JP6520308B2 - 撮像素子 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る撮像装置の構成を模式的に示す断面図である。撮像装置1は、撮像光学系2、撮像素子3、制御部4、レンズ駆動部5、および表示部6を備える。撮像光学系2は、撮像素子3の撮像面に被写体像を結像させる。撮像光学系2は、レンズ2a、フォーカシングレンズ2b、およびレンズ2cから成る。フォーカシングレンズ2bは、撮像光学系2の焦点調節を行うためのレンズである。フォーカシングレンズ2bは、光軸O方向に駆動可能に構成されている。レンズ駆動部5は、不図示のアクチュエータを有する。レンズ駆動部5は、このアクチュエータにより、フォーカシングレンズ2bを光軸O方向に所望の量だけ駆動する。撮像素子3は、被写体像を撮像して画像信号を出力する。制御部4は、撮像素子3等の各部を制御する。制御部4は、撮像素子3により出力された画像信号に対して画像処理等を施して、不図示の記録媒体に記録する。また、制御部4は、撮像素子3により出力された画像信号による画像を表示部6に表示しする。表示部6は、例えば液晶パネル等の表示部材を有する表示装置である。
(1)有機光電変換膜10は、それぞれ、入射光を光電変換して入射光の光量に応じた電荷を発生する有機光電変換膜10と、有機光電変換膜10の上面101に設けられ、電荷のうちの正孔に基づく信号が取り出される上部電極103aと、有機光電変換膜10の下面102に設けられ、電荷のうちの電子に基づく信号が取り出される下部電極103bとを有する。このようにしたので、有機光電変換膜10で発生した電荷を効率よく利用することができる。また、1つあたりの信号の振幅が小さくて済むので、回路の駆動電圧を低電圧にすることができ、回路の消費電力を低減することができる。
第2の実施の形態に係る撮像装置は、第1の実施の形態に係る撮像装置とは異なる構成の撮像素子3を有している。以下、第1の実施の形態に係る撮像素子3との相違点を中心に説明する。なお、以下の説明において、第1の実施の形態と同一の部分については、第1の実施の形態と同一の符号を付して説明を省略する。
(7)差動出力部は、一対の第1キャパシタ204および第2キャパシタ205により構成される。このようにしたので、ノイズ除去回路14の前段で発生する1/fノイズを低減することができる。
第3の実施の形態に係る撮像装置は、第2の実施の形態に係る撮像装置とは異なる構成の撮像素子3を有している。以下、第2の実施の形態に係る撮像素子3との相違点を中心に説明する。なお、以下の説明において、第2の実施の形態と同一の部分については、第2の実施の形態と同一の符号を付して説明を省略する。
(8)差動出力部として機能する第1キャパシタ204および第2キャパシタ205の後段に、更に、第1の画素信号を所定の増幅率で増幅して出力する差動増幅部として機能する差動対306を追加した。これにより、チョッパ安定化アンプ112に入力される差動信号のゲインを、第2の実施の形態に比べて高くすることができる。
第4の実施の形態に係る撮像装置は、第1の実施の形態に係る撮像装置とは異なる構成の撮像素子3を有している。以下、第1の実施の形態に係る撮像素子3との相違点を中心に説明する。なお、以下の説明において、第1の実施の形態と同一の部分については、第1の実施の形態と同一の符号を付して説明を省略する。
(9)第1リセット部として機能する第1リセットスイッチ113aおよび第2リセット部として機能する第2リセットスイッチ113bは、差動出力部として機能する第1ソースフォロア回路104および第2ソースフォロア回路105から出力された第1の画素信号を、上部電極103aおよび下部電極103bにフィードバックすることにより、上部電極103aおよび下部電極103bをリセットする。このようにしたので、リセットに伴うkTCノイズを低減することができる。
第5の実施の形態に係る撮像装置は、第1の実施の形態に係る撮像装置とは異なる構成の撮像素子3を有している。以下、第1の実施の形態に係る撮像素子3との相違点を中心に説明する。なお、以下の説明において、第1の実施の形態と同一の部分については、第1の実施の形態と同一の符号を付して説明を省略する。
(10)撮像素子3は、上部光電変換層31と下部光電変換層32とで、それぞれ独立して被写体像を撮像することができるように構成されている。このようにしたので、入射光を更に効率よく利用することができる。
