JP5585339B2 - 固体撮像装置及びその駆動方法並びに電子機器 - Google Patents
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Description
受光面上には、被写体像による光を各画素のセンサに集光するための集光構造が形成されており、被写体像による光を受光し、受光した光を光電変換することによって信号電荷を生成して画素信号を得る。
従来のダイナミックレンジ拡大技術として、非特許文献1には入射光量に応じて光電変換の刻みを変える技術が開示されている。また、特許文献1には入射光量に応じたゲインを設定する方法が開示されている。
また、特許文献5に、画素全面にエレクトロクロミック材料を設けて、画素ごとに透過率を制御するデバイスが開示されている。
また、特許文献6に、エレクトロクロミック材料を画素領域に設けて透過率を変えることにより、可視光と近赤外光の透過率を変える技術が開示されている。
特許文献8に、長短露光時間の信号を繰り返し読み出し、ダイナミックレンジを上げる技術が開示されている。
特許文献9に、画素ごとに感度の異なる複数信号を合成してダイナミックレンジを拡大する技術が開示されている。
しかしながら、この場合は各画素のエレクトロクロミック材料に電圧を印加できる時間がデータレートに対応する時間しかないので、その分、フィードバック系の周波数特性を上げる必要がある。このため、実現が困難であるか、実現したとしても、消費電力が大きいという問題がある。
ここで、固体撮像装置は、マトリクス状に配置された画素に区分して光電変換部が形成された受光面を有する半導体基板上に、上記の画素から選択された一部の画素における光電変換部に対する光入射路において、印加電圧に応じて光透過率が第1透過率から第2透過率に変化するエレクトロクロミック膜が形成され、エレクトロクロミック膜の下層に下部電極が形成され、エレクトロクロミック膜の上層に上部電極が形成されている。
ここで、固体撮像装置は、マトリクス状に配置された画素に区分して光電変換部が形成された受光面を有する半導体基板上に、少なくとも一部の画素における光電変換部に対する光入射路において、印加電圧に応じて光透過率が第1透過率から第2透過率に変化するエレクトロクロミック膜が形成されており、エレクトロクロミック膜の下層に下部電極が形成され、エレクトロクロミック膜の上層に上部電極が形成されている。また、光電変換部に蓄積された電荷量を検出し、電荷量に応じて前記エレクトロクロミック膜へ電圧を印加する電圧印加部が設けられている。
1.第1実施形態(カラーフィルタを有する固体撮像装置の一部の画素にエレクトロクロミック膜が形成された構成)
2.第2実施形態(カラーフィルタを有する固体撮像装置においてカラーフィルタの色ごとに異なるエレクトロクロミック膜が形成された構成)
3.第3実施形態(カラーフィルタを有さない固体撮像装置に適用した構成)
4.第4実施形態(エレクトロクロミック膜の詳細な構成)
5.第5実施形態(画素列ごとに電荷量に応じてエレクトロクロミック膜に電圧を印加する構成)
6.第6実施形態(画素ごとに電荷量に応じてエレクトロクロミック膜に電圧を印加する構成)
7.第7実施形態(エレクトロクロミック膜とフォトクロミック膜を積層させた構成)
8.第8実施形態(電子機器への適用)
[固体撮像装置の構成]
図1は本実施形態に係る固体撮像装置の模式的平面図である。
例えば、半導体基板に、マトリクス状に配置された画素に区分して光電変換部であるフォトダイオードが形成された受光面C1と、駆動回路C2と、周辺回路C3が形成されている。以下光電変換部を代表してフォトダイオードと称する。
駆動回路C2は、例えば受光面C1に形成された画素を駆動するための信号処理がなされる。
周辺回路C3は、種々の回路が適宜配置された構成であり、例えば相関二重サンプリング回路、アンプ、A/Dコンバータ、ガンマ補正及びホワイトバランスなどの信号処理回路、クロック回路などが設けられている。
本実施形態においては、エレクトロクロミック膜を有する赤画素R1、緑画素G1及び青画素B1からなる画素組CS1と、エレクトロクロミック膜を有さない赤画素R2、緑画素G2及び青画素B2からなる画素組CS2とを有する。
画素組CS1と画素組CS2は、それぞれ、1つの赤画素、2つの緑画素及び1つの青画素からなる。
図2(b)は画素組CS1の拡大図である。エレクトロクロミック膜を有する赤画素R1、緑画素G1及び青画素B1からなる。
