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KR20200022390A - 고체 촬상 장치 및 전자 기기 - Google Patents

고체 촬상 장치 및 전자 기기 Download PDF

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KR20200022390A
KR20200022390A KR1020197037797A KR20197037797A KR20200022390A KR 20200022390 A KR20200022390 A KR 20200022390A KR 1020197037797 A KR1020197037797 A KR 1020197037797A KR 20197037797 A KR20197037797 A KR 20197037797A KR 20200022390 A KR20200022390 A KR 20200022390A
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South Korea
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pixels
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light blocking
light
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케이이치로 타카하시
Original Assignee
소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤
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Publication date
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Abstract

본 개시는 더 낮은 제조상의 난이도로 위상차 화소를 마련할 수 있도록 하는 고체 촬상 장치 및 전자 기기에 관한 것이다. 복수의 화소가 2차원 형상으로 배열된 화소 어레이부를 구비하고, 화소 어레이부는, 근방의 동일한 색의 화소로 이루어지는 화소군이 규칙적으로 배열된 배열 패턴을 가지며, 배열 패턴으로 배열되는 복수의 화소군 중 광의 입사측의 일부를 차광한 화소로 이루어지는 화소군인 차광 화소군을 구성하는 화소는 동일한 방향 측이 차광되어 있는 고체 촬상 장치가 제공된다. 본 기술은, 예를 들면, 위상차 검출용의 화소를 갖는 CMOS 이미지 센서에 적용할 수 있다.

Description

고체 촬상 장치 및 전자 기기
본 개시는 고체 촬상 장치 및 전자 기기에 관한 것이며, 특히, 더 낮은 제조상의 난이도로 위상차 화소를 마련할 수 있도록 한 고체 촬상 장치 및 전자 기기에 관한 것이다.
최근, 오토 포커스의 속도 향상을 도모하기 위해, 위상차 검출용의 화소(이하, 위상차 화소라고 함)를 배치한 고체 촬상 장치가 사용되고 있다.
이 종류의 위상차 화소의 구조로서는, 1개의 온 칩 렌즈에 대해, 포토 다이오드 등의 광전 변환소자를 복수개 매설함으로써, 동분할(瞳分割; pupil division)하는 구조가 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
또한, 화소 어레이부에 있어서, 2차원 형상으로 배열되는 복수의 화소의 배열 패턴으로서, 근방의 동일한 색의 화소(동일한 색의 2×2의 4화소)에 의해 화소 회로를 공유한 공유 화소를 규칙적으로 배열한 배열 패턴이 알려져 있다.
특허문헌 1: 일본특허공개 제2015-12127호
그런데, 근방의 동일한 색의 화소로 이루어지는 공유 화소를 규칙적으로 배열한 배열 패턴을 채용하는 경우에 있어서, 위상차 화소를 마련할 때에, 1개의 온 칩 렌즈에 대해, 복수의 광전 변환소자를 마련하려고 하면, 일반적으로, 제조상의 난이도가 높아진다.
즉, 1개의 온 칩 렌즈에 대해, 복수의 광전 변환소자를 마련한 구조로 이루어지는 공유 화소에 있어서는, 1개의 광전 변환소자를 마련하는 구조로 이루어지는 통상의 화소와 비교하여, 일반적으로 온 칩 렌즈의 사이즈를 크게 할 필요가 있다. 또한, 통상의 화소와 위상차 화소에서는 그 구동 방법을 바꿀 필요가 있다.
그 때문에, 화소의 구조를 부분적으로 변경할 필요가 있는 것으로부터, 제조상의 관점에서 보면, 난이도가 높아지므로, 더 낮은 제조상의 난이도로 위상차 화소를 마련하기 위한 기술이 요구되고 있었다.
본 개시는 이와 같은 상황을 감안하여 이루어진 것이며, 더 낮은 제조상의 난이도로 위상차 화소를 마련할 수 있도록 하는 것이다.
본 개시의 일 측면의 고체 촬상 장치는, 복수의 화소가 2차원 형상으로 배열된 화소 어레이부를 구비하고, 상기 화소 어레이부는, 근방의 동일한 색의 화소로 이루어지는 화소군이 규칙적으로 배열된 배열 패턴을 가지며, 상기 배열 패턴으로 배열되는 복수의 화소군 중 광의 입사측의 일부를 차광한 화소로 이루어지는 화소군인 차광 화소군을 구성하는 화소는 동일한 방향 측이 차광되어 있는 고체 촬상 장치이다.
본 개시의 일 측면의 고체 촬상 장치에 있어서는, 복수의 화소가 2차원 형상으로 배열된 화소 어레이부가 마련되고, 상기 화소 어레이부가, 근방의 동일한 색의 화소로 이루어지는 화소군이 규칙적으로 배열된 배열 패턴을 가지며, 상기 배열 패턴으로 배열되는 복수의 화소군 중 광의 입사측의 일부를 차광한 화소로 이루어지는 화소군인 차광 화소군을 구성하는 화소가 동일한 방향 측이 차광되어 있다.
본 개시의 일 측면의 전자 기기는, 복수의 화소가 2차원 형상으로 배열된 화소 어레이부를 구비하고, 상기 화소 어레이부는, 근방의 동일한 색의 화소로 이루어지는 화소군이 규칙적으로 배열된 배열 패턴을 가지며, 상기 배열 패턴으로 배열되는 복수의 화소군 중 광의 입사측의 일부를 차광한 화소로 이루어지는 화소군인 차광 화소군을 구성하는 화소는 동일한 방향 측이 차광되어 있는 고체 촬상 장치를 포함하는 촬상부와, 상기 차광 화소군의 출력으로부터 얻어지는 위상차 검출의 결과에 기초하여, 오토 포커스 제어를 행하는 제어부를 구비하는 전자 기기이다.
본 개시의 일 측면의 전자 기기에 있어서는, 복수의 화소가 2차원 형상으로 배열된 화소 어레이부가 마련되고, 상기 화소 어레이부가, 근방의 동일한 색의 화소로 이루어지는 화소군이 규칙적으로 배열된 배열 패턴을 가지며, 상기 배열 패턴으로 배열되는 복수의 화소군 중 광의 입사측의 일부를 차광한 화소로 이루어지는 화소군인 차광 화소군을 구성하는 화소가 동일한 방향 측이 차광되어 있는 고체 촬상 장치를 포함하는 촬상부가 마련된다. 그리고, 상기 차광 화소군의 출력으로부터 얻어지는 위상차 검출의 결과에 기초하여 오토 포커스 제어가 행해진다.
본 개시의 일 측면에 의하면, 더 낮은 제조상의 난이도로 위상차 화소를 마련할 수 있다.
또한, 여기에 기재된 효과는 반드시 한정되는 것이 아니고, 본 개시 중에 기재된 어떠한 효과이어도 된다.
도 1은 본 개시에 관계되는 기술을 적용한 고체 촬상 장치의 일 실시형태의 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 2는 단일 화소의 포화 전자량을 설명하는 도면이다.
도 3은 분할 화소의 가산 포화 전자량을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 개시에 관계되는 기술을 적용한 화소의 구조를 설명하는 도면이다.
도 5는 아날로그 신호 가산 처리를 설명하는 도면이다.
도 6은 화소 어레이부에 배열되는 복수의 화소의 평면 레이아웃을 나타내는 도면이다.
도 7은 좌측 차광 화소군의 구조의 예를 나타내는 도면이다.
도 8은 우측 차광 화소군의 구조의 예를 나타내는 도면이다.
도 9는 화소 어레이부에 배열되는 복수의 화소의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 10은 아날로그 신호 가산 처리로 얻어지는 화소 신호의 예를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 개시에 관계되는 기술을 적용한 화소의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 12는 본 개시에 관계되는 기술을 적용한 고체 촬상 장치를 갖는 전자 기기의 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 13은 본 개시에 관계되는 기술을 적용한 고체 촬상 장치의 사용예를 나타내는 도면이다.
도 14는 차량 제어 시스템의 개략적인 구성의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 15는 차외 정보 검출부 및 촬상부의 설치 위치의 일례를 나타내는 설명도이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 개시에 관계되는 기술(본 기술)의 실시형태에 대해 설명한다. 또한, 설명은 이하의 순서로 행하는 것으로 한다.
1. 고체 촬상 장치의 구성
2. 본 기술의 실시형태
3. 변형예
4. 전자 기기의 구성
5. 고체 촬상 장치의 사용예
6. 이동체에의 응용예
<1. 고체 촬상 장치의 구성>
(고체 촬상 장치의 구성예)
도 1은 본 개시에 관계되는 기술을 적용한 고체 촬상 장치의 일 실시형태의 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 1의 CMOS 이미지 센서(10)는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)를 이용한 고체 촬상 장치의 일례이다. CMOS 이미지 센서(10)는, 광학 렌즈계(도시하지 않음)를 통하여 피사체로부터의 입사광(이미지 광)을 받아들여, 촬상면 상에 결상된 입사광의 광량을 화소 단위로 전기 신호로 변환하여 화소 신호로서 출력한다.
도 1에 있어서, CMOS 이미지 센서(10)는 화소 어레이부(11), 수직 구동 회로(12), 컬럼 신호 처리 회로(13), 수평 구동 회로(14), 출력 회로(15), 제어 회로(16), 및 입출력 단자(17)을 포함해서 구성된다.
화소 어레이부(11)에는, 복수의 화소군(200)이 2차원 형상(행렬 형상)으로 배열된다. 화소군(200)은 동일한 색의 4개의 화소(100)(2×2의 4화소)로 구성된다.
각 화소군(200)은 동일한 색의 4개의 화소(100)로서, 적(R), 녹(G), 또는 청(B)의 컬러 필터에 따른, 적(R)의 화소, 녹(G)의 화소, 또는 청(B)의 화소로 구성된다. 또한, 화소군(200)은 동일한 색의 4개의 화소(100)에 의해 화소 회로가 공유된 공유 화소로서 구성된다.
화소군(200)에 있어서, 동일한 색의 각 화소(100)는, 광전 변환소자로서의 포토 다이오드(PD)와, 전송 트랜지스터를 각각 갖고 구성된다. 또한, 화소군(200)에 있어서는, 동일한 색의 4개의 화소(100)에 의해, 화소 회로로서의 리셋 트랜지스터, 증폭 트랜지스터, 및 선택 트랜지스터가 공유되고 있다.
또한, 상세한 것은 후술하지만, 화소 어레이부(11)에는, 위상차 화소로서의 백(W)의 화소(2×2의 4화소)로 구성되는 차광 화소군이, 반복 패턴으로 산재하여 배치되어 있다. 위상차 화소는 위상차 검출용의 화소로서, PDAF(Phase Detection Auto Focus) 화소 등이라고도 칭해진다.
수직 구동 회로(12)는, 예를 들면 시프트 레지스터에 의해 구성되고, 소정의 화소 구동선(21)을 선택하여, 선택된 화소 구동선(21)에 화소(100) 또는 화소군(200)을 구동하기 위한 구동 신호(펄스)를 공급하고, 행단위로 화소(100) 또는 화소군(200)을 구동한다.
