JP2021197649A - Solid state imaging element and imaging apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本技術は、固体撮像素子に関する。詳しくは、輝度の変化量が閾値を超えたか否かを検出する固体撮像素子、および、撮像装置に関する。 The present technology relates to a solid-state image sensor. More specifically, the present invention relates to a solid-state image sensor that detects whether or not the amount of change in luminance exceeds a threshold value, and an image pickup device.
従来より、垂直同期信号などの同期信号に同期して画像データ(フレーム)を撮像する同期型の固体撮像素子が、撮像装置などにおいて用いられている。この一般的な同期型の固体撮像素子では、同期信号の周期(例えば、1/60秒)ごとにしか画像データを取得することができないため、交通やロボットなどに関する分野において、より高速な処理が要求された場合に対応することが困難になる。そこで、画素アドレスごとに、その画素の光量の変化量が閾値を超えた旨をアドレスイベントとしてリアルタイムに検出する検出回路を、画素毎に設けた非同期型の固体撮像素子が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。このように、画素毎にアドレスイベントを検出する固体撮像素子は、DVS(Dynamic Vision Sensor)と呼ばれる。 Conventionally, a synchronous solid-state image sensor that captures image data (frame) in synchronization with a synchronous signal such as a vertical synchronous signal has been used in an image pickup device or the like. With this general synchronous solid-state image sensor, image data can be acquired only every synchronization signal cycle (for example, 1/60 second), so faster processing can be performed in fields related to transportation and robots. It becomes difficult to respond when requested. Therefore, an asynchronous solid-state image sensor has been proposed in which a detection circuit for detecting in real time as an address event that the amount of change in the amount of light of the pixel exceeds a threshold value for each pixel address is provided for each pixel (for example). , Patent Document 1). Such a solid-state image sensor that detects an address event for each pixel is called a DVS (Dynamic Vision Sensor).
上述の非同期型の固体撮像素子(すなわち、DVS)では、同期型の固体撮像素子よりも遥かに高速にデータを生成して出力することができる。また、この非同期型のDVSにおいて、同期型の画素をさらに追加して、同期型より高画質の画像データをさらに生成しようとしても、非同期型および同期型の両方の画素を設けた固体撮像素子において、画像データの画質の向上は困難である。同期型の画素と非同期型の画素との両方を受光面に配列した場合、それらの一方のみを配列した場合よりも、それぞれの受光面積が狭くなり、明るさが不足するためである。 The asynchronous solid-state image sensor (that is, DVS) described above can generate and output data at a much higher speed than the synchronous solid-state image sensor. Further, in this asynchronous DVS, even if an attempt is made to further generate image data having higher image quality than the synchronous type by further adding synchronous type pixels, in a solid-state image sensor provided with both asynchronous type and synchronous type pixels. , It is difficult to improve the image quality of image data. This is because when both the synchronous type pixel and the asynchronous type pixel are arranged on the light receiving surface, the light receiving area of each is narrower and the brightness is insufficient as compared with the case where only one of them is arranged.
本技術はこのような状況に鑑みて生み出されたものであり、アドレスイベントの有無を検出する固体撮像素子において、画像データの画質を向上させることを目的とする。 This technique was created in view of such a situation, and aims to improve the image quality of image data in a solid-state image sensor that detects the presence or absence of an address event.
本技術は、上述の問題点を解消するためになされたものであり、その第1の側面は、入射光に対する光電変換により生成した光電流の変化量が所定の閾値を超えたか否かを検出して上記光電流内の電荷を出力電荷として出力する検出画素と、上記入射光に対する光電変換により電荷を生成電荷として生成して所定の露光期間内の上記出力電荷および上記生成電荷の量に応じた画素信号を出力する通常画素とを具備する固体撮像素子である。これにより、画像データの画質が向上するという作用をもたらす。 The present technology has been made to solve the above-mentioned problems, and the first aspect thereof is to detect whether or not the amount of change in the optical current generated by photoelectric conversion with respect to the incident light exceeds a predetermined threshold value. Then, the detection pixel that outputs the charge in the photocurrent as the output charge and the charge generated as the generated charge by photoelectric conversion with respect to the incident light are generated according to the amount of the output charge and the generated charge within the predetermined exposure period. It is a solid-state imaging device including a normal pixel that outputs an electric charge signal. This has the effect of improving the image quality of the image data.
また、この第1の側面において、上記通常画素は、第1および第2の通常画素を含み、上記検出画素は、上記第1の通常画素に接続された第1の検出画素と上記第2の通常画素に接続された第2の検出画素とを含み、上記第1および第2の通常画素は、浮遊拡散層を共有してもよい。これにより、回路規模が削減されるという作用をもたらす。 Further, in the first aspect, the normal pixel includes the first and second normal pixels, and the detection pixel is the first detection pixel connected to the first normal pixel and the second normal pixel. The first and second normal pixels may share a floating diffusion layer, including a second detection pixel connected to the normal pixel. This has the effect of reducing the circuit scale.
また、この第1の側面において、上記通常画素は、上記入射光に対する光電変換により上記生成電荷を生成する通常画素内光電変換素子と、上記生成電荷および上記出力電荷を浮遊拡散層へ転送する転送トランジスタと、上記浮遊拡散層を初期化するリセットトランジスタと、上記浮遊拡散層の電圧を増幅する増幅トランジスタと、上記増幅された電圧の信号を所定の選択信号に従って上記画素信号として出力する選択トランジスタとを備え、上記通常画素内光電変換素子と上記転送トランジスタとの接続ノードが上記検出画素に接続されてもよい。これにより、電荷の量に応じた電圧を増幅した画素信号が生成されるという作用をもたらす。 Further, in the first aspect, the normal pixel is a normal in-pixel photoelectric conversion element that generates the generated charge by photoelectric conversion with respect to the incident light, and a transfer that transfers the generated charge and the output charge to the floating diffusion layer. A transistor, a reset transistor that initializes the floating diffusion layer, an amplification transistor that amplifies the voltage of the floating diffusion layer, and a selection transistor that outputs a signal of the amplified voltage as a pixel signal according to a predetermined selection signal. The connection node between the normal in-pixel photoelectric conversion element and the transfer transistor may be connected to the detection pixel. This has the effect of generating a pixel signal in which the voltage corresponding to the amount of electric charge is amplified.
また、この第1の側面において、上記通常画素は、電荷保持部と、上記通常画素内光電変換素子から上記生成電荷および上記出力電荷を排出する排出トランジスタとをさらに備え、上記転送トランジスタは、上記生成電荷および上記出力電荷を上記通常画素内光電変換素子および上記検出画素から上記電荷保持部へ転送する第1の転送トランジスタと、上記生成電荷および上記出力電荷を上記電荷保持部から上記浮遊拡散層へ転送する第2の転送トランジスタとを備えてもよい。これにより、グローバルシャッター方式が実現されるという作用をもたらす。 Further, in the first aspect, the normal pixel further includes a charge holding unit and an discharge transistor that discharges the generated charge and the output charge from the intra-pixel photoelectric conversion element, and the transfer transistor is the transfer transistor. A first transfer transistor that transfers the generated charge and the output charge from the normal intrapixel photoelectric conversion element and the detection pixel to the charge holding unit, and the stray diffusion layer that transfers the generated charge and the output charge from the charge holding unit. It may be provided with a second transfer transistor to transfer to. This has the effect of realizing a global shutter system.
また、この第1の側面において、上記通常画素から出力された画素信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換器をさらに具備してもよい。これにより、デジタル信号からなる画像データが生成されるという作用をもたらす。 Further, in the first aspect, an analog-to-digital converter that converts a pixel signal output from the normal pixel into a digital signal may be further provided. This has the effect of generating image data consisting of digital signals.
また、この第1の側面において、上記通常画素と上記検出画素の一部とが所定の受光チップに配置され、上記検出画素の残りは所定の回路チップに配置されてもよい。これにより、積層構造によって画素の微細化が容易になるという作用をもたらす。 Further, on the first aspect, the normal pixel and a part of the detection pixel may be arranged on a predetermined light receiving chip, and the rest of the detection pixels may be arranged on a predetermined circuit chip. This has the effect of facilitating the miniaturization of pixels due to the laminated structure.
また、この第1の側面において、上記検出画素は、上記入射光に対する光電変換により上記光電流を生成する検出画素内光電変換素子と、上記光電流を電圧に変換する電流電圧変換部と、上記電圧の変化量を求める減算器と、上記変化量が上記閾値を超えたか否かを検出する量子化器とを備え、上記電流電圧変換部の一部は上記受光チップに配置され、上記電流電圧変換部の残りと上記減算器と上記量子化器とが上記回路チップに配置されてもよい。これにより、アドレスイベントの有無が検出されるという作用をもたらす。 Further, in the first aspect, the detection pixel includes an intra-detection pixel photoelectric conversion element that generates the optical current by photoelectric conversion with respect to the incident light, a current-voltage conversion unit that converts the optical current into a voltage, and the above. A subtractor for obtaining the amount of change in voltage and a quantizer for detecting whether or not the amount of change exceeds the threshold are provided, and a part of the current-voltage conversion unit is arranged on the light receiving chip to obtain the current voltage. The rest of the conversion unit, the subtractor, and the quantizer may be arranged on the circuit chip. This has the effect of detecting the presence or absence of an address event.
