JP2021114611A - Imaging device and image acquisition device - Google Patents

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Abstract

To provide a multi-layered imaging device capable of varying sensitivity.SOLUTION: The imaging device of the present disclosure has a pixel and a voltage application circuit. The pixel includes an upper electrode, an auxiliary electrode, a pixel electrode that collects holes as signal charges, an auxiliary electrode, and a photoelectric conversion layer positioned between the upper electrode and the pixel electrode. The voltage application circuit can selectively apply the first voltage and the second voltage to the auxiliary electrode. The first voltage and the second voltage are smaller than the voltage applied to the upper electrode.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、撮像装置および画像取得装置に関する。 The present disclosure relates to an image pickup apparatus and an image acquisition apparatus.

MOS(Metal Oxide Semiconductor)型の撮像装置として積層型の撮像装置が提案されている。積層型の撮像装置では、半導体基板の最表面に光電変換膜が積層され、光電変換膜内において光電変換によって発生した電荷を電荷蓄積領域に蓄積する。撮像装置は、半導体基板内でCCD(Charge Coupled Device)回路またはCMOS(Complementary MOS)回路を用いてその蓄積された電荷を読み出す。例えば特許文献1は、そのような撮像装置を開示している。 A laminated image pickup device has been proposed as a MOS (Metal Oxide Semiconductor) type image pickup device. In the laminated image pickup apparatus, a photoelectric conversion film is laminated on the outermost surface of the semiconductor substrate, and the electric charge generated by the photoelectric conversion is accumulated in the charge storage region in the photoelectric conversion film. The image pickup apparatus reads out the accumulated charge using a CCD (Charge Coupled Device) circuit or a CMOS (Complementary MOS) circuit in the semiconductor substrate. For example, Patent Document 1 discloses such an imaging device.

特開2009−164604号公報JP-A-2009-164604

撮像装置は、様々な環境下で使用される。例えば、監視用あるいは車載用の撮像装置は、明るさが大きく異なる撮影環境においても、高画質で撮影を行うことが求められる。このため、従来の積層型撮像装置では、感度を変えることのできる撮像装置が求められていた。本願の限定的ではないある例示的な一実施形態は、感度が可変である積層型の撮像装置を提供する。 The imaging device is used in various environments. For example, a surveillance or in-vehicle imaging device is required to perform high-quality shooting even in a shooting environment in which the brightness varies greatly. Therefore, in the conventional stacked image pickup device, an image pickup device capable of changing the sensitivity has been required. One non-limiting exemplary embodiment of the present application provides a stacked imaging device with variable sensitivity.

本願の限定的ではないある例示的な一実施形態に係る撮像装置は、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る。 An image pickup apparatus according to an exemplary embodiment, which is not limited to the present application, electrically connects a charge detection circuit, a pixel electrode and an auxiliary electrode provided on a substrate, and the charge detection circuit and the pixel electrode. At least two voltages with respect to the unit pixel cell including the charged charge storage node, the photoelectric conversion layer located on the pixel electrode and the auxiliary electrode, and the upper electrode located on the photoelectric conversion layer, and the auxiliary electrode. It is provided with a voltage application circuit capable of applying the above.

本開示の一態様によれば感度の調節が可能な撮像装置を提供できる。 According to one aspect of the present disclosure, it is possible to provide an imaging device whose sensitivity can be adjusted.

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示す模式図である。FIG. 1 is a schematic view showing an example of the circuit configuration of the image pickup apparatus 101 according to the first embodiment. 図2は、第1の実施形態に係る撮像装置内の単位画素セルの断面の典型例を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic view showing a typical example of a cross section of a unit pixel cell in the image pickup apparatus according to the first embodiment. 図3は、画素電極および補助電極の形状の一例を示す模式的な平面図である。FIG. 3 is a schematic plan view showing an example of the shapes of the pixel electrode and the auxiliary electrode. 図4Aは、補助電極に感度調整電圧を印加した場合において光電変換層に形成される、電荷を捕捉するための領域の一例を示す模式的な断面図である。FIG. 4A is a schematic cross-sectional view showing an example of a region for capturing electric charge formed in the photoelectric conversion layer when a sensitivity adjusting voltage is applied to the auxiliary electrode. 図4Bは、補助電極に感度調整電圧を印加した場合において光電変換層に形成される、電荷を捕捉するための領域の一例を示す模式的な平面図である。FIG. 4B is a schematic plan view showing an example of a region for capturing electric charges formed in the photoelectric conversion layer when a sensitivity adjusting voltage is applied to the auxiliary electrode. 図4Cは、補助電極に感度調整電圧を印加した場合において光電変換層に形成される、電荷を捕捉するための領域の他の一例を示す模式的な断面図である。FIG. 4C is a schematic cross-sectional view showing another example of a region for capturing electric charges formed in the photoelectric conversion layer when a sensitivity adjusting voltage is applied to the auxiliary electrode. 図4Dは、補助電極に感度調整電圧を印加した場合において光電変換層に形成される、電荷を捕捉するための領域の他の一例を示す模式的な平面図である。FIG. 4D is a schematic plan view showing another example of a region for capturing electric charges formed in the photoelectric conversion layer when a sensitivity adjusting voltage is applied to the auxiliary electrode. 図5は、感度調整電圧と感度との間の例示的な関係を示す模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram showing an exemplary relationship between the sensitivity adjustment voltage and the sensitivity. 図6Aは、補助電極に感度調整電圧V1を印加したときに光電変換層に形成される、電荷を捕捉するための領域の一例と、補助電極に感度調整電圧V2を印加したときに光電変換層に形成される、電荷を捕捉するための領域の一例とをあわせて示す模式的な平面図である。FIG. 6A shows an example of a region for capturing electric charges formed in the photoelectric conversion layer when the sensitivity adjustment voltage V1 is applied to the auxiliary electrode, and the photoelectric conversion layer when the sensitivity adjustment voltage V2 is applied to the auxiliary electrode. It is a schematic plan view which shows together with an example of the region for capturing charge formed in. 図6Bは、補助電極に感度調整電圧V1を印加したときに光電変換層に形成される、電荷を捕捉するための領域の他の一例と、補助電極に感度調整電圧V2を印加したときに光電変換層に形成される、電荷を捕捉するための領域の他の一例とをあわせて示す模式的な平面図である。FIG. 6B shows another example of a region for capturing electric charges formed in the photoelectric conversion layer when the sensitivity adjustment voltage V1 is applied to the auxiliary electrode, and photoelectric when the sensitivity adjustment voltage V2 is applied to the auxiliary electrode. It is a schematic plan view which shows together with another example of the region for capturing charge formed in the conversion layer. 図6Cは、補助電極にV1<0を満たす感度調整電圧V1を印加した場合において光電変換層に形成される、電荷を捕捉するための領域の一例を示す模式的な平面図である。FIG. 6C is a schematic plan view showing an example of a region for capturing electric charges formed in the photoelectric conversion layer when a sensitivity adjustment voltage V1 satisfying V1 <0 is applied to the auxiliary electrode. 図6Dは、電子を信号電荷として用いた場合において、補助電極に感度調整電圧V1を印加したときに光電変換層に形成される、電荷を捕捉するための領域の一例と、補助電極に感度調整電圧V2を印加したときに光電変換層に形成される、電荷を捕捉するための領域の一例とをあわせて示す模式的な平面図である。FIG. 6D shows an example of a region for capturing electric charge formed in the photoelectric conversion layer when the sensitivity adjustment voltage V1 is applied to the auxiliary electrode when electrons are used as signal charges, and sensitivity adjustment to the auxiliary electrode. It is a schematic plan view which shows also an example of the region for capturing an electric charge which is formed in a photoelectric conversion layer when a voltage V2 is applied. 図7は、第1の実施形態に係る撮像装置の感度調整電圧およびリセットゲート電圧の変化のタイミングの一例を示すタイミングチャートである。FIG. 7 is a timing chart showing an example of the timing of changes in the sensitivity adjustment voltage and the reset gate voltage of the image pickup apparatus according to the first embodiment. 図8は、第1の実施形態に係る撮像装置の感度調整電圧およびリセットゲート電圧の変化のタイミングの他の一例を示すタイミングチャートである。FIG. 8 is a timing chart showing another example of the timing of changes in the sensitivity adjustment voltage and the reset gate voltage of the image pickup apparatus according to the first embodiment. 図9は、第1の実施形態に係る撮像装置の感度調整電圧およびリセットゲート電圧の変化のタイミングのさらに他の一例を示すタイミングチャートである。FIG. 9 is a timing chart showing still another example of the timing of changes in the sensitivity adjustment voltage and the reset gate voltage of the image pickup apparatus according to the first embodiment. 図10は、フラッシュを有する撮像装置における動作の一例を説明するための図である。FIG. 10 is a diagram for explaining an example of operation in an image pickup apparatus having a flash. 図11は、第1の実施形態に係る撮像装置の感度調整電圧、上部電極の電圧およびリセットゲート電圧の変化のタイミングの一例を示すタイミングチャートである。FIG. 11 is a timing chart showing an example of the timing of changes in the sensitivity adjustment voltage, the voltage of the upper electrode, and the reset gate voltage of the image pickup apparatus according to the first embodiment. 図12Aは、第2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平面構造の一例を示す模式図である。FIG. 12A is a schematic view showing an example of the planar structure of the pixel electrode and the auxiliary electrode in the image pickup apparatus according to the second embodiment. 図12Bは、第2の実施形態に係る撮像装置の感度調整電圧およびリセットゲート電圧の変化のタイミングの一例を示すタイミングチャートである。FIG. 12B is a timing chart showing an example of the timing of changes in the sensitivity adjustment voltage and the reset gate voltage of the image pickup apparatus according to the second embodiment. 図12Cは、第2の実施形態に係る撮像装置の感度調整電圧およびリセットゲート電圧の変化のタイミングの他の一例を示すタイミングチャートである。FIG. 12C is a timing chart showing another example of the timing of changes in the sensitivity adjustment voltage and the reset gate voltage of the image pickup apparatus according to the second embodiment. 図13Aは第2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平面構造の他の一例を示す模式図である。FIG. 13A is a schematic view showing another example of the planar structure of the pixel electrode and the auxiliary electrode in the image pickup apparatus according to the second embodiment. 図13Bは、第2の実施形態に係る撮像装置の感度調整電圧およびリセットゲート電圧の変化のタイミングのさらに他の一例を示すタイミングチャートである。FIG. 13B is a timing chart showing still another example of the timing of changes in the sensitivity adjustment voltage and the reset gate voltage of the image pickup apparatus according to the second embodiment. 図14は、第3の実施形態に係る撮像装置の回路構成の一例を示す模式図である。FIG. 14 is a schematic view showing an example of the circuit configuration of the image pickup apparatus according to the third embodiment. 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模式図である。FIG. 14B is a schematic view showing an example of another configuration of the image pickup apparatus according to the third embodiment. 図15は、第3の実施形態に係る撮像装置のさらに他の構成の例を示す模式図である。FIG. 15 is a schematic view showing an example of still another configuration of the image pickup apparatus according to the third embodiment. 図16は、入力インターフェース74を有す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平面図である。FIG. 16 is a plan view showing an example of arrangement of pixel electrodes and auxiliary electrodes in an image pickup apparatus having an input interface 74. 図17は、第4の実施形態に係る撮像装置の回路構成の一例を示す模式図である。FIG. 17 is a schematic view showing an example of the circuit configuration of the image pickup apparatus according to the fourth embodiment. 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平面図である。FIG. 18 is a plan view showing an example of arrangement of pixel electrodes and auxiliary electrodes in the image pickup apparatus according to the fourth embodiment. 図19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他の一例を示す平面図である。FIG. 19 is a plan view showing another example of the arrangement of the pixel electrode and the auxiliary electrode in the image pickup apparatus according to the fourth embodiment. 図20は、画素電極50および補助電極61Eを含む単位画素セル14Eと、電圧印加回路60との間の電気的接続の一例を示す模式図である。FIG. 20 is a schematic view showing an example of an electrical connection between the unit pixel cell 14E including the pixel electrode 50 and the auxiliary electrode 61E and the voltage application circuit 60. 図21は、画素電極50および補助電極61Eを含む単位画素セル14Eの断面の一例を示す模式図である。FIG. 21 is a schematic view showing an example of a cross section of the unit pixel cell 14E including the pixel electrode 50 and the auxiliary electrode 61E. 図22は、第5の実施形態に係る撮像装置の回路構成の一例を示す模式図である。FIG. 22 is a schematic view showing an example of the circuit configuration of the image pickup apparatus according to the fifth embodiment. 図23は、第6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平面図である。FIG. 23 is a plan view showing an example of arrangement of pixel electrodes and auxiliary electrodes in the image pickup apparatus according to the sixth embodiment. 図24Aは、単位画素セル14Gの光電変換層51に形成される、電荷を捕捉するための領域51Aの一例を示す模式的な断面図である。FIG. 24A is a schematic cross-sectional view showing an example of a region 51A for capturing electric charges formed in the photoelectric conversion layer 51 of the unit pixel cell 14G. 図24Bは、サブ補助電極61aに第2の感度調整電圧が印加され、サブ補助電極61dに第1の感度調整電圧が印加された状態における、電荷を捕捉するための領域51Aの一例を示す模式的な断面図である。FIG. 24B is a schematic showing an example of a region 51A for capturing electric charge in a state where the second sensitivity adjustment voltage is applied to the sub-auxiliary electrode 61a and the first sensitivity adjustment voltage is applied to the sub-auxiliary electrode 61d. It is a cross-sectional view. 図25Aは、第7の実施形態に係る画像取得装置の構成の一例を示すブロック図である。FIG. 25A is a block diagram showing an example of the configuration of the image acquisition device according to the seventh embodiment. 図25Bは、第7の実施形態に係る画像取得装置における照明システムの構成の一例を示す模式図である。FIG. 25B is a schematic view showing an example of the configuration of the lighting system in the image acquisition device according to the seventh embodiment. 図26Aは、補助電極に感度調整電圧Vkを印加した場合において、画像取得装置により、画像を取得する例示的な手順を説明するための図である。FIG. 26A is a diagram for explaining an exemplary procedure for acquiring an image by an image acquisition device when a sensitivity adjustment voltage Vk is applied to the auxiliary electrode. 図26Bは、補助電極に感度調整電圧Vkを印加した場合において、画像取得装置により、画像を取得する例示的な手順を説明するための図である。FIG. 26B is a diagram for explaining an exemplary procedure for acquiring an image by an image acquisition device when a sensitivity adjustment voltage Vk is applied to the auxiliary electrode. 図27は、補助電極に感度調整電圧Vkを印加した場合における、撮影した複数の画像の画素配置の一例を示す模式図である。FIG. 27 is a schematic view showing an example of pixel arrangement of a plurality of captured images when a sensitivity adjustment voltage Vk is applied to the auxiliary electrodes. 図28Aは、補助電極に感度調整電圧Vhを印加した場合における、被写体を透過して、電荷を捕捉するための領域に入射する光線と、照明方向との関係の一例を示す模式図である。FIG. 28A is a schematic view showing an example of the relationship between the illumination direction and the light beam transmitted through the subject and incident on the region for capturing the electric charge when the sensitivity adjustment voltage Vh is applied to the auxiliary electrode. 図28Bは、補助電極に感度調整電圧Vhを印加した場合における、被写体を透過して、電荷を捕捉するための領域に入射する光線と、照明方向との関係の他の一例を示す模式図である。FIG. 28B is a schematic diagram showing another example of the relationship between the light beam transmitted through the subject and incident on the region for capturing the electric charge when the sensitivity adjustment voltage Vh is applied to the auxiliary electrode and the illumination direction. be. 図28Cは、補助電極に感度調整電圧Vhを印加した場合における、被写体を透過して、電荷を捕捉するための領域に入射する光線と、照明方向との関係のさらに他の一例を示す模式図である。FIG. 28C is a schematic view showing still another example of the relationship between the light beam transmitted through the subject and incident on the region for capturing the electric charge when the sensitivity adjustment voltage Vh is applied to the auxiliary electrode and the illumination direction. Is. 図29は、補助電極に感度調整電圧Vhを印加した場合における、撮影した複数の画像の画素配置の一例を示す模式図である。FIG. 29 is a schematic diagram showing an example of pixel arrangement of a plurality of captured images when a sensitivity adjustment voltage Vh is applied to the auxiliary electrodes. 図30は、第7の実施形態に係る画像取得装置における照明システムの構成の他の一例を示す図である。FIG. 30 is a diagram showing another example of the configuration of the lighting system in the image acquisition device according to the seventh embodiment.

本開示の一態様の概要は以下のとおりである。 The outline of one aspect of the present disclosure is as follows.

[項目1]
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。
[Item 1]
A charge detection circuit, a pixel electrode and an auxiliary electrode provided on a substrate, a charge storage node electrically connected to the charge detection circuit and the pixel electrode, and a photoelectric conversion layer located on the pixel electrode and the auxiliary electrode. An imaging device including a unit pixel cell including an upper electrode located on a photoelectric conversion layer, and a voltage application circuit capable of applying at least two voltages to an auxiliary electrode.

この構成によれば、異なる2以上の電圧を選択的にまたは同時に補助電極に印加するこ
とができる。
According to this configuration, two or more different voltages can be selectively or simultaneously applied to the auxiliary electrodes.

[項目2]
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。
[Item 2]
The imaging apparatus according to item 1, further comprising a plurality of unit pixel cells, wherein the plurality of unit pixel cells are arranged one-dimensionally or two-dimensionally.

[項目3]
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。
[Item 3]
The imaging apparatus according to item 1 or 2, wherein the voltage application circuit selectively applies a first voltage and a second voltage larger than the first voltage to the auxiliary electrodes.

この構成によれば、補助電極に印加する電圧を第1の電圧と第2の電圧との間で切り替えることにより、補助電極が捕捉する信号電荷の量を制御することができる。そのため、補助電極に印加する電圧の切り替えにより、撮像装置の感度を調節したり混色を防止したりすることが可能となる。 According to this configuration, the amount of signal charge captured by the auxiliary electrode can be controlled by switching the voltage applied to the auxiliary electrode between the first voltage and the second voltage. Therefore, by switching the voltage applied to the auxiliary electrode, it is possible to adjust the sensitivity of the image pickup apparatus and prevent color mixing.

[項目4]
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。
[Item 4]
The imaging according to item 3, wherein the charge detection circuit includes a reset transistor for setting the pixel electrode to the reset voltage at a predetermined timing, and the reset voltage is larger than the first voltage and smaller than the second voltage. Device.

この構成によれば、感度調整電圧による、画素電極へ移動し得る正孔が分布する領域のサイズの振り幅を広く設定できるという効果がある。 According to this configuration, there is an effect that the swing width of the size of the region where the holes that can move to the pixel electrode are distributed can be widely set by the sensitivity adjustment voltage.

[項目5]
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。
[Item 5]
The image pickup apparatus according to item 3, wherein the charge detection circuit includes a reset transistor for setting a pixel electrode to a reset voltage at a predetermined timing, and the reset voltage is larger than a second voltage.

この構成によれば、信号電荷が負電荷のとき、感度を優先した撮像と、感度を維持しつつ、色再現性の良好な撮像とを両立するという効果がある。 According to this configuration, when the signal charge is a negative charge, there is an effect that imaging with priority given to sensitivity and imaging with good color reproducibility while maintaining sensitivity are compatible.

[項目6]
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。
[Item 6]
The image pickup apparatus according to item 3, wherein the charge detection circuit includes a reset transistor for setting a pixel electrode to a reset voltage at a predetermined timing, and the reset voltage is smaller than the first voltage.

この構成によれば、信号電荷が正電荷のとき、感度を優先した撮像と、感度を維持しつつ、色再現性の良好な撮像とを両立する、という効果がある。 According to this configuration, when the signal charge is a positive charge, there is an effect that imaging with priority given to sensitivity and imaging with good color reproducibility while maintaining sensitivity are compatible.

[項目7]
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。
[Item 7]
The imaging apparatus according to item 3, wherein at least one of the first voltage and the second voltage is a negative voltage.

この構成によれば、画素内のトランジスタを駆動する電圧に負電圧を用いる場合、この負電圧を発生させる発生回路を、補助電極に電圧を印加する電圧印加回路として用いることができ、周辺回路の規模を小さくしたり、周辺回路の構成を簡略にしたりすることができるという効果がある。 According to this configuration, when a negative voltage is used as the voltage for driving the transistor in the pixel, the generating circuit for generating this negative voltage can be used as a voltage applying circuit for applying a voltage to the auxiliary electrode, and the peripheral circuit can be used. It has the effect of reducing the scale and simplifying the configuration of peripheral circuits.

[項目8]
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。
[Item 8]
The imaging according to any one of items 1 to 7, further comprising a light amount detection circuit that detects the amount of light per unit area incident on the photoelectric conversion layer, and the voltage application circuit applies a voltage based on the detection result of the light amount detection circuit. Device.

この構成によれば、光量検出回路の検出結果に基づいて補助電極に電圧が印加されるので、より適切な感度で撮影を行うことが可能となる。 According to this configuration, a voltage is applied to the auxiliary electrode based on the detection result of the light amount detection circuit, so that it is possible to take a picture with more appropriate sensitivity.

[項目9]
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。
[Item 9]
The imaging device according to any one of items 1 to 8, further comprising a memory for holding a value of a voltage applied at the time of imaging on an auxiliary electrode.

この構成によれば、撮影に用いた感度調整電圧の値を、画像データに付随する情報として残すことができる。 According to this configuration, the value of the sensitivity adjustment voltage used for photographing can be left as information accompanying the image data.

[項目10]
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。
[Item 10]
Item 2. The imaging apparatus according to item 2, wherein the auxiliary electrodes are separated for each unit pixel cell.

この構成によれば、画素アレイにおける任意のパターンに応じた感度調整が可能となる。 According to this configuration, the sensitivity can be adjusted according to an arbitrary pattern in the pixel array.

[項目11]
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。
[Item 11]
The plurality of unit pixel cells include a first unit pixel cell having a first color color filter and a second unit pixel cell having a second color color filter, and the voltage application circuit is a first unit pixel. The imaging apparatus according to item 10, wherein different voltages are applied between the auxiliary electrode of the cell and the auxiliary electrode of the second unit pixel cell.

この構成によれば、シーンに応じたホワイトバランス調整が可能となる。 According to this configuration, the white balance can be adjusted according to the scene.

[項目12]
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。
[Item 12]
The imaging device according to any one of items 1 to 11, wherein the voltage application circuit switches the voltage applied to the auxiliary electrode in one frame.

この構成によれば、画素アレイに含まれるすべての単位画素セルにおける露光期間を揃えることが可能となる。 According to this configuration, it is possible to make the exposure periods of all the unit pixel cells included in the pixel array uniform.

[項目13]
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。
[Item 13]
The imaging device according to item 12, wherein the voltage application circuit periodically changes the voltage applied to the auxiliary electrodes in one frame.

この構成によれば、撮像装置に入射する光の周期的なチラツキの影響を除去することが可能となる。 According to this configuration, it is possible to eliminate the influence of the periodic flicker of the light incident on the image pickup apparatus.

[項目14]
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。
[Item 14]
The imaging device according to items 1 to 13, further comprising a lighting device, wherein the voltage application circuit switches the voltage applied to the auxiliary electrode according to the operation of the lighting device.

この構成によれば、照明の光跡の影響を除去することができる。 According to this configuration, the influence of the light trail of the illumination can be removed.

[項目15]
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。
[Item 15]
The imaging apparatus according to any one of items 12 to 14, further comprising a control line for supplying the upper electrode with a voltage that changes according to the switching of the voltage applied to the auxiliary electrode.

この構成によれば、補助電極に印加される電圧の切り替えに合わせて上部電極に印加される電圧を変化させることにより、撮像装置における感度をより0に近づけることが可能である。したがって、補助電極に印加される電圧および上部電極に印加される電圧の変化をシャッタとして利用することが可能である。 According to this configuration, the sensitivity in the image pickup apparatus can be made closer to 0 by changing the voltage applied to the upper electrode in accordance with the switching of the voltage applied to the auxiliary electrode. Therefore, changes in the voltage applied to the auxiliary electrode and the voltage applied to the upper electrode can be used as the shutter.

[項目16]
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。
[Item 16]
The imaging device according to any one of items 1 to 15, wherein the voltage application circuit applies a different voltage to the auxiliary electrode according to a designated F value.

この構成によれば、絞り機構を用いないF値制御が可能となる。 According to this configuration, it is possible to control the F value without using the aperture mechanism.

[項目17]
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。
[Item 17]
The imaging apparatus according to any one of items 1 to 16, wherein the pixel electrodes include a plurality of sub-pixel electrodes that are spatially separated by being surrounded by auxiliary electrodes.

この構成によれば、広入射角特性を維持したまま、撮像装置における感度を0に近づけることが可能となる。 According to this configuration, it is possible to bring the sensitivity of the image pickup apparatus close to 0 while maintaining the wide incident angle characteristic.

[項目18]
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。
[Item 18]
The plurality of unit pixel cells are a first unit pixel cell in which a first gap is formed between the pixel electrode and the auxiliary electrode, and a second unit pixel cell larger than the first gap between the pixel electrode and the auxiliary electrode. The imaging apparatus according to item 2, wherein the imaging apparatus includes a second unit pixel cell in which a gap is formed.

この構成によれば、異なる機能を有する画素を画素アレイ中に配置することが可能である。 According to this configuration, pixels having different functions can be arranged in the pixel array.