図2(c)は画素組CS2の拡大図である。エレクトロクロミック膜を有さない赤画素R2、緑画素G2及び青画素B2からなる。
本実施形態においては、画素組CS1が受光面の中央部に配置され、画素組CS2が受光面の周辺部に配置されている。
図3(a)は、画素組CS1、即ち赤画素R1、緑画素G1及び青画素B1における断面図である。
例えば、半導体基板10にマトリクス状に配置された赤画素R1、緑画素G1及び青画素B1の各画素に区分して、赤画素、緑画素及び青画素のそれぞれにおいては光電変換部であるフォトダイオード11R,11G,11Bが形成されている。
例えば、第1絶縁膜12の上層に、酸化窒化シリコンなどからなる第2絶縁膜13が形成されている。
例えば、第2絶縁膜13の上層に、窒化シリコンなどからなる第3絶縁膜14が形成されている。
下部電極15及び上部電極17は、例えばITO(酸化インジウムスズ)、グラフェンあるいはカーボンナノチューブなどのナノカーボン材料からなる透明電極である。
エレクトロクロミック膜16は、フォトダイオード11に対する光入射路において設けられ、印加電圧に応じて光透過率が変化するエレクトロクロミック材料を含んでおり、印加電圧に応じて光透過率が第1透過率から第2透過率に変化する。
エレクトロクロミック膜を構成するエレクトロクロミック材料及び光透過率などの特性については後述する。
例えば、上部電極17上に、各色のカラーフィルタ18R,18G,18Bが形成されており、その上層にオンチップレンズ19が形成されている。
実質的に図2(a)の構成と同様であるが、エレクトロクロミック膜16が形成されていないことが異なる。
画素組CS2においては、エレクトロクロミック膜16の膜厚に起因する段差を緩和する平坦化膜20が形成されている。
平坦化膜20は、ポリスチレン系樹脂あるいはアクリル樹脂などの光透過率が可視光領域でほぼゼロである樹脂などからなる。
図2(b)の断面図では、画素組CS2においても下部電極15及び上部電極17を有する構成としているが、画素組CS2の画素においては、下部電極15及び上部電極17は省略可能である。
図4に示すように、時刻t1において例えば接地電位から正の電圧を印加すると光透過率が第1透過率T1から増加して第2透過率T2に変化する。また、時刻t2において例えば正の電圧から負の電位に戻すと光透過率が第2透過率T2から減少して第1透過率T1に戻る。
図4の特性の詳細は、エレクトロクロミック膜の構成と材質及び上述のような印加電圧などによって決まる。
また、エレクトロクロミック膜への印加電圧に応じてエレクトロクロミック膜の光透過率が第1透過率から第2透過率に変化するのに要する時間もまた、エレクトロクロミック膜の構成と材質及び上述のような印加電圧などによって決まる。第1透過率から第2透過率に変化するのに要する時間は、1秒より短いことが好ましい。
図5中、実線a、bでは、エレクトロクロミック膜の材質が異なる。
また、光透過率の波長依存性については、光透過率の変化が可視光領域で一様であることが好ましい。
また、酸化タングステンは、可視光全域にわたり多少傾斜はあるものの一律の光透過率変化を起すことが知られており、好ましく用いることができる。
また、マグネシウム−チタン合金及びマグネシウム−ニッケル合金なども好ましく用いることができる。
図6(a)及び図6(b)は本実施形態に係る固体撮像装置のダイナミックレンジが拡大する理由を説明する模式図である。
図6(a)は、画素に照射される光の照度に対する画素の出力信号強度を示す。図中、高感度信号−照度カーブaはエレクトロクロミック膜が形成されていない画素エレクトロクロミック膜を有するが電圧を印加せずに光透過率を下げていない画素に対応する。低感度信号−照度カーブbは、エレクトロクロミック膜が形成されており、電圧を印加して光透過率が下げた画素に対応する。エレクトロクロミック膜は、例えば50%の光透過率となっていると仮定する。
そこで、高感度画素と低感度画素の信号を合成する。即ち、高感度信号のカーブa(ダイナミックレンジD1)に関しては高照度側の出力を、低感度信号のカーブb(ダイナミックレンジD2)に関しては低照度側の出力を互いに補って用いる。この結果としてダイナミックレンジはD3になる。D3をD1,D2と比較すると低感度信号と高感度信号の合成によりダイナミックレンジが拡大していることがわかる。
