DE112019003578T5 - Festkörperbildaufnahmeelement und elektronisches gerät - Google Patents

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Abstract

Das Festkörperbildaufnahmeelement gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist auf: ein Halbleitersubstrat, das einen Abschnitt für photoelektrische Umwandlung für jedes Pixel aufweist; einen Pixeltransistor, der auf einer Oberfläche des Halbleitersubstrats vorgesehen ist; und einen Elementtrennabschnitt, der auf dem Halbleitersubstrat vorgesehen ist, einen ersten Elementtrennabschnitt und einen zweiten Elementtrennabschnitt aufweist, die sich voneinander unterscheidende Konfigurationen haben, und eine aktive Region des Pixeltransistors definiert. Der zweite Elementtrennabschnitt hat auf einer Seitenoberfläche in einer Tiefenrichtung des zweiten Elementtrennabschnitts eine erste Halbleiterregion und eine zweite Halbleiterregion, die sich voneinander unterscheidende Störstellenkonzentrationen haben.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Festkörperbildaufnahmeelement, das einen Elementtrennabschnitt zwischen Pixeln aufweist, und ein elektronisches Gerät, das das Festkörperbildaufnahmeelement aufweist.
  • Hintergrund der Technik
  • In einer Festkörperbildaufnahmevorrichtung, wie zum Beispiel einem CCD(ladungsgekoppelte Schaltung)-Bildsensor und einem CMOS(komplementärer Metall-Oxid-Halbleiter)-Bildsensor, ist ein Festkörperbildaufnahmeelement vorgesehen, das für jedes Pixel einen Abschnitt für photoelektrische Umwandlung aufweist. Beispielsweise ist in einem Festkörperbildaufnahmeelement, das in PTL 1 beschrieben ist, neben einem flachen Elementtrennabschnitt (flache Grabenisolation STI), der zwischen Transistoren trennt, ein tiefer Elementtrennabschnitt (tiefe Grabenisolation DTI), beispielsweise eine Struktur, in der ein Elementtrennfilm in einen Graben eingebettet ist, der durch ein Halbleitersubstrat hindurchgeht, zur optischen und elektrischen Trennung zwischen Pixeln offenbart.
  • Liste der Entgegenhaltungen
  • Patentliteratur
  • PTL 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnr. 2016-39315
  • Kurzdarstellung der Erfindung
  • In einem Festkörperbildaufnahmeelement sind im Übrigen eine optische und elektrische Trennung zwischen Pixeln und eine Verbesserung der Flächeneffizienz erforderlich.
  • Es ist wünschenswert, ein Festkörperbildaufnahmeelement und ein elektronisches Gerät bereitzustellen, die es ermöglichen, die Flächeneffizienz zu verbessern.
  • Ein Festkörperbildaufnahmeelement gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung weist auf: ein Halbleitersubstrat, das einen Abschnitt für photoelektrische Umwandlung für jedes Pixel aufweist; einen Pixeltransistor, der auf einer Oberfläche des Halbleitersubstrats vorgesehen ist; und ein Elementtrennabschnitt, der in dem Halbleitersubstrat vorgesehen ist und einen ersten Elementtrennabschnitt und einen zweiten Elementtrennabschnitt aufweist, die sich voneinander unterscheidende Konfigurationen haben, wobei der Elementtrennabschnitt eine aktive Region des Pixeltransistors definiert, wobei der zweite Elementtrennabschnitt auf einer Seitenoberfläche in einer Tiefenrichtung des zweiten Elementtrennabschnitts eine erste Halbleiterregion und eine zweite Halbleiterregion, die sich voneinander unterscheidende Störstellenkonzentrationen haben, hat.
  • Ein elektronisches Gerät gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung weist das Festkörperbildaufnahmeelement einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung auf.
  • In dem Festkörperbildaufnahmeelement und dem elektronischen Gerät der jeweiligen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind der erste Elementtrennabschnitt und der zweite Elementtrennabschnitt, die sich voneinander unterscheidende Konfigurationen haben, in dem Halbleitersubstrat vorgesehen, das den Abschnitt für photoelektrische Umwandlung für jedes Pixel aufweist, und werden der erste Elementtrennabschnitt und der zweite Elementtrennabschnitt dafür verwendet, den Elementtrennabschnitt zu bilden, der die aktive Region des Pixeltransistors definiert. Die erste Halbleiterregion und die zweite Halbleiterregion, die sich voneinander unterscheidende Störstellenkonzentrationen haben, sind auf der Seitenoberfläche des zweiten Elementtrennabschnitts in der Tiefenrichtung ausgebildet. Beispielsweise verhindert dies, dass eine Flächeneffizienz durch die Bereitstellung eines tiefen Elementtrennabschnitts (DTI) zur optischen und elektrischen Trennung zwischen Pixeln verringert wird.
  • In dem Festkörperbildaufnahmeelement und dem elektronischen Gerät der jeweiligen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist die aktive Region des Pixeltransistors durch den ersten Elementtrennabschnitt und den zweiten Elementtrennabschnitt, die sich voneinander unterscheidende Konfigurationen haben, definiert, wodurch beispielsweise verhindert wird, dass die Flächeneffizienz durch die Bereitstellung des tiefen Elementtrennabschnitts (zweiten Elementtrennabschnitts) zur optischen und elektrischen Trennung zwischen Pixeln verringert wird. Somit ist es möglich, das Festkörperbildaufnahmeelement, das die hohe Flächeneffizienz hat, und das elektronische Gerät, das das Festkörperbildaufnahmeelement aufweist, bereitzustellen.
  • Es ist anzumerken, dass die hier beschriebenen Wirkungen nicht notwendigerweise beschränkend sind und jegliche der Wirkungen sein können, die in der vorliegenden Offenbarung beschrieben sind.
  • Figurenliste
    • [1] 1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Hauptteils eines Festkörperbildaufnahmeelements gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • [2] 2 ist eine schematische Draufsicht des in 1 dargestellten F estkörperbildaufnahmeelements.
    • [3A] 3A ist eine erläuternde schematische Querschnittsansicht eines Beispiels eines Herstellungsschritts eines Elementtrennabschnitts des in 1 dargestellten Festkörperbildaufnahmeelements.
    • [3B] 3B ist eine schematische Querschnittsansicht eines Schritts, der auf 3A folgt.
    • [3C] 3C ist eine schematische Querschnittsansicht eines Schritts, der auf 3B folgt.
    • [3D] 3D ist eine schematische Querschnittsansicht eines Schritts, der auf 3C folgt.
    • [3E] 3E ist eine schematische Querschnittsansicht eines Schritts, der auf 3D folgt.
    • [4] 4 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Hauptteils eines typischen Festkörperbildaufnahmeelements.
    • [5] 5 ist eine schematische Draufsicht des in 4 dargestellten typischen F estkörperbildaufnahmeelements.
    • [6] 6 ist eine schematische Querschnittsansicht entlang einer in 2 dargestellten Linie III-III.
    • [7] 7 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Hauptteils eines Festkörperbildaufnahmeelements gemäß Modifikationsbeispiel 1 der vorliegenden Offenbarung.
    • [8] 8 ist eine schematische Draufsicht des in 7 dargestellten F estkörperbildaufnahmeelements.
    • [9] 9 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Hauptteils eines Festkörperbildaufnahmeelements gemäß Modifikationsbeispiel 2 der vorliegenden Offenbarung.
    • [10] 10 ist eine schematische Draufsicht des in 9 dargestellten F estkörperbildaufnahmeelements.
    • [11] 11 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Hauptteils eines Festkörperbildaufnahmeelements gemäß Modifikationsbeispiel 3 der vorliegenden Offenbarung.
    • [12] 12 ist eine schematische Draufsicht des in 11 dargestellten F estkörperbildaufnahmeelements.
    • [13A] 13A ist eine schematische Querschnittsansicht eines Hauptteils eines Festkörperbildaufnahmeelements gemäß Modifikationsbeispiel 4 der vorliegenden Offenbarung.
    • [13B] 13B ist eine weitere schematische Querschnittsansicht des Hauptteils des Festkörperbildaufnahmeelements gemäß Modifikationsbeispiel 4 der vorliegenden Offenbarung.
    • [14] 14 ist eine schematische Draufsicht des in 13A und 13B dargestellten Festkörperbildaufnahmeelements.
    • [15] 15 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Hauptteils eines Festkörperbildaufnahmeelements gemäß Modifikationsbeispiel 5 der vorliegenden Offenbarung.
    • [16] 16 ist eine schematische Draufsicht des in 15 dargestellten F estkörperbildaufnahmeelements.
    • [17A] 17A ist eine erläuternde schematische Querschnittsansicht eines Beispiels eines Herstellungsschritts eines Elementtrennabschnitts des in 1 dargestellten Festkörperbildaufnahmeelements als Modifikationsbeispiel 6 der vorliegenden Offenbarung.
    • [17B] 17B ist eine schematische Querschnittsansicht eines Schritts, der auf 17A folgt.
    • [17C] 17C ist eine schematische Querschnittsansicht eines Schritts, der auf 17B folgt.
    • [17D] 17D ist eine schematische Querschnittsansicht eines Schritts, der auf 17C folgt.
    • [17E] 17E ist eine schematische Querschnittsansicht eines Schritts, der auf 17D folgt.
    • [18] 18 ist eine schematische Draufsicht eines Beispiels eines Festkörperbildaufnahmeelements gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • [19] 19 ist ein Ersatzschaltbild des in 18 dargestellten F estkörperbildaufnahmeelements.
    • [20] 20 ist eine erläuternde Ansicht von Pixeltransistoren, die zwischen benachbarten Pixeln parallel angeordnet sind.
    • [21] 21 ist eine schematische Draufsicht eines weiteren Beispiels des Festkörperbildaufnahmeelements gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • [22] 22 ist eine schematische Draufsicht eines Festkörperbildaufnahmeelements gemäß Modifikationsbeispiel 7 der vorliegenden Offenbarung.
    • [23] 23 ist ein Ersatzschaltbild des in 22 dargestellten Festkörperbildaufnahmeelements.
    • [24] 24 ist ein Blockdiagramm, das eine Gesamtkonfiguration einer Festkörperbildaufnahmevorrichtung, die das in 1 dargestellte Festkörperbildaufnahmeelement aufweist, darstellt.
    • [25] 25 ist ein Funktionsblockdiagramm, das ein Beispiel einer Bildaufnahmevorrichtung (Kamera) darstellt, die das in 24 dargestellte Festkörperbildaufnahmeelement verwendet.
    • [26] 26 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer schematischen Konfiguration eines In-vivo-Informationserlangungssystems darstellt.
    • [27] 27 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer schematischen Konfiguration eines Systems für endoskopische Chirurgie darstellt.
    • [28] 28 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer funktionalen Konfiguration eines Kamerakopfs und einer Kamerasteuereinheit (CCU) darstellt.
    • [29] 29 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer schematischen Konfiguration eines Fahrzeugsteuersystems darstellt.
    • [30] 30 ist ein Diagramm zur Unterstützung der Erläuterung eines Beispiels der Einbaupositionen eines Abschnitts zum Detektieren von Informationen außerhalb des Fahrzeugs und eines Bildaufnahmeabschnitts.
  • Arten zum Ausführen der Erfindung
  • Im Folgenden erfolgt eine detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen. Die folgende Beschreibung ist lediglich ein spezielles Beispiel der vorliegenden Offenbarung und die vorliegende Offenbarung sollte nicht auf die folgenden Aspekte beschränkt werden. Zudem ist die vorliegende Offenbarung nicht auf Anordnungen, Abmessungen, Maßverhältnisse und dergleichen jeder in den Zeichnungen dargestellten Komponente beschränkt. Es ist anzumerken, dass die Beschreibung in der folgenden Reihenfolge erfolgt.
    1. 1. Erste Ausführungsform (Ein Beispiel, in dem eine aktive Region eines Pixeltransistors durch Elementtrennabschnitte verschiedener Konfigurationen definiert ist)
      • 1-1. Konfiguration des Festkörperbildaufnahmeelements
      • 1-2. Herstellungsverfahren des Festkörperbildaufnahmeelements
      • 1-3. Funktionsweisen und Wirkungen
    2. 2. Modifikationsbeispiele
      • 2-1. Modifikationsbeispiel 1 (Ein Beispiel, in dem Elementtrennabschnitte, die eine aktive Region eines Pixeltransistors definieren, durch eine p++-Region und DTI konfiguriert sind)
      • 2-2. Modifikationsbeispiel 2 (Ein Beispiel, in dem die Elementtrennabschnitte, die die aktive Region des Pixeltransistors definieren, durch die p++-Region und STI konfiguriert sind)
      • 2-3. Modifikationsbeispiel 3 (Ein Beispiel, in dem Elementtrennabschnitte zwischen benachbarten Pixeln durch die STI und die p++-Region konfiguriert sind)
      • 2-4. Modifikationsbeispiel 4 (Ein Beispiel, in dem die Elementtrennabschnitte zwischen den benachbarten Pixeln durch STI- und DTI-Regionen konfiguriert sind)
      • 2-5. Modifikationsbeispiel 5 (Ein Beispiel, in dem ein Transfertransistor und ein Abschnitt für photoelektrische Umwandlung in einer vertikalen Richtung gestapelt sind)
      • 2-6. Modifikationsbeispiel 6 (Ein weiteres Beispiel eines Herstellungsverfahrens des Elementtrennabschnitts, der die aktive Region des Pixeltransistors definiert)
    3. 3. Zweite Ausführungsform (Ein Beispiel, in dem Pixeltransistoren zwischen benachbarten Pixeln parallelisiert sind)
    4. 4. Modifikationsbeispiel
      • 4-1. Modifikationsbeispiel 7 (Ein Beispiel, in dem Pixeltransistoren zwischen vier Pixeln, die in 2 × 2 Spalten angeordnet sind, parallelisiert sind)
      • 5. Anwendungsbeispiel (Beispiel für Anwendung auf elektronisches Gerät)
  • <Erste Ausführungsform>
  • (Konfiguration des Festkörperbildaufnahmeelements)
  • 1 stellt eine Querschnittskonfiguration eines Hauptteils (einer Lichtempfangseinheit 10) eines Festkörperbildaufnahmeelements (eines Festkörperbildaufnahmeelements 1) gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar. 2 stellt eine planare Konfiguration des in 1 dargestellten Festkörperbildaufnahmeelements 1 dar. 1 ist eine Querschnittsansicht entlang einer in 2 dargestellten Linie I-I. Das Festkörperbildaufnahmeelement 1 bildet beispielsweise ein Pixel (z. B. ein Pixel P) in einer Festkörperbildaufnahmevorrichtung (einer Festkörperbildaufnahmevorrichtung 100) wie zum Beispiel einem CCD-Bildsensor oder einem CMOS-Bildsensor (siehe 24). Das Festkörperbildaufnahmeelement 1 ist von einem Typ rückwärtiger Belichtung und hat eine Konfiguration, bei der ein lichtbündelnder Teil auf einer Seite einer Lichteinfall Oberfläche (Rückseitenoberfläche; eine Oberfläche S1) der Lichtempfangseinheit 10 vorgesehen ist, die einen Abschnitt für photoelektrische Umwandlung aufweist, und bei der eine Verdrahtungsschicht auf der Seite vorgesehen ist, die der Lichteinfalloberfläche gegenüberliegt (Vorderseitenoberfläche; eine Oberfläche S2), auch wenn dies nicht dargestellt ist. In der vorliegenden Ausführungsform hat eine aktive Region verschiedener Pixeltransistoren, die in jedem Pixel P vorgesehen sind, eine Konfiguration, die durch beispielsweise einen Elementtrennabschnitt 13 (einen ersten Elementtrennabschnitt; STI), der verschiedene Pixeltransistoren elektrisch trennt, die in dem Pixel P vorgesehen sind, und einen Elementtrennabschnitt 14 (einen zweiten Elementtrennabschnitt; DTI), der zwischen benachbarten Pixeln elektrisch trennt, definiert ist.
