DE112020001187T5 - Bildgebungselement und bildgebungsvorrichtung - Google Patents

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Abstract

Ein Bildgebungselement gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Vielzahl von Sensorpixeln und einen Spannungs-Steuerabschnitt. Die Sensorpixel umfassen jeweils einen photoelektrischen Umwandlungsabschnitt und eine Ausleseschaltung, die ein Pixelsignal auf der Grundlage von Ladungen ausgibt, die von dem photoelektrischen Umwandlungsabschnitt ausgegeben werden. Der Spannungs-Steuerabschnitt legt eine Steuerspannung auf der Grundlage des Pixelsignals an eine Vielzahl der photoelektrischen Umwandlungsabschnitte an.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Bildgebungselement und eine Bildgebungsvorrichtung.
  • Hintergrund der Erfindung
  • In den letzten Jahren wurde ein Bildgebungselement (ein Infrarotsensor), das für einen Infrarotbereich empfindlich ist, kommerzialisiert. In PTL 1 wird beispielsweise die Verwendung eines Halbleiters der Gruppe III-V wie InGaAs (Indium-Gallium-Arsenid) als photoelektrischer Umwandlungsabschnitt für einen solchen Infrarotsensor beschrieben. In diesem photoelektrischen Umwandlungsabschnitt werden infrarote Strahlen absorbiert, um Ladungen zu erzeugen.
  • Zitatliste
  • Patentliteratur
  • PTL 1: Internationale Veröffentlichung Nr. WO2017/150167
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Es ist wünschenswert, dass ein solches Bildgebungselement eine Verschlechterung der Bildqualität unterdrückt. Es ist daher wünschenswert, ein Bildgebungselement und eine Bildgebungsvorrichtung bereitzustellen, die es ermöglichen, eine Abnahme der Bildqualität zu unterdrücken.
  • Ein Bildgebungselement gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Vielzahl von Sensorpixeln und einen Spannungs-Steuerabschnitt. Die Sensorpixel umfassen jeweils einen photoelektrischen Umwandlungsabschnitt und eine Ausleseschaltung, die ein Pixelsignal auf der Grundlage von Ladungen ausgibt, die von dem photoelektrischen Umwandlungsabschnitt ausgegeben werden. Der Spannungs-Steuerabschnitt legt eine Steuerspannung auf der Grundlage des Pixelsignals an jeden photoelektrischen Umwandlungsabschnitt an.
  • Eine Bildgebungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Bildgebungselement und eine Bildqualitäts-Steuerschaltung. Das Bildgebungselement umfasst eine Vielzahl von Sensorpixeln. Die Sensorpixel umfassen jeweils einen photoelektrischen Umwandlungsabschnitt und eine Ausleseschaltung, die ein Pixelsignal auf der Grundlage von Ladungen ausgibt, die von dem photoelektrischen Umwandlungsabschnitt ausgegeben werden. Die Bildqualitäts-Steuerschaltung legt an jeden photoelektrischen Umwandlungsabschnitt eine Steuerspannung an, die auf dem Pixelsignal basiert.
  • In dem Bildgebungselement und der Bildgebungsvorrichtung gemäß den jeweiligen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird die auf dem Pixelsignal basierende Steuerspannung an jeden photoelektrischen Umwandlungsabschnitt angelegt. Dies ermöglicht eine Steuerung der Bildqualität der durch das Bildgebungselement erhaltenen Bilddaten, wodurch eine Anpassung der Bildqualität entsprechend der Größe der Luminanz der Bilddaten durchgeführt werden kann, im Vergleich zu einem Fall, in dem eine feste Spannung an jeden photoelektrischen Umwandlungsabschnitt angelegt wird.
  • Figurenliste
    • [1] 1 veranschaulicht ein schematisches Konfigurationsbeispiel eines Bildgebungselements gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • [2] 2 veranschaulicht ein Schaltungskonfigurationsbeispiel eines Sensorpixels von 1.
    • [3] 3 veranschaulicht ein perspektivisches Konfigurationsbeispiel des Bildgebungselements von 1.
    • [4] 4 veranschaulicht ein Beispiel für eine Querschnittskonfiguration des Bildgebungselements von 3.
    • [5] (A) von 5 veranschaulicht ein Beispiel für eine Beziehung zwischen einer Filmspannung des Bildgebungselements von 1 und Ladungen, die gehalten werden können. (B) von 5 veranschaulicht ein Beispiel für eine Beziehung zwischen einem analogen Bereich eines ADC und der Amplitude eines Pixelsignals.
    • [6] 6 veranschaulicht ein Beispiel für eine Beziehung zwischen der Filmspannung des Bildgebungselements von 1 und einem Rauschen.
    • [7] 7 veranschaulicht ein Beispiel für ein Verfahren zur Einstellung der Bildqualität des Bildgebungselements von 1.
    • [8] 8 veranschaulicht ein Modifikationsbeispiel für die schematische Konfiguration des Bildgebungselements von 1.
    • [9] 9 veranschaulicht ein Modifikationsbeispiel für die schematische Konfiguration des Bildgebungselements von 1.
    • [10] 10 veranschaulicht ein Beispiel für eine Beziehung zwischen einem Analogbereich des ADC und der Amplitude des Pixelsignals.
    • [11] 11 veranschaulicht ein Beispiel für ein Verfahren zur Einstellung der Bildqualität des Bildgebungselements aus 9.
    • [12] 12 veranschaulicht ein Modifikationsbeispiel für die schematische Konfiguration des Bildgebungselements von 9.
    • [13] 13 veranschaulicht ein Modifikationsbeispiel für die schematische Konfiguration des Bildgebungselements von 9.
    • [14] 14 veranschaulicht ein Modifikationsbeispiel für die schematische Konfiguration des Bildgebungselements von 1.
    • [15] 15 veranschaulicht ein Schaltungskonfigurationsbeispiel eines Sensorpixels aus 14.
    • [16] 16 veranschaulicht ein Beispiel für eine Beziehung zwischen einem Analogbereich des ADC und der Amplitude des Pixelsignals.
    • [17] 17 veranschaulicht ein Beispiel für ein Verfahren zur Einstellung der Bildqualität des Bildgebungselements von 14
    • [18] 18 veranschaulicht ein Modifikationsbeispiel für die schematische Konfiguration des Bildgebungselements von 14.
    • [19] 19 veranschaulicht ein Modifikationsbeispiel für die schematische Konfiguration des Bildgebungselements von 14.
    • [20] 20 veranschaulicht ein Modifikationsbeispiel für die Schaltungskonfiguration des Sensorpixels von 2.
    • [21] 21 veranschaulicht ein Modifikationsbeispiel für die Schaltungskonfiguration des Sensorpixels von 15.
    • [22] 22 veranschaulicht ein Modifikationsbeispiel für die Schaltungskonfiguration des Sensorpixels von 2.
    • [23] 23 veranschaulicht ein Modifikationsbeispiel für die Schaltungskonfiguration des Sensorpixels von 15.
    • [24] 24 veranschaulicht ein Modifikationsbeispiel für die Querschnittskonfiguration des Bildgebungselements von 3.
    • [25] 25 veranschaulicht ein Beispiel für eine planare Konfiguration des Bildgebungselements von 1.
    • [26] 26 veranschaulicht ein Beispiel für eine Querschnittskonfiguration des Bildgebungselements von 25 entlang einer Linie A-A.
    • [27] 27 veranschaulicht ein schematisches Konfigurationsbeispiel einer Bildgebungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • [28] 28 veranschaulicht ein Beispiel für einen Bildgebungsvorgang in der Bildgebungsvorrichtung von 27.
    • [29] 29 veranschaulicht ein Modifikationsbeispiel für die schematische Konfiguration der Bildgebungsvorrichtung von 27.
    • [30] 30 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine schematische Konfiguration eines Fahrzeugsteuerungssystems zeigt.
    • [31] 31 ist ein Hilfsdiagramm zur Erläuterung eines Beispiels für die Einbaupositionen eines Abschnitts zur Erfassung von Informationen von außerhalb des Fahrzeugs und eines Abbildungsabschnitts.
    • [32] 32 ist eine Ansicht, die ein Beispiel für eine schematische Konfiguration eines endoskopischen Chirurgiesystems zeigt.
    • [33] 33 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine funktionelle Konfiguration eines Kamerakopfes und einer Kamerasteuereinheit (CCU) darstellt.
  • Modi zur Ausführung der Erfindung
  • Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung im Detail beschrieben. Es ist zu beachten, dass die Beschreibung in der folgenden Reihenfolge erfolgt.
    1. 1. Erste Ausführungsform (Bildgebungselement). 1 bis 7
    2. 2. Modifikationsbeispiele der ersten Ausführungsform (Bildgebungselement) ... 8 bis 26
    3. 3. Zweite Ausführungsform (Bildgebungsvorrichtung) ... 27 und 28
    4. 4. Modifikationsbeispiel der zweiten Ausführungsform (Bildgebungsvorrichtung) ... 29
    5. 5. Praktische Anwendungsbeispiele

    Praktisches Anwendungsbeispiel 1 (Mobiler Körper). 30 und 31
    Praktisches Anwendungsbeispiel 2 (Chirurgisches System). 32 und 33
  • <1. Erste Ausführungsform>
  • [Konfiguration]
  • Es wird ein Bildgebungselement 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschrieben. 1 veranschaulicht ein schematisches Konfigurationsbeispiel des Bildgebungselements 1. Das Bildgebungselement 1 ist zum Beispiel ein Infrarot-Bildsensor und ist auch empfindlich für Licht mit einer Wellenlänge von 800 nm oder mehr, zum Beispiel. Das Bildgebungselement 1 umfasst einen Pixelarray-Abschnitt 10, in dem eine Vielzahl von Sensorpixeln 11, die jeweils ein photoelektrisches Umwandlungselement enthalten, zweidimensional in einer Matrix (Matrixform) angeordnet sind. Wie beispielsweise in 2 veranschaulicht, ist das Sensorpixel 11 durch eine Pixelschaltung 14, die eine photoelektrische Umwandlung durchführt, und eine Ausleseschaltung 15, die ein Pixelsignal auf der Grundlage von Ladungen ausgibt, die von der Pixelschaltung 14 ausgegeben werden, konfiguriert.
  • Die Pixelschaltung 14 umfasst beispielsweise eine Photodiode PD, einen Transfertransistor TRG, eine schwebende bzw. potentialfreie Diffusion FD und einen Entladungstransistor OFG. Der Transfertransistor TRG und der Entladungstransistor OFG sind beispielsweise jeweils ein NMOS-Transistor (Metall-Oxid-Halbleiter). Die Photodiode PD entspricht einem spezifischen Beispiel für einen photoelektrischen Umwandlungsabschnitt” der vorliegenden Offenbarung.
  • Die Photodiode PD ist der photoelektrische Umwandlungsabschnitt, der Licht einer vorbestimmten Wellenlänge absorbiert (z. B. Licht einer Wellenlänge im Infrarotbereich, d. h. einer Wellenlänge von 900 nm bis 1700 nm) und Signalladungen erzeugt. Die Photodiode PD umfasst z. B. einen Verbindungshalbleiter wie einen Halbleiter der Gruppe III-V. Beispiele für einen Halbleiter der Gruppe III-V, der für die Photodiode PD verwendet werden kann, umfassen InGaP, InAlP, InGaAs, InAlAs oder einen Verbindungshalbleiter mit Chalkopyritstruktur. Der Verbindungshalbleiter mit Chalkopyrit-Struktur ist ein Material, das einen hohen Lichtabsorptionskoeffizienten und eine hohe Empfindlichkeit über einen breiten Wellenlängenbereich ermöglicht und vorzugsweise als n-Typ-Halbleitermaterial für die photoelektrische Umwandlung verwendet wird. Die Photodiode PD kann neben den oben genannten Verbindungshalbleitern auch amorphes Silizium (Si), Germanium (Ge), einen Quantenpunkt-Film zur photoelektrischen Umwandlung, einen organischen Film zur photoelektrischen Umwandlung oder ähnliches umfassen.
  • Eine Kathode der Photodiode PD ist mit einer Source des Transfertransistors TRG verbunden, und eine Anode der Photodiode PD ist mit einer Stromquellenleitung verbunden, an die eine Spannung Vtop angelegt wird. Ein Drain des Transfertransistors TRG ist mit der schwebenden Diffusion FD verbunden, und ein Gate des Transfertransistors TRG ist mit einer Pixeltreiberleitung 12 verbunden.
  • Der Transfertransistor TRG ist zwischen der Kathode der Photodiode PD und der schwebenden Diffusion FD verbunden und überträgt in der Photodiode PD gehaltene Ladungen auf die schwebende Diffusion FD als Reaktion auf ein an eine Gate-Elektrode angelegtes Steuersignal. Der Drain des Transfertransistors TRG ist elektrisch mit der schwebenden Diffusion FD verbunden, und das Gate des Transfertransistors TRG ist mit der Pixeltreiberleitung 12 verbunden.
  • Die schwebende Diffusion FD ist ein schwebender Diffusionsbereich, der vorübergehend Ladungen hält, die von der Photodiode PD über den Transfertransistor TRG übertragen werden. Beispielsweise ist die Ausleseschaltung 15 mit der schwebenden Diffusion FD verbunden, und zusätzlich ist eine vertikale Signalleitung 13 über die Ausleseschaltung 15 mit ihr verbunden. Die schwebende Diffusion FD ist mit einem Eingangsende der Ausleseschaltung 15 verbunden.
  • Ein Drain des Entladungstransistors OFG ist mit der Stromquellenleitung verbunden, an die eine Spannung Vdr angelegt wird, und eine Source desselben ist mit der Kathode der Photodiode PD verbunden. Der Entladungstransistor OFG initialisiert (setzt zurück) die Ladungen der Photodiode PD in Reaktion auf ein an die Gate-Elektrode angelegtes Steuersignal.
