JP7174928B2 - 撮像装置およびカメラシステム、ならびに、撮像装置の駆動方法 - Google Patents
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Description
第1電極、第2電極、および、第1電極と第2電極との間に位置する光電変換層を含む光電変換部と、
第1電極および第2電極の一方に電圧を供給する電圧供給回路と、
第2電極に電気的に接続され、第2電極の電位に応じた信号を出力する出力回路と、
出力回路からの信号のレベルを検出する検出回路と
を備え、
光電変換部は、第1電極と第2電極との間に印加されるバイアス電圧が第1電圧範囲にあるときの、バイアス電圧に対する光電変換部の光電変換効率の変化率が、バイアス電圧が第1電圧範囲よりも高い第2電圧範囲にあるときの、バイアス電圧に対する光電変換部の光電変換効率の変化率よりも大きい光電変換特性を有し、
電圧供給回路は、
検出回路によって検出されたレベルが第1の閾値よりも低い場合に、第1電極と第2電極との間の電位差が第1の電位差となるように第1電極および第2電極の一方に電圧を供給し、
検出回路によって検出されたレベルが第1の閾値以上の第2の閾値以上である場合に、第1電極と第2電極との間の電位差が第1の電位差よりも大きい第2の電位差となるように第1電極および第2電極の一方に電圧を供給する、撮像装置。
電圧供給回路は、
検出回路によって検出されたレベルが第1の閾値よりも低い場合に、第1電極および第2電極の一方に第1電圧を印加し、
検出回路によって検出されたレベルが第2の閾値以上である場合に、第1電極および第2電極の一方に第1電圧よりも高い第2電圧を印加する、項目1に記載の撮像装置。
出力回路は、
第2電極に電気的に接続されたゲートを有し、ドレインおよびソースの一方に第3電圧を受ける第1トランジスタと、
第2電極に電気的に接続されたゲートを有し、ドレインおよびソースの一方に第3電圧よりも高い第4電圧を受ける第2トランジスタと
を含む、項目2に記載の撮像装置。
出力回路は、
容量素子と、
第2電極と容量素子との間に接続されたスイッチング素子と
を含み、
検出回路によって検出されたレベルが第2の閾値以上である場合、スイッチング素子は、光電変換部における光電変換によって変化した第2電極の電位に応じた信号の読み出し時にオンとされる、項目2に記載の撮像装置。
出力回路は、第2電極に一方の電極が接続された容量素子を含み、
検出回路によって検出されたレベルが第2の閾値以上である場合、容量素子の他方の電極の電位は、光電変換部における光電変換によって変化した第2電極の電位に応じた信号の読み出し時に一時的に低下させられる、項目2に記載の撮像装置。
出力回路は、
第2電極に電気的に接続されたゲートを有する第1トランジスタと、
第2電極と第1トランジスタのゲートとの間に接続された減衰器と
を含み、
検出回路によって検出されたレベルが第2の閾値以上である場合、減衰器は、第1検出トランジスタのゲートに印加される電圧を減衰させる、項目2に記載の撮像装置。
第1電極および第2電極の一方に第1電圧が印加されている状態および第1電極および第2電極の一方に第2電圧が印加されている状態の両方において、第1電極の電位は、第2電極の電位よりも高い、項目2から6のいずれか一項に記載の撮像装置。
バイアス電圧に対する光電変換部の光電変換効率のグラフにおいて、光電変換効率が0から立ち上がる点における第1接線と、バイアス電圧が動作時の最大値である点における第2接線との交点に対応するバイアス電圧の値をVtとしたとき、第1電圧範囲は、Vt未満の電圧範囲である、項目2から7のいずれか一項に記載の撮像装置。
バイアス電圧に対する光電変換部の光電変換効率のグラフにおいて、光電変換効率の値が0.06となる点における第1接線と、バイアス電圧が動作時の最大値である点における第2接線との交点に対応するバイアス電圧の値をVtとしたとき、第1電圧範囲は、Vt未満の電圧範囲である、項目2から7のいずれか一項に記載の撮像装置。
第2電圧範囲は、バイアス電圧の1Vの変化に対する光電変換効率の変化が10%未満の電圧範囲である、項目2から7のいずれか一項に記載の撮像装置。
第2電圧範囲は、光電変換効率が0.7以上の電圧範囲である、項目2から7のいずれか一項に記載の撮像装置。