즉, 수직 구동 회로(12)는 화소 어레이부(11)의 각 화소(100) 또는 각 화소군(200)을 행단위로 순차 수직 방향으로 선택 주사하고, 각 화소(100)의 포토 다이오드에 있어서 수광량에 따라 생성된 전하(신호 전하)에 기초하는 화소 신호를, 수직 신호선(22)을 통하여 컬럼 신호 처리 회로(13)에 공급한다.
컬럼 신호 처리 회로(13)는 화소군(200)의 열마다 배치되어 있고, 1행분의 화소군(200)으로부터 출력되는 신호를 화소열마다 노이즈 제거 등의 신호 처리를 행한다. 예를 들면, 컬럼 신호 처리 회로(13)는, 화소 고유의 고정 패턴 노이즈를 제거하기 위한 상관 이중 샘플링(CDS: Correlated Double Sampling), 및 AD(Analog Digital) 변환 등의 신호 처리를 행한다.
수평 구동 회로(14)는, 예를 들면 시프트 레지스터에 의해 구성되고, 수평 주사 펄스를 순차 출력함으로써, 컬럼 신호 처리 회로(13)의 각각을 차례로 선택하고, 컬럼 신호 처리 회로(13)의 각각으로부터 화소 신호를 수평 신호선(23)에 출력시킨다.
출력 회로(15)는, 컬럼 신호 처리 회로(13)의 각각으로부터 수평 신호선(23)을 통하여 순차적으로 공급되는 신호에 대해, 신호 처리를 행하여 출력한다. 또한, 출력 회로(15)는, 예를 들면, 버퍼링만 하는 경우도 있고, 흑 레벨 조정, 열 편차 보정, 각종 디지털 신호 처리 등이 행해지는 경우도 있다.
제어 회로(16)는 CMOS 이미지 센서(10)의 각 부의 동작을 제어한다.
또한, 제어 회로(16)는, 수직 동기 신호, 수평 동기 신호, 및 마스터 클록 신호에 기초하여, 수직 구동 회로(12), 컬럼 신호 처리 회로(13), 및 수평 구동 회로(14) 등의 동작의 기준이 되는 클록 신호나 제어 신호를 생성한다. 제어 회로(16)는, 생성한 클록 신호나 제어 신호를, 수직 구동 회로(12), 컬럼 신호 처리 회로(13), 및 수평 구동 회로(14) 등으로 출력한다.
입출력 단자(17)는 외부와 신호의 교환을 행한다.
이상과 같이 구성되는, 도 1의 CMOS 이미지 센서(10)는, CDS 처리, 및 AD 변환 처리를 행하는 컬럼 신호 처리 회로(13)가 화소열마다 배치된 컬럼 AD 방식이라고 불리는 CMOS 이미지 센서로 여겨진다. 또한, 도 1의 CMOS 이미지 센서(10)는, 예를 들면, 이면 조사형의 CMOS 이미지 센서로 할 수 있다.
<2. 본 기술의 실시형태>
그런데, 화소 어레이부(11)(도 1)에 배열되는 화소의 구조로서, 포화 전자량 (Qs)을 증가시키기 위해, 화소를 분할하여, 이들 분할 화소에서 얻어지는 포화 전자량을 서로 더하는 구조가 알려져 있다.
예를 들면, 도 2의 A에는, 1개의 온 칩 렌즈(111)의 바로 아래에, 광전 변환소자로서의 포토 다이오드(112)를 형성한 구조의 단면도를 나타내고 있다.
또한, 도 2의 B에는, 횡축을 포토 다이오드(112)(도 2의 A)의 깊이(PD 깊이)라고 하고, 종축을 포텐셜이라고 했을 때의 포토 다이오드(112)의 포화 전자량 (Qs)을 나타내고 있다. 단, 포토 다이오드(112)의 깊이로서는, 광의 입사면과 반대측인 면의 깊이를 깊이 D1로 나타내고, 광의 입사면 측의 깊이를 깊이 D2로 나타내고 있다.
한편, 도 3의 A에는, 포토 다이오드(112)(도 2의 A)를, 포토 다이오드(112-1)와 포토 다이오드(112-2)로 2분할한 경우의 구조의 단면도를 나타내고 있다. 여기서는, 포토 다이오드(112-1)에 대해, 온 칩 렌즈(111-1)가 형성되고, 포토 다이오드(112-2)에 대해, 온 칩 렌즈(111-2)가 형성되어 있다.
또한, 도 3의 B에는, 횡축을 PD 깊이라고 하고 종축을 포텐셜로 했을 때의 포화 전자량(Qs)으로서, 좌측에, 포토 다이오드(112-1)(도 3의 A)의 포화 전자량을 나타내고, 우측에, 포토 다이오드(112-2)(도 3의 A)의 포화 전자량을 나타내고 있다. 단, 포토 다이오드(112-1)와 포토 다이오드(112-2)의 깊이로서는, 광의 입사면과 반대측인 면의 깊이를 깊이 D1로 나타내고, 광의 입사면 측의 깊이를 깊이 D2로 나타내고 있다.
여기서는, 포토 다이오드(112-1)의 포화 전자량과 포토 다이오드(112-2)의 포화 전자량을 가산함으로써 얻어지는 포화 전자량(이하, 가산 포화 전자량이라고 함)에 대해 생각한다. 즉, 도 2의 B에 나타낸 단일 화소로서의 포토 다이오드(112)의 포화 전자량과 도 3의 B에 나타낸 분할 화소로서의 포토 다이오드(112-1)와 포토 다이오드(112-2)의 가산 포화 전자량을 비교하면, 하기의 식(1)의 관계가 성립한다.
분할 화소의 가산 포화 전자량 > 단일 화소의 포화 전자량 … (1)
이와 같은 관계를 갖는 것으로부터, 예를 들면, 2㎛의 사이즈로 이루어지는 화소를 제조하는 경우에는, 2㎛의 사이즈로 이루어지는 단일 화소의 포화 전자량보다, 1㎛의 사이즈로 이루어지는 분할 화소의 가산 포화 전자량의 쪽이 크게 된다. 그 때문에, 동일한 사이즈의 화소에서, 포화 전자량의 증가를 실현하고, 고감도의 화소를 제조하기 위해서는, 분할 화소의 구조를 채용하면 된다.
여기서, 분할 화소의 구조로서는, 예를 들면, 도 4에 나타내는 바와 같은 구조로 할 수 있다. 즉, 도 4에 나타내는 바와 같이, 1변이, L2=2㎛의 사이즈로 이루어지는 색 화소를 배치하는 경우에, 1변이, L1=1㎛의 사이즈로 이루어지는 동일한 색의 분할 화소가 4개 배치되도록 함으로써, 포화 전자량의 증가를 실현할 수 있다. 바꾸어 말하면, 여기서는, 근방의 동일한 색의 4화소(2×2화소)로 이루어지는 화소군이, 화소 회로를 공유한 공유 화소로서 구성되어 있다고 말할 수 있다.
또한, 도 4에 있어서는, 화소 어레이부(11)에 배열된 화소(100)의 i행 j열을 화소(100)(i, j)로 표기하고, 근방의 동일한 색의 4화소(2×2화소)로 구성되는 화소군(200)의 k행 l열을 화소군(200)(k, l)으로 표기하고 있다.
또한, 이하의 설명에서는, 컬러 필터로서, 적(R)의 컬러 필터가 마련되고, 이 R 컬러 필터를 투과한 광으로부터, 적(R) 성분의 광에 대응한 전하가 얻어지는 화소를 R 화소로 표기한다. 또한, 녹(G)의 컬러 필터를 투과한 광으로부터, 녹(G) 성분의 광에 대응한 전하가 얻어지는 화소를 G 화소로 표기한다. 또한, 청(B)의 컬러 필터를 투과한 광으로부터, 청(B) 성분의 광에 대응한 전하가 얻어지는 화소를 B 화소로 표기한다.
예를 들면, 도 4에 나타낸 화소 어레이부(11)에 있어서의 8행 8열의 화소 배열에 있어서, 좌측상부의 화소(100)의 배치 위치를 화소(100)(1, 1)로 나타내면, R 화소(100)(1, 5), R 화소(100)(1, 6), R 화소(100)(2, 5), 및 R 화소(100)(2, 6)의 적(R)의 4화소(공유 화소)에 의해 R 화소군(200)(1, 3)이 구성된다.
또한, G 화소(100)(1, 7), G 화소(100)(1, 8), G 화소(100)(2, 7), 및 G 화소(100)(2, 8)의 녹(G)의 4화소(공유 화소)에 의해 G 화소군(200)(1, 4)이 구성된다. 나아가, G 화소(100)(3, 5), G 화소(100)(3, 6), G 화소(100)(4, 5), 및 G 화소(100)(4, 6)의 녹(G)의 4화소(공유 화소)에 의해 G 화소군(200)(2, 3)이 구성된다.
또한, B 화소(100)(3, 7), B 화소(100)(3, 8), B 화소(100)(4, 7), 및 B 화소(100)(4, 8)의 청(B)의 4화소(공유 화소)에 의해 B 화소군(200)(2, 4)이 구성된다.
이와 같이, 화소 어레이부(11)에 있어서는, 적(R)의 4화소(2×2화소)로 구성되는 R 화소군(200)과, 녹(G)의 4화소(2×2화소)로 구성되는 G 화소군(200)과, 청(B)의 4화소(2×2화소)로 구성되는 B 화소군(200)이 규칙적으로 배열되어, 베이어 배열(Bayer array)이 되어 있다.
또한, 베이어 배열이란, 녹(G)의 G 화소가 체크무늬 형상으로 배치되고, 남은 부분에 적(R)의 R 화소와 청(B)의 B 화소가 일렬마다 교대로 배치되는 배열 패턴이다.
그리고, R 화소군(200)을 구성하는 4개의 R 화소(100)는, 화소 회로를 공유한 공유 화소로서 구성되어 있기 때문에, 4개의 R 화소(100)로부터 얻어지는 화소 신호(아날로그 신호)가, 부유 확산 영역(FD: Floating Diffusion)에서 가산되어, R 성분의 신호(R 화소 신호)가 생성된다.
동일하게, G 화소군(200)에서는, 화소 회로를 공유한 공유 화소가 되는 4개의 G 화소(100)로부터 얻어지는 화소 신호(아날로그 신호)가 가산되어, G 성분의 신호(G 화소 신호)가 생성된다. 동일하게 또한, B 화소군(200)에서는, 화소 회로를 공유한 공유 화소가 되는 4개의 B 화소(100)로부터 얻어지는 화소 신호(아날로그 신호)가 가산되어, B 성분의 신호(B 화소 신호)가 생성된다.
그 결과로서, 도 5에 나타내는 바와 같이, 베이어 배열로 배치된 화소군(200) 중, R 화소군(200)으로부터 4화소분의 화소 신호가 가산된 R 화소 신호가 얻어지고, G 화소군(200)으로부터 4화소분의 화소 신호가 가산된 G 화소 신호가 얻어지고, B 화소군(200)으로부터 4화소분의 화소 신호가 가산된 B 화소 신호가 얻어지게 된다.
