(57)【要約】【課題】撮像素子を含む撮像装置全体の消費電力の低減を十分に図り得る構成、構造を有する撮像装置を提供する。【解決手段】撮像装置は、第１の方向及び第２の方向に２次元マトリクス状に配列された撮像素子１２、画素信号読出し装置１６、及び、アナログ−デジタル変換器１３又は読出しアンプを備えており、画素信号読出し装置１６によってアナログ−デジタル変換器１３又は読出しアンプがランダムに作動させられることで、撮像素子１２の画素信号読み出しが時間軸でランダムに行われる。【選択図】  図１
2016039392.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の方向及び第２の方向に２次元マトリクス状に配列された撮像素子、
画素信号読出し装置、及び、
アナログ−デジタル変換器、
を備えており、
画素信号読出し装置によってアナログ−デジタル変換器がランダムに作動させられることで、撮像素子の画素信号読み出しを時間軸でランダムに行う撮像装置。
【請求項２】
第１の方向にＫ個、第２の方向にＬ個の、合計、Ｋ×Ｌ個の撮像素子が配列されており、
Ｋ×Ｌ個の撮像素子によって、第１の方向にＩ個、第２の方向にＪ個の撮像素子ユニットが構成されており、
第（ｉ，ｊ）番目（但し、ｉ＝１，２・・・Ｉであり、ｊ＝１，２・・・Ｊである）の撮像素子ユニットは、第１の方向にＫi個、第２の方向にＬj個の撮像素子から構成されており、
第（ｉ，ｊ）番目の撮像素子ユニットにおいて、Ｋi個のアナログ−デジタル変換器が配置されており、
第（ｉ，ｊ）番目の撮像素子ユニットにおいて、画素信号読出し装置によって、アナログ−デジタル変換器がランダムに作動させられることで、（Ｋi×Ｌj）個未満の撮像素子がランダムに選択され、選択された撮像素子から画素信号読み出しが行われる請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
第１の方向にＫ個、第２の方向にＬ個の、合計、Ｋ×Ｌ個の撮像素子が配列されており、
アナログ−デジタル変換器は、第２の方向に沿って配列されたＬ個の撮像素子から構成された撮像素子群に１つ配置されており、
画素信号読出し装置によってアナログ−デジタル変換器がランダムに作動させられることで、第１の方向に配列されたＫ個の撮像素子の内、Ｋ個未満の撮像素子がランダムに選択され、選択された撮像素子から画素信号読み出しが行われる請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
第１の方向にＫ個、第２の方向にＬ個の、合計、Ｋ×Ｌ個の撮像素子が配列されており、
アナログ−デジタル変換器は、１つの撮像素子に１つ配置されており、
画素信号読出し装置によってアナログ−デジタル変換器がランダムに作動させられることで、Ｋ×Ｌ個の撮像素子の内、Ｋ×Ｌ個未満の撮像素子がランダムに選択され、選択された撮像素子から画素信号読み出しが行われる請求項１に記載の撮像装置。
【請求項５】
撮像素子は、受光素子、及び、受光素子の光入射側に配置された調光装置を備えており、
調光装置は、第１ナノカーボン膜、第１中間層、誘電体材料層及び第２中間層が積層された調光層が、Ｍ層（但し、Ｍ≧１）、積層され、更に、第Ｍ番目の調光層を構成する第２中間層の上には第２ナノカーボン膜が形成されて成り、
画素信号読出し装置の制御下、第１ナノカーボン膜及び第２ナノカーボン膜に電圧が印加されることで、撮像素子への光の入射が制御される請求項２に記載の撮像装置。
【請求項６】
画素信号読出し装置の制御下、選択された撮像素子から画素信号読み出しが行われ、且つ、撮像素子への光入射開始及び光入射完了が時間的にランダムに行われる請求項５に記載の撮像装置。
【請求項７】
第１ナノカーボン膜及び第２ナノカーボン膜にパルス状の電圧がランダムに印加される請求項５に記載の撮像装置。
【請求項８】
第１ナノカーボン膜及び第２ナノカーボン膜へのパルス状の電圧の印加時間の積算値は一定である請求項７に記載の撮像装置。
【請求項９】
被写体の動きを検出する動き検出回路を更に備えており、
動き検出回路による被写体の動き検出の有無に基づき、画素信号読出し装置によってアナログ−デジタル変換器をランダムに作動させる状態を変える請求項１に記載の撮像装置。
【請求項１０】
第１の方向及び第２の方向に２次元マトリクス状に配列された撮像素子、
画素信号読出し装置、及び、
読出しアンプ、
を備えており、
画素信号読出し装置によって読出しアンプがランダムに作動させられることで、撮像素子の画素信号読み出しを時間軸でランダムに行う撮像装置。
【請求項１１】
第１の方向にＫ個、第２の方向にＬ個の、合計、Ｋ×Ｌ個の撮像素子が配列されており、
Ｋ×Ｌ個の撮像素子によって、第１の方向にＩ個、第２の方向にＪ個の撮像素子ユニットが構成されており、
第（ｉ，ｊ）番目（但し、ｉ＝１，２・・・Ｉであり、ｊ＝１，２・・・Ｊである）の撮像素子ユニットは、第１の方向にＫi個、第２の方向にＬj個の撮像素子から構成されており、
第（ｉ，ｊ）番目の撮像素子ユニットにおいて、Ｋi個の読出しアンプが配置されており、
第（ｉ，ｊ）番目の撮像素子ユニットにおいて、画素信号読出し装置によって、読出しアンプがランダムに作動させられることで、（Ｋi×Ｌj）個未満の撮像素子がランダムに選択され、選択された撮像素子から画素信号読み出しが行われる請求項１０に記載の撮像装置。
【請求項１２】
第１の方向にＫ個、第２の方向にＬ個の、合計、Ｋ×Ｌ個の撮像素子が配列されており、
読出しアンプは、第２の方向に沿って配列されたＬ個の撮像素子から構成された撮像素子群に１つ配置されており、
画素信号読出し装置によって読出しアンプがランダムに作動させられることで、第１の方向に配列されたＫ個の撮像素子の内、Ｋ個未満の撮像素子がランダムに選択され、選択された撮像素子から画素信号読み出しが行われる請求項１０に記載の撮像装置。
【請求項１３】
第１の方向にＫ個、第２の方向にＬ個の、合計、Ｋ×Ｌ個の撮像素子が配列されており、
読出しアンプは、１つの撮像素子に１つ配置されており、
画素信号読出し装置によって読出しアンプがランダムに作動させられることで、Ｋ×Ｌ個の撮像素子の内、Ｋ×Ｌ個未満の撮像素子がランダムに選択され、選択された撮像素子から画素信号読み出しが行われる請求項１０に記載の撮像装置。
【請求項１４】
撮像素子は、受光素子、及び、受光素子の光入射側に配置された調光装置を備えており、
調光装置は、第１ナノカーボン膜、第１中間層、誘電体材料層及び第２中間層が積層された調光層が、Ｍ層（但し、Ｍ≧１）、積層され、更に、第Ｍ番目の調光層を構成する第２中間層の上には第２ナノカーボン膜が形成されて成り、
画素信号読出し装置の制御下、第１ナノカーボン膜及び第２ナノカーボン膜に電圧が印加されることで、撮像素子への光の入射が制御される請求項１１に記載の撮像装置。
【請求項１５】
画素信号読出し装置の制御下、選択された撮像素子から画素信号読み出しが行われ、且つ、撮像素子への光入射開始及び光入射完了が時間的にランダムに行われる請求項１４に記載の撮像装置。
【請求項１６】
第１ナノカーボン膜及び第２ナノカーボン膜にパルス状の電圧がランダムに印加される請求項１４に記載の撮像装置。
【請求項１７】
第１ナノカーボン膜及び第２ナノカーボン膜へのパルス状の電圧の印加時間の積算値は一定である請求項１６に記載の撮像装置。
【請求項１８】
被写体の動きを検出する動き検出回路を更に備えており、
動き検出回路による被写体の動き検出の有無に基づき、画素信号読出し装置によって読出しアンプをランダムに作動させる状態を変える請求項１０に記載の撮像装置。
【請求項１９】
第１の方向及び第２の方向に２次元マトリクス状に配列された撮像素子、
画素信号読出し装置、及び、
アナログ−デジタル変換器、
を備えた撮像装置における画素信号読み出し方法であって、
