JP7217227B2 - 撮像装置、及び電子機器 - Google Patents
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Description
本発明の一態様は、撮像部と、エンコーダと、を有する撮像装置であって、撮像部は、撮像によって第1画像データを生成する機能を有し、エンコーダは、第1ニューラルネットワークを構成する第1回路を有し、第1回路は、第1ニューラルネットワークによる特徴抽出を第1画像データに施して、第2画像データを生成する機能を有することを特徴とする撮像装置である。
又は、本発明の一態様は、(1)に記載の構成において、第1ニューラルネットワークは、重みフィルタを用いて畳み込み処理を行う機能を有することを特徴とする撮像装置である。
又は、本発明の一態様は、(2)に記載の構成において、シフトレジスタを有し、エンコーダは、メモリセルアレイを有し、シフトレジスタの入力端子は、撮像部と電気的に接続され、シフトレジスタの出力端子は、メモリセルアレイと電気的に接続され、メモリセルアレイは、重みフィルタのフィルタ値を格納する機能を有し、シフトレジスタは、第1画像データを撮像部の画素領域ごとに順次メモリセルアレイに出力する機能を有し、畳み込み処理には、第1画像データとフィルタ値を用いた積和演算が含まれることを特徴とする撮像装置である。
又は、本発明の一態様は、(3)に記載の構成において、撮像部は、n行m列(n、mは1以上の整数である。)の画素を有し、撮像部は、撮像によって画素が画素データを取得することで、第1画像データを生成する機能を有し、画素領域は、t行s列(tは1以上n以下の整数であり、sは1以上m以下の整数である。)の画素を有し、シフトレジスタは、t×m段の保持回路を有し、シフトレジスタは、画素領域に含まれるt×s個の画素データを、メモリセルアレイに一括で出力する機能を有することを特徴とする撮像装置である。
又は、本発明の一態様は、(3)、又は(4)に記載の構成において、メモリセルアレイは、第1トランジスタを有し、第1トランジスタは、チャネル形成領域に金属酸化物を有することを特徴とする撮像装置である。
又は、本発明の一態様は、(1)乃至(5)のいずれか一に記載の撮像装置と、デコーダと、を有する電子機器であって、デコーダは、第2ニューラルネットワークを構成する第2回路を有し、第2回路は、第1回路と電気的に接続され、第2回路は、第2画像データに対して、第2ニューラルネットワークによる復元処理を施して、第3画像データを生成する機能を有することを特徴とする電子機器である。
又は、本発明の一態様は、(6)に記載の構成において、表示装置を有することを特徴する、電子機器である。
本実施の形態では、本発明の一態様である半導体装置、及び電子機器について説明する。
ここで、撮像装置20が有する構成要素について説明する。
次に、周辺回路30に含まれる各回路について説明する。
次に、NN回路40について説明する。
本実施の形態では、上記実施の形態で説明したNN回路40として畳み込みニューラルネットワーク(CNN)を適用した構成例について説明する。
CNNは、画像などを特徴抽出する場合において使用される計算モデルの一つである。図3に、CNNの構成例を示す。CNNは、畳み込み層CL、プーリング層PL、全結合層FCLによって構成されている。エンコーダAIEにCNNを用いる場合、CNNには撮像部21から出力された画像データIPDが入力され、特徴抽出が行われる。
次に、畳み込み層CLにおいて行われる畳み込み処理の具体例について説明する。
ここで、実施の形態1で説明したNN回路40が上述のCNNの計算を行う場合における、回路22aの構成例について説明する。
本実施の形態では、階層型のニューラルネットワークと、当該ニューラルネットワークを構成する回路の例について説明する。
本発明の一態様の半導体装置に利用できるニューラルネットワークの種類の一として、階層型のニューラルネットワークについて説明する。
図16は、階層型のニューラルネットワークの回路の構成例を示したブロック図である。
次に、NN回路80の動作の一例について、図19乃至図21を用いて説明する。
