JP2018121142A - 固体撮像装置およびその駆動方法、並びに電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】レイアウトの自由度を保ちつつ、転送特性を向上させる。
【解決手段】固体撮像装置は、ＰＤおよびＰＤの電荷を転送する転送トランジスタを有する画素と、転送トランジスタからの電荷を蓄積し電圧に変換するＦＤと、ＦＤの電圧を信号として読み出すソース接地型の増幅トランジスタと、画素を駆動する駆動回路とを備える。駆動回路は、画素の転送トランジスタによる電荷転送時に、ＦＤの近傍に配置され、ＦＤに電気的に接続される所定のトランジスタに中間電圧を印加する。本技術は、CMOSイメージセンサに適用することができる。
【選択図】図６

Description

本技術は、固体撮像装置およびその駆動方法、並びに電子機器に関し、特に、転送特性を向上させることができるようにする固体撮像装置およびその駆動方法、並びに電子機器に関する。

固体撮像装置において、増幅トランジスタを、ソースフォロア接続ではなくソース接地接続で用いる技術が知られている。増幅トランジスタをソース接地接続で用いることにより、ソースフォロア接続で用いた場合と比べて、増幅トランジスタの電圧増幅利得を大きく向上させ、変換効率を高めることができる。

一方、増幅トランジスタをソース接地接続で用いた場合、利得は反転増幅となる。そのため、ＦＤ（フローティングディフュージョン）に電荷が蓄積されるほどＦＤの電位は低くなるのに対して、垂直信号線から読み出される電圧は高くなる。

画素信号の振幅を大きく確保するためには、ＦＤの電位をより低くする必要がある。しかしながら、そうすることにより、ＰＤ（フォトダイオード）とＦＤとの間の電位差が十分に確保されなくなり、ＰＤからＦＤへの電荷転送特性が悪化してしまう。

これに対して、例えば特許文献１には、ＦＤにキャパシタを接続し、キャパシタに接続された昇圧信号線を制御することで、電荷転送時にのみＦＤの電位を昇圧することが開示されている。この構成により、ＰＤからＦＤへの電荷転送をアシストすることができる。

特開２００５−２１７６０７号公報

しかしながら、特許文献１の構成は、キャパシタや昇圧信号線を追加で配置する必要があり、レイアウトの自由度を低下させるおそれがあった。

本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、レイアウトの自由度を保ちつつ、転送特性を向上させるようにするものである。

本技術の固体撮像装置は、ＰＤ（フォトダイオード）および前記ＰＤの電荷を転送する転送トランジスタを有する画素と、前記転送トランジスタからの電荷を蓄積し電圧に変換するＦＤ（フローティングディフュージョン）と、前記ＦＤの電圧を信号として読み出すソース接地型の増幅トランジスタと、前記画素を駆動する駆動回路とを備え、前記駆動回路は、前記画素の前記転送トランジスタによる電荷転送時に、前記ＦＤの近傍に配置され、前記ＦＤに電気的に接続される所定のトランジスタに中間電圧を印加する。

前記ＦＤは、複数の前記画素に共有され、前記駆動回路には、読み出し画素の前記転送トランジスタによる電荷転送時に、非読み出し画素の前記転送トランジスタに前記中間電圧を印加させることができる。

前記駆動回路には、１の前記読み出し画素の前記転送トランジスタによる電荷転送時に、２以上の前記非読み出し画素の前記転送トランジスタに前記中間電圧を印加させることができる。

前記駆動回路には、前記読み出し画素の前記転送トランジスタによる電荷転送後に、前記読み出し画素の前記転送トランジスタに前記中間電圧を印加させることができる。

前記駆動回路には、前記画素の前記転送トランジスタによる電荷転送時に、前記ＦＤに蓄積された電荷をリセットするリセットトランジスタに前記中間電圧を印加させることができる。

前記駆動回路には、前記画素の前記転送トランジスタによる電荷転送時に、前記ＦＤの変換効率を切り替える変換効率切替トランジスタに前記中間電圧を印加させることができる。

本技術の固体撮像装置の駆動方法は、ＰＤ（フォトダイオード）および前記ＰＤの電荷を転送する転送トランジスタを有する画素と、前記転送トランジスタからの電荷を蓄積し電圧に変換するＦＤ（フローティングディフュージョン）と、前記ＦＤの電圧を信号として読み出すソース接地型の増幅トランジスタと、前記画素を駆動する駆動回路とを備える固体撮像装置の駆動方法であって、前記駆動回路が、前記画素の前記転送トランジスタによる電荷転送時に、前記ＦＤの近傍に配置され、前記ＦＤに電気的に接続される所定のトランジスタに中間電圧を印加するステップを含む。

