(57)【要約】【課題】画素の消費電力を抑制して、多画素化を実現することができるようにする。【解決手段】光電変換部と、リセット信号に応じて、光電変換部をリセットするリセットトランジスタと、光電変換部からの信号を増幅する第１の増幅トランジスタと、選択信号に応じて、第１の増幅トランジスタからの信号を選択する選択トランジスタと、選択トランジスタからの信号を増幅し、垂直信号線に印加する第２の増幅トランジスタと、電流源として機能するバイアストランジスタとを有する画素であって、対数特性の出力信号が得られる画素を行列状に配置した画素アレイ部を備え、第１の増幅トランジスタと、第２の増幅トランジスタは、電源電圧とそれぞれ接続される固体撮像装置が提供される。本開示に係る技術は、例えば、太陽電池モードの対数センサに適用することができる。【選択図】図４
2018170543.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換部と、
リセット信号に応じて、前記光電変換部をリセットするリセットトランジスタと、
前記光電変換部からの信号を増幅する第１の増幅トランジスタと、
選択信号に応じて、前記第１の増幅トランジスタからの信号を選択する選択トランジスタと、
前記選択トランジスタからの信号を増幅し、垂直信号線に印加する第２の増幅トランジスタと、
前記選択トランジスタ及び前記第２の増幅トランジスタと接続され、電流源として機能するバイアストランジスタと
を有する画素であって、対数特性の出力信号が得られる前記画素を行列状に配置した画素アレイ部を備え、
前記第１の増幅トランジスタと、前記第２の増幅トランジスタは、電源電圧とそれぞれ接続される
固体撮像装置。
【請求項２】
前記第１の増幅トランジスタにおいて、
そのゲートは、前記光電変換部に接続され、
そのソースは、前記選択トランジスタのドレインに接続され、
そのドレインは、前記電源電圧に接続され、
前記第２の増幅トランジスタにおいて、
そのゲートは、前記選択トランジスタのソースに接続され、
そのソースは、前記垂直信号線に接続され、
そのドレインは、前記電源電圧に接続される
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記バイアストランジスタにおいて、
そのソースは、接地され、
そのドレインは、前記選択トランジスタのソースと、前記第２の増幅トランジスタのゲートに接続される
請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記リセットトランジスタは、露光期間よりも前のシャッタ駆動期間と、前記露光期間よりも後の読み出し期間のリセットレベルの読み出し時に、オン状態となるように駆動され、
前記選択トランジスタは、前記読み出し期間に、オン状態となるように駆動される
請求項３に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記リセットトランジスタは、露光期間よりも前のシャッタ駆動期間と、前記露光期間よりも後の読み出し期間のリセットレベルの読み出し時に、オン状態となるように駆動され、
前記選択トランジスタは、前記読み出し期間に、オン状態となるように駆動され、
前記バイアストランジスタは、前記読み出し期間を除いて、オフ状態となるように駆動される
請求項３に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記光電変換部、前記第１の増幅トランジスタ、前記選択トランジスタ、前記第２の増幅トランジスタ、及び前記バイアストランジスタは、その極性が反転される
請求項３に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記バイアストランジスタと、前記第２の増幅トランジスタは、複数の前記画素により共有される
請求項３に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記光電変換部、前記第１の増幅トランジスタ、前記選択トランジスタ、前記第２の増幅トランジスタ、及び前記バイアストランジスタは、その極性が反転される
請求項７に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記固体撮像装置は、太陽電池モードの対数センサである
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
光電変換部と、
リセット信号に応じて、前記光電変換部をリセットするリセットトランジスタと、
前記光電変換部からの信号を増幅する第１の増幅トランジスタと、
選択信号に応じて、前記第１の増幅トランジスタからの信号を選択する選択トランジスタと、
前記選択トランジスタからの信号を増幅し、垂直信号線に印加する第２の増幅トランジスタと、
前記選択トランジスタ及び前記第２の増幅トランジスタと接続され、電流源として機能するバイアストランジスタと
を有する画素であって、対数特性の出力信号が得られる前記画素を行列状に配置した画素アレイ部を備え、
前記第１の増幅トランジスタと、前記第２の増幅トランジスタは、電源電圧とそれぞれ接続される
固体撮像装置
を搭載した電子機器。
【請求項１１】
光電変換部と、
リセット信号に応じて、前記光電変換部をリセットするリセットトランジスタと、
前記光電変換部からの信号を増幅する第１の増幅トランジスタと、
選択信号に応じて、前記第１の増幅トランジスタからの信号を選択する選択トランジスタと、
前記選択トランジスタからの信号を増幅し、垂直信号線に印加する第２の増幅トランジスタと、
前記選択トランジスタ及び前記第２の増幅トランジスタと接続され、電流源として機能するバイアストランジスタと
を有する画素であって、対数特性の出力信号が得られる前記画素を行列状に配置した画素アレイ部を備え、
前記第１の増幅トランジスタと、前記第２の増幅トランジスタは、電源電圧とそれぞれ接続される
固体撮像装置の駆動方法であって、
露光期間よりも前のシャッタ駆動期間に、前記リセットトランジスタがオン状態となるように駆動し、
前記露光期間よりも後の読み出し期間に、前記選択トランジスタがオン状態となるように駆動し、
前記読み出し期間のリセットレベルの読み出し時に、前記リセットトランジスタがオン状態となるように駆動する
駆動方法。
【請求項１２】
光電変換部と、
リセット信号に応じて、前記光電変換部をリセットするリセットトランジスタと、
前記光電変換部からの信号を増幅する第１の増幅トランジスタと、
選択信号に応じて、前記第１の増幅トランジスタからの信号を選択する選択トランジスタと、
前記選択トランジスタからの信号を増幅し、垂直信号線に印加する第２の増幅トランジスタと、
前記選択トランジスタ及び前記第２の増幅トランジスタと接続され、電流源として機能するバイアストランジスタと
を有する画素であって、対数特性の出力信号が得られる前記画素を行列状に配置した画素アレイ部を備え、
前記第１の増幅トランジスタと、前記第２の増幅トランジスタは、電源電圧とそれぞれ接続される
固体撮像装置の駆動方法であって、
露光期間よりも前のシャッタ駆動期間に、前記リセットトランジスタがオン状態となるように駆動し、
前記露光期間よりも後の読み出し期間に、前記選択トランジスタがオン状態となるように駆動し、
前記読み出し期間のリセットレベルの読み出し時に、前記リセットトランジスタがオン状態となるように駆動し、
前記読み出し期間を除いて、前記バイアストランジスタがオフ状態となるように駆動する
駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、固体撮像装置、電子機器、及び駆動方法に関し、特に、画素の消費電力を抑制して、多画素化を実現することができるようにした固体撮像装置、電子機器、及び駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
フォトダイオードを、太陽電池と同様に、開回路で動作させて、出力電圧を計測する対数センサ（Logarithmic Image Sensor）が知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
このような太陽電池モードの対数センサは、PNジャンクションの順方向に電流を流したときに生じる電位差、すなわち、電圧が電流の対数と比例する関係を用いている。この順方向の電流を、光電変換によって発生した光電流に置き換えて、PNジャンクションの順方向の電圧をモニタすれば、それは、光電流を対数圧縮した信号となる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】2011年 International Image Sensor Workshop (IISW), 2011/6/9, 講演 R35, "A 768x576 Logarithmic Image Sensor with Photodiode in Solar Cell mode" Yang Ni, YiMing Zhu, Bogdan Arion New Imaging Technologies SA
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、太陽電池モードの対数センサでは、フォトダイオードの過渡応答に垂直信号線（VSL）の電位変動を重畳しないようにするために、各画素の構造として、２段のアンプで構成される２段アンプ構造を採用するのが一般的である。
【０００６】
このような２段アンプ構造を採用する場合には、画素内に、電流源を搭載する必要が出てくる。しかしながら、このように、画素内に、電流源を搭載すると、定常的に貫通電流が流れることになり、消費電力が大きくなるとともに、多画素化の阻害要因にもなる。
【０００７】
本開示はこのような状況に鑑みてなされたものであり、太陽電池モードの対数センサにおいて、画素の消費電力を抑制して、多画素化を実現することができるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の一側面の固体撮像装置は、光電変換部と、リセット信号に応じて、前記光電変換部をリセットするリセットトランジスタと、前記光電変換部からの信号を増幅する第１の増幅トランジスタと、選択信号に応じて、前記第１の増幅トランジスタからの信号を選択する選択トランジスタと、前記選択トランジスタからの信号を増幅し、垂直信号線に印加する第２の増幅トランジスタと、前記選択トランジスタ及び前記第２の増幅トランジスタと接続され、電流源として機能するバイアストランジスタとを有する画素であって、対数特性の出力信号が得られる前記画素を行列状に配置した画素アレイ部を備え、前記第１の増幅トランジスタと、前記第２の増幅トランジスタは、電源電圧とそれぞれ接続される固体撮像装置である。
【０００９】
本開示の一側面の電子機器は、光電変換部と、リセット信号に応じて、前記光電変換部をリセットするリセットトランジスタと、前記光電変換部からの信号を増幅する第１の増幅トランジスタと、選択信号に応じて、前記第１の増幅トランジスタからの信号を選択する選択トランジスタと、前記選択トランジスタからの信号を増幅し、垂直信号線に印加する第２の増幅トランジスタと、前記選択トランジスタ及び前記第２の増幅トランジスタと接続され、電流源として機能するバイアストランジスタとを有する画素であって、対数特性の出力信号が得られる前記画素を行列状に配置した画素アレイ部を備え、前記第１の増幅トランジスタと、前記第２の増幅トランジスタは、電源電圧とそれぞれ接続される固体撮像装置を搭載した電子機器である。
【００１０】
