DE112020006460T5 - Festkörper-bildgebungsvorrichtung, bildgebungsvorrichtung und bildgebungssystem - Google Patents

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Misao Suzuki
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Abstract

Eine Abnahme der Bildqualität wird unterdrückt. Eine Festkörper-Bildgebungsvorrichtung (1) gemäß einer Ausführungsform umfasst: eine fotoelektrische Umwandlungseinheit (PD), die ein Material mit einer geringeren Bandlückenenergie als Silizium enthält; und eine Leiterplatte (200), die mit der fotoelektrischen Umwandlungseinheit verbunden ist, wobei die Leiterplatte aufweist: eine Pixelsignal-Erzeugungsschaltung (45), die ein Pixelsignal mit einem Spannungswert erzeugt, der einer in der fotoelektrischen Umwandlungseinheit erzeugten Ladung entspricht; und eine Thermometerschaltung (120), die eine Temperatur der Leiterplatte detektiert.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Festkörper-Bildgebungsvorrichtung, eine Bildgebungsvorrichtung und ein Bildgebungssystem.
  • HINTERGRUNDTECHNIK
  • In den letzten Jahren hat sich ein Festkörper-Bildaufnahmeelement wie etwa ein Bildsensor (CIS: CMOS-Bildsensor) aus einem komplementären Metalloxid-Halbleiter (CMOS) weit verbreitet und wird anstelle einer Bildgebungsvorrichtung vom Film-Typ auf verschiedenen Gebieten genutzt. Das Festkörper-Bildaufnahmeelement wird nicht nur anstelle der Bildgebungsvorrichtung vom Film-Typ beim Abbilden von normalem sichtbarem Licht, sondern auch besonders beim Abbilden von nicht sichtbarem Licht wie etwa ultravioletten Strahlen, Infrarotstrahlen, Röntgenstrahlen und Gammastrahlen verwendet.
  • Darüber hinaus gibt es unter Bildgebungsvorrichtungen mit fotoelektrischen Umwandlungsfilmen in Festkörper-Bildaufnahmeelementen Bildgebungsvorrichtungen, die positive Löcher als Träger für eine fotoelektrische Umwandlung nutzen. Beispielsweise umfassen die fotoelektrischen Umwandlungsfilme, die die positiven Löcher als die Träger für eine fotoelektrische Umwandlung nutzen, Quanten-(Q-)Punkte, Sensoren aus Indiumgalliumarsenid (InGaAs), organische Verbindungen und dergleichen. Ein Festkörper-Bildaufnahmeelement, das InGaAs als fotoelektrischen Umwandlungsfilm nutzt, weist insbesondere einen niedrigen Dunkelstrom auf und hat eine geringere Bandlückenenergie als Silizium und kann langwelliges Licht wie etwa Infrarotlicht einfangen bzw. erfassen, und daher erwartet man, dass es für eine Infrarotkamera mit hoher Empfindlichkeit und dergleichen verwendet wird.
  • ZITATLISTE
  • PATENTDOKUMENT
  • Patentdokument 1: offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2011-130364
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
  • Ein Bildsensor, der ein Material mit einer geringeren Bandlückenenergie als Silizium wie etwa InGaAs für einen fotoelektrischen Umwandlungsfilm nutzt, weist jedoch eine höhere Empfindlichkeit gegenüber Temperaturfluktuationen bzw. - schwankungen als ein Silizium für einen fotoelektrischen Umwandlungsfilm nutzender Bildsensor auf. Daher nimmt die Erzeugung des Dunkelstroms mit steigender Temperatur zu, sodass ein Problem besteht, dass die Bildqualität abnimmt.
  • Die vorliegende Offenbarung schlägt folglich eine Festkörper-Bildgebungsvorrichtung, eine Bildgebungsvorrichtung und ein Bildgebungssystem vor, die imstande sind, eine Abnahme der Bildqualität zu unterdrücken.
  • LÖSUNGEN FÜR DIE PROBLEME
  • Um das obige Problem zu lösen, umfasst eine Festkörper-Bildgebungsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung: eine fotoelektrische Umwandlungseinheit, die ein Material mit einer geringeren Bandlückenenergie als Silizium enthält; und eine Platine bzw. Leiterplatte, die mit der fotoelektrischen Umwandlungseinheit verbunden ist, wobei die Leiterplatte umfasst: eine Pixelsignal-Erzeugungsschaltung, die ein Pixelsignal mit einem Spannungswert erzeugt, der einer in der fotoelektrischen Umwandlungseinheit erzeugten Ladung entspricht; und eine Thermometerschaltung, die eine Temperatur der Leiterplatte detektiert.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein Blockdiagramm, das ein schematisches Konfigurationsbeispiel einer Festkörper-Bildgebungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 2 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein schematisches Konfigurationsbeispiel eines Sensor-Pixels gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 3 ist eine perspektivische Ansicht, die ein schematisches Konfigurationsbeispiel der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 4 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel einer Querschnittskonfiguration der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 5 ist eine schematische Draufsicht, die eine schematische Konfiguration eines lichtempfangenden Elements gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 6 ist eine schematische Ansicht, die eine entlang einer Linie A-A in 5 genommene Querschnittskonfiguration veranschaulicht.
    • 7 ist eine Querschnittsansicht, die eine Pixel-Struktur der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 8 ist eine Draufsicht, die ein Konfigurationsbeispiel eines Sensor-Package gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 9 ist eine Querschnittsansicht, die ein Konfigurationsbeispiel des Sensor-Package gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 10 ist eine auseinandergezogene Querschnittsansicht, die ein Konfigurationsbeispiel des Sensor-Package gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 11 ist eine Draufsicht, die ein Konfigurationsbeispiel einer Seite einer oberen Oberfläche eines Gehäusesubstrats gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 12 ist eine Draufsicht, die eine Positionsbeziehung zwischen dem Gehäusesubstrat und einem keramischen Zwischensubstrat gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 13 ist eine Querschnittsansicht, die ein Konfigurationsbeispiel eines Peltier-Elements gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 14 ist ein Blockdiagramm, das ein schematisches Konfigurationsbeispiel eines Bildgebungssystems gemäß einem ersten Beispiel einer Systemkonfiguration der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 15 ist ein Blockdiagramm, das ein schematisches Konfigurationsbeispiel eines Bildgebungssystems gemäß einem zweiten Beispiel einer Systemkonfiguration der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 16 ist ein Layout-Diagramm, um eine Anordnung einer Thermometerschaltung gemäß einem ersten Beispiel der ersten Ausführungsform zu beschreiben.
    • 17 ist ein Diagramm, um eine Anordnung der Thermometerschaltung gemäß einem zweiten Beispiel der ersten Ausführungsform zu beschreiben.
    • 18 ist ein Diagramm, um eine Anordnung der Thermometerschaltung gemäß einem dritten Beispiel der ersten Ausführungsform zu beschreiben.
    • 19 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel der Thermometerschaltung gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 20 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Ablaufs einer Temperaturregelung gemäß einem ersten Ablaufbeispiel der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 21 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Ablaufs einer Temperaturregelung gemäß einem zweiten Ablaufbeispiel der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 22 ist ein Blockdiagramm, das ein schematisches Konfigurationsbeispiel eines Fahrzeugsteuerungssystems als ein Beispiel eines Systems zur Steuerung eines mobilen Körpers veranschaulicht, auf das eine Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung angewendet werden kann.
    • 23 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer Installationsposition einer in 22 veranschaulichten Bildaufnahmeeinheit veranschaulicht.
    • 24 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer schematischen Konfiguration eines Systems für endoskopische Chirurgie veranschaulicht, für das die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann.
    • 25 ist ein Blockdiagramm, das Beispiele funktionaler Konfigurationen eines Kamerakopfes und einer CCU veranschaulicht, die in 24 veranschaulicht sind.
  • MODUS ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
  • Im Folgenden wird hierin eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung mit Verweis auf die Zeichnungen im Detail beschrieben. Man beachte, dass die gleichen Teile in der folgenden Ausführungsform mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden und deren redundante Beschreibung weggelassen wird.
  • Darüber hinaus wird die vorliegende Offenbarung entsprechend der folgenden Reihenfolge von Punkten beschrieben.
    1. 1. Einführung
    2. 2. Erste Ausführungsform
      • 2.1 Konfigurationsbeispiel
      • 2.2 Beispiel einer Querschnittsstruktur einer Peripherie einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit
      • 2.3 Konfigurationsbeispiel einer Festkörper-Bildgebungsvorrichtung
      • 2.4 Beispiel einer Verbindungsstruktur
      • 2.5 Zum Packaging einer Festkörper-Bildgebungsvorrichtung
      • 2.6 Zum Temperatur-Regelungsmechanismus
      • 2.7 Zur Position eines Temperatursensors (Thermometerschaltung)
      • 2.8 Schematisches Konfigurationsbeispiel eines Bildgebungssystems
        • 2.8.1 Erstes Beispiel einer Systemkonfiguration
        • 2.8.2 Zweites Beispiel einer Systemkonfiguration
      • 2.9 Anordnungsbeispiel einer Thermometerschaltung
        • 2.9.1 Erstes Beispiel
        • 2.9.2 Zweites Beispiel
        • 2.9.3 Drittes Beispiel
      • 2.10 Beispiel einer Thermometerschaltung
      • 2.11 Ablauf einer Temperaturregelung
        • 2.11.1 Erstes Ablaufbeispiel
        • 2.11.2 Zweites Ablaufbeispiel
    3. 3. Anwendungsbeispiel
  • 1. Einführung
  • Eine allgemeine Festkörper-Bildgebungsvorrichtung (worauf hier im Folgenden auch als Bildsensor verwiesen wird) wandelt einfallendes Licht mittels einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit wie etwa einer Fotodiode, die in einem Siliziumsubstrat ausgebildet ist, fotoelektrisch um und erzeugt auf der Basis einer so erzeugten Ladung ein Bild.
  • Darüber hinaus gibt es seit einigen Jahren auch einen Bildsensor, bei dem ein Verbindungshalbleiter oder dergleichen für einen fotoelektrischen Umwandlungsfilm genutzt wird. Beispiele hierfür sind ein Sensor für kurzwelliges Infrarot (SWIR), in dem InGaAs gestapelt ist.
  • Ein CMOS-Bildsensor (CIS) nutzt die auf dem Siliziumsubstrat vorgesehene fotoelektrische Umwandlungseinheit als lichtempfangendes Element und weist eine Empfindlichkeitswellenlänge physikalisch bis zu etwa 1100 Nanometer (nm) auf. Da die Verbindung wie etwa InGaAs für den fotoelektrischen Umwandlungsfilm genutzt wird, ist es möglich, den Bildsensor herzustellen, der eine Empfindlichkeit für Infrarotlicht mit einer Wellenlänge von 1200 nm oder mehr aufweist.
  • Dies verhält sich so, da InGaAs eine geringere Bandlückenenergie als Silizium aufweist und die fotoelektrische Umwandlung sogar für Licht mit einer langen Wellenlänge von 1200 nm oder durchgeführt werden kann.
  • Jedoch weist ein fotoelektrisches Umwandlungsmaterial mit einer geringeren Bandlückenenergie als Silizium auch in Bezug auf Temperaturschwankungen eine höhere Empfindlichkeit als Silizium auf. Daher nimmt mit steigender Temperatur die Erzeugung von als Dunkelstrom bezeichnetem Rauschen zu.
  • Um die Erzeugung des Dunkelstroms als Rauschen zu unterdrücken, ist es denkbar, einen Mechanismus (worauf hier im Folgenden auch als Temperatur-Regelungsmechanismus verwiesen wird) vorzusehen, um einen einen fotoelektrischen Umwandlungsfilm enthaltenden Chip (worauf hier im Folgenden auch als Sensorchip verwiesen wird) in einem den Bildsensor aufnehmenden Gehäuse zu kühlen oder bei einer konstanten Temperatur zu halten.
  • Als der Temperatur-Regelungsmechanismus kann beispielsweise ein Peltier-Element oder dergleichen genutzt werden. In diesem Fall geht man davon aus, dass ein Fall, in dem ein diskretes Thermistorelement zum Messen der Temperatur des Chips am Sensorchip angebracht ist, eine außerhalb des Sensorchips angeordnete Temperatur-Regelungsschaltung das Peltier-Element auf der Basis eines Stroms oder einer Spannung, der oder die vom Thermistorelement abgegeben wird, steuert.
  • Die Temperaturregelung kann beispielsweise ausgeführt werden, indem ein Strom oder eine Spannung von der Temperatur-Regelungsschaltung außerhalb des Gehäuses über einen im Gehäuse vorgesehenen externen Anschluss an das Peltier-Element im Gehäuse angelegt wird.
  • Darüber hinaus wird eine Spannung oder ein Strom, der mit der vom Thermistorelement im Gehäuse abgegebenen Temperatur korreliert ist, über den externen Anschluss des Gehäuses in die Temperatur-Regelungsschaltung eingespeist.
  • Die obige Konfiguration weist jedoch die folgenden Probleme auf.
  • Zunächst wird die Temperaturregelung für im Sensorchip erzeugtes temperaturinduziertes Rauschen durchgeführt; jedoch wird die Temperatur des Sensorchips nicht notwendigerweise in der Konfiguration genau überwacht, in der das diskrete Thermistorelement physisch im Gehäuse montiert ist. Da der thermische Widerstand vom Sensorchip zum Thermistorelement je nach Montagesituation variiert, ist auch ein Fehler eines vom Thermistorelement abgegebenen Signals groß.
  • Überdies ist eine Ausgabe des Thermistorelements im Allgemeinen analog, und somit ist die Robustheit gegenüber externem Rauschen gering. Es ist notwendig, den Ausgang des Thermistorelements mit der externen Temperatur-Regelungsschaltung zu verdrahten; aber solch eine Verdrahtung weist wahrscheinlich eine Kapazität auf, da eine Steuerungssignalleitung und Stromversorgungsverdrahtung dazu parallel verdrahtet sind.
  • Außerdem ist es beispielsweise in einem Fall, in dem das Peltier-Element als der Temperatur-Regelungsmechanismus genutzt wird, notwendig, vom Peltier-Element erzeugte Wärme aus dem Gehäuse abzuleiten. Daher ist auf einer rückseitigen Oberfläche des Gehäuses ein breiter Bereich erforderlich, in dem kein Anschluss vorgesehen ist, sodass es schwierig ist, die Anzahl an im Gehäuse vorgesehenen Anschlüssen zu erhöhen. Ferner sind zusätzlich zu einem Steuerungsanschluss und einem Stromversorgungsanschluss für den Bildsensor ein Anschluss zum Abgeben der Ausgabe des Thermistorelements aus dem Gehäuse bzw. an die äußere Umgebung des Gehäuses und ein Anschluss zum Einspeisen eines Steuerungssignals des Peltier-Elements in das Gehäuse erforderlich, und dementsprechend erhöht sich die Anzahl an Anschlüssen des Gehäuses.
  • Da das Thermistorelement im Gehäuse hinzugefügt ist, verursacht außerdem ein Defekt des Thermistorelements selbst oder ein Montagedefekt desselben eine Verschlechterung einer Produktausbeute als Bildsensor.
  • Daher werden in der folgenden Ausführungsform eine Festkörper-Bildgebungsvorrichtung und ein Bildgebungssystem vorgeschlagen, die imstande sind, eine Verringerung der Bildqualität zu unterdrücken, indem zumindest eines der obigen Probleme gelöst wird.
  • 2. Erste Ausführungsform
  • Mit Verweis auf die Zeichnungen werden zunächst eine Festkörper-Bildgebungsvorrichtung und ein Bildgebungssystem gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschrieben.
  • 2.1 Konfigurationsbeispiel
  • 1 ist ein Blockdiagramm, das ein schematisches Konfigurationsbeispiel der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht. 2 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein schematisches Konfigurationsbeispiel eines Sensor-Pixels gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht. 3 ist eine perspektivische Ansicht, die ein schematisches Konfigurationsbeispiel der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
  • Wie in 1 veranschaulicht ist, ist eine Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1 beispielsweise ein Infrarot-Bildsensor und weist beispielsweise eine Empfindlichkeit für Licht mit einer Wellenlänge von 1200 nm oder mehr auf. Die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1 enthält eine Pixel-Arrayeinheit 10, in der eine Vielzahl von Sensor-Pixeln 11, die fotoelektrische Umwandlungselemente enthalten, in einer Matrix zweidimensional angeordnet ist. Wie in 2 veranschaulicht ist, enthält beispielsweise das Sensor-Pixel 11 eine Pixel-Schaltung 14, die eine fotoelektrische Umwandlung durchführt, und eine Ausleseschaltung 15, die ein auf einer von der Pixel-Schaltung 14 abgegebenen Ladung basierendes Pixelsignal abgibt.
  • Die Pixel-Schaltung 14 enthält beispielsweise eine Fotodiode PD, einen Übertragungstransistor TRG, einen Floating-Diffusionsbereich FD und einen Entladungstransistor OFG. Der Übertragungstransistor TRG und der Entladungstransistor OFG sind beispielsweise Transistoren aus einem Metalloxid-Halbleiter (NMOS). Die Fotodiode PD entspricht einem spezifischen Beispiel einer „fotoelektrischen Umwandlungseinheit“ der vorliegenden Offenbarung.
  • Die Fotodiode PD ist die fotoelektrische Umwandlungseinheit, die Licht mit einer vorbestimmten Wellenlänge (zum Beispiel Licht mit einer Wellenlänge in einem Infrarotbereich einer Wellenlänge von 1200 nm oder mehr) absorbiert und eine Signalladung erzeugt. Als ein die Fotodiode PD bildendes fotoelektrisches Umwandlungsmaterial kann zum Beispiel ein Material verwendet werden, das einen Verbindungshalbleiter wie etwa einen Halbleiter der Gruppe III-V enthält.
  • Beispiele des für die Fotodiode PD verwendeten Halbleiters der Gruppe III-V umfassen InGaP, InAlP, InGaAs, InAlAs, einen Verbindungshalbleiter mit einer Chalcopyrit-Struktur und dergleichen. Der Verbindungshalbleiter mit der Chalcopyrit-Struktur ist ein Material, das einen hohen Lichtabsorptionskoeffizienten und eine hohe Empfindlichkeit über einen weiten Wellenlängenbereich erreichen bzw. aufweisen kann, und wird vorzugsweise als Halbleitermaterial vom n-Typ für eine fotoelektrische Umwandlung genutzt. Die Fotodiode PD kann zusätzlich zu dem oben beschriebenen Verbindungshalbleiter amorphes Silizium (Si), Germanium (Ge), einen fotoelektrischen Umwandlungsfilm mit Quantenpunkten, einen organischen fotoelektrischen Umwandlungsfilm und dergleichen enthalten. In der folgenden Beschreibung wird ein Fall beispielhaft dargelegt, in dem InGaAs für die Fotodiode PD genutzt wird.
