KR102609647B1 - 고체 촬상 소자 및 촬상 장치 - Google Patents

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šœ스케 마루야마
요시아키 이나다
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소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤
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Abstract

복수의 화소에 걸쳐서 마련된 광전변환막과, 상기 광전변환막에 전기적으로 접속되고, 화소마다 마련된 제1 전극과, 상기 광전변환막을 사이에 두고 상기 제1 전극에 대향하는 제2 전극과, 상기 광전변환막에서 생성되고, 상기 제1 전극을 통하여 이동한 신호 전하를 축적하는 제1 전하 축적부와, 화소마다 마련되고, 상기 제1 전하 축적부에 리셋 전위를 인가하는 리셋 트랜지스터와, 상기 제1 전하 축적부에 상기 신호 전하가 축적되는 기간, 상기 복수의 화소의 적어도 일부의 화소의 상기 제1 전극에, 상기 리셋 전위보다도 상기 제2 전극과의 사이의 전위차를 작게 하는 전위(VPD)를 인가하는 전위 생성부를 구비한 고체 촬상 소자.

Description

고체 촬상 소자 및 촬상 장치
본 기술은, 복수의 화소에 걸쳐서 마련된 광전변환막을 갖는 고체 촬상 소자 및 촬상 장치에 관한 것이다.
광전변환막에, 예를 들면 InGaAs 등의 화합물 반도체를 이용한 고체 촬상 소자의 개발이 진행되고 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조). 광전변환막에서 발생한 신호 전하는, 화소마다 화소 회로에 보내지도록 되어 있다.
특허 문헌 1 : 국제 공개 제2017/150167호
이와 같은 고체 촬상 소자에서는, 복수의 화소의 신호 전하를 가산(加算) 가능하게 하는 것이 바람직하고 있다.
따라서 복수의 화소의 신호 전하를 가산 가능한 고체 촬상 소자 및 촬상 장치를 제공하는 것이 바람직하다.
본 개시의 한 실시의 형태에 관한 고체 촬상 소자는, 복수의 화소에 걸쳐서 마련된 광전변환막과, 광전변환막에 전기적으로 접속되고, 화소마다 마련된 제1 전극과, 광전변환막을 사이에 두고 제1 전극에 대향하는 제2 전극과, 광전변환막에서 생성되고, 제1 전극을 통하여 이동한 신호 전하를 축적하는 제1 전하 축적부와, 화소마다 마련되고, 제1 전하 축적부에 리셋 전위를 인가하는 리셋 트랜지스터와, 제1 전하 축적부에 신호 전하가 축적되는 기간, 복수의 화소의 적어도 일부의 화소의 제1 전극에, 리셋 전위보다도 제2 전극과의 사이의 전위차를 작게 하는 전위(VPD)를 인가하는 전위 생성부를 구비한 것이다.
본 개시의 한 실시의 형태에 관한 촬상 장치는, 상기 본 개시의 한 실시의 형태에 관한 고체 촬상 소자를 구비한 것이다.
본 개시의 한 실시의 형태에 관한 고체 촬상 소자 및 촬상 장치에서는, 전위 생성부가 마련되어 있기 때문에, 제1 전하 축적부에 신호 전하가 축적되는 기간, 복수의 화소의 적어도 일부의 화소(비판독 화소)의 제1 전극에, 전위(VPD)가 인가된다. 이 비판독 화소에서 발생한 신호 전하는, 전위(VPD)가 인가되지 않는 화소(판독 화소)의 제1 전극에 이동한다.
본 개시의 한 실시의 형태에 관한 고체 촬상 소자 및 촬상 장치에 의하면, 전위 생성부를 마련하도록 하였기 때문에, 비판독 화소에서 발생한 신호 전하는, 판독 화소에서 발생한 신호 전하와 함께, 판독 화소의 화소 회로에서 판독된다. 따라서, 복수의 화소의 신호 전하를 가산 가능해진다. 또한, 여기에 기재된 효과는 반드시 한정되는 것이 아니고, 본 개시 중에 기재된 어느 하나의 효과라도 좋다.
도 1은 본 개시의 제1의 실시의 형태에 관한 촬상 소자의 개략 구성을 도시하는 블록도.
도 2는 도 1에 도시한 화소 영역의 구체적인 구성의 한 예를 도시하는 평면 모식도.
도 3은 도 2에 도시한 판독 화소 및 비판독 화소에 접속된 제어선의 한 예를 도시하는 평면 모식도.
도 4는 도 2에 도시한 판독 화소, 비판독 화소의 광전변환부 및 화소 회로의 구성을 모식적으로 도시하는 도면.
도 5는 도 4에 도시한 판독 화소, 비판독 화소의 동작에 관해 설명하기 위한 모식도.
도 6은 도 4에 도시한 화소 회로의 구동 방법에 관해 설명하기 위한 타이밍도.
도 7A는 본 개시의 제2의 실시의 형태에 관한 촬상 소자(판독 화소)의 화소 회로의 구성을 모식적으로 도시하는 도면.
도 7B는 도 7A에 도시한 촬상 소자의 비판독 화소의 화소 회로의 구성을 모식적으로 도시하는 도면.
도 8은 도 7A, 도 7B에 도시한 화소 회로의 구동 방법에 관해 설명하기 위한 타이밍도.
도 9는 도 7A에 도시한 화소 회로의 다른 예(변형례 1)를 모식적으로 도시하는 도면.
도 10은 도 7A, 도 7B에 도시한 화소 회로의 다른 예(변형례 2)를 모식적으로 도시하는 도면.
도 11A는 본 개시의 제3의 실시의 형태에 관한 촬상 소자(판독 화소)의 화소 회로의 구성을 모식적으로 도시하는 도면.
도 11B는 도 11A에 도시한 촬상 소자의 비판독 화소의 화소 회로의 구성을 모식적으로 도시하는 도면.
도 12는 도 11A, 도 11B에 도시한 화소 회로의 구동 방법에 관해 설명하기 위한 타이밍도.
도 13은 도 11A, 도 11B에 도시한 화소 회로의 다른 예를 모식적으로 도시하는 도면.
도 14A는 본 개시의 제4의 실시의 형태에 관한 촬상 소자(판독 화소)의 화소 회로의 구성을 모식적으로 도시하는 도면.
도 14B는 도 14A에 도시한 촬상 소자의 비판독 화소의 화소 회로의 구성을 모식적으로 도시하는 도면.
도 15는 도 14A, 도 14B에 도시한 화소 회로의 구동 방법에 관해 설명하기 위한 타이밍도.
도 16A는 도 2에 도시한 판독 화소, 비판독 화소의 배치의 다른 예(1)를 도시하는 평면 모식도.
도 16B는 도 2에 도시한 판독 화소, 비판독 화소의 배치의 다른 예(2)를 도시하는 평면 모식도.
도 17은 도 2에 도시한 판독 화소, 비판독 화소의 배치의 다른 예(3)를 도시하는 평면 모식도.
도 18은 도 17에 도시한 판독 화소 및 비판독 화소에 접속된 제어선의 한 예를 도시하는 평면 모식도.
도 19는 도 4에 도시한 화소 회로의 구성의 다른 예를 모식적으로 도시하는 도면.
도 20은 도 7A, 7B에 도시한 화소 회로의 구성의 다른 예를 모식적으로 도시하는 도면.
도 21A는 도 2에 도시한 판독 화소, 비판독 화소의 배치의 다른 예(4)를 도시하는 평면 모식도.
도 21B는 도 2에 도시한 판독 화소, 비판독 화소의 배치의 다른 예(5)를 도시하는 평면 모식도.
도 22는 도 1 등에 도시한 촬상 소자를 이용한 촬상 장치(전자 기기)의 한 예를 도시하는 기능 블록도.
도 23은 체내 정보 취득 시스템의 개략적인 구성의 한 예를 도시하는 블록도.
도 24는 내시경 수술 시스템의 개략적인 구성의 한 예를 도시하는 도면.
도 25는 카메라 헤드 및 CCU의 기능 구성의 한 예를 도시하는 블록도.
도 26은 차량 제어 시스템의 개략적인 구성의 한 예를 도시하는 블록도.
도 27은 차외 정보 검출부 및 촬상부의 설치위치의 한 예를 도시하는 설명도.
이하, 본 기술의 실시의 형태에 관해, 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 설명은 이하의 순서로 행한다.
1. 제1의 실시의 형태(리셋 트랜지스터에 직렬로 접속된 전위 생성부를 갖는 고체 촬상 소자의 예)
2. 제2의 실시의 형태(리셋 트랜지스터에 병렬로 접속된 전위 생성부를 갖는 고체 촬상 소자의 예)
3. 변형례 1(용량 전환용의 트랜지스터를 갖는 예)
4. 변형례 2(글로벌 셔터 기능을 갖는 예)
5. 제3의 실시의 형태(제1 전하 축적부(FD)에 직렬로 접속된 전위 생성부를 갖는 고체 촬상 소자의 예)
6. 제4의 실시의 형태(전송 트랜지스터 및 제2 전하 축적부를 포함하는 전위 생성부를 갖는 고체 촬상 소자의 예)
7. 변형례 3(판독 화소 및 비판독 화소의 배치례)
8. 적용례(전자 기기의 예)
9. 응용례
<1. 제1의 실시의 형태>
[촬상 소자(1)의 구성]
도 1은, 본 개시의 한 실시의 형태에 관한 고체 촬상 소자(촬상 소자(1))의 기능 구성의 한 예를 모식적으로 도시한 것이다. 촬상 소자(1)는, 예를 들면 적외선 이미지 센서이고, 예를 들면 파장 800nm 이상의 광에 대해서도 감도를 갖고 있다. 이 촬상 소자(1)에는, 예를 들면 4각형상의 화소 영역(10P)과, 화소 영역(10P)의 외측의 화소 외 영역(10B)이 마련되어 있다. 화소 외 영역(10B)에는, 화소 영역(10P)을 구동하기 위한 주변 회로가 마련되어 있다.
촬상 소자(1)의 화소 영역(10P)에는, 예를 들면 2차원 배치된 복수의 수광 단위 영역(화소(P))이 마련되어 있다. 화소 외 영역(10B)에 마련된 주변 회로는, 예를 들면 행 주사부(201), 수평 선택부(203), 열 주사부(204) 및 시스템 제어부(202)를 포함하고 있다.
도 2는, 화소 영역(10P)의 보다 구체적인 구성을 도시한 것이다. 화소 영역(10P)에 마련된 화소(P)는, 판독 화소(Pr) 및 비판독 화소(Pn)를 포함하고 있다. 판독 화소(Pr) 및 비판독 화소(Pn)는, 예를 들면, 화소행마다 마련되어 있고, 판독 화소(Pr)가 배치된 행과, 비판독 화소(Pn)가 배치된 행이 교대로 마련되어 있다. 후술하는 바와 같이, 비판독 화소(Pn)에서 발생한 신호 전하는, 같은 화소열에 배치된 이웃하는 판독 화소(Pr)의 화소 회로(후술하는 화소 회로(20Pr))에서 판독된다. 즉, 도 2에 도시한 예에서는, 2개의 화소(P)의 신호 전하가 가산된다.
도 3은, 판독 화소(Pr) 및 비판독 화소(Pn)를 선택하는 제어선(Lps)을 도시하고 있다. 제어선(Lps)은, 예를 들면, 화소행마다, 행방향(도 3의 X방향)에 따라 연재되어 있다. 환언하면, 화소(P)(판독 화소(Pr), 비판독 화소(Pn))에는, 화소행마다, 제어선(Lps)이 배선되어 있다.
또한, 화소(P)에는, 예를 들면 화소행마다 화소 구동선(Lread)(예를 들면, 행 선택선 및 리셋 제어선)이 배선되고, 화소열마다 수직 신호선(Lsig)이 배선되어 있다(도 1). 화소 구동선(Lread)은, 화소(P)로부터의 신호 판독을 위한 구동 신호를 전송하는 것이다. 화소 구동선(Lread)의 일단은, 행 주사부(201)의 각 행에 대응한 출력단에 접속되어 있다.
행 주사부(201)는, 시프트 레지스터나 어드레스 디코더 등에 의해 구성되고, 화소 영역(10P)의 각 화소(P)를, 예를 들면 행 단위로 구동하는 화소 구동부이다. 행 주사부(201)에 의해 선택 주사된 화소행의 각 화소(P)로부터 출력되는 신호는, 수직 신호선(Lsig)의 각각을 통하여 수평 선택부(203)에 공급된다. 수평 선택부(203)는, 수직 신호선(Lsig)마다 마련된 앰프나 수평 선택 스위치 등에 의해 구성되어 있다.
열 주사부(204)는, 시프트 레지스터나 어드레스 디코더 등에 의해 구성되고, 수평 선택부(203)의 각 수평 선택 스위치를 주사하면서 순번대로 구동하는 것이다. 이 열 주사부(204)에 의한 선택 주사에 의해, 수직 신호선(Lsig)의 각각을 통하여 전송된 각 화소의 신호가 순번대로 수평 신호선(205)에 출력되고, 당해 수평 신호선(205)를 통하여 도시하지 않은 신호 처리부 등에 입력된다.
시스템 제어부(202)는, 외부로부터에서 주어지는 클록이나, 동작 모드를 지령하는 데이터 등을 수취하고, 또한, 촬상 소자(1)의 내부 정보 등의 데이터를 출력하는 것이다. 시스템 제어부(202)는 또한, 각종의 타이밍 신호를 생성하는 타이밍 제너레이터를 가지며, 당해 타이밍 제너레이터에서 생성된 각종의 타이밍 신호를 기초로 행 주사부(201), 수평 선택부(203) 및 열 주사부(204) 등의 구동 제어를 행한다.
이하에서는, 촬상 소자(1)의 판독 화소(Pr) 및 비판독 화소(Pn)의 구체적인 구성에 관해 설명한다.
