光电转换元件、光电探测器、光电探测系统、电子设备及移动体的制作方法

1.本公开涉及分别包括进行光电转换的光电转换元件的光电探测器、光电探测系统、电子设备及移动体。


背景技术：

2.已经提出了一种固态摄像装置，该固态摄像装置包括主要接收可见光并对可见光进行光电转换的第一光电转换区域和主要接收红外光并对红外光进行光电转换的第二光电转换区域的层叠结构(例如，参见专利文献1)。
3.引用文献列表
4.专利文献
5.专利文献1：日本未审查专利申请公开第2017-208496号


技术实现要素：

6.顺便提及，在固态摄像装置中，要求改进功能。
7.因此，期望提供一种具有高功能的光电转换元件。
8.根据本公开实施方案的光电转换元件包括：多个第一光电转换部，其在彼此正交的第一方向和第二方向上分别周期性地排列，并且分别检测第一波长范围中的光并分别对所述光进行光电转换；和一个第二光电转换部，其在与所述第一方向和所述第二方向都正交的层叠方向上层叠在所述第一光电转换部上，并且检测已经透过所述多个第一光电转换部的第二波长范围中的光并对所述光进行光电转换，其中，所述多个第一光电转换部在所述第一方向上的第一排列周期的n倍(n是自然数)与所述一个第二光电转换部在所述第一方向上的第一尺寸实质上相等，并且所述多个第一光电转换部在所述第二方向上的第二排列周期的n倍(n是自然数)与所述一个第二光电转换部在所述第二方向上的第二尺寸实质上相等。
9.在根据本公开实施方案的光电转换元件中，对一个第二光电转换部均等地分配多个第一光电转换部。因此，在组合使用多个光电转换元件的情况下，容易减少多个光电转换元件之间的光电转换特性的变化。
附图说明
10.图1是示出根据本公开的第一实施方案的固态摄像装置的示例的示意性构成图。
11.图2是图1所示的像素部适用的摄像元件的示意性构成的示例的垂直截面图。
12.图3是图1所示的像素部中的多个摄像元件的排列状态的示例的示意图。
13.图4a是图2所示的贯通电极及其周边的示意性放大截面图。
14.图4b是图2所示的贯通电极及其周边的示意性放大平面图。
15.图5是示出图2a所示的itof传感器部的读出电路的示例的电路图。
16.图6是示出图2a所示的有机光电转换部的读出电路的示例的电路图。
17.图7是图1所示的像素部适用的根据第一实施方案的第一变形例的摄像元件的示意性构成的示例的示意性截面图。
18.图8是根据第一实施方案的第二变形例的摄像元件的示意性构成的示例的水平截面图。
19.图9是根据第一实施方案的第三变形例的摄像元件的示意性构成的示例的水平截面图。
20.图10是根据第一实施方案的第四变形例的摄像元件的示意性构成的示例的水平截面图。
21.图11是根据第一实施方案的第五变形例的摄像元件的示意性构成的示例的水平截面图。
22.图12是根据第一实施方案的第六变形例的摄像元件的示意性构成的示例的水平截面图。
23.图13是根据第一实施方案的第七变形例的摄像元件的示意性构成的示例的水平截面图。
24.图14是根据本公开的第二实施方案的摄像元件的示意性构成的示例的垂直截面图。
25.图15是图14所示的摄像元件的示意性构成的示例的水平截面图。
26.图16是根据第二实施方案的第一变形例的摄像元件的示意性构成的示例的水平截面图。
27.图17a是根据本公开的第三实施方案的光电探测系统的整体构成的示例的示意图。
28.图17b是图17a所示的光电探测系统的电路构成的示例的示意图。
29.图18是电子设备的整体构成例的示意图。
30.图19是示出体内信息获取系统的示意性构成的示例的框图。
31.图20是示出内窥镜手术系统的示意性构成的示例的图。
32.图21是示出摄像机头和相机控制单元(ccu)的功能构成的示例的框图。
33.图22是示出车辆控制系统的示意性构成的示例的框图。
34.图23是辅助说明车外信息检测部和摄像部的安装位置的示例的图。
具体实施方式
35.下面参照附图详细说明本公开的一些实施方案。应当注意，按照以下顺序给出说明。
36.1.第一实施方案
37.包括多个纵向分光型摄像元件的固态摄像装置的示例，在纵向分光型摄像元件中，层叠有包括相位差检测像素的多个第一光电转换部和第二光电转换部，并且第二光电转换部的尺寸是多个第一光电转换部的排列周期的自然数倍。
38.2.第二实施方案
39.包括多个纵向分光型摄像元件的固态摄像装置的示例，在纵向分光型摄像元件
中，第二光电转换部也包括相位差检测像素
40.3.第三实施方案
41.包括发光装置和光电探测器的光电探测系统的示例
42.4.电子设备的适用例
43.5.体内信息获取系统的应用实例
44.6.内窥镜手术系统的应用实例
45.7.移动体的适用例
46.8.其他变形例
47.＜1.第一实施方案＞
48.[固态摄像装置1的构成]
[0049]
(整体构成例)
[0050]
图1是根据本公开的实施方案的固态摄像装置1的整体构成例。固态摄像装置1例如是cmos(complementary metal oxide semiconductor：互补金属氧化物半导体)图像传感器。例如，固态摄像装置1通过光学透镜系统获取来自被摄体的入射光(图像光)，以像素为单位将在成像面上形成图像的入射光转换为电信号，并将电信号作为像素信号输出。固态摄像装置1例如在半导体基板11上包括作为摄像区域的像素部100、垂直驱动电路111、列信号处理电路112、水平驱动电路113、输出电路114、控制电路115和输入/输出端子116。垂直驱动电路111、列信号处理电路112、水平驱动电路113、输出电路114、控制电路115和输入/输出端子116被布置在像素部100的周边区域中。该固态摄像装置1是与本公开的“光电探测器”对应的具体示例。
[0051]
像素部100例如包括以矩阵状二维排列的多个摄像元件2。例如，像素部100具有多个行和多个列，每行包括在水平方向(纸面的横向方向)上并排布置的多个摄像元件2，每列包括在垂直方向(纸面的纵向方向)上并排布置的多个摄像元件2。在像素部100中，例如，针对摄像元件2的每行布线一条像素驱动线lread(行选择线和复位控制线)，并且针对摄像元件2的每列布线一条垂直信号线lsig。像素驱动线lread发送用于从各摄像元件2读取信号的驱动信号。多条像素驱动线lread的一端分别连接到垂直驱动电路111的与各个像素行对应的多个输出端子中的相应一个。
[0052]
垂直驱动电路111包括移位寄存器和地址解码器等，并且垂直驱动电路111例如是以行为单位驱动像素部100中的各个摄像元件2的像素驱动部。从由垂直驱动电路111选择并扫描的行中的每个摄像元件2输出的信号通过垂直信号线lsig中的相应一条提供给列信号处理电路112。
[0053]
列信号处理电路112包括针对每条垂直信号线lsig设置的放大器和水平选择开关等。
[0054]
水平驱动电路113包括移位寄存器和地址解码器等，并且水平驱动电路113在扫描列信号处理电路112的各水平选择开关的同时依次驱动各水平选择开关。通过水平驱动电路113的这种选择性扫描，通过多条垂直信号线lsig的各者传送的各个摄像元件2的信号被依次输出到水平信号线121，并且通过该水平信号线121传送到半导体基板11的外部。
[0055]
输出电路114对通过水平信号线121从各个列信号处理电路112依次提供的信号进行信号处理，并且输出处理后的信号。输出电路114例如可以仅执行缓冲，或者可以执行黑
电平调整、列变化校正和各种数字信号处理等。
[0056]
包括垂直驱动电路111、列信号处理电路112、水平驱动电路113、水平信号线121和输出电路114的电路组件可以直接形成在半导体基板11上，或者可以被设置在外部控制ic中。可选择地，这些电路组件可以形成在通过电缆等连接的其他基板上。
[0057]
控制电路115接收从半导体基板11的外部提供的时钟或关于操作模式的指令的数据等，并且还输出诸如作为摄像元件的摄像元件2的内部信息等数据。控制电路115还包括生成各种定时信号的定时发生器，并且基于由定时发生器产生的各种定时信号控制诸如垂直驱动电路111、列信号处理电路112和水平驱动电路113等周边电路的驱动。
[0058]
输入/输出端子116与外部交换信号。
[0059]
(摄像元件2的截面构成例)
[0060]
图2示意性地示出了在像素部100中以矩阵状排列的多个摄像元件2中的一个摄像元件2的截面构成的示例。在诸如图2等的本技术说明书中，将摄像元件2的厚度方向(层叠方向)称为z轴方向，并且将与与z轴方向正交的层叠面平行的平面方向称为x轴方向和y轴方向。应当注意，x轴方向、y轴方向和z轴方向彼此正交。图3示意性地示出了摄像元件2的沿着与厚度方向(z轴方向)正交的层叠面(xy面)方向的水平截面构成的示例。图3的(a)示意性地示出了包括有机光电转换部20的水平截面构成的示例，并且图3的(b)示意性地示出了包括光电转换部10的水平截面构成的示例。应当注意，图2对应于沿着图3的(a)所示的ii-ii剖面线截取的箭头方向的截面。
[0061]
如图2所示，摄像元件2例如是所谓的纵向分光型摄像元件，其包括其中一个光电转换部10和一个有机光电转换部20在作为厚度方向的z轴方向上层叠的结构。摄像元件2是与本公开的“光电转换元件”对应的具体示例。摄像元件2还包括中间层40和多层配线层30。中间层40设置在光电转换部10和有机光电转换部20之间，并且多层配线层30设置在从光电转换部10观察时与有机光电转换部20相反的一侧。此外，例如，在从有机光电转换部20观察时与光电转换部10相反的光入射侧，从靠近有机光电转换部20的位置起依次沿z轴方向层叠有一个密封膜51、多个滤色器(cf)52、一个平坦化膜53和与多个滤色器52一一对应地设置的多个片上透镜(ocl)54。多个滤色器52例如分别包括主要允许红色透过的滤色器52r、主要允许绿色透过的滤色器52g以及主要允许蓝色透过的滤色器52b。摄像元件2包括以作为所谓的拜耳图案的排列图案排列的多个滤色器52r、多个滤色器52g和多个滤色器52b，并且通过在有机光电转换部20中分别接收红色光、绿色光和蓝色光来获得彩色的可见光图像。应当注意，图2示出了滤色器52g和滤色器52r在x轴方向上交替排列的状态。另外，密封膜51和平坦化膜53可以分别被设置为多个摄像元件2共用。
[0062]
(光电转换部10)
[0063]
光电转换部10例如是通过飞行时间(time-of-flight；tof)来获得距离图像(距离信息)的间接tof(在下文中，被称为itof)传感器。光电转换部10例如包括半导体基板11、光电转换区域12、固定电荷层13、一对栅电极14a和14b、作为浮动扩散区域的电荷-电压转换部(fd)15a和15b、像素间区域遮光壁16以及贯通电极17。
[0064]
半导体基板11例如是具有前表面11a和背面11b的n型硅(si)基板，并且在预定区域中包括p阱。前表面11a与多层配线层30相对。背面11b是与中间层40相对的面。优选在背面11b上形成微细的凹凸结构，该凹凸结构将入射到半导体基板11上的、具有作为第二波长
范围的红外光范围(例如，880nm以上且1040nm以下)中的波长的光限制在半导体基板11的内部是有效的。应当注意，也可以在前表面11a上形成类似的微细凹凸结构。
[0065]
光电转换区域12例如是包括pin(positive intrinsic negative)型光电二极管的光电转换元件，并且包括形成在半导体基板11的预定区域中的pn结。光电转换区域12检测并接收来自被摄体的光中特别具有红外光范围内的波长的光，通过光电转换生成与接收的光量相对应的电荷，并累积电荷。
