(57)【要約】【課題】パルス信号の時間幅を十分に確保することができる。【解決手段】単位画素毎のAD変換器において、パルス生成回路は、比較器の出力信号を遅延させた遅延信号を前記比較器に帰還させるとともに、前記出力信号と前記遅延信号とを演算してパルス信号を生成する。ラッチ回路は、前記パルス生成回路により生成されたパルス信号をラッチする。本開示は、例えば、積層型で、裏面照射型の固体撮像素子に適用することができる。【選択図】図２
2018113637.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換部を有する単位画素が配置されてなる画素アレイ部と、
前記単位画素毎のAD変換器と
を備え、
前記AD変換器は、比較器の出力信号を遅延させた遅延信号を前記比較器に帰還させるとともに、前記出力信号と前記遅延信号とを演算してパルス信号を生成するパルス生成回路と、
前記パルス生成回路により生成されたパルス信号を用いてデータコードをラッチするラッチ回路と
を有する固体撮像素子。
【請求項２】
前記パルス生成回路は、
前記比較器の出力信号を遅延させ、遅延信号を生成する遅延素子と、
前記出力信号と前記遅延信号とを演算してパルス信号を生成する演算素子と
を有する請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記演算素子は、NOR回路である
請求項２に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記演算素子は、NAND回路である
請求項２に記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記パルス生成回路は、ゲート素子の論理閾値が調整されている
請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項６】
前記パルス生成回路は、トランジスタの素子数を変えることで、ゲート素子の論理閾値が調整されている
請求項５に記載の固体撮像素子。
【請求項７】
前記パルス生成回路は、トランジスタの素子の閾値を高い閾値と低い閾値とすることで、ゲート素子の論理閾値が調整されている
請求項５に記載の固体撮像素子。
【請求項８】
前記パルス生成回路は、比較器の出力信号を遅延させた遅延信号を前記比較器に帰還させるとともに、前記出力信号と前記遅延信号とを演算してパルス信号を生成する経路と、比較器の出力信号をそのまま用いる経路とを選択する選択回路を
さらに有する
請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項９】
積層型の固体撮像素子である
請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項１０】
光電変換部を有する単位画素が配置されてなる画素アレイ部と、
前記単位画素毎のAD変換器と
を備え、
前記AD変換器は、比較器の出力信号を遅延させた遅延信号を前記比較器に帰還させるとともに、前記出力信号と前記遅延信号とを演算してパルス信号を生成するパルス生成回路と、
前記パルス生成回路により生成されたパルス信号を用いてデータコードをラッチするラッチ回路と
を有する固体撮像素子と、
前記固体撮像素子から出力される出力信号を処理する信号処理回路と、
入射光を前記固体撮像素子に入射する光学系と
を有する電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、固体撮像素子および電子機器に関し、特に、パルス信号の時間幅を十分に確保することができるようにした固体撮像素子および電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
画素が2次元配置された撮像素子において、画像信号出力の高速化に対応するため、各画素にアナログデジタル変換装置を配置し、全ての画素において同時にアナログデジタル変換を行うことにより、アナログデジタル変換を高速化するシステムが提案されている。このシステムでは、比較部において、アナログの画像信号と参照信号とが比較される。そして、参照信号の電圧がアナログの画像信号の電圧より低い状態から高い状態、もしくは、高い状態から低い状態へ遷移する際に、この電圧の変化が検出されて比較結果として出力される。また、ラッチ回路には参照信号の電圧に対応するデジタルコードが入力され、入力されたデジタルコードが比較回路における検出結果に基づいてラッチ回路に保持される。その後、ラッチ回路に保持されたデジタルコードがアナログデジタル変換の結果として出力される。
【０００３】
特許文献１における撮像装置では、比較器内の信号遷移を加速させることを目的として、比較器の出力信号を比較器内に帰還させる機能を有する構成となっていた。そして、その信号を用いて有効Windowを設け、ラッチ回路のデータ有効期間の開始と終了を調整する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開２０１６／２３６４４８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、リピータからの信号を取得できるほどのパルス幅とするには、回路面積を大きくする必要があった。
【０００６】
本開示は、このような状況に鑑みてなされたものであり、パルス信号の時間幅を十分に確保することができるものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本技術の一側面の固体撮像素子は、光電変換部を有する単位画素が配置されてなる画素アレイ部と、前記単位画素毎のAD変換器とを備え、前記AD変換器は、比較器の出力信号を遅延させた遅延信号を前記比較器に帰還させるとともに、前記出力信号と前記遅延信号とを演算してパルス信号を生成するパルス生成回路と、前記パルス生成回路により生成されたパルス信号を用いてデータコードをラッチするラッチ回路とを有する。
【０００８】
前記パルス生成回路は、前記比較器の出力信号を遅延させ、遅延信号を生成する遅延素子と、前記出力信号と前記遅延信号とを演算してパルス信号を生成する演算素子とを有することができる。
【０００９】
前記演算素子は、NOR回路である。
【００１０】
前記演算素子は、NAND回路である。
【００１１】
前記パルス生成回路は、ゲート素子の論理閾値が調整されている。
【００１２】
前記パルス生成回路は、トランジスタの素子数を変えることで、ゲート素子の論理閾値が調整されている。
【００１３】
前記パルス生成回路は、トランジスタの素子の閾値を高い閾値と低い閾値とすることで、ゲート素子の論理閾値が調整されている。
【００１４】
前記パルス生成回路は、比較器の出力信号を遅延させた遅延信号を前記比較器に帰還させるとともに、前記出力信号と前記遅延信号とを演算してパルス信号を生成する経路と、比較器の出力信号をそのまま用いる経路とを選択する選択回路をさらに有することができる。
【００１５】
本技術の一側面の電子機器は、光電変換部を有する単位画素が配置されてなる画素アレイ部と、前記単位画素毎のAD変換器とを備え、前記AD変換器は、比較器の出力信号を遅延させた遅延信号を前記比較器に帰還させるとともに、前記出力信号と前記遅延信号とを演算してパルス信号を生成するパルス生成回路と、前記パルス生成回路により生成されたパルス信号を用いてデータコードをラッチするラッチ回路とを有する固体撮像素子と、前記固体撮像素子から出力される出力信号を処理する信号処理回路と、入射光を前記固体撮像素子に入射する光学系とを有する。
