CN116547813A - 摄像装置 - Google Patents

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CN116547813A
CN116547813A CN202180071448.0A CN202180071448A CN116547813A CN 116547813 A CN116547813 A CN 116547813A CN 202180071448 A CN202180071448 A CN 202180071448A CN 116547813 A CN116547813 A CN 116547813A
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capacitor
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太田宗吾
平濑顺司
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Abstract

摄像装置具备：第1光电转换部，将光转换为电荷；第1电荷积蓄部，积蓄所述电荷；第1电容器；输出电路，与所述第1电容器电连接；以及第1插入晶体管，具有栅极电极、源极及漏极。所述第1电荷积蓄部与所述栅极电极、以及所述源极及所述漏极中的一方电连接。通过所述第1插入晶体管成为导通，所述第1电荷积蓄部与所述第1电容器被电连接。

Description

摄像装置
技术领域
本公开涉及摄像装置。
背景技术
以往提出了各种摄像装置。例如，在专利文献1及2中，记载了使用光电二极管作为光电转换部的摄像装置。在专利文献3中，记载了在1个像素内设置有2个光电二极管的摄像装置。
有时也采用将具有光电转换层的光电转换部配置在半导体基板的上方的构造。具有这样的构造的摄像装置被称为层叠型的摄像装置。在专利文献4中，记载了层叠型的摄像装置的一例。具体而言，在专利文献4中，在1个像素内设置有2个具有光电转换层的光电转换部。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-253876号公报
专利文献2：日本特许第4317115号
专利文献3：国际公布第2016/147885号
专利文献4：日本特开2018-117347号公报
发明内容
本发明所要解决的课题
本公开提供适于抑制与光量的降低相伴的信噪比(SN比)的降低的技术。
用于解决课题的手段
本公开提供摄像装置，具备：
第1光电转换部，将光转换为电荷；
第1电荷积蓄部，积蓄所述电荷；
第1电容器；
输出电路，与所述第1电容器电连接；以及
第1插入晶体管，具有栅极电极、源极及漏极。
所述第1电荷积蓄部与所述栅极电极、以及所述源极及所述漏极中的一方电连接。通过所述第1插入晶体管成为导通，所述第1电荷积蓄部与所述第1电容器被电连接。
发明效果
本公开所涉及的技术适于抑制与光量的降低相伴的SN比的降低。
附图说明
图1是示意性地表示摄像装置的构造的一例的框图。
图2是表示第1信号处理电路及第2信号处理电路的示意图。
图3是表示第1实施方式所涉及的像素的电路构成的一例的示意图。
图4是表现摄像装置的动作的定时图。
图5A是表示第1电荷积蓄部的电势、第1插入晶体管的栅极下电势及第1部分的电势的说明图。
图5B是表示第1电荷积蓄部的电势、第1插入晶体管的栅极下电势及第1部分的电势的说明图。
图5C是表示第1电荷积蓄部的电势、第1插入晶体管的栅极下电势及第1部分的电势的说明图。
图6是表现第2像素信号、第1像素信号及第3像素信号相对于向摄像装置入射的光的光量的关系的曲线图。
图7是表现第2SN比、第1SN比及第3SN比相对于向摄像装置入射的光的光量的关系的曲线图。
图8是表示参考方式的摄像装置的像素的电路构成的示意图。
图9是表现第2像素信号及第1像素信号相对于向参考方式的摄像装置入射的光的光量的关系的曲线图。
图10是表现第2SN比及第1SN比相对于向参考方式的摄像装置入射的光的光量的关系的曲线图。
图11是表示通过增大参考方式的高灵敏度单元的增益而引起的SN比相对于光量的关系的变化的说明图。
图12是表示通过增大参考方式的SPLIT而引起的SN比相对于光量的关系的变化的说明图。
图13是表示第2实施方式所涉及的摄像装置的像素的电路构成的示意图。
图14是用于说明第1插入晶体管的调制度的说明图。
图15是表示第3实施方式所涉及的摄像装置的像素的电路构成的示意图。
图16是表示第4实施方式所涉及的摄像装置的像素的电路构成的示意图。
图17是表示第5实施方式所涉及的摄像装置的像素的电路构成的示意图。
图18是表示第6实施方式所涉及的摄像装置的像素的电路构成的示意图。
图19是表示第7实施方式所涉及的摄像装置的像素的电路构成的示意图。
图20是表示第8实施方式所涉及的摄像装置的像素的电路构成的示意图。
图21是表示第9实施方式所涉及的摄像装置的像素的电路构成的示意图。
图22是表示第10实施方式所涉及的微透镜的配置的平面图。
图23是表示第11实施方式所涉及的摄像系统的系统构成的示意图。
图24是表示一例所涉及的1像素1单元方式的像素的电路构成的示意图。
具体实施方式
(本公开所涉及的一个方式的概要)
本公开的第1方式所涉及的摄像装置具备：
第1光电转换部，将光转换为电荷；
第1电荷积蓄部，积蓄所述电荷；
第1电容器；
输出电路，与所述第1电容器电连接；以及
第1插入晶体管，具有栅极电极、源极及漏极。
所述第1电荷积蓄部与所述栅极电极、以及所述源极及所述漏极中的一方电连接。通过所述第1插入晶体管成为导通，所述第1电荷积蓄部与所述第1电容器被电连接。
第1方式所涉及的技术适于抑制与光量的降低相伴的SN比的降低。
本公开的第2方式所涉及的摄像装置具备：
第1光电转换部，将光转换为电荷；
第1电荷积蓄部，积蓄所述电荷；
第1电容器；
输出电路，与所述第1电容器电连接；以及
第1插入晶体管，具有栅极电极、源极及漏极。
所述第1电荷积蓄部与所述栅极电极、以及所述源极及所述漏极中的一方电连接。所述源极及所述漏极中的另一方与所述第1电容器电连接。
第2方式所涉及的技术适于抑制与光量的降低相伴的SN比的降低。
在本公开的第3方式中，例如，第1方式或者第2方式所涉及的摄像装置也可以还具备第1后续晶体管，
也可以通过所述第1后续晶体管成为导通，所述输出电路与所述第1电容器被电连接。
根据第3方式的第1后续晶体管，能够切换是否将第1电容器与其连接目的地经由第1后续晶体管电连接。
在本公开的第4方式中，例如，在第1至第3方式中任1个所涉及的摄像装置中，所述第1光电转换部也可以包括第1电极、第2电极、以及被配置在所述第1电极与所述第2电极之间的光电转换层。
第4方式的第1光电转换部是第1光电转换部的一例。
在本公开的第5方式中，例如，在第1至第3方式中任1个所涉及的摄像装置中，所述第1光电转换部也可以是光电二极管。
第5方式的第1光电转换部是第1光电转换部的一例。
在本公开的第6方式中，例如，在第1至第5方式中任1个所涉及的摄像装置中，所述第1电容器也可以具有金属-绝缘体-金属构造。
第6方式的第1电容器能够是高密度电容。
在本公开的第7方式中，例如，在第1至第6方式中任1个所涉及的摄像装置中，也可以通过所述第1插入晶体管成为导通，所述第1电荷积蓄部与所述第1电容器的一端被电连接，
所述第1电容器的另一端也可以被施加直流电位。
第7方式的第1电容器的用法是电容器的用法的一例。
在本公开的第8方式中，例如，在第1至第7方式中任1个所涉及的摄像装置中，所述摄像装置也可以构成为能够处于第1状态和第2状态，
所述第1状态也可以是所述第1电荷积蓄部与所述第1电容器经由所述第1插入晶体管被电连接的状态，
所述第2状态也可以是不存在与所述第1电荷积蓄部电连接的电容器的状态。
第8方式所涉及的技术适于抑制与光量的降低相伴的SN比的降低。
在本公开的第9方式中，例如，在第1至第8方式中任1个所涉及的摄像装置中，所述第1插入晶体管的所述栅极电极的导电型也可以与所述第1插入晶体管的所述源极及所述漏极的导电型相反。
根据第9方式，易于抑制暗电流。
在本公开的第10方式中，例如，在第1至第9方式中任1个所涉及的摄像装置中，所述摄像装置也可以构成为，在与所述第1电容器的电位相应的信号被读出之后，与所述第1电荷积蓄部的电位相应的信号被读出。
第10方式的信号的读出方式是信号的读出方式的一例。
在本公开的第11方式中，例如，第1至第10方式中任1个所涉及的摄像装置也可以还具备追加电容器、以及具有栅极电极、源极及漏极的追加插入晶体管，
所述追加插入晶体管的所述栅极电极、以及所述追加插入晶体管的所述源极及所述漏极中的一方也可以与所述第1电容器电连接，
也可以通过所述追加插入晶体管成为导通，所述第1电容器与所述追加电容器被电连接。
根据第11方式，能够扩大SN比高的光量区域。
在本公开的第12方式中，例如，第1至第11方式中任1个所涉及的摄像装置也可以还具备：具有栅极电极、源极及漏极的第1后续晶体管、以及具有栅极电极、源极及漏极的第1放大晶体管，
所述第1电荷积蓄部也可以与所述第1放大晶体管的所述栅极电极电连接，
也可以通过所述第1后续晶体管成为导通，所述第1电容器、所述第1后续晶体管的所述源极及所述漏极中的一方、所述第1后续晶体管的所述源极及所述漏极中的另一方、以及所述第1放大晶体管的所述栅极电极依次被电连接。
第12方式的摄像装置的构成简单。
在本公开的第13方式中，例如，第1至第11方式中任1个所涉及的摄像装置也可以还具备：具有栅极电极、源极及漏极的第1放大晶体管、以及具有栅极电极、源极及漏极的追加放大晶体管，
所述第1电荷积蓄部也可以与所述第1放大晶体管的所述栅极电极电连接，
所述第1电容器也可以与所述追加放大晶体管的所述栅极电极电连接。
根据第13方式，易于实现宽动态范围。
在本公开的第14方式中，例如，第12或者第13方式中任1个所涉及的摄像装置也可以还具备第1摄像单元、以及包括第2光电转换部和第2电荷积蓄部的第2摄像单元，
所述第1摄像单元及所述第2摄像单元也可以被包括在所述摄像装置所具有的1个像素内，
所述第1摄像单元也可以包括所述第1光电转换部以及所述第1电荷积蓄部，
所述第2电荷积蓄部也可以积蓄所述第2光电转换部所生成的电荷。
根据第14方式，易于调整摄像装置的特性。
在本公开的第15方式中，例如，第1至第11方式中任1个所涉及的摄像装置也可以还具备第1摄像单元、以及包括第2光电转换部和第2电荷积蓄部的第2摄像单元，
所述第1摄像单元及所述第2摄像单元也可以被包括在所述摄像装置所具有的1个像素内，
所述第1摄像单元也可以包括所述第1光电转换部以及所述第1电荷积蓄部，
所述第2电荷积蓄部也可以积蓄所述第2光电转换部所生成的电荷。
根据第15方式，易于调整摄像装置的特性。
在本公开的第16方式中，例如，第15方式所涉及的摄像装置也可以还具备具有栅极电极、源极及漏极的第1后续晶体管，
所述第1摄像单元也可以还包括具有栅极电极、源极及漏极的第1放大晶体管，
所述第2摄像单元也可以还包括具有栅极电极、源极及漏极的第2放大晶体管，
所述第1电荷积蓄部也可以与所述第1放大晶体管的所述栅极电极电连接，
所述第2电荷积蓄部也可以与所述第2放大晶体管的所述栅极电极电连接，
也可以通过所述第1后续晶体管成为导通，所述第1电容器、所述第1后续晶体管的所述源极及所述漏极中的一方、所述第1后续晶体管的所述源极及所述漏极中的另一方、以及所述第2放大晶体管的所述栅极电极依次被电连接。
根据第16方式，能够利用第2摄像单元的第2放大晶体管读出与第1电容器的电位相应的信号。
在本公开的第17方式中，例如，第15方式所涉及的摄像装置也可以还具备具有栅极电极、源极及漏极的第1后续晶体管，
所述第1摄像单元也可以还包括具有栅极电极、源极及漏极的第1放大晶体管，
所述第2摄像单元也可以还包括特定电容器，
所述第1电容器也可以与所述特定电容器电连接，
所述第1电荷积蓄部也可以与所述第1放大晶体管的所述栅极电极电连接，
也可以通过所述第1后续晶体管成为导通，所述第1电容器、所述第1后续晶体管的所述源极及所述漏极中的一方、所述第1后续晶体管的所述源极及所述漏极中的另一方、以及所述第1放大晶体管的所述栅极电极依次被电连接。
根据第17方式，不仅使第1电容器而且使特定电容器也对宽动态范围作出贡献，并且易于抑制连结偏差。
在本公开的第18方式中，例如，在第14至第17方式中任1个所涉及的摄像装置中，
所述第2摄像单元也可以还包括第2电容器、以及具有栅极电极、源极及漏极的第2插入晶体管，
所述第2插入晶体管的所述栅极电极、以及所述第2插入晶体管的所述源极及所述漏极中的一方也可以与所述第2电荷积蓄部电连接，
也可以通过所述第2插入晶体管成为导通，所述第2电荷积蓄部与所述第2电容器被电连接。
根据第18方式，能够扩大SN比高的光量区域。
在本公开的第19方式中，例如，在第14至第18方式中任1个所涉及的摄像装置中，
所述第1摄像单元也可以包括第1微透镜，
所述第2摄像单元也可以包括第2微透镜，
在平面图中，所述第2微透镜的面积也可以比所述第1微透镜的面积大。
根据第19方式，易于使第2摄像单元的灵敏度比第1摄像单元的灵敏度高。
在本公开的第20方式中，例如，在第14至第19方式中任1个所涉及的摄像装置中，所述第2摄像单元的灵敏度也可以比所述第1摄像单元的灵敏度高。
根据第20方式，易于实现宽动态范围。
在实施方式中，“上”、“下”等用语不过是为了指定部件间的相互的配置而使用，其意图不在于限定摄像装置被使用时的姿态。
在实施方式中，摄像装置可以具有扁平的形状。具体而言，摄像装置可以是扁平的芯片。在第1定义中，“平面图”是指从摄像装置的厚度方向观察时的视图。在第2定义中，“平面图”是指从第1插入晶体管的栅极电极的厚度方向观察时的视图。在第3定义中，“平面图”是指从半导体基板的厚度方向观察时的视图。在实施方式中，在基于第1定义、第2定义及第3定义中的至少1个可以说是“平面图”的情况下，作为“平面图”对待。