次に、上述のNN回路80において、積和演算を行う回路の一例について説明する。
次に、積和演算回路MACの動作例について説明する。
時刻T01から時刻T02までの間において、配線WL[1]に高レベル電位(図25ではHighと表記している。)が印加され、配線WL[2]に低レベル電位(図25ではLowと表記している。)が印加されている。加えて、配線WDには接地電位(図25ではGNDと表記している。)よりもVPR-VW[1]大きい電位が印加され、配線WDrefには接地電位よりもVPR大きい電位が印加されている。更に、配線CL[1]、及び配線CL[2]にはそれぞれ基準電位(図25ではREFPと表記している。)が印加されている。
時刻T02から時刻T03までの間において、配線WL[1]に低レベル電位が印加される。このとき、メモリセルAM[1]、及びメモリセルAMref[1]のそれぞれのトランジスタTr11のゲートに低レベル電位が印加されるため、メモリセルAM[1]、及びメモリセルAMref[1]のそれぞれのトランジスタTr11は非導通状態となる。
時刻T03から時刻T04までの間において、配線WL[1]に低レベル電位が印加され、配線WL[2]に高レベル電位が印加されている。加えて、配線WDには接地電位よりもVPR-VW[2]大きい電位が印加され、配線WDrefには接地電位よりもVPR大きい電位が印加されている。更に、時刻T02以前から引き続き、配線CL[1]、及び配線CL[2]には、それぞれ基準電位が印加されている。
ここで、時刻T04から時刻T05までの間における、配線BL及び配線BLrefに流れる電流について説明する。
時刻T05から時刻T06までの間において、配線CL[1]に基準電位よりもVX[1]高い電位が印加される。このとき、メモリセルAM[1]、及びメモリセルAMref[1]のそれぞれの容量素子C1の第2端子に、電位VX[1]が印加されるため、トランジスタTr12のゲートの電位が上昇する。
時刻T06から時刻T07までの間において、配線CL[1]には接地電位が印加されている。このとき、メモリセルAM[1]、及びメモリセルAMref[1]のそれぞれの容量素子C1の第2端子に、接地電位が印加されるため、ノードNM[1]、及びノードNMref[1]の電位は、それぞれ時刻T04から時刻T05までの間の電位に戻る。
時刻T07から時刻T08までの間において、配線CL[1]に基準電位よりもVX[1]高い電位が印加され、配線CL[2]に基準電位よりもVX[2]高い電位が印加される。このとき、メモリセルAM[1]、及びメモリセルAMref[1]のそれぞれの容量素子C1の第2端子に電位VX[1]が印加され、メモリセルAM[2]、及びメモリセルAMref[2]のそれぞれの容量素子C1の第2端子に電位VX[2]が印加される。このため、メモリセルAM[1]、メモリセルAM[2]、メモリセルAMref[1]、及びメモリセルAMref[2]のそれぞれのトランジスタTr12のゲートの電位が上昇する。
時刻T08から時刻T09までの間において、配線CL[1]、及び配線CL[2]には基準電位が印加されている。このとき、メモリセルAM[1]、メモリセルAM[2]、メモリセルAMref[1]、及びメモリセルAMref[2]のそれぞれの容量素子C1の第2端子に、基準電位が印加されるため、ノードNM[1]、ノードNM[2]、ノードNMref[1]、及びノードNMref[2]の電位は、それぞれ時刻T06から時刻T07までの間の電位に戻る。
本実施の形態では、上記実施の形態に記載の半導体装置の一形態を、図26及び図27を用いて説明する。なお、本明細書で説明する半導体装置100としては、例えば、上記実施の形態で説明した撮像装置20、周辺回路30、表示装置50を指すことができる。又は、撮像装置20が有する撮像部21、回路22a、エンコーダAIE、制御部24、更に加えて、周辺回路30が有するGPU31、記憶部33、記憶部34などを指すことができる。
図26は半導体装置100の一例を示す断面模式図である。半導体装置100は、トランジスタ300と、トランジスタ200、および容量素子140を有する。トランジスタ200はトランジスタ300の上方に設けられ、容量素子140はトランジスタ300、及びトランジスタ200の上方に設けられている。
