JP2019004358A - Imaging apparatus and imaging system - Google Patents

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Abstract

To provide an imaging system or the like which acquires an image of an excellent image definition.SOLUTION: At a front side of an imaging element, an optical element is provided for rotating a polarization axis of an incident light at a predetermined angle. The optical element comprises a liquid crystal element and a polarization filter. A pixel array that the imaging element includes is divided into multiple pixel groups, the liquid crystal element is used to rotate the polarization axis at an angle that is different for each pixel group and then, an incident light passing the polarization filter is imaged continuously for each pixel group. During the continuous imaging, a reset operation is not performed in the middle. Imaging information for each pixel group is read out collectively after the end of the continuous imaging. An arithmetic section including a neural network performs comparison processing and combination processing of the pixel groups.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明の一態様は、撮像装置および撮像システムに関する。 One embodiment of the present invention relates to an imaging device and an imaging system.

ただし、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されるものではない。本明細書等で開示する発明の一態様は、物、方法、または、製造方法に関する。または、本明細書等で開示する発明の一態様は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、または、組成物(コンポジション・オブ・マター)に関する。 Note that one embodiment of the present invention is not limited to the above technical field. One embodiment of the invention disclosed in this specification and the like relates to an object, a method, or a manufacturing method. Alternatively, one embodiment of the invention disclosed in this specification and the like relates to a process, a machine, a manufacture, or a composition (composition of matter).

より具体的には、本明細書等で開示する本発明の一態様の技術分野の一例として、表示装置(液晶表示装置、発光表示装置など)、投影装置、照明装置、電気光学装置、蓄電装置、記憶装置、半導体回路、撮像装置、電子機器、それらの駆動方法、または、それらの製造方法、を挙げることができる。半導体装置、表示装置、液晶表示装置、発光装置、照明装置、蓄電装置、記憶装置、撮像装置、それらの駆動方法、または、それらの製造方法、を一例として挙げることができる。 More specifically, examples of the technical field of one embodiment of the present invention disclosed in this specification and the like include a display device (a liquid crystal display device, a light-emitting display device, and the like), a projection device, a lighting device, an electro-optical device, and a power storage device. A memory device, a semiconductor circuit, an imaging device, an electronic device, a driving method thereof, or a manufacturing method thereof. As an example, a semiconductor device, a display device, a liquid crystal display device, a light emitting device, a lighting device, a power storage device, a memory device, an imaging device, a driving method thereof, or a manufacturing method thereof can be given.

なお、本明細書等において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指す。トランジスタ、半導体回路は半導体装置の一態様である。また、表示装置、投影装置、照明装置、電気光学装置、蓄電装置、記憶装置、半導体回路、撮像装置および電子機器などは、半導体装置と言える場合がある。もしくは、これらは半導体装置を有すると言える場合がある。 Note that in this specification and the like, a semiconductor device refers to any device that can function by utilizing semiconductor characteristics. A transistor and a semiconductor circuit are one embodiment of a semiconductor device. In addition, a display device, a projection device, a lighting device, an electro-optical device, a power storage device, a memory device, a semiconductor circuit, an imaging device, an electronic device, and the like are sometimes referred to as semiconductor devices. Alternatively, it may be said that these include semiconductor devices.

液晶素子と偏光フィルタを組み合わせた光学素子を撮像素子の前に設けて、入射光の偏光軸を所定角度ずつ回転させて複数の画像を取得し、反射光に起因する写りこみを低減する光学装置が知られている(特許文献1)。 An optical device in which an optical element in which a liquid crystal element and a polarizing filter are combined is provided in front of an image pickup element, and a plurality of images are acquired by rotating a polarization axis of incident light by a predetermined angle to reduce reflection due to reflected light. Is known (Patent Document 1).

特開2011−40839号公報JP 2011-40839 A

特許文献1に記載の方法では、複数の画像を取得する期間中(連続撮像中)に被写体や反射光などの状況が変化すると、反射光の検出精度が低下し、十分な写りこみ除去効果が得られない。よって、特許文献1に記載の方法では撮像間隔の短縮が求められる。しかしながら、従来の撮像方法では、1回の撮像毎にリセット動作と読み出し動作を行う必要があるため、撮像間隔の短縮が難しい。 In the method described in Patent Document 1, if the state of a subject or reflected light changes during a period during which a plurality of images are acquired (during continuous imaging), the reflected light detection accuracy decreases, and a sufficient reflection removal effect is obtained. I can't get it. Therefore, the method described in Patent Document 1 requires a reduction in imaging interval. However, in the conventional imaging method, since it is necessary to perform a reset operation and a readout operation for each imaging, it is difficult to shorten the imaging interval.

本発明の一態様は、高速動作可能な撮像装置などを提供することを課題の一つとする。または、高速動作可能な撮像システムなどを提供することを課題の一つとする。または、優れた画像品位の画像を取得できる撮像装置などを提供することを課題の一つとする。または、優れた画像品位の画像を取得できる撮像システムなどを提供することを課題の一つとする。または、撮像された画像の品位が良好な撮像システムなどを提供することを課題の一つとする。または、低消費電力の撮像装置などを提供することを課題の一つとする。または、低消費電力の撮像システムなどを提供することを課題の一つとする。または、信頼性の高い撮像装置などを提供することを課題の一つとする。または、信頼性の高い撮像システムなどを提供することを課題の一つとする。または、新規な撮像装置などを提供することを課題の一つとする。または、新規な撮像システムなどを提供することを課題の一つとする。または、新規な半導体装置などを提供することを課題の一つとする。 An object of one embodiment of the present invention is to provide an imaging device or the like that can operate at high speed. Another object is to provide an imaging system or the like that can operate at high speed. Another object is to provide an imaging device or the like that can acquire an image with excellent image quality. Another object is to provide an imaging system or the like that can acquire an image with excellent image quality. Another object is to provide an imaging system or the like in which the quality of captured images is favorable. Another object is to provide an imaging device with low power consumption. Another object is to provide an imaging system with low power consumption. Another object is to provide a highly reliable imaging device or the like. Another object is to provide a highly reliable imaging system or the like. Another object is to provide a novel imaging device or the like. Another object is to provide a novel imaging system or the like. Another object is to provide a novel semiconductor device or the like.

なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。なお、これら以外の課題は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。 Note that the description of these problems does not disturb the existence of other problems. Note that one embodiment of the present invention does not have to solve all of these problems. Issues other than these will be apparent from the description of the specification, drawings, claims, etc., and other issues can be extracted from the descriptions of the specification, drawings, claims, etc. It is.

撮像素子の前に入射光の偏光軸を所定の角度回転させる光学素子を設ける。光学素子は、液晶素子および偏光フィルタを有する。撮像素子が有する画素アレイを複数の画素群に分け、液晶素子を用いて画素群毎に異なる角度で偏光軸を回転させ、その後偏光フィルタを通過した入射光を、画素群毎に連続して撮像する。連続撮像中は、途中でリセット動作を行なわない。画素群毎の撮像情報は、連続撮像終了後にまとめて読み出す。ニューラルネットワークを含む演算部で、各画素群の比較処理および合成処理を行なう。 An optical element that rotates the polarization axis of incident light by a predetermined angle is provided in front of the imaging element. The optical element has a liquid crystal element and a polarizing filter. Divide the pixel array of the image sensor into multiple pixel groups, rotate the polarization axis at different angles for each pixel group using liquid crystal elements, and then continuously capture the incident light that has passed through the polarization filter for each pixel group To do. During continuous imaging, the reset operation is not performed halfway. The imaging information for each pixel group is read collectively after the continuous imaging is completed. Comparing processing and synthesizing processing for each pixel group are performed by an arithmetic unit including a neural network.

本発明の一態様は、光学素子と、撮像素子と、演算部と、を有し、光学素子は、第1偏光軸の光を透過する第1状態または第2偏光軸の光を透過する第2状態の双方で動作可能であり、撮像素子は、第1画素群および第2画素群を有し、演算部は、ニューラルネットワークによる学習または推論を実行する機能を有する撮像装置である。 One embodiment of the present invention includes an optical element, an imaging element, and a calculation unit, and the optical element transmits a light in a first state or a second polarization axis that transmits light having a first polarization axis. The imaging device is operable in both two states, the imaging device has a first pixel group and a second pixel group, and the arithmetic unit is an imaging device having a function of executing learning or inference by a neural network.

光学素子が有する液晶素子は、例えばTNモードで動作する。第1偏光軸と第2偏光軸の相対角度は180°未満が好ましい。 The liquid crystal element included in the optical element operates in, for example, a TN mode. The relative angle between the first polarization axis and the second polarization axis is preferably less than 180 °.

ニューラルネットワークは、深層ニューラルネットワーク、畳み込みニューラルネットワーク、再帰型ニューラルネットワーク、自己符号化器、深層ボルツマンマシン、または深層信念ネットワークである。 The neural network is a deep neural network, a convolutional neural network, a recursive neural network, a self-encoder, a deep Boltzmann machine, or a deep belief network.

上記画素群は、それぞれが市松模様状に配置されていることが好ましい。 The pixel groups are preferably arranged in a checkered pattern.

また、本発明の別の一態様は、上記撮像装置を用いた撮像システムであって、光学素子が第1状態の時に第1画素群で第1撮像情報を取得する工程と、光学素子が第2状態の時に第2画素群で第2撮像情報を取得する工程と、第1撮像情報と第2撮像情報を用いて、演算部で第3撮像情報を生成する工程と、を有する撮像システムである。 According to another aspect of the present invention, there is provided an imaging system using the imaging apparatus, wherein the first imaging information is acquired by the first pixel group when the optical element is in the first state; An imaging system comprising: a step of acquiring second imaging information with the second pixel group in two states; and a step of generating third imaging information with a computing unit using the first imaging information and the second imaging information. is there.

本発明の一態様によれば、高速動作可能な撮像装置などを提供することができる。または、高速動作可能な撮像システムなどを提供することができる。または、優れた画像品位の画像を取得できる撮像装置などを提供することができる。または、優れた画像品位の画像を取得できる撮像システムなどを提供することができる。または、撮像された画像の品位が良好な撮像システムなどを提供することができる。または、低消費電力の撮像装置などを提供することができる。または、低消費電力の撮像システムなどを提供することができる。または、信頼性の高い撮像装置などを提供することができる。または、信頼性の高い撮像システムなどを提供することができる。または、新規な撮像装置などを提供することができる。または、新規な撮像システムなどを提供することができる。または、新規な半導体装置などを提供することができる。 According to one embodiment of the present invention, an imaging device or the like that can operate at high speed can be provided. Alternatively, an imaging system that can operate at high speed can be provided. Alternatively, an imaging device or the like that can acquire an image with excellent image quality can be provided. Alternatively, an imaging system or the like that can acquire an image with excellent image quality can be provided. Alternatively, an imaging system or the like in which the quality of the captured image is good can be provided. Alternatively, an imaging device or the like with low power consumption can be provided. Alternatively, an imaging system or the like with low power consumption can be provided. Alternatively, a highly reliable imaging device or the like can be provided. Alternatively, a highly reliable imaging system or the like can be provided. Alternatively, a novel imaging device or the like can be provided. Alternatively, a novel imaging system or the like can be provided. Alternatively, a novel semiconductor device or the like can be provided.

撮像装置と外部機器の構成例を説明する図。FIG. 6 illustrates a configuration example of an imaging device and an external device. 撮像素子を説明する図。FIG. 9 illustrates an imaging element. 撮像素子を説明する図。FIG. 9 illustrates an imaging element. 撮像素子を説明する図。FIG. 9 illustrates an imaging element. 撮像素子を説明する図。FIG. 9 illustrates an imaging element. 撮像素子を説明する図。FIG. 9 illustrates an imaging element. 撮像素子を説明する図。FIG. 9 illustrates an imaging element. 光学素子と撮像素子の動作を説明する図。4A and 4B illustrate operation of an optical element and an imaging element. 撮像動作例を説明するフローチャート。7 is a flowchart for explaining an example of an imaging operation. ニューラルネットワークの構成例を説明する図。The figure explaining the structural example of a neural network. 光学素子と撮像素子の動作を説明する図。4A and 4B illustrate operation of an optical element and an imaging element. 撮像動作例を説明するフローチャート。7 is a flowchart for explaining an example of an imaging operation. ニューラルネットワークの構成例を説明する図。The figure explaining the structural example of a neural network. 半導体装置の構成例を説明する図。8A and 8B illustrate a structure example of a semiconductor device. メモリセルの構成例を説明する図。FIG. 10 illustrates a configuration example of a memory cell. オフセット回路の構成例を説明する図。FIG. 6 illustrates a configuration example of an offset circuit. 半導体装置の動作例を説明するタイミングチャート。6 is a timing chart illustrating an operation example of a semiconductor device. 画素回路の構成例を説明する図、および撮像動作を説明するタイミングチャート。3A and 3B illustrate a configuration example of a pixel circuit and a timing chart illustrating an imaging operation. 画素回路の構成例を説明する図。FIG. 6 illustrates a configuration example of a pixel circuit. 画素回路の構成例を説明する図、および撮像動作を説明するタイミングチャート。3A and 3B illustrate a configuration example of a pixel circuit and a timing chart illustrating an imaging operation. 画素回路の構成例を説明する図。FIG. 6 illustrates a configuration example of a pixel circuit. 撮像素子の構成例を説明する図、および撮像素子の回路構成例を説明するブロック図。2A and 2B illustrate a configuration example of an image sensor and a block diagram illustrating a circuit configuration example of the image sensor. 撮像素子の構成を示す断面図。Sectional drawing which shows the structure of an image pick-up element. 撮像素子の構成を示す断面図。Sectional drawing which shows the structure of an image pick-up element. 撮像素子の構成を示す断面図。Sectional drawing which shows the structure of an image pick-up element. 撮像素子を収めたパッケージの斜視図。The perspective view of the package which accommodated the image pick-up element. 電子機器の構成例を示す図。FIG. 9 illustrates a configuration example of an electronic device.

実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨およびその範囲から逸脱することなくその形態および詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する場合がある。 Embodiments will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following description, and it is easily understood by those skilled in the art that modes and details can be variously changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, the present invention should not be construed as being limited to the description of the embodiments below. Note that in the structures of the invention described below, the same portions or portions having similar functions are denoted by the same reference numerals in different drawings, and description thereof is not repeated.

また、図面などにおいて示す各構成の、位置、大きさ、範囲などは、発明の理解を容易とするため、実際の位置、大きさ、範囲などを表していない場合がある。このため、開示する発明は、必ずしも、図面などに開示された位置、大きさ、範囲などに限定されない。例えば、実際の製造工程において、エッチングなどの処理により層やレジストマスクなどが意図せずに目減りすることがあるが、発明の理解を容易とするため、省略して示すことがある。 In addition, the position, size, range, and the like of each component illustrated in the drawings and the like may not represent the actual position, size, range, or the like in order to facilitate understanding of the invention. Therefore, the disclosed invention is not necessarily limited to the position, size, range, or the like disclosed in the drawings and the like. For example, in an actual manufacturing process, a layer or a resist mask may be unintentionally lost due to a process such as etching, but may be omitted to facilitate understanding of the invention.

特に、上面図(「平面図」ともいう。)や斜視図などにおいて、発明の理解を容易とするため、一部の構成要素の記載を省略する場合がある。また、一部の隠れ線などの記載を省略する場合がある。 In particular, in a top view (also referred to as a “plan view”), a perspective view, and the like, some components may be omitted in order to facilitate understanding of the invention. Moreover, description of some hidden lines may be omitted.

本明細書等において、「第1」、「第2」などの序数詞は、構成要素の混同を避けるために付すものであり、工程順または積層順など、なんらかの順番や順位を示すものではない。また、本明細書等において序数詞が付されていない用語であっても、構成要素の混同を避けるため、特許請求の範囲において序数詞が付される場合がある。また、本明細書等において付された序数詞と、特許請求の範囲において付された序数詞が異なる場合がある。また、本明細書等において序数詞が付されている用語であっても、特許請求の範囲などにおいて序数詞を省略する場合がある。 In the present specification and the like, ordinal numbers such as “first” and “second” are used to avoid confusion between components, and do not indicate any order or order such as process order or stacking order. In addition, even in terms that do not have an ordinal number in this specification and the like, an ordinal number may be added in the claims to avoid confusion between the constituent elements. In addition, the ordinal numbers given in this specification and the like may differ from the ordinal numbers given in the claims. Even in the present specification and the like, terms with ordinal numbers are sometimes omitted in the claims.

本明細書等において「電極」や「配線」の用語は、これらの構成要素を機能的に限定するものではない。例えば、「電極」は「配線」の一部として用いられることがあり、その逆もまた同様である。さらに、「電極」や「配線」の用語は、複数の「電極」や「配線」が一体となって設けられている場合なども含む。 In this specification and the like, the terms “electrode” and “wiring” do not functionally limit these components. For example, an “electrode” may be used as part of a “wiring” and vice versa. Furthermore, the terms “electrode” and “wiring” include a case where a plurality of “electrodes” and “wirings” are provided integrally.

なお、「膜」という言葉と、「層」という言葉とは、場合によっては、または、状況に応じて、互いに入れ替えることが可能である。例えば、「導電層」という用語を、「導電膜」という用語に変更することが可能な場合がある。または、例えば、「絶縁膜」という用語を、「絶縁層」という用語に変更することが可能な場合がある。 Note that the terms “film” and “layer” can be interchanged with each other depending on the case or circumstances. For example, the term “conductive layer” may be changed to the term “conductive film”. Alternatively, for example, the term “insulating film” may be changed to the term “insulating layer” in some cases.

本明細書等においてトランジスタとは、特に断りがない場合、ゲート(ゲート端子、またはゲート電極)、ソース(ソース端子、ソース領域またはソース電極)、およびドレイン(ドレイン端子、ドレイン領域またはドレイン電極)を含む少なくとも三つの端子を有する素子、または、バックゲート(バックゲート端子、またはバックゲート電極)を含む少なくとも四つの端子を有する素子である。そして、ソースとドレインの間にチャネル形成領域を有しており、チャネル形成領域を介して、ソースとドレインとの間に電流を流すことができるものである。なお、本明細書等において、チャネル形成領域とは、電流が主として流れる領域をいう。 In this specification and the like, a transistor refers to a gate (a gate terminal or a gate electrode), a source (a source terminal, a source region, or a source electrode), and a drain (a drain terminal, a drain region, or a drain electrode) unless otherwise specified. An element having at least three terminals including, or an element having at least four terminals including a back gate (a back gate terminal or a back gate electrode). A channel formation region is provided between the source and the drain, and a current can flow between the source and the drain through the channel formation region. Note that in this specification and the like, a channel formation region refers to a region through which a current mainly flows.

また、本明細書等に示すトランジスタは、特に断りがない場合、エンハンスメント型(ノーマリーオフ型)の電界効果トランジスタとする。また、本明細書等に示すトランジスタは、特に断りがない場合、nチャネル型のトランジスタとする。よって、そのしきい値電圧(「Vth」ともいう。)は、特に断りがない場合、0Vよりも大きいものとする。 The transistors described in this specification and the like are enhancement-type (normally-off) field-effect transistors unless otherwise specified. The transistors described in this specification and the like are n-channel transistors unless otherwise specified. Therefore, the threshold voltage (also referred to as “Vth”) is greater than 0 V unless otherwise specified.

なお、本明細書等において、特に断りがない場合、バックゲートを有するトランジスタのVthとは、バックゲートの電位をソースまたはゲートと同電位としたときのVthをいう。 Note that in this specification and the like, unless otherwise specified, Vth of a transistor having a back gate refers to Vth when the potential of the back gate is the same as that of the source or the gate.

また、本明細書等において、特に断りがない場合、オフ電流とは、トランジスタがオフ状態(非導通状態、遮断状態、ともいう)にあるときのドレイン電流(「Id」ともいう。)をいう。オフ状態とは、特に断りがない場合、nチャネル型トランジスタでは、ソースを基準とした時のゲートとソースの間の電位差(「ゲート電圧」または「Vg」ともいう。)がしきい値電圧よりも低い状態、pチャネル型トランジスタでは、Vgがしきい値電圧よりも高い状態をいう。例えば、nチャネル型のトランジスタのオフ電流とは、VgがVthよりも低いときのドレイン電流を言う場合がある。 In this specification and the like, unless otherwise specified, off-state current refers to drain current (also referred to as “Id”) when a transistor is off (also referred to as a non-conduction state or a cutoff state). . In the n-channel transistor, the potential difference between the gate and the source (also referred to as “gate voltage” or “Vg”) with respect to the source is greater than the threshold voltage unless otherwise specified. In a p-channel transistor, Vg is higher than a threshold voltage. For example, the off-state current of an n-channel transistor sometimes refers to a drain current when Vg is lower than Vth.

上記オフ電流の説明において、ドレインをソースと読み替えてもよい。つまり、オフ電流は、トランジスタがオフ状態にあるときのソースを流れる電流を言う場合もある。 In the description of the off-state current, the drain may be read as the source. That is, the off-state current sometimes refers to a current that flows through the source when the transistor is off.

また、本明細書等では、オフ電流と同じ意味で、リーク電流と記載する場合がある。また、本明細書等において、オフ電流とは、例えば、トランジスタがオフ状態にあるときに、ソースとドレインとの間に流れる電流を指す場合がある。 In this specification and the like, the term “leakage current” may be used in the same meaning as off-state current. In this specification and the like, off-state current may refer to current that flows between a source and a drain when a transistor is off, for example.

また、本明細書等において、電位VDDとは、電位VSSよりも高い電位の電源電位を示す。また、電位VSSとは、電位VDDよりも低い電位の電源電位を示す。また、接地電位をVDDまたはVSSとして用いることもできる。例えばVDDが接地電位の場合には、VSSは接地電位より低い電位であり、VSSが接地電位の場合には、VDDは接地電位より高い電位である。 In this specification and the like, the potential VDD refers to a power supply potential that is higher than the potential VSS. Further, the potential VSS indicates a power supply potential that is lower than the potential VDD. Alternatively, the ground potential can be used as VDD or VSS. For example, when VDD is a ground potential, VSS is a potential lower than the ground potential, and when VSS is a ground potential, VDD is a potential higher than the ground potential.

また、一般に「電圧」とは、ある電位と基準の電位(例えば、接地電位(GND)またはソース電位など)との電位差のことを示す場合が多い。また、「電位」は相対的なものであり、基準となる電位によって配線等に与える電位が変化する場合がある。よって「電圧」と「電位」は互いに言い換えることが可能な場合がある。なお、本明細書等では、明示される場合を除き、VSSを基準の電位とする。 In general, the “voltage” often indicates a potential difference between a certain potential and a reference potential (for example, a ground potential (GND) or a source potential). Further, the “potential” is relative, and the potential applied to the wiring or the like may change depending on the reference potential. Therefore, there are cases where “voltage” and “potential” can be paraphrased. Note that in this specification and the like, VSS is a reference potential unless otherwise specified.

なお、本明細書等において「上」や「下」の用語は、構成要素の位置関係が直上または直下で、かつ、直接接していることを限定するものではない。例えば、「絶縁層A上の電極B」の表現であれば、絶縁層Aの上に電極Bが直接接して設けられている必要はなく、絶縁層Aと電極Bとの間に他の構成要素を含むものを除外しない。 In the present specification and the like, the terms “upper” and “lower” do not limit that the positional relationship between the components is directly above or directly below and is in direct contact. For example, in the expression “electrode B on the insulating layer A”, the electrode B does not need to be provided directly on the insulating layer A, and another configuration is provided between the insulating layer A and the electrode B. Do not exclude things that contain elements.

また、本明細書等において、「平行」とは、明示されている場合を除き、二つの直線が−10°以上10°以下の角度で配置されている状態をいう。従って、−5°以上5°以下の場合も含まれる。また、「略平行」とは、明示されている場合を除き、二つの直線が−30°以上30°以下の角度で配置されている状態をいう。また、「垂直」および「直交」とは、明示されている場合を除き、二つの直線が80°以上100°以下の角度で配置されている状態をいう。従って、85°以上95°以下の場合も含まれる。また、「略垂直」とは、明示されている場合を除き、二つの直線が60°以上120°以下の角度で配置されている状態をいう。 Further, in this specification and the like, “parallel” means a state in which two straight lines are arranged at an angle of −10 ° to 10 °, unless otherwise specified. Therefore, the case of −5 ° to 5 ° is also included. In addition, “substantially parallel” means a state in which two straight lines are arranged at an angle of −30 ° to 30 °, unless otherwise specified. “Vertical” and “orthogonal” refer to a state in which two straight lines are arranged at an angle of 80 ° or more and 100 ° or less, unless otherwise specified. Therefore, the case of 85 ° to 95 ° is also included. In addition, “substantially vertical” refers to a state in which two straight lines are arranged at an angle of 60 ° or more and 120 ° or less, unless otherwise specified.

なお、本明細書等において、計数値および計量値に関して「同一」、「同じ」、「等しい」または「均一」(これらの同意語を含む)などと言う場合は、明示されている場合を除き、プラスマイナス20%の誤差を含むものとする。 In addition, in this specification, etc., the terms “same”, “same”, “equal”, “uniform” (including these synonyms), etc. with respect to the count value and the measured value, unless otherwise specified. And an error of plus or minus 20%.