在以下的实施方式中，可以适宜地进行杂质区域的导电型的变更等、伴随着信号电荷的正负变化的各要素的调整。另外，可以适宜地替换伴随着信号电荷的正负变化的用语。
本公开的一个方式所涉及的摄像装置例如被用于传感用的车载相机。例如，通过使第1摄像单元与第2摄像单元以相互不同的帧率动作，能够高速地取得传感数据。
以下，参照附图详细说明本公开的实施方式。此外，以下说明的实施方式均表示概括性或者具体性的例子。以下的实施方式所示的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置及连接方式、步骤、步骤的顺序等是一例，其主旨不在于对本公开进行限定。本说明书中说明的各种方式只要不产生矛盾则能够相互组合。另外，在以下的实施方式中的构成要素之中，关于在表示最上位概念的独立权利要求中未记载的构成要素，作为任意的构成要素进行说明。在以下的说明中，具有实质上相同的功能的构成要素由共通的参照标记表示，有时省略说明。
(第1实施方式)
参照图1至图3，说明本实施方式所涉及的摄像装置100的构造。图1是示意性地表示摄像装置100的构造的一例的框图。图2是表示本实施方式所涉及的第1信号处理电路P1及第2信号处理电路P2的示意图。图3是表示本实施方式所涉及的像素1的电路构成的一例的示意图。像素1也可以被称为单位像素。
在以下的例中，利用p型硅基板作为半导体基板。利用正电荷作为信号电荷。具体而言，利用空穴作为信号电荷。另外，晶体管M10、M11、M12、M16、M17、M20、M21、M22及M23是n型晶体管。具体而言，这些晶体管是n型MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管(MetalOxide Semiconductor Field Effect Transistor))。
但是，也可以利用负电荷作为信号电荷。具体而言，也可以利用电子作为信号电荷。在该情况下，能够使用p型晶体管作为晶体管M10、M11、M12、M16、M17、M20、M21、M22及M23。具体而言，在该情况下，能够使用p型MOSFET作为这些晶体管。
(摄像装置100的构造)
如图1所示，摄像装置100具备多个像素1。多个像素1以2维排列。在实际上，可以有数百万个像素1以2维排列。图1表示其中的4个像素1。这4个像素1以2×2的矩阵状配置。
摄像装置100也可以是线传感器。在该情况下，多个像素1可以以1维排列。具体而言，在该情况下，多个像素1可以沿行方向或者列方向排列。
在摄像装置100中，在1个像素1内，构成有第1摄像单元1a及第2摄像单元1b。
如图2及图3所示，第1摄像单元1a具备第1微透镜ML1、第1光电转换部PC1及第1电荷积蓄部FD1。第1微透镜ML1及第1光电转换部PC1被设置在未图示的半导体基板的上方。第1电荷积蓄部FD1是半导体基板内设置的扩散区域。
光经过第1微透镜ML1向第1光电转换部PC1入射。第1光电转换部PC1将该光转换为电荷。第1电荷积蓄部FD1积蓄该电荷。如果第1电荷积蓄部FD1接着积蓄电荷，则第1电荷积蓄部FD1的电位上升。
在本实施方式中，第1光电转换部PC1具有一对电极E1a及E1b、以及第1光电转换层D1。第1光电转换层D1被配置在一对电极E1a与E1b之间。一对电极E1a及E1b中的一方是相当于第1电极的第1上部电极E1a。一对电极E1a及E1b中的另一方是相当于第2电极的第1像素电极E1b。第1上部电极E1a与第1像素电极E1b对置。第1上部电极E1a也可以被称为第1对置电极。
第1上部电极E1a可以被施加电压。由此，在一对电极E1a与E1b之间产生电位差。由此，第1光电转换层D1被施加电场。由此，通过第1光电转换层D1中的光电转换而产生的信号电荷被向第1像素电极E1b引导。其后，信号电荷从第1像素电极E1b向第1电荷积蓄部FD1传送，并积蓄于第1电荷积蓄部FD1。
在本实施方式中，第1光电转换层D1是光电转换膜。具体而言，第1光电转换层D1是有机膜。但是，第1光电转换层D1也可以是无机膜。
在本实施方式中，第1上部电极E1a是透明电极。透明电极例如是ITO(氧化铟锡(Indium Thin Oxide))膜。
第1光电转换部PC1也可以是光电二极管。作为光电二极管的第1光电转换部PC1可以被设置在半导体基板内。关于第1光电转换部PC1是光电二极管的方式，在第9实施方式中详细进行说明。
第1摄像单元1a也可以具有对光向第1光电转换部PC1的入射进行遮蔽的第1遮光部。第1摄像单元1a也可以具有将光引导至第1光电转换部PC1的第1波导。
第2摄像单元1b具备第2微透镜ML2、第2光电转换部PC2及第2电荷积蓄部FD2。第2微透镜ML2及第2光电转换部PC2被设置在未图示的半导体基板的上方。第2电荷积蓄部FD2是半导体基板内设置的扩散区域。
光经过第2微透镜ML2向第2光电转换部PC2入射。第2光电转换部PC2将该光转换为电荷。第2电荷积蓄部FD2积蓄该电荷。如果第2电荷积蓄部FD2接着积蓄电荷，则第2电荷积蓄部FD2的电位上升。
在本实施方式中，第2光电转换部PC2具有一对电极E2a及E2b、以及第2光电转换层D2。第2光电转换层D2被配置在一对电极E2a与E2b之间。一对电极E2a及E2b中的一方是第2上部电极E2a。一对电极E2a及E2b中的另一方是第2像素电极E2b。第2上部电极E2a与第2像素电极E2b对置。第2上部电极E2a也可以被称为第2对置电极。
第2上部电极E2a可以被施加电压。由此，在一对电极E2a与E2b之间产生电位差。由此，第2光电转换层D2被施加电场。由此，通过第2光电转换层D2中的光电转换而产生的信号电荷被向第2像素电极E2b引导。其后，信号电荷从第2像素电极E2b向第2电荷积蓄部FD2传送，并积蓄于第2电荷积蓄部FD2。
在本实施方式中，第2光电转换层D2是光电转换膜。具体而言，第2光电转换层D2是有机膜。但是，第2光电转换层D2也可以是无机膜。
在本实施方式中，第2上部电极E2a是透明电极。透明电极例如是ITO膜。
第2光电转换部PC2也可以是光电二极管。作为光电二极管的第2光电转换部PC2可以被设置在半导体基板内。关于第2光电转换部PC2是光电二极管的方式，在第9实施方式中详细进行说明。
第2摄像单元1b也可以具有对光向第2光电转换部PC2的入射进行遮蔽的第2遮光部。第2摄像单元1b也可以具有将光引导至第2光电转换部PC2的第2波导。
第1摄像单元1a及第2摄像单元1b可以具有相互不同的构造。具体而言，摄像装置100可以具有从以下列出的特征中选择的至少1个特征。这些特征能够有助于使第2摄像单元1b的灵敏度比第1摄像单元1a的灵敏度高。
·在平面图中，第2微透镜ML2的面积比第1微透镜ML1的面积大。
·在平面图中，第2光电转换部PC2的面积比第1光电转换部PC1的面积大。
·在平面图中，第2像素电极E2b的面积比第1像素电极E1b的面积大。
·在平面图中，第2遮光部的面积比第1遮光部的面积小。
·在平面图中，第2波导的光入射口的面积比第1波导的光入射口的面积小。
·平面图中的第2光电转换部PC2的几何中心被配置在第2微透镜ML2的光轴上。
第1摄像单元1a及第2摄像单元1b可以起到相互不同的作用。具体而言，在本实施方式中，第2光电转换部PC2每单位时间取入的光量，比第1光电转换部PC1每单位时间取入的光量多。
第1摄像单元1a及第2摄像单元1b可以具有相互不同的特性。具体而言，摄像装置100可以具有从以下列出的特征中选择的至少1个特征。在本实施方式中，摄像装置100具有以下列出的全部特征。
·第2摄像单元1b与第1摄像单元1a相比灵敏度高。
·第2摄像单元1b与第1摄像单元1a相比噪声低。
·第1摄像单元1a与第2摄像单元1b相比为高饱和。
说明“第2摄像单元1b与第1摄像单元1a相比灵敏度高”这样的表现。在本实施方式中，该表现是指：在某一定光量的白色光正向摄像装置100入射的状况下，第2信号电荷量比第1信号电荷量多。第2信号电荷量是入射至第2摄像单元1b的光在第2光电转换部PC2中被光电转换而生成的信号电荷的量。第1信号电荷量是入射至第1摄像单元1a的光在第1光电转换部PC1中被光电转换而生成的信号电荷的量。灵敏度依赖于光电转换部、像素电极、波导、微透镜及遮光部。
第2摄像单元1b的灵敏度Sen2相对于第1摄像单元1a的灵敏度Sen1的比率Sen2/Sen1例如是3以上。比率Sen2/Sen1也可以是7以上，还可以是10以上。比率Sen2/Sen1例如是200以下。比率Sen2/Sen1也可以是100以下。
说明“第2摄像单元1b与第1摄像单元1a相比噪声低”这样的表现。在本实施方式中，该表现是指：在某一定光量的白色光正向摄像装置100入射的状况下，来源于入射至第2摄像单元1b的光的像素信号的SN比，比来源于入射至第1摄像单元1a的光的像素信号的SN比大。像素信号是向周边电路取出的信号。
说明“第1摄像单元1a与第2摄像单元1b相比为高饱和”这样的表现。在本实施方式中，该表现是指：在向摄像装置100入射的白色光的光量逐渐增加的状况下，第1定时比第2定时靠后出现。第1定时是依赖于入射至第1摄像单元1a的光的像素信号的电平的上升达到顶点的定时。第2定时是来源于入射至第2摄像单元1b的光的像素信号的电平的上升达到顶点的定时。
在本实施方式中，第2摄像单元1b负责暗场景的摄像。因此，第2摄像单元1b具有高饱和特性的必要性相对较低。另一方面，第2摄像单元1b具有低噪声特性的必要性相对较高。
相对于此，第1摄像单元1a负责明亮场景的摄像。因此，第1摄像单元1a具有高饱和特性的必要性相对较高。另一方面，第1摄像单元1a具有低噪声特性的必要性相对较低。这是因为，在明亮场景的摄像中，光量多，无法避免的散粒噪声成为支配性的噪声。
摄像装置100具备多个第1复位信号线6a、多个第1地址信号线7a、多个第1垂直信号线9a、第1电源布线8a及多个第1反馈信号线10a。这些要素是用于第1摄像单元1a的要素。第1复位信号线6a按每行配置。第1地址信号线7a按每行配置。第1垂直信号线9a按每列配置。第1电源布线8a按每列配置。第1反馈信号线10a按每列配置。
摄像装置100具备多个第2复位信号线6b、多个第2地址信号线7b、多个第2垂直信号线9b、第2电源布线8b及多个第2反馈信号线10b。这些要素是用于第2摄像单元1b的要素。第2复位信号线6b按每行配置。第2地址信号线7b按每行配置。第2垂直信号线9b按每列配置。第2电源布线8b按每列配置。第2反馈信号线10b按每列配置。
在摄像装置100中设置有第1周边电路及第2周边电路。第1周边电路对来自第1摄像单元1a的信号进行处理。第2周边电路对来自第2摄像单元1b的信号进行处理。
第1周边电路具有第1垂直扫描电路2a、第1水平扫描电路3a、第1反相放大器11a、第1列AD(模拟-数字(Analog to Digital))转换电路4a及第1电流源5a。第2周边电路具有第2垂直扫描电路2b、第2水平扫描电路3b、第2反相放大器11b、第2列AD转换电路4b及第2电流源5b。
关于第1摄像单元1a，第1垂直扫描电路2a对多个第1复位信号线6a及多个第1地址信号线7a进行控制。第1垂直信号线9a与第1水平扫描电路3a连接。第1垂直信号线9a将像素信号传递至第1水平扫描电路3a。具体而言，第1列AD转换电路4a被设置在第1垂直信号线9a上。第1列AD转换电路4a将模拟的像素信号转换为数字的像素信号，并施加至第1水平扫描电路3a。第1电源布线8a向全部像素1的第1摄像单元1a供给电源电压。电源电压例如是Vdd。第1反相放大器11a与第1垂直信号线9a连接。第1反馈信号线10a将来自第1反相放大器11a的反馈信号传递至像素1的第1摄像单元1a。第1电流源5a与第1放大晶体管M10协同动作，构成源极跟随器电路。
关于第2摄像单元1b，第2垂直扫描电路2b对多个第2复位信号线6b及多个第2地址信号线7b进行控制。第2垂直信号线9b与第2水平扫描电路3b连接。第2垂直信号线9b将像素信号传递至第2水平扫描电路3b。具体而言，第2列AD转换电路4b被设置在第2垂直信号线9b上。第2列AD转换电路4b将模拟的像素信号转换为数字的像素信号，并施加至第2水平扫描电路3b。第2电源布线8b向全部像素1的第2摄像单元1b供给电源电压。电源电压例如是Vdd。第2反相放大器11b与第2垂直信号线9b连接。第2反馈信号线10b将来自第2反相放大器11b的反馈信号传递至像素1的第2摄像单元1b。第2电流源5b与第2放大晶体管M20协同动作，构成源极跟随器电路。
此外，复位信号线6a及6b根据像素1的构成而有可能共用。这点对于地址信号线7a及7b也是同样的。反馈信号线10a及10b根据像素1的构成而有可能共用或者省略。这点对于反相放大器11a及11b、对于垂直扫描电路2a及2b、对于水平扫描电路3a及3b都是同样的。
第1反相放大器11a既可以按每列设置，也可以被设置在各像素1内，还可以对于多个像素1设置1个。这些对于第2反相放大器11b也是同样的。
(第1摄像单元1a及第2摄像单元1b的电路构成)
参照图2及图3，说明像素1中的第1摄像单元1a及第2摄像单元1b的电路构成例。
第1摄像单元1a作为高饱和单元发挥功能。第1摄像单元1a具有第1光电转换部PC1及第1信号处理电路P1。第1光电转换部PC1将光转换为信号电荷。第1信号处理电路P1与第1光电转换部PC1电连接。第1信号处理电路P1读出与由第1光电转换部PC1生成的信号电荷对应的电信号。
第1信号处理电路P1具有第1放大晶体管M10、第1选择晶体管M11及第1复位晶体管M12。