また、この第1の側面において、上記通常画素は、上記入射光に対する光電変換により電荷を生成電荷として生成して所定の露光期間内の上記出力電荷および上記生成電荷に応じた画素信号を出力する画素回路と、上記画素信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換器とを備えてもよい。これにより、読出し速度が向上するという作用をもたらす。 Further, in the first aspect, the normal pixel generates a charge as a generated charge by photoelectric conversion with respect to the incident light, and outputs the output charge within a predetermined exposure period and a pixel signal corresponding to the generated charge. A pixel circuit and an analog-to-digital converter that converts the pixel signal into a digital signal may be provided. This has the effect of improving the reading speed.
また、この第1の側面において、上記通常画素の一部と上記検出画素の一部とが所定の受光チップに配置され、上記通常画素の残りと上記検出画素の残りとが所定の回路チップに配置されてもよい。これにより、積層構造によって画素の微細化が容易になるという作用をもたらす。 Further, in the first aspect, a part of the normal pixel and a part of the detection pixel are arranged on a predetermined light receiving chip, and the rest of the normal pixel and the rest of the detection pixel are on a predetermined circuit chip. It may be arranged. This has the effect of facilitating the miniaturization of pixels due to the laminated structure.
また、本技術の第2の側面は、入射光に対する光電変換により生成した光電流の変化量が所定の閾値を超えたか否かを検出して上記光電流内の電荷を出力電荷として出力する検出画素と、上記入射光に対する光電変換により電荷を生成電荷として生成して所定の露光期間内の上記出力電荷および上記生成電荷の量に応じた画素信号を出力する通常画素と、上記画素信号を配列した画像データを記録する記録部とを具備する撮像装置である。これにより、画質が向上した画像データが記録されるという作用をもたらす。 Further, the second aspect of the present technology is detection that detects whether or not the amount of change in the optical current generated by photoelectric conversion with respect to the incident light exceeds a predetermined threshold value and outputs the electric charge in the optical current as an output charge. An array of pixels, a normal pixel that generates a charge as a generated charge by photoelectric conversion with respect to the incident light and outputs a pixel signal corresponding to the amount of the output charge and the generated charge within a predetermined exposure period, and the pixel signal. It is an image pickup apparatus including a recording unit for recording the image data. This has the effect of recording image data with improved image quality.
以下、本技術を実施するための形態(以下、実施の形態と称する)について説明する。説明は以下の順序により行う。
1.第1の実施の形態(DVS画素が通常画素に電荷を出力する例)
2.第2の実施の形態(DVS画素が通常画素に電荷を出力し、複数の通常画素が浮遊拡散層を共有する例)
3.第3の実施の形態(DVS画素が通常画素に電荷を出力し、グローバルシャッター方式で露光する例)
4.第4の実施の形態(DVS画素が通常画素に電荷を出力し、全画素にアナログデジタル変換器を配置した例)
5.移動体への応用例
Hereinafter, embodiments for carrying out the present technology (hereinafter referred to as embodiments) will be described. The explanation will be given in the following order.
1. 1. The first embodiment (an example in which a DVS pixel outputs a charge to a normal pixel)
2. 2. The second embodiment (an example in which a DVS pixel outputs a charge to a normal pixel and a plurality of normal pixels share a floating diffusion layer).
3. 3. Third embodiment (an example in which a DVS pixel outputs a charge to a normal pixel and exposes it by a global shutter method)
4. Fourth embodiment (an example in which a DVS pixel outputs a charge to a normal pixel and an analog-digital converter is arranged in all the pixels)
5. Application example to mobile
<1.第1の実施の形態>
[撮像装置の構成例]
図1は、本技術の第1の実施の形態における撮像装置100の一構成例を示すブロック図である。この撮像装置100は、撮像レンズ110、固体撮像素子200、記録部120および制御部130を備える。撮像装置100としては、産業用ロボットに搭載されるカメラや、車載カメラなどが想定される。
<1. First Embodiment>
[Configuration example of image pickup device]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of an
撮像レンズ110は、入射光を集光して固体撮像素子200に導くものである。固体撮像素子200は、入射光を光電変換して画像データを撮像するものである。また、固体撮像素子200は、アドレスイベントの有無を検出して検出信号を生成し、その検出信号に対して所定の信号処理を行う。固体撮像素子200は、処理後のデータを画像データとともに記録部120に信号線209を介して出力する。
The
記録部120は、固体撮像素子200からのデータを記録するものである。制御部130は、固体撮像素子200を制御して画像データを撮像させるものである。
The
[固体撮像素子の構成例]
図2は、本技術の第1の実施の形態における固体撮像素子200の積層構造の一例を示す図である。この固体撮像素子200は、回路チップ202と、その回路チップ202に積層された受光チップ201とを備える。これらのチップは、例えば、Cu−Cu接合により電気的に接続される。なお、Cu−Cu接合の他、ビアやバンプにより接続することもできる。
[Structure example of solid-state image sensor]
FIG. 2 is a diagram showing an example of a laminated structure of the solid-state
[受光チップの構成例]
図3は、本技術の第1の実施の形態における受光チップ201の一構成例を示す平面図である。以下、受光チップ201を上側のチップとし、回路チップ202を下側のチップとする。この受光チップ201には、上側画素領域210が設けられる。この上側画素領域210には、複数の画素ブロック211が二次元格子状に配列される。
[Configuration example of light receiving chip]
FIG. 3 is a plan view showing a configuration example of the
画素ブロック211のそれぞれには、通常画素300およびDVS画素400が配置される。通常画素300は、画素ブロック211への入射光に対する光電変換により電荷を生成し、電荷の量に応じた画素信号を出力するものである。
A
DVS画素400は、画素ブロック211への入射光に対する光電変換により光電流を生成し、その光電流の変化量が所定の閾値を超えたか否かによりアドレスイベントの有無を検出するものである。
The
ここで、アドレスイベントは、例えば、輝度の上昇量が上限閾値を超えた旨を示すオンイベントと、輝度の低下量が上限閾値未満の下限閾値を下回った旨を示すオフイベントとを含む。また、画素毎の検出信号は、オンイベントの有無を示すオンイベント検出信号と、オフイベントの有無を示すオフイベント検出信号とを含む。 Here, the address event includes, for example, an on event indicating that the amount of increase in luminance exceeds the upper limit threshold value and an off event indicating that the amount of decrease in luminance is below the lower limit threshold value less than the upper limit threshold value. Further, the detection signal for each pixel includes an on-event detection signal indicating the presence or absence of an on-event and an off-event detection signal indicating the presence or absence of an off-event.
また、DVS画素400の一部は、上側の受光チップ201に配置され、残りは下側の回路チップ202に配置される。DVS画素400内において、上側の回路と、下側の回路とは、端子424を介して接続される。端子424は、例えば、上側のCu電極と下側のCu電極とを直接接続した端子である。
Further, a part of the