  • Nachstehend erfolgt eine Beschreibung einer Konfiguration der Lichtempfangseinheit 10 des Festkörperbildaufnahmeelements 1. Es ist anzumerken, dass in der vorliegenden Ausführungsform die Beschreibung eines Falls erfolgt, in dem Elektronen aus Paaren aus Elektronen und Löchern, die durch photoelektrische Umwandlung erzeugt werden, als Signalladungen gelesen werden (ein Fall, in dem eine Halbleiterregion vom n-Typ als eine Schicht für photoelektrische Umwandlung verwendet wird). Zusätzlich gibt in dem Diagramm ein „+ (Plus)“, das an „p“ und „n“ angehängt ist, an, dass die Störstellenkonzentration vom p-Typ oder n-Typ höher ist als die einer umgebenden Halbleiterregion vom p-Typ oder einer umgebenden Halbleiterregion vom n-Typ.
  • (Lichtempfangseinheit)
  • Die Lichtempfangseinheit 10 weist beispielsweise ein Halbleitersubstrat 11, den Abschnitt 12 für photoelektrische Umwandlung, der in das Halbleitersubstrat 11 für jedes Pixel P eingebettet ist, den Elementtrennabschnitt 13, der die verschiedenen Pixeltransistoren elektrisch trennt, die in dem Pixel P vorgesehen sind, und den Elementtrennabschnitt 14, der zwischen benachbarten Pixeln elektrisch trennt, auf. Zusätzlich sind in der Lichtempfangseinheit 10 verschiedene Pixeltransistoren auf der Seite der Vorderseitenoberfläche (Oberfläche S1) des Halbleitersubstrats 11 angeordnet.
  • Das Halbleitersubstrat 11 ist durch ein Silizium(Si)-Substrat vom p-Typ mit einer Störstellenkonzentration in einem Bereich von beispielsweise 1 × 1014/cm2 bis 1 × 1020/cm2 konfiguriert und weist eine Halbleiterregion vom n-Typ (n+) auf, die eine Photodiode bildet, die als der Abschnitt 12 für photoelektrische Umwandlung in einer vorbestimmten Region dient.
  • In der Nähe der Vorderseitenoberfläche (Oberfläche S2) des Halbleitersubstrats 11 ist als ein Pixeltransistor ein Transfertransistor (TG) vorgesehen, der Signalladungen, die in dem Abschnitt 22 für photoelektrische Umwandlung erzeugt werden, beispielsweise auf eine vertikale Signalleitung Lsig überträgt (siehe 24). Die Signalladungen können entweder Elektronen oder Löcher sein, die durch photoelektrische Umwandlung erzeugt werden; hier erfolgt eine Beschreibung, die einen Fall beispielhaft erläutert, in dem Elektronen als Signalladungen gelesen werden. In der Nähe der Oberfläche S2 des Halbleitersubstrats 11 sind zusammen mit dem Transfertransistor (TG) beispielsweise ein Rücksetztransistor (RST), ein Verstärkungstransistor (Amp) und ein Auswahltransistor (SEL) usw. bereitgestellt. Ein derartiger Transistor ist beispielsweise ein MOSEFT (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) und bildet eine Schaltung für jedes Pixel P. Jede Schaltung kann beispielsweise eine Konfiguration mit drei Transistoren haben, die den Transfertransistor (TG), den Rücksetztransistor (RST) und den Verstärkungstransistor (Amp) aufweist, oder kann eine Konfiguration mit vier Transistoren haben, die zusätzlich dazu den Auswahltransistor (SEL) aufweist.
  • Der Abschnitt 12 für photoelektrische Umwandlung ist beispielsweise durch die Halbleiterregion vom n-Typ (n+) konfiguriert, die in einer Dickenrichtung (Y-Achsenrichtung) des Halbleitersubstrats 11 für jedes Pixel P ausgebildet ist, und ist eine Photodiode eines Typs vom p-n-Übergang mit einer Halbleiterregion vom p-Typ (p+), die in der Nähe der Vorderseitenoberfläche und der Rückseitenoberfläche des Halbleitersubstrats 11 vorgesehen ist. Die Halbleiterregion vom n-Typ (n+) ist in dem Halbleitersubstrat 11 derart ausgebildet, dass sie sich teilweise krümmt, um beispielsweise Kanalregionen des Rücksetztransistors (RST), des Verstärkungstransistors (Amp) und des Auswahltransistors (SEL) zu umgehen und um sich derart zu erstrecken, dass sie die Nähe einer Grenzfläche bezüglich der Oberfläche S2 erreicht. Zusätzlich ist eine Halbleiterregion vom p-Typ (p+++) mit einer höheren Störstellenkonzentration in einer Region ausgebildet, in der der Elementtrennabschnitt 14 und die Halbleiterregion vom n-Typ (n+) nah aneinander liegen. Dies ermöglicht, dass der Abschnitt 12 für photoelektrische Umwandlung eine erhöhte gesättigte Signalmenge infolge eines gestärkten p-n-Übergangs hat.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist die aktive Region jedes der Pixeltransistoren, wie zum Beispiel des Transfertransistors (TG), des Rücksetztransistors (RST), des Verstärkungstransistors (Amp) und des Auswahltransistors (SEL), durch den Elementtrennabschnitt 13 und den Elementtrennabschnitt 14 definiert, wie vorstehend beschrieben.
    Wie hier verwendet, bezieht sich die aktive Region des Pixeltransistors auf eine Region, in der beispielsweise ein Gate und ein Source-Drain, die jeden der verschiedenen Transistoren bilden, ausgebildet sind, wie in 2 dargestellt. Insbesondere hat eine Kanalregion, die zwischen einer Source und einem Drain unterhalb eines Gates jedes der verschiedenen Transistoren ausgebildet ist, z. B. eine Amp-Kanalregion, die unterhalb eines Gates GAmp des Verstärkungstransistors (Amp) ausgebildet ist, eine Kanallänge (W), die derart konfiguriert ist, dass sie durch den Elementtrennabschnitt 13 und den Elementtrennabschnitt 14 definiert wird, wie in 1 dargestellt.
  • Der Elementtrennabschnitt 13 ist eine sogenannte STI, die zwischen den Pixeltransistoren, z. B. zwischen dem Transfertransistor (TG) und jedem des Rücksetztransistors (RST), des Verstärkungstransistors (Amp) und des Auswahltransistors (SEL), vorgesehen ist und durch beispielsweise SiO2 in dem Pixel P konfiguriert ist.
  • Der Elementtrennabschnitt 14 ist eine sogenannte DTI, die zwischen benachbarten Pixeln vorgesehen ist und beispielsweise dafür vorgesehen ist, das Pixel P zu umgeben. Der Elementtrennabschnitt 14 ist in der Dickenrichtung (Y-Achsenrichtung) des Halbleitersubstrats 11 im Vergleich zu dem Elementtrennabschnitt 13, der zwischen den Pixeltransistoren trennt, tiefer ausgebildet und ist durch beispielsweise Durchdringen des Halbleitersubstrats 11 von der Vorderseitenoberfläche (Oberfläche S2) zu der Rückseitenoberfläche (Oberfläche S1) ausgebildet.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist, wie vorstehend beschrieben, die Halbleiterregion vom p-Typ (p+++) mit einer höheren Störstellenkonzentration auf einer Seitenoberfläche zwischen der Halbleiterregion vom n-Typ (n+) und dem Elementtrennabschnitt 14, die nah aneinander liegen, ausgebildet. Die Störstellenkonzentration der p+++-Region liegt vorzugsweise in einem Bereich von 1 × 1017/cm2 bis 1 × 1020/cm2. Wie vorstehend beschrieben, ist die Halbleiterregion vom n-Typ (n+) derart ausgebildet, dass sie sich teilweise krümmt, um die Kanalregionen des Rücksetztransistors (RST), des Verstärkungstransistors (Amp) und des Auswahltransistors (SEL) zu umgehen und um sich derart zu erstrecken, dass sie die Nähe der Grenzfläche bezüglich der Oberfläche S1 erreicht. Das heißt, dass in Bezug auf die Halbleiterregion vom p-Typ (nachstehend als die p+++-Region bezeichnet) mit einer höheren Störstellenkonzentration der Elementtrennabschnitt 14, der nicht in Kontakt mit den Kanalregionen des Rücksetztransistors (RST), des Verstärkungstransistors (Amp) und des Auswahltransistors (SEL) ist, mit der p+++-Region, die auf der gesamten Seitenoberfläche davon ausgebildet ist, vorgesehen ist. Indessen ist der Elementtrennabschnitt 14, der in Kontakt mit den Kanalregionen des Rücksetztransistors (RST), des Verstärkungstransistors (Amp) und des Auswahltransistors (SEL) ist, mit der p+++-Region (zweiten Halbleiterregion), die auf einer Seitenoberfläche nahe der Halbleiterregion vom n-Typ (n+) selektiv ausgebildet ist, außer in der Nähe der Kanalregionen, vorgesehen. Dies ermöglicht, dass der Abschnitt 12 für photoelektrische Umwandlung eine erhöhte gesättigte Signalmenge infolge eines gestärkten p-n-Übergangs hat, ohne Pixeltransistoreigenschaften zu beeinträchtigen.
  • Zusätzlich ist in der vorliegenden Ausführungsform die Region (erste Halbleiterregion) in der Nähe der Kanalregionen, außer der Seitenoberfläche des Elementtrennabschnitts 14 nahe der Halbleiterregion vom n-Typ (n+), als die Halbleiterregion vom p-Typ (p+) mit einer normalen Störstellenkonzentration eingestellt und ist somit ein Abstand zwischen der p+++-Region und der Kanalregion des Pixeltransistors ausreichend sichergestellt. Dies ermöglicht es, eine Verschlechterung oder dergleichen von Dunkelstromeigenschaften, die durch einen Leckstrom oder dergleichen aufgrund eines starken elektrischen Felds verursacht werden, zu vermeiden. Es ist anzumerken, dass die p+++-Region derart ausgebildet ist, dass sie sich auf der Vorderseitenoberfläche (Oberfläche S2) des Halbleitersubstrats 11 von der Seitenoberfläche des Elementtrennabschnitts 14, die nicht in Kontakt mit den Kanalregionen der Pixeltransistoren ist, zu dem Elementtrennabschnitt 13 erstreckt.
  • Zusätzlich hat, wie vorstehend beschrieben, das Festkörperbildaufnahmeelement 1 eine Konfiguration, bei der der lichtbündelnde Teil auf der Seite der Lichteinfalloberfläche (Rückseitenoberfläche; Oberfläche S1) der Lichtempfangseinheit 10 vorgesehen ist und bei der die Verdrahtungsschicht auf der Seite vorgesehen ist, die der Lichteinfalloberfläche gegenüberliegt (Vorderseitenoberfläche; Oberfläche S2).
  • Der lichtbündelnde Teil hat eine Konfiguration, bei der eine in den Chip integrierte Linse und ein Farbfilter derart gestapelt sind, dass sie einander in dem Abschnitt 12 für photoelektrische Umwandlung jedes Pixels P als optische Funktionsschichten auf der Lichteinfallseite (Seite der Oberfläche S1) zugewandt sind. Beispielsweise kann ein Lichtabschirmfilm zwischen den Pixeln vorgesehen sein. Die Verdrahtungsschicht hat eine Mehrzahl von Verdrahtungsleitungen mit beispielsweise einem dazwischen eingefügten Zwischenschichtisolierfilm.
  • Es ist anzumerken, dass zwischen der Lichtempfangseinheit 10 und dem lichtbündelnden Teil ein Schutzfilm ausgebildet sein kann, der beispielsweise einen Festladungsfilm aufweist, der Hafniumoxid (HfO2), Zirkoniumoxid (ZrO2), Aluminiumoxid (Al2O3), Titanoxid (TiO2) und Tantaloxid (Ta2O5) usw. aufweist, beispielsweise einen Monoschichtfilm wie zum Beispiel Siliziumnitrid (Si2N3), Siliziumoxid (SiO2) und Siliziumoxinitrid (SiON) oder einen daraus gestapelten Film.
  • (Herstellungsverfahren des Festkörperbildaufnahmeelements)
  • Der Elementtrennabschnitt 14 des Festkörperbildaufnahmeelements 1 der vorliegenden Ausführungsform kann beispielsweise wie folgt hergestellt werden.