また、本実施の形態の変形例の一例を、図27に示す。
本実施の形態では、実施の形態4に示すトランジスタ200およびトランジスタ201の詳細について、図28乃至図31を用いて説明を行う。
まず、図28に示すトランジスタ200の詳細について説明を行う。
トランジスタ200を形成する基板としては、例えば、絶縁体基板、半導体基板又は導電体基板を用いればよい。絶縁体基板としては、例えば、ガラス基板、石英基板、サファイア基板、安定化ジルコニア基板(イットリア安定化ジルコニア基板など)、樹脂基板などがある。また、半導体基板としては、例えば、シリコン、ゲルマニウムなどの半導体基板、又は、炭化シリコン、シリコンゲルマニウム、ヒ化ガリウム、リン化インジウム、酸化亜鉛、酸化ガリウムからなる化合物半導体基板がある。さらには、前述の半導体基板内部に絶縁体領域を有する半導体基板、例えばSOI(Silicon On Insulator)基板等がある。導電体基板としては、黒鉛基板、金属基板、合金基板、導電性樹脂基板等がある。または、金属の窒化物を有する基板、金属の酸化物を有する基板等がある。さらには、絶縁体基板に導電体又は半導体が設けられた基板、半導体基板に導電体又は絶縁体が設けられた基板、導電体基板に半導体又は絶縁体が設けられた基板などがある。または、これらの基板に素子が設けられたものを用いてもよい。基板に設けられる素子としては、容量素子、抵抗素子、スイッチ素子、発光素子、記憶素子などがある。
絶縁体としては、絶縁性を有する酸化物、窒化物、酸化窒化物、窒化酸化物、金属酸化物、金属酸化窒化物、金属窒化酸化物などがある。
導電体404a、導電体404b、導電体310a、導電体310b、導電体450a、導電体450b、導電体451a、及び導電体451bとしては、アルミニウム、クロム、銅、銀、金、白金、タンタル、ニッケル、チタン、モリブデン、タングステン、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、マンガン、マグネシウム、ジルコニウム、ベリリウム、インジウム、ルテニウムなどから選ばれた金属元素を1種以上含む材料を用いることができる。また、リン等の不純物元素を含有させた多結晶シリコンに代表される、電気伝導度が高い半導体、ニッケルシリサイドなどのシリサイドを用いてもよい。
以下に、本発明に係る金属酸化物406について説明する。金属酸化物406として、酸化物半導体として機能する金属酸化物を用いることが好ましい。
以下では、OSトランジスタに用いることができるCAC(Cloud-Aligned Composite)-OSの構成について説明する。
酸化物半導体は、単結晶酸化物半導体と、それ以外の非単結晶酸化物半導体と、に分けられる。非単結晶酸化物半導体としては、例えば、CAAC-OS(c-axis aligned crystalline oxide semiconductor)、多結晶酸化物半導体、nc-OS(nanocrystalline oxide semiconductor)、擬似非晶質酸化物半導体(a-like OS:amorphous-like oxide semiconductor)及び非晶質酸化物半導体などがある。
続いて、上記金属酸化物をトランジスタに用いる場合について説明する。
ここで、金属酸化物中における各不純物の影響について説明する。
次に、図27に示すトランジスタ201の詳細について説明を行う。
本実施の形態では、本発明の一態様の撮像装置の一例について、図面を参照して説明する。
本発明の一態様に係る撮像装置を用いることができる電子機器として、表示機器、パーソナルコンピュータ、記録媒体を備えた画像記憶装置又は画像再生装置、携帯電話、携帯型を含むゲーム機、携帯データ端末、電子書籍端末、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等のカメラ、ゴーグル型ディスプレイ(ヘッドマウントディスプレイ)、ナビゲーションシステム、音響再生装置(カーオーディオ、デジタルオーディオプレイヤー等)、複写機、ファクシミリ、プリンタ、プリンタ複合機、現金自動預け入れ払い機(ATM)、自動販売機等が挙げられる。これら電子機器の具体例を図38に示す。
