JP2021118551A - 撮像装置、センサ装置及び電子機器 - Google Patents

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琢哉 伊藤
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Abstract

【課題】発電性能の向上が可能な撮像装置、センサ装置及び電子機器を提供する。【解決手段】撮像装置は、第１の光を光電変換して信号を生成する画素部と、前記画素部で生成された信号を読み出す読出し回路と、前記画素部の一方の面側に配置され、前記第１の光とは波長域が異なる第２の光を光電変換して電力を出力する第１太陽電池と、を備える。【選択図】図２

Description

本開示は、撮像装置、センサ装置及び電子機器に関する。
ＣＭＯＳセンサにおいて、撮影と同時に発電する技術が知られている。この技術は、フォトダイオードが出力した電力をトランジスタのリセット時に捨てるのではなく、電気２重層キャパシタ―に貯め、貯めた電力を映像データの読み出し用電源として用いるものである（例えば、非特許文献１参照）。
Ｔｏｗａｒｄｓ Ｓｅｌｆ−Ｐｏｗｅｒｅｄ Ｃａｍｅｒａｓ （Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｐａｐｅｒ）Ｎａｙａｒ， Ｓ．Ｋ．， Ｓｉｍｓ， Ｄ．Ｃ．， Ｆｒｉｄｂｅｒｇ， Ｍ．２０１５ ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｙ， ＩＣＣＰ ２０１５ − Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ，２７ Ｊｕｌｙ ２０１５， Ａｒｔｉｃｌｅ ｎｕｍｂｅｒ ７１６８３７７、［令和２年１月９日検索］インターネット<https://tech.nikkeibp.co.jp/dm/article/NEWS/20150416/414740/>
非特許文献１に開示された技術は、検出の対象となる可視光を取り込んでその一部を発電に利用しているが、検出の対象ではない可視光以外の光については何ら考慮されていない。非特許文献１に開示された技術は、可視光が少ない環境下では発電することが難しく、映像データの読み出しに必要な電力を確保できない可能性がある。
本開示はこのような事情に鑑みてなされたもので、発電性能の向上が可能な撮像装置、センサ装置及び電子機器を提供することを目的とする。
本開示の一態様に係る撮像装置は、第１の光を光電変換して信号を生成する画素部と、前記画素部で生成された信号を読み出す読出し回路と、前記画素部の一方の面側に配置され、前記第１の光とは波長域が異なる第２の光を光電変換して電力を出力する第１太陽電池と、を備える。これによれば、撮像装置は、画素部が検出の対象としていない第２の光を利用して発電する。撮像装置は、第１の光の強度が小さい環境下でも発電することができるため、発電性能の向上が可能である。
本開示の一態様に係るセンサ装置は、第１の光を光電変換して信号を生成するセンサ素子と、前記センサ素子の一方の面側に配置され、前記第１の光とは波長域が異なる第２の光を光電変換して電力を出力する第１太陽電池と、を備える。これによれば、センサ装置は、センサ素子が検出の対象としていない第２の光を利用して発電する。センサ装置は、第１の光の強度が小さい環境下でも発電することができるため、発電性能の向上が可能である。
本開示の一態様に係る電子機器は、光学部品と、前記光学部品を透過した第１の光が入射する撮像装置と、前記撮像装置から出力される信号を処理する信号処理回路と、を備え、前記撮像装置は、第１の光を光電変換して信号を生成する画素部と、前記画素部で生成された信号を読み出す読出し回路と、前記画素部の一方の面側に配置され、前記第１の光とは波長域が異なる第２の光を光電変換して電力を出力する第１太陽電池と、を備える。これによれば、発電性能に優れた撮像装置を備える電子機器を提供することができる。
図１は、本開示の実施形態１に係る撮像装置の構成例を示す図である。 図２は、本開示の実施形態１に係る撮像装置の構成例を示す断面図である。 図３は、本開示の実施形態１の変形例１に係る撮像装置の構成を示す断面図である。 図４は、本開示の実施形態１の変形例２に係る撮像装置の構成を示す断面図である。 図５は、本開示の実施形態２に係る撮像装置の構成例を模式的に示す断面図である。 図６は、本開示の実施形態２の変形例１に係る撮像装置の構成を模式的に示す断面図である。 図７は、本開示の実施形態２の変形例２に係る撮像装置の構成を模式的に示す断面図である。 図８は、本開示の実施形態２の変形例３に係る撮像装置の構成を模式的に示す断面図である。 図９は、本開示の実施形態３に係る撮像装置の構成例を模式的に示す断面図である。 図１０は、本開示の実施形態３の変形例１に係る撮像装置の構成を模式的に示す断面図である。 図１１は、本開示の実施形態３の変形例２に係る撮像装置の構成を模式的に示す断面図である。 図１２は、本開示の実施形態２の変形例３に係る撮像装置の構成を模式的に示す断面図である。 図１３は、本開示の実施形態４に係る光センサの構成例を模式的に示す断面図である。 図１４は、本開示の実施形態４の変形例に係る光センサの構成を模式的に示す断面図である。 図１５は、太陽光を６０００Ｋの黒体輻射で近似した場合の、光の波長と輻射硬度との関係を例示するグラフである。 図１６は、可視光太陽電池、紫外線太陽電池及び赤外線太陽電池による、２４時間の発電量を例示するグラフである。 図１７は、本開示に係る技術（本技術）を電子機器に適用した例を示す概念図である。 図１８は、本開示に係る技術（本技術）が適用され得る内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。 図１９は、図１８に示すカメラヘッド及びＣＣＵの機能構成の一例を示すブロック図である。 図２０は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。 図２１は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
以下において、図面を参照して本開示の実施形態を説明する。以下の説明で参照する図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚さと平面寸法との関係、各層の厚さの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚さや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
また、以下の説明における上下等の方向の定義は、単に説明の便宜上の定義であって、本開示の技術的思想を限定するものではない。例えば、対象を９０°回転して観察すれば上下は左右に変換して読まれ、１８０°回転して観察すれば上下は反転して読まれることは勿論である。
＜実施形態１＞
（全体の構成例）
図１は、本開示の実施形態１に係る撮像装置１の構成例を示す図である。図１に示す撮像装置１は、例えばＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサである。撮像装置１は、半導体基板１１上に、撮像エリアとしての画素部１０（本開示の「画素部」の一例であり、本開示の「センサ素子」の一例でもある）を有するとともに、画素部１０の周辺領域に周辺回路部１３０（本開示の「読出し回路」の一例）を有する。周辺回路部１３０は、例えば、行走査部１３１、水平選択部１３３、列走査部１３４及びシステム制御部１３２を有する。
画素部１０は、例えば、行列状に２次元配置された複数の単位画素Ｐを有する。この単位画素Ｐには、例えば、画素行ごとに画素駆動線Ｌｒｅａｄ（具体的には行選択線及びリセット制御線）が配線され、画素列ごとに垂直信号線Ｌｓｉｇが配線されている。画素駆動線Ｌｒｅａｄは、画素からの信号読み出しのための駆動信号を伝送する。画素駆動線Ｌｒｅａｄの一端は、行走査部１３１の各行に対応した出力端に接続されている。
行走査部１３１は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成されている。行走査部１３１は、画素部１０の各単位画素Ｐを、例えば、行単位で駆動する。行走査部１３１によって選択走査された画素行の各単位画素Ｐから出力される信号は、垂直信号線Ｌｓｉｇの各々を通して水平選択部１３３に供給される。水平選択部１３３は、垂直信号線Ｌｓｉｇごとに設けられたアンプや水平選択スイッチ等によって構成されている。
列走査部１３４は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成されている。列走査部１３４は、水平選択部１３３の各水平選択スイッチを走査しつつ順番に駆動する。列走査部１３４による選択走査により、垂直信号線Ｌｓｉｇの各々を通して伝送される各画素の信号が順番に水平信号線１３５に出力され、水平信号線１３５を通して半導体基板１１の外部へ伝送される。
行走査部１３１、水平選択部１３３、列走査部１３４及び水平信号線１３５を有する回路部分は、半導体基板１１上に直に形成されていてもよいし、外部制御ＩＣに配設されたものであってもよい。また、それらの回路部分は、ケーブル等により接続された他の基板に形成されていてもよい。
システム制御部１３２は、半導体基板１１の外部から与えられるクロックや、動作モードを指令するデータ等を受け取り、また、撮像装置１の内部情報等のデータを出力する。システム制御部１３２はさらに、各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータを有する。システム制御部１３２は、タイミングジェネレータで生成された各種のタイミング信号を基に行走査部１３１、水平選択部１３３及び列走査部１３４等の周辺回路の駆動制御を行う。
本開示の実施形態に係る撮像装置１において、画素部１０は、可視光（本開示の「第１の光」の一例）を光電変換して信号を生成する撮像素子として、後述の有機光電変換部１１Ｇと、無機光電変換部１１Ｂ、１１Ｒとを備える。また、撮像装置１は、画素部１０の光入射面側に設けられ、紫外線（本開示の「第２の光」の一例）を光電変換して電力を出力する紫外線太陽電池（本開示の「第１太陽電池」の一例）を備える。
（画素部の構成例）
図２は、本開示の実施形態１に係る撮像装置１の構成例を示す断面図である。図２は、単位画素Ｐ（図１参照）の断面を示している。撮像装置１（図１参照）は、例えば裏面照射型（裏面受光型）のＣＭＯＳイメージセンサである。図２では、半導体基板１１の裏面（第１面１１Ｓ１）側を光入射側Ｓ１、第２面１１Ｓ２側を配線層側Ｓ２と表している。裏面（第１面１１Ｓ１）は、光入射面と呼んでもよい。裏面（第１面１１Ｓ１）は、本開示の「一方の面」の一例である。
図２に示すように、単位画素Ｐは、それぞれ異なる波長域の光を選択的に検出して光電変換を行う１つの有機光電変換部１１Ｇと、２つの無機光電変換部１１Ｂ、１１Ｒと、を含む。単位画素Ｐ毎に、１つの有機光電変換部１１Ｇと、２つの無機光電変換部１１Ｂ、１１Ｒとが縦方向（厚さ方向）に積層されている。有機光電変換部１１Ｇと、無機光電変換部１１Ｂ、１１Ｒは、可視光であって、互いに異なる波長域の光を選択的に検出して光電変換を行う。具体的には、有機光電変換部１１Ｇでは、緑（Ｇ）の色信号を取得する。無機光電変換部１１Ｂ、１１Ｒでは、吸収係数の違いにより、それぞれ、青（Ｂ）及び赤（Ｒ）の色信号を取得する。これにより、画素部１０では、カラーフィルタを用いることなく１つの画素において複数種類の色信号を取得可能となっている。
