WO2018225306A1 - 固体撮像素子および撮像装置 - Google Patents
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Definitions
- This technology relates to a solid-state imaging device and an imaging apparatus.
- the present invention relates to a solid-state imaging element and an imaging apparatus in which a plurality of photoelectric conversion elements share a transistor.
- a pixel sharing structure in which a plurality of pixels share FD (Floating Diffusion) or transistors is used for the purpose of reducing the number of transistors per pixel.
- FD Floating Diffusion
- 8-pixel sharing type solid-state imaging device in which 8 pixels share a transistor group including a selection transistor, an amplification transistor, and a reset transistor has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
- the number of transistors per pixel can be reduced as compared with the case where the pixel group is not shared, and the light receiving area of the photoelectric conversion element can be increased accordingly.
- a transistor is disposed between adjacent photodiodes. Therefore, when the size of the transistor, such as the gate width, is increased, the light receiving area may need to be reduced. Therefore, it is difficult to increase the gate width of the transistor without reducing the light receiving area. Since the driving force of a transistor is proportional to the gate width, there is a problem that when the gate width is narrow, the driving force is insufficient. If the driving force of the transistor is insufficient, optical characteristics such as sensitivity are deteriorated, which is not preferable. This problem becomes conspicuous because the area per pixel decreases as the miniaturization progresses.
- the present technology has been developed in view of such a situation, and aims to improve the driving force of a transistor in a pixel sharing type solid-state imaging device.
- the present technology has been made to solve the above-described problems.
- the first aspect of the present technology includes a first charge storage unit and a second charge storage unit arranged in a predetermined direction, and a plurality of first photoelectric storage units.
- a solid-state imaging device including a first transistor that is arranged in the predetermined direction together with the first transistor and connected in parallel to the first transistor. As a result, the driving power of the transistors connected in parallel is improved.
- the first charge storage unit and the second charge storage unit generate a voltage corresponding to the amount of the stored charge
- the first transistor and the second transistor May be an amplifying transistor that amplifies and outputs the signal as the signal. This brings about the effect that the driving power of the amplification transistor is improved.
- the first aspect further includes a selection transistor and a reset transistor arranged in the predetermined direction, and the selection transistor is connected to the first transistor and the second transistor according to a predetermined selection signal and to a predetermined signal line.
- the reset transistor may initialize the first charge storage unit and the second charge storage unit. This brings about the effect that the blocks sharing the charge storage section have symmetry.
- the first aspect further includes a third transistor and a fourth transistor arranged in the predetermined direction, wherein the third transistor is connected between the first transistor and a predetermined signal line according to a predetermined selection signal.
- the fourth transistor may be a selection transistor that opens and closes a path between the third transistor and the predetermined signal line in accordance with the predetermined selection signal. As a result, the driving force of the selection transistor is improved.
- the first aspect may further include a reset transistor and a dummy transistor arranged in the predetermined direction, and the reset transistor may initialize the first charge accumulation unit and the second charge accumulation unit. This brings about the effect that the blocks sharing the charge storage section have symmetry.
- the first aspect may further include a reset transistor and a fifth transistor arranged in the predetermined direction, and the reset transistor may initialize the first charge accumulation unit and the second charge accumulation unit. . This brings about the effect that the blocks sharing the charge storage section have symmetry.
- the fifth transistor may be an amplification transistor connected in parallel with the first transistor and the second transistor. This brings about the effect that the driving power of the amplification transistor is improved.
- the fifth transistor may be a selection transistor connected in parallel with one of the third transistor and the fourth transistor. As a result, the driving force of the selection transistor is improved.
- the first aspect further includes an amplification transistor and a reset transistor arranged in the predetermined direction, and the first transistor and the second transistor are connected to the third transistor and a predetermined signal line according to a predetermined selection signal.
- the first charge storage unit and the second charge storage unit generate a voltage according to the amount of the stored charge, and the amplification transistor amplifies the voltage.
- the reset transistor may initialize the first charge storage unit and the second charge storage unit. As a result, the driving force of the selection transistor is improved.
- the first aspect further includes another transistor different from the first transistor and the second transistor, wherein one of the first transistor and the second transistor and the other transistor are in the predetermined direction. They may be arranged in a direction perpendicular to. This brings about the effect that the size of the pixel array portion in the direction perpendicular to the predetermined direction is reduced.
- the first aspect further includes another transistor different from the first transistor and the second transistor, and the first transistor, the second transistor, and the other transistor are arranged in the predetermined direction. May be. This brings about the effect that the size of the pixel array portion in the predetermined direction is reduced.
- the signal line connected to the first transistor and the second transistor may further include a wiring layer wired along the predetermined direction. This brings about the effect that the number of wirings is reduced.
- a second aspect of the present technology provides the first charge storage unit and the second charge storage unit arranged in a predetermined direction, a plurality of first photoelectric conversion elements, and the plurality of first photoelectric conversion elements to the first charge storage unit.
- a first transfer unit for transferring and storing charges to one charge storage unit; a plurality of second photoelectric conversion elements; and a charge transfer from the plurality of second photoelectric conversion elements to the second charge storage unit for storage.
- a second transfer unit a first transistor that outputs a signal corresponding to the amount of charge accumulated in each of the first charge accumulation unit and the second charge accumulation unit, and the first transistor in the predetermined direction together with the first transistor
- the imaging apparatus includes a second transistor arranged in parallel and connected in parallel to the first transistor, and a signal processing unit that performs predetermined processing on the signal.
- the present technology in the pixel sharing type solid-state imaging device, it is possible to achieve an excellent effect that the driving force of the transistor can be improved.
- the effects described here are not necessarily limited, and may be any of the effects described in the present disclosure.
- FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of the imaging apparatus 100 according to the first embodiment of the present technology.
- the imaging apparatus 100 is an apparatus for imaging image data, and includes an optical unit 110, a solid-state imaging device 200, and a DSP (Digital Signal Processing) circuit 120. Further, the imaging apparatus 100 includes a display unit 130, an operation unit 140, a bus 150, a frame memory 160, a storage unit 170, and a power supply unit 180.
- a digital camera such as a digital still camera, a smartphone or a personal computer having an imaging function is assumed.
- the optical unit 110 collects light from the subject and guides it to the solid-state imaging device 200.
- the solid-state imaging device 200 generates image data by photoelectric conversion in synchronization with a vertical synchronization signal.
- the vertical synchronization signal is a periodic signal having a predetermined frequency indicating the timing of imaging.
- the solid-state imaging device 200 supplies the generated image data to the DSP circuit 120 via the signal line 209.
- the DSP circuit 120 performs predetermined signal processing on the image data from the solid-state imaging device 200.
- the DSP circuit 120 outputs the processed image data to the frame memory 160 or the like via the bus 150.
- a configuration in which at least a part of signal processing in the DSP circuit 120 is performed in the solid-state imaging device 200 instead of the DSP circuit 120 may be employed.
- the DSP circuit 120 is an example of a signal processing unit described in the claims.
- the display unit 130 displays image data.
- a liquid crystal panel or an organic EL (Electro Luminescence) panel is assumed.
- the operation unit 140 generates an operation signal in accordance with a user operation.
- the bus 150 is a common path for the optical unit 110, the solid-state imaging device 200, the DSP circuit 120, the display unit 130, the operation unit 140, the frame memory 160, the storage unit 170, and the power supply unit 180 to exchange data with each other.
- the frame memory 160 holds image data.
- the storage unit 170 stores various data such as image data.
- the power supply unit 180 supplies power to the solid-state imaging device 200, the DSP circuit 120, the display unit 130, and the like.
- FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of the solid-state imaging device 200 according to the first embodiment of the present technology.
- the solid-state imaging device 200 includes a vertical driving unit 210, a pixel array unit 300, a system control unit 220, a column processing unit 230, and a horizontal driving unit 240.
- a plurality of pixels are arranged in a two-dimensional grid.
- a set of pixels arranged in a predetermined direction (for example, the horizontal direction) is referred to as “row”, and a set of pixels arranged in a direction perpendicular to the row is referred to as “column”.
- the pixel array unit 300 is divided into a plurality of Tr shared blocks 310 each having a predetermined number of pixels (for example, 8 in 2 columns ⁇ 4 rows). Each pixel in the Tr sharing block 310 shares a transistor group.
- the vertical drive unit 210 drives the pixels in the pixel array unit 300 at the same time or in units of rows.
- the vertical drive unit 210 is configured by, for example, a shift register or an address decoder. Further, pixel signals from the pixels driven by the vertical driving unit 210 are input to the column processing unit 230 for each column.
- the column processing unit 230 performs processing such as CDS (Correlated Double Sampling) processing and AD (Analog Digital) conversion processing on the pixel signal for each column.
- the column processing unit 230 outputs the processed pixel data to the DSP circuit 120.
- the horizontal driving unit 240 selects a column in order, and causes the column processing unit 230 to output pixel data of the column.
- the horizontal drive unit 240 is configured by, for example, a shift register, an address decoder, or the like.
- the system control unit 220 controls the drive timings of the vertical drive unit 210, the column processing unit 230, and the horizontal drive unit 240.
- the system control unit 220 is composed of, for example, a timing generator.
- the system control unit 220 controls the vertical drive unit 210 and the like based on various timing signals generated by the timing generator.
- the vertical driving unit 210, the pixel array unit 300, the system control unit 220, the column processing unit 230, and the horizontal driving unit 240 may be provided on the same semiconductor substrate, or may be distributed over a plurality of stacked semiconductor substrates. You may arrange.
- FIG. 3 is a plan view illustrating an example of a layout of elements in the Tr shared block 310 according to the first embodiment of the present technology.
- the Tr shared block 310 includes an FD shared block 320 and an FD shared block 350.
- photodiodes 321, 322, 326, and 329, an FD 325, and a transistor group are arranged.
- the transistor group in the FD shared block 320 includes transfer transistors 323, 324, 327 and 328, a selection transistor 330, an amplification transistor 331, and a dummy transistor 332.
- the transistor group in the FD shared block 350 includes transfer transistors 353, 354, 357 and 358, a selection transistor 360, an amplification transistor 361, and a reset transistor 362.
- the number of rows of the pixel array unit 300 is N
- the number of columns is M
- the horizontal direction (row direction) is the X direction
- the vertical direction (column direction) is the Y direction
- the optical axis direction perpendicular to the X direction and the Y direction is defined as the Z direction.
- the coordinates of the photodiodes in the nth row and mth column in the pixel array unit 300 are represented by (n, m).
- n is an integer from 0 to N-1
- m is an integer from 0 to M-1.
- the photodiodes 321, 322, 326, 329, 351, 352, 356 and 359 are arranged in 2 columns ⁇ 4 rows.
- the coordinates of the photodiodes 321, 322, 326, and 329 are, for example, (0, 0), (0, 1), (1, 0), and (1, 1).
- the coordinates of the photodiodes 351, 352, 356, and 359 are, for example, (2, 0), (2, 1), (3, 0), and (3, 1).
- the FD 325 is disposed at a position surrounded by the photodiodes 321, 322, 326 and 329.
- the FD 355 is disposed at a position surrounded by the photodiodes 351, 352, 356 and 359.
- the FDs 325 and 355 are arranged in the Y direction.
- the Y direction is an example of a predetermined direction described in the claims.
- the transfer transistor 323 is disposed between the photodiode 321 and the FD 325, and the transfer transistor 324 is disposed between the photodiode 322 and the FD 325.
- the transfer transistor 327 is disposed between the photodiode 326 and the FD 325, and the transfer transistor 328 is disposed between the photodiode 329 and the FD 325.
- the transfer transistor 353 is disposed between the photodiode 351 and the FD 355, and the transfer transistor 354 is disposed between the photodiode 352 and the FD 355.
- the transfer transistor 357 is disposed between the photodiode 356 and the FD 355, and the transfer transistor 358 is disposed between the photodiode 359 and the FD 355.
- the selection transistor 330 is disposed between the photodiode 326 and the photodiode 351.
- the selection transistor 360 is disposed between a photodiode 356 having coordinates (3, 0) and a photodiode (not shown) having coordinates (4, 0) in the next row. In other words, the selection transistors 330 and 360 are arranged in the Y direction. The selection transistors 330 and 360 are connected in parallel.
- the dummy transistor 332 is disposed between the photodiode 329 and the photodiode 352.
- the reset transistor 362 is disposed between the photodiode (359) at coordinates (3, 1) and the photodiode (not shown) at coordinates (4, 1) in the next row. In other words, the dummy transistor 332 and the reset transistor 362 are arranged in the Y direction.
- the amplification transistor 331 is disposed between the selection transistor 330 and the dummy transistor 332.
- the amplification transistor 361 is disposed between the selection transistor 360 and the reset transistor 362. In other words, the amplification transistors 331 and 361 are arranged in the Y direction.
- the selection transistor 330, the amplification transistor 331, and the dummy transistor 332 are arranged in the X direction, and the selection transistor 360, the amplification transistor 361, and the reset transistor 362 are also arranged in the X direction.
- the photodiodes 321, 322, 326, 329, 351, 352, 356, and 359 generate charges by photoelectrically converting incident light.
- the photodiodes 321, 322, 326, and 329 are examples of the first photoelectric conversion element described in the claims, and the photodiodes 351, 352, 356, and 359 are the second photoelectric elements described in the claims. It is an example of a photoelectric conversion element.
- the transfer transistor 323 transfers electric charge from the photodiode 321 to the FD 325 in accordance with a transfer signal from the vertical driving unit 210.
- transfer transistors 324, 327, and 328 transfer charge from photodiodes 322, 326, and 329 to FD 325, respectively, according to the transfer signal.
- the transfer transistors 353, 354, 357, and 358 transfer charges from the photodiodes 351, 352, 356, and 359 to the FD 355, respectively, according to the transfer signal.
- circuit including the transfer transistors 323, 324, 327, and 328 is an example of the first transfer unit described in the claims.
- a circuit including the transfer transistors 353, 354, 357, and 358 is an example of a second transfer unit described in the claims.
- the FDs 325 and 355 accumulate the transferred charges and generate a voltage corresponding to the amount of accumulated charges.
- the FD 325 is an example of a first charge storage unit described in the claims
- the FD 355 is an example of a second charge storage unit described in the claims.
- the amplification transistor 331 amplifies the voltages of the FDs 325 and 355.
- the amplification transistor 331 outputs an amplified voltage pixel signal to the selection transistor 330.
- the amplification transistor 361 amplifies the voltages of the FDs 325 and 355.
- the amplification transistor 361 outputs the amplified pixel signal of the voltage to the selection transistor 360.
- the amplification transistor 331 is an example of a first transistor described in the claims.
- the amplification transistor 361 is an example of a second transistor described in the claims.
- the selection transistor 330 opens and closes a path between the amplification transistor 331 and a vertical signal line (not shown) according to a selection signal from the vertical drive unit 210.
- the pixel signal is output to the column processing unit 230 via the vertical signal line.
- the selection transistor 360 opens and closes a path between the amplification transistor 361 and a vertical signal line (not shown) according to a selection signal.
- the selection transistor 330 is an example of a third transistor described in the claims.
- the selection transistor 360 is an example of a fourth transistor described in the claims.
- the reset transistor 362 extracts charges from the FDs 325 and 355 in accordance with a reset signal from the vertical drive unit 210, and initializes the amount of charges.
- the dummy transistor 332 is a transistor arranged in order to make the FD shared block 320 and the FD shared block 350 symmetrical.
- the dummy transistor 332 may be driven or may be disposed without being driven.
- the selection transistor 330, the amplification transistor 331, and the dummy transistor 332, and the selection transistor 360, the amplification transistor 361, and the reset transistor 362 have the same relative position in each FD shared block.
- the FD shared block 320 and the FD shared block 350 can be symmetrical.
- PRNU Photo Response Non-Uniformity
- symmetry means that the arrangement layout of elements such as transistors and FDs is translational symmetry or line symmetry. In the example of FIG.
- the FD shared block 320 when the FD shared block 320 is translated toward the FD shared block 350 along the Y direction, the same layout as the FD shared block 350 is obtained. That is, it is translationally symmetric. As will be described later, the FD shared block 320 and the FD shared block 350 may be line symmetric.
- a transistor arrangement in which the FD shared block is asymmetric is used, a sensitivity difference occurs for each pixel.
- the cause for example, the following reasons can be considered.
- the output differs between the photodiode in which the gate of the MOS transistor is arranged in the periphery and the photodiode not arranged, and an output difference occurs between the two.
- FIG. 4 is a circuit diagram illustrating an example of an equivalent circuit of the Tr shared block 310 according to the first embodiment of the present technology.
- the transfer transistors 323, 324, 327, 328, 353, 354, 357, and 358 for example, n-type MOS (Metal-Oxide-Semiconductor) transistors are used.
- the reset transistor 362 the amplification transistors 331 and 361, and the selection transistors 330 and 360, for example, n-type MOS transistors are used.
- Each gate of the transfer transistors 323, 324, 327, and 328 is connected to the vertical driving unit 210.
- the sources and drains of these transistors are connected to the corresponding photodiode and FD 325.
- the gates of the transfer transistors 353, 354, 357 and 358 are connected to the vertical driving unit 210.
- the sources and drains of these transistors are connected to the corresponding photodiode and FD355.
- the gate of the reset transistor 362 is connected to the vertical drive unit 210.