画素信号読出し装置によってアナログ−デジタル変換器をランダムに作動させることで、撮像素子の画素信号読み出しを時間軸でランダムに行う画素信号読み出し方法。
【請求項２０】
第１の方向及び第２の方向に２次元マトリクス状に配列された撮像素子、
画素信号読出し装置、及び、
読出しアンプ、
を備えた撮像装置における画素信号読み出し方法であって、
画素信号読出し装置によって読出しアンプをランダムに作動させることで、撮像素子の画素信号読み出しを時間軸でランダムに行う画素信号読み出し方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、撮像装置及び画素信号読み出し方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、クラウド技術のコンセプトが盛んに議論され、撮像装置や撮像素子といったイメージングデバイスを搭載した電子機器のクラウド端末としての役割が期待されている。そして、近い将来には、様々な電子機器がクラウドと繋がり、これらの電子機器同士、電子機器と使用者、使用者とクラウドとが繋がる社会が実現されると予測されている。それ故、このような社会の流れに鑑み、クラウドを始めとするネットワーク社会で利用するための電子機器に搭載可能なイメージングデバイスの開発が求められている。
【０００３】
ところで、クラウドに様々な電子機器が繋がる場合、膨大な通信量や消費電力の増加等、種々の課題を解決する必要がある。通信分野では通信量を増やす開発が行われているが、通信量の増加には限界があろう。また、無線通信等は、ネットワーク社会の発達に伴い使用者が増えると、直ちに通信量の取り合いとなり、通信帯域の不足が生じる。一方、イメージングデバイスにあっては、画素信号処理の部分での電力消費、通信時における電力消費が課題である。更に、イメージングデバイスによって得られた画像の通信を考えた場合、画像サイズとその通信量（通信レート）も課題とされる。
【０００４】
撮像素子を含む撮像装置全体の消費電力を低減するための撮像素子の駆動方法や信号処理の開発が、鋭意、進められている。具体的には、例えば、特開２００７−１３４８０５に開示された電子撮像装置は、固体撮像素子が有する全画素を数個の分割エリアに分割し、分割エリアの画素を交互に読み出すことにより、低消費電力化を実現する。また、特開２０１２−１６５１６８に開示された半導体装置は、単位素子が行列状に配された素子アレイ部と、単位素子から出力された単位信号に基づいて予め定められた信号処理を行う信号処理回路を列毎に具備する信号処理部とを備え、素子アレイ部における１行分の単位素子の内の一部の単位素子の情報のみを必要とする素子選択モード時には、必要とされない単位素子に対応する信号処理回路が通常動作モード時よりも低消費電力状態となるようにこの信号処理回路の機能が制御される。
【０００５】
通常、イメージングデバイスによって得られる画像を圧縮して通信することにより、通信時の電力消費量を低減させている。これまで、画像圧縮信号処理については、幾つかの提案がなされている。例えば、撮像素子における露光制御に基づき、全画素（全撮像素子）を読み出すよりも少ない量のデータを得ることができ、しかも、アナログ−デジタル変換後にデータ圧縮のための処理回路が必要とされない信号処理技術が周知である（例えば、非特許文献１：Y. Hitomi, et al., "Video from a Single Coded Exposure Photograph using a Learned Over-Complete Dictionary", IEEE International Conference on Computer Vision (ICCV), Nov., 2011 を参照）。即ち、動画を３次元のデータとして捉えて、３次元の立方格子が間引かれた形態のデータを、信号処理アルゴリズムとしてのスパース・コーディング（sparse coding）を応用して、圧縮し、復元を行う。ベクトルの要素数は多いが、その内の殆どがゼロであれば、何番目の基底の数が何かという情報のみを保持すればよいので、データ圧縮を達成することができる。動画応用では、空間的及び時間的に間引きされた動画データを、そのまま、このような考え方で圧縮されたデータであると解釈し、それに沿って、後段の処理を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１３４８０５
【特許文献２】特開２０１２−１６５１６８
【特許文献３】国際公開ＷＯ２００２／０５６６０４
【特許文献４】特開２００４−１７２８５８
【特許文献５】特開２０１１−０４４８９１
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Y. Hitomi, et al., "Video from a Single Coded Exposure Photograph using a Learned Over-Complete Dictionary", IEEE International Conference on Computer Vision (ICCV), Nov., 2011
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記の特許公開公報に開示された技術では、撮像素子を含む撮像装置全体の消費電力の低減は十分とは云い難い。また、上記の非特許文献１には、撮像素子を含む撮像装置全体の消費電力の低減に関して、何ら、言及されていない。
【０００９】
従って、本開示の目的は、撮像素子を含む撮像装置全体の消費電力の低減を十分に図り得る構成、構造を有する撮像装置及び画素信号読み出し方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するための本開示の第１の態様に係る撮像装置は、
第１の方向及び第２の方向に２次元マトリクス状に配列された撮像素子、
画素信号読出し装置、及び、
アナログ−デジタル変換器、
を備えており、
画素信号読出し装置によってアナログ−デジタル変換器がランダムに作動させられることで、撮像素子の画素信号読み出しが時間軸でランダムに行われる。
【００１１】
上記の目的を達成するための本開示の第２の態様に係る撮像装置は、
第１の方向及び第２の方向に２次元マトリクス状に配列された撮像素子、
画素信号読出し装置、及び、
読出しアンプ、
を備えており、
画素信号読出し装置によって読出しアンプがランダムに作動させられることで、撮像素子の画素信号読み出しが時間軸でランダムに行われる。
【００１２】
上記の目的を達成するための本開示の第１の態様に係る画素信号読み出し方法は、
第１の方向及び第２の方向に２次元マトリクス状に配列された撮像素子、
画素信号読出し装置、及び、
アナログ−デジタル変換器、
を備えた撮像装置における画素信号読み出し方法であって、
画素信号読出し装置によってアナログ−デジタル変換器をランダムに作動させることで、撮像素子の画素信号読み出しを時間軸でランダムに行う。
【００１３】
上記の目的を達成するための本開示の第２の態様に係る画素信号読み出し方法は、
第１の方向及び第２の方向に２次元マトリクス状に配列された撮像素子、
画素信号読出し装置、及び、
読出しアンプ、
を備えた撮像装置における画素信号読み出し方法であって、
画素信号読出し装置によって読出しアンプをランダムに作動させることで、撮像素子の画素信号読み出しを時間軸でランダムに行う。
【発明の効果】
【００１４】