【００１６】
本技術の一側面においては、光電変換部を有する単位画素が配置されてなる画素アレイ部の前記単位画素毎のAD変換器により、比較器の出力信号を遅延させた遅延信号が前記比較器に帰還されるとともに、前記出力信号と前記遅延信号とを演算してパルス信号が生成され、生成されたパルス信号を用いてデータコードがラッチされる。
【発明の効果】
【００１７】
本技術によれば、パルス信号の時間幅を十分に確保することができる。
【００１８】
なお、本明細書に記載された効果は、あくまで例示であり、本技術の効果は、本明細書に記載された効果に限定されるものではなく、付加的な効果があってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本技術を適用した固体撮像素子の概略構成例を示すブロック図である。
【図２】本技術を適用した固体撮像素子の一部の構成例を示すブロック図である。
【図３】AD変換装置の構成例を示す図である。
【図４】AD変換装置の構成例を示す図である。
【図５】本技術を適用したAD変換装置の構成例を示す図である。
【図６】パルス生成回路の構成例を示す回路図である。
【図７】本技術を適用した固体撮像素子の一部の構成例を示す回路図である。
【図８】本技術を適用した固体撮像素子の一部の他の構成例を示す回路図である。
【図９】図６のパルス生成回路の他の構成例を示す回路図である。
【図１０】図６のパルス生成回路のさらに他の構成例を示す回路図である。
【図１１】演算素子としてNAND回路を用いた場合の図６のパルス生成回路の構成例を示す回路図である。
【図１２】演算素子としてNAND回路を用いた場合の図９のパルス生成回路の構成例を示す回路図である。
【図１３】演算素子としてNAND回路を用いた場合の図１０のパルス生成回路の構成例を示す回路図である。
【図１４】セレクタ回路を挿入した場合の図６のパルス生成回路の構成例を示す回路図である。
【図１５】本技術を適用したAD変換装置の構成例を示すブロック図である。
【図１６】固体撮像素子の製造処理の工程図である。
【図１７】本技術を適用したイメージセンサの使用例を示す図である。
【図１８】本技術を適用した電子機器の構成例を示すブロック図である。
【図１９】体内情報取得システムの概略的な構成の一例を示す図である。
【図２０】内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。
【図２１】カメラヘッド及びＣＣＵの機能構成の一例を示すブロック図である。
【図２２】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２３】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】
【００２０】
以下、本開示を実施するための形態（以下実施の形態とする）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
０．装置の説明
１．実施の形態
２．イメージセンサの使用例
３．電子機器の例
４．体内情報取得システムへの応用例
５．内視鏡手術システムへの応用例
６．移動体への応用例
【００２１】
＜０．装置の説明＞
＜固体撮像素子の概略構成例＞
図１は、本技術の各実施の形態に適用されるCMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）固体撮像素子の一例の概略構成例を示している。
【００２２】
図１に示されるように、固体撮像素子（素子チップ）１は、半導体基板１１（例えばシリコン基板）に複数の光電変換素子を含む画素２が規則的に２次元的に配列された画素領域（いわゆる撮像領域）３と、周辺回路領域とを有して構成される。
【００２３】
画素２は、光電変換素子（例えば、PD(Photo Diode)）と、複数の画素トランジスタ（いわゆるMOSトランジスタ）を有してなる。複数の画素トランジスタは、例えば、転送トランジスタ、リセットトランジスタ、および増幅トランジスタの３つのトランジスタで構成することができ、さらに選択トランジスタを追加して４つのトランジスタで構成することもできる。
【００２４】
また、画素２は、画素共有構造とすることもできる。画素共有構造は、複数のフォトダイオード、複数の転送トランジスタ、共有される１つのフローティングディフュージョン、および、共有される１つずつの他の画素トランジスタから構成される。フォトダイオードは、光電変換素子である。
【００２５】
周辺回路領域は、垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５、水平駆動回路６、出力回路７、および制御回路８から構成される。
【００２６】
制御回路８は、入力クロックや、動作モード等を指令するデータを受け取り、また、固体撮像素子１の内部情報等のデータを出力する。具体的には、制御回路８は、垂直同期信号、水平同期信号、およびマスタクロックに基づいて、垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５、および水平駆動回路６の動作の基準となるクロック信号や制御信号を生成する。そして、制御回路８は、これらの信号を垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５、および水平駆動回路６に入力する。
【００２７】
垂直駆動回路４は、例えばシフトレジスタによって構成され、画素駆動配線を選択し、選択された画素駆動配線に画素２を駆動するためのパルスを供給し、行単位で画素２を駆動する。具体的には、垂直駆動回路４は、画素領域３の各画素２を行単位で順次垂直方向に選択走査し、垂直信号線９を通して各画素２の光電変換素子において受光量に応じて生成した信号電荷に基づいた画素信号をカラム信号処理回路５に供給する。
【００２８】
カラム信号処理回路５は、画素２の例えば列毎に配置されており、１行分の画素２から出力される信号を画素列毎にノイズ除去等の信号処理を行う。具体的には、カラム信号処理回路５は、画素２固有の固定パターンノイズを除去するためのCDS（Correlated Double Sampling）や、信号増幅、A/D（Analog/Digital）変換等の信号処理を行う。カラム信号処理回路５の出力段には、水平選択スイッチ（図示せず）が水平信号線１０との間に接続されて設けられる。なお、上記信号処理の一部分は、画素毎に信号処理されてもよい。
【００２９】
水平駆動回路６は、例えばシフトレジスタによって構成され、水平走査パルスを順次出力することによって、カラム信号処理回路５の各々を順番に選択し、カラム信号処理回路５の各々から画素信号を水平信号線１０に出力させる。
【００３０】
出力回路７は、カラム信号処理回路５の各々から水平信号線１０を通して順次に供給される信号に対し、信号処理を行って出力する。出力回路７は、例えば、バッファリングだけを行う場合もあるし、黒レベル調整、列ばらつき補正、各種デジタル信号処理等を行う場合もある。
【００３１】
入出力端子１２は、外部と信号のやりとりをするために設けられる。
【００３２】
＜１．実施の形態＞
＜固体撮像素子の構造例＞
図２は、本技術を適用した固体撮像素子の一部の構成例を示すブロック図である。本技術は、図２に示されるように、図１に示されたカラム毎にAD変換装置を有する例ではなく、画素２毎にAD(Analog-Digital)変換装置６１が備えられている例の固体撮像素子に適用される。
