DE112019002526T5 - Bildgebungselement, elektronische einrichtung und verfahren zum ansteuern eines bildgebungselements - Google Patents

Bildgebungselement, elektronische einrichtung und verfahren zum ansteuern eines bildgebungselements Download PDF

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Abstract

Ein Bildgebungselement gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst eine erste fotoelektrische Umwandlungssektion und eine zweite fotoelektrische Umwandlungssektion, die von einer Lichteinfallsseite aus der Reihe nach gestapelt sind und Lichtstrahlen verschiedener Wellenlängenbänder selektiv detektieren und fotoelektrisch umwandeln, und die zweite fotoelektrische Umwandlungssektion ist in einem Intervall angeordnet, das enger als ein Pixelabstand der ersten fotoelektrischen Umwandlungssektion ist.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich beispielsweise auf ein Bildgebungselement, in welchem eine Vielzahl fotoelektrischer Umwandlungssektionen in einer vertikalen Richtung gestapelt ist, eine elektronische Einrichtung und ein Verfahren zum Ansteuern des Bildgebungselements.
  • Hintergrundtechnik
  • In den letzten Jahren gab es einen Fortschritt bei der Reduzierung einer Pixelgröße in einem Festkörper-Bildgebungselement wie etwa einem CCD- (Charge-Coupled-Device- ) Bildsensor oder einem CMOS- (Complementary-Metal-Oxide-Semiconductor) Bildsensor. Dies führt zu einer Verringerung der Anzahl an Photonen, die in ein Einheitspixel eintreten, was folglich zu einer verringerten Empfindlichkeit sowie einem verringerten S/N-Verhältnis führt. Im Fall einer Verwendung eines Farbfilters, in welchem Primärfarbfilter Rot, Grün und Blau für eine Färbung zweidimensional in einem Array angeordnet sind, werden ferner Lichtstrahlen Grün und Blau durch den Farbfilter in einem roten Pixel beispielsweise absorbiert, was folglich zu einer verringerten Empfindlichkeit führt. Darüber hinaus wird bei Erzeugung jedes Farbsignals eine Interpolationsverarbeitung zwischen Pixeln durchgeführt, was somit ein Auftreten einer sogenannten Falschfarbe hervorruft.
  • So offenbart beispielsweise PTL 1 eine sogenannte vertikale spektroskopische Festkörper-Bildgebungsvorrichtung, in der eine organische fotoelektrische Umwandlungssektion, die einen organischen fotoelektrischen Umwandlungsfilm enthält, und zwei anorganische fotoelektrische Umwandlungssektionen, die jeweils einen p-n-Übergang in einem Halbleitersubstrat aufweisen, gestapelt sind. In solch einer Festkörper-Bildgebungsvorrichtung werden Signale B/G/R von einem Pixel separat entnommen, wodurch eine Steigerung der Empfindlichkeit erzielt wird.
  • Zitatliste
  • Patentliteratur
  • PTL 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer 2011-29337
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Im Übrigen ist erwünscht, dass die vertikale spektroskopische Bildgebungsvorrichtung wie oben beschrieben sowohl eine Steigerung der Auflösung als auch eine Verbesserung des körnigen bzw. granularen Eindrucks erzielt.
  • Es ist wünschenswert, ein Bildgebungselement, das ermöglicht, eine Steigerung der Auflösung und eine Verbesserung im granularen Eindruck zu erzielen, eine elektronische Einrichtung, die das Bildgebungselement enthält, und ein Verfahren zum Ansteuern des Bildgebungselements bereitzustellen.
  • Ein Bildgebungselement gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst eine erste fotoelektrische Umwandlungssektion und eine zweite fotoelektrische Umwandlungssektion, die von einer Lichteinfallsseite aus der Reihe nach gestapelt sind und die Lichtstrahlen verschiedener Wellenlängenbänder selektiv detektieren und fotoelektrisch umwandeln, wobei die zweite fotoelektrische Umwandlungssektion ist in einem Intervall angeordnet ist, das enger als ein Pixel-Pitch bzw. Pixelabstand der ersten fotoelektrischen Umwandlungssektion ist.
  • Eine elektronische Einrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Vielzahl von Bildgebungselementen für jeweilige Pixel und enthält als jedes der Bildgebungselemente das oben beschriebene Bildgebungselement gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
  • In einem Bildgebungselement, das eine erste fotoelektrische Umwandlungssektion und eine zweite fotoelektrische Umwandlungssektion enthält, die von einer Lichteinfallsseite aus der Reihe nach gestapelt sind und Lichtstrahlen verschiedener Wellenlängenbänder selektiv detektieren und fotoelektrisch umwandeln, worin die zweite fotoelektrische Umwandlungssektion in einem Intervall angeordnet ist, das enger als ein Pixelabstand der ersten fotoelektrischen Umwandlungssektion ist, umfasst ein Verfahren zum Ansteuern des Bildgebungselements gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ein Erfassen eines Farbsignals eines ersten Lichts unter Verwendung eines Pixels der ersten fotoelektrischen Umwandlungssektion und ein Erfassen eines Farbsignals eines zweiten Lichts eines vom ersten Licht verschiedenen Wellenlängenbandes durch Addition in einer Vielzahl der zweiten fotoelektrischen Umwandlungs sektionen.
  • In dem Bildgebungselement, der elektronischen Einrichtung und dem Verfahren zum Ansteuern des Bildgebungselements gemäß jeweiligen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind die erste fotoelektrische Umwandlungssektion und die zweite fotoelektrische Umwandlungssektion, die Lichtstrahlen verschiedener Wellenlängenbänder selektiv detektieren und fotoelektrisch umwandeln, von einer Lichteinfallsseite aus der Reihe nach gestapelt, und der Pixelabstand der zweiten fotoelektrischen Umwandlungssektion bildet ein Intervall, das enger als der Pixelabstand der ersten fotoelektrischen Umwandlungssektion ist. Dies ermöglicht beispielsweise eine Erfassung von Farbsignalen von den jeweiligen fotoelektrischen Umwandlungssektionen ohne Phasenverschiebung im Modus mit hoher Empfindlichkeit.
  • Gemäß dem Bildgebungselement, der elektronischen Einrichtung und dem Verfahren zum Herstellen des Bildgebungselements der jeweiligen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist in der ersten fotoelektrischen Umwandlungssektion und der zweiten fotoelektrischen Umwandlungssektion, die Lichtstrahlen verschiedener Wellenlängenbänder selektiv detektieren und fotoelektrisch umwandeln, der Pixelabstand der zweiten fotoelektrischen Umwandlungssektion in einem engeren Intervall als die auf der Lichteinfallsseite angeordnete erste fotoelektrische Umwandlungssektion angeordnet. Dies ermöglicht beispielsweise, die Farbsignale von den jeweiligen fotoelektrischen Umwandlungssektionen ohne Phasenverschiebung im Modus mit hoher Empfindlichkeit zu erfassen. Somit ist es möglich, eine Steigerung der Auflösung und eine Verbesserung im granularen Eindruck zu erzielen.
  • Es ist besonders zu erwähnen, dass die hier beschriebenen Effekte nicht notwendigerweise einschränkend sind und beliebige der in der vorliegenden Offenbarung beschriebene Effekte sein können.
  • Figurenliste
    • [1] 1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration eines Hauptteils eines Bildgebungselements gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
    • [2] 2 ist eine schematische Draufsicht, die eine Konfiguration einer anorganischen fotoelektrischen Umwandlungssektion bezüglich einer organischen fotoelektrischen Umwandlungssektion des in 1 veranschaulichten Bildgebungselements veranschaulicht.
    • [3] 3 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Beispiels einer spezifischen Konfiguration des in 1 veranschaulichten Bildgebungselements.
    • [4A] 4A ist eine schematische Draufsicht einer Beziehung zwischen einer On-Chip-Linse und der organischen fotoelektrischen Umwandlungssektion des in 3 veranschaulichten Bildgebungselements.
    • [4B] 4B ist eine schematische Draufsicht einer Beziehung zwischen der On-Chip-Linse und der anorganischen fotoelektrischen Umwandlungssektion des in 3 veranschaulichten Bildgebungselements.
    • [5A] 5A ist eine schematische Querschnittsansicht eines Lichts (Einfallslichts), das über die On-Chip-Linse in die organische fotoelektrische Umwandlungssektion eintritt.
    • [5B] 5B ist eine schematische Querschnittsansicht eines Lichts (Einfallslichts), das über die On-Chip-Linse in die anorganische fotoelektrische Umwandlungssektion eintritt, die ein blaues Signal erfasst.
    • [5C] 5C ist eine schematische Querschnittsansicht eines Lichts (Einfallslichts), das über die On-Chip-Linse in die anorganische fotoelektrische Umwandlungssektion eintritt, die ein rotes Signal erfasst.
    • [6] 6 ist eine schematische Draufsicht eines Beispiels einer Konfiguration eines Einheitspixels des in 3 veranschaulichten Bildgebungselements.
    • [7] 7 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Beispiels eines Herstellungsprozesses des in 3 veranschaulichten Bildgebungselements.
    • [8] 8 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Prozesses im Anschluss an 7.
    • [9A] 9A ist eine schematische Draufsicht, um ein Verfahren zum Ansteuern eines grünen Pixels in einem Modus mit hoher Auflösung zu beschreiben.
    • [9B] 9B ist eine schematische Draufsicht, um ein Verfahren zum Ansteuern eines roten Pixels im Modus mit hoher Auflösung zu beschreiben.
    • [9C] 9C ist eine schematische Draufsicht, um ein Verfahren zum Ansteuern eines blauen Pixels im Modus mit hoher Auflösung zu beschreiben.
    • [10] 10 ist eine schematische Draufsicht, um eine Entwicklungsverarbeitung im Modus mit hoher Auflösung zu beschreiben.
    • [11A] 11A ist eine schematische Draufsicht, um ein Verfahren zum Ansteuern des grünen Pixels in einem Modus mit hoher Auflösung zu beschreiben.
    • [11B] 11B ist eine schematische Draufsicht, um ein Verfahren zum Ansteuern des roten Pixels im Modus mit hoher Auflösung zu beschreiben.
    • [11C] 11C ist eine schematische Draufsicht, um ein Verfahren zum Ansteuern des blauen Pixels im Modus mit hoher Auflösung zu beschreiben.
    • [12] 12 ist eine schematische Draufsicht, um eine Entwicklungsverarbeitung im Modus mit hoher Auflösung zu beschreiben.
    • [13A] 13A ist eine schematische Draufsicht, um ein Verfahren zum Ansteuern des grünen Pixels in einem Modus mit hoher Geschwindigkeit zu beschreiben.
    • [13B] 13B ist eine schematische Draufsicht, um ein Verfahren zum Ansteuern des roten Pixels im Modus mit hoher Geschwindigkeit zu beschreiben.
    • [13C] 13C ist eine schematische Draufsicht, um ein Verfahren zum Ansteuern des blauen Pixels im Modus mit hoher Geschwindigkeit zu beschreiben.
    • [14] 14 ist eine schematische Draufsicht, um eine Ausdünnungsverarbeitung im Modus mit hoher Geschwindigkeit zu beschreiben.
    • [15] 15 ist eine schematische Draufsicht, um eine Entwicklungsverarbeitung im Modus mit hoher Geschwindigkeit zu beschreiben.
    • [16] 16 beschreibt eine FD-Addition.
    • [17] 17 beschreibt eine digitale Addition.
    • [18A] 18A ist eine schematische Draufsicht, um einen Modus mit hoher Empfindlichkeit in einem typischen Bildgebungselement zu beschreiben.
    • [18B] 18B ist eine schematische Draufsicht, um einen Modus mit hoher Empfindlichkeit in dem typischen Bildgebungselement im Anschluss an 18A zu beschreiben.
    • [18C] 18C ist eine schematische Draufsicht, um einen Modus mit hoher Empfindlichkeit in dem typischen Bildgebungselement im Anschluss an 18B zu beschreiben.
    • [18D] 18D ist eine schematische Draufsicht, um einen Modus mit hoher Empfindlichkeit in dem typischen Bildgebungselement im Anschluss an 18C zu beschreiben.
    • [19] 19 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Beispiels einer spezifischen Konfiguration eines Bildgebungselements gemäß einem Modifikationsbeispiel der vorliegenden Offenbarung.
    • [20] 20 ist ein Blockdiagramm, das eine Gesamtkonfiguration des in 1 veranschaulichten Bildgebungselements veranschaulicht.
    • [21] 21 ist ein Funktionsblockdiagramm, das eine elektronische Einrichtung (Kamera) veranschaulicht, die das in 20 veranschaulichte Bildgebungselement nutzt.
    • [22] 22 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer schematischen Konfiguration eines In-Vivo-Informationserfassungssystems darstellt.
    • [23] 23 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer schematischen Konfiguration eines Systems für endoskopische Chirurgie darstellt.
    • [24] 24 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer funktionalen Konfiguration eines Kamerakopfes und einer Kamera-Steuerungseinheit (CCU) darstellt.
    • [25] 25 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer schematischen Konfiguration eines Fahrzeugsteuerungssystems darstellt.
    • [26] 26 ist ein Diagramm zur Unterstützung bei einer Erläuterung eines Beispiels von Installationspositionen einer Sektion der Detektion von Informationen von außerhalb des Fahrzeugs und einer Bildgebungssektion. Modi zum Ausführen der Erfindung
  • Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail beschrieben. Die folgende Beschreibung ist nur ein spezifisches Beispiel der vorliegenden Offenbarung, und die vorliegende Offenbarung soll nicht auf die folgenden Aspekte eingeschränkt sein. Darüber hinaus ist die vorliegende Offenbarung nicht auf Anordnungen, Abmessungen, Abmessungsverhältnisse und dergleichen von jeder, in den Zeichnungen veranschaulichten Komponente beschränkt. Es ist besonders zu erwähnen, dass die Beschreibung in der folgenden Reihenfolge gegeben wird.
  • Ausführungsform (Ein Beispiel eines Bildgebungselements, in welchem vier Pixel einer anorganischen fotoelektrischen Umwandlungssektion in Bezug auf ein Pixel einer organischen fotoelektrischen Umwandlungssektion angeordnet sind)
    • 1-1. Konfiguration eines Bildgebungselements
    • 1-2. Verfahren zum Herstellen eines Bildgebungselements
    • 1-3. Verfahren zum Ansteuern eines Bildgebungselements
    • 1-4. Arbeitsweise und Effekte
  • Modifikationsbeispiel
  • Anwendungsbeispiel
  • <Ausführungsform>
  • 1 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Konfiguration eines Hauptteils (einer organischen fotoelektrischen Umwandlungssektion 11G und anorganischer fotoelektrischer Umwandlungssektionen 11B und 11R) eines Bildgebungselements (eines Bildgebungselements 1) einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. 2 ist eine schematische Draufsicht einer Konfiguration der anorganischen fotoelektrischen Umwandlungssektionen 11B und 11R in Bezug auf die organische fotoelektrische Umwandlungssektion 11G des in 1 veranschaulichten Bildgebungselements 1. 3 veranschaulicht schematisch ein Beispiel einer spezifischen Querschnittskonfiguration des in 1 veranschaulichten Bildgebungselements 1. Das Bildgebungselement 1 bildet beispielsweise eine CCD- (Charge-Coupled-Device-) Bildsensor oder einen CMOS- (Complementary-Metal-Oxide-Semiconductor-) Bildsensor etc. eines Typs mit rückseitiger Beleuchtung (rückseitiges Licht empfangener Typ) (siehe 20). Das Bildgebungselement 1 ist von einem sogenannten vertikalen spektroskopischen Typ, in welchem eine organische fotoelektrische Umwandlungssektion 11G und zwei anorganische fotoelektrische Umwandlungssektionen 11B und 11R, die Lichtstrahlen verschiedener Wellenlängenbänder selektiv detektieren und eine fotoelektrische Umwandlung dieser durchführen, in einer vertikalen Richtung gestapelt sind.
  • (Konfiguration eines Bildgebungselements)
  • In dem Bildgebungselement 1 der vorliegenden Ausführungsform sind die organische fotoelektrische Umwandlungssektion 11G (erste fotoelektrische Umwandlungssektion), die anorganische fotoelektrische Umwandlungssektion 11B (dritte fotoelektrische Umwandlungssektion) und die anorganische fotoelektrische Umwandlungssektion 11R (zweite fotoelektrische Umwandlungssektion) von einer Lichteinfallsseite aus in dieser Reihenfolge gestapelt, und die anorganischen fotoelektrischen Umwandlungssektionen 11B und 11R sind jeweils in einem Pixelabstand (w), der enger als ein Pixelabstand (W) der organischen fotoelektrischen Umwandlungssektion 11G ist, in Bezug auf ein Pixel der organischen fotoelektrischen Umwandlungssektion 11G angeordnet. Konkret sind in dem Bildgebungselement 1 beispielsweise jeweils vier (2 × 2) Pixel der anorganischen fotoelektrischen Umwandlungssektionen 11B und 11R in Bezug auf ein Pixel der organischen fotoelektrischen Umwandlungssektion 11G angeordnet. Das heißt, die anorganischen fotoelektrischen Umwandlungssektionen 11B und 11R haben jeweils einen Pixelabstand (w), der zum Beispiel 1/2 (w = 1/2 W) bezüglich des Pixelabstands (W) der organischen fotoelektrischen Umwandlungssektion 11G beträgt, und sind jeweils 1/4 im Hinblick auf die Fläche.
  • Die organische fotoelektrische Umwandlungssektion 11G und die anorganischen fotoelektrischen Umwandlungssektionen 11B und 11R detektieren selektiv Lichtstrahlen verschiedener Wellenlängenbänder und führen eine fotoelektrische Umwandlung dieser durch. Konkret erfasst die organische fotoelektrische Umwandlungssektion 11G ein Farbsignal Grün (G). Die anorganischen fotoelektrischen Umwandlungssektionen 11B und 11R erfassen aufgrund von Unterschieden in den Absorptionskoeffizienten Farbsignale Blau (B) bzw. Rot (R). Dies ermöglicht dem Bildgebungselement 1, ohne Verwendung eines Farbfilters eine Vielzahl von Typen von Farbsignalen in einem Pixel zu erfassen.
  • Es ist besonders zu erwähnen, dass in der vorliegenden Ausführungsform ein Fall beschrieben wird, in dem Löcher als Signalladungen von einem Paar Elektronen und Löcher gelesen werden, die mittels fotoelektrischer Umwandlung erzeugt werden (ein Fall, in dem ein Halbleitergebiet vom p-Typ als fotoelektrische Umwandlungsschicht übernommen wird). Außerdem bezeichnet im Diagramm „+ (Plus)“, das an „p“ und „n“ angefügt ist, dass eine Störstellenkonzentration vom p-Typ oder n-Typ hoch ist.
  • Die organische fotoelektrische Umwandlungssektion 11G ist auf einer Seite einer rückseitigen Oberfläche (einer ersten Oberfläche 11S1) eines Halbleitersubstrats 11 vorgesehen. Die anorganischen fotoelektrischen Umwandlungssektionen 11B und 11R sind jeweils so ausgebildet, dass sie im Halbleitersubstrat eingebettet sind, und sind in Richtung der Dicke des Halbleitersubstrats 11 gestapelt.