本開示の第１の態様〜第２の態様に係る撮像装置あるいは画素信号読み出し方法にあっては、画素信号読出し装置によってアナログ−デジタル変換器あるいは読出しアンプをランダムに作動させることで、撮像素子の画素信号読み出しが時間軸でランダムに行われる。即ち、撮像装置に配設された全てのアナログ−デジタル変換器あるいは読出しアンプを作動させるのではなく、一部のアナログ−デジタル変換器あるいは読出しアンプを作動させるので、撮像装置の消費電力の低減を図ることができる。しかも、撮像素子の画素信号読み出しが時間軸でランダムに行われるが故に、全画素（全撮像素子）を読み出すよりも少ない量のデータを得ることができ、しかも、アナログ−デジタル変換後にデータ圧縮のための処理回路が必要とされない信号処理技術を適用することができる。尚、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無く、また、付加的な効果があってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１Ａ及び図１Ｂは、それぞれ、実施例１の撮像装置の概念図、及び、１つの撮像素子ユニットの概念図である。
【図２】図２Ａ及び図２Ｂは、実施例１の撮像装置において、１つの撮像素子ユニットの第１番目及び第２番目の露光期間セグメントにおけるアナログ−デジタル変換器の作動状態を模式的に示す図である。
【図３】図３は、実施例１の撮像素子ユニットにおいて、アナログ−デジタル変換器を経由して外部に出力される画素信号の状態を模式的に示す図である。
【図４】図４は、実施例２の撮像装置における１つの撮像素子ユニットの概念図である。
【図５】図５は、実施例３の撮像装置における１つの撮像素子ユニットの概念図である。
【図６】図６は、実施例４の撮像装置における１つの撮像素子ユニットの概念図である。
【図７】図７Ａ及び図７Ｂは、それぞれ、実施例５の撮像装置における動き検出回路の動作の一例のフローチャート、及び、動き検出回路の構成を説明するブロック図である。
【図８】図８Ａ及び図８Ｂは、実施例８の撮像装置における調光装置の模式的な断面図である。
【図９】図９Ａは、実施例９の撮像装置における調光装置の模式的な一部端面図であり、図９Ｂは、実施例９の撮像装置における調光装置の一対の電極に電圧を印加したときの第１ナノカーボン膜及び第２ナノカーボン膜の挙動を示す概念図であり、図９Ｃは、実施例９の撮像装置における調光装置の一対の電極に電圧を印加したときの調光層の光透過率と調光装置を通過した光の波長帯域との関係を示す概念図である。
【図１０】図１０は、実施例１０の撮像装置における調光装置の模式的な一部端面図である。
【図１１】図１１Ａ及び図１１Ｂは、実施例１１の撮像装置における調光装置の模式的な一部端面図である。
【図１２】図１２は、実施例１２の撮像装置における調光装置の模式的な一部端面図である。
【図１３】図１３Ａ及び図１３Ｂは、実施例１３の撮像素子の模式的な一部断面図である。
【図１４】図１４Ａ及び図１４Ｂは、実施例１３の撮像装置における撮像素子群のレイアウトを模式的に示す図である。
【図１５】図１５Ｂ及び図１５Ｂは、それぞれ、実施例１３及び実施例１６の撮像装置における撮像素子群のレイアウトを模式的に示す図である。
【図１６】図１６は、実施例１３の撮像素子ユニットにおいて、アナログ−デジタル変換器を経由して外部に出力される画素信号の状態を模式的に示す図である。
【図１７】図１７は、実施例１３の撮像装置における画素駆動回路の構成の一例を示す図である。
【図１８】図１８Ａは、実施例１３の撮像装置における画素駆動回路の一部分の構成の一例を示す図であり、図１８Ｂは、ナノカーボン膜制御第１信号線、ナノカーボン膜制御第２信号線に印加される電圧、及び、撮像素子を構成する調光装置の光透過率の変化を示す図である。
【図１９】図１９Ａ、図１９Ｂ及び図１９Ｃは、実施例１３の撮像装置における調光装置の光透過率特性を示す概念図である。
【図２０】図２０Ａ及び図２０Ｂは、それぞれ、実施例１３の撮像装置を構成する撮像素子の内部回路の構成を示す図、及び、撮像素子への入射光を画像出力信号に変換する制御状態を示す図である。
【図２１】図２１は、（２つの撮像素子）×（２つの撮像素子）に関する画素駆動回路における各制御信号及び各撮像素子における光透過率の時間変化を示す図である。
【図２２】図２２は、実施例１３において用いたランダムパルス電圧の一例を示す図である。
【図２３】図２３Ａ及び図２３Ｂは、実施例１３の撮像装置を構成するロジック回路チップの構成を概念的に示す図である。
【図２４】図２４は、実施例１３の撮像装置において、第１半導体チップと第２半導体チップとが積層された構造を有する撮像装置の概念図である。
【図２５】図２５は、実施例１３の撮像装置における第１半導体チップ側の回路及び第２半導体チップ側の回路の具体的な構成を示す回路図である。
【図２６】図２６は、実施例１３の撮像装置におけるシングルスロープ型アナログ−デジタル変換器の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図２７】図２７は、実施例１３の撮像装置における信号処理部の具体的な構成例を示すブロック図である。
【図２８】図２８Ａ及び図２８Ｂは、実施例１３の撮像装置を構成する撮像素子における調光装置の変形例の模式的な断面図である。
【図２９】図２９は、実施例１３の撮像装置の変形例を構成する撮像素子の一部の配置を模式的に示す図である。
【図３０】図３０は、実施例１３の撮像装置の別の変形例を構成する撮像素子の一部の配置を模式的に示す図である。
【図３１】図３１Ａ及び図３１Ｂは、実施例１４の撮像装置を構成するロジック回路チップの構成を概念的に示す図である。
【図３２】図３２Ａ及び図３２Ｂは、実施例１５の撮像素子の概念図である。
【図３３】図３３Ａ及び図３３Ｂは、それぞれ、実施例１７の撮像装置を構成する調光装置にパルス状の所定の電圧Ｖ0を印加した場合の所定の電圧Ｖ0、光透過率の変化を模式的に示す図、及び、調光装置にパルス状の所定の電圧Ｖ0を印加した場合の１フレーム期間に蓄積される蓄積電荷量を模式的に示す図である。
【図３４】図３４Ａ及び図３４Ｂは、それぞれ、実施例１７の撮像装置を構成する調光装置にパルス状の所定の電圧Ｖ0を印加した場合の所定の電圧Ｖ0、光透過率の変化を模式的に示す図、及び、調光装置にパルス状の所定の電圧Ｖ0を印加した場合の１フレーム期間に蓄積される蓄積電荷量を模式的に示す図である。
【図３５】図３５Ａ及び図３５Ｂは、それぞれ、撮像素子に設けられた調光装置の動作を撮像素子に設けられた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）によって制御する撮像素子の模式的な一部断面図、及び、等価回路図である。
【図３６】図３６Ａ並びに図３６Ｂは、それぞれ、図３５Ａに示した撮像素子に関して、４つの撮像素子のそれぞれを構成する調光装置、及び、その内の１つの調光装置を制御する薄膜トランジスタの配置を模式的に示す図、並びに、薄膜トランジスタ等の模式的な断面を示す概念図である。
【図３７】図３７は、Ａｌ2Ｏ3から成る誘電体材料層を有するナノカーボン膜積層構造体の光透過スペクトルを示すグラフである。
【図３８】図３８Ａは、ＩＧＺＯから成る誘電体材料層を有するナノカーボン膜積層構造体の光透過スペクトルを示すグラフであり、図３８Ｂは、図３８Ａにおける印加電圧０ボルトのときの光透過スペクトルを基準とした場合のスペクトル比ａ（０ボルト／０ボルト）及びスペクトル比ｂ（＋２０ボルト／０ボルト）を示すグラフである。
【図３９】図３９Ａ、図３９Ｂ、図３９Ｃ及び図３９Ｄは、グラフェンのバンド構造において、フェルミ準位Ｅfの変動に基づく禁制帯の変動を模式的に示した図である。
【図４０】図４０は、フィルム状のグラフェン１層を一対の電極で挟み、印加電圧を変化させたときの赤外領域の光透過率変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、実施例に基づき本開示を説明するが、本開示は実施例に限定されるものではなく、実施例における種々の数値や材料は例示である。尚、説明は、以下の順序で行う。