도 4는, 촬상 소자(1)의 화소 영역(10P)의 모식적인 단면 구성을, 판독 화소(Pr) 및 비판독 화소(Pn)의 화소 회로(20Pr, 20Pn)와 함께 도시한 것이다. 촬상 소자(1)는, 예를 들면, 광전변환부(10)를 갖는 반도체 기판과, 화소 회로(20Pr, 20Pn)를 갖는 회로 기판(20)의 적층 구조를 갖고 있다. 광전변환부(10)는, 예를 들면 적외 영역의 파장의 광 등의 입사광을 화소(P)마다 광전변환하기 위한 것이고, 회로 기판(20)에 가까운 위치부터 차례로, 제1 전극(11), 제1 반도체층(12), 광전변환막(13), 제2 반도체층(14) 및 제2 전극(15)을 갖고 있다. 회로 기판(20)에 마련된 화소 회로(20Pr, 20Pn)는, 광전변환부(10)에서 발생한 신호 전하의 판독 회로(ROIC : Readout Integrated Circuit)이고, 화소(P)마다, 광전변환부(10)의 제1 전극(11)에 접속되어 있다. 제1 전극(11)과 화소 회로(20Pr, 20Pn)는, 예를 들면, 범프 전극(17EB) 및 콘택트 전극(17EC)을 통하여 접속되어 있다. 제1 전극(11)은, 패시베이션막(16) 중에, 범프 전극(17EB) 및 콘택트 전극(17EC)은, 층간 절연막(17) 중에, 각각 마련되어 있다.
층간 절연막(17)은, 예를 들면, 회로 기판(20)에 접하여 마련되어 있다. 이 층간 절연막(17) 중에, 화소(P)마다 범프 전극(17EB) 및 콘택트 전극(17EC)이 마련되어 있다. 회로 기판(20)에 가까운 위치로부터, 콘택트 전극(17EC) 및 범프 전극(17EB)의 순서로 마련되어 있다. 제1 전극(11)과 범프 전극(17EB)이 접하여 있고, 범프 전극(17EB)과 콘택트 전극(17EC)이 접하여 있다. 이와 같이, 광전변환부(10)와 회로 기판(20)과는 범프 접합되어 있다. 범프 접합에 대신하여, 광전변환부(10)와 회로 기판(20)을 CuCu 접합시키도록 하여도 좋다. 층간 절연막(17)은, 예를 들면, 무기 절연 재료에 의해 구성되어 있다. 이 무기 절연 재료로서는, 예를 들면, 질화실리콘(SiN), 산화알루미늄(Al2O3), 산화규소(SiO2) 및 산화하프늄(HfO2) 등을 들 수 있다.
패시베이션막(16)은, 예를 들면, 층간 절연막(17)과 제1 반도체층(12)과의 사이에 마련되어 있다. 이 패시베이션막(16) 중에, 화소(P)마다 제1 전극(11)이 마련되어 있다. 제1 전극(11)의 일부는, 층간 절연막(17) 중에 마련되어 있어도 좋다. 패시베이션막(16)은, 예를 들면, 무기 절연 재료에 의해 구성되어 있다. 이 무기 절연 재료로서는, 예를 들면, 질화실리콘(SiN), 산화알루미늄(Al2O3), 산화규소(SiO2) 및 산화하프늄(HfO2) 등을 들 수 있다. 패시베이션막(16)을, 층간 절연막(17)과 동일한 무기 절연 재료에 의해 구성하도록 하여도 좋다.
제1 전극(11)은, 제1 반도체층(12)을 통하여 광전변환막(13)에 전기적으로 접속되어 있다. 제1 전극(11)은, 광전변환막(13)에서 발생한 신호 전하(정공 또는 전자, 이하 편의상, 신호 전하가 정공이라고 하여 설명한다.)를 판독하기 위한 전압이 공급되는 전극이고, 화소(P)마다 분리하여 마련되어 있다. 제1 전극(11)의 일방의 단부는, 제1 반도체층(12)에 접하여 있고, 제1 전극(11)은, 제1 반도체층(12)을 통하여 광전변환막(13)에 전기적으로 접속되어 있다. 제1 전극(11)의 타방의 단부는, 범프 전극(17EB)에 접하여 있다. 이웃하는 제1 전극(11)은, 패시베이션막(16)에 의해 전기적으로 분리되어 있다.
제1 전극(11)은, 예를 들면, 티탄(Ti), 텅스텐(W), 질화티탄(TiN), 백금(Pt), 금(Au), 팔라듐(Pd), 아연(Zn), 니켈(Ni) 및 알루미늄(Al) 중의 어느 한 단체(單體), 또는 그들 중의 적어도 1종을 포함하는 합금에 의해 구성되어 있다. 제1 전극(11)은, 이와 같은 구성 재료의 단막이라도 좋고, 또는, 2종 이상을 조합시킨 적층막이라도 좋다. 예를 들면, 제1 전극(11)은, 티탄 및 텅스텐의 적층막에 의해 구성되어 있다.
패시베이션막(16)과 광전변환막(13)의 사이에 마련된 제1 반도체층(12)은, 예를 들면, 모든 화소(P)에 공통되게 마련되어 있다. 이 제1 반도체층(12)은, 이웃하는 화소(P)를 전기적으로 분리하기 위한 것이고, 제1 반도체층(12)에는, 예를 들면 복수의 확산 영역(12A)이 마련되어 있다. 제1 반도체층(12)에, 광전변환막(13)을 구성하는 화합물 반도체 재료의 밴드 갭보다도 큰 밴드 갭의 화합물 반도체 재료를 사용함에 의해, 암전류를 억제하는 것도 가능해진다. 제1 반도체층(12)으로는, 예를 들면 n형의 InP(인듐인)를 사용할 수 있다.
제1 반도체층(12)에 마련된 확산 영역(12A)은, 서로 이간하여 배치되어 있다. 확산 영역(12A)은, 화소(P)마다 배치되고, 각각의 확산 영역(12A)에 제1 전극(11)이 접속되어 있다. 확산 영역(12A)은, 광전변환막(13)에서 발생한 신호 전하를 화소(P)마다 판독하기 위한 것이고, 예를 들면, p형 불순물을 포함하고 있다. p형 불순물로서는, 예를 들면 Zn(아연) 등을 들 수 있다. 이와 같이, 확산 영역(12A)과, 확산 영역(12A) 이외의 제1 반도체층(12)의 사이에 pn 접합 계면이 형성되고, 이웃하는 화소(P)가 전기적으로 분리되도록 되어 있다. 확산 영역(12A)은, 예를 들면 제1 반도체층(12)의 두께 방향으로 마련되고, 광전변환막(13)의 두께 방향의 일부에도 마련되어 있다.
제1 반도체층(12)과 제2 반도체층(14)의 사이에 마련된 광전변환막(13)은, 예를 들면, 모든 화소(P)에 걸쳐서 마련되어 있다. 환언하면, 모든 화소(P)에 공통되게, 광전변환막(13)이 마련되어 있다. 이 광전변환막(13)은, 소정 파장의 광을 흡수하여, 신호 전하를 발생시키는 것이고, 예를 들면, Ⅲ-V족 반도체 등의 화합물 반도체 재료에 의해 구성되어 있다. 광전변환막(13)을 구성하는 화합물 반도체 재료로서는, 예를 들면, InGaAs(인듐갈륨비소), InAsSb(인듐비소안티몬), GaAsSb(갈륨비소안티몬), InAs(인듐비소), InSb(인듐안티몬) 및 HgCdTe(수은카드늄텔루르) 등을 들 수 있다. Ge(게르마늄)에 의해 광전변환막(13)을 구성하도록 하여도 좋다. Type Ⅱ 구조를 갖는 반도체 재료에 의해, 광전변환막(13)을 구성하도록 하여도 좋다. 광전변환막(13)에서는, 예를 들면, 가시 영역부터 단적외(短赤外) 영역의 파장의 광의 광전변환이 이루어지도록 되어 있다.
제2 반도체층(14)은, 예를 들면, 모든 화소(P)에 공통되게 마련되어 있다. 이 제2 반도체층(14)은, 광전변환막(13)과 제2 전극(15)의 사이에 마련되고, 이들에 접하여 있다. 제2 반도체층(14)은, 제2 전극(15)부터 배출되는 전하가 이동하는 영역이고, 예를 들면, n형의 불순물을 포함하는 화합물 반도체에 의해 구성되어 있다. 제2 반도체층(14)으로는, 예를 들면, n형의 InP(인듐인)를 사용할 수 있다.
제2 반도체층(14), 광전변환막(13) 및 제1 반도체층(12)을 사이에 두고, 제2 전극(15)은 제1 전극(11)에 대향하고 있다. 이 제2 전극(15)은, 예를 들면 각 화소(P)에 공통의 전극으로서, 제2 반도체층(14)상(광 입사측)에, 제2 반도체층(14)에 접하도록 마련되어 있다. 제2 전극(15)은, 광전변환막(13)에서 발생한 전하 중, 신호 전하로서 이용되지 않는 전하를 배출하기 위한 것이다(캐소드). 예를 들면, 정공이, 신호 전하로서 제1 전극(11)부터 판독되는 경우에는, 이 제2 전극(15)을 통하여 예를 들면 전자를 배출할 수 있다. 이 제2 전극(15)에는, 예를 들면, 소정의 전위(V15)가 인가되도록 되어 있다. 제2 전극(15)은, 예를 들면 적외선 등의 입사광을 투과 가능한 도전막에 의해 구성되어 있다. 제2 전극(15)으로는, 예를 들면, ITO(Indium Tin Oxide) 또는 ITiO(In2O3-TiO2) 등을 사용할 수 있다. InP(인듐인)에 의해 제2 전극(15)을 구성하도록 하여도 좋다.
회로 기판(20)에 마련된 판독 화소(Pr)의 화소 회로(20Pr)와, 비판독 화소(Pn)의 화소 회로(20Pn)는, 예를 들면, 같은 구성을 갖고 있다. 화소 회로(20Pr, 20Pn)는 각각, 예를 들면, 광전변환부(10)에 접속된 FD(플로팅 디퓨전)(21)(제1 전하 축적부), 리셋 트랜지스터(RST)(22), 전위 생성부(23), 증폭 트랜지스터(AMP)(24) 및 선택 트랜지스터(SEL)(25)를 갖고 있다. 본 실시의 형태에서는, 광전변환부(10)에서 발생한 신호 전하가 FD(21)에 축적되는 기간(후술하는 도 6의 축적 기간(T10)), 화소(P) 중의 일부의 화소(비판독 화소(Pn))의 화소 회로(20Pn)에서는, 리셋 트랜지스터(22)가 온 되어, 전위 생성부(23)로부터 전위(VPD)가 제1 전극(11)에 인가된다. 한편, 판독 화소(Pr)의 화소 회로(20Pr)에서는, 리셋 트랜지스터(22)가 오프 상태로 되어 있다. 예를 들면, 이와 같은, 리셋 트랜지스터(22)의 동작의 차이에 의해, 판독 화소(Pr)와 비판독 화소(Pn)가 구별된다.
FD(21)에서는, 광전변환부(10)(광전변환막(13))에서 발생한 신호 전하가 축적되도록 되어 있다. FD(21)는, 광전변환부(10)의 제1 전극(11)과 함께, 리셋 트랜지스터(22)의 소스 및 증폭 트랜지스터(24)의 게이트에 접속되어 있다.
리셋 트랜지스터(22)는, 온 된 때, FD(21)에 리셋 전위(VRST)를 인가하기 위한 것이다. 이 리셋 전위(VRST)가 인가된 FD(21)는, 초기 상태(리셋 상태)가 된다. 여기서는, 이 리셋 트랜지스터(22)의 드레인이, 전위 생성부(23)에 접속되어 있다. 비판독 화소(Pn)에서는, 광전변환부(10)에서 발생한 신호 전하가 FD(21)에 축적되는 기간, 이 리셋 트랜지스터(22)가 온 상태가 되어, 전위 생성부(23)로부터 제1 전극(11)에 전위(VPD)가 인가된다. 리셋 트랜지스터(22)의 게이트는, 제어선(Lps)(도 3)에 접속되어 있고, 리셋 트랜지스터(22)의 온 및 오프는, 제어선(Lps)에 제어된다.
전위 생성부(23)는, 리셋 트랜지스터(22)를 통하여 광전변환부(10)(제1 전극(11))에 접속되어 있다. 리셋 트랜지스터(22)의 드레인에 직렬로 접속된 전위 생성부(23)는, 리셋 전위(VRST)와, 리셋 전위(VRST)와는 다른 소정의 전위(VPD)를 생성하는 것이다. 전위(VPD)는, 예를 들면, 광전변환부(10)의 제2 전극(15)에 인가되는 전위(V15)와 개략 같은 전위이고(전위(VPD)≒전위(V15)), 이 전위(VPD)가, 온 상태의 리셋 트랜지스터(22)를 통하여 제1 전극(11)에 인가됨에 의해, 제1 전극(11)과 제2 전극(15) 사이의 전위차가 개략 제로(0)사 된다. 전위(VPD)를 제1 전극(11)에 인가할 때의 제1 전극(11)과 제2 전극(15)의 사이의 전위차는, 제1 전극(11)에 리셋 전위(VRST)를 인가한 때의, 제1 전극(11)과 제2 전극(15) 사이의 전위차보다도 작게 되어 있다(|VPD-V15|<|VRST-V15|).
증폭 트랜지스터(24)의 게이트는 FD(21)에 접속되고, 증폭 트랜지스터(24)의 드레인은 전원 전압(VDD)에 접속되고, 증폭 트랜지스터(24)의 소스는 선택 트랜지스터(25)의 드레인에 접속되어 있다. 이 증폭 트랜지스터(24)는, 수직 신호선(Lsig)을 통하여 접속된, 정전류원으로서의 부하 MOS(Metal Oxide Semiconductor)와 소스 폴로워 회로를 구성하고 있다. FD(21)의 전위에 응한 화소 신호가, 이 증폭 트랜지스터(24)로부터 선택 트랜지스터(25)를 통하여 수평 선택부(203)에 출력되도록 되어 있다.
