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WO2018037862A1 - 撮像素子および撮像システム - Google Patents

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WO2018037862A1
WO2018037862A1 PCT/JP2017/028031 JP2017028031W WO2018037862A1 WO 2018037862 A1 WO2018037862 A1 WO 2018037862A1 JP 2017028031 W JP2017028031 W JP 2017028031W WO 2018037862 A1 WO2018037862 A1 WO 2018037862A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light
photoelectric conversion
light receiving
unit
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2017/028031
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
正博 壽圓
高木　徹
修 猿渡
航 船水
奏太 中西
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
Priority to CN201780051764.5A priority Critical patent/CN109644246B/zh
Priority to JP2018535563A priority patent/JP6750680B2/ja
Priority to EP17843348.8A priority patent/EP3490248B1/en
Publication of WO2018037862A1 publication Critical patent/WO2018037862A1/ja
Priority to US16/283,058 priority patent/US11057578B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/80—Constructional details of image sensors
    • H10F39/807—Pixel isolation structures
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
    • H04N25/75—Circuitry for providing, modifying or processing image signals from the pixel array
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/10—Integrated devices
    • H10F39/12—Image sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/80—Constructional details of image sensors
    • H10F39/806—Optical elements or arrangements associated with the image sensors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/4861—Circuits for detection, sampling, integration or read-out
    • G01S7/4863—Detector arrays, e.g. charge-transfer gates

Definitions

  • the present invention relates to an imaging device and an imaging system.
  • an image sensor having a plurality of pixels has a delay (skew) in timing of reading a signal because a wiring distance for transmitting a drive pulse is different for each pixel.
  • the skew is reduced to 1/4 or 1/16 by providing the internal dividing point of the drive control line inside the image sensor (see, for example, Patent Document 1).
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-50566
  • the conventional image sensor cannot sufficiently reduce the skew. Further, in the conventional image sensor, the wiring of the drive control line is complicated.
  • the drive light is arranged corresponding to a plurality of photoelectric conversion units and a plurality of blocks each composed of one or a plurality of photoelectric conversion units, and instructs driving of the photoelectric conversion units.
  • an image sensor having a plurality of light receiving units that output drive signals to corresponding photoelectric conversion units.
  • an imaging system comprising: the imaging device according to the first aspect; and a light emitting unit that is spaced apart from the plurality of light receiving units and emits drive light to the plurality of light receiving units. To do.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining a calibration measurement driving principle according to a third embodiment.
  • a cross-sectional view of the light emitting substrate 30 and a more detailed configuration of the adjustment unit 50 are shown.
  • FIG. 1 shows an outline of the configuration of the image sensor 100.
  • the imaging device 100 of this example includes a photoelectric conversion substrate 10, a light receiving substrate 20, a light emitting substrate 30, an intermediate layer 40, and an adjustment unit 50.
  • the photoelectric conversion substrate 10 has a plurality of photoelectric conversion units 11.
  • the photoelectric conversion substrate 10 has N ⁇ M photoelectric conversion units 11 arranged two-dimensionally.
  • the photoelectric conversion unit 11 in this example is pixels arranged in a matrix in a two-dimensional plane.
  • the photoelectric conversion unit 11 generates a charge corresponding to the intensity of the received light.
  • the photoelectric conversion unit 11 accumulates the generated charges and outputs a signal corresponding to the accumulated amount of charges.
  • the photoelectric conversion unit 11 includes a circuit such as a photoelectric conversion element and a transistor that performs a reset operation and a read operation of accumulated charges accumulated in the photoelectric conversion element.
  • the light receiving substrate 20 outputs an accumulation signal TX to the photoelectric conversion substrate 10 in accordance with the received drive light DL.
  • the light receiving substrate 20 is collectively pulse-driven by collectively receiving the drive light DL. Thereby, the light receiving substrate 20 can supply the photoelectric conversion substrate 10 with a highly accurate (low skew) accumulation signal TX.
  • the accumulation signal TX controls the accumulation time of charges generated by the photoelectric conversion elements of the photoelectric conversion unit 11.
  • the light receiving substrate 20 may be formed by being laminated on the photoelectric conversion substrate 10.
  • the light receiving substrate 20 may include an analog-digital conversion (ADC) circuit that digitally converts an analog pixel signal indicating the amount of light received by the photoelectric conversion substrate 10.
  • the light receiving substrate 20 has a plurality of light receiving portions 21 arranged corresponding to the respective photoelectric conversion portions 11.
  • the light receiving unit 21 is arranged corresponding to each photoelectric conversion unit 11 or each block.
  • a block indicates a set of an arbitrary number of photoelectric conversion units 11.
  • the light receiving unit 21 outputs the accumulation signal TX to the corresponding photoelectric conversion unit 11 according to the received drive light DL, and controls the accumulation time of the photoelectric conversion unit 11.
  • N ⁇ M light receiving units 21 are arranged in a matrix, and the accumulation time of the corresponding photoelectric conversion unit 11 is controlled.
  • the light receiving unit 21 is arranged for each block, the light receiving unit 21 is arranged corresponding to the block, and collectively controls the accumulation time of the photoelectric conversion unit 11 included in the corresponding block.
  • the light emitting substrate 30 controls the timing at which the light receiving unit 21 outputs the accumulation signal TX by irradiating the light receiving unit 21 with the driving light DL.
  • the light emitting substrate 30 can suppress the skew of the accumulated signal TX by irradiating the light receiving unit 21 with the driving light DL in a lump compared with the lump driving using the electric signal.
  • the light emitting substrate 30 includes a plurality of light emitting units 31 that irradiate the light receiving unit 21 with the driving light DL.
  • the light emitting substrate 30 of this example is formed by being laminated on the light receiving substrate 20.
  • the light emitting substrate 30 may be provided outside the imaging device 100. Note that the light emitting substrate 30 may include an optical driving circuit and a signal processing circuit.
  • the light emitting unit 31 is provided corresponding to the light receiving unit 21 and emits the driving light DL to the corresponding one or more light receiving units 21.
  • the light emitting units 31 in this example are provided in one-to-one correspondence with the light receiving units 21, but may be smaller than the number of the light receiving units 21.
  • the light emitting units 31 are provided in one-to-one correspondence with the light receiving units 21, they are arranged in a matrix corresponding to the light receiving units 21.
  • the light emission part 31 is provided corresponding to the some light-receiving part 21, the light emission part 31 is arrange
  • the light emitting unit 31 is a near infrared laser diode (NIR-LD) array or a near infrared light emitting diode (NIR-LED) array.
  • NIR-LD near infrared laser diode
  • NIR-LED near inf
  • the intermediate layer 40 is disposed between the light receiving substrate 20 and the light emitting substrate 30 and propagates the drive light DL from the light emitting unit 31 to the light receiving unit 21.