【００３３】
図２の例においては、画素２、画素２からの画素信号と、制御回路８からの参照信号とを入力し、デジタル信号に変換するAD変換装置６１、並びに、AD変換装置６１の後段に所定の画素列毎に配置されるリピータ３１、RAM CDS３２、およびGray Code３３が示されている。なお、細かくは、AD変換装置６１は、AD変換器５１とラッチ回路２６とにより構成されている。
【００３４】
AD変換装置６１は、比較回路２２、オートゼロ(AZ)２３、PFB(Possitive Feed Back)２４、パルス生成回路２５、およびラッチ回路２６で構成されている。比較回路２２は、画素信号と参照信号を入力し、その比較結果をPFB２４に出力する。オートゼロ２３は、比較回路２２をリセットする機能を有する。PFB２４は、高速化回路であり、比較回路２２からの反転信号とパルス生成回路２５からの帰還(Feed Back)信号を入力し、比較信号を後段のパルス生成回路２５に出力する。
【００３５】
パルス生成回路２５は、遅延素子４１、演算素子４２、反転素子４３で構成される。パルス生成回路２５は、データを取得する有効Windowを設けるための遅延演算を行い、反転信号と、反転信号を遅延させた遅延信号を入力として、パルス信号(VCO PULSE)を生成し、生成したパルス信号をラッチ回路２６に出力するとともに、その遅延信号を、反転させ、帰還信号として、PFB２４に帰還させる。ラッチ回路２６は、所定の間、パルス信号を用いてデータコードを記憶し、リピータ３１に出力する。
【００３６】
すなわち、特許文献１において、AD変換装置６１は、図３に示されるように、比較器４０からの比較信号を帰還信号として比較回路２２に帰還させる構成であった。なお、比較器４０は、比較回路２２およびPFB２４で構成されている。また、図４の例のAD変換装置６１においては、遅延素子４１および演算素子４２が設けられる構成であるが、遅延素子４１が設けられたとしても、遅延素子４１の手前において、比較器４０からの比較信号が比較器４０に帰還されていた。
【００３７】
一方、本技術を適用したAD変換装置６１においては、図５に示されるように、遅延素子４１を通り、遅延演算が終了した後段の遅延信号が、比較器４０に帰還される帰還信号として用いられる。
【００３８】
これにより、比較器４０出力の反転遷移を加速させる帰還機能と、遅延信号を用いてリピータ３１からの信号を取得するのに十分なパルス生成機能との両立が実現される。
【００３９】
図６は、パルス生成回路の構成例を示す回路図である。
【００４０】
図６のパルス生成回路２５は、比較回路２２（比較器４０）の反転出力(VCO)を入力信号とし、インバータである遅延素子４１を持って遅延信号を生成する。また、パルス生成回路２５は、その遅延信号と、比較器４０の反転出力とをNOR回路である演算素子４２に入力し、パルス信号(VCO PULSE)を生成する。そして、比較回路２２の２段目の信号遷移を加速させるための帰還信号(PFB)には、インバータである反転素子４３で反転させた遅延信号を用いる。すなわち、図６の例において、遅延素子４１、反転素子４３は、インバータで構成され、演算素子４２は、NOR回路で構成される。
【００４１】
図７は、本技術を適用した固体撮像素子の一部の構成例を示す回路図である。なお、図７の例の場合、FDが１つに対してPDが１つからなる画素２の例が示されている。
【００４２】
図７の例においては、固体撮像素子１の一部として、FD、PD、TX、OFGからなる画素２、差動対のnMOSおよびpMOSから比較回路２２、AZ２３、２NDとNOR回路からなるPFB２４、並びにPEB２４とラッチ回路２６の間に配置されるインバータ７１および７２が示されている。
【００４３】
この回路構成においては、比較回路２２の差動対のnMOS（図７の回路では、入力差動対）が上チップ８１であり、それ以降が下チップであり、比較回路２２の差動対のそれぞれのノード１箇所ずつの計２箇所で上下チップは接続されている。
【００４４】
なお、上下チップの接続箇所は、図７の回路の限りではなく、面積制約や回路特性などの様々な要因で決定される。
【００４５】
図８は、本技術を適用した固体撮像素子の一部の他の構成例を示す回路図である。なお、FDが1つに対してPDが4つからなる画素共有であることが、図７の回路構成と異なっているが、図８のその他の構成は、図７の回路構成と共通している。すなわち、本技術は、画素共有にも適用することができる。
【００４６】
なお、回路構成は、図７および図８に記載の回路に限定されず、他の構成の画素AD方式固体撮像素子にも適用可能である。例えば、他の構成の画素AD方式の固体撮像素子においては、pMOSを差動対とする比較回路２２を採用し、加えてFDを比較回路２２の構成ではなく、ソースフォロア回路を介して接続される。この場合、上下チップの接続は比較器と端子の入力ノードの１箇所のみである。
【００４７】
図９は、図６のパルス生成回路の他の構成例を示す回路図である。
【００４８】
図９のパルス生成回路２５は、図６のパルス生成回路２５を構成するトランジスタの素子数を変えることで、トランジスタの論理閾値が調整されたものである。具体的には、図９のパルス生成回路２５は、比較回路２２の反転出力(VCO)を入力信号とし、論理性の低いインバータである遅延素子４１を持って遅延信号を生成する。
【００４９】
また、パルス生成回路２５は、その遅延信号と、比較回路２２の反転出力とを、論理閾値の高いNOR回路である演算素子４２に入力し、パルス信号(VCO PULSE)を生成する。そして、比較回路２２の２段目の信号遷移を加速させるための帰還信号(PFB)には、インバータである反転素子４３で反転された遅延信号を用いる。
【００５０】
図１０は、図６のパルス生成回路のさらに他の構成例を示す回路図である。
【００５１】
図１０のパルス生成回路２５は、図６のパルス生成回路２５を構成するトランジスタの素子を閾値の異なるもの（HVT:High Vth Tr.とLVT:Low Vth Tr.）に変えることで、トランジスタの論理閾値を調整したものである。具体的には、図１０のパルス生成回路２５においては、比較回路２２の反転出力(VCO)を入力信号とし、論理性の低いインバータである遅延素子４１を持って遅延信号を生成する。
【００５２】
また、パルス生成回路２５は、その遅延信号と、比較回路２２の反転出力とを、論理閾値の高いNOR回路である演算素子４２に入力し、パルス信号(VCO PULSE)を生成する。そして、比較回路２２の２段目の信号遷移を加速させるための帰還信号(PFB)には、インバータである反転素子４３で反転された遅延信号を用いる。
【００５３】
図１１は、演算素子としてNAND回路を用いた場合の図６のパルス生成回路の構成例を示す回路図である。
【００５４】
図１１のパルス生成回路２５は、NAND回路である演算素子４２を用いたものであり、図６のパルス生成回路２５とは逆位相のパルス信号(VCO XPULSE)が生成される。具体的には、図１１のパルス生成回路２５においては、比較回路２２の反転出力(VCO)を入力信号とし、論理性の低いインバータである遅延素子４１−１および遅延素子４１−２を持って遅延信号を生成する。
【００５５】