本技術の電子機器は、ＰＤ（フォトダイオード）および前記ＰＤの電荷を転送する転送トランジスタを有する画素と、前記転送トランジスタからの電荷を蓄積し電圧に変換するＦＤ（フローティングディフュージョン）と、前記ＦＤの電圧を信号として読み出すソース接地型の増幅トランジスタと、前記画素を駆動する駆動回路とを有し、前記駆動回路が、前記画素の前記転送トランジスタによる電荷転送時に、前記ＦＤの近傍に配置され、前記ＦＤに電気的に接続される所定のトランジスタに中間電圧を印加する固体撮像装置を備える。

本技術においては、前記画素の前記転送トランジスタによる電荷転送時に、前記ＦＤの近傍に配置され、前記ＦＤに電気的に接続される所定のトランジスタに中間電圧が印加される。

本技術によれば、レイアウトの自由度を保ちつつ、転送特性を向上させることが可能となる。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。

本技術を適用した固体撮像装置の構成例を示すブロック図である。 第１の実施の形態の画素の構成例を示す回路図である。 第１の実施の形態の画素のレイアウトを示す平面図である。 高照度下での電荷転送時の電荷の流れについて説明する図である。 高照度下での電荷転送時のタイミングチャートである。 低照度下での電荷転送時の電荷の流れについて説明する図である。 低照度下での電荷転送時のタイミングチャートである。 第２の実施の形態の画素のレイアウトを示す平面図である。 第２の実施の形態における電荷転送時のタイミングチャートである。 第３の実施の形態における電荷転送時のタイミングチャートである。 第４の実施の形態の画素のレイアウトを示す平面図である。 第４の実施の形態における電荷転送時のタイミングチャートである。 第５の実施の形態の画素の構成例を示す回路図である。 第５の実施の形態の画素のレイアウトを示す平面図である。 第５の実施の形態における電荷転送時のタイミングチャートである。 本技術を適用した電子機器の構成例を示すブロック図である。 イメージセンサの使用例を示す図である。 車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。 車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。

以下、本開示を実施するための形態（以下、実施の形態とする）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。

１．固体撮像装置の構成例
２．第１の実施の形態
３．第２の実施の形態
４．第３の実施の形態
５．第４の実施の形態
６．第５の実施の形態
７．電子機器の構成例
８．イメージセンサの使用例
９．移動体への応用例

＜１．固体撮像装置の構成例＞
図1は、本技術を適用した固体撮像装置の一実施の形態の構成例を示すブロック図である。図１の固体撮像装置は、例えば、CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサとして構成される。

図１の固体撮像装置１１は、画素アレイ部１２、垂直駆動回路１３、水平駆動回路１４、および出力回路１５を備えている。

画素アレイ部１２には、複数の画素２１が行列状に配置されている。それぞれの画素２１は、水平信号線２２により行毎に垂直駆動回路１３に接続されるとともに、垂直信号線２３により列毎に水平駆動回路１４に接続されている。

垂直駆動回路１３は、水平信号線２２を介して駆動信号を出力して、画素アレイ部１２に配置されている画素２１を行毎に駆動する。

水平駆動回路１４は、垂直信号線２３を介して画素アレイ部１２の各画素２１から出力される信号から、CDS(Correlated Double Sampling)動作により信号レベルを検出するカラム処理を行い、画素２１において光電変換により発生した電荷に応じた出力信号を出力回路１５に出力する。

出力回路１５は、水平駆動回路１４から順次出力される出力信号を、所定のレベルの電圧値に増幅して、後段の画像処理回路などに出力する。

ここで、本技術を適用した固体撮像装置１１は、ＰＤ（フォトダイオード）およびＰＤの電荷を転送する転送トランジスタを有する画素２１と、転送トランジスタからの電荷を蓄積し電圧に変換するＦＤ（フローティングディフュージョン）と、ＦＤの電圧を信号として読み出すソース接地型の増幅トランジスタと、画素２１を駆動する駆動回路とを備えるものとする。

駆動回路は、垂直駆動回路１３として構成され、画素２１の転送トランジスタによる電荷転送時に、ＦＤの近傍に配置され、ＦＤに電気的に接続される所定のトランジスタに中間電圧を印加するように動作する。

