(57)【要約】【課題】アドレスイベントを検出する固体撮像素子において、高画質の画像を撮像する。【解決手段】固体撮像素子は、特定画素を含む複数の画素が二次元格子状に配列された画素アレイ部を具備する。その特定画素は、画素回路と２つのアナログデジタル変換器とを備える。画素回路は、光電変換により生じた電荷の量に応じた２つのアナログ信号を出力する。２つのアナログデジタル変換器は、２つのアナログ信号のそれぞれを互いに異なる分解能によりデジタル信号に変換する。【選択図】図９
2018186478.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換により生じた電荷の量に応じた２つのアナログ信号を出力する画素回路と、
前記２つのアナログ信号のそれぞれを互いに異なる分解能によりデジタル信号に変換する２つのアナログデジタル変換器と
を備える特定画素を含む複数の画素が二次元格子状に配列された画素アレイ部を具備する固体撮像素子。
【請求項２】
２つのアナログデジタル変換器のうち分解能の低い方は、前記アナログ信号に基づいて前記電荷の量の変動量が所定の閾値を超えた旨をアドレスイベントとして検出する
請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記画素アレイ部において、前記特定画素に該当しない画素のそれぞれには、アナログデジタル変換器が１つのみ設けられる
請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記画素回路は、
光を前記電荷に変換する光電変換部と、
前記光電変換部に流れる前記光電流に対する電流電圧変換により前記２つのアナログ信号の一方を生成する電流電圧変換部と、
前記電荷を蓄積する電荷蓄積部と、
前記露光期間の開始タイミングにおいて前記光電変換部から前記電荷を排出する排出トランジスタと、
前記終了タイミングにおいて前記光電変換部から前記電荷蓄積部へ前記電荷を転送する転送トランジスタと、
前記浮遊拡散層の電圧を増幅して前記２つのアナログ信号の他方として出力する増幅トランジスタと
を備える
請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記アナログデジタル変換部は、所定の接地電位の端子に接続され、
前記浮遊拡散層および前記光電変換部を設けた基板には、前記所定の接地電位よりも低い電位が印加される
請求項４記載の固体撮像素子。
【請求項６】
前記画素回路は、前記終了タイミングの前に前記電荷蓄積部の電圧をリセットレベルに初期化するリセットトランジスタをさらに備え、
前記画素信号は、前記リセットレベルと前記電荷が転送されたときの信号レベルとを含み、
前記デジタル信号は、前記リセットレベルを変換したリセットデータと前記信号レベルを変換した信号データとを含む
請求項４記載の固体撮像素子。
【請求項７】
前記リセットデータと前記信号データとの差分を求めて画素データとして出力する相関二重サンプリング回路をさらに具備する
請求項６記載の固体撮像素子。
【請求項８】
前記アナログデジタル変換器は、前記リセットデータを保持し、前記信号レベルを変換すると前記リセットデータおよび前記信号データを前記相関二重サンプリング回路に順に出力する
請求項７記載の固体撮像素子。
【請求項９】
前記画素信号は、第１および第２のリセットレベルと第１および第２の信号レベルとを含み、
前記アナログデジタル変換器は、
スロープを持つ所定の参照信号と前記画素信号とを比較して比較結果を出力する比較部と、
前記比較結果のそれぞれからなるデータを前記デジタル信号として記憶するデータ記憶部と
を備え、
前記第２のリセットレベルと前記第１の信号レベルとのそれぞれを比較するときの前記スロープの傾きは、前記第１のリセットレベルと前記第２の信号レベルとのそれぞれを比較するときの傾きより緩やかである
請求項７記載の固体撮像素子。
【請求項１０】
前記第１のリセットレベルと前記第２の信号レベルとを所定の感度により前記画素回路に生成させ、前記第２のリセットレベルと前記第１の信号レベルとを所定感度と異なる感度により前記画素回路に生成させる駆動回路をさらに具備する
請求項９記載の固体撮像素子。
【請求項１１】
前記２つのアナログデジタル変換器のうち分解能の低い方は、
前記電圧信号を保持する微分回路と、
前記保持された電圧信号と前記所定の範囲内の閾値とを比較して当該比較結果を出力するコンパレータと、
前記比較結果に基づいてリクエストを送信し、前記リクエストに対する応答を受信したときに前記微分回路を初期化するハンドシェイク回路と
を備える請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項１２】
前記リクエストを調停して当該調停結果に基づいて応答を返信するアービタをさらに具備する請求項１１記載の固体撮像素子。
【請求項１３】
時刻を示す所定ビット数の時刻コードを前記２つのアナログデジタル変換器の一方に出力するとともに前記時刻コードにおいてビットごとに故障の有無を検出するテスト回路と、
前記時刻コードにおいて故障の生じた前記ビットに対応するビット線の代わりに予備の信号線を接続する冗長回路とをさらに具備し、
前記アナログデジタル変換器は、前記時刻コードを用いて前記画素信号を前記デジタル信号に変換する
請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項１４】
互いに異なる前記デジタル信号を保持する第１および第２のデータ記憶部と、
前記第１のデータ記憶部から第１のローカルビット線を介して転送された前記デジタル信号を第１の制御信号に従ってメインビット線へ出力する第１の双方向バッファと、
前記第２のデータ記憶部から第２のローカルビット線を介して転送された前記デジタル信号を第２の制御信号に従って前記メインビット線へ出力する第２の双方向バッファと、
前記メインビット線を介して前記デジタル信号を読み出す列処理部と、
前記第１のデータ記憶部を制御して前記デジタル信号を第１のデジタル信号として前記第１の双方向バッファへ前記第１のローカルビット線を介して転送させる制御と前記第１のデジタル信号の読出し完了前に前記第２のデータ記憶部を制御して前記デジタル信号を第２のデジタル信号として前記第２の双方向バッファへ前記第２のローカルビット線を介して転送させる制御とを行う駆動回路と
をさらに具備する請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項１５】
光電変換により生じた電荷の量に応じた２つのアナログ信号を出力する画素回路と、前記２つのアナログ信号のそれぞれを互いに異なる分解能によりデジタル信号に変換する２つのアナログデジタル変換器とを備える特定画素を含む複数の画素が二次元格子状に配列された画素アレイ部と、
前記デジタル信号からなる画像データを処理するデジタル信号処理部と
を具備する撮像装置。
【請求項１６】
光電変換により生じた電荷の量に応じた２つのアナログ信号を画素回路が出力する出力手順と、
前記２つのアナログ信号のそれぞれを互いに異なる分解能によりデジタル信号に変換する２つのアナログデジタル変換手順と
を具備する固体撮像素子の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、固体撮像素子、撮像装置、および、固体撮像素子の制御方法に関する。詳しくは、アドレスイベントを検出する固体撮像素子、撮像装置、および、固体撮像素子の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、垂直同期信号などの同期信号に同期して画像データ（フレーム）を撮像する同期型の固体撮像素子が撮像装置などにおいて用いられている。この一般的な同期型の固体撮像素子では、同期信号の周期（例えば、１／６０秒）ごとにしか画像データを取得することができないため、交通やロボットなどに関する分野において、より高速な処理が要求された場合に対応することが困難になる。そこで、アドレスイベントを検出するアドレスイベント表現（ＡＥＲ：Address Event Representation）回路を設けた非同期型の固体撮像素子が提案されている（例えば、非特許文献１参照。）。ここで、アドレスイベントは、ある画素アドレスにおいて、画素の光量が変動して、その変動量が閾値を超えた旨を意味する。このアドレスイベントは、画素の光量が変動して所定の上限を超えた旨を示すオンイベントと、その光量が所定の下限を下回った旨を示すオフイベントとからなる。非同期型の固体撮像素子では、１ビットのオンイベントの検出結果と１ビットのオフイベントの検出結果とからなる２ビットのデータが画素毎に生成される。このように画素ごとにオンイベントおよびオフイベントのそれぞれの有無を２ビットのデータにより表現する画像データの形式は、ＡＥＲフォーマットと呼ばれる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Patrick Lichtsteiner, et al., A 128 128 120 dB 15  μs Latency Asynchronous Temporal Contrast Vision Sensor, IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, VOL. 43, NO. 2, FEBRUARY 2008.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の非同期型の固体撮像素子では、同期型の固体撮像素子よりも遥かに高速にデータを生成して出力することができる。このため、例えば、交通分野において、人や障害物を画像認識する処理を高速に実行して、安全性を向上させることができる。しかしながら、上述のアドレスイベント表現回路では、画素毎に２ビットのデータしか生成することができないため、同期型の固体撮像素子と比較して画像データの画質が低下してしまう。アドレスイベントを検出しつつ、より高画質の画像データを生成するには、非同期型の個体撮像素子と同期型の固体撮像素子との両方を設ければよいが、サイズ、部品点数やコストが増大するために望ましくない。このように、アドレスイベントを検出する固体撮像素子において、高画質の画像を撮像することが困難であるという問題がある。
【０００５】
本技術はこのような状況に鑑みて生み出されたものであり、アドレスイベントを検出する固体撮像素子において、高画質の画像を撮像することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本技術は、上述の問題点を解消するためになされたものであり、その第１の側面は、光電変換により生じた電荷の量に応じた２つのアナログ信号を出力する画素回路と、上記２つのアナログ信号のそれぞれを互いに異なる分解能によりデジタル信号に変換する２つのアナログデジタル変換器とを備える特定画素を含む複数の画素が二次元格子状に配列された画素アレイ部を具備する固体撮像素子、および、その制御方法である。これにより、２つのアナログ信号のそれぞれが互いに異なる分解能によりデジタル信号に変換されるという作用をもたらす。
【０００７】
また、この第１の側面において、２つのアナログデジタル変換器のうち分解能の低い方は、上記アナログ信号に基づいて上記電荷の量の変動量が所定の閾値を超えた旨をアドレスイベントとして検出してもよい。これにより、アドレスイベントが検出されるという作用をもたらす。
【０００８】
また、この第１の側面において、上記画素アレイ部において、上記特定画素に該当しない画素のそれぞれには、アナログデジタル変換器が１つのみ設けられてもよい。これにより、複数の画素のうち特定の画素においてアドレスイベントが検出されるという作用をもたらす。
【０００９】
また、この第１の側面において上記画素回路は、光を上記電荷に変換する光電変換部と、上記光電変換部に流れる上記光電流に対する電流電圧変換により上記２つのアナログ信号の一方を生成する電流電圧変換部と、上記電荷を蓄積する電荷蓄積部と、上記露光期間の開始タイミングにおいて上記光電変換部から上記電荷を排出する排出トランジスタと、上記終了タイミングにおいて上記光電変換部から上記電荷蓄積部へ上記電荷を転送する転送トランジスタと、上記浮遊拡散層の電圧を増幅して上記２つのアナログ信号の他方として出力する増幅トランジスタとを備えてもよい。これにより、露光開始時に電荷が排出され、露光終了時に電荷が転送されるという作用をもたらす。
【００１０】
また、この第１の側面において、上記アナログデジタル変換部は、所定の接地電位の端子に接続され、上記浮遊拡散層および上記光電変換部を設けた基板には、上記所定の接地電位よりも低い電位が印加されてもよい。これにより、浮遊拡散層や光電変換部において電荷が溢れにくくなるという作用をもたらす。
【００１１】
また、この第１の側面において、上記画素回路は、上記終了タイミングの前に上記電荷蓄積部の電圧をリセットレベルに初期化するリセットトランジスタをさらに備え、上記画素信号は、上記リセットレベルと上記電荷が転送されたときの信号レベルとを含み、上記デジタル信号は、上記リセットレベルを変換したリセットデータと上記信号レベルを変換した信号データとを含んでもよい。これにより、リセットレベルを変換したデータと信号レベルを変換したデータとが出力されるという作用をもたらす。
【００１２】
また、この第１の側面において、上記リセットデータと上記信号データとの差分を求めて画素データとして出力する相関二重サンプリング回路をさらに具備してもよい。これにより、固定パターンノイズなどが低減されるという作用をもたらす。
【００１３】
また、この第１の側面において、上記アナログデジタル変換器は、上記リセットデータを保持し、上記信号レベルを変換すると上記リセットデータおよび上記信号データを上記相関二重サンプリング回路に順に出力してもよい。これにより、暗電流の影響が抑制されるという作用をもたらす。
【００１４】
また、この第１の側面において、上記画素信号は、第１および第２のリセットレベルと第１および第２の信号レベルとを含み、上記アナログデジタル変換器は、スロープを持つ所定の参照信号と上記画素信号とを比較して比較結果を出力する比較部と、上記比較結果のそれぞれからなるデータを上記デジタル信号として記憶するデータ記憶部とを備え、上記第２のリセットレベルと上記第１の信号レベルとのそれぞれを比較するときの上記スロープの傾きは、上記第１のリセットレベルと上記第２の信号レベルとのそれぞれを比較するときの傾きより緩やかであってもよい。これにより、分解能の異なる２枚の画像データが生成されるという作用をもたらす。
【００１５】
また、この第１の側面において、上記第１のリセットレベルと上記第２の信号レベルとを所定の感度により上記画素回路に生成させ、上記第２のリセットレベルと上記第１の信号レベルとを所定感度と異なる感度により上記画素回路に生成させる駆動回路をさらに具備してもよい。これにより、分解能の異なる２枚の画像データが生成されるという作用をもたらす。
【００１６】
また、この第１の側面において、上記２つのアナログデジタル変換器のうち分解能の低い方は、上記電圧信号を保持する微分回路と、上記保持された電圧信号と上記所定の範囲内の閾値とを比較して当該比較結果を出力するコンパレータと、上記アドレスイベントが検出されたときにリクエストを送信し、上記リクエストに対する応答を受信したときに上記微分回路を初期化するハンドシェイク回路とを備えてもよい。これにより、アドレスイベントの検出結果がハンドシェイクにより転送されるという作用をもたらす。
【００１７】
また、この第１の側面において、上記リクエストを調停して当該調停結果に基づいて応答を返信するアービタをさらに具備することもできる。これにより、アドレスイベントの衝突が回避されるという作用をもたらす。