  • Das Halbleitersubstrat 11 wird zum Beispiel von einem Silizium- (Si-) Substrat vom n-Typ gebildet und enthält eine p-Wanne 61 in einem vorbestimmten Gebiet. Eine zweite Oberfläche (vordere Oberfläche des Halbleitersubstrats 11) 11S2 der p-Wanne ist mit beispielsweise Floating-Diffusionsgebieten (Floating-Diffusionsschichten) FD2 und FD3 versehen. Neben jenen sind verschiedene Transistoren Tr (z.B. eine TR-Gruppe 1110, die später beschrieben wird) vorgesehen (z.B. siehe 4). Ferner ist die zweite Oberfläche 11S2 des Halbleitersubstrats 11 mit einer Mehrschicht-Verdrahtungsschicht 70 versehen. Die Mehrschicht-Verdrahtungsschicht 70 hat eine Konfiguration, in der beispielsweise Verdrahtungsschichten 71, 72 und 73 in einer Isolierschicht 74 gestapelt sind. Außerdem ist ein peripherer Teil des Halbleitersubstrats 11 mit einer (nicht veranschaulichten) peripheren Schaltung versehen, die eine Logikschaltung oder dergleichen enthält.
  • Es ist besonders zu erwähnen, dass in 3 eine Seite der ersten Oberfläche 11S1 des Halbleitersubstrats 11 mit einer Lichteinfallsoberfläche S1 bezeichnet ist und eine Seite der zweiten Oberfläche 11S2 davon mit einer Verdrahtungsschichtseite S2 bezeichnet ist.
  • Die anorganischen fotoelektrischen Umwandlungssektionen 11B und 11R werden jeweils von beispielsweise einer Fotodiode vom PIN- (positiven, intrinsisch negativen) Typ gebildet, und jede weist einen p-n-Übergang in einem vorbestimmten Gebiet des Halbleitersubstrats 11 auf. Die anorganischen fotoelektrischen Umwandlungssektionen 11B und 11R ermöglichen, dass Licht in der vertikalen Richtung verteilt wird, indem verschiedene Wellenlängenbänder genutzt werden, die je nach Eindring- bzw. Einfallstiefe von Licht im Siliziumsubstrat absorbiert werden sollen.
  • Die anorganische fotoelektrische Umwandlungssektion 11B detektiert selektiv blaues Licht und akkumuliert Signalladungen entsprechend einer blauen Farbe; die anorganische fotoelektrische Umwandlungssektion 11B ist in einer Tiefe installiert, bei der das blaue Licht einer fotoelektrischen Umwandlung effizient unterzogen werden kann. Die anorganische fotoelektrische Umwandlungssektion 11R detektiert selektiv rotes Licht und akkumuliert Signalladungen entsprechend rotem Licht; die anorganische fotoelektrische Umwandlungssektion 11R ist in einer Tiefe installiert, bei der das rote Licht einer fotoelektrischen Umwandlung effizient unterzogen werden kann. Es ist besonders zu erwähnen, dass Blau (B) eine Farbe ist, die beispielsweise einem Wellenlängenband von 450 nm bis 495 nm entspricht, und Rot (R) eine Farbe ist, die beispielsweise einem Wellenlängenband von 620 nm bis 750 nm entspricht. Es genügt, dass jede der anorganischen fotoelektrischen Umwandlungssektionen 11B und 11R Licht eines Bereichs eines jeweiligen Wellenlängenbands oder des ganzen detektieren kann.
  • Wie in 3 veranschaulicht ist, enthält konkret jede der anorganischen fotoelektrischen Umwandlungssektion 11B und der anorganischen fotoelektrischen Umwandlungssektion 11R beispielsweise ein (p+)-Gebiet, das als Lochakkumulierungsschicht dient, und ein n-Gebiet, das als Elektronenakkumulierungsschicht dient, (mit einer p-n-p gestapelten Struktur). Das (p+)-Gebiet der anorganischen fotoelektrischen Umwandlungssektion 11B krümmt sich entlang einem vertikalen Transistor (einem vertikalen Transistor Tr1) beispielsweise und ist mit dem (p+)-Gebiet der anorganischen fotoelektrischen Umwandlungssektion 11R gekoppelt. Außerdem sind, wie oben beschrieben wurde, in den anorganischen fotoelektrischen Umwandlungssektionen 11B und 11R vier anorganische fotoelektrische Umwandlungssektionen 11B und vier anorganische fotoelektrische Umwandlungssektionen 11R jeweils in einem (2 × 2)-Array bezüglich einer organischen fotoelektrischen Umwandlungssektion 11G angeordnet. In den anorganischen fotoelektrischen Umwandlungssektionen 11B und 11R ist beispielsweise, wie in später beschriebenen 9B und 9C veranschaulicht ist, ein Floating-Diffusionsgebiet FD1 oder FD2 für jedes (2 × 2)-Array angeordnet.
  • Ein Bereich des Floating-Diffusionsgebiets FD1 ist im n-Gebiet der anorganischen fotoelektrischen Umwandlungssektion 11B ausgebildet, das im Halbleitersubstrat 11 vorgesehen ist, um dadurch mit der anorganischen fotoelektrischen Umwandlungssektion 11B elektrisch gekoppelt zu sein. Beispielsweise ist eine Gate-Verdrahtungsschicht 64, die den vertikalen Transistor Tr1 bildet, mit dem Floating-Diffusionsgebiet FD1 elektrisch gekoppelt. Das Floating-Diffusionsgebiet FD2 ist beispielsweise so vorgesehen, dass es der zweiten Oberfläche 11S2 des Halbleitersubstrats 11 zugewandt ist; ein Bereich des Floating-Diffusionsgebiets FD2 ist im n-Gebiet der anorganischen fotoelektrischen Umwandlungssektion 11B, die im Halbleitersubstrat 11 vorgesehen ist, so ausgebildet, dass es dadurch mit der anorganischen fotoelektrischen Umwandlungssektion 11B elektrisch gekoppelt ist.
  • Neben jenen ist, wie oben beschrieben wurde, die zweite Oberfläche 11S2 des Halbleitersubstrats 11 mit beispielsweise dem Floating-Diffusionsgebiet FD3 und verschiedenen Transistoren wie etwa dem vertikalen Transistor Tr1 und der Tr-Gruppe 1110, die später beschrieben wird, versehen.
  • Ein unterer Kontakt 75 wird von beispielsweise einem dotierten Siliziummaterial wie etwa PDAS (mit Phosphor dotiertem amorphem Silizium) oder einem Metallmaterial wie etwa Aluminium (Al), Wolfram (W), Titan (Ti), Cobalt (Co), Hafnium (Hf) und Tantal (Ta) gebildet.
  • Die organische fotoelektrische Umwandlungssektion 11G ist auf der Seite der ersten Oberfläche 11S1 des Halbleitersubstrats 11 vorgesehen. Die organische fotoelektrische Umwandlungssektion 11G hat eine Konfiguration, in der beispielsweise eine untere Elektrode 15, eine organische fotoelektrische Umwandlungsschicht 16 und eine obere Elektrode 17 von der Seite der ersten Oberfläche S1 des Halbleitersubstrats 11 aus in dieser Reihenfolge gestapelt sind. Die untere Elektrode 15 ist beispielsweise separat für jedes Einheitspixel P ausgebildet. Die organische fotoelektrische Umwandlungssektion 16 und die obere Elektrode 17 sind als sukzessive Schichten gemeinsam für eine Vielzahl von Einheitspixeln P (z.B. eine Pixel-Sektion 1a des Bildgebungselement 1, die in 20 veranschaulicht ist) vorgesehen. Die organische fotoelektrische Umwandlungssektion 11G ist ein organisches fotoelektrisches Umwandlungselement, das grünes Licht, das einem Bereich eines (z.B. von 450 nm bis 650 nm reichenden) selektiven Wellenlängenbandes oder dem ganzen entspricht, absorbiert und Elektron-Loch-Paare erzeugt.
  • Zwischenschicht-Isolierschichten 12 und 14 sind zum Beispiel in dieser Reihenfolge von der Seite des Halbleitersubstrats 11 aus zwischen der ersten Oberfläche 11S1 des Halbleitersubstrats 11 und der unteren Elektrode 15 gestapelt. Die Zwischenschicht-Isolierschicht 12 hat eine Konfiguration, der zum Beispiel eine Schicht 12A mit einer fixierten Ladung (Schicht für fixierte Ladung) und eine dielektrische Schicht 12B mit einer isolierenden Eigenschaft gestapelt sind. Auf der oberen Elektrode 17 ist eine Schutzschicht 18 vorgesehen. Eine On-Chip-Linsenschicht 19, die eine On-Chip-Linse 19L bildet und auch als Planarisierungsschicht dient, ist über der Schutzschicht 18 angeordnet.
  • Eine Durchgangselektrode 63 ist zwischen der ersten Oberfläche 11S1 und der zweiten Oberfläche 11S2 des Halbleitersubstrats 11 vorgesehen. Die organische fotoelektrische Umwandlungssektion 11G ist über die Durchgangselektrode 63 mit sowohl dem Floating-Diffusionsgebiet FD3 als auch einem Gate eines Verstärkertransistors AMP, der nicht veranschaulicht ist, gekoppelt. Dies macht es möglich, dass das Bildgebungselement 1 Ladungen, die in der organischen fotoelektrischen Umwandlungssektion 11G auf der Seite der ersten Oberfläche 11S1 des Halbleitersubstrats 11 erzeugt wurden, über die Durchgangselektrode 63 vorteilhafterweise zur Seite der zweiten Oberfläche 11S2 des Halbleitersubstrats 11 zu übertragen und somit die Eigenschaften zu verbessern.
  • Die Durchgangselektrode 63 ist beispielsweise für jede organische fotoelektrische Umwandlungssektion 11G des Bildgebungselements 1 vorgesehen. Die Durchgangselektrode 63 dient als Verbinder zwischen der organischen fotoelektrischen Umwandlungssektion 11G und dem Floating-Diffusionsgebiet FD3 sowie dem Gate des Verstärkertransistors AMP und dient als Übertragungspfad für in der organischen fotoelektrischen Umwandlungssektion 11G erzeugte Ladungen.
  • Das untere Ende der Durchgangselektrode 63 ist mit beispielsweise einer Kopplungssektion 71A in der Verdrahtungsschicht 71 gekoppelt, und die Kopplungssektion 71A und das Gate des Verstärkertransistors AMP sind über beispielsweise einen Kontakt, der nicht veranschaulicht ist, mit einer Konfiguration ähnlich derjenigen des unteren Kontakts 75 miteinander gekoppelt. Die Kopplungssektion 71A und das Floating-Diffusionsgebiet FD3 sind über den unteren Kontakt 75 mit der unteren Elektrode 15 gekoppelt. Es ist besonders zu erwähnen, dass in 1 die Durchgangselektrode 63 so veranschaulicht ist, dass sie eine zylindrische Form aufweist; dies ist aber nicht einschränkend; die Durchgangselektrode 63 kann zum Beispiel eine verjüngte bzw. konische Form aufweisen.
  • Obgleich nicht veranschaulicht ist ein Rücksetz-Gate eines Rücksetztransistors RST vorzugsweise nächst dem Floating-Diffusionsgebiet FD3 angeordnet. Dies macht es möglich, im Floating-Diffusionsgebiet FD3 akkumulierte Ladungen durch den Rücksetztransistor RST zurückzusetzen.
  • In dem Bildgebungselement 1 wird Licht, das von einer Seite der oberen Elektrode 17 aus auf die fotoelektrische Umwandlungssektion 11G einfällt, durch die organische fotoelektrische Umwandlungsschicht 16 absorbiert. So erzeugte Exzitonen bewegen sich zu einer Grenzfläche zwischen einem Elektronen-Donator und einem Elektronen-Akzeptor, die die organische fotoelektrische Umwandlungsschicht 16 bilden, und durchlaufen eine Exzitonentrennung, d.h. dissoziieren in Elektronen und Löcher. Die hier erzeugten Ladungen (Elektronen und Löcher) werden mittels Diffusion aufgrund einer Differenz in Trägerkonzentrationen oder durch ein internes elektrisches Feld aufgrund einer Differenz in Austrittsarbeiten zwischen einer Anode (hier der unteren Elektrode 15) und einer Kathode (hier der oberen Elektrode 17) zu verschiedenen Elektroden transportiert und werden als Fotostrom detektiert. Außerdem ermöglicht eine Anlegung eines elektrischen Potentials zwischen der unteren Elektrode 15 und der oberen Elektrode 17, Richtungen, in die Elektronen und Löcher transportiert werden, zu steuern.
  • Im Folgenden werden Konfiguration, Materialien und dergleichen der jeweiligen Sektionen beschrieben.
  • Die organische fotoelektrische Umwandlungssektion 11G enthält die organische fotoelektrische Umwandlungsschicht 16, die einen Halbleiter vom p-Typ und einen Halbleiter vom n-Typ enthält und eine Bulk-Heteroübergangsstruktur in einer Schicht aufweist. Die Bulk-Heteroübergangsstruktur ist eine p/n-Übergangsebene, die gebildet wird, indem ein Halbleiter vom p-Typ und ein Halbleiter vom n-Typ gemischt werden. Die organische fotoelektrische Umwandlungssektion 11G ist ein organisches fotoelektrisches Umwandlungselement, das Licht absorbiert, das einem Bereich eines (z.B. von 450 nm bis 750 nm reichenden) selektiven Wellenlängenbands oder dem ganzen entspricht, und erzeugt Elektron-Loch-Paare. Wie oben beschrieben wurde, wird die organische fotoelektrische Umwandlungssektion 11G von beispielsweise der unteren Elektrode 15 und der oberen Elektrode 17, die so angeordnet sind, dass sie einander gegenüberliegen, und der zwischen der unteren Elektrode 15 und der oberen Elektrode 17 vorgesehenen organischen fotoelektrischen Umwandlungsschicht 16 gebildet.
  • Die untere Elektrode 15 ist in einem Gebiet vorgesehen, das lichtempfangenden Oberflächen der vier anorganischen fotoelektrischen Umwandlungssektionen 11B und der vier anorganischen fotoelektrischen Umwandlungssektionen 11R, die jeweils in 2 × 2 angeordnet und im Halbleitersubstrat 11 ausgebildet sind, gegenüberliegt und diese bedeckt. Die untere Elektrode 15 wird von einem Metalloxid mit Lichtdurchlässigkeit gebildet. Beispiele eines Metallatoms, das das als Material der unteren Elektrode 15 genutzte Metalloxid bildet, umfassen Zinn (Sn), Zink (Zn), Indium (In), Silizium (Si), Zirkonium (Zr), Aluminium (Al), Gallium (Ga), Wolfram (W), Chrom (Cr), Cobalt (Co), Nickel (Ni), Tantal (Ta), Niob (Nb) und Molybdän (Mo). Beispiele eines Metalloxids, dass eines oder mehrere der oben erwähnten Metallatome enthält, umfassen ITO (Indiumzinnoxid). Als das Material, aus dem die untere Elektrode 15 besteht, kann zusätzlich zu ITO ein mit einem Dotierstoff dotiertes Material auf Zinn-oxid- (SnO2-) Basis oder ein Material auf Zinkoxid-Basis, in das Aluminiumzinkoxid dotiert ist, mit einem Dotierstoff verwendet werden. Beispiele des Materials auf Zinkoxid-Basis umfassen Aluminiumzinkoxid (AZO), das mit Aluminium (Al) als Dotierstoff dotiert ist, Galliumzinkoxid (GZO), das mit Gallium (Ga) dotiert ist, und Indiumzinkoxid (IZO), das mit Indium (In) dotiert ist. Außer jenen, die oben beschrieben wurden, können außerdem CuI, InSbO4, ZnMgO, CuInO2, MgIn2O4, CdO, ZnSnO3 oder dergleichen verwendet werden.
  • Die organische fotoelektrische Umwandlungsschicht 16 wandelt optische Energie in elektrische Energie um. Die organische fotoelektrische Umwandlungsschicht 16 enthält zum Beispiel zwei oder mehr Arten organischer Halbleitermaterialien (ein Halbleitermaterial vom p-Typ oder ein Halbleitermaterial vom n-Typ), die jeweils als Halbleiter vom p-Typ oder Halbleiter vom n-Typ fungieren. Die organische fotoelektrische Umwandlungsschicht 16 enthält in der Schicht eine Übergangsebene (p/n-Übergangsebene) zwischen dem Halbleitermaterial vom p-Typ und dem Halbleitermaterial vom n-Typ. Der Halbleiter vom p-Typ dient relativ als Elektronen-Donator (Donator), und der Halbleiter vom n-Typ dient relativ als Elektronen-Akzeptor (Akzeptor). Die organische fotoelektrische Umwandlungsschicht 16 stellt ein Feld bereit, in welchem bei Lichtabsorption erzeugte Exzitonen in Elektronen und Löcher getrennt werden; konkret werden Exzitonen an einer Grenzfläche (p/n-Übergangsebene) zwischen dem Elektronen-Donator und dem Elektronen-Akzeptor in Elektronen und Löcher getrennt.
  • Die organische fotoelektrische Umwandlungsschicht 16 kann neben dem Halbleitermaterial vom p-Typ und dem Halbleitermaterial vom n-Typ ein organisches Halbleitermaterial enthalten, d.h. ein sogenanntes Farbstoffmaterial, das eine fotoelektrische Umwandlung von Licht eines vorbestimmten Wellenlängenbandes durchführt, während Licht eines anderen Wellenlängenbandes durchgelassen wird. Falls die organische fotoelektrische Umwandlungsschicht 16 unter Verwendung von drei Arten organischer Halbleitermaterialien eines Halbleitermaterials vom p-Typ, eines Halbleitermaterials vom n-Typ und eines Farbstoffmaterials ausgebildet wird, sind das Halbleitermaterial vom p-Typ und das Halbleitermaterial vom n-Typ jeweils vorzugsweise ein Material mit einer Lichtdurchlässigkeit in einem sichtbaren Gebiet (z.B. 450 nm bis 800 nm). Die organische fotoelektrische Umwandlungsschicht 16 hat eine Dicke von beispielsweise 50 nm bis 500 nm.
  • Beispiele des organischen Halbleitermaterials, das die organische fotoelektrische Umwandlungsschicht 16 bildet, umfassen Chinacridon, chloriertes Borsubphthalocyanin, Pentacen, Benzothionbenzothiophen, Fulleren und ein Derivat davon. Die organische fotoelektrische Umwandlungsschicht 16 wird gebildet, indem zwei oder mehr Arten der oben erwähnten organischen Halbleitermaterialien kombiniert werden. Die oben erwähnten organischen Halbleitermaterialen dienen je nach deren Kombinationen als Halbleiter vom p-Typ oder Halbleiter vom n-Typ.
  • Es sollte besonders erwähnt werden, dass es keine besonderen Beschränkungen für das organische Halbleitermaterial gibt, das die organische fotoelektrische Umwandlungsschicht 16 bildet. Neben dem oben erwähnten organischen Halbleitermaterial wird beispielsweise irgendeines von Naphthalin, Anthracen, Phenanthren, Tetracen, Pyren, Perylen und Fluoranthen oder ein Derivat davon geeigneter Weise genutzt. Alternativ dazu kann ein Polymer wie etwa Polyvinylphenol, Fluoren, Carbazol, Pyren, Pyrrol, Methylpyridin, Thiophen, Acetylen und Diacetylen und ein Derivat davon verwendet werden. Außerdem können eine kondensierte polyzyklische aromatische Verbindung und eine Kettenverbindung, in der eine aromatische zyklische oder heterozyklische Verbindung kondensiert ist, wie etwa ein Farbstoff mit einem Metallkomplex, ein Farbstoff auf Cyanbasis, ein Farbstoff auf Merocyaninbasis, ein Farbstoff auf Phenylxanthen-Basis, ein Farbstoff auf Triphenylmethan-Basis, ein Farbstoff auf Rhodacyanin-Basis, ein Farbstoff auf Xanthen-Basis, ein Farbstoff auf Basis makrozyklischen Aza-Annulens, ein Farbstoff auf Azulen-Basis, Naphthchinon, ein Farbstoff auf Anthrachinon-Basis, Anthracen und Pyren vorzugsweise verwendet werden. Alternativ können zwei stickstoffhaltige Heteroringe wie etwa Chinolin, Benzothiazol und Benzoazol, die jeweils eine Squaraine-Gruppe und Krokonmethin-Gruppe als Verkettung aufweisen, oder ein cyanartiger Farbstoff etc., der durch die Squaraine-Gruppe und die Krokonmethin-Gruppe verkettet sind, verwendet werden.
