JP2021197632A - 光電変換装置、光電変換システム及び移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】電源電位変動に起因する信号品質劣化が低減された光電変換装置を提供する。【解決手段】各々が光電変換素子を含む画素が複数の列をなすように配された画素アレイと、前記画素アレイのうちの１つの列に対応して配され、前記画素から信号が出力される信号線と、前記信号線に駆動電流を供給する電流源と、前記駆動電流を、第１の電流量と、前記第１の電流量よりも多い第２の電流量とを含む電流量に制御する電流調整部と、前記駆動電流の、前記第１の電流量から前記第２の電流量への変化において、前記信号線を流れる電流の変化を補助する補助素子とを有する。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、光電変換装置、光電変換システム及び移動体に関する。

特許文献１には、画素と信号線との間、及び信号線と電流源との間を電気的に遮断する駆動部を備える撮像装置が開示されている。

特開２０１３−１２３１０７号公報

信号線と電流源との間を電気的に遮断した後、再び接続する際に、電源電位の変動が生じ得る。この電源電位の変動に起因して信号品質が劣化する場合がある。

そこで、本発明は、電源電位変動に起因する信号品質劣化が低減された光電変換装置を提供することを目的とする。

本発明の一観点によれば、各々が光電変換素子を含む画素が複数の列をなすように配された画素アレイと、前記画素アレイのうちの１つの列に対応して配され、前記画素から信号が出力される信号線と、前記信号線に駆動電流を供給する電流源と、前記駆動電流を、第１の電流量と、前記第１の電流量よりも多い第２の電流量とを含む電流量に制御する電流調整部と、前記駆動電流の、前記第１の電流量から前記第２の電流量への変化において、前記信号線を流れる電流の変化を補助する補助素子とを有することを特徴とする光電変換装置が提供される。

本発明によれば、電源電位変動に起因する信号品質劣化が低減された光電変換装置を提供することができる。

第１実施形態に係る光電変換装置の全体の構成例を示す概略図である。 第１実施形態に係る光電変換装置の構成例を示す概略図である。 第１実施形態に係る画素の構成例を示す回路図である。 第１実施形態に係る光電変換装置の動作を示すタイミングチャートである。 第２実施形態に係る光電変換装置の構成例を示す概略図である。 第３実施形態に係る光電変換装置の構成例を示す概略図である。 第４実施形態に係る光電変換装置の構成例を示す概略図である。 第５実施形態に係る光電変換装置の構成例を示す概略図である。 第６実施形態に係る光電変換装置の構成例を示す概略図である。 第６実施形態に係る光電変換装置の動作を示すタイミングチャートである。 第７実施形態に係る光電変換装置の全体構成を示す斜視図である。 第７実施形態に係る光電変換装置の画素基板の構成例を示す概略図である。 第７実施形態に係る光電変換装置の回路基板の構成例を示す概略図である。 第８実施形態に係る撮像システムの構成例を示すブロック図である。 第９実施形態に係る撮像システム及び移動体の構成例を示す図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態を説明する。複数の図面にわたって同一の要素又は対応する要素には共通の符号が付されており、その説明は省略又は簡略化されることがある。

［第１実施形態］
本実施形態においては、本発明が適用され得る光電変換装置の一種である撮像装置の例を説明するが、これに限定されるものではない。本発明が適用され得る光電変換装置としては、撮像装置、焦点検出装置、測距装置、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ−Ｏｆ−Ｆｌｉｇｈｔ）カメラ等が例示され得る。

図１Ａは、本実施形態に係る光電変換装置の全体の構成例を示す概略図である。光電変換装置は、複数行および複数列に渡って配された画素１００を有する画素アレイ１１０及び対応する列の画素１００が接続された信号線１３０を備える。また、光電変換装置は、信号線１３０に電流を供給する電流源部７００を有する。また、光電変換装置は、画素１００を行単位で走査する垂直走査回路７１０を有する。また、光電変換装置は、画素１００から信号線１３０に、垂直走査回路７１０の走査によって読み出された信号を処理する列回路部１７４と、列回路部１７４を水平走査する水平走査回路７３０を有する。列回路部１７４から、水平走査回路７３０の水平走査によって読み出された信号は、出力部７４０によって、光電変換装置の外部に出力される。光電変換装置は、列回路部１７４、電流源部７００、垂直走査回路７１０、水平走査回路７３０の動作を制御する制御回路であるタイミングジェネレータ７５０（以下、ＴＧ７５０とする）を有する。

図１Ｂは、本実施形態に係る光電変換装置の構成例を示す概略図である。図１Ｂは、図１Ａにおけるある１列の画素１００に接続される回路の構成をより詳細に示している。光電変換装置は、画素アレイ１１０、補助トランジスタ１２０、信号線１３０、電流源トランジスタ１４０（駆動トランジスタ）、スイッチ１５０、電源パッド１６０及び列回路１７０を有している。図１Ａに示した電流源部７００は、電流源トランジスタ１４０、スイッチ１５０を有する。また、図１Ａに示した列回路部１７４は、列ごとに配された複数の列回路１７０を有する。スイッチ１５０は、図１Ａで示したＴＧ７５０によって、動作が制御される。

複数の画素１００には、図１Ａに示した垂直走査回路７１０から行ごとに制御信号ＳＥＬ１、ＳＥＬ２、…が入力される。「ＳＥＬ」の後に付された数字は行番号を示している。なお、制御信号ＳＥＬ１、ＳＥＬ２、…は一例であり、垂直走査回路７１０は、これら以外の制御信号を更に複数の画素１００に供給し得る。垂直走査回路７１０は、シフトレジスタ又はアドレスデコーダにより構成され得る。