【００１８】
また、この第１の側面において、時刻を示す所定ビット数の時刻コードを上記２つのアナログデジタル変換器の一方に出力するとともに上記時刻コードにおいてビットごとに故障の有無を検出するテスト回路と、上記時刻コードにおいて故障の生じた上記ビットに対応するビット線の代わりに予備の信号線を接続する冗長回路とをさらに具備し、上記アナログデジタル変換器は、上記時刻コードを用いて上記画素信号を上記デジタル信号に変換することもできる。これにより、固体撮像素子の信頼性が向上するという作用をもたらす。
【００１９】
また、この第１の側面において、互いに異なる上記デジタル信号を保持する第１および第２のデータ記憶部と、上記第１のデータ記憶部から第１のローカルビット線を介して転送された上記デジタル信号を第１の制御信号に従ってメインビット線へ出力する第１の双方向バッファと、上記第２のデータ記憶部から第２のローカルビット線を介して転送された上記デジタル信号を第２の制御信号に従って上記メインビット線へ出力する第２の双方向バッファと、上記メインビット線を介して上記デジタル信号を読み出す列処理部と、上記第１のデータ記憶部を制御して上記デジタル信号を第１のデジタル信号として上記第１の双方向バッファへ上記第１のローカルビット線を介して転送させる制御と上記第１のデジタル信号の読出し完了前に上記第２のデータ記憶部を制御して上記デジタル信号を第２のデジタル信号として上記第２の双方向バッファへ上記第２のローカルビット線を介して転送させる制御とを行う駆動回路とをさらに具備することもできる。これにより、第１のデジタル信号の読出し完了前に第２の双方向バッファへ第２のデジタル信号が転送されるという作用をもたらす。
【００２０】
また、本技術の第２の側面は、光電変換により生じた電荷の量に応じた２つのアナログ信号を出力する画素回路と、上記２つのアナログ信号のそれぞれを互いに異なる分解能によりデジタル信号に変換する２つのアナログデジタル変換器とを備える特定画素を含む複数の画素が二次元格子状に配列された画素アレイ部と、上記デジタル信号からなる画像データを処理するデジタル信号処理部とを具備する撮像装置である。これにより、２つのアナログ信号が異なる分解能によりデジタル信号に変換されるとともに、同期信号に同期して画像データが処理されるという作用をもたらす。
【発明の効果】
【００２１】
本技術によれば、アドレスイベントを検出する固体撮像素子において、高画質の画像を撮像することができるという優れた効果を奏し得る。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】
【００２２】
【図１】本技術の第１の実施の形態における撮像装置の一構成例を示すブロック図である。
【図２】本技術の第１の実施の形態における固体撮像素子の一構成例を示すブロック図である。
【図３】本技術の第１の実施の形態における画素アレイ部の一構成例を示すブロック図である。
【図４】本技術の第１の実施の形態におけるＲ(Red)画素の一構成例を示すブロック図である。
【図５】本技術の第１の実施の形態における画素回路、差動入力回路、電圧変換回路および正帰還回路の一構成例を示す回路図である。
【図６】本技術の第１の実施の形態におけるデータ記憶部の一構成例を示すブロック図である。
【図７】本技術の第１の実施の形態におけるラッチ制御回路およびラッチ回路の一構成例を示す回路図である。
【図８】本技術の第１の実施の形態における固体撮像素子の動作の一例を示すタイミングチャートである。
【図９】本技術の第１の実施の形態におけるＷ(White)画素の一構成例を示すブロック図である。
【図１０】本技術の第１の実施の形態におけるアドレスイベント検出部の一構成例を示すブロック図である。
【図１１】本技術の第１の実施の形態におけるＷ画素の一構成例を示す回路図である。
【図１２】本技術の第１の実施の形態におけるコンパレータの入出力特性の一例を示すグラフである。
【図１３】本技術の第１の実施の形態におけるＡＥＲロジック回路の一構成例を示すブロック図である。
【図１４】本技術の第１の実施の形態における時刻コード発生部の一構成例を示すブロック図である。
【図１５】本技術の第１の実施の形態における冗長回路の一構成例を示す回路図である。
【図１６】本技術の第１の実施の形態における時刻コード転送部の一構成例を示すブロック図である。
【図１７】本技術の第１の実施の形態におけるクラスタの一構成例を示すブロック図である。
【図１８】本技術の第１の実施の形態における単位ブロックの一構成例を示す回路図である。
【図１９】本技術の第１の実施の形態におけるバッファ回路の一構成例を示す回路図である。
【図２０】本技術の第１の実施の形態におけるフリップフロップの一構成例を示す回路図である。
【図２１】本技術の第１の実施の形態における列処理部の一構成例を示すブロック図である。
【図２２】本技術の第１の実施の形態における行ＡＥＲ回路の一構成例を示すブロック図である。
【図２３】本技術の第１の実施の形態における行ＡＥＲブロックの一構成例を示す回路図である。
【図２４】本技術の第１の実施の形態における列ＡＥＲ回路の一構成例を示すブロック図である。
【図２５】本技術の第１の実施の形態における列ＡＥＲブロックの一構成例を示すブロック図である。
【図２６】本技術の第１の実施の形態における行アービタの一構成例を示すブロック図である。
【図２７】本技術の第１の実施の形態におけるアービタブロックの一構成例を示す回路図である。
【図２８】本技術の第１の実施の形態におけるハンドシェイクの一例を示すタイミングチャートである。
【図２９】本技術の第１の実施の形態における撮像処理の一例を示すフローチャートである。
【図３０】本技術の第１の実施の形態におけるＡＥＲ処理の一例を示すフローチャートである。
【図３１】本技術の第２の実施の形態におけるデータ記憶部の一構成例を示すブロック図である。
【図３２】本技術の第２の実施の形態におけるラッチ制御回路の一構成例を示す回路図である。
【図３３】本技術の第２の実施の形態における固体撮像素子のサンプリング処理の一例を示すタイミングチャートである。
【図３４】本技術の第２の実施の形態における固体撮像素子のサンプリング後の動作の一例を示すタイミングチャートである。
【図３５】本技術の第２の実施の形態の変形例における固体撮像素子のリセットレベルサンプリング処理の一例を示すタイミングチャートである。
【図３６】本技術の第２の実施の形態の変形例における固体撮像素子の信号レベルサンプリング処理の一例を示すタイミングチャートである。
【図３７】本技術の第２の実施の形態の変形例における固体撮像素子のサンプリング後の動作の一例を示すタイミングチャートである。
【図３８】本技術の第３の実施の形態における固体撮像素子の一構成例を示すブロック図である。
【図３９】本技術の第３の実施の形態におけるデータ記憶部の一構成例を示すブロック図である。
【図４０】本技術の第３の実施の形態における時刻コード転送部内の単位ブロックの一構成例を示すブロック図である。
【図４１】本技術の第３の実施の形態における画素データの読出し制御の一例を示すタイミングチャートである。
【図４２】比較例における画素データの読出し制御の一例を示すタイミングチャートである。
【図４３】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４４】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。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本技術を実施するための形態（以下、実施の形態と称する）について説明する。説明は以下の順序により行う。
１．第１の実施の形態（アドレスイベントを検出しつつ、画素信号をＡＤ変換する例）
２．第２の実施の形態（アドレスイベントを検出しつつ、短いサンプリング期間でＡＤ変換する例）
３．第３の実施の形態（積層型の固体撮像素子においてアドレスイベントを検出しつつ、画素信号をＡＤ変換する例）
４．移動体への応用例
【００２４】
＜１．第１の実施の形態＞
［撮像装置の構成例］
図１は、本技術の第１の実施の形態における撮像装置１００の一構成例を示すブロック図である。この撮像装置１００は、画像データを撮像するための装置であり、光学部１１０、固体撮像素子２００およびＤＳＰ（Digital Signal Processing）回路１２０を備える。さらに撮像装置１００は、表示部１３０、操作部１４０、バス１５０、フレームメモリ１６０、記憶部１７０および電源部１８０を備える。撮像装置１００としては、例えば、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラの他、撮像機能を持つスマートフォンやパーソナルコンピュータ、車載カメラ等が想定される。
【００２５】
光学部１１０は、被写体からの光を集光して固体撮像素子２００に導くものである。固体撮像素子２００は、垂直同期信号ＶＳＹＮＣに同期して、光電変換により画像データを生成するものである。ここで、垂直同期信号ＶＳＹＮＣは、撮像のタイミングを示す所定周波数の周期信号である。固体撮像素子２００は、生成した画像データをＤＳＰ回路１２０に信号線２０９を介して供給する。
【００２６】
ＤＳＰ回路１２０は、固体撮像素子２００からの画像データに対して所定の信号処理を実行するものである。このＤＳＰ回路１２０は、処理後の画像データをバス１５０を介してフレームメモリ１６０などに出力する。なお、ＤＳＰ回路１２０は、特許請求の範囲に記載のデジタル信号処理部の一例である。
【００２７】
表示部１３０は、画像データを表示するものである。表示部１３０としては、例えば、液晶パネルや有機ＥＬ（Electro Luminescence）パネルが想定される。操作部１４０は、ユーザの操作に従って操作信号を生成するものである。
【００２８】
バス１５０は、光学部１１０、固体撮像素子２００、ＤＳＰ回路１２０、表示部１３０、操作部１４０、フレームメモリ１６０、記憶部１７０および電源部１８０が互いにデータをやりとりするための共通の経路である。
【００２９】
フレームメモリ１６０は、画像データを保持するものである。記憶部１７０は、画像データなどの様々なデータを記憶するものである。電源部１８０は、固体撮像素子２００、ＤＳＰ回路１２０や表示部１３０などに電源を供給するものである。
【００３０】
［固体撮像素子の構成例］
図２は、本技術の第１の実施の形態における固体撮像素子２００の一構成例を示すブロック図である。この固体撮像素子２００は、ＤＡＣ（Digital to Analog Converter）２１１、駆動回路２１２、列アービタ２１３、列ＡＥＲ回路２２０、列アドレスエンコーダ２１４および時刻コード発生部２３０を備える。また、固体撮像素子２００は、画素アレイ部３００、列処理部２５０、ステートマシン２１５、行アドレスエンコーダ２１６、行ＡＥＲ回路２６０および行アービタ６００を備える。また、画素アレイ部３００には、二次元格子状に複数の画素が配列される。以下、画素アレイ部３００において所定の方向に配列された画素の集合を「行」と称し、行に垂直な方向に配列された画素の集合を「列」と称する。
【００３１】
ＤＡＣ２１１は、ＤＡ（Digital to Analog）変換により、スロープ状に変化するアナログの参照信号を生成するものである。このＤＡＣ２１１は、参照信号を画素アレイ部３００に供給する。
【００３２】
駆動回路２１２は、垂直同期信号ＶＳＹＮＣに同期して画素アレイ部３００内の画素を駆動するものである。
【００３３】
画素アレイ部３００内の画素のそれぞれは、デジタルの画素データを生成する。また、画素のうち一部は、画素データに加えて、アドレスイベントの検出結果も生成する。ここで、アドレスイベントは、オンイベントおよびオフイベントを含み、検出結果は、１ビットのオンイベントの検出結果と１ビットのオフイベントの検出結果とを含む。オンイベントは、画素の光量が所定の基準値よりも大きな値に変動した際に、その変動量の絶対値が所定の閾値を超えた旨を意味する。一方、オフイベントは、画素の光量が所定の基準値よりも小さな値に変動した際に、その変動量の絶対値が所定の閾値を超えた旨を意味する。例えば、基準値を「１０」とし、閾値を「５」とする。この場合に光量が「１６」に変動すると、変動量は「＋６」であり、その絶対値が閾値「５」を超えるため、オンイベントが検出される。また、光量が「４」に変動すると、変動量は「−６」であり、その絶対値が閾値「５」を超えるため、オフイベントが検出される。
【００３４】
画素は、画素データを列処理部２５０に供給する。また、画素は、アドレスイベントを検出した際に行ＡＥＲ回路２６０との間で、アドレスイベントの検出結果を外部出力させるためにリクエストおよび応答の送受信（以下、「ハンドシェイク」と称する。）を行う。次に画素は、列ＡＥＲ回路２２０との間でハンドシェイクを行う。
【００３５】
列アービタ２１３は、列ＡＥＲ回路２２０からのリクエストを調停して調停結果に基づいて応答を列ＡＥＲ回路２２０に送信するものである。
【００３６】
列ＡＥＲ回路２２０は、列のそれぞれと、列アービタ２１３と、ステートマシン２１５との間で、アドレスイベントの検出結果の外部出力を要求するリクエストと応答とを送受信（ハンドシェイク）するものである。
【００３７】
列アドレスエンコーダ２１４は、アドレスイベントの発生した列のアドレスをエンコードしてステートマシン２１５に送信するものである。
【００３８】
時刻コード発生部２３０は、時刻コードを発生するものである。この時刻コードは、参照信号がスロープ状に変化する期間内の時刻を示す。時刻コード発生部２３０は、発生した時刻コードを画素アレイ部３００に供給する。
【００３９】
列処理部２５０は、画素データに対して相関二重サンプリング（ＣＤＳ：Correlated Double Sampling）処理を行うものである。処理後の画素データからなる画像データは、ＤＳＰ回路１２０へ供給される。
【００４０】
行アドレスエンコーダ２１６は、アドレスイベントの発生した行のアドレスをエンコードしてステートマシン２１５に送信するものである。
【００４１】
行アービタ６００は、行ＡＥＲ回路２６０からのリクエストを調停して調停結果に基づいて応答を行ＡＥＲ回路２６０に送信するものである。
【００４２】
行ＡＥＲ回路２６０は、行のそれぞれと、行アービタ６００と、ステートマシン２１５との間で、アドレスイベントの検出結果の外部出力を要求するリクエストと応答とを送受信（ハンドシェイク）するものである。
【００４３】
ステートマシン２１５は、列ＡＥＲ回路２２０および行ＡＥＲ回路２６０との間でハンドシェイクを行うものである。このステートマシン２１５は、列ＡＥＲ回路２２０および行ＡＥＲ回路２６０からリクエストを受信すると、列アドレスエンコーダ２１４および行アドレスエンコーダ２１６からのデータをデコードして、アドレスイベントの検出されたアドレスを特定する。そして、ステートマシン２１５は、そのアドレスの検出結果をＤＳＰ回路１２０に供給する。画素毎のアドレスイベントの検出結果を２次元格子状に配列することにより、画像データが生成される。
【００４４】
以下、列処理部２５０からのＡＥＲフォーマットでない方の画像データを「通常画像データ」と称し、ＡＥＲフォーマットの画像データを「ＡＥＲ画像データ」と称する。
【００４５】
［画素アレイ部の構成例］
図３は、本技術の第１の実施の形態における画素アレイ部３００の一構成例を示すブロック図である。この画素アレイ部３００において、所定数のＲ（Red）画素３１０と、所定数のＧ(Green)画素３１１と、所定数のＢ(Blue)画素３１２と、所定数のＷ（White）画素４００とが二次元格子状に配列される。また、２列ごとに、奇数列と偶数列との間に時刻コード転送部５００が配置される。