  • the intermediate layer 40 has a configuration for propagating drive light DL such as a transparent substrate and an optical fiber. Further, if the light receiving substrate 20 and the light emitting substrate 30 are formed apart from each other, the intermediate layer 40 becomes the atmosphere.
  • the intermediate layer 40 may diffuse the driving light DL and propagate it to the light receiving unit 21, or may convert the driving light DL into parallel light and propagate it to the light receiving unit 21. For example, the intermediate layer 40 can maintain the simultaneity of the drive command even if the number of the light emitting units 31 is reduced by diffusing the drive light DL with the light diffusion member.
  • the adjusting unit 50 adjusts the timing at which the light emitting unit 31 emits the drive light DL. For example, the adjustment unit 50 performs adjustment so that the light emitting unit 31 emits the drive light DL in a lump. Further, the adjustment unit 50 may perform adjustment so that the driving light DL is received at a time on the light receiving substrate 20. In this case, the adjustment unit 50 inputs a feedback signal based on the timing at which the light receiving unit 21 receives the drive light DL to the corresponding light emitting unit 31. Note that the adjustment unit 50 may be provided corresponding to each photoelectric conversion unit 11 or each block.
  • the image sensor 100 of this example supplies the accumulation signal TX using the driving light DL adjusted for each photoelectric conversion unit 11 or each block. Thereby, the image sensor 100 can reduce the skew.
  • FIG. 2 shows an example of the configuration of the image sensor 100 having a multichip structure.
  • the image sensor 100 of this example includes a photoelectric conversion substrate 10, a light receiving substrate 20, and a light emitting substrate 30. Note that the image sensor 100 is provided corresponding to the lens 1.
  • the photoelectric conversion substrate 10 is a pixel chip provided with a plurality of photoelectric conversion units 11.
  • the light receiving substrate 20 is a drive chip having a drive circuit and an ADC circuit.
  • the chip for the photoelectric conversion substrate 10 and the chip for the light receiving substrate 20 are provided in a stacked manner.
  • the photoelectric conversion substrate 10 and the light receiving substrate 20 include a surface on the photoelectric conversion substrate 10 where the photoelectric conversion unit 11 receives external light, and a surface on the light receiving substrate 20 where the light receiving unit 21 receives the driving light DL. Are laminated so as to be opposite to each other. External light refers to light received by the photoelectric conversion unit 11.
  • the photoelectric conversion unit 11 and the light receiving unit 21 are electrically connected by wiring that connects the chips.
  • the light emitting substrate 30 is a chip for optical drive and signal processing.
  • the chip for the light emitting substrate 30 is provided apart from the stacked structure of the photoelectric conversion substrate 10 and the light receiving substrate 20.
  • the intermediate layer 40 is the atmosphere.
  • the light emitting substrate 30 drives the accumulation signal TX at a time by irradiating the light receiving substrate 20 with the driving light DL.
  • the chip for the light emitting substrate 30 may be provided by being stacked on the chip for the photoelectric conversion substrate 10 and the chip for the light receiving substrate 20.
  • the light emitting substrate 30 and the light receiving substrate 20 have a surface on the light emitting substrate 30 on the side where the light emitting unit 31 emits the driving light DL and a surface on the light receiving substrate 20 on the side where the light receiving unit 21 receives the driving light DL. They are stacked facing each other.
  • the image sensor 100 of this example is formed by laminating the photoelectric conversion substrate 10 and the light receiving substrate 20. Thereby, the image sensor 100 can reduce the skew without providing a complicated drive control line.
  • the light emitting substrate 30 is not necessarily laminated on the photoelectric conversion substrate 10 and the light receiving substrate 20.
  • FIG. 3 shows an example of a cross-sectional view of the photoelectric conversion substrate 10 in the surface direction.
  • the photoelectric conversion substrate 10 of this example includes a pixel region 12 in which a plurality of photoelectric conversion units 11 are two-dimensionally arranged.
  • the photoelectric conversion substrate 10 of this example does not have the peripheral region 13 that is a region surrounding the periphery of the photoelectric conversion unit 11 indicated by a broken line.
  • the pixel area 12 is an area where N ⁇ M photoelectric conversion units 11 are arranged in a matrix. As an example, the photoelectric conversion unit 11 and the block 14 are illustrated in the pixel region 12.
  • the block 14 includes four photoelectric conversion units 11 arranged in a 2 ⁇ 2 matrix.
  • the block 14 may be configured by an even number of photoelectric conversion units 11 or may be configured by an odd number of photoelectric conversion units 11.
  • the peripheral area 13 may be provided with a drive circuit, a processing circuit, an output circuit, and the like for scanning the drive of the photoelectric conversion substrate 10 in some cases.
  • a drive signal is supplied from the peripheral region 13 to the photoelectric conversion unit 11, a skew corresponding to the length of the wiring from the peripheral region 13 to the corresponding pixel occurs.
  • a large sensor may cause a skew of about 100 ns if no countermeasure is taken for skew delay.
  • the imaging device 100 of this example has a multi-chip structure in which layers are stacked, and a control circuit such as a light receiving unit 21 is stacked and arranged corresponding to the photoelectric conversion unit 11 or the block 14. Thereby, the dispersion
  • the image sensor 100 collectively controls a control circuit such as the stacked light receiving unit 21 using the drive light DL. Thereby, the image sensor 100 of this example can reduce the skew to 1 ns or less.
  • the image sensor 100 is particularly effective when ultra-precise time measurement is required. For example, the image sensor 100 is used in a TOF for fluorescence observation and precision light measurement.
  • the image sensor 100 can supply a highly accurate (low skew) stored TX pulse without newly preparing a complicated peripheral circuit.
  • the image sensor 100 can perform skew correction in the photoelectric conversion substrate 10 for each photoelectric conversion unit 11 or each block 14.
  • the imaging device 100 can supply a highly accurate (low skew) accumulated TX pulse even when correction is performed after signal acquisition, the skew can be reduced to such an extent that correction can be performed after signal acquisition even with an ultrafast light source. it can.
  • FIG. 4 illustrates an example of the configuration of the image sensor 100 according to the first embodiment. This figure particularly illustrates the case where the light receiving unit 21 and the light emitting unit 31 are arranged corresponding to a single photoelectric conversion unit 11.
  • the light receiving unit 21 of this example includes a synchronization circuit 23 and a light shielding unit 25.
  • the light emitting unit 31 includes a correcting unit 32 and a light emitting array 33.
  • the synchronization circuit 23 is a synchronization circuit that outputs an accumulation signal TX that is synchronized with the accumulation reference signal TX global in accordance with the drive light DL.