なお、本開示の実施形態では、光電変換によって生じる電子及び正孔の対のうち、電子を信号電荷として読み出す場合について説明する。また、図中において、「ｐ」「ｎ」に付した「＋（プラス）」は、ｐ型またはｎ型の不純物濃度が高いことを表している。
有機光電変換部１１Ｇは、可視光のうち、選択的な波長域の一部または全部の波長域に対応する光を吸収して、電子−正孔対を発生させる。例えば、選択的な波長域は４５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下である。有機光電変換部１１Ｇは、４５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の一部または全部の波長域に対応する緑色光を吸収して、電子−正孔対を発生させる。
有機光電変換部１１Ｇは、下部電極１５、有機光電変換層１６及び上部電極１７を有する。下部電極１５、有機光電変換層１６及び上部電極１７は、半導体基板１１の第１面１１Ｓ１の側からオンチップレンズ層１９の側へ、この順に積層されている。下部電極１５は、例えば、画素部１０ごとに分離形成されている。有機光電変換層１６及び上部電極１７は、複数の単位画素Ｐに共通した連続層として設けられている。有機光電変換層１６は、ｐ型半導体及びｎ型半導体を含んで構成され、層内にバルクヘテロ接合構造を有する。バルクヘテロ接合構造は、ｐ型半導体及びｎ型半導体が混ざり合うことで形成されたｐ／ｎ接合面である。
上部電極１７側から有機光電変換部１１Ｇに入射した光は、有機光電変換層１６で吸収される。これによって生じた励起子は、有機光電変換層１６を構成する電子供与体と電子受容体との界面に移動し、励起子分離、即ち、電子と正孔とに解離する。ここで発生した電荷（電子及び正孔）は、キャリアの濃度差による拡散や、上部電極１７と下部電極１５との仕事関数の差による内部電界によって、それぞれ異なる電極へ運ばれ、光電流として検出される。また、下部電極１５と上部電極１７との間に電位を印加することによって、電子及び正孔の輸送方向を制御することができる。
半導体基板１１は、例えば、ｎ型のシリコン（Ｓｉ）基板で構成されている。半導体基板１１の所定領域にはｐウェル６１が設けられている。ｐウェル６１の第２面（半導体基板１１の表面）１１Ｓ２側には、例えば、フローティングディフュージョン（浮遊拡散層）ＦＤ１、ＦＤ２、ＦＤ３と、縦型トランジスタ（転送トランジスタ）Ｔｒ１と、転送トランジスタＴｒ２と、アンプトランジスタ（変調素子）ＡＭＰと、リセットトランジスタＲＳＴ）と、多層配線７０とが設けられている。多層配線７０は、例えば、配線層７１、７２、７３を絶縁層７４内に積層した構成を有する。また、半導体基板１１の周辺部には、ロジック回路等からなる周辺回路（図示せず）が設けられている。
無機光電変換部１１Ｂ、１１Ｒは、半導体基板１１内に埋め込み形成されており、半導体基板１１の厚み方向に積層されている。無機光電変換部１１Ｂ、１１Ｒは、例えばＰＩＮ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ Ｎｅｇａｔｉｖｅ）型のフォトダイオードによって構成されており、それぞれ、半導体基板１１の所定領域にｐｎ接合を有する。無機光電変換部１１Ｂ、１１Ｒは、シリコン基板において光の入射深さに応じて吸収される波長域が異なることを利用して、縦方向に可視光を分光する。
無機光電変換部１１Ｂは、青色光を選択的に検出して青色に対応する信号電荷を蓄積させるものであり、青色光を効率的に光電変換可能な深さに設置されている。無機光電変換部１１Ｒは、赤色光を選択的に検出して赤色に対応する信号電荷を蓄積させるものであり、赤色光を効率的に光電変換可能な深さに設置されている。なお、青（Ｂ）は、例えば４５０ｎｍ以上４９５ｎｍ以下の波長域、赤（Ｒ）は、例えば６２０ｎｍ以上７５０ｎｍ以下の波長域にそれぞれ対応する色である。無機光電変換部１１Ｂ、１１Ｒはそれぞれ、各波長域のうちの一部または全部の波長域の光を検出可能である。
無機光電変換部１１Ｂ及び無機光電変換部１１Ｒは、具体的には、図２に示したように、それぞれ、例えば、正孔蓄積層となるｐ+領域と、電子蓄積層となるｎ領域とを有する（ｐ−ｎ−ｐの積層構造を有する）。無機光電変換部１１Ｂのｎ領域は、縦型トランジスタＴｒ１に接続されている。無機光電変換部１１Ｂのｐ+領域は、縦型トランジスタＴｒ１に沿って屈曲し、無機光電変換部１１Ｒのｐ+領域に接続している。
縦型トランジスタＴｒ１は、無機光電変換部１１Ｂにおいて発生し、蓄積された青色に対応する信号電荷（ここでは電子）を、フローティングディフュージョンＦＤ１に転送する。無機光電変換部１１Ｂは半導体基板１１の第２面１１Ｓ２から深い位置に形成されているので、無機光電変換部１１Ｂの転送トランジスタは縦型トランジスタＴｒ１であることが好ましい。
転送トランジスタＴｒ２は、無機光電変換部１１Ｒにおいて発生し、蓄積された赤色に対応する信号電荷（ここでは電子）を、フローティングディフュージョンＦＤ２に転送する。転送トランジスタＴｒ２は、例えばＭＯＳトランジスタである。
アンプトランジスタＡＭＰは、有機光電変換部１１Ｇで生じた電荷量を電圧に変調する変調素子である。アンプトランジスタＡＭＰは、例えばＭＯＳトランジスタである。
リセットトランジスタＲＳＴは、有機光電変換部１１ＧからフローティングディフュージョンＦＤ３に転送された電荷をリセットする。リセットトランジスタＲＳＴは、例えばＭＯＳトランジスタである。
下部第１コンタクト７５、下部第２コンタクト７６及び上部コンタクト１３Ｂは、例えば、ＰＤＡＳ（Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ Ｄｏｐｅｄ Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ Ｓｉｌｉｃｏｎ）等のドープされたシリコン材料、または、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、コバルト（Ｃｏ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）等の金属材料で構成されている。
半導体基板１１の第１面１１Ｓ１と第２面１１Ｓ２との間には、貫通電極６３が設けられている。有機光電変換部１１Ｇは、この貫通電極６３を介して、アンプトランジスタＡＭＰのゲートＧａｍｐと、フローティングディフュージョンＦＤ３とに接続されている。これにより、画素部１０では、半導体基板１１の第１面１１Ｓ１側の有機光電変換部１１Ｇで生じた電荷を、貫通電極６３を介して半導体基板１１の第２面１１Ｓ２側に良好に転送し、特性を高めることが可能となっている。
貫通電極６３は、例えば、画素部１０の有機光電変換部１１Ｇごとに、それぞれ設けられている。貫通電極６３は、有機光電変換部１１ＧとアンプトランジスタＡＭＰのゲートＧａｍｐ及びフローティングディフュージョンＦＤ３とのコネクタとしての機能を有すると共に、有機光電変換部１１Ｇにおいて生じた電荷の伝送経路となるものである。
貫通電極６３の下端は、例えば、配線層７１内の接続部７１Ａに接続されている。接続部７１Ａと、アンプトランジスタＡＭＰのゲートＧａｍｐは、下部第１コンタクト７５を介して接続されている。接続部７１Ａと、フローティングディフュージョンＦＤ３は、下部第２コンタクト７６を介して下部電極１５に接続されている。なお、図２では、貫通電極６３を円柱形状として示したが、これに限らず、例えばテーパ形状としてもよい。
フローティングディフュージョンＦＤ３の隣には、図２に示すように、リセットトランジスタＲＳＴのリセットゲートＧｒｓｔが配置されていることが好ましい。これにより、フローティングディフュージョンＦＤ３に蓄積された電荷を、リセットトランジスタＲＳＴによりリセットすることが可能となる。
半導体基板１１の第１面１１Ｓ１と下部電極１５との間には、例えば、層間絶縁層１２、１４が設けられている。層間絶縁層１２、１４は、半導体基板１１側から下部電極１５側へこの順に積層されている。層間絶縁層１２は、例えば、固定電荷を有する層（固定電荷層）１２Ａと、絶縁性を有する誘電体層１２Ｂとが積層された構成を有する。上部電極１７の上には、絶縁層１８が設けられている。絶縁層１８の上方には、オンチップレンズ層１９が設けられている。オンチップレンズ層１９は、オンチップレンズ１９Ｌを構成すると共に、平坦化層を兼ねる。
絶縁層１８とオンチップレンズ層１９との間には、光電変換により電力を発生させる発電素子３が設けられている。例えば、発電素子３は、下部電極３１と、下部電極３１と向かい合って配置される上部電極３３と、下部電極３１と上部電極３３との間に設けられた紫外線太陽電池３２（本開示の「第１太陽電池」の一例）と、を有する。絶縁層１８上からオンチップレンズ層１９側へ、下部電極３１、紫外線太陽電池３２、上部電極３３の順に設けられている。下部電極３１及び上部電極３３の一方が紫外線太陽電池３２の正極であり、他方が紫外線太陽電池３２の負極である。例えば、上部電極３３が正極であり、下部電極３１が負極である。紫外線太陽電池３２は、紫外線を光電変換して電力を出力する。
下部電極３１は、可視光を透過可能な導電膜で構成されており、例えば、酸化インジウムスズ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ：ＩＴＯ）で構成されている。上部電極３３は、可視光及び紫外線を透過可能な導電膜で構成されており、例えば、酸化ガリウム（Ｇａ2Ｏ3）で構成されている。
紫外線太陽電池３２は、可視光を透過するとともに、紫外線を光電変換できればよく、その構造と材質は特に限定されない。例えば、紫外線太陽電池３２は、透明導電性高分子と、透明導電性高分子に接合されたｎ型透明半導体と、を有してもよい。透明とは、少なくとも可視光を透過可能な、透光性を有することを意味する。透明導電性高分子として、ポリアニンを用いてよい。ｎ型透明半導体として、窒化ガリウム（ＧａＮ）を用いてよい。透明導電性高分子とｎ型透明半導体とが接合すると（例えば、透明導電性高分子をｎ型透明半導体上に塗布し接合すると）、両者の間に形成される電気的な勾配により、紫外線で発電が起きる。
また、紫外線太陽電池３２は、可視光を透過可能なｎ型酸化物半導体と、ｎ型酸化物半導体に接合された可視光を透過可能なｐ型酸化物半導体と、を有してもよい。可視光を透過可能なｎ型酸化物半導体として、例えば、ＺｎＯ、Ｉｎ2Ｏ3、ＳｎＯ2が挙げられる。可視光を透過可能なｐ型酸化物半導体として、例えば、ＣｕＡｌＯ2、ＳｒＣｕ2Ｏ2、ＣｕＧaＯ2、ＣｕＳｃＯ2が挙げられる。
撮像装置１（図１参照）は、発電素子３から出力される電力の電圧値を調整して、半導体基板１１に設けられた周辺回路部１３０に供給する電圧調整部５１を有する。下部電極３１と上部電極３３はそれぞれ配線を介して電圧調整部５１に接続されている。紫外線太陽電池３２から出力された電力は、下部電極３１、上部電極３３及びこれらに接続する配線を介して、電圧調整部５１に供給される。また、撮像装置１は、下部電極３１と上部電極３３との間を接続するダイオード５２と抵抗素子５３とを有する。ダイオード５２と抵抗素子５３は互いに並列に接続されている。下部電極３１と上部電極３３との間で、ダイオード５２と抵抗素子５３とが並列に接続されることによって、紫外線太陽電池３２から電圧調整部５１に供給される電力の安定化が図られている。
また、図２に示すように、撮像装置１は、上部電極３３と電圧調整部５１との間で直列に接続される抵抗素子５６をさらに有してもよい。下部電極３１と上部電極３３との間でダイオード５２と抵抗素子５３とが並列に接続され、上部電極３３と電圧調整部５１との間で抵抗素子５６が直列に接続されることによって、紫外線太陽電池３２から電圧調整部５１に供給される電力の安定化が図られていてもよい。
