(57)【要約】  第１光電変換部を有する画素領域と、所定の電位に接続された第２光電変換部を有する画素外領域と、一方の面に前記第１光電変換部および前記第２光電変換部が設けられるとともに、前記第１光電変換部に電気的に接続された周辺回路を有する回路基板とを備えた撮像素子。
2018155183.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１光電変換部を有する画素領域と、
所定の電位に接続された第２光電変換部を有する画素外領域と、
一方の面に前記第１光電変換部および前記第２光電変換部が設けられるとともに、前記第１光電変換部に電気的に接続された周辺回路を有する回路基板と
を備えた撮像素子。
【請求項２】
前記第１光電変換部と前記第２光電変換部とは電気的に分離されている
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項３】
前記第２光電変換部の構成材料は、前記第１光電変換部の構成材料と同じである
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項４】
平面視で前記周辺回路に重なる領域に、前記第２光電変換部が設けられている
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項５】
前記第２光電変換部は、少なくとも前記第１光電変換部の感度波長帯と同じ感度波長帯を有する
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項６】
前記第１光電変換部および前記第２光電変換部は、赤外領域の波長の光を吸収して電荷を発生する
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項７】
前記第１光電変換部および前記第２光電変換部は化合物半導体を含む
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項８】
前記第１光電変換部および前記第２光電変換部はＩＩＩ-Ｖ族半導体を含む
請求項７に記載の撮像素子。
【請求項９】
前記ＩＩＩ−Ｖ族半導体はＩｎＧａＡｓである
請求項８に記載の撮像素子。
【請求項１０】
更に、前記第１光電変換部で発生した信号電荷が移動する第１導電型領域を、画素毎に有する
請求項７に記載の撮像素子。
【請求項１１】
前記回路基板には画素毎に画素回路が設けられ、
前記画素回路に、前記第１導電型領域が電気的に接続されている
請求項１０に記載の撮像素子。
【請求項１２】
更に、前記第１光電変換部を間にして、前記回路基板に対向する第１電極を有する
請求項７に記載の撮像素子。
【請求項１３】
更に、前記第２光電変換部を間にして、前記回路基板に対向する第２電極を有する
請求項１２に記載の撮像素子。
【請求項１４】
前記第１電極と前記第２電極とが一体的に設けられている
請求項１３に記載の撮像素子。
【請求項１５】
前記第１電極と前記第２電極とが電気的に分離して設けられている
請求項１３に記載の撮像素子。
【請求項１６】
前記第１光電変換部および前記第２光電変換部はフォトダイオードである
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項１７】
前記所定の電位は、電源または、グラウンド（ＧＮＤ）電位である
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項１８】
第１光電変換部を有する画素領域と、
所定の電位に接続された第２光電変換部を有する画素外領域と、
一方の面に前記第１光電変換部および前記第２光電変換部が設けられるとともに、前記第１光電変換部に電気的に接続された周辺回路を有する回路基板とを備えた
撮像素子を有する電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、例えば赤外センサ等に用いられる撮像素子および電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、赤外領域に感度を有する撮像素子（赤外線センサ）が商品化されている。例えば、特許文献１では、このような赤外線センサにＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウム砒素）等のＩＩＩ−Ｖ族半導体を光電変換部として用いることが記載されている。この光電変換部において、赤外線が吸収されることで電荷が発生する（光電変換が行われる）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１２７４９９号公報
【発明の概要】
【０００４】
このような撮像素子では、画質の低下を抑えることが望まれている。
【０００５】
したがって、画質の低下を抑えることが可能な撮像素子および電子機器を提供することが望ましい。
【０００６】
本技術の一実施の形態に係る撮像素子は、第１光電変換部を有する画素領域と、所定の電位に接続された第２光電変換部を有する画素外領域と、一方の面に第１光電変換部および第２光電変換部が設けられるとともに、第１光電変換部に電気的に接続された周辺回路を有する回路基板とを備えたものである。
【０００７】
本技術の一実施の形態に係る電子機器は、本技術の一実施の形態に係る撮像素子を備えたものである。
【０００８】
本技術の一実施の形態に係る撮像素子および電子機器では、画素外領域に、所定の電位に接続された第２光電変換部が設けられているので、画素外領域で発生した光および画素外領域に入射した光は、画素領域に入射した光とは別に光電変換され、所定の電位に排出される。
【０００９】
本技術の一実施の形態に係る撮像素子および電子機器によれば、画素外領域に、所定の電位に接続された第２光電変換部を設けるようにしたので、画素外領域で発生した光および画素外領域に入射した光が、画素領域に影響を及ぼすのを抑えることができる。よって、画質の低下を抑えることが可能となる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれの効果であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本技術の第１の実施の形態に係る撮像素子の概略構成を表す平面図である。
【図２】図１に示した撮像素子の機能構成の一例を表すブロック図である。
【図３】図１に示した撮像素子の概略構成を表す分解斜視図である。
【図４】図１に示したＩＶ−ＩＶ線に沿った断面構成を模式的に表す図である。
【図５】図４に示した光電変換層の構成を模式的に表す平面図である。
【図６】図４に示した撮像素子がパッケージされた状態の一例を表す断面図である。
【図７】図４に示した撮像素子の動作について説明するための断面模式図である。
【図８】比較例に係る撮像素子の構成を模式的に表す断面図である。
【図９】図８に示した撮像素子の画素外領域に入射する光について説明するための断面模式図である。
【図１０】図６に示した撮像素子の効果について説明するための断面模式図（１）である。
【図１１】図６に示した撮像素子の効果について説明するための断面模式図（２）である。
【図１２】変形例１に係る撮像素子の概略構成を表す断面図である。
【図１３】変形例２に係る撮像素子の概略構成を表す断面図である。
【図１４】変形例３に係る撮像素子の概略構成を表す断面図である。
【図１５】変形例４に係る撮像素子の概略構成を表す断面図である。
【図１６】変形例５に係る撮像素子の概略構成を表す断面図である。
【図１７】第２の実施の形態に係る撮像素子の概略構成を表す断面図である。
【図１８】図１７に示した配線層および半導体層の構成の一例を模式的に表す断面図である。
【図１９】図１７に示した撮像素子の画素回路の一例を表す図である。
【図２０】図１等に示した撮像素子を用いた電子機器（カメラ）の一例を表す機能ブロック図である。
【図２１】内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。
【図２２】カメラヘッド及びＣＣＵの機能構成の一例を示すブロック図である。
【図２３】車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。
【図２４】車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。
【図２５】図２に示した行走査部の構成の他の例を示す平面図である。
【図２６Ａ】図３に示した半導体基板の構成の他の例（１）を表す平面図である。
【図２６Ｂ】図３に示した回路基板の構成の他の例（１）を表す平面図である。
【図２７Ａ】図３に示した半導体基板の構成の他の例（２）を表す平面図である。
【図２７Ｂ】図３に示した回路基板の構成の他の例（２）を表す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本技術の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（画素外領域に第２光電変換部を設けた撮像素子の例）
