JP2023038121A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】３値以上の多数の容量値に変更することができ、十分な容量値の可変量を得ることができる固体撮像装置を提供する。【解決手段】固体撮像装置は、光電変換により光から電荷を生成する光電変換素子と、光電変換素子に接続された転送トランジスタと、光電変換素子及び転送トランジスタを複数配列した画素と、画素の複数の光電変換素子にそれぞれ転送トランジスタを介在させて共有接続され、電荷を転送するフローティングディフュージョンと、フローティングディフュージョンに接続され、電荷を電気信号に変換する画素回路と、フローティングディフュージョンに第１主電極が接続され、フローティングディフュージョンの電荷量に応じて導通状態及び非導通状態を制御する第１制御信号が第１制御電極に入力されるスイッチと、スイッチの第２主電極に第１電極が接続され、電荷量に応じて容量値を制御する第２制御信号が第２電極に入力される可変容量とを備えている。【選択図】図１

Description

本開示は、固体撮像装置に関する。

特許文献１には、固体撮像装置が開示されている。固体撮像装置の画素は、フォトダイオードと、転送トランジスタと、フローティングディフュージョンと、ソースフォロワトランジスタと、容量可変部とを備えている。
フォトダイオードでは、光から変換された電荷が蓄積される。フォトダイオードにおいて蓄積された電荷は、転送トランジスタにより、フローティングディフュージョンを通してソースフォロワトランジスタに転送される。ソースフォロワトランジスタでは、転送される電荷量に応じた利得を持って、電荷が電圧信号に変換される。容量変換部はフローティングディフュージョンに接続されている。この容量変換部には容量変更信号が入力される。
このように構成される固体撮像装置では、容量変更信号により容量変換部の容量値を変更し、この結果としてフローティングディフュージョンに付加される容量値を変化させ、変換利得を切り替えることができる。

特開２０１６－２１９８５７号公報

上記固体撮像装置では、容量変換部の容量値の変更が２値に限られている。また、フローティングディフュージョンには寄生容量が付加されるので、十分な容量値の可変量が得られない。
さらに、容量変換部がＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）型容量により構成されていると、フローティングディフュージョンに転送される電荷（電位）の変動に応じて、容量変換部の容量値が変化する。このため、変化効率のリニアリティ（linearity）を保つことができない。

従って、３値以上の多数の容量値に変更することができ、十分な容量値の可変量を得ることができる固体撮像装置の開発が望まれている。さらに、変換効率のリニアリティを保つことができる固体撮像装置の開発が望まれている。

本開示の一実施態様に係る固体撮像装置は、光電変換により光から電荷を生成する光電変換素子と、光電変換素子に接続された転送トランジスタと、光電変換素子及び転送トランジスタを複数配列した画素と、画素の複数の光電変換素子にそれぞれ転送トランジスタを介在させて共有接続され、電荷を転送するフローティングディフュージョンと、フローティングディフュージョンに接続され、電荷を電気信号に変換する画素回路と、フローティングディフュージョンに第１主電極が接続され、フローティングディフュージョンの電荷量に応じて導通状態及び非導通状態を制御する第１制御信号が第１制御電極に入力されるスイッチと、スイッチの第２主電極に第１電極が接続され、電荷量に応じて容量値を制御する第２制御信号が第２電極に入力される可変容量とを備えている。
ここで、スイッチ及び可変容量は容量可変回路を構成している。可変容量はｐチャネル導電型絶縁ゲート電界効果トランジスタにより構成されている。

本開示の第１実施の形態に係る固体撮像装置の画素、画素回路及び容量可変回路を含む回路図である。 図１に示される画素、画素回路及び容量可変回路を含む固体撮像装置の概略的な縦断面構成図である。 図２に示される画素の平面構成図である。 図２に示される画素回路及び容量可変回路の平面構成図である。 図４に示される容量可変回路を構成する可変容量の概略的な拡大平面構成図である。 図１に示される固体撮像装置の読出動作を説明するタイムチャートである。 図１に示される固体撮像装置の読出動作に対応した変換効率を説明する表である。 図１に示される固体撮像装置の読出動作において変換効率の補正動作を説明する図１を簡略化した回路図である。 第１実施の形態の第１変形例に係る固体撮像装置の読出動作に対応した変換効率を説明する表である。 本開示の第２実施の形態に係る固体撮像装置の画素、画素回路及び容量可変回路を含む図１に対応する回路図である。 本開示の第３実施の形態に係る固体撮像装置の容量可変回路を含む図７Ｂに対応する回路図である。 本開示の第４実施の形態に係る固体撮像装置の画素及び配線の配列構成を示すブロック回路図である。 本開示の第５実施の形態に係る固体撮像装置の画素及び配線の配列構成を示す図１１に対応するブロック回路図である。 本開示の実施の形態に係る第１応用例であって、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。 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。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１実施の形態
第１実施の形態は、固体撮像装置に、本技術を適用した例を説明する。第１実施の形態は、固体撮像装置の回路構成、縦断面構成、平面構成並びに読出動作について、詳細に説明する。また、第１実施の形態の第１変形例に係る固体撮像装置は、多数の容量値を設定可能な容量可変回路について説明する。さらに、第１実施の形態の第２変形例に係る固体撮像装置は、容量可変回路の可変容量の構成を変えた例について説明する。
２．第２実施の形態
第２実施の形態は、第１実施の形態に係る固体撮像装置において、容量可変回路の構成を変えた第１例を説明する。
３．第３実施の形態
第３実施の形態は、第１実施の形態に係る固体撮像装置において、容量可変回路の構成を変えた第２例を説明する。
４．第４実施の形態
第４実施の形態は、第１実施の形態に係る固体撮像装置において、容量可変回路に制御信号を入力する制御信号配線を共有する第１例を説明する。
５．第５実施の形態
第５実施の形態は、第１実施の形態に係る固体撮像装置において、容量可変回路に制御信号を入力する制御信号配線を共有する第２例を説明する。
６．移動体への応用例
移動体制御システムの一例である車両制御システムに本技術を適用した例を説明する。
７．その他の実施の形態

＜１．第１実施の形態＞
図１～図８を用いて、本開示の第１実施の形態に係る固体撮像装置１を説明する。

ここで、図中、適宜、図示されている矢印Ｘ方向は、便宜的に平面上に載置された固体撮像装置１の１つの平面方向を示している。矢印Ｙ方向は、矢印Ｘ方向に対して直交する他の１つの平面方向を示している。また、矢印Ｚ方向は、矢印Ｘ方向及び矢印Ｙ方向に対して直交する上方向を示している。つまり、矢印Ｘ方向、矢印Ｙ方向、矢印Ｚ方向は、丁度、三次元座標系のＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に各々一致している。
なお、これらの各方向は、説明の理解を助けるために図示されており、本技術の方向を限定するものではない。

［固体撮像装置１の構成］
（１）固体撮像装置１の画素１００及び画素回路２００の回路構成
図１は、固体撮像装置１を構築する画素１００及び画素回路２００の回路構成の一例を示している。

１つの画素１００は、複数の光電変換素子（Photodiode）１０１と、複数の転送トランジスタ１０２とを備えている。ここでは、一例として、４つの光電変換素子１０１と、この４つの光電変換素子１０１に対応してそれぞれ配設された４つの転送トランジスタ１０２とを備え、１つの画素１００が形成されている。