以上説明したように、本開示の実施形態１に係る撮像装置１は、可視光を光電変換して信号を生成する画素部１０と、画素部１０で生成された信号を読み出す周辺回路部１３０と、画素部１０の光入射面側に配置され、紫外線を光電変換して電力を出力する紫外線太陽電池３２と、を備える。これによれば、撮像装置１は、画素部１０が検出の対象としていない紫外線を利用して発電する。撮像装置１は、可視光の強度が小さい環境下（例えば、夕方の室外や、照明で照られた室外又は室内）でも発電することができるため、発電性能の向上が可能である。
また、紫外線太陽電池３２から出力される電力は周辺回路部１３０に供給される。これにより、撮像装置１は、周辺回路部１３０に電力を供給するための２次電池がなくても、周辺回路部１３０を駆動することができる。これにより、撮像装置１の小型化、軽量化が可能である。本開示によれば、例えば、電池を搭載することなく、各種の物品（一例として、カバン、ガラス窓など）に撮像装置１を取り付けることができる。
また、紫外線太陽電池３２は、画素部１０の光入射面側に配置される。画素部１０の隣に紫外線太陽電池３２が配置される場合と比べて、撮像装置１の小型化、省スペース化が可能である。また、画素部１０の隣に紫外線太陽電池３２が配置される場合と比べて、画素部１０と紫外線太陽電池３２とを接続する配線の長さを短くすることが可能である。配線長の短縮により、電力ロスの低減が可能である。
また、光入射面側に配置される紫外線太陽電池３２は紫外線を吸収するため、撮像装置１では紫外線カットフィルタを省くことができる。これにより、撮像装置１の厚みを低減できる可能性がある。
（変形例１）
上記の実施形態１では、発電素子３が、紫外線を光電変換して電力を出力する紫外線太陽電池３２を備えることを説明した。しかしながら、発電素子３が備える太陽電池は、紫外線太陽電池に限定されない。発電素子３が備える太陽電池は、赤外線を光電変換して電力を出力する赤外線太陽電池であってもよい。
図３は、本開示の実施形態１の変形例１に係る撮像装置１Ａの構成を示す断面図である。図３は、単位画素Ｐ（図１参照）の断面を示している。図３に示すように、撮像装置１Ａは、絶縁層１８とオンチップレンズ層１９との間に、赤外線（本開示の「第２の光」の一例）を光電変換して電力を出力する赤外線太陽電池３５（本開示の「第１太陽電池」の一例）を含む発電素子３を備える。例えば、発電素子３は、下部電極３４と、下部電極３４と向かい合って配置される上部電極３６と、下部電極３４と上部電極３６との間に設けられた赤外線太陽電池３５と、を有する。絶縁層１８上からオンチップレンズ層１９側へ、下部電極３４、赤外線太陽電池３５、上部電極３６の順に設けられている。下部電極３４及び上部電極３６の一方が赤外線太陽電池３５の陽極であり、他方が赤外線太陽電池３５の陰極である。例えば、上部電極３６が正極であり、下部電極３４が負極である。赤外線太陽電池３５は、赤外線を光電変換して電力を出力する。
下部電極３４は、可視光を透過可能な導電膜で構成されており、例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）で構成されている。また、上部電極３６は、可視光及び赤外線を透過可能な導電膜で構成されており、例えば、ＩＴＯで構成されている。
赤外線太陽電池３５は、可視光を透過するとともに、赤外線を光電変換できればよく、その構造と材質は特に限定されない。例えば、赤外線太陽電池３５は、ｎ型のＺｎＯと、ＺｎＯに接合されたｐ型のＰｂＳと、を有してもよい。また、ｐ型のＰｂＳは、量子ドットの形状を有してもよい。量子ドットの粒径は、例えばナノメートルサイズである。
下部電極３４と上部電極３６はそれぞれ配線を介して電圧調整部５１に接続されている。赤外線太陽電池３５から出力された電力は、下部電極３４、上部電極３６及びこれらに接続する配線を介して、電圧調整部５１に供給される。また、撮像装置１は、下部電極３４と上部電極３６との間を接続するダイオード５４と抵抗素子５５とを有する。ダイオード５４と抵抗素子５５は互いに並列に接続されている。下部電極３４と上部電極３６との間で、ダイオード５４と抵抗素子５５とが並列に接続されることによって、赤外線太陽電池３５から電圧調整部５１に供給される電力の安定化が図られている。
また、図３に示すように、撮像装置１Ａは、上部電極３６と電圧調整部５１との間で直列に接続される抵抗素子５７をさらに有してもよい。下部電極３４と上部電極３６との間でダイオード５４と抵抗素子５５とが並列に接続され、上部電極３６と電圧調整部５１との間で抵抗素子５７が直列に接続されることによって、赤外線太陽電池３５から電圧調整部５１に供給される電力の安定化が図られていてもよい。
実施形態１の変形例１によれば、撮像装置１Ａは、画素部１０が検出の対象としていない赤外線を利用して発電する。撮像装置１Ａは、可視光の強度が小さい環境下（例えば、夕方の室外又は室内や、夜間に照明で照られた室外又は室内）でも発電することができるため、発電性能の向上が可能である。また、赤外線太陽電池３５から出力される電力は周辺回路部１３０に供給される。これにより、撮像装置１Ａは、周辺回路部１３０に電力を供給するための２次電池がなくても、周辺回路部１３０を駆動することができる。これにより、撮像装置１Ａの小型化、軽量化が可能である。
また、赤外線太陽電池３５は、画素部１０の光入射面側に配置される。画素部１０の隣に赤外線太陽電池３５が配置される場合と比べて、撮像装置１Ａの小型化、省スペース化が可能である。また、画素部１０の隣に赤外線太陽電池３５が配置される場合と比べて、画素部１０と赤外線太陽電池３５とを接続する配線の長さを短くすることが可能である。配線長の短縮により、電力ロスの低減が可能である。
また、光入射面側に配置される赤外線太陽電池３５は赤外線を吸収するため、撮像装置１Ａでは赤外線カットフィルタを省くことができる。これにより、撮像装置１Ａの厚みを低減できる可能性がある。
（変形例２）
本開示の実施形態１において、発電素子３が備える太陽電池は、紫外線太陽電池と赤外線太陽電池の両方であってもよい。紫外線太陽電池と赤外線太陽電池は、画素部の厚さ方向において重なるように配置されていてもよい。また、紫外線太陽電池と赤外線太陽電池は、共通の電極に接続されていてもよい。
図４は、本開示の実施形態１の変形例２に係る撮像装置１Ｂの構成を示す断面図である。図４は、単位画素Ｐ（図１参照）の断面を示している。図４に示すように、撮像装置１Ｂは、絶縁層１８とオンチップレンズ層１９との間に発電素子３を備える。実施形態１の変形例２において、発電素子３は、紫外線（本開示の「第２の光」の一例）を光電変換して電力を出力する紫外線太陽電池３２（本開示の「第１太陽電池」の一例）と、赤外線（本開示の「第３の光」の一例）を光電変換して電力を出力する赤外線太陽電池３５（本開示の「第２太陽電池」の一例）と、を含む。
例えば、発電素子３は、下部電極３４と、下部電極３４と向かい合って配置される共通電極３７と、下部電極３４と共通電極３７との間に設けられた赤外線太陽電池３５と、を有する。また、発電素子３は、共通電極３７と向かい合って配置される上部電極３３と、共通電極３７と上部電極３３との間に設けられた紫外線太陽電池３２と、を有する。絶縁層１８上からオンチップレンズ層１９側へ、下部電極３４、赤外線太陽電池３５、共通電極３７、紫外線太陽電池３２、上部電極３３の順に設けられている。
例えば、下部電極３４は赤外線太陽電池３５の負極であり、共通電極３７は赤外線太陽電池の正極である。また、共通電極３７は紫外線太陽電池３２の負極でもあり、上部電極３３は紫外線太陽電池３２の正極である。共通電極３７は、紫外線太陽電池３２と赤外線太陽電池３５との間に配置され、紫外線太陽電池３２と赤外線太陽電池３５とにそれぞれ接続されている。共通電極３７は、可視光及び赤外線を透過可能な導電膜で構成されており、例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）で構成されている。
下部電極３４と共通電極３７及び上部電極３３は、配線を介して電圧調整部５１に接続されている。赤外線太陽電池３５から出力された電力は、下部電極３４、共通電極３７及びこれらに接続する配線を介して、電圧調整部５１に供給される。また、紫外線太陽電池３２から出力された電力は、共通電極３７、上部電極３３及びこれらに接続する配線を介して、電圧調整部５１に供給される。
ダイオード５２と抵抗素子５３は、共通電極３７と上部電極３３との間を接続している。ダイオード５２と抵抗素子５３は互いに並列に接続されている。共通電極３７と上部電極３３との間で、ダイオード５２と抵抗素子５３とが並列に接続されることによって、紫外線太陽電池３２から電圧調整部５１に供給される電力の安定化が図られている。また、ダイオード５４と抵抗素子５５は、下部電極３４と共通電極３７との間を接続している。ダイオード５４と抵抗素子５５は互いに並列に接続されている。下部電極３４と共通電極３７との間で、ダイオード５４と抵抗素子５５とが並列に接続されることによって、赤外線太陽電池３５から電圧調整部５１に供給される電力の安定化が図られている。
また、図４に示すように、上記のダイオード５２及び抵抗素子５３の並列接続に加えて、上部電極３３と電圧調整部５１との間で抵抗素子５６が直列に接続されていてもよい。これにより、紫外線太陽電池３２から電圧調整部５１に供給される電力の安定化が図られていてもよい。同様に、上記のダイオード５４及び抵抗素子５５の並列接続に加えて、共通電極３７と電圧調整部５１との間で抵抗素子５７が直列に接続されていてもよい。これにより、赤外線太陽電池３５から電圧調整部５１に供給される電力の安定化が図られていてもよい。
実施形態１の変形例２によれば、撮像装置１Ｂは、画素部１０が検出の対象としていない紫外線及び赤外線の両方を利用して発電する。これにより、撮像装置１Ｂは、発電性能をさらに向上させることが可能である。
また、画素部１０の厚さ方向において、紫外線太陽電池３２は赤外線太陽電池３５と重なる位置に配置されている。すなわち、赤外線太陽電池３５の上方に紫外線太陽電池３２が積層されている。これにより、赤外線太陽電池３５の隣に紫外線太陽電池３２が配置される場合と比べて、撮像装置１Ｂの小型化、省スペース化が可能である。
また、紫外線太陽電池３２は紫外線を吸収し、赤外線太陽電池３５は赤外線を吸収するため、撮像装置１Ｂでは紫外線カットフィルタ及び赤外線カットフィルタをそれぞれ省くことができる。これにより、撮像装置１Ｂの厚みを低減できる可能性がある。
また、撮像装置１Ｂでは、紫外線太陽電池３２がオンチップレンズ層１９側に配置され、赤外線太陽電池３５が撮像素子（例えば、有機光電変換部１１Ｇと、無機光電変換部１１Ｂ、１１Ｒ）側に配置されている。画素部１０と紫外線太陽電池３２との間に赤外線太陽電池３５が配置されている。これにより、赤外線太陽電池３５に接続する電極（例えば、下部電極３４、共通電極３７）として、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）を用いることができる。電極材料の選択の自由度が高い。
ＩＴＯは半導体プロセスで汎用される透明電極膜であり、一般的な成膜装置で容易に形成できるが、紫外線を吸収する性質がある。このため、撮像装置１Ｂにおいて、赤外線太陽電池３５がオンチップレンズ層１９側に配置され、紫外線太陽電池３２が撮像素子側に配置される場合は、赤外線太陽電池３５に接続する上下の電極にＩＴＯを用いることができない。これにより、電極材料の選択の自由度が低下する可能性がある。撮像装置１Ｂでは、この点を考慮して、紫外線太陽電池３２と赤外線太陽電池３５の積層順が決められている。
撮像装置１Ｂのように複数の太陽電池の積層される場合、その積層順は、光が最初に入射するオンチップレンズ層１９側から撮像素子の側へ、吸収する光の波長域が順に大きくなるように設計されていることが好ましい。これにより、長波長ほど侵入長が長く光の吸収効率に無駄がないという効果もある。
（太陽電池による発電量の例）