[0066]
固定电荷层13被设置为覆盖半导体基板11的背面11b等。固定电荷层13例如具有负的固定电荷，以抑制由作为半导体基板11的光接收面的背面11b的界面状态引起的暗电流的产生。通过固定电荷层13感应的电场，在半导体基板11的背面11b附近形成有空穴累积层。空穴累积层抑制了来自背面11b的电子产生。应当注意，固定电荷层13还包括在像素间区域遮光壁16和光电转换区域12之间沿z轴方向延伸的部分。固定电荷层13优选使用绝缘材料来形成。固定电荷层13的构成材料的具体示例包括氧化铪(hfo
x
)、氧化铝(alo
x
)、氧化锆(zro
x
)、氧化钽(tao
x
)、氧化钛(tio
x
)、氧化镧(lao
x
)、氧化镨(pro
x
)、氧化铈(ceo
x
)、氧化钕(ndo
x
)、氧化钷(pmo
x
)、氧化钐(smo
x
)、氧化铕(euo
x
)、氧化钆(gdo
x
)、氧化铽(tbo
x
)、氧化镝(dyo
x
)、氧化钬(hoo
x
)、氧化铥(tmo
x
)、氧化镱(ybo
x
)、氧化镥(luo
x
)、氧化钇(yo
x
)、氮化铪(hfn
x
)、氮化铝(aln
x
)、氮氧化铪(hfo
x
ny)和氮氧化铝(alo
x
ny)等。
[0067]
一对栅电极14a和14b分别被包括在传输晶体管(tg)141a和141b的一部分中，并且在z轴方向上例如从前表面11a延伸到光电转换区域12。tg 141a和tg 141b根据分别施加到栅电极14a和14b的驱动信号，分别将累积在光电转换区域12中的电荷传输到一对fd 15a和15b。
[0068]
一对fd 15a和15b分别是将通过包括栅电极14a和14b的tg 141a和141b从光电转换区域12传输来的电荷转换为电信号(例如，电压信号)并且输出电信号的浮动扩散区域。如稍后说明的图5所示，fd 15a和15b分别连接到复位晶体管(rst)143a和143b，并且分别通过放大晶体管(amp)144a和144b以及选择晶体管(sel)145a和145b连接到垂直信号线lsig(图1)。
[0069]
图4a是图2所示的摄像元件2中包围贯通电极17的像素间区域遮光壁16的沿着z轴截取的放大截面图，并且图4b是包围贯通电极17的像素间区域遮光壁16的沿着xy面截取的放大截面图。图4a示出了沿着图4b所示的iva-iva线截取的箭头方向的截面。像素间区域遮光壁16被设置在xy面内与相邻的其他摄像元件2的边界部分中。像素间区域遮光壁16例如包括沿xz面延伸的部分和沿yz面延伸的部分，并且像素间区域遮光壁16被设置为包围各摄像元件2的光电转换区域12。另外，像素间区域遮光壁16可以被设置为包围贯通电极17。这可以抑制不必要的光倾斜入射到相邻的摄像元件2的光电转换区域12上，并且可以防止混色。
[0070]
像素间区域遮光壁16例如包括包含具有遮光性的单体金属、金属合金、金属氮化物和金属硅化物中的至少一种的材料。像素间区域遮光壁16的更具体的构成材料包括al(铝)、cu(铜)、co(钴)、w(钨)、ti(钛)、ta(钽)、ni(镍)、mo(钼)、cr(铬)、ir(铱)、铂铱合金、tin(氮化钛)和钨硅化合物等。应当注意，像素间区域遮光壁16的构成材料不限于金属材料，并且像素间区遮光壁16可以使用石墨形成。另外，像素间区域遮光壁16不限于导电材料，并且可以包括诸如有机材料等具有遮光性的非导电材料。另外，在像素间区域遮光壁16
和贯通电极17之间，例如可以设置包括诸如sio
x
(氧化硅)和氧化铝等绝缘材料的绝缘层z1。可选择地，可以在像素间区域遮光壁16和贯通电极17之间设置间隙，以使像素间区域遮光壁16和贯通电极17彼此绝缘。应当注意，在像素间区域遮光壁16包括非导电材料的情况下，可以不设置绝缘层z1。此外，可以在像素间区域遮光壁16的外侧，即像素间区域遮光壁16和固定电荷层13之间设置绝缘层z2。绝缘层z2例如包括诸如sio
x
(氧化硅)和氧化铝等绝缘材料。可选择地，可以在像素间区域遮光壁16和固定电荷层13之间设置间隙，以使像素间区域遮光壁16和固定电荷层13彼此绝缘。在像素间区域遮光壁16包括导电材料的情况下，通过绝缘层z2来确保像素间区域遮光壁16与半导体基板11之间的电绝缘性。另外，在像素间区域遮光壁16被设置为包围贯通电极17并且像素间区域遮光壁16包括导电材料的情况下，通过绝缘层z1来确保像素间区域遮光壁16与贯通电极17之间的电绝缘性。
[0071]
贯通电极17例如是将有机光电转换部20的读出电极26与fd 131和amp 133电连接的连接部件(参见稍后说明的图6)。读出电极26设置在半导体基板11的背面11b侧，并且fd 131和amp 133设置在半导体基板11的前表面11a上。贯通电极17例如是传送在有机光电转换部20中产生的信号电荷、传送用于驱动电荷累积电极25的电压的传送路径。例如，可以将贯通电极17设置为在z轴方向上从有机光电转换部20的读出电极26贯穿半导体基板11而延伸到多层配线层30。贯通电极17能够将设置在半导体基板11的背面11b侧的有机光电转换部20中产生的信号电荷良好地传输到半导体基板11的前表面11a侧。在贯通电极17的周围设置有固定电荷层13和绝缘层41，由此使贯通电极17和半导体基板11的p阱区域彼此电绝缘。
[0072]
除了掺杂有诸如pdas(phosphorus doped amorphous silicon：磷掺杂非晶硅)等杂质的硅材料之外，还可以使用诸如铝(al)、钨(w)、钛(ti)、钴(co)、铂(pt)、钯(pd)、铜(cu)、铪(hf)和钽(ta)等金属材料中的一种或多种来形成贯通电极17。
[0073]
(多层配线层30)
[0074]
多层配线层30例如包括读出电路，该读出电路包括tg 141a和141b、rst 143a和143b、amp 144a和144b以及sel 145a和145b等。
[0075]
(中间层40)
[0076]
中间层40例如可以包括绝缘层41以及嵌入在该绝缘层41中的光学滤波器42和像素间区域遮光膜43。绝缘层41例如包括包含诸如氧化硅(sio
x
)、氮化硅(sin
x
)和氮氧化硅(sin)等无机绝缘材料中的一种的单层膜或包含这些材料中的两种以上的层叠膜。此外，作为绝缘层41中包括的材料，可以使用诸如聚甲基丙烯酸甲酯(pmma：polymethyl methacrylate)、聚乙烯苯酚(pvp：polyvinyl phenol)、聚乙烯醇(pva：polyvinyl alcohol)、聚酰亚胺、聚碳酸酯(pc：polycarbonate)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet：polyethylene terephthalate)、聚苯乙烯、n-2(氨基乙基)3-氨基丙基三甲氧基硅烷(aeaptms：n-2(aminoethyl)3-aminopropyltrimethoxysilane)、3-巯基丙基三甲氧基硅烷(mptms：mercaptopropyl trimethoxysilane)、四乙氧基硅烷(teos：tetraethoxysilane)和十八烷基三氯硅烷(ots：octadecyltrichlorosilane)等有机绝缘材料。
[0077]
光学滤波器42在光电转换区域12中进行光电转换的红外光范围内具有透射带。即，具有红外光范围内的波长的光(即，红外光)比具有可见光范围内的波长(例如，400nm以上且700nm以下的波长)的光(即，可见光)更容易透过光学滤波器42。具体地，例如，可以使
用有机材料来构造光学滤波器42，并且光学滤波器42在选择性地允许红外光范围内的光透过的同时，吸收具有可见光范围内的波长的光的至少一部分。光学滤波器42例如包括诸如酞菁衍生物等有机材料。
[0078]
像素间区域遮光膜43被设置在xy面内与相邻的其他摄像元件2的边界部分中。像素间区域遮光膜43包括沿xy面延伸的部分，并且以包围各摄像元件2的光电转换区域12的方式设置。像素间区域遮光膜43与像素间区域遮光壁16一样，抑制不需要的光倾斜入射到相邻的摄像元件2的光电转换区域12上，并且防止混色。应当注意，可以根据需要设置像素间区域遮光膜43；因此，摄像元件2也可以不包括像素间区域遮光膜43。
[0079]
(有机光电转换部20)
[0080]
有机光电转换部20例如包括从靠近光电转换部10的位置按顺序层叠的读出电极26、半导体层21、有机光电转换层22和上部电极23。有机光电转换部20还包括绝缘层24和电荷累积电极25。绝缘层24被设置在半导体层21的下方，并且电荷累积电极25被设置成隔着绝缘层24与半导体层21相对。例如，多个电荷累积电极25中的两个被分配给一个片上透镜54和一个滤色器52。分配给一个片上透镜54和一个滤色器52的两个电荷累积电极25例如以在x轴方向上彼此相邻的方式分开布置。多个电荷累积电极25和读出电极26彼此分开，并且例如设置在同一水平上。读出电极26与贯通电极17的上端接触。应当注意，上部电极23、有机光电转换层22和半导体层21可以分别被设置为像素部100中的多个摄像元件2(图2)中的一些摄像元件2共用，或者可以分别被设置为像素部100中的多个摄像元件2中的所有摄像元件2共用。在本实施方案之后说明的其他实施方案和变形例等中也同样适用。
[0081]
应当注意，也可以分别在有机光电转换层22和半导体层21之间以及有机光电转换层22和上部电极23之间设置其他有机层。
[0082]
读出电极26、上部电极23和电荷累积电极25分别包括具有透光性的导电膜，并且例如包括ito(铟锡氧化物)。然而，作为读出电极26、上部电极23和电荷累积电极25的构成材料，除了ito之外，还可以使用掺杂有掺杂剂的氧化锡(sno
x
)系材料或通过在氧化锌(zno)中添加掺杂剂而获得的氧化锌系材料。氧化锌系材料的示例包括掺杂有作为掺杂剂的铝(al)的铝锌氧化物(azo)、掺杂有镓(ga)的镓锌氧化物(gzo)和掺杂有铟(in)的铟锌氧化物(izo)。另外，作为读出电极26、上部电极23和电荷累积电极25的构成材料，也可以使用cui、insbo4、znmgo、cuino2、mgin2o4、cdo、znsno3或tio2等。此外，也可以使用尖晶石型氧化物或具有ybfe2o4结构的氧化物。
[0083]
有机光电转换层22将光能转换为电能，并且有机光电转换层22包含两种以上的用作p型半导体和n型半导体的有机材料而形成。p型半导体相对地用作电子供体(供体)，并且n型半导体相对地用作电子受体(受体)。有机光电转换层22在层中具有体异质结结构。体异质结结构是通过混合p型半导体和n型半导体而形成的p/n结面，并且在吸收光时产生的激子在该p/n结面处被解离成电子和空穴。
[0084]
除了p型半导体和n型半导体之外，有机光电转换层22还可以包括三种所谓的染料材料，该染料材料在对预定波长带的光进行光电转换的同时，允许其他波长带的光透过。p型半导体、n型半导体和染料材料优选具有彼此不同的吸收最大波长。由此，可以在宽范围内吸收可见光区域中的波长。
[0085]
例如，通过混合上述各种有机半导体材料，并且使用旋涂技术，可以形成有机光电
转换层22。另外，例如也可以利用真空蒸镀法或印刷技术等形成有机光电转换层22。
[0086]