光電変換素子１０１のアノード端子は、例えば基準電位ＧＮＤに接続されている。光電変換素子１０１のカソード端子は、転送トランジスタ１０２の一方の端子に接続されている。つまり、１つの光電変換素子１０１及び１つの転送トランジスタ１０２は直列回路を構成している。表現を代えれば、複数の光電変換素子１０１毎に転送トランジスタ１０２のそれぞれが接続されている。
光電変換素子１０１は、光電変換により、固体撮像装置１の外部から入射された光から電荷を生成する。

転送トランジスタ１０２の他方の端子は、フローティングディフュージョン（Floating Diffusion）１０４を介在させて画素回路２００に接続されている。ここでは、４つの転送トランジスタ１０２は１つのフローティングディフュージョン１０４に共有接続されている。表現を代えれば、１つの画素１００には共有接続される１つのフローティングディフュージョン１０４が配設されている。また、複数の転送トランジスタ１０２のそれぞれの制御端子には、水平走査信号ＴＲＧが入力される。
転送トランジスタ１０２は、フローティングディフュージョン１０４を通して、光電変換素子１０１により生成された電荷を画素回路２００に転送する。

画素回路２００は、リセットトランジスタ２０１と、増幅トランジスタ２０２と、選択トランジスタ２０３とを備えている。ここでは、４つの光電変換素子１０１及び４つの転送トランジスタ１０２毎に、１つの画素回路２００が配設されている。

転送トランジスタ１０２の他方の端子は、リセットトランジスタ２０１の一方の端子及び増幅トランジスタ２０２の制御端子に接続されている。
リセットトランジスタ２０１の他方の端子は電源電位ＶＤＤに接続されている。また、リセットトランジスタ２０１の制御端子にはリセット信号ＲＳＴが入力される。
増幅トランジスタ２０２の一方の端子は選択トランジスタ２０３の一方の端子に接続されている。増幅トランジスタ２０２の他方の端子は電源電位ＶＤＤに接続されている。増幅トランジスタ２０２では、フローティングディフュージョン１０４を通して転送される電荷の電荷量に応じた利得を持って電気信号（電圧信号）が生成される。
選択トランジスタ２０３の他方の端子は垂直信号線ＶＳＬに接続されている。また、選択トランジスタ２０３の制御端子には選択信号ＳＥＬが入力される。

（２）容量可変回路３００の回路構成
画素１００と画素回路２００とを接続するフローティングディフュージョン１０４には、容量可変回路３００が電気的に並列に接続されている。ここでは、１つのフローティングディフュージョン１０４に１つの容量可変回路３００が配設されている。
容量可変回路３００は、スイッチ３０１と、可変容量３０２とを主要な構成要素として備えている。さらに、容量可変回路３００は容量３０３も備えている。

スイッチ３０１は、第１導電型の絶縁ゲート電界効果トランジスタ（ＩＧＦＥＴ：Insulated Gate Field Effect Transistor）により構成されている。第１導電型は、ここでは「ｎ型」である。また、ＩＧＦＥＴには、金属体－酸化膜－半導体型ＩＧＦＥＴ（ＭＯＳＦＥＴ：Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）及び金属体－絶縁体－半導体型ＩＧＦＥＴ（ＭＩＳＦＥＴ：Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor）が含まれている。
スイッチ３０１の一方の端子（第１主電極）は、フローティングディフュージョン１０４に電気的に並列に接続されている。スイッチ３０１の他方の端子（第２主電極）は、可変容量３０２の一方の電極（第１電極）に接続されている。スイッチ３０１の制御端子（第１制御電極）には第１制御信号ＶＣ１が入力される。第１制御信号ＶＣ１は、フローティングディフュージョン１０４に転送される電荷の電荷量に応じて、スイッチ３０１の導通（ＯＮ）状態及び非導通（ＯＦＦ）状態を制御する信号である。

可変容量３０２の他方の電極（第２電極）には第２制御信号ＶＣ２が入力される。第２制御信号ＶＣ２は、第１制御信号ＶＣ１と同様に、フローティングディフュージョン１０４に転送される電荷の電荷量に応じて、可変容量３０２の容量値を制御する信号である。
可変容量３０２は、例えば金属体－絶縁体－半導体（ＭＩＳ：Metal Insulator Semiconductor）型バリアブルキャパシタンスダイオード（Variable Capacitance Diode）構造により構成されている。ＭＩＳ型バリアブルキャパシタンスダイオード構造には、金属体－酸化膜－半導体（ＭＯＳ：Metal Oxide Semiconductor）型バリアブルキャパシタンスダイオード構造が含まれている。つまり、可変容量３０２では、一方の電極が金属体とされ、他方の電極が半導体とされている。電極間に印加される電圧差に応じて、半導体内の空乏層の伸びが変化し、可変容量３０２の容量値が変化する。一般的に、電圧差が「小」のとき容量値は「小」であり、電圧差が「大」のとき容量値は「大」である。
さらに、可変容量３０２は、第１実施の形態において、第２導電型のＩＧＦＥＴを利用して構成されている。ここで、第２導電型は、第１導電型とは反対導電型の「ｐ型」である。可変容量３０２の具体的な構造は後に詳述する。

容量３０３は、可変容量３０２の一方の電極と他方の電極との間に、電気的に並列に接続されている。容量３０３は、寄生容量を利用して構成されている。容量３０３の具体的な構造は後に詳述する。

なお、フローティングディフュージョン１０４には、寄生容量１０４Ｃが付加されている。

（３）画素１００及び画素回路２００の具体的な構成
図２は、固体撮像装置１の縦断面構成の一例を模式的に示している。図３は、光電変換素子１０１及び転送トランジスタ１０２を含む画素１００の平面構成の一例を示している。また、図４は、画素回路２００及び容量可変回路３００の平面構成の一例を示している。

固体撮像装置１は、ここでは裏面照射型イメージセンサとして構成されている。図２に示されるように、矢印Ｙ方向に見て（以下、単に「側面視において」という。）、固体撮像装置１は、第１基体１０と、第２基体２０とを順次積層して構成されている。つまり、第１基体１０上には第２基体２０が積層され、第２基体２０は第１基体１０に接合されている。

第１基体１０は、第１半導体層１１と、第１半導体層１１の第２基体２０側に配設された第１配線層１２とを備えている。第１半導体層１１は例えば単結晶珪素（Ｓｉ）により形成されている。
第１半導体層１１には画素１００が構成されている。画素１００の光電変換素子１０１は、詳細な構造を省略しているが、ｎ型半導体領域とｐ型半導体領域とを備え、双方のｐｎ接合により構成されている。
光電変換素子１０１の光入射側には、図示省略の電荷固定膜及び絶縁膜を介在させて、受光レンズ１３が配設されている。受光レンズ１３は画素１００毎又は光電変換素子１０１毎に配設されている。受光レンズ１３では、光電変換素子１０１へ入射する光を集光させることができる。ここで、光入射側とは、側面視において、第１半導体層１１の第２基体２０側とは反対側である。

画素１００の転送トランジスタ１０２は、同様に詳細な構造を省略しているが、第１半導体層１１の第２基体２０側の表面部に構成されている。転送トランジスタ１０２は第１導電型ＩＧＦＥＴ、つまりｎチャネル導電型ＩＧＦＥＴにより構成されている。転送トランジスタ１０２は、符号省略のソース領域及びドレイン領域である一対の主電極（端子）と、チャネル形成領域と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極（制御電極）とを備えている。一対の主電極はｎ型半導体領域である。