複数の画素１００には、電源パッド１６０に接続されている電源線から電源電位が入力される。図１Ｂに示されている寄生抵抗１０は、複数の画素１００の間の電源線に寄生する抵抗を等価的に示したものである。

信号線１３０は、画素アレイ１１０の列ごとに配されている。複数の画素１００のうちの制御信号ＳＥＬ１、ＳＥＬ２、…により選択された画素１００から出力される信号が信号線１３０に出力される。

電流源トランジスタ１４０は、ＮＭＯＳトランジスタである。スイッチ１５０は、ＮＭＯＳ、ＰＭＯＳ等のトランジスタである。スイッチ１５０の第１端子は、信号線１３０に接続されている。スイッチ１５０の第２端子は、電流源トランジスタ１４０のドレインに接続されている。電流源トランジスタ１４０のソースは、電源電位を有する電位線に接続されている。スイッチ１５０は、図１Ａに示したＴＧ７５０から入力される制御信号ＰＷＲによりオン状態又はオフ状態に制御される。スイッチ１５０がオン状態であるとき、電流源トランジスタ１４０は、信号線１３０に駆動電流を供給する電流源として機能する。すなわち、スイッチ１５０を制御するＴＧ７５０は、信号線１３０に供給する駆動電流の電流量を制御する電流制御部である。また、スイッチ１５０は、電流制御部による制御によって、駆動電流の電流量を変化させる電流調整部である。電流源トランジスタ１４０のゲートには、ＴＧ７５０から、駆動電流を制御するバイアス電位ＢＩＡＳが入力される。

信号線１３０は、更に列回路１７０に接続されている。列回路１７０は、信号線１３０に出力された画素信号に対して、増幅、相関二重サンプリング処理、ＡＤ変換等の処理を行う。

補助トランジスタ１２０は、ＰＭＯＳトランジスタである。補助トランジスタ１２０のソース（第１主電極）は、電源パッド１６０に接続されている電源線に接続されている。補助トランジスタ１２０のドレイン（第２主電極）は、信号線１３０に接続されている。補助トランジスタ１２０のゲートには図１Ａに示したＴＧ７５０から制御信号ＲＥＳＢが入力される。詳細は後述するが、補助トランジスタ１２０は、駆動電流が遮断された状態から駆動電流が供給される状態への切り替わりの際に信号線１３０を流れる電流の変動を補助する補助素子として機能する。

図２は、本実施形態に係る画素１００の構成例を示す回路図である。画素１００は、光電変換部４００、転送トランジスタ４１０、フローティングディフュージョン４２０、ソースフォロワトランジスタ４３０、選択トランジスタ４４０及びリセットトランジスタ４５５を有している。これらのトランジスタは、制御電極としてゲート電極を有するＮＭＯＳトランジスタにより構成され得る。転送トランジスタ４１０のゲートには、図１Ａに示した垂直走査回路７１０から制御信号ＴＸが入力される。選択トランジスタ４４０のゲートには、垂直走査回路７１０から制御信号ＳＥＬ（図１Ｂにおける制御信号ＳＥＬ１、ＳＥＬ２、…に対応）が入力される。リセットトランジスタ４５５のゲートには、垂直走査回路７１０から制御信号ＲＥＳが入力される。

光電変換部４００は、光電変換により入射光に応じた電荷を生成するとともに、当該電荷を蓄積する光電変換素子である。光電変換部４００は半導体基板内に形成されたフォトダイオードにより構成され得る。光電変換部４００を構成するフォトダイオードのアノードは接地電位を有する電位線４５０に接続されており、カソードは転送トランジスタ４１０のソースに接続されている。

転送トランジスタ４１０のドレイン、リセットトランジスタ４５５のソース及びソースフォロワトランジスタ４３０のゲートはフローティングディフュージョン４２０に接続されている。転送トランジスタ４１０は、オンとなることにより光電変換部４００の電荷をフローティングディフュージョン４２０に転送する。フローティングディフュージョン４２０は容量を有する。この容量により、フローティングディフュージョン４２０の電位は光電変換部４００から転送された電荷に応じて変化する。

リセットトランジスタ４５５のドレイン及びソースフォロワトランジスタ４３０のドレインは、電源電位を有する電位線４６０に接続されている。ソースフォロワトランジスタ４３０のソースは、選択トランジスタ４４０のドレインに接続されている。選択トランジスタ４４０のソースは、信号線１３０に接続されている。ソースフォロワトランジスタ４３０は、信号線１３０に接続された電流源トランジスタ１４０とともにソースフォロワ回路を構成する。このソースフォロワ回路は、フローティングディフュージョン４２０の電位に基づく信号を選択トランジスタ４４０を介して信号線１３０に出力する。リセットトランジスタ４５５は、オンとなることによりフローティングディフュージョン４２０の電位をリセットする。

図３は、本実施形態に係る光電変換装置の動作を示すタイミングチャートである。図３に示されているＶＤは、１フレームの先頭を示す垂直同期信号ＶＤである。図３に示されているＳＥＬ１、…ＳＥＬ４は、画素１００に含まれる選択トランジスタ４４０のゲートに入力される制御信号ＳＥＬ１、…ＳＥＬ４のレベルを示している。制御信号ＳＥＬ１、…ＳＥＬ４がハイレベルのときに、対応する行の選択トランジスタ４４０がオン状態になり、画素１００から信号が信号線１３０に出力される。

図３に示されているＰＷＲは、スイッチ１５０の制御端子に入力される制御信号ＰＷＲのレベルを示している。制御信号ＰＷＲがハイレベルのときに、スイッチ１５０はオン状態になり、制御信号ＰＷＲがローレベルのときに、スイッチ１５０はオフ状態になる。