  • Eine Kathode der Fotodiode PD ist mit einer Source des Übertragungstransistors TRG verbunden, und eine Anode der Fotodiode PD ist mit einer Stromversorgungsleitung verbunden, an die eine Spannung Vtop angelegt wird. Ein Drain des Übertragungstransistors TRG ist mit dem Floating-Diffusionsbereich FD verbunden, und ein Gate des Übertragungstransistors TRG ist mit einer Pixel-Ansteuerungsleitung 12 verbunden.
  • Der Übertragungstransistor TRG ist zwischen die Kathode der Fotodiode PD und den Floating-Diffusionsbereich FD geschaltet, und die in der Fotodiode PD gehaltene Ladung wird entsprechend einem an eine Gate-Elektrode angelegten Steuerungssignal zum Floating-Diffusionsbereich FD übertragen. Der Drain des Übertragungstransistors TRG ist mit dem Floating-Diffusionsbereich FD elektrisch verbunden, und das Gate des Übertragungstransistors TRG ist mit der Pixel-Ansteuerungsleitung 12 verbunden.
  • Der Floating-Diffusionsbereich FD ist ein Floating-Diffusionsbereich, der die von der Fotodiode PD über den Übertragungstransistor TRG übertragene Ladung vorübergehend hält. Beispielsweise ist die Ausleseschaltung 15 mit dem Floating-Diffusionsbereich FD verbunden, und eine vertikale Signalleitung 13 ist über die Ausleseschaltung 15 mit dem Floating-Diffusionsbereich FD verbunden. Der Floating-Diffusionsbereich FD ist mit einem Eingangsende der Ausleseschaltung 15 verbunden.
  • Der Entladungstransistor OFG weist einen Drain, der mit der Stromversorgungsleitung verbunden ist, an die die Spannung Vdr angelegt wird, und eine mit der Kathode der Fotodiode PD verbundene Source auf. Der Entladungstransistor OFG initialisiert die Ladung der Fotodiode PD entsprechend einem an die Gate-Elektrode angelegten Steuerungssignal (setzt sie zurück).
  • Die Ausleseschaltung 15 enthält beispielsweise einen Rücksetztransistor RST, einen Auswahltransistor SEL und einen Verstärkungstransistor AMP. Eine Source des Rücksetztransistors RST (das Eingangsende der Ausleseschaltung 15) ist mit dem Floating-Diffusionsbereich FD verbunden, und ein Drain des Rücksetztransistors RST und ein Drain des Verstärkungstransistors AMP sind mit einer Stromversorgungsleitung VDD verbunden. Ein Gate des Rücksetztransistors RST ist mit der Pixel-Ansteuerungsleitung 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 Pixel-Ansteuerungsleitung 12 verbunden.
  • Der Rücksetztransistor RST initialisiert ein Potential des Floating-Diffusionsbereichs auf ein vorbestimmtes Potential (setzt es zurück). Wenn der Rücksetztransistor RST in einen Ein-Zustand versetzt wird, wird das Potential des Floating-Diffusionsbereichs FD auf ein Potential der Stromversorgungsleitung VDD zurückgesetzt. Der Auswahltransistor SEL steuert einen Abgabe-Zeitpunkt eines Pixelsignals von der Ausleseschaltung 15. Der Verstärkungstransistor AMP erzeugt ein Signal einer Spannung entsprechend einem Pegel der im Floating-Diffusionsbereich FD gehaltenen Ladung als das Pixelsignal. Das heißt, der Verstärkungstransistor AMP erzeugt ein Signal einer Spannung, die der Menge an empfangenem Licht im Sensor-Pixel 11 entspricht, als das Pixelsignal. Der Verstärkungstransistor AMP bildet einen Source-Folger-Verstärker und gibt ein Pixelsignal mit einer Spannung entsprechend dem Pegel der in der Fotodiode PD erzeugten Ladung ab. Wenn der Auswahltransistor SEL in den Ein-Zustand versetzt wird, verstärkt der Verstärkungstransistor AMP ein Potential des Floating-Diffusionsbereichs FD und gibt eine dem Potential entsprechende Spannung über die vertikale Signalleitung 13 an die horizontale Auswahlschaltung 40 ab, die später beschrieben wird.
  • Man beachte, dass der Auswahltransistor SEL zwischen der Stromversorgungsleitung VDD und dem Verstärkungstransistor AMP vorgesehen 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 dem Drain des Verstärkungstransistors AMP verbunden, und das Gate des Auswahltransistors SEL ist mit der Pixel-Ansteuerungsleitung 12 verbunden. Die Source des Verstärkungstransistors AMP (das 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.
  • Wie in 3 veranschaulicht ist, umfasst beispielsweise die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1 zwei Platten (eine lichtempfangende Platte 100 und eine Platine bzw. Leiterplatte 200). Die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1 hat eine dreidimensionale Struktur (worauf auch als gestapelte Struktur verwiesen wird), die gebildet wird, indem die beiden Platten (die lichtempfangende Platte 100 und die Leiterplatte 200) gebondet bzw. verbunden werden.
  • Die lichtempfangende Platte 100 hat eine Struktur, in der eine Vielzahl von Fotodioden PD in einer Matrix auf einem InGaAs-Substrat ausgebildet ist. Eine obere Oberfläche (eine der Leiterplatte 200 entgegengesetzte Oberfläche) der lichtempfangenden Platte 100 ist eine lichtempfangende Oberfläche 100A.
  • Die Leiterplatte 200 hat beispielsweise eine Struktur, in der ein Pixelsignal-Erzeugungsschaltungsbereich 200A und ein peripherer Schaltungsbereich 200B auf einer Oberflächenseite eines Silizium-(Si-)Substrats vorgesehen sind.
  • Im Pixelsignal-Erzeugungsschaltungsbereich 200A ist eine Vielzahl von Pixelsignal-Erzeugungsschaltungen 45 in einer Matrix ausgebildet. Jede der Pixelsignal-Erzeugungsschaltungen 45 ist eine Schaltung mit Ausnahme der Fotodiode PD im Sensor-Pixel 11.
  • Die lichtempfangende Platte 100 ist an den Pixelsignal-Erzeugungsschaltungsbereich 200A in der Leiterplatte 200 gebondet. Dies verhält sich so, da die lichtempfangende Platte 100 im Grunde kein Schaltungselement wie etwa einen Transistor enthält und vorwiegend als der fotoelektrische Umwandlungsfilm fungiert. Darüber hinaus ist dies der Fall, da, falls ein anderes Schaltungselement als die Pixel-Schaltung 14 (mit Ausnahme der Fotodiode PD) unter der lichtempfangenden Platte 100 vorhanden ist, eine Möglichkeit besteht, dass die Gleichmäßigkeit der Pixel durch das vom Schaltungselement emittierte Licht beeinträchtigt wird, da vom Schaltungselement emittiertes Licht ebenfalls fotoelektrisch umgewandelt wird, falls für die lichtempfangende Platte 100 ein Verbindungshalbleiter mit einer Empfindlichkeit für Licht mit einer längeren Wellenlänge als 1200 nm verwendet wird.
  • Im peripheren Schaltungsbereich 200B ist eine Logikschaltung ausgebildet, die das Pixelsignal verarbeitet, und beispielsweise sind eine vertikale Ansteuerungsschaltung 20, eine horizontale Ansteuerungsschaltung 30, eine horizontale Auswahlschaltung 40, eine System-Steuerungsschaltung 16, eine Filmspannungs-Steuerungseinheit 17 und eine Spannungs-Erzeugungsschaltung 18 angeordnet. Die diese enthaltende Logikschaltung gibt das Pixelsignal (einen digitalen Wert) für jedes der Sensor-Pixel 11 nach außen ab.
  • Man beachte, dass der nicht mit der lichtempfangenden Platte 100 bedeckte periphere Schaltungsbereich 200B beispielsweise mit einem Isolierfilm als Passivierung bedeckt sein kann.
  • Auf diese Weise enthält die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1 die Pixel-Arrayeinheit 10, die vertikale Ansteuerungsschaltung 20, die horizontale Ansteuerungsschaltung 30, die horizontale Auswahlschaltung 40, die System-Steuerungsschaltung 16, die Filmspannungs-Steuerungseinheit 17 und die Spannungs-Erzeugungsschaltung 18.
  • Auf der Basis eines Haupttaktes erzeugt die System-Steuerungsschaltung 16 ein Taktsignal, ein Steuerungssignal oder dergleichen, das eine Referenz für Operationen der vertikalen Ansteuerungsschaltung 20, der horizontalen Ansteuerungsschaltung 30, der horizontalen Auswahlschaltung 40, der Filmspannungs-Steuerungseinheit 17 und dergleichen sein soll, und legt das Taktsignal, das Steuerungssignal oder dergleichen an die vertikale Ansteuerungsschaltung 20, die horizontale Auswahlschaltung 40, die Filmspannungs-Steuerungseinheit 17 und dergleichen an.
  • Die vertikale Ansteuerungsschaltung 20 enthält beispielsweise ein Schieberegister und dergleichen und steuert ein Scannen von Reihen der Vielzahl von Sensor-Pixeln 11 über die Vielzahl von Pixel-Ansteuerungsleitungen 12.
  • Die horizontale Auswahlschaltung 40 ist beispielsweise eine Schaltung, in der Analog-Digital-Wandler (ADCs) 40a und Schalterelemente 40b jeweils für Pixel-Spalten (oder die vertikalen Signalleitungen 13) der Pixel-Arrayeinheit 10 vorgesehen sind. Der ADC 40a führt eine AD-Umwandlung am Pixelsignal durch. Der ADC 40a kann einen analogen Bereich R variieren und stellt den analogen Bereich R basierend auf einem von außen eingegebenen Bereichseinstellungswert ein. Man beachte, dass in der vorliegenden Ausführungsform angenommen wird, dass der analoge Bereich R auf Ra eingestellt ist.
  • Die vertikale Signalleitung 13 ist mit einem Eingangsende des ADC 40a verbunden ist, und das Schalterelement 40b ist mit einem Ausgangsende des ADC 40a verbunden. Die horizontale Ansteuerungsschaltung 30 enthält beispielsweise ein Schieberegister und dergleichen und steuert sequentiell die jeweiligen Schalterelemente 40b der horizontalen Auswahlschaltung 40 an. Da die jeweiligen Schalterelemente 40b durch die horizontale Ansteuerungsschaltung 30 sequentiell angesteuert werden, werden die jeweiligen, über die jeweiligen vertikalen Signalleitungen 13 übertragenen Pixelsignale sequentiell an horizontale Signalleitungen 40c abgegeben und in eine DSP-Schaltung oder dergleichen eingespeist.
  • Die Filmspannungs-Steuerungseinheit 17 steuert eine an jede der Fotodioden PD angelegte Filmspannung Vf basierend auf dem vom Sensor-Pixel 11 erhaltenen Pixelsignal. Die Filmspannungs-Steuerungseinheit 17 gibt ein Steuerungssignal zum Steuern der Filmspannung Vf an die Spannungs-Erzeugungsschaltung 18 ab. Die Spannungs-Erzeugungsschaltung 18 erzeugt analoge Spannungen (Spannungen Vtop und Vdr) auf der Basis des von der Filmspannungs-Steuerungseinheit 17 eingespeisten Steuerungssignals und legt die Spannungen über die Stromversorgungsleitung an jede der Fotodioden PD an. Das heißt, die Filmspannungs-Steuerungseinheit 17 und die Spannungs-Erzeugungseinheit 18 legen die Filmspannung Vf basierend auf dem vom Sensor-Pixel 11 erhaltenen Pixelsignal an jede der Fotodioden PD an, um die Bildqualität von Bilddaten zu steuern, die vom Pixelsignal erhalten werden.
  • 2.2 Beispiel einer Querschnittsstruktur einer Peripherie einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit
  • 4 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel einer Querschnittskonfiguration einer Peripherie der fotoelektrischen Umwandlungseinheit (Fotodiode PD) in der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 4 veranschaulicht ist, enthält die lichtempfangende Platte 100 einen Halbleiterfilm 21 vom n-Typ, der die fotoelektrische Umwandlungseinheit (Fotodiode PD) in der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1 ist. Der Halbleiterfilm 21 vom n-Typ ist auf der gesamten Oberfläche der Pixel-Arrayeinheit 10 ausgebildet und enthält beispielsweise das oben beschriebene Material als für die Fotodiode PD genutztes Material. Man beachte, dass andere Konfigurationen hierin im Folgenden unter der Annahme, dass der Halbleiterfilm 21 vom n-Typ InGaAs enthält, beschrieben werden.
  • Die lichtempfangende Platte 100 enthält ferner eine Halbleiterschicht 22 vom n-Typ in Kontakt mit einer Oberfläche des Halbleiterfilms 21 vom n-Typ auf der Seite der Leiterplatte 200 für jedes der Sensor-Pixel 11. Jede der Halbleiterschichten 22 vom p-Typ ist unter Verwendung eines Halbleiters vom p-Typ mit einer hohen Konzentration ausgebildet und enthält beispielsweise InGaAs vom p-Typ. Die Halbleiterschicht 22 vom p-Typ fungiert als Elektrode (zweite Elektrode) der Fotodiode PD. An die Halbleiterschicht 22 vom p-Typ wird über den Entladungstransistor OFG im Ein-Zustand eine vorbestimmte Spannung Vdr angelegt oder wird über den Übertragungstransistor TRG und den Rücksetztransistor RST im Ein-Zustand eine Spannung Vdd der Stromversorgungsleitung VDD angelegt. Die lichtempfangende Platte 100 enthält ferner eine Halbleiterschicht 23 vom n-Typ, die die Halbleiterschichten 22 vom p-Typ voneinander isoliert. Die Halbleiterschicht 23 vom n-Typ ist in derselben Schicht wie jede der Halbleiterschichten 22 vom p-Typ ausgebildet und enthält beispielsweise InP vom n-Typ.
  • Die lichtempfangende Platte 100 enthält ferner eine Halbleiterschicht 24 vom n-Typ in Kontakt mit einer Oberfläche des Halbleiterfilms 21 vom n-Typ auf der Seite der lichtempfangenden Oberfläche 100A. Die Halbleiterschicht 24 vom n-Typ ist unter Verwendung eines Halbleiters vom n-Typ mit einer höheren Konzentration als der Halbleiterfilm 21 vom n-Typ ausgebildet und enthält beispielsweise InGaAs vom n-Typ, InP vom n-Typ oder InAlAs vom n-Typ. Die Halbleiterschicht 24 vom n-Typ fungiert als Barrierenschicht, die einen umgekehrten Fluss einer im Halbleiterfilm 21 vom n-Typ erzeugten Ladung verhindert. Die lichtempfangende Platte 100 enthält ferner einen Antireflexionsfilm 25 in Kontakt mit einer Oberfläche der Halbleiterschicht 24 vom n-Typ auf der Seite der lichtempfangenden Oberfläche 100A. Der Antireflexionsfilm 25 enthält beispielsweise Siliziumnitrid (SiN), Hafniumoxid (HfO2), Aluminiumoxid (Al2O3) , Zirkoniumoxid (ZrO2), Tantaloxid (Ta2O5), Titanoxid (TiO2) oder dergleichen. Die Halbleiterschicht 24 vom n-Typ fungiert unter den Halbleiterfilm 21 vom n-Typ vertikal sandwichartig umgebenden Elektroden auch als obere Elektrode (erste Elektrode). Eine vorbestimmte Spannung Vtop wird an die obere Elektrode angelegt.
  • Die lichtempfangende Platte 100 enthält ferner einen Farbfilter 26 und eine On-Chip-Linse 27 auf dem Antireflexionsfilm 25. Der Farbfilter 26 umfasst eine Vielzahl von Filtern 26R, die rotes Licht selektiv durchlassen, eine Vielzahl von Filtern 26G, die grünes Licht selektiv durchlassen, und eine Vielzahl von Filtern 26B, die blaues Licht selektiv durchlassen. Die Vielzahl von Filtern 26R, 26G und 26B ist jeweils für die Sensor-Pixel 11 vorgesehen und beispielsweise in einem Bayer-Array in einer zur lichtempfangenden Oberfläche 100A parallelen Ebene angeordnet. Man beachte, dass das mit dem Filter 26R versehene Sensor-Pixel als 11R in 4 bezeichnet ist, das mit dem Filter 26G versehene Sensor-Pixel 11 als 11G bezeichnet ist und das mit dem Filter 26B versehene Sensor-Pixel 11 als 11B bezeichnet ist. Man beachte, dass der Farbfilter 26 nach Bedarf weggelassen werden kann.
  • Die lichtempfangende Platte 100 enthält ferner eine Passivierungsschicht 28 und eine Isolierschicht 29 unter der Halbleiterschicht 22 vom p-Typ und der Halbleiterschicht 23 vom n-Typ. Die lichtempfangende Platte 100 enthält ferner Verbindungselektroden 31, die die Passivierungsschicht 28 durchdringen und mit der Halbleiterschicht 22 vom p-Typ in Kontakt sind, und Höckerelektroden 32, die die Isolierschicht 29 durchdringen und mit den Verbindungselektroden 31 in Kontakt sind. Für jedes der Sensor-Pixel 11 ist ein Satz aus der Verbindungselektrode 31 und der Höckerelektrode 32 vorgesehen. Die Höckerelektrode 32 ist mit einer (später zu beschreibenden) Verbindungsschicht 43 der Leiterplatte 200 verbunden und ist mit der Verbindungsschicht 43 elektrisch verbunden. Die Höckerelektrode 32 ist mit der Verbindungsschicht 43 der Leiterplatte 200 beispielsweise verbunden, wenn die lichtempfangende Platte 100 und die Leiterplatte 200 miteinander verbunden sind.
  • Man beachte, dass die Passivierungsschicht 28 und die Isolierschicht 29 als Zwischenschicht-Isolierschichten konfiguriert bzw. ausgestaltet sein können. Zu dieser Zeit kann zumindest eine der Passivierungsschicht 28 und der Isolierschicht 29 eine mehrlagige Struktur aufweisen. Falls die Passivierungsschicht 28 und Isolierschicht 29 als die Zwischenschicht-Isolierschichten genutzt werden, kann sowohl die Verbindungselektrode 31 als auch die Höckerelektrode 32 ein Teil einer Verdrahtung sein, die in einer schichtweise betrachteten Isolierschicht vorgesehen ist. In diesem Fall sind die Verdrahtung (Höckerelektrode 32) der Zwischenschicht-Isolierschicht und die Verdrahtung (Verbindungsschicht 43) einer Zwischenschicht-Isolierschicht 42 in der Leiterplatte 200 direkt miteinander verbunden, sodass die lichtempfangende Platte 100 (zum Beispiel die Fotodiode PD) und die Leiterplatte 200 (zum Beispiel die Pixel-Schaltung 14 und die Ausleseschaltung 15 mit Ausnahme der Fotodiode PD) elektrisch verbunden sind.
