固体摄像器件和摄像装置
阅读说明：本技术 固体摄像器件和摄像装置 (Solid-state imaging device and imaging apparatus ) 是由 丸山俊介 稲田喜昭 于 2019-01-17 设计创作，主要内容包括：固体摄像器件包括：光电转换膜,其被设置成跨越多个像素；第一电极,其被电气连接到所述光电转换膜,并且是针对每个所述像素设置的；第二电极,其与所述第一电极相对,并且所述光电转换膜被插入在所述第二电极和所述第一电极之间；第一电荷累积部,其累积在所述光电转换膜中生成的且经由所述第一电极移动的信号电荷；复位晶体管,其是针对每个所述像素设置的,并且将复位电位施加到所述第一电荷累积部；以及电位生成部,在所述第一电荷累积部中累积所述信号电荷的时段期间,所述电位生成器将电位VPD施加到所述多个像素之中的至少一部分像素的所述第一电极,当将所述电位VPD施加到所述第一电极时的所述第一电极和所述第二电极之间的电位差小于当将所述复位电位施加到所述第一电极时的所述第一电极和所述第二电极之间的电位差。(The solid-state imaging device includes: a photoelectric conversion film disposed across the plurality of pixels; a first electrode electrically connected to the photoelectric conversion film and provided for each of the pixels; a second electrode that is opposed to the first electrode, and the photoelectric conversion film is interposed between the second electrode and the first electrode; a first charge accumulating portion that accumulates signal charges generated in the photoelectric conversion film and moving via the first electrode; a reset transistor which is provided for each of the pixels and applies a reset potential to the first charge accumulation section; and a potential generating section that applies a potential VPD to the first electrodes of at least a part of the pixels among the plurality of pixels during a period in which the signal charges are accumulated in the first charge accumulating section, a potential difference between the first electrode and the second electrode when the potential VPD is applied to the first electrode being smaller than a potential difference between the first electrode and the second electrode when the reset potential is applied to the first electrode.)
技术领域
本技术涉及一种具有被设置成跨越多个像素的光电转换膜的固体摄像器件和摄像装置。
背景技术
例如，人们已经开发出一种使用诸如InGaAs等的化合物半导体作为光电转换膜的固体摄像器件(例如，参见专利文献1)。在光电转换膜中生成的信号电荷被发送到每个像素的像素电路。
引用列表
专利文献
专利文献1：国际公开第2017/150167号
发明内容
在这种固体摄像器件中，期望能够将多个像素的信号电荷相加。
因此，期望提供一种能够将多个像素的信号电荷相加的固体摄像器件和摄像装置。
根据本发明的实施例的固体摄像器件包括：光电转换膜，其被设置成跨越多个像素；第一电极，其被电气连接到所述光电转换膜，并且是针对每个所述像素设置的；第二电极，其与所述第一电极相对，并且所述光电转换膜被***在所述第二电极和所述第一电极之间；第一电荷累积部，其累积在所述光电转换膜中生成的且经由所述第一电极移动的信号电荷；复位晶体管，其是针对每个所述像素设置的，并且将复位电位施加到所述第一电荷累积部；以及电位生成器，在所述第一电荷累积部中累积所述信号电荷的时段期间，所述电位生成器将电位VPD施加到所述多个像素之中的至少一部分像素的所述第一电极，当将所述电位VPD施加到所述第一电极时的所述第一电极和所述第二电极之间的电位差小于当将所述复位电位施加到所述第一电极时的所述第一电极和所述第二电极之间的电位差。
根据本发明的实施例的摄像装置包括根据本发明的实施例所述的固体摄像器件。
根据本发明的实施例的固体摄像器件和摄像装置分别设置有电位生成器，因此，在第一电荷累积部中累积信号电荷的时段期间，将电位VPD施加到多个像素之中的至少一个或多个像素(非读出像素)的第一电极。在至少一个或多个非读出像素中生成的信号电荷移动到未被施加电位VPD的像素(读出像素)的第一电极。
根据本发明的实施例的固体摄像器件和摄像装置，设置有电位生成器，因此，在至少一个或多个非读出像素中生成的信号电荷与在读出像素中生成的信号电荷一起由读出像素的像素电路读出。需要注意，上述效果不一定是限制性的。与上述效果一起或代替上述效果，可以实现本说明书中描述的任一效果或可以从本说明书中理解的其他效果。
附图说明
图1是图示了根据本发明的第一实施例的摄像器件的示意性构造的框图。
图2是图1中所示的像素区域的具体构造的示例的平面示意图。
图3是与图2中所示的读出像素和非读出像素连接的控制线的示例的平面示意图。
图4是示意性地图示了图2中所示的读出像素和非读出像素的各个光电转换器的构造以及图2中所示的读出像素和非读出像素的各个像素电路的构造的图。
图5是用于说明图4中所示的读出像素和非读出像素的各个操作的示意图。
图6是用于说明图4中所示的像素电路的驱动方法的时序图。
图7A是示意性地图示了根据本发明的第二实施例的摄像器件(读出像素)的像素电路的构造的图。
图7B是示意性地图示了图7A中所示的摄像器件的非读出像素的像素电路的构造的图。
图8是用于说明图7A和图7B中所示的各个像素电路的驱动方法的时序图。
图9是示意性地图示了图7A中所示的像素电路的另一示例(变形例1)的图。
图10是示意性地图示了图7A和图7B中所示的每个像素电路的另一示例(变形例2)的图。
图11A是示意性地图示了根据本发明的第三实施例的摄像器件(读出像素)的像素电路的构造的图。
图11B是示意性地图示了图11A中所示的摄像器件的非读出像素的像素电路的构造的图。
图12是用于说明图11A和图11B中所示的各个像素电路的驱动方法的时序图。
图13是示意性地图示了图11A和图11B中所示的每个像素电路的另一示例的图。
图14A是示意性地图示了根据本发明的第四实施例的摄像器件(读出像素)的像素电路的构造的图。
图14B是示意性地图示了图14A中所示的摄像器件的非读出像素的像素电路的构造的图。
图15是用于说明图14A和图14B中所示的各个像素电路的驱动方法的时序图。
图16A是图2中所示的读出像素和非读出像素的布置的另一示例(1)的平面示意图。
图16B是图2中所示的读出像素和非读出像素的布置的另一示例(2)的平面示意图。
图17是图2中所示的读出像素和非读出像素的布置的另一示例(3)的平面示意图。
图18是与图17中所示的读出像素和非读出像素连接的控制线的示例的平面示意图。
图19是示意性地图示了图4中所示的每个像素电路的构造的另一示例的图。
图20是示意性地图示了图7A和图7B中所示的每个像素电路的构造的图。
图21A是图2中所示的读出像素和非读出像素的布置的另一示例(4)的平面示意图。
图21B是图2中所示的读出像素和非读出像素的布置的另一示例(5)的平面示意图。
图22是图示了包括图1等中所示的摄像器件的摄像装置(电子设备)的示例的功能框图。
图23是示出了体内信息获取系统的示意性构造的示例的框图。
图24是示出了内窥镜手术系统的示意性构造的示例的图。
图25是示出了摄像头和相机控制单元(CCU：Camera Control Unit)的功能构造的示例的框图。
图26是示出了车辆控制系统的示意性构造的示例的框图。
图27是辅助说明车外信息检测部和摄像部的安装位置的示例的图。
具体实施方式
在下文中，参照附图详细地描述本发明的一些实施例。需要注意，按照以下顺序进行描述。
1.第一实施例(包括与复位晶体管串联连接的电位生成器的固体摄像器件的示例)