  • the accumulation reference signal TX global is a clock signal common to the photoelectric conversion substrate 10.
  • the synchronization circuit 23 includes a light detection circuit, a buffer circuit, and a latch circuit.
  • the synchronization circuit 23 may be provided for each photoelectric conversion unit 11 or may be provided for each block 14.
  • the synchronization circuit 23 receives the drive light DL by the photodetection circuit, and inputs a signal to the reset terminal of the latch circuit via the buffer circuit.
  • the accumulation reference signal TX global is input to the set terminal.
  • the synchronization circuit 23 outputs the accumulation signal TX i to the corresponding photoelectric conversion unit 11. Since the light receiving substrate 20 is provided to be joined to the photoelectric conversion substrate 10, there is no difference in wiring delay from the synchronization circuit 23 to the photoelectric conversion unit 11 between the pixels. Further, the synchronization circuit 23 may output the accumulation signal TX i as it is when the light detection circuit receives the drive light DL without using the accumulation reference signal TX global .
  • the light shielding unit 25 shields a part of the drive light DL and suppresses crosstalk between adjacent pixels.
  • the light shielding unit 25 is arranged corresponding to each photoelectric conversion unit 11 or each block 14. Since the light shielding unit 25 suppresses crosstalk between adjacent pixels, the light shielding unit 21 is matched with the light emission timing of the driving light DL from the light emitting unit 31 to which the light receiving unit 21 corresponds.
  • the light shielding unit 25 of this example may be configured by one stage or may be configured by multiple stages.
  • the light shielding unit 25 of this example is configured by two-stage light shielding.
  • the light emitting array 33 is connected to a plurality of light emitting elements.
  • the light emitting array 33 of this example has an NIR-LD array.
  • the light emitting array 33 may be provided corresponding to a single light receiving unit 21 or may be provided corresponding to a plurality of light receiving units 21.
  • the correction unit 32 adjusts the light emission timing of the drive light DL in the light emitting array 33 according to the signal input from the adjustment unit 50. For example, the correction unit 32 corrects the light emission timing of the drive light DL for each NIR-LD included in the light emitting array 33. Further, the correction unit 32 may collectively correct the light emission timing of the drive light DL in the plurality of NIR-LDs included in the light emitting array 33. As a result, the drive light DL is collectively input to the synchronization circuit 23 corresponding to each photoelectric conversion unit 11.
  • the intermediate layer 40 is made of a transparent base material that transmits the driving light DL.
  • the number of the light emitting arrays 33 may be reduced by forming the intermediate layer 40 with a material that is easily diffused.
  • the material of the intermediate layer 40 is determined according to the characteristics of the drive light DL.
  • the imaging element 100 may adjust the position where the light shielding unit 25 and the light emitting array 33 are arranged according to the material of the intermediate layer 40. For example, when the image sensor 100 uses a material that easily diffuses in the intermediate layer 40, the opening of the light shielding unit 25 is made small. In addition, when the image sensor 100 uses a material that does not easily diffuse in the intermediate layer 40, the opening of the light shielding portion 25 may be enlarged.
  • the imaging element 100 can reduce the skew of the accumulated signal TX by configuring the light emitting substrate 30 with a relatively small number of LD arrays. For example, the image sensor 100 can obtain an accuracy of the order of 10 ps or less without calibration if the skew is corrected by layout management and shipment settings. Note that the image sensor 100 has a structure similar to a backside illumination type (BSI: Back Side Illumination), and can be manufactured by a process similar to BSI.
  • BSI Back Side Illumination
  • FIG. 5 illustrates an example of a configuration of the imaging system 200 according to the second embodiment.
  • the imaging system 200 of this example further includes an illumination unit 70 and an illumination drive unit 75 in addition to the imaging element 100.
  • the imaging system 200 of this example irradiates the subject 2 with the reference light RL and detects excited light such as fluorescence from the subject 2 or reflected light.
  • the light emitting unit 31 uses the driving light DL from the back surface of the light receiving substrate 20 to drive the plurality of light receiving units 21 in a collective pulse manner.
  • the light emitting units 31 in this example are arranged apart from the light receiving units 21 and are configured with a smaller number than the number of the light receiving units 21. By reducing the number of light emitting units 31 with respect to the number of light receiving units 21, the effect of reducing skew increases.
  • the light emitting unit 31 is preferably separated from the light receiving unit 21 to such an extent that the equal length between pixels can be ensured.
  • the isometric property between the pixels means that the optical path length of the drive light DL can be regarded as constant regardless of the pixels.
  • the imaging element 100 of this example includes a single light emitting unit 31 for the plurality of light receiving units 21 arranged on the light receiving substrate 20. However, the imaging device 100 may include a plurality of light emitting units 31.
  • the intermediate layer 40 includes air or an optical fiber as a light transmission member that transmits the drive light DL.
  • the intermediate layer 40 may propagate the driving light DL to the light receiving unit 21 as parallel light by sufficiently separating the light receiving unit 21 and the light emitting unit 31. Further, the intermediate layer 40 may include a lens for converting the driving light DL into parallel light.
  • the imaging system 200 can simplify the configuration of the imaging chip by providing the light emitting unit 31 apart from the light receiving substrate 20.
  • the imaging chip refers to an element configured by a pixel chip having the photoelectric conversion substrate 10 and a chip stacked on the pixel chip. Simplifying the configuration of the imaging chip is effective when applied to endoscopic photography or the like.
  • the imaging system 200 can suppress heat generation of the imaging chip itself by providing the light emitting unit 31 apart from the light receiving substrate 20.
  • the illumination unit 70 illuminates the subject 2 by irradiating the subject 2 with the reference light RL. Further, the illumination unit 70 may excite the subject 2 by irradiating the subject 2 with the reference light RL.
  • the imaging system 200 captures an image of the subject 2 by detecting the reference light RL irradiated to the subject 2. The imaging system 200 captures an image of the subject 2 only during a period in which the reference light RL irradiates the subject 2.
  • the reference light RL may be light having a wavelength different from that of the driving light DL.
  • the illumination drive unit 75 controls the timing at which the illumination unit 70 irradiates the reference light RL.
  • the illumination driving unit 75 may adjust the timing of irradiating the reference light RL and the timing of irradiating the driving light DL in synchronization with the adjusting unit 50.
  • the illumination drive unit 75 causes the illumination unit 70 to irradiate the reference light RL simultaneously with the timing when the adjustment unit 50 irradiates the light emitting unit 31 with the drive light DL.
  • the illumination drive unit 75 may output a signal to the adjustment unit 50 and irradiate the drive light DL immediately after the illumination unit 70 is irradiated with the reference light RL.
  • the imaging system 200 of this example can reduce the skew to 10 ps or less by sufficiently separating the light receiving unit 21 and the light emitting unit 31.
