(57)【要約】【課題】画素アレイに配される画素のうち一部の画素から信号を読み出す際、読出時間を短縮するのに有利な技術を提供する。【解決手段】複数の画素が行列状に配された画素アレイと、画素アレイからの信号を読み出す複数の読出回路と、を備える撮像装置であって、複数の画素は、画素アレイの第１の画素行、かつ、画素アレイの第１の画素列に属する第１の画素と、画素アレイの第２の画素行、かつ、画素アレイの第１の画素列に属する第２の画素と、画素アレイの第２の画素行、かつ、画素アレイの第２の画素列に属する第３の画素と、を含み、複数の読出回路は、第１の画素および第２の画素に接続された第１の読出回路と、第３の画素に接続された第２の読出回路と、を含み、第１の読出回路による第１の画素からの信号の読み出しと、第２の読出回路による第３の画素からの信号の読み出しとを同時に行う。【選択図】図１
2019036843.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素が行列状に配された画素アレイと、前記画素アレイからの信号を読み出す複数の読出回路と、を備える撮像装置であって、
前記複数の画素は、
前記画素アレイの第１の画素行、かつ、前記画素アレイの第１の画素列に属する第１の画素と、
前記画素アレイの第２の画素行、かつ、前記画素アレイの前記第１の画素列に属する第２の画素と、
前記画素アレイの前記第２の画素行、かつ、前記画素アレイの第２の画素列に属する第３の画素と、
を含み、
前記複数の読出回路は、前記第１の画素および前記第２の画素に接続された第１の読出回路と、前記第３の画素に接続された第２の読出回路と、を含み、
前記第１の読出回路による前記第１の画素からの信号の読み出しと、前記第２の読出回路による前記第３の画素からの信号の読み出しとを同時に行うことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記第１の画素および前記第２の画素は第１の信号線を介して前記第１の読出回路に接続されており、前記第３の画素は第２の信号線を介して前記第２の読出回路に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記複数の画素は、前記第１の画素行、かつ、前記第２の画素列に属し、前記第２の読出回路に接続された第４の画素を含み、
前記第１の読出回路による前記第２の画素からの信号の読み出しと、前記第２の読出回路による前記第４の画素からの信号の読み出しとを別々に行う、ことを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記撮像装置は、前記第１の画素および前記第３の画素からの信号の読み出しを同時に行う際、前記第１の画素行と前記第２の画素行との間に配される画素行から信号を読み出さないことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記複数の画素は、前記第１の画素および前記第３の画素を含み、かつ、前記第１の画素および前記第３の画素と同時に信号の読み出しを行う複数の第１種画素と、前記第２の画素を含む複数の第２種画素と、を含み、
前記複数の第１種画素が属する画素行のそれぞれにおいて、前記複数の第１種画素のそれぞれは、Ｍ画素（Ｍは２以上の正の整数）ごとに配され、
前記画素アレイにおいて、前記複数の第１種画素が属する画素行は、Ｎ行（Ｎは２以上の整数）ごとに配され、
前記複数の第１種画素が属する画素行のうち連続するＬ行（Ｌは２以上の整数）の画素行に属する第１種画素から同時に信号を読み出すことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記撮像装置は、前記複数の第１種画素が属する画素行のそれぞれの画素行において、前記複数の第１種画素のうちそれぞれの画素行に属する第１種画素を制御するための第１の信号線群と、前記複数の第１種画素以外の画素を制御するための第２の信号線群と、をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記撮像装置は、前記複数の第１種画素を含まない複数の画素行のそれぞれの画素行に含まれる画素を制御するための第３の信号線群をさらに含み、
前記第１の信号線群および前記第２の信号線群の信号線の数の合計と、前記第３の信号線群の信号線の数と、が同じであることを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記撮像装置は、
前記第１の画素からの信号の前記読み出しと、前記第３の画素からの信号の前記読み出しとを同時に行うことによる第１の撮像と、前記第１の撮像の後に前記第２の画素を用いた第２の撮像と、を行い、
前記撮像装置は、前記第１の撮像によって生成された信号に基づいて、前記第２の撮像の制御に用いる制御パラメータを決定する制御部をさらに備えることを特徴とする請求項５乃至７の何れか１項に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記制御パラメータが、前記第２の撮像における、電荷を蓄積する露光時間、前記複数の読出回路のゲイン、前記複数の読出回路の変換分解能、および、前記画素アレイのうち信号を読み出す領域のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記制御部は、前記画素アレイの１つ以上の行ごと、および、前記画素アレイの１つ以上の列ごとの少なくとも一方ごとに前記制御パラメータを決定することを特徴とする請求項８または９に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記撮像装置は、
１回の前記第１の撮像および１回の前記第２の撮像を行う撮像動作を繰り返し、
前記撮像動作において、前記第１の撮像によって生成された信号を前記複数の読出回路に読み出させた後、前記第２の撮像によって生成された信号を前記複数の読出回路に読み出させることを特徴とする請求項８乃至１０の何れか１項に記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記制御部は、前記制御パラメータが、前記第２の撮像における前記複数の読出回路のゲイン、前記複数の読出回路の変換分解能、または、前記画素アレイのうち信号を読み出す領域の場合、同じ撮像動作の期間の前記第１の撮像によって決定した前記制御パラメータを用いて前記第２の撮像を行うことを特徴とする請求項１１に記載の撮像装置。
【請求項１３】
前記第１の撮像が、第１の予備撮像と前記第１の予備撮像の後に行われる第２の予備撮像とを含み、
前記複数の第１種画素は、前記第１の予備撮像に用いられる第１の予備撮像画素と、前記第２の予備撮像に用いられ前記第１の予備撮像画素とは異なる第２の予備撮像画素と、を含み、
前記制御部は、