図１５は、太陽光を６０００Ｋ（ｋｅｌｖｉｎ）の黒体輻射で近似した場合の、光の波長と輻射硬度との関係を例示するグラフである。図１５において、横軸は光の波長（μｍ）を示し、縦軸は輻射強度（×１０12Ｗ／ｍ3）を示している。また、図１５において、ＵＶは紫外線の波長域を示し、ＶＬは可視光の波長域を示し、ＩＲは赤外線の波長域を示している。太陽光は、紫外線と、可視光と、赤外線とを含む。図１５に示す近似では、太陽光が有するエネルギーのうち、紫外線のエネルギーは約６％、可視光のエネルギーは約５０％、赤外線のエネルギーは約４４％である。
紫外線太陽電池は、太陽光が有するエネルギーの約６％を発電に利用することができる。赤外線太陽電池は、太陽光が有するエネルギーの約４４％を発電に利用することができる。例えば、実施形態１の変形例２に係る撮像装置１Ｂのように、紫外線太陽電池と赤外線太陽電池とを組み合わせると、太陽光が有するエネルギーの約５０％を発電に利用することができる。
図１６は、可視光太陽電池（Ｓｉ系太陽電池）、紫外線太陽電池及び赤外線太陽電池による、２４時間の発電量を例示するグラフである。図１６において、径方向の目盛りは発電量を規格化した数値（相対比）を示し、円周方向の目盛りは時間（０時から２４時）を示す。図１６に示すように、時間帯にもよるが、日中の室外において、紫外線太陽電池と赤外線太陽電池はそれぞれ、可視光太陽電池の半分程度の電力を発電することが可能である。また、図１６において、夕方（例えば、１７時から１９時頃までの時間帯）の赤外線太陽電池による発電量のデータは、室内の照明下で発電したときのデータである。室内の照明下では、赤外線太陽電池は、可視光太陽電池よりも多くの電力を発電できる場合がある。紫外線太陽電池と赤外線太陽電池は、それぞれ、室内でも室外でも電力を発電することができる。
＜実施形態２＞
上記の実施形態１では、可視光を光電変換して信号を生成する画素部１０の撮像素子として、有機光電変換部１１Ｇと、無機光電変換部１１Ｂ、１１Ｒとを例示した。しかしながら、本開示において、撮像素子は、有機光電変換部と無機光電変換部の両方でなくてもよく、例えば、有機光電変換部のみであってもよい。
図５は、本開示の実施形態２に係る撮像装置１Ｃの構成例を模式的に示す断面図である。図５に示すように、撮像装置１Ｃは、撮像素子として、有機光電変換部２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂを備える。また、撮像装置１Ｃは、撮像素子の光入射面側に設けられた発電素子３を備える。発電素子３は、下部電極３１と、下部電極３１と向かい合って配置される上部電極３３と、下部電極３１と上部電極３３との間に設けられた紫外線太陽電池３２と、を有する。紫外線太陽電池３２は、紫外線を光電変換して電力を出力する。下部電極３１と紫外線太陽電池３２及び上部電極３３の各構成は、例えば、実施形態１で説明した通りである。
有機光電変換部２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂについて、具体的に説明する。図５に示すように、有機光電変換部２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂは、半導体基板１１と発電素子３との間に配置されている。有機光電変換部２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂは、半導体基板１１から発電素子３の側へ、この順で積層されている。また、有機光電変換部２１Ｒと有機光電変換部２１Ｇとの間には絶縁層８１が設けられている。有機光電変換部２１Ｇと有機光電変換部２１Ｂとの間には絶縁層８２が設けられている。有機光電変換部２１Ｂと発電素子３との間には絶縁層８３が設けられている。絶縁層８１、８２、８３は、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ2）である。
有機光電変換部２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂは、それぞれ、一組の電極と、一組の電極間に配置された有機光電変換層とを有する。例えば、有機光電変換部２１Ｒは、下部電極２５Ｒと、下部電極２５Ｒと向かい合って配置された上部電極２７Ｒと、下部電極２５Ｒと上部電極２７Ｒとの間に配置された有機光電変換層２６Ｒと、を有する。下部電極２５Ｒ及び上部電極２７Ｒは、それぞれ可視光を透過可能な導電膜で構成されており、一例を挙げると、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）で構成されている。有機光電変換層２６Ｒは、赤色の光を光電変換する層である。有機光電変換層２６Ｒは、下部電極２５Ｒと上部電極２７Ｒとの間に電圧を印加した状態において、有機光電変換層２６Ｒで吸収した赤色の波長の光により電荷が生成され、これにより光電流が生成される。有機光電変換層２６Ｒは、赤色の光吸収機能を有する限り、材料を特に限定するものではなく、例えば、Ｓｉ系材料、ＧａＡｓ系材料、Ｇｅ系材料、ＩｎＡｓ系材料または有機系材料等を用いることができる。また、有機光電変換層２６Ｒは、適宜選択した材料に赤色の光吸収機能を有する色素を添加した構成であってもよい。
同様に、有機光電変換部２１Ｇは、下部電極２５Ｇと、下部電極２５Ｇと向かい合って配置された上部電極２７Ｇと、下部電極２５Ｇと上部電極２７Ｇとの間に配置された有機光電変換層２６Ｇと、を有する。下部電極２５Ｇ及び上部電極２７Ｇは、それぞれ可視光を透過可能な導電膜で構成されており、一例を挙げるとＩＴＯで構成されている。有機光電変換層２６Ｇは、緑色の光を光電変換する層である。有機光電変換層２６Ｇは、下部電極２５Ｇと上部電極２７Ｇとの間に電圧を印加した状態において、有機光電変換層２６Ｇで吸収した緑色の波長の光により電荷が生成され、これにより光電流が生成される。有機光電変換層２６Ｇは、緑色の光吸収機能を有する限り、材料を特に限定するものではなく、例えば、Ｓｉ系材料、ＧａＡｓ系材料、Ｇｅ系材料、ＩｎＡｓ系材料または有機系材料等を用いることができる。また、有機光電変換層２６Ｇは、適宜選択した材料に緑色の光吸収機能を有する色素を添加した構成であってもよい。
有機光電変換部２１Ｂは、下部電極２５Ｂと、下部電極２５Ｂと向かい合って配置された上部電極２７Ｂと、下部電極２５Ｂと上部電極２７Ｂとの間に配置された有機光電変換層２６Ｂと、を有する。下部電極２５Ｂ及び上部電極２７Ｂは、それぞれ可視光を透過可能な導電膜で構成されており、一例を挙げるとＩＴＯで構成されている。有機光電変換層２６Ｂは、青色の光を光電変換する層である。有機光電変換層２６Ｂは、下部電極２５Ｂと上部電極２７Ｂとの間に電圧を印加した状態において、有機光電変換層２６Ｂで吸収した青色の波長の光により電荷が生成され、これにより光電流が生成される。有機光電変換層２６Ｂは、青色の光吸収機能を有する限り、材料を特に限定するものではなく、例えば、Ｓｉ系材料、ＧａＡｓ系材料、Ｇｅ系材料、ＩｎＡｓ系材料または有機系材料等を用いることができる。また、有機光電変換層２６Ｂは、適宜選択した材料に青色の光吸収機能を有する色素を添加した構成であってもよい。
撮像装置１Ｃは、実施形態１で説明した撮像装置１と同様の効果を奏する。
（変形例１）
実施形態１と同様に、実施形態２においても、発電素子３が備える太陽電池は、紫外線太陽電池に限定されない。発電素子３が備える太陽電池は、赤外線を光電変換して電力を出力する赤外線太陽電池であってもよい。
図６は、本開示の実施形態２の変形例１に係る撮像装置１Ｄの構成を模式的に示す断面図である。図６に示すように、撮像装置１Ｄは、赤外線太陽電池３５を含む発電素子３を備える。例えば、発電素子３は、下部電極３４と、下部電極３４と向かい合って配置される上部電極３６と、下部電極３４と上部電極３６との間に設けられた赤外線太陽電池３５と、を有する。赤外線太陽電池３５は、赤外線を光電変換して電力を出力する。下部電極３４と赤外線太陽電池３５及び上部電極３６の各構成は、例えば、実施形態１の変形例１で説明した通りである。
撮像装置１Ｄは、実施形態１の変形例１で説明した撮像装置１Ａと同様の効果を奏する。
（変形例２）
実施形態１と同様に、実施形態２においても、発電素子３が備える太陽電池は、紫外線太陽電池と赤外線太陽電池の両方であってもよい。また、紫外線太陽電池と赤外線太陽電池は、画素部の厚さ方向に積層されていてもよい。
図７は、本開示の実施形態２の変形例２に係る撮像装置１Ｅの構成を模式的に示す断面図である。図７に示すように、撮像装置１Ｅは、紫外線太陽電池３２と赤外線太陽電池３５とを含む発電素子３を備える。
例えば、発電素子３は、下部電極３４と、下部電極３４と向かい合って配置される共通電極３７と、下部電極３４と共通電極３７との間に設けられた赤外線太陽電池３５と、を有する。また、発電素子３は、共通電極３７と向かい合って配置される上部電極３３と、共通電極３７と上部電極３３との間に設けられた紫外線太陽電池３２と、を有する。共通電極３７の構成は、例えば、実施形態１の変形例２で説明した通りである。また、発電素子３と有機光電変換部２１Ｂとの間には、絶縁層８４が設けられている。絶縁層８４は、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ2）である。
撮像装置１Ｅは、実施形態１の変形例２で説明した撮像装置１Ｂと同様の効果を奏する。
なお、本開示の実施形態２では、有機光電変換部２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂのうち、一の有機光電変換部と、一の有機光電変換部と厚さ方向で隣り合う他の有機光電変換部は、電極を共有してもよい。例えば、一の有機光電変換部の上部電極と、他の有機光電変換部の下部電極は、１つの電極で共通化されていてもよい。
例えば図７に示すように、有機光電変換層２６Ｒと有機光電変換層２６Ｇとの間には、共通電極２２が配置されている。共通電極２２は、有機光電変換部２１Ｒと有機光電変換部２１Ｇとに共有されており、有機光電変換部２１Ｒの上部電極及び有機光電変換部２１Ｇの下部電極として機能する。共通電極２２は、可視光を透過可能な導電膜で構成されており、例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）で構成されている。
同様に、有機光電変換層２６Ｇと、有機光電変換層２６Ｂとの間には、共通電極２３が配置されている。共通電極２３は、有機光電変換部２１Ｇと有機光電変換部２１Ｂとに共有されており、有機光電変換部２１Ｇの上部電極及び有機光電変換部２１Ｂの下部電極として機能する。共通電極２３は、可視光を透過可能な導電膜で構成されており、例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）で構成されている。
このような構成であれば、画素部１０における電極の積層数を減らすことができるので、撮像装置１Ｅの厚みの低減（低背化）と、製造コストの低減とが可能である。
（変形例３）
本開示の実施形態において、太陽電池の少なくとも一部は、撮像素子（無機光電変換部又は有機光電変換部）と半導体基板との間に配置されていてもよい。
図８は、本開示の実施形態２の変形例３に係る撮像装置１Ｆの構成を模式的に示す断面図である。図８に示すように、撮像装置１Ｆは、絶縁層８４を介して有機光電変換部２１Ｂの上方に配置された第１発電素子３Ａと、絶縁層８５を介して有機光電変換部２１Ｒの下方に配置された第２発電素子３Ｂとを備える。絶縁層８４、８５は、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ2）である。第２発電素子３Ｂは、有機光電変換部２１Ｒと半導体基板１１との間に配置されている。