本明細書等において、人工ニューラルネットワーク(ANN、以後、ニューラルネットワークと呼称する。)とは、生物の神経回路網を模したモデル全般を指す。一般的には、ニューラルネットワークは、ニューロンを模したユニットが、シナプスを模したユニットを介して、互いに結合された構成となっている。 In this specification and the like, an artificial neural network (ANN, hereinafter referred to as a neural network) refers to all models that model biological neural networks. In general, a neural network has a configuration in which units simulating neurons are connected to each other via units simulating synapses.

シナプスの結合(ニューロン同士の結合)の強度(重み係数ともいう。)は、ニューラルネットワークに既存の情報を与えることによって、変化させることができる。このように、ニューラルネットワークに既存の情報を与えて、結合強度を決める処理を「学習」と呼ぶ場合がある。 The strength of synaptic connections (connection between neurons) (also called weighting factor) can be changed by giving existing information to the neural network. In this way, the process of giving existing information to the neural network and determining the coupling strength is sometimes called “learning”.

また、「学習」を行った(結合強度を定めた)ニューラルネットワークに対して、何らかの情報を与えることにより、その結合強度に基づいて新たな情報を出力することができる。このように、ニューラルネットワークにおいて、与えられた情報と結合強度に基づいて新たな情報を出力する処理を「推論」または「認知」と呼ぶ場合がある。 Also, new information can be output based on the connection strength by giving some information to the neural network that has undergone "learning" (the connection strength is determined). As described above, in a neural network, a process of outputting new information based on given information and connection strength may be referred to as “inference” or “cognition”.

ニューラルネットワークのモデルとしては、例えば、ホップフィールド型、階層型等が挙げられる。特に、多層構造としたニューラルネットワークを「ディープニューラルネットワーク」(DNN)と呼称し、ディープニューラルネットワークによる機械学習を「ディープラーニング」と呼称する。なお、DNNには、全結合ニューラルネットワーク(FC−NN:Full Connected − Neural Network)、畳み込みニューラルネットワーク(CNN:Convolutional Neural Network)、再帰ニューラルネットワーク(RNN:Recurrent Neural Network)等が含まれる。 Examples of the neural network model include a hop field type and a hierarchical type. In particular, a neural network having a multilayer structure is referred to as “deep neural network” (DNN), and machine learning by the deep neural network is referred to as “deep learning”. The DNN includes a fully connected neural network (FC-NN: Full Connected-Neural Network), a convolutional neural network (CNN), a recurrent neural network (RNN), and the like.

(実施の形態1)
本実施の形態では、本発明の一態様の撮像装置100などについて、図面を用いて説明する。
(Embodiment 1)
In this embodiment, an imaging device 100 and the like of one embodiment of the present invention will be described with reference to drawings.

<撮像装置の構成例>
図1(A)は、撮像装置100および外部機器200の構成例を説明するブロック図である。
<Configuration example of imaging device>
FIG. 1A is a block diagram illustrating a configuration example of the imaging device 100 and the external device 200.

なお、本明細書に添付した図面では、構成要素を機能ごとに分類し、互いに独立したブロックとしてブロック図を示しているが、実際の構成要素は機能ごとに完全に切り分けることが難しく、一つの構成要素が複数の機能に係わることや、一つの機能が複数の構成要素に係わることもありうる。 In the drawings attached to the present specification, the components are classified by function and the block diagram is shown as an independent block. However, it is difficult to completely separate actual components by function. A component may be related to a plurality of functions, or one function may be related to a plurality of components.

また、図1(A)で例示する撮像装置100および外部機器200の構成は一例であり、全ての構成要素を含む必要はない。撮像装置100は、図1(A)に示す構成要素のうち必要な構成要素を有していればよい。また、図1(A)に示す構成要素以外の構成要素を有していてもよい。同様に、外部機器200は、図1(A)に示す構成要素のうち必要な構成要素を有していればよい。また、図1(A)に示す構成要素以外の構成要素を有していてもよい。 In addition, the configurations of the imaging device 100 and the external device 200 illustrated in FIG. 1A are examples, and need not include all the components. The imaging device 100 only needs to include necessary components among the components illustrated in FIG. Moreover, you may have structural elements other than the structural element shown to FIG. 1 (A). Similarly, the external device 200 only needs to include necessary components from among the components illustrated in FIG. Moreover, you may have structural elements other than the structural element shown to FIG. 1 (A).

〔撮像装置100〕
撮像装置100は、撮像部101、制御部130、演算部140、画像処理部150、記憶部160、補助記憶部170、外部入出力部180、および通信部190を有する。なお、撮像装置100はレンズ、ミラー、プリズムなどの光学部材を有してもよい。
[Imaging device 100]
The imaging apparatus 100 includes an imaging unit 101, a control unit 130, a calculation unit 140, an image processing unit 150, a storage unit 160, an auxiliary storage unit 170, an external input / output unit 180, and a communication unit 190. Note that the imaging apparatus 100 may include an optical member such as a lens, a mirror, or a prism.

撮像部101は、光学素子110および撮像素子120を有する。図1(B)に、撮像部101の構成を説明する斜視図を示す。光学素子110は、液晶素子111および偏光フィルタ112を有する。また、撮像素子120は、受光面に複数の画素121を有する。 The imaging unit 101 includes an optical element 110 and an imaging element 120. FIG. 1B is a perspective view illustrating the configuration of the imaging unit 101. The optical element 110 includes a liquid crystal element 111 and a polarizing filter 112. The image sensor 120 has a plurality of pixels 121 on the light receiving surface.

光学素子110は、偏光フィルタ112が撮像素子120の受光面と向き合うように重ねて設けられる。光学素子110に入射した光501は、その一部が液晶素子111および偏光フィルタ112を透過して撮像素子120の受光面に到達し、画素121により電気信号に変換される。 The optical element 110 is provided so that the polarization filter 112 faces the light receiving surface of the image sensor 120. A part of the light 501 incident on the optical element 110 passes through the liquid crystal element 111 and the polarizing filter 112 and reaches the light receiving surface of the imaging element 120, and is converted into an electric signal by the pixel 121.

液晶素子111は、光501の偏光軸を、液晶素子111に印加された電圧に応じて回転させる機能を有する。一般に、液晶素子に用いる液晶材料として、TN(Twisted Nematic)モード、IPS(In−Plane−Switching)モード、VA(Vertical Alignment)モードなどの様々な動作モードで動作する材料が知られている。本実施の形態では、液晶素子111に、TN(Twisted Nematic)モードで動作する液晶素子を用いる。 The liquid crystal element 111 has a function of rotating the polarization axis of the light 501 in accordance with the voltage applied to the liquid crystal element 111. Generally, materials that operate in various operation modes such as a TN (Twisted Nematic) mode, an IPS (In-Plane-Switching) mode, and a VA (Vertical Alignment) mode are known as liquid crystal materials used for a liquid crystal element. In this embodiment, a liquid crystal element that operates in a TN (Twisted Nematic) mode is used as the liquid crystal element 111.

偏光フィルタ112は、特定の偏光角(偏光軸の方向)の光を透過する機能を有する。光学素子110は、液晶素子111に印加する電圧を制御することにより、任意の偏光角の光の透過率を調節する機能を有する。 The polarizing filter 112 has a function of transmitting light having a specific polarization angle (direction of the polarization axis). The optical element 110 has a function of adjusting the transmittance of light having an arbitrary polarization angle by controlling the voltage applied to the liquid crystal element 111.

制御部130(Controller)は、撮像にかかわる動作を制御する機能を有する。制御部130は、光学素子110および撮像素子120などの動作を制御する。演算部140は、撮像装置全体の動作に関わる演算を行う機能を有し、例えば中央演算処理装置(CPU:Central Processing Unit)などを用いることができる。 The control unit 130 (Controller) has a function of controlling operations related to imaging. The control unit 130 controls operations of the optical element 110 and the image sensor 120. The calculation unit 140 has a function of performing calculations related to the operation of the entire imaging apparatus, and for example, a central processing unit (CPU) can be used.

また、制御部130または演算部140を、FPGA(Field Programmable Gate Array)やFPAA(Field Programmable Analog Array)といったPLD(Programmable Logic Device)によって実現してもよい。 Further, the control unit 130 or the calculation unit 140 may be realized by a PLD (Programmable Logic Device) such as an FPGA (Field Programmable Gate Array) or an FPAA (Field Programmable Analog Array).

画像処理部150は、画像に関するデータ処理を行う機能を有し、例えば画像処理装置(GPU:Graphics Processing Unit)などを用いることができる。また、画像処理部150は、画像データを生成するためのニューラルネットワーク151を有する。ニューラルネットワーク151はソフトウェアで構成してもよい。画像処理部150は撮像素子120で取得した映像情報を比較または演算する機能を有する。 The image processing unit 150 has a function of performing data processing relating to an image, and for example, an image processing device (GPU: Graphics Processing Unit) or the like can be used. Further, the image processing unit 150 includes a neural network 151 for generating image data. The neural network 151 may be configured by software. The image processing unit 150 has a function of comparing or calculating video information acquired by the image sensor 120.

記憶部160は、撮像装置100の動作にかかわるプログラムや設定項目を保存する機能を有し、少なくとも一部は書き換え可能なメモリであることが好ましい。例えば、記憶部160は、RAM(Random Access Memory)、などの揮発性メモリや、ROM(Read Only Memory)などの不揮発性メモリを備える構成とすることができる。 The storage unit 160 preferably has a function of storing programs and setting items relating to the operation of the imaging apparatus 100, and at least a part thereof is preferably a rewritable memory. For example, the storage unit 160 may include a volatile memory such as a RAM (Random Access Memory) and a nonvolatile memory such as a ROM (Read Only Memory).

記憶部160に設けられるRAMとしては、例えばDRAM(Dynamic Random Access Memory)が用いられ、記憶部160の作業空間として仮想的にメモリ空間が割り当てられ利用される。補助記憶部170に格納されたオペレーティングシステム、アプリケーションプログラム、プログラムモジュール、プログラムデータ等は、実行のためにRAMにロードされる。RAMにロードされたこれらのデータやプログラム、プログラムモジュールは、演算部140に直接アクセスされ、操作される。 As the RAM provided in the storage unit 160, for example, a DRAM (Dynamic Random Access Memory) is used, and a memory space is virtually allocated and used as a work space of the storage unit 160. The operating system, application program, program module, program data, etc. stored in the auxiliary storage unit 170 are loaded into the RAM for execution. These data, programs, and program modules loaded in the RAM are directly accessed and operated by the arithmetic unit 140.

一方、ROMには書き換えを必要としないBIOS(Basic Input/Output System)やファームウェア等を格納することができる。ROMとしては、マスクROMや、OTPROM(One Time Programmable Read Only Memory)、EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory)等を用いることができる。EPROMとしては、紫外線照射により記憶データの消去を可能とするUV−EPROM(Ultra−Violet Erasable Programmable Read Only Memory)、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)、フラッシュメモリなどが挙げられる。 On the other hand, the ROM can store BIOS (Basic Input / Output System), firmware and the like that do not require rewriting. As the ROM, a mask ROM, an OTPROM (One Time Programmable Read Only Memory), an EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), or the like can be used. Examples of EPROM include UV-EPROM (Ultra-Violet Erasable Programmable Read Only Memory) and EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) capable of erasing stored data by ultraviolet irradiation.

補助記憶部170は、撮像した画像等のデータを保存するための記憶装置である。また、ニューラルネットワーク151で使用する教師データなどが格納されている。また、前述したように、補助記憶部170は、オペレーティングシステム、アプリケーションプログラム、プログラムモジュール、プログラムデータなどを格納することができる。 The auxiliary storage unit 170 is a storage device for storing data such as captured images. In addition, teacher data used in the neural network 151 is stored. In addition, as described above, the auxiliary storage unit 170 can store an operating system, application programs, program modules, program data, and the like.

補助記憶部170としては、例えば、フラッシュメモリ、MRAM(Magnetoresistive Random Access Memory)、PRAM(Phase change RAM)、ReRAM(Resistive RAM)、FeRAM(Ferroelectric RAM)などの不揮発性の記憶素子が適用された記憶装置、またはDRAM(Dynamic RAM)やSRAM(Static RAM)などの揮発性の記憶素子が適用された記憶装置等を用いてもよい。また例えばハードディスクドライブ(Hard Disc Drive:HDD)やソリッドステートドライブ(Solid State Drive:SSD)などの記録メディアドライブを用いてもよい。 As the auxiliary storage unit 170, for example, a non-volatile storage element such as a flash memory, an MRAM (Magnetorative Random Access Memory), a PRAM (Phase change RAM), a ReRAM (Resistive RAM), or a FeRAM (Ferroelectric RAM) is applied. A device or a storage device to which a volatile storage element such as a DRAM (Dynamic RAM) or SRAM (Static RAM) is applied may be used. For example, a recording medium drive such as a hard disk drive (HDD) or a solid state drive (SSD) may be used.

また、例えば、外部入出力部180を介して脱着可能なHDDまたはSSDなどの記憶装置や、フラッシュメモリ、ブルーレイディスク、DVDなどの記録媒体のメディアドライブを補助記憶部170として用いることもできる。なお、補助記憶部170を撮像装置100に内蔵せず、撮像装置100の外部に置かれる記憶装置を補助記憶部170として用いてもよい。その場合、外部入出力部180を介して接続される、または通信部190によって無線通信でデータのやりとりをする構成であってもよい。 In addition, for example, a storage device such as an HDD or an SSD that can be attached / detached via the external input / output unit 180, or a media drive of a recording medium such as a flash memory, a Blu-ray disc, or a DVD can be used as the auxiliary storage unit 170. Note that the auxiliary storage unit 170 may not be built in the imaging apparatus 100, and a storage device placed outside the imaging apparatus 100 may be used as the auxiliary storage unit 170. In that case, it may be configured to be connected via the external input / output unit 180 or to exchange data by wireless communication by the communication unit 190.

外部入出力部180は、外部機器200と撮像装置100間の、信号の入出力を制御する機能を有する。また、外部入出力部180が有する外部ポートとして、HDMI(登録商標)端子、USB端子、LAN(Local Area Network)接続用端子などを用いてもよい。また、外部入出力部180は、赤外線、可視光、紫外線などを用いた光通信用の送受信機能を有していてもよい。 The external input / output unit 180 has a function of controlling signal input / output between the external device 200 and the imaging apparatus 100. As an external port of the external input / output unit 180, an HDMI (registered trademark) terminal, a USB terminal, a LAN (Local Area Network) connection terminal, or the like may be used. The external input / output unit 180 may have a transmission / reception function for optical communication using infrared rays, visible light, ultraviolet rays, or the like.

通信部190は、アンテナを介して通信を行うことができる。例えば演算部140からの命令に応じて撮像装置100をコンピュータネットワークに接続するための制御信号を制御し、当該信号をコンピュータネットワークに発信する。これによって、World Wide Web(WWW)の基盤であるインターネット、イントラネット、エクストラネット、PAN(Personal Area Network)、LAN(Local Area Network)、CAN(Campus Area Network)、MAN(Metropolitan Area Network)、WAN(Wide Area Network)、GAN(Global Area Network)等のコンピュータネットワークに撮像装置100を接続させ、通信を行うことができる。またその通信方法として複数の方法を用いる場合には、アンテナは当該通信方法に応じて複数有していてもよい。 The communication unit 190 can perform communication via an antenna. For example, a control signal for connecting the imaging apparatus 100 to the computer network is controlled in accordance with a command from the arithmetic unit 140, and the signal is transmitted to the computer network. As a result, the Internet, intranet, extranet, PAN (Personal Area Network), LAN (Local Area Network), CAN (Camper Area Network, and MAN (MetroApolNetwork), which are the foundations of the World Wide Web (WWW). Communication can be performed by connecting the imaging apparatus 100 to a computer network such as a wide area network (GAE) or a GAN (global area network). When a plurality of methods are used as the communication method, a plurality of antennas may be provided depending on the communication method.

通信部190には、例えば高周波回路(RF回路)を設け、RF信号の送受信を行えばよい。高周波回路は、各国法制により定められた周波数帯域の電磁信号と電気信号とを相互に変換し、当該電磁信号を用いて無線で他の通信機器との間で通信を行うための回路である。実用的な周波数帯域として数10kHz〜数10GHzが一般に用いられている。アンテナと接続される高周波回路には、複数の周波数帯域に対応した高周波回路部を有し、高周波回路部は、増幅器(アンプ)、ミキサ、フィルタ、DSP(Digital Signal Processor)、RFトランシーバ等を有する構成とすることができる。無線通信を行う場合、通信プロトコルまたは通信技術として、LTE(Long Term Evolution)、GSM(Global System for Mobile Communication:登録商標)、EDGE(Enhanced Data Rates for GSM Evolution)、CDMA2000(Code Division Multiple Access 2000)、WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access:登録商標)などの通信規格、またはWi−Fi(登録商標)、Bluetooth(登録商標)、ZigBee(登録商標)等のIEEEにより通信規格化された仕様を用いることができる。 The communication unit 190 may be provided with, for example, a high frequency circuit (RF circuit) to transmit and receive RF signals. The high-frequency circuit is a circuit for mutually converting an electromagnetic signal and an electric signal in a frequency band determined by the legislation of each country and performing communication with other communication devices wirelessly using the electromagnetic signal. Several tens of kHz to several tens of GHz is generally used as a practical frequency band. The high-frequency circuit connected to the antenna includes a high-frequency circuit unit corresponding to a plurality of frequency bands, and the high-frequency circuit unit includes an amplifier (amplifier), a mixer, a filter, a DSP (Digital Signal Processor), an RF transceiver, and the like. It can be configured. When performing wireless communication, as communication protocols or communication technologies, LTE (Long Term Evolution), GSM (Global System for Mobile Communications: registered trademark), EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution), CDMA2000 (CDMA 2000), CDMA2000 (CD2000). Use communication standards such as WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access: registered trademark), or specifications standardized by IEEE such as Wi-Fi (registered trademark), Bluetooth (registered trademark), ZigBee (registered trademark), etc. Can do.

〔外部機器200〕
外部機器200は、制御部230、演算部240、画像処理部250、記憶部270、補助記憶部280、外部入出力部290などを有し、画像処理部250はニューラルネットワーク151と同等の構成のニューラルネットワーク251を有する。なお、ニューラルネットワーク151およびニューラルネットワーク251はソフトウェアで構成してもよい。
[External device 200]
The external device 200 includes a control unit 230, a calculation unit 240, an image processing unit 250, a storage unit 270, an auxiliary storage unit 280, an external input / output unit 290, and the like. The image processing unit 250 has a configuration equivalent to that of the neural network 151. A neural network 251 is included. Note that the neural network 151 and the neural network 251 may be configured by software.

〔撮像素子120〕
図2(A)に撮像素子120の正面(受光面)を示す。撮像素子120の受光面には、複数の画素がm行n列(mおよびnは、どちらも2以上の整数。)のマトリクス状に配置されている。本明細書等において、1行1列目の画素121を画素121[1,1]と示し、m行n列目の画素121を画素121[m,n]と示す。また、i行j列目(iは、1以上m以下の整数。jは、1以上n以下の整数。)の画素121を画素121[i,j]と示す。また、全ての画素121に共通する説明を行なう場合は、単に「画素121」と示す場合がある。
[Image sensor 120]
FIG. 2A shows the front surface (light receiving surface) of the image sensor 120. On the light receiving surface of the image sensor 120, a plurality of pixels are arranged in a matrix of m rows and n columns (m and n are both integers of 2 or more). In this specification and the like, the pixel 121 in the first row and first column is referred to as a pixel 121 [1, 1], and the pixel 121 in the m row and n column is referred to as a pixel 121 [m, n]. A pixel 121 in the i-th row and j-th column (i is an integer of 1 to m. J is an integer of 1 to n) is denoted as a pixel 121 [i, j]. In addition, when a description common to all the pixels 121 is performed, the pixel 121 may be simply indicated.

画素121に、副画素として機能する複数の画素122を設けてもよい。複数の画素122それぞれに異なる波長域の光を透過するフィルタ(カラーフィルタ)を設けることで、カラー画像表示を実現するための情報を取得することができる。 A plurality of pixels 122 functioning as subpixels may be provided in the pixel 121. By providing each of the plurality of pixels 122 with a filter (color filter) that transmits light in different wavelength ranges, information for realizing color image display can be acquired.

図2(B)は、カラー画像を取得するための画素121の一例を示す平面図である。図2(A)は、赤(R)の波長域の光を透過するカラーフィルタが設けられた画素122(以下、「画素122R」ともいう)、緑(G)の波長域の光を透過するカラーフィルタが設けられた画素122(以下、「画素122G」ともいう)及び青(B)の波長域の光を透過するカラーフィルタが設けられた画素122(以下、「画素122B」ともいう)を有する。画素122R、画素122G、画素122Bをまとめて一つの画素121として機能させる。 FIG. 2B is a plan view illustrating an example of the pixel 121 for obtaining a color image. FIG. 2A illustrates a pixel 122 (hereinafter also referred to as “pixel 122R”) provided with a color filter that transmits light in the red (R) wavelength region, and light in the green (G) wavelength region. A pixel 122 provided with a color filter (hereinafter also referred to as “pixel 122G”) and a pixel 122 provided with a color filter that transmits light in the blue (B) wavelength range (hereinafter also referred to as “pixel 122B”). Have. The pixel 122R, the pixel 122G, and the pixel 122B are combined to function as one pixel 121.

なお、画素122に用いるカラーフィルタは、赤(R)、緑(G)、青(B)に限定されず、図2(C)に示すように、それぞれシアン(C)、黄(Y)及びマゼンタ(M)の光を透過するカラーフィルタを用いてもよい。1つの画素121に3種類の異なる波長域の光を検出する画素122を設けることで、フルカラー画像を取得することができる。 Note that the color filters used for the pixels 122 are not limited to red (R), green (G), and blue (B), and as shown in FIG. 2C, cyan (C), yellow (Y), and yellow (Y), respectively. A color filter that transmits magenta (M) light may be used. A full-color image can be acquired by providing a pixel 122 that detects light of three different wavelength ranges in one pixel 121.

図2(D)は、それぞれ赤(R)、緑(G)及び青(B)の光を透過するカラーフィルタが設けられた画素122に加えて、黄(Y)の光を透過するカラーフィルタが設けられた画素122を有する画素121を例示している。図2(E)は、それぞれシアン(C)、黄(Y)及びマゼンタ(M)の光を透過するカラーフィルタが設けられた画素122に加えて、青(B)の光を透過するカラーフィルタが設けられた画素122を有する画素121を例示している。1つの画素121に4種類の異なる波長域の光を検出する画素122を設けることで、取得した画像の色の再現性をさらに高めることができる。 FIG. 2D shows a color filter that transmits yellow (Y) light in addition to the pixel 122 provided with a color filter that transmits red (R), green (G), and blue (B) light, respectively. The pixel 121 having the pixel 122 provided with is illustrated. FIG. 2E shows a color filter that transmits blue (B) light in addition to the pixel 122 provided with a color filter that transmits cyan (C), yellow (Y), and magenta (M) light, respectively. The pixel 121 having the pixel 122 provided with is illustrated. By providing the pixel 122 that detects light of four different wavelength ranges in one pixel 121, the color reproducibility of the acquired image can be further enhanced.

また、例えば、画素122R、画素122G、および画素122Bの画素数比(または受光面積比)は、必ずしも1:1:1である必要は無い。図2(F)に示すように、画素数比(受光面積比)を赤:緑:青=1:2:1とするBayer配置としてもよい。また、画素数比(受光面積比)を赤:緑:青=1:6:1としてもよい。 For example, the pixel number ratio (or the light receiving area ratio) of the pixels 122R, 122G, and 122B is not necessarily 1: 1: 1. As shown in FIG. 2F, a Bayer arrangement may be employed in which the pixel number ratio (light receiving area ratio) is red: green: blue = 1: 2: 1. The pixel number ratio (light receiving area ratio) may be red: green: blue = 1: 6: 1.

なお、画素121に設ける画素122は1つでもよいが、2つ以上が好ましい。例えば、同じ波長域の光を検出する画素122を2つ以上設けることで、冗長性を高め、撮像装置100の信頼性を高めることができる。 Note that one pixel 122 may be provided in the pixel 121, but two or more are preferable. For example, by providing two or more pixels 122 that detect light in the same wavelength region, redundancy can be increased and the reliability of the imaging apparatus 100 can be increased.

[複数の画素群]
撮像素子120が有する複数の画素121は、複数の画素群に分かれて機能する。図3乃至図7は撮像素子120の一部を拡大した図である。図3乃至図6は、複数の画素121が第1画素群と第2画素群の2つの画素群に分かれて機能する場合の一例を示している。また、図7は、撮像素子120が有する複数の画素121が、第1画素群、第2画素群、または第3画素群の3つの画素群に分かれて機能する場合の一例を示している。図3乃至図7では、第1画素群に属する画素121に「A」を付し、第2画素群に属する画素121に「B」を付している。また、図7では、第3画素群に属する画素121に「C」を付している。
[Multiple pixel groups]
The plurality of pixels 121 included in the imaging element 120 function by being divided into a plurality of pixel groups. 3 to 7 are enlarged views of a part of the image sensor 120. 3 to 6 show an example in which a plurality of pixels 121 function by being divided into two pixel groups, a first pixel group and a second pixel group. FIG. 7 illustrates an example in which a plurality of pixels 121 included in the image sensor 120 function by being divided into three pixel groups, a first pixel group, a second pixel group, and a third pixel group. In FIG. 3 to FIG. 7, “A” is attached to the pixel 121 belonging to the first pixel group, and “B” is attached to the pixel 121 belonging to the second pixel group. In FIG. 7, “C” is given to the pixel 121 belonging to the third pixel group.