  • Es ist besonders zu erwähnen, dass als der oben erwähnte Farbstoff mit einem Metallkomplex ein Farbstoff auf Basis eines Dithiolmetallkomplexes, ein Metallophthalocyanin-Farbstoff, ein Metalloporphyrin-Farbstoff oder ein Farbstoff mit Rutheniumkomplex bevorzugt wird; dies ist aber jedoch nicht einschränkend.
  • Die obere Elektrode 17 wird ähnlich der unteren Elektrode 15 von einem elektrisch leitfähigen Film mit Lichtdurchlässigkeit gebildet. In dem Bildgebungselement 1 kann die obere Elektrode 17 für jedes Einheitspixel P getrennt sein oder kann als gemeinsame Elektrode für jedes Einheitspixel P ausgebildet sein. Die obere Elektrode 17 hat eine Dicke von beispielsweise 10 nm bis 200 nm.
  • Es ist besonders zu erwähnen, dass weitere Schichten zwischen der organischen fotoelektrischen Umwandlungsschicht 16 und der unteren Elektrode 15 und zwischen der organischen fotoelektrischen Schicht 16 und der oberen Elektrode 17 vorgesehen werden können. Konkret können eine darunterliegende Schicht, eine Lochtransportschicht, eine Elektronensperrschicht, die organische fotoelektrische Umwandlungsschicht 16, eine Lochsperrschicht, eine Pufferschicht, eine Elektronentransportschicht, eine die Austrittsarbeit einstellende Schicht und dergleichen von der Seite der unteren Elektrode 15 aus der Reihe nach gestapelt sein.
  • Die Schicht 12A mit fixierter Ladung kann ein Film, der eine positive fixierte Ladung aufweist, oder ein Film, der eine negative fixierte Ladung aufweist, sein. Beispiele eines Materials des Films mit einer negativen fixierten Ladung umfassen Hafniumoxid (HfO2), Aluminiumoxid (Al2O3), Zirkoniumoxid (ZrO2), Tantaloxid (Ta2O5) und Titanoxid (TiO2). Außerdem kann neben den oben erwähnten als Material Lanthanoxid, Praseodymoxid, Ceroxid, Neodymoxid, Promethiumoxid, Samariumoxid, Europiumoxid, Gadoliniumoxid, Terbiumoxid, Dysprosiumoxid, Holmiumoxid, Thuliumoxid, Ytterbiumoxid, Lutetiumoxid, Yttriumoxid, ein Aluminiumnitridfilm, ein Hafniumoxinitrid, ein Aluminiumoxinitridfilm oder dergleichen verwendet werden.
  • Die Schicht 12A mit fixierter Ladung kann eine Konfiguration aufweisen, in der zwei oder mehr Arten von Filmen gestapelt sind. Dies macht es möglich, eine Funktion als die Lochakkumulierungsschicht beispielsweise in einem Fall des Films mit negativer fixierter Ladung weiter zu steigern.
  • Ein Material der dielektrischen Schicht 12B ist nicht sonderlich beschränkt, und die dielektrische Schicht 12B wird beispielsweise von einem Siliziumoxidfilm, einem TEOS-Film, einem Siliziumnitridfilm, einem Siliziumoxinitridfilm oder dergleichen gebildet.
  • Pad-Sektionen 13A und 13C und ein oberer Kontakt 13B werden ähnlich dem unteren Kontakt 75 jeweils beispielsweise von einem dotierten Siliziummaterial wie etwa PDAS (mit Phosphor dotiertem amorphen Silizium) oder einem Metallmaterial wie etwa Aluminium (Al), Wolfram (W), Titan (Ti), Cobalt (Co), Hafnium (Hf) oder Tantal (Ta) gebildet.
  • Die Zwischenschicht-Isolierschicht 14 wird beispielsweise von einem Einschichtfilm aus einem von Siliziumoxid (SiO), Siliziumnitrid (SiN), Siliziumoxinitrid (SiON) und dergleichen gebildet oder wird alternativ dazu von einem gestapelten Film aus zwei oder mehr davon gebildet.
  • Die Schutzschicht 18 wird von einem Material mit Lichtdurchlässigkeit gebildet und wird beispielsweise von einem Einschichtfilm aus einem von Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid und dergleichen gebildet oder wird alternativ dazu von einem gestapelten Film aus zwei oder mehr davon gebildet. Die Schutzschicht 18 hat eine Dicke von beispielsweise 100 nm bis 30000 nm.
  • Die On-Chip-Linsenschicht 19 ist auf der Schutzschicht 18 so ausgebildet, dass sie deren gesamte Oberfläche bedeckt. Eine Vielzahl von On-Chip-Linsen (Mikrolinsen) 19L ist auf der vorderen Oberfläche der On-Chip-Linsenschicht 19 vorgesehen. Die On-Chip-Linse 19L sammelt von oben einfallendes Licht auf jeweiligen lichtempfangenden Oberflächen der organischen fotoelektrischen Umwandlungssektion 11G und der anorganischen fotoelektrischen Umwandlungssektionen 11B und 11R.
  • Im Bildgebungselement 1 wie oben beschrieben sind die vier anorganischen fotoelektrischen Umwandlungssektionen 11B (blaue Pixel Pb), die in 2 × 2 angeordnet sind, und die vier anorganischen fotoelektrischen Umwandlungssektionen 11R (rote Pixel Pr), die in 2 × 2 angeordnet sind, bezüglich einer organischen fotoelektrischen Umwandlungssektion 11G (ein grünes Pixel Pg) angeordnet. Daher sind in der vorliegenden Ausführungsform, wie in 4A und 4B veranschaulicht ist, eine organische fotoelektrische Umwandlungssektion 11G (ein grünes Pixel Pg), vier anorganische fotoelektrische Umwandlungssektionen 11B und vier anorganische fotoelektrische Umwandlungssektionen 11R (vier blaue Pixel Pb und vier rote Pixel Pr) für eine On-Chip-Linse 19L vertikal angeordnet.
  • 5A bis 5C veranschaulichen jeweils schematisch ein einfallendes Licht (L) bezüglich der organischen fotoelektrischen Umwandlungssektion 11G und der anorganischen fotoelektrischen Umwandlungssektionen 11B und 11R. In der vorliegenden Ausführungsform sind wie oben beschrieben eine organische fotoelektrische Umwandlungssektion 11G, vier anorganische fotoelektrische Umwandlungssektionen 11B und vier anorganische fotoelektrische Umwandlungssektionen 11R für eine On-Chip-Linse 19L angeordnet. Dies ermöglicht, dass die anorganischen fotoelektrischen Umwandlungssektionen 11B und 11R ein Signal für eine Phasendifferenzdetektion erfassen.
  • Außerdem ist in der vorliegenden Ausführungsform die Mehrschicht-Verdrahtungsschicht 70 auf der Seite der zweiten Oberfläche 11S2 des Halbleitersubstrats 11 ausgebildet. Dies ermöglicht, dass jeweilige lichtempfangende Oberflächen der organischen fotoelektrischen Umwandlungssektion 11G und der anorganischen fotoelektrischen Umwandlungssektionen 11B und 11R nahe beieinander angeordnet werden, was somit ermöglicht, Variationen in den Empfindlichkeiten zwischen Farben, die je nach F-Wert der On-Chip-Linse 19L erzeugt werden, zu reduzieren.
  • 6 ist eine Draufsicht eines Konfigurationsbeispiels des Bildgebungselements 1, worin eine Vielzahl fotoelektrischer Umwandlungssektionen, für die die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann, (z.B. die anorganischen fotoelektrischen Umwandlungssektionen 11B und 11R und die organische fotoelektrische Umwandlungssektion 11G, die oben beschrieben wurden) gestapelt ist. 6 veranschaulicht ein Beispiel einer planaren Konfiguration des Einheitspixels P, das beispielsweise die in 20 veranschaulichte Pixel-Sektion 1a bildet und repräsentiert das Konfigurationsbeispiel des Bildgebungselements 1, worin die Vielzahl an fotoelektrischen Umwandlungssektionen, für die die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann, gestapelt ist.
  • Das Einheitspixel P enthält darin ein fotoelektrisches Umwandlungsgebiet 1100, in welchem eine rote fotoelektrische Umwandlungssektion (die anorganische fotoelektrische Umwandlungssektion 11R in 3), eine blaue fotoelektrische Umwandlungssektion (die anorganische fotoelektrische Umwandlungssektion 11B in 3) und eine grüne fotoelektrische Umwandlungssektion (die organische fotoelektrische Umwandlungssektion 11G in 3) (von denen keine in 6 veranschaulicht ist), die eine fotoelektrische Umwandlung von Lichtstrahlen jeweiliger Wellenlängen von R (Rot), G (Grün) und B (Blau) durchführen, in drei Schichten beispielsweise in der Reihenfolge der grünen fotoelektrischen Umwandlungssektion, der blauen fotoelektrischen Umwandlungssektion und der roten fotoelektrischen Umwandlungssektion von einer Seite der lichtempfangenden Oberfläche (der Lichteinfallsoberfläche S1 in 3) aus gestapelt sind. Ferner enthält das Einheitspixel P die Tr-Gruppe 1110, eine Tr-Gruppe 1120 und eine Tr-Gruppe 1130 als Ladungs-Auslesesektionen, die Ladungen entsprechend Lichtstrahlen der jeweiligen Wellenlängen R, G und B von der roten fotoelektrischen Umwandlungssektion, der grünen fotoelektrischen Umwandlungssektion und der blauen fotoelektrischen Umwandlungssektion auslesen. Das Bildgebungselement 1 führt in einem Einheitspixel P eine Spektroskopie in der vertikalen Richtung, d.h. eine Spektroskopie von Lichtstrahlen R, G und B, in jeweiligen Schichten wie der roten fotoelektrischen Umwandlungssektion, der grünen fotoelektrischen Umwandlungssektion und der blauen fotoelektrischen Umwandlungssektion, die im fotoelektrischen Umwandlungsgebiet 1100 gestapelt sind, durch.
  • Die Tr-Gruppe 1110, die Tr-Gruppe 1120 und die Tr-Gruppe 1130 sind an der Peripherie des fotoelektrischen Umwandlungsgebiets 1110 ausgebildet. Die Tr-Gruppe 1110 gibt als Pixelsignal eine Signalladung entsprechend einem Licht R ab, die in der roten fotoelektrischen Umwandlungssektion erzeugt und akkumuliert wurde. Die Tr-Gruppe 1110 wird von einem Übertragungs-Tr (MOSFET) 1111, einem Rücksetz-Tr 1112, einem Verstärkungs-Tr 1113 und einem Auswahl-Tr 1114 gebildet. Die Tr-Gruppe 1120 gibt als Pixelsignal eine Signalladung entsprechend einem Licht B ab, das in der blauen fotoelektrischen Umwandlungssektion erzeugt und akkumuliert wurde. Die Tr-Gruppe 1120 wird von einem Übertragungs-Tr 1121, einem Rücksetz-Tr 1122, einem Verstärkungs-Tr 1123 und einem Auswahl-Tr 1124 gebildet. Die Tr-Gruppe 1130 gibt als Pixelsignal eine Signalladung entsprechend einem Licht G ab, die in der grünen fotoelektrischen Umwandlungssektion erzeugt und akkumuliert wurde. Die Tr-Gruppe 1130 umfasst einen Übertragungs-Tr 1131, einen Rücksetz-Tr 1132, einen Verstärkungs-Tr 1133 und einen Auswahl-Tr 1134.
  • Der Übertragungs-Tr 1111 wird von einem (ein Source/Drain-Gebiet bildenden) Gate G, einem Source/Drain-Gebiet S/D und einem FD (Floating-Diffusionsgebiet) 1115 gebildet. Der Übertragungs-Tr 1121 wird von einem Gate G, einem Source/Drain-Gebiet S/D und einem FD 1125 gebildet. Der Übertragungs-Tr 1131 wird von einem Gate G, (einem Source/Drain-Gebiet S/D, das gekoppelt ist mit) der grünen fotoelektrischen Umwandlungssektion des fotoelektrischen Umwandlungsgebiets 1110 und einem FD 1135 gebildet. Es ist besonders zu erwähnen, dass das Source/Drain-Gebiet des Übertragungs-Tr 1111 mit der roten fotoelektrischen Umwandlungssektion des fotoelektrischen Umwandlungsgebiets 1100 gekoppelt ist und dass das Source/Drain-Gebiet S/D des Übertragungs-Tr 1121 mit der blauen fotoelektrischen Umwandlungssektion des fotoelektrischen Umwandlungsgebiets 1100 gekoppelt ist.
  • Jeder der Rücksetz-Trs 1112, 1132 und 1122, der Verstärkungs-Trs 1113, 1133 und 1123 und der Auswahl-Trs 1114, 1134 und 1124 wird von einem Gate G und einem Paar Source/Drain-Gebieten S/D gebildet, die so angeordnet sind, dass das Gate G dazwischen angeordnet ist.
  • Die FDs 1115, 1135 und 1125 sind mit den Source/Drain-Gebieten S/D, die als Sources der Rücksetz-Trs 1112, 1132 bzw. 1122 dienen, gekoppelt und sind mit Gates der Verstärkungs-Trs 1113, 1133 bzw. 1123 gekoppelt. Eine Stromversorgung Vdd ist mit dem gemeinsamen Source/Drain-Gebiet S/D in jedem des Rücksetz-Tr 1112 und des Verstärkungs-Tr 1113, des Rücksetz-Tr 1132 und des Verstärkungs-Tr 1133 und des Rücksetz-Tr 1122 und des Verstärkungs-Tr 1123 gekoppelt. Eine VSL (vertikale Signalleitung) ist mit jedem der Source/Drain-Gebiete S/D, die als die Sources der Auswahl-Trs 1114, 1134 und 1124 dienen, gekoppelt.
  • Die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung ist für das oben beschriebene fotoelektrische Umwandlungselement verwendbar.
  • (Verfahren zum Herstellen eines Bildgebungselements)
  • Das Bildgebungselement 1 der vorliegenden Ausführungsform kann beispielsweise wie folgt hergestellt werden.
  • 7 und 8 veranschaulichen das Verfahren zum Herstellen des Bildgebungselements 1 in der Reihenfolge der Schritte. Zuerst wird, wie in 7 veranschaulicht ist, beispielsweise die p-Wanne 61 als Wanne eines ersten Typs einer elektrischen Leitfähigkeit im Halbleitersubstrat 11 ausgebildet, und die anorganischen fotoelektrischen Umwandlungssektionen 11B und 11R eines zweiten Typs einer elektrischen Leitfähigkeit (z.B. n-Typs) werden in der p-Wanne ausgebildet. Das (p+)-Gebiet wird in der Nähe der ersten Oberfläche 11S1 des Halbleitersubstrats 11 ausgebildet. Ein (n+)-Gebiet, das als das Floating-Diffusionsgebiet FD1 dient, wird im Halbleitersubstrat 11 so ausgebildet, um zu ermöglichen, dass ein Bereich davon vergraben wird.
  • Wie in 7 veranschaulicht ist, werden auch auf der zweiten Oberfläche 11S2 des Halbleitersubstrats 11 (n+)-Gebiete, die als die Floating-Diffusionsgebiete FD2 und FD3 dienen, ausgebildet, und danach werden eine Gate-Isolierschicht 62 und eine Gate-Verdrahtungsschicht 64, die jeweilige Gates der oben beschriebenen Tr-Gruppe 1110 enthalten, und dergleichen ausgebildet. Als Ergebnis werden der vertikale Transistor Tr1 und verschiedene einer Tr-Gruppen 1110 und dergleichen ausgebildet. Ferner wird auf der zweiten Oberfläche 11S2 des Halbleitersubstrats 11 die Mehrschicht-Verdrahtungsschicht 70 ausgebildet, die den unteren Kontakt, die Verdrahtungsschichten 71 bis 73 einschließlich der Kopplungssektion 71A und die Isolierschicht 74 enthält.
  • Als Basis des Halbleitersubstrats 11 wird beispielsweise ein SOI- (Silicon-On-Insulator-) Substrat verwendet, in welchem das Halbleitersubstrat 11, ein (nicht veranschaulichter) eingebetteter Oxidfilm und ein (nicht veranschaulichtes) Haltesubstrat gestapelt sind. Obgleich in 7 nicht veranschaulicht sind der eingebettete Oxidfilm und das Haltesubstrat mit der ersten Oberfläche 11S1 des Halbleitersubstrats 11 verbunden. Nach einer Ionenimplantation wird eine Verarbeitung zum Ausheilen durchgeführt.
  • Als Nächstes wird ein (nicht veranschaulichtes) Trägersubstrat oder ein anderes Halbleitersubstrat etc. mit der Seite der zweiten Oberfläche 11S2 (Seite der Mehrschicht-Verdrahtungsleitung 70) des Halbleitersubstrats 11 verbunden und wird das Substrat umgedreht. Anschließend wird das Halbleitersubstrat 11 von dem eingebetteten Oxidfilm und dem Haltesubstrat des SOI-Substrats getrennt, um die erste Oberfläche 11S1 des Halbleitersubstrats 11 freizulegen. Die obigen Schritte können mittels Techniken, die in üblichen CMOS-Prozessen genutzt werden, wie etwa einer Ionenimplantation und CVD (Chemical Vapor Deposition bzw. chemische Gasphasenabscheidung) durchgeführt werden.
  • Als Nächstes wird, wie in 8 veranschaulicht ist, das Halbleitersubstrat 11 von der Seite der ersten Oberfläche 11S1 aus durch beispielsweise Trockenätzen prozessiert, um eine ringförmige Öffnung 63H auszubilden. Wie in 8 veranschaulicht ist, dringt was die Tiefe anbetrifft die Öffnung 63H von der ersten Oberfläche 11S1 bis zur zweiten Oberfläche 11S2 des Halbleitersubstrats 11 durch und erreicht beispielsweise die Kopplungssektion 71A.
  • Anschließend wird, wie in 8 veranschaulicht ist, die Schicht 12A mit negativer fixierter Ladung auf der ersten Oberfläche 11S1 des Halbleitersubstrats 11 und einer seitlichen Oberfläche der Öffnung 63H ausgebildet. Zwei oder mehr Arten von Filmen können als die Schicht 12A mit negativer fixierter Ladung gestapelt werden. Dies macht es möglich, die Funktion als Lochakkumulierungsschicht weiter zu verbessern. Nachdem die Schicht 12A mit negativer fixierter Ladung ausgebildet ist, wird die dielektrische Schicht 12B gebildet.