本開示の一側面の固体撮像装置及び電子機器においては、光電変換部と、リセット信号に応じて、前記光電変換部をリセットするリセットトランジスタと、前記光電変換部からの信号を増幅する第１の増幅トランジスタと、選択信号に応じて、前記第１の増幅トランジスタからの信号を選択する選択トランジスタと、前記選択トランジスタからの信号を増幅し、垂直信号線に印加する第２の増幅トランジスタと、前記選択トランジスタ及び前記第２の増幅トランジスタと接続され、電流源として機能するバイアストランジスタとを有する画素であって、対数特性の出力信号が得られる前記画素を行列状に配置した画素アレイ部が設けられ、前記第１の増幅トランジスタと、前記第２の増幅トランジスタは、電源電圧とそれぞれ接続されるように構成される。
【００１１】
なお、本開示の一側面の固体撮像装置又は電子機器は、独立した装置であってもよいし、１つの装置を構成している内部ブロックであってもよい。
【００１２】
本開示の一側面の駆動方法は、光電変換部と、リセット信号に応じて、前記光電変換部をリセットするリセットトランジスタと、前記光電変換部からの信号を増幅する第１の増幅トランジスタと、選択信号に応じて、前記第１の増幅トランジスタからの信号を選択する選択トランジスタと、前記選択トランジスタからの信号を増幅し、垂直信号線に印加する第２の増幅トランジスタと、前記選択トランジスタ及び前記第２の増幅トランジスタと接続され、電流源として機能するバイアストランジスタとを有する画素であって、対数特性の出力信号が得られる前記画素を行列状に配置した画素アレイ部を備え、前記第１の増幅トランジスタと、前記第２の増幅トランジスタは、電源電圧とそれぞれ接続される固体撮像装置の駆動方法であって、露光期間よりも前のシャッタ駆動期間に、前記リセットトランジスタがオン状態となるように駆動し、前記露光期間よりも後の読み出し期間に、前記選択トランジスタがオン状態となるように駆動し、前記読み出し期間のリセットレベルの読み出し時に、前記リセットトランジスタがオン状態となるように駆動する駆動方法である。
【００１３】
本開示の一側面の駆動方法においては、露光期間よりも前のシャッタ駆動期間に、リセットトランジスタがオン状態となるように駆動され、露光期間よりも後の読み出し期間に、選択トランジスタがオン状態となるように駆動され、読み出し期間のリセットレベルの読み出し時に、リセットトランジスタがオン状態となるように駆動される。
【００１４】
本開示の一側面の駆動方法は、光電変換部と、リセット信号に応じて、前記光電変換部をリセットするリセットトランジスタと、前記光電変換部からの信号を増幅する第１の増幅トランジスタと、選択信号に応じて、前記第１の増幅トランジスタからの信号を選択する選択トランジスタと、前記選択トランジスタからの信号を増幅し、垂直信号線に印加する第２の増幅トランジスタと、前記選択トランジスタ及び前記第２の増幅トランジスタと接続され、電流源として機能するバイアストランジスタとを有する画素であって、対数特性の出力信号が得られる前記画素を行列状に配置した画素アレイ部を備え、前記第１の増幅トランジスタと、前記第２の増幅トランジスタは、電源電圧とそれぞれ接続される固体撮像装置の駆動方法であって、露光期間よりも前のシャッタ駆動期間に、前記リセットトランジスタがオン状態となるように駆動し、前記露光期間よりも後の読み出し期間に、前記選択トランジスタがオン状態となるように駆動し、前記読み出し期間のリセットレベルの読み出し時に、前記リセットトランジスタがオン状態となるように駆動し、前記読み出し期間を除いて、前記バイアストランジスタがオフ状態となるように駆動する駆動方法である。
【００１５】
本開示の一側面の駆動方法においては、露光期間よりも前のシャッタ駆動期間に、リセットトランジスタがオン状態となるように駆動され、露光期間よりも後の読み出し期間に、選択トランジスタがオン状態となるように駆動され、読み出し期間のリセットレベルの読み出し時に、リセットトランジスタがオン状態となるように駆動され、読み出し期間を除いて、バイアストランジスタがオフ状態となるように駆動される。
【発明の効果】
【００１６】
本開示の一側面によれば、画素の消費電力を抑制して、多画素化を実現することができる。
【００１７】
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】一般的な太陽電池モードの対数センサの画素の構成を示す図である。
【図２】一般的な太陽電池モードの対数センサの画素の駆動方法を説明するタイミングチャートである。
【図３】本開示に係る技術を適用した固体撮像装置の構成例を示すブロック図である。
【図４】第１の実施の形態の画素の構成例を示す回路図である。
【図５】第１の実施の形態の画素の駆動方法を説明するタイミングチャートである。
【図６】第２の実施の形態の画素の構成例を示す回路図である。
【図７】第２の実施の形態の画素の駆動方法を説明するタイミングチャートである。
【図８】第３の実施の形態の画素の構成例を示す回路図である。
【図９】第４の実施の形態の画素の構成例を示す回路図である。
【図１０】第５の実施の形態の画素の構成例を示す回路図である。
【図１１】本開示に係る技術を適用した固体撮像装置を有する電子機器の構成例を示すブロック図である。
【図１２】本開示に係る技術を適用し得る固体撮像装置の構成例を示す断面図である。
【図１３】本開示に係る技術を適用し得る積層型の固体撮像装置の構成例の概要を示す図である。
【図１４】積層型の固体撮像装置の第１の構成例を示す断面図である。
【図１５】積層型の固体撮像装置の第２の構成例を示す断面図である。
【図１６】積層型の固体撮像装置の第３の構成例を示す断面図である。
【図１７】本開示に係る技術を適用し得る積層型の固体撮像装置の他の構成例を示す断面図である。
【図１８】車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。
【図１９】車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。
【図２０】体内情報取得システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら本開示に係る技術（本技術）の実施の形態について説明する。なお、説明は以下の順序で行うものとする。
【００２０】
１．本開示に係る技術の概要
２．本開示に係る技術を適用した固体撮像装置の構成例
３．第１の実施の形態：基本構成
４．第２の実施の形態：Biasのゲート入力電圧を駆動した構成
５．第３の実施の形態：PDと２段アンプのトランジスタの極性を反転した構成
６．第４の実施の形態：Bias，AMP2を、複数の画素で共有した構成
７．第５の実施の形態：共有画素で、PDと２段アンプのトランジスタの極性を反転した構成
８．本開示に係る技術を適用した固体撮像装置を有する電子機器の構成例
９．本開示に係る技術を適用し得る固体撮像装置の断面構成例
１０．本開示に係る技術を適用し得る積層型の固体撮像装置の構成例
１１．移動体への応用例
１２．体内情報取得システムへの応用例
【００２１】
＜１．本開示に係る技術の概要＞
【００２２】
（対数センサの画素の構成）
図１は、一般的な太陽電池モードの対数センサの画素の構成を示す図である。
【００２３】
なお、図１に示した一般的な対数センサの画素９００は、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサ等の固体撮像装置において、画素アレイ部に行列状に配置される複数の画素のうちの１つの画素に相当するものである。
【００２４】
図１において、一般的な対数センサの画素９００は、フォトダイオード９１１、リセットトランジスタ９１２、増幅トランジスタ９１３、バイアストランジスタ９１４、増幅トランジスタ９１５、及び選択トランジスタ９１６を含んで構成される。
【００２５】
フォトダイオード９１１は、n型とp型の半導体領域からなる光電変換部である。リセットトランジスタ９１２は、そのゲート電極に印加されるリセット信号（RST）のオンオフに応じて、フォトダイオード９１１のリセットを制御する。
【００２６】
増幅トランジスタ９１３は、そのゲート電極に印加されるフォトダイオード９１１からの信号を増幅し、増幅トランジスタ９１５に出力する。バイアストランジスタ９１４は、電流源として機能する。
【００２７】
増幅トランジスタ９１５は、そのゲート電極に印加されるフォトダイオード９１１からの信号を増幅し、選択トランジスタ９１６に出力する。選択トランジスタ９１６は、そのゲート電極に印加される選択信号（SEL）のオンオフに応じて、増幅トランジスタ９１５からの信号を、垂直信号線９２１に出力する。
【００２８】
このように、一般的な対数センサの画素９００においては、フォトダイオード９１１の過渡応答に垂直信号線(VSL)９２１の電位変動を重畳しないようにするために、初段アンプ（AMP1）としての増幅トランジスタ９１３と、２段目アンプ（AMP2）としての増幅トランジスタ９１５とからなる２段アンプ構造を採用している。
【００２９】
また、このような２段アンプ構造を採用した場合には、画素９００内に、電流源として機能するバイアストランジスタ９１４を搭載する必要が出てくるが、バイアストランジスタ９１４を搭載することで、画素９００内には、定常的にバイアス電流IBiasが流れることになる。
【００３０】
（対数センサの画素の駆動方法）
図２は、一般的な太陽電池モードの対数センサの画素９００（図１）の駆動方法を説明するタイミングチャートである。
【００３１】
図２のタイミングチャートには、一般的な対数センサの画素９００（図１）における、選択トランジスタ９１６のゲート電極に印加される選択信号（SEL）と、リセットトランジスタ９１２のゲート電極に印加されるリセット信号（RST）のレベルが時系列で表されている。また、図２のタイミングチャートには、垂直信号線９２１に印加される信号（VSL）のレベルが、時系列で表されている。
【００３２】
なお、図２においては、Pre Shutterが、シャッタ駆動期間を表し、Exposureが、露光期間を表し、Readoutが、読み出し期間を表している。また、時間の方向は、図中の左側から右側に向かう方向とされ、シャッタ駆動期間、露光期間、読み出し期間の順に、期間が遷移している。
【００３３】
図２に示すように、シャッタ駆動期間においては、リセット信号（RST）がHレベルとなり、リセットトランジスタ９１２によって、フォトダイオード９１１が低電位にリセットされる。
【００３４】
次に、露光期間においては、フォトダイオード９１１には、電荷が蓄積される。この露光期間においては、初段アンプ（AMP1）としての増幅トランジスタ９１３と、２段目アンプ（AMP2）としての増幅トランジスタ９１５のソース電位が変動することになる。このとき、図中の上段の矢印で示すように、バイアストランジスタ９１４において、バイアス電流IBiasは、常に流れている状態となる。
【００３５】
次に、読み出し期間において、選択信号（SEL）がHレベルとなって、選択トランジスタ９１６がオン状態になると、増幅トランジスタ９１５からの信号が、垂直信号線（VSL）９２１に出力される。
【００３６】
ここでは、まず、選択トランジスタ９１６によって、フォトダイオード９１１に溜まった電荷が、信号レベル（S：Signal）として読み出され、さらにその後に、リセット信号（RST）がHレベルとなって、フォトダイオード９１１がリセットされた状態で、ノイズレベル（N：Noise）が読み出される。このようにして得られる信号レベル（S）とノイズレベル（N）との差分（S-N）が、出力信号（Output）となる。
【００３７】
その後、選択信号（SEL）がLレベルとなって、選択トランジスタ９１６がオフ状態になった後は、増幅トランジスタ９１５の出力が切断され、垂直信号線（VSL）９２１がグランド（GND）付近まで、低電位化することになる。これ以降も、バイアストランジスタ９１４において、バイアス電流IBiasは、常に流れている状態となる。