第1放大晶体管M10的栅极电极、第1电荷积蓄部FD1、第1光电转换部PC1被电连接。在本实施方式中，第1电荷积蓄部FD1是第1复位晶体管M12的源极及漏极中的一方。但是，第1电荷积蓄部FD1也可以是与第1放大晶体管M10的栅极电极及第1光电转换部PC1电连接的与第1复位晶体管M12不同的要素。第1选择晶体管M11的源极及漏极中的一方、第1放大晶体管M10的源极及漏极中的一方、第1复位晶体管M12的源极及漏极中的另一方被电连接。第1选择晶体管M11的源极及漏极中的另一方与第1电压线VDD1电连接。第1放大晶体管M10的源极及漏极中的另一方与第1信号线Out1电连接。
第1放大晶体管M10放大与由第1光电转换部PC1生成的信号电荷对应的电信号。第1选择晶体管M11选择性地输出由第1放大晶体管M10放大后的信号。第1复位晶体管M12对与第1光电转换部PC1的第1像素电极E1b连接的第1电荷积蓄部FD1进行复位。
摄像装置100具有第1插入晶体管M16、第1后续晶体管M17及第1电容器Cs3。具体而言，第1摄像单元1a具有第1插入晶体管M16、第1后续晶体管M17及第1电容器Cs3。更具体而言，第1信号处理电路P1具有第1插入晶体管M16、第1后续晶体管M17及第1电容器Cs3。
在本实施方式中，第1插入晶体管M16也可以被称为第1电荷注入晶体管。具体而言，第1插入晶体管M16也可以被称为第1电子注入晶体管。第1后续晶体管M17也可以被称为第1短路晶体管。
在本实施方式中，第1插入晶体管M16的栅极电极、以及第1插入晶体管M16的源极及漏极中的一方与第1电荷积蓄部FD1电连接。通过第1插入晶体管M16成为导通(即turnon)，第1电荷积蓄部FD1与第1电容器Cs3经由第1插入晶体管M16被电连接。该构成适于抑制与向摄像装置100入射的光的光量的降低相伴的信噪比(SN比)的降低。
在本实施方式中，通过第1后续晶体管M17成为导通，第1电容器Cs3、第1后续晶体管M17的源极及漏极中的一方、以及第1后续晶体管M17的源极及漏极中的另一方依次被电连接。
在本实施方式中，第1插入晶体管M16的源极及漏极中的另一方与第1电容器Cs3电连接。第1后续晶体管M17的源极及漏极中的一方与第1电容器Cs3电连接。第1后续晶体管M17的源极及漏极中的另一方与第1电荷积蓄部FD1电连接。
在本实施方式中，第1电荷积蓄部FD1与第1放大晶体管M10的栅极电极电连接。通过第1后续晶体管M17成为导通，第1电容器Cs3、第1后续晶体管M17的源极及漏极中的一方、第1后续晶体管M17的源极及漏极中的另一方、以及第1放大晶体管M10的栅极电极依次被电连接。
在本实施方式中，第1电容器Cs3的电容值比第1电荷积蓄部FD1的电容值大。这适于实现宽动态范围的摄像装置100。第1电容器Cs3的电容值c3相对于第1电荷积蓄部FD1的电容值c1的比率c3/c1例如是3以上。比率c3/c1也可以是6以上，还可以是10以上。比率c3/c1例如是1000以下。比率c3/c1也可以是100以下，还可以是50以下。
说明电容器这样的用语。电容器的概念不包含寄生电容。寄生电容是包含被设置于半导体基板的扩散区域的概念。电容器与寄生电容相比，更适于确保电容值。在典型例中，电容器具有在电极之间夹着绝缘膜等介电体的构造。在该上下文中，电极不限定于由金属形成的电极，应该被解释为广泛地包括多晶硅层等。在该上下文中，电极也可以是半导体基板的一部分。
在本实施方式中，第1电容器Cs3具有金属-绝缘体-金属(Metal InsulatorMetal)构造(以下简称为MIM构造)。这适于实现高密度电容的电容器。此外，MIM的“M”是指金属及金属化合物中的至少一方。MIM的“I”是绝缘体，例如是氧化物。也就是说，MIM的概念包含MOM(金属-氧化物-金属(Metal Oxide Metal))。
第1电容器Cs3的绝缘体的材料的一例是氧化硅。第1电容器Cs3的绝缘体的材料的另一例是介电常数比氧化硅高的所谓high-k(高介电)材料。利用high-k材料，易于使第1电容器Cs3的电容值变大。在一个具体例中，第1电容器Cs3的绝缘体含有铪(Hf)的氧化物或者锆(Zr)的氧化物作为主成分。在此，主成分意味着以质量为基准而含有最多的成分。主成分作为一例，是超过50质量％的成分。在一个具体例中，主成分是超过80质量％的成分。
在本实施方式中，通过第1插入晶体管M16成为导通，第1电荷积蓄部FD1经由第1插入晶体管M16与第1电容器Cs3的一端电连接。第1电容器Cs3的另一端被施加直流电位VBW1。直流电位VBW1既可以是相对于接地电位偏置的电位，也可以是接地电位。
以下，有时将第1电容器Cs3之中的与第1插入晶体管M16电连接的部分称为第1部分FD3。
在本实施方式中，摄像装置100能够处于的状态有第1状态和第2状态。第1状态是第1电荷积蓄部FD1与第1电容器Cs3经由第1插入晶体管M16被电连接的状态。第2状态是不存在与第1电荷积蓄部FD1电连接的电容器的状态。该构成适于抑制与光量的降低相伴的SN比的降低。
在本实施方式中，对于第2状态，能够作为仅存在寄生电容作为与第1电荷积蓄部FD1电连接的电容成分的状态进行说明。
在本实施方式中，第1插入晶体管M16的栅极电极的导电型与第1插入晶体管M16的源极及漏极的导电型相反。根据该构成，能够缩小第1插入晶体管M16的栅极电极下的耗尽层。因此，根据该构成，易于抑制暗电流。具体而言，在本实施方式中，第1插入晶体管M16的栅极电极的导电型是p型。第1插入晶体管M16的源极及漏极的导电型是n型。第1插入晶体管M16的栅极电极例如是多晶硅电极。
第1插入晶体管M16的栅极长度也可以比第1后续晶体管M17的栅极长度长。第1插入晶体管M16的栅极长度也可以与第1后续晶体管M17的栅极长度相同。第1插入晶体管M16的栅极长度也可以比第1后续晶体管M17的栅极长度短。在此，栅极长度是指从源极朝向漏极或者从漏极朝向源极的方向上的栅极电极的尺寸。
第1插入晶体管M16的栅极宽度也可以比第1后续晶体管M17的栅极宽度长。第1插入晶体管M16的栅极宽度也可以与第1后续晶体管M17的栅极宽度相同。第1插入晶体管M16的栅极宽度也可以比第1后续晶体管M17的栅极宽度短。在此，栅极宽度是指在平面图中与栅极长度的方向正交的方向上的栅极电极的尺寸。
第1插入晶体管M16的栅极厚度也可以比第1后续晶体管M17的栅极厚度大。第1插入晶体管M16的栅极厚度也可以与第1后续晶体管M17的栅极厚度相同。第1插入晶体管M16的栅极厚度也可以比第1后续晶体管M17的栅极厚度小。在此，栅极厚度是指栅极电极的厚度。
第2摄像单元1b作为低噪声单元发挥功能。第2摄像单元1b具有第2光电转换部PC2及第2信号处理电路P2。第2光电转换部PC2将光转换为信号电荷。第2信号处理电路P2与第2光电转换部PC2电连接。第2信号处理电路P2读出与由第2光电转换部PC2生成的信号电荷对应的电信号。
第2信号处理电路P2具有第2放大晶体管M20、第2选择晶体管M21、第2复位晶体管M22、带域控制晶体管M23、电容器Cc1及电容器Cs1。
第2放大晶体管M20的栅极电极、第2电荷积蓄部FD2、第2光电转换部PC2、以及电容器Cc1的一端被电连接。在本实施方式中，第2电荷积蓄部FD2是第2复位晶体管M22的源极及漏极中的一方。但是，第2电荷积蓄部FD2也可以是与第2放大晶体管M20的栅极电极及第2光电转换部PC2电连接的与第2复位晶体管M22不同的要素。第2选择晶体管M21的源极及漏极中的一方、第2放大晶体管M20的源极及漏极中的一方、以及带域控制晶体管M23的源极及漏极中的一方被电连接。第2选择晶体管M21的源极及漏极中的另一方与第2电压线VDD2电连接。第2复位晶体管M22的源极及漏极中的另一方、带域控制晶体管M23的源极及漏极中的另一方、电容器Cc1的另一端、以及电容器Cs1的一端被电连接。电容器Cs1的另一端被施加直流电位VB1。
第2放大晶体管M20放大与由第2光电转换部PC2生成的信号电荷对应的电信号。第2选择晶体管M21选择性地输出由第2放大晶体管M20放大后的信号。第2复位晶体管M22对与第2光电转换部PC2的第2像素电极E2b连接的第2电荷积蓄部FD2进行复位。为了抑制在使第2复位晶体管M22关断时产生的kTC噪声，使用带域控制晶体管M23、电容器Cc1及电容器Cs1。关于抑制kTC噪声的详细技术，请参照专利文献4等。
以下，使用图4说明本实施方式的摄像装置100的动作。图4示出表现本实施方式的摄像装置100的动作的定时图。
在图4中，期间1H是与多个像素1所构成的矩阵的1行相关的1个控制循环期间。时刻t1、时刻t2、时刻t3、时刻t4、时刻t5、时刻t6及时刻t7属于期间1H。时刻t1、时刻t2、时刻t3、时刻t4、时刻t5、时刻t6及时刻t7依次出现。
电压Vsel2是第2选择晶体管M21的栅极电极的电压。电压Vrs2是第2复位晶体管M22的栅极电极的电压。电压Vrs3是带域控制晶体管M23的栅极电极的电压。电压Vsel1是第1选择晶体管M11的栅极电极的电压。电压Vrs1是第1复位晶体管M12的栅极电极的电压。电压Vst是第1后续晶体管M17的栅极电极的电压。
在图4的例中，基本上，电压Vsel2、电压Vrs2、电压Vrs3、电压Vsel1、电压Vrs1及电压Vst以低电平和高电平这2个阶段变化。但是，也可以使上述电压以更多的阶段变化。具体而言，在图4的例中，在时刻t6，电压Vrs3变化为中电平。中电平是低电平与高电平之间的电平。也可以采用电压Vrs3以低电平和高电平这2个阶段变化的构成。在该构成的一例中，在时刻t6，电压Vrs3变化为高电平。
在图4的例中，在时刻t1，电压Vsel2是高电平。因此，第2选择晶体管M21处于导通状态。电压Vrs2是低电平。因此，第2复位晶体管M22处于关断状态。电压Vrs3是低电平。因此，带域控制晶体管M23处于关断状态。电压Vsel1是高电平。因此，第1选择晶体管M11处于导通状态。电压Vrs1是低电平。因此，第1复位晶体管M12处于关断状态。电压Vst是低电平。因此，第1后续晶体管M17处于关断状态。
在时刻t1，与第2电荷积蓄部FD2中积蓄的信号电荷相应的电信号按照第2放大晶体管M20及第2信号线Out2的顺序经由第2放大晶体管M20及第2信号线Out2向第2周边电路输出。以下，有时将该电信号称为第2电荷积蓄部FD2的像素信号或者第2像素信号V FD2。在本实施方式中，第2像素信号V FD2是与第2电荷积蓄部FD2的电位相应的电压。第2像素信号VFD2的电平随着向摄像装置100入射的光的光量变大而连续地变大。第2信号线Out2与图1所示的第2垂直信号线9b连接。
另外，在时刻t1，与第1电荷积蓄部FD1中积蓄的信号电荷相应的电信号按照第1放大晶体管M10及第1信号线Out1的顺序经由第1放大晶体管M10及第1信号线Out1向第1周边电路输出。以下，有时将该电信号称为第1电荷积蓄部FD1的像素信号或者第1像素信号VFD1。在本实施方式中，第1像素信号V FD1是与第1电荷积蓄部FD1的电位相应的电压。该电信号的电平随着向摄像装置100入射的光的光量变大而连续地变大。第1信号线Out1与图1所示的第1垂直信号线9a连接。
在时刻t1之后，使电压Vst从低电平变更为高电平，使第1后续晶体管M17导通。因此，在时刻t2，第1后续晶体管M17处于导通状态。因此，在时刻t2，第1电荷积蓄部FD1与第1部分FD3经由第1后续晶体管M17被电连接。
在时刻t2，与第1电荷积蓄部FD1的电位及第1部分FD3的电位相应的电信号按照第1放大晶体管M10及第1信号线Out1的顺序经由第1放大晶体管M10及第1信号线Out1向第1周边电路输出。该电信号的电平随着向摄像装置100入射的光的光量变大而连续地变大。
进一步说明在时刻t2输出的上述电信号。在本实施方式中，第1电容器Cs3的电容值比第1电荷积蓄部FD1的电容值大。因此，与第1电荷积蓄部FD1的电位相比更强地反映了第1电容器Cs3的电位的合成电位所对应的电信号按照第1放大晶体管M10及第1信号线Out1的顺序经由第1放大晶体管M10及第1信号线Out1向第1周边电路输出。
举出数值例说明合成电位。在光量低时，第1电荷积蓄部FD1的电位是1V，第1部分FD3的电位是0V，它们的合成电位是0.1V，输出与该合成电位对应的电信号。在光量稍微变高时，第1电荷积蓄部FD1的电位是2V，第1部分FD3的电位是0V，它们的合成电位是0.2V，输出与该合成电位对应的电信号。在光量进一步变高时，第1电荷积蓄部FD1的电位是3V，第1部分FD3的电位是0.6V，它们的合成电位是0.8V，输出与该合成电位对应的电信号。
在本实施方式中，有时将与上述合成电位对应的上述电信号称为第1部分FD3的像素信号或者第3像素信号V FD3。
在时刻t3，使电压Vrs2及电压Vrs3从低电平变更为高电平，使第2复位晶体管M22及带域控制晶体管M23导通。由此，对第2电荷积蓄部FD2的电位进行复位。
另外，在时刻t3，使电压Vrs1从低电平变更为高电平，使第1复位晶体管M12导通。由此，对第1电荷积蓄部FD1的电位进行复位，并且进行第1电容器Cs3的电位的复位即第1部分FD3的电位的复位。
在时刻t4，与第1电荷积蓄部FD1的电位及第1部分FD3的电位相应的电信号按照第1放大晶体管M10及第1信号线Out1的顺序经由第1放大晶体管M10及第1信号线Out1向第1周边电路输出。该电信号是与上述合成电位相关的复位信号。在本实施方式中，将与合成电位相关的复位信号称为第1部分FD3的复位信号。
在时刻t4之后，使电压Vst从高电平变更为低电平，使第1后续晶体管M17关断，即变为截止(turn off)。因此，在时刻t5，第1后续晶体管M17处于关断状态。因此，在时刻t5，第1电荷积蓄部FD1与第1部分FD3经由第1后续晶体管M17的电连接被解除。