[項目19]
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。
[Item 19]
The imaging apparatus according to any one of items 1 to 18, wherein the auxiliary electrode includes a plurality of sub-auxiliary electrodes, and each of the plurality of sub-auxiliary electrodes has an electrical connection with a voltage application circuit.

この構成によれば、画素電極へ移動し得る正孔が分布する領域を中心から偏らせた形状に変形することが可能になる。したがって、単位画素セルを位相差検出に利用でき、かつ、画素電極へ移動し得る正孔が分布する領域の形状を感度調整電圧を用いて柔軟に変更することが可能である。 According to this configuration, the region where the holes that can move to the pixel electrode are distributed can be deformed into a shape deviated from the center. Therefore, the unit pixel cell can be used for phase difference detection, and the shape of the region where holes that can move to the pixel electrode are distributed can be flexibly changed by using the sensitivity adjustment voltage.

[項目20]
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。
[Item 20]
Items 1 to 19 include an image processing circuit, the voltage application circuit applies different voltages in at least two frames, and the image processing circuit synthesizes the image signals of at least two frames and outputs the combined image signals. The imaging apparatus according to any one of.

この構成によれば、コントラスト比の大きなシーンの画像を取得することができる。 According to this configuration, it is possible to acquire an image of a scene having a large contrast ratio.

[項目21]
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。
[Item 21]
The imaging apparatus according to items 2 and 18, wherein the auxiliary electrodes of the plurality of unit pixel cells are electrically connected to each other.

この構成によれば、補助電極に一括して感度調整電圧を印加することができるため、補助電極を駆動する配線を削減可能である。 According to this configuration, the sensitivity adjustment voltage can be collectively applied to the auxiliary electrodes, so that the wiring for driving the auxiliary electrodes can be reduced.

[項目22]
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。
[Item 22]
The imaging device according to item 21, wherein the voltage application circuit changes the voltage in units of two frames.

この構成によれば、ローリングシャッタで撮影を行う場合にも、適切な画像信号を得ることができる。 According to this configuration, an appropriate image signal can be obtained even when shooting with a rolling shutter.

[項目23]
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。
[Item 23]
8. The imaging apparatus according to item 2 and 18, wherein the plurality of unit pixel cells are arranged two-dimensionally in rows and columns, and at least the auxiliary electrodes of the unit pixel cells in each row are electrically connected to each other in each row.

この構成によれば、ローリングシャッタで撮影を行う場合にも、フレームごとに、適切な画像信号を得ることができる。 According to this configuration, an appropriate image signal can be obtained for each frame even when shooting with a rolling shutter.

[項目24]
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。
[Item 24]
Auxiliary electrodes of a plurality of unit pixel cells form a group for each n rows (n is an integer of 2 or more), and within each group, the auxiliary electrodes are electrically connected to each other, and each group is electrically connected to each other. The imaging apparatus according to item 23, which is separated from each other.

この構成によれば、2行以上の補助電極が群を形成しているため、補助電極に印加する電圧信号の数は行数の1/nになる。よって電発印加回路の回路規模を小さくしたり、補助電極を駆動する配線数を少なくしたりすることができる。 According to this configuration, since two or more rows of auxiliary electrodes form a group, the number of voltage signals applied to the auxiliary electrodes is 1 / n of the number of rows. Therefore, the circuit scale of the electric power application circuit can be reduced, and the number of wires for driving the auxiliary electrodes can be reduced.

[項目25]
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。
[Item 25]
An illumination system that sequentially emits illumination light from a plurality of different irradiation directions with reference to the subject and illuminates the subject with the illumination light, and an illumination system that is arranged at a position where the illumination light transmitted through the subject is incident, depending on the different irradiation directions. Image processing for forming a high-resolution image of a subject having a resolution higher than that of each of the plurality of images by synthesizing the plurality of images with the imaging device according to any one of items 1 to 22 for acquiring a plurality of different images. An image acquisition device including a unit.

この構成によれば、1つの撮像装置によって得られる複数の低分解能画像を合成することにより、高分解能の画像を取得することができる。また、補助電極に印加する感度調整電圧を変更することによって分解能を変化させることができる。 According to this configuration, a high-resolution image can be acquired by synthesizing a plurality of low-resolution images obtained by one imaging device. Further, the resolution can be changed by changing the sensitivity adjustment voltage applied to the auxiliary electrode.

以下、図面を参照しながら、本開示による実施形態を説明する。以下の実施形態では、光電変換によって生じた正孔−電子対のうち、正孔を信号電荷として検出する例を説明する。信号電荷は電子であってもよい。なお、本開示は、以下の実施形態に限定されない。また、本開示の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。さらに、一の実施形態と他の実施形態とを組み合わせることも可能である。以下の説明において、同一または類似する構成要素については同一の参照符号を付している。また、重複する説明は省略する場合がある。 Hereinafter, embodiments according to the present disclosure will be described with reference to the drawings. In the following embodiment, an example of detecting a hole as a signal charge among the hole-electron pair generated by photoelectric conversion will be described. The signal charge may be an electron. The present disclosure is not limited to the following embodiments. In addition, changes can be made as appropriate without departing from the scope of the effects of the present disclosure. Furthermore, it is also possible to combine one embodiment with another. In the following description, the same or similar components are designated by the same reference numerals. In addition, duplicate explanations may be omitted.

(第1の実施形態)
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。
(First Embodiment)
The imaging apparatus according to this embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 11.

(撮像装置101の構造)
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。
(Structure of Imaging Device 101)
FIG. 1 schematically shows an example of the circuit configuration of the image pickup apparatus 101 according to the first embodiment. The image pickup apparatus 101 includes a plurality of unit pixel cells 14 and peripheral circuits.

複数の単位画素セル14は、半導体基板に2次元、すなわち行方向および列方向に配列
されて、感光領域(画素領域)を形成している。撮像装置101は、ラインセンサであってもよく、複数の単位画素セル14は、1次元に配列されていてもよい。本願明細書では、行方向および列方向とは、行および列がそれぞれ延びる方向をいう。つまり、垂直方向が列方向であり、水平方向が行方向である。
The plurality of unit pixel cells 14 are arranged two-dimensionally on the semiconductor substrate, that is, in the row direction and the column direction to form a photosensitive region (pixel region). The image pickup apparatus 101 may be a line sensor, and the plurality of unit pixel cells 14 may be arranged one-dimensionally. As used herein, the row and column directions refer to the directions in which the rows and columns extend, respectively. That is, the vertical direction is the column direction and the horizontal direction is the row direction.

各単位画素セル14は、光電変換部10と、増幅トランジスタ11と、リセットトランジスタ12と、アドレストランジスタ(行選択トランジスタ)13とを含む。以下において詳細に説明するように、本実施形態では、光電変換部10は画素電極50および補助電極61を含み、補助電極61に印加する電圧を調整することによって、光電変換により生成した信号電荷の、画素電極50に捕捉される量を調整する。つまり、撮像装置101の感度を調節する。 Each unit pixel cell 14 includes a photoelectric conversion unit 10, an amplification transistor 11, a reset transistor 12, and an address transistor (row selection transistor) 13. As will be described in detail below, in the present embodiment, the photoelectric conversion unit 10 includes the pixel electrode 50 and the auxiliary electrode 61, and the signal charge generated by the photoelectric conversion is generated by adjusting the voltage applied to the auxiliary electrode 61. , The amount captured by the pixel electrode 50 is adjusted. That is, the sensitivity of the image pickup apparatus 101 is adjusted.

撮像装置101は、電圧印加回路60を有する。電圧印加回路60は、撮像装置101の動作時に、少なくとも、互いに異なる2つの電圧を同時にまたは選択的に補助電極61に印加可能に構成されている。電圧印加回路60は、補助電極61に供給する電圧を変更可能な構成を有していればよく、電圧印加回路60の回路構成は、特定の回路構成に限定されない。例えば、電圧印加回路60は、不図示の電圧源から供給された電圧を所定の電圧に変換するような構成を有し得る。あるいは、電圧印加回路60自体が、所定の電圧を発生するように構成されていてもよい。以下、電圧印加回路60から補助電極61に供給される電圧を感度調整電圧と呼ぶ。電圧印加回路60は、撮像装置101を操作する操作者の指令、撮像装置101が備える他の制御回路等の指令に応じた感度調整電圧を、感度調整線28を介して補助電極61に供給する。電圧印加回路60は、典型的には、周辺回路の一部として、感光領域外に設けられる。 The image pickup apparatus 101 has a voltage application circuit 60. The voltage application circuit 60 is configured so that at least two different voltages can be simultaneously or selectively applied to the auxiliary electrode 61 during the operation of the image pickup apparatus 101. The voltage application circuit 60 may have a configuration capable of changing the voltage supplied to the auxiliary electrode 61, and the circuit configuration of the voltage application circuit 60 is not limited to a specific circuit configuration. For example, the voltage application circuit 60 may have a configuration for converting a voltage supplied from a voltage source (not shown) into a predetermined voltage. Alternatively, the voltage application circuit 60 itself may be configured to generate a predetermined voltage. Hereinafter, the voltage supplied from the voltage application circuit 60 to the auxiliary electrode 61 is referred to as a sensitivity adjustment voltage. The voltage application circuit 60 supplies the sensitivity adjustment voltage according to the command of the operator who operates the image pickup device 101 and the command of other control circuits included in the image pickup device 101 to the auxiliary electrode 61 via the sensitivity adjustment line 28. .. The voltage application circuit 60 is typically provided outside the photosensitive region as part of a peripheral circuit.

画素電極50は、増幅トランジスタ11のゲート電極に接続されている。画素電極50によって集められた信号電荷は、画素電極50と増幅トランジスタ11のゲート電極との間に位置する電荷蓄積ノード24に蓄積される。本実施形態では信号電荷は、正孔であるが、信号電荷は電子であってもよい。 The pixel electrode 50 is connected to the gate electrode of the amplification transistor 11. The signal charge collected by the pixel electrode 50 is stored in the charge storage node 24 located between the pixel electrode 50 and the gate electrode of the amplification transistor 11. In this embodiment, the signal charge is a hole, but the signal charge may be an electron.

電荷蓄積ノード24に蓄積された信号電荷は、信号電荷の量に応じた電圧として増幅トランジスタ11のゲート電極に印加される。増幅トランジスタ11は、この電圧を増幅する。信号電圧は、アドレストランジスタ13によって、選択的に読み出される。リセットトランジスタ12は、そのソースまたはドレイン電極が、画素電極50に接続されており、電荷蓄積ノード24に蓄積された信号電荷をリセットする。換言すると、リセットトランジスタ12は、増幅トランジスタ11のゲート電極および画素電極50の電位をリセットする。 The signal charge accumulated in the charge storage node 24 is applied to the gate electrode of the amplification transistor 11 as a voltage corresponding to the amount of the signal charge. The amplification transistor 11 amplifies this voltage. The signal voltage is selectively read by the address transistor 13. The source or drain electrode of the reset transistor 12 is connected to the pixel electrode 50 and resets the signal charge stored in the charge storage node 24. In other words, the reset transistor 12 resets the potentials of the gate electrode and the pixel electrode 50 of the amplification transistor 11.

複数の単位画素セル14において上述した動作を選択的に行うため、撮像装置101は、電源配線21と、垂直信号線17と、アドレス信号線26とリセット信号線27を含み、これらの線が単位画素セル14にそれぞれ接続されている。電源配線21は、増幅トランジスタ11のソースまたはドレイン電極に接続され、垂直信号線17は、アドレストランジスタ13のソースまたはドレイン電極に接続される。アドレス信号線26はアドレストランジスタ13のゲート電極に接続される。またリセット信号線27は、リセットトランジスタ12のゲート電極に接続される。 In order to selectively perform the above-described operation in the plurality of unit pixel cells 14, the image pickup apparatus 101 includes a power supply wiring 21, a vertical signal line 17, an address signal line 26, and a reset signal line 27, and these lines are units. Each is connected to the pixel cell 14. The power supply wiring 21 is connected to the source or drain electrode of the amplification transistor 11, and the vertical signal line 17 is connected to the source or drain electrode of the address transistor 13. The address signal line 26 is connected to the gate electrode of the address transistor 13. The reset signal line 27 is connected to the gate electrode of the reset transistor 12.

また、撮像装置101は、光電変換部10に所定の電圧を印加するための光電変換部制御線16を含む。光電変換部制御線16を介して光電変換部10に供給される電圧は、すべての光電変換部10に共通であってもよい。光電変換部制御線16を介して光電変換部10に供給される電圧は、一定の大きさの電圧であってもよいし、後述するように、時間的に変化する電圧であってもよい。 Further, the image pickup apparatus 101 includes a photoelectric conversion unit control line 16 for applying a predetermined voltage to the photoelectric conversion unit 10. The voltage supplied to the photoelectric conversion unit 10 via the photoelectric conversion unit control line 16 may be common to all the photoelectric conversion units 10. The voltage supplied to the photoelectric conversion unit 10 via the photoelectric conversion unit control line 16 may be a voltage having a constant magnitude, or may be a voltage that changes with time, as will be described later.

図1に例示する構成において、周辺回路は、垂直走査回路15と、水平信号読出し回路20と、複数のカラム信号処理回路19と、複数の負荷回路18と、複数の反転増幅器22とを含む。垂直走査回路15は行走査回路とも称される。水平信号読出し回路20は列走査回路とも称される。カラム信号処理回路19は行信号蓄積回路とも称される。反転増幅器22はフィードバックアンプとも称される。 In the configuration illustrated in FIG. 1, the peripheral circuit includes a vertical scanning circuit 15, a horizontal signal reading circuit 20, a plurality of column signal processing circuits 19, a plurality of load circuits 18, and a plurality of inverting amplifiers 22. The vertical scanning circuit 15 is also referred to as a row scanning circuit. The horizontal signal reading circuit 20 is also referred to as a column scanning circuit. The column signal processing circuit 19 is also referred to as a row signal storage circuit. The inverting amplifier 22 is also referred to as a feedback amplifier.

垂直走査回路15は、アドレス信号線26およびリセット信号線27に接続されており、各行に配置された複数の単位画素セル14を行単位で選択し、信号電圧の読出しおよび画素電極50の電位のリセットを行う。電源配線(ソースフォロア電源)21は、各単位画素セル14に所定の電源電圧を供給する。水平信号読出し回路20は、複数のカラム信号処理回路19に電気的に接続されている。カラム信号処理回路19は、各列に対応した垂直信号線17を介して、各列に配置された単位画素セル14に電気的に接続されている。負荷回路18は、各垂直信号線17に電気的に接続されている。負荷回路18と増幅トランジスタ11とは、ソースフォロア回路を形成する。 The vertical scanning circuit 15 is connected to the address signal line 26 and the reset signal line 27, selects a plurality of unit pixel cells 14 arranged in each row in row units, reads out the signal voltage, and determines the potential of the pixel electrode 50. Perform a reset. The power supply wiring (source follower power supply) 21 supplies a predetermined power supply voltage to each unit pixel cell 14. The horizontal signal reading circuit 20 is electrically connected to a plurality of column signal processing circuits 19. The column signal processing circuit 19 is electrically connected to the unit pixel cells 14 arranged in each row via the vertical signal lines 17 corresponding to each row. The load circuit 18 is electrically connected to each vertical signal line 17. The load circuit 18 and the amplification transistor 11 form a source follower circuit.

複数の反転増幅器22は、各列に対応して設けられている。反転増幅器22の負側の入力端子は、対応した垂直信号線17に接続されている。また、反転増幅器22の出力端子は、各列に対応したフィードバック線23を介して単位画素セル14に接続されている。 A plurality of inverting amplifiers 22 are provided corresponding to each row. The negative input terminal of the inverting amplifier 22 is connected to the corresponding vertical signal line 17. Further, the output terminal of the inverting amplifier 22 is connected to the unit pixel cell 14 via the feedback line 23 corresponding to each row.

垂直走査回路15は、アドレス信号線26によって、アドレストランジスタ13のオンおよびオフを制御する行選択信号をアドレストランジスタ13のゲート電極に印加する。これにより、読出し対象の行が走査され、選択される。選択された行の単位画素セル14から垂直信号線17に信号電圧が読み出される。また、垂直走査回路15は、リセット信号線27を介して、リセットトランジスタ12のオンおよびオフを制御するリセット信号をリセットトランジスタ12のゲート電極に印加する。これにより、リセット動作の対象となる単位画素セル14の行が選択される。垂直信号線17は、垂直走査回路15によって選択された単位画素セル14から読み出された信号電圧をカラム信号処理回路19へ伝達する。 The vertical scanning circuit 15 applies a row selection signal for controlling the on / off of the address transistor 13 to the gate electrode of the address transistor 13 by the address signal line 26. As a result, the line to be read is scanned and selected. A signal voltage is read from the unit pixel cell 14 in the selected row to the vertical signal line 17. Further, the vertical scanning circuit 15 applies a reset signal for controlling on / off of the reset transistor 12 to the gate electrode of the reset transistor 12 via the reset signal line 27. As a result, the row of the unit pixel cell 14 that is the target of the reset operation is selected. The vertical signal line 17 transmits the signal voltage read from the unit pixel cell 14 selected by the vertical scanning circuit 15 to the column signal processing circuit 19.

カラム信号処理回路19は、相関二重サンプリングに代表される雑音抑圧信号処理およびアナログ−デジタル変換(AD変換)などを行う。 The column signal processing circuit 19 performs noise suppression signal processing represented by correlated double sampling, analog-to-digital conversion (AD conversion), and the like.

水平信号読出し回路20は、複数のカラム信号処理回路19から水平共通信号線29に信号を順次読み出す。 The horizontal signal reading circuit 20 sequentially reads signals from the plurality of column signal processing circuits 19 to the horizontal common signal line 29.

反転増幅器22は、フィードバック線23を介してリセットトランジスタ12のドレイン電極に接続されている。したがって、反転増幅器22は、アドレストランジスタ13とリセットトランジスタ12とが導通状態にあるときに、アドレストランジスタ13の出力を負端子に受ける。増幅トランジスタ11のゲート電位が所定のフィードバック電圧となるように、反転増幅器22はフィードバック動作を行う。このとき、反転増幅器22の出力電圧値は、0Vまたは0V近傍の正電圧である。フィードバック電圧とは、反転増幅器22の出力電圧を意味する。 The inverting amplifier 22 is connected to the drain electrode of the reset transistor 12 via the feedback line 23. Therefore, the inverting amplifier 22 receives the output of the address transistor 13 at the negative terminal when the address transistor 13 and the reset transistor 12 are in a conductive state. The inverting amplifier 22 performs a feedback operation so that the gate potential of the amplification transistor 11 becomes a predetermined feedback voltage. At this time, the output voltage value of the inverting amplifier 22 is 0V or a positive voltage in the vicinity of 0V. The feedback voltage means the output voltage of the inverting amplifier 22.

(単位画素セル14のデバイス構造)
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。
(Device structure of unit pixel cell 14)
FIG. 2 schematically shows a cross section of the device structure of the unit pixel cell 14 in the image pickup apparatus 101 according to the present embodiment.

単位画素セル14は、半導体基板31と、電荷検出回路25と、光電変換部10とを含む。半導体基板31は、例えば、p型シリコン基板である。電荷検出回路25は、画素電
極50によって捕捉された信号電荷を検出し、信号電圧を出力する。電荷検出回路25は、増幅トランジスタ11と、リセットトランジスタ12と、アドレストランジスタ13とを含み、半導体基板31に形成されている。
The unit pixel cell 14 includes a semiconductor substrate 31, a charge detection circuit 25, and a photoelectric conversion unit 10. The semiconductor substrate 31 is, for example, a p-type silicon substrate. The charge detection circuit 25 detects the signal charge captured by the pixel electrode 50 and outputs the signal voltage. The charge detection circuit 25 includes an amplification transistor 11, a reset transistor 12, and an address transistor 13, and is formed on the semiconductor substrate 31.

増幅トランジスタ11は、半導体基板31に形成され、それぞれドレインおよびソースとして機能するn型不純物領域41Cおよび41Dと、半導体基板31上に位置するゲート絶縁層38Bとゲート絶縁層38B上に位置するゲート電極39Bとを含む。 The amplification transistor 11 is formed on the semiconductor substrate 31, and has n-type impurity regions 41C and 41D that function as drains and sources, respectively, and a gate insulating layer 38B located on the semiconductor substrate 31 and a gate electrode located on the gate insulating layer 38B. Including 39B.

リセットトランジスタ12は、半導体基板31に形成され、それぞれドレインおよびソースとして機能するn型不純物領域41Bおよび41Aと、半導体基板31上に位置するゲート絶縁層38Aとゲート絶縁層38A上に位置するゲート電極39Aとを含む。 The reset transistor 12 is formed on the semiconductor substrate 31, and has n-type impurity regions 41B and 41A that function as drains and sources, respectively, and a gate insulating layer 38A located on the semiconductor substrate 31 and a gate electrode located on the gate insulating layer 38A. Including 39A.

アドレストランジスタ13は、半導体基板31に形成され、それぞれドレインおよびソースとして機能するn型不純物領域41Dおよび41Eと、半導体基板31上に位置するゲート絶縁層38Cとゲート絶縁層38C上に位置するゲート電極39Cとを含む。n型不純物領域41Dは、増幅トランジスタ11とアドレストランジスタ13とに共用されており、これにより、増幅トランジスタ11とアドレストランジスタ13とが直列に接続される。 The address transistor 13 is formed on the semiconductor substrate 31, and has n-type impurity regions 41D and 41E that function as drains and sources, respectively, and a gate insulating layer 38C located on the semiconductor substrate 31 and a gate electrode located on the gate insulating layer 38C. Including 39C. The n-type impurity region 41D is shared by the amplification transistor 11 and the address transistor 13, whereby the amplification transistor 11 and the address transistor 13 are connected in series.

半導体基板31において、隣接する単位画素セル14との間および増幅トランジスタ11とリセットトランジスタ12との間には素子分離領域42が設けられている。素子分離領域42によって、隣接する単位画素セル14間の電気的な分離が行われる。また、電荷蓄積ノードで蓄積される信号電荷のリークが抑制される。 In the semiconductor substrate 31, an element separation region 42 is provided between the adjacent unit pixel cells 14 and between the amplification transistor 11 and the reset transistor 12. The element separation region 42 electrically separates the adjacent unit pixel cells 14. In addition, leakage of signal charge accumulated in the charge storage node is suppressed.

半導体基板31の表面には層間絶縁層43A、43Bおよび43Cが積層されている。層間絶縁層43A中には、リセットトランジスタ12のn型不純物領域41Bと接続されたコンタクトプラグ45A、増幅トランジスタ11のゲート電極39Bと接続されたコンタクトプラグ45B、およびコンタクトプラグ45Aとコンタクトプラグ45Bとを接続する配線46Aが設けられている。これにより、リセットトランジスタ12のn型不純物領域41B(ドレイン)が増幅トランジスタ11のゲート電極39Bと電気的に接続されている。 Interlayer insulation layers 43A, 43B and 43C are laminated on the surface of the semiconductor substrate 31. In the interlayer insulating layer 43A, a contact plug 45A connected to the n-type impurity region 41B of the reset transistor 12, a contact plug 45B connected to the gate electrode 39B of the amplification transistor 11, and a contact plug 45A and a contact plug 45B are contained. The wiring 46A to be connected is provided. As a result, the n-type impurity region 41B (drain) of the reset transistor 12 is electrically connected to the gate electrode 39B of the amplification transistor 11.

光電変換部10は、層間絶縁層43C上に設けられている。光電変換部10は、上部電極52と、光電変換層51と、画素電極50と、補助電極61とを含む。光電変換層51は、上部電極52と、画素電極50および補助電極61とによって挟まれている。画素電極50および補助電極61は、層間絶縁層43C上に設けられている。上部電極52は、例えば、ITO等の導電性透明材料によって形成される。画素電極50および補助電極61は、アルミニウム、銅等の金属や不純物がドープされ導電性が付与されたポリシリコン等によって形成される。 The photoelectric conversion unit 10 is provided on the interlayer insulating layer 43C. The photoelectric conversion unit 10 includes an upper electrode 52, a photoelectric conversion layer 51, a pixel electrode 50, and an auxiliary electrode 61. The photoelectric conversion layer 51 is sandwiched between the upper electrode 52, the pixel electrode 50, and the auxiliary electrode 61. The pixel electrode 50 and the auxiliary electrode 61 are provided on the interlayer insulating layer 43C. The upper electrode 52 is formed of, for example, a conductive transparent material such as ITO. The pixel electrode 50 and the auxiliary electrode 61 are formed of a metal such as aluminum or copper or polysilicon doped with impurities to impart conductivity.

図2には示していないが、単位画素セル14は、光電変換部10の上部電極52上にマイクロレンズを有していてもよい。また、カラーフィルタを有していてもよい。 Although not shown in FIG. 2, the unit pixel cell 14 may have a microlens on the upper electrode 52 of the photoelectric conversion unit 10. It may also have a color filter.