第6の実施の形態に係る撮像装置は、第2の実施の形態に係る撮像装置とは異なる構成の撮像素子3を有している。以下、第2の実施の形態に係る撮像素子3との相違点を中心に説明する。なお、以下の説明において、第2の実施の形態と同一の部分については、第2の実施の形態と同一の符号を付して説明を省略する。
(11)変調回路106は、下部電極103bから取り出された正孔に基づく画素信号を、所定の周波数を有する矩形波である変調信号CK1,nCK1を用いてデジタル的に、第1の被変調信号Vmod1に変換する。演算増幅回路107は、第1の被変調信号Vmod1を増幅して、第2の被変調信号Vmod2に変換する。復調回路108は、第1の被変調信号Vmod1と第2の被変調信号Vmod2との周波数成分の違いに対応する波形をもった復調信号CK2,nCK2を用いて、第2の被変調信号Vmod2をアナログ的に出力信号に変換する。このようにしたので、1/fノイズを低減することができる。
上述した第6の実施の形態では、有機光電変換膜10を用いた撮像素子3にチョッパ安定化アンプ112等を組み合わせた例について説明したが、有機光電変換膜10ではなく、フォトダイオードを用いることも可能である。例えば、いわゆる3Tr型の読み出し回路を有するCMOSイメージセンサにチョッパ安定化アンプ112等を設けてもよい。
上述した第5の実施の形態では、下部光電変換層32の読み出し回路を、いわゆる4Tr型の読み出し回路として構成していたが、これを、いわゆる3Tr型の読み出し回路としてもよい。
上述した各実施の形態では、有機光電変換膜10を全ての画素で共通な1枚の部材としていたが、有機光電変換膜10は画素ごとに分割してもよい。
第2の実施の形態では、有機光電変換膜10と積層した半導体基板11に、読出回路12を設けていた。半導体基板11に実装される回路部分を、これとは異なる回路部分とすることも可能である。
Claims (8)
- 光を電荷に変換する光電変換膜と、前記光電変換膜で変換された電荷のうち、正孔による信号を出力する第1電極と、前記光電変換膜で変換された電荷のうち、電子による信号を出力する第2電極と、を有する複数の光電変換部と、
前記第1電極から出力された信号と、前記第2電極から出力された信号と、による差動信号である第1の画素信号を出力する差動出力部と、
前記第1の画素信号を、差動信号でない第2の画素信号に変換する変換部と、
前記差動出力部により出力された前記第1の画素信号を前記第1電極および前記第2電極にフィードバックすることにより前記第1電極および前記第2電極の電位をリセットするリセット部と、を備える撮像素子。 - 請求項1に記載の撮像素子において、
前記リセット部は、前記第1電極の電位をリセットする第1リセット部と、前記第2電極の電位をリセットする第2リセット部と、を有する撮像素子。 - 請求項1または請求項2に記載の撮像素子において、
前記光電変換膜は、前記第1電極と前記第2電極との間に配置されている撮像素子。 - 請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記差動出力部から出力された前記第1の画素信号を、所定の周波数を有する矩形波である変調信号を用いて、差動信号である第1の被変調信号に変換する変調回路と、
前記第1の被変調信号を増幅して、差動信号である第2の被変調信号に変換する演算増幅回路と、
前記第1の被変調信号と前記第2の被変調信号との周波数成分の違いに対応する波形をもった復調信号を用いて、前記第2の被変調信号を差動信号である出力信号に変換する復調回路と、
を更に備え、
前記変換部は、前記出力信号を前記第2の画素信号に変換する撮像素子。 - 請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記差動出力部は、一対のソースフォロア回路により構成される撮像素子。 - 請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記差動出力部は、一対のキャパシタにより構成される撮像素子。 - 請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記差動出力部は、前記第1の画素信号を所定の増幅率で増幅して出力する差動増幅部を有する撮像素子。 - 請求項1から請求項7までのいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記光電変換膜と積層され、前記変換部の少なくとも一部が形成された半導体基板を更に備える撮像素子。
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