  • Als Nächstes wird ein elektrischer Leiter in der Öffnung 63H vergraben, um die Durchgangselektrode 63 auszubilden. Es ist möglich, zusätzlich zu einem dotierten Siliziummaterial wie etwa PDAS (mit Phosphor dotiertem amorphem Silizium) als den elektrischen Leiter beispielsweise ein Metallmaterial wie etwa Aluminium (Al), Wolfram (W), Titan (Ti), Cobalt (Co), Hafnium (Hf) und Tantal (Ta) zu verwenden.
  • Anschließend wird nach Ausbildung der Pad-Sektion 13A auf der Durchgangselektrode 63 auf der dielektrischen Schicht 12B und der Pad-Sektion 13A die Zwischenschicht-Isolierschicht 14 ausgebildet, in der der obere Kontakt 13B und die Pad-Sektion 13C, die die untere Elektrode 15 und die Durchgangselektrode 63 (konkret die Pad-Sektion 13A auf der Durchgangselektrode 63) elektrisch koppeln, auf der Pad-Sektion 13A vorgesehen sind.
  • Die untere Elektrode 15, die organische fotoelektrische Umwandlungsschicht 16, die obere Elektrode 17 und die Schutzschicht 18 werden in dieser Reihenfolge auf der Zwischenschicht-Isolierschicht 14 ausgebildet. Schließlich wird die On-Chip-Linsenschicht 19 angeordnet, die die Vielzahl an On-Chip-Linsen 19L auf ihrer Oberfläche enthält. Somit ist das in 3 veranschaulichte Bildgebungselement 1 fertiggestellt.
  • Es ist besonders zu erwähnen, dass es im Fall einer Ausbildung einer weiteren organischen Schicht (z.B. einer Elektronen blockierenden Schicht etc.) auf oder unter der organischen fotoelektrischen Umwandlungsschicht 16 wünschenswert ist, die weitere organische Schicht (durch einen mit einem Vakuum verträglichen Prozess) in einem Vakuumprozess kontinuierlich auszubilden. Außerdem ist das Verfahren zum Ausbilden der organischen fotoelektrischen Umwandlungsschicht 16 nicht notwendigerweise auf das Verfahren beschränkt, das ein Vakuumabscheidungsverfahren nutzt; ein anderes Verfahren, zum Beispiel eine Schleuderbeschichtungstechnik, eine Drucktechnik oder dergleichen, kann verwendet werden.
  • (Verfahren zum Ansteuern eines Bildgebungselements)
  • In dem Bildgebungselement 1 gelangt, wenn Licht durch die On-Chip-Linse 19L in die organische fotoelektrische Umwandlungssektion 11G eintritt, das Licht durch die fotoelektrische Umwandlungssektion 11G, die anorganischen fotoelektrischen Umwandlungssektionen 11B und 11R in dieser Reihenfolge und wird für jedes Licht Grün, Blau und Rot im Durchgangsprozess fotoelektrisch umgewandelt. Im Folgenden wird hier eine Signalerfassungsoperation jeder Farbe beschrieben. (Erfassung eines grünen Signals durch die organische fotoelektrische Umwandlungssektion 11G)
  • Grünes Licht des Lichts, das in das Bildgebungselement 1 eingetreten ist, wird zuerst durch die fotoelektrische Umwandlungssektion 11G selektiv detektiert (absorbiert) und einer fotoelektrischen Umwandlung unterzogen.
  • Die organische fotoelektrische Umwandlungssektion 11G ist über die Durchgangselektrode 63 mit dem Gate des Verstärkungs-Tr 1113 und dem Floating-Diffusionsgebiet FD3 gekoppelt. Dementsprechend werden Löcher der Elektron-Loch-Paare, die in der organischen fotoelektrischen Umwandlungssektion 11G erzeugt werden, aus der Seite der unteren Elektrode 15 extrahiert, über die Durchgangselektrode 63 zur Seite der zweiten Oberfläche 11S2 des Halbleitersubstrats 11 übertragen und im Floating-Diffusionsgebiet FD3 akkumuliert. Zur gleichen Zeit wird eine in der organischen fotoelektrischen Umwandlungssektion 11G erzeugte Ladungsmenge durch den Verstärkungs-Tr 1113 in eine Spannung moduliert.
  • Außerdem ist neben dem Floating-Diffusionsgebiet FD3 ein Gate G des Rücksetz-Tr 1112 angeordnet. Infolgedessen werden die in dem Floating-Diffusionsgebiet FD3 akkumulierten Ladungen durch den Rücksetz-Tr 1112 zurückgesetzt.
  • Die organische fotoelektrische Umwandlungssektion 11G ist hier nicht nur mit dem Verstärkungs-Tr 1113, sondern auch mit dem Floating-Diffusionsgebiet FD3 über die Durchgangselektrode 63 gekoppelt, was folglich ermöglicht, die im Floating-Diffusionsgebiet FD3 akkumulierten Ladungen durch den Rücksetz-Tr 1112 einfach zurückzusetzen.
  • Falls auf der anderen Seite die Durchgangselektrode 63 und das Floating-Diffusionsgebiet FD3 nicht miteinander gekoppelt sind, ist es schwierig, die im Floating-Diffusionsgebiet FD3 akkumulierten Ladungen zurückzusetzen, was folglich eine Anlegung einer großen Spannung, um die Ladungen zur Seite der oberen Elektrode 17 herauszuziehen, zur Folge hat. Dementsprechend besteht eine Möglichkeit, dass die organische fotoelektrische Umwandlungsschicht 16 beschädigt werden kann. Außerdem führt die Struktur, die ein Zurücksetzen in einer kurzen Zeitspanne ermöglicht, zu einer Zunahme dunklen Rauschens, was zu einem Kompromiss führt, sodass diese Struktur schwierig ist.
  • (Erfassung eines blauen Signals und roten Signals durch anorganische fotoelektrische Umwandlungssektionen 11B und 11R)
  • Anschließend werden von dem durch die organische fotoelektrische Umwandlungssektion 11G durchgegangenen Licht blaues Licht und rotes Licht durch die anorganische fotoelektrische Umwandlungssektion 11B bzw. die anorganische fotoelektrische Umwandlungssektion 11R nacheinander absorbiert und einer fotoelektrischen Umwandlung unterzogen. In der anorganischen fotoelektrischen Umwandlungssektion 11B werden dem einfallenden blauen Licht entsprechende Elektronen in einem n-Gebiet der anorganischen fotoelektrischen Umwandlungssektion 11B akkumuliert, und die akkumulierten Elektronen werden zu dem Floating-Diffusionsgebiet FD1 übertragen. Ähnlich werden in der anorganischen fotoelektrischen Umwandlungssektion 11R dem einfallenden roten Licht entsprechende Elektronen in einem n-Gebiet der anorganischen fotoelektrischen Umwandlungssektion 11R akkumuliert, und die akkumulierten Elektronen werden durch einen Übertragungstransistor Tr zum Floating-Diffusionsgebiet FD2 übertragen.
  • Das Bildgebungselement 1 der vorliegenden Ausführungsform weist eine Vielzahl von Betriebsmodi, z.B. drei Typen von Betriebsmodi eines Modus mit hoher Auflösung, eines Modus mit hoher Empfindlichkeit und eines Modus mit hoher Geschwindigkeit, auf. In der organischen fotoelektrischen Umwandlungssektion 11G und den anorganischen fotoelektrischen Umwandlungssektionen 11B und 11R werden R/G/B-Signale in jedem der Betriebsmodi wie folgt erfasst.
  • Der Modus mit hoher Auflösung wird beschrieben. In der organischen fotoelektrischen Umwandlungssektion 11G, die ein grünes Signal erfasst, werden wie in 9A veranschaulicht Signalladungen von jedem all der grünen Pixel Pg gelesen. In der anorganischen fotoelektrische Umwandlungssektion 11B, die ein blaues Signal erfasst, und der anorganischen fotoelektrischen Umwandlungssektion 11R, die ein rotes Signal erfasst, wird, wie in 9B und 9C veranschaulicht ist, eine FD-Addition (engl.: FD addition) unter Verwendung von vier (2 × 2) Pixeln (blaue Pixel Pb und rote Pixel Pr) als eine Einheit U durchgeführt. Danach wird eine Entwicklungsverarbeitung durchgeführt. Es ist möglich, im Modus mit hoher Auflösung phasenangepasste Signale unter grünen Pixeln Pg, 2 × 2 blauen Pixeln Pb und 2 × 2 roten Pixeln Pr zu erfassen. Daher werden ohne eine Signalverarbeitung im Einheitspixel P R/G/B-Signale ohne Phasenverschiebung erhalten.
  • Der Modus mit hoher Empfindlichkeit wird beschrieben. In der organischen fotoelektrischen Umwandlungssektion 11G, die ein grünes Signal erfasst, werden, wie in 11A veranschaulicht ist, Signalladungen von jedem all der grünen Pixel Pg gelesen. In der anorganischen fotoelektrischen Umwandlungssektion 11B, die ein blaues Signal erfasst, und der anorganischen fotoelektrischen Umwandlungssektion 11R, die ein rotes Signal erfasst, wird, wie in 11B und 11C veranschaulicht ist, eine digitale Addition unter Verwendung von 16 (4 × 4) Pixeln (blaue Pixel Pb und rote Pixel Pr) als eine Einheit U durchgeführt. Zu dieser Zeit wird jede Einheit U der anorganischen fotoelektrischen Umwandlungssektion 11B und der anorganischen fotoelektrischen Umwandlungssektion 11R, die ein rotes Signal erfasst, von 4 × 4 Pixeln gebildet, die um 2 × 2 Pixel gegeneinander verschoben sind. Danach wird die Entwicklungsverarbeitung durchgeführt. Wie oben beschrieben wurde, ist jede Einheit U der anorganischen fotoelektrischen Umwandlungssektion 11B und der anorganischen fotoelektrischen Umwandlungssektion 11R, die ein rotes Signal erfasst, so konfiguriert, dass sie um 2 × 2 Pixel gegeneinander verschoben ist. Daher gibt es im Modus mit hoher Empfindlichkeit ein Einheitspixel P ohne Informationen des blauen Pixels Pb oder des roten Pixels Pr oder ohne Information sowohl des blauen Pixels Pb als auch des roten Pixels Pr in jedem Einheitspixel P. In der Entwicklungsverarbeitung des Modus mit hoher Empfindlichkeit ergänzt daher, wie in 12 veranschaulicht ist, ein Einheitspixel P mit zum Beispiel einem grünen Signal und einem blauen Signal ein rotes Signal von umgebenden Pixeln P mit einem grünen Signal und einem roten Signal. Dies ermöglicht R/G/B-Signale ohne Phasenverschiebung im Modus mit hoher Empfindlichkeit.
  • Der Modus mit hoher Geschwindigkeit wird beschrieben. In der organischen fotoelektrischen Umwandlungssektion 11G, die ein grünes Signal erfasst, werden, wie in 13A veranschaulicht ist, Signalladungen von jedem all der grünen Pixel Pg gelesen. In der anorganischen fotoelektrischen Umwandlungssektion 11B, die ein blaues Signal erfasst, und der anorganischen fotoelektrischen Umwandlungssektion 11R, die ein rotes Signal erfasst, wird, wie in 13B und 13C veranschaulicht ist, eine digitale Addition unter Verwendung von vier (2 × 2) Pixeln (blaue Pixel Pb und rote Pixel Pr) als eine Einheit U durchgeführt. Im Modus mit hoher Geschwindigkeit wird daher eine Ausdünnungsverarbeitung (engl.: thinning processing) danach durchgeführt, und das grüne Signal, das blaue Signal und rote Signal werden wie in 14 veranschaulicht in einer Bayer-Form erfasst. Schließlich wird die Entwicklungsverarbeitung für jedes Einheitspixel P durchgeführt. Dies ermöglicht im Modus mit hoher Geschwindigkeit R/G/B-Signale ohne Phasenverschiebung.
  • Es ist besonders zu erwähnen, dass ein Umschalten von Additionsmodi, die in den oben beschriebenen jeweiligen Betriebsmodi genutzt werden, wie folgt durchgeführt werden kann. Im Bildgebungselement 1A der vorliegenden Ausführungsform sind Schalter SW1, SW2, SW3 und SW4 jeweils mit den vier blauen Pixeln Pb und den vier roten Pixeln Pr (P1, P2, P3 und P4) gekoppelt, die in einem Einheitspixel P vorgesehen sind. In einem FD-Additionsmodus, der in dem Modus mit hoher Auflösung und dem Modus mit hoher Geschwindigkeit genutzt wird, werden, wie in 16 veranschaulicht ist, die Schalter SW1, SW2, SW3 und SW4, die mit den Farbpixeln P1, P2, P3 bzw. P4 gekoppelt sind, eingeschaltet, um zu ermöglichen, dass Signale der vier Farbpixel P1, P2, P3 und P4 als ein Pixel abgegeben werden. In einem Modus einer digitalen Addition, der im Modus mit hoher Empfindlichkeit genutzt wird, ist, wie in 17 veranschaulicht ist, einer der Schalter SW1, SW2, SW3 und SW4, die mit den Farbpixeln P1, P2, P3 bzw. P4 gekoppelt sind, eingeschaltet, während die verbleibenden drei Schalter ausgeschaltet sind, um zu ermöglichen, dass für jedes der Farbpixel P1, P2, P3 und P4 Signale gelesen und dann als vier Pixel abgegeben werden. Danach werden Signale für die vier Pixel in einem ISP in einer nachfolgenden Stufe addiert.
  • (Arbeitsweise und Effekte)
  • Wie oben beschrieben wurde, ist erwünscht, dass die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung wie etwa der CMOS-Bildsensor oder der CCD-Bildsensor eine erhöhte Empfindlichkeit aufweist. Zu diesem Zweck wurde eine sogenannte vertikale spektroskopische Festkörper-Bildgebungsvorrichtung entwickelt, in der eine organische fotoelektrische Umwandlungssektion mit einem organischen fotoelektrischen Umwandlungsfilm und zwei anorganischen fotoelektrischen Umwandlungssektionen, die jeweils einen p-n-Übergang in einem Halbleitersubstrat aufweisen, gestapelt sind. In dieser vertikalen spektroskopischen Festkörper-Bildgebungsvorrichtung können R/G/B-Signale von einem Pixel erfasst werden, was somit ermöglicht, verglichen mit einer Bildgebungsvorrichtung, in der jeweilige Farbpixel (rotes Pixel, grünes Pixel und blaues Pixel) mit Primärfarbfiltern für Rot, Grün und Blau zweidimensional in einem Array angeordnet sind, eine höhere Auflösung zu erhalten.
  • In der vertikalen spektroskopischen Festkörper-Bildgebungsvorrichtung wie oben beschrieben wird jedoch eine Farbmischung in einer RB-Spektroskopie im Halbleitersubstrat erhöht. Daher gibt es ein Problem, dass ein Farbrauschen erhöht wird und das Rauschen in einem dunklen Zustand verstärkt wird, was folglich einen granularen Eindruck wesentlich verschlechtert. Beispiele eines Verfahrens zum Verbessern des granularen Eindrucks umfassen ein Verfahren, bei dem der Modus mit hoher Empfindlichkeit genutzt wird.
  • Im Modus mit hoher Empfindlichkeit in einem typischen Bildgebungselement 1000, werden, wie in 18A veranschaulicht ist, Signalladungen zuerst von jedem all der grünen Pixel Pg in der organischen fotoelektrischen Umwandlungssektion 1011G, die ein grünes Signal erfasst, gelesen. In sowohl der anorganischen fotoelektrischen Umwandlungssektion 11B, die ein blaues Signal erfasst, als auch der anorganischen fotoelektrischen Umwandlungssektion 11R, die ein rotes Signal erfasst, wird eine digitale Addition unter Verwendung von vier Pixeln (blaue Pixel Pb und rote Pixel Pr) in einem (2 × 2)-Array als eine Einheit U durchgeführt. Zu dieser Zeit wird jede Einheit U der anorganischen fotoelektrischen Umwandlungssektion 11B und der anorganischen fotoelektrischen Umwandlungssektion 11R von 2 × 2 Pixeln gebildet, die um 1 × 1 Pixel gegeneinander verschoben sind. Danach wird, wie in 18B veranschaulicht ist, eine Pinning-Verarbeitung (engl.: pinning processing) durchgeführt, und dann wird eine Demosaicing-Verarbeitung zwischen dem blauen Pixel Pb und dem roten Pixel Pr durchgeführt, um RB-Signale wie in 18C veranschaulicht zu erhalten. Daher tritt im Bildgebungselement 1000 eine Phasenverschiebung während einer Operation des grünen Signals (G-Signals) und der RB-Signale wie in 18D veranschaulicht auf.
  • Im Gegensatz dazu sind in dem Bildgebungselement 1 der vorliegenden Offenbarung die anorganischen fotoelektrischen Umwandlungssektionen 11B und 11R so ausgebildet, dass sie den engeren Pixelabstand (w) als der Pixelabstand (W) der organischen fotoelektrischen Umwandlungssektion 11G in Bezug auf ein Pixel der organischen fotoelektrischen Umwandlungssektion 11G aufweisen. Konkret sind zum Beispiel jeweils vier Pixel in einem (2 × 2)-Array der anorganischen fotoelektrischen Umwandlungssektionen 11B und 11R in Bezug auf ein Pixel der organischen fotoelektrischen Umwandlungssektion 11G angeordnet. Im Bildgebungselement 1 wird ein grünes Signal von einem Pixel der organischen fotoelektrischen Umwandlungssektion 11G (grünes Pixel Pg) während der oben beschriebenen drei Betriebsmodi (Modus mit hoher Auflösung, Modus mit hoher Empfindlichkeit und Modus mit hoher Geschwindigkeit) erfasst, wohingegen das blaue Signal und das rote Signal erfasst werden, indem Signale von vier Pixeln in 2 × 2 oder 16 Pixeln in 4 × 4 der anorganischen fotoelektrischen Umwandlungssektion 11B (blaue Pixel Pb) bzw. der anorganischen fotoelektrischen Umwandlungssektion 11R (rote Pixel Pr) addiert werden. Daher ist es möglich, R/G/B-Signale ohne Phasenverschiebung zu erfassen.
  • Wie oben beschrieben wurde, sind in dem Bildgebungselement 1 der vorliegenden Ausführungsform jeweils vier (2 × 2) Pixel der anorganischen fotoelektrischen Umwandlungssektionen 11B und 11R in Bezug auf ein Pixel der organischen fotoelektrischen Umwandlungssektion 11G angeordnet. In jedem der Betriebsmodi werden das blaue Signal und das rote Signal erfasst, indem vier Pixel in 2 × 2 oder 16 Pixel in 4 × 4 der anorganischen fotoelektrischen Umwandlungssektion 11B (blaue Pixel Pb) und der anorganischen fotoelektrischen Umwandlungssektion 11R (rote Pixel Pr) zu einem Pixel der organischen fotoelektrischen Umwandlungssektion 11G (grünes Pixel Pg), das ein grünes Signal erfasst, addiert werden. Insbesondere werden das blaue Signal und das rote Signal jeweils erfasst, indem im Modus mit hoher Geschwindigkeit Signale von 16 Pixeln in 4 × 4 addiert werden, was folglich ermöglicht, einen granularen Eindruck in einem dunklen Zustand zu reduzieren. Das heißt, es ist möglich, ein Bildgebungselement bereitzustellen, das eine Verbesserung der Auflösung und eine Verbesserung des granularen Eindrucks erzielt.