【００４６】
Ｒ画素３１０は、赤色の光を受光して光電変換により画素データを生成するものである。また、Ｇ画素３１１は、緑色の光を受光して画素データを生成するものであり、Ｂ画素３１２は、青色の光を受光して画素データを生成するものである。
【００４７】
Ｗ画素４００は、白色の光を受光して画素データを生成するものである。また、Ｗ画素４００は、アドレスイベントを検出する。
【００４８】
時刻コード転送部５００は、時刻コードを転送するものである。時刻コード転送部５００の詳細については後述する。
【００４９】
［Ｒ画素の構成例］
図４は、本技術の第１の実施の形態におけるＲ画素３１０の一構成例を示すブロック図である。このＲ画素３１０は、画素回路３３０とＡＤＣ３２０とを備える。ＡＤＣ３２０は、比較回路３２１およびデータ記憶部３７０を備える。また、比較回路３２１は、差動入力回路３４０、電圧変換回路３５０および正帰還回路３６０を備える。Ｇ画素３１１およびＢ画素３１２の構成は、Ｒ画素３１０と同様である。
【００５０】
画素回路３３０は、光電変換によりリセットレベルまたは信号レベルを画素信号ＳＩＧとして生成するものである。ここで、リセットレベルは、露光開始時以降にＦＤ（Floating Diffusion）が初期化された時の電圧であり、信号レベルは、露光終了時の露光量に応じた電圧である。画素回路３３０は、リセットレベルおよび信号レベルを順に差動入力回路３４０に供給する。
【００５１】
ＡＤＣ３２０は、画素信号ＳＩＧ（リセットレベルまたは信号レベル）をデジタル信号にＡＤ変換するものである。リセットレベルをＡＤ変換したデータを以下、「Ｐ相データ」と称する。また、信号レベルをＡＤ変換したデータを以下、「Ｄ相データ」と称する。なお、Ｐ相データは、特許請求の範囲に記載のリセットデータの一例であり、Ｄ相データは、特許請求の範囲に記載の信号データの一例である。
【００５２】
ＡＤＣ３２０内の差動入力回路３４０は、ＤＡＣ２１１からの参照信号ＲＥＦと、画素回路３３０からの画素信号ＳＩＧとを比較するものである。この差動入力回路３４０は、比較結果を示す比較結果信号を電圧変換回路３５０に供給する。
【００５３】
電圧変換回路３５０は、差動入力回路３４０からの比較結果信号の電圧を変換して正帰還回路３６０に出力するものである。
【００５４】
正帰還回路３６０は、出力の一部を入力（比較結果信号）に加算し、出力信号ＶＣＯとしてデータ記憶部３７０に出力するものである。
【００５５】
データ記憶部３７０は、出力信号ＶＣＯが反転したときの時刻コードを保持するものである。このデータ記憶部３７０は、リセットレベルに対応する時刻コードをＰ相データとして出力し、信号レベルに対応する時刻コードをＤ相データとして出力する。
【００５６】
図５は、本技術の第１の実施の形態における画素回路３３０、差動入力回路３４０、電圧変換回路３５０および正帰還回路３６０の一構成例を示す回路図である。
【００５７】
画素回路３３０は、リセットトランジスタ３３１、容量３３２、ゲイン制御トランジスタ３３３、ＦＤ（Floating Diffusion）３３４、転送トランジスタ３３５、フォトダイオード３３６および排出トランジスタ３３７を備える。リセットトランジスタ３３１、ゲイン制御トランジスタ３３３、転送トランジスタ３３５および排出トランジスタ３３７として、例えば、Ｎ型のＭＯＳ（Metal-Oxide-Semiconductor）トランジスタが用いられる。
【００５８】
フォトダイオード３３６は、光電変換により電荷を生成するものである。排出トランジスタ３３７は、駆動回路２１２からの駆動信号ＯＦＧに従って露光開始時にフォトダイオード３３６に蓄積された電荷を排出させるものである。
【００５９】
転送トランジスタ３３５は、駆動回路２１２からの転送信号ＴＸに従って、露光終了時にフォトダイオード３３６からＦＤ３３４へ電荷を転送するものである。
【００６０】
ＦＤ３３４は、転送された電荷を蓄積して蓄積した電荷量に応じた電圧を生成するものである。なお、ＦＤ３３４は、特許請求の範囲に記載の電荷蓄積部の一例である。
【００６１】
リセットトランジスタ３３１は、駆動回路２１２からのリセット信号ＲＳＴに従って、ＦＤ３３４を初期化するものである。
【００６２】
ゲイン制御トランジスタ３３３は、駆動回路２１２からの制御信号ＦＤＧに従って、ＦＤ３３４の電圧に対するアナログゲインを制御するものである。ＦＤ３３４の電圧をアナログゲインにより低減して出力することにより、Ｒ画素３１０の取扱い信号量、すなわち飽和信号量を拡大することができる。
【００６３】
また、ゲイン制御トランジスタ３３３とリセットトランジスタ３３１とは直列に接続され、容量３３２の一端は、ゲイン制御トランジスタ３３３とリセットトランジスタ３３１との接続点に接続される。
【００６４】
なお、ゲイン制御トランジスタ３３３および容量３３２は、ゲイン制御の必要に応じて設けられ、これらを設けない構成とすることもできる。
【００６５】
差動入力回路３４０は、ＰＭＯＳ(Positive channel MOS)トランジスタ３４１、３４４および３４６と、ＮＭＯＳ(Negative channel MOS)トランジスタ３４２、３４３および３４５とを備える。
【００６６】
ＮＭＯＳトランジスタ３４２および３４５は、差動対を構成し、これらのトランジスタのソースは、ＮＭＯＳトランジスタ３４３のドレインに共通に接続される。また、ＮＭＯＳトランジスタ３４２のドレインは、ＰＭＯＳトランジスタ３４１のドレインとＰＭＯＳトランジスタ３４１および３４４のゲートとに接続される。ＮＭＯＳトランジスタ３４５のドレインは、ＰＭＯＳトランジスタ３４４のドレインとＰＭＯＳトランジスタ３４６のゲートとリセットトランジスタ３３１のドレインとに接続される。また、ＮＭＯＳトランジスタ３４２のゲートには、参照信号ＲＥＦが入力される。
【００６７】
ＮＭＯＳトランジスタ３４３のゲートには、所定のバイアス電圧Ｖｂが印加され、ＮＭＯＳトランジスタ３４３のソースには、所定の接地電圧が印加される。ＮＭＯＳトランジスタ３４５のゲートは、ゲイン制御トランジスタ３３３およびＦＤ３３４および転送トランジスタ３３５に接続される。
【００６８】
ＰＭＯＳトランジスタ３４１および３４４は、カレントミラー回路を構成する。ＰＭＯＳトランジスタ３４１、３４４および３４６のソースには、電源電圧ＶＤＤＨが印加される。この電源電圧ＶＤＤＨは、電源電圧ＶＤＤＬよりも高い。また、ＰＭＯＳトランジスタ３４６のドレインは、電圧変換回路３５０に接続される。
【００６９】
また、画素回路３３０と、ＮＭＯＳトランジスタ３４２、３４３および３４５とは、画素ウェハー３０５上に形成される。
【００７０】
また、Ｒ画素３１０において，電流源のＮＭＯＳトランジスタ３４３のソース電位と、画素ウェハー３０５の基板のバイアスは意図的に変更している。ＤＡＣ２１１をＡ／Ｄ変換期間外の時間内にオフレベル（０Ｖやグランドレベルなど）に落としておくことにより、比較回路３２１に電流が流れなくなるため、消費電力を低減することができる。しかしながら、オフレベルに落としたことにより、電流源のＮＭＯＳトランジスタ３４３のドレインと、増幅用のＮＭＯＳトランジスタ３４２および３４５のドレインの電位がグランドになる。これは電荷が０Ｖレベルまでたまることを意味し、ここの電荷が画素回路３３０のフォトダイオード３３６へオーバーフローする。これは距離依存と該当部位（電流源のドレインと増幅用のトランジスタのドレイン）とその間のＰ−Ｗｅｌｌの障壁にあまり差がないため、熱励起された電荷がフォトダイオード３３６まで拡散されることに起因する。これを避けるため、Ｐ―Ｗｅｌｌの電位を負に引いている。これにより約２４０ミリボルト（ｍＶ）ほど、グランドより負にすることで、該当部位からの電荷のフォトダイオード３３６への漏れを抑制することができる。
【００７１】
電圧変換回路３５０は、ＮＭＯＳトランジスタ３５１を備える。このＮＭＯＳトランジスタ３５１のゲートには電源電圧ＶＤＤＬが印加される。また、ＮＭＯＳトランジスタ３５１のドレインは、ＰＭＯＳトランジスタ３４６のドレインに接続され、ソースは、正帰還回路３６０に接続される。この電圧変換回路３５０により、電源電圧ＶＤＤＨを、より低い電源電圧ＶＤＤＬに変換し、低電圧で動作する回路を後段に配置することができる。なお、電圧変換回路３５０により電源電圧ＶＤＤＨを電源電圧ＶＤＤＬに変換する構成としているが、この構成に限定されない。例えば、電源電圧ＶＤＤＨおよびＶＤＤＬを同じ電圧とし、電圧変換回路３５０が不要な構成としてもよい。
【００７２】
正帰還回路３６０はＰＭＯＳトランジスタ３６１、３６２、３６５および３６６と、ＮＭＯＳトランジスタ３６３、３６４および３６７とを備える。ＰＭＯＳトランジスタ３６１および３６２は、電源電圧ＶＤＤＬに直列に接続される。また、ＰＭＯＳトランジスタ３６１のゲートには、駆動回路２１２からの駆動信号ＩＮＩ２が入力される。ＰＭＯＳトランジスタ３６２のドレインは、ＮＭＯＳトランジスタ３５１のソースとＮＭＯＳトランジスタ３６３のドレインと、ＰＭＯＳトランジスタ３６５およびＮＭＯＳトランジスタ３６４のゲートとに接続される。
【００７３】
ＮＭＯＳトランジスタ３６３のソースには接地電圧が印加され、ゲートには、駆動回路２１２からの駆動信号ＩＮＩ１が入力される。
【００７４】
ＰＭＯＳトランジスタ３６５および３６６は、電源電圧ＶＤＤＬに直列に接続される。また、ＰＭＯＳトランジスタ３６６のドレインは、ＰＭＯＳトランジスタ３６２のゲートと、ＮＭＯＳトランジスタ３６４および３６７のドレインとに接続される。ＰＭＯＳトランジスタ３６６およびＮＭＯＳトランジスタ３６７のゲートには、駆動回路２１２からの制御信号ＴＥＳＴＶＣＯが入力される。
【００７５】
ＮＭＯＳトランジスタ３６４および３６７のドレインからは、出力信号ＶＣＯが出力される。また、ＮＭＯＳトランジスタ３６４および３６７のソースには、接地電圧が印加される。
【００７６】
なお、画素回路３３０、差動入力回路３４０、電圧変換回路３５０および正帰還回路３６０のそれぞれは、図４で説明した機能を持つのであれば、図５に例示した回路に限定されない。
【００７７】
［データ記憶部の構成例］
図６は、本技術の第１の実施の形態におけるデータ記憶部３７０の一構成例を示すブロック図である。このデータ記憶部３７０は、ラッチ制御回路３８０と、Ｄ相データのビット数Ｄ（Ｄは、整数）と同じ個数のラッチ回路３９０とを備える。ラッチ制御回路３８０は、駆動回路２１２からの制御信号ｘＷＯＲＤに従って、出力信号ＶＣＯの値（論理値「０」または「１」）をラッチ回路３９０のいずれかに保持させるものである。制御信号ｘＷＯＲＤは、制御信号ＷＯＲＤを反転した信号である。
【００７８】
ラッチ回路３９０は、ラッチ制御回路３８０の制御に従って、出力信号ＶＣＯの値を保持するものである。ラッチ回路３９０は、ローカルビット線ＬＢＬＬを介して時刻コード転送部５００と接続される。
【００７９】
［ラッチ制御回路およびラッチ回路の構成例］
図７は、本技術の第１の実施の形態におけるラッチ制御回路３８０およびラッチ回路３９０の一構成例を示すブロック図である。このラッチ制御回路３８０は、ＮＯＲゲート３８１と、インバータ３８２および３８３とを備える。
【００８０】
ＮＯＲゲート３８１は、制御信号ｘＷＯＲＤおよび出力信号ＶＣＯの否定論理和をインバータ３８２に出力するものである。インバータ３８２は、ＮＯＲゲート３８１からの出力値を反転してラッチ制御信号Ｔとしてラッチ回路３９０に出力するものである。
【００８１】
インバータ３８３は、出力信号ＶＣＯを反転してラッチ入力信号Ｌとしてラッチ回路３９０に出力するものである。
【００８２】
また、ラッチ回路３９０は、スイッチ３９１と、インバータ３９２および３９３を備える。スイッチ３９１は、ラッチ制御回路３８０からのラッチ制御信号Ｔに従って、インバータ３９２と、ローカルビット線ＬＢＬＬとの間の経路を開閉するものである。このローカルビット線ＬＢＬＬは、時刻コード転送部５００に接続される。
【００８３】
インバータ３９２は、ラッチ制御回路３８０からのラッチ入力信号Ｌに従って、インバータ３９３からの信号を反転するものである。このインバータ３９２は、反転した信号をインバータ３９３の入力端子とスイッチ３９１とに出力する。
【００８４】
インバータ３９３は、インバータ３９２からの信号を反転してインバータ３９２の入力端子に出力するものである。
【００８５】
なお、ラッチ制御回路３８０およびラッチ回路３９０は、同等の機能を持つものであれば、図７に例示した回路に限定されない。
【００８６】
図８は、本技術の第１の実施の形態における固体撮像素子２００の動作の一例を示すタイミングチャートである。１Ｖ期間の開始タイミングｔ１０において、駆動回路２１２は、リセット信号ＲＳＴより、ＦＤを初期化する。ここで、１Ｖ期間は、垂直同期信号ＶＳＹＮＣの周期である。また、タイミングｔ１０の前において、全画素の露光が開始されているものとする。
【００８７】
タイミングｔ１１から一定期間に亘って、ＤＡＣ２１１は、参照信号ＲＥＦをスロープ状に減少させる。データバスは、時刻コード転送部５００内のリピータ回路のデータである。ローカルビット線ＬＢＬを介して外部から送信されてくるデータをラッチ制御回路３８０は、ラッチ回路３９０に書き込み続け、出力信号ＶＣＯのスロープとＦＤ３３４の電位との交差点であるタイミングｔ１２において出力信号ＶＣＯが反転し、書込みを停止する。次に、そのデータはタイミングｔ１３において読み出され、時刻コード転送部５００内のメモリに保持される。このデータが、ＦＤ３３４の電圧値と回路のオフセットとを含むリセットレベルを変換したデジタル値（Ｐ相データ）となる。このＰ相データは読み出されて列処理部２５０内のメモリに保持される。
【００８８】
続いて全画素において露光終了時のタイミングｔ１４に駆動回路２１２は、転送信号ＴＸを送信して電荷をＦＤ３３４に転送する。また、タイミングｔ１５から一定期間に亘って、ＤＡＣ２１１は、参照信号ＲＥＦをスロープ状に減少させる。ローカルビット線ＬＢＬを介して送信されてくるデータをラッチ制御回路３８０は、ラッチ回路３９０に書き込み続け、タイミングｔ１６において出力信号ＶＣＯが反転し、書込みを停止する。そのデータはタイミングｔ１７において読み出され、時刻コード転送部５００内のメモリに保持される。このデータが信号レベルを変換したＤ相データとなる。
【００８９】
列処理部２５０は、列ごとにＰ相データとＤ相データとの差分を正味の画素データとして求める。露光開始時のタイミングｔ１８において、駆動回路２１２は、駆動信号ＯＦＧの送信により、全画素においてフォトダイオード３３６の電荷を排出させる。このように露光開始および露光終了のタイミングは全画素で同時であり、このような露光制御は、グローバルシャッターと呼ばれる。そして、タイミングｔ１９において１Ｖ期間が終了する。
【００９０】
なお、制御信号ＦＤＧは、リセット信号ＲＳＴと同様に制御される。このため、リセット信号ＲＳＴが常にハイレベルになるときには、ＦＤ３３４の変換効率が低下している（言い換えれば、ＦＤ３３４の容量が大きくなっている）。これにより、フォトダイオード３３６で発生した電荷が多くなり過ぎた際に、ＦＤ３３４で受けきれなくなることを回避することができる。
【００９１】
［Ｗ画素の構成例］
図９は、本技術の第１の実施の形態におけるＷ画素４００の一構成例を示すブロック図である。このＷ画素４００は、ＡＤＣ４０５、画素回路４１０およびアドレスイベント検出部４３０を備える。
【００９２】
画素回路４１０は、画素信号ＳＩＧ（リセットレベルまたは信号レベル）を生成してＡＤＣ４０５に出力するとともに、電圧信号Ｖｐを生成してアドレスイベント検出部４３０に出力するものである。ここで、電圧信号Ｖｐは、光電変換により生じた電荷の量に応じた光電流に対して電流電圧変換を行って生成した電圧信号である。