- the source of the reset transistor 362 is connected to the power supply, and the drain is connected to the FDs 325 and 355.
- the gates of the amplification transistors 331 and 361 are connected to the FDs 325 and 355 in common.
- the source of the amplification transistor 331 is connected to the power supply, and the drain is connected to the selection transistor 330.
- the source of the amplification transistor 361 is connected to the power supply, and the drain is connected to the selection transistor 360. In other words, the amplification transistors 331 and 361 are connected in parallel to the power supply.
- the gates of the selection transistors 330 and 360 are commonly connected to the vertical driving unit 210.
- the source of the selection transistor 330 is connected to the amplification transistor 331 and the drain is connected to the vertical signal line 319.
- the source of the selection transistor 360 is connected to the amplification transistor 361, and the drain is connected to the vertical signal line 319. In other words, the selection transistors 330 and 360 are connected in parallel to the vertical signal line.
- the pixel signal SIG is output to the column processing unit 230 via the vertical signal line.
- the vertical drive unit 210 initializes the FDs 325 and 355 by supplying the reset signal RST. Further, the vertical driving unit 210 supplies the transfer signals TG00, TG01, TG10, TG11, TG20, TG21, TG30, and TG31 to the transfer transistors 323, 324, 327, 328, 353, 354, 357, and 358, thereby generating charges. To transfer. When pixel addition is not performed, the vertical driving unit 210 sequentially supplies transfer signals TG00, TG01, TG10, TG11, TG20, TG21, TG30, and TG31 at the end of exposure.
- the vertical drive unit 210 supplies at least two of the transfer signals TG00, TG01, TG10, TG11, TG20, TG21, TG30, and TG31 simultaneously.
- the vertical driver 210 supplies a selection signal SEL to the selection transistors 330 and 360 to output a pixel signal to the vertical signal line 319.
- FIG. 5 is a plan view showing an example of the layout of elements in the Tr shared block in the comparative example.
- one selection transistor and one amplification transistor are provided.
- the selection transistor is arranged between the photodiode at coordinates (1, 0) and the photodiode at coordinates (2, 0), and the reset transistor is arranged between the photodiode at coordinates (3, 0) and coordinates (4, 0).
- the amplification transistor is arranged between the photodiode at coordinates (1,1) and the photodiode at coordinates (2,1), and the dummy transistor is arranged between the photodiode at coordinates (3,1) and coordinates (4,1). Between the photodiode (not shown).
- FIG. 6 is a circuit diagram illustrating an example of an equivalent circuit of the Tr shared block in the comparative example.
- the gate of the amplification transistor is connected to the FD, and the amplification transistor and the selection transistor are connected in series between the power supply and the vertical signal line.
- the drain current Isf of the amplification transistor of this comparative example is expressed by the following equation, for example.
- Isf K ⁇ (W / L) ⁇ (Vin ⁇ V2 ⁇ Vth) 2 Equation 1
- K is the product of the mobility of the amplification transistor and the gate capacitance.
- W is the gate width
- L is the gate length of the amplification transistor.
- Vin is a gate voltage of the amplification transistor.
- V2 is a voltage at a connection point between the amplification transistor and the selection transistor.
- the unit of the drain current Isf is, for example, ampere (A)
- the unit of the gate length L and the gate width W is, for example, meter (m).
- the unit of the voltages Vin, V2, and Vth is, for example, volts (V).
- Isf ′ K ⁇ (2W / L) ⁇ (Vin ⁇ V2′ ⁇ Vth ′) 2 Equation 2
- V2 ′ in the above equation is a voltage between the amplification transistor and the selection transistor.
- Vth ′ is a threshold voltage of the amplification transistor.
- Equations 1 and 2 assuming that V2 and Vth are equal to V2 ′ and Vth ′, the same drain current can be obtained by doubling the gate width W of the amplification transistor by parallel connection of the amplification transistors. Can do.
- voltage V2 ′ is larger than voltage V2 from equations 1 and 2. This means that the mutual conductance of the amplification transistor is increased by the parallel connection, and the on-resistance is decreased.
- the parallel connection of the amplifying transistors can increase the mutual conductance of these transistors and increase the drain current as compared with the case where they are not connected in parallel.
- the drain current of the selection transistor can be increased by parallel connection.
- the processing speed can be increased by increasing the mutual conductance.
- the amplification transistor is not connected in parallel and its gate width W is doubled, the same effect can be obtained.
- it is necessary to reduce the light receiving area of the photodiode. There is a risk of becoming. When the light receiving area is reduced, the optical characteristics such as sensitivity are deteriorated.
- the amplification transistor 331 and the amplification transistor 361 are connected in parallel. Therefore, the gate width W of the amplification transistor is reduced as compared with the case where the parallel connection is not performed while maintaining the light receiving area. It can be substantially enlarged. Further, since the selection transistor 330 and the selection transistor 360 are connected in parallel, the gate width W of the selection transistor can be substantially increased.
- the amplification transistors 331 and 361 connected in parallel are arranged in the Y direction in the Tr shared block 310.
- Select transistors 330 and 360 are similarly arranged in the Y direction. The arrangement in the Y direction facilitates the wiring of the signal lines as compared with the arrangement in the X direction. The wiring layout will be described later.
- FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a cross-sectional view of the solid-state imaging device 200 according to the first embodiment of the present technology viewed from the Y direction.
- the light-receiving surface of the photoelectric conversion layer 410 is an upper surface, and a transistor layer 420 is provided therebelow.
- a first wiring layer 430 is provided below the transistor layer 420, and a second wiring layer 440 is provided below the first wiring layer 430.
- a third wiring layer 460 is provided below the second wiring layer 440.
- photodiodes 321 and 322 are arranged in a two-dimensional lattice shape.
- Transistor layer 420 is provided with transistors such as amplification transistors 331 and 361 and selection transistors 330 and 360.
- Signal lines are wired in the first wiring layer 430 along the Y direction (vertical direction).
- signal lines are wired along the X direction (horizontal direction).
- signal lines are wired along the Y direction.
- FIG. 8 is a plan view showing an example of the transistor layer 420 according to the first embodiment of the present technology.
- eight transfer transistors, selection transistors 330 and 360, amplification transistors 331 and 361, a dummy transistor 332, and a reset transistor 362 are provided.
- FIG. 9 is a plan view illustrating an example of a wiring layout of the first wiring layer 430 according to the first embodiment of the present technology.
- signal lines such as signal lines 431, 432, 433, and 434 are wired along the Y direction.
- the signal line 431 is connected to the selection transistors 330 and 360 and transmits the selection signal SEL.
- the signal line 432 is connected to the transfer transistors 323 and 327 and transmits the transfer signals TG00 and TG10.
- the signal line 433 is connected to the amplification transistors 331 and 361 and is used to supply power to them.
- the signal line 434 is connected to the reset transistor 362 and transmits the reset signal RST.
- FIG. 10 is a plan view showing an example of a wiring layout of the second wiring layer 440 in the first embodiment of the present technology.
- signal lines such as signal lines 441, 442, 443, 444, 445, 446, 447, 448, 449, and 450 are wired along the X direction.
- Signal lines 441, 443, 446 and 448 are used to supply the power supply voltage VSS.
- the signal line 442 is connected to the signal line 432 and transmits the transfer signal TG from the vertical drive unit 210.
- the signal line 447 transmits the transfer signal TG.
- the signal line 444 is connected to the signal line 431 and transmits the selection signal SEL from the vertical driving unit 210.
- the signal lines 445 and 450 are used for supplying the power supply voltage VDD.
- the signal line 449 is connected to the signal line 434, and transmits the reset signal RST from the vertical driving unit 210.
- the selection signal SEL can be transmitted through one signal line 431 wired along the Y direction.
- the selection signal SEL must be transmitted through two signal lines connected to the signal line 444 in the first wiring layer 430, and the number of wirings is reduced. It will increase.
- the Tr shared block 310 since the selection transistors 330 and 360 are arranged in the Y direction, the number of wirings in the first wiring layer 430 is reduced as compared with the case where they are arranged in the X direction. Can be easily.
- FIG. 11 is a plan view showing an example of a wiring layout of the third wiring layer 460 in the first embodiment of the present technology.
- signal lines such as signal lines 461, 462, 463, 464, and 465 are wired along the Y direction.
- the signal lines 461 and 465 are used for supplying the power supply voltage VDD.
- the signal lines 462 and 464 are used for supplying the power supply voltage VSS.
- the signal line 463 transmits the pixel signal SIG.
- a signal line 463 in FIG. 11 corresponds to the vertical signal line 319 in the equivalent circuit illustrated in FIG.
- the amplification transistors 331 and 361 are connected in parallel and arranged in the Y direction, the driving power of the amplification transistor can be easily increased as compared with the case where they are not connected in parallel. be able to. Further, since the selection transistors 330 and 360 are also connected in parallel, the driving power of the selection transistor can be increased.
- Second Embodiment> In the first embodiment described above, the two amplification transistors 331 and 361 are connected in parallel in the solid-state imaging device 200. As a result, the gate width W of the amplification transistor can be substantially doubled as compared with the case where it is not connected in parallel. However, even if it is doubled, the driving power of the amplification transistor may be insufficient.
- the solid-state imaging device 200 of the second embodiment is different from the first embodiment in that the driving power of the amplification transistor is further improved.
- FIG. 12 is a plan view illustrating an example of the layout of elements in the Tr shared block 310 according to the second embodiment of the present technology.
- the Tr shared block 310 according to the second embodiment is different from the first embodiment in that an amplification transistor 333 is provided instead of the dummy transistor 332.
- the amplification transistors 331, 361, and 333 are connected in parallel.
- FIG. 13 is a circuit diagram illustrating an example of an equivalent circuit of the Tr shared block 310 according to the second embodiment of the present technology.
- the equivalent circuit of the second embodiment differs from that of the first embodiment in that an amplification transistor 333 is further connected.
- the sources of the amplification transistors 331, 361, and 333 are commonly connected to the power source.
- the drains of the amplification transistors 331 and 333 are connected to the selection transistor 330 in common.
- the amplification transistor 333 is an example of a fifth transistor described in the claims.
- the parallel connection of the three amplifying transistors makes it possible to substantially triple the gate width W of the amplifying transistor as compared to the case where the amplifying transistors are not connected in parallel. As a result, the drain current can be tripled to further improve the driving capability of the amplification transistor.
- the driving power of the amplification transistor is further improved as compared with the case where the two are connected in parallel. Can be made.
- the two selection transistors 330 and 360 are connected in parallel in the solid-state imaging device 200.
- the gate width W of the selection transistor can be substantially doubled as compared with the case where they are not connected in parallel.
- the driving power of the selection transistor may be insufficient.
- the solid-state imaging device 200 of the third embodiment is different from the first embodiment in that the driving power of the selection transistor is further improved.
- FIG. 14 is a plan view illustrating an example of a layout of elements in the Tr shared block 310 according to the third embodiment of the present technology.
- the Tr shared block 310 according to the third embodiment is different from the first embodiment in that a selection transistor 334 is provided instead of the dummy transistor 332.
- the selection transistors 330, 360, and 334 are connected in parallel.
- FIG. 15 is a circuit diagram illustrating an example of an equivalent circuit of the Tr shared block 310 according to the third embodiment of the present technology.
- the equivalent circuit of the third embodiment differs from that of the first embodiment in that a selection transistor 334 is further connected.
- the gates of the selection transistors 330, 360, and 334 are commonly connected to a signal line that transmits a selection signal SEL, and their drains are commonly connected to a vertical signal line 319.
- the sources of the selection transistors 330 and 334 are connected in common to the amplification transistor 331.
- the selection transistor 334 is an example of a fifth transistor described in the claims.
- the parallel connection of the three selection transistors can substantially triple the gate width W of the selection transistor compared to the case where the selection transistors are not connected in parallel. As a result, the drain current can be tripled to further improve the driving power of the selection transistor.
- the driving power of the selection transistor is further improved as compared with the case where the two are connected in parallel. Can be made.
- the two selection transistors 330 and 360 are connected in parallel.
- the gate width W of the selection transistor can be substantially doubled as compared with the case where the transistors are not connected in parallel, but the number of transistors in the Tr shared block 310 is increased and the light receiving area of the photodiode is increased. It becomes difficult.
- the solid-state imaging device 200 according to the fourth embodiment is different from the first embodiment in that the number of selection transistors is reduced.
- FIG. 16 is a plan view illustrating an example of a layout of elements in the Tr shared block 310 according to the fourth embodiment of the present technology.
- the Tr shared block 310 of the fourth embodiment is different from that of the first embodiment in that the selection transistor 360 and the dummy transistor 332 are not provided. Since the FD sharing blocks 320 and 350 in a state where these transistors are reduced have symmetry, optical characteristics such as sensitivity non-uniformity can be improved.
- the amplification transistor 331 is disposed between the photodiode 326 and the photodiode 351.
- the selection transistor 330 is disposed between the photodiode 329 and the photodiode 352.
- the amplifying transistor 361 is arranged between the photodiode 356 at the coordinate (3, 0) and the photodiode (not shown) at the coordinate (4, 0) in the next row.
- the position of the reset transistor 362 in the fourth embodiment is the same as that in the first embodiment.
- FIG. 17 is a circuit diagram illustrating an example of an equivalent circuit of the Tr shared block 310 according to the fourth embodiment of the present technology.
- the equivalent circuit of the fourth embodiment is different from that of the first embodiment in that the selection transistor 360 is not connected.
- the drain of the amplification transistor 361 is connected to the selection transistor 330.
- the FD sharing blocks 320 and 360 are made symmetric without using the selection transistor 360 and the dummy transistor 332, optical characteristics such as sensitivity non-uniformity are improved. can do.
- the two amplification transistors 331 and 361 are connected in parallel.
- the gate width W of the amplifying transistor can be substantially doubled as compared with the case where the transistors are not connected in parallel, but the number of transistors in the Tr shared block 310 is increased and the light receiving area of the photodiode is increased. It becomes difficult.
- the solid-state imaging device 200 of the fifth embodiment is different from the first embodiment in that the number of amplification transistors is reduced.
- FIG. 18 is a plan view illustrating an example of a layout of elements in the Tr shared block 310 according to the fifth embodiment of the present technology.
- the Tr shared block 310 of the fifth embodiment is different from that of the first embodiment in that the amplification transistor 361 and the dummy transistor 332 are not provided. Since the FD sharing blocks 320 and 350 in a state where these transistors are reduced have symmetry, optical characteristics such as sensitivity non-uniformity can be improved.
- the amplification transistor 331 is disposed between the photodiode 326 and the photodiode 351.
- the selection transistor 330 is disposed between the photodiode 329 and the photodiode 352.
- the reset transistor 362 is disposed between the photodiode (356) at coordinates (3, 0) and the photodiode (not shown) at coordinates (4, 0) in the next row.
- the selection transistor 360 is disposed between the photodiode 359 having coordinates (3, 1) and the photodiode (not shown) having coordinates (4, 1) in the next row.
- the selection transistor 330 is an example of a first transistor described in the claims
- the selection transistor 360 is an example of a second transistor described in the claims.
- FIG. 19 is a circuit diagram illustrating an example of an equivalent circuit of the Tr shared block 310 according to the fifth embodiment of the present technology.
- the equivalent circuit of the fifth embodiment is different from that of the first embodiment in that the amplification transistor 361 is not connected.
- the source of the selection transistor 360 is connected to the amplification transistor 331.
- the FD sharing blocks 320 and 360 are made symmetric without using the amplification transistor 361 and the dummy transistor 332, optical characteristics such as sensitivity non-uniformity are improved. can do.
- the transistors such as the selection transistor 330 are arranged in the X direction in the Tr shared block 310.
- the size of the pixel array unit 300 in the Y direction becomes larger than when the transistors are arranged in the Y direction.
- the parallel connection of the selection transistors 330 and 360 increases the number of transistors in the Tr shared block 310, making it difficult to increase the light receiving area of the photodiode.
- the solid-state imaging device 200 according to the sixth embodiment is different from the first embodiment in that the size in the Y direction and the number of selection transistors are reduced.
- FIG. 20 is a plan view illustrating an example of a layout of elements in the Tr shared block 310 according to the sixth embodiment of the present technology.
- the Tr shared block 310 of the sixth embodiment is different from that of the first embodiment in that the selection transistor 360 and the dummy transistor 332 are not provided. Since the FD sharing blocks 320 and 350 in a state where these transistors are reduced have symmetry, optical characteristics such as sensitivity non-uniformity can be improved.
- the selection transistor 330, the amplification transistor 331, the amplification transistor 361, and the reset transistor 362 are arranged in the Y direction.
- the selection transistor 330 is disposed at a position adjacent to the photodiode 322, and the amplification transistor 331 is disposed at a position adjacent to the photodiode 329.
- the amplification transistor 361 is disposed at a position adjacent to the photodiode 352, and the reset transistor 362 is disposed at a position adjacent to the photodiode 359.
- the FD shared block 320 and the FD shared block 350 are line symmetric with respect to the boundary line between these blocks.
- the selection transistor 330 and the reset transistor 362 are examples of other transistors described in the claims.
- the equivalent circuit of the Tr shared block 310 of the sixth embodiment is the same as the equivalent circuit of the fourth embodiment illustrated in FIG.
