JP2014017468A - 固体撮像素子、固体撮像素子の校正方法、シャッタ装置及び電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光電変換部を有する複数の画素と、光電変換部の受光面側に設けられると共に、複数のナノカーボン層を有して構成され、印加される電圧に応じて光の透過率、及び、透過可能な光の波長領域が変化するナノカーボン積層膜とを備える。
【選択図】図4
Description
1.第1の実施形態:受光部上にナノカーボン積層膜からなるフィルタを備えた固体撮像素子の例
2.第2の実施形態:ナノカーボン積層膜が可視光画素上部に形成された固体撮像素子の例
3.第3の実施形態:ナノカーボン積層膜が全面に形成された固体撮像素子の例
4.第4の実施形態:ナノカーボン積層膜を有するシャッタ装置とイメージセンサを備えた撮像装置
5.第5の実施形態:ナノカーボン積層膜を有するシャッタ装置とイメージセンサを備えた撮像装置
6.第6の実施形態:ナノカーボン積層膜を有するシャッタ装置とイメージセンサを備えた撮像装置
7.第7の実施形態:ナノカーボン積層膜を有する固体撮像素子を備える電子機器
8.第8の実施形態:ナノカーボン積層膜を有する撮像装置を備える電子機器
図3は、本開示の第1の実施形態に係る固体撮像素子11の全体を示す概略構成図である。本実施形態例の固体撮像素子11は、シリコンからなる基板21上に配列された複数の画素12から構成される画素部13と、垂直駆動回路14と、カラム信号処理回路15と、水平駆動回路16と、出力回路17と、制御回路18等を有して構成される。
ダイナミックレンジは、最大信号量である飽和信号量とノイズの比で表される。そして、このダイナミックレンジが大きい程、明るいシーンでの信号と暗いシーンでの信号とを確実に得ることができる。本実施形態の固体撮像素子11では、IR画素39IRにおいて、ナノカーボン積層膜35に印加する電圧の大きさと、ナノカーボン積層膜35を構成するグラフェンの積層数を変えることにより、ナノカーボン積層膜35を透過する光の透過率を変えることができる。これにより、ダイナミックレンジの拡大を図ることができる。
次に、暗電流ムラを補正するノイズキャンセル機能について詳述する。暗電流とは、光を完全に遮断した場合でも、出力電流や熱によって発生する電荷によって発生するノイズである。固体撮像素子11にノイズキャンセル機能を付与する場合には、ナノカーボン積層膜35として、電圧を印加しない場合の光の透過率がほぼ0%であり、電圧を印加した場合の光の透過率がほぼ100%であるナノカーボン積層膜を用いる。この場合、ナノカーボン積層膜35に電圧を印加しない場合、IR画素39IRは、光を透過しないため、得られる信号成分は暗電流によるノイズ成分ΔEのみである。この暗電流によるノイズを、赤色画素39R、青色画素39B、緑色画素39Gのそれぞれの信号成分から差し引くことによって、それぞれの画素で暗電流によるノイズ信号を除去できる。
図9は、変形例1に係る固体撮像素子41の4画素分の概略断面図である。
ナノカーボン積層膜は、その構成及び材料によって透過可能(透過率を変調可能)な光の波長領域と光の透過率を変化させることができる。図10は、変形例2に係るナノカーボン積層膜の概略断面図である。図10に示すように、ナノカーボン積層膜45は、第1電極46と、誘電体層47と、第2電極48とを有して構成される。
図15は、変形例3に係るナノカーボン積層膜の概略断面図である。図15に示すように、変形例3のナノカーボン積層膜50は、第1電極51及び第2電極53として不純物をドープしたグラフェンを用いたことのみが、図10に示すナノカーボン積層膜45とは異なる。図15に示すように、ナノカーボン積層膜50は、第1電極51と、誘電体層47と、第2電極53とを有して構成される。このため、図10に示すナノカーボン積層膜と同様の構成には同様の符号を付し、重複する説明は省略する。
図16は、変形例4に係るナノカーボン積層膜の概略断面図である。図16に示すように、変形例4に係るナノカーボン積層膜55は、誘電体層47と図10に示したナノカーボン積層膜45とが交互に積層された例である。すなわち、ナノカーボン積層膜55は、第1電極46と誘電体層47と第2電極48とを交互に積層させ、かつ、積層方向の両端の面が誘電体層47によって挟持された例である。このため、図10に示すナノカーボン積層膜と同様の構成には同様の符号を付し、重複する説明は省略する。
次に、変形例2〜4に係るナノカーボン積層膜の製造方法の一例を、図17A〜C、図18A〜Cを用いて説明する。
次に、本開示の第2の実施形態に係る固体撮像素子について説明する。図19は、本実施形態例の固体撮像素子61の断面構成図である。図19において、図4に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。本実施形態例の固体撮像素子61は、ナノカーボン積層膜50の下層にカラーフィルタ層62が形成される例である。