２．変形例１（第２光電変換部には、透明電極から所定の電位を供給する例）
３．変形例２（画素領域と画素外領域とで透明電極が分離されている例）
４．変形例３（画素領域と画素外領域とで透明電極を分離し、かつ、第２光電変換部には、透明電極から所定の電位を供給する例）
５．変形例４（画素領域のみに透明電極を設けた例）
６．変形例５（第１光電変換部および第２光電変換部が連続している例）
７．第２の実施の形態（第１光電変換部および第２光電変換部がフォトダイオードである例）
８．適用例（電子機器の例）
９．応用例１（体内情報取得システムの例）
１０．応用例２（移動体制御システムの例）
【００１２】
＜１．第１の実施の形態＞
［撮像素子１の構成］
図１は、本技術の第１の実施の形態に係る撮像素子（撮像素子１）の模式的な平面構成を表したものである。撮像素子１は、例えば赤外線イメージセンサであり、例えば波長８００ｎｍ以上の光に対しても感度を有している。この撮像素子１には、例えば四角形状の画素領域１０Ｐと、画素領域１０Ｐの外側の画素外領域１０Ｂとが設けられている。画素外領域１０Ｂには、画素領域１０Ｐを駆動するための周辺回路２０Ｂが設けられている。
【００１３】
図２は、撮像素子１の機能構成を表したものである。撮像素子１の画素領域１０Ｐには、例えば２次元配置された複数の受光単位領域（画素Ｐ）が設けられている。周辺回路２０Ｂは、例えば行走査部２０１、水平選択部２０３、列走査部２０４およびシステム制御部２０２を有している。
【００１４】
画素Ｐには、例えば画素行ごとに画素駆動線Ｌread（例えば、行選択線およびリセット制御線）が配線され、画素列ごとに垂直信号線Ｌsigが配線されている。画素駆動線Ｌreadは、画素Ｐからの信号読み出しのための駆動信号を伝送するものである。画素駆動線Ｌreadの一端は、行走査部２０１の各行に対応した出力端に接続されている。
【００１５】
行走査部２０１は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成され、画素領域１０Ｐの各画素Ｐを、例えば行単位で駆動する画素駆動部である。行走査部２０１によって選択走査された画素行の各画素Ｐから出力される信号は、垂直信号線Ｌsigの各々を通して水平選択部２０３に供給される。水平選択部２０３は、垂直信号線Ｌsigごとに設けられたアンプや水平選択スイッチ等によって構成されている。
【００１６】
列走査部２０４は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成され、水平選択部２０３の各水平選択スイッチを走査しつつ順番に駆動するものである。この列走査部２０４による選択走査により、垂直信号線Ｌsigの各々を通して伝送される各画素の信号が順番に水平信号線２０５に出力され、当該水平信号線２０５を通して図示しない信号処理部等へ入力される。
【００１７】
システム制御部２０２は、外部から与えられるクロックや、動作モードを指令するデータなどを受け取り、また、撮像素子１の内部情報などのデータを出力するものである。システム制御部２０２はさらに、各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータを有し、当該タイミングジェネレータで生成された各種のタイミング信号を基に行走査部２０１、水平選択部２０３および列走査部２０４などの駆動制御を行う。
【００１８】
図３は、撮像素子１の構成を模式的に表す分解斜視図である。撮像素子１は、画素領域１０Ｐを有する半導体基板１０と、画素領域１０Ｐの各画素Ｐを駆動するための回路基板２０とが積層されたものである。回路基板２０には、半導体基板１０で光電変換された信号電荷を増幅またはＡＤ変換して出力する回路が設けられている。この回路基板２０に、周辺回路２０Ｂが設けられている。
【００１９】
図４は、図１に示したＩＶ-ＩＶ線に沿った撮像素子１の断面構成を模式的に表している。半導体基板１０は、光入射面Ｓ１を有しており、この光入射面Ｓ１と反対の面が、回路基板２０との接合面（接合面Ｓ２）となっている。半導体基板１０は、例えば赤外領域の波長の光等の入射光を画素Ｐ毎に光電変換するためのものであり、接合面Ｓ２に近い位置から順に、保護層１１および光電変換層１２を有している。光電変換層１２には、画素領域１０Ｐと画素外領域１０Ｂとを分離する分離膜１３が設けられている。半導体基板１０の光入射面Ｓ１には、透明電極１４およびパッシベーション膜１５がこの順に設けられている。回路基板２０には、半導体基板１０で発生した信号電荷の読み出し回路（ＲＯＩＣ：Readout Integrated Circuit）が設けられている。以下、各部の構成について説明する。
【００２０】
保護層１１は、例えば、保護層１１Ａ，１１Ｂの積層構造を有している。保護層１１Ａは接合面Ｓ２を構成する層であり、この保護層１１Ａが回路基板２０に接している。保護層１１Ａには、画素Ｐ毎に接続層１１Ｃが設けられている。画素外領域１０Ｂの保護層１１Ａには、例えば画素領域１０Ｐの接続層１１Ｃと同じピッチで、接続層１１ＣＢが設けられている。保護層１１Ｂは、保護層１１Ａと光電変換層１２との間に設けられている。この保護層１１Ｂには、画素Ｐ毎に貫通電極１１Ｔが設けられている。画素外領域１０Ｂの保護層１１Ｂには、例えば画素領域１０Ｐの貫通電極１１Ｔと同じピッチで、貫通電極１１ＴＢが設けられている。貫通電極１１Ｔ，１１ＴＢは、光電変換層１２で発生した電荷（例えば正孔）を読みだすための電圧が供給される電極であり、接続層１１Ｃ，１１ＣＢに接している。即ち、光電変換層１２で発生した信号電荷は、貫通電極１１Ｔ，１１ＴＢおよび接続層１１Ｃ，１１ＣＢを介して、回路基板２０に移動するようになっている。
【００２１】
保護層１１は、例えば無機絶縁材料を用いて構成することができる。この無機絶縁材料としては、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ），酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3），酸化シリコン（ＳｉＯ2）および酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）等が挙げられる。保護層１１Ａと保護層１１Ｂとは、互いに同じ材料により構成するようにしてもよく、あるいは、異なる材料により構成するようにしてもよい。
【００２２】
貫通電極１１Ｔ，１１ＴＢおよび接続層１１Ｃ，１１ＣＢには、例えば、チタン（Ｔｉ），タングステン（Ｗ），窒化チタン（ＴｉＮ），白金（Ｐｔ），金（Ａｕ），ゲルマニウム（Ｇｅ），パラジウム（Ｐｄ），亜鉛（Ｚｎ），ニッケル（Ｎｉ）およびアルミニウム（Ａｌ）等のうちのいずれかの単体、またはそれらのうちの少なくとも１種を含む合金を用いることができる。貫通電極１１Ｔ，１１ＴＢおよび接続層１１Ｃ，１１ＣＢは、単層膜であってもよく、あるいは積層膜であってもよい。
【００２３】
光電変換層１２は、所定の波長の光（例えば、波長９００ｎｍ〜１７００ｎｍの赤外領域の波長の光）を吸収して、信号電荷を発生させるものであり、例えば、ＩＩＩ−Ｖ族半導体などの化合物半導体を含んでいる。光電変換層１２に用いられるＩＩＩ−Ｖ族半導体としては、例えば、ＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウム砒素）が挙げられる。ＩｎＧａＡｓの組成は、例えばＩｎxＧａ(1-x)Ａｓ（ｘ：０＜ｘ≦１）である。赤外領域で、感度を高めるためには、ｘ≧０．４であることが好ましい。光電変換層１２は、ＨｇＣｄＴｅ（水銀カドミウムテルル）またはＩｎＳｂ（インジウムアンチモン）等により構成するようにしてもよい。
【００２４】
光電変換層１２は、画素領域１０Ｐに設けられた第１光電変換部１２Ｐと、画素外領域１０Ｂに設けられた第２光電変換部１２Ｂとを有しており、第１光電変換部１２Ｐと第２光電変換部１２Ｂとは、分離膜１３により電気的に分離されている。本実施の形態では、この画素外領域１０Ｂの第２光電変換部１２Ｂが所定の電位に接続され、第２光電変換部１２Ｂに入射した光が、第１光電変換部１２Ｐに入射した光とは別に、処理されるようになっている。詳細は後述するが、これにより、画素外領域１０Ｂで発生した光（例えば後述の図８の光Ｅ）および画素外領域１０Ｂに入射した光（例えば後述の図９の光Ｌ１）が、画素領域１０Ｐに影響を及ぼすのを抑えることができる。
【００２５】
図５は、光電変換層１２の模式的な平面構成を表したものである。例えば、平面視で四角形状の第１光電変換部１２Ｐの周囲を囲んで第２光電変換部１２Ｂが設けられている。第２光電変換部１２Ｂは、第１光電変換部１２Ｐの全ての辺の外側に設けられている必要はなく、少なくとも画素外領域１０Ｂの一部に設けられていればよい。平面視で、周辺回路２０Ｂに重なる領域に、第２光電変換部１２Ｂが設けられていることが好ましい（図４）。周辺回路２０Ｂに起因して発生した光（後述の図８の光Ｅ）を効率良く、処理できるためである。例えば、第２光電変換部１２Ｂは、平面視で周辺回路２０Ｂよりも広く設けられ、周辺回路２０Ｂを覆っている。