なお、撮像素子120が有する複数の画素121は、4つ以上の画素群に分かれて機能することもできる。各画素群に含まれる画素121は、撮像素子120の受講面に均一または略均一に配置される。 Note that the plurality of pixels 121 included in the imaging element 120 may function by being divided into four or more pixel groups. The pixels 121 included in each pixel group are arranged uniformly or substantially uniformly on the learning surface of the image sensor 120.

図3(A)は、第1画素群に属する画素121と第2画素群に属する画素121が1列おきのストライプ状に配置されている様子を示している。図3(A)では、第1画素群に属する画素121が奇数列、第2画素群に属する画素121が偶数列に配置されているが、第1画素群に属する画素121が偶数列に配置されても構わない。また、図3(B)は、第1画素群に属する画素121と第2画素群に属する画素121が2列おきのストライプ状に配置されている様子を示している。図示していないが、第1画素群に属する画素121と第2画素群に属する画素121が3列以上おきに配置されても構わない。 FIG. 3A shows a state in which the pixels 121 belonging to the first pixel group and the pixels 121 belonging to the second pixel group are arranged in stripes every other column. In FIG. 3A, the pixels 121 belonging to the first pixel group are arranged in odd columns and the pixels 121 belonging to the second pixel group are arranged in even columns, but the pixels 121 belonging to the first pixel group are arranged in even columns. It does not matter. FIG. 3B shows a state where the pixels 121 belonging to the first pixel group and the pixels 121 belonging to the second pixel group are arranged in stripes every two columns. Although not shown, the pixels 121 belonging to the first pixel group and the pixels 121 belonging to the second pixel group may be arranged every three or more columns.

図4(A)は、第1画素群に属する画素121と第2画素群に属する画素121が1行おきのストライプ状に配置されている様子を示している。図3(A)では、第1画素群に属する画素121が奇数行、第2画素群に属する画素121が偶数行に配置されているが、第1画素群に属する画素121が偶数行に配置されても構わない。また、図3(B)は、第1画素群に属する画素121と第2画素群に属する画素121が2行おきのストライプ状に配置されている様子を示している。図示していないが、第1画素群に属する画素121と第2画素群に属する画素121が3行以上おきに配置されても構わない。 FIG. 4A shows a state where the pixels 121 belonging to the first pixel group and the pixels 121 belonging to the second pixel group are arranged in stripes every other row. In FIG. 3A, the pixels 121 belonging to the first pixel group are arranged in odd rows and the pixels 121 belonging to the second pixel group are arranged in even rows, but the pixels 121 belonging to the first pixel group are arranged in even rows. It does not matter. FIG. 3B shows a state where the pixels 121 belonging to the first pixel group and the pixels 121 belonging to the second pixel group are arranged in stripes every two rows. Although not shown, the pixels 121 belonging to the first pixel group and the pixels 121 belonging to the second pixel group may be arranged every three or more rows.

図5(A)は、第1画素群に属する画素121と第2画素群に属する画素121が1画素おきの市松模様状に配置されている様子を示している。また、図5(B)は、第1画素群に属する画素121と第2画素群に属する画素121が2画素おきの市松模様状に配置されている様子を示している。この場合、同じ画素群に属する画素121が4つ隣接し、当該4つの画素121で1つのサブグループとして機能できる。図示していないが、第1画素群に属する画素121と第2画素群に属する画素121が3画素以上おきに配置されても構わない。 FIG. 5A shows a state in which the pixels 121 belonging to the first pixel group and the pixels 121 belonging to the second pixel group are arranged in a checkered pattern every other pixel. FIG. 5B shows a state where the pixels 121 belonging to the first pixel group and the pixels 121 belonging to the second pixel group are arranged in a checkered pattern every two pixels. In this case, four pixels 121 belonging to the same pixel group are adjacent to each other, and the four pixels 121 can function as one subgroup. Although not shown, the pixel 121 belonging to the first pixel group and the pixel 121 belonging to the second pixel group may be arranged every three or more pixels.

また、図6(A)または図6(B)に示すように、同じ画素群に属する3つの画素121をL字型に配置してもよい。当該3つの画素121で1つのサブグループとして機能することができる。 Further, as shown in FIG. 6A or FIG. 6B, three pixels 121 belonging to the same pixel group may be arranged in an L shape. The three pixels 121 can function as one subgroup.

図7(A)は、第1画素群に属する画素121、第2画素群に属する画素121、および第3画素群に属する画素121が、行方向および列方向それぞれにおいて、1画素毎に順に配置されている様子を示している。よって、図7(A)では、行方向および列方向それぞれにおいて、同じ画素群に属する画素121同士は隣接していない。また、図7(B)に示すように、同じ画素群に属する4つの画素121で1つのサブグループを形成し、行方向および列方向それぞれにおいて、1サブグループ毎に順に配置してもよい。図7(A)と同様に、図7(B)では、行方向および列方向それぞれにおいて、同じ画素群に属するサブグループ同士は隣接していない。 In FIG. 7A, the pixel 121 belonging to the first pixel group, the pixel 121 belonging to the second pixel group, and the pixel 121 belonging to the third pixel group are sequentially arranged for each pixel in the row direction and the column direction, respectively. It shows how it is being done. Accordingly, in FIG. 7A, the pixels 121 belonging to the same pixel group are not adjacent to each other in the row direction and the column direction. Further, as shown in FIG. 7B, one subgroup may be formed by four pixels 121 belonging to the same pixel group, and each subgroup may be sequentially arranged in the row direction and the column direction. Similarly to FIG. 7A, in FIG. 7B, subgroups belonging to the same pixel group are not adjacent to each other in the row direction and the column direction.

<撮像装置の撮像動作例>
撮像装置100の撮像動作例について図面を用いて説明する。
<Example of imaging operation of imaging device>
An example of an imaging operation of the imaging apparatus 100 will be described with reference to the drawings.

[撮像動作例1]
撮像素子120が第1画素群および第2画素群を有し、それぞれの画素群が図5(A)に示した市松模様状に配置されている場合について説明する。本発明の一態様の撮像装置100は、効率よく反射光に起因する写りこみを低減することができる。
[Imaging Operation Example 1]
A case will be described in which the imaging element 120 includes a first pixel group and a second pixel group, and each pixel group is arranged in a checkered pattern as shown in FIG. The imaging device 100 of one embodiment of the present invention can efficiently reduce reflection caused by reflected light.

図8(A)および(B)は、光学素子110と撮像素子120の動作を説明する図である。図8では、第1画素群に属する画素121に「A」を付し、第2画素群に属する画素121に「B」を付している。図8(A)および(B)では、光学素子110を介して撮像素子120に入射する像を、光501として示している。また、図9は撮像装置100の撮像動作例を説明するフローチャートである。 8A and 8B are diagrams illustrating the operation of the optical element 110 and the image sensor 120. FIG. In FIG. 8, “A” is assigned to the pixel 121 belonging to the first pixel group, and “B” is assigned to the pixel 121 belonging to the second pixel group. In FIGS. 8A and 8B, an image incident on the image sensor 120 via the optical element 110 is shown as light 501. FIG. 9 is a flowchart for explaining an example of the imaging operation of the imaging apparatus 100.

まず、撮像素子120のリセット動作を行なう(ステップS600)。 First, the reset operation of the image sensor 120 is performed (step S600).

次に、液晶素子111に所定の電圧を印加し、光学素子110を透過できる光の偏光軸の角度を決定する(ステップS605)。この時に決定された光学素子110の状態を第1状態という。また、この時に決定された偏光軸の角度を第1偏光角という。 Next, a predetermined voltage is applied to the liquid crystal element 111 to determine the angle of the polarization axis of light that can be transmitted through the optical element 110 (step S605). The state of the optical element 110 determined at this time is referred to as a first state. The angle of the polarization axis determined at this time is referred to as a first polarization angle.

次に、第1画素群を用いて、光学素子110を介して入射した像を撮像する(ステップS610)(図8(A)参照。)。第1画素群が取得した撮像情報は、第1撮像情報として第1画素群に保持される。なお、ステップS610では第2画素群で撮像は行なわない。すなわち、ステップS610において、第2画素群はステップS600後の状態を保持している。 Next, an image incident through the optical element 110 is picked up using the first pixel group (step S610) (see FIG. 8A). Imaging information acquired by the first pixel group is held in the first pixel group as first imaging information. In step S610, the second pixel group is not imaged. That is, in step S610, the second pixel group holds the state after step S600.

次に、液晶素子111に第1状態とは異なる電圧を印加し、光学素子110を透過できる光の偏光軸を決定する(ステップS615)。この時に決定された光学素子110の状態を第2状態という。また、この時に決定された偏光軸の角度を第2偏光角という。第2偏光角は、第1偏光角から角度θ回転した偏光軸である。角度θは、0°より大きく、180°より小さい角度とすればよい。すなわち、第1偏光角と第2偏光角の相対角度を180°未満とすればよい。 Next, a voltage different from the first state is applied to the liquid crystal element 111 to determine the polarization axis of light that can be transmitted through the optical element 110 (step S615). The state of the optical element 110 determined at this time is referred to as a second state. The angle of the polarization axis determined at this time is referred to as a second polarization angle. The second polarization angle is a polarization axis rotated by an angle θ from the first polarization angle. The angle θ may be larger than 0 ° and smaller than 180 °. That is, the relative angle between the first polarization angle and the second polarization angle may be less than 180 °.

図8(B)では、角度θを90°としている。よって、図8(A)に示す第1偏光角を0°とすると、図8(B)に示す第2偏光角は90°である。 In FIG. 8B, the angle θ is 90 °. Therefore, when the first polarization angle shown in FIG. 8A is 0 °, the second polarization angle shown in FIG. 8B is 90 °.

次に、第2画素群を用いて、光学素子110を介して入射した像を撮像する(ステップS620)(図8(B)参照。)。第2画素群が取得した撮像情報は、第2撮像情報として第2画素群に保持される。なお、ステップS620では第1画素群で撮像は行なわない。すなわち、ステップS620において、第1画素群は第1撮像情報を保持している。 Next, an image incident through the optical element 110 is picked up using the second pixel group (step S620) (see FIG. 8B). The imaging information acquired by the second pixel group is held in the second pixel group as second imaging information. In step S620, imaging is not performed with the first pixel group. That is, in step S620, the first pixel group holds the first imaging information.

次に、第1画素群に保持されている第1撮像情報と、第2画素群に保持されている第2撮像情報を読み出す(ステップS625)。読み出した撮像情報は記憶部160に記憶される(ステップS630)。 Next, the first imaging information held in the first pixel group and the second imaging information held in the second pixel group are read (step S625). The read imaging information is stored in the storage unit 160 (step S630).

次に、画像処理部150で第1撮像情報と第2撮像情報を比較し、最も暗い撮像情報(平均輝度が最も小さい撮像情報)を選出する(ステップS635)。 Next, the image processing unit 150 compares the first imaging information and the second imaging information, and selects the darkest imaging information (imaging information with the lowest average luminance) (step S635).

光501には、本来の撮影目的である像と、不要な写り込みの原因となる反射光が含まれている。光は大気とガラスの境界面などで反射すると、反射面に平行な偏光成分(P波)が弱まり、反射面に垂直な偏光成分(S波)が強くなる。前述した通り、光学素子110は、液晶素子111に印加する電圧を制御することにより、任意の偏光角の光の透過率を調節する機能を有する。特に、反射光は特定の偏光成分が強い。反射光は、光学素子110により透過率が制御されやすい。 The light 501 includes an image that is originally intended for photographing and reflected light that causes unnecessary reflection. When light is reflected at the interface between the atmosphere and glass, the polarization component (P wave) parallel to the reflection surface is weakened and the polarization component (S wave) perpendicular to the reflection surface is strengthened. As described above, the optical element 110 has a function of adjusting the transmittance of light having an arbitrary polarization angle by controlling the voltage applied to the liquid crystal element 111. In particular, the reflected light has a strong specific polarization component. The transmittance of the reflected light is easily controlled by the optical element 110.

よって、光501を、光学素子110を通過させることにより、光501に含まれる不要な反射成分を低減することができる。すなわち、光学素子110が有する液晶素子111の偏光軸を変えながら同じ被写体を撮影し、その中で最も暗い像(平均輝度が最も小さい像)が、最も反射光が少ない像であるといえる。また、本発明の一態様の撮像装置は、液晶素子111に印加する電圧を制御することで、様々な角度の偏光軸で入射する反射光を低減することができる。 Therefore, unnecessary light components included in the light 501 can be reduced by allowing the light 501 to pass through the optical element 110. That is, it can be said that the same subject is photographed while changing the polarization axis of the liquid crystal element 111 included in the optical element 110, and the darkest image (image with the lowest average luminance) is the image with the least amount of reflected light. In addition, the imaging device of one embodiment of the present invention can reduce reflected light incident on polarization axes at various angles by controlling a voltage applied to the liquid crystal element 111.

撮像素子を複数の画素群に分けずに連続して撮像する場合は、1回の撮像毎に読み出し動作とリセット動作を行なう必要がある。すなわち、第1状態での撮像(ステップS610)後に、当該撮像情報の読み出しと撮像素子のリセット動作を行なう必要がある。この場合、第1状態での撮像から第2状態での撮像までの間隔が長くなるため、被写体や反射光などの状況が変化し、反射光が少ない像の検出精度が低下する。 In the case of continuously capturing images without dividing the image sensor into a plurality of pixel groups, it is necessary to perform a read operation and a reset operation for each image capture. That is, after imaging in the first state (step S610), it is necessary to read the imaging information and reset the imaging element. In this case, since the interval from the imaging in the first state to the imaging in the second state becomes long, the situation of the subject and reflected light changes, and the detection accuracy of an image with little reflected light decreases.

本発明の一態様の撮像装置100では、撮像素子を複数の画素群に分け、第1状態での撮像と第2状態での撮像を異なる画素群で行なうことができる。また、全ての撮像終了後に撮像情報をまとめて読み出すことができる。本発明の一態様の撮像装置100では、撮像毎に撮像情報の読み出しと撮像素子のリセット動作を行なう必要がない。すなわち、第1状態での撮像から第2状態での撮像までの撮像間隔を短くすることができる。よって、より正確に反射光が少ない像を検出することができる。 In the imaging device 100 of one embodiment of the present invention, the imaging element can be divided into a plurality of pixel groups, and imaging in the first state and imaging in the second state can be performed with different pixel groups. Further, the imaging information can be read out collectively after the completion of all imaging. In the imaging device 100 of one embodiment of the present invention, it is not necessary to read out imaging information and reset the imaging element for each imaging. That is, the imaging interval from imaging in the first state to imaging in the second state can be shortened. Therefore, an image with less reflected light can be detected more accurately.

撮像素子120の解像度(画素数)が要求される解像度よりも充分に高い場合は、撮像素子を複数の画素群に分けて用いても実質的に支障は生じ無い。ただし、撮像素子を複数の画素群に分けて用いると、1つの撮像画像の解像度が低下し、画質が低下する。また、分割する画素群が少ない場合、反射光の除去が不十分である場合がある。このような場合、画像処理部150が有するニューラルネットワーク151を用いて撮像画像の補完処理を行い、撮像画像の画質を改善することができる。 When the resolution (the number of pixels) of the image sensor 120 is sufficiently higher than the required resolution, there is no substantial problem even if the image sensor is divided into a plurality of pixel groups. However, if the image sensor is divided into a plurality of pixel groups and used, the resolution of one captured image is lowered and the image quality is lowered. Moreover, when there are few pixel groups to divide | segment, the removal of reflected light may be inadequate. In such a case, the captured image can be complemented using the neural network 151 included in the image processing unit 150 to improve the image quality of the captured image.

まず、ユーザーの判断または事前設定により補完処理を行なうか否かを判断し(ステップS640)、行なわない場合は、ステップS635で選定された撮像情報を補助記憶部170に記憶する(ステップS650)。 First, it is determined whether or not the supplement processing is performed based on the user's determination or presetting (step S640). If not, the imaging information selected in step S635 is stored in the auxiliary storage unit 170 (step S650).

補完処理を行なう場合は、ニューラルネットワーク151で補完処理を行なう(ステップS645)。ニューラルネットワーク151は、撮像素子を複数の画素群に分けたことによる解像度の低下を補完し、撮像素子と同じ解像度の新たな撮像情報を生成する機能を有する。また、除去しきれなかった反射光による映り込みを除去し、新たな撮像情報を生成する機能を有する。 When performing the complementing process, the neural network 151 performs the complementing process (step S645). The neural network 151 has a function of compensating for a decrease in resolution caused by dividing the image sensor into a plurality of pixel groups and generating new image information having the same resolution as the image sensor. Further, it has a function of removing reflected light that could not be removed and generating new imaging information.

例えば、ステップS635で選定された最も暗い撮像情報が第1撮像情報であった場合、補完処理を行なうためのニューラルネットワーク151に設定する重み係数は、第2撮像情報と補助記憶部170に格納されている教師データを用いて決定される。 For example, when the darkest imaging information selected in step S635 is the first imaging information, the weighting coefficient set in the neural network 151 for performing the complementing process is stored in the second imaging information and the auxiliary storage unit 170. Is determined using the teacher data.

なお、教師データのみで決定された重み係数を用いて補完処理を行なうことも可能である。ただし、重み係数の決定に、教師データのみでなく第2撮像情報も加えることで、より精度よく撮像情報の補正を行なうことができる。このことは、用いる画素群が3つ以上ある場合に特に有効である。 Note that it is also possible to perform complementation processing using a weighting coefficient determined only by teacher data. However, by adding not only the teacher data but also the second imaging information to the determination of the weighting factor, the imaging information can be corrected with higher accuracy. This is particularly effective when there are three or more pixel groups to be used.

ここで、ニューラルネットワーク151の構成例を説明しておく(図10参照。)。ニューラルネットワーク151は、入力層ILと、中間層HL1(隠れ層)と、中間層HL2(隠れ層)と、出力層OLと、を有する。ニューラルネットワーク151では、入力層IL、中間層HL1、中間層HL2、および出力層OLと、によって階層型のニューラルネットワークが構成されている。中間層HL1および中間層HL2は、任意のノード数を有する。なお、中間層は2層に限らない。中間層は1層でもよく、3層以上でもよい。 Here, a configuration example of the neural network 151 will be described (see FIG. 10). The neural network 151 includes an input layer IL, an intermediate layer HL1 (hidden layer), an intermediate layer HL2 (hidden layer), and an output layer OL. In the neural network 151, a hierarchical neural network is constituted by the input layer IL, the intermediate layer HL1, the intermediate layer HL2, and the output layer OL. The intermediate layer HL1 and the intermediate layer HL2 have an arbitrary number of nodes. The intermediate layer is not limited to two layers. The intermediate layer may be one layer or three or more layers.

第1撮像情報301および第2撮像情報301は、入力層ILに入力され、重みづけされた情報が中間層HL1に入力される。また、中間層HL1に入力された情報は、重みづけされて中間層HL2に入力される。また、中間層HL2に入力された情報は、重みづけされて出力層OLに入力される。また、出力層OLからは、第3撮像情報303が出力される。 The first imaging information 301 and the second imaging information 301 are input to the input layer IL, and weighted information is input to the intermediate layer HL1. The information input to the intermediate layer HL1 is weighted and input to the intermediate layer HL2. Further, the information input to the intermediate layer HL2 is weighted and input to the output layer OL. The third imaging information 303 is output from the output layer OL.

ニューラルネットワーク151は、階層が進む毎に、ニューロンの数が増加する構成とする。つまり、中間層HL1が有するニューロンの数は、入力層ILが有するニューロンの数より多く、かつ中間層HL2が有するニューロンの数は、中間層HL1が有するニューロンの数より多くなっている。また、出力層OLが有するニューロンの数は、中間層HL2が有するニューロンの数より多くなっている。なお、図10では、上記ニューロンの数を、それぞれの階層をつなぐ矢印の数で示している。ニューラルネットワーク151を階層が進む毎にニューロンの数が増加する構成とすることにより、第1撮像情報301および第2撮像情報301を基にして、解像度を高めた第3撮像情報303を生成することができる。また、第1撮像情報301および第2撮像情報301を基にして、階調数を高めた第3撮像情報303を生成することができる。 The neural network 151 has a configuration in which the number of neurons increases as the hierarchy progresses. That is, the number of neurons included in the intermediate layer HL1 is larger than the number of neurons included in the input layer IL, and the number of neurons included in the intermediate layer HL2 is larger than the number of neurons included in the intermediate layer HL1. Further, the number of neurons included in the output layer OL is larger than the number of neurons included in the intermediate layer HL2. In FIG. 10, the number of neurons is indicated by the number of arrows connecting the respective layers. By generating the neural network 151 so that the number of neurons increases each time the hierarchy advances, the third imaging information 303 with increased resolution is generated based on the first imaging information 301 and the second imaging information 301. Can do. Further, based on the first imaging information 301 and the second imaging information 301, the third imaging information 303 with an increased number of gradations can be generated.

階層型のニューラルネットワークは、各層間で全結合とすることもでき、または、各層間で部分結合とすることができる。また、各層間に畳み込み層やプーリング層を用いた構成、すなわちCNNとすることができる。 Hierarchical neural networks can be fully connected between layers, or partially connected between layers. Moreover, it can be set as the structure which used the convolution layer and the pooling layer between each layer, ie, CNN.

また、ニューラルネットワーク151に用いる重み係数は、外部機器200により決定された重み係数を用いてもよい。例えば、撮像装置100と外部機器200を、外部入出力部180および外部入出力部290を介して接続し、外部機器200のニューラルネットワーク251で決定した重み係数をニューラルネットワーク151に格納する。したがって、学習済みのニューラルネットワーク251と同じ動作をニューラルネットワーク151で行なうことができる。 The weighting factor used by the neural network 151 may be a weighting factor determined by the external device 200. For example, the imaging apparatus 100 and the external device 200 are connected via the external input / output unit 180 and the external input / output unit 290, and the weighting factor determined by the neural network 251 of the external device 200 is stored in the neural network 151. Therefore, the neural network 151 can perform the same operation as the learned neural network 251.

例えば、撮像装置100の工場出荷前に、外部機器200で学習した後に決定された重み係数を撮像装置100に格納することで、ユーザーによる学習作業を不要とすることができる。 For example, before the image pickup apparatus 100 is shipped from the factory, the weighting coefficient determined after learning with the external device 200 is stored in the image pickup apparatus 100, so that the learning work by the user can be made unnecessary.

また、外部機器200よる学習を継続して行い、アップデートされた重み係数を撮像装置100に格納してもよい。また、複数の外部機器200を用いて、アップデート用の重み係数を生成してもよい。重み係数の受け渡しは、SDカードなどの記録媒体や各種の通信手段などを介して行なうこともできる。また、撮像装置100が有する重み係数と、外部機器200によりアップデートされた重み係数を用いて、新たな重み係数を決定してもよい。また、他の撮像装置100が有する重み係数を用いて、新たな重み係数を決定してもよい。他の撮像装置100や外部機器200で学習して得た重み係数を用いることで、より精度の高い補完処理を行なうことができる。 Further, learning by the external device 200 may be continuously performed, and the updated weighting coefficient may be stored in the imaging apparatus 100. In addition, a plurality of external devices 200 may be used to generate a weighting factor for update. The transfer of the weighting coefficient can also be performed via a recording medium such as an SD card, various communication means, or the like. Also, a new weighting factor may be determined using the weighting factor of the imaging apparatus 100 and the weighting factor updated by the external device 200. In addition, a new weighting factor may be determined using a weighting factor included in another imaging apparatus 100. By using a weighting coefficient obtained by learning with another imaging apparatus 100 or external device 200, it is possible to perform complementary processing with higher accuracy.

ニューラルネットワーク151により生成された第3撮像情報は、補助記憶部170に記憶される(ステップS650)。 The third imaging information generated by the neural network 151 is stored in the auxiliary storage unit 170 (step S650).

また、第1撮像情報と第2撮像情報を用いて、演算部140で改めて第1偏光角と第2偏光角を決定し、再度撮像動作を行なってもよい。偏光角の修正と撮像動作を繰り返すことで、より良好な画像品位の画像を取得することができる。 Alternatively, the first imaging information and the second imaging information may be used to determine the first polarization angle and the second polarization angle again by the calculation unit 140, and the imaging operation may be performed again. By repeating the correction of the polarization angle and the imaging operation, an image with better image quality can be acquired.