【００３８】
そして、対数センサの画素９００（図１）においては、フォトダイオード９１１に電荷が溜まるまでは、線形の信号（光の強度に対して比例するような信号）が出力され、フォトダイオード９１１に電荷が溜まると、発生する電圧に対して電流が指数的に流れるため、電圧と電流とが対数関係となって、対数の信号の出力が開始されることになる。
【００３９】
以上をまとめると、次のようになる。すなわち、一般的な対数センサの画素９００においては、フォトダイオード９１１の過渡応答VSLの電位変動を重畳しないようにするために、初段アンプ（AMP1）としての増幅トランジスタ９１３と、２段目アンプ（AMP2）としての増幅トランジスタ９１５とからなる２段アンプ構造を採用している。
【００４０】
このような２段アンプ構造を採用した場合には、画素９００内に、電流源として機能するバイアストランジスタ９１４を搭載する必要が出てくる。
【００４１】
一方で、バイアストランジスタ９１４を搭載することで、初段アンプ（AMP1）としての増幅トランジスタ９１３は、常に動作している状態であって、画素９００内に定常的にバイアス電流IBiasが流れることになり（バイアストランジスタ９１４には常に電流が流れている状態となり）、消費電力が大きくなる。そして、このような消費電力の増加が、多画素化を律速するパラメータとなり、結果として、多画素化の阻害要因となる。
【００４２】
そこで、本開示に係る技術（本技術）では、上述した問題を解決するために、画素の消費電力を抑制して、多画素化を実現することができる、太陽電池モードの対数センサ（固体撮像装置）を提案する。以下、このような問題点を解決するための構成を有する固体撮像装置について説明する。
【００４３】
＜２．本開示に係る技術を適用した固体撮像装置の構成例＞
【００４４】
（固体撮像装置の構成例）
図３は、本技術を適用した固体撮像装置の一実施の形態を示す図である。
【００４５】
図３の固体撮像装置１０は、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)を用いた固体撮像装置である。固体撮像装置１０は、光学レンズ系（不図示）を介して被写体からの入射光（像光）を取り込んで、撮像面上に結像された入射光の光量を画素単位で電気信号に変換して画素信号として出力する。
【００４６】
図３において、固体撮像装置１０は、画素アレイ部１１、垂直駆動回路１２、カラム信号処理回路１３、水平駆動回路１４、出力回路１５、制御回路１６、及び入出力端子１７を含んで構成される。
【００４７】
画素アレイ部１１には、複数の画素１００が２次元状（行列状）に配置される。画素１００は、光電変換領域としてのフォトダイオード（PD：Photodiode）と、複数の画素トランジスタを有して構成される。
【００４８】
垂直駆動回路１２は、例えばシフトレジスタによって構成され、所定の画素駆動線２１を選択して、選択された画素駆動線２１に画素１００を駆動するためのパルスを供給し、行単位で画素１００を駆動する。すなわち、垂直駆動回路１２は、画素アレイ部１１の各画素１００を行単位で順次垂直方向に選択走査し、各画素１００のフォトダイオードにおいて受光量に応じて生成された信号電荷（電荷）に基づく画素信号を、垂直信号線２２を通してカラム信号処理回路１３に供給する。
【００４９】
カラム信号処理回路１３は、画素１００の列ごとに配置されており、１行分の画素１００から出力される信号を画素列ごとにノイズ除去などの信号処理を行う。例えば、カラム信号処理回路１３は、画素固有の固定パターンノイズを除去するためのCDS(Correlated Double Sampling)及びA/D(Analog/Digital)変換等の信号処理を行う。
【００５０】
水平駆動回路１４は、例えばシフトレジスタによって構成され、水平走査パルスを順次出力することによって、カラム信号処理回路１３の各々を順番に選択し、カラム信号処理回路１３の各々から画素信号を水平信号線２３に出力させる。
【００５１】
出力回路１５は、カラム信号処理回路１３の各々から水平信号線２３を通して順次に供給される信号に対し、信号処理を行って出力する。なお、出力回路１５は、例えば、バッファリングだけする場合もあるし、黒レベル調整、列ばらつき補正、各種デジタル信号処理などが行われる場合もある。
【００５２】
制御回路１６は、固体撮像装置１０の各部の動作を制御する。例えば、制御回路１６は、入力クロック信号と、動作モードなどを指令するデータを受け取り、また、固体撮像装置１０の内部情報などのデータを出力する。すなわち、制御回路１６は、垂直同期信号、水平同期信号、及びマスタクロック信号に基づいて、垂直駆動回路１２、カラム信号処理回路１３、及び水平駆動回路１４などの動作の基準となるクロック信号や制御信号を生成する。制御回路１６は、生成したクロック信号や制御信号を、垂直駆動回路１２、カラム信号処理回路１３、及び水平駆動回路１４などに出力する。
【００５３】
入出力端子１７は、外部と信号のやりとりを行う。
【００５４】
以上のように構成される、図３の固体撮像装置１０は、画素アレイ部１１に２次元状（行列状）に配置される画素１００から、対数特性の出力信号が得られる、太陽電池モードの対数センサとして構成される。
【００５５】
また、固体撮像装置１０の画素アレイ部１１に２次元状に配置される画素１００の構成としては、後述する第１の実施の形態乃至第５の実施の形態の画素の構成を採用することができる。以下、画素アレイ部１１に配置される、第１の実施の形態乃至第５の実施の形態の画素の構成例について説明する。
【００５６】
なお、説明の都合上、以下の説明では、第１の実施の形態の画素を、画素１００と記述して、他の実施の形態の画素と区別する。同様に、第２の実施の形態乃至第５の実施の形態の画素を、画素２００、画素３００、画素４００、画素５００とそれぞれ記述するが、これらの画素も、固体撮像装置１０（図１）の画素アレイ部１１に２次元状に配置されることには変わりはない。
【００５７】
＜３．第１の実施の形態＞
【００５８】
（第１の回路構成）
図４は、第１の実施の形態の画素の構成例を示す回路図である。
【００５９】
図４において、画素１００は、フォトダイオード１１１、リセットトランジスタ１１２、増幅トランジスタ１１３、バイアストランジスタ１１４、増幅トランジスタ１１５、及び選択トランジスタ１１６から構成される。
【００６０】
フォトダイオード１１１は、n型とp型の半導体領域からなる光電変換部である。フォトダイオード１１１において、カソード電極は、中間電位Vmid及びリセットトランジスタ１１２のドレインに接続され、アノード電極は、リセットトランジスタ１１２のソースと増幅トランジスタ１１３のゲートに接続される。
【００６１】
リセットトランジスタ１１２において、そのドレインは、中間電位Vmid及びフォトダイオード１１１のカソード電極に接続され、そのソースは、フォトダイオード１１１のアノード電極と増幅トランジスタ１１３のゲートに接続される。また、リセットトランジスタ１１２のゲート電極には、リセット信号（RST）が印加される。このリセット信号（RST）がアクティブ状態になると、リセットトランジスタ１１２のリセットゲートが導通状態となり、フォトダイオード１１１の電位がリセットされる。
【００６２】
増幅トランジスタ１１３において、そのドレインは、電源電圧Vddと接続され、そのソースは、選択トランジスタ１１６のドレインと接続される。増幅トランジスタ１１３のゲートは、フォトダイオード１１１とリセットトランジスタ１１２のソースに接続される。増幅トランジスタ１１３のゲートには、フォトダイオード１１１からの信号が印加されるので、その信号を増幅して、選択トランジスタ１１６に出力する。
【００６３】
選択トランジスタ１１６において、そのドレインは、増幅トランジスタ１１３のソースと接続され、そのソースは、バイアストランジスタ１１４のドレインと増幅トランジスタ１１５のゲートに接続される。また、選択トランジスタ１１６のゲート電極には、選択信号（SEL）が印加される。この選択信号（SEL）がアクティブ状態になると、選択トランジスタ１１６が導通状態になり、画素１００が選択状態となる。これにより、増幅トランジスタ１１３から出力される信号が、選択トランジスタ１１６を介して、増幅トランジスタ１１５に出力される。
【００６４】
バイアストランジスタ１１４において、そのドレインは、選択トランジスタ１１６のソースと増幅トランジスタ１１５のゲートに接続され、そのソースは、接地されている。バイアストランジスタ１１４のゲート電極には、所定の信号が印加され、基準となる電流を設定する。バイアストランジスタ１１４は、電流源として機能する。
【００６５】
増幅トランジスタ１１５は、そのドレインは、電源電圧Vddと接続され、そのソースは、垂直信号線（VSL）１２１（図３の垂直信号線２２）と接続される。また、増幅トランジスタ１１５のゲートは、選択トランジスタ１１６のソースと、バイアストランジスタ１１４のドレインと接続される。
【００６６】
ここで、選択トランジスタ１１６において、選択信号（SEL）が導通状態になると、増幅トランジスタ１１５のゲートには、選択トランジスタ１１６を介して、増幅トランジスタ１１３から出力される信号が印加される。増幅トランジスタ１１５は、そのゲートに印加された信号を増幅して、垂直信号線１２１に出力する。
【００６７】
なお、画素１００においては、増幅トランジスタ１１３と増幅トランジスタ１１５のうち、フォトダイオード１１１側に設けられた増幅トランジスタ１１３が、初段アンプ（AMP1）に相当し、垂直信号線（VSL）１２１側に設けられた増幅トランジスタ１１５が、２段目アンプ（AMP2）に相当する。そして、これらの初段アンプ（AMP1）と２段目アンプ（AMP2）により２段アンプが構成されるが、一般的な対数センサの画素９００（図１）と比べれば、選択トランジスタ１１６が、２段目アンプ（AMP2）側から、初段アンプ（AMP1）側に移動されている点が異なっている。
【００６８】
また、画素１００においては、一般的な対数センサの画素９００（図１）におけるフォトダイオード９１１、増幅トランジスタ９１３、バイアストランジスタ９１４、増幅トランジスタ９１５、及び選択トランジスタ９１６と比べれば、フォトダイオード１１１、増幅トランジスタ１１３、バイアストランジスタ１１４、増幅トランジスタ１１５、及び選択トランジスタ１１６の極性が反転されている。
【００６９】
これは、フォトダイオード１１１で発生するキャリアが、正孔（ホール）による正の電荷となるので、図４に示すように極性を反転して、後段のトランジスタ（増幅トランジスタ１１３、バイアストランジスタ１１４、増幅トランジスタ１１５、及び選択トランジスタ１１６）では、電子として取り扱われるようにしている。このように極性を反転させることで、増幅トランジスタ１１５のオン/オフが、自動で切り替えられるようにしている。
【００７０】
（第１の駆動方法）
図５は、第１の実施の形態の画素の駆動方法を説明するタイミングチャートである。
【００７１】
図５のタイミングチャートには、対数センサの画素１００（図４）における、選択トランジスタ１１６のゲート電極に印加される選択信号（SEL）と、リセットトランジスタ１１２のゲート電極に印加されるリセット信号（RST）と、バイアストランジスタ１１４のゲート電極に印加されるバイアス信号（Bias）のレベルが時系列で表されている。
【００７２】
また、図５のタイミングチャートには、増幅トランジスタ１１３のソースに印加される信号（AMP1_S）と、垂直信号線１２１に印加される信号（VSL）のレベルが、時系列で表されている。
【００７３】
なお、図５においては、図２と同様に、Pre Shutterが、シャッタ駆動期間を表し、Exposureが、露光期間を表し、Readoutが、読み出し期間を表している。また、時間の方向は、図中の左側から右側に向かう方向とされ、シャッタ駆動期間、露光期間、読み出し期間の順に、期間が遷移している。
