JP2016086407A - 撮像装置および画像取得装置 - Google Patents
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Abstract
Description
電荷検出回路と、基板上に設けられた画素電極および補助電極と、電荷検出回路および画素電極と電気的に接続された電荷蓄積ノードと、画素電極および補助電極上に位置する光電変換層と、光電変換層上に位置する上部電極とを含む単位画素セルと、補助電極に対し、少なくとも2つの電圧を印加可能な電圧印加回路とを備えた撮像装置。
単位画素セルを複数備え、複数の単位画素セルは、1次元または2次元に配列されている、項目1に記載の撮像装置。
電圧印加回路は、補助電極に対し、第1の電圧と第1の電圧よりも大きい第2の電圧とを選択的に印加する、項目1または2に記載の撮像装置。
電荷検出回路は、所定のタイミングで画素電極をリセット電圧に設定するためのリセットトランジスタを含み、リセット電圧は、第1の電圧よりも大きく、第2の電圧よりも小さい、項目3に記載の撮像装置。
電荷検出回路は、所定のタイミングで画素電極をリセット電圧に設定するためのリセットトランジスタを含み、リセット電圧は、第2の電圧よりも大きい、項目3に記載の撮像装置。
電荷検出回路は、所定のタイミングで画素電極をリセット電圧に設定するためのリセットトランジスタを含み、リセット電圧は、第1の電圧よりも小さい、項目3に記載の撮像装置。
第1の電圧および第2の電圧の少なくとも一方は負電圧である、項目3に記載の撮像装置。
光電変換層へ入射する単位面積あたり光の量を検出する光量検出回路をさらに備え、電圧印加回路は、光量検出回路の検出結果に基づき電圧を印加する項目1から7のいずれかに記載の撮像装置。
補助電極に撮像時に印加した電圧の値を保持するメモリをさらに備える、項目1から8のいずれかに記載の撮像装置。
補助電極は、単位画素セルごとに分離されている、項目2に記載の撮像装置。
複数の単位画素セルは、第1の色のカラーフィルタを有する第1単位画素セルと、第2の色のカラーフィルタを有する第2単位画素セルとを含み、電圧印加回路は、第1単位画素セルの補助電極と第2単位画素セルの補助電極との間で異なる電圧を印加する、項目10に記載の撮像装置。
電圧印加回路は、1つのフレーム内において、補助電極に印加する電圧を切り替える、項目1から11のいずれかに記載の撮像装置。
電圧印加回路は、1つのフレーム内において、補助電極に印加する電圧を周期的に変化させる、項目12に記載の撮像装置。
照明装置をさらに備え、電圧印加回路は、補助電極に印加する電圧を照明装置の動作に応じて切り替える、項目1から13に記載の撮像装置。
補助電極に印加される電圧の切り替えに合わせて変化する電圧を上部電極に供給する制御線をさらに備える、項目12から14のいずれかに記載の撮像装置。
電圧印加回路は、指定されたF値に応じて異なる電圧を補助電極に印加する、項目1から15のいずれかに記載の撮像装置。
画素電極は、それぞれが補助電極に囲まれることにより空間的に分離された複数のサブ画素電極を含む、項目1から16のいずれかに記載の撮像装置。
複数の単位画素セルは、画素電極と補助電極との間に第1のギャップが形成された第1単位画素セルと、画素電極と補助電極との間に第1のギャップよりも大きい第2のギャップが形成された第2単位画素セルとを含む、項目2に記載の撮像装置。
補助電極は、複数のサブ補助電極を含み、複数のサブ補助電極の各々は、電圧印加回路との電気的接続を有する、項目1から18のいずれかに記載の撮像装置。
画像処理回路を備え、電圧印加回路は、少なくとも2つのフレームにおいて、異なる電圧を印加し、画像処理回路は、少なくとも2つのフレームの画像信号を合成し、合成した画像信号を出力する項目1から19のいずれかに記載の撮像装置。
複数の単位画素セルの各補助電極は互いに電気的に接続されている項目2および18に記載の撮像装置。
電圧印加回路は、2フレーム単位で電圧を変更する項目21に記載の撮像装置。