図3は、層間絶縁層43Cの表面における画素電極50および補助電極61の形状の一例を示している。図3では、3行3列のマトリクス状に配置された9つの単位画素セルを示している。画素電極50は、例えば四角形状を有する。本実施形態では、図3に示すように、画素電極50は、矩形形状を有し、補助電極61は、画素電極50を囲むリング状の矩形形状を有する。画素電極50と補助電極61とは間隙を介して距離L1だけ離れている。この例では、図示する9つの単位画素セル14の間で補助電極61は一体的に形成されており、互いに電気的に接続されている。 FIG. 3 shows an example of the shapes of the pixel electrode 50 and the auxiliary electrode 61 on the surface of the interlayer insulating layer 43C. FIG. 3 shows nine unit pixel cells arranged in a matrix of 3 rows and 3 columns. The pixel electrode 50 has, for example, a quadrangular shape. In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the pixel electrode 50 has a rectangular shape, and the auxiliary electrode 61 has a ring-shaped rectangular shape surrounding the pixel electrode 50. The pixel electrode 50 and the auxiliary electrode 61 are separated by a distance L1 via a gap. In this example, the auxiliary electrodes 61 are integrally formed between the nine unit pixel cells 14 shown, and are electrically connected to each other.

本実施形態では、画素電極50は、矩形であるが、画素電極50は、円形または五角形以上の多角形形状を有していてもよい。また、本実施形態では、補助電極61は画素電極50を囲んでいるが、画素電極50を囲んでいなくてもよい。 In the present embodiment, the pixel electrode 50 is rectangular, but the pixel electrode 50 may have a polygonal shape of a circle or a pentagon or more. Further, in the present embodiment, the auxiliary electrode 61 surrounds the pixel electrode 50, but the pixel electrode 50 may not be surrounded.

図2に例示するように、画素電極50は、層間絶縁層43C中に設けられたプラグ47C、層間絶縁層43B上に設けられた配線46C、層間絶縁層43B中に設けられたプラグ47B、層間絶縁層43A上に設けられた配線46Bおよび層間絶縁層43A中に設けられたプラグ47Aを介して、配線46Aに接続されている。また、補助電極61は、層間絶縁層43C中に設けられたプラグ48を介して層間絶縁層43B上に設けられた配線49と接続されている。これらのプラグ、コンタクトプラグおよび配線は、アルミニウム、銅等の金属や不純物がドープされ導電性が付与されたポリシリコン等によって形成される。 As illustrated in FIG. 2, the pixel electrode 50 includes a plug 47C provided in the interlayer insulating layer 43C, a wiring 46C provided on the interlayer insulating layer 43B, a plug 47B provided in the interlayer insulating layer 43B, and an interlayer. It is connected to the wiring 46A via the wiring 46B provided on the insulating layer 43A and the plug 47A provided in the interlayer insulating layer 43A. Further, the auxiliary electrode 61 is connected to the wiring 49 provided on the interlayer insulating layer 43B via a plug 48 provided in the interlayer insulating layer 43C. These plugs, contact plugs, and wirings are formed of metal such as aluminum and copper, and polysilicon that is doped with impurities to impart conductivity.

本実施形態において、撮像装置101は、光電変換層51における光電変換によって生成した正孔−電子対のうち、正孔を信号電荷として検出する。検出される信号電荷は、前述の電荷蓄積ノード24(図1参照)に蓄積される。電荷蓄積ノード24は、画素電極50、ゲート電極39B、n型不純物領域41Bおよびこれらを接続するプラグ47A、47B、47C、コンタクトプラグ45A、45Bおよび配線46C、46B、46A(図2参照)を含む。 In the present embodiment, the image pickup apparatus 101 detects holes as signal charges among the hole-electron pairs generated by the photoelectric conversion in the photoelectric conversion layer 51. The detected signal charge is stored in the charge storage node 24 (see FIG. 1) described above. The charge storage node 24 includes a pixel electrode 50, a gate electrode 39B, an n-type impurity region 41B and plugs 47A, 47B, 47C, contact plugs 45A, 45B and wirings 46C, 46B, 46A (see FIG. 2) connecting them. ..

光電変換層51は、層間絶縁層43C上において、補助電極61および画素電極50を覆い、複数の単位画素セル14全体にわたって連続的に形成されている。光電変換層51は、例えば有機材料またはアモルファスシリコンから形成される。 The photoelectric conversion layer 51 covers the auxiliary electrode 61 and the pixel electrode 50 on the interlayer insulating layer 43C, and is continuously formed over the entire plurality of unit pixel cells 14. The photoelectric conversion layer 51 is formed of, for example, an organic material or amorphous silicon.

図2には示していないが、周辺回路(ここでは、垂直走査回路15、水平信号読出し回路20、カラム信号処理回路19、負荷回路18および反転増幅器22)も、半導体基板31に形成される。 Although not shown in FIG. 2, peripheral circuits (here, the vertical scanning circuit 15, the horizontal signal reading circuit 20, the column signal processing circuit 19, the load circuit 18, and the inverting amplifier 22) are also formed on the semiconductor substrate 31.

撮像装置101は、一般的な半導体製造プロセスを用いて製造することができる。特に半導体基板31としてシリコン基板を用いる場合には、種々のシリコン半導体プロセスを利用することによって撮像装置101を製造することができる。 The image pickup apparatus 101 can be manufactured by using a general semiconductor manufacturing process. In particular, when a silicon substrate is used as the semiconductor substrate 31, the image pickup apparatus 101 can be manufactured by using various silicon semiconductor processes.

(撮像装置101の動作)
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。
(Operation of Imaging Device 101)
Next, an exemplary operation of the image pickup apparatus 101 will be described with reference to FIGS. 1, 2 and 4A to 4D. As described below, when holes are used as signal charges, the holes generated by photoelectric conversion are set to be lower than the potentials of the pixel electrode 50 and the auxiliary electrode 61 to the pixel electrodes. Can be collected on the 50 side.

まず、上部電極52に10V程度の電圧を印加する。さらに、リセットトランジスタ12をONにし、その後OFFにすることによって、画素電極50の電位をリセットする。リセットにより、画素電極50を含む電荷蓄積ノード24の電位が、初期値としてリセット電圧(例えば0V)に設定される。また、電圧印加回路60から、例えばリセット電圧(ここでは0V)よりも低い第1の感度調整電圧を補助電極61に印加する。ここでは、第1の感度調整電圧として−2Vの電圧を補助電極61に印加する。 First, a voltage of about 10 V is applied to the upper electrode 52. Further, the potential of the pixel electrode 50 is reset by turning on the reset transistor 12 and then turning it off. By resetting, the potential of the charge storage node 24 including the pixel electrode 50 is set to the reset voltage (for example, 0V) as an initial value. Further, from the voltage application circuit 60, for example, a first sensitivity adjustment voltage lower than the reset voltage (here, 0 V) is applied to the auxiliary electrode 61. Here, a voltage of -2V is applied to the auxiliary electrode 61 as the first sensitivity adjustment voltage.

このように、上部電極52よりも画素電極50および補助電極61の電位が低く設定されているので、光電変換層51内において光電変換で発生した正孔は、補助電極61および画素電極50へ移動する。ここでは、画素電極50の電圧よりも補助電極61の電圧の方が低いので(画素電極50と上部電極52との間の電位差よりも、補助電極61と上部
電極52との電位差の方が大きいので)、生成した正孔は、画素電極50よりも補助電極61へ移動しやすい。その結果、光電変換層51のうち、画素電極50との重なりを有する部分を含む領域51A(図4A参照)において発生する正孔は、主に画素電極50へ移動し、信号電荷として検出される。他方、光電変換層51のうち、補助電極61との重なりを有する部分を含む領域51B(図4A参照)において発生する正孔は、主に補助電極61へ移動する。これは、光電変換層51に照射された光のうち、領域51Aに照射された光が検出されることを意味する。つまり、単位画素セル14は、撮像面に入射した光のうち、領域51Aに入射した光を実質的に検出する。領域51Aは、光電変換層51のうち、光電変換によって生成された信号電荷(ここでは正孔)が主として画素電極に収集されるような領域であり、領域51Bは、光電変換層51のうち、光電変換によって生成された信号電荷(ここでは正孔)が主として補助電極に収集されるような領域である。
In this way, since the potentials of the pixel electrode 50 and the auxiliary electrode 61 are set lower than those of the upper electrode 52, the holes generated by the photoelectric conversion in the photoelectric conversion layer 51 move to the auxiliary electrode 61 and the pixel electrode 50. do. Here, since the voltage of the auxiliary electrode 61 is lower than the voltage of the pixel electrode 50 (the potential difference between the auxiliary electrode 61 and the upper electrode 52 is larger than the potential difference between the pixel electrode 50 and the upper electrode 52). Therefore, the generated holes are more likely to move to the auxiliary electrode 61 than to the pixel electrode 50. As a result, the holes generated in the region 51A (see FIG. 4A) including the portion of the photoelectric conversion layer 51 that overlaps with the pixel electrode 50 mainly moves to the pixel electrode 50 and is detected as a signal charge. .. On the other hand, holes generated in the region 51B (see FIG. 4A) including the portion of the photoelectric conversion layer 51 that overlaps with the auxiliary electrode 61 mainly move to the auxiliary electrode 61. This means that among the light irradiated to the photoelectric conversion layer 51, the light irradiated to the region 51A is detected. That is, the unit pixel cell 14 substantially detects the light incident on the region 51A among the light incident on the imaging surface. The region 51A is a region of the photoelectric conversion layer 51 in which signal charges (here, holes) generated by the photoelectric conversion are mainly collected by the pixel electrodes, and the region 51B is a region of the photoelectric conversion layer 51. This is a region where the signal charge (here, holes) generated by photoelectric conversion is mainly collected by the auxiliary electrode.

図4Bは、領域51Aを画素電極50および補助電極61側から見た平面図である。この例では、領域51Aは、光電変換層51と平行な平面において、画素電極50よりも少し大きい第1の面積を有する。図4Bに示すように、撮像面の法線方向から見たときの領域51Aの形状および面積は、画素電極50の形状および面積と必ずしも一致しない。また、後に詳しく説明するように、領域51Aの形状および/または面積は、画素電極50、補助電極61および上部電極52に印加される電圧によって変化し得る。撮像面の法線方向から見たときの領域51Bの形状および面積も、補助電極61の形状および面積と必ずしも一致しない。図4Aおよび図4Bは、あくまでも模式的に領域51Aを示しており、領域51Aと領域51Bとの間に明確な境界が存在するわけではない。 FIG. 4B is a plan view of the region 51A as viewed from the pixel electrode 50 and the auxiliary electrode 61 side. In this example, the region 51A has a first area slightly larger than the pixel electrode 50 in a plane parallel to the photoelectric conversion layer 51. As shown in FIG. 4B, the shape and area of the region 51A when viewed from the normal direction of the imaging surface do not necessarily match the shape and area of the pixel electrode 50. Further, as will be described in detail later, the shape and / or area of the region 51A may change depending on the voltage applied to the pixel electrode 50, the auxiliary electrode 61, and the upper electrode 52. The shape and area of the region 51B when viewed from the normal direction of the imaging surface do not necessarily match the shape and area of the auxiliary electrode 61. 4A and 4B schematically show the region 51A, and there is no clear boundary between the region 51A and the region 51B.

補助電極61に第1の感度調整電圧を印加した状態でフレームごとに信号電荷を蓄積し、蓄積した電荷および画素電極50の電位のリセットを行う。これにより、光電変換層51に入射する光を、第1の面積を有する領域51Aで検出することが可能である。 A signal charge is accumulated for each frame in a state where the first sensitivity adjustment voltage is applied to the auxiliary electrode 61, and the accumulated charge and the potential of the pixel electrode 50 are reset. Thereby, the light incident on the photoelectric conversion layer 51 can be detected in the region 51A having the first area.

図4Cおよび図4Dは、電圧印加回路60が第1の感度調整電圧よりも高い第2の感度調整電圧を補助電極61に印加している例を示している。例えば、第2の感度調整電圧は5Vである。 4C and 4D show an example in which the voltage application circuit 60 applies a second sensitivity adjustment voltage higher than the first sensitivity adjustment voltage to the auxiliary electrode 61. For example, the second sensitivity adjustment voltage is 5V.

この例においても第1の感度調整電圧を印加したときと同様に、光電変換層51内において光電変換で発生した正孔は、補助電極61および画素電極50へ移動する。この例では、第2の感度調整電圧(ここでは5V)は、リセット電圧(ここでは0V)よりも高い。そのため、光電変換層51で生成した正孔は、補助電極61よりも画素電極50に向かって移動しやすい。 In this example as well, the holes generated by the photoelectric conversion in the photoelectric conversion layer 51 move to the auxiliary electrode 61 and the pixel electrode 50 in the same manner as when the first sensitivity adjustment voltage is applied. In this example, the second sensitivity adjustment voltage (here 5V) is higher than the reset voltage (here 0V). Therefore, the holes generated in the photoelectric conversion layer 51 are more likely to move toward the pixel electrode 50 than in the auxiliary electrode 61.

さらに、この例では、図4Aおよび図4Bを参照して説明した例における第1の感度調整電圧よりも高い第2の感度調整電圧が補助電極61に印加されている。そのため、補助電極61へ流れ込む正孔の量は、第1の感度調整電圧が補助電極61に印加されている場合に比べて少ない。つまり、生成した正孔は、より画素電極50へ移動しやすい。その結果、図4Cに模式的に示すように、画素電極50へ移動し得る正孔が分布する領域51Cは、第1の感度調整電圧が補助電極61に印加されているときの領域51A(図4A参照)に比べて大きくなる。また、補助電極61へ移動し得る正孔が分布する領域51Dは、第1の感度調整電圧が補助電極61に印加されているときの領域51B(図4A参照)に比べて小さくなる。 Further, in this example, a second sensitivity adjustment voltage higher than the first sensitivity adjustment voltage in the example described with reference to FIGS. 4A and 4B is applied to the auxiliary electrode 61. Therefore, the amount of holes flowing into the auxiliary electrode 61 is smaller than that when the first sensitivity adjusting voltage is applied to the auxiliary electrode 61. That is, the generated holes are more likely to move to the pixel electrode 50. As a result, as schematically shown in FIG. 4C, the region 51C in which the holes that can move to the pixel electrode 50 are distributed is the region 51A when the first sensitivity adjustment voltage is applied to the auxiliary electrode 61 (FIG. 4C). It is larger than 4A). Further, the region 51D in which the holes that can move to the auxiliary electrode 61 are distributed is smaller than the region 51B (see FIG. 4A) when the first sensitivity adjusting voltage is applied to the auxiliary electrode 61.

図4Dは、領域51Cを画素電極50および補助電極61側から見た平面図である。領域51Cは、例えば、光電変換層51と平行な平面において、第1の面積よりも大きい第2の面積を有する。 FIG. 4D is a plan view of the region 51C as viewed from the pixel electrode 50 and the auxiliary electrode 61 side. The region 51C has a second area larger than the first area, for example, in a plane parallel to the photoelectric conversion layer 51.

補助電極61に第2の感度調整電圧を印加した状態でフレームごとに信号電荷を蓄積し、蓄積した電荷および画素電極50の電位のリセットを行う。これにより、光電変換層51に入射する光を、第2の面積を有する領域51Cで検出することが可能である。 A signal charge is accumulated for each frame in a state where the second sensitivity adjustment voltage is applied to the auxiliary electrode 61, and the accumulated charge and the potential of the pixel electrode 50 are reset. Thereby, the light incident on the photoelectric conversion layer 51 can be detected in the region 51C having the second area.

このように、補助電極61に第1の感度調整電圧を印加する場合には、画素電極50によって信号電荷が捕捉される領域51Aは相対的に小さく、第2の感度調整電圧を印加する場合には、画素電極50によって信号電荷が捕捉される領域51Cは相対的に大きい。つまり、補助電極61に第1の感度調整電圧を印加する場合には、撮像装置101の感度が相対的に低く、第2の感度調整電圧を印加する場合には感度が相対的に高い。このように補助電極61に印加する感度調整電圧を変化させることによって、撮像装置101の感度を変えることができる。画素電極50と補助電極61との間の距離L1(図4Aおよび図4C参照)が大きいほど、感度調整電圧を変更することによって調整可能な、画素電極50によって信号電荷が捕捉される領域(ここでは領域51A、51C)のサイズの変化の範囲が大きくなる。 As described above, when the first sensitivity adjustment voltage is applied to the auxiliary electrode 61, the region 51A in which the signal charge is captured by the pixel electrode 50 is relatively small, and when the second sensitivity adjustment voltage is applied, the region 51A is relatively small. The region 51C in which the signal charge is captured by the pixel electrode 50 is relatively large. That is, when the first sensitivity adjustment voltage is applied to the auxiliary electrode 61, the sensitivity of the image pickup apparatus 101 is relatively low, and when the second sensitivity adjustment voltage is applied, the sensitivity is relatively high. By changing the sensitivity adjustment voltage applied to the auxiliary electrode 61 in this way, the sensitivity of the image pickup apparatus 101 can be changed. The larger the distance L1 (see FIGS. 4A and 4C) between the pixel electrode 50 and the auxiliary electrode 61, the more the signal charge is captured by the pixel electrode 50, which can be adjusted by changing the sensitivity adjustment voltage (here). Then, the range of change in the size of the regions 51A and 51C) becomes large.

図5は、信号電荷が正孔である場合における、補助電極に印加する感度調整電圧と撮像装置101の感度との間の関係を模式的に示している。図5に示すように、補助電極に印加する感度調整電圧を変化させると、感度も変化し、例えば感度調整電圧を大きくすると感度は増大する。このように本実施形態によれば、感度が可変である撮像装置が実現する。 FIG. 5 schematically shows the relationship between the sensitivity adjustment voltage applied to the auxiliary electrode and the sensitivity of the image pickup apparatus 101 when the signal charge is a hole. As shown in FIG. 5, when the sensitivity adjustment voltage applied to the auxiliary electrode is changed, the sensitivity also changes. For example, when the sensitivity adjustment voltage is increased, the sensitivity increases. As described above, according to the present embodiment, an imaging device having variable sensitivity is realized.

上記実施形態では、信号電荷は正孔であるが、信号電荷は電子であってもよい。この場合、画素電極50および補助電極61には、上部電極52よりも高い電圧を印加し、光電変換により生成した電子を、画素電極50および補助電極61へ移動させる。信号電荷が電子である場合には、補助電極に印加する感度調整電圧が相対的に低い方が画素電極に電子が流れやすく、撮像装置の感度が高くなる。一方、補助電極に印加する感度調整電圧が相対的に高い方が補助電極に電子が流れやすく、撮像装置の感度が低くなる。 In the above embodiment, the signal charge is a hole, but the signal charge may be an electron. In this case, a voltage higher than that of the upper electrode 52 is applied to the pixel electrode 50 and the auxiliary electrode 61, and the electrons generated by the photoelectric conversion are moved to the pixel electrode 50 and the auxiliary electrode 61. When the signal charge is an electron, the smaller the sensitivity adjustment voltage applied to the auxiliary electrode, the easier it is for the electron to flow to the pixel electrode, and the higher the sensitivity of the image pickup device. On the other hand, when the sensitivity adjustment voltage applied to the auxiliary electrode is relatively high, electrons easily flow to the auxiliary electrode, and the sensitivity of the image pickup apparatus becomes low.

このように、電圧印加回路60から補助電極61に印加する感度調整電圧を切り替えることによって、印加する感度調整電圧に応じて撮像装置101の感度を変えることが可能である。信号電荷として正孔を利用する場合、上部電極52−補助電極61間の電位差が上部電極52−画素電極50間の電位差よりも大きいと、撮像装置の感度は、相対的に低くなる。一方、上部電極52−補助電極61間の電位差が上部電極52−画素電極50間の電位差よりも小さいと、撮像装置の感度は、相対的に高くなる。なお、信号電荷として電子を利用する場合にも、この関係は成立する。例えば、上部電極52−補助電極61間の電位差が上部電極52−画素電極50の電位差よりも大きいと、撮像装置の感度は、相対的に低くなる。 In this way, by switching the sensitivity adjustment voltage applied to the auxiliary electrode 61 from the voltage application circuit 60, it is possible to change the sensitivity of the image pickup apparatus 101 according to the sensitivity adjustment voltage to be applied. When holes are used as signal charges, if the potential difference between the upper electrode 52 and the auxiliary electrode 61 is larger than the potential difference between the upper electrode 52 and the pixel electrode 50, the sensitivity of the image pickup apparatus becomes relatively low. On the other hand, when the potential difference between the upper electrode 52 and the auxiliary electrode 61 is smaller than the potential difference between the upper electrode 52 and the pixel electrode 50, the sensitivity of the image pickup apparatus becomes relatively high. This relationship also holds when electrons are used as signal charges. For example, if the potential difference between the upper electrode 52 and the auxiliary electrode 61 is larger than the potential difference between the upper electrode 52 and the pixel electrode 50, the sensitivity of the image pickup apparatus becomes relatively low.

また、上述の図4A〜図4Dを参照して説明した例では、補助電極61に印加する感度調整電圧を、画素電極50のリセット電圧よりも高い値と低い値との間で変化させているが、補助電極61に印加する感度調整電圧を、画素電極50のリセット電圧よりも高い範囲あるいは低い範囲で変化させても、撮像装置101の感度を変えることができる。例えば、信号電荷として正孔を利用し、かつ、画素電極50のリセット電圧よりも低い範囲において感度調整電圧を変化させると、画素電極50と補助電極61との間の電位差が相対的に大きいほど、撮像装置の感度の低下の度合いは増大する。 Further, in the example described with reference to FIGS. 4A to 4D described above, the sensitivity adjustment voltage applied to the auxiliary electrode 61 is changed between a value higher and a value lower than the reset voltage of the pixel electrode 50. However, the sensitivity of the image pickup apparatus 101 can be changed even if the sensitivity adjustment voltage applied to the auxiliary electrode 61 is changed in a range higher or lower than the reset voltage of the pixel electrode 50. For example, when holes are used as signal charges and the sensitivity adjustment voltage is changed in a range lower than the reset voltage of the pixel electrode 50, the larger the potential difference between the pixel electrode 50 and the auxiliary electrode 61, the larger the potential difference. , The degree of decrease in sensitivity of the imaging device increases.

次に、図6Aから図6Dを参照しながら、補助電極61に印加する感度調整電圧の値と、それにより実現する撮像装置101の特徴をさらに説明する。 Next, with reference to FIGS. 6A to 6D, the value of the sensitivity adjustment voltage applied to the auxiliary electrode 61 and the features of the image pickup apparatus 101 realized by the value will be further described.

まず、画素電極50のリセット電圧をVrとし、信号電荷が正孔である場合を説明する
。図6Aは、補助電極61にV1<Vr<V2を満たす感度調整電圧V1およびV2を印加する場合における、画素電極50によって信号電荷が捕捉される領域を画素電極50および補助電極61側から見た平面図である。図6Aにおいて、領域51A1、51Ar、51A2は、それぞれ、補助電極61に、V1、Vr、V2の感度調整電圧を印加した場合における、画素電極50によって信号電荷(ここでは正孔)が捕捉される領域を模式的に示している。補助電極61にリセット電圧Vrを印加した場合、初期化された画素電極50と補助電極61とは同電位となる。このため、補助電極61にリセット電圧Vrが印加されたときにおける領域51Arの境界は、画素電極50と補助電極61のほぼ中間に位置する。
First, a case where the reset voltage of the pixel electrode 50 is Vr and the signal charge is a hole will be described. FIG. 6A shows a region where the signal charge is captured by the pixel electrode 50 when the sensitivity adjustment voltages V1 and V2 satisfying V1 <Vr <V2 are applied to the auxiliary electrode 61, as viewed from the pixel electrode 50 and the auxiliary electrode 61 side. It is a plan view. In FIG. 6A, in the regions 51A1, 51Ar, and 51A2, signal charges (holes in this case) are captured by the pixel electrodes 50 when the sensitivity adjusting voltages of V1, Vr, and V2 are applied to the auxiliary electrodes 61, respectively. The regions are shown schematically. When the reset voltage Vr is applied to the auxiliary electrode 61, the initialized pixel electrode 50 and the auxiliary electrode 61 have the same potential. Therefore, the boundary of the region 51Ar when the reset voltage Vr is applied to the auxiliary electrode 61 is located substantially in the middle between the pixel electrode 50 and the auxiliary electrode 61.

信号電荷が正孔である場合、補助電極61に印加する電圧が小さい方が、補助電極61に信号電荷である正孔が捕捉されやすくなり、画素電極50によって信号電荷が捕捉される領域は小さくなる。このため、感度調整電圧をVrに設定する場合を基準として、Vrよりも小さい感度調整電圧V1を印加すれば、Vrを印加したときにおける領域51Arよりも領域51A1を小さくすることができる。また、Vrよりも大きい感度調整電圧V2を印加すれば、Vrを印加したときにおける領域51Arよりも領域51A2を大きくすることができる。このように、リセット電圧Vrよりも小さい感度調整電圧V1および大きい感度調整電圧V2を選択的に印加することによって、画素電極50によって正孔が捕捉される領域の大きさを幅広く変化させることができ、感度の調整範囲が広い撮像装置101を実現することができる。 When the signal charge is a hole, the smaller the voltage applied to the auxiliary electrode 61, the easier it is for the auxiliary electrode 61 to capture the hole, which is the signal charge, and the smaller the region where the signal charge is captured by the pixel electrode 50. Become. Therefore, if a sensitivity adjustment voltage V1 smaller than Vr is applied based on the case where the sensitivity adjustment voltage is set to Vr, the region 51A1 can be made smaller than the region 51Ar when Vr is applied. Further, if a sensitivity adjustment voltage V2 larger than Vr is applied, the region 51A2 can be made larger than the region 51Ar when Vr is applied. In this way, by selectively applying the sensitivity adjustment voltage V1 smaller than the reset voltage Vr and the sensitivity adjustment voltage V2 larger than the reset voltage Vr, the size of the region where holes are captured by the pixel electrode 50 can be widely changed. It is possible to realize an image pickup device 101 having a wide adjustment range of sensitivity.