  • Die Leiterplatte 200 umfasst ein Trägersubstrat 41 und die Zwischenschicht-Isolierschicht 42. Das Trägersubstrat 41 enthält zum Beispiel ein Silizium-(Si-)Substrat. Die Zwischenschicht-Isolierschicht 42 ist zwischen dem Trägersubstrat 41 und einer Isolierschicht 29 (der lichtempfangenden Platte 100) vorgesehen. In der Zwischenschicht-Isolierschicht 42 sind von einer Position nahe der lichtempfangenden Platte 100 aus beispielsweise eine Vielzahl der Verbindungsschichten 43, eine Vielzahl von Ausleseelektroden 44, eine Vielzahl von Pixelsignal-Erzeugungsschaltungen 45 und eine Vielzahl von Verdrahtungen 46 der Reihe nach vorgesehen. Eine Vielzahl von Sätzen aus der Verbindungsschicht 43, der Ausleseelektrode 44, der Pixelsignal-Erzeugungsschaltung 45 und der Verdrahtung 46 ist für jedes der Sensor-Pixel 11 vorgesehen. Die Vielzahl von Zwischenschicht-Isolierschichten 42 in der Zwischenschicht-Isolierschicht 42 ist beispielsweise in einer Auslese-IC (ROIC) zum Auslesen einer Ladung von jeder der Fotodioden PD vorgesehen. Die oben beschriebene Logikschaltung ist an einer Stelle entsprechend dem peripheren Schaltungsbereich 200B in der Zwischenschicht-Isolierschicht 42 der Leiterplatte 200 vorgesehen.
  • 2.3 Konfigurationsbeispiel einer Festkörper-Bildgebungsvorrichtung
  • 5 und 6 sind Ansichten, die Konfigurationsbeispiele der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulichen. 5 veranschaulicht eine planare Konfiguration der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1, und 6 veranschaulicht eine entlang einer Linie A-A in 5 genommene Querschnittskonfiguration. Die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1 ist mit beispielsweise einer Vielzahl lichtempfangender Einheitsgebiete P (den Sensor-Pixeln 11) versehen, die zweidimensional angeordnet sind (6).
  • Die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1 umfasst ein Elementgebiet R1 in einem zentralen Bereich und ein peripheres Gebiet R2, das außerhalb des Elementgebiets R1 vorgesehen ist und das Elementgebiet R1 umgibt (5). Die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1 enthält einen leitfähigen Film 33, der vom Elementgebiet R1 zum peripheren Gebiet R2 vorgesehen ist. Der leitfähige Film 33 weist eine Öffnung in einem einem zentralen Bereich des Elementgebiets R1 gegenüberliegenden Gebiet auf.
  • Die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1 weist eine gestapelte Struktur aus der lichtempfangenden Platte 100 und der Leiterplatte 200 auf (6). Eine Oberfläche der lichtempfangenden Platte 100 ist eine Lichteinfallsoberfläche (Lichteinfallsoberfläche S1), und eine der Lichteinfallsoberfläche S1 entgegengesetzte Oberfläche (andere Oberfläche) ist eine Verbindungsoberfläche (Verbindungsoberfläche S2) mit der Leiterplatte 200.
  • Die lichtempfangende Platte 100 enthält von einer Position nahe der Leiterplatte 200 aus die Isolierschicht 29, die Verbindungselektrode 31, eine Halbleiterschicht 21A, eine Halbleiterschicht 24 vom n-Typ und den Antireflexionsfilm 25 in dieser Reihenfolge. Eine der Isolierschicht 29 zugewandte bzw. gegenüberliegende Oberfläche und eine Endfläche (seitliche Oberfläche) der Halbleiterschicht 21A sind mit der Passivierungsschicht 28 bedeckt. Die Leiterplatte 200 ist eine sogenannte integrierte Ausleseschaltung (ROIC) und umfasst eine Verdrahtungsschicht 35 und die Zwischenschicht-Isolierschicht 42, die mit der Verbindungsoberfläche S2 der lichtempfangenden Platte 100 in Kontakt sind, und das Trägersubstrat 41, das der lichtempfangenden Platte 100 mit der Verdrahtungsschicht 35 und der Zwischenschicht-Isolierschicht 42, die dazwischen angeordnet sind, gegenüberliegt.
  • Die lichtempfangende Platte 100 enthält die Halbleiterschicht 21A im Elementgebiet R1. Mit anderen Worten ist ein Gebiet, in dem die Halbleiterschicht 21A vorgesehen ist, das Elementgebiet R1 der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1. Im Elementgebiet R1 ist ein Gebiet, das vom leitfähigen Film 33 freigelegt ist, (ein der Öffnung des leitfähigen Films 33 gegenüberliegendes Gebiet) ein lichtempfangendes Gebiet. Im Elementgebiet R1 ist ein mit dem leitfähigen Film 33 bedecktes Gebiet ein optisch schwarzes (OPB) Gebiet R1B. Das OPB-Gebiet R1B ist so vorgesehen, dass es das lichtempfangende Gebiet umgibt. Das OPB-Gebiet R1B wird genutzt, um ein Schwarzpegel-Pixelsignal zu erhalten. Die lichtempfangende Platte 100 enthält eine vergrabene Schicht 36 zusammen mit der Passivierungsschicht 28 im peripheren Gebiet R2. Löcher H1 und H2, die die lichtempfangende Platte 100 durchdringen und die Leiterplatte 200 erreichen, sind im peripheren Gebiet R2 vorgesehen. In der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1 fällt Licht von der Lichteinfallsoberfläche S1 der lichtempfangenden Platte 100 durch den Antireflexionsfilm 25, die Halbleiterschicht 24 vom n-Typ und die Halbleiterschicht 24 vom n-Typ auf die Halbleiterschicht 21A. Eine durch die Halbleiterschicht 21 fotoelektrisch umgewandelte Signalladung bewegt sich durch die Verbindungselektrode 31 und Isolierschicht 29 und wird durch die Leiterplatte 200 ausgelesen. Als Nächstes werden Konfigurationen der jeweiligen Bereiche beschrieben.
  • Die Isolierschicht 29 ist über dem Elementgebiet R1 und dem peripheren Gebiet R2 vorgesehen und weist die Verbindungsoberfläche S2 mit der Leiterplatte 200 auf. In der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1 ist die Verbindungsoberfläche S2 der lichtempfangenden Platte 100 in dem Elementgebiet R1 und dem peripheren Gebiet R2 vorgesehen, und die Verbindungsoberfläche S2 des Elementgebiets R1 und die Verbindungsoberfläche S2 des peripheren Gebiets R2 bilden beispielsweise dieselbe Ebene. In der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1 ist die vergrabene Schicht 36 vorgesehen, um die Verbindungsoberfläche S2 des peripheren Gebiets R2 wie später beschrieben zu bilden.
  • Die Isolierschicht 29 enthält beispielsweise die Höckerelektrode 32 und eine Dummy-Elektrode 32D in den Zwischenschicht-Isolierfilmen 29A und 29B, die die Isolierschicht 29 bilden. Beispielsweise ist der Zwischenschicht-Isolierfilm 29B auf der Seite der Leiterplatte 200 angeordnet, ist der Zwischenschicht-Isolierfilm 29A auf der Seite der Halbleiterschicht 22 vom p-Typ angeordnet und sind diese Zwischenschicht-Isolierfilme 29A und 29B gestapelt vorgesehen. Die Zwischenschicht-Isolierfilme 29A und 29B enthalten zum Beispiel ein anorganisches Isoliermaterial. Beispiele des anorganischen Isoliermaterials umfassen Siliziumnitrid (SiN), Aluminiumoxid (Al2O3), Siliziumoxid (SiO2), Hafniumoxid (HfO2) und dergleichen. Die Zwischenschicht-Isolierfilme 29A und 29B können das gleiche anorganische Isoliermaterial enthalten.
  • Die Höckerelektrode 32 ist beispielsweise im Elementgebiet R1 vorgesehen. Die Höckerelektrode 32 ist dafür konfiguriert, die Verbindungselektrode 31 und die Leiterplatte 200 elektrisch zu verbinden, und ist im Elementgebiet R1 für jedes der Pixel P vorgesehen. Die benachbarten Höckerelektroden 32 sind durch die vergrabene Schicht 36 und die Zwischenschicht-Isolierfilme 29A und 29B elektrisch isoliert. Die Höckerelektrode 32 enthält zum Beispiel ein Kupfer-(Cu-)Pad und liegt auf der Verbindungsoberfläche S2 frei. Die Dummy-Elektrode 32D ist beispielsweise im peripheren Gebiet R2 vorgesehen. Die Dummy-Elektrode 32D ist mit einer Dummy-Verbindungsschicht 43D der Verdrahtungsschicht 35 verbunden, die später beschrieben werden soll. Da die Dummy-Elektrode 32D und die Dummy-Verbindungsschicht 43D vorgesehen sind, kann die Stärke bzw. Festigkeit des peripheren Gebiets R2 verbessert werden. Die Dummy-Elektrode 32D wird beispielsweise bei der gleichen Bearbeitung wie die Höckerelektrode 32 ausgebildet. Die Dummy-Elektrode 32D enthält beispielsweise ein Kupfer-(Cu-)Pad und liegt auf der Verbindungsoberfläche S2 frei.
  • Die zwischen der Höckerelektrode 32 und der Halbleiterschicht 21A vorgesehene Verbindungselektrode 31 ist eine Elektrode (Anode), an der eine Spannung zum Auslesen einer Signalladung (eines positiven Lochs oder eines Elektrons, und im Folgenden wird hierin der Zweckmäßigkeit halber eine Beschreibung unter der Annahme gegeben, dass die im Halbleiterfilm 21 vom n-Typ erzeugte Signalladung das positive Loch ist) bereitgestellt wird, und ist im Elementgebiet R1 für jedes der Pixel P vorgesehen. Die Verbindungselektrode 31 ist so vorgesehen, dass eine Öffnung der Passivierungsschicht 28 begraben wird, und ist mit der Halbleiterschicht 21A (konkreter einem Diffusionsgebiet 22A) in Kontakt. Die Verbindungselektrode 31 ist beispielsweise größer als die Öffnung der Passivierungsschicht 28, und ein Teil der Verbindungselektrode 31 ist in der vergrabenen Schicht 36 vorgesehen. Das heißt, eine obere Oberfläche (eine Oberfläche auf der Seite der Halbleiterschicht 21A) der Verbindungselektrode 31 ist in Kontakt mit dem Diffusionsgebiet 22A, und eine untere Oberfläche und ein Teil einer seitlichen Oberfläche der Verbindungselektrode 31 sind in Kontakt mit der vergrabenen Schicht 36. Die benachbarten Verbindungselektroden 31 sind durch die Passivierungsschicht 28 und die vergrabene Schicht 36 elektrisch isoliert.
  • Die Verbindungselektrode 31 kann beispielsweise eine einfache Substanz irgendeines Elements von Titan (Ti), Wolfram (W), Titannitrid (TiN), Platin (Pt), Gold (Au), Germanium (Ge), Palladium (Pd), Zink (Zn), Nickel (Ni) und Aluminium (Al) oder eine Legierung enthalten, die zumindest eine Art von ihnen enthält. Die Verbindungselektrode 31 kann ein solch ein Bestandteilmaterial enthaltender einzelner Film sein oder kann ein gestapelter Film sein, der erhalten wird, indem zwei oder mehr Arten kombiniert werden. Beispielsweise enthält die Verbindungselektrode 31 einen gestapelten Film aus Titan und Wolfram. Eine Dicke der Verbindungselektrode 31 beträgt zum Beispiel mehrere zehn nm bis mehrere hundert nm.
  • Die Halbleiterschicht 21A umfasst von einer Position nahe der Isolierschicht 29 aus beispielsweise die Halbleiterschicht 22 vom p-Typ, den Halbleiterfilm 21 vom n-Typ und die Halbleiterschicht 24 vom n-Typ. Die Halbleiterschicht 22 vom p-Typ, der Halbleiterfilm 21 vom n-Typ und die Halbleiterschicht 24 vom n-Typ weisen die gleiche planare Form auf, und jede Endfläche derselben ist in Draufsicht an der gleichen Position angeordnet.
  • Die Halbleiterschicht 22 vom p-Typ ist beispielsweise für all die Pixel P gemeinsam vorgesehen und zwischen der Passivierungsschicht 28 und dem Halbleiterfilm 21 vom n-Typ angeordnet. Die Halbleiterschicht 22 vom p-Typ ist dafür konfiguriert, die benachbarten Pixel P elektrisch zu isolieren, und die Halbleiterschicht 22 vom p-Typ ist mit beispielsweise einer Vielzahl der Diffusionsgebiete 22A versehen. Wenn ein Verbindungshalbleitermaterial mit einer größeren Bandlücke als eine Bandlücke eines den Halbleiterfilm 21 vom n-Typ bildenden Verbindungshalbleitermaterials für die Halbleiterschicht 22 vom p-Typ verwendet wird, kann Dunkelstrom unterdrückt werden. Für die Halbleiterschicht 22 vom p-Typ kann zum Beispiel Indiumphosphid (InP) vom n-Typ verwendet werden.
  • Die in der Halbleiterschicht 22 vom p-Typ vorgesehenen Diffusionsgebiete 22 sind getrennt voneinander angeordnet. Das Diffusionsgebiet 22A ist für jedes der Pixel P angeordnet, und die Verbindungselektrode 31 ist mit jedem der Diffusionsgebiete 22A verbunden. Das Diffusionsgebiet 22A ist auch im OPB-Gebiet R1B vorgesehen. Das Diffusionsgebiet 22A ist dafür konfiguriert, die im Halbleiterfilm 21 vom n-Type erzeugte Signalladung für jedes der Pixel P auszulesen, und enthält beispielsweise eine Störstelle vom p-Typ. Beispiele der Störstelle vom p-Typ schließen Zink (Zn) und dergleichen ein. Auf diese Art und Weise wird eine pn-Übergangsgrenzfläche zwischen dem Diffusionsgebiet 22A und der Halbleiterschicht 22 vom p-Typ mit Ausnahme des Diffusionsgebiets 22A ausgebildet, und die benachbarten Pixel P sind elektrisch isoliert. Das Diffusionsgebiet 22A ist beispielsweise in einer Dickenrichtung der Halbleiterschicht 22 vom p-Typ vorgesehen und ist auch in einem Teil des Halbleiterfilms 21 vom n-Typ in der Dickenrichtung vorgesehen.
  • Der Halbleiterfilm 21 vom n-Typ zwischen der Verbindungselektrode 31 und der Halbleiterschicht 24 vom n-Typ, konkreter zwischen der Halbleiterschicht 22 vom p-Typ und der Halbleiterschicht 24 vom n-Typ, ist für all die Pixel P beispielsweise gemeinsam vorgesehen. Der Halbleiterfilm 21 vom n-Typ absorbiert Licht einer vorbestimmten Wellenlänge und erzeugt die Signalladung und enthält beispielsweise ein Verbindungshalbleitermaterial wie etwa einen Halbleiter der Gruppe III-V vom i-Typ. Beispiele des den Halbleiterfilm 21 vom n-Typ bildenden Verbindungshalbleitermaterials umfassen Indiumgalliumarsenid (InGaAs), Indiumarsenidantimon (InAsSb), Indiumarsenid (InAs), Indiumantimon (InSb) und Quecksilbercadmiumtellurid (HgCdTe). Der Halbleiterfilm 21 vom n-Typ kann Germanium (Ge) enthalten. Im Halbleiterfilm 21 vom n-Typ wird beispielsweise eine fotoelektrische Umwandlung von Licht mit einer Wellenlänge von einem sichtbaren Bereich bis zu einem kurzen Infrarotbereich durchgeführt.
  • Die Halbleiterschicht 24 vom n-Typ ist für all die Pixel P beispielsweise gemeinsam vorgesehen. Die Halbleiterschicht 24 vom n-Typ ist zwischen dem Halbleiterfilm 21 vom n-Typ und der Halbleiterschicht 24 vom n-Typ und in Kontakt mit diesen vorgesehen. Die Halbleiterschicht 24 vom n-Typ ist ein Gebiet, zu dem sich eine aus der Halbleiterschicht 24 vom n-Typ abgeführte Ladung bewegt, und enthält beispielsweise einen eine Störstelle vom n-Typ enthaltenden Verbindungshalbleiter. Für die Halbleiterschicht 24 vom n-Typ kann beispielsweise Indiumphosphid (InP) vom n-Typ verwendet werden.
  • Die Halbleiterschicht 24 vom n-Typ ist auf der Halbleiterschicht 24 vom n-Typ (der Lichteinfallsseite) so vorgesehen, dass sie mit der Halbleiterschicht 24 vom n-Typ beispielsweise als eine den jeweiligen Pixeln gemeinsame Elektrode in Kontakt ist. Die Halbleiterschicht 24 vom n-Typ ist eine (Kathode) zum Entladen bzw. Abführen einer Ladung, die von der im Halbleiterfilm 21 vom n-Typ erzeugten Ladung nicht als die Signalladung genutzt wird. Falls beispielsweise ein positives Loch aus der Verbindungselektrode 31 als die Signalladung ausgelesen wird, kann zum Beispiel ein Elektron durch die Halbleiterschicht 24 vom n-Typ entladen bzw. abgeführt werden. Die Halbleiterschicht 24 vom n-Typ enthält beispielsweise einen leitfähigen Film, der imstande ist, einfallendes Licht wie etwa Infrarotstrahlung durchzulassen. Für die Halbleiterschicht 24 vom n-Typ kann beispielsweise Indiumzinnoxid (ITO), ITiO (In2O3-TiO2) oder dergleichen verwendet werden. Die Halbleiterschicht 24 vom n-Typ kann in einer Gitterform vorgesehen werden, um so die benachbarten Pixel P zu unterteilen. Für die Halbleiterschicht 24 vom n-Typ kann ein leitfähiges Material mit einer geringen Lichtdurchlässigkeitseigenschaft verwendet werden.
  • Der Antireflexionsfilm 25 bedeckt die Halbleiterschicht 24 von n-Typ von der Seite der Lichteinfallsoberfläche S1 aus. Der Antireflexionsfilm 25 kann eine Antireflexionsfunktion haben. Für den Antireflexionsfilm 25 kann beispielsweise Siliziumnitrid (SiN), Aluminiumoxid (Al2O3), Siliziumoxid (SiO2), Tantaloxid (Ta2O3) oder dergleichen genutzt werden. Der Antireflexionsfilm 25 weist eine Öffnung 37H im OPB-Gebiet R1B auf. Die Öffnung 37H ist beispielsweise in einer das Lichtempfangsgebiet umgebenden Rahmenform vorgesehen (5). Die Öffnung 37H kann in Draufsicht beispielsweise ein viereckiges oder kreisförmiges Loch sein. Der leitfähige Film 33 ist durch die Öffnung 37H des Antireflexionsfilms 25 mit der Halbleiterschicht 24 vom n-Typ elektrisch verbunden.