[撮像動作例2]
続いて、撮像素子120が第1画素群、第2画素群および第3画素群を有し、それぞれの画素群が図7(A)のように配置されている場合について説明する。画素群を増やし、それぞれの画素群に対応する液晶素子111の状態を増やすことで、さらに効率よく反射光に起因する写りこみを低減することができる。
[Imaging Operation Example 2]
Next, the case where the image sensor 120 has a first pixel group, a second pixel group, and a third pixel group, and each pixel group is arranged as shown in FIG. 7A will be described. By increasing the number of pixel groups and increasing the state of the liquid crystal element 111 corresponding to each pixel group, it is possible to more efficiently reduce the reflection due to the reflected light.

図11(A)、(B)および(C)は、光学素子110と撮像素子120の動作を説明する図である。また、図12は撮像装置100の撮像動作例を説明するフローチャートである。図11では、第1画素群に属する画素121に「A」を付し、第2画素群に属する画素121に「B」を付し、第3画素群に属する画素121に「C」を付している。なお、説明の繰り返しを減らすため、主に動作例1と異なる点について説明する。 FIGS. 11A, 11 </ b> B, and 11 </ b> C are diagrams for explaining operations of the optical element 110 and the imaging element 120. FIG. 12 is a flowchart for explaining an example of the imaging operation of the imaging apparatus 100. In FIG. 11, “A” is attached to the pixel 121 belonging to the first pixel group, “B” is attached to the pixel 121 belonging to the second pixel group, and “C” is attached to the pixel 121 belonging to the third pixel group. doing. In order to reduce the repetition of the description, differences from the operation example 1 will be mainly described.

ステップS600からステップS620まで動作例1と同様に行なう(図11(A)、(B)、および図12参照。)。なお、ここでは第2偏光角を例えば60°とする。 Steps S600 to S620 are performed in the same manner as in Operation Example 1 (see FIGS. 11A and 11B and FIG. 12). Here, the second polarization angle is set to 60 °, for example.

次に、液晶素子111に第1状態および第2状態とは異なる電圧を印加し、光学素子110を透過できる光の偏光軸を決定する(ステップS621)。この時に決定された光学素子110の状態を第3状態という。また、この時に決定された偏光軸の角度を第3偏光角という。第3偏光角は、第1偏光角から角度θ回転した偏光軸である。第3偏光角の角度θは、0°より大きく、180°より小さい角度とすればよい。すなわち、第1偏光角と第3偏光角の相対角度を180°未満とすればよい。また、第3偏光角の角度θは、第2偏光角の角度θよりも大きい。ここでは第3偏光角を例えば120°とする。 Next, a voltage different from the first state and the second state is applied to the liquid crystal element 111 to determine the polarization axis of light that can be transmitted through the optical element 110 (step S621). The state of the optical element 110 determined at this time is referred to as a third state. The angle of the polarization axis determined at this time is referred to as a third polarization angle. The third polarization angle is a polarization axis rotated by an angle θ from the first polarization angle. The angle θ of the third polarization angle may be larger than 0 ° and smaller than 180 °. That is, the relative angle between the first polarization angle and the third polarization angle may be less than 180 °. Further, the angle θ of the third polarization angle is larger than the angle θ of the second polarization angle. Here, the third polarization angle is set to 120 °, for example.

次に、第3画素群を用いて、光学素子110を介して入射した像を撮像する(ステップS622)(図11(C)参照。)。第3画素群が取得した撮像情報は、第3撮像情報として第3画素群に保持される。なお、ステップS620では第1画素群および第2画素群で撮像は行なわない。すなわち、ステップS620において、第1画素群は第1撮像情報を保持し、第2画素群は第2撮像情報を保持している。 Next, an image incident through the optical element 110 is picked up using the third pixel group (step S622) (see FIG. 11C). Imaging information acquired by the third pixel group is held in the third pixel group as third imaging information. In step S620, imaging is not performed on the first pixel group and the second pixel group. That is, in step S620, the first pixel group holds the first imaging information, and the second pixel group holds the second imaging information.

動作例1と同様に、途中で読み出し動作およびリセット動作を行なうことなく、第1状態での撮像から第3状態での撮像までを実行する。途中でリセット動作を行なわないことにより、第1状態での撮像から第3状態での撮像までの間隔を短くすることができる。 Similar to the first operation example, the imaging operation in the first state to the imaging operation in the third state is executed without performing the reading operation and the resetting operation on the way. By not performing the reset operation in the middle, the interval from imaging in the first state to imaging in the third state can be shortened.

次に、第1画素群に保持されている第1撮像情報、第2画素群に保持されている第2撮像情報、および、第3画素群に保持されている第3撮像情報を読み出す(ステップS625)。読み出した撮像情報は記憶部160に記憶される(ステップS630)。 Next, the first imaging information held in the first pixel group, the second imaging information held in the second pixel group, and the third imaging information held in the third pixel group are read (Step S1). S625). The read imaging information is stored in the storage unit 160 (step S630).

次に、画像処理部150で第1撮像情報乃至第3撮像情報を比較し、最も暗い撮像情報(平均輝度が最も小さい撮像情報)を選出する(ステップS635)。 Next, the image processing unit 150 compares the first to third imaging information, and selects the darkest imaging information (imaging information with the lowest average luminance) (step S635).

次に、ユーザーの判断または事前設定により補完処理を行なうか否かを判断し(ステップS640)、行なわない場合は、ステップS635で選定された撮像情報を補助記憶部170に記憶する(ステップS650)。 Next, it is determined whether or not to perform the supplement processing by the user's determination or presetting (step S640). If not, the imaging information selected in step S635 is stored in the auxiliary storage unit 170 (step S650). .

補完処理を行なう場合は、ニューラルネットワーク151で補完処理を行なう(ステップS645)。 When performing the complementing process, the neural network 151 performs the complementing process (step S645).

例えば、ステップS635で選定された最も暗い撮像情報が第1撮像情報であった場合、補完処理を行なうためのニューラルネットワーク151に設定する重み係数は、第2撮像情報および第3撮像情報と、補助記憶部170に格納されている教師データを用いて決定される。 For example, when the darkest imaging information selected in step S635 is the first imaging information, the weighting factors set in the neural network 151 for performing the complement processing are the second imaging information, the third imaging information, and the auxiliary information. It is determined using the teacher data stored in the storage unit 170.

反射光の検出に用いる画素群を増やすと、1つの画素群あたりの解像度(画素数)が低下する。前述したように、教師データのみで決定された重み係数を用いて補完処理を行なうことも可能であるが、重み係数の決定に、教師データのみでなく第2撮像情報と第3撮像情報も加えることで、より精度よく撮像情報の補正を行なうことができる。すなわち、ニューラルネットワーク151による補完処理に第1撮像情報以外の撮像情報も用いることで、補完処理の精度を高め、画質の良好な画像を再現性よく生成することができる。 When the number of pixel groups used for detection of reflected light is increased, the resolution (number of pixels) per pixel group decreases. As described above, it is possible to perform the complementing process using the weighting factor determined only by the teacher data. However, not only the teacher data but also the second imaging information and the third imaging information are added to the determination of the weighting factor. Thus, the imaging information can be corrected with higher accuracy. That is, by using the imaging information other than the first imaging information for the complementing process by the neural network 151, it is possible to improve the accuracy of the complementing process and generate an image with good image quality with high reproducibility.

動作例2の場合、第1撮像情報、第2撮像情報、および第3撮像情報がニューラルネットワーク151の入力層ILに入力され、中間層を経て、出力層OLから第4撮像情報として出力される。 In the case of the operation example 2, the first imaging information, the second imaging information, and the third imaging information are input to the input layer IL of the neural network 151, and output as the fourth imaging information from the output layer OL through the intermediate layer. .

ニューラルネットワーク151により生成された第4撮像情報は、補助記憶部170に記憶される(ステップS650)。 The fourth imaging information generated by the neural network 151 is stored in the auxiliary storage unit 170 (step S650).

また、第1撮像情報、第2撮像情報、および第3撮像情報を用いて、演算部140で改めて第1偏光角、第2偏光角、および第3偏光角を決定し、再度撮像動作を行なってもよい。偏光角の修正と撮像動作を繰り返すことで、より良好な画像品位の画像を取得することができる。 In addition, using the first imaging information, the second imaging information, and the third imaging information, the calculation unit 140 determines the first polarization angle, the second polarization angle, and the third polarization angle again, and performs the imaging operation again. May be. By repeating the correction of the polarization angle and the imaging operation, an image with better image quality can be acquired.

本実施の形態は、他の実施の形態などに記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。 This embodiment can be implemented in appropriate combination with the structures described in the other embodiments.

(実施の形態2)
本実施の形態では、上記の実施の形態で説明したニューラルネットワークに用いることが可能な半導体装置の構成例について説明する。
(Embodiment 2)
In this embodiment, a configuration example of a semiconductor device that can be used for the neural network described in the above embodiment will be described.

図13(A)に示すように、ニューラルネットワークNNは入力層IL、出力層OL、中間層(隠れ層)HLによって構成することができる。入力層IL、出力層OL、中間層HLはそれぞれ、1又は複数のニューロン(ユニット)を有する。なお、中間層HLは1層であってもよいし2層以上であってもよい。2層以上の中間層HLを有するニューラルネットワークはDNN(ディープニューラルネットワーク)と呼ぶこともでき、ディープニューラルネットワークを用いた学習は深層学習と呼ぶこともできる。 As shown in FIG. 13A, the neural network NN can be configured by an input layer IL, an output layer OL, and an intermediate layer (hidden layer) HL. Each of the input layer IL, the output layer OL, and the intermediate layer HL has one or a plurality of neurons (units). The intermediate layer HL may be one layer or two or more layers. A neural network having two or more intermediate layers HL can also be called DNN (deep neural network), and learning using a deep neural network can also be called deep learning.

入力層ILの各ニューロンには入力データが入力され、中間層HLの各ニューロンには前層又は後層のニューロンの出力信号が入力され、出力層OLの各ニューロンには前層のニューロンの出力信号が入力される。なお、各ニューロンは、前後の層の全てのニューロンと結合されていてもよいし(全結合)、一部のニューロンと結合されていてもよい。 Input data is input to each neuron of the input layer IL, an output signal of a neuron of the previous layer or the rear layer is input to each neuron of the intermediate layer HL, and an output of the neuron of the previous layer is input to each neuron of the output layer OL. A signal is input. Each neuron may be connected to all neurons in the preceding and following layers (total connection), or may be connected to some neurons.

図13(B)に、ニューロンによる演算の例を示す。ここでは、ニューロンNと、ニューロンNに信号を出力する前層の2つのニューロンを示している。ニューロンNには、前層のニューロンの出力xと、前層のニューロンの出力xが入力される。そして、ニューロンNにおいて、出力xと重みwの乗算結果(x)と出力xと重みwの乗算結果(x)の総和x+xが計算された後、必要に応じてバイアスbが加算され、値a=x+x+bが得られる。そして、値aは活性化関数hによって変換され、ニューロンNから出力信号y=h(a)が出力される。 FIG. 13B shows an example of computation by neurons. Here, a neuron N and two neurons in the previous layer that output signals to the neuron N are shown. Neurons N includes an output x 1 of the neurons in the previous layer, the output x 2 of neurons prior layer is inputted. Then, the neurons N, the output x 1 and the sum x 1 w 1 + x 2 w 2 weight w 1 of the multiplication result (x 1 w 1) and the output x 2 and the weight w 2 of the multiplication result (x 2 w 2) After being calculated, the bias b is added as necessary to obtain the value a = x 1 w 1 + x 2 w 2 + b. The value a is converted by the activation function h, and the output signal y = h (a) is output from the neuron N.

このように、ニューロンによる演算には、前層のニューロンの出力と重みの積を足し合わせる演算、すなわち積和演算が含まれる(上記のx+x)。この積和演算は、プログラムを用いてソフトウェア上で行ってもよいし、ハードウェアによって行われてもよい。積和演算をハードウェアによって行う場合は、積和演算回路を用いることができる。この積和演算回路としては、デジタル回路を用いてもよいし、アナログ回路を用いてもよい。積和演算回路にアナログ回路を用いる場合、積和演算回路の回路規模の縮小、又は、メモリへのアクセス回数の減少による処理速度の向上及び消費電力の低減を図ることができる。 As described above, the operation by the neuron includes an operation of adding the product of the output of the neuron in the previous layer and the weight, that is, a product-sum operation (the above x 1 w 1 + x 2 w 2 ). This product-sum operation may be performed on software using a program, or may be performed by hardware. When the product-sum operation is performed by hardware, a product-sum operation circuit can be used. As this product-sum operation circuit, a digital circuit or an analog circuit may be used. When an analog circuit is used for the product-sum operation circuit, the processing speed can be improved and the power consumption can be reduced by reducing the circuit scale of the product-sum operation circuit or reducing the number of accesses to the memory.

積和演算回路は、チャネル形成領域にシリコン(単結晶シリコンなど)を含むトランジスタ(「Siトランジスタ」ともいう)によって構成してもよいし、チャネル形成領域に金属酸化物の一種である酸化物半導体を含むトランジスタ(「OSトランジスタ」ともいう)によって構成してもよい。特に、OSトランジスタはオフ電流が極めて小さいため、積和演算回路のアナログメモリを構成するトランジスタとして好適である。なお、SiトランジスタとOSトランジスタの両方を用いて積和演算回路を構成してもよい。以下、積和演算回路の機能を備えた半導体装置の構成例について説明する。 The product-sum operation circuit may be formed using a transistor (also referred to as a “Si transistor”) containing silicon (such as single crystal silicon) in a channel formation region, or an oxide semiconductor that is a kind of metal oxide in the channel formation region. A transistor including a transistor (also referred to as an “OS transistor”) may be used. In particular, an OS transistor has a very small off-state current, and thus is suitable as a transistor constituting an analog memory of a product-sum operation circuit. Note that the product-sum operation circuit may be configured using both the Si transistor and the OS transistor. Hereinafter, a configuration example of a semiconductor device having the function of the product-sum operation circuit will be described.

<半導体装置の構成例>
図14に、ニューラルネットワークの演算を行う機能を有する半導体装置MACの構成例を示す。半導体装置MACは、ニューロン間の結合強度(重み)に対応する第1のデータと、入力データに対応する第2のデータの積和演算を行う機能を有する。なお、第1のデータ及び第2のデータはそれぞれ、アナログデータ又は多値のデータ(離散的なデータ)とすることができる。また、半導体装置MACは、積和演算によって得られたデータを活性化関数によって変換する機能を有する。
<Configuration example of semiconductor device>
FIG. 14 shows a configuration example of a semiconductor device MAC having a function of performing a neural network operation. The semiconductor device MAC has a function of performing a product-sum operation on the first data corresponding to the connection strength (weight) between the neurons and the second data corresponding to the input data. Note that the first data and the second data can be analog data or multivalued data (discrete data), respectively. Further, the semiconductor device MAC has a function of converting data obtained by the product-sum operation using an activation function.

半導体装置MACは、セルアレイCA、電流源回路CS、カレントミラー回路CM、回路WDD、回路WLD、回路CLD、オフセット回路OFST、及び活性化関数回路ACTVを有する。 The semiconductor device MAC includes a cell array CA, a current source circuit CS, a current mirror circuit CM, a circuit WDD, a circuit WLD, a circuit CLD, an offset circuit OFST, and an activation function circuit ACTV.

セルアレイCAは、複数のメモリセルMC及び複数のメモリセルMCrefを有する。図14には、セルアレイCAがm行n列(m,nは1以上の整数)のメモリセルMC(MC[1,1]乃至[m,n])と、m個のメモリセルMCref(MCref[1]乃至[m])を有する構成例を示している。メモリセルMCは、第1のデータを格納する機能を有する。また、メモリセルMCrefは、積和演算に用いられる参照データを格納する機能を有する。なお、参照データはアナログデータ又は多値のデータとすることができる。 The cell array CA includes a plurality of memory cells MC and a plurality of memory cells MCref. In FIG. 14, the cell array CA has m rows and n columns (m and n are integers of 1 or more) of memory cells MC (MC [1,1] to [m, n]) and m memory cells MCref (MCref The example of a structure which has [1] thru | or [m]) is shown. Memory cell MC has a function of storing first data. The memory cell MCref has a function of storing reference data used for product-sum operation. The reference data can be analog data or multi-value data.

メモリセルMC[i,j](iは1以上m以下の整数、jは1以上n以下の整数)は、配線WL[i]、配線RW[i]、配線WD[j]、及び配線BL[j]と接続されている。また、メモリセルMCref[i]は、配線WL[i]、配線RW[i]、配線WDref、配線BLrefと接続されている。ここで、メモリセルMC[i,j]と配線BL[j]間を流れる電流をIMC[i,j]と表記し、メモリセルMCref[i]と配線BLref間を流れる電流をIMCref[i]と表記する。 The memory cell MC [i, j] (i is an integer of 1 to m, j is an integer of 1 to n) includes the wiring WL [i], the wiring RW [i], the wiring WD [j], and the wiring BL [J]. The memory cell MCref [i] is connected to the wiring WL [i], the wiring RW [i], the wiring WDref, and the wiring BLref. Here, a current flowing between the memory cell MC [i, j] and the wiring BL [ j] is expressed as I MC [i, j], and a current flowing between the memory cell MCref [i] and the wiring BLref is expressed as I MCref [ i] .

メモリセルMC及びメモリセルMCrefの具体的な構成例を、図15に示す。図15には代表例としてメモリセルMC[1,1]、[2,1]及びメモリセルMCref[1]、[2]を示しているが、他のメモリセルMC及びメモリセルMCrefにも同様の構成を用いることができる。メモリセルMC及びメモリセルMCrefはそれぞれ、トランジスタTr11、Tr12、容量素子C11を有する。ここでは、トランジスタTr11及びトランジスタTr12がnチャネル型のトランジスタである場合について説明する。 A specific configuration example of the memory cell MC and the memory cell MCref is shown in FIG. FIG. 15 shows memory cells MC [1,1], [2,1] and memory cells MCref [1], [2] as representative examples, but the same applies to other memory cells MC and memory cells MCref. Can be used. Each of the memory cell MC and the memory cell MCref includes transistors Tr11 and Tr12 and a capacitor C11. Here, the case where the transistors Tr11 and Tr12 are n-channel transistors will be described.

メモリセルMCにおいて、トランジスタTr11のゲートは配線WLと接続され、ソース又はドレインの一方はトランジスタTr12のゲート、及び容量素子C11の第1の電極と接続され、ソース又はドレインの他方は配線WDと接続されている。トランジスタTr12のソース又はドレインの一方は配線BLと接続され、ソース又はドレインの他方は配線VRと接続されている。容量素子C11の第2の電極は、配線RWと接続されている。配線VRは、所定の電位を供給する機能を有する配線である。ここでは一例として、配線VRから低電源電位(接地電位など)が供給される場合について説明する。 In the memory cell MC, the gate of the transistor Tr11 is connected to the wiring WL, one of the source and the drain is connected to the gate of the transistor Tr12 and the first electrode of the capacitor C11, and the other of the source or the drain is connected to the wiring WD. Has been. One of a source and a drain of the transistor Tr12 is connected to the wiring BL, and the other of the source and the drain is connected to the wiring VR. The second electrode of the capacitor C11 is connected to the wiring RW. The wiring VR is a wiring having a function of supplying a predetermined potential. Here, as an example, a case where a low power supply potential (such as a ground potential) is supplied from the wiring VR will be described.

トランジスタTr11のソース又はドレインの一方、トランジスタTr12のゲート、及び容量素子C11の第1の電極と接続されたノードを、ノードNMとする。また、メモリセルMC[1,1]、[2,1]のノードNMを、それぞれノードNM[1,1]、[2,1]と表記する。 A node connected to one of the source and the drain of the transistor Tr11, the gate of the transistor Tr12, and the first electrode of the capacitor C11 is a node NM. The nodes NM of the memory cells MC [1,1] and [2,1] are denoted as nodes NM [1,1] and [2,1], respectively.

メモリセルMCrefも、メモリセルMCと同様の構成を有する。ただし、メモリセルMCrefは配線WDの代わりに配線WDrefと接続され、配線BLの代わりに配線BLrefと接続されている。また、メモリセルMCref[1]、[2]において、トランジスタTr11のソース又はドレインの一方、トランジスタTr12のゲート、及び容量素子C11の第1の電極と接続されたノードを、それぞれノードNMref[1]、[2]と表記する。 The memory cell MCref has the same configuration as the memory cell MC. However, the memory cell MCref is connected to the wiring WDref instead of the wiring WD, and is connected to the wiring BLref instead of the wiring BL. In the memory cells MCref [1] and [2], a node connected to one of the source and the drain of the transistor Tr11, the gate of the transistor Tr12, and the first electrode of the capacitor C11 is a node NMref [1]. , [2].

ノードNMとノードNMrefはそれぞれ、メモリセルMCとメモリセルMCrefの保持ノードとして機能する。ノードNMには第1のデータが保持され、ノードNMrefには参照データが保持される。また、配線BL[1]からメモリセルMC[1,1]、[2,1]のトランジスタTr12には、それぞれ電流IMC[1,1]、IMC[2,1]が流れる。また、配線BLrefからメモリセルMCref[1]、[2]のトランジスタTr12には、それぞれ電流IMCref[1]、IMCref[2]が流れる。 The node NM and the node NMref function as a memory cell MC and a holding node for the memory cell MCref, respectively. The node NM holds first data, and the node NMref holds reference data. Further, currents IMC [1,1] and IMC [2,1] flow from the wiring BL [1] to the transistors Tr12 of the memory cells MC [1,1] and [2,1], respectively. Further, currents I MCref [1] and I MCref [2] flow from the wiring BLref to the transistors Tr12 of the memory cells MCref [1] and [2], respectively.

トランジスタTr11は、ノードNM又はノードNMrefの電位を保持する機能を有するため、トランジスタTr11のオフ電流は小さいことが好ましい。そのため、トランジスタTr11としてオフ電流が極めて小さいOSトランジスタを用いることが好ましい。これにより、ノードNM又はノードNMrefの電位の変動を抑えることができ、演算精度の向上を図ることができる。また、ノードNM又はノードNMrefの電位をリフレッシュする動作の頻度を低く抑えることが可能となり、消費電力を削減することができる。 Since the transistor Tr11 has a function of holding the potential of the node NM or the node NMref, the off-state current of the transistor Tr11 is preferably small. Therefore, an OS transistor with an extremely low off-state current is preferably used as the transistor Tr11. As a result, fluctuations in the potential of the node NM or the node NMref can be suppressed, and the calculation accuracy can be improved. In addition, the frequency of the operation of refreshing the potential of the node NM or the node NMref can be suppressed, and power consumption can be reduced.

トランジスタTr12は特に限定されず、例えばSiトランジスタ又はOSトランジスタなどを用いることができる。トランジスタTr12にOSトランジスタを用いる場合、トランジスタTr11と同じ製造装置を用いて、トランジスタTr12を作製することが可能となり、製造コストを抑制することができる。なお、トランジスタTr12はnチャネル型であってもpチャネル型であってもよい。 The transistor Tr12 is not particularly limited, and for example, a Si transistor or an OS transistor can be used. When an OS transistor is used as the transistor Tr12, the transistor Tr12 can be manufactured using the same manufacturing apparatus as the transistor Tr11, and manufacturing cost can be reduced. Note that the transistor Tr12 may be an n-channel type or a p-channel type.

電流源回路CSは、配線BL[1]乃至[n]及び配線BLrefと接続されている。電流源回路CSは、配線BL[1]乃至[n]及び配線BLrefに電流を供給する機能を有する。なお、配線BL[1]乃至[n]に供給される電流値と配線BLrefに供給される電流値は異なっていてもよい。ここでは、電流源回路CSから配線BL[1]乃至[n]に供給される電流をI、電流源回路CSから配線BLrefに供給される電流をICrefと表記する。 The current source circuit CS is connected to the wirings BL [1] to [n] and the wiring BLref. The current source circuit CS has a function of supplying current to the wirings BL [1] to [n] and the wiring BLref. Note that the current value supplied to the wirings BL [1] to [n] may be different from the current value supplied to the wiring BLref. Here, the current supplied from the current source circuit CS to the wirings BL [1] to [n] is expressed as I C , and the current supplied from the current source circuit CS to the wiring BLref is expressed as I Cref .

カレントミラー回路CMは、配線IL[1]乃至[n]及び配線ILrefを有する。配線IL[1]乃至[n]はそれぞれ配線BL[1]乃至[n]と接続され、配線ILrefは、配線BLrefと接続されている。ここでは、配線IL[1]乃至[n]と配線BL[1]乃至[n]の接続箇所をノードNP[1]乃至[n]と表記する。また、配線ILrefと配線BLrefの接続箇所をノードNPrefと表記する。 The current mirror circuit CM includes wirings IL [1] to [n] and a wiring ILref. The wirings IL [1] to [n] are connected to the wirings BL [1] to [n], respectively, and the wiring ILref is connected to the wiring BLref. Here, connection points between the wirings IL [1] to [n] and the wirings BL [1] to [n] are denoted as nodes NP [1] to [n]. Further, a connection point between the wiring ILref and the wiring BLref is referred to as a node NPref.