【００７４】
図５に示すように、シャッタ駆動期間においては、リセット信号（RST）がHレベルとなり、リセットトランジスタ１１２によって、フォトダイオード１１１が低電位にリセットされる。シャッタ駆動期間が終了して光の入射時になると、露光期間に遷移する。
【００７５】
露光期間においては、フォトダイオード１１１に、電荷が蓄積される。この露光期間においては、初段アンプ（AMP1）としての増幅トランジスタ１１３のゲートに、フォトダイオード１１１からの信号が印加され、その信号が増幅されるので、図中の点線で表したように、増幅トランジスタ１１３のソース（AMP1_S）の電位が変動することになる。
【００７６】
ここで、シャッタ駆動期間と露光期間における選択信号（SEL）がLレベルであって、選択トランジスタ１１６がオフ状態となるため、バイアストランジスタ１１４は、増幅トランジスタ１１３のドレインに接続された電源電圧Vddから切断された状態になる。その結果として、一般的な対数センサの画素９００（図１）で発生していた貫通電流（バイアス電流）が遮断されるため、画素１００（図４）では、画素９００（図１）と比べて、消費電力が抑制されることになる。露光期間が終了して光の入射が終わると、読み出し期間に遷移する。
【００７７】
読み出し期間においては、選択信号（SEL）がHレベルとなり、選択トランジスタ１１６によって、フォトダイオード１１１に溜まった電荷が読み出される。ここでは、まず、D相（信号レベル）の読み出し時に、選択トランジスタ１１６によって、フォトダイオード１１１に溜まった電荷が信号レベル（S：Signal）として読み出される。
【００７８】
さらにその後に、P相（リセットレベル）の読み出し時に、リセット信号（RST）がHレベルとなって、フォトダイオード１１１がリセットされた状態で、選択トランジスタ１１６によって、ノイズレベル（N：Noise）が読み出される。このようにして得られる信号レベル（S）とノイズレベル（N）との差分（S-N）が、出力信号（Output）となって、２段目アンプ（AMP2）としての増幅トランジスタ１１５を介して、垂直信号線１２１に出力される。
【００７９】
このとき、選択トランジスタ１１６がオン状態（選択信号（SEL）がHレベル）となる場合であって、D相の読み出し時に、初段アンプ（AMP1）としての増幅トランジスタ１１３の出力によって、２段目アンプ（AMP2）としての増幅トランジスタ１１５が、自然に活性化される。
【００８０】
一方で、選択トランジスタ１１６がオフ状態（選択信号（SEL）がLレベル）になると、バイアストランジスタ１１４が、そのドレインを、グランド（GND）付近まで低電位化するため、バイアストランジスタ１１４からの電流によって、２段目アンプ（AMP2）としての増幅トランジスタ１１５が、自然に不活性化される。これにより、画素１００（図４）では、初段アンプ（AMP1）と２段目アンプ（AMP2）からなる２段アンプが自動的にオフ状態になる。
【００８１】
そして、対数センサの画素１００（図４）においては、フォトダイオード１１１に電荷が溜まるまでは、線形の信号（光の強度に対して比例するような信号）が出力され、フォトダイオード１１１に電荷が溜まると、発生する電圧に対して電流が指数的に流れるため、電圧と電流とが対数関係となって、対数の信号の出力が開始されることになる。
【００８２】
以上のように、第１の実施の形態の画素１００では、選択トランジスタ１１６が、２段目アンプ（AMP2）側ではなく、初段アンプ（AMP1）側に設けられているため、選択トランジスタ１１６がオフ状態となるときに、バイアストランジスタ１１４が、増幅トランジスタ１１３のドレインに接続された電源電圧Vddから切断された状態になる。
【００８３】
その結果として、一般的な対数センサの画素９００（図１）で発生していた貫通電流（バイアス電流）を遮断することが可能となり、第１の実施の形態の画素１００では、画素９００（図１）と比べて、消費電力を抑制することができるので、消費電力の増加が、多画素化を律速するパラメータとはならず、多画素化を実現することができる。
【００８４】
以上、第１の実施の形態について説明した。
【００８５】
＜４．第２の実施の形態＞
【００８６】
（第２の回路構成）
図６は、第２の実施の形態の画素の構成例を示す回路図である。
【００８７】
図６において、画素２００は、フォトダイオード２１１、リセットトランジスタ２１２、増幅トランジスタ２１３、バイアストランジスタ２１４、増幅トランジスタ２１５、及び選択トランジスタ２１６から構成される。
【００８８】
図６の画素２００において、フォトダイオード２１１乃至選択トランジスタ２１６は、図４の画素１００のフォトダイオード１１１乃至選択トランジスタ１１６と同様に構成されるが、バイアストランジスタ２１４の駆動が、図４のバイアストランジスタ１１４の駆動と異なっている。
【００８９】
すなわち、図６の画素２００においては、バイアストランジスタ２１４のゲート電極に印加されるバイアス信号（Bias）の制御が行われ、読み出し期間を除いて、バイアストランジスタ２１４がオフ状態となるように駆動される点が、図４の画素１００とは異なっている。
【００９０】
（第２の駆動方法）
図７は、第２の実施の形態の画素の駆動方法を説明するタイミングチャートである。
【００９１】
図７のタイミングチャートには、対数センサの画素２００（図６）における、選択トランジスタ２１６の選択信号（SEL）と、リセットトランジスタ２１２のリセット信号（RST）と、バイアストランジスタ２１４のバイアス信号（Bias）のレベルが時系列で表されている。また、図７のタイミングチャートには、増幅トランジスタ２１３のソースに印加される信号（AMP1_S）と、垂直信号線２２１に印加される信号（VSL）のレベルが、時系列で表されている。
【００９２】
なお、図７においては、図２や図５と同様に、時間の方向は、図中の左側から右側に向かう方向とされ、シャッタ駆動期間（Pre Shutter）、露光期間（Exposure）、読み出し期間（Readout）の順に、期間が遷移している。
【００９３】
図７に示すように、シャッタ駆動期間においては、リセット信号（RST）がHレベルとなり、リセットトランジスタ２１２によって、フォトダイオード２１１が低電位にリセットされる。
【００９４】
次に、露光期間においては、フォトダイオード２１１に、電荷が蓄積される。この露光期間においては、初段アンプ（AMP1）としての増幅トランジスタ２１３のゲートに、フォトダイオード２１１からの信号が印加され、その信号が増幅されるので、図中の点線で表したように、増幅トランジスタ２１３のソース（AMP1_S）の電位が変動することになる。
【００９５】
このとき、シャッタ駆動期間と露光期間におけるバイアス信号（Bias）がLレベルであって、バイアストランジスタ２１４がオフ状態となるため、バイアストランジスタ２１４には、バイアス電流が流れることはない。その結果として、一般的な対数センサの画素９００（図１）で発生していた貫通電流（バイアス電流）が遮断されるため、画素２００（図６）では、画素９００（図１）と比べて、消費電力が抑制されることになる。
【００９６】
次に、読み出し期間においては、選択信号（SEL）とバイアス信号（Bias）がHレベルであって、選択トランジスタ２１６とバイアストランジスタ２１４がオン状態となるため、選択トランジスタ２１６によって、フォトダイオード２１１に溜まった電荷が読み出される。ここでは、まず、D相の読み出し時に、選択トランジスタ２１６によって、フォトダイオード２１１に溜まった電荷が信号レベル（S）として読み出される。
【００９７】
さらにその後に、P相の読み出し時に、リセット信号（RST）がHレベルとなって、フォトダイオード２１１がリセットされた状態で、選択トランジスタ２１６によって、ノイズレベル（N）が読み出される。このようにして得られる信号レベル（S）とノイズレベル（N）との差分（S-N）が、出力信号（Output）となって、２段目アンプ（AMP2）としての増幅トランジスタ２１５を介して、垂直信号線２２１に出力される。
【００９８】
このとき、選択トランジスタ２１６がオン状態（選択信号（SEL）がHレベル）となる場合であって、D相の読み出し時に、初段アンプ（AMP1）としての増幅トランジスタ２１３の出力によって、２段目アンプ（AMP2）としての増幅トランジスタ２１５が、自然に活性化される。
【００９９】
一方で、選択トランジスタ２１６がオン状態（選択信号（SEL）がHレベル）となる場合であって、P相の読み出し時に、リセットトランジスタ２１２をオン状態（リセット信号（RST）がHレベル）にして、フォトダイオード２１１を低電位にリセットすることで、２段目アンプ（AMP2）としての増幅トランジスタ２１５が、不活性化される。
【０１００】
その後、選択トランジスタ２１６がオフ状態（選択信号（SEL）がLレベル）となった場合に、バイアス信号（Bias）がLレベルとなって、バイアストランジスタ２１４がオフ状態となる。これにより、バイアストランジスタ２１４には、バイアス電流が流れることはない。その結果として、貫通電流が遮断されるため、消費電力が抑制されることになる。
【０１０１】
そして、対数センサの画素２００（図６）においては、フォトダイオード２１１に電荷が溜まるまでは、線形の信号（光の強度に対して比例するような信号）が出力され、フォトダイオード２１１に電荷が溜まると、発生する電圧に対して電流が指数的に流れるため、電圧と電流とが対数関係となって、対数の信号の出力が開始されることになる。
【０１０２】
以上のように、第２の実施の形態の画素２００では、選択トランジスタ２１６が、２段目アンプ（AMP2）側ではなく、初段アンプ（AMP1）側に設けられ、さらに、バイアストランジスタ２１４の駆動が制御されているため、選択トランジスタ２１６がオフ状態となるときに、バイアストランジスタ２１４もオフ状態となって、バイアストランジスタ２１４には、バイアス電流が流れない状態になる。
【０１０３】
その結果として、一般的な対数センサの画素９００（図１）で発生していた貫通電流（バイアス電流）を遮断することが可能となり、第２の実施の形態の画素２００では、画素９００（図１）と比べて、消費電力を抑制することができるので、消費電力の増加が、多画素化を律速するパラメータとはならず、多画素化を実現することができる。
【０１０４】
以上、第２の実施の形態について説明した。
【０１０５】
＜５．第３の実施の形態＞
【０１０６】
（第３の回路構成）
図８は、第３の実施の形態の画素の構成例を示す回路図である。
【０１０７】
図８において、画素３００は、図４に示した画素１００におけるフォトダイオード及び２段アンプの各トランジスタの極性を反転させた構成からなる。
【０１０８】
具体的には、図８の画素３００において、フォトダイオード３１１、増幅トランジスタ３１３、バイアストランジスタ３１４、増幅トランジスタ３１５、及び選択トランジスタ３１６は、図４の画素１００における、フォトダイオード１１１、増幅トランジスタ１１３、バイアストランジスタ１１４、増幅トランジスタ１１５、及び選択トランジスタ１１６の極性をそれぞれ反転させたものとなる。
【０１０９】
このような構成からなる画素３００は、画素１００におけるフォトダイオード及び２段アンプの各トランジスタの極性を反転させたものであるため、選択トランジスタ３１６が、２段目アンプ（AMP2）側から、初段アンプ（AMP1）側に移動されている。そのため、この選択トランジスタ３１６が、選択信号（SEL）に応じた動作をすることで、読み出し期間を除いて、画素３００内の電流源の接続を遮断することができる。その結果として、画素３００内に定常的に発生する貫通電流を遮断して、消費電力を低減することができる。