図２及び図３に示されるように、画素１００と矢印Ｘ方向及び矢印Ｙ方向に隣接する他の画素１００との間には画素分離領域１４が配設されている。また、光電変換素子１０１と矢印Ｘ方向及び矢印Ｙ方向に隣接する他の光電変換素子１０１との間には素子分離領域１５が配設されている。画素分離領域１４、素子分離領域１５は、いずれも隣接する画素１００同士、隣接する光電変換素子１０１同士を光学的、かつ、電気的に分離する。
図３に示されるように、ここでは、矢印Ｘ方向に配列された２つの光電変換素子１０１及び矢印Ｙ方向に配列された２つの光電変換素子１０１の合計４つの光電変換素子１０１により１つの画素１００が構築されている。

図２に示されるように、第１配線層１２は、例えば多層配線構造を構築する配線１２１、層間絶縁膜としての符号省略の絶縁体等を備えている。また、第１配線層１２には、第１配線層１２から第２基体２０へ貫通する貫通配線の一部が配設されている。この貫通配線は例えばフローティングディフュージョン１０４として形成されている。貫通配線は例えばダングステン（Ｗ）等の配線材料により形成されている。

第２基体２０は、第２半導体層２１と、第２半導体層２１の第１基体１０側とは反対側に配設された第２配線層２２とを備えている。第２半導体層２１は単結晶珪素により形成されている。
図２及び図４に示されるように、第２半導体層２１には画素回路２００及び容量可変回路３００が構成されている。つまり、第２半導体層２１には、画素回路２００のリセットトランジスタ２０１、増幅トランジスタ２０２及び選択トランジスタ２０３が構成されている（図１参照）。ここで、増幅トランジスタ２０２には「ＡＭＰ」と表記する場合がある。第２半導体層２１には、更に、容量可変回路３００のスイッチ３０１、可変容量３０２及び容量３０３が構成されている。

画素回路２００は第２半導体層２１の第１基体１０側とは反対側の主面部に配設されている。ここで、主面部とは、トランジスタ、容量、抵抗等を形成する主要な表面部位という意味において使用されている。

図２及び図４に示されるように、リセットトランジスタ２０１は、素子分離領域２１１により周囲を囲まれ、第２半導体層２１の他の領域から電気的に分離された半導体領域２１２内において、半導体領域２１２の主面部に配設されている。特に構造は限定されないが、ここでは、素子分離領域２１１にはトレンチアイソレーション構造が採用され、集積度が向上されている。また、半導体領域２１２はｐ型ウエル領域として形成されている。
リセットトランジスタ２０１はｎチャネル導電型ＩＧＦＥＴにより構成されている。リセットトランジスタ２０１は、チャネル形成領域２１３と、ゲート絶縁膜２１４と、ゲート電極（制御電極）２１５と、一対の主電極（端子）２１６とを備えている。一対の主電極２１６は、ソース領域及びドレイン領域であり、ｎ型半導体領域により形成されている。チャネル形成領域２１３は、一対の主電極２１６間において半導体領域２１２の主面部に形成されている。ゲート絶縁膜２１４は、チャネル形成領域２１３に沿って配設され、例えば酸化珪素（ＳｉＯ）膜、窒化珪素（ＳｉＮ）膜又はそれらの積層膜により形成されている。ゲート電極２１５は、ゲート絶縁膜２１４に沿って配設され、例えば多結晶珪素により形成されている。

選択トランジスタ２０３は、素子分離領域２１１により周囲を囲まれ、他の領域から電気的に分離された半導体領域２１２内において、半導体領域２１２の主面部に配設されている。選択トランジスタ２０３は、リセットトランジスタ２０１と同様に、ｎチャネル導電型ＩＧＦＥＴにより構成されている。また、選択トランジスタ２０３は、チャネル形成領域２１３と、ゲート絶縁膜２１４と、ゲート電極（制御電極）２１５と、一対の主電極（端子）２１６とを備えている。

増幅トランジスタ２０２は、素子分離領域２１１により周囲を囲まれ、他の領域から電気的に分離された半導体領域２１２内において、半導体領域２１２の主面部に配設されている。増幅トランジスタ２０２は、リセットトランジスタ２０１と同様に、ｎチャネル導電型ＩＧＦＥＴにより構成されている。また、増幅トランジスタ２０２は、チャネル形成領域２１３と、ゲート絶縁膜２１４と、ゲート電極（制御電極）２１５と、一対の主電極（端子）２１６とを備えている。
ここで、増幅トランジスタ２０２はフィン（Fin）型構造により構成されている。フィン型構造は、ゲート電極２１５のゲート幅方向の両端部を半導体領域２１２の主面から深さ方向へ延設させ、ゲート幅寸法を深さ方向に拡張させる構造である。フィン型構造が採用されると、導通状態において、増幅トランジスタ２０２の電流量を増加させることができる。

画素回路２００のリセットトランジスタ２０１、選択トランジスタ２０３及び増幅トランジスタ２０２は、図４に示されるように、矢印Ｙ方向に見て（以下、単に「平面視において」という。）、１つの画素１００に対応させて、この１つの画素１００の領域内に配設されている。

（４）容量可変回路３００の具体的な構成
容量可変回路３００のスイッチ３０１は、図２及び図４に示されるように、リセットトランジスタ２０１等と同一の構造により構成されている。すなわち、スイッチ３０１は、素子分離領域２１１により周囲を囲まれ、第２半導体層２１の他の領域から電気的に分離された半導体領域２１２内において、半導体領域２１２の主面部に配設されている。スイッチ３０１は、チャネル形成領域２１３と、ゲート絶縁膜２１４と、ゲート電極（第１制御電極）２１５と、一対の主電極（第１主電極及び第２主電極）２１６とを備えている。

容量可変回路３００の可変容量３０２は、第１実施の形態において、ｐチャネル導電型ＩＧＦＥＴを利用して構成されている。つまり、可変容量３０２は、素子分離領域２１１により周囲を囲まれ、第２半導体層２１の他の領域から電気的に分離された半導体領域２１７内において、半導体領域２１７の主面部に配設されている。半導体領域２１７はｎ型ウエル領域として形成されている。可変容量３０２は、半導体領域（第１半導体領域）２１７と、チャネル形成領域２１８と、ゲート絶縁膜２１４と、ゲート電極（第２制御電極）２１５と、一対の主電極（第３主電極及び第４主電極）２１９とを備えている。主電極２１９はｐ型半導体領域により形成されている。
つまり、可変容量３０２は、半導体領域２１７を第１電極とし、半導体領域２１７に絶縁体としてゲート絶縁膜２１４を介在させて形成されたゲート電極２１５を第２電極として構成されている。さらに、可変容量３０２では、一対の主電極２１９は電気的に短絡されている。

図４及び図５に示されるように、平面視において、可変容量３０２では、ゲート電極２１５が矩形状に形成されている。そして、ゲート電極２１５の３つの側面周囲に沿って一対の主電極２１９間を短絡させる配線（第１配線）２２１が延設されている。さらに、可変容量３０２では、ゲート電極２１５に対向させて配置され、かつ、ゲート電極２１５に電気的に接続される配線（第２配線）２２２が配設されている。配線２２１及び配線２２２は、ゲート電極２１５よりも上層であって、第２配線層２２に形成されている。
つまり、平面視においてＵ字形状を有する配線２２１の中間部に、平面視においてＩ字形状を有する配線２２２が入り込むレイアウトに構成されている。このため、配線２２１と配線２２２との対向面積を増やして、配線２２１と配線２２２との間に付加される寄生容量値が増加されている。この寄生容量は容量可変回路３００の容量３０３を構成している。

容量可変回路３００のスイッチ３０１、可変容量３０２及び容量３０３は、図４に示されるように、平面視において、１つの画素１００に対応させて、この画素１００の領域内に画素回路２００と共に配設されている。