第１発電素子３Ａは、下部電極３１と、下部電極３１と向かい合って配置される上部電極３３と、下部電極３１と上部電極３３との間に設けられた紫外線太陽電池３２と、を有する。第２発電素子３Ｂは、下部電極３４と、下部電極３４と向かい合って配置される上部電極３６と、下部電極３４と上部電極３６との間に設けられた赤外線太陽電池３５と、を有する。
このような構成であっても、撮像装置１Ｆは、画素部１０が検出の対象としていない紫外線及び赤外線の両方を利用して発電する。これにより、撮像装置１Ｆは、発電素子３が紫外線太陽電池３２及び赤外線太陽電池３５の一方のみを備える場合と比べて、発電性能をさらに向上させることが可能である。
（変形例４）
本開示の実施形態において、有機光電変換部２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂの一部は、撮像素子ではなく、太陽電池として用いられていてもよい。このような構成であれば、太陽電池の積層数が増えるので、撮像装置の発電性能をさらに向上させることが可能である。
＜実施形態３＞
本開示において、撮像素子は、無機光電変換部のみで構成されていてもよい。図９は、本開示の実施形態３に係る撮像装置１Ｇの構成例を模式的に示す断面図である。図９に示すように、撮像装置１Ｇは、半導体基板１１と、半導体基板１１上に設けられたシリコン（Ｓｉ）センサ１０１と、Ｓｉセンサ１０１上に設けられたカラーフィルタ層１０２と、カラーフィルタ層１０２上に設けられた絶縁層８６と、絶縁層８６上に設けられた発電素子３と、を備える。Ｓｉは、無機材料の一例である。
例えば、Ｓｉセンサ１０１には、単位画素Ｐ毎に、赤色の光を光電変換する赤色光電変換部と、緑色の光を光電変換する緑色光電変換部と、青色の光を光電変換する青色光電変換部と、が設けられている。また、カラーフィルタ層１０２は、赤色の光のみを透過する赤色層１０２Ｒと、緑色の光のみを透過する緑色層１０２Ｇと、青色の光のみを透過する青色層１０２Ｂと、が設けられている。Ｓｉセンサ１０１において、赤色層１０２Ｒの直下に位置する領域に赤色光電変換部が設けられ、緑色層１０２Ｇの直下に位置する領域に緑色光電変換部が設けられ、青色層１０２Ｂの直下に位置する領域に青色光電変換部が設けられている。
図９に示すように、発電素子３は、下部電極３１と、下部電極３１と向かい合って配置される上部電極３３と、下部電極３１と上部電極３３との間に設けられた紫外線太陽電池３２と、を有する。紫外線太陽電池３２は、紫外線を光電変換して電力を出力する。下部電極３１と紫外線太陽電池３２及び上部電極３３の各構成は、例えば、実施形態１で説明した通りである。
撮像装置１Ｇは、画素部１０が検出の対象としていない紫外線を利用して発電する。これにより、撮像装置１Ｇは、発電性能を向上させることが可能である。
（変形例１）
実施形態１と同様に、実施形態３においても、発電素子３が備える太陽電池は、紫外線太陽電池に限定されない。発電素子３が備える太陽電池は、赤外線を光電変換して電力を出力する赤外線太陽電池であってもよい。
図１０は、本開示の実施形態３の変形例１に係る撮像装置１Ｈの構成を模式的に示す断面図である。図１０に示すように、撮像装置１Ｈは、赤外線太陽電池３５を含む発電素子３を備える。例えば、発電素子３は、下部電極３４と、下部電極３４と向かい合って配置される上部電極３６と、下部電極３４と上部電極３６との間に設けられた赤外線太陽電池３５と、を有する。赤外線太陽電池３５は、赤外線を光電変換して電力を出力する。下部電極３４と赤外線太陽電池３５及び上部電極３６の各構成は、例えば、実施形態１の変形例１で説明した通りである。
撮像装置１Ｈは、画素部１０が検出の対象としていない赤外線を利用して発電する。これにより、撮像装置１Ｈは、発電性能を向上させることが可能である。
（変形例２）
実施形態１と同様に、実施形態３においても、発電素子３が備える太陽電池は、紫外線太陽電池と赤外線太陽電池の両方であってもよい。また、紫外線太陽電池と赤外線太陽電池は、画素部の厚さ方向に積層されていてもよい。
図１１は、本開示の実施形態３の変形例２に係る撮像装置１Ｉの構成を模式的に示す断面図である。図１１に示すように、撮像装置１Ｉは、紫外線太陽電池３２と赤外線太陽電池３５とを含む発電素子３を備える。
例えば、発電素子３は、下部電極３４と、下部電極３４と向かい合って配置される共通電極３７と、下部電極３４と共通電極３７との間に設けられた赤外線太陽電池３５と、を有する。また、発電素子３は、共通電極３７と向かい合って配置される上部電極３３と、共通電極３７と上部電極３３との間に設けられた紫外線太陽電池３２と、を有する。共通電極３７の構成は、例えば、実施形態１の変形例２で説明した通りである。また、発電素子３と有機光電変換部２１Ｂとの間には、絶縁層８４が設けられている。
撮像装置１Ｉは、画素部１０が検出の対象としていない紫外線及び赤外線の両方を利用して発電する。これにより、撮像装置１Ｉは、発電素子３が紫外線太陽電池３２及び赤外線太陽電池３５の一方のみを備える場合と比べて、発電性能をさらに向上させることが可能である。
（変形例３）
実施形態３においても、太陽電池の少なくとも一部は、無機光電変換部と半導体基板との間に配置されていてもよい。
図１２は、本開示の実施形態２の変形例３に係る撮像装置１Ｊの構成を模式的に示す断面図である。撮像装置１Ｊは、Ｓｉセンサ１０１の上方に配置された第１発電素子３Ａと、絶縁層８７を介して有機光電変換部２１Ｒの下方に配置された第２発電素子３Ｂとを備える。絶縁層８７は、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ2）である。第２発電素子３Ｂは、Ｓｉセンサ１０１と半導体基板１１との間に配置されている。第１発電素子３Ａと第２発電素子３Ｂの各構成は、例えば、実施形態２の変形例３で説明した通りである。
このような構成であっても、撮像装置１Ｊは、画素部１０が検出の対象としていない紫外線及び赤外線の両方を利用して発電する。これにより、撮像装置１Ｊは、発電素子３が紫外線太陽電池３２及び赤外線太陽電池３５の一方のみを備える場合と比べて、発電性能をさらに向上させることが可能である。
＜実施形態４＞
上記の実施形態１から３では、撮像される「第１の光」が可視光であり、発電に用いられる「第２の光」が紫外線及び赤外線の少なくとも一方であることを説明した。しかしながら、本開示の実施形態において、「第１の光」及び「第２の光」は上記に限定されない。例えば、撮像される「第１の光」は赤外線であり、発電に用いられる「第２の光」は紫外線及び可視光の少なくとも一方であってもよい。または、撮像される「第１の光」は紫外線であり、発電に用いられる「第２の光」は赤線及び可視光の少なくとも一方であってもよい。
また、本開示の「センサ装置」は撮像装置に限定されない。本開示の「センサ装置」は、例えば、予め設定された波長の光を検出して電気信号に変換する光センサであってもよい。光センサの用途として、人の検知、体温測定又はリモートコントローラ等に用いられる赤外線センサや、物体までの距離を検出する測距センサなどが例示される。
図１３は、本開示の実施形態４に係る光センサ２の構成例を模式的に示す断面図である。図１３に示すように、光センサ２は、半導体基板１１と、半導体基板１１上に設けられた赤外線センサ素子１１０（本開示の「センサ素子」の一例）と、赤外線センサ素子１１０上に設けられた絶縁層８８と、絶縁層８８上に設けられた発電素子３と、を備える。赤外線センサ素子１１０は、下部電極１１１と、下部電極１１１と向かい合って配置される上部電極１１３と、下部電極１１１と上部電極１１３との間に設けられた光電変換層１１２と、を有する。光電変換層１１２は、赤外線（本開示の「第１の光」の一例）を光電変換する層である。光電変換層１１２は、無機光電変換層であってもよいし、有機光電変換層であってもよい。下部電極１１１は、例えばリン化インジウム（ＩｎＰ）で構成されている。上部電極１１３は、赤外線を透過可能な導電膜で構成されており、例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）で構成されている。
発電素子３は、下部電極４１と、下部電極４１と向かい合って配置される上部電極４３と、下部電極４１と上部電極４３との間に設けられた可視光太陽電池４２（本開示の「第１太陽電池」の一例）と、を有する。可視光太陽電池４２は、可視光（本開示の「第２の光」の一例）を光電変換して電力を出力する。上部電極４３は、可視光及び赤外線を透過可能な導電膜で構成されており、例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）で構成されている。下部電極４４は、赤外線を透過可能な導電膜で構成されており、例えばＩＴＯで構成されている。
以上説明したように、本開示の実施形態４に係る光センサ２は、可視光を光電変換して信号を生成する赤外線センサ素子１１０と、赤外線センサ素子１１０の光入射面側に配置され、赤外線を光電変換して電力を出力する可視光太陽電池４２と、を備える。これによれば、光センサ２は、赤外線センサ素子１１０が検出の対象としていない可視光を利用して発電する。光センサ２は、赤外線の強度が小さい環境下でも発電することができるため、発電性能の向上が可能である。本開示によれば、例えば、電池を搭載することなく、各種の物品（一例として、カバン、ガラス窓など）に光センサ２を取り付けることができる。
（変形例１）
実施形態４において、発電素子３が備える太陽電池は、紫外線太陽電池であってもよいし、紫外線太陽電池と可視光太陽電池の両方であってもよい。また、紫外線太陽電池と可視光太陽電池と、赤外線センサ素子の厚さ方向に積層されていてもよい。
図１４は、本開示の実施形態４の変形例に係る光センサ２Ａの構成を模式的に示す断面図である。図１４に示すように、光センサ２Ａは、紫外線太陽電池３２（本開示の「第１太陽電池」の一例）と可視光太陽電池４２（本開示の「第２太陽電池」の一例）とを含む発電素子３を備える。
例えば、発電素子３は、下部電極３４と、下部電極３４と向かい合って配置される共通電極３７と、下部電極３４と共通電極３７との間に設けられた赤外線太陽電池３５と、を有する。また、発電素子３は、共通電極３７と向かい合って配置される上部電極３３と、共通電極３７と上部電極３３との間に設けられた紫外線太陽電池３２と、を有する。発電素子３と有機光電変換部２１Ｂとの間には、絶縁層８８が設けられている。絶縁層８８は、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ2）である。
光センサ２Ａは、赤外線センサ素子１１０が検出の対象としていない紫外線及び可視光の両方を利用して発電する。これにより、光センサ２Ａは、発電素子３が紫外線太陽電池３２及び可視光太陽電池４２の一方のみを備える場合と比べて、発電性能をさらに向上させることが可能である。
＜その他の実施形態＞
上記のように、本開示は実施形態及び変形例によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本開示を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。例えば、上記の実施形態１では、撮像装置１がＣＭＯＳイメージセンサであることを説明した。しかしながら、本開示の「撮像装置」は、ＣＭＯＳイメージセンサに限定されない。本開示の「撮像装置」は、ＣＭＯＳイメージセンサ以外の他の撮像装置であってもよい。他の撮像装置として、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサが例示される。このように、本開示に係る技術（本技術）はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。上述した実施形態の要旨を逸脱しない範囲で、構成要素の種々の省略、置換及び変更のうち少なくとも１つを行うことができる。また、本明細書に記載された効果はあくまでも例示であって限定されるものでは無く、また他の効果があってもよい。