  • Als Nächstes wird ein Modifikationsbeispiel der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Im Folgenden sind Komponenten, die jenen der vorhergehenden Ausführungsform ähnlich sind, mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet, und deren Beschreibungen werden gegebenenfalls unterlassen.
  • <Modifikationsbeispiel>
  • 19 veranschaulicht eine Querschnittskonfiguration eines Bildgebungselements (eines Bildgebungselements 1B) gemäß einem Modifikationsbeispiel der vorliegenden Offenbarung. Ähnlich dem fotoelektrischen Umwandlungselement 10A bildet das Bildgebungselement 1B einen CCD-Bildsensor oder einen CMOS-Bildsensor etc. eines Typs mit rückseitiger Beleuchtung (rückseitiges Licht empfangender Typ) (siehe 3). Ähnlich dem oben beschriebenen Bildgebungselement 1A ist das Bildgebungselement 1B ein vertikales spektroskopisches Bildgebungselement, in welchem eine organische fotoelektrische Umwandlungssektion 20, die Lichtstrahlen verschiedener Wellenlängenbänder selektiv detektiert und fotoelektrisch umwandelt, und zwei anorganische fotoelektrische Umwandlungssektionen 11B und 11R in der vertikalen Richtung gestapelt sind. Das Bildgebungselement 1B des vorliegenden Modifikationsbeispiels unterscheidet sich von der vorhergehenden Ausführungsform dadurch, dass eine untere Elektrode 21 eine Vielzahl von Elektroden (eine Ausleseelektrode 21A und eine Akkumulierungselektrode 21B) umfasst.
  • Ähnlich dem Bildgebungselement 1A in der vorhergehenden Ausführungsform ist auf der Seite der rückseitigen Oberfläche (ersten Oberfläche 11S1) des Halbleitersubstrats 11 die organische fotoelektrische Umwandlungssektion 20 vorgesehen. Die anorganischen fotoelektrischen Umwandlungssektionen 11B und 11R sind jeweils so ausgebildet, dass sie im Halbleitersubstrat 11 eingebettet sind, und sind in Richtung der Dicke des Halbleitersubstrats 11 gestapelt.
  • Die organische fotoelektrische Umwandlungssektion 20 hat eine Konfiguration, in der beispielsweise die untere Elektrode 21, die organische fotoelektrische Umwandlungsschicht 16 und die obere Elektrode 17 in dieser Reihenfolge von der Seite der ersten Oberfläche 11S1 des Halbleitersubstrats 11 aus gestapelt sind. Es ist besonders zu erwähnen, dass eine Isolierschicht 22 zwischen der unteren Elektrode 21 und einer Ladungsakkumulierungsschicht 23 vorgesehen ist. Beispielsweise ist die untere Elektrode 21 für jedes Bildgebungselement 1B separat ausgebildet und wird von der Ausleseelektrode 21A und der Akkumulierungselektrode 21B gebildet, die mit der dazwischen angeordneten Isolierschicht 22 voneinander getrennt sind, wenn auch deren detaillierte Beschreibungen später gegeben werden. Die Isolierschicht 22 auf der Ausleseelektrode 21A ist mit einer Öffnung 22H versehen, und die Ausleseelektrode 21A und die Ladungsakkumulierungsschicht 23 sind über die Öffnung 22H miteinander elektrisch gekoppelt.
  • Es ist besonders zu erwähnen, dass in dem in 19 veranschaulichten Beispiel die Ladungsakkumulierungsschicht 23, die organische fotoelektrische Umwandlungssektion 16 und die obere Elektrode 17 für jedes Bildgebungselement 1 separat ausgebildet sind, aber als sukzessive Schichten gemeinsam für eine Vielzahl von Bildgebungselementen 1B, beispielsweise ähnlich dem oben beschriebenen Bildgebungselement 1A, vorgesehen werden können. Beispielsweise sind ähnlich der ersten Ausführungsform die Schicht 12A mit fixierter Ladung, die dielektrische Schicht 12B und die Zwischenschicht-Isolierschicht 14 zwischen der ersten Oberfläche 11S1 des Halbleitersubstrats 11 und der unteren Elektrode 21 vorgesehen. Die einen lichtabschirmenden Film 51 enthaltende Schutzschicht 18 ist auf der oberen Elektrode 17 vorgesehen. Ein optisches Bauteil wie etwa die On-Chip-Linsenschicht 19, die die On-Chip-Linse 19L enthält, ist auf der Schutzschicht 18 angeordnet.
  • Wie oben beschrieben wurde, wird die untere Elektrode 21 von der Ausleseelektrode 21A und der Akkumulierungselektrode 21B gebildet, welche separat ausgebildet sind, und Spannungen werden an diese unabhängig voneinander angelegt. Die Ausleseelektrode 21A ist vorgesehen, um in der organischen fotoelektrischen Umwandlungsschicht 16 erzeugte Ladungen (hier Elektronen) zum Floating-Diffusionsgebiet FD3 zu übertragen, und ist beispielsweise über einen oberen ersten Kontakt 24A, eine Pad-Sektion 39A, die Durchgangselektrode 63, die Kopplungssektion 71A und den unteren Kontakt 75 mit dem Floating-Diffusionsgebiet FD3 gekoppelt. Die Akkumulierungselektrode 21B ist vorgesehen, um Elektronen unter den in der organischen fotoelektrischen Umwandlungsschicht 16 erzeugten Ladungen als Signalladungen in der Ladungsakkumulierungsschicht 23 zu akkumulieren und die akkumulierten Elektronen zur Ausleseelektrode 21A zu übertragen. Die Akkumulierungselektrode 21B ist in einem Gebiet vorgesehen, das lichtempfangenden Oberflächen der lichtempfangenden Oberfläche der anorganischen fotoelektrischen Umwandlungssektionen 11B und 11R, die im Halbleitersubstrat 11 ausgebildet sind, gegenüberliegt und diese bedeckt. Die Akkumulierungselektrode 21B ist vorzugsweise größer als die Auslese-elektrode 21A, was ermöglicht, eine Anzahl an Ladungen in der Ladungsakkumulierungsschicht 23 zu akkumulieren.
  • Wie oben beschrieben wurde, ist im vorliegenden Modifikationsbeispiel die untere Elektrode 21 in die Ausleseelektrode 21A und die Akkumulierungselektrode 21B geteilt, was folglich bewirkt, dass unabhängig voneinander Spannungen an diese angelegt werden. Dies macht es möglich, dass das Bildgebungselement 1B die in der organischen fotoelektrischen Umwandlungsschicht 16 erzeugten Ladungen in der Ladungsakkumulierungsschicht 23 akkumuliert, die zwischen der unteren Elektrode 21 und der organischen fotoelektrischen Umwandlungsschicht 16 angeordnet ist, und ermöglicht, die akkumulierten Ladungen über die Ausleseelektrode 21A in das Floating-Diffusionsgebiet FD3 geeignet auszulesen. Somit ist es möglich, eine Ladungsakkumulierungssektion beim Beginn einer Belichtung vollständig zu verarmen, was folglich zusätzlich zu den Effekten der vorhergehenden Ausführungsform einen Effekt einer Verbesserung der Qualität eines aufgenommenen Bildes erzielt.
  • <Anwendungsbeispiel>
  • (Anwendungsbeispiel 1)
  • 20 veranschaulicht zum Beispiel eine Gesamtkonfiguration des Bildgebungselements 1, worin das in der vorhergehenden Ausführungsform beschriebene Bildgebungselement 1 für jedes Pixel genutzt wird. Das Bildgebungselement 1 ist ein CMOS-Bildgebungssensor. Das Bildgebungselement 1 enthält eine Pixel-Sektion 1a als Bildgebungsbereich auf dem Halbleitersubstrat 11 und enthält zum Beispiel eine periphere Schaltungssektion 130, die von einer Reihen-Scaneinrichtung 131, einem horizontalen Selektor 133, einer Spalten-Scaneinrichtung 134 und einem System-Controller 132 in einem peripheren Gebiet der Pixel-Sektion 1a gebildet wird.
  • Die Pixel-Sektion 1a enthält zum Beispiel eine Vielzahl von Einheitspixeln P (entsprechend z.B. dem grünen Pixel Pg des Bildgebungselements 1), die in einer Matrix zweidimensional angeordnet sind. Mit den Einheitspixeln P sind beispielsweise Pixel-Ansteuerungsleitungen Lread (konkret Reihen-Auswahlleitungen und Rücksetz-Steuerleitungen) auf Basis von Pixel-Reihen verdrahtet und sind vertikale Signalleitungen Lsig auf Basis von Pixel-Spalten verdrahtet. Die Pixel-Ansteuerungsleitung Lread überträgt ein Ansteuerungssignal zum Lesen eines Signals vom Pixel. Ein Ende der Pixel-Ansteuerungsleitung Lread ist mit einem Ausgangsanschluss entsprechend jeder Reihe in der Reihen-Scaneinrichtung 131 gekoppelt.
  • Die Reihen-Scaneinrichtung 131 wird von einem Schieberegister, einem Adress-Decodierer etc. gebildet. Die Reihen-Scaneinrichtung 131 ist beispielsweise ein Pixel-Treiber, der die jeweiligen Einheitspixel P in der Pixel-Sektion 1 in Einheiten von Reihen ansteuert. Signale, die von den jeweiligen Einheitspixeln P in der Pixel-Reihe abgegeben werden, die durch die Reihen-Scaneinrichtung 131 selektiv gescannt wird, werden über die jeweiligen vertikalen Signalleitungen Lsig dem horizontalen Selektor 133 bereitgestellt. Der horizontale Selektor 133 wird von einem Verstärker, einem Schalter für eine horizontale Auswahl etc. gebildet, die für jede vertikale Signalleitung Lsig vorgesehen sind.
  • Die Spalten-Scaneinrichtung 134 wird von einem Schieberegister, einem Adress-Decodierer etc. gebildet. Die Spalten-Scaneinrichtung 134 steuert sequentiell die jeweiligen Schalter für eine horizontale Auswahl im horizontalen Selektor 133 an, während die jeweiligen Schalter für eine horizontale Auswahl im horizontalen Selektor 133 gescannt werden. Als Ergebnis des selektiven Scannens mittels der Spalten-Scaneinrichtung 134 werden Signale der jeweiligen Pixel, die über die jeweiligen vertikalen Signalleitungen Lsig übertragen werden sollen, sequentiell an die horizontalen Signalleitungen 135 abgegeben und werden über die horizontalen Signalleitungen 135 zur Außenseite des Halbleitersubstrats 11 übertragen.
  • Ein Schaltungsteil, der von der Reihen-Scaneinrichtung 131, dem horizontalen Selektor 133, der Spalten-Scaneinrichtung 134 und den horizontalen Signalleitungen 135 gebildet wird, kann direkt auf dem Halbleitersubstrat 11 ausgebildet werden oder kann in einer externen Steuerungs-IC angeordnet werden. Alternativ dazu kann der Schaltungsteil auf einem unter Verwendung eines Kabels etc. gekoppelten anderen Substrat ausgebildet sein.
  • Der System-Controller 132 empfängt einen Takt, Daten, die einen Betriebsmodus anweisen, etc., die von außerhalb des Halbleitersubstrats 11 bereitgestellt werden. Der System-Controller 132 gibt auch Daten wie etwa eine interne Information des Bildgebungselements 1 aus. Der System-Controller 132 enthält ferner einen Zeitsteuerungsgenerator, der verschiedene Zeitsteuerungssignale erzeugt, und führt eine Steuerung der Ansteuerung peripherer Schaltungen wie etwa der Reihen-Scaneinrichtung 131, des horizontalen Selektors 133 und der Spalten-Scaneinrichtung 134 auf der Basis der durch den Zeitsteuerungsgenerator erzeugten verschiedenen Zeitsteuerungssignale durch.
  • (Anwendungsbeispiel 2)
  • Das oben beschriebene Bildgebungselement 1 ist für jede beliebige Art von elektronischer Einrichtung mit einer Bildgebungsfunktion, zum Beispiel ein Kamerasystem wie etwa eine Digitalkamera und eine Videokamera, und ein Mobiltelefon mit der Bildgebungsfunktion verwendbar. 21 veranschaulicht eine skizzenhafte Konfiguration einer Kamera 2 als ein Beispiel davon. Diese Kamera 2 ist zum Beispiel eine Videokamera, die ein Standbild fotografieren oder ein Bewegtbild aufnehmen kann. Die Kamera 2 enthält beispielsweise das Bildgebungselement 1, ein optisches System (optische Linse) 310, eine Blendenvorrichtung 311, eine Ansteuerungssektion 313, die das Bildgebungselement 1 und die Blendenvorrichtung 311 ansteuert, und eine Signalverarbeitungssektion 312.
  • Das optische System 310 führt Licht (einfallendes Licht) von einem Objekt zur Pixel-Sektion 1a im Bildgebungselement 1. Das optische System 310 kann von einer Vielzahl optischer Linsen gebildet werden. Die Blendenvorrichtung 311 steuert Perioden einer Lichtbestrahlung und einer Lichtabschirmung in Bezug auf das Bildgebungselement 1. Die Ansteuerungssektion 313 steuert eine Übertragungsoperation des Bildgebungselements 1 und eine Blendenoperation der Blendenvorrichtung 311. Die Signalverarbeitungssektion 312 führt an einem vom Bildgebungselement 1 abgegebenen Signal verschiedene Arten einer Signalverarbeitung durch. Ein Bildsignal Dout nach der Signalverarbeitung wird in einem Speichermedium wie etwa einem Speicher gespeichert oder an einen Monitor etc. abgegeben.
  • (Anwendungsbeispiel 3)
  • <Beispiel einer praktischen Anwendung für ein In-vivo-Informationserfassungssystem>
  • Die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung (vorliegende Technologie) ist ferner für verschiedene Produkte verwendbar. Beispielsweise kann die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung für ein System für endoskopische Chirurgie verwendet werden.
  • 22 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer schematischen Konfiguration eines In-vivo-Informationserfassungssystems für einen Patienten unter Verwendung eines Endoskops vom Kapseltyp darstellt, für das die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung (vorliegende Technologie) verwendet werden kann.
  • Das In-vivo-Informationserfassungssystem 10001 umfasst ein Endoskop 10100 vom Kapseltyp und eine externe Steuerungseinrichtung 10200.
  • Das Endoskop 10100 vom Kapseltyp wird zur Untersuchungszeit von einem Patienten geschluckt. Das Endoskop 10100 vom Kapseltyp hat eine Bildaufnahmefunktion und eine Funktion zur drahtlosen Kommunikation und nimmt nacheinander ein Bild aus dem Inneren eines Organs wie etwa des Magens oder eines Darms (worauf im Folgenden auch als In-vivo-Bild verwiesen wird) in vorbestimmten Intervallen auf, während es sich mittels peristaltischer Bewegung innerhalb des Organs während eines Zeitraums bewegt, bis es vom Patienten auf natürlichem Wege ausgeschieden wird. Das Endoskop 10100 vom Kapseltyp überträgt dann drahtlos sukzessiv eine Information des In-vivo-Bilds zu der externen Steuerungseinrichtung 10200 außerhalb des Körpers.
  • Die externe Steuerungseinrichtung 10200 steuert integral einen Betrieb des In-vivo-Informationserfassungssystems 10001. Darüber hinaus empfängt die externe Steuerungseinrichtung 10200 eine Information eines vom Endoskop 10100 vom Kapseltyp dorthin übertragenen In-vivo-Bilds und erzeugt Bilddaten zum Anzeigen des In-vivo-Bilds auf einer (nicht dargestellten) Anzeigeeinrichtung auf der Grundlage der empfangenen Information des In-vivo-Bilds.
  • Im In-Vivo-Informationserfassungssystem 10001 kann ein In-vivo-Bild, das einen Zustand des Inneren des Körpers eines Patienten aufgenommen hat, auf diese Weise zu jeder beliebigen Zeit während eines Zeitraums erfasst werden, bis das Endoskop 10100 vom Kapseltyp ausgeschieden wird, nachdem es geschluckt wird.
  • Eine Konfiguration und Funktionen des Endoskops 10100 vom Kapseltyp und der externen Steuerungseinrichtung 10200 werden im Folgenden detaillierter beschrieben.
  • Das Endoskop 10100 vom Kapseltyp weist ein Gehäuse 10101 vom Kapseltyp auf, worin eine Lichtquelleneinheit 10111, eine Bildaufnahmeeinheit 10112, eine Bildverarbeitungseinheit 10113, eine Einheit 10114 zur drahtlosen Kommunikation, eine Stromzuführungseinheit 10115, eine Stromversorgungseinheit 10116 und eine Steuerungseinheit 10117 untergebracht sind.
  • Die Lichtquelleneinheit 10111 enthält eine Lichtquelle wie etwa beispielsweise eine lichtemittierende Diode (LED) und strahlt Licht auf ein Bildaufnahme-Sichtfeld der Bildaufnahmeeinheit 10112.
  • Die Bildaufnahmeeinheit 10112 enthält ein Bildaufnahmeelement und ein optisches System, das eine Vielzahl Linsen umfasst, die bei einer dem Bildaufnahmeelement vorhergehenden Stufe vorgesehen sind. Reflektiertes Licht (worauf im Folgenden als Beobachtungslicht verwiesen wird) von Licht, das auf ein Körpergewebe gestrahlt wird, das ein Beobachtungsziel ist, wird durch das optische System gesammelt und wird in das Bildaufnahmeelement eingeführt. In der Bildaufnahmeeinheit 10112 wird das einfallende Beobachtungslicht durch das Bildaufnahmeelement fotoelektrisch umgewandelt, wodurch ein dem Beobachtungslicht entsprechendes Bildsignal erzeugt wird. Das durch die Bildaufnahmeeinheit 10112 erzeugte Bildsignal wird der Bildverarbeitungseinheit 10113 bereitgestellt.
  • Die Bildverarbeitungseinheit 10113 enthält einen Prozessor wie etwa eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) oder eine Graphikverarbeitungseinheit (GPU) und führt verschiedene Signalprozesse für ein durch die Bildaufnahmeeinheit 10112 erzeugtes Bildsignal durch. Die Bildverarbeitungseinheit 10113 stellt das Bildsignal, für das die Signalprozesse durchgeführt worden sind, damit der Einheit 10114 zur drahtlosen Kommunikation als Rohdaten bereit.
  • Die Einheit 10114 zur drahtlosen Kommunikation führt einen vorbestimmten Prozess wie etwa einen Modulationsprozess für das Bildsignal durch, für das die Signalprozesse durch die Bildverarbeitungseinheit 10113 durchgeführt wurden, und überträgt das resultierende Bildsignal über eine Antenne 10114A zur externen Steuerungseinrichtung 10200. Darüber hinaus empfängt die Einheit 10114 zur drahtlosen Kommunikation ein auf eine Antriebssteuerung des Endoskops 10100 vom Kapseltyp bezogenes Steuersignal von der externen Steuerungseinrichtung 10200 über die Antenne 10114A. Die Einheit 10114 zur drahtlosen Kommunikation liefert das von der externen Steuerungseinrichtung 10200 empfangene Steuersignal an die Steuerungseinheit 10117.
  • Die Stromzuführungseinheit 10115 enthält eine Antennenspule zur Leistungsaufnahme, eine Leistungsrückgewinnungsschaltung zum Rückgewinnen elektrischer Leistung von in der Antennenspule erzeugtem Strom, eine Spannungsverstärkerschaltung und dergleichen. Die Stromzuführungseinheit 10115 erzeugt elektrische Leistung unter Verwendung eines Prinzips einer sogenannten kontaktfreien Aufladung.