１．本開示の第１の態様〜第２の態様に係る撮像装置及び画素信号読み出し方法、全般に関する説明
２．実施例１（本開示の第１の態様に係る撮像装置及び画素信号読み出し方法）
３．実施例２（実施例１の変形）
４．実施例３（本開示の第２の態様に係る撮像装置及び画素信号読み出し方法）
５．実施例４（実施例３の変形）
６．実施例５（実施例１〜実施例４の変形。動き検出等）
７．実施例６（実施例１〜実施例５の変形。符号化露光）
８．実施例７（実施例１〜実施例６の変形。ＳＶＥ処理）
９．実施例８（実施例１〜実施例７の変形。第１の構成の調光装置）
１０．実施例９（実施例１〜実施例８の変形。第２の構成の調光装置）
１１．実施例１０（実施例９の変形）
１２．実施例１１（実施例１〜実施例８の変形。第３の構成の調光装置）
１３．実施例１２（実施例１〜実施例８の変形。第４の構成の調光装置）
１４．実施例１３（本開示の第１の態様〜第２の態様に係る撮像装置の変形）
１５．実施例１４（実施例１３の変形）
１６．実施例１５（実施例１３〜実施例１４の変形）
１７．実施例１６（実施例１３〜実施例１５の変形）
１８．実施例１７（実施例１３〜実施例１６の変形）
１９．その他
【００１７】
〈本開示の第１の態様〜第２の態様に係る撮像装置及び画素信号読み出し方法、全般に関する説明〉
本開示の第１の態様に係る撮像装置あるいは画素信号読み出し方法にあっては、画素信号読出し装置によって、直接、アナログ−デジタル変換器をランダムにオン／オフしてもよいし、アナログ−デジタル変換器と撮像素子との間にスイッチング素子を配し、画素信号読出し装置によってスイッチング素子をランダムに作動させ、撮像素子からの画素信号をアナログ−デジタル変換器に入力させる系統、及び、黒レベルに相当する画素信号を画素信号読出し装置からアナログ−デジタル変換器に入力させる系統の２つの系統への切替えをランダムに行ってもよい。同様に、本開示の第２の態様に係る撮像装置あるいは画素信号読み出し方法にあっては、画素信号読出し装置によって、直接、読出しアンプをランダムにオン／オフしてもよいし、読出しアンプと撮像素子との間にスイッチング素子を配し、画素信号読出し装置によってスイッチング素子をランダムに作動させ、撮像素子からの画素信号を読出しアンプに入力させる系統、及び、黒レベルに相当する画素信号を画素信号読出し装置から読出しアンプに入力させる系統の２つの系統への切替えをランダムに行ってもよい。画素信号読出し装置には、ランダム信号発生・送出回路が備えられている。ランダム信号発生・送出回路には、例えば、擬似ランダム信号発生回路が備えられている。また、画素信号読出し装置は、信号処理アルゴリズムに基づき制御される。
【００１８】
本開示の第１の態様に係る撮像装置あるいは画素信号読み出し方法、本開示の第２の態様に係る撮像装置あるいは画素信号読み出し方法にあっては、
第１の方向にＫ個、第２の方向にＬ個の、合計、Ｋ×Ｌ個の撮像素子が配列されており、
Ｋ×Ｌ個の撮像素子によって、第１の方向にＩ個、第２の方向にＪ個の撮像素子ユニットが構成されており、
第（ｉ，ｊ）番目（但し、ｉ＝１，２・・・Ｉであり、ｊ＝１，２・・・Ｊである）の撮像素子ユニットは、第１の方向にＫi個、第２の方向にＬj個の撮像素子から構成されており、
第（ｉ，ｊ）番目の撮像素子ユニットにおいて、Ｋi個のアナログ−デジタル変換器あるいは読出しアンプが配置されており、
第（ｉ，ｊ）番目の撮像素子ユニットにおいて、画素信号読出し装置によって、アナログ−デジタル変換器あるいは読出しアンプがランダムに作動させられることで、（Ｋi×Ｌj）個未満の撮像素子がランダムに選択され、選択された撮像素子から画素信号読み出しが行われる形態とすることができる。尚、このような形態を、『本開示のＡ態様』と呼ぶ場合がある。
【００１９】
具体的には、本開示のＡ態様にあっては、第（ｉ，ｊ）番目の撮像素子ユニットにおいて、アナログ−デジタル変換器あるいは読出しアンプは、第２の方向に沿って配列されたＬj個の撮像素子から構成された撮像素子群のそれぞれに１つ配置されており、画素信号読出し装置によってアナログ−デジタル変換器あるいは読出しアンプがランダムに作動させられることで、第１の方向に配列されたＫi個の撮像素子の内、Ｋi個未満（０個を含み、場合によっては、Ｋi個以下）の撮像素子がランダムに選択され、選択された撮像素子から画素信号読み出しが行われる。そして、第２の方向に沿って、このような処理を、順次、繰り返す。こうして、１撮像フレームあるいは後述する１露光期間セグメントが完了する。尚、本開示のＡ態様にあっては、全ての撮像素子ユニットにおいて、同時に、同様の操作、処理が行われる。即ち、全ての撮像素子ユニットにおいて、同時に、同様に、画素信号読出し装置によってアナログ−デジタル変換器がランダムに作動させられ、撮像素子の画素信号読み出しが時間軸でランダムに行われる。
【００２０】
あるいは又、本開示の第１の態様に係る撮像装置あるいは画素信号読み出し方法、本開示の第２の態様に係る撮像装置あるいは画素信号読み出し方法にあっては、
第１の方向にＫ個、第２の方向にＬ個の、合計、Ｋ×Ｌ個の撮像素子が配列されており、
アナログ−デジタル変換器あるいは読出しアンプは、第２の方向に沿って配列されたＬ個の撮像素子から構成された撮像素子群に１つ配置されており、
画素信号読出し装置によってアナログ−デジタル変換器あるいは読出しアンプがランダムに作動させられることで、第１の方向に配列されたＫ個の撮像素子の内、Ｋ個未満の撮像素子がランダムに選択され、選択された撮像素子から画素信号読み出しが行われる形態とすることができる。尚、このような形態を、『本開示のＢ態様』と呼ぶ場合がある。
【００２１】
具体的には、本開示のＢ態様において、画素信号読出し装置によってアナログ−デジタル変換器あるいは読出しアンプがランダムに作動させられることで、第１の方向に配列されたＫ個の撮像素子の内、Ｋ個未満（０個を含み、場合によっては、Ｋ個以下）の撮像素子がランダムに選択され、選択された撮像素子から画素信号読み出しが行われる。そして、第２の方向に沿って、このような処理を、順次、繰り返す。こうして、１撮像フレームあるいは後述する１露光期間セグメントが完了する。
【００２２】
あるいは又、本開示の第１の態様に係る撮像装置あるいは画素信号読み出し方法、本開示の第２の態様に係る撮像装置あるいは画素信号読み出し方法にあっては、
第１の方向にＫ個、第２の方向にＬ個の、合計、Ｋ×Ｌ個の撮像素子が配列されており、
アナログ−デジタル変換器あるいは読出しアンプは、１つの撮像素子に１つ配置されており、
画素信号読出し装置によってアナログ−デジタル変換器あるいは読出しアンプがランダムに作動させられることで、Ｋ×Ｌ個の撮像素子の内、Ｋ×Ｌ個未満の撮像素子がランダムに選択され、選択された撮像素子から画素信号読み出しが行われる形態とすることができる。尚、このような形態を、『本開示のＣ態様』と呼ぶ場合がある。こうして、１撮像フレームあるいは後述する１露光期間セグメントが完了する。
【００２３】
本開示のＡ態様、Ｂ態様、Ｃ態様にあっては、１撮像フレームにおいて、各撮像素子の露光期間は、１又は２以上の露光期間セグメントに分割され、分割された露光期間セグメントの積算時間は、全ての撮像素子において同じである構成とすることができる。分割された露光期間セグメントのそれぞれの時間長さはランダムである（即ち、一定ではない）。そして、その結果、撮像素子における飽和電荷量を有効活用することができる。
【００２４】