【０１１０】
また、画像３００においては、選択トランジスタ３１６がオン状態となる場合であって、D相の読み出し時に、初段アンプ（AMP1）としての増幅トランジスタ３１３の出力によって、２段目アンプ（AMP2）としての増幅トランジスタ３１５が、自然に活性化される。
【０１１１】
一方で、画像３００においては、選択トランジスタ３１６がオフ状態になると、バイアストランジスタ３１４が、グランド（GND）付近まで低電位化するため、バイアストランジスタ３１４からの電流によって、２段目アンプ（AMP2）としての増幅トランジスタ３１５が、自然に不活性化される。これにより、画像３００では、初段アンプ（AMP1）と２段目アンプ（AMP2）からなる２段アンプが自動的にオフ状態になる。
【０１１２】
なお、画像３００においては、図６及び図７に示した画素２００の駆動方法と同様に、バイアストランジスタ３１４のゲート入力電圧を制御することで、読み出し期間を除いて、バイアストランジスタ３１４がオフ状態になるように駆動されるようにしてもよい。
【０１１３】
以上、第３の実施の形態について説明した。
【０１１４】
＜６．第４の実施の形態＞
【０１１５】
（第４の回路構成）
図９は、第４の実施の形態の画素の構成例を示す回路図である。
【０１１６】
図９において、画素４００−１と、画素４００−２は、画素アレイ部１１に２次元状に配置される複数の画素の一例であって、バイアストランジスタ４１４と、２段目アンプ（AMP2）としての増幅トランジスタ４１５を共有した構成からなる。
【０１１７】
具体的には、画素４００−１は、フォトダイオード４１１−１、リセットトランジスタ４１２−１、増幅トランジスタ４１３−１、及び選択トランジスタ４１６−１のほかに、画素４００−２と共有されるバイアストランジスタ４１４及び増幅トランジスタ４１５を含んで構成される。
【０１１８】
このような構成からなる画素４００−１においては、図４の画素１００と同様に、選択トランジスタ４１６−１が、初段アンプ（AMP1-1）側に移動されているため、この選択トランジスタ４１６−１が、選択信号（SEL）に応じた動作をすることで、読み出し期間を除いて、画素４００−１内の電流源の接続を遮断することができる。その結果として、画素４００−１内に定常的に発生する貫通電流を遮断して、消費電力を低減することができる。
【０１１９】
また、画素４００−１においては、選択トランジスタ４１６−１がオン状態となる場合であって、D相の読み出し時に、初段アンプ（AMP1-1）としての増幅トランジスタ４１３−１の出力によって、２段目アンプ（AMP2）としての増幅トランジスタ４１５が、自然に活性化される。
【０１２０】
一方で、画素４００−１においては、選択トランジスタ４１６−１がオフ状態になると、バイアストランジスタ４１４が、グランド（GND）付近まで低電位化するため、バイアストランジスタ４１４からの電流によって、２段目アンプ（AMP2）としての増幅トランジスタ４１５が、自然に不活性化される。これにより、画像４００−１では、初段アンプ（AMP1-1）と２段目アンプ（AMP2）からなる２段アンプが自動的にオフ状態になる。
【０１２１】
また、画素４００−２は、フォトダイオード４１１−２、リセットトランジスタ４１２−２、増幅トランジスタ４１３−２、及び選択トランジスタ４１６−２のほかに、画素４００−１と共有されるバイアストランジスタ４１４及び増幅トランジスタ４１５を含んで構成される。
【０１２２】
このような構成からなる画素４００−２においては、図４の画素１００と同様に、選択トランジスタ４１６−２が、初段アンプ（AMP1-2）側に移動されているため、この選択トランジスタ４１６−２が、選択信号（SEL）に応じた動作をすることで、読み出し期間を除いて、画素４００−２内の電流源の接続を遮断することができる。その結果として、画素４００−２内に定常的に発生する貫通電流を遮断して、消費電力を低減することができる。
【０１２３】
また、画素４００−２においては、選択トランジスタ４１６−２がオン状態となる場合であって、D相の読み出し時に、初段アンプ（AMP1-2）としての増幅トランジスタ４１３−２の出力によって、２段目アンプ（AMP2）としての増幅トランジスタ４１５が、自然に活性化される。
【０１２４】
一方で、画素４００−２においては、選択トランジスタ４１６−２がオフ状態になると、バイアストランジスタ４１４が、グランド（GND）付近まで低電位化するため、バイアストランジスタ４１４からの電流によって、２段目アンプ（AMP2）としての増幅トランジスタ４１５が、自然に不活性化される。これにより、画素４００−２では、初段アンプ（AMP1-2）と２段目アンプ（AMP2）からなる２段アンプが自動的にオフ状態になる。
【０１２５】
なお、画素４００−１及び画素４００−２においては、図６及び図７に示した画素２００の駆動方法と同様に、バイアストランジスタ３１４のゲート入力電圧を制御することで、読み出し期間を除いて、バイアストランジスタ３１４がオフ状態になるように駆動されるようにしてもよい。
【０１２６】
また、図９においては、共有画素の単位として、画素４００−１と画素４００−２の２画素共有を例示したが、例えば、４画素共有や８画素共有など、さらに多くの画素によって、バイアストランジスタと、２段目アンプ（AMP2）としての増幅トランジスタが共有されるようにしてもよい。
【０１２７】
以上、第４の実施の形態について説明した。
【０１２８】
＜７．第５の実施の形態＞
【０１２９】
（第５の回路構成）
図１０は、第５の実施の形態の画素の構成例を示す回路図である。
【０１３０】
図１０において、画素５００−１と、画素５００−２は、図９に示した画素４００−１と画素４００−２におけるフォトダイオード及び２段アンプの各トランジスタの極性を反転させた構成からなる。
【０１３１】
具体的には、図１０の画素５００−１において、フォトダイオード５１１−１、増幅トランジスタ５１３−１、及び選択トランジスタ５１６−１、並びに画素５００−２と共有されるバイアストランジスタ５１４及び増幅トランジスタ５１５は、図９の画素４００−１における、フォトダイオード４１１−１、増幅トランジスタ４１３−１、選択トランジスタ４１６−１、バイアストランジスタ４１４、及び増幅トランジスタ４１５の極性をそれぞれ反転させたものとなる。
【０１３２】
このような構成からなる画素５００−１においては、図４の画素１００と同様に、選択トランジスタ５１６−１が、初段アンプ（AMP1-1）側に移動されているため、この選択トランジスタ５１６−１が、選択信号（SEL）に応じた動作をすることで、読み出し期間を除いて、画素５００−１内の電流源の接続を遮断することができる。その結果として、画素５００−１内に定常的に発生する貫通電流を遮断して、消費電力を低減することができる。
【０１３３】
また、画素５００−１においては、選択トランジスタ５１６−１がオン状態となる場合であって、D相の読み出し時に、初段アンプ（AMP1-1）としての増幅トランジスタ５１３−１の出力によって、２段目アンプ（AMP2）としての増幅トランジスタ５１５が、自然に活性化される。
【０１３４】
一方で、画素５００−１においては、選択トランジスタ５１６−１がオフ状態になると、バイアストランジスタ５１４が、グランド（GND）付近まで低電位化するため、バイアストランジスタ５１４からの電流によって、２段目アンプ（AMP2）としての増幅トランジスタ５１５が、自然に不活性化される。これにより、画像５００−１では、初段アンプ（AMP1-1）と２段目アンプ（AMP2）からなる２段アンプが自動的にオフ状態になる。
【０１３５】
また、図１０の画素５００−２において、フォトダイオード５１１−２、増幅トランジスタ５１３−２、及び選択トランジスタ５１６−２、並びに画素５００−１と共有されるバイアストランジスタ５１４及び増幅トランジスタ５１５は、図９の画素４００−２における、フォトダイオード４１１−２、増幅トランジスタ４１３−２、選択トランジスタ４１６−２、バイアストランジスタ４１４、及び増幅トランジスタ４１５の極性をそれぞれ反転させたものとなる。
【０１３６】
このような構成からなる画素５００−２においては、図４の画素１００と同様に、選択トランジスタ５１６−２が、初段アンプ（AMP1-2）側に移動されているため、この選択トランジスタ５１６−２が、選択信号（SEL）に応じた動作をすることで、読み出し期間を除いて、画素５００−２内の電流源の接続を遮断することができる。その結果として、画素５００−２内に定常的に発生する貫通電流を遮断して、消費電力を低減することができる。
【０１３７】
また、画素５００−２においては、選択トランジスタ５１６−２がオン状態となる場合であって、D相の読み出し時に、初段アンプ（AMP1-2）としての増幅トランジスタ５１３−２の出力によって、２段目アンプ（AMP2）としての増幅トランジスタ５１５が、自然に活性化される。
【０１３８】
一方で、画素５００−２においては、選択トランジスタ５１６−２がオフ状態になると、バイアストランジスタ５１４が、グランド（GND）付近まで低電位化するため、バイアストランジスタ５１４からの電流によって、２段目アンプ（AMP2）としての増幅トランジスタ５１５が、自然に不活性化される。これにより、画素５００−２では、初段アンプ（AMP1-2）と２段目アンプ（AMP2）からなる２段アンプが自動的にオフ状態になる。
【０１３９】
以上、第５の実施の形態について説明した。
【０１４０】
＜８．本開示に係る技術を適用した固体撮像装置を有する電子機器の構成例＞
【０１４１】
図１１は、本開示に係る技術を適用した固体撮像装置を有する電子機器１０００の構成例を示すブロック図である。
【０１４２】
電子機器１０００は、例えば、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置や、スマートフォンやタブレット型端末等の携帯端末装置などの電子機器である。
【０１４３】
電子機器１０００は、固体撮像素子１００１、DSP回路１００２、フレームメモリ１００３、表示部１００４、記録部１００５、操作部１００６、及び、電源部１００７から構成される。また、電子機器１０００において、DSP回路１００２、フレームメモリ１００３、表示部１００４、記録部１００５、操作部１００６、及び電源部１００７は、バスライン１００８を介して相互に接続されている。
【０１４４】
固体撮像素子１００１は、上述した固体撮像装置１０（図３）に対応しており、画素アレイ部１１に配置される画素１００は、例えば、図４等に示した構成からなる。すなわち、固体撮像装置１０において、画素アレイ部１１には、選択トランジスタ１１６（又は選択トランジスタ２１６乃至選択トランジスタ５１６のいずれかの選択トランジスタ）が、２段目アンプ（AMP2）側から初段アンプ（AMP1）側に移動された画素１００（又は画素２００乃至画素５００のいずれかの画素）が配置されている。
【０１４５】
DSP回路１００２は、固体撮像素子１００１から供給される信号を処理するカメラ信号処理回路である。DSP回路１００２は、固体撮像素子１００１からの信号を処理して得られる画像データを出力する。フレームメモリ１００３は、DSP回路１００２により処理された画像データを、フレーム単位で一時的に保持する。
【０１４６】
表示部１００４は、例えば、液晶パネルや有機EL(Electro Luminescence)パネル等のパネル型表示装置からなり、固体撮像素子１００１で撮像された動画又は静止画を表示する。記録部１００５は、固体撮像素子１００１で撮像された動画又は静止画の画像データを、半導体メモリやハードディスク等の記録媒体に記録する。
【０１４７】