まず、カラーフィルタ層62として、赤色フィルタを用いた場合について説明する。この場合、ナノカーボン積層膜50は、第1電極51及び第2電極53間に電圧を印加しない場合には光を透過せず、所定の電圧(例えば10V)を印加した場合には、赤外〜赤色の波長の光を透過するように構成した。
出力信号=受光した信号+C1×赤色画素の高周波成分+C2×緑色画素の高周波成分+C3×青色画素の高周波成分
ここで、C1,C2,C3は係数である。係数は補正する箇所の信号により決定する。
次に、カラーフィルタ層62として、緑色フィルタを用いた場合について説明する。この場合、ナノカーボン積層膜50は、第1電極51及び第2電極53電極間に電圧を印加しない場合には光を透過せず、所定の電圧(例えば30V)を印加した場合には、緑色の波長領域までの光を透過するように構成した。
次に、カラーフィルタ層62として、ホワイトフィルタを用いた場合について説明する。この場合、ナノカーボン積層膜50は、第1電極51及び第2電極53電極間に電圧を印加しない場合には光を透過せず、所定の電圧(例えば10V)を印加した場合には、白色光(すなわち全波長)を透過するように構成した。
次に、本開示の第3の実施形態に係る固体撮像素子について説明する。図21は、本実施形態に係る固体撮像素子101の4画素分の概略断面図である。本実施形態例の固体撮像素子101は、全画素領域に変形例2のナノカーボン積層膜45が個別に形成され、カラーフィルタが設けられない構成である。図21において、図4に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。
次に、本開示の第4の実施形態に係る撮像装置について説明する。図22は、本実施形態の撮像装置65の概略構成図である。本実施形態の撮像装置65は、樹脂パッケージ66内に設置された固体撮像素子72の光入射側にシャッタ装置73を設ける例である。
次に、シャッタ装置73について説明する。本実施形態のシャッタ装置73は、第1電極67、誘電体層71及び第2電極68を有するナノカーボン積層膜69と、電圧印加部となる電圧電源Vとで構成されている。第1電極67及び第2電極68間に電圧を印加して光の透過率の変調を行う。
図27は、本実施形態例のシャッタ装置を有する撮像装置75の断面構成図である。本実施形態の撮像装置75は、第4の実施形態で用いた固体撮像素子72の真上にシャッタ装置73を有する例である。すなわち、固体撮像素子72の外側に設けられているモールド樹脂(図示せず)とシャッタ装置73とを密着させ、一体化した。図27において、図22に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。
図28は、本開示の第6の実施形態に係る撮像素子の断面構成図である。図28において、図27に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。
図29Aは、撮像検査時において、印加電圧を変化させたときのグラフェン積層膜の光の透過率の変化を示した図である。図29Bは、実際の出力信号から予測される(若しくは、実際に測定された各画素の)透過率を示す。
次に本開示の第7の実施形態に係る電子機器について説明する。図30は、本実施形態の電子機器85の概略構成図である。本実施形態の電子機器85は、固体撮像素子88と、光学レンズ86と、メカニカルシャッタ87と、駆動回路90と、信号処理回路89とを有する。本実施形態の電子機器85は、固体撮像素子88として上述した本開示の第1の実施形態における固体撮像素子11を電子機器(カメラ)に用いた場合の実施形態を示す。
次に、本開示の第8の実施形態に係る電子機器91について説明する。図31は、本実施形態例の電子機器91の概略構成図である。本実施形態の電子機器91は、図30に示すメカニカルシャッタ及び固体撮像素子を、シャッタ装置を備えた撮像装置92とした例である。すなわち、本実施形態の電子機器91は、撮像装置92と、光学レンズ86と、駆動回路90と、信号処理回路89とを有する。尚、撮像装置92は、本開示の第4の実施形態における撮像装置65用いた場合の実施形態を示す。図31において、図30に対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。
(1)
光電変換部を有する複数の画素と、
前記光電変換部の受光面側に設けられると共に、複数のナノカーボン層を有して構成され、印加される電圧に応じて光の透過率、及び、透過可能な光の波長領域が変化するナノカーボン積層膜と
を備える固体撮像素子。
(2)
前記ナノカーボン積層膜は、所定の画素に対応する位置に設けられている
(1)に記載の固体撮像素子。
(3)
前記ナノカーボン積層膜は、近赤外の信号成分を取得する赤外線画素に対する位置に設けられており、