【００２６】
第２光電変換部１２Ｂの感度波長帯は、例えば、第１光電変換部１２Ｐの感度波長帯と同じであり、第１光電変換部１２Ｐおよび第２光電変換部１２Ｂ（光電変換層１２）は、赤外領域の波長の光を吸収して光電変換を行うようになっている。第２光電変換部１２Ｂの感度波長帯が、第１光電変換部１２Ｐの感度波長帯よりも広くなっていてもよい。第２光電変換部１２Ｂの構成材料は、第１光電変換部１２Ｐの構成材料と異なっていてもよいが、同じであることが好ましい。第１光電変換部１２Ｐおよび第２光電変換部１２Ｂの構成材料、その組成が同じであれば、第１光電変換部１２Ｐおよび第２光電変換部１２Ｂを、同一工程で形成することができる。即ち、第２光電変換部１２Ｂを簡便に形成することができる。また、第２光電変換部１２Ｂに、第１光電変換部１２Ｐと同じ構成材料を用いることにより、第２光電変換部１２Ｂの耐久性を、第１光電変換部１２Ｐと同程度にすることができる。
【００２７】
第１光電変換部１２Ｐの保護層１１近傍には、画素毎Ｐに第１導電型領域１２Ｐ−１が設けられている。第１光電変換部１２Ｐのうち、第１導電型領域１２Ｐ−１以外の部分は、第２導電型領域１２Ｐ−２である。第２光電変換部１２Ｂの保護層１１近傍には、例えば、画素領域１０Ｐの第１導電型領域１２Ｐ−１と同じピッチで、第１導電型領域１２Ｂ−１が設けられている。第２光電変換部１２Ｂのうち、第１導電型領域１２Ｂ−１以外の部分は、第２導電型領域１２Ｂ−２である。
【００２８】
第１導電型領域１２Ｐ−１，１２Ｂ−１は、光電変換層１２で発生した電荷の一方が移動する領域であり、貫通電極１１Ｔ，１１ＴＢに接続されている。この第１導電型領域１２Ｐ−１，１２Ｂ−１は、例えば、例えばＺｎ（亜鉛）等のｐ型不純物を含んでいる。第２導電型領域１２Ｐ−２，１２Ｂ−２は、例えばＳｉ（ケイ素）等のｎ型の不純物を含んでいる。第２導電型領域１２Ｐ−２，１２Ｂ−２は、真性半導体により構成されていてもよい（ｉ型の半導体領域であってもよい）。第１光電変換部１２Ｐおよび第２光電変換部１２Ｂでは、第１導電型領域１２Ｐ−１，１２Ｂ−１と第２導電型領域１２Ｐ−２，１２Ｂ−２との界面に、ｐｎ接合またはｐｉｎ接合が設けられている。
【００２９】
分離膜１３は、少なくとも光電変換層１２に設けられている。分離膜１３は、例えば光電変換層１２を貫通し、保護層１１の厚み方向の一部にも設けられている。分離膜１３は、例えば、第１光電変換部１２Ｐを囲むように額縁状に設けられている（図５）。この分離膜１３は、第１光電変換部１２Ｐと第２光電変換部１２Ｂとを電気的に分離するためのものであり、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ2）等の絶縁材料により構成されている。
【００３０】
透明電極１４は、第１光電変換部１２Ｐおよび第２光電変換部１２Ｂにわたって、光電変換層１２に接している。即ち、透明電極１４の一部（第１電極）は、第１光電変換部１２Ｐを間にして回路基板２０に対向し、透明電極１４の他の一部または全部（第２電極）は第２光電変換部１２Ｂを間にして回路基板２０に対向している。ここでは、第１光電変換部１２Ｐ上の透明電極１４と第２光電変換部１２Ｂ上の透明電極１４とが一体化して設けられている。この透明電極１４は、光電変換層１２で発生した不要な電荷を排出するためのものであり、第１光電変換部１２Ｐ，第２光電変換部１２Ｂそれぞれに電気的に接続されている。第１光電変換部１２Ｐで発生した電荷のうち、例えば正孔が信号電荷として回路基板２０に読み出されるとき、第１光電変換部１２Ｐおよび第２光電変換部１２Ｂで発生した電子が、この透明電極１４を介して排出される。
【００３１】
透明電極１４は、例えば赤外線などの入射光を透過可能な導電膜により構成されている。透明電極１４には、例えば、チタン（Ｔｉ），タングステン（Ｗ），窒化チタン（ＴｉＮ），白金（Ｐｔ），金（Ａｕ），ゲルマニウム（Ｇｅ），ニッケル（Ｎｉ）およびアルミニウム（Ａｌ）のうちのいずれかの単体、またはそれらのうちの少なくとも１種を含む合金を用いることができる。透明電極１４にには、赤外領域の波長の光に対する透過率が高い材料、例えばＩＴｉＯ（Ｉｎ2Ｏ3−ＴｉＯ2）を用いることが好ましい。この他、透明電極１４には、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide），スズ（Ｓｎ），酸化スズ（ＳｎＯ２），タングステンをドープした酸化インジウム（ＩＷＯ），インジウム−亜鉛複合酸化物（ＩＺＯ），亜鉛をドープした酸化アルミニウム（ＡＺＯ），亜鉛をドープした酸化ガリウム（ＧＺＯ），マグネシウムおよび亜鉛をドープした酸化アルミニウム（ＡｌＭｇＺｎＯ），インジウム−ガリウム複合酸化物（ＩＧＯ），Ｉｎ−ＧａＺｎＯ４（ＩＧＺＯ），フッ素をドープした酸化スズ（ＦＴＯ），酸化亜鉛（ＺｎＯ），ホウ素をドープした酸化亜鉛およびＩｎＳｎＺｎＯ等を用いることができる。
【００３２】
パッシベーション膜１５は、半導体基板１０の光入射面Ｓ１を平坦化するためのものであり、例えば無機絶縁材料により構成されている。パッシベーション膜１５には、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ），酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3），酸化シリコン（ＳｉＯ2）および酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）等の無機絶縁材料を用いることができる。パッシベーション膜１５上に、カラーフィルタおよびオンチップレンズ等を設けるようにしてもよい。
【００３３】
回路基板２０は、支持基板２１と層間絶縁層２２とを含むものである。支持基板２１は、例えばシリコン（Ｓｉ）基板により構成されている。層間絶縁層２２は、支持基板２１と保護層１１（半導体基板１０）との間に設けられている。この層間絶縁層２２に、各画素Ｐから信号読み出しを行うためのＲＯＩＣが設けられている。層間絶縁層２２の画素領域１０Ｐには、例えば半導体基板１０に近い位置から順に、接続層２２Ｃ、読み出し電極２２Ｒ、画素回路２２Ｐおよび複数の配線２２Ｗが設けられている。層間絶縁層２２の画素外領域１０Ｂには、例えば半導体基板１０に近い位置から順に、接続層２２ＣＢ、読み出し電極２２ＲＢ、画素回路２２ＰＢ、配線２２ＷＢおよび周辺回路２０Ｂが設けられている。
【００３４】
接続層２２Ｃは、画素Ｐ毎に設けられ、半導体基板１０の接続層１１Ｃに接している。読み出し電極２２Ｒは、接続層２２Ｃと画素回路２２Ｐとを電気的に接続するためのものであり、画素Ｐ毎に設けられている。画素Ｐ毎に設けられた画素回路２２Ｐは各々、複数の配線２２Ｗに電気的に接続されている。したがって、第１光電変換部１２Ｐで発生した信号電荷は、接続層１１Ｃから、接続層２２Ｃおよび読み出し電極２２Ｒを介してＲＯＩＣに読み出されるようになっている。
【００３５】
画素外領域１０Ｂの接続層２２ＣＢ、読み出し電極２２ＲＢおよび画素回路２２ＰＢは、例えば画素領域１０Ｐと同じピッチで設けられている。接続層２２ＣＢは、半導体基板１０の接続層１１ＣＢに接している。読み出し電極２２ＲＢは、接続層２２ＣＢと画素回路２２ＰＢとを電気的に接続するためのものである。複数の画素回路２２ＰＢは、同一の配線２２ＷＢに接続されている。配線２２ＷＢは、例えば、撮像素子１の電源または接地（ＧＮＤ）電位等の所定の電位に接続されている。したがって、第２光電変換部１２Ｂで発生した電荷は、接続層１１ＣＢから、接続層２２ＣＢ、読み出し電極２２ＲＢ、画素回路２２ＰＢおよび配線２２ＷＢを介して所定の電位に排出されるようになっている。
【００３６】
周辺回路２０Ｂは、例えば、平面視で第２光電変換部１２Ｂと重なる位置に設けられ、配線２２Ｗに電気的に接続されている。即ち、周辺回路２０Ｂは、配線２２Ｗを介して第１光電変換部１２Ｐに電気的に接続されている。
【００３７】
図６は、パッケージに収容された撮像素子１の断面構成を模式的に表している。半導体基板１０および回路基板２０を含む撮像素子１は、例えば、このようにパッケージ（パッケージ２３）内に収容される。パッケージ２３は、例えば、セラミックまたは樹脂材料等により構成されている。パッケージ２３は、回路基板２０を支持するとともに、半導体基板１０側に開口を有している。この開口は、画素領域１０Ｐに対向する位置に配置されている。開口は、封止板（封止板２４）により塞がれている。封止板２４は、例えばガラスなどの透明材料により構成されており、封止板２４を介して光電変換層１２に光が入射するようになっている。
【００３８】
[撮像素子１の動作]