선택 트랜지스터(25)의 소스는, 수직 신호선(Lsig)에 접속되어 있다. 선택 트랜지스터(25)가 온 되면, 온 된 화소(P)의 화소 신호가, 수직 신호선(Lsig)을 통하여 수평 선택부(203)에 출력되도록 되어 있다.
[촬상 소자(1)의 동작]
도 5를 이용하여 촬상 소자(1)의 동작에 관해 설명한다. 촬상 소자(1)에서는, 제2 전극(15) 및 제2 반도체층(14)을 통하여, 광전변환막(13)에 광(예를 들면 적외 영역의 파장의 광)이 입사하면, 이 광은 광전변환막(13)에서 흡수된다. 이에 의해, 각 화소(P)의 광전변환막(13)에서는 정공(홀) 및 전자의 쌍이 발생한다(광전변환된다). 이때, 판독 화소(Pr)에서는, 예를 들면 제1 전극(11)에 소정의 전위(예를 들면 리셋 전위(VRST))가 인가되면, 제1 전극(11)과 제2 전극(15) 사이에 전위 구배가 생겨, 발생한 전하 중 일방의 전하(예를 들면 정공)가, 신호 전하로서 확산 영역(12A)에 이동하고, 확산 영역(12A)부터 화소(P)마다 제1 전극(11)에 수집된다.
한편, 비판독 화소(Pn)에서는, 제1 전극(11)에 전위(VPD)가 인가되어, 제1 전극(11)과 제2 전극(15) 사이의 전위차가 개략 제로가 된다. 이 때문에, 비판독 화소(Pn)의 광전변환막(13)에서 발생한 신호 전하는, 부근의 판독 화소(Pr)의 확산 영역(12A)으로 이동한다. 이 비판독 화소(Pn)로부터 판독 화소(Pr)에 이동한 신호 전하는, 판독 화소(Pr)에서 발생한 신호 전하와 합산되어, 판독 화소(Pr)의 화소 회로(20Pr)에서 판독된다.
도 6은, 판독 화소(Pr)의 FD(21)에 신호 전하가 축적되는 기간(축적 기간(T10))의 리셋 트랜지스터(22), 선택 트랜지스터(25) 및 전위 생성부(23)의 타이밍 차트이다.
우선, 화소 회로(20Pr, 20Pn)의 전위 생성부(23)에서는, 리셋 전위(VRST)가 생성된다. 판독 화소(Pr)의 화소 회로(20Pr)에서는, 리셋 트랜지스터(22)가 온 된다. 이에 의해, FD(21)의 전위가 리셋 전위(VRST)가 되고, FD(21)가 초기 상태가 된다. 그 후, 화소 회로(20Pr)의 리셋 트랜지스터(22)는, 오프 상태가 된다. 한편, 비판독 화소(Pn)의 화소 회로(20Pn)에서는, 리셋 트랜지스터(22)가 온 된 후, 온 상태가 유지된다.
계속해서, 화소 회로(20Pr, 20Pn)의 전위 생성부(23)는, 전위(VPD)를 생성한다. 그 후, 판독 화소(Pr)의 화소 회로(20Pr)에서는, 선택 트랜지스터(25)가 시각(t1)에서 온 된 후, 시각(t2)에서 오프 된다. 이 시각(t2)부터 신호 전하의 축적 기간(T10)이 시작된다. 축적 기간(T10)에 걸쳐서, 화소 회로(20Pr)에서는, 리셋 트랜지스터(22)의 오프 상태가 유지된다. 한편, 비판독 화소(Pn)의 화소 회로(20Pn)에서는, 시각(t1, t2)에서, 리셋 트랜지스터(22)의 온 상태 및 선택 트랜지스터(25)의 오프 상태가 유지된다. 이에 의해, 축적 기간(T10)에서는, 비판독 화소(Pn)의 제1 전극(11)에 전위(VPD)가 인가된다.
축적 기간(T10)의 경과 후, 판독 화소(Pr)의 화소 회로(20Pr)에서는, 시각(t3)에서 선택 트랜지스터(25)가 온 된다. 이에 의해, 화소 회로(20Pr)의 FD(21)의 전위가 수직 신호선(Lsig)을 통하여 수평 선택부(203)에 출력되고, 축적 기간(T10)이 종료된다(시각(t3)). 그 후, 화소 회로(20Pr)의 선택 트랜지스터(25)는, 시각(t4)에서 오프 된다. 한편, 비판독 화소(Pn)의 화소 회로(20Pn)에서는, 시각(t3, t4)에서 선택 트랜지스터(25)의 오프 상태가 유지된다. 시각(t4)의 후, 화소 회로(20Pn)에서는, 리셋 트랜지스터(22)가 오프 된다. 화소 회로(20Pn)의 리셋 트랜지스터(22)가 오프 된 후, 화소 회로(20Pr, 20Pn)의 전위 생성부(23)는, 리셋 전위(VRST)를 생성한다.
[촬상 소자(1)의 작용·효과]
본 실시의 형태의 촬상 소자(1)에서는, 비판독 화소(Pn)의 화소 회로(20Pn)에, 전위 생성부(23)가 마련되어 있기 때문에, 축적 기간(T10)에서는, 비판독 화소(Pn)의 제1 전극(11)에, 전위 생성부(23)에서 생성된 전위(VPD)가 인가된다. 이에 의해, 비판독 화소(Pn)에서는, 제1 전극(11)과 제2 전극(15) 사이의 전위차가 작아져서, 이 비판독 화소(Pn)에서 발생한 신호 전하는, 근방의 판독 화소(Pr)의 확산 영역(12A)으로 이동한다. 따라서 판독 화소(Pr)의 화소 회로(20Pr)로부터는, 판독 화소(Pr)에서 발생한 신호 전하와, 비판독 화소(Pn)에서 발생한 신호 전하가 합산되어 판독된다.
복수의 화소의 신호 전하를 가산하는 방법으로서, 화소 신호를 판독한 후에 외부에서 가산하는 방법을 생각할 수 있다. 그러나, 이 방법에서는, 판독 노이즈도 가산되어 버린다. 또한, 수직 신호선을 이용하는 방법이나, 복수의 화소에 공통되게 마련된 FD를 이용하는 방법도 생각할 수 있다. 그러나, 이들의 방법에서는, 비판독 화소 및 판독 화소의 배치의 자유도가 낮다. 또한, 복수의 화소에 공통되게 마련된 FD를 이용하는 방법에서는, 광전변환의 변환 효율이 떨어지기 쉽다.
촬상 소자에, FD와는 별개로, 가산용의 신호 전하의 축적부를 마련하는 방법도 생각할 수 있다. 그러나, 이 방법도, 비판독 화소 및 판독 화소의 배치의 자유도가 낮다. 또한, 가산된 화소의 수를 크게 하면, 레이아웃이 복잡하게 된다. 더하여, 커플링에 기인한 노이즈도 발생하기 쉬워진다.
이에 대해, 본 실시의 형태에서는, 판독 화소(Pr)의 확산 영역(12A)에, 비판독 화소(Pn)의 신호 전하가 이동하고, 광전변환부(10)에서 신호 전하가 가산된다. 따라서 노이즈는 가산되기 어렵다. 또한, 판독 화소(Pr) 및 비판독 화소(Pn)의 배치는, 제어선(Lps)에 의해 조정 가능하고, 판독 화소(Pr) 및 비판독 화소(Pn)의 배치는, 자유롭게 설정할 수 있다. 예를 들면, 제어선(Lps)을 행 방향 및 열 방향으로 마련함에 의해(후술하는 도 17 등 참조), 2방향(행 방향 및 열 방향)에 걸쳐서, 판독 화소(Pr) 및 비판독 화소(Pn)를 자유롭게 배치할 수 있다. 또한, 가산되는 화소(P)의 수도 자유롭게 조정할 수 있다. 또한, 촬상 소자(1)에서는, 가산용의 신호 전하의 축적부가 불필요하게 되기 때문에, 광전변환의 변환 효율도 유지할 수 있다. 더하여, 커플링에 기인한 노이즈의 발생도 억제된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시의 형태에서는, 비판독 화소(Pn)의 화소 회로(20Pn)에, 전위(VPD)를 생성하는 전위 생성부(23)를 마련하도록 하였기 때문에, 비판독 화소(Pn)에서 발생한 신호 전하는, 판독 화소(Pr)에서 발생한 신호 전하와 함께, 판독 화소(Pr)의 화소 회로(20Pr)에서 판독된다. 따라서, 복수의 화소(P)의 신호 전하를 가산 가능해진다.
또한, 촬상 소자(1)에서는, 비판독 화소(Pn)를 제외하고, 판독 화소(Pr)만으로부터 신호 전하가 판독되기 때문에, 고속으로의 판독이 가능해진다.
이하, 다른 실시의 형태 및 변형례에 관해 설명하는데, 이후의 설명에서 상기 제1의 실시의 형태와 동일 구성 부분에 관해서는 동일 부호를 붙이고 그 설명은 적절히 생략한다.
<제2의 실시의 형태>
도 7A, 도 7B는, 제2의 실시의 형태에 관한 촬상 소자(촬상 소자(1A))의 화소 회로(20Pr, 20Pn)의 회로 구성을 도시한 것이다. 이 화소 회로(20Pr, 20Pn)는, 광전변환부(10)(제1 전극(11))와 리셋 트랜지스터(22)의 사이에, 리셋 트랜지스터(22)에 병렬로 접속된 전위 생성부(전위 생성부(23A))를 갖고 있다. 이 점을 제외하고, 제2의 실시의 형태에 관한 촬상 소자(1A)는, 상기 제1의 실시의 형태의 촬상 소자(1)와 같은 구성을 가지며, 그 작용 및 효과도 마찬가지이다.
판독 화소(Pr)의 화소 회로(20Pr)와, 비판독 화소(Pn)의 화소 회로(20Pn)는, 예를 들면, 같은 구성을 갖고 있다. 이 화소 회로(20Pr, 20Pn)의 전위 생성부(23A)는, 드레인이 전위(VPD)에 접속된 트랜지스터(26)(제1 트랜지스터)를 포함하고 있다. 이 전위(VPD)가, 온 상태의 트랜지스터(26)를 통하여 제1 전극(11)에 인가됨에 의해, 제1 전극(11)과 제2 전극(15)의 사이의 전위차가 개략 제로(0)가 된다. 본 실시의 형태에서는, 광전변환부(10)에서 발생한 신호 전하가 FD(21)에 축적되는 기간(후술하는 도 8의 축적 기간(T10)), 비판독 화소(Pn)의 화소 회로(20Pn)에서는, 트랜지스터(26)가 온 되고, 전위 생성부(23A)로부터 전위(VPD)가 제1 전극(11)에 인가된다. 한편, 판독 화소(Pr)의 화소 회로(20Pr)에서는, 트랜지스터(26)가 오프 된다. 이와 같은, 트랜지스터(26)의 동작의 차이에 의해, 판독 화소(Pr)와 비판독 화소(Pn)가 구별된다.
트랜지스터(26)의 소스는, FD(21), 리셋 트랜지스터(22)의 소스 및 증폭 트랜지스터(24)의 게이트에 접속되어 있다. 트랜지스터(26)의 게이트는, 제어선(Lps)(도 3)에 접속되어 있고, 트랜지스터(26)의 온 및 오프는, 제어선(Lps)에 제어된다. 이 트랜지스터(26)는, 축적 기간(T10) 이외의 기간, 오버플로우 트랜지스터로서 기능 하여도 좋다. 트랜지스터(26)는, 예를 들면 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor)에 의해 구성되어 있다.
리셋 트랜지스터(22)는, 트랜지스터(26)의 소스와 증폭 트랜지스터(24)의 게이트의 사이에, 트랜지스터(26)에 병렬로 접속되어 있다. 이 리셋 트랜지스터(22)의 드레인은, 리셋 전위(VRST)에 접속되어 있다.
도 8은, 판독 화소(Pr)의 FD(21)에 신호 전하가 축적되는 기간(축적 기간(T10))의 리셋 트랜지스터(22), 선택 트랜지스터(25) 및 트랜지스터(26)(전위 생성부(23A))의 타이밍 차트이다.
우선, 판독 화소(Pr)의 화소 회로(20Pr)에서는, 리셋 트랜지스터(22)가 온 된다. 이에 의해, FD(21)의 전위가 리셋 전위(VRST)가 되고, FD(21)가 초기 상태가 된다. 그 후, 화소 회로(20Pr)의 리셋 트랜지스터(22)는, 오프 상태가 된다. 이때, 화소 회로(20Pr)의 트랜지스터(26)는, 오프 상태가 유지된다. 한편, 비판독 화소(Pn)의 화소 회로(20Pn)에서는, 리셋 트랜지스터(22)의 오프 상태 및 트랜지스터(26)의 온 상태가 유지된다.
그 후, 판독 화소(Pr)의 화소 회로(20Pr)에서는, 선택 트랜지스터(25)가 시각(t1)에서 온 된 후, 시각(t2)에서 오프 된다. 이 시각(t2)부터 신호 전하의 축적 기간(T10)이 시작된다. 축적 기간(T10)에 걸쳐서, 화소 회로(20Pr)에서는, 리셋 트랜지스터(22)의 오프 상태, 선택 트랜지스터(25)의 오프 상태 및 트랜지스터(26)의 오프 상태가 유지된다. 한편, 비판독 화소(Pn)의 화소 회로(20Pn)에서는, 시각(t1, t2)에서, 리셋 트랜지스터(22)의 오프 상태, 선택 트랜지스터(25)의 오프 상태 및 트랜지스터(26)의 온 상태가 유지된다. 이에 의해, 축적 기간(T10)에서는, 비판독 화소(Pn)의 제1 전극(11)에, 트랜지스터(26)를 통하여 전위(VPD)가 인가된다.