図３に示されているＲＥＳＢは、補助トランジスタ１２０のゲートに入力される制御信号ＲＥＳＢのレベルを示している。制御信号ＲＥＳＢがハイレベルのときに、補助トランジスタ１２０はオフ状態になり、制御信号ＲＥＳＢがローレベルのときに、補助トランジスタ１２０はオン状態になる。

図３に示されている「電流源トランジスタのドレイン電位」は、電流源トランジスタ１４０のドレインの電位を示しており、「電流源トランジスタのゲート電位」は、電流源トランジスタ１４０のゲートの電位を示している。なお、電流源トランジスタ１４０のドレイン−ソース間を流れる電流は、ゲートの電位に応じて変化する。したがって、「電流源トランジスタのゲート電位」は、電流源トランジスタ１４０のドレイン−ソース間を流れる電流と読み替えて理解することもできる。

時刻ｔ０から時刻ｔ１において、垂直同期信号ＶＤがハイレベルになる。このとき、制御信号ＳＥＬ１はハイレベルであり、制御信号ＳＥＬ２、…ＳＥＬ４はローレベルである。すなわち、１行目の画素１００が選択されている。また、このとき制御信号ＰＷＲはハイレベルであるため、スイッチ１５０はオン状態である。電流源トランジスタ１４０から信号線１３０に駆動電流が供給される状態となっているため、１行目の画素１００から信号が信号線１３０に出力される。なお、このとき制御信号ＲＥＳＢはハイレベルであり、補助トランジスタ１２０はオフ状態である。

その後、時刻ｔ２まで１行目の読み出しにおける信号線１３０への信号出力が継続する。１行目の画素１００からの信号線１３０への信号出力が完了した時刻ｔ２において、制御信号ＰＷＲがローレベルになる。これにより、スイッチ１５０がオフになり、電流源トランジスタ１４０から信号線１３０への駆動電流が遮断された状態となる。

時刻ｔ３において、制御信号ＰＷＲがハイレベルになる。これにより、スイッチ１５０がオンになり、再び電流源トランジスタ１４０から信号線１３０に駆動電流が供給される状態となる。また、時刻ｔ３において、制御信号ＲＥＳＢがローレベルになる。これにより、補助トランジスタ１２０がオンになり、電源線と信号線１３０が電気的に接続される。この動作による効果については後述する。

時刻ｔ４において、制御信号ＲＥＳＢがハイレベルになる。これにより、補助トランジスタ１２０がオフになり、電源線と信号線１３０の電気的な接続が解除される。また、時刻ｔ４において、制御信号ＳＥＬ１がローレベルになり、制御信号ＳＥＬ２がハイレベルになる。これにより、１行目の画素１００の選択が解除され、２行目の画素１００が選択される。

これ以降、時刻ｔ４から時刻ｔ７の期間において、１行目の画素１００と同様にして２行目の画素１００に対する読み出しが行われる。また、時刻ｔ７から時刻ｔ１０の期間において、３行目の画素１００に対する読み出しが行われ、時刻ｔ１０から時刻ｔ１３の期間において、４行目の画素１００に対する読み出しが行われる。２行目から４行目の読み出し動作については１行目と同様であるため説明を省略する。

時刻ｔ１３において、制御信号ＳＥＬ４がローレベルになり、４行目の画素１００の選択が解除される。これ以降、再び垂直同期信号ＶＤがハイレベルになって１行目の画素１００の読み出しが開始される時刻ｔ１５までの期間は、どの行の画素１００も読み出されない期間である。また、時刻ｔ１３から時刻ｔ１４までの期間においては、制御信号ＰＷＲはローレベルである。これにより、スイッチ１５０はオフ状態であり、電流源トランジスタ１４０から信号線１３０には電流が流れない状態となっている。

以上のように、本実施形態では、時刻ｔ２から時刻ｔ３、時刻ｔ５から時刻ｔ６、時刻ｔ８から時刻ｔ９、時刻ｔ１１から時刻ｔ１２及び時刻ｔ１３から時刻ｔ１４の期間において、スイッチ１５０はオフ状態になっている。これらの期間は、ある行の画素１００から信号線１３０への信号出力が完了した後、次の行の画素１００から信号線１３０への信号出力が開始するまでの期間である。これらの期間においては、信号線１３０に駆動電流を供給する必要がない。そこで、本実施形態では、これらの期間のように信号線１３０に駆動電流を供給する必要がない期間に、電流源トランジスタ１４０から信号線１３０への電流供給を停止している。これにより、消費電力が低減される。

しかしながら、スイッチ１５０の切り替えに伴って、電流源トランジスタ１４０においてオーバーシュート電流が発生する場合がある。このオーバーシュート電流の発生原因及び信号品質への影響について説明する。

図３に示されているように、スイッチ１５０がオフ状態になっている期間においては、電流源トランジスタ１４０のドレイン電位は接地電位近くにまで低下する。電流源トランジスタ１４０のゲートには、一定のバイアス電位ＢＩＡＳが印加されているものの、このバイアス電位ＢＩＡＳは有限のインピーダンスを介して印加されている。そのため、ドレイン電位に変動が生じると、寄生容量を介して電流源トランジスタ１４０のゲート電位にも過渡的な影響を与えることがある。具体的には、図３の時刻ｔ２近傍のように、ドレイン電位が低下した直後には、ゲート電位も低下する。また、図３の時刻ｔ３近傍のように、ドレイン電位が上昇した直後には、ゲート電位も上昇する。

ゲート電位が上昇すると、電流源トランジスタ１４０のドレイン−ソース間にオーバーシュート電流が流れる。このオーバーシュート電流が画素アレイ１１０を介して流れると、寄生抵抗１０の影響により画素１００の電源電位が低下する。この電源電位の低下が元に戻るまでにはある程度の時間がかかるため、電源電位の低下は、画素１００からの読み出される信号の品質に影響を与える場合がある。また、電源電位の低下量は画素１００ごとに異なるため、信号の品質への影響が画素１００ごとに異なる点も問題となり得る。