  • Zuerst wird beispielsweise ein Si-Substrat als das Halbleitersubstrat 11 verwendet und wird eine Störstellenhalbleiterregion vom p-Typ (p-Wanne, p+) in einem Si-Substrat durch Ionenimplantation ausgebildet; danach wird ein Graben 11H, der als der Elementtrennabschnitt 14 dient, durch Ätzen ausgebildet. Anschließend wird, wie in 3B dargestellt, nach dem Ausbilden eines p++++-Films auf einer Vorderseitenoberfläche des Si-Substrats und einer Seitenoberfläche und einer unteren Oberfläche des Grabens 11H ein Abdecklackfilm 61 überall aufgebracht, so dass er das Innere des Grabens 11H füllt, und wird anisotropes Ätzen verwendet, um den Abdecklackfilm 61 bis zu einer vorbestimmten Höhe in dem Graben 11H zu entfernen.
  • Als Nächstes wird, wie in 3C dargestellt, der von dem Abdecklackfilm 61 nicht bedeckte p++++-Film unter Verwendung von beispielsweise Nassätzen geätzt, um den p++++-Film auf der Vorderseitenoberfläche des Si-Substrats und in dem oberen Teil des Grabens 11H zu entfernen. Anschließend wird, wie in 3D dargestellt, der P++++-Film durch Erwärmung in das Si-Substrat hineindiffundiert, um die p+++-Region zu bilden. Schließlich wird, wie in 3E dargestellt, der p++++-Film entfernt und wird der Graben beispielsweise mit einem SiO2-Film gefüllt, um dadurch den Elementtrennabschnitt 14 zu bilden.
  • (Betrieb des Festkörperbildaufnahmeelements)
  • In dem Festkörperbildaufnahmeelement 1 der vorliegenden Ausführungsform werden beispielsweise Signalladungen (hier Elektronen) als das Pixel P der Festkörperbildaufnahmevorrichtung 100 wie folgt erlangt. Wenn Licht in das Festkörperbildaufnahmeelement 1 durch die in den Chip integrierte Linse eintritt, passiert das Licht den Farbfilter oder dergleichen, um von dem Abschnitt 12 für photoelektrische Umwandlung in jedem Pixel P detektiert (absorbiert) zu werden, und wird Licht roter, grüner oder blauer Farbe photoelektrisch umgewandelt. Von Elektron-Loch-Paaren, die in dem Abschnitt 12 für photoelektrische Umwandlung erzeugt werden, werden Elektronen zu dem Halbleitersubstrat 11 (z. B. der Halbleiterregion vom n-Typ in dem Si-Substrat) bewegt und darin akkumuliert, wohingegen Löcher zu der Halbleiterregion vom p-Typ bewegt und entladen werden.
  • (Funktionsweisen und Wirkungen)
  • 4 stellt schematisch eine Querschnittskonfiguration eines Hauptteils (Lichtempfangseinheit 10) eines typischen Festkörperbildaufnahmeelements 1000 dar und 5 stellt schematisch eine planare Konfiguration des in 4 dargestellten Festkörperbildaufnahmeelements 1000 dar. Es ist anzumerken, dass 4 eine Querschnittsansicht entlang einer in 5 dargestellten Linie II-II ist. Wie vorstehend beschrieben, nutzt das Festkörperbildaufnahmeelement (z. B. das Festkörperbildaufnahmeelement 1000), das einen Abschnitt 1012 für photoelektrische Umwandlung für jedes Pixel aufweist, eine Struktur des Ausbildens eines tiefen Elementtrennabschnitts 1014 (DTI) zwischen Pixeln neben einem flachen Elementtrennabschnitt 1013 (STI), der zwischen Transistoren elektrisch trennt, die in einem Pixel vorgesehen sind, zur optischen und elektrischen Trennung zwischen den Pixeln. In einem Fall, in dem der Elementtrennabschnitt 1014 ausgebildet ist, wie in 4 und 5 dargestellt, ergibt sich jedoch ein Problem, dass eine Pixelgröße, die eine Anordnung effektiver Elemente ermöglicht, aufgrund der Bildung des Elementtrennabschnitts 1014 kleiner wird, wodurch die Flächeneffizienz verringert wird.
  • Dagegen ist in der vorliegenden Ausführungsform der Elementtrennabschnitt, der die aktive Region des Pixeltransistors definiert, der in dem Pixel P vorgesehen ist, konfiguriert durch den Elementtrennabschnitt 13, der die verschiedenen Pixeltransistoren elektrisch trennt, und den Elementtrennabschnitt 14, der zwischen den benachbarten Pixeln elektrisch trennt. Wie vorstehend beschrieben, ermöglicht dies, zu vermeiden, dass die Flächeneffizienz durch die Bereitstellung des tiefen Elementtrennabschnitts (DTI) zur optischen und elektrischen Trennung zwischen Pixeln verringert wird.
  • Wie vorstehend beschrieben, ist in dem Festkörperbildaufnahmeelement 1 der vorliegenden Ausführungsform die aktive Region des Pixeltransistors, der in dem Pixel P vorgesehen ist, durch den Elementtrennabschnitt 13, der die verschiedenen Pixeltransistoren elektrisch trennt, und den Elementtrennabschnitt 14, der zwischen den benachbarten Pixeln elektrisch trennt, definiert. Dies ermöglicht es, zu vermeiden, dass die Flächeneffizienz durch die Bereitstellung des Elementtrennabschnitts 14, der der vorstehend beschriebenen DTI entspricht, verringert wird. Somit wird ermöglicht, das Festkörperbildaufnahmeelement 1 mit einer hohen Flächeneffizienz und die Festkörperbildaufnahmevorrichtung 100, die das Festkörperbildaufnahmeelement 1 aufweist, bereitzustellen.
  • Zusätzlich ist in der vorliegenden Ausführungsform die p+++-Region mit einer höheren Störstellenkonzentration an einem unteren Teil des Elementtrennabschnitts 14, der die aktive Region des Pixeltransistors definiert, ausgebildet, insbesondere in einer Region nahe der Halbleiterregion vom n-Typ (n+), die den Abschnitt 12 für photoelektrische Umwandlung bildet. Dies ermöglicht, dass Elektronen, die durch einen Grenzflächenzustand oder dergleichen des Elementtrennabschnitts 14 hervorgerufen wurden, rekombiniert werden, um Leckage in den Abschnitt 12 für photoelektrische Umwandlung zu vermeiden; darüber hinaus ermöglicht der gestärkte p-n-Übergang mit der Halbleiterregion vom n-Typ (n+), die den Abschnitt 12 für photoelektrische Umwandlung bildet, dass eine gesättigte Signalmenge erhöht wird, um Sensoreigenschaften zu verbessern.
  • Ferner ist in der vorliegenden Ausführungsform eine Region um die Kanalregion des Pixeltransistors bezüglich der p+++-Region eingestellt als die normale Halbleiterregion vom p-Typ (p+) mit einer niedrigeren Störstellenkonzentration als die der p+++-Region, die in der Nähe der Halbleiterregion vom n-Typ (n+) des Elementtrennabschnitts 14, der die aktive Region des Pixeltransistors definiert, vorgesehen ist. 6 stellt eine Querschnittskonfiguration entsprechend einer in 1 dargestellten Linie III-III dar. Wie in 6 dargestellt, kommen beispielsweise in einem Fall, in dem die p+++-Region auf der gesamten Seitenoberfläche des Elementtrennabschnitts 14, der die aktive Region des Pixeltransistors definiert, ausgebildet ist, beispielsweise die Halbleiterregion vom n-Typ (nachstehend als eine n+++-Region bezeichnet), die den Source-Drain des Rücksetztransistors (RST) und des Verstärkungstransistors (Amp) bildet, und die p+++-Region in Kontakt. Es besteht eine Möglichkeit, dass dies ein starkes elektrisches Feld zwischen der n+++-Region und der p+++-Region erzeugen kann. Zusätzlich ist die Störstellenkonzentration vom p-Typ in der p+++-Region hoch und diffundieren somit die Störstellen vom p-Typ, was zu einer Möglichkeit führt, dass die aktive Region (Kanallänge W), die durch den Elementtrennabschnitt 13 und den Elementtrennabschnitt 14 definiert ist, verkürzt werden kann. Daher ermöglicht, wie in der vorliegenden Ausführungsform, das ausreichende Sicherstellen des Abstands zwischen der p+++-Region und der Kanalregion des Pixeltransistors, das Vermeiden einer Verschlechterung oder dergleichen der Dunkelstromeigenschaften aufgrund eines starken elektrischen Felds.
  • Nachstehend erfolgt eine Beschreibung von Modifikationsbeispielen (Modifikationsbeispiele 1 bis 7) und einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Es ist anzumerken, dass die gleichen Komponenten wie die der vorstehenden ersten Ausführungsform durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind und Beschreibungen davon weggelassen wurden.
  • <Modifikationsbeispiele>
  • (Modifikationsbeispiel 1)
  • 7 stellt eine Querschnittskonfiguration eines Hauptteils (Lichtempfangseinheit 10) eines Festkörperbildaufnahmeelements (eines Festkörperbildaufnahmeelements 2) gemäß Modifikationsbeispiel 1 der vorliegenden Offenbarung dar. 8 stellt eine planare Konfiguration des in 7 dargestellten Festkörperbildaufnahmeelements 2 dar. 7 ist eine Querschnittsansicht entlang einer in 8 dargestellten Linie IV-IV. In dem Festkörperbildaufnahmeelement 2 des vorliegenden Modifikationsbeispiels ist ein Elementtrennabschnitt 23 durch eine Halbleiterregion vom p-Typ (p++) konfiguriert.
  • Die Halbleiterregion vom p-Typ, die den Elementtrennabschnitt 23 bildet, hat eine Störstellenkonzentration, die höher ist als eine Störstellenkonzentration vom p-Typ des gesamten Halbleitersubstrats 11, und hat eine Störstellenkonzentration, die niedriger ist als die der Halbleiterregion vom p-Typ (p+++-Region) mit hoher Konzentration, die auf der Seitenoberfläche des Elementtrennabschnitts 14 ausgebildet ist. Insbesondere liegt die Störstellenkonzentration des Elementtrennabschnitts 23 vorzugsweise in einem Bereich von beispielsweise 1 × 1016/cm2 bis 1 × 1018/cm2. Dies unterdrückt die Ausbildung einer Inversionsschicht unter einem Gate, wenn ein Gate-Potential eingeschaltet ist, wodurch die Verwendung zur Elementtrennung ermöglicht wird.
  • (Modifikationsbeispiel 2)
  • 9 stellt eine Querschnittskonfiguration eines Hauptteils (Lichtempfangseinheit 10) eines Festkörperbildaufnahmeelements (eines Festkörperbildaufnahmeelements 3) gemäß Modifikationsbeispiel 2 der vorliegenden Offenbarung dar. 10 stellt eine planare Konfiguration des in 9 dargestellten Festkörperbildaufnahmeelements 3 dar. 9 ist eine Querschnittsansicht entlang einer in 10 dargestellten Linie V-V. Das Festkörperbildaufnahmeelement 3 des vorliegenden Modifikationsbeispiels hat eine Konfiguration, bei der der Elementtrennabschnitt 23 durch die Halbleiterregion vom p-Typ (p++) ähnlich dem vorstehenden Modifikationsbeispiel 1 konfiguriert ist und bei der ein Elementtrennabschnitt 34 durch die STI konfiguriert ist.
  • (Modifikationsbeispiel 3)
  • 11 stellt eine Querschnittskonfiguration eines Hauptteils (Lichtempfangseinheit 10) eines Festkörperbildaufnahmeelements (eines Festkörperbildaufnahmeelements 4) gemäß Modifikationsbeispiel 3 der vorliegenden Offenbarung dar. 12 stellt eine planare Konfiguration des in 11 dargestellten Festkörperbildaufnahmeelements 4 dar. 11 ist eine Querschnittsansicht entlang einer in 12 dargestellten Linie VI-VI. In dem Festkörperbildaufnahmeelement 4 des vorliegenden Modifikationsbeispiels ist der Elementtrennabschnitt 23 durch die Halbleiterregion vom p-Typ (p++) ähnlich dem vorstehenden Modifikationsbeispiel 1 konfiguriert und ist ein Elementtrennabschnitt 44A, eines Elementtrennabschnitts 44, der zusammen mit dem Elementtrennabschnitt 23 die aktive Region des Pixeltransistors definiert, durch die STI konfiguriert und ist ein Elementtrennabschnitt 44B in einer anderen Region durch die Halbleiterregion vom p-Typ (p++) konfiguriert.
  • In dem Festkörperbildaufnahmeelement 4 des vorliegenden Modifikationsbeispiels ist es nicht erforderlich, einen Teil zu ätzen, der in Kontakt mit der Halbleiterregion vom n-Typ ist, die den Abschnitt 12 für photoelektrische Umwandlung bildet, wodurch ermöglicht wird, die Erzeugung eines Dunkelstroms aufgrund eines Ätzschadens zu verringern.
  • (Modifikationsbeispiel 4)
  • 13A stellt eine Querschnittskonfiguration eines Hauptteils (Lichtempfangseinheit 10) eines Festkörperbildaufnahmeelements (eines Festkörperbildaufnahmeelements 5) gemäß Modifikationsbeispiel 4 der vorliegenden Offenbarung dar und 13B stellt eine weitere Querschnittskonfiguration der Lichtempfangseinheit 10 des Festkörperbildaufnahmeelements 5 dar. 14 stellt eine planare Konfiguration des in 13A und 13B dargestellten Festkörperbildaufnahmeelements 5 dar. Es ist anzumerken, dass 13A eine Querschnittsansicht entlang einer in 14 dargestellten Linie VII-VII ist und 13B eine Querschnittsansicht entlang einer in 14 dargestellten Linie VIII-VIII ist. Das Festkörperbildaufnahmeelement 5 des vorliegenden Modifikationsbeispiels hat eine Konfiguration, bei der ein Teil eines Elementtrennabschnitts 54, der sich in einer X-Achsenrichtung erstreckt, durch die STI ähnlich der vorstehenden ersten Ausführungsform ausgebildet ist, und bei der ein Teil, der sich in einer Z-Achsenrichtung erstreckt, durch die STI ausgebildet ist. Auf diese Weise kann der Elementtrennabschnitt, der zwischen benachbarten Pixeln vorgesehen ist, verschiedene Konfigurationen in der X-Achsenrichtung und in der Y-Achsenrichtung haben.