図７を用いて撮像素子１の動作について説明する。撮像素子１では、封止板２４（図６）、パッシベーション膜１５および透明電極１４を介して、第１光電変換部１２Ｐへ光（例えば赤外領域の波長の光）が入射すると、この光が第１光電変換部１２Ｐにおいて吸収される。これにより、第１光電変換部１２Ｐでは正孔（ホール）および電子の対が発生する（光電変換される）。このとき、例えば貫通電極１１Ｔに所定の電圧が印加されると、第１光電変換部１２Ｐに電位勾配が生じ、発生した電荷のうち一方の電荷（例えば正孔）が、信号電荷として第１導電型領域１２Ｐ−１に移動し、第１導電型領域１２Ｐ−１から画素Ｐ毎に貫通電極１１Ｔへ収集される。この信号電荷が、接続層１１Ｃ，２２Ｃを介して回路基板２０のＲＯＩＣによって読み出される。
【００３９】
[撮像素子１の作用・効果]
本実施の形態の撮像素子１では、画素外領域１０Ｂに、所定の電位に接続された第２光電変換部１２Ｂが設けられているので、画素外領域１０Ｂで発生した光（後述の図８の光Ｅ）および画素外領域１０Ｂに入射した光（後述の図９の光Ｌ１）が、画素領域１０Ｐに影響を及ぼすのを抑えることができる。以下、これについて説明する。
【００４０】
図８は、比較例に係る撮像素子（撮像素子１００）の模式的な断面構成を表したものである。撮像素子１００は、回路基板２０上の画素領域１０Ｐのみに光電変換層１２を有するものであり、画素外領域１０Ｂには光電変換層（例えば図４の第２光電変換部１２Ｂ）が設けられていない。
【００４１】
このような撮像素子１００では、画素外領域１０Ｂに設けられた周辺回路２０Ｂで発生する光（光Ｅ）が、直接、画素領域１０Ｐの光電変換層１２に入射する虞がある。あるいは、光Ｅがパッケージ２３で反射された後に、画素領域１０Ｐの光電変換層１２に入射する虞がある。光Ｅは、例えば、回路動作によって、回路基板２０に含まれるシリコン（Ｓｉ）がホットキャリアを発生することに起因するものである。主に可視領域の波長の光を対象とした撮像素子では、この光Ｅが画素領域に入射しても、画質へ及ぼす影響は低い。しかしながら、ホットキャリアに起因する光Ｅは、赤外領域の波長の光を含んでいるため、赤外領域の波長の光を対象とした撮像素子は、光Ｅに対しても、光電変換処理がなされる。即ち、赤外線センサとして用いられる撮像素子１００では、光Ｅが直接、あるいは反射して光電変換層１２に入射し、画質を大きく低下させる虞がある。
【００４２】
画素領域１０Ｐへの光Ｅの入射を防ぐ方法として、光Ｅを反射するための反射部材（例えば、金属材料の反射部材）を設ける、あるいは、光Ｅを吸収するための吸収剤を設けることが考えられる。しかしながら、このような方法は、撮像素子１００の構成を複雑化させるため、採用することが困難である。仮に、反射部材を設けた場合には、反射部材からの反射光が画素領域１０Ｐに入射することを防止するための更なる措置が必要であり、吸収剤を設けた場合には、光Ｅを吸収した吸収剤の変質に対して更なる措置が必要となるためである。
【００４３】
上記の方法の他、画素領域１０Ｐへの光Ｅの入射を防ぐ方法として、例えば、周辺回路２０Ｂを回路基板２０とは別の基板に設けたり、あるいは、周辺回路２０Ｂを画素領域１０Ｐから十分に離れた領域に形成するなどの方法も考え得る。しかしながら、このような方法でも、撮像素子の小型化が困難になるなどの不具合が生じる。
【００４４】
また、撮像素子１００では、図９に示したように、外から入射した光（光Ｌ１）が画素外領域１０Ｂで反射され、画素領域１０Ｐの光電変換層１２に入射する虞もある。このような光Ｌ１は、所謂、ゴーストを引き起こし、画質を低下させる。
【００４５】
これに対し、撮像素子１では、画素外領域１０Ｂの周辺回路２０Ｂを覆うように第２光電変換部１２Ｂが設けられ、この第２光電変換部１２Ｂは所定の電位に接続されている。
【００４６】
したがって、図１０，１１に示したように、ホットキャリアに起因した光Ｅおよび外から入射した光Ｌ１が、画素領域１０Ｐに影響を及ぼすのを抑えることができる。光Ｅおよび光Ｌ１は、例えば、以下のように処理される。
【００４７】
周辺回路２０Ｂで発生した光Ｅは、直上の第２光電変換部１２Ｂに入射し、第２光電変換部１２Ｂにおいて吸収される（図１０）。これにより、図７に示したように、第２光電変換部１２Ｂでは正孔（ホール）および電子の対が発生する（光電変換される）。このとき、例えば貫通電極１１ＴＢに配線２２ＷＢを介して所定の電圧が印加されると、第２光電変換部１２Ｂに電位勾配が生じ、発生した電荷のうち一方の電荷（例えば正孔）が、第１導電型領域１２Ｂ−１に移動し、第１導電型領域１２Ｂ−１から貫通電極１１ＴＢへ収集される。この電荷が、接続層１１ＣＢ，２２ＣＢを介して配線２２ＷＢに移動し、所定の電位に排出される。第２光電変換部１２Ｂで発生した他方の電荷（例えば電子）は、透明電極１４を介して排出される。
【００４８】
また、画素外領域１０Ｂに入射した光Ｌ１は、第２光電変換部１２Ｂに入射し、第２光電変換部１２Ｂにおいて吸収される（図１１）。上記で説明したのと同様に、この光Ｌ１に起因して第２光電変換部１２Ｂでは、電荷が発生し、所定の電位に排出される。即ち、光Ｅおよび光Ｌ１は、第１光電変換部１２Ｐに入射した光とは別に光電変換され、処理されるようになっているので、光Ｅおよび光Ｌ１の画素領域１０Ｐへの影響が抑えられる。このような撮像素子１では、反射部材または吸収部材を設ける必要がないので、簡素な構成を実現できる。また、周辺回路２０Ｂの形成領域も自由に設計することができるので、小型化も可能となる。
【００４９】
以上説明したように、本実施の形態では、画素外領域１０Ｂに、所定の電位に接続された第２光電変換部１２Ｂを設けるようにしたので、画素外領域１０Ｂで発生した光Ｅおよび画素外領域１０Ｂに入射した光Ｌ１が、画素領域１０Ｐに影響を及ぼすのを抑えることができる。よって、画質の低下を抑えることが可能となる。
【００５０】
以下、上記実施の形態の変形例および他の実施の形態について説明するが、以降の説明において上記実施の形態と同一構成部分については同一符号を付してその説明は適宜省略する。
【００５１】
＜変形例１＞
図１２は変形例１に係る撮像素子（撮像素子１Ａ）の模式的な断面構成を表したものである。このように、第２光電変換部１２Ｂに、透明電極１４のみから、所定の電位を供給するようにしてもよい。
【００５２】
この撮像素子１Ａでは、画素外領域１０Ｂの貫通電極１１ＴＢが配線（図４の配線２２ＷＢ）に接続されていない。即ち、第２光電変換部１２Ｂには、回路基板２０側から電位は供給されないようになっている。したがって、第２光電変換部１２Ｂで発生した電荷は、透明電極１４を介して所定の電位に排出される。
【００５３】
＜変形例２＞
図１３は、変形例２に係る撮像素子（撮像素子１Ｂ）の模式的な断面構成を表したものである。このように、第１光電変換部１２Ｐに接続された透明電極（透明電極１４Ｐ）と、第２光電変換部１２Ｂに接続された透明電極（透明電極１４Ｂ）とを電気的に分離するようにしてもよい。
【００５４】
この撮像素子１Ｂでは、分離膜１３が透明電極１４Ｐと透明電極１４Ｂとの間に設けられ、透明電極１４Ｐと透明電極１４Ｂとが電気的に分離されている。透明電極１４Ｂは、例えば、配線２２ＷＢと同一の電位に接続されている。したがって、第２光電変換部１２Ｂで発生した電荷の一方（例えば正孔）は、配線２２ＷＢを介して所定の電位に排出され、他方（例えば電子）は、透明電極１４Ｂを介して所定の電位に排出される。透明電極１４Ｂは、配線２２ＷＢと別の電位に接続されていてもよい。
【００５５】
＜変形例３＞
図１４は、変形例３に係る撮像素子（撮像素子１Ｃ）の模式的な断面構成を表したものである。このように、このように、第２光電変換部１２Ｂに、透明電極１４Ｂのみから、所定の電位を供給するようにしてもよい。
【００５６】
この撮像素子１Ｃでは、画素外領域１０Ｂの貫通電極１１ＴＢが配線（図１３の配線２２ＷＢ）に接続されていない。即ち、第２光電変換部１２Ｂには、回路基板２０側から電位は供給されないようになっている。したがって、第２光電変換部１２Ｂで発生した電荷は、透明電極１４Ｂを介して所定の電位に排出される。
【００５７】
＜変形例４＞
図１５は、変形例４に係る撮像素子（撮像素子１Ｄ）の模式的な断面構成を表したものである。このように、このように、第１光電変換部１２Ｐのみを透明電極１４Ｐに接続し、第２光電変換部１２Ｂには、回路基板２０側から所定の電位を供給するようにしてもよい。
【００５８】
この撮像素子１Ｄでは、第２光電変換部１２Ｂ上の透明電極（図１３の透明電極１４Ｂ）が省略されている。第２光電変換部１２Ｂは、貫通電極１１ＴＢ等を介して配線２２ＷＢに接続されている。したがって、第２光電変換部１２Ｂで発生した電荷は、配線２２ＷＢを介して所定の電位に排出される。
【００５９】
＜変形例５＞
図１６は、変形例５に係る撮像素子（撮像素子１Ｅ）の模式的な断面構成を表したものである。このように、光電変換層１２に分離膜（分離膜１３）を設けず、第１光電変換部１２Ｐと第２光電変換部１２Ｂとを連続させるようにしてもよい。このような場合であっても、画素外領域１０Ｂで発生した光および画素外領域１０Ｂに入射した光を、画素領域１０Ｐに入射した光とは別に処理することができる。
【００６０】
＜第２の実施の形態＞
図１７は、第２の実施の形態に係る撮像素子（撮像素子２）の模式的な断面構成を表したものである。撮像素子２は、第１光電変換部（第１光電変換部３２Ｐ）および第２光電変換部（第２光電変換部３２Ｂ）が、例えばｐｎ接合を有するフォトダイオードにより構成されている。この点を除き、撮像素子２は、撮像素子１と同様の構成を有し、その作用および効果も同様である。