図２に示されるように、第２配線層２２は、多層配線構造を構築する配線２２１、配線２２２及び層間絶縁膜としての図示省略の絶縁体等を備えている。

なお、第１実施の形態に係る固体撮像装置１は、第２基体２０の第１基体１０側とは反対側に、更に第３基体を備えてもよい。第３基体には、例えば画素回路２００を制御する制御回路、画素回路２００から読み出された電気信号を処理する処理回路等のロジック回路、又は情報を記憶するメモリ回路等が配設可能である。

［固体撮像装置１の画素回路２００及び容量可変回路３００の動作］
図６は、固体撮像装置１の画素回路２００及び容量可変回路３００の動作の一例を示している。横軸は時間を示し、縦軸には各信号が示されている。

まず、画素回路２００では、選択トランジスタ２０３の制御端子にハイレベルの選択信号ＳＥＬが入力されると、選択トランジスタ２０３は導通状態に制御される。引き続き、リセットトランジスタ２０１の制御端子にロウレベルのリセット信号ＲＳＴが入力され、リセットトランジスタ２０１は非導通状態に制御される。
この後、転送トランジスタ１０２の制御端子に転送信号ＴＲＧが入力されると、光電変換素子１０１の光電変換により生成された電荷がフローティングディフュージョン１０４を通して増幅トランジスタ２０２の制御端子に入力される。増幅トランジスタ２０２では、フローティングディフュージョン１０４を通して転送される電荷の電荷量（電子数）に応じた利得を持って電気信号が生成される。

ここで、容量可変回路３００では、リセット信号ＲＳＴのタイミングに合わせて、第１制御信号ＶＣ１がスイッチ３０１の制御端子に入力され、第２制御信号ＶＣ２が可変容量３０２の第２電極に入力される。
図６には、一例として、ハイレベルの第１制御信号ＶＣ１がスイッチ３０１の制御端子に入力され、ロウレベルの第２制御信号ＶＣ２が可変容量３０２の第２電極に入力されている。このとき、スイッチ３０１は導通状態に制御され、可変容量３０２により生成される容量値は「大」に制御される。

図７Ａに、固体撮像装置１の読出動作に対応した変換効率を説明する表が示されている。例えば、１つの画素１００において、複数の光電変換素子１０１により生成される電荷が少なく、フローティングディフュージョン１０４に転送される電荷の電荷量が「小」のとき、第１制御信号ＶＣ１はロウレベルとされ、スイッチ３０１は非導通状態に制御される。
生成される電荷が少ないとは、１つの画素１００において、複数の光電変換素子１０１により生成された合計の電荷が少ない場合、複数の光電変換素子１０１の特定の光電変換素子１０１のみ稼働させて生成された電荷が少ない場合のいずれも含まれている。
このとき、第２制御信号ＶＣ２はフローテイング状態とされる。これにより、可変容量３０２の容量値は「小」となり、増幅トランジスタ２０２での変換効率を「大」に制御することができる（ステート１）。

また、フローティングディフュージョン１０４に転送される電荷の電荷量が「中」のとき、第１制御信号ＶＣ１はハイレベルとされ、スイッチ３０１は導通状態に制御される。このとき、第２制御信号ＶＣ２はハイレベルとされる。これにより、可変容量３０２の容量値は「中」となり、増幅トランジスタ２０２での変換効率を「中」に制御することができる（ステート２）。
そして、フローティングディフュージョン１０４に転送される電荷の電荷量が「大」のとき、第１制御信号ＶＣ１はハイレベルとされ、スイッチ３０１は導通状態に制御される。このとき、第２制御信号ＶＣ２はロウレベルとされる。これにより、可変容量３０２の容量値は「大」となり、増幅トランジスタ２０２での変換効率を「小」に制御することができる（ステート３）。

図７Ｂに、容量可変回路３００を模式化した回路構成を示している。第１実施の形態では、可変容量３０２がｐチャネル導電型ＩＧＦＥＴを利用して構成されている。フローティングディフュージョン１０４に転送される電荷の電荷量（電子数）が増加すると、フローティングディフュージョン１０４の電位が下がる。これに伴い、フローティングディフュージョン１０４に付加される寄生容量１０４Ｃの容量値は上昇する。
ところが、可変容量３０２は、ｐチャネル導電型ＩＧＦＥＴを利用して構成されているので、逆に容量値が下がる。つまり、フローティングディフュージョン１０４の電位変動により引き起こされる寄生容量１０４Ｃの容量変動に対して、可変容量３０２の容量値は補正する方向に変動する。

［作用効果］
第１実施の形態に係る固体撮像装置１は、図１～図５に示されるように、光電変換素子１０１と、転送トランジスタ１０２と、光電変換素子１０１及び転送トランジスタ１０２を複数配列した画素１００と、フローティングディフュージョン１０４と、画素回路２００と、容量可変回路３００とを備える。
光電変換素子１０１は、光電変換により光から電荷を生成する。転送トランジスタ１０２は、光電変換素子１０１に接続される。フローティングディフュージョン１０４は、画素１００の複数の光電変換素子１０１にそれぞれ転送トランジスタ１０２を介在させて共有接続され、電荷を転送する。画素回路２００は、フローティングディフュージョン１０４に接続され、電荷を電気信号に変換する。
ここで、容量可変回路３００は、スイッチ３０１と、可変容量３０２とを少なくとも備える。スイッチ３０１は、フローティングディフュージョン１０４に一方の主電極（第１主電極）２１６が接続され、フローティングディフュージョン１０４の電荷量に応じて導通状態及び非導通状態を制御する第１制御信号ＶＣ１がゲート電極（第１制御電極）２１５に入力される。可変容量３０２は、スイッチ３０１の他方の主電極（第２主電極）２１６に第１電極が接続され、電荷量に応じて容量値を制御する第２制御信号ＶＣ２が第２電極に入力される。
容量可変回路３００では、第１制御信号ＶＣ１によるスイッチ３０１の導通状態及び非導通状態の制御、並びに第２制御信号ＶＣ２による可変容量３０２の容量値の制御により、３値の多数の容量値に変更することができる。このため、十分な容量値の可変量を得ることができるので、変換効率の可変レンジを広げることができる。

また、固体撮像装置１では、図７Ａに示されるように、容量可変回路３００のスイッチ３０１は、フローティングディフュージョン１０４の電荷量が「小」のとき非導通状態に制御され、電荷量が「中」又は「大」のとき導通状態に制御される。可変容量３０２は、電荷量が「小」のとき容量値を「小」に制御し、電荷量が「中」のとき容量値を「中」に制御し、電荷量が「大」のとき前記容量値を「大」に制御する。
これにより、容量可変回路３００において、変換効率を「大」、「中」、「小」の３値に制御することがきるので、変換効率の可変レンジを広げることができる。

さらに、固体撮像装置１では、図１、図２及び図４に示されるように、容量可変回路３００のスイッチ３０１は、ｎチャネル導電型ＩＧＦＥＴである。一方、容量可変回路３００の可変容量３０２は、ＭＩＳ型バリアブルキャパシタンスダイオード構造により構成される。このため、変換効率の可変レンジを広げることができる容量可変回路３００が簡易に実現可能である。