  • Die Passivierungsschicht 28 ist zwischen der Halbleiterschicht 22 vom p-Typ und der vergrabenen Schicht 36 vorgesehen, bedeckt die Endfläche der Halbleiterschicht 22 vom p-Typ, die Endfläche des Halbleiterfilms 21 vom n-Typ, die Endfläche der Halbleiterschicht 24 vom n-Typ und die Endfläche der Halbleiterschicht 24 vom n-Typ und ist in Kontakt mit dem Antireflexionsfilm 25 im peripheren Gebiet R2. Die Passivierungsschicht 28 enthält beispielsweise ein Oxid wie etwa Siliziumoxid (SiOX) oder Aluminiumoxid (Al2O3) oder dergleichen. Die Passivierungsschicht 28 kann eine eine Vielzahl von Filmen umfassende gestapelte Struktur aufweisen. Die Passivierungsschicht 28 kann ein Silizium-(Si-)basiertes Isoliermaterial wie etwa Siliziumoxynitrid (SiON), kohlenstoffhaltiges Siliziumoxid (SiOC), Siliziumnitrid (SiN) oder Siliziumcarbid (SiC) enthalten. Eine Dicke der Passivierungsschicht 28 beträgt beispielsweise mehrere zehn nm bis mehrere hundert nm.
  • Der leitfähige Film 33 ist vom OPB-Gebiet R1B zum Loch H1 im peripheren Gebiet R2 vorgesehen. Der leitfähige Film 33 ist in Kontakt mit der Halbleiterschicht 24 vom n-Typ bei der Öffnung 37H des Antireflexionsfilms 25, die im OPB-Gebiet R1B vorgesehen ist, und ist durch das Loch H1 in Kontakt mit der Verdrahtung 46 der Leiterplatte 200. Daher wird eine Spannung von der Leiterplatte 200 durch den leitfähigen Film 33 der Halbleiterschicht 24 vom n-Typ bereitgestellt. Der leitfähige Film 33 fungiert als Pfad zur Bereitstellung einer Spannung zu solch einer Halbleiterschicht 24 vom n-Typ, hat eine Funktion als lichtabschirmender Film und bildet das OPB-Gebiet R1B. Der leitfähige Film 33 enthält zum Beispiel ein Metallmaterial, das Wolfram (W), Aluminium (Al), Titan (Ti), Molybdän (Mo), Tantal (Ta) oder Kupfer (Cu) enthält. Ein Passivierungsfilm kann auf dem leitfähigen Film 33 vorgesehen werden.
  • Eine Klebe- bzw. Haftschicht B kann zwischen einem Endbereich der Halbleiterschicht 24 vom n-Typ und der Halbleiterschicht 24 vom n-Typ vorgesehen werden. Wie später beschrieben wird, wird die Haftschicht B zu der Zeit verwendet, zu der die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1 gebildet wird, und spielt eine Rolle beim Verbinden der Halbleiterschicht 21A mit einem (nicht veranschaulichten) temporären Substrat. Die Haftschicht B enthält beispielsweise Tetraethoxysilan (TEOS), Siliziumoxid (SiO2) oder dergleichen. Die Haftschicht B ist so vorgesehen, dass sie beispielsweise breiter als die Endfläche der Halbleiterschicht 22 vom p-Typ ist, und ist zusammen mit der Halbleiterschicht 21A durch die vergrabene Schicht 36 bedeckt. Die Passivierungsschicht 28 ist zwischen der Haftschicht B und der vergrabenen Schicht 36 vorgesehen.
  • Man beachte, dass die Haftschicht B über ein breites Gebiet des peripheren Gebiets R2 vorgesehen sein kann und sich beispielsweise von der Nähe eines Rands der Halbleiterschicht 21A (Elementgebiet R1) bis zu einer Lücke zwischen dem Loch H1 und dem Loch H2 erstrecken kann. Alternativ dazu kann sich die Haftschicht B von der Nähe des Rands der Halbleiterschicht 21A (Elementgebiet R1) bis zu einem Chipende (Chipende E) erstrecken.
  • Die vergrabene Schicht 36 ist dafür konfiguriert, eine Stufe zwischen dem temporären Substrat und der Halbleiterschicht 21A bei der Herstellungsbearbeitung der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1 zu füllen. Wenngleich Details später beschrieben werden, wird verhindert, dass ein Defekt bei der Herstellungsbearbeitung auftritt, da die vergrabene Schicht 36 in der vorliegenden Ausführungsform ausgebildet ist, wobei der Defekt durch die Stufe zwischen der Halbleiterschicht 21A und dem temporären Substrat verursacht wird.
  • Die vergrabene Schicht 36 im peripheren Gebiet R2 ist zwischen der Isolierschicht 29 und der Passivierungsschicht 28 und zwischen der Isolierschicht 29 und dem Antireflexionsfilm 25 vorgesehen und hat beispielsweise eine Dicke, die gleich einer Dicke der Halbleiterschicht 21A oder größer ist. Die vergrabene Schicht 36 ist hier so vorgesehen, dass sie die Halbleiterschicht 21A umgibt, und somit ist das Gebiet (periphere Gebiet R2) um die Halbleiterschicht 21A ausgebildet. Daher kann die Verbindungsoberfläche S2 mit der Leiterplatte 200 im peripheren Gebiet R2 vorgesehen werden. Die Dicke der vergrabenen Schicht 36 kann reduziert werden, solange die Verbindungsoberfläche S2 im peripheren Gebiet R2 ausgebildet ist; es ist aber vorzuziehen, dass die vergrabene Schicht 36 die Halbleiterschicht 21A in der Dickenrichtung bedeckt und dass die gesamte Endfläche der Halbleiterschicht 21A mit der vergrabenen Schicht 36 bedeckt ist. Da die vergrabene Schicht 36 die gesamte Endfläche der Halbleiterschicht 21A durch die Passivierungsschicht 28 bedeckt, ist es möglich, effektiv zu verhindern, dass Feuchtigkeit in die Halbleiterschicht 21A eindringt. Die vergrabene Schicht 36 im Elementgebiet R1 ist zwischen der Halbleiterschicht 21A und der Isolierschicht 29 so vorgesehen, dass sie die Verbindungselektrode 31 bedeckt.
  • Eine Oberfläche der vergrabenen Schicht 36 auf der Seite der Verbindungsoberfläche S2 ist planarisiert, und die Isolierschicht 29 ist auf der eingeebneten bzw. planarisierten Oberfläche der vergrabenen Schicht 36 im peripheren Gebiet R2 vorgesehen. Für die vergrabene Schicht 36 kann zum Beispiel ein anorganisches Isoliermaterial wie etwa Siliziumoxid (SiOX), Siliziumnitrid (SiN), Siliziumoxynitrid (SiON), kohlenstoffhaltiges Siliziumoxid (SiOC) oder Siliziumcarbid (SiC) verwendet werden.
  • Wie später beschrieben wird, wird die die Zwischenschicht-Isolierfilme 29A und 29B und die Höckerelektrode 32 enthaltende Isolierschicht 29 über der vergrabenen Schicht 36 ausgebildet, nachdem die vergrabene Schicht 36 in der Bearbeitung zur Herstellung der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1 ausgebildet ist. Die die Verdrahtungsschicht 35 enthaltende Leiterplatte 200 wird an die die Isolierschicht 29 enthaltende lichtempfangende Platte 100 gebondet, um die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1 zu bilden. Zu dieser Zeit werden die Höckerelektrode 32 der Isolierschicht 29 und die Verbindungsschicht 43 der Verdrahtungsschicht 35 verbunden. Sowohl die Höckerelektrode 32 als auch die Verbindungsschicht 43 umfassen beispielsweise ein Cu-Pad, und die Höckerelektrode 32 und die Verbindungsschicht 43 werden durch direktes Verbinden dieser Cu-Pads verbunden. Wenn die Höckerelektrode 32 unter Verwendung eines Verfahrens zum chemisch-mechanischen Polieren (CMP) ausgebildet wird, ist es erforderlich, dass die unter einem zu polierenden Kupferfilm angeordnete vergrabene Schicht 36 eine Härte aufweist, die der Beanspruchung während des Polierens standhalten kann. Überdies ist es notwendig, die lichtempfangende Platte 100 und die Leiterplatte 200 so auszubilden, dass sie extrem flach sind, um die Cu-Pads der Höckerelektrode 32 und der Verbindungsschicht 43 direkt miteinander zu verbinden. Aus diesem Grund weist die unter dem Kupferfilm angeordnete vergrabene Schicht 36 vorzugsweise eine Härte auf, die einer Beanspruchung während des Polierens standhalten kann. Konkret ist ein Bestandteilmaterial der vergrabenen Schicht 36 ein Material mit einer höheren Härte als ein Versiegelungsmittel oder ein organisches Material, das um ein Die in einem allgemeinen Halbleitergehäuse angeordnet ist. Beispiele des Materials mit solch einer hohen Härte schließen ein anorganisches Isoliermaterial ein. Die vergrabene Schicht 36 kann gebildet werden, indem das anorganische Isoliermaterial mittels beispielsweise eines Verfahrens einer chemischen Gasphasenabscheidung (CVD), eines Sputter-Verfahrens oder eines Beschichtungsverfahrens abgeschieden wird.
  • Die vergrabene Schicht 36 ist mit den Löchern H1 und H2 versehen, die die vergrabene Schicht 36 durchdringen. Die Löcher H1 und H2 durchdringen die Isolierschicht 29 sowie die vergrabene Schicht 36 und erreichen die Leiterplatte 200. Die Löcher H1 und H2 haben beispielsweise eine viereckige planare Form, und jede der Vielzahl von Löchern H1 und H2 ist so vorgesehen, dass sie das Elementgebiet R1 umgeben (5). Das Loch H1 ist an einer dem Elementgebiet R1 näheren Position als das Loch H2 vorgesehen, und eine Seitenwand und eine Bodenfläche des Lochs H1 sind mit dem leitfähigen Film 33 bedeckt. Das Loch H1 ist dafür konfiguriert, die Halbleiterschicht 24 vom n-Typ (den leitfähigen Film 33) und die Verdrahtung (eine später zu beschreibende Verdrahtung 46) der Leiterplatte 200 zu verbinden, und durchdringt den Antireflexionsfilm 25, die vergrabene Schicht 36 und die Isolierschicht 29.
  • Das Loch H2 ist beispielsweise an einer dem Chipende E näheren Position als das Loch H1 vorgesehen. Das Loch H2 durchdringt den Antireflexionsfilm 25, die vergrabene Schicht 36 und die Isolierschicht 29 und erreicht eine Pad-Elektrode (eine später zu beschreibende Pad-Elektrode 38) der Leiterplatte 200. Die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1 ist durch das Loch H2 mit der äußeren Umgebung elektrisch verbunden. Die Löcher H1 und H2 erreichen nicht notwendigerweise die Leiterplatte 200. Beispielsweise können die Löcher H1 und H2 eine Verdrahtung der Isolierschicht 29 erreichen, und die Verdrahtung kann mit der Verdrahtung 46 der Leiterplatte 200 und der Pad-Elektrode 38 verbunden sein. Die Löcher H1 und H2 können die Haftschicht B durchdringen.
  • Ein positives Loch und ein Elektron, die im Halbleiterfilm 21 vom n-Typ erzeugt werden, werden von der Verbindungselektrode 31 und der Halbleiterschicht 24 vom n-Typ ausgelesen. Um diesen Auslesevorgang mit hoher Geschwindigkeit durchzuführen, ist es vorzuziehen, einen Abstand zwischen der Verbindungselektrode 31 und der Halbleiterschicht 24 vom n-Typ auf einen Abstand einzustellen, der für eine fotoelektrische Umwandlung ausreicht und nicht übermäßig isoliert ist. Das heißt, es ist vorzuziehen, eine Dicke der lichtempfangenden Platte 100 zu reduzieren. Beispielsweise beträgt der Abstand zwischen der Verbindungselektrode 31 und der Halbleiterschicht 24 vom n-Typ oder die Dicke der lichtempfangenden Platte 100 10 µm oder weniger, ferner 7 µm oder weniger oder weiter 5 µm oder weniger.
  • Das Trägersubstrat 41 der Leiterplatte 200 liegt der lichtempfangenden Platte 100 mit der Verdrahtungsschicht 35 und der Zwischenschicht-Isolierschicht 42, die dazwischen angeordnet sind gegenüber. Das Trägersubstrat 41 enthält beispielsweise Silizium (Si). Eine Vielzahl von Transistoren ist in der Nähe einer Oberfläche (einer Oberfläche auf der Seite der Verdrahtungsschicht 35) des Trägersubstrats 41 vorgesehen. Beispielsweise wird die Vielzahl von Transistoren genutzt, um eine Ausleseschaltung für jedes der Pixel P zu bilden. Die Verdrahtungsschicht 35 enthält von der Seite der lichtempfangenden Platte 100 aus beispielsweise einen Zwischenschicht-Isolierfilm 35A und einen Zwischenschicht-Isolierfilm 35B in dieser Reihenfolge, und diese Zwischenschicht-Isolierfilme 35A und 35B sind gestapelt vorgesehen. Beispielsweise sind die Verbindungsschicht 43 und die Dummy-Verbindungsschicht 43D im Zwischenschicht-Isolierfilm 35A vorgesehen. Die Zwischenschicht-Isolierschicht 42 ist so vorgesehen, dass sie der lichtempfangenden Platte 100 mit der dazwischen angeordneten Verdrahtungsschicht 35 gegenüberliegt. Beispielsweise sind die Pad-Elektrode 38 und die Vielzahl von Verdrahtungen 46 in der Zwischenschicht-Isolierschicht 42 vorgesehen. Die Zwischenschicht-Isolierfilme 35A und 35B enthalten beispielsweise ein anorganisches Isoliermaterial. Beispiele des anorganischen Isoliermaterials schließen Siliziumnitrid (SiN), Aluminiumoxid (Al2O3), Siliziumoxid (SiO2), Hafniumoxid (HfO2) und dergleichen ein.
  • Die Verbindungsschicht 43 ist dafür konfiguriert, die Verbindungselektrode 31 und die Verdrahtung 46 elektrisch zu verbinden, und ist im Elementgebiet R1 für jedes der Pixel P vorgesehen. Die Verbindungsschicht 43 ist an der Verbindungsoberfläche S2 der lichtempfangenden Platte 100 mit der Höckerelektrode 32 in Kontakt. Die benachbarten Verbindungsschichten 43 sind durch den Zwischenschicht-Isolierfilm 35A elektrisch isoliert.
  • Die im peripheren Gebiet R2 vorgesehene Dummy-Verbindungsschicht 43D ist an der Verbindungsoberfläche S2 der lichtempfangenden Platte 100 mit der Dummy-Elektrode 32D in Kontakt. Die Dummy-Verbindungsschicht 43D wird beispielsweise in derselben Bearbeitung wie die Verbindungsschicht 43 ausgebildet. Sowohl die Verbindungsschicht 43 als auch die Dummy-Verbindungsschicht 43D enthalten zum Beispiel ein Kupfer-(Cu-)Pad und sind auf einer Oberfläche der Leiterplatte 200 freigelegt, die der lichtempfangenden Platte 100 zugewandt ist bzw. gegenüberliegt. Das heißt, beispielsweise ist eine Cu-Cu-Verbindungsstelle bzw. ein Cu-Cu-Übergang zwischen der Höckerelektrode 32 und der Verbindungsschicht 43 und zwischen der Dummy-Elektrode 32D und der Dummy-Verbindungsschicht 43D vorgesehen. Daher ist es möglich, das Pixel P zu miniaturisieren, wenngleich Details später beschrieben werden.
  • Die mit der Höckerelektrode 32 verbundene Verdrahtung 46 ist mit dem in der Nähe der Oberfläche des Trägersubstrats 41 vorgesehenen Transistor verbunden, und die Verbindungselektrode 31 und die Ausleseschaltung sind für jedes der Pixel P verbunden. Die durch das Loch H1 mit dem leitfähigen Film 33 verbundene Verdrahtung 46 ist mit beispielsweise einem vorbestimmten Potential verbunden. Auf diese Weise wird eine (zum Beispiel das positive Loch) aus der im Halbleiterfilm 21 vom n-Typ erzeugten Ladung von der Verbindungselektrode 31 über die Höckerelektrode 32 und die Verbindungsschicht 43 zur Ausleseschaltung ausgelesen und wird die andere (zum Beispiel das Elektron) aus der im Halbleiterfilm 21 vom n-Typ erzeugten Ladung von der Halbleiterschicht 24 vom n-Typ über den leitfähigen Film 33 zu einem vorbestimmten Potential entladen bzw. abführen.
  • Die im peripheren Gebiet R2 vorgesehene Pad-Elektrode 38 ist für eine elektrische Verbindung mit der äußeren Umgebung konfiguriert bzw. ausgeführt. Das Loch H2, das die lichtempfangende Platte 100 durchdringt und die Pad-Elektrode 38 erreicht, ist in der Nähe des Chipendes E der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1 vorgesehen, und die elektrische Verbindung mit der äußeren Umgebung wird über das Loch H2 erreicht. Die Verbindung wird mittels zum Beispiel eines Verfahrens wie etwa Draht-Bonden oder eines Kontakthöckers erzielt. Beispielsweise kann ein vorbestimmtes Potential von einem im Loch H2 angeordneten äußeren Anschluss über die Verdrahtung 46 und den leitfähigen Film 33 des Lochs H2 der Halbleiterschicht 24 vom n-Typ bereitgestellt werden. Eine als Folge der fotoelektrischen Umwandlung im Halbleiterfilm 21 vom n-Typ aus der Verbindungselektrode 31 ausgelesene Signalspannung kann über die Höckerelektrode 32 und die Verbindungsschicht 43 zur Ausleseschaltung des Trägersubstrats 41 ausgelesen werden und über die Ausleseschaltung an den im Loch H2 angeordneten externen Anschluss abgegeben werden. Die Signalspannung kann an den äußeren Anschluss über beispielsweise andere Schaltungen abgegeben werden, die in der Leiterplatte 200 zusammen mit der Ausleseschaltung enthalten sind. Beispiele der anderen Schaltungen umfassen eine Signalverarbeitungsschaltung, eine Ausgabeschaltung und dergleichen.
  • Eine Dicke der Leiterplatte der 200 ist vorzugsweise größer als die Dicke der lichtempfangenden Platte 100. Beispielsweise ist die Dicke der Leiterplatte 200 vorzugsweise um das Zweifache oder mehr, ferner das Fünffache oder mehr und ferner das Zehnfache oder mehr größer als die Dicke der lichtempfangenden Platte 100. Alternativ dazu beträgt die Dicke der Leiterplatte 200 beispielsweise 100 µm oder mehr, 150 µm oder mehr oder 200 µm oder mehr. Die Leiterplatte 200 mit solch einer großen Dicke stellt die mechanische Festigkeit der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1 sicher. Man beachte, dass die Leiterplatte 200 nur eine Schicht des Trägersubstrats 41, das die Schaltung bildet, enthalten kann oder ferner ein Substrat wie etwa ein Trägersubstrat zusätzlich zum Trägersubstrat 41, das die Schaltung bildet, enthalten kann.