作为半导体层21中包括的材料，优选使用具有较大带隙值(例如，3.0ev以上的带隙值)并且具有比有机光电转换层22中包括的材料高的迁移率的材料。其具体材料可以包括诸如包含igzo等的氧化物半导体材料、过渡金属硫化物、碳化硅、金刚石、石墨烯、碳纳米管、缩合多环烃化合物和缩合杂环化合物等有机半导体材料。
[0087]
电荷累积电极25与绝缘层24和半导体层21一起形成一种电容器，并且将在有机光电转换层22中产生的电荷累积在半导体层21的一部分中，例如，累积在半导体层21的经由绝缘层24与电荷累积电极25对应的区域部分中。在本实施方案中，与一个光电转换区域12、一个滤色器52和一个片上透镜54对应地设置有一个电荷累积电极25。例如，电荷累积电极25连接到垂直驱动电路111。
[0088]
与绝缘层41一样，例如也可以使用无机绝缘材料和有机绝缘材料形成绝缘层24。
[0089]
如上所述，有机光电转换部20检测具有可见光范围内的波长的光的一部分或全部。另外，期望有机光电转换部20对红外光范围内的光不具有灵敏度。
[0090]
在有机光电转换部20中，从上部电极23侧入射的光被有机光电转换层22吸收。由此产生的激子(电子-空穴对)移动到有机光电转换层22中包括的电子供体和电子受体之间的界面，并且激子被解离，即，激子被解离成电子和空穴。这里产生的电荷，即电子和空穴，通过由载流子之间的浓度差引起的扩散和由上部电极23和电荷累积电极25之间的电位差引起的内部电场，移动到上部电极23或半导体层21，并且作为光电流被检测。例如，假定读出电极26处于正电位，并且上部电极23处于负电位。在这种情况下，通过有机光电转换层22中的光电转换产生的空穴移动到上部电极23。通过有机光电转换层22中的光电转换产生的电子被电荷累积电极25吸引，并且累积在半导体层21的一部分中，例如累积在半导体层21的经由绝缘层24与电荷累积电极25对应的区域部分中。
[0091]
累积在半导体层21的经由绝缘层24与电荷累积电极25对应的区域部分中的电荷(例如，电子)如下读出。具体地，对读出电极26施加电位v26，并且对电荷累积电极25施加电位v25。这里，电位v26高于电位v25(v25＜v26)。通过这样做，累积在半导体层21的与电荷累积电极25对应的区域部分中的电子被传输到读出电极26。
[0092]
如上所述，半导体层21被设置在有机光电转换层22的下方，并且电荷(例如，电子)被累积在半导体层21的经由绝缘层24与电荷累积电极25对应的区域部分中，从而实现以下效果。即，与不设置半导体层21而在有机光电转换层22中累积电荷(例如，电子)的情况相比，可以防止电荷累积期间空穴和电子的再结合，并且可以增加累积的电荷(例如，电子)向读出电极26的传输效率，并且可以抑制暗电流的产生。上面作为示例说明了读出电子的情况；然而，也可以读出空穴。在读出空穴的情况下，将上述电位作为空穴感测到的电位进行说明。
[0093]
(光电转换部10的读出电路)
[0094]
图5是示出图2所示的摄像元件2中包括的光电转换部10的读出电路的示例的电路图。
[0095]
光电转换部10的读出电路例如包括tg 141a和141b、ofg 146、fd 15a和15b、rst 143a和143b、amp 144a和144b以及sel 145a和145b。
[0096]
tg 141a和141b分别连接在光电转换区域12和fd 15a之间以及光电转换区域12和
fd 15b之间。驱动信号被施加到tg 141a和141b的栅电极14a和14b，以将tg 141a和141b变为有效状态，从而将tg 141a和141b的传输栅极变为导电状态。结果，在光电转换区域12中转换的信号电荷分别通过tg 141a和141b传输到fd 15a和15b。
[0097]
ofg 146连接在光电转换区域12和电源之间。驱动信号被施加到ofg 146的栅电极，以将ofg 146变为有效状态，从而将ofg 142变为导电状态。结果，在光电转换区域12中转换的信号电荷通过ofg 146排出到电源。
[0098]
fd 15a和15b分别连接在tg 141a和amp 144a之间以及tg 141b和amp 144b之间。fd 15a和15b分别将从tg 141a和141b传输来的信号电荷电荷-电压转换为电压信号，并将电压信号输出到amp 144a和144b。
[0099]
rst 143a和143b分别连接在fd 15a和电源之间以及fd 15b和电源之间。驱动信号被施加到rst 143a和143b的栅电极，以将rst 143a和143b变为有效状态，从而将rst 143a和143b的复位栅极变为导电状态。结果，fd 15a和15b的电位被复位到电源电平。
[0100]
amp 144a和144b分别包括连接到fd 15a和15b的栅电极，并且包括连接到电源的漏电极。amp 144a和144b是由fd 15a和15b保持的电压信号的读出电路(即，所谓的源极跟随器电路)的输入部。即，amp 144a和144b分别具有通过sel 145a和145b与垂直信号线lsig连接的源电极，从而与连接到垂直信号线lsig的一端的恒流源构成源极跟随器电路。
[0101]
sel 145a和145b分别连接在amp 144a的源电极和垂直信号线lsig之间以及amp 144b的源电极和垂直信号线lsig之间。驱动信号被施加到sel 145a和145b各自的栅电极，以将sel 145a和145b变为有效状态，从而将sel 145a和145b变为导电状态，以将摄像元件2变为选择状态。因此，从amp 144a和144b输出的读出信号(像素信号)分别通过sel 145a和145b输出到垂直信号线lsig。
[0102]
在固态摄像装置1中，将红外范围内的光脉冲施加到被摄体，并且光电转换部10的光电转换区域12接收从该被摄体反射的光脉冲。在光电转换区域12中，通过红外范围内的光脉冲的入射而产生多个电荷。通过以相等的时间间隔向一对栅电极14a和14b交替地提供驱动信号，在光电转换区域12中产生的多个电荷被交替地分配给fd 15a和fd 15b。通过相对于要施加的光脉冲改变要施加到栅电极14a和14b的驱动信号的快门相位，累积在fd 15a中的电荷量和累积在fd 15b中的电荷量变为相位调制后的值。通过调制这些值来估计光脉冲的往返时间，从而确定固态摄像装置1和被摄体之间的距离。
[0103]
(有机光电转换部20的读出电路)
[0104]
图6是示出图2所示的摄像元件2中包括的有机光电转换部20的读出电路的示例的电路图。
[0105]
有机光电转换部20的读出电路例如包括fd 131、rst 132、amp 133和sel 134。
[0106]
fd 131连接在读出电极26和amp 133之间。fd 131将从读出电极26传输来的信号电荷电荷-电压转换为电压信号，并将电压信号输出到amp 133。
[0107]
rst 132连接在fd 131和电源之间。驱动信号被施加到rst 132的栅电极，以将rst 132变为有效状态，从而将rst 132的复位栅极变为导电状态。结果，fd 131的电位被复位到电源电平。
[0108]
amp 133包括连接到fd 131的栅电极和连接到电源的漏电极。amp 133的源电极通过sel 134与垂直信号线lsig连接。
[0109]
sel 134连接在amp 133的源电极和垂直信号线lsig之间。驱动信号被施加到sel 134的栅电极，以将sel 134变为有效状态，从而将sel 134变为导电状态，以将摄像元件2变为选择状态。因此，从amp 133输出的读出信号(像素信号)通过sel 134输出到垂直信号线lsig。
[0110]
(摄像元件2的平面构成例)
[0111]
图3示出了在x轴方向和y轴方向上2
×
2地排列的总共四个摄像元件2。如图3的(b)所示，四个摄像元件2中的光电转换部10分别包括一个作为检测红外光并对红外光进行光电转换的第二光电转换部分的像素ir。应当注意，在图3的(b)中，为了区分四个像素ir，为了方便起见，给四个像素ir分配了附图标记ir1至ir4。像素ir1至ir4分别在x轴方向上具有长度wx2，在y轴方向上具有长度wy2。长度wx2和长度wy2可以实质上相等或者可以实质上不同。应当注意，“实质上”是指不包含诸如制造误差等微小差异的概念。另外，像素ir1至ir4分别具有一个光电转换区域12。即，一个摄像元件2具有一个光电转换区域12。
[0112]
同时，如图3的(a)所示，四个摄像元件2中的有机光电转换部20分别包括检测可见光的四个像素组g1至g4。在各摄像元件2中，像素组g1至g4以两行两列的方式排列，并且以在z轴方向上占据与一个像素ir相对应的区域的方式布置。像素组g1至g4分别包括作为以所谓的拜耳图案的排列图案排列的第一光电转换部分的四个像素p。具体地，像素组g1至g4分别包括一个红色像素pr、两个绿色像素pg和一个蓝色像素pb作为四个像素p。红色像素pr检测红色光并对红色光进行光电转换。绿色像素pg检测绿色光并对绿色光进行光电转换。蓝色像素pb检测蓝色光并对蓝色光进行光电转换。这里，两个绿色像素pg被布置在像素组g1至g4各自所占据的矩形区域中的对角位置。因此，两个绿色像素pg中的第一绿色像素pg例如布置成在x轴方向上与红色像素pr相邻，并且在y轴方向上与蓝色像素pb相邻。两个绿色像素pg中的第二绿色像素pg例如布置成在y轴方向上与红色像素pr相邻，并且在x轴方向上与蓝色像素pb相邻。
[0113]
因此，在每个摄像元件2中，以4行4列排列的16个像素p周期性地排列。各像素p在x轴方向上具有长度wx1，并且在y轴方向上具有长度wy1。即，长度wx1是x轴方向上的多个像素p的第一排列周期，并且长度wy1是y轴方向上的多个像素p的第二排列周期。长度wx1和长度wy1可以实质上相等或者可以实质上不同。这里，x轴方向上的长度wx1的n倍(n是自然数)与x轴方向上的像素ir的长度wx2实质上相等，并且y轴方向上的长度wy1的n倍(n是自然数)与y轴方向上的像素ir的长度wy2实质上相等。在图2和图3所示的构成例的情况下，自然数n具体为4。
[0114]
另外，红色像素pr、绿色像素pg和蓝色像素pb分别被分配有一个片上透镜54、一个滤色器52和两个电荷累积电极25。即，红色像素pr包括以一个电荷累积电极25为构成单位的子像素pr1和子像素pr2。子像素pr1和子像素pr2例如以在x轴方向上彼此相邻的方式布置。同样地，绿色像素pg包括以一个电荷累积电极25为构成单位的子像素pg1和子像素pg2，并且蓝色像素pb包括以一个电荷积累电极25为构成单位的子像素pb1和子像素pb2。子像素pg1和子像素pg2以在x轴方向上彼此相邻的方式布置，并且子像素pb1和子像素pb2以在x轴方向上彼此相邻的方式布置。因此，可以使用红色像素pr、绿色像素pg和蓝色像素pb中的每一个作为像面相位差像素。即，有机光电转换部20可以生成用于通过像面相位差像素进行自动聚焦的像素信号。
[0115]
另外，如图3所示，优选的是，设置在固态摄像装置1的像素部100中的多个摄像元件2中的与像素ir相对应的多个像素p的排列图案都相同。
[0116]
[固态摄像装置1的作用和效果]
[0117]