  • Die Ausleseschaltung 15 umfasst z. B. einen Rücksetztransistor RST, einen Auswahltransistor SEL und einen Verstärkungstransistor AMP Eine Source des Rücksetztransistors RST (Eingangsende der Ausleseschaltung 15) ist mit der schwebenden Diffusion FD verbunden, und ein Drain des Rücksetztransistors RST ist mit einer Stromquellenleitung VDD und einem Drain des Verstärkungstransistors AMP verbunden. Ein Gate des Rücksetztransistors RST ist mit der Pixeltreiberleitung 12 verbunden. Eine Source des Verstärkungstransistors AMP ist mit einem Drain des Auswahltransistors SEL verbunden, und ein Gate des Verstärkungstransistors AMP ist mit der Source des Rücksetztransistors RST verbunden. Eine Source des Auswahltransistors SEL (ein Ausgangsende der Ausleseschaltung 15) ist mit der vertikalen Signalleitung 13 verbunden, und ein Gate des Auswahltransistors SEL ist mit der Pixeltreiberleitung 12 verbunden.
  • Der Rücksetztransistor RST initialisiert (setzt zurück) ein elektrisches Potential der schwebenden Diffusion FD auf ein vorbestimmtes elektrisches Potential. Wenn der Rücksetztransistor RST in einen EIN-Zustand gebracht wird, wird das elektrische Potential der schwebenden Diffusion FD auf ein elektrisches Potential der Stromquellenleitung VDD zurückgesetzt. Der Auswahltransistor SEL steuert ein Ausgangstiming eines Pixelsignals von der Ausleseschaltung 15. Der Verstärkungstransistor AMP erzeugt als Pixelsignal ein Spannungssignal, das einem Ladungspegel entspricht, der in der schwebenden Diffusion FD gehalten wird. Das heißt, der Verstärkungstransistor AMP erzeugt als Pixelsignal ein Spannungssignal, das einer Lichtmenge entspricht, die von dem Sensorpixel 11 empfangen wird. Der Verstärkungstransistor AMP bildet einen Verstärker vom Source-Follower-Typ und gibt ein Pixelsignal mit einer Spannung aus, die einem in der Photodiode PD erzeugten Ladungspegel entspricht. Wenn der Auswahltransistor SEL in einen EIN-Zustand gebracht wird, verstärkt der Verstärkungstransistor AMP ein elektrisches Potential der schwebenden Diffusion FD und gibt über die vertikale Signalleitung 13 eine dem elektrischen Potential entsprechende Spannung an eine später beschriebene horizontale Auswahlschaltung 40 aus.
  • Es ist zu beachten, dass der Auswahltransistor SEL zwischen der Stromquellenleitung VDD und dem Verstärkungstransistor AMP bereitgestellt werden kann. In diesem Fall ist der Drain des Rücksetztransistors RST mit der Stromversorgungsleitung VDD und dem Drain des Auswahltransistors SEL verbunden. Die Source des Auswahltransistors SEL ist mit der Drain des Verstärkungstransistors AMP verbunden, und das Gate des Auswahltransistors SEL ist mit der Pixeltreiberleitung 12 verbunden. Die Source des Verstärkungstransistors AMP (Ausgangsende der Ausleseschaltung 15) ist mit der vertikalen Signalleitung 13 verbunden, und das Gate des Verstärkungstransistors AMP ist mit der Source des Rücksetztransistors RST verbunden.
  • Das Bildgebungselement 1 umfasst zum Beispiel zwei Substrate (ein Lichtempfangssubstrat 100 und ein Antriebssubstrat 200), wie in 3 veranschaulicht. Das Bildgebungselement 1 weist eine dreidimensionale Struktur auf, die durch Zusammenfügen der beiden Substrate (Lichtempfangssubstrat 100 und Antriebssubstrat 200) entsteht.
  • Das Lichtempfangssubstrat 100 ist ein Substrat, das eine Vielzahl von Photodioden PD umfasst, die in einer Matrix auf einem Silizium (Si)-Substrat ausgebildet sind. Eine Oberseite des Lichtempfangssubstrats 100 (eine vordere Oberfläche auf der dem Antriebssubstrat 200 gegenüberliegenden Seite) ist eine Lichtempfangsfläche 100A. Das Antriebssubstrat 200 ist ein Substrat, das einen Pixelsignalerzeugungsschaltungsbereich 200A und einen peripheren Schaltungsbereich 200B umfasst, die auf dem Si-Substrat ausgebildet sind. Eine Vielzahl von Pixelsignalerzeugungsschaltungen 45 ist in dem Pixelsignalerzeugungsschaltungsbereich 200A in einer Matrix ausgebildet. Jede Pixelsignalerzeugungsschaltung 45 ist eine Schaltung mit Ausnahme der Photodiode PD des Sensorpixels 11. Eine Logikschaltung, die ein Pixelsignal verarbeitet, ist im peripheren Schaltungsbereich 200B ausgebildet; beispielsweise sind eine vertikale Treiberschaltung 20, eine horizontale Treiberschaltung 30, die horizontale Auswahlschaltung 40, eine Systemsteuerschaltung 50, ein Filmspannungs-Steuerabschnitt 60 und eine Spannungserzeugungsschaltung 70 ausgebildet. Das heißt, das Bildgebungselement 1 umfasst den Pixelarrayabschnitt 10, die vertikale Treiberschaltung 20, die horizontale Treiberschaltung 30, die horizontale Auswahlschaltung 40, die Systemsteuerschaltung 50, den Filmspannungs-Steuerabschnitt 60 und die Spannungserzeugungsschaltung 70. Die Logikschaltung gibt ein Pixelsignal (Digitalwert) jedes Sensorpixels 11 nach außen aus.
  • Die Systemsteuerschaltung 50 erzeugt auf der Grundlage eines Haupttaktes ein Taktsignal, ein Steuersignal oder dergleichen, das als Kriterium für Operationen der vertikalen Treiberschaltung 20, der horizontalen Treiberschaltung 30, der horizontalen Auswahlschaltung 40, des Spannungs-Steuerabschnitts 60 und dergleichen dient, und stellt das Taktsignal, das Steuersignal oder dergleichen der vertikalen Treiberschaltung 20, der horizontalen Auswahlschaltung 40 und dem Filmspannungs-Steuerabschnitt 60 bereit.
  • Die vertikale Treiberschaltung 20 ist beispielsweise durch ein Schieberegister oder dergleichen konfiguriert und steuert die Zeilenabtastung der Vielzahl von Sensorpixeln 11 über die Vielzahl von Pixelansteuerungsleitungen 12. Die horizontale Auswahlschaltung 40 ist beispielsweise eine Schaltung, die mit einem ADC 40a und einem Schaltelement 40b für jede Pixelspalte (oder vertikale Signalleitung 13) des Pixelarray-Abschnitts 10 bereitgestellt wird. Der ADC 40a führt eine AD-Wandlung (Analog-zu-Digital-Wandlung) des Pixelsignals durch. Der ADC 40a ermöglicht die Veränderung eines analogen Bereichs R und stellt einen analogen Bereich R auf der Grundlage eines von außen eingegebenen Bereichs-Einstellwertes ein. Es ist zu beachten, dass in der vorliegenden Ausführungsform der analoge Bereich R auf Ra eingestellt ist.
  • Die vertikale Signalleitung 13 ist mit einem Eingangsende des ADC 40a verbunden, und das Schaltelement 40b ist mit einem Ausgangsende des ADC 40a verbunden. Die horizontale Treiberschaltung 30 ist beispielsweise durch ein Schieberegister oder ähnliches konfiguriert und steuert sequentiell jedes Schaltelement 40b der horizontalen Auswahlschaltung 40. Die sequentielle Ansteuerung jedes Schaltelements 40b durch die horizontale Treiberschaltung 30 bewirkt, dass jedes durch jede vertikale Signalleitung 13 übertragene Pixelsignal sequentiell an eine horizontale Signalleitung 40c ausgegeben und in eine DSP-Schaltung oder dergleichen eingegeben wird.
  • Der Filmspannungs-Steuerabschnitt 60 steuert eine an jede Photodiode PD anzulegende Filmspannung Vf auf der Grundlage eines von dem Sensorpixel 11 erhaltenen Pixelsignals. Der Filmspannungs-Steuerabschnitt 60 gibt ein Steuersignal zur Steuerung der Filmspannung Vf an die Spannungserzeugungsschaltung 70 aus. Auf der Grundlage des vom Filmspannungs-Steuerabschnitt 60 eingegebenen Steuersignals erzeugt die Spannungserzeugungsschaltung 70 analoge Spannungen (Spannungen Vtop und Vdr) und legt die erzeugten Spannungen über die Stromquellenleitung an jede Photodiode PD an. Das heißt, der Filmspannungs-Steuerabschnitt 60 und die Spannungserzeugungsschaltung 70 legen die Filmspannung Vf auf der Grundlage des von dem Sensorpixel 11 erhaltenen Pixelsignals an jede Photodiode PD an, um dadurch die Bildqualität der aus dem Pixelsignal erhaltenen Bilddaten zu steuern.
  • 4 veranschaulicht ein Konfigurationsbeispiel des Bildgebungselements 1 im Querschnitt. In dem Bildgebungselement 1 umfasst das Lichtempfangssubstrat 100 einen n-Typ-Halbleiterfilm 21, der einen photoelektrischen Umwandlungsabschnitt (Photodiode PD) darstellt. Der n-Typ-Halbleiterfilm 21 ist auf der gesamten Oberfläche des Pixelarray-Abschnitts 10 ausgebildet und wird beispielsweise durch das oben beschriebene Material als das für die Photodiode PD zu verwendende Material konfiguriert. Es wird darauf hingewiesen, dass im Folgenden andere Konfigurationen beschrieben werden, wobei angenommen wird, dass der n-Typ-Halbleiterfilm 21 durch InGaAs konfiguriert ist.
  • Das Lichtempfangssubstrat 100 umfasst ferner für jedes der Sensorpixel 11 eine p-Typ-Halbleiterschicht 22 in Kontakt mit einer Oberfläche des n-Typ-Halbleiterfilms 21 auf der Seite des Antriebssubstrats 200. Jede p-Typ-Halbleiterschicht 22 wird durch einen p-Typ-Halbleiter mit einer hohen Konzentration gebildet, z. B. durch p-Typ-InGaAs. Die p-Typ-Halbleiterschicht 22 hat die Funktion einer Elektrode (zweite Elektrode) der Photodiode PD. An die p-Typ-Halbleiterschicht 22 wird über den Entladungstransistor OFG im EIN-Zustand eine vorgegebene Spannung Vdr oder über den Transfertransistor TRG und den Rücksetztransistor RST im EIN-Zustand die Spannung Vdd der Stromquellenleitung VDD angelegt. Das Lichtempfangssubstrat 100 umfasst ferner eine n-Typ-Halbleiterschicht 23, die die p-Typ-Halbleiterschichten 22 voneinander trennt. Die n-Typ-Halbleiterschicht 23 ist in der gleichen Schicht wie jede der p-Typ-Halbleiterschichten 22 ausgebildet und wird beispielsweise durch n-Typ-InP gebildet.
  • Das Lichtempfangssubstrat 100 umfasst ferner eine n-Typ-Halbleiterschicht 24 in Kontakt mit einer Oberfläche des n-Typ-Halbleiterfilms 21 auf der Seite der Lichtempfangsfläche 100A. Die n-Typ-Halbleiterschicht 24 besteht aus einem n-Typ-Halbleiter mit einer höheren Konzentration als die des n-Typ-Halbleiterfilms 21 und wird beispielsweise aus n-Typ-InGaAs, n-Typ-InP oder n-Typ-InAlAs gebildet. Die n-Typ-Halbleiterschicht 24 fungiert als Sperrschicht, die einen Rückfluss von Ladungen verhindert, die in dem n-Typ-Halbleiterfilm 21 erzeugt werden. Das Lichtempfangssubstrat 100 umfasst ferner eine Antireflexionsschicht 25, die mit einer Oberfläche der n-Typ-Halbleiterschicht 24 auf der Seite der Lichtempfangsfläche 100A in Kontakt steht. Die Antireflexionsschicht 25 wird zum Beispiel aus Siliziumnitrid (SiN), Hafniumoxid (HfO2), Aluminiumoxid (Al2O3), Zirkoniumoxid (ZrO2), Tantaloxid (Ta2Ta5), Titanoxid (TiO2) und dergleichen gebildet. Die n-Typ-Halbleiterschicht 24 fungiert auch als Elektrode (erste Elektrode) auf der Oberseite von Elektroden, die den n-Typ-Halbleiterfilm 21 vertikal zwischen sich einschließen. An die obere Elektrode wird die vorgegebene Spannung Vtop angelegt.
  • Das Lichtempfangssubstrat 100 umfasst ferner einen Farbfilter 26 und eine On-Chip-Linse 27 auf der Antireflexionsschicht 25. Der Farbfilter 26 ist aus einer Vielzahl von Filtern 26R, die selektiv rotes Licht durchlassen, einer Vielzahl von Filtern 26G, die selektiv grünes Licht durchlassen, und einer Vielzahl von Filtern 26G, die selektiv blaues Licht durchlassen, aufgebaut. Die Vielzahl von Filtern 26R, 26G und 26B werden jeweils einzeln für die jeweiligen Sensorpixel 11 bereitgestellt und sind beispielsweise in einer Bayer-Anordnung in einer Ebene parallel zur Lichtempfangsfläche 100A angeordnet. Es ist zu beachten, dass in 4 das mit dem Filter 26R bereitgestellte Sensorpixel 11 mit 11R, das mit dem Filter 26G bereitgestellte Sensorpixel 11 mit 11G und das mit dem Filter 26B bereitgestellte Sensorpixel 11 mit 11B bezeichnet ist. Es ist zu beachten, dass der Farbfilter 26 bei Bedarf weggelassen werden kann.