図6Bは、補助電極61にVr<V1<V2を満たす感度調整電圧V1およびV2を印加する場合における、画素電極50によって信号電荷が捕捉される領域を画素電極50および補助電極61側から見た平面図である。感度調整電圧をVrに設定する場合を基準として、Vrよりも大きい感度調整電圧V1を印加すれば、Vrを印加したときにおける領域51Arよりも領域51A1を大きくすることができる。また、V1よりも大きい感度調整電圧V2を印加すれば、V1を印加したときにおける領域51A1よりも領域51A2をさらに大きくすることができる。したがって、Vr<V1<V2の関係を満たす感度調整電圧V1を補助電極61に印加することによって、単位画素セル間の混色を抑制しながら、良好な感度もある程度確保することが可能である。また、感度調整電圧V2を補助電極61に印加することによって、高い感度を実現することができる。 FIG. 6B shows a region where the signal charge is captured by the pixel electrode 50 when the sensitivity adjustment voltages V1 and V2 satisfying Vr <V1 <V2 are applied to the auxiliary electrode 61, as viewed from the pixel electrode 50 and the auxiliary electrode 61 side. It is a plan view. If a sensitivity adjustment voltage V1 larger than Vr is applied based on the case where the sensitivity adjustment voltage is set to Vr, the region 51A1 can be made larger than the region 51Ar when Vr is applied. Further, if a sensitivity adjustment voltage V2 larger than V1 is applied, the region 51A2 can be made larger than the region 51A1 when V1 is applied. Therefore, by applying the sensitivity adjustment voltage V1 satisfying the relationship of Vr <V1 <V2 to the auxiliary electrode 61, it is possible to secure good sensitivity to some extent while suppressing color mixing between unit pixel cells. Further, high sensitivity can be realized by applying the sensitivity adjustment voltage V2 to the auxiliary electrode 61.

図6Cは、補助電極61にV1<0を満たす感度調整電圧V1を印加する場合における、画素電極50によって信号電荷が捕捉される領域を画素電極50および補助電極61側から見た平面図である。感度調整電圧V1を負の値にすることによって、多くの正孔が補助電極61に捕捉されるので、領域51A1は小さくなる。これにより、感度を低下させ、明るい環境においても白飛びが発生しにくい撮像装置を実現できる。なお、画素に設けられたトランジスタ(リセットトランジスタ12、アドレストランジスタ13など)を駆動(ONおよびOFFの切り替え)する電圧に負電圧を用いる場合、この負電圧を、補助電極61に印加する感度調整電圧としても用いることができる。例えば、リセットトランジスタ12のゲート電圧に負電圧を印加することによってリセットトランジスタ12をONまたはOFFさせる場合、ゲート電圧の発生回路を、電圧印加回路60として用いることができる。これにより、周辺回路の規模を小さくしたり、周辺回路の構成を簡略にしたりすることができる。 FIG. 6C is a plan view of the region where the signal charge is captured by the pixel electrode 50 when the sensitivity adjustment voltage V1 satisfying V1 <0 is applied to the auxiliary electrode 61, as viewed from the pixel electrode 50 and the auxiliary electrode 61 side. .. By setting the sensitivity adjustment voltage V1 to a negative value, many holes are captured by the auxiliary electrode 61, so that the region 51A1 becomes smaller. As a result, it is possible to realize an image pickup apparatus in which the sensitivity is lowered and overexposure is less likely to occur even in a bright environment. When a negative voltage is used as the voltage for driving (switching ON and OFF) the transistors (reset transistor 12, address transistor 13, etc.) provided in the pixels, the sensitivity adjustment voltage is applied to the auxiliary electrode 61. Can also be used as. For example, when the reset transistor 12 is turned ON or OFF by applying a negative voltage to the gate voltage of the reset transistor 12, the gate voltage generation circuit can be used as the voltage application circuit 60. As a result, the scale of the peripheral circuit can be reduced and the configuration of the peripheral circuit can be simplified.

信号電荷が電子である場合には、信号電荷が正孔である場合のV1、V2、Vrの大小関係を逆転させればよい。例えば、補助電極61にV1<V2<Vrを満たす感度調整電圧V1およびV2を印加してもよい。図6Dは、信号電荷が電子であり、補助電極61にV1<V2<Vrを満たす感度調整電圧V1およびV2を印加する場合における、画素電極50によって信号電荷(ここでは電子)が捕捉される領域を画素電極50および補助電
極61側から見た平面図である。
When the signal charge is an electron, the magnitude relationship of V1, V2, and Vr when the signal charge is a hole may be reversed. For example, sensitivity adjustment voltages V1 and V2 that satisfy V1 <V2 <Vr may be applied to the auxiliary electrode 61. FIG. 6D shows a region in which the signal charge (here, the electron) is captured by the pixel electrode 50 when the signal charge is an electron and the sensitivity adjustment voltages V1 and V2 satisfying V1 <V2 <Vr are applied to the auxiliary electrode 61. Is a plan view seen from the side of the pixel electrode 50 and the auxiliary electrode 61.

信号電荷が電子である場合、補助電極61に印加する電圧が低い方が、信号電荷(ここでは電子)が補助電極61に捕捉されにくくなり、画素電極50によって信号電荷が捕捉される領域は大きくなる。このため、Vrよりも低い感度調整電圧V2を印加すれば、Vrを印加したときにおける領域51Arよりも領域51A2を大きくすることができる。また、V2よりもさらに低い感度調整電圧V1を印加すれば、V2を印加したときにおける領域51A2よりも領域51A1をさらに大きくすることができる。したがって、V1<V2<Vrの関係を満たす感度調整電圧V2を補助電極61に印加することによって、単位画素セル間の混色を抑制しながら、良好な感度もある程度確保することが可能である。また、感度調整電圧V1を補助電極61に印加することによって、高い感度を実現することができる。 When the signal charge is an electron, the lower the voltage applied to the auxiliary electrode 61, the more difficult it is for the signal charge (here, the electron) to be captured by the auxiliary electrode 61, and the larger the region where the signal charge is captured by the pixel electrode 50. Become. Therefore, if a sensitivity adjustment voltage V2 lower than Vr is applied, the region 51A2 can be made larger than the region 51Ar when Vr is applied. Further, if a sensitivity adjustment voltage V1 lower than V2 is applied, the region 51A1 can be made larger than the region 51A2 when V2 is applied. Therefore, by applying the sensitivity adjustment voltage V2 satisfying the relationship of V1 <V2 <Vr to the auxiliary electrode 61, it is possible to secure good sensitivity to some extent while suppressing color mixing between unit pixel cells. Further, high sensitivity can be realized by applying the sensitivity adjustment voltage V1 to the auxiliary electrode 61.

次に、図1および図7を参照しながら、撮像装置101の例示的な駆動方法を説明する。図7は、撮像装置101において感度調整電圧を変化させる場合における、感度調整電圧の印加および露光のタイミングの一例を示すタイミングチャートである。 Next, an exemplary driving method of the image pickup apparatus 101 will be described with reference to FIGS. 1 and 7. FIG. 7 is a timing chart showing an example of the timing of application and exposure of the sensitivity adjustment voltage when the sensitivity adjustment voltage is changed in the image pickup apparatus 101.

図7において、RST1、RST2、・・・、RSTnは、それぞれ、1、2、・・・、n番目の行を構成しているリセットトランジスタ12のゲート電極に印加するゲート電圧(以下、リセットゲート電圧と呼ぶことがある)のタイミングを示している。図1を参照して説明したように、撮像装置101は、例えば、行ごとに露光および信号の読出しを行う(ローリングシャッタ)。このため、リセットゲート電圧の印加によって、1フレームの期間中、各行の単位画素セル14における電荷蓄積ノード24のリセットが順次行われる。画素アレイの各行において、リセットゲート電圧の印加後、次のリセットゲート電圧が印加されるまでの期間が露光時間に相当する。 In FIG. 7, RST1, RST2, ..., RSTn are gate voltages applied to the gate electrodes of the reset transistor 12 constituting the first, second, ..., nth rows, respectively (hereinafter, reset gate). (Sometimes called voltage) indicates the timing. As described with reference to FIG. 1, the image pickup apparatus 101 performs exposure and signal reading line by line (rolling shutter), for example. Therefore, by applying the reset gate voltage, the charge storage node 24 in the unit pixel cell 14 of each row is sequentially reset during the period of one frame. In each row of the pixel array, the period from the application of the reset gate voltage to the application of the next reset gate voltage corresponds to the exposure time.

図7に示す例では、第2フレームの開始のタイミングで、補助電極61に印加する感度調整電圧SSVを変化させている。図3を参照して説明したように、ここでは、補助電極61は、複数の単位画素セル14にわたって連続的に形成されている。つまり、図3に例示する構成では、補助電極61に印加する感度調整電圧は、行ごとではなく、全体として同一のタイミングで制御される。画素アレイ全体において感度調整電圧が同一のタイミングで制御されることに対し、画素の各行の露光開始のタイミングは、図7から分かるように、行ごとにずれている。そのため、補助電極61に印加する感度調整電圧をどのタイミングで変化させても、露光時間中に感度調整電圧が変化してしまう。感度調整電圧を変化させたフレーム(ここで第2フレーム)では、行ごとに感度が異なり、また、露光期間の途中で感度調整電圧が変化するので、印加する感度調整電圧に対応する正しい感度で、入射する光を検出することはできない。したがって、感度調整電圧を変化させた第2フレームにおいて撮影された画像データは破棄する。次の第3フレームでは、露光開始からいずれの行においても、変更後の感度調整電圧が印加されているので、すべての行において、入射する光を正しい感度で検出することが可能である。 In the example shown in FIG. 7, the sensitivity adjustment voltage SSV applied to the auxiliary electrode 61 is changed at the start timing of the second frame. As described with reference to FIG. 3, here, the auxiliary electrode 61 is continuously formed over the plurality of unit pixel cells 14. That is, in the configuration illustrated in FIG. 3, the sensitivity adjustment voltage applied to the auxiliary electrode 61 is controlled at the same timing as a whole, not for each row. While the sensitivity adjustment voltage is controlled at the same timing in the entire pixel array, the timing of the exposure start of each row of pixels is deviated from row to row, as can be seen from FIG. Therefore, no matter when the sensitivity adjustment voltage applied to the auxiliary electrode 61 is changed, the sensitivity adjustment voltage changes during the exposure time. In the frame in which the sensitivity adjustment voltage is changed (here, the second frame), the sensitivity is different for each row, and the sensitivity adjustment voltage changes in the middle of the exposure period, so the correct sensitivity corresponding to the applied sensitivity adjustment voltage is used. , The incident light cannot be detected. Therefore, the image data captured in the second frame in which the sensitivity adjustment voltage is changed is discarded. In the next third frame, since the changed sensitivity adjustment voltage is applied in every row from the start of exposure, it is possible to detect the incident light with the correct sensitivity in all the rows.

このように、補助電極61に印加する感度調整電圧を少なくとも2フレーム単位で変化させることによって、感度を変更した画像をフレーム単位で取得することが可能となる。したがって、本実施形態によれば、電圧印加回路から供給する感度調整電圧の値を変化させることにより、撮像装置の感度をフレーム単位で変化させることができる。よって、明るさが大きく変化する様々な環境下においても、高画質で撮影を行うことが可能な撮像装置を実現し得る。 In this way, by changing the sensitivity adjustment voltage applied to the auxiliary electrode 61 in units of at least two frames, it is possible to acquire an image in which the sensitivity is changed in units of frames. Therefore, according to the present embodiment, the sensitivity of the image pickup apparatus can be changed on a frame-by-frame basis by changing the value of the sensitivity adjustment voltage supplied from the voltage application circuit. Therefore, it is possible to realize an image pickup apparatus capable of taking a picture with high image quality even in various environments where the brightness changes greatly.

また、各単位画素セル14の補助電極61が互いに接続されており、補助電極61に一括して感度調整電圧を印加することができるので、補助電極を駆動する配線を削減可能で
ある。
Further, since the auxiliary electrodes 61 of each unit pixel cell 14 are connected to each other and the sensitivity adjustment voltage can be collectively applied to the auxiliary electrodes 61, the wiring for driving the auxiliary electrodes can be reduced.

なお、特開2008−112907号公報および国際公開第2013/001809号は、混色の防止のため、シールド電極を用いることを開示している。このような技術では、これらの技術的効果を得るために、シールド電極に印加する感度調整電圧は一定であることが好ましい。したがって、補助電極に印加する感度調整電圧によって、感度を調整するという本開示の技術は、これらの文献に開示された技術とは全く異なる思想に基づく。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-112907 and International Publication No. 2013/001809 disclose that a shield electrode is used to prevent color mixing. In such a technique, in order to obtain these technical effects, it is preferable that the sensitivity adjustment voltage applied to the shield electrode is constant. Therefore, the technique of the present disclosure of adjusting the sensitivity by the sensitivity adjusting voltage applied to the auxiliary electrode is based on a completely different idea from the techniques disclosed in these documents.

(第1の実施形態の変形例)
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。
(Modified example of the first embodiment)
In the operation described with reference to FIG. 7, the sensitivity adjustment voltage applied to the auxiliary electrode 61 is changed in units of 2 frames. However, the switching of the sensitivity adjustment voltage is not limited to the unit of two frames. As described below, it is also possible to switch the sensitivity adjustment voltage in units of one frame.

図8は、感度調整電圧の印加、露光および信号読出しのタイミングの他の一例を示すタイミングチャートである。図8に示す例では、電圧印加回路60は、1フレームの間において感度調整電圧SSVをV0からVsに切り替え、さらに、一定時間の経過後に感度調整電圧SSVを再びV0に切り替えている。 FIG. 8 is a timing chart showing another example of timing of application of sensitivity adjustment voltage, exposure, and signal readout. In the example shown in FIG. 8, the voltage application circuit 60 switches the sensitivity adjustment voltage SSV from V0 to Vs during one frame, and further switches the sensitivity adjustment voltage SSV to V0 again after a lapse of a certain period of time.

この例において、電圧V0は、撮像装置101の感度をほぼ0とするほどに十分に低い電圧である。すなわち、補助電極61に電圧V0が印加されている状態においては、光電変換層51において生じた信号電荷(ここでは正孔)の大部分は、補助電極61によって捕捉される。別の言い方をすれば、補助電極61に電圧V0が印加されている状態においては、画素電極50によって信号電荷が捕捉される領域(例えば図4Aおよび図4Bに示す領域51Aを参照)が十分に小さく、画素電極50に捕捉される信号電荷は、わずかである。すなわち、補助電極61に電圧V0を印加することによって、あたかも感光領域を遮光しているかのような状態を実現し得る。一方、電圧V0よりも適度に高い電圧Vsを補助電極61に印加することにより、画素電極50によって信号電荷が捕捉される領域を適度に拡大し、撮影に必要な感度を撮像装置101に持たせることができる。 In this example, the voltage V0 is a voltage sufficiently low enough to make the sensitivity of the image pickup apparatus 101 almost zero. That is, in a state where the voltage V0 is applied to the auxiliary electrode 61, most of the signal charges (holes in this case) generated in the photoelectric conversion layer 51 are captured by the auxiliary electrode 61. In other words, when the voltage V0 is applied to the auxiliary electrode 61, the region where the signal charge is captured by the pixel electrode 50 (see, for example, the region 51A shown in FIGS. 4A and 4B) is sufficient. It is small and the signal charge captured by the pixel electrode 50 is small. That is, by applying the voltage V0 to the auxiliary electrode 61, it is possible to realize a state as if the photosensitive region is shielded from light. On the other hand, by applying a voltage Vs that is appropriately higher than the voltage V0 to the auxiliary electrode 61, the region where the signal charge is captured by the pixel electrode 50 is appropriately expanded, and the image pickup device 101 has the sensitivity required for photographing. be able to.

図8に示す例では、1フレーム内の一定期間において、補助電極61に電圧Vsを印加し、他の期間には電圧V0を印加している。そのため、画素電極50による信号電荷の収集は、感度がほぼ0の、補助電極61に電圧V0を印加している期間を除いて実行される。つまり、1フレームのうち補助電極61に電圧Vsが印加されている期間が、実効的な露光時間として信号電荷の蓄積に寄与する。 In the example shown in FIG. 8, the voltage Vs is applied to the auxiliary electrode 61 during a certain period within one frame, and the voltage V0 is applied during the other period. Therefore, the collection of the signal charge by the pixel electrode 50 is executed except for the period when the voltage V0 is applied to the auxiliary electrode 61, which has a sensitivity of almost 0. That is, the period during which the voltage Vs is applied to the auxiliary electrode 61 in one frame contributes to the accumulation of signal charges as an effective exposure time.

このように、本実施形態によれば、補助電極61に電圧Vsを印加する期間によって、実効的な露光時間を調節することが可能である。図8に示すように、この実効露光時間は、全ての単位画素セル14に共通であり得る。したがって、画素アレイに含まれるすべての単位画素セルにおける露光期間を揃えることが可能である。すなわち、感度調整電圧を1フレーム内において変化させることにより、信号電荷を蓄積するための容量素子等を画素内に別途設けることなく、いわゆるグローバルシャッタと同様の機能を実現し得る。 As described above, according to the present embodiment, the effective exposure time can be adjusted by the period in which the voltage Vs is applied to the auxiliary electrode 61. As shown in FIG. 8, this effective exposure time can be common to all unit pixel cells 14. Therefore, it is possible to make the exposure periods of all the unit pixel cells included in the pixel array uniform. That is, by changing the sensitivity adjustment voltage within one frame, it is possible to realize the same function as the so-called global shutter without separately providing a capacitance element or the like for accumulating the signal charge in the pixel.

図9は、感度調整電圧の印加、露光および信号読出しのタイミングのさらに他の一例を示すタイミングチャートである。図8を参照して説明したように、補助電極61に適切な大きさの電圧V0を印加することにより、撮像装置101における感度をほぼ0に低下させ得る。つまり、補助電極61に印加する感度調整電圧をシャッタの代わりに使用することが可能である。図8を参照して説明した例と同様に、この例においても、信号電荷の蓄積は、補助電極61に電圧Vsが印加されている期間に実行される。補助電極61に電圧V0が印加されている期間は、画像の取得に実効的に寄与しない。 FIG. 9 is a timing chart showing still another example of the timing of application of the sensitivity adjustment voltage, exposure, and signal readout. As described with reference to FIG. 8, by applying a voltage V0 of an appropriate magnitude to the auxiliary electrode 61, the sensitivity of the image pickup apparatus 101 can be reduced to substantially 0. That is, the sensitivity adjustment voltage applied to the auxiliary electrode 61 can be used instead of the shutter. Similar to the example described with reference to FIG. 8, in this example as well, the accumulation of signal charges is performed during the period when the voltage Vs is applied to the auxiliary electrode 61. The period in which the voltage V0 is applied to the auxiliary electrode 61 does not effectively contribute to image acquisition.

図9に示す例では、電圧印加回路60は、1フレームの間において感度調整電圧SSVをV0およびVsに周期的に切り替えている。したがって、実効露光期間と非露光期間とが周期的に繰り返される。例えば、周期的なチラつきを有する照明器具のもとで撮影を行う場合、補助電極61に印加する電圧を周期的に変化させれば、照明器具の周期的なチラつきの影響をキャンセルし得る。 In the example shown in FIG. 9, the voltage application circuit 60 periodically switches the sensitivity adjustment voltage SSV between V0 and Vs during one frame. Therefore, the effective exposure period and the non-exposure period are periodically repeated. For example, when shooting under a lighting fixture having periodic flicker, the influence of the periodic flicker of the lighting fixture can be canceled by periodically changing the voltage applied to the auxiliary electrode 61.

図10は、感度調整電圧の印加、露光および信号読出しのタイミングのさらに他の一例を示すタイミングチャートである。図10は、フラッシュを有する撮像装置(例えば、後述する図14B参照)における動作の一例を説明するための図である。図10では、感度調整電圧SSVの変化および画素アレイの各行のリセットゲート電圧の変化とともに、フラッシュの発光タイミングが示されている。 FIG. 10 is a timing chart showing still another example of the timing of application of the sensitivity adjustment voltage, exposure, and signal readout. FIG. 10 is a diagram for explaining an example of operation in an image pickup apparatus having a flash (see, for example, FIG. 14B described later). In FIG. 10, the flash emission timing is shown along with the change in the sensitivity adjustment voltage SSV and the change in the reset gate voltage of each row of the pixel array.

図10に示す例では、第2フレームにおいてフラッシュ動作が実行されている。電圧印加回路60は、フラッシュに同期して感度調整電圧SSVを変化させている。具体的には、電圧印加回路60は、フラッシュの消灯期間には補助電極61に電圧Vsを印加し、フラッシュの点灯期間に、電圧Vsよりも低い電圧Vtを補助電極61に印加している。すなわち、フラッシュの点灯期間において撮像装置の感度が低くなるような動作が実行されている。 In the example shown in FIG. 10, the flash operation is executed in the second frame. The voltage application circuit 60 changes the sensitivity adjustment voltage SSV in synchronization with the flash. Specifically, the voltage application circuit 60 applies a voltage Vs to the auxiliary electrode 61 during the flash extinguishing period, and applies a voltage Vt lower than the voltage Vs to the auxiliary electrode 61 during the flash lighting period. That is, an operation is performed in which the sensitivity of the image pickup apparatus is lowered during the flash lighting period.

このように、フラッシュの点灯期間において撮像装置の感度が一時的に低下するように感度調整電圧SSVを変化させてもよい。フラッシュの点灯期間に撮像装置の感度を一時的に低下させることにより、白飛びの発生を抑制し得る。また、フラッシュの反射等の輝点の移動に起因する光跡の影響を除去し得る。電圧Vtに代えて、撮像装置の感度をほぼ0にするような前述の電圧V0を補助電極61に印加してもよい。 In this way, the sensitivity adjustment voltage SSV may be changed so that the sensitivity of the image pickup apparatus temporarily decreases during the flash lighting period. By temporarily reducing the sensitivity of the image pickup apparatus during the flash lighting period, the occurrence of overexposure can be suppressed. Further, the influence of the light trail caused by the movement of the bright spot such as the reflection of the flash can be removed. Instead of the voltage Vt, the above-mentioned voltage V0 that makes the sensitivity of the image pickup apparatus substantially 0 may be applied to the auxiliary electrode 61.

図11は、感度調整電圧の印加、露光および信号読出しのタイミングのさらに他の一例を示すタイミングチャートである。図11では、感度調整電圧SSVの変化および画素アレイの各行のリセットゲート電圧の変化とともに、上部電極52に印加される電圧の変化が示されている。以下に説明するように、感度調整電圧SSVの変化に合わせて、上部電極52に印加する電圧の大きさを変化させてもよい。 FIG. 11 is a timing chart showing still another example of the timing of application of the sensitivity adjustment voltage, exposure, and signal readout. FIG. 11 shows a change in the voltage applied to the upper electrode 52 along with a change in the sensitivity adjustment voltage SSV and a change in the reset gate voltage of each row of the pixel array. As described below, the magnitude of the voltage applied to the upper electrode 52 may be changed according to the change in the sensitivity adjustment voltage SSV.

ここでは、図8を参照して説明した例と同様に、補助電極61に電圧V0を印加する期間と、電圧Vsを印加する期間とを1フレーム内に設けている。補助電極61に電圧V0が印加されている期間における感度は、補助電極61に電圧Vsが印加されている期間における感度と比較して低い。しかしながら、感度調整電圧を調整するだけでは、撮像装置の感度を十分に低下できないことがある。 Here, similarly to the example described with reference to FIG. 8, a period in which the voltage V0 is applied to the auxiliary electrode 61 and a period in which the voltage Vs is applied are provided in one frame. The sensitivity during the period when the voltage V0 is applied to the auxiliary electrode 61 is lower than the sensitivity during the period when the voltage Vs is applied to the auxiliary electrode 61. However, it may not be possible to sufficiently reduce the sensitivity of the image pickup apparatus simply by adjusting the sensitivity adjustment voltage.

図11に示す例では、上部電極52に印加する電圧を、光電変換部制御線16(図1参照)を介して感度調整電圧の変化に合わせて変化させている。具体的には、補助電極61に電圧Vsが印加されている期間(実効露光期間)には、所定の電圧Vpを上部電極52に印加し、補助電極61に電圧V0が印加されている期間には、電圧Vpよりも低い電圧Vqを上部電極52に印加している。このように、実効露光期間以外の期間において上部電極52の電位を低下させることにより、撮像装置101の感度をより低下させ得る。感度調整電圧に加えて上部電極52の電圧を調整することにより、より効果的な電子シャッタ動作を実行し得る。上部電極52に印加する電圧は、電圧印加回路60または垂直走査回路15から光電変換部制御線16を介して供給されてもよい。 In the example shown in FIG. 11, the voltage applied to the upper electrode 52 is changed in accordance with the change in the sensitivity adjustment voltage via the photoelectric conversion unit control line 16 (see FIG. 1). Specifically, during the period in which the voltage Vs is applied to the auxiliary electrode 61 (effective exposure period), a predetermined voltage Vp is applied to the upper electrode 52, and the voltage V0 is applied to the auxiliary electrode 61. Apply a voltage Vq lower than the voltage Vp to the upper electrode 52. In this way, by lowering the potential of the upper electrode 52 during a period other than the effective exposure period, the sensitivity of the image pickup apparatus 101 can be further lowered. By adjusting the voltage of the upper electrode 52 in addition to the sensitivity adjustment voltage, a more effective electronic shutter operation can be performed. The voltage applied to the upper electrode 52 may be supplied from the voltage application circuit 60 or the vertical scanning circuit 15 via the photoelectric conversion unit control line 16.

