内窥镜相机，存在代替使用要求耐受蒸气高温及药剂的高额内窥镜相机、而需要不要求耐受多次进行的蒸气高温及药剂从而能够低价格化的作为无菌性制品而被封装的一次性(即抛)内窥镜相机的情况。在这样的情况下，相机观测器部10也能够作为该一次性用的内窥镜相机适当地使用，并且保证不会被再利用。
换言之，本发明的实施方式的固体摄像装置1，将具有接受来自摄像光学系统的入射光的受光部11的第一半导体基板1A、和具有处理来自上述受光部11的信号的图像处理电路12的第二半导体基板1B层叠而接合。第二半导体基板1B具有包括非易失性存储器14、信号重叠电路18、加密电路15、输入输出电路16、判定电路17和切断电路19的使用履历担保电路。通过该结构，能够实现小型且能够担保使用履历、一次性用摄像设备被适当地使用并且能够保证不被再利用的固体摄像装置1。
进而，非易失性存储器14将摄像设备信息、摄像日期时间、固体摄像装置的识别ID等进行保存。通过该结构，能够保证使用履历和固体摄像装置的识别。
进而，将非易失性存储器14中保存的信息作为使用履历数据通过加密电路加密，并通过信号重叠电路18重叠于图像信号。进而，使用履历数据被重叠于图像信号中的有效像素以外的部分。进而，使用履历数据也可以作为数字水印而重叠于图像信号中的有效像素内的部分。通过该结构，输出将识别ID、摄像设备信息、摄像日期时间等加密并重叠了的图像信号，从而能够防止拍摄被摄体而得到的图像数据的伪造及篡改。
进而，第二半导体基板1B的非易失性存储器14形成在与第一半导体基板1A的接合面侧。通过该结构，在非易失性存储器14之上存在第一半导体基板1A，所以难以物理地解析在非易失性存储器14内保存的使用履历数据。
进而，非易失性存储器14可以设为FeRAM或ReRAM。通过该结构，更加难以物理地解析FeRAM的介电常数变化、ReRAM的电阻值变化，能够担保存储器内的偷改及使用履历。
如以上说明的那样，实施方式1的固体摄像装置具备具有接受入射光的受光部11的第一半导体基板1A、和具有处理来自受光部11的信号而生成图像信号的图像处理电路12的第二半导体基板，第二半导体基板1B具备具有保存使用履历数据的区域的非易失性存储器14、和当在非易失性存储器14中保存有使用履历数据时限制图像信号的输出的控制电路13(使用履历担保电路)。
由此，适于一次性用途。例如，在一次使用后，难以再使用。即，能够保证不被再使用。
这里，可以是，作为使用履历数据，非易失性存储器14保存表示具备固体摄像装置的设备的摄像设备信息、摄像日期时间、以及固体摄像装置的识别ID中的至少1个。
由此，能够防止拍摄被摄体而得到的图像数据的误解所引起的误诊等，此外，还能够防止图像数据的伪造及篡改。
这里，可以是，控制电路13具备将非易失性存储器14中保存的使用履历数据加密的加密电路15、和将加密后的使用履历数据重叠于图像信号的信号重叠电路18。
这里，可以是，信号重叠电路18将使用履历数据与图像信号中的有效像素以外的部分重叠。
这里，可以是，信号重叠电路18将使用履历数据作为数字水印而与图像信号中的有效像素的部分重叠。
这里，可以是，第二半导体基板1B具有与第一半导体基板1A接合的接合面，非易失性存储器14形成在第二半导体基板1B的接合面侧。
由此，难以物理地解析在非易失性存储器14中保存的使用履历数据，能够担保使用履历数据的正当性。
这里，可以是，非易失性存储器14是FeRAM(Ferroelectric Random AccessMemory)或ReRAM(Resistive Random Access Memory)。
由此，更加难以物理地解析FeRAM的介电常数变化、ReRAM的电阻值变化，能够防止使用履历数据的偷改而担保正当性。
这里，可以是，控制电路13具有当电源接通时判定在非易失性存储器14中是否存在使用履历数据的判定电路17、和在判定为在非易失性存储器14中存在使用履历数据的情况下将图像信号的输出切断的切断电路19。
由此，在存在使用履历数据的情况下，将图像信号的输出切断，从而能够保证不被再使用。
此外，实施方式1的内窥镜相机具备上述的固体摄像装置。
由此，适于一次性用途。例如，在一次使用后难以再使用。即，能够保证不被再使用。
工业实用性
本发明适于固体摄像装置以及相机(内窥镜相机)，在工业上是有用的。
标记说明
1 固体摄像装置
1A 第一半导体基板
1B 第二半导体基板
11 受光部
12 图像处理电路
13 控制电路(使用履历担保电路)
14 非易失性存储器
15 加密电路
17 判定电路
18 信号重叠电路
19 切断电路

Claims (9)

1.一种固体摄像装置，其特征在于，
具备：
第一半导体基板，具有接受入射光的受光部；以及
第二半导体基板，具有处理来自上述受光部(11)的信号并生成图像信号的图像处理电路，
上述第二半导体基板具有：
非易失性存储器，具有保存使用履历数据的区域；以及
控制电路，当在上述非易失性存储器中保存有使用履历数据时，限制上述图像信号的输出。
2.如权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于，
作为上述使用履历数据，上述非易失性存储器保存表示具备上述固体摄像装置的设备的摄像设备信息、摄像日期时间、以及上述固体摄像装置的识别ID中的至少1个。
3.如权利要求1或2所述的固体摄像装置，其特征在于，
上述控制电路具备：
加密电路，将上述非易失性存储器中保存的上述使用履历数据进行加密；以及
信号重叠电路，将加密后的上述使用履历数据重叠于上述图像信号。
4.如权利要求3所述的固体摄像装置，其特征在于，
上述信号重叠电路将上述使用履历数据重叠到上述图像信号中的有效像素以外的部分。
5.如权利要求3所述的固体摄像装置，其特征在于，
上述信号重叠电路将上述使用履历数据作为数字水印而重叠到上述图像信号中的有效像素的部分。
6.如权利要求1～5中任一项所述的固体摄像装置，其特征在于，
上述第二半导体基板具有与上述第一半导体基板接合的接合面，
上述非易失性存储器形成在上述第二半导体基板的接合面侧。
7.如权利要求6所述的固体摄像装置，其特征在于，
上述非易失性存储器是FeRAM即铁电随机存储器或ReRAM即电阻式随机存储器。
8.如权利要求1～7中任一项所述的固体摄像装置，其特征在于，
上述控制电路具有：
判定电路，当电源接通时判定在上述非易失性存储器中是否存在上述使用履历数据；以及
切断电路，在判定为在上述非易失性存储器中存在上述使用履历数据的情况下，限制上述图像信号的输出。
9.一种内窥镜相机，其特征在于，
具备权利要求1～8中任一项所述的固体摄像装置。
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