複数の単位画素セルは行および列の2次元に配列されており、少なくとも各行の単位画素セルの補助電極は、各行内において互いに電気的に接続されている項目2および18に記載の撮像装置。
複数の単位画素セルの補助電極は、n行(nは2以上の整数)ごとに群を形成し、各群内において、補助電極は互いに電気的に接続され、かつ、各群は、互いに電気的に分離している項目23に記載の撮像装置。
被写体を基準にして複数の異なる照射方向から、順次、照明光を出射し、照明光で被写体を照射する照明システムと、被写体を透過した照明光が入射する位置に配置され、異なる照射方向に応じて異なる複数の画像を取得する項目1から22のいずれかに記載の撮像装置と、複数の画像を合成して、複数の画像の各々よりも分解能の高い被写体の高分解能画像を形成する画像処理部とを備える画像取得装置。
図1から図11を参照しながら、本実施形態に係る撮像装置を説明する。
図1は、第1の実施形態に係る撮像装置101の回路構成の一例を模式的に示している。撮像装置101は、複数の単位画素セル14と周辺回路とを備えている。
図2は、本実施形態に係る撮像装置101中の単位画素セル14のデバイス構造の断面を模式的に示している。
次に図1、図2および図4Aから図4Dを参照しながら、撮像装置101の例示的な動作を説明する。以下に説明するように、信号電荷として正孔を利用する場合には、上部電極52よりも画素電極50および補助電極61の電位を低く設定することにより、光電変換で発生した正孔を画素電極50側へ集めることができる。
図7を参照して説明した動作では、補助電極61に印加する感度調整電圧を2フレーム単位で変化させている。しかしながら、感度調整電圧の切り替えは、2フレーム単位に限定されない。以下に説明するように、1フレーム単位での感度調整電圧の切り替えも可能である。
次に、図12Aから図13Bを参照しながら、本実施形態に係る撮像装置を説明する。
図14Aを参照しながら、本実施形態に係る撮像装置を説明する。
図14Bは、第3の実施形態に係る撮像装置の他の構成の例を示す。図14Bに示す撮像装置103Aは、フラッシュ72を有する。図14Bに例示する構成において、図10を参照して説明したように、フラッシュの発光タイミングに合わせて、撮像装置103Aの感度が一時的に低くなるような動作が実行されてもよい。例えば、電圧印加回路60Cが、フラッシュの発光タイミングに合わせて、撮像装置103Aの感度が一時的に低くなるような感度調整電圧を単位画素セル14に供給してもよい。
図17を参照しながら、本実施形態に係る撮像装置を説明する。
図18は、第4の実施形態に係る撮像装置における画素電極および補助電極の配置の一例を示す。図18は、画素アレイ中の複数の単位画素セルのうちの9つを抜き出して例示している。以下に説明するように、機能の異なる単位画素セルを画素アレイ中に混在させておいてもよい。
図22を参照しながら、本実施形態に係る撮像装置を説明する。
図23、図24Aおよび図24Bを参照しながら、本実施形態に係る撮像装置を説明する。
図25Aから図30を参照しながら、本実施形態に係る画像取得装置を説明する。
11 増幅トランジスタ
12 リセットトランジスタ
13 アドレストランジスタ
14、14B〜14E、14Eg、14Eb、14G 単位画素セル
15 垂直走査回路
16 光電変換部制御線
17 垂直信号線
18 負荷回路
19 カラム信号処理回路
20 水平信号読出し回路
21 電源配線
22 反転増幅器
23 フィードバック線
24 電荷蓄積ノード
26 アドレス信号線
27 リセット信号線
28 感度調整線
31 半導体基板
38A、38B、38C ゲート絶縁層
39A、39B、39C ゲート電極
41A〜41E n型不純物領域
42 素子分離領域
43A、43B、43C 層間絶縁層
45A、45B コンタクトプラグ
46A、46B、46C 配線
47A、47B、47C、48 プラグ
49 配線
50、50B〜50D 画素電極
50a〜50i サブ画素電極
51 光電変換層
