JP2019068382A - 固体撮像装置および撮像システム - Google Patents
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Abstract
Description
図1は本実施形態における固体撮像装置のブロック図である。固体撮像装置は、例えばCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサであって、画素部1、垂直走査回路2、列回路3、水平走査回路4、出力回路5、制御回路6、列信号線11、電流源13を備える。
VD=V0−Vth1−ΔV1 (式1)
VD≧VG−Vth2 (式2)
V0=VG−Vth2−ΔV2 (式3)
VD=VG−Vth2−ΔV2−Vth1−ΔV1 (式4)
VG−Vth2−ΔV2−Vth1−ΔV1≧VG−Vth2 (式5)
−ΔV2−ΔV1≧Vth1 (式6)
VDD≧V0−Vth1 (式7)
VDD≧VG−Vth2−ΔV2−Vth1 (式8)
VG≦VDD+Vth2+Vth1+ΔV2 (式9)
VRES≦VDD+Vth2+Vth1+ΔV2 (式10)
続いて、本発明の第2実施形態における固体撮像装置について、第1実施形態と異なる構成を中心に説明する。図3は本実施形態における画素10の等価回路図である。本実施形態において、フィードバック回路15は画素10毎に設けられている。画素10において、1つのフィードバック用トランジスタ15aが1つの増幅トランジスタM3に対応して設けられ、フィードバック用トランジスタ15aのソースは電圧供給線105を介して増幅トランジスタM3のドレインにのみ接続されている。フィードバック用トランジスタ15aのゲートは配線103を介して増幅トランジスタM3のソースに接続される。
続いて、本発明の第3実施形態における固体撮像装置について、第2実施形態と異なる構成を中心に説明する。図5は本実施形態における画素10の等価回路図である。本実施形態において、画素10は転送トランジスタM1を備えておらず、光電変換部PDのN電極は浮遊拡散領域FDを構成している。このような構成の画素10においては、第1、第2実施形態と異なり、相関二重サンプリングによるノイズ除去を行うことができない。この場合、増幅トランジスタM3の信号電圧をリセット電圧VRESにフィードバックする回路を設けても良い。
続いて、本発明の第4実施形態における固体撮像装置について、第1実施形態と異なる構成を中心に説明する。図6は本実施形態における画素10の等価回路図である。画素10は、光電変換部PDA、PDB、転送トランジスタM1A、M1B、浮遊拡散領域FD、リセットトランジスタM2、増幅トランジスタM3、選択トランジスタM4を含む。光電変換部PDA、PDBは例えばフォトダイオードから構成されており、入射光による光電変換および電荷の蓄積を行なう。光電変換部PDA、PDBには共通のマイクロレンズが設けられており、マイクロレンズにより集光された光が光電変換部PDA、PDBに入射する。このように、2つの光電変換部PDA、PDBは瞳分割されている。なお、画素10を構成する光電変換部の個数は2個に限定されず、それ以上の個数であっても良い。
続いて、本発明の第5実施形態における固体撮像装置について、第4実施形態と異なる構成を中心に説明する。図7は本実施形態における画素10の等価回路図である。フィードバック回路15は画素10毎に設けられている。画素10において、1つのフィードバック用トランジスタ15aが1つの増幅トランジスタM3に対応して設けられ、フィードバック用トランジスタ15aのソースは電圧供給線105を介して増幅トランジスタM3のドレインにのみ接続されている。本実施形態においても、瞳分割の画素10における浮遊拡散領域FDの容量を実質的に無くし、若しくは極めて小さくし、信号電圧の出力ゲインを大きくすることができる。また、フィードバック回路は増幅トランジスタの駆動電流のみによって動作するため、消費電流の増加を抑制しながら、信号対雑音比を高めることが可能となる。
上述の実施形態における固体撮像装置は種々の撮像システムに適用可能である。撮像システムとして、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダ、カメラヘッド、複写機、ファックス、携帯電話、車載カメラ、観測衛星、監視カメラなどがあげられる。図8に、撮像システムの例としてデジタルスチルカメラのブロック図を示す。
図9(a)、図9(b)は、本発明の第7実施形態における車載カメラに関する撮像システムの一例を示したものである。撮像システム300は、上述した実施形態の撮像装置310を有する。撮像システム300は、撮像装置310により取得された複数の画像データに対し、画像処理を行う画像処理部312と、撮像システム300より取得された複数の画像データから視差(視差画像の位相差)の算出を行う視差取得部314を有する。また、撮像システム300は、算出された視差に基づいて対象物までの距離を算出する距離取得部316と、算出された距離に基づいて衝突可能性があるか否かを判定する衝突判定部318とを有する。ここで、視差取得部314、距離取得部316は、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段の一例である。すなわち、距離情報とは、視差、デフォーカス量、対象物までの距離等に関する情報である。衝突判定部318はこれらの距離情報のいずれかを用いて、衝突可能性を判定してもよい。距離情報取得手段は、専用に設計されたハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアモジュールによって実現されてもよい。また、FPGA(Field Programmable Gate Array)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)によって実現されてもよいし、これらの組合せによって実現されてもよい。
本発明は、上述の実施形態に限らず種々の変形が可能である。例えば、いずれかの実施形態の一部の構成を他の実施形態に追加した例や、他の実施形態の一部の構成と置換した例も、本発明の実施形態である。
2 垂直走査回路
3 列回路
4 水平走査回路
5 出力回路
6 制御回路
10 画素
11 列信号線
13 電流源
15 フィードバック回路
102 配線(第2の配線)