第1電圧が供給されているときの光電変換部の光電変換効率である第1効率は、第2電圧が供給されているときの光電変換部の光電変換効率である第2効率よりも低い、項目8から11のいずれか一項に記載の撮像装置。
第1電圧および第2電圧は、第2電圧範囲内の電圧である、項目12に記載の撮像装置。
第1効率に対する第2効率の比は、1より大きく1.25以下である、項目13に記載の撮像装置。
第1電極、第2電極、および、第1電極と第2電極との間に位置する光電変換層を含む光電変換部と、
第1電極および第2電極の一方に電圧を供給する電圧供給回路と、
第2電極に電気的に接続され、第2電極の電位に応じた信号を出力する出力回路と
を有する撮像装置と、
光電変換部に入射する光量を検出する光量検出装置と
を備え、
光電変換部は、第1電極と第2電極との間に印加されるバイアス電圧が第1電圧範囲にあるときの、バイアス電圧に対する光電変換部の光電変換効率の変化率が、バイアス電圧が第1電圧範囲よりも高い第2電圧範囲にあるときの、バイアス電圧に対する光電変換部の光電変換効率の変化率よりも大きい光電変換特性を有し、
電圧供給回路は、
光量検出装置によって検出された光量が第1の光量よりも小さい場合に、第1電極と第2電極との間の電位差が第1の電位差となるように第1電極および第2電極の一方に電圧を供給し、
光量検出装置によって検出された光量が第1の光量以上の第2の光量以上である場合に、第1電極と第2電極との間の電位差が第1の電位差よりも大きい第2の電位差となるように第1電極および第2電極の一方に電圧を供給する、カメラシステム。
第1電極、第2電極、および、第1電極と第2電極との間に位置する光電変換層を含む光電変換部を有する撮像装置の駆動方法であって、
光電変換部に入射した光量が第1の光量よりも小さい場合に、第1電極と第2電極との間の電位差が第1の電位差となるように第1電極および第2電極の一方に電圧を印加し、光電変換部に入射した光量が第1の光量以上の第2の光量以上である場合に、第1電極と第2電極との間の電位差が第1の電位差よりも大きい第2の電位差となるように第1電極および第2電極の一方に電圧を印加する、撮像装置の駆動方法。
第1電極、第2電極、および、第1電極と第2電極との間に位置する光電変換層を含む光電変換部と、
第1電極および第2電極の一方に電気的に接続された電圧供給回路と、
第2電極に電気的に接続され、第2電極の電位に応じた信号を出力する出力回路と、
出力回路からの信号のレベルを検出する検出回路と
を備え、
第1電極と第2電極との間に印加されるバイアス電圧が第1電圧範囲にあるときの、バイアス電圧に対する光電変換部の光電変換効率の変化率は、バイアス電圧が第1電圧範囲よりも高い第2電圧範囲にあるときよりも大きく、
電圧供給回路は、検出回路によって検出されたレベルが所定の閾値よりも低い場合に、第1電極と第2電極との間の電位差が第1の電位差となるように第1電極および第2電極の一方に電圧を印加し、検出回路によって検出されたレベルが閾値以上である場合に、第1電極と第2電極との間の電位差が第1の電位差よりも大きい第2の電位差となるように第1電極および第2電極の一方に電圧を印加する、撮像装置。
電圧供給回路は、検出回路によって検出されたレベルが閾値よりも低い場合に、第1電極および第2電極の一方に第1電圧を印加し、検出回路によって検出されたレベルが閾値以上である場合に、第1電極および第2電極の一方に第1電圧よりも高い第2電圧を印加する、項目17に記載の撮像装置。
出力回路は、
第2電極に電気的に接続されたゲートを有し、ドレインおよびソースの一方に第3電圧を受ける第1信号検出トランジスタと、
第2電極に電気的に接続されたゲートを有し、ドレインおよびソースの一方に第3電圧よりも高い第4電圧を受ける第2信号検出トランジスタと
を含む、項目18に記載の撮像装置。
出力回路は、
容量素子と、
第2電極と容量素子との間に接続されたスイッチング素子と
を含み、
検出回路によって検出されたレベルが閾値以上である場合、スイッチング素子は、光電変換部における光電変換によって変化した第2電極の電位に応じた信号の読み出し時にオンとされる、項目18に記載の撮像装置。
出力回路は、第2電極に一方の電極が接続された容量素子を含み、