これに対し、本実施形態では、電源パッド１６０に接続されている電源線と信号線１３０とを電気的に接続する補助トランジスタ１２０が設けられている。補助トランジスタ１２０は、スイッチ１５０がオフ状態からオン状態に移行する際、すなわち、電流源トランジスタ１４０のドレイン電位が上昇する際にオンになるように制御される。補助トランジスタ１２０は、このときに信号線１３０を流れる電流の変動を補助する。より具体的には、電流源トランジスタ１４０で発生するオーバーシュート電流の一部又は全部を電源パッド１６０から補助トランジスタ１２０経由で信号線１３０に流すことで、電流の変動を補助する。これにより、画素アレイ１１０を介して流れるオーバーシュート電流の量が低減され、画素１００の電源電位変動も低減される。このようにして、スイッチ１５０の切り替えに伴う信号品質劣化が低減される。

以上のように、本実施形態によれば、電源電位変動に起因する信号品質劣化が低減された光電変換装置が提供される。

図１Ｂに示されているように、補助トランジスタ１２０には、ＰＭＯＳトランジスタが用いられている。これにより、ＮＭＯＳトランジスタを用いる場合と比較して、画素アレイ１１０に流れ込むオーバーシュート電流の低減効果を高めることができる。補助トランジスタ１２０がオンになると、信号線１３０の電位は電源電位となる。画素１００内のフローティングディフュージョン４２０の最大電位は電源電位であるため、ソースフォロワトランジスタ４３０のゲート−ソース間電圧Ｖｇｓは最大でも０Ｖ程度となる。そのため、画素アレイ１１０を流れるオーバーシュート電流を効果的に低減することができる。

しかしながら、補助トランジスタ１２０は、ＰＭＯＳトランジスタに限られるものではなく、ＮＭＯＳトランジスタであってもよい。補助トランジスタ１２０がＮＭＯＳトランジスタである場合には、補助トランジスタ１２０の閾値はなるべく低くすることが望ましい。特に、補助トランジスタ１２０の閾値をソースフォロワトランジスタ４３０の閾値よりも低くすることがより望ましい。これにより、補助トランジスタ１２０により多くのオーバーシュート電流を流すことができ、画素アレイ１１０を流れるオーバーシュート電流を少なくすることができる。

［第２実施形態］
本実施形態の光電変換装置は、電流源トランジスタ１４０とスイッチ１５０が配されている位置を変えた変形例である。電流源トランジスタ１４０とスイッチ１５０の位置以外については第１実施形態と同様であるため説明を省略する。

図４は、本実施形態に係る光電変換装置の構成例を示す概略図である。なお、図４においては、ＳＥＬ１、ＳＥＬ２、…については図示が省略されている。

図４に示されているように、本実施形態においては、信号線１３０が延在する方向において、電流源トランジスタ１４０とスイッチ１５０が画素アレイ１１０に対して補助トランジスタ１２０と同じ側に配されている。これにより、電流源トランジスタ１４０のオーバーシュート電流が補助トランジスタ１２０を経由して流れる際に、その電流が画素アレイ１１０内を通過しないようにすることができる。したがって、画素１００に対するオーバーシュート電流の影響を更に低減することができる。

以上のように、本実施形態によれば、電源電位変動に起因する信号品質劣化が更に低減された光電変換装置が提供される。

［第３実施形態］
図５は、本実施形態に係る光電変換装置の構成例を示す概略図である。本実施形態の光電変換装置は、第２実施形態の光電変換装置に加えて、更に補助トランジスタ１２１、信号線１３１、電流源トランジスタ１４１、スイッチ１５１、列回路１７１及び電源パッド１９０を有している。それ以外の構成については特記するものを除いて概ね同様であるため説明を省略する。

本実施形態では、１つの列の画素１００に対して２つの信号線１３０、１３１が配されている。信号線１３０（第１信号線）は図５における下方向（第１方向）に延在しており、信号線１３１（第２信号線）は、これとは反対に、図５における上方向（第２方向）に延在している。偶数番目の行の画素１００から出力される信号は、信号線１３０に出力され、奇数番目の行の画素１００から出力される信号は、信号線１３１に出力される。

補助トランジスタ１２１、電流源トランジスタ１４１、スイッチ１５１及び列回路１７１は、画素アレイ１１０に対して補助トランジスタ１２０、電流源トランジスタ１４０、スイッチ１５０及び列回路１７０の反対側に配されている。言い換えると、これらの読み出し用の回路群が２つの信号線１３０、１３１の各々に対応して配されている。補助トランジスタ１２１、信号線１３１、電流源トランジスタ１４１、スイッチ１５１、列回路１７１及び電源パッド１９０の接続関係は、信号線１３０、電流源トランジスタ１４０等における接続関係と同様であるため説明を省略する。電源パッド１６０（第１電源パッド）と電源パッド１９０（第２電源パッド）は、画素アレイ１１０に対して反対側に配されており、画素アレイ１１０内の寄生抵抗１０を経由する電源線によって、互いに電気的に接続されている。

本実施形態では、偶数番目の行の画素１００からの信号を信号線１３０によって読み出し、奇数番目の行の画素１００からの信号を信号線１３１によって読み出すことにより、２行を並行して読み出すことができる。したがって、読み出しが高速化された光電変換装置が提供される。