  • Das Lichtempfangssubstrat 100 umfasst ferner eine Passivierungsschicht 28 und eine Isolierschicht 29 auf der Unterseite der p-Typ Halbleiterschicht 22 und der n-Typ Halbleiterschicht 23. Das Lichtempfangssubstrat 100 umfasst ferner eine Kopplungselektrode 31, die die Passivierungsschicht 28 durchdringt und in Kontakt mit der p-Halbleiterschicht 22 steht, und eine Höckerelektrode 32, die die Isolierschicht 29 durchdringt und in Kontakt mit der Kopplungselektrode 31 steht. Sätze der Kopplungselektrode 31 und der Höckerelektrode 32 werden einzeln für die jeweiligen Sensorpixel 11 bereitgestellt. Die Höckerelektrode 32 ist mit einer (später beschriebenen) Kopplungsschicht 43 des Antriebssubstrats 200 verbunden und elektrisch an die Kopplungsschicht 43 gekoppelt. Beispielsweise ist die Höckerelektrode 32 mit der Kopplungsschicht 43 des Antriebssubstrats 200 verbunden, wenn das Lichtempfangssubstrat 100 und das Antriebssubstrat 200 aneinander befestigt sind.
  • Das Antriebssubstrat 200 umfasst ein Trägersubstrat 41 und eine Zwischenschicht-Isolierschicht 42. Das Trägersubstrat 41 ist beispielsweise durch ein Silizium (Si)-Substrat gebildet. Die Zwischenschicht-Isolierschicht 42 ist zwischen dem Trägersubstrat 41 und der Isolierschicht 291 (Lichtempfangssubstrat 100) bereitgestellt. Die Zwischenschicht-Isolierschicht 42 umfasst beispielsweise, in der Reihenfolge von einer Position nahe dem Lichtempfangssubstrat 100, die Vielzahl von Kopplungsschichten 43, eine Vielzahl von Ausleseelektroden 44, die Vielzahl von Pixelsignalerzeugungsschaltungen 45 und eine Vielzahl von Verdrahtungsleitungen 46. Eine Vielzahl von Sätzen der Kopplungsschichten 43, der Ausleseelektroden 44, der Pixelsignalerzeugungsschaltungen 45 und der Verdrahtungsleitungen 46 werden nacheinander für die jeweiligen Sensorpixel 11 bereitgestellt. Eine Vielzahl von Zwischenschicht-Isolierschichten 42 innerhalb der Zwischenschicht-Isolierschicht 42 ist beispielsweise innerhalb eines ROIC (Read Out IC) zum Auslesen von Ladungen aus jeder Photodiode PD bereitgestellt. Das Antriebssubstrat 200 ist mit der oben beschriebenen Logikschaltung an einer Stelle der Zwischenschicht-Isolierschicht 42 bereitgestellt, die dem peripheren Schaltungsbereich 200B entspricht.
  • (A) von 5 veranschaulicht ein Beispiel für eine Beziehung zwischen der an die Photodiode PD anzulegenden Filmspannung Vf und den Ladungen Qs, die in der Photodiode PD gehalten werden können. (B) von 5 veranschaulicht ein Beispiel für eine Beziehung zwischen einem analogen Bereich (Dynamikbereich) des ADC 40a und der Amplitude Vd eines Pixelsignals. (B) von 5 veranschaulicht einen Fall, in dem der analoge Bereich des ADC 40a auf Ra eingestellt ist.
  • Aus (A) von 5 wird ersichtlich, dass mit der Erhöhung der an die Photodiode PD (n-Typ-Halbleiterfilm 21) anzulegenden Spannung (Filmspannung Vf = Vtop - Vdr) auch die Menge der Ladungen Qs, die in der Photodiode PD (n-Typ-Halbleiterfilm 21) gehalten werden können, erhöht wird. In dem Maße, wie die Menge der in der Photodiode PD (n-Typ-Halbleiterfilm 21) gehaltenen Ladungen Qs erhöht wird, erhöht sich auch die Amplitude Vd des Pixelsignals. Wie in (B) von 5 veranschaulicht, ist es jedoch wichtig, dass ein Durchschnittswert Vdavg (später beschrieben) der Amplitude Vd des Pixelsignals eine Spannung Vda nicht überschreitet, die dem Analogbereich Ra des ADC 40a entspricht. In einem Fall, in dem der Durchschnittswert Vdavg der Amplitude Vd des Pixelsignals die Spannung Vda, die dem analogen Bereich Ra des ADC 40a entspricht, überschreitet, ist der ADC 40a gesättigt, und ein Ausgang des ADC 40a wird zu einem konstanten Wert.
  • 6 veranschaulicht ein Beispiel für eine Beziehung zwischen der an die Photodiode PD anzulegenden Filmspannung Vf und einem in der Photodiode PD erzeugten Rauschen (Dunkelstrom). Aus 6 ist ersichtlich, dass mit zunehmender Spannung (Filmspannung Vf = Vtop - Vdr), die an die Photodiode PD (n-Typ-Halbleiterfilm 21) angelegt wird, der Pegel des in der Photodiode PD erzeugten Rauschens (Dunkelstrom) exponentiell zunimmt. Dementsprechend ist bei hoher Leuchtdichte ein optisches Schrotrauschen vorherrschend, und daher wird die Filmspannung Vf höher eingestellt, während bei niedriger Leuchtdichte das Rauschen (Dunkelstrom) vorherrscht und daher die Filmspannung Vf niedriger eingestellt wird, wodurch eine Verschlechterung der Bildqualität unterdrückt werden kann.
  • [Bildqualitätsanpassung]
  • Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 7 ein Verfahren zur Einstellung der Bildqualität des Bildgebungselements 1 beschrieben. 7 veranschaulicht ein Beispiel für das Verfahren zur Einstellung der Bildqualität des Bildgebungselements 1. Beim Empfang eines Bildgebungsbefehls gibt die Systemsteuerschaltung 50 einen Befehl zur Einstellung der Filmspannung an den Filmspannungs-Steuerabschnitt 60 aus. Nach Erhalt des Filmspannungs-Einstellbefehls stellt der Filmspannungs-Steuerabschnitt 60 zunächst die Filmspannung Vf auf Vfa ein (Schritt S101). Insbesondere stellt der Filmspannungs-Steuerabschnitt 60 Vtop (erste Spannung) und Vdr (zweite Spannung) so ein, dass eine elektrische Potentialdifferenz (Vtop - Vdr) zwischen Vtop und Vdr Vfa beträgt. Beispielsweise setzt der Filmspannungs-Steuerabschnitt 60 Vtop auf +2V und Vdr auf +1V. Der Filmspannungs-Steuerabschnitt 60 gibt Sollwerte für Vtop und Vdr an die Spannungserzeugungsschaltung 70 aus. Auf der Grundlage der vom Filmspannungs-Steuerabschnitt 60 eingegebenen Sollwerte legt die Spannungserzeugungsschaltung 70 die Spannung Vtop = +2V an eine mit der Anode der Photodiode PD verbundene Stromquellenleitung an, und legt die Spannung Vdr = +1V an eine mit dem Drain des Entladungstransistors OFG verbundene Stromquellenleitung an.
  • Als nächstes bestimmt der Filmspannungs-Steuerabschnitt 60, ob der Durchschnittswert Vdavg der Vielzahl von Pixelsignalen, die von der Vielzahl von Sensorpixeln 11 eines Zielbereichs des Pixelarray-Abschnitts 10 erhalten werden, einen vorbestimmten Schwellenwert Vth1 (erster Schwellenwert) überschreitet oder nicht (Schritt S102). Der Schwellenwert Vth1 ist ein Schwellenwert, der verwendet wird, um zu beurteilen, ob das optische Schussrauschen dominant ist oder nicht, wenn die Filmspannung Vf auf Vfa eingestellt ist. Infolgedessen stellt der Filmspannungs-Steuerabschnitt 60 in einem Fall, in dem der Durchschnittswert Vdavg den vorbestimmten Schwellenwert Vth1 überschreitet, die Filmspannung Vf auf Vfb (Vfb > Vfa) ein (Schritt S 103). Das heißt, der Filmspannungs-Steuerabschnitt 60 bewirkt, dass die Filmspannung Vf relativ größer als Vfa ist. Insbesondere stellt der Filmspannungs-Steuerabschnitt 60 auf der Grundlage des Durchschnittswerts Vdavg, Vtop und Vdr so ein, dass Vtop - Vdr Vfb ist. Beispielsweise setzt der Filmspannungs-Steuerabschnitt 60 Vtop auf +3V und Vdr auf +1V. Der Filmspannungs-Steuerabschnitt 60 gibt die eingestellten Werte von Vtop und Vdr an die Spannungserzeugungsschaltung 70 aus. Auf der Grundlage der vom Filmspannungs-Steuerabschnitt 60 eingegebenen Sollwerte legt die Spannungserzeugungsschaltung 70 die Spannung Vtop = +3V an die mit der Anode der Photodiode PD verbundene Stromquellenleitung an und legt die Spannung Vdr = +1V an die mit dem Drain des Entladungstransistors OFG verbundene Stromquellenleitung an.
  • In einem Fall, in dem der Durchschnittswert Vdavg gleich oder kleiner als der vorbestimmte Schwellenwert Vth1 ist und in einem Fall, in dem die Filmspannung Vf auf Vfb (Vfb > Vfa) eingestellt ist, bestimmt der Filmspannungs-Steuerabschnitt 60, ob der Durchschnittswert Vdavg unter einen vorbestimmten Schwellenwert Vth2 (zweiter Schwellenwert) (Vth2 < Vth1) fällt oder nicht (Schritt S104). Der Schwellenwert Vth2 ist ein Schwellenwert, der verwendet wird, um zu beurteilen, ob das Pixelsignal im Rauschen vergraben ist oder nicht. Infolgedessen setzt der Filmspannungs-Steuerabschnitt 60 in einem Fall, in dem der Durchschnittswert Vdavg unter den vorbestimmten Schwellenwert Vth2 fällt, die Filmspannung Vf auf Vfc (Vfc < Vfa) (Schritt S105). Das heißt, der Filmspannungs-Steuerabschnitt 60 bewirkt, dass die Filmspannung Vf relativ kleiner als Vfa ist. Insbesondere stellt der Filmspannungs-Steuerabschnitt 60 auf der Grundlage des Durchschnittswerts Vdavg, Vtop und Vdr ein, dass Vtop - Vdr Vfc sein soll. In einem Fall, in dem der Durchschnittswert Vdavg gleich oder größer als der vorbestimmte Schwellenwert Vth2 ist, belässt der Filmspannungs-Steuerabschnitt 60 die eingestellten Werte der Spannung unverändert. Wird ein Befehl zur Beendigung der Bildaufnahme empfangen, beendet die Systemsteuerschaltung 50 die Bildaufnahme und beendet auch die Einstellung der Bildqualität des Bildgebungselements 1 (Schritt S 106). Wird der Befehl zum Beenden der Bildgebung nicht empfangen, weist die Systemsteuerschaltung 50 den Filmspannungs-Steuerabschnitt 60 an, die Ausführung ab Schritt S102 erneut durchzuführen. Auf diese Weise wird die Einstellung der Bildqualität des Bildgebungselements 1 durchgeführt.
  • [Effekte]
  • In der vorliegenden Ausführungsform ermöglicht das Anlegen der Filmspannung Vf auf der Grundlage des Ausgangs des Bildgebungselements 1 (Mittelwert Vdavg der Amplitude Vd des Pixelsignals) an jede Photodiode PD (n-Typ-Halbleiterfilm 21) die Steuerung der Bildqualität der aus dem Pixelsignal gewonnenen Bilddaten. Insbesondere wird die Filmspannung Vf relativ groß eingestellt, wenn der Ausgang des Bildgebungselements 1 (Mittelwert Vdavg der Amplitude Vd des Pixelsignals) den Schwellenwert Vth1 überschreitet, während die Filmspannung Vf relativ klein eingestellt wird, wenn der Ausgang des Bildgebungselements 1 (Mittelwert Vdavg der Amplitude Vd des Pixelsignals) unter den Schwellenwert Vth2 fällt. Auf diese Weise wird in der vorliegenden Ausführungsform bei hoher Leuchtdichte die Filmspannung Vf relativ groß eingestellt, um den Einfluss des optischen Schrotrauschens zu verringern, während bei niedriger Leuchtdichte die Filmspannung Vf relativ klein eingestellt wird, um das S/N-Verhältnis zu erhöhen. Auf diese Weise lässt sich eine Verschlechterung der Bildqualität unterdrücken.
  • Darüber hinaus werden in der vorliegenden Ausführungsform die Spannung Vtop und die Spannung Vdr auf der Grundlage des Pixelsignals erzeugt, so dass die elektrische Potenzialdifferenz (Vtop - Vdr) zwischen der Spannung Vtop und der Spannung Vdr die Filmspannung Vf ist. Die so erzeugte Filmspannung Vf wird an jede Photodiode PD (n-Typ-Halbleiterfilm 21) angelegt, wodurch eine Verschlechterung der Bildqualität unterdrückt werden kann.
  • Darüber hinaus umfasst bei der vorliegenden Ausführungsform jede Pixelschaltung 14 die Photodiode PD (n-Typ-Halbleiterfilm 21), den Transfertransistor TRG und den Entladungstransistor OFG. Wenn der Entladungstransistor eingeschaltet ist, wird Vdr an die p-Typ-Halbleiterschicht 22 angelegt. Dadurch kann die Filmspannung Vf an jede Photodiode PD (n-Typ-Halbleiterfilm 21) auf der Grundlage des Pixelsignals angelegt werden. Auf diese Weise kann eine Verschlechterung der Bildqualität unterdrückt werden.
  • <2 Modifikationsbeispiele der ersten Ausführungsform>
  • [[Modifikationsbeispiel A]]
  • In der vorangehenden Ausführungsform sind der Filmspannungs-Steuerabschnitt 60 und die Spannungserzeugungsschaltung 70 innerhalb des Bildgebungselements 1 bereitgestellt, können aber auch innerhalb einer Bildqualitäts-Steuerschaltung 2 bereitgestellt werden, die vom Bildgebungselement 1 getrennt ist, wie beispielsweise in 8 veranschaulicht. In diesem Fall kann der Filmspannungs-Steuerabschnitt 60 die Filmspannung Vf auf der Grundlage des Ausgangs des Bildgebungselements 1 einstellen, wie beispielsweise in 8 veranschaulicht. Auch in diesem Fall werden ähnliche Effekte wie bei der vorstehenden Ausführungsform erzielt.