以下においては、本技術を適用した固体撮像装置１１の実施の形態について説明する。

＜２．第１の実施の形態＞
図２は、第１の実施の形態の画素の構成例を示す回路図であり、図３は画素のレイアウトを示す平面図である。

本実施の形態では、２つの画素２１−１，２１−２に１つのＦＤが共有された２画素共有の構成が採られている。

画素２１−１は、ＰＤ４１−１および転送トランジスタ４２−１を有し、画素２１−２は、ＰＤ４１−２および転送トランジスタ４２−２を有する。転送トランジスタ４２−１と４２−２との接続点がＦＤ４３を構成する。

転送トランジスタ４２−１は、水平信号線２２Ｔ１を介して垂直駆動回路１３（図１）から供給される転送信号ＴＧ１に従って駆動し、転送信号ＴＧ１がパルス状にHighレベルとなるタイミングでオンになる。転送トランジスタ４２−１がオンになると、ＰＤ４１−１で発生した電荷が転送トランジスタ４２−１を介してＦＤ４３に転送される。

転送トランジスタ４２−２は、水平信号線２２Ｔ２を介して垂直駆動回路１３から供給される転送信号ＴＧ２に従って駆動し、転送信号ＴＧ２がパルス状にHighレベルとなるタイミングでオンになる。転送トランジスタ４２−２がオンになると、ＰＤ４１−２で発生した電荷が転送トランジスタ４２−２を介してＦＤ４３に転送される。

増幅トランジスタ４４のゲート電極にはＦＤ４３が接続される。増幅トランジスタ４４は、ＦＤ４３に蓄積されている電荷に応じたレベルの電圧を出力する。

選択トランジスタ４５は、水平信号線２２Ｓを介して垂直駆動回路１３から供給される選択信号ＳＥＬに従って駆動し、選択信号ＳＥＬがパルス状にHighレベルとなるタイミングでオンになる。選択トランジスタ４５がオンになると、増幅トランジスタ４４から出力される電圧が、選択トランジスタ４５を介して垂直信号線２３に出力可能な状態となる。

なお、増幅トランジスタ４４のソース側は、nMOSである負荷トランジスタ４６を介して接地されている。これにより、増幅トランジスタ４４と負荷トランジスタ４６とが、ソース接地型の反転増幅器として動作し、ＦＤ４３に蓄積されている電荷に応じたレベルを示す信号が出力される。

リセットトランジスタ４７は、水平信号線２２Ｒを介して垂直駆動回路１３から供給されるリセット信号ＲＳＴに従って駆動し、リセット信号ＲＳＴがパルス状にHighレベルとなるタイミングでオンになる。図２の例では、リセットトランジスタ４７のドレイン側が、垂直信号線２３に接続されており、リセットトランジスタ４７がオンになると、リセットトランジスタ４７を介して、ＦＤ４３に蓄積されている電荷が垂直信号線２３に排出されて、ＦＤ４３がリセットされる。

なお、図３に示されるように、転送トランジスタ４２−１，４２−２は、互いにＦＤ４３の近傍に配置され、ＦＤ４３に電気的に接続されている。

ここで、画素２１−１，２１−２の電荷転送時の動作について説明する。

（高照度下での電荷転送）
図４および図５は、高照度下での電荷転送時の電荷の流れとタイミングチャートとを示している。

高照度下であるので、図４上段に示されるように、ＰＤ１（ＰＤ４１−１），ＰＤ２（ＰＤ４１−２）には、光電変換により多くの量の電荷が蓄積されている。

この状態で、画素２１−１の読み出しを行う場合、図５に示されるように、読み出し対象の画素（読み出し画素）である画素２１−１の転送トランジスタ４２−１に、転送信号ＴＧ１としてHighレベル（例えば３Ｖ程度）の電圧がパルス状に印加される。これにより、転送トランジスタ４２−１がオンになると、図４下段に示されるように、ＰＤ１（ＰＤ４１−１）で発生した電荷がＦＤ４３に転送される。

また、画素２１−２の読み出しを行う場合、図５に示されるように、読み出し画素である画素２１−２の転送トランジスタ４２−２に、転送信号ＴＧ２としてHighレベルの電圧がパルス状に印加される。これにより、転送トランジスタ４２−２がオンになると、図示はしないが、ＰＤ２（ＰＤ４１−２）で発生した電荷がＦＤ４３に転送される。

（低照度下での電荷転送）
図６および図７は、低照度下での電荷転送時の電荷の流れとタイミングチャートとを示している。

低照度下であるので、図６上段に示されるように、ＰＤ１（ＰＤ４１−１），ＰＤ２（ＰＤ４１−２）には、高照度下の場合（図４）と比較して少ない量の電荷が蓄積されている。

