JP6552478B2 - 固体撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、固体撮像装置に関する。

固体撮像装置を動作させる際に、画像に生じるノイズが固体撮像装置の温度に依存して変動することがある。そのため、固体撮像装置の温度に基づいて画像信号を補正するために、固体撮像装置に温度センサ素子が設けられている場合がある。特許文献１には温度センサを備えた固体撮像装置が開示されている。

特開２０１２−１５１６６４号公報

特許文献１には、固体撮像装置に温度センサ素子を設けること自体に起因するノイズについては開示されていない。

本発明は、温度センサ素子に起因するノイズが低減された固体撮像装置を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態によれば、各々が光電変換素子を有し、複数の行及び複数の列をなすように配列された、複数の画素を含む画素アレイと、前記複数の画素から信号を読み出す第１の読み出し回路と、温度に応じた信号を出力する温度センサと、前記温度センサに供給される電流を制御する電流制御回路とを有し、前記電流制御回路は、第１の期間において、前記温度センサに所定の電流が供給され、前記温度センサから前記温度に応じた信号が出力されるよう制御し、第２の期間において、前記温度センサに供給される電流を前記所定の電流よりも小さくし、又は停止するよう制御し、前記第１の期間は、前記複数の画素から信号が前記第１の読み出し回路に読み出されていない期間に設定されていることを特徴とする固体撮像装置が提供される。

温度センサ素子に起因するノイズが低減された固体撮像装置を提供することができる。

第１実施形態に係る固体撮像装置のブロック図である。 第１実施形態に係る画素の等価回路図である。 第２実施形態に係る温度センサ回路の等価回路図である。 第２実施形態に係る固体撮像装置の駆動タイミングを示すタイミングチャートである。 第３実施形態に係る固体撮像装置のブロック図である。 第３実施形態に係る固体撮像装置の駆動タイミングを示すタイミングチャートである。 第３実施形態に係る固体撮像装置の駆動タイミングを示すタイミングチャートである。 第４実施形態に係る温度センサ回路の等価回路図である。 第５実施形態に係る固体撮像装置の概略平面図である。 第６実施形態に係る固体撮像装置の概略平面図である。 第７実施形態に係る撮像システムのブロック図である。 第８実施形態に係る撮像システム及び移動体のブロック図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。複数の図面を通じて、同様な機能を有する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略又は簡略化することもある。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る固体撮像装置の構成例を示すブロック図である。固体撮像装置は、画素アレイ１００、垂直走査回路１２０、制御回路１３０、読み出し部１４０、水平走査回路１５０、出力回路１６０及び温度センサ回路１７０を有する。固体撮像装置は、シリコン基板等の半導体基板上に形成される半導体装置であり、本実施形態においてはＣＭＯＳイメージセンサである。画素アレイ１００は、複数の行及び複数の列をなすように二次元状に配列された複数の画素１１０を含む。垂直走査回路１２０は、画素１１０に含まれる複数のトランジスタをオン（導通状態）又はオフ（非導通状態）に制御するための複数の制御信号を供給する。当該制御信号は、画素アレイ１００の行ごとに配された行信号線１９２を介して各画素１１０に供給される。

画素アレイ１００には列ごとに列信号線１９１が設けられており、画素１１０からの画素信号が列ごとに列信号線１９１に読み出される。読み出し部１４０は、画素アレイ１００の各列に対応して設けられ、列ごとに画素１１０からの信号の読み出しを行う列回路１４１を有する。列回路１４１は、列信号線１９１に出力された画素信号の増幅、画素１１０のリセット時の信号及び光電変換時の信号に基づく相関二重サンプリング処理等の処理を行う。水平走査回路１５０は、列回路１４１の増幅器に接続されたスイッチをオン又はオフに制御することにより水平走査を行うための制御信号を供給する。

温度センサ回路１７０は、固体撮像装置の温度に応じた信号を固体撮像装置の外部に出力するセンサ回路である。温度センサ回路１７０は、端子電圧が温度に応じて変化することにより、温度に応じた信号を出力する温度センサ素子１７１を有している。温度センサ回路１７０は、温度センサ素子１７１の当該端子電圧又はこれに基づく信号を出力することにより温度を検出するセンサとして機能する。温度センサ素子１７１は、例えば、ダイオード、バイポーラトランジスタ等により構成され得る。例えば、シリコン等の半導体基板内に形成されたＰＮ接合を用いてダイオード、バイポーラトランジスタ等を形成すると、当該ダイオード、バイポーラトランジスタの電流電圧特性は温度依存性を持つため、これらは温度センサ素子１７１として機能する。