また、エレクトロクロミック膜を有さない画素においてはエレクトロクロミック膜の上層及び下層に形成される上部電極及び下部電極を省略し、異なる透明材料を設けることで電極を有する画素との段差をなくし、平坦性を保つことができる。
例えば、図6(a)中に本実施形態では信号−照度カーブcとして示したように、信号−照度カーブbに対して、印加電圧により信号強度-照度のグラフの傾きを変えることが可能であることが好ましい。
信号強度-照度のグラフの傾きを変えることで、ダイナミックレンジの拡大率を可変にすることができる。
この場合、イメージセンサチップの画角周辺部に有るトランジスタによって印加することが可能である。この場合、エレクトロクロミック膜に印加する電圧は全エレクトロクロミック膜で共通となるが、別のトランジスタを有する構成とすれば別の電圧を印加することも可能である。
すなわち、従来の固体撮像装置で101Lx〜104Lx程度の明るさの範囲で撮影が可能である場合、本実施形態の固体撮像装置を用いると、太陽光以上(1014Lx以上)の明るさの条件での撮像が可能となる。
その結果、センサの飽和光量をコントロールすることが可能で、ダイナミックレンジを拡大できる。さらに上記照度と信号強度の関係の傾きは印加する電圧によって変わるためダイナミックレンジの拡大率を変えることができる。
本実施形態の固体撮像装置の駆動方法は、上記の構成の固体撮像装置を駆動する方法である。
エレクトロクロミック膜の光透過率が所定の値となるように印加電圧を選択してエレクトロクロミック膜に印加する。
以下に、本実施形態の係る固体撮像装置の製造方法について説明する。
まず、例えば、半導体基板10にマトリクス状に配置された赤画素R1、緑画素G1及び青画素B1の各画素に区分して、赤画素、緑画素及び青画素のそれぞれにおいては光電変換部であるフォトダイオード11R,11G,11Bを形成する。
次に、例えば、第1絶縁膜12の上層に、CVD法などにより酸化窒化シリコンなどからなる第2絶縁膜13を形成する。
次に、例えば、第2絶縁膜13の上層に、CVD法などにより窒化シリコンなどからなる第3絶縁膜14が形成されている。
次に、例えば下部電極15の上層に、CVD法などにより酸化タングステンなどのエレクトロクロミック材料を含むエレクトロクロミック膜16を形成する。
次に、エレクトロクロミック膜を有する画素組CS1の領域を保護し、エレクトロクロミック膜を有さない画素組CS2の領域を開口するレジスト膜をパターン形成し、ドライエッチング処理などを行う。これにより、画素組CS2の領域のエレクトロクロミック膜16を除去する。
次に、例えばポリスチレン系樹脂あるいはアクリル樹脂などの樹脂を成膜し、エレクトロクロミック膜を有する画素組CS1の領域に形成された樹脂を除去して、平坦化膜20を形成する。平坦化膜20は、エレクトロクロミック膜16と同程度の膜厚となるように形成する。
次に、例えば、エレクトロクロミック膜16及び平坦化膜20の上層に、スパッタリング法などによりITO、グラフェンあるいはカーボンナノチューブなどのナノカーボン材料などを成膜して上部電極17を形成する。
次に、例えば、上部電極17上に、各色のカラーフィルタ18R,18G,18Bを形成し、その上層にオンチップレンズ19を形成する。
以上で、本実施形態に係る固体撮像装置を製造することができる。
本実施形態において、フォトクロミック膜を有する画素組CS1と、フォトクロミック膜を有さない画素組CS2のパターンのレイアウトは、以下の変形例のようなレイアウトとすることができる。
本実施形態においては、2列の画素からなる画素組ごとに、フォトクロミック膜を有する画素組CS1と有さない画素組CS2が交互に配置された構成である。
このように、画素組が、複数の列に並んで配置されている画素からなり、画素組ごとに共通のフォトクロミック膜が形成されている。
本実施形態においては、4列の画素からなる画素組ごとに、フォトクロミック膜を有する画素組CS1と有さない画素組CS2が交互に配置された構成である。
このように、画素組が、複数の列に並んで配置されている画素からなり、画素組ごとに共通のフォトクロミック膜が形成されている。
本実施形態においては、画素組CS1と画素組CS2が水平方向と垂直方向にそれぞれ交互に並べて配置されている。
即ち、1つの赤画素R、2つの緑画素G及び1つの青画素Bのいわゆるベイヤ配列と称せられる4画素からなる画素組ごとに、フォトクロミック膜を有する画素組CS1と有さない画素組CS2が交互に配置された構成である。