前記第１の予備撮像によって前記第１の予備撮像画素で生成された信号に基づいて、前記第２の予備撮像で電荷を蓄積する際、および、前記第２の予備撮像の制御に用いる予備撮像パラメータを決定し、
前記第２の予備撮像において、前記第２の予備撮像画素で生成された信号を前記複数の読出回路に読み出させ、
前記第２の予備撮像画素で生成された前記信号を用いて前記制御パラメータを決定することを特徴とする請求項８乃至１２の何れか１項に記載の撮像装置。
【請求項１４】
前記画素アレイにおいて、前記第１の予備撮像画素が配される領域が、前記第２の予備撮像画素が配される領域を含むことを特徴とする請求項１３に記載の撮像装置。
【請求項１５】
前記画素アレイにおいて、前記第２の予備撮像画素が配される領域が、前記複数の画素のうち前記第２の撮像で信号が読み出される画素が配される領域を含むことを特徴とする請求項１３または１４に記載の撮像装置。
【請求項１６】
前記予備撮像パラメータが、前記第２の予備撮像における、電荷を蓄積する露光時間、前記複数の読出回路のゲイン、前記複数の読出回路の変換分解能、および、前記画素アレイのうち信号を読み出す領域のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１３乃至１５の何れか１項に記載の撮像装置。
【請求項１７】
前記Ｌと前記Ｍと前記Ｎとのうち少なくともいずれかが３以上であること、
および
前記Ｌと前記Ｍと前記Ｎとのうち少なくとも２つが互いに等しいこと、
の少なくともいずれかを満足することを特徴とする請求項５乃至１６の何れか１項に記載の撮像装置。
【請求項１８】
請求項１乃至１７の何れか１項に記載の撮像装置であって、
互いに積層された第１の半導体チップと第２の半導体チップとを含み、
前記画素アレイが、前記第１の半導体チップに配され、
前記複数の読出回路、および、前記複数の読出回路によって得られた信号を処理する信号処理部の少なくとも一方が、前記第２の半導体チップに配されることを特徴とする撮像装置。
【請求項１９】
請求項１乃至１８の何れか１項に記載の撮像装置と、
前記撮像装置の動作を制御する制御装置と、
を備えることを特徴とするカメラ。
【請求項２０】
駆動装置を具備する輸送機器であって、請求項１乃至１８の何れか１項に記載の撮像装置を搭載し、前記撮像装置で得られた情報に基づいて前記駆動装置を制御する制御装置を備えることを特徴とする輸送機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置、カメラおよび輸送機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＭＯＳ回路を用いた撮像装置が、デジタルカメラ、デジタルカムコーダ、監視カメラなどに広く用いられている。特許文献１には、画素アレイに配された全画素から信号を読み出すモードのほか、縮小画像の信号を出力する場合など、画素信号を間引いて読み出すモードを備えるＣＭＯＳイメージセンサが示されている。特許文献２には、フレームレートを向上させるためにフレームごとに読み出す画素数を減らし、動画などの撮像用の信号と、オートフォーカスなどの撮像対象の認識用の信号を、フレームごとに交互に読み出す固体撮像装置が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３２０２３５号公報
【特許文献２】特開２００５−８６２４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１、２において、画素アレイに配される画素のうち一部の画素を読み出す際、行ごとに信号を読み出す構成となっているため、複数の行にわたって信号を読み出す画素が配置されている場合、読出動作にかかる時間が長くなりうる。
【０００５】
本発明は、画素アレイに配される画素のうち一部の画素から信号を読み出す際、読出時間を短縮するのに有利な技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための手段は、複数の画素が行列状に配された画素アレイと、画素アレイからの信号を読み出す複数の読出回路と、を備える撮像装置であって、複数の画素は、画素アレイの第１の画素行、かつ、画素アレイの第１の画素列に属する第１の画素と、画素アレイの第２の画素行、かつ、画素アレイの第１の画素列に属する第２の画素と、画素アレイの第２の画素行、かつ、画素アレイの第２の画素列に属する第３の画素と、を含み、複数の読出回路は、第１の画素および第２の画素に接続された第１の読出回路と、第３の画素に接続された第２の読出回路と、を含み、第１の読出回路による第１の画素からの信号の読み出しと、第２の読出回路による第３の画素からの信号の読み出しとを同時に行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、画素アレイに配される画素のうち一部の画素から信号を読み出す際、読出時間を短縮するのに有利な技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係る撮像装置の構成例を示す図。
【図２】図１の撮像装置の画素アレイの構成例を示す図。
【図３】図１の撮像装置の全画素読出動作のタイミング図。
【図４】図１の撮像装置の間引き読出動作のタイミング図。
【図５】図１の撮像装置の間引き読出動作のタイミング図。
【図６】図１の撮像装置の動作のタイミング図。
【図７】図１の撮像装置の画素アレイの構成例を示す図。
【図８】図７の画素アレイを備える撮像装置の動作のタイミング図。
【図９】図１の撮像装置が組み込まれたカメラの構成例を示す図。
【図１０】図１の撮像装置が搭載された輸送機器の構成例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明に係る撮像装置の具体的な実施形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下の説明および図面において、複数の図面に渡って共通の構成については共通の符号を付している。そのため、複数の図面を相互に参照して共通する構成を説明し、共通の符号を付した構成については適宜説明を省略する。
【００１０】
図１〜１０を参照して、本発明の実施形態による撮像装置の構成および動作について説明する。図１は、本発明の実施形態における撮像装置１００の構成を示す図である。撮像装置１００は、画素アレイ１０１、垂直走査回路１０２、読出回路１０３、水平走査回路１０４、制御部１０５、制御パラメータ線１０６を含む。
【００１１】