検出回路によって検出されたレベルが閾値以上である場合、容量素子の他方の電極の電位は、光電変換部における光電変換によって変化した第2電極の電位に応じた信号の読み出し時に一時的に低下させられる、項目18に記載の撮像装置。
出力回路は、
第2電極に電気的に接続されたゲートを有する第1信号検出トランジスタと、
第2電極と第1信号検出トランジスタのゲートとの間に接続された減衰器と
を含み、
検出回路によって検出されたレベルが閾値以上である場合、減衰器は、第1信号検出トランジスタのゲートに印加される電圧を所定の割合で減衰させる、項目18に記載の撮像装置。
第1電極および第2電極の一方に第1電圧が印加されている状態および第1電極および第2電極の一方に第2電圧が印加されている状態の両方において、第1電極の電位は、第2電極の電位よりも高い、項目18から22のいずれか一項に記載の撮像装置。
バイアス電圧に対する光電変換部の光電変換効率のグラフにおいて、光電変換効率が0から立ち上がる点における第1接線と、バイアス電圧が動作時の最大値である点における第2接線との交点に対応するバイアス電圧の値をVtとしたとき、第1電圧範囲は、Vt未満の電圧範囲である、項目18から23のいずれか一項に記載の撮像装置。
バイアス電圧に対する光電変換部の光電変換効率のグラフにおいて、光電変換効率の値が0.06となる点における第1接線と、バイアス電圧が動作時の最大値である点における第2接線との交点に対応するバイアス電圧の値をVtとしたとき、第1電圧範囲は、Vt未満の電圧範囲である、項目18から23のいずれか一項に記載の撮像装置。
第2電圧範囲は、バイアス電圧の1Vの変化に対する光電変換効率の変化が10%未満の電圧範囲である、項目18から23のいずれか一項に記載の撮像装置。
第2電圧範囲は、光電変換効率が0.7以上の電圧範囲である、項目18から23のいずれか一項に記載の撮像装置。
第1電圧が供給されているときの光電変換部の光電変換効率である第1効率は、第2電圧が供給されているときの光電変換部の光電変換効率である第2効率よりも低い、項目24から27のいずれか一項に記載の撮像装置。
第1電圧および第2電圧は、第2電圧範囲内の電圧である、項目28に記載の撮像装置。
第1効率に対する第2効率の比は、1以上1.25以下である、項目29に記載の撮像装置。
第2電極に電気的に接続された電荷蓄積部であって、第2電極によって収集された電荷を一時的に蓄積する電荷蓄積部をさらに備え、
電荷蓄積部の電位は、電荷蓄積部への電荷の蓄積に伴って高くなる、項目17から30のいずれか一項に記載の撮像装置。
それぞれが光電変換部および出力回路を有する複数の画素を含み、
複数の画素は、第1画素および第1画素に隣接して配置された第2画素を含み、
第1画素の第2電極と第2画素の第2電極との間に位置し、かつ、第1画素の第2電極および第2画素の第2電極から電気的に絶縁された第3電極をさらに備える、項目17から31のいずれか一項に記載の撮像装置。
第1電極、第2電極、および、第1電極と第2電極との間に位置する光電変換層を含む光電変換部を有する撮像装置と、
第1電極および第2電極の一方に電気的に接続された電圧供給回路と
を備え、
撮像装置は、
第2電極に電気的に接続され、第2電極の電位に応じた信号を出力する出力回路と、
出力回路からの信号のレベルを検出する検出回路と
をさらに有し、
第1電極と第2電極との間に印加されるバイアス電圧が第1電圧範囲にあるときの、バイアス電圧に対する光電変換部の光電変換効率の変化率は、バイアス電圧が第1電圧範囲よりも高い第2電圧範囲にあるときよりも大きく、
電圧供給回路は、検出回路によって検出されたレベルが所定の閾値よりも低い場合に、第1電極と第2電極との間の電位差が第1の電位差となるように第1電極および第2電極の一方に電圧を印加し、検出回路によって検出されたレベルが閾値以上である場合に、第1電極と第2電極との間の電位差が第1の電位差よりも大きい第2の電位差となるように第1電極および第2電極の一方に電圧を印加する、カメラシステム。
電圧供給回路は、検出回路によって検出されたレベルが閾値よりも低い場合に、第1電極および第2電極の一方に第1電圧を印加し、検出回路によって検出されたレベルが閾値以上である場合に、第1電極および第2電極の一方に第1電圧よりも高い第2電圧を印加する、項目33に記載のカメラシステム。
出力回路は、
容量素子と、
第2電極と容量素子との間に接続されたスイッチング素子と