温度センサ回路１７０は、更に光低減手段１７２を有する。光低減手段１７２は、温度センサ素子１７１から射出され、画素１１０に入射する光を低減する手段である。光低減手段１７２は、温度センサ素子での光の射出量を低減する手段、あるいは、射出された光のうち、画素１１０に入射する光の量を低減する手段を含み得る。光低減手段１７２の具体例及びこれを設けることによる効果については後述する。

制御回路１３０は、垂直走査回路１２０、読み出し部１４０、水平走査回路１５０及び温度センサ回路１７０を制御する。制御回路１３０は、例えば、各回路にタイミング信号を供給するタイミングジェネレータを含み得る。出力回路１６０は、バッファアンプ、差動増幅器等を含み、列回路１４１からの画素信号を固体撮像装置の外部の装置、例えば、カメラ等の撮像システムの信号処理部に出力する。また、ＡＤ変換部を更に固体撮像装置の内部、例えば列回路１４１に設けることにより、固体撮像装置３００がデジタルの画素信号を出力する構成であってもよい。

なお、温度センサ回路１７０は、１つのみ図示されているが、固体撮像装置内に複数個設けられていてもよい。また、温度センサ回路１７０の出力信号が固体撮像装置内の回路で処理された後、固体撮像装置の外部に出力されてもよい。

図２は、第１実施形態に係る画素１１０の構成例を示す等価回路図である。画素１１０は、フォトダイオード１１１、転送トランジスタ１１２、リセットトランジスタ１１４、増幅トランジスタ１１５及び選択トランジスタ１１６を有する。

フォトダイオード１１１は、光電変換により、入射光に応じた電荷を生成し、蓄積する光電変換素子である。フォトダイオード１１１は、シリコン等の半導体基板内に形成されたＰＮ接合により形成され得る。フォトダイオード１１１のアノードはグラウンドに接続されており、フォトダイオード１１１のカソードは、転送トランジスタ１１２のソースに接続されている。転送トランジスタ１１２のドレインは、増幅トランジスタ１１５のゲートノードであるフローティングディフュージョン１１３に接続される。転送トランジスタ１１２は、垂直走査回路１２０から供給される制御信号φＴＸにより制御され、オンになることにより、フォトダイオード１１１の電荷をフローティングディフュージョン１１３に転送する転送部として機能する。

増幅トランジスタ１１５のドレインは電源電圧Ｖｄｄを有する電源配線に接続され、増幅トランジスタ１１５のソースは選択トランジスタ１１６のドレインに接続されている。選択トランジスタ１１６のソースは列信号線１９１に接続されている。列信号線１９１には不図示の定電流源が接続されている。選択トランジスタ１１６は、ゲートに入力される制御信号φＳＥＬにより制御され、オンとなることにより増幅トランジスタ１１５のソースと列信号線１９１を接続状態にしてソースフォロワとして機能させる。このとき、フローティングディフュージョン１１３の電圧に基づく出力信号が、各列の列信号線１９１を介して読み出し部１４０に出力される。このように、増幅トランジスタ１１５は、転送された電荷に応じた信号を出力する信号出力部として機能しており、フローティングディフュージョン１１３は、信号出力部の入力ノードとして転送される電荷を受ける機能を有している。

リセットトランジスタ１１４のドレインは電源電圧Ｖｄｄを有する電源配線に接続され、リセットトランジスタ１１４のソースはフローティングディフュージョン１１３に接続される。リセットトランジスタ１１４は、ゲートに入力される制御信号φＲＥＳにより制御され、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１１３の電圧をリセットする。

なお、トランジスタのソースとドレインの呼称は、トランジスタの導電型や着目する機能等に応じて異なることがあり、上述のソースとドレインとは逆の名称で呼ばれることもある。

なお、図２では画素１１０に１つのフォトダイオード１１１が設けられる構成を例示しているが、これに限定されるものではない。例えば、１つの画素に複数のフォトダイオードと複数の転送トランジスタを設け、複数のフォトダイオードから１つのフローティングディフュージョンに電荷が転送される画素構成であってもよい。

以上のように、本実施形態において、固体撮像装置は、温度センサ素子１７１を有する温度センサ回路１７０と、光電変換素子としてのフォトダイオード１１１を有する画素１１０とを有している。本願発明者らは、このような構成において、温度センサ素子１７１に電流が供給されることにより温度センサ素子１７１が発光し得ること、及び、その光が光電変換素子において光電変換されることにより、出力信号にノイズが生じ得ることを見出した。例えば、温度センサ素子１７１がダイオード、バイポーラトランジスタ等である場合には、ダイオード、バイポーラトランジスタのＰＮ接合等に大きな電流が流れたときに発光する場合がある。このように、温度センサ素子１７１を固体撮像装置内に設けることに起因してノイズが生じる場合があり、温度センサ素子１７１を光電変換素子とともに形成する場合には、このノイズを低減することが課題となり得る。