根据本实施方案的固态摄像装置1包括从入射侧按顺序层叠的有机光电转换部20、光学滤波器42和光电转换部10。有机光电转换部20检测具有可见光范围内的波长的光，并对该光进行光电转换。光学滤波器42具有红外光范围内的透射带。光电转换部10检测具有红外光范围内的波长的光，并对该光进行光电转换。因此，可以同时在xy面的面内方向上的相同位置获得可见光图像和红外光图像。可见光图像由分别从红色像素pr、绿色像素pg和蓝色像素pb获得的红色光信号、绿色光信号和蓝色光信号构成，并且红外光图像使用从多个像素p全部获得的红外光信号。因此，可以实现xy面的面内方向上的高集成化。
[0118]
此外，光电转换部10包括一对tg 141a和141b以及fd 15a和15b，从而可以获得作为距离图像的红外光图像，该距离图像包括与被摄体的距离的信息。因此，根据本实施方案的固态摄像装置1，可以获得具有高分辨率的可见光图像和具有深度信息的红外光图像两者。
[0119]
另外，在根据本实施方案的摄像元件2中，作为x轴方向上的多个像素p的第一排列周期(x轴方向上的像素p的排列间距)的长度wx1的n倍(n是自然数)与x轴方向上的一个像素ir的长度wx2实质上相等，并且作为y轴方向上的多个像素p的第二排列周期(y轴方向上的像素p的排列间距)的长度wy1的n倍(n是自然数)与y轴方向上的一个像素ir的长度wy2实质上相等。因此，与像素ir的尺寸与多个像素p的尺寸的倍数不同的情况相比，对一个像素ir更均等地分配多个像素p。例如，可以使设置在固态摄像装置1的像素部100中的多个摄像元件2中的与像素ir相对应的多个像素p的排列图案彼此相同。即，由各个摄像元件2中的像素ir检测到的红外光的光量分布更近似地朝向光量分布实质上相等的方向。因此，容易减少多个摄像元件2的相互间的光电转换特性的变化。
[0120]
具体地，在根据本实施方案的摄像元件2中，均等地排列有分别包括以拜耳图案排列并且具有相同布局的四个像素p的像素组g1至g4。因此，在各摄像元件2中也容易减少光电转换特性的变化。
[0121]
另外，在根据本实施方案的像素p1中，有机光电转换部20除了按顺序层叠读出电极26、半导体层21、有机光电转换层22和上部电极23的结构之外，还包括绝缘层24和电荷累积电极25。绝缘层24设置在半导体层21的下方，并且电荷累积电极25以隔着绝缘层24与半导体层21相对的方式设置。因此，可以将在有机光电转换层22中通过光电转换产生的电荷累积在半导体层21的一部分中，例如累积在半导体层21的经由绝缘层24与电荷累积电极25对应的区域部分中。因此，例如在曝光开始时可以实现半导体层21中的电荷的除去，即半导体层21的完全耗尽化。结果，可以减少ktc噪声，从而可以抑制由随机噪声引起的图像质量的降低。此外，与不设置半导体层21而在有机光电转换层22中累积电荷(例如，电子)的情况相比，可以防止电荷累积期间空穴和电子的再结合，并且可以增加累积的电荷(例如，电子)向读出电极26的传输效率，并且可以抑制暗电流的产生。
[0122]
此外，在根据本实施方案的摄像元件2中，与一个光电转换区域12对应地，将多个片上透镜54、多个颜色的滤色器52、多个电荷累积电极25设置在z轴方向上彼此重叠的位置。因此，与仅将相同颜色的滤色器52设置在z轴方向上与一个光电转换区域12相对应的位
置处的情况相比，可以减小红外光的检测灵敏度的差异。通常，透过滤色器52的红外光的透过率根据该滤色器52的颜色而不同。因此，到达光电转换区域12的红外光的强度在红外光透过红色滤色器52r的情况、红外光透过绿色滤色器51g的情况和红外光透过蓝色滤色器52b的情况下分别不同。这导致多个摄像元件2各自的红外光检测灵敏度发生变化。在这方面，根据本实施方案的摄像元件2，分别透过多种颜色的滤色器52的红外光进入光电转换区域12。因此，可以减小多个摄像元件2之间的红外光检测灵敏度的差异。
[0123]
应当注意，在本实施方案中，包括红色、绿色和蓝色的滤色器52，并且这些滤色器52分别接收红色光、绿色光和蓝色光，以获得彩色的可见光图像；然而，也可以不设置滤色器52而获得单色的可见光图像。
[0124]
(第一实施方案的第一变形例)
[0125]
图7示意性地示出了根据第一实施方案的第一变形例(变形例1-1)的摄像元件2a的沿厚度方向的垂直截面构成的示例。在本公开中，正如图7所示的摄像元件2a，也可以不设置半导体层21。在图7所示的摄像元件2a中，有机光电转换层22连接到读出电极26，并且电荷累积电极25被设置成隔着绝缘层24与有机光电转换层22相对。在这种构成的情况下，在有机光电转换层22中通过光电转换产生的电荷被累积在有机光电转换层22中。即使在这种情况下，在有机光电转换层22中进行光电转换时，由有机光电转换层22、绝缘层24和电荷累积电极25形成一种电容器。因此，例如在曝光开始时可以实现有机光电转换层22中的电荷的除去，即有机光电转换层22的完全耗尽化。结果，可以减少ktc噪声，从而可以抑制由随机噪声引起的图像质量的降低。
[0126]
(第一实施方案的第二变形例)
[0127]
图8示意性地示出了根据第一实施方案的第二变形例(变形例1-2)的摄像元件2b的水平截面的构成例。图8的(a)和图8的(b)分别对应于示出根据上述第一实施方案的摄像元件2的图3的(a)和图3的(b)。
[0128]
在摄像元件2b中，给一个像素ir分配以两行两列排列的四个像素p。具体地，分别给像素ir1至ir4分配以拜耳图案排列的一个红色像素pr、两个绿色像素pg和一个蓝色像素pb。像素p(pr、pg和pb)分别在x轴方向上具有长度wx1，并且在y轴方向上具有长度wy1。在本变形例中，像素p的长度wx1的2倍与像素ir的长度wx2实质上相等，并且像素p的长度wy1的两倍与像素ir的长度wy2实质上相等。
[0129]
另外，在摄像元件2b中，像素p(pr、pg和pb)分别被划分为四个，并分别检测可见光。具体地，红色像素pr包括子像素pr1至pr4。绿色像素pg包括子像素pg1至pg4。蓝色像素pr包括子像素pb1至pb4。给每个子像素分配一个电荷累积电极25。
[0130]
(第一实施方案的第三变形例)
[0131]
图9示意性地示出了根据第一实施方案的第三变形例(变形例1-3)的摄像元件2c的水平截面的构成例。图9的(a)和图9的(b)分别对应于示出根据上述第一实施方案的摄像元件2的图3的(a)和图3的(b)。
[0132]
在摄像元件2c中，给一个像素ir分配以两行两列排列的四个像素组g1至g4。分别给四个像素组g1至g4分配以两行两列排列的4个像素p。注意，给像素组g1只分配绿色像素pg。给像素组g2只分配红色像素pr。给像素组g3只分配绿色像素pg。给像素组g4只分配蓝色像素pb。除此之外，摄像元件2c的构成与根据上述第一实施方案的摄像元件2的构成大致相
同。
[0133]
(第一实施方案的第四变形例)
[0134]
图10示意性地示出了根据第一实施方案的第四变形例(变形例1-4)的摄像元件2d的水平截面的构成例。图10的(a)和图10的(b)分别对应于示出根据上述第一实施方案的摄像元件2的图3的(a)和图3的(b)。
[0135]
在摄像元件2d中，给一个像素ir分配以两行两列排列的四个像素组g1至g4。分别给像素组g1至g3分配以两行两列排列的4个像素p。给像素组g4只分配3个像素p。给像素组g1只分配绿色像素pg。给像素组g2只分配红色像素pr。给像素组g3只分配绿色像素pg。注意，像素组g3中的四个绿色像素pg中的一个被相位差检测像素pd替换。相位差检测像素pd被设置成跨越像素组g3的区域和像素组g4的区域。相位差检测像素pd包括位于像素组g3的区域中的子像素pd-r和位于像素组g4的区域中的子像素pd-l。子像素pd-r和子像素pd-l包括具有一个椭圆形平面形状的片上透镜54pd。期望各个摄像元件2d中包括相位差检测像素pd的像素p的排列图案都相同。应当注意，在摄像元件2d中，相位差检测像素pd以外的像素p不具有子像素。除了这些点之外，摄像元件2d的构成与根据上述第一实施方案的摄像元件2的构成大致相同。
[0136]
(第一实施方案的第五变形例)
[0137]
图11示意性地示出了根据第一实施方案的第五变形例(变形例1-5)的摄像元件2e的水平截面的构成例。图11的(a)和图11的(b)分别对应于示出根据上述第一实施方案的摄像元件2的图3的(a)和图3的(b)。
[0138]
在摄像元件2e中，仅绿色像素pg包括子像素pg1和pg2，并且红色像素pr和蓝色像素pb不包括子像素。换句话说，仅绿色像素pg可用作相位差检测像素。除此之外，摄像元件2e的构成与根据上述第一实施方案的摄像元件2的构成大致相同。
[0139]
(第一实施方案的第六变形例)
[0140]
图12示意性地示出了根据第一实施方案的第六变形例(变形例1-6)的摄像元件2f的水平截面的构成例。图12的(a)和图12的(b)分别对应于示出根据上述第一实施方案的摄像元件2的图3的(a)和图3的(b)。
[0141]
摄像元件2f的构成除了布置相位差检测像素pd的位置不同之外，与根据上述第一实施方案的第四变形例的摄像元件2d的构成大致相同。具体地，相位差检测像素pd被设置成跨越像素组g1的区域和像素组g2的区域。
[0142]
(第一实施方案的第七变形例)
[0143]
图13示意性地示出了根据第一实施方案的第七变形例(变形例1-7)的摄像元件2g的水平截面的构成例。图13的(a)和图13的(b)分别对应于示出根据上述第一实施方案的摄像元件2的图3的(a)和图3的(b)。
[0144]
摄像元件2g的构成除了一些绿色像素pg包括遮光膜zl或遮光膜zr以及像素p不包括子像素之外，与根据上述第一实施方案的第三变形例的摄像元件2c的构成大致相同。具体地，在像素组g3的四个绿色像素pg中，例如，在x轴方向上彼此相邻的第一绿色像素pg和第二绿色像素pg包括遮光膜zl或遮光膜zr。包括遮光膜zl的第一绿色像素pg和包括遮光膜zr的第二绿色像素pg可分别用作相位差检测像素。
[0145]
《2.第二实施方案》
laser)来构造发光装置310。作为光电探测器320检测从发光装置310发出的光l2的方法，例如，可以采用itof方法；然而，方法不限于此。在itof方法中，光电转换部例如能够通过飞行时间(time-of-flight；tof)测量到被摄体300的距离。作为光电探测器320检测从发光装置310发出的光l2的方法，例如可以采用结构光方法或立体视觉方法。例如，在结构光方法中，将具有预定图案的光投射到被摄体300上，并且分析图案的失真情况，从而能够测量光电探测系统301和被摄体300之间的距离。另外，在立体视觉方法中，例如，使用两个以上的照相机来获得从两个以上的不同视点观察被摄体300时该被摄体300的两个以上的图像，从而能够测量光电探测系统301和被摄体之间的距离。应当注意，可以通过系统控制部330同步控制发光装置310和光电探测器320。
[0154]
《4.电子设备的适用例》
[0155]
图18是示出本技术适用的电子设备2000的构成例的框图。电子设备2000例如具有作为照相机的功能。
[0156]
电子设备2000包括：包括透镜组等的光学部2001、上述固态摄像装置1等(以下称为固态摄像装置1等)适用的光电探测器2002、以及作为相机信号处理电路的dsp(digital signal processor：数字信号处理器)电路2003。另外，电子设备2000还包括帧存储器2004、显示部2005、记录部2006、操作部2007和电源部2008。dsp电路2003、帧存储器2004、显示部2005、记录部2006、操作部2007和电源部2008通过总线2009彼此连接。