【００９３】
ＡＤＣ４０５は、画素信号ＳＩＧをデジタル信号（Ｐ相データまたはＤ相データ）に変換するものである。ＡＤＣ４０５の構成は、Ｒ画素３１０内のＡＤＣ３２０と同様である。ＡＤＣ４０５は、駆動回路２１２の制御に従って画素信号ＳＩＧを、例えば、１５ビットのデジタル信号に変換し、時刻コード転送部５００に出力する。
【００９４】
アドレスイベント検出部４３０は、電圧信号Ｖｐに基づいて、Ｗ画素４００における受光量（電荷の量）の変動量の絶対値が所定の閾値を超えた旨をアドレスイベントとして検出するものである。このアドレスイベント検出部４３０は、アドレスイベントを検出したときに、行ＡＥＲ回路２６０との間でハンドシェイクを行い、次に列ＡＥＲ回路２２０との間でハンドシェイクを行う。アドレスイベントの検出結果は、例えば、２ビットであり、ＡＤＣ４０５からのデジタル信号よりもビット数が少ない。このように、Ｗ画素４００には、ＡＤＣ４０５と、そのＡＤＣ４０５よりも分解能の低いＡＤＣであるアドレスイベント検出部４３０との２つのＡＤＣが設けられている。なお、アドレスイベント検出部４３０は、特許請求の範囲に記載のアナログデジタル変換器の一例である。
【００９５】
［アドレスイベント検出部の構成例］
図１０は、本技術の第１の実施の形態におけるアドレスイベント検出部４３０の一構成例を示すブロック図である。このアドレスイベント検出部４３０は、バッファ４４０、微分回路４５０、コンパレータ４６０およびＡＥＲロジック回路４７０を備える。
【００９６】
バッファ４４０は、例えば、ソースフォロワにより構成され、電圧信号Ｖｐに対するインピーダンス変換に用いられる。
【００９７】
微分回路４５０は、例えば、スイッチトキャパシタ回路により構成され、リセットされたときの基準値に対してＶｐが変化した分の微分信号を取得するものである。この微分回路４５０は、微分信号をコンパレータ４６０に供給する。
【００９８】
コンパレータ４６０は、微分信号のレベルを閾値ＶｔｈｏｎおよびＶｔｈｏｆｆのそれぞれと比較するものである。このコンパレータ４６０は、閾値Ｖｔｈｏｎとの比較結果をＶＣＨとしてＡＥＲロジック回路４７０に出力し、閾値Ｖｔｈｏｆｆとの比較結果をＶＣＬとしてＡＥＲロジック回路４７０に出力する。
【００９９】
ここで、閾値Ｖｔｈｏｎは、閾値Ｖｔｈｏｆｆよりも高い値に設定される。微分信号が閾値Ｖｔｈｏｎを越えることは、Ｗ画素４００の受光量の変動量が閾値Ｖｔｈｏｎに対応する値を超えたことを意味する。また、微分信号が閾値Ｖｔｈｏｆｆを下回ることは、Ｗ画素４００の受光量の変動量の絶対値が閾値Ｖｔｈｏｆｆに対応する値を超えたことを意味する。このため、微分信号が閾値Ｖｔｈｏｎを超えた場合にアドレスイベントのうちオンイベントが検出され、閾値Ｖｔｈｏｆｆを下回った場合にオフイベントが検出される。
【０１００】
ＡＥＲロジック回路４７０は、比較結果ＶＣＨおよびＶＣＬに基づいてハンドシェイクを行うものである。このＡＥＲロジック回路４７０は、アドレスイベントの有無を検出して、アドレスイベントが生じた場合に行ＡＥＲ回路２６０との間でハンドシェイクを行う。次にＡＥＲロジック回路４７０は、列ＡＥＲ回路２２０との間でハンドシェイクを行い、リセット信号ｘｒｓｔにより微分回路４５０をリセットする。なお、ＡＥＲロジック回路４７０は、特許請求の範囲に記載のハンドシェイク回路の一例である。
【０１０１】
図１１は、本技術の第１の実施の形態におけるＷ画素４００の一構成例を示す回路図である。画素回路４１０は、リセットトランジスタ４１１、容量４１２、ゲイン制御トランジスタ４１３、ＦＤ４１４、転送トランジスタ４１５、対数応答部４２２、フォトダイオード４１８および排出トランジスタ４１９を備える。
【０１０２】
リセットトランジスタ４１１、容量４１２、ゲイン制御トランジスタ４１３、ＦＤ４１４、転送トランジスタ４１５、フォトダイオード４１８および排出トランジスタ４１９の構成は、Ｒ画素３１０内の同名の素子と同一である。
【０１０３】
対数応答部４２２は、ＮＭＯＳトランジスタ４１６、４１７および４２０と、ＰＭＯＳトランジスタ４２１とを備える。ＮＭＯＳトランジスタ４１６および４１７は、転送トランジスタ４１５および排出トランジスタ４１９の接続点と、フォトダイオード４１８との間において、直列に接続される。また、ＰＭＯＳトランジスタ４２１およびＮＭＯＳトランジスタ４２０は、電源と接地端子との間において直列に接続される。
【０１０４】
また、ＮＭＯＳトランジスタ４１６のゲートにはバイアス電圧Ｖｂｃｕｓが印加され、ＰＭＯＳトランジスタ４２１のゲートには、バイアス電圧Ｖｂｌｏｇが印加される。ＮＭＯＳトランジスタ４２０のゲートは、ＮＭＯＳトランジスタ４１７およびフォトダイオード４１８の接続点に接続され、ＮＭＯＳトランジスタ４１７のゲートは、ＮＭＯＳトランジスタ４２０およびＰＭＯＳトランジスタ４２１の接続点とバッファ４４０とに接続される。このような接続により、フォトダイオード４１８に流れる光電流は、対数的に電圧Ｖｐに変換される。
【０１０５】
また、画素回路４１０のうちＰＭＯＳトランジスタ４２１以外の素子と、ＡＤＣ４０５のうち差動対のＮＭＯＳトランジスタ４２３および４２４と、電流源のＮＭＯＳトランジスタ４２５とは、画素ウェハー４０６上に設けられる。Ｗ画素４００においても、Ｒ画素３１０と同様に、電流源のＮＭＯＳトランジスタ４２５のソース電位と、画素ウェハー４０６の基板のバイアスは意図的に変更されている。
【０１０６】
また、バッファ４４０は、電源および接地端子の間において直列に接続されたＰＭＯＳトランジスタ４４１および４４２を備える。接地側のＰＭＯＳトランジスタ４４２のゲートは、画素回路４１０に接続され、電源側のＰＭＯＳトランジスタ４４１のゲートには、バイアス電圧Ｖｂｓｆが印加される。また、ＰＭＯＳトランジスタ４４１および４４２の接続点は、微分回路４５０に接続される。この接続により、Ｖｐに対するインピーダンス変換が行われる。
【０１０７】
微分回路４５０は、容量４５１および４５３と、ＰＭＯＳトランジスタ４５２および４５４と、ＮＭＯＳトランジスタ４５５とを備える。
【０１０８】
容量４５１の一端は、バッファ４４０に接続され、他端は、容量４５３の一端とＰＭＯＳトランジスタ４５４のゲートとに接続される。ＰＭＯＳトランジスタ４５２のゲートにはリセット信号ｘｒｓｔが入力され、ソースおよびドレインは容量４５３の両端に接続される。ＰＭＯＳトランジスタ４５４およびＮＭＯＳトランジスタ４５５は電源と接地端子との間において直列に接続される。また、容量４５３の他端は、ＰＭＯＳトランジスタ４５４およびＮＭＯＳトランジスタ４５５の接続点に接続される。接地側のＮＭＯＳトランジスタ４５５のゲートには、バイアス電圧Ｖｂａが印加され、ＰＭＯＳトランジスタ４５４およびＮＭＯＳトランジスタ４５５の接続点はコンパレータ４６０にも接続される。このような接続により、微分信号が生成されてコンパレータ４６０に出力される。また、微分信号は、リセット信号ｘｒｓｔにより初期化される。
【０１０９】
コンパレータ４６０は、ＰＭＯＳトランジスタ４６１および４６３とＮＭＯＳトランジスタ４６２および４６４とを備える。ＰＭＯＳトランジスタ４６１およびＮＭＯＳトランジスタ４６２は、電源と接地端子との間において直列に接続され、ＰＭＯＳトランジスタ４６３およびＮＭＯＳトランジスタ４６４も、電源と接地端子との間において直列に接続される。また、ＰＭＯＳトランジスタ４６１および４６３のゲートは、微分回路４５０に接続される。ＮＭＯＳトランジスタ４６２のゲートには閾値Ｖｔｈｏｎを生成するためのバイアス電圧Ｖｂｏｎが印加され、ＮＭＯＳトランジスタ４６４のゲートには閾値Ｖｔｈｏｆｆを生成するためのバイアス電圧Ｖｂｏｆｆが印加される。
【０１１０】
ＰＭＯＳトランジスタ４６１およびＮＭＯＳトランジスタ４６２の接続点は、ＡＥＲロジック回路４７０に接続され、この接続点の電圧が比較結果ＶＣＨとして出力される。ＰＭＯＳトランジスタ４６３およびＮＭＯＳトランジスタ４６４の接続点も、ＡＥＲロジック回路４７０に接続され、この接続点の電圧が比較結果ＶＣＬとして出力される。このような接続により、微分信号が閾値Ｖｔｈｏｎを超えた場合にコンパレータ４６０は、ハイレベルの比較結果ＶＣＨを出力し、微分信号が閾値Ｖｔｈｏｆｆを下回った場合にローレベルの比較結果ＶＣＬを出力する。
【０１１１】
図１２は、本技術の第１の実施の形態におけるコンパレータ４６０の入出力特性の一例を示すグラフである。同図における縦軸は、コンパレータ４６０の出力信号（ＶＣＨまたはＶＣＬ）のレベルを示し、横軸はコンパレータ４６０の入力信号（微分信号）のレベルを示す。また、実線は、比較結果ＶＣＨの軌跡を示し、一点鎖線は、比較結果ＶＣＬの軌跡を示す。
【０１１２】
微分信号が「０」レベルのときの光量を基準とし、その基準に対する正の光量差（変動量）が閾値Ｖｔｈｏｎに対応する値を超えると、比較結果ＶＣＨはローレベルからハイレベルに変化してオンイベントが検出される。一方、基準に対する負の光量差の絶対値が閾値Ｖｔｈｏｆｆに対応する値を超えると、比較結果ＶＣＬはハイレベルからローレベルに変化してオフイベントが検出される。
【０１１３】
Ｗ画素４００のそれぞれのアドレスイベントの検出結果をＤＳＰ回路１２０は、様々なアプリケーションにおいて処理する。想定されるアプリケーションとしては、車載、人工知能用の画像認識の入力デバイスや監視用途などがあげられる。
【０１１４】
車載であれば、ドライバに視認させるために表示するのは、垂直同期信号ＶＳＹＮＣに同期して撮像された通常画像データである。一方、固体撮像素子２００は、車両制御システムへアドレスイベントが起こったときの信号を高速でリアルタイムに出力する。これにより、従来の固体撮像素子では垂直同期信号の周期でしか取得できなかった情報を、その周期の経過を待たずに変化部分の信号として検出することができる。このため、人や障害物をよけるなどの指示までのフィードバックを高速化して安全性を向上させることができる。
【０１１５】
また、人工知能用としては，高分解能の通常画像データではなく，低分解能の意味ある情報（例えば、対数圧縮の輝度差分）を入力することにより、高速に処理を実行させて演算量を低減することができるメリットがある。また、通常画像データも得られるため、例えば、イベントドリブン出力のＡＥＲ画像データに対してＬＳＴＭ(Long Short Term Memory)を用いた信号処理を行った演算結果と通常画像データとを合わせて用いることで精度の高い画像認識を実現することができる。
【０１１６】
監視用途向けでは、通常動作時は、イベントドリブンで動作し、画像にある一定数以上の差分（ある閾値以上のイベント）が発生した場合は、垂直同期信号に同期した高分解能の通常画像データの記録を開始するなどの用途がある。これにより、高分解能のＡＤＣを常時動作させずに済むため、消費電力を削減することができる。
【０１１７】
［ＡＥＲロジック回路の構成例］
図１３は、本技術の第１の実施の形態におけるＡＥＲロジック回路４７０の一構成例を示すブロック図である。このＡＥＲロジック回路４７０は、ＮＭＯＳトランジスタ４７１乃至４７３、４７５乃至４７８、４８０および４８１と、ＰＭＯＳトランジスタ４７４および４７９と、容量４８２とを備える。
【０１１８】
ＮＭＯＳトランジスタ４７１および４７２は直列に接続される。ＮＭＯＳトランジスタ４７２および４７３のゲートには、比較結果ＶＣＨが入力され、ＮＭＯＳトランジスタ４７１のゲートには応答ＡｃｋＹｐ１が入力される。また、ＮＭＯＳトランジスタ４７２および４７３のソースは接地され、ＮＭＯＳトランジスタ４７１のドレインから列ＡＥＲ回路２２０へリクエストＲｅｑＨＸｐ１が出力される。ＮＭＯＳトランジスタ４７３のドレインから行ＡＥＲ回路２６０へリクエストＲｅｑＹｐ１が出力される。
【０１１９】
ＰＭＯＳトランジスタ４７４およびＮＭＯＳトランジスタ４７５は電源と接地端子との間において直列に接続される。また、ＰＭＯＳトランジスタ４７４のゲートには比較結果ＶＣＬが入力され、ＮＭＯＳトランジスタ４７５のゲートには、バイアス電圧Ｖｂａｅｒが印加される。
【０１２０】
ＮＭＯＳトランジスタ４７６および４７７は直列に接続される。ＮＭＯＳトランジスタ４７７および４７８のゲートは、ＰＭＯＳトランジスタ４７４およびＮＭＯＳトランジスタ４７５の接続点に接続される。ＮＭＯＳトランジスタ４７６のゲートには応答ＡｃｋＹｐ１が入力される。また、ＮＭＯＳトランジスタ４７７および４７８のソースは接地され、ＮＭＯＳトランジスタ４７６のドレインから列ＡＥＲ回路２２０へリクエストＲｅｑＬＸｐ１が出力される。ＮＭＯＳトランジスタ４７８のドレインから行ＡＥＲ回路２６０へリクエストＲｅｑＹｐ１が出力される。
【０１２１】
ＰＭＯＳトランジスタ４７９とＮＭＯＳトランジスタ４８０および４８１とは、電源と接地端子との間において直列に接続される。また、ＰＭＯＳトランジスタ４７９のゲートにはバイアス電圧Ｖｂｒｓｔが印加される。ＮＭＯＳトランジスタ４８０のゲートには応答ＡｃｋＹｐ１が入力され、ＮＭＯＳトランジスタ４８１のゲートには応答ＡｃｋＸｐ１が入力される。容量４８２の一端は、電源に接続され、他端は、ＰＭＯＳトランジスタ４７９およびＮＭＯＳトランジスタ４８０の接続点に接続される。また、ＰＭＯＳトランジスタ４７９およびＮＭＯＳトランジスタ４８０の接続点の電圧は、リセット信号ｘｒｓｔとして微分回路４５０へ出力される。
【０１２２】
上述の構成により、ハイレベルの比較結果ＶＣＨが入力される（すなわち、オンイベントが検出される）とＡＥＲロジック回路４７０は、ローレベルのリクエストＲｅｑＹｐ１を行ＡＥＲ回路２６０へ送信する。そして、行ＡＥＲ回路２６０からハイレベルの応答ＡｃｋＹｐ１を受信するとＡＥＲロジック回路４７０は、ローレベルのリクエストＲｅｑＨＸｐ１を列ＡＥＲ回路２２０に送信する。次いで列ＡＥＲ回路２２０からハイレベルの応答ＡｃｋＸｐ１を受信するとＡＥＲロジック回路４７０は、ローレベルのリセット信号ｘｒｓｔを微分回路４５０に出力する。
【０１２３】
また、ローレベルの比較結果ＶＣＬが入力される（すなわち、オフイベントが検出される）とＡＥＲロジック回路４７０は、ローレベルのリクエストＲｅｑＹｐ１を行ＡＥＲ回路２６０へ送信する。そして、行ＡＥＲ回路２６０からハイレベルの応答ＡｃｋＹｐ１を受信するとＡＥＲロジック回路４７０は、ローレベルのリクエストＲｅｑＬＸｐ１を列ＡＥＲ回路２２０に送信する。次いで列ＡＥＲ回路２２０からハイレベルの応答ＡｃｋＸｐ１を受信するとＡＥＲロジック回路４７０は、ローレベルのリセット信号ｘｒｓｔを微分回路４５０に出力する。
【０１２４】
［時刻コード発生部の構成例］
図１４は、本技術の第１の実施の形態における時刻コード発生部２３０の一構成例を示すブロック図である。この時刻コード発生部２３０は、テスト回路２３１と、冗長回路２４０と、バイナリ・グレイ変換部２３２と、バイナリカウンタ２３３と、レシーバ２３５と、複数のドライバ２３６とを備える。
【０１２５】
レシーバ２３５は、画素アレイ部３００からのマスタクロックＭＣＫを受け取るものである。このレシーバ２３５は、受け取ったマスタクロックＭＣＫをバイナリカウンタ２３３に供給する。
【０１２６】
バイナリカウンタ２３３は、マスタクロックＭＣＫに同期して２進数の計数値を計数するものである。このバイナリカウンタ２３３は、複数段のフリップフロップ２３４を備える。初段のフリップフロップ２３４のクロック端子にマスタクロックＭＣＫが入力される。２段目以降のフリップフロップ２３４のクロック端子には、前段のフリップフロップ２３４の反転出力が入力される。また、それぞれの段のフリップフロップ２３４の反転出力は、その段の入力端子に出力されるとともに、対応する桁のビットとしてバイナリ・グレイ変換部２３２にも出力される。
【０１２７】