この状態で、画素２１−１の読み出しを行う場合、図７に示されるように、読み出し画素である画素２１−１の転送トランジスタ４２−１に、転送信号ＴＧ１としてHighレベルの電圧がパルス状に印加される。また、その間、読み出し対象ではない画素（非読み出し画素）である画素２１−２の転送トランジスタ４２−２に、転送信号ＴＧ２として、HighレベルとLowレベルの中間レベルとなる中間電圧（例えば１Ｖ程度）がパルス状に印加される。

これにより、フィードスルーが発生し、図６下段に示されるように、ＦＤ４３の電位が昇圧される。その結果、読み出し画素のＰＤ１（画素２１−１のＰＤ４１−１）とＦＤ４３との間の電位差がより大きくなり、ＰＤ１からＦＤ４３への電荷転送をアシストすることができる。

また、画素２１−２の読み出しを行う場合、図７に示されるように、読み出し画素である画素２１−２の転送トランジスタ４２−２に、転送信号ＴＧ２としてHighレベルの電圧がパルス状に印加される。また、その間、非読み出し画素である画素２１−１の転送トランジスタ４２−１に、転送信号ＴＧ１として中間電圧がパルス状に印加される。

これにより、フィードスルーが発生し、図示はしないがＦＤ４３の電位が昇圧される。その結果、読み出し画素のＰＤ２（画素２１−２のＰＤ４１−２）とＦＤ４３との間の電位差がより大きくなり、ＰＤ２からＦＤ４３への電荷転送をアシストすることができる。

以上のような電荷転送時の動作によれば、特許文献１の構成のように、キャパシタや昇圧信号線を追加で配置する必要なく、フィードスルーにより電荷転送をアシストすることができるので、レイアウトの自由度を保ちつつ、転送特性を向上させることが可能となり、ひいては、固体撮像装置１１における高Ｓ／Ｎ化を実現することができる。

なお、例えば図６に示されるように、非読み出し画素である画素２１−２の転送トランジスタ４２−２に中間電圧が印加されることで、ＰＤ２（ＰＤ４１−２）の飽和電荷量は小さくなる。しかしながら、このような電荷転送時の動作は、感度を大きく向上させる必要のある低照度下で行われるので、非読み出し画素におけるＰＤの飽和電荷量が小さくなっても問題はない。

また、上述で説明した高照度下での電荷転送時の動作と、低照度下での電荷転送時の動作とを、例えばＰＤの電荷量に応じて切り替えるようにしてもよい。具体的には、ＰＤの電荷量が所定量を超える場合、高照度下での電荷転送時の動作が行われるようにし、ＰＤの電荷量が所定量を超えない場合、低照度下での電荷転送時の動作が行われるようにする。

以上においては、２画素共有の構成を例に説明したが、共有画素数は２画素に限定されない。

＜３．第２の実施の形態＞
図８は、第２の実施の形態の画素のレイアウトを示す平面図である。

本実施の形態では、４つの画素２１−１乃至２１−４に１つのＦＤが共有された２画素共有の構成が採られている。

画素２１−１は、ＰＤ４１−１および転送トランジスタ４２−１を有し、画素２１−２は、ＰＤ４１−２および転送トランジスタ４２−２を有する。また、画素２１−３は、ＰＤ４１−３および転送トランジスタ４２−３を有し、画素２１−４は、ＰＤ４１−４および転送トランジスタ４２−４を有する。転送トランジスタ４２−１乃至４２−４それぞれの接続点がＦＤ４３を構成する。

図８に示されるように、転送トランジスタ４２−１乃至４２−４は、互いにＦＤ４３の近傍に配置され、ＦＤ４３に電気的に接続されている。

図９は、本実施の形態における、低照度下での電荷転送時のタイミングチャートを示している。

画素２１−１の読み出しを行う場合、図９に示されるように、読み出し画素である画素２１−１の転送トランジスタ４２−１に、転送信号ＴＧ１としてHighレベルの電圧がパルス状に印加される。また、その間、非読み出し画素である画素２１−２，２１−３，２１−４の転送トランジスタ４２−２，４２−３，４２−４それぞれに、転送信号ＴＧ２，ＴＧ３，ＴＧ４として中間電圧がパルス状に印加される。

また、画素２１−２の読み出しを行う場合、図９に示されるように、読み出し画素である画素２１−２の転送トランジスタ４２−２に、転送信号ＴＧ２としてHighレベルの電圧がパルス状に印加される。また、その間、非読み出し画素である画素２１−１，２１−３，２１−４の転送トランジスタ４２−１，４２−３，４２−４それぞれに、転送信号ＴＧ１，ＴＧ３，ＴＧ４として中間電圧がパルス状に印加される。