  • (Modifikationsbeispiel 5)
  • 15 stellt eine Querschnittskonfiguration eines Hauptteils (Lichtempfangseinheit 10) eines Festkörperbildaufnahmeelements (eines Festkörperbildaufnahmeelements 6) gemäß Modifikationsbeispiel 5 der vorliegenden Offenbarung dar. 16 stellt eine planare Konfiguration des in 15 dargestellten Festkörperbildaufnahmeelements 6 dar. 15 ist eine Querschnittsansicht entlang einer in 16 dargestellten Linie IX-IX. In dem Festkörperbildaufnahmeelement 6 des vorliegenden Modifikationsbeispiels ist die Halbleiterregion vom n-Typ (n+), die den Abschnitt 12 für photoelektrische Umwandlung bildet, nur auf der Seite der Rückseitenoberfläche (Oberfläche S1) des Halbleitersubstrats 11 ausgebildet. Dies ermöglicht es, die Flächeneffizienz des Pixeltransistors in dem Pixel P weiter zu verbessern. Es ist anzumerken, dass es in dieser Struktur vorzuziehen ist, den Transfertransistor (TG) und den Abschnitt 12 für photoelektrische Umwandlung unter Verwendung einer eingebetteten Transferelektrode VG elektrisch zu koppeln.
  • (Modifikationsbeispiel 6)
  • 17A bis 17E sind jeweils eine schematische Querschnittsansicht eines weiteren Beispiels des Herstellungsschritts des Elementtrennabschnitts 14 des Festkörperbildaufnahmeelements 1 gemäß Modifikationsbeispiel 6 der vorliegenden Offenbarung in der Reihenfolge der Schritte.
  • Zuerst wird beispielsweise ein Si-Substrat als das Halbleitersubstrat 11 verwendet und wird eine Störstellenhalbleiterregion vom p-Typ (p-Wanne) in dem Si-Substrat durch Ionenimplantation ausgebildet; danach wird, wie in 17A dargestellt, eine Hartmaske 62 auf dem Si-Substrat ausgebildet und wird das Si-Substrat geätzt, um eine Öffnung 11H1 zu bilden. Danach wird beispielsweise ein SiO2-Film 63 auf einer Vorderseitenoberfläche der Hartmaske 62 und auf einer Seitenoberfläche und einer unteren Oberfläche der Öffnung 11H1 ausgebildet.
  • Anschließend wird, wie in 17B dargestellt, der SiO2-Film 63, der auf der Hartmaske 62 und auf der unteren Oberfläche der Öffnung 11H1 bereitgestellt wird, durch anisotropes Ätzen selektiv geätzt, um den SiO2-Film 63 nur auf der Seitenoberfläche der Öffnung 11H1 zu lassen. Als Nächstes wird, wie in 17C dargestellt, das Si-Substrat unter Verwendung der Hartmaske 62 weiter geätzt, um den Graben 11H zu bilden, der den Elementtrennabschnitt 14 bildet. Anschließend werden, wie in 17D dargestellt, Störstellen vom p-Typ in den Graben 11H unter Verwendung von beispielsweise Gasphasendiffusion oder Plasmadotierung hineindiffundiert, um die p+++-Region zu bilden. Schließlich wird, wie in 17E dargestellt, der Graben beispielsweise mit dem SiO2-Film gefüllt, um dadurch den Elementtrennabschnitt 14 zu bilden.
  • <Zweite Ausführungsform>
  • 18 stellt schematisch eine planare Konfiguration eines Festkörperbildaufnahmeelements (eines Festkörperbildaufnahmeelements 8A) gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar. 19 stellt ein Ersatzschaltbild des in 18 dargestellten Festkörperbildaufnahmeelements 8A dar. Wie bei dem Festkörperbildaufnahmeelement 1, das in der vorstehenden ersten Ausführungsform beschrieben ist, ist es in einem Fall, in dem die aktiven Regionen der Pixeltransistoren, wie zum Beispiel des Rücksetztransistors (RST), des Verstärkungstransistors (Amp) und des Auswahltransistors (SEL), durch den Elementtrennabschnitt 13 und den Elementtrennabschnitt 14 definiert sind, vorzuziehen, dass die Pixeltransistoren zwischen benachbarten Pixeln parallel angeordnet sind und Gates der jeweiligen Pixeltransistoren zwischen den Pixeln gemeinsam genutzt werden, um die Pixeltransistoren zwischen den benachbarten Pixeln zu parallelisieren, wie in der vorliegenden Ausführungsform. In der vorliegenden Ausführungsform sind der Rücksetztransistor (RST), der Verstärkungstransistor (Amp) und der Auswahltransistor (SEL) dafür konfiguriert, zwischen den benachbarten Pixeln parallelisiert zu werden.
  • Wie vorstehend beschrieben, sind in der vorliegenden Ausführungsform die Pixeltransistoren zwischen den benachbarten Pixeln parallel angeordnet und werden die Gates der jeweiligen Pixeltransistoren zwischen den Pixeln gemeinsam genutzt. Daher ist es beispielsweise möglich, wie in 20 dargestellt, selbst dann, wenn Ausbildungspositionen des Elementtrennabschnitts 13 zur Ausbildung verschoben werden, beispielsweise von (A) nach (B), die Positionsverschiebung des Elementtrennabschnitts 13 beispielsweise mit einer Kanallänge WA des Verstärkungstransistors (AmpA) und einer Kanallänge WB des Verstärkungstransistors (AmpB), die parallel angeordnet sind, aufzuheben. Das heißt, es ist möglich, eine Streuung in Elementeigenschaften zwischen benachbarten Pixeln aufgrund der Positionsverschiebung bei der Ausbildung des Elementtrennabschnitts 13 und des Elementtrennabschnitts 14 zu verringern. Es ist anzumerken, dass die in 20 dargestellte schematische Querschnittsansicht einen Querschnitt entlang einer in 18 dargestellten Linie X-X zeigt.
  • Zusätzlich hebt das Anordnen von Gates der Transistoren über den Elementtrennabschnitt 14 zwischen Pixeln und das gemeinsame Nutzen der Gates zwischen den benachbarten Pixeln die Notwendigkeit eines Raums zum Trennen der benachbarten Gates auf, wodurch ermöglicht wird, die Flächeneffizienz weiter zu verbessern.
  • Zusätzlich ist für das in 18 dargestellte Festkörperbildaufnahmeelement 8A das Beispiel angeführt, in dem die Gates der Pixeltransistoren, die zwischen den angrenzenden Pixeln benachbart angeordnet sind, über die Pixel ausgebildet sind, um dadurch die Pixeltransistoren zu parallelisieren, die in den jeweiligen Pixeln P vorgesehen sind; dies ist jedoch nicht beschränkend. Beispielsweise kann, wie in einem in 21 dargestellten Festkörperbildaufnahmeelement 8B, eine Parallelisierung durch das Koppeln von Pixeltransistoren, die an entfernten Positionen angeordnet sind, unter Verwendung einer Verdrahtungsleitung erreicht werden. Ferner stellt 18 das Beispiel dar, in dem die Gates von drei Transistoren gemeinsam genutzt werden: des Rücksetztransistors (RST), des Verstärkungstransistors (AMP) und des Auswahltransistors (SEL); dies ist jedoch nicht beschränkend. Beispielsweise kann ferner der Transfertransistor (TG) gemeinsam genutzt werden.
  • <Modifikationsbeispiel>
  • (Modifikationsbeispiel 7)
  • 22 stellt schematisch eine planare Konfiguration eines Festkörperbildaufnahmeelements (eines Festkörperbildaufnahmeelements 9) gemäß Modifikationsbeispiel 7 der vorliegenden Offenbarung dar. 23 stellt ein Ersatzschaltbild des in 22 dargestellten Festkörperbildaufnahmeelements 9 dar. In dem Festkörperbildaufnahmeelement 9 des vorliegenden Modifikationsbeispiels, wie in 23 dargestellt, sind verschiedene Pixeltransistoren zwischen vier Pixeln P, die in 2 × 2 Spalten angeordnet sind, parallelisiert. Auf diese Weise kann die Parallelisierung der Pixeltransistoren zwischen den benachbarten Pixeln nicht nur in einer einachsigen Richtung (z. B. X-Achsenrichtung), wie in der vorstehenden zweiten Ausführungsform, erreicht werden, sondern kann auch in anderen Richtungen (z. B. Z-Achsenrichtung) erreicht werden.
  • <Anwendungsbeispiele>
  • (Anwendungsbeispiel 1)
  • 24 stellt beispielsweise eine Gesamtkonfiguration der Festkörperbildaufnahmevorrichtung 100 dar, in der das in der vorstehenden Ausführungsform beschriebene Festkörperbildaufnahmeelement 1 (oder jedes der Festkörperbildaufnahmeelemente 2 bis 9) usw. für jedes Pixel verwendet wird. Die Festkörperbildaufnahmevorrichtung 100 ist ein CMOS-Bildaufnahmesensor. Die Festkörperbildaufnahmevorrichtung 100 weist einen Pixelabschnitt 1a als eine Bildaufnahmefläche auf einem Halbleitersubstrat 21 auf und weist beispielsweise einen Peripherieschaltungsabschnitt 130 auf, der durch einen Zeilenabtaster 131, einen Horizontalwähler 133, einen Spaltenabtaster 134 und eine Systemsteuereinrichtung 132 in einer Peripherieregion des Pixelabschnitts 1a konfiguriert ist.
  • Der Pixelabschnitt 1a weist beispielsweise eine Mehrzahl von Einheitspixeln P (die z. B dem Festkörperbildaufnahmeelement 1 entsprechen) auf, die zweidimensional in einer Matrix angeordnet sind. Mit den Einheitspixeln P sind beispielsweise Pixelansteuerleitungen Lread (insbesondere Zeilenauswahlleitungen und Rücksetzsteuerleitungen) auf Pixelzeilenbasis verdrahtet und sind Vertikalsignalleitungen Lsig auf Pixelspaltenbasis verdrahtet. Die Pixelansteuerleitung Lread überträgt ein Ansteuersignal zum Lesen eines Signals von dem Pixel. Ein Ende der Pixelansteuerleitung Lread ist mit einem Ausgangsanschluss gekoppelt, der jeder Zeile in dem Zeilenabtaster 131 entspricht.
  • Der Zeilenabtaster 131 ist durch ein Schieberegister, einen Adressdecodierer usw. konfiguriert. Der Zeilenabtaster 131 ist beispielsweise eine Pixelansteuereinrichtung, die die jeweiligen Einheitspixel P in dem Pixelabschnitt 1a auf Zeileneinheitsbasis ansteuert. Signale, die von den jeweiligen Einheitspixeln P in der Pixelzeile, die von dem Zeilenabtaster 131 selektiv abgetastet werden, ausgegeben werden, werden über die jeweiligen Vertikalsignalleitungen Lsig dem Horizontalwähler 133 zugeführt. Der Horizontalwähler 133 ist durch einen Verstärker, einen Horizontalauswahlschalter usw. konfiguriert, die für jede Vertikalsignalleitung Lsig vorgesehen sind.
  • Der Spaltenabtaster 134 ist durch ein Schieberegister, einen Adressdecodierer usw. konfiguriert. Der Spaltenabtaster 134 steuert die jeweiligen Horizontalauswahlschalter in dem Horizontalwähler 133 während des Abtastens der jeweiligen Horizontalauswahlschalter in dem Horizontalwähler 133 sequenziell an. Als Folge des selektiven Abtastens durch den Spaltenabtaster 134 werden Signale der jeweiligen Pixel, die über die jeweiligen Vertikalsignalleitungen Lsig zu übertragen sind, sequenziell an Horizontalsignalleitungen 135 ausgegeben und werden durch die Horizontalsignalleitungen 135 nach außerhalb des Halbleitersubstrats 21 übertragen.
  • Ein Schaltungsteil, der durch den Zeilenabtaster 131, den Horizontalwähler 133, den Spaltenabtaster 134 und die Horizontalsignalleitungen 135 konfiguriert ist, kann direkt auf dem Halbleitersubstrat 21 ausgebildet sein oder kann in einer externen Steuer-IC angeordnet sein. Alternativ kann der Schaltungsteil auf einem anderen Substrat ausgebildet sein, unter Verwendung eines Kabels gekoppelt usw. sein.
  • Die Systemsteuereinrichtung 132 empfängt ein Taktsignal, Daten, die einen Betriebsmodus usw. anweisen, die von außerhalb des Halbleitersubstrats 21 zugeführt werden. Die Systemsteuereinrichtung 132 gibt auch Daten wie zum Beispiel interne Information der Festkörperbildaufnahmevorrichtung 100 aus. Die Systemsteuereinrichtung 132 weist ferner einen Zeitsteuergenerator auf, der verschiedene Zeitsteuersignale erzeugt und eine Ansteuersteuerung von Peripherieschaltungen, wie zum Beispiel des Zeilenabtasters 131, des Horizontalwählers 133 und des Spaltenabtasters 134, auf Grundlage der verschiedenen Zeitsteuersignale durchführt, die von dem Zeitsteuergenerator erzeugt werden.
  • (Anwendungsbeispiel 2)
  • Die vorstehend beschriebene Festkörperbildaufnahmevorrichtung 100 ist auf jegliche Art von elektronischem Gerät mit einer Bildaufnahmefunktion anwendbar, beispielsweise ein Kamerasystem wie zum Beispiel eine digitale Standbildkamera und eine Videokamera sowie ein Mobiltelefon mit der Bildaufnahmefunktion. 25 stellt eine Übersichtskonfiguration einer Kamera 200 als ein Beispiel dafür dar. Diese Kamera 200 ist beispielsweise eine Videokamera, die in der Lage ist, ein Standbild zu photografieren oder ein Bewegtbild aufzunehmen. Die Kamera 200 weist beispielsweise die Festkörperbildaufnahmevorrichtung 100, ein optisches System (optische Linse) 310, eine Verschlussvorrichtung 311, einen Ansteuerabschnitt 313, der die Festkörperbildaufnahmevorrichtung 100 und die Verschlussvorrichtung 311 ansteuert, und einen Signalverarbeitungsabschnitt 312 auf.