축적 기간(T10)의 경과 후, 판독 화소(Pr)의 화소 회로(20Pr)에서는, 시각(t3)에서 선택 트랜지스터(25)가 온 된다. 이에 의해, 화소 회로(20Pr)의 FD(21)의 전위가 수직 신호선(Lsig)을 통하여 수평 선택부(203)에 출력되고, 축적 기간(T10)이 종료된다(시각(t3)). 그 후, 화소 회로(20Pr)의 선택 트랜지스터(25)는, 시각(t4)에서 오프 된다. 한편, 비판독 화소(Pn)의 화소 회로(20Pn)에서는, 시각(t3, t4)에서 리셋 트랜지스터(22)의 오프 상태, 선택 트랜지스터(25)의 오프 상태 및 트랜지스터(26)의 온 상태가 유지된다.
이와 같은 촬상 소자(1A)도, 상기 촬상 소자(1)에 설명한 것과 마찬가지로, 비판독 화소(Pn)의 화소 회로(20Pn)에, 전위 생성부(23A)가 마련되어 있기 때문에, 비판독 화소(Pn)에서는, 제1 전극(11)과 제2 전극(15) 사이의 전위차가 작아져서, 이 비판독 화소(Pn)에서 발생한 신호 전하는, 부근의 판독 화소(Pr)의 확산 영역(12A)에 이동한다. 따라서 판독 화소(Pr)의 화소 회로(20Pr)로부터는, 판독 화소(Pr)에서 발생한 신호 전하와, 비판독 화소(Pn)에서 발생한 신호 전하가 합산되어 판독된다.
<변형례 1>
상기 제2의 실시의 형태에서는, 판독 화소(Pr)의 화소 회로(20Pr)와, 비판독 화소(Pn)의 화소 회로(20Pn)가 같은 구성을 갖고 있는 예에 관해 설명하였지만, 이들은 서로 다른 구성을 갖고 있어도 좋다.
예를 들면, 판독 화소(Pr), 비판독 화소(Pn)의 배치가 고정되어 있을 때, 판독 화소(Pr)의 화소 회로(20Pr)의 전위 생성부(23A)(트랜지스터(26))를 생략하도록 하여도 좋다.
도 9는, 전위 생성부(23A)(트랜지스터(26))를 갖지 않는 화소 회로(20Pr)의 구성의 한 예를 도시하고 있다. 이와 같이, 전위 생성부(23A)에 대신하여, 화소 회로(20Pr)가, 용량 전환용의 트랜지스터(27)(제3 트랜지스터) 및 부가 용량 소자(28)를 갖고 있어도 좋다.
트랜지스터(27)는, FD(21)의 용량을 전환하기 위한 것이다. 트랜지스터(27)는, 예를 들면, 광전변환부(10)와 리셋 트랜지스터(22) 사이에, 리셋 트랜지스터(22)에 병렬로 접속되어 있다. 트랜지스터(27)의 소스는 FD(21)에 접속되고, 트랜지스터(27)의 드레인은 부가 용량 소자(28)의 일단에 접속되어 있다. 부가 용량 소자(28)의 타단은, 예를 들면, 접지 전위(GND)에 접속되어 있다.
트랜지스터(27)가 온 상태로 되면, FD(21)에 부가 용량 소자(28)가 접속되어, 다량의 신호 전하를 축적 가능한 상태(고용량 선택 상태)가 된다. 트랜지스터(27)가 오프 상태가 되면, FD(21)와 부가 용량 소자(28)가 비접속이 되어, 소량의 신호 전하를 축적 가능한 상태(저용량 선택 상태)가 된다. 이와 같이, 복수의 화소(P)의 신호 전하를 가산할 때에, 다이내믹 레인지가 전환되도록 하여도 좋다.
<변형례 2>
도 10은, 상기 제2의 실시의 형태의 변형례(변형례 2)에 관한 화소 회로(20Pr, 20Pn)의 회로 구성의 한 예를 도시하고 있다. 이 화소 회로(20Pr, 20Pn)는, 광전변환부(10)에 접속된 전하 축적부(31)와, 전하 축적부(31)와 FD(21) 사이에 배치된 전송 트랜지스터(32)를 포함하는 것이다. 이와 같이, 화소 회로(20Pr, 20Pn)에 전하 축적부(31) 및 전송 트랜지스터(32)를 마련함에 의해, 글로벌 셔터 기능을 갖는 촬상 소자(1A)를 실현 가능해진다.
전하 축적부(31)의 일단은, 광전변환부(10)(제1 전극(11)) 및 전송 트랜지스터(32)의 소스에 접속되어 있다. 이 전하 축적부(31)는, 광전변환부(10)에서 생성된 신호 전하를, 일단 유지하기 위한 전하 유지부이다.
전송 트랜지스터(32)의 드레인은, FD(21)에 접속되어 있다. 전송 트랜지스터(32)가 온 되면, 전하 축적부(31)에 일단 유지된 신호 전하가 판독되고, FD(21)에 전송된다. 예를 들면, 전위 생성부(23A)(트랜지스터(26))는, 전하 축적부(31)와 전송 트랜지스터(32어 사이에 배치되어 있다.
<제3의 실시의 형태>
도 11A, 도 11B는, 제3의 실시의 형태에 관한 촬상 소자(촬상 소자(1B))의 화소 회로(20Pr, 20Pn)의 회로 구성을 도시한 것이다. 이 화소 회로(20Pr, 20Pn)는, 광전변환부(10)(제1 전극(11))와 FD(21)의 사이에, 광전변환부(10)에 직렬로 접속된 전위 생성부(전위 생성부(23B))를 갖고 있다. 이 점을 제외하고, 제3의 실시의 형태에 관한 촬상 소자(1B)는, 상기 제1의 실시의 형태의 촬상 소자(1)와 같은 구성을 가지며, 그 작용 및 효과도 마찬가지이다.
판독 화소(Pr)의 화소 회로(20Pr)와, 비판독 화소(Pn)의 화소 회로(20Pn)는, 예를 들면, 같은 구성을 갖고 있다. 이 화소 회로(20Pr, 20Pn)의 전위 생성부(23B)는, 트랜지스터(29)(제1 트랜지스터)를 포함하고 있다. 본 실시의 형태에서는, 광전변환부(10)에서 발생한 신호 전하가 FD(21)에 축적되는 기간(후술하는 도 12의 축적 기간(T10)), 비판독 화소(Pn)의 화소 회로(20Pn)에서는, 트랜지스터(29)가 오프 되고, 광전변환부(10)와 FD(21)가 비접속이 된다. 이에 의해, 제1 전극(11)과 제2 전극(15) 사이의 전위차가 개략 제로(0)가 된다. 한편, 판독 화소(Pr)의 화소 회로(20Pr)에서는, 트랜지스터(29)가 온 상태가 되어, 광전변환부(10)와 FD(21)가 접속된다. 이와 같은, 트랜지스터(29)의 동작의 차이에 의해, 판독 화소(Pr)와 비판독 화소(Pn)가 구별된다.
예를 들면, 트랜지스터(29)의 드레인은 광전변환부(10)에 접속되고, 트랜지스터(29)의 소스는 FD(21)에 접속되어 있다. 트랜지스터(29)의 게이트는, 제어선(Lps)(도 3)에 접속되어 있고, 트랜지스터(29)의 온 및 오프는, 제어선(Lps)에 제어된다. 트랜지스터(29)는, 예를 들면 박막 트랜지스터에 의해 구성되어 있다.
리셋 트랜지스터(22)는, 트랜지스터(29)의 소스와 증폭 트랜지스터(24)의 게이트 사이에 배치되어 있다. 이 리셋 트랜지스터(22)의 드레인은, 리셋 전위(VRST)에 접속되어 있다.
도 12는, 판독 화소(Pr)의 FD(21)에 신호 전하가 축적되는 기간(축적 기간(T10))의 리셋 트랜지스터(22), 선택 트랜지스터(25) 및 트랜지스터(29)(전위 생성부(23B))의 타이밍 차트이다.
우선, 판독 화소(Pr)의 화소 회로(20Pr)에서는, 리셋 트랜지스터(22)가 온 된다. 이에 의해, FD(21)의 전위가 리셋 전위(VRST)가 되고, FD(21)가 초기 상태가 된다. 그 후, 화소 회로(20Pr)의 리셋 트랜지스터(22)는, 오프 상태가 된다. 이때, 화소 회로(20Pr)의 트랜지스터(29)는, 온 상태가 유지된다. 한편, 비판독 화소(Pn)의 화소 회로(20Pn)에서는, 리셋 트랜지스터(22)의 오프 상태 및 트랜지스터(29)의 오프 상태가 유지된다.
그 후, 판독 화소(Pr)의 화소 회로(20Pr)에서는, 선택 트랜지스터(25)가 시각(t1)에서 온 된 후, 시각(t2)에서 오프 된다. 이 시각(t2)부터 신호 전하의 축적 기간(T10)이 시작된다. 축적 기간(T10)에 걸쳐서, 화소 회로(20Pr)에서는, 리셋 트랜지스터(22)의 오프 상태, 선택 트랜지스터(25)의 오프 상태 및 트랜지스터(29)의 온 상태가 유지된다. 한편, 비판독 화소(Pn)의 화소 회로(20Pn)에서는, 시각(t1, t2) 및 축적 기간(T10)에서, 리셋 트랜지스터(22)의 오프 상태, 선택 트랜지스터(25)의 오프 상태 및 트랜지스터(29)의 오프 상태가 유지된다. 이에 의해, 축적 기간(T10)에서는, 비판독 화소(Pn)의 제1 전극(11)은, 제2 전극(15)과 개략 같은 전위가 된다. 환언하면, 비판독 화소(Pn)의 제1 전극(11)에, 전위(VPD)가 인가된다.
축적 기간(T10)의 경과 후, 판독 화소(Pr)의 화소 회로(20Pr)에서는, 시각(t3)에서 선택 트랜지스터(25)가 온 된다. 이에 의해, 화소 회로(20Pr)의 FD(21)의 전위가 수직 신호선(Lsig)을 통하여 수평 선택부(203)에 출력되고, 축적 기간(T10)이 종료된다(시각(t3)). 그 후, 화소 회로(20Pr)의 선택 트랜지스터(25)는, 시각(t4)에서 오프 된다. 한편, 비판독 화소(Pn)의 화소 회로(20Pn)에서는, 시각(t3, t4)에서 리셋 트랜지스터(22)의 오프 상태, 선택 트랜지스터(25)의 오프 상태 및 트랜지스터(29)의 오프 상태가 유지된다.
이와 같은 촬상 소자(1B)도, 상기 촬상 소자(1)에서 설명한 것과 마찬가지로, 비판독 화소(Pn)의 화소 회로(20Pn)에, 전위 생성부(23B)가 마련되어 있기 때문에, 비판독 화소(Pn)에서는, 제1 전극(11)과 제2 전극(15) 사이의 전위차가 작아져서, 이 비판독 화소(Pn)에서 발생한 신호 전하는, 부근의 판독 화소(Pr)의 확산 영역(12A)에 이동한다. 따라서 판독 화소(Pr)의 화소 회로(20Pr)로부터는, 판독 화소(Pr)에서 발생한 신호 전하와, 비판독 화소(Pn)에서 발생한 신호 전하가 합산되어 판독된다.
이 판독 화소(Pr)의 화소 회로(20Pr) 및 비판독 화소(Pn)의 화소 회로(20Pn)는, 상기 변형례 1에서 설명한 바와 같이, 서로 다른 구성을 갖고 있어도 좋다.
예를 들면, 판독 화소(Pr), 비판독 화소(Pn)의 배치가 고정되어 있을 때, 판독 화소(Pr)의 화소 회로(20Pr)의 전위 생성부(23B)(트랜지스터(29))를 생략하도록 하여도 좋다. 이 화소 회로(20Pr)에는, 전위 생성부(23B)에 대신하여, 용량 전환용의 트랜지스터(27) 및 부가 용량 소자(28)를 마련하도록 하여도 좋다.
도 13은, 상기 제3의 실시의 형태에서 설명한 화소 회로(20Pr, 20Pn)의 다른 예를 도시하고 있다. 이 화소 회로(20Pr, 20Pn)는, 상기 변형례 2에서 설명한 것과 마찬가지로, 전하 축적부(31)와, 전하 축적부(31) 및 전송 트랜지스터(32)를 포함하는 것이다. 이와 같이, 화소 회로(20Pr, 20Pn)에 전하 축적부(31) 및 전송 트랜지스터(32)를 마련함에 의해, 글로벌 셔터 기능을 갖는 촬상 소자(1B)를 실현 가능해진다. 전하 축적부(31)는, 전위 생성부(23B)(트랜지스터(29))를 통하여 광전변환부(10)에 접속되어 있다.
<제4의 실시의 형태>
도 14A, 도 14B는, 제4의 실시의 형태에 관한 촬상 소자(촬상 소자(1C))의 화소 회로(20Pr, 20Pn)의 회로 구성을 도시한 것이다. 촬상 소자(1C)는 글로벌 셔터 기능을 갖는 촬상 소자이고, 화소 회로(20Pr, 20Pn)의 전위 생성부(전위 생성부(23C))는, 화소(P)마다 마련된 전하 축적부(31)(제2 전하 축적부)와, 전하 축적부(31)와 FD(21)의 사이에 마련된 전송 트랜지스터(32)(제2 트랜지스터)를 포함하고 있다. 이 점을 제외하고, 제4의 실시의 형태에 관한 촬상 소자(1C)는, 상기 제1의 실시의 형태의 촬상 소자(1)와 같은 구성을 가지며, 그 작용 및 효과도 마찬가지이다.