これに対し、本実施形態では、固体撮像装置が、温度センサ素子１７１から射出され、画素１１０に入射する光を低減する光低減手段１７２を備えている。例えば、光低減手段１７２は、温度センサ素子１７１での光の射出量を低減するものであり得る。あるいは、光低減手段１７２は、射出された光のうち、画素１１０に入射する光の量を低減するものであり得る。このように光低減手段１７２により、温度センサ素子１７１からの光が光電変換されることにより生じるノイズが低減する。したがって、温度センサ素子１７１に起因するノイズが低減された固体撮像装置を提供することができる。

なお、図１において光低減手段１７２は、温度センサ回路１７０内に記載されているが、光低減手段１７２の機能は温度センサ回路１７０外にあってもよく、他のブロックに包含されていてもよい。例えば、光低減手段１７２は、図１に示すブロックとは別個に設けられていてもよく、画素アレイ１００内に組み込まれていてもよい。

（第２実施形態）
以下の実施形態では、第１実施形態で述べた光低減手段１７２の具体的構成の例をより詳細に説明する。図３は、第２実施形態に係る温度センサ回路１７０の構成例を示す等価回路図である。なお、温度センサ回路１７０以外の構成は第１実施形態と同様であるため説明を省略する。温度センサ回路１７０は、温度センサ素子１７１、スイッチ１７３及び定電流源１７４を有する。本実施形態において、温度センサ素子１７１は、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタである。また、スイッチ１７３及び定電流源１７４の少なくとも１つが第１実施形態で述べた光低減手段１７２に対応する。

温度センサ素子１７１は温度センサ素子１７１のコレクタには電源電圧Ｖｄｄが印加されており、ベースにはバイアス電圧Ｖｂが印加されている。温度センサ素子１７１のエミッタはスイッチ１７３の一端に接続されており、スイッチ１７３の他端は定電流源１７４に接続されている。温度センサ素子１７１のエミッタは温度センサ回路１７０の出力端子ＯＵＴを構成する。定電流源１７４は、温度センサ素子１７１のコレクタ−エミッタ間を流れる電流を供給する。定電流源１７４は、供給する電流を可変にする機能を有していてもよい。スイッチ１７３は、例えば、制御回路１３０からの制御信号によってオン又はオフに制御される。スイッチ１７３をオフにすることで、温度センサ素子１７１のコレクタ−エミッタ間に流れる電流を停止することができる。

温度センサ素子１７１のエミッタ電圧、すなわち出力端子ＯＵＴの電圧は、温度に依存する。そのため、定電流源１７４により温度センサ素子１７１に定電流を流すことで、温度に応じた信号を出力端子ＯＵＴから取得することができる。また、定電流源１７４により供給される電流を変化させた場合の変化前後のエミッタ電圧の差分も温度に依存する。そのため、定電流源１７４が２種類以上の電流を供給可能な構成とし、各電流に対応する２つ以上のエミッタ電圧の差分を取得することにより温度に応じた信号を出力させてもよい。

本実施形態では、例えば、スイッチ１７３が光低減手段１７２として機能し得る。温度を計測する期間（第１の期間）においては、スイッチ１７３をオン状態に制御することで、温度センサ素子１７１に所定の電流が供給されるように制御することができる。一方、温度を計測しない期間（第２の期間）においては、スイッチ１７３をオフ状態に制御することで、温度センサ素子１７１への電流の供給を停止するように制御することができる。これにより、第２の期間において温度センサ素子１７１からの発光が抑制されるため、温度センサ素子に起因するノイズを低減することができる。

なお、図３において、温度センサ素子１７１はＮＰＮ型のバイポーラトランジスタとして図示されているが、これに限定されるものではない。例えば、回路構成を適宜変更することで、ＰＮＰ型のバイポーラトランジスタ、ＰＮ接合を用いたダイオード等も用いられ得る。

図４は、第２実施形態に係る固体撮像装置の２フレーム分の読み出し駆動タイミングの例を示すタイミングチャートである。図４には、固体撮像装置が動画像の撮影を行う際に１フレームの画像を構成する信号を取得する画素駆動期間と、画像を構成する信号の出力が行われていない垂直ブランキング期間（第１のブランキング期間）とが繰り返される駆動方法が示されている。言い換えると、垂直ブランキング期間は、列回路１４１が画素１１０から出力される１フレームの信号を読み出す処理と次の１フレームの信号を読み出す処理との間の期間である。