また、固体撮像装置１では、図２、図４、図５及び図７Ｂに示されるように、容量可変回路３００の可変容量３０２がｐチャネル導電型ＩＧＦＥＴにより構成される。つまり、可変容量３０２は、他の領域から電気的に分離された半導体領域（第１半導体領域）２１７を第１電極とし、半導体領域２１７にゲート絶縁膜（絶縁体）２１４を介在させて形成されたゲート電極（第２制御電極）を第２電極として構成される。一対の主電極（第３主電極及び第４主電極）２１９は短絡される。
このため、フローティングディフュージョン１０４の電位変動により引き起こされる寄生容量１０４Ｃの容量変動に対して、可変容量３０２の容量値は補正する方向に変動する。従って、容量可変回路３００では、変換効率のリニアリティを保つことができる。

さらに、固体撮像装置１では、図１に示されるように、容量可変回路３００の可変容量３０２は、第１電極と第２電極との間に、電気的に並列に接続された容量３０３を更に備える。容量３０３により可変容量３０２の容量値の変化量を広げることができる。

また、固体撮像装置１では、図１及び図５に示されるように、容量可変回路３００の可変容量３０２はｐチャネル導電型ＩＧＦＥＴにより構成される。そして、配線（第１配線）２２１及び配線（第２配線）２２２が配設される。配線２２１は、ゲート電極（第２制御電極）２１５の側面周囲に沿って延設され、一対の主電極（第３主電極及び第４主電極）２１９間を短絡させる。配線２２２は、ゲート電極２１５に対向させて配置され、かつ、ゲート電極２１５に電気的に接続され、第２制御信号ＶＣ２を入力する。
このため、容量３０３を構築する寄生容量の容量値を増加させることができるので、可変容量３０２の容量値の変化量を更に広げることができる。

［第１変形例］
次に、図８を用いて、第１実施の形態の第１変形例に係る固体撮像装置１を説明する。なお、第１変形例並びにこれ以降に説明する変形例、又は第２実施の形態並びにそれ以降に説明する実施の形態において、第１実施の形態に係る固体撮像装置１の構成要素と同一の構成要素又は実質的に同一の構成要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

図８に、第１変形例に係る固体撮像装置１の読出動作に対応した変換効率を説明する表が示されている。ここでの説明には、図１に示される回路図が参照される。
１つの画素１００において、複数の光電変換素子１０１により生成される電荷が少なく、フローティングディフュージョン１０４に転送される電荷の電荷量が「小」のとき、第１制御信号ＶＣ１はロウレベルとされ、スイッチ３０１は非導通状態に制御される。
このとき、第２制御信号ＶＣ２はフローテイング状態とされる。これにより、可変容量３０２の容量値は「小」となる。フローティングディフュージョン１０４に付加される容量値は、スイッチ３０１が非導通状態にあるので、寄生容量１０４Ｃの容量値のみになる。寄生容量１０４Ｃの容量値は例えば２ｆである。これにより、増幅トランジスタ２０２での変換効率を「大」に制御することができる（ステート１）。

また、フローティングディフュージョン１０４に転送される電荷の電荷量が「中」のとき、第１制御信号ＶＣ１はハイレベルとされ、スイッチ３０１は導通状態に制御される。このとき、第２制御信号ＶＣ２はハイレベルとされる。フローティングディフュージョン１０４に付加される容量値は、スイッチ３０１が導通状態にあるので、寄生容量１０４Ｃの容量値に容量可変回路３００の容量３０３の容量値を加算した容量値になる。この加算された容量値は例えば３ｆである。これにより、容量可変回路３００により生成される容量値は「中」となり、増幅トランジスタ２０２での変換効率を「中」に制御することができる（ステート２）。

また、フローティングディフュージョン１０４に転送される電荷の電荷量が「大」のとき、第１制御信号ＶＣ１はハイレベルとされ、スイッチ３０１は導通状態に制御される。このとき、第２制御信号ＶＣ２はロウレベルとされる。フローティングディフュージョン１０４に付加される容量値は、スイッチ３０１が導通状態にあるので、寄生容量１０４Ｃの容量値に、容量可変回路３００の可変容量３０２及び容量３０３の容量値を加算した容量値になる。この加算された容量値は例えば４ｆである。これにより、可変容量３０２の容量値は「大」となり、増幅トランジスタ２０２での変換効率を「小」に制御することができる（ステート４）。

さらに、フローティングディフュージョン１０４に転送される電荷の電荷量が「大」と「中」との「中間」のとき、第１制御信号ＶＣ１はハイレベルとされ、スイッチ３０１は導通状態に制御される。このとき、第２制御信号ＶＣ２はハイレベルとロウレベルとの中間レベルとされる。フローティングディフュージョン１０４に付加される容量値は、スイッチ３０１が導通状態にあるので、寄生容量１０４Ｃの容量値に、容量可変回路３００の可変容量３０２及び容量３０３の容量値を加算した容量値になる。この加算された容量値は例えば３．５ｆである。これにより、可変容量３０２の容量値は「大」と「中」との「中間」となり、増幅トランジスタ２０２での変換効率を「小」と「中」との「中間」に制御することができる（ステート３）。

第１変形例に係る固体撮像装置１では、図８に示されるように、容量可変回路３００の可変容量３０２は、フローティングディフュージョン１０４の電荷量が「中」と「大」との「中間」のとき容量値を「中」と「大」との「中間」に制御する。
これにより、容量可変回路３００において、変換効率を「大」、「中」、「中間」、「小」の４値に制御することがきるので、変換効率の可変レンジを更に広げることができる。

さらに、容量可変回路３００では、容量を付加しないステート１の場合、第１制御信号ＶＣ１及び第２制御信号ＶＣ２をロウレベルとすることにより、配線２２１、配線２２２のそれぞれに付加される寄生容量が直列接続となる。このため、第１制御信号ＶＣ１及び第２制御信号ＶＣ２がハイレベルの場合に対して、容量可変回路３００では、可変レンジを広げることができる。

［第２変形例］
第１実施の形態の第２変形例に係る固体撮像装置１では、図１に示される容量可変回路３００の可変容量３０２が、図２に示されるフィン型構造を有する増幅トランジスタ２０２と同様にフィン型構造により構成されている。
このように構成される固体撮像装置１では、可変容量３０２にフィン型構造が採用されるので、可変容量３０２の容量値を増やすことができ、容量可変回路３００の可変レンジを更に広げることができる。

＜２．第２実施の形態＞
図９を用いて、本開示の第２実施の形態に係る固体撮像装置１を説明する。図９は、固体撮像装置１を構築する画素１００、画素回路２００及び容量可変回路３００の回路構成の一例を示している。

第２実施の形態に係る固体撮像装置１は、第１実施の形態に係る固体撮像装置１において、容量可変回路３００に更に可変容量３０４を備えている。可変容量３０４は、ｎチャネル導電型ＩＧＦＥＴ（第３絶縁ゲート電界効果トランジスタ）を利用して構成され、可変容量３０４に電気的に並列に接続されている。ｎチャネル導電型ＩＧＦＥＴは、例えばリセットトランジスタ２０１（図２参照）と同様の構造により構成されている。つまり、ｎチャネル導電型ＩＧＦＥＴは、他の領域から電気的に分離された半導体領域２１２が可変容量３０２の第１電極に接続され、ゲート電極（第３制御電極）２１５が可変容量３０２の第２電極に接続されている。一対の主電極（第５主電極及び第６主電極）２１６は短絡されている。これにより、ＭＩＳ型バリアブルキャパシタンスダイオード構造が構成されている。

第２実施の形態に係る固体撮像装置１では、第１実施の形態に係る固体撮像装置１により得られる作用効果と同様の作用効果を得ることができる。
さらに、固体撮像装置１では、図９に示されるように、容量可変回路３００に更に可変容量３０４を備える。これにより、容量可変回路３００の可変レンジを更に広げることができる。