なお、DVS画素400は、特許請求の範囲に記載の検出画素の一例である。
The
[回路チップの構成例]
図4は、本技術の第1の実施の形態における回路チップ202の一構成例を示すブロック図である。この回路チップ202は、垂直走査回路220、出力部230、カラムADC(Analog to Digital Converter)240、および、負荷MOS(Metal-Oxide-Semiconductor)回路250を備える。さらに、回路チップ202は、下側画素領域260、Xアービタ270およびYアービタ280を備える。
[Circuit chip configuration example]
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration example of the
垂直走査回路220は、通常画素300およびDVS画素400のそれぞれを駆動して、画素信号や検出信号を出力させるものである。
The
下側画素領域260には、画素ブロック211ごとに、対応するDVS画素400内の下側の回路が配置される。DVS画素400のそれぞれは、アドレスイベントが生じた際に、リクエストをYアービタ280およびXアービタ270に供給し、それらの調停結果に基づいて検出信号を出力部230に供給する。
In the
Yアービタ280は、DVS画素400の行のそれぞれからのリクエストを調停し、調停結果に基づいて応答を返すものである。Xアービタ270は、DVS画素400の列のそれぞれからのリクエストを調停し、調停結果に基づいて応答を返すものである。
The
負荷MOS回路250には、通常画素300の列ごとに、その列の垂直信号線に接続された負荷MOS電流源が配置される。
In the
カラムADC240には、通常画素300の列ごとに、ADCが配置される。ADCは、対応する列からのアナログの画素信号をデジタル信号に変換し、出力部230に供給する。
In the
出力部230は、カラムADC240からのデジタル信号とDVS画素400からの検出信号とを処理し、処理結果を記録部120に出力するものである。例えば、出力部230は、デジタル信号に対してCDS(Correlated Double Sampling)処理などの各種の信号処理を行い、処理後の信号を配列した画像データを生成する。また、出力部230は、検出信号に対し、画像認識処理などを行う。
The
図5は、本技術の第1の実施の形態における下側画素領域260の一構成例を示す図である。この下側画素領域260には、画素ブロック211ごとに、DVS画素400内の下側の回路が配置される。DVS画素400内において、上側の回路と、下側の回路とは、端子424を介して接続される。
FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of the
また、垂直走査回路220には、行ごとに、端子391乃至393が設けられる。垂直走査回路220は、これらの端子を介して、リセット信号、転送信号および選択信号を対応する行に供給する。端子391乃至393のそれぞれは、例えば、上側のCu電極と下側のCu電極とを直接接続した端子である。
Further, the
また、負荷MOS回路250には、列ごとに、端子394が配置される。負荷MOS回路250内の負荷MOS電流源は、端子394を介して、対応する列の垂直信号線に接続される。端子394は、例えば、上側のCu電極と下側のCu電極とを直接接続した端子である。
Further, in the
[DVS画素の構成例]
図6は、本技術の第1の実施の形態におけるDVS画素400の一構成例を示すブロック図である。このDVS画素400は、光電変換素子410、電流電圧変換部420、バッファ430、減算器440、量子化器450および転送部460を備える。
[Configuration example of DVS pixel]
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration example of the
また、電流電圧変換部420は、通常画素300と接続される。また、通常画素300および光電変換素子410と、電流電圧変換部420の一部とは受光チップ201に配置される。一方、電流電圧変換部420の残りと、バッファ430、減算器440、量子化器450および転送部460とは、回路チップ202に配置される。
Further, the current-
光電変換素子410は、入射光に対する光電変換により光電流を生成するものである。例えば、フォトダイオードが、光電変換素子410として用いられる。
The
電流電圧変換部420は、光電変換素子410の生成した光電流を、電圧に変換するものである。この電流電圧変換部420は、電圧をバッファ430に供給する。また、電流電圧変換部420から通常画素300へ光電流内の電荷が出力される。
The current-
バッファ430は、電流電圧変換部420からの電圧を減算器440に出力するものである。このバッファ430により、後段を駆動する駆動力を向上させることができる。また、バッファ430により、後段のスイッチング動作に伴うノイズのアイソレーションを確保することができる。
The
減算器440は、垂直走査回路220からの駆動信号に従って、減算動作により電圧の変化量を求めるものである。この減算器440は、変化量を示す微分信号を量子化器450に供給する。
The
量子化器450は、減算器440からの微分信号と閾値とを比較するものである。この量子化器450は、比較結果をアドレスイベントの有無を示す信号として転送部460に供給する。
The
転送部460は、検出信号を出力部230に転送するものである。この転送部460は、アドレスイベントが検出された際に、検出信号の送信を要求するリクエストをXアービタ270やYアービタ280に供給する。そして、転送部460は、それらのアービタからリクエストに対する応答を受け取ると、検出信号を出力部230に供給する。
The
[通常画素および電流電圧変換部の構成例]
図7は、本技術の第1の実施の形態における通常画素300および電流電圧変換部420の一構成例を示す回路図である。
[Example of configuration of normal pixel and current-voltage converter]
FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration example of a
通常画素300は、光電変換素子311、転送トランジスタ312、リセットトランジスタ313、浮遊拡散層314、増幅トランジスタ315および選択トランジスタ316を備える。転送トランジスタ312、リセットトランジスタ313、増幅トランジスタ315および選択トランジスタ316として、例えば、nMOS(n-channel Metal Oxide Semiconductor)トランジスタが用いられる。また、転送トランジスタ312と光電変換素子410との接続ノードは、DVS画素400に接続されている。
The
また、電流電圧変換部420は、nMOSトランジスタ421および422と、pMOS(p-channel MOS)トランジスタ423とを備える。nMOSトランジスタ421および光電変換素子410は、通常画素300と接地端子との間において、直列に接続される。また、pMOSトランジスタ423およびnMOSトランジスタ422は、電源端子と接地端子との間において直列に接続される。
Further, the current-
また、nMOSトランジスタ421および光電変換素子410の接続ノードは、nMOSトランジスタ422のゲートに接続される。pMOSトランジスタ423およびnMOSトランジスタ422の接続ノードは、nMOSトランジスタ421のゲートとバッファ430とに接続される。pMOSトランジスタ423のゲートには、所定のバイアス電圧Vblogが印加される。
Further, the connection node of the
また、光電変換素子410とnMOSトランジスタ421および422とは、受光チップ201に配置され、pMOSトランジスタ423以降の回路や素子は、回路チップ202に配置される。このpMOSトランジスタ423のドレインは、端子424を介してnMOSトランジスタ421および422と接続される。
Further, the
nMOSトランジスタ421および422は電源側に接続されており、このような回路はソースフォロワと呼ばれる。これらのループ状に接続された2つのソースフォロワにより、光電変換素子410からの光電流は、その対数の電圧に変換される。また、pMOSトランジスタ423は、一定の電流を供給する。また、nMOSトランジスタ421から通常画素300へ、電荷(電子など)が出力される。
The
通常画素300において、光電変換素子311は、光電変換により電荷(電子など)を生成するものである。例えば、フォトダイオードが光電変換素子311として用いられる。この光電変換素子311には、自身が生成した電荷に加えて、DVS画素400からの電荷も蓄積される。
In the
転送トランジスタ312は、垂直走査回路220からの転送信号TRGに従って光電変換素子311から浮遊拡散層314へ電荷を転送するものである。
The
リセットトランジスタ313は、垂直走査回路220からのリセット信号RSTに従って浮遊拡散層314を初期化するものである。浮遊拡散層314は、転送された電荷を蓄積し、電荷の量に応じた電圧を生成するものである。
The
増幅トランジスタ315は、浮遊拡散層314の電圧を増幅するものである。選択トランジスタ316は、垂直走査回路220からの選択信号SELに従って、増幅された電圧の信号を画素信号として、垂直信号線309へ出力するものである。
The
露光開始時に、リセットトランジスタ313および転送トランジスタ312がオン状態となり、光電変換素子311の電荷を引き抜いて初期化する。また、露光終了の直前に、リセットトランジスタ313がオン状態となり、浮遊拡散層314が初期化される。露光終了時に転送トランジスタ312がオン状態となり、電荷を転送する。
At the start of exposure, the
また、負荷MOS回路250には、列ごとに負荷MOS電流源251が配置される。負荷MOS電流源251は、対応する列の垂直信号線309に接続され、一定の電流を供給する。
Further, in the
また、リセット信号RSTを伝送する信号線は、端子391を介して垂直走査回路220と接続される。転送信号TRGを伝送する信号線は、端子392を介して垂直走査回路220と接続される。選択信号SELを伝送する信号線は、端子393を介して垂直走査回路220と接続される。垂直信号線309は、端子394を介して負荷MOS回路250に接続される。
Further, the signal line for transmitting the reset signal RST is connected to the
上述の構成により、DVS画素400は、画素ブロック211への入射光に対する光電変換により光電流を生成し、その変化量が所定の閾値を超えたか否かを検出する。光電流内の電荷は、通常画素300へ出力される。なお、DVS画素400から出力された電荷は、特許請求の範囲に記載の出力電荷の一例である。
With the above configuration, the
一方、通常画素300は、画素ブロック211への入射光に対する光電変換により電荷を生成する。通常画素300内の光電変換素子311には、その光電変換素子311自身が生成した電荷と、DVS画素400からの電荷とが蓄積される。そして、通常画素300内の転送トランジスタ312は、露光終了時に光電変換素子311から浮遊拡散層314へ電荷を転送する。この電荷は、光電変換素子311自身が生成した電荷と、DVS画素400内の光電変換素子410からの電荷とを含む。このため、通常画素300は、露光期間内に光電変換素子311および光電変換素子410の両方により生成された電荷の量に応じた画素信号を生成することができる。なお、通常素300自身が生成した電荷は、特許請求の範囲に記載の生成電荷の一例である。