在时刻t5，与第1电荷积蓄部FD1的电位相应的电信号按照第1放大晶体管M10及第1信号线Out1的顺序经由第1放大晶体管M10及第1信号线Out1向第1周边电路输出。该电信号是第1电荷积蓄部FD1的复位信号。
在时刻t5之后，使电压Vsel1从高电平变更为低电平，使第1选择晶体管M11关断。因此，在时刻t6，第1选择晶体管M11处于关断状态。
在时刻t6，使Vrs3从低电平变更为中电平。由此，能够减小在使第2复位晶体管M22关断时的第2电荷积蓄部FD2的kTC噪声。
在时刻t7，与第2电荷积蓄部FD2的电位相应的电信号按照第2放大晶体管M20及第2信号线Out2的顺序经由第2放大晶体管M20及第2信号线Out2向第2周边电路输出。该电信号是第2电荷积蓄部FD2的复位信号。
其后，从第2电荷积蓄部FD2的第2像素信号V FD2减去第2电荷积蓄部FD2的复位信号。由此，第2像素信号V FD2的噪声减小。从第1电荷积蓄部FD1的第1像素信号V FD1减去第1电荷积蓄部FD1的复位信号。由此，第1像素信号V FD1的噪声减小。另外，从第1部分FD3的第3像素信号V FD3减去第1部分FD3的复位信号。由此，第3像素信号V FD3的噪声减小。
根据使用图4的流程图进行的说明能够理解，在本实施方式中，读出与第1电容器Cs3的电位相应的信号，其后，读出与第1电荷积蓄部FD1的电位相应的信号。具体而言，与第1电容器Cs3的电位相应的信号是第3像素信号V FD3。与第1电荷积蓄部FD1的电位相应的信号是第1像素信号V FD1。
图5A至图5C表示第1电荷积蓄部FD1的电势、第1插入晶体管M16的栅极下电势及第1部分FD3的电势。以下，参照图5A至图5C说明第1部分FD3的电位的变化。此外，如上所述，信号电荷在本实施方式中是正电荷，具体而言是空穴。因此，图5A至图5C也涉及信号电荷为正电荷的情况。
图5A表示向摄像装置100入射的光的光量低的状况下的第1电荷积蓄部FD1的电势、第1插入晶体管M16的栅极下电势及第1部分FD3的电势。在该状况下，第1插入晶体管M16处于关断状态。第1插入晶体管M16的栅极下电势比第1部分FD3的电势低。第1电荷积蓄部FD1的电势比第1部分FD3的电势高。
如果光量增加，则通过第1光电转换部PC1中的光电转换而生成的信号电荷增加。第1电荷积蓄部FD1与第1光电转换部PC1电连接。因此，第1电荷积蓄部FD1的电位上升。第1插入晶体管M16的栅极电极与第1电荷积蓄部FD1电连接。因此，随着第1电荷积蓄部FD1的电位上升，第1插入晶体管M16的栅极下电势也上升。
如果光量进一步增加而第1插入晶体管M16的栅极电极的电位超过第1阈值电位，则第1插入晶体管M16成为导通。由此，第1电荷积蓄部FD1与第1部分FD3经由第1插入晶体管M16被电连接。
如果光量进一步增加，则第1电荷积蓄部FD1的电位进一步上升。与此相伴，第1插入晶体管M16的栅极下电势也上升。结果，第1插入晶体管M16的栅极下电势变得比第1部分FD3的电势高。与图5A的状况同样，第1电荷积蓄部FD1的电势比第1部分FD3的电势高。图5B表示上述电势的大小关系成立的状况。
在图5B所示的状况下，从第1部分FD3经由第1插入晶体管M16向第1电荷积蓄部FD1注入负电荷。具体而言，该负电荷是电子。图5B的箭头示意性地表现了负电荷的上述注入。
通过上述的负电荷的注入，第1电荷积蓄部FD1的电势降低。与此相伴，第1插入晶体管M16的栅极下电势也降低。另一方面，第1部分FD3的电位上升。在图5C中，示意性地表示由于负电荷的注入而引起的该变化。具体而言，由虚线表示负电荷注入前的电势。另外，由实线表示负电荷注入后的电势。
在本实施方式中，通过这样的负电荷的注入，取得第1电荷积蓄部FD1的电势与第1部分FD3的电势的平衡。在向摄像装置100入射的光的光量增加的状况下，能够取得该平衡，并且第1电荷积蓄部FD1的电位及第1部分FD3的电位上升。
在信号电荷为负电荷的情况下，也发生同样的现象。
根据上述说明，导出以下的技术特征。即，通过第1光电转换部PC1中的光电转换而生成的正及负的一方的电荷增加，由此第1电荷积蓄部FD1中积蓄的正及负的一方的电荷增加。通过第1电荷积蓄部FD1中积蓄的正及负的一方的电荷增加，发生第1电荷积蓄部FD1的电位的上升及降低中的一方。通过发生第1电荷积蓄部FD1的电位的上升及降低中的一方，第1现象及第2现象依次出现。第1现象是第1插入晶体管M16成为导通。第2现象是正及负的另一方的电荷从第1电容器Cs3经由第1插入晶体管M16向第1电荷积蓄部FD1供给。通过该供给，发生第1电荷积蓄部FD1的电位的上升及降低中的另一方。
根据上述的说明能够理解，在光量增加而第1插入晶体管M16的栅极电极的电位超过第1阈值电位的状况下，第1部分FD3的电位能够变化。这意味着，第1部分FD3的电位能够成为与向摄像装置100入射的光的光量相应地变化的信息。
在本实施方式中，关于第2电荷积蓄部FD2的第2像素信号V FD2、第1电荷积蓄部FD1的第1像素信号V FD1及第1部分FD3的第3像素信号V FD3，可以如下说明。
第2摄像单元1b与第1摄像单元1a相比，是高灵敏度、低噪声而且低饱和的摄像单元。将属于该第2摄像单元1b的第2电荷积蓄部FD2的第2像素信号V FD2的SN比定义为第2SN比SN FD2。第2SN比SN FD2在向摄像装置100入射的光的光量低的区域中伴随着该光量的增加而从零附近变高。
第1摄像单元1a与第2摄像单元1b相比，是低灵敏度、高噪声而且高饱和的摄像单元。将属于该第1摄像单元1a的第1电荷积蓄部FD1的第1像素信号V FD1的SN比定义为第1SN比SN FD1。第1SN比SN FD1在与第2SN比SN FD2相比光量高的区域中伴随着该光量的增加而从零附近变高。
第1部分FD3与第1电荷积蓄部FD1同样属于第1摄像单元1a。将该第1部分FD3的第3像素信号V FD3的SN比定义为第3SN比SN FD3。第3SN比SN FD3在与第1SN比SN FD1相比光量高的区域中伴随着该光量的增加而从零附近变高。
图6是表现第2像素信号V FD2、第1像素信号V FD1及第3像素信号V FD3相对于向摄像装置100入射的光的光量的关系的曲线图。图7是第2SN比SN FD2、第1SN比SN FD1及第3SN比SNFD3相对于向摄像装置100入射的光的光量的关系的曲线图。图6及图7的横轴是向摄像装置100入射的光的光量。该光量的单位是lux(勒克斯)。图6的纵轴是被输出的像素信号的电平。该电平的单位是V(伏特)。图7的纵轴是SN比。该SN比的单位是dB(分贝)。根据图6及图7能够在视觉上理解，根据本实施方式能够得到与光量相应地变化的3条输出线。输出线在图6中是表现像素信号的线。输出线在图7中是表现SN比的线。
具体而言，上述的3条输出线之中的1条来源于作为高灵敏度单元的第2摄像单元1b。上述的3条输出线之中的2条来源于作为低灵敏度单元的第1摄像单元1a。在第1摄像单元1a中，如果光量增加，则第1部分FD3的电位与第1电荷积蓄部FD1的电位相比延迟开始变化。像这样，生成来源于第1摄像单元1a的2条输出线。
图8是表示参考方式的摄像装置的像素的电路构成的示意图。与图3的第1摄像单元1a不同，在参考方式的第1摄像单元1c中，不存在第1插入晶体管M16、第1后续晶体管M17及第1电容器Cs3，而存在电容器CsZ。电容器CsZ的一端与第1电荷积蓄部FD1电连接。电容器CsZ的另一端被施加直流电位。在该例中，电容器CsZ的电容值与第1电容器Cs3的电容值大致相同。它们的电容值也可以在严密的含义下是相同的。
在图8的第1摄像单元1c中，不存在第1电容器Cs3，因此无法得到第3像素信号VFD3。另一方面，在第1摄像单元1c中，电容器CsZ与第1电荷积蓄部FD1电连接。进而，电容器CsZ的电容值与第1电容器Cs3的电容值大致相同。因此，参考方式的第1像素信号V FD1与本实施方式的第3像素信号V FD3相似。另外，参考方式的第1SN比SN FD1与本实施方式的第3SN比SN FD3相似。
另一方面，图8的第2摄像单元1b与图3的第2摄像单元1b相同。因此，参考方式的第2像素信号V FD2与本实施方式的第2像素信号V FD2相同。另外，参考方式的第2SN比SN FD2与本实施方式的第2SN比SN FD2相同。
图9是表现第2像素信号V FD2及第1像素信号V FD1相对于向参考方式的摄像装置入射的光的光量的关系的曲线图。图10是表现第2SN比SN FD2及第1SN比SN FD1相对于向参考方式的摄像装置入射的光的光量的关系的曲线图。图9及图10的横轴是向摄像装置入射的光的光量。该光量的单位是lux(勒克斯)。图9的纵轴是被输出的像素信号的电平。该电平的单位是V(伏特)。图10的纵轴是SN比。该SN比的单位是dB(分贝)。
另外，实现宽动态范围的摄像装置的技术存在各种方式。以下说明这些方式之中的时间分割方式、空间分割方式、像素内存储器方式及1像素2单元方式。
在时间分割方式中，以不同的灵敏度按照时间分割方式进行摄影。然后，对得到的多个图像进行合成。
在空间分割方式中，通过灵敏度不同的受光元件进行摄影。然后，对得到的多个图像进行合成。空间分割方式例如记载在专利文献1中。
在像素内存储器方式下，在各像素内设置积蓄从光电二极管溢出的电荷的存储器。由此，增加在1次曝光期间中能够积蓄的电荷量。像素内存储器方式例如记载在专利文献2中。
在典型例所涉及的1像素2单元方式中，在1个像素内构成灵敏度不同的2个摄像单元。另外，在低灵敏度单元中设置积蓄电荷的存储器。1像素2单元方式例如记载在专利文献3及4中。具体而言，在专利文献3中，使用光电二极管作为光电转换部。在专利文献4中，构成有层叠型的摄像装置。
在时间分割方式及空间分割方式中，通过增加分割数，能够扩大动态范围。但是，如果分割数增加，则产生伪影，分辨率降低，画质劣化。
在像素内存储器方式下，存储器的容量受限。因此，能够扩大的动态范围存在极限。
在1像素2单元方式中，使用第1摄像单元及第2摄像单元实现宽动态范围。但是，如果第1摄像单元呈现灵敏度的光量区域与第2摄像单元呈现灵敏度的光量区域之差较大，则可能在两个光量区域的中间区域中发生画质劣化。以下，参照图8至图10说明该问题点。
在图8所示的参考方式中，通过在1个像素内构成第1摄像单元1c及第2摄像单元1b，实现了1像素2单元方式。在图9中，描绘了表现来源于第2摄像单元1b的第2像素信号VFD2的线、以及表现来源于第1摄像单元1c的第1像素信号V FD1的线。在图10中，描绘了表现与第2像素信号V FD2相关的第2SN比SN FD2的线、以及表现与第1像素信号V FD1相关的第1SN比SN FD1的线。
在图9中，还描绘了表现校正第1像素信号VY FD1的线。校正第1像素信号VY FD1是通过对第1像素信号V FD1乘以系数而得到的信号。在图9中，表现第2像素信号V FD2的线及表现校正第1像素信号VY FD1的线形成了部分的重叠部。通过这2条线，看上去宛如构成了1条线。
详细而言，通过软件，决定上述系数以产生上述重叠部。然后，在作为属于重叠部的某一个部分的连结部，第2像素信号V FD2的数据与对第1像素信号V FD1乘以系数而得到的数据连结。这样，得到合成信号的数据。在参考方式中，通过像这样生成合成信号，实现宽动态范围。
在图10中，由虚线DLZ示意地表现上述连结部。在连结部的光量中，与第2像素信号V FD2相关的第2SN比SN FD2高，而与第1像素信号V FD1相关的第1SN比SN FD1低。这意味着与合成信号相关的SN比在连结部分中急剧降低。以下，将该急剧降低后的SN比称为连结SN比。在参考方式中，存在连结SN比低、在中间光量下噪声变大而画质容易劣化的问题。
根据图1至图7所示的本实施方式，能够缓和该问题。参照图6及图7说明该点。
与本实施方式相关的图6的表现第2像素信号V FD2的线和与参考方式相关的图9的表现第2像素信号V FD2的线相同。图6的表现第3像素信号V FD3的线与图9的表现第1像素信号V FD1的线相似。进而，在本实施方式中，如图6所示，在表现第2像素信号V FD2的线与表现第3像素信号V FD3的线之间，存在表现第1像素信号V FD1的线。
在图6中，还描绘了表现校正第1像素信号VX FD1的线及表现校正第3像素信号VXFD3的线。校正第1像素信号VX FD1是通过对第1像素信号V FD1乘以第1系数而得到的信号。校正第3像素信号VX FD3是通过对第3像素信号V FD3乘以第2系数而得到的信号。在图6中，表现第2像素信号V FD2的线及表现校正第1像素信号VY FD1的线形成部分的第1重叠部，并且表现校正第1像素信号VY FD1的线及表现校正第3像素信号VX FD3的线形成部分的第2重叠部。通过这3条线，看上去宛如构成了1条线。
详细而言，通过软件，决定第1系数以产生第1重叠部，并决定第2系数以产生第2重叠部。然后，在作为属于第1重叠部的某一个部分的第1连结部，第2像素信号V FD2的数据与对第1像素信号V FD1乘以第1系数而得到的数据连结。另外，在作为属于第2重叠部的某一个部分的第2连结部，对第1像素信号V FD1乘以第1系数而得到的数据与对第3像素信号V FD3乘以第2系数而得到的数据连结。这样，得到合成信号的数据。在本实施方式中，通过像这样生成合成信号，实现宽动态范围。
在图7中，由虚线DLX示意地表现第1连结部。由虚线DLY示意地表现第2连结部。与本实施方式相关的图7的表现第2SN比SN FD2的线和与参考方式相关的图10的表现第2SN比SN FD2的线相同。图7的表现第3SN比SN FD1的线与图10的表现第1SN比SN FD1的线相似。进而，在与本实施方式相关的图7中，表现第1SN比SN FD1的线存在于表现第2SN比SN FD2的线与表现第3SN比SN FD3的线之间。因此，第1连结部中的SN比的降低幅度有限。以下，将该降低后的SN比称为第1连结SN比。另外，第2连结部中的SN比的降低幅度有限。以下，将该降低后的SN比称为第2连结SN比。