2.第二实施例(包括与复位晶体管并联连接的电位生成器的固体摄像器件的示例)
3.变形例1(包括用于切换电容的晶体管的示例)
4.变形例2(包括全局快门功能的示例)
5.第三实施例(包括与第一电荷累积部(FD)串联连接的电位生成器的固体摄像器件的示例)
6.第四实施例(包括具有传输晶体管和第二电荷累积部的电位生成器的固体摄像器件的示例)
7.变形例3(读出像素和非读出像素的布置示例)
8.适用例(电子设备的示例)
9.实际应用例
[1.第一实施例]
[摄像器件1的构造]
图1示意性地图示了根据本发明实施例的固体摄像器件(摄像器件1)的功能构造的示例。摄像器件1例如是红外图像传感器，并且对例如800nm以上的波长的光也具有灵敏度。摄像器件1设置有例如四边形像素区域10P和位于像素区域10P外部的像素外区域10B。像素外区域10B设置有用于驱动像素区域10P的***电路。
摄像器件1的像素区域10P设置有例如二维地布置的多个光接收单元区域(像素P)。设置在像素外区域10B中的***电路包括例如行扫描器201、水平选择器203、列扫描器204和系统控制器202。
图2图示了像素区域10P的更具体构造。设置在像素区域10P中的像素P包括读出像素Pr和非读出像素Pn。例如，读出像素Pr和非读出像素Pn是针对每个像素行设置的，并且交替地设置布置有读出像素Pr的各行和布置有非读出像素Pn的各行。如稍后将描述的，通过布置在同一像素列中的相邻读出像素Pr的像素电路(稍后描述的像素电路20Pr)来读出在非读出像素Pn中生成的信号电荷。也就是说，在图2所示的示例中，将两个像素P的信号电荷相加。
图3图示了用于选择读出像素Pr和非读出像素Pn的控制线Lps。例如，控制线Lps分别沿着每个像素行的行方向(图3中的X方向)延伸。换言之，控制线Lps与每个像素行的像素P(读出像素Pr、非读出像素Pn)连线。
此外，例如，像素驱动线Lread(例如，行选择线和复位控制线)与每个像素行的像素P连线，并且垂直信号线Lsig与每个像素列的像素P连线(图1)。像素驱动线Lread传输用于从像素P读取信号的驱动信号。像素驱动线Lread的一端被连接到行扫描器201的与各行对应的输出端子。
行扫描器201是包括移位寄存器、地址解码器等的像素驱动器，并且例如以行为单位驱动像素区域10P的每个像素P。从被行扫描器201选择并扫描的像素行的每个像素P输出的信号通过每条垂直信号线Lsig被供应到水平选择器203。水平选择器203包括针对每条垂直信号线Lsig设置的放大器、水平选择开关等。
列扫描器204包括移位寄存器、地址解码器等，并且在扫描的同时顺序驱动水平选择器203的水平选择开关。通过列扫描器204的这种选择性扫描，通过相应的垂直信号线Lsig传输的各个像素的信号被顺序输出到水平信号线205，并通过水平信号线205被输入到未图示的信号处理器等。
系统控制器202接收从外部提供的时钟或指示操作模式的数据等，并输出诸如摄像器件1的内部信息等的数据。此外，系统控制器202包括用于生成各种时序信号的时序发生器，并基于由时序发生器生成的各种时序信号执行行扫描器201、水平选择器203和列扫描器204的驱动控制。
在下文中，将描述摄像器件1的读出像素Pr和非读出像素Pn的具体构造。
图4图示了摄像器件1的像素区域10P以及读出像素Pr的像素电路20Pr和非读出像素Pn的像素电路20Pn的示意性截面构造。摄像器件1具有例如半导体基板和电路板20的堆叠结构，该半导体基板具有光电转换器10，电路板20具有像素电路20Pr和20Pn。光电转换器10例如针对每个像素P对诸如具有在红外区域中的波长的光等的入射光进行光电转换，并且从更靠近电路板20的位置开始依次包括第一电极11、第一半导体层12、光电转换膜13、第二半导体层14和第二电极15。设置在电路板20上的像素电路20Pr和20Pn分别是用于读出在光电转换器10中生成的信号电荷的电路(ROIC：Readout Integrated Circuit，读出集成电路)，并且分别被连接到每个像素P的光电转换器10的第一电极11。像素电路20Pr和20Pn分别经由例如凸块电极17EB和接触电极17EC而被连接到第一电极11。第一电极11被设置在钝化膜16中，并且凸块电极17EB和接触电极17EC被设置在层间绝缘膜17中。
层间绝缘膜17例如被设置成与电路板20接触。在层间绝缘膜17中，凸块电极17EB和接触电极17EC是针对每个像素P设置的。接触电极17EC和凸块电极17EB是从更靠近电路板20的位置开始依次被设置的。第一电极11和凸块电极17EB彼此接触，并且凸块电极17EB和接触电极17EC彼此接触。以这种方式，光电转换器10和电路板20被凸块接合(bump-bonded)。代替凸块接合，光电转换器10和电路板20可以彼此Cu-Cu接合。层间绝缘膜17例如包括无机绝缘材料。无机绝缘材料的示例包括氮化硅(SiN)、氧化铝(Al2O3)、氧化硅(SiO2)和氧化铪(HfO2)等。
钝化膜16例如被设置在层间绝缘膜17和第一半导体层12之间。在钝化膜16中，第一电极11是针对每个像素P设置的。第一电极11的一部分可以被设置在层间绝缘膜17中。钝化膜16例如包括无机绝缘材料。无机绝缘材料的示例包括氮化硅(SiN)、氧化铝(Al2O3)、氧化硅(SiO2)和氧化铪(HfO2)。钝化膜16可以包括与层间绝缘膜17相同的无机绝缘材料。
第一电极11经由第一半导体层12被电气连接到光电转换膜13。第一电极11是被供应用于读出在光电转换膜13中生成的信号电荷(空穴或电子，在下文中，为了方便，在信号电荷为空穴的假设下进行描述)的电压的电极，并且第一电极11是针对每个像素P单独设置的。第一电极11的一端与第一半导体层12接触，并且第一电极11经由第一半导体层12被电气连接到光电转换膜13。第一电极11的另一端与凸块电极17EB接触。彼此相邻的第一电极11被钝化膜16电气隔离。
第一电极11包括例如钛(Ti)、钨(W)、氮化钛(TiN)、铂(Pt)、金(Au)、钯(Pd)、锌(Zn)、镍(Ni)和铝(Al)中的任一者，或者包括含有上述材料中的至少一者的合金。第一电极11可以是这种材料的单层膜，或者也可以是将两种以上的材料组合的堆叠膜。例如，第一电极11被构造为钛和钨的堆叠膜。
设置在钝化膜16和光电转换膜13之间的第一半导体层12例如被设置成所有像素P共有。第一半导体层12将彼此相邻的像素P电气隔离，并且第一半导体层12设置有例如多个扩散区域12A。可以通过第一半导体层12来抑制暗电流，第一半导体层12包括带隙大于光电转换膜13所包括的化合物半导体材料的带隙的化合物半导体材料。例如，第一半导体层12可以包括n型InP(磷化铟)。
设置在第一半导体层12中的扩散区域12A彼此间隔开。扩散区域12A是针对每个像素P设置的，并且第一电极11被连接到每个扩散区域12A。扩散区域12A针对每个像素P读出在光电转换膜13中生成的信号电荷，并且包括例如p型杂质。作为p型杂质，可以举出Zn(锌)等。以这种方式，在扩散区域12A和除扩散区域12A以外的第一半导体层12之间形成p-n结界面，并且将彼此相邻的像素P电气隔离。扩散区域12A被设置在例如第一半导体层12的厚度方向上，并且还被设置在光电转换膜13的厚度方向的一部分中。
设置在第一半导体层12和第二半导体层14之间的光电转换膜13例如被设置成跨越所有像素P。换言之，光电转换膜13被设置成所有像素P共有。光电转换膜13吸收预定波长的光以生成信号电荷，并且例如包括诸如III-V族半导体等的化合物半导体材料。光电转换膜13所包括的化合物半导体材料的示例包括InGaAs(砷化铟镓)、InAsSb(砷化铟锑)、GaAsSb(砷化镓锑)、InAs(砷化铟)、InSb(铟锑)和HgCdTe(汞镉碲)等。光电转换膜13可以包括Ge(锗)。光电转换膜13可以包括具有II型结构的半导体材料。在光电转换膜13中，例如，对具有从可见光区域到短红外区域的波长的光执行光电转换。
例如，第二半导体层14被设置成所有像素P共有。第二半导体层14被设置在光电转换膜13和第二电极15之间并且与二者接触。第二半导体层14是如下的区域：从第二电极15排出的电荷移动通过该区域，并且第二半导体层14包括例如含有n型杂质的化合物半导体。例如，第二半导体层14可以包括n型InP(磷化铟)。
第二电极15和第一电极11彼此相对，第二半导体层14、光电转换膜13和第一半导体层12***在第二电极15和第一电极11之间。例如，第二电极15作为像素P共有的电极而被设置在第二半导体层14上(光入射侧)，以与第二半导体层14接触。第二电极15(阴极)用于排出在光电转换膜13中生成的电荷之中的未被用作信号电荷的电荷。例如，在从第一电极11读出空穴作为信号电荷的情况下，电子通过第二电极15被排出。例如，将预定电位V15施加到第二电极15。第二电极15包括例如能够透射诸如红外线等的入射光的导电膜。第二电极15可以包括例如ITO(氧化铟锡)或ITiO(In2O3-TiO2)。第二电极15可以包括InP(磷化铟)。