また、パルス生成回路２５は、その遅延信号と、比較回路２２の反転出力を反転素子４３により反転させた信号とを、NAND回路である演算素子４２に入力し、パルス信号(VCO PULSE)を生成する。そして、比較回路２２の２段目の信号遷移を加速させるための帰還信号(PFB)には、遅延素子４１−１および遅延素子４１−２により遅延させた遅延信号を用いる。すなわち、図１１の例において、遅延素子４１−１および４１−２と、反転素子４３とは、インバータで構成され、演算素子４２は、NAND回路で構成される。なお、反転素子４３は、遅延素子４１−１に対して論理閾値が高くなる必要がある。これにより、パルス信号の時間幅をより大きくさせる効果がある。なお、その際、遅延素子４１−２は、高い論理閾値を持つことが望ましい。
【００５６】
図１２は、演算素子としてNAND回路を用いた場合の図９のパルス生成回路の構成例を示す回路図である。
【００５７】
すなわち、図１２のパルス生成回路２５は、図１１のパルス生成回路２５より構成するトランジスタの素子数を変えることで、トランジスタの論理閾値が調整されたものである。具体的には、図１２のパルス生成回路２５は、比較回路２２の反転出力(VCO)を入力信号とし、論理閾値の低いインバータである遅延素子４１−１と、論理閾値の高いインバータである遅延素子４１−２を持って遅延信号を生成する。
【００５８】
また、その遅延信号と、比較回路２２の反転出力を反転素子４３により反転させた信号とを、NAND回路である演算素子４２に入力し、パルス信号(VCO PULSE)を生成する。そして、比較回路２２の２段目の信号遷移を加速させるための帰還信号(PFB)には、遅延素子４１−１および遅延素子４１−２により遅延させた遅延信号を用いる。
【００５９】
図１３は、演算素子としてNAND回路を用いた場合の図１０のパルス生成回路の構成例を示す回路図である。
【００６０】
すなわち、図１３のパルス生成回路２５は、図１１のパルス生成回路２５より構成するトランジスタの素子を閾値の異なるもの（HVT:High Vth Tr.とLVT:Low Vth Tr.）に変えることで、トランジスタの論理閾値を調整したものである。具体的には、図１３のパルス生成回路２５においては、比較回路２２の反転出力(VCO)を入力信号とし、論理閾値の低いインバータである遅延素子４１−１と、論理閾値の高いインバータである遅延素子４１−２を持って遅延信号を生成する。
【００６１】
また、パルス生成回路２５は、その遅延信号と、比較回路２２の反転出力を反転素子４３により反転させた信号とを、NAND回路である演算素子４２に入力し、パルス信号(VCO PULSE)を生成する。そして、比較回路２２の２段目の信号遷移を加速させるための帰還信号(PFB)には、遅延素子４１−１および遅延素子４１−２により遅延させた遅延信号を用いる。
【００６２】
図１４は、セレクタ回路を挿入した場合の図６のパルス生成回路の構成例を示す回路図である。
【００６３】
図１４のパルス生成回路２５は、演算素子４２の後段に、セレクタ回路８５を挿入することにより、SEL信号で、ラッチ回路２６のデータスルー期間を制御する場合と、比較回路２２の出力を直接用いる場合とを選択することができる。
【００６４】
このように構成することで、パルス信号の時間幅が確保できない場合に対応することができる。
【００６５】
図１５は、本技術を適用したAD変換装置の構成例を示すブロック図である。
【００６６】
画素AD方式CISには、面積制約が厳しい、AD変換装置が画素毎に配置される、小面積な回路が望ましいといった前提がある。
【００６７】
図１５のAD変換装置６１においては、小面積な回路を実現することを目的として、比較回路２２（比較器４０）内の信号遷移を加速させるため、比較器４０に高速化回路であるPFB２４が採用されている。PFB２４には、帰還信号が必要である。従来は比較信号を用いていたが、本技術においては、遅延信号が帰還信号に用いられる。これによって、信号遷移の加速タイミングが遅れる。したがって、信号遷移の比較的緩やかな期間を設けられる。ラッチ回路２６のデータスルー期間を制御するためのパルス生成回路２５においては、この期間に遅延素子４１を設けることで、論理閾値の高低で遅延信号が生成される。そして、遅延信号と比較信号とで演算素子４２を通して、パルス信号が生成される。これにより見込まれる効果は、以下に示すとおりである。
【００６８】
１．パルス信号の時間幅を十分に確保することができる
２．パルス生成回路を小面積で形成することができる
３．データスルー期間制御により低消費電力化を図ることができる
【００６９】
図１６は、画素AD方式の固体撮像素子の構成例を示す図である。
【００７０】
図１６の固体撮像素子１においては、上チップ１０１には、画素領域３、下チップ１０２には、AD変換装置６１およびロジック回路１１１をそれぞれ搭載し、上チップ１０１および下チップ１０２は、Cu-Cu接合技術などを用いることにより積層される。１画素に１つのAD変換装置６１が対応するため、画素毎に上下チップ間コンタクトを有する。なお、積層は、２層に限定されず、２層以上であれば何層でもよい。
【００７１】
＜２．イメージセンサの使用＞
図１７は、上述の固体撮像素子を使用する使用例を示す図である。
【００７２】
上述した固体撮像素子（イメージセンサ）は、例えば、以下のように、可視光や、赤外光、紫外光、X線等の光をセンシングする様々なケースに使用することができる。
【００７３】
・ディジタルカメラや、カメラ機能付きの携帯機器等の、鑑賞の用に供される画像を撮影する装置
・自動停止等の安全運転や、運転者の状態の認識等のために、自動車の前方や後方、周囲、車内等を撮影する車載用センサ、走行車両や道路を監視する監視カメラ、車両間等の測距を行う測距センサ等の、交通の用に供される装置
・ユーザのジェスチャを撮影して、そのジェスチャに従った機器操作を行うために、TVや、冷蔵庫、エアーコンディショナ等の家電に供される装置
・内視鏡や、赤外光の受光による血管撮影を行う装置等の、医療やヘルスケアの用に供される装置
・防犯用途の監視カメラや、人物認証用途のカメラ等の、セキュリティの用に供される装置
・肌を撮影する肌測定器や、頭皮を撮影するマイクロスコープ等の、美容の用に供される装置
・スポーツ用途等向けのアクションカメラやウェアラブルカメラ等の、スポーツの用に供される装置
・畑や作物の状態を監視するためのカメラ等の、農業の用に供される装置
【００７４】
＜３．電子機器の例＞
＜電子機器の構成例＞
【００７５】
さらに、本技術は、固体撮像素子への適用に限られるものではなく、撮像装置にも適用可能である。ここで、撮像装置とは、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等のカメラシステムや、携帯電話機等の撮像機能を有する電子機器のことをいう。なお、電子機器に搭載されるモジュール状の形態、すなわちカメラモジュールを撮像装置とする場合もある。
【００７６】
ここで、図１８を参照して、本技術の電子機器の構成例について説明する。
【００７７】
図１８に示される電子機器３００は、固体撮像素子（素子チップ）３０１、光学レンズ３０２、シャッタ装置３０３、駆動回路３０４、および信号処理回路３０５を備えている。固体撮像素子３０１としては、上述した本技術の固体撮像素子１が設けられる。
【００７８】
光学レンズ３０２は、被写体からの像光（入射光）を固体撮像素子３０１の撮像面上に結像させる。これにより、固体撮像素子３０１内に一定期間信号電荷が蓄積される。シャッタ装置３０３は、固体撮像素子３０１に対する光照射期間および遮光期間を制御する。
【００７９】