カレントミラー回路CMは、ノードNPrefの電位に応じた電流ICMを配線ILrefに流す機能と、この電流ICMを配線IL[1]乃至[n]にも流す機能を有する。図14には、配線BLrefから配線ILrefに電流ICMが排出され、配線BL[1]乃至[n]から配線IL[1]乃至[n]に電流ICMが排出される例を示している。また、カレントミラー回路CMから配線BL[1]乃至[n]を介してセルアレイCAに流れる電流を、I[1]乃至[n]と表記する。また、カレントミラー回路CMから配線BLrefを介してセルアレイCAに流れる電流を、IBrefと表記する。 The current mirror circuit CM has a function of flowing a current I CM corresponding to the potential of the node NPref to the wiring ILref and a function of flowing the current I CM to the wirings IL [1] to [n]. Figure 14 is discharged current I CM from the wiring BLref to the wiring ILref, wiring BL [1] to the wiring from the [n] IL [1] to [n] to the current I CM is an example to be discharged . Further, currents flowing from the current mirror circuit CM to the cell array CA via the wirings BL [1] to [n] are denoted as I B [1] to [n]. A current flowing from the current mirror circuit CM to the cell array CA via the wiring BLref is denoted as I Bref .

回路WDDは、配線WD[1]乃至[n]及び配線WDrefと接続されている。回路WDDは、メモリセルMCに格納される第1のデータに対応する電位を、配線WD[1]乃至[n]に供給する機能を有する。また、回路WDDは、メモリセルMCrefに格納される参照データに対応する電位を、配線WDrefに供給する機能を有する。回路WLDは、配線WL[1]乃至[m]と接続されている。回路WLDは、データの書き込みを行うメモリセルMC又はメモリセルMCrefを選択するための信号を、配線WL[1]乃至[m]に供給する機能を有する。回路CLDは、配線RW[1]乃至[m]と接続されている。回路CLDは、第2のデータに対応する電位を、配線RW[1]乃至[m]に供給する機能を有する。 The circuit WDD is connected to the wirings WD [1] to [n] and the wiring WDref. The circuit WDD has a function of supplying a potential corresponding to the first data stored in the memory cell MC to the wirings WD [1] to [n]. Further, the circuit WDD has a function of supplying a potential corresponding to reference data stored in the memory cell MCref to the wiring WDref. The circuit WLD is connected to the wirings WL [1] to [m]. The circuit WLD has a function of supplying a signal for selecting the memory cell MC or the memory cell MCref to which data is written to the wirings WL [1] to [m]. The circuit CLD is connected to the wirings RW [1] to [m]. The circuit CLD has a function of supplying a potential corresponding to the second data to the wirings RW [1] to [m].

オフセット回路OFSTは、配線BL[1]乃至[n]及び配線OL[1]乃至[n]と接続されている。オフセット回路OFSTは、配線BL[1]乃至[n]からオフセット回路OFSTに流れる電流量、及び/又は、配線BL[1]乃至[n]からオフセット回路OFSTに流れる電流の変化量を検出する機能を有する。また、オフセット回路OFSTは、検出結果を配線OL[1]乃至[n]に出力する機能を有する。なお、オフセット回路OFSTは、検出結果に対応する電流を配線OLに出力してもよいし、検出結果に対応する電流を電圧に変換して配線OLに出力してもよい。セルアレイCAとオフセット回路OFSTの間を流れる電流を、Iα[1]乃至[n]と表記する。 The offset circuit OFST is connected to the wirings BL [1] to [n] and the wirings OL [1] to [n]. The offset circuit OFST has a function of detecting a current amount flowing from the wirings BL [1] to [n] to the offset circuit OFST and / or a change amount of a current flowing from the wirings BL [1] to [n] to the offset circuit OFST. Have The offset circuit OFST has a function of outputting the detection result to the wirings OL [1] to [n]. Note that the offset circuit OFST may output a current corresponding to the detection result to the wiring OL, or may convert a current corresponding to the detection result into a voltage and output the voltage to the wiring OL. The current flowing between the cell array CA and the offset circuit OFST is expressed as I α [1] to [n].

オフセット回路OFSTの構成例を図16に示す。図16に示すオフセット回路OFSTは、回路OC[1]乃至[n]を有する。また、回路OC[1]乃至[n]はそれぞれ、トランジスタTr21、トランジスタTr22、トランジスタTr23、容量素子C21、及び抵抗素子R1を有する。各素子の接続関係は図16に示す通りである。なお、容量素子C21の第1の電極及び抵抗素子R1の第1の端子と接続されたノードを、ノードNaとする。また、容量素子C21の第2の電極、トランジスタTr21のソース又はドレインの一方、及びトランジスタTr22のゲートと接続されたノードを、ノードNbとする。 A configuration example of the offset circuit OFST is shown in FIG. The offset circuit OFST illustrated in FIG. 16 includes circuits OC [1] to [n]. Each of the circuits OC [1] to [n] includes a transistor Tr21, a transistor Tr22, a transistor Tr23, a capacitor C21, and a resistor R1. The connection relationship of each element is as shown in FIG. Note that a node connected to the first electrode of the capacitor C21 and the first terminal of the resistor element R1 is referred to as a node Na. A node connected to the second electrode of the capacitor C21, one of the source or the drain of the transistor Tr21, and the gate of the transistor Tr22 is referred to as a node Nb.

配線VrefLは電位Vrefを供給する機能を有し、配線VaLは電位Vaを供給する機能を有し、配線VbLは電位Vbを供給する機能を有する。また、配線VDDLは電位VDDを供給する機能を有し、配線VSSLは電位VSSを供給する機能を有する。ここでは、電位VDDが高電源電位であり、電位VSSが低電源電位である場合について説明する。また、配線RSTは、トランジスタTr21の導通状態を制御するための電位を供給する機能を有する。トランジスタTr22、トランジスタTr23、配線VDDL、配線VSSL、及び配線VbLによって、ソースフォロワ回路が構成される。 The wiring VrefL has a function of supplying the potential Vref, the wiring VaL has a function of supplying the potential Va, and the wiring VbL has a function of supplying the potential Vb. The wiring VDDL has a function of supplying the potential VDD, and the wiring VSSL has a function of supplying the potential VSS. Here, the case where the potential VDD is a high power supply potential and the potential VSS is a low power supply potential will be described. The wiring RST has a function of supplying a potential for controlling the conduction state of the transistor Tr21. The transistor Tr22, the transistor Tr23, the wiring VDDL, the wiring VSSL, and the wiring VbL constitute a source follower circuit.

次に、回路OC[1]乃至[n]の動作例を説明する。なお、ここでは代表例として回路OC[1]の動作例を説明するが、回路OC[2]乃至[n]も同様に動作させることができる。まず、配線BL[1]に第1の電流が流れると、ノードNaの電位は、第1の電流と抵抗素子R1の抵抗値に応じた電位となる。また、このときトランジスタTr21はオン状態であり、ノードNbに電位Vaが供給される。その後、トランジスタTr21はオフ状態となる。 Next, an operation example of the circuits OC [1] to [n] will be described. In addition, although the operation example of circuit OC [1] is demonstrated here as a typical example, circuit OC [2] thru | or [n] can be operated similarly. First, when a first current flows through the wiring BL [1], the potential of the node Na becomes a potential corresponding to the first current and the resistance value of the resistance element R1. At this time, the transistor Tr21 is on, and the potential Va is supplied to the node Nb. Thereafter, the transistor Tr21 is turned off.

次に、配線BL[1]に第2の電流が流れると、ノードNaの電位は、第2の電流と抵抗素子R1の抵抗値に応じた電位に変化する。このときトランジスタTr21はオフ状態であり、ノードNbはフローティング状態となっているため、ノードNaの電位の変化に伴い、ノードNbの電位は容量結合により変化する。ここで、ノードNaの電位の変化をΔVNaとし、容量結合係数を1とすると、ノードNbの電位はVa+ΔVNaとなる。そして、トランジスタTr22のしきい値電圧をVthとすると、配線OL[1]から電位Va+ΔVNa−Vthが出力される。ここで、Va=Vthとすることにより、配線OL[1]から電位ΔVNaを出力することができる。 Next, when a second current flows through the wiring BL [1], the potential of the node Na changes to a potential corresponding to the second current and the resistance value of the resistance element R1. At this time, since the transistor Tr21 is in an off state and the node Nb is in a floating state, the potential of the node Nb changes due to capacitive coupling as the potential of the node Na changes. Here, if the change in the potential of the node Na is ΔV Na and the capacitive coupling coefficient is 1, the potential of the node Nb is Va + ΔV Na . When the threshold voltage of the transistor Tr22 and V th, the potential Va + ΔV Na -V th is output from the wiring OL [1]. Here, by setting Va = V th, it is possible to output the potential [Delta] V Na from the wiring OL [1].

電位ΔVNaは、第1の電流から第2の電流への変化量、抵抗素子R1、及び電位Vrefに応じて定まる。ここで、抵抗素子R1と電位Vrefは既知であるため、電位ΔVNaから配線BLに流れる電流の変化量を求めることができる。 The potential ΔV Na is determined according to the amount of change from the first current to the second current, the resistance element R1, and the potential Vref. Here, since the resistance element R1 and the potential Vref are known, the amount of change in the current flowing from the potential ΔV Na to the wiring BL can be obtained.

上記のようにオフセット回路OFSTによって検出された電流量、及び/又は電流の変化量に対応する信号は、配線OL[1]乃至[n]を介して活性化関数回路ACTVに入力される。 A signal corresponding to the amount of current detected by the offset circuit OFST and / or the amount of change in current as described above is input to the activation function circuit ACTV via the wirings OL [1] to [n].

活性化関数回路ACTVは、配線OL[1]乃至[n]、及び、配線NIL[1]乃至[n]と接続されている。活性化関数回路ACTVは、オフセット回路OFSTから入力された信号を、あらかじめ定義された活性化関数に従って変換するための演算を行う機能を有する。活性化関数としては、例えば、シグモイド関数、tanh関数、softmax関数、ReLU関数、しきい値関数などを用いることができる。活性化関数回路ACTVによって変換された信号は、出力データとして配線NIL[1]乃至[n]に出力される。 The activation function circuit ACTV is connected to the wirings OL [1] to [n] and the wirings NIL [1] to [n]. The activation function circuit ACTV has a function of performing an operation for converting the signal input from the offset circuit OFST according to a predefined activation function. As the activation function, for example, a sigmoid function, a tanh function, a softmax function, a ReLU function, a threshold function, or the like can be used. The signal converted by the activation function circuit ACTV is output as output data to the wirings NIL [1] to [n].

<半導体装置の動作例>
上記の半導体装置MACを用いて、第1のデータと第2のデータの積和演算を行うことができる。以下、積和演算を行う際の半導体装置MACの動作例を説明する。
<Operation example of semiconductor device>
Using the semiconductor device MAC, the product-sum operation of the first data and the second data can be performed. Hereinafter, an operation example of the semiconductor device MAC when performing the product-sum operation will be described.

図17に半導体装置MACの動作例のタイミングチャートを示す。図17には、図15における配線WL[1]、配線WL[2]、配線WD[1]、配線WDref、ノードNM[1,1]、ノードNM[2,1]、ノードNMref[1]、ノードNMref[2]、配線RW[1]、及び配線RW[2]の電位の推移と、電流I[1]−Iα[1]、及び電流IBrefの値の推移を示している。電流I[1]−Iα[1]は、配線BL[1]からメモリセルMC[1,1]、[2,1]に流れる電流の総和に相当する。 FIG. 17 shows a timing chart of an operation example of the semiconductor device MAC. In FIG. 17, the wiring WL [1], the wiring WL [2], the wiring WD [1], the wiring WDref, the node NM [1,1], the node NM [2,1], and the node NMref [1] in FIG. , The transition of the potential of the node NMref [2], the wiring RW [1], and the wiring RW [2], and the transition of the values of the current I B [1] −I α [1] and the current I Bref . . The current I B [1] −I α [1] corresponds to the sum of currents flowing from the wiring BL [1] to the memory cells MC [1,1] and [2,1].

なお、ここでは代表例として図15に示すメモリセルMC[1,1]、[2,1]及びメモリセルMCref[1]、[2]に着目して動作を説明するが、他のメモリセルMC及びメモリセルMCrefも同様に動作させることができる。 Note that the operation will be described here by focusing on the memory cells MC [1,1] and [2,1] and the memory cells MCref [1] and [2] shown in FIG. 15 as representative examples. The MC and the memory cell MCref can be operated similarly.

[第1のデータの格納]
まず、時刻T01−T02において、配線WL[1]の電位がハイレベルとなり、配線WD[1]の電位が接地電位(GND)よりもVPR−VW[1,1]大きい電位となり、配線WDrefの電位が接地電位よりもVPR大きい電位となる。また、配線RW[1]、及び配線RW[2]の電位が基準電位(REFP)となる。なお、電位VW[1,1]はメモリセルMC[1,1]に格納される第1のデータに対応する電位である。また、電位VPRは参照データに対応する電位である。これにより、メモリセルMC[1,1]及びメモリセルMCref[1]が有するトランジスタTr11がオン状態となり、ノードNM[1,1]の電位がVPR−VW[1,1]、ノードNMref[1]の電位がVPRとなる。
[Storage of first data]
First, at time T01-T02, the potential of the wiring WL [1] becomes high level, the potential of the wiring WD [1] becomes V PR −V W [1,1] higher than the ground potential (GND), and the wiring potential of WDref becomes the V PR greater potential than the ground potential. Further, the potentials of the wiring RW [1] and the wiring RW [2] are the reference potential (REFP). Note that the potential V W [1, 1] is a potential corresponding to the first data stored in the memory cell MC [1, 1]. The potential VPR is a potential corresponding to the reference data. Accordingly, the transistor Tr11 included in the memory cell MC [1,1] and the memory cell MCref [1] is turned on, and the potential of the node NM [1,1] is V PR −V W [1,1] and the node NMref. The potential of [1] becomes VPR .

このとき、配線BL[1]からメモリセルMC[1,1]のトランジスタTr12に流れる電流IMC[1,1],0は、次の式で表すことができる。ここで、kはトランジスタTr12のチャネル長、チャネル幅、移動度、及びゲート絶縁膜の容量などで決まる定数である。また、VthはトランジスタTr12のしきい値電圧である。 At this time, a current I MC [1,1], 0 flowing from the wiring BL [1] to the transistor Tr12 of the memory cell MC [1,1] can be expressed by the following equation. Here, k is a constant determined by the channel length, channel width, mobility, capacitance of the gate insulating film, and the like of the transistor Tr12. V th is the threshold voltage of the transistor Tr12.

MC[1,1],0=k(VPR−VW[1,1]−Vth (E1) I MC [1,1], 0 = k (V PR -V W [1,1] -V th) 2 (E1)

また、配線BLrefからメモリセルMCref[1]のトランジスタTr12に流れる電流IMCref[1],0は、次の式で表すことができる。 Further, the current I MCref [1], 0 flowing from the wiring BLref to the transistor Tr12 of the memory cell MCref [1] can be expressed by the following equation.

MCref[1],0=k(VPR−Vth (E2) I MCref [1], 0 = k (V PR −V th ) 2 (E2)

次に、時刻T02−T03において、配線WL[1]の電位がローレベルとなる。これにより、メモリセルMC[1,1]及びメモリセルMCref[1]が有するトランジスタTr11がオフ状態となり、ノードNM[1,1]及びノードNMref[1]の電位が保持される。 Next, at time T02 to T03, the potential of the wiring WL [1] is set to a low level. Accordingly, the transistor Tr11 included in the memory cell MC [1,1] and the memory cell MCref [1] is turned off, and the potentials of the node NM [1,1] and the node NMref [1] are held.

なお、前述の通り、トランジスタTr11としてOSトランジスタを用いることが好ましい。これにより、トランジスタTr11のリーク電流を抑えることができ、ノードNM[1,1]及びノードNMref[1]の電位を正確に保持することができる。 Note that as described above, an OS transistor is preferably used as the transistor Tr11. Accordingly, leakage current of the transistor Tr11 can be suppressed, and the potentials of the node NM [1,1] and the node NMref [1] can be accurately held.

次に、時刻T03−T04において、配線WL[2]の電位がハイレベルとなり、配線WD[1]の電位が接地電位よりもVPR−VW[2,1]大きい電位となり、配線WDrefの電位が接地電位よりもVPR大きい電位となる。なお、電位VW[2,1]はメモリセルMC[2,1]に格納される第1のデータに対応する電位である。これにより、メモリセルMC[2,1]及びメモリセルMCref[2]が有するトランジスタTr11がオン状態となり、ノードNM[1,1]の電位がVPR−VW[2,1]、ノードNMref[1]の電位がVPRとなる。 Next, at time T03-T04, the potential of the wiring WL [2] is at a high level, the potential of the wiring WD [1] is V PR −V W [2,1] higher than the ground potential, and the wiring WDref The potential becomes a potential VPR larger than the ground potential. Note that the potential V W [2, 1] is a potential corresponding to the first data stored in the memory cell MC [2, 1]. As a result, the transistor Tr11 included in the memory cell MC [2,1] and the memory cell MCref [2] is turned on, and the potential of the node NM [1,1] is V PR −V W [2,1] and the node NMref. The potential of [1] becomes VPR .

このとき、配線BL[1]からメモリセルMC[2,1]のトランジスタTr12に流れる電流IMC[2,1],0は、次の式で表すことができる。 At this time, the current I MC [2,1], 0 flowing from the wiring BL [1] to the transistor Tr12 of the memory cell MC [2,1] can be expressed by the following equation.

MC[2,1],0=k(VPR−VW[2,1]−Vth (E3) I MC [2,1], 0 = k (V PR -V W [2,1] -V th) 2 (E3)

また、配線BLrefからメモリセルMCref[2]のトランジスタTr12に流れる電流IMCref[2],0は、次の式で表すことができる。 Further, the current I MCref [2], 0 flowing from the wiring BLref to the transistor Tr12 of the memory cell MCref [2] can be expressed by the following equation.

MCref[2],0=k(VPR−Vth (E4) I MCref [2], 0 = k (V PR −V th ) 2 (E4)

次に、時刻T04−T05において、配線WL[2]の電位がローレベルとなる。これにより、メモリセルMC[2,1]及びメモリセルMCref[2]が有するトランジスタTr11がオフ状態となり、ノードNM[2,1]及びノードNMref[2]の電位が保持される。 Next, at time T04 to T05, the potential of the wiring WL [2] is at a low level. Accordingly, the transistor Tr11 included in the memory cell MC [2,1] and the memory cell MCref [2] is turned off, and the potentials of the node NM [2,1] and the node NMref [2] are held.

以上の動作により、メモリセルMC[1,1]、[2,1]に第1のデータが格納され、メモリセルMCref[1]、[2]に参照データが格納される。 With the above operation, the first data is stored in the memory cells MC [1,1] and [2,1], and the reference data is stored in the memory cells MCref [1] and [2].

ここで、時刻T04−T05において、配線BL[1]及び配線BLrefに流れる電流を考える。配線BLrefには、電流源回路CSから電流が供給される。また、配線BLrefを流れる電流は、カレントミラー回路CM、メモリセルMCref[1]、[2]へ排出される。電流源回路CSから配線BLrefに供給される電流をICref、配線BLrefからカレントミラー回路CMへ排出される電流をICM,0とすると、次の式が成り立つ。 Here, currents flowing through the wiring BL [1] and the wiring BLref from time T04 to T05 are considered. A current is supplied from the current source circuit CS to the wiring BLref. Further, the current flowing through the wiring BLref is discharged to the current mirror circuit CM and the memory cells MCref [1] and [2]. When the current supplied from the current source circuit CS to the wiring BLref is I Cref and the current discharged from the wiring BLref to the current mirror circuit CM is I CM, 0 , the following equation is established.

Cref−ICM,0=IMCref[1],0+IMCref[2],0 (E5) I Cref −I CM, 0 = I MCref [1], 0 + I MCref [2], 0 (E5)

配線BL[1]には、電流源回路CSからの電流が供給される。また、配線BL[1]を流れる電流は、カレントミラー回路CM、メモリセルMC[1,1]、[2,1]へ排出される。また、配線BL[1]からオフセット回路OFSTに電流が流れる。電流源回路CSから配線BL[1]に供給される電流をIC,0、配線BL[1]からオフセット回路OFSTに流れる電流をIα,0とすると、次の式が成り立つ。 A current from the current source circuit CS is supplied to the wiring BL [1]. Further, the current flowing through the wiring BL [1] is discharged to the current mirror circuit CM and the memory cells MC [1,1], [2,1]. In addition, a current flows from the wiring BL [1] to the offset circuit OFST. When the current supplied from the current source circuit CS to the wiring BL [1] is I C, 0 and the current flowing from the wiring BL [1] to the offset circuit OFST is I α, 0 , the following equation is established.

−ICM,0=IMC[1,1],0+IMC[2,1],0+Iα,0 (E6) I C -I CM, 0 = I MC [1,1], 0 + I MC [2,1], 0 + I α, 0 (E6)

[第1のデータと第2のデータの積和演算]
次に、時刻T05−T06において、配線RW[1]の電位が基準電位よりもVX[1]大きい電位となる。このとき、メモリセルMC[1,1]、及びメモリセルMCref[1]のそれぞれの容量素子C11には電位VX[1]が供給され、容量結合によりトランジスタTr12のゲートの電位が上昇する。なお、電位Vx[1]はメモリセルMC[1,1]及びメモリセルMCref[1]に供給される第2のデータに対応する電位である。
[Product-sum operation of first data and second data]
Next, at time T05 to T06, the potential of the wiring RW [1] is V X [1] larger than the reference potential. At this time, the potential V X [1] is supplied to the respective capacitive elements C11 of the memory cell MC [1,1] and the memory cell MCref [1], and the potential of the gate of the transistor Tr12 is increased by capacitive coupling. Note that the potential V x [1] is a potential corresponding to the second data supplied to the memory cell MC [1, 1] and the memory cell MCref [1].

トランジスタTr12のゲートの電位の変化量は、配線RWの電位の変化量に、メモリセルの構成によって決まる容量結合係数を乗じた値となる。容量結合係数は、容量素子C11の容量、トランジスタTr12のゲート容量、及び寄生容量などによって算出される。以下では便宜上、配線RWの電位の変化量とトランジスタTr12のゲートの電位の変化量が同じ、すなわち容量結合係数が1であるとして説明する。実際には、容量結合係数を考慮して電位Vを決定すればよい。 The amount of change in the potential of the gate of the transistor Tr12 is a value obtained by multiplying the amount of change in the potential of the wiring RW by the capacitive coupling coefficient determined by the configuration of the memory cell. The capacitive coupling coefficient is calculated by the capacitance of the capacitive element C11, the gate capacitance of the transistor Tr12, the parasitic capacitance, and the like. Hereinafter, for the sake of convenience, description will be made assuming that the amount of change in potential of the wiring RW and the amount of change in potential of the gate of the transistor Tr12 are the same, that is, the capacitive coupling coefficient is 1. Actually, the potential V x may be determined in consideration of the capacitive coupling coefficient.

メモリセルMC[1]及びメモリセルMCref[1]の容量素子C11に電位VX[1]が供給されると、ノードNN[1]及びノードNMref[1]の電位がそれぞれVX[1]上昇する。 When the potential V X [1] is supplied to the capacitor C11 of the memory cell MC [1] and the memory cell MCref [1], the potentials of the node NN [1] and the node NMref [1] are V X [1], respectively . To rise.

ここで、時刻T05−T06において、配線BL[1]からメモリセルMC[1,1]のトランジスタTr12に流れる電流IMC[1,1],1は、次の式で表すことができる。 Here, from time T05 to T06, the current I MC [1,1], 1 flowing from the wiring BL [1] to the transistor Tr12 of the memory cell MC [1,1] can be expressed by the following equation.

MC[1,1],1=k(VPR−VW[1,1]+VX[1]−Vth (E7) I MC [1,1], 1 = k (V PR -V W [1,1] + V X [1] -V th) 2 (E7)

すなわち、配線RW[1]に電位VX[1]を供給することにより、配線BL[1]からメモリセルMC[1,1]のトランジスタTr12に流れる電流は、ΔIMC[1,1]=IMC[1,1],1−IMC[1,1],0増加する。 That is, by supplying the potential V X [1] to the wiring RW [1], the current flowing from the wiring BL [1] to the transistor Tr12 of the memory cell MC [1,1] is ΔI MC [1,1] = I MC [1,1], 1 −I MC [1,1], 0 is increased.

また、時刻T05−T06において、配線BLrefからメモリセルMCref[1]のトランジスタTr12に流れる電流IMCref[1],1は、次の式で表すことができる。 Further, current I MCref [1], 1 flowing from the wiring BLref to the transistor Tr12 of the memory cell MCref [1] from time T05 to T06 can be expressed by the following equation.

MCref[1],1=k(VPR+VX[1]−Vth (E8) I MCref [1], 1 = k (V PR + V X [1] −V th ) 2 (E8)

すなわち、配線RW[1]に電位VX[1]を供給することにより、配線BLrefからメモリセルMCref[1]のトランジスタTr12に流れる電流は、ΔIMCref[1]=IMCref[1],1−IMCref[1],0増加する。 That is, by supplying the potential V X [1] to the wiring RW [1], the current flowing from the wiring BLref to the transistor Tr12 of the memory cell MCref [1] is ΔI MCref [1] = I MCref [1], 1 -I MCref [1], incremented by 0 .