- the size in the Y direction is larger than that in the case of arrangement in the X direction. Can be reduced. Further, since the FD sharing blocks 320 and 360 are made symmetric without using the selection transistor 360 and the dummy transistor 332, optical characteristics such as sensitivity non-uniformity can be improved.
- the transistors such as the selection transistor 330 are arranged in the X direction in the Tr shared block 310.
- the size of the pixel array unit 300 in the Y direction becomes larger than when the transistors are arranged in the Y direction.
- the parallel connection of the amplification transistors 331 and 361 increases the number of transistors in the Tr shared block 310, making it difficult to increase the light receiving area of the photodiode.
- the solid-state imaging device 200 according to the seventh embodiment is different from the first embodiment in that the size in the Y direction and the number of amplification transistors are reduced.
- FIG. 21 is a plan view showing an example of a layout of elements in the Tr shared block 310 according to the seventh embodiment of the present technology.
- the Tr shared block 310 of the seventh embodiment is different from that of the first embodiment in that the amplification transistor 361 and the dummy transistor 332 are not provided. Since the FD sharing blocks 320 and 350 in a state where these transistors are reduced have symmetry, optical characteristics such as sensitivity non-uniformity can be improved.
- the selection transistor 330, the amplification transistor 331, the selection transistor 360, and the reset transistor 362 are arranged in the Y direction.
- the selection transistor 330 is disposed at a position adjacent to the photodiode 322, and the amplification transistor 331 is disposed at a position adjacent to the photodiode 329.
- the selection transistor 360 is disposed at a position adjacent to the photodiode 352, and the reset transistor 362 is disposed at a position adjacent to the photodiode 359.
- the amplification transistor 331 and the reset transistor 362 are examples of other transistors described in the claims.
- the equivalent circuit of the Tr shared block 310 of the seventh embodiment is the same as the equivalent circuit of the fifth embodiment illustrated in FIG.
- the transistor group may be arranged in the Y direction as in the sixth and seventh embodiments.
- the size in the Y direction is larger than that in the case of arrangement in the X direction. Can be reduced. Further, since the FD sharing blocks 320 and 360 are made symmetric without using the amplification transistor 361 and the dummy transistor 332, optical characteristics such as sensitivity non-uniformity can be improved.
- the technology according to the present disclosure can be applied to various products.
- the technology according to the present disclosure may be applied to an endoscopic surgery system.
- FIG. 22 is a diagram illustrating an example of a schematic configuration of an endoscopic surgery system to which the technology (present technology) according to the present disclosure can be applied.
- FIG. 22 shows a state where an operator (doctor) 11131 is performing an operation on a patient 11132 on a patient bed 11133 using an endoscopic operation system 11000.
- an endoscopic surgery system 11000 includes an endoscope 11100, other surgical instruments 11110 such as an insufflation tube 11111 and an energy treatment instrument 11112, and a support arm device 11120 that supports the endoscope 11100. And a cart 11200 on which various devices for endoscopic surgery are mounted.
- the endoscope 11100 includes a lens barrel 11101 in which a region having a predetermined length from the distal end is inserted into the body cavity of the patient 11132, and a camera head 11102 connected to the proximal end of the lens barrel 11101.
- a lens barrel 11101 in which a region having a predetermined length from the distal end is inserted into the body cavity of the patient 11132, and a camera head 11102 connected to the proximal end of the lens barrel 11101.
- an endoscope 11100 configured as a so-called rigid mirror having a rigid lens barrel 11101 is illustrated, but the endoscope 11100 may be configured as a so-called flexible mirror having a flexible lens barrel. Good.
- An opening into which the objective lens is fitted is provided at the tip of the lens barrel 11101.
- a light source device 11203 is connected to the endoscope 11100, and light generated by the light source device 11203 is guided to the tip of the lens barrel by a light guide extending inside the lens barrel 11101. Irradiation is performed toward the observation target in the body cavity of the patient 11132 through the lens.
- the endoscope 11100 may be a direct endoscope, a perspective mirror, or a side endoscope.
- An optical system and an image sensor are provided inside the camera head 11102, and reflected light (observation light) from the observation target is condensed on the image sensor by the optical system. Observation light is photoelectrically converted by the imaging element, and an electrical signal corresponding to the observation light, that is, an image signal corresponding to the observation image is generated.
- the image signal is transmitted to a camera control unit (CCU: Camera Control Unit) 11201 as RAW data.
- CCU Camera Control Unit
- the CCU 11201 is configured by a CPU (Central Processing Unit), a GPU (Graphics Processing Unit), and the like, and comprehensively controls operations of the endoscope 11100 and the display device 11202. Further, the CCU 11201 receives an image signal from the camera head 11102 and performs various kinds of image processing for displaying an image based on the image signal, such as development processing (demosaic processing), for example.
- a CPU Central Processing Unit
- GPU Graphics Processing Unit
- the display device 11202 displays an image based on an image signal subjected to image processing by the CCU 11201 under the control of the CCU 11201.
- the light source device 11203 is composed of a light source such as an LED (Light Emitting Diode), for example, and supplies irradiation light to the endoscope 11100 when photographing a surgical site or the like.
- a light source such as an LED (Light Emitting Diode), for example, and supplies irradiation light to the endoscope 11100 when photographing a surgical site or the like.
- the input device 11204 is an input interface for the endoscopic surgery system 11000.
- a user can input various information and instructions to the endoscopic surgery system 11000 via the input device 11204.
- the user inputs an instruction to change the imaging conditions (type of irradiation light, magnification, focal length, etc.) by the endoscope 11100.
- the treatment instrument control device 11205 controls the drive of the energy treatment instrument 11112 for tissue ablation, incision, blood vessel sealing, or the like.
- the pneumoperitoneum device 11206 passes gas into the body cavity via the pneumoperitoneum tube 11111.
- the recorder 11207 is an apparatus capable of recording various types of information related to surgery.
- the printer 11208 is a device that can print various types of information related to surgery in various formats such as text, images, or graphs.
- the light source device 11203 that supplies the irradiation light when the surgical site is imaged to the endoscope 11100 can be configured by, for example, a white light source configured by an LED, a laser light source, or a combination thereof.
- a white light source is configured by a combination of RGB laser light sources, the output intensity and output timing of each color (each wavelength) can be controlled with high accuracy. Therefore, the light source device 11203 adjusts the white balance of the captured image. It can be carried out.
- the driving of the light source device 11203 may be controlled so as to change the intensity of the output light every predetermined time. Synchronously with the timing of changing the intensity of the light, the drive of the image sensor of the camera head 11102 is controlled to acquire an image in a time-sharing manner, and the image is synthesized, so that high dynamic without so-called blackout and overexposure A range image can be generated.
- the light source device 11203 may be configured to be able to supply light of a predetermined wavelength band corresponding to special light observation.
- special light observation for example, by utilizing the wavelength dependence of light absorption in body tissue, the surface of the mucous membrane is irradiated by irradiating light in a narrow band compared to irradiation light (ie, white light) during normal observation.
- a so-called narrow band imaging is performed in which a predetermined tissue such as a blood vessel is imaged with high contrast.
- fluorescence observation may be performed in which an image is obtained by fluorescence generated by irradiating excitation light.
- the body tissue is irradiated with excitation light to observe fluorescence from the body tissue (autofluorescence observation), or a reagent such as indocyanine green (ICG) is locally administered to the body tissue and applied to the body tissue. It is possible to obtain a fluorescence image by irradiating excitation light corresponding to the fluorescence wavelength of the reagent.
- the light source device 11203 can be configured to be able to supply narrowband light and / or excitation light corresponding to such special light observation.
- FIG. 23 is a block diagram illustrating an example of a functional configuration of the camera head 11102 and the CCU 11201 illustrated in FIG.
- the camera head 11102 includes a lens unit 11401, an imaging unit 11402, a drive unit 11403, a communication unit 11404, and a camera head control unit 11405.
- the CCU 11201 includes a communication unit 11411, an image processing unit 11412, and a control unit 11413.
- the camera head 11102 and the CCU 11201 are connected to each other by a transmission cable 11400 so that they can communicate with each other.
- the lens unit 11401 is an optical system provided at a connection portion with the lens barrel 11101. Observation light taken from the tip of the lens barrel 11101 is guided to the camera head 11102 and enters the lens unit 11401.
- the lens unit 11401 is configured by combining a plurality of lenses including a zoom lens and a focus lens.
- the imaging unit 11402 includes an imaging element.
- One (so-called single plate type) image sensor may be included in the imaging unit 11402, or a plurality (so-called multi-plate type) may be used.
- image signals corresponding to RGB may be generated by each imaging element, and a color image may be obtained by combining them.
- the imaging unit 11402 may be configured to include a pair of imaging elements for acquiring right-eye and left-eye image signals corresponding to 3D (Dimensional) display. By performing the 3D display, the operator 11131 can more accurately grasp the depth of the living tissue in the surgical site.
- 3D 3D
- the imaging unit 11402 is not necessarily provided in the camera head 11102.
- the imaging unit 11402 may be provided inside the lens barrel 11101 immediately after the objective lens.
- the driving unit 11403 is configured by an actuator, and moves the zoom lens and the focus lens of the lens unit 11401 by a predetermined distance along the optical axis under the control of the camera head control unit 11405. Thereby, the magnification and the focus of the image captured by the imaging unit 11402 can be adjusted as appropriate.
- the communication unit 11404 is configured by a communication device for transmitting and receiving various types of information to and from the CCU 11201.
- the communication unit 11404 transmits the image signal obtained from the imaging unit 11402 as RAW data to the CCU 11201 via the transmission cable 11400.
- the communication unit 11404 receives a control signal for controlling driving of the camera head 11102 from the CCU 11201 and supplies the control signal to the camera head control unit 11405.
- the control signal includes, for example, information for designating the frame rate of the captured image, information for designating the exposure value at the time of imaging, and / or information for designating the magnification and focus of the captured image. Contains information about the condition.
- the imaging conditions such as the frame rate, exposure value, magnification, and focus may be appropriately specified by the user, or may be automatically set by the control unit 11413 of the CCU 11201 based on the acquired image signal. Good. In the latter case, a so-called AE (Auto Exposure) function, AF (Auto Focus) function, and AWB (Auto White Balance) function are mounted on the endoscope 11100.
- AE Auto Exposure
- AF Automatic Focus
- AWB Auto White Balance
- the camera head control unit 11405 controls driving of the camera head 11102 based on a control signal from the CCU 11201 received via the communication unit 11404.
- the communication unit 11411 is configured by a communication device for transmitting and receiving various types of information to and from the camera head 11102.
- the communication unit 11411 receives an image signal transmitted from the camera head 11102 via the transmission cable 11400.
- the communication unit 11411 transmits a control signal for controlling driving of the camera head 11102 to the camera head 11102.
- the image signal and the control signal can be transmitted by electrical communication, optical communication, or the like.
- the image processing unit 11412 performs various types of image processing on the image signal that is RAW data transmitted from the camera head 11102.
- the control unit 11413 performs various types of control related to imaging of the surgical site by the endoscope 11100 and display of a captured image obtained by imaging of the surgical site. For example, the control unit 11413 generates a control signal for controlling driving of the camera head 11102.
- control unit 11413 causes the display device 11202 to display a picked-up image showing the surgical part or the like based on the image signal subjected to the image processing by the image processing unit 11412.
- the control unit 11413 may recognize various objects in the captured image using various image recognition techniques.
- the control unit 11413 detects surgical tools such as forceps, specific biological parts, bleeding, mist when using the energy treatment tool 11112, and the like by detecting the shape and color of the edge of the object included in the captured image. Can be recognized.
- the control unit 11413 may display various types of surgery support information superimposed on the image of the surgical unit using the recognition result. Surgery support information is displayed in a superimposed manner and presented to the operator 11131, thereby reducing the burden on the operator 11131 and allowing the operator 11131 to proceed with surgery reliably.
- the transmission cable 11400 for connecting the camera head 11102 and the CCU 11201 is an electric signal cable corresponding to electric signal communication, an optical fiber corresponding to optical communication, or a composite cable thereof.
- communication is performed by wire using the transmission cable 11400.
- communication between the camera head 11102 and the CCU 11201 may be performed wirelessly.
- the technology according to the present disclosure can be applied to the imaging unit 11402 among the configurations described above.
- the solid-state imaging device 200 in FIG. 2 can be applied to the imaging unit 11402 in FIG.
- the driving force of the transistor can be improved and a clearer surgical part image can be obtained, so that the operator can surely check the surgical part. become.
- the technology according to the present disclosure can be applied to various products.
- the technology according to the present disclosure is realized as a device that is mounted on any type of mobile body such as an automobile, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a motorcycle, a bicycle, personal mobility, an airplane, a drone, a ship, and a robot. May be.
- FIG. 24 is a block diagram illustrating a schematic configuration example of a vehicle control system that is an example of a mobile control system to which the technology according to the present disclosure can be applied.
- the vehicle control system 12000 includes a plurality of electronic control units connected via a communication network 12001.
- the vehicle control system 12000 includes a drive system control unit 12010, a body system control unit 12020, an outside vehicle information detection unit 12030, an in-vehicle information detection unit 12040, and an integrated control unit 12050.
- a microcomputer 12051, an audio image output unit 12052, and an in-vehicle network I / F (interface) 12053 are illustrated.
- the drive system control unit 12010 controls the operation of the device related to the drive system of the vehicle according to various programs.
- the drive system control unit 12010 includes a driving force generator for generating a driving force of a vehicle such as an internal combustion engine or a driving motor, a driving force transmission mechanism for transmitting the driving force to wheels, and a steering angle of the vehicle. It functions as a control device such as a steering mechanism that adjusts and a braking device that generates a braking force of the vehicle.
- the body system control unit 12020 controls the operation of various devices mounted on the vehicle body according to various programs.
- the body system control unit 12020 functions as a keyless entry system, a smart key system, a power window device, or a control device for various lamps such as a headlamp, a back lamp, a brake lamp, a blinker, or a fog lamp.
- the body control unit 12020 can be input with radio waves transmitted from a portable device that substitutes for a key or signals from various switches.
- the body system control unit 12020 receives input of these radio waves or signals, and controls a door lock device, a power window device, a lamp, and the like of the vehicle.
- the vehicle outside information detection unit 12030 detects information outside the vehicle on which the vehicle control system 12000 is mounted.
- the imaging unit 12031 is connected to the vehicle exterior information detection unit 12030.
- the vehicle exterior information detection unit 12030 causes the imaging unit 12031 to capture an image outside the vehicle and receives the captured image.
- the vehicle outside information detection unit 12030 may perform an object detection process or a distance detection process such as a person, a car, an obstacle, a sign, or a character on a road surface based on the received image.
- the imaging unit 12031 is an optical sensor that receives light and outputs an electrical signal corresponding to the amount of received light.
- the imaging unit 12031 can output an electrical signal as an image, or can output it as distance measurement information. Further, the light received by the imaging unit 12031 may be visible light or invisible light such as infrared rays.
- the vehicle interior information detection unit 12040 detects vehicle interior information.
- a driver state detection unit 12041 that detects a driver's state is connected to the in-vehicle information detection unit 12040.
- the driver state detection unit 12041 includes, for example, a camera that images the driver, and the vehicle interior information detection unit 12040 determines the degree of fatigue or concentration of the driver based on the detection information input from the driver state detection unit 12041. It may be calculated or it may be determined whether the driver is asleep.
- the microcomputer 12051 calculates a control target value of the driving force generator, the steering mechanism, or the braking device based on the information inside / outside the vehicle acquired by the vehicle outside information detection unit 12030 or the vehicle interior information detection unit 12040, and the drive system control unit A control command can be output to 12010.
- the microcomputer 12051 realizes an ADAS (Advanced Driver Assistance System) function including vehicle collision avoidance or impact mitigation, following traveling based on inter-vehicle distance, vehicle speed maintaining traveling, vehicle collision warning, or vehicle lane departure warning, etc. It is possible to perform cooperative control for the purpose.
- ADAS Advanced Driver Assistance System
- the microcomputer 12051 controls the driving force generator, the steering mechanism, the braking device, and the like based on the information around the vehicle acquired by the vehicle exterior information detection unit 12030 or the vehicle interior information detection unit 12040. It is possible to perform cooperative control for the purpose of automatic driving that autonomously travels without depending on the operation.
- the microcomputer 12051 can output a control command to the body system control unit 12020 based on information outside the vehicle acquired by the vehicle outside information detection unit 12030.
- the microcomputer 12051 controls the headlamp according to the position of the preceding vehicle or the oncoming vehicle detected by the outside information detection unit 12030, and performs cooperative control for the purpose of anti-glare, such as switching from a high beam to a low beam. It can be carried out.
- the sound image output unit 12052 transmits an output signal of at least one of sound and image to an output device capable of visually or audibly notifying information to a vehicle occupant or the outside of the vehicle.
- an audio speaker 12061, a display unit 12062, and an instrument panel 12063 are illustrated as output devices.
- the display unit 12062 may include at least one of an on-board display and a head-up display, for example.
- FIG. 25 is a diagram illustrating an example of an installation position of the imaging unit 12031.
- the vehicle 12100 includes imaging units 12101, 12102, 12103, 12104, and 12105 as the imaging unit 12031.