(第2の実施形態)
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。
(Second Embodiment)
Next, the imaging apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 12A to 13B.

本実施形態の撮像装置は、補助電極が行ごとに電気的に分離している点で第1の実施形態の撮像装置と異なる。補助電極および電圧印加回路以外の構成は第1の実施形態と同じであり得るので、主として、補助電極および電圧印加回路の説明を行う。 The image pickup apparatus of the present embodiment is different from the image pickup apparatus of the first embodiment in that the auxiliary electrodes are electrically separated for each row. Since the configuration other than the auxiliary electrode and the voltage application circuit can be the same as that of the first embodiment, the auxiliary electrode and the voltage application circuit will be mainly described.

図12Aは、本実施形態の撮像装置における補助電極の平面構造の一例を模式的に示している。本実施形態の撮像装置は、単位画素セル14の補助電極61が行ごとに電気的に接続された補助電極行611、612、・・・、61nを含む。補助電極行611、612
・・・、61nのそれぞれは、互いに電気的に分離している。
FIG. 12A schematically shows an example of the planar structure of the auxiliary electrode in the image pickup apparatus of this embodiment. Imaging apparatus of the present embodiment comprises the auxiliary electrode lines 61 1 to the auxiliary electrode 61 is electrically connected to each row of the unit pixel cells 14, 61 2, ..., and 61 n. Auxiliary electrode lines 61 1, 61 2,
..., 61 n are electrically separated from each other.

図示するように、補助電極行611、612、・・・、61nの各々は、電圧印加回路6
0Aとの接続を有する。電圧印加回路60Aは、補助電極行611、612、・・・、61nのそれぞれに対して個別に、少なくとも2つの感度調整電圧を供給可能に構成されてい
る。図12Aを参照して説明する以下の例では、補助電極行毎に異なるタイミングで、2つの感度調整電圧の切り替えを実行する。
As shown, the auxiliary electrode lines 61 1, 61 2, ..., each of the 61 n, the voltage application circuit 6
Has a connection with 0A. Voltage applying circuit 60A, the auxiliary electrode lines 61 1, 61 2, ..., separately for each of the 61 n, and is configured to provide at least two sensitivity adjustment voltage. In the following example described with reference to FIG. 12A, switching between the two sensitivity adjustment voltages is executed at different timings for each auxiliary electrode row.

図12Bは、図12Aに示す構成における、感度調整電圧の印加、露光および信号読出しのタイミングを示すタイミングチャートの一例を示す。図12Bにおいて、SSV1、SSV2、・・・、SSVnは、それぞれ、補助電極行611、612、・・・、61n
印加する感度調整電圧の変化のタイミングを示している。
FIG. 12B shows an example of a timing chart showing the timing of application of the sensitivity adjustment voltage, exposure, and signal readout in the configuration shown in FIG. 12A. In Figure 12B, SSV1, SSV2, ..., SSVN, respectively, the auxiliary electrode lines 61 1, 61 2, ..., a timing of change of the sensitivity adjusting voltage applied to 61 n.

本実施形態の撮像装置は、画素アレイの行ごとに、互いに異なるタイミングで感度調整電圧を変化させることができる。このため、図12Bに示すように、画素アレイの各行において、例えば、リセットゲート電圧をハイレベルからローレベルに切り替えるタイミングに合わせて感度調整電圧を変化させることができる。これにより、画素の各行において、各フレーム内における感度調整電圧を一定にすることができる。つまり、各行において、フレーム単位で感度を変更することができる。 The image pickup apparatus of this embodiment can change the sensitivity adjustment voltage for each row of the pixel array at different timings. Therefore, as shown in FIG. 12B, the sensitivity adjustment voltage can be changed in each row of the pixel array according to, for example, the timing of switching the reset gate voltage from the high level to the low level. As a result, the sensitivity adjustment voltage in each frame can be made constant in each row of the pixel. That is, the sensitivity can be changed on a frame-by-frame basis for each line.

本実施形態の撮像装置によれば、露光期間の途中における感度調整電圧の変化を回避し得るので、正しく撮影できないフレームが生じることなく、連続したフレーム撮影が可能であり、かつ、フレーム単位で感度を調整することが可能である。例えば、本実施形態の撮像装置は、フレーム単位で感度を調整することが可能であるので、明るさが急激に変化する撮影環境においても、明るさの変化に高速で対応し、感度を調節することが可能である。 According to the image pickup apparatus of the present embodiment, since it is possible to avoid a change in the sensitivity adjustment voltage during the exposure period, continuous frame shooting is possible without causing frames that cannot be shot correctly, and the sensitivity is in frame units. It is possible to adjust. For example, since the image pickup apparatus of the present embodiment can adjust the sensitivity in frame units, it responds to the change in brightness at high speed and adjusts the sensitivity even in a shooting environment where the brightness changes rapidly. It is possible.

本実施形態の撮像装置は、電子シャッタによって露光時間を調整する駆動方法にも適用可能である。例えば、図12Cに示すように、画素アレイの各行において、1フレームごとにリセットゲート電圧をハイレベルとし、かつ、フレーム期間中に、リセットゲート電圧を再びハイレベルとする期間をさらに設ける。これにより、1フレーム期間を非露光時間と、露光時間とに分割することが可能である。フレーム期間中においてリセットゲート電圧を再びハイレベルとするタイミングを変更することによって、露光時間を変化させることできる。 The imaging device of the present embodiment can also be applied to a driving method in which the exposure time is adjusted by an electronic shutter. For example, as shown in FIG. 12C, each row of the pixel array is further provided with a period in which the reset gate voltage is set to a high level for each frame and the reset gate voltage is set to a high level again during the frame period. Thereby, one frame period can be divided into a non-exposure time and an exposure time. The exposure time can be changed by changing the timing at which the reset gate voltage is brought to a high level again during the frame period.

このような電子シャッタによる露光時間の制御を適用する場合、図12Cに示すように、感度調整電圧を非露光時間に変化させればよい。これにより、各行において露光期間の途中に感度調整電圧が変化することがなく、露光期間の全体にわたって一定の感度調整電圧を印加することができる。このため、正しく撮影できないフレームが生じることなく、連続したフレーム撮影が可能であり、かつ、フレーム単位で感度を調整することが可能な撮像装置が実現する。また、電子シャッタによって露光時間を調整することが可能である。 When applying such control of the exposure time by the electronic shutter, the sensitivity adjustment voltage may be changed to the non-exposure time as shown in FIG. 12C. As a result, the sensitivity adjustment voltage does not change in the middle of the exposure period in each row, and a constant sensitivity adjustment voltage can be applied over the entire exposure period. Therefore, an imaging device capable of continuous frame shooting and adjusting the sensitivity in frame units is realized without generating frames that cannot be shot correctly. Further, the exposure time can be adjusted by the electronic shutter.

図12A〜図12Cを参照して説明した例では、単位画素セル14の補助電極は、各行において互いに電気的に接続されることによって補助電極行を構成しており、各補助電極行は、電気的に分離されている。しかしながら、補助電極は、1行ずつではなく、n行(nは2以上の整数)を単位として群を形成していてもよい。各群内において、補助電極が互いに電気的に接続され、かつ、各群が互いに電気的に分離されていてもよい。 In the example described with reference to FIGS. 12A to 12C, the auxiliary electrodes of the unit pixel cell 14 form an auxiliary electrode row by being electrically connected to each other in each row, and each auxiliary electrode row is electrically connected. Is separated. However, the auxiliary electrodes may form a group in units of n rows (n is an integer of 2 or more) instead of one row at a time. Within each group, the auxiliary electrodes may be electrically connected to each other and each group may be electrically separated from each other.

図13Aは、画素アレイの2行を単位として1つの群を形成する補助電極の平面構造を模式的に示している。図13Aに例示する構成では、例えば、画素アレイの第1行に含まれる単位画素セル14の補助電極と、第2行に含まれる単位画素セル14の補助電極とが、1つの群を形成している。図示するように、この群に属する複数の補助電極は、一体的に形成されることにより、互いに電気的に接続されている。図13Aに例示する構成において、補助電極は、図12Aに示す補助電極行611と補助電極行612とが一体的に形成された構造を含むといってもよい。 FIG. 13A schematically shows the planar structure of the auxiliary electrodes forming one group in units of two rows of the pixel array. In the configuration illustrated in FIG. 13A, for example, the auxiliary electrode of the unit pixel cell 14 included in the first row of the pixel array and the auxiliary electrode of the unit pixel cell 14 included in the second row form one group. ing. As shown, the plurality of auxiliary electrodes belonging to this group are electrically connected to each other by being integrally formed. In the configuration illustrated in FIG. 13A, the auxiliary electrode, the auxiliary electrode lines 61 1 shown in FIG. 12A and the auxiliary electrode lines 61 2 may be said to include an integrally formed structure.

図示するように、画素アレイの2行を単位とする群の各々は、電圧印加回路60Bに接続されている。電圧印加回路60Bは、各群に対して個別に、少なくとも2つの感度調整電圧を供給可能に構成されている。 As shown in the figure, each of the groups of two rows of the pixel array is connected to the voltage application circuit 60B. The voltage application circuit 60B is configured to be able to individually supply at least two sensitivity adjustment voltages to each group.

図13Bは、図13Aに示す電極構造を有する撮像装置において感度調整電圧を変化させる場合における、感度調整電圧の印加、露光および信号読出しのタイミングの一例を示すタイミングチャートである。この例では、感度調整電圧の切り替えは、2行ごとに実行される。図13Bに示すように、SSV1とSSV2、および、SSV3とSSV4等のそれぞれの組における感度調整電圧の変化のタイミングは共通である。また、RST1およびRST2の組、RST3およびRST4の組等の変化を参照すればわかるように、リセットゲート電圧も2行ごとに切り替えられる。したがって、電子シャッタも2行単位で制御される。 FIG. 13B is a timing chart showing an example of the timing of application of the sensitivity adjustment voltage, exposure, and signal readout when the sensitivity adjustment voltage is changed in the image pickup apparatus having the electrode structure shown in FIG. 13A. In this example, the sensitivity adjustment voltage switching is performed every two lines. As shown in FIG. 13B, the timing of the change in the sensitivity adjustment voltage is the same in each set of SSV1 and SSV2, SSV3 and SSV4, and the like. Further, as can be seen by referring to the changes in the set of RST1 and RST2, the set of RST3 and RST4, etc., the reset gate voltage is also switched every two rows. Therefore, the electronic shutter is also controlled in units of two rows.

なお、図13Bでは、SSV1およびSSV2等、画素アレイの各行に対応する補助電極行の電圧の変化を分離して示しているが、この例では2行の補助電極行が1つの群を形成しており、かつ、各群内で補助電極61は互いに電気的に接続されている。そのため、実際には、SSV1およびSSV2は共通の1つの信号でよい。RST1およびRST2等、同一の群に属する補助電極行に対応する単位画素セル14に供給するリセットゲート電圧信号も共通でよい。 In addition, in FIG. 13B, the change in the voltage of the auxiliary electrode row corresponding to each row of the pixel array such as SSV1 and SSV2 is shown separately, but in this example, the two auxiliary electrode rows form one group. In addition, the auxiliary electrodes 61 are electrically connected to each other in each group. Therefore, in practice, SSV1 and SSV2 may be one common signal. The reset gate voltage signal supplied to the unit pixel cell 14 corresponding to the auxiliary electrode row belonging to the same group such as RST1 and RST2 may also be common.

この形態の撮像装置によれば、画素アレイに供給すべき感度調整電圧の変化をn行を単位として共通化できるので、感度を調整するための信号の数を行数の1/nに削減できる。したがって、電発印加回路60Bの回路規模を小さくしたり、回路を簡略にしたり、補助電極61を駆動する配線数を少なくしたりすることができる。 According to this type of imaging device, the change in the sensitivity adjustment voltage to be supplied to the pixel array can be shared in units of n rows, so that the number of signals for adjusting the sensitivity can be reduced to 1 / n of the number of rows. .. Therefore, the circuit scale of the electric power application circuit 60B can be reduced, the circuit can be simplified, and the number of wires for driving the auxiliary electrode 61 can be reduced.

(第3の実施形態)
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。
(Third Embodiment)
The imaging apparatus according to this embodiment will be described with reference to FIG. 14A.

本実施形態の撮像装置は、光量検出回路をさらに備えている点で第1の実施形態の撮像装置と異なる。光量検出回路以外の構成は第1の実施形態と同じであり得るので、主として、光量検出回路の説明を行う。 The image pickup apparatus of the present embodiment is different from the image pickup apparatus of the first embodiment in that it further includes a light amount detection circuit. Since the configuration other than the light amount detection circuit can be the same as that of the first embodiment, the light amount detection circuit will be mainly described.

図14Aは、本実施形態の撮像装置103の回路構成の一例を模式的に示している。撮像装置103は、第1の実施形態の撮像装置101の構成に加えて、光量検出回路70をさらに有する。光量検出回路70は、光検出素子を含み、光電変換部10へ入射する単位
面積あたりの光の量を検出する。単位面積あたり光の量は照度であってもよい。
FIG. 14A schematically shows an example of the circuit configuration of the image pickup apparatus 103 of the present embodiment. The image pickup device 103 further includes a light amount detection circuit 70 in addition to the configuration of the image pickup device 101 of the first embodiment. The light amount detection circuit 70 includes a photodetector element and detects the amount of light per unit area incident on the photoelectric conversion unit 10. The amount of light per unit area may be illuminance.

光量検出回路70は、単位面積あたりの光の量に関する検出信号を電圧印加回路60Cへ出力する。電圧印加回路60Cは、検出信号に応じた感度調整電圧を各単位画素セル14の補助電極61に印加する。例えば、信号電荷が正孔であり、光電変換層の単位面積あたりに入射する光の量が多いことによって検出信号が大きい場合、電圧印加回路60Cは、比較的低い感度調整電圧を単位画素セル14に供給する。補助電極61に比較的低い電圧が印加されることにより、第1の実施形態で説明したように、撮像装置103の感度は低下する。よって、白飛びが抑制された高画質の画像を得ることができる。 The light amount detection circuit 70 outputs a detection signal regarding the amount of light per unit area to the voltage application circuit 60C. The voltage application circuit 60C applies a sensitivity adjustment voltage according to the detection signal to the auxiliary electrode 61 of each unit pixel cell 14. For example, when the signal charge is a hole and the detection signal is large due to a large amount of light incident per unit area of the photoelectric conversion layer, the voltage application circuit 60C applies a relatively low sensitivity adjustment voltage to the unit pixel cell 14. Supply to. By applying a relatively low voltage to the auxiliary electrode 61, the sensitivity of the image pickup apparatus 103 is lowered as described in the first embodiment. Therefore, it is possible to obtain a high-quality image in which overexposure is suppressed.

また、光電変換層の単位面積あたりに入射する光の量が少ないことによって検出信号が小さい場合、電圧印加回路60Cは、比較的高い感度調整電圧を単位画素セル14に供給する。補助電極61に比較的高い感度調整電圧が印加されることにより、撮像装置103の感度が高くなる。よって、黒つぶれが抑制された高画質の画像を得ることができる。 Further, when the detection signal is small due to the small amount of light incident per unit area of the photoelectric conversion layer, the voltage application circuit 60C supplies a relatively high sensitivity adjustment voltage to the unit pixel cell 14. By applying a relatively high sensitivity adjustment voltage to the auxiliary electrode 61, the sensitivity of the image pickup apparatus 103 is increased. Therefore, it is possible to obtain a high-quality image in which blackout is suppressed.

このように本実施形態の撮像装置によれば、感度が自動的に調整され、環境の明るさに応じた適切な感度で撮影を行うことが可能となる。 As described above, according to the image pickup apparatus of the present embodiment, the sensitivity is automatically adjusted, and it is possible to take a picture with an appropriate sensitivity according to the brightness of the environment.

(第3の実施形態の変形例)
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。
(Modified example of the third embodiment)
FIG. 14B shows an example of another configuration of the image pickup apparatus according to the third embodiment. The imaging device 103A shown in FIG. 14B has a flash 72. In the configuration illustrated in FIG. 14B, as described with reference to FIG. 10, an operation may be executed in which the sensitivity of the image pickup apparatus 103A is temporarily lowered in accordance with the flash emission timing. For example, the voltage application circuit 60C may supply the sensitivity adjustment voltage to the unit pixel cell 14 so that the sensitivity of the image pickup apparatus 103A is temporarily lowered in accordance with the flash emission timing.

図15は、第3の実施形態に係る撮像装置のさらに他の構成の例を示す。図15に示す撮像装置103Bは、入力インターフェース74を有する。図15に例示する構成において、入力インターフェース74は、ユーザからの入力を受け付ける。ここでは、入力インターフェース74は、少なくとも、ユーザからのF値の入力を受け付け可能に構成されている。入力インターフェース74の例は、ボタン、ダイアル、タッチスクリーンなどである。 FIG. 15 shows an example of still another configuration of the image pickup apparatus according to the third embodiment. The image pickup apparatus 103B shown in FIG. 15 has an input interface 74. In the configuration illustrated in FIG. 15, the input interface 74 receives input from the user. Here, the input interface 74 is configured to accept at least the input of the F value from the user. Examples of the input interface 74 are buttons, dials, touch screens and the like.

例えば図4Bおよび図4Dを参照しながら既に説明したように、本開示の実施形態によれば、補助電極61に印加する感度調整電圧を変化させることによって、画素電極50によって信号電荷が捕捉される領域(例えば図4Bに示す領域51Aおよび図4Dに示す領域51Cを参照)の大きさを変化させることができる。すなわち、各単位画素セル14において信号電荷の生成に寄与する領域の大きさを感度調整電圧の値に応じて変更することが可能である。図4Bおよび図4Dを比較すればわかるように、図4Bに示す領域51Aは、図4Dに示す領域51Cよりも小さく、領域51Aの境界は、領域51Cの境界よりも内側に位置する。図4Bに示すように、光電変換層に形成される、画素電極50によって信号電荷が捕捉される領域(例えば領域51A)が比較的小さく、したがって撮像装置の感度が低く調整された状態では、その領域の中心から離れた位置に入射する光線は画像の形成に寄与しない。つまり、画素電極50によって信号電荷が捕捉される領域を小さくした状態は、カメラの絞りを小さくした状態に相当する。このことは、感度調整電圧を用いて、画素電極50によって信号電荷が捕捉される領域の大きさを変化させることにより、F値を制御し得ることを意味する。 For example, as described above with reference to FIGS. 4B and 4D, according to the embodiment of the present disclosure, the signal charge is captured by the pixel electrode 50 by changing the sensitivity adjustment voltage applied to the auxiliary electrode 61. The size of the region (see, for example, region 51A shown in FIG. 4B and region 51C shown in FIG. 4D) can be varied. That is, it is possible to change the size of the region contributing to the generation of the signal charge in each unit pixel cell 14 according to the value of the sensitivity adjustment voltage. As can be seen by comparing FIGS. 4B and 4D, the region 51A shown in FIG. 4B is smaller than the region 51C shown in FIG. 4D, and the boundary of the region 51A is located inside the boundary of the region 51C. As shown in FIG. 4B, when the region (for example, region 51A) in which the signal charge is captured by the pixel electrode 50 formed in the photoelectric conversion layer is relatively small, and therefore the sensitivity of the image pickup apparatus is adjusted to be low, the region is not widened. Light rays incident at a position away from the center of the region do not contribute to the formation of the image. That is, the state in which the region where the signal charge is captured by the pixel electrode 50 is reduced corresponds to the state in which the aperture of the camera is reduced. This means that the F value can be controlled by changing the size of the region where the signal charge is captured by the pixel electrode 50 by using the sensitivity adjustment voltage.

図15を参照する。図15に例示する構成において、電圧印加回路60Dは、入力インターフェース74からの入力に応じた感度調整電圧を画素アレイに供給する。例えば、入
力インターフェース74を介してF値として第1の値が指定されたとき、電圧印加回路60Dは、補助電極61に第1の感度調整電圧(例えば−2V)を印加する。入力インターフェース74を介してF値として第1の値よりも小さな第2の値が指定されたとき、電圧印加回路60Dは、補助電極61に第2の感度調整電圧(例えば5V)を印加する。補助電極61に第2の感度調整電圧が印加されることにより、画素電極50によって信号電荷が捕捉される領域は、補助電極61に第1の感度調整電圧が印加されたときよりも拡大する。画素電極50によって信号電荷が捕捉される領域が拡大することにより、カメラの絞りを大きくした状態と同様の状態が実現する。
See FIG. In the configuration illustrated in FIG. 15, the voltage application circuit 60D supplies the pixel array with a sensitivity adjustment voltage corresponding to the input from the input interface 74. For example, when the first value is specified as the F value via the input interface 74, the voltage application circuit 60D applies the first sensitivity adjustment voltage (for example, -2V) to the auxiliary electrode 61. When a second value smaller than the first value is specified as the F value via the input interface 74, the voltage application circuit 60D applies a second sensitivity adjusting voltage (for example, 5V) to the auxiliary electrode 61. By applying the second sensitivity adjustment voltage to the auxiliary electrode 61, the region in which the signal charge is captured by the pixel electrode 50 is expanded as compared with the case where the first sensitivity adjustment voltage is applied to the auxiliary electrode 61. By expanding the area where the signal charge is captured by the pixel electrode 50, a state similar to the state in which the aperture of the camera is increased is realized.

このように、本開示の実施形態によれば、感度調整電圧を調整することによってF値を制御し得る。感度調整電圧を利用したF値の制御は、絞り機構を設ける必要がないので、F値を連続的に変化させることも可能である。なお、この例では、入力インターフェース74に対するユーザの操作に基づいて感度調整電圧を変更することにより、F値を制御している。しかしながら、F値の制御は、上述の例に限定されない。例えば、光量検出回路の検出結果に基づいて感度調整電圧の値を決定し、自動でF値の制御を実行してもよい。 As described above, according to the embodiment of the present disclosure, the F value can be controlled by adjusting the sensitivity adjustment voltage. Since it is not necessary to provide a diaphragm mechanism for controlling the F value using the sensitivity adjustment voltage, it is possible to continuously change the F value. In this example, the F value is controlled by changing the sensitivity adjustment voltage based on the user's operation on the input interface 74. However, the control of the F value is not limited to the above example. For example, the value of the sensitivity adjustment voltage may be determined based on the detection result of the light amount detection circuit, and the F value may be automatically controlled.

図16は、入力インターフェース74を有す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16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。 FIG. 16 shows an example of arrangement of pixel electrodes and auxiliary electrodes in an image pickup apparatus having an input interface 74. FIG. 16 is an example of extracting nine of a plurality of unit pixel cells in a pixel array.

図16に示す単位画素セル14Bの各々における画素電極50Bは、9つのサブ画素電極50a〜50iを含む。サブ画素電極50a〜50iは、同一の増幅トランジスタ11のゲート電極39B(図2参照)に接続されることにより、互いに電気的に接続されている。すなわち、撮像装置の動作時、1つの単位画素セル14B中のサブ画素電極50a〜50iの電位は、共通である。なお、本開示の撮像装置において、着目した画素電極がいずれの単位画素セルに属する電極であるかは、その画素電極がいずれの増幅トランジスタのゲート電極に接続されているかによって決められる。つまり、ある画素電極が第1の増幅トランジスタのゲート電極に接続されており、他のある画素電極が第2の増幅トランジスタのゲート電極に接続されているならば、これら2つの画素電極は、互いに異なる単位画素セルに属する電極として区別される。 The pixel electrode 50B in each of the unit pixel cells 14B shown in FIG. 16 includes nine sub-pixel electrodes 50a to 50i. The sub-pixel electrodes 50a to 50i are electrically connected to each other by being connected to the gate electrode 39B (see FIG. 2) of the same amplification transistor 11. That is, during the operation of the image pickup apparatus, the potentials of the sub-pixel electrodes 50a to 50i in one unit pixel cell 14B are common. In the imaging apparatus of the present disclosure, which unit pixel cell the pixel electrode of interest belongs to is determined by which amplification transistor the gate electrode is connected to. That is, if one pixel electrode is connected to the gate electrode of the first amplification transistor and another pixel electrode is connected to the gate electrode of the second amplification transistor, the two pixel electrodes will be connected to each other. Distinguished as electrodes belonging to different unit pixel cells.

この例では、サブ画素電極50a〜50iは、空間的に分離して配置されており、サブ画素電極50a〜50iの各々を補助電極61Bが取り囲んでいる。また、この例では、複数の単位画素セル14Bの間において、補助電極61Bは、互いに電気的に接続されている。もちろん、単位画素セル14Bにおけるサブ画素電極の数、形状および配置は、図16に示す例に限定されない。補助電極61Bの形状も、図16に示す例に限定されない。 In this example, the sub-pixel electrodes 50a to 50i are spatially separated, and the auxiliary electrodes 61B surround each of the sub-pixel electrodes 50a to 50i. Further, in this example, the auxiliary electrodes 61B are electrically connected to each other between the plurality of unit pixel cells 14B. Of course, the number, shape, and arrangement of the sub-pixel electrodes in the unit pixel cell 14B are not limited to the example shown in FIG. The shape of the auxiliary electrode 61B is also not limited to the example shown in FIG.