また、本実施形態では、２つの電源パッド１６０、１９０を画素アレイ１１０内の寄生抵抗１０を介して接続されるように設けている。これにより、電源パッド１６０から寄生抵抗１０を介して補助トランジスタ１２１に向かう経路の電流が流れにくくなっており、この電流が流れることに起因して生じ得る電源電位変動が低減されている。

［第４実施形態］
図６は、本実施形態に係る光電変換装置の構成例を示す概略図である。本実施形態の光電変換装置は、第３実施形態の光電変換装置に加えて、更にカスコードトランジスタ２００、２０１を有している。それ以外の構成については特記するものを除いて概ね同様であるため説明を省略する。

カスコードトランジスタ２００、２０１はＮＭＯＳトランジスタである。カスコードトランジスタ２００のソースは、電流源トランジスタ１４０のドレインに接続されている。カスコードトランジスタ２００のドレインは、スイッチ１５０の第２端子に接続されている。カスコードトランジスタ２００のゲートには、図１Ａに示したＴＧ７５０からバイアス電位ＣＢＩＡＳが入力される。このように、カスコードトランジスタ２００と電流源トランジスタ１４０はカスコード接続されており、これらの複数のトランジスタが協働して電流源として機能している。

カスコードトランジスタ２０１、電流源トランジスタ１４１及びスイッチ１５１の接続関係は、カスコードトランジスタ２００、電流源トランジスタ１４０及びスイッチ１５０の接続関係と同様であるため説明を省略する。すなわち、カスコードトランジスタ２０１と電流源トランジスタ１４１はカスコード接続されている。

本実施形態では、電流源トランジスタ１４０、１４１にカスコード接続されたカスコードトランジスタ２００、２０１が配されている。これにより、スイッチ１５０、１５１がオンになる際の電流源トランジスタ１４０、１４１のドレイン電位の上昇量が低減される。したがって、電流源トランジスタ１４０、１４１で生じるオーバーシュート電流が低減されるため、画素１００の電源電位変動も低減される。

以上のように、本実施形態によれば、電源電位変動に起因する信号品質劣化が更に低減された光電変換装置が提供される。

［第５実施形態］
図７は、本実施形態に係る光電変換装置の構成例を示す概略図である。本実施形態の光電変換装置は、第４実施形態の光電変換装置における電源パッド１６０、１９０に加えて、更に電源パッド１６１、１９１を有している。それ以外の構成については特記するものを除いて概ね同様であるため説明を省略する。

本実施形態においては、電源パッド１６０は補助トランジスタ１２０のドレインに接続されており、電源パッド１６１は電源線に接続されている。また、電源パッド１６１と電源パッド１９１は、画素アレイ１１０に対して反対側に配されており、画素アレイ１１０内の寄生抵抗１０を介する電源線によって、互いに電気的に接続されている。電源パッド１６０（第１電源パッド）と電源パッド１６１（第３電源パッド）はこれらが配される基板上において電気的に分離されており、電源パッド１９０と電源パッド１９１も基板上において電気的に分離されている。

以上のように、本実施形態においては、画素アレイ１１０に電源電位を供給する電源パッド１６１、１９１と、補助トランジスタ１２０、１２１に電源電位を供給する電源パッド１６０、１９０とが別個に配されている。そして、これらの電源パッドが基板上において電気的に分離されている。これにより、補助トランジスタ１２０、１２１に電流が流れる際に、その影響が画素１００に及びにくくなっている。したがって、画素１００に対するオーバーシュート電流の影響を更に低減することができる。

以上のように、本実施形態によれば、電源電位変動に起因する信号品質劣化が更に低減された光電変換装置が提供される。

［第６実施形態］
図８は、本実施形態に係る光電変換装置の構成例を示す概略図である。本実施形態の光電変換装置は、第５実施形態の光電変換装置に加えて、更にスイッチ２１０、２１１及び容量素子２２０、２２１を有している。それ以外の構成については特記するものを除いて概ね同様であるため説明を省略する。

スイッチ２１０の第１端子及び容量素子２２０の第１端子は、電流源トランジスタ１４０のゲートに接続されている。容量素子２２０の第２端子は、接地電位を有する電位線に接続されている。スイッチ２１０の第２端子には、図１Ａに示したＴＧ７５０からバイアス電位ＢＩＡＳが入力される。スイッチ２１０は、ＴＧ７５０から入力される制御信号ＳＨにより制御される。このように、スイッチ２１０及び容量素子２２０は、バイアス電位ＢＩＡＳを保持するサンプルホールド回路をなしている。

電流源トランジスタ１４１、スイッチ２１１及び容量素子２２１の接続関係は、電流源トランジスタ１４０、スイッチ２１０及び容量素子２２０の接続関係と同様であるため説明を省略する。すなわち、スイッチ２１１及び容量素子２２１は、バイアス電位ＢＩＡＳをホールドするサンプルホールド回路をなしている。

本実施形態においては、バイアス電位ＢＩＡＳを容量素子２２０、２２１にホールドすることにより、接地電位の変動に起因する電流源トランジスタ１４０、１４１の電流の変動を低減することができる。

次に、本実施形態におけるサンプルホールド回路の具体的な駆動方法の例を説明する。図９は、本実施形態に係る光電変換装置の動作を示すタイミングチャートである。図９に示されているＳＨは、スイッチ２１０、２１１の制御端子に入力される制御信号ＳＨのレベルを示している。制御信号ＳＨがハイレベルのときに、スイッチ２１０、２１１はオン状態になり、制御信号ＳＨがローレベルのときに、スイッチ２１０、２１１はオフ状態になる。その他については図３と同様であるため説明を省略する。