【００６１】
撮像素子２は、回路基板２０と光電変換基板３０との積層構造を有している。光電変換基板３０の光入射面（光入射面Ｓ３）には、カラーフィルタ層３４が設けられている。光電変換基板３０と回路基板２０との接合面（接合面Ｓ４）は、光入射面Ｓ３との対向面である。光電変換基板３０は、接合面Ｓ４に近い位置から、配線層３１および半導体層３２をこの順に有している。
【００６２】
配線層３１は、例えば、回路基板２０に接する配線層３１Ａと、配線層３１Ａと半導体層３２との間の配線層３１Ｂとを有している。配線層３１Ａは、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ2）等の無機絶縁膜内に複数の配線（配線３１Ｗ，３１ＷＢ等）が設けられたものである。配線層３１Ａに設けられた配線３１Ｗは、第１光電変換部３２ＰとＲＯＩＣとを電気的に接続するためのものである。第１光電変換部３２Ｐで発生した信号電荷は、配線３１Ｗを介して回路基板２０に移動し、ＲＯＩＣに読み出されるようになっている。配線３１ＷＢは、第２光電変換部３２Ｂで発生した電荷を所定の電位に排出するためのものである。配線３１ＷＢは、回路基板２０に設けられた配線２２ＷＢを介して、撮像素子２の電源または接地（ＧＮＤ）電位等の所定の電位に接続されている。配線層３１Ｂは、例えばポリシリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）などの半導体層内に複数の配線が設けられたものである。
【００６３】
半導体層３２は、例えばシリコン（Ｓｉ）により構成されている。この半導体層３２に、第１光電変換部３２Ｐおよび第２光電変換部３２Ｂが設けられている。第１光電変換部３２Ｐは、画素領域１０Ｐに画素Ｐ毎に設けられている。隣り合う第１光電変換部３２Ｐは、分離膜３３により互いに電気的に分離されている。第２光電変換部３２Ｂは、画素外領域１０Ｂに、例えば第１光電変換部３２Ｐと同じピッチで複数設けられている。本実施の形態の撮像素子２では、このように画素外領域１０Ｂに所定の電位に接続された第２光電変換部３２Ｂが設けられているので、上記撮像素子１で説明したのと同様に、画素外領域１０Ｂで発生した光Ｅ（図８参照）および画素外領域１０Ｂに入射した光Ｌ１（図９参照）が、画素領域１０Ｐに影響を及ぼすのを抑えることができる。例えば、隣り合う第２光電変換部３２Ｂも、分離膜３３により互いに電気的に分離されている。隣り合う第１光電変換部３２Ｐと第２光電変換部３２Ｂとの間にも分離膜３３が設けられ、これらは電気的に分離されている。分離膜３３は、半導体層３２の厚み方向にわたって設けられている。この分離膜３３は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ2）等の無機絶縁材料により構成されている。
【００６４】
図１８は、配線層３１および半導体層３２のより詳細な構成の一例を表したものである。半導体層３２には、第１光電変換部３２Ｐおよび第２光電変換部３２Ｂに加えて、配線層３１Ｂ近傍に、例えば、フローティングディフュージョン（ＦＤ）３２１，電源電圧（ＶＤＤ）３２２および拡散領域３２３等が設けられている。拡散領域３２３は、例えば選択トランジスタのドレインであり、垂直信号線ＶＳＬに接続されている。配線層３１には、トランジスタ（例えば後述の転送トランジスタＴｒ１，増幅トランジスタＴｒ２）のゲート電極Ｔｒ１Ｇ，Ｔｒ２Ｇ等が設けられている。ゲート電極Ｔｒ１Ｇは、例えば転送トランジスタＴｒ１のゲート電極である。ゲート電極Ｔｒ２Ｇは、例えば増幅トランジスタＴｒ２のゲート電極であり、ＦＤ３２１に電気的に接続されている。
【００６５】
図１９は、撮像素子２の画素回路の一例を表したものである。この画素回路では、選択トランジスタおよびリセットトランジスタを省略している。第１光電変換部３２Ｐは、転送トランジスタＴｒ１のソースおよびドレインの一方の端子（例えばソース）に接続されている。転送トランジスタＴｒ１の他方の端子（例えばドレイン）は、ＦＤ３２１を介して増幅トランジスタＴｒ２のゲートに接続されている。
【００６６】
カラーフィルタ層３４は、例えば、赤色フィルタ，緑色フィルタ，青色フィルタおよびＩＲフィルタを含んでおり、これらが画素Ｐ毎に配置されている。このようなカラーフィルタ層３４を設けることにより、撮像素子２では、その色配列に対応した波長の受光データが得られる。光電変換基板３０の光入射面Ｓ３には、カラーフィルタ層３４とともに、オンチップレンズを設けるようにしてもよい。
【００６７】
撮像素子２では、カラーフィルタ層３４を介して、第１光電変換部１２Ｐへ光（例えば赤外領域の波長の光）が入射すると、この光は、フォトダイオードである第１光電変換部３２Ｐにおいて光電変換され、電子および正孔が発生する。これらのうちの一方が信号電荷として第１光電変換部１２Ｐに蓄積される。この信号電荷は、所定のタイミングでＦＤ３２１を介して画素回路に転送され、電圧信号として垂直信号線ＶＳＬに読み出される。
【００６８】
このような撮像素子２も、上記撮像素子１で説明したのと同様に、画素外領域１０Ｂに、所定の電位に接続された第２光電変換部３２Ｂが設けられているので、画素外領域１０Ｂで発生した光Ｅ（図８）および画素外領域１０Ｂに入射した光Ｌ１（図９）が、画素領域１０Ｐに影響を及ぼすのを抑えることができる。よって、画質の低下を抑えることが可能となる。
【００６９】
＜適用例＞
上述の撮像素子１，２は、例えば赤外領域を撮像可能なカメラなど、様々なタイプの電子機器に適用することができる。図２０に、その一例として、電子機器３（カメラ）の概略構成を示す。この電子機器３は、例えば静止画または動画を撮影可能なカメラであり、撮像素子２と、光学系（光学レンズ）３１０と、シャッタ装置３１１と、撮像素子２およびシャッタ装置３１１を駆動する駆動部３１３と、信号処理部３１２とを有する。
【００７０】
光学系３１０は、被写体からの像光（入射光）を撮像素子２へ導くものである。この光学系３１０は、複数の光学レンズから構成されていてもよい。シャッタ装置３１１は、撮像素子２への光照射期間および遮光期間を制御するものである。駆動部３１３は、撮像素子２の転送動作およびシャッタ装置３１１のシャッタ動作を制御するものである。信号処理部３１２は、撮像素子２から出力された信号に対し、各種の信号処理を行うものである。信号処理後の映像信号Ｄoutは、メモリなどの記憶媒体に記憶されるか、あるいは、モニタ等に出力される。
【００７１】
更に、本実施の形態等において説明した撮像素子１，２は、下記電子機器（カプセル内視鏡および車両等の移動体）にも適用することが可能である。
【００７２】
＜応用例１（内視鏡手術システム）＞
本開示に係る技術は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、内視鏡手術システムに適用されてもよい。
【００７３】
図２１は、本開示に係る技術（本技術）が適用され得る内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。
【００７４】
図２１では、術者（医師）１１１３１が、内視鏡手術システム１１０００を用いて、患者ベッド１１１３３上の患者１１１３２に手術を行っている様子が図示されている。図示するように、内視鏡手術システム１１０００は、内視鏡１１１００と、気腹チューブ１１１１１やエネルギー処置具１１１１２等の、その他の術具１１１１０と、内視鏡１１１００を支持する支持アーム装置１１１２０と、内視鏡下手術のための各種の装置が搭載されたカート１１２００と、から構成される。
【００７５】
内視鏡１１１００は、先端から所定の長さの領域が患者１１１３２の体腔内に挿入される鏡筒１１１０１と、鏡筒１１１０１の基端に接続されるカメラヘッド１１１０２と、から構成される。図示する例では、硬性の鏡筒１１１０１を有するいわゆる硬性鏡として構成される内視鏡１１１００を図示しているが、内視鏡１１１００は、軟性の鏡筒を有するいわゆる軟性鏡として構成されてもよい。
【００７６】
鏡筒１１１０１の先端には、対物レンズが嵌め込まれた開口部が設けられている。内視鏡１１１００には光源装置１１２０３が接続されており、当該光源装置１１２０３によって生成された光が、鏡筒１１１０１の内部に延設されるライトガイドによって当該鏡筒の先端まで導光され、対物レンズを介して患者１１１３２の体腔内の観察対象に向かって照射される。なお、内視鏡１１１００は、直視鏡であってもよいし、斜視鏡又は側視鏡であってもよい。
【００７７】
カメラヘッド１１１０２の内部には光学系及び撮像素子が設けられており、観察対象からの反射光（観察光）は当該光学系によって当該撮像素子に集光される。当該撮像素子によって観察光が光電変換され、観察光に対応する電気信号、すなわち観察像に対応する画像信号が生成される。当該画像信号は、ＲＡＷデータとしてカメラコントロールユニット（ＣＣＵ: Camera Control Unit）１１２０１に送信される。