[固体撮像装置の構成]
図10は本実施形態に係る固体撮像装置の模式的断面図である。
第1実施形態の固体撮像装置と同様の構成であるが、カラーフィルタの色ごとに異なるエレクトロクロミック膜が形成された構成であることが異なる。
即ち、本実施形態の固体撮像装置においては、赤画素R1、緑画素G1及び青画素B1の各画素に区分して、赤画素用のエレクトロクロミック膜16R、緑画素用のエレクトロクロミック膜16G及び青画素用のエレクトロクロミック膜16Bが形成されている。
エレクトロクロミック膜の光透過率は、図5に示すように波長に応じて異なる場合があり、赤画素R1、緑画素G1及び青画素B1の各画素に適した光透過率の変化をもたらすエレクトロクロミック材料を採用することが可能である。
以下に、本実施形態の係る固体撮像装置の製造方法について説明する。
図11(a)、図11(b)図12(a)及び図12(b)は本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の製造工程を示す模式的断面図である。
まず、図11(a)に示すように、例えば、半導体基板10にマトリクス状に配置された赤画素R1、緑画素G1及び青画素B1の各画素に区分して、赤画素、緑画素及び青画素のそれぞれにおいてフォトダイオード11R,11G,11Bを形成する。
次に、例えば、半導体基板10のフォトダイオード11R,11G,11Bなどを被覆して全面に、CVD(Chemical Vapor Deposition)法などにより酸化シリコン、窒化シリコン、樹脂あるいはこれらの積層体などからなる第1絶縁膜12を形成する。
次に、例えば、第1絶縁膜12の上層に、CVD法などにより酸化窒化シリコンなどからなる第2絶縁膜13を形成する。
次に、例えば、第2絶縁膜13の上層に、CVD法などにより窒化シリコンなどからなる第3絶縁膜14が形成されている。
次に、例えば、第3絶縁膜14の上層に、スパッタリング法などによりITO、グラフェンあるいはカーボンナノチューブなどのナノカーボン材料などを成膜して下部電極15を形成する。
これにより、青画素の領域にのみ、青画素用のエレクトロクロミック膜16Bを形成する。
次に、緑画素以外の領域を開口するレジスト膜をパターン形成し、ドライエッチング処理などを行う。
これにより、緑画素の領域にのみ、緑画素用のエレクトロクロミック膜16Gを形成する。
次に、赤画素以外の領域を開口するレジスト膜をパターン形成し、ドライエッチング処理などを行う。
これにより、赤画素の領域にのみ、赤画素用のエレクトロクロミック膜16Rを形成する。
次に、例えば、各色の画素のエレクトロクロミック膜16B,16G,16Rの上層に、スパッタリング法などによりITO、グラフェンあるいはカーボンナノチューブなどのナノカーボン材料などを成膜して上部電極17を形成する。
以降の工程は、第1実施形態と同様にして、例えば、上部電極17上に、各色のカラーフィルタ18R,18G,18Bを形成し、その上層にオンチップレンズ19を形成する。
以上で、本実施形態に係る固体撮像装置を製造することができる。
[固体撮像装置の構成]
図13は本実施形態に係る固体撮像装置の模式的断面図である。
第1実施形態の固体撮像装置と同様の構成であるが、画素にカラーフィルタが設けられていないことが異なる。
即ち、本実施形態の固体撮像装置においては、モノクロ画像撮像用の固体撮像装置の一部の画素において、エレクトロクロミック膜16が形成されている。
[固体撮像装置の構成]
図14は本実施形態に係る固体撮像装置の模式的断面図である。
第1実施形態の固体撮像装置と同様の構成であるが、エレクトロクロミック膜16が、エレクトロクロミック材料層16a、固体電解質層16b及びイオンストレージ層16cの積層体であることが異なる。
エレクトロクロミック材料層16aに酸化タングステンなどのエレクトロクロミック材料が含まれており、印加電圧に応じて光透過率が変化するエレクトロクロミック膜を実現できる。
本実施形態は、上記の第1〜第3実施形態に係る固体撮像装置に適用できる。
[固体撮像装置の構成]
図15(a)は本実施形態に係る固体撮像装置の受光面のレイアウトを示す模式的平面図である。
本実施形態においては、エレクトロクロミック膜を有する赤画素R1、緑画素G1及び青画素B1からなる画素組CS1が受光面の全面に配置されている。