画素アレイ１０１には、それぞれ光電変換素子が配される複数の画素が行列状に配される。ここで、図１の横方向を行方向（水平方向）、縦方向を列方向と呼ぶ。図１に示される構成において、画素アレイ１０１は、上端を０行目および下端を１５行目とする１６行、右端を０列目および左端を１５列目とする１６列の画素が配される。垂直走査回路１０２は、行方向に配された画素を選択する。読出回路１０３は、列ごとに配され、垂直走査回路１０２によって選択された行の画素からの信号を、列ごとに列信号線を介して読み出す。制御部１０５は、水平走査回路１０４によって走査される読出回路１０３からの信号の処理を行い、生成された制御パラメータを垂直走査回路１０２や読出回路１０３などに制御パラメータ線１０６を用いてフィードバックする。制御部１０５は、垂直走査回路１０２や読出回路１０３、水平走査回路１０４など、撮像装置１００の各構成要素の制御を行ってもよい。なお、画素アレイ１０１の各画素にはカラーフィルタアレイによって画素の色が対応づけることができる。カラーフィルタアレイは例えば、２×２画素の対角の２画素に緑画素を割り当て、残りの２画素のそれぞれに赤画素と青画素を割り当てたベイヤー配列を採用することができる。
【００１２】
画素アレイ１０１に配される画素は、後述する間引き読出に用いられる複数の第１種画素１１０と、間引き読出に用いられない、画像の生成などに用いられる複数の第２種画素１２０とを含む。第１種画素１１０を間引き読出用画素と称することができ、第２種画素１２０を非間引き読出用画素、あるいは、通常読出用画素と称することができる。なお、第２種画素１２０を読み出す際には、第１種画素１１０も第２種画素１２０と同様に間引かずに読み出すことができる。第１種画素１１０と第２種画素１２０は読出し方が異なる点で区別しているのであって、画素の構造自体は同様であってもよい。ここで、行方向に第１種画素１１０および第２種画素１２０が配される行を第１種画素行と呼ぶ。換言すると、画素アレイ１０１は、複数の第１種画素１１０のうち少なくとも１つの第１種画素１１０と、複数の第２種画素１２０のうち何れかと、をそれぞれ含む複数の第１種画素行を含む。また、画素アレイ１０１は、行方向に第１種画素以外の第２種画素１２０のみが配される複数の第２種画素行を含む。それぞれの第１種画素行において、互いに隣り合う第１種画素１１０の間には少なくとも１つの第２種画素１２０が配されている。また、互いに隣り合う第１種画素行の間には、少なくとも１行の第１種画素以外の画素のみ、具体的には第２種画素１２０のみによって構成される画素行が配されている。図１に示される構成において、第１種画素１１０は、列方向に４画素（４行）ごと、行方向に４画素（４列）ごとにそれぞれ配される。さらに、それぞれの第１種画素行において、第１種画素１１０が行方向に配される位置には、複数の種類がある。例えば、複数の第１種画素行のうち画素アレイ１０１の２行目の第１種画素行（第１の行と呼ぶ）と、２行目の第１種画素行と隣り合う画素アレイ１０１の６行目の第１種画素行（第２の行と呼ぶ）と、に注目する。複数の第１種画素１１０のうち第１の行に配された第１種画素１１０が位置する列と、複数の第１種画素１１０のうち第２の行に配された第１種画素１１０が位置する列と、が互いに異なっている。このように、互いに隣り合う第１種画素行同士で、第１種画素１１０の配される列が、互いに異なっていてもよい。図１に示される構成において、第１種画素１１０は、１６行×１６列に画素が配された画素アレイ１０１の互いに異なる列に位置するように配される。
【００１３】
図２（ａ）は、画素アレイ１０１に配される第１種画素１１０、第２種画素１２０、垂直走査回路１０２および画素アレイ１０１の列ごとに対応して配される複数の読出回路１０３の接続関係を示す。図２（ａ）には、画素アレイ１０１の１、２、５行目かつ０〜３列目が示されている。第１種画素１１０および第２種画素１２０は、光電変換素子ＰＤ、浮遊拡散領域ＦＤ、トランジスタＭ１〜Ｍ４を含む。トランジスタＭ１は、光電変換素子ＰＤにおいて光から変換され、蓄積された電荷を浮遊拡散領域ＦＤに転送する転送トランジスタである。トランジスタＭ２は、光電変換素子ＰＤおよび浮遊拡散領域ＦＤをリセットするためのリセットトランジスタである。トランジスタＭ３は、浮遊拡散領域ＦＤに転送された電荷を電圧の信号に変換して出力するソースフォロワトランジスタである。トランジスタＭ４は、それぞれの画素において入射した光から生成された信号を列方向に沿って配された列信号線１０７に出力するための選択トランジスタである。
【００１４】
第１種画素行（１行目、５行目）には、垂直走査回路１０２から、第１種画素１１０を制御するための信号線群１３０および第２種画素１２０を制御するための信号線群１４０が配される。第２種画素１２０のみが配される画素行（２行目）には、第２種画素１２０を制御するための信号線群１４１が配される。それぞれの信号線群１３０、１４０、１４１は、トランジスタＭ１を制御する信号線ＰＴＸ（転送制御信号線）、トランジスタＭ２を制御する信号線ＰＲＥＳ（リセット制御信号線）、トランジスタＭ４を制御する信号線ＰＳＥＬ（行選択信号線）を含む。それぞれの信号線ＰＴＸ、ＰＲＥＳ、ＰＳＥＬは、列信号線の延在する列方向と交差する行方向に延在しうる。図２（ａ）において、第１種画素１１０に接続されるそれぞれの信号線ＰＴＸ、ＰＲＥＳ、ＰＳＥＬの参照符号に１を、第２種画素１２０に接続されるそれぞれの信号線ＰＴＸ、ＰＲＥＳ、ＰＳＥＬの参照符号に２を付加している。また、それぞれの信号線ＰＴＸ、ＰＲＥＳ、ＰＳＥＬの参照符号の後の括弧内の数字は行番号を示している。
【００１５】
図２（ａ）に示される構成において、第１種画素１１０が配されず、第２種画素１２０のみが配される２行目の画素行には、信号線群１４１として計３本の信号線が配されているが、この構成に限られることはない。例えば、光電変換素子ＰＤに対する開口や浮遊拡散領域ＦＤに対する寄生容量の均一性を確保するため、第１種画素行と同数の６本の信号線となるよう配線を追加してもよい。換言すると、信号線群１３０および信号線群１４０の信号線の数の合計と、信号線群１４１の信号線の数と、が同じであってもよい。信号線群１４１に追加される配線は、図２（ｂ）に示すように、どの第２種画素１２０にも接続されないダミーの信号線ＰＴＸＤ、ＰＲＥＳＤ、ＰＳＥＬＤであってもよい。また、信号線群１４１に追加される信号線は、図２（ｃ）に示すように第２種画素１２０のうち第１種画素行に配される第１種画素１１０と同数の一部の第２種画素１２０に接続する２組目の信号線群であってもよい。２組目の信号線群を加えることで、垂直走査回路１０２からみた出力配線負荷が、第１種画素行と第２種画素行以外の画素行とで合わせることができる。この場合、例えば、図２（ｃ）に示すように、０、２、３行目の画素行において２列目の第２種画素１２０が、信号線群１４１のうち信号線ＰＴＸ２Ｂ、ＰＲＥＳ２Ｂ、ＰＳＥＬ２Ｂにそれぞれ接続されてもよい。つまり、０、２、３行目の画素行の第２種画素１２０と信号線群１４１との接続関係が、１行目の第１種画素行の第１種画素１１０および第２種画素１２０と信号線群１３０、１４０との接続関係と同じであってもよい。同様に、４、６、７行目と５行目との接続関係が、８、１０、１１行目と９行目との接続関係が、１２、１４、１５行目と１３行目との接続関係が、それぞれ同じであってもよい。