以上の実施の形態における各構成の説明について、以下に付記する。
各実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて、本発明の一態様とすることができる。また、1つの実施の形態の中に、複数の構成例が示される場合は、互いに構成例を適宜組み合わせることが可能である。
本明細書等において、「第1」、「第2」、「第3」という序数詞は、構成要素の混同を避けるために付したものである。従って、構成要素の数を限定するものではない。また、構成要素の順序を限定するものではない。また例えば、本明細書等の実施の形態の一において「第1」に言及された構成要素が、他の実施の形態、あるいは特許請求の範囲において「第2」に言及された構成要素とすることもありうる。また例えば、本明細書等の実施の形態の一において「第1」に言及された構成要素を、他の実施の形態、あるいは特許請求の範囲において省略することもありうる。
実施の形態について図面を参照しながら説明している。但し、実施の形態は多くの異なる態様で実施することが可能であり、趣旨及びその範囲から逸脱することなく、その形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は、実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、実施の形態の発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。
本明細書等において、トランジスタの接続関係を説明する際、ソースとドレインとの一方を、「ソース又はドレインの一方」(又は第1電極、又は第1端子)と表記し、ソースとドレインとの他方を「ソース又はドレインの他方」(又は第2電極、又は第2端子)と表記している。これは、トランジスタのソースとドレインは、トランジスタの構造又は動作条件等によって変わるためである。なおトランジスタのソースとドレインの呼称については、ソース(ドレイン)端子や、ソース(ドレイン)電極等、状況に応じて適切に言い換えることができる。また、本明細書等では、ゲート以外の2つの端子を第1端子、第2端子と呼ぶ場合や、第3端子、第4端子と呼ぶ場合がある。また、本明細書等に記載するトランジスタが2つ以上のゲートを有するとき(この構成をマルチゲート構造という場合がある)、それらのゲートを第1ゲート、第2ゲートと呼ぶ場合や、フロントゲート、バックゲートと呼ぶ場合がある。特に、「フロントゲート」という語句は、単に「ゲート」という語句に互いに言い換えることができる。また、「バックゲート」という語句は、単に「ゲート」という語句に互いに言い換えることができる。なお、ボトムゲートとは、トランジスタの作製時において、チャネル形成領域よりも先に形成される端子のことをいい、「トップゲート」とは、トランジスタの作製時において、チャネル形成領域よりも後に形成される端子のことをいう。
以下では、上記実施の形態中で言及した語句の定義について説明する。
半導体の不純物とは、例えば、半導体層を構成する主成分以外をいう。例えば、濃度が0.1原子%未満の元素は不純物である。不純物が含まれることにより、例えば、半導体にDOS(Density of States)が形成されることや、キャリア移動度が低下することや、結晶性が低下することなどが起こる場合がある。半導体が酸化物半導体である場合、半導体の特性を変化させる不純物としては、例えば、第1族元素、第2族元素、第13族元素、第14族元素、第15族元素、主成分以外の遷移金属などがあり、特に、例えば、水素(水にも含まれる)、リチウム、ナトリウム、シリコン、ホウ素、リン、炭素、窒素などがある。酸化物半導体の場合、例えば水素などの不純物の混入によって酸素欠損を形成する場合がある。また、半導体がシリコン層である場合、半導体の特性を変化させる不純物としては、例えば、酸素、水素を除く第1族元素、第2族元素、第13族元素、第15族元素などがある。