可視光の信号成分を取得する可視光画素における信号量から、前記赤外線画素における信号量を減算することにより、前記可視光画素の信号量を補正する
(1)又は(2)に記載の固体撮像素子。
(4)
前記ナノカーボン層はグラフェンである
(1)〜(3)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(5)
前記ナノカーボン積層膜は、単層又は複数の前記ナノカーボン層で構成される第1電極と、単層又は複数の前記ナノカーボン層で構成される第2電極と、前記第1電極及び前記第2電極に狭持された誘電体層とを含む
(1)〜(4)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(6)
前記誘電体層は、高誘電率材料で構成されている
(5)に記載の固体撮像素子。
(7)
前記第1電極を構成するナノカーボン層には、第1導電型の不純物がドープされており、
前記第2電極を構成するナノカーボン層には、第2導電型の不純物がドープされている
(5)又は(6)に記載の固体撮像素子。
(8)
隣り合う領域に配置される1つの青色画素、1つの緑色画素、及び、2つの赤色画素で単位画素が構成され、
前記ナノカーボン積層膜は、前記単位画素において、前記2つの赤色画素のうちいずれか一方の画素に対応する位置に設けられている
(1)〜(7)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(9)
前記ナノカーボン積層膜が設けられた赤色画素で取得された信号成分を用いて、色調補正を行う
(8)に記載の固体撮像素子。
(10)
隣り合う領域に配置される1つの青色画素、2つの緑色画素、及び、1つの赤色画素で単位画素が構成され、
前記ナノカーボン積層膜は、前記単位画素において、前記2つの緑色画素のうちいずれか一方の画素に対応する位置に設けられている
(1)〜(7)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(11)
隣り合う領域に配置される青色画素、緑色画素、赤色画素及び白色画素の4画素で単位画素が構成され、
前記ナノカーボン積層膜は、前記単位画素において、前記白色画素に対応する位置に設けられている
(1)〜(7)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(12)
光電変換部を有する複数の画素と、
前記光電変換部の受光面側に設けられると共に、複数のナノカーボン層を有して構成され、印加される電圧に応じて光の透過率、及び、透過可能な光の波長領域が変化するナノカーボン積層膜とを備える固体撮像素子において、
ナノカーボン積層膜の各画素に対応する位置の透過率を、画素毎に調整する
固体撮像素子の校正方法。
(13)
光電変換部を有する複数の画素と、
前記光電変換部の受光面側に設けられると共に、複数のナノカーボン層を有して構成され、印加される電圧に応じて光の透過率、及び、透過可能な光の波長領域が変化するナノカーボン積層膜とを備える固体撮像素子と、
前記固体撮像素子から出力される出力信号を処理する信号処理回路と
を含む電子機器。
(14)
複数のナノカーボン層を有して構成され、印加される電圧に応じて光の透過率、及び、透過可能な光の波長領域が変化するナノカーボン積層膜と、
前記ナノカーボン積層膜に電圧を印加する電圧印加部と
を備えるシャッタ装置。
(15)
前記ナノカーボン層はグラフェンで構成され、単層または複数のグラフェンで構成される第1電極と、単層または複数のグラフェンで構成される第2電極と、前記第1電極及び前記第2電極に狭持された誘電体層とを含む
(14)に記載のシャッタ装置。
(16)
前記誘電体層は、高誘電率材料で構成されている
(15)に記載のシャッタ装置。
(17)
前記第1電極を構成するナノカーボン層には、第1導電型の不純物がドープされており、
前記第2電極を構成するナノカーボン層には、第2導電型の不純物がドープされている
(15)〜(16)のいずれかに記載のシャッタ装置。
(18)
電圧印加部は、前記ナノカーボン積層膜の所定の領域に選択的に電圧を印加する
(14)〜(17)のいずれかに記載のシャッタ装置。
(19)
光電変換部を有する固体撮像素子と、
前記固体撮像素子の受光面側に設けられると共に、複数のナノカーボン層を有して構成され、印加される電圧に応じて光の透過率、及び、透過可能な光の波長領域が変化するナノカーボン積層膜、及び、前記ナノカーボン積層膜に電圧を印加する電圧印加部を有するシャッタ装置と、
前記固体撮像素子から出力される出力信号を処理する信号処理回路と
を含む電子機器。
(20)
前記電圧印加部は、前記ナノカーボン積層膜の所定の領域に選択的に電圧を印加可能に構成され、
前記シャッタ装置は、前記固体撮像素子の画素毎に透過率が調整される