  • Das optische System 310 leitet Bildlicht (einfallendes Licht) von einem Subjekt zu dem Pixelabschnitt 1a in der Festkörperbildaufnahmevorrichtung 100. Das optische System 310 kann durch eine Mehrzahl optischer Linsen konfiguriert sein. Die Verschlussvorrichtung 311 steuert Perioden von Lichteinstrahlung und Lichtabschirmung bezüglich der Festkörperbildaufnahmevorrichtung 100. Der Ansteuerabschnitt 313 steuert eine Übertragungsoperation der Festkörperbildaufnahmevorrichtung 100 und eine Verschlussoperation der Verschlussvorrichtung 311. Der Signalverarbeitungsabschnitt 312 führt verschiedene Typen von Signalverarbeitung an einem Signal durch, das von der Festkörperbildaufnahmevorrichtung 100 ausgegeben wird. Ein Videosignal Dout nach der Signalverarbeitung wird in einem Speichermedium, wie zum Beispiel einem Speicher, gespeichert oder an einen Bildschirm ausgegeben usw.
  • (Anwendungsbeispiel 3)
  • <Beispiel für praktische Anwendung auf In-vivo-Informationserlangungssystem>
  • Ferner ist die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung (vorliegende Technologie) auf verschiedene Produkte anwendbar. Beispielsweise kann die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung auf ein System für endoskopische Chirurgie angewendet werden.
  • 26 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer schematischen Konfiguration eines In-vivo-Informationserlangungssystems eines Patienten unter Verwendung eines Endoskops vom Kapseltyp darstellt, auf das die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung (vorliegende Technologie) angewendet werden kann.
  • Das In-vivo-Informationserlangungssystem 10001 weist ein Endoskop 10100 vom Kapseltyp und ein externes Steuergerät 10200 auf.
  • Das Endoskop 10100 vom Kapseltyp wird zur Zeit der Untersuchung von einem Patienten geschluckt. Das Endoskop 10100 vom Kapseltyp hat eine Bilderfassungsfunktion und eine Drahtloskommunikationsfunktion und erfasst in vorbestimmten Intervallen sukzessive ein Bild des Inneren eines Organs, wie zum Beispiel des Magens oder eines Darms, (nachstehend als In-Vivo-Bild bezeichnet), während es sich für eine Zeitdauer durch peristaltische Bewegung im Inneren des Organs bewegt, bis es von dem Patienten auf natürliche Weise ausgeschieden wird. Dann überträgt das Endoskop 10100 vom Kapseltyp Information des In-vivo-Bilds mittels Drahtlosübertragung sukzessive an das externe Steuergerät 10200 außerhalb des Körpers.
  • Das externe Steuergerät 10200 steuert den Betrieb des In-vivo-Informationserlangungssystems 10001 integral. Ferner empfängt das externe Steuergerät 10200 Information eines In-vivo-Bilds, die von dem Endoskop 10100 vom Kapseltyp dorthin übertragen wurde, und erzeugt Bilddaten zum Anzeigen des In-vivo-Bilds auf einem Anzeigegerät (nicht dargestellt) auf Grundlage der empfangenen Information des In-vivo-Bilds.
  • In dem In-vivo-Informationserlangungssystem 10001 kann auf diese Weise jederzeit ein Bild, das einen Zustand des Körperinneren eines Patienten abbildet, für eine Zeitdauer erlangt werden, bis das Endoskop 10100 vom Kapseltyp nach dem Schlucken ausgeschieden wird.
  • Eine Konfiguration und Funktionen des Endoskops 10100 vom Kapseltyp und des externen Steuergeräts 10200 werden nachstehend ausführlicher beschrieben.
  • Das Endoskop 10100 vom Kapseltyp weist ein Gehäuse 10101 vom Kapseltyp auf, in dem eine Lichtquelleneinheit 10111, eine Bilderfassungseinheit 10112, eine Bildverarbeitungseinheit 10113, eine Drahtloskommunikationseinheit 10114, eine Energieversorgungseinheit 10115, eine Energiezuführeinheit 10116 und eine Steuereinheit 10117 untergebracht sind.
  • Die Lichtquelleneinheit 10111 weist eine Lichtquelle auf, wie beispielsweise eine Leuchtdiode (LED), und strahlt Licht auf ein Bilderfassungssichtfeld der Bilderfassungseinheit 10112.
  • Die Bilderfassungseinheit 10112 weist ein Bilderfassungselement und ein optisches System auf, das eine Mehrzahl von Linsen aufweist, die an einer dem Bilderfassungselement vorhergehenden Stufe vorgesehen sind. Reflektiertes Licht (nachstehend als Beobachtungslicht bezeichnet) von Licht, das auf ein Körpergewebe gestrahlt wird, das ein Beobachtungsziel ist, wird durch das optische System gebündelt und in das Bilderfassungselement eingebracht. In der Bilderfassungseinheit 10112 wird das einfallende Beobachtungslicht durch das Bilderfassungselement photoelektrisch umgewandelt, wodurch ein Bildsignal erzeugt wird, das dem Beobachtungslicht entspricht. Das von der Bilderfassungseinheit 10112 erzeugte Bildsignal wird der Bildverarbeitungseinheit 10113 bereitgestellt.
  • Die Bildverarbeitungseinheit 10113 weist einen Prozessor auf, wie zum Beispiel eine Zentraleinheit (CPU) oder eine Grafikverarbeitungseinheit (GPU), und führt verschiedene Signalprozesse für ein Bildsignal durch, das von der Bilderfassungseinheit 10112 erzeugt wird. Die Bildverarbeitungseinheit 10113 stellt das Bildsignal, für das dadurch die Signalprozesse durchgeführt wurden, der Drahtloskommunikationseinheit 10114 als RAW-Daten bereit.
  • Die Drahtloskommunikationseinheit 10114 führt einen vorbestimmten Prozess, wie zum Beispiel einen Modulationsprozess, für das Bildsignal durch, für das die Signalprozesse von der Bildverarbeitungseinheit 10113 durchgeführt wurden, und überträgt das resultierende Bildsignal über eine Antenne 10114A an das externe Steuergerät 10200. Ferner empfängt die Drahtloskommunikationseinheit 10114 ein Steuersignal bezüglich der Ansteuersteuerung des Endoskops 10100 vom Kapseltyp von dem externen Steuergerät 10200 über die Antenne 10114A. Die Drahtloskommunikationseinheit 10114 stellt der Steuereinheit 10117 das von dem externen Steuergerät 10200 empfangene Steuersignal bereit.
  • Die Energieversorgungseinheit 10115 weist eine Antennenspule zur Energieaufnahme, eine Energieregenerierungsschaltung zum Regenerieren elektrischer Energie aus Strom, der in der Antennenspule erzeugt wird, eine Spannungsverstärkungsschaltung usw. auf. Die Energieversorgungseinheit 10115 erzeugt elektrische Energie unter Verwendung des Prinzips kontaktlosen Ladens.
  • Die Energiezuführeinheit 10116 weist eine Sekundärbatterie auf und speichert elektrische Energie, die von der Energieversorgungseinheit 10115 erzeugt wird. In 26 wird eine Pfeilmarkierung, die eine Zuführzielstelle elektrischer Energie von der Energiezuführeinheit 10116 angibt, usw. weggelassen, um eine komplizierte Darstellung zu vermeiden. Die in der Energiezuführeinheit 10116 gespeicherte elektrische Energie wird jedoch der Lichtquelleneinheit 10111, der Bilderfassungseinheit 10112, der Bildverarbeitungseinheit 10113, der Drahtloskommunikationseinheit 10114 und der Steuereinheit 10117 zugeführt und kann zum Ansteuern selbiger verwendet werden.
  • Die Steuereinheit 10117 weist einen Prozessor auf, wie zum Beispiel eine CPU, und steuert in geeigneter Weise die Ansteuerung der Lichtquelleneinheit 10111, der Bilderfassungseinheit 10112, der Bildverarbeitungseinheit 10113, der Drahtloskommunikationseinheit 10114 und der Energieversorgungseinheit 10115 gemäß einem Steuersignal, das von dem externen Steuergerät 10200 dorthin übertragen wird.
  • Das externe Steuergerät 10200 weist einen Prozessor, wie zum Beispiel eine CPU oder eine GPU, einen Mikrocomputer, eine Steuerplatine oder dergleichen auf, wobei ein Prozessor und ein Speicherelement, wie zum Beispiel ein Speicher, gemischt einbezogen sind. Das externe Steuergerät 10200 überträgt ein Steuersignal über eine Antenne 10200A an die Steuereinheit 10117 des Endoskops 10100 vom Kapseltyp, um den Betrieb des Endoskops 10100 vom Kapseltyp zu steuern. In dem Endoskop 10100 vom Kapseltyp kann eine Einstrahlungsbedingung von Licht auf ein Beobachtungsziel der Lichtquelleneinheit 10111 geändert werden, beispielsweise gemäß einem Steuersignal von dem externen Steuergerät 10200. Ferner kann eine Bilderfassungsbedingung (beispielsweise eine Bildfrequenz, ein Belichtungswert oder dergleichen der Bilderfassungseinheit 10112) gemäß einem Steuersignal von dem externen Steuergerät 10200 geändert werden. Ferner kann der Inhalt der Verarbeitung durch die Bildverarbeitungseinheit 10113 oder eine Bedingung zum Übertragen eines Bildsignals von der Drahtloskommunikationseinheit 10114 (beispielsweise ein Übertragungsintervall, eine Übertragungsbildnummer oder dergleichen) gemäß einem Steuersignal von dem externen Steuergerät 10200 geändert werden.
  • Ferner führt das externe Steuergerät 10200 verschiedene Bildprozesse für ein Bildsignal durch, das von dem Endoskop 10100 vom Kapseltyp dorthin übertragen wird, um Bilddaten zum Anzeigen eines erfassten In-vivo-Bilds auf dem Anzeigegerät zu erzeugen. Als die Bildprozesse können verschiedene Signalprozesse durchgeführt werden, wie beispielsweise ein Entwicklungsprozess (Demosaicing-Prozess), ein Bildqualitätsverbesserungsprozess (Bandbreitenerweiterungsprozess, ein Superauflösungsprozess, ein Rauschverminderungs(NR)-Prozess und/oder Bildstabilisierungsprozess) und/oder ein Vergrößerungsprozess (Prozess elektronischen Zoomens). Das externe Steuergerät 10200 steuert das Ansteuern des Anzeigegeräts, um zu bewirken, dass das Anzeigegerät ein erfasstes In-vivo-Bild auf Grundlage erzeugter Bilddaten anzeigt. Alternativ kann das externe Steuergerät 10200 auch ein Aufzeichnungsgerät (nicht dargestellt) steuern, um erzeugte Bilddaten aufzuzeichnen, oder ein Druckgerät (nicht dargestellt) steuern, um erzeugte Bilddaten durch Drucken auszugeben.
  • Vorstehend wurde ein Beispiel des In-vivo-Informationserlangungssystems beschrieben, auf das die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung anwendbar ist. Die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist beispielsweise auf die Bilderfassungseinheit 10112 der vorstehend beschriebenen Konfigurationen anwendbar. Dies ermöglicht eine Verbesserung der Detektionsgenauigkeit.
  • (Anwendungsbeispiel 4)
  • <Beispiel für praktische Anwendung auf System für endoskopische Chirurgie>
  • Die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung (vorliegende Technologie) ist auf verschiedene Produkte anwendbar. Beispielsweise kann die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung auf ein System für endoskopische Chirurgie angewendet werden.
  • 27 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer schematischen Konfiguration eines Systems für endoskopische Chirurgie darstellt, auf das die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung (vorliegende Technologie) angewendet werden kann.
  • In 27 ist ein Zustand dargestellt, in dem ein Chirurg (Arzt) 11131 ein System für endoskopische Chirurgie 11000 verwendet, um einen chirurgischen Eingriff für einen Patienten 11132 auf einem Patientenbett 11133 durchzuführen. Wie dargestellt, weist das System für endoskopische Chirurgie 11000 ein Endoskop 11100, andere chirurgische Instrumente 11110, wie zum Beispiel eine Pneumoperitoneumsröhre 11111 und eine Energievorrichtung 11112, ein Tragarmgerät 11120, das das Endoskop 11100 darauf trägt, und einen Wagen 11200, an dem verschiedene Geräte für endoskopische Chirurgie montiert sind, auf.
  • Das Endoskop 11100 weist einen Objektivtubus 11101 mit einer Region einer vorbestimmten Länge von einem distalen Ende davon zur Einführung in eine Körperhöhle des Patienten 11132 und einen Kamerakopf 11102, der mit einem proximalen Ende des Objektivtubus 11101 verbunden ist, auf. In dem dargestellten Beispiel ist das Endoskop 11100 dargestellt, das als ein starres Endoskop vorliegt, das den Objektivtubus 11101 vom harten Typ aufweist. Das Endoskop 11100 kann jedoch andererseits als ein flexibles Endoskop vorliegen, das den Objektivtubus 11101 vom flexiblen Typ aufweist.
  • Der Objektivtubus 11101 hat an seinem distalen Ende eine Öffnung, in die eine Objektivlinse eingepasst ist. Ein Lichtquellengerät 11203 ist mit dem Endoskop 11100 derart verbunden, dass Licht, das von dem Lichtquellengerät 11203 erzeugt wird, durch einen Lichtleiter, der sich im Inneren des Objektivtubus 11101 erstreckt, in ein distales Ende des Objektivtubus 11101 eingebracht wird und durch die Objektivlinse auf ein Beobachtungsziel in einer Körperhöhle des Patienten 11132 gestrahlt wird. Es ist anzumerken, dass das Endoskop 11100 ein Vorwärtssichtendoskop sein kann oder ein Schrägsichtendoskop oder ein Seitensichtendoskop sein kann.
  • Ein optisches System und ein Bilderfassungselement sind im Inneren des Kamerakopfs 11102 derart vorgesehen, dass reflektiertes Licht (Beobachtungslicht) von dem Beobachtungsziel von dem optischen System an dem Bilderfassungselement gebündelt wird. Das Beobachtungslicht wird durch das Bilderfassungselement photoelektrisch umgewandelt, um ein elektrisches Signal zu erzeugen, das dem Beobachtungslicht entspricht, und zwar ein Bildsignal, das einem Beobachtungsbild entspricht. Das Bildsignal wird als RAW-Daten an eine CCU 11201 übertragen.