上述したように、本開示の実施形態によれば、感度調整電圧を変化させることにより、光電変換層51中における、画素電極50によって信号電荷が捕捉される領域の大きさを変化させることが可能である。画素電極50によって信号電荷が捕捉される領域の大きさが変化することに伴って、撮像装置の感度は変化する。つまり、感度調整電圧を用いて撮像装置の感度を制御することが可能である。 As described above, according to the embodiment of the present disclosure, it is possible to change the size of the region in the photoelectric conversion layer 51 in which the signal charge is captured by the pixel electrode 50 by changing the sensitivity adjustment voltage. Is. As the size of the region where the signal charge is captured by the pixel electrode 50 changes, the sensitivity of the image pickup apparatus changes. That is, it is possible to control the sensitivity of the image pickup apparatus by using the sensitivity adjustment voltage.

ただし、感度調整電圧を変更することに伴う、画素電極50によって信号電荷が捕捉される領域の大きさの変化が極端であると、その領域の大きさの変化に伴って、意図しないF値の変化が生じる可能性がある。これは、光電変換層51中における、画素電極50によって信号電荷が捕捉される領域の大きさの変化が、カメラの絞りの大きさを変化させることと同様の効果を生じさせることによる。 However, if the size of the region where the signal charge is captured by the pixel electrode 50 changes extremely due to the change in the sensitivity adjustment voltage, the unintended F value changes due to the change in the size of the region. Changes can occur. This is because a change in the size of the region in the photoelectric conversion layer 51 in which the signal charge is captured by the pixel electrode 50 produces the same effect as changing the size of the aperture of the camera.

図16に例示する構成では、補助電極61Bによって空間的に分離された複数のサブ画素電極50a〜50iを単位画素セル14B内に設けている。これにより、互いに分離された複数のサブ領域を、サブ画素電極50a〜50iに対応させて単一の単位画素セル14B内に形成することが可能である。これらのサブ領域は、サブ画素電極50a〜50iによって信号電荷が捕捉される領域である。感度調整電圧を変化させると、単位画素セル14B内に形成された複数のサブ領域の各々の大きさが変化する。したがって、感度調整電圧の変化に伴って撮像装置の感度が変化する。 In the configuration illustrated in FIG. 16, a plurality of sub-pixel electrodes 50a to 50i spatially separated by the auxiliary electrode 61B are provided in the unit pixel cell 14B. Thereby, a plurality of sub-regions separated from each other can be formed in a single unit pixel cell 14B corresponding to the sub-pixel electrodes 50a to 50i. These sub-regions are regions in which signal charges are captured by the sub-pixel electrodes 50a to 50i. When the sensitivity adjustment voltage is changed, the size of each of the plurality of sub-regions formed in the unit pixel cell 14B changes. Therefore, the sensitivity of the image pickup apparatus changes as the sensitivity adjustment voltage changes.

このとき、感度調整電圧の変化に伴う、複数のサブ領域の各々における大きさの変化は、一般に、単位画素セル14内に単一の画素電極を設けた構成における、画素電極50によって信号電荷が捕捉される領域(例えば図4Bに示す領域51Aを参照)の大きさの変化よりも小さい。つまり、単位画素セル14Bの各々において複数のサブ領域を形成することにより、感度調整電圧を変化させることによる感度調整の効果を得ながら、信号電荷が捕捉される、複数のサブ領域の各々における大きさの変化の範囲を縮小できる。したがって、感度調整電圧を変化させることによる感度調整の効果を維持しながら、意図しないF値の変化を抑制することが可能である。 At this time, the change in magnitude in each of the plurality of sub-regions due to the change in the sensitivity adjustment voltage is generally caused by the signal charge caused by the pixel electrode 50 in the configuration in which a single pixel electrode is provided in the unit pixel cell 14. It is smaller than the change in size of the captured region (see, for example, region 51A shown in FIG. 4B). That is, by forming a plurality of sub-regions in each of the unit pixel cells 14B, the signal charge is captured while obtaining the effect of sensitivity adjustment by changing the sensitivity adjustment voltage, and the size in each of the plurality of sub-regions is large. The range of change can be reduced. Therefore, it is possible to suppress an unintended change in the F value while maintaining the effect of the sensitivity adjustment by changing the sensitivity adjustment voltage.

なお、各単位画素セル14中の画素電極50を分割することなく、画素電極50と補助電極61との間の距離L1(例えば図3参照)を縮小することによっても、画素電極50によって信号電荷が捕捉される領域の大きさの変化の範囲を縮小することは可能である。しかしながら、単純に距離L1を縮小するだけでは、個々の単位画素セル14における、画素電極50によって信号電荷が捕捉される領域の大きさの変化の範囲として十分な範囲を確保することが困難であるので、十分な感度調整効果を得にくい。 It should be noted that the signal charge by the pixel electrode 50 can also be reduced by reducing the distance L1 (see, for example, FIG. 3) between the pixel electrode 50 and the auxiliary electrode 61 without dividing the pixel electrode 50 in each unit pixel cell 14. It is possible to reduce the range of change in the size of the area in which the is captured. However, it is difficult to secure a sufficient range as a range of change in the size of the region in which the signal charge is captured by the pixel electrode 50 in each unit pixel cell 14 by simply reducing the distance L1. Therefore, it is difficult to obtain a sufficient sensitivity adjustment effect.

(第4の実施形態)
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。
(Fourth Embodiment)
The imaging apparatus according to this embodiment will be described with reference to FIG.

本実施形態の撮像装置は、画像処理回路をさらに備えている点で第1の実施形態の撮像装置と異なる。また、電圧印加回路は、2以上の異なる感度調整電圧を画素アレイに供給する。画像処理回路および電圧印加回路以外の構成は第1の実施形態と同様であり得るので、主として、これらの回路の説明を行う。 The image pickup apparatus of the present embodiment is different from the image pickup apparatus of the first embodiment in that it further includes an image processing circuit. The voltage application circuit also supplies two or more different sensitivity adjustment voltages to the pixel array. Since the configurations other than the image processing circuit and the voltage application circuit can be the same as those in the first embodiment, these circuits will be mainly described.

図17は、本実施形態の撮像装置の回路構成の一例を模式的に示している。図17に示す撮像装置104は、第1の実施形態の撮像装置101の構成に加えて、画像処理回路71をさらに有する。本実施形態の撮像装置104は、感度を異ならせて複数回、同一のシーンの撮影を行い、感度の異なる画像を合成する。異なる感度のもとで取得された複数の画像を合成することにより、白飛びおよび黒潰れの無い、コントラスト比の大きなシーンの画像を生成する。このような撮影方法は、ハイダイナミックレンジ合成と呼ばれる。 FIG. 17 schematically shows an example of the circuit configuration of the image pickup apparatus of this embodiment. The image pickup apparatus 104 shown in FIG. 17 further includes an image processing circuit 71 in addition to the configuration of the image pickup apparatus 101 of the first embodiment. The image pickup apparatus 104 of the present embodiment captures the same scene a plurality of times with different sensitivities, and synthesizes images having different sensitivities. By synthesizing a plurality of images acquired under different sensitivities, an image of a scene having a large contrast ratio without overexposure and underexposure is generated. Such a shooting method is called high dynamic range composition.

ここでは、電圧印加回路60は、例えばVd1>Vd2>・・・>Vdm(mは2以上の整数)の関係を有する2以上の感度調整電圧を各単位画素セル14に逐次供給する。 Here, the voltage application circuit 60 sequentially supplies two or more sensitivity adjustment voltages having a relationship of, for example, Vd1> Vd2 >> ...> Vdm (m is an integer of 2 or more) to each unit pixel cell 14.

撮像装置104は、Vd1、Vd2、・・・、Vdmの感度調整電圧が印加された状態で、それぞれ、撮影を行い、水平信号読出し回路20から画像処理回路71へ、撮影によって取得された画像信号G1、G2、・・・、Gmを出力する。例えば、あるフレームでは、感度調整電圧としてV1が印加された状態で撮影を行い、次のフレームでは、Vd2〜Vdmから選択された1つが感度調整電圧として印加された状態で撮影を行う。 The image pickup apparatus 104 takes an image in a state where the sensitivity adjustment voltages of Vd1, Vd2, ..., And Vdm are applied, respectively, and the image signal acquired by the image signal from the horizontal signal reading circuit 20 to the image processing circuit 71. Outputs G1, G2, ..., Gm. For example, in one frame, shooting is performed with V1 applied as the sensitivity adjustment voltage, and in the next frame, shooting is performed with one selected from Vd2 to Vdm applied as the sensitivity adjustment voltage.

例えば、信号電荷が正孔である場合、感度調整電圧が高いほど、撮像装置104の感度は高く、感度調整電圧が低いほど、撮像装置104の感度は低くなる。このため、少なく
とも、相対的に感度が低く、白飛びが少ない画像の信号と、相対的に感度が高く、黒潰れが少ない画像の信号とが、画像処理回路71へ出力される。画像処理回路71は、例えばこれらの2つの画像を合成した合成画像を生成し、出力する。感度を変えて取得された2以上の画像の合成方法は、特定の方法に限定されず、ハイダイナミックレンジ合成に用いられる種々の信号処理方法を適用し得る。
For example, when the signal charge is a hole, the higher the sensitivity adjustment voltage, the higher the sensitivity of the image pickup device 104, and the lower the sensitivity adjustment voltage, the lower the sensitivity of the image pickup device 104. Therefore, at least, an image signal having a relatively low sensitivity and a small amount of overexposure and an image signal having a relatively high sensitivity and a small amount of blackout are output to the image processing circuit 71. The image processing circuit 71 generates, for example, a composite image obtained by synthesizing these two images and outputs the composite image. The method of synthesizing two or more images acquired with different sensitivities is not limited to a specific method, and various signal processing methods used for high dynamic range composition can be applied.

得られた合成画像は、輝度の高い部分および輝度の低い部分であっても、白飛びまたは黒潰れの発生が抑制されている。このように本実施形態の撮像装置によれば、撮影装置のダイナミックレンジを拡大することが可能である。 In the obtained composite image, the occurrence of overexposure or underexposure is suppressed even in the high-luminance portion and the low-luminance portion. As described above, according to the imaging device of the present embodiment, it is possible to expand the dynamic range of the photographing device.

(第4の実施形態の変形例)
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。
(Modified example of the fourth embodiment)
FIG. 18 shows an example of arrangement of pixel electrodes and auxiliary electrodes in the image pickup apparatus according to the fourth embodiment. FIG. 18 extracts and exemplifies nine of a plurality of unit pixel cells in a pixel array. As described below, unit pixel cells having different functions may be mixed in the pixel array.

図18に例示する構成では、画素電極50Cを含む単位画素セル14Cと、画素電極50Cよりも小さな面積を有する画素電極50Dを含む単位画素セル14Dとが行ごとに交互に配置されている。図18では、画素アレイの奇数行に単位画素セル14Cが配置され、画素アレイの偶数行に単位画素セル14Dが配置されている。図示するように、単位画素セル14Cが配置された行(ここでは奇数行)および単位画素セル14Dが配置された行(ここでは偶数行)には、それぞれ、画素電極50Cを取り囲むように形成された補助電極行61Cおよび画素電極50Dを取り囲むように形成された補助電極行61Dが形成されている。 In the configuration illustrated in FIG. 18, the unit pixel cell 14C including the pixel electrode 50C and the unit pixel cell 14D including the pixel electrode 50D having an area smaller than the pixel electrode 50C are alternately arranged row by row. In FIG. 18, the unit pixel cell 14C is arranged in the odd-numbered rows of the pixel array, and the unit pixel cell 14D is arranged in the even-numbered rows of the pixel array. As shown in the figure, the row in which the unit pixel cell 14C is arranged (here, the odd row) and the row in which the unit pixel cell 14D is arranged (here, the even row) are formed so as to surround the pixel electrode 50C, respectively. An auxiliary electrode row 61 C and an auxiliary electrode row 61 D formed so as to surround the pixel electrode 50 D are formed.

単位画素セル14Cの画素電極50Cと補助電極行61Cとの間には、間隙が形成され
ており、その大きさ(画素電極50Cと補助電極行61Cとの間の距離)は、Lcである
。また、単位画素セル14Dの画素電極50Dと補助電極行61Dとの間には、間隙が形
成されており、その大きさ(画素電極50Dと補助電極行61Dとの間の距離)は、Ld
である。図18に模式的に示すように、ここでは、距離Ldは、距離Lcよりも大きい。そのため、例えば補助電極行61Cおよび補助電極行61Dに同一の感度調整電圧を印加した場合であっても、単位画素セル14Cに形成される、画素電極50Cによって信号電荷が捕捉される領域の大きさと、単位画素セル14Dに形成される、画素電極50Dによって信号電荷が捕捉される領域の大きさとは、互いに異なる。すなわち、この例では、共通の感度調整電圧を印加した場合であっても、画素電極によって信号電荷が捕捉される領域の大きさは、奇数行と偶数行との間で異なる。換言すれば、感光領域のうち、単位画素セル14Cに着目したときの感度と、単位画素セル14Dに着目したときの感度とは、互いに異なっている。
Between the pixel electrode 50C of the unit pixel cells 14C and the auxiliary electrode lines 61 C, the gap is formed, its size (the distance between the pixel electrode 50C and the auxiliary electrode lines 61 C) is a Lc be. Between the pixel electrode 50D of the unit pixel cells 14D and the auxiliary electrode lines 61 D, a gap is formed, its size (the distance between the pixel electrode 50D and the auxiliary electrode lines 61 D) is Ld
Is. As schematically shown in FIG. 18, here, the distance Ld is larger than the distance Lc. Therefore, for example, even when the same sensitivity adjustment voltage is applied to the auxiliary electrode row 61 C and the auxiliary electrode row 61 D , the region in which the signal charge is captured by the pixel electrode 50C formed in the unit pixel cell 14C. The size and the size of the region where the signal charge is captured by the pixel electrode 50D formed in the unit pixel cell 14D are different from each other. That is, in this example, even when a common sensitivity adjustment voltage is applied, the size of the region where the signal charge is captured by the pixel electrodes differs between the odd-numbered rows and the even-numbered rows. In other words, in the photosensitive region, the sensitivity when focusing on the unit pixel cell 14C and the sensitivity when focusing on the unit pixel cell 14D are different from each other.

このような電極構造を有する撮像装置において、例えば、補助電極行61Cおよび補助
電極行61Dに同一の感度調整電圧を印加した状態で被写体の撮影を行う。撮影後、例え
ば画像処理回路71(図17参照)は、各単位画素セルからの出力に基づいて、被写体の画像を構築する。
In the image pickup apparatus having such an electrode structure, for example, the subject is photographed in a state where the same sensitivity adjustment voltage is applied to the auxiliary electrode row 61 C and the auxiliary electrode row 61 D. After shooting, for example, the image processing circuit 71 (see FIG. 17) constructs an image of the subject based on the output from each unit pixel cell.

このとき、画像処理回路71は、単位画素セル14Cから出力された画像信号を用いて第1の画像を構成するとともに、単位画素セル14Dから出力された画像信号を用いて第2の画像を構成することが可能である。この例では、補助電極行61Cおよび補助電極行
61Dに同一の感度調整電圧を印加した状態であっても、単位画素セル14Cに形成され
る、画素電極50Cによって信号電荷が捕捉される領域の大きさと、単位画素セル14Dに形成される、画素電極50Dによって信号電荷が捕捉される領域の大きさとは、互いに
異なっているので、第1の画像および第2の画像は、互いに異なる感度のもとで取得された画像であるといえる。つまり、画素電極と補助電極(ここでは補助電極行)との間のギャップの大きさの異なる画素を画素アレイ中に混在させておくことにより、異なる感度のもとで撮影された画像を一度に取得することができる。
At this time, the image processing circuit 71 uses the image signal output from the unit pixel cell 14C to form the first image, and uses the image signal output from the unit pixel cell 14D to form the second image. It is possible to do. In this example, even when the same sensitivity adjustment voltage is applied to the auxiliary electrode row 61 C and the auxiliary electrode row 61 D , a region formed in the unit pixel cell 14C where the signal charge is captured by the pixel electrode 50C. Since the size of the above and the size of the region where the signal charge is captured by the pixel electrode 50D formed in the unit pixel cell 14D are different from each other, the first image and the second image have different sensitivities. It can be said that the image was originally acquired. In other words, by mixing pixels with different gap sizes between the pixel electrode and the auxiliary electrode (here, the auxiliary electrode row) in the pixel array, images taken under different sensitivities can be displayed at once. Can be obtained.

このように、図18に例示する構成によれば、異なる感度のもとで撮影された画像を一度に取得することができる。そのため、例えばハイダイナミックレンジ合成をより高速に実行することが可能である。 As described above, according to the configuration illustrated in FIG. 18, images taken under different sensitivities can be acquired at one time. Therefore, for example, high dynamic range composition can be executed at higher speed.

補助電極行61Cおよび補助電極行61Dは、図18に例示するように空間的に分離されることにより互いに電気的に分離されていてもよいし、一体として形成されることにより互いに電気的に接続されていてもよい。補助電極行61Cおよび補助電極行61Dを互いに電気的に分離することにより、補助電極行61Cおよび補助電極行61Dにそれぞれ独立して異なる感度調整電圧を印加してもよい。補助電極行61Cおよび補助電極行61Dを一体として形成した場合には、電圧印加回路60と画素アレイとの間の配線数を削減し得る。 The auxiliary electrode row 61 C and the auxiliary electrode row 61 D may be electrically separated from each other by being spatially separated as illustrated in FIG. 18, or may be electrically separated from each other by being formed as one. It may be connected to. By electrically isolating the auxiliary electrode lines 61 C and the auxiliary electrode lines 61 D each other, each independently different sensitivities adjusted voltage to the auxiliary electrode lines 61 C and the auxiliary electrode lines 61 D may be applied. When the auxiliary electrode row 61 C and the auxiliary electrode row 61 D are integrally formed, the number of wires between the voltage application circuit 60 and the pixel array can be reduced.

図18に例示する構成では、補助電極が行ごとに分離されている。しかしながら、補助電極の構成は、この例に限定されず、例えば、補助電極が単位画素セルごとに分離されていてもよい。 In the configuration illustrated in FIG. 18, the auxiliary electrodes are separated row by row. However, the configuration of the auxiliary electrode is not limited to this example, and for example, the auxiliary electrode may be separated for each unit pixel cell.

図19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他の一例を示す。図19に例示する構成において、単位画素セル14Eの各々は、画素電極50と、補助電極61Eとを含んでいる。図19に示す例では、画素電極50と補助電極61Eとの間の距離は、図19に示す9つの単位画素セル14Eの間で同じである。 FIG. 19 shows another example of the arrangement of the pixel electrode and the auxiliary electrode in the image pickup apparatus according to the fourth embodiment. In the configuration illustrated in FIG. 19, each of the unit pixel cells 14E includes a pixel electrode 50 and an auxiliary electrode 61E. In the example shown in FIG. 19, the distance between the pixel electrode 50 and the auxiliary electrode 61E is the same among the nine unit pixel cells 14E shown in FIG.

図示するように、この例では、互いに隣接する単位画素セル14E間に空隙が設けられることにより、補助電極61Eが、画素アレイ中の他の補助電極61Eから電気的に分離されている。このような構成によれば、画素アレイ中の補助電極61Eの各々に独立して異なる感度調整電圧を印加することが可能である。画素アレイ中の補助電極61Eの各々に独立して異なる感度調整電圧を印加することにより、画素アレイにおける任意のパターンに応じた感度の調整が可能となる。 As shown in the figure, in this example, the auxiliary electrode 61E is electrically separated from the other auxiliary electrodes 61E in the pixel array by providing a gap between the unit pixel cells 14E adjacent to each other. According to such a configuration, it is possible to independently apply different sensitivity adjustment voltages to each of the auxiliary electrodes 61E in the pixel array. By independently applying different sensitivity adjustment voltages to each of the auxiliary electrodes 61E in the pixel array, it is possible to adjust the sensitivity according to an arbitrary pattern in the pixel array.

図20は、画素電極50および補助電極61Eを含む単位画素セル14Eと、電圧印加回路60との間の電気的接続の一例を示す。図20に示す撮像装置104Eは、画素アレイの各行において、各単位画素セル14Eに対応した感度調整線28を有している。具体的には、各単位画素セル14Eの補助電極61Eと、電圧印加回路60とが、互いに異なる感度調整線28によって接続されている。各補助電極61Eと電圧印加回路60とを、互いに異なる感度調整線28によって接続することにより、各補助電極61Eに独立して異なる感度調整電圧を印加することができる。なお、同一の行に属する単位画素セル14Eに供給する感度調整電圧の値を共通とし、画素アレイの奇数行と偶数行との間で互いに異なる感度調整電圧を印加すれば、図18を参照して説明した動作と同様の動作を実行することも可能である。 FIG. 20 shows an example of an electrical connection between the unit pixel cell 14E including the pixel electrode 50 and the auxiliary electrode 61E and the voltage application circuit 60. The image pickup apparatus 104E shown in FIG. 20 has a sensitivity adjustment line 28 corresponding to each unit pixel cell 14E in each row of the pixel array. Specifically, the auxiliary electrode 61E of each unit pixel cell 14E and the voltage application circuit 60 are connected by sensitivity adjusting lines 28 different from each other. By connecting each auxiliary electrode 61E and the voltage application circuit 60 by different sensitivity adjustment lines 28, different sensitivity adjustment voltages can be independently applied to each auxiliary electrode 61E. If the values of the sensitivity adjustment voltages supplied to the unit pixel cells 14E belonging to the same row are common and different sensitivity adjustment voltages are applied between the odd-numbered rows and the even-numbered rows of the pixel array, refer to FIG. It is also possible to perform an operation similar to the operation described above.

図21は、単位画素セル14Eの断面の一例を模式的に示す。図21は、図19に示すA−A’線断面図に相当し、行方向に沿って並ぶ3つの単位画素セルを模式的に示している。 FIG. 21 schematically shows an example of a cross section of the unit pixel cell 14E. FIG. 21 corresponds to the cross-sectional view taken along the line AA'shown in FIG. 19, and schematically shows three unit pixel cells arranged along the row direction.

図21に例示する構成において、図の中央に示す単位画素セル14Ebは、上部電極52に関して光電変換層51とは反対側に、カラーフィルタ75bを有する。ここでは、カラーフィルタ75bは、青色の光を透過するフィルタである。図示するように、単位画素
セル14Ebの右側および左側には、単位画素セル14Egが配置されている。これらの2つの単位画素セル14Egの各々は、上部電極52に関して光電変換層51とは反対側に、カラーフィルタ75gを有する。ここでは、カラーフィルタ75gは、緑色の光を透過するフィルタである。図示するように、カラーフィルタ(ここではカラーフィルタ75bおよび75g)上には、マイクロレンズ76が配置され得る。
In the configuration illustrated in FIG. 21, the unit pixel cell 14Eb shown in the center of the figure has a color filter 75b on the side opposite to the photoelectric conversion layer 51 with respect to the upper electrode 52. Here, the color filter 75b is a filter that transmits blue light. As shown in the figure, unit pixel cells 14Eg are arranged on the right side and the left side of the unit pixel cell 14Eb. Each of these two unit pixel cells 14Eg has a color filter 75g on the side opposite to the photoelectric conversion layer 51 with respect to the upper electrode 52. Here, the color filter 75g is a filter that transmits green light. As shown, the microlens 76 may be placed on the color filters (here, the color filters 75b and 75g).

図21に示す単位画素セル14Ebおよび単位画素セル14Egの各々は、画素電極50および補助電極61Eを有する。そのため、電圧印加回路60(図20参照)は、異なる感度調整電圧を各単位画素セルの補助電極61Eに個別に印加することが可能である。ここでは、電圧印加回路60は、カラーフィルタが透過する光の色に応じて、互いに異なる感度調整電圧を各単位画素セルの補助電極61Eに供給する。例えば、電圧印加回路60は、カラーフィルタ75bを有するB画素の補助電極61Eに、感度調整電圧として第1の電圧を印加し、カラーフィルタ75gを有するG画素の補助電極61Eに、感度調整電圧として第1の電圧とは異なる第2の電圧を印加する。また、電圧印加回路60は、赤色の光を透過するカラーフィルタを有するR画素(図21において不図示)の補助電極61Eに、第1および第2の電圧とは異なる第3の電圧を印加する。 Each of the unit pixel cell 14Eb and the unit pixel cell 14Eg shown in FIG. 21 has a pixel electrode 50 and an auxiliary electrode 61E. Therefore, the voltage application circuit 60 (see FIG. 20) can individually apply different sensitivity adjustment voltages to the auxiliary electrodes 61E of each unit pixel cell. Here, the voltage application circuit 60 supplies different sensitivity adjustment voltages to the auxiliary electrodes 61E of each unit pixel cell according to the color of the light transmitted through the color filter. For example, the voltage application circuit 60 applies the first voltage as the sensitivity adjustment voltage to the auxiliary electrode 61E of the B pixel having the color filter 75b, and applies the first voltage to the auxiliary electrode 61E of the G pixel having the color filter 75g as the sensitivity adjustment voltage. A second voltage different from the first voltage is applied. Further, the voltage application circuit 60 applies a third voltage different from the first and second voltages to the auxiliary electrode 61E of the R pixel (not shown in FIG. 21) having a color filter that transmits red light. ..