도 4의 설명으로 돌아가서, 여기서, 화소 어레이부(11)에 있어서, 화소군(200)(2, 2)이 배치되는 영역에 주목하면, 베이어 배열이라면, 본래, B 화소군(200)(2, 2)이 배치될 것이지만, 여기서는, 좌측 차광 화소군(200)(2, 2)이 배치되어 있다. 이 좌측 차광 화소군(200)은, 화소 회로를 공유한 공유 화소가 되는 4개의 좌측 차광 화소(100)로 구성되어, 4화소분의 화소 신호가 가산됨으로써, 도 5에 나타내는 바와 같은 좌측 차광 화소 신호가 얻어진다. 여기서, 좌측 차광 화소(100)는, 광의 입사측에서 본 경우에, 좌측의 영역이 차광되어 있는 화소이다.
또한, 상세한 것은 후술하지만, 화소 어레이부(11)에 있어서는, 좌측 차광 화소(100)와 함께, 우측의 영역이 차광되어 있는 화소인 우측 차광 화소(100)로 구성되는 우측 차광 화소군(200)이 반복 패턴으로 산재하여 배치되어 있다. 우측 차광 화소군(200)에서는, 4화소분의 화소 신호가 가산됨으로써, 우측 차광 화소 신호가 얻어진다. 그리고, 이와 같이 하여 얻어지는 좌측 차광 화소 신호와 우측 차광 화소 신호에 기초하여, 2개의 화상의 위상차가 검출되게 된다.
(화소의 평면 레이아웃)
도 6은 화소 어레이부(11)에 배열되는 복수의 화소(100)의 평면 레이아웃을 나타내는 도면이다.
도 6에 있어서는, 화소 어레이부(11)에 2차원 형상으로 배열되는 복수의 화소(100) 중, 광의 입사측에서 봐서, 좌측상부의 영역에 배열되는 64행 64열의 영역에 있어서의 화소(100)를 예시하고 있다. 여기서는, 근방의 동일한 색의 4화소에 의해 동일한 색의 화소군(200)이 구성되어 있다. 또한, 도 6의 평면 레이아웃에는, 설명을 이해하기 쉽게 하기 위해, 화소군(200)의 k행 l열에 대응한 행번호와 열번호가 도시되어 있다.
즉, 도 6의 화소 어레이부(11)에 있어서는, 적(R)의 4화소(2×2화소)로 구성되는 R 화소군(200)과, 녹(G)의 4화소(2×2화소)로 구성되는 G 화소군(200)과, 청(B)의 4화소(2×2화소)로 구성되는 B 화소군(200)이 규칙적으로 배열되어, 베이어 배열이 되어 있다.
또한, 화소군(200)(2, 2)이 배치되는 영역에 주목하면, B 화소군(200)(2, 2) 대신에, 좌측 차광 화소군(200)(2, 2)이 배치되어 있다.
여기서, 도 7에 나타내는 바와 같이, 좌측 차광 화소군(200)(2, 2)은, 좌측 차광 화소(100)(3, 3), 좌측 차광 화소(100)(3, 4), 좌측 차광 화소(100)(4, 3), 및 좌측 차광 화소(100)(4, 4)의 4화소(공유 화소)로 구성된다.
예를 들면, 좌측 차광 화소(100)(3, 3)는, 광의 입사측에서 본 경우에, 좌측의 영역(도면 중의 흑색으로 나타낸 영역)이 차광되어 있다. 또한, 좌측 차광 화소(100)(3, 4), 좌측 차광 화소(100)(4, 3), 및 좌측 차광 화소(100)(4, 4)에 대해서도, 좌측 차광 화소(100)(3, 3)와 동일하게, 좌측의 영역(도면 중의 흑색으로 나타낸 영역)이 차광되어 있다.
즉, 이들 4개의 좌측 차광 화소(100)에 의해 구성되는 좌측 차광 화소군(200)(2, 2)에 있어서는, 좌측 차광 화소(100)(3, 3), 좌측 차광 화소(100)(3, 4), 좌측 차광 화소(100)(4, 3), 및 좌측 차광 화소(100)(4, 4)는 모두 좌측의 영역이 차광되어, 동일한 방향에서 차광되어 있다(동일한 방향 측이 차광되어 있다).
도 6의 설명으로 돌아가서, 화소 어레이부(11)에 있어서, 화소군(200)(2, 10), 화소군(200)(14, 6), 및 화소군(200)(14, 14)은, 화소군(200)(2, 2)과 동일하게, B 화소군(200) 대신에 좌측 차광 화소군(200)이 배치되어 있다.
그리고, 좌측 차광 화소군(200)(2, 10), 좌측 차광 화소군(200)(14, 6), 및 좌측 차광 화소군(200)(14, 14)에 있어서는, 좌측 차광 화소군(200)(2, 2)과 동일하게, 4개의 좌측 차광 화소(100)의 좌측의 영역이 차광되어, 동일한 방향에서 차광되어 있다(동일한 방향 측이 차광되어 있다).
또한, 화소군(200)(6, 2)이 배치되는 영역에 주목하면, B 화소군(200)(6, 2) 대신에, 우측 차광 화소군(200)(6, 2)이 배치되어 있다.
여기서, 도 8에 나타내는 바와 같이, 우측 차광 화소군(200)(6, 2)은, 우측 차광 화소(100)(11, 3), 우측 차광 화소(100)(11, 4), 우측 차광 화소(100)(12, 3), 및 우측 차광 화소(100)(12, 4)의 4화소(공유 화소)로 구성된다.
예를 들면, 우측 차광 화소(100)(11, 3)는, 광의 입사측에서 본 경우에, 우측의 영역(도면 중의 흑색으로 나타낸 영역)이 차광되어 있다. 또한, 우측 차광 화소(100)(11, 4), 우측 차광 화소(100)(12, 3), 및 우측 차광 화소(100)(12, 4)에 대해서도, 우측 차광 화소(100)(11, 3)와 동일하게, 우측의 영역(도면 중의 흑색으로 나타낸 영역)이 차광되어 있다.
즉, 이들 4개의 우측 차광 화소(100)에 의해 구성되는 우측 차광 화소군(200)(6, 2)에 있어서는, 우측 차광 화소(100)(11, 3), 우측 차광 화소(100)(11, 4), 우측 차광 화소(100)(12, 3), 및 우측 차광 화소(100)(12, 4)는 모두 우측의 영역이 차광되어, 동일한 방향에서 차광되어 있다(동일한 방향 측이 차광되어 있다).
도 6의 설명으로 돌아가서, 화소 어레이부(11)에 있어서, 화소군(200)(6, 10), 화소군(200)(10, 6), 및 화소군(200)(10, 14)은, 화소군(200)(6, 2)과 동일하게, B 화소군(200) 대신에, 우측 차광 화소군(200)이 배치되어 있다.
그리고, 우측 차광 화소군(200)(6, 10), 우측 차광 화소군(200)(10, 6), 및 우측 차광 화소군(200)(10, 14)에 있어서는, 우측 차광 화소군(200)(6, 2)과 동일하게, 4개의 우측 차광 화소(100)의 우측의 영역이 차광되어, 동일한 방향에서 차광되어 있다(동일한 방향 측이 차광되어 있다).
이와 같이, 화소 어레이부(11)에 있어서는, 2×2의 4개의 R 화소(100)로 이루어지는 R 화소군(200)과, 2×2의 4개의 G 화소(100)로 이루어지는 G 화소군(200)과, 2×2의 4개의 B 화소(100)로 이루어지는 B 화소군(200)이 베이어 배열에 의해 배열되지만, B 화소군(200)의 일부가 좌측 차광 화소군(200) 또는 우측 차광 화소군(200)으로 치환되어 있다.
구체적으로는, 화소 어레이부(11)에 있어서, 2행째에, 좌측 차광 화소군(200)(2, 2)과 좌측 차광 화소군(200)(2, 10)이 배치되고, 6행째에, 우측 차광 화소군(200)(6, 2)과 우측 차광 화소군(200)(6, 10)이 배치되어 있다. 또한, 10행째에, 우측 차광 화소군(200)(10, 6)과 우측 차광 화소군(200)(10, 14)이 배치되고, 14행째에, 좌측 차광 화소군(200)(14, 6)과 좌측 차광 화소군(200)(14, 14)이 배치되어 있다.
바꿔 말하면, 화소 어레이부(11)에 있어서, 2열째에, 좌측 차광 화소군(200)(2, 2)과 우측 차광 화소군(200)(6, 2)이 배치되고, 6열째에, 우측 차광 화소군(200)(10, 6)과 좌측 차광 화소군(200)(14, 6)이 배치되어 있다. 또한, 10열째에, 좌측 차광 화소군(200)(2, 10)과 우측 차광 화소군(200)(6, 10)이 배치되고, 14열째에, 우측 차광 화소군(200)(10, 14)과 좌측 차광 화소군(200)(14, 14)이 배치되어 있다.
즉, 화소 어레이부(11)에 있어서는, 차광 영역이 좌우 대칭으로 되어 있는 좌측 차광 화소군(200)과 우측 차광 화소군(200)이, 위상차 검출용의 화소(위상차 화소)로서 조가 되어 있고, 이들 좌우의 차광 화소군에서 얻어지는 좌측 차광 화소 신호와 우측 차광 화소 신호에 기초하여, 위상차 검출용의 화상이 생성되어, 위상차가 검출되게 된다.
예를 들면, 도 6에 있어서는, 좌측 차광 화소군(200)(2, 2)과 우측 차광 화소군(200)(6, 2)과의 조, 좌측 차광 화소군(200)(2, 10)과 우측 차광 화소군(200) (6, 10)과의 조, 좌측 차광 화소군(200)(14, 6)과 우측 차광 화소군(200)(10, 6)과의 조, 및 좌측 차광 화소군(200)(14, 14)과 우측 차광 화소군(200)(10, 14)과의 조를 위상차 화소의 페어로 할 수 있다.
또한, 도 6의 화소 어레이부(11)에 있어서는, B 화소군(200) 대신에, 좌측 차광 화소군(200)과 우측 차광 화소군(200)이 배치되는 경우를 예시했지만, R 화소군(200) 또는 G 화소군(200) 대신에, 좌측 차광 화소군(200)과 우측 차광 화소군(200)이 배치되도록 해도 된다.
또한, 좌측 차광 화소군(200)과 우측 차광 화소군(200)은 동일한 색의 화소군(200)으로 한정되지 않고, 다른 색의 화소군(200) 대신에 배치되도록 해도 된다. 예를 들면, 좌측 차광 화소군(200)이 B 화소군(200) 대신에 배치되는 경우에 있어서, 우측 차광 화소군(200)이 G 화소군(200) 대신에 배치되도록 해도 된다.
또한, 도 6에 나타낸 배열 패턴은, 화소 어레이부(11)에 있어서, 반복 패턴으로 산재하여 배치되는 좌측 차광 화소군(200)과 우측 차광 화소군(200)의 배치의 일례이며, 좌측 차광 화소군(200)과 우측 차광 화소군(200)은, 일정 간격으로 복수개 늘어서 배치하는 것이라면, 다른 패턴으로 배치하도록 해도 된다. 또한, 상술한 설명에서는, 화소 어레이부(11)에 있어서, 색 화소군(200)이 베이어 배열로 규칙적으로 배열되는 경우를 일례로 설명했지만, 다른 배열 패턴을 채용해도 된다.