また、画素列ごとに電荷量に応じてエレクトロクロミック膜に電圧を印加する構成となっている。
本実施形態においては、例えば、各画素に対してフォトダイオードに蓄積された電荷量を検出する電荷検出部30が設けられ、電荷量に応じてエレクトロクロミック膜16へ電圧を印加する電圧印加部31が複数個の画素からなる画素列ごとに設けられている。電圧印加部31は、エレクトロクロミック膜に電圧を印加することからエレクトロクロミック膜駆動部とも称する。
本実施形態においては、赤画素、緑画素及び青画素が実質的に同様な構成であるので、赤画素、緑画素及び青画素について共通の構成として示している。
例えば、半導体基板10にマトリクス状に配置された赤画素R1、緑画素G1及び青画素B1の各画素に区分して、赤画素、緑画素及び青画素のそれぞれにおいてフォトダイオード11が形成されている。
例えば、第1絶縁膜12の上層に、酸化窒化シリコンなどからなる第2絶縁膜13が形成されている。
例えば、第2絶縁膜13の上層に、窒化シリコンなどからなる第3絶縁膜14が形成されている。
下部電極15及び上部電極17は、例えばITO(酸化インジウムスズ)、グラフェンあるいはカーボンナノチューブなどのナノカーボン材料からなる透明電極である。
エレクトロクロミック膜16は、第1実施形態と同様の構成である。
エレクトロクロミック膜16は、フォトダイオード11に対する光入射路において設けられ、印加電圧に応じて光透過率が変化するエレクトロクロミック材料を含んでおり、印加電圧に応じて光透過率が第1透過率から第2透過率に変化する。
エレクトロクロミック膜16は、光透過率が第1透過率から第2透過率に変化するのに要する時間が1秒より短いことが好ましい。
上記のこの材料の一例としては、例えば酸化タングステンを含む材料を用いることができる。
例えば、上部電極17上に、各色のカラーフィルタ18が形成されており、その上層にオンチップレンズ19が形成されている。
ここで、電荷検出部30は、例えばフローティングディフュージョンと称せられる半導体基板に形成された不純物領域と、ソースフォロアと称せられるトランジスタによって構成されている。
電圧印加部31は、フォトダイオード11に蓄積された電荷量に応じてエレクトロクロミック膜16に印加する電圧を設定し、印加する。例えば、画素列ごとに、画素列を構成する画素に蓄積された電荷量の和を算出し、これに応じて電圧を設定する。
ここで、電圧印加部31は、例えば増幅回路などからなる。
電圧保持部32は、例えば静電容量素子で形成されている。エレクトロクロミック膜16に、必要時間電位を維持する特性があれば電圧保持部32は不要となる。
この場合、例えば、画素列を構成する各画素のソースフォロアのソース端子が1つの電荷検出部及び1つの電圧印加部に接続される。また、1つの電圧印加部から、画素列ごとに各画素のエレクトロクロミック膜に所定の電圧が印加される。
本実施形態のエレクトロクロミック膜としては、エレクトロクロミック材料で作成したフィルム、および一般的な樹脂膜にエレクトロクロミック材料を添加したものなど、エレクトロクロミック反応を示す物質全般を用いることができる。
本実施形態の固体撮像装置の駆動方法は、上記の構成の固体撮像装置を駆動する方法である。
上記の本実施形態に係る固体撮像装置に対して、フォトダイオード11に蓄積された電荷量を検出し、電荷量に応じてエレクトロクロミック膜16へ電圧を印加する。
本実施形態においては、電荷量に応じて複数個の画素からなる画素列ごとに、エレクトロクロミック膜へ電圧を印加する。
[固体撮像装置の構成]
図16は本実施形態に係る固体撮像装置の模式的断面図である。
第5実施形態の固体撮像装置と同様の構成であるが、画素ごとに電荷量に応じてエレクトロクロミック膜に電圧を印加する構成であるが異なる。
図16においては、赤画素、緑画素及び青画素をそれぞれ別々に示しており、各画素において、エレクトロクロミック膜16に電圧印加部31から電圧が印加される構成を示している。
図面上、エレクトロクロミック膜16は画素間で一体となっているように示しているが、必要に応じて画素ごとに分割された構成とすることができる。
この場合、各画素のエレクトロクロミック膜の透過率を変えるために画素ごとにエレクトロクロミック膜に電圧が印加される。各画素のエレクトロクロミック膜に定常的に電圧を印加する場合は、例えば前記読み出し電圧が1Vである場合でも、その際に流れる電流が総画素数倍になり、印加される電圧は数百V以上となってしまう。