このように、例えば、カラーフィルタが透過する光の色に応じて、互いに異なる感度調整電圧を各単位画素セルの補助電極61Eに供給することにより、各色に対する感度を個別に設定することが可能である。すなわち、感度調整電圧を調整することによって、取得する画像のホワイトバランスを調整することができる。 In this way, for example, by supplying different sensitivity adjustment voltages to the auxiliary electrodes 61E of each unit pixel cell according to the color of the light transmitted through the color filter, it is possible to individually set the sensitivity for each color. be. That is, the white balance of the acquired image can be adjusted by adjusting the sensitivity adjustment voltage.

ここで注目すべきは、撮影によって得られた画像データにおける各色のゲインの調整ではなく、撮影時点における各色の感度を変更する点である。撮影によって得られた画像データにおける各色のゲインを調整する従来の手法では、ゲインの変更に伴って、各色のノイズのレベルもそれぞれ異なった率で増幅されてしまう。これに対し、本実施形態によれば、撮像時における感度を色ごとに任意に変更できるので、各色のノイズレベルがそれぞれ異なった率で増幅されることに起因する画像全体における色の変化を抑制し得る。したがって、本実施形態によれば、撮影時の環境(例えば朝方であるかあるいは夕方であるか)の違いまたは光源の違いに応じたホワイトバランスをより容易に実現し得る。 What should be noted here is not to adjust the gain of each color in the image data obtained by shooting, but to change the sensitivity of each color at the time of shooting. In the conventional method of adjusting the gain of each color in the image data obtained by shooting, the noise level of each color is amplified at a different rate as the gain is changed. On the other hand, according to the present embodiment, since the sensitivity at the time of imaging can be arbitrarily changed for each color, the change in color in the entire image due to the noise level of each color being amplified at a different rate is suppressed. Can be done. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to more easily realize the white balance according to the difference in the shooting environment (for example, in the morning or in the evening) or the difference in the light source.

(第5の実施形態)
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。
(Fifth Embodiment)
The imaging apparatus according to this embodiment will be described with reference to FIG. 22.

本実施形態の撮像装置は、メモリをさらに備えている点で第1の実施形態の撮像装置と異なる。メモリ以外の構成は第1の実施形態と同じであり得るので、主として、メモリの説明を行う。 The image pickup apparatus of the present embodiment is different from the image pickup apparatus of the first embodiment in that it further includes a memory. Since the configuration other than the memory can be the same as that of the first embodiment, the memory will be mainly described.

図22は、本実施形態の撮像装置の回路構成の一例を模式的に示している。図22に示す撮像装置105は、第1の実施形態の撮像装置101の構成に加えて、メモリ78をさらに有する。 FIG. 22 schematically shows an example of the circuit configuration of the image pickup apparatus of this embodiment. The image pickup device 105 shown in FIG. 22 further includes a memory 78 in addition to the configuration of the image pickup device 101 of the first embodiment.

メモリ78は、撮影時において補助電極61に印加されていた感度調整電圧の情報(典型的には感度調整電圧の値)を例えば電圧印加回路60Fから受け取り、一時的に保持する。撮影時に使用された感度調整電圧の情報は、取得された画像信号に対応付けられ、画像信号または画像データとともに読み出される。 The memory 78 receives information on the sensitivity adjustment voltage (typically the value of the sensitivity adjustment voltage) applied to the auxiliary electrode 61 at the time of photographing from, for example, the voltage application circuit 60F, and temporarily holds the information. The information on the sensitivity adjustment voltage used at the time of shooting is associated with the acquired image signal and is read out together with the image signal or image data.

撮影時に使用した感度調整電圧の値をメモリ78に保持することにより、撮影時のシーンに関する情報を撮影後に提供することが可能になる。言い換えれば、どのような感度のもとで撮影が行われたかという情報を撮影後に利用することができる。例えば、ある画像
に対応付けられた感度調整電圧の値から、その画像が、暗い環境で撮影されて得られた画像なのか、感度調整電圧を制御することによって感度が低くされた状態で撮影されて得られた画像なのかを区別することが可能である。
By holding the value of the sensitivity adjustment voltage used at the time of shooting in the memory 78, it is possible to provide information on the scene at the time of shooting after shooting. In other words, information about the sensitivity under which the shooting was performed can be used after shooting. For example, from the value of the sensitivity adjustment voltage associated with a certain image, whether the image was taken in a dark environment or not, the sensitivity was lowered by controlling the sensitivity adjustment voltage. It is possible to distinguish whether the image is obtained by the above.

感度調整電圧の値は、前述のハイダイナミックレンジ合成において利用することもできる。例えば、画像処理回路71(図17参照)は、感度を変えて得られた複数の画像のそれぞれに対応付けられた感度調整電圧に関する情報を利用して、これらの画像の撮影時の感度の高さ(露出の大きさといってもよい)の順序を判定することができる。画像処理回路71は、撮影時の感度の高さの順序に基づいて複数の画像の合成を実行することができる。 The value of the sensitivity adjustment voltage can also be used in the above-mentioned high dynamic range synthesis. For example, the image processing circuit 71 (see FIG. 17) uses information on the sensitivity adjustment voltage associated with each of the plurality of images obtained by changing the sensitivity to increase the sensitivity at the time of capturing these images. The order of the images (which can be called the magnitude of the exposure) can be determined. The image processing circuit 71 can execute the composition of a plurality of images based on the order of high sensitivity at the time of shooting.

なお、複数の異なる感度調整電圧を画素アレイに同時に印加して撮影を行った場合には、どの単位画素セルにどのような大きさの感度調整電圧を印加したかの情報をメモリ78に保持してもよい。メモリ78は、撮像装置105の内部に配置されていてもよいし、撮像装置105の外部に配置されていてもよい。あるいは、メモリ78は、撮像装置105の本体から取り外し可能に構成されていてもよい。メモリ78としては、RAM、ハードディスクなどの公知の記憶装置を用いることができる。 When a plurality of different sensitivity adjustment voltages are applied to the pixel array at the same time for shooting, the memory 78 holds information on which unit pixel cell and what magnitude of the sensitivity adjustment voltage is applied. You may. The memory 78 may be arranged inside the image pickup apparatus 105 or may be arranged outside the image pickup apparatus 105. Alternatively, the memory 78 may be configured to be removable from the main body of the image pickup apparatus 105. As the memory 78, a known storage device such as a RAM or a hard disk can be used.

(第6の実施形態)
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。
(Sixth Embodiment)
The imaging apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 23, 24A, and 24B.

図23は、第6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23に例示する構成において、単位画素セル14Gの各々は、画素電極50と、画素電極50を取り囲むように配置された補助電極61Gとを含んでいる。図示するように、補助電極61Gは、空間的に互いに分離されたサブ補助電極61a〜61dを含んでいる。ここでは、サブ補助電極61a〜61dは、矩形状の画素電極の各辺に沿って配置されている。 FIG. 23 shows an example of the arrangement of the pixel electrode and the auxiliary electrode in the image pickup apparatus according to the sixth embodiment. In the configuration illustrated in FIG. 23, each of the unit pixel cells 14G includes a pixel electrode 50 and an auxiliary electrode 61G arranged so as to surround the pixel electrode 50. As shown, the auxiliary electrodes 61G include sub-auxiliary electrodes 61a to 61d that are spatially separated from each other. Here, the sub-auxiliary electrodes 61a to 61d are arranged along each side of the rectangular pixel electrode.

サブ補助電極61a〜61dの各々は、電圧印加回路60(例えば図20参照)との電気的接続を有することにより、互いに独立した感度調整電圧を印加可能に構成されている。つまり、この例では、撮像装置の動作時、単位画素セル14Gの各々において、サブ補助電極61a〜61dの電位が独立して制御される。以下に詳細に説明するように、単位画素セル中に複数のサブ補助電極を配置し、複数のサブ補助電極の各々における電圧を制御することにより、単位画素セルに位相差検出の機能を付与することが可能である。 Each of the sub-auxiliary electrodes 61a to 61d has an electrical connection with a voltage application circuit 60 (see, for example, FIG. 20), so that sensitivity adjustment voltages independent of each other can be applied. That is, in this example, the potentials of the sub-auxiliary electrodes 61a to 61d are independently controlled in each of the unit pixel cells 14G during the operation of the image pickup apparatus. As will be described in detail below, a plurality of sub-auxiliary electrodes are arranged in the unit pixel cell, and the voltage in each of the plurality of sub-auxiliary electrodes is controlled to impart a phase difference detection function to the unit pixel cell. It is possible.

図24Aは、単位画素セル14Gの光電変換層51に形成される領域51Aの一例を示す。上述したように、領域51Aは、画素電極50によって信号電荷が捕捉される領域である。図24Aは、図23に示すB−B’線断面図に相当する。簡単のため、図24Aでは、図23に示す9つの単位画素セルのうち、中央の1つの模式的な断面を示している。 FIG. 24A shows an example of the region 51A formed in the photoelectric conversion layer 51 of the unit pixel cell 14G. As described above, the region 51A is a region in which the signal charge is captured by the pixel electrode 50. FIG. 24A corresponds to the cross-sectional view taken along the line BB'shown in FIG. 23. For simplicity, FIG. 24A shows one schematic cross section in the center of the nine unit pixel cells shown in FIG. 23.

図24Aは、サブ補助電極61aに第1の感度調整電圧(例えば−2V)が印加され、サブ補助電極61dに第2の感度調整電圧(例えば5V)が印加された状態における領域51Aを模式的に示している。なお、ここでは、サブ補助電極61bおよびサブ補助電極61cには、共通の電圧が印加されていると仮定する。 FIG. 24A schematically shows a region 51A in a state where a first sensitivity adjustment voltage (for example, -2V) is applied to the sub-auxiliary electrode 61a and a second sensitivity adjustment voltage (for example, 5V) is applied to the sub-auxiliary electrode 61d. It is shown in. Here, it is assumed that a common voltage is applied to the sub-auxiliary electrode 61b and the sub-auxiliary electrode 61c.

図24Aに示す状態においては、サブ補助電極61aの電位は、サブ補助電極61dの電位よりも低く、サブ補助電極61aは、サブ補助電極61dと比較して、より多くの信号電荷(ここでは正孔)を捕捉する。つまり、図24Aに模式的に示すように、サブ補助電極61a上に形成される領域51Baは、サブ補助電極61d上に形成される領域51
Bdよりも大きい。そのため、このときの領域51Aは、図において右側に偏った形状を有する。
In the state shown in FIG. 24A, the potential of the sub-auxiliary electrode 61a is lower than the potential of the sub-auxiliary electrode 61d, and the sub-auxiliary electrode 61a has more signal charge (here, positive) as compared with the sub-auxiliary electrode 61d. Hole) is captured. That is, as schematically shown in FIG. 24A, the region 51Ba formed on the sub-auxiliary electrode 61a is the region 51 formed on the sub-auxiliary electrode 61d.
Larger than Bd. Therefore, the region 51A at this time has a shape biased to the right in the figure.

図24Bは、サブ補助電極61aに第2の感度調整電圧が印加され、サブ補助電極61dに第1の感度調整電圧が印加された状態における領域51Aを模式的に示している。図24Bに示す状態においては、サブ補助電極61a上に形成される領域51Baよりも、サブ補助電極61d上に形成される領域51Bdの方が大きい。そのため、このときの領域51Aは、図において左側に偏った形状を有する。 FIG. 24B schematically shows a region 51A in a state where the second sensitivity adjustment voltage is applied to the sub-auxiliary electrode 61a and the first sensitivity adjustment voltage is applied to the sub-auxiliary electrode 61d. In the state shown in FIG. 24B, the region 51Bd formed on the sub-auxiliary electrode 61d is larger than the region 51Ba formed on the sub-auxiliary electrode 61a. Therefore, the region 51A at this time has a shape biased to the left in the figure.

このように、サブ補助電極61aおよび61dの電位を独立して制御することにより、光電変換層51内において領域51Aをサブ補助電極61aまたは61dに向けて延ばすことが可能である。同様にして、サブ補助電極61aおよび61dの電位を共通とした状態でサブ補助電極61bおよび61cの電位を調整すれば、図23における上方または下方に向けて領域51Aを延ばすことが可能である。また、例えば、サブ補助電極61aおよび61bに第1の感度調整電圧を印加し、サブ補助電極61cおよび61dに第2の感度調整電圧を印加すれば、図23における右上の方向に向けて領域51Aを延ばすことが可能である。このように、サブ補助電極61a〜61dの電位を独立して制御することにより、光電変換層51内において領域51Aを任意の方向に向かって延ばすことが可能である。 In this way, by independently controlling the potentials of the sub-auxiliary electrodes 61a and 61d, it is possible to extend the region 51A toward the sub-auxiliary electrodes 61a or 61d in the photoelectric conversion layer 51. Similarly, if the potentials of the sub-auxiliary electrodes 61b and 61c are adjusted in a state where the potentials of the sub-auxiliary electrodes 61a and 61d are shared, the region 51A can be extended upward or downward in FIG. 23. Further, for example, if the first sensitivity adjustment voltage is applied to the sub-auxiliary electrodes 61a and 61b and the second sensitivity adjustment voltage is applied to the sub-auxiliary electrodes 61c and 61d, the region 51A is directed toward the upper right in FIG. 23. Can be extended. In this way, by independently controlling the potentials of the sub-auxiliary electrodes 61a to 61d, it is possible to extend the region 51A in the photoelectric conversion layer 51 in an arbitrary direction.

例えば、画素アレイ中のある画素における領域51Aを図24Aに示すように右側に延ばし、その画素の左側に隣接する画素における領域51Aを図24Bに示すように左側に延ばせば、これらの画素の組を位相差AF(Auto Focus)用の画素として利用することが可能である。言うまでもないが、4つのサブ補助電極61a〜61dに共通の感度調整電圧を印加すれば、単位画素セル14Gを上述の他の実施形態と同様に機能させ得る。 For example, if the region 51A of a pixel in the pixel array is extended to the right as shown in FIG. 24A, and the region 51A of the pixel adjacent to the left side of the pixel is extended to the left as shown in FIG. 24B, a set of these pixels is formed. Can be used as a pixel for phase difference AF (Auto Focus). Needless to say, if a common sensitivity adjustment voltage is applied to the four sub-auxiliary electrodes 61a to 61d, the unit pixel cell 14G can function in the same manner as in the other embodiments described above.

図24Aおよび図24Bから明らかなように、本実施形態では、撮像用の単位画素セルおよび位相差AF用の単位画素セルのデバイス構造は、共通である。そのため、画素アレイ中に別途位相差AF用の画素を配置したり、撮像装置に別途位相差AF用のセンサを配置することなく、位相差AFを実現し得る。本実施形態によれば、サブ補助電極に印加する感度調整電圧の制御により、画素アレイ中の任意の単位画素セルを位相差AF用の画素として機能させ得るので、より柔軟な運用が可能である。 As is clear from FIGS. 24A and 24B, in the present embodiment, the device structures of the unit pixel cell for imaging and the unit pixel cell for phase difference AF are common. Therefore, the phase difference AF can be realized without separately arranging the pixels for the phase difference AF in the pixel array or separately arranging the sensor for the phase difference AF in the image pickup apparatus. According to this embodiment, by controlling the sensitivity adjustment voltage applied to the sub-auxiliary electrode, any unit pixel cell in the pixel array can function as a pixel for phase difference AF, so that more flexible operation is possible. ..

なお、単位画素セル中のサブ補助電極の数、配置および形状は、図23に示す例に限定されず、任意に設定可能である。本実施形態において、「単位画素セル」は、感光領域の繰り返し構造を構成する最小単位であって、かつ、少なくとも1つの画素電極を含む構造であると言える。 The number, arrangement, and shape of the sub-auxiliary electrodes in the unit pixel cell are not limited to the example shown in FIG. 23, and can be arbitrarily set. In the present embodiment, it can be said that the "unit pixel cell" is the smallest unit constituting the repeating structure of the photosensitive region and includes at least one pixel electrode.

(第7の実施形態)
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。
(7th Embodiment)
The image acquisition device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 25A to 30.

本実施形態に係る画像取得装置は、被写体を撮像装置の光電変換部に近接させ、被写体を透過した光を光電変換部によって検出する。被写体を透過する光の照射方向を異ならせることによって、同一の画素に被写体の異なる部分を透過した光を検出させ、得られた複数の画像信号を合成することによって、分解能の高い画像を得る。 In the image acquisition device according to the present embodiment, the subject is brought close to the photoelectric conversion unit of the imaging device, and the light transmitted through the subject is detected by the photoelectric conversion unit. By making the irradiation direction of the light transmitted through the subject different, the same pixel detects the light transmitted through different parts of the subject, and the obtained plurality of image signals are combined to obtain an image with high resolution.

図25Aは、本開示の第7の実施形態に係る画像取得装置の構成を模式的に示している。図25Aに示す画像取得装置106は、照明システム81と、撮像装置100と、画像処理部90とを有する。 FIG. 25A schematically shows the configuration of the image acquisition device according to the seventh embodiment of the present disclosure. The image acquisition device 106 shown in FIG. 25A includes a lighting system 81, an image pickup device 100, and an image processing unit 90.

撮像装置100には、第1の実施形態から第6の実施形態の撮像装置のいずれを使用することも可能である。本実施形態では、例えば第1の実施形態の撮像装置101を用いる。図25Bは、照明システム81の構成の一例を模式的に示している。照明システム81は、例えば、2次元に配列された、光源81a〜81iを含む。 As the image pickup apparatus 100, any of the image pickup apparatus of the first to sixth embodiments can be used. In this embodiment, for example, the image pickup apparatus 101 of the first embodiment is used. FIG. 25B schematically shows an example of the configuration of the lighting system 81. The lighting system 81 includes, for example, light sources 81a to 81i arranged in two dimensions.

図26Aは、照明システム81、および、撮像装置101の光電変換部10近傍の構成を模式的に示している。図26Aに示すように、被写体80は、光電変換部10の上部電極52から、例えば距離L2を隔てて配置される。距離L2は、典型的には1mm以下であり、例えば0.1μm程度以上10μm程度以下である。被写体80は、光電変換部10に対して平行に配置される。ここでは、光電変換部10の上部電極52上にはマイクロレンズ等の集光光学素子は配置されていない。被写体80は、例えば、プレパラート上に保持された光透過性の試料(細胞、剥切した組織など)である。 FIG. 26A schematically shows the configuration of the lighting system 81 and the vicinity of the photoelectric conversion unit 10 of the image pickup apparatus 101. As shown in FIG. 26A, the subject 80 is arranged at a distance L2, for example, from the upper electrode 52 of the photoelectric conversion unit 10. The distance L2 is typically 1 mm or less, for example, about 0.1 μm or more and about 10 μm or less. The subject 80 is arranged parallel to the photoelectric conversion unit 10. Here, a condensing optical element such as a microlens is not arranged on the upper electrode 52 of the photoelectric conversion unit 10. The subject 80 is, for example, a light-transmitting sample (cells, stripped tissue, etc.) held on a slide.

照明システム81は、光電変換部10から十分に離れた位置に配置されている。図26Aでは、光源81a〜81iのうち、光源81a〜81cの3つが示されている。光源81a、81b、81cのうち、光源81aは、撮像装置101の2次元に配置された複数の単位画素セル14の中央近傍上に配置される。これに対して、光源81b、81cは中央近傍上から離れて位置している。光源81a、81b、81cは、典型的にはそれぞれ点光源であるが、光電変換部10から十分に離れているので、被写体80に、平行光である照明光を照射する。図26Aに示すように、光源81aは、光電変換部10上の被写体80に対して垂直な方向から照明光を被写体80に照射する。一方、図26Bに示すように、光源81bは、被写体80の法線方向に対して斜め方向から被写体80に照明光を照射する。光源81cについても同様である。このように、照明システム81は、被写体80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80を照射する。 The lighting system 81 is arranged at a position sufficiently distant from the photoelectric conversion unit 10. In FIG. 26A, three of the light sources 81a to 81i are shown. Of the light sources 81a, 81b, and 81c, the light source 81a is arranged near the center of a plurality of unit pixel cells 14 arranged two-dimensionally in the image pickup apparatus 101. On the other hand, the light sources 81b and 81c are located away from the vicinity of the center. The light sources 81a, 81b, and 81c are typically point light sources, but since they are sufficiently separated from the photoelectric conversion unit 10, the subject 80 is irradiated with illumination light that is parallel light. As shown in FIG. 26A, the light source 81a irradiates the subject 80 with illumination light from a direction perpendicular to the subject 80 on the photoelectric conversion unit 10. On the other hand, as shown in FIG. 26B, the light source 81b irradiates the subject 80 with illumination light from an oblique direction with respect to the normal direction of the subject 80. The same applies to the light source 81c. In this way, the illumination system 81 sequentially emits illumination light from a plurality of different irradiation directions with reference to the subject 80, and irradiates the subject 80 with the illumination light.

次に、画像取得装置106によって、被写体80の画像を取得する手順を説明する。 Next, a procedure for acquiring an image of the subject 80 by the image acquisition device 106 will be described.

まず、補助電極61に所定の感度調整電圧Vkを印加する。第1の実施形態で説明したように、補助電極61に感度調整電圧を印加することによって、光電変換層51のうち、補助電極61との重なりを有する部分を含む領域51Bで生成した信号電荷は補助電極61へ移動する。また、光電変換層51のうち、画素電極50との重なりを有する部分を含む領域51Aで生成した信号電荷が画素電極50によって検出される。つまり、領域51Aの大きさが画素サイズを規定する。 First, a predetermined sensitivity adjustment voltage Vk is applied to the auxiliary electrode 61. As described in the first embodiment, by applying the sensitivity adjustment voltage to the auxiliary electrode 61, the signal charge generated in the region 51B including the portion of the photoelectric conversion layer 51 that overlaps with the auxiliary electrode 61 is generated. It moves to the auxiliary electrode 61. Further, the signal charge generated in the region 51A including the portion of the photoelectric conversion layer 51 that overlaps with the pixel electrode 50 is detected by the pixel electrode 50. That is, the size of the region 51A defines the pixel size.

次に、光源81aを点灯させ照明光を被写体80に照射する。被写体80を透過した照明光は、光電変換部10に入射する。上述したように、光電変換部10に入射する光のうち、画素電極50によって信号電荷が捕捉される領域51Aに入射する照明光が、実質的に検出される。つまり、被写体80のうち、光電変換層51に形成された領域51Aの直上に位置する領域80Aが選択的に撮影される。 Next, the light source 81a is turned on and the subject 80 is irradiated with the illumination light. The illumination light transmitted through the subject 80 is incident on the photoelectric conversion unit 10. As described above, among the light incident on the photoelectric conversion unit 10, the illumination light incident on the region 51A in which the signal charge is captured by the pixel electrode 50 is substantially detected. That is, of the subject 80, the region 80A located directly above the region 51A formed on the photoelectric conversion layer 51 is selectively photographed.

次に、図26Bに示すように、光源81bを点灯させ、照明光を被写体80に照射する。光源81bからの照明光は、被写体80の法線に対して斜めに入射する。このため、光電変換層51の領域51Aの直上に位置する、被写体80の領域80Aではなく、光電変換層51の領域51Aの斜め上に位置する領域80Bを透過した光が、領域51Aに入射する。図26Bから分かるように、被写体80の領域80Aを透過した照明光は、光電変換層51の領域51Bに入射する。このため、光源81bを点灯させた場合には、被写体の領域80Bが選択的に撮影される。 Next, as shown in FIG. 26B, the light source 81b is turned on and the subject 80 is irradiated with the illumination light. The illumination light from the light source 81b is obliquely incident on the normal line of the subject 80. Therefore, the light transmitted through the region 80B located diagonally above the region 51A of the photoelectric conversion layer 51, not the region 80A of the subject 80 located directly above the region 51A of the photoelectric conversion layer 51, is incident on the region 51A. .. As can be seen from FIG. 26B, the illumination light transmitted through the region 80A of the subject 80 is incident on the region 51B of the photoelectric conversion layer 51. Therefore, when the light source 81b is turned on, the area 80B of the subject is selectively photographed.

以降、図25Bに示す照明システム81の光源81gおよび光源81hを用いて同様に撮影を行う。図27は、被写体80の模式的な平面図であって、光源81a、81b、81g、81hによって撮影される領域80A、80B、80G、80Hを示している。図26Bに示すように、光電変換層51の領域51Aは、領域80Aの下に位置している。図26Bにおいて矢印で模式的に示すように、光源81b、81gおよび81hを用いることによって、被写体80の領域80B、80Gおよび80Hを透過した光を光電変換層51の領域51Aで検出することができる。このため、光源81a、81b、81gおよび81hを用いた4回の撮影により、被写体80のすべての領域を撮影し得る。つまり、照明方向を変えながら行う4回の撮影により、被写体80のうち、1つの単位画素セル14に対応する領域Pxに含まれ、かつ、互いに異なる領域80A、80B、80Gおよび80H(図27参照)を透過した光を領域51Aで順次検出することができる。 After that, the same shooting is performed using the light source 81g and the light source 81h of the lighting system 81 shown in FIG. 25B. FIG. 27 is a schematic plan view of the subject 80 and shows the regions 80A, 80B, 80G, and 80H photographed by the light sources 81a, 81b, 81g, and 81h. As shown in FIG. 26B, the region 51A of the photoelectric conversion layer 51 is located below the region 80A. By using the light sources 81b, 81g and 81h as schematically shown by arrows in FIG. 26B, the light transmitted through the regions 80B, 80G and 80H of the subject 80 can be detected in the region 51A of the photoelectric conversion layer 51. .. Therefore, the entire region of the subject 80 can be photographed by four times of photographing using the light sources 81a, 81b, 81g and 81h. That is, the regions 80A, 80B, 80G and 80H included in the region Px corresponding to one unit pixel cell 14 of the subject 80 and different from each other by four times of shooting while changing the illumination direction (see FIG. 27). ) Can be sequentially detected in the region 51A.