  • Die Stromversorgungseinheit 10116 enthält eine Sekundärbatterie und speichert die durch die Stromzuführungseinheit 10115 erzeugte elektrische Leistung. In 22 sind, um eine komplizierte Veranschaulichung zu vermeiden, eine Pfeilmarkierung, die ein Versorgungsziel der elektrischen Energie von der Stromversorgungseinheit 10116 angibt, usw. weggelassen. Die in der Stromversorgungseinheit 10116 gespeicherte elektrische Leistung wird jedoch der Lichtquelleneinheit 10111, der Bildaufnahmeeinheit 10112, der Bildverarbeitungseinheit 10113, der Einheit 10114 zur drahtlosen Kommunikation und der Steuerungseinheit 10117 bereitgestellt und kann genutzt werden, um diese anzusteuern.
  • Die Steuerungseinheit 10117 enthält einen Prozessor wie etwa eine CPU und steuert geeignet eine Ansteuerung der Lichtquelleneinheit 10111, der Bildaufnahmeeinheit 10112, der Bildverarbeitungseinheit 10113, der Einheit 10114 zur drahtlosen Kommunikation und der Stromzuführungseinheit 10115 gemäß einem von der externen Steuerungseinrichtung 10200 dorthin übertragenen Steuersignal.
  • Die externe Steuerungseinrichtung 10200 enthält einen Prozessor wie etwa eine CPU oder eine GPU, einen Mikrocomputer, eine Steuerungsplatine oder dergleichen, worin ein Prozessor und ein Speicherelement wie etwa ein Speicher gemischt integriert sind. Die externe Steuerungseinrichtung 10200 überträgt über eine Antenne 10200A ein Steuersignal zur Steuerungseinheit 10117 des Endoskops 10100 vom Kapseltyp, um den Betrieb des Endoskops 10100 vom Kapseltyp zu steuern. Im Endoskop 10100 vom Kapseltyp kann beispielsweise eine Bestrahlungsbedingung von Licht auf ein Beobachtungsziel der Lichtquelleneinheit 10111 zum Beispiel gemäß einem Steuerungssignal von der externen Steuerungseinrichtung 10200 geändert werden. Darüber hinaus kann eine Bildaufnahmebedingung (zum Beispiel eine Frame-Rate, ein Belichtungswert oder dergleichen in der Bildaufnahmeeinheit 10112) gemäß einem Steuerungssignal von der externen Steuerungseinrichtung 10200 geändert werden. Ferner kann der Gehalt einer Verarbeitung durch die Bildverarbeitungseinheit 10113 oder eine Bedingung zum Übertragen eines Bildsignals von der Einheit 10114 zur drahtlosen Kommunikation (zum Beispiel ein Übertragungsintervall, die Anzahl an Übertragungsbildern und dergleichen) gemäß einem Steuerungssignal von der externen Steuerungseinrichtung 10200 geändert werden.
  • Darüber hinaus führt die externe Steuerungseinrichtung 10200 verschiedene Bildprozesse für ein Bildsignal aus, das von dem Endoskop 10100 vom Kapseltyp dorthin übertragen wurde, um Bilddaten zum Anzeigen eines aufgenommenen In-vivo-Bilds auf der Anzeigeeinrichtung zu erzeugen. Als die Bildprozesse können verschiedene Signalprozesse ausgeführt werden, wie etwa beispielsweise ein Entwicklungsprozess (Prozess zum Demosaicing), ein eine Bildqualität verbessernder Prozess (ein Prozess zur Bandbreitenerweiterung, ein Superauflösungsprozess, ein Prozess zur Rauschunterdrückung (NR) und/oder ein Bildstabilisierungsprozess) und/oder ein Vergrößerungsprozess (Prozess eines elektronischen Zoom). Die externe Steuerungseinrichtung 10200 steuert eine Ansteuerung der Anzeigeeinrichtung, um die Anzeigeeinrichtung zu veranlassen, auf der Basis erzeugter Bilddaten aufgenommene In-vivo-Bilder anzuzeigen. Alternativ dazu kann die externe Steuerungseinrichtung 10200 auch eine (nicht veranschaulichte) Aufzeichnungseinrichtung steuern, um erzeugte Bilddaten aufzuzeichnen, oder eine (nicht veranschaulichte) Druckeinrichtung steuern, um erzeugte Bilddaten auszudrucken.
  • Oben wurde die Beschreibung eines Beispiels des In-vivo-Informationserfassungssystems, für das die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann. Die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann für zum Beispiel die Bildaufnahmeeinheit 10112 beschrieben werden. Dies ermöglicht, die Detektionsgenauigkeit zu verbessern.
  • (Anwendungsbeispiel 4)
  • <Beispiel einer praktischen Anwendung für ein System für endoskopische Chirurgie>
  • Die Technologie gemäß einer Ausführungsform der der vorliegenden Offenbarung (vorliegende Technologie) kann für verschiedene Produkte verwendet werden. Beispielsweise kann die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung für ein System für endoskopische Chirurgie verwendet werden.
  • 23 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer schematischen Konfiguration eines Systems für endoskopische Chirurgie darstellt, für das die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung (vorliegende Technologie) verwendet werden kann.
  • In 23 ist ein Zustand veranschaulicht, in welchem ein Chirurg (Arzt) 11131 gerade ein System 11000 für endoskopische Chirurgie verwendet, um einen chirurgischen Eingriff an einem Patienten 11132 auf einem Patientenbett 11133 durchzuführen. Wie dargestellt umfasst das System 11000 für endoskopische Chirurgie ein Endoskop 11100, andere chirurgische Instrumente 11110 wie etwa ein Pneumoperitoneum-Rohr 11111 und eine Energiebehandlungsvorrichtung 11112, eine Trägerarmeinrichtung 11120, die das Endoskop 11100 darauf trägt, und einen Rollwagen 11200, auf welchem verschiedene Einrichtungen für endoskopische Chirurgie montiert sind.
  • Das Endoskop 11100 umfasst einen Linsentubus 11101, mit einem Bereich vorbestimmter Länge von dessen Distalende, um in einen Körperhohlraum des Patienten 11132 eingeführt zu werden, und einen Kamerakopf 11102, der mit einem Proximalende des Linsentubus 11101 verbunden ist. In dem dargestellten Beispiel ist das Endoskop 11100 dargestellt, das ein steifes Endoskop mit dem Linsentubus 11101 vom harten Typ umfasst. Das Endoskop 11100 kann jedoch ansonsten als flexibles bzw. biegsames Endoskop mit dem Linsentubus 11101 vom biegsamen Typ einbezogen sein.
  • An seinem Distalende weist der Linsentubus 11101 eine Öffnung auf, in welche eine Objektlinse eingepasst ist. Eine Lichtquelleneinrichtung 11203 ist mit dem Endoskop 11100 so verbunden, dass von der Lichtquelleneinrichtung 11203 erzeugtes Licht in ein Distalende des Linsentubus 11101 durch eine Lichtführung eingeführt wird, die sich innerhalb des Linsentubus 11101 erstreckt, und in Richtung eines Beobachtungsziels in einem Körperhohlraum des Patienten 11132 durch die Objektlinse gestrahlt wird. Es ist besonders zu erwähnen, dass das Endoskop 11100 ein Endoskop für Geradeaussicht sein kann oder ein Endoskop für Schrägsicht oder ein Endoskop für eine Seitensicht sein kann.
  • Ein optisches System und ein Bildaufnahmeelement sind innerhalb des Kamerakopfes 11102 so vorgesehen, dass reflektiertes Licht (Beobachtungslicht) vom Beobachtungsziel durch das optische System auf dem Bildaufnahmeelement zusammengeführt bzw. gesammelt wird. Das Beobachtungslicht wird durch das Bildaufnahmeelement photoelektrisch umgewandelt, um ein dem Beobachtungslicht entsprechendes elektrisches Signal, nämlich ein einem Beobachtungsbild entsprechendes Bildsignal, zu erzeugen. Das Bildsignal wird als Rohdaten zu einer CCU 11201 übertragen.
  • Die CCU 11201 enthält eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), eine Graphikverarbeitungseinheit (GPU) oder dergleichen und steuert übergreifend bzw. integral eine Operation des Endoskops 11100 und einer Anzeigeeinrichtung 11202. Ferner empfängt die CCU 11201 ein Bildsignal vom Kamerakopf 11102 und führt für das Bildsignal verschiedene Bildprozesse zum Anzeigen eines auf dem Bildsignal basierenden Bildes wie etwa beispielsweise einen Entwicklungsprozess (Demosaicing-Prozess) durch.
  • Die Anzeigeeinrichtung 11202 zeigt darauf ein Bild, das auf einem Bildsignal basiert, für das von der CCU 11201 die Bildprozesse durchgeführt wurden, unter einer Steuerung der CCU 11201 an.
  • Die Lichtquelleneinrichtung 11203 enthält eine Lichtquelle, wie etwa beispielsweise eine lichtemittierende Diode (LED), und führt Bestrahlungslicht bei einer Abbildung eines Bereichs eines chirurgischen Eingriffs dem Endoskop 11100 zu.
  • Eine Eingabeeinrichtung 11204 ist eine Eingabeschnittstelle für das System 11000 für endoskopische Chirurgie. Ein Nutzer kann über die Eingabeeinrichtung 11204 Eingaben verschiedener Arten einer Information oder Anweisung durchführen, die in das System 11000 für endoskopische Chirurgie eingegeben werden. Beispielsweise gibt der Nutzer eine Anweisung oder dergleichen, um eine Bildaufnahmebedingung (eine Art von Bestrahlungslicht, eine Vergrößerung, eine Brennweite oder dergleichen) durch das Endoskop 11100 zu ändern, ein.
  • Eine Einrichtung 11205 zur Steuerung eines Behandlungsinstruments steuert eine Ansteuerung der Energiebehandlungsvorrichtung 11112 für eine Kauterisierung bzw. Verätzung oder einen Schnitt eines Gewebes, ein Verschließen eines Blutgefäßes oder dergleichen. Um das Sichtfeld des Endoskops 11100 sicherzustellen und den Arbeitsraum für den Chirurgen sicherzustellen, führt eine Pneumoperitoneum-Einrichtung 11206 durch das Pneumoperitoneum-Rohr 11111 Gas in einen Körperhohlraum des Patienten 11132 ein, um den Körperhohlraum auszudehnen. Eine Aufzeichnungseinrichtung 11207 ist eine Einrichtung, die verschiedene Arten einer Information in Bezug auf einen chirurgischen Eingriff aufzeichnen kann. Ein Drucker 11208 ist eine Einrichtung, die verschiedene Arten von Information in Bezug auf einen chirurgischen Eingriff in verschiedenen Formen wie etwa als Text, Bild oder grafische Darstellung drucken kann.
  • Es ist besonders zu erwähnen, dass die Lichtquelleneinrichtung 11203, die Bestrahlungslicht, wenn ein Bereich eines chirurgischen Eingriffs abgebildet werden soll, dem Endoskop 11100 zugeführt, eine Weißlichtquelle enthalten kann, die zum Beispiel eine LED, eine Laserlichtquelle oder eine Kombination von ihnen umfasst. Wenn eine Weißlichtquelle eine Kombination von roten, grünen und blauen (RGB-) Laserlichtquellen enthält, kann, da die Ausgabeintensität und der Ausgabezeitpunkt für jede Farbe (jede Wellenlänge) mit einem hohen Grad an Genauigkeit gesteuert werden kann, eine Einstellung des Weißabgleichs eines aufgenommenen Bildes von der Lichtquelleneinrichtung 11203 durchgeführt werden. Ferner wird in diesem Fall, falls Laserstrahlen von den jeweiligen RGB-Laserlichtquellen in Zeitmultiplex-Weise auf ein Beobachtungsziel gestrahlt werden, eine Ansteuerung der Bildaufnahmeelemente des Kamerakopfes 11102 synchron mit den Bestrahlungszeitpunkten gesteuert. Dann können den R-, G- und B-Farben individuell entsprechende Bilder ebenfalls in Zeitmultiplex-Weise aufgenommen werden. Gemäß diesem Verfahren ist es möglich, ein Farbbild zu erhalten, selbst wenn keine Farbfilter für das Bildaufnahmeelement vorgesehen sind.
  • Ferner kann die Lichtquelleneinrichtung 11203 so gesteuert werden, dass die Intensität eines abzugebenden Lichts für jede vorbestimmte Zeit geändert wird. Indem man eine Ansteuerung des Bildaufnahmeelements des Kamerakopfes 11102 synchron mit dem Zeitpunkt der Änderung der Lichtintensität steuert, um Bilder in Zeitmultiplex-Weise zu erfassen, und die Bilder kombiniert bzw. synthetisiert, kann ein Bild mit einem hohen Dynamikbereich ohne unterentwickelte blockierte Abschattungen und überbelichtete Hervorhebungen erzeugt werden.
  • Außerdem kann die Lichtquelleneinrichtung 11203 dafür konfiguriert sein, Licht eines vorbestimmten Wellenlängenbands, das für eine Beobachtung mit speziellem Licht geeignet ist, bereitzustellen. Bei einer Beobachtung mit speziellem Licht wird beispielsweise unter Ausnutzung der Wellenlängenabhängigkeit einer Lichtabsorption in Körpergewebe, um Licht eines schmalen Bandes zu strahlen, im Vergleich mit Bestrahlungslicht bei einer gewöhnlichen Beobachtung (nämlich weißes Licht), eine schmalbandige Beobachtung (schmalbandige Abbildung) zum Abbilden eines vorbestimmten Gewebes wie etwa eines Blutgefäßes eines Oberflächenbereichs der mukosalen Membran in einem hohen Kontrast durchgeführt. Alternativ dazu kann bei einer Beobachtung mit speziellem Licht eine Fluoreszenzbeobachtung durchgeführt werden, um ein Bild aus Fluoreszenzlicht zu erhalten, das mittels Bestrahlung mit Anregungslicht erzeugt wird. Bei einer Fluoreszenzbeobachtung ist es möglich, eine Beobachtung von Fluoreszenzlicht von einem Körpergewebe durchzuführen, indem Anregungslicht auf das Körpergewebe gestrahlt wird (Eigenfluoreszenz-Beobachtung), oder ein Fluoreszenzlichtbild zu erhalten, indem ein Reagenzmittel wie etwa Indocyaningrün (ICG) lokal in ein Körpergewebe injiziert und Anregungslicht entsprechend einer Fluoreszenzwellenlänge des Reagenzmittels auf das Körpergewebe gestrahlt wird. Die Lichtquelleneinrichtung 11203 kann dafür konfiguriert sein, derartiges schmalbandiges Licht und/oder Anregungslicht, das für eine Beobachtung mit speziellem Licht wie oben beschrieben geeignet ist, bereitzustellen.
  • 24 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer funktionalen Konfiguration des Kamerakopfes 11102 und der CCU 11201 zeigt, die in 23 dargestellt sind.
  • Der Kamerakopf 11102 enthält eine Linseneinheit 11401, eine Bildaufnahmeeinheit 11402, eine Ansteuereinheit 11403, eine Kommunikationseinheit 11404 und eine Kamerakopf-Steuereinheit 11405. Die CCU 11201 enthält eine Kommunikationseinheit 11411, eine Bildverarbeitungseinheit 11412 und eine Steuerungseinheit 11413. Der Kamerakopf 11102 und die CCU 11201 sind für eine Kommunikation miteinander durch ein Übertragungskabel 11400 verbunden.
  • Die Linseneinheit 11401 ist ein optisches System, das an einer Verbindungsstelle mit dem Linsentubus 11101 vorgesehen ist. Von einem Distalende des Linsentubus 11101 empfangenes Beobachtungslicht wird zum Kamerakopf 11102 geführt und in die Linseneinheit 11401 eingeführt. Die Linseneinheit 11401 enthält eine Kombination einer Vielzahl von Linsen, einschließlich einer Zoomlinse und einer Fokuslinse.
  • Die Anzahl an Bildaufnahmeeinheiten, die in der Bildaufnahmeeinheit 11402 enthalten sind, kann Eins (Einzelplattentyp) oder eine Mehrzahl (Mehrplattentyp) sein. Wenn die Bildaufnahmeeinheit 11402 beispielsweise wie diejenige des Mehrplattentyps konfiguriert ist, werden jeweiligen R, G und B entsprechende Bildsignale durch die Bildaufnahmeelemente erzeugt, und die Bildsignale können synthetisiert werden, um ein Farbbild zu erhalten. Die Bildaufnahmeeinheit 11402 kann auch so konfiguriert sein, dass sie ein Paar Bildaufnahmeelemente enthält, um jeweilige Bildsignale für das rechte Auge und das linke Auge zu erlangen, die für eine dreidimensionale (3D) Anzeige geeignet sind. Falls eine 3D-Anzeige ausgeführt wird, kann dann die Tiefe eines Gewebes eines lebenden Körpers in einem Bereich eines chirurgischen Eingriffs vom Chirurgen 11131 genauer erkannt werden. Es ist besonders zu erwähnen, dass, wenn die Bildaufnahmeeinheit 11402 wie diejenige eines stereoskopischen Typs konfiguriert ist, eine Vielzahl von Systemen von Linseneinheiten 11401 entsprechend den einzelnen Bildaufnahmeelementen vorgesehen ist.
  • Außerdem muss die Bildaufnahmeeinheit 11402 nicht notwendigerweise auf dem Kamerakopf 11102 vorgesehen sein. Beispielsweise kann die Bildaufnahmeeinheit 11402 unmittelbar hinter der Objektivlinse innerhalb des Linsentubus 11101 vorgesehen sein.
  • Die Ansteuereinheit 11403 enthält einen Aktuator und bewegt unter der Steuerung der Kamerakopf-Steuereinheit 11405 die Zoomlinse und die Fokuslinse der Linseneinheit 11401 um einen vorbestimmten Abstand entlang einer optischen Achse. Folglich können die Vergrößerung und der Fokus eines aufgenommenen Bildes durch die Bildaufnahmeeinheit 11402 geeignet eingestellt werden.
  • Die Kommunikationseinheit 11404 enthält eine Kommunikationseinrichtung zum Übertragen und Empfangen verschiedener Arten von Information zu und von der CCU 11201. Die Kommunikationseinheit 11404 überträgt ein von der Bildaufnahmeeinheit 11402 erlangtes Bildsignal über das Übertragungskabel 11400 als Rohdaten zur CCU 11201.
  • Außerdem empfängt die Kommunikationseinheit 11404 ein Steuerungssignal zum Steuern einer Ansteuerung des Kamerakopfes 11102 von der CCU 11201 und stellt das Steuerungssignal der Kamerakopf-Steuereinheit 11405 bereit. Das Steuerungssignal enthält Information in Bezug auf Bildaufnahmebedingungen, wie etwa zum Beispiel eine Information, dass eine Frame-Rate eines aufgenommenen Bildes bestimmt ist, eine Information, dass ein Belichtungswert bei einer Bildaufnahme bestimmt ist, und/oder eine Information, dass eine Vergrößerung und ein Fokus eines aufgenommenen Bildes bestimmt sind.
  • Es ist besonders zu erwähnen, dass die Bildaufnahmebedingungen wie etwa die Frame-Rate, der Belichtungswert, die Vergrößerung oder der Fokus durch den Nutzer bestimmt werden können oder durch die Steuerungseinheit 11413 der CCU 11201 auf der Basis des erfassten Bildsignals automatisch eingestellt werden können. Im letztgenannten Fall sind im Endoskop 11100 eine Funktion einer automatischen Belichtung (AE), eine Funktion eines Autofokus (AF) und eine Funktion eines automatischen Weißabgleichs (AWB) integriert.