  • the imaging system 200 of this example may be applied to endoscopic imaging and may acquire only an image synchronized with the reference light RL.
  • FIG. 6 illustrates an example of a configuration of the imaging system 200 according to the third embodiment.
  • the imaging system 200 of this example corrects a skew caused by variations or the like of the photoelectric conversion unit 11 or each block by calibration. For example, calibration is performed by measuring time for each photoelectric conversion unit 11 from a captured image.
  • the imaging system 200 of this example includes a reference plate 3, a standard pulse generator 80, and a pulse controller 85.
  • the reference pulse generator 80 irradiates the reference plate 3 with a pulse wave PW for skew correction.
  • the pulse wave PW has a predetermined pulse length in order to calibrate the skew between pixels of the accumulated signal TX.
  • the pulse wave PW is not particularly limited in the pulse length, and is appropriately set according to the calibration method.
  • the reference plate 3 reflects or diffuses the pulse wave PW incident from the standard pulse generator 80 toward the lens 1.
  • the reference plate 3 may be configured to be automatically inserted at the time of calibration.
  • the imaging system 200 of this example adjusts the emission timing of the drive light DL based on the output signals of the plurality of photoelectric conversion units 11 when the pulse wave PW is received through the reference plate 3.
  • the pulse controller 85 controls the timing at which the reference pulse generator 80 irradiates the pulse wave PW.
  • the pulse controller 85 controls the irradiation of the pulse wave PW and the accumulation signal TX so as to have a predetermined relationship.
  • the pulse control unit 85 irradiates the pulse wave PW in accordance with the rising or falling timing of the accumulation signal TX.
  • the pulse control unit 85 may irradiate the pulse wave PW in accordance with the rising or falling timing of the trigger pulse PDRST.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the calibration measurement driving principle according to the third embodiment. In this example, the case where the trigger pulse PDRST is calibrated and the case where the accumulated signal TX is calibrated are shown.
  • the trigger pulse PDRST When calibrating the trigger pulse PDRST, the trigger pulse PDRST is output during irradiation of the pulse wave PW.
  • control is performed so that the falling of the trigger pulse PDRST is included in the irradiation of the pulse wave PW.
  • the imaging system 200 measures the time from the fall of the trigger pulse PDRST to the fall of the pulse wave PW for each photoelectric conversion unit 11 or block 14.
  • the time from the falling edge of the trigger pulse PDRST to the falling edge of the pulse wave PW is particularly referred to as down position information of the trigger pulse PDRST.
  • the accumulation signal TX When calibrating the accumulation signal TX, the accumulation signal TX is output during irradiation of the pulse wave PW.
  • control is performed so that the fall of the accumulation signal TX is included during irradiation of the pulse wave PW.
  • the imaging system 200 measures the time from the fall of the pulse wave PW to the fall of the accumulation signal TX for each photoelectric conversion unit 11 or block 14.
  • the time from the fall of the pulse wave PW to the fall of the accumulation signal TX is particularly referred to as down position information of the accumulation signal TX.
  • FIG. 8 shows a cross-sectional view of the light emitting substrate 30 and a more detailed configuration of the adjustment unit 50.
  • the image sensor 100 of this example includes a temperature detection unit 60.
  • the adjustment unit 50 includes a delay circuit, a multiplexer MPX, and a storage unit 51.
  • the temperature detection unit 60 detects the temperature of the image sensor 100.
  • the temperature detection unit 60 of this example is provided on the light emitting substrate 30, but may be provided on each of the photoelectric conversion substrate 10 and the light receiving substrate 20.
  • one temperature detection unit 60 in this example is provided at the end of the light emitting substrate 30, but a plurality of temperature detection units 60 may be provided in the plane of the light emitting substrate 30.
  • the adjustment unit 50 may adjust the timing of emitting the drive light DL for each photoelectric conversion unit 11 using the temperature of the temperature detection unit 60 corresponding to each photoelectric conversion unit 11.
  • the adjustment unit 50 acquires the down position information of the trigger pulse PDRST or the accumulation signal TX. Further, the adjustment unit 50 averages the acquired down position information for each photoelectric conversion unit 11 a plurality of times. The adjustment unit 50 calculates correction data for each photoelectric conversion unit 11. The adjustment unit 50 adjusts the light emission timing of the drive light DL based on the temperature detected by the temperature detection unit 60. The adjustment unit 50 may be provided for each photoelectric conversion unit 11 or each block 14.
  • the storage unit 51 stores the correction data calculated by the adjustment unit 50.
  • the correction data is the down position information of the trigger pulse PDRST or the accumulation signal TX.
  • the correction data is data based on the temperature detected by the temperature detection unit 60.
  • the image sensor 100 may adjust the emission timing of the drive light DL based on correction data corresponding to the temperature detected by the temperature detection unit 60 by storing a correction data table for each temperature in advance.
  • the storage unit 51 updates data stored at the start of shooting.
  • the storage unit 51 may be updated periodically at a predetermined cycle.
  • the adjustment unit 50 includes a plurality of delay circuits, and delays the accumulated signal TX i by different delay times.
  • the delayed accumulated signal TX i is input to the multiplexer MPX and outputs an accumulated signal TX o corresponding to the correction data stored in the storage unit 51.
  • the adjustment unit 50 outputs the accumulation signal TX at timing according to the down position information and the temperature detected by the temperature detection unit 60. That is, the adjustment unit 50 adjusts the timing for outputting the accumulation signal TX i so that signals are simultaneously output from the plurality of photoelectric conversion units 11 or blocks.