【００７８】
ＣＣＵ１１２０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等によって構成され、内視鏡１１１００及び表示装置１１２０２の動作を統括的に制御する。さらに、ＣＣＵ１１２０１は、カメラヘッド１１１０２から画像信号を受け取り、その画像信号に対して、例えば現像処理（デモザイク処理）等の、当該画像信号に基づく画像を表示するための各種の画像処理を施す。
【００７９】
表示装置１１２０２は、ＣＣＵ１１２０１からの制御により、当該ＣＣＵ１１２０１によって画像処理が施された画像信号に基づく画像を表示する。
【００８０】
光源装置１１２０３は、例えばＬＥＤ（light emitting diode）等の光源から構成され、術部等を撮影する際の照射光を内視鏡１１１００に供給する。
【００８１】
入力装置１１２０４は、内視鏡手術システム１１０００に対する入力インタフェースである。ユーザは、入力装置１１２０４を介して、内視鏡手術システム１１０００に対して各種の情報の入力や指示入力を行うことができる。例えば、ユーザは、内視鏡１１１００による撮像条件（照射光の種類、倍率及び焦点距離等）を変更する旨の指示等を入力する。
【００８２】
処置具制御装置１１２０５は、組織の焼灼、切開又は血管の封止等のためのエネルギー処置具１１１１２の駆動を制御する。気腹装置１１２０６は、内視鏡１１１００による視野の確保及び術者の作業空間の確保の目的で、患者１１１３２の体腔を膨らめるために、気腹チューブ１１１１１を介して当該体腔内にガスを送り込む。レコーダ１１２０７は、手術に関する各種の情報を記録可能な装置である。プリンタ１１２０８は、手術に関する各種の情報を、テキスト、画像又はグラフ等各種の形式で印刷可能な装置である。
【００８３】
なお、内視鏡１１１００に術部を撮影する際の照射光を供給する光源装置１１２０３は、例えばＬＥＤ、レーザ光源又はこれらの組み合わせによって構成される白色光源から構成することができる。ＲＧＢレーザ光源の組み合わせにより白色光源が構成される場合には、各色（各波長）の出力強度及び出力タイミングを高精度に制御することができるため、光源装置１１２０３において撮像画像のホワイトバランスの調整を行うことができる。また、この場合には、ＲＧＢレーザ光源それぞれからのレーザ光を時分割で観察対象に照射し、その照射タイミングに同期してカメラヘッド１１１０２の撮像素子の駆動を制御することにより、ＲＧＢそれぞれに対応した画像を時分割で撮像することも可能である。当該方法によれば、当該撮像素子にカラーフィルタを設けなくても、カラー画像を得ることができる。
【００８４】
また、光源装置１１２０３は、出力する光の強度を所定の時間ごとに変更するようにその駆動が制御されてもよい。その光の強度の変更のタイミングに同期してカメラヘッド１１１０２の撮像素子の駆動を制御して時分割で画像を取得し、その画像を合成することにより、いわゆる黒つぶれ及び白とびのない高ダイナミックレンジの画像を生成することができる。
【００８５】
また、光源装置１１２０３は、特殊光観察に対応した所定の波長帯域の光を供給可能に構成されてもよい。特殊光観察では、例えば、体組織における光の吸収の波長依存性を利用して、通常の観察時における照射光（すなわち、白色光）に比べて狭帯域の光を照射することにより、粘膜表層の血管等の所定の組織を高コントラストで撮影する、いわゆる狭帯域光観察（Narrow Band Imaging）が行われる。あるいは、特殊光観察では、励起光を照射することにより発生する蛍光により画像を得る蛍光観察が行われてもよい。蛍光観察では、体組織に励起光を照射し当該体組織からの蛍光を観察すること（自家蛍光観察）、又はインドシアニングリーン（ICG）等の試薬を体組織に局注するとともに当該体組織にその試薬の蛍光波長に対応した励起光を照射し蛍光像を得ること等を行うことができる。光源装置１１２０３は、このような特殊光観察に対応した狭帯域光及び／又は励起光を供給可能に構成され得る。
【００８６】
図２２は、図２１に示すカメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１の機能構成の一例を示すブロック図である。
【００８７】
カメラヘッド１１１０２は、レンズユニット１１４０１と、撮像部１１４０２と、駆動部１１４０３と、通信部１１４０４と、カメラヘッド制御部１１４０５と、を有する。ＣＣＵ１１２０１は、通信部１１４１１と、画像処理部１１４１２と、制御部１１４１３と、を有する。カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１とは、伝送ケーブル１１４００によって互いに通信可能に接続されている。
【００８８】
レンズユニット１１４０１は、鏡筒１１１０１との接続部に設けられる光学系である。鏡筒１１１０１の先端から取り込まれた観察光は、カメラヘッド１１１０２まで導光され、当該レンズユニット１１４０１に入射する。レンズユニット１１４０１は、ズームレンズ及びフォーカスレンズを含む複数のレンズが組み合わされて構成される。
【００８９】
撮像部１１４０２を構成する撮像素子は、１つ（いわゆる単板式）であってもよいし、複数（いわゆる多板式）であってもよい。撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、例えば各撮像素子によってＲＧＢそれぞれに対応する画像信号が生成され、それらが合成されることによりカラー画像が得られてもよい。あるいは、撮像部１１４０２は、３Ｄ（dimensional）表示に対応する右目用及び左目用の画像信号をそれぞれ取得するための１対の撮像素子を有するように構成されてもよい。３Ｄ表示が行われることにより、術者１１１３１は術部における生体組織の奥行きをより正確に把握することが可能になる。なお、撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、各撮像素子に対応して、レンズユニット１１４０１も複数系統設けられ得る。
【００９０】
また、撮像部１１４０２は、必ずしもカメラヘッド１１１０２に設けられなくてもよい。例えば、撮像部１１４０２は、鏡筒１１１０１の内部に、対物レンズの直後に設けられてもよい。
【００９１】
駆動部１１４０３は、アクチュエータによって構成され、カメラヘッド制御部１１４０５からの制御により、レンズユニット１１４０１のズームレンズ及びフォーカスレンズを光軸に沿って所定の距離だけ移動させる。これにより、撮像部１１４０２による撮像画像の倍率及び焦点が適宜調整され得る。
【００９２】
通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部１１４０４は、撮像部１１４０２から得た画像信号をＲＡＷデータとして伝送ケーブル１１４００を介してＣＣＵ１１２０１に送信する。
【００９３】
また、通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１から、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を受信し、カメラヘッド制御部１１４０５に供給する。当該制御信号には、例えば、撮像画像のフレームレートを指定する旨の情報、撮像時の露出値を指定する旨の情報、並びに／又は撮像画像の倍率及び焦点を指定する旨の情報等、撮像条件に関する情報が含まれる。
【００９４】
なお、上記のフレームレートや露出値、倍率、焦点等の撮像条件は、ユーザによって適宜指定されてもよいし、取得された画像信号に基づいてＣＣＵ１１２０１の制御部１１４１３によって自動的に設定されてもよい。後者の場合には、いわゆるＡＥ（Auto Exposure）機能、ＡＦ（Auto Focus）機能及びＡＷＢ（Auto White Balance）機能が内視鏡１１１００に搭載されていることになる。
【００９５】
カメラヘッド制御部１１４０５は、通信部１１４０４を介して受信したＣＣＵ１１２０１からの制御信号に基づいて、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御する。
【００９６】
通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２から、伝送ケーブル１１４００を介して送信される画像信号を受信する。
【００９７】
また、通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２に対して、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を送信する。画像信号や制御信号は、電気通信や光通信等によって送信することができる。
【００９８】
画像処理部１１４１２は、カメラヘッド１１１０２から送信されたＲＡＷデータである画像信号に対して各種の画像処理を施す。
【００９９】