を含み、
検出回路によって検出されたレベルが閾値以上である場合、スイッチング素子は、光電変換部における光電変換によって変化した第2電極の電位に応じた信号の読み出し時にオンとされる、項目34に記載のカメラシステム。
出力回路は、第2電極に一方の電極が接続された容量素子を含み、
検出回路によって検出されたレベルが閾値以上である場合、容量素子の他方の電極の電位は、光電変換部における光電変換によって変化した第2電極の電位に応じた信号の読み出し時に一時的に低下させられる、項目34に記載のカメラシステム。
出力回路は、
第2電極に電気的に接続されたゲートを有する第1信号検出トランジスタと、
第2電極と第1信号検出トランジスタのゲートとの間に接続された減衰器と
を含み、
検出回路によって検出されたレベルが閾値以上である場合、減衰器は、第1信号検出トランジスタのゲートに印加される電圧を所定の割合で減衰させる、項目34に記載のカメラシステム。
第1電極、第2電極、および、第1電極と第2電極との間に位置する光電変換層を含む光電変換部を有する撮像装置と、
光電変換部に入射する光量を検出する光量検出装置と
を備え、
撮像装置は、
第2電極に電気的に接続され、第2電極の電位に応じた信号を出力する出力回路と、
第1電極および第2電極の一方に電気的に接続された電圧供給回路と
をさらに有し、
第1電極と第2電極との間に印加されるバイアス電圧が第1電圧範囲にあるときの、バイアス電圧に対する光電変換部の光電変換効率の変化率は、バイアス電圧が第1電圧範囲よりも高い第2電圧範囲にあるときよりも大きく、
電圧供給回路は、光量検出装置によって検出された光量が所定の光量よりも小さい場合に、第1電極と第2電極との間の電位差が第1の電位差となるように第1電極および第2電極の一方に電圧を印加し、光量検出装置によって検出された光量が所定の光量以上である場合に、第1電極と第2電極との間の電位差が第1の電位差よりも大きい第2の電位差となるように第1電極および第2電極の一方に電圧を印加する、カメラシステム。
第1電極、第2電極、および、第1電極と第2電極との間に位置する光電変換層を含む光電変換部を有する撮像装置と、
第1電極および第2電極の一方に電気的に接続された電圧供給回路と、
光電変換部に入射する光量を検出する光量検出装置と
を備え、
第1電極と第2電極との間に印加されるバイアス電圧が第1電圧範囲にあるときの、バイアス電圧に対する光電変換部の光電変換効率の変化率は、バイアス電圧が第1電圧範囲よりも高い第2電圧範囲にあるときよりも大きく、
撮像装置は、第2電極に電気的に接続され、第2電極の電位に応じた信号を出力する出力回路をさらに有し、
電圧供給回路は、光量検出装置によって検出された光量が所定の光量よりも小さい場合に、第1電極と第2電極との間の電位差が第1の電位差となるように第1電極および第2電極の一方に電圧を印加し、光量検出装置によって検出された光量が所定の光量以上である場合に、第1電極と第2電極との間の電位差が第1の電位差よりも大きい第2の電位差となるように第1電極および第2電極の一方に電圧を印加する、カメラシステム。
光量検出装置は、出力回路からの信号のレベルを検出する光量検出回路を含む、項目38または39に記載のカメラシステム。
電圧供給回路は、光量検出装置によって検出された光量が所定の光量よりも小さい場合に、第1電極および第2電極の一方に第1電圧を印加し、光量検出装置によって検出された光量が所定の光量以上である場合に第1電極および第2電極の一方に第1電圧よりも高い第2電圧を印加する、項目38から40のいずれか一項に記載のカメラシステム。
出力回路は、
第2電極に電気的に接続されたゲートを有し、ドレインおよびソースの一方に第3電圧を受ける第1信号検出トランジスタと、
第2電極に電気的に接続されたゲートを有し、ドレインおよびソースの一方に第3電圧よりも高い第4電圧を受ける第2信号検出トランジスタと
を含む、項目34または41に記載のカメラシステム。
出力回路は、
容量素子と、
第2電極と容量素子との間に接続されたスイッチング素子と
を含み、
光量検出装置によって検出された光量が所定の光量以上である場合、スイッチング素子は、光電変換部における光電変換によって変化した第2電極の電位に応じた信号の読み出し時にオンとされる、項目41に記載のカメラシステム。