温度を計測するための温度センサ回路１７０の駆動は、垂直ブランキング期間内に行われている。この期間が第１の期間に相当する。この第１の期間に、例えば、スイッチ１７３をオン状態に制御することにより温度センサ素子１７１に電流が供給される。図４の「電流供給」のタイミングチャートにおいて、ハイレベルは、スイッチ１７３がオン状態であることを示しており、ローレベルはスイッチ１７３がオフ状態であることを示している。第２の期間、すなわち、温度を計測しない期間には、スイッチ１７３がオフ状態に制御されており温度センサ素子１７１には電流が供給されていない。この駆動方法を用いることにより、温度センサ素子１７１に電流が供給される期間を短くする駆動が実現され、温度センサ素子１７１に起因するノイズを低減することができる。

なお、図４に示す駆動方法は、１フレーム当たり１回の温度計測を行う例であるが、これに限定されるものではなく、１フレーム当たり複数回の温度計測を行ってもよい。１フレーム当たり複数回の温度計測を行う駆動方法において、温度計測に十分な時間を確保できる場合には、画素駆動期間内の水平ブランキング期間（第２のブランキング期間）に温度計測を行ってもよい。ここで、水平ブランキング期間は、１フレームの信号の読み出しにおいて、第１の行の信号出力部が信号を出力する処理と第１の行とは別の第２の行の信号出力部が信号を出力する処理との間の期間のことである。

なお、第２の期間において、温度センサ素子１７１への電流の供給を停止するのではなく、第１の期間よりも供給される電流を小さくする構成であってもよい。例えば、定電流源１７４が供給電流を可変にすることができるものであれば、第２の期間において定電流源１７４が温度センサ素子１７１に供給する電流を、第１の期間に供給される電流よりも小さくするよう制御することができる。この構成では、定電流源１７４が光低減手段１７２として機能し得る。この場合、第２の期間において温度センサ素子１７１からの発光を少なくすることができるため、温度センサ素子１７１に起因するノイズを低減することができる。更に、温度を計測しない期間に電流の供給を停止する場合と比べて、電流量の変化に対する応答を早くすることができる。なお、この構成では、スイッチ１７３を省略してもよい。

このように、本実施形態では、スイッチ１７３と定電流源１７４は、いずれも温度センサ素子１７１に供給される電流を制御する電流制御回路として機能し得る。この電流制御回路は、第１の期間において、温度センサ素子１７１に所定の電流が供給されるよう制御する。更に、電流制御回路は、第２の期間において、温度センサ素子１７１に供給される電流を第１の期間における所定の電流よりも小さくし、又は停止するよう制御する。これにより、電流制御回路は、光低減手段１７２として機能する。

光低減手段１７２としての電流制御回路は、図４に示す構成以外の回路構成であってもよい。例えば、定電流源を複数個設け、スイッチにより温度センサ素子１７１に接続される定電流源の個数を選択可能にすることにより、温度センサ素子１７１への供給電流を可変にする構成であってもよい。

（第３実施形態）
図５は、第３実施形態に係る固体撮像装置の構成例を示すブロック図である。本実施形態の固体撮像装置は、図５に示されるように読み出し部１４０内に画素１１０用の列回路１４１（第１の読み出し回路）に加えて、温度センサ回路１７０用の列回路１４２（第２の読み出し回路）を有している。その他の構成は第１実施形態と同様であるため説明を省略する。列回路１４２は、制御回路１３０の制御を受けて、温度センサ回路１７０から温度に応じた信号を取得する読み出しの処理を行う。なお、本実施形態において温度センサ回路１７０の構成は適宜選択可能であるが、一例として図３に示す構成と同様であるものとして説明する。

図６（ａ）及び図６（ｂ）は、第３実施形態に係る固体撮像装置の駆動タイミングの例を示すタイミングチャートである。図６（ａ）は、画素１１０からの１行分の信号の読み出し方法を示すタイミングチャートである。時刻ｔ１よりも前の時刻において、制御信号φＳＥＬがハイレベルになり選択トランジスタ１１６がオンとなることにより、当該行の画素１１０が選択される。この時点において、制御信号φＲＥＳはハイレベルであり、リセットトランジスタ１１４はオン状態となっているため、フローティングディフュージョン１１３の電位はリセットされている。時刻ｔ１において、制御信号φＲＥＳがローレベルになり、リセットトランジスタ１１４はオフになる。これにより、フローティングディフュージョン１１３にはリセット電位が保持される。このとき列信号線１９１にはフローティングディフュージョン１１３のリセット電位に基づく電位が現れ、列回路１４１により当該電位の読み出しが行われる。このとき読み出された信号をＮ信号と呼ぶ。