制御部１１４１３は、内視鏡１１１００による術部等の撮像、及び、術部等の撮像により得られる撮像画像の表示に関する各種の制御を行う。例えば、制御部１１４１３は、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を生成する。
【０１００】
また、制御部１１４１３は、画像処理部１１４１２によって画像処理が施された画像信号に基づいて、術部等が映った撮像画像を表示装置１１２０２に表示させる。この際、制御部１１４１３は、各種の画像認識技術を用いて撮像画像内における各種の物体を認識してもよい。例えば、制御部１１４１３は、撮像画像に含まれる物体のエッジの形状や色等を検出することにより、鉗子等の術具、特定の生体部位、出血、エネルギー処置具１１１１２の使用時のミスト等を認識することができる。制御部１１４１３は、表示装置１１２０２に撮像画像を表示させる際に、その認識結果を用いて、各種の手術支援情報を当該術部の画像に重畳表示させてもよい。手術支援情報が重畳表示され、術者１１１３１に提示されることにより、術者１１１３１の負担を軽減することや、術者１１１３１が確実に手術を進めることが可能になる。
【０１０１】
カメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１を接続する伝送ケーブル１１４００は、電気信号の通信に対応した電気信号ケーブル、光通信に対応した光ファイバ、又はこれらの複合ケーブルである。
【０１０２】
ここで、図示する例では、伝送ケーブル１１４００を用いて有線で通信が行われていたが、カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１との間の通信は無線で行われてもよい。
【０１０３】
以上、本開示に係る技術が適用され得る内視鏡手術システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、撮像部１１４０２に適用され得る。撮像部１１４０２に本開示に係る技術を適用することにより、より鮮明な術部画像を得ることができるため、術者が術部を確実に確認することが可能になる。
【０１０４】
なお、ここでは、一例として内視鏡手術システムについて説明したが、本開示に係る技術は、その他、例えば、顕微鏡手術システム等に適用されてもよい。
【０１０５】
＜応用例２（移動体）＞
本開示に係る技術は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
【０１０６】
図２３は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。
【０１０７】
車両制御システム１２０００は、通信ネットワーク１２００１を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図２３に示した例では、車両制御システム１２０００は、駆動系制御ユニット１２０１０、ボディ系制御ユニット１２０２０、車外情報検出ユニット１２０３０、車内情報検出ユニット１２０４０、及び統合制御ユニット１２０５０を備える。また、統合制御ユニット１２０５０の機能構成として、マイクロコンピュータ１２０５１、音声画像出力部１２０５２、及び車載ネットワークＩ／Ｆ（Interface）１２０５３が図示されている。
【０１０８】
駆動系制御ユニット１２０１０は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット１２０１０は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。
【０１０９】
ボディ系制御ユニット１２０２０は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット１２０２０は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット１２０２０には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット１２０２０は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
【０１１０】
車外情報検出ユニット１２０３０は、車両制御システム１２０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット１２０３０には、撮像部１２０３１が接続される。車外情報検出ユニット１２０３０は、撮像部１２０３１に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット１２０３０は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。
【０１１１】
撮像部１２０３１は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部１２０３１は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部１２０３１が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。
【０１１２】
車内情報検出ユニット１２０４０は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット１２０４０には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部１２０４１が接続される。運転者状態検出部１２０４１は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット１２０４０は、運転者状態検出部１２０４１から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。
【０１１３】
マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット１２０１０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ（Advanced Driver Assistance System）の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。
【０１１４】
また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
【０１１５】
また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット１２０３０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。
【０１１６】
音声画像出力部１２０５２は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図２３の例では、出力装置として、オーディオスピーカ１２０６１、表示部１２０６２及びインストルメントパネル１２０６３が例示されている。表示部１２０６２は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。
【０１１７】
図２４は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
【０１１８】
図２４では、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１、１２１０２、１２１０３、１２１０４、１２１０５を有する。
【０１１９】
撮像部１２１０１、１２１０２、１２１０３、１２１０４、１２１０５は、例えば、車両１２１００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部１２１０１及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として車両１２１００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部１２１０２、１２１０３は、主として車両１２１００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部１２１０４は、主として車両１２１００の後方の画像を取得する。車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
【０１２０】
なお、図２４には、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲１２１１１は、フロントノーズに設けられた撮像部１２１０１の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１２，１２１１３は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部１２１０２，１２１０３の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１４は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部１２１０４の撮像範囲を示す。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両１２１００を上方から見た俯瞰画像が得られる。