出力回路は、第2電極に一方の電極が接続された容量素子を含み、
光量検出装置によって検出された光量が所定の光量以上である場合、容量素子の他方の電極の電位は、光電変換部における光電変換によって変化した第2電極の電位に応じた信号の読み出し時に一時的に低下させられる、項目41に記載のカメラシステム。
出力回路は、
第2電極に電気的に接続されたゲートを有する第1信号検出トランジスタと、
第2電極と第1信号検出トランジスタのゲートとの間に接続された減衰器と
を含み、
光量検出装置によって検出された光量が所定の光量以上である場合、減衰器は、第1信号検出トランジスタのゲートに印加される電圧を所定の割合で減衰させる、項目41に記載のカメラシステム。
第1電極および第2電極の一方に第1電圧が印加されている状態および第1電極および第2電極の一方に第2電圧が印加されている状態の両方において、第1電極の電位は、第2電極の電位よりも高い、項目34、35、36、37、41、42、43、44または45に記載のカメラシステム。
バイアス電圧に対する光電変換部の光電変換効率のグラフにおいて、光電変換効率が0から立ち上がる点における第1接線と、バイアス電圧が動作時の最大値である点における第2接線との交点に対応するバイアス電圧の値をVtとしたとき、第1電圧範囲は、Vt未満の電圧範囲である、項目34、35、36、37、41、42、43、44、45または46に記載のカメラシステム。
バイアス電圧に対する光電変換部の光電変換効率のグラフにおいて、光電変換効率の値が0.06となる点における第1接線と、バイアス電圧が動作時の最大値である点における第2接線との交点に対応するバイアス電圧の値をVtとしたとき、第1電圧範囲は、Vt未満の電圧範囲である、項目34、35、36、37、41、42、43、44、45または46に記載のカメラシステム。
第2電圧範囲は、バイアス電圧の1Vの変化に対する光電変換効率の変化が10%未満の電圧範囲である、項目34、35、36、37、41、42、43、44、45または46に記載のカメラシステム。
第2電圧範囲は、光電変換効率が0.7以上の電圧範囲である、項目34、35、36、37、41、42、43、44、45または46に記載のカメラシステム。
第1電圧が供給されているときの光電変換部の光電変換効率である第1効率は、第2電圧が供給されているときの光電変換部の光電変換効率である第2効率よりも低い、項目47から50のいずれか一項に記載のカメラシステム。
第1電圧および第2電圧は、第2電圧範囲内の電圧である、項目51に記載のカメラシステム。
第1効率に対する第2効率の比は、1以上1.25以下である、項目52に記載のカメラシステム。
第2電極に電気的に接続された電荷蓄積部であって、第2電極によって収集された電荷を一時的に蓄積する電荷蓄積部をさらに備え、
電荷蓄積部の電位は、電荷蓄積部への電荷の蓄積に伴って高くなる、項目33から53のいずれか一項に記載のカメラシステム。
撮像装置は、それぞれが光電変換部および出力回路を有する複数の画素を含み、
複数の画素は、第1画素および第1画素に隣接して配置された第2画素を含み、
撮像装置は、第1画素の第2電極と第2画素の第2電極との間に位置し、かつ、第1画素の第2電極および第2画素の第2電極から電気的に絶縁された第3電極をさらに備える、項目33から54のいずれか一項に記載のカメラシステム。
第1電極、第2電極、および、第1電極と第2電極との間に位置する光電変換層を含む光電変換部を有する撮像装置の駆動方法であって、
光電変換部に入射した光量が所定の光量よりも小さい場合に、第1電極と第2電極との間の電位差が第1の電位差となるように第1電極および第2電極の一方に電圧を印加し、光電変換部に入射した光量が所定の光量以上である場合に、第1電極と第2電極との間の電位差が第1の電位差よりも大きい第2の電位差となるように第1電極および第2電極の一方に電圧を印加する、撮像装置の駆動方法。
光電変換部に入射した光量が所定の光量よりも小さい場合に、第1電極および第2電極の一方に第1電圧を印加し、光電変換部に入射した光量が所定の光量以上である場合に、第1電極および第2電極の一方に第1電圧よりも高い第2電圧を印加する、項目56に記載の撮像装置の駆動方法。