판독 화소(Pr)의 화소 회로(20Pr)와, 비판독 화소(Pn)의 화소 회로(20Pn)는, 예를 들면, 같은 구성을 갖고 있다. 본 실시의 형태에서는, 광전변환부(10)에서 발생한 신호 전하가 FD(21)에 축적되는 기간(후술하는 도 15의 축적 기간(T10)), 비판독 화소(Pn)의 화소 회로(20Pn)에서는, 전송 트랜지스터(32)가 오프 상태가 되어, 전하 축적부(31)와 FD(21)가 비접속으로 된다. 이에 의해, 전하 축적부(31)에 신호 전하가 축적되어 가면, 제1 전극(11)과 제2 전극(15) 사이의 전위차가 개략 제로(0)가 된다. 한편, 판독 화소(Pr)의 화소 회로(20Pr)에서는, 전송 트랜지스터(32)가 통상 구동되고, 축적 기간(T10) 내에, 전하 축적부(31)로부터 FD(21)로 신호 전하가 전송된다. 이와 같은, 전송 트랜지스터(32)의 동작의 차이에 의해, 판독 화소(Pr)와 비판독 화소(Pn)가 구별된다.
전하 축적부(31)는, 광전변환부(10)(제1 전극(11))와 FD(21)의 사이에 마련되어 있다. 상기 변형례 2에서 설명한 것과 마찬가지로, 전하 축적부(31)의 일단은, 광전변환부(10)(제1 전극(11)) 및 전송 트랜지스터(32)의 소스에 접속되어 있다. 전송 트랜지스터(32)의 드레인은, FD(21)에 접속되어 있다.
리셋 트랜지스터(22)의 소스는, 전송 트랜지스터(32)의 드레인, FD(21) 및 증폭 트랜지스터(24)의 게이트에 접속되어 있다. 리셋 트랜지스터(22)의 드레인은, 리셋 전위(VRST)에 접속되어 있다.
도 15는, 판독 화소(Pr)의 FD(21)에 신호 전하가 축적되는 기간(축적 기간(T10))의 리셋 트랜지스터(22), 선택 트랜지스터(25) 및 전송 트랜지스터(32)의 타이밍 차트이다.
우선, 판독 화소(Pr)의 화소 회로(20Pr)에서는, 리셋 트랜지스터(22) 및 전송 트랜지스터(32)가 동시에 온 된다. 이에 의해, FD(21) 및 전하 축적부(31)의 전위가 리셋 전위(VRST)가 되고, FD(21) 및 전하 축적부(31)가 초기 상태가 된다. 그 후, 시각(t5)에서, 화소 회로(20Pr)의 리셋 트랜지스터(22) 및 전송 트랜지스터(32)는, 동시에 오프 상태가 된다. 이 시각(t5)부터 신호 전하의 축적 기간(T10)이 시작된다. 그 후, 판독 화소(Pr)의 화소 회로(20Pr)에서는, 선택 트랜지스터(25)가 시각(t6)에서 온 된 후, 시각(t7)에서 오프 된다. 한편, 비판독 화소(Pn)의 화소 회로(20Pn)에서는, 시각(t5)부터 시각(t7)에 걸쳐서, 리셋 트랜지스터(22)의 오프 상태, 선택 트랜지스터(25)의 오프 상태 및 전송 트랜지스터(32)의 오프 상태가 유지된다.
축적 기간(T10)의 종료 바로 직전에, 화소 회로(20Pr)에서는, 전송 트랜지스터(32)가 온 된다. 이에 의해, 화소 회로(20Pr)의 전하 축적부(31)의 전위가, 전송 트랜지스터(32)를 통하여 FD(21)에 출력된다. 이 후, 시각(t8)에서 전송 트랜지스터(32)는 오프 되고, 선택 트랜지스터(25)가 온 된다. 이에 의해, 화소 회로(20Pr)의 FD(21)의 전위가 수직 신호선(Lsig)을 통하여 수평 선택부(203)에 출력되고, 축적 기간(T10)이 종료된다(시각(t8)). 그 후, 화소 회로(20Pr)의 선택 트랜지스터(25)는, 시각(t9)에서 오프 된다.
한편, 비판독 화소(Pn)의 화소 회로(20Pn)에서는, 축적 기간(T10) 및 그 경과 후에 걸쳐서, 리셋 트랜지스터(22)의 오프 상태, 선택 트랜지스터(25)의 오프 상태 및 전송 트랜지스터(32)의 오프 상태가 유지된다. 이에 의해, 축적 기간(T10)에서는, 비판독 화소(Pn)의 제1 전극(11)은, 제2 전극(15)과 개략 같은 전위가 된다. 환언하면, 비판독 화소(Pn)의 제1 전극(11)에, 전위(VPD)가 인가된다.
이와 같은 촬상 소자(1C)도, 상기 촬상 소자(1)에 설명한 것과 마찬가지로, 비판독 화소(Pn)의 화소 회로(20Pn)에, 전위 생성부(23C)가 마련되어 있기 때문에, 비판독 화소(Pn)에서는, 제1 전극(11)과 제2 전극(15) 사이의 전위차가 작아져서, 이 비판독 화소(Pn)에서 발생한 신호 전하는, 근방의 판독 화소(Pr)의 확산 영역(12A)에 이동한다. 따라서 판독 화소(Pr)의 화소 회로(20Pr)로부터는, 판독 화소(Pr)에서 발생한 신호 전하와, 비판독 화소(Pn)에서 발생한 신호 전하가 합산되어 판독된다.
<변형례 3>
상술한 도 2에서는, 판독 화소(Pr) 및 비판독 화소(Pn)를 화소(P)행마다, 교대로 배치하는 예를 도시하였는데, 판독 화소(Pr) 및 비판독 화소(Pn)는 자유롭게 배치하는 것이 가능하다. 예를 들면, 도시는 생략하지만, 판독 화소(Pr) 및 비판독 화소(Pn)를 화소(P)의 열마다, 교대로 배치하도록 하여도 좋다.
예를 들면, 도 16A, 도 16B에 도시한 바와 같이, 2행 또는 3행의 화소(P)행마다 판독 화소(Pr)의 행을 배치하도록 하여도 좋다. 이때, 열방향으로 이웃하는 3 또는 4개의 화소(P)의 신호 전하가 가산된다. 4행 이상의 화소(P)행마다 판독 화소(Pr)의 행을 배치하도록 하여도 좋다. 2열, 3열 또는 4열 이상의 화소(P)열마다 판독 화소(Pr)의 행을 배치하도록 하여도 좋다.
도 17은, 판독 화소(Pr) 및 비판독 화소(Pn)의 배치의 한 예를 도시하고 있다. 이와 같이, 2행×2열의 화소(P)에 하나의 판독 화소(Pr)를 배치하도록 하여도 좋다. 이때, 4(2행×2열)개의 화소(P)의 신호 전하가 가산된다.
도 18은, 도 17의 판독 화소(Pr) 및 비판독 화소(Pn)에 접속된 제어선(제어선(Lps1, Lps2))의 구성의 한 예를 도시하고 있다. 촬상 소자(1, 1A, 1B, 1C)는, 예를 들면, 행방향으로 연재되는 복수의 제어선(Lps1)과, 열방향으로 연재되는 복수의 제어선(Lps2)을 갖고 있다.
도 19 및 도 20은, 도 17의 판독 화소(Pr) 및 비판독 화소(Pn)에 마련된 화소 회로(20Pr, 20Pn)의 회로 구성의 한 예를 도시하고 있다. 예를 들면, 상기 제1의 실시의 형태에서 설명한 촬상 소자(1)의 화소 회로(20Pr, 20Pn)(도 4 참조)는, 예를 들면, 제어선(Lps1)에 접속된 리셋 트랜지스터(22A)와, 제어선(Lps2)에 접속된 리셋 트랜지스터(22B)를 갖고 있다(도 19). 상기 제2의 실시의 형태에서 설명한 촬상 소자(2)의 화소 회로(20Pr, 20Pn)(도 7A, 도 7B 참조)는, 예를 들면, 제어선(Lps1)에 접속된 트랜지스터(26A)와, 제어선(Lps2)에 접속된 트랜지스터(26B)를 갖고 있다(도 20).
도 21A, 도 21B에 도시한 바와 같이, 3행×3열 또는 4행×4열의 화소(P)에 하나의 판독 화소(Pr)를 배치하도록 하여도 좋다. 5행×5렬 이상의 화소(P)에 하나의 판독 화소(Pr)를 배치하도록 하여도 좋다. 예를 들면, 100㎛×100㎛의 영역 내에 배치된 복수의 화소(P)의 신호 전하를 가산하는 것이 가능하다.
<적용례>
상술한 촬상 소자(1, 1A, 1B, 1C)는, 예를 들면 적외 영역을 촬상 가능한 카메라 등, 다양한 타입의 촬상 장치(전자 기기)에 적용할 수 있다. 도 22에, 그 한 예로서, 전자 기기(3)(카메라)의 개략 구성을 도시한다. 이 전자 기기(3)는, 예를 들면 정지화 또는 동화를 촬영 가능한 카메라이고, 촬상 소자(1, 1A, 1B, 1C)와, 광학계(광학 렌즈)(310)와, 셔터 장치(311)와, 촬상 소자(1, 1A, 1B, 1C) 및 셔터 장치(311)를 구동하는 구동부(313)와, 신호 처리부(312)를 갖는다.
광학계(310)는, 피사체로부터의 상광(입사광)을 촬상 소자(1, 1A, 1B, 1C)에 유도하는 것이다. 이 광학계(310)는, 복수의 광학 렌즈로 구성되어 있어도 좋다. 셔터 장치(311)는, 촬상 소자(1, 1A, 1B, 1C)에의 광조사 기간 및 차광 기간을 제어하는 것이다. 구동부(313)는, 촬상 소자(1, 1A, 1B, 1C)의 전송 동작 및 셔터 장치(311)의 셔터 동작을 제어하는 것이다. 신호 처리부(312)는, 촬상 소자(1, 1A, 1B, 1C)로부터 출력된 신호에 대해, 각종의 신호 처리를 행하는 것이다. 신호 처리 후의 영상 신호(Dout)는, 메모리 등의 기억 매체에 기억되든지, 또는, 모니터 등에 출력된다.
<체내 정보 취득 시스템에의 응용례>
또한, 본 개시에 관한 기술(본 기술)은, 다양한 제품에 응용할 수 있다. 예를 들면, 본 개시에 관한 기술은, 내시경 수술 시스템에 적용되어도 좋다.
도 23은, 본 개시에 관한 기술(본 기술)이 적용될 수 있는, 캡슐형상 내시경을 이용한 환자의 체내 정보 취득 시스템의 개략적인 구성의 한 예를 도시하는 블록도이다.
체내 정보 취득 시스템(10001)은, 캡슐형상 내시경(10100)과, 외부 제어 장치(10200)로 구성된다.
캡슐형상 내시경(10100)은, 검사시에, 환자에 의해 삼켜진다. 캡슐형상 내시경(10100)은, 촬상 기능 및 무선 통신 기능을 가지며, 환자로부터 자연 배출될 때까지의 사이, 위나 장 등의 장기의 내부를 연동운동 등에 의해 이동하면서, 당해 장기의 내부의 화상(이하, 체내 화상이라고도 한다)을 소정의 간격으로 순차적으로 촬상하고, 그 체내 화상에 관한 정보를 체외의 외부 제어 장치(10200)에 순차적으로 무선 송신한다.
외부 제어 장치(10200)는, 체내 정보 취득 시스템(10001)의 동작을 통괄적으로 제어한다. 또한, 외부 제어 장치(10200)는, 캡슐형상 내시경(10100)부터 송신되어 오는 체내 화상에 관한 정보를 수신하고, 수신한 체내 화상에 관한 정보에 의거하여, 표시 장치(도시 생략)에 당해 체내 화상을 표시하기 위한 화상 데이터를 생성한다.
체내 정보 취득 시스템(10001)에서는, 이와 같이 하여, 캡슐형상 내시경(10100)이 삼켜지고나서 배출될 때까지의 사이, 환자의 체내의 양상을 촬상한 체내 화상을 수시로 얻을 수 있다.
캡슐형상 내시경(10100)과 외부 제어 장치(10200)의 구성 및 기능에 관해 보다 상세히 설명한다.
캡슐형상 내시경(10100)은, 캡슐형의 몸체(10101)를 가지며, 그 몸체(10101) 내에는, 광원부(10111), 촬상부(10112), 화상 처리부(10113), 무선 통신부(10114), 급전부(10115), 전원부(10116), 및 제어부(10117)가 수납되어 있다.
광원부(10111)는, 예를 들면 LED(light emitting diode) 등의 광원으로 구성되고, 촬상부(10112)의 촬상 시야에 대해 광을 조사한다.
촬상부(10112)는, 촬상 소자, 및 당해 촬상 소자의 전단에 마련된 복수의 렌즈로 이루어지는 광학계로 구성된다. 관찰 대상인 체조직에 조사된 광의 반사광(이하, 관찰광이라고 한다)은, 당해 광학계에 의해 집광되고, 당해 촬상 소자에 입사한다. 촬상부(10112)에서는, 촬상 소자에서, 그곳에 입사한 관찰광이 광전변환되어, 그 관찰광에 대응하는 화상 신호가 생성된다. 촬상부(10112)에 의해 생성된 화상 신호는, 화상 처리부(10113)에 제공된다.
화상 처리부(10113)는, CPU(Central Processing Unit)나 GPU(Graphics Processing Unit) 등의 프로세서에 의해 구성되고, 촬상부(10112)에 의해 생성된 화상 신호에 대해 각종의 신호 처리를 행한다. 화상 처리부(10113)는, 신호 처리를 시행한 화상 신호를, RAW 데이터로서 무선 통신부(10114)에 제공한다.