バイナリ・グレイ変換部２３２は、バイナリカウンタ２３３からのバイナリの計数値をグレイコードに変換するものである。バイナリ・グレイ変換部２３２は、グレイコードを冗長回路２４０に供給する。
【０１２８】
冗長回路２４０は、テスト回路２３１の制御に従って、故障の生じたビットに対応する信号線の代わりに予備の信号線を接続するものである。ここで、冗長回路２４０およびテスト回路２３１との間には、少なくとも１本の予備の信号線が結線される。例えば、グレイコードが１５ビットである場合には、予備の１本を含む１６本の信号線が結線される。
【０１２９】
テスト回路２３１は、起動時などにおいてグレイコードのビットごとに、対応する信号線の故障の有無を検出するものである。ここで、テスト回路２３１が検出する故障としては、配線の断線やショート、ラッチ回路の不具合などが想定される。このテスト回路２３１は、故障が生じた場合に冗長回路２４０を制御して、故障した信号線の代わりに予備の信号線を接続させる。また、テスト回路２３１は、グレイコードを時刻コードとして出力する。
【０１３０】
ドライバ２３６は、時刻コード内のビットごとに設けられる。このドライバ２３６は、時刻コードのうち対応するビットＦＦｉｎ［ｋ］（ｋは０以上の整数）を画素アレイ部３００に出力する。
【０１３１】
また、時刻コード発生部２３０には、リクエストＲｅｑＨＸｐ１およびＲｅｑＬＸｐ１と、応答ＡｃｋＸｐ１とのそれぞれを伝送する信号線が配線される。
【０１３２】
［冗長回路の構成例］
図１５は、本技術の第１の実施の形態における冗長回路２４０の一構成例を示す回路図である。この冗長回路２４０は、複数のスイッチ２４１を備える。スイッチ２４１の個数は、グレイコード（時刻コード）のビット数と同数である。また、スイッチ２４１は、１つの入力端子と、２つの出力端子とを備える。ｋ個目のスイッチ２４１の入力端子には、バイナリ・グレイ変換部２３２からの時刻コードのうちｋビット目を伝送する信号線ＩＮＡ［ｋ］が接続される。また、「０」個目のスイッチ２４１の左側の出力端子には、信号線ＯＵＴ［０］が接続される。また、ｋ個目のスイッチ２４１の右側の出力端子と、ｋ＋１個目のスイッチ２４１の左側の出力端子とが接続され、それらの出力端子は、信号線ＯＵＴ［ｋ］にも接続される。最後のスイッチ２４１の右側の出力端子には、予備の信号線ＯＵＴ［１５］が接続される。
【０１３３】
スイッチ２４１は、テスト回路２３１の制御に従って、入力端子の接続先を切り替える。初期状態において、全てのスイッチ２４１の入力端子は左側の出力端子に接続される。ｋビット目が故障した場合、ｋ以降のスイッチ２４１が入力端子の接続先を右側の出力端子に切り替える。例えば、１５ビットのうち「１」ビット目で故障が生じた場合、「１」乃至「１４」個目のスイッチ２４１が、接続先を右側に切り替える。これにより、信号線ＩＮＡ［１］乃至ＩＮＡ［１４］は、信号線ＯＵＴ［２］乃至ＯＵＴ［１５］と接続され、故障した信号線ＯＵＴ［１］は入力端子と切り離される。
【０１３４】
テスト回路２３１は、起動時に故障の有無の検出を行い、その検出結果をもとに冗長回路２４０が切り替える。なお、この方法に限定されず、例えば、起動前に予めテスト回路２３１が故障の有無を検出しておき、不揮発性のメモリに検出結果を記載しておいてもよい。この場合には、冗長回路２４０は、起動時にメモリから検出結果を読み出して切替えを行えばよい。
【０１３５】
図１６は、本技術の第１の実施の形態における時刻コード転送部５００の一構成例を示すブロック図である。この時刻コード転送部５００は、クラスタ５１０と、インバータ５７１および５７２と、複数のフリップフロップ５７３とを備える。フリップフロップ５７３の個数は、一定の送受信単位内のラッチ回路３９０の個数（２５６個など）と同数である。クラスタ５１０の構成については後述する。
【０１３６】
インバータ５７１は、列処理部２５０からのマスタクロックＭＣＫを反転するものである。このインバータ５７１は、反転したクロック信号ｘＭＣＫをインバータ５７２およびクラスタ５１０に供給する。
【０１３７】
インバータ５７２は、クロック信号ｘＭＣＫを反転してマスタクロックＭＣＫとして、フリップフロップ５７３のそれぞれのクロック端子に出力するものである。
【０１３８】
フリップフロップ５７３は、マスタクロックＭＣＫに同期して、クラスタ５１０からのビットＦＦｏｕｔ［ｋ］を保持するものである。このフリップフロップ５７３は、保持したビットを列処理部２５０に出力する。
【０１３９】
［クラスタの構成例］
図１７は、本技術の第１の実施の形態におけるクラスタ５１０の一構成例を示すブロック図である。このクラスタ５１０は、複数の単位ブロック５２０と、インバータ５１１乃至５１７とを備える。単位ブロック５２０の個数は、送受信単位のビット数（例えば，１５ビットに冗長１ビットを加えた１６ビット）と同じである。
【０１４０】
インバータ５１１は、インバータ５７１からのクロック信号ｘＭＣＫを反転してマスタクロックＭＣＫとして単位ブロック５２０のそれぞれと時刻コード発生部２３０とに供給するものである。
【０１４１】
インバータ５１３は、駆動回路２１２からのリードイネーブル信号ＲＥＮＬを反転するものである。このリードイネーブル信号ＲＥＮＬは、時刻コード転送部５００の左側の画素の画素データの読出しを指示する信号である。インバータ５１２は、インバータ５１３からの信号を反転して単位ブロック５２０のそれぞれに供給するものである。
【０１４２】
インバータ５１５は、駆動回路２１２からのリードイネーブル信号ＲＥＮＲを反転するものである。このリードイネーブル信号ＲＥＮＲは、時刻コード転送部５００の右側の画素の画素データの読出しを指示する信号である。インバータ５１４は、インバータ５１５からの信号を反転して単位ブロック５２０のそれぞれに供給するものである。
【０１４３】
インバータ５１７は、駆動回路２１２からのライトイネーブル信号ＷＥＮを反転するものである。このライトイネーブル信号ＷＥＮは、時刻コードの書込みを指示する信号である。インバータ５１６は、インバータ５１７からの信号を反転して単位ブロック５２０のそれぞれに供給するものである。
【０１４４】
単位ブロック５２０は、リードイネーブル信号ＲＥＮＬおよびＲＥＮＲと、ライトイネーブル信号ＷＥＮとに従って画素データの読出し、または、時刻コードの書込みを行うものである。
【０１４５】
図１８は、本技術の第１の実施の形態における単位ブロック５２０の一構成例を示すブロック図である。この単位ブロック５２０は、インバータ５２１、５２２、５２４および５２７と、ＰＭＯＳトランジスタ５２３および５２８と、バッファ５２５および５２６と、フリップフロップ５５０とを備える。
【０１４６】
インバータ５２１は、インバータ５１１からのマスタクロックＭＣＫを反転するものである。このインバータ５２１は、反転した信号をインバータ５２２に供給する。インバータ５２２は、インバータ５２１からの信号を反転してマスタクロックＭＣＫとしてフリップフロップ５５０のクロック端子に供給するものである。
【０１４７】
フリップフロップ５５０は、マスタクロックＭＣＫに同期して、時刻コード発生部２３０からの時刻コードのうち対応するビットＦＦｉｎ［ｋ］を保持するものである。このフリップフロップ５５０は、保持したビットをＦＦｏｕｔ［ｋ］としてバッファ５２５および５２６に供給する。
【０１４８】
ＰＭＯＳトランジスタ５２３は、駆動回路２１２からの制御信号ＰＣＬを反転した信号ｘＰＣＬに従って、ローカルビット線ＬＢＬＬ［ｋ］をプリチャージするものである。ここで、制御信号ＰＣＬは、ローカルビット線ＬＢＬＬ［ｋ］のプリチャージを指示する信号であり、例えば、ローカルビット線ＬＢＬＬ［ｋ］を介してビットを読み出す直前にプリチャージが指示される。これにより、ラッチ回路３９０からローカルビット線ＬＢＬＬ［ｋ］へ信号を出力する際に、インバータ３８２の出力（Ｔ）とスイッチ３９１とのインピーダンスの比でラッチ回路３９０内部の初期電圧が変動し、ローカルビット線ＬＢＬＬ［ｋ］の信号が上書きされることを防止することができる。また、ラッチ回路３９０の面積を最小化することができる。
【０１４９】
インバータ５２４は、ローカルビット線ＬＢＬＬ［ｋ］を介して読み出されたビットを、ハイレベルのリードイネーブル信号ＲＥＮＬに従って反転し、画素データのｋビット目（ＦＦｏｕｔ［ｋ］）としてフリップフロップ５７３を介して列処理部２５０に出力するものである。バッファ５２５は、フリップフロップ５５０から出力されたビットを、ハイレベルのライトイネーブル信号ＷＥＮに従ってローカルビット線ＬＢＬＬ［ｋ］に出力するものである。これらのインバータ５２４およびバッファ５２５により、双方向のバッファ回路５３０が形成される。このバッファ回路５３０のローカルビット線ＬＢＬＬに接続された端子をＲ_ＩＯとし、フリップフロップ５５０に接続された端子をＷ_ＩＯとする。
【０１５０】
ＰＭＯＳトランジスタ５２８は、駆動回路２１２からの制御信号ＰＣＲを反転した信号ｘＰＣＲに従って、ローカルビット線ＬＢＬＲ［ｋ］をプリチャージするものである。ここで、制御信号ＰＣＲは、ローカルビット線ＬＢＬＲ［ｋ］のプリチャージを指示する信号であり、例えば、ローカルビット線ＬＢＬＲ［ｋ］を介してビットを読み出す直前にプリチャージが指示される。
【０１５１】
インバータ５２７は、ローカルビット線ＬＢＬＲ［ｋ］を介して読み出されたビットを、ハイレベルのリードイネーブル信号ＲＥＮＲに従って反転し、画素データのｋビット目としてフリップフロップ５７３を介して列処理部２５０に出力するものである。バッファ５２６は、フリップフロップ５５０から出力されたビットを、ハイレベルのライトイネーブル信号ＷＥＮに従ってローカルビット線ＬＢＬＲ［ｋ］に出力するものである。これらのインバータ５２７およびバッファ５２６により、双方向のバッファ回路が形成される。
【０１５２】
［バッファ回路の構成例］
図１９は、本技術の第１の実施の形態におけるバッファ回路５３０の一構成例を示す回路図である。このバッファ回路５３０は、インバータ５３１および５４０と、ＮＡＮＤゲート５３２と、ＮＯＲゲート５３３と、ＰＭＯＳトランジスタ５３４、５３６および５３７と、ＮＭＯＳトランジスタ５３５、５３８および５３９とを備える。
【０１５３】
インバータ５３１は、ライトイネーブル信号ＷＥＮを反転してＮＯＲゲート５３３に出力するものである。ＮＡＮＤゲート５３２は、ライトイネーブル信号ＷＥＮと、端子Ｗ_ＩＯからの入力ビットとの否定論理積をＰＭＯＳトランジスタ５３４のゲートに出力するものである。ＮＯＲゲート５３３は、インバータ５３１からの信号と端子Ｗ_ＩＯからの入力ビットとの否定論理和をＮＭＯＳトランジスタ５３５のゲートに出力するものである。
【０１５４】
ＰＭＯＳトランジスタ５３４およびＮＭＯＳトランジスタ５３５は、電源と接地端子との間において直列に接続される。また、ＰＭＯＳトランジスタ５３４およびＮＭＯＳトランジスタ５３５の接続点が、端子Ｒ_ＩＯと、ＰＭＯＳトランジスタ５３７およびＮＭＯＳトランジスタ５３８のそれぞれのゲートとに接続される。
【０１５５】
インバータ５４０は、リードイネーブル信号ＲＥＮＬを反転してＰＭＯＳトランジスタ５３６のゲートに出力するものである。
【０１５６】
ＰＭＯＳトランジスタ５３６および５３７とＮＭＯＳトランジスタ５３８および５３９とは、電源と接地端子との間において直列に接続される。また、ＮＭＯＳトランジスタ５３９のゲートには、リードイネーブル信号ＲＥＮＬが入力される。
【０１５７】
上述の構成により、バッファ回路５３０は、リードイネーブル信号ＲＥＮＬに従って端子Ｒ_ＩＯから読み出されたビットを反転して端子Ｗ_ＩＯから出力する。また、バッファ回路５３０は、ライトイネーブル信号ＷＥＮに従って端子Ｗ_ＩＯから入力されたビットを端子Ｒ_ＩＯから出力する。
【０１５８】
［フリップフロップの構成例］
図２０は、本技術の第１の実施の形態におけるフリップフロップ５５０の一構成例を示す回路図である。このフリップフロップ５５０は、ＰＭＯＳトランジスタ５５１、５５３、５５４、５５６および５５９と、ＮＭＯＳトランジスタ５５２、５５５、５５７、５５８、５６０および５６１を備える。
【０１５９】
ＰＭＯＳトランジスタ５５１およびＮＭＯＳトランジスタ５５２は、電源と接地端子との間において直列に接続される。これらのトランジスタのゲートは、Ｄ端子に接続される。
【０１６０】
ＰＭＯＳトランジスタ５５３および５５４とＮＭＯＳトランジスタ５５５とは、電源と接地端子との間において直列に接続される。ＰＭＯＳトランジスタ５５３およびＮＭＯＳトランジスタ５５５のゲートは、ＰＭＯＳトランジスタ５５１およびＮＭＯＳトランジスタ５５２の接続点に接続される。また、ＰＭＯＳトランジスタ５５４のゲートは、クロック端子ＣＫに接続される。
【０１６１】
ＰＭＯＳトランジスタ５５６とＮＭＯＳトランジスタ５５７および５５８とは、電源と接地端子との間において直列に接続される。ＰＭＯＳトランジスタ５５６およびＮＭＯＳトランジスタ５５８のゲートは、クロック端子ＣＫに接続される。また、ＮＭＯＳトランジスタ５５７のゲートは、ＰＭＯＳトランジスタ５５４およびＮＭＯＳトランジスタ５５５の接続点に接続される。
【０１６２】
ＰＭＯＳトランジスタ５５９とＮＭＯＳトランジスタ５６０および５６１とは、電源と接地端子との間において直列に接続される。ＰＭＯＳトランジスタ５５９およびＮＭＯＳトランジスタ５６１のゲートは、ＰＭＯＳトランジスタ５５６およびＮＭＯＳトランジスタ５５７の接続点に接続される。また、ＮＭＯＳトランジスタ５６０のゲートは、クロック端子ＣＫに接続される。
【０１６３】
上述の構成により、フリップフロップ５５０は、クロック端子ＣＫに入力されたクロック信号の立ち上がりにてＤ端子の入力をＱへ出力し，立下りにて，ＱのノードをＨｉｇｈ−ＺとすることでＱの信号保持することを可能にする。また、上述の構成により、バッファ回路５３０によるＱの配線ノードへのデータ書き込みを可能にする。
【０１６４】
［列処理部の構成例］
図２１は、本技術の第１の実施の形態における列処理部２５０の一構成例を示すブロック図である。この列処理部２５０は、信号線ごとにインバータ２５３を備え、列ごとに冗長回路２５１およびＣＤＳ回路２５２を備える。
【０１６５】
インバータ２５３は、画素アレイ部３００からのビットを反転するものである。インバータ２５３のそれぞれは、反転したビットを対応する冗長回路２５１へ送信する。
【０１６６】
冗長回路２５１の構成は、図１５に例示した冗長回路２４０と同様である。また、ＣＤＳ回路２５２は、対応する列のＰ相データとＤ相データとの差分を正味の画素データとして演算するＣＤＳ処理を行うものである。このＣＤＳ回路２５２は、画素データをＤＳＰ回路１２０に出力する。
【０１６７】
［行ＡＥＲ回路の構成例］
図２２は、本技術の第１の実施の形態における行ＡＥＲ回路２６０の一構成例を示すブロック図である。この行ＡＥＲ回路２６０は、行ごとに、行ＡＥＲブロック２７０を備える。行ＡＥＲブロック２７０は、対応する行と行アービタ６００とステートマシン２１５との間でハンドシェイクを行うものである。
【０１６８】
［行ＡＥＲブロックの構成例］
図２３は、本技術の第１の実施の形態における行ＡＥＲブロック２７０の一構成例を示す回路図である。この行ＡＥＲブロック２７０は、ＰＭＯＳトランジスタ２７１と、ＮＭＯＳトランジスタ２７２および２７３と、ＮＯＲゲート２７６と、インバータ２７４および２７５とを備える。
【０１６９】
ＰＭＯＳトランジスタ２７１と、ＮＭＯＳトランジスタ２７２および２７３とは、電源と接地端子との間において直列に接続される。また、ＰＭＯＳトランジスタ２７１およびＮＭＯＳトランジスタ２７２のゲートには、ステートマシン２１５からの制御信号ＬＯＡＤが入力される。この制御信号ＬＯＡＤは、アドレスイベントの検出結果の読出しを指示する信号である。また、ＮＭＯＳトランジスタ２７３のゲートには、ステートマシン２１５からの応答ＣＨＩＰ_ＡＣＫを反転したｘＣＨＩＰ_ＡＣＫが入力される。
