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公開番号2024055510
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-04-18
出願番号2022162504
出願日2022-10-07
発明の名称撮像素子および撮像装置
出願人日本放送協会
代理人個人,個人
主分類H04N 25/70 20230101AFI20240411BHJP(電気通信技術)
要約【課題】撮像素子の大面積化により画素数が増加しても、画素信号読出し時における1ライン分に要する時間を短縮でき、動画に必要な枚数の画像を取得することができ、動きの速い被写体を撮影した際にも像歪みを回避可能な撮像素子および撮像装置を提供する。
【解決手段】撮像素子101は、基板110を上下に貫通する貫通電極115を備えている。また、画素構造は、所望の数の画素120を含む駆動エリア111毎に区分され、駆動エリア111毎の配線電極118の各々に、対応する貫通電極115が電気的に接続され、かつ各駆動エリア111は、互いに並行して、これら駆動エリア111の各々に含まれる画素120を読み出す構成とされてなる。対向電極119の駆動電圧波形は、各フレーム期間毎に、所定期間が駆動期間として、その余の期間が画素120の電荷読出し処理を順次行う電荷読出し期間として設定される。
【選択図】図2

特許請求の範囲【請求項１】
上方向からの光を受けて該光が担持する被写体像情報を撮影する撮像素子において、
基板と、
該基板の所定の位置において、この基板を上下に貫通する貫通電極と、
該基板の上方に配された、画素電極と半導体素子を含む画素をアレイ状に配してなる画素構造であって、該半導体素子は外部からの読出し信号に応じて、該画素の電荷読出し処理を行うように構成された画素構造と、
所望の前記画素に電気的に接続されるとともに、これら画素同士の間を通過するように配された配線電極と、
前記画素構造の上方に配された光電変換膜と、
該光電変換膜の上方に配され、該光電変換膜を駆動する駆動期間には所定の電位に設定される対向電極と、
該対向電極の上方に配され、前記被写体像情報を前記光電変換膜上に結像させる撮像レンズと、を備え、
前記画素構造は、所望の数の前記画素を含む画素グループからなる駆動エリア毎に区分され、
前記駆動エリア毎の前記配線電極の各々に、対応する前記貫通電極が電気的に接続されるように、かつ各前記駆動エリアは、互いに並行して、これら駆動エリアの各々に含まれる画素を読み出すように構成されてなり、
前記対向電極は、各フレーム期間毎に、所定期間が前記駆動期間として、かつ、その余の期間が前記画素の電荷読出し処理を順次行う電荷読出し期間として、各々設定されてなることを特徴とする撮像素子。
続きを表示（約 610 文字）【請求項２】
前記画素は行選択トランジスタを各々備えており、前記電荷読出し期間には、電荷読出しに係る該画素の該行選択トランジスタをＯＮ状態とする読出し信号が該行選択トランジスタに印加されることを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
【請求項３】
前記撮像レンズが、複数のレンズを配列したレンズアレイからなることを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
【請求項４】
前記駆動エリアの存在によっても、前記画素構造内の前記画素は等間隔に配されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
【請求項５】
前記光電変換膜が、有機膜から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
【請求項６】
請求項２に記載の撮像素子を備え、前記対向電極を前記所定の電位に設定する駆動波形を発生する対向電圧駆動波形発生部と、前記行選択トランジスタをＯＮ状態とする前記読出し信号を発生する読出し信号発生部と、を備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項７】
前記対向電圧駆動波形発生部により生成される対向電圧駆動波形と前記読出し信号発生部により生成される読出し信号が同期して出力されるように、前記対向電圧駆動波形発生部と前記読出し信号発生部に、同期したクロック信号を出力するクロック生成部を備えたことを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、広視野角映像の取得に有利な撮像素子、特に素子の撮像面積が大サイズの撮像素子および、その撮像素子を備えた監視カメラ等の撮像装置に関するものである。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
現在の撮影システムでは、一般に、ＣＭＯＳ撮像素子とレンズを組み合わせた構成が用いられる。ＣＭＯＳ撮像素子により高精細で明るい映像を取得するためには、撮像素子のサイズを大きくするとともに受光面積を広くとる構成とすることが望まれる。