駆動回路３０４は、固体撮像素子３０１の信号転送動作、シャッタ装置３０３のシャッタ動作、および図示せぬ発光部の発光動作を制御する駆動信号を供給する。駆動回路３０４は、図示せぬＣＰＵにより設定されたパラメータを用いて各動作を制御する。駆動回路３０４から供給される駆動信号（タイミング信号）により、固体撮像素子３０１は信号転送を行う。信号処理回路３０５は、固体撮像素子３０１から出力された信号に対して各種の信号処理を行う。信号処理が行われた映像信号は、メモリなどの記憶媒体に記憶されたり、モニタに出力される。
【００８０】
＜４．体内情報取得システムへの応用例＞
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、内視鏡手術システムに適用されてもよい。
【００８１】
図１９は、本開示に係る技術（本技術）が適用され得る、カプセル型内視鏡を用いた患者の体内情報取得システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。
【００８２】
体内情報取得システム１０００１は、カプセル型内視鏡１０１００と、外部制御装置１０２００とから構成される。
【００８３】
カプセル型内視鏡１０１００は、検査時に、患者によって飲み込まれる。カプセル型内視鏡１０１００は、撮像機能及び無線通信機能を有し、患者から自然排出されるまでの間、胃や腸等の臓器の内部を蠕動運動等によって移動しつつ、当該臓器の内部の画像（以下、体内画像ともいう）を所定の間隔で順次撮像し、その体内画像についての情報を体外の外部制御装置１０２００に順次無線送信する。
【００８４】
外部制御装置１０２００は、体内情報取得システム１０００１の動作を統括的に制御する。また、外部制御装置１０２００は、カプセル型内視鏡１０１００から送信されてくる体内画像についての情報を受信し、受信した体内画像についての情報に基づいて、表示装置（図示せず）に当該体内画像を表示するための画像データを生成する。
【００８５】
体内情報取得システム１０００１では、このようにして、カプセル型内視鏡１０１００が飲み込まれてから排出されるまでの間、患者の体内の様子を撮像した体内画像を随時得ることができる。
【００８６】
カプセル型内視鏡１０１００と外部制御装置１０２００の構成及び機能についてより詳細に説明する。
【００８７】
カプセル型内視鏡１０１００は、カプセル型の筐体１０１０１を有し、その筐体１０１０１内には、光源部１０１１１、撮像部１０１１２、画像処理部１０１１３、無線通信部１０１１４、給電部１０１１５、電源部１０１１６、及び制御部１０１１７が収納されている。
【００８８】
光源部１０１１１は、例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）等の光源から構成され、撮像部１０１１２の撮像視野に対して光を照射する。
【００８９】
撮像部１０１１２は、撮像素子、及び当該撮像素子の前段に設けられる複数のレンズからなる光学系から構成される。観察対象である体組織に照射された光の反射光（以下、観察光という）は、当該光学系によって集光され、当該撮像素子に入射する。撮像部１０１１２では、撮像素子において、そこに入射した観察光が光電変換され、その観察光に対応する画像信号が生成される。撮像部１０１１２によって生成された画像信号は、画像処理部１０１１３に提供される。
【００９０】
画像処理部１０１１３は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）やＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）等のプロセッサによって構成され、撮像部１０１１２によって生成された画像信号に対して各種の信号処理を行う。画像処理部１０１１３は、信号処理を施した画像信号を、ＲＡＷデータとして無線通信部１０１１４に提供する。
【００９１】
無線通信部１０１１４は、画像処理部１０１１３によって信号処理が施された画像信号に対して変調処理等の所定の処理を行い、その画像信号を、アンテナ１０１１４Ａを介して外部制御装置１０２００に送信する。また、無線通信部１０１１４は、外部制御装置１０２００から、カプセル型内視鏡１０１００の駆動制御に関する制御信号を、アンテナ１０１１４Ａを介して受信する。無線通信部１０１１４は、外部制御装置１０２００から受信した制御信号を制御部１０１１７に提供する。
【００９２】
給電部１０１１５は、受電用のアンテナコイル、当該アンテナコイルに発生した電流から電力を再生する電力再生回路、及び昇圧回路等から構成される。給電部１０１１５では、いわゆる非接触充電の原理を用いて電力が生成される。
【００９３】
電源部１０１１６は、二次電池によって構成され、給電部１０１１５によって生成された電力を蓄電する。図１９では、図面が煩雑になることを避けるために、電源部１０１１６からの電力の供給先を示す矢印等の図示を省略しているが、電源部１０１１６に蓄電された電力は、光源部１０１１１、撮像部１０１１２、画像処理部１０１１３、無線通信部１０１１４、及び制御部１０１１７に供給され、これらの駆動に用いられ得る。
【００９４】
制御部１０１１７は、ＣＰＵ等のプロセッサによって構成され、光源部１０１１１、撮像部１０１１２、画像処理部１０１１３、無線通信部１０１１４、及び、給電部１０１１５の駆動を、外部制御装置１０２００から送信される制御信号に従って適宜制御する。
【００９５】
外部制御装置１０２００は、ＣＰＵ，ＧＰＵ等のプロセッサ、又はプロセッサとメモリ等の記憶素子が混載されたマイクロコンピュータ若しくは制御基板等で構成される。外部制御装置１０２００は、カプセル型内視鏡１０１００の制御部１０１１７に対して制御信号を、アンテナ１０２００Ａを介して送信することにより、カプセル型内視鏡１０１００の動作を制御する。カプセル型内視鏡１０１００では、例えば、外部制御装置１０２００からの制御信号により、光源部１０１１１における観察対象に対する光の照射条件が変更され得る。また、外部制御装置１０２００からの制御信号により、撮像条件（例えば、撮像部１０１１２におけるフレームレート、露出値等）が変更され得る。また、外部制御装置１０２００からの制御信号により、画像処理部１０１１３における処理の内容や、無線通信部１０１１４が画像信号を送信する条件（例えば、送信間隔、送信画像数等）が変更されてもよい。
【００９６】
また、外部制御装置１０２００は、カプセル型内視鏡１０１００から送信される画像信号に対して、各種の画像処理を施し、撮像された体内画像を表示装置に表示するための画像データを生成する。当該画像処理としては、例えば現像処理（デモザイク処理）、高画質化処理（帯域強調処理、超解像処理、ＮＲ（Ｎｏｉｓｅ  ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）処理及び／若しくは手ブレ補正処理等）、並びに／又は拡大処理（電子ズーム処理）等、各種の信号処理を行うことができる。外部制御装置１０２００は、表示装置の駆動を制御して、生成した画像データに基づいて撮像された体内画像を表示させる。あるいは、外部制御装置１０２００は、生成した画像データを記録装置（図示せず）に記録させたり、印刷装置（図示せず）に印刷出力させてもよい。
【００９７】
以上、本開示に係る技術が適用され得る体内情報取得システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、撮像部１０１１２に適用され得る。例えば、図１６の固体撮像素子１は、撮像部１０１１２に適用することができる。撮像部１０１１２に、本開示に係る技術を適用することにより、パルス信号の時間幅を十分に確保し、画素サイズを縮小できるので、例えば、装置を小型化することができる。また、低消費電力化を図ることができる。