また、配線BL[1]及び配線BLrefに流れる電流について考える。配線BLrefには、電流源回路CSから電流ICrefが供給される。また、配線BLrefを流れる電流は、カレントミラー回路CM、メモリセルMCref[1]、[2]へ排出される。配線BLrefからカレントミラー回路CMへ排出される電流をICM,1とすると、次の式が成り立つ。 Consider the current flowing through the wiring BL [1] and the wiring BLref. A current I Cref is supplied from the current source circuit CS to the wiring BLref. Further, the current flowing through the wiring BLref is discharged to the current mirror circuit CM and the memory cells MCref [1] and [2]. When the current discharged from the wiring BLref to the current mirror circuit CM is I CM, 1 , the following equation is established.

Cref−ICM,1=IMCref[1],1+IMCref[2],0 (E9) I Cref −I CM, 1 = I MCref [1], 1 + I MCref [2], 0 (E9)

配線BL[1]には、電流源回路CSから電流Iが供給される。また、配線BL[1]を流れる電流は、カレントミラー回路CM、メモリセルMC[1,1]、[2,1]へ排出される。さらに、配線BL[1]からオフセット回路OFSTにも電流が流れる。配線BL[1]からオフセット回路OFSTに流れる電流をIα,1とすると、次の式が成り立つ。 The wiring BL [1], the current I C is supplied from the current source circuit CS. Further, the current flowing through the wiring BL [1] is discharged to the current mirror circuit CM and the memory cells MC [1,1], [2,1]. Further, a current also flows from the wiring BL [1] to the offset circuit OFST. When the current flowing from the wiring BL [1] to the offset circuit OFST is I α, 1 , the following equation is established.

−ICM,1=IMC[1,1],1+IMC[2,1],1+Iα,1 (E10) I C -I CM, 1 = I MC [1,1], 1 + I MC [2,1], 1 + I α, 1 (E10)

そして、式(E1)乃至式(E10)から、電流Iα,0と電流Iα,1の差(差分電流ΔIα)は次の式で表すことができる。 From the equations (E1) to (E10) , the difference between the current I α, 0 and the current I α, 1 (differential current ΔI α ) can be expressed by the following equation.

ΔIα=Iα,0−Iα,1=2kVW[1,1]X[1] (E11) ΔI α = I α, 0 −I α, 1 = 2 kV W [1,1] V X [1] (E11)

このように、差分電流ΔIαは、電位VW[1,1]とVX[1]の積に応じた値となる。 Thus, the differential current ΔI α has a value corresponding to the product of the potentials V W [1, 1] and V X [1] .

その後、時刻T06−T07において、配線RW[1]の電位は接地電位となり、ノードNM[1,1]及びノードNMref[1]の電位は時刻T04−T05と同様になる。 After that, at time T06 to T07, the potential of the wiring RW [1] becomes the ground potential, and the potentials of the node NM [1,1] and the node NMref [1] are the same as those at time T04-T05.

次に、時刻T07−T08において、配線RW[1]の電位が基準電位よりもVX[1]大きい電位となり、配線RW[2]の電位が基準電位よりもVX[2]大きい電位が供給される。これにより、メモリセルMC[1,1]、及びメモリセルMCref[1]のそれぞれの容量素子C11に電位VX[1]が供給され、容量結合によりノードNM[1,1]及びノードNMref[1]の電位がそれぞれVX[1]上昇する。また、メモリセルMC[2,1]、及びメモリセルMCref[2]のそれぞれの容量素子C11に電位VX[2]が供給され、容量結合によりノードNM[2,1]及びノードNMref[2]の電位がそれぞれVX[2]上昇する。 Next, at time T07 to T08, the potential of the wiring RW [1] is V X [1] larger than the reference potential, and the potential of the wiring RW [2] is V X [2] larger than the reference potential. Supplied. As a result, the potential V X [1] is supplied to the respective capacitive elements C11 of the memory cell MC [1,1] and the memory cell MCref [1], and the node NM [1,1] and the node NMref [ 1] is increased by V X [1] . In addition, the potential V X [2] is supplied to the respective capacitor C11 of the memory cell MC [2,1] and the memory cell MCref [2], and the node NM [2,1] and the node NMref [2 ] are connected by capacitive coupling. ] Increases by V X [2] .

ここで、時刻T07−T08において、配線BL[1]からメモリセルMC[2,1]のトランジスタTr12に流れる電流IMC[2,1],1は、次の式で表すことができる。 Here, at time T07-T08, the current I MC [2,1], 1 flowing from the wiring BL [1] to the transistor Tr12 of the memory cell MC [2,1] can be expressed by the following equation.

MC[2,1],1=k(VPR−VW[2,1]+VX[2]−Vth (E12) I MC [2,1], 1 = k (V PR -V W [2,1] + V X [2] -V th) 2 (E12)

すなわち、配線RW[2]に電位VX[2]を供給することにより、配線BL[1]からメモリセルMC[2,1]のトランジスタTr12に流れる電流は、ΔIMC[2,1]=IMC[2,1],1−IMC[2,1],0増加する。 That is, by supplying the potential V X [2] to the wiring RW [2], the current flowing from the wiring BL [1] to the transistor Tr12 of the memory cell MC [2, 1] is ΔI MC [2,1] = I MC [2,1], 1 −I MC [2,1], 0 increases.

また、時刻T05−T06において、配線BLrefからメモリセルMCref[2]のトランジスタTr12に流れる電流IMCref[2],1は、次の式で表すことができる。 Further, current I MCref [2], 1 flowing from the wiring BLref to the transistor Tr12 of the memory cell MCref [2] from time T05 to T06 can be expressed by the following equation.

MCref[2],1=k(VPR+VX[2]−Vth (E13) I MCref [2], 1 = k (V PR + V X [2] −V th ) 2 (E13)

すなわち、配線RW[2]に電位VX[2]を供給することにより、配線BLrefからメモリセルMCref[2]のトランジスタTr12に流れる電流は、ΔIMCref[2]=IMCref[2],1−IMCref[2],0増加する。 That is, by supplying the potential V X [2] to the wiring RW [2], the current flowing from the wiring BLref to the transistor Tr12 of the memory cell MCref [2] is ΔI MCref [2] = I MCref [2], 1 -I MCref [2], incremented by 0 .

また、配線BL[1]及び配線BLrefに流れる電流について考える。配線BLrefには、電流源回路CSから電流ICrefが供給される。また、配線BLrefを流れる電流は、カレントミラー回路CM、メモリセルMCref[1]、[2]へ排出される。配線BLrefからカレントミラー回路CMへ排出される電流をICM,2とすると、次の式が成り立つ。 Consider the current flowing through the wiring BL [1] and the wiring BLref. A current I Cref is supplied from the current source circuit CS to the wiring BLref. Further, the current flowing through the wiring BLref is discharged to the current mirror circuit CM and the memory cells MCref [1] and [2]. When the current discharged from the wiring BLref to the current mirror circuit CM is I CM, 2 , the following equation is established.

Cref−ICM,2=IMCref[1],1+IMCref[2],1 (E14) I Cref −I CM, 2 = I MCref [1], 1 + I MCref [2], 1 (E14)

配線BL[1]には、電流源回路CSから電流Iが供給される。また、配線BL[1]を流れる電流は、カレントミラー回路CM、メモリセルMC[1,1]、[2,1]へ排出される。さらに、配線BL[1]からオフセット回路OFSTにも電流が流れる。配線BL[1]からオフセット回路OFSTに流れる電流をIα,2とすると、次の式が成り立つ。 The wiring BL [1], the current I C is supplied from the current source circuit CS. Further, the current flowing through the wiring BL [1] is discharged to the current mirror circuit CM and the memory cells MC [1,1], [2,1]. Further, a current also flows from the wiring BL [1] to the offset circuit OFST. Assuming that the current flowing from the wiring BL [1] to the offset circuit OFST is I α, 2 , the following equation is established.

−ICM,2=IMC[1,1],1+IMC[2,1],1+Iα,2 (E15) I C -I CM, 2 = I MC [1,1], 1 + I MC [2,1], 1 + I α, 2 (E15)

そして、式(E1)乃至式(E8)、及び、式(E12)乃至式(E15)から、電流Iα,0と電流Iα,2の差(差分電流ΔIα)は次の式で表すことができる。 Then, from the equations (E1) to (E8) and the equations (E12) to (E15) , the difference between the current I α, 0 and the current I α, 2 (differential current ΔI α ) is expressed by the following equation. be able to.

ΔIα=Iα,0−Iα,2=2k(VW[1,1]X[1]+VW[2,1]X[2]) (E16) ΔI α = I α, 0 −I α, 2 = 2k (VW [1,1] VX [1] + VW [2,1] VX [2] ) (E16)

このように、差分電流ΔIαは、電位VW[1,1]と電位VX[1]の積と、電位VW[2,1]と電位VX[2]の積と、を足し合わせた結果に応じた値となる。 As described above, the differential current ΔI α is obtained by adding the product of the potential V W [1, 1] and the potential V X [1] and the product of the potential V W [2, 1] and the potential V X [2]. The value depends on the combined result.

その後、時刻T08−T09において、配線RW[1]、[2]の電位は接地電位となり、ノードNM[1,1]、[2,1]及びノードNMref[1]、[2]の電位は時刻T04−T05と同様になる。 After that, at times T08 to T09, the potentials of the wirings RW [1] and [2] become the ground potential, and the potentials of the nodes NM [1,1] and [2,1] and the nodes NMref [1] and [2] are It becomes the same as time T04-T05.

式(E9)及び式(E16)に示されるように、オフセット回路OFSTに入力される差分電流ΔIαは、第1のデータ(重み)に対応する電位Vと、第2のデータ(入力データ)に対応する電位Vの積を足し合わせた結果に応じた値となる。すなわち、差分電流ΔIαをオフセット回路OFSTで計測することにより、第1のデータと第2のデータの積和演算の結果を得ることができる。 As shown in the equations (E9) and (E16), the difference current ΔI α input to the offset circuit OFST includes the potential V X corresponding to the first data (weight) and the second data (input data). ) corresponding to a value corresponding to the combined result plus the product of the potential V W. That is, by measuring the differential current ΔI α with the offset circuit OFST, it is possible to obtain a product-sum operation result of the first data and the second data.

なお、上記では特にメモリセルMC[1,1]、[2,1]及びメモリセルMCref[1]、[2]に着目したが、メモリセルMC及びメモリセルMCrefの数は任意に設定することができる。メモリセルMC及びメモリセルMCrefの行数mを任意の数とした場合の差分電流ΔIαは、次の式で表すことができる。 In the above description, the memory cells MC [1,1] and [2,1] and the memory cells MCref [1] and [2] are particularly focused. However, the number of the memory cells MC and the memory cells MCref should be arbitrarily set. Can do. The differential current ΔIα when the number of rows m of the memory cell MC and the memory cell MCref is an arbitrary number can be expressed by the following equation.

ΔIα=2kΣW[i,1]X[i] (E17) ΔI α = 2kΣ i V W [i, 1] V X [i] (E17)

また、メモリセルMC及びメモリセルMCrefの列数nを増やすことにより、並列して実行される積和演算の数を増やすことができる。 Further, by increasing the number of columns n of the memory cells MC and the memory cells MCref, the number of product-sum operations executed in parallel can be increased.

以上のように、半導体装置MACを用いることにより、第1のデータと第2のデータの積和演算を行うことができる。なお、メモリセルMC及びメモリセルMCrefとして図15に示す構成を用いることにより、少ないトランジスタ数で積和演算回路を構成することができる。そのため、半導体装置MACの回路規模の縮小を図ることができる。 As described above, by using the semiconductor device MAC, the product-sum operation of the first data and the second data can be performed. Note that by using the structure shown in FIG. 15 as the memory cell MC and the memory cell MCref, a product-sum operation circuit can be formed with a small number of transistors. Therefore, the circuit scale of the semiconductor device MAC can be reduced.

半導体装置MACをニューラルネットワークにおける演算に用いる場合、メモリセルMCの行数mは一のニューロンに供給される入力データの数に対応させ、メモリセルMCの列数nはニューロンの数に対応させることができる。例えば、図13(A)に示す中間層HLにおいて半導体装置MACを用いた積和演算を行う場合を考える。このとき、メモリセルMCの行数mは、入力層ILから供給される入力データの数(入力層ILのニューロンの数)に設定し、メモリセルMCの列数nは、中間層HLのニューロンの数に設定することができる。 When the semiconductor device MAC is used for computation in the neural network, the number of rows m of the memory cells MC corresponds to the number of input data supplied to one neuron, and the number of columns n of the memory cells MC corresponds to the number of neurons. Can do. For example, consider a case where a product-sum operation using the semiconductor device MAC is performed in the intermediate layer HL shown in FIG. At this time, the number m of rows of the memory cells MC is set to the number of input data supplied from the input layer IL (the number of neurons of the input layer IL), and the number of columns n of the memory cells MC is the number of neurons of the intermediate layer HL. Can be set to any number.

なお、半導体装置MACを適用するニューラルネットワークの構造は特に限定されない。例えば半導体装置MACは、畳み込みニューラルネットワーク(CNN)、再帰型ニューラルネットワーク(RNN)、オートエンコーダ、ボルツマンマシン(制限ボルツマンマシンを含む)などに用いることもできる。 Note that the structure of the neural network to which the semiconductor device MAC is applied is not particularly limited. For example, the semiconductor device MAC can also be used for a convolutional neural network (CNN), a recursive neural network (RNN), an auto encoder, a Boltzmann machine (including a limited Boltzmann machine), and the like.

以上のように、半導体装置MACを用いることにより、ニューラルネットワークの積和演算を行うことができる。さらに、セルアレイCAに図15に示すメモリセルMC及びメモリセルMCrefを用いることにより、演算精度の向上、消費電力の削減、又は回路規模の縮小を図ることが可能な集積回路ICを提供することができる。 As described above, by using the semiconductor device MAC, the product-sum operation of the neural network can be performed. Furthermore, by using the memory cell MC and the memory cell MCref shown in FIG. 15 for the cell array CA, an integrated circuit IC capable of improving calculation accuracy, reducing power consumption, or reducing the circuit scale is provided. it can.

本実施の形態は、他の実施の形態などに記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。 This embodiment can be implemented in appropriate combination with the structures described in the other embodiments.

(実施の形態3)
本実施の形態では、本発明の一態様を適用することのできる撮像装置の一例について、図面を参照して説明する。
(Embodiment 3)
In this embodiment, an example of an imaging device to which one embodiment of the present invention can be applied is described with reference to drawings.

<画素回路の構成例>
〔構成例1〕
図18(A)は、画素121に適用可能な画素回路を説明する図である。当該画素回路は、光電変換素子50と、トランジスタ51乃至トランジスタ56と、を有する。
<Configuration example of pixel circuit>
[Configuration example 1]
FIG. 18A is a diagram illustrating a pixel circuit applicable to the pixel 121. The pixel circuit includes a photoelectric conversion element 50 and transistors 51 to 56.

図18(A)に示す画素回路では、光電変換素子50の一方の電極(アノード)は、トランジスタ51のソースまたはドレインの一方と電気的に接続される。光電変換素子50の他方の電極(カソード)は、トランジスタ55のソースまたはドレインの一方と電気的に接続される。トランジスタ55のソースまたはドレインの他方は、トランジスタ56のソースまたはドレインの一方と電気的に接続される。トランジスタ55のゲートは、配線72と電気的に接続される。トランジスタ56のソースまたはドレインの他方は、配線77と電気的に接続される。トランジスタ56のゲートは、配線74と電気的に接続される。 In the pixel circuit illustrated in FIG. 18A, one electrode (anode) of the photoelectric conversion element 50 is electrically connected to one of a source and a drain of the transistor 51. The other electrode (cathode) of the photoelectric conversion element 50 is electrically connected to one of a source and a drain of the transistor 55. The other of the source and the drain of the transistor 55 is electrically connected to one of the source and the drain of the transistor 56. A gate of the transistor 55 is electrically connected to the wiring 72. The other of the source and the drain of the transistor 56 is electrically connected to the wiring 77. A gate of the transistor 56 is electrically connected to the wiring 74.

トランジスタ52のソースまたはドレインの一方は、トランジスタ51のソースまたはドレインの一方と電気的に接続される。トランジスタ52のソースまたはドレインの他方は、配線73と電気的に接続される。トランジスタ52のゲートは、配線76と電気的に接続される。 One of the source and the drain of the transistor 52 is electrically connected to one of the source and the drain of the transistor 51. The other of the source and the drain of the transistor 52 is electrically connected to the wiring 73. A gate of the transistor 52 is electrically connected to the wiring 76.

また、トランジスタ51のソースまたはドレインの他方は、トランジスタ53のゲートと電気的に接続される。トランジスタ53のソースまたはドレインの一方は、トランジスタ54のソースまたはドレインの一方と電気的に接続される。トランジスタ53のソースまたはドレインの他方は、配線79に電気的に接続される。トランジスタ54のソースまたはドレインの他方は、配線71と電気的に接続される。トランジスタ54のゲートは、配線78と電気的に接続される。なお、トランジスタ53のゲートと電気的に接続される容量素子を設けてもよい。 The other of the source and the drain of the transistor 51 is electrically connected to the gate of the transistor 53. One of the source and the drain of the transistor 53 is electrically connected to one of the source and the drain of the transistor 54. The other of the source and the drain of the transistor 53 is electrically connected to the wiring 79. The other of the source and the drain of the transistor 54 is electrically connected to the wiring 71. A gate of the transistor 54 is electrically connected to the wiring 78. Note that a capacitor which is electrically connected to the gate of the transistor 53 may be provided.

光電変換素子50の一方の電極(アノード)と、トランジスタ51のソースまたはドレインの一方と、トランジスタ52のソースまたはドレインの一方と、が電気的に接続する節点が、電荷蓄積部(NR)として機能する。トランジスタ51のソースまたはドレインの他方と、トランジスタ53のゲートと、が電気的に接続する節点が、電荷検出部(ND)として機能する。 A node where one electrode (anode) of the photoelectric conversion element 50, one of the source or drain of the transistor 51, and one of the source or drain of the transistor 52 is electrically connected functions as a charge storage portion (NR). To do. A node where the other of the source and the drain of the transistor 51 and the gate of the transistor 53 are electrically connected functions as a charge detection portion (ND).

ここで、配線71は、画素から信号を出力する出力線としての機能を有することができる。配線73、配線77、配線79は、電源線としての機能を有することができる。例えば、配線73には、低電源電位(例えば、GND)が供給され、配線79には高電源電位(例えば、VDD)が供給される。 Here, the wiring 71 can function as an output line for outputting a signal from the pixel. The wiring 73, the wiring 77, and the wiring 79 can function as power supply lines. For example, the wiring 73 is supplied with a low power supply potential (eg, GND), and the wiring 79 is supplied with a high power supply potential (eg, VDD).

光電変換素子50には、低照度時の光検出感度を高めるためアバランシェ増倍効果を生じる光電変換素子を用いることが好ましい。アバランシェ増倍効果を生じさせるためには、比較的高い電位HVDDが必要となる。したがって、配線77には、比較的高い電位HVDDが供給される。なお、配線77には、低電源電位も供給される。よって、光電変換素子50の他方の電極(カソード)には、トランジスタ55およびトランジスタ56を介して電位HVDDまたは低電源電位のいずれかが供給される。より具体的には、トランジスタ55およびトランジスタ56がnチャネル型のトランジスタである場合、光電変換素子50の他方の電極(カソード)には、低電源電位、または、電位HVDDよりもトランジスタ55のしきい値電圧分およびトランジスタ56のしきい値電圧分低い電位が供給される。なお、光電変換素子50は、アバランシェ増倍効果が生じない電位を印加して使用することもできる。 For the photoelectric conversion element 50, it is preferable to use a photoelectric conversion element that produces an avalanche multiplication effect in order to increase the light detection sensitivity at low illuminance. In order to produce the avalanche multiplication effect, a relatively high potential HVDD is required. Therefore, the wiring 77 is supplied with a relatively high potential HVDD. Note that a low power supply potential is also supplied to the wiring 77. Therefore, the potential HVDD or the low power supply potential is supplied to the other electrode (cathode) of the photoelectric conversion element 50 through the transistor 55 and the transistor 56. More specifically, in the case where the transistors 55 and 56 are n-channel transistors, the other electrode (cathode) of the photoelectric conversion element 50 has a low power supply potential or a threshold of the transistor 55 higher than the potential HVDD. A potential lower by the value voltage and the threshold voltage of the transistor 56 is supplied. The photoelectric conversion element 50 can also be used by applying a potential that does not produce an avalanche multiplication effect.

配線72、配線74、配線75、配線76、配線78は、各トランジスタのオンオフを制御する信号線として機能させることができる。 The wiring 72, the wiring 74, the wiring 75, the wiring 76, and the wiring 78 can function as signal lines for controlling on / off of each transistor.

トランジスタ51は、光電変換素子50の出力に応じて変化する電荷蓄積部(NR)の電位を電荷検出部(ND)に転送する機能を有することができる。トランジスタ52は、電荷蓄積部(NR)および電荷検出部(ND)の電位を初期化する機能を有する。トランジスタ53は、電荷検出部(ND)の電位に応じた信号を出力する機能を有する。トランジスタ54は、信号を読み出す画素を選択する機能を有する。トランジスタ55は、画素121が属する行が選択された場合に、オン状態またはオフ状態となる機能を有する。トランジスタ56は、画素121が属する列が選択された場合に、オン状態またはオフ状態となる機能を有する。 The transistor 51 can have a function of transferring the potential of the charge storage unit (NR) that changes in accordance with the output of the photoelectric conversion element 50 to the charge detection unit (ND). The transistor 52 has a function of initializing the potentials of the charge accumulation unit (NR) and the charge detection unit (ND). The transistor 53 has a function of outputting a signal corresponding to the potential of the charge detection portion (ND). The transistor 54 has a function of selecting a pixel from which a signal is read. The transistor 55 has a function of being turned on or off when the row to which the pixel 121 belongs is selected. The transistor 56 has a function of being turned on or off when the column to which the pixel 121 belongs is selected.

光電変換素子50に高電圧を印加する場合、光電変換素子50と接続されるトランジスタには高電圧に耐えられる高耐圧のトランジスタを用いる必要がある。当該高耐圧のトランジスタには、例えば、OSトランジスタなどを用いることができる。具体的には、トランジスタ51、トランジスタ52、トランジスタ55、およびトランジスタ56にOSトランジスタを適用することが好ましい。 When a high voltage is applied to the photoelectric conversion element 50, it is necessary to use a high breakdown voltage transistor that can withstand the high voltage as a transistor connected to the photoelectric conversion element 50. For example, an OS transistor or the like can be used as the high voltage transistor. Specifically, OS transistors are preferably used as the transistor 51, the transistor 52, the transistor 55, and the transistor 56.

トランジスタ51、トランジスタ52、トランジスタ55、およびトランジスタ56はスイッチング特性が優れていることが望まれるが、トランジスタ53は増幅特性が優れていることが望まれるため、オン電流が高いトランジスタであることが好ましい。したがって、トランジスタ53およびトランジスタ54には、シリコンを活性層または活性領域に用いたトランジスタ(「Siトランジスタ」ともいう)を適用することが好ましい。 The transistor 51, the transistor 52, the transistor 55, and the transistor 56 are desired to have excellent switching characteristics. However, since the transistor 53 is desired to have excellent amplification characteristics, it is preferable that the transistor has a high on-state current. . Therefore, a transistor using silicon as an active layer or an active region (also referred to as “Si transistor”) is preferably used as the transistor 53 and the transistor 54.

トランジスタ51乃至トランジスタ56を上述した構成とすることで、低照度における光の検出感度が高く、ノイズの少ない信号を出力することのできる撮像装置を作製することができる。また、光の検出感度が高いため、光の取り込み時間を短くすることができ、撮像を高速に行うことができる。 With the above-described structures of the transistors 51 to 56, an imaging device with high light detection sensitivity at low illuminance and capable of outputting a signal with little noise can be manufactured. In addition, since the light detection sensitivity is high, the light capture time can be shortened and imaging can be performed at high speed.

なお、上記構成に限らず、トランジスタ53およびトランジスタ54にOSトランジスタを適用してもよい。または、トランジスタ51、トランジスタ52、トランジスタ55、およびトランジスタ56にSiトランジスタを適用してもよい。トランジスタ51乃至トランジスタ56の少なくとも1つにpチャネル型のトランジスタを適用してもよい。 Note that the transistor is not limited to the above structure, and an OS transistor may be applied to the transistor 53 and the transistor 54. Alternatively, Si transistors may be applied to the transistors 51, 52, 55, and 56. A p-channel transistor may be used as at least one of the transistors 51 to 56.

また、例えば、図19(A)に示すように、トランジスタ55、およびトランジスタ56をpチャネル型のトランジスタとしてもよい。いずれの場合においても当該画素回路の撮像動作は可能である。 For example, as illustrated in FIG. 19A, the transistor 55 and the transistor 56 may be p-channel transistors. In any case, the imaging operation of the pixel circuit is possible.