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Abstract

スキューを低減した撮像素子およびスキューを低減した撮像システムを提供する。複数の光電変換部と、各々が１または複数の光電変換部で構成される複数のブロックに対応して配置され、光電変換部の駆動を指示する駆動光を受光して、対応する光電変換部に駆動信号を出力する複数の受光部とを有する撮像素子を提供する。また、当該撮像素子と、複数の受光部と離間して配置され、駆動光を複数の受光部に発光する発光部とを備える撮像システムを提供する。

Description

撮像素子および撮像システム
　本発明は、撮像素子および撮像システムに関する。
　従来、複数の画素を有する撮像素子は、駆動パルスを送信するための配線距離が画素毎に異なるため、信号を読み出すタイミングに遅延（スキュー）が生じていた。従来の撮像素子は、駆動制御線の内分点を撮像素子の内部に設けることで、スキューを１／４、または１／１６に低減させていた（例えば、特許文献１参照）。
　特許文献１　特開２００６－５０５６６号公報
　しかしながら、従来の撮像素子では、スキューを十分に低減することができなかった。また、従来の撮像素子では、駆動制御線の配線が複雑となっていた。
　本発明の第１の態様においては、複数の光電変換部と、各々が１または複数の光電変換部で構成される複数のブロックに対応して配置され、光電変換部の駆動を指示する駆動光を受光して、対応する光電変換部に駆動信号を出力する複数の受光部とを有する撮像素子を提供する。
　本発明の第２の態様においては、第１の態様に係る撮像素子と、複数の受光部と離間して配置され、駆動光を複数の受光部に発光する発光部とを備える撮像システムを提供する。
　なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
撮像素子１００の構成の概要を示す。 マルチチップ構造を有する撮像素子１００の構成の一例を示す。 光電変換基板１０の面方向の断面図の一例を示す。 実施例１に係る撮像素子１００の構成の一例を示す。 実施例２に係る撮像システム２００の構成の一例を示す。 実施例３に係る撮像システム２００の構成の一例を示す。 実施例３に係るキャリブレーション計測駆動原理を説明するための図である。 発光基板３０の断面図および調整部５０のより詳細な構成を示す。
　以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
　図１は、撮像素子１００の構成の概要を示す。本例の撮像素子１００は、光電変換基板１０、受光基板２０、発光基板３０、中間層４０および調整部５０を備える。
　光電変換基板１０は、複数の光電変換部１１を有する。一例において、光電変換基板１０は、二次元状に配列されたＮ×Ｍ個の光電変換部１１を有する。本例の光電変換部１１は、二次元面内においてマトリクス状に配列された画素である。光電変換部１１は、受光した光の強度に応じた電荷を生じる。光電変換部１１は、生じた電荷を蓄積して、蓄積した電荷量に応じた信号を出力する。例えば、光電変換部１１は、光電変換素子、光電変換素子が蓄積した蓄積電荷のリセット動作や読み出し動作を行うトランジスタ等の回路を含む。
　受光基板２０は、受光した駆動光ＤＬに応じて、蓄積信号ＴＸを光電変換基板１０に出力する。受光基板２０は、一括して駆動光ＤＬを受光することにより、一括パルス駆動される。これにより、受光基板２０は、高精度（低スキュー）の蓄積信号ＴＸを光電変換基板１０に供給できる。蓄積信号ＴＸは、光電変換部１１の光電変換素子が発生した電荷の蓄積時間を制御する。受光基板２０は、光電変換基板１０に積層されて形成されてよい。また、受光基板２０は、光電変換基板１０における受光量を示すアナログ信号の画素信号をデジタル変換するアナログ－デジタル変換（ＡＤＣ）回路を有してもよい。受光基板２０は、各光電変換部１１に対応して配置された複数の受光部２１を有する。
　受光部２１は、光電変換部１１又はブロック毎に対応して配置される。本明細書においてブロックとは、任意の個数の光電変換部１１の集合を示す。受光部２１は、受光した駆動光ＤＬに応じて、対応する光電変換部１１に蓄積信号ＴＸを出力し、光電変換部１１の蓄積時間を制御する。例えば、受光部２１が光電変換部１１毎に設けられる場合、Ｎ×Ｍ個の受光部２１がマトリクス状に配列され、対応する光電変換部１１の蓄積時間を制御する。また、受光部２１がブロック毎に設けられる場合、受光部２１がブロックに対応して配置され、対応するブロックに含まれる光電変換部１１の蓄積時間を一括制御する。
　発光基板３０は、受光部２１に駆動光ＤＬを照射することにより、受光部２１が蓄積信号ＴＸを出力するタイミングを制御する。発光基板３０は、受光部２１に駆動光ＤＬを一括照射することにより、電気信号を用いて一括駆動するよりも蓄積信号ＴＸのスキューを抑制できる。発光基板３０は、受光部２１に駆動光ＤＬを照射する複数の発光部３１を有する。本例の発光基板３０は、受光基板２０に積層されて形成される。発光基板３０は、撮像素子１００の外部に設けられてもよい。なお、発光基板３０は、光駆動回路および信号処理回路を有してよい。
　発光部３１は、受光部２１に対応して設けられ、対応する１又は複数の受光部２１に駆動光ＤＬを発光する。本例の発光部３１は、受光部２１と一対一に対応して設けられるが、受光部２１の数よりも少なくてもよい。例えば、発光部３１が受光部２１と一対一に対応して設けられる場合、受光部２１に対応してマトリクス状に配列される。また、発光部３１が複数の受光部２１に対応して設けられる場合、発光部３１が複数の受光部２１に対応して配置され、対応する複数の受光部２１の駆動を一括制御する。例えば、発光部３１は、近赤外レーザダイオード（ＮＩＲ－ＬＤ）アレイ又は近赤外発光ダイオード（ＮＩＲ－ＬＥＤ）アレイである。
　中間層４０は、受光基板２０と発光基板３０との間に配置され、駆動光ＤＬを発光部３１から受光部２１に伝搬する。一例において中間層４０は、透明基板および光ファイバ等の駆動光ＤＬを伝搬する構成を有する。また、受光基板２０および発光基板３０を離間して形成すれば、中間層４０は大気となる。中間層４０は、駆動光ＤＬを拡散して受光部２１に伝搬してもよいし、駆動光ＤＬを平行光に変換して受光部２１に伝搬してもよい。例えば、中間層４０は、光拡散部材で駆動光ＤＬを拡散させることにより、発光部３１の数を少なくしても駆動指令の同時性を保つことができる。
　調整部５０は、発光部３１が駆動光ＤＬを発光するタイミングを調整する。例えば、調整部５０は、発光部３１が一括して駆動光ＤＬを発光するように調整する。また、調整部５０は、受光基板２０において駆動光ＤＬが一括で受光されるように調整してもよい。この場合、調整部５０は、受光部２１で駆動光ＤＬを受光するタイミングに基づいたフィードバック信号を対応する発光部３１に入力する。なお、調整部５０は、光電変換部１１又はブロック毎に対応して設けられてよい。