[0157]
光学部2001获取来自被摄体的入射光(图像光)，并且在光电探测器2002的成像面上形成入射光的图像。光电探测器2002以像素为单位将由光学部2001在成像面上形成图像的入射光的光量转换为电信号，并且将该电信号作为像素信号输出。
[0158]
显示部2005例如包括诸如液晶面板和有机el面板等面板型显示装置，并且显示由光电探测器2002拍摄的运动图像或静止图像。记录部2006将由光电探测器2002拍摄的运动图像或静止图像记录在诸如硬盘或半导体存储器等记录介质上。
[0159]
操作部2007由用户操作，以发出用于电子设备2000的各种功能的操作指令。电源部2008适当地向dsp电路2003、帧存储器2004、显示部2005、记录部2006和操作部2007提供作为这些供给对象的操作电源的各种电源。
[0160]
如上所述，通过使用上述固态摄像装置1等作为光电探测器2002，可以期望获得良好的图像。
[0161]
《5.体内信息获取系统的应用例》
[0162]
根据本公开的技术(本技术)可适用于各种产品。例如，根据本公开的技术可以应用于内窥镜手术系统。
[0163]
图19是示出使用能够应用根据本公开实施方案的技术(本技术)的胶囊型内窥镜的患者的体内信息获取系统的示意性构成的示例的框图。
[0164]
体内信息获取系统10001包括胶囊型内窥镜10100和外部控制装置10200。
[0165]
检查时患者吞咽胶囊型内窥镜10100。胶囊型内窥镜10100具有摄像功能和无线通信功能，并且在其通过蠕动运动在诸如胃或肠等器官的内部移动一段时间的同时，以预定间隔顺序地拍摄器官的内部的图像(以下称为体内图像)，直到其从患者体内自然排出。然后，胶囊型内窥镜10100通过无线传输将体内图像的信息依次传输给体外的外部控制装置10200。
[0166]
外部控制装置10200综合控制体内信息获取系统10001的操作。此外，外部控制装置10200接收从胶囊型内窥镜10100发送过来的体内图像的信息，并且基于所接收的体内图像的信息生成用于在显示装置(未示出)上显示体内图像的图像数据。
[0167]
在体内信息获取系统10001中，以这种方式在胶囊型内窥镜10100被吞下之后直到胶囊型内窥镜10100被排出的时间段内的任何时间，可以获取对患者体内的状态进行成像的体内图像。
[0168]
下面将更详细地说明胶囊型内窥镜10100和外部控制装置10200的构成和功能。
[0169]
胶囊型内窥镜10100包括胶囊型壳体10101，在胶囊型壳体10101中，容纳有光源单元10111、摄像单元10112、图像处理单元10113、无线通信单元10114、供电单元10115、电源单元10116和控制单元10117。
[0170]
例如，光源单元10111包括诸如发光二极管(led：light emitting diode)等光源，并且将光照射到摄像单元10112的成像视场上。
[0171]
摄像单元10112包括摄像元件和光学系统，该光学系统包括设置在该摄像元件的前一级的多个透镜。照射在作为观察对象的身体组织上的光的反射光(以下称为观察光)通过光学系统会聚，并被引入到摄像元件中。在摄像单元10112中，入射的观察光通过摄像元件进行光电转换，由此生成与观察光对应的图像信号。由摄像单元10112生成的图像信号被提供给图像处理单元10113。
[0172]
图像处理单元10113包括诸如中央处理单元(cpu；central processing unit)或图形处理单元(gpu；graphics processing unit)等处理器，并且对由摄像单元10112生成的图像信号执行各种信号处理。因此，图像处理单元10113将已经执行了信号处理的图像信号作为原始(raw)数据提供给无线通信单元10114。
[0173]
无线通信单元10114对已经由图像处理单元10113执行了信号处理的图像信号执行诸如调制处理等预定处理，并且通过天线10114a将得到的图像信号传输到外部控制装置10200。此外，无线通信单元10114通过天线10114a从外部控制装置10200接收与胶囊型内窥镜10100的驱动控制有关的控制信号。无线通信单元10114将从外部控制装置10200接收到的控制信号提供给控制单元10117。
[0174]
供电单元10115包括电力接收用的天线线圈、从天线线圈中产生的电流再生电力的电力再生电路以及升压电路(voltage booster circuit)等。供电单元10115使用非接触式充电原理产生电力。
[0175]
电源单元10116包括二次电池，并且储存由供电单元10115产生的电力。在图19中，为了避免复杂的图示，省略了表示来自电源单元10116等的电力的供应目的地的箭头标记。然而，存储在电源单元10116中的电力被供应给光源单元10111、摄像单元10112、图像处理单元10113、无线通信单元10114和控制单元10117，并且可以用于驱动光源单元10111、摄像单元10112、图像处理单元10113、无线通信单元10114和控制单元10117。
[0176]
控制单元10117包括诸如cpu等处理器，并且根据从外部控制装置10200传输来的控制信号适当地控制光源单元10111、摄像单元10112、图像处理单元10113、无线通信单元10114和供电单元10115的驱动。
[0177]
外部控制装置10200包括诸如cpu或gpu等处理器、或混合地安装有处理器和诸如存储器等存储元件的微型计算机或控制板。外部控制装置10200通过天线10200a将控制信
号传输到胶囊型内窥镜10100的控制单元10117，以控制胶囊型内窥镜10100的操作。在胶囊型内窥镜10100中，例如，可以根据来自外部控制装置10200的控制信号来改变光源单元10111中的对观察对象的光照射条件。此外，可以根据来自外部控制装置10200的控制信号来改变摄像条件(例如，摄像单元10112的帧速率或曝光值等)。此外，可以根据来自外部控制装置10200的控制信号来改变图像处理单元10113的处理内容或用于从无线通信单元10114传输图像信号的条件(例如，传输间隔或传输图像数量等)。
[0178]
此外，外部控制装置10200对从胶囊型内窥镜10100发送过来的图像信号执行各种图像处理，以生成用于在显示装置上显示所拍摄的体内图像的图像数据。作为上述图像处理，例如，能够执行如下的各种信号处理：例如，显像处理(去马赛克处理)、图像质量改善处理(带宽增强处理、超分辨率处理、降噪(nr；noise reduction)处理和/或图像稳定处理)和/或放大处理(电子变焦处理)。外部控制装置10200控制显示装置的驱动，以使显示装置显示基于所生成的图像数据的拍摄的体内图像。可选择地，外部控制装置10200还可以控制记录装置(未示出)以记录所生成的图像数据，或者控制打印装置(未示出)以通过打印输出所生成的图像数据。
[0179]
上面已经说明了可以应用根据本公开的技术的体内信息获取系统的一个示例。例如，根据本公开的技术可适用于上述构成中的摄像单元10112。因此，尽管尺寸小，也可以实现高的图像检测精度。
[0180]
《6.内窥镜手术系统的应用例》
[0181]
根据本公开的技术(本技术)适用于各种产品。例如，根据本公开的技术可以应用于内窥镜手术系统。
[0182]
图20是示出能够应用根据本公开实施方案的技术(本技术)的内窥镜手术系统的示意性构成的示例的图。
[0183]
在图20中，示出了其中手术者(医生)11131正在使用内窥镜手术系统11000对病床11133上的患者11132进行手术的状态。如图所示，内窥镜手术系统11000包括内窥镜11100、诸如气腹管11111和能量处置工具11112等其他手术工具11110、支撑其上的内窥镜11100的支撑臂装置11120以及安装有用于内窥镜手术的各种装置的推车11200。
[0184]
内窥镜11100包括镜筒11101和摄像机头11102，该镜筒11101的从其远端起的预定长度的区域被插入患者11132的体腔内，该摄像机头11102连接到镜筒11101的近端。在所示出的示例中，示出了构造为具有硬性镜筒11101的刚性内窥镜的内窥镜11100。然而，也可以将内窥镜11100构造为具有柔性镜筒11101的柔性内窥镜。
[0185]
镜筒11101在其远端具有物镜装配在其中的开口。光源装置11203连接到内窥镜11100，使得由光源装置11203生成的光通过在镜筒11101内部延伸的光导而被引入镜筒11101的远端，并且该光通过物镜照射到患者11132体腔内的观察对象上。应当注意，内窥镜11100可以是前视内窥镜，或者可以是斜视内窥镜或侧视内窥镜。
[0186]
在摄像机头11102的内部设置有光学系统和摄像元件，使得来自观察对象的反射光(观察光)通过该光学系统会聚在该摄像元件上。通过摄像元件对观察光进行光电转换，以生成与观察光相对应的电信号，即，与观察图像相对应的图像信号。将该图像信号作为原始(raw)数据传输到相机控制单元(ccu：camera control unit)11201。
[0187]
ccu 11201包括中央处理单元(cpu)、图形处理单元(gpu)等，并综合控制内窥镜
11100和显示装置11202的操作。此外，ccu 11201接收来自摄像机头11102的图像信号，并且例如，对图像信号执行诸如显影处理(去马赛克处理)等各种图像处理，以显示出基于该图像信号的图像。
[0188]
在ccu 11201的控制下，显示装置11202显示出基于已经由ccu 11201进行过图像处理的图像信号的图像。
[0189]
光源装置11203例如包括诸如发光二极管(led)等光源，并且将对手术区域进行摄像时的照射光提供给内窥镜11100。
[0190]
输入装置11204是内窥镜手术系统11000的输入接口。用户可以通过输入装置11204向内窥镜手术系统11000输入各种信息或指令。例如，用户将输入用于改变内窥镜11100的摄像条件(照射光的类型、倍率、焦距等)的指令等。
[0191]
处置工具控制装置11205控制用于组织的烧灼或切开、或血管的密封等的能量处置工具11112的驱动。气腹装置11206通过气腹管11111将气体供给到患者11132的体腔内以使该体腔膨胀，从而确保内窥镜11100的视野并确保手术者的作业空间。记录器11207是能够记录与手术有关的各种信息的装置。打印机11208是能够以诸如文本、图像或图形等各种形式打印与手术有关的各种信息的装置。
[0192]
应当注意，将对手术区域进行摄像时的照射光提供给内窥镜11100的光源装置11203可以包括白色光源，该白色光源例如包括led、激光光源或它们的组合。在白色光源包括红色、绿色和蓝色(rgb)激光光源的组合的情况下，由于能够高精度地控制各种颜色(各种波长)的输出强度和输出时序，因此能够通过光源装置11203调整所拍摄的图像的白平衡。此外，在这种情况下，如果来自rgb激光光源各者的激光束以时分的方式(time-divisionally)照射在观察对象上，并且与照射时序同步地控制摄像机头11102的摄像元件的驱动。则也能够以时分的方式拍摄分别与r、g和b颜色对应的图像。根据这种方法，即使没有为摄像元件设置滤色器，也能够获得彩色图像。
[0193]
此外，可以控制光源装置11203的驱动，使得每隔预定的时间改变将要输出的光的强度。通过与光强度的改变时序同步地控制摄像机头11102的摄像元件的驱动来以时分的方式获取图像并合成这些图像，可以生成没有曝光不足的遮挡阴影和曝光过度的高光的高动态范围图像。