  • 2.4 Beispiel einer Verbindungsstruktur
  • Als Nächstes wird ein Beispiel einer Verbindungsstruktur der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1 beschrieben. 7 ist eine Querschnittsansicht, die das Beispiel einer Verbindungsstruktur gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Obgleich die Sensor-Pixel 11 in der Pixel-Arrayeinheit 10 in ein normales Pixel 11a und ein Ladung emittierendes Pixel 11b je nach Differenz bzw. Unterschied in der Steuerung des Rücksetztransistors RST in 7 unterteilt sind, haben sowohl das normale Pixel 11a als auch das Ladung emittierende Pixel 11b die gleiche Pixel-Struktur und werden somit einfach als das Sensor-Pixel 11 beschrieben. Man beachte, dass das Ladung emittierende Pixel 11b auf der äußersten Seite der Pixel-Arrayeinheit 10 angeordnet ist.
  • Die Pixelsignal-Erzeugungsschaltung 45 des Übertragungstransistors TRG, des Entladungstransistors OFG, des Floating-Diffusionsbereichs FD, des Rücksetztransistors RST, des Verstärkungstransistors AMP und des Auswahltransistors SEL von jedem der Sensor-Pixel 11 ist beispielsweise pro Pixel auf der Leiterplatte 200 ausgebildet, die ein einkristallines Material wie etwa einkristallines Silizium (Si) enthält. Man beachte, dass Bezugszeichen des Übertragungstransistors TRG, des Entladungstransistors OFG, des Floating-Diffusionsbereichs FD, des Rücksetztransistors RST, des Verstärkungstransistors AMP und des Auswahltransistors SEL, die auf der Leiterplatte 200 ausgebildet sind, in 7 weggelassen sind.
  • Auf der Oberseite, welche die Lichteinfallsseite ist, der Leiterplatte 200 ist der Halbleiterfilm 21 vom n-Typ, der als die Fotodiode PD dient, auf der gesamten Oberfläche der Pixel-Arrayeinheit 10 ausgebildet. Als der Halbleiterfilm 21 vom n-Typ wird InGaP, InAlP, InGaAs, InAlAs oder ein Verbindungshalbleiter mit einer Chalcopyrit-Struktur verwendet. Der Verbindungshalbleiter mit der Chalcopyrit-Struktur ist ein Material, das einen hohen Lichtabsorptionskoeffizienten und eine hohe Empfindlichkeit über einen weiten Wellenlängenbereich erzielen kann, und wird vorzugsweise als der Halbleiterfilm 21 vom n-Typ für eine fotoelektrische Umwandlung genutzt. Solch ein Verbindungshalbleiter mit der Chalcopyrit-Struktur enthält Elemente um Elemente der Gruppe IV wie etwa Cu, Al, Ga, In, S oder Se, und Beispiele dafür umfassen einen CuGaInS-basierten Mischkristall, einen CuAlGaInS-basierten Mischkristall und einen CuAlGaInSSe-basierten Mischkristall.
  • Als Material des Halbleiterfilms 21 vom n-Typ kann zusätzlich zum oben beschriebenen Verbindungshalbleiter darüber hinaus auch amorphes Silizium (Si), Germanium (Ge), ein fotoelektrischer Umwandlungsfilm mit Quantenpunkten, ein organischer fotoelektrischer Umwandlungsfilm oder dergleichen verwendet werden.
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird angenommen, dass ein Verbindungshalbleiter InGaAs als der Halbleiterfilm 21 vom n-Typ verwendet wird.
  • Auf der unteren Seite, welche die Seite der Leiterplatte 200 ist, des Halbleiterfilms 21 vom n-Typ ist pro Pixel die Halbleiterschicht 22 vom p-Typ mit hoher Konzentration ausgebildet, die die Pixel-Elektrode bildet. Dann enthält die Halbleiterschicht 23 vom n-Typ als ein Pixel-Isolierungsgebiet, das jedes der Sensor-Pixel 11 isoliert, zum Beispiel einen Verbindungshalbleiter wie etwa InP zwischen den pro Pixel ausgebildeten Halbleiterschichten 22 vom p-Typ mit hoher Konzentration. Die Halbleiterschicht 23 vom n-Typ hat nicht nur die Funktion als das Pixel-Isolierungsgebiet, sondern auch eine Funktion, um den Dunkelstrom zu verhindern.
  • Auf der anderen Seite ist die Halbleiterschicht 24 vom n-Typ mit einer höheren Konzentration als der Halbleiterfilm 21 vom n-Typ ebenfalls auf der Oberseite, welche die Lichteinfallsseite ist, des Halbleiterfilms 21 vom n-Typ unter Verwendung des Verbindungshalbleiters wie etwa InP, der als das Pixel-Isolierungsgebiet genutzt wird, ausgebildet. Diese Halbleiterschicht 24 vom n-Typ mit hoher Konzentration fungiert als die Barrierenschicht, die den umgekehrten Fluss der im Halbleiterfilm 21 vom n-Typ erzeugten Ladung verhindert. Als Material der Halbleiterschicht 24 vom n-Typ mit hoher Konzentration kann beispielsweise ein Verbindungshalbleiter wie etwa InGaAs, InP oder InAlAs verwendet werden.
  • Der Antireflexionsfilm 25 ist auf der als die Barrierenschicht dienenden Halbleiterschicht 24 vom n-Typ mit hoher Konzentration ausgebildet. Als Material des Antireflexionsfilms 25 kann zum Beispiel Siliziumnitrid (SiN), Hafniumoxid (HfO2), Aluminiumoxid (Al2O3), Zirkoniumoxid (ZrO2), Tantaloxid (Ta2O5) und Titanoxid (TiO2) oder dergleichen verwendet werden.
  • Entweder die Halbleiterschicht 24 vom n-Typ mit hoher Konzentration oder der Antireflexionsfilm 25 dient als die obere Elektrode auf der Oberseite unter den Elektroden, die den Halbleiterfilm 21 vom n-Typ sandwichartig vertikal umgeben, und eine vorbestimmte Spannung Va wird an die Halbleiterschicht 24 vom n-Typ mit hoher Konzentration oder den Antireflexionsfilm 25 angelegt, die oder der als die obere Elektrode dient.
  • Der Farbfilter 26 und die On-Chip-Linse 27 sind ferner auf dem Antireflexionsfilm 25 ausgebildet. Der Farbfilter 26 ist ein Filter, der Licht (Wellenlängenlicht) jeder beliebigen Farbe Rot (R), Grün (G) und Blau (B) durchlässt, und ist beispielsweise in einem sogenannten Bayer-Array in der Pixel-Arrayeinheit 10 angeordnet.
  • Die Passivierungsschicht 28 und die Isolierschicht 29 sind unter der die Pixel-Elektrode bildenden Halbleiterschicht 22 vom p-Typ mit hoher Konzentration und der als das Pixel-Isolierungsgebiet dienenden Halbleiterschicht 23 vom n-Typ ausgebildet. Die Verbindungselektrode 31, die Verbindungsschicht 43 und die Höckerelektrode 32 sind dann so ausgebildet, dass sie die Passivierungsschicht 28 und die Isolierschicht 29 durchdringen. Die Verbindungselektrode 31, die Verbindungsschicht 43 und die Höckerelektrode 32 verbinden die die Pixel-Elektrode bildende Halbleiterschicht 22 vom p-Typ mit hoher Konzentration und den Floating-Diffusionsbereich FD elektrisch, der Ladungen akkumuliert.
  • Das normale Pixel 11a und das Ladung emittierende Pixel 11b sind wie oben beschrieben konfiguriert und haben dieselbe Pixel-Struktur.
  • Ein Verfahren zum Steuern des Rücksetztransistors RST unterscheidet sich jedoch zwischen dem normalen Pixel 11a und dem Ladung emittierenden Pixel 11b.
  • Im normalen Pixel 11a wird der Rücksetztransistor RST auf der Basis eines Rücksetzsignals RST entsprechend einer Ladungserzeugungsperiode (Lichtempfangsperiode) durch die Fotodiode PD, einer Rücksetzperiode eines Potentials des Floating-Diffusionsbereichs FD vor dem Beginn des Lichtempfangs und dergleichen ein- und ausgeschaltet. Im Ladung emittierenden Pixel 11b wird jedoch der Rücksetztransistor RST ständig so gesteuert, dass er eingeschaltet ist. Daher wird die durch die Fotodiode PD erzeugte Ladung zur Masse entladen bzw. abgeführt und wird eine konstante Spannung Va ständig an das Ladung emittierende Pixel 11b angelegt.
  • 2.5 Zum Packaging einer Festkörper-Bildgebungsvorrichtung
  • Als Nächstes wird eine Einhausung der oben beschriebenen Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1 beschrieben. 8 ist eine Draufsicht, die ein Konfigurationsbeispiel eines Sensor-Package (engl.: sensor package) (worauf auch als Bildgebungsvorrichtung verwiesen wird) gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht. 9 ist eine Querschnittsansicht, die ein Konfigurationsbeispiel des Sensor-Package gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Man beachte, dass 9 einen entlang einer durch eine Linie B-B verlaufenden X-Z-Ebene genommenen Querschnitt von 8 veranschaulicht.
  • Wie in 8 und 9 veranschaulicht ist, umfasst ein Sensor-Package 1100 ein Gehäuse 50 und einen Deckel 60 mit einem Versiegelungsglas (als ein Beispiel eines Deckels), der an einer Seite einer oberen Oberfläche 50a des Gehäuses 50 angebracht ist. Das Gehäuse 50 umfasst ein Gehäusesubstrat 70, ein Peltier-Element 80, ein keramisches Zwischensubstrat 90 (worauf auch als Trägersubstrat verwiesen wird) und die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1. Zunächst wird eine Konfiguration des Gehäuses 50 beschrieben.
  • 10 ist eine auseinandergezogene Querschnittsansicht, die das Konfigurationsbeispiel des Sensor-Package gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Das Gehäusesubstrat 70 ist ein Mehrschichtsubstrat, das eine Keramik wie etwa Aluminiumoxid (Alumina) enthält, und ist beispielsweise ein Kontaktstift-Rasterfeld-Substrat (Pin-Grid-Array-Substrat) (PGA). Wie in 10 veranschaulicht ist, weist das Gehäusesubstrat 70 eine erste Oberfläche (zum Beispiel eine obere Oberfläche 70a) und eine auf der entgegengesetzten Seite der ersten Oberfläche gelegene zweite Oberfläche (zum Beispiel eine untere Oberfläche 70b) auf. Im Gehäusesubstrat 70 ist eine Vielzahl von Verdrahtungen in mehreren Schichten im Innern zwischen der oberen Oberfläche 70a und der unteren Oberfläche 70b gelegen vorgesehen. Diese Verdrahtungen sind mit einer Vielzahl von Anschlüssen (zum Beispiel stiftartigen Anschlüssen 73) verbunden, die auf der unteren Oberfläche 70b des Gehäusesubstrats 70 vorgesehen sind.
  • 11 ist eine Draufsicht, die ein Konfigurationsbeispiel der Seite der oberen Oberfläche des Gehäusesubstrats gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 10 und 11 veranschaulicht ist, ist ein Hohlraum 71 auf der Seite der oberen Oberfläche 70a des Gehäusesubstrats 70 vorgesehen. Der Hohlraum 71 weist eine erste Ausnehmung bzw. Vertiefung 111 und eine zweite Vertiefung 112 (ein Beispiel einer Vertiefung) auf, die an einer Bodenfläche 111a der ersten Vertiefung 111 vorgesehen ist. Formen der ersten Vertiefung 111 und der zweiten Vertiefung 112 in Draufsicht sind beispielsweise rechteckig. Die erste Vertiefung 111 hat einen Durchmesser einer Öffnungsoberfläche, der größer als jener der zweiten Vertiefung 112 ist.
  • Das Peltier-Element 80 als Temperatur-Regelungselement ist in der zweiten Vertiefung 112 angeordnet. Beispielsweise ist das Peltier-Element 80 durch einen ein Haftmittel 51 an einer Bodenfläche 112a der zweiten Vertiefung 112 angebracht (siehe 9). Eine obere Oberfläche (zum Beispiel eine obere Oberfläche 85a eines zweiten Keramiksubstrats 85, das später beschrieben werden soll) des in der zweiten Vertiefung 112 angeordneten Peltier-Elements 80 weist die gleiche Höhe oder im Wesentlichen die gleiche Höhe wie die Bodenfläche 111a der ersten Vertiefung 111 auf.
  • Die Bodenfläche 112a der zweiten Vertiefung 112 ist mit den stiftartigen Anschlüssen 72 für eine Verbindung mit Leitungsdrähten des Peltier-Elements 80 versehen. Zwei stiftartige Anschlüsse 72 sind vorgesehen. Einer der zwei stiftartigen Anschlüsse 72 ist mit einem positiven Leitungsdraht des Peltier-Elements 80 verbunden, und der andere ist mit einem negativen Leitungsdraht des Peltier-Elements 80 verbunden.
  • Man beachte, dass ein externer Verbindungsanschluss anstelle des stiftartigen Anschlusses 73 ein Kugelanschluss (engl.: ball terminal) oder ein Lötaugenanschluss (engl.: land terminal) sein kann.
  • Wie in 9 bis 11 veranschaulicht ist, ist ein Dichtungs- bzw. Versiegelungsring 75 auf der Seite der oberen Oberfläche 70a eines äußeren peripheren Bereichs des Gehäusesubstrats 70 vorgesehen. Der Versiegelungsring 75 ist durchgehend so vorgesehen, dass er in Draufsicht den Hohlraum 71 des Gehäusesubstrats 70 umgibt. Der Versiegelungsring 75 ist ein Bereich, der mit einem Metallteil 63, das später beschrieben wird, des Deckels 60 mit Versiegelungsglas verbunden werden soll. Der Versiegelungsring 75 ist beispielsweise eine Legierung aus Eisen(Fe)-Nickel(Ni)-Cobalt(Co) (sogenanntem Kovar), das mittels Plattierung bzw. Beschichtung mit Ni, Gold (Au) oder dergleichen einer Oberflächenbehandlung unterzogen worden ist.
  • 12 ist eine Draufsicht, die eine Positionsbeziehung zwischen dem Gehäusesubstrat und dem keramischen Zwischensubstrat gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 9 veranschaulicht ist, ist eine Seite der unteren Oberfläche 90b des keramischen Zwischensubstrats 90 durch das Haftmittel 51 an der Bodenfläche 111a der ersten Vertiefung 111 und dem Peltier-Element 80 angebracht. Wie in 9 und 12 veranschaulicht ist, ist das keramische Zwischensubstrat 90 so angeordnet, dass es die Öffnungsoberfläche der zweiten Vertiefung 112 vollständig bedeckt.
  • Eine Vielzahl von Bonding-Pads 74 ist auf der Bodenfläche 111a der ersten Vertiefung 111 in einem Gebiet vorgesehen, das von der Unterseite des keramischen Zwischensubstrats 90 freiliegt bzw. nicht bedeckt ist. Darüber hinaus ist eine Vielzahl von Bonding-Pads 91 auf der Seite der unteren Oberfläche 90b des keramischen Zwischensubstrats 90 vorgesehen. Zumindest ein Teil der Vielzahl von Bonding-Pads 91 ist über einen Draht 54 mit dem Bonding-Pad 74 verbunden. Darüber hinaus ist zumindest ein Teil der Vielzahl von Bonding-Pads 91 über einen Draht 55 mit einem Bonding-Pad 92 der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1 verbunden. Alternativ dazu können sowohl die Drähte 54 als auch 55 mit einem Bonding-Pad 91 verbunden sein. Die Drähte 54 und 55 sind beispielsweise Golddrähte.
  • Das Bonding-Pad 92 ist in einem äußeren peripheren Gebiet auf einer Seite einer oberen Oberfläche 93a der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1 vorgesehen. Eine Seite der unteren Oberfläche 93b der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1 ist über das Haftmittel 51 an der Seite der unteren Oberfläche 90b des keramischen Zwischensubstrats 90 angebracht.
  • 13 ist eine Querschnittsansicht, die ein Konfigurationsbeispiel des Peltier-Elements gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 13 veranschaulicht ist, umfasst das Peltier-Element 80 ein erstes Keramiksubstrat 81, erste Kupferelektroden 82, die auf dem ersten Keramiksubstrat 81 vorgesehen sind, ein zweites Keramiksubstrat 85, das dem ersten Keramiksubstrat 81 gegenüberliegt, zweite Kupferelektroden 86, die auf dem zweiten Keramiksubstrat 85 vorgesehen sind, thermoelektrische Halbleiter 87 vom P-Typ und thermoelektrische Halbleiter 88 vom N-Typ. Sowohl der thermoelektrische Halbleiter 87 vom P-Typ als auch der thermoelektrische Halbleiter 88 vom N-Typ sind zwischen dem ersten Keramiksubstrat 81 und dem zweiten Keramiksubstrat 85 angeordnet. Sowohl der thermoelektrische Halbleiter 87 vom P-Typ als auch der thermoelektrische Halbleiter 88 vom N-Typ weisen ein mit der ersten Kupferelektrode 82 verbundenes Ende und das mit der zweiten Kupferelektrode 86 verbundene andere Ende auf. Die thermoelektrischen Halbleiter 87 vom P-Typ und die thermoelektrischen Halbleiter 88 vom N-Typ sind über die ersten Kupferelektroden 82 und die zweiten Kupferelektroden 86 abwechselnd in Reihe geschaltet.
  • Wenn Gleichstrom vom thermoelektrischen Halbleiter 88 vom N-Typ im Peltier-Element 80 wie in 13 veranschaulicht fließt, absorbiert das zweite Keramiksubstrat 85 Wärme T1 (absorbiert Wärme) und emittiert das erste Keramiksubstrat 81 Wärme T2 (dissipiert Wärme). Das zweite Keramiksubstrat 85 ist über das Haftmittel 51 am keramischen Zwischensubstrat 90 angebracht, und das erste Keramiksubstrat 81 ist über das Haftmittel 51 am Gehäusesubstrat 70 angebracht. Somit kann das Peltier-Element 80 von der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1 oder dergleichen erzeugte Wärme vom keramischen Zwischensubstrat 90 an das Gehäusesubstrat 70 abgeben.