＜３．第３実施の形態＞
図１０を用いて、本開示の第３実施の形態に係る固体撮像装置１を説明する。図１０は、固体撮像装置１を構築する容量可変回路３００の模式的な回路構成の一例を示している。

第３実施の形態に係る固体撮像装置１では、第１実施の形態に係る固体撮像装置１において、容量可変回路３００は、可変容量３０２と、可変容量３０５とを備えている。可変容量３０５は、第２実施の形態に係る固体撮像装置１の可変容量３０４と同様に、ｎチャネル導電型ＩＧＦＥＴ（第４絶縁ゲート電界効果トランジスタ）を利用して構成され、可変容量３０２に電気的に並列に接続されている。つまり、ｎチャネル導電型ＩＧＦＥＴは、他の領域から電気的に分離された半導体領域２１２が可変容量３０２の第１電極に接続され、ゲート電極（第４制御電極）２１５には第３制御信号ＶＣ３が入力される。一対の主電極（第７主電極及び第８主電極）２１６は短絡されている。これにより、ＭＩＳ型バリアブルキャパシタンスダイオード構造が構成されている。第３制御信号ＶＣ３は、第２制御信号ＶＣ２と同様に、フローティングディフュージョン１０４に転送される電荷の電荷量に応じて容量値を制御する。

第３実施の形態に係る固体撮像装置１では、第１実施の形態に係る固体撮像装置１により得られる作用効果と同様の作用効果を得ることができる。
さらに、固体撮像装置１では、図１０に示されるように、容量可変回路３００に更に可変容量３０５を備える。これにより、容量可変回路３００の可変レンジを更に広げることができる。

＜４．第４実施の形態＞
図１１を用いて、本開示の第４実施の形態に係る固体撮像装置１を説明する。図１１は、固体撮像装置１の画素１００及び配線の配列構成の一例を示している。

第４実施の形態に係る固体撮像装置１は、矢印Ｘ方向、矢印Ｙ方向のそれぞれに複数の画素１００が行列状に配列されている。ここでは、説明を理解し易くするために、矢印Ｘ方向に２つの画素１００が配列され、矢印Ｙ方向に２つの画素１００が配列され、合計４つの画素１００が配列されている。
矢印Ｙ方向の１列目に、矢印Ｘ方向に配列された複数の画素１００に沿って、転送信号配線ＴＲＧｍ、リセット信号配線ＲＳＴｍ、選択信号配線ＳＥＬｍのそれぞれが平行に延設されている。転送信号配線ＴＲＧｍは転送信号ＴＲＧを転送する。リセット信号配線ＲＳＴｍはリセット信号ＲＳＴを転送する。選択信号配線ＳＥＬｍは選択信号ＳＥＬを転送する。転送信号配線ＴＲＧｍ、リセット信号配線ＲＳＴｍ、選択信号配線ＳＥＬｍのそれぞれは、複数の画素１００に接続され、複数の画素１００に共有の信号配線として構成されている。

さらに、転送信号配線ＴＲＧｍ、リセット信号配線ＲＳＴｍ、選択信号配線ＳＥＬｍのそれぞれに平行に第１制御信号配線（２２１）ＶＣ１ｍ及び第２制御信号配線（２２２）ＶＣ２ｍが延設されている。第１制御信号配線（２２１）ＶＣ１ｍ、第２制御信号配線（２２２）ＶＣ２ｍのそれぞれは、画素選択回路３０を介して画素１００のそれぞれに接続されている。

矢印Ｙ方向の２列目に、矢印Ｘ方向に配列された複数の画素１００に沿って、転送信号配線ＴＲＧｎ、リセット信号配線ＲＳＴｎ、選択信号配線ＳＥＬｎのそれぞれが平行に延設されている。転送信号配線ＴＲＧｎは転送信号ＴＲＧを転送する。リセット信号配線ＲＳＴｎはリセット信号ＲＳＴを転送する。選択信号配線ＳＥＬｎは選択信号ＳＥＬを転送する。転送信号配線ＴＲＧｎ、リセット信号配線ＲＳＴｎ、選択信号配線ＳＥＬｎのそれぞれは、複数の画素１００に接続され、複数の画素１００に共有の信号配線として構成されている。

さらに、転送信号配線ＴＲＧｎ、リセット信号配線ＲＳＴｎ、選択信号配線ＳＥＬｎのそれぞれに平行に第１制御信号配線（２２１）ＶＣ１ｎ及び第２制御信号配線（２２２）ＶＣ２ｎが延設されている。第１制御信号配線（２２１）ＶＣ１ｎ、第２制御信号配線（２２２）ＶＣ２ｎのそれぞれは、画素選択回路３０を介して画素１００のそれぞれに接続されている。

矢印Ｘ方向の１行目に、矢印Ｙ方向に配列された複数の画素１００に沿って、信号選択配線ＶＳＬｍが延設されている。信号選択配線ＶＳＬｍは、矢印Ｙ方向に配列された画素１００のそれぞれの画素選択回路３０に接続されている。信号選択配線ＶＳＬｍは、矢印Ｙ方向に配列された画素１００のそれぞれの画素選択回路３０を制御し、第１制御信号ＶＣ１及び第２制御信号ＶＣ２の少なくとも一方の画素１００への入力を制御する制御信号を転送する。
矢印Ｘ方向の２行目に、矢印Ｙ方向に配列された複数の画素１００に沿って、信号選択配線ＶＳＬｎが延設されている。信号選択配線ＶＳＬｎは、矢印Ｙ方向に配列された画素１００のそれぞれの画素選択回路３０に接続されている。信号選択配線ＶＳＬｎは、矢印Ｙ方向に配列された画素１００のそれぞれの画素選択回路３０を制御し、第１制御信号ＶＣ１及び第２制御信号ＶＣ２の少なくとも一方の画素１００への入力を制御する制御信号を転送する。

第４実施の形態に係る固体撮像装置１では、第１実施の形態に係る固体撮像装置１により得られる作用効果と同様の作用効果を得ることができる。
さらに、固体撮像装置１は、複数の画素１００に画素選択回路３０を備える。画素選択回路３０は、信号選択配線ＶＳＬｍ及び信号選択配線ＶＳＬｎを通して転送される選択信号により制御される。このため、第１制御信号配線ＶＣ１ｍ、第１制御信号配線ＶＣ１ｎ、第２制御信号配線ＶＣ２ｍ及び第２制御信号配線ＶＣ２ｎが複数の画素１００において共有されるので、これらの信号配線の配列本数を大幅に削減することができる。よって、固体撮像装置１の画素密度を向上させることができる。

＜５．第５実施の形態＞
図１２を用いて、本開示の第５実施の形態に係る固体撮像装置１を説明する。図１２は、固体撮像装置１の画素１００及び配線の配列構成の一例を示している。

第５実施の形態に係る固体撮像装置１は、矢印Ｘ方向、矢印Ｙ方向のそれぞれに複数の画素１００が行列状に配列されている。
矢印Ｙ方向の１列目に、矢印Ｘ方向に配列された複数の画素１００に沿って、転送信号配線ＴＲＧｍ、リセット信号配線ＲＳＴｍ、選択信号配線ＳＥＬｍのそれぞれが平行に延設されている。転送信号配線ＴＲＧｍ、リセット信号配線ＲＳＴｍ、選択信号配線ＳＥＬｍのそれぞれは、複数の画素１００に接続され、複数の画素１００に共有の信号配線として構成されている。