画像処理部90は、例えば1以上のプロセッサを含み、光源81a、81b、81gおよび81hを用いた撮影によってそれぞれ得られた画像信号を合成する。このとき、図27に示す配列と合致するように、画像信号を再配列する。これによって、光源81a、81b、81gおよび81hのそれぞれを用いた1回の撮影の画像よりも分解能の高い被写体の高分解能画像を形成する。 The image processing unit 90 includes, for example, one or more processors, and synthesizes image signals obtained by photographing with the light sources 81a, 81b, 81g and 81h, respectively. At this time, the image signals are rearranged so as to match the arrangement shown in FIG. 27. As a result, a high-resolution image of the subject having a higher resolution than the image of one shot using each of the light sources 81a, 81b, 81g and 81h is formed.

画像取得装置106では、画素に対応する、光電変換層51の領域51Aの大きさが、撮影する被写体の分解能を決定し、領域51Aを小さくする方が撮影画像の分解能を高められる。以下、領域51Aを小さくした場合における被写体80の画像取得を図28A〜図28Cおよび図29を参照して説明する。 In the image acquisition device 106, the size of the region 51A of the photoelectric conversion layer 51 corresponding to the pixels determines the resolution of the subject to be photographed, and the resolution of the captured image can be improved by reducing the region 51A. Hereinafter, image acquisition of the subject 80 when the region 51A is reduced will be described with reference to FIGS. 28A to 28C and 29.

まず、補助電極61に所定の感度調整電圧Vhを印加する。画素に対応する、光電変換層51の領域51Aが小さくなるように、信号電荷が正孔である場合、感度調整電圧Vhは上述のVkよりも低く設定する。これにより、図28Aに示すように、光電変換層51の領域51Aは、図26Aおよび図26Bに示す状態よりも小さくなる。 First, a predetermined sensitivity adjustment voltage Vh is applied to the auxiliary electrode 61. When the signal charge is a hole, the sensitivity adjustment voltage Vh is set lower than the above-mentioned Vk so that the region 51A of the photoelectric conversion layer 51 corresponding to the pixel becomes smaller. As a result, as shown in FIG. 28A, the region 51A of the photoelectric conversion layer 51 becomes smaller than the state shown in FIGS. 26A and 26B.

次に、光源81aを点灯させ、照明光を被写体80に照射する。これにより、被写体80の領域80Aが撮影される。 Next, the light source 81a is turned on and the subject 80 is irradiated with the illumination light. As a result, the area 80A of the subject 80 is photographed.

次に、図28Bに示すように、光源81bを点灯させ、照明光を被写体80に照射する。光源81bからの照明光は、被写体80の法線に対して斜めに入射する。光源81bを点灯させた場合には、被写体の領域80Bが撮影される。 Next, as shown in FIG. 28B, the light source 81b is turned on and the subject 80 is irradiated with the illumination light. The illumination light from the light source 81b is obliquely incident on the normal line of the subject 80. When the light source 81b is turned on, the area 80B of the subject is photographed.

次に、図28Cに示すように、光源81cを点灯させ、照明光を被写体80に照射する。同様に、光源81cからの照明光は、被写体80の法線に対して斜めに入射する。光源81cを点灯させた場合には、被写体の領域80Cが撮影される。 Next, as shown in FIG. 28C, the light source 81c is turned on and the subject 80 is irradiated with the illumination light. Similarly, the illumination light from the light source 81c is obliquely incident on the normal line of the subject 80. When the light source 81c is turned on, the area 80C of the subject is photographed.

以降、図25Bに示す照明システム81の光源81dから光源81iを用いて同様に撮影を行う。図29は、被写体80の模式的な平面図であって、光源81aから81iからの照明光を用いてそれぞれ撮影される領域80Aから80Iを示している。図28Bおよび図28Cにおいて矢印で模式的に示すように、光源81bから81iを用いることによって、被写体80の領域80Bから80Iを透過した光を光電変換層51の領域51Aで検出することができる。このため、光源81aから81iを用いた9回の撮影により、被写体80のすべての領域を撮影し得る。つまり、被写体の異なる部分を透過した光を領域51Aに順次検出させることができる。 After that, the light source 81d of the lighting system 81 shown in FIG. 25B is similarly photographed using the light source 81i. FIG. 29 is a schematic plan view of the subject 80, showing regions 80A to 80I photographed using the illumination light from the light sources 81a to 81i, respectively. By using the light sources 81b to 81i as schematically shown by arrows in FIGS. 28B and 28C, the light transmitted through the regions 80B to 80I of the subject 80 can be detected in the region 51A of the photoelectric conversion layer 51. Therefore, the entire region of the subject 80 can be photographed by nine times of photographing using the light sources 81a to 81i. That is, the light transmitted through different parts of the subject can be sequentially detected in the region 51A.

画像処理部90は、光源81aから81iを用いた撮影によってそれぞれ得られた画像信号を、図29に示す配列に合致するようにして、再配列および合成する。これによって
、光源81aから81iを用いたそれぞれ1回の撮影の画像よりも分解能の高い被写体の高分解能画像を形成する。
The image processing unit 90 rearranges and synthesizes the image signals obtained by photographing with the light sources 81a to 81i so as to match the arrangement shown in FIG. 29. As a result, a high-resolution image of the subject having a higher resolution than the image taken once each using the light sources 81a to 81i is formed.

なお、感度調整電圧を変化させても、単位画素セル14の大きさは変化せず、画素ピッチも変化しない。しかし、実効的な画素の大きさに相当する領域51Aのサイズを変化させることができる。画像取得装置106では、領域51Aの大きさが分解能を決定するので、領域51Aのサイズが小さくなるように感度調整電圧の値を決定し、印加することにより、高分解能の画像を取得することができる。例えば、図27に示す例では、領域51Aを単位画素セル14の1/4の大きさに調整することにより、領域51Aの大きさを単位画素セル14の大きさと同等としたときの4倍の分解能で画像を取得している。図29に示す例では、領域51Aを単位画素セル14の1/9の大きさに調整することにより、領域51Aの大きさを単位画素セル14の大きさと同等としたときの9倍の分解能で画像を取得している。 Even if the sensitivity adjustment voltage is changed, the size of the unit pixel cell 14 does not change, and the pixel pitch does not change either. However, the size of the region 51A, which corresponds to the effective pixel size, can be changed. In the image acquisition device 106, since the size of the region 51A determines the resolution, it is possible to acquire a high-resolution image by determining and applying the value of the sensitivity adjustment voltage so that the size of the region 51A becomes small. can. For example, in the example shown in FIG. 27, by adjusting the area 51A to a size of 1/4 of the unit pixel cell 14, the size of the area 51A is four times as large as the size of the unit pixel cell 14. The image is acquired with resolution. In the example shown in FIG. 29, by adjusting the area 51A to 1/9 of the size of the unit pixel cell 14, the resolution of the area 51A is 9 times higher than that when the size of the area 51A is equal to the size of the unit pixel cell 14. I'm getting an image.

このように、本実施形態の画像取得装置によれば、補助電極61に印加する感度調整電圧を変化させることによって、光電変換層51中における、画素電極50によって信号電荷が捕捉される領域51Aのサイズを変化させることができる。よって、分解能を変化させることが可能であり、領域51Aのサイズを小さくすることによって、より高分解能の画像を取得することが可能である。 As described above, according to the image acquisition device of the present embodiment, the signal charge is captured by the pixel electrode 50 in the photoelectric conversion layer 51 by changing the sensitivity adjustment voltage applied to the auxiliary electrode 61. The size can be changed. Therefore, the resolution can be changed, and a higher resolution image can be acquired by reducing the size of the region 51A.

なお、本実施形態において、照明システム81は、複数の光源を備え、光源の位置によって、被写体に複数の異なる照射方向から照明光を照射している。しかし、照明システムは、1つの光源を備え、被写体が支持された撮像装置の向きを異ならせてもよい。例えば図30に示すように、照明システムは、平行光光源83と、被写体の姿勢を変化させる機構82とによって構成されていてもよい。機構82は、例えば、ゴニオ機構82Aと回転機構82Bとによって構成され得る。ゴニオ機構82Aは、撮像装置101と被写体80とを支持している。この照明システムによれば、機構82によって、被写体80の平行光光源83に対する姿勢を異ならせることできる。よって被写体80は、被写体80を基準にして複数の異なる方向から平行光光源83の照明光を受けることができる。 In the present embodiment, the illumination system 81 includes a plurality of light sources, and irradiates the subject with illumination light from a plurality of different irradiation directions depending on the position of the light sources. However, the lighting system may include one light source and orient the imaging device on which the subject is supported. For example, as shown in FIG. 30, the lighting system may be composed of a parallel light source 83 and a mechanism 82 that changes the posture of the subject. The mechanism 82 may be composed of, for example, a goniometer mechanism 82A and a rotation mechanism 82B. The goniometer mechanism 82A supports the image pickup apparatus 101 and the subject 80. According to this lighting system, the mechanism 82 can make the posture of the subject 80 different with respect to the parallel light light source 83. Therefore, the subject 80 can receive the illumination light of the parallel light light source 83 from a plurality of different directions with respect to the subject 80.

また、補助電極61に印加する感度調整電圧を変化させることによって、光電変換層51中における、画素電極50によって信号電荷が捕捉される領域51Aのサイズを変化させることは、上記画像取得装置に有用なだけでなく、撮像装置としても有用である。すなわち、領域51Aのサイズを小さくすることによって、互いに隣接する画素の領域51A同士の距離が大きくなって混色を抑制することが可能となる。 Further, it is useful for the image acquisition device to change the size of the region 51A in the photoelectric conversion layer 51 in which the signal charge is captured by the pixel electrode 50 by changing the sensitivity adjustment voltage applied to the auxiliary electrode 61. Not only that, it is also useful as an imaging device. That is, by reducing the size of the region 51A, the distance between the regions 51A of the pixels adjacent to each other becomes large, and it becomes possible to suppress the color mixing.

本開示による撮像装置および画像取得装置は、デジタルカメラ、イメージセンサ等の撮像装置に有用である。 The image pickup device and the image acquisition device according to the present disclosure are useful for image pickup devices such as digital cameras and image sensors.

10 光電変換部
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
10 Photoelectric conversion unit 11 Amplification transistor 12 Reset transistor 13 Address transistor 14, 14B to 14E, 14Eg, 14Eb, 14G Unit pixel cell 15 Vertical scanning circuit 16 Photoelectric conversion unit control line 17 Vertical signal line 18 Load circuit 19 Column signal processing circuit 20 Horizontal signal readout circuit 21 Power supply wiring 22 Inversion amplifier 23 Feedback line 24 Charge storage node 26 Address signal line 27 Reset signal line 28 Sensitivity adjustment line 31 Semiconductor substrate 38A, 38B, 38C Gate insulation layer 39A, 39B, 39C Gate electrode 41A to 41E n-type impurity region 42 Element separation region 43A, 43B, 43C Interlayer insulation layer 45A, 45B Contact plug 46A, 46B, 46C Wiring 47A, 47B, 47C, 48 Plug 49 Wiring 50, 50B to 50D Pixel electrode 50a to 50i Sub-pixel electrode 51 Photoelectric conversion layer 51A, 51B, 51Ba, 51Bd, 51C, 51D region 52 Upper electrodes 60, 60A to 60D, 60F Voltage application circuits 61, 61B, 61E, 61G Auxiliary electrodes 61 1 to 61 n , 61 C , 61 D Auxiliary Electrode line 61a to 61d Sub-auxiliary electrode 70 Light amount detection circuit 71 Image processing circuit 72 Flash 74 Input interface 75b, 75g Color filter 76 Microlens 78 Memory 80 Subject 81 Lighting system 83 Parallel light light source 81A to 81I region 81a to 81i Light source 82 Mechanism 82A Gonio mechanism 82B Rotation mechanism 90 Image processing unit 101, 103, 103A, 103B, 104, 104E, 105 Imaging device 100 Imaging device 106 Image acquisition device

Claims (17)

光を電荷に変換する光電変換層と、
前記電荷を収集する第1画素電極を含む第1画素と、
前記電荷を収集する第2画素電極を含む第2画素と、
前記第1画素と前記第2画素との間に位置する補助電極と、
を備え、
前記第1画素と前記第2画素とは隣接し、
前記第1画素電極と前記補助電極との最短距離は、前記第2画素電極と前記補助電極との最短距離とは異なる、撮像装置。
A photoelectric conversion layer that converts light into electric charges,
The first pixel including the first pixel electrode that collects the electric charge, and
A second pixel including the second pixel electrode that collects the electric charge, and
Auxiliary electrodes located between the first pixel and the second pixel,
With
The first pixel and the second pixel are adjacent to each other,
An imaging device in which the shortest distance between the first pixel electrode and the auxiliary electrode is different from the shortest distance between the second pixel electrode and the auxiliary electrode.
光を電荷に変換する光電変換層と、
前記電荷を収集する第1画素電極を含む第1画素と、
前記電荷を収集する第2画素電極を含む第2画素と、
前記第1画素と前記第2画素との間に位置する補助電極と、
を備え、
前記第1画素と前記第2画素とは隣接し、
前記第1画素の感度は、前記第2画素の感度とは異なる、撮像装置。
A photoelectric conversion layer that converts light into electric charges,
The first pixel including the first pixel electrode that collects the electric charge, and
A second pixel including the second pixel electrode that collects the electric charge, and
Auxiliary electrodes located between the first pixel and the second pixel,
With
The first pixel and the second pixel are adjacent to each other,
An imaging device in which the sensitivity of the first pixel is different from the sensitivity of the second pixel.
光を電荷に変換する光電変換層と、
前記電荷を収集する第1画素電極を含む第1画素と、
前記電荷を収集する第2画素電極を含む第2画素と、
前記第1画素と前記第2画素との間に位置する補助電極と、
を備え、
前記第1画素と前記第2画素とは隣接し、
前記第1画素電極によって前記電荷が補足される領域の大きさは、前記第2画素電極によって前記電荷が補足される領域の大きさとは異なる、撮像装置。
A photoelectric conversion layer that converts light into electric charges,
The first pixel including the first pixel electrode that collects the electric charge, and
A second pixel including the second pixel electrode that collects the electric charge, and
Auxiliary electrodes located between the first pixel and the second pixel,
With
The first pixel and the second pixel are adjacent to each other,
An imaging device in which the size of the region where the charge is captured by the first pixel electrode is different from the size of the region where the charge is captured by the second pixel electrode.
前記第1画素電極の大きさは、前記第2画素電極の大きさより大きい、請求項1から3のいずれか一項に記載の撮像装置。 The imaging device according to any one of claims 1 to 3, wherein the size of the first pixel electrode is larger than the size of the second pixel electrode. 前記第1画素電極と前記補助電極との最短距離は、前記第2画素電極と前記補助電極との最短距離より小さい、請求項4に記載の撮像装置。 The imaging device according to claim 4, wherein the shortest distance between the first pixel electrode and the auxiliary electrode is smaller than the shortest distance between the second pixel electrode and the auxiliary electrode. 前記補助電極は、前記第1画素電極および前記第2画素電極を取り囲む、請求項1から5のいずれか一項に記載の撮像装置。 The imaging device according to any one of claims 1 to 5, wherein the auxiliary electrode surrounds the first pixel electrode and the second pixel electrode. 前記第1画素および前記第2画素を複数備え、
前記複数の第1画素は一次元または二次元上に配置され、前記複数の第2画素は一次元または二次元上に配置される、請求項1から6のいずれか一項に記載の撮像装置。
A plurality of the first pixel and the second pixel are provided.
The imaging apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the plurality of first pixels are arranged one-dimensionally or two-dimensionally, and the plurality of second pixels are arranged one-dimensionally or two-dimensionally. ..
前記第1画素電極および前記第2画素電極と対向する上部電極をさらに備える、請求項1から5のいずれか一項に記載の撮像装置。 The imaging device according to any one of claims 1 to 5, further comprising a first pixel electrode and an upper electrode facing the second pixel electrode. 前記第1画素電極と電気的に接続するゲート電極を含む第1増幅トランジスタをさらに備える、請求項1から8のいずれか一項に記載の撮像装置。 The imaging apparatus according to any one of claims 1 to 8, further comprising a first amplification transistor including a gate electrode electrically connected to the first pixel electrode. 前記補助電極は、前記第1画素電極および前記第2画素電極と電気的に分離されている、請求項1から9のいずれか一項に記載の撮像装置。
The imaging device according to any one of claims 1 to 9, wherein the auxiliary electrode is electrically separated from the first pixel electrode and the second pixel electrode.
上部電極と、補助電極と、光電変換により生成した電荷を収集する画素電極と、を含む画素と、
前記補助電極に対し、第1の電圧と第2の電圧とを選択的に印加可能な電圧印加回路と、
を備え、
前記第1の電圧および前記第2の電圧は、異なるフレームにおいて印加される、撮像装置。
A pixel including an upper electrode, an auxiliary electrode, and a pixel electrode that collects electric charges generated by photoelectric conversion.
A voltage application circuit capable of selectively applying a first voltage and a second voltage to the auxiliary electrode, and a voltage application circuit.
With
An imaging device in which the first voltage and the second voltage are applied in different frames.
前記画素を複数備え、前記複数の画素は、1次元または2次元に配列されている、請求項11に記載の撮像装置。 The imaging device according to claim 11, further comprising a plurality of the pixels, wherein the plurality of pixels are arranged one-dimensionally or two-dimensionally. 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11または12に記載の撮像装置。 The imaging device according to claim 11 or 12, wherein at least one of the first voltage and the second voltage is a negative voltage. 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11から13のいずれかに記載の撮像装置。
A light amount detection circuit for detecting the amount of light per unit area incident on the photoelectric conversion layer is further provided.
The imaging device according to any one of claims 11 to 13, wherein the voltage application circuit applies a voltage based on the detection result of the light amount detection circuit.
画像処理回路をさらに備え、
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11から14のいずれかに記載の撮像装置。
With more image processing circuits
The voltage application circuit applies different voltages in at least two frames and
The image pickup apparatus according to any one of claims 11 to 14, wherein the image processing circuit synthesizes image signals of at least two frames and outputs the combined image signals.
前記複数の画素の各補助電極は、互いに電気的に接続されている、請求項3に記載の撮像装置。 The imaging device according to claim 3, wherein the auxiliary electrodes of the plurality of pixels are electrically connected to each other. 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16に記載の撮像装置。 The imaging device according to claim 16, wherein the voltage application circuit changes the voltage in units of two frames.
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Families Citing this family (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7020770B2 (en) * 2015-12-04 2022-02-16 キヤノン株式会社 Imaging device and imaging system
JP6808316B2 (en) * 2015-12-04 2021-01-06 キヤノン株式会社 Imaging device and imaging system
JP6808317B2 (en) * 2015-12-04 2021-01-06 キヤノン株式会社 Imaging device and imaging system
JP6814967B2 (en) 2016-06-17 2021-01-20 パナソニックIpマネジメント株式会社 Imaging device
CN109075181B (en) 2016-08-05 2023-05-12 松下知识产权经营株式会社 Image pickup apparatus
CN109075182B (en) 2016-08-05 2023-05-12 松下知识产权经营株式会社 Image pickup apparatus
JP2018046039A (en) 2016-09-12 2018-03-22 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 Solid-state imaging element and solid-state image sensor
JP7000020B2 (en) * 2016-11-30 2022-01-19 キヤノン株式会社 Photoelectric conversion device, imaging system
JP6808463B2 (en) 2016-11-30 2021-01-06 キヤノン株式会社 Photoelectric conversion device and photoelectric conversion system
JP2020031258A (en) * 2016-12-27 2020-02-27 パナソニックIpマネジメント株式会社 Imaging apparatus, camera, and imaging method
CN108389875A (en) * 2017-02-03 2018-08-10 松下知识产权经营株式会社 Photographic device
JP6920652B2 (en) * 2017-02-03 2021-08-18 パナソニックIpマネジメント株式会社 Imaging device
JP6910009B2 (en) 2017-02-03 2021-07-28 パナソニックIpマネジメント株式会社 Imaging equipment and camera system
CN108462843A (en) 2017-02-22 2018-08-28 松下知识产权经营株式会社 Photographic device and photographing module
JP6784609B2 (en) 2017-02-24 2020-11-11 キヤノン株式会社 Photoelectric converter, imaging system and mobile
WO2018159002A1 (en) 2017-02-28 2018-09-07 パナソニックIpマネジメント株式会社 Imaging system and imaging method
JP6788873B2 (en) * 2017-03-27 2020-11-25 パナソニックIpマネジメント株式会社 Solid-state image sensor and imaging system using it
JP2018182020A (en) 2017-04-11 2018-11-15 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 Solid-state imaging device, and electronic apparatus
JP7308440B2 (en) 2017-09-28 2023-07-14 パナソニックIpマネジメント株式会社 Imaging device and camera system
JP7145438B2 (en) * 2017-12-28 2022-10-03 パナソニックIpマネジメント株式会社 Imaging device
WO2019155841A1 (en) * 2018-02-07 2019-08-15 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 Solid-state image sensor and imaging device
CN110139047B (en) 2018-02-08 2023-06-20 松下知识产权经营株式会社 Image pickup apparatus, camera system, and method for driving image pickup apparatus
JP7019471B2 (en) * 2018-03-19 2022-02-15 キヤノン株式会社 Solid-state image sensor and image sensor
CN112075072A (en) 2018-09-14 2020-12-11 松下知识产权经营株式会社 Image pickup apparatus and image pickup method
WO2020054162A1 (en) 2018-09-14 2020-03-19 パナソニックIpマネジメント株式会社 Imaging device and imaging method
EP3910934B1 (en) 2019-01-08 2023-11-29 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Imaging device
JP2021016070A (en) * 2019-07-11 2021-02-12 日本放送協会 Imaging element and signal readout circuit thereof
JPWO2021140753A1 (en) * 2020-01-07 2021-07-15
JP7437171B2 (en) 2020-01-21 2024-02-22 日本放送協会 Signal processing circuit and solid-state image sensor
JP7393957B2 (en) 2020-01-21 2023-12-07 日本放送協会 Signal processing circuit and solid-state image sensor
CN116195267A (en) * 2020-09-29 2023-05-30 松下知识产权经营株式会社 Image pickup apparatus
JPWO2022130835A1 (en) * 2020-12-15 2022-06-23
WO2022208949A1 (en) * 2021-03-31 2022-10-06 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 Imaging device

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61271867A (en) * 1985-05-27 1986-12-02 Toshiba Corp Solid state image pick-up device
JP2001210814A (en) * 1999-11-19 2001-08-03 Agilent Technol Inc Active pixel sensor
JP2005328213A (en) * 2004-05-13 2005-11-24 Sony Corp Solid state imaging device and its driving method
WO2007122890A1 (en) * 2006-03-24 2007-11-01 Konica Minolta Medical & Graphic, Inc. Photoelectric conversion device and radiographic imaging device
JP2009088511A (en) * 2007-09-28 2009-04-23 Dongbu Hitek Co Ltd Image sensor and method for manufacturing the same
JP2012257193A (en) * 2011-05-13 2012-12-27 Sony Corp Image processing apparatus, image pickup apparatus, image processing method, and program
JP2013085164A (en) * 2011-10-12 2013-05-09 Panasonic Corp Solid-state imaging device
WO2013089036A1 (en) * 2011-12-16 2013-06-20 ソニー株式会社 Image pickup device
JP2013258168A (en) * 2012-06-11 2013-12-26 Fujifilm Corp Solid-state imaging element, and imaging device

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03174772A (en) * 1989-09-29 1991-07-29 Toshiba Corp Solid-state image pickup device
US8901541B2 (en) * 2009-04-07 2014-12-02 Rohm Co., Ltd. Photoelectric conversion device and image pick-up device
JPWO2013001809A1 (en) * 2011-06-30 2015-02-23 パナソニック株式会社 Solid-state imaging device

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61271867A (en) * 1985-05-27 1986-12-02 Toshiba Corp Solid state image pick-up device
JP2001210814A (en) * 1999-11-19 2001-08-03 Agilent Technol Inc Active pixel sensor
JP2005328213A (en) * 2004-05-13 2005-11-24 Sony Corp Solid state imaging device and its driving method
WO2007122890A1 (en) * 2006-03-24 2007-11-01 Konica Minolta Medical & Graphic, Inc. Photoelectric conversion device and radiographic imaging device
JP2009088511A (en) * 2007-09-28 2009-04-23 Dongbu Hitek Co Ltd Image sensor and method for manufacturing the same
JP2012257193A (en) * 2011-05-13 2012-12-27 Sony Corp Image processing apparatus, image pickup apparatus, image processing method, and program
JP2013085164A (en) * 2011-10-12 2013-05-09 Panasonic Corp Solid-state imaging device
WO2013089036A1 (en) * 2011-12-16 2013-06-20 ソニー株式会社 Image pickup device
JP2013258168A (en) * 2012-06-11 2013-12-26 Fujifilm Corp Solid-state imaging element, and imaging device

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