  • Als Nächstes wird eine Konfiguration des Gehäuses 50 beschrieben. Wie in 8 bis 10 veranschaulicht ist, umfasst der Deckel 60 mit Versiegelungsglas ein Versiegelungsglas 61, einen Keramikrahmen 62, der auf der Seite einer unteren Oberfläche 61b eines äußeren peripheren Bereichs des Versiegelungsglases 61 vorgesehen ist, und das Metallteil 63, das auf einer Seite einer unteren Oberfläche 62b des Keramikrahmens 62 vorgesehen ist. Das Versiegelungsglas 61 und der Keramikrahmen 62 sind durch zum Beispiel ein Glas mit niedrigem Schmelzpunkt miteinander verbunden. Der Keramikrahmen 62 und das Metallteil 63 sind durch beispielsweise ein Ag-Cu-Hartlötmaterial oder dergleichen miteinander verbunden.
  • Das Metallteil 63 ist ein Teil, das mittels beispielsweise Nahtschweißen mit dem Versiegelungsring 75 des Gehäusesubstrats 70 verbunden werden soll. Das Metallteil 63 enthält das gleiche Material wie der Versiegelungsring 75 und ist zum Beispiel eine Legierung aus Eisen(Fe)-Nickel(Ni)-Cobalt(Co) (sogenanntes Kovar), das einer Oberflächenbehandlung durch Beschichtung mit Ni, Gold (Au) oder dergleichen unterzogen wurde. Der Deckel 60 mit Versiegelungsglas ist mit einer Seite einer oberen Oberfläche 50a des Gehäuses 50 verbunden und versiegelt luftdicht die Seite der oberen Oberfläche 50a des Gehäuses 50.
  • 2.6 Zum Temperatur-Regelungsmechanismus
  • In der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1, die das fotoelektrische Umwandlungsmaterial mit einer geringeren Bandlückenenergie als Silizium, mit anderen Worten mit einer Empfindlichkeit für Licht mit einer Wellenlänge von etwa 1200 nm oder mehr, wie oben beschrieben nutzt, ist es notwendig, den Mechanismus (Temperatur-Regelungsmechanismus) vorzusehen, um den Sensorchip zu kühlen oder den Sensorchip bei einer konstanten Temperatur zu halten, um die Erzeugung des Dunkelstroms, der wie oben beschrieben das Rauschen darstellt, zu unterdrücken.
  • In einer Konfiguration, in der das diskrete Thermistorelement an der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1 angebracht ist und die außerhalb des Gehäuses angeordnete Temperatur-Regelungsschaltung das Peltier-Element im Gehäuse auf der Basis der Ausgabe des Thermistorelements steuert, bestehen jedoch Probleme hinsichtlich der Genauigkeit der gemessenen Sensorchip-Temperatur, der Robustheit der gemessenen Temperatur, der Beschränkung der Anzahl an Anschlüssen, der Ausbeute und dergleichen, wie oben beschrieben wurde.
  • Daher hat die vorliegende Ausführungsform eine Konfiguration, bei der eine Thermometerschaltung in der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1 angeordnet ist und das Peltier-Element im Gehäuse von der außerhalb des Gehäuses angeordneten Temperatur-Regelungsschaltung auf der Basis einer Ausgabe von der Thermometerschaltung gesteuert werden kann. Dies macht es möglich, Vorteile hinsichtlich der Genauigkeit der gemessenen Sensorchip-Temperatur, der Robustheit der gemessenen Temperatur, der Beschränkung der Anzahl an Anschlüssen, der Ausbeute und dergleichen zu erzielen.
  • 2.7 Zur Position eines Temperatursensors (Thermometerschaltung)
  • Wie in 9 veranschaulicht ist, ist eine Thermometerschaltung 120 als Temperatursensor gemäß der vorliegenden Ausführungsform in beispielweise der Leiterplatte 200 der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1 integriert. Ein Strom oder eine Spannung, der oder die ein von der Thermometerschaltung 120 ausgegebenes Messergebnis darstellt, wird über beispielsweise das Bonding-Pad 91, den Draht 54, das Bonding-Pad 74 und den stiftartigen Anschluss 73 an die äußere Umgebung des Sensor-Package 1100 ausgegeben.
  • Man beachte, dass sie so konfiguriert sein kann, dass wie in 9 veranschaulicht eine AD-Umwandlungsschaltung 121, die einen von der Thermometerschaltung 120 abgegebenen analogen Strom- oder Spannungswert in einen digitalen Wert umwandelt, in der Leiterplatte 200 vorgesehen ist und der von der AD-Umwandlungsschaltung 121 ausgegebene digitale Wert an die äußere Umgebung des Sensor-Package 1100 über den stiftartigen Anschluss 73 oder dergleichen ausgegeben wird. In diesem Fall kann als die AD-Umwandlungsschaltung 121 der ADC 40a in der horizontalen Auswahlschaltung 40 genutzt werden oder kann ein dedizierter ADC verwendet werden, der in der Leiterplatte 200 separat vom ADC 40a integriert ist.
  • Darüber hinaus kann die Thermometerschaltung 120, ohne auf die Leiterplatte 200 beschränkt zu sein, beispielsweise auf der Seite der lichtempfangenden Platte 100 vorgesehen sein.
  • 2.8 Schematisches Konfigurationsbeispiel eines Bildgebungssystems
  • Als Nächstes wird ein Bildgebungssystem, das den Temperatur-Regelungsmechanismus gemäß der vorliegenden Ausführungsform enthält, mit einigen Beispielen beschrieben. Man beachte, dass in der folgenden Beschreibung ein Fall beispielhaft dargelegt wird, in dem die AD-Umwandlungsschaltung 121, die eine Ausgabe von der Thermometerschaltung 120 in einen digitalen Wert umwandelt, in der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1 vorgesehen ist.
  • 2.8.1 Erstes Beispiel einer Systemkonfiguration
  • 14 ist ein Blockdiagramm, das ein schematisches Konfigurationsbeispiel eines Bildgebungssystems gemäß einem ersten Beispiel einer Systemkonfiguration der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 14 veranschaulicht ist, umfasst ein Bildgebungssystem 1000 gemäß dem ersten Beispiel einer Systemkonfiguration das oben beschriebene Sensor-Package 1100, ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA) 1200 und einen Temperatur-Controller 1300.
  • Wie oben beschrieben wurde, hat das Sensor-Package 1100 eine Struktur, in der die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1 in dem Hohlraum 71 untergebracht ist, der von dem Gehäuse 50 und dem Deckel 60 mit einem Versiegelungsglas gebildet wird.
  • Das FPGA 1200 ist beispielsweise eine Steuerungsvorrichtung, die dafür konfiguriert ist, die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1 zu steuern, und speist ein Steuerungssignal zum Steuern der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1 über den stiftartigen Anschluss in die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1 im Innern des Gehäuses 50 ein. Als eine das FPGA 1200 und die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1 verbindende Schnittstelle kann wie oben beschrieben ein I2C-Bus (engl.: inter-integrated circuit) (I2C), eine serielle periphere Schnittstelle (SPI) oder dergleichen verwendet werden. Man beachte, dass anstelle des FPGA eine Informationsverarbeitungsvorrichtung wie etwa ein Bildsignalprozessor (ISP) verwendet werden kann.
  • Temperaturdaten (ein Detektionsergebnis), die mittels der Thermometerschaltung 120 der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1 detektiert und durch die AD-Umwandlungsschaltung 121 in einen digitalen Wert umgewandelt werden, werden beispielsweise über die gleiche Schnittstelle wie die Schnittstelle wie etwa I2C oder SPI, die das FPGA 1200 und die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1 verbindet, an das FPGA 1200 außerhalb des Gehäuses ausgegeben. Daher kann in der vorliegenden Ausführungsform eine dedizierte Leitung oder ein dedizierter Anschluss zum Ausgeben der Temperaturdaten an die äußere Umgebung des Gehäuses weggelassen werden.
  • Der Temperatur-Controller 1300 ist dafür konfiguriert, das Peltier-Element 80 im Sensor-Package 1100 entsprechend einem Steuerungssignal vom FPGA 1200 beispielsweise zu steuern. Konkret erzeugt der Temperatur-Controller 1300 eine Stromwellenform, die gemäß dem Steuerungssignal vom FPGA 1200 an das Peltier-Element 80 angelegt werden soll, und stellt die Stromwellenform dem Peltier-Element 80 im Sensor-Package 1100 über den stiftartigen Anschluss 73 bereit.
  • Da die Thermometerschaltung 120 in der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1 gemäß der obigen Konfiguration angeordnet ist, ist es möglich, die Temperatur der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1 selbst direkt zu messen. Dies macht es möglich, die Genauigkeit der gemessenen Sensorchip-Temperatur zu erhöhen.
  • Darüber hinaus wird beispielsweise der von der Thermometerschaltung 120 ausgegebene analoge Wert durch die AD-Umwandlungsschaltung 121 in der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1 in den digitalen Wert umgewandelt, und folglich ist es möglich, den Einfluss von Rauschen auf das durch die Thermometerschaltung 120 detektierte Messergebnis zu reduzieren. Dies macht es möglich, die Robustheit der gemessenen Temperatur zu erhöhen.
  • Außerdem kann das Messergebnis an die äußere Umgebung des Sensor-Package 1100 unter Verwendung des Steuerungssignals von I2C, SPI oder dergleichen ausgegeben werden, indem das Messergebnis in den digitalen Wert umgewandelt wird, und folglich ist es unnötig, den dedizierten Anschluss zum Ausgeben des Messergebnisses an die äußere Umgebung des Sensor-Package 1100 bereitzustellen. Dies ermöglicht, das Messergebnis an die äußere Umgebung auszugeben, ohne durch die Anzahl an Anschlüssen für das Sensor-Package 1100 eingeschränkt zu sein.
  • Außerdem ist keine separate Komponente in dieser Konfiguration wie beim diskreten Thermistorelement an der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1 angebracht, und somit ist es möglich, eine Abnahme der Ausbeute zu unterdrücken, die durch einen Defekt des Thermistorelements, einen Anbringungsfehler oder dergleichen hervorgerufen wird.
  • 2.8.2 Zweites Beispiel einer Systemkonfiguration
  • 15 ist ein Blockdiagramm, das ein schematisches Konfigurationsbeispiel eines Bildgebungssystems gemäß einem zweiten Beispiel einer Systemkonfiguration der ersten Ausführungsform veranschaulicht. In einem Bildgebungssystem 1000A gemäß einem zweiten Beispiel einer Systemkonfiguration wie in 15 veranschaulicht ist eine Temperatur-Regelungsvorrichtung 1400 in einer Konfiguration hinzugefügt, die jener des Bildgebungssystems 1000 gemäß dem ersten Beispiel einer Systemkonfiguration ähnlich ist. Darüber hinaus kann das im Sensor-Package 1100 im ersten Beispiel einer Systemkonfiguration montierte Peltier-Element 80 im zweiten Beispiel einer Systemkonfiguration weggelassen werden.
  • Die Temperatur-Regelungsvorrichtung 1400 ist ein Mechanismus, um anstelle des Peltier-Elements 80 im Sensor-Package 1100 die Temperatur der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1 im Sensor-Package 1100 zu regeln. Als die Temperatur-Regelungsvorrichtung 1400 können beispielsweise verschiedene Temperatur-Regelungsvorrichtungen wie etwa ein Kühlelement wie etwa ein Peltier-Element, das mit der äußeren Oberfläche des Sensor-Package 1100 verbunden ist, ein Kühlkörper, eine Luftkühlvorrichtung und eine Wasserkühlvorrichtung verwendet werden. Dementsprechend steuert im zweiten Beispiel einer Systemkonfiguration der Temperatur-Controller 1300 die Temperatur-Regelungsvorrichtung 1400, um die Temperatur der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1 innerhalb des Sensor-Package 1100 von außerhalb des Sensor-Package 1100 zu regeln.
  • Auf diese Weise ist es selbst in dem Fall, in dem die Konfiguration zum Regeln der Temperatur der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1 außerhalb des Sensor-Package 1100 vorgesehen ist, möglich, Effekte zu erzielen, die jenen des ersten Beispiels einer Systemkonfiguration ähnlich sind.
  • Man beachte, dass der Fall, in dem der Temperatur-Controller 1300 außerhalb des Sensor-Package 1100 angeordnet ist, in den oben beschriebenen ersten und zweiten Beispielen einer Systemkonfiguration beispielhaft dargelegt wurde, die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt ist und der Temperatur-Controller 1300 teilweise oder ganz im Sensor-Package 1100 angeordnet sein kann. In diesem Fall kann der Temperatur-Controller 1300 teilweise oder ganz auf der Leiterplatte 200 der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1 angeordnet sein.
  • 2.9 Anordnungsbeispiel einer Thermometerschaltung
  • Als Nächstes wird mit einigen Beispielen eine Anordnung der Thermometerschaltung 120 in der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1 beschrieben. Man beachte, dass die horizontale Auswahlschaltung 40 und die horizontale Ansteuerungsschaltung 30 in der folgenden Beschreibung der Klarheit halber zusammen als horizontale Schaltung 40A beschrieben werden.
  • 2.9.1 Erstes Beispiel
  • 16 ist ein Layout-Diagramm, um eine Anordnung der Thermometerschaltung gemäß einem ersten Beispiel der ersten Ausführungsform zu beschreiben. In dem in 16 veranschaulichten Layout sind Bereiche, die vorwiegend Wärme erzeugen, die horizontale Schaltung 40A die System-Steuerungsschaltung 16 und dergleichen in der Leiterplatte 200. Daher ist im ersten Beispiel die Thermometerschaltung 120 in der Nähe der horizontalen Schaltung 40A, der System-Steuerungsschaltung 16 und dergleichen, welche die vorwiegend wärmeerzeugenden Bereiche sind, wie in 16 veranschaulicht angeordnet.
  • Darüber hinaus ist die Anzahl der anzuordnenden Thermometerschaltungen 120 nicht auf eins beschränkt und kann wie in 16 veranschaulicht mehrere umfassen. Wenn die Vielzahl von Thermometerschaltungen 120 verteilt angeordnet ist, ist es möglich, eine genauere Temperatur der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1 zu messen. Falls jedoch ein Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit wie etwa ein Siliziumsubstrat für die Leiterplatte 200 genutzt wird, kann selbst mit der einzigen Thermometerschaltung 120 eine ausreichende Genauigkeit erreicht werden.
  • Man beachte, dass die Thermometerschaltung 120, die damit verbundene AD-Umwandlungsschaltung 121 oder ein Register, das durch die AD-Umwandlungsschaltung 121 erzeugte Temperaturdaten hält, ebenfalls mit einem Anschluss 133 zum Einspeisen eines Steuerungssignals in die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1 und Ausgeben von durch die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1 erzeugten Bilddaten verbunden ist. Dies kann in ähnlicher Weise auf andere, später zu beschreibende Beispiele angewendet werden.
  • 2.9.2 Zweites Beispiel
  • 17 ist ein Diagramm, um eine Anordnung der Thermometerschaltung gemäß einem zweiten Beispiel der ersten Ausführungsform zu beschreiben. Wie in 17 veranschaulicht ist, kann die Thermometerschaltung 120 in der Nähe der lichtempfangenden Platte 100 angeordnet sein, die für eine Temperaturregelung konfiguriert ist. Jedoch besteht eine Möglichkeit, dass die Gleichmäßigkeit der Pixel durch das Licht von der Thermometerschaltung 120 beeinträchtigt wird, wenn die Thermometerschaltung 120 und die lichtempfangende Platte 100 wie oben beschrieben einander überlappen, und somit kann die Thermometerschaltung 120 in einem Gebiet angeordnet werden, das in der Nähe der lichtempfangenden Platte 100 liegt und mit der lichtempfangenden Platte 100 nicht überlappt.
  • Zu diesem Zeitpunkt kann die Temperaturverteilung und dergleichen der lichtempfangenden Platte 100 ebenfalls gemessen werden, indem die Vielzahl von Thermometerschaltungen 120 so angeordnet wird, dass sie die lichtempfangende Platte 100 umgeben, und somit kann eine genauere Temperaturregelung der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1 ausgeführt werden.
  • 2.9.3 Drittes Beispiel
  • 18 ist ein Diagramm, um eine Anordnung der Thermometerschaltung gemäß einem dritten Beispiel der ersten Ausführungsform zu beschreiben. Wie in 18 veranschaulicht ist, kann die Thermometerschaltung 120 zwischen jeder der horizontalen Schaltung 40A, der System-Steuerungsschaltung 16 und dergleichen, welche die vorwiegend wärmeerzeugenden Bereiche sind, und der für eine Temperaturregelung konfigurierten lichtempfangenden Platte 100 angeordnet werden. Infolgedessen ist es möglich, eine Kühlung zu beginnen, indem das Peltier-Element 80 angesteuert wird, bevor in der horizontalen Schaltung 40A, der System-Steuerungsschaltung 16 und dergleichen erzeugte Wärme zur lichtempfangenden Platte 100 übertragen wird, und somit kann eine genauere Temperaturregelung durchgeführt werden.
  • Man beachte, dass in jedem der oben beschriebenen ersten bis dritten Beispiele und anderen Beispielen, deren Beschreibung weggelassen ist, die Thermometerschaltung 120 vorzugsweise an einer Position angeordnet ist, die das Peltier-Element 80 in Richtung der Substratdicke der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1 überlappt. Infolgedessen kann die durch das Peltier-Element 80 geregelte Temperatur schnell detektiert werden und kann somit eine genauere Temperaturregelung durchgeführt werden.
  • 2.10 Beispiel einer Thermometerschaltung
  • Hier wird die Thermometerschaltung 120 gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit einem Beispiel beschrieben. 19 ist ein Schaltungsdiagramm, das das Beispiel der Thermometerschaltung gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 19 veranschaulicht ist, kann für die Thermometerschaltung 120 beispielsweise eine Siliziumdiode verwendet werden.
  • Die Siliziumdiode weist die Eigenschaft auf, dass eine Durchlassspannung (entsprechend der Filmspannung) Vf einen Temperaturkoeffizienten von -2 mV/°C aufweist und Vf mit zunehmender Temperatur linear abnimmt, sodass der Vorteil besteht, dass die Temperatur aus einem Spannungswert Vf leicht spezifiziert werden kann. Da solche Eigenschaften vorliegen, besteht darüber hinaus auch der Vorteil, dass eine Kalibrierung zur Zeit der Herstellung der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1 durchgeführt werden kann. Außerdem kann die Siliziumdiode mittels desselben Prozesses wie jeder Transistor der Pixel-Schaltung 14 gebildet werden, und somit ist es unnötig, eine Prozessierung zum Ausbilden der Thermometerschaltung 120 neu hinzuzufügen, und es besteht auch ein Vorteil, dass eine Verkomplizierung eines Herstellungsprozesses unterdrückt werden kann.
  • Die Thermometerschaltung 120 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann jedoch verschiedene Temperatursensoren nutzen, die in die Leiterplatte 200 integriert werden können, zum Beispiel einen Halbleiter-Temperatursensor wie etwa einen PNP-Transistor und dergleichen, ohne auf die Siliziumdiode beschränkt zu sein.