図1は、本開示の第1の実施形態による撮像装置の構成を概略的に示す。図1に示す撮像装置100Aは、それぞれが、半導体基板110に支持された光電変換部をその一部に含む複数の画素Pxを有する。図1には表れていないが、半導体基板110は、各画素Pxに対応して形成された複数の出力回路を有する。
。画像処理回路164は、制御回路160の一部であってもよい。
図2は、撮像装置100Aの例示的な回路構成を示す。図2では、図1に示す撮像領域に含まれる複数の画素Pxから4つを取り出して模式的に示している。
ここで、光電変換層13の光電変換特性と、電圧供給回路150が電圧線152に供給する電圧との間の関係を説明する。以下では、特に断りの無い限り、信号電荷として正孔を利用する例を説明する。
ここでは、光電変換層13における光電変換効率ηが、対向電極11と画素電極12との間に印加される電位差ΔVの増加に対して、図4に示すような変化を示すとし、上述の接線T1および接線T2の交点におけるバイアス電圧の値Vtが3Vであるとする。このとき、例えば、3V未満の電圧領域を第1電圧範囲とし、3V以上12V以下の電圧領域を第2電圧範囲と定めると、例えば、6Vの電圧を第1電圧V1に用い、12Vの電圧を第2電圧V2に用い得る。
図17および図18は、信号電荷の蓄積に伴うノードFDの電位の変化と、電源電圧との間の関係を模式的に示す。図17は、リセット時における、リセットトランジスタ26のドレイン側およびソース側のノードの電位を模式的に示す。図17に示すように、光電変換部10のリセット時、リセットトランジスタ26がオンとされることにより、リセットトランジスタ26のドレインおよびソースの一方の側であるノードFDの電位は、他方の側であるリセット電圧線36の電位VRSTに一致する。
上述の図12には、グラフG1およびG2とあわせて、対向電極11に2Vの電圧が印加されているときの、光量の変化に対する出力信号のレベルの変化を示すグラフG0も破線で示されている。図12から、第1電圧範囲から選ばれた電圧を対向電極11に印加しているとき、光量が比較的少ない領域では、光量の変化に対して信号のレベルは直線状の変化を示し、リニアリティを確保できることがわかる。光量がさらに増大すると、光量の増大に対する信号のレベルの増大の程度が鈍り、光量の変化に対する信号のレベルの変化を示すグラフは、曲線状の変化を示すようになる。このことは、第1電圧範囲から選ばれた電圧を対向電極11に印加している状態においては、光量の増大に応じて信号のレベルが自動的に低下することを意味する。換言すれば、照度の高い方向に関するダイナミックレンジが拡大される。このことを利用して、以下に説明するように、光量の増大に応じて信号のレベルが直線状に変化する場合と比較して、照度の高い方向に関するダイナミックレンジを拡大することも可能である。
図25は、第1の実施形態の変形例による撮像装置の例示的な回路構成を示す。図1を参照して説明した撮像装置100Aの構成と比較して、図25に示す撮像装置100Bは、検出回路130Aに代えて検出回路130Bを有する。検出回路130Bは、比較器134を有しない。
図27は、本開示の第2の実施形態によるカメラシステムの例示的な構成を概略的に示す。図27に示すカメラシステム200Dは、概略的には、撮像装置100Dと、電圧供給回路150Dとを含む。
次に、電圧線152に印加する電圧の切り替えのタイミングに応じた補正処理を説明する。以下に説明するように、検出回路130A、130Bによって検出される信号レベルに対して、電圧線152に印加する電圧の切り替えのタイミングに応じた補正を適用してもよい。以下では、上述の撮像装置100Aを例にとって補正処理の具体例を説明するが、撮像装置100B、100C、カメラシステム200D~200Hに対しても同様の補正処理を適用可能であることは言うまでもない。
上述の電圧供給回路150、150D、154が対向電極11または画素電極12に供給可能な電圧が、第1電圧V1および第2電圧V2の二値に制限される必要はない。電圧供給回路150、150D、154は、三値以上の電圧のいずれかを例えば撮影時の環境に応じて選択的に電圧線152に印加可能に構成されていてもよい。例えば、以下に説明するように、電圧供給回路150、150Dまたは154が、露光量、換言すれば、光電変換部10に対する照度に応じて、三値以上の電圧を切り替えて電圧線152に印加するように構成されてもよい。