【００９８】
＜５．内視鏡手術システムへの応用例＞
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、内視鏡手術システムに適用されてもよい。
【００９９】
図２０は、本開示に係る技術（本技術）が適用され得る内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。
【０１００】
図２０では、術者（医師）１１１３１が、内視鏡手術システム１１０００を用いて、患者ベッド１１１３３上の患者１１１３２に手術を行っている様子が図示されている。図示するように、内視鏡手術システム１１０００は、内視鏡１１１００と、気腹チューブ１１１１１やエネルギー処置具１１１１２等の、その他の術具１１１１０と、内視鏡１１１００を支持する支持アーム装置１１１２０と、内視鏡下手術のための各種の装置が搭載されたカート１１２００と、から構成される。
【０１０１】
内視鏡１１１００は、先端から所定の長さの領域が患者１１１３２の体腔内に挿入される鏡筒１１１０１と、鏡筒１１１０１の基端に接続されるカメラヘッド１１１０２と、から構成される。図示する例では、硬性の鏡筒１１１０１を有するいわゆる硬性鏡として構成される内視鏡１１１００を図示しているが、内視鏡１１１００は、軟性の鏡筒を有するいわゆる軟性鏡として構成されてもよい。
【０１０２】
鏡筒１１１０１の先端には、対物レンズが嵌め込まれた開口部が設けられている。内視鏡１１１００には光源装置１１２０３が接続されており、当該光源装置１１２０３によって生成された光が、鏡筒１１１０１の内部に延設されるライトガイドによって当該鏡筒の先端まで導光され、対物レンズを介して患者１１１３２の体腔内の観察対象に向かって照射される。なお、内視鏡１１１００は、直視鏡であってもよいし、斜視鏡又は側視鏡であってもよい。
【０１０３】
カメラヘッド１１１０２の内部には光学系及び撮像素子が設けられており、観察対象からの反射光（観察光）は当該光学系によって当該撮像素子に集光される。当該撮像素子によって観察光が光電変換され、観察光に対応する電気信号、すなわち観察像に対応する画像信号が生成される。当該画像信号は、ＲＡＷデータとしてカメラコントロールユニット（ＣＣＵ：  Ｃａｍｅｒａ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）１１２０１に送信される。
【０１０４】
ＣＣＵ１１２０１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）やＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）等によって構成され、内視鏡１１１００及び表示装置１１２０２の動作を統括的に制御する。さらに、ＣＣＵ１１２０１は、カメラヘッド１１１０２から画像信号を受け取り、その画像信号に対して、例えば現像処理（デモザイク処理）等の、当該画像信号に基づく画像を表示するための各種の画像処理を施す。
【０１０５】
表示装置１１２０２は、ＣＣＵ１１２０１からの制御により、当該ＣＣＵ１１２０１によって画像処理が施された画像信号に基づく画像を表示する。
【０１０６】
光源装置１１２０３は、例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）等の光源から構成され、術部等を撮影する際の照射光を内視鏡１１１００に供給する。
【０１０７】
入力装置１１２０４は、内視鏡手術システム１１０００に対する入力インタフェースである。ユーザは、入力装置１１２０４を介して、内視鏡手術システム１１０００に対して各種の情報の入力や指示入力を行うことができる。例えば、ユーザは、内視鏡１１１００による撮像条件（照射光の種類、倍率及び焦点距離等）を変更する旨の指示等を入力する。
【０１０８】
処置具制御装置１１２０５は、組織の焼灼、切開又は血管の封止等のためのエネルギー処置具１１１１２の駆動を制御する。気腹装置１１２０６は、内視鏡１１１００による視野の確保及び術者の作業空間の確保の目的で、患者１１１３２の体腔を膨らめるために、気腹チューブ１１１１１を介して当該体腔内にガスを送り込む。レコーダ１１２０７は、手術に関する各種の情報を記録可能な装置である。プリンタ１１２０８は、手術に関する各種の情報を、テキスト、画像又はグラフ等各種の形式で印刷可能な装置である。
【０１０９】
なお、内視鏡１１１００に術部を撮影する際の照射光を供給する光源装置１１２０３は、例えばＬＥＤ、レーザ光源又はこれらの組み合わせによって構成される白色光源から構成することができる。ＲＧＢレーザ光源の組み合わせにより白色光源が構成される場合には、各色（各波長）の出力強度及び出力タイミングを高精度に制御することができるため、光源装置１１２０３において撮像画像のホワイトバランスの調整を行うことができる。また、この場合には、ＲＧＢレーザ光源それぞれからのレーザ光を時分割で観察対象に照射し、その照射タイミングに同期してカメラヘッド１１１０２の撮像素子の駆動を制御することにより、ＲＧＢそれぞれに対応した画像を時分割で撮像することも可能である。当該方法によれば、当該撮像素子にカラーフィルタを設けなくても、カラー画像を得ることができる。
【０１１０】
また、光源装置１１２０３は、出力する光の強度を所定の時間ごとに変更するようにその駆動が制御されてもよい。その光の強度の変更のタイミングに同期してカメラヘッド１１１０２の撮像素子の駆動を制御して時分割で画像を取得し、その画像を合成することにより、いわゆる黒つぶれ及び白とびのない高ダイナミックレンジの画像を生成することができる。
【０１１１】
また、光源装置１１２０３は、特殊光観察に対応した所定の波長帯域の光を供給可能に構成されてもよい。特殊光観察では、例えば、体組織における光の吸収の波長依存性を利用して、通常の観察時における照射光（すなわち、白色光）に比べて狭帯域の光を照射することにより、粘膜表層の血管等の所定の組織を高コントラストで撮影する、いわゆる狭帯域光観察（Ｎａｒｒｏｗ  Ｂａｎｄ  Ｉｍａｇｉｎｇ）が行われる。あるいは、特殊光観察では、励起光を照射することにより発生する蛍光により画像を得る蛍光観察が行われてもよい。蛍光観察では、体組織に励起光を照射し当該体組織からの蛍光を観察すること（自家蛍光観察）、又はインドシアニングリーン（ＩＣＧ）等の試薬を体組織に局注するとともに当該体組織にその試薬の蛍光波長に対応した励起光を照射し蛍光像を得ること等を行うことができる。光源装置１１２０３は、このような特殊光観察に対応した狭帯域光及び／又は励起光を供給可能に構成され得る。
【０１１２】
図２１は、図２０に示すカメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１の機能構成の一例を示すブロック図である。
【０１１３】
カメラヘッド１１１０２は、レンズユニット１１４０１と、撮像部１１４０２と、駆動部１１４０３と、通信部１１４０４と、カメラヘッド制御部１１４０５と、を有する。ＣＣＵ１１２０１は、通信部１１４１１と、画像処理部１１４１２と、制御部１１４１３と、を有する。カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１とは、伝送ケーブル１１４００によって互いに通信可能に接続されている。
【０１１４】