무선 통신부(10114)는, 화상 처리부(10113)에 의해 신호 처리가 시행된 화상 신호에 대해 변조 처리 등의 소정의 처리를 행하여, 그 화상 신호를, 안테나(10114A)를 통하여 외부 제어 장치(10200)에 송신한다. 또한, 무선 통신부(10114)는, 외부 제어 장치(10200)로부터, 캡슐형상 내시경(10100)의 구동 제어에 관한 제어 신호를, 안테나(10114A)를 통하여 수신한다. 무선 통신부(10114)는, 외부 제어 장치(10200)로부터 수신한 제어 신호를 제어부(10117)에 제공한다.
급전부(10115)는, 수전용의 안테나 코일, 당해 안테나 코일에 발생한 전류로부터 전력을 재생하는 전력 재생 회로, 및 승압 회로 등으로 구성된다. 급전부(10115)에서는, 이른바 비접촉 충전의 원리를 이용하여 전력이 생성된다.
전원부(10116)는, 2차 전지에 의해 구성되고, 급전부(10115)에 의해 생성된 전력을 축전한다. 도 23에서는, 도면이 복잡해지는 것을 피하기 위해, 전원부(10116)로부터의 전력의 공급처를 나타내는 화살표 등의 도시를 생략하고 있지만, 전원부(10116)에 축전된 전력은, 광원부(10111), 촬상부(10112), 화상 처리부(10113), 무선 통신부(10114), 및 제어부(10117)에 공급되어, 이들의 구동에 사용될 수 있다.
제어부(10117)는, CPU 등의 프로세서에 의해 구성되고, 광원부(10111), 촬상부(10112), 화상 처리부(10113), 무선 통신부(10114), 및, 급전부(10115)의 구동을, 외부 제어 장치(10200)로부터 송신된 제어 신호에 따라 적절히 제어한다.
외부 제어 장치(10200)는, CPU, GPU 등의 프로세서, 또는 프로세서와 메모리 등의 기억 소자가 혼재된 마이크로 컴퓨터 또는 제어 기판 등으로 구성된다. 외부 제어 장치(10200)는, 캡슐형상 내시경(10100)의 제어부(10117)에 대해 제어 신호를, 안테나(10200A)를 통하여 송신함에 의해, 캡슐형상 내시경(10100)의 동작을 제어한다. 캡슐형상 내시경(10100)에서는, 예를 들면, 외부 제어 장치(10200)로부터의 제어 신호에 의해, 광원부(10111)에서의 관찰 대상에 대한 광의 조사 조건이 변경될 수 있다. 또한, 외부 제어 장치(10200)로부터의 제어 신호에 의해, 촬상 조건(예를 들면, 촬상부(10112)에서의 프레임 레이트, 노출치 등)이 변경될 수 있다. 또한, 외부 제어 장치(10200)로부터의 제어 신호에 의해, 화상 처리부(10113)에서의 처리의 내용이나, 무선 통신부(10114)가 화상 신호를 송신하는 조건(예를 들면, 송신 간격, 송신 화상수 등)이 변경되어도 좋다.
또한, 외부 제어 장치(10200)는, 캡슐형상 내시경(10100)부터 송신되는 화상 신호에 대해, 각종의 화상 처리를 시행하여, 촬상된 체내 화상을 표시 장치에 표시하기 위한 화상 데이터를 생성한다. 당해 화상 처리로서는, 예를 들면 현상 처리(디모자이크 처리), 고화질화처리(대역 강조 처리, 초해상 처리, NR(Noise reduction) 처리 및/또는 손떨림 보정 처리 등), 및/또는 확대 처리(전자 줌 처리) 등, 각종의 신호 처리를 행할 수가 있다. 외부 제어 장치(10200)는, 표시 장치의 구동을 제어하고, 생성한 화상 데이터에 의거하여 촬상된 체내 화상을 표시시킨다. 또는, 외부 제어 장치(10200)는, 생성한 화상 데이터를 기록 장치(도시 생략)에 기록시키거나, 인쇄 장치(도시 생략)에 인쇄 출력시켜도 좋다.
이상, 본 개시에 관한 기술이 적용될 수 있는 체내 정보 취득 시스템의 한 예에 관해 설명하였다. 본 개시에 관한 기술은, 이상 설명한 구성 중, 예를 들면, 촬상부(10112)에 적용될 수 있다. 이에 의해, 검출 정밀도가 향상한다.
<내시경 수술 시스템에의 응용례>
본 개시에 관한 기술(본 기술)은, 다양한 제품에 응용할 수 있다. 예를 들면, 본 개시에 관한 기술은, 내시경 수술 시스템에 적용되어도 좋다.
도 24는, 본 개시에 관한 기술(본 기술)이 적용될 수 있는 내시경 수술 시스템의 개략적인 구성의 한 예를 도시하는 도면이다.
도 24에서는, 수술자(의사)(11131)가, 내시경 수술 시스템(11000)을 이용하여, 환자 베드(11133)상의 환자(11132)에게 수술을 행하고 있는 양상이 도시되어 있다. 도시하는 바와 같이, 내시경 수술 시스템(11000)은, 내시경(11100)과, 기복 튜브(11111)나 에너지 처치구(11112) 등의, 그 밖의 수술구(11110)와, 내시경(11100)을 지지하는 지지 암 장치(11120)와, 내시경하 수술을 위한 각종의 장치가 탑재된 카트(11200)로 구성된다.
내시경(11100)은, 선단부터 소정 길이의 영역이 환자(11132)의 체강 내에 삽입되는 경통(11101)과, 경통(11101)의 기단에 접속된 카메라 헤드(11102)로 구성된다. 도시한 예에서는, 경성의 경통(11101)을 갖는 이른바 경성경으로서 구성된 내시경(11100)을 도시하고 있지만, 내시경(11100)은, 연성의 경통을 갖는 이른바 연성경으로서 구성되어도 좋다.
경통(11101)의 선단에는, 대물 렌즈가 감입된 개구부가 마련되어 있다. 내시경(11100)에는 광원 장치(11203)가 접속되어 있고, 당해 광원 장치(11203)에 의해 생성된 광이, 경통(11101)의 내부에 연설된 라이트 가이드에 의해 당해 경통의 선단까지 도광되고, 대물 렌즈를 통하여 환자(11132)의 체강 내의 관찰 대상을 향하여 조사된다. 또한, 내시경(11100)은, 직시경이라도 좋고, 사시경 또는 측시경이라도 좋다.
카메라 헤드(11102)의 내부에는 광학계 및 촬상 소자가 마련되어 있고, 관찰 대상부터의 반사광(관찰광)은 당해 광학계에 의해 당해 촬상 소자에 집광된다. 당해 촬상 소자에 의해 관찰광이 광전변환되고, 관찰광에 대응하는 전기 신호, 즉 관찰상에 대응하는 화상 신호가 생성된다. 당해 화상 신호는, RAW 데이터로서 카메라 컨트롤 유닛(CCU : Camera Control Unit)(11201)에 송신된다.
CCU(11201)는, CPU(Central Processing Unit)나 GPU(Graphics Processing Unit) 등에 의해 구성되고, 내시경(11100) 및 표시 장치(11202)의 동작을 통괄적으로 제어한다. 또한, CCU(11201)는, 카메라 헤드(11102)로부터 화상 신호를 수취하고, 그 화상 신호에 대해, 예를 들면 현상 처리(디모자이크 처리) 등의, 당해 화상 신호에 의거한 화상을 표시하기 위한 각종의 화상 처리를 시행한다.
표시 장치(11202)는, CCU(11201)로부터의 제어에 의해, 당해 CCU(11201)에 의해 화상 처리가 행해진 화상 신호에 의거한 화상을 표시한다.
광원 장치(11203)는, 예를 들면 LED(light emitting diode) 등의 광원으로 구성되고, 수술부 등을 촬영할 때의 조사광을 내시경(11100)에 공급한다.
입력 장치(11204)는, 내시경 수술 시스템(11000)에 대한 입력 인터페이스이다. 유저는, 입력 장치(11204)를 통하여, 내시경 수술 시스템(11000)에 대해 각종의 정보의 입력이나 지시 입력을 행할 수가 있다. 예를 들면, 유저는, 내시경(11100)에 의한 촬상 조건(조사광의 종류, 배율 및 초점 거리 등)을 변경하는 취지의 지시 등을 입력한다.
처치구 제어 장치(11205)는, 조직의 소작(燒灼)는 혈관의 봉지 등을 위한 에너지 처치구(11112)의 구동을 제어한다. 기복 장치(11206)는, 내시경(11100)에 의한 시야의 확보 및 수술자의 작업 공간의 확보의 목적으로, 환자(11132)의 체강을 부풀게 하기 위해, 기복 튜브(11111)를 통하여 당해 체강 내에 가스를 보낸다. 레코더(11207)는, 수술에 관한 각종의 정보를 기록 가능한 장치이다. 프린터(11208)는, 수술에 관한 각종의 정보를, 텍스트, 화상 또는 그래프 등 각종의 형식으로 인쇄 가능한 장치이다.
또한, 내시경(11100)에 수술부를 촬영할 때의 조사광을 공급하는 광원 장치(11203)는, 예를 들면 LED, 레이저광원 또는 이들의 조합에 의해 구성되는 백색광원으로 구성할 수 있다. RGB 레이저광원의 조합에 의해 백색광원이 구성되는 경우에는, 각 색(각 파장)의 출력 강도 및 출력 타이밍을 고정밀도로 제어할 수 있기 때문에, 광원 장치(11203)에서 촬상 화상의 화이트 밸런스의 조정을 행할 수가 있다. 또한, 이 경우에는, RGB 레이저광원 각각으로부터의 레이저광을 시분할로 관찰 대상에 조사하고, 그 조사 타이밍에 동기하여 카메라 헤드(11102)의 촬상 소자의 구동을 제어함에 의해, RGB 각각에 대응한 화상을 시분할로 촬상하는 것도 가능하다. 당해 방법에 의하면, 당해 촬상 소자에 컬러 필터를 마련하지 않아도, 컬러 화상을 얻을 수 있다.
또한, 광원 장치(11203)는, 출력하는 광의 강도를 소정의 시간마다 변경하도록 그 구동이 제어되어도 좋다. 그 광의 강도의 변경의 타이밍에 동기하여 카메라 헤드(11102)의 촬상 소자의 구동을 제어하여 시분할로 화상을 취득하고, 그 화상을 합성함에 의해, 이른바 흑바램 및 백바램이 없는 고다이내믹 레인지의 화상을 생성할 수 있다.
또한, 광원 장치(11203)는, 특수광 관찰에 대응한 소정의 파장 대역의 광을 공급 가능하게 구성되어도 좋다. 특수광 관찰에서는, 예를 들면, 체조직에서의 광의 흡수의 파장 의존성을 이용하여, 통상의 관찰시에 있어서의 조사광(즉, 백색광)과 비교하여 협대역의 광을 조사함에 의해, 점막 표층의 혈관 등의 소정의 조직을 고콘트라스트로 촬영하는, 이른바 협대역광 관찰(Narrow Band Imaging)이 행하여진다. 또는, 특수광 관찰에서는, 여기광을 조사함에 의해 발생하는 형광에 의해 화상을 얻는 형광 관찰이 행하여져도 좋다. 형광 관찰에서는, 체조직에 여기광을 조사하고 당해 체조직으로부터의 형광을 관찰하는 것(자가 형광 관찰), 또는 인도시아닌그린(ICG) 등의 시약을 체조직에 국주함과 함께 당해 체조직에 그 시약의 형광 파장에 대응한 여기광을 조사하여 형광상을 얻는 것 등을 행할 수가 있다. 광원 장치(11203)는, 이와 같은 특수광 관찰에 대응한 협대역광 및/또는 여기광을 공급 가능하게 구성될 수 있다.
도 25는, 도 24에 도시하는 카메라 헤드(11102) 및 CCU(11201)의 기능 구성의 한 예를 도시하는 블록도이다.
카메라 헤드(11102)는, 렌즈 유닛(11401)과, 촬상부(11402)와, 구동부(11403)와, 통신부(11404)와, 카메라 헤드 제어부(11405)를 갖는다. CCU(11201)는, 통신부(11411)와, 화상 처리부(11412)와, 제어부(11413)를 갖는다. 카메라 헤드(11102)와 CCU(11201)는, 전송 케이블(11400)에 의해 서로 통신 가능하게 접속되어 있다.
렌즈 유닛(11401)은, 경통(11101)과의 접속부에 마련되는 광학계이다. 경통(11101)의 선단부터 받아들여진 관찰광은, 카메라 헤드(11102)까지 도광되고, 당해 렌즈 유닛(11401)에 입사한다. 렌즈 유닛(11401)은, 줌렌즈 및 포커스 렌즈를 포함하는 복수의 렌즈가 조합되어 구성된다.
촬상부(11402)를 구성하는 촬상 소자는, 하나(이른바 단판식)라도 좋고, 복수(이른바 다판식)라도 좋다. 촬상부(11402)가 다판식으로 구성되는 경우에는, 예를 들면 각 촬상 소자에 의해 RGB 각각에 대응하는 화상 신호가 생성되고, 그들이 합성됨에 의해 컬러 화상이 얻어져도 좋다. 또는, 촬상부(11402)는, 3D(dimensional) 표시에 대응하는 우안용 및 좌안용의 화상 신호를 각각 취득하기 위한 한 쌍의 촬상 소자를 갖도록 구성되어도 좋다. 3D 표시가 행하여짐에 의해, 수술자(11131)는 수술부에서의 생체 조직의 깊이를 보다 정확하게 파악하는 것이 가능해진다. 또한, 촬상부(11402)가 다판식으로 구성되는 경우에는, 각 촬상 소자에 대응하여, 렌즈 유닛(11401)도 복수 계통 마련될 수 있다.
또한, 촬상부(11402)는, 반드시 카메라 헤드(11102)에 마련되지 않아도 좋다. 예를 들면, 촬상부(11402)는, 경통(11101)의 내부에, 대물 렌즈의 직후에 마련되어도 좋다.