- the imaging units 12101, 12102, 12103, 12104, and 12105 are provided, for example, at positions such as a front nose, a side mirror, a rear bumper, a back door, and an upper part of a windshield in the vehicle interior of the vehicle 12100.
- the imaging unit 12101 provided in the front nose and the imaging unit 12105 provided in the upper part of the windshield in the vehicle interior mainly acquire an image in front of the vehicle 12100.
- the imaging units 12102 and 12103 provided in the side mirror mainly acquire an image of the side of the vehicle 12100.
- the imaging unit 12104 provided in the rear bumper or the back door mainly acquires an image behind the vehicle 12100.
- the forward images acquired by the imaging units 12101 and 12105 are mainly used for detecting a preceding vehicle or a pedestrian, an obstacle, a traffic light, a traffic sign, a lane, or the like.
- FIG. 25 shows an example of the shooting range of the imaging units 12101 to 12104.
- the imaging range 12111 indicates the imaging range of the imaging unit 12101 provided in the front nose
- the imaging ranges 12112 and 12113 indicate the imaging ranges of the imaging units 12102 and 12103 provided in the side mirrors, respectively
- the imaging range 12114 The imaging range of the imaging part 12104 provided in the rear bumper or the back door is shown. For example, by superimposing the image data captured by the imaging units 12101 to 12104, an overhead image when the vehicle 12100 is viewed from above is obtained.
- At least one of the imaging units 12101 to 12104 may have a function of acquiring distance information.
- at least one of the imaging units 12101 to 12104 may be a stereo camera including a plurality of imaging elements, or may be an imaging element having pixels for phase difference detection.
- the microcomputer 12051 based on the distance information obtained from the imaging units 12101 to 12104, the distance to each three-dimensional object in the imaging range 12111 to 12114 and the temporal change in this distance (relative speed with respect to the vehicle 12100).
- a predetermined speed for example, 0 km / h or more
- the microcomputer 12051 can set an inter-vehicle distance to be secured in advance before the preceding vehicle, and can perform automatic brake control (including follow-up stop control), automatic acceleration control (including follow-up start control), and the like.
- automatic brake control including follow-up stop control
- automatic acceleration control including follow-up start control
- cooperative control for the purpose of autonomous driving or the like autonomously traveling without depending on the operation of the driver can be performed.
- the microcomputer 12051 converts the three-dimensional object data related to the three-dimensional object to other three-dimensional objects such as a two-wheeled vehicle, a normal vehicle, a large vehicle, a pedestrian, and a utility pole based on the distance information obtained from the imaging units 12101 to 12104. It can be classified and extracted and used for automatic avoidance of obstacles.
- the microcomputer 12051 identifies obstacles around the vehicle 12100 as obstacles that are visible to the driver of the vehicle 12100 and obstacles that are difficult to see.
- the microcomputer 12051 determines the collision risk indicating the risk of collision with each obstacle, and when the collision risk is equal to or higher than the set value and there is a possibility of collision, the microcomputer 12051 is connected via the audio speaker 12061 or the display unit 12062. By outputting an alarm to the driver and performing forced deceleration or avoidance steering via the drive system control unit 12010, driving assistance for collision avoidance can be performed.
- At least one of the imaging units 12101 to 12104 may be an infrared camera that detects infrared rays.
- the microcomputer 12051 can recognize a pedestrian by determining whether a pedestrian is present in the captured images of the imaging units 12101 to 12104. Such pedestrian recognition is, for example, whether or not the user is a pedestrian by performing a pattern matching process on a sequence of feature points indicating the outline of an object and a procedure for extracting feature points in the captured images of the imaging units 12101 to 12104 as infrared cameras. It is carried out by the procedure for determining.
- the audio image output unit 12052 When the microcomputer 12051 determines that there is a pedestrian in the captured images of the imaging units 12101 to 12104 and recognizes the pedestrian, the audio image output unit 12052 has a rectangular contour line for emphasizing the recognized pedestrian.
- the display unit 12062 is controlled so as to be superimposed and displayed.
- voice image output part 12052 may control the display part 12062 so that the icon etc. which show a pedestrian may be displayed on a desired position.
- the technology according to the present disclosure may be applied to the imaging unit 12031, for example.
- the solid-state imaging device 200 in FIG. 2 can be applied to the imaging unit 12031 in FIG.
- the driving power of the transistor can be improved and a captured image that is easier to view can be obtained, so that driver fatigue can be reduced.
- the processing procedure described in the above embodiment may be regarded as a method having a series of these procedures, and a program for causing a computer to execute these series of procedures or a recording medium storing the program. You may catch it.
- a recording medium for example, a CD (Compact Disc), an MD (MiniDisc), a DVD (Digital Versatile Disc), a memory card, a Blu-ray disc (Blu-ray (registered trademark) Disc), or the like can be used.
- this technique can also take the following structures. (1) a first charge storage unit and a second charge storage unit arranged in a predetermined direction; A plurality of first photoelectric conversion elements; A first transfer unit that transfers and accumulates charges from the plurality of first photoelectric conversion elements to the first charge accumulation unit; A plurality of second photoelectric conversion elements; A second transfer unit configured to transfer and store charges from the plurality of second photoelectric conversion elements to the second charge storage unit; A first transistor that outputs a signal corresponding to the amount of the charge accumulated in each of the first charge accumulation unit and the second charge accumulation unit; A solid-state imaging device comprising: a second transistor arranged in parallel with the first transistor in the predetermined direction and connected in parallel to the first transistor.
- the first charge accumulation unit and the second charge accumulation unit generate a voltage according to the amount of the accumulated charge
- the solid-state imaging device according to (1) wherein the first transistor and the second transistor are amplification transistors that amplify the voltage and output the amplified signal as the signal.
- (3) further comprising a selection transistor and a reset transistor arranged in the predetermined direction; The selection transistor opens and closes a path between the first transistor and the second transistor and a predetermined signal line according to a predetermined selection signal,
- the third transistor is a selection transistor that opens and closes a path between the first transistor and a predetermined signal line according to a predetermined selection signal.
- the first transistor and the second transistor are selection transistors that open and close a path between the third transistor and a predetermined signal line according to a predetermined selection signal,
- the first charge storage unit and the second charge storage unit generate a voltage according to the amount of the stored charge,
- the amplification transistor amplifies the voltage and outputs it as the signal,
- (13) a first charge storage unit and a second charge storage unit arranged in a predetermined direction; A plurality of first photoelectric conversion elements; A first transfer unit that transfers and accumulates charges from the plurality of first photoelectric conversion elements to the first charge accumulation unit; A plurality of second photoelectric conversion elements; A second transfer unit configured to transfer and store charges from the plurality of second photoelectric conversion elements to the second charge storage unit; A first transistor that outputs a signal corresponding to the amount of the charge accumulated in each of the first charge accumulation unit and the second charge accumulation unit; An imaging apparatus comprising: a second transistor arranged in parallel with the first transistor in the predetermined direction and connected in parallel to the first transistor; and a signal processing unit that performs predetermined processing on the signal.
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Abstract
画素共有型の固体撮像素子において、トランジスタの駆動力を向上させる。 第1電荷蓄積部および第2電荷蓄積部は、所定方向に配列される。第1転送部は、複数の第1光電変換素子から第1電荷蓄積部へ電荷を転送して蓄積させる。第2転送部は、複数の第2光電変換素子から第2電荷蓄積部へ電荷を転送して蓄積させる。第1トランジスタは、第1電荷蓄積部および第2電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された電荷の量に応じた信号を出力する。第2トランジスタは、所定方向に第1トランジスタとともに配列されて第1トランジスタに並列に接続される。
Description
本技術は、固体撮像素子および撮像装置に関する。詳しくは、複数の光電変換素子がトランジスタを共有する固体撮像素子および撮像装置に関する。
従来より、固体撮像素子においては、複数の画素がFD(Floating Diffusion)やトランジスタを共有する画素共有型の構造が、画素当たりのトランジスタ数を削減する目的で用いられている。例えば、選択トランジスタ、増幅トランジスタおよびリセットトランジスタからなるトランジスタ群を8画素が共有する8画素共有型の固体撮像素子が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
上述の従来技術では、トランジスタ群を8画素が共有しているため、共有しない場合と比較して画素当たりのトランジスタ数を削減し、その分、光電変換素子の受光面積を大きくすることができる。しかしながら、上述の固体撮像素子では、隣接するフォトダイオードの間にトランジスタを配置しているため、そのトランジスタのゲート幅などのサイズを拡大すると受光面積の削減が必要になるおそれがある。したがって、受光面積を削減せずにトランジスタのゲート幅を広げることが困難である。トランジスタの駆動力はゲート幅に比例するため、ゲート幅が狭いと、その駆動力が不足してしまうという問題がある。トランジスタの駆動力が不足すると、感度などの光学特性が悪化してしまうため好ましくない。この問題は、微細化が進展するほど、画素当たりの面積が小さくなるため、顕著となる。
本技術はこのような状況に鑑みて生み出されたものであり、画素共有型の固体撮像素子において、トランジスタの駆動力を向上させることを目的とする。