[0194]
此外，光源装置11203可以被构造成提供与特殊光观察对应的预定波段的光。在特殊光观察中，例如，通过利用身体组织中的光吸收的波长依赖性，照射与普通观察时的照射光(即，白色光)相比窄带的光，执行以高对比度对诸如黏膜表层部分的血管等预定组织进行摄像的窄带域观察(窄带域成像)。可选择地，在特殊光观察中，可以执行通过照射激发光产生的荧光来获得图像的荧光观察。在荧光观察中，可以通过将激发光照射在身体组织上来执行身体组织的荧光观察(自发荧光观察)，或者可以通过将诸如吲哚菁绿(icg：indocyanine green)等试剂局部注射到身体组织中并且将与该试剂的荧光波长相对应的激发光照射在该身体组织上来获得荧光图像。光源装置11203可以被构造成提供这种适用于如上所述的特殊光观察的窄带光和/或激发光。
[0195]
图21是示出图20所示的摄像机头11102和ccu 11201的功能构成的示例的框图。
[0196]
摄像机头11102包括透镜单元11401、摄像单元11402、驱动单元11403、通信单元11404和摄像机头控制单元11405。ccu 11201包括通信单元11411、图像处理单元11412和控
制单元11413。摄像机头11102和ccu 11201通过传输电缆11400彼此可通信地连接。
[0197]
透镜单元11401是设置在与镜筒11101的连接位置处的光学系统。从镜筒11101的远端获取的观察光被引导到摄像机头11102，并被引入透镜单元11401中。透镜单元11401包括多个透镜(包括变焦透镜和聚焦透镜)的组合。
[0198]
摄像单元11402所包括的摄像元件的数量可以是一个(单板型)或多个(多板型)。在摄像单元11402被构造为多板型的情况下，例如，通过摄像元件生成分别与r、g和b相对应的图像信号，并且可以合成图像信号以获得彩色图像。摄像单元11402还可以被构造为具有一对摄像元件，用于获取与三维(3d)显示相对应的右眼图像信号和左眼图像信号。如果执行3d显示，则手术者11131可以更准确地掌握手术区域中活体组织的深度。应当注意，在摄像单元11402被构造为多板型的情况下，与各个摄像元件对应地设置多个透镜单元11401系统。
[0199]
此外，摄像单元11402可能不一定设置在摄像机头11102上。例如，摄像单元11402可以设置在镜筒11101内部物镜的正后方。
[0200]
驱动单元11403包括致动器，并且在摄像机头控制单元11405的控制下使透镜单元11401的变焦透镜和聚焦透镜沿着光轴移动预定距离。因此，可以适当地调整由摄像单元11402拍摄的图像的倍率和焦点。
[0201]
通信单元11404包括用于向ccu 11201发送各种信息和从ccu 11201接收各种信息的通信装置。通信单元11404通过传输电缆11400将从摄像单元11402获取的图像信号作为raw数据传输到ccu 11201。
[0202]
另外，通信单元11404从ccu 11201接收用于控制摄像机头11102的驱动的控制信号，并将该控制信号提供给摄像机头控制单元11405。例如，控制信号包括与摄像条件相关的信息，诸如指定拍摄的图像的帧速率的信息、指定摄像时的曝光值的信息和/或指定拍摄的图像的倍率及焦点的信息等。
[0203]
应当注意，诸如帧速率、曝光值、倍率或焦点等摄像条件可以由用户指定，或者可以由ccu 11201的控制单元11413基于获取的图像信号自动设定。在后一种情况下，在内窥镜11100中设置自动曝光(ae)功能、自动聚焦(af)功能和自动白平衡(awb)功能。
[0204]
摄像机头控制单元11405基于通过通信单元11404接收到的来自ccu 11201的控制信号来控制摄像机头11102的驱动。
[0205]
通信单元11411包括用于向摄像机头11102发送各种信息和从摄像机头11102接收各种信息的通信装置。通信单元11411接收通过传输电缆11400从摄像机头11102传输来的图像信号。
[0206]
此外，通信单元11411将用于控制摄像机头11102的驱动的控制信号发送到摄像机头11102。图像信号和控制信号可以通过电通信或光通信等发送。
[0207]
图像处理单元11412对从摄像机头11102发送过来的raw数据形式的图像信号执行各种图像处理。
[0208]
控制单元11413执行与通过内窥镜11100对手术区域等进行摄像和通过对手术区域等进行摄像而获得的拍摄图像的显示有关的各种控制。例如，控制单元11413创建用于控制摄像机头11102的驱动的控制信号。
[0209]
此外，控制单元11413基于已经由图像处理单元11412进行过图像处理的图像信
号，控制显示装置11202显示其中对手术区域等进行摄像的拍摄图像。因此，控制单元11413可以使用各种图像识别技术来识别拍摄的图像中的各种物体。例如，控制单元11413可以通过检测拍摄的图像中所包含的物体的边缘的形状、颜色等来识别诸如钳子等手术工具、特定的活体区域、出血、使用能量处置工具11112时的雾等。当控制单元11413控制显示装置11202显示拍摄的图像时，控制单元11413可以使用识别结果以与手术区域的图像重叠的方式显示各种手术支持信息。在以重叠的方式显示手术支持信息并将其呈现给手术者11131的情况下，可以减轻手术者11131的负担，并且手术者11131可以可靠地进行手术。
[0210]
将摄像机头11102和ccu 11201彼此连接的传输电缆11400是用于电信号通信的电信号电缆、用于光学通信的光纤或用于电通信和光学通信的复合电缆。
[0211]
这里，虽然在所示出的示例中，使用传输电缆11400通过有线通信进行通信，但是摄像机头11102和ccu 11201之间的通信可以通过无线通信进行。
[0212]
上面已经说明了可以应用根据本公开的技术的内窥镜手术系统的一个示例。例如，根据本公开的技术可适用于上述构成中的摄像机头11102的摄像单元11402。通过将根据本公开的技术应用于摄像单元11402，可以获得更清晰的手术区域图像，从而提高手术者对手术区域的可视性。
[0213]
应当注意，已经以内窥镜手术系统为例进行了说明，但是根据本公开的技术例如还可以应用于显微手术系统等。
[0214]
《7.移动体的应用例》
[0215]
根据本公开的技术(本技术)可适用于各种产品。例如，根据本公开的技术可以以安装在以下任何类型的移动体上的装置的形式来实现，所述移动体例如是汽车、电动汽车、混合动力汽车、摩托车、自行车、个人移动设备、飞机、无人机、轮船和机器人等。
[0216]
图22是示出作为能够应用根据本公开实施方案的技术的移动体控制系统的示例的车辆控制系统的示意性构成示例的框图。
[0217]
车辆控制系统12000包括经由通信网络12001相互连接的多个电子控制单元。在图22所示的示例中，车辆控制系统12000包括驱动系统控制单元12010、车身系统控制单元12020、车外信息检测单元12030、车内信息检测单元12040和综合控制单元12050。另外，作为综合控制单元12050的功能构成，示出了微型计算机12051、声音/图像输出部12052和车载网络接口(i/f：interface)12053。
[0218]
驱动系统控制单元12010根据各种程序来控制与车辆的驱动系统有关的设备的操作。例如，驱动系统控制单元12010用作以下设备的控制装置：诸如内燃机或驱动电机等用于产生车辆驱动力的驱动力产生设备；用于将驱动力传递至车轮的驱动力传递机构；用于调节车辆的转向角的转向机构；以及用于产生车辆的制动力的制动设备等。
[0219]
车身系统控制单元12020根据各种程序来控制设置在车身上的各种设备的操作。例如，车身系统控制单元12020用作以下设备的控制装置：无钥匙进入系统；智能钥匙系统；电动车窗装置；或者诸如前照灯、倒车灯、刹车灯、转向灯、雾灯等各种灯。在这种情况下，能够将从代替钥匙的移动设备传输来的无线电波或各种开关的信号输入到车身系统控制单元12020。车身系统控制单元12020接收这些输入的无线电波或信号，并且控制车辆的门锁装置、电动车窗装置或灯等。
[0220]
车外信息检测单元12030检测与包括车辆控制系统12000的车辆的外部有关的信
息。例如，车外信息检测单元12030与摄像部12031连接。车外信息检测单元12030使摄像部12031对车辆外部的图像进行成像，并且接收所拍摄的图像。基于所接收的图像，车外信息检测单元12030可以对诸如人、车辆、障碍物、标志或路面上的文字等物体执行检测处理或距这些物体的距离的检测处理。
[0221]
摄像部12031是接收光并输出与接收的光的光量相对应的电信号的光学传感器。摄像部12031可以将电信号作为图像输出，或者将电信号作为与所测量的距离有关的信息输出。另外，由摄像部12031接收的光可以是可见光，或者可以是诸如红外线等非可见光。
[0222]
车内信息检测单元12040检测与车辆内部有关的信息。例如，车内信息检测单元12040与检测驾驶员状态的驾驶员状态检测部12041连接。驾驶员状态检测部12041例如包括对驾驶员进行摄像的相机。基于从驾驶员状态检测部12041输入的检测信息，车内信息检测单元12040可以计算出驾驶员的疲劳程度或驾驶员的集中程度，并且可以判别出驾驶员是否在打瞌睡。
[0223]
微型计算机12051可以基于与由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获取的车辆内部或外部有关的信息，计算驱动力产生设备、转向机构或制动设备的控制目标值，并且可以向驱动系统控制单元12010输出控制指令。例如，微型计算机12051可以执行用于实现高级驾驶员辅助系统(adas：advanced driver assistance system)的功能的协调控制，该功能包括：车辆的碰撞避免或撞击减轻、基于车间距离的追随行驶、车速保持行驶、车辆的碰撞警告或车辆的车道偏离警告等。
[0224]
另外，微型计算机12051可以基于与由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获取的车辆周围有关的信息，通过控制驱动力产生设备、转向机构或制动设备等，来执行旨在实现不依赖驾驶员的操作而使车辆自主行驶的自动驾驶等的协调控制。
[0225]
另外，微型计算机12051可以基于与由车外信息检测单元12030获得的车辆外部有关的信息，向车身系统控制单元12020输出控制指令。例如，微型计算机12051可以根据由车外信息检测单元12030检测到的前车或迎面来车的位置来控制前照灯，从而执行旨在例如将远光切换为近光等防眩的协调控制。
[0226]
声音/图像输出部12052将声音和图像中的至少一者的输出信号发送到输出设备，该输出设备能够在视觉上或听觉上把信息通知给车辆的乘客或车辆的外部。在图22所示的示例中，作为输出设备，示出了音频扬声器12061、显示部12062和仪表面板12063。例如，显示部12062可以包括车载显示器和平视显示器中的至少一者。
[0227]
图23是示出摄像部12031的安装位置的示例的图。
[0228]
在图23中，摄像部12031包括摄像部12101、12102、12103、12104和12105。
[0229]