(화소의 단면의 구조)
도 9는 화소 어레이부(11)에 배열되는 복수의 화소(100)의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 9에는, 좌측 차광 화소군(200)을 포함하는 화소군(200)의 단면으로서, 3행째의 화소(100)의 X1-X1' 단면을 도시하고 있다. 또한, 도 9에는, 좌측 차광 화소군(200) 및 우측 차광 화소군(200)을 포함하지 않는 화소군(200)의 단면으로서, 7행째의 화소(100)의 X2-X2' 단면을 도시하고 있다.
여기서도, 좌측상부의 화소(100)의 배치 위치를 화소(100)(1, 1)로 나타내면, X1-X1' 단면의 대상이 되는 것은, G 화소(100)(3, 1), G 화소(100)(3, 2), 좌측 차광 화소(100)(3, 3), 좌측 차광 화소(100)(3, 4), G 화소(100)(3, 5), G 화소(100)(3, 6), B 화소(100)(3, 7), 및 B 화소(100)(3, 8)로 여겨진다.
단, G 화소(100)(3, 1)와 G 화소(100)(3, 2)는 G 화소군(200)(2, 1)에 포함되고, 좌측 차광 화소(100)(3, 3)와 좌측 차광 화소(100)(3, 4)는 좌측 차광 화소군(200)(2, 2)에 포함된다. 또한, G 화소(100)(3, 5)와 G 화소(100)(3, 6)는 G 화소군(200)(2, 3)에 포함되고, B 화소(100)(3, 7)와 B 화소(100)(3, 8)는 B 화소군(200)(2, 4)에 포함된다.
도 9의 X1-X1' 단면에 나타내는 바와 같이, 각 화소(100)에서는, 온 칩 렌즈(111)의 바로 아래에, 포토 다이오드(112)(도시하지 않음)가 형성되어 있지만, 온 칩 렌즈(111)와, 포토 다이오드(112)가 형성되는 실리콘층과의 사이의 영역에는, 컬러 필터(113)와 차광부(114)가 마련되어 있다.
G 화소(100)(3, 1)와 G 화소(100)(3, 2), 및 G 화소(100)(3, 5)와 G 화소(100)(3, 6)에서는 G 컬러 필터(113)가 형성되고, B 화소(100)(3, 7)와 B 화소(100)(3, 8)에서는 B 컬러 필터(113)가 형성되어 있다.
좌측 차광 화소(100)(3, 3)와 좌측 차광 화소(100)(3, 4)에 있어서는 컬러 필터(113)가 형성되어 있지 않고, 온 칩 렌즈(111)에 의해 집광된 광이 그대로 포토 다이오드(112)에 입사된다. 바꾸어 말하면, 좌측 차광 화소(100)는 백(W) 성분의 광에 대응한 W 화소이며, 좌측 차광 화소군(200)은 백(W)의 화소(동일한 색의 화소)인 4개의 좌측 차광 화소(100)로 구성되어 있다고도 말할 수 있다.
또한, 정방 단위의 G 화소(100)(3, 1)는, 광의 입사측에서 봐서 정방 격자 형상으로 마련되는 차광부(114)에 의해, 이웃하는 화소와의 사이가 차광되어 있다. 차광부(114)는, 예를 들면, 텅스텐(W)이나 알루미늄(Al) 등의 금속에 의해 형성된다.
G 화소(100)(3, 2), 좌측 차광 화소(100)(3, 3), 좌측 차광 화소(100)(3, 4), G 화소(100)(3, 5), G 화소(100)(3, 6), B 화소(100)(3, 7), 및 B 화소(100)(3, 8)에 대해서도, G 화소(100)(3, 1)와 동일하게, 정방 격자 형상으로 마련되는 차광부(114)에 의해, 이웃하는 화소와의 사이가 차광되어 있다.
여기서, 좌측 차광 화소(100)(3, 3)와 좌측 차광 화소(100)(3, 4)에 있어서, 차광부(114)는 이웃하는 화소와의 사이를 차광할 뿐만 아니라, 그 좌측의 영역을 차광하기 위해, 광의 입사면 측으로 확장되어, 다른 화소와 비교하여, 포토 다이오드(112)에 입사하는 광의 입사면이 좁아져 있다. 이에 의해, 도 7에 나타낸 바와 같이, 좌측 차광 화소(100)(3, 3)와 좌측 차광 화소(100)(3, 4)는, 광의 입사측에서 본 경우에, 차광부(114)에 의해 좌측의 영역이 차광되게 된다.
한편, X2-X2' 단면의 대상이 되는 것은, G 화소(100)(7, 1), G 화소(100)(7, 2), B 화소(100)(7, 3), B 화소(100)(7, 4), G 화소(100)(7, 5), G 화소(100)(7, 6), B 화소(100)(7, 7), 및 B 화소(100)(7, 8)로 여겨진다.
G 화소(100)(7, 1)와 G 화소(100)(7, 2), 및 G 화소(100)(7, 5)와 G 화소(100)(7, 6)에서는 G 컬러 필터(113)가 형성되고, B 화소(100)(7, 3), B 화소(100)(7, 4), 및 B 화소(100)(7, 7)와 B 화소(100)(7, 8)에서는, B 컬러 필터(113)가 형성되어 있다.
G 화소(100)(7, 1), G 화소(100)(7, 2), B 화소(100)(7, 3), B 화소(100)(7, 4), G 화소(100)(7, 5), G 화소(100)(7, 6), B 화소(100)(7, 7), 및 B 화소(100)(7, 8)에 있어서는, 광의 입사측에서 봐서 정방 격자 형상으로 마련되는 차광부(114)에 의해, 이웃하는 화소와의 사이가 차광되어 있다.
또한, 도시하지 않고 있지만, 우측 차광 화소(100)의 단면은, 상술한 좌측 차광 화소(100)와 동일하게, 차광부(114)가, 이웃하는 화소와의 사이를 차광할 뿐만 아니라, 광의 입사면 측으로 확장되어, 포토 다이오드(112)에 입사하는 광의 입사면을 좁힘으로써, 그 우측의 영역이 차광된다. 이에 의해, 도 8에 나타낸 바와 같이, 우측 차광 화소(100)는, 광의 입사측에서 본 경우에, 차광부(114)에 의해 우측의 영역이 차광되게 된다.
이상과 같이, 본 기술을 적용한 좌측 차광 화소군(200)은, 광의 입사측에서 본 경우에, 좌측의 영역이 차광된 화소인 좌측 차광 화소(100)를 4개 배치함으로써 구성되고, 이들 4개의 좌측 차광 화소(100)는 모두 동일한 방향에서 차광되어 있다. 또한, 본 기술을 적용한 우측 차광 화소군(200)은, 광의 입사측에서 본 경우에, 우측의 영역이 차광된 화소인 우측 차광 화소(100)를 4개 배치함으로써 구성되고, 이들 4개의 우측 차광 화소(100)는 모두 같은 방향에서 차광되어 있다.
이와 같이, 근방의 4화소를 모두 동일한 방향에서 차광한 차광 화소군으로서, 차광 영역이 좌우 대칭으로 되는 좌측 차광 화소군(200)과 우측 차광 화소군(200)을 마련함으로써, 좌측 차광 화소군(200)과 우측 차광 화소군(200)이 위상차 화소의 조가 되어, 위상차를 검출하는 것이 가능해진다.
여기서, 도 9의 단면도 등에 나타낸 바와 같이, 좌측 차광 화소군(200)을 구성하는 좌측 차광 화소(100)와, 우측 차광 화소군(200)을 구성하는 우측 차광 화소(100)는, 다른 색 화소와 동일하게, 1개의 온 칩 렌즈(111)에 대하여, 1개의 포토 다이오드(112)를 마련한 구조로 되어 있다.
그 때문에, 근방의 동일한 색의 화소(4화소)로 이루어지는 공유 화소를 규칙적으로 배열한 배열 패턴을 채용하는 경우에, 위상차 화소를 마련할 때에도, 위상차 화소(차광 화소)의 온 칩 렌즈(111)의 사이즈와, 다른 색 화소(R 화소, G 화소, 및 B 화소)의 온 칩 렌즈(111)의 사이즈를 동일하게 할 수 있다. 또한, 위상차 화소(차광 화소)는, 다른 색 화소(통상의 화소)와 동일하게, 근방의 동일한 색의 화소(4화소)로 이루어지는 공유 화소로서 구성되기 때문에, 그 구동 방법을 바꿀 필요가 없다.
따라서, 화소 어레이부(11)에 있어서, 본 기술을 적용한 차광 화소(좌측 차광 화소군(200)과 우측 차광 화소군(200))를 배치함으로써, 화소(100)의 구조를 부분적으로 변경할 필요가 없고, 더 낮은 제조상의 난이도로 위상차 화소를 마련하는 것이 가능해진다.
(아날로그 가산 처리)
다음으로, 도 10 및 도 11을 참조하여, 각 화소군(200)을 구성하는 4화소(공유 화소)로부터 얻어지는 화소 신호(아날로그 신호)를 가산하는 처리의 상세를 설명한다.
도 10은 아날로그 신호 가산 처리로 얻어지는 화소 신호의 예를 나타내는 도면이다. 또한, 도 10의 평면 레이아웃에는, 도 6의 평면 레이아웃에 대응시켜서, 화소군(200)의 k행 l열에 대응한 행번호와 열번호가 도시되어 있다.
화소 어레이부(11)에 있어서, 각 화소군(200)을 구성하는 4개의 동일한 색의 화소(100)는 부유 확산 영역(FD: Floating Diffusion)을 공유하고 있다.
그 때문에, 화소 어레이부(11)에 있어서, 베이어 배열로 배치된 화소군(200) 중 R 화소군(200)에서는, 4개의 R 화소(100)의 포토 다이오드(112)의 각각에 의해 생성된 전하가, 1개의 부유 확산 영역(FD)으로 전송되어서 가산(아날로그 가산)되고, 그 결과 얻어지는 신호 전압에 따른 R 화소 신호가 출력된다.
또한, G 화소군(200)에서는, 4개의 G 화소(100)의 포토 다이오드(112)에 의해 각각 생성된 전하가 1개의 부유 확산 영역(FD)에서 가산되어, G 화소 신호가 출력된다. 나아가, B 화소군(200)에서는, 4개의 B 화소(100)의 포토 다이오드(112)에 의해 각각 생성된 전하가 1개의 부유 확산 영역(FD)에서 가산되어, B 화소 신호가 출력된다.
또한, 좌측 차광 화소군(200)에서는, 4개의 좌측 차광 화소(100)의 포토 다이오드(112)에 의해 각각 생성된 전하가 1개의 부유 확산 영역(FD)에서 가산되어, 좌측 차광 화소 신호가 출력된다. 나아가, 우측 차광 화소군(200)에서는, 4개의 우측 차광 화소(100)의 포토 다이오드(112)에 의해 각각 생성된 전하가 1개의 부유 확산 영역(FD)에서 가산되어, 우측 차광 화소 신호가 출력된다.
여기서, 차광 영역이 좌우 대칭으로 되는 좌측 차광 화소군(200)과 우측 차광 화소군(200)이 위상차 화소의 조가 되고, 좌측 차광 화소 신호와 우측 차광 화소 신호에 기초하여, 위상차 검출용의 화상이 생성됨으로써 위상차를 검출할 수 있다.