设置在电路板20上的读出像素Pr的像素电路20Pr和非读出像素Pn的像素电路20Pn具有例如相同的构造。像素电路20Pr和20Pn分别包括例如FD(浮动扩散部)21(第一电荷累积部)、复位晶体管(RST)22、电位生成器23、放大晶体管(AMP)24和选择晶体管(SEL)25，FD 21被连接到光电转换器10。在本实施例中，在FD 21中累积在光电转换器10中生成的信号电荷的时段(稍后描述的图6中的累积时段T10)期间，像素P之中的一个或多个像素(非读出像素Pn)的像素电路20Pn中的复位晶体管22均导通，并且电位VPD从电位生成器23施加到第一电极11。相比之下，在读出像素Pr的像素电路20Pr中，复位晶体管22处于截止状态。例如，通过复位晶体管22的操作中的这种差异，将读出像素Pr和非读出像素Pn彼此区分开。
在FD 21中，累积在光电转换器10(光电转换膜13)中生成的信号电荷。FD 21与光电转换器10的第一电极11一起被连接到复位晶体管22的源极和放大晶体管24的栅极。
当复位晶体管22导通时，复位晶体管22将复位电位VRST施加到FD 21。施加有复位电位VRST的FD 21变为初始状态(复位状态)。在此，复位晶体管22的漏极被连接到电位生成器23。在非读出像素Pn中，在FD 21中累积在光电转换器10中生成的信号电荷的时段期间，复位晶体管22处于导通状态，并且电位生成器23将电位VPD施加到第一电极11。复位晶体管22的栅极被连接到控制线Lps(图3)，并且复位晶体管22的导通和截止由控制线Lps控制。
电位生成器23经由复位晶体管22被连接到光电转换器10(第一电极11)。与复位晶体管22的漏极串联连接的电位生成器23生成复位电位VRST和不同于复位电位VRST的预定电位VPD。电位VPD例如是与施加到光电转换器10的第二电极15的电位V15大致相同的电位(电位VPD≈电位V15)。电位VPD经由处于导通状态的复位晶体管22被施加到第一电极11，这使得第一电极11和第二电极15之间的电位差近似为零(0)。当将电位VPD施加到第一电极11时的第一电极11和第二电极15之间的电位差小于当将复位电位VRST施加到第一电极11时的第一电极11和第二电极15之间的电位差(|VPD-V15|<|VRST-V15|)。
放大晶体管24的栅极被连接到FD 21，放大晶体管24的漏极被连接到电源电压VDD，并且放大晶体管24的源极被连接到选择晶体管25的漏极。放大晶体管24构成源极跟随器电路，该源极跟随器电路具有经由垂直信号线Lsig连接的用作恒流源的负载金属氧化物半导体(MOS：Metal Oxide Semiconductor)。与FD 21的电位对应的像素信号将经由选择晶体管25从放大晶体管24被输出到水平选择器203。
选择晶体管25的源极被连接到垂直信号线Lsig。当选择晶体管25导通时，已经导通的像素P的像素信号经由垂直信号线Lsig被输出到水平选择器203。
[摄像器件1的操作]
将参照图5描述摄像器件1的操作。在摄像器件1中，当光(例如，具有红外区域中的波长的光)经由第二电极15和第二半导体层14进入光电转换膜13时，光在光电转换膜13中被吸收。这导致将在每个像素P的光电转换膜13中生成(光电转换)空穴和电子对。此时，在读出像素Pr中，例如，当将预定电位(例如，复位电位VRST)施加到第一电极11时，在第一电极11和第二电极15之间生成电位梯度，并且所生成的电荷之中的一种电荷(例如，空穴)作为信号电荷移动至扩散区域12A并从扩散区域12A被收集到每个像素P的第一电极11。
相比之下，在非读出像素Pn中，将电位VPD施加到第一电极11，并且第一电极11和第二电极15之间的电位差基本变为零。因此，在非读出像素Pn的光电转换膜13中生成的信号电荷移动到附近的读出像素Pr的扩散区域12A。从非读出像素Pn移动到读出像素Pr的信号电荷和读出像素Pr中生成的信号电荷相加并由读出像素Pr的像素电路20Pr读出。
图6是在读出像素Pr的FD 21中累积信号电荷的时段(累积时段T10)期间的复位晶体管22、选择晶体管25和电位生成器23的时序图。
首先，在像素电路20Pr和20Pn中各者的电位生成器23中，生成复位电位VRST。在读出像素Pr的像素电路20Pr中，复位晶体管22导通。这使得FD 21的电位变为复位电位VRST，并且使得FD 21变为初始状态。此后，像素电路20Pr的复位晶体管22变为截止状态。相比之下，在非读出像素Pn的像素电路20Pn中，在复位晶体管22导通之后保持导通状态。
随后，像素电路20Pr和20Pn中各者的电位生成器23生成电位VPD。此后，在读出像素Pr的像素电路20Pr中，选择晶体管25在时刻t1导通，然后在时刻t2截止。从时刻t2起，信号电荷的累积时段T10开始。在累积时段T10期间，在像素电路20Pr中，保持复位晶体管22的截止状态。相比之下，在非读出像素Pn的像素电路20Pn中，在时刻t1和时刻t2，保持复位晶体管22的导通状态和选择晶体管25的截止状态。这使得电位VPD在累积时段T10期间被施加到非读出像素Pn的第一电极11。
在经过累积时段T10之后，在读出像素Pr的像素电路20Pr中，选择晶体管25在时刻t3导通。这使得像素电路20Pr的FD 21的电位经由垂直信号线Lsig被输出到水平选择器203，并且累积时段T10终止(时刻t3)。此后，在时刻t4，像素电路20Pr的选择晶体管25截止。相比之下，在非读出像素Pn的像素电路20Pn中，在时刻t3和时刻t4，保持选择晶体管25的截止状态。在时刻t4之后，在像素电路20Pn中，复位晶体管22截止。在像素电路20Pn的复位晶体管22截止之后，像素电路20Pr和20Pn中各者的电位生成器23生成复位电位VRST。
[摄像器件1的作用和效果]
在根据本实施例的摄像器件1中，电位生成器23被设置在非读出像素Pn的像素电路20Pn中；因此，由电位生成器23生成的电位VPD在累积时段T10内被施加到非读出像素Pn的第一电极11。这使得在非读出像素Pn中，第一电极11和第二电极15之间的电位差减小，并且使得在非读出像素Pn中生成的信号电荷移动到附近的读出像素Pr的扩散区域12A。因此，读出像素Pr的像素电路20Pr将在读出像素Pr中生成的信号电荷和在非读出像素Pn中生成的信号电荷相加并读出。
作为多个像素的信号电荷的相加方法，可以考虑在读出像素信号之后在外部执行相加的方法。然而，在这种方法中，读出噪声也会相加。此外，还可以考虑使用垂直信号线的方法或使用针对多个像素共同设置的FD的方法。然而，这些方法在非读出像素和读出像素的布置上不太灵活。此外，在使用针对多个像素共同设置的FD的方法中，光电转换的转换效率可能降低。
在摄像器件中，还可以想到设置累积部，其与FD分开地累积用于相加的信号电荷。然而，该方法在非读出像素和读出像素的布置上也不太灵活。此外，相加的像素数量的增加会使布局复杂。此外，也可能发生由于耦合而产生的噪声。
相比之下，在本实施例中，非读出像素Pn的信号电荷移动到读出像素Pr的扩散区域12A，并且信号电荷在光电转换器10中相加。因此，噪声不太可能相加。此外，读出像素Pr和非读出像素Pn的布置可以通过控制线Lps调节，并且读出像素Pr和非读出像素Pn的布置可以自由设定。例如，通过在行方向和列方向上设置控制线Lps(参见稍后描述的图17等)，可以在两个方向(行方向和列方向)上自由地布置读出像素Pr和非读出像素Pn。此外，相加的像素P的数量也可以自由调节。此外，对于摄像器件1，不需要用于累积信号电荷以相加的累积部，并且可以保持光电转换的转换效率。此外，也可以抑制由于耦合而产生的噪声的发生。
如上所述，在本实施例中，由于在非读出像素Pn的像素电路20Pn中设置有用于生成电位VPD的电位生成器23，因此，在读出像素Pr的像素电路20Pr中读出在非读出像素Pn中生成的信号电荷以及在读出像素Pr中生成的信号电荷。因此，可以将多个像素P的信号电荷相加。
此外，在摄像器件1中，仅从读出像素Pr读出信号电荷，而不从非读出像素Pn读出信号电荷；因此，可以高速地执行读出。
在下文中，将描述其他实施例和变形例，并且在以下描述中，与上述第一实施例的部件相同的部件将由相同的附图标记表示，并且将适当地省略其描述。
[第二实施例]
图7A和图7B分别图示了根据第二实施例的摄像器件(摄像器件1A)的像素电路20Pr的电路构造和像素电路20Pn的电路构造。像素电路20Pr和20Pn在光电转换器10(第一电极11)和复位晶体管22之间分别具有与复位晶体管22并联连接的电位生成器(电位生成器23A)。除此之外，根据第二实施例的摄像器件1A具有与第一实施例的摄像器件1相同的构造，并且其作用和效果也是相同的。
读出像素Pr的像素电路20Pr和非读出像素Pn的像素电路20Pn具有例如相同的构造。像素电路20Pr和20Pn中各者的电位生成器23A包括晶体管26(第一晶体管)，晶体管26的漏极被连接到电位VPD。经由处于导通状态的晶体管26将电位VPD施加到第一电极11，这使得第一电极11和第二电极15之间的电位差近似为零(0)。在本实施例中，在FD 21中累积在光电转换器10中生成的信号电荷的时段(稍后描述的图8中的累积时段T10)期间，在非读出像素Pn的像素电路20Pn中，晶体管26导通，并且电位VPD从电位生成器23A施加到第一电极11。相比之下，在读出像素Pr的像素电路20Pr中，晶体管26截止。通过晶体管26的操作中的这种差异，将读出像素Pr和非读出像素Pn彼此区分开。
