JP6766095B2 - 撮像装置、撮像システム、移動体、および積層用の半導体基板 - Google Patents
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Description
図1は、実施例1を説明するための撮像装置の模式図である。図1は、画素PIXからの信号が撮像装置の外部へ出力されるまでの構成を模式的に示している。図1では、複数の画素PIXの1列の画素にかかわる部分P1を示しており、他の列は同様の部分P1が行方向に繰り返し配置されているものとする。図1において、列方向を第1方向D1が示し、行方向を第2方向D2が示している。
図2は、実施例2を説明するための撮像装置の模式図である。本実施例において、実施例1と同一の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。以下、実施例1との差異を述べて説明する。
図3には、実施例3を説明するための撮像装置の模式図である。本実施例において、他の実施例と同一の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。以下、他の実施例との差異を述べて説明する。
図7、図8(a)および図8(b)は、実施例4を説明するための撮像装置の模式図である。本実施例では、積層用の複数の半導体基板を有する撮像装置を示している。図7に示すように、本実施例の積層型の撮像装置は、少なくとも複数の画素PIXの配された画素領域110を有する半導体基板と、画素領域110以外の構成を有する別の半導体基板とを有している。この画素領域110が配された半導体基板を画素チップとも称する。また、画素領域110以外の回路が配された半導体基板を回路チップとも称する。撮像装置は、更に、画像信号の信号処理回路や、画素領域の制御システム用の回路が配された半導体基板を有していてもよく、3つ以上の積層用の半導体基板を有していてもよい。このような撮像装置は、積層型の撮像装置とも称される。
図9、図10(a)、および図10(b)は、実施例5を説明するための撮像装置の模式図である。図9は、1つの画素PIXの回路図である。図9の画素PIXの構成は、図4に示した画素100、101の構成に比べて、1つの光電変換素子と1つの転送トランジスタと1つの選択トランジスタが追加されている。つまり、画素PIXは、2つの光電変換素子400、401と、2つの転送トランジスタ410、411と、1つの増幅トランジスタ430と、1つのリセットトランジスタ460と、2つの選択トランジスタ440、450とを少なくとも有する。2つの転送トランジスタ410、411はFD領域420に並列に接続され、2つの選択トランジスタ440、450は1つの増幅トランジスタ430のソースに並列に接続されている。
図11は、本実施例による撮像システム500の構成を示すブロック図である。本実施例の撮像システム500は、上述の実施例で述べた撮像装置のいずれかを適用した撮像装置501を含む。撮像システム500の具体例としては、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダー、監視カメラ等が挙げられる。図11では、撮像システム500としてデジタルスチルカメラの例を示している。
本実施例の撮像システム及び移動体について、図12および図13を用いて説明する。図12は、本実施例による撮像システム及び移動体の構成例を示す概略図である。図13は、本実施例による撮像システムの動作を示すフロー図である。本実施例では、撮像システムとして車載カメラの一例を示す。
130、131、225 信号線
201 第1スイッチ
210 第2スイッチ
220 第3スイッチ
160、161 比較器
150 ランプ生成器
170、171 カウンタ
Claims (29)
- 第1画素と第2画素とを含む複数の画素と、
前記第1画素に接続された第1信号線と、前記第2画素に接続された第2信号線とを含む複数の信号線と、
前記第1信号線からの信号が入力される第1比較器と、前記第2信号線からの信号が入力される第2比較器とを含む複数の比較器と、を有し、
前記第2信号線からの信号が入力されるように前記第2信号線に接続された第1端子と、前記第2比較器の入力ノードに接続された第2端子とを有する第1スイッチと、
前記第2比較器の入力ノードに接続された第1端子と、前記第1信号線からの信号が入力される第2端子とを有する第2スイッチと、
前記第1信号線からの信号が入力されるように前記第1信号線に接続された第1端子と、前記第2スイッチの前記第2端子と接続された第2端子とを有する第3スイッチとを有することを特徴とする撮像装置。 - 前記第1信号線からの信号が入力されるように前記第1信号線に接続された第1端子と、前記第1比較器の入力ノードに接続された第2端子とを有する第4スイッチを有することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