또한, 베이어 배열로 배치된 화소군(200) 중 좌측 차광 화소군(200)과 우측 차광 화소군(200)이 배치된 영역에 대해서는, 근방의 다른 색 화소(100)의 정보에 기초하여, 보간 처리가 행해짐으로써, R 화소 신호, G 화소 신호, 또는 B 화소 신호가 얻어진다. 이에 의해, 베이어 배열에 따른 R 화소 신호, G 화소 신호, 및 B 화소 신호가 얻어진다.
여기서, 베이어 배열로 배치된 화소군(200)은, 부유 확산 영역(FD)을 공유한 4화소로 이루어지는 구조, 이른바, 화소를 분할하여, 그 분할 화소로 얻어지는 포화 전자량(Qs)을 서로 더하는 구조를 가지고 있다. 그 때문에, 상술한 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이, 각 화소군(200)에서는, 동일한 사이즈의 화소를 분할하지 않고 구성한 구조와 비교하여, 포화 전자량(Qs)을 증가시킬 수 있다.
도 11은 본 개시에 관계되는 기술을 적용한 화소의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 11에는, 화소 어레이부(11)에 있어서 화소(100)가 배열되는 화소 영역의 일부의 영역을 도시하고 있고, 동일한 색의 4개의 화소(100)에 의해 화소군(200)이 구성되어 있다. 도 11에 있어서, 화소군(200)을 구성하는 4개의 동일한 색의 화소(100)는 부유 확산 영역(FD)을 공유하고 있다. 또한, 도 11에 있어서, 전송 트랜지스터나 선택 트랜지스터에 대한 구동 신호(SEL, TRG)는 수직 구동 회로(12)(도 1)로부터 공급된다.
화소군(200)에 있어서, 각 화소(100)는, 포토 다이오드(112) 외에, 전송 트랜지스터를 가지고 있다. 각 화소(100)에 있어서는, 전송 트랜지스터가, 그 게이트에 입력되는 구동 신호 TRG에 따라, 온/오프의 동작을 행함으로써, 포토 다이오드(112)에 의해 광전 변환된 전하(신호 전하)가, 4화소에 의해 공유된 부유 확산 영역(FD)으로 전송된다.
부유 확산 영역(FD)은, 각 화소(100)의 전송 트랜지스터와, 화소군(200)에 의해 공유되는 리셋 트랜지스터 및 증폭 트랜지스터와의 접속점에 형성되어 있다. 리셋 트랜지스터는, 그 게이트에 입력되는 구동 신호 RST에 따라, 온/오프의 동작을 행함으로써, 부유 확산 영역(FD)에 축적되어 있는 전하가 배출된다.
부유 확산 영역(FD)은, 각 화소(100)의 전송 트랜지스터에 의해 전송되어 오는 전하를 축적하는 기능을 가지고 있다. 부유 확산 영역(FD)의 전위는, 축적된 전하량에 따라 변조된다. 증폭 트랜지스터는, 그 게이트에 접속된 부유 확산 영역(FD)의 전위 변동을 입력 신호 전압으로 하는 증폭기로서 동작하고, 그 출력 신호 전압은, 선택 트랜지스터를 통하여 수직 신호선(VSL)(22)에 출력된다.
선택 트랜지스터는, 그 게이트에 입력되는 구동 신호 SEL에 따라, 온/오프의 동작을 행함으로써, 증폭 트랜지스터로부터의 전압 신호를 수직 신호선(VSL)(22)에 출력한다.
이와 같이, 화소군(200)은 4화소 공유로 여겨지고, 각 화소(100)는 포토 다이오드(112)와 전송 트랜지스터를 각각 가지고 있다. 또한, 화소군(200)에 있어서는, 4화소(공유 화소)에 의해, 부유 확산 영역(FD)이 공유되고 있고, 해당 공유 화소의 화소 회로로서, 리셋 트랜지스터, 증폭 트랜지스터, 및 선택 트랜지스터가 공유 트랜지스터로서 구성되어 있다.
또한, 화소 어레이부(11)에 있어서는, 열방향의 2개의 화소군(200)에 의해서도, 리셋 트랜지스터, 증폭 트랜지스터, 및 선택 트랜지스터로 이루어지는 공유 트랜지스터가 공유되고 있다.
보다 구체적으로는, 도 11에 나타낸 화소 어레이부(11)에 있어서의 화소 배열에 있어서, 좌측상부의 화소(100)의 배치 위치를 화소(100)(1, 1)로 나타내면, 1행째와 2행째의 화소군(200)에 있어서는, 각 화소군(200)에 의해 부유 확산 영역(FD)이 각각 공유되고 있지만, 열방향의 상하의 화소군(200)이 조로 되어, 공유 트랜지스터도 공유되고 있다.
예를 들면, 1열째의 G 화소군(200)(1, 1)과 R 화소군(200)(2, 1)이 조로 되고, 리셋 트랜지스터, 증폭 트랜지스터, 및 선택 트랜지스터가 공유 트랜지스터로 되고 있다.
여기서, G 화소군(200)(1, 1)을 구성하는 4화소 중 G 화소(100)(1, 1)에서는, 전송 트랜지스터가 구동 신호 TRG6에 따라 동작함으로써, 포토 다이오드(112)에 의해 생성된 전하가 부유 확산 영역(FD)으로 전송된다. 동일하게, G 화소(100)(1, 2), G 화소(100)(2, 1), 및 G 화소(100)(2, 2)에 있어서도, 구동 신호 TRG7, 구동 신호 TRG4, 및 구동 신호 TRG5에 따라, 전송 트랜지스터에 의해, 포토 다이오드(112)로부터의 전하가 부유 확산 영역(FD)으로 전송된다.
G 화소군(200)(1, 1)을 구성하는 4화소에 의해 공유된 부유 확산 영역(FD)에서는, G 화소(100)(1, 1), G 화소(100)(1, 2), G 화소(100)(2, 1), 및 G 화소(100)(2, 2)의 포토 다이오드(112)의 각각으로부터 전송되는 전하가 가산(아날로그 가산)되어, 그 가산 전하에 따른 전압이 증폭 트랜지스터에 입력된다. 또한, 이 부유 확산 영역(FD)에 있어서의 전하의 가산은 FD 가산이라고도 칭해진다.
그리고, 증폭 트랜지스터에서는, 4화소에 의해 공유된 부유 확산 영역(FD)의 전위 변동이, 게이트로의 입력 신호 전압으로 여겨지고, 그 출력 신호 전압이, 선택 트랜지스터를 통하여 수직 신호선(VSL1)(22-1)에 출력되게 된다.
또한, 증폭 트랜지스터나 선택 트랜지스터 등의 공유 트랜지스터는, G 화소군(200)(1, 1)과 조가 되는 R 화소군(200)(2, 1)에 의해 공유되고 있다.
또한, 1행째와 2행째의 화소군(200)에 있어서, 2열째의 B 화소군(200)(1, 2)과 G 화소군(200)(2, 2)의 조와, 3열째의 G 화소군(200)(1, 3)과 R 화소군(200)(2, 3)의 조와, 4열째의 B 화소군(200)(1, 4)과 G 화소군(200)(2, 4)의 조에 대해서는, 1열째의 G 화소군(200)(1, 1)과 R 화소군(200)(2, 1)과 동일하게 구성되어 있다.
또한, 3행째와 4행째의 화소군(200)은 1행째와 2행째의 화소군(200)과 동일하게 구성되고, 각 화소군(200)에 의해, 부유 확산 영역(FD)이 각각 공유됨과 함께, 열방향의 상하의 화소군(200)이 조로 되어, 공유 트랜지스터도 공유되고 있다.
여기서, 도 11에 있어서는, 구동 신호 SEL1이 L 레벨이 되어, 1행째와 2행째의 화소군(200)에 의해 공유된 선택 트랜지스터가 오프 상태가 되는 한편, 구동 신호 SEL0이 H 레벨이 되어, 3행째와 4행째의 화소군(200)에 의해 공유된 선택 트랜지스터가 온 상태가 됨으로써, 3행째 또는 4행째의 화소군(200)이 선택되고 있다.
이 때, 구동 신호 TRG0 내지 TRG3이 L 레벨이 되어, 4행째의 화소군(200)의 각 화소(100)의 전송 트랜지스터가 오프 상태가 되는 한편, 구동 신호 TRG4 내지 TRG7이 H 레벨이 되어, 3행째의 화소군(200)의 각 화소(100)의 전송 트랜지스터가 온 상태가 됨으로써, 각 화소(100)의 포토 다이오드(112)에 의해 생성된 전하가, 4화소에 의해 공유된 부유 확산 영역(FD)으로 전송된다.
도 11에서는, 선택 트랜지스터와 전송 트랜지스터가 모두 온 상태가 되는 3행째의 화소군(200)을 두꺼운 프레임으로 둘러싸고 있다. 즉, 3행째의 화소군(200)에 있어서, 4화소에 의해 공유된 부유 확산 영역(FD)에서는, 해당 4화소의 포토 다이오드(112)의 각각으로부터 전송되는 전하가 가산되어, 그 가산 전하에 따른 전압이, 증폭 트랜지스터에 입력된다.
그리고, 3행째의 화소군(200)에 있어서, 증폭 트랜지스터에서는, 4화소에 의해 공유된 부유 확산 영역(FD)의 전위 변동이, 게이트로의 입력 신호 전압으로 여겨지고, 그 출력 신호 전압이, 선택 트랜지스터를 통하여 수직 신호선(VSL1, VSL3, VSL5, VSL7)(22)에 출력된다.
여기서, 수직 신호선(VSL1)(22-1)은 컬럼 신호 처리 회로(13)(도 1) 내의 비교기(210-1)에 접속되어 있다. 비교기(210-1)는, 거기에 입력되는, 수직 신호선(VSL1)(22-1)으로부터의 신호 전압(Vx)과, DAC(도시하지 않음)로부터의 램프파(ramp)의 참조 전압(Vref)을 비교하여, 그 비교 결과에 따른 레벨의 출력 신호를 출력한다.
또한, 비교기(210-2) 내지 비교기(210-4)에 있어서는, 참조 전압과 비교되는 신호 전압이, 수직 신호선(VSL3)(22-3), 수직 신호선(VSL5)(22-5), 또는 수직 신호선(VSL7)(22-7)으로부터의 신호 전압으로 대신되는 것 이외에는, 비교기(210-1)와 동일하며, 그 비교 결과에 따른 레벨의 출력 신호가 출력된다.
또한, 컬럼 신호 처리 회로(13)에서는, 비교기(210)로부터의 출력 신호에 기초하여, 리셋 레벨 또는 신호 레벨의 카운트가 행해짐으로써, AD 변환이 행해진다.
또한, 도 11에 있어서는, R 화소군(200), G 화소군(200), 및 B 화소군(200)에 있어서의 아날로그 가산 처리에 대해 설명했지만, 좌측 차광 화소군(200) 및 우측 차광 화소군(200)에 대해서도 동일하게, 4화소에 의해 부유 확산 영역(FD)이 공유되고, 각 화소의 포토 다이오드(112)의 각각에 의해 생성된 전하가 아날로그 가산되어서 출력된다.