あるいは又、本開示のＡ態様、Ｂ態様、Ｃ態様にあっては、１撮像フレームにおいて、各撮像素子の露光期間を２以上の露光期間セグメントに分割し、各露光期間セグメントにおいて、少なくとも１つの撮像素子が露光されるようにランダム露光を行い、読み出された画素信号の信号処理を行うことで、１撮像フレームを、あたかも、複数の撮像フレームに分割した状態を得ることができる。そして、この結果、撮像素子の駆動周波数を増加させること無く、撮像フレームレートを増加させることができる。
【００２５】
あるいは又、本開示のＡ態様、Ｂ態様、Ｃ態様において、
撮像素子は、受光素子（光電変換素子）、及び、受光素子の光入射側に配置された調光装置（調光素子）を備えており、
調光装置は、第１ナノカーボン膜、第１中間層、誘電体材料層及び第２中間層が積層された調光層が、Ｍ層（但し、Ｍ≧１）、積層され、更に、第Ｍ番目の調光層を構成する第２中間層の上には第２ナノカーボン膜が形成されて成り、
画素信号読出し装置の制御下、第１ナノカーボン膜及び第２ナノカーボン膜に電圧が印加されることで、撮像素子への光の入射が制御される構成とすることができる。尚、このような構成の調光装置を、便宜上、『第１の構成の調光装置』と呼ぶ。このような第１の構成の調光装置（調光素子）にあっては、第１ナノカーボン膜及び第２ナノカーボン膜を有する調光層が設けられており、第１ナノカーボン膜及び第２ナノカーボン膜に電圧が印加されるので、調光層の光透過率の制御を行うことができる。そして、このような構成にあっては、画素信号読出し装置の制御下、選択された撮像素子から画素信号読み出しが行われ、且つ、撮像素子への光入射開始及び光入射完了が時間的にランダムに行われる構成とすることができる。ここで、撮像素子への光入射開始及び光入射完了が時間的にランダムに行われるが、光入射開始から光入射完了までの時間長さを一定とする形態を採用することもできるし、光入射開始から光入射完了までの時間長さをランダムとする形態を採用することもできる。光入射開始から光入射完了までの時間長さをランダムとする場合、光入射開始の時刻をランダムとすることもできる。以下においても同様である。撮像素子への光入射開始及び光入射完了が時間的にランダムに行われることで、得られる画素信号の情報量が増加し、解像度の劣化を防止することができるし、一層の低消費電力化を達成することができる。更には、これらの構成にあっては、各撮像素子において、第１ナノカーボン膜及び第２ナノカーボン膜にパルス状の電圧がランダムに印加される構成とすることができるし、更には、第１ナノカーボン膜及び第２ナノカーボン膜へのパルス状の電圧の印加時間の積算値は一定である構成とすることができる。
【００２６】
更には、以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の第１の態様に係る撮像装置あるいは画素信号読み出し方法、本開示の第２の態様に係る撮像装置あるいは画素信号読み出し方法にあっては、
撮像装置は、被写体の動きを検出する動き検出回路を更に備えており、
動き検出回路による被写体の動き検出の有無に基づき、画素信号読出し装置によってアナログ−デジタル変換器あるいは読出しアンプをランダムに作動させる状態を変える形態とすることができる。具体的には、動き検出回路によって被写体の動きが検出された場合、全てのアナログ−デジタル変換器あるいは読出しアンプを作動させるか、あるいは又、画像の圧縮処理を行わないか、あるいは又、画像の圧縮率（後述する）を低い状態とするといった形態を採用すればよい。
【００２７】
ここで、動き検出のために、動き検出回路は、高周波検出フィルタを備えている構成とすることができる。そして、高周波を、フーリエ変換、ウェブレット（weblet）変換、離散コサイン変換等で検出する構成とすることができる。また、動き検出は、所定の周波数を閾値として、フーリエ変換、ウェブレット変換、離散コサイン変換等で検出したサンプリング周波数付近の高周波に対して行う構成とすることができる。
【００２８】
更には、以上に説明した各種の好ましい形態、構成において、ハイダイナミックレンジ合成（High Dynamic Range imaging、ＨＤＲ）方式、あるいは、ＳＶＥ（Spatially Varying Exposure）方式を適用することもできる。ＨＤＲ方式、ＳＶＥ方式に関しては、例えば、国際公開ＷＯ２００２／０５６６０４、特開２００４−１７２８５８を参照のこと。
【００２９】
更には、以上に説明した各種の好ましい形態、構成において、符号化露光（Coded Exposure）を適用することで、画像に暈けが生じることを防止することができる。符号化露光に関しては、例えば、特開２０１１−０４４８９１を参照のこと。
【００３０】
アナログ−デジタル変換器は周知のアナログ−デジタル変換器とすることができ、具体的には、アナログ−デジタル変換器として、シングルスロープ型アナログ−デジタル変換器、逐次比較型アナログ−デジタル変換器、又は、デルタ−シグマ変調型（ΔΣ変調型）アナログ−デジタル変換器を挙げることができるし、また、アナログ−デジタル変換器は、グレイコードカウンタを備えていてもよい。但し、アナログ−デジタル変換器は、これらに限定するものではなく、フラッシュ型、ハーフ・フラッシュ型、サブレンシング型、パイプライン型、ビット・パー・ステージ型、マグニチュード・アンプ型等を挙げることもできる。読出しアンプは、周知の構成、構造を有する読出しアンプ（読出し回路）とすればよい。撮像素子における受光素子として、具体的には、フォトセンサ（フォトダイオード）を挙げることができ、受光素子によってＣＭＯＳイメージセンサやＣＣＤイメージセンサが構成される。あるいは又、ボロメータ型の受光素子とすることもできる。撮像素子あるいは撮像装置、それ自体は、周知の構成、構造の撮像素子あるいは撮像装置とすることができる。撮像素子は、裏面照射型であってもよいし、表面照射型であってもよい。
【００３１】
以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の第１の態様〜第２の態様に係る撮像装置、以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の第１の態様〜第２の態様に係る画素信号読み出し方法において使用される撮像装置（以下、これらの総称して、『本開示の撮像装置等』と呼ぶ）にあっては、読み出された画素信号を処理する画素信号処理装置を更に備えている形態とすることが好ましい。
【００３２】
撮像素子に備えられた調光装置（調光素子）は、上述した第１の構成の調光装置に限定するものではない。例えば、
撮像素子は、受光素子、及び、受光素子の光入射側に配置された調光装置を備えており、
調光装置は、一対の電極、及び、一対の電極に挟まれた調光層を備えており、
調光層は、第１誘電体材料層、第１中間層、第１導電型の不純物がドーピングされた、又は、不純物がドーピングされていない第１ナノカーボン膜、第１導電型とは導電型が異なる第２導電型の不純物がドーピングされた、又は、不純物がドーピングされていない第２ナノカーボン膜、第２中間層及び第２誘電体材料層の積層構造を有し、
一対の電極に電圧が印加される構成の調光装置とすることもできる。尚、このような構成の調光装置を、便宜上、『第２の構成の調光装置』と呼ぶ。
【００３３】
このような第２の構成の調光装置（調光素子）において、調光層は、第１誘電体材料層、第１導電型の不純物がドーピングされた、又は、不純物がドーピングされていない第１ナノカーボン膜、第２導電型の不純物がドーピングされた、又は、不純物がドーピングされていない第２ナノカーボン膜、及び、第２誘電体材料層の積層構造を有するので、一対の電極に電圧を印加したとき、印加された電圧の極性に応じて、第１ナノカーボン膜及び第２ナノカーボン膜のいずれか一方に正又は負の電荷が誘起され、他方に負又は正の電荷が誘起される。その結果、調光層を高い光透過率にて通過可能な光の波長帯域が決まる。即ち、調光層の光透過率の制御を行うことができる。ここで、第１ナノカーボン膜には第１導電型の不純物がドーピングされ、第２ナノカーボン膜には第２導電型の不純物がドーピングされていれば、第１ナノカーボン膜と第２ナノカーボン膜の界面にはＰＮ接合が形成され、逆バイアス状態の電圧を一対の電極に印加すれば、第１ナノカーボン膜及び第２ナノカーボン膜のそれぞれに電荷が保持される。あるいは又、第１ナノカーボン膜及び／又は第２ナノカーボン膜に不純物がドーピングされていない場合であっても、適切な電圧を一対の電極に印加すれば、第１ナノカーボン膜及び第２ナノカーボン膜のそれぞれに電荷が保持される。