図９に示されているように、制御信号ＳＨがハイレベルになる期間は、時刻ｔ３から時刻ｔ４、時刻ｔ６から時刻ｔ７、時刻ｔ９から時刻ｔ１０及び時刻ｔ１２から時刻ｔ１５である。これらの期間は、電流源トランジスタ１４０、１４１のドレイン電位が上昇し、オーバーシュート電流が生じ得る期間であり、制御信号ＲＥＳＢがローレベルになる期間、すなわち、補助トランジスタ１２０、１２１がオンになる期間とも一致している。このように、本実施形態では、電流源トランジスタ１４０、１４１のドレイン電位が上昇するタイミングでバイアス電位ＢＩＡＳのサンプルを行う。これにより、本実施形態においては、電流源トランジスタ１４０、１４１のドレイン電位の上昇に起因する容量素子２２０、２２１の電位変動量が低減され、オーバーシュート電流が低減される。

［第７実施形態］
図１０は、本実施形態に係る光電変換装置の全体構成を示す斜視図である。本実施形態の光電変換装置は、複数の基板が積層された積層型の撮像装置である。光電変換装置は、互いに積層された画素基板３０（第１基板）と回路基板３１（第２基板）とを有している。次に、図１１及び図１２を参照して画素基板３０と回路基板３１の構成を説明する。なお、本実施形態における光電変換装置の回路構成は第３実施形態と概ね同様であり、重複する説明は省略又は簡略化する。

図１１は本実施形態に係る光電変換装置の画素基板３０の構成例を示す概略図であり、図１２は本実施形態に係る光電変換装置の回路基板３１の構成例を示す概略図である。画素基板３０は、画素アレイ１１０及び信号線１３０、１３１を有している。回路基板３１は、補助トランジスタ１２０、１２１、電流源トランジスタ１４０、１４１、スイッチ１５０、１５１、電源パッド１６０、１９０及び列回路１７０、１７１を有している。

画素基板３０の信号線１３０と、回路基板３１の補助トランジスタ１２０、スイッチ１５０及び列回路１７０とは、基板間接合３２０を介して接続されている。画素基板３０の信号線１３１と、回路基板３１の補助トランジスタ１２１、スイッチ１５１及び列回路１７１とは、基板間接合３３０を介して接続されている。画素基板３０の電源線と回路基板３１の電源パッド１６０とは基板間接合３００を介して接続されている。画素基板３０の電源線と回路基板３１の電源パッド１９０とは基板間接合３１０を介して接続されている。

本実施形態では、画素アレイ１１０が画素基板３０に配されており、補助トランジスタ１２０、１２１が回路基板３１に配されている。これにより、補助トランジスタ１２０、１２１をオーバーシュート電流が流れる際に、その電流が画素アレイ１１０が配された画素基板３０上の電源線に流れ込みにくくなっている。

したがって、本実施形態によれば、電源電位変動に起因する信号品質劣化が更に低減された光電変換装置が提供される。

補助トランジスタ１２０、１２１がＰＭＯＳトランジスタである場合、補助トランジスタ１２０、１２１が回路基板３１に配されていることにより、画素基板３０の側にはＰＭＯＳトランジスタを形成する必要がない。これにより、本実施形態の構成では、画素基板３０にＰＭＯＳトランジスタとＮＭＯＳトランジスタの両方を形成する場合と比較して、画素基板３０の製造コストが低減されている。

なお、本実施形態における画素基板３０及び回路基板３１の構成は一例であり、上述の他の実施形態の構成を組み合わせてもよい。例えば、第４実施形態のカスコードトランジスタ２００、２０１、第５実施形態の電源パッド１６１、１９１、第６実施形態のスイッチ２１０、２１１、容量素子２２０、２２１等のうちの１又は２以上が更に配されていてもよい。その場合、それらの各要素は、典型的には、回路基板３１に配され得る。

［第８実施形態］
本発明の第８実施形態による撮像システムについて、図１３を用いて説明する。図１３は、本実施形態による撮像システムの概略構成を示すブロック図である。図１３に示す撮像装置１は、上述の第１乃至第７実施形態で述べた光電変換装置である。すなわち、本実施形態による撮像システム５００は、上述の第１乃至第７実施形態で述べた光電変換装置が適用され得る光電変換システムの一例である。

本実施形態による撮像システム５００は、特に限定されるものではないが、例えば、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダ、カメラヘッド、複写機、ファックス、携帯電話、車載カメラ、観測衛星等に適用可能である。

撮像システム５００は、図１３に示すように、撮像装置１、レンズ５０２、絞り５０４、バリア５０６、信号処理部５０８、タイミング発生部５２０、全体制御・演算部５１８を有している。撮像システム５００は、また、メモリ部５１０、記録媒体制御Ｉ／Ｆ部５１６、外部Ｉ／Ｆ部５１２を有している。

レンズ５０２は、被写体の光学像を撮像装置１の画素アレイ１１０に結像するためのものである。絞り５０４は、レンズ５０２を通った光量を可変にするためのものである。バリア５０６は、レンズ５０２の保護のためのものである。撮像装置１は、先の実施形態で説明した光電変換装置であって、レンズ５０２により結像された光学像に基づく信号を信号処理部５０８に出力するものである。

信号処理部５０８は、撮像装置１より出力される信号に対して、所望の処理、補正、データ圧縮等を行うものである。信号処理部５０８は、撮像装置１と同じ基板に搭載されていてもよいし、別の基板に搭載されていてもよい。また、信号処理部５０８の一部の機能が撮像装置１と同じ基板に搭載され、信号処理部５０８の他の一部の機能が別の基板に搭載されていてもよい。また、撮像装置１はデジタル信号ではなく、ＡＤ変換前のアナログ信号を出力するものであってもよい。その場合、信号処理部５０８には、ＡＤ変換器が更に含まれ得る。