根据以上的说明能够理解，本实施方式的第1连结SN比及第2连结SN比易于比参考方式的连结SN比高。由此，本实施方式与参考方式相比，易于抑制中间光量下的噪声及画质劣化。
参照图11及图12进一步说明本实施方式的效果。图11表示通过增大参考方式的高灵敏度单元1b的增益而引起的SN比相对于光量的关系的变化。图12表示通过增大参考方式的SPLIT而引起的SN比相对于光量的关系的变化。图11及图12的横轴是向摄像装置入射的光的光量。该光量的单位是lux(勒克斯)。图11的纵轴是被输出的像素信号的电平。该电平的单位是V(伏特)。图12的纵轴是SN比。该SN比的单位是dB(分贝)。
图8所涉及的参考方式的摄像装置的动态范围可以由以下的数学式1给出。在数学式1中，DR是动态范围。S是基于低灵敏度单元1c的第1电荷积蓄部FD1及电容器CsZ决定的像素信号的饱和电平。N是摄像装置整体的噪声电平。SPLIT是高灵敏度单元1b的灵敏度相对于低灵敏度单元1c的灵敏度的比率即灵敏度比(＝高灵敏度单元1b的灵敏度/低灵敏度单元1c)。“＊”是乘号。
数学式1：DR[dB]＝20log(S/N＊SPLIT)
在此，为了扩大参考方式的摄像装置的动态范围，可以考虑进行以下的调整。
(i)通过增大高灵敏度单元1b的增益来使N变小。
(ii)通过降低低灵敏度单元1c的灵敏度来使SPLIT变大。
如果进行了上述的(i)的调整，则高灵敏度单元1b的饱和电平变低。然后，如图11的空心箭头所示，表现第2SN比SN FD2的线在整体上向左偏移，另外，该线的右上端向左下偏移。在图11中，由粗线描绘该偏移后的表现第2SN比SN FD2的线。伴随着表现第2SN比SN FD2的线的偏移，虚线DLZ向虚线DLZ2偏移。在图11中，虚线DLZ2的下端位于比虚线DLZ的下端靠下的位置。这意味着，如果进行了上述的(i)的调整，则连结SN比降低。此外，能够通过调整第2反相放大器11b来增大增益。
如果进行了上述的(ii)的调整，则如图12的空心箭头所示，表现第1SN比SN FD1的线在整体上向右偏移。在图12中，由粗线描绘该偏移后的表现第1SN比SN FD1的线。伴随着表现第1SN比SN FD1的线的偏移，虚线DLZ向虚线DLZ3偏移。在图12中，虚线DL32的下端位于比虚线DLZ的下端靠下的位置。这意味着，如果进行了上述的(ii)的调整，则连结SN比降低。
像这样，在参考方式中，如果想要通过摄像装置的调整来扩大宽动态范围，则连结SN比降低。如上所述，连结SN比的降低导致中间光量下的噪声及画质劣化。像这样，在参考方式的摄像装置的调整中，难以兼顾宽动态范围与中间光量下的高画质。根据使用图11及图12进行的说明能够理解，在由高灵敏度单元得到的SN比线的数量是1个，且由低灵敏度单元得到的SN比线的数量是1个的情况下，难以实现上述兼顾。
相对于此，在本实施方式中，如图7所示，由低灵敏度单元得到的SN比线的数量是多个。这降低了上述兼顾的困难性。
根据本实施方式，能够在各像素1内设置电路构成不同的2个摄像单元1b及1a。第2摄像单元1b作为低噪声高灵敏度用的摄像单元发挥功能。第1摄像单元1a作为高饱和低灵敏度用的摄像单元发挥功能。因此，就连明暗差大的被摄体，也能够没有过曝及过黑地进行摄像。在中间光量下也能够得到充分的SN比。另外，在本实施方式中，能够由2个摄像单元1b及1a同时进行高灵敏度摄像和低灵敏度摄像。因此，能够抑制高灵敏度摄像与低灵敏度摄像间的时间偏差。
以下，关于其他几个实施方式进行说明。以下，针对在已经说明的实施方式与其后说明的实施方式中共通的要素，附加相同的参照标记，有时省略其说明。与各实施方式相关的说明只要在技术上不矛盾，就能够相互适用。只要在技术上不矛盾，各实施方式也可以相互组合。
(第2实施方式)
图13表示第2实施方式所涉及的摄像装置100的像素1的电路构成。
第2实施方式所涉及的摄像装置100包括输出电路102。输出电路102具有追加放大晶体管M30及追加选择晶体管M31。具体而言，第1摄像单元1a包括输出电路102。更具体而言，第1信号处理电路P1包括输出电路102。
在以下的例子中，利用正电荷作为信号电荷。具体而言，利用空穴作为信号电荷。另外，晶体管M10、M11、M12、M16、M17、M20、M21、M22、M23、M30及M31是n型晶体管。具体而言，这些晶体管是n型MOSFET。
但是，也可以利用负电荷作为信号电荷。具体而言，也可以利用电子作为信号电荷。在该情况下，能够使用p型晶体管作为晶体管M10、M11、M12、M16、M17、M20、M21、M22、M23、M30及M31。具体而言，在该情况下，能够使用p型MOSFET作为这些晶体管。
第1电荷积蓄部FD1与第1放大晶体管M10的栅极电极电连接。第1电容器Cs3与追加放大晶体管M30的栅极电极电连接。另外，第1电容器Cs3与输出电路102电连接。
第1后续晶体管M17的源极及漏极中的一方与第1电容器Cs3电连接。追加选择晶体管M31的源极及漏极的一方、第1后续晶体管M17的源极及漏极中的另一方、以及追加放大晶体管M30的源极及漏极中的一方被电连接。追加选择晶体管M31的源极及漏极中的另一方与第3电压线VDD3电连接。追加放大晶体管M30的源极及漏极中的另一方与第3信号线Out3电连接。
追加放大晶体管M30放大与第1电容器Cs3的电位对应的电信号。追加选择晶体管M31选择性地输出由追加放大晶体管M30放大后的信号。第1后续晶体管M17对第1电容器Cs3进行复位。像这样，在本实施方式中，第1后续晶体管M17作为复位晶体管发挥功能。
具体而言，在本实施方式中，在使追加选择晶体管M31成为导通状态的基础上，将与第1电容器Cs3的电位相应的第3像素信号V FD3按照追加放大晶体管M30及第3信号线Out3的顺序经由追加放大晶体管M30及第3信号线Out3向第1周边电路输出。第3信号线Out3与图1所示的第1垂直信号线9a连接。
另外，在使追加选择晶体管M31成为导通状态的基础上，使第1后续晶体管M17导通。由此，进行第1电容器Cs3的电位的复位即第1部分FD3的电位的复位。然后，将与第1部分FD3的电位相应的复位信号按照追加放大晶体管M30及第3信号线Out3的顺序经由追加放大晶体管M30及第3信号线Out3向第1周边电路输出。通过从第3像素信号V FD3中减去复位信号，第3像素信号V FD3的噪声减小。
根据第1实施方式，能够简化摄像装置100的构成。根据第2实施方式，与第1实施方式相比，易于扩大动态范围。以下，参照图14说明与第2实施方式相关的该优点。图14是用于说明第1插入晶体管M16的调制度的说明图。
在第2实施方式中，在第1插入晶体管M16中存在栅极氧化膜电容Cox及耗尽层电容Cdep。设为第1插入晶体管M16的栅极电极的电压以ΔVg发生了变动。在该情况下，第1插入晶体管M16的栅极下的沟道的电压的变动幅度ΔVcha由以下的数学式2给出。
数学式2：ΔVcha＝ΔVg＊Cox/(Cox+Cdep)
Cox/(Cox+Cdep)被称为调制度。调制度比1小。调制度例如是0.5以上且0.8以下。由于调制度比1小，抑制了第1部分FD3的电位的变动。这有助于扩大动态范围。
在第1实施方式中，在第1后续晶体管M17为导通状态时，第1部分FD3与第1电荷积蓄部FD1经由第1后续晶体管M17被电连接。由于采用了该构成，由于第1插入晶体管M16的调制度产生的动态范围的扩大作用被消除。发生该消除是由于，即使将电荷从第1部分FD3向第1电荷积蓄部FD1注入，第1部分FD3及第1电荷积蓄部FD1中积蓄的电荷的总数也不变化。另一方面，如上所述，根据第1实施方式，能够简化摄像装置100的构成。
(第3实施方式)
图15表示第3实施方式所涉及的摄像装置100的像素1的电路构成。
在第1实施方式中，第3像素信号V FD3从第1摄像单元1a输出。相对于此，在第3实施方式中，第3像素信号V FD3从第2摄像单元1b输出。具体而言，在第3实施方式中，第1电容器Cs3可以与第2电荷积蓄部FD2电连接。
在第3实施方式中，第1电荷积蓄部FD1与第1放大晶体管M10的栅极电极电连接。第2电荷积蓄部FD2与第2放大晶体管M20的栅极电极电连接。通过第1后续晶体管M17成为导通，第1电容器Cs3、第1后续晶体管M17的源极及漏极中的一方、第1后续晶体管M17的源极及漏极中的另一方、以及第2放大晶体管M20的栅极电极依次被电连接。
在第3实施方式中，在使第2选择晶体管M21及第1后续晶体管M17成为导通状态的基础上，将与第1电容器Cs3的电位相应的第3像素信号V FD3按照第1后续晶体管M17、第2放大晶体管M20及第2信号线Out2的顺序经由第1后续晶体管M17、第2放大晶体管M20及第2信号线Out2向第2周边电路输出。
在第3实施方式中，在使第2选择晶体管M21及第1后续晶体管M17成为导通状态的基础上，使带域控制晶体管M23及第2复位晶体管M22导通。由此，不仅进行第2电荷积蓄部FD2的电位的复位，而且进行第1电容器Cs3的电位的复位即第1部分FD3的电位的复位。然后，将与第1部分FD3的电位相应的复位信号按照第1后续晶体管M17、第2放大晶体管M20及第2信号线Out2的顺序经由第1后续晶体管M17、第2放大晶体管M20及第2信号线Out2向第2周边电路输出。通过从第3像素信号V FD3中减去复位信号，第3像素信号V FD3的噪声减小。
根据第3实施方式，与第2实施方式相比，能够抑制晶体管的数量。
(第4实施方式)
图16表示第4实施方式所涉及的摄像装置100的像素1的电路构成。
在第4实施方式中，第1电容器Cs3与电容器Cs1电连接。以下，有时将电容器Cs1称为特定电容器Cs1。具体而言，第1部分FD3与特定电容器Cs1电连接。
在第4实施方式中，第1电容器Cs3与特定电容器Cs1协同动作而构成合成电容部。然后，通过第1插入晶体管M16成为导通，第1电荷积蓄部FD1与合成电容器被电连接。
在第4实施方式中，与第3实施方式同样，第1电荷积蓄部FD1与第1放大晶体管M10的栅极电极电连接。第2电荷积蓄部FD2与第2放大晶体管M20的栅极电极电连接。通过第1后续晶体管M17成为导通，第1电容器Cs3、第1后续晶体管M17的源极及漏极中的一方、第1后续晶体管M17的源极及漏极中的另一方、以及第2放大晶体管M20的栅极电极依次被电连接。在第4实施方式中，使用第2复位晶体管M22作为第1后续晶体管M17。
另外，在第4实施方式中，通过第1后续晶体管M17即第2复位晶体管M22成为导通，特定电容器Cs1、第1后续晶体管M17的源极及漏极中的一方、第1后续晶体管M17的源极及漏极中的另一方、以及第2放大晶体管M20的栅极电极依次被电连接。
如果使用合成电容部这样的用语，则关于第4实施方式可以如下描述。即，通过第1后续晶体管M17成为导通，合成电容部、第1后续晶体管M17的源极及漏极中的一方、第1后续晶体管M17的源极及漏极中的另一方、以及第2放大晶体管M20的栅极电极依次被电连接。
在第4实施方式中，在使第2选择晶体管M21及第1后续晶体管M17成为导通状态的基础上，将与合成电容部的电位相应的第3像素信号V FD3按照第1后续晶体管M17、第2放大晶体管M20及第2信号线Out2的顺序经由第1后续晶体管M17、第2放大晶体管M20及第2信号线Out2向第2周边电路输出。
在第4实施方式中，在使第2选择晶体管M21成为导通状态的基础上，使带域控制晶体管M23导通。由此，对合成电容部的电位进行复位。然后，将与合成电容部的电位相应的复位信号按照第1后续晶体管M17、第2放大晶体管M20及第2信号线Out2的顺序经由第1后续晶体管M17、第2放大晶体管M20及第2信号线Out2向第2周边电路输出。通过从第3像素信号VFD3中减去复位信号，第3像素信号V FD3的噪声减小。
在第4实施方式中，第1电容器Cs3与特定电容器Cs1协同动作而构成合成电容部。这适于实现高饱和且宽动态范围的摄像装置100。
(第5实施方式)
图17表示第5实施方式所涉及的摄像装置100的像素1的电路构成。
在第5实施方式中，与第4实施方式同样，第1电容器Cs3与特定电容器Cs1电连接。具体而言，第1部分FD3与电容器Cs1电连接。第1电容器Cs3与特定电容器Cs1协同动作而构成合成电容部。
但是，在第5实施方式中，与第4实施方式相比，第3像素信号V FD3的输出的方式不同。具体而言，在第4实施方式中，第3像素信号V FD3从第2摄像单元1b输出。相对于此，在第5实施方式中，第3像素信号V FD3从第1摄像单元1a输出。
在第5实施方式中，合成电容部与第1后续晶体管M17的源极及漏极中的一方电连接。第1后续晶体管M17的源极及漏极中的另一方与第1电荷积蓄部FD1电连接。在第5实施方式中，使用第1复位晶体管M12作为第1后续晶体管M17。
在第5实施方式中，第1电荷积蓄部FD1与第1放大晶体管M10的栅极电极电连接。通过第1后续晶体管M17成为导通，第1电容器Cs3、第1后续晶体管M17的源极及漏极中的一方、第1后续晶体管M17的源极及漏极中的另一方、以及第1放大晶体管M10的栅极电极依次被电连接。
另外，在第5实施方式中，通过第1后续晶体管M17成为导通，特定电容器Cs1、第1后续晶体管M17的源极及漏极中的一方、第1后续晶体管M17的源极及漏极中的另一方、以及第1放大晶体管M10的栅极电极依次被电连接。
如果使用合成电容部这样的用语，则关于第5实施方式可以如下描述。即，通过第1后续晶体管M17成为导通，合成电容部、第1后续晶体管M17的源极及漏极中的一方、第1后续晶体管M17的源极及漏极中的另一方、以及第1放大晶体管M10的栅极电极依次被电连接。