本明細書において、トランジスタとは、ゲートと、ドレインと、ソースとを含む少なくとも三つの端子を有する素子である。そして、ドレイン(ドレイン端子、ドレイン領域又はドレイン電極)とソース(ソース端子、ソース領域又はソース電極)の間にチャネル形成領域を有する。ゲート-ソース間にしきい値電圧を超える電圧を与えることによって、チャネル形成領域にチャネルが形成され、ソース‐ドレイン間に電流を流すことができる。
本明細書等において、スイッチとは、導通状態(オン状態)、又は、非導通状態(オフ状態)になり、電流を流すか流さないかを制御する機能を有するものをいう。又は、スイッチとは、電流を流す経路を選択して切り替える機能を有するものをいう。
本明細書等において、XとYとが接続されている、と記載する場合は、XとYとが電気的に接続されている場合と、XとYとが機能的に接続されている場合と、XとYとが直接接続されている場合とを含むものとする。したがって、所定の接続関係、例えば、図又は文章に示された接続関係に限定されず、図又は文章に示された接続関係以外のものも含むものとする。
本明細書において、「平行」とは、二つの直線が-10°以上10°以下の角度で配置されている状態をいう。したがって、-5°以上5°以下の場合も含まれる。また、「略平行」とは、二つの直線が-30°以上30°以下の角度で配置されている状態をいう。また、「垂直」とは、二つの直線が80°以上100°以下の角度で配置されている状態をいう。したがって、85°以上95°以下の場合も含まれる。また、「略垂直」とは、二つの直線が60°以上120°以下の角度で配置されている状態をいう。
Claims (7)
- 撮像部と、エンコーダと、を有する撮像装置であって、
前記撮像部は、撮像によって第1画像データを生成する機能を有し、
前記エンコーダは、第1ニューラルネットワークを構成する第1回路を有し、
前記第1回路は、プログラマブルな回路であり、
前記第1回路は、コンテキストを切り替えながらニューラルネットワークによる演算処理を行う機能を有し、
前記第1回路は、前記第1ニューラルネットワークによる特徴抽出を前記第1画像データに施して、第2画像データを生成する機能を有する、撮像装置。 - 請求項1において、
前記第1ニューラルネットワークは、重みフィルタを用いて畳み込み処理を行う機能を有する、撮像装置。 - 請求項2において、シフトレジスタを有し、
前記エンコーダは、メモリセルアレイを有し、
前記シフトレジスタの入力端子は、前記撮像部と電気的に接続され、
前記シフトレジスタの出力端子は、前記メモリセルアレイと電気的に接続され、
前記メモリセルアレイは、前記重みフィルタのフィルタ値を格納する機能を有し、
前記シフトレジスタは、前記第1画像データを前記撮像部の画素領域ごとに順次前記メモリセルアレイに出力する機能を有し、
前記畳み込み処理には、前記第1画像データと前記フィルタ値を用いた積和演算が含まれる、撮像装置。 - 請求項3において、
前記撮像部は、n行m列(n、mは1以上の整数である。)の画素を有し、
前記撮像部は、前記撮像によって前記画素が画素データを取得することで、前記第1画像データを生成する機能を有し、
前記画素領域は、t行s列(tは1以上n以下の整数であり、sは1以上m以下の整数である。)の前記画素を有し、
前記シフトレジスタは、t×m段の保持回路を有し、
前記シフトレジスタは、前記画素領域に含まれるt×s個の前記画素データを、前記メモリセルアレイに一括で出力する機能を有する、撮像装置。 - 請求項3、又は請求項4において、
前記メモリセルアレイは、第1トランジスタを有し、
前記第1トランジスタは、チャネル形成領域に金属酸化物を有する、撮像装置。 - 請求項1乃至請求項5のいずれか一に記載の撮像装置と、デコーダと、を有する電子機器であって、
前記デコーダは、第2ニューラルネットワークを構成する第2回路を有し、
前記第2回路は、前記第1回路と電気的に接続され、
前記第2回路は、前記第2画像データに対して、前記第2ニューラルネットワークによる復元処理を施して、第3画像データを生成する機能を有する、電子機器。 - 請求項6において、
表示装置を有し、
前記表示装置は、前記第3画像データを表示する機能を有する、電子機器。
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