On the other hand, the
また、露光の際に垂直走査回路220は、通常画素300の行を順に選択して、露光を開始する。このような露光制御は、ローリングシャッター方式と呼ばれる。これに対して、全画素について同時に露光を開始する露光制御は、グローバルシャッター方式と呼ばれる。
Further, at the time of exposure, the
なお、通常画素300内の光電変換素子311は、特許請求の範囲に記載の通常画素内光電変換素子の一例である。また、DVS画素400内の光電変換素子410は、特許請求の範囲に記載の検出画素内光電変換素子の一例である。
The
ここで、通常画素300と、DVS画素400とが接続されない比較例を想定する。
Here, a comparative example in which the
図8は、比較例における通常画素300および電流電圧変換部420の一構成例を示す回路図である。比較例においては電流電圧変換部420内のnMOSトランジスタ421のドレインは、通常画素300に接続されず、電源端子に接続される。この構成では、DVS画素400で生成された電荷は、通常画素300へ出力されず、電源に排出される。このため、比較例の通常画素300は、露光期間内に自身が生成した電荷の量のみに応じた画素信号を生成する。
FIG. 8 is a circuit diagram showing a configuration example of the
これに対して、図7に例示したように、通常画素300と、DVS画素400とを接続した構成では、比較例では電源に排出されていた電荷が、DVS画素400から通常画素300へ出力される。このため、通常画素300は、自身が生成した電荷と、DVS画素400が生成した電荷との両方の量に応じた画素信号を生成することができる。これにより、比較例と比較して感度を向上させることができる。感度の向上により、特に暗所で撮像した際の画像データの画質が向上する。
On the other hand, as illustrated in FIG. 7, in the configuration in which the
図9は、本技術の第1の実施の形態における通常画素300およびDVS画素400の断面図の一例である。同図は、光軸に沿って固体撮像素子200を切断した際の断面図を示す。p型半導体などにより形成される基板500内に、DVS画素400内の光電変換素子410と、通常画素300内の光電変換素子311とが隣接して形成される。
FIG. 9 is an example of a cross-sectional view of a
また、基板500には、n型半導体領域501、511、513、521、531、541、551および553が形成される。n型半導体領域501には、所定の負電圧VNEGが印加される。
Further, the n-
n型半導体領域511および513の間の領域には、酸化膜を介してゲート512が配置される。このゲート512は、n型半導体領域521に接続され、n型半導体領域513は、接地電圧VSSの接地端子に接続される。図9のn型半導体領域511および513とゲート512とは、図7のnMOSトランジスタ422として機能する。
In the region between the n-
DVS画素400内の光電変換素子410の一端にはn型半導体領域521が形成される。このn型半導体領域521と、通常画素300内の光電変換素子311との間の領域は、酸化膜を介してゲート522が配置される。ゲート522およびn型半導体領域511は、pMOSトランジスタ423およびバッファ430に接続される。図9のn型半導体領域521および光電変換素子311とゲート522とは、図7のnMOSトランジスタ421として機能する。
An n-
光電変換素子311の一端にはn型半導体領域531が形成される。n型半導体領域531とn型半導体領域541との間には、酸化膜を介してゲート532が配置される。このゲート532には、転送信号TRGが入力される。図9のn型半導体領域531および541とゲート532とは、図7の転送トランジスタ312として機能する。
An n-
n型半導体領域541とn型半導体領域551との間には、酸化膜を介してゲート542が配置される。このゲート542には、リセット信号RSTが入力され、n型半導体領域551は、電源電圧VDDの電源端子に接続される。図9のn型半導体領域541および551とゲート542とは、図7のリセットトランジスタ313として機能する。
A
n型半導体領域551とn型半導体領域553との間には、酸化膜を介してゲート552が配置される。このゲート552は、n型半導体領域541と接続される。図9のn型半導体領域551および553とゲート542とは、図7の増幅トランジスタ315として機能する。なお、選択トランジスタ316は、図9では省略されている。
A
図10は、本技術の第1の実施の形態における通常画素300およびDVS画素400のポテンシャル図の一例である。DVS画素400内の光電変換素子410の接地側には、接地電圧VSSより低い負電圧VNEGの電位障壁が設けられる。その光電変換素子410と、通常画素300内の光電変換素子311との間には、接地電圧VSSと電源電圧VDDとの間の所定電位の電位障壁が設けられる。光電変換素子410内に蓄積された電荷のうち、光電変換素子311との間の電位障壁を超えた分が、光電変換素子311に流れ込む(言い換えれば、光電変換素子311へ出力される)。同図において、灰色の部分は、電荷が蓄積された領域を示す。
FIG. 10 is an example of a potential diagram of a
また、光電変換素子311と浮遊拡散層314との間の電位は、転送トランジスタ312がオフ状態のときには、接地電圧VSSと電源電圧VDDとの間の所定電位である。一方、転送トランジスタ312がオン状態のときには、上昇する。
Further, the potential between the
リセットトランジスタ313がオフ状態のときには、浮遊拡散層314の電源側の電位障壁は、接地電圧VSSと電源電圧VDDとの間の所定電位である。一方、リセットトランジスタ313がオン状態のときには、電源電圧VDDまで上昇する。
When the
図11は、本技術の第1の実施の形態におけるバッファ430、減算器440および量子化器450の一構成例を示す回路図である。
FIG. 11 is a circuit diagram showing a configuration example of a
バッファ430は、pMOSトランジスタ431および432を備える。pMOSトランジスタ431および432は、電源端子と接地端子との間に直列に接続される。接地側のpMOSトランジスタ432のゲートは、電流電圧変換部420に接続され、電圧Vpが入力される。電源側のpMOSトランジスタ431のゲートには、所定のバイアス電圧Vbsfが印加される。また、pMOSトランジスタ431および432の接続ノードは、減算器440に接続される。この接続により、電圧Vpに対するインピーダンス変換が行われる。
The
減算器440は、コンデンサ441および443と、pMOSトランジスタ442および444と、nMOSトランジスタ445とを備える。
The
pMOSトランジスタ444およびnMOSトランジスタ445は、電源端子と接地端子との間に直列に接続される。これらは、pMOSトランジスタ444のゲートを入力端子とし、pMOSトランジスタ444およびnMOSトランジスタ445の接続ノードを出力端子として、入力信号を反転するインバータとして機能する。
The
コンデンサ441の一端は、バッファ430の出力端子に接続され、他端は、インバータの入力端子(すなわち、pMOSトランジスタ444のゲート)に接続される。コンデンサ443は、インバータに並列に接続される。pMOSトランジスタ442は、コンデンサ443の両端を接続する経路を、垂直走査回路220からの駆動信号に従って開閉するものである。
One end of the
pMOSトランジスタ442をオンした際にコンデンサ441のバッファ430側に電圧信号Vinitが入力され、その逆側は仮想接地端子となる。この仮想接地端子の電位を便宜上、ゼロとする。このとき、コンデンサ441に蓄積されている電位Qinitは、コンデンサ441のコンデンサをC1とすると、次の式により表される。一方、コンデンサ443の両端は、短絡されているため、その蓄積電荷はゼロとなる。
Qinit=C1×Vinit ・・・式1
When the
Q init = C1 x V init ...
次に、pMOSトランジスタ442がオフされて、コンデンサ441のバッファ430側の電圧が変化してVafterになった場合を考えると、コンデンサ441に蓄積される電荷Qafterは、次の式により表される。
Qafter=C1×Vafter ・・・式2
Next, considering the case where the
Q after = C1 x V after ...
一方、コンデンサ443に蓄積される電荷Q2は、出力電圧をVoutとすると、次の式により表される。
Q2=−C2×Vout ・・・式3
On the other hand, the charge Q2 stored in the capacitor 443 is expressed by the following equation , where the output voltage is V out.
Q2 = -C2 x V out ... Equation 3
このとき、コンデンサ441および443の総電荷量は変化しないため、次の式が成立 する。
Qinit=Qafter+Q2 ・・・式4
At this time, since the total charge amounts of the
Q init = Q after + Q2 ・ ・ ・ Equation 4
式4に式1乃至式3を代入して変形すると、次の式が得られる。
Vout=−(C1/C2)×(Vafter−Vinit) ・・・式5
By substituting
V out =-(C1 / C2) x (V after- V init ) ... Equation 5
式5は、電圧信号の減算動作を表し、減算結果の利得はC1/C2となる。通常、利得を最大化することが望まれるため、C1を大きく、C2を小さく設計することが好ましい。一方、C2が小さすぎると、kTCノイズが増大し、ノイズ特性が悪化するおそれがあるため、C2の容量削減は、ノイズを許容することができる範囲に制限される。また、DVS画素400ごとに減算器440が搭載されるため、容量C1やC2には、面積上の制約がある。
Equation 5 represents the subtraction operation of the voltage signal, and the gain of the subtraction result is C1 / C2. Since it is usually desired to maximize the gain, it is preferable to design C1 to be large and C2 to be small. On the other hand, if C2 is too small, kTC noise may increase and noise characteristics may deteriorate. Therefore, the capacity reduction of C2 is limited to the range in which noise can be tolerated. Further, since the
上述の減算動作により、電圧Vpの変化量を示す微分信号が生成される。 By the subtraction operation described above, a differential signal indicating the amount of change in voltage Vp is generated.