時刻ｔ２において、制御信号φＴＸが一時的にハイレベルになり、転送トランジスタ１１２がオンになる。これにより、光電変換によってフォトダイオード１１１に蓄積された電荷がフローティングディフュージョン１１３に転送され、フローティングディフュージョン１１３の電位が転送された電荷量に応じて変化する。このとき列信号線１９１にはフローティングディフュージョン１１３の電位に基づく電位が現れ、列回路１４１により当該電位の読み出しが行われる。このとき読み出された信号をＳ信号と呼ぶ。時刻ｔ３において、制御信号φＲＥＳが再びハイレベルになり、当該画素１１０はリセット状態に戻る。その後、制御信号φＳＥＬが再びローレベルになり選択トランジスタ１１６がオフとなることにより、当該行の画素１１０の選択が解除され、読み出しが完了する。

以上のように、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間の期間がＮ信号の読み出し期間であり、時刻ｔ２から時刻ｔ３の間の期間がＳ信号の読み出し期間である。Ｎ信号とＳ信号の読み出し後、列回路１４１は、Ｓ信号とＮ信号の差分を取得する相関二重サンプリングを行うことにより、入射光に対応する画素信号を生成する。

図６（ｂ）は、温度センサ回路１７０からの信号の読み出し方法を示すタイミングチャートである。本駆動方法では、定電流源１７４が温度センサ素子１７１に２種類の電流値を供給することにより、２つの信号を順次読み出す駆動方法を例示している。この場合、２つの出力信号の差分が温度に対応する信号となる。時刻ｔ１´において、定電流源１７４は温度センサ素子１７１に第１の設定値の電流の供給を開始する（設定１）。これにより、温度センサ回路１７０の出力電位は第１の値となる（出力１）。その後、時刻ｔ２´よりも前の時刻ｔ５において、定電流源１７４は設定１による電流の供給を停止する。

時刻ｔ２´において、定電流源１７４は温度センサ素子１７１に第２の設定値の電流の供給を開始する（設定２）。これにより、温度センサ回路１７０の出力電位は第２の値となる（出力２）。その後、時刻ｔ３´よりも前の時刻ｔ７において、定電流源１７４は設定２による電流の供給を停止する。

列回路１４２は、上述の出力１、出力２の出力電位を読み出して２つの信号を取得する。これらの信号を上述のＮ信号、Ｓ信号と同様に扱うことが可能である場合には、列回路１４１と同様の回路により列回路１４２は構成され得る。ただし、本実施形態では、図６（ａ）及び（ｂ）に示されるように、温度センサ素子に電流を供給する時間（ｔ５−ｔ１´、ｔ７−ｔ２´）をＮ信号又はＳ信号の読み出し時間（ｔ２−ｔ１、ｔ３−ｔ２）よりも短くしている。言い換えると、列回路１４２が１つの信号を読み出す期間の長さは、前記列回路１４１が１つの信号を読み出す期間の長さよりも短い。これにより、温度センサ素子１７１での光の射出量が低減され、温度センサ素子１７１に起因するノイズを低減することができる。

図７は、第３実施形態に係る固体撮像装置の２フレーム分の読み出し駆動タイミングの例を示すタイミングチャートである。図示されているように温度センサ素子１７１への電流供給及び温度センサ素子１７１からの読み出しは、垂直ブランキング期間内に行われる。垂直ブランキング期間には画素１１０の読み出し駆動が行われない。そのため、図５に示されるように列回路１４１と列回路１４２を読み出し部１４０に一体に設けた場合であっても駆動を画素１１０と温度センサ回路１７０とで一致させる必要がない。これにより、読み出し時間を画素１１０と温度センサ回路１７０とで異ならせることが可能となる。

なお、列回路１４１と列回路１４２を別の回路として形成することにより読み出し時間を画素１１０と温度センサ回路１７０とで異ならせる駆動を実現してもよい。この場合、温度センサ素子１７１への電流供給及び温度センサ素子１７１の読み出しは、垂直ブランキング期間内でなくてもよい。