〔動作例1〕
次に、図18(B)のタイミングチャートを用いて、図18(A)に示した画素回路の動作を説明する。なお、本実施の形態では、トランジスタ51乃至トランジスタ56は、nチャネル型のトランジスタとする。また、以下に説明する一例の動作において、トランジスタ52のゲートに接続された配線76には、”H”としてVDD、”L”としてGNDの電位が供給されるものとする。トランジスタ51のゲートに接続された配線75およびトランジスタ54のゲートに接続された配線78には、”H”としてVDD、”L”としてGNDの電位が供給されるものとする。また、トランジスタ53のソースに接続された配線79には、VDDの電位が供給されるものとする。トランジスタ55のゲートに接続された配線72およびトランジスタ56のゲートに接続された配線74には、”H”としてHVDD、”L”としてGNDの電位が供給されるものとする。なお、各配線に上記以外の電位を供給する形態とすることもできる。
[Operation example 1]
Next, operation of the pixel circuit illustrated in FIG. 18A will be described with reference to a timing chart in FIG. Note that in this embodiment, the transistors 51 to 56 are n-channel transistors. In an example operation described below, the wiring 76 connected to the gate of the transistor 52 is supplied with VDD as “H” and GND as “L”. The wiring 75 connected to the gate of the transistor 51 and the wiring 78 connected to the gate of the transistor 54 are supplied with VDD as “H” and GND as “L”. Further, the potential of VDD is supplied to the wiring 79 connected to the source of the transistor 53. The wiring 72 connected to the gate of the transistor 55 and the wiring 74 connected to the gate of the transistor 56 are supplied with HVDD as “H” and GND as “L”. Note that a potential other than the above may be supplied to each wiring.

[リセット動作]
時刻T1に、配線77にGNDを供給し、配線72、配線74、配線75、および配線76を”H”とし、電荷蓄積部(NR)および電荷検出部(ND)の電位をリセット電位(GND)に設定する。
[Reset operation]
At time T1, GND is supplied to the wiring 77, the wiring 72, the wiring 74, the wiring 75, and the wiring 76 are set to “H”, and the potentials of the charge storage portion (NR) and the charge detection portion (ND) are reset to the reset potential (GND). ).

時刻T2に、配線72、配線74、配線75、および配線76を”L”とする。すると、電荷蓄積部(NR)および電荷検出部(ND)の電位がリセット電位(GND)のまま保持される。 At time T2, the wiring 72, the wiring 74, the wiring 75, and the wiring 76 are set to “L”. Then, the potentials of the charge accumulation unit (NR) and the charge detection unit (ND) are held at the reset potential (GND).

時刻T3に、配線77にHVDDを供給する。時刻T1乃至時刻T3までの動作は、撮像素子が有する全画素に対して、同時に行なうことができる。 At time T3, HVDD is supplied to the wiring 77. The operations from time T1 to time T3 can be performed simultaneously on all the pixels included in the image sensor.

[蓄積動作]
時刻T4に、配線72および配線74を”H”とすることで、電荷蓄積部(NR)の電位が変化する(蓄積動作)。電荷蓄積部(NR)の電位は、光電変換素子50に入射した光の強度に応じてGNDから最大でHVDDまで変化する。
[Accumulation operation]
By setting the wiring 72 and the wiring 74 to “H” at time T4, the potential of the charge storage portion (NR) changes (accumulation operation). The potential of the charge storage unit (NR) changes from GND to HVDD at the maximum according to the intensity of light incident on the photoelectric conversion element 50.

[転送動作]
時刻T5に配線75を”H”とし、電荷蓄積部(NR)の電荷を電荷検出部(ND)に転送する。
[Transfer operation]
At time T5, the wiring 75 is set to “H”, and the charge in the charge storage portion (NR) is transferred to the charge detection portion (ND).

[保持動作]
時刻T6に配線72、配線74、および配線75を”L”とする。この時点で電荷検出部(ND)の電位が確定される。電荷検出部(ND)に、光電変換素子50に入射した光の強度に応じた電位が保持される。
[Holding operation]
At time T6, the wiring 72, the wiring 74, and the wiring 75 are set to “L”. At this point, the potential of the charge detection unit (ND) is determined. A potential corresponding to the intensity of light incident on the photoelectric conversion element 50 is held in the charge detection unit (ND).

なお、配線72、配線74、および配線76を”L”とすると、光電変換素子50および電荷蓄積部(NR)がフローティング状態となる。光電変換素子50がフローティング状態である場合、光照射により生成された正孔と電子はすぐに再結合して消滅する。このため、保持動作中に光電変換素子50に光が照射されても、電荷蓄積部(NR)の電位は実質的に変わらない。 Note that when the wiring 72, the wiring 74, and the wiring 76 are set to “L”, the photoelectric conversion element 50 and the charge storage portion (NR) are in a floating state. When the photoelectric conversion element 50 is in a floating state, holes and electrons generated by light irradiation immediately recombine and disappear. For this reason, even if light is applied to the photoelectric conversion element 50 during the holding operation, the potential of the charge storage portion (NR) does not substantially change.

よって、図19(B)に示すように、トランジスタ51および配線75を設けず、電荷蓄積部(NR)と電荷検出部(ND)を兼用することもできる。この場合、前述した転送動作を省略することができる。 Therefore, as illustrated in FIG. 19B, the transistor 51 and the wiring 75 are not provided, and the charge accumulation portion (NR) and the charge detection portion (ND) can be used together. In this case, the transfer operation described above can be omitted.

[読み出し動作]
時刻T7から時刻T8までの期間に配線78を”H”とし、電荷検出部(ND)の電位に応じた信号を配線71出力する。すなわち、蓄積動作において光電変換素子50に入射した光の強度に応じた出力信号を得ることができる。
[Read operation]
In a period from time T7 to time T8, the wiring 78 is set to “H”, and a signal corresponding to the potential of the charge detection portion (ND) is output to the wiring 71. That is, an output signal corresponding to the intensity of light incident on the photoelectric conversion element 50 in the accumulation operation can be obtained.

〔構成例2〕
図20(A)は、画素121に適用可能な画素回路の他の構成例を説明する図である。当該画素回路は、光電変換素子50と、トランジスタ51乃至トランジスタ55と、を有する。なお、説明の繰り返しを減らすため、主に図18(A)を用いて説明した構成例1と異なる点について説明する。
[Configuration example 2]
FIG. 20A is a diagram illustrating another configuration example of a pixel circuit applicable to the pixel 121. The pixel circuit includes a photoelectric conversion element 50 and transistors 51 to 55. Note that, in order to reduce the repetition of the description, differences from the configuration example 1 described mainly with reference to FIG.

図20(A)に示す画素回路では、光電変換素子50の一方の電極(アノード)は、トランジスタ51のソースまたはドレインの一方、トランジスタ52のソースまたはドレインの一方、およびトランジスタ55のソースまたはドレインの一方と電気的に接続される。光電変換素子50の他方の電極(カソード)は、配線77と電気的に接続される。トランジスタ52のソースまたはドレインの他方とトランジスタ55のソースまたはドレインの他方は、配線73と電気的に接続される。トランジスタ52のゲートは、配線74と電気的に接続される。トランジスタ55のゲートは、配線72と電気的に接続される。光電変換素子50の一方の電極(アノード)、トランジスタ51のソースまたはドレインの一方、トランジスタ52のソースまたはドレインの一方、およびトランジスタ55のソースまたはドレインの一方が電気的に接続する節点が、電荷蓄積部(NR)として機能する。 In the pixel circuit illustrated in FIG. 20A, one electrode (anode) of the photoelectric conversion element 50 is connected to one of the source and the drain of the transistor 51, one of the source and the drain of the transistor 52, and the source or the drain of the transistor 55. Electrically connected to one side. The other electrode (cathode) of the photoelectric conversion element 50 is electrically connected to the wiring 77. The other of the source and the drain of the transistor 52 and the other of the source and the drain of the transistor 55 are electrically connected to the wiring 73. A gate of the transistor 52 is electrically connected to the wiring 74. A gate of the transistor 55 is electrically connected to the wiring 72. One node (anode) of the photoelectric conversion element 50, one of the source and drain of the transistor 51, one of the source and drain of the transistor 52, and one of the source and drain of the transistor 55 are electrically connected to each other. Part (NR).

その他の構成は図18(A)に示した画素回路と同じであるため、その説明は省略する。図20(A)に示す画素回路において、トランジスタ52およびトランジスタ55は、電荷蓄積部(NR)および電荷検出部(ND)の電位を初期化する機能を有する。トランジスタ55は、画素121が属する行が選択された場合にオフ状態、非選択である場合にオン状態となる機能を有する。トランジスタ52は、画素121が属する列が選択された場合にオフ状態、非選択である場合にオン状態となる機能を有する。 The other structures are the same as those of the pixel circuit shown in FIG. In the pixel circuit illustrated in FIG. 20A, the transistor 52 and the transistor 55 have a function of initializing potentials of the charge accumulation portion (NR) and the charge detection portion (ND). The transistor 55 has a function of being turned off when a row to which the pixel 121 belongs is selected and turned on when not selected. The transistor 52 has a function of being turned off when a column to which the pixel 121 belongs is selected and turned on when not selected.

〔動作例2〕
次に、図20(B)のタイミングチャートを用いて、図20(A)に示した画素回路の動作を説明する。なお、説明の繰り返しを減らすため、主に図18(B)を用いて説明した動作例1と異なる点について説明する。
[Operation example 2]
Next, operation of the pixel circuit illustrated in FIG. 20A will be described with reference to a timing chart in FIG. Note that, in order to reduce the repetition of the description, differences from the operation example 1 described mainly with reference to FIG. 18B will be described.

また、以下に説明する一例の動作において、配線72および配線74には、”H”としてVDD、”L”としてGNDの電位が供給されるものとする。配線77には、HVDDが供給されるものとする。 In an example operation described below, the wiring 72 and the wiring 74 are supplied with the potential of VDD as “H” and the potential of GND as “L”. It is assumed that HVDD is supplied to the wiring 77.

[リセット動作]
時刻T11に、配線72、配線74、および配線75を”H”とし、電荷蓄積部(NR)および電荷検出部(ND)の電位をリセット電位(GND)に設定する。
[Reset operation]
At time T11, the wiring 72, the wiring 74, and the wiring 75 are set to “H”, and the potentials of the charge accumulation portion (NR) and the charge detection portion (ND) are set to the reset potential (GND).

時刻T12に、配線75を”L”とする。すると、電荷検出部(ND)の電位がリセット電位(GND)のまま保持される。 At time T12, the wiring 75 is set to “L”. Then, the potential of the charge detection unit (ND) is held at the reset potential (GND).

[蓄積動作]
時刻T13に、配線72および配線74を”L”とすることで、電荷蓄積部(NR)の電位が変化する(蓄積動作)。電荷蓄積部(NR)の電位は、光電変換素子50に入射した光の強度に応じてGNDから最大でHVDDまで変化する。
[Accumulation operation]
By setting the wiring 72 and the wiring 74 to “L” at time T13, the potential of the charge storage portion (NR) changes (accumulation operation). The potential of the charge storage unit (NR) changes from GND to HVDD at the maximum according to the intensity of light incident on the photoelectric conversion element 50.

[転送動作]
時刻T14に配線75を”H”とし、電荷蓄積部(NR)の電荷を電荷検出部(ND)に転送する。
[Transfer operation]
At time T14, the wiring 75 is set to “H”, and the charge in the charge storage portion (NR) is transferred to the charge detection portion (ND).

[保持動作]
時刻T15に配線75を”L”とする。この時点で電荷検出部(ND)の電位が確定される。電荷検出部(ND)に、光電変換素子50に入射した光の強度に応じた電位が保持される。
[Holding operation]
The wiring 75 is set to “L” at time T15. At this point, the potential of the charge detection unit (ND) is determined. A potential corresponding to the intensity of light incident on the photoelectric conversion element 50 is held in the charge detection unit (ND).

[読み出し動作]
時刻T16から時刻T17までの期間に配線78を”H”とし、電荷検出部(ND)の電位に応じた信号を配線71出力する。すなわち、蓄積動作において光電変換素子50に入射した光の強度に応じた出力信号を得ることができる。
[Read operation]
In a period from time T16 to time T17, the wiring 78 is set to “H”, and a signal corresponding to the potential of the charge detection portion (ND) is output to the wiring 71. That is, an output signal corresponding to the intensity of light incident on the photoelectric conversion element 50 in the accumulation operation can be obtained.

なお、図21に示すように、トランジスタ51および配線75を設けず、電荷蓄積部(NR)と電荷検出部(ND)を兼用することもできる。この場合、前述した転送動作を省略することができる。 As shown in FIG. 21, the transistor 51 and the wiring 75 are not provided, and the charge storage unit (NR) and the charge detection unit (ND) can also be used. In this case, the transfer operation described above can be omitted.

また、第1画素群と第2画素群を有する撮像素子に、図21に示した画素回路を用いる場合、はじめに第1画素群に含まれる画素のトランジスタ52とトランジスタ55をオフ状態として第1画素群の蓄積動作を行い、続けて第1画素群と第2画素群に含まれる画素のトランジスタ52とトランジスタ55をオフ状態として蓄積動作を行なってもよい。前述した転送動作および保持動作を省略することができる。 When the pixel circuit shown in FIG. 21 is used for an imaging device having the first pixel group and the second pixel group, the first pixel is set by first turning off the transistor 52 and the transistor 55 of the pixels included in the first pixel group. A group accumulation operation may be performed, and then the accumulation operation may be performed with the transistors 52 and 55 of the pixels included in the first pixel group and the second pixel group turned off. The transfer operation and holding operation described above can be omitted.

この場合、第1画素群の画素は、第1撮像情報と第2撮像情報が加算された混合撮像情報が蓄積される。第1撮像情報は、混合撮像情報から第2撮像情報を減算して取得できる。 In this case, the mixed imaging information obtained by adding the first imaging information and the second imaging information is accumulated in the pixels of the first pixel group. The first imaging information can be obtained by subtracting the second imaging information from the mixed imaging information.

<画素の構成例>
図22(A)に、上述した画素回路を有する撮像素子の構成例を示す。当該画素は、層61、層62および層63を有し、それぞれが互いに重なる領域を有する構成とすることができる。
<Pixel configuration example>
FIG. 22A illustrates a configuration example of an imaging element having the pixel circuit described above. The pixel can include a layer 61, a layer 62, and a layer 63, each of which has a region that overlaps with each other.

層61は、光電変換素子50の構成を有する。光電変換素子50は、画素電極に相当する電極65と、光電変換部66と、共通電極に相当する電極67を有する。 The layer 61 has the configuration of the photoelectric conversion element 50. The photoelectric conversion element 50 includes an electrode 65 corresponding to a pixel electrode, a photoelectric conversion unit 66, and an electrode 67 corresponding to a common electrode.

電極65には、低抵抗の金属層などを用いることが好ましい。例えば、アルミニウム、チタン、タングステン、タンタル、銀またはそれらの積層を用いることができる。 The electrode 65 is preferably a low-resistance metal layer. For example, aluminum, titanium, tungsten, tantalum, silver, or a stacked layer thereof can be used.

電極67には、可視光に対して高い透光性を有する導電層を用いることが好ましい。例えば、インジウム酸化物、錫酸化物、亜鉛酸化物、インジウム−錫酸化物、ガリウム−亜鉛酸化物、インジウム−ガリウム−亜鉛酸化物、またはグラフェンなどを用いることができる。なお、電極67を省く構成とすることもできる。 For the electrode 67, a conductive layer having a high light-transmitting property with respect to visible light is preferably used. For example, indium oxide, tin oxide, zinc oxide, indium-tin oxide, gallium-zinc oxide, indium-gallium-zinc oxide, graphene, or the like can be used. Note that the electrode 67 may be omitted.

光電変換部66には、例えばセレン系材料を光電変換層としたpn接合型フォトダイオードなどを用いることができる。層66aとしてはp型半導体であるセレン系材料を用い、層66bとしてはn型半導体であるガリウム酸化物などを用いることが好ましい。 For the photoelectric conversion unit 66, for example, a pn junction photodiode using a selenium-based material as a photoelectric conversion layer can be used. It is preferable to use a selenium-based material that is a p-type semiconductor for the layer 66a and a gallium oxide that is an n-type semiconductor for the layer 66b.

セレン系材料を用いた光電変換素子は、可視光に対する外部量子効率が高い特性を有する。当該光電変換素子では、アバランシェ増倍効果を利用することにより、入射される光量に対する電子の増幅が大きい高感度のセンサとすることができる。また、セレン系材料は光吸収係数が高いため、光電変換層を薄膜で作製できるなどの生産上の利点を有する。セレン系材料の薄膜は、真空蒸着法またはスパッタ法などを用いて形成することができる。 A photoelectric conversion element using a selenium-based material has a high external quantum efficiency with respect to visible light. In the photoelectric conversion element, by using the avalanche multiplication effect, a highly sensitive sensor with a large amplification of electrons with respect to the amount of incident light can be obtained. In addition, since the selenium-based material has a high light absorption coefficient, it has production advantages such that the photoelectric conversion layer can be formed as a thin film. A thin film of a selenium-based material can be formed using a vacuum evaporation method, a sputtering method, or the like.

セレン系材料としては、単結晶セレンや多結晶セレンなどの結晶性セレン、非晶質セレン、銅、インジウム、セレンの化合物(CIS)、または、銅、インジウム、ガリウム、セレンの化合物(CIGS)などを用いることができる。 Examples of the selenium-based material include crystalline selenium such as single crystal selenium and polycrystalline selenium, amorphous selenium, copper, indium, selenium compound (CIS), or copper, indium, gallium, selenium compound (CIGS), etc. Can be used.

n型半導体は、バンドギャップが広く、可視光に対して透光性を有する材料で形成することが好ましい。例えば、亜鉛酸化物、ガリウム酸化物、インジウム酸化物、錫酸化物、またはそれらが混在した酸化物などを用いることができる。また、これらの材料は正孔注入阻止層としての機能も有し、暗電流を小さくすることもできる。 The n-type semiconductor is preferably formed using a material having a wide band gap and a light-transmitting property with respect to visible light. For example, zinc oxide, gallium oxide, indium oxide, tin oxide, or an oxide in which they are mixed can be used. These materials also have a function as a hole injection blocking layer, and can reduce the dark current.

なお、層61は上記構成に限らず、層66aにp型シリコン半導体またはn型シリコン半導体の一方を用い、層66bにp型シリコン半導体またはn型シリコン半導体の他方を用いたpn接合型フォトダイオードであってもよい。または、層66aと層66bとの間にi型シリコン半導体層を設けたpin接合型フォトダイオードであってもよい。 Note that the layer 61 is not limited to the above structure, and a pn junction photodiode using one of a p-type silicon semiconductor and an n-type silicon semiconductor as the layer 66a and the other of the p-type silicon semiconductor and the n-type silicon semiconductor as the layer 66b. It may be. Alternatively, a pin junction photodiode in which an i-type silicon semiconductor layer is provided between the layer 66a and the layer 66b may be used.

上記pn接合型フォトダイオードまたはpin接合型フォトダイオードは、単結晶シリコンを用いて形成することができる。このとき、層61と層62とは、貼り合わせ工程を用いて電気的な接合を得ることが好ましい。また、pin接合型フォトダイオードとしては、非晶質シリコン、微結晶シリコン、多結晶シリコンなどの薄膜を用いて形成することもできる。 The pn junction photodiode or the pin junction photodiode can be formed using single crystal silicon. At this time, it is preferable that the layer 61 and the layer 62 are electrically joined using a bonding process. Further, the pin junction photodiode can be formed using a thin film such as amorphous silicon, microcrystalline silicon, or polycrystalline silicon.

層62は、例えば、OSトランジスタ(トランジスタ51乃至トランジスタ56)を有する層とすることができる。図18(A)に示す画素の回路構成では、光電変換素子50に入射される光の強度が小さいときに電荷検出部(ND)の電位が小さくなる。OSトランジスタは極めてオフ電流が低いため、ゲート電位が極めて小さい場合においても当該ゲート電位に応じた電流を正確に出力することができる。したがって、検出することのできる照度のレンジ、すなわちダイナミックレンジを広げることができる。 The layer 62 can be a layer including an OS transistor (transistors 51 to 56), for example. In the circuit configuration of the pixel shown in FIG. 18A, the potential of the charge detection portion (ND) is small when the intensity of light incident on the photoelectric conversion element 50 is small. Since the OS transistor has an extremely low off-state current, a current corresponding to the gate potential can be accurately output even when the gate potential is extremely small. Therefore, the range of illuminance that can be detected, that is, the dynamic range can be expanded.

また、トランジスタ51、トランジスタ52、トランジスタ55、およびトランジスタ56の低いオフ電流特性によって、電荷検出部(ND)および電荷蓄積部(NR)で電荷を保持できる期間を極めて長くすることができる。そのため、回路構成や動作方法を複雑にすることなく、全画素で同時に電荷の蓄積動作を行うグローバルシャッタ方式を適用することもできる。 In addition, due to the low off-state current characteristics of the transistor 51, the transistor 52, the transistor 55, and the transistor 56, the period in which charge can be held in the charge detection portion (ND) and the charge accumulation portion (NR) can be extremely long. Therefore, it is possible to apply a global shutter system in which charge accumulation is performed simultaneously in all pixels without complicating the circuit configuration and operation method.

層63は、支持基板またはSiトランジスタ(トランジスタ53、トランジスタ54)を有する層とすることができる。当該Siトランジスタは、単結晶シリコン基板に活性領域を有する構成のほか、絶縁表面上に結晶系のシリコン活性層を有する構成とすることができる。なお、層63に単結晶シリコン基板を用いる場合は、当該単結晶シリコン基板にpn接合型フォトダイオードまたはpin接合型フォトダイオードを形成してもよい。この場合、層61を省くことができる。 The layer 63 can be a supporting substrate or a layer having a Si transistor (transistor 53, transistor 54). The Si transistor can have a structure having an active region on a single crystal silicon substrate and a crystalline silicon active layer on an insulating surface. Note that in the case where a single crystal silicon substrate is used for the layer 63, a pn junction photodiode or a pin junction photodiode may be formed over the single crystal silicon substrate. In this case, the layer 61 can be omitted.

図22(B)は、撮像素子120に相当する撮像素子89の回路構成例を説明するブロック図である。当該撮像素子は、マトリクス状に配列された画素80を有する画素アレイ81と、画素アレイ81の行を選択する機能を有する回路82(ロードライバ)と、画素アレイ81の列を選択する機能を有する回路86(カラムドライバ)と、画素80の出力信号に対して相関二重サンプリング処理を行うための回路83(CDS回路)と、回路83から出力されたアナログデータをデジタルデータに変換する機能を有する回路84(A/D変換回路等)と、回路84で変換されたデータを選択して読み出す機能を有する回路85と、を有する。なお、回路83を設けない構成とすることもできる。 FIG. 22B is a block diagram illustrating a circuit configuration example of an image sensor 89 corresponding to the image sensor 120. The imaging element has a pixel array 81 having pixels 80 arranged in a matrix, a circuit 82 (row driver) having a function of selecting a row of the pixel array 81, and a function of selecting a column of the pixel array 81. A circuit 86 (column driver); a circuit 83 (CDS circuit) for performing correlated double sampling processing on the output signal of the pixel 80; and a function of converting analog data output from the circuit 83 into digital data. A circuit 84 (A / D conversion circuit or the like), and a circuit 85 having a function of selecting and reading data converted by the circuit 84. Note that the circuit 83 may be omitted.

例えば、光電変換素子を除く画素アレイ81の要素は、図22(A)に示す層62に設けることができる。回路82乃至回路85の要素は、層63に設けることができる。これらの回路はシリコントランジスタを用いたCMOS回路で構成することができる。 For example, the elements of the pixel array 81 excluding the photoelectric conversion element can be provided in the layer 62 illustrated in FIG. Elements of the circuits 82 to 85 can be provided in the layer 63. These circuits can be constituted by CMOS circuits using silicon transistors.

当該構成とすることで、それぞれの回路に適したトランジスタを用いることができ、かつ撮像素子の面積を小さくすることができる。 With such a structure, a transistor suitable for each circuit can be used, and the area of the imaging element can be reduced.

図23(A)、(B)、(C)は、図22(A)に示す撮像素子の具体的な構成を説明する図である。説明を分かり易くするため、図23(A)、(B)、(C)では、撮像素子が有する画素の一部を示しててる。図23(A)は、トランジスタ51、53、54、55のチャネル長方向を示す断面図である。図23(B)は一点鎖線A1−A2の断面図であり、トランジスタ52のチャネル幅方向の断面を示している。図23(C)は一点鎖線B1−B2の断面図であり、トランジスタ53のチャネル幅方向の断面を示している。 23A, 23B, and 23C are diagrams illustrating a specific configuration of the imaging element illustrated in FIG. For easy understanding, FIGS. 23A, 23B, and 23C show some of the pixels included in the image sensor. FIG. 23A is a cross-sectional view illustrating the channel length direction of the transistors 51, 53, 54, and 55. FIG. 23B is a cross-sectional view taken along dashed-dotted line A1-A2 and illustrates a cross section of the transistor 52 in the channel width direction. FIG. 23C is a cross-sectional view along dashed-dotted line B1-B2 and shows a cross section of the transistor 53 in the channel width direction.