摄像部12101、12102、12103、12104和12105例如设置在车辆12100的前鼻、侧视镜、后保险杠和后门的位置以及车辆内部挡风玻璃的上部的位置。设置在前鼻处的摄像部12101和设置在车辆内部挡风玻璃的上部处的摄像部12105主要获取车辆12100前方的图像。设置在侧视镜处的摄像部12102和12103主要获取车辆12100侧面的图像。设置在后保险杠或后门处的摄像部12104主要获取车辆12100后方的图像。设置在车辆内部挡风玻璃的上部处的摄像部12105主要用于检测前方车辆、行人、障碍物、信号灯、交通标志或车道等。
[0230]
顺便提及，图23示出了摄像部12101至12104的拍摄范围的示例。摄像范围12111表示设置于前鼻处的摄像部12101的摄像范围。摄像范围12112和12113分别表示设置于侧视
镜处的摄像部12102和12103的摄像范围。摄像范围12114表示设置于后保险杠或后门处的摄像部12104的摄像范围。例如，通过叠加由摄像部12101至12104拍摄的图像数据，获得了从上方看到的车辆12100的俯瞰图像。
[0231]
摄像部12101至12104中的至少一者可以具有获取距离信息的功能。例如，摄像部12101至12104中的至少一者可以是由多个摄像元件构成的立体相机，或者可以是具有相位差检测用像素的摄像元件。
[0232]
例如，微型计算机12051可以基于从摄像部12101至12104获得的距离信息，确定与摄像范围12111至12114内的各个立体物相距的距离以及该距离的时间变化(相对于车辆12100的相对速度)，从而将如下立体物提取为前车：所述立体物尤其是在车辆12100的行驶路径上的最近的、在与车辆12100大致相同的方向上以预定速度(例如，0km/h以上)行驶的立体物。此外，微型计算机12051可以预先设定在前车的前方要保持的车间距离，并且执行自动制动控制(包括跟车停止控制)、或自动加速控制(包括跟车启动控制)等。因此，可以执行旨在不依赖驾驶员的操作而使车辆自主行驶的自动驾驶等的协调控制。
[0233]
例如，微型计算机12051可以基于从摄像部12101至12104获得的距离信息，将与立体物有关的立体物数据分类为两轮车辆、普通车辆、大型车辆、行人、电线杆和其他立体物的立体物数据，提取分类后的立体物数据，并且使用所提取的立体物数据来自动避开障碍物。例如，微型计算机12051将车辆12100周围的障碍物识别为车辆12100的驾驶员可以在视觉上识别的障碍物和车辆12100的驾驶员难以在视觉上识别的障碍物。然后，微型计算机12051确定表示与各障碍物碰撞的风险的碰撞风险。在碰撞风险等于或高于设定值并且因此存在碰撞可能性的情况下，微型计算机12051经由音频扬声器12061或显示部12062向驾驶员输出警告，并且通过驱动系统控制单元12010执行强制减速或避让转向。微型计算机12051由此可以辅助驾驶以避免碰撞。
[0234]
摄像部12101至12104中的至少一者可以是检测红外线的红外相机。例如，微型计算机12051可以通过判定摄像部12101至12104的拍摄图像中是否存在行人来识别行人。例如，这种对行人的识别是通过如下的过程来执行的：提取作为红外相机的摄像部12101至12104的拍摄图像中的特征点的过程；以及对表示物体轮廓的一系列特征点进行图案匹配处理来判别是否为行人的过程。当微型计算机12051判定摄像部12101至12104的拍摄图像中存在行人并且因此识别出该行人时，声音/图像输出部12052控制显示部12062，使得在识别出的行人上叠加并显示用于强调的方形轮廓线。声音/图像输出部12052还可以控制显示部12062，使得在期望的位置显示表示行人的图标等。
[0235]
上面已经说明了可以应用根据本公开的技术的车辆控制系统的一个示例。根据本公开的技术可适用于上述构成中的摄像部12031。通过将根据本公开的技术应用于摄像部12031，可以获得更容易看到的拍摄图像。因此，可以减少驾驶员的疲劳。
[0236]
《8.其他变形例》
[0237]
上文已经参照一些实施方案和变形例及其适用例或其应用例(以下称为“实施方案等”)说明了本公开，但本公开不限于上述实施方案等，并且可以以多种方式修改。例如，本公开不限于背面照射型图像传感器，也可适用于前面照射型图像传感器。
[0238]
另外，本公开的摄像装置可以具有摄像部和信号处理部或光学系统被整体封装的模块的形态。
[0239]
此外，在上述实施方案等中，已经以将通过光学透镜系统在成像面上形成图像的入射光的光量以像素为单位转换为电信号并将该电信号作为像素信号输出的固态摄像装置以及安装在该固态摄像装置上的摄像元件为例进行了说明；然而，本公开的光电转换元件不限于这种摄像元件。例如，只要光电转换元件检测并接收来自被摄体的光，并且通过光电转换产生与所接收的光量相对应的电荷并累积电荷即可。要输出的信号可以是图像信息的信号或测距信息的信号。
[0240]
另外，在上述实施方案等中，以作为第二光电转换部的光电转换部10是itof传感器的情况为例进行了说明；然而，本公开不限于此。即，第二光电转换部不限于检测具有红外光范围内的波长的光的光电转换部，并且可以是检测具有其他波长范围内的波长的光的光电转换部。另外，在光电转换部10不是itof传感器的情况下，可以仅设置一个传输晶体管(tg)。
[0241]
此外，在上述实施方案等中，作为本公开的光电转换元件的示例，说明了包括光电转换区域12的光电转换部10和包括有机光电转换层22的有机光电转换部20隔着中间层40层叠而成的摄像元件；然而，本公开不限于此。例如，本公开的光电转换元件可以具有其中两个有机光电转换区域层叠的构成，或者其中两个无机光电转换区域层叠的构成。另外，在上述实施方案等中，光电转换部10主要检测具有红外光范围内的波长的光并对该光进行光电转换，并且有机光电转换部20主要检测具有可见光范围内的波长的光并对该光进行光电转换；然而，本公开的光电转换元件不限于此。在本公开的光电转换元件中，第一光电转换部和第二光电转换部具有灵敏度的波长范围是可自由设定的。
[0242]
另外，本公开的光电转换元件的各个组件的组成材料不限于上述实施方案等中说明的材料。例如，在第一光电转换部或第二光电转换部接收可见光区域中的光并对该光进行光电转换的情况下，第一光电转换部或第二光电转换可以包括量子点。
[0243]
在根据本公开实施方案的光电探测器中，多个第一光电转换部在第一方向上的第一排列周期的n倍(n是自然数)与一个第二光电转换部在第一方向上的第一尺寸实质上相等，并且多个第一光电转换部在第二方向上的第二排列周期的n倍(n是自然数)与一个第二光电转换部在第二方向上的第二尺寸实质上相等。因此，可以减少多个光电转换元件的相互间的光电转换特性的变化。
[0244]
应当注意，这里说明的效果仅仅是说明性的和非限制性的，并且可以提供其他效果。另外，本技术可以具有以下构成。
[0245]
(1)
[0246]
一种光电转换元件，包括：
[0247]
第一光电转换部，其包括多个第一光电转换部分，所述多个第一光电转换部分在彼此正交的第一方向和第二方向上分别周期性地排列，并且分别检测第一波长范围中的光并分别对所述光进行光电转换；和
[0248]
第二光电转换部，其在与所述第一方向和所述第二方向都正交的层叠方向上层叠在所述多个第一光电转换部上，并且包括一个第二光电转换部分，所述第二光电转换部分检测已经透过所述多个第一光电转换部分的第二波长范围中的光并对所述光进行光电转换，其中，
[0249]
所述多个第一光电转换部分在所述第一方向上的第一排列周期的n倍(n是自然
数)与所述一个第二光电转换部分在所述第一方向上的第一尺寸实质上相等，并且
[0250]
所述多个第一光电转换部分在所述第二方向上的第二排列周期的n倍(n是自然数)与所述一个第二光电转换部分在所述第二方向上的第二尺寸实质上相等。
[0251]
(2)
[0252]
根据(1)所述的光电转换元件，其中，所述第一排列周期和所述第二排列周期实质上彼此相等，并且所述第一尺寸和所述第二尺寸实质上彼此相等。
[0253]
(3)
[0254]
根据(1)或(2)所述的光电转换元件，其中，所述第一波长范围为可见光范围，并且所述第二波长范围为红外光范围。
[0255]
(4)
[0256]
根据(1)至(3)中任一项所述的光电转换元件，其中，所述多个第一光电转换部分包括检测红色光并对红色光进行光电转换的红色光检测部分、检测绿色光并对绿色光进行光电转换的绿色光检测部分以及检测蓝色光并对蓝色光进行光电转换的蓝色光检测部分。
[0257]
(5)
[0258]
根据(4)所述的光电转换元件，其中，所述红色光检测部分、所述绿色光检测部分和所述蓝色光检测部分分别在所述第一方向和所述第二方向上周期性地排列。
[0259]
(6)
[0260]
根据(4)或(5)所述的光电转换元件，其中，均包括所述红色光检测部分、所述绿色光检测部分和所述蓝色光检测部分的一个以上的像素组在与所述一个第二光电转换部相对应的区域中周期性地排列。
[0261]
(7)
[0262]
根据(6)所述的光电转换元件，其中，在所述像素组中，所述红色光检测部分、所述绿色光检测部分和所述蓝色光检测部分以拜耳图案排列。
[0263]
(8)
[0264]
根据(1)至(7)中任一项所述的光电转换元件，其中，在所述多个第一光电转换部分中包括相位差检测像素。
[0265]
(9)
[0266]
根据(8)所述的光电转换元件，其中，一个所述相位差检测像素由所述多个第一光电转换部分中的两个或四个所述第一光电转换部分构成。
[0267]
(10)
[0268]
一种光电探测器，其设置有沿着包括彼此正交的第一方向和第二方向的平面彼此相邻的第一光电转换元件和第二光电转换元件，所述第一光电转换元件和所述第二光电转换元件分别包括：
[0269]
第一光电转换部，其包括多个第一光电转换部分，所述多个第一光电转换部分在所述第一方向和所述第二方向上周期性地排列，并且分别检测第一波长范围中的光并分别对所述光进行光电转换；和
[0270]
第二光电转换部，其在与所述第一方向和所述第二方向都正交的层叠方向上层叠在所述第一光电转换部上，并且包括一个第二光电转换部分，所述第二光电转换部分检测已经透过所述多个第一光电转换部分的第二波长范围中的光并对所述光进行光电转换，其
中，
[0271]
在所述第一光电转换元件和所述第二光电转换元件中，
[0272]
所述多个第一光电转换部分在所述第一方向上的第一排列周期的n倍(n是自然数)与所述第二光电转换部分在所述第一方向上的第一尺寸实质上相等，并且
[0273]
所述多个第一光电转换部分在所述第二方向上的第二排列周期的n倍(n是自然数)与所述第二光电转换部分在所述第二方向上的第二尺寸实质上相等。
[0274]
(11)
[0275]
根据(10)所述的光电探测器，其中，在所述第一光电转换元件中与所述第二光电转换部分相对应的所述多个第一光电转换部分的第一排列图案和在所述第二光电转换元件中与所述第二光电转换部分相对应的所述多个第一光电转换部分的第一排列图案彼此相等。
[0276]
(12)
[0277]
一种光电探测器，其设置有沿着第一面彼此相邻的第一光电转换元件和第二光电转换元件，所述第一光电转换元件和所述第二光电转换元件分别包括：
[0278]
第一光电转换部，其包括多个第一光电转换部分，所述多个第一光电转换部分分别检测第一波长范围中的光并分别对所述光进行光电转换；和
[0279]
第二光电转换部，其在与所述第一面正交的层叠方向上层叠在所述第一光电转换部分上，并且包括一个第二光电转换部分，所述第二光电转换部分检测已经透过所述多个第一光电转换部分的第二波长范围中的光并对所述光进行光电转换，其中，