レンズユニット１１４０１は、鏡筒１１１０１との接続部に設けられる光学系である。鏡筒１１１０１の先端から取り込まれた観察光は、カメラヘッド１１１０２まで導光され、当該レンズユニット１１４０１に入射する。レンズユニット１１４０１は、ズームレンズ及びフォーカスレンズを含む複数のレンズが組み合わされて構成される。
【０１１５】
撮像部１１４０２は、撮像素子で構成される。撮像部１１４０２を構成する撮像素子は、１つ（いわゆる単板式）であってもよいし、複数（いわゆる多板式）であってもよい。撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、例えば各撮像素子によってＲＧＢそれぞれに対応する画像信号が生成され、それらが合成されることによりカラー画像が得られてもよい。あるいは、撮像部１１４０２は、３Ｄ（Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ）表示に対応する右目用及び左目用の画像信号をそれぞれ取得するための１対の撮像素子を有するように構成されてもよい。３Ｄ表示が行われることにより、術者１１１３１は術部における生体組織の奥行きをより正確に把握することが可能になる。なお、撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、各撮像素子に対応して、レンズユニット１１４０１も複数系統設けられ得る。
【０１１６】
また、撮像部１１４０２は、必ずしもカメラヘッド１１１０２に設けられなくてもよい。例えば、撮像部１１４０２は、鏡筒１１１０１の内部に、対物レンズの直後に設けられてもよい。
【０１１７】
駆動部１１４０３は、アクチュエータによって構成され、カメラヘッド制御部１１４０５からの制御により、レンズユニット１１４０１のズームレンズ及びフォーカスレンズを光軸に沿って所定の距離だけ移動させる。これにより、撮像部１１４０２による撮像画像の倍率及び焦点が適宜調整され得る。
【０１１８】
通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部１１４０４は、撮像部１１４０２から得た画像信号をＲＡＷデータとして伝送ケーブル１１４００を介してＣＣＵ１１２０１に送信する。
【０１１９】
また、通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１から、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を受信し、カメラヘッド制御部１１４０５に供給する。当該制御信号には、例えば、撮像画像のフレームレートを指定する旨の情報、撮像時の露出値を指定する旨の情報、並びに／又は撮像画像の倍率及び焦点を指定する旨の情報等、撮像条件に関する情報が含まれる。
【０１２０】
なお、上記のフレームレートや露出値、倍率、焦点等の撮像条件は、ユーザによって適宜指定されてもよいし、取得された画像信号に基づいてＣＣＵ１１２０１の制御部１１４１３によって自動的に設定されてもよい。後者の場合には、いわゆるＡＥ（Ａｕｔｏ  Ｅｘｐｏｓｕｒｅ）機能、ＡＦ（Ａｕｔｏ  Ｆｏｃｕｓ）機能及びＡＷＢ（Ａｕｔｏ  Ｗｈｉｔｅ  Ｂａｌａｎｃｅ）機能が内視鏡１１１００に搭載されていることになる。
【０１２１】
カメラヘッド制御部１１４０５は、通信部１１４０４を介して受信したＣＣＵ１１２０１からの制御信号に基づいて、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御する。
【０１２２】
通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２から、伝送ケーブル１１４００を介して送信される画像信号を受信する。
【０１２３】
また、通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２に対して、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を送信する。画像信号や制御信号は、電気通信や光通信等によって送信することができる。
【０１２４】
画像処理部１１４１２は、カメラヘッド１１１０２から送信されたＲＡＷデータである画像信号に対して各種の画像処理を施す。
【０１２５】
制御部１１４１３は、内視鏡１１１００による術部等の撮像、及び、術部等の撮像により得られる撮像画像の表示に関する各種の制御を行う。例えば、制御部１１４１３は、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を生成する。
【０１２６】
また、制御部１１４１３は、画像処理部１１４１２によって画像処理が施された画像信号に基づいて、術部等が映った撮像画像を表示装置１１２０２に表示させる。この際、制御部１１４１３は、各種の画像認識技術を用いて撮像画像内における各種の物体を認識してもよい。例えば、制御部１１４１３は、撮像画像に含まれる物体のエッジの形状や色等を検出することにより、鉗子等の術具、特定の生体部位、出血、エネルギー処置具１１１１２の使用時のミスト等を認識することができる。制御部１１４１３は、表示装置１１２０２に撮像画像を表示させる際に、その認識結果を用いて、各種の手術支援情報を当該術部の画像に重畳表示させてもよい。手術支援情報が重畳表示され、術者１１１３１に提示されることにより、術者１１１３１の負担を軽減することや、術者１１１３１が確実に手術を進めることが可能になる。
【０１２７】
カメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１を接続する伝送ケーブル１１４００は、電気信号の通信に対応した電気信号ケーブル、光通信に対応した光ファイバ、又はこれらの複合ケーブルである。
【０１２８】
ここで、図示する例では、伝送ケーブル１１４００を用いて有線で通信が行われていたが、カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１との間の通信は無線で行われてもよい。
【０１２９】
以上、本開示に係る技術が適用され得る内視鏡手術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、内視鏡１１１００や、カメラヘッド１１１０２（の撮像部１１４０２）に適用され得る。例えば、図１６の固体撮像素子１は、内視鏡１１１００や、カメラヘッド１１１０２（の撮像部１１４０２）。内視鏡１１１００や、カメラヘッド１１１０２（の撮像部１１４０２）に本開示に係る技術を適用することにより、パルス信号の時間幅を十分に確保し、画素サイズを縮小できるので、例えば、装置を小型化することができる。また、低消費電力化を図ることができる。
【０１３０】
なお、ここでは、一例として内視鏡手術システムについて説明したが、本開示に係る技術は、その他、例えば、顕微鏡手術システム等に適用されてもよい。
【０１３１】
＜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。
【０１３２】
図２２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。
【０１３３】
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２２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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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２２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。