【００１６】
次に、撮像装置１００の動作について説明する。図３は、画素アレイ１０１に配された全画素から信号を読み出す読出動作を行う際のタイミング図である。図３には、画素アレイ１０１のうち０行目から５行目までの画素から信号を読み出す際のタイミング図が示されている。
【００１７】
時刻ｔ１において、信号線ＰＳＥＬ２［０］と信号線ＰＲＥＳ２［０］とにＨｉ信号が供給されることによって、トランジスタＭ２が浮遊拡散領域ＦＤをリセットする。また、浮遊拡散領域ＦＤのリセットと同時に、トランジスタＭ４がＯＮ動作（導通）することによって、０行目が選択状態となり、トランジスタＭ４を介してトランジスタＭ３からリセットレベルが列信号線１０７に出力される。その後、信号線ＰＲＥＳ［０］がＬｏ信号となった後、０行目のリセットレベルが、各列の読出回路１０３に読み出される。
【００１８】
次いで、時刻ｔ２において、信号線ＰＴＸ２［０］にＨｉ信号が供給されることによって、光電変換素子ＰＤから浮遊拡散領域ＦＤに蓄積された電荷が転送される。信号線ＰＴＸ２［０］がＬｏ信号となった後、０行目の信号レベルが読出回路１０３によって読み出される。読み出されたリセットレベルと信号レベルは、読出回路１０３、または、制御部１０５において、相関二重サンプリング処理が施されうる。
【００１９】
時刻ｔ３において、信号線ＰＳＥＬ２［０］がＬｏ信号となりトランジスタＭ４がＯＦＦ動作（開放）となることによって、０行目が非選択状態となる。この、時刻ｔ１〜ｔ３までの時間が１行分の読み出し時間となる。時刻ｔ３では、同時に１行目の信号線ＰＲＥＳ１［１］、ＰＲＥＳ２［１］、ＰＳＥＬ１［１］、ＰＳＥＬ２［１］にＨｉ信号が供給されることによって、１行目の全画素の読み出し動作が開始され、時刻ｔ４で終了する。以降同様に各行が順次走査され、それぞれの画素から信号が読み出される。
【００２０】
次に、画素アレイ１０１に配された画素のうち第１種画素１１０のみから信号を読み出す間引き読出動作について説明する。図４は、間引き読出動作を行う際のタイミング図である。
【００２１】
時刻ｔ１１において、第１種画素行である１、５、９、１３行目の信号線ＰＳＥＬ１、ＰＲＥＳ１のみにＨｉ信号が供給され、それぞれの第１種画素行の第１種画素１１０がリセットされる。その後、信号線ＰＲＥＳ１が、Ｌｏ信号に遷移し、リセットレベルの読み出しが行われる。次いで、時刻ｔ１２において、第１種画素行の信号線ＰＴＸ１のみにＨｉ信号が供給され、その後、Ｌｏ信号に遷移し、それぞれの第１種画素行の信号レベルの読み出しが行われる。続く時刻ｔ１３において、第１種画素行の信号線ＰＳＥＬ１がＬｏ信号となり、それぞれ第１種画素行の読み出しが終了する。
【００２２】
本実施形態において、図１に示されるように、１、５、９、１３行目の第１種画素１１０は、それぞれ異なる列に配されている。このため、図４で説明したように４行に配された第１種画素１１０からの信号を、時刻ｔ１１から時刻ｔ１３までの１行分の読出時間で、それぞれ対応する列に配された読出回路１０３に同時に読み出すことができる。このように、画素アレイ１０１に配された画素のうち一部の画素から信号を読み出す際、異なる列に配された第１種画素１１０を同時に読み出すことによって、間引き読出の動作が高速化できる。
【００２３】
制御部１０５は、複数の第１種画素１１０から読出回路１０３が信号を読み出す読出動作において、複数の第１種画素１１０のうち互いに異なる列に配された第１種画素１１０を、複数の列信号線１０７のうち互いに異なる列信号線１０７にそれぞれ接続させる。これによって、撮像装置１００は、複数の第１種画素行のうち少なくとも２行の第１種画素行に配された２つ以上の第１種画素１１０から同時に信号を対応する列に配された読出回路１０３に読み出すことができる。より具体的には、図２に示される構成において、例えば、複数の画素は、画素アレイの１行目の画素行かつ２列目の画素列に配される第１種画素１１０ａと、画素アレイの５行目の画素行かつ１列目の画素列に配される第１種画素１１０ｂと、を含む。また、複数の画素は、画素アレイの５行目の画素行かつ２列目の画素列に配される第２種画素１２０ａを含む。また、複数の読出回路１０３は、第１種画素１１０ａおよび第２種画素１２０ａが接続された読出回路１０３ａと、第１種画素１１０ｂが接続された読出回路１０３ｂを含む。この構成によって、読出回路１０３ａによる第１種画素１１０ａからの信号の読み出しと、読出回路１０３ｂによる第１種画素１１０ｂからの信号の読み出しとを同時に行うことができる。また、第１種画素１１０ａと同じ列信号線１０７ａに接続されている第２種画素１２０ａからの信号の読み出しは行わず、別々のタイミングで第２種画素１２０ａから信号の読み出しを行う。同様に、第１種画素１１０ｂと同じ列信号線１０７ｂに接続されている他の第２種画素１２０からの信号の読み出しは行わず、別々のタイミングで第２種画素１２０から信号の読み出しを行う。つまり、第１種画素１１０ａ、１１０ｂからの信号の読み出しを同時に行う際、それぞれの第１種画素行（図２の構成において、１行目の画素行と５行目の画素行と）の間に配される画素行から信号を読み出さない。
【００２４】
図４のタイミング図において、１６行×１６列の画素を有する画素アレイ１０１を用いて説明したが、画素アレイ１０１の配置はこれに限られることない。例えば、図５（ａ）に示されるような図１と同様の規則で第１種画素１１０が配された６４行×６４列の画素の画素アレイ１０１における間引き読出動作のタイミングを図５（ｂ）に示す。この場合、６４行存在する第１種画素行に配される第１種画素１１０のうち、１、５、９、１３行目の第１種画素１１０を１行分の時間で読み出す。その後、１７、２１、２５、２９行目の読み出し、３３、３７、４１、４５行目の読み出し、４９、５３、５７、６１行目の読み出しと、時刻ｔ２１から時刻ｔ２２の４行分の読出時間で、すべての第１種画素１１０から信号を読み出すことが可能となる。
【００２５】
このように、複数の第１種画素行のそれぞれにおいて、複数の第１種画素１１０のそれぞれは、Ｍ画素（Ｍ列）ごとに配され、また、画素アレイ１０１において、複数の第１種画素行は、Ｎ画素（Ｎ行）ごとに配されうる。第１種画素１１０から信号を読み出すための読出動作において、複数の第１種画素行のうち連続するＬ行の第１種画素行に属する第１種画素１１０から同時に信号を読み出す。これによって、間引き読出の動作が高速化できる。ここで、ＬとＭとＮとは、２以上の正の整数であり、３以上であることが好ましい。ＭとＮとが３以上であれば、十分な範囲の画素を間引き読出によって高速に読出すことができる。ＬとＭとＮとは、互いに異なっていてもよく、いずれか２つが異なっていてもよく、いずれか２つが同じであってもよく、全て同じであってもよい。間引き読出によって得られる画像の歪みを低減するためには、ＭとＮとが等しいこと（Ｍ＝Ｎ）が好ましい。本例は、ＬとＭとＮとが全て同じく４である。このように、ＬとＭとＮとの関係は、ＬとＭとＮとの少なくともいずれかが３以上であること、および、ＬとＭとＮとのうちの少なくとも２つが互いに等しいこと、の少なくともいずれかの関係を満足していてもよい。また、読出速度と得られる画質のバランスを考慮すると、ＬはＭの半分以上であること、かつ、Ｍの２倍以下であること（Ｍ／２≦Ｌ≦２×Ｍ）が好ましく、ＬはＮの半分以上であること、かつ、Ｎの２倍以下であること（Ｎ／２≦Ｌ≦２×Ｎ）が好ましい。