  • Die Kamerakopf-Steuereinheit 11405 steuert eine Ansteuerung des Kamerakopfes 11102 auf der Basis eines über die Kommunikationseinheit 11404 von der CCU 11201 empfangenen Steuerungssignals.
  • Die Kommunikationseinheit 11411 enthält eine Kommunikationseinrichtung, um verschiedene Arten von Information zum Kamerakopf 11102 zu übertragen und von ihm zu empfangen. Die Kommunikationseinheit 11411 empfängt ein über das Übertragungskabel 11400 vom Kamerakopf 11102 dorthin übertragenes Bildsignal.
  • Außerdem überträgt die Kommunikationseinheit 11411 ein Steuerungssignal zum Steuern einer Ansteuerung des Kamerakopfes 11102 zum Kamerakopf 11102. Das Bildsignal und das Steuerungssignal können mittels elektrischer Kommunikation, optischer Kommunikation oder dergleichen übertragen werden.
  • Die Bildverarbeitungseinheit 11412 führt verschiedene Bildprozesse für ein Bildsignal in der Form vom Kamerakopf 11102 dorthin übertragener Rohdaten durch.
  • Die Steuerungseinheit 11413 führt verschiedene Arten einer Steuerung bezüglich einer Bildaufnahme eines Bereiches eines chirurgischen Eingriffs oder dergleichen durch das Endoskop 11100 und einer Anzeige eines aufgenommenen Bildes durch, das mittels einer Bildaufnahme des Bereichs eines chirurgischen Eingriffs oder dergleichen erhalten wurde. Beispielsweise erzeugt die Steuerungseinheit 11413 ein Steuerungssignal, um eine Ansteuerung des Kamerakopfes 11102 zu steuern.
  • Außerdem steuert die Steuerungseinheit 11413 auf der Basis eines Bildsignals, für das Bildprozesse mittels der Bildverarbeitungseinheit 11412 durchgeführt wurden, die Anzeigeeinrichtung 11202, um ein aufgenommenes Bild anzuzeigen, in welchem der Bereich eines chirurgischen Eingriffs oder dergleichen abgebildet ist. Daraufhin kann die Steuerungseinheit 11413 unter Verwendung verschiedener Bilderkennungstechnologien verschiedene Objekte in dem aufgenommenen Bild erkennen. Beispielsweise kann die Steuerungseinheit 11413 ein chirurgisches Instrument wie etwa eine Pinzette bzw. Zange, einen bestimmten Bereich eines lebenden Körpers, eine Blutung, Dunst, wenn die Energiebehandlungsvorrichtung 11112 verwendet wird, und so weiter erkennen, indem die Form, Farbe und so weiter von Rändern von Objekten detektiert werden, die in einem aufgenommenen Bild enthalten sind. Die Steuerungseinheit 11413 kann, wenn sie die Anzeigeeinrichtung 11202 steuert, um ein aufgenommenes Bild anzuzeigen, veranlassen, dass verschiedene Arten einer einen chirurgischen Eingriff unterstützenden Information überlappend mit einem Bild des Bereichs eines chirurgischen Eingriffs unter Verwendung eines Erkennungsergebnisses angezeigt werden. Wenn die einen chirurgischen Eingriff unterstützende Information überlappend angezeigt und dem Chirurgen 11131 präsentiert wird, kann die Belastung für den Chirurgen 11131 reduziert werden, und der Chirurg 11131 kann den chirurgischen Eingriff sicher fortführen.
  • Das Übertragungskabel 11400, das den Kamerakopf 11102 und die CCU 11201 miteinander verbindet, ist ein elektrisches Signalkabel, das eine Kommunikation elektrischer Signale geeignet ist, eine Lichtleitfaser, die für eine optische Kommunikation geeignet ist, oder ein Verbundkabel, das für sowohl elektrische als auch optische Kommunikation geeignet ist.
  • Während im dargestellten Beispiel unter Verwendung des Übertragungskabels 11400 eine Kommunikation mittels einer drahtgebundenen Kommunikation durchgeführt wird, kann hier die Kommunikation zwischen dem Kamerakopf 11102 und der CCU 11201 mittels einer drahtlosen Kommunikation durchgeführt werden.
  • Oben wurde ein Beispiel eines Systems für endoskopische Chirurgie, für das die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann, beschrieben. Die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann für die Bildaufnahmeeinheit 11402 der oben beschriebenen Konfigurationen verwendet werden. Eine Anwendung der Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung auf die Bildaufnahmeeinheit 11402 ermöglicht, die Detektionsgenauigkeit zu verbessern.
  • Es ist besonders zu erwähnen, dass, obgleich das System für endoskopische Chirurgie hier als ein Beispiel beschrieben wurde, die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung hier auch für beispielsweise ein System für mikroskopische Chirurgie und dergleichen verwendet werden kann.
  • (Anwendungsbeispiel 5)
  • <Beispiel einer praktischen Anwendung für einen beweglichen Körper>
  • Die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung (vorliegenden Technologie) kann für verschiedene Produkte verwendet werden. Beispielsweise kann die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung in Form einer Einrichtung realisiert werden, die an einem beweglichen Körper beliebiger Art wie etwa beispielswiese einem Automobil, einem Elektrofahrzeug, einem Hybrid-Elektrofahrzeug, einem Motorrad, einem Fahrrad, einer beliebigen Vorrichtung für persönliche Mobilität, einem Flugzeug, einem unbemannten Luftfahrzeug (Drohne), einem Schiff, einem Roboter, einer Baumaschine und einer landwirtschaftlichen Maschine (Traktor) montiert werden soll.
  • 25 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer schematischen Konfiguration eines Fahrzeugsteuerungssystems als ein Beispiel eines Systems zur Steuerung beweglicher Körper veranschaulicht, für das die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann.
  • Das Fahrzeugsteuerungssystem 12000 umfasst eine Vielzahl elektronischer Steuereinheiten, die über ein Kommunikationsnetzwerk 12001 miteinander verbunden sind. In dem in 25 dargestellten Beispiel umfasst das Fahrzeugsteuerungssystem 12000 eine Antriebssystem-Steuerungseinheit 12010, eine Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020, eine Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs, eine Einheit 12040 zur Detektion von Information im Fahrzeug und eine integrierte Steuereinheit 12050. Außerdem sind als eine funktionale Konfiguration der integrierten Steuereinheit 12050 ein Mikrocomputer 12051, eine Ton/Bild-Ausgabesektion 12052 und eine Schnittstelle (I/F) 12053 des im Fahrzeug montierten Netzwerks veranschaulicht.
  • Die Antriebssystem-Steuerungseinheit 12010 steuert gemäß verschiedenen Arten von Programmen die Operation von Vorrichtungen in Bezug auf das Antriebssystem des Fahrzeugs. Beispielsweise dient die Antriebssystem-Steuerungseinheit 12010 als Steuerungsvorrichtung für eine Antriebskraft-Erzeugungsvorrichtung zum Erzeugen einer Antriebskraft des Fahrzeugs wie etwa einen Verbrennungsmotor, einen Antriebsmotor oder dergleichen, einen Antriebskraft-Übertragungsmechanismus, um die Antriebskraft auf Räder zu übertragen, einen Lenkmechanismus, um den Lenkwinkel des Fahrzeugs einzustellen, eine Bremsvorrichtung, um die Bremskraft des Fahrzeugs zu erzeugen, und dergleichen.
  • Die Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020 steuert die Operation verschiedener Arten von Vorrichtungen, die an einer Fahrzeugkarosserie vorgesehen sind, gemäß verschiedenen Arten von Programmen. Beispielsweise dient die Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020 als Steuerungsvorrichtung für ein schlüsselloses Zugangssystem, ein System für intelligente Schlüssel, eine automatische Fenstervorrichtung oder verschiedene Arten von Leuchten wie etwa einen Frontscheinwerfer, einen Heckscheinwerfer, eine Bremsleuchte, ein Fahrtrichtungssignal, eine Nebelleuchte oder dergleichen. In diesem Fall können Funkwellen, die von einer mobilen Vorrichtung als Alternative zu einem Schlüssel gesendet werden, oder Signale verschiedener Arten von Schaltern in die Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020 eingespeist werden. Die Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020 empfängt diese eingespeisten Funkwellen oder Signale und steuert eine Türverriegelungsvorrichtung, die automatische Fenstervorrichtung, die Leuchten oder dergleichen des Fahrzeugs.
  • Die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs detektiert Information über die äußere Umgebung des das Fahrzeugsteuerungssystem 12000 enthaltenden Fahrzeugs. Beispielsweise ist die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs mit einer Bildgebungssektion 12031 verbunden. Die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs veranlasst die Bildgebungssektion 12031, ein Bild der äußeren Umgebung des Fahrzeugs aufzunehmen, und empfängt das aufgenommene Bild. Die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs kann auf der Basis des empfangenen Bildes eine Verarbeitung zum Detektieren eines Objekts wie etwa einer Person, eines Wagens, eines Hindernisses, eines Verkehrsschilds, eines Zeichens auf einer Straßenoberfläche oder dergleichen oder eine Verarbeitung zum Detektieren eines Abstands dazu ausführen.
  • Die Bildgebungssektion 12031 ist ein optischer Sensor, der Licht empfängt und der entsprechend einer empfangenen Lichtmenge des Lichts ein elektrisches Signal abgibt. Die Bildgebungssektion 12031 kann auch das elektrische Signal als Bild ausgeben oder kann das elektrische Signal als Information über einen gemessenen Abstand abgeben. Außerdem kann das von der Bildgebungssektion 12031 empfangene Licht sichtbares Licht sein oder kann unsichtbares Licht wie etwa Infrarotstrahlen oder dergleichen sein.
  • Die Einheit 12040 zur Detektion von Information im Fahrzeug detektiert Information über das Innere bzw. aus dem Inneren des Fahrzeugs. Die Einheit 12040 zur Detektion von Information im Fahrzeug ist zum Beispiel mit einer Sektion 12041 zur Detektion eines Fahrerzustands verbunden, die den Zustand eines Fahrers detektiert. Die Sektion 12041 zur Detektion eines Fahrerzustands umfasst zum Beispiel eine Kamera, die den Fahrer aufnimmt. Die Einheit 12040 zur Detektion von Information im Fahrzeug kann auf der Basis einer von der Sektion 12041 zur Detektion eines Fahrerzustands eingegebenen Detektionsinformation einen Ermüdungsgrad des Fahrers oder einen Konzentrationsgrad des Fahrers berechnen oder kann bestimmen, ob der Fahrer eindöst.
  • Der Mikrocomputer 12051 kann einen Steuerungszielwert für die Antriebskraft-Erzeugungsvorrichtung, den Lenkmechanismus oder die Bremsvorrichtung auf der Basis der Information über das Innere oder die äußere Umgebung des Fahrzeugs berechnen, welche Information durch die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs oder die Einheit 12040 zur Detektion von Information im Fahrzeug erhalten wird, und kann einen Steuerungsbefehl an die Antriebssystem-Steuerungseinheit 12010 ausgeben. Beispielsweise kann der Mikrocomputer 12051 eine kooperative Steuerung durchführen, die dazu gedacht ist, Funktionen eines fortgeschrittenen Fahrerassistenzsystems (ADAS) zu realisieren, dessen Funktionen eine Vermeidung einer Kollision oder Aufprallabschwächung für das Fahrzeug, eine Nachfolgefahrt basierend auf einem Folgeabstand, eine Fahrt bei konstanter Geschwindigkeit, eine Warnung vor einer Kollision des Fahrzeugs, eine Warnung vor einer Spurabweichung des Fahrzeugs oder dergleichen einschließen.
  • Außerdem kann der Mikrocomputer 12051 eine kooperative Steuerung ausführen, die für automatisches Fahren gedacht ist, die das Fahrzeug, ohne von einem Eingriff des Fahrers oder dergleichen abhängig zu sein, autonom fahren lässt, indem die Antriebskraft-Erzeugungsvorrichtung, der Lenkmechanismus, die Bremsvorrichtung oder dergleichen auf der Basis der Information über die äußere Umgebung oder das Innere des Fahrzeugs gesteuert werden, welche Information durch die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs oder die Einheit 12040 zur Detektion von Information im Fahrzeug erhalten wird.
  • Der Mikrocomputer 12051 kann außerdem einen Steuerungsbefehl an die Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020 auf der Basis der Information über die äußere Umgebung des Fahrzeugs ausgeben, welche Information durch die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs erhalten wird. Beispielsweise kann der Mikrocomputer 12051 eine kooperative Steuerung ausführen, die dazu gedacht ist, eine Blendung zu verhindern, indem die Frontleuchte gemäß der Position eines vorausfahrenden Fahrzeugs oder eines entgegenkommenden Fahrzeugs, das durch die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs detektiert wird, gesteuert wird, um von Fernlicht auf Abblendlicht umzuschalten.
  • Die Ton/Bild-Ausgabesektion 12052 überträgt ein Ausgangssignal eines Tons und/oder eines Bildes an eine Ausgabevorrichtung, die eine Information einem Insassen des Fahrzeugs oder der äußeren Umgebung des Fahrzeugs optisch oder akustisch übermitteln kann. Im Beispiel von 25 sind als die Ausgabevorrichtung ein Lautsprecher 12061, eine Anzeigesektion 12062 und ein Armaturenbrett 12063 angegeben. Die Anzeigesektion 12062 kann beispielsweise eine bordeigene Anzeige und/oder ein Head-Up-Display umfassen.
  • 26 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Installationsposition der Bildgebungssektion 12031 veranschaulicht.
  • In 26 umfasst die Bildgebungssektion 12031 Bildgebungssektionen 12101, 12102, 12103, 12104 und 12105.
  • Die Bildgebungssektionen 12101, 12102, 12103, 12104 und 12105 sind beispielsweise an Positionen an einer Frontpartie, von Seitenspiegeln, einer hinteren Stoßstange und einer Hecktür, des Fahrzeugs 12100 sowie einer Position an einem oberen Teil einer Windschutzscheibe im Inneren des Fahrzeugs angeordnet. Die an der Frontpartie vorgesehene Bildgebungssektion 12101 und die am oberen Teil der Windschutzscheibe im Inneren des Fahrzeugs vorgesehene Bildgebungssektion 12105 erhalten vorwiegend ein Bild von vor dem Fahrzeug 12100. Die an den Seitenspiegeln vorgesehenen Bildgebungssektionen 12102 und 12103 erhalten vorwiegend ein Bild von den Seiten des Fahrzeugs 12100. Die an der hinteren Stoßstange oder der Hecktür vorgesehene Bildgebungssektion 12104 erhält vorwiegend ein Bild von hinter dem Fahrzeug 12100. Die am oberen Teil der Windschutzscheibe im Inneren vorgesehene Bildgebungssektion 12105 wird vorwiegend genutzt, um ein vorausfahrendes Fahrzeug, einen Fußgänger, ein Hindernis, eine Verkehrsampel, ein Verkehrszeichen, eine Fahrspur oder dergleichen zu detektieren.
  • Im Übrigen stellt 26 ein Beispiel von Fotografierbereichen der Bildgebungssektionen 12101 bis 12104 dar. Ein Abbildungsbereich 12111 repräsentiert den Abbildungsbereich der an der Frontpartie vorgesehenen Bildgebungssektion 12101. Abbildungsbereiche 12112 und 12113 repräsentieren die Abbildungsbereiche der an den Seitenspiegeln vorgesehenen Bildgebungssektionen 12102 bzw. 12103. Ein Abbildungsbereich 12114 repräsentiert den Abbildungsbereich der an der hinteren Stoßstange oder der Hecktür vorgesehenen Bildgebungssektion 12104. Beispielsweise wird ein Bild aus der Vogelperspektive des Fahrzeugs 12100 , wie es von oben gesehen wird, erhalten, indem beispielsweise durch die Bildgebungssektionen 12101 bis 12104 abgebildete Bilddaten aufeinander gelegt werden.
  • Zumindest eine der Bildgebungssektionen 12101 bis 12104 kann eine Funktion zum Erhalten einer Abstandsinformation aufweisen. Beispielsweise kann zumindest eine der Bildgebungssektionen 12101 bis 12104 eine Stereokamera sein, die aus einer Vielzahl von Bildgebungselementen aufgebaut ist, oder kann ein Bildgebungselement sein, das Pixel für eine Detektion von Phasendifferenzen enthält.
  • Der Mikrocomputer 12051 kann beispielsweise einen Abstand zu jedem dreidimensionalen Objekt innerhalb der Abbildungsbereiche 12111 bis 12114 und eine zeitliche Änderung des Abstands (Relativgeschwindigkeit in Bezug auf das Fahrzeug 12100) auf der Basis der von den Bildgebungssektionen 12101 bis 12104 erhaltenen Abstandsinformation bestimmen und dadurch insbesondere als ein vorausfahrendes Fahrzeug ein nächstgelegenes dreidimensionales Objekt extrahieren, das sich auf einem Fahrweg des Fahrzeugs 12100 befindet und das mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit (zum Beispiel gleich 0 km/h oder höher) in im Wesentlichen der gleichen Richtung wie das Fahrzeug 12100 fährt. Ferner kann der Mikrocomputer 12051 einen beizubehaltenden Folgeabstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug vorher festlegen und eine automatische Bremssteuerung (einschließlich einer Nachfolge-Stopp-Steuerung), eine automatische Beschleunigungssteuerung (einschließlich einer Nachfolge-Start-Steuerung) oder dergleichen durchführen. Folglich ist es möglich, eine kooperative Steuerung auszuführen, die für automatisches Fahren gedacht ist, was das Fahrzeug, ohne vom Eingriff des Fahrers oder dergleichen abhängig zu sein, autonom fahren lässt.
  • Der Mikrocomputer 12051 kann zum Beispiel dreidimensionale Objektdaten über dreidimensionale Objekte in dreidimensionale Objektdaten eines zweirädrigen Fahrzeugs, eines Fahrzeugs üblicher Größe, eines großen Fahrzeugs, eines Fußgängers, eines Telefonmasten und andere dreidimensionale Objekte auf der Basis der Abstandsinformation klassifizieren, die von den Bildgebungssektionen 12101 bis 12104 erhalten werden, die klassifizierten dreidimensionalen Objektdaten extrahieren und die extrahierten dreidimensionalen Objekten zum automatischen Ausweichen eines Hindernisses nutzen. Beispielsweise identifiziert der Mikrocomputer 12051 Hindernisse um das Fahrzeug 12100 als Hindernisse, die der Fahrer des Fahrzeugs 12100 optisch erkennen kann, und Hindernisse, die für den Fahrer des Fahrzeugs 12100 optisch schwer zu erkennen sind. Der Mikrocomputer 12051 bestimmt dann ein Kollisionsrisiko, das ein Risiko einer Kollision mit jedem Hindernis angibt. In einer Situation, in der das Kollisionsrisiko gleich einem eingestellten Wert oder höher ist und somit eine Möglichkeit einer Kollision besteht, gibt der Mikrocomputer 12051 über den Lautsprecher 12061 oder die Anzeigesektion 12062 eine Warnung an den Fahrer aus und führt über die Antriebssystem-Steuerungseinheit 12010 eine erzwungene Abbremsung oder Ausweichlenkbewegung durch. Der Mikrocomputer 12051 kann dadurch beim Fahren unterstützen, um eine Kollision zu vermeiden.