量子化器450は、pMOSトランジスタ451および453とnMOSトランジスタ452および454とを備える。
The
pMOSトランジスタ451およびnMOSトランジスタ452は、電源端子と接地端子との間において直列に接続される。pMOSトランジスタ453およびnMOSトランジスタ454も、電源端子と接地端子との間において直列に接続される。また、pMOSトランジスタ451および453のゲートは、減算器440の出力端子に接続される。nMOSトランジスタ452のゲートには上限閾値を示すバイアス電圧Vonが印加され、nMOSトランジスタ454のゲートには下限閾値を示すバイアス電圧Voffが印加される。
The pMOS transistor 451 and the
pMOSトランジスタ451およびnMOSトランジスタ452の接続ノードは、転送部460に接続され、この接続ノードの電圧が、オンイベント検出信号VCHとして出力される。pMOSトランジスタ453およびnMOSトランジスタ454の接続ノードも、転送部460に接続され、この接続ノードの電圧が、オフイベント検出信号VCLとして出力される。このような接続により、微分信号が上限閾値を超えた場合に量子化器450は、ハイレベルのオンイベント検出信号VCHを出力し、微分信号が下限閾値を下回った場合にローレベルのオフイベント検出信号VCLを出力する。
The connection node of the pMOS transistor 451 and the
なお、光電変換素子410と電流電圧変換部420の一部とを受光チップ201に配置し、その後段の回路を回路チップ202に配置しているが、それぞれのチップへ配置する回路は、この構成に限定されない。例えば、光電変換素子410と電流電圧変換部420の全体とを受光チップ201に配置し、それ以外を回路チップ202に配置することもできる。また、光電変換素子410、電流電圧変換部420およびバッファ430を受光チップ201に配置し、それ以外を回路チップ202に配置することもできる。また、光電変換素子410、電流電圧変換部420およびバッファ430とコンデンサ441を受光チップ201に配置し、それ以外を回路チップ202に配置することもできる。また、光電変換素子410、電流電圧変換部420、バッファ430、減算器440および量子化器450を受光チップ201に配置し、それ以外を回路チップ202に配置することもできる。
The
このように、本技術の第1の実施の形態によれば、通常画素300が、DVS画素400からの電荷と通常画素300自身が生成した電荷との量に応じた画素信号を生成するため、自身が生成した電荷のみを用いる場合と比較して感度を向上させることができる。感度の向上により、特に暗所で撮像した際の画像データの画質を向上させることができる。
As described above, according to the first embodiment of the present technology, the
<2.第2の実施の形態>
上述の第1の実施の形態では、通常画素300ごとに、選択トランジスタ316などの4つのトランジスタを配置していたが、この構成では、画素数を多くするほど回路規模が増大するおそれがある。この第2の実施の形態の固体撮像素子200は、浮遊拡散層314を複数の通常画素300が共有する点において第1の実施の形態と異なる。
<2. Second Embodiment>
In the first embodiment described above, four transistors such as a
図12は、本技術の第2の実施の形態における画素ブロック211の一構成例を示す回路図である。この第2の実施の形態の画素ブロック211は、FD共有ブロック305と、DVS画素400、401、402および403とを備える。FD共有ブロック305は、光電変換素子311、371、373および375と、転送トランジスタ312、372、374および376とを備える。さらに、FD共有ブロック305は、リセットトランジスタ313、浮遊拡散層314、増幅トランジスタ315および選択トランジスタ316とを備える。転送トランジスタ372、374および376として、例えば、nMOSトランジスタが用いられる。
FIG. 12 is a circuit diagram showing a configuration example of the
光電変換素子311、転送トランジスタ312、リセットトランジスタ313、浮遊拡散層314、増幅トランジスタ315および選択トランジスタ316の接続構成は、第1の実施の形態と同様である。ただし、転送トランジスタ312は、垂直走査回路220からの転送信号TRG1に従って電荷を転送する。
The connection configuration of the
転送トランジスタ372は、垂直走査回路220からの転送信号TRG2に従って光電変換素子371から浮遊拡散層314へ電荷を転送するものである。転送トランジスタ372および光電変換素子371の接続ノードは、DVS画素401に接続される。
The
転送トランジスタ374は、垂直走査回路220からの転送信号TRG3に従って光電変換素子373から浮遊拡散層314へ電荷を転送するものである。転送トランジスタ374および光電変換素子373の接続ノードは、DVS画素402に接続される。
The
転送トランジスタ376は、垂直走査回路220からの転送信号TRG4に従って光電変換素子375から浮遊拡散層314へ電荷を転送するものである。転送トランジスタ376および光電変換素子375の接続ノードは、DVS画素403に接続される。
The
また、FD共有ブロック305と、DVS400乃至403のそれぞれの一部とが受光チップ201に配置される。DVS400乃至403のそれぞれの残りは、回路チップ202に配置される。
Further, the FD shared
上述の構成により、FD共有ブロック305は、リセットトランジスタ313、浮遊拡散層314、増幅トランジスタ315および選択トランジスタ316を共有する4つの通常画素300として機能する。浮遊拡散層314などの共有により、画素当たりの回路規模を削減することができる。
With the above configuration, the FD shared block 305 functions as four
なお、浮遊拡散層314などを共有する画素数を4画素としているが、この構成に限定されず、8画素などであってもよい。
Although the number of pixels sharing the floating
図13は、本技術の第2の実施の形態における画素ブロック211の平面図の一例である。画素ブロック211の周囲には、FDTI(Front Deep Trench Isolation)381が形成される。このFDTI381により、画素ブロック211は、周辺の素子と分離される。また、画素ブロック211は、RDTI(Rear Deep Trench Isolation)382により4つの領域に分割される。
FIG. 13 is an example of a plan view of the
また、画素ブロック211の外周の近傍にリセットトランジスタ313、増幅トランジスタ315および選択トランジスタ316が配置される。また、下側の回路と接続するための複数の端子391が配置される。
Further, a
また、光軸をZ軸とし、Z軸に垂直な所定の軸をX軸とする。X軸およびZ軸に垂直な軸をY軸とする。同図は、Z軸方向から見た平面図を示し、点線は、X軸に沿った線を示す。 Further, the optical axis is the Z axis, and a predetermined axis perpendicular to the Z axis is the X axis. The axis perpendicular to the X-axis and the Z-axis is defined as the Y-axis. The figure shows a plan view seen from the Z-axis direction, and the dotted line shows a line along the X-axis.
図14は、本技術の第2の実施の形態における固体撮像素子200の断面図の一例である。同図は、図13の点線(X軸)に沿って固体撮像素子200を切断した際の断面図を示す。
FIG. 14 is an example of a cross-sectional view of the solid-
複数のマイクロレンズ383の下側に光電変換素子311や373が配置される。光電変換素子311と、光電変換素子373とは、RDTI382により分離される。また、光電変換素子410の左側と、光電変換素子412の右側とには、RDTI382よりも深いFDTI381が形成される。
光電変換素子410、311、373および412の下側には配線層が形成され、受光チップ201と回路チップ202とは、複数の端子391により接続される。
A wiring layer is formed under the
図15は、本技術の第2の実施の形態における素子のレイアウトの一例である。同図は、図13のFDTI381の内側の素子のレイアウトを示す。 FIG. 15 is an example of the layout of the elements in the second embodiment of the present technology. The figure shows the layout of the elements inside the FDTI381 of FIG.
中央部に浮遊拡散層314が配置され、その周囲に光電変換素子311、371、373および375が2行×2列で配列される。光電変換素子311、371、373および375と、浮遊拡散層314との間には、転送トランジスタ312、372、374、376が配置される。
The floating
また、光電変換素子311の左上には、L字を上下反転させた形状の光電変換素子410が配置される。光電変換素子371の右上には、L字を上下左右に反転させた形状の光電変換素子411が配置される。光電変換素子373の右下には、L字を左右反転させた形状の光電変換素子412が配置される。光電変換素子375の左下には、L字の光電変換素子413が配置される。
Further, on the upper left of the
このように、本技術の第2の実施の形態によれば、複数の通常画素300が浮遊拡散層314を共有するため、共有しない場合と比較して画素当たりの回路規模を削減することができる。
As described above, according to the second embodiment of the present technology, since the plurality of
<3.第3の実施の形態>
上述の第1の実施の形態では、垂直走査回路220は、ローリングシャッター方式により露光を行っていたが、この構成では、ローリングシャッター歪みが生じるおそれがある。この第3の実施の形態の固体撮像素子200は、グローバルシャッター方式により露光を行う点において第1の実施の形態と異なる。
<3. Third Embodiment>
In the first embodiment described above, the
図16は、本技術の第3の実施の形態における通常画素300の一構成例を示す回路図である。この第3の実施の形態の通常画素300は、排出トランジスタ317、転送トランジスタ318および電荷保持部319をさらに備える点において第1の実施の形態と異なる。排出トランジスタ317および転送トランジスタ318として、例えば、nMOSトランジスタが用いられる。
FIG. 16 is a circuit diagram showing a configuration example of a
排出トランジスタ317は、垂直走査回路220からの排出信号OFDに従って、光電変換素子311から電荷を排出するものである。排出される電荷には、前述したように、光電変換素子311自身が生成した電荷と、DVS画素400からの電荷とが含まれる。
The
転送トランジスタ318は、垂直走査回路220からの転送信号TRGaに従って、光電変換素子311およびDVS画素400から電荷保持部319へ電荷を転送するものである。電荷保持部319は、転送された電荷を保持するものであり、アナログメモリとして機能する。
The
また、第3の実施の形態の転送トランジスタ312は、垂直走査回路220からの転送信号TRGbに従って、電荷保持部319から浮遊拡散層314へ電荷を転送する。
Further, the
なお、転送トランジスタ318は、特許請求の範囲に記載の第1の転送トランジスタの一例であり、転送トランジスタ312は、特許請求の範囲に記載の第2の転送トランジスタの一例である。