【００３４】
そして、第２の構成の調光装置にあっては、画素信号読出し装置の制御下、選択された撮像素子から画素信号読み出しが行われ、且つ、撮像素子への光入射開始及び光入射完了が時間的にランダムに行われる構成とすることができる。ここで、撮像素子への光入射開始及び光入射完了が時間的にランダムに行われるが、光入射開始から光入射完了までの時間長さを一定とする形態を採用することもできるし、光入射開始から光入射完了までの時間長さをランダムとする形態を採用することもできる。更には、これらの構成にあっては、各撮像素子において、一対の電極にパルス状の電圧がランダムに印加される構成とすることができるし、更には、一対の電極へのパルス状の電圧の印加時間の積算値は一定である構成とすることができる。
【００３５】
あるいは又、撮像素子は、受光素子、及び、受光素子の光入射側に配置された調光装置を備えており、
調光装置は、一対の電極、及び、一対の電極に挟まれた調光層を備えており、
調光層は、第１誘電体材料層、第１中間層、不純物がドーピングされた、又は、不純物がドーピングされていないナノカーボン膜、第２中間層、及び、第２誘電体材料層の積層構造を有し、
一対の電極に印加される電圧と異なる電圧がナノカーボン膜に印加される構成の調光装置とすることもできる。尚、このような構成の調光装置を、便宜上、『第３の構成の調光装置』と呼ぶ。
【００３６】
このような第３の構成の調光装置（調光素子）にあっては、調光層は、第１誘電体材料層、不純物がドーピングされた、又は、不純物がドーピングされていないナノカーボン膜、及び、第２誘電体材料層の積層構造を有し、一対の電極に印加される電圧と異なる電圧がナノカーボン膜に印加されるので、調光層の光透過率の制御を行うことができる。
【００３７】
そして、第３の構成の調光装置にあっては、画素信号読出し装置の制御下、選択された撮像素子から画素信号読み出しが行われ、且つ、撮像素子への光入射開始及び光入射完了が時間的にランダムに行われる構成とすることができる。ここで、撮像素子への光入射開始及び光入射完了が時間的にランダムに行われるが、光入射開始から光入射完了までの時間長さを一定とする形態を採用することもできるし、光入射開始から光入射完了までの時間長さをランダムとする形態を採用することもできる。更には、これらの構成にあっては、各撮像素子において、一対の電極にパルス状の電圧がランダムに印加される構成とすることができるし、更には、一対の電極へのパルス状の電圧の印加時間の積算値は一定である構成とすることができる。
【００３８】
あるいは又、撮像素子は、受光素子、及び、受光素子の光入射側に配置された調光装置を備えており、
調光装置は、一対の電極、及び、一対の電極に挟まれたＰ層（但し、Ｐ≧１）の調光層が積層された積層構造体を備えており、
第ｐ番目の調光層（但し、１≦ｐ≦Ｐ）は、第１誘電体材料層、第１中間層、ｎ型の不純物がドーピングされた、又は、不純物がドーピングされていない第１ナノカーボン膜、第２中間層、第２誘電体材料層、第３中間層、ｐ型の不純物がドーピングされた、又は、不純物がドーピングされていない第２ナノカーボン膜、及び、第４中間層の積層構造を有し、
第Ｐ番目の調光層にあっては、更に、第４中間層の上に第３誘電体材料層が形成されており、
第２ナノカーボン膜には、第１ナノカーボン膜と異なる電圧が印加される構成の調光装置とすることもできる。尚、このような構成の調光装置を、便宜上、『第４の構成の調光装置』と呼ぶ。
【００３９】
このような第４の構成の調光装置（調光素子）にあっては、所定の構成を有するＰ層（但し、Ｐ≧１）の調光層が積層された積層構造体を備えており、第２ナノカーボン膜には、第１ナノカーボン膜と異なる電圧が印加されるので、調光層の光透過率の制御を行うことができる。
【００４０】
そして、第４の構成の調光装置にあっては、画素信号読出し装置の制御下、選択された撮像素子から画素信号読み出しが行われ、且つ、撮像素子への光入射開始及び光入射完了が時間的にランダムに行われる構成とすることができる。ここで、撮像素子への光入射開始及び光入射完了が時間的にランダムに行われるが、光入射開始から光入射完了までの時間長さを一定とする形態を採用することもできるし、光入射開始から光入射完了までの時間長さをランダムとする形態を採用することもできる。更には、これらの構成にあっては、各撮像素子において、一対の電極にパルス状の電圧がランダムに印加される構成とすることができるし、更には、一対の電極へのパルス状の電圧の印加時間の積算値は一定である構成とすることができる。
【００４１】
しかも、第２の構成〜第４の構成の調光装置にあっては、一対の電極の間には電流が流れないので、低消費電力を達成することができる。
【００４２】
加えて、第１の構成〜第４の構成の調光装置にあっては、ナノカーボン膜と誘電体材料層との間に、平坦化層として機能し、また、反射防止層としても機能する中間層が形成されているので、ナノカーボン膜と誘電体材料層との間の平坦性の改善、密着性の改善、ナノカーボン膜と誘電体材料層との間での入射光の不要な反射発生の抑制を図ることができる。また、印加する電圧（所定の電圧Ｖ0）を適切に選択することで、波長λ0以上の波長の光に対する調光層の実効的な光透過率を制御することができ、例えば、波長λ0の値を青色（例えば，３８０ｎｍ）とし、所定の電圧Ｖ0を印加したときの波長λ0以上の波長の光（例えば、可視光以上の波長帯域を有する光）に対する光透過率が概ね１００％となるように設定することで、所望の光透過率の値を正確に、しかも、容易に得ることができるし、所望の光透過率の値に設定することができる。更には、ナノカーボン膜は、光透過率に波長依存性が無く、また、光透過率の変化に要する時間が短い。
【００４３】
第２の構成〜第４の構成の調光装置を備えた撮像装置において、一対の電極は、調光装置を備えた撮像素子において共通である形態とすることができ、あるいは又、調光装置を備えた撮像素子において共通である一対の電極が、調光装置を備えていない撮像素子にも共通に設けられている形態とすることができる。
【００４４】
また、第１の構成の調光装置にあっては、上述したとおり、第１ナノカーボン膜及び第２ナノカーボン膜に電圧が印加されることで、調光層における光透過率が制御される形態とすることができる。そして、このような形態を含む第１の構成の調光装置にあっては、Ｍが奇数の場合、奇数番目の第１ナノカーボン膜は、第１配線に接続され、偶数番目の第１ナノカーボン膜及び第２ナノカーボン膜は、第２配線に接続されており、Ｍが偶数の場合、奇数番目の第１ナノカーボン膜及び第２ナノカーボン膜は、第１配線に接続され、偶数番目の第１ナノカーボン膜は、第２配線に接続されている形態とすることができる。
【００４５】
上記の好ましい形態を含む第２の構成の調光装置にあっては、一対の電極に電圧が印加されることで第１ナノカーボン膜及び／又は第２ナノカーボン膜に生じる電荷量が制御され、以て、調光層における光透過率が制御される形態とすることができる。
【００４６】
更には、以上に説明した各種の好ましい形態を含む第２の構成の調光装置にあっては、
Ｎ層の調光層、及び、（Ｎ＋１）個の電極を備えており、