本技術は、上述の問題点を解消するためになされたものであり、その第1の側面は、所定方向に配列された第1電荷蓄積部および第2電荷蓄積部と、複数の第1光電変換素子と、上記複数の第1光電変換素子から上記第1電荷蓄積部へ電荷を転送して蓄積させる第1転送部と、複数の第2光電変換素子と、上記複数の第2光電変換素子から上記第2電荷蓄積部へ電荷を転送して蓄積させる第2転送部と、上記第1電荷蓄積部および上記第2電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された上記電荷の量に応じた信号を出力する第1トランジスタと、上記所定方向に上記第1トランジスタとともに配列されて上記第1トランジスタに並列に接続された第2トランジスタとを具備する固体撮像素子である。これにより、並列接続されたトランジスタの駆動力が向上するという作用をもたらす。
また、この第1の側面において、上記第1電荷蓄積部および第2電荷蓄積部は、上記蓄積した電荷の量に応じた電圧を生成し、上記第1トランジスタおよび上記第2トランジスタは、上記電圧を増幅して上記信号として出力する増幅トランジスタであってもよい。これにより、増幅トランジスタの駆動力が向上するという作用をもたらす。
また、この第1の側面において、上記所定方向に配列された選択トランジスタおよびリセットトランジスタをさらに具備し、上記選択トランジスタは、所定の選択信号に従って上記第1トランジスタおよび上記第2トランジスタと所定の信号線との間の経路を開閉し、上記リセットトランジスタは、上記第1電荷蓄積部および第2電荷蓄積部を初期化してもよい。これにより、電荷蓄積部を共有するブロックが対称性を持つという作用をもたらす。
また、この第1の側面において、上記所定方向に配列された第3トランジスタおよび第4トランジスタをさらに具備し、上記第3トランジスタは、所定の選択信号に従って上記第1トランジスタと所定の信号線との間の経路を開閉する選択トランジスタであり、上記第4トランジスタは、上記所定の選択信号に従って上記第3トランジスタと上記所定の信号線との間の経路を開閉する選択トランジスタであってもよい。これにより、選択トランジスタの駆動力が向上するという作用をもたらす。
また、この第1の側面において、上記所定方向に配列されたリセットトランジスタおよびダミートランジスタをさらに具備し、上記リセットトランジスタは、上記第1電荷蓄積部および第2電荷蓄積部を初期化してもよい。これにより、電荷蓄積部を共有するブロックが対称性を持つという作用をもたらす。
また、この第1の側面において、上記所定方向に配列されたリセットトランジスタおよび第5トランジスタをさらに具備し、上記リセットトランジスタは、上記第1電荷蓄積部および第2電荷蓄積部を初期化してもよい。これにより、電荷蓄積部を共有するブロックが対称性を持つという作用をもたらす。
また、この第1の側面において、上記第5トランジスタは、上記第1トランジスタおよび第2トランジスタと並列に接続された増幅トランジスタであってもよい。これにより、増幅トランジスタの駆動力が向上するという作用をもたらす。
また、この第1の側面において、上記第5トランジスタは、上記第3トランジスタおよび第4トランジスタの一方と並列に接続された選択トランジスタであってもよい。これにより、選択トランジスタの駆動力が向上するという作用をもたらす。
また、この第1の側面において、上記所定方向に配列された増幅トランジスタおよびリセットトランジスタをさらに具備し、上記第1トランジスタおよび第2トランジスタは、所定の選択信号に従って上記第3トランジスタと所定の信号線との間の経路を開閉する選択トランジスタであり、上記第1電荷蓄積部および第2電荷蓄積部は、上記蓄積した電荷の量に応じた電圧を生成し、上記増幅トランジスタは、上記電圧を増幅して上記信号として出力し、上記リセットトランジスタは、上記第1電荷蓄積部および第2電荷蓄積部を初期化してもよい。これにより、選択トランジスタの駆動力が向上するという作用をもたらす。
また、この第1の側面において、上記第1トランジスタおよび上記第2トランジスタと異なる他のトランジスタをさらに具備し、上記第1トランジスタおよび上記第2トランジスタの一方と上記他のトランジスタとは、上記所定方向に垂直な方向に配列されてもよい。これにより、所定方向に垂直な方向における画素アレイ部のサイズが小さくなるという作用をもたらす。
また、この第1の側面において、上記第1トランジスタおよび上記第2トランジスタと異なる他のトランジスタをさらに具備し、上記第1トランジスタおよび上記第2トランジスタと上記他のトランジスタとは、上記所定方向に配列されてもよい。これにより、所定方向における画素アレイ部のサイズが小さくなるという作用をもたらす。
また、この第1の側面において、上記第1トランジスタおよび上記第2トランジスタに接続された信号線が、上記所定方向に沿って配線された配線層をさらに具備してもよい。これにより、配線数が少なくなるという作用をもたらす。
また、本技術の第2の側面は、所定方向に配列された第1電荷蓄積部および第2電荷蓄積部と、複数の第1光電変換素子と、上記複数の第1光電変換素子から上記第1電荷蓄積部へ電荷を転送して蓄積させる第1転送部と、複数の第2光電変換素子と、上記複数の第2光電変換素子から上記第2電荷蓄積部へ電荷を転送して蓄積させる第2転送部と、上記第1電荷蓄積部および上記第2電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された上記電荷の量に応じた信号を出力する第1トランジスタと、上記所定方向に上記第1トランジスタとともに配列されて上記第1トランジスタに並列に接続された第2トランジスタと上記信号に対して所定の処理を行う信号処理部とを具備する撮像装置である。これにより、トランジスタの駆動力により画質が向上した画像データが処理されるという作用をもたらす。
本技術によれば、画素共有型の固体撮像素子において、トランジスタの駆動力を向上させることができるという優れた効果を奏し得る。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
以下、本技術を実施するための形態(以下、実施の形態と称する)について説明する。説明は以下の順序により行う。
1.第1の実施の形態(並列接続した2つのトランジスタを垂直方向に配列した例)
2.第2の実施の形態(並列接続した3つの増幅トランジスタのうち2つを垂直方向に配列した例)
3.第3の実施の形態(並列接続した3つの選択トランジスタのうち2つを垂直方向に配列した例)
4.第4の実施の形態(並列接続した2つの増幅トランジスタを垂直方向に配列した例)
5.第5の実施の形態(並列接続した2つの選択トランジスタを垂直方向に配列した例)
6.第6の実施の形態(並列接続した2つの選択トランジスタと他のトランジスタとを垂直方向に配列した例)
7.第7の実施の形態(並列接続した2つの増幅トランジスタと他のトランジスタとを垂直方向に配列した例)
8.内視鏡手術システムへの応用例
9.移動体への応用例
1.第1の実施の形態(並列接続した2つのトランジスタを垂直方向に配列した例)
2.第2の実施の形態(並列接続した3つの増幅トランジスタのうち2つを垂直方向に配列した例)
3.第3の実施の形態(並列接続した3つの選択トランジスタのうち2つを垂直方向に配列した例)
4.第4の実施の形態(並列接続した2つの増幅トランジスタを垂直方向に配列した例)
5.第5の実施の形態(並列接続した2つの選択トランジスタを垂直方向に配列した例)
6.第6の実施の形態(並列接続した2つの選択トランジスタと他のトランジスタとを垂直方向に配列した例)
7.第7の実施の形態(並列接続した2つの増幅トランジスタと他のトランジスタとを垂直方向に配列した例)
8.内視鏡手術システムへの応用例
9.移動体への応用例
<1.第1の実施の形態>
[撮像装置の構成例]
図1は、本技術の第1の実施の形態における撮像装置100の一構成例を示すブロック図である。この撮像装置100は、画像データを撮像するための装置であり、光学部110、固体撮像素子200、DSP(Digital Signal Processing)回路120を備える。さらに撮像装置100は、表示部130、操作部140、バス150、フレームメモリ160、記憶部170および電源部180を備える。撮像装置100としては、例えば、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラの他、撮像機能を持つスマートフォンやパーソナルコンピュータが想定される。
[撮像装置の構成例]
図1は、本技術の第1の実施の形態における撮像装置100の一構成例を示すブロック図である。この撮像装置100は、画像データを撮像するための装置であり、光学部110、固体撮像素子200、DSP(Digital Signal Processing)回路120を備える。さらに撮像装置100は、表示部130、操作部140、バス150、フレームメモリ160、記憶部170および電源部180を備える。撮像装置100としては、例えば、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラの他、撮像機能を持つスマートフォンやパーソナルコンピュータが想定される。
光学部110は、被写体からの光を集光して固体撮像素子200に導くものである。固体撮像素子200は、垂直同期信号に同期して、光電変換により画像データを生成するものである。ここで、垂直同期信号は、撮像のタイミングを示す所定周波数の周期信号である。固体撮像素子200は、生成した画像データをDSP回路120に信号線209を介して供給する。
DSP回路120は、固体撮像素子200からの画像データに対して所定の信号処理を実行するものである。このDSP回路120は、処理後の画像データをバス150を介してフレームメモリ160などに出力する。なお、DSP回路120内の信号処理の少なくとも一部をDSP回路120でなく固体撮像素子200内で行う構成であってもよい。また、DSP回路120は、特許請求の範囲に記載の信号処理部の一例である。
表示部130は、画像データを表示するものである。表示部130としては、例えば、液晶パネルや有機EL(Electro Luminescence)パネルが想定される。操作部140は、ユーザの操作に従って操作信号を生成するものである。
バス150は、光学部110、固体撮像素子200、DSP回路120、表示部130、操作部140、フレームメモリ160、記憶部170および電源部180が互いにデータをやりとりするための共通の経路である。
フレームメモリ160は、画像データを保持するものである。記憶部170は、画像データなどの様々なデータを記憶するものである。電源部180は、固体撮像素子200、DSP回路120や表示部130などに電源を供給するものである。
[固体撮像素子の構成例]
図2は、本技術の第1の実施の形態における固体撮像素子200の一構成例を示すブロック図である。この固体撮像素子200は、垂直駆動部210、画素アレイ部300、システム制御部220、カラム処理部230および水平駆動部240を備える。
図2は、本技術の第1の実施の形態における固体撮像素子200の一構成例を示すブロック図である。この固体撮像素子200は、垂直駆動部210、画素アレイ部300、システム制御部220、カラム処理部230および水平駆動部240を備える。
画素アレイ部300には、複数の画素が二次元格子状に配列される。以下、所定の方向(例えば、水平方向)に配列された画素の集合を「行」と称し、行に垂直な方向に配列された画素の集合を「列」と称する。この画素アレイ部300は、各々が所定数(例えば、2列×4行の8個)の画素からなる複数のTr共有ブロック310に分割される。このTr共有ブロック310内の画素のそれぞれは、トランジスタ群を共有している。
垂直駆動部210は、画素アレイ部300内の画素を全画素同時または行単位で駆動するものである。垂直駆動部210は、例えば、シフトレジスタやアドレスデコーダにより構成される。また、この垂直駆動部210により駆動された画素からの画素信号は、列ごとにカラム処理部230に入力される。
カラム処理部230は、列ごとに、画素信号に対して、CDS(Correlated Double Sampling)処理やAD(Analog to Digital)変換処理などの処理を行うものである。カラム処理部230は、処理後の画素データをDSP回路120に出力する。
水平駆動部240は、列を順に選択し、カラム処理部230に、その列の画素データを出力させるものである。この水平駆動部240は、例えば、シフトレジスタやアドレスデコーダなどにより構成される。
システム制御部220は、垂直駆動部210、カラム処理部230および水平駆動部240のそれぞれの駆動タイミングを制御するものである。このシステム制御部220は、例えば、タイミングジェネレータにより構成される。システム制御部220は、タイミングジェネレータにより生成された様々なタイミング信号に基づいて垂直駆動部210等を制御する。
なお、垂直駆動部210、画素アレイ部300、システム制御部220、カラム処理部230および水平駆動部240は、同一の半導体基板に設けてもよいし、積層された複数の半導体基板に分散して配置してもよい。
[画素アレイ部の構成例]
図3は、本技術の第1の実施の形態におけるTr共有ブロック310内の素子のレイアウトの一例を示す平面図である。Tr共有ブロック310は、FD共有ブロック320とFD共有ブロック350とから構成される。FD共有ブロック320内には、フォトダイオード321、322、326および329と、FD325と、トランジスタ群とが配置される。FD共有ブロック320内のトランジスタ群は、転送トランジスタ323、324、327および328と、選択トランジスタ330と、増幅トランジスタ331と、ダミートランジスタ332とからなる。
図3は、本技術の第1の実施の形態におけるTr共有ブロック310内の素子のレイアウトの一例を示す平面図である。Tr共有ブロック310は、FD共有ブロック320とFD共有ブロック350とから構成される。FD共有ブロック320内には、フォトダイオード321、322、326および329と、FD325と、トランジスタ群とが配置される。FD共有ブロック320内のトランジスタ群は、転送トランジスタ323、324、327および328と、選択トランジスタ330と、増幅トランジスタ331と、ダミートランジスタ332とからなる。
また、FD共有ブロック350内には、フォトダイオード351、352、356および359と、FD355と、トランジスタ群とが配置される。FD共有ブロック350内のトランジスタ群は、転送トランジスタ353、354、357および358と、選択トランジスタ360と、増幅トランジスタ361と、リセットトランジスタ362とからなる。
ここで、画素アレイ部300の行数をN、列数をM(NおよびMは整数)とし、水平方向(行方向)をX方向、垂直方向(列方向)をY方向とする。また、X方向およびY方向に垂直な光軸方向をZ方向とする。そして、画素アレイ部300におけるn行目、m列目のフォトダイオードの座標を(n,m)により表す。ここで、nは0乃至N-1の整数であり、mは0乃至M-1の整数である。
最初に、Tr共有ブロック310内の素子のレイアウトについて説明する。フォトダイオード321、322、326、329、351、352、356および359は、2列×4行に配列される。フォトダイオード321、322、326および329の座標は、例えば、(0,0)、(0,1)、(1,0)および(1,1)である。フォトダイオード351、352、356および359の座標は、例えば、(2,0)、(2,1)、(3,0)および(3,1)である。
FD325は、フォトダイオード321、322、326および329に囲まれた位置に配置される。FD355は、フォトダイオード351、352、356および359に囲まれた位置に配置される。言い換えれば、FD325および355は、Y方向に配列されている。なお、Y方向は、特許請求の範囲に記載の所定方向の一例である。
転送トランジスタ323は、フォトダイオード321とFD325との間に配置され、転送トランジスタ324は、フォトダイオード322とFD325との間に配置される。転送トランジスタ327は、フォトダイオード326とFD325との間に配置され、転送トランジスタ328は、フォトダイオード329とFD325との間に配置される。
また、転送トランジスタ353は、フォトダイオード351とFD355との間に配置され、転送トランジスタ354は、フォトダイオード352とFD355との間に配置される。転送トランジスタ357は、フォトダイオード356とFD355との間に配置され、転送トランジスタ358は、フォトダイオード359とFD355との間に配置される。
選択トランジスタ330は、フォトダイオード326とフォトダイオード351との間に配置される。選択トランジスタ360は、座標(3,0)のフォトダイオード356と、次の行の座標(4,0)のフォトダイオード(不図示)との間に配置される。言い換えれば、選択トランジスタ330および360は、Y方向に配列される。また、選択トランジスタ330および360は並列に接続されている。
ダミートランジスタ332は、フォトダイオード329とフォトダイオード352との間に配置される。リセットトランジスタ362は、座標(3,1)のフォトダイオード359と、次の行の座標(4,1)のフォトダイオード(不図示)との間に配置される。言い換えれば、ダミートランジスタ332およびリセットトランジスタ362は、Y方向に配列される。
増幅トランジスタ331は、選択トランジスタ330とダミートランジスタ332との間に配置される。増幅トランジスタ361は、選択トランジスタ360とリセットトランジスタ362との間に配置される。言い換えれば、増幅トランジスタ331および361はY方向に配列される。また、選択トランジスタ330、増幅トランジスタ331およびダミートランジスタ332はX方向に配列され、選択トランジスタ360、増幅トランジスタ361およびリセットトランジスタ362もX方向に配列される。
次に、Tr共有ブロック310内の素子の機能について説明する。フォトダイオード321、322、326、329、351、352、356および359は、入射光を光電変換して電荷を生成するものである。なお、フォトダイオード321、322、326および329は、特許請求の範囲に記載の第1光電変換素子の一例であり、フォトダイオード351、352、356および359は、特許請求の範囲に記載の第2光電変換素子の一例である。
転送トランジスタ323は、垂直駆動部210からの転送信号に従って、フォトダイオード321からFD325へ電荷を転送するものである。同様に、転送トランジスタ324、327および328は、転送信号に従って、それぞれフォトダイオード322、326および329からFD325へ電荷を転送する。また、転送トランジスタ353、354、357および358は、転送信号に従って、それぞれフォトダイオード351、352、356および359からFD355へ電荷を転送する。
なお、転送トランジスタ323、324、327および328からなる回路は、特許請求の範囲に記載の第1転送部の一例である。転送トランジスタ353、354、357および358からなる回路は、特許請求の範囲に記載の第2転送部の一例である。
FD325および355は、転送された電荷を蓄積し、蓄積した電荷量に応じた電圧を生成するものである。なお、FD325は、特許請求の範囲に記載の第1電荷蓄積部の一例であり、FD355は、特許請求の範囲に記載の第2電荷蓄積部の一例である。
増幅トランジスタ331は、FD325および355の電圧を増幅するものである。この増幅トランジスタ331は、増幅した電圧の画素信号を選択トランジスタ330に出力する。増幅トランジスタ361は、FD325および355の電圧を増幅するものである。この増幅トランジスタ361は、増幅した電圧の画素信号を選択トランジスタ360に出力する。なお、増幅トランジスタ331は、特許請求の範囲に記載の第1トランジスタの一例である。また、増幅トランジスタ361は、特許請求の範囲に記載の第2トランジスタの一例である。
選択トランジスタ330は、垂直駆動部210からの選択信号に従って、増幅トランジスタ331と垂直信号線(不図示)との間の経路を開閉するものである。この垂直信号線を介して、画素信号は、カラム処理部230へ出力される。選択トランジスタ360は、選択信号に従って、増幅トランジスタ361と垂直信号線(不図示)との間の経路を開閉するものである。なお、選択トランジスタ330は、特許請求の範囲に記載の第3トランジスタの一例である。また、選択トランジスタ360は、特許請求の範囲に記載の第4トランジスタの一例である。
リセットトランジスタ362は、垂直駆動部210からのリセット信号に従って、FD325および355から電荷を引き抜いて、それらの電荷量を初期化するものである。
ダミートランジスタ332は、FD共有ブロック320とFD共有ブロック350とに対称性を持たせるために、配置されるトランジスタである。このダミートランジスタ332は、駆動させてもよいし、駆動させずに配置するだけでもよい。
上述したように、選択トランジスタ330、増幅トランジスタ331およびダミートランジスタ332と、選択トランジスタ360、増幅トランジスタ361およびリセットトランジスタ362とは、各FD共有ブロック内の相対位置が同一である。この配置により、FD共有ブロック320とFD共有ブロック350とに対称性を持たせることができる。これにより、トランジスタのポリシリコンの密度が画素毎にばらつくことによる影響を軽減し、感度不均一性(PRNU: Photo Response Non-Uniformity)を改善することができる。ここで、「対称」とは、トランジスタやFDなどの素子の配置レイアウトが、並進対称や線対称であることを意味する。図3の例では、FD共有ブロック320をY方向に沿ってFD共有ブロック350の方へ並進させると、FD共有ブロック350と同一のレイアウトとなる。すなわち、並進対称である。なお、後述するようにFD共有ブロック320とFD共有ブロック350とは線対称であってもよい。
ここで、仮にFD共有ブロックが非対称になるトランジスタ配置にすると、画素毎に感度差が発生してしまう。その原因としては、例えば、次のような理由が考えられる。
裏面から照射される光のうち、MOSトランジスタの例えばポリシリコンで形成されたゲート付近を通過する光は、ゲート及びシリコン間の界面やゲートの側壁などで反射、吸収される。それゆえ、周辺にMOSトランジスタのゲートが配置されているフォトダイオードと、配置されていないフォトダイオードとの間で出力が異なり、両者の間に出力差が生じる。
また、MOSトランジスタのソース、ドレインに近いフォトダイオードの領域で光電変換されて発生した電子は、フォトダイオードのポテンシャルより比較的ポテンシャルの深いソース、ドレインに移動しやすい。この場合、周辺にMOSトランジスタのソース、ドレインが配置されているフォトダイオードでは、電子が検出され難くなり、出力が小さくなる。それゆえ、周辺にMOSトランジスタのソース、ドレインが配置されているフォトダイオードと、配置されていないフォトダイオードとの間で出力が異なり、両者の間に出力差が生じる。
図4は、本技術の第1の実施の形態におけるTr共有ブロック310の等価回路の一例を示す回路図である。転送トランジスタ323、324、327、328、353、354、357および358として、例えば、n型のMOS(Metal-Oxide-Semiconductor)トランジスタが用いられる。リセットトランジスタ362と増幅トランジスタ331および361と選択トランジスタ330および360とについても同様に、例えば、n型のMOSトランジスタが用いられる。