  • Die CCU 11201 weist eine Zentraleinheit (CPU), eine Grafikverarbeitungseinheit (GPU) oder dergleichen auf und steuert einen Betrieb des Endoskops 11100 und eines Anzeigegeräts 11202 integral. Ferner empfängt die CCU 11201 ein Bildsignal von dem Kamerakopf 11102 und führt für das Bildsignal verschiedene Bildprozesse zum Anzeigen eines Bilds auf Grundlage des Bildsignals durch, wie beispielsweise einen Entwicklungsprozess (Demosaicing-Prozess).
  • Das Anzeigegerät 11202 zeigt ein Bild auf Grundlage eines Bildsignals, für das die Bildprozesse von der CCU 11201 durchgeführt wurden, unter der Steuerung der CCU 11201 darauf an.
  • Das Lichtquellengerät 11203 weist eine Lichtquelle auf, wie beispielsweise eine Leuchtdiode (LED), und führt bei Bildaufnahme einer zu operierenden Region dem Endoskop 11100 Einstrahlungslicht zu.
  • Ein Eingabegerät 11204 ist eine Eingabeschnittstelle für das System für endoskopische Chirurgie 11000. Ein Benutzer kann die Eingabe verschiedener Arten von Informations- oder Anweisungseingaben in das System für endoskopische Chirurgie 11000 über das Eingabegerät 11204 durchführen. Beispielsweise würde der Benutzer eine Anweisung oder dergleichen eingeben, um eine Bilderfassungsbedingung (Typ von Einstrahlungslicht, Vergrößerung, Brennweite oder dergleichen) durch das Endoskop 11100 zu ändern.
  • Ein Behandlungsinstrumentsteuergerät 11205 steuert das Ansteuern der Energievorrichtung 11112 zum Kauterisieren oder Schneiden eines Gewebes, Verschließen eines Blutgefäßes oder dergleichen. Ein Pneumoperitoneumsgerät 11206 führt durch die Pneumoperitoneumsröhre 11111 Gas in eine Körperhöhle des Patienten 11132, um die Körperhöhle aufzublasen, damit das Sichtfeld des Endoskops 11100 sichergestellt ist und der Arbeitsraum für den Chirurgen sichergestellt ist. Ein Aufzeichnungsgerät 11207 ist ein Gerät, das in der Lage ist, verschiedene Arten von Information im Zusammenhang mit Chirurgie aufzuzeichnen. Ein Drucker 11208 ist ein Gerät, das in der Lage ist, verschiedene Arten von Information im Zusammenhang mit Chirurgie in verschiedenen Formen, etwa als einen Text, ein Bild oder eine Grafik, zu drucken.
  • Es ist anzumerken, dass das Lichtquellengerät 11203, das dem Endoskop 11100 Einstrahlungslicht zuführt, wenn eine zu operierende Region abzubilden ist, eine Weißlichtquelle aufweisen kann, die beispielsweise eine LED, eine Laserlichtquelle oder eine Kombination daraus aufweist. Weist eine Weißlichtquelle eine Kombination aus roten, grünen und blauen (RGB) Laserlichtquellen auf, kann, da die Ausgabeintensität und die Ausgabezeit mit einem hohen Genauigkeitsgrad für jede Farbe (jede Wellenlänge) gesteuert werden kann, eine Einstellung des Weißabgleichs eines erfassten Bilds von dem Lichtquellengerät 11203 durchgeführt werden. Ferner wird in diesem Fall, wenn Laserstrahlen von den jeweiligen RGB-Laserlichtquellen zeitgetrennt auf ein Beobachtungsziel gestrahlt werden, das Ansteuern der Bilderfassungselemente des Kamerakopfs 11102 synchron zu den Einstrahlungszeiten gesteuert. Dann können Bilder, die den R-, G- und B-Farben einzeln entsprechen, auch zeitgetrennt erfasst werden. Gemäß diesem Verfahren kann ein Farbbild selbst dann erhalten werden, wenn keine Farbfilter für das Bilderfassungselement vorgesehen sind.
  • Ferner kann das Lichtquellengerät 11203 derart gesteuert werden, dass die Intensität von auszugebendem Licht für jede vorbestimmte Zeit geändert wird. Durch Steuerung der Ansteuerung des Bilderfassungselements des Kamerakopfs 11102 synchron zu der Zeitsteuerung der Änderung der Intensität von Licht, um Bilder zeitgetrennt zu erlangen, und Synthese der Bilder kann ein Bild eines Hochdynamikbereichs frei von unterbelichteten verwischten Schatten und überbelichteten hellen Stellen erzeugt werden.
  • Ferner kann das Lichtquellengerät 11203 dafür konfiguriert sein, Licht eines vorbestimmten Wellenlängenbands zuzuführen, das für Speziallichtbeobachtung geeignet ist. Bei Speziallichtbeobachtung, beispielsweise durch Nutzung der Wellenlängenabhängigkeit der Absorption von Licht in einem Körpergewebe, um Licht eines schmalen Bands einzustrahlen, im Vergleich zu Einstrahlungslicht bei üblicher Beobachtung (und zwar Weißlicht), wird eine Schmalbandbeobachtung (Schmalbandbildaufnahme) der Bildaufnahme eines vorbestimmten Gewebes, wie zum Beispiel eines Blutgefäßes eines oberflächlichen Teils der Schleimhaut oder dergleichen, mit hohem Kontrast durchgeführt. Alternativ kann bei Speziallichtbeobachtung eine Fluoreszenzbeobachtung zum Erhalten eines Bilds aus Fluoreszenzlicht, das durch Einstrahlung von Anregungslicht erzeugt wird, durchgeführt werden. Bei Fluoreszenzbeobachtung ist es möglich, eine Beobachtung von Fluoreszenzlicht von einem Körpergewebe durch Strahlen von Anregungslicht auf das Körpergewebe (Autofluoreszenzbeobachtung) durchzuführen oder ein Fluoreszenzlichtbild durch lokales Injizieren eines Reagenz, wie zum Beispiel Indocyaningrün (ICG), in ein Körpergewebe und Strahlen von Anregungslicht, das einer Fluoreszenzlichtwellenlänge des Reagenzes entspricht, auf das Körpergewebe zu erhalten. Das Lichtquellengerät 11203 kann dafür konfiguriert sein, derartiges schmalbandiges Licht und/oder Anregungslicht zuzuführen, das für Speziallichtbeobachtung, wie vorstehend beschrieben, geeignet ist.
  • 28 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer funktionalen Konfiguration des Kamerakopfs 11102 und der CCU 11201, die in 27 dargestellt sind, darstellt.
  • Der Kamerakopf 11102 weist eine Linseneinheit 11401, eine Bilderfassungseinheit 11402, eine Ansteuereinheit 11403, eine Kommunikationseinheit 11404 und eine Kamerakopfsteuereinheit 11405 auf. Die CCU 11201 weist eine Kommunikationseinheit 11411, eine Bildverarbeitungseinheit 11412 und eine Steuereinheit 11413 auf. Der Kamerakopf 11102 und die CCU 11201 sind zur Kommunikation miteinander durch ein Übertragungskabel 11400 verbunden.
  • Die Linseneinheit 11401 ist ein optisches System, das an einer Verbindungsstelle mit dem Objektivtubus 11101 vorgesehen ist. Beobachtungslicht, das von einem distalen Ende des Objektivtubus 11101 aufgenommen wird, wird zu dem Kamerakopf 11102 geführt und in die Linseneinheit 11401 eingebracht. Die Linseneinheit 11401 weist eine Kombination einer Mehrzahl von Linsen auf, einschließlich einer Zoomlinse und einer Fokussierlinse.
  • Die Anzahl von Bilderfassungselementen, die in der Bilderfassungseinheit 11402 enthalten ist, kann eins (Einzelplattentyp) oder eine Mehrzahl (Mehrplattentyp) sein. Wo die Bilderfassungseinheit 11402 beispielsweise als die vom Mehrplattentyp konfiguriert ist, werden Bildsignale, die jeweiligen R-, G- und B-Werten entsprechen, von den Bilderfassungselementen erzeugt und können die Bildsignale synthetisiert werden, um ein Farbbild zu erhalten. Die Bilderfassungseinheit 11402 kann auch derart konfiguriert sein, dass sie ein Paar Bilderfassungselemente zum Erlangen jeweiliger Bildsignale für das rechte Auge und das linke Auge, geeignet zur dreidimensionalen (3-D) Anzeige, hat. Wenn eine 3-D-Anzeige durchgeführt wird, kann die Tiefe eines lebenden Körpergewebes in einer zu operierenden Region von dem Chirurgen 11131 genauer erfasst werden. Es ist anzumerken, dass, wo die Bilderfassungseinheit 11402 als die vom stereoskopischen Typ konfiguriert ist, eine Mehrzahl von Systemen von Linseneinheiten 11401 entsprechend den einzelnen Bilderfassungselementen vorgesehen ist.
  • Ferner muss die Bilderfassungseinheit 11402 nicht notwendigerweise an dem Kamerakopf 11102 vorgesehen sein. Beispielsweise kann die Bilderfassungseinheit 11402 unmittelbar hinter der Objektivlinse im Inneren des Objektivtubus 11101 vorgesehen sein.
  • Die Ansteuereinheit 11403 weist einen Aktor auf und bewegt die Zoomlinse und die Fokussierlinse der Linseneinheit 11401 unter der Steuerung der Kamerakopfsteuereinheit 11405 um einen vorbestimmten Abstand entlang einer optischen Achse. Folglich können die Vergrößerung und der Brennpunkt eines von der Bilderfassungseinheit 11402 erfassten Bilds in geeigneter Weise eingestellt werden.
  • Die Kommunikationseinheit 11404 weist ein Kommunikationsgerät zum Übertragen und Empfangen verschiedener Arten von Information an die und von der CCU 11201 auf. Die Kommunikationseinheit 11404 überträgt ein Bildsignal, das von der Bilderfassungseinheit 11402 erlangt wird, als RAW-Daten durch das Übertragungskabel 11400 an die CCU 11201.
  • Zusätzlich empfängt die Kommunikationseinheit 11404 ein Steuersignal zur Steuerung der Ansteuerung des Kamerakopfs 11102 von der CCU 11201 und führt das Steuersignal der Kamerakopfsteuereinheit 11405 zu. Das Steuersignal weist Information auf, die sich auf Bilderfassungsbedingungen bezieht, wie beispielsweise Information, dass eine Bildfrequenz eines erfassten Bilds festgelegt ist, Information, dass ein Belichtungswert der Bilderfassung festgelegt ist, und/oder Information, dass eine Vergrößerung und ein Brennpunkt eines erfassten Bilds festgelegt sind.
  • Es ist anzumerken, dass die Bilderfassungsbedingungen, wie zum Beispiel die Bildfrequenz, der Belichtungswert, die Vergrößerung oder der Brennpunkt, von dem Benutzer festgelegt werden können oder von der Steuereinheit 11413 der CCU 11201 auf Grundlage eines erlangten Bildsignals automatisch eingestellt werden können. Im letzteren Fall sind eine Funktion automatischer Belichtung (AE), eine Autofokus(AF)-Funktion und eine Funktion automatischen Weißabgleichs (AWB) in dem Endoskop 11100 integriert.
  • Die Kamerakopfsteuereinheit 11405 steuert das Ansteuern des Kamerakopfs 11102 auf Grundlage eines Steuersignals von der CCU 11201, das durch die Kommunikationseinheit 11404 empfangen wird.
  • Die Kommunikationseinheit 11411 weist ein Kommunikationsgerät zum Übertragen und Empfangen verschiedener Arten von Information an den und von dem Kamerakopf 11102 auf. Die Kommunikationseinheit 11411 empfängt ein Bildsignal, das von dem Kamerakopf 11102 durch das Übertragungskabel 11400 dorthin übertragen wird.
  • Ferner überträgt die Kommunikationseinheit 11411 ein Steuersignal zur Steuerung der Ansteuerung des Kamerakopfs 11102 an den Kamerakopf 11102. Das Bildsignal und das Steuersignal können durch elektrische Kommunikation, optische Kommunikation oder dergleichen übertragen werden.
  • Die Bildverarbeitungseinheit 11412 führt verschiedene Bildprozesse für ein Bildsignal in der Form von RAW-Daten durch, die von dem Kamerakopf 11102 dorthin übertragen werden.
  • Die Steuereinheit 11413 führt verschiedene Arten von Steuerung durch, die sich auf die Bilderfassung einer zu operierenden Region oder dergleichen durch das Endoskop 11100 und die Anzeige eines erfassten Bilds, das durch Bilderfassung der zu operierenden Region oder dergleichen erhalten wird, bezieht. Beispielsweise erzeugt die Steuereinheit 11413 ein Steuersignal zur Steuerung der Ansteuerung des Kamerakopfs 11102.
  • Ferner steuert die Steuereinheit 11413 auf Grundlage eines Bildsignals, für das Bildprozesse von der Bildverarbeitungseinheit 11412 durchgeführt wurden, das Anzeigegerät 11202, so dass es ein erfasstes Bild anzeigt, in dem die zu operierende Region oder dergleichen abgebildet ist. Daraufhin kann die Steuereinheit 11413 unter Verwendung verschiedener Bilderkennungstechnologien verschiedene Objekte in dem erfassten Bild erkennen. Beispielsweise kann die Steuereinheit 11413 ein chirurgisches Instrument, wie zum Beispiel eine Zange, eine spezielle Lebendkörperregion, Blutungen, Beschlag, wenn die Energievorrichtung 11112 verwendet wird, usw. durch Detektieren der Form, Farbe usw. von Rändern von Objekten in einem erfassten Bild erkennen. Die Steuereinheit 11413 kann, wenn sie das Anzeigegerät 11202 so steuert, dass es ein erfasstes Bild anzeigt, bewirken, dass verschiedene Arten chirurgisch unterstützender Information in einer überlagernden Weise mit einem Bild der zu operierenden Region unter Verwendung eines Ergebnisses der Erkennung angezeigt werden. Wenn chirurgisch unterstützende Information in einer überlagernden Weise angezeigt und dem Chirurgen 11131 präsentiert wurde, kann die Belastung für den Chirurgen 11131 verringert werden und kann der Chirurg 11131 mit Gewissheit mit der Operation fortfahren.