【０１２１】
撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。
【０１２２】
例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を基に、撮像範囲１２１１１ないし１２１１４内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化（車両１２１００に対する相対速度）を求めることにより、特に車両１２１００の進行路上にある最も近い立体物で、車両１２１００と略同じ方向に所定の速度（例えば、０km/h以上）で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ１２０５１は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御（追従停止制御も含む）や自動加速制御（追従発進制御も含む）等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
【０１２３】
例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、２輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両１２１００の周辺の障害物を、車両１２１００のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ１２０５１は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ１２０６１や表示部１２０６２を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット１２０１０を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。
【０１２４】
撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ１２０５１が、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部１２０５２は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部１２０６２を制御する。また、音声画像出力部１２０５２は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部１２０６２を制御してもよい。
【０１２５】
以上、本開示に係る技術が適用され得る車両制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、撮像部12031に適用され得る。撮像部12031に本開示に係る技術を適用することにより、より見やすい撮影画像を得ることができるため、ドライバの疲労を軽減することが可能になる。
【０１２６】
以上、実施の形態、変形例、適用例および応用例を挙げて説明したが、本開示内容は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態において説明した撮像素子の層構成は一例であり、更に他の層を備えていてもよい。また、各層の材料や厚みも一例であって、上述のものに限定されるものではない。
【０１２７】
また、上記実施の形態等で説明した回路構成は一例であり、その構成および配置等は、上述のものに限定されない。図２５に示したように、回路基板２０の２辺に行走査部２０１を配配置するようにしてもよい。
【０１２８】
更に、半導体基板１０上に回路を設けるようにしてもよい。図２６Ａ，２６Ｂに示したように、行走査部を分割し、行走査部２０１Ａを半導体基板１０上に、行走査部２０１Ｂを回路基板２０にそれぞれ設けるようにしてもよい。図２７Ａ，２７Ｂに示したように、回路基板２０には行走査部を設けずに、半導体基板１０上に行走査部２０１Ａ，２０１Ｂ（あるいは行走査部２０１）を設けるようにしてもよい。行走査以外の機能を有する回路部を分割してもよく、あるいは、半導体基板１０上に設けるようにしてもよい。
【０１２９】
上記実施の形態等において説明した効果は一例であり、他の効果であってもよいし、更に他の効果を含んでいてもよい。
【０１３０】
尚、本開示は、以下のような構成であってもよい。
（１）
第１光電変換部を有する画素領域と、
所定の電位に接続された第２光電変換部を有する画素外領域と、
一方の面に前記第１光電変換部および前記第２光電変換部が設けられるとともに、前記第１光電変換部に電気的に接続された周辺回路を有する回路基板と
を備えた撮像素子。
（２）
前記第１光電変換部と前記第２光電変換部とは電気的に分離されている
前記（１）に記載の撮像素子。
（３）
前記第２光電変換部の構成材料は、前記第１光電変換部の構成材料と同じである
前記（１）または（２）に記載の撮像素子。
（４）
平面視で前記周辺回路に重なる領域に、前記第２光電変換部が設けられている
前記（１）ないし（３）のうちいずれか１つに記載の撮像素子。
（５）
前記第２光電変換部は、少なくとも前記第１光電変換部の感度波長帯と同じ感度波長帯を有する
前記（１）ないし（４）のうちいずれか１つに記載の撮像素子。
（６）
前記第１光電変換部および前記第２光電変換部は、赤外領域の波長の光を吸収して電荷を発生する
前記（１）ないし（５）のうちいずれか１つに記載の撮像素子。
（７）
前記第１光電変換部および前記第２光電変換部は化合物半導体を含む
前記（１）ないし（６）のうちいずれか１つに記載の撮像素子。
（８）
前記第１光電変換部および前記第２光電変換部はＩＩＩ-Ｖ族半導体を含む
前記（７）に記載の撮像素子。
（９）
前記ＩＩＩ−Ｖ族半導体はＩｎＧａＡｓである
前記（８）に記載の撮像素子。
（１０）
更に、前記第１光電変換部で発生した信号電荷が移動する第１導電型領域を、画素毎に有する
前記（７）ないし（９）のうちいずれか１つに記載の撮像素子。
（１１）
前記回路基板には画素毎に画素回路が設けられ、
前記画素回路に、前記第１導電型領域が電気的に接続されている
前記（１０）に記載の撮像素子。
（１２）
更に、前記第１光電変換部を間にして、前記回路基板に対向する第１電極を有する
前記（７）ないし（１１）のうちいずれか１つに記載の撮像素子。
（１３）
更に、前記第２光電変換部を間にして、前記回路基板に対向する第２電極を有する
前記（１２）に記載の撮像素子。
（１４）
前記第１電極と前記第２電極とが一体的に設けられている
前記（１３）に記載の撮像素子。
（１５）
前記第１電極と前記第２電極とが電気的に分離して設けられている
前記（１３）に記載の撮像素子。
（１６）
前記第１光電変換部および前記第２光電変換部はフォトダイオードである
前記（１）ないし（５）のうちいずれか１つに記載の撮像素子。
（１７）
前記所定の電位は、電源または、グラウンド（ＧＮＤ）電位である
前記（１）ないし（１６）のうちいずれか１つに記載の撮像素子。
（１８）
第１光電変換部を有する画素領域と、
所定の電位に接続された第２光電変換部を有する画素外領域と、
一方の面に前記第１光電変換部および前記第２光電変換部が設けられるとともに、前記第１光電変換部に電気的に接続された周辺回路を有する回路基板とを備えた
撮像素子を有する電子機器。
【０１３１】
本出願は、日本国特許庁において２０１７年２月２１日に出願された日本特許出願番号第２０１７−３０３７５号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願の全ての内容を参照によって本出願に援用する。
【０１３２】
当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
2018155183.tif 000027
【図２６Ａ】
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【図２６Ｂ】
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【図２７Ａ】
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【図２７Ｂ】
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【国際調査報告】
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2018155183.tif 000033
2018155183.tif 000034
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