(19)に記載の電子機器。
Claims (20)
- 光電変換部を有する複数の画素と、
前記光電変換部の受光面側に設けられると共に、複数のナノカーボン層を有して構成され、印加される電圧に応じて光の透過率、及び、透過可能な光の波長領域が変化するナノカーボン積層膜と
を備える固体撮像素子。 - 前記ナノカーボン積層膜は、所定の画素に対応する位置に設けられている
請求項1に記載の固体撮像素子。 - 前記ナノカーボン積層膜は、近赤外の信号成分を取得する赤外線画素に対する位置に設けられており、
可視光の信号成分を取得する可視光画素における信号量から、前記赤外線画素における信号量を減算することにより、前記可視光画素の信号量を補正する
請求項1に記載の固体撮像素子。 - 前記ナノカーボン層はグラフェンである
請求項1に記載の固体撮像素子。 - 前記ナノカーボン積層膜は、単層又は複数の前記ナノカーボン層で構成される第1電極と、単層又は複数の前記ナノカーボン層で構成される第2電極と、前記第1電極及び前記第2電極に狭持された誘電体層とを含む
請求項1に記載の固体撮像素子。 - 前記誘電体層は、高誘電率材料で構成されている
請求項5に記載の固体撮像素子。 - 前記第1電極を構成するナノカーボン層には、第1導電型の不純物がドープされており、
前記第2電極を構成するナノカーボン層には、第2導電型の不純物がドープされている
請求項5に記載の固体撮像素子。 - 隣り合う領域に配置される1つの青色画素、1つの緑色画素、及び、2つの赤色画素で単位画素が構成され、
前記ナノカーボン積層膜は、前記単位画素において、前記2つの赤色画素のうちいずれか一方の画素に対応する位置に設けられている
請求項1に記載の固体撮像素子。 - 前記ナノカーボン積層膜が設けられた赤色画素で取得された信号成分を用いて、色調補正を行う
請求項8記載の固体撮像素子。 - 隣り合う領域に配置される1つの青色画素、2つの緑色画素、及び、1つの赤色画素で単位画素が構成され、
前記ナノカーボン積層膜は、前記単位画素において、前記2つの緑色画素のうちいずれか一方の画素に対応する位置に設けられている
請求項1に記載の固体撮像素子。 - 隣り合う領域に配置される青色画素、緑色画素、赤色画素及び白色画素の4画素で単位画素が構成され、
前記ナノカーボン積層膜は、前記単位画素において、前記白色画素に対応する位置に設けられている
請求項1に記載の固体撮像素子。 - 光電変換部を有する複数の画素と、
前記光電変換部の受光面側に設けられると共に、複数のナノカーボン層を有して構成され、印加される電圧に応じて光の透過率、及び、透過可能な光の波長領域が変化するナノカーボン積層膜とを備える固体撮像素子において、
ナノカーボン積層膜の各画素に対応する位置の透過率を、画素毎に調整する
固体撮像素子の校正方法。 - 光電変換部を有する複数の画素と、
前記光電変換部の受光面側に設けられると共に、複数のナノカーボン層を有して構成され、印加される電圧に応じて光の透過率、及び、透過可能な光の波長領域が変化するナノカーボン積層膜とを備える固体撮像素子と、
前記固体撮像素子から出力される出力信号を処理する信号処理回路と
を含む電子機器。 - 複数のナノカーボン層を有して構成され、印加される電圧に応じて光の透過率、及び、透過可能な光の波長領域が変化するナノカーボン積層膜と、
前記ナノカーボン積層膜に電圧を印加する電圧印加部と
を備えるシャッタ装置。 - 前記ナノカーボン層はグラフェンで構成され、単層または複数のグラフェンで構成される第1電極と、単層または複数のグラフェンで構成される第2電極と、前記第1電極及び前記第2電極に狭持された誘電体層とを含む
請求項14に記載のシャッタ装置。 - 前記誘電体層は、高誘電率材料で構成されている
請求項15に記載のシャッタ装置。 - 前記第1電極を構成するナノカーボン層には、第1導電型の不純物がドープされており、
前記第2電極を構成するナノカーボン層には、第2導電型の不純物がドープされている
請求項15に記載のシャッタ装置。 - 前記電圧印加部は、前記ナノカーボン積層膜の所定の領域に選択的に電圧を印加する
請求項14に記載のシャッタ装置。 - 光電変換部を有する固体撮像素子と、
前記固体撮像素子の受光面側に設けられると共に、複数のナノカーボン層を有して構成され、印加される電圧に応じて光の透過率、及び、透過可能な光の波長領域が変化するナノカーボン積層膜、及び、前記ナノカーボン積層膜に電圧を印加する電圧印加部を有するシャッタ装置と、
前記固体撮像素子から出力される出力信号を処理する信号処理回路と
を含む電子機器。 - 前記電圧印加部は、前記ナノカーボン積層膜の所定の領域に選択的に電圧を印加可能に構成され、
前記シャッタ装置は、前記固体撮像素子の画素毎に透過率が調整される
請求項19に記載の電子機器。
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