　以上の通り、本例の撮像素子１００は、光電変換部１１又はブロック毎に調整された駆動光ＤＬを用いて、蓄積信号ＴＸを供給する。これにより、撮像素子１００は、スキューを低減することができる。
　図２は、マルチチップ構造を有する撮像素子１００の構成の一例を示す。本例の撮像素子１００は、光電変換基板１０、受光基板２０および発光基板３０を備える。なお、撮像素子１００は、レンズ１に対応して設けられている。
　光電変換基板１０は、複数の光電変換部１１が設けられた画素チップである。受光基板２０は、駆動回路およびＡＤＣ回路を有する駆動チップである。光電変換基板１０用のチップおよび受光基板２０用のチップは、互いに積層して設けられている。例えば、光電変換基板１０および受光基板２０は、光電変換基板１０において光電変換部１１が外光を受光する側の面と、受光基板２０において受光部２１が駆動光ＤＬを受光する側の面とが、互いに反対側となるように積層される。外光とは、光電変換部１１が受光する光を指す。光電変換部１１と受光部２１とは、チップ同士を接続する配線により電気的に接続される。
　発光基板３０は、光駆動および信号処理用のチップである。発光基板３０用のチップは、光電変換基板１０および受光基板２０の積層構造と離間して設けられている。この場合、中間層４０は、大気である。発光基板３０は、駆動光ＤＬを受光基板２０に照射することにより、蓄積信号ＴＸを一括駆動させる。また、発光基板３０用のチップは、光電変換基板１０用のチップおよび受光基板２０用のチップに積層して設けられてもよい。例えば、発光基板３０および受光基板２０は、発光基板３０において発光部３１が駆動光ＤＬを発光する側の面と、受光基板２０において受光部２１が駆動光ＤＬを受光する側の面とが、互いに向き合って積層される。
　以上の通り、本例の撮像素子１００は、光電変換基板１０および受光基板２０を積層して形成する。これにより、撮像素子１００は、複雑な駆動制御線を設けることなく、スキューを低減することができる。但し、発光基板３０は、光電変換基板１０および受光基板２０に必ずしも積層させる必要はない。
　図３は、光電変換基板１０の面方向の断面図の一例を示す。本例の光電変換基板１０は、複数の光電変換部１１が二次元的に配列された画素領域１２を備える。但し、本例の光電変換基板１０は、破線で示された光電変換部１１の周囲を囲む領域である周辺領域１３を有さない。
　画素領域１２は、Ｎ×Ｍ個の光電変換部１１がマトリクス状に配列された領域である。画素領域１２には、一例として光電変換部１１およびブロック１４を図示している。ブロック１４は、２×２のマトリクス状に配列された４つの光電変換部１１で構成される。ブロック１４は、偶数個の光電変換部１１で構成されてもよいし、奇数個の光電変換部１１で構成されてもよい。
　周辺領域１３には、光電変換基板１０の駆動を走査するための駆動回路、処理回路および出力回路等が設けられる場合がある。この場合、光電変換部１１に対して周辺領域１３から駆動信号を供給するため、周辺領域１３から対応する画素までの配線の長さに応じたスキューが生じていた。例えば、大型センサでは、何らスキュー遅延の対策をしなければ、１００ｎｓ程度のスキューが生じる場合がある。
　本例の撮像素子１００は、各層を積層したマルチチップ構造を有し、光電変換部１１又はブロック１４に対応して、受光部２１等の制御回路を積層して配置している。これにより、光電変換部１１又はブロック１４の間で配線距離のばらつきが低減する。また、撮像素子１００は、積層した受光部２１等の制御回路を駆動光ＤＬを用いて一括制御する。これにより、本例の撮像素子１００は、１ｎｓ以下にスキューを低減できる。撮像素子１００は、超精密時間計測の必要な場合に特に有効である。例えば、撮像素子１００は、蛍光観測用、精密光計測用のＴＯＦに用いられる。
　以上の通り、撮像素子１００は、複雑な周辺回路を新たに用意することなく、高精度（低スキュー）の蓄積ＴＸパルスを供給できる。撮像素子１００は、光電変換基板１０内でのスキュー補正を、光電変換部１１又はブロック１４毎に行うことができる。また、撮像素子１００は、信号取得後に補正をする場合においても、高精度（低スキュー）の蓄積ＴＸパルスを供給できるので、超高速光源であっても、信号取得後に補正できる程度にスキューを低減できる。
　［実施例１］
　図４は、実施例１に係る撮像素子１００の構成の一例を示す。同図は、特に、単一の光電変換部１１に対応して受光部２１および発光部３１を配置する場合について図示する。本例の受光部２１は、同期回路２３および遮光部２５を備える。また、発光部３１は、補正部３２および発光アレイ３３を備える。
　同期回路２３は、駆動光ＤＬに応じて、蓄積基準信号ＴＸｇｌｏｂａｌと同期した蓄積信号ＴＸを出力する同期回路である。一例において蓄積基準信号ＴＸｇｌｏｂａｌは、光電変換基板１０に共通のクロック信号である。同期回路２３は、光検出回路、バッファ回路およびラッチ回路を備える。同期回路２３は、光電変換部１１毎に設けられてもよく、ブロック１４毎に設けられてもよい。同期回路２３は、光検出回路で駆動光ＤＬを受光し、バッファ回路を介してラッチ回路のリセット端子に信号を入力する。また、セット端子には、蓄積基準信号ＴＸｇｌｏｂａｌが入力される。同期回路２３は、対応する光電変換部１１に蓄積信号ＴＸｉをそれぞれ出力する。なお、受光基板２０は、光電変換基板１０に接合して設けられているので、各画素間において、同期回路２３から光電変換部１１までの配線遅延に差が生じない。また、同期回路２３は、蓄積基準信号ＴＸｇｌｏｂａｌを用いずに、光検出回路で駆動光ＤＬを受光すると蓄積信号ＴＸｉをそのまま出力してもよい。
　遮光部２５は、駆動光ＤＬの一部を遮光し、隣接する画素間のクロストークを抑制する。遮光部２５は、光電変換部１１又はブロック１４毎に対応して配置される。遮光部２５は、隣接する画素間のクロストークを抑制するので、受光部２１が対応する発光部３１からの駆動光ＤＬの発光タイミングに合わせられる。本例の遮光部２５は、１段で構成されても、多段で構成されてもよい。本例の遮光部２５は、２段遮光で構成される。
　発光アレイ３３は、複数の発光素子が連結される。本例の発光アレイ３３は、ＮＩＲ－ＬＤアレイを有する。発光アレイ３３は、単一の受光部２１に対応して設けられても、複数の受光部２１に対応して設けられてもよい。