タイミング発生部５２０は、撮像装置１及び信号処理部５０８に、各種タイミング信号を出力するためのものである。全体制御・演算部５１８は、撮像システム５００の全体の駆動及び演算処理を司る制御部である。ここで、タイミング信号等の制御信号は撮像システム５００の外部から入力されてもよく、撮像システム５００は、少なくとも撮像装置１と、撮像装置１から出力された信号を処理する信号処理部５０８とを有していればよい。

メモリ部５１０は、画像データを一時的に記憶するためのフレームメモリ部である。記録媒体制御Ｉ／Ｆ部５１６は、記録媒体５１４への記録或いは記録媒体５１４からの読み出しを行うためのインターフェース部である。外部Ｉ／Ｆ部５１２は、外部コンピュータ等と通信するためのインターフェース部である。記録媒体５１４は、撮像データの記録又は読み出しを行うための半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体である。

このようにして、第１乃至第７実施形態による光電変換装置を適用した撮像システム５００を構成することにより、高品質な画像を取得し得る高性能の撮像システム５００を実現することができる。

［第９実施形態］
図１４（ａ）及び図１４（ｂ）は、本実施形態による撮像システム６００及び移動体の構成を示す図である。図１４（ａ）は、車載カメラに関する撮像システム６００の一例を示したものである。撮像システム６００は、上述の第１乃至第７実施形態のいずれかに記載の光電変換装置の一例である撮像装置１を有する。撮像システム６００は、撮像装置１により取得された複数の画像データに対し、画像処理を行う画像処理部６１２と、撮像システム６００により取得された複数の画像データから視差（視差画像の位相差）の算出を行う視差算出部６１４を有する。また、撮像システム６００は、算出された視差に基づいて対象物までの距離を算出する距離計測部６１６と、算出された距離に基づいて衝突可能性があるか否かを判定する衝突判定部６１８と、を有する。ここで、視差算出部６１４及び距離計測部６１６は、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段の一例である。すなわち、距離情報とは、視差、デフォーカス量、対象物までの距離等に関する情報である。衝突判定部６１８はこれらの距離情報のいずれかを用いて、衝突可能性を判定してもよい。距離情報取得手段は、専用に設計されたハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアモジュールによって実現されてもよい。また、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等によって実現されてもよいし、これらの組合せによって実現されてもよい。

撮像システム６００は、車両情報取得装置６２０と接続されており、車速、ヨーレート、舵角などの車両情報を取得することができる。また、撮像システム６００には、衝突判定部６１８での判定結果に基づいて、車両に対して制動力を発生させる制御信号を出力する制御装置である制御ＥＣＵ６３０が接続されている。すなわち、制御ＥＣＵ６３０は、距離情報に基づいて移動体を制御する移動体制御手段の一例である。また、撮像システム６００は、衝突判定部６１８での判定結果に基づいて、ドライバーへ警報を発する警報装置６４０とも接続されている。例えば、衝突判定部６１８の判定結果として衝突可能性が高い場合、制御ＥＣＵ６３０はブレーキをかける、アクセルを戻す、エンジン出力を抑制するなどして衝突を回避、被害を軽減する車両制御を行う。警報装置６４０は、音等の警報を鳴らす、カーナビゲーションシステムなどの画面に警報情報を表示する、シートベルトやステアリングに振動を与える等によりユーザに警告を行う。

本実施形態では、車両の周囲、例えば前方又は後方を撮像システム６００で撮像する。図１４（ｂ）に、車両前方（撮像範囲６５０）を撮像する場合の撮像システム６００の構成を示す。車両情報取得装置６２０は、撮像システム６００を動作させ撮像を実行させるように指示を送る。

このようにして、第１乃至第７実施形態による光電変換装置を適用した撮像システム６００及び移動体を構成することにより、高品質の画像を取得し得る高性能の撮像システム６００及び高精度に制御を行い得る移動体を実現することができる。

以上の説明では、他の車両と衝突しないように制御する例を述べたが、他の車両に追従して自動運転する制御、車線からはみ出さないように自動運転する制御等にも適用可能である。更に、撮像システムは、自車両等の車両に限らず、例えば、船舶、航空機、産業用ロボット等の移動体（移動装置）に適用することができる。加えて、移動体に限らず、高度道路交通システム（ＩＴＳ）等、広く物体認識を利用する機器に適用することができる。

［変形実施形態］
本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、種々の変形が可能である。上述の実施形態においては、画素アレイ１１０の１列あたりに１本又は２本の信号線が配されている例を説明しているが、１列あたりの信号線の本数はこれに限られるものではなく、３本以上であってもよい。１列あたりの信号線の本数は、例えば、４本、８本、１２本等であり得る。