<3. 변형예>
(고체 촬상 장치의 다른 예)
또한, 상술한 실시형태에서는, 화소가 2차원 형상으로 배열되어 되는 CMOS 이미지 센서에 적용한 경우를 예로 들어서 설명했지만, 본 기술은 CMOS 이미지 센서에의 적용에 한정되는 것이 아니다. 즉, 본 기술은, 화소가 2차원 배열되어 되는 X-Y 어드레스 방식의 고체 촬상 장치 전반에 대하여 적용 가능하다.
나아가, 본 기술은, 가시광의 입사광량의 분포를 검지하여 화상으로서 촬상하는 고체 촬상 장치에의 적용에 한하지 않고, 적외선이나 X선, 또는 입자 등의 입사량의 분포를 화상으로서 촬상하는 고체 촬상 장치 전반에 대해 적용 가능하다.
(차광 화소의 다른 예)
또한, 상술한 설명에서는, 차광 화소(차광 화소군)로서, 좌측의 영역이 차광된 화소인 좌측 차광 화소(100)(좌측 차광 화소군(200))와, 우측의 영역이 차광된 화소인 우측 차광 화소(100)(우측 차광 화소군(200))에 대해 설명했지만, 차광 화소는 동일한 방향에서 차광되어 있으면 되고, 차광 영역이 좌우 대칭인 차광 화소의 조합으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 차광 화소(차광 화소군)로서는, 차광 영역이 상하 대칭인 차광 화소(차광 화소군)로서, 상측의 영역이 차광된 화소인 상측 차광 화소(상측 차광 화소군)와, 하측의 영역이 차광된 화소인 하측 차광 화소(하측 차광 화소군)와의 조합을 채용할 수 있다.
(위상차 검출의 다른 예)
또한, 상술한 설명에서는, 차광 영역이 좌우 대칭이 되는 좌측 차광 화소군(200)과 우측 차광 화소군(200)이, 위상차 화소의 페어가 됨으로써, 위상차가 검출되는 것으로서 설명했지만, 위상차의 검출 수법에 따라서는, 반드시, 좌측 차광 화소군(200)과 우측 차광 화소군(200)이, 위상차 화소의 페어가 될 필요는 없다.
또한, 상술한 설명에서는, 화소군(200)이 근방의 동일한 색의 화소(100)(4화소)로 구성되는 것으로서 설명했지만, 4개의 화소로 구성되는 화소군(공유 화소)은 4개의 분할 화소로 구성되는 화소(공유 화소)로서 파악하도록 해도 되고, 본 기술을 적용함에 있어서, 4화소로 이루어지는 화소군과 4분할 화소로 이루어지는 화소는 실질적으로 동일한 의미를 이루고 있다.
<4. 전자 기기의 구성>
도 12는 본 개시에 관계되는 기술을 적용한 고체 촬상 장치를 갖는 전자 기기의 구성예를 나타내는 블록도이다.
전자 기기(1000)는, 예를 들면, 디지털 스틸 카메라나 비디오 카메라 등의 촬상 장치나, 스마트폰이나 태블릿형 단말 등의 휴대 단말 장치 등의 촬상 기능을 갖는 전자 기기이다.
전자 기기(1000)는 렌즈부(1011), 촬상부(1012), 신호 처리부(1013), 제어부(1014), 표시부(1015), 기록부(1016), 조작부(1017), 통신부(1018), 전원부(1019), 및 구동부(1020)로 구성된다. 또한, 전자 기기(1000)에 있어서, 신호 처리부(1013), 제어부(1014), 표시부(1015), 기록부(1016), 조작부(1017), 통신부(1018), 및 전원부(1019)는 버스(1021)를 통해 서로 접속되어 있다.
렌즈부(1011)는 줌 렌즈나 포커스 렌즈 등으로 구성되며, 피사체로부터의 광을 집광한다. 렌즈부(1011)에 의해 집광된 광(피사체 광)은 촬상부(1012)에 입사된다.
촬상부(1012)는, 본 개시에 관계되는 기술을 적용한 이미지 센서(예를 들면, 도 1의 CMOS 이미지 센서(10)) 등의 고체 촬상 장치를 포함해서 구성된다. 촬상부(1012)로서의 이미지 센서는, 렌즈부(1011)를 통하여 수광한 광(피사체 광)을 전기 신호로 광전 변환하고, 그 결과 얻어지는 신호를, 신호 처리부(1013)로 공급한다.
또한, 이 이미지 센서의 화소 어레이부에는, 소정의 배열 패턴으로 규칙적으로 배열된 복수의 화소로서, 피사체 광에 따른 촬상 화상을 생성하기 위한 신호를 생성하는 화소(통상의 화소)와, 위상차 검출을 행하기 위한 신호를 생성하는 화소(위상차 화소)가 포함된다.
예를 들면, 상술한 CMOS 이미지 센서(10)(도 1)에 있어서는, 통상의 화소가, R 화소(100)(R 화소군(200)), G 화소(100)(G 화소군(200)), 및 B 화소(100)(B 화소군(200))에 상당하고, 위상차 화소가, 좌측 차광 화소(100)(좌측 차광 화소군(200)) 및 우측 차광 화소(100)(우측 차광 화소군(200))에 상당하고 있다.
신호 처리부(1013)는 촬상부(1012)로부터 공급되는 신호를 처리하는 신호 처리 회로이다. 예를 들면, 신호 처리부(1013)는 DSP(Digital Signal Processor) 회로 등으로서 구성된다.
신호 처리부(1013)는 촬상부(1012)로부터의 신호를 처리하여, 정지화상 또는 동화상의 화상 데이터를 생성하고, 표시부(1015) 또는 기록부(1016)에 공급한다. 또한, 신호 처리부(1013)는, 촬상부(1012)(이미지 센서의 위상차 화소)로부터의 신호에 기초하여, 위상차를 검출하기 위한 데이터(위상차 검출용 데이터)를 생성하고, 제어부(1014)에 공급한다.
제어부(1014)는, 예를 들면, CPU(Central Processing Unit)나 마이크로프로세서 등으로서 구성된다. 제어부(1014)는, 전자 기기(1000)의 각 부의 동작을 제어한다.
표시부(1015)는, 예를 들면, 액정 패널이나 유기 EL(Electro Luminescence) 패널 등의 표시 장치로서 구성된다. 표시부(1015)는 신호 처리부(1013)로부터 공급되는 화상 데이터를 처리하고, 촬상부(1012)에 의해 촬상된 정지화상 또는 동화상을 표시한다.
기록부(1016)는, 예를 들면, 반도체 메모리나 하드 디스크 등의 기록 매체로서 구성된다. 기록부(1016)는 신호 처리부(1013)로부터 공급되는 화상 데이터를 기록한다. 또한, 기록부(1016)는 제어부(1014)로부터의 제어에 따라, 기록되고 있는 화상 데이터를 제공한다.
조작부(1017)는, 예를 들면, 물리적인 버튼 이외에, 표시부(1015)와 조합시켜서, 터치 패널로서 구성된다. 조작부(1017)는, 사용자에 의한 조작에 따라, 전자 기기(1000)가 갖는 각종의 기능에 대한 조작 지령을 출력한다. 제어부(1014)는 조작부(1017)로부터 공급되는 조작 지령에 기초하여, 각 부의 동작을 제어한다.
통신부(1018)는, 예를 들면, 통신 인터페이스 회로 등으로서 구성된다. 통신부(1018)는, 소정의 통신 규격에 따라, 무선 통신 또는 유선 통신에 의해, 외부의 기기와의 사이에서 데이터의 교환을 행한다.
전원부(1019)는 신호 처리부(1013), 제어부(1014), 표시부(1015), 기록부(1016), 조작부(1017), 및 통신부(1018)의 동작 전원이 되는 각종의 전원을, 이들 공급 대상에 대하여 적절히 공급한다.
또한, 제어부(1014)는, 신호 처리부(1013)로부터 공급되는 위상차 검출용 데이터에 기초하여, 2개의 화상의 위상차를 검출한다. 그리고, 제어부(1014)는, 위상차의 검출 결과에 기초하여, 포커스를 맞추는 대상 물체(포커싱 대상물)에 대해, 포커스가 맞는지 어떤지를 판정한다. 제어부(1014)는, 포커싱 대상물에 포커스가 맞지 않는 경우에는, 포커스의 어긋남량(디포커스량)을 산출하고, 구동부(1020)에 공급한다.
구동부(1020)는, 예를 들면, 모터나 액추에이터 등으로 구성되며, 줌 렌즈나 포커스 렌즈 등으로 이루어지는 렌즈부(1011)를 구동한다.
구동부(1020)는, 제어부(1014)로부터 공급되는 디포커스량에 기초하여, 렌즈부(1011)의 포커스 렌즈의 구동량을 산출하고, 그 구동량에 따라 포커스 렌즈를 이동시킨다. 또한, 포커싱 대상물에 대해, 포커스가 맞는 경우에는, 구동부(1020)는 포커스 렌즈의 현재 위치를 유지시킨다.
전자 기기(1000)는 이상과 같이 구성된다.
본 기술은 이상 설명한 바와 같이, 이미지 센서 등의 촬상부(1012)에 적용된다. 구체적으로는, CMOS 이미지 센서(10)(도 1)는, 촬상부(1012)에 적용할 수 있다. 이미지 센서 등의 촬상부(1012)에 본 기술을 적용함으로서, 화소 어레이부에 배열되는 화소로서, 근방의 동일한 색의 화소로 이루어지는 화소군(FD를 공유하는 4화소로 이루어지는 공유 화소)을 규칙적으로 배열한 배열 패턴을 채용하는 경우에 있어서, 위상차 화소를 마련할 때에, 더 낮은 제조상의 난이도로 위상차 화소를 마련할 수 있다.
<5. 고체 촬상 장치의 사용예>
도 13은 본 개시에 관계되는 기술을 적용한 고체 촬상 장치의 사용예를 나타내는 도면이다.
CMOS 이미지 센서(10)(도 1)는, 예를 들면, 이하와 같이, 가시광이나, 적외광, 자외광, X선 등의 광을 센싱하는 다양한 경우에 사용할 수 있다. 즉, 도 13에 나타내는 바와 같이, 감상용으로 제공되는 화상을 촬영하는 감상의 분야뿐만 아니라, 예를 들면, 교통의 분야, 가전의 분야, 의료·헬스케어의 분야, 보안의 분야, 미용의 분야, 스포츠의 분야, 또는 농업의 분야 등에 있어서 이용되는 장치에서도, CMOS 이미지 센서(10)를 사용할 수 있다.
구체적으로는, 감상의 분야에 있어서, 예를 들면, 디지털 카메라나 스마트폰, 카메라 기능을 갖는 휴대 전화기 등의, 감상용으로 제공되는 화상을 촬영하기 위한 장치(예를 들면, 도 12의 전자 기기(1000))에서, CMOS 이미지 센서(10)를 사용할 수 있다.
교통의 분야에 있어서, 예를 들면, 자동 정지 등의 안전 운전이나, 운전자의 상태의 인식 등을 위해, 자동차의 전방이나 후방, 주위, 차내 등을 촬영하는 차재용 센서, 주행 차량이나 도로를 감시하는 감시 카메라, 차량 사이 등의 측거(側拒)를 행하는 측거 센서 등의, 교통용으로 제공되는 장치에서, CMOS 이미지 센서(10)를 사용할 수 있다.