【００２６】
これまで、画素アレイ１０１に配された画素のうち一部の画素から信号を読み出す際、第１種画素１１０を適切な位置に配することによって間引き読出動作が高速化できることを説明した。次いで、読出動作を高速化した第１種画素１１０での撮像の情報を基に、次に読み出す第２種画素１２０の信号に対する制御パラメータを決定し、高速に動く動体へ追随して最適な撮像の条件を決定する処理動作に関して説明する。
【００２７】
図６は、間引き撮像動作を行う第１種画素１１０を用いて撮像した信号に基づいた制御パラメータを用いて、第２種画素１２０を用いた撮像を行う際のタイミング図である。撮像装置１００の構成は、図１、２に示したものと同様である。
【００２８】
シャッタ動作１０００（破線）は、第１種画素１１０で撮像を行うシャッタ動作である。シャッタ動作１０００の破線の縦方向は列方向（または、シャッタ動作する画素行の位置）を示している。シャッタ動作１０００は、画素アレイ１０１の上端から下端、または、下端から上端に向かって垂直走査回路１０２によって走査され、それぞれの第１種画素行の第１種画素１１０の露光が開始されることを示している。具体的に、シャッタ動作１０００では、第１種画素行の信号線ＰＴＸ１、ＰＲＥＳ１にＨｉ信号が供給され、第１種画素１１０の光電変換素子ＰＤがリセットされ、次いで信号線ＰＴＸ１がＬｏ信号となった後、露光が開始される。
【００２９】
読出動作１１００（実線）は、第１種画素１１０から信号を読み出す動作である。垂直走査回路１０２で選択された複数の第１種画素行の第１種画素１１０の信号が、同時に読み出される。このとき、第１種画素１１０から信号を読み出す間引き読出動作は、上述の図４、図５で説明したタイミングと同様である。シャッタ動作１０００と読出動作１１００の間の期間が、第１種画素１１０での撮像の期間（以後、第１の撮像の期間）の最大幅であり、必要に応じてシャッタ動作１０００と読出動作１１００との間隔を短くしてもよい。
【００３０】
信号処理動作１１１０は、読出回路１０３に読み出させた第１種画素１１０の信号に基づき、後述する第２種画素１２０で撮像する際の制御パラメータが制御部１０５によって決定される。制御パラメータは、例えば、第２種画素１２０での撮像における電荷を蓄積する蓄積時間、読出回路１０３のゲインやＡＤ変換する際の変換分解能、画素アレイ１０１のうち信号の読み出しを行う領域（ＲＯＩ：Ｒｅｇｉｏｎ  Ｏｆ  Ｉｎｔｅｒｅｓｔ）などを含む。このほか、制御パラメータは、第２種画素１２０での撮像のためにカメラで行われるシャッタースピードの設定や、ＩＳＯ感度の設定、絞りの設定、レンズの合焦、信号処理レベル（例えばノイズ除去の強弱）などに用いることともできる。シャッタ動作１２００（破線）は、第２種画素１２０のシャッタ動作である。読出動作１３００（実線）は、第２種画素１２０から信号を読み出す読出動作である。シャッタ動作１２００と読出動作１３００との間の期間が、第２種画素１２０での撮像の期間（以後、第２の撮像の期間）の最大幅となる。
【００３１】
次に撮像装置１００の動作について説明する。まず、制御部１０５は、第１の撮像において第１種画素１１０で撮像を行うように制御する。時刻ｔ１０１において、画素アレイ１０１の上端の第１種画素行からシャッタ動作１０００のための走査が開始され、ｔ１０２でシャッタ動作１０００が完了する。次いで、時刻ｔ１０３において、読出動作１１００が開始される。画素アレイ１０１の上端側の第１種画素行から順次、制御部１０５は、撮像によって第１種画素１１０で生成された信号を対応する列に配されたそれぞれの読出回路１０３に読み出させる。制御部１０５は、この信号を用いて信号処理動作１１１０を開始する。信号処理動作１１１０において、制御部１０５は、制御パラメータとして例えば既に読み出された任意の領域の第１種画素１１０で生成された信号に基づいて、各行での第２種画素１２０の第２の撮像での電荷を蓄積する露光時間の長さを決定する。ここでは、行ごとに露光時間を決定するとしたが、複数の行ごとに露光時間を決定してもよい。また、撮像装置１００が、行方向に任意の画素数ごとに露光制御機構を有する場合、各行に加えて、任意の列ごとに露光時間の長さを決定してもよい。また、制御パラメータは、第２種画素１２０での露光時間だけでなく、第２種画素１２０によって撮像された信号を読み出す読出動作１３００の際の読出回路１０３のゲインやＡＤ変換の変換分解能、画素アレイ１０１のうち信号を読み出す読出領域であってもよい。例えば、露光時間やゲインを任意の行ごと、または、領域ごとに最適設定ができるようになるため、撮像装置１００のダイナミックレンジを拡大することが可能となる。このように、制御部１０５は、画素アレイ１０１の１つ以上の行ごとおよび画素アレイ１０１の１つ以上の列ごとの少なくとも一方ごとに制御パラメータを決定しうる。
【００３２】
制御部１０５によって決定された制御パラメータは、制御パラメータ線１０６を介して、垂直走査回路１０２や読出回路１０３にフィードバックされる。時刻ｔ１０４においてすべての第１種画素行の第１種画素１１０で生成された信号が読み出された後、２フレーム目の第１の撮像のシャッタ動作１０００を開始できる。時刻ｔ１０３〜ｔ１０４において、第１種画素１１０から信号を読み出す間引き読出動作は、上述の図４、図５で説明したタイミングと同様である。
【００３３】
次いで、制御部１０５は、第１の撮像の後に行われる第２の撮像において、この制御パラメータに応じて第２種画素１２０で撮像を行うように制御する。具体的には、制御部１０５によって制御パラメータが決定されると、時刻ｔ１０５において、第１の撮像のすべてのシャッタ動作１０００が終了した後、第２の撮像のシャッタ動作１２００が開始される。信号処理動作１１１０で決定された行ごとの露光時間に基づいて、それぞれの行のシャッタ動作１２００が行われるため、例えばｎ行目のシャッタ動作は時刻ｔ１０６に行われ、ｎ行目の露光が開始される。同様に以降の各行の露光が開始される。時刻ｔ１０８〜ｔ１０９の期間において、第１の撮像の２フレーム目の読出動作１１００が行われる。すべての第１種画素１１０で生成された信号が読み出された後、第２の撮像の１フレーム目の読出動作１３００が開始され、時刻ｔ１１１ですべての第２種画素１２０で生成された信号の読み出しが完了する。
【００３４】