このような構成とするためには、Ｓｉ基板を大型化して多画素化する必要があるが、一般のＣＭＯＳの微細加工では大面積化に伴って製造コストが大幅に上昇する他、特にＣＭＯＳ撮像素子では、配線を素子の周辺部から外部に取り出すようにしているため、大面積化に応じて画素数が増加した場合、電荷読出し時における１ライン分の読出し時間が長くなってしまい、動画に必要な枚数の画像を取得することが困難になるという課題があった。
【０００３】
このような課題に対して、４枚のＣＭＯＳ撮像素子を組み合わせたタイル型の大面積素子に関する従来技術が知られている（下記非特許文献１を参照）。
また、大面積撮像素子を用いて広視野角映像を取得するために、大型で大重量の広角レンズに替えて、複数の小レンズからなるレンズアレイを採用し、このレンズアレイとＣＭＯＳ撮像素子を組み合わせた撮像システムが知られている（下記特許文献１～３を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２００１－６１１０９号公報
特開２００３－１６３９３８号公報
特開２００５－１６７４８４号公報
【非特許文献】
【０００５】
Hein Loijens et.al., "A 23 x 25.9cm2 RGB color CMOS Imager System for Digital Photography", IISW, R46, pp.289-292(2011)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した非特許文献１に記載の従来技術によっては、各ＣＭＯＳ撮像素子間の隣接領域における画素が欠損するとの課題の他、各ＣＭＯＳ撮像素子間での位置合わせのずれに伴う欠陥が視認されやすいという課題がある。
また、上述した特許文献１～３に記載の従来技術によっては、ＣＭＯＳ撮像素子の大面積化に伴う課題を根本的に解決することは困難である。
さらに、上述したような大面積化した撮像素子において、従来のローリングシャッタによる読出しではライン毎に露光タイミングのずれが目立つことになるため、特に、動きの速い被写体を撮影した際には像が歪む現象が発生するという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、撮像素子の大面積化により大幅に画素数が増加しても、画素信号読出し時における１ライン分に要する読出し時間を短縮し、動画に必要な枚数の画像を取得することができるとともに、動きの速い被写体を撮影した際にも像が歪む現象を回避することが可能な撮像素子および撮像装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上の目的を達成するため、本発明の撮像素子および撮像装置は以下のような構成とされている。
すなわち、本発明の撮像素子は、
上方向からの光を受けて該光が担持する被写体像情報を撮影する撮像素子において、
基板と、
該基板の所定の位置において、この基板を上下に貫通する貫通電極と、
該基板の上方に配された、画素電極と半導体素子を含む画素をアレイ状に配してなる画素構造であって、該半導体素子は外部からの読出し信号に応じて、該画素の信号読出し処理を行うように構成された画素構造と、
所望の前記画素に電気的に接続されるとともに、これら画素同士の間を通過するように配された配線電極と、
前記画素構造の上方に配された光電変換膜と、
該光電変換膜の上方に配され、該光電変換膜を駆動する駆動期間には所定の電位に設定される対向電極と、
該対向電極の上方に配され、前記被写体像情報を前記光電変換膜上に結像させる撮像レンズと、を備え、
前記画素構造は、所望の数の前記画素を含む画素グループからなる駆動エリア毎に区分され、
前記駆動エリア毎の前記配線電極の各々に、対応する前記貫通電極が電気的に接続されるように、かつ各前記駆動エリアは、互いに並行して、これら駆動エリアの各々に含まれる画素を読み出すように構成されてなり、
前記対向電極は、各フレーム期間毎に、所定期間が前記駆動期間として、かつ、その余の期間が前記画素の信号読出し処理を順次行う電荷読出し期間として、各々設定されてなることを特徴とするものである。
【０００９】
また、前記画素は行選択トランジスタを各々備えており、前記電荷読出し期間には、電荷読出しに係る該画素の該行選択トランジスタをＯＮ状態とする読出し信号が該行選択トランジスタに印加されることが好ましい。
また、前記撮像レンズが、複数のレンズを配列したレンズアレイからなることが好ましい。
【００１０】
また、前記駆動エリアの存在によっても、前記画素構造内の前記画素は等間隔に配されていることが好ましい。
また、前記光電変換膜が、有機膜から構成されていることが好ましい。
（【００１１】以降は省略されています）

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