【０１７０】
ＮＯＲゲート２７６は、２つの入力値の否定論理和をリクエストＲｅｑＹａ１として行アービタ６００に出力するものである。ＮＯＲゲート２７６の入力端子の一方には、ステートマシン２１５からの応答ＣＨＩＰ_ＡＣＫが入力される。ＮＯＲゲート２７６の入力端子の他方は、ＰＭＯＳトランジスタ２７１およびＮＭＯＳトランジスタ２７２の接続点と、画素アレイ部３００からのリクエストＲｅｑＹｐ１を伝送する信号線とに接続される。
【０１７１】
インバータ２７５は、行アービタ６００からの応答ＡｃｋＹａ１を反転してインバータ２７４に出力するものである。インバータ２７４は、インバータ２７５からの信号を反転して応答ＡｃｋＹｐ１として、画素アレイ部３００へ出力するものである。
【０１７２】
上述の構成により、行ＡＥＲブロック２７０は、ローレベルのリクエストＲｅｑＹｐ１が入力されると、応答ＣＨＩＰ_ＡＣＫがハイレベルであれば、ローレベルのリクエストＲｅｑＹａ１を出力する。また、行ＡＥＲブロック２７０は、ハイレベルの応答ＡｃｋＹａ１を遅延させて応答ＡｃｋＹｐ１として出力する。
【０１７３】
［列ＡＥＲ回路の構成例］
図２４は、本技術の第１の実施の形態における列ＡＥＲ回路２２０の一構成例を示すブロック図である。この列ＡＥＲ回路２２０は、列ごとに列ＡＥＲブロック２２１を備える。列ＡＥＲブロック２２１は、対応する列と、ステートマシン２１５と、列アービタ２１３との間でハンドシェイクを行うものである。
【０１７４】
［列ＡＥＲブロックの構成例］
図２５は、本技術の第１の実施の形態における列ＡＥＲブロック２２１の一構成例を示すブロック図である。この列ＡＥＲブロック２２１は、Ｈ側列ＡＥＲブロック２２２、Ｌ側列ＡＥＲブロック２２３およびＯＲゲート２２４を備える。
【０１７５】
Ｈ側列ＡＥＲブロック２２２は、ローレベルのリクエストＲｅｑＨＸｐ１が入力されるとハンドシェイクを行うものである。このＨ側列ＡＥＲブロック２２２は、ハイレベルの応答ＡｃｋＨＸａ１を遅延させた信号をＯＲゲート２２４に出力する。Ｌ側列ＡＥＲブロック２２３は、ローレベルのリクエストＲｅｑＬＸｐ１が入力されるとハンドシェイクを行うものである。このＬ側列ＡＥＲブロック２２３は、ハイレベルの応答ＡｃｋＬＸａ１を遅延させた信号をＯＲゲート２２４に出力する。また、Ｈ側列ＡＥＲブロック２２２およびＬ側列ＡＥＲブロック２２３により、画素アレイ部３００からのローレベルのリクエストが反転される。これらのＨ側列ＡＥＲブロック２２２およびＬ側列ＡＥＲブロック２２３の構成は、図２３に例示した行ＡＥＲブロック２７０と同様である。なお、これらの行や列のＡＥＲブロックの構成は、ハンドシェイクを行うことができるものであれば、図２３に例示した回路に限定されない。
【０１７６】
ＯＲゲート２２４は、Ｈ側列ＡＥＲブロック２２２およびＬ側列ＡＥＲブロック２２３からの信号の論理和を応答ＡｃｋＸｐ１として出力するものである。
【０１７７】
［行アービタの構成例］
図２６は、本技術の第１の実施の形態における行アービタ６００の一構成例を示すブロック図である。この行アービタ６００は、アービタブロック６１０、６５０乃至６５４とインバータ６０１および６０２とを７行ごとに備える。なお、同図は、垂直のイベントドリブンの画素数を７画素とした場合の図である。例えば、垂直のイベントドリブンの画素数が１０００画素であれば、２１０（＝１０２４）段までカバーする１０段のアービタが設けられる。
【０１７８】
アービタブロック６１０は、１行目からのリクエストと２行目からのリクエストとを調停するものである。このアービタブロック６１０は、アービタブロック６５２との間でハンドシェイクを行い、調停結果に基づいて応答を１行目または２行目に出力する。
【０１７９】
アービタブロック６５０は、３行目からのリクエストと４行目からのリクエストとを調停するものである。このアービタブロック６５０は、アービタブロック６５２との間でハンドシェイクを行い、調停結果に基づいて応答を３行目または４行目に出力する。
【０１８０】
アービタブロック６５１は、５行目からのリクエストと６行目からのリクエストとを調停するものである。このアービタブロック６５１は、アービタブロック６５３との間でハンドシェイクを行い、調停結果に基づいて応答を５行目または６行目に出力する。
【０１８１】
アービタブロック６５２は、アービタブロック６１０からのリクエストとアービタブロック６５０からのリクエストとを調停するものである。このアービタブロック６５２は、アービタブロック６５４との間でハンドシェイクを行い、調停結果に基づいて応答をアービタブロック６１０または６５０に出力する。
【０１８２】
アービタブロック６５３は、アービタブロック６５１からのリクエストと７行目からのリクエストとを調停するものである。このアービタブロック６５３は、アービタブロック６５４との間でハンドシェイクを行い、調停結果に基づいて応答をアービタブロック６５１または７行目に出力する。
【０１８３】
アービタブロック６５４は、アービタブロック６５２からのリクエストとアービタブロック６５３からのリクエストとを調停するものである。このアービタブロック６５４は、早い方のリクエストに対する応答をインバータ６０１および６０２で遅延させてアービタブロック６５２または６５３に供給する。
【０１８４】
なお、列アービタ２１３の構成は、行アービタ６００と同様である。また、これらのアービタの構成は、リクエストを調停することができるのであれば、図２６に例示した構成に限定されない。
【０１８５】
［アービタブロックの構成例］
図２７は、本技術の第１の実施の形態におけるアービタブロック６１０の一構成例を示す回路図である。このアービタブロック６１０は、ＰＭＯＳトランジスタ６１１、６１４、６１５乃至６１７、６２０、６２２、６２５および６２６と、ＮＭＯＳトランジスタ６１２、６１３、６１８、６１９、６２３、６２４および６２７とインバータ６２１とを備える。
【０１８６】
ＰＭＯＳトランジスタ６１１および６１４は、電源に並列に接続される。ＮＭＯＳトランジスタ６１２および６１３は、ＰＭＯＳトランジスタ６１１および６１４のドレインと接地端子との間において直列に接続される。また、ＰＭＯＳトランジスタ６１１およびＮＭＯＳトランジスタ６１３のゲートには、１行目からのリクエストＲｅｑＸａ１が入力される。
【０１８７】
ＰＭＯＳトランジスタ６１５および６１６は、電源に直列に接続される。また、ＰＭＯＳトランジスタ６１５のゲートにはリクエストＲｅｑＸａ１が入力され、ＰＭＯＳトランジスタ６１６のゲートには２行目からのリクエストＲｅｑＸａ２が入力される。
【０１８８】
ＰＭＯＳトランジスタ６１７および６２０は、電源に並列に接続される。ＮＭＯＳトランジスタ６１８および６１９は、ＰＭＯＳトランジスタ６１７および６２０のドレインと接地端子との間において直列に接続される。また、ＰＭＯＳトランジスタ６１７およびＮＭＯＳトランジスタ６１８のゲートは、ＰＭＯＳトランジスタ６１１および６１４のドレインに接続される。ＰＭＯＳトランジスタ６２０およびＮＭＯＳトランジスタ６１９のゲートには、リクエストＲｅｑＸａ２が入力される。ＰＭＯＳトランジスタ６１７および６２０のドレインは、ＰＭＯＳトランジスタ６１４およびＮＭＯＳトランジスタ６１２のゲートに接続される。
【０１８９】
また、ＮＭＯＳトランジスタ６１２および６１３の接続点と、ＰＭＯＳトランジスタ６１６のドレインと、ＮＭＯＳトランジスタ６１８および６１９の接続点とは、リクエストＲｅｑＸｂ１を伝送する信号線に接続される。このリクエストＲｅｑＸｂ１は、上位のアービタブロック６５２に出力される。
【０１９０】
インバータ６２１は、上位のアービタブロック６５２からの応答ＡｃｋＸｂ１を反転するものである。このインバータ６２１は、反転した信号をＰＭＯＳトランジスタ６２５およびＮＭＯＳトランジスタ６２４のゲートへ出力する。
【０１９１】
ＰＭＯＳトランジスタ６２５および６２６とＮＭＯＳトランジスタ６２７とは、電源と接地端子との間に直列に接続される。また、ＰＭＯＳトランジスタ６２２およびＮＭＯＳトランジスタ６２３は、ＰＭＯＳトランジスタ６２５および６２６の接続点と接地端子との間に直列に接続される。ＮＭＯＳトランジスタ６２４のソースおよびドレインは、ＰＭＯＳトランジスタ６２２およびＮＭＯＳトランジスタ６２３の接続点と、ＰＭＯＳトランジスタ６２６およびＮＭＯＳトランジスタ６２７の接続点とに接続される。
【０１９２】
また、ＰＭＯＳトランジスタ６２２およびＮＭＯＳトランジスタ６２３のゲートは、ＰＭＯＳトランジスタ６１１および６１４のドレインに接続される。ＰＭＯＳトランジスタ６２６およびＮＭＯＳトランジスタ６２７のゲートは、ＰＭＯＳトランジスタ６１７および６２０のドレインに接続される。ＰＭＯＳトランジスタ６２２およびＮＭＯＳトランジスタ６２３の接続点は、１行目への応答ＡｃｋＸａ１を伝送する信号線に接続される。ＰＭＯＳトランジスタ６２６およびＮＭＯＳトランジスタ６２７の接続点は、２行目への応答ＡｃｋＸａ２を伝送する信号線に接続される。
【０１９３】
上述の構成により、アービタブロック６１０は、リクエストＲｅｑＸｂ１またはリクエストＲｅｑＸｂ２を受け取ると、リクエストＲｅｑＸｂ１を出力する。そして、応答ＡｃｋＸｂ１を受け取るとアービタブロック６１０は、リクエストＲｅｑＸｂ１およびリクエストＲｅｑＸｂ２のうち到着の早い方に対応する応答を出力する。
【０１９４】
アービタブロック６５０乃至６５４の構成は、図２７に例示したアービタブロック６１０と同様である。
【０１９５】
図２８は、本技術の第１の実施の形態におけるハンドシェイクの一例を示すタイミングチャートである。Ｗ画素４００がローレベルのリクエストＲｅｑＹｐ１を出力すると、行ＡＥＲブロック２７０は、応答ＣＨＩＰ_ＡＣＫがハイレベルであれば、ハイレベルの応答ＡｃｋＹｐ１を返す。
【０１９６】
応答ＡｃｋＹｐ１を受け取るとＷ画素４００は、オンイベントが生じた場合にはローレベルのリクエストＲｅｑＨＸｐ１を出力する。なお、オフイベントが生じた場合にはローレベルのリクエストＲｅｑＬＸｐ１が出力される。
【０１９７】
リクエストＲｅｑＨＸｐ１を受け取ると列ＡＥＲブロック２２１は、応答ＣＨＩＰ_ＡＣＫがハイレベルであれば、ハイレベルの応答ＡｃｋＸｐ１を返す。応答ＡｃｋＸｐ１を受け取るとＷ画素４００は、ローレベルのリセット信号ｘｒｓｔを生成してリクエストＲｅｑＹｐ１およびＲｅｑＨＸｐ１とをハイレベルに初期化する。
【０１９８】
また、応答ＡｃｋＸｐ１を出力すると、列ＡＥＲブロック２２１は、ローレベルのリクエストＣＨＩＰ_ＲＥＱを出力する。リクエストＣＨＩＰ_ＲＥＱを受け取るとステートマシン２１５は、アドレスイベントの検出結果をＤＳＰ回路１２０に転送し、ローレベルの応答ＣＨＩＰ_ＡＣＫを返す。
【０１９９】
応答ＣＨＩＰ_ＡＣＫを受け取ると行ＡＥＲブロック２７０は、リクエストＲｅｑＹｐ１がハイレベルであれば、応答ＡｃｋＹｐ１をローレベルに初期化する。また、応答ＣＨＩＰ_ＡＣＫを受け取ると列ＡＥＲブロック２２１は、リクエストＲｅｑＨＸｐ１がハイレベルであれば、応答ＡｃｋＸｐ１をローレベルに初期化する。
【０２００】
応答ＡｃｋＸｐ１が初期化されるとＷ画素４００は、リセット信号ｘｒｓｔをハイレベルに初期化し、列ＡＥＲブロック２２１は、リクエストＣＨＩＰ_ＲＥＱをハイレベルに初期化する。また、ステートマシン２１５は、応答ＣＨＩＰ_ＡＣＫをハイレベルに初期化する。
【０２０１】
［固体撮像素子の動作例］
図２９は、本技術の第１の実施の形態における撮像処理の一例を示すフローチャートである。この撮像処理は、例えば、通常画像データの撮像のためのアプリケーションが実行されたときに開始される。
【０２０２】
固体撮像素子２００は、ＶＳＹＮＣの立上りのタイミングであるか否かを判断する（ステップＳ９１１）。ＶＳＹＮＣの立上りのタイミングである場合に（ステップＳ９１１：Ｙｅｓ）、固体撮像素子２００内の画素のそれぞれは、露光終了の直前においてリセットレベルをＰ相データに変換する（ステップＳ９１２）。そして、画素は、露光終了時に電荷をＦＤに転送し（ステップＳ９１３）、信号レベルをＤ相データに変換する（ステップＳ９１４）。そして、固体撮像素子２００は、ＣＤＳ処理を実行する（ステップＳ９１５）。ＶＳＹＮＣの立上りのタイミング前の場合（ステップＳ９１１：Ｎｏ）、または、ステップＳ９１５の後に固体撮像素子２００は、ステップＳ９１１以降を繰り返し実行する。
【０２０３】
図３０は、本技術の第１の実施の形態におけるＡＥＲ処理の一例を示すフローチャートである。このＡＥＲ処理は、例えば、ＡＥＲのためのアプリケーションが実行されたときに開始される。
【０２０４】
固体撮像素子２００内のＷ画素４００は、光量差が閾値Ｖｔｈｏｎに対応する値＋Ｔｈを超えたか否かを判断する（ステップＳ９２１）。光量差が＋Ｔｈ以下である場合に（ステップＳ９２１：Ｎｏ）、Ｗ画素４００は、光量差が閾値Ｖｔｈｏｆｆに対応する値−Ｔｈを下回ったか否かを判断する（ステップＳ９２２）。光量差が−Ｔｈより小さい場合に（ステップＳ９２２：Ｙｅｓ）、Ｗ画素４００は、オフイベントを検出する（ステップＳ９２３）。一方、光量差が＋Ｔｈを超えた場合に（ステップＳ９２１：Ｙｅｓ）Ｗ画素４００は、オンイベントを検出する（ステップＳ９２４）。
【０２０５】
ステップＳ９２３またはＳ９２４の後にＷ画素４００は、アドレスイベントの検出結果をハンドシェイクにより転送し（ステップＳ９２５）、ステップＳ９２１以降を繰り返し実行する。また、光量差が−Ｔｈ以上の場合（ステップＳ９２２：Ｎｏ）、Ｗ画素４００は、ステップＳ９２１以降を繰り返し実行する。
【０２０６】
このように、本技術の第１の実施の形態によれば、Ｗ画素４００がアドレスイベントを検出するとともに画素信号をデジタル信号に変換するため、アドレスイベントを検出しつつ、デジタル信号からなる高画質の通常画像データを生成することができる。
【０２０７】
＜２．第２の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態では、Ｒ画素３１０などの画素のそれぞれは、リセットレベルのＰ相データへの変換終了後に、そのＰ相データを列処理部２５０へ転送してから信号レベルをＤ相データに変換していた。しかし、この処理方法では、リセットレベルの変換開始から、信号レベルの変換終了までのサンプリング期間が、Ｐ相データの転送時間の分だけ長くなってしまい、暗電流の影響を十分に抑制することができないおそれがある。この第２の実施の形態の固体撮像素子２００は、サンプリング期間を短くして暗電流の影響を抑制した点において第１の実施の形態と異なる。
【０２０８】
図３１は、本技術の第２の実施の形態におけるデータ記憶部３７０の一構成例を示すブロック図である。この第２の実施の形態のデータ記憶部３７０は、Ｐ相データおよびＤ相データの両方を保持する分のラッチ回路３９０を備え、ラッチ回路３９０ごとにラッチ制御回路３８５を設けた点において第１の実施の形態と異なる。
【０２０９】
例えば、Ｐ相データを１４ビットとし、Ｄ相データを１６ビットとする場合、３０ビット分のラッチ制御回路３８５およびラッチ回路３９０が設けられる。
【０２１０】
図３２は、本技術の第２の実施の形態におけるラッチ制御回路３８５の一構成例を示す回路図である。このラッチ制御回路３８５は、複合ゲート３８６とＮＡＮＤゲート３８７とを備える。
【０２１１】
複合ゲート３８６は、駆動回路２１２からの制御信号ｘＷＯＲＤおよびｘＬＡＴＳＥＬＬとインバータ３７１からの信号ｘＶＣＯとに対して論理演算を行うものである。この複合ゲート３８６は、制御信号ｘＷＯＲＤおよびｘＶＣＯの論理積と、制御信号ｘＬＡＴＳＥＬＬとの否定論理和をラッチ制御信号Ｔとしてラッチ回路３９０へ出力する。
【０２１２】
ＮＡＮＤゲート３８７は、駆動回路２１２からの制御信号ＬＡＴＳＥＬＬと、正帰還回路３６０からの出力信号ＶＣＯとの否定論理積をラッチ制御信号Ｌとしてラッチ回路３９０へ出力するものである。