  • Das Übertragungskabel 11400, das den Kamerakopf 11102 und die CCU 11201 miteinander verbindet, ist ein Kabel für elektrische Signale, das für die Kommunikation eines elektrischen Signals geeignet ist, eine optische Faser, die für optische Kommunikation geeignet ist, oder ein gemischtadriges Kabel, das für sowohl elektrische als auch optische Kommunikation geeignet ist.
  • Hier kann, obwohl in dem dargestellten Beispiel Kommunikation durch drahtgebundene Kommunikation unter Verwendung des Übertragungskabels 11400 durchgeführt wird, die Kommunikation zwischen dem Kamerakopf 11102 und der CCU 11201 durch drahtlose Kommunikation durchgeführt werden.
  • Vorstehend wurde ein Beispiel des Systems für endoskopische Chirurgie beschrieben, auf das die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung anwendbar ist. Die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist beispielsweise auf die Bilderfassungseinheit 11402 der vorstehend beschriebenen Konfigurationen anwendbar. Das Anwenden der Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung auf die Bilderfassungseinheit 11402 ermöglicht eine Verbesserung der Detektionsgenauigkeit.
  • Es ist anzumerken, dass, auch wenn das System für endoskopische Chirurgie hier als ein Beispiel beschrieben wurde, die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung auch auf beispielsweise ein System mikroskopischer Chirurgie und dergleichen angewendet werden kann.
  • (Anwendungsbeispiel 5)
  • <Beispiel für praktische Anwendung auf mobilen Körper>
  • Die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung (vorliegende Technologie) ist auf verschiedene Produkte anwendbar. Beispielsweise kann die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung in Form eines Geräts erreicht werden, das an einem mobilen Körper jeglicher Art zu montieren ist. Nicht einschränkende Beispiele des mobilen Körpers können ein Kraftfahrzeug, ein Elektrofahrzeug, ein Hybrid-Elektrofahrzeug, ein Motorrad, ein Fahrrad, jegliche Vorrichtung persönlicher Mobilität, ein Flugzeug, ein unbemanntes Luftfahrzeug (Drohne), ein Schiff, einen Roboter, eine Baumaschine und eine landwirtschaftliche Maschine (Traktor) umfassen.
  • 29 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel schematischer Konfiguration eines Fahrzeugsteuersystems als ein Beispiel eines Steuersystems eines mobilen Körpers darstellt, auf das die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung angewendet werden kann.
  • Das Fahrzeugsteuersystem 12000 weist eine Mehrzahl elektronischer Steuereinheiten auf, die über ein Kommunikationsnetzwerk 12001 miteinander verbunden sind. In dem in 29 dargestellten Beispiel weist das Fahrzeugsteuersystem 12000 eine Antriebssystemsteuereinheit 12010, eine Karosseriesystemsteuereinheit 12020, eine Einheit 12030 zum Detektieren von Informationen außerhalb des Fahrzeugs, eine Einheit 12040 zum Detektieren von Informationen innerhalb des Fahrzeugs und eine integrierte Steuereinheit 12050 auf. Zusätzlich sind ein Mikrocomputer 12051, ein Ton-/Bildausgabeabschnitt 12052 und eine fahrzeugmontierte Netzwerkschnittstelle (I/F) 12053 als eine funktionale Konfiguration der integrierten Steuereinheit 12050 dargestellt.
  • Die Antriebssystemsteuereinheit 12010 steuert den Betrieb von Vorrichtungen, die mit dem Antriebssystem des Fahrzeugs in Zusammenhang stehen, gemäß verschiedenen Arten von Programmen. Beispielsweise dient die Antriebssystemsteuereinheit 12010 als eine Steuervorrichtung für eine Antriebskrafterzeugungsvorrichtung zum Erzeugen der Antriebskraft des Fahrzeugs, wie zum Beispiel einen Verbrennungsmotor, einen Antriebsmotor oder dergleichen, einen Antriebskraftübertragungsmechanismus zum Übertragen der Antriebskraft auf Räder, einen Lenkmechanismus zum Einstellen des Lenkwinkels des Fahrzeugs, eine Bremsvorrichtung zum Erzeugen der Bremskraft des Fahrzeugs und dergleichen.
  • Die Karosseriesystemsteuereinheit 12020 steuert den Betrieb verschiedener Arten von Vorrichtungen, die in einer Fahrzeugkarosserie vorgesehen sind, gemäß verschiedenen Arten von Programmen. Beispielsweise dient die Karosseriesystemsteuereinheit 12020 als eine Steuervorrichtung für ein System mit schlüssellosem Zugang, ein System mit intelligentem Schlüssel, eine elektrische Fensterhebervorrichtung oder verschiedene Arten von Leuchten wie zum Beispiel einen Scheinwerfer, einen Rückfahrscheinwerfer, eine Bremsleuchte, einen Fahrtrichtungsanzeiger, eine Nebelleuchte oder dergleichen. In diesem Fall können Funkwellen, die von einer mobilen Vorrichtung übertragen werden, als eine Alternative zu einem Schlüssel oder Signale verschiedener Arten von Schaltern in die Karosseriesystemsteuereinheit 12020 eingegeben werden. Die Karosseriesystemsteuereinheit 12020 empfängt diese eingegebenen Funkwellen oder Signale und steuert eine Türverriegelungsvorrichtung, die elektrische Fensterhebervorrichtung, die Leuchten oder dergleichen des Fahrzeugs.
  • Die Einheit 12030 zum Detektieren von Informationen außerhalb des Fahrzeugs detektiert Informationen von außerhalb des Fahrzeugs, das das Fahrzeugsteuersystem 12000 aufweist. Beispielsweise ist die Einheit 12030 zum Detektieren von Informationen außerhalb des Fahrzeugs mit einem Bildaufnahmeabschnitt 12031 verbunden. Die Einheit 12030 zum Detektieren von Informationen außerhalb des Fahrzeugs veranlasst den Bildaufnahmeabschnitt 12031 dazu, ein Bild von außerhalb des Fahrzeugs abzubilden, und empfängt das abgebildete Bild. Auf Grundlage des empfangenen Bilds kann die Einheit 12030 zum Detektieren von Informationen außerhalb des Fahrzeugs eine Verarbeitung der Detektion eines Objekts, wie zum Beispiel eines Menschen, eines Fahrzeugs, eines Hindernisses, eines Schilds, eines Zeichens auf einer Fahrbahnoberfläche oder dergleichen, oder eine Verarbeitung der Detektion eines Abstands dazu durchführen.
  • Der Bildaufnahmeabschnitt 12031 ist ein optischer Sensor, der Licht empfängt und der ein elektrisches Signal ausgibt, das einer empfangenen Lichtmenge des Lichts entspricht. Der Bildaufnahmeabschnitt 12031 kann das elektrische Signal als ein Bild ausgeben oder kann das elektrische Signal als Information über einen gemessenen Abstand ausgeben. Zusätzlich kann das Licht, das von dem Bildaufnahmeabschnitt 12031 empfangen wird, sichtbares Licht sein oder nicht sichtbares Licht sein, wie zum Beispiel Infrarotstrahlen oder dergleichen.
  • Die Einheit 12040 zum Detektieren von Informationen innerhalb des Fahrzeugs detektiert Informationen über das Innere des Fahrzeugs. Die Einheit 12040 zum Detektieren von Informationen innerhalb des Fahrzeugs ist beispielsweise mit einem Fahrerzustandsdetektionsabschnitt 12041 verbunden, der den Zustand eines Fahrers detektiert. Der Fahrerzustandsdetektionsabschnitt 12041 weist beispielsweise eine Kamera auf, die den Fahrer abbildet. Auf Grundlage von Detektionsinformation, die von dem Fahrerzustandsdetektionsabschnitt 12041 eingegeben wird, kann die Einheit 12040 zum Detektieren von Informationen innerhalb des Fahrzeugs einen Grad der Müdigkeit des Fahrers oder einen Grad der Konzentration des Fahrers berechnen oder kann bestimmen, ob der Fahrer döst.
  • Der Mikrocomputer 12051 kann einen Steuersollwert für die Antriebskrafterzeugungsvorrichtung, den Lenkmechanismus oder die Bremsvorrichtung auf Grundlage der Informationen über das Innere oder das Äußere des Fahrzeugs berechnen, wobei die Informationen durch die Einheit 12030 zum Detektieren von Informationen außerhalb des Fahrzeugs oder die Einheit 12040 zum Detektieren von Informationen innerhalb des Fahrzeugs erhalten wird, und einen Steuerbefehl an die Antriebssystemsteuereinheit 12010 ausgeben. Beispielsweise kann der Mikrocomputer 12051 kooperative Steuerung durchführen, die dafür vorgesehen ist, Funktionen eines Fahrerassistenzsystems (ADAS) zu implementieren, wobei die Funktionen Kollisionsvermeidung oder Aufprallminderung für das Fahrzeug, Nachfolgefahren auf Grundlage eines Folgeabstands, Fahren unter Beibehaltung einer Fahrzeuggeschwindigkeit, Warnung vor einer Kollision des Fahrzeugs, Warnung vor einem Abweichen des Fahrzeugs von einer Fahrspur oder dergleichen aufweisen.
  • Zusätzlich kann der Mikrocomputer 12051 kooperative Steuerung, die für autonomes Fahren vorgesehen ist, die das Fahrzeug dazu veranlasst, autonom zu fahren, ohne von der Bedienung des Fahrers oder dergleichen abhängig zu sein, durch Steuern der Antriebskrafterzeugungsvorrichtung, des Lenkmechanismus, der Bremsvorrichtung oder dergleichen auf Grundlage der Informationen über das Äußere oder das Innere des Fahrzeugs durchführen, wobei die Informationen durch die Einheit 12030 zum Detektieren von Informationen außerhalb des Fahrzeugs oder die Einheit 12040 zum Detektieren von Informationen innerhalb des Fahrzeugs erhalten wird.
  • Zusätzlich kann der Mikrocomputer 12051 einen Steuerbefehl an die Karosseriesystemsteuereinheit 12020 auf Grundlage der Informationen über das Äußere des Fahrzeugs ausgeben, wobei die Informationen durch die Einheit 12030 zum Detektieren von Informationen außerhalb des Fahrzeugs erhalten werden. Beispielsweise kann der Mikrocomputer 12051 kooperative Steuerung, die dafür vorgesehen ist, ein Blenden zu vermeiden, durch Steuern des Scheinwerfers, so dass beispielsweise von Aufblendlicht zu Abblendlicht gewechselt wird, gemäß der Position eines vorausfahrenden Fahrzeugs oder eines entgegenkommenden Fahrzeugs durchführen, die von der Einheit 12030 zum Detektieren von Informationen außerhalb des Fahrzeugs detektiert wird.
  • Der Ton-/Bildausgabeabschnitt 12052 überträgt ein Ausgabesignal eines Tons und/oder eines Bilds an eine Ausgabevorrichtung, die in der Lage ist, Information an einen Insassen des Fahrzeugs oder das Äußere des Fahrzeugs visuell oder auditiv mitzuteilen. In dem Beispiel von 29 sind ein Audiolautsprecher 12061, ein Anzeigeabschnitt 12062 und ein Armaturenbrett 12063 als die Ausgabevorrichtung dargestellt. Der Anzeigeabschnitt 12062 kann beispielsweise ein On-Board-Display und/oder ein Head-up-Display aufweisen.
  • 30 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der Einbauposition des Bildaufnahmeabschnitts 12031 darstellt.
  • In 30 weist der Bildaufnahmeabschnitt 12031 Bildaufnahmeabschnitte 12101, 12102, 12103, 12104 und 12105 auf.
  • Die Bildaufnahmeabschnitte 12101, 12102, 12103, 12104 und 12105 sind beispielsweise an Positionen an einer Fahrzeugfront, Seitenspiegeln, einer hinteren Stoßstange und einer Hecktür des Fahrzeugs 12100 sowie an einer Position an einem oberen Teil einer Windschutzscheibe im Innenraum des Fahrzeugs angeordnet.
  • Der Bildaufnahmeabschnitt 12101, der an der Fahrzeugfront vorgesehen ist, und der Bildaufnahmeabschnitt 12105, der an dem oberen Teil der Windschutzscheibe im Innenraum des Fahrzeugs vorgesehen ist, erhalten im Wesentlichen ein Bild der Front des Fahrzeugs 12100. Die Bildaufnahmeabschnitte 12102 und 12103, die an den Seitenspiegeln vorgesehen sind, erhalten im Wesentlichen ein Bild der Seiten des Fahrzeugs 12100. Der Bildaufnahmeabschnitt 12104, der an der hinteren Stoßstange oder der Hecktür vorgesehen ist, erhält im Wesentlichen ein Bild des Hecks des Fahrzeugs 12100. Der Bildaufnahmeabschnitt 12105, der an dem oberen Teil der Windschutzscheibe im Innenraum des Fahrzeugs vorgesehen ist, wird im Wesentlichen dafür verwendet, ein vorausfahrendes Fahrzeug, einen Fußgänger, ein Hindernis, ein Signal, ein Verkehrszeichen, eine Fahrspur oder dergleichen zu detektieren.
  • 30 stellt im Übrigen ein Beispiel von Photografierbereichen der Bildaufnahmeabschnitte 12101 bis 12104 dar. Ein Bildaufnahmebereich 12111 stellt den Bildaufnahmebereich des Bildaufnahmeabschnitts 12101 dar, der an der Fahrzeugfront vorgesehen ist. Die Bildaufnahmebereiche 12112 und 12113 stellen jeweils die Bildaufnahmebereiche der Bildaufnahmeabschnitte 12102 und 12103 dar, die an den Seitenspiegeln vorgesehen sind. Ein Bildaufnahmebereich 12114 stellt den Bildaufnahmebereich des Bildaufnahmeabschnitts 12104 dar, der an der hinteren Stoßstange oder der Hecktür vorgesehen ist. Ein Vogelperspektivenbild des Fahrzeugs 12100 wie von oben betrachtet wird beispielsweise durch Überlagern von Bilddaten erhalten, die von den Bildaufnahmeabschnitten 12101 bis 12104 abgebildet werden.