  • [[Modifikationsbeispiel B]]
  • In der vorangehenden Ausführungsform kann das Bildgebungselement 1 ferner einen Analogbereichs-Steuerabschnitt 80 umfassen, wie beispielsweise in 9 veranschaulicht. Der Analogbereichs-Steuerabschnitt 80 steuert den analogen Bereich R des ADC 40a auf der Grundlage eines Bestimmungsergebnisses (d.h. einer Ausgabe des Bildgebungselements 1 (Mittelwert Vdavg der Amplitude Vd des Pixelsignals)), das von dem Filmspannungs-Steuerabschnitt 60 eingegeben wird. Insbesondere gibt der Analogbereichs-Steuerabschnitt 80 einen Bereichs-Einstellwert auf der Grundlage des Bestimmungsergebnisses (d.h. des Ausgangssignals des Bildgebungselements 1 (Mittelwert Vdavg der Amplitude Vd des Pixelsignals)), das von dem Filmspannungs-Steuerabschnitt 60 eingegeben wird, an den ADC 40a aus, um dadurch die Bildqualität der aus dem Pixelsignal erhaltenen Bilddaten zu steuern.
  • 10 ist ein Beispiel für eine Beziehung zwischen dem analogen Bereich R (Dynamikbereich) des ADC 40a und der Amplitude Vd des Pixelsignals. 10 zeigt beispielhaft einen Fall, in dem der analoge Bereich R des ADC 40a auf Ra oder Rb eingestellt ist.
  • Wie in 10 veranschaulicht, ist der ADC 40a in einem Fall, in dem der Durchschnittswert Vdavg der Amplitude Vd des Pixelsignals die dem Analogbereich Ra des ADC 40a entsprechende Spannung Vda übersteigt, gesättigt. Wenn jedoch der analoge Bereich R des ADC 40a von Ra auf Rb erweitert wird, fällt der Durchschnittswert Vdavg der Amplitude Vd des Pixelsignals unter eine Spannung Vdb, die dem analogen Bereich Rb des ADC 40a entspricht, und die Sättigung des ADC 40a wird beseitigt. Dementsprechend wird der Dynamikbereich R des ADC 40a bei hoher Luminanz höher eingestellt, um eine Überbelichtung von Glanzlichtern zu verhindern, während bei niedriger Luminanz ein Rauschen (Dunkelstrom) vorherrscht, so dass durch eine niedrigere Einstellung des Dynamikbereichs R des ADC 40a eine Verschlechterung der Bildqualität unterdrückt werden kann.
  • [Bildqualitätsanpassung]
  • Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 11 ein Verfahren zur Einstellung der Bildqualität des Bildgebungselements 1 gemäß dem vorliegenden Modifikationsbeispiel beschrieben. 11 veranschaulicht ein Beispiel für das Verfahren zur Einstellung der Bildqualität des Bildgebungselements 1 gemäß dem vorliegenden Modifikationsbeispiel. Es ist zu beachten, dass in dem vorliegenden Modifikationsbeispiel das Bildgebungselement 1 das in 7 veranschaulichte Verfahren zur Einstellung der Bildqualität ausführt und das in 11 veranschaulichte Verfahren zur Einstellung der Bildqualität ausführt.
  • Der Analogbereichs-Steuerabschnitt 80 stellt zunächst den analogen Bereich R des ADC 40a auf Ra ein (Schritt S201). Konkret gibt der Analogbereichs-Steuerabschnitt 80 an den ADC 40a ein Steuersignal aus, um den analogen Bereich R auf Ra einzustellen. Wenn das Steuersignal, um den analogen Bereich R auf Ra zu setzen, von dem Analogbereichs-Steuerabschnitt 80 eingegeben wird, setzt der ADC 40a den analogen Bereich R auf Ra.
  • Als nächstes setzt der Analogbereichs-Steuerabschnitt 80 in einem Fall, in dem das von dem Filmspannungs-Steuerabschnitt 60 eingegebene Bestimmungsergebnis „Vdavg > Vth3“ ist, den analogen Bereich R auf Rb (Rb> Ra) (Schritte S202 und 203). Das heißt, der Analogbereichs-Steuerabschnitt 80 bewirkt, dass der analoge Bereich R relativ größer als Ra ist. Der Schwellenwert Vth3 (erster Schwellenwert) ist ein Schwellenwert, der verwendet wird, um zu beurteilen, ob ein Bild einen überbelichteten Glanzpunkt aufweist oder nicht, wenn die Filmspannung Vf auf Vfa eingestellt ist. Zu diesem Zeitpunkt gibt der Analogbereichs-Steuerabschnitt 80 ein Steuersignal an den ADC 40a aus, um den analogen Bereich R auf Rb einzustellen. Wenn das Steuersignal zum Einstellen des analogen Bereichs R auf Rb von dem Analogbereichs-Steuerabschnitt 80 eingegeben wird, stellt der ADC 40a den analogen Bereich R auf Rb ein.
  • In einem Fall, in dem das von dem Filmspannungs-Steuerabschnitt 60 eingegebene Bestimmungsergebnis „Vdavg ≤ Vth3“ ist oder in einem Fall, in dem der analoge Bereich R auf Rb eingestellt ist, wartet der Analogbereichs-Steuerabschnitt 80 auf ein Bestimmungsergebnis einer Größenbeziehung zwischen dem Durchschnittswert Vdavg und dem Schwellenwert Vth2, das von dem Filmspannungs-Steuerabschnitt 60 eingegeben wird. Zu diesem Zeitpunkt setzt der Analogbereichs-Steuerabschnitt 80 in einem Fall, in dem das vom Filmspannungs-Steuerabschnitt 60 eingegebene Bestimmungsergebnis „Vdavg < Vth2“ (Vth2 < Vth3) ist, den analogen Bereich R auf Ra (Schritte S204 und 201). Das heißt, der Analogbereichs-Steuerabschnitt 80 bewirkt, dass der analoge Bereich R relativ kleiner als Rb ist. Konkret gibt der Analogbereichs-Steuerabschnitt 80 an den ADC 40a ein Steuersignal aus, um den analogen Bereich R auf Ra einzustellen. Wenn das Steuersignal, um den analogen Bereich R auf Ra zu setzen, von dem Analogbereichs-Steuerabschnitt 80 eingegeben wird, setzt der ADC 40a den analogen Bereich R auf Ra.
  • In einem Fall, in dem das vom Filmspannungs-Steuerabschnitt 60 eingegebene Bestimmungsergebnis „Vdavg ≥ Vth2“ ist, führt der Analogbereichs-Steuerabschnitt 80 den Schritt S202 aus, wenn ein Befehl zum Beenden der Bildgebung nicht eingegeben wird (Schritte S204 und 205). Wenn der Befehl zum Beenden der Bildgebung eingegeben wird, schließt der Analogbereichs-Steuerabschnitt 80 die Einstellung des analogen Bereichs R ab (Schritt S205). Auf diese Weise wird die Einstellung der Bildqualität des Bildgebungselements 1 durchgeführt.
  • [Effekte]
  • Im vorliegenden Modifikationsbeispiel ermöglicht das Anlegen der Filmspannung Vf auf der Grundlage des Ausgangs des Bildgebungselements 1 (Mittelwert Vdavg der Amplitude Vd des Pixelsignals) an jede Photodiode PD (n-Typ-Halbleiterfilm 21) die Steuerung der Bildqualität der aus dem Pixelsignal gewonnenen Bilddaten. Insbesondere wird die Filmspannung Vf relativ groß eingestellt, wenn der Ausgang des Bildgebungselements 1 (Mittelwert Vdavg der Amplitude Vd des Pixelsignals) den Schwellenwert Vth1 überschreitet, während die Filmspannung Vf relativ klein eingestellt wird, wenn der Ausgang des Bildgebungselements 1 (Mittelwert Vdavg der Amplitude Vd des Pixelsignals) unter den Schwellenwert Vth2 fällt. Auf diese Weise wird im vorliegenden Modifikationsbeispiel bei hoher Leuchtdichte die Filmspannung Vf relativ groß eingestellt, um den Einfluss des optischen Schrotrauschens zu verringern, während bei niedriger Leuchtdichte die Filmspannung Vf relativ klein eingestellt wird, um das S/N-Verhältnis zu erhöhen. Auf diese Weise lässt sich eine Verschlechterung der Bildqualität unterdrücken.
  • In dem vorliegenden Modifikationsbeispiel ermöglicht die Ausgabe eines Bereichs-Einstellwerts auf der Grundlage des Pixelsignals an den ADC 40a ferner die Steuerung der Bildqualität der aus dem Pixelsignal gewonnenen Bilddaten. Insbesondere wird der Bereichs-Einstellwert relativ groß eingestellt, wenn die Ausgabe des Bildgebungselements 1 (Durchschnittswert Vdavg der Amplitude Vd des Pixelsignals) den Schwellenwert Vth3 überschreitet, während der Bereichs-Einstellwert relativ klein eingestellt wird, wenn die Ausgabe des Bildgebungselements 1 (Durchschnittswert Vdavg der Amplitude Vd des Pixelsignals) unter den Schwellenwert Vth2 fällt. Auf diese Weise wird im vorliegenden Modifikationsbeispiel bei hoher Leuchtdichte der Bereichs-Einstellwert relativ groß eingestellt, um einen überbelichteten Höhepunkt eines Bildes zu unterdrücken, während bei niedriger Leuchtdichte der Bereichs-Einstellwert relativ klein eingestellt wird, um ein S/N-Verhältnis zu erhöhen. Auf diese Weise lässt sich eine Verschlechterung der Bildqualität unterdrücken.
  • [[Modifikationsbeispiel C]]
  • Im vorangehenden Modifikationsbeispiel B sind der Filmspannungs-Steuerabschnitt 60, die Spannungserzeugungsschaltung 70 und der Analogbereichs-Steuerabschnitt 80 innerhalb des Bildgebungselements 1 bereitgestellt, können aber auch innerhalb der Bildqualitäts-Steuerschaltung 2 bereitgestellt werden, die vom Bildgebungselement 1 getrennt ist, wie beispielsweise in 12 veranschaulicht. In diesem Fall kann der Filmspannungs-Steuerabschnitt 60 die Filmspannung Vf auf der Grundlage des Ausgangs des Bildgebungselements 1 einstellen, wie beispielsweise in 12 veranschaulicht. Auch in diesem Fall werden ähnliche Effekte wie bei der vorstehenden Ausführungsform erzielt.
  • [[Modifikationsbeispiel D]]
  • Im vorangehenden Modifikationsbeispiel B sind der Filmspannungs-Steuerabschnitt 60, die Spannungserzeugungsschaltung 70 und der Analogbereichs-Steuerabschnitt 80 innerhalb des Bildgebungselements 1 bereitgestellt. Der Filmspannungs-Steuerabschnitt 60 und die Spannungserzeugungsschaltung 70 können jedoch innerhalb der Bildqualitäts-Steuerschaltung 2 bereitgestellt werden, die von dem Bildgebungselement 1 getrennt ist, und der Analogbereichs-Steuerabschnitt 80 kann innerhalb des Bildgebungselements 1 bereitgestellt werden, wie beispielsweise in 13 veranschaulicht.
  • In diesem Fall kann der Filmspannungs-Steuerabschnitt 60 die Filmspannung Vf auf der Grundlage des Ausgangs des Bildgebungselements 1 einstellen, wie beispielsweise in 13 veranschaulicht. Darüber hinaus kann der Analogbereichs-Steuerabschnitt 80 den analogen Bereich R des ADC 40a auf der Grundlage der Werte der Ausgangsspannungen (Vtop und Vdr) der Spannungserzeugungsschaltung 70 einstellen, wie beispielsweise in 13 veranschaulicht.
  • Im vorliegenden Modifikationsbeispiel wird die an jede Photodiode PD (n-Typ-Halbleiterfilm 21) anzulegende Filmspannung Vf auf der Grundlage des Ausgangs des Bildgebungselements 1 eingestellt, und der analoge Bereich R des ADC 40a wird auf der Grundlage der Werte der an jede Photodiode PD (n-Typ-Halbleiterfilm 21) anzulegenden Spannungen (Vtop und Vdr) eingestellt. Auf diese Weise lässt sich eine Verschlechterung der Bildqualität unterdrücken.
  • [[Modifikationsbeispiel E]]
  • In der vorangehenden Ausführungsform kann das Bildgebungselement 1 ferner einen Umwandlungseffizienz-Steuerabschnitt 90 umfassen, wie beispielsweise in 14 veranschaulicht. Der Umwandlungseffizienz-Steuerabschnitt 90 steuert die Umwandlungseffizienz η der Pixelschaltung 14 auf der Grundlage eines Bestimmungsergebnisses (d.h. der Ausgabe des Bildgebungselements 1 (Mittelwert Vdavg der Amplitude Vd des Pixelsignals)), das von dem Filmspannungs-Steuerabschnitt 60 eingegeben wird. Insbesondere gibt der Umwandlungseffizienz-Steuerabschnitt 90 ein Steuersignal auf der Grundlage des Bestimmungsergebnisses (d.h. des Ausgangssignals des Bildgebungselements 1 (Mittelwert Vdavg der Amplitude Vd des Pixelsignals)), das von dem Filmspannungs-Steuerabschnitt 60 eingegeben wird, an ein später beschriebenes Schaltelement SW aus, um dadurch die Bildqualität der aus dem Pixelsignal erhaltenen Bilddaten zu steuern.
  • 15 veranschaulicht ein Beispiel für eine Schaltungskonfiguration des Sensorpixels 11 gemäß dem vorliegenden Modifikationsbeispiel. In dem Sensorpixel 11 gemäß dem vorliegenden Modifikationsbeispiel umfasst die Pixelschaltung 14 das Schaltelement SW, das mit dem Floating Diffusion FD verbunden ist, und einen Hilfskondensator Ce, der über das Schaltelement SW parallel zu einem Kondensator (einem FD-Kondensator Cfd) des Floating Diffusion FD geschaltet ist. Der Umwandlungseffizienz-Steuerabschnitt 90 steuert EIN/AUS des Schaltelements SW, um dadurch die Umwandlungseffizienz η der Pixelschaltung 14 zu steuern.