The
第3の実施の形態の垂直走査回路220は、グローバルシャッター方式により露光を行う。垂直走査回路220は、全画素について露光を同時に開始し、露光終了時に全画素について、電荷保持部319に電荷を保持させる。そして、垂直走査回路220は、行を順に選択して、その行について浮遊拡散層314の初期化と、浮遊拡散層314への電荷転送とを実行させる。カラムADC240は、選択された行についてAD変換を行う。
The
同図に例示したように、電荷保持部319に電荷を保持させることにより、垂直走査回路220は、全画素について同時に露光を開始させることができる。
As illustrated in the figure, by having the
なお、第3の実施の形態に、浮遊拡散層314を共有する第2の実施の形態を適用することもできる。
It should be noted that the second embodiment sharing the floating
このように、本技術の第3の実施の形態によれば、通常画素300ごとに電荷保持部319に電荷を保持させるため、垂直走査回路220は、グローバルシャッタ方式により露光を行うことができる。これにより、ローリングシャッター歪みを抑制し、画像データの画質を向上させることができる。
As described above, according to the third embodiment of the present technology, since the
<4.第4の実施の形態>
上述の第1の実施の形態では、カラムADC240が1行ずつAD変換していたが、この構成では、AD変換の速度が不足するおそれがある。この第4の実施の形態の固体撮像素子200は、全画素にADCを配置した点において第1の実施の形態と異なる。
<4. Fourth Embodiment>
In the first embodiment described above, the
図17は、本技術の第4の実施の形態における回路チップ202の一構成例を示すブロック図ある。この第4の実施の形態の回路チップ202は、カラムADC240、負荷MOS回路250を備えず、DAC291と、複数の時刻コード発生部292と、画素駆動回路293と、タイミング生成回路294とを備える。
FIG. 17 is a block diagram showing a configuration example of the
また、第4の実施の形態の回路チップ202において、Xアービタ270およびYアービタ280は、アービタ275内に配置される。
Further, in the
DAC291は、DA(Digital to Analog)変換により、スロープ状に変化するアナログの参照信号を生成するものである。このDAC291は、参照信号を下側画素領域260に供給する。
The
時刻コード発生部292は、時刻コードを発生するものである。この時刻コードは、参照信号がスロープ状に変化する期間内の時刻を示す。時刻コード発生部292は、発生した時刻コードを下側画素領域260に供給する。
The time
画素駆動回路293は、通常画素300内の回路を駆動してアナログの画素信号を生成させるものである。
The
タイミング生成回路294は、垂直同期信号に同期して、垂直走査回路220や出力部230の動作タイミングを制御するものである。
The
図18は、本技術の第4の実施の形態における下側画素領域260の一構成例を示す図である。この第4の実施の形態の下側画素領域260には、複数の画素ブロック211と、複数の時刻コード転送部261とが配置される。時刻コード転送部261は、時刻コード発生部292ごとに配置される。
FIG. 18 is a diagram showing a configuration example of the
画素ブロック211のそれぞれには、通常画素300およびDVS画素400が配置される。通常画素300内の全回路が上側に配置された第1の実施の形態と異なり、第4の実施の形態では、通常画素300内の回路の一部が上側に配置され、残りが下側に配置される。
A
時刻コード転送部261は、対応する時刻コード発生部292からの時刻コードを転送 するものである。この時刻コード転送部261は、対応する時刻コード発生部292から の時刻コードを通常画素300へ転送し、また、通常画素300からの時刻コードをデジタルの画素信号として出力部230に転送する。
The time
図19は、本技術の第4の実施の形態における通常画素300の一構成例を示すブロック図である。
FIG. 19 is a block diagram showing a configuration example of a
この通常画素300は、画素回路310およびADC320を備える。また、ADC320は、比較回路321およびデータ記憶部360を備える。そして、比較回路321は、差動入力回路330、電圧変換回路340および正帰還回路350を備える。
The
画素回路310は、画素駆動回路293の制御に従って画素信号SIGを生成し、ADC320に供給するものである。
The
ADC320は、画素信号SIGをデジタル信号にAD変換するものである。ADC320内の差動入力回路330は、DAC291からの参照信号REFと、画素回路310からの画素信号SIGとを比較するものである。この差動入力回路330は、比較結果を示す出力信号を電圧変換回路340に供給する。
The
電圧変換回路340は、差動入力回路330からの出力信号の電圧を変換して正帰還回路350に出力するものである。
The
正帰還回路350は、出力の一部を入力(出力信号)に加算し、出力信号VCOとしてデータ記憶部360に出力するものである。
The
データ記憶部360は、出力信号VCOが反転したときの時刻コードを保持するもので ある。このデータ記憶部360は、垂直走査回路220の制御に従って時刻コードをデジタル信号として時刻コード転送部261に出力する。
The
図20は、本技術の第4の実施の形態における通常画素300の一構成例を示す回路図である。画素回路310は、リセットトランジスタ313、浮遊拡散層314、転送トランジスタ312、光電変換素子311および排出トランジスタ317とを備える。転送トランジスタ312および光電変換素子311の接続ノードは、第1の実施の形態と同様にDVS画素400に接続される。
FIG. 20 is a circuit diagram showing a configuration example of a
排出トランジスタ317は、画素駆動回路293からの排出信号OFGに従って、電荷を排出する。転送トランジスタ312は、画素駆動回路293からの転送信号TXに従って電荷を転送する。リセットトランジスタ313は、画素駆動回路293からのリセット信号RSTに従って、浮遊拡散層314を初期化する。
The
差動入力回路330は、pMOSトランジスタ331、334および336と、nMOSトランジスタ332、333および335とを備える。
The
nMOSトランジスタ332および335は、差動対を構成し、これらのトランジスタのソースは、nMOSトランジスタ333のドレインに共通に接続される。また、nMOSトランジスタ332のドレインは、pMOSトランジスタ331のドレインとpMOSトランジスタ331および334のゲートとに接続される。nMOSトランジスタ335のドレインは、pMOSトランジスタ334のドレインとpMOSトランジスタ336のゲートとリセットトランジスタ313のドレインとに接続される。また、nMOSトランジスタ332のゲートには、参照信号REFが入力される。
The
nMOSトランジスタ333のゲートには、所定のバイアス電圧Vbが印加され、nMOSトランジスタ333のソースには、所定の接地電圧が印加される。
A predetermined bias voltage Vb is applied to the gate of the
pMOSトランジスタ331および334は、カレントミラー回路を構成する。pMOSトランジスタ331、334および336のソースには、電源電圧VDD1が印加される。この電源電圧VDD1は、電源電圧VDD2よりも高い。また、pMOSトランジスタ336のドレインは、電圧変換回路340に接続される。
The
電圧変換回路340は、nMOSトランジスタ341を備える。このnMOSトランジスタ341のゲートには所定のバイアス電圧VBIASが印加される。また、nMOSトランジスタ341のドレインは、pMOSトランジスタ336のドレインに接続され、ソースは、正帰還回路350に接続される。
The
正帰還回路350はpMOSトランジスタ351、352および354と、nMOSトランジスタ353および355とを備える。pMOSトランジスタ351および352とnMOSトランジスタ353とは、電源電圧VDD2と接地電圧VSSとの間に直列に接続される。pMOSトランジスタ354およびnMOSトランジスタ355も、電源電圧VDD2と接地電圧VSSとの間に直列に接続される。
The
pMOSトランジスタ351およびnMOSトランジスタ353のゲートには、垂直走査回路220からの初期化信号INIが入力される。pMOSトランジスタ352およびnMOSトランジスタ353の接続ノードは、電圧変換回路340に接続される。pMOSトランジスタ354およびnMOSトランジスタ355のゲートは、pMOSトランジスタ352およびnMOSトランジスタ353の接続ノードに共通に接続される。pMOSトランジスタ352のゲートは、pMOSトランジスタ354およびnMOSトランジスタ355の接続ノードに接続される。また、pMOSトランジスタ354およびnMOSトランジスタ355の接続ノードの電圧は、出力信号VCOとして、データ記憶部360へ出力される。
The initialization signal INI from the
また、通常画素300内の画素回路310と、nMOSトランジスタ332、333および335とが受光チップ201に配置される。pMOSトランジスタ331、334および336と、電圧変換回路340以降の回路とは、回路チップ202に配置される。
Further, the
図18乃至図20に例示したように、通常画素300ごとにADC320を配置したため、固体撮像素子200は、全画素について同時にAD変換を行うことができる。これにより、行ごとにAD変換を行う第1の実施の形態と比較して、AD変換の速度を向上させることができる。なお、図18乃至図20に例示した回路の詳細は、例えば、国際公開第2016/136448号に記載されている。
As illustrated in FIGS. 18 to 20, since the
このように、本技術の第4の実施の形態によれば、通常画素300ごとにADC320を配置したため、全画素について同時にAD変換を行うことができる。これにより、AD変換の速度を向上させることができる。
As described above, according to the fourth embodiment of the present technology, since the
<5.移動体への応用例>
本開示に係る技術(本技術)は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
<5. Application example to mobile>
The technology according to the present disclosure (the present technology) can be applied to various products. For example, the technology according to the present disclosure is realized as a device mounted on a moving body of any kind such as an automobile, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a motorcycle, a bicycle, a personal mobility, an airplane, a drone, a ship, and a robot. You may.
図21は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。 FIG. 21 is a block diagram showing a schematic configuration example of a vehicle control system, which is an example of a mobile control system to which the technique according to the present disclosure can be applied.