- 前記第1比較器の入力ノードに接続された第1端子と、前記第2スイッチの前記第2端子と接続された第2端子とを有する第5スイッチと、
前記第2信号線からの信号が入力されるように前記第2信号線に接続された第1端子と、前記第2スイッチの前記第2端子と接続された第2端子とを有する第6スイッチと、を有することを特徴とする請求項1または2に記載の撮像装置。 - 前記第1スイッチがオンであり、かつ、前記第2スイッチがオフである状態において、前記第1画素からの信号を前記第1比較器に入力する動作と、前記第2画素からの信号を前記第2比較器に入力する動作とを行う第1動作モードと、
前記第1スイッチがオフであり、かつ、前記第2スイッチがオンである状態において、前記第1画素からの信号を前記第2比較器に入力する動作と、前記第1スイッチがオンであり、かつ、前記第2スイッチがオフである状態において、前記第2画素からの信号を前記第2比較器に入力する動作とを有する第2動作モードとを有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記第1スイッチがオフであり、かつ、前記第2スイッチがオンである状態において、前記第1画素からの信号を前記第1比較器および前記第2比較器の両方に入力する動作を有する第3動作モードを有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 前記第1スイッチは、N型のMOSトランジスタと、P型のMOSトランジスタと、N型のMOSトランジスタおよびP型のMOSトランジスタを含むCMOSスイッチとのいずれかであり、
前記第2スイッチは、N型のMOSトランジスタと、P型のMOSトランジスタと、N型のMOSトランジスタおよびP型のMOSトランジスタを含むCMOSスイッチとのいずれかであることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 複数の画素と、
前記複数の画素の少なくとも1つにそれぞれが接続された複数の信号線と、
前記複数の信号線に対応して設けられた複数の比較器と、
前記複数の信号線のうち1つの信号線と、前記1つの信号線に対応した前記複数の比較器のうち1つの比較器とに、それぞれが接続された複数のスイッチユニットと、
前記複数のスイッチユニットの少なくとも2つのスイッチユニットが共通に接続されるバイパス線と、を有し、
前記少なくとも2つのスイッチユニットのそれぞれは、
前記1つの信号線に接続された第1端子および前記1つの比較器に接続された第2端子を有する第1種類のスイッチと、
前記1つの信号線と前記第1種類のスイッチの前記第1端子とに接続された第1端子および前記バイパス線に接続された第2端子を有する第2種類のスイッチと、
前記1つの比較器と前記第1種類のスイッチの前記第2端子とに接続された第1端子および前記バイパス線に接続された第2端子を有する第3種類のスイッチと、を有することを特徴とする撮像装置。 - 前記複数の画素のそれぞれは、少なくとも2つの光電変換素子を有し、
前記複数の画素のそれぞれに対して、1つのマイクロレンズが配置されていることを特徴とする請求項7に記載の撮像装置。 - 前記複数の画素は、それぞれは、少なくとも1つの光電変換素子を有し、
前記複数の画素の隣接する2つの画素に渡って1つのマイクロレンズが配置されていることを特徴とする請求項7に記載の撮像装置。 - 前記複数の画素のそれぞれは、前記複数の信号線のうちの1つと接続する第1選択トランジスタと、前記複数の信号線のうちの1つと接続する第2選択トランジスタとを有することを特徴とする請求項7乃至9のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 前記複数の画素は、第1基板に設けられており、
前記複数の比較器は、前記第1基板とは別の第2基板に設けられており、
前記第1基板の表面に対する平面視において、前記複数の比較器の少なくとも一部は前記複数の画素の少なくとも一部と重なることを特徴とする請求項7乃至10のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記複数のスイッチユニットは、前記第2基板に設けられていることを特徴とする請求項11に記載の撮像装置。
- 前記複数の画素は、少なくとも第1方向に沿う列をなすように並び、
前記複数の比較器は、前記第1方向に沿う列をなすように並び、
前記複数の信号線のそれぞれは、前記第1方向に延在している部分を少なくとも含むことを特徴とする請求項11または12に記載の撮像装置。 - 前記バイパス線は、前記第1方向に延在している部分を少なくとも含むことを特徴とする請求項13に記載の撮像装置。
- 前記複数の信号線はそれぞれ、前記第1基板に配された第1部分と、前記第2基板に設けられた第2部分と、前記第1部分と第2部分を接続する接続部とを有し、