上述の実施形態においては、スイッチによって電流源と信号線との間の接続又は非接続を切り替えることにより、駆動電流の供給と遮断の制御を行う例を示している。この例では、スイッチの切り替えによって駆動電流が遮断状態から供給状態に変化する際に補助トランジスタがオンになって信号線の電流の変化を補助することによりオーバーシュート電流の影響が低減される。しかしながら、本発明は、駆動電流が遮断状態から供給状態に変化するというものに限定されない。例えば、駆動電流の電流量が少ない状態（駆動電流が第１の電流量である状態）から電流量が多い状態（駆動電流が第１の電流量よりも大きい第２の電流量である状態）に変化する際に補助トランジスタが電流の変化を補助してもよく、同様の効果が得られる。この場合、上述の実施形態におけるスイッチは、電流調整部として、主電極間の電流量を第１の電流量、第２の電流量等に制御可能なトランジスタに置換され得る。あるいは、図４に示した電流源トランジスタ１４０のバイアス電位ＢＩＡＳを、電流制御部であるＴＧ７５０が変化させることによって、駆動電流の電流量を制御することもできる。この場合は電流源トランジスタ１４０が電流源と電流調整部とを兼ねる形態となる。また、図６の形態では、カスコードトランジスタ２００のバイアス電位ＣＢＩＡＳを、電流制御部であるＴＧ７５０が変化させることによって、駆動電流の電流量を制御することもできる。この場合は、カスコードトランジスタ２００が駆動電流を調整する電流調整部である。また、図６の形態において、カスコードトランジスタ２００のバイアス電位ＣＢＩＡＳと、電流源トランジスタ１４０のバイアス電位ＢＩＡＳとを、電流制御部であるＴＧ７５０がともに変化させて、駆動電流の電流量を変化させても良い。この場合は、カスコードトランジスタ２００、電流源トランジスタ１４０がともに駆動電流の電流量を調整する電流調整部である。このように、上述の実施形態におけるスイッチは、駆動電流の供給と遮断の制御のみを行うものに限定されず、電流量を複数の値に制御するものに置換され得ることから、より一般的に電流調整部とも呼ばれ得る。電流調整部がスイッチであり、第１の電流量が駆動電流を遮断した状態の電流量である場合が、上述の実施形態の例に相当する。

本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

なお、上述の実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。例えば、いずれかの実施形態の一部の構成を、他の実施形態に追加した実施形態、あるいは他の実施形態の一部の構成と置換した実施形態も本発明を適用し得る実施形態であると理解されるべきである。

１００ 画素
１１０ 画素アレイ
１２０ 補助トランジスタ
１３０ 信号線
１４０ 電流源トランジスタ
１５０ スイッチ
１６０ 電源パッド
１７０ 列回路

Claims (17)

1. 各々が光電変換素子を含む画素が複数の列をなすように配された画素アレイと、
   前記画素アレイのうちの１つの列に対応して配され、前記画素から信号が出力される信号線と、
   前記信号線に駆動電流を供給する電流源と、
   前記駆動電流を、第１の電流量と、前記第１の電流量よりも多い第２の電流量とを含む電流量に制御する電流調整部と、
   前記駆動電流の、前記第１の電流量から前記第２の電流量への変化において、前記信号線を流れる電流の変化を補助する補助素子と
   を有することを特徴とする光電変換装置。
2. 前記第１の電流量は、前記駆動電流が遮断された状態における電流量である
   ことを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
3. 前記電流調整部は、前記電流源と前記信号線との間の接続又は非接続を制御するスイッチである
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光電変換装置。
4. 前記電流調整部を制御する電流制御部を更に有し、
   前記電流源が、ゲートにバイアス電位が供給される駆動トランジスタであって、
   前記電流制御部が前記バイアス電位を変化させることによって、前記電流源が、前記駆動電流を前記第１の電流量から前記第２の電流量に変化させる前記電流調整部として動作することを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
5. 前記補助素子は、前記駆動電流の、前記第１の電流量から前記第２の電流量への変化において、電源電位を有する電源線と前記信号線とを電気的に接続することによって前記信号線を流れる電流の変化を補助する
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光電変換装置。
6. 前記補助素子は、電源電位を有する電源線に接続された第１主電極と、前記信号線に接続された第２主電極とを有するトランジスタを含む
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光電変換装置。
7. 前記トランジスタは、ＰＭＯＳトランジスタである
   ことを特徴とする請求項６に記載の光電変換装置。
8. 前記電流源及び前記補助素子は、前記信号線が延在する方向において、前記画素アレイに対して同じ側に配されている
   ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光電変換装置。
9. 前記画素アレイのうちの１つの列に対応して配された複数の信号線を有し、
   前記複数の信号線のうちの第１信号線は前記画素アレイに対して第１方向に延在しており、
   前記複数の信号線のうちの第２信号線は前記画素アレイに対して第１方向とは反対の第２方向に延在しており、
   前記電流源、前記電流調整部及び前記補助素子を含む回路群が前記第１信号線と前記第２信号線の各々に対応して配されている
   ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光電変換装置。
10. 前記画素アレイに対して前記第１方向に配され、前記画素に電源電位を供給する第１電源パッドと、
    前記画素アレイに対して前記第２方向に配され、前記画素に電源電位を供給する第２電源パッドと
    を更に有し、
    前記第１電源パッドと前記第２電源パッドとは、前記画素アレイを経由する電源線によって互いに電気的に接続されている
    ことを特徴とする請求項９に記載の光電変換装置。
11. 前記電流源は、カスコード接続された複数のトランジスタを含む
    ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の光電変換装置。
12. 前記画素に電源電位を供給する第１電源パッドと、
    前記電流源に電源電位を供給する第３電源パッドと
    を更に有し、
    前記第１電源パッドと前記第３電源パッドとは、前記第１電源パッドと前記第３電源パッドとが配される基板上において電気的に分離されている
    ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の光電変換装置。
13. 前記駆動電流を制御するバイアス電位をホールドするサンプルホールド回路を更に有する
    ことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の光電変換装置。
14. 前記サンプルホールド回路は、前記補助素子が前記信号線を流れる電流の変化を補助する期間に前記バイアス電位をサンプルする
    ことを特徴とする請求項１３に記載の光電変換装置。
15. 前記画素アレイは第１基板に配され、
    前記補助素子は前記第１基板とは異なる第２基板に配されている
    ことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の光電変換装置。
16. 請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の光電変換装置と、
    前記光電変換装置から出力される信号を処理する信号処理手段と
    を有することを特徴とする光電変換システム。
17. 移動体であって、
    請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の光電変換装置と、
    前記光電変換装置からの信号に基づく視差画像から、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段と、
    前記距離情報に基づいて前記移動体を制御する制御手段と
    を有することを特徴とする移動体。

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