　補正部３２は、調整部５０から入力された信号に応じて、発光アレイ３３における駆動光ＤＬの発光タイミングを調整する。例えば、補正部３２は、発光アレイ３３が有するＮＩＲ－ＬＤ毎に駆動光ＤＬの発光タイミングを補正する。また、補正部３２は、発光アレイ３３が有する複数のＮＩＲ－ＬＤにおける駆動光ＤＬの発光タイミングを一括して補正してよい。これにより、駆動光ＤＬは、各光電変換部１１に対応する同期回路２３に一括して入力される。
　中間層４０は、駆動光ＤＬを透過する透明基材で構成される。例えば、中間層４０は、透過率Ｔ＝０．５程度の材料で形成される。中間層４０を拡散しやすい材料で形成することにより、発光アレイ３３の個数を少なくしてもよい。一例において、中間層４０の材料は、駆動光ＤＬの特性に応じて決定される。撮像素子１００は、中間層４０の材料に応じて、遮光部２５および発光アレイ３３を配置する位置を調整してもよい。例えば、撮像素子１００は、中間層４０に拡散しやすい材料を用いる場合、遮光部２５の開口部を小さくする。また、撮像素子１００は、中間層４０に拡散しにくい材料を用いる場合、遮光部２５の開口部を大きくしてもよい。
　撮像素子１００は、発光基板３０を比較的少数のＬＤアレイで構成することにより、蓄積信号ＴＸのスキューを低減できる。例えば、撮像素子１００は、レイアウト管理と出荷設定でスキューを補正すれば、キャリブレーションなしで十ｐｓ以下のオーダーの精度を出せる。なお、撮像素子１００は、裏面照射型（ＢＳＩ：Ｂａｃｋ　Ｓｉｄｅ　Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ）と似た構造を有しており、ＢＳＩと同様のプロセスで製造することができる。
　［実施例２］
　図５は、実施例２に係る撮像システム２００の構成の一例を示す。本例の撮像システム２００は、撮像素子１００に加えて、照明部７０および照明駆動部７５をさらに備える。本例の撮像システム２００は、被写体２に参照光ＲＬを照射して、被写体２からの蛍光などの励起された光、又は反射光を検出する。
　発光部３１は、受光基板２０の裏面からの駆動光ＤＬを用いて、複数の受光部２１を一括パルス駆動させる。本例の発光部３１は、受光部２１と離間して配置され、受光部２１の個数よりも少ない個数で構成される。発光部３１の個数を受光部２１の個数に対して少なくすることで、スキューの低減効果が大きくなる。発光部３１は、画素間の等長性を確保できる程度に、受光部２１と離間されていることが好ましい。画素間の等長性とは、駆動光ＤＬの光路長が画素間によらず一定とみなすことができることを指す。本例の撮像素子１００は、受光基板２０に配置された複数の受光部２１に対して単一の発光部３１を備える。但し、撮像素子１００は、複数の発光部３１を備えてもよい。
　中間層４０は、駆動光ＤＬを伝達する光伝達部材として、大気又は光ファイバを備える。中間層４０は、受光部２１と発光部３１とを十分に離間させることにより、駆動光ＤＬを平行光として受光部２１に伝搬してもよい。また、中間層４０は、駆動光ＤＬを平行光に変換するためのレンズを備えてもよい。
　撮像システム２００は、発光部３１を受光基板２０から離間して設けることにより、撮像チップの構成を簡素化できる。ここで、撮像チップとは、光電変換基板１０を有する画素チップと、当該画素チップに積層されたチップで構成された素子を指す。撮像チップの構成を簡素化することにより、内視鏡撮影などに応用する場合に有効である。また、撮像システム２００は、発光部３１を受光基板２０と離間して設けることにより、撮像チップ自体の発熱を抑えられる。
　照明部７０は、被写体２に参照光ＲＬを照射して、被写体２を照明する。また、照明部７０は、被写体２に参照光ＲＬを照射することにより、被写体２を励起してもよい。撮像システム２００は、被写体２に照射された参照光ＲＬを検出することにより、被写体２の画像を撮像する。撮像システム２００は、参照光ＲＬが被写体２を照射している期間にのみ、被写体２の画像を撮像する。参照光ＲＬは、駆動光ＤＬと別波長の光であってよい。
　照明駆動部７５は、照明部７０が参照光ＲＬを照射するタイミングを制御する。照明駆動部７５は、調整部５０と同期して、参照光ＲＬを照射するタイミングと、駆動光ＤＬを照射するタイミングを調整してもよい。例えば、照明駆動部７５は、調整部５０が発光部３１に駆動光ＤＬを照射させるタイミングと同時に、照明部７０に参照光ＲＬを照射させる。また、照明駆動部７５は、照明部７０に参照光ＲＬを照射させた直後に、調整部５０に信号を出力して、駆動光ＤＬを照射させてもよい。
　本例の撮像システム２００は、受光部２１と発光部３１とを十分に離間することで、スキューを十ｐｓ以下に低減できる。本例の撮像システム２００は、内視鏡撮影に応用し、参照光ＲＬに同期した画像のみを取得してもよい。
　［実施例３］
　図６は、実施例３に係る撮像システム２００の構成の一例を示す。本例の撮像システム２００は、キャリブレーションにより、光電変換部１１又はブロック毎のばらつき等に起因するスキューを補正する。例えば、キャリブレーションは、撮像した画像から、光電変換部１１毎に時間計測をすることで行われる。本例の撮像システム２００は、参照板３、基準パルス生成部８０およびパルス制御部８５を備える。
　基準パルス生成部８０は、スキュー補正用のパルス波ＰＷを参照板３に照射する。パルス波ＰＷは、蓄積信号ＴＸの画素間のスキューをキャリブレーションするために、所定の長さのパルス長を有する。但し、パルス波ＰＷは、パルス長に特に制限はなくキャリブレーションの方法に応じて適宜設定される。
　参照板３は、基準パルス生成部８０から入射されたパルス波ＰＷを、レンズ１に向けて反射又は拡散する。参照板３は、キャリブレーション時に合わせて、自動的に挿入されるように構成されてよい。本例の撮像システム２００は、参照板３を介してパルス波ＰＷを受光したときの複数の光電変換部１１の出力信号に基づいて、駆動光ＤＬの発光タイミングを調整する。
　パルス制御部８５は、基準パルス生成部８０がパルス波ＰＷを照射するタイミングを制御する。パルス制御部８５は、パルス波ＰＷの照射と、蓄積信号ＴＸが所定の関係を有するように制御する。例えば、パルス制御部８５は、蓄積信号ＴＸの立上がり又は立下りのタイミングに合わせて、パルス波ＰＷを照射する。また、パルス制御部８５は、トリガパルスＰＤＲＳＴの立上がり又は立下りのタイミングに合わせて、パルス波ＰＷを照射してもよい。
　図７は、実施例３に係るキャリブレーション計測駆動原理を説明するための図である。本例では、トリガパルスＰＤＲＳＴをキャリブレーションする場合と、蓄積信号ＴＸをキャリブレーションする場合のそれぞれを示す。
　トリガパルスＰＤＲＳＴをキャリブレーションする場合、パルス波ＰＷの照射中に、トリガパルスＰＤＲＳＴを出力する。本例では、トリガパルスＰＤＲＳＴの立下りタイミングをキャリブレーションするために、パルス波ＰＷの照射中にトリガパルスＰＤＲＳＴの立下りが含まれるように制御する。撮像システム２００は、トリガパルスＰＤＲＳＴの立下りからパルス波ＰＷの立下りまでの時間を光電変換部１１又はブロック１４毎に計測する。なお、本明細書において、トリガパルスＰＤＲＳＴの立下りからパルス波ＰＷの立下りまでの時間を特に、トリガパルスＰＤＲＳＴのダウン位置情報と称する。