【０１４３】
図２３は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
【０１４４】
図２３では、車両１２１００は、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５を有する。
【０１４５】
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。撮像部１２１０１及び１２１０５で取得される前方の画像は、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。
【０１４６】
なお、図２３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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
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。
【０１５０】
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。
【０１５１】
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（撮像部１２１０１乃至１２１０４含む）に適用され得る。具体的には、図１６の固体撮像素子１は、撮像部１２０３１（撮像部１２１０１乃至１２１０４含む）に適用することができる。撮像部１２０３１（撮像部１２１０１乃至１２１０４含む）に本開示に係る技術を適用することにより、パルス信号の時間幅を十分に確保し、画素サイズを縮小できるので、例えば、装置を小型化することができる。また、低消費電力化を図ることができる。
【０１５２】
なお、本明細書において、上述した一連の処理を記述するステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。
【０１５３】
また、本開示における実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【０１５４】
また、以上において、１つの装置（または処理部）として説明した構成を分割し、複数の装置（または処理部）として構成するようにしてもよい。逆に、以上において複数の装置（または処理部）として説明した構成をまとめて１つの装置（または処理部）として構成されるようにしてもよい。また、各装置（または各処理部）の構成に上述した以外の構成を付加するようにしてももちろんよい。さらに、システム全体としての構成や動作が実質的に同じであれば、ある装置（または処理部）の構成の一部を他の装置（または他の処理部）の構成に含めるようにしてもよい。つまり、本技術は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【０１５５】
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、開示はかかる例に限定されない。本開示の属する技術の分野における通常の知識を有するのであれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例また修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１５６】
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）  光電変換部を有する単位画素が配置されてなる画素アレイ部と、
前記単位画素毎のAD変換器と
を備え、
前記AD変換器は、比較器の出力信号を遅延させた遅延信号を前記比較器に帰還させるとともに、前記出力信号と前記遅延信号とを演算してパルス信号を生成するパルス生成回路と、
前記パルス生成回路により生成されたパルス信号を用いてデータコードをラッチするラッチ回路と
を有する固体撮像素子。
（２）  前記パルス生成回路は、
前記比較器の出力信号を遅延させ、遅延信号を生成する遅延素子と、
前記出力信号と前記遅延信号とを演算してパルス信号を生成する演算素子と
を有する前記（１）に記載の固体撮像素子。
（３）  前記演算素子は、NOR回路である
前記（２）に記載の固体撮像素子。
（４）  前記演算素子は、NAND回路である
前記（２）に記載の固体撮像素子。
（５）  前記パルス生成回路は、ゲート素子の論理閾値が調整されている
前記（１）乃至（４）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（６）  前記パルス生成回路は、トランジスタの素子数を変えることで、ゲート素子の論理閾値が調整されている
前記（５）に記載の固体撮像素子。
（７）  前記パルス生成回路は、トランジスタの素子の閾値を高い閾値と低い閾値とすることで、ゲート素子の論理閾値が調整されている
前記（５）に記載の固体撮像素子。
（８）  前記パルス生成回路は、比較器の出力信号を遅延させた遅延信号を前記比較器に帰還させるとともに、前記出力信号と前記遅延信号とを演算してパルス信号を生成する経路と、比較器の出力信号をそのまま用いる経路とを選択する選択回路を
さらに有する
前記（１）乃至（７）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（９）  積層型の固体撮像素子である
前記（１）乃至（８）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１０）光電変換部を有する単位画素が配置されてなる画素アレイ部と、
前記単位画素毎のAD変換器と
を備え、
前記AD変換器は、比較器の出力信号を遅延させた遅延信号を前記比較器に帰還させるとともに、前記出力信号と前記遅延信号とを演算してパルス信号を生成するパルス生成回路と、
前記パルス生成回路により生成されたパルス信号を用いてデータコードをラッチするラッチ回路と
を有する固体撮像素子と、
前記固体撮像素子から出力される出力信号を処理する信号処理回路と、
入射光を前記固体撮像素子に入射する光学系と
を有する電子機器。
【符号の説明】
【０１５７】
１  固体撮像素子，  ３  画素領域，  ８  制御回路，  ２２  比較器，  ２３  オートゼロ，  ２４  PFB，  ２５  パルス生成回路，  ２６  ラッチ回路，  ３１  リピータ，  ３２  RAM CDS，  ３３  Gray Code，  ４０  比較回路，  ４１，４１−１，４１−２  遅延素子，  ４２  演算素子，  ４３  反転素子，  ５１  AD変換器，  ６１  AD変換装置，  ７１，７２  インバータ，  ８１  上チップ，  ８５  セレクタ回路，  １０１  上チップ，  １０２  下チップ，  １１１  ロジック回路，  ３００  電子機器，  ３０１  固体撮像装置，  ３０２  光学レンズ，  ３０３  シャッタ装置，  ３０４  駆動回路，  ３０５  信号処理回路
【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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