前記複数の信号線のうち1つの信号線の接続部は、前記複数の信号線のうち別の信号線の接続部と前記第1方向において離間して配置されていることを特徴とする請求項13または14に記載の撮像装置。 - 前記複数のスイッチユニットのそれぞれは、
前記1つの信号線の信号を、前記1つの信号線に対応した前記1つの比較器に入力するための第1状態と、
前記1つの信号線の信号を、前記バイパス線に出力するための第2状態と、
前記1つの信号線の信号を、前記1つの信号線に対応した前記1つの比較器および前記バイパス線の両方に出力するための第3状態と、
前記バイパス線の信号を、前記1つの信号線に対応した前記1つの比較器に入力するための第4状態と、をとるように構成され、
前記第1状態においては、前記第1種類のスイッチがオンであり、かつ、前記第2種類のスイッチおよび前記第3種類のスイッチがオフであり、
前記第2状態においては、前記第2種類のスイッチがオンであり、かつ、前記第1種類のスイッチおよび前記第3種類のスイッチがオフであり、
前記第3状態においては、少なくとも前記第1種類のスイッチおよび前記第2種類のスイッチがオンであり、
前記第4状態においては、前記第3種類のスイッチがオンであり、かつ、前記第1種類のスイッチおよび前記第2種類のスイッチがオフである、
ことを特徴とする請求項7乃至15のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記複数の画素は、第1画素と、第2画素とを少なくとも含み、
前記複数の信号線は、前記第1画素に接続された第1信号線と、前記第2画素に接続された第2信号線とを少なくとも含み、
前記複数の比較器は、前記第1信号線に対応して設けられた第1比較器と、前記第2信号線に対応して設けられた第2比較器とを少なくとも含み、
前記複数のスイッチユニットは、前記第1信号線と前記第1比較器との間に接続された第1スイッチユニットと、前記第2信号線と前記第2比較器との間に接続された第2スイッチユニットとを少なくとも含み、
前記バイパス線は、少なくとも前記第1スイッチユニットと、前記第2スイッチユニットとに共通に接続されていることを特徴とする請求項16に記載の撮像装置。 - 前記第1スイッチユニットおよび前記第2スイッチユニットのそれぞれが前記第1状態である期間に、前記第1信号線からの信号を前記第1比較器に入力する動作と、前記第2信号線からの信号を前記第2比較器に入力する動作と、を行う第1動作モードを有することを特徴とする請求項17に記載の撮像装置。
- 前記第1スイッチユニットが前記第2状態であり、かつ、前記第2スイッチユニットが前記第4状態である期間に、前記第1信号線からの信号を前記第2比較器に入力する動作と、前記第2スイッチユニットが前記第1状態である期間に、前記第2信号線からの信号を前記第2比較器に入力する動作と、を行う第2動作モードを有することを特徴とする請求項17または18に記載の撮像装置。
- 前記第1スイッチユニットが前記第3状態であり、かつ、前記第2スイッチユニットが前記第4状態である期間に、前記第1信号線からの信号を前記第1比較器および前記第2比較器の両方に入力する動作を行う第3動作モードを有することを特徴とする請求項17乃至19のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 前記複数の画素は、第1画素と、第2画素と、第3画素とを少なくとも含み、
前記複数の信号線は、前記第1画素に接続された第1信号線と、前記第2画素に接続された第2信号線と、前記第3画素に接続された第3信号線とを少なくとも含み、
前記複数の比較器は、前記第1信号線に対応して設けられた第1比較器と、前記第2信号線に対応して設けられた第2比較器と、前記第3信号線に対応して設けられた第3比較器とを少なくとも含み、
前記複数のスイッチユニットは、前記第1信号線と前記第1比較器との間に接続された第1スイッチユニットと、前記第2信号線と前記第2比較器との間に接続された第2スイッチユニットと、前記第3信号線と前記第3比較器との間に接続された第3スイッチユニットとを含み、
前記バイパス線は、少なくとも前記第1スイッチユニットと、前記第2スイッチユニットと、前記第3スイッチユニットとに共通に接続されていることを特徴とする請求項7乃至15のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記第1スイッチユニットと前記第2スイッチユニットと前記第3スイッチユニットとにおいて、前記第1種類のスイッチをオン、かつ前記第2種類のスイッチと前記第3種類のスイッチをオフの状態にして、
前記第1信号線からの信号を前記第1比較器に入力し、前記第2信号線からの信号を前記第2比較器に入力し、前記第3信号線からの信号を前記第3比較器に入力する第1動作モードを有することを特徴とする請求項21に記載の撮像装置。 - 前記第1スイッチユニットと前記第2スイッチユニットにおいて、前記第1種類のスイッチと前記第3種類のスイッチをオフの状態にし、