【０２１３】
図３３は、本技術の第２の実施の形態における固体撮像素子２００のサンプリング処理の一例を示すタイミングチャートである。タイミングｔ１０からの１Ｖ期間において、画素は、タイミングｔ１１からタイミングｔ１２までに亘ってリセットレベルをＰ相データに変換する処理を行う。画素は、Ｐ相データを出力せずに内部のラッチ回路３９０に保持し、続いてタイミングｔ１３からタイミングｔ１４に亘って信号レベルをＤ相データに変換する処理を行う。
【０２１４】
図３４は、本技術の第２の実施の形態における固体撮像素子２００のサンプリング後の動作の一例を示すタイミングチャートである。信号レベルのサンプリングが終了したタイミングｔ１４の直後のタイミングｔ１５において駆動回路２１２は、制御信号ＬＡＴＳＥＬＬ［０］によりＰ相データを出力させる。次にタイミングｔ１６において駆動回路２１２は、制御信号ＬＡＴＳＥＬＬ［１］によりＤ相データを出力させる。
【０２１５】
そして、タイミングｔ１７において駆動回路２１２は、制御信号ＬＡＴＳＥＬＬ［０］によりＰ相データを出力させる。次にタイミングｔ１８において駆動回路２１２は、制御信号ＬＡＴＳＥＬＬ［１］によりＤ相データを出力させる。
【０２１６】
このように、本技術の第２の実施の形態では、画素がＰ相データを保持するため、リセットレベルのサンプリング直後に信号レベルのサンプリングを開始することができる。これにより、サンプリング期間を短くして暗電流の影響を抑制することができる。
【０２１７】
［変形例］
上述の第２の実施の形態では、Ｒ画素３１０等の画素のそれぞれは、複数の信号レベルを同一の露光時間によりＡＤ変換していたが、自然光の下などでは、ダイナミックレンジが不足するおそれがある。ダイナミックレンジを拡大するには、一般的に、短時間露光の画素データと長時間露光の画素データとを生成し、それらを合成する方法が用いられる。しかし、この方法では、長時間露光と短時間露光との合計の露光時間が長くなってしまうという問題がある。この第２の実施の形態の変形例の固体撮像素子２００は、露光時間の増大を抑制しつつ、ダイナミックレンジを拡大した点において第２の実施の形態と異なる。
【０２１８】
図３５は、本技術の第２の実施の形態の変形例における固体撮像素子２００のリセットレベルサンプリング処理の一例を示すタイミングチャートである。タイミングｔ１０からの１Ｖ期間において、画素は、タイミングｔ１１からタイミングｔ１２までに亘って１回目のリセットレベルの変換処理を行う。画素は、制御信号ＷＥＮおよびＬＡＴＳＥＬ［０］により１回目のＰ相データを保持し、駆動回路２１２は、制御信号ＦＤＧをハイレベルからローレベルにして、画素の感度を低下させる。
【０２１９】
画素は、タイミングｔ１３からタイミングｔ１４までに亘って２回目のリセットレベルの変換処理を行う。２回目のＰ相データは、制御信号ＷＥＮおよびＬＡＴＳＥＬ［１］により保持される。２回目の変換処理においてＤＡＣ２１１は、参照信号ＲＥＦのスロープの傾きを１回目よりも緩やかにする。感度の低下と、スロープの傾きの変更とにより、２回目のリセットレベルは、１回目よりも高い分解能によりＡＤ変換される。
【０２２０】
なお、固体撮像素子２００は、制御信号ＦＤＧによる感度の制御と、スロープの傾きの制御との両方を行っているが一方のみを行う構成であってもよい。
【０２２１】
図３６は、本技術の第２の実施の形態の変形例における固体撮像素子２００の信号レベルサンプリング処理の一例を示すタイミングチャートである。１回目および２回目のＰ相データを画素は保持し、タイミングｔ１５からタイミングｔ１６までに亘って１回目の信号レベルの変換処理を行う。画素は、制御信号ＷＥＮおよびＬＡＴＳＥＬ［２］により１回目のＤ相データをさらに保持し、駆動回路２１２は、制御信号ＦＤＧをローレベルからハイレベルにして、画素の感度を１回目のリセットレベルサンプリング時の値に戻す。
【０２２２】
画素は、タイミングｔ１７からタイミングｔ１８までに亘って２回目の信号レベルの変換処理を行う。２回目のＤ相データは、制御信号ＷＥＮおよびＬＡＴＳＥＬ［３］により保持される。２回目の変換処理においてＤＡＣ２１１は、参照信号ＲＥＦのスロープの傾きを、１回目のリセットレベルサンプリング時の値に戻す。感度の向上と、スロープの傾きの変更とにより、２回目の信号レベルは、１回目よりも低い分解能によりＡＤ変換される。
【０２２３】
このように、分解能を切り替える方式によれば、画素の露光は１回でよく、長時間露光と短時間露光との両方を行わずに済むため、露光時間の増大を抑制することができる。
【０２２４】
図３７は、本技術の第２の実施の形態の変形例における固体撮像素子２００のサンプリング後の動作の一例を示すタイミングチャートである。信号レベルのサンプリングが終了したタイミングｔ１８の直後のタイミングｔ１９において駆動回路２１２は、１回目のＰ相データを出力させ、タイミングｔ２０において駆動回路２１２は、２回目のＰ相データを出力させる。次に、タイミングｔ２１において駆動回路２１２は、１回目のＤ相データを出力させ、タイミングｔ２２において駆動回路２１２は、２回目のＤ相データを出力せる。
【０２２５】
列処理部２５０は、１回目のＰ相データと２回目のＤ相データとの差分を低解像度の正味の画素データとして出力し、２回目のＰ相データと１回目のＤ相データとの差分を高解像度の正味の画素データとして出力する。そして、ＤＳＰ回路１２０は、それらを合成してダイナミックレンジを拡大した合成画像データを生成する。
【０２２６】
このように、本技術の第２の実施の形態の変形例によれば、固体撮像素子２００が解像度の異なる２枚の画像データを生成するため、それらを合成することによりダイナミックレンジを拡大することができる。
【０２２７】
＜３．第３の実施の形態＞
第３の実施の形態では、固体撮像素子２００の積層構造と、ローカルビット線ＬＢＬＬおよびＬＢＬＲを配線した効果とについて詳細に説明する。
【０２２８】
図３８は、本技術の第３の実施の形態における固体撮像素子２００の一構成例を示すブロック図である。この第３の実施の形態の固体撮像素子２００は、積層された画素チップ３０６および回路チップ３０７を備える。
【０２２９】
画素チップ３０６には、画素回路３３０などの複数の画素回路が二次元格子状に配列される。回路チップ３０７には、画素回路以外の回路のそれぞれが配置される。例えば、ＡＤＣ３２０などの複数のＡＤＣや、時刻コード転送部５００が配置される。
【０２３０】
図３９は、本技術の第３の実施の形態におけるデータ記憶部３７０の一構成例を示すブロック図である。第３の実施の形態のデータ記憶部３７０は、前段ラッチ回路７１０および後段ラッチ回路７２０がビットごとに配置される。例えば、画素データが１６ビットである場合には、前段ラッチ回路７１０および後段ラッチ回路７２０からなる組が１６個配置される。
【０２３１】
前段ラッチ回路７１０は、比較回路３２１からの出力信号ＶＣＯが反転したときの時刻コードを保持するものである。この前段ラッチ回路７１０は、インバータ７１１乃至７１４を備える。
【０２３２】
インバータ７１１は、出力信号ＶＣＯがハイレベルであり、出力信号ＶＣＯの反転信号ｘＶＣＯがローレベルである場合に、時刻コードの第ｋビットを反転し、インバータ７１３に出力するものである。
【０２３３】
インバータ７１２は、出力信号ＶＣＯがローレベルであり、出力信号ＶＣＯの反転信号ｘＶＣＯがハイレベルである場合に、インバータ７１３からの信号を反転し、インバータ７１３に出力するものである。
【０２３４】
インバータ７１３は、インバータ７１１またはインバータ３１２からの信号を反転してインバータ７１４に出力するものである。インバータ７１４は、インバータ７１３からの信号を反転して後段ラッチ回路７２０に出力するものである。
【０２３５】
後段ラッチ回路７２０は、列処理部２５０の制御に従って、前段ラッチ回路７１０からの信号を保持するものである。この後段ラッチ回路７２０は、ＮＭＯＳトランジスタ７２１と、ＰＭＯＳトランジスタ７２２と、インバータ７２３乃至７２５とを備える。
【０２３６】
ＮＭＯＳトランジスタ７２１およびＰＭＯＳトランジスタ７２２は、前段ラッチ回路７１０とインバータ７２３および７２５の入力端子との間に並列に接続される。また、ＮＭＯＳトランジスタ７２１のゲートには、列処理部２５０からのラッチ制御信号ＴＲ_ｋが入力され、ＰＭＯＳトランジスタ７２２のゲートには、ラッチ制御信号ＴＲ_ｋの反転信号ｘＴＲ_ｋが入力される。このラッチ制御信号ＴＲ_ｋは、例えば、時刻コードのｋビット目が更新された直後の所定のタイミングにおいて入力される。
【０２３７】
インバータ７２３は、ＮＭＯＳトランジスタ７２１およびＰＭＯＳトランジスタ７２２からの信号を反転してインバータ７２４に出力するものである。インバータ７２４は、ラッチ制御信号ＴＲ_ｋがローレベルで、その反転信号ｘＴＲ_ｋがハイレベルである場合に、インバータ７２３からの信号を反転し、インバータ７２５へ出力するものである。
【０２３８】
インバータ７２５は、駆動回路２１２からの制御信号ＷＯＲＤ_ｍ［ｋ］（ｍは０または１）がハイレベルで、その反転信号ｘＷＯＲＤ_ｍ［ｋ］がローレベルである場合に、入力信号を反転し、ローカルビット線ＬＢＬＬ[ｋ]へ出力するものである。
【０２３９】
ここで、ｍは、左側の画素データと、右側の画素データとのいずれを読み出すかを示す。例えば、左側のローカルビット線ＬＢＬＬ[ｋ]から画素データを読み出す際に、制御信号ＷＯＲＤ_０［ｋ］が供給される。また、右側のローカルビット線ＬＢＬＲ[ｋ]から画素データを読み出す際に、制御信号ＷＯＲＤ_１［ｋ］が供給される。なお、ローカルビット線ＬＢＬＬ[ｋ]は特許請求の範囲に記載の第１のローカルビット線の一例であり、ローカルビット線ＬＢＬＲ[ｋ]は特許請求の範囲に記載の第２のローカルビット線の一例である。
【０２４０】
図４０は、本技術の第３の実施の形態における時刻データ転送部５００内の単位ブロック５２０の一構成例を示すブロック図である。フリップフロップ５５０の出力端子は、メインビット線ＭＢＬを介して後段のフリップフロップ５７３に接続される。また、インバータ５２４およびバッファ５２５からなる左側の双方向バッファは、メインビット線ＭＢＬと左側の後段ラッチ回路７２０との間に挿入される。また、バッファ５２６およびインバータ５２７からなる右側の双方向バッファは、メインビット線ＭＢＬと右側の画素に対応する後段ラッチ回路７２０との間に挿入される。
【０２４１】
また、インバータ５２４の入力端子と、バッファ５２５の出力端子とは、ローカルビット線ＬＢＬＬ［ｋ］を介して後段ラッチ回路７２０に接続される。インバータ５２７の入力端子と、バッファ５２６の出力端子とは、ローカルビット線ＬＢＬＲ［ｋ］を介して右側の画素に対応する後段ラッチ回路７２０に接続される。
【０２４２】
図４１は、本技術の第３の実施の形態における画素データの読出し制御の一例を示すタイミングチャートである。タイミングｔ５０からｔ５１までの期間に亘って、駆動回路２１２は、左側の双方向バッファへ画素データを転送させるためのローレベルの制御信号ｘＷＯＲＤ_０［１５］を供給する。この制御信号ｘＷＯＲＤ_０［１５］に従って左側のデータ記憶部３７０は、ローカルビット線ＬＢＬＬ［１５］を、例えば、ローレベルからハイレベルに遷移させ、データは左側の双方向バッファへ転送される。なお、ローカルビット線ＬＢＬＬ［１５］はハイレベルからローレベルに遷移してもよい。また、ローカルビット線ＬＢＬＬ［１４］乃至ＬＢＬＬ［０］を介して第１４ビット乃至第０ビットの転送も並列に行われているが、記載の便宜上、同図では、第１４ビット乃至第０ビットの転送は省略されている。
【０２４３】
また、タイミングｔ５１の直前から所定のパルス期間に亘って、列処理部２５０は、左側の画素データを読み出すための制御信号ＲＥＮＬを供給する。この制御信号ＲＥＮＬにより左側の双方向バッファはメインビット線ＭＢＬへデータを出力し、制御信号ＲＥＮＬが立ち下がるまでにメインビット線ＭＢＬは、ハイレベルに遷移する。列処理部２５０は、そのメインビット線ＭＢＬを介して、左側の画素データ（例えば、１６ビット）をマスタクロックＭＣＫに同期して読み出す。
【０２４４】
左側の画素データの読出しは、タイミングｔ５３までに完了する。この左側の画素データの読出し完了前のタイミングｔ５２からタイミングｔ５４までの期間に亘って、駆動回路２１２は、右側の双方向バッファへ画素データを転送させるためのローレベルの制御信号ｘＷＯＲＤ_１［１５］を供給する。この制御信号ｘＷＯＲＤ_１［１５］に従って右側のデータ記憶部３７０は、ローカルビット線ＬＢＬＲ［１５］を、例えば、ハイレベルからローレベルに遷移させ、データは右側の双方向バッファへ転送される。なお、ローカルビット線ＬＢＬＲ［１５］はローレベルからハイレベルに遷移してもよい。
【０２４５】
また、タイミングｔ５４の直前から所定のパルス期間に亘って、列処理部２５０は、右側の画素データを読み出すための制御信号ＲＥＮＲを供給する。この制御信号ＲＥＮＲにより右側の双方向バッファはメインビット線ＭＢＬへデータを出力し、制御信号ＲＥＮＲが立ち下がるまでにメインビット線ＭＢＬは、ローレベルに遷移する。列処理部２５０は、そのメインビット線ＭＢＬを介して、右側の画素データ（例えば、１６ビット）をマスタクロックＭＣＫに同期して読み出す。
【０２４６】
ここで、ビットごとに、双方向バッファを１つのみ配置し、ローカルビット線ＬＢＬを１本のみ配置した比較例を想定する。この比較例では、双方向バッファは、ローカルビット線ＬＢＬを介して、左側のデータ記憶部３７０に接続される。また、ローカルビット線ＬＢＬを分岐することにより、双方向バッファは右側のデータ記憶部３７０にも接続される。
【０２４７】
図４２は、比較例における画素データの読出し制御の一例を示すタイミングチャートである。タイミングｔ５０からｔ５１までの期間に亘って、駆動回路２１２は、ローレベルの制御信号ｘＷＯＲＤ_０［１５］を供給する。この制御信号ｘＷＯＲＤ_０［１５］に従って左側のデータ記憶部３７０は、ローカルビット線ＬＢＬＬ［１５］を、例えば、ローレベルからハイレベルに遷移させる。
【０２４８】
また、タイミングｔ５１の直前から所定のパルス期間に亘って、列処理部２５０は、制御信号ＲＥＮＬを供給する。この制御信号ＲＥＮＬにより左側の双方向バッファは、メインビット線ＭＢＬへデータを出力し、制御信号ＲＥＮＬが立ち下がるまでにメインビット線ＭＢＬは、ハイレベルに遷移する。列処理部２５０は、そのメインビット線ＭＢＬを介して、左側の画素データをマスタクロックＭＣＫに同期して読み出す。
【０２４９】
左側の画素データの読出しは、タイミングｔ５３までに完了する。このタイミングｔ５３の後のタイミングｔ５４からタイミングｔ５５までの期間に亘って、駆動回路２１２は、ローレベルの制御信号ｘＷＯＲＤ_１［１５］を供給する。この制御信号ｘＷＯＲＤ_１［１５］に従って右側のデータ記憶部３７０は、ローカルビット線ＬＢＬＲ［１５］を、例えば、ハイレベルからローレベルに遷移させる。
【０２５０】
上述のように、比較例では、左側の画素データの読出し（すなわち、制御信号ＲＥＮによる時刻コードの転送）が完了しないと、右側の双方向バッファへ画素データを転送させるためのローレベルの制御信号ｘＷＯＲＤ_１［１５］を供給することができない。これは、ローカルビット線ＬＢＬがビットごとに１本しかなく、そのローカルビット線ＬＢＬを介して左側の画素データと右側の画素データとを順に双方向バッファに転送する必要があるためである。
【０２５１】