転送トランジスタ323、324、327および328のそれぞれのゲートは垂直駆動部210に接続される。また、これらのトランジスタのソースおよびドレインは、対応するフォトダイオードとFD325とに接続される。また、転送トランジスタ353、354、357および358のそれぞれのゲートは垂直駆動部210に接続される。また、これらのトランジスタのソースおよびドレインは、対応するフォトダイオードとFD355とに接続される。
リセットトランジスタ362のゲートは、垂直駆動部210に接続される。リセットトランジスタ362のソースは電源に接続され、ドレインは、FD325および355に接続される。
増幅トランジスタ331および361のゲートは、FD325および355に共通に接続される。また、増幅トランジスタ331のソースは、電源に接続され、ドレインは、選択トランジスタ330に接続される。増幅トランジスタ361のソースは、電源に接続され、ドレインは、選択トランジスタ360に接続される。言い換えれば、増幅トランジスタ331および361は、電源に並列に接続される。
選択トランジスタ330および360のゲートは、垂直駆動部210に共通に接続される。また、選択トランジスタ330のソースは、増幅トランジスタ331に接続され、ドレインは垂直信号線319に接続される。選択トランジスタ360のソースは、増幅トランジスタ361に接続され、ドレインは垂直信号線319に接続される。言い換えれば、選択トランジスタ330および360は、垂直信号線に並列に接続される。この垂直信号線を介して画素信号SIGがカラム処理部230へ出力される。
垂直駆動部210は、リセット信号RSTを供給することによりFD325および355を初期化する。また、垂直駆動部210は、転送信号TG00、TG01、TG10、TG11、TG20、TG21、TG30およびTG31を転送トランジスタ323、324、327、328、353、354、357および358に供給することにより、電荷を転送させる。画素加算しない場合に垂直駆動部210は、露光終了時に、転送信号TG00、TG01、TG10、TG11、TG20、TG21、TG30、TG31を順に供給する。一方、画素加算する場合に垂直駆動部210は、転送信号TG00、TG01、TG10、TG11、TG20、TG21、TG30およびTG31のうち少なくとも2つを同時に供給する。また、垂直駆動部210は、選択信号SELを選択トランジスタ330および360に供給することにより、画素信号を垂直信号線319へ出力させる。
図5は、比較例におけるTr共有ブロック内の素子のレイアウトの一例を示す平面図である。この比較例では、選択トランジスタおよび増幅トランジスタが1つずつ設けられる。選択トランジスタは、座標(1,0)のフォトダイオードと座標(2,0)のフォトダイオードとの間に配置され、リセットトランジスタは、座標(3,0)のフォトダイオードと座標(4,0)のフォトダイオード(不図示)との間に配置される。増幅トランジスタは、座標(1,1)のフォトダイオードと座標(2,1)のフォトダイオードとの間に配置され、ダミートランジスタは、座標(3,1)のフォトダイオードと座標(4,1)のフォトダイオード(不図示)との間に配置される。
図6は、比較例におけるTr共有ブロックの等価回路の一例を示す回路図である。増幅トランジスタのゲートは、FDに接続され、増幅トランジスタおよび選択トランジスタは、電源と垂直信号線との間に直列に接続される。この比較例の増幅トランジスタのドレイン電流Isfは、例えば、次の式により表される。
Isf=K・(W/L)・(Vin-V2-Vth)2 ・・・式1
上式において、Kは、増幅トランジスタの移動度とゲート容量との積である。Wはゲート幅であり、Lは増幅トランジスタのゲート長である。Vinは、増幅トランジスタのゲート電圧である。V2は、増幅トランジスタおよび選択トランジスタの接続点の電圧である。ドレイン電流Isfの単位は、例えば、アンペア(A)であり、ゲート長Lおよびゲート幅Wの単位は例えば、メートル(m)である。電圧Vin、V2およびVthの単位は、例えば、ボルト(V)である。
Isf=K・(W/L)・(Vin-V2-Vth)2 ・・・式1
上式において、Kは、増幅トランジスタの移動度とゲート容量との積である。Wはゲート幅であり、Lは増幅トランジスタのゲート長である。Vinは、増幅トランジスタのゲート電圧である。V2は、増幅トランジスタおよび選択トランジスタの接続点の電圧である。ドレイン電流Isfの単位は、例えば、アンペア(A)であり、ゲート長Lおよびゲート幅Wの単位は例えば、メートル(m)である。電圧Vin、V2およびVthの単位は、例えば、ボルト(V)である。
次に、比較例において増幅トランジスタ331を2つにして、それらを1つの選択トランジスタに並列に接続した構成を想定する。この構成における増幅トランジスタのドレイン電流Isf'は、例えば、次の式により表される。
Isf'=K・(2W/L)・(Vin-V2'-Vth')2・・・式2
上式におけるV2'は、増幅トランジスタと選択トランジスタとの間の電圧である。Vth'は、増幅トランジスタの閾値電圧である。
Isf'=K・(2W/L)・(Vin-V2'-Vth')2・・・式2
上式におけるV2'は、増幅トランジスタと選択トランジスタとの間の電圧である。Vth'は、増幅トランジスタの閾値電圧である。
式1および式2より、V2およびVthが、V2'およびVth'と等しいものとすると、増幅トランジスタの並列接続により、増幅トランジスタのゲート幅Wを2倍にした場合と同一のドレイン電流を得ることができる。
また、IsfおよびVthが、Isf'およびVth'と等しいものとすると、式1および式2より電圧V2'は、電圧V2よりも大きくなる。これは、並列接続により増幅トランジスタの相互コンダクタンスが大きくなり、そのオン抵抗が小さくなったことを意味する。
このように、増幅トランジスタの並列接続により、並列接続しない場合と比較して、それらのトランジスタの相互コンダクタンスを大きくして、ドレイン電流を増大させることができる。選択トランジスタについても同様に並列接続によりドレイン電流を増大させることができる。また、相互コンダクタンスの拡大により、処理速度を速くすることができる。
増幅トランジスタを並列接続せずに、そのゲート幅Wを2倍にした場合も、同様の効果が得られるが、2倍のゲート幅Wを確保するために、フォトダイオードの受光面積の削減が必要となるおそれがある。そして、受光面積を削減すると、感度などの光学特性が低下してしまう。
これに対して、固体撮像素子200では、増幅トランジスタ331と増幅トランジスタ361とを並列に接続しているため、受光面積を維持しつつ、並列接続しない場合と比較して増幅トランジスタのゲート幅Wを実質的に拡大することができる。また、選択トランジスタ330と選択トランジスタ360とを並列に接続しているため、選択トランジスタのゲート幅Wも実質的に拡大することができる。
また、並列接続する増幅トランジスタ331および361は、Tr共有ブロック310内においてY方向に配列されている。選択トランジスタ330および360も同様にY方向に配列されている。Y方向への配列により、X方向に配列した場合と比較して、信号線の配線が容易となる。配線のレイアウトについては後述する。
図7は、本技術の第1の実施の形態における固体撮像素子200のY方向から見た断面図の一例を示す図である。光電変換層410の受光面を上面として、その下部にトランジスタ層420が設けられる。また、トランジスタ層420の下部に第1配線層430が設けられ、その下部に第2配線層440が設けられる。第2配線層440の下部に第3配線層460が設けられる。
光電変換層410には、フォトダイオード321や322が二次元格子状に配列される。トランジスタ層420には、増幅トランジスタ331および361や、選択トランジスタ330および360などのトランジスタが設けられる。第1配線層430には、Y方向(垂直方向)に沿って信号線が配線される。第2配線層440には、X方向(水平方向)に沿って信号線が配線される。第3配線層460には、Y方向に沿って信号線が配線される。
図8は、本技術の第1の実施の形態におけるトランジスタ層420の一例を示す平面図である。トランジスタ層420のTr共有ブロック310に対応する領域には、8個の転送トランジスタと、選択トランジスタ330および360と、増幅トランジスタ331および361と、ダミートランジスタ332とリセットトランジスタ362とが設けられる。
[配線層の構成例]
図9は、本技術の第1の実施の形態における第1配線層430の配線レイアウトの一例を示す平面図である。この第1配線層430には、信号線431、432、433および434などの信号線がY方向に沿って配線される。
図9は、本技術の第1の実施の形態における第1配線層430の配線レイアウトの一例を示す平面図である。この第1配線層430には、信号線431、432、433および434などの信号線がY方向に沿って配線される。
信号線431は、選択トランジスタ330および360に接続され、選択信号SELを伝送する。信号線432は、転送トランジスタ323および327に接続され、転送信号TG00やTG10を伝送する。
信号線433は、増幅トランジスタ331および361に接続され、それらに電源を供給するために用いられる。信号線434は、リセットトランジスタ362に接続され、リセット信号RSTを伝送する。
図10は、本技術の第1の実施の形態における第2配線層440の配線レイアウトの一例を示す平面図である。この第2配線層440には、信号線441、442、443、444、445、446、447、448、449および450などの信号線がX方向に沿って配線される。
信号線441、443、446および448は、電源電圧VSSを供給するために用いられる。信号線442は、信号線432に接続され、垂直駆動部210からの転送信号TGを伝送する。信号線447も同様に転送信号TGを伝送する。
信号線444は、信号線431に接続され、垂直駆動部210からの選択信号SELを伝送する。信号線445および450は、電源電圧VDDを供給するために用いられる。
信号線449は、信号線434に接続され、垂直駆動部210からのリセット信号RSTを伝送する。
上述したように、Y方向に選択トランジスタ330および360を配列したため、Y方向に沿って配線した1本の信号線431により選択信号SELを伝送することができる。ここで、仮に、X方向に選択トランジスタ330および360を配列すると、第1配線層430において、信号線444に接続した2本の信号線により選択信号SELを伝送しなければならなくなり、配線数が増大してしまう。これに対して、Tr共有ブロック310では、Y方向に選択トランジスタ330および360を配列しているため、X方向に配列した場合と比較して第1配線層430の配線数を削減して配線を容易にすることができる。
図11は、本技術の第1の実施の形態における第3配線層460の配線レイアウトの一例を示す平面図である。この第3配線層460には、信号線461、462、463、464および465などの信号線がY方向に沿って配線される。
信号線461および465は、電源電圧VDDを供給するために用いられる。信号線462および464は、電源電圧VSSを供給するために用いられる。信号線463は、画素信号SIGを伝送する。図11における信号線463は、図4に例示した等価回路における垂直信号線319に該当する。
このように、本技術の第1の実施の形態によれば、増幅トランジスタ331および361を並列に接続してY方向に配列したため、並列接続しない場合よりも増幅トランジスタの駆動力を容易に高くすることができる。また、選択トランジスタ330および360も並列に接続したため、選択トランジスタの駆動力も高くすることができる。
<2.第2の実施の形態>
上述の第1の実施の形態では、固体撮像素子200において増幅トランジスタ331および361の2つを並列に接続していた。これにより、並列接続しない場合と比較して増幅トランジスタのゲート幅Wを実質的に2倍にすることができるが、2倍にしても増幅トランジスタの駆動力が不足することがある。この第2の実施の形態の固体撮像素子200は、増幅トランジスタの駆動力をさらに向上させた点において第1の実施の形態と異なる。
上述の第1の実施の形態では、固体撮像素子200において増幅トランジスタ331および361の2つを並列に接続していた。これにより、並列接続しない場合と比較して増幅トランジスタのゲート幅Wを実質的に2倍にすることができるが、2倍にしても増幅トランジスタの駆動力が不足することがある。この第2の実施の形態の固体撮像素子200は、増幅トランジスタの駆動力をさらに向上させた点において第1の実施の形態と異なる。
図12は、本技術の第2の実施の形態におけるTr共有ブロック310内の素子のレイアウトの一例を示す平面図である。この第2の実施の形態のTr共有ブロック310は、ダミートランジスタ332の代わりに増幅トランジスタ333を設けた点において第1の実施の形態と異なる。また、増幅トランジスタ331、361および333は、並列に接続される。
図13は、本技術の第2の実施の形態におけるTr共有ブロック310の等価回路の一例を示す回路図である。この第2の実施の形態の等価回路は、増幅トランジスタ333がさらに接続される点において第1の実施の形態と異なる。
増幅トランジスタ331、361および333のソースは、電源に共通に接続される。また、増幅トランジスタ331および333のドレインは、選択トランジスタ330に共通に接続される。なお、増幅トランジスタ333は、特許請求の範囲に記載の第5トランジスタの一例である。
3つの増幅トランジスタの並列接続により、並列接続しない場合と比較して増幅トランジスタのゲート幅Wを実質的に3倍にすることができる。これにより、ドレイン電流を3倍にして増幅トランジスタの駆動力をさらに向上させることができる。
このように、本技術の第2の実施の形態では、増幅トランジスタ331、361および333の3つを並列に接続したため、2つを並列接続する場合と比較して増幅トランジスタの駆動力をさらに向上させることができる。
<3.第3の実施の形態>
上述の第1の実施の形態では、固体撮像素子200において選択トランジスタ330および360の2つを並列に接続していた。これにより、並列接続しない場合と比較して選択トランジスタのゲート幅Wを実質的に2倍にすることができるが、2倍にしても選択トランジスタの駆動力が不足することがある。この第3の実施の形態の固体撮像素子200は、選択トランジスタの駆動力をさらに向上させた点において第1の実施の形態と異なる。
上述の第1の実施の形態では、固体撮像素子200において選択トランジスタ330および360の2つを並列に接続していた。これにより、並列接続しない場合と比較して選択トランジスタのゲート幅Wを実質的に2倍にすることができるが、2倍にしても選択トランジスタの駆動力が不足することがある。この第3の実施の形態の固体撮像素子200は、選択トランジスタの駆動力をさらに向上させた点において第1の実施の形態と異なる。
図14は、本技術の第3の実施の形態におけるTr共有ブロック310内の素子のレイアウトの一例を示す平面図である。この第3の実施の形態のTr共有ブロック310は、ダミートランジスタ332の代わりに選択トランジスタ334を設けた点において第1の実施の形態と異なる。また、選択トランジスタ330、360および334は、並列に接続される。
図15は、本技術の第3の実施の形態におけるTr共有ブロック310の等価回路の一例を示す回路図である。この第3の実施の形態の等価回路は、選択トランジスタ334がさらに接続される点において第1の実施の形態と異なる。
選択トランジスタ330、360および334のゲートは、選択信号SELを伝送する信号線に共通に接続され、それらのドレインは垂直信号線319に共通に接続される。また、選択トランジスタ330および334のソースは、増幅トランジスタ331に共通に接続される。なお、選択トランジスタ334は、特許請求の範囲に記載の第5トランジスタの一例である。
3つの選択トランジスタの並列接続により、並列接続しない場合と比較して選択トランジスタのゲート幅Wを実質的に3倍にすることができる。これにより、ドレイン電流を3倍にして選択トランジスタの駆動力をさらに向上させることができる。
このように、本技術の第3の実施の形態では、選択トランジスタ330、360および334の3つを並列に接続したため、2つを並列接続する場合と比較して選択トランジスタの駆動力をさらに向上させることができる。
<4.第4の実施の形態>
上述の第1の実施の形態では、選択トランジスタ330および360の2つを並列に接続していた。これにより、並列接続しない場合と比較して選択トランジスタのゲート幅Wを実質的に2倍にすることができるが、Tr共有ブロック310内のトランジスタ数が増大して、フォトダイオードの受光面積の拡大が困難となる。この第4の実施の形態の固体撮像素子200は、選択トランジスタの個数を削減した点において第1の実施の形態と異なる。
上述の第1の実施の形態では、選択トランジスタ330および360の2つを並列に接続していた。これにより、並列接続しない場合と比較して選択トランジスタのゲート幅Wを実質的に2倍にすることができるが、Tr共有ブロック310内のトランジスタ数が増大して、フォトダイオードの受光面積の拡大が困難となる。この第4の実施の形態の固体撮像素子200は、選択トランジスタの個数を削減した点において第1の実施の形態と異なる。
図16は、本技術の第4の実施の形態におけるTr共有ブロック310内の素子のレイアウトの一例を示す平面図である。この第4の実施の形態のTr共有ブロック310は、選択トランジスタ360およびダミートランジスタ332を備えない点において第1の実施の形態と異なる。これらのトランジスタを削減した状態のFD共有ブロック320および350は対称性を有するため、感度不均一性などの光学特性を改善することができる。また、第4の実施の形態において増幅トランジスタ331は、フォトダイオード326とフォトダイオード351との間に配置される。選択トランジスタ330は、フォトダイオード329とフォトダイオード352との間に配置される。増幅トランジスタ361は、座標(3,0)のフォトダイオード356と、その次の行の座標(4,0)のフォトダイオード(不図示)との間に配置される。第4の実施の形態におけるリセットトランジスタ362の位置は、第1の実施の形態と同様である。
図17は、本技術の第4の実施の形態におけるTr共有ブロック310の等価回路の一例を示す回路図である。この第4の実施の形態の等価回路は、選択トランジスタ360が接続されない点において第1の実施の形態と異なる。また、増幅トランジスタ361のドレインは、選択トランジスタ330に接続される。
このように、本技術の第4の実施の形態では、選択トランジスタ360およびダミートランジスタ332を用いずにFD共有ブロック320および360に対称性を持たせたため、感度不均一性などの光学特性を改善することができる。
<5.第5の実施の形態>
上述の第1の実施の形態では、増幅トランジスタ331および361の2つを並列に接続していた。これにより、並列接続しない場合と比較して増幅トランジスタのゲート幅Wを実質的に2倍にすることができるが、Tr共有ブロック310内のトランジスタ数が増大して、フォトダイオードの受光面積の拡大が困難となる。この第5の実施の形態の固体撮像素子200は、増幅トランジスタの個数を削減した点において第1の実施の形態と異なる。
上述の第1の実施の形態では、増幅トランジスタ331および361の2つを並列に接続していた。これにより、並列接続しない場合と比較して増幅トランジスタのゲート幅Wを実質的に2倍にすることができるが、Tr共有ブロック310内のトランジスタ数が増大して、フォトダイオードの受光面積の拡大が困難となる。この第5の実施の形態の固体撮像素子200は、増幅トランジスタの個数を削減した点において第1の実施の形態と異なる。
図18は、本技術の第5の実施の形態におけるTr共有ブロック310内の素子のレイアウトの一例を示す平面図である。この第5の実施の形態のTr共有ブロック310は、増幅トランジスタ361およびダミートランジスタ332を備えない点において第1の実施の形態と異なる。これらのトランジスタを削減した状態のFD共有ブロック320および350は対称性を有するため、感度不均一性などの光学特性を改善することができる。
また、第5の実施の形態において増幅トランジスタ331は、フォトダイオード326とフォトダイオード351との間に配置される。選択トランジスタ330は、フォトダイオード329とフォトダイオード352との間に配置される。リセットトランジスタ362は、座標(3,0)のフォトダイオード356と、その次の行の座標(4,0)のフォトダイオード(不図示)との間に配置される。選択トランジスタ360は、座標(3,1)のフォトダイオード359と、その次の行の座標(4,1)のフォトダイオード(不図示)との間に配置される。
なお、選択トランジスタ330は、特許請求の範囲に記載の第1トランジスタの一例であり、選択トランジスタ360は、特許請求の範囲に記載の第2トランジスタの一例である。
図19は、本技術の第5の実施の形態におけるTr共有ブロック310の等価回路の一例を示す回路図である。この第5の実施の形態の等価回路は、増幅トランジスタ361が接続されない点において第1の実施の形態と異なる。また、選択トランジスタ360のソースは、増幅トランジスタ331に接続される。
このように、本技術の第5の実施の形態では、増幅トランジスタ361およびダミートランジスタ332を用いずにFD共有ブロック320および360に対称性を持たせたため、感度不均一性などの光学特性を改善することができる。
<6.第6の実施の形態>
上述の第1の実施の形態ではTr共有ブロック310内において選択トランジスタ330などのトランジスタをX方向に配列していた。しかし、この配置では、それらのトランジスタをY方向に配列する場合と比較して、Y方向における画素アレイ部300のサイズが大きくなってしまう。また、選択トランジスタ330および360の並列接続により、Tr共有ブロック310内のトランジスタ数が増大して、フォトダイオードの受光面積の拡大が困難となる。この第6の実施の形態の固体撮像素子200は、Y方向のサイズと選択トランジスタの個数とを削減した点において第1の実施の形態と異なる。
上述の第1の実施の形態ではTr共有ブロック310内において選択トランジスタ330などのトランジスタをX方向に配列していた。しかし、この配置では、それらのトランジスタをY方向に配列する場合と比較して、Y方向における画素アレイ部300のサイズが大きくなってしまう。また、選択トランジスタ330および360の並列接続により、Tr共有ブロック310内のトランジスタ数が増大して、フォトダイオードの受光面積の拡大が困難となる。この第6の実施の形態の固体撮像素子200は、Y方向のサイズと選択トランジスタの個数とを削減した点において第1の実施の形態と異なる。