晶体管26的源极被连接到FD 21、复位晶体管22的源极和放大晶体管24的栅极。晶体管26的栅极被连接到控制线Lps(图3)，并且晶体管26的导通和截止由控制线Lps控制。晶体管26可以在除累积时段T10以外的时段期间用作溢出晶体管。晶体管26包括例如薄膜晶体管。
复位晶体管22在晶体管26的源极和放大晶体管24的栅极之间与晶体管26并联连接。复位晶体管22的漏极被连接到复位电位VRST。
图8是在读出像素Pr的FD 21中累积信号电荷的时段(累积时段T10)期间的复位晶体管22、选择晶体管25和晶体管26(电位生成器23A)的时序图。
首先，在读出像素Pr的像素电路20Pr中，复位晶体管22导通。这使得FD 21的电位变为复位电位VRST，并且使得FD 21变为初始状态。此后，像素电路20Pr的复位晶体管22变为截止状态。在这段时间内，保持像素电路20Pr的晶体管26的截止状态。相比之下，在非读出像素Pn的像素电路20Pn中，保持复位晶体管22的截止状态和晶体管26的导通状态。
此后，在读出像素Pr的像素电路20Pr中，选择晶体管25在时刻t1导通，然后在时刻t2截止。从时刻t2起，信号电荷的累积时段T10开始。在累积时段T10期间，在像素电路20Pr中，保持复位晶体管22的截止状态、选择晶体管25的截止状态和晶体管26的截止状态。相比之下，在非读出像素Pn的像素电路20Pn中，在时刻t1和时刻t2，保持复位晶体管22的截止状态、选择晶体管25的截止状态和晶体管26的导通状态。这使得在累积时段T10期间，电位VPD经由晶体管26被施加到非读出像素Pn的第一电极11。
在经过累积时段T10之后，在读出像素Pr的像素电路20Pr中，选择晶体管25在时刻t3导通。这使得像素电路20Pr的FD 21的电位经由垂直信号线Lsig被输出到水平选择器203，并且累积时段T10终止(时刻t3)。此后，在时刻t4，像素电路20Pr的选择晶体管25截止。相比之下，在非读出像素Pn的像素电路20Pn中，在时刻t3和时刻t4，保持复位晶体管22的截止状态、选择晶体管25的截止状态和晶体管26的导通状态。
在这种摄像器件1A中，以如上述摄像器件1中描述的类似方式，电位生成器23A被设置在非读出像素Pn的像素电路20Pn中，这使得在非读出像素Pn中，第一电极11和第二电极15之间的电位差减小，并且使得在非读出像素Pn中生成的信号电荷移动到附近的读出像素Pr的扩散区域12A。因此，读出像素Pr的像素电路20Pr将在读出像素Pr中生成的信号电荷和在非读出像素Pn中生成的信号电荷相加并读出。
[变形例1]
在上述的第二实施例中，虽然读出像素Pr的像素电路20Pr和非读出像素Pn的像素电路20Pn具有相同的构造，但是也可以具有彼此不同的构造。
例如，当读出像素Pr和非读出像素Pn的布置固定时，可以省略读出像素Pr的像素电路20Pr的电位生成器23A(晶体管26)。
图9图示了没有电位生成器23A(晶体管26)的像素电路20Pr的构造示例。以这种方式，代替电位生成器23A，像素电路20Pr可以包括用于切换电容的晶体管27(第三晶体管)和附加电容元件28。
晶体管27切换FD 21的电容。例如，晶体管27在光电转换器10和复位晶体管22之间与复位晶体管22并联连接。晶体管27的源极被连接到FD 21，并且晶体管27的漏极被连接到附加电容元件28的一端。附加电容元件28的另一端被连接到例如接地电位(GND)。
当晶体管27变为导通状态时，附加电容元件28被连接到FD 21，并且FD 21变为能够累积大量信号电荷的状态(高电容选择状态)。当晶体管27变为截止状态时，FD 21和附加电容元件28断开连接，并且FD 21变为能够累积少量信号电荷的状态(低电容选择状态)。以这种方式，当将多个像素P的信号电荷相加时，可以切换动态范围。
[变形例2]
图10图示了根据第二实施例的变形例(变形例2)的像素电路20Pr和20Pn中各者的电路构造的示例。像素电路20Pr和20Pn分别包括电荷累积部31和传输晶体管32，电荷累积部31被连接到光电转换器10，传输晶体管32被布置在电荷累积部31和FD 21之间。以这种方式，在像素电路20Pr和20Pn中的各者中设置电荷累积部31和传输晶体管32，从而实现具有全局快门功能的摄像器件1A。
电荷累积部31的一端被连接到光电转换器10(第一电极11)和传输晶体管32的源极。电荷累积部31是暂时保持由光电转换器10生成的信号电荷的电荷保持部。
传输晶体管32的漏极被连接到FD 21。当传输晶体管32导通时，曾经保持在电荷累积部31中的信号电荷被读出并传输到FD 21。例如，电位生成器23A(晶体管26)被布置在电荷累积部31和传输晶体管32之间。
[第三实施例]
图11A和图11B分别图示了根据第三实施例的摄像器件(摄像器件1B)的像素电路20Pr的电路构造和像素电路20Pn的电路构造。像素电路20Pr和20Pn在光电转换器10(第一电极11)和FD 21之间分别具有与光电转换器10串联连接的电位生成器(电位生成器23B)。除此之外，根据第三实施例的摄像器件1B具有与第一实施例的摄像器件1相同的构造，并且其作用和效果也是相同的。
读出像素Pr的像素电路20Pr和非读出像素Pn的像素电路20Pn具有例如相同的构造。像素电路20Pr和20Pn中各者的电位生成器23B包括晶体管29(第一晶体管)。在本实施例中，在FD 21中累积在光电转换器10中生成的信号电荷的时段(稍后描述的图12中的累积时段T10)期间，在非读出像素Pn的像素电路20Pn中，晶体管29截止并且光电转换器10和FD 21断开连接。这使得第一电极11和第二电极15之间的电位差近似为零(0)。相比之下，在读出像素Pr的像素电路20Pr中，晶体管29变为导通状态，并且光电转换器10和FD 21彼此连接。通过晶体管29的操作中的这种差异，将读出像素Pr和非读出像素Pn彼此区分开。
例如，晶体管29的漏极被连接到光电转换器10，并且晶体管29的源极被连接到FD21。晶体管29的栅极被连接到控制线Lps(图3)，并且晶体管29的导通和截止由控制线Lps控制。晶体管29包括例如薄膜晶体管。
复位晶体管22被布置在晶体管29的源极和放大晶体管24的栅极之间。复位晶体管22的漏极被连接到复位电位VRST。
图12是在读出像素Pr的FD 21中累积信号电荷的时段(累积时段T10)期间的复位晶体管22、选择晶体管25和晶体管29(电位生成器23B)的时序图。
首先，在读出像素Pr的像素电路20Pr中，复位晶体管22导通。这使得FD 21的电位变为复位电位VRST，并且使得FD 21变为初始状态。此后，像素电路20Pr的复位晶体管22变为截止状态。在这段时间内，保持像素电路20Pr的晶体管29的导通状态。相比之下，在非读出像素Pn的像素电路20Pn中，保持复位晶体管22的截止状态和晶体管29的截止状态。
此后，在读出像素Pr的像素电路20Pr中，选择晶体管25在时刻t1导通，然后在时刻t2截止。从时刻t2起，信号电荷的累积时段T10开始。在累积时段T10期间，在像素电路20Pr中，保持复位晶体管22的截止状态、选择晶体管25的截止状态和晶体管29的导通状态。相比之下，在非读出像素Pn的像素电路20Pn中，在时刻t1和时刻t2并且在累积时段T10期间，保持复位晶体管22的截止状态、选择晶体管25的截止状态和晶体管29的截止状态。这使得在累积时段T10期间，非读出像素Pn的第一电极11的电位与第二电极15的电位大致相同。换言之，电位VPD被施加到非读出像素Pn的第一电极11。
在经过累积时段T10之后，在读出像素Pr的像素电路20Pr中，选择晶体管25在时刻t3导通。这使得像素电路20Pr的FD 21的电位经由垂直信号线Lsig被输出到水平选择器203，并且累积时段T10终止(时刻t3)。此后，在时刻t4，像素电路20Pr的选择晶体管25截止。相比之下，在非读出像素Pn的像素电路20Pn中，在时刻t3和时刻t4，保持复位晶体管22的截止状态、选择晶体管25的截止状态和晶体管29的截止状态。
在这种摄像器件1B中，以如上述摄像器件1中描述的类似方式，电位生成器23B被设置在非读出像素Pn的像素电路20Pn中，这使得在非读出像素Pn中，第一电极11和第二电极15之间的电位差减小，并且使得在非读出像素Pn中生成的信号电荷移动到附近的读出像素Pr的扩散区域12A。因此，读出像素Pr的像素电路20Pr将在读出像素Pr中生成的信号电荷和在非读出像素Pn中生成的信号电荷相加并读出。
如上述变形例1中描述，读出像素Pr的像素电路20Pr和非读出像素Pn的像素电路20Pn可以具有彼此不同的构造。
例如，当读出像素Pr和非读出像素Pn的布置固定时，可以省略读出像素Pr的像素电路20Pr的电位生成器23B(晶体管29)。代替电位生成器23B，像素电路20Pr可以包括用于切换电容的晶体管27和附加电容元件28。
图13图示了上述第三实施例中描述的像素电路20Pr和20Pn的另一示例。如上述变形例2中描述，像素电路20Pr和20Pn分别包括电荷累积部31、电荷累积部31和传输晶体管32。以这种方式，在像素电路20Pr和20Pn中的各者中设置电荷累积部31和传输晶体管32，从而实现具有全局快门功能的摄像器件1B。电荷累积部31经由电位生成器23B(晶体管29)被连接到光电转换器10。