なお、図示はしないが、画素２１−３や画素２１−４の読み出しを行う場合にも、その読み出し画素の転送トランジスタに、Highレベルの電圧がパルス状に印加され、それ以外の非読み出し画素の転送トランジスタそれぞれに、中間電圧がパルス状に印加される。

このように、１の読み出し画素の転送トランジスタによる電荷転送時に、２以上の非読み出し画素の転送トランジスタに中間電圧を印加することで、ＦＤ４３の電位がより大きく昇圧される。その結果、読み出し画素のＰＤとＦＤ４３との間の電位差が一層大きくなり、転送特性をさらに向上させることが可能となる。

＜４．第３の実施の形態＞
図１０は、第３の実施の形態における、低照度下での電荷転送時のタイミングチャートを示している。

本実施の形態では、第１の実施の形態（図３）の構成と同様、２つの画素２１−１，２１−２に１つのＦＤが共有された２画素共有の構成が採られている。

画素２１−１の読み出しを行う場合、図９に示されるように、読み出し画素である画素２１−１の転送トランジスタ４２−１に、転送信号ＴＧ１としてHighレベルの電圧が印加される。さらに、画素２１−１の転送トランジスタ４２−１による電荷転送後に、画素２１−１の転送トランジスタ４２−１に、転送信号ＴＧ１として中間電圧が印加される。また、その間、非読み出し画素である画素２１−２の転送トランジスタ４２−２に、転送信号ＴＧ２として中間電圧がパルス状に印加される。

また、画素２１−２の読み出しを行う場合、図９に示されるように、読み出し画素である画素２１−２の転送トランジスタ４２−２に、転送信号ＴＧ２としてHighレベルの電圧が印加される。さらに、画素２１−２の転送トランジスタ４２−２による電荷転送後に、画素２１−２の転送トランジスタ４２−２に、転送信号ＴＧ２として中間電圧が印加される。また、その間、非読み出し画素である画素２１−１の転送トランジスタ４２−１に、転送信号ＴＧ１として中間電圧がパルス状に印加される。

このように、読み出し画素の転送トランジスタによる電荷転送後に、読み出し画素の転送トランジスタに中間電圧を印加することで、その転送トランジスタに印加される電圧を段階的に低くすることができる。その結果、読み出し画素のＰＤからＦＤ４３へ転送される電荷がＰＤ側へ逆流するのを防ぐことが可能となる。

なお、図１０の例では、読み出し画素の転送トランジスタにHighレベルの電圧および中間電圧が印加されている間、非読み出し画素の転送トランジスタに中間電圧が印加されるものとしたが、非読み出し画素の転送トランジスタには、少なくとも、読み出し画素の転送トランジスタにHighレベルの電圧が印加されている間、中間電圧が印加されていればよい。

また、本実施の形態は、第２の実施の形態や、後述する他の実施の形態の構成に適用されるようにしてもよい。

＜５．第４の実施の形態＞
図１１は、第４の実施の形態の画素のレイアウトを示す平面図である。

本実施の形態では、２つの画素２１−１，２１−２に１つのＦＤが共有された２画素共有の構成が採られている。

画素２１−１は、ＰＤ４１−１および転送トランジスタ４２−１を有し、画素２１−２は、ＰＤ４１−２および転送トランジスタ４２−２を有する。転送トランジスタ４２−１，４２−２、およびリセットトランジスタ４７の接続点がＦＤ４３を構成する。

図１１に示されるように、転送トランジスタ４２−１，４２−２、およびリセットトランジスタ４７は、互いにＦＤ４３の近傍に配置され、ＦＤ４３に電気的に接続されている。

図１２は、本実施の形態における、低照度下での電荷転送時のタイミングチャートを示している。

画素２１−１の読み出しを行う場合、図１２に示されるように、読み出し画素である画素２１−１の転送トランジスタ４２−１に、転送信号ＴＧ１としてHighレベルの電圧がパルス状に印加される。また、その間、非読み出し画素である画素２１−２の転送トランジスタ４２−２およびリセットトランジスタ４７それぞれに、転送信号ＴＧ２およびリセット信号ＲＳＴとして中間電圧がパルス状に印加される。

また、画素２１−２の読み出しを行う場合、図１２に示されるように、読み出し画素である画素２１−２の転送トランジスタ４２−２に、転送信号ＴＧ２としてHighレベルの電圧がパルス状に印加される。また、その間、非読み出し画素である画素２１−１の転送トランジスタ４２−１およびリセットトランジスタ４７それぞれに、転送信号ＴＧ１およびリセット信号ＲＳＴとして中間電圧がパルス状に印加される。