在第5实施方式中，在使第1选择晶体管M11及第1后续晶体管M17成为导通状态的基础上，将与合成电容部的电位相应的第3像素信号V FD3按照第1后续晶体管M17、第1放大晶体管M10及第1信号线Out1的顺序经由第1后续晶体管M17、第1放大晶体管M10及第1信号线Out1向第1周边电路输出。
在第5实施方式中，在使第2选择晶体管M21成为导通状态的基础上，使带域控制晶体管M23导通。由此，对合成电容部的电位进行复位。然后，将与合成电容部的电位相应的复位信号按照第1后续晶体管M17、第1放大晶体管M10及第1信号线Out1的顺序经由第1后续晶体管M17、第1放大晶体管M10及第1信号线Out1向第1周边电路输出。通过从第3像素信号VFD3中减去复位信号，第3像素信号V FD3的噪声减小。
在第5实施方式中，与第3实施方式及第4实施方式相比，不容易发生连结偏差。以下，关于这一点进行说明。
在与第1实施方式相关的图6的曲线图中，不仅是表现第2像素信号V FD2的线及表现第1像素信号V FD1的线经过原点，而且表现第3像素信号V FD3的线也经过原点。因此，易于通过软件根据这3条线制作连续的1条线。
另一方面，在第3实施方式及第4实施方式中，表现第3像素信号V FD3的线不经过原点，而从光量更高的位置上升。这是因为，尽管第1像素信号V FD1及第3像素信号V FD3由共通的1个摄像单元即第1摄像单元1a生成，但第1像素信号V FD1及第3像素信号V FD3经由相互不同的放大晶体管输出。具体而言，第1像素信号V FD1经由第1放大晶体管M10输出。另一方面，第3像素信号V FD3经由第2放大晶体管M20输出。
在表现第3像素信号V FD3的线不经过原点的情况下，难以通过软件根据表现第2像素信号V FD2的线、表现第1像素信号V FD1的线及表现第3像素信号V FD3的线制作连续的1条线。具体而言，在制作的1条线中，基于第3像素信号V FD3的部分与基于第1像素信号V FD1的部分之间的第2连结部容易变得非连续。连结偏差是指产生了这样的非连续的连结部分的现象。
相对于此，在第5实施方式中，第1像素信号V FD1和第3像素信号V FD3都经由第1放大晶体管M10输出。因此，不仅是表现第2像素信号V FD2的线及表现第1像素信号V FD1的线经过原点，而且表现第3像素信号V FD3的线也经过原点。因此，根据第5实施方式，不容易发生连结偏差。
(第6实施方式)
图18表示第6实施方式所涉及的摄像装置100的像素1的电路构成。
第6实施方式所涉及的摄像装置100具备第2电容器Cs4、第2插入晶体管M26及第2后续晶体管M27。第2插入晶体管M26也可以被称为第2电荷注入晶体管。具体而言，第2插入晶体管M26也可以被称为第2电子注入晶体管。第2后续晶体管M27也可以被称为第2短路晶体管。
具体而言，在第6实施方式中，第2摄像单元1b具备第2电容器Cs4、第2插入晶体管M26及第2后续晶体管M27。更具体而言，第2信号处理电路P2具备第2电容器Cs4、第2插入晶体管M26及第2后续晶体管M27。
在以下的例子中，利用正电荷作为信号电荷。具体而言，利用空穴作为信号电荷。另外，晶体管M10、M11、M12、M16、M17、M20、M21、M22、M23、M26及M27是n型晶体管。具体而言，这些晶体管是n型MOSFET。
但是，也可以利用负电荷作为信号电荷。具体而言，也可以利用电子作为信号电荷。在该情况下，能够使用p型晶体管作为晶体管M10、M11、M12、M16、M17、M20、M21、M22、M23、M26及M27。具体而言，在该情况下，能够使用p型MOSFET作为这些晶体管。
在本实施方式中，第2插入晶体管M26的栅极电极、以及第2插入晶体管M26的源极及漏极中的一方与第2电荷积蓄部FD2电连接。通过第2插入晶体管M26成为导通，第2电荷积蓄部FD2与第2电容器Cs4经由第2插入晶体管M26被电连接。
在本实施方式中，通过第2后续晶体管M27成为导通，第2电容器Cs4、第2后续晶体管M27的源极及漏极中的一方、第2后续晶体管M27的源极及漏极中的另一方依次被电连接。
在本实施方式中，第2插入晶体管M26的源极及漏极中的另一方与第2电容器Cs4电连接。第2后续晶体管M27的源极及漏极中的一方与第2电容器Cs4电连接。第2后续晶体管M27的源极及漏极中的另一方与第2电荷积蓄部FD2电连接。
在本实施方式中，第1电荷积蓄部FD1与第1放大晶体管M10的栅极电极电连接。第2电荷积蓄部FD2与第2放大晶体管M20的栅极电极电连接。通过第1后续晶体管M17成为导通，第1电容器Cs3、第1后续晶体管M17的源极及漏极中的一方、第1后续晶体管M17的源极及漏极中的另一方、以及第1放大晶体管M10的栅极电极依次被电连接。
在本实施方式中，通过第2后续晶体管M27成为导通，第2电容器Cs4、第2后续晶体管M27的源极及漏极中的一方、第2后续晶体管M27的源极及漏极的另一方、以及第2放大晶体管M20的栅极电极依次被电连接。
在本实施方式中，第2电容器Cs4的电容值比第2电荷积蓄部FD2的电容值大。第2电容器Cs4的电容值c4相对于第2电荷积蓄部FD2的电容值c2的比率c4/c2例如是3以上。比率c4/c2也可以是6以上，还可以是10以上。比率c4/c2例如是1000以下。比率c4/c2也可以是100以下，还可以是50以下。
在本实施方式中，第2电容器Cs4具有MIM构造。
在本实施方式中，通过第2插入晶体管M26成为导通，第2电荷积蓄部FD2经由第2插入晶体管M26被电连接至第2电容器Cs4的一端。第2电容器Cs4的另一端被施加直流电位VBW2。直流电位VBW2既可以是相对于接地电位偏置的电位，也可以是接地电位。
以下，有时将第2电容器Cs4之中的与第2插入晶体管M26电连接的部分称为第2部分FD4。
在本实施方式中，第2插入晶体管M26的栅极电极的导电型与第2插入晶体管M26的源极及漏极的导电型相反。具体而言，在本实施方式中，第2插入晶体管M26的栅极电极的导电型是p型。第2插入晶体管M26的源极及漏极的导电型是n型。第2插入晶体管M26的栅极电极例如是多晶硅电极。
第2插入晶体管M26的栅极长度也可以比第2后续晶体管M27的栅极长度长。第2插入晶体管M26的栅极长度也可以与第2后续晶体管M27的栅极长度相同。第2插入晶体管M26的栅极长度也可以比第2后续晶体管M27的栅极长度短。
第2插入晶体管M26的栅极宽度也可以比第2后续晶体管M27的栅极宽度长。第2插入晶体管M26的栅极宽度也可以与第2后续晶体管M27的栅极宽度相同。第2插入晶体管M26的栅极宽度也可以比第2后续晶体管M27的栅极宽度短。
第2插入晶体管M26的栅极厚度也可以比第2后续晶体管M27的栅极厚度大。第2插入晶体管M26的栅极厚度也可以与第2后续晶体管M27的栅极厚度相同。第2插入晶体管M26的栅极厚度也可以比第2后续晶体管M27的栅极厚度小。
以下，将第2后续晶体管M27的栅极电极的电压记作电压Vst2。在本实施方式中，使电压Vst2从低电平变更为高电平，使第2后续晶体管M27导通。由此，使第2电荷积蓄部FD2与第2部分FD4经由第2后续晶体管M27电连接。其后，与第2电荷积蓄部FD2的电位及第2部分FD4的电位相应的电信号按照第2放大晶体管M20及第2信号线Out2的顺序经由第2放大晶体管M20及第2信号线Out2向第2周边电路输出。该电信号的电平随着向摄像装置100入射的光的光量变大而连续地变大。
进一步说明上述电信号。在本实施方式中，第2电容器Cs4的电容值比第2电荷积蓄部FD2的电容值大。因此，与第2电荷积蓄部FD2的电位相比更强地反映了第2电容器Cs4的电位的第2合成电位所对应的电信号按照第2放大晶体管M20及第2信号线Out2的顺序经由第2放大晶体管M20及第2信号线Out2向第2周边电路输出。
在本实施方式中，有时将上述电信号称为第2部分FD4的像素信号或者第4像素信号V FD4。
在输出了第4像素信号V FD4之后，使电压Vrs2及电压Vrs3从低电平变更为高电平，使第2复位晶体管M22及带域控制晶体管M23导通。由此，对第2电荷积蓄部FD2的电位进行复位，并且进行第2电容器Cs4的电位的复位即第2部分FD4的电位的复位。
其后，与第2电荷积蓄部FD2的电位及第2部分FD4的电位相应的电信号按照第2放大晶体管M20及第2信号线Out2的顺序经由第2放大晶体管M20及第2信号线Out2向第2周边电路输出。该电信号是与第2合成电位相关的复位信号。在本实施方式中，有时将与第2合成电位相关的复位信号称为第2部分FD4的复位信号。
其后，从第2部分FD4的第4像素信号V FD4减去第2部分FD4的复位信号。由此，第4像素信号V FD4的噪声减小。
在本实施方式中，读出与第2电容器Cs4的电位相应的信号，其后，读出与第2电荷积蓄部FD2的电位相应的信号。在上述的例中，与第2电容器Cs4的电位相应的信号是第4像素信号V FD4。与第2电荷积蓄部FD2的电位相应的信号是第2像素信号V FD2。
如果向摄像装置100入射的光的光量从低电平增加，则第2电荷积蓄部FD2中积蓄的信号电荷增加。在本实施方式中，信号电荷是正电荷。如果信号电荷增加，则第2电荷积蓄部FD2的电位上升。如果第2电荷积蓄部FD2的电位超过第2阈值电位，则第2插入晶体管M26成为导通，第2电荷积蓄部FD2与第2部分FD4经由第2插入晶体管M26被电连接。如果光量进一步增加而第2电荷积蓄部FD2的电位进一步上升，则第2插入晶体管M26的栅极下电势上升。由此，第2插入晶体管M26的栅极下电势变得比第2部分FD4的电势高。在该阶段中，与光量为低电平时同样，第2电荷积蓄部FD2的电势比第2部分FD4的电势高。从第2部分FD4经由第2插入晶体管M26向第2电荷积蓄部FD2注入负电荷。具体而言，该负电荷是电子。通过该负电荷的注入，第2电荷积蓄部FD2的电势降低。与此相伴，第2插入晶体管M26的栅极下电势也降低。另一方面，第2部分FD4的电位上升。
在本实施方式中，通过这样的负电荷的注入，取得第2电荷积蓄部FD2的电势与第2部分FD4的电势的平衡。在向摄像装置100入射的光的光量增加的状况下，能够取得该平衡，并且第2电荷积蓄部FD2的电位及第2部分FD4的电位上升。
在信号电荷为负电荷的情况下，也发生同样的现象。
根据上述说明，导出以下的技术特征。即，根据上述说明，导出以下的技术特征。即，通过第2光电转换部PC2中的光电转换而生成的正及负的一方的电荷增加，从而第2电荷积蓄部FD2中积蓄的正及负的一方的电荷增加。通过第2电荷积蓄部FD2中积蓄的正及负的一方的电荷增加，发生第2电荷积蓄部FD2的电位的上升及降低中的一方。通过发生第2电荷积蓄部FD2的电位的上升及降低中的一方，第3现象及第4现象依次出现。第3现象是第2插入晶体管M26成为导通。第4现象是从第2电容器Cs4经由第2插入晶体管M26向第2电荷积蓄部FD2供给正及负的另一方的电荷。通过该供给，发生第2电荷积蓄部FD2的电位的上升及降低中的另一方。
如图6所示，在第1实施方式中，得到表现第2像素信号V FD2的线、表现第1像素信号V FD1的线以及表现第3像素信号V FD3的线这3条线。如图7所示，在第1实施方式中，得到表现第2SN比SN FD2的线、表现第1SN比SN FD3的线以及表现第3SN比SN FD3的线这3条线。
根据第6实施方式，在表现第2像素信号V FD2的线与表现第1像素信号V FD1的线之间，进一步得到表现第4像素信号V FD4的线。另外，在表现第2SN比SN FD2的线与表现第1SN比SN FD3的线之间，进一步得到表现与第4像素信号V FD4相关的SN比的线。这能够抑制连结SN比的降低。因此，能够扩大SN比高的光量区域。
(第7实施方式)
图19表示第7实施方式所涉及的摄像装置100的像素1的电路构成。
在第7实施方式中，第2后续晶体管M27的源极及漏极中的一方与第2电容器Cs4电连接。第2后续晶体管M27的源极及漏极中的另一方与第1电荷积蓄部FD1电连接。
在第7实施方式中，通过第2后续晶体管M27成为导通，第2电容器Cs4、第2后续晶体管M27的源极及漏极中的一方、第2后续晶体管M27的源极及漏极中的另一方、以及第1放大晶体管M10的栅极电极依次被电连接。
在第6实施方式中，通过第2后续晶体管M27成为导通，第2电容器Cs4与第2电荷积蓄部FD2被电连接。该电连接能够使第2摄像单元1b的增益降低。另一方面，在第7实施方式中，通过第2后续晶体管M27成为导通，第2电容器Cs4与第1电荷积蓄部FD1被电连接。该电连接能够使第1摄像单元1a的增益降低。
在第6实施方式及第7实施方式中，第1摄像单元1a是低灵敏度单元，第2摄像单元1b是高灵敏度单元。根据第7实施方式，易于确保高灵敏度单元的增益。这在减小摄像装置100整体的噪声电平的观点上是有利的。
(第8实施方式)
图20表示第8实施方式所涉及的摄像装置100的像素1的电路构成。
第8实施方式所涉及的摄像装置100具备追加电容器Cs5、追加插入晶体管M36及追加后续晶体管M37。追加插入晶体管M36也可以被称为追加电荷注入晶体管。具体而言，追加插入晶体管M36也可以被称为追加电子注入晶体管。追加后续晶体管M37也可以被称为追加短路晶体管。
具体而言，在第8实施方式中，第1摄像单元1a具备追加电容器Cs5、追加插入晶体管M36及追加后续晶体管M37。更具体而言，第1信号处理电路P1具备追加电容器Cs5、追加插入晶体管M36及追加后续晶体管M37。
追加插入晶体管M36的栅极电极、以及追加插入晶体管M36的源极及漏极中的一方与第1电容器Cs3电连接。通过追加插入晶体管M36成为导通，第1电容器Cs3与追加电容器Cs5经由追加插入晶体管M36被电连接。
在本实施方式中，通过追加后续晶体管M37成为导通，追加电容器Cs5、追加后续晶体管M37的源极及漏极中的一方、以及追加后续晶体管M37的源极及漏极中的另一方依次被电连接。