103 配線(第1の配線)
104 配線(第3の配線)
PD 光電変換回路
FD 浮遊拡散領域
M3 増幅トランジスタ
M4 選択トランジスタ
Claims (20)
- 光電変換部と、前記光電変換部に電気的に接続される第1の入力ノード、第1の主ノードおよび第2の主ノードを備える増幅トランジスタとを各々が有する複数の画素と、
第2の入力ノードと、第3の主ノードと、第4の主ノードとを備え、前記増幅トランジスタと同じ極性のトランジスタと、
前記複数の画素の各々の前記第1の主ノードが電気的に接続される信号線と、
前記信号線に電気的に接続される電流源とを有し、
前記第3の主ノードには電源電圧が与えられ、
前記第4の主ノードと、前記第2の主ノードとが電気的に接続され、
前記第1の主ノードと前記第2の入力ノードとが電気的に接続されることを特徴とする固体撮像装置。 - 前記複数の画素の各々が前記トランジスタを有することを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
- 前記複数の画素を各々が含む複数の画素群を有し、
前記複数の画素群のそれぞれに対応して、複数の前記信号線の各々が対応して設けられ、
前記トランジスタが、複数の前記信号線の各々に対応して設けられていることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 - 前記増幅トランジスタの前記第1の主ノードと前記トランジスタの前記第2の入力ノードとを電気的に接続する第1の配線は、平面視において、前記増幅トランジスタの前記第1の入力ノードの電極の少なくとも一部と交差することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
- 前記複数の画素の各々は、
前記増幅トランジスタの前記第1の主ノードと前記信号線との間に設けられた選択トランジスタと、
前記光電変換部に電気的に接続される浮遊拡散領域と、
前記浮遊拡散領域と前記増幅トランジスタの前記第1の入力ノードとを電気的に接続する第2の配線と、
前記選択トランジスタの入力ノードに電気的に接続された第3の配線とを備え、
前記第1の配線の少なくとも一部は、平面視において前記第2の配線と前記第3の配線との間に位置することを特徴とする請求項4に記載の固体撮像装置。 - 光電変換部と、前記光電変換部に電気的に接続される第1の入力ノード、第1の主ノードおよび第2の主ノードを備える増幅トランジスタとを各々が有する複数の画素と、
第2の入力ノードと、第3の主ノードと、第4の主ノードとを備え、前記増幅トランジスタと同じ極性のトランジスタと、
前記複数の画素の各々の前記第1の主ノードが電気的に接続される信号線と、
前記信号線に電気的に接続される電流源とを有し、
前記電流源が供給する駆動電流によって動作するフィードバック回路を有することを特徴とする固体撮像装置。 - 複数の前記信号線を備え、
前記フィードバック回路は前記信号線毎に設けられていることを特徴とする請求項6に記載の固体撮像装置。 - 前記フィードバック回路は前記画素毎に設けられていることを特徴とする請求項6に記載の固体撮像装置。
- 前記電流源は前記増幅トランジスタに駆動電流を供給することを特徴とする請求項7または8に記載の固体撮像装置。
- 前記フィードバック回路は前記トランジスタを備え、
前記トランジスタの前記第2の入力ノードは前記増幅トランジスタの前記第1の主ノードに電気的に接続され、前記トランジスタの前記第4の主ノードは前記増幅トランジスタの前記第2の主ノードに電気的に接続され、前記トランジスタの前記第3の主ノードには電源電圧が印加されることを特徴とする請求項8または9に記載の固体撮像装置。 - 前記トランジスタは、ソースフォロワ動作を行うことを特徴とする請求項10に記載の固体撮像装置。
- 前記トランジスタの極性は前記増幅トランジスタの極性と同じであって、前記トランジスタはデプレッション型であることを特徴とする請求項10または11に記載の固体撮像装置。
- 前記増幅トランジスタの前記第1の入力ノードをリセット電圧にリセットするリセットトランジスタを備え、
前記トランジスタの閾値電圧をVth1、前記トランジスタの電流値およびコンダクタンスによって定まる電圧をΔV1、前記増幅トランジスタの電流値およびコンダクタンスによって定まる電圧をΔV2とした場合において、
−ΔV2−ΔV1≧Vth1
が満たされることを特徴とする請求項12に記載の固体撮像装置。 - 前記増幅トランジスタの閾値電圧をVth2、前記リセット電圧をVRES、前記電源電圧をVDDとした場合において、
VRES≦VDD+Vth2+Vth1+ΔV2
が満たされることを特徴とする請求項13に記載の固体撮像装置。 - 前記リセット電圧VRESは前記電源電圧VDDよりも低いことを特徴とする請求項14に記載の固体撮像装置。
- 前記画素は複数の前記光電変換部を備えることを特徴とする請求項7乃至15のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
- 前記増幅トランジスタの前記第1の主ノードの領域と前記トランジスタの前記第2の入力ノードの電極とを電気的に接続する第1の配線は、平面視において、前記増幅トランジスタの前記第1の入力ノードの電極の少なくとも一部と交差することを特徴とする請求項10に記載の固体撮像装置。
- 前記増幅トランジスタの前記第1の主ノードと前記信号線との間に設けられた選択トランジスタと、
浮遊拡散領域と前記増幅トランジスタの前記第1の入力ノードの電極とを電気的に接続する第2の配線と、
前記選択トランジスタの入力ノードの電極に電気的に接続された第3の配線とを備え、
前記第1の配線の少なくとも一部は、平面視において前記第2の配線と前記第3の配線との間に位置することを特徴とする請求項17に記載の固体撮像装置。 - 請求項1〜18のいずれか1項に記載の固体撮像装置と、
前記固体撮像装置から出力された画像信号を処理する信号処理部と
を有することを特徴とする撮像システム。 - 前記画素が2つの前記光電変換部を含み、
前記信号処理部は、2つの前記光電変換部にて生成された前記画像信号をそれぞれ処理し、前記固体撮像装置から被写体までの距離情報を取得することを特徴とする請求項19に記載の撮像システム。
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