가전의 분야에 있어서, 예를 들면, 사용자의 제스처를 촬영하여, 그 제스처를 따른 기기 조작을 행하기 위해, 텔레비전 수상기나 냉장고, 에어컨 등의 가전에 제공되는 장치에서, CMOS 이미지 센서(10)를 사용할 수 있다. 또한, 의료·헬스케어의 분야에 있어서, 예를 들면, 내시경이나, 적외광의 수광에 의한 혈관 촬영을 행하는 장치 등의, 의료나 헬스케어용으로 제공되는 장치에서, CMOS 이미지 센서(10)를 사용할 수 있다.
보안의 분야에 있어서, 예를 들면, 방범 용도의 감시 카메라나, 인물 인증 용도의 카메라 등의, 보안용으로 제공되는 장치에서, CMOS 이미지 센서(10)를 사용할 수 있다. 또한, 미용의 분야에 있어서, 예를 들면, 피부를 촬영하는 피부 측정기나, 두피를 촬영하는 현미경 등의, 미용용으로 제공되는 장치에서, CMOS 이미지 센서(10)를 사용할 수 있다.
스포츠의 분야에 있어서, 예를 들면, 스포츠 용도 등으로의 액션 카메라나 웨어러블 카메라 등의, 스포츠용으로 제공되는 장치에서, CMOS 이미지 센서(10)를 사용할 수 있다. 또한, 농업의 분야에 있어서, 예를 들면, 밭이나 작물의 상태를 감시하기 위한 카메라 등의, 농업용으로 제공되는 장치에서, CMOS 이미지 센서(10)를 사용할 수 있다.
<6. 이동체에의 응용예>
본 개시와 관련되는 기술(본 기술)은 다양한 제품에 응용할 수 있다. 예를 들면, 본 개시와 관련되는 기술은 자동차, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차, 자동이륜차, 자전거, 퍼스널 모빌리티, 비행기, 드론, 선박, 로봇 등 어느 종류의 이동체에 탑재되는 장치로서 실현되어도 된다.
도 14는 본 개시와 관련되는 기술이 적용될 수 있는 이동체 제어 시스템의 일례인 차량 제어 시스템의 개략적인 구성예를 나타내는 블록도이다.
차량 제어 시스템(12000)은 통신 네트워크(12001)를 거쳐 접속된 복수의 전자 제어 유닛을 구비한다. 도 14에 나타낸 예에서는, 차량 제어 시스템(12000)은 구동계 제어 유닛(12010), 보디계 제어 유닛(12020), 차외 정보 검출 유닛(12030), 차내 정보 검출 유닛(12040), 및 통합 제어 유닛(12050)을 구비한다. 또한, 통합 제어 유닛(12050)의 기능 구성으로서, 마이크로 컴퓨터(12051), 음성 화상 출력부(12052), 및 차재 네트워크 I/F(Interface)(12053)가 도시되어 있다.
구동계 제어 유닛(12010)은 각종 프로그램에 따라 차량의 구동계에 관련하는 장치의 동작을 제어한다. 예를 들면, 구동계 제어 유닛(12010)은, 내연기관 또는 구동용 모터 등의 차량의 구동력을 발생시키기 위한 구동력 발생 장치, 구동력을 차륜에 전달하기 위한 구동력 전달 기구, 차량의 타각을 조절하는 스티어링 기구, 및 차량의 제동력을 발생시키는 제동 장치 등의 제어 장치로서 기능한다.
보디계 제어 유닛(12020)은 각종 프로그램에 따라 차체에 장비된 각종 장치의 동작을 제어한다. 예를 들면, 보디계 제어 유닛(12020)은 키리스 엔트리(keyless entry) 시스템, 스마트 키 시스템, 파워 윈도우 장치, 또는 헤드 램프, 백 램프, 브레이크 램프, 깜빡이 또는 안개등 등의 각종 램프의 제어장치로서 기능한다. 이 경우, 보디계 제어 유닛(12020)에는, 키를 대체하는 휴대기로부터 발신되는 전파 또는 각종 스위치의 신호가 입력될 수 있다. 보디계 제어 유닛(12020)은 이들 전파 또는 신호의 입력을 수신하여, 차량의 도어록 장치, 파워 윈도우 장치, 램프 등을 제어한다.
차외 정보 검출 유닛(12030)은 차량 제어 시스템(12000)을 탑재한 차량의 외부의 정보를 검출한다. 예를 들면, 차외 정보 검출 유닛(12030)에는, 촬상부(12031)가 접속된다. 차외 정보 검출 유닛(12030)은 촬상부(12031)에 차 밖의 화상을 촬상시키고, 촬상된 화상을 수신한다. 차외 정보 검출 유닛(12030)은, 수신한 화상에 기초하여, 사람, 차, 장애물, 표지 또는 노면 상의 문자 등의 물체 검출 처리 또는 거리 검출 처리를 행해도 된다.
촬상부(12031)는 광을 수광하고, 그 광의 수광량에 따른 전기 신호를 출력하는 광 센서이다. 촬상부(12031)는, 전기 신호를 화상으로서 출력할 수도 있고, 측거의 정보로서 출력할 수도 있다. 또한, 촬상부(12031)가 수광하는 광은 가시광이어도 되고, 적외선 등의 비가시광이어도 된다.
차내 정보 검출 유닛(12040)은, 차내의 정보를 검출한다. 차내 정보 검출 유닛(12040)에는, 예를 들면, 운전자의 상태를 검출하는 운전자 상태 검출부(12041)가 접속된다. 운전자 상태 검출부(12041)는, 예를 들면, 운전자를 촬상하는 카메라를 포함한다. 차내 정보 검출 유닛(12040)은, 운전자 상태 검출부(12041)로부터 입력되는 검출 정보에 기초하여 운전자의 피로 정도 또는 집중 정도를 산출해도 되고, 운전자가 졸고 있지 않은지를 판별해도 된다.
마이크로 컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030) 또는 차내 정보 검출 유닛(12040)에서 취득되는 차내외의 정보에 기초하여, 구동력 발생 장치, 스티어링 기구 또는 제동 장치의 제어 목표값을 연산하여, 구동계 제어 유닛(12010)에 대해 제어 지령을 출력할 수 있다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차량의 충돌 회피 또는 충격 완화, 차간거리에 기초하는 추종 주행, 차속 유지 주행, 차량의 충돌 경고, 또는 차량의 차선 일탈 경고 등을 포함하는 ADAS(Advanced Driver Assistance System)의 기능 실현을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수 있다.
또한, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030) 또는 차내 정보 검출 유닛(12040)에서 취득되는 차량 주위의 정보에 기초하여 구동력 발생 장치, 스티어링 기구 또는 제동 장치 등을 제어함으로써, 운전자의 조작에 의하지 않고 자율적으로 주행하는 자동 운전 등을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수 있다.
또한, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030)에서 취득되는 차외의 정보에 기초하여, 보디계 제어 유닛(12020)에 대해 제어 지령을 출력할 수 있다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030)으로 검지한 선행차 또는 대향차의 위치에 따라 헤드 램프를 제어하여, 하이 빔을 로우 빔으로 전환하는 등의 눈부심 방지를 도모하는 것을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수 있다.
음성 화상 출력부(12052)는, 차량의 탑승자 또는 차외에 대해, 시각적 또는 청각적으로 정보를 통지하는 것이 가능한 출력장치로 음성 및 화상 중 적어도 일방의 출력 신호를 송신한다. 도 14의 예에서는, 출력장치로서, 오디오 스피커(12061), 표시부(12062) 및 인스트루먼트 패널(12063)이 예시되고 있다. 표시부(12062)는, 예를 들면, 온 보드 디스플레이 및 헤드 업 디스플레이 중 적어도 하나를 포함하고 있어도 된다.
도 15는 촬상부(12031)의 설치 위치의 예를 나타내는 도면이다.
도 15에서는, 촬상부(12031)로서, 촬상부(12101, 12102, 12103, 12104 및 12105)를 갖는다.
촬상부(12101, 12102, 12103, 12104, 12105)는, 예를 들면, 차량(12100)의 프런트 노즈, 사이드 미러, 리어범퍼, 백 도어 및 차실내의 프런트 글래스의 상부 등의 위치에 설치된다. 프런트 노즈에 구비되는 촬상부(12101) 및 차실내의 프런트 글래스의 상부에 구비되는 촬상부(12105)는, 주로 차량(12100)의 전방의 화상을 취득한다. 사이드 미러에 구비되는 촬상부(12102, 12103)는, 주로 차량(12100)의 측방의 화상을 취득한다. 리어범퍼 또는 백 도어에 구비되는 촬상부(12104)는, 주로 차량(12100)의 후방의 화상을 취득한다. 차실내의 프런트 글래스의 상부에 구비되는 촬상부(12105)는, 주로 선행 차량 또는 보행자, 장애물, 신호기, 교통 표지 또는 차선 등의 검출에 이용된다.
또한, 도 15에는 촬상부(12101 내지 12104)의 촬영 범위의 일례가 도시되어 있다. 촬상 범위(12111)는, 프런트 노즈에 설치된 촬상부(12101)의 촬상 범위를 나타낸다. 촬상 범위(12112, 12113)는, 각각 사이드 미러에 설치된 촬상부(12102, 12103)의 촬상 범위를 나타내고, 촬상 범위(12114)는, 리어범퍼 또는 백 도어에 설치된 촬상부(12104)의 촬상 범위를 나타낸다. 예를 들면, 촬상부(12101 내지 12104)로 촬상된 화상 데이터가 중첩됨으로써, 차량(12100)을 상방으로부터 본 부감 화상을 얻을 수 있다.
촬상부(12101 내지 12104) 중 적어도 하나는 거리 정보를 취득하는 기능을 가지고 있어도 된다. 예를 들면, 촬상부(12101 내지 12104) 중 적어도 하나는 복수의 촬상 소자로 이루어지는 스테레오 카메라여도 되고, 위상차 검출용의 화소를 가지는 촬상 소자여도 된다.
예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 촬상부(12101 내지 12104)로부터 얻어지는 거리 정보를 기초로, 촬상 범위(12111 내지 12114) 내에 있어서의 각 입체물까지의 거리와, 이 거리의 시간적 변화(차량(12100)에 대한 상대속도)를 구함으로써, 특히 차량(12100)의 진행로 상에 있는 가장 가까운 입체물로, 차량(12100)과 대략 같은 방향으로 소정의 속도(예를 들면, 0km/h 이상)로 주행하는 입체물을 선행차로서 추출할 수 있다. 또한, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 선행차와의 사이에서 미리 확보해야 하는 차간거리를 설정하고, 자동 브레이크 제어(추종 정지 제어도 포함함)나 자동 가속 제어(추종 발진 제어도 포함함) 등을 행할 수 있다. 이와 같이 운전자의 조작에 의하지 않고 자율적으로 주행하는 자동 운전 등을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수 있다.