[第四实施例]
图14A和图14B分别图示了根据第四实施例的摄像器件(摄像器件1C)的像素电路20Pr的电路构造和像素电路20Pn的电路构造。摄像器件1C是具有全局快门功能的摄像器件，并且像素电路20Pr和20Pn中各者的电位生成器(电位生成器23C)包括针对每个像素P设置的电荷累积部31(第二电荷累积部)以及设置在电荷累积部31和FD 21之间的传输晶体管32(第二晶体管)。除此之外，根据第四实施例的摄像器件1C具有与第一实施例的摄像器件1相同的构造，并且其作用和效果也是相同的。
读出像素Pr的像素电路20Pr和非读出像素Pn的像素电路20Pn具有例如相同的构造。在本实施例中，在FD 21中累积在光电转换器10中生成的信号电荷的时段(稍后描述的图15中的累积时段T10)期间，在非读出像素Pn的像素电路20Pn中，传输晶体管32变为截止状态，并且电荷累积部31和FD 21断开连接。这使得第一电极11和第二电极15之间的电位差因为信号电荷在电荷累积部31中累积而近似为零(0)。相比之下，在读出像素Pr的像素电路20Pr中，传输晶体管32被正常驱动，并且信号电荷在累积时段T10内从电荷累积部31被传输到FD 21。通过传输晶体管32的操作中的这种差异，将读出像素Pr和非读出像素Pn彼此区分开。
电荷累积部31被设置在光电转换器10(第一电极11)和FD 21之间。如上述变形例2中描述，电荷累积部31的一端被连接到光电转换器10(第一电极11)和传输晶体管32的源极。传输晶体管32的漏极被连接到FD 21。
复位晶体管22的源极被连接到传输晶体管32的漏极、FD 21和放大晶体管24的栅极。复位晶体管22的漏极被连接到复位电位VRST。
图15是在读出像素Pr的FD 21中累积信号电荷的时段(累积时段T10)期间的复位晶体管22、选择晶体管25和传输晶体管32的时序图。
首先，在读出像素Pr的像素电路20Pr中，复位晶体管22和传输晶体管32同时导通。这使得FD 21和电荷累积部31各自的电位变为复位电位VRST，并且使得FD 21和电荷累积部31变为初始状态。此后，在时刻t5，像素电路20Pr的复位晶体管22和传输晶体管32同时变为截止状态。从时刻t5起，信号电荷的累积时段T10开始。此后，在读出像素Pr的像素电路20Pr中，选择晶体管25在时刻t6导通，然后在时刻t7截止。相比之下，在非读出像素Pn的像素电路20Pn中，在从时刻t5至时刻t7的时段期间，保持复位晶体管22的截止状态、选择晶体管25的截止状态和传输晶体管32的截止状态。
就在累积时段T10结束之前，像素电路20Pr中的传输晶体管32导通。这使得像素电路20Pr的电荷累积部31的电位经由传输晶体管32被输出到FD 21。此后，在时刻t8，传输晶体管32截止并且选择晶体管25导通。这使得像素电路20Pr的FD 21的电位经由垂直信号线Lsig被输出到水平选择器203，并且累积时段T10终止(时刻t8)。此后，在时刻t9，像素电路20Pr的选择晶体管25截止。
相比之下，在非读出像素Pn的像素电路20Pn中，在累积时段T10内并在经过累积时段T10之后，保持复位晶体管22的截止状态、选择晶体管25的截止状态和传输晶体管32的截止状态。这使得在累积时段T10期间，非读出像素Pn的第一电极11的电位与第二电极15的电位大致相同。换言之，电位VPD被施加到非读出像素Pn的第一电极11。
在这种摄像器件1C中，以如上述摄像器件1中描述的类似方式，电位生成器23C被设置在非读出像素Pn的像素电路20Pn中，这使得在非读出像素Pn中，第一电极11和第二电极15之间的电位差减小，并且使得在非读出像素Pn中生成的信号电荷移动到附近的读出像素Pr的扩散区域12A。因此，读出像素Pr的像素电路20Pr将在读出像素Pr中生成的信号电荷和在非读出像素Pn中生成的信号电荷相加并读出。
[变形例3]
在上述的图2中，读出像素Pr和非读出像素Pn以这样的方式被布置：布置有读出像素Pr的各像素P行和布置有非读出像素Pn的各像素P行交替地设置。然而，可以自由地布置读出像素Pr和非读出像素Pn。例如，尽管未图示，但是读出像素Pr和非读出像素Pn可以以这样的方式被布置：布置有读出像素Pr的各像素P列和布置有非读出像素Pn的各像素P列交替地设置。
例如，如图16A和图16B所示，可以每隔两个或三个像素P行设置读出像素Pr行。在这种情况下，将在列方向上彼此相邻的三个或四个像素P的信号电荷相加。可以每隔四个或更多个像素P行设置读出像素Pr行。可以每隔两个、三个、四个或更多个像素P列设置读出像素Pr行。
图17图示了读出像素Pr和非读出像素Pn的布置的示例。以这种方式，可以在2行×2列的像素P中设置一个读出像素Pr。在这种情况下，将四个像素P(2行×2列)的信号电荷相加。
图18图示了与图17中所示的读出像素Pr和非读出像素Pn连接的控制线(控制线Lps1和Lps2)的构造示例。摄像器件1、1A、1B和1C分别具有例如在行方向上延伸的多条控制线Lps1和在列方向上延伸的多条控制线Lps2。
图19和图20分别图示了分别设置在图17的读出像素Pr和非读出像素Pn中的像素电路20Pr和20Pn之中的各者的电路构造的示例。例如，第一实施例中描述的摄像器件1的像素电路20Pr和20Pn(参见图4)中的各者具有例如与控制线Lps1连接的复位晶体管22A和与控制线Lps2连接的复位晶体管22B(图19)。第二实施例中描述的摄像器件2的像素电路20Pr和20Pn(参见图7A和图7B)中的各者具有例如与控制线Lps1连接的晶体管26A和与控制线Lps2连接的晶体管26B(图20)。
如图21A和图21B所示，可以在3行×3列或4行×4列的像素P中设置一个读出像素Pr。可以在5行×5列或更多的像素P中设置一个读出像素Pr。例如，可以将布置在100μm×100μm的区域中的多个像素P的信号电荷相加。
[适用例]
可以将上述的摄像器件1、1A、1B和1C应用于各种类型的摄像装置(电子设备)，诸如能够对红外范围进行摄像的相机等。图22图示了电子设备3(相机)的示意性构造。电子设备3例如是能够拍摄静止图像或运动图像的相机，并且包括摄像器件1、1A、1B或1C、光学系统(光学透镜)310、快门装置311、驱动器313和信号处理器312，驱动器313驱动摄像器件1、1A、1B或1C并且驱动快门装置311。
光学系统310将来自被摄体的图像光(入射光)引导至摄像器件1、1A、1B或1C。光学系统310可以包括多个光学透镜。快门装置311控制摄像器件1、1A、1B或1C的光照射时段和遮光时段。驱动器313控制摄像器件1、1A、1B或1C的传输操作以及快门装置311的快门操作。信号处理器312对从摄像器件1、1A、1B或1C输出的信号执行各种信号处理。信号处理之后的图像信号Dout被存储在诸如存储器等的存储介质中或被输出到监视器等。
[体内信息获取系统的实际应用例]
此外，可以将根据本发明的技术(本技术)应用于各种产品。例如，可以将根据本发明的技术应用于内窥镜手术系统。
图23是示出了可以应用根据本发明实施例的技术(本技术)的使用胶囊式内窥镜的患者的体内信息获取系统的示意性构造的示例的框图。
体内信息获取系统10001包括胶囊式内窥镜10100和外部控制装置10200。
检查时，患者吞下胶囊式内窥镜10100。胶囊式内窥镜10100具有摄像功能和无线通信功能，并且在被患者自然排出之前的一段时间内，胶囊式内窥镜10100在通过蠕动运动在诸如胃或肠等的器官的内部移动的同时，以预定间隔顺序地拍摄该器官的内部图像(在下文中被称为体内图像)。然后，胶囊式内窥镜10100通过无线传输将体内图像的信息顺序地传输到体外的外部控制装置10200。
外部控制装置10200整体地控制体内信息获取系统10001的操作。此外，外部控制装置10200接收从胶囊式内窥镜10100传输到此的体内图像的信息，并且基于接收到的体内图像的信息产生用于将体内图像显示在显示装置(未示出)上的图像数据。
在体内信息获取系统10001中，在吞下胶囊式内窥镜10100之后直至将其排出为止的一段时间内，能够以这种方式随时获取对患者体内的状态进行摄像的体内图像。
下面，将更详细地描述胶囊式内窥镜10100和外部控制装置10200的构造和功能。
胶囊式内窥镜10100包括胶囊状外壳10101，并且在外壳10101中容纳着光源单元10111、摄像单元10112、图像处理单元10113、无线通信单元10114、馈电单元10115、电源单元10116和控制单元10117。
光源单元10111包括诸如发光二极管(LED)等的光源，并且将光照射在摄像单元10112的摄像视场上。
摄像单元10112包括摄像元件和设置在摄像元件前级处的包括多个透镜的光学系统。照射在作为观察目标的身体组织上的光的反射光(在下文中被称为观察光)由光学系统会聚，且被引入到摄像元件中。在摄像单元10112中，入射的观察光通过摄像元件被光电转换，由此产生与观察光对应的图像信号。摄像单元10112产生的图像信号被提供给图像处理单元10113。