[0280]
由所述第一光电转换元件中的所述第二光电转换部检测到的所述第二波长范围中的光的光量分布与由所述第二光电转换元件中的所述第二光电转换部检测到的所述第二波长范围中的光的光量分布实质上相等。
[0281]
(13)
[0282]
一种光电探测系统，其设置有发出红外光的发光装置和包括光电转换元件的光电探测器，所述光电转换元件包括：
[0283]
多个第一光电转换部，其在彼此正交的第一方向和第二方向上分别周期性地排列，并且分别检测可见光并分别对所述可见光进行光电转换；和
[0284]
第二光电转换部，其在与所述第一方向和所述第二方向都正交的层叠方向上层叠在所述第一光电转换部上，并且检测已经透过所述多个第一光电转换部的所述红外光并对所述红外光进行光电转换，其中，
[0285]
所述多个第一光电转换部在所述第一方向上的第一排列周期的n倍(n是自然数)与所述第二光电转换部在所述第一方向上的第一尺寸实质上相等，并且
[0286]
所述多个第一光电转换部在所述第二方向上的第二排列周期的n倍(n是自然数)与所述第二光电转换部在所述第二方向上的第二尺寸实质上相等。
[0287]
(14)
[0288]
一种电子设备，其设置有光学部、信号处理部和光电转换元件，所述光电转换元件包括：
[0289]
多个第一光电转换部，其在彼此正交的第一方向和第二方向上分别周期性地排列，并且分别检测第一波长范围中的光并分别对所述光进行光电转换；和
[0290]
第二光电转换部，其在与所述第一方向和所述第二方向都正交的层叠方向上层叠在所述第一光电转换部上，并且检测已经透过所述多个第一光电转换部的第二波长范围中的光并对所述光进行光电转换，其中，
[0291]
所述多个第一光电转换部在所述第一方向上的第一排列周期的n倍(n是自然数)与所述第二光电转换部在所述第一方向上的第一尺寸实质上相等，并且
[0292]
所述多个第一光电转换部在所述第二方向上的第二排列周期的n倍(n是自然数)与所述第二光电转换部在所述第二方向上的第二尺寸实质上相等。
[0293]
(15)
[0294]
一种移动体，其设置有光电探测系统，所述光电探测系统包括发光装置和光电探测器，所述发光装置发出第一波长范围中的光和第二波长范围中的光，所述光电探测器包括光电转换元件，所述光电转换元件包括：
[0295]
多个第一光电转换部，其在彼此正交的第一方向和第二方向上分别周期性地排列，并且分别检测所述第一波长范围中的光并分别对所述光进行光电转换；和
[0296]
第二光电转换部，其在与所述第一方向和所述第二方向都正交的层叠方向上层叠在所述第一光电转换部上，并且检测已经透过所述多个第一光电转换部的所述第二波长范围中的光并对所述光进行光电转换，其中，
[0297]
所述多个第一光电转换部在所述第一方向上的第一排列周期的n倍(n是自然数)与所述第二光电转换部在所述第一方向上的第一尺寸实质上相等，并且
[0298]
所述多个第一光电转换部在所述第二方向上的第二排列周期的n倍(n是自然数)与所述第二光电转换部在所述第二方向上的第二尺寸实质上相等。
[0299]
本技术要求于2020年12月16日向日本专利局提交的日本专利申请第2020-208719号的优先权，其全部内容通过引用并入本技术。
[0300]
本领域技术人员应当理解，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和改变，只要它们在所附权利要求或其等同物的范围内即可。

技术特征：
1.一种光电转换元件，包括：第一光电转换部，其包括多个第一光电转换部分，所述多个第一光电转换部分在彼此正交的第一方向和第二方向上分别周期性地排列，并且分别检测第一波长范围中的光并分别对所述光进行光电转换；和第二光电转换部，其在与所述第一方向和所述第二方向都正交的层叠方向上层叠在所述多个第一光电转换部上，并且包括一个第二光电转换部分，所述第二光电转换部分检测已经透过所述多个第一光电转换部分的第二波长范围中的光并对所述光进行光电转换，其中，所述多个第一光电转换部分在所述第一方向上的第一排列周期的n倍(n是自然数)与所述一个第二光电转换部分在所述第一方向上的第一尺寸实质上相等，并且所述多个第一光电转换部分在所述第二方向上的第二排列周期的n倍(n是自然数)与所述一个第二光电转换部分在所述第二方向上的第二尺寸实质上相等。2.根据权利要求1所述的光电转换元件，其中，所述第一排列周期和所述第二排列周期实质上彼此相等，并且所述第一尺寸和所述第二尺寸实质上彼此相等。3.根据权利要求1所述的光电转换元件，其中，所述第一波长范围为可见光范围，并且所述第二波长范围为红外光范围。4.根据权利要求1所述的光电转换元件，其中，所述多个第一光电转换部分包括检测红色光并对红色光进行光电转换的红色光检测部分、检测绿色光并对绿色光进行光电转换的绿色光检测部分以及检测蓝色光并对蓝色光进行光电转换的蓝色光检测部分。5.根据权利要求4所述的光电转换元件，其中，所述红色光检测部分、所述绿色光检测部分和所述蓝色光检测部分分别在所述第一方向和所述第二方向上周期性地排列。6.根据权利要求4所述的光电转换元件，其中，均包括所述红色光检测部分、所述绿色光检测部分和所述蓝色光检测部分的一个以上的像素组在与所述一个第二光电转换部相对应的区域中周期性地排列。7.根据权利要求6所述的光电转换元件，其中，在所述像素组中，所述红色光检测部分、所述绿色光检测部分和所述蓝色光检测部分以拜耳图案排列。8.根据权利要求1所述的光电转换元件，其中，在所述多个第一光电转换部分中包括相位差检测像素。9.根据权利要求8所述的光电转换元件，其中，一个所述相位差检测像素由所述多个第一光电转换部分中的两个或四个所述第一光电转换部分构成。10.一种光电探测器，其设置有沿着包括彼此正交的第一方向和第二方向的平面彼此相邻的第一光电转换元件和第二光电转换元件，所述第一光电转换元件和所述第二光电转换元件分别包括：第一光电转换部，其包括多个第一光电转换部分，所述多个第一光电转换部分在所述第一方向和所述第二方向上周期性地排列，并且分别检测第一波长范围中的光并分别对所述光进行光电转换；和第二光电转换部，其在与所述第一方向和所述第二方向都正交的层叠方向上层叠在所述第一光电转换部上，并且包括一个第二光电转换部分，所述第二光电转换部分检测已经透过所述多个第一光电转换部分的第二波长范围中的光并对所述光进行光电转换，其中，
在所述第一光电转换元件和所述第二光电转换元件中，所述多个第一光电转换部分在所述第一方向上的第一排列周期的n倍(n是自然数)与所述第二光电转换部分在所述第一方向上的第一尺寸实质上相等，并且所述多个第一光电转换部分在所述第二方向上的第二排列周期的n倍(n是自然数)与所述第二光电转换部分在所述第二方向上的第二尺寸实质上相等。11.根据权利要求10所述的光电探测器，其中，在所述第一光电转换元件中与所述第二光电转换部分相对应的所述多个第一光电转换部分的第一排列图案和在所述第二光电转换元件中与所述第二光电转换部分相对应的所述多个第一光电转换部分的第一排列图案彼此相等。12.一种光电探测器，其设置有沿着第一面彼此相邻的第一光电转换元件和第二光电转换元件，所述第一光电转换元件和所述第二光电转换元件分别包括：第一光电转换部，其包括多个第一光电转换部分，所述多个第一光电转换部分分别检测第一波长范围中的光并分别对所述光进行光电转换；和第二光电转换部，其在与所述第一面正交的层叠方向上层叠在所述第一光电转换部分上，并且包括一个第二光电转换部分，所述第二光电转换部分检测已经透过所述多个第一光电转换部分的第二波长范围中的光并对所述光进行光电转换，其中，由所述第一光电转换元件中的所述第二光电转换部检测到的所述第二波长范围中的光的光量分布与由所述第二光电转换元件中的所述第二光电转换部检测到的所述第二波长范围中的光的光量分布实质上相等。13.一种光电探测系统，其设置有发出红外光的发光装置和包括光电转换元件的光电探测器，所述光电转换元件包括：多个第一光电转换部，其在彼此正交的第一方向和第二方向上分别周期性地排列，并且分别检测可见光并分别对所述可见光进行光电转换；和第二光电转换部，其在与所述第一方向和所述第二方向都正交的层叠方向上层叠在所述第一光电转换部上，并且检测已经透过所述多个第一光电转换部的所述红外光并对所述红外光进行光电转换，其中，所述多个第一光电转换部在所述第一方向上的第一排列周期的n倍(n是自然数)与所述第二光电转换部在所述第一方向上的第一尺寸实质上相等，并且所述多个第一光电转换部在所述第二方向上的第二排列周期的n倍(n是自然数)与所述第二光电转换部在所述第二方向上的第二尺寸实质上相等。14.一种电子设备，其设置有光学部、信号处理部和光电转换元件，所述光电转换元件包括：多个第一光电转换部，其在彼此正交的第一方向和第二方向上分别周期性地排列，并且分别检测第一波长范围中的光并分别对所述光进行光电转换；和第二光电转换部，其在与所述第一方向和所述第二方向都正交的层叠方向上层叠在所述第一光电转换部上，并且检测已经透过所述多个第一光电转换部的第二波长范围中的光并对所述光进行光电转换，其中，所述多个第一光电转换部在所述第一方向上的第一排列周期的n倍(n是自然数)与所述第二光电转换部在所述第一方向上的第一尺寸实质上相等，并且
所述多个第一光电转换部在所述第二方向上的第二排列周期的n倍(n是自然数)与所述第二光电转换部在所述第二方向上的第二尺寸实质上相等。15.一种移动体，其设置有光电探测系统，所述光电探测系统包括发光装置和光电探测器，所述发光装置发出第一波长范围中的光和第二波长范围中的光，所述光电探测器包括光电转换元件，所述光电转换元件包括：多个第一光电转换部，其在彼此正交的第一方向和第二方向上分别周期性地排列，并且分别检测所述第一波长范围中的光并分别对所述光进行光电转换；和第二光电转换部，其在与所述第一方向和所述第二方向都正交的层叠方向上层叠在所述第一光电转换部上，并且检测已经透过所述多个第一光电转换部的所述第二波长范围中的光并对所述光进行光电转换，其中，所述多个第一光电转换部在所述第一方向上的第一排列周期的n倍(n是自然数)与所述第二光电转换部在所述第一方向上的第一尺寸实质上相等，并且所述多个第一光电转换部在所述第二方向上的第二排列周期的n倍(n是自然数)与所述第二光电转换部在所述第二方向上的第二尺寸实质上相等。

技术总结
本发明提供了一种高功能的光电转换元件。该光电转换元件包括：多个第一光电转换部，其在彼此正交的第一方向和第二方向上分别周期性地排列，多个第一光电转换部分别检测第一波长区域中的光并进行光电转换；和一个第二光电转换部，其在与第一方向和第二方向都正交的层叠方向上层叠在第一光电转换部上，所述第二光电转换部检测已经透过多个第一光电转换部的第二波长区域中的光并进行光电转换。多个第一光电转换部在第一方向上的第一排列周期的n倍(n是自然数)与一个第二光电转换部在第一方向上的第一尺寸实质上相等，并且多个第一光电转换部在第二方向上的第二排列周期的n倍(n是自然数)与一个第二光电转换部在第二方向上的第二尺寸实质上相等。二尺寸实质上相等。二尺寸实质上相等。


技术研发人员：大久保智弘 津野仁志 富樫秀晃 栗田畅之 田村崇人 高田哲朗 河合信宏 平松智记 定荣正大 村田贤一 辻合秀起
受保护的技术使用者：索尼半导体解决方案公司
技术研发日：2021.12.03
技术公布日：2023/7/12