예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 촬상부(12101 내지 12104)로부터 얻어진 거리 정보를 바탕으로, 입체물에 관한 입체물 데이터를, 이륜차, 보통 차량, 대형차량, 보행자, 전신주 등 그 외의 입체물로 분류하여 추출하고, 장애물의 자동 회피에 이용할 수 있다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차량(12100) 주변의 장애물을, 차량(12100)의 드라이버가 시인 가능한 장애물과 시인 곤란한 장애물로 식별한다. 그리고, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 각 장애물과의 충돌 위험도를 나타내는 충돌 리스크를 판단하여, 충돌 리스크가 설정값 이상으로 충돌 가능성이 있는 상황일 때에는, 오디오 스피커(12061)나 표시부(12062)를 통해 드라이버에 경보를 출력하거나, 구동계 제어 유닛(12010)을 통해 강제 감속이나 회피 조타를 행함으로써, 충돌 회피를 위한 운전 지원을 행할 수 있다.
촬상부(12101 내지 12104) 중 적어도 하나는, 적외선을 검출하는 적외선 카메라여도 된다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 촬상부(12101 내지 12104)의 촬상 화상 중에 보행자가 존재하는지 아닌지를 판정함으로써 보행자를 인식할 수 있다. 이러한 보행자의 인식은, 예를 들면, 적외선 카메라로서의 촬상부(12101 내지 12104)의 촬상 화상에 있어서의 특징점을 추출하는 절차와, 물체의 윤곽을 나타내는 일련의 특징점에 패턴 매칭 처리를 행하여 보행자인지 아닌지를 판별하는 절차에 의해 행해진다. 마이크로 컴퓨터(12051)가, 촬상부(12101 내지 12104)의 촬상 화상 중에 보행자가 존재한다고 판정하여, 보행자를 인식하면, 음성 화상 출력부(12052)는, 당해 인식된 보행자에게 강조를 위한 사각형 윤곽선을 중첩 표시하도록, 표시부(12062)를 제어한다. 또한, 음성 화상 출력부(12052)는, 보행자를 나타내는 아이콘 등을 원하는 위치에 표시하도록 표시부(12062)를 제어해도 된다.
이상, 본 개시에 관계되는 기술이 적용될 수 있는 차량 제어 시스템의 일례에 대해 설명하였다. 본 개시에 관계되는 기술은, 이상 설명한 구성 중, 촬상부(12031)에 적용될 수 있다. 구체적으로는, 도 1의 CMOS 이미지 센서(10)는 촬상부(12031)에 적용할 수 있다. 촬상부(12031)에 본 개시에 관계되는 기술을 적용함으로써, 위상차 검출에 기초한 오토 포커스 제어를 행할 수 있다. 또한, 본 개시에 관계되는 기술에서는, 화소(복수의 화소로 이루어지는 화소군)의 포화 전자량(Qs)을 올려서, 고감도의 이미지 센서를 실현할 수 있기 때문에, 예를 들면, 보다 고품질의 촬상 화상을 취득하여, 보다 정확하게 보행자 등의 장해물을 인식하는 것이 가능해진다.
또한, 본 기술의 실시형태는, 상술한 실시형태에 한정되는 것이 아니고, 본 기술의 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 다양한 변경이 가능하다.
또한, 본 기술은 이하와 같은 구성을 취할 수 있다.
(1)
복수의 화소가 2차원 형상으로 배열된 화소 어레이부를 구비하고,
상기 화소 어레이부는, 근방의 동일한 색의 화소로 이루어지는 화소군이 규칙적으로 배열된 배열 패턴을 가지며,
상기 배열 패턴으로 배열되는 복수의 화소군 중 광의 입사측의 일부를 차광한 화소로 이루어지는 화소군인 차광 화소군을 구성하는 화소는 동일한 방향 측이 차광되어 있는
고체 촬상 장치.
(2)
상기 화소는, 1개의 온 칩 렌즈에 대해, 1개의 광전 변환소자를 형성하고 있는
상기 (1)에 기재된 고체 촬상 장치.
(3)
상기 화소군은 2×2의 4화소로 구성되고,
상기 차광 화소군을 구성하는 4화소는 동일한 방향 측이 차광되어 있는
상기 (2)에 기재된 고체 촬상 장치.
(4)
상기 화소군은 근방의 동일한 색의 화소에 의해 화소 회로를 공유한 공유 화소로서 구성되며, 부유 확산 영역을 공유하고 있는
상기 (1) 내지 (3) 중 어느 것에 기재된 고체 촬상 장치.
(5)
상기 차광 화소군은, 광의 입사측에서 본 경우에, 좌측의 영역이 차광된 화소로 이루어지는 제1 차광 화소군, 또는 우측의 영역이 차광된 화소로 이루어지는 제2 차광 화소군을 포함하고,
상기 제1 차광 화소군과 상기 제2 차광 화소군이 조가 되어, 상기 배열 패턴으로 배열되는
상기 (1) 내지 (4) 중 어느 것에 기재된 고체 촬상 장치.
(6)
상기 화소 어레이부에 있어서,
상기 복수의 화소는 행렬 형상으로 배열되고,
상기 제1 차광 화소군은 행방향에서 소정의 화소 간격으로 규칙적으로 배열되고,
상기 제2 차광 화소군은 행방향에서 소정의 화소 간격으로 규칙적으로 배열되는
상기 (5)에 기재된 고체 촬상 장치.
(7)
상기 화소 어레이부에 있어서,
상기 복수의 화소는 행렬 형상으로 배열되고,
상기 제1 차광 화소군과 상기 제2 차광 화소군은 열방향에서 소정의 화소 간격으로 규칙적으로 배열되는
상기 (5) 또는 (6)에 기재된 고체 촬상 장치.
(8)
상기 제1 차광 화소군과 상기 제2 차광 화소군은 동일한 색의 화소로 이루어지는 상기 화소군의 배치 위치에 대응하여 배치되는
상기 (5) 내지 (7) 중 어느 것에 기재된 고체 촬상 장치.
(9)
상기 복수의 화소는 적(R), 녹(G), 및 청(B)의 컬러 필터에 따라, 적(R)의 화소, 녹(G)의 화소, 및 청(B)의 화소를 포함하고,
상기 제1 차광 화소군과 상기 제2 차광 화소군은 백(W)의 화소로서 구성되는
상기 (8)에 기재된 고체 촬상 장치.
(10)
상기 배열 패턴은 베이어 배열인
상기 (1) 내지 (9) 중 어느 것에 기재된 고체 촬상 장치.
(11)
상기 제1 차광 화소군과 상기 제2 차광 화소군을 구성하는 화소는 위상차 검출용의 화소로서 구성되는
상기 (4) 내지 (9) 중 어느 것에 기재된 고체 촬상 장치.
(12)
복수의 화소가 2차원 형상으로 배열된 화소 어레이부를 구비하고,
상기 화소 어레이부는, 근방의 동일한 색의 화소로 이루어지는 화소군이 규칙적으로 배열된 배열 패턴을 가지며,
상기 배열 패턴으로 배열되는 복수의 화소군 중 광의 입사측의 일부를 차광한 화소로 이루어지는 화소군인 차광 화소군을 구성하는 화소는 동일한 방향 측이 차광되어 있는
고체 촬상 장치를 포함하는 촬상부와,
상기 차광 화소군의 출력으로부터 얻어지는 위상차 검출의 결과에 기초하여, 오토 포커스 제어를 행하는 제어부를 구비하는
전자 기기.
10: CMOS 이미지 센서
11: 화소 어레이부
12: 수직 구동 회로
21: 화소 구동선
22: 수직 신호선
100: 화소
111: 온 칩 렌즈
112: 포토 다이오드
113: 컬러 필터
114: 차광부
200: 화소군
210: 비교기
1000: 전자 기기
1012: 촬상부
1014: 제어부
1020: 구동부
12031: 촬상부

Claims (12)

  1. 복수의 화소가 2차원 형상으로 배열된 화소 어레이부를 구비하고,
    상기 화소 어레이부는, 근방의 동일한 색의 화소로 이루어지는 화소군이 규칙적으로 배열된 배열 패턴을 가지며,
    상기 배열 패턴으로 배열되는 복수의 화소군 중 광의 입사측의 일부를 차광한 화소로 이루어지는 화소군인 차광 화소군을 구성하는 화소는 동일한 방향 측이 차광되어 있는, 고체 촬상 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 화소는, 1개의 온 칩 렌즈에 대해, 1개의 광전 변환소자를 형성하고 있는, 고체 촬상 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 화소군은 2×2의 4화소로 구성되고,
    상기 차광 화소군을 구성하는 4화소는 동일한 방향 측이 차광되어 있는, 고체 촬상 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 화소군은 근방의 동일한 색의 화소에 의해 화소 회로를 공유한 공유 화소로서 구성되며, 부유 확산 영역을 공유하고 있는, 고체 촬상 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 차광 화소군은, 광의 입사측에서 본 경우에, 좌측의 영역이 차광된 화소로 이루어지는 제1 차광 화소군, 또는 우측의 영역이 차광된 화소로 이루어지는 제2 차광 화소군을 포함하고,
    상기 제1 차광 화소군과 상기 제2 차광 화소군이 조가 되어, 상기 배열 패턴으로 배열되는, 고체 촬상 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 화소 어레이부에 있어서,
    상기 복수의 화소는 행렬 형상으로 배열되고,
    상기 제1 차광 화소군은 행방향에서 소정의 화소 간격으로 규칙적으로 배열되고,
    상기 제2 차광 화소군은 행방향에서 소정의 화소 간격으로 규칙적으로 배열되는, 고체 촬상 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 화소 어레이부에 있어서,
    상기 복수의 화소는 행렬 형상으로 배열되고,
    상기 제1 차광 화소군과 상기 제2 차광 화소군은 열방향에서 소정의 화소 간격으로 규칙적으로 배열되는, 고체 촬상 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제1 차광 화소군과 상기 제2 차광 화소군은 동일한 색의 화소로 이루어지는 상기 화소군의 배치 위치에 대응하여 배치되는, 고체 촬상 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 화소는 적(R), 녹(G), 및 청(B)의 컬러 필터에 따라, 적(R)의 화소, 녹(G)의 화소, 및 청(B)의 화소를 포함하고,
    상기 제1 차광 화소군과 상기 제2 차광 화소군은 백(W)의 화소로서 구성되는, 고체 촬상 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 배열 패턴은 베이어 배열(Bayer array)인, 고체 촬상 장치.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 제1 차광 화소군과 상기 제2 차광 화소군을 구성하는 화소는 위상차 검출용의 화소로서 구성되는, 고체 촬상 장치.
  12. 복수의 화소가 2차원 형상으로 배열된 화소 어레이부를 구비하고,
    상기 화소 어레이부는, 근방의 동일한 색의 화소로 이루어지는 화소군이 규칙적으로 배열된 배열 패턴을 가지며,
    상기 배열 패턴으로 배열되는 복수의 화소군 중 광의 입사측의 일부를 차광한 화소로 이루어지는 화소군인 차광 화소군을 구성하는 화소는 동일한 방향 측이 차광되어 있는
    고체 촬상 장치를 포함하는 촬상부와,
    상기 차광 화소군의 출력으로부터 얻어지는 위상차 검출의 결과에 기초하여, 오토 포커스 제어를 행하는 제어부를 구비하는, 전자 기기.
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