  • 16 veranschaulicht ein Beispiel für eine Beziehung zwischen dem analogen Bereich R des ADC 40a und der Amplitude Vd des Pixelsignals. 16 zeigt beispielhaft einen Fall, in dem der analoge Bereich R des ADC 40a auf Rb eingestellt ist.
  • In einem Fall, in dem das Schaltelement SW durch die Steuerung des Umwandlungseffizienz-Steuerabschnitts 90 eingeschaltet ist, wird eine Spannung, die durch Ladungen erzeugt wird, die in dem FD-Kondensator Cfd und dem Hilfskondensator Ce, die parallel zueinander verbunden sind, akkumuliert werden, in die Ausleseschaltung 15 eingegeben. Die Umwandlungseffizienz η der Pixelschaltung 14 ist zu diesem Zeitpunkt als η1 definiert. Wenn das Schaltelement SW durch die Steuerung des Umwandlungseffizienz-Steuerabschnitts 90 ausgeschaltet wird, wird der Hilfskondensator Ce von der schwebenden Diffusion FD getrennt, und somit wird die Spannung, die durch die im FD-Kondensator Cfd akkumulierten Ladungen erzeugt wird, in die Ausleseschaltung 15 eingegeben. Die Umwandlungseffizienz η2 der Pixelschaltung 14 ist zu diesem Zeitpunkt η1/α. Dabei ist α (Cfd + Ce)/Cfd). Das heißt, wenn das Schaltelement SW ausgeschaltet wird, verringert sich die Umwandlungseffizienz η um 1/α. Wenn beispielsweise der Hilfskondensator Ce die doppelte Kapazität des FD-Kondensators Cfd hat, beträgt die Umwandlungseffizienz η2 das 1/3-fache der Umwandlungseffizienz η1. Wenn die Umwandlungseffizienz η verringert wird, wird die Amplitude Vd des Pixelsignals um den Betrag der Verringerung der Umwandlungseffizienz η kleiner, wie beispielsweise in 16 veranschaulicht. Daher kann beispielsweise in einem Fall, in dem ein Durchschnittswert Vdavg1 zum Zeitpunkt des Einschaltens des Schaltelements SW größer ist als der Spannungswert Vdb, der der oberen Grenze (Rb) des analogen Bereichs R des ADC 40a entspricht, um eine Sättigung des ADC 40a zu bewirken, das Ausschalten des Schaltelements SW dazu führen, dass ein Durchschnittswert Vdavg2 zum Zeitpunkt des Ausschaltens des Schaltelements SW Vdavg1/α beträgt, der kleiner ist als der Spannungswert Vdb. Daher wird bei hoher Leuchtdichte die Umwandlungseffizienz η niedriger eingestellt, um ein überbelichtetes Spitzlicht zu verhindern, während bei niedriger Leuchtdichte ein Rauschen (Dunkelstrom) vorherrscht, so dass durch eine höhere Einstellung der Umwandlungseffizienz η eine Verschlechterung der Bildqualität unterdrückt werden kann.
  • [Bildqualitätsanpassung]
  • Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 17 ein Verfahren zur Einstellung der Bildqualität des Bildgebungselements 1 beschrieben. 17 veranschaulicht ein Beispiel für das Verfahren zur Einstellung der Bildqualität des Bildgebungselements 1. Es ist zu beachten, dass das Bildgebungselement 1 im vorliegenden Modifikationsbeispiel das in 7 veranschaulichte Verfahren zur Einstellung der Bildqualität ausführt und das in 17 veranschaulichte Verfahren zur Einstellung der Bildqualität ausführt.
  • Der Umwandlungseffizienz-Steuerabschnitt 90 setzt zunächst die Umwandlungseffizienz η der Pixelschaltung 14 auf η1 (Schritt S301). Insbesondere gibt der Umwandlungseffizienz-Steuerabschnitt 90 an das Schaltelement SW innerhalb der Pixelschaltung 14 ein Steuersignal aus, um das Schaltelement SW einzuschalten. Das Schaltelement SW wird eingeschaltet, wenn das Steuersignal zum Einschalten des Schaltelements SW von dem Umwandlungseffizienz-Steuerabschnitt 90 eingegeben wird. Dies bewirkt, dass der FD-Kondensator Cfd und der Hilfskondensator Ce parallel miteinander verbunden werden.
  • Als nächstes setzt der Umwandlungseffizienz-Steuerabschnitt 90 in einem Fall, in dem das vom Filmspannungs-Steuerabschnitt 60 eingegebene Bestimmungsergebnis „Vdavg>Vth3“ ist, die Umwandlungseffizienz η auf η2 (η2 < η1) (Schritte S302 und 303). Zu diesem Zeitpunkt gibt der Umwandlungseffizienz-Steuerabschnitt 90 an das Schaltelement SW ein Steuersignal aus, um das Schaltelement SW auszuschalten. Das Schaltelement SW wird ausgeschaltet, wenn das Steuersignal zum Ausschalten des Schaltelements SW von dem Umwandlungseffizienz-Steuerabschnitt 90 eingegeben wird. Das heißt, der Umwandlungseffizienz-Steuerabschnitt 90 schaltet das Schaltelement SW aus, wenn der Durchschnittswert Vdavg Vth3 überschreitet. Dadurch kann der Hilfskondensator Ce von der schwebenden Diffusion FD getrennt werden.
  • In einem Fall, in dem das von dem Filmspannungs-Steuerabschnitt 60 eingegebene Bestimmungsergebnis „Vdavg ≤ Vth3“ ist oder in einem Fall, in dem das Schaltelement SW auf AUS gesetzt ist, wartet der Umwandlungseffizienz-Steuerabschnitt 90 auf ein Bestimmungsergebnis einer Größenbeziehung zwischen dem Durchschnittswert Vdavg und dem Schwellenwert Vth2 (Vth2 < Vth3), das von dem Filmspannungs-Steuerabschnitt 60 eingegeben wird. Zu diesem Zeitpunkt setzt der Umwandlungseffizienz-Steuerabschnitt 90 in einem Fall, in dem das von dem Filmspannungs-Steuerabschnitt 60 eingegebene Bestimmungsergebnis „Vdavg < Vth2“ ist, die Umwandlungseffizienz η auf η1 (Schritte S304 und 301). Insbesondere gibt der Umwandlungseffizienz-Steuerabschnitt 90 an das Schaltelement SW das Steuersignal aus, um das Schaltelement SW einzuschalten. Wenn das Steuersignal zum Einschalten des Schaltelements SW von dem Umwandlungseffizienz-Steuerabschnitt 90 eingegeben wird, wird das Schaltelement SW eingeschaltet. Das heißt, der Umwandlungseffizienz-Steuerabschnitt 90 schaltet das Schaltelement SW EIN, wenn der Durchschnittswert Vdavg unter Vth2 kleiner als Vth3 fällt. Dadurch können der FD-Kondensator Cfd und der Hilfskondensator Ce parallel zueinander verbunden werden.
  • In einem Fall, in dem das vom Filmspannungs-Steuerabschnitt 60 eingegebene Bestimmungsergebnis „Vdavg ≥ Vth2“ ist, führt der Umwandlungseffizienz-Steuerabschnitt 90 den Schritt S302 aus, wenn kein Befehl zum Beenden der Bildgebung eingegeben wird (Schritte S304 und 302). Wenn der Befehl zum Beenden der Bildgebung eingegeben wird, beendet der Umwandlungseffizienz-Steuerabschnitt 90 die Einstellung der Umwandlungseffizienz η (Schritt S305). Auf diese Weise wird die Einstellung der Bildqualität des Bildgebungselements 1 durchgeführt.
  • [Effekte]
  • Im vorliegenden Modifikationsbeispiel ermöglicht das Anlegen der Filmspannung Vf auf der Grundlage des Ausgangs des Bildgebungselements 1 (Mittelwert Vdavg der Amplitude Vd des Pixelsignals) an jede Photodiode PD (n-Typ-Halbleiterfilm 21) die Steuerung der Bildqualität der aus dem Pixelsignal gewonnenen Bilddaten. Insbesondere wird die Filmspannung Vf relativ groß eingestellt, wenn der Ausgang des Bildgebungselements 1 (Mittelwert Vdavg der Amplitude Vd des Pixelsignals) den Schwellenwert Vth1 überschreitet, während die Filmspannung Vf relativ klein eingestellt wird, wenn der Ausgang des Bildgebungselements 1 (Mittelwert Vdavg der Amplitude Vd des Pixelsignals) unter den Schwellenwert Vth2 fällt. Auf diese Weise wird im vorliegenden Modifikationsbeispiel bei hoher Leuchtdichte die Filmspannung Vf relativ groß eingestellt, um den Einfluss des optischen Schrotrauschens zu verringern, während bei niedriger Leuchtdichte die Filmspannung Vf relativ klein eingestellt wird, um das S/N-Verhältnis zu erhöhen. Auf diese Weise lässt sich eine Verschlechterung der Bildqualität unterdrücken.
  • In dem vorliegenden Modifikationsbeispiel ermöglicht die Ausgabe eines auf dem Pixelsignal basierenden Steuersignals an das Schaltelement SW ferner die Steuerung der Bildqualität der aus dem Pixelsignal gewonnenen Bilddaten. Insbesondere wird das Schaltelement SW ausgeschaltet, wenn die Ausgabe des Bildgebungselements 1 (Durchschnittswert Vdavg der Amplitude Vd des Pixelsignals) den Schwellenwert Vth3 überschreitet, während das Schaltelement SW eingeschaltet wird, wenn die Ausgabe des Bildgebungselements 1 (Durchschnittswert Vdavg der Amplitude Vd des Pixelsignals) unter den Schwellenwert Vth2 fällt. Auf diese Weise wird im vorliegenden Modifikationsbeispiel bei hoher Leuchtdichte das Schaltelement SW ausgeschaltet, um ein überbelichtetes Highlight eines Bildes zu unterdrücken, während bei niedriger Leuchtdichte das Schaltelement SW eingeschaltet wird, um ein S/N-Verhältnis zu erhöhen. Auf diese Weise lässt sich eine Verschlechterung der Bildqualität unterdrücken.
  • [[Modifikationsbeispiel F]]
  • Im vorangehenden Modifikationsbeispiel E sind der Filmspannungs-Steuerabschnitt 60, die Spannungserzeugungsschaltung 70 und der Umwandlungseffizienz-Steuerabschnitt 90 innerhalb des Bildgebungselements 1 bereitgestellt. Wie in 18 veranschaulicht, können der Filmspannungs-Steuerabschnitt 60, die Spannungserzeugungsschaltung 70 und der Umwandlungseffizienz-Steuerabschnitt 90 jedoch innerhalb der Bildqualitäts-Steuerschaltung 2 bereitgestellt werden, die vom Bildgebungselement 1 getrennt ist. In diesem Fall kann der Filmspannungs-Steuerabschnitt 60 die Filmspannung Vf auf der Grundlage der Ausgabe des Bildgebungselements 1 einstellen, wie beispielsweise in 18 veranschaulicht. Auch in einem solchen Fall werden ähnliche Effekte wie bei der vorstehenden Ausführungsform erzielt.
  • [[Modifikationsbeispiel G]]
  • Im vorangehenden Modifikationsbeispiel E sind der Filmspannungs-Steuerabschnitt 60, die Spannungserzeugungsschaltung 70 und der Umwandlungseffizienz-Steuerabschnitt 90 innerhalb des Bildgebungselements 1 bereitgestellt. Der Filmspannungs-Steuerabschnitt 60 und die Spannungserzeugungsschaltung 70 können jedoch innerhalb der Bildqualitäts-Steuerschaltung 2 bereitgestellt werden, die von dem Bildgebungselement 1 getrennt ist, und der Umwandlungseffizienz-Steuerabschnitt 90 kann beispielsweise innerhalb des Bildgebungselements 1 bereitgestellt werden, wie in 19 veranschaulicht.
  • In diesem Fall kann der Filmspannungs-Steuerabschnitt 60 die Filmspannung Vf auf der Grundlage der Ausgabe des Bildgebungselements 1 einstellen, wie beispielsweise in 19 veranschaulicht. Darüber hinaus kann der Umwandlungseffizienz-Steuerabschnitt 90 die Umwandlungseffizienz η der Pixelschaltung 14 auf der Grundlage der Werte der Ausgangsspannungen (Vtop und Vdr) der Spannungserzeugungsschaltung 70 einstellen, wie beispielsweise in 19 veranschaulicht.
  • Im vorliegenden Modifikationsbeispiel wird die an die Photodiode PD (n-Typ-Halbleiterfilm 21) anzulegende Filmspannung Vf auf der Grundlage des Ausgangs des Bildgebungselements 1 eingestellt, und die Umwandlungseffizienz η der Pixelschaltung 14 wird auf der Grundlage der Werte der an die Photodiode PD (n-Typ-Halbleiterfilm 21) anzulegenden Spannungen (Vtop und Vdr) eingestellt. Auf diese Weise lässt sich eine Verschlechterung der Bildqualität verhindern.
  • [[Modifikationsbeispiel H]]
  • In der vorangehenden Ausführungsform und deren Modifikationsbeispielen kann der Entladungstransistor OFG in der Pixelschaltung 14 weggelassen werden, wie beispielsweise in den 20 und 21 veranschaulicht. Zu diesem Zeitpunkt kann der Filmspannungs-Steuerabschnitt 60 die Spannung Vtop auf der Grundlage des Pixelsignals erzeugen, um eine elektrische Potentialdifferenz (Vtop - Vdr) zwischen der Spannung Vtop, die an die n-Typ-Halbleiterschicht 24 anzulegen ist, und der Elektrode Vdr der p-Typ-Halbleiterschicht 22, die durch den Rücksetztransistor RST angelegt wird, wenn der Transfertransistor TRG eingeschaltet ist, als Filmspannung Vf zu ermöglichen.