図43は、露光量の増加に対する検出回路130Aの出力の変化の例を模式的に示す。図43中、実線L1は、第2電圧範囲にある電圧を対向電極11に印加している場合に得られる、一定照度のもとでの露光期間の増大、すなわち、露光量の増加に対する検出回路130Aの出力の例示的な変化を示す。破線L2は、第2電圧範囲内、かつ、より低い電圧を対向電極11に印加している場合に得られる出力の変化を示している。なお、図43中、破線L3は、第1電圧範囲にある電圧を対向電極11に印加している場合に得られる、露光量の増加に対する検出回路130Aの出力の例示的な変化を示す。
11 対向電極
12 画素電極
13 光電変換層
15 第3電極
20、20A~20D 出力回路
22、22a 信号検出トランジスタ
24、24a アドレストランジスタ
26 リセットトランジスタ
28 帯域制御トランジスタ
32 電源線
36 リセット電圧線
100A~100F、100H 撮像装置
110 半導体基板
111~115 不純物領域
120 行走査回路
130A、130B 検出回路
130F、130G 光量検出装置
132 参照線
134 比較器
138 光量検出回路
150、150D、154 電圧供給回路
152 電圧線
160 制御回路
162 メモリ
164 画像処理回路
166 補間処理回路
200D~200H カメラシステム
241~243 容量素子
225 減衰器
Px、Px1、Px2 画素
Sj 出力信号線
Claims (16)
- 第1電極、第2電極、および、前記第1電極と前記第2電極との間に位置する光電変換層を含む光電変換部と、
前記第1電極および前記第2電極の一方に電圧を供給する電圧供給回路と、
前記第2電極に電気的に接続され、前記第2電極の電位に応じた信号を出力する出力回路と、
前記出力回路からの前記信号のレベルを検出する検出回路と
を備え、
前記光電変換部は、前記第1電極と前記第2電極との間に印加されるバイアス電圧が第1電圧範囲にあるときの、前記バイアス電圧に対する前記光電変換部の光電変換効率の変化率が、前記バイアス電圧が前記第1電圧範囲よりも高い第2電圧範囲にあるときの、前記バイアス電圧に対する前記光電変換部の光電変換効率の変化率よりも大きい光電変換特性を有し、
前記電圧供給回路は、 前記検出回路によって検出された前記レベルが第1の閾値よりも低い場合に、前記第1電極と前記第2電極との間の電位差が第1の電位差となるように前記第1電極および前記第2電極の前記一方に電圧を供給し、 前記検出回路によって検出された前記レベルが前記第1の閾値以上の第2の閾値以上である場合に、前記第1電極と前記第2電極との間の電位差が前記第1の電位差よりも大きい第2の電位差となるように前記第1電極および前記第2電極の前記一方に電圧を供給する、撮像装置。 - 前記電圧供給回路は、
前記検出回路によって検出された前記レベルが前記第1の閾値よりも低い場合に、前記第1電極および前記第2電極の前記一方に第1電圧を印加し、
前記検出回路によって検出された前記レベルが前記第2の閾値以上である場合に、前記第1電極および前記第2電極の前記一方に前記第1電圧よりも高い第2電圧を印加する、請求項1に記載の撮像装置。 - 前記出力回路は、
前記第2電極に電気的に接続されたゲートを有し、ドレインおよびソースの一方に第3電圧を受ける第1トランジスタと、
前記第2電極に電気的に接続されたゲートを有し、ドレインおよびソースの一方に前記第3電圧よりも高い第4電圧を受ける第2トランジスタと
を含む、請求項2に記載の撮像装置。 - 前記出力回路は、
容量素子と、
前記第2電極と前記容量素子との間に接続されたスイッチング素子と
を含み、
前記検出回路によって検出された前記レベルが前記第2の閾値以上である場合、前記スイッチング素子は、前記光電変換部における光電変換によって変化した前記第2電極の電位に応じた信号の読み出し時にオンとされる、請求項2に記載の撮像装置。 - 前記出力回路は、前記第2電極に一方の電極が接続された容量素子を含み、
前記検出回路によって検出された前記レベルが前記第2の閾値以上である場合、前記容量素子の他方の電極の電位は、前記光電変換部における光電変換によって変化した前記第2電極の電位に応じた信号の読み出し時に一時的に低下させられる、請求項2に記載の撮像装置。 - 前記出力回路は、