操作部１００６は、ユーザによる操作に従い、電子機器１０００が有する各種の機能についての操作指令を出力する。電源部１００７は、DSP回路１００２、フレームメモリ１００３、表示部１００４、記録部１００５、及び、操作部１００６の動作電源となる各種の電源を、これら供給対象に対して適宜供給する。
【０１４８】
電子機器１０００は、以上のように構成される。本開示に係る技術は、以上説明したように、固体撮像素子１００１に適用される。具体的には、図３の固体撮像装置１０は、固体撮像素子１００１に適用することができる。固体撮像素子１００１に本開示に係る技術を適用することにより、例えば、画素の消費電力を抑制して、多画素化を実現することができるため、より高品質な撮像画像を得ることができる。
【０１４９】
＜９．本開示に係る技術を適用し得る固体撮像装置の断面構成例＞
【０１５０】
図１２は、本開示に係る技術を適用し得る固体撮像装置の構成例を示す断面図である。
【０１５１】
固体撮像装置では、画素２００１０を構成するＰＤ（フォトダイオード）２００１９が、半導体基板２００１８の裏面（図では上面）側から入射する入射光２０００１を受光する。ＰＤ２００１９の上方には、平坦化膜２００１３，ＣＦ（カラーフィルタ）２００１２、及び、マイクロレンズ２００１１が設けられており、ＰＤ２００１９では、各部を順次介して入射した入射光２０００１を、受光面２００１７で受光して光電変換が行われる。
【０１５２】
例えば、ＰＤ２００１９は、ｎ型半導体領域２００２０が、電荷（電子）を蓄積する電荷蓄積領域として形成されている。ＰＤ２００１９においては、ｎ型半導体領域２００２０は、半導体基板２００１８のｐ型半導体領域２００１６，２００４１の内部に設けられている。ｎ型半導体領域２００２０の、半導体基板２００１８の表面（下面）側には、裏面（上面）側よりも不純物濃度が高いｐ型半導体領域２００４１が設けられている。つまり、ＰＤ２００１９は、ＨＡＤ（Ｈｏｌｅ−Ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ  Ｄｉｏｄｅ）構造になっており、ｎ型半導体領域２００２０の上面側と下面側との各界面において、暗電流が発生することを抑制するように、ｐ型半導体領域２００１６，２００４１が形成されている。
【０１５３】
半導体基板２００１８の内部には、複数の画素２００１０の間を電気的に分離する画素分離部２００３０が設けられており、この画素分離部２００３０で区画された領域に、ＰＤ２００１９が設けられている。図中、上面側から、固体撮像装置を見た場合、画素分離部２００３０は、例えば、複数の画素２００１０の間に介在するように格子状に形成されており、ＰＤ２００１９は、この画素分離部２００３０で区画された領域内に形成されている。
【０１５４】
各ＰＤ２００１９では、アノードが接地されており、固体撮像装置において、ＰＤ２００１９が蓄積した信号電荷（例えば、電子）は、図示せぬ転送Ｔｒ（ＭＯＳ  ＦＥＴ）等を介して読み出され、電気信号として、図示せぬＶＳＬ（垂直信号線）へ出力される。
【０１５５】
配線層２００５０は、半導体基板２００１８のうち、遮光膜２００１４，ＣＦ２００１２、マイクロレンズ２００１１等の各部が設けられた裏面（上面）とは反対側の表面（下面）に設けられている。
【０１５６】
配線層２００５０は、配線２００５１と絶縁層２００５２とを含み、絶縁層２００５２内において、配線２００５１が各素子に電気的に接続するように形成されている。配線層２００５０は、いわゆる多層配線の層になっており、絶縁層２００５２を構成する層間絶縁膜と配線２００５１とが交互に複数回積層されて形成されている。ここでは、配線２００５１としては、転送Ｔｒ等のＰＤ２００１９から電荷を読み出すためのＴｒへの配線や、ＶＳＬ等の各配線が、絶縁層２００５２を介して積層されている。
【０１５７】
配線層２００５０の、ＰＤ２００１９が設けられている側に対して反対側の面には、支持基板２００６１が設けられている。例えば、厚みが数百μｍのシリコン半導体からなる基板が、支持基板２００６１として設けられている。
【０１５８】
遮光膜２００１４は、半導体基板２００１８の裏面（図では上面）の側に設けられている。
【０１５９】
遮光膜２００１４は、半導体基板２００１８の上方から半導体基板２００１８の下方へ向かう入射光２０００１の一部を、遮光するように構成されている。
【０１６０】
遮光膜２００１４は、半導体基板２００１８の内部に設けられた画素分離部２００３０の上方に設けられている。ここでは、遮光膜２００１４は、半導体基板２００１８の裏面（上面）上において、シリコン酸化膜等の絶縁膜２００１５を介して、凸形状に突き出るように設けられている。これに対して、半導体基板２００１８の内部に設けられたＰＤ２００１９の上方においては、ＰＤ２００１９に入射光２０００１が入射するように、遮光膜２００１４は、設けられておらず、開口している。
【０１６１】
つまり、図中、上面側から、固体撮像装置を見た場合、遮光膜２００１４の平面形状は、格子状になっており、入射光２０００１が受光面２００１７へ通過する開口が形成されている。
【０１６２】
遮光膜２００１４は、光を遮光する遮光材料で形成されている。例えば、チタン（Ｔｉ）膜とタングステン（Ｗ）膜とを、順次、積層することで、遮光膜２００１４が形成されている。この他に、遮光膜２００１４は、例えば、窒化チタン（ＴｉＮ）膜とタングステン（Ｗ）膜とを、順次、積層することで形成することができる。また、遮光膜２００１４は、ナイトライド（Ｎ）などで被覆されていても良い。
【０１６３】
遮光膜２００１４は、平坦化膜２００１３によって被覆されている。平坦化膜２００１３は、光を透過する絶縁材料を用いて形成されている。
【０１６４】
画素分離部２００３０は、溝部２００３１、固定電荷膜２００３２、及び、絶縁膜２００３３を有する。
【０１６５】
固定電荷膜２００３２は、半導体基板２００１８の裏面（上面）の側において、複数の画素２００１０の間を区画している溝部２００３１を覆うように形成されている。
【０１６６】
具体的には、固定電荷膜２００３２は、半導体基板２００１８において裏面（上面）側に形成された溝部２００３１の内側の面を一定の厚みで被覆するように設けられている。そして、その固定電荷膜２００３２で被覆された溝部２００３１の内部を埋め込むように、絶縁膜２００３３が設けられている（充填されている）。
【０１６７】
ここでは、固定電荷膜２００３２は、半導体基板２００１８との界面部分において正電荷（ホール）蓄積領域が形成されて暗電流の発生が抑制されるように、負の固定電荷を有する高誘電体を用いて形成されている。固定電荷膜２００３２が負の固定電荷を有するように形成されていることで、その負の固定電荷によって、半導体基板２００１８との界面に電界が加わり、正電荷（ホール）蓄積領域が形成される。
【０１６８】
固定電荷膜２００３２は、例えば、ハフニウム酸化膜（ＨｆＯ２膜）で形成することができる。また、固定電荷膜２００３２は、その他、例えば、ハフニウム、ジルコニウム、アルミニウム、タンタル、チタン、マグネシウム、イットリウム、ランタノイド元素等の酸化物の少なくとも１つを含むように形成することができる。
【０１６９】
本開示に係る技術は、以上のような固体撮像装置に適用することができる。
【０１７０】
＜１０．本開示に係る技術を適用し得る積層型の固体撮像装置の構成例＞
【０１７１】
図１３は、本開示に係る技術を適用し得る積層型の固体撮像装置の構成例の概要を示す図である。
【０１７２】
図１３のＡは、非積層型の固体撮像装置の概略構成例を示している。固体撮像装置２３０１０は、図１３のＡに示すように、１枚のダイ（半導体基板）２３０１１を有する。このダイ２３０１１には、画素がアレイ状に配置された画素領域２３０１２と、画素の駆動その他の各種の制御を行う制御回路２３０１３と、信号処理するためのロジック回路２３０１４とが搭載されている。
【０１７３】
図１３のＢ及びＣは、積層型の固体撮像装置の概略構成例を示している。固体撮像装置２３０２０は、図１３のＢ及びＣに示すように、センサダイ２３０２１とロジックダイ２３０２４との２枚のダイが積層され、電気的に接続されて、１つの半導体チップとして構成されている。
【０１７４】
図１３のＢでは、センサダイ２３０２１には、画素領域２３０１２と制御回路２３０１３が搭載され、ロジックダイ２３０２４には、信号処理を行う信号処理回路を含むロジック回路２３０１４が搭載されている。
【０１７５】
図１３のＣでは、センサダイ２３０２１には、画素領域２３０１２が搭載され、ロジックダイ２３０２４には、制御回路２３０１３及びロジック回路２３０１４が搭載されている。
【０１７６】
図１４は、積層型の固体撮像装置２３０２０の第１の構成例を示す断面図である。
【０１７７】
センサダイ２３０２１には、画素領域２３０１２となる画素を構成するＰＤ（フォトダイオード）や、ＦＤ（フローティングディフュージョン）、Ｔｒ（ＭＯＳ  ＦＥＴ）、及び、制御回路２３０１３となるＴｒ等が形成される。さらに、センサダイ２３０２１には、複数層、本例では３層の配線２３１１０を有する配線層２３１０１が形成される。なお、制御回路２３０１３（となるＴｒ）は、センサダイ２３０２１ではなく、ロジックダイ２３０２４に構成することができる。
【０１７８】
ロジックダイ２３０２４には、ロジック回路２３０１４を構成するＴｒが形成される。さらに、ロジックダイ２３０２４には、複数層、本例では３層の配線２３１７０を有する配線層２３１６１が形成される。また、ロジックダイ２３０２４には、内壁面に絶縁膜２３１７２が形成された接続孔２３１７１が形成され、接続孔２３１７１内には、配線２３１７０等と接続される接続導体２３１７３が埋め込まれる。
【０１７９】
センサダイ２３０２１とロジックダイ２３０２４とは、互いの配線層２３１０１及び２３１６１が向き合うように貼り合わされ、これにより、センサダイ２３０２１とロジックダイ２３０２４とが積層された積層型の固体撮像装置２３０２０が構成されている。センサダイ２３０２１とロジックダイ２３０２４とが貼り合わされる面には、保護膜等の膜２３１９１が形成されている。
【０１８０】
センサダイ２３０２１には、センサダイ２３０２１の裏面側（ＰＤに光が入射する側）（上側）からセンサダイ２３０２１を貫通してロジックダイ２３０２４の最上層の配線２３１７０に達する接続孔２３１１１が形成される。さらに、センサダイ２３０２１には、接続孔２３１１１に近接して、センサダイ２３０２１の裏面側から１層目の配線２３１１０に達する接続孔２３１２１が形成される。接続孔２３１１１の内壁面には、絶縁膜２３１１２が形成され、接続孔２３１２１の内壁面には、絶縁膜２３１２２が形成される。そして、接続孔２３１１１及び２３１２１内には、接続導体２３１１３及び２３１２３がそれぞれ埋め込まれる。接続導体２３１１３と接続導体２３１２３とは、センサダイ２３０２１の裏面側で電気的に接続され、これにより、センサダイ２３０２１とロジックダイ２３０２４とが、配線層２３１０１、接続孔２３１２１、接続孔２３１１１、及び、配線層２３１６１を介して、電気的に接続される。
【０１８１】
図１５は、積層型の固体撮像装置２３０２０の第２の構成例を示す断面図である。
【０１８２】
固体撮像装置２３０２０の第２の構成例では、センサダイ２３０２１に形成する１つの接続孔２３２１１によって、センサダイ２３０２１（の配線層２３１０１（の配線２３１１０））と、ロジックダイ２３０２４（の配線層２３１６１（の配線２３１７０））とが電気的に接続される。
【０１８３】
すなわち、図１５では、接続孔２３２１１が、センサダイ２３０２１の裏面側からセンサダイ２３０２１を貫通してロジックダイ２３０２４の最上層の配線２３１７０に達し、且つ、センサダイ２３０２１の最上層の配線２３１１０に達するように形成される。接続孔２３２１１の内壁面には、絶縁膜２３２１２が形成され、接続孔２３２１１内には、接続導体２３２１３が埋め込まれる。上述の図１４では、２つの接続孔２３１１１及び２３１２１によって、センサダイ２３０２１とロジックダイ２３０２４とが電気的に接続されるが、図１５では、１つの接続孔２３２１１によって、センサダイ２３０２１とロジックダイ２３０２４とが電気的に接続される。