在本实施方式中，追加插入晶体管M36的源极及漏极中的另一方与追加电容器Cs5电连接。追加后续晶体管M37的源极及漏极中的一方与追加电容器Cs5电连接。
在本实施方式中，第1后续晶体管17的源极及漏极中的一方、追加后续晶体管M37的源极及漏极中的另一方、第1电容器Cs3、追加插入晶体管M36的栅极电极、以及追加插入晶体管M36的源极及漏极中的一方被电连接。第1后续晶体管17的源极及漏极中的另一方与第1电荷积蓄部FD1电连接。
在本实施方式中，第1电荷积蓄部FD1与第1放大晶体管M10的栅极电极电连接。通过第1后续晶体管M17及追加后续晶体管M37成为导通，追加电容器Cs5、追加后续晶体管M37的源极及漏极中的一方、追加后续晶体管M37的源极及漏极中的另一方、第1后续晶体管M17的源极及漏极中的一方、第1后续晶体管M17的源极及漏极中的另一方、以及第1放大晶体管M10的栅极电极依次被电连接。
在本实施方式中，追加电容器Cs5的电容值比第1电荷积蓄部FD1的电容值大。追加电容器Cs5的电容值c5相对于第1电荷积蓄部FD1的电容值c1的比率c5/c1例如是3以上。比率c5/c1也可以是6以上，还可以是10以上。比率c5/c1例如是1000以下。比率c5/c1也可以是100以下，还可以是50以下。
在本实施方式中，追加电容器Cs5的电容值c5比第1电容器Cs3的电容值c3小。但是，电容值c5也可以与电容值c3相同。电容值c5也可以比电容值c3大。
在本实施方式中，追加电容器Cs5具有MIM构造。
在本实施方式中，通过追加插入晶体管M36成为导通，第1电容器Cs3的一端经由追加插入晶体管M36被电连接至追加电容器Cs5的一端。追加电容器Cs5的另一端被施加直流电位VBW3。直流电位VBW3既可以是相对于接地电位偏置的电位，也可以是接地电位。
以下，有时将追加电容器Cs5之中的与追加插入晶体管M36电连接的部分称为追加部分FD5。
在本实施方式中，追加插入晶体管M36的栅极电极的导电型与追加插入晶体管M36的源极及漏极的导电型相反。具体而言，在本实施方式中，追加插入晶体管M36的栅极电极的导电型是p型。追加插入晶体管M36的源极及漏极的导电型是n型。追加插入晶体管M36的栅极电极例如是多晶硅电极。
追加插入晶体管M36的栅极长度也可以比追加后续晶体管M37的栅极长度长。追加插入晶体管M36的栅极长度也可以与追加后续晶体管M37的栅极长度相同。追加插入晶体管M36的栅极长度也可以比追加后续晶体管M37的栅极长度短。
追加插入晶体管M36的栅极宽度也可以比追加后续晶体管M37的栅极宽度长。追加插入晶体管M36的栅极宽度也可以与追加后续晶体管M37的栅极宽度相同。追加插入晶体管M36的栅极宽度也可以比追加后续晶体管M37的栅极宽度短。
追加插入晶体管M36的栅极厚度也可以比追加后续晶体管M37的栅极厚度大。追加插入晶体管M36的栅极厚度也可以与追加后续晶体管M37的栅极厚度相同。追加插入晶体管M36的栅极厚度也可以比追加后续晶体管M37的栅极厚度小。
以下，将追加后续晶体管M37的栅极电极的电压记作电压Vst3。在本实施方式中，使电压Vst及电压Vst3从低电平变更为高电平，使第1后续晶体管M17及追加后续晶体管M37成为导通。由此，使第1电荷积蓄部FD1、第1部分FD3、追加部分FD5电连接。其后，与第1电荷积蓄部FD1的电位、第1部分FD3的电位及追加部分FD5的电位相应的电信号按照第1放大晶体管M10及第1信号线Out1的顺序经由第1放大晶体管M10及第1信号线Out1向第1周边电路输出。该电信号的电平随着向摄像装置100入射的光的光量变大而连续地变大。
进一步说明上述电信号。在本实施方式中，第1电容器Cs3的电容值比第1电荷积蓄部FD1的电容值大。另外，追加电容器Cs5的电容值比第1电荷积蓄部FD1的电容值大。因此，与第1电荷积蓄部FD1的电位相比更强地反映了第1电容器Cs3的电位而且与第1电荷积蓄部FD1的电位相比更强地反映了追加电容器Cs5的电位的第3合成电位所对应的电信号，按照第1放大晶体管M10及第1信号线Out1的顺序经由第1放大晶体管M10及第1信号线Out1向第1周边电路输出。
在本实施方式中，有时将上述电信号称为追加部分FD5的像素信号或者第5像素信号V FD5。
在输出了第5像素信号V FD5之后，使电压Vrs1从低电平变更为高电平，使第1复位晶体管M12导通。由此，对第1电荷积蓄部FD1的电位进行复位，并且进行第1电容器Cs3的电位的复位即第1部分FD3的电位的复位、以及追加电容器Cs5的电位的复位即追加部分FD5的电位的复位。
其后，与第1电荷积蓄部FD1的电位、第1部分FD3的电位及追加部分FD5的电位相应的电信号按照第1放大晶体管M10及第1信号线Out1的顺序经由第1放大晶体管M10及第1信号线Out1向第1周边电路输出。该电信号是与第3合成电位相关的复位信号。在本实施方式中，有时将与第3合成电位相关的复位信号称为追加部分FD5的复位信号。
其后，从追加部分FD5的第5像素信号V FD5减去追加部分FD5的复位信号。由此，第5像素信号V FD5的噪声减小。
如果向摄像装置100入射的光的光量从低电平增加，则第1电荷积蓄部FD1中积蓄的信号电荷增加。在本实施方式中，信号电荷是正电荷。如果信号电荷增加，则第1电荷积蓄部FD1的电位上升。如果第1电荷积蓄部FD1的电位超过第1阈值电位，则第1插入晶体管M16成为导通，第1电荷积蓄部FD1与第1部分FD3经由第1插入晶体管M16被电连接。如果光量进一步增加而第1电荷积蓄部FD1的电位进一步上升，则第1插入晶体管M16的栅极下电势上升。由此，第1插入晶体管M16的栅极下电势变得比第1部分FD3的电势高。在该阶段中，与光量为低电平时同样，第1电荷积蓄部FD1的电势比第1部分FD3的电势高。从第1部分FD3经由第1插入晶体管M16向第1电荷积蓄部FD1注入负电荷。具体而言，该负电荷是电子。通过该负电荷的注入，第1电荷积蓄部FD1的电势降低。与此相伴，第1插入晶体管M16的栅极下电势也降低。另一方面，第1部分FD3的电位上升。
另外，如果第1部分FD3的电位超过第3阈值电位，则追加插入晶体管M36成为导通，第1部分FD3与追加部分FD5经由追加插入晶体管M36被电连接。如果第1部分FD3的电位进一步上升，则追加插入晶体管M36的栅极下电势上升。由此，追加插入晶体管M36的栅极下电势变得比追加部分FD5的电势高。在该阶段中，第1部分FD3的电势比追加部分FD5的电势高。从追加部分FD5经由追加插入晶体管M36向第1部分FD3注入负电荷。具体而言，该负电荷是电子。通过该负电荷的注入，第1部分FD3的电势降低。与此相伴，追加插入晶体管M36的栅极下电势也降低。另一方面，追加部分FD5的电位上升。
在本实施方式中，通过这样的负电荷的注入，取得第1电荷积蓄部FD1的电势、第1部分FD3的电势、追加部分FD5的电势的平衡。在向摄像装置100入射的光的光量增加的状况下，能够取得该平衡，并且第1电荷积蓄部FD1的电位、第1部分FD3的电位及追加部分FD5的电位上升。
在信号电荷为负电荷的情况下，也发生同样的现象。
根据上述说明，导出以下的技术特征。即，通过发生第1电容器Cs3的第1部分FD3的电位的上升及下降中的一方，第5现象及第6现象依次出现。第5现象是追加插入晶体管M36成为导通。第6现象是从追加电容器Cs5经由追加插入晶体管M36向第1电容器Cs3供给正或者负的电荷。通过该供给，发生第1电容器Cs3的第1部分FD3的电位的上升及下降中的另一方。
如图6所示，在第1实施方式中，得到表现第2像素信号V FD2的线、表现第1像素信号V FD1的线以及表现第3像素信号V FD3的线这3条线。如图7所示，在第1实施方式中，得到表现第2SN比SN FD2的线、表现第1SN比SN FD3的线以及表现第3SN比SN FD3的线这3条线。
相对于此，根据第8实施方式，在光量比表现第3像素信号V FD3的线大的区域中，进一步得到表现第5像素信号V FD5的线。另外，在光量比表现第3SN比SN FD3的线大的区域中，进一步得到表现与第5像素信号V FD5相关的SN比的线。根据第8实施方式，易于实现宽动态范围。
另外，在第8实施方式中，能够使第1电容器Cs3的电容值比第1实施方式降低，并将该降低量设为追加电容器Cs5的电容值。像这样，能够抑制连结SN比的降低。因此，能够扩大SN比高的光量区域。
(第9实施方式)
图21表示第9实施方式所涉及的摄像装置100的像素1的电路构成。
在第9实施方式中，第1光电转换部PC1是第1光电二极管。另外，第9实施方式的摄像装置100具备第1转送晶体管TX1。第1光电转换部PC1经由第1转送晶体管TX1与第1电荷积蓄部FD1连接。第1电荷积蓄部FD1与第1放大晶体管M10电连接。
具体而言，在第9实施方式中，第1摄像单元1a具备第1转送晶体管TX1。更具体而言，第1信号处理电路P1具备第1转送晶体管TX1。
在第9实施方式中，第2光电转换部PC2是第2光电二极管。另外，第9实施方式的摄像装置100具备第2转送晶体管TX2。第2光电转换部PC2经由第2转送晶体管TX2与第2电荷积蓄部FD2连接。第2电荷积蓄部FD2与第2放大晶体管M20电连接。
具体而言，在第9实施方式中，第2摄像单元1b具备第2转送晶体管TX2。更具体而言，第2信号处理电路P2具备第2转送晶体管TX2。
在第9实施方式中，第1光电二极管生成正电荷作为信号电荷。具体而言，信号电荷是空穴。
在第9实施方式中，第2光电二极管生成正电荷作为信号电荷。具体而言，信号电荷是空穴。
在第9实施方式中，晶体管M10、M11、M12、TX1、M20、M21、M22、M23及TX2是p型晶体管。具体而言，它们是p型MOSFET。另一方面，晶体管M16、M17、M26及M27是n型晶体管。具体而言，它们是n型MOSFET。
但是，也可以利用负电荷作为信号电荷。具体而言，也可以利用电子作为信号电荷。在该情况下，能够使用n型晶体管作为晶体管M10、M11、M12、TX1、M20、M21、M22、M23及TX2。具体而言，能够使用n型MOSFET作为这些晶体管。另外，能够使用p型晶体管作为晶体管M16、M17、M26及M27。具体而言，能够使用p型MOSFET作为这些晶体管。
(第10实施方式)
第10实施方式的技术的一部分或者全部能够适用于第1至第9实施方式。图22是表示第10实施方式所涉及的微透镜的配置的平面图。
第1摄像单元1a具有第1微透镜ML1。光经由第1微透镜ML1向第1光电转换部PC1入射。第2摄像单元1b具有第2微透镜ML2。光经由第2微透镜ML2向第2光电转换部PC2入射。在平面图中，第2微透镜ML2的面积比第1微透镜ML1的面积大。根据该大小关系，易于使第2摄像单元1b的灵敏度比第1摄像单元1a的灵敏度高。
在平面图中，第2微透镜ML2的面积S2相对于第1微透镜ML1的面积S1的比率S2/S1例如是16以上。比率S2/S1也可以是36以上。比率S2/S1例如是400以下。比率S2/S1也可以是100以下。
典型地，第1微透镜ML1具有凸面。光被该凸面折射，并向第1光电转换部PC1汇集。第2微透镜ML2具有凸面。光被该凸面折射，并向第2光电转换部PC2汇集。
在本实施方式中，第1微透镜ML1在平面图中具有圆形形状。但是，第1微透镜ML1在平面图中也可以具有椭圆形状等其他形状。
在本实施方式中，第2微透镜ML2在平面图中具有圆形形状。但是，第2微透镜ML2在平面图中也可以具有椭圆形状等其他形状。
本实施方式所涉及的摄像装置具备多个像素1。因此，本实施方式所涉及的摄像装置具备多个第1微透镜ML1、多个第2微透镜ML2、多个第1光电转换部PC1、多个第2光电转换部PC2、多个第1光电转换层D1、多个第2光电转换层D2、多个第1上部电极E1a、多个第2上部电极E2a、多个第1像素电极E1b及多个第2像素电极E2b。
在本实施方式中，多个第1微透镜ML1及多个第2微透镜ML2构成连在一起的透镜组。该连在一起的透镜组具有多个凸面。各凸面属于第1微透镜ML1或者第2微透镜ML2。
在本实施方式中，多个第1光电转换层D1及多个第2光电转换层D2构成连在一起的膜。但是，作为光电转换层D1或者D2的各个光电转换层也可以相互相离。
在本实施方式中，多个第1上部电极E1a及多个第2上部电极E2a构成连在一起的电极。但是，作为上部电极E1a或者E2a的各个上部电极也可以相互相离。
以下，也可以将作为第1像素电极E1b或者第2像素电极E2b的1个像素电极称为单像素电极。各单像素电极相互相离。在相互相邻的单像素电极之间配置有屏蔽电极。屏蔽电极收集通过光电转换层D1或者D2中的光电转换而生成的信号电荷。这样，屏蔽电极能够抑制噪声向电荷积蓄部FD1或者FD2混入。
如图22所示，在本实施方式中，多个第1微透镜ML1沿第1轴111及第2轴112排列。多个第2微透镜ML2沿第1轴111及第2轴112排列。在平面图中，各第1微透镜ML1被配置在多个第2微透镜ML2之中的相互相邻的4个之间的间隙中。图22中的虚线框105包围相互相邻的4个第2微透镜ML2。第2轴112与第1轴111正交。
在本实施方式中，在1个像素1中，第1微透镜ML1及第2微透镜ML2沿着平面图中的与第1轴111及第2轴112不同的第3轴113排列。在图22中，标记MLa及MLb分别指示属于同一像素1的第1微透镜ML1及第2微透镜ML2。
根据本实施方式，能够有效地排列在平面图中相对较小的第1微透镜ML1和相对较小的第2微透镜ML2。
(第11实施方式)
参照图23，说明第11实施方式所涉及的摄像系统204。
图23表示本实施方式所涉及的摄像系统204的系统构成。摄像系统204具备透镜光学系统201、摄像装置200、系统控制器203及相机信号处理部202。在本实施方式中，摄像系统204是相机系统。
透镜光学系统201例如包括自动调焦用透镜、变焦用透镜及光阑。透镜光学系统201使光汇聚至摄像装置200的摄像面。