さらに、転送信号配線ＴＲＧｍ、リセット信号配線ＲＳＴｍ、選択信号配線ＳＥＬｍのそれぞれに平行に第１制御信号配線（２２１）ＶＣ１ｍ及び第２制御信号配線（２２２）ＶＣ２ｘが延設されている。ここでは、第２制御信号配線ＶＣ２ｘが、画素選択回路３１を介して画素１００のそれぞれに接続されている。

矢印Ｙ方向の２列目に、矢印Ｘ方向に配列された複数の画素１００に沿って、転送信号配線ＴＲＧｎ、リセット信号配線ＲＳＴｎ、選択信号配線ＳＥＬｎのそれぞれが平行に延設されている。転送信号配線ＴＲＧｎ、リセット信号配線ＲＳＴｎ、選択信号配線ＳＥＬｎのそれぞれは、複数の画素１００に接続され、複数の画素１００に共有の信号配線として構成されている。

さらに、転送信号配線ＴＲＧｎ、リセット信号配線ＲＳＴｎ、選択信号配線ＳＥＬｎのそれぞれに平行に第１制御信号配線（２２１）ＶＣ１ｎが延設されている。ここでは、第２制御信号配線ＶＣ２ｘが、画素選択回路３１を介して画素１００のそれぞれに接続されている。

矢印Ｘ方向の１行目に、矢印Ｙ方向に配列された複数の画素１００に沿って、信号選択配線ＶＳＬｍが延設されている。信号選択配線ＶＳＬｍは、矢印Ｙ方向に配列された画素１００のそれぞれの画素選択回路３１に接続されている。信号選択配線ＶＳＬｍは、矢印Ｙ方向に配列された画素１００のそれぞれの画素選択回路３１を制御し、第２制御信号ＶＣ２の画素１００への入力を制御する制御信号を転送する。
矢印Ｘ方向の２行目に、矢印Ｙ方向に配列された複数の画素１００に沿って、信号選択配線ＶＳＬｎが延設されている。信号選択配線ＶＳＬｎは、矢印Ｙ方向に配列された画素１００のそれぞれの画素選択回路３１に接続されている。信号選択配線ＶＳＬｎは、矢印Ｙ方向に配列された画素１００のそれぞれの画素選択回路３１を制御し、第２制御信号ＶＣ２の画素１００への入力を制御する制御信号を転送する。

第５実施の形態に係る固体撮像装置１では、第４実施の形態に係る固体撮像装置１により得られる作用効果と同様の作用効果を得ることができる。
さらに、固体撮像装置１は、複数の画素１００に画素選択回路３１を備える。画素選択回路３１は、信号選択配線ＶＳＬｍ及び信号選択配線ＶＳＬｎを通して転送される選択信号により制御される。このため、第２制御信号配線ＶＣ２ｘが複数の画素１００において共有されるので、第２制御信号配線ＶＣ２ｘの配列本数を大幅に削減することができる。よって、固体撮像装置１の画素密度を向上させることができる。

＜６．移動体への応用例＞
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。

図１３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。

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１３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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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１２０３０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。

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１３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。

図１４は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。

図１４では、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１、１２１０２、１２１０３、１２１０４、１２１０５を有する。

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。

なお、図１４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。

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。

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。

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。

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。

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１２０３１に適用され得る。撮像部１２０３１に本開示に係る技術を適用することにより、より簡易な構成の撮像部１２０３１を実現できる。

＜７．その他の実施の形態＞
本技術は、上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において、種々変更可能である。
例えば、上記第１実施の形態から第５実施の形態に係る固体撮像装置のうち、２以上の実施の形態に係る固体撮像装置を組み合わせてもよい。
また、本技術は、４層以上の基体を積層した固体撮像装置に適用可能である。

本開示では、固体撮像装置は、光電変換素子と、転送トランジスタと、光電変換素子及び転送トランジスタを複数配列した画素と、フローティングディフュージョンと、画素回路と、容量可変回路とを備える。
光電変換素子は、光電変換により光から電荷を生成する。転送トランジスタは、光電変換素子に接続される。フローティングディフュージョンは、画素の複数の光電変換素子にそれぞれ転送トランジスタを介在させて共有接続され、電荷を転送する。画素回路は、フローティングディフュージョンに接続され、電荷を電気信号に変換する。
ここで、容量可変回路は、スイッチと、可変容量とを備える。スイッチは、フローティングディフュージョンに第１主電極が接続され、フローティングディフュージョンの電荷量に応じて導通状態及び非導通状態を制御する第１制御信号が第１制御電極に入力される。可変容量は、スイッチの第２主電極に第１電極が接続され、電荷量に応じて容量値を制御する第２制御信号が第２電極に入力される。
容量可変回路では、第１制御信号によるスイッチの導通状態及び非導通状態の制御、並びに第２制御信号による容量値の制御により、３値以上の多数の容量値に変更することができる。このため、十分な容量値の可変量を得ることができるので、変換効率の可変レンジを広げることができる。

また、固体撮像装置では、容量可変回路の可変容量がｐチャネル導電型ＩＧＦＥＴにより構成される。
このため、フローティングディフュージョンの電位変動により引き起こされる寄生容量の容量変動に対して、可変容量の容量値は補正する方向に変動する。従って、容量可変回路では、変換効率のリニアリティを保つことができる。

＜本技術の構成＞
本技術は、以下の構成を備えている。以下の構成を備えることにより、３値以上の多数の容量値に変更することができ、十分な容量値の可変量を得ることができる固体撮像装置を提供することができる。さらに、変換効率のリニアリティを保つことができる固体撮像装置を提供することができる。
（１）光電変換により光から電荷を生成する光電変換素子と、
前記光電変換素子に接続された転送トランジスタと、
前記光電変換素子及び前記転送トランジスタを複数配列した画素と、
前記画素の複数の前記光電変換素子にそれぞれ前記転送トランジスタを介在させて共有接続され、前記電荷を転送するフローティングディフュージョンと、
前記フローティングディフュージョンに接続され、前記電荷を電気信号に変換する画素回路と、
前記フローティングディフュージョンに第１主電極が接続され、前記フローティングディフュージョンの電荷量に応じて導通状態及び非導通状態を制御する第１制御信号が第１制御電極に入力されるスイッチと、
前記スイッチの第２主電極に第１電極が接続され、前記電荷量に応じて容量値を制御する第２制御信号が第２電極に入力される可変容量と
を備えている固体撮像装置。
（２）前記スイッチは、前記電荷量が小のとき非導通状態に制御され、前記電荷量が中又は大のとき導通状態に制御され、
前記可変容量は、前記電荷量が小のとき前記容量値を小に制御し、前記電荷量が中のとき前記容量値を中に制御し、前記電荷量が大のとき前記容量値を大に制御する
前記（１）に記載の固体撮像装置。
（３）前記可変容量は、前記電荷量が中と大との中間のとき前記容量値を中と大との中間に制御する
前記（２）に記載の固体撮像装置。
（４）前記スイッチは、第１導電型の第１絶縁ゲート電界効果トランジスタである
前記（１）から（３）のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
（５）前記可変容量は、半導体を前記第１電極とし、前記半導体に絶縁体を介在させて形成された金属体を前記第２電極とする金属体－絶縁体－半導体型バリアブルキャパシタンスダイオード構造により構成されている
前記（１）から（４）のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
（６）前記可変容量は、他の領域から電気的に分離された第１半導体領域を前記第１電極とし、前記第１半導体領域に絶縁体を介在させて形成された第２制御電極を第２電極とし、第３主電極と第４主電極とを短絡させた第２絶縁ゲート電界効果トランジスタにより構成されている
前記（１）から（４）のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
（７）前記第２絶縁ゲート電界効果トランジスタは、第１導電型とは反対の第２導電型である
前記（６）に記載の固体撮像装置。
（８）前記第２絶縁ゲート電界効果トランジスタは、ｐ型である
前記（６）又は（７）に記載の固体撮像装置。
（９）前記可変容量の前記第１電極と前記第２電極との間に、電気的に並列に接続された容量を更に備えている
前記（１）から（８）のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
（１０）前記第２絶縁ゲート電界効果トランジスタは、前記第２制御電極のゲート幅方向端部を前記第１半導体領域の深さ方向へ延設させたフィン型構造により構成されている
前記（６）から（８）のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
（１１）前記第２絶縁ゲート電界効果トランジスタの前記第２制御電極の側面周囲に沿って延設され、前記第３主電極と前記第４主電極とを短絡させる第１配線と、
前記第２制御電極に対向させて配置され、かつ、前記第２制御電極に電気的に接続され、前記第２電極に前記第２制御信号を入力する第２配線とを更に備えている
前記（６）から（８）のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
（１２）他の領域から電気的に分離された第２半導体領域が前記可変容量の前記第１電極に接続され、第３制御電極が前記第２電極に接続され、第５主電極と第６主電極とが短絡された第３絶縁ゲート電界効果トランジスタを更に備えている
前記（９）に記載の固体撮像装置。
（１３）他の領域から電気的に分離された第３半導体領域が前記可変容量の前記第１電極に接続され、第４制御電極に前記電荷量に応じて容量値を制御する第３制御信号が入力され、第７主電極と第８主電極とが短絡された第４絶縁ゲート電界効果トランジスタを更に備えている
前記（１）から（１２）のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
（１４）所定の方向に複数配列された前記画素と、
複数の前記画素に共用接続され、前記第１制御信号を転送する第１制御信号配線と、
複数の前記画素に共用接続され、前記第２制御信号を転送する第２制御信号配線と、
複数の前記画素にそれぞれ配設され、前記第１制御信号及び前記第２制御信号の少なくとも一方の入力を選択する画素選択回路とを更に備えている
前記（１）から（１３）のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
（１５）前記画素が形成されている第１基体と、
前記第１基体に積層され、前記画素回路が形成されている第２基体とを備え、
前記スイッチ及び前記可変容量は、前記第２基体に形成されている
前記（１）から（１４）のいずれか１つに記載の固体撮像装置。