撮像素子は、層61乃至層63の積層とすることができる。層61は、セレン層を有する光電変換素子50の他、隔壁92を有する構成とすることができる。隔壁92は、電極65の段差を覆うように設けられる。光電変換素子50に用いるセレン層は高抵抗であり、画素間で分離しない構成とすることができる。 The imaging element can be a stack of layers 61 to 63. The layer 61 can include a partition 92 in addition to the photoelectric conversion element 50 having a selenium layer. The partition wall 92 is provided so as to cover the step of the electrode 65. The selenium layer used for the photoelectric conversion element 50 has a high resistance and can be configured not to be separated between pixels.

層62にはOSトランジスタであるトランジスタ51、52、55、56が設けられる。トランジスタ51、トランジスタ52はともにバックゲート91を有する構成を示している。なお、トランジスタ51、52、55、56は、少なくともいずれかがバックゲートを有する形態であってもよい。バックゲート91は、図23(B)に示すように対向して設けられるトランジスタのフロントゲートと電気的に接続する場合がある。または、バックゲート91にフロントゲートとは異なる固定電位を供給することができる構成であってもよい。 The layer 62 is provided with transistors 51, 52, 55, and 56 which are OS transistors. The transistors 51 and 52 both have a structure having a back gate 91. Note that at least one of the transistors 51, 52, 55, and 56 may have a back gate. As shown in FIG. 23B, the back gate 91 may be electrically connected to a front gate of a transistor provided to face the back gate 91. Alternatively, the back gate 91 may be configured to be able to supply a fixed potential different from that of the front gate.

また、図23(A)では、OSトランジスタとしてセルフアラインのトップゲート型トランジスタを例示しているが、図24(A)に示すように、ノンセルフアライン型のトランジスタであってもよい。 In FIG. 23A, a self-aligned top gate transistor is illustrated as the OS transistor, but a non-self-aligned transistor may be used as shown in FIG.

層63には、Siトランジスタであるトランジスタ53およびトランジスタ54が設けられる。図23(A)においてSiトランジスタはシリコン基板400に設けられたフィン型の半導体層を有する構成を例示しているが、図24(B)に示すように、シリコン基板201に活性領域を有するプレーナー型であってもよい。または、図18(C)に示すようにシリコン薄膜の半導体層210を有するトランジスタであってもよい。半導体層210は、例えば、シリコン基板202上の絶縁層220上に形成された単結晶シリコン(SOI(Silicon on Insulator))とすることができる。または、ガラス基板などの絶縁表面上に形成された多結晶シリコンであってもよい。この他、層63には画素を駆動するための回路を設けることができる。 In the layer 63, a transistor 53 and a transistor 54 which are Si transistors are provided. In FIG. 23A, the Si transistor exemplifies a structure having a fin-type semiconductor layer provided on the silicon substrate 400. However, as shown in FIG. 24B, a planar substrate having an active region in the silicon substrate 201. It may be a mold. Alternatively, as illustrated in FIG. 18C, a transistor including a silicon thin film semiconductor layer 210 may be used. The semiconductor layer 210 can be, for example, single crystal silicon (SOI (Silicon on Insulator)) formed on the insulating layer 220 on the silicon substrate 202. Alternatively, it may be polycrystalline silicon formed on an insulating surface such as a glass substrate. In addition, the layer 63 can be provided with a circuit for driving a pixel.

OSトランジスタが形成される領域とSiトランジスタが形成される領域との間には、水素の拡散を防止する機能を有する絶縁層93が設けられる。トランジスタ53、54の活性領域近傍に設けられる絶縁層中の水素はシリコンのダングリングボンドを終端する。一方、トランジスタ51、52の活性層である酸化物半導体層の近傍に設けられる絶縁層中の水素は、酸化物半導体層中にキャリアを生成する要因の一つとなる。 An insulating layer 93 having a function of preventing hydrogen diffusion is provided between the region where the OS transistor is formed and the region where the Si transistor is formed. Hydrogen in the insulating layer provided in the vicinity of the active regions of the transistors 53 and 54 terminates dangling bonds of silicon. On the other hand, hydrogen in the insulating layer provided in the vicinity of the oxide semiconductor layer which is an active layer of the transistors 51 and 52 is one of the factors that generate carriers in the oxide semiconductor layer.

絶縁層93により、一方の層に水素を閉じ込めることでトランジスタ53、54の信頼性を向上させることができる。また、一方の層から他方の層への水素の拡散が抑制されることでトランジスタ51、52の信頼性も向上させることができる。 The reliability of the transistors 53 and 54 can be improved by confining hydrogen in one layer by the insulating layer 93. In addition, since the diffusion of hydrogen from one layer to the other layer is suppressed, the reliability of the transistors 51 and 52 can be improved.

絶縁層93としては、例えば、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化窒化ガリウム、酸化イットリウム、酸化窒化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化窒化ハフニウム、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)等を用いることができる。 As the insulating layer 93, for example, aluminum oxide, aluminum oxynitride, gallium oxide, gallium oxynitride, yttrium oxide, yttrium oxynitride, hafnium oxide, hafnium oxynitride, yttria-stabilized zirconia (YSZ), or the like can be used.

図25(A)は、本発明の一態様の撮像素子にカラーフィルタ等を付加した例を示す断面図である。当該断面図では、3画素分の画素回路を有する領域の一部を示している。光電変換素子50が形成される層61上には、絶縁層300が形成される。絶縁層300は可視光に対して透光性の高い酸化シリコン膜などを用いることができる。また、パッシベーション膜として窒化シリコン膜を積層してもよい。また、反射防止膜として、酸化ハフニウムなどの誘電体膜を積層してもよい。 FIG. 25A is a cross-sectional view illustrating an example in which a color filter or the like is added to the imaging element of one embodiment of the present invention. In the cross-sectional view, a part of a region having a pixel circuit for three pixels is shown. An insulating layer 300 is formed on the layer 61 where the photoelectric conversion element 50 is formed. The insulating layer 300 can be formed using a silicon oxide film having high light-transmitting property with respect to visible light. A silicon nitride film may be stacked as a passivation film. Further, a dielectric film such as hafnium oxide may be laminated as the antireflection film.

絶縁層300上には、遮光層310が形成されてもよい。遮光層310は、上部のカラーフィルタを通る光の混色を防止する機能を有する。遮光層310には、アルミニウム、タングステンなどの金属層を用いることができる。また、当該金属層と反射防止膜としての機能を有する誘電体膜を積層してもよい。 A light shielding layer 310 may be formed on the insulating layer 300. The light shielding layer 310 has a function of preventing color mixing of light passing through the upper color filter. For the light-blocking layer 310, a metal layer such as aluminum or tungsten can be used. Further, the metal layer and a dielectric film having a function as an antireflection film may be stacked.

絶縁層300および遮光層310上には、平坦化膜として有機樹脂層320を設けることができる。また、画素別にカラーフィルタ330(カラーフィルタ330a、カラーフィルタ330b、カラーフィルタ330c)が形成される。例えば、カラーフィルタ330a、カラーフィルタ330bおよびカラーフィルタ330cに、R(赤)、G(緑)、B(青)、Y(黄)、C(シアン)、M(マゼンタ)などの色を割り当てることにより、カラー画像を得ることができる。 An organic resin layer 320 can be provided as a planarization film over the insulating layer 300 and the light shielding layer 310. A color filter 330 (color filter 330a, color filter 330b, color filter 330c) is formed for each pixel. For example, colors such as R (red), G (green), B (blue), Y (yellow), C (cyan), and M (magenta) are assigned to the color filters 330a, 330b, and 330c. Thus, a color image can be obtained.

カラーフィルタ330上には、可視光に対して透光性を有する絶縁層360などを設けることができる。 An insulating layer 360 having a light-transmitting property with respect to visible light or the like can be provided over the color filter 330.

また、図25(B)に示すように、カラーフィルタ330の代わりに光学変換層350を用いてもよい。このような構成とすることで、様々な波長領域における画像が得られる撮像素子とすることができる。 In addition, as shown in FIG. 25B, an optical conversion layer 350 may be used instead of the color filter 330. With such a configuration, an imaging element that can obtain images in various wavelength regions can be obtained.

例えば、光学変換層350に可視光線の波長以下の光を遮るフィルタを用いれば赤外線撮像素子とすることができる。また、光学変換層350に近赤外線の波長以下の光を遮るフィルタを用いれば遠赤外線撮像素子とすることができる。また、光学変換層350に可視光線の波長以上の光を遮るフィルタを用いれば紫外線撮像素子とすることができる。 For example, if a filter that blocks light having a wavelength shorter than or equal to that of visible light is used for the optical conversion layer 350, an infrared imaging element can be obtained. If a filter that blocks light having a wavelength shorter than or equal to the near infrared wavelength is used for the optical conversion layer 350, a far infrared imaging device can be obtained. If a filter that blocks light having a wavelength longer than or equal to that of visible light is used for the optical conversion layer 350, an ultraviolet imaging device can be obtained.

また、光学変換層350にシンチレータを用いれば、X線撮像素子などに用いる、放射線の強弱を可視化した画像を得る撮像素子とすることができる。被写体を透過したX線等の放射線がシンチレータに入射されると、フォトルミネッセンス現象により可視光線や紫外光線などの光(蛍光)に変換される。そして、当該光を光電変換素子50で検知することにより画像データを取得する。また、放射線検出器などに当該構成の撮像素子を用いてもよい。 In addition, when a scintillator is used for the optical conversion layer 350, an imaging element that can be used for an X-ray imaging element or the like and obtain an image that visualizes the intensity of radiation can be obtained. When radiation such as X-rays transmitted through the subject is incident on the scintillator, it is converted into light (fluorescence) such as visible light or ultraviolet light by a photoluminescence phenomenon. Then, image data is acquired by detecting the light with the photoelectric conversion element 50. Moreover, you may use the image pick-up element of the said structure for a radiation detector etc.

シンチレータは、X線やガンマ線などの放射線が照射されると、そのエネルギーを吸収して可視光や紫外光を発する物質を含む。例えば、GdS:Tb、GdS:Pr、GdS:Eu、BaFCl:Eu、NaI、CsI、CaF、BaF、CeF、LiF、LiI、ZnOなどを樹脂やセラミクスに分散させたものを用いることができる。 A scintillator contains a substance that emits visible light or ultraviolet light by absorbing energy when irradiated with radiation such as X-rays or gamma rays. For example, Gd 2 O 2 S: Tb, Gd 2 O 2 S: Pr, Gd 2 O 2 S: Eu, BaFCl: Eu, NaI, CsI, CaF 2 , BaF 2 , CeF 3 , LiF, LiI, ZnO, etc. What was disperse | distributed to resin or ceramics can be used.

なお、セレン系材料を用いた光電変換素子50においては、X線等の放射線を電荷に直接変換することができるため、シンチレータを不要とする構成とすることもできる。 Note that the photoelectric conversion element 50 using a selenium-based material can directly convert radiation such as X-rays into electric charges, and thus can be configured to eliminate a scintillator.

また、図25(C)に示すように、カラーフィルタ330a、カラーフィルタ330bおよびカラーフィルタ330c上にマイクロレンズアレイ340を設けてもよい。マイクロレンズアレイ340が有する個々のレンズを通る光が直下のカラーフィルタを通り、光電変換素子50に照射されるようになる。また、図25(B)に示す光学変換層350上にマイクロレンズアレイ340を設けてもよい。 In addition, as illustrated in FIG. 25C, a microlens array 340 may be provided over the color filter 330a, the color filter 330b, and the color filter 330c. Light passing through the individual lenses included in the microlens array 340 passes through the color filter directly below and is irradiated onto the photoelectric conversion element 50. Alternatively, the microlens array 340 may be provided over the optical conversion layer 350 illustrated in FIG.

以下では、イメージセンサチップを収めたパッケージおよびカメラモジュールの一例について説明する。当該イメージセンサチップには、上記撮像素子の構成を用いることができる。 Hereinafter, an example of a package and a camera module containing an image sensor chip will be described. For the image sensor chip, the configuration of the imaging element can be used.

図26(A1)は、イメージセンサチップを収めたパッケージの上面側の外観斜視図である。当該パッケージは、イメージセンサチップ450を固定するパッケージ基板410、カバーガラス420および両者を接着する接着剤430等を有する。 FIG. 26A1 is an external perspective view of the upper surface side of the package containing the image sensor chip. The package includes a package substrate 410 for fixing the image sensor chip 450, a cover glass 420, and an adhesive 430 for bonding the two.

図26(A2)は、当該パッケージの下面側の外観斜視図である。パッケージの下面には、半田ボールをバンプ440としたBGA(Ball grid array)の構成を有する。なお、BGAに限らず、LGA(Land grid array)やPGA(Pin Grid Array)などであってもよい。 FIG. 26A2 is an external perspective view of the lower surface side of the package. The bottom surface of the package has a BGA (Ball Grid Array) configuration with solder balls as bumps 440. In addition, not only BGA but LGA (Land grid array), PGA (Pin Grid Array), etc. may be sufficient.

図26(A3)は、カバーガラス420および接着剤430の一部を省いて図示したパッケージの斜視図である。パッケージ基板410上には電極パッド460が形成され、電極パッド460およびバンプ440はスルーホールを介して電気的に接続されている。電極パッド460は、イメージセンサチップ450とワイヤ470によって電気的に接続されている。 FIG. 26 (A3) is a perspective view of the package shown with the cover glass 420 and part of the adhesive 430 omitted. An electrode pad 460 is formed on the package substrate 410, and the electrode pad 460 and the bump 440 are electrically connected through a through hole. The electrode pad 460 is electrically connected to the image sensor chip 450 by a wire 470.

また、図26(B1)は、イメージセンサチップをレンズ一体型のパッケージに収めたカメラモジュールの上面側の外観斜視図である。当該カメラモジュールは、イメージセンサチップ451を固定するパッケージ基板411、レンズカバー421、およびレンズ435等を有する。また、パッケージ基板411およびイメージセンサチップ451の間には撮像素子の駆動回路および信号変換回路などの機能を有するICチップ490も設けられており、SiP(System in package)としての構成を有している。 FIG. 26B1 is an external perspective view of the upper surface side of the camera module in which the image sensor chip is housed in a lens-integrated package. The camera module includes a package substrate 411 that fixes the image sensor chip 451, a lens cover 421, a lens 435, and the like. Further, an IC chip 490 having functions such as an image sensor driving circuit and a signal conversion circuit is also provided between the package substrate 411 and the image sensor chip 451, and has a configuration as a SiP (System in package). Yes.

図26(B2)は、当該カメラモジュールの下面側の外観斜視図である。パッケージ基板411の下面および側面には、実装用のランド441が設けられるQFN(Quad flat no−lead package)の構成を有する。なお、当該構成は一例であり、QFP(Quad flat package)や前述したBGA等であってもよい。 FIG. 26B2 is an external perspective view of the lower surface side of the camera module. The package substrate 411 has a QFN (Quad Flat No-Lead Package) configuration in which mounting lands 441 are provided on a lower surface and side surfaces. Note that this configuration is an example, and a QFP (Quad Flat Package), the above-described BGA, or the like may be used.

図26(B3)は、レンズカバー421およびレンズ435の一部を省いて図示したモジュールの斜視図である。ランド441は電極パッド461と電気的に接続され、電極パッド461はイメージセンサチップ451またはICチップ490とワイヤ471によって電気的に接続されている。 FIG. 26 (B3) is a perspective view of the module shown with a part of the lens cover 421 and the lens 435 omitted. The land 441 is electrically connected to the electrode pad 461, and the electrode pad 461 is electrically connected to the image sensor chip 451 or the IC chip 490 by wires 471.

イメージセンサチップを上述したような形態のパッケージに収めることでプリント基板等への実装が容易になり、イメージセンサチップを様々な半導体装置、電子機器に組み込むことができる。 By mounting the image sensor chip in a package having the above-described form, mounting on a printed board or the like is facilitated, and the image sensor chip can be incorporated into various semiconductor devices and electronic devices.

本実施の形態は、他の実施の形態などに記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。 This embodiment can be implemented in appropriate combination with the structures described in the other embodiments.

(実施の形態4)
本発明の一態様に係る撮像装置および/または撮像システムなどを用いることができる電子機器として、表示機器、パーソナルコンピュータ、記録媒体を備えた画像記憶装置または画像再生装置、携帯電話、携帯型を含むゲーム機、携帯データ端末、電子書籍端末、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等のカメラ、ゴーグル型ディスプレイ(ヘッドマウントディスプレイ)、ナビゲーションシステム、音響再生装置(カーオーディオ、デジタルオーディオプレイヤー等)、複写機、ファクシミリ、プリンタ、プリンタ複合機、現金自動預け入れ払い機(ATM)、自動販売機などが挙げられる。これら電子機器の具体例を図27に示す。
(Embodiment 4)
Electronic devices that can use the imaging device and / or imaging system according to one embodiment of the present invention include a display device, a personal computer, an image storage device or an image playback device including a recording medium, a mobile phone, and a portable type. Game consoles, portable data terminals, electronic book terminals, video cameras, digital still cameras and other cameras, goggle-type displays (head-mounted displays), navigation systems, sound playback devices (car audio, digital audio players, etc.), copiers, facsimiles , Printers, multifunction printers, automatic teller machines (ATMs), vending machines, and the like. Specific examples of these electronic devices are shown in FIGS.

図27(A)は監視カメラであり、筐体951、レンズ952、支持部953等を有する。当該監視カメラにおける画像を取得するための部品の一つとして本発明の一態様の撮像装置を備えることができる。なお、監視カメラとは慣用的な名称であり、用途を限定するものではない。例えば監視カメラとしての機能を有する機器はカメラ、またはビデオカメラとも呼ばれる。 FIG. 27A illustrates a monitoring camera, which includes a housing 951, a lens 952, a support portion 953, and the like. The imaging device of one embodiment of the present invention can be provided as one of the components for acquiring an image in the monitoring camera. The surveillance camera is an idiomatic name and does not limit the application. For example, a device having a function as a surveillance camera is also called a camera or a video camera.

図27(B)はビデオカメラであり、第1筐体971、第2筐体972、表示部973、操作キー974、レンズ975、接続部976等を有する。操作キー974およびレンズ975は第1筐体971に設けられており、表示部973は第2筐体972に設けられている。当該ビデオカメラにおける画像を取得するための部品の一つとして本発明の一態様の撮像装置を備えることができる。 FIG. 27B illustrates a video camera, which includes a first housing 971, a second housing 972, a display portion 973, operation keys 974, a lens 975, a connection portion 976, and the like. The operation key 974 and the lens 975 are provided in the first housing 971, and the display portion 973 is provided in the second housing 972. The imaging device of one embodiment of the present invention can be provided as one of the components for acquiring an image in the video camera.

図27(C)はデジタルカメラであり、筐体961、シャッターボタン962、マイク963、発光部967、レンズ965等を有する。当該デジタルカメラにおける画像を取得するための部品の一つとして本発明の一態様の撮像装置を備えることができる。 FIG. 27C illustrates a digital camera, which includes a housing 961, a shutter button 962, a microphone 963, a light-emitting portion 967, a lens 965, and the like. The imaging device of one embodiment of the present invention can be provided as one of the components for acquiring an image in the digital camera.

図27(D)は腕時計型の情報端末であり、筐体931、表示部932、リストバンド933、操作用のボタン935、竜頭936、カメラ939等を有する。表示部932はタッチパネルとなっていてもよい。当該情報端末における画像を取得するための部品の一つとして本発明の一態様の撮像装置を備えることができる。 FIG. 27D illustrates a wristwatch-type information terminal, which includes a housing 931, a display portion 932, a wristband 933, operation buttons 935, a crown 936, a camera 939, and the like. The display unit 932 may be a touch panel. The imaging device of one embodiment of the present invention can be provided as one of the components for acquiring an image in the information terminal.

図27(E)携帯電話機の一例であり、筐体981、表示部982、操作ボタン983、外部接続ポート984、スピーカ985、マイク986、カメラ987等を有する。当該携帯電話機は、表示部982にタッチセンサを備える。電話を掛ける、或いは文字を入力するなどのあらゆる操作は、指やスタイラスなどで表示部982に触れることで行うことができる。当該携帯電話機における画像を取得するための部品の一つとして本発明の一態様の撮像装置を備えることができる。 FIG. 27E illustrates an example of a mobile phone, which includes a housing 981, a display portion 982, operation buttons 983, an external connection port 984, a speaker 985, a microphone 986, a camera 987, and the like. The mobile phone includes a touch sensor in the display portion 982. All operations such as making a call or inputting characters can be performed by touching the display portion 982 with a finger, a stylus, or the like. The imaging device of one embodiment of the present invention can be provided as one of the components for acquiring an image in the mobile phone.

図27(F)は携帯データ端末であり、筐体911、表示部912、カメラ919等を有する。表示部912が有するタッチパネル機能により情報の入出力を行うことができる。当該携帯データ端末における画像を取得するための部品の一つとして本発明の一態様の撮像装置を備えることができる。 FIG. 27F illustrates a portable data terminal including a housing 911, a display portion 912, a camera 919, and the like. Information can be input and output by a touch panel function of the display portion 912. The imaging device of one embodiment of the present invention can be provided as one of the components for acquiring an image in the portable data terminal.

本実施の形態は、他の実施の形態などに記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。 This embodiment can be implemented in appropriate combination with the structures described in the other embodiments.

100 撮像装置
101 撮像部
110 光学素子
111 液晶素子
112 偏光フィルタ
120 撮像素子
121 画素
122 画素
130 制御部
140 演算部
150 画像処理部
151 ニューラルネットワーク
160 記憶部
170 補助記憶部
180 外部入出力部
190 通信部
200 外部機器
201 シリコン基板
202 シリコン基板
210 半導体層
220 絶縁層
230 制御部
240 演算部
250 画像処理部
251 ニューラルネットワーク
270 記憶部
280 補助記憶部
290 外部入出力部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Image pick-up apparatus 101 Image pick-up part 110 Optical element 111 Liquid crystal element 112 Polarization filter 120 Image pick-up element 121 Pixel 122 Pixel 130 Control part 140 Operation part 150 Image processing part 151 Neural network 160 Storage part 170 Auxiliary storage part 180 External input / output part 190 Communication part 200 External Device 201 Silicon Substrate 202 Silicon Substrate 210 Semiconductor Layer 220 Insulating Layer 230 Control Unit 240 Operation Unit 250 Image Processing Unit 251 Neural Network 270 Storage Unit 280 Auxiliary Storage Unit 290 External Input / Output Unit

Claims (6)

光学素子と、撮像素子と、演算部と、を有し、
前記光学素子は、
第1偏光軸の光を透過する第1状態または第2偏光軸の光を透過する第2状態の双方で動作可能であり、
前記撮像素子は、
第1画素群および第2画素群を有し、
前記演算部は、
ニューラルネットワークによる学習または推論を実行する機能を有する撮像装置。
An optical element, an image sensor, and an arithmetic unit;
The optical element is
Operable in both a first state that transmits light of the first polarization axis or a second state that transmits light of the second polarization axis;
The image sensor is
Having a first pixel group and a second pixel group;
The computing unit is
An imaging apparatus having a function of executing learning or inference by a neural network.
請求項1において、
前記液晶素子は、TNモードで動作する撮像装置。
In claim 1,
The liquid crystal element is an imaging device that operates in a TN mode.
請求項1または請求項2において、
第1偏光軸と第2偏光軸の相対角度が180°未満である撮像装置。
In claim 1 or claim 2,
An imaging apparatus in which a relative angle between the first polarization axis and the second polarization axis is less than 180 °.
請求項1乃至請求項3のいずれか一項において、
前記ニューラルネットワークは、深層ニューラルネットワーク、畳み込みニューラルネットワーク、再帰型ニューラルネットワーク、自己符号化器、深層ボルツマンマシン、または深層信念ネットワークである撮像装置。
In any one of Claims 1 thru | or 3,
The image pickup apparatus, wherein the neural network is a deep neural network, a convolutional neural network, a recurrent neural network, a self-encoder, a deep Boltzmann machine, or a deep belief network.
請求項1乃至請求項4のいずれか一項において、
前記第1画素群と前記第2画素群は、それぞれが市松模様状に配置されている撮像装置。
In any one of Claims 1 thru | or 4,
The imaging device in which the first pixel group and the second pixel group are arranged in a checkered pattern.
請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の撮像装置を用いた撮像システムであって、
前記光学素子が第1状態の時に前記第1画素群で第1撮像情報を取得する工程と、
前記光学素子が第2状態の時に前記第2画素群で第2撮像情報を取得する工程と、
前記第1撮像情報と前記第2撮像情報を用いて、
前記演算部で第3撮像情報を生成する工程と、
を有する撮像システム。
An imaging system using the imaging apparatus according to any one of claims 1 to 5,
Obtaining first imaging information with the first pixel group when the optical element is in a first state;
Obtaining second imaging information in the second pixel group when the optical element is in a second state;
Using the first imaging information and the second imaging information,
Generating third imaging information in the arithmetic unit;
An imaging system.
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