  • 2.11 Ablauf einer Temperaturregelung
  • Als Nächstes wird mit einigen Beispielen ein Ablauf einer Temperaturregelung gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
  • Als ein Ablauf zum Regeln der Temperatur der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1 ist es beispielsweise möglich, ein Verfahren zu betrachten, bei dem Temperaturdaten in der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1 periodisch erfasst werden, um deren Wert in einem Register aufzuzeichnen, und auf das Register bei Bedarf von außen (zum Beispiel der FPGA 1200) zugegriffen wird, um die Temperaturdaten zu erfassen, und ein Verfahren, bei dem Temperaturdaten in der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1 als Antwort auf eine Anforderung von außen (zum Beispiel dem FPGA 1200) erfasst werden, um einen Wert der Temperaturdaten in einem Register aufzuzeichnen, und auf das Register von außen (zum Beispiel dem FPGA 1200) zugegriffen wird, um die Temperaturdaten zu erfassen.
  • Daher wird in der folgenden Beschreibung Ersteres als ein erstes Ablaufbeispiel beschrieben und Letzteres als ein zweites Ablaufbeispiel beschrieben. Jedoch ist der Ablauf einer Temperaturregelung gemäß der vorliegenden Offenbarung nicht darauf beschränkt. Überdies wird in der folgenden Beschreibung dem Betrieb der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1 Aufmerksamkeit geschenkt.
  • 2.11.1 Erstes Ablaufbeispiel
  • 20 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel des Ablaufs einer Temperaturregelung gemäß dem ersten Ablaufbeispiel der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Im ersten Ablaufbeispiel setzt zunächst die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1 einen Zähler zum Messen einer verstrichenen Zeit wie in 20 veranschaulicht zurück (Schritt S101). Dieser Zähler kann beispielsweise ein Zähler sein, der eine verstrichene Zeit misst, indem ein von der System-Steuerungsschaltung 116 bereitgestellter Takt gezählt wird.
  • Als Nächstes wartet die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1, bis eine vorbestimmte Zeit auf Basis eines Werts des Zählers verstreicht (NEIN in Schritt S102). Wenn eine vorbestimmte Zeit verstrichen ist (JA in Schritt S102), setzt danach die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1 den Zähler zurück (Schritt S103) .
  • Als Nächstes wandelt die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1 eine analoge Strom- oder Spannungsabgabe von der Thermometerschaltung 120 durch die AD-Umwandlungsschaltung 121 in digitale Temperaturdaten um, um die Temperaturdaten zu ermitteln bzw. zu erfassen (Schritt S104), und registriert die erfassten Temperaturdaten in einem (nicht veranschaulichten) Register (Schritt S105). Dieses Register kann ein Register sein, auf das vom FPGA 1200 außerhalb des Sensor-Package 1100 zugegriffen werden kann. Dementsprechend greift das FPGA 1200 periodisch (zum Beispiel 30 Mal/Sekunde) auf das Register zu oder erfasst bei Bedarf die im Register registrierten Temperaturdaten und speist ein Steuerungssignal in den Temperatur-Controller 1300 ein.
  • Die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1 bestimmt danach, ob der gegenwärtige Vorgang enden soll oder nicht (Schritt S106), und beendet den gegenwärtigen Betrieb, falls der gegenwärtige Vorgang beendet werden soll (JA in Schritt S106). Falls auf der anderen Seite der gegenwärtige Vorgang nicht beendet werden soll (NEIN in Schritt S106), kehrt die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1 zu Schritt S102 zurück und führt die Vorgänge im Schritt S102 und den nachfolgenden Schritten aus.
  • 2.11.2 Zweites Ablaufbeispiel
  • 21 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel des Ablaufs der Temperaturregelung gemäß dem zweiten Ablaufbeispiel der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Im zweiten Ablaufbeispiel wartet zunächst die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1, bis eine Anforderung von Temperaturdaten von beispielsweise dem FPGA 1200 außen empfangen wird (NEIN in Schritt S201), wie in 21 veranschaulicht ist.
  • Wenn die Anforderung für die Temperaturdaten empfangen wird (JA in Schritt S102), wandelt danach die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1 eine analoge Strom- oder Spannungsabgabe von der Thermometerschaltung 120 durch die AD-Umwandlungsschaltung 121 in digitale Temperaturdaten um, um die Temperaturdaten zu erfassen (Schritt S202), und registriert die erfassten Temperaturdaten im (nicht veranschaulichten) Register (Schritt S203) ähnlich den Schritten S104 bis S105 in 20. Dieses Register kann ein Register sein, auf das vom FPGA 1200 außerhalb des Sensor-Package 1100 zugegriffen werden kann. Dementsprechend greifen das FPGA 1200 und/oder andere externe Vorrichtungen, die die Temperaturdaten angefordert haben, auf das Register zu, erfassen die darin registrierten Temperaturdaten und speisen ein Steuerungssignal in den Temperatur-Controller 1300 ein.
  • Danach bestimmt die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1, ob der gegenwärtige Vorgang beendet werden soll oder nicht (Schritt S204), und beendet den gegenwärtigen Vorgang, falls der gegenwärtige Vorgang beendet werden soll (JA in Schritt S204). Falls auf der anderen Seite der gegenwärtige Vorgang nicht beendet werden soll (NEIN in Schritt S204), kehrt die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1 zu Schritt S201 zurück und führt die Vorgänge in Schritt S201 und den nachfolgenden Schritten aus.
  • 3. Anwendungsbeispiel
  • [Anwendungsbeispiel 1]
  • Eine Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung kann für verschiedene Produkte (die vorliegende Technologie) verwendet werden. Beispielsweise kann die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung als eine Vorrichtung realisiert werden, die an einem beliebigen Typ eines mobilen Körpers wie etwa einem Automobil, einem Elektrofahrzeug, einem Hybrid-Elektrofahrzeug, einem Motorrad, einem Fahrrad, einer Vorrichtung für persönliche Mobilität, einem Flugzeug, einer Drohne, einem Schiff und einem Roboter montiert wird.
  • 22 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer schematischen Konfiguration eines Fahrzeugsteuerungssystems als ein Beispiel eines Systems zur Steuerung eines mobilen Körpers veranschaulicht, für das die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann.
  • Das Fahrzeugsteuerungssystem 12000 umfasst eine Vielzahl elektronischer Steuerungseinheiten, die über ein Kommunikationsnetzwerk 12001 miteinander verbunden sind. In dem in 22 veranschaulichten Beispiel umfasst das Fahrzeugsteuerungssystem 12000 eine Antriebssystem-Steuerungseinheit 12010, eine Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020, eine Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs, eine Einheit 12040 zur Detektion von Information aus dem Inneren des Fahrzeugs und eine integrierte Steuerungseinheit 12050. Außerdem sind als funktionale Konfigurationen der integrierten Steuerungseinheit 12050 ein Mikrocomputer 12051, eine Ton/Bild-Ausgabesektion 12052 und eine im Fahrzeug montierte Netzwerkschnittstelle (I/F) 12053 veranschaulicht.
  • Die Antriebssystem-Steuerungseinheit 12010 steuert gemäß verschiedenen Arten von Programmen die Vorgänge bzw. Operationen von Vorrichtungen in Bezug auf ein Antriebssystem eines Fahrzeugs. Beispielsweise dient die Antriebssystem-Steuerungseinheit 12010 als Steuerungsvorrichtung für eine Antriebskraft-Erzeugungsvorrichtung zum Erzeugen einer Antriebskraft des Fahrzeugs wie etwa einen Verbrennungsmotor und einen Antriebsmotor, einen Antriebskraft-Übertragungsmechanismus, um die Antriebskraft auf Räder zu übertragen, einen Lenkmechanismus, um den Lenkwinkel eines Fahrzeugs einzustellen, eine Bremsvorrichtung, die die Bremskraft eines Fahrzeugs erzeugt, oder dergleichen.
  • Die Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020 steuert die Operationen verschiedener Arten von Vorrichtungen, die an einer Fahrzeugkarosserie vorgesehen sind, gemäß verschiedenen Arten von Programmen. Beispielsweise dient die Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020 als Steuerungsvorrichtung für ein schlüsselloses Zugangssystem, ein System für intelligente Schlüssel, eine automatische Fenstervorrichtung oder verschiedene Arten von Leuchten wie etwa einen Frontscheinwerfer, einen Heckscheinwerfer, eine Bremsleuchte, ein Fahrtrichtungssignal, eine Nebelleuchte oder dergleichen. In diesem Fall können Funkwellen, die von einer mobilen Vorrichtung als Alternative zu einem Schlüssel gesendet werden, oder Signale verschiedener Arten von Schaltern in die Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020 eingespeist werden. Die Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020 empfängt diese eingespeisten Funkwellen oder Signale und steuert eine Türverriegelungsvorrichtung, die automatische Fenstervorrichtung, die Leuchten oder dergleichen des Fahrzeugs.
  • Die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs detektiert Information über die äußere Umgebung des das Fahrzeugsteuerungssystem 12000 enthaltenden Fahrzeugs. Beispielsweise ist die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs mit einer Bildaufnahmeeinheit 12031 verbunden. Die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs veranlasst die Bildaufnahmeeinheit 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 Bildaufnahmeeinheit 12031 ist ein optischer Sensor, der Licht empfängt und der entsprechend einer empfangenem Lichtmenge des Lichts ein elektrisches Signal abgibt. Die Bildaufnahmeeinheit 12031 kann das elektrische Signal als Bild oder als Information über einen gemessenen Abstand ausgeben. Darüber hinaus kann das von der Bildaufnahmeeinheit 12031 empfangene Licht sichtbares Licht sein oder kann unsichtbares Licht wie etwa Infrarotstrahlen oder dergleichen sein.
  • Die Einheit 12040 zur Detektion von Information aus dem Inneren des Fahrzeugs detektiert Information über das Innere bzw. aus dem Inneren des Fahrzeugs. Die Einheit 12040 zur Detektion von Information aus dem Inneren des Fahrzeugs 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 aus dem Inneren des Fahrzeugs kann auf der Basis einer von der Sektion 12041 zur Detektion eines Fahrerzustands eingegebenen Detektionsinformation einen Ermüdungsgrad 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 aus dem Inneren des Fahrzeugs erhalten wird, und kann einen Steuerungsbefehl an die Antriebssystem-Steuerungseinheit 12010 ausgeben. Beispielsweise kann der Mikrocomputer 12051 eine kooperative Steuerung durchführen, die dazu gedacht ist, Funktionen eines fortgeschrittenen Fahrerassistenzsystems (ADAS) zu realisieren, dessen Funktionen eine Vermeidung einer Kollision oder Aufprallabschwächung für das Fahrzeug, eine Nachfolgefahrt basierend auf einem Folgeabstand, eine Fahrt bei konstanter Geschwindigkeit, eine Warnung vor einer Kollision des Fahrzeugs, eine Warnung vor einer Spurabweichung des Fahrzeugs oder dergleichen einschließen.
  • Darüber hinaus kann der Mikrocomputer 12051 eine kooperative Steuerung ausführen, die für automatisches Fahren gedacht ist, was 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 Informationen über die äußere Umgebung oder das Innere des Fahrzeugs gesteuert werden, deren Informationen durch die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs oder die Einheit 12040 zur Detektion von Information aus dem Inneren des Fahrzeugs erhalten werden.
  • Der Mikrocomputer 12051 kann überdies einen Steuerungsbefehl an die Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020 auf der Basis der Informationen über die äußere Umgebung des Fahrzeugs ausgeben, deren Informationen durch die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs erhalten werden. 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 oder eines Bildes an eine Ausgabevorrichtung, die einem Insassen des Fahrzeugs oder der äußeren Umgebung des Fahrzeugs optisch oder akustisch eine Informationen übermitteln kann. Im Beispiel von 22 sind als die Ausgabevorrichtung ein Lautsprecher 12061, eine Anzeigesektion 12062 und ein Armaturenbrett 12063 angegeben. Die Anzeigesektion 12062 kann beispielsweise eine im Fahrzeug montierte Anzeige und/oder ein Head-Up-Display umfassen.
  • 23 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer Installationsposition der Bildaufnahmeeinheit 12031 veranschaulicht.
  • In 23 enthält ein Fahrzeug 12100 Bildaufnahmeeinheiten 12101, 12102, 12103, 12104 und 12105 als die Bildaufnahmeeinheit 12031.
  • Die Bildaufnahmeeinheiten 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 vorgesehen. Die an der Frontpartie vorgesehene Bildaufnahmeeinheit 12101 und die am oberen Teil der Windschutzscheibe im Inneren des Fahrzeugs vorgesehene Bildaufnahmeeinheit 12105 erhalten vorwiegend ein Bild vor dem Fahrzeug 12100. Die an den Seitenspiegeln vorgesehenen Bildaufnahmeeinheiten 12102 und 12103 erhalten vorwiegend Bilder von den Seiten des Fahrzeugs 12100. Die an der hinteren Stoßstange oder der Hecktür vorgesehene Bildaufnahmeeinheit 12104 erhält vorwiegend ein Bild hinter dem Fahrzeug 12100. Das durch die Bildaufnahmeeinheiten 12101 und 12105 erfasst bzw. aufgenommene Bild nach vorne wird vorwiegend genutzt, um ein vorausfahrendes Fahrzeug, einen Fußgänger, ein Hindernis, eine Verkehrsampel, ein Verkehrszeichen, eine Fahrspur oder dergleichen zu detektieren.
  • Man beachte, dass 23 Beispiele von Abbildungsbereichen der Bildaufnahmeeinheiten 12101 bis 12104 veranschaulicht. Ein Abbildungsbereich 12111 repräsentiert den Abbildungsbereich der an der Frontpartie vorgesehenen Bildaufnahmeeinheit 12101. Abbildungsbereiche 12112 und 12113 repräsentieren die Abbildungsbereiche der an den Seitenspiegeln vorgesehenen Bildaufnahmeeinheiten 12102 bzw. 12103. Ein Abbildungsbereich 12114 repräsentiert den Abbildungsbereich der an der hinteren Stoßstange oder der Hecktür vorgesehenen Bildaufnahmeeinheit 12104. Beispielsweise wird ein Bild aus der Vogelperspektive, wie es von oben gesehen wird, erhalten, indem Stücke bzw. Teile von durch die Bildaufnahmeeinheiten 12101 bis 12104 aufgenommenen Bilddaten aufeinander gelegt werden.
  • Zumindest eine der Bildaufnahmeeinheiten 12101 bis 12104 kann eine Funktion zum Erhalten einer Abstandsinformation aufweisen. Beispielsweise kann zumindest eine der Bildaufnahmeeinheiten 12101 bis 12104 eine Stereokamera sein, die eine Vielzahl von Bildaufnahmeelementen enthält, oder kann ein Bildaufnahmeelement 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 Bildaufnahmeeinheiten 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. Außerdem 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. Auf diese Weise ist es möglich, eine kooperative Steuerung auszuführen, die für automatisches Fahren gedacht ist, um autonom zu fahren, ohne vom Eingriff des Fahrers oder dergleichen abhängig zu sein.
  • 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 und andere dreidimensionale Objekte wie etwa einen Telefonmasten auf der Basis der Abstandsinformation klassifizieren, die von den Bildaufnahmeeinheiten 12101 bis 12104 erhalten werden, die klassifizierten dreidimensionalen Objektdaten extrahieren und die extrahierten dreidimensionalen Objektdaten 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 optisch schwer zu erkennen sind. Der Mikrocomputer 12051 bestimmt dann ein Kollisionsrisiko, das ein Risiko einer Kollision mit jedem Hindernis angibt, und gibt über den Lautsprecher 12061 oder die Anzeigesektion 12062 eine Warnung an den Fahrer in einer Situation aus, in der das Kollisionsrisiko gleich einem eingestellten Wert oder größer ist und somit eine Möglichkeit einer Kollision besteht, und führt über die Antriebssystem-Steuerungseinheit 12010 eine erzwungene Abbremsung oder Ausweichlenkbewegung durch, so dass es eine Unterstützung beim Fahren möglich ist, um eine Kollision zu vermeiden.
  • Zumindest eine der Bildaufnahmeeinheiten 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 Bildaufnahmeeinheiten 12101 bis 12104 ein Fußgänger befindet. Eine solche Erkennung eines Fußgängers wird beispielsweise mittels einer Prozedur zum Extrahieren charakteristischer Punkte in den aufgenommenen Bildern der Bildaufnahmeeinheiten 12101 bis 12104 als Infrarotkameras und einer Prozedur, um zu bestimmen, ob es der Fußgänger ist, 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 Bildaufnahmeeinheiten 12101 bis 12104 einen Fußgänger gibt, und somit den Fußgänger erkennt, steuert die Ton/Bild-Ausgabesektion 12052 die Anzeigesektion 12062, so dass eine quadratische Konturlinie zur Hervorhebung dem erkannten Fußgänger überlagert angezeigt wird. Darüber hinaus kann die Ton/Bild-Ausgabesektion 12052 auch die Anzeigesektion 12062 so steuern, dass ein Symbol oder dergleichen, das den Fußgänger repräsentiert, an einer gewünschten Position angezeigt wird.
  • Ein Beispiel des Systems zur Steuerung eines mobilen Körpers, auf das die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung angewendet werden kann, wurde oben beschrieben. Die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung kann für die Bildaufnahmeeinheit 12031 unter den oben beschriebenen Konfigurationen verwendet werden. Konkret kann die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 1 für die Bildaufnahmeeinheit 12031 verwendet werden. Da es möglich ist, das aufgenommene Bild mit hoher Bildqualität zu erhalten, indem die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung auf die Bildaufnahmeeinheit 12031 angewendet wird, ist es möglich, eine hochgenaue Steuerung unter Verwendung eines aufgenommenen Bildes im System zur Steuerung eines mobilen Körpers durchzuführen.
  • [Anwendungsbeispiel 2]
  • 24 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer schematischen Konfiguration eines Systems für endoskopische Chirurgie veranschaulicht, für das die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung (vorliegende Technologie) verwendet werden kann.
  • In 24 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 in der Zeichnung veranschaulicht ist, 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. Obwohl das Endoskop 11100, das als ein steifes Endoskop mit dem Linsentubus 11101 vom harten Typ konfiguriert ist, im veranschaulichten Beispiel veranschaulicht ist, kann das Endoskop 11100 jedoch ansonsten als flexibles bzw. biegsames Endoskop mit dem Linsentubus vom biegsamen Typ konfiguriert bzw. ausgestaltet 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 das Distalende des Linsentubus 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 emittiert wird. Man beachte, 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 Kamera-Steuerungseinheit (CCU) 11201 übertragen.
  • Die CCU 11201 enthält eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), eine Graphikverarbeitungseinheit (GPU) oder dergleichen und steuert übergreifend bzw. integral ein Vorgänge bzw. Operationen des Endoskops 11100 und einer Anzeigeeinrichtung 11202. Außerdem 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 und grafische Darstellung drucken kann.