  • Mindestens einer der Bildaufnahmeabschnitte 12101 bis 12104 kann eine Funktion des Erhaltens von Abstandsinformation haben. Beispielsweise kann mindestens einer der Bildaufnahmeabschnitte 12101 bis 12104 eine Stereokamera sein, die aus einer Mehrzahl von Bildaufnahmeelementen gebildet ist, oder ein Bildaufnahmeelement mit Pixeln zur Phasendifferenzdetektion sein.
  • Beispielsweise kann der Mikrocomputer 12051 einen Abstand zu jedem dreidimensionalen Objekt innerhalb der Bildaufnahmebereiche 12111 bis 12114 und eine zeitliche Änderung des Abstands (relative Geschwindigkeit bezüglich des Fahrzeugs 12100) auf Grundlage der Abstandsinformation, die von den Bildaufnahmeabschnitten 12101 bis 12104 erhalten wird, bestimmen und dadurch, als ein vorausfahrendes Fahrzeug, ein nächstgelegenes dreidimensionales Objekt extrahieren, das sich insbesondere auf einem Fortbewegungsweg des Fahrzeugs 12100 befindet und das sich mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit (beispielsweise gleich oder mehr 0 km/Stunde) in im Wesentlichen die gleiche Richtung bewegt wie das Fahrzeug 12100. Ferner kann der Mikrocomputer 12051 einen beizubehaltenden Folgeabstand vor einem vorausfahrenden Fahrzeug im Voraus einstellen und automatische Bremssteuerung (einschließlich Folgestoppsteuerung), eine automatische Beschleunigungssteuerung (einschließlich Folgestartsteuerung) oder dergleichen durchführen. Somit ist es möglich, kooperative Steuerung durchzuführen, die für autonomes Fahren vorgesehen ist, die das Fahrzeug dazu veranlasst, autonom zu fahren, ohne von der Bedienung des Fahrers oder dergleichen abhängig zu sein.
  • Beispielsweise kann der Mikrocomputer 12051 dreidimensionale Objektdaten über dreidimensionale Objekte in dreidimensionale Objektdaten eines zweirädrigen Fahrzeugs, eines Fahrzeugs mit Standardgröße, eines Großfahrzeugs, eines Fußgängers, eines Strommasten und anderer dreidimensionaler Objekte auf Grundlage der Abstandsinformation klassifizieren, die von den Bildaufnahmeabschnitten 12101 bis 12104 erhalten wird, die klassifizierten dreidimensionalen Objektdaten extrahieren und die extrahierten dreidimensionalen Objektdaten zur automatischen Umgehung eines Hindernisses verwenden. Beispielsweise identifiziert der Mikrocomputer 12051 Hindernisse um das Fahrzeug 12100 herum als Hindernisse, die der Fahrer des Fahrzeugs 12100 visuell erkennen kann, und Hindernisse, die für den Fahrer des Fahrzeugs 12100 schwer visuell zu erkennen sind. Dann bestimmt der Mikrocomputer 12051 ein Kollisionsrisiko, das ein Risiko einer Kollision mit jedem Hindernis angibt. In einer Situation, in der das Kollisionsrisiko gleich oder höher einem eingestellten Wert ist und somit eine Möglichkeit der Kollision besteht, gibt der Mikrocomputer 12051 mittels des Audiolautsprechers 12061 oder des Anzeigeabschnitts 12062 eine Warnung an den Fahrer aus und führt mittels der Antriebssystemsteuereinheit 12010 ein erzwungenes Abbremsen oder ein Umgehungslenken durch. Der Mikrocomputer 12051 kann dadurch beim Fahren so unterstützen, dass eine Kollision vermieden wird.
  • Mindestens einer der Bildaufnahmeabschnitte 12101 bis 12104 kann eine Infrarotkamera sein, die Infrarotstrahlen detektiert. Der Mikrocomputer 12051 kann beispielsweise einen Fußgänger durch Bestimmen erkennen, ob in abgebildeten Bildern der Bildaufnahmeabschnitte 12101 bis 12104 ein Fußgänger vorhanden ist oder nicht. Eine derartige Erkennung eines Fußgängers wird beispielsweise durch einen Vorgang des Extrahierens charakteristischer Punkte in den abgebildeten Bildern der Bildaufnahmeabschnitte 12101 bis 12104 als Infrarotkameras durchgeführt und einen Vorgang des Bestimmens, ob es sich um den Fußgänger handelt oder nicht, durch Durchführen von Musterabgleichsverarbeitung an einer Reihe charakteristischer Punkte, die die Kontur des Objekts darstellen. Wenn der Mikrocomputer 12051 bestimmt, dass in den abgebildeten Bildern der Bildaufnahmeabschnitte 12101 bis 12104 ein Fußgänger vorhanden ist, und somit den Fußgänger erkennt, steuert der Ton-/Bildausgabeabschnitt 12052 den Anzeigeabschnitt 12062 so, dass eine viereckige Konturlinie zur Hervorhebung derart angezeigt wird, dass sie über den erkannten Fußgänger gelegt wird. Der Ton-/Bildausgabeabschnitt 12052 kann den Anzeigeabschnitt 12062 auch so steuern, dass ein Symbol oder dergleichen, das den Fußgänger darstellt, an einer gewünschten Position angezeigt wird.
  • Die Beschreibung erfolgte hier vorstehend mit Bezug auf die erste und zweite Ausführungsform und Modifikationsbeispiele 1 bis 7. Der Inhalt der vorliegenden Offenbarung ist jedoch nicht auf die vorstehende Ausführungsform usw. beschränkt und kann auf vielfältige Weisen modifiziert werden und muss nicht alle Komponenten aufweisen, die in der vorstehenden Ausführungsform usw. beschrieben sind, und kann jegliche andere Komponente aufweisen.
  • Es ist anzumerken, dass die vorliegende Offenbarung auch die folgenden Konfigurationen haben kann.
    1. (1) Ein Festkörperbildaufnahmeelement, das aufweist:
      • ein Halbleitersubstrat, das einen Abschnitt für photoelektrische Umwandlung für jedes Pixel aufweist;
      • einen Pixeltransistor, der auf einer Oberfläche des Halbleitersubstrats vorgesehen ist; und
      • einen Elementtrennabschnitt, der in dem Halbleitersubstrat vorgesehen ist und einen ersten Elementtrennabschnitt und einen zweiten Elementtrennabschnitt aufweist, die sich voneinander unterscheidende Konfigurationen haben, wobei der Elementtrennabschnitt eine aktive Region des Pixeltransistors definiert,
      • wobei der zweite Elementtrennabschnitt auf einer Seitenoberfläche in einer Tiefenrichtung des zweiten Elementtrennabschnitts eine erste Halbleiterregion und eine zweite Halbleiterregion, die sich voneinander unterscheidende Störstellenkonzentrationen haben, hat.
    2. (2) Das Festkörperbildaufnahmeelement gemäß (1), in dem der erste Elementtrennabschnitt und der zweite Elementtrennabschnitt sich voneinander unterscheidende Tiefen haben und der zweite Elementtrennabschnitt tiefer als der erste Elementtrennabschnitt ist.
    3. (3) Das Festkörperbildaufnahmeelement gemäß (1) oder (2), in dem die zweite Halbleiterregion eine höhere Störstellenkonzentration hat als die erste Halbleiterregion und die zweite Halbleiterregion in einer Region ausgebildet ist, die dem Abschnitt für photoelektrische Umwandlung entspricht.
    4. (4) Das Festkörperbildaufnahmeelement gemäß einem von (1) bis (3), in dem der Pixeltransistor eine Kanallänge hat, die durch den ersten Elementtrennabschnitt und den zweiten Elementtrennabschnitt definiert ist.
    5. (5) Das Festkörperbildaufnahmeelement gemäß einem von (1) bis (4), in dem der erste Elementtrennabschnitt und der zweite Elementtrennabschnitt durch einen Isolierfilm oder eine Störstellenregion ausgebildet sind.
    6. (6) Das Festkörperbildaufnahmeelement gemäß einem von (1) bis (5), in dem der Pixeltransistor einen Transfertransistor aufweist und der Transfertransistor ein Transfer-Gate aufweist, das sich zu dem Abschnitt für photoelektrische Umwandlung erstreckt.
    7. (7) Das Festkörperbildaufnahmeelement gemäß einem von (1) bis (6), in dem der Pixeltransistor ferner einen Rücksetztransistor, einen Verstärkungstransistor und einen Auswahltransistor aufweist und mindestens einer des Rücksetztransistors, des Verstärkungstransistors oder des Auswahltransistors zwischen benachbarten Pixeln parallel angeordnet ist.
    8. (8) Das Festkörperbildaufnahmeelement gemäß (7), in dem die Pixeltransistoren, die zwischen den benachbarten Pixeln parallel angeordnet sind, durch eine Verdrahtungsleitung gekoppelt sind.
    9. (9) Ein elektronisches Gerät, das ein Festkörperbildaufnahmeelement aufweist, wobei das Festkörperbildaufnahmeelement aufweist:
      • ein Halbleitersubstrat, das einen Abschnitt für photoelektrische Umwandlung für jedes Pixel aufweist,
      • einen Pixeltransistor, der auf einer Oberfläche des Halbleitersubstrats vorgesehen ist, und
      • einen Elementtrennabschnitt, der in dem Halbleitersubstrat vorgesehen ist und einen ersten Elementtrennabschnitt und einen zweiten Elementtrennabschnitt aufweist, die sich voneinander unterscheidende Konfigurationen haben, wobei der Elementtrennabschnitt eine aktive Region des Pixeltransistors definiert,
      • wobei der zweite Elementtrennabschnitt auf einer Seitenoberfläche in einer Tiefenrichtung des zweiten Elementtrennabschnitts eine erste Halbleiterregion und eine zweite Halbleiterregion, die sich voneinander unterscheidende Störstellenkonzentrationen haben, hat.
  • Diese Patentanmeldung beansprucht den Nutzen der japanischen Prioritätspatentanmeldung JP2018-133271 , beim japanischen Patentamt eingereicht am 13. Juli 2018, deren gesamter Inhalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
  • Es sollte sich für den Fachmann verstehen, dass verschiedene Modifikationen, Kombinationen, Teilkombinationen und Änderungen in Abhängigkeit von Gestaltungsanforderungen und anderen Faktoren insofern vorkommen können, als dass diese im Umfang der angefügten Patentansprüche oder deren Äquivalente liegen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 201639315 [0003]
    • JP 2018133271 [0133]

Claims (9)

  1. Festkörperbildaufnahmeelement, das umfasst: ein Halbleitersubstrat, das einen Abschnitt für photoelektrische Umwandlung für jedes Pixel aufweist; einen Pixeltransistor, der auf einer Oberfläche des Halbleitersubstrats vorgesehen ist; und einen Elementtrennabschnitt, der in dem Halbleitersubstrat vorgesehen ist und einen ersten Elementtrennabschnitt und einen zweiten Elementtrennabschnitt aufweist, die sich voneinander unterscheidende Konfigurationen haben, wobei der Elementtrennabschnitt eine aktive Region des Pixeltransistors definiert, wobei der zweite Elementtrennabschnitt auf einer Seitenoberfläche in einer Tiefenrichtung des zweiten Elementtrennabschnitts eine erste Halbleiterregion und eine zweite Halbleiterregion, die sich voneinander unterscheidende Störstellenkonzentrationen haben, hat.
  2. Festkörperbildaufnahmeelement nach Anspruch 1, wobei der erste Elementtrennabschnitt und der zweite Elementtrennabschnitt sich voneinander unterscheidende Tiefen haben und der zweite Elementtrennabschnitt tiefer als der erste Elementtrennabschnitt ist.
  3. Festkörperbildaufnahmeelement nach Anspruch 1, wobei die zweite Halbleiterregion eine höhere Störstellenkonzentration hat als die erste Halbleiterregion und die zweite Halbleiterregion in einer Region ausgebildet ist, die dem Abschnitt für photoelektrische Umwandlung entspricht.
  4. Festkörperbildaufnahmeelement nach Anspruch 1, wobei der Pixeltransistor eine Kanallänge hat, die durch den ersten Elementtrennabschnitt und den zweiten Elementtrennabschnitt definiert ist.
  5. Festkörperbildaufnahmeelement nach Anspruch 1, wobei der erste Elementtrennabschnitt und der zweite Elementtrennabschnitt durch einen Isolierfilm oder eine Störstellenregion ausgebildet sind.
  6. Festkörperbildaufnahmeelement nach Anspruch 1, wobei der Pixeltransistor einen Transfertransistor umfasst und der Transfertransistor ein Transfer-Gate aufweist, das sich zu dem Abschnitt für photoelektrische Umwandlung erstreckt.
  7. Festkörperbildaufnahmeelement nach Anspruch 1, wobei der Pixeltransistor ferner einen Rücksetztransistor, einen Verstärkungstransistor und einen Auswahltransistor umfasst und mindestens einer des Rücksetztransistors, des Verstärkungstransistors oder des Auswahltransistors zwischen benachbarten Pixeln parallel angeordnet ist.
  8. Festkörperbildaufnahmeelement nach Anspruch 7, wobei die Pixeltransistoren, die zwischen den benachbarten Pixeln parallel angeordnet sind, durch eine Verdrahtungsleitung gekoppelt sind.
  9. Elektronisches Gerät, das ein Festkörperbildaufnahmeelement umfasst, wobei das Festkörperbildaufnahmeelement aufweist: ein Halbleitersubstrat, das einen Abschnitt für photoelektrische Umwandlung für jedes Pixel aufweist, einen Pixeltransistor, der auf einer Oberfläche des Halbleitersubstrats vorgesehen ist, und einen Elementtrennabschnitt, der in dem Halbleitersubstrat vorgesehen ist und einen ersten Elementtrennabschnitt und einen zweiten Elementtrennabschnitt aufweist, die sich voneinander unterscheidende Konfigurationen haben, wobei der Elementtrennabschnitt eine aktive Region des Pixeltransistors definiert, wobei der zweite Elementtrennabschnitt auf einer Seitenoberfläche in einer Tiefenrichtung des zweiten Elementtrennabschnitts eine erste Halbleiterregion und eine zweite Halbleiterregion, die sich voneinander unterscheidende Störstellenkonzentrationen haben, hat.
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