구동부(11403)는, 액추에이터에 의해 구성되고, 카메라 헤드 제어부(11405)로부터의 제어에 의해, 렌즈 유닛(11401)의 줌렌즈 및 포커스 렌즈를 광축에 따라 소정의 거리만큼 이동시킨다. 이에 의해, 촬상부(11402)에 의한 촬상 화상의 배율 및 초점이 적절히 조정될 수 있다.
통신부(11404)는, CCU(11201)와의 사이에서 각종의 정보를 송수신하기 위한 통신 장치에 의해 구성된다. 통신부(11404)는, 촬상부(11402)로부터 얻은 화상 신호를 RAW 데이터로서 전송 케이블(11400)을 통하여 CCU(11201)에 송신한다.
또한, 통신부(11404)는, CCU(11201)로부터, 카메라 헤드(11102)의 구동을 제어하기 위한 제어 신호를 수신하고, 카메라 헤드 제어부(11405)에 공급한다. 당해 제어 신호에는, 예를 들면, 촬상 화상의 프레임 레이트를 지정하는 취지의 정보, 촬상시의 노출치를 지정하는 취지의 정보, 및/또는 촬상 화상의 배율 및 초점을 지정하는 취지의 정보 등, 촬상 조건에 관한 정보가 포함된다.
또한, 상기한 프레임 레이트나 노출치, 배율, 초점 등의 촬상 조건은, 유저에 의해 적절히 지정되어도 좋고, 취득된 화상 신호에 의거하여 CCU(11201)의 제어부(11413)에 의해 자동적으로 설정되어도 좋다. 후자인 경우에는, 이른바 AE(Auto Exposure) 기능, AF(Auto Focus) 기능 및 AWB(Auto White Balance) 기능이 내시경(11100)에 탑재되어 있게 된다.
카메라 헤드 제어부(11405)는, 통신부(11404)를 통하여 수신한 CCU(11201)로부터의 제어 신호에 의거하여, 카메라 헤드(11102)의 구동을 제어한다.
통신부(11411)는, 카메라 헤드(11102)와의 사이에서 각종의 정보를 송수신하기 위한 통신 장치에 의해 구성된다. 통신부(11411)는, 카메라 헤드(11102)로부터, 전송 케이블(11400)을 통하여 송신되는 화상 신호를 수신한다.
또한, 통신부(11411)는, 카메라 헤드(11102)에 대해, 카메라 헤드(11102)의 구동을 제어하기 위한 제어 신호를 송신한다. 화상 신호나 제어 신호는, 전기통신이나 광통신 등에 의해 송신할 수 있다.
화상 처리부(11412)는, 카메라 헤드(11102)로부터 송신된 RAW 데이터인 화상 신호에 대해 각종의 화상 처리를 시행한다.
제어부(11413)는, 내시경(11100)에 의한 수술부 등의 촬상, 및, 수술부 등의 촬상에 의해 얻어지는 촬상 화상의 표시에 관한 각종의 제어를 행한다. 예를 들면, 제어부(11413)는, 카메라 헤드(11102)의 구동을 제어하기 위한 제어 신호를 생성한다.
또한, 제어부(11413)는, 화상 처리부(11412)에 의해 화상 처리가 시행된 화상 신호에 의거하여, 수술부 등이 찍혀진 촬상 화상을 표시 장치(11202)에 표시시킨다. 이때, 제어부(11413)는, 각종의 화상 인식 기술을 이용하여 촬상 화상 내에서의 각종의 물체를 인식하여도 좋다. 예를 들면, 제어부(11413)는, 촬상 화상에 포함되는 물체의 에지의 형상이나 색 등을 검출함에 의해, 겸자(鉗子) 등의 수술구, 특정한 생체 부위, 출혈, 에너지 처치구(11112)의 사용시의 미스트 등을 인식할 수 있다. 제어부(11413)는, 표시 장치(11202)에 촬상 화상을 표시시킬 때에, 그 인식 결과를 이용하여, 각종의 수술 지원 정보를 당해 수술부의 화상에 중첩 표시시켜도 좋다. 수술 지원 정보가 중첩 표시되고, 수술자(11131)에 제시됨에 의해, 수술자(11131)의 부담을 경감하는 것이나, 수술자(11131)가 확실하게 수술을 진행하는 것이 가능해진다.
카메라 헤드(11102) 및 CCU(11201)를 접속하는 전송 케이블(11400)은, 전기 신호의 통신에 대응한 전기 신호 케이블, 광통신에 대응한 광파이버, 또는 이들의 복합 케이블이다.
여기서, 도시한 예에서는, 전송 케이블(11400)을 이용하여 유선으로 통신이 행해지고 있지만, 카메라 헤드(11102)와 CCU(11201)와의 사이의 통신은 무선으로 행해지고도 좋다.
이상, 본 개시에 관한 기술이 적용될 수 있는 내시경 수술 시스템의 한 예에 관해 설명하였다. 본 개시에 관한 기술은, 이상 설명한 구성 중, 촬상부(11402)에 적용될 수 있다. 촬상부(11402)에 본 개시에 관한 기술을 적용함에 의해, 검출 정밀도가 향상한다.
또한, 여기서는, 한 예로서 내시경 수술 시스템에 관해 설명하였지만, 본 개시에 관한 기술은, 그 밖에, 예를 들면, 현미경 수술 시스템 등에 적용되어도 좋다.
<이동체에의 응용례>
본 개시에 관한 기술은, 다양한 제품에 응용할 수 있다. 예를 들면, 본 개시에 관한 기술은, 자동차, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차, 자동 이륜차, 자전거, 퍼스널모빌리티, 비행기, 드론, 선박, 로봇, 건설 기계, 농업 기계(트랙터) 등의 어느 한 종류의 이동체에 탑재되는 장치로서 실현되어도 좋다.
도 26은, 본 개시에 관한 기술이 적용될 수 있는 이동체 제어 시스템의 한 예인 차량 제어 시스템의 개략적인 구성례를 도시하는 블록도이다.
차량 제어 시스템(12000)은, 통신 네트워크(12001)를 통하여 접속된 복수의 전자 제어 유닛을 구비한다. 도 26에 도시한 예에서는, 차량 제어 시스템(12000)은, 구동계 제어 유닛(12010), 바디계 제어 유닛(12020), 차외 정보 검출 유닛(12030), 차내 정보 검출 유닛(12040), 및 통합 제어 유닛(12050)을 구비한다. 또한, 통합 제어 유닛(12050)의 기능 구성으로서, 마이크로 컴퓨터(12051), 음성 화상 출력부(12052), 및 차량 탑재 네트워크 I/F(interface)(12053)가 도시되어 있다.
구동계 제어 유닛(12010)은, 각종 프로그램에 따라 차량의 구동계에 관련되는 장치의 동작을 제어한다. 예를 들면, 구동계 제어 유닛(12010)은, 내연 기관 또는 구동용 모터 등의 차량의 구동력을 발생시키기 위한 구동력 발생 장치, 구동력을 차륜에 전달하기 위한 구동력 전달 기구, 차량의 타각을 조절하는 스티어링 기구, 및, 차량의 제동력을 발생시키는 제동 장치 등의 제어 장치로서 기능한다.
바디계 제어 유닛(12020)은, 각종 프로그램에 따라 차체에 장비된 각종 장치의 동작을 제어한다. 예를 들면, 바디계 제어 유닛(12020)은, 키레스 엔트리 시스템, 스마트 키 시스템, 파워 윈도우 장치, 또는, 헤드 램프, 백 램프, 브레이크 램프, 윙커 또는 포그램프 등의 각종 램프의 제어 장치로서 기능한다. 이 경우, 바디계 제어 유닛(12020)에는, 키를 대체하는 휴대기로부터 발신되는 전파 또는 각종 스위치의 신호가 입력될 수 있다. 바디계 제어 유닛(12020)은, 이들의 전파 또는 신호의 입력을 접수하여, 차량의 도어 로크 장치, 파워 윈도우 장치, 램프 등을 제어한다.
차외 정보 검출 유닛(12030)은, 차량 제어 시스템(12000)을 탑재한 차량의 외부의 정보를 검출한다. 예를 들면, 차외 정보 검출 유닛(12030)에는, 촬상부(12031)가 접속된다. 차외 정보 검출 유닛(12030)은, 촬상부(12031)에 차외의 화상을 촬상시킴과 함께, 촬상된 화상을 수신한다. 차외 정보 검출 유닛(12030)은, 수신한 화상에 의거하여, 사람, 차, 장애물, 표지 또는 노면상의 문자 등의 물체 검출 처리 또는 거리 검출 처리를 행하여도 좋다.
촬상부(12031)는, 광을 수광하고, 그 광의 수광량에 응한 전기 신호를 출력하는 광센서이다. 촬상부(12031)는, 전기 신호를 화상으로서 출력할 수도 있고, 거리측정의 정보로서 출력할 수도 있다. 또한, 촬상부(12031)가 수광하는 광은, 가시광이라도 좋고, 적외선 등의 비가시광이라도 좋다.
차내 정보 검출 유닛(12040)은, 차내의 정보를 검출한다. 차내 정보 검출 유닛(12040)에는, 예를 들면, 운전자의 상태를 검출하는 운전자 상태 검출부(12041)가 접속된다. 운전자 상태 검출부(12041)는, 예를 들면 운전자를 촬상하는 카메라를 포함하고, 차내 정보 검출 유닛(12040)은, 운전자 상태 검출부(12041)로부터 입력된 검출 정보에 의거하여, 운전자의 피로 정도 또는 집중 정도를 산출하여도 좋고, 운전자가 앉아서 졸고 있지 않는지를 판별하여도 좋다.
마이크로 컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030) 또는 차내 정보 검출 유닛(12040)에서 취득된 차내외의 정보에 의거하여, 구동력 발생 장치, 스티어링 기구 또는 제동 장치의 제어 목표치를 연산하고, 구동계 제어 유닛(12010)에 대해 제어 지령을 출력할 수 있다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차량의 충돌 회피 또는 충격 완화, 차간 거리에 의거한 추종 주행, 차속 유지 주행, 차량의 충돌 경고, 또는 차량의 레인 일탈 경고 등을 포함하는 ADAS(Advanced Driver Assistance System)의 기능 실현을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수가 있다.
또한, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030) 또는 차내 정보 검출 유닛(12040)에서 취득된 차량의 주위의 정보에 의거하여 구동력 발생 장치, 스티어링 기구 또는 제동 장치 등을 제어함에 의해, 운전자의 조작에 근거하지 않고 자율적으로 주행하는 자동 운전 등을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수가 있다.
또한, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030)에서 취득된 차외의 정보에 의거하여, 바디계 제어 유닛(12020)에 대해 제어 지령을 출력할 수 있다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030)에서 검지한 선행차 또는 대향차의 위치에 응하여 헤드 램프를 제어하여, 하이 빔을 로우 빔으로 전환하는 등의 방현(防眩)을 도모하는 것을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수가 있다.
음성 화상 출력부(12052)는, 차량의 탑승자 또는 차외에 대해, 시각적 또는 청각적으로 정보를 통지하는 것이 가능한 출력 장치에 음성 및 화상 중의 적어도 일방의 출력 신호를 송신한다. 도 26의 예에서는, 출력 장치로서, 오디오 스피커(12061), 표시부(12062) 및 인스트루먼트 패널(12063)이 예시되어 있다. 표시부(12062)는, 예를 들면, 온 보드 디스플레이 및 헤드 업 디스플레이의 적어도 하나를 포함하고 있어도 좋다.
도 27은, 촬상부(12031)의 설치위치의 예를 도시하는 도면이다.
도 27에서는, 촬상부(12031)로서, 촬상부(12101, 12102, 12103, 12104, 12105)를 갖는다.
촬상부(12101, 12102, 12103, 12104, 12105)는, 예를 들면, 차량(12100)의 프런트 노우즈, 사이드 미러, 리어 범퍼, 백 도어 및 차실내의 프론트글라스의 상부 등의 위치에 마련된다. 프런트 노우즈에 구비되는 촬상부(12101) 및 차실내의 프론트글라스의 상부에 구비되는 촬상부(12105)는, 주로 차량(12100)의 전방의 화상을 취득한다. 사이드 미러에 구비되는 촬상부(12102, 12103)는, 주로 차량(12100)의 측방의 화상을 취득한다. 리어 범퍼 또는 백 도어에 구비되는 촬상부(12104)는, 주로 차량(12100)의 후방의 화상을 취득한다. 차실내의 프론트글라스의 상부에 구비되는 촬상부(12105)는, 주로 선행 차량 또는, 보행자, 장애물, 신호기, 교통 표지 또는 차선 등의 검출에 이용된다.
또한, 도 27에는, 촬상부(12101 내지 12104)의 촬영 범위의 한 예가 도시되어 있다. 촬상 범위(12111)는, 프런트 노우즈에 마련된 촬상부(12101)의 촬상 범위를 나타내고, 촬상 범위(12112, 12113)는, 각각 사이드 미러에 마련된 촬상부(12102), 12103의 촬상 범위를 나타내고, 촬상 범위(12114)는, 리어 범퍼 또는 백 도어에 마련된 촬상부(12104)의 촬상 범위를 나타낸다. 예를 들면, 촬상부(12101 내지 12104)에서 촬상된 화상 데이터가 중합됨에 의해, 차량(12100)을 상방에서 본 부감(俯瞰) 화상을 얻을 수 있다.
촬상부(12101 내지 12104)의 적어도 하나는, 거리 정보를 취득하는 기능을 갖고 있어도 좋다. 예를 들면, 촬상부(12101 내지 12104)의 적어도 하나는, 복수의 촬상 소자로 이루어지는 스테레오 카메라라도 좋고, 위상차 검출용의 화소를 갖는 촬상 소자라도 좋다.