前記第3スイッチユニットにおいて、前記第1種類のスイッチをオフ、かつ前記第3種類のスイッチをオンの状態にし、
前記第1スイッチユニットと前記第2スイッチユニットと前記第3スイッチユニットの前記第2種類のスイッチを順次、オンの状態にすることで、
前記第1信号線からの信号と、前記第2信号線からの信号と、前記第3信号線からの信号を順次、前記第3比較器に入力する第2動作モードを有すること請求項21または22に記載の撮像装置。 - 前記第1スイッチユニットにおいて、前記第1種類のスイッチと前記第2種類のスイッチをオン、かつ前記第3種類のスイッチをオフの状態にし、
前記第2スイッチユニットにおいて、前記第1種類のスイッチと前記第2種類のスイッチをオフ、かつ前記第3種類のスイッチをオンの状態にし、
前記第3スイッチユニットにおいて、少なくとも前記第1種類のスイッチと前記第2種類のスイッチをオフの状態にすることで、
前記第1信号線からの信号を前記第1比較器に入力し、前記第1信号線からの信号を前記第2比較器に入力する第3動作モードを有すること請求項21乃至23のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記第1種類のスイッチは、N型のMOSトランジスタと、P型のMOSトランジスタと、N型のMOSトランジスタおよびP型のMOSトランジスタを含むCMOSスイッチとのいずれかであり、
前記第2種類のスイッチは、N型のMOSトランジスタと、P型のMOSトランジスタと、N型のMOSトランジスタおよびP型のMOSトランジスタを含むCMOSスイッチとのいずれかであり、
前記第3種類のスイッチは、N型のMOSトランジスタと、P型のMOSトランジスタと、N型のMOSトランジスタおよびP型のMOSトランジスタを含むCMOSスイッチとのいずれかであることを特徴とする請求項7乃至24のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 請求項1乃至25のいずれか1項に記載の撮像装置と、
前記撮像装置が出力す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。 - 請求項1乃至25のいずれか1項に記載の撮像装置と、
前記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、を有する移動体であって、
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をさらに有することを特徴とする移動体。 - 光電変換によって生じた電荷に基づく信号を伝達するための複数の信号線に、それぞれ接続されるように構成された複数の接続部と、
前記複数の接続部に対応して設けられた複数の比較器と、
前記複数の接続部のうち1つの接続部と、前記1つの接続部に対応した前記複数の比較器のうち1つの比較器とに、それぞれが接続された複数のスイッチユニットと、
前記複数のスイッチユニットの少なくとも2つのスイッチユニットが共通に接続されるバイパス線と、を有し、
前記少なくとも2つのスイッチユニットのそれぞれは、
前記1つの接続部に接続された第1端子および前記1つの比較器に接続された第2端子を有する第1種類のスイッチと、
前記1つの接続部と前記第1種類のスイッチの前記第1端子とに接続された第1端子および前記バイパス線に接続された第2端子を有する第2種類のスイッチと、
前記1つの比較器と前記第1種類のスイッチの前記第2端子とに接続された第1端子および前記バイパス線に接続された第2端子を有する第3種類のスイッチと、を有することを特徴とする積層用の半導体基板。 - 前記少なくとも2つのスイッチユニットのそれぞれは、
前記1つの接続部の信号を、前記1つの接続部に対応した前記1つの比較器に入力するための第1状態と、
前記1つの接続部の信号を、前記バイパス線に出力するための第2状態と、
前記1つの接続部の信号を、前記1つの接続部に対応した前記1つの比較器および前記バイパス線の両方に出力するための第3状態と、
前記バイパス線の信号を、前記1つの接続部に対応した前記1つの比較器に入力するための第4状態と、をとるように構成され、
前記第1状態においては、前記第1種類のスイッチがオンであり、かつ、前記第2種類のスイッチおよび前記第3種類のスイッチがオフであり、
前記第2状態においては、前記第2種類のスイッチがオンであり、かつ、前記第1種類のスイッチおよび前記第3種類のスイッチがオフであり、
前記第3状態においては、少なくとも前記第1種類のスイッチおよび前記第2種類のスイッチがオンであり、
前記第4状態においては、前記第3種類のスイッチがオンであり、かつ、前記第1種類のスイッチおよび前記第2種類のスイッチがオフである、
ことを特徴とする請求項28に記載の積層用の半導体基板。
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