車両制御システム12000は、通信ネットワーク12001を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図21に示した例では、車両制御システム12000は、駆動系制御ユニット12010、ボディ系制御ユニット12020、車外情報検出ユニット12030、車内情報検出ユニット12040、及び統合制御ユニット12050を備える。また、統合制御ユニット12050の機能構成として、マイクロコンピュータ12051、音声画像出力部12052、及び車載ネットワークI/F(interface)12053が図示されている。
The
駆動系制御ユニット12010は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット12010は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。
The drive
ボディ系制御ユニット12020は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット12020は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット12020には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット12020は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
The body
車外情報検出ユニット12030は、車両制御システム12000を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット12030には、撮像部12031が接続される。車外情報検出ユニット12030は、撮像部12031に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット12030は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。
The vehicle outside
撮像部12031は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部12031は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部12031が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。
The
車内情報検出ユニット12040は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット12040には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部12041が接続される。運転者状態検出部12041は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット12040は、運転者状態検出部12041から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。
The in-vehicle
マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030又は車内情報検出ユニット12040で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット12010に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ12051は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むADAS(Advanced Driver Assistance System)の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。
The
また、マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030又は車内情報検出ユニット12040で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
Further, the
また、マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット12020に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。
Further, the
音声画像出力部12052は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図21の例では、出力装置として、オーディオスピーカ12061、表示部12062及びインストルメントパネル12063が例示されている。表示部12062は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。
The audio-
図22は、撮像部12031の設置位置の例を示す図である。
FIG. 22 is a diagram showing an example of the installation position of the
図22では、撮像部12031として、撮像部12101,12102,12103,12104,12105を有する。
In FIG. 22, as the
撮像部12101,12102,12103,12104,12105は、例えば、車両12100のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部12101及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部12105は、主として車両12100の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部12102,12103は、主として車両12100の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部12104は、主として車両12100の後方の画像を取得する。車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部12105は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
The
なお、図22には、撮像部12101ないし12104の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲12111は、フロントノーズに設けられた撮像部12101の撮像範囲を示し、撮像範囲12112,12113は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部12102,12103の撮像範囲を示し、撮像範囲12114は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部12104の撮像範囲を示す。例えば、撮像部12101ないし12104で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両12100を上方から見た俯瞰画像が得られる。
Note that FIG. 22 shows an example of the photographing range of the
撮像部12101ないし12104の少なくとも1つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部12101ないし12104の少なくとも1つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。
At least one of the
例えば、マイクロコンピュータ12051は、撮像部12101ないし12104から得られた距離情報を基に、撮像範囲12111ないし12114内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化(車両12100に対する相対速度)を求めることにより、特に車両12100の進行路上にある最も近い立体物で、車両12100と略同じ方向に所定の速度(例えば、0km/h以上)で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ12051は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御(追従停止制御も含む)や自動加速制御(追従発進制御も含む)等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
For example, the
例えば、マイクロコンピュータ12051は、撮像部12101ないし12104から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、2輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ12051は、車両12100の周辺の障害物を、車両12100のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ12051は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ12061や表示部12062を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット12010を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。
For example, the
撮像部12101ないし12104の少なくとも1つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ12051は、撮像部12101ないし12104の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部12101ないし12104の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ12051が、撮像部12101ないし12104の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部12052は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部12062を制御する。また、音声画像出力部12052は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部12062を制御してもよい。
At least one of the
以上、本開示に係る技術が適用され得る車両制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、例えば、撮像部12031に適用され得る。具体的には、例えば、図1の撮像装置100は、撮像部12031に適用することができる。撮像部12031に本開示に係る技術を適用することにより、感度を向上させて、より見やすい撮影画像を得ることができるため、ドライバの疲労を軽減することが可能になる。
The example of the vehicle control system to which the technique according to the present disclosure can be applied has been described above. The technique according to the present disclosure can be applied to, for example, the
なお、上述の実施の形態は本技術を具現化するための一例を示したものであり、実施の形態における事項と、特許請求の範囲における発明特定事項とはそれぞれ対応関係を有する。同様に、特許請求の範囲における発明特定事項と、これと同一名称を付した本技術の実施の形態における事項とはそれぞれ対応関係を有する。ただし、本技術は実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において実施の形態に種々の変形を施すことにより具現化することができる。
なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって、限定されるものではなく、また、他の効果があってもよい。
It should be noted that the above-described embodiment shows an example for embodying the present technology, and the matters in the embodiment and the matters specifying the invention within the scope of claims have a corresponding relationship with each other. Similarly, the matters specifying the invention within the scope of claims and the matters in the embodiment of the present technology having the same name have a corresponding relationship with each other. However, the present technology is not limited to the embodiment, and can be embodied by applying various modifications to the embodiment without departing from the gist thereof.
It should be noted that the effects described in the present specification are merely examples and are not limited, and other effects may be obtained.
なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
(1)入射光に対する光電変換により生成した光電流の変化量が所定の閾値を超えたか否かを検出して前記光電流内の電荷を出力電荷として出力する検出画素と、
前記入射光に対する光電変換により電荷を生成電荷として生成して所定の露光期間内の前記出力電荷および前記生成電荷の量に応じた画素信号を出力する通常画素と
を具備する固体撮像素子。
(2)前記通常画素は、第1および第2の通常画素を含み、
前記検出画素は、前記第1の通常画素に接続された第1の検出画素と前記第2の通常画素に接続された第2の検出画素とを含み、
前記第1および第2の通常画素は、浮遊拡散層を共有する
前記(1)記載の固体撮像素子。
(3)前記通常画素は、
前記入射光に対する光電変換により前記生成電荷を生成する通常画素内光電変換素子と、
前記生成電荷および前記出力電荷を浮遊拡散層へ転送する転送トランジスタと、
前記浮遊拡散層を初期化するリセットトランジスタと、
前記浮遊拡散層の電圧を増幅する増幅トランジスタと、
前記増幅された電圧の信号を所定の選択信号に従って前記画素信号として出力する選択トランジスタと
を備え、
前記通常画素内光電変換素子と前記転送トランジスタとの接続ノードが前記検出画素に接続される
前記(1)記載の固体撮像素子。
(4)前記通常画素は、
電荷保持部と、
前記通常画素内光電変換素子から前記生成電荷および前記出力電荷を排出する排出トランジスタと
をさらに備え、
前記転送トランジスタは、
前記生成電荷および前記出力電荷を前記通常画素内光電変換素子および前記検出画素から前記電荷保持部へ転送する第1の転送トランジスタと、
前記生成電荷および前記出力電荷を前記電荷保持部から前記浮遊拡散層へ転送する第2の転送トランジスタと
を備える前記(3)記載の固体撮像素子。
(5)前記通常画素から出力された画素信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換器をさらに具備する
前記(1)から(4)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(6)前記通常画素と前記検出画素の一部とが所定の受光チップに配置され、
前記検出画素の残りは所定の回路チップに配置される
前記(1)から(5)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(7)前記検出画素は、
前記入射光に対する光電変換により前記光電流を生成する検出画素内光電変換素子と、
前記光電流を電圧に変換する電流電圧変換部と、
前記電圧の変化量を求める減算器と、
前記変化量が前記閾値を超えたか否かを検出する量子化器と
を備え、
前記電流電圧変換部の一部は前記受光チップに配置され、
前記電流電圧変換部の残りと前記減算器と前記量子化器とが前記回路チップに配置される
前記(6)記載の固体撮像素子。
(8)前記通常画素は、
前記入射光に対する光電変換により電荷を生成電荷として生成して所定の露光期間内の前記出力電荷および前記生成電荷に応じた画素信号を出力する画素回路と、
前記画素信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換器と
を備える前記(1)に記載の固体撮像素子。
(9)前記通常画素の一部と前記検出画素の一部とが所定の受光チップに配置され、
前記通常画素の残りと前記検出画素の残りとが所定の回路チップに配置される
前記(7)記載の固体撮像素子。
(10)入射光に対する光電変換により生成した光電流の変化量が所定の閾値を超えたか否かを検出して前記光電流内の電荷を出力電荷として出力する検出画素と、
前記入射光に対する光電変換により電荷を生成電荷として生成して所定の露光期間内の前記出力電荷および前記生成電荷の量に応じた画素信号を出力する通常画素と、
前記画素信号を配列した画像データを記録する記録部と
を具備する撮像装置。
The present technology can have the following configurations.
(1) A detection pixel that detects whether or not the amount of change in the photocurrent generated by photoelectric conversion with respect to incident light exceeds a predetermined threshold value and outputs the charge in the photocurrent as an output charge.
A solid-state image sensor including a normal pixel that generates a charge as a generated charge by photoelectric conversion with respect to the incident light and outputs a pixel signal according to the amount of the output charge and the generated charge within a predetermined exposure period.
(2) The normal pixel includes the first and second normal pixels, and includes the first and second normal pixels.
The detection pixel includes a first detection pixel connected to the first normal pixel and a second detection pixel connected to the second normal pixel.
The solid-state image pickup device according to (1) above, wherein the first and second ordinary pixels share a floating diffusion layer.
(3) The normal pixel is
A normal in-pixel photoelectric conversion element that generates the generated charge by photoelectric conversion with respect to the incident light, and
A transfer transistor that transfers the generated charge and the output charge to the floating diffusion layer,
A reset transistor that initializes the floating diffusion layer,
An amplification transistor that amplifies the voltage of the stray diffusion layer,
A selection transistor that outputs a signal of the amplified voltage as the pixel signal according to a predetermined selection signal is provided.
The solid-state image sensor according to (1), wherein the connection node between the normal intra-pixel photoelectric conversion element and the transfer transistor is connected to the detection pixel.
(4) The normal pixel is
Charge holder and
Further, an emission transistor for discharging the generated charge and the output charge from the ordinary in-pixel photoelectric conversion element is provided.
The transfer transistor is
A first transfer transistor that transfers the generated charge and the output charge from the normal in-pixel photoelectric conversion element and the detection pixel to the charge holding unit.
The solid-state image pickup device according to (3) above, comprising a second transfer transistor that transfers the generated charge and the output charge from the charge holding unit to the floating diffusion layer.
(5) The solid-state image sensor according to any one of (1) to (4), further comprising an analog-to-digital converter that converts a pixel signal output from the normal pixel into a digital signal.
(6) The normal pixel and a part of the detection pixel are arranged on a predetermined light receiving chip, and the normal pixel and a part of the detection pixel are arranged on a predetermined light receiving chip.
The solid-state image pickup device according to any one of (1) to (5) above, wherein the rest of the detection pixels are arranged on a predetermined circuit chip.
(7) The detection pixel is
An intra-detection pixel photoelectric conversion element that generates the photocurrent by photoelectric conversion with respect to the incident light,
A current-voltage converter that converts the photocurrent into a voltage,
A subtractor for obtaining the amount of change in voltage and
A quantizer for detecting whether or not the amount of change exceeds the threshold value is provided.
A part of the current-voltage conversion unit is arranged on the light receiving chip.