このように、読み出し画素の転送トランジスタによる電荷転送時に、リセットトランジスタ４７に中間電圧を印加することでも、ＦＤ４３の電位が昇圧される。その結果、読み出し画素のＰＤとＦＤ４３との間の電位差がより大きくなり、転送特性を向上させることが可能となる。

また、本実施の形態は、第２の実施の形態の構成に適用されるようにしてもよいし、画素を共有しない構成に適用されるようにしてもよい。

＜６．第５の実施の形態＞
図１３は、第５の実施の形態の画素の構成例を示す回路図であり、図１４は画素のレイアウトを示す平面図である。

本実施の形態においては、第１の実施の形態（図２および図３）と同様の構成に、ＦＤ４３の変換効率を切り替える変換効率切替トランジスタ６１が追加された構成が採られている。

画素２１−１は、ＰＤ４１−１および転送トランジスタ４２−１を有し、画素２１−２は、ＰＤ４１−２および転送トランジスタ４２−２を有する。転送トランジスタ４２−１，４２−２、および変換効率切替トランジスタ６１の接続点がＦＤ４３を構成する。

変換効率切替トランジスタ６１は、水平信号線２２Ｆを介して垂直駆動回路１３（図１）から供給される切替信号ＦＤＧに従って駆動し、切替信号ＦＤＧがパルス状にHighレベルとなるタイミングでオンになる。変換効率切替トランジスタ６１がオンになると、ＦＤ４３の容量が増加し、変換効率が下げられる。

なお、図１４に示されるように、転送トランジスタ４２−１，４２−２、および変換効率切替トランジスタ６１は、互いにＦＤ４３の近傍に配置され、ＦＤ４３に電気的に接続されている。

図１５は、本実施の形態における、低照度下での電荷転送時のタイミングチャートを示している。

画素２１−１の読み出しを行う場合、図１５に示されるように、読み出し画素である画素２１−１の転送トランジスタ４２−１に、転送信号ＴＧ１としてHighレベルの電圧がパルス状に印加される。また、その間、非読み出し画素である画素２１−２の転送トランジスタ４２−２および変換効率切替トランジスタ６１それぞれに、転送信号ＴＧ２および切替信号ＦＤＧとして中間電圧がパルス状に印加される。

また、画素２１−２の読み出しを行う場合、図１５に示されるように、読み出し画素である画素２１−２の転送トランジスタ４２−２に、転送信号ＴＧ２としてHighレベルの電圧がパルス状に印加される。また、その間、非読み出し画素である画素２１−１の転送トランジスタ４２−１および変換効率切替トランジスタ６１それぞれに、転送信号ＴＧ１および切替信号ＦＤＧとして中間電圧がパルス状に印加される。

このように、読み出し画素の転送トランジスタによる電荷転送時に、変換効率切替トランジスタ６１に中間電圧を印加することでも、ＦＤ４３の電位が昇圧される。その結果、読み出し画素のＰＤとＦＤ４３との間の電位差がより大きくなり、転送特性を向上させることが可能となる。

また、本実施の形態は、第２の実施の形態の構成に適用されるようにしてもよいし、画素を共有しない構成に適用されるようにしてもよい。

上述したような固体撮像装置１１は、例えば、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像システム、撮像機能を備えた携帯電話機、または、撮像機能を備えた他の機器といった各種の電子機器に適用することができる。

＜７．電子機器の構成例＞
図１６は、本技術を適用した電子機器である撮像装置の構成例を示すブロック図である。

図１６に示すように、撮像装置３０１は、光学系３０２、固体撮像装置３０３、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）３０４を備えており、バス３０７を介して、ＤＳＰ３０４、表示装置３０５、操作系３０６、メモリ３０８、記録装置３０９、および電源系３１０が接続されて構成され、静止画像および動画像を撮像可能である。

光学系３０２は、１枚または複数枚のレンズを有して構成され、被写体からの像光（入射光）を固体撮像装置３０３に導き、固体撮像装置３０３の受光面（センサ部）に結像させる。

固体撮像装置３０３としては、上述したいずれかの構成例の画素２１を有する固体撮像装置１１が適用される。固体撮像装置３０３には、光学系３０２を介して受光面に結像される像に応じて、一定期間、電子が蓄積される。そして、固体撮像装置３０３に蓄積された電子に応じた信号がＤＳＰ３０４に供給される。

ＤＳＰ３０４は、固体撮像装置３０３からの信号に対して各種の信号処理を施して画像を取得し、その画像のデータを、メモリ３０８に一時的に記憶させる。メモリ３０８に記憶された画像のデータは、記録装置３０９に記録されたり、表示装置３０５に供給されて画像が表示されたりする。また、操作系３０６は、ユーザによる各種の操作を受け付けて撮像装置３０１の各ブロックに操作信号を供給し、電源系３１０は、撮像装置３０１の各ブロックの駆動に必要な電力を供給する。