Ｎ層の調光層、及び、（Ｎ＋１）個の電極は、交互に積層されており、
奇数番目の電極は第１配線に接続され、偶数番目の電極は第２配線に接続されている形態とすることができる。
【００４７】
更には、以上に説明した各種の好ましい形態を含む第２の構成の調光装置において、
第１導電型はｎ型であり、第２導電型はｐ型であり、
第１ナノカーボン膜と第１誘電体材料層を介して対向する第１電極には、第２ナノカーボン膜と第２誘電体材料層を介して対向する第２電極よりも高い電圧が印加される形態とすることができる。即ち、このような形態を採用することによって、第１ナノカーボン膜には負の電荷が誘起され、第２ナノカーボン膜には正の電荷が誘起される。ここで、第１ナノカーボン膜にはｎ型の不純物がドーピングされ、第２ナノカーボン膜にはｐ型の不純物がドーピングされていれば、第１ナノカーボン膜と第２ナノカーボン膜の界面にはＰＮ接合が形成され、逆バイアス状態の電圧を一対の電極に印加している間、第１ナノカーボン膜及び第２ナノカーボン膜のそれぞれに、電荷が保持される。そして、以上の結果として、調光層を高い光透過率にて通過可能な光の波長帯域が決定される。
【００４８】
上記の好ましい形態を含む第３の構成の調光装置において、不純物はｐ型であり、ナノカーボン膜には、一対の電極に印加される電圧よりも高い電圧が印加される形態とすることができ、あるいは又、不純物はｎ型であり、ナノカーボン膜には、一対の電極に印加される電圧よりも低い電圧が印加される形態とすることができる。
【００４９】
上記の好ましい形態を含む第４の構成の調光装置において、一対の電極には、第２ナノカーボン膜に印加される電圧以下の電圧であって、第１ナノカーボン膜に印加される電圧以上の電圧が印加される形態とすることができる。そして、このような形態を含む第４の構成の調光装置においては、第１ナノカーボン膜は第１配線に接続され、第２ナノカーボン膜は第２配線に接続されている形態とすることができる。
【００５０】
以上に説明した各種の好ましい形態を含む第１の構成〜第４の構成の調光装置において、第１ナノカーボン膜、第２ナノカーボン膜、ナノカーボン膜は、グラフェンから構成されている形態とすることができるが、これに限定するものではなく、カーボンナノチューブあるいはフラーレンから構成されている形態とすることもできる。グラフェンの厚さは原子１層分の厚さであるが故に、ナノカーボン膜をグラフェンから構成することで、調光装置の厚さを薄くすることができ、撮像素子あるいは撮像装置の低背化（薄型化）を達成することができる。
【００５１】
以上に説明した各種の好ましい形態を含む第１の構成〜第３の構成の調光装置において、第１中間層及び第２中間層を構成する材料は、あるいは又、以上に説明した各種の好ましい形態を含む第４の構成の調光装置において、第１中間層、第２中間層、第３中間層及び第４中間層を構成する材料は、二酸化チタン、チッ化チタン、酸化クロム、アモルファスシリコン、フッ化マグネシウム、窒化珪素及び酸化ケイ素から成る群から選択された少なくとも１種類の材料である形態とすることができる。
【００５２】
以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の撮像装置等において、受光素子の光入射側にはカラーフィルター層が配置されている形態とすることができ、更には、この場合、調光装置を備えた撮像素子において、カラーフィルター層は、調光装置の光入射側に配置されている形態とすることができる。
【００５３】
更には、以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の撮像装置等において、撮像素子は、更に、遮光膜を有している形態とすることができる。
【００５４】
更には、以上に説明した各種の好ましい形態を含む本開示の撮像装置等において、
調光装置は、行単位に配列された撮像素子に備えられており、又は、
調光装置は、列単位に配列された撮像素子に備えられており、又は、
調光装置は、全ての撮像素子に備えられている形態とすることができる。
【００５５】
更には、以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の撮像装置等にあっては、ランダムパルス電圧を発生させ、発生させたランダムパルス電圧を調光装置を備えた撮像素子に送出するランダムパルス電圧発生・送出装置を有する構成とすることができる。尚、このような構成を、便宜上、『ランダム露光』と呼ぶ場合がある。そして、この場合、調光装置を備えた複数の撮像素子に対して、ランダムパルス電圧発生・送出装置が１つ配されている構成とすることができるし、調光装置を備えた１つの撮像素子に対して、ランダムパルス電圧発生・送出装置が１つ配されている構成とすることができる。また、以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の撮像装置等にあっては、ランダムパルス電圧は正負の極性を有する形態とすることができる。ランダムパルス電圧発生・送出装置の動作は、画素信号読出し装置によって制御すればよい。即ち、画素信号読出し装置によってアナログ−デジタル変換器あるいは読出しアンプをランダムに作動させるとき、併せて、このアナログ−デジタル変換器あるいは読出しアンプに接続された撮像素子に対して、ランダムパルス電圧発生・送出装置はランダムパルス電圧を送出すればよい。
【００５６】
あるいは又、以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の撮像装置等にあっては、調光装置を備えた撮像素子によって得られた出力信号に基づき算出されたパルス電圧が印加される構成とすることができる。尚、このような構成も、便宜上、『ランダム露光』と呼ぶ場合がある。パルス電圧の印加は、画素信号読出し装置によって制御すればよい。
【００５７】
更には、以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の撮像装置等にあっては、調光装置を備えた撮像素子からの画像出力信号が空間的及び時間的に間引かれることによって画像出力信号が圧縮される。
【００５８】
更には、以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の撮像装置等にあっては、
２次元マトリクス状に配列された撮像素子は、第１半導体チップに設けられており、
画素信号読出し装置（場合によっては、更に、ランダムパルス電圧を発生させ、発生させたランダムパルス電圧を調光装置を備えた撮像素子に送出するランダムパルス電圧発生・送出装置）が、第２半導体チップに設けられており、
第１半導体チップと第２半導体チップは積層されており、
画素信号読出し装置とアナログ−デジタル変換器あるいは読出しアンプとは（場合によっては、更に、調光装置とランダムパルス電圧発生・送出装置とは）、スルー・シリコン・ビア（ＴＳＶ）を介して接続されている形態とすることができるし、あるいは又、バンプを介して接続されている形態（所謂チップ・オン・チップ方式に基づく形態）とすることができる。尚、このような形態にあっては、撮像素子を裏面照射型することができるが、これに限定するものではなく、表面照射型とすることもできる。
【００５９】
更には、以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の撮像装置等にあっては、
ランダムパルス電圧を発生させ、発生させたランダムパルス電圧を調光装置を備えた撮像素子に送出するランダムパルス電圧発生・送出装置が備えられており、
調光装置とランダムパルス電圧発生・送出装置とは、ナノカーボン膜又は透明導電材料層から成る接続配線で接続されている形態とすることができる。
【００６０】