  • Darüber hinaus können in der vorstehenden Ausführungsform und deren Modifikationsbeispielen der Entladungstransistor OFG und der Transfertransistor TRG in der Pixelschaltung 14 weggelassen werden, wie beispielsweise in den 22 und 23 veranschaulicht. Zu diesem Zeitpunkt kann der Filmspannungs-Steuerabschnitt 60 die Spannung Vtop auf der Grundlage des Pixelsignals erzeugen, damit die elektrische Potentialdifferenz (Vtop - Vdr) zwischen der an die n-Typ-Halbleiterschicht 24 anzulegenden Spannung Vtop und der vom Rücksetztransistor RST angelegten Elektrode Vdr der p-Typ-Halbleiterschicht 22 die Filmspannung Vf ist.
  • Auch in diesem Fall werden in dem vorliegenden Modifikationsbeispiel ähnliche Effekte erzielt wie bei dem Bildgebungselement 1 gemäß einer der vorstehenden Ausführungsformen und Modifikationsbeispielen davon.
  • [[Modifikationsbeispiel I]]
  • In der vorangehenden Ausführungsform und den Modifikationsbeispielen A bis H sind das Lichtempfangssubstrat 100 und das Antriebssubstrat 200 stoßgeklebt. In der vorstehenden Ausführungsform und den Modifikationsbeispielen A bis H können das Lichtempfangssubstrat 100 und das Antriebssubstrat 200 jedoch auch Cu-Cu-verbunden sein. 24 veranschaulicht ein Modifikationsbeispiel der Querschnittskonfiguration des Bildgebungselements 1 gemäß dem vorliegenden Modifikationsbeispiel.
  • Das Lichtempfangssubstrat 100 umfasst einen Isolierfilm 33, eine Einbettungsschicht 34, Zwischenschicht-Isolierfilme 35 und 36, eine Vielzahl von Elektroden 37 und eine Vielzahl von Kontaktelektroden 38, anstelle der Passivierungsschicht 28, der Isolierschicht 29, der Vielzahl von Kopplungselektroden 31 und der Vielzahl von Höckerelektroden 32.
  • Der Isolierfilm 33 bedeckt die n-Typ-Halbleiterschicht 23 und einen Teil jeder der p-Typ-Halbleiterschichten 22 und weist Öffnungen an Stellen auf, die den jeweiligen p-Typ-Halbleiterschichten 22 gegenüberliegen. Der Isolierfilm 33 umfasst beispielsweise ein Oxid wie Silikonoxid (SiOx) oder Aluminiumoxid (Al2O3). Der Isolierfilm 33 kann durch eine Mehrschichtstruktur konfiguriert werden, die eine Vielzahl von Schichten umfasst. Der Isolierfilm 33 kann beispielsweise aus einem Isoliermaterial auf Siliziumbasis wie Siliziumoxynitrid (SiON), kohlenstoffhaltigem Siliziumoxid (SiOC), Siliziumnitrid (SiN) und Siliziumkarbid (SiC) bestehen. Der Isolierfilm 33 hat eine Dicke von mehreren Dutzend nm bis zu mehreren hundert nm, zum Beispiel.
  • Die Vielzahl von Elektroden 37 sind einzeln in den jeweiligen Öffnungen des Isolierfilms 33 bereitgestellt und einzeln für die jeweiligen p-Typ-Halbleiterschichten 22 bereitgestellt. Die jeweiligen Elektroden 37 stehen in Kontakt mit den entsprechenden p-Typ-Halbleiterschichten 22. Jede der Elektroden 37 besteht beispielsweise aus einer einfachen Substanz aus Titan (Ti), Wolfram (W), Titannitrid (TiN), Platin (Pt), Gold (Au), Germanium (Ge), Palladium (Pd), Zink (Zn), Nickel (Ni) und Aluminium (Al) oder einer Legierung, die mindestens einen dieser Stoffe enthält. Jede der Elektroden 37 kann ein einzelner Film aus einem solchen Material sein oder ein gestapelter Film, in dem zwei oder mehr davon kombiniert sind. Zum Beispiel ist jede der Elektroden 37 aus einer Schicht aus Titan und Wolfram aufgebaut. Jede der Elektroden 37 hat eine Dicke von mehreren Dutzend nm bis zu mehreren hundert nm, zum Beispiel.
  • Die Einbettungsschicht 34 wird durch Einbetten der Elektroden 37 gebildet. In der Einbettungsschicht 34 ist eine Oberfläche auf der Seite des Antriebssubstrats 200 planar. Die Einbettungsschicht 34 wird beispielsweise durch ein anorganisches Isoliermaterial wie Siliziumoxid (SiOx), Siliziumnitrid (SiN), Siliziumoxynitrid (SiON), kohlenstoffhaltiges Siliziumoxid (SiOC) und Siliziumkarbid (SiC) gebildet.
  • Die Zwischenschicht-Isolierfilme 35 und 36 sind in dieser Reihenfolge auf der planaren Oberfläche der Einbettungsschicht 34 auf der Seite des Antriebssubstrats 200 gestapelt. Die Zwischenschicht-Isolierfilme 35 und 36 sind z.B. jeweils durch ein anorganisches Isoliermaterial gebildet. Beispiele für das anorganische Isoliermaterial umfassen Siliziumnitrid (SiN), Aluminiumoxid (Al2O3), Siliziumoxid (SiO2) und Hafniumoxid (HfO2). Die Zwischenschicht-Isolierfilme 35 und 36 können aus demselben anorganischen Isoliermaterial aufgebaut sein.
  • Die Vielzahl von Kontaktelektroden 38 wird einzeln für die jeweiligen Elektroden 37 bereitgestellt. Die jeweiligen Elektroden 38 stehen in Kontakt mit den entsprechenden Elektroden 37. Eine Oberfläche jeder Kontaktelektrode 38 auf der Seite des Antriebssubstrats 200 ist von dem Zwischenschicht-Isolierfilm 36 freigelegt. Die Oberfläche jeder Kontaktelektrode 38 auf der Seite des Antriebssubstrats 200 und eine Oberfläche des Zwischenschicht-Isolierfilms 36 auf der Seite des Antriebssubstrats 200 sind in derselben Ebene angeordnet.
  • Das Antriebssubstrat 200 umfasst eine Vielzahl von Kontaktelektroden 47 anstelle der Vielzahl von Kopplungsschichten 43. Das Antriebssubstrat 200 umfasst ferner Zwischenschicht-Isolierfilme 48 und 49. Die Vielzahl von Kontaktelektroden 47 wird einzeln für die jeweiligen Ausleseelektroden 44 bereitgestellt. Die jeweiligen Kontaktelektroden 47 stehen in Kontakt mit den entsprechenden Ausleseelektroden 44.
  • Die Zwischenschicht-Isolierfilme 48 und 49 sind in dieser Reihenfolge auf einer Oberfläche der Zwischenschicht-Isolierschicht 42 auf der Seite des Lichtempfangssubstrats 100 gestapelt. Die Zwischenschicht-Isolierfilme 48 und 49 sind zum Beispiel jeweils durch ein anorganisches Isoliermaterial gebildet. Beispiele für das anorganische Isoliermaterial umfassen Siliziumnitrid (SiN), Aluminiumoxid (Al2O3), Siliziumoxid (SiO2) und Hafniumoxid (HfO2).
  • Eine Oberfläche jeder Kontaktelektrode 47 auf der Seite des Lichtempfangssubstrats 100 wird durch den Zwischenschicht-Isolierfilm 49 freigelegt. Die Oberfläche jeder Kontaktelektrode 47 auf der Seite des Lichtempfangssubstrats 100 und eine Oberfläche des Zwischenschicht-Isolierfilms 49 auf der Seite des Lichtempfangssubstrats 100 sind in derselben Ebene angeordnet. Die Kontaktelektroden 38 und 47 sind jeweils z.B. aus Kupfer (Cu) aufgebaut. Die Kontaktelektrode 38 und die Kontaktelektrode 47 sind aneinander geklebt.
  • 25 veranschaulicht ein Beispiel für eine planare Konfiguration des Bildgebungselements 1 gemäß dem vorliegenden Modifikationsbeispiel. 26 veranschaulicht ein Beispiel für eine Querschnittskonfiguration des Bildgebungselements 1 von 25 entlang einer Linie A-A. Das Bildgebungselement 1 umfasst einen Elementenbereich R1 in einem mittleren Teil und einen Randbereich R2, der außerhalb des Elementenbereich R1 bereitgestellt wird und den Elementenbereich R1 umgibt. Der Elementenbereich R1 entspricht einer Stelle des Bildgebungselements 1, an der der n-Typ-Halbleiterfilm 21 (Photodiode PD) bereitgestellt ist. Das Bildgebungselement 1 umfasst einen elektrisch leitenden Film 51, der vom Elementenbereich R1 bis zum Randbereich R2 bereitgestellt wird. Der elektrisch leitende Film 51 weist Öffnungen in einem Bereich auf, der dem mittleren Teil des Elementenbereichs R1 zugewandt ist. Ein Bereich des Elementenbereichs R1, der von dem elektrisch leitenden Film 51 freigelegt ist (ein Bereich, der der Öffnung des elektrisch leitenden Films 51 gegenüberliegt), ist ein lichtempfangender Bereich. Ein Bereich des Elementenbereichs R1, der mit dem elektrisch leitenden Film 51 bedeckt ist, ist ein OPB-Bereich (Optical Black). Der OPB-Bereich wird bereitgestellt, um den Lichtempfangsbereich zu umgeben. Der OPB-Bereich wird verwendet, um ein Schwarzpegel-Pixelsignal zu erhalten.
  • In dem Lichtempfangssubstrat 100 bedeckt der Isolierfilm 33 die n-Typ-Halbleiterschicht 23 und einen Teil jeder der p-Typ-Halbleiterschichten 22 und bedeckt eine Seitenfläche des n-Typ-Halbleiterfilms 21 (Photodiode PD). Im Lichtempfangssubstrat 100 bedeckt die Einbettungsschicht 34 die Seitenfläche des n-Typ-Halbleiterfilms 21 mit dem dazwischen liegenden Isolierfilm 33 und ist vom Elementenbereich R1 bis zum Randbereich R2 bereitgestellt. Der Randbereich R2 ist mit Öffnungen H1 und H2 bereitgestellt, die das Lichtempfangssubstrat 100 durchdringen, um das Antriebssubstrat 200 zu erreichen.
  • Die Öffnung H1 ist an einer Position bereitgestellt, die näher am Elementenbereich R1 liegt als die Öffnung H2, und eine Seitenwand und eine Bodenfläche der Öffnung H1 sind mit dem elektrisch leitenden Film 51 bedeckt. Die Öffnung H1 dient dazu, die n-Typ-Halbleiterschicht 21 und die Verdrahtungsleitung 46 des Antriebssubstrats 200 miteinander zu verbinden, und ist bereitgestellt, um die Antireflexionsschicht 25, die Einbettungsschicht 34, den Zwischenschicht-Isolierfilm 35 und den Zwischenschicht-Isolierfilm 36 zu durchdringen.
  • Die Öffnung H2 ist beispielsweise an einer Position bereitgestellt, die näher an einem Endteil des Lichtempfangssubstrats 100 liegt als die Öffnung H1. Die Öffnung H2 durchdringt den Antireflexionsfilm 25, die Einbettungsschicht 34, den Zwischenschicht-Isolierfilm 35 und den Zwischenschicht-Isolierfilm 36, um die Verdrahtungsleitung 46 des Antriebssubstrats 200 zu erreichen. Die Außenseite und das Bildgebungselement 1 sind über die Öffnung H2 elektrisch miteinander verbunden. Die Öffnungen H1 und H2 müssen das Antriebssubstrat 200 nicht erreichen. Beispielsweise können die Öffnungen H1 und H2 eine in dem Zwischenschicht-Isolierfilm 36 bereitgestellte Verdrahtungsleitung erreichen, die mit der Verdrahtungsleitung 46 des Antriebssubstrats 200 verbunden sein kann.
  • In dem Lichtempfangssubstrat 100 werden der Zwischenschicht-Isolierfilm 36, der Zwischenschicht-Isolierfilm 35 und die Einbettungsschicht 34 in dieser Reihenfolge von einer Position nahe dem Antriebssubstrat 200 aus bereitgestellt. Die Zwischenschicht-Isolierschicht 36, der Zwischenschicht-Isolierfilm 35 und die Einbettungsschicht 34 sind vom Elementenbereich R1 bis zum Randbereich R2 bereitgestellt, und der Zwischenschicht-Isolierfilm 36 und jede Kontaktelektrode 38 bilden eine Verbindungsfläche mit dem Antriebssubstrat 200. Die Verbindungsfläche des Lichtempfangssubstrats 100 ist in dem Elementenbereich R1 und dem Randbereich R2 bereitgestellt, und die Verbindungsfläche in dem Elementenbereich R1 und die Verbindungsfläche in dem Randbereich R2 bilden dieselbe Ebene.
  • Eine Vielzahl der im Randbereich R2 bereitgestellten Kontaktelektroden 38 der Vielzahl der im Lichtempfangssubstrat 100 bereitgestellten Kontaktelektroden 38 sind nicht elektrisch mit dem n-Typ-Halbleiterfilm 21 (Photodiode PD) verbunden und stellen jeweils eine Blindelektrode 38D dar, die zum Bonden zwischen dem Lichtempfangssubstrat 100 und dem Antriebssubstrat 200 bereitgestellt wird.
  • In dem Antriebssubstrat 200 werden der Zwischenschicht-Isolierfilm 49, der Zwischenschicht-Isolierfilm 48 und die Zwischenschicht-Isolierschicht 42 in dieser Reihenfolge von einer Position nahe dem Lichtempfangssubstrat 100 aus bereitgestellt. Die Zwischenschicht-Isolierfilme 49, der Zwischenschicht-Isolierfilm 48 und die Zwischenschicht-Isolierschicht 42 sind vom Elementenbereich R1 bis zum Randbereich R2 bereitgestellt, und der Zwischenschicht-Isolierfilm 49 und jede Kontaktelektrode 47 bilden eine Verbindungsfläche mit dem Lichtempfangssubstrat 100. Die Verbindungsfläche des Antriebssubstrats 200 ist in dem Elementenbereich R1 und dem Randbereich R2 bereitgestellt, und die Verbindungsfläche in dem Elementenbereich R1 und die Verbindungsfläche in dem Randbereich R2 bilden dieselbe Ebene.