このように構成されている撮像装置３０１では、固体撮像装置３０３として、上述したような固体撮像装置１１を適用することにより、レイアウトの自由度を保ちつつ、転送特性を向上させることができ、ひいては、高Ｓ／Ｎ化を実現することが可能となる。

なお、本技術における固体撮像装置の構成は、裏面照射型のCMOSイメージセンサや、表面照射型のCMOSイメージセンサに採用することができる。

＜８．イメージセンサの使用例＞
次に、本技術を適用したイメージセンサの使用例について説明する。

図１７は、本技術を適用したイメージセンサの使用例を示す図である。

上述したイメージセンサは、例えば、以下のように、可視光や、赤外光、紫外光、Ｘ線等の光をセンシングする様々なケースに使用することができる。

・デジタルカメラや、カメラ機能付きの携帯機器等の、鑑賞の用に供される画像を撮影する装置
・自動停止等の安全運転や、運転者の状態の認識等のために、自動車の前方や後方、周囲、車内等を撮影する車載用センサ、走行車両や道路を監視する監視カメラ、車両間等の測距を行う測距センサ等の、交通の用に供される装置
・ユーザのジェスチャを撮影して、そのジェスチャに従った機器操作を行うために、TVや、冷蔵庫、エアーコンディショナ等の家電に供される装置
・内視鏡や、赤外光の受光による血管撮影を行う装置等の、医療やヘルスケアの用に供される装置
・防犯用途の監視カメラや、人物認証用途のカメラ等の、セキュリティの用に供される装置
・肌を撮影する肌測定器や、頭皮を撮影するマイクロスコープ等の、美容の用に供される装置
・スポーツ用途等向けのアクションカメラやウェアラブルカメラ等の、スポーツの用に供される装置
・畑や作物の状態を監視するためのカメラ等の、農業の用に供される装置

＜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。

図１８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１８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１８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１９は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。

図１９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１９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、撮像部１２０３１に適用され得る。具体的には、図１の固体撮像装置１１は、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り、レイアウトの自由度を保ちつつ、転送特性を向上させることができ、ひいては高Ｓ／Ｎ化を実現することができるので、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、本技術の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

さらに、本技術は以下のような構成をとることができる。
（１）
ＰＤ（フォトダイオード）および前記ＰＤの電荷を転送する転送トランジスタを有する画素と、
前記転送トランジスタからの電荷を蓄積し電圧に変換するＦＤ（フローティングディフュージョン）と、
前記ＦＤの電圧を信号として読み出すソース接地型の増幅トランジスタと、
前記画素を駆動する駆動回路と
を備え、
前記駆動回路は、前記画素の前記転送トランジスタによる電荷転送時に、前記ＦＤの近傍に配置され、前記ＦＤに電気的に接続される所定のトランジスタに中間電圧を印加する
固体撮像装置。
（２）
前記ＦＤは、複数の前記画素に共有され、
前記駆動回路は、読み出し画素の前記転送トランジスタによる電荷転送時に、非読み出し画素の前記転送トランジスタに前記中間電圧を印加する
（１）に記載の固体撮像装置。
（３）
前記駆動回路は、１の前記読み出し画素の前記転送トランジスタによる電荷転送時に、２以上の前記非読み出し画素の前記転送トランジスタに前記中間電圧を印加する
（２）に記載の固体撮像装置。
（４）
前記駆動回路は、前記読み出し画素の前記転送トランジスタによる電荷転送後に、前記読み出し画素の前記転送トランジスタに前記中間電圧を印加する
（２）または（３）に記載の固体撮像装置。
（５）
前記駆動回路は、前記画素の前記転送トランジスタによる電荷転送時に、前記ＦＤに蓄積された電荷をリセットするリセットトランジスタに前記中間電圧を印加する
（１）乃至（３）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（６）
前記駆動回路は、前記画素の前記転送トランジスタによる電荷転送時に、前記ＦＤの変換効率を切り替える変換効率切替トランジスタに前記中間電圧を印加する
（１）乃至（３）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（７）
ＰＤ（フォトダイオード）および前記ＰＤの電荷を転送する転送トランジスタを有する画素と、
前記転送トランジスタからの電荷を蓄積し電圧に変換するＦＤ（フローティングディフュージョン）と、
前記ＦＤの電圧を信号として読み出すソース接地型の増幅トランジスタと、
前記画素を駆動する駆動回路と
を備える固体撮像装置の駆動方法であって、
前記駆動回路が、前記画素の前記転送トランジスタによる電荷転送時に、前記ＦＤの近傍に配置され、前記ＦＤに電気的に接続される所定のトランジスタに中間電圧を印加する
ステップを含む固体撮像装置の駆動方法。
（８）
ＰＤ（フォトダイオード）および前記ＰＤの電荷を転送する転送トランジスタを有する画素と、
前記転送トランジスタからの電荷を蓄積し電圧に変換するＦＤ（フローティングディフュージョン）と、
前記ＦＤの電圧を信号として読み出すソース接地型の増幅トランジスタと、
前記画素を駆動する駆動回路と
を有し、
前記駆動回路は、前記画素の前記転送トランジスタによる電荷転送時に、前記ＦＤの近傍に配置され、前記ＦＤに電気的に接続される所定のトランジスタに中間電圧を印加する固体撮像装置
を備える電子機器。