第２種画素１２０は、画素アレイ１０１のすべての行に配されており、ほとんどの行において互いに隣接する行で同じ列に第２種画素１２０が存在するため、一行ずつ走査して読み出していく必要がある。従って、第１種画素１１０から信号を読み出す読出動作１１００の走査にかかる時間は、第２種画素１２０から信号を読み出す読出動作１３００の走査にかかる時間より短くできる。読出動作１３００の詳細なタイミング図は図示しないが、図３において、信号線群１３０が、すべてＬｏ信号とした場合と同じである。以降の動作は前のフレームと同様の動作となるため説明を省略する。
【００３５】
上述の実施形態では、制御パラメータとして第２の撮像の電荷を蓄積する露光時間を制御する場合を示した。しかしながら、制御部１０５は、制御パラメータとして、第２種画素１２０によって撮像された信号を読み出す読出動作１３００の際の読出回路１０３のゲインやＡＤ変換の変換分解能、画素アレイ１０１のうち信号を読み出す読出領域を制御してもよい。この場合、制御パラメータとして第２種画素１２０での蓄積時間を制御しなくてもよいし、露光時間を含む複数のパラメータを組み合わせて制御してもよい。このほか、制御パラメータは、撮像装置の外部の動作の制御に用いられてもよい。例えば、第２種画素１２０での撮像のためにカメラで行われるシャッタースピードの設定や、ＩＳＯ感度の設定、絞りの設定、レンズの合焦、信号処理レベル（例えばノイズ除去の強弱）などに、制御パラメータを用いることともできる。ここで、撮像装置１００が１回の第１の撮像および１回の第２の撮像を行う撮像動作を繰り返す、それぞれの撮像動作において、制御パラメータが、第２の撮像における電荷を蓄積する露光時間でない場合を考える。換言すると、制御パラメータが、第２の撮像における読出回路１０３のゲイン、読出回路１０３の変換分解能、または、画素アレイ１０１のうち信号を読み出す領域の場合を考える。この場合、制御部１０５は、同じ撮像動作の期間の第１の撮像によって決定した第１の制御パラメータを用いて第２の撮像を行ってもよい。例えば、制御部１０５は、時刻ｔ１０８〜ｔ１０９の第１の撮像の読出動作１１００で取得した第１種画素１１０の信号に基づいて決定した制御パラメータを、直後の第２の撮像の読出動作１３００（時刻ｔ１０９〜ｔ１１０）に対してフィードバックしてもよい。
【００３６】
以上説明したように、読出動作１１００を高速化した第１種画素１１０の情報を基に、次に読み出す第２種画素１２０の信号に対する制御パラメータを決定する。これによって、例えば、高速に動く動体へ追随して最適な撮像の条件を決定することが可能となる。
【００３７】
次いで、高速化した第１の撮像（間引き読出動作）によって得られる第１種画素１１０の情報を基に、次に信号を読み出す領域を段階的に小さくするように決定し、より高速に動く動体へ追随して最適な領域を切出す処理動作について説明する。ここでは、上述の第１種画素１１０を第１の予備撮像画素１１１と第２の予備撮像画素１１２との２つの画素群に分けて動作させる例を説明する。
【００３８】
図７は、本実施形態における画素アレイ１０１’の画素の配置図である。画素アレイ１０１’は、６４行×６４列の画素を含む。本実施形態において、間引き読出を行う第１の撮像として、第１の予備撮像と、第１の予備撮像の後に行われる第２の予備撮像とが行われる。このため、第１種画素１１０は、第１種画素１１０のうち第１の予備撮像に用いられる第１の予備撮像画素１１１と、第２の予備撮像に用いられる第１の予備撮像画素１１１とは異なる第２の予備撮像画素１１２と、に分類される。本実施形態において、第１の予備撮像画素１１１は、画素アレイ１０１’の５行目から８行周期に配される。また、第２の予備撮像画素１１２は１行目から８行周期で配される。画素アレイ１０１’以外の構成は、図１に示す構成と同様であってもよいため、ここでは画素アレイ１０１’以外の説明を省略する。
【００３９】
図８は、画素アレイ１０１’を備える撮像装置１００の動作を説明するタイミング図である。シャッタ動作８０００は、第１の予備撮像画素１１１のシャッタ動作である。読出動作８１００は、第１の予備撮像画素１１１の読み出し動作である。シャッタ動作８０００と読出動作８１００との間の期間が、第１の予備撮像画素１１１での第１の予備撮像の期間の最大幅となる。シャッタ動作８２００は、第２の予備撮像画素１１２のシャッタ動作である。読出動作８３００は、第２の予備撮像画素１１２の読み出し動作である。シャッタ動作８２００と読出動作８３００との間の期間が、第２の予備撮像画素１１２での第２の予備撮像の期間の最大幅となる。
【００４０】
信号処理動作８１１０では、第１の予備撮像の後、読出回路１０３に読み出された第１の予備撮像画素１１１の信号に基づいて、第２の予備撮像画素１１２での第２の予備撮像の予備撮像パラメータが制御部１０５によって決定される。信号処理動作８３１０では、第２の予備撮像の後、読出回路１０３に読み出された第２の予備撮像画素１１２の信号に基づいて、第２種画素１２０での撮像の制御パラメータが制御部１０５によって決定される。信号処理動作８１１０、２３１０において決定される予備撮像パラメータおよび制御パラメータは、図６を用いて説明した制御パラメータと同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００４１】
次に、画素アレイ１０１’を備える撮像装置１００の動作について説明する。まず、時刻ｔ１３１から時刻ｔ１３２の期間において、第１の予備撮像のシャッタ動作８０００が行われる。次いで、時刻ｔ１３３から時刻ｔ１３４の期間において、第１の予備撮像の読出動作８１００が行われる。読出動作８１００開始後、第１の予備撮像の信号処理動作８１１０が開始さる。信号処理動作８１１０において、制御部１０５は、少なくとも既に読み出された任意領域の第１の予備撮像画素１１１が生成した信号に基づいて、第２の予備撮像画素１１２を用いた撮像において、画素アレイ１０１’のうち信号を読み出す領域７００を決定する。例えば、第１の予備撮像で得られた信号から、特定の撮像対象が含まれる領域７００を決定してもよい。図７に示す構成において、６４行×６４列の画素が並ぶ画素アレイ１０１’から３２行×３２列の画素が配された領域７００が、制御部１０５によって選択される。制御部１０５は、制御パラメータ線１０６を介して決定した第２の予備撮像画素１１２を用いた撮像において信号を読み出す領域７００を垂直走査回路１０２と水平走査回路１０４にフィードバックする。時刻ｔ１３４において、すべての第１の予備撮像画素１１１が読み出された後に、第１の予備撮像の２フレーム目のシャッタ動作８０００を開始できる。ここで、画素アレイ１０１のうち第１の予備撮像で信号が読み出される第１種画素１１０である第１の予備撮像画素１１１が配される領域（すなわち、画素アレイ１０１全体の領域。）は、画素アレイ１０１のうち第２の予備撮像で信号が読み出される第１種画素１１０である第２の予備撮像画素１１２が配される領域７００を含む。また、本実施形態において、領域７００は、３２行×３２列の画素が配された領域としたが、これに限られることはなく、適宜設定すればよい。
【００４２】