また、温度計測に十分な時間を確保できる場合には、画素駆動期間内の水平ブランキング期間に温度計測内を行ってもよい。

（第４実施形態）
図８は、第４実施形態に係る温度センサ回路１７０の等価回路図である。本実施形態では、第２実施形態で述べた温度センサ回路１７０のより具体的な構成例を述べる。本実施形態の温度センサ回路１７０は、温度センサ素子１７１、スイッチ１７３及び定電流源１７４に加えて、バイアス電圧供給回路１７５及び出力増幅回路１７６を更に有する。バイアス電圧供給回路１７５は、温度センサ素子１７１のベースに供給されるバイアス電圧Ｖｂを供給する回路である。出力増幅回路１７６は、温度センサ素子１７１のエミッタ電圧を増幅して出力する回路である。バイアス電圧供給回路１７５と出力増幅回路１７６の各々は、少なくとも差動増幅器等の増幅器を含む。

バイアス電圧供給回路１７５は、ボルテージフォロワとして機能する差動増幅器と、差動増幅器の非反転入力端子に所定の電圧を供給するための、抵抗素子による分圧回路とを含む。これにより、温度センサ素子１７１のベースには、抵抗素子の抵抗比により定まる所定のバイアス電圧が供給される。

出力増幅回路１７６は、電圧増幅回路として機能する差動増幅器と、増幅率の設定、電圧の保持等に用いられる容量素子及びスイッチとを含む。これにより、エミッタ電圧は、容量素子の容量比により定まる所定の増幅率で増幅される。

温度センサ素子１７１に対しては、第２実施形態の説明でも述べたように一部の期間において、電流の供給を停止し、又は電流の供給量を小さくするように制御される。これに対し、図８に示されるようにバイアス電圧供給回路１７５及び出力増幅回路１７６に含まれる差動増幅器は電源線により常時通電されている。言い換えると、当該差動増幅器は、第１の期間と第２の期間のいずれにおいても電流が供給されている。このような構成とする理由は、温度センサ素子１７１には、大きな電流が流れるため発光の影響が大きいのに対し、差動増幅器に流れる電流は比較的少ないため常時通電としてもその影響が少ないためである。むしろ、バイアス電圧供給回路１７５及び出力増幅回路１７６に含まれる差動増幅器は、応答速度が重視されるため、応答速度の高速化のために常時通電とすることが好ましい。

なお、バイアス電圧供給回路１７５及び出力増幅回路１７６の回路構成は、同様の機能を発揮できれば図８と異なるものであってもよい。

（第５実施形態）
図９に第５実施形態に係る固体撮像装置の概略平面図を示す。図９には、固体撮像装置が形成されるシリコン等の半導体基板２００上に形成される素子のうちの一部の配置が示されている。すなわち、図９には、画素１１０を含む画素アレイ１００、温度センサ素子１７１を含む温度センサ回路１７０、及び、画素アレイ１００と温度センサ回路１７０の間に配された回路要素２１０が示されている。この回路要素２１０は、画素１１０を含まない素子であればよい。例えば、回路要素２１０は、垂直走査回路１２０、制御回路１３０等であってもよい。

画素１１０と温度センサ素子１７１の間に画素１１０以外の回路要素２１０を配置することにより、画素１１０と温度センサ素子１７１の距離を離すことができる。これにより、温度センサ素子１７１で発生した光が画素１１０に入射する量を低減することができ、当該光が光電変換されることにより生じるノイズが低減する。したがって、温度センサ素子１７１に起因するノイズが低減された固体撮像装置を提供することができる。言い換えると、本実施形態における回路要素２１０は、画素１１０に入射する光を低減する光低減手段１７２として機能し得る。

（第６実施形態）
図１０に第６実施形態に係る固体撮像装置の概略平面図を示す。図１０には、固体撮像装置が形成されるシリコン等の半導体基板２００上に形成される素子のうちの一部の配置が示されている。すなわち、図１０には、撮像画素領域１００ａ及び遮光画素領域１００ｂを含む画素アレイ１００と、温度センサ素子１７１を含む温度センサ回路１７０とが示されている。

撮像画素領域１００ａは、フォトダイオード１１１に光が入射し得るように構成された撮像画素が配された領域である。遮光画素領域１００ｂは、フォトダイオード１１１が遮光されている遮光画素が配された領域である。遮光画素は、画素信号のダークレベルの補正のための基準値として用いられる基準信号を出力する画素である。遮光画素に温度センサ素子１７１から射出された光が入射すると、ダークレベルの補正の基準値が変動することになるため、画質への影響が大きい。