図16では、各画素に接続された電荷検出部30の出力側が電圧印加部31に接続され、エレクトロクロミック膜に電圧を印加する構成となっている。
各画素の出力信号が電荷検出部30で検出され、電圧印加部31でモニターされて信号が増幅され、エレクトロクロミック膜16への印加電圧が決定される。
この分、エレクトロクロミック膜を駆動するための電圧印加部31の周波数特性を低く設定することができ、第5実施形態に比べてさらに消費電力が削減される。
さらに第5実施形態でも述べたように、電圧印加部の占有面積の増大が懸念される場合は、各画素全てに電圧印加部を設けず、複数画素単位で、または部分的に不必要な箇所の電圧印加部を間引くなどの工夫を行うことができる。画質、消費電力、電圧印加部の占有面積に対して最適な個数で適切な箇所に、電圧印加部を設ければよい。適切な箇所とは、消費電力を懸念して個数を制限する場合は、有効画素領域に均等に電圧印加部を配置するなどである。
[固体撮像装置の構成]
図17は本実施形態に係る固体撮像装置の模式的断面図である。
第1実施形態の固体撮像装置と同様の構成であるが、下部電極15と上部電極17の間にエレクトロクロミック膜16と積層されて形成された光入射量に応じて光透過率が第3透過率から第4透過率に変化するフォトクロミック膜21をさらに有することが異なる。
また、フォトクロミック膜を構成する材料は、例えばヘキサビスイミダゾール誘導体を用いることができる。
画素信号読み出し回路で有効画素の各画素のフォトダイオードに蓄積された電荷量を読み出し、その平均値を求め、その値に応じてエレクトロクロミック膜に設定する光透過率を決定する。得られた光透過率を達成するように、必要な電圧を画素領域全体に印加する。これは有効画素内に入射する光のオートアイリスとしての機能を果たす。
本実施形態の固体撮像装置において、まずオートアイリスを設けているために各画素の飽和照度を大きくすることができる。その上で、フォトクロミック膜によるダイナミックレンジ拡大効果で、フォトクロミック膜を単独で使用するデバイスと比較して特に高照度側の階調を大きくすることができる。
以上説明したように、本実施形態の固体撮像装置を用いることにより低照度側の感度を犠牲にすることなく高照度側のダイナミックレンジを拡大することができる。
図18(a)は、明暗時のシーンにおける各画素の出力を示した。
図18(a)は明るいときの画素の出力を、図18(b)は暗いときの画素の出力をそれぞれ示している。
図に示したように、明暗時には出力レベルが異なるため、一般的には同じ画角に明暗部が存在すると信号処理時に非線形補正処理を行う。
本実施形態では、上記の信号の非線形性を改善することができる。
信号の段階で非線形性が補われているため、画像のちらつき等がなく動画に対しても高解像度な画を得ることができる。
本実施形態の固体撮像装置ではエレクトロクロミック膜の駆動回路は最低限1つあれば機能を実現できる。
さらに、フォトクロミック膜の透過率を考慮した最終的なセンサの出力は、フォトクロミック材料の光量と透過率との関係を用いて信号処理により対応すれば、追加が必要となるデバイスもなく、消費電力や占有面積に対する懸念がない。
また、図17においてはフォトクロミック膜21をエレクトロクロミック膜16と上部電極17の間に設けているが、これに限ることなく、フォトダイオードに対する光入射路のいずれかの位置に設けることができる。
本実施形態は、上記の第1〜第6実施形態に係る固体撮像装置に適用できる。
[電子機器への適用]
図19は、本実施形態に係る電子機器である電子機器の概略構成図である。本実施形態に係る電子機器は、静止画撮影又は動画撮影可能なビデオ電子機器の例である。
本実施形態に係る電子機器は、イメージセンサ(固体撮像装置)50と、光学系51と、信号処理回路53などを有する。
本実施形態において、上記のイメージセンサ50として、上記の第1実施形態に係る固体撮像装置が組み込まれている。
シャッタ装置は、イメージセンサ50への光照射期間及び遮光期間を制御する。
本実施形態は、上記の第1〜第7実施形態に係る固体撮像装置に適用できる。
例えば、実施形態においてはCMOSセンサとCCD装置のいずれにも適用できる。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
Claims (25)
- マトリクス状に配置された画素に区分して光電変換部が形成された受光面を有する半導体基板と、