１１ 固体撮像装置， ２１，２１−１乃至２１−４ 画素， １３ 垂直駆動回路， ４１−１乃至４１−４ ＰＤ， ４２−１乃至４２−４ 転送トランジスタ， ４３ ＦＤ， ４４ 増幅トランジスタ， ４５ 選択トランジスタ， ４６ 負荷トランジスタ， ４７ リセットトランジスタ， ６１ 変換効率切替トランジスタ， ３０１ 電子機器， ３０３ 固体撮像装置

Claims (8)

1. ＰＤ（フォトダイオード）および前記ＰＤの電荷を転送する転送トランジスタを有する画素と、
   前記転送トランジスタからの電荷を蓄積し電圧に変換するＦＤ（フローティングディフュージョン）と、
   前記ＦＤの電圧を信号として読み出すソース接地型の増幅トランジスタと、
   前記画素を駆動する駆動回路と
   を備え、
   前記駆動回路は、前記画素の前記転送トランジスタによる電荷転送時に、前記ＦＤの近傍に配置され、前記ＦＤに電気的に接続される所定のトランジスタに中間電圧を印加する
   固体撮像装置。
2. 前記ＦＤは、複数の前記画素に共有され、
   前記駆動回路は、読み出し画素の前記転送トランジスタによる電荷転送時に、非読み出し画素の前記転送トランジスタに前記中間電圧を印加する
   請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 前記駆動回路は、１の前記読み出し画素の前記転送トランジスタによる電荷転送時に、２以上の前記非読み出し画素の前記転送トランジスタに前記中間電圧を印加する
   請求項２に記載の固体撮像装置。
4. 前記駆動回路は、前記読み出し画素の前記転送トランジスタによる電荷転送後に、前記読み出し画素の前記転送トランジスタに前記中間電圧を印加する
   請求項２に記載の固体撮像装置。
5. 前記駆動回路は、前記画素の前記転送トランジスタによる電荷転送時に、前記ＦＤに蓄積された電荷をリセットするリセットトランジスタに前記中間電圧を印加する
   請求項１に記載の固体撮像装置。
6. 前記駆動回路は、前記画素の前記転送トランジスタによる電荷転送時に、前記ＦＤの変換効率を切り替える変換効率切替トランジスタに前記中間電圧を印加する
   請求項１に記載の固体撮像装置。
7. ＰＤ（フォトダイオード）および前記ＰＤの電荷を転送する転送トランジスタを有する画素と、
   前記転送トランジスタからの電荷を蓄積し電圧に変換するＦＤ（フローティングディフュージョン）と、
   前記ＦＤの電圧を信号として読み出すソース接地型の増幅トランジスタと、
   前記画素を駆動する駆動回路と
   を備える固体撮像装置の駆動方法であって、
   前記駆動回路が、前記画素の前記転送トランジスタによる電荷転送時に、前記ＦＤの近傍に配置され、前記ＦＤに電気的に接続される所定のトランジスタに中間電圧を印加する
   ステップを含む固体撮像装置の駆動方法。
8. ＰＤ（フォトダイオード）および前記ＰＤの電荷を転送する転送トランジスタを有する画素と、
   前記転送トランジスタからの電荷を蓄積し電圧に変換するＦＤ（フローティングディフュージョン）と、
   前記ＦＤの電圧を信号として読み出すソース接地型の増幅トランジスタと、
   前記画素を駆動する駆動回路と
   を有し、
   前記駆動回路が、前記画素の前記転送トランジスタによる電荷転送時に、前記ＦＤの近傍に配置され、前記ＦＤに電気的に接続される所定のトランジスタに中間電圧を印加する固体撮像装置
   を備える電子機器。

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