図１０に示されるように、遮光画素領域１００ｂは画素アレイ１００の左端及び下端に沿って配されており、撮像画素領域１００ａは画素アレイ１００のその他の領域に配されており、温度センサ回路１７０は画素アレイ１００の右上に配されている。すなわち、遮光画素領域１００ｂと温度センサ回路１７０の間に撮像画素領域１００ａが配されており、撮像画素領域１００ａの遮光画素と温度センサ素子１７１の距離を離すことができる配置となっている。これにより、温度センサ素子１７１で発生した光が遮光画素に入射する量を低減することができ、当該光が光電変換されることにより生じるダークレベルの補正の基準値に対するノイズが低減する。したがって、温度センサ素子に起因するノイズが低減された固体撮像装置を提供することができる。言い換えると、本実施形態における撮像画素領域１００ａは遮光画素領域１００ｂの遮光画素に入射する光を低減する光低減手段１７２として機能し得る。

（第７実施形態）
次に、上述の実施形態による固体撮像装置を適用した装置の例を説明する。図１１は、本実施形態による撮像システム５００の構成を示すブロック図である。図１１に示す固体撮像装置３００は、上述の第１乃至第６実施形態で述べた固体撮像装置のいずれかである。固体撮像装置３００が適用可能な撮像システム５００としては、例えば、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダー、監視カメラなどが挙げられる。図１１に、上述の実施形態に記載の固体撮像装置３００を適用したデジタルスチルカメラの構成例を示す。

図１１に例示した撮像システム５００は、固体撮像装置３００、被写体の光学像を固体撮像装置３００に結像させるレンズ５０２、レンズ５０２を通過する光量を可変にするための絞り５０４、レンズ５０２の保護のためのバリア５０６を有する。レンズ５０２及び絞り５０４は、固体撮像装置３００に光を集光する光学系である。

撮像システム５００は、また、固体撮像装置３００から出力される出力信号の処理を行う信号処理部５０８を有する。信号処理部５０８は、必要に応じて入力信号に対して各種の補正、圧縮を行って出力する信号処理の動作を行う。信号処理部５０８は、固体撮像装置３００より出力される出力信号に対してＡＤ変換処理を実施する機能を備えていてもよい。この場合、固体撮像装置３００の内部には、必ずしもＡＤ変換回路を有する必要はない。

撮像システム５００は、更に、画像データを一時的に記憶するためのバッファメモリ部５１０、外部コンピュータ等と通信するための外部インターフェース部（外部Ｉ／Ｆ部）５１２を有する。更に撮像システム５００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記録媒体５１４、記録媒体５１４に記録又は読み出しを行うための記録媒体制御インターフェース部（記録媒体制御Ｉ／Ｆ部）５１６を有する。なお、記録媒体５１４は、撮像システム５００に内蔵されていてもよく、着脱可能であってもよい。

更に撮像システム５００は、各種演算を行うとともにデジタルスチルカメラ全体を制御する全体制御・演算部５１８、固体撮像装置３００と信号処理部５０８に各種タイミング信号を出力するタイミング発生部５２０を有する。ここで、タイミング信号などは外部から入力されてもよく、撮像システム５００は、少なくとも固体撮像装置３００と、固体撮像装置３００から出力された出力信号を処理する信号処理部５０８とを有すればよい。全体制御・演算部５１８及びタイミング発生部５２０は、固体撮像装置３００の制御回路１３０等の機能の一部又は全部を実施するように構成してもよい。

固体撮像装置３００は、画像用信号を信号処理部５０８に出力する。信号処理部５０８は、固体撮像装置３００から出力される画像用信号に対して所定の信号処理を実施し、画像データを出力する。また、信号処理部５０８は、画像用信号を用いて、画像を生成する。

第１乃至第６実施形態による固体撮像装置３００を用いて撮像システムを構成することにより、より良質の画像が取得可能な撮像システムを実現することができる。

（第８実施形態）
図１２（ａ）及び図１２（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１２（ａ）は、車戴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、固体撮像装置３００を有する。固体撮像装置３００は、上述の第１乃至第６実施形態のいずれかに記載の固体撮像装置３００である。撮像システム６００は、固体撮像装置３００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や距離計測部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などして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１２（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を示した。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。第１乃至第６実施形態による固体撮像装置３００を用いることにより、本実施形態の撮像システム６００は、測距の精度をより向上させることができる。

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、航空機あるいは産業用ロボットなどの移動体（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。

（その他の実施形態）
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。

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み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。

１００ 画素アレイ
１１０ 画素
１１１ フォトダイオード
１７０ 温度センサ回路
１７１ 温度センサ素子
１７２ 光低減手段

Claims (21)