  • Eine Vielzahl der im Randbereich R2 bereitgestellten Kontaktelektroden 47 der Vielzahl der im Antriebssubstrat 200 bereitgestellten Kontaktelektroden 47 sind nicht elektrisch mit dem n-Typ-Halbleiterfilm 21 (Photodiode PD) verbunden und stellen jeweils eine Blindelektrode 47D dar, die zum Bonden zwischen dem Lichtempfangssubstrat 100 und dem Antriebssubstrat 200 bereitgestellt wird. Die Blindelektrode 47D ist an einer der Blindelektrode 38D gegenüberliegenden Position bereitgestellt und mit der an der gegenüberliegenden Position bereitgestellten Blindelektrode 38D verbunden. Dies ermöglicht es, die Festigkeit des Randbereichs R2 zu verbessern.
  • Der elektrisch leitende Film 51 ist vom OPB-Bereich bis zur Öffnung H1 im Randbereich R2 bereitgestellt. Der elektrisch leitende Film 51 steht mit der n-Typ-Halbleiterschicht 24 in einer Öffnung 25H der im OPB-Bereich vorgesehenen Antireflexionsschicht 25 in Kontakt und ist über die Öffnung H1 mit der Verdrahtungsleitung 46 des Antriebssubstrats 200 in Kontakt. Dadurch kann der n-Typ-Halbleiterschicht 24 über den elektrisch leitenden Film 51 eine Spannung vom Antriebssubstrat 200 zugeführt werden. Der elektrisch leitende Film 51 fungiert als Spannungsversorgungspfad zur n-Typ-Halbleiterschicht 24 und hat auch eine Funktion als lichtabschirmende Schicht zur Bildung des OPB-Bereichs. Der elektrisch leitende Film 51 ist z. B. aus einem Metallmaterial aufgebaut, das Wolfram (W), Aluminium (Al), Titan (Ti), Molybdän (Mo), Tantal (Ta) oder Kupfer (Cu) enthält. Auf dem elektrisch leitenden Film 51 kann eine Passivierungsschicht 52 bereitgestellt werden.
  • <3. Zweite Ausführungsform>
  • 27 veranschaulicht ein Beispiel für eine schematische Konfiguration einer Bildgebungsvorrichtung 3, die das Bildgebungselement 1 (im Folgenden als „Bildgebungselement 1a“ bezeichnet) gemäß der vorangehenden Ausführungsform, dem Modifikationsbeispiel B, dem Modifikationsbeispiel E und dem Modifikationsbeispiel H umfasst.
  • Die Bildgebungsvorrichtung 3 ist eine elektronische Einrichtung, die beispielsweise eine Bildgebungsvorrichtung, wie eine digitale Standbildkamera oder eine Videokamera, oder eine tragbare Endgerätvorrichtung, wie ein Smartphone oder ein Tablet-Terminal, umfasst. Die Bildgebungsvorrichtung 3 umfasst beispielsweise das Bildgebungselement 1a, ein optisches System 141, eine Verschlussvorrichtung 142, eine DSP-Schaltung 143, einen Bildspeicher 144, eine Anzeigeeinheit 145, eine Speichereinheit 146, eine Betriebseinheit 147 und eine Stromquelleneinheit 148. In der Bildgebungsvorrichtung 3 sind das Bildgebungselement 1a, die Verschlussvorrichtung 142, die DSP-Schaltung 143, der Bildspeicher 144, die Anzeigeeinheit 145, die Speichereinheit 146, die Betriebseinheit 147 und die Stromquelleneinheit 148 über eine Busleitung 149 miteinander verbunden.
  • Das Bildgebungselement 1a gibt Bilddaten (Digitalwert) aus, die dem einfallenden Licht entsprechen. Das optische System 141 umfasst eine oder eine Vielzahl von Linsen und leitet Licht (einfallendes Licht) von einem Objekt zu dem Bildgebungselement 1a, um ein Bild auf einer lichtempfangenden Oberfläche des Bildgebungselements 1a zu erzeugen. Die Verschlussvorrichtung 142 ist zwischen dem optischen System 141 und dem Bildgebungselement 1a angeordnet und steuert die Zeiten der Lichteinstrahlung und Lichtabschirmung in Bezug auf das Bildgebungselement 1a. Die DSP-Schaltung 143 ist eine Signalverarbeitungsschaltung, die die vom Bildgebungselement 1a ausgegebenen Bilddaten (Digitalwerte) verarbeitet. Der Bildspeicher 144 hält die von der DSP-Schaltung 143 verarbeiteten Bilddaten vorübergehend in einer Bildeinheit fest. Die Anzeigeeinheit 145 umfasst beispielsweise eine paneelartige Vorrichtung wie eine Flüssigkristallanzeige oder eine organische EL-Anzeige (Elektrolumineszenz) und zeigt ein vom Bildgebungselement 1a aufgenommenes Bewegtbild oder ein Standbild an. Die Speichereinheit 146 zeichnet Bilddaten eines bewegten Bildes oder eines Standbildes, das von dem Bildgebungselement 1a aufgenommen wurde, in einem Aufzeichnungsmedium, wie z.B. einem Halbleiterspeicher oder einer Festplatte, auf. Die Betriebseinheit 147 gibt einen Betriebsbefehl für verschiedene Funktionen der Bildgebungsvorrichtung 3 in Übereinstimmung mit einer Bedienung durch einen Benutzer aus. Die Stromquelleneinheit 148 versorgt das Bildgebungselement 1a, die Verschlussvorrichtung 142, die DSP-Schaltung 143, den Bildspeicher 144, die Anzeigeeinheit 145, die Speichereinheit 146 und die Betriebseinheit 147, die Versorgungsziele sind, in geeigneter Weise mit verschiedenen Arten von Energie für den Betrieb.
  • Als nächstes wird ein Beispiel für einen Bildgebungsvorgang in der Bildgebungsvorrichtung 3 beschrieben.
  • 28 veranschaulicht ein Beispiel für ein Flussdiagramm eines Bildgebungsvorgangs in der Bildgebungsvorrichtung 3. Ein Benutzer weist den Start der Bildgebung durch Betätigung der Betriebseinheit 147 an (Schritt S401). Dann überträgt die Betriebseinheit 147 einen Bildgebungsbefehl an das Bildgebungselement 1a (Schritt S402). In der Bildgebungsvorrichtung 3 führt das Bildgebungselement 1a bei Empfang des Bildgebungsbefehls verschiedene Einstellungen durch (z. B. die oben beschriebene Einstellung der Bildqualität usw.) (Schritt S403). Danach führt das Bildgebungselement 1a die Bildgebung in einem vorbestimmten Bildgebungsverfahren aus (Schritt S404). Es ist zu beachten, dass das Bildgebungselement 1a in der Bildgebungsvorrichtung 3 die Schritte S403 und S404 bei Bedarf wiederholt ausführt.
  • Das Bildgebungselement 1a gibt die durch die Bildgebung erhaltenen Bilddaten an die DSP-Schaltung 143 aus. Wie hierin verwendet, beziehen sich die Bilddaten auf Daten für alle Pixel von Pixelsignalen, die auf der Grundlage von Ladungen erzeugt werden, die vorübergehend in dem schwebenden Diffusions-FD gehalten werden. Die DSP-Schaltung 143 führt auf der Grundlage der vom Bildgebungselement 1a eingegebenen Bilddaten eine vorbestimmte Signalverarbeitung durch (z. B. Rauschreduzierungsverarbeitung usw.) (Schritt S405). Die DSP-Schaltung 143 veranlasst den Bildspeicher 144, die Bilddaten zu halten, die der vorbestimmten Signalverarbeitung unterzogen wurden, und der Bildspeicher 144 veranlasst die Speichereinheit 146, die Bilddaten zu speichern (Schritt S406). Auf diese Weise wird die Bildgebung in der Bildgebungsvorrichtung 3 durchgeführt.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist das Bildgebungselement 1a an der Bildgebungsvorrichtung 3 angebracht. Dadurch ist es möglich, die Bildqualität des Bildgebungselements 1a automatisch einzustellen.
  • <4. Modifikationsbeispiel der zweiten Ausführungsform>
  • In der vorangehenden zweiten Ausführungsform kann die Bildgebungsvorrichtung 3 anstelle des Bildgebungselements 1a das Bildgebungselement 1 (nachfolgend als „Bildgebungselement 1b“ bezeichnet) gemäß dem vorangehenden Modifikationsbeispiel A, Modifikationsbeispiel C, Modifikationsbeispiel D, Modifikationsbeispiel F, Modifikationsbeispiel G und Modifikationsbeispiel H umfassen. In diesem Fall kann die Bildgebungsvorrichtung 3 beispielsweise die Bildqualitäts-Steuerschaltung 2 umfassen, wie in 29 veranschaulicht. Auch in diesem Fall ist es möglich, die Bildqualitätsanpassung des Bildgebungselements 1b in ähnlicher Weise wie im vorangehenden Anwendungsbeispiel automatisch durchzuführen.
  • <5. Praktische Anwendungsbeispiele>
  • [Praktisches Anwendungsbeispiel 1]
  • Die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung (vorliegende Technologie) ist auf verschiedene Produkte anwendbar. Zum Beispiel kann die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung in Form einer Vorrichtung realisiert werden, die an einer mobilen Karosserie jeglicher Art angebracht wird. Nicht einschränkende Beispiele für den mobilen Körper kann ein Automobil, ein Elektrofahrzeug, ein Hybrid-Elektrofahrzeug, ein Motorrad, ein Fahrrad, eine persönliche Mobilitätsvorrichtung, ein Flugzeug, ein unbemanntes Luftfahrzeug (Drohne), ein Schiff, und ein Roboter umfassen.
  • 30 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 30 dargestellten Beispiel umfasst das Fahrzeugsteuerungssystem 12000 eine Antriebssystem-Steuereinheit 12010, eine Karosseriesystem-Steuereinheit 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-Steuereinheit 12010 steuert gemäß verschiedenen Arten von Programmen die Operation von Vorrichtungen in Bezug auf das Antriebssystem des Fahrzeugs. Beispielsweise dient die Antriebssystem-Steuereinheit 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-Steuereinheit 12020 steuert die Operation verschiedener Arten von Vorrichtungen, die an einer Fahrzeugkarosserie vorgesehen sind, gemäß verschiedenen Arten von Programmen. Beispielsweise dient die Karosseriesystem-Steuereinheit 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-Steuereinheit 12020 eingespeist werden. Die Karosseriesystem-Steuereinheit 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-Steuereinheit 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-Steuereinheit 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 30 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.
  • 31 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Installationsposition der Bildgebungssektion 12031 veranschaulicht.
  • In 31 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 31 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-Steuereinheit 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.
  • Vorstehend wurde ein Beispiel für ein Systems zur Steuerung eines mobilen Körpers beschrieben, auf das die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung angewendet werden kann. Die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann auf die Bildgebungssektion 12031 unter den Komponenten der oben beschriebenen Konfiguration angewendet werden. Insbesondere ist die Bildgebungsvorrichtung 3 auf die Bildgebungssektion 12031 anwendbar. Die Anwendung der Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung auf die Bildgebungssektion 12031 ermöglicht es, ein Bild mit hoher Bildqualität zu erhalten, wodurch es möglich wird, eine hochpräzise Steuerung unter Verwendung des erfassten Bildes im Steuerungssystem des mobilen Körpers durchzuführen.
  • [Praktisches Anwendungsbeispiel 2]
  • 32 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 32 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 eines Lichtabsorptionsvermögens 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.
  • 33 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer funktionalen Konfiguration des Kamerakopfes 11102 und der CCU 11201 zeigt, die in 32 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.
  • Vorstehend wurde ein Beispiel für ein endoskopisches Chirurgiesystem beschrieben, auf das die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung anwendbar ist. Die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist beispielsweise auf die Bildaufnahmeeinheit 11402, die im Kamerakopf 11102 des Endoskops 11100 bereitgestellt wird, unter den oben beschriebenen Konfigurationen anwendbar. Die Anwendung der Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung auf die Bildaufnahmeeinheit 11402 ermöglicht es, eine hohe Bildqualität des aufgenommenen Bildes zu erhalten, wodurch es möglich ist, das Endoskop 11100 mit hoher Bildqualität bereitzustellen.
  • Obwohl die Beschreibung der vorliegenden Offenbarung oben unter Bezugnahme auf die Ausführungsformen und Modifikationsbeispiele davon, das Anwendungsbeispiel und die praktischen Anwendungsbeispiele gegeben wurde, ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die Ausführungsformen usw. beschränkt und kann auf vielfältige Weise modifiziert werden. Es ist zu beachten, dass die hier beschriebenen Wirkungen lediglich veranschaulichend sind. Die Wirkungen der vorliegenden Offenbarung sind nicht auf die hier beschriebenen beschränkt. Die vorliegende Offenbarung kann auch andere Wirkungen haben als die hierin beschriebenen.
  • Darüber hinaus kann die vorliegende Offenbarung zum Beispiel die folgenden Konfigurationen aufweisen.
  • (1)
  • Ein Bildgebungselement, umfassend:
    • eine Vielzahl von Sensorpixeln, die jeweils einen photoelektrischen Umwandlungsabschnitt umfassen, und eine Ausleseschaltung, die ein Pixelsignal auf der Grundlage von Ladungen ausgibt, die von dem photoelektrischen Umwandlungsabschnitt ausgegeben werden; und
    • einen Spannungs-Steuerabschnitt, der eine Steuerspannung auf der Grundlage des Pixelsignals an jeden photoelektrischen Umwandlungsabschnitt anlegt.
  • (2)
  • Das Bildgebungselement gemäß (1), in dem
    • der Spannungs-Steuerabschnitt bewirkt, dass die Steuerspannung relativ groß ist, wenn das Pixelsignal einen ersten Schwellenwert überschreitet, und
    • der Spannungs-Steuerabschnitt bewirkt, dass die Steuerspannung relativ klein ist, wenn das Pixelsignal unter einen zweiten Schwellenwert fällt, der kleiner als der erste Schwellenwert ist.