次いで、時刻ｔ１３５から時刻ｔ１３６の期間において、第２の予備撮像のシャッタ動作８２００が行われた後、時刻ｔ１３７から時刻ｔ１３８の期間において、第１の予備撮像の２フレーム目の読出動作８１００が行われる。すべての読出動作８１００が完了した後、時刻ｔ１３８から時刻ｔ１３９の期間において、第２の予備撮像の読出動作８３００が行われる。読出動作８３００開始後、第２の予備撮像の信号処理動作８３１０が開始さる。信号処理動作８３１０において、制御部１０５は、少なくとも既に読み出された任意領域の第２の予備撮像画素１１２が生成した信号に基づいて、第２種画素１２０を用いた第２の撮像において、画素アレイ１０１’のうち信号を読み出す領域７０１を決定する。例えば、第２の予備撮像で得られた信号から、特定の撮像対象が含まれる領域７０１を決定してもよい。図７に示す構成において、３２行×３２列の画素が並ぶ領域７００から１６行×１６列の画素が配された領域７０１が、制御部１０５によって選択される。制御部１０５は、制御パラメータ線１０６を介して決定した第２種画素１２０を用いた第２の撮像において信号を読み出す領域７０１を垂直走査回路１０２と水平走査回路１０４にフィードバックする。時刻ｔ１３９において、すべての第２の予備撮像画素１１２が読み出された後に、２フレーム目のシャッタ動作８２００を開始できる。ここで、画素アレイ１０１のうち第２の予備撮像で信号が読み出される第１種画素１１０である第２の予備撮像画素１１２が配される領域７００は、画素アレイ１０１のうち第２の撮像で信号が読み出される第２種画素１２０が配される領域７０１を含む。また、本実施形態において、領域７０１は、１６行×１６列の画素が配された領域としたが、これに限られることはなく、適宜設定すればよい。
【００４３】
シャッタ動作８２００が行われた後に、時刻ｔ１４０から時刻ｔ１４１までの期間においてシャッタ動作１２００が行われ、時刻ｔ１４２からｔ１４３の期間において、読出動作１３００が行われる。時刻ｔ１４３で、領域７０１に配された第２種画素１２０で生成された信号の読み出しが完了する。
【００４４】
図７、８に示す撮像装置１００の動作において、制御部１０５は、予備撮像パラメータおよび制御パラメータとして第２の予備撮像画素１１２および第２種画素１２０での撮像における露光時間を制御しなくてもよい。露光時間を制御しない場合、制御部１０５は、読出動作８１００で取得した第１の予備撮像画素１１１の信号に基づいて決定した予備撮像パラメータを、直後の読出動作８３００に対してフィードバックしてもよい。同様に、制御部１０５は、読出動作８３００で取得した第１の予備撮像画素１１１の信号に基づいて決定した予備撮像パラメータを、直後の読出動作１３００に対してフィードバックしてもよい。
【００４５】
また、図７、８に示す撮像装置１００の動作において、予備撮像パラメータおよび制御パラメータは、画素アレイ１０１のうち信号を読み出す読出領域（領域７００、７０１）だけでなくてもよい。予備撮像パラメータは、第２の予備撮像画素１１２を用いた第２の予備撮像における電荷を蓄積する露光時間であってもよい。また、制御パラメータは、第２種画素１２０を用いた第２の撮像における電荷を蓄積させる露光時間であってもよい。また、予備撮像パラメータおよび制御パラメータは、第２の予備撮像画素１１２および第２種画素１２０によって撮像された信号を読み出す読出動作８３００、１３００の際の読出回路１０３のゲインやＡＤ変換の変換分解能であってもよい。また、領域７００、７０１は、予め画素アレイ１０１を適当な大きさに区切られた領域を選択してもよいし、第１の予備撮像や第２の予備撮像で取得した信号に基づいて画素アレイ１０１から任意の領域を選択してもよい。
【００４６】
以上説明したように、読み出し動作を高速化した間引き画素の情報を基に、次に信号を読み出す領域を段階的に決定する。これによって、より高速に動く動体へ追随して最適な撮像を行うことが可能となる。
【００４７】
以下、上述の実施形態に係る撮像装置１００の応用例として、撮像装置１００が組み込まれたカメラについて例示的に説明する。ここで、カメラの概念には、撮影を主目的とする装置のみならず、撮影機能を補助的に備える装置（例えば、パーソナルコンピュータ、携帯端末）も含まれる。
【００４８】
図９（ａ）に示すように、撮像装置１００は、１つの半導体チップ９１０内に、画素アレイ１０１と、垂直走査回路１０２、読出回路１０３、水平走査回路１０４および制御部１０５を含む制御回路９０１と、信号処理部９０２とを搭載していてもよい。また、撮像装置１００は、複数の半導体チップによって構成されていてもよい。例えば、撮像装置１００は、図９（ｂ）に示すように、互いに積層された半導体チップ９１０ａと半導体チップ９１０ｂとを含む。この場合、半導体チップ９１０ａに画素アレイ１０１と制御回路９０１とが搭載され、半導体チップ９１０ｂに信号処理部９０２が搭載されてもよい。また、撮像装置１００は、図９（ｃ）に示すように、半導体チップ９１０ａに画素アレイ１０１が搭載され、半導体チップ９１０ｂに制御回路９０１と信号処理部９０２とが搭載されてもよい。図９（ｂ）、９（ｃ）に示されるように、撮像装置１００が、半導体チップ９１０ａと半導体チップ９１０ｂとを積層した構造を有する場合、半導体チップ９１０ａと半導体チップ９１０ｂとは、配線の直接接合や貫通電極、バンプなどによって、互いに電気的に接続される。信号処理部９０２は、Ａ／Ｄ変換回路や、Ａ／Ｄ変換された画像データであるデジタルデータを処理するプロセッサ（ＩＳＰ：Ｉｍａｇｅ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）を含みうる。
【００４９】
図９（ｄ）は、撮像装置１００を搭載した機器ＥＱＰの模式図である。機器ＥＱＰの一例は、カメラなどの電子機器、スマートフォンなどの情報機器、自動車や飛行機などの輸送機器である。撮像装置１００は、画素アレイ１０１が設けられた半導体チップを含む半導体デバイスＩＣの他に、半導体デバイスＩＣを収容するパッケージＰＫＧを含みうる。パッケージＰＫＧは、半導体デバイスＩＣが固定された基体と、半導体デバイスＩＣに対向するガラス等の蓋体と、基体に設けられた端子と半導体デバイスＩＣに設けられた端子とを接続するボンディングワイヤやバンプ等の接続部材と、を含みうる。機器ＥＱＰは、光学系ＯＰＴ、制御装置ＣＴＲＬ、処理装置ＰＲＣＳ、表示装置ＤＳＰＬ、記憶装置ＭＭＲＹの少なくともいずれかをさらに備え得る。光学系ＯＰＴは撮像装置１００に結像するものであり、例えばレンズやシャッタ、ミラーである。制御装置ＣＴＲＬは撮像装置１００の動作を制御するものであり、例えばＡＳＩＣなどの半導体デバイスである。処理装置ＰＲＣＳは撮像装置１００から出力された信号を処理するものであり、ＡＦＥ（アナログフロントエンド）あるいはＤＦＥ（デジタルフロントエンド）を構成するための、ＣＰＵやＡＳＩＣなどの半導体デバイスである。表示装置ＤＳＰＬは撮像装置１００で得られた情報（画像）を表示する、ＥＬ表示装置や液晶表示装置である。記憶装置ＭＭＲＹは、撮像装置１００で得られた情報（画像）を記憶する、磁気デバイスや半導体デバイスである。記憶装置ＭＭＲＹは、ＳＲＡＭやＤＲＡＭなどの揮発性メモリ、あるいは、フラッシュメモリやハードディスクドライブなどの不揮発性メモリである。機械装置ＭＣＨＮはモーターやエンジン等の可動部あるいは推進部を有する。カメラにおける機械装置ＭＣＨＮはズーミングや合焦、シャッタ動作のために光学系ＯＰＴの部品を駆動することができる。機器ＥＱＰでは、撮像装置１００から出力された信号を表示装置ＤＳＰＬに表示したり、機器ＥＱＰが備える通信装置（不図示）によって外部に送信したりする。そのために、機器ＥＱＰは、撮像装置１００が有する制御回路９０１や信号処理部９０２などに含まれる記憶回路部や演算回路部とは別に、記憶装置ＭＭＲＹや処理装置ＰＲＣＳを更に備えることが好ましい。