图像处理单元10113包括诸如中央处理单元(CPU)或图形处理单元(GPU)等的处理器，并且对摄像单元10112产生的图像信号执行各种信号处理。因此，图像处理单元10113将已经执行了信号处理的图像信号作为RAW数据提供给无线通信单元10114。
无线通信单元10114对已经由图像处理单元10113执行了信号处理的图像信号执行诸如调制处理等的预定处理，并且通过天线10114A将所得的图像信号传输到外部控制装置10200。此外，无线通信单元10114通过天线10114A从外部控制装置10200接收与胶囊式内窥镜10100的驱动控制有关的控制信号。无线通信单元10114将从外部控制装置10200接收的控制信号提供给控制单元10117。
馈电单元10115包括用于电力接收的天线线圈、用于根据在天线线圈中产生的电流再生电力的电力再生电路和升压电路等。馈电单元10115使用非接触充电原理来产生电力。
电源单元10116包括二次电池，并且存储由馈电单元10115产生的电力。在图23中，为了避免复杂的图示，省略了指示电源单元10116的电力供应目的地的箭头标记等。然而，存储在电源单元10116中的电力被供应给光源单元10111、摄像单元10112、图像处理单元10113、无线通信单元10114和控制单元10117，并且可以用于驱动这些部件。
控制单元10117包括诸如CPU等的处理器，并且根据从外部控制装置10200传输到此的控制信号适当地控制光源单元10111、摄像单元10112、图像处理单元10113、无线通信单元10114和馈电单元10115的驱动。
外部控制装置10200包括诸如CPU或GPU等的处理器、或将处理器和诸如存储器等的存储元件混合并入的微型计算机或控制板等。外部控制装置10200通过天线10200A向胶囊式内窥镜10100的控制单元10117传输控制信号以控制胶囊式内窥镜10100的操作。在胶囊式内窥镜10100中，例如，可以根据来自外部控制装置10200的控制信号来改变光源单元10111对观察目标照射光的照射条件。此外，可以根据来自外部控制装置10200的控制信号来改变摄像条件(例如，摄像单元10112的帧频或曝光值等)。此外，可以根据来自外部控制装置10200的控制信号来改变图像处理单元10113的处理的内容或用于从无线通信单元10114传输图像信号的条件(例如，传输间隔或传输的图像数量等)。
此外，外部控制装置10200对从胶囊式内窥镜10100传输到此的图像信号执行各种图像处理，以产生用于在显示装置上显示所拍摄的体内图像的图像数据。作为图像处理，可以执行各种信号处理，诸如显影处理(去马赛克处理)、图像质量改善处理(带宽增强处理、超分辨率处理、降噪(NR：Noise reduction)处理和/或图像稳定处理等)和/或放大处理(电子变焦处理)等。外部控制装置10200控制显示装置的驱动，以使显示装置基于产生的图像数据来显示所拍摄的体内图像。可替代地，外部控制装置10200也可以控制记录装置(未示出)以记录产生的图像数据，或控制打印装置(未示出)以通过打印来输出产生的图像数据。
上面已经描述了可以应用根据本发明的技术的体内信息获取系统的示例。可以将根据本发明的技术应用于例如上述部件之中的摄像单元10112。这使得可以提高检测精度。
[内窥镜手术系统的实际应用例]
可以将根据本发明的技术(本技术)应用于各种产品。例如，可以将根据本发明的技术应用于内窥镜手术系统。
图24是示出了可以应用根据本发明实施例的技术(本技术)的内窥镜手术系统的示意性构造的示例的图。
在图24中，图示了外科医生(医师)11131正在使用内窥镜手术系统11000对病床11133上的患者11132进行手术的情况。如图所示，内窥镜手术系统11000包括内窥镜11100、诸如气腹管11111和能量装置11112等的其他手术工具11110、支撑内窥镜11100的支撑臂装置11120、以及安装有用于内窥镜手术的各种装置的推车11200。
内窥镜11100包括：镜筒11101，其具有要***到患者11132的体腔中的从远端起预定长度的区域；以及摄像头11102，其被连接到镜筒11101的近端。在图中所示的示例中，将内窥镜11100示出为包括具有硬型镜筒11101的刚性内窥镜。然而，内窥镜11100可以另外地包括具有柔型镜筒11101的柔性内窥镜。
镜筒11101在其远端处具有开口，在该开口中安装有物镜。光源装置11203被连接到内窥镜11100，使得由光源装置11203产生的光通过在镜筒11101内部延伸的光导件被引入到镜筒11101的远端，并且该光通过物镜朝向患者11132的体腔中的观察目标照射。需要注意，内窥镜11100可以是前视内窥镜，或者可以是斜视内窥镜或侧视内窥镜。
光学系统和摄像元件被设置在摄像头11102内部，使得来自观察目标的反射光(观察光)通过光学系统被会聚在摄像元件上。观察光被摄像元件光电转换，以产生与观察光对应的电信号，即，与观察图像对应的图像信号。该图像信号作为RAW数据被传输到CCU11201。
CCU 11201包括中央处理单元(CPU)或图形处理单元(GPU)等，并且整体地控制内窥镜11100和显示装置11202的操作。此外，CCU 11201从摄像头11102接收图像信号，并且对该图像信号执行诸如显影处理(去马赛克处理)等的各种图像处理以显示基于图像信号的图像。
在CCU 11201的控制下，显示装置11202在其上显示基于已经由CCU 11201执行了图像处理的图像信号的图像。
光源装置11203包括诸如发光二极管(LED)等的光源，并且在对手术区域进行摄像时向内窥镜11100供应照射光。
输入装置11204是内窥镜手术系统11000的输入接口。用户能够通过输入装置11204执行输入到内窥镜手术系统11000的各种信息或指令的输入。例如，用户可以输入指令等以改变内窥镜11100的摄像条件(照射光的类型、放大倍率或焦距等)。
治疗工具控制装置11205控制用于组织烧灼、组织切割或血管封闭等的能量装置11112的驱动。气腹装置11206通过气腹管11111将气体馈送到患者11132的体腔中以使体腔膨胀，以便保证内窥镜11100的视野和外科医生的工作空间。记录器11207是能够记录与手术有关的各种信息的装置。打印机11208是能够以诸如文本、图像或图形等的各种形式打印与手术有关的各种信息的装置。
需要注意，在对手术区域进行摄像时向内窥镜11100供应照射光的光源装置11203可以包括白色光源，白色光源包括例如LED、激光光源或二者的组合。在白色光源包括红色、绿色和蓝色(RGB)激光光源的组合的情况下，由于能够针对各种颜色(各种波长)高精度地控制输出强度和输出时序，因此光源装置11203能够执行拍摄图像的白平衡调节。此外，在这种情况下，如果来自各个RGB激光光源的激光束以时分的方式照射在观察目标上并且以与照射时序同步的方式控制摄像头11102的摄像元件的驱动，则也能够以时分的方式对分别与R、G和B颜色对应的图像进行拍摄。根据该方法，即使针对摄像元件没有设置滤色器，也能够获得彩色图像。
此外，可以控制光源装置11203，使得在每个预定时间改变待输出的光的强度。通过以与光强度的变化的时序同步的方式控制摄像头11102的摄像元件的驱动以便以时分的方式获取图像并且合成图像，能够产生没有曝光不足的遮挡阴影和曝光过度的高光的高动态范围图像。
此外，光源装置11203可以被构造成供应为特殊光观察准备的预定波段的光。在特殊光观察中，例如，通过利用身体组织中光吸收的波长依赖性来发射与普通观察时的照射光(即白光)相比的窄带光，能够执行以高对比度对诸如粘膜的表层部分的血管等的预定组织进行摄像的窄带观察(窄带摄像)。可替代地，在特殊光观察中，可以执行荧光观察，以根据通过激发光的照射而产生的荧光来获得图像。在荧光观察中，可以通过将激发光照射在身体组织上来执行来自身体组织的荧光的观察(自发荧光观察)，或者可以通过将诸如吲哚菁绿(ICG)等的试剂局部地注入到身体组织中并将与该试剂的荧光波长对应的激发光照射到该身体组织上来获得荧光图像。光源装置11203可以被构造成供应适合于如上所述的特殊光观察的这种窄带光和/或激发光。
图25是示出了图24中所示的摄像头11102和CCU 11201的功能构造的示例的框图。
摄像头11102包括透镜单元11401、摄像单元11402、驱动单元11403、通信单元11404和摄像头控制单元11405。CCU 11201包括通信单元11411、图像处理单元11412和控制单元11413。摄像头11102和CCU 11201通过传输电缆11400连接以彼此通信。
透镜单元11401是光学系统，其被设置在与镜筒11101的连接位置处。从镜筒11101的远端获取的观察光被引导到摄像头11102，并引入到透镜单元11401中。透镜单元11401包括多个透镜的组合，该多个透镜包括变焦透镜和聚焦透镜。
摄像单元11402包括的摄像元件的数量可以是一个(单板型)或多个(多板型)。在摄像单元11402被构造为多板型摄像单元的情况下，例如，摄像元件产生与相应的R、G和B对应的图像信号，并且可以合成图像信号以获得彩色图像。摄像单元11402还可以被构造成具有一对摄像元件，以分别获取为三维(3D)显示准备的左眼用图像信号和右眼用图像信号。如果执行3D显示，则外科医生11131能够更准确地理解手术区域中活体组织的深度。需要注意，在摄像单元11402被构造为立体式摄像单元的情况下，以与各个摄像元件对应的方式设置多个系统的透镜单元11401。