前記第2電極に電気的に接続されたゲートを有する第1トランジスタと、
前記第2電極と前記第1トランジスタの前記ゲートとの間に接続された減衰器と
を含み、
前記検出回路によって検出された前記レベルが前記第2の閾値以上である場合、前記減衰器は、前記第1トランジスタの前記ゲートに印加される電圧を減衰させる、請求項2に記載の撮像装置。 - 前記第1電極および前記第2電極の前記一方に前記第1電圧が印加されている状態および前記第1電極および前記第2電極の前記一方に前記第2電圧が印加されている状態の両方において、前記第1電極の電位は、前記第2電極の電位よりも高い、請求項2から6のいずれか一項に記載の撮像装置。
- 前記バイアス電圧に対する前記光電変換部の光電変換効率のグラフにおいて、前記光電変換効率が0から立ち上がる点における第1接線と、前記バイアス電圧が動作時の最大値である点における第2接線との交点に対応するバイアス電圧の値をVtとしたとき、前記第1電圧範囲は、前記Vt未満の電圧範囲である、請求項2から7のいずれか一項に記載の撮像装置。
- 前記バイアス電圧に対する前記光電変換部の光電変換効率のグラフにおいて、前記光電変換効率の値が0.06となる点における第1接線と、前記バイアス電圧が動作時の最大値である点における第2接線との交点に対応するバイアス電圧の値をVtとしたとき、前記第1電圧範囲は、前記Vt未満の電圧範囲である、請求項2から7のいずれか一項に記載の撮像装置。
- 前記第2電圧範囲は、前記バイアス電圧の1Vの変化に対する前記光電変換効率の変化が10%未満の電圧範囲である、請求項2から7のいずれか一項に記載の撮像装置。
- 前記第2電圧範囲は、前記光電変換効率が0.7以上の電圧範囲である、請求項2から7のいずれか一項に記載の撮像装置。
- 前記第1電圧が供給されているときの前記光電変換部の光電変換効率である第1効率は、前記第2電圧が供給されているときの前記光電変換部の光電変換効率である第2効率よりも低い、請求項8から11のいずれか一項に記載の撮像装置。
- 前記第1電圧および前記第2電圧は、前記第2電圧範囲内の電圧である、請求項12に記載の撮像装置。
- 前記第1効率に対する前記第2効率の比は、1より大きく1.25以下である、請求項13に記載の撮像装置。
- 第1電極、第2電極、および、前記第1電極と前記第2電極との間に位置する光電変換層を含む光電変換部と、
前記第1電極および前記第2電極の一方に電圧を供給する電圧供給回路と、
前記第2電極に電気的に接続され、前記第2電極の電位に応じた信号を出力する出力回路と
を有する撮像装置と、
前記光電変換部に入射する光量を検出する光量検出装置と
を備え、
前記光電変換部は、前記第1電極と前記第2電極との間に印加されるバイアス電圧が第1電圧範囲にあるときの、前記バイアス電圧に対する前記光電変換部の光電変換効率の変化率が、前記バイアス電圧が前記第1電圧範囲よりも高い第2電圧範囲にあるときの、前記バイアス電圧に対する前記光電変換部の光電変換効率の変化率よりも大きい光電変換特性を有し、 前記電圧供給回路は、 前記光量検出装置によって検出された前記光量が第1の光量よりも小さい場合に、前記第1電極と前記第2電極との間の電位差が第1の電位差となるように前記第1電極および前記第2電極の前記一方に電圧を供給し、 前記光量検出装置によって検出された前記光量が前記第1の光量以上の第2の光量以上である場合に、前記第1電極と前記第2電極との間の電位差が前記第1の電位差よりも大きい第2の電位差となるように前記第1電極および前記第2電極の前記一方に電圧を供給する、カメラシステム。 - 第1電極、第2電極、および、前記第1電極と前記第2電極との間に位置する光電変換層を含む光電変換部を有する撮像装置の駆動方法であって、
前記光電変換部に入射した光量が第1の光量よりも小さい場合に、前記第1電極と前記第2電極との間の電位差が第1の電位差となるように前記第1電極および前記第2電極の一方に電圧を印加し、前記光電変換部に入射した前記光量が前記第1の光量以上の第2の光量以上である場合に、前記第1電極と前記第2電極との間の電位差が前記第1の電位差よりも大きい第2の電位差となるように前記第1電極および前記第2電極の前記一方に電圧を印加する、撮像装置の駆動方法。
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