1. 各々が光電変換素子を有し、複数の行及び複数の列をなすように配列された、複数の画素を含む画素アレイと、
   前記複数の画素から信号を読み出す第１の読み出し回路と、
   温度に応じた信号を出力する温度センサと、
   前記温度センサに供給される電流を制御する電流制御回路と
   を有し、
   前記電流制御回路は、第１の期間において、前記温度センサに所定の電流が供給され、前記温度センサから前記温度に応じた信号が出力されるよう制御し、第２の期間において、前記温度センサに供給される電流を前記所定の電流よりも小さくし、又は停止するよう制御し、
   前記第１の期間は、前記複数の画素から信号が前記第１の読み出し回路に読み出されていない期間に設定されている
   ことを特徴とする固体撮像装置。
2. 前記第１の期間は、前記第１の読み出し回路が前記複数の画素から出力される１フレームの信号を読み出す処理と次の１フレームの信号を読み出す処理との間の第１のブランキング期間に設定されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 前記複数の画素の各々は、前記光電変換素子で光電変換により生じた電荷を転送する転送部と、前記電荷が転送される入力ノードを備え、前記入力ノードの電位に応じた信号を出力する信号出力部とを更に有し、
   前記第１の期間は、１フレームの信号の読み出しにおいて、第１の行の前記信号出力部が信号を出力する処理と前記第１の行とは別の第２の行の前記信号出力部が信号を出力する処理との間の第２のブランキング期間に設定されている
   ことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
4. 前記温度センサから信号を読み出す第２の読み出し回路を更に有し、
   前記第２の読み出し回路は、前記第１の期間に読み出しを行う
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
5. 前記温度センサから信号を読み出す第２の読み出し回路を更に有し、
   前記第２の読み出し回路が１つの信号を読み出す期間の長さは、前記第１の読み出し回路が１つの信号を読み出す期間の長さよりも短い
   ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
6. 前記温度センサにバイアス電圧を供給する電圧供給回路を更に有し、
   前記電圧供給回路に含まれる増幅器には、前記第１の期間及び前記第２の期間のいずれにおいても電流が供給されている
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
7. 前記電圧供給回路は、抵抗素子により構成された分圧回路を含む
   ことを特徴とする請求項６に記載の固体撮像装置。
8. 前記温度センサから出力される信号を増幅する出力増幅回路を更に有し、
   前記出力増幅回路に含まれる増幅器には、前記第１の期間及び前記第２の期間のいずれにおいても電流が供給されている
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
9. 前記画素アレイと前記温度センサの間に配され、前記画素を含まない回路要素を更に有する
   ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
10. 前記複数の画素は、前記光電変換素子に光が入射する撮像画素と、前記光電変換素子が遮光された遮光画素とを含み、
    前記撮像画素は、前記遮光画素と前記温度センサとの間に配される
    ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
11. 前記温度センサは、ダイオードを含むことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
12. 前記温度センサは、バイポーラトランジスタを含むことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
13. 前記第１の読み出し回路は、前記第２の期間に前記複数の画素から信号を読み出す
    ことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
14. 前記温度センサに電流を供給する電流源を更に有する
    ことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
15. 前記温度センサと前記電流源の間に接続されたスイッチを更に有し、
    前記電流制御回路は、前記スイッチを切り替えることにより、前記第１の期間において前記温度センサに電流を供給し、前記第２の期間において前記温度センサへの電流の供給を停止する
    ことを特徴とする請求項１４に記載の固体撮像装置。
16. 前記電流源が供給する電流は可変である
    ことを特徴とする請求項１４に記載の固体撮像装置。
17. 前記電流制御回路は、前記電流源が供給する電流を変化させることにより、前記第１の期間において前記温度センサに供給される電流と、前記第２の期間において前記温度センサに供給される電流とを異ならせる
    ことを特徴とする請求項１６に記載の固体撮像装置。
18. 前記電流源が供給する電流を変化させることにより、前記温度センサは、複数の電流値に基づく複数の信号を出力する
    ことを特徴とする請求項１６に記載の固体撮像装置。
19. 各々が光電変換素子を有し、複数の行及び複数の列をなすように配列された、複数の画素を含む画素アレイと、
    前記複数の画素から信号を読み出す第１の読み出し回路と、
    温度に応じた信号を出力する温度センサと、
    前記温度センサに電流を供給する電流源と、
    前記温度センサと前記電流源の間に接続されたスイッチと、
    前記スイッチを制御する制御部と
    を有し、
    前記制御部は、前記複数の画素から信号が前記第１の読み出し回路に読み出されていない期間に前記温度センサから前記温度に応じた信号が出力されるように前記スイッチを制御する
    ことを特徴とする固体撮像装置。
20. 請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の固体撮像装置と、
    前記固体撮像装置から出力される信号を処理する信号処理部と
    を有することを特徴とする撮像システム。
21. 移動体であって、
    請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の固体撮像装置と、
    前記固体撮像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移動体制御手段と
    を有することを特徴とする移動体。

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