作为摄像装置200，能够使用第1实施方式至第10实施方式中说明的摄像装置100。
系统控制器203对摄像系统204整体进行控制。系统控制器203例如可以由微型计算机实现。
相机信号处理部202作为对来自摄像装置200的输出信号进行处理的信号处理电路发挥功能。相机信号处理部202例如进行伽玛校正、颜色插值处理、空间插值处理及自动白平衡等处理。相机信号处理部202例如可以由DSP(数字信号处理器(Digital SignalProcessor))等实现。
相机信号处理部202能够从摄像装置200取得摄像数据，并对该摄像数据进行传感。例如，相机信号处理部202能够通过传感来运算距后续车辆的距离。如上所述，相机信号处理部202也可以在取得的摄像数据中检测特定的被摄体，并响应于检测出该被摄体而开始传感。
摄像系统204具备构成软件的程序，该软件进行与上述的“1条线”的制作对应的像素信号的合成。具体而言，相机信号处理部202具备该程序。关于像素信号的合成，请参见通过参照图6及图7进行的上述说明。
根据以上的说明能够理解，摄像系统204具备摄像装置200及程序。程序构成软件。软件基于来源于第1电荷积蓄部FD1的像素信号、以及来源于第1电容器Cs3的像素信号，制作与向摄像装置200入射的光的光量的变化相应地变化的合成信号。具体而言，软件基于来源于第2电荷积蓄部FD2的像素信号、来源于第1电荷积蓄部FD1的像素信号、以及来源于第1电容器Cs3的像素信号，制作与向摄像装置200入射的光的光量的变化相应地变化的合成信号。来源于第2电荷积蓄部FD2的像素信号是之前的实施方式的第2像素信号V FD2。来源于第1电荷积蓄部FD1的像素信号是第1像素信号V FD1。来源于第1电容器Cs3的像素信号是第3像素信号V FD3。
在摄像系统204中，构成软件的程序可以被存放于计算机可读取的记录介质中。计算机可读取的记录介质例如是RAM(随机存取存储器(Random Access Memory))、ROM(只读存储器(Read Only Memory))、盘驱动器、SSD(固态驱动器(Solid State Drive))、闪存(Flash Memory)等。
根据本公开所涉及的技术，能够取得最佳的传感数据。另外，作为系统整体，能够提供可实现低耗电的摄像系统。
关于本公开所涉及的技术，能够适用各种变更。
例如，也可以省略图16所示的第4实施方式的第1摄像单元1a的第1电容器Cs3。在该情况下，能够认为是特定电容器Cs1构成第1电容器。这点对于图17所涉及的第5实施方式也是同样的。
也可以将图18所示的第6实施方式的第2摄像单元1b的构成适用于第1摄像单元1a。
在上述的各实施方式中，第1插入晶体管M16、第1电容器Cs3及第1后续晶体管M17属于第1摄像单元1a。但是，它们也可以属于第2摄像单元1b。另外，它们也可以被配置在第1摄像单元1a及第2摄像单元1b之外。这点对于图13所示的第2实施方式所涉及的追加放大晶体管M30及追加选择晶体管M31也是同样的。另外，这点对于图20所示的第8实施方式所涉及的追加电容器Cs5、追加插入晶体管M36及追加后续晶体管M37也是同样的。
在图18所示的第6实施方式中，第2电容器Cs4、第2插入晶体管M26及第2后续晶体管M27属于第2摄像单元1b。但是，它们也可以属于第1摄像单元1a。另外，它们也可以被配置在第1摄像单元1a及第2摄像单元1b之外。这些对于图19所示的第7实施方式也是同样的。
在图20所示的第8实施方式中，第1后续晶体管M17的源极及漏极的另一方的电连接目的地是第1电荷积蓄部FD1。但是，也可以仿效图15所示的第3实施方式，将该电连接目的地设为第2电荷积蓄部FD2。也可以仿效图16所示的第4实施方式，将第2复位晶体管M22用作第1后续晶体管M17并且将上述电连接目的地设为第2电荷积蓄部FD2。也可以仿效图17所示的第5实施方式，将第1复位晶体管M12用作第1后续晶体管M17并且将上述电连接目的地设为第1电荷积蓄部FD1。也可以将图20所示的第8实施方式的追加电容器Cs5、追加插入晶体管M36及追加后续晶体管M37适用于图18所示的第6实施方式，或者适用于图19所示的第7实施方式，或者适用于图21所示的第9实施方式。
在图21所示的第9实施方式中，第1光电转换部PC1和第2光电转换部PC2都是光电二极管。但是，也可以是第1光电转换部PC1具有一对电极E1a及E1b、以及第1光电转换层D1，而第2光电转换部PC2是光电二极管。另外，也可以是第1光电转换部PC1是光电二极管，而第2光电转换部PC2具有一对电极E2a及E2b、以及第2光电转换层D2。
在上述的各实施方式的摄像装置100或者200中，在1个像素1内，构成有第1摄像单元1a及第2摄像单元1b。在上述的各实施方式的摄像装置100或者200中，采用了在1个像素1内构成的摄像单元的数量为2个的1像素2单元方式。但是，也可以在1个像素1内除了摄像单元1a及1b之外还构成别的摄像单元。另外，也可以在1个像素1内仅构成第1摄像单元1a及第2摄像单元1b中的一方。也就是说，也可以采用在1个像素1内构成的摄像单元的数量为1个的1像素1单元方式。本公开所涉及的技术也能够适用于1像素1单元方式的摄像装置。在1像素1单元方式中，也能够实现宽动态范围。
在1像素1单元方式的第1例中，在1个像素1内，构成有与图18的右侧所示的第2摄像单元1b同样的摄像单元。根据第1例，能够消除噪声。在1像素1单元方式的第2例中，在1个像素1内，构成有与图18的左侧所示的第1摄像单元1a同样的摄像单元。第2例虽然无法消除噪声，但得以简化。也可以采用使用了与其他附图的第1摄像单元1a或者第2摄像单元1b同样的摄像单元的1像素1单元方式。
图24是表示一例所涉及的1像素1单元方式的像素的电路构成的示意图。具体而言，在图24的像素中，构成有与图3的第1摄像单元1a同样的摄像单元1x。如上所述，在1像素1单元方式的像素中，也可以构成与其他附图的第1摄像单元1a或者第2摄像单元1b同样的摄像单元。
在各实施方式中，可以适宜地进行要素的追加及省略。例如，也可以在第1插入晶体管M16与第1电容器Cs3之间追加晶体管等要素。“通过第1插入晶体管M16成为导通，第1电荷积蓄部FD1与第1电容器Cs3被电连接”，包含进行了该追加的方式。
工业实用性
本公开所涉及的摄像装置能够利用于数字照相机、医疗用相机、监视用相机、车载用相机、数字单反相机、数字无反射镜单镜头相机等各种相机系统及传感器系统。
附图标记说明：
1像素
1a、1b、1c、1x摄像单元
2a、2b垂直扫描电路
3a、3b水平扫描电路
4a、4b列AD转换电路
5a、5b电流源
6a、6b复位信号线
7a、7b地址信号线
8a、8b电源布线
9a、9b垂直信号线
10a、10b反馈信号线
11a、11b反相放大器
100、200 摄像装置
102 输出电路
111、112、113轴
201 透镜光学系统
202 相机信号处理部
203 系统控制器
204 摄像系统
Cc1、Cs1、Cs3、Cs4、Cs5、CsZ电容器
D1、D2光电转换层
E1a、E2a上部电极
E1b、E2b像素电极
FD1、FD2电荷积蓄部
FD3、FD4、FD5部分
M10、M20、M30放大晶体管
M11、M21、M31选择晶体管
M12、M22复位晶体管
M16、M26、M36插入晶体管
M17、M27、M37后续晶体管
M23带域控制晶体管
ML1、ML2微透镜
Out1、Out2、Out3信号线
TX1、TX2转送晶体管
P1、P2信号处理电路
PC1、PC2光电转换部
VDD1、VDD2、VDD3电压线

Claims (20)

1.一种摄像装置，具备：
第1光电转换部，将光转换为电荷；
第1电荷积蓄部，积蓄所述电荷；
第1电容器；
输出电路，与所述第1电容器电连接；以及
第1插入晶体管，具有栅极电极、源极及漏极，
所述第1电荷积蓄部与所述栅极电极、以及所述源极及所述漏极中的一方电连接，
通过所述第1插入晶体管成为导通，所述第1电荷积蓄部与所述第1电容器被电连接。
2.一种摄像装置，具备：
第1光电转换部，将光转换为电荷；
第1电荷积蓄部，积蓄所述电荷；
第1电容器；
输出电路，与所述第1电容器电连接；以及
第1插入晶体管，具有栅极电极、源极及漏极，
所述第1电荷积蓄部与所述栅极电极、以及所述源极及所述漏极中的一方电连接，
所述源极及所述漏极中的另一方与所述第1电容器电连接。
3.如权利要求1或者2所述的摄像装置，
所述摄像装置还具备第1后续晶体管，
通过所述第1后续晶体管成为导通，所述输出电路与所述第1电容器被电连接。
4.如权利要求1至3中任一项所述的摄像装置，
所述第1光电转换部包括第1电极、第2电极、以及被配置在所述第1电极与所述第2电极之间的光电转换层。
5.如权利要求1至3中任一项所述的摄像装置，
所述第1光电转换部是光电二极管。
6.如权利要求1至5中任一项所述的摄像装置，
所述第1电容器具有金属-绝缘体-金属构造。
7.如权利要求1至6中任一项所述的摄像装置，
通过所述第1插入晶体管成为导通，所述第1电荷积蓄部与所述第1电容器的一端被电连接，
所述第1电容器的另一端被施加直流电位。
8.如权利要求1至7中任一项所述的摄像装置，
所述摄像装置构成为能够处于第1状态和第2状态，
所述第1状态是所述第1电荷积蓄部与所述第1电容器经由所述第1插入晶体管被电连接的状态，
所述第2状态是不存在与所述第1电荷积蓄部电连接的电容器的状态。
9.如权利要求1至8中任一项所述的摄像装置，
所述第1插入晶体管的所述栅极电极的导电型与所述第1插入晶体管的所述源极及所述漏极的导电型相反。
10.如权利要求1至9中任一项所述的摄像装置，
所述摄像装置构成为，在与所述第1电容器的电位相应的信号被读出之后，与所述第1电荷积蓄部的电位相应的信号被读出。
11.如权利要求1至10中任一项所述的摄像装置，还具备：
追加电容器；以及
追加插入晶体管，具有栅极电极、源极及漏极，
所述追加插入晶体管的所述栅极电极、以及所述追加插入晶体管的所述源极及所述漏极中的一方与所述第1电容器电连接，
通过所述追加插入晶体管成为导通，所述第1电容器与所述追加电容器被电连接。
12.如权利要求1至11中任一项所述的摄像装置，还具备：
第1后续晶体管，具有栅极电极、源极及漏极；以及
第1放大晶体管，具有栅极电极、源极及漏极，
所述第1电荷积蓄部与所述第1放大晶体管的所述栅极电极电连接，
通过所述第1后续晶体管成为导通，所述第1电容器、所述第1后续晶体管的所述源极及所述漏极中的一方、所述第1后续晶体管的所述源极及所述漏极中的另一方、以及所述第1放大晶体管的所述栅极电极依次被电连接。
13.如权利要求1至11中任一项所述的摄像装置，还具备：
第1放大晶体管，具有栅极电极、源极及漏极；以及
追加放大晶体管，具有栅极电极、源极及漏极，
所述第1电荷积蓄部与所述第1放大晶体管的所述栅极电极电连接，
所述第1电容器与所述追加放大晶体管的所述栅极电极电连接。
14.如权利要求12或者13所述的摄像装置，还具备：
第1摄像单元；以及
第2摄像单元，包括第2光电转换部和第2电荷积蓄部，
所述第1摄像单元及所述第2摄像单元被包括在所述摄像装置所具有的1个像素内，
所述第1摄像单元包括所述第1光电转换部以及所述第1电荷积蓄部，
所述第2电荷积蓄部积蓄所述第2光电转换部所生成的电荷。
15.如权利要求1至11中任一项所述的摄像装置，还具备：
第1摄像单元；以及
第2摄像单元，包括第2光电转换部和第2电荷积蓄部，
所述第1摄像单元及所述第2摄像单元被包括在所述摄像装置所具有的1个像素内，
所述第1摄像单元包括所述第1光电转换部以及所述第1电荷积蓄部，
所述第2电荷积蓄部积蓄所述第2光电转换部所生成的电荷。
16.如权利要求15所述的摄像装置，还具备：
第1后续晶体管，具有栅极电极、源极及漏极，
所述第1摄像单元还包括具有栅极电极、源极及漏极的第1放大晶体管，
所述第2摄像单元还包括具有栅极电极、源极及漏极的第2放大晶体管，
所述第1电荷积蓄部与所述第1放大晶体管的所述栅极电极电连接，
所述第2电荷积蓄部与所述第2放大晶体管的所述栅极电极电连接，
通过所述第1后续晶体管成为导通，所述第1电容器、所述第1后续晶体管的所述源极及所述漏极中的一方、所述第1后续晶体管的所述源极及所述漏极中的另一方、以及所述第2放大晶体管的所述栅极电极依次被电连接。
17.如权利要求15所述的摄像装置，还具备：
第1后续晶体管，具有栅极电极、源极及漏极，
所述第1摄像单元还包括具有栅极电极、源极及漏极的第1放大晶体管，
所述第2摄像单元还包括特定电容器，
所述第1电容器与所述特定电容器电连接，
所述第1电荷积蓄部与所述第1放大晶体管的所述栅极电极电连接，
通过所述第1后续晶体管成为导通，所述第1电容器、所述第1后续晶体管的所述源极及所述漏极中的一方、所述第1后续晶体管的所述源极及所述漏极中的另一方、以及所述第1放大晶体管的所述栅极电极依次被电连接。
18.如权利要求14至17中任一项所述的摄像装置，
所述第2摄像单元还包括第2电容器、以及具有栅极电极、源极及漏极的第2插入晶体管，
所述第2插入晶体管的所述栅极电极、以及所述第2插入晶体管的所述源极及所述漏极中的一方与所述第2电荷积蓄部电连接，
通过所述第2插入晶体管成为导通，所述第2电荷积蓄部与所述第2电容器被电连接。
19.如权利要求14至18中任一项所述的摄像装置，
所述第1摄像单元包括第1微透镜，
所述第2摄像单元包括第2微透镜，
在平面图中，所述第2微透镜的面积比所述第1微透镜的面积大。
20.如权利要求14至19中任一项所述的摄像装置，
所述第2摄像单元的灵敏度比所述第1摄像单元的灵敏度高。
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