【０１８４】
図１６は、積層型の固体撮像装置２３０２０の第３の構成例を示す断面図である。
【０１８５】
図１６の固体撮像装置２３０２０は、センサダイ２３０２１とロジックダイ２３０２４とが貼り合わされる面に、保護膜等の膜２３１９１が形成されていない点で、センサダイ２３０２１とロジックダイ２３０２４とが貼り合わされる面に、保護膜等の膜２３１９１が形成されている図１４の場合と異なる。
【０１８６】
図１６の固体撮像装置２３０２０は、配線２３１１０及び２３１７０が直接接触するように、センサダイ２３０２１とロジックダイ２３０２４とを重ね合わせ、所要の加重をかけながら加熱し、配線２３１１０及び２３１７０を直接接合することで構成される。
【０１８７】
図１７は、本開示に係る技術を適用し得る積層型の固体撮像装置の他の構成例を示す断面図である。
【０１８８】
図１７では、固体撮像装置２３４０１は、センサダイ２３４１１と、ロジックダイ２３４１２と、メモリダイ２３４１３との３枚のダイが積層された３層の積層構造になっている。
【０１８９】
メモリダイ２３４１３は、例えば、ロジックダイ２３４１２で行われる信号処理において一時的に必要となるデータの記憶を行うメモリ回路を有する。
【０１９０】
図１７では、センサダイ２３４１１の下に、ロジックダイ２３４１２及びメモリダイ２３４１３が、その順番で積層されているが、ロジックダイ２３４１２及びメモリダイ２３４１３は、逆順、すなわち、メモリダイ２３４１３及びロジックダイ２３４１２の順番で、センサダイ２３４１１の下に積層することができる。
【０１９１】
なお、図１７では、センサダイ２３４１１には、画素の光電変換部となるＰＤや、画素Ｔｒのソース／ドレイン領域が形成されている。
【０１９２】
ＰＤの周囲にはゲート絶縁膜を介してゲート電極が形成され、ゲート電極と対のソース／ドレイン領域により画素Ｔｒ２３４２１、画素Ｔｒ２３４２２が形成されている。
【０１９３】
ＰＤに隣接する画素Ｔｒ２３４２１が転送Ｔｒであり、その画素Ｔｒ２３４２１を構成する対のソース／ドレイン領域の一方がＦＤになっている。
【０１９４】
また、センサダイ２３４１１には、層間絶縁膜が形成され、層間絶縁膜には、接続孔が形成される。接続孔には、画素Ｔｒ２３４２１、及び、画素Ｔｒ２３４２２に接続する接続導体２３４３１が形成されている。
【０１９５】
さらに、センサダイ２３４１１には、各接続導体２３４３１に接続する複数層の配線２３４３２を有する配線層２３４３３が形成されている。
【０１９６】
また、センサダイ２３４１１の配線層２３４３３の最下層には、外部接続用の電極となるアルミパッド２３４３４が形成されている。すなわち、センサダイ２３４１１では、配線２３４３２よりもロジックダイ２３４１２との接着面２３４４０に近い位置にアルミパッド２３４３４が形成されている。アルミパッド２３４３４は、外部との信号の入出力に係る配線の一端として用いられる。
【０１９７】
さらに、センサダイ２３４１１には、ロジックダイ２３４１２との電気的接続に用いられるコンタクト２３４４１が形成されている。コンタクト２３４４１は、ロジックダイ２３４１２のコンタクト２３４５１に接続されるとともに、センサダイ２３４１１のアルミパッド２３４４２にも接続されている。
【０１９８】
そして、センサダイ２３４１１には、センサダイ２３４１１の裏面側（上側）からアルミパッド２３４４２に達するようにパッド孔２３４４３が形成されている。
【０１９９】
本開示に係る技術は、以上のような固体撮像装置に適用することができる。
【０２００】
＜１１．移動体への応用例＞
【０２０１】
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。
【０２０２】
図１８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。
【０２０３】
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１８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。
【０２０４】
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。
【０２０５】
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。
【０２０６】
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。
【０２０７】
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。
【０２０８】
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。
【０２０９】
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。
【０２１０】
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。
【０２１１】
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。
【０２１２】
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１８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。
【０２１３】
図１９は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
【０２１４】
図１９では、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１、１２１０２、１２１０３、１２１０４、１２１０５を有する。
【０２１５】
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。
【０２１６】
なお、図１９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。
【０２１７】
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。
【０２１８】
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。
【０２１９】
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。
【０２２０】
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。
【０２２１】
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、撮像部１２１０１に適用され得る。具体的には、図３の固体撮像装置１０は、撮像部１２１０１に適用することができる。撮像部１２１０１に本開示に係る技術を適用することにより、例えば、画素の消費電力を抑制して、多画素化を実現することで、より高品質な撮像画像を得ることができるので、より正確に歩行者等の障害物を認識することが可能になる。
【０２２２】
＜１２．体内情報取得システムへの応用例＞
【０２２３】
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、内視鏡手術システムに適用されてもよい。
【０２２４】
図２０は、本開示に係る技術（本技術）が適用され得る、カプセル型内視鏡を用いた患者の体内情報取得システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。
【０２２５】
体内情報取得システム１０００１は、カプセル型内視鏡１０１００と、外部制御装置１０２００とから構成される。
【０２２６】
カプセル型内視鏡１０１００は、検査時に、患者によって飲み込まれる。カプセル型内視鏡１０１００は、撮像機能及び無線通信機能を有し、患者から自然排出されるまでの間、胃や腸等の臓器の内部を蠕動運動等によって移動しつつ、当該臓器の内部の画像（以下、体内画像ともいう）を所定の間隔で順次撮像し、その体内画像についての情報を体外の外部制御装置１０２００に順次無線送信する。
【０２２７】
外部制御装置１０２００は、体内情報取得システム１０００１の動作を統括的に制御する。また、外部制御装置１０２００は、カプセル型内視鏡１０１００から送信されてくる体内画像についての情報を受信し、受信した体内画像についての情報に基づいて、表示装置（図示せず）に当該体内画像を表示するための画像データを生成する。
【０２２８】
体内情報取得システム１０００１では、このようにして、カプセル型内視鏡１０１００が飲み込まれてから排出されるまでの間、患者の体内の様子を撮像した体内画像を随時得ることができる。
【０２２９】
カプセル型内視鏡１０１００と外部制御装置１０２００の構成及び機能についてより詳細に説明する。
【０２３０】
カプセル型内視鏡１０１００は、カプセル型の筐体１０１０１を有し、その筐体１０１０１内には、光源部１０１１１、撮像部１０１１２、画像処理部１０１１３、無線通信部１０１１４、給電部１０１１５、電源部１０１１６、及び制御部１０１１７が収納されている。
【０２３１】
光源部１０１１１は、例えばＬＥＤ（light emitting diode）等の光源から構成され、撮像部１０１１２の撮像視野に対して光を照射する。
【０２３２】
撮像部１０１１２は、撮像素子、及び当該撮像素子の前段に設けられる複数のレンズからなる光学系から構成される。観察対象である体組織に照射された光の反射光（以下、観察光という）は、当該光学系によって集光され、当該撮像素子に入射する。撮像部１０１１２では、撮像素子において、そこに入射した観察光が光電変換され、その観察光に対応する画像信号が生成される。撮像部１０１１２によって生成された画像信号は、画像処理部１０１１３に提供される。
【０２３３】
画像処理部１０１１３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等のプロセッサによって構成され、撮像部１０１１２によって生成された画像信号に対して各種の信号処理を行う。画像処理部１０１１３は、信号処理を施した画像信号を、ＲＡＷデータとして無線通信部１０１１４に提供する。
【０２３４】
無線通信部１０１１４は、画像処理部１０１１３によって信号処理が施された画像信号に対して変調処理等の所定の処理を行い、その画像信号を、アンテナ１０１１４Ａを介して外部制御装置１０２００に送信する。また、無線通信部１０１１４は、外部制御装置１０２００から、カプセル型内視鏡１０１００の駆動制御に関する制御信号を、アンテナアンテナ１０１１４Ａを介して受信する。無線通信部１０１１４は、外部制御装置１０２００から受信した制御信号を制御部１０１１７に提供する。
【０２３５】
給電部１０１１５は、受電用のアンテナコイル、当該アンテナコイルに発生した電流から電力を再生する電力再生回路、及び昇圧回路等から構成される。給電部１０１１５では、いわゆる非接触充電の原理を用いて電力が生成される。
【０２３６】
電源部１０１１６は、二次電池によって構成され、給電部１０１１５によって生成された電力を蓄電する。図２０では、図面が煩雑になることを避けるために、電源部１０１１６からの電力の供給先を示す矢印等の図示を省略しているが、電源部１０１１６に蓄電された電力は、光源部１０１１１、撮像部１０１１２、画像処理部１０１１３、無線通信部１０１１４、及び制御部１０１１７に供給され、これらの駆動に用いられ得る。