＜電子機器への適用例＞
本開示に係る技術（本技術）は、例えば、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなど（以下、カメラと総称する。）の撮像システム、撮像機能を備えた携帯電話機等のモバイル機器、または、撮像機能を備えた他の機器といった各種の電子機器に適用することができる。
図１７は、本開示に係る技術（本技術）を電子機器３００に適用した例を示す概念図である。図１７に示すように、電子機器３００は、例えばカメラであり、固体撮像装置２０１、光学レンズ２１０、シャッタ装置２１１、駆動回路２１２、及び、信号処理回路２１３を有する。光学レンズ２１０は、本開示の「光学部品」の一例である。
光学レンズ２１０を透過した光が固体撮像装置２０１に入射する。例えば、光学レンズ２１０は、被写体からの像光（入射光）を固体撮像装置２０１の撮像面上に結像させる。これにより固体撮像装置２０１内に、一定期間、信号電荷が蓄積される。シャッタ装置２１１は、固体撮像装置２０１への光照射期間及び遮光期間を制御する。駆動回路２１２は、固体撮像装置２０１の転送動作等及びシャッタ装置２１１のシャッタ動作を制御する駆動信号を供給する。駆動回路２１２から供給される駆動信号（タイミング信号）により、固体撮像装置２０１の信号転送を行う。信号処理回路２１３は、各種の信号処理を行う。例えば、信号処理回路２１３は、固体撮像装置２０１から出力される信号を処理する。信号処理が行われた映像信号は、メモリ等の記憶媒体に記憶され、あるいは、モニタに出力される。
なお、電子機器３００におけるシャッタ動作は、機械式シャッタではなく、固体撮像装置２０１による電子式シャッタ（例えば、グローバルシャッタ）で実現されてもよい。電子機器３００におけるシャッタ動作が電子式シャッタで実現される場合、図１７のシャッタ装置２１１は省略されてもよい。
電子機器３００では、上述した撮像装置１、１Ａから１Ｊのいずれか１つ以上が固体撮像装置２０１に適用される。これにより、性能の向上が図られた電子機器３００を得ることができる。なお、電子機器３００は、カメラに限られるものではない。電子機器３００は、撮像機能を備えた携帯電話機等のモバイル機器、または、撮像機能を備えた他の機器であってもよい。
＜内視鏡手術システムへの応用例＞
本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、内視鏡手術システムに適用されてもよい。
図１８は、本開示に係る技術（本技術）が適用され得る内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。
図１８では、術者（医師）１１１３１が、内視鏡手術システム１１０００を用いて、患者ベッド１１１３３上の患者１１１３２に手術を行っている様子が図示されている。図示するように、内視鏡手術システム１１０００は、内視鏡１１１００と、気腹チューブ１１１１１やエネルギー処置具１１１１２等の、その他の術具１１１１０と、内視鏡１１１００を支持する支持アーム装置１１１２０と、内視鏡下手術のための各種の装置が搭載されたカート１１２００と、から構成される。
内視鏡１１１００は、先端から所定の長さの領域が患者１１１３２の体腔内に挿入される鏡筒１１１０１と、鏡筒１１１０１の基端に接続されるカメラヘッド１１１０２と、から構成される。図示する例では、硬性の鏡筒１１１０１を有するいわゆる硬性鏡として構成される内視鏡１１１００を図示しているが、内視鏡１１１００は、軟性の鏡筒を有するいわゆる軟性鏡として構成されてもよい。
鏡筒１１１０１の先端には、対物レンズが嵌め込まれた開口部が設けられている。内視鏡１１１００には光源装置１１２０３が接続されており、当該光源装置１１２０３によって生成された光が、鏡筒１１１０１の内部に延設されるライトガイドによって当該鏡筒の先端まで導光され、対物レンズを介して患者１１１３２の体腔内の観察対象に向かって照射される。なお、内視鏡１１１００は、直視鏡であってもよいし、斜視鏡又は側視鏡であってもよい。
カメラヘッド１１１０２の内部には光学系及び撮像素子が設けられており、観察対象からの反射光（観察光）は当該光学系によって当該撮像素子に集光される。当該撮像素子によって観察光が光電変換され、観察光に対応する電気信号、すなわち観察像に対応する画像信号が生成される。当該画像信号は、ＲＡＷデータとしてカメラコントロールユニット（ＣＣＵ： Ｃａｍｅｒａ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１１２０１に送信される。
ＣＣＵ１１２０１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）やＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等によって構成され、内視鏡１１１００及び表示装置１１２０２の動作を統括的に制御する。さらに、ＣＣＵ１１２０１は、カメラヘッド１１１０２から画像信号を受け取り、その画像信号に対して、例えば現像処理（デモザイク処理）等の、当該画像信号に基づく画像を表示するための各種の画像処理を施す。
表示装置１１２０２は、ＣＣＵ１１２０１からの制御により、当該ＣＣＵ１１２０１によって画像処理が施された画像信号に基づく画像を表示する。
光源装置１１２０３は、例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等の光源から構成され、術部等を撮影する際の照射光を内視鏡１１１００に供給する。
入力装置１１２０４は、内視鏡手術システム１１０００に対する入力インタフェースである。ユーザは、入力装置１１２０４を介して、内視鏡手術システム１１０００に対して各種の情報の入力や指示入力を行うことができる。例えば、ユーザは、内視鏡１１１００による撮像条件（照射光の種類、倍率及び焦点距離等）を変更する旨の指示等を入力する。
処置具制御装置１１２０５は、組織の焼灼、切開又は血管の封止等のためのエネルギー処置具１１１１２の駆動を制御する。気腹装置１１２０６は、内視鏡１１１００による視野の確保及び術者の作業空間の確保の目的で、患者１１１３２の体腔を膨らめるために、気腹チューブ１１１１１を介して当該体腔内にガスを送り込む。レコーダ１１２０７は、手術に関する各種の情報を記録可能な装置である。プリンタ１１２０８は、手術に関する各種の情報を、テキスト、画像又はグラフ等各種の形式で印刷可能な装置である。
なお、内視鏡１１１００に術部を撮影する際の照射光を供給する光源装置１１２０３は、例えばＬＥＤ、レーザ光源又はこれらの組み合わせによって構成される白色光源から構成することができる。ＲＧＢレーザ光源の組み合わせにより白色光源が構成される場合には、各色（各波長）の出力強度及び出力タイミングを高精度に制御することができるため、光源装置１１２０３において撮像画像のホワイトバランスの調整を行うことができる。また、この場合には、ＲＧＢレーザ光源それぞれからのレーザ光を時分割で観察対象に照射し、その照射タイミングに同期してカメラヘッド１１１０２の撮像素子の駆動を制御することにより、ＲＧＢそれぞれに対応した画像を時分割で撮像することも可能である。当該方法によれば、当該撮像素子にカラーフィルタを設けなくても、カラー画像を得ることができる。
また、光源装置１１２０３は、出力する光の強度を所定の時間ごとに変更するようにその駆動が制御されてもよい。その光の強度の変更のタイミングに同期してカメラヘッド１１１０２の撮像素子の駆動を制御して時分割で画像を取得し、その画像を合成することにより、いわゆる黒つぶれ及び白とびのない高ダイナミックレンジの画像を生成することができる。
また、光源装置１１２０３は、特殊光観察に対応した所定の波長域の光を供給可能に構成されてもよい。特殊光観察では、例えば、体組織における光の吸収の波長依存性を利用して、通常の観察時における照射光（すなわち、白色光）に比べて狭帯域の光を照射することにより、粘膜表層の血管等の所定の組織を高コントラストで撮影する、いわゆる狭帯域光観察（Ｎａｒｒｏｗ Ｂａｎｄ Ｉｍａｇｉｎｇ）が行われる。あるいは、特殊光観察では、励起光を照射することにより発生する蛍光により画像を得る蛍光観察が行われてもよい。蛍光観察では、体組織に励起光を照射し当該体組織からの蛍光を観察すること（自家蛍光観察）、又はインドシアニングリーン（ＩＣＧ）等の試薬を体組織に局注するとともに当該体組織にその試薬の蛍光波長に対応した励起光を照射し蛍光像を得ること等を行うことができる。光源装置１１２０３は、このような特殊光観察に対応した狭帯域光及び／又は励起光を供給可能に構成され得る。
図１９は、図１８に示すカメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１の機能構成の一例を示すブロック図である。
カメラヘッド１１１０２は、レンズユニット１１４０１と、撮像部１１４０２と、駆動部１１４０３と、通信部１１４０４と、カメラヘッド制御部１１４０５と、を有する。ＣＣＵ１１２０１は、通信部１１４１１と、画像処理部１１４１２と、制御部１１４１３と、を有する。カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１とは、伝送ケーブル１１４００によって互いに通信可能に接続されている。
レンズユニット１１４０１は、鏡筒１１１０１との接続部に設けられる光学系である。鏡筒１１１０１の先端から取り込まれた観察光は、カメラヘッド１１１０２まで導光され、当該レンズユニット１１４０１に入射する。レンズユニット１１４０１は、ズームレンズ及びフォーカスレンズを含む複数のレンズが組み合わされて構成される。
撮像部１１４０２は、撮像素子で構成される。撮像部１１４０２を構成する撮像素子は、１つ（いわゆる単板式）であってもよいし、複数（いわゆる多板式）であってもよい。撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、例えば各撮像素子によってＲＧＢそれぞれに対応する画像信号が生成され、それらが合成されることによりカラー画像が得られてもよい。あるいは、撮像部１１４０２は、３Ｄ（Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ）表示に対応する右目用及び左目用の画像信号をそれぞれ取得するための１対の撮像素子を有するように構成されてもよい。３Ｄ表示が行われることにより、術者１１１３１は術部における生体組織の奥行きをより正確に把握することが可能になる。なお、撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、各撮像素子に対応して、レンズユニット１１４０１も複数系統設けられ得る。
また、撮像部１１４０２は、必ずしもカメラヘッド１１１０２に設けられなくてもよい。例えば、撮像部１１４０２は、鏡筒１１１０１の内部に、対物レンズの直後に設けられてもよい。
駆動部１１４０３は、アクチュエータによって構成され、カメラヘッド制御部１１４０５からの制御により、レンズユニット１１４０１のズームレンズ及びフォーカスレンズを光軸に沿って所定の距離だけ移動させる。これにより、撮像部１１４０２による撮像画像の倍率及び焦点が適宜調整され得る。
通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部１１４０４は、撮像部１１４０２から得た画像信号をＲＡＷデータとして伝送ケーブル１１４００を介してＣＣＵ１１２０１に送信する。