１…固体撮像装置、１０…第１基体、１００…画素、１０１…光電変換素子、１０２…転送トランジスタ、１０４…フローティングディフュージョン、１１…第１半導体層、１２…第１配線層、１４…画素分離領域、１５、２１１…素子分離領域、２０…第２基体、２００…画素回路、２０１…リセットトランジスタ、２０２…増幅トランジスタ、２０３…選択トランジスタ、２１２、２１７…半導体領域、２１３、２１８…チャネル形成領域、２１４…ゲート絶縁膜、２１５…ゲート電極、２１６、２１９…主電極、３００…容量可変回路、３０１…スイッチ、３０２、３０４、３０５…可変容量、３０３…容量。

Claims (15)

1. 光電変換により光から電荷を生成する光電変換素子と、
   前記光電変換素子に接続された転送トランジスタと、
   前記光電変換素子及び前記転送トランジスタを複数配列した画素と、
   前記画素の複数の前記光電変換素子にそれぞれ前記転送トランジスタを介在させて共有接続され、前記電荷を転送するフローティングディフュージョンと、
   前記フローティングディフュージョンに接続され、前記電荷を電気信号に変換する画素回路と、
   前記フローティングディフュージョンに第１主電極が接続され、前記フローティングディフュージョンの電荷量に応じて導通状態及び非導通状態を制御する第１制御信号が第１制御電極に入力されるスイッチと、
   前記スイッチの第２主電極に第１電極が接続され、前記電荷量に応じて容量値を制御する第２制御信号が第２電極に入力される可変容量と
   を備えている固体撮像装置。
2. 前記スイッチは、前記電荷量が小のとき非導通状態に制御され、前記電荷量が中又は大のとき導通状態に制御され、
   前記可変容量は、前記電荷量が小のとき前記容量値を小に制御し、前記電荷量が中のとき前記容量値を中に制御し、前記電荷量が大のとき前記容量値を大に制御する
   請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 前記可変容量は、前記電荷量が中と大との中間のとき前記容量値を中と大との中間に制御する
   請求項２に記載の固体撮像装置。
4. 前記スイッチは、第１導電型の第１絶縁ゲート電界効果トランジスタである
   請求項１に記載の固体撮像装置。
5. 前記可変容量は、半導体を前記第１電極とし、前記半導体に絶縁体を介在させて形成された金属体を前記第２電極とする金属体－絶縁体－半導体型バリアブルキャパシタンスダイオード構造により構成されている
   請求項１に記載の固体撮像装置。
6. 前記可変容量は、他の領域から電気的に分離された第１半導体領域を前記第１電極とし、前記第１半導体領域に絶縁体を介在させて形成された第２制御電極を第２電極とし、第３主電極と第４主電極とを短絡させた第２絶縁ゲート電界効果トランジスタにより構成されている
   請求項１に記載の固体撮像装置。
7. 前記第２絶縁ゲート電界効果トランジスタは、第１導電型とは反対の第２導電型である
   請求項６に記載の固体撮像装置。
8. 前記第２絶縁ゲート電界効果トランジスタは、ｐ型である
   請求項６に記載の固体撮像装置。
9. 前記可変容量の前記第１電極と前記第２電極との間に、電気的に並列に接続された容量を更に備えている
   請求項１に記載の固体撮像装置。
10. 前記第２絶縁ゲート電界効果トランジスタは、前記第２制御電極のゲート幅方向端部を前記第１半導体領域の深さ方向へ延設させたフィン型構造により構成されている
    請求項６に記載の固体撮像装置。
11. 前記第２絶縁ゲート電界効果トランジスタの前記第２制御電極の側面周囲に沿って延設され、前記第３主電極と前記第４主電極とを短絡させる第１配線と、
    前記第２制御電極に対向させて配置され、かつ、前記第２制御電極に電気的に接続され、前記第２電極に前記第２制御信号を入力する第２配線とを更に備えている
    請求項６に記載の固体撮像装置。
12. 他の領域から電気的に分離された第２半導体領域が前記可変容量の前記第１電極に接続され、第３制御電極が前記第２電極に接続され、第５主電極と第６主電極とが短絡された第３絶縁ゲート電界効果トランジスタを更に備えている
    請求項９に記載の固体撮像装置。
13. 他の領域から電気的に分離された第３半導体領域が前記可変容量の前記第１電極に接続され、第４制御電極に前記電荷量に応じて容量値を制御する第３制御信号が入力され、第７主電極と第８主電極とが短絡された第４絶縁ゲート電界効果トランジスタを更に備えている
    請求項１に記載の固体撮像装置。
14. 所定の方向に複数配列された前記画素と、
    複数の前記画素に共用接続され、前記第１制御信号を転送する第１制御信号配線と、
    複数の前記画素に共用接続され、前記第２制御信号を転送する第２制御信号配線と、
    複数の前記画素にそれぞれ配設され、前記第１制御信号及び前記第２制御信号の少なくとも一方の入力を選択する画素選択回路とを更に備えている
    請求項１に記載の固体撮像装置。
15. 前記画素が形成されている第１基体と、
    前記第１基体に積層され、前記画素回路が形成されている第２基体とを備え、
    前記スイッチ及び前記可変容量は、前記第２基体に形成されている
    請求項１に記載の固体撮像装置。
    
    

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