【０２３７】
制御部１０１１７は、ＣＰＵ等のプロセッサによって構成され、光源部１０１１１、撮像部１０１１２、画像処理部１０１１３、無線通信部１０１１４、及び、給電部１０１１５の駆動を、外部制御装置１０２００から送信される制御信号に従って適宜制御する。
【０２３８】
外部制御装置１０２００は、ＣＰＵ、ＧＰＵ等のプロセッサ、又はプロセッサとメモリ等の記憶素子が混載されたマイクロコンピュータ若しくは制御基板等で構成される。外部制御装置１０２００は、カプセル型内視鏡１０１００の制御部１０１１７に対して制御信号を、アンテナ１０２００Ａを介して送信することにより、カプセル型内視鏡１０１００の動作を制御する。カプセル型内視鏡１０１００では、例えば、外部制御装置１０２００からの制御信号により、光源部１０１１１における観察対象に対する光の照射条件が変更され得る。また、外部制御装置１０２００からの制御信号により、撮像条件（例えば、撮像部１０１１２におけるフレームレート、露出値等）が変更され得る。また、外部制御装置１０２００からの制御信号により、画像処理部１０１１３における処理の内容や、無線通信部１０１１４が画像信号を送信する条件（例えば、送信間隔、送信画像数等）が変更されてもよい。
【０２３９】
また、外部制御装置１０２００は、カプセル型内視鏡１０１００から送信される画像信号に対して、各種の画像処理を施し、撮像された体内画像を表示装置に表示するための画像データを生成する。当該画像処理としては、例えば現像処理（デモザイク処理）、高画質化処理（帯域強調処理、超解像処理、ＮＲ(Noise reduction)処理及び／又は手ブレ補正処理等）、並びに／又は拡大処理（電子ズーム処理）等、各種の信号処理を行うことができる。外部制御装置１０２００は、表示装置の駆動を制御して、生成した画像データに基づいて撮像された体内画像を表示させる。あるいは、外部制御装置１０２００は、生成した画像データを記録装置（図示せず）に記録させたり、印刷装置（図示せず）に印刷出力させてもよい。
【０２４０】
以上、本開示に係る技術が適用され得る体内情報取得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、撮像部１０１１２に適用され得る。具体的には、図３の固体撮像装置１０は、撮像部１０１１２に適用することができる。撮像部１０１１２に本開示に係る技術を適用することにより、例えば、画素の消費電力を抑制して、多画素化を実現することで、より高品質な撮像画像を得ることができるので、より正確に、患者の体内情報を取得することが可能となる。
【０２４１】
なお、本開示に係る技術（本技術）の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示に係る技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【０２４２】
また、本開示に係る技術は、以下のような構成をとることができる。
【０２４３】
（１）
光電変換部と、
リセット信号に応じて、前記光電変換部をリセットするリセットトランジスタと、
前記光電変換部からの信号を増幅する第１の増幅トランジスタと、
選択信号に応じて、前記第１の増幅トランジスタからの信号を選択する選択トランジスタと、
前記選択トランジスタからの信号を増幅し、垂直信号線に印加する第２の増幅トランジスタと、
前記選択トランジスタ及び前記第２の増幅トランジスタと接続され、電流源として機能するバイアストランジスタと
を有する画素であって、対数特性の出力信号が得られる前記画素を行列状に配置した画素アレイ部を備え、
前記第１の増幅トランジスタと、前記第２の増幅トランジスタは、電源電圧とそれぞれ接続される
固体撮像装置。
（２）
前記第１の増幅トランジスタにおいて、
そのゲートは、前記光電変換部に接続され、
そのソースは、前記選択トランジスタのドレインに接続され、
そのドレインは、前記電源電圧に接続され、
前記第２の増幅トランジスタにおいて、
そのゲートは、前記選択トランジスタのソースに接続され、
そのソースは、前記垂直信号線に接続され、
そのドレインは、前記電源電圧に接続される
前記（１）に記載の固体撮像装置。
（３）
前記バイアストランジスタにおいて、
そのソースは、接地され、
そのドレインは、前記選択トランジスタのソースと、前記第２の増幅トランジスタのゲートに接続される
前記（２）に記載の固体撮像装置。
（４）
前記リセットトランジスタは、露光期間よりも前のシャッタ駆動期間と、前記露光期間よりも後の読み出し期間のリセットレベルの読み出し時に、オン状態となるように駆動され、
前記選択トランジスタは、前記読み出し期間に、オン状態となるように駆動される
前記（３）に記載の固体撮像装置。
（５）
前記リセットトランジスタは、露光期間よりも前のシャッタ駆動期間と、前記露光期間よりも後の読み出し期間のリセットレベルの読み出し時に、オン状態となるように駆動され、
前記選択トランジスタは、前記読み出し期間に、オン状態となるように駆動され、
前記バイアストランジスタは、前記読み出し期間を除いて、オフ状態となるように駆動される
前記（３）に記載の固体撮像装置。
（６）
前記光電変換部、前記第１の増幅トランジスタ、前記選択トランジスタ、前記第２の増幅トランジスタ、及び前記バイアストランジスタは、その極性が反転される
前記（３）乃至（５）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（７）
前記バイアストランジスタと、前記第２の増幅トランジスタは、複数の前記画素により共有される
前記（３）乃至（５）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（８）
前記光電変換部、前記第１の増幅トランジスタ、前記選択トランジスタ、前記第２の増幅トランジスタ、及び前記バイアストランジスタは、その極性が反転される
前記（７）に記載の固体撮像装置。
（９）
前記固体撮像装置は、太陽電池モードの対数センサである
前記（１）乃至（８）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１０）
光電変換部と、
リセット信号に応じて、前記光電変換部をリセットするリセットトランジスタと、
前記光電変換部からの信号を増幅する第１の増幅トランジスタと、
選択信号に応じて、前記第１の増幅トランジスタからの信号を選択する選択トランジスタと、
前記選択トランジスタからの信号を増幅し、垂直信号線に印加する第２の増幅トランジスタと、
前記選択トランジスタ及び前記第２の増幅トランジスタと接続され、電流源として機能するバイアストランジスタと
を有する画素であって、対数特性の出力信号が得られる前記画素を行列状に配置した画素アレイ部を備え、
前記第１の増幅トランジスタと、前記第２の増幅トランジスタは、電源電圧とそれぞれ接続される
固体撮像装置
を搭載した電子機器。
（１１）
光電変換部と、
リセット信号に応じて、前記光電変換部をリセットするリセットトランジスタと、
前記光電変換部からの信号を増幅する第１の増幅トランジスタと、
選択信号に応じて、前記第１の増幅トランジスタからの信号を選択する選択トランジスタと、
前記選択トランジスタからの信号を増幅し、垂直信号線に印加する第２の増幅トランジスタと、
前記選択トランジスタ及び前記第２の増幅トランジスタと接続され、電流源として機能するバイアストランジスタと
を有する画素であって、対数特性の出力信号が得られる前記画素を行列状に配置した画素アレイ部を備え、
前記第１の増幅トランジスタと、前記第２の増幅トランジスタは、電源電圧とそれぞれ接続される
固体撮像装置の駆動方法であって、
露光期間よりも前のシャッタ駆動期間に、前記リセットトランジスタがオン状態となるように駆動し、
前記露光期間よりも後の読み出し期間に、前記選択トランジスタがオン状態となるように駆動し、
前記読み出し期間のリセットレベルの読み出し時に、前記リセットトランジスタがオン状態となるように駆動する
駆動方法。
（１２）
光電変換部と、
リセット信号に応じて、前記光電変換部をリセットするリセットトランジスタと、
前記光電変換部からの信号を増幅する第１の増幅トランジスタと、
選択信号に応じて、前記第１の増幅トランジスタからの信号を選択する選択トランジスタと、
前記選択トランジスタからの信号を増幅し、垂直信号線に印加する第２の増幅トランジスタと
前記選択トランジスタ及び前記第２の増幅トランジスタと接続され、電流源として機能するバイアストランジスタと、
を有する画素であって、対数特性の出力信号が得られる前記画素を行列状に配置した画素アレイ部を備え、
前記第１の増幅トランジスタと、前記第２の増幅トランジスタは、電源電圧とそれぞれ接続される
固体撮像装置の駆動方法であって、
露光期間よりも前のシャッタ駆動期間に、前記リセットトランジスタがオン状態となるように駆動し、
前記露光期間よりも後の読み出し期間に、前記選択トランジスタがオン状態となるように駆動し、
前記読み出し期間のリセットレベルの読み出し時に、前記リセットトランジスタがオン状態となるように駆動し、
前記読み出し期間を除いて、前記バイアストランジスタがオフ状態となるように駆動する
駆動方法。
【符号の説明】
【０２４４】
１０  固体撮像装置，  １１  画素アレイ部，  １００，２００  画素，  １１１，２１１  フォトダイオード，  １１２，２１２  リセットトランジスタ，  １１３，２１３  増幅トランジスタ，  １１４，２１４  バイアストランジスタ，  １１５，２１５  増幅トランジスタ，  １１６，２１６  選択トランジスタ，  １２１，２２１  垂直信号線，  ３００  画素，  ３１１  フォトダイオード，  ３１２  リセットトランジスタ，  ３１３  増幅トランジスタ，  ３１４  バイアストランジスタ，  ３１５  増幅トランジスタ，  ３１６  選択トランジスタ，  ３２１  垂直信号線，  ４００−１，４００−２，５００−１，５００−２  画素，  ４１１−１，４１１−２，５１１−１，５１１−２，  フォトダイオード，  ４１２−１，４１２−２，５１２−１，５１２−２  リセットトランジスタ，  ４１３−１，４１３−２，５１３−１，５１３−２  増幅トランジスタ，  ４１４，５１４  バイアストランジスタ，  ４１５，５１５  増幅トランジスタ，  ４１６−１，４１６−２，５１６−１，５１６−２  選択トランジスタ，  ４２１，５２１  垂直信号線，  １０００  電子機器，  １００１  固体撮像素子
【図１】
2018170543.tif 000003
【図２】
2018170543.tif 000004
【図３】
2018170543.tif 000005
【図４】
2018170543.tif 000006
【図５】
2018170543.tif 000007
【図６】
2018170543.tif 000008
【図７】
2018170543.tif 000009
【図８】
2018170543.tif 000010
【図９】
2018170543.tif 000011
【図１０】
2018170543.tif 000012
【図１１】
2018170543.tif 000013
【図１２】
2018170543.tif 000014
【図１３】
2018170543.tif 000015
【図１４】
2018170543.tif 000016
【図１５】
2018170543.tif 000017
【図１６】
2018170543.tif 000018
【図１７】
2018170543.tif 000019
【図１８】
2018170543.tif 000020
【図１９】
2018170543.tif 000021
【図２０】
2018170543.tif 000022