また、通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１から、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を受信し、カメラヘッド制御部１１４０５に供給する。当該制御信号には、例えば、撮像画像のフレームレートを指定する旨の情報、撮像時の露出値を指定する旨の情報、並びに／又は撮像画像の倍率及び焦点を指定する旨の情報等、撮像条件に関する情報が含まれる。
なお、上記のフレームレートや露出値、倍率、焦点等の撮像条件は、ユーザによって適宜指定されてもよいし、取得された画像信号に基づいてＣＣＵ１１２０１の制御部１１４１３によって自動的に設定されてもよい。後者の場合には、いわゆるＡＥ（Ａｕｔｏ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ）機能、ＡＦ（Ａｕｔｏ Ｆｏｃｕｓ）機能及びＡＷＢ（Ａｕｔｏ Ｗｈｉｔｅ Ｂａｌａｎｃｅ）機能が内視鏡１１１００に搭載されていることになる。
カメラヘッド制御部１１４０５は、通信部１１４０４を介して受信したＣＣＵ１１２０１からの制御信号に基づいて、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御する。
通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２から、伝送ケーブル１１４００を介して送信される画像信号を受信する。
また、通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２に対して、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を送信する。画像信号や制御信号は、電気通信や光通信等によって送信することができる。
画像処理部１１４１２は、カメラヘッド１１１０２から送信されたＲＡＷデータである画像信号に対して各種の画像処理を施す。
制御部１１４１３は、内視鏡１１１００による術部等の撮像、及び、術部等の撮像により得られる撮像画像の表示に関する各種の制御を行う。例えば、制御部１１４１３は、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を生成する。
また、制御部１１４１３は、画像処理部１１４１２によって画像処理が施された画像信号に基づいて、術部等が映った撮像画像を表示装置１１２０２に表示させる。この際、制御部１１４１３は、各種の画像認識技術を用いて撮像画像内における各種の物体を認識してもよい。例えば、制御部１１４１３は、撮像画像に含まれる物体のエッジの形状や色等を検出することにより、鉗子等の術具、特定の生体部位、出血、エネルギー処置具１１１１２の使用時のミスト等を認識することができる。制御部１１４１３は、表示装置１１２０２に撮像画像を表示させる際に、その認識結果を用いて、各種の手術支援情報を当該術部の画像に重畳表示させてもよい。手術支援情報が重畳表示され、術者１１１３１に提示されることにより、術者１１１３１の負担を軽減することや、術者１１１３１が確実に手術を進めることが可能になる。
カメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１を接続する伝送ケーブル１１４００は、電気信号の通信に対応した電気信号ケーブル、光通信に対応した光ファイバ、又はこれらの複合ケーブルである。
ここで、図示する例では、伝送ケーブル１１４００を用いて有線で通信が行われていたが、カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１との間の通信は無線で行われてもよい。
以上、本開示に係る技術が適用され得る内視鏡手術システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、内視鏡１１１００や、カメラヘッド１１１０２の撮像部１１４０２、ＣＣＵ１１２０１の画像処理部１１４１２等に適用され得る。具体的には、上述した撮像装置１、１Ａから１Ｊのいずれか１つ以上を撮像部１０４０２に適用することができる。内視鏡１１１００や、カメラヘッド１１１０２の撮像部１１４０２、ＣＣＵ１１２０１の画像処理部１１４１２等に本開示に係る技術を適用することにより、より鮮明な術部画像を得ることができるため、術者が術部を確実に確認することが可能になる。また、内視鏡１１１００や、カメラヘッド１１１０２の撮像部１１４０２、ＣＣＵ１１２０１の画像処理部１１４１２等に本開示に係る技術を適用することにより、より低レイテンシで術部画像を得ることができるため、術者が術部を触接観察している場合と同様の感覚で処置を行うことが可能になる。
なお、ここでは、一例として内視鏡手術システムについて説明したが、本開示に係る技術は、その他、例えば、顕微鏡手術システム等に適用されてもよい。
＜移動体への応用例＞
本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
図２０は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。
車両制御システム１２０００は、通信ネットワーク１２００１を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図２０に示した例では、車両制御システム１２０００は、駆動系制御ユニット１２０１０、ボディ系制御ユニット１２０２０、車外情報検出ユニット１２０３０、車内情報検出ユニット１２０４０、及び統合制御ユニット１２０５０を備える。また、統合制御ユニット１２０５０の機能構成として、マイクロコンピュータ１２０５１、音声画像出力部１２０５２、及び車載ネットワークＩ／Ｆ（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）１２０５３が図示されている。
駆動系制御ユニット１２０１０は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット１２０１０は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。
ボディ系制御ユニット１２０２０は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット１２０２０は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット１２０２０には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット１２０２０は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
車外情報検出ユニット１２０３０は、車両制御システム１２０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット１２０３０には、撮像部１２０３１が接続される。車外情報検出ユニット１２０３０は、撮像部１２０３１に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット１２０３０は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。
撮像部１２０３１は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部１２０３１は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部１２０３１が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。
車内情報検出ユニット１２０４０は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット１２０４０には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部１２０４１が接続される。運転者状態検出部１２０４１は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット１２０４０は、運転者状態検出部１２０４１から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。
マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット１２０１０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｄｒｉｖｅｒ Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ Ｓｙｓｔｅｍ）の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。
また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット１２０２０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。
音声画像出力部１２０５２は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図２０の例では、出力装置として、オーディオスピーカ１２０６１、表示部１２０６２及びインストルメントパネル１２０６３が例示されている。表示部１２０６２は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。
図２１は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
図２１では、車両１２１００は、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１、１２１０２、１２１０３、１２１０４、１２１０５を有する。
撮像部１２１０１、１２１０２、１２１０３、１２１０４、１２１０５は、例えば、車両１２１００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部１２１０１及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として車両１２１００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部１２１０２、１２１０３は、主として車両１２１００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部１２１０４は、主として車両１２１００の後方の画像を取得する。撮像部１２１０１及び１２１０５で取得される前方の画像は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
なお、図２１には、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲１２１１１は、フロントノーズに設けられた撮像部１２１０１の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１２、１２１１３は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部１２１０２、１２１０３の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１４は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部１２１０４の撮像範囲を示す。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両１２１００を上方から見た俯瞰画像が得られる。
撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。
例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を基に、撮像範囲１２１１１ないし１２１１４内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化（車両１２１００に対する相対速度）を求めることにより、特に車両１２１００の進行路上にある最も近い立体物で、車両１２１００と略同じ方向に所定の速度（例えば、０ｋｍ／ｈ以上）で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ１２０５１は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御（追従停止制御も含む）や自動加速制御（追従発進制御も含む）等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、２輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両１２１００の周辺の障害物を、車両１２１００のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ１２０５１は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ１２０６１や表示部１２０６２を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット１２０１０を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。
撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ１２０５１が、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部１２０５２は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部１２０６２を制御する。また、音声画像出力部１２０５２は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部１２０６２を制御してもよい。
以上、本開示に係る技術が適用され得る車両制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、撮像部１２０３１等に適用され得る。具体的には、上述した撮像装置１、１Ａから１Ｊのいずれか１つ以上を撮像部１２０３１に適用することができる。撮像部１２０３１に本開示に係る技術を適用することにより、より見やすい撮影画像を得ることができるため、ドライバの疲労を軽減することが可能になる。
なお、本開示は以下のような構成も取ることができる。
（１）第１の光を光電変換して信号を生成する画素部と、
前記画素部で生成された信号を読み出す読出し回路と、
前記画素部の一方の面側に配置され、前記第１の光とは波長域が異なる第２の光を光電変換して電力を出力する第１太陽電池と、を備える
撮像装置。
（２）前記第１太陽電池から出力される電力は前記読出し回路に供給される、
前記（１）に記載の撮像装置。
（３）前記一方の面は光入射面である、
前記（１）又は前記（２）に記載の撮像装置。
（４）前記画素部の前記一方の面側又は、前記一方の面の反対側に配置される第２太陽電池をさらに備え、
前記第２太陽電池は、前記第１の光及び前記第２の光とは波長域が異なる第３の光を光電変換して電力を出力する、
前記（１）から前記（３）のいずれか１項に記載の撮像装置。
（５）前記第２太陽電池から出力される電力は前記読出し回路に供給される、
前記（４）に記載の撮像装置。
（６）前記画素部の厚さ方向において、前記第１太陽電池は前記第２太陽電池と重なる位置に配置される、
前記（４）又は前記（５）に記載の撮像装置。
（７）前記第２の光は紫外線の波長域を含む光であり、
前記第３の光は赤外線の波長域を含む光であり、
前記画素部と前記第１太陽電池との間に前記第２太陽電池が配置される、
前記（４）から前記（６）のいずれか１項に記載の撮像装置。
（８）前記第１太陽電池と前記第２太陽電池との間に配置され、前記第１太陽電池と前記第２太陽電池とにそれぞれ接続する共通電極をさらに備える、
前記（７）に記載の撮像装置。
（９）前記画素部は、前記第１の光の少なくとも一部を光電変換する有機光電変換部を有する、
前記（１）から前記（８）のいずれか１項に記載の撮像装置。
（１０）前記画素部は、前記第１の光の少なくとも一部を光電変換する無機光電変換部を有する、
前記（１）から前記（９）のいずれか１項に記載の撮像装置。
（１１）第１の光を光電変換して信号を生成するセンサ素子と、
前記センサ素子の一方の面側に配置され、前記第１の光とは波長域が異なる第２の光を光電変換して電力を出力する第１太陽電池と、を備えるセンサ装置。
（１２）光学部品と、
前記光学部品を透過した第１の光が入射する撮像装置と、
前記撮像装置から出力される信号を処理する信号処理回路と、を備え、
前記撮像装置は、
第１の光を光電変換して信号を生成する画素部と、
前記画素部で生成された信号を読み出す読出し回路と、
前記画素部の一方の面側に配置され、前記第１の光とは波長域が異なる第２の光を光電変換して電力を出力する第１太陽電池と、を備える電子機器。
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ、１Ｇ、１Ｈ、１Ｉ、１Ｊ 撮像装置
２、２Ａ 光センサ
３ 発電素子
３Ａ 第１発電素子
３Ｂ 第２発電素子
１０ 画素部
１１ 半導体基板
１１Ｂ 無機光電変換部
１１Ｇ 有機光電変換部
１１Ｒ 無機光電変換部
１１Ｓ１ 第１面
１１Ｓ２ 第２面
１２、１４ 層間絶縁層
１２Ａ 固定電荷層
１２Ｂ 誘電体層
１３Ｂ 上部コンタクト
１５、２５Ｂ、２５Ｇ、２５Ｒ、３１、３４、４１、４４、１１１ 下部電極
１６ 有機光電変換層
１７、２７Ｂ、２７Ｇ、２７Ｒ、３３、３６、４３、１１３ 上部電極
１８ 絶縁層
１９ オンチップレンズ層
１９Ｌ オンチップレンズ
２１Ｂ、２１Ｇ、２１Ｒ 有機光電変換部
２２、２３、３７ 共通電極
２６Ｂ、２６Ｇ、２６Ｒ 有機光電変換層
３２ 紫外線太陽電池
３５ 赤外線太陽電池
４２ 可視光太陽電池
５１ 電圧調整部
５２、５４ ダイオード
５３、５５、５６、５７ 抵抗素子
６１ ｐウェル
６３ 貫通電極
７０ 多層配線
７１、７２、７３ 配線層
７１Ａ 接続部
７４、８１、８２、８３、８４、８５、８６、８７、８８ 絶縁層
７５ 下部第１コンタクト
７６ 下部第２コンタクト
８１ 絶縁層
１０１ Ｓｉセンサ
１０２ カラーフィルタ層
１０２Ｂ 青色層
１０２Ｇ 緑色層
１０２Ｒ 赤色層
１１０ 赤外線センサ素子
１１１ 光電変換層
１３０ 周辺回路部
１３１ 行走査部
１３２ システム制御部
１３３ 水平選択部
１３４ 列走査部
１３５ 水平信号線
２０１ 固体撮像装置
２１０ 光学レンズ
２１１ シャッタ装置
２１２ 駆動回路
２１３ 信号処理回路
３００ 電子機器
１０４０２ 撮像部
１１０００ 内視鏡手術システム
１１１００ 内視鏡
１１１０１ 鏡筒
１１１０２ カメラヘッド
１１１１０ 術具
１１１１１ 気腹チューブ
１１１１２ エネルギー処置具
１１１２０ 支持アーム装置
１１１３１ 術者
１１１３２ 患者
１１１３３ 患者ベッド
１１２００ カート
１１２０１ カメラコントロールユニット
１１２０２ 表示装置
１１２０３ 光源装置
１１２０４ 入力装置
１１２０５ 処置具制御装置
１１２０６ 気腹装置
１１２０７ レコーダ
１１２０８ プリンタ
１１４００ 伝送ケーブル
１１４０１ レンズユニット
１１４０２ 撮像部
１１４０３ 駆動部
１１４０４ 通信部
１１４０５ カメラヘッド制御部
１１４１１ 通信部
１１４１２ 画像処理部
１１４１３ 制御部
１２０００ 車両制御システム
１２００１ 通信ネットワーク
１２０１０ 駆動系制御ユニット
１２０２０ ボディ系制御ユニット
１２０３０ 車外情報検出ユニット
１２０３１ 撮像部
１２０４０ 車内情報検出ユニット
１２０４１ 運転者状態検出部
１２０５０ 統合制御ユニット
１２０５１ マイクロコンピュータ
１２０５２ 音声画像出力部
１２０６１ オーディオスピーカ
１２０６２ 表示部
１２０６３ インストルメントパネル
１２１００ 車両
１２１０１、１２１０２、１２１０３、１２１０４、１２１０５ 撮像部
１２１１１、１２１１２、１２１１３、１２１１４ 撮像範囲
ＡＭＰ アンプトランジスタ
ＣＣＵ１１２０１ 撮像部
ＦＤ１、ＦＤ２、ＦＤ３ フローティングディフュージョン
Ｇａｍｐ ゲート
Ｇｒｓｔ リセットゲート
Ｉ 車載ネットワーク
ＩＣ 外部制御
Ｌｒｅａｄ 画素駆動線
Ｌｓｉｇ 垂直信号線
Ｐ 単位画素
ＲＳＴ リセットトランジスタ
Ｓ１ 光入射側
Ｓ２ 配線層側
Ｔｒ１ 縦型トランジスタ
Ｔｒ２ 転送トランジスタ

Claims (12)

  1. 第１の光を光電変換して信号を生成する画素部と、
    前記画素部で生成された信号を読み出す読出し回路と、
    前記画素部の一方の面側に配置され、前記第１の光とは波長域が異なる第２の光を光電変換して電力を出力する第１太陽電池と、を備える撮像装置。
  2. 前記第１太陽電池から出力される電力は前記読出し回路に供給される、請求項１に記載の撮像装置。
  3. 前記一方の面は光入射面である、請求項１に記載の撮像装置。
  4. 前記画素部の前記一方の面側又は、前記一方の面の反対側に配置される第２太陽電池をさらに備え、
    前記第２太陽電池は、前記第１の光及び前記第２の光とは波長域が異なる第３の光を光電変換して電力を出力する、請求項１に記載の撮像装置。
  5. 前記第２太陽電池から出力される電力は前記読出し回路に供給される、請求項４に記載の撮像装置。
  6. 前記画素部の厚さ方向において、前記第１太陽電池は前記第２太陽電池と重なる位置に配置される、請求項４に記載の撮像装置。
  7. 前記第２の光は紫外線の波長域を含む光であり、
    前記第３の光は赤外線の波長域を含む光であり、
    前記画素部と前記第１太陽電池との間に前記第２太陽電池が配置される、
    請求項４に記載の撮像装置。
  8. 前記第１太陽電池と前記第２太陽電池との間に配置され、前記第１太陽電池と前記第２太陽電池とにそれぞれ接続する共通電極をさらに備える、請求項７に記載の撮像装置。
  9. 前記画素部は、前記第１の光の少なくとも一部を光電変換する有機光電変換部を有する、請求項１に記載の撮像装置。
  10. 前記画素部は、前記第１の光の少なくとも一部を光電変換する無機光電変換部を有する、請求項１に記載の撮像装置。
  11. 第１の光を光電変換して信号を生成するセンサ素子と、
    前記センサ素子の一方の面側に配置され、前記第１の光とは波長域が異なる第２の光を光電変換して電力を出力する第１太陽電池と、を備えるセンサ装置。
  12. 光学部品と、
    前記光学部品を透過した第１の光が入射する撮像装置と、
    前記撮像装置から出力される信号を処理する信号処理回路と、を備え、
    前記撮像装置は、
    第１の光を光電変換して信号を生成する画素部と、
    前記画素部で生成された信号を読み出す読出し回路と、
    前記画素部の一方の面側に配置され、前記第１の光とは波長域が異なる第２の光を光電変換して電力を出力する第１太陽電池と、を備える電子機器。
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