図20は、本技術の第6の実施の形態におけるTr共有ブロック310内の素子のレイアウトの一例を示す平面図である。この第6の実施の形態のTr共有ブロック310は、選択トランジスタ360およびダミートランジスタ332を備えない点において第1の実施の形態と異なる。これらのトランジスタを削減した状態のFD共有ブロック320および350は対称性を有するため、感度不均一性などの光学特性を改善することができる。
また、選択トランジスタ330、増幅トランジスタ331、増幅トランジスタ361およびリセットトランジスタ362はY方向に配列される。選択トランジスタ330は、フォトダイオード322に隣接する位置に配置され、増幅トランジスタ331は、フォトダイオード329に隣接する位置に配置される。増幅トランジスタ361は、フォトダイオード352に隣接する位置に配置され、リセットトランジスタ362は、フォトダイオード359に隣接する位置に配置される。このような配置により、FD共有ブロック320とFD共有ブロック350とは、それらのブロックの境界線に対して線対称となる。なお、選択トランジスタ330およびリセットトランジスタ362は、特許請求の範囲に記載の他のトランジスタの一例である。
第6の実施の形態のTr共有ブロック310の等価回路は、図17に例示した第4の実施の形態の等価回路と同様である。
このように、本技術の第6の実施の形態では、選択トランジスタ330、増幅トランジスタ331、増幅トランジスタ361およびリセットトランジスタ362をY方向に配列したため、X方向に配列する場合よりもY方向のサイズを削減することができる。また、選択トランジスタ360およびダミートランジスタ332を用いずにFD共有ブロック320および360に対称性を持たせたため、感度不均一性などの光学特性を改善することができる。
<7.第7の実施の形態>
上述の第1の実施の形態ではTr共有ブロック310内において選択トランジスタ330などのトランジスタをX方向に配列していた。しかし、この配置では、それらのトランジスタをY方向に配列する場合と比較して、Y方向における画素アレイ部300のサイズが大きくなってしまう。また、増幅トランジスタ331および361の並列接続により、Tr共有ブロック310内のトランジスタ数が増大して、フォトダイオードの受光面積の拡大が困難となる。この第7の実施の形態の固体撮像素子200は、Y方向のサイズと増幅トランジスタの個数とを削減した点において第1の実施の形態と異なる。
上述の第1の実施の形態ではTr共有ブロック310内において選択トランジスタ330などのトランジスタをX方向に配列していた。しかし、この配置では、それらのトランジスタをY方向に配列する場合と比較して、Y方向における画素アレイ部300のサイズが大きくなってしまう。また、増幅トランジスタ331および361の並列接続により、Tr共有ブロック310内のトランジスタ数が増大して、フォトダイオードの受光面積の拡大が困難となる。この第7の実施の形態の固体撮像素子200は、Y方向のサイズと増幅トランジスタの個数とを削減した点において第1の実施の形態と異なる。
図21は、本技術の第7の実施の形態におけるTr共有ブロック310内の素子のレイアウトの一例を示す平面図である。この第7の実施の形態のTr共有ブロック310は、増幅トランジスタ361およびダミートランジスタ332を備えない点において第1の実施の形態と異なる。これらのトランジスタを削減した状態のFD共有ブロック320および350は対称性を有するため、感度不均一性などの光学特性を改善することができる。
また、選択トランジスタ330、増幅トランジスタ331、選択トランジスタ360およびリセットトランジスタ362はY方向に配列される。選択トランジスタ330は、フォトダイオード322に隣接する位置に配置され、増幅トランジスタ331は、フォトダイオード329に隣接する位置に配置される。選択トランジスタ360は、フォトダイオード352に隣接する位置に配置され、リセットトランジスタ362は、フォトダイオード359に隣接する位置に配置される。なお、増幅トランジスタ331およびリセットトランジスタ362は、特許請求の範囲に記載の他のトランジスタの一例である。
第7の実施の形態のTr共有ブロック310の等価回路は、図19に例示した第5の実施の形態の等価回路と同様である。なお、第1、第2および第3の実施の形態についても、第6および第7の実施の形態のようにトランジスタ群をY方向に配列する構成としてもよい。
このように、本技術の第7の実施の形態では、選択トランジスタ330、増幅トランジスタ331、選択トランジスタ360およびリセットトランジスタ362をY方向に配列したため、X方向に配列する場合よりもY方向のサイズを削減することができる。また、増幅トランジスタ361およびダミートランジスタ332をを用いずにFD共有ブロック320および360に対称性を持たせたため、感度不均一性などの光学特性を改善することができる。
<8.内視鏡手術システムへの応用例>
本開示に係る技術(本技術)は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、内視鏡手術システムに適用されてもよい。
本開示に係る技術(本技術)は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、内視鏡手術システムに適用されてもよい。
図22は、本開示に係る技術(本技術)が適用され得る内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。
図22では、術者(医師)11131が、内視鏡手術システム11000を用いて、患者ベッド11133上の患者11132に手術を行っている様子が図示されている。図示するように、内視鏡手術システム11000は、内視鏡11100と、気腹チューブ11111やエネルギー処置具11112等の、その他の術具11110と、内視鏡11100を支持する支持アーム装置11120と、内視鏡下手術のための各種の装置が搭載されたカート11200と、から構成される。
内視鏡11100は、先端から所定の長さの領域が患者11132の体腔内に挿入される鏡筒11101と、鏡筒11101の基端に接続されるカメラヘッド11102と、から構成される。図示する例では、硬性の鏡筒11101を有するいわゆる硬性鏡として構成される内視鏡11100を図示しているが、内視鏡11100は、軟性の鏡筒を有するいわゆる軟性鏡として構成されてもよい。
鏡筒11101の先端には、対物レンズが嵌め込まれた開口部が設けられている。内視鏡11100には光源装置11203が接続されており、当該光源装置11203によって生成された光が、鏡筒11101の内部に延設されるライトガイドによって当該鏡筒の先端まで導光され、対物レンズを介して患者11132の体腔内の観察対象に向かって照射される。なお、内視鏡11100は、直視鏡であってもよいし、斜視鏡又は側視鏡であってもよい。
カメラヘッド11102の内部には光学系及び撮像素子が設けられており、観察対象からの反射光(観察光)は当該光学系によって当該撮像素子に集光される。当該撮像素子によって観察光が光電変換され、観察光に対応する電気信号、すなわち観察像に対応する画像信号が生成される。当該画像信号は、RAWデータとしてカメラコントロールユニット(CCU: Camera Control Unit)11201に送信される。
CCU11201は、CPU(Central Processing Unit)やGPU(Graphics Processing Unit)等によって構成され、内視鏡11100及び表示装置11202の動作を統括的に制御する。さらに、CCU11201は、カメラヘッド11102から画像信号を受け取り、その画像信号に対して、例えば現像処理(デモザイク処理)等の、当該画像信号に基づく画像を表示するための各種の画像処理を施す。
表示装置11202は、CCU11201からの制御により、当該CCU11201によって画像処理が施された画像信号に基づく画像を表示する。
光源装置11203は、例えばLED(Light Emitting Diode)等の光源から構成され、術部等を撮影する際の照射光を内視鏡11100に供給する。
入力装置11204は、内視鏡手術システム11000に対する入力インタフェースである。ユーザは、入力装置11204を介して、内視鏡手術システム11000に対して各種の情報の入力や指示入力を行うことができる。例えば、ユーザは、内視鏡11100による撮像条件(照射光の種類、倍率及び焦点距離等)を変更する旨の指示等を入力する。
処置具制御装置11205は、組織の焼灼、切開又は血管の封止等のためのエネルギー処置具11112の駆動を制御する。気腹装置11206は、内視鏡11100による視野の確保及び術者の作業空間の確保の目的で、患者11132の体腔を膨らめるために、気腹チューブ11111を介して当該体腔内にガスを送り込む。レコーダ11207は、手術に関する各種の情報を記録可能な装置である。プリンタ11208は、手術に関する各種の情報を、テキスト、画像又はグラフ等各種の形式で印刷可能な装置である。
なお、内視鏡11100に術部を撮影する際の照射光を供給する光源装置11203は、例えばLED、レーザ光源又はこれらの組み合わせによって構成される白色光源から構成することができる。RGBレーザ光源の組み合わせにより白色光源が構成される場合には、各色(各波長)の出力強度及び出力タイミングを高精度に制御することができるため、光源装置11203において撮像画像のホワイトバランスの調整を行うことができる。また、この場合には、RGBレーザ光源それぞれからのレーザ光を時分割で観察対象に照射し、その照射タイミングに同期してカメラヘッド11102の撮像素子の駆動を制御することにより、RGBそれぞれに対応した画像を時分割で撮像することも可能である。当該方法によれば、当該撮像素子にカラーフィルタを設けなくても、カラー画像を得ることができる。
また、光源装置11203は、出力する光の強度を所定の時間ごとに変更するようにその駆動が制御されてもよい。その光の強度の変更のタイミングに同期してカメラヘッド11102の撮像素子の駆動を制御して時分割で画像を取得し、その画像を合成することにより、いわゆる黒つぶれ及び白とびのない高ダイナミックレンジの画像を生成することができる。
また、光源装置11203は、特殊光観察に対応した所定の波長帯域の光を供給可能に構成されてもよい。特殊光観察では、例えば、体組織における光の吸収の波長依存性を利用して、通常の観察時における照射光(すなわち、白色光)に比べて狭帯域の光を照射することにより、粘膜表層の血管等の所定の組織を高コントラストで撮影する、いわゆる狭帯域光観察(Narrow Band Imaging)が行われる。あるいは、特殊光観察では、励起光を照射することにより発生する蛍光により画像を得る蛍光観察が行われてもよい。蛍光観察では、体組織に励起光を照射し当該体組織からの蛍光を観察すること(自家蛍光観察)、又はインドシアニングリーン(ICG)等の試薬を体組織に局注するとともに当該体組織にその試薬の蛍光波長に対応した励起光を照射し蛍光像を得ること等を行うことができる。光源装置11203は、このような特殊光観察に対応した狭帯域光及び/又は励起光を供給可能に構成され得る。
図23は、図22に示すカメラヘッド11102及びCCU11201の機能構成の一例を示すブロック図である。
カメラヘッド11102は、レンズユニット11401と、撮像部11402と、駆動部11403と、通信部11404と、カメラヘッド制御部11405と、を有する。CCU11201は、通信部11411と、画像処理部11412と、制御部11413と、を有する。カメラヘッド11102とCCU11201とは、伝送ケーブル11400によって互いに通信可能に接続されている。
レンズユニット11401は、鏡筒11101との接続部に設けられる光学系である。鏡筒11101の先端から取り込まれた観察光は、カメラヘッド11102まで導光され、当該レンズユニット11401に入射する。レンズユニット11401は、ズームレンズ及びフォーカスレンズを含む複数のレンズが組み合わされて構成される。
撮像部11402は、撮像素子で構成される。撮像部11402を構成する撮像素子は、1つ(いわゆる単板式)であってもよいし、複数(いわゆる多板式)であってもよい。撮像部11402が多板式で構成される場合には、例えば各撮像素子によってRGBそれぞれに対応する画像信号が生成され、それらが合成されることによりカラー画像が得られてもよい。あるいは、撮像部11402は、3D(Dimensional)表示に対応する右目用及び左目用の画像信号をそれぞれ取得するための1対の撮像素子を有するように構成されてもよい。3D表示が行われることにより、術者11131は術部における生体組織の奥行きをより正確に把握することが可能になる。なお、撮像部11402が多板式で構成される場合には、各撮像素子に対応して、レンズユニット11401も複数系統設けられ得る。
また、撮像部11402は、必ずしもカメラヘッド11102に設けられなくてもよい。例えば、撮像部11402は、鏡筒11101の内部に、対物レンズの直後に設けられてもよい。
駆動部11403は、アクチュエータによって構成され、カメラヘッド制御部11405からの制御により、レンズユニット11401のズームレンズ及びフォーカスレンズを光軸に沿って所定の距離だけ移動させる。これにより、撮像部11402による撮像画像の倍率及び焦点が適宜調整され得る。
通信部11404は、CCU11201との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部11404は、撮像部11402から得た画像信号をRAWデータとして伝送ケーブル11400を介してCCU11201に送信する。
また、通信部11404は、CCU11201から、カメラヘッド11102の駆動を制御するための制御信号を受信し、カメラヘッド制御部11405に供給する。当該制御信号には、例えば、撮像画像のフレームレートを指定する旨の情報、撮像時の露出値を指定する旨の情報、並びに/又は撮像画像の倍率及び焦点を指定する旨の情報等、撮像条件に関する情報が含まれる。
なお、上記のフレームレートや露出値、倍率、焦点等の撮像条件は、ユーザによって適宜指定されてもよいし、取得された画像信号に基づいてCCU11201の制御部11413によって自動的に設定されてもよい。後者の場合には、いわゆるAE(Auto Exposure)機能、AF(Auto Focus)機能及びAWB(Auto White Balance)機能が内視鏡11100に搭載されていることになる。
カメラヘッド制御部11405は、通信部11404を介して受信したCCU11201からの制御信号に基づいて、カメラヘッド11102の駆動を制御する。
通信部11411は、カメラヘッド11102との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部11411は、カメラヘッド11102から、伝送ケーブル11400を介して送信される画像信号を受信する。
また、通信部11411は、カメラヘッド11102に対して、カメラヘッド11102の駆動を制御するための制御信号を送信する。画像信号や制御信号は、電気通信や光通信等によって送信することができる。
画像処理部11412は、カメラヘッド11102から送信されたRAWデータである画像信号に対して各種の画像処理を施す。
制御部11413は、内視鏡11100による術部等の撮像、及び、術部等の撮像により得られる撮像画像の表示に関する各種の制御を行う。例えば、制御部11413は、カメラヘッド11102の駆動を制御するための制御信号を生成する。
また、制御部11413は、画像処理部11412によって画像処理が施された画像信号に基づいて、術部等が映った撮像画像を表示装置11202に表示させる。この際、制御部11413は、各種の画像認識技術を用いて撮像画像内における各種の物体を認識してもよい。例えば、制御部11413は、撮像画像に含まれる物体のエッジの形状や色等を検出することにより、鉗子等の術具、特定の生体部位、出血、エネルギー処置具11112の使用時のミスト等を認識することができる。制御部11413は、表示装置11202に撮像画像を表示させる際に、その認識結果を用いて、各種の手術支援情報を当該術部の画像に重畳表示させてもよい。手術支援情報が重畳表示され、術者11131に提示されることにより、術者11131の負担を軽減することや、術者11131が確実に手術を進めることが可能になる。
カメラヘッド11102及びCCU11201を接続する伝送ケーブル11400は、電気信号の通信に対応した電気信号ケーブル、光通信に対応した光ファイバ、又はこれらの複合ケーブルである。
ここで、図示する例では、伝送ケーブル11400を用いて有線で通信が行われていたが、カメラヘッド11102とCCU11201との間の通信は無線で行われてもよい。
以上、本開示に係る技術が適用され得る内視鏡手術システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、撮像部11402に適用され得る。具体的には、図2の固体撮像素子200を、図23の撮像部11402に適用することができる。撮像部10402に本開示に係る技術を適用することによって、トランジスタの駆動力を向上させて、より鮮明な術部画像を得ることができるため、術者が術部を確実に確認することが可能になる。
なお、ここでは、一例として内視鏡手術システムについて説明したが、本開示に係る技術は、その他、例えば、顕微鏡手術システム等に適用されてもよい。
<9.移動体への応用例>
本開示に係る技術(本技術)は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
本開示に係る技術(本技術)は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
図24は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。
車両制御システム12000は、通信ネットワーク12001を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図24に示した例では、車両制御システム12000は、駆動系制御ユニット12010、ボディ系制御ユニット12020、車外情報検出ユニット12030、車内情報検出ユニット12040、及び統合制御ユニット12050を備える。また、統合制御ユニット12050の機能構成として、マイクロコンピュータ12051、音声画像出力部12052、及び車載ネットワークI/F(interface)12053が図示されている。
駆動系制御ユニット12010は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット12010は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。
ボディ系制御ユニット12020は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット12020は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット12020には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット12020は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
車外情報検出ユニット12030は、車両制御システム12000を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット12030には、撮像部12031が接続される。車外情報検出ユニット12030は、撮像部12031に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット12030は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。
撮像部12031は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部12031は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部12031が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。
車内情報検出ユニット12040は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット12040には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部12041が接続される。運転者状態検出部12041は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット12040は、運転者状態検出部12041から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。
マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030又は車内情報検出ユニット12040で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット12010に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ12051は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むADAS(Advanced Driver Assistance System)の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。
また、マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030又は車内情報検出ユニット12040で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
また、マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット12020に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。
音声画像出力部12052は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図24の例では、出力装置として、オーディオスピーカ12061、表示部12062及びインストルメントパネル12063が例示されている。表示部12062は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。
図25は、撮像部12031の設置位置の例を示す図である。
図25では、車両12100は、撮像部12031として、撮像部12101,12102,12103,12104,12105を有する。