  • (3)
  • Das Bildgebungselement nach (1) oder (2), bei dem
    jedes der Sensorpixel ferner eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode umfasst, die den photoelektrischen Umwandlungsabschnitt zwischen sich einschließen, und
    der Spannungs-Steuerabschnitt eine erste Spannung, die an die erste Elektrode anzulegen ist, und eine zweite Spannung, die an die zweite Elektrode anzulegen ist, auf der Grundlage des Pixelsignals erzeugt, damit eine elektrische Potentialdifferenz zwischen der ersten Spannung und der zweiten Spannung die Steuerspannung sein kann.
  • (4)
  • Das Bildgebungselement nach (3), in dem
    jedes der Sensorpixel ferner umfasst
    einen Ladungshalteabschnitt, der die vom photoelektrischen Umwandlungsabschnitt übertragenen Ladungen hält,
    einen Transfertransistor, der elektrisch mit der zweiten Elektrode verbunden ist und Ladungen von dem photoelektrischen Umwandlungsabschnitt zu dem Ladungshalteabschnitt überträgt, und
    einen Entladungstransistor, der elektrisch mit der zweiten Elektrode verbunden ist und Ladungen des photoelektrischen Umwandlungsabschnitts initialisiert, und
    der Spannungs-Steuerabschnitt die zweite Spannung an die zweite Elektrode anlegt, wenn der Entladungstransistor auf EIN geschaltet wird.
  • (5)
  • Das Bildgebungselement gemäß (1) oder (2), in dem
    jedes der Pixel ferner umfasst
    eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode, die den photoelektrischen Umwandlungsabschnitt zwischen sich einschließen,
    einen Ladungshalteabschnitt, der die von dem photoelektrischen Umwandlungsabschnitt übertragenen Ladungen hält, und
    einen Transfertransistor, der elektrisch mit der zweiten Elektrode verbunden ist und Ladungen von dem photoelektrischen Umwandlungsabschnitt zu dem Ladungshalteabschnitt überträgt,
    die Ausleseschaltung einen Rücksetztransistor umfasst, der ein elektrisches Potential des Ladungshalteabschnitts initialisiert, und
    der Spannungs-Steuerabschnitt eine erste Spannung erzeugt, die an die erste Elektrode auf der Basis des Pixelsignals anzulegen ist, um zu ermöglichen, dass eine elektrische Potentialdifferenz zwischen der ersten Spannung und einer zweiten Spannung der zweiten Elektrode, die durch den Rücksetztransistor angelegt wird, wenn der Transfertransistor eingeschaltet ist, die Steuerspannung ist.
  • (6)
  • Bildgebungselement gemäß (1) oder (2), in dem
    jedes der Pixel ferner einen Ladungshalteabschnitt umfasst, der vom photoelektrischen Umwandlungsabschnitt übertragene Ladungen hält,
    die Ausleseschaltung einen Rücksetztransistor umfasst, der ein elektrisches Potential des Ladungshalteabschnitts initialisiert, und
    der Spannungs-Steuerabschnitt eine erste Spannung erzeugt, die an die erste Elektrode auf der Basis des Pixelsignals anzulegen ist, um eine elektrische Potentialdifferenz zwischen der ersten Spannung und einer zweiten Spannung der zweiten Elektrode, die durch den Rücksetztransistor angelegt wird, die Steuerspannung sein zu lassen.
  • (7)
  • Das Bildgebungselement nach einem der Punkte (1) bis (6), das ferner umfasst:
    • eine Analog-Digital-Wandlerschaltung, die eine AD-Wandlung des Pixelsignals durchführt; und
    • einen Bereichs-Steuerabschnitt, der einen Bereichs-Einstellwert basierend auf dem Pixelsignal an die Analog-Digital-Wandlerschaltung ausgibt.
  • (8)
  • Das Bildgebungselement gemäß (7), bei dem
    der Bereichs-Steuerabschnitt bewirkt, dass der Bereichs-Einstellwert relativ groß ist, wenn das Pixelsignal den ersten Schwellenwert überschreitet, und
    der Bereichs-Einstellwert relativ klein wird, wenn das Pixelsignal unter den zweiten Schwellenwert fällt, der kleiner als der erste Schwellenwert ist.
  • (9)
  • Bildgebungselement nach einem der Punkte (1) bis (6), bei dem
    jedes der Sensorpixel ferner umfasst
    den Ladungshalteabschnitt, der die vom photoelektrischen Umwandlungsabschnitt übertragenen Ladungen hält,
    den Transfertransistor, der Ladungen von dem photoelektrischen Umwandlungsabschnitt zu dem Ladungshalteabschnitt überträgt
    ein Schaltelement, das mit dem Ladungshalteabschnitt verbunden ist,
    einen Hilfskondensator, der über das Schaltelement mit einem Kondensator des Ladungshalteabschnitts parallel verbunden ist, und
    einen Umwandlungseffizienz-Steuerabschnitt, der das EIN/AUS des Schaltelements auf der Grundlage des Pixelsignals steuert.
  • (10)
  • Das Bildgebungselement gemäß (9), in dem
    der Umwandlungseffizienz-Steuerabschnitt das Schaltelement ausschaltet, wenn das Pixelsignal den ersten Schwellenwert überschreitet, und
    der Umwandlungseffizienz-Steuerabschnitt das Schaltelement einschaltet, wenn das Pixelsignal unter den zweiten Schwellenwert fällt, der kleiner als der erste Schwellenwert ist.
  • (11)
  • Bildgebungsvorrichtung, umfassend:
    • ein Bildgebungselement, umfassend
    • eine Vielzahl von Sensorpixeln, die jeweils einen photoelektrischen Umwandlungsabschnitt umfassen, und eine Ausleseschaltung, die ein Pixelsignal auf der Grundlage von Ladungen ausgibt, die von dem photoelektrischen Umwandlungsabschnitt ausgegeben werden; und
    • eine Bildqualitäts-Steuerschaltung, die eine Steuerspannung auf der Grundlage des Pixelsignals an jeden photoelektrischen Umwandlungsabschnitt anlegt.
  • Gemäß dem Bildgebungselement und der Bildgebungsvorrichtung gemäß den jeweiligen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird die auf dem Pixelsignal basierende Steuerspannung an jeden photoelektrischen Umwandlungsabschnitt angelegt, wodurch es möglich ist, eine Bildqualitätsanpassung gemäß der Größe der Luminanz der Bilddaten durchzuführen, im Vergleich zu einem Fall, in dem eine feste Spannung an jeden photoelektrischen Umwandlungsabschnitt angelegt wird. Auf diese Weise ist es möglich, eine Verschlechterung der Bildqualität zu verhindern. Es ist zu beachten, dass die Wirkungen der vorliegenden Offenbarung nicht notwendigerweise auf die hier beschriebenen Wirkungen beschränkt sind und jede der hier beschriebenen Wirkungen sein kann.
  • Diese Anmeldung beansprucht die Vorteile der japanischen Prioritäts-Patentanmeldung JP2019-043786 , die am 11. März 2019 beim japanischen Patentamt eingereicht wurde und deren gesamter Inhalt hier durch Bezugnahme aufgenommen ist.
  • Der Fachmann sollte verstehen, dass verschiedene Modifikationen, Kombinationen, Unterkombinationen und Änderungen in Abhängigkeit von Konstruktionsanforderungen und anderen Faktoren auftreten können, soweit sie in den Anwendungsbereich 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
    • WO 2017/150167 [0003]
    • JP 2019043786 [0166]

Claims (11)

  1. Bildgebungselement, das Folgendes aufweist: eine Vielzahl von Sensorpixeln, die jeweils einen photoelektrischen Umwandlungsabschnitt umfassen, und eine Ausleseschaltung, die ein Pixelsignal auf der Grundlage von Ladungen ausgibt, die von dem photoelektrischen Umwandlungsabschnitt ausgegeben werden; und einen Spannungs-Steuerabschnitt, der eine Steuerspannung auf der Grundlage des Pixelsignals an jeden photoelektrischen Umwandlungsabschnitt anlegt.
  2. Bildgebungselement nach Anspruch 1, wobei der Spannungs-Steuerabschnitt bewirkt, dass die Steuerspannung relativ groß ist, wenn das Pixelsignal einen ersten Schwellenwert überschreitet, und der Spannungs-Steuerabschnitt bewirkt, dass die Steuerspannung relativ klein ist, wenn das Pixelsignal einen zweiten Schwellenwert unterschreitet, der kleiner als der erste Schwellenwert ist.
  3. Bildgebungselement nach Anspruch 1, wobei jedes der Sensorpixel ferner eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode umfasst, die den photoelektrischen Umwandlungsabschnitt zwischen sich einschließen, und der Spannungs-Steuerabschnitt eine erste Spannung, die an die erste Elektrode anzulegen ist, und eine zweite Spannung, die an die zweite Elektrode anzulegen ist, auf der Grundlage des Pixelsignals erzeugt, um eine elektrische Potentialdifferenz zwischen der ersten Spannung und der zweiten Spannung die Steuerspannung sein zu lassen.
  4. Bildgebungselement nach Anspruch 3, wobei jedes der Sensorpixel ferner Folgendes umfasst: einen Ladungshalteabschnitt, der die vom photoelektrischen Umwandlungsabschnitt übertragenen Ladungen hält, einen Transfertransistor, der elektrisch mit der zweiten Elektrode verbunden ist und Ladungen von dem photoelektrischen Umwandlungsabschnitt zu dem Ladungshalteabschnitt überträgt, und einen Entladungstransistor, der elektrisch mit der zweiten Elektrode verbunden ist und Ladungen des photoelektrischen Umwandlungsabschnitts initialisiert, und der Spannungs-Steuerabschnitt die zweite Spannung an die zweite Elektrode anlegt, wenn der Entladungstransistor auf EIN geschaltet wird.
  5. Bildgebungselement nach Anspruch 1, wobei jedes der Pixel ferner Folgendes umfasst: eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode, die den photoelektrischen Umwandlungsabschnitt zwischen sich einschließen, einen Ladungshalteabschnitt, der die von dem photoelektrischen Umwandlungsabschnitt übertragenen Ladungen hält, und einen Transfertransistor, der elektrisch mit der zweiten Elektrode verbunden ist und Ladungen von dem photoelektrischen Umwandlungsabschnitt zu dem Ladungshalteabschnitt überträgt, die Ausleseschaltung einen Rücksetztransistor umfasst, der ein elektrisches Potential des Ladungshalteabschnitts initialisiert, und der Spannungs-Steuerabschnitt eine erste Spannung erzeugt, die an die erste Elektrode auf der Basis des Pixelsignals anzulegen ist, um eine elektrische Potentialdifferenz zwischen der ersten Spannung und einer zweiten Spannung der zweiten Elektrode, die durch den Rücksetztransistor angelegt wird, wenn der Transfertransistor eingeschaltet ist, die Steuerspannung sein zu lassen.
  6. Bildgebungselement nach Anspruch 1, wobei jedes der Pixel ferner einen Ladungshalteabschnitt umfasst, der von dem photoelektrischen Umwandlungsabschnitt übertragene Ladungen hält, die Ausleseschaltung einen Rücksetztransistor umfasst, der ein elektrisches Potential des Ladungshalteabschnitts initialisiert, und der Spannungs-Steuerabschnitt eine erste Spannung erzeugt, die an die erste Elektrode auf der Basis des Pixelsignals anzulegen ist, um eine elektrische Potentialdifferenz zwischen der ersten Spannung und einer zweiten Spannung der zweiten Elektrode, die durch den Rücksetztransistor angelegt wird, die Steuerspannung sein zu lassen.
  7. Bildgebungselement nach Anspruch 1, das ferner Folgendes aufweist: eine Analog-Digital-Wandlerschaltung, die eine AD-Wandlung des Pixelsignals durchführt; und einen Bereichs-Steuerabschnitt, der einen Bereichs-Einstellwert basierend auf dem Pixelsignal an die Analog-Digital-Wandlerschaltung ausgibt.
  8. Bildgebungselement nach Anspruch 7, wobei der Bereichs-Steuerabschnitt bewirkt, dass der Bereichs-Einstellwert relativ groß ist, wenn das Pixelsignal einen ersten Schwellenwert überschreitet, und der Bereichs-Einstellwert relativ klein wird, wenn das Pixelsignal einen zweiten Schwellenwert unterschreitet, der kleiner als der erste Schwellenwert ist.
  9. Bildgebungselement nach Anspruch 1, wobei jedes der Sensorpixel ferner Folgendes umfasst: einen Ladungshalteabschnitt, der von dem photoelektrischen Umwandlungsabschnitt übertragene Ladungen hält, einen Transfertransistor, der Ladungen von dem photoelektrischen Umwandlungsabschnitt zu dem Ladungshalteabschnitt überträgt, ein Schaltelement, das mit dem Ladungshalteabschnitt verbunden ist, einen Hilfskondensator, der über das Schaltelement parallel zu einem Kondensator des Ladungshalteabschnitts geschaltet ist, und einen Umwandlungseffizienz-Steuerabschnitt, der das EIN/AUS des Schaltelements auf der Grundlage des Pixelsignals steuert.
  10. Bildgebungselement nach Anspruch 9, wobei der Umwandlungseffizienz-Steuerabschnitt das Schaltelement ausschaltet, wenn das Pixelsignal einen ersten Schwellenwert überschreitet, und der Umwandlungseffizienz-Steuerabschnitt das Schaltelement einschaltet, wenn das Pixelsignal einen zweiten Schwellenwert unterschreitet, der kleiner als der erste Schwellenwert ist.
  11. Bildgebungsvorrichtung, aufweisend: ein Bildgebungselement, umfassend eine Vielzahl von Sensorpixeln, die jeweils einen photoelektrischen Umwandlungsabschnitt umfassen, und eine Ausleseschaltung, die ein Pixelsignal auf der Grundlage von Ladungen ausgibt, die von dem photoelektrischen Umwandlungsabschnitt ausgegeben werden; und eine Bildqualitäts-Steuerschaltung, die eine Steuerspannung auf der Grundlage des Pixelsignals an jeden photoelektrischen Umwandlungsabschnitt anlegt.
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