【００５０】
上述したように、本実施形態の撮像装置１００は、高速に動く動体へ追随することが可能である。このため、撮像装置１００の組み込まれたカメラは、監視カメラや、自動車や鉄道車両などの輸送機器に搭載される車載カメラなどにも適用されうる。ここでは、撮像装置１００が組み込まれたカメラを輸送機器に適用した例を説明する。輸送機器２１００は、例えば、図１０（ａ）、１０（ｂ）に示す車載カメラ２１０１を備えた自動車である。図１０（ａ）は、輸送機器２１００の外観と主な内部構造を模式的に示している。輸送機器２１００は、撮像装置２１０２、撮像システム用集積回路（ＡＳＩＣ：Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）２１０３、警報装置２１１２、制御装置２１１３を備える。
【００５１】
撮像装置２１０２には、上述の撮像装置１００が用いられる。警報装置２１１２は、撮像システム、車両センサ、制御ユニットなどから異常を示す信号を受けたときに、運転手へ向けて警告を行う。制御装置２１１３は、撮像システム、車両センサ、制御ユニットなどの動作を統括的に制御する。なお、輸送機器２１００が制御装置２１１３を備えていなくてもよい。この場合、撮像システム、車両センサ、制御ユニットが個別に通信インターフェースを有して、それぞれが通信ネットワークを介して制御信号の送受を行う（例えばＣＡＮ規格）。
【００５２】
図１０（ｂ）は、輸送機器２１００のシステム構成を示すブロック図である。輸送機器２１００は、第１の撮像装置２１０２と第２の撮像装置２１０２とを含む。つまり、本実施形態の車載カメラはステレオカメラである。撮像装置２１０２には、光学部２１１４により被写体像が結像される。撮像装置２１０２から出力された画素信号は、画像前処理部２１１５によって処理され、そして、撮像システム用集積回路２１０３に伝達される。画像前処理部２１１５は、Ｓ−Ｎ演算や、同期信号付加などの処理を行う。上述の信号処理部９０２は、画像前処理部２１１５および撮像システム用集積回路２１０３の少なくとも一部に相当する。
【００５３】
撮像システム用集積回路２１０３は、画像処理部２１０４、メモリ２１０５、光学測距部２１０６、視差演算部２１０７、物体認知部２１０８、異常検出部２１０９、および、外部インターフェース（Ｉ／Ｆ）部２１１６を備える。画像処理部２１０４は、撮像装置２１０２の各画素から出力される信号を処理して画像信号を生成する。また、画像処理部２１０４は、画像信号の補正や異常画素の補完を行う。メモリ２１０５は、画像信号を一時的に保持する。また、メモリ２１０５は、既知の撮像装置２１０２の異常画素の位置を記憶していてもよい。光学測距部２１０６は、画像信号を用いて被写体の合焦または測距を行う。視差演算部２１０７は、視差画像の被写体照合（ステレオマッチング）を行う。物体認知部２１０８は、画像信号を解析して、輸送機器、人物、標識、道路などの被写体の認知を行う。異常検出部２１０９は、撮像装置２１０２の故障、あるいは、誤動作を検知する。異常検出部２１０９は、故障や誤動作を検知した場合には、制御装置２１１３へ異常を検知したことを示す信号を送る。外部Ｉ／Ｆ部２１１６は、撮像システム用集積回路２１０３の各部と、制御装置２１１３あるいは種々の制御ユニット等との間での情報の授受を仲介する。
【００５４】
輸送機器２１００は、車両情報取得部２１１０および運転支援部２１１１を含む。車両情報取得部２１１０は、速度・加速度センサ、角速度センサ、舵角センサ、測距レーダ、圧力センサなどの車両センサを含む。
【００５５】
運転支援部２１１１は、衝突判定部を含む。衝突判定部は、光学測距部２１０６、視差演算部２１０７、物体認知部２１０８からの情報に基づいて、物体との衝突可能性があるか否かを判定する。光学測距部２１０６や視差演算部２１０７は、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段の一例である。すなわち、距離情報とは、視差、デフォーカス量、対象物までの距離等に関する情報である。衝突判定部はこれらの距離情報のいずれかを用いて、衝突可能性を判定してもよい。距離情報取得手段は、専用に設計されたハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアモジュールによって実現されてもよい。
【００５６】
運転支援部２１１１が他の物体と衝突しないように輸送機器２１００を制御する例を説明したが、他の車両に追従して自動運転する制御や、車線からはみ出さないように自動運転する制御などにも適用可能である。
【００５７】
輸送機器２１００は、さらに、エアバッグ、アクセル、ブレーキ、ステアリング、トランスミッション、エンジン、モーター、車輪、プロペラ等の、移動あるいはその補助に用いられる駆動装置を具備する。また、輸送機器２１００は、それらの制御ユニットを含む。制御ユニットは、制御装置２１１３の制御信号に基づいて、対応する駆動装置を制御する。
【００５８】
本実施形態に用いられた撮像システムは、自動車や鉄道車両に限らず、例えば、船舶、航空機あるいは産業用ロボットなどの輸送機器にも適用することができる。加えて、輸送機器に限らず、高度道路交通システム（ＩＴＳ）等、広く物体認識を利用する機器に適用することができる。
【００５９】
以上、本発明に係る実施形態を示したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、上述した実施形態は適宜変更、組み合わせが可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１００：撮像装置、１０１：画素アレイ、１０５：制御部、１０７：列信号線、１１０：第１種画素、１２０：第２種画素
【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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