撮像部12101,12102,12103,12104,12105は、例えば、車両12100のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部12101及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部12105は、主として車両12100の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部12102,12103は、主として車両12100の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部12104は、主として車両12100の後方の画像を取得する。撮像部12101及び12105で取得される前方の画像は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
なお、図25には、撮像部12101ないし12104の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲12111は、フロントノーズに設けられた撮像部12101の撮像範囲を示し、撮像範囲12112,12113は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部12102,12103の撮像範囲を示し、撮像範囲12114は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部12104の撮像範囲を示す。例えば、撮像部12101ないし12104で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両12100を上方から見た俯瞰画像が得られる。
撮像部12101ないし12104の少なくとも1つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部12101ないし12104の少なくとも1つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。
例えば、マイクロコンピュータ12051は、撮像部12101ないし12104から得られた距離情報を基に、撮像範囲12111ないし12114内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化(車両12100に対する相対速度)を求めることにより、特に車両12100の進行路上にある最も近い立体物で、車両12100と略同じ方向に所定の速度(例えば、0km/h以上)で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ12051は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御(追従停止制御も含む)や自動加速制御(追従発進制御も含む)等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
例えば、マイクロコンピュータ12051は、撮像部12101ないし12104から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、2輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ12051は、車両12100の周辺の障害物を、車両12100のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ12051は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ12061や表示部12062を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット12010を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。
撮像部12101ないし12104の少なくとも1つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ12051は、撮像部12101ないし12104の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部12101ないし12104の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ12051が、撮像部12101ないし12104の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部12052は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部12062を制御する。また、音声画像出力部12052は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部12062を制御してもよい。
以上、本開示に係る技術が適用され得る車両制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、例えば、撮像部12031に適用され得る。具体的には、図2の固体撮像素子200を、図24の撮像部12031に適用することができる。撮像部12031に本開示に係る技術を適用することによって、トランジスタの駆動力を向上させて、より見やすい撮影画像を得ることができるため、ドライバの疲労を軽減することが可能になる。
なお、上述の実施の形態は本技術を具現化するための一例を示したものであり、実施の形態における事項と、特許請求の範囲における発明特定事項とはそれぞれ対応関係を有する。同様に、特許請求の範囲における発明特定事項と、これと同一名称を付した本技術の実施の形態における事項とはそれぞれ対応関係を有する。ただし、本技術は実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において実施の形態に種々の変形を施すことにより具現化することができる。
また、上述の実施の形態において説明した処理手順は、これら一連の手順を有する方法として捉えてもよく、また、これら一連の手順をコンピュータに実行させるためのプログラム乃至そのプログラムを記憶する記録媒体として捉えてもよい。この記録媒体として、例えば、CD(Compact Disc)、MD(MiniDisc)、DVD(Digital Versatile Disc)、メモリカード、ブルーレイディスク(Blu-ray(登録商標)Disc)等を用いることができる。
なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって、限定されるものではなく、また、他の効果があってもよい。
なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
(1)所定方向に配列された第1電荷蓄積部および第2電荷蓄積部と、
複数の第1光電変換素子と、
前記複数の第1光電変換素子から前記第1電荷蓄積部へ電荷を転送して蓄積させる第1転送部と、
複数の第2光電変換素子と、
前記複数の第2光電変換素子から前記第2電荷蓄積部へ電荷を転送して蓄積させる第2転送部と、
前記第1電荷蓄積部および前記第2電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された前記電荷の量に応じた信号を出力する第1トランジスタと、
前記所定方向に前記第1トランジスタとともに配列されて前記第1トランジスタに並列に接続された第2トランジスタと
を具備する固体撮像素子。
(2)前記第1電荷蓄積部および第2電荷蓄積部は、前記蓄積した電荷の量に応じた電圧を生成し、
前記第1トランジスタおよび前記第2トランジスタは、前記電圧を増幅して前記信号として出力する増幅トランジスタである
前記(1)記載の固体撮像素子。
(3)前記所定方向に配列された選択トランジスタおよびリセットトランジスタをさらに具備し、
前記選択トランジスタは、所定の選択信号に従って前記第1トランジスタおよび前記第2トランジスタと所定の信号線との間の経路を開閉し、
前記リセットトランジスタは、前記第1電荷蓄積部および第2電荷蓄積部を初期化する
前記(2)記載の固体撮像素子。
(4)前記所定方向に配列された第3トランジスタおよび第4トランジスタをさらに具備し、
前記第3トランジスタは、所定の選択信号に従って前記第1トランジスタと所定の信号線との間の経路を開閉する選択トランジスタであり、
前記第4トランジスタは、前記所定の選択信号に従って前記第3トランジスタと前記所定の信号線との間の経路を開閉する選択トランジスタである
前記(2)記載の固体撮像素子。
(5)前記所定方向に配列されたリセットトランジスタおよびダミートランジスタをさらに具備し、
前記リセットトランジスタは、前記第1電荷蓄積部および第2電荷蓄積部を初期化する
前記(4)記載の固体撮像素子。
(6)前記所定方向に配列されたリセットトランジスタおよび第5トランジスタをさらに具備し、
前記リセットトランジスタは、前記第1電荷蓄積部および第2電荷蓄積部を初期化する
前記(4)記載の固体撮像素子。
(7)前記第5トランジスタは、前記第1トランジスタおよび第2トランジスタと並列に接続された増幅トランジスタである
前記(6)記載の固体撮像素子。
(8)前記第5トランジスタは、前記第3トランジスタおよび第4トランジスタの一方と並列に接続された選択トランジスタである
前記(6)記載の固体撮像素子。
(9)前記所定方向に配列された増幅トランジスタおよびリセットトランジスタをさらに具備し、
前記第1トランジスタおよび第2トランジスタは、所定の選択信号に従って前記第3トランジスタと所定の信号線との間の経路を開閉する選択トランジスタであり、
前記第1電荷蓄積部および第2電荷蓄積部は、前記蓄積した電荷の量に応じた電圧を生成し、
前記増幅トランジスタは、前記電圧を増幅して前記信号として出力し、
前記リセットトランジスタは、前記第1電荷蓄積部および第2電荷蓄積部を初期化する
前記(1)記載の固体撮像素子。
(10)前記第1トランジスタおよび前記第2トランジスタと異なる他のトランジスタをさらに具備し、
前記第1トランジスタおよび前記第2トランジスタの一方と前記他のトランジスタとは、前記所定方向に垂直な方向に配列される
前記(1)から(9)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(11)前記第1トランジスタおよび前記第2トランジスタと異なる他のトランジスタをさらに具備し、
前記第1トランジスタおよび前記第2トランジスタと前記他のトランジスタとは、前記所定方向に配列される
前記(1)から(9)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(12)前記第1トランジスタおよび前記第2トランジスタに接続された信号線が、前記所定方向に沿って配線された配線層をさらに具備する
前記(1)から(10)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(13)所定方向に配列された第1電荷蓄積部および第2電荷蓄積部と、
複数の第1光電変換素子と、
前記複数の第1光電変換素子から前記第1電荷蓄積部へ電荷を転送して蓄積させる第1転送部と、
複数の第2光電変換素子と、
前記複数の第2光電変換素子から前記第2電荷蓄積部へ電荷を転送して蓄積させる第2転送部と、
前記第1電荷蓄積部および前記第2電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された前記電荷の量に応じた信号を出力する第1トランジスタと、
前記所定方向に前記第1トランジスタとともに配列されて前記第1トランジスタに並列に接続された第2トランジスタと
前記信号に対して所定の処理を行う信号処理部と
を具備する撮像装置。
(1)所定方向に配列された第1電荷蓄積部および第2電荷蓄積部と、
複数の第1光電変換素子と、
前記複数の第1光電変換素子から前記第1電荷蓄積部へ電荷を転送して蓄積させる第1転送部と、
複数の第2光電変換素子と、
前記複数の第2光電変換素子から前記第2電荷蓄積部へ電荷を転送して蓄積させる第2転送部と、
前記第1電荷蓄積部および前記第2電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された前記電荷の量に応じた信号を出力する第1トランジスタと、
前記所定方向に前記第1トランジスタとともに配列されて前記第1トランジスタに並列に接続された第2トランジスタと
を具備する固体撮像素子。
(2)前記第1電荷蓄積部および第2電荷蓄積部は、前記蓄積した電荷の量に応じた電圧を生成し、
前記第1トランジスタおよび前記第2トランジスタは、前記電圧を増幅して前記信号として出力する増幅トランジスタである
前記(1)記載の固体撮像素子。
(3)前記所定方向に配列された選択トランジスタおよびリセットトランジスタをさらに具備し、
前記選択トランジスタは、所定の選択信号に従って前記第1トランジスタおよび前記第2トランジスタと所定の信号線との間の経路を開閉し、
前記リセットトランジスタは、前記第1電荷蓄積部および第2電荷蓄積部を初期化する
前記(2)記載の固体撮像素子。
(4)前記所定方向に配列された第3トランジスタおよび第4トランジスタをさらに具備し、
前記第3トランジスタは、所定の選択信号に従って前記第1トランジスタと所定の信号線との間の経路を開閉する選択トランジスタであり、
前記第4トランジスタは、前記所定の選択信号に従って前記第3トランジスタと前記所定の信号線との間の経路を開閉する選択トランジスタである
前記(2)記載の固体撮像素子。
(5)前記所定方向に配列されたリセットトランジスタおよびダミートランジスタをさらに具備し、
前記リセットトランジスタは、前記第1電荷蓄積部および第2電荷蓄積部を初期化する
前記(4)記載の固体撮像素子。
(6)前記所定方向に配列されたリセットトランジスタおよび第5トランジスタをさらに具備し、
前記リセットトランジスタは、前記第1電荷蓄積部および第2電荷蓄積部を初期化する
前記(4)記載の固体撮像素子。
(7)前記第5トランジスタは、前記第1トランジスタおよび第2トランジスタと並列に接続された増幅トランジスタである
前記(6)記載の固体撮像素子。
(8)前記第5トランジスタは、前記第3トランジスタおよび第4トランジスタの一方と並列に接続された選択トランジスタである
前記(6)記載の固体撮像素子。
(9)前記所定方向に配列された増幅トランジスタおよびリセットトランジスタをさらに具備し、
前記第1トランジスタおよび第2トランジスタは、所定の選択信号に従って前記第3トランジスタと所定の信号線との間の経路を開閉する選択トランジスタであり、
前記第1電荷蓄積部および第2電荷蓄積部は、前記蓄積した電荷の量に応じた電圧を生成し、
前記増幅トランジスタは、前記電圧を増幅して前記信号として出力し、
前記リセットトランジスタは、前記第1電荷蓄積部および第2電荷蓄積部を初期化する
前記(1)記載の固体撮像素子。
(10)前記第1トランジスタおよび前記第2トランジスタと異なる他のトランジスタをさらに具備し、
前記第1トランジスタおよび前記第2トランジスタの一方と前記他のトランジスタとは、前記所定方向に垂直な方向に配列される
前記(1)から(9)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(11)前記第1トランジスタおよび前記第2トランジスタと異なる他のトランジスタをさらに具備し、
前記第1トランジスタおよび前記第2トランジスタと前記他のトランジスタとは、前記所定方向に配列される
前記(1)から(9)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(12)前記第1トランジスタおよび前記第2トランジスタに接続された信号線が、前記所定方向に沿って配線された配線層をさらに具備する
前記(1)から(10)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(13)所定方向に配列された第1電荷蓄積部および第2電荷蓄積部と、
複数の第1光電変換素子と、
前記複数の第1光電変換素子から前記第1電荷蓄積部へ電荷を転送して蓄積させる第1転送部と、
複数の第2光電変換素子と、
前記複数の第2光電変換素子から前記第2電荷蓄積部へ電荷を転送して蓄積させる第2転送部と、
前記第1電荷蓄積部および前記第2電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された前記電荷の量に応じた信号を出力する第1トランジスタと、
前記所定方向に前記第1トランジスタとともに配列されて前記第1トランジスタに並列に接続された第2トランジスタと
前記信号に対して所定の処理を行う信号処理部と
を具備する撮像装置。
100 撮像装置
110 光学部
120 DSP回路
130 表示部
140 操作部
150 バス
160 フレームメモリ
170 記憶部
180 電源部
200 固体撮像素子
210 垂直駆動部
220 システム制御部
230 カラム処理部
240 水平駆動部
300 画素アレイ部
310 Tr共有ブロック
320、350 FD共有ブロック
321、322、326、329、351、352、356、359 フォトダイオード
323、324、327、328、353、354、357、358 転送トランジスタ
330、334、360 選択トランジスタ
331、333、361 増幅トランジスタ
332 ダミートランジスタ
362 リセットトランジスタ
410 光電変換層
420 トランジスタ層
430 第1配線層
440 第2配線層
460 第3配線層
11402、12031 撮像部
110 光学部
120 DSP回路
130 表示部
140 操作部
150 バス
160 フレームメモリ
170 記憶部
180 電源部
200 固体撮像素子
210 垂直駆動部
220 システム制御部
230 カラム処理部
240 水平駆動部
300 画素アレイ部
310 Tr共有ブロック
320、350 FD共有ブロック
321、322、326、329、351、352、356、359 フォトダイオード
323、324、327、328、353、354、357、358 転送トランジスタ
330、334、360 選択トランジスタ
331、333、361 増幅トランジスタ
332 ダミートランジスタ
362 リセットトランジスタ
410 光電変換層
420 トランジスタ層
430 第1配線層
440 第2配線層
460 第3配線層
11402、12031 撮像部
Claims (13)
- 所定方向に配列された第1電荷蓄積部および第2電荷蓄積部と、
複数の第1光電変換素子と、
前記複数の第1光電変換素子から前記第1電荷蓄積部へ電荷を転送して蓄積させる第1転送部と、
複数の第2光電変換素子と、
前記複数の第2光電変換素子から前記第2電荷蓄積部へ電荷を転送して蓄積させる第2転送部と、
前記第1電荷蓄積部および前記第2電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された前記電荷の量に応じた信号を出力する第1トランジスタと、
前記所定方向に前記第1トランジスタとともに配列されて前記第1トランジスタに並列に接続された第2トランジスタと
を具備する固体撮像素子。 - 前記第1電荷蓄積部および第2電荷蓄積部は、前記蓄積した電荷の量に応じた電圧を生成し、
前記第1トランジスタおよび前記第2トランジスタは、前記電圧を増幅して前記信号として出力する増幅トランジスタである
請求項1記載の固体撮像素子。 - 前記所定方向に配列された選択トランジスタおよびリセットトランジスタをさらに具備し、
前記選択トランジスタは、所定の選択信号に従って前記第1トランジスタおよび前記第2トランジスタと所定の信号線との間の経路を開閉し、
前記リセットトランジスタは、前記第1電荷蓄積部および第2電荷蓄積部を初期化する
請求項2記載の固体撮像素子。 - 前記所定方向に配列された第3トランジスタおよび第4トランジスタをさらに具備し、
前記第3トランジスタは、所定の選択信号に従って前記第1トランジスタと所定の信号線との間の経路を開閉する選択トランジスタであり、
前記第4トランジスタは、前記所定の選択信号に従って前記第3トランジスタと前記所定の信号線との間の経路を開閉する選択トランジスタである
請求項2記載の固体撮像素子。 - 前記所定方向に配列されたリセットトランジスタおよびダミートランジスタをさらに具備し、
前記リセットトランジスタは、前記第1電荷蓄積部および第2電荷蓄積部を初期化する
請求項4記載の固体撮像素子。 - 前記所定方向に配列されたリセットトランジスタおよび第5トランジスタをさらに具備し、
前記リセットトランジスタは、前記第1電荷蓄積部および第2電荷蓄積部を初期化する
請求項4記載の固体撮像素子。 - 前記第5トランジスタは、前記第1トランジスタおよび第2トランジスタと並列に接続された増幅トランジスタである
請求項6記載の固体撮像素子。 - 前記第5トランジスタは、前記第3トランジスタおよび第4トランジスタの一方と並列に接続された選択トランジスタである
請求項6記載の固体撮像素子。 - 前記所定方向に配列された増幅トランジスタおよびリセットトランジスタをさらに具備し、
前記第1トランジスタおよび第2トランジスタは、所定の選択信号に従って前記第3トランジスタと所定の信号線との間の経路を開閉する選択トランジスタであり、
前記第1電荷蓄積部および第2電荷蓄積部は、前記蓄積した電荷の量に応じた電圧を生成し、
前記増幅トランジスタは、前記電圧を増幅して前記信号として出力し、
前記リセットトランジスタは、前記第1電荷蓄積部および第2電荷蓄積部を初期化する
請求項1記載の固体撮像素子。 - 前記第1トランジスタおよび前記第2トランジスタと異なる他のトランジスタをさらに具備し、
前記第1トランジスタおよび前記第2トランジスタの一方と前記他のトランジスタとは、前記所定方向に垂直な方向に配列される
請求項1記載の固体撮像素子。 - 前記第1トランジスタおよび前記第2トランジスタと異なる他のトランジスタをさらに具備し、
前記第1トランジスタおよび前記第2トランジスタと前記他のトランジスタとは、前記所定方向に配列される
請求項1記載の固体撮像素子。 - 前記第1トランジスタおよび前記第2トランジスタに接続された信号線が、前記所定方向に沿って配線された配線層をさらに具備する
請求項1記載の固体撮像素子。 - 所定方向に配列された第1電荷蓄積部および第2電荷蓄積部と、
複数の第1光電変換素子と、
前記複数の第1光電変換素子から前記第1電荷蓄積部へ電荷を転送して蓄積させる第1転送部と、
複数の第2光電変換素子と、
前記複数の第2光電変換素子から前記第2電荷蓄積部へ電荷を転送して蓄積させる第2転送部と、
前記第1電荷蓄積部および前記第2電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された前記電荷の量に応じた信号を出力する第1トランジスタと、
前記所定方向に前記第1トランジスタとともに配列されて前記第1トランジスタに並列に接続された第2トランジスタと
前記信号に対して所定の処理を行う信号処理部と
を具備する撮像装置。
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