此外，摄像单元11402不必设置在摄像头11102上。例如，摄像单元11402可以在镜筒11101内部紧接在物镜后方设置。
驱动单元11403包括致动器，并且在摄像头控制单元11405的控制下，驱动单元11403使透镜单元11401的变焦透镜和聚焦透镜沿着光轴移动预定距离。因此，能够适当地调节摄像单元11402拍摄的图像的放大倍率和焦点。
通信单元11404包括通信装置，以将各种信息传输到CCU 11201并从CCU 11201接收各种信息。通信单元11404通过传输电缆11400将从摄像单元11402获取的图像信号作为RAW数据传输到CCU 11201。
此外，通信单元11404从CCU 11201接收用于控制摄像头11102的驱动的控制信号，并且将该控制信号供应给摄像头控制单元11405。控制信号包括与摄像条件有关的信息，诸如指定拍摄图像的帧频的信息、指定摄像时的曝光值的信息和/或指定拍摄图像的放大倍率和焦点的信息等。
需要注意，诸如帧频、曝光值、放大倍率或焦点等的摄像条件可以由用户指定，或者可以由CCU 11201的控制单元11413基于获取的图像信号来自动设定。在后一种情况下，可以将自动曝光(AE：Auto Exposure)功能、自动聚焦(AF：Auto Focus)功能和自动白平衡(AWB：Auto White Balance)功能并入内窥镜11100中。
摄像头控制单元11405基于通过通信单元11404接收的来自CCU 11201的控制信号来控制摄像头11102的驱动。
通信单元11411包括通信装置，以将各种信息传输到摄像头11102并从摄像头11102接收各种信息。通信单元11411通过传输电缆11400接收从摄像头11102传输到此的图像信号。
此外，通信单元11411将用于控制摄像头11102的驱动的控制信号传输到摄像头11102。图像信号和控制信号能够通过电通信或光通信等被传输。
图像处理单元11412对从摄像头11102传输到此的RAW数据形式的图像信号执行各种图像处理。
控制单元11413执行与内窥镜11100对手术区域等的摄像和通过手术区域等的摄像而获得的拍摄图像的显示有关的各种控制。例如，控制单元11413产生用于控制摄像头11102的驱动的控制信号。
此外，控制单元11413基于已经由图像处理单元11412执行了图像处理的图像信号来控制显示装置11202，以显示对手术区域等进行摄像的拍摄图像。于是，控制单元11413可以使用各种图像识别技术来识别拍摄图像中的各种物体。例如，控制单元11413能够通过检测拍摄图像中所包括的物体的边缘的形状和颜色等来识别诸如钳子等的手术工具、特定的活体区域、出血和使用能量装置11112时的薄雾等。当控制显示装置11202以显示拍摄图像时，控制单元11413可以利用识别结果使各种手术支持信息以重叠方式与手术区域的图像一起显示。在以重叠方式显示手术支持信息并将其呈现给外科医生11131的情况下，可以减轻外科医生11131的负担，并且外科医生11131能够确定无疑地进行手术。
将摄像头11102和CCU 11201彼此连接的传输电缆11400是为电信号通信准备的电信号电缆、为光通信准备的光纤或为电通信和光通信两者准备的复合电缆。
在此，虽然在图中所示的示例中，通过使用传输电缆11400的有线通信来执行通信，但是可以通过无线通信执行摄像头11102与CCU 11201之间的通信。
上面已经描述了可以应用根据本发明的技术的内窥镜手术系统的示例。可以将根据本发明的技术应用于上述部件之中的摄像单元11402。将根据本发明实施例的技术应用于摄像单元11402可以提高检测精度。
需要注意，虽然在此已经以内窥镜手术系统为例进行了描述，但是还可以将根据本发明的技术应用于例如显微手术系统等。
[移动体的实际应用例]
可以将根据本发明的技术应用于各种产品。例如，根据本发明的技术可以被实现为安装在任何类型的移动体上的装置，所述移动体诸如是汽车、电动汽车、混合动力电动汽车、摩托车、自行车、个人移动设备、飞机、无人机、船舶、机器人、建筑机械或农业机械(拖拉机)等。
图26是示出了作为可以应用根据本发明实施例的技术的移动体控制系统的示例的车辆控制系统的示意性构造的示例的框图。
车辆控制系统12000包括经由通信网络12001彼此连接的多个电子控制单元。在图26所示的示例中，车辆控制系统12000包括驱动系统控制单元12010、车身系统控制单元12020、车外信息检测单元12030、车内信息检测单元12040和集成控制单元12050。此外，将微型计算机12051、声音/图像输出部12052和车载网络接口(I/F)12053图示为集成控制单元12050的功能构造。
驱动系统控制单元12010根据各种程序控制与车辆的驱动系统有关的装置的操作。例如，驱动系统控制单元12010充当以下装置的控制装置：用于产生车辆驱动力的驱动力产生装置，诸如内燃机或驱动电机等；用于将驱动力传递至车轮的驱动力传递机构；用于调节车辆转向角的转向机构；和用于产生车辆制动力的制动装置等。
车身系统控制单元12020根据各种程序控制安装在车体上的各种装置的操作。例如，车身系统控制单元12020充当无钥匙进入系统、智能钥匙系统、电动窗装置、或诸如车头灯、车尾灯、刹车灯、转向信号灯或雾灯等的各种灯的控制装置。在这种情况下，从替代钥匙的移动装置传输的无线电波或各种开关的信号能够输入到车身系统控制单元12020。车身系统控制单元12020接收这些输入的无线电波或信号，并且控制车辆的门锁装置、电动窗装置或灯等。
车外信息检测单元12030检测包括车辆控制系统12000的车辆外部的信息。例如，车外信息检测单元12030与摄像部12031连接。车外信息检测单元12030使摄像部12031对车辆外部的图像进行摄像并且接收摄像的图像。基于接收到的图像，车外信息检测单元12030可以执行诸如人、车辆、障碍物、标志或路面上的文字等的物体的检测处理，或可以执行与上述物体之间的距离的检测处理。
摄像部12031是光学传感器，其接收光并且输出与接收的光的光量对应的电信号。摄像部12031能够将电信号作为图像输出，或者能够将电信号作为测距信息输出。此外，摄像部12031接收的光可以是可见光，或者可以是诸如红外线等的不可见光。
车内信息检测单元12040检测车辆内部的信息。例如，车内信息检测单元12040与用于检测驾驶员的状态的驾驶员状态检测部12041连接。驾驶员状态检测部12041例如包括用于对驾驶员进行摄像的相机。基于从驾驶员状态检测部12041输入的检测信息，车内信息检测单元12040可以计算驾驶员的疲劳程度或驾驶员的专注程度，或者可以判断驾驶员是否正在打瞌睡。
基于车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的车辆外部或内部的信息，微型计算机12051能够计算驱动力产生装置、转向机构或制动装置的控制目标值，并且将控制命令输出到驱动系统控制单元12010。例如，微型计算机12051能够执行旨在实现高级驾驶员辅助系统(ADAS：Advanced Driver Assistance System)的功能的协同控制，该功能包括车辆的碰撞规避或冲击缓和、基于车间距离的跟车驾驶、车辆速度保持驾驶、车辆碰撞警告或车辆偏离车道警告等。
此外，基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的车辆外部或内部的信息，微型计算机12051能够通过控制驱动力产生装置、转向机构或制动装置等来执行旨在自动驾驶等的协同控制，自动驾驶使车辆自主行驶而不依赖于驾驶员的操作。
此外，基于由车外信息检测单元12030获得的车辆外部的信息，微型计算机12051能够将控制命令输出到车身系统控制单元12020。例如，通过例如根据由车外信息检测单元12030检测到的前行车辆或对向车辆的位置来控制车头灯以从远光变为近光，微型计算机12051能够执行旨在防止眩光的协同控制。
声音/图像输出部12052将声音和图像中至少一者的输出信号传输到输出装置，该输出装置能够将信息以视觉或听觉的方式通知车辆的乘员或车辆的外部。在图26的示例中，将音频扬声器12061、显示部12062和仪表板12063图示为输出装置。例如，显示部12062可以包括车载显示器和平视显示器中的至少一者。
图27是示出了摄像部12031的安装位置的示例的图。
在图27中，摄像部12031包括摄像部12101、12102、12103、12104和12105。
摄像部12101、12102、12103、12104和12105例如被布置在车辆12100的前鼻、侧视镜、后保险杠和后门上的位置处以及车内挡风玻璃的上部位置处。设置在前鼻上的摄像部12101和设置在车内挡风玻璃的上部上的摄像部12105主要获得车辆12100前方的图像。设置在侧视镜上的摄像部12102和12103主要获得车辆12100侧面的图像。设置在后保险杠或后门上的摄像部12104主要获得车辆12100后方的图像。设置在车内挡风玻璃的上部上的摄像部12105主要用于检测前行车辆、行人、障碍物、交通信号灯、交通标志或车道等。