51A、51B、51Ba、51Bd、51C、51D 領域
52 上部電極
60、60A〜60D、60F 電圧印加回路
61、61B、61E、61G 補助電極
611〜61n、61C、61D 補助電極行
61a〜61d サブ補助電極
70 光量検出回路
71 画像処理回路
72 フラッシュ
74 入力インターフェース
75b、75g カラーフィルタ
76 マイクロレンズ
78 メモリ
80 被写体
81 照明システム
83 平行光光源
81A〜81I 領域
81a〜81i 光源
82 機構
82A ゴニオ機構
82B 回転機構
90 画像処理部
101、103、103A、103B、104、104E、105 撮像装置
100 撮像装置
106 画像取得装置
Claims (14)
- 電荷検出回路と、
基板上に設けられた画素電極および補助電極と、
前記電荷検出回路および前記画素電極と電気的に接続された電荷蓄積ノードと、
前記画素電極および補助電極上に位置する光電変換層と、
前記光電変換層上に位置する上部電極と、
を含む単位画素セルと、
前記補助電極に対し、少なくとも2つの電圧を印加可能な電圧印加回路と、
を備えた撮像装置。 - 前記単位画素セルを複数備え、前記複数の単位画素セルは、1次元または2次元に配列されている、請求項1に記載の撮像装置。
- 前記電圧印加回路は、前記補助電極に対し、第1の電圧と前記第1の電圧よりも大きい第2の電圧とを選択的に印加する、請求項1または2に記載の撮像装置。
- 前記電荷検出回路は、所定のタイミングで前記画素電極をリセット電圧に設定するためのリセットトランジスタを含み、前記リセット電圧は、前記第1の電圧よりも大きく、前記第2の電圧よりも小さい、請求項3に記載の撮像装置。
- 前記電荷検出回路は、所定のタイミングで前記画素電極をリセット電圧に設定するためのリセットトランジスタを含み、前記リセット電圧は、前記第2の電圧よりも大きい、請求項3に記載の撮像装置。
- 前記電荷検出回路は、所定のタイミングで前記画素電極をリセット電圧に設定するためのリセットトランジスタを含み、前記リセット電圧は、前記第1の電圧よりも小さい、請求項3に記載の撮像装置。
- 前記第1の電圧および前記第2の電圧の少なくとも一方は負電圧である、請求項3に記載の撮像装置。
- 前記光電変換層へ入射する単位面積あたり光の量を検出する光量検出回路をさらに備え、
前記電圧印加回路は、前記光量検出回路の検出結果に基づき電圧を印加する請求項1から7のいずれかに記載の撮像装置。 - 画像処理回路を備え、
前記電圧印加回路は、少なくとも2つのフレームにおいて、異なる電圧を印加し、
前記画像処理回路は、前記少なくとも2つのフレームの画像信号を合成し、合成した画像信号を出力する請求項1から8のいずれかに記載の撮像装置。 - 前記複数の単位画素セルの各補助電極は互いに電気的に接続されている請求項2に記載の撮像装置。
- 前記電圧印加回路は、2フレーム単位で電圧を変更する請求項10に記載の撮像装置。
- 前記複数の単位画素セルは行および列の2次元に配列されており、
少なくとも各行の単位画素セルの前記補助電極は、各行内において互いに電気的に接続されている請求項2に記載の撮像装置。 - 前記複数の単位画素セルの前記補助電極は、n行(nは2以上の整数)ごとに群を形成し、各群内において、前記補助電極は互いに電気的に接続され、かつ、各群は、互いに電気的に分離している請求項12に記載の撮像装置。
- 被写体を基準にして複数の異なる照射方向から、順次、照明光を出射し、前記照明光で前記被写体を照射する照明システムと、
前記被写体を透過した前記照明光が入射する位置に配置され、前記異なる照射方向に応じて異なる複数の画像を取得する請求項1から11のいずれかに記載の撮像装置と、
前記複数の画像を合成して、前記複数の画像の各々よりも分解能の高い前記被写体の高分解能画像を形成する画像処理部と、
を備える画像取得装置。
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