前記画素から選択された一部の前記画素における前記光電変換部に対する光入射路において前記半導体基板上に形成され、印加電圧に応じて光透過率が第1透過率から第2透過率に変化するエレクトロクロミック膜と、
前記エレクトロクロミック膜の下層に形成された下部電極と、
前記エレクトロクロミック膜の上層に形成された上部電極と
を有する固体撮像装置。 - 前記エレクトロクロミック膜への印加電圧に応じて前記エレクトロクロミック膜の光透過率が第1透過率から第2透過率に変化するのに要する時間が1秒より短い
請求項1に記載の固体撮像装置。 - 前記画素として赤画素、緑画素及び青画素を有し、
前記赤画素、前記緑画素及び前記青画素の各形成領域の前記光電変換部に対する光入射路において前記半導体基板上に形成された、赤色、緑色及び青色の波長領域の光をそれぞれ透過するカラーフィルタをさらに有する
請求項1または2に記載の固体撮像装置。 - 前記エレクトロクロミック膜がエレクトロクロミック材料層、固体電解質層及びイオンストレージ層の積層体である
請求項1〜3のいずれかに記載の固体撮像装置。 - 前記エレクトロクロミック膜が形成された前記一部の前記画素を除く残部の前記画素において前記エレクトロクロミック膜の膜厚に起因する段差を緩和する平坦化膜が形成されている
請求項1〜4のいずれかに記載の固体撮像装置。 - 前記下部電極と前記上部電極の間に前記エレクトロクロミック膜と積層されて形成された光入射量に応じて光透過率が第3透過率から第4透過率に変化するフォトクロミック膜をさらに有する
請求項1〜5のいずれかに記載の固体撮像装置。 - 前記上部電極及び前記下部電極がグラフェンあるいはカーボンナノチューブを含むナノカーボン材料または酸化インジウムスズからなる
請求項1〜6のいずれかに記載の固体撮像装置。 - マトリクス状に配置された画素に区分して光電変換部が形成された受光面を有する半導体基板と、
少なくとも一部の前記画素における前記光電変換部に対する光入射路において前記半導体基板上に形成され、印加電圧に応じて光透過率が第1透過率から第2透過率に変化するエレクトロクロミック膜と、
前記エレクトロクロミック膜の下層に形成された下部電極と、
前記エレクトロクロミック膜の上層に形成された上部電極と、
前記光電変換部に蓄積された電荷量を検出し、前記電荷量に応じて前記エレクトロクロミック膜へ電圧を印加する電圧印加部と、
前記下部電極と前記上部電極の間に前記エレクトロクロミック膜と積層されて形成された光入射量に応じて光透過率が第3透過率から第4透過率に変化するフォトクロミック膜と
を有する固体撮像装置。 - 前記エレクトロクロミック膜への印加電圧に応じて前記エレクトロクロミック膜の光透過率が第1透過率から第2透過率に変化するのに要する時間が1秒より短い
請求項8に記載の固体撮像装置。 - 前記画素として赤画素、緑画素及び青画素を有し、
前記赤画素、前記緑画素及び前記青画素の各形成領域の前記光電変換部に対する光入射路において前記半導体基板上に形成された、赤色、緑色及び青色の波長領域の光をそれぞれ透過するカラーフィルタをさらに有する
請求項8または9に記載の固体撮像装置。 - 前記エレクトロクロミック膜がエレクトロクロミック材料層、固体電解質層及びイオンストレージ層の積層体である
請求項8〜10のいずれかに記載の固体撮像装置。 - 前記電圧印加部が、複数個の前記画素からなる画素列ごとに前記電荷量に応じて前記エレクトロクロミック膜へ電圧を印加する
請求項8〜11のいずれかに記載の固体撮像装置。 - 前記電圧印加部が、前記画素の1画素ごとに前記電荷量に応じて前記エレクトロクロミック膜へ電圧を印加する
請求項8〜11のいずれかに記載の固体撮像装置。 - 前記電圧印加部に、前記エレクトロクロミック膜に対する印加電圧を保持する電圧保持部が接続されている
請求項8〜13のいずれかに記載の固体撮像装置。 - 前記上部電極及び前記下部電極がグラフェンあるいはカーボンナノチューブを含むナノカーボン材料または酸化インジウムスズからなる
請求項8〜14のいずれかに記載の固体撮像装置。 - マトリクス状に配置された画素に区分して光電変換部が形成された受光面を有する半導体基板と、前記画素から選択された一部の前記画素における前記光電変換部に対する光入射路において前記半導体基板上に形成され、印加電圧に応じて光透過率が第1透過率から第2透過率に変化するエレクトロクロミック膜と、前記エレクトロクロミック膜の下層に形成された下部電極と、前記エレクトロクロミック膜の上層に形成された上部電極とを有する固体撮像装置に対して、前記エレクトロクロミック膜の光透過率が所定の値となるように前記印加電圧を選択して前記エレクトロクロミック膜に印加する