顺便提及，图27示出了摄像部12101至12104的摄影范围的示例。摄像范围12111表示设置在前鼻上的摄像部12101的摄像范围。摄像范围12112和12113分别表示设置在侧视镜上的摄像部12102和12103的摄像范围。摄像范围12114表示设置在后保险杠或后门上的摄像部12104的摄像范围。例如，通过将摄像部12101至12104摄像的图像数据叠加，获得了从上方观察的车辆12100的鸟瞰图像。
摄像部12101至12104中的至少一者可以具有获得距离信息的功能。例如，摄像部12101至12104中的至少一者可以是由多个摄像元件构成的立体相机，或者可以是具有用于相位差检测的像素的摄像元件。
例如，基于从摄像部12101至12104获得的距离信息，微型计算机12051能够确定与摄像范围12111至12114内的各个三维物体之间的距离以及该距离的时间变化(相对于车辆12100的相对速度)，由此特别地提取如下的最近三维物体作为前行车辆：该三维物体存在于车辆12100的行驶路径上，并且该三维物体以预定速度(例如，等于或大于0km/h)在与车辆12100大致相同的方向上行驶。此外，微型计算机12051能够预先设定与前行车辆的前方要保持的车间距离，并且能够执行自动制动控制(包括跟随停止控制)或自动加速控制(包括跟随启动控制)等。因此，可以执行旨在使车辆不依赖于驾驶员的操作而自主行驶的自动驾驶等的协同控制。
例如，基于从摄像部12101至12104获得的距离信息，微型计算机12051能够将三维物体上的三维物体数据分类为两轮车、标准尺寸车辆、大型车辆、行人、电线杆和其他三维物体的三维物体数据，提取分类后的三维物体数据，并且使用提取的三维物体数据以自动规避障碍物。例如，微型计算机12051将车辆12100周围的障碍物识别为车辆12100的驾驶员能够视觉识别的障碍物和车辆12100的驾驶员难以视觉识别的障碍物。然后，微型计算机12051确定表示与各个障碍物碰撞的风险的碰撞风险。在碰撞风险等于或高于设定值并因此存在碰撞可能性的情况下，微型计算机12051经由音频扬声器12061或显示部12062向驾驶员输出警告，并且经由驱动系统控制单元12010执行强制减速或规避转向。由此，微型计算机12051能够辅助驾驶以规避碰撞。
摄像部12101至12104中的至少一者可以是用于检测红外线的红外相机。例如，微型计算机12051能够通过判断摄像部12101至12104的摄像图像中是否存在行人来识别行人。例如，通过如下的过程执行这种行人识别：在作为红外相机的摄像部12101至12104的摄像图像中提取特征点的过程；以及通过对表示物体轮廓的一系列特征点执行图案匹配处理来判断是否是行人的过程。当微型计算机12051判断摄像部12101至12104的摄像图像中存在行人并因此识别出行人时，声音/图像输出部12052控制显示单元12062，使得以叠加在识别出的行人上的方式显示用于强调的矩形轮廓线。声音/图像输出部12052还可以控制显示单元12062，使得在期望的位置处显示表示行人的图标等。
在上文中，已经给出了可以应用根据本发明的技术的车辆控制系统的一个示例的描述。可以将根据本发明的技术应用于上述构造之中的摄像部12031。将根据本发明的技术应用于摄像部12031使得可以获得容易观看的拍摄图像。因此，可以减轻驾驶员的疲劳感。
除了上述之外，还可以将根据本发明的技术应用于诸如工厂自动化(FA：FactoryAutomation)领域等的其他领域。
上面已经参考实施例、变形例、适用例和实际应用例描述了本发明。然而，本发明不限于上述实施例等，并且可以以各种方式进行修改。例如，上述实施例中描述的摄像器件的各个层构造仅是示例性的，并且可以进一步包括任何其他层。此外，各个层的材料和厚度也仅是示例性的，并且不限于上述的材料和厚度。
此外，尽管在上述实施例等中已经描述了光电转换膜13包括化合物半导体材料的情况，但是光电转换膜13可以包括其他材料。例如，光电转换膜13可以包括有机半导体材料或量子点等。
此外，上述实施例等中描述的电路构造仅是示例性的，并且其构造和布置不限于上述的构造和布置。
应当理解，本文中描述的效果仅仅是示例。本发明可以包括除本文中描述的效果以外的任何效果，或者除了本文中描述的效果之外，还可以包括其他效果。
需要注意，本发明具有以下构造。
(1)一种固体摄像器件，其包括：
光电转换膜，所述光电转换膜被设置成跨越多个像素；
第一电极，所述第一电极被电气连接到所述光电转换膜，并且所述第一电极是针对每个所述像素设置的；
第二电极，所述第二电极与所述第一电极相对，并且所述光电转换膜被***在所述第二电极和所述第一电极之间；
第一电荷累积部，所述第一电荷累积部累积在所述光电转换膜中生成的且经由所述第一电极移动的信号电荷；
复位晶体管，所述复位晶体管是针对每个所述像素设置的，并且所述复位晶体管将复位电位施加到所述第一电荷累积部；以及
电位生成器，在所述第一电荷累积部中累积所述信号电荷的时段期间，所述电位生成器将电位VPD施加到所述多个像素之中的至少一部分像素的所述第一电极，当将所述电位VPD施加到所述第一电极时的所述第一电极和所述第二电极之间的电位差小于当将所述复位电位施加到所述第一电极时的所述第一电极和所述第二电极之间的电位差。
(2)根据(1)所述的固体摄像器件，其中，所述电位生成器经由所述复位晶体管被连接到所述第一电极。
(3)根据(1)所述的固体摄像器件，其中，所述电位生成器包括第一晶体管。
(4)根据(3)所述的固体摄像器件，其中，所述第一晶体管被连接到所述电位VPD，并且所述第一晶体管在所述第一电极和所述复位晶体管之间与所述复位晶体管并联连接。
(5)根据(4)所述的固体摄像器件，其中，所述第一晶体管被构造成在所述时段期间变为导通状态。
(6)根据(3)所述的固体摄像器件，其中，所述第一晶体管在所述第一电极和所述第一电荷累积部之间与所述第一电荷累积部串联连接。
(7)根据(6)所述的固体摄像器件，其中，所述第一晶体管被构造成在所述时段期间变为截止状态。
(8)根据(1)所述的固体摄像器件，其中，所述电位生成器包括第二电荷累积部和第二晶体管，所述第二电荷累积部是针对每个所述像素设置的并且位于所述第一电极和所述第一电荷累积部之间，所述第二晶体管被设置在所述第二电荷累积部和所述第一电荷累积部之间。
(9)根据(8)所述的固体摄像器件，其中，所述第二晶体管被构造成在所述时段期间变为截止状态。
(10)根据(1)至(9)中任一项所述的固体摄像器件，其还包括：
控制线，所述控制线选择所述第一电极被施加所述电位VPD的所述像素。
(11)根据(10)所述的固体摄像器件，其中，
所述多个像素沿着第一方向并且沿着与所述第一方向相交的第二方向被布置，并且
所述控制线沿着所述第一方向和所述第二方向中的至少一者被设置。
(12)根据(1)所述的固体摄像器件，其还包括：
第三晶体管，所述第三晶体管用于切换电容，并且被连接到除所述第一电极被施加所述电位VPD的所述像素以外的像素的所述第一电荷累积部；以及
附加电容元件，所述附加电容元件被连接到所述第三晶体管。
(13)根据(1)至(12)中任一项所述的固体摄像器件，其中，所述光电转换膜包括化合物半导体、有机半导体或量子点。
(14)根据(1)至(13)中任一项所述的固体摄像器件，其中，在所述第一电极被施加所述电位VPD的所述像素的所述光电转换膜中生成的所述信号电荷移动到除所述第一电极被施加所述电位VPD的所述像素以外的像素的所述第一电荷累积部。
(15)一种摄像装置，其包括固体摄像器件，所述固体摄像器件包括：
光电转换膜，所述光电转换膜被设置成跨越多个像素；
第一电极，所述第一电极被电气连接到所述光电转换膜，并且所述第一电极是针对每个所述像素设置的；
第二电极，所述第二电极与所述第一电极相对，并且所述光电转换膜被***在所述第二电极和所述第一电极之间；
第一电荷累积部，所述第一电荷累积部累积在所述光电转换膜中生成的且经由所述第一电极移动的信号电荷；
复位晶体管，所述复位晶体管是针对每个所述像素设置的，并且所述复位晶体管将复位电位施加到所述第一电荷累积部；以及
电位生成器，在所述第一电荷累积部中累积所述信号电荷的时段期间，所述电位生成器将电位VPD施加到所述多个像素之中的至少一部分像素的所述第一电极，当将所述电位VPD施加到所述第一电极时的所述第一电极和所述第二电极之间的电位差小于当将所述复位电位施加到所述第一电极时的所述第一电极和所述第二电极之间的电位差。
本申请要求于2018年2月7日向日本专利局提交的日本在先专利申请JP2018-20098以及于2018年2月28日向日本专利局提交的日本在先专利申请JP2018-34466的权益，因此通过引用将这两个在先专利申请的全部内容并入本文中。
本领域技术人员应该理解，取决于设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和变更，只要这些修改、组合、子组合和变更在所附权利要求或其等同物的范围内即可。
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