  • Zumindest eine der Bildgebungssektionen 12101 bis 12104 kann eine Infrarotkamera sein, die Infrarotstrahlen detektiert. Beispielsweise kann der Mikrocomputer 12051 einen Fußgänger erkennen, indem bestimmt wird, ob sich in aufgenommenen Bildern der Bildgebungssektionen 12101 bis 12104 ein Fußgänger befindet oder nicht. Eine solche Erkennung eines Fußgängers wird beispielsweise mittels einer Prozedur zum Extrahieren charakteristischer Punkte in den aufgenommenen Bildern der Bildgebungssektionen 12101 bis 12104 als Infrarotkameras und einer Prozedur, um zu bestimmen, ob es der Fußgänger ist oder nicht, indem eine Verarbeitung zum Musterabgleich an einer Reihe charakteristischer Punkte durchgeführt wird, die die Kontur des Objekts angeben. Wenn der Mikrocomputer 12051 bestimmt, dass es in den aufgenommenen Bildern der Bildgebungssektionen 12101 bis 12104 einen Fußgänger gibt, und somit den Fußgänger erkennt, steuert die Ton/Bild-Ausgabesektion 12052 die Anzeigesektion 12062, so dass eine viereckige Konturlinie zur Hervorhebung so angezeigt wird, dass sie dem erkannten Fußgänger überlagert wird. Die Ton/Bild-Ausgabesektion 12052 kann auch die Anzeigesektion 12062 so steuern, dass ein Symbol oder dergleichen, das den Fußgänger repräsentiert, an einer gewünschten Position angezeigt wird.
  • Hier wurde oben eine Beschreibung unter Bezugnahme auf die Ausführungsform und das Modifikationsbeispiel sowie die Anwendungsbeispiele gegeben; jedoch ist der Inhalt der vorliegenden Offenbarung nicht auf die vorhergehende Ausführungsform und dergleichen beschränkt, und verschiedene Modifikationen können vorgenommen werden. Zum Beispiel hat in der vorhergehenden Ausführungsform das Bildgebungselement eine Konfiguration, in der vier anorganische fotoelektrische Umwandlungssektionen 11B und vier anorganische fotoelektrische Umwandlungssektionen 11R, die blaues Licht bzw. rotes Licht detektieren, in Bezug auf eine organische fotoelektrische Umwandlungssektion 11G, die grünes Licht detektiert, sequentiell gestapelt sind. Der Inhalt der vorliegenden Offenbarung ist jedoch nicht auf solch eine Struktur beschränkt.
  • Beispielsweise kann eine Konfiguration übernommen werden, in der acht anorganische fotoelektrische Umwandlungssektionen 11B (acht Pixel davon) und acht anorganische fotoelektrische Umwandlungssektionen 11R (acht Pixel davon), die blaues Licht bzw. rotes Licht detektieren, in Bezug auf eine organische fotoelektrische Umwandlungssektion 11G, die grünes Licht detektiert, sequentiell gestapelt sind. Außerdem kann eine Konfiguration übernommen werden, in der zwei organische fotoelektrische Umwandlungssektionen und eine anorganische fotoelektrische Umwandlungssektion gestapelt sind. In diesem Fall können die beiden organischen fotoelektrischen Umwandlungssektionen mit dem gleichen Pixelabstand ausgebildet sein; alternativ dazu kann jedoch die auf einer Seite der anorganischen fotoelektrischen Umwandlungssektion vorgesehene organische fotoelektrische Umwandlungssektion schmaler bzw. enger als ein Pixelabstand der organischen fotoelektrischen Umwandlungssektion, die auf der Lichteinfallsseite angeordnet ist, wie in den oben beschriebenen anorganischen fotoelektrischen Umwandlungssektionen 11B und 11R ausgebildet werden.
  • Ferner stellt die vorhergehende Ausführungsform etc. beispielhaft die Konfiguration des Bildgebungselements vom Typ mit rückseitiger Beleuchtung dar; jedoch ist der Inhalt der vorliegenden Offenbarung auch auf ein Bildgebungselement eines Typs mit vorderseitiger Beleuchtung anwendbar. Das Bildgebungselement der vorliegenden Offenbarung muss weiterhin nicht all die in der vorhergehenden Ausführungsform beschriebenen Komponenten aufweisen und kann umgekehrt jede beliebige andere Schicht enthalten.
  • Es ist besonders zu erwähnen, dass die hierin beschriebenen Effekte nur beispielhaft und nicht beschränkend sind und andere Effekte weiter einschließen können.
  • Es ist besonders zu erwähnen, dass die vorliegende Offenbarung die folgenden Konfigurationen aufweisen kann.
    • (1) Ein Bildgebungselement, umfassend: eine erste fotoelektrische Umwandlungssektion; und eine zweite fotoelektrische Umwandlungssektion, wobei die erste fotoelektrische Umwandlungssektion und die zweite fotoelektrische Umwandlungssektion von einer Lichteinfallsseite aus der Reihe nach gestapelt sind und Lichtstrahlen verschiedener Wellenlängenbänder selektiv detektieren und fotoelektrisch umwandeln, wobei die zweite fotoelektrische Umwandlungssektion in einem Intervall angeordnet ist, das enger als ein Pixelabstand der ersten fotoelektrischen Umwandlungssektion ist.
    • (2) Das Bildgebungselement gemäß (1), worin vier Pixel der zweiten fotoelektrischen Umwandlungssektion in Bezug auf ein Pixel der ersten fotoelektrischen Umwandlungssektion angeordnet sind.
    • (3) Das Bildgebungselement gemäß (1), worin acht Pixel der zweiten fotoelektrischen Umwandlungssektion in Bezug auf ein Pixel der ersten fotoelektrischen Umwandlungssektion angeordnet sind.
    • (4) Das Bildgebungselement gemäß einem von (1) bis (3) worin, die erste fotoelektrische Umwandlungssektion eine organische fotoelektrische Umwandlungssektion enthält, die unter Verwendung eines organischen Materials ausgebildet ist, und die zweite fotoelektrische Umwandlungssektion eine anorganische fotoelektrische Umwandlungssektion enthält, die so ausgebildet ist, dass sie in einem Halbleitersubstrat eingebettet ist.
    • (5) Das Bildgebungselement gemäß (4), ferner umfassend eine dritte fotoelektrische Umwandlungssektion, die Licht eines von der ersten fotoelektrischen Umwandlungssektion und der zweiten fotoelektrischen Umwandlungssektion verschiedenen Wellenlängenbandes selektiv detektiert und fotoelektrisch umwandelt, wobei die dritte fotoelektrische Umwandlungssektion zwischen der ersten fotoelektrischen Umwandlungssektion und der zweiten fotoelektrischen Umwandlungssektion angeordnet ist, worin die dritte fotoelektrische Umwandlungssektion eine anorganische fotoelektrische Umwandlungssektion enthält, die so ausgebildet ist, dass sie im Halbleitersubstrat eingebettet ist.
    • (6) Das Bildgebungselement gemäß (5), worin die dritte fotoelektrische Umwandlungssektion in einem Intervall angeordnet ist, das enger als der Pixelabstand der ersten fotoelektrischen Umwandlungssektion ist.
    • (7) Das Bildgebungselement gemäß (5) oder (6), worin vier Pixel der dritten fotoelektrischen Umwandlungssektion in Bezug auf ein Pixel der ersten fotoelektrischen Umwandlungssektion angeordnet sind.
    • (8) Das Bildgebungselement gemäß (5) oder (6), worin acht Pixel der dritten fotoelektrischen Umwandlungssektion in Bezug auf ein Pixel der ersten fotoelektrischen Umwandlungssektion angeordnet sind.
    • (9) Das Bildgebungselement gemäß einem von (5) bis (8), worin die erste fotoelektrische Umwandlungssektion eine fotoelektrische Umwandlung grünen Lichts durchführt und die zweite fotoelektrische Umwandlungssektion und die dritte fotoelektrische Umwandlungssektion jeweils eine fotoelektrische Umwandlung roten Lichts oder blauen Lichts durchführen.
    • (10) Das Bildgebungselement gemäß (4), ferner umfassend eine dritte fotoelektrische Umwandlungssektion, die Licht eines von der ersten fotoelektrischen Umwandlungssektion und der zweiten fotoelektrischen Umwandlungssektion verschiedenen Wellenlängenbandes selektiv detektiert und fotoelektrisch umwandelt, wobei die dritte fotoelektrische Umwandlungssektion zwischen der ersten fotoelektrischen Umwandlungssektion und der zweiten fotoelektrischen Umwandlungssektion angeordnet ist, worin die dritte fotoelektrische Umwandlungssektion eine über dem Halbleitersubstrat ausgebildete organische fotoelektrische Umwandlungssektion enthält.
    • (11) Das Bildgebungselement gemäß (10), worin die dritte fotoelektrische Umwandlungssektion in einem Pixelabstand ähnlich der ersten fotoelektrischen Umwandlungssektion angeordnet ist.
    • (12) Eine elektronische Einrichtung, die ein Bildgebungselement enthält, wobei das Bildgebungselement umfasst: eine erste fotoelektrische Umwandlungssektion und eine zweite fotoelektrische Umwandlungssektion, wobei die erste fotoelektrische Umwandlungssektion und die zweite fotoelektrische Umwandlungssektion von einer Lichteinfallsseite aus der Reihe nach gestapelt sind und Lichtstrahlen verschiedener Wellenlängenbänder selektiv detektieren und fotoelektrisch umwandeln, wobei die zweite fotoelektrische Umwandlungssektion in einem Intervall angeordnet ist, das enger als ein Pixelabstand der ersten fotoelektrischen Umwandlungssektion ist.
    • (13) Ein Verfahren zum Ansteuern eines Bildgebungselements, das eine erste fotoelektrische Umwandlungssektion und eine zweite fotoelektrische Umwandlungssektion umfasst, die von aus Lichteinfallsseite aus der Reihe nach gestapelt sind und Lichtstrahlen verschiedener Wellenlängenbänder selektiv detektieren und fotoelektrisch umwandeln, wobei die zweite fotoelektrische Umwandlungssektion in einem Intervall angeordnet ist, das enger als ein Pixelabstand der ersten fotoelektrischen Umwandlungssektion ist, wobei das Verfahren umfasst: ein Erfassen eines Farbsignals eines ersten Lichts unter Verwendung eines Pixels der ersten fotoelektrischen Umwandlungssektion und ein Erfassen eines Farbsignals eines zweiten Lichts eines Wellenlängenbandes, das vom ersten Licht verschieden ist, mittels Addition in einer Vielzahl der zweiten fotoelektrischen Umwandlungssektionen.
    • (14) Das Verfahren zum Ansteuern des Bildgebungselements gemäß (13), worin das Bildgebungselement als Betriebsmodi einen Modus mit hoher Auflösung, einen Modus mit hoher Empfindlichkeit und einen Modus mit hoher Geschwindigkeit aufweist und das Erfassen des Farbsignals des zweiten Lichts mittels Addition von vier (2 × 2) Pixeln der zweiten fotoelektrischen Umwandlungssektion zu einem Pixel der ersten fotoelektrischen Umwandlungssektion in dem Modus mit hoher Auflösung und dem Modus mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt wird.
    • (15) Das Verfahren zum Ansteuern des Bildgebungselements gemäß (13), worin das Bildgebungselement als Betriebsmodi einen Modus mit hoher Auflösung, einen Modus mit hoher Empfindlichkeit und einem Modus mit hoher Geschwindigkeit aufweist und das Erfassen des Farbsignals des zweiten Lichts mittels Addition von 16 (4 × 4) Pixeln der zweiten fotoelektrischen Umwandlungssektion zu einem Pixel der ersten fotoelektrischen Umwandlungssektion im Modus mit hoher Empfindlichkeit durchgeführt wird.
  • Diese Anmeldung beansprucht den Nutzen der am 18. Mai 2018 beim japanischen Patentamt eingereichten japanischen Prioritäts-Patentanmeldung JP2018-096530 , deren gesamte Inhalte durch Verweis hierin einbezogen sind.
  • Es sollte sich für den Fachmann verstehen, dass je nach Entwurfsanforderungen und anderen Faktoren verschiedene Modifikationen, Kombinationen, Teilkombinationen und Änderungen erfolgen können, sofern sie in den Umfang der beigefügten Ansprüche oder deren Äquivalente fallen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 201129337 [0004]
    • JP 2018096530 [0180]

Claims (15)

  1. Bildgebungselement, aufweisend: eine erste fotoelektrische Umwandlungssektion; und eine zweite fotoelektrische Umwandlungssektion, wobei die erste fotoelektrische Umwandlungssektion und die zweite fotoelektrische Umwandlungssektion von einer Lichteinfallsseite aus der Reihe nach gestapelt sind und Lichtstrahlen verschiedener Wellenlängenbänder selektiv detektieren und fotoelektrisch umwandeln, wobei die zweite fotoelektrische Umwandlungssektion in einem Intervall angeordnet ist, das enger als ein Pixelabstand der ersten fotoelektrischen Umwandlungssektion ist.
  2. Bildgebungselement nach Anspruch 1, wobei vier Pixel der zweiten fotoelektrischen Umwandlungssektion in Bezug auf ein Pixel der ersten fotoelektrischen Umwandlungssektion angeordnet sind.
  3. Bildgebungselement nach Anspruch 1, wobei acht Pixel der zweiten fotoelektrischen Umwandlungssektion in Bezug auf ein Pixel der ersten fotoelektrischen Umwandlungssektion angeordnet sind.
  4. Bildgebungselement nach Anspruch 1, wobei die erste fotoelektrische Umwandlungssektion eine organische fotoelektrische Umwandlungssektion aufweist, die unter Verwendung eines organischen Materials ausgebildet ist, und die zweite fotoelektrische Umwandlungssektion eine anorganische fotoelektrische Umwandlungssektion aufweist, die so ausgebildet ist, dass sie in einem Halbleitersubstrat eingebettet ist.
  5. Bildgebungselement nach Anspruch 4, ferner aufweisend eine dritte fotoelektrische Umwandlungssektion, die Licht eines von der ersten fotoelektrischen Umwandlungssektion und der zweiten fotoelektrischen Umwandlungssektion verschiedenen Wellenlängenbandes selektiv detektiert und fotoelektrisch umwandelt, wobei die dritte fotoelektrische Umwandlungssektion zwischen der ersten fotoelektrischen Umwandlungssektion und der zweiten fotoelektrischen Umwandlungssektion angeordnet ist, wobei die dritte fotoelektrische Umwandlungssektion eine anorganische fotoelektrische Umwandlungssektion aufweist, die so ausgebildet ist, dass sie im Halbleitersubstrat eingebettet ist.
  6. Bildgebungselement nach Anspruch 5, wobei die dritte fotoelektrische Umwandlungssektion in einem Intervall angeordnet ist, das enger als der Pixelabstand der ersten fotoelektrischen Umwandlungssektion ist.
  7. Bildgebungselement nach Anspruch 5, wobei vier Pixel der dritten fotoelektrischen Umwandlungssektion in Bezug auf ein Pixel der ersten fotoelektrischen Umwandlungssektion angeordnet sind.
  8. Bildgebungselement nach Anspruch 5, wobei acht Pixel der dritten fotoelektrischen Umwandlungssektion in Bezug auf ein Pixel der ersten fotoelektrischen Umwandlungssektion angeordnet sind.
  9. Bildgebungselement nach Anspruch 5, wobei die erste fotoelektrische Umwandlungssektion eine fotoelektrische Umwandlung grünen Lichts durchführt und die zweite fotoelektrische Umwandlungssektion und die dritte fotoelektrische Umwandlungssektion jeweils eine fotoelektrische Umwandlung roten Lichts oder blauen Lichts durchführen.
  10. Bildgebungselement nach Anspruch 4, ferner aufweisend eine dritte fotoelektrische Umwandlungssektion, die Licht eines von der ersten fotoelektrischen Umwandlungssektion und der zweiten fotoelektrischen Umwandlungssektion verschiedenen Wellenlängenbandes selektiv detektiert und fotoelektrisch umwandelt, wobei die dritte fotoelektrische Umwandlungssektion zwischen der ersten fotoelektrischen Umwandlungssektion und der zweiten fotoelektrischen Umwandlungssektion angeordnet ist, wobei die dritte fotoelektrische Umwandlungssektion eine über dem Halbleitersubstrat ausgebildete organische fotoelektrische Umwandlungssektion aufweist.
  11. Bildgebungselement nach Anspruch 10, wobei die dritte fotoelektrische Umwandlungssektion in einem Pixelabstand ähnlich der ersten fotoelektrischen Umwandlungssektion angeordnet ist.
  12. Elektronische Einrichtung, die ein Bildgebungselement aufweist, wobei das Bildgebungselement umfasst: eine erste fotoelektrische Umwandlungssektion und eine zweite fotoelektrische Umwandlungssektion, wobei die erste fotoelektrische Umwandlungssektion und die zweite fotoelektrische Umwandlungssektion von einer Lichteinfallsseite aus der Reihe nach gestapelt sind und Lichtstrahlen verschiedener Wellenlängenbänder selektiv detektieren und fotoelektrisch umwandeln, wobei die zweite fotoelektrische Umwandlungssektion in einem Intervall angeordnet ist, das enger als ein Pixelabstand der ersten fotoelektrischen Umwandlungssektion ist.
  13. Verfahren zum Ansteuern eines Bildgebungselements, das eine erste fotoelektrische Umwandlungssektion und eine zweite fotoelektrische Umwandlungssektion umfasst, die von einer Lichteinfallsseite aus der Reihe nach gestapelt sind und Lichtstrahlen verschiedener Wellenlängenbänder selektiv detektieren und fotoelektrisch umwandeln, wobei die zweite fotoelektrische Umwandlungssektion in einem Intervall angeordnet ist, das enger als ein Pixelabstand der ersten fotoelektrischen Umwandlungssektion ist, wobei das Verfahren aufweist: ein Erfassen eines Farbsignals eines ersten Lichts unter Verwendung eines Pixels der ersten fotoelektrischen Umwandlungssektion und ein Erfassen eines Farbsignals eines zweiten Lichts eines Wellenlängenbandes, das vom ersten Licht verschieden ist, mittels Addition in einer Vielzahl der zweiten fotoelektrischen Umwandlungssektionen.
  14. Verfahren zum Ansteuern des Bildgebungselements nach Anspruch 13, wobei das Bildgebungselement als Betriebsmodi einen Modus mit hoher Auflösung, einen Modus mit hoher Empfindlichkeit und einen Modus mit hoher Geschwindigkeit aufweist und das Erfassen des Farbsignals des zweiten Lichts mittels Addition von vier (2 × 2) Pixeln der zweiten fotoelektrischen Umwandlungssektion zu einem Pixel der ersten fotoelektrischen Umwandlungssektion in dem Modus mit hoher Auflösung und dem Modus mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt wird.
  15. Verfahren zum Ansteuern des Bildgebungselements nach Anspruch 13, wobei das Bildgebungselement als Betriebsmodi einen Modus mit hoher Auflösung, einen Modus mit hoher Empfindlichkeit und einem Modus mit hoher Geschwindigkeit aufweist und das Erfassen des Farbsignals des zweiten Lichts mittels Addition von 16 (4 × 4) Pixeln der zweiten fotoelektrischen Umwandlungssektion zu einem Pixel der ersten fotoelektrischen Umwandlungssektion im Modus mit hoher Empfindlichkeit durchgeführt wird.
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