　蓄積信号ＴＸをキャリブレーションする場合、パルス波ＰＷの照射中に、蓄積信号ＴＸを出力する。本例では、蓄積信号ＴＸの立下りタイミングをキャリブレーションするために、パルス波ＰＷの照射中に蓄積信号ＴＸの立下りが含まれるように制御する。撮像システム２００は、パルス波ＰＷの立下りから蓄積信号ＴＸの立下りまでの時間を光電変換部１１又はブロック１４毎に計測する。なお、本明細書において、パルス波ＰＷの立下りから蓄積信号ＴＸの立下りまでの時間を特に、蓄積信号ＴＸのダウン位置情報と称する。
　図８は、発光基板３０の断面図および調整部５０のより詳細な構成を示す。本例の撮像素子１００は、温度検出部６０を備える。また、調整部５０は、遅延回路、マルチプレクサＭＰＸおよび記憶部５１を備える。
　温度検出部６０は、撮像素子１００の温度を検出する。本例の温度検出部６０は、発光基板３０に設けられるが、光電変換基板１０および受光基板２０にそれぞれ設けられてもよい。また、本例の温度検出部６０は、発光基板３０の端部に１つ設けられるが、発光基板３０の面内に複数の温度検出部６０が設けられてもよい。この場合、調整部５０は、各光電変換部１１に対応する温度検出部６０の温度を用いて、駆動光ＤＬを発光するタイミングを光電変換部１１毎に調整してもよい。
　調整部５０は、トリガパルスＰＤＲＳＴ又は蓄積信号ＴＸのダウン位置情報を取得する。また、調整部５０は、取得したダウン位置情報を光電変換部１１毎に複数回平均する。調整部５０は、光電変換部１１毎の補正データを算出する。また、調整部５０は、温度検出部６０が検出した温度に基づいて、駆動光ＤＬの発光タイミングを調整する。調整部５０は、光電変換部１１又はブロック１４毎に設けられてもよい。
　記憶部５１は、調整部５０が算出した補正データを格納する。例えば、補正データとは、トリガパルスＰＤＲＳＴ又は蓄積信号ＴＸのダウン位置情報である。また、補正データは、温度検出部６０が検出した温度に基づくデータである。撮像素子１００は、予め温度毎の補正データテーブルを格納しておくことにより、温度検出部６０が検出した温度に対応する補正データに基づいて、駆動光ＤＬの発光タイミングを調整してもよい。例えば、記憶部５１は、撮影開始時に格納するデータを更新する。また、記憶部５１は、所定の周期で定期的に更新してもよい。
　調整部５０は、複数の遅延回路を有し、蓄積信号ＴＸｉをそれぞれ異なる遅延時間で遅延する。遅延された蓄積信号ＴＸｉは、マルチプレクサＭＰＸに入力されて、記憶部５１に記憶した補正データに応じた蓄積信号ＴＸｏを出力する。これにより、調整部５０は、ダウン位置情報や、温度検出部６０の検出した温度に応じたタイミングで蓄積信号ＴＸを出力する。すなわち、調整部５０は、複数の光電変換部１１又はブロックから同時に信号が出力されるように、蓄積信号ＴＸｉを出力するタイミングを調整する。
　以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。
　請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
１・・・レンズ、２・・・被写体、３・・・参照板、１０・・・光電変換基板、１１・・・光電変換部、１２・・・画素領域、１３・・・周辺領域、１４・・・ブロック、２０・・・受光基板、２１・・・受光部、２３・・・同期回路、２５・・・遮光部、３０・・・発光基板、３１・・・発光部、３２・・・補正部、３３・・・発光アレイ、４０・・・中間層、５０・・・調整部、５１・・・記憶部、６０・・・温度検出部、７０・・・照明部、７５・・・照明駆動部、８０・・・基準パルス生成部、８５・・・パルス制御部、１００・・・撮像素子、２００・・・撮像システム

Claims (11)

  1. 　複数の光電変換部と、
    　各々が１または複数の前記光電変換部で構成される複数のブロックに対応して配置され、前記光電変換部の駆動を指示する駆動光を受光して、対応する前記光電変換部に駆動信号を出力する複数の受光部と
    　を有する撮像素子。
  2. 　前記複数の光電変換部を有する光電変換基板と、
    　前記光電変換基板に積層され、前記複数の受光部を有する受光基板と
    　を備え、
    　前記光電変換基板において前記光電変換部が外光を受光する側の面と、前記受光基板において前記複数の受光部が前記駆動光を受光する側の面とが、互いに反対側となるように積層される
    　請求項１に記載の撮像素子。
  3. 　前記受光基板に積層され、前記駆動光を発光する１または複数の発光部を有する発光基板を備え、
    　前記発光基板において前記発光部が前記駆動光を発光する側の面と、前記受光基板において前記複数の受光部が前記駆動光を受光する側の面とが、互いに向き合って積層される
    　請求項２に記載の撮像素子。
  4. 　前記発光部は、前記複数の受光部よりも少ない数で設けられる
    　請求項３に記載の撮像素子。
  5. 　前記複数の発光部の各々が前記駆動光を発光するタイミングを調整する調整部をさらに有する
    　請求項３または４に記載の撮像素子。
  6. 　前記複数の光電変換部は、予め定められた基準被写体に照射された基準パルスを受光し、
    　前記調整部は、前記複数の光電変換部の出力に基づいて、前記複数の発光部が前記駆動光を発光するタイミングを調整する
    　請求項５に記載の撮像素子。
  7. 　前記撮像素子の温度を検出する温度検出部をさらに備え、
    　前記調整部は、前記温度検出部の検出した温度に基づいて、前記複数の発光部が前記駆動光を発光するタイミングを調整する
    　請求項５または６に記載の撮像素子。
  8. 　前記受光基板は、前記複数の受光部のそれぞれに対応して配置され、前記駆動光の一部を遮光する遮光部をさらに備える
    　請求項２から７のいずれか一項に記載の撮像素子。
  9. 　請求項１に記載の撮像素子と、
    　前記複数の受光部と離間して配置され、前記駆動光を前記複数の受光部に発光する発光部と
    　を備える撮像システム。
  10. 　前記発光部と前記複数の受光部との間に、前記駆動光を前記複数の受光部に伝達する光伝達部材をさらに備える
    　請求項９に記載の撮像システム。
  11. 　前記複数の受光部に対して１つの前記発光部を備える
    　請求項９または１０に記載の撮像システム。
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