The solid-state image sensor according to (6), wherein the rest of the current-voltage conversion unit, the subtractor, and the quantizer are arranged on the circuit chip.
(8) The normal pixel is
A pixel circuit that generates an electric charge as a generated charge by photoelectric conversion with respect to the incident light and outputs a pixel signal corresponding to the output charge and the generated charge within a predetermined exposure period.
The solid-state image pickup device according to (1) above, comprising an analog-to-digital converter that converts the pixel signal into a digital signal.
(9) A part of the normal pixel and a part of the detection pixel are arranged on a predetermined light receiving chip.
The solid-state image pickup device according to (7), wherein the rest of the normal pixels and the rest of the detection pixels are arranged on a predetermined circuit chip.
(10) A detection pixel that detects whether or not the amount of change in the photocurrent generated by photoelectric conversion with respect to incident light exceeds a predetermined threshold value and outputs the charge in the photocurrent as an output charge.
A normal pixel that generates an electric charge as a generated charge by photoelectric conversion with respect to the incident light and outputs a pixel signal corresponding to the amount of the output charge and the generated charge within a predetermined exposure period.
An image pickup apparatus including a recording unit for recording image data in which the pixel signals are arranged.
100 撮像装置
110 撮像レンズ
120 記録部
130 制御部
200 固体撮像素子
201 受光チップ
202 回路チップ
210 上側画素領域
211 画素ブロック
220 垂直走査回路
230 出力部
240 カラムADC
250 負荷MOS回路
251 負荷MOS電流源
260 下側画素領域
261 時刻コード転送部
270 Xアービタ
275 アービタ
280 Yアービタ
291 DAC
292 時刻コード発生部
293 画素駆動回路
294 タイミング生成回路
300 通常画素
305 FD共有ブロック
310 画素回路
311、371、373、375、410〜413 光電変換素子
312、318、372、374、376 転送トランジスタ
313 リセットトランジスタ
314 浮遊拡散層
315 増幅トランジスタ
316 選択トランジスタ
317 排出トランジスタ
319 電荷保持部
320 ADC
321 比較回路
330 差動入力回路
331、334、336、351、352、354、423、431、432、442、444、451、453 pMOSトランジスタ
332、333、335、341、353、355、421、422、445、452、454 nMOSトランジスタ
340 電圧変換回路
350 正帰還回路
360 データ記憶部
381 FDTI(Front Deep Trench Isolation)
382 RDTI(Rear Deep Trench Isolation)
383 マイクロレンズ
391〜394、424 端子
400〜403 DVS画素
420 電流電圧変換部
430 バッファ
440 減算器
441、443 コンデンサ
450 量子化器
460 転送部
500 基板
501、511、513、521、531、541、551、553 n型半導体領域
512、522、532、542、552 ゲート
12031 撮像部
100
250 Load MOS circuit 251 Load MOS
292
321
382 RDTI (Rear Deep Trench Isolation)
383 Microlens 391-394, 424 Terminals 400-403
Claims (10)
前記入射光に対する光電変換により電荷を生成電荷として生成して所定の露光期間内の前記出力電荷および前記生成電荷の量に応じた画素信号を出力する通常画素と
を具備する固体撮像素子。 A detection pixel that detects whether or not the amount of change in the photocurrent generated by photoelectric conversion with respect to incident light exceeds a predetermined threshold value and outputs the charge in the photocurrent as an output charge.
A solid-state image sensor including a normal pixel that generates a charge as a generated charge by photoelectric conversion with respect to the incident light and outputs a pixel signal according to the amount of the output charge and the generated charge within a predetermined exposure period.
前記検出画素は、前記第1の通常画素に接続された第1の検出画素と前記第2の通常画素に接続された第2の検出画素とを含み、
前記第1および第2の通常画素は、浮遊拡散層を共有する
請求項1記載の固体撮像素子。 The normal pixel includes the first and second normal pixels, and includes the first and second normal pixels.
The detection pixel includes a first detection pixel connected to the first normal pixel and a second detection pixel connected to the second normal pixel.
The solid-state image sensor according to claim 1, wherein the first and second ordinary pixels share a floating diffusion layer.
前記入射光に対する光電変換により前記生成電荷を生成する通常画素内光電変換素子と、
前記生成電荷および前記出力電荷を浮遊拡散層へ転送する転送トランジスタと、
前記浮遊拡散層を初期化するリセットトランジスタと、
前記浮遊拡散層の電圧を増幅する増幅トランジスタと、
前記増幅された電圧の信号を所定の選択信号に従って前記画素信号として出力する選択トランジスタと
を備え、
前記通常画素内光電変換素子と前記転送トランジスタとの接続ノードが前記検出画素に接続される
請求項1記載の固体撮像素子。 The normal pixel is
A normal in-pixel photoelectric conversion element that generates the generated charge by photoelectric conversion with respect to the incident light, and
A transfer transistor that transfers the generated charge and the output charge to the floating diffusion layer,
A reset transistor that initializes the floating diffusion layer,
An amplification transistor that amplifies the voltage of the stray diffusion layer,
A selection transistor that outputs a signal of the amplified voltage as the pixel signal according to a predetermined selection signal is provided.
The solid-state image sensor according to claim 1, wherein the connection node between the normal intra-pixel photoelectric conversion element and the transfer transistor is connected to the detection pixel.
電荷保持部と、
前記通常画素内光電変換素子から前記生成電荷および前記出力電荷を排出する排出トランジスタと
をさらに備え、
前記転送トランジスタは、
前記生成電荷および前記出力電荷を前記通常画素内光電変換素子から前記電荷保持部へ転送する第1の転送トランジスタと、
前記生成電荷および前記出力電荷を前記電荷保持部から前記浮遊拡散層へ転送する第2の転送トランジスタと
を備える請求項3記載の固体撮像素子。 The normal pixel is
Charge holder and
Further, an emission transistor for discharging the generated charge and the output charge from the ordinary in-pixel photoelectric conversion element is provided.
The transfer transistor is
A first transfer transistor that transfers the generated charge and the output charge from the ordinary intrapixel photoelectric conversion element to the charge holding unit, and
The solid-state image pickup device according to claim 3, further comprising a second transfer transistor that transfers the generated charge and the output charge from the charge holding unit to the floating diffusion layer.
請求項1記載の固体撮像素子。 The solid-state image sensor according to claim 1, further comprising an analog-to-digital converter that converts a pixel signal output from the normal pixel into a digital signal.
前記検出画素の残りは所定の回路チップに配置される
請求項1記載の固体撮像素子。 The normal pixel and a part of the detection pixel are arranged on a predetermined light receiving chip, and the normal pixel and a part of the detection pixel are arranged on a predetermined light receiving chip.
The solid-state image sensor according to claim 1, wherein the rest of the detection pixels are arranged on a predetermined circuit chip.
前記入射光に対する光電変換により前記光電流を生成する検出画素内光電変換素子と、
前記光電流を電圧に変換する電流電圧変換部と、
前記電圧の変化量を求める減算器と、
前記変化量が前記閾値を超えたか否かを検出する量子化器と
を備え、
前記電流電圧変換部の一部は前記受光チップに配置され、
前記電流電圧変換部の残りと前記減算器と前記量子化器とが前記回路チップに配置される
請求項6記載の固体撮像素子。 The detection pixel is
An intra-detection pixel photoelectric conversion element that generates the photocurrent by photoelectric conversion with respect to the incident light,
A current-voltage converter that converts the photocurrent into a voltage,
A subtractor for obtaining the amount of change in voltage and
A quantizer for detecting whether or not the amount of change exceeds the threshold value is provided.
A part of the current-voltage conversion unit is arranged on the light receiving chip.
The solid-state image sensor according to claim 6, wherein the rest of the current-voltage conversion unit, the subtractor, and the quantizer are arranged on the circuit chip.
前記入射光に対する光電変換により電荷を生成電荷として生成して所定の露光期間内の前記出力電荷および前記生成電荷に応じた画素信号を出力する画素回路と、
前記画素信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換器と
を備える請求項1記載の固体撮像素子。 The normal pixel is
A pixel circuit that generates an electric charge as a generated charge by photoelectric conversion with respect to the incident light and outputs a pixel signal corresponding to the output charge and the generated charge within a predetermined exposure period.
The solid-state image sensor according to claim 1, further comprising an analog-to-digital converter that converts the pixel signal into a digital signal.
前記通常画素の残りと前記検出画素の残りとが所定の回路チップに配置される
請求項8記載の固体撮像素子。 A part of the normal pixel and a part of the detection pixel are arranged on a predetermined light receiving chip.
The solid-state image sensor according to claim 8, wherein the rest of the normal pixels and the rest of the detection pixels are arranged on a predetermined circuit chip.
前記入射光に対する光電変換により電荷を生成電荷として生成して所定の露光期間内の前記出力電荷および前記生成電荷の量に応じた画素信号を出力する通常画素と、
前記画素信号を配列した画像データを記録する記録部と
を具備する撮像装置。 A detection pixel that detects whether or not the amount of change in the photocurrent generated by photoelectric conversion with respect to incident light exceeds a predetermined threshold value and outputs the charge in the photocurrent as an output charge.
A normal pixel that generates an electric charge as a generated charge by photoelectric conversion with respect to the incident light and outputs a pixel signal corresponding to the amount of the output charge and the generated charge within a predetermined exposure period.
An image pickup apparatus including a recording unit for recording image data in which the pixel signals are arranged.
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