예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 촬상부(12101 내지 12104)로부터 얻어진 거리 정보를 기초로, 촬상 범위(12111 내지 12114) 내에서의 각 입체물까지의 거리와, 이 거리의 시간적 변화(차량(12100)에 대한 상대 속도)를 구함에 의해, 특히 차량(12100)의 진행로상에 있는 가장 가까운 입체물로, 차량(12100)과 개략 같은 방향으로 소정의 속도(예를 들면, 0㎞/h 이상)로 주행하는 입체물을 선행차로서 추출할 수 있다. 또한, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 선행차와 내차 사이에 미리 확보하여야 할 차간 거리를 설정하고, 자동 브레이크 제어(추종 정지 제어도 포함한다)나 자동 가속 제어(추종 발진 제어도 포함한다) 등을 행할 수가 있다. 이와 같이 운전자의 조작에 근거하지 않고 자율적으로 주행하는 자동 운전 등을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수가 있다.
예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 촬상부(12101 내지 12104)로부터 얻어진 거리 정보를 기초로, 입체물에 관한 입체물 데이터를, 2륜차, 보통 차량, 대형 차량, 보행자, 전신주 등 그 밖의 입체물로 분류하여 추출하고, 장애물의 자동 회피에 이용할 수 있다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차량(12100)의 주변의 장애물을, 차량(12100)의 드라이버가 시인 가능한 장애물과 시인 곤란한 장애물로 식별한다. 그리고, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 각 장애물과의 충돌의 위험도를 나타내는 충돌 리스크를 판단하고, 충돌 리스크가 설정치 이상으로 충돌 가능성이 있는 상황인 때에는, 오디오 스피커(12061)나 표시부(12062)를 통하여 드라이버에게 경보를 출력하는 것이나, 구동계 제어 유닛(12010)을 통하여 강제 감속이나 회피 조타를 행함으로써, 충돌 회피를 위한 운전 지원을 행할 수가 있다.
촬상부(12101 내지 12104)의 적어도 하나는, 적외선을 검출하는 적외선 카메라라도 좋다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 촬상부(12101 내지 12104)의 촬상 화상 중에 보행자가 존재하는지의 여부를 판정함으로써 보행자를 인식할 수 있다. 이러한 보행자의 인식은, 예를 들면 적외선 카메라로서의 촬상부(12101 내지 12104)의 촬상 화상에서의 특징점을 추출하는 순서와, 물체의 윤곽을 나타내는 일련의 특징점에 패턴 매칭 처리를 행하여 보행자인지의 여부를 판별하는 순서에 의해 행해진다. 마이크로 컴퓨터(12051)가, 촬상부(12101 내지 12104)의 촬상 화상 중에 보행자가 존재한다고 판정하고, 보행자를 인식하면, 음성 화상 출력부(12052)는, 당해 인식된 보행자에게 강조를 위한 사각형 윤곽선을 중첩 표시하도록, 표시부(12062)를 제어한다. 또한, 음성 화상 출력부(12052)는, 보행자를 나타내는 아이콘 등을 소망하는 위치에 표시하도록 표시부(12062)를 제어하여도 좋다.
이상, 본 개시에 관한 기술이 적용될 수 있는 차량 제어 시스템의 한 예에 관해 설명하였다. 본 개시에 관한 기술은, 이상 설명한 구성 중, 촬상부(12031)에 적용될 수 있다. 촬상부(12031)에 본 개시에 관한 기술을 적용함에 의해, 보다 보기 쉬운 촬영 화상을 얻을 수 있기 때문에, 드라이버의 피로를 경감하는 것이 가능해진다.
상기 외에, 본 개시에 관한 기술은, 공장 자동화(FA : Factory Automation)의 분야 등의 다른 분야에도 응용 가능하다.
이상, 실시의 형태 및 변형례를 들어 본 개시의 내용을 설명하였지만, 본 개시 내용은 상기 실시의 형태 등으로 한정되는 것이 아니고, 여러가지 변형이 가능하다. 예를 들면, 상기 실시의 형태에서 설명한 촬상 소자의 층 구성은 한 예이고, 또 다른 층을 구비하고 있어도 좋다. 또한, 각 층의 재료나 두께도 한 예이고, 상술한 것으로 한정되는 것이 아니다.
또한, 상기 실시의 형태 등에서는, 광전변환막(13)이 화합물 반도체 재료를 포함하는 경우에 관해 설명하였지만, 광전변환막(13)은, 다른 재료에 의해 구성되어 있어도 좋다. 예를 들면, 광전변환막(13)은, 유기 반도체 재료 또는 양자 도트 등을 포함하고 있어도 좋다.
또한, 상기 실시의 형태 등에서 설명한 회로 구성은 한 예이고, 그 구성 및 배치 등은, 상술한 것으로 한정되지 않는다.
상기 실시의 형태 등에서 설명한 효과는 한 예이고, 다른 효과라도 좋고, 또 다른 효과를 포함하고 있어도 좋다.
또한, 본 개시는, 이하와 같은 구성이라도 좋다.
(1)
복수의 화소에 걸쳐서 마련된 광전변환막과,
상기 광전변환막에 전기적으로 접속되고, 화소마다 마련된 제1 전극과,
상기 광전변환막을 사이에 두고 상기 제1 전극에 대향하는 제2 전극과,
상기 광전변환막에서 생성되고, 상기 제1 전극을 통하여 이동한 신호 전하를 축적하는 제1 전하 축적부와,
화소마다 마련되고, 상기 제1 전하 축적부에 리셋 전위를 인가하는 리셋 트랜지스터와,
상기 제1 전하 축적부에 상기 신호 전하가 축적되는 기간, 상기 복수의 화소의 적어도 일부의 화소의 상기 제1 전극에, 상기 리셋 전위보다도 상기 제2 전극과의 사이의 전위차를 작게 하는 전위(VPD)를 인가하는 전위 생성부를
구비한 고체 촬상 소자.
(2)
상기 전위 생성부는, 상기 리셋 트랜지스터를 통하여 상기 제1 전극에 접속되어 있는
상기 (1)에 기재된 고체 촬상 소자.
(3)
상기 전위 생성부는, 제1 트랜지스터를 포함하는
상기 (1)에 기재된 고체 촬상 소자.
(4)
상기 제1 트랜지스터는, 상기 전위(VPD)에 접속되고, 상기 제1 전극과 상기 리셋 트랜지스터의 사이에, 상기 리셋 트랜지스터에 병렬로 접속되어 있는
상기 (3)에 기재된 고체 촬상 소자.
(5)
상기 제1 트랜지스터가, 상기 기간에 온 상태가 되도록 구성된
상기 (4)에 기재된 고체 촬상 소자.
(6)
상기 제1 트랜지스터는, 상기 제1 전극과 상기 제1 전하 축적부의 사이에, 상기 제1 전하 축적부에 직렬로 접속되어 있는
상기 (3)에 기재된 고체 촬상 소자.
(7)
상기 제1 트랜지스터가, 상기 기간에 오프 상태가 되도록 구성된
상기 (6)에 기재된 고체 촬상 소자.
(8)
상기 전위 생성부는, 상기 제1 전극과 상기 제1 전하 축적부의 사이에, 화소마다 마련된 제2 전하 축적부와, 상기 제2 전하 축적부와 상기 제1 전하 축적부의 사이에 마련된 제2 트랜지스터를 포함하는
상기 (1)에 기재된 고체 촬상 소자.
(9)
상기 제2 트랜지스터가, 상기 기간에 오프 상태가 되도록 구성된
상기 (8)에 기재된 고체 촬상 소자.
(10)
또한, 상기 제1 전극에 상기 전위(VPD)가 인가되는 상기 화소를 선택하는 제어선을 포함하는
상기 (1) 내지 (9) 중의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.
(11)
상기 복수의 화소는, 제1 방향 및 상기 제1 방향에 교차한 제2 방향에 따라 배치되고,
상기 제어선은, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향의 적어도 일방에 따라 마련되어 있는
상기 (10)에 기재된 고체 촬상 소자.
(12)
또한, 상기 제1 전극에 상기 전위(VPD)가 인가되는 화소 이외의 화소의 상기 제1 전하 축적부에 접속된, 용량 전환용의 제3 트랜지스터와,
상기 제3 트랜지스터에 접속된 부가 용량 소자를 포함하는
상기 (1)에 기재된 고체 촬상 소자.
(13)
상기 광전변환막은 화합물 반도체, 유기 반도체 또는 양자 도트를 포함하는
상기 (1) 내지 (12) 중의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.
(14)
상기 제1 전극에 상기 전위(VPD)가 인가되는 화소의 상기 광전변환막에서 생성된 신호 전하는, 그 이외의 화소의 상기 제1 전하 축적부에 이동하는
상기 (1) 내지 (13) 중의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.
(15)
복수의 화소에 걸쳐서 마련된 광전변환막과,
상기 광전변환막에 전기적으로 접속되고, 화소마다 마련된 제1 전극과,
상기 광전변환막을 사이에 두고 상기 제1 전극에 대향하는 제2 전극과,
상기 광전변환막에서 생성되고, 상기 제1 전극을 통하여 이동한 신호 전하를 축적하는 제1 전하 축적부와,
화소마다 마련되고, 상기 제1 전하 축적부에 리셋 전위를 인가하는 리셋 트랜지스터와,
상기 제1 전하 축적부에 상기 신호 전하가 축적되는 기간, 상기 복수의 화소의 적어도 일부의 화소의 상기 제1 전극에, 상기 리셋 전위보다도 상기 제2 전극과의 사이의 전위차를 작게 하는 전위(VPD)를 인가하는 전위 생성부를 구비한
고체 촬상 소자를 갖는 촬상 장치.
본 출원은, 일본 특허청에서 2018년 2월 7일에 출원된 일본 특허출원 번호 제2018-20098호 및 2018년 2월 28일에 출원된 일본 특허출원 번호 제2018-34466호를 기초로 하여 우선권을 주장하는 것이고, 이 출원의 모든 내용을 참조에 의해 본 출원에 원용한다.
당업자라면, 설계상의 요건이나 다른 요인에 응하여, 여러가지의 수정, 콤비네이션, 서브콤비네이션, 및 변경을 상도할 수 있는데, 그것들은 첨부한 청구의 범위나 그 균등물의 범위에 포함되는 것으로 이해된다.

Claims (15)

  1. 복수의 화소에 걸쳐서 마련된 광전변환막과,
    상기 광전변환막에 전기적으로 접속되고, 화소마다 마련된 복수의 제1 전극과,
    상기 광전변환막을 사이에 두고 상기 제1 전극에 대향하는 제2 전극과,
    상기 광전변환막에서 생성되고, 화소 마다 마련되고, 상기 복수의 제1 전극을 통하여 이동한 신호 전하를 축적하는 제1 전하 축적부와,
    화소마다 마련되고, 상기 제1 전하 축적부에 리셋 전위를 인가하는 리셋 트랜지스터와,
    상기 제1 전하 축적부에 상기 신호 전하가 축적되는 기간, 상기 복수의 화소의 적어도 일부의 화소의 상기 제1 전극에, 상기 리셋 전위보다도 상기 제2 전극과의 사이의 전위차를 작게 하는 전위(VPD)를 인가하는 전위 생성부를 구비한 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전위 생성부는, 상기 리셋 트랜지스터를 통하여 상기 제1 전극에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전위 생성부는, 제1 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 트랜지스터는, 상기 전위(VPD)에 접속되고, 상기 제1 전극과 상기 리셋 트랜지스터와의 사이에, 상기 리셋 트랜지스터에 병렬로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 트랜지스터가, 상기 기간에 온 상태가 되도록 구성된 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제1 트랜지스터는, 상기 제1 전극과 상기 제1 전하 축적부의 사이에, 상기 제1 전하 축적부에 직렬로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 트랜지스터가, 상기 기간에 오프 상태가 되도록 구성된 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전위 생성부는, 상기 제1 전극과 상기 제1 전하 축적부의 사이에, 화소마다 마련된 제2 전하 축적부와, 상기 제2 전하 축적부와 상기 제1 전하 축적부의 사이에 마련된 제2 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 트랜지스터가, 상기 기간에 오프 상태가 되도록 구성된 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  10. 제1항에 있어서,
    또한, 상기 제1 전극에 상기 전위(VPD)가 인가되는 상기 화소를 선택하는 제어선을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 화소는, 제1 방향 및 상기 제1 방향에 교차하는 제2 방향에 따라 배치되고,
    상기 제어선은, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향의 적어도 일방에 따라 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  12. 제1항에 있어서,
    또한, 상기 제1 전극에 상기 전위(VPD)가 인가되는 화소 이외의 화소의 상기 제1 전하 축적부에 접속된, 용량 전환용의 제3 트랜지스터와,
    상기 제3 트랜지스터에 접속된 부가 용량 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 광전변환막은 화합물 반도체, 유기 반도체 또는 양자 도트를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극에 상기 전위(VPD)가 인가되는 화소의 상기 광전변환막에서 생성된 신호 전하는, 그 이외의 화소의 상기 제1 전하 축적부에 이동하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  15. 복수의 화소에 걸쳐서 마련된 광전변환막과,
    상기 광전변환막에 전기적으로 접속되고, 화소마다 마련된 복수의 제1 전극과,
    상기 광전변환막을 사이에 두고 상기 제1 전극에 대향하는 제2 전극과,
    상기 광전변환막에서 생성되고, 화소 마다 마련되고, 상기 복수의 제1 전극을 통하여 이동한 신호 전하를 축적하는 제1 전하 축적부와,
    화소마다 마련되고, 상기 제1 전하 축적부에 리셋 전위를 인가하는 리셋 트랜지스터와,
    상기 제1 전하 축적부에 상기 신호 전하가 축적되는 기간, 상기 복수의 화소의 적어도 일부의 화소의 상기 제1 전극에, 상기 리셋 전위보다도 상기 제2 전극과의 사이의 전위차를 작게 하는 전위(VPD)를 인가하는 전위 생성부를 구비한 고체 촬상 소자를 갖는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
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