これに対して、時刻コード転送部５００では、ビットごとに、左側の画素データを転送するローカルビット線ＬＢＬＬ［ｋ］と、右側の画素データを転送するローカルビット線ＬＢＬＲ［ｋ］とを個別に配線している。このため、左側の画素データの読出しが完了する前に右側の画素データの双方向バッファへの転送を開始することができる。言い換えれば、左側の画素データの読出し期間内に、右側のローカルビット線ＬＢＬＲ［ｋ］の遷移を隠蔽することができる。これにより、比較例よりも画素データの読出しを高速に行うことができる。また、読出し時に見える容量も軽減されるため、固体撮像素子２００の消費電力を低減することができる。
【０２５２】
このように、本技術の第３の実施の形態では、積層した画素チップ３０６および回路チップ３０７に回路を分散して配置したため、単一に半導体チップに配置する場合と比較して受光面を広くすることができる。また、ローカルビット線ＬＢＬ［ｋ］とローカルビット線ＬＢＬＲ［ｋ］とを個別に配線したため、データの読出しを高速に行うことができる。
【０２５３】
＜４．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。
【０２５４】
図４３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。
【０２５５】
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４３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。
【０２５６】
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。
【０２５７】
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。
【０２５８】
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。
【０２５９】
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。
【０２６０】
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。
【０２６１】
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。
【０２６２】
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。
【０２６３】
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。
【０２６４】
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４３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。
【０２６５】
図４４は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
【０２６６】
図４４では、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５を有する。
【０２６７】
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。
【０２６８】
なお、図４４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。
【０２６９】
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。
【０２７０】
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。
【０２７１】
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。
【０２７２】
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。
【０２７３】
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ないし１２１０４内の固体撮像素子に適用され得る。撮像部１２１０１ないし１２１０４に本開示に係る技術を適用することにより、アドレスイベントを検出しつつ、高画質の画像データを撮像することができる。
【０２７４】
なお、上述の実施の形態は本技術を具現化するための一例を示したものであり、実施の形態における事項と、特許請求の範囲における発明特定事項とはそれぞれ対応関係を有する。同様に、特許請求の範囲における発明特定事項と、これと同一名称を付した本技術の実施の形態における事項とはそれぞれ対応関係を有する。ただし、本技術は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において実施の形態に種々の変形を施すことにより具現化することができる。
【０２７５】
また、上述の実施の形態において説明した処理手順は、これら一連の手順を有する方法として捉えてもよく、また、これら一連の手順をコンピュータに実行させるためのプログラム乃至そのプログラムを記憶する記録媒体として捉えてもよい。この記録媒体として、例えば、ＣＤ（Compact Disc）、ＭＤ（MiniDisc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、メモリカード、ブルーレイディスク（Blu-ray（登録商標）Disc）等を用いることができる。
【０２７６】
なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって、限定されるものではなく、また、他の効果があってもよい。
【０２７７】
なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
（１）光電変換により生じた電荷の量に応じた２つのアナログ信号を出力する画素回路と、
前記２つのアナログ信号のそれぞれを互いに異なる分解能によりデジタル信号に変換する２つのアナログデジタル変換器と
を備える特定画素を含む複数の画素が二次元格子状に配列された画素アレイ部を具備する固体撮像素子。
（２）２つのアナログデジタル変換器のうち分解能の低い方は、前記アナログ信号に基づいて前記電荷の量の変動量が所定の閾値を超えた旨をアドレスイベントとして検出する
前記（１）記載の固体撮像素子。
（３）前記画素アレイ部において、前記特定画素に該当しない画素のそれぞれには、アナログデジタル変換器が１つのみ設けられる
前記（１）または（２）に記載の固体撮像素子。
（４）前記画素回路は、
光を前記電荷に変換する光電変換部と、
前記光電変換部に流れる前記光電流に対する電流電圧変換により前記２つのアナログ信号の一方を生成する電流電圧変換部と、
前記電荷を蓄積する電荷蓄積部と、
前記露光期間の開始タイミングにおいて前記光電変換部から前記電荷を排出する排出トランジスタと、
前記終了タイミングにおいて前記光電変換部から前記電荷蓄積部へ前記電荷を転送する転送トランジスタと、
前記浮遊拡散層の電圧を増幅して前記２つのアナログ信号の他方として出力する増幅トランジスタと
を備える
前記（１）から（３）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（５）前記アナログデジタル変換部は、所定の接地電位の端子に接続され、
前記浮遊拡散層および前記光電変換部を設けた基板には、前記所定の接地電位よりも低い電位が印加される
前記（４）記載の固体撮像素子。
（６）前記画素回路は、前記終了タイミングの前に前記電荷蓄積部の電圧をリセットレベルに初期化するリセットトランジスタをさらに備え、
前記画素信号は、前記リセットレベルと前記電荷が転送されたときの信号レベルとを含み、
前記デジタル信号は、前記リセットレベルを変換したリセットデータと前記信号レベルを変換した信号データとを含む
前記（４）または（５）に記載の固体撮像素子。
（７）前記リセットデータと前記信号データとの差分を求めて画素データとして出力する相関二重サンプリング回路をさらに具備する
前記（６）記載の固体撮像素子。
（８）前記アナログデジタル変換器は、前記リセットデータを保持し、前記信号レベルを変換すると前記リセットデータおよび前記信号データを前記相関二重サンプリング回路に順に出力する
前記（７）記載の固体撮像素子。
（９）前記画素信号は、第１および第２のリセットレベルと第１および第２の信号レベルとを含み、
前記アナログデジタル変換器は、
スロープを持つ所定の参照信号と前記画素信号とを比較して比較結果を出力する比較部と、
前記比較結果のそれぞれからなるデータを前記デジタル信号として記憶するデータ記憶部と
を備え、
前記第２のリセットレベルと前記第１の信号レベルとのそれぞれを比較するときの前記スロープの傾きは、前記第１のリセットレベルと前記第２の信号レベルとのそれぞれを比較するときの傾きより緩やかである
前記（７）または（８）に記載の固体撮像素子。
（１０）前記第１のリセットレベルと前記第２の信号レベルとを所定の感度により前記画素回路に生成させ、前記第２のリセットレベルと前記第１の信号レベルとを所定感度と異なる感度により前記画素回路に生成させる駆動回路をさらに具備する
前記（９）記載の固体撮像素子。
（１１）前記２つのアナログデジタル変換器のうち分解能の低い方は、
前記電圧信号を保持する微分回路と、
前記保持された電圧信号と前記所定の範囲内の閾値とを比較して当該比較結果を出力するコンパレータと、
前記比較結果に基づいてリクエストを送信し、前記リクエストに対する応答を受信したときに前記微分回路を初期化するハンドシェイク回路と
を備える前記（１）から（１０）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１２）前記リクエストを調停して当該調停結果に基づいて応答を返信するアービタをさらに具備する前記（１１）記載の固体撮像素子。
（１３）時刻を示す所定ビット数の時刻コードを前記２つのアナログデジタル変換器の一方に出力するとともに前記時刻コードにおいてビットごとに故障の有無を検出するテスト回路と、
前記時刻コードにおいて故障の生じた前記ビットに対応するビット線の代わりに予備の信号線を接続する冗長回路とをさらに具備し、
前記アナログデジタル変換器は、前記時刻コードを用いて前記画素信号を前記デジタル信号に変換する
前記（１）から（１２）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１４）互いに異なる前記デジタル信号を保持する第１および第２のデータ記憶部と、
前記第１のデータ記憶部から第１のローカルビット線を介して転送された前記デジタル信号を第１の制御信号に従ってメインビット線へ出力する第１の双方向バッファと、
前記第２のデータ記憶部から第２のローカルビット線を介して転送された前記デジタル信号を第２の制御信号に従って前記メインビット線へ出力する第２の双方向バッファと、
前記メインビット線を介して前記デジタル信号を読み出す列処理部と、
前記第１のデータ記憶部を制御して前記デジタル信号を第１のデジタル信号として前記第１の双方向バッファへ前記第１のローカルビット線を介して転送させる制御と前記第１のデジタル信号の読出し完了前に前記第２のデータ記憶部を制御して前記デジタル信号を第２のデジタル信号として前記第２の双方向バッファへ前記第２のローカルビット線を介して転送させる制御とを行う駆動回路と
をさらに具備する前記（１）から（１３）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１５）光電変換により生じた電荷の量に応じた２つのアナログ信号を出力する画素回路と、前記２つのアナログ信号のそれぞれを互いに異なる分解能によりデジタル信号に変換する２つのアナログデジタル変換器とを備える特定画素を含む複数の画素が二次元格子状に配列された画素アレイ部と、
前記デジタル信号からなる画像データを処理するデジタル信号処理部と
を具備する撮像装置。
（１６）光電変換により生じた電荷の量に応じた２つのアナログ信号を画素回路が出力する出力手順と、
前記２つのアナログ信号のそれぞれを互いに異なる分解能によりデジタル信号に変換する２つのアナログデジタル変換手順と
を具備する固体撮像素子の制御方法。
【符号の説明】
【０２７８】
１００  撮像装置
１１０  光学部
１２０  ＤＳＰ回路
１３０  表示部
１４０  操作部
１５０  バス
１６０  フレームメモリ
１７０  記憶部
１８０  電源部
２００  固体撮像素子
２１１  ＤＡＣ
２１２  駆動回路
２１３  列アービタ
２１４  列アドレスエンコーダ
２１５  スレートマシン
２１６  行アドレスエンコーダ
２２０  列ＡＥＲ回路
２２１  列ＡＥＲブロック
２２２  Ｈ側列ＡＥＲブロック
２２３  Ｌ側列ＡＥＲブロック
２２４  ＯＲゲート
２３０  時刻コード発生部
２３１  テスト回路
２３２  バイナリ・グレイ変換部
２３３  バイナリカウンタ
２３４、５５０、５７３  フリップフロップ
２３５  レシーバ
２３６  ドライバ
２４０、２５１  冗長回路
２４１、３９１  スイッチ
２５０  列処理部
２５２  ＣＤＳ回路
２６０  行ＡＥＲ回路
２７０  行ＡＥＲブロック
２７１、３４１、３４４、３４６、３６１、３６２、３６５、３６６、４２１、４４１、４４２、４５２、４５４、４６１、４６３、４７４、４７９、５２３、５２８、５３４、５３６、５３７、５５１、５５３、５５４、５５６、５５９、６１１、６１４、６１５〜６１７、６２０、６２２、６２５、６２６、７２２  ＰＭＯＳトランジスタ
２７２、２７３、３４２、３４３、３４５、３５１、３６３、３６４、３６７、４１６、４１７、４２０、４２３〜４２５、４５５、４６２、４６４、４７１〜４７３、４７５〜４７８、４８０、４８１、５３５、５３８、５３９、５５２、５５５、５５７、５５８、５６０、５６１、６１２、６１３、６１８、６１９、６２３、６２４、６２７、７２１  ＮＭＯＳトランジスタ
２７６、３８１、５３３  ＮＯＲゲート
２７４、２７５、３７１、３８２、３８３、３９２、３９３、５１１〜５１７、５２１、５２２、５２４、５２７、５３１、５４０、５７１、５７２、６０１、６０２、６２１、７１１〜７１４、７２３〜７２５  インバータ
３００  画素アレイ部
３０５、４０６  画素ウェハー
３０６  画素チップ
３０７  回路チップ
３１０  Ｒ画素
３１１  Ｇ画素
３１２  Ｂ画素
３２０、４０５  ＡＤＣ
３２１  比較回路
３３０、４１０  画素回路
３３１、４１１  リセットトランジスタ
３３２、４１２、４５１、４５３、４８２  容量
３３３、４１３  ゲイン制御トランジスタ
３３４、４１４  ＦＤ
３３５、４１５  転送トランジスタ
３３６、４１８  フォトダイオード
３３７、４１９  排出トランジスタ
３４０  差動入力回路
３５０  電圧変換回路
３６０  正帰還回路
３７０  データ記憶部
３８０、３８５  ラッチ制御回路
３８６  複合ゲート
３８７、５３２  ＮＡＮＤゲート
３９０  ラッチ回路
４００  Ｗ画素
４２２  対数応答部
４３０  アドレスイベント検出部
４４０  バッファ
４５０  微分回路
４６０  コンパレータ
４７０  ＡＥＲロジック回路
５００  時刻コード転送部
５１０  クラスタ
５２０  単位ブロック
５２５、５２６  バッファ
５３０  バッファ回路
６００  行アービタ
６１０、６５０〜６５４  アービタブロック
７１０  前段ラッチ回路
７２０  後段ラッチ回路
１２１０１〜１２１０４  撮像部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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