  • Man beachte, 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. Darüber hinaus wird in diesem Fall, falls Laserstrahlen von den jeweiligen RGB-Laserlichtquellen in Zeitmultiplex-Weise auf ein Beobachtungsziel emittiert 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.
  • Überdies 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 Lichtabsorption in Körpergewebe, um Licht eines schmalen Bandes zu emittieren, 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 Körpergewebe mit Anregungslicht bestrahlt wird (Eigenfluoreszenz-Beobachtung), oder ein Fluoreszenzlichtbild zu erhalten, indem ein Reagenzmittel wie etwa Indocyaningrün (ICG) lokal in ein Körpergewebe injiziert und das Körpergewebe mit Anregungslicht entsprechend einer Fluoreszenzwellenlänge des Reagenzmittels bestrahlt 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.
  • 25 ist ein Blockdiagramm, das Beispiele funktionaler Konfigurationen des Kamerakopfes 11102 und der CCU 11201 veranschaulicht, die in 24 veranschaulicht 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 Bildaufnahmeeinheit 11402 enthält Bildaufnahmeelemente. Die Anzahl an Bildaufnahmeelementen, 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. Man beachte, dass, falls die Bildaufnahmeeinheit 11402 wie diejenige eines Mehrplatten-Typs konfiguriert ist, eine Vielzahl von Systemen der Linseneinheiten 11401 entsprechend den einzelnen Bildaufnahmeelementen vorgesehen ist.
  • Außerdem ist die Bildaufnahmeeinheit 11402 nicht notwendigerweise auf dem Kamerakopf 11102 vorgesehen. 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. Daher 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.
  • Darüber hinaus 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.
  • Man beachte, dass die Bildaufnahmebedingungen wie etwa die Frame-Rate, der Belichtungswert, die Vergrößerung oder der Fokus, die oben beschrieben wurden, 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 veranlasst die Steuerungseinheit 11413 auf der Basis eines Bildsignals, für das Bildprozesse mittels der Bildverarbeitungseinheit 11412 durchgeführt wurden, die Anzeigeeinrichtung 11202, die Anzeige eines aufgenommenen Bildes, auf dem sich der Bereich eines chirurgischen Eingriffs oder dergleichen zeigt bzw. er erscheint. Zu dieser Zeit 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. Wenn die die Anzeigeeinrichtung 11202 veranlasst wird, ein aufgenommenes Bild anzuzeigen, kann die Steuerungseinheit 11413 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 die elektrische als auch die optische Kommunikation geeignet ist.
  • Die Kommunikation wird im veranschaulichten Beispiel unter Verwendung des Übertragungskabels 11400 eine Kommunikation mittels einer drahtgebundenen Kommunikation durchgeführt wird; die Kommunikation zwischen dem Kamerakopf 11102 und der CCU 11201 kann jedoch mittels drahtloser Kommunikation durchgeführt werden.
  • Ein Beispiel des Systems für endoskopische Chirurgie, auf das die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung angewendet werden kann, wurde oben beschrieben. Die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung kann auf die im Kamerakopf 11102 des Endoskops 11100 vorgesehene Bildaufnahmeeinheit 11402 unter den oben beschriebenen Konfigurationen geeignet angewendet werden. Da das aufgenommene Bild mit hoher Bildqualität erhalten werden kann, indem die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung auf die Bildaufnahmeeinheit 11402 angewendet wird, ist es möglich, das Endoskop 11100 mit hoher Bildqualität bereitzustellen.
  • Obgleich die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wie oben beschrieben wurden, ist der technische Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht direkt auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und können verschiedene Modifikationen innerhalb des Umfangs vorgenommen werden, ohne vom Kern der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Darüber hinaus können Komponenten verschiedener Ausführungsformen und Modifikationen geeignet kombiniert werden.
  • Außerdem sind die Effekte in jeder der in der vorliegenden Beschreibung beschriebenen Ausführungsformen nur Beispiele und nicht eingeschränkt, und andere Effekte können vorliegen.
  • Man beachte, dass die vorliegende Technologie auch die folgenden Konfigurationen aufweisen kann.
    1. (1) Eine Festkörper-Bildgebungsvorrichtung, aufweisend:
      • eine fotoelektrische Umwandlungseinheit, die ein Material mit einer geringeren Bandlückenenergie als Silizium enthält; und
      • eine Leiterplatte, die mit der fotoelektrischen Umwandlungseinheit verbunden ist,
      • worin die Leiterplatte umfasst:
        • eine Pixelsignal-Erzeugungsschaltung, die ein Pixelsignal mit einem Spannungswert erzeugt, der einer in der fotoelektrischen Umwandlungseinheit erzeugten Ladung entspricht; und
        • eine Thermometerschaltung, die eine Temperatur der Leiterplatte detektiert.
    2. (2) Die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung gemäß dem obigen (1), worin die Pixelsignal-Erzeugungsschaltung in einem ersten Gebiet auf einer ersten Oberfläche der Leiterplatte angeordnet ist und die fotoelektrische Umwandlungseinheit mit dem ersten Gebiet der Leiterplatte verbunden ist.
    3. (3) Die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung gemäß dem obigen (2), worin die Thermometerschaltung in einem anderen Gebiet als dem ersten Gebiet auf der ersten Oberfläche der Leiterplatte ausgebildet ist.
    4. (4) Die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung gemäß dem obigen (2) oder (3), worin die Leiterplatte ein zweites Gebiet umfasst, das um das erste Gebiet auf der ersten Oberfläche der Leiterplatte herum gelegen ist und in dem eine Logikschaltung, die das Pixelsignal verarbeitet, angeordnet ist, und die Thermometerschaltung nahe dem zweiten Gebiet angeordnet ist.
    5. (5) Die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung gemäß dem obigen (4), worin die Thermometerschaltung zwischen dem ersten Gebiet und dem zweiten Gebiet angeordnet ist.
    6. (6) Die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung gemäß einem der obigen (1) bis (5), ferner aufweisend eine Umwandlungsschaltung, die ein von der Thermometerschaltung abgegebenes analoges Signal in ein digitales Signal umwandelt.
    7. (7) Die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung gemäß einem der obigen (1) bis (6), worin die fotoelektrische Umwandlungseinheit einen Verbindungshalbleiter enthält.
    8. (8) Die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung gemäß einem der obigen (1) bis (7), worin die fotoelektrische Umwandlungseinheit zumindest eines von InGaP, InAlP, InGaAs, InAlAs, einen Verbindungshalbleiter mit einer Chalcopyrit-Struktur, amorphes Silizium, Germanium, einen fotoelektrischen Umwandlungsfilm mit Quantenpunkten oder einen organischen fotoelektrischen Umwandlungsfilm enthält.
    9. (9) Die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung gemäß einem der obigen (1) bis (8), worin die Thermometerschaltung zumindest ein Element einer Siliziumdiode oder eines PNP-Transistors enthält.
    10. (10) Die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung gemäß einem der obigen (1) bis (9), aufweisend eine Vielzahl der Thermometerschaltungen.
    11. (11) Eine Festkörper-Bildgebungsvorrichtung, aufweisend:
      • eine fotoelektrische Umwandlungseinheit, die ein Material mit einer Empfindlichkeit für Licht mit einer Wellenlänge von 1200 Nanometer (nm) oder mehr enthält; und
      • eine Leiterplatte, die mit der fotoelektrischen Umwandlungseinheit verbunden ist,
      • worin die Leiterplatte umfasst:
        • eine Pixelsignal-Erzeugungsschaltung, die ein Pixelsignal mit einem Spannungswert erzeugt, der einer in der fotoelektrischen Umwandlungseinheit erzeugten Ladung entspricht; und
        • eine Thermometerschaltung, die eine Temperatur der Leiterplatte detektiert.
    12. (12) Eine Bildgebungsvorrichtung, aufweisend:
      • die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung gemäß dem obigen (1) oder (11); und
      • ein Gehäuse, das die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung aufnimmt.
    13. (13) Die Bildgebungsvorrichtung gemäß dem obigen (12), ferner aufweisend ein Temperatur-Regelungselement, das im Gehäuse angeordnet und auf einer Seite einer zweiten Oberfläche der Leiterplatte angeordnet ist, die der ersten Oberfläche entgegengesetzt ist, worauf die Pixelsignal-Erzeugungsschaltung und die Thermometerschaltung angeordnet sind.
    14. (14) Die Bildgebungsvorrichtung gemäß dem obigen (13), worin die Thermometerschaltung in einem Gebiet angeordnet ist, das mit dem Temperatur-Regelungselement in einer zur ersten Oberfläche senkrechten Richtung überlappt.
    15. (15) Die Bildgebungsvorrichtung gemäß dem obigen (13) oder (14), worin das Temperatur-Regelungselement ein Peltier-Element ist.
    16. (16) Ein Bildgebungssystem, aufweisend:
      • eine Bildgebungsvorrichtung, die die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung gemäß dem obigen (1) oder (11) und ein Temperatur-Regelungselement zum Regeln einer Temperatur der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung enthält;
      • eine Temperatur-Regelungsvorrichtung, die das Temperatur-Regelungselement steuert; und
      • eine Steuerungsvorrichtung, die die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung und die Temperatur-Regelungsvorrichtung steuert,
      • worin die Steuerungsvorrichtung die Temperatur-Regelungsvorrichtung auf der Basis der durch die Thermometerschaltung detektierten Temperatur steuert.
    17. (17) Das Bildgebungssystem gemäß dem obigen (16), worin die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung ferner eine Umwandlungsschaltung enthält, die ein von der Thermometerschaltung abgegebenes analoges Signal in ein digitales Signal umwandelt, die Bildgebungsvorrichtung ferner ein Gehäuse umfasst, das die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung und das Temperatur-Regelungselement aufnimmt, das Gehäuse einen Anschluss zum Übertragen oder Empfangen eines digitalen Signals zwischen der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung und der Steuerungsvorrichtung enthält und die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung das digitale Signal über den Anschluss zur Steuerungsvorrichtung überträgt.
    18. (18) Das Bildgebungssystem gemäß dem obigen (17), worin die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung und die Steuerungsvorrichtung durch einen I2C-Bus (I2C) oder eine serielle periphere Schnittstelle (SPI) verbunden sind.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Festkörper-Bildgebungsvorrichtung
    10
    Pixel-Arrayeinheit
    11, 11R, 11G, 11B
    Sensor-Pixel
    12
    Pixel-Ansteuerungsleitung
    13
    vertikale Signalleitung
    14
    Pixel-Schaltung
    15
    Ausleseschaltung
    16
    System-Steuerungsschaltung
    17
    Filmspannungs-Steuerungseinheit
    18
    Spannungs-Erzeugungsschaltung
    20
    vertikale Ansteuerungsschaltung
    21
    Halbleiterfilm vom n-Typ (InGaAs)
    21A
    Halbleiterschicht
    22
    Halbleiterschicht vom p-Typ
    22A
    Diffusionsgebiet
    23
    Halbleiterschicht vom n-Typ
    24
    Halbleiterschicht vom n-Typ
    25
    Antireflexionsfilm
    26
    Farbfilter
    26R, 26G, 26B
    Filter
    27
    On-Chip-Linse
    28
    Passivierungsschicht
    29
    Isolierschicht
    29A, 29B, 35A, 35B
    Zwischenschicht-Isolierfilm
    30
    horizontale Ansteuerungsschaltung
    31
    Verbindungselektrode
    32
    Höckerelektrode
    32D
    Dummy-Elektrode
    33
    leitfähiger Film
    35
    Verdrahtungsschicht
    36
    vergrabene Schicht
    37H
    Öffnung
    38
    Pad-Elektrode
    40
    horizontale Auswahlschaltung
    40A
    horizontale Schaltung
    40a
    ADC
    40b
    Schalterelement
    40c
    horizontale Signalleitung
    41
    Trägersubstrat
    42
    Zwischenschicht-Isolierschicht
    43
    Verbindungsschicht
    43D
    Dummy-Verbindungsschicht
    44
    Ausleseelektrode
    45
    Pixelsignal-Erzeugungsschaltung
    46
    Verdrahtung
    50
    Gehäuse
    51
    Haftmittel
    54, 55
    Draht
    60
    Deckel mit Versiegelungsglas
    61
    Versiegelungsglas
    62
    Keramikrahmen
    63
    Metallteil
    70
    Gehäusesubstrat
    71
    Hohlraum
    72, 73
    stiftartiger Anschluss
    74, 91, 92
    Bonding-Pad
    75
    Versiegelungsring
    80
    Peltier-Element
    81
    erstes Keramiksubstrat
    82
    erste Kupferelektrode
    85
    zweites Keramiksubstrat
    86
    zweite Kupferelektrode
    87
    thermoelektrischer Halbleiter vom P-Typ
    88
    thermoelektrischer Halbleiter vom N-Typ
    90
    keramisches Zwischensubstrat
    100
    lichtempfangende Platte (InGaAs-Substrat)
    100A
    lichtempfangende Oberfläche
    120
    Thermometerschaltung
    121
    AD-Umwandlungsschaltung
    133
    Anschluss
    200
    Leiterplatte
    200A
    Pixelsignal-Erzeugungsschaltungsgebiet
    200B
    peripheres Schaltungsgebiet
    1000
    Bildgebungssystem
    1100
    Sensor-Package
    1200
    FPGA
    1300
    Temperatur-Controller
    1400
    Temperatur-Regelungsvorrichtung
    AMP
    Verstärkungstransistor
    FD
    Floating-Diffusionsbereich
    OFG
    Entladungstransistor
    PD
    Fotodiode
    RST
    Rücksetztransistor
    SEL
    Auswahltransistor
    TRG
    Übertragungstransistor
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2011130364 [0004]

Claims (18)

  1. Festkörper-Bildgebungsvorrichtung, aufweisend: eine fotoelektrische Umwandlungseinheit, die ein Material mit einer geringeren Bandlückenenergie als Silizium enthält; und eine Leiterplatte, die mit der fotoelektrischen Umwandlungseinheit verbunden ist, wobei die Leiterplatte umfasst: eine Pixelsignal-Erzeugungsschaltung, die ein Pixelsignal mit einem Spannungswert erzeugt, der einer in der fotoelektrischen Umwandlungseinheit erzeugten Ladung entspricht; und eine Thermometerschaltung, die eine Temperatur der Leiterplatte detektiert.
  2. Festkörper-Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Pixelsignal-Erzeugungsschaltung in einem ersten Gebiet auf einer ersten Oberfläche der Leiterplatte angeordnet ist und die fotoelektrische Umwandlungseinheit mit dem ersten Gebiet der Leiterplatte verbunden ist.
  3. Festkörper-Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Thermometerschaltung in einem anderen Gebiet als dem ersten Gebiet auf der ersten Oberfläche der Leiterplatte ausgebildet ist.
  4. Festkörper-Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Leiterplatte ein zweites Gebiet umfasst, das um das erste Gebiet auf der ersten Oberfläche der Leiterplatte herum gelegen ist und in dem eine Logikschaltung, die das Pixelsignal verarbeitet, angeordnet ist, und die Thermometerschaltung nahe dem zweiten Gebiet angeordnet ist.
  5. Festkörper-Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Thermometerschaltung zwischen dem ersten Gebiet und dem zweiten Gebiet angeordnet ist.
  6. Festkörper-Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 1, ferner aufweisend eine Umwandlungsschaltung, die ein von der Thermometerschaltung abgegebenes analoges Signal in ein digitales Signal umwandelt.
  7. Festkörper-Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die fotoelektrische Umwandlungseinheit einen Verbindungshalbleiter enthält.
  8. Festkörper-Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die fotoelektrische Umwandlungseinheit zumindest eines von InGaP, InAlP, InGaAs, InAlAs, einen Verbindungshalbleiter mit einer Chalcopyrit-Struktur, amorphes Silizium, Germanium, einen fotoelektrischen Umwandlungsfilm mit Quantenpunkten oder einen organischen fotoelektrischen Umwandlungsfilm enthält.
  9. Festkörper-Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Thermometerschaltung zumindest ein Element einer Siliziumdiode oder eines PNP-Transistors enthält.
  10. Festkörper-Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 1, aufweisend eine Vielzahl der Thermometerschaltungen.
  11. Festkörper-Bildgebungsvorrichtung, aufweisend: eine fotoelektrische Umwandlungseinheit, die ein Material mit einer Empfindlichkeit für Licht mit einer Wellenlänge von 1200 Nanometer (nm) oder mehr enthält; und eine Leiterplatte, die mit der fotoelektrischen Umwandlungseinheit verbunden ist, wobei die Leiterplatte umfasst: eine Pixelsignal-Erzeugungsschaltung, die ein Pixelsignal mit einem Spannungswert erzeugt, der einer in der fotoelektrischen Umwandlungseinheit erzeugten Ladung entspricht; und eine Thermometerschaltung, die eine Temperatur der Leiterplatte detektiert.
  12. Bildgebungsvorrichtung, aufweisend: die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 1; und ein Gehäuse, das die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung aufnimmt.
  13. Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 12, ferner aufweisend ein Temperatur-Regelungselement, das im Gehäuse angeordnet und auf einer Seite einer zweiten Oberfläche der Leiterplatte angeordnet ist, die der ersten Oberfläche entgegengesetzt ist, worauf die Pixelsignal-Erzeugungsschaltung und die Thermometerschaltung angeordnet sind.
  14. Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Thermometerschaltung in einem Gebiet angeordnet ist, das mit dem Temperatur-Regelungselement in einer zur ersten Oberfläche senkrechten Richtung überlappt.
  15. Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 13, wobei das Temperatur-Regelungselement ein Peltier-Element ist.
  16. Bildgebungssystem, aufweisend: eine Bildgebungsvorrichtung, die die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 1 und ein Temperatur-Regelungselement zum Regeln einer Temperatur der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung enthält; eine Temperatur-Regelungsvorrichtung, die das Temperatur-Regelungselement steuert; und eine Steuerungsvorrichtung, die die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung und die Temperatur-Regelungsvorrichtung steuert, wobei die Steuerungsvorrichtung die Temperatur-Regelungsvorrichtung auf Basis der durch die Thermometerschaltung detektierten Temperatur steuert.
  17. Bildgebungssystem nach Anspruch 16, wobei die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung ferner eine Umwandlungsschaltung enthält, die ein von der Thermometerschaltung abgegebenes analoges Signal in ein digitales Signal umwandelt, die Bildgebungsvorrichtung ferner ein Gehäuse umfasst, das die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung und das Temperatur-Regelungselement aufnimmt, das Gehäuse einen Anschluss zum Übertragen oder Empfangen eines digitalen Signals zwischen der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung und der Steuerungsvorrichtung enthält und die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung das digitale Signal über den Anschluss zur Steuerungsvorrichtung überträgt.
  18. Bildgebungssystem nach Anspruch 17, wobei die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung und die Steuerungsvorrichtung durch einen I2C-Bus (inter-integrated circuit) (I2C) oder eine serielle periphere Schnittstelle (SPI) verbunden sind.
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