固体撮像装置の駆動方法。 - 前記上部電極及び前記下部電極がグラフェンあるいはカーボンナノチューブを含むナノカーボン材料または酸化インジウムスズからなる固体撮像装置に対して、前記エレクトロクロミック膜の光透過率が所定の値となるように前記印加電圧を選択して前記エレクトロクロミック膜に印加する
請求項16に記載の固体撮像装置の駆動方法。 - マトリクス状に配置された画素に区分して光電変換部が形成された受光面を有する半導体基板と、少なくとも一部の前記画素における前記光電変換部に対する光入射路において前記半導体基板上に形成され、印加電圧に応じて光透過率が第1透過率から第2透過率に変化するエレクトロクロミック膜と、前記エレクトロクロミック膜の下層に形成された下部電極と、前記エレクトロクロミック膜の上層に形成された上部電極と、前記下部電極と前記上部電極の間に前記エレクトロクロミック膜と積層されて形成された光入射量に応じて光透過率が第3透過率から第4透過率に変化するフォトクロミック膜とを有する固体撮像装置に対して、前記光電変換部に蓄積された電荷量を検出し、前記電荷量に応じて前記エレクトロクロミック膜へ電圧を印加する
固体撮像装置の駆動方法。 - 前記電荷量に応じて複数個の前記画素からなる画素列ごとに前記エレクトロクロミック膜へ電圧を印加する
請求項18に記載の固体撮像装置の駆動方法。 - 前記電荷量に応じて前記画素の1画素ごとに前記エレクトロクロミック膜へ電圧を印加する
請求項18に記載の固体撮像装置の駆動方法。 - 前記上部電極及び前記下部電極がグラフェンあるいはカーボンナノチューブを含むナノカーボン材料または酸化インジウムスズからなる固体撮像装置に対して、前記エレクトロクロミック膜の光透過率が所定の値となるように前記印加電圧を選択して前記エレクトロクロミック膜に印加する
請求項18〜20のいずれかに記載の固体撮像装置の駆動方法。 - 固体撮像装置と、
前記固体撮像装置の撮像部に入射光を導く光学系と、
前記固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路と
を有し、
前記固体撮像装置は、
マトリクス状に配置された画素に区分して光電変換部が形成された受光面を有する半導体基板と、
前記画素から選択された一部の前記画素における前記光電変換部に対する光入射路において前記半導体基板上に形成され、印加電圧に応じて光透過率が第1透過率から第2透過率に変化するエレクトロクロミック膜と、
前記エレクトロクロミック膜の下層に形成された下部電極と、
前記エレクトロクロミック膜の上層に形成された上部電極と
を有する
電子機器。 - 前記上部電極及び前記下部電極がグラフェンあるいはカーボンナノチューブを含むナノカーボン材料または酸化インジウムスズからなる
請求項22に記載の電子機器。 - 固体撮像装置と、
前記固体撮像装置の撮像部に入射光を導く光学系と、
前記固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路と
を有し、
前記固体撮像装置は、
マトリクス状に配置された画素に区分して光電変換部が形成された受光面を有する半導体基板と、
少なくとも一部の前記画素における前記光電変換部に対する光入射路において前記半導体基板上に形成され、印加電圧に応じて光透過率が第1透過率から第2透過率に変化するエレクトロクロミック膜と、
前記エレクトロクロミック膜の下層に形成された下部電極と、
前記エレクトロクロミック膜の上層に形成された上部電極と、
前記光電変換部に蓄積された電荷量を検出し、前記電荷量に応じて前記エレクトロクロミック膜へ電圧を印加する電圧印加部と、
前記下部電極と前記上部電極の間に前記エレクトロクロミック膜と積層されて形成された光入射量に応じて光透過率が第3透過率から第4透過率に変化するフォトクロミック膜と
を有する
電子機器。 - 前記上部電極及び前記下部電極がグラフェンあるいはカーボンナノチューブを含むナノカーボン材料または酸化インジウムスズからなる
請求項24に記載の電子機器。
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