更には、以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の撮像装置等にあっては、
撮像素子は、第１の方向及び第２の方向に２次元マトリクス状に配列されており、
第１ナノカーボン膜は、第１の方向に延び、第１の方向に配列された撮像素子において共通であり、
第２ナノカーボン膜は、第２の方向に延び、第２の方向に配列された撮像素子において共通であり、
第１ナノカーボン膜には正極性のランダムパルス電圧が印加されると共に、第２ナノカーボン膜には負極性のランダムパルス電圧が印加される形態とすることができる。そして、この場合、第１の方向に延びる第１ナノカーボン膜の端部は櫛形電極状にパターニングされており、第２の方向に延びる第２ナノカーボン膜の端部は櫛形電極状にパターニングされている形態とすることができる。
【００６１】
あるいは又、以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の撮像装置等にあっては、各撮像素子に設けられた調光装置の動作を、各撮像素子に設けられた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）によって制御してもよい。薄膜トランジスタを、例えば、撮像素子と撮像素子との間の遮光膜の上に設けることで、画素の開口率を犠牲にすること無く、比較的簡易なプロセスで作製することができる。
【００６２】
第２の構成〜第４の構成の調光装置における一対の電極は、ナノカーボン膜から構成されていてもよいし、透明導電材料層から構成されていてもよいし、一対の電極の一方がナノカーボン膜から構成され、他方が透明導電材料層から構成されていてもよい。透明導電材料層を構成する材料として、ＩＴＯ（インジウム−スズ複合酸化物，Indium Tin Oxide，ＳｎドープのＩｎ2Ｏ3、結晶性ＩＴＯ及びアモルファスＩＴＯを含む）、ＩＺＯ（インジウム−亜鉛複合酸化物、Indium Zinc Oxide）、ＡＺＯ（酸化アルミニウム・ドープの酸化亜鉛）、ＧＺＯ（ガリウム・ドープの酸化亜鉛）、ＡｌＭｇＺｎＯ（酸化アルミニウム及び酸化マグネシウム・ドープの酸化亜鉛）、インジウム−ガリウム複合酸化物（ＩＧＯ）、Ｉｎ−ＧａＺｎＯ4（ＩＧＺＯ）、ＩＦＯ（ＦドープのＩｎ2Ｏ3）、アンチモンドープＳｎＯ2（ＡＴＯ）、ＦＴＯ（ＦドープのＳｎＯ2）、酸化錫（ＳｎＯ2）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ＢドープのＺｎＯ、ＩｎＳｎＺｎＯ、又は、ＩＴｉＯ（ＴｉドープのＩｎ2Ｏ3）を例示することができる。第１配線、第２配線、接続配線を構成する材料も同様とすることができる。
【００６３】
第１誘電体材料層、第２誘電体材料層及び第３誘電体材料層は、第１の構成〜第４の構成の調光装置に入射する光に対して透明な材料から構成する必要がある。第１誘電体材料層、第２誘電体材料層及び第３誘電体材料層を構成する絶縁材料として、周知の絶縁材料、例えば、ＳｉＯ2、ＮＳＧ（ノンドープ・シリケート・ガラス）、ＢＰＳＧ（ホウ素・リン・シリケート・ガラス）、ＰＳＧ、ＢＳＧ、ＡｓＳＧ、ＰｂＳＧ、ＳｂＳＧ、ＳＯＧ（スピンオングラス）、ＳｉＯＣ、ＳｉＯＦ等のＳｉＯ2系材料；ＳｉＯＮ、ＳｉＣＮを含むＳｉＮ系材料；酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、ＺｎＯ、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）、酸化錫（ＳｎＯ2）、酸化ガリウム（Ｇａ2Ｏ3）、酸化テルル（ＴｅＯ2）、酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ2）、酸化カドミウム（ＣｄＯ）、酸化タングステン（ＷＯ3）、酸化モリブデン（ＭｏＯ3）等の金属酸化物；金属窒化物；金属酸窒化物等を挙げることができ、これらを、単独あるいは適宜組み合わせて使用することができる。第１誘電体材料層、第２誘電体材料層、第３誘電体材料層の形成方法として、各種ＣＶＤ法、塗布法、スパッタリング法や真空蒸着法を含む各種ＰＶＤ法、スクリーン印刷法といった各種印刷法、ゾル−ゲル法等の公知の方法を挙げることができる。
【００６４】
あるいは又、第２の構成の調光装置において、第１誘電体材料層及び第２誘電体材料層は、一対の電極に電圧が印加されたとき、絶縁破壊が生じることなく、第１ナノカーボン膜及び第２ナノカーボン膜に電荷を誘起することができる分極電荷の電荷密度が高い材料を用いることが好ましい。電圧印加によってナノカーボン膜に蓄積される電荷量を多くするために、第１誘電体材料層及び第２誘電体材料層を構成する誘電体材料として、比誘電率が大きい誘電体材料（常誘電体材料あるいは強誘電体材料）、例えば、比誘電率が２．０以上の誘電体材料、好ましくは比誘電率が４．０以上の誘電体材料、より好ましくは比誘電率が８．０以上の誘電体材料を用いることが望ましい。第１誘電体材料層及び第２誘電体材料層を構成する誘電体材料として、自発分極を有する強誘電体材料を用いることもできる。あるいは又、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）（比誘電率：約１０）、ＨＤＰＥ（High Density Polyethylene）、アモルファスフッ素樹脂等の有機物、イオン液体、液晶等を挙げることもできる。一般に、無機酸化物は、高い誘電性と絶縁性とを有する一方で、遠赤外線領域の透過性は低い。遠赤外線領域の光透過率制御を行う場合には、第１誘電体材料層及び第２誘電体材料層を構成する誘電体材料として、例えば、遠赤外線領域の透過性が高いＣａＦ2等を用いることが好ましい。また、誘電体材料として、メタマテリアルを用いることも可能である。各種誘電体材料の比誘電率等を以下の表１に示す。尚、以上の説明は、第１の構成、第３の構成〜第４の構成の調光装置に対しても適用することができる。
【００６５】
［表１］
誘電体材料      比誘電率        絶縁耐圧（ＭＶ／ｃｍ）  電荷密度（μＣ／ｃｍ2）
ＳｉＯ2             ４            １０                      ３．５
Ａｌ2Ｏ3            ８．２          ８．２                  ６．０
ｈ−ＢＮ            ４            ２０                      ７．１
ＨｆＯ2           １８．５          ７．４                １２．０
ＺｒＯ2           ２９              ６                    １５．４
ＺｎＯ              ７．９
ＴｉＯ2             ８．５
ＩＧＺＯ            ９
ＳｉＮ              ７            ４０                      ２．５
ＧａＮ              ９．５
ＳＴＯ          １４０〜２００      ２                    ２４．８〜３５．４
ＢＴＯ          ２００              ０．４                  ７．１
ＰＺＴ          ７００              ０．５                ３０．９
ＰＴＯ          １００〜２００      ０．６７５              ６．１〜１１．９
ＰＬＺＴ        ２００              ３                    ５３．１
ＣａＦ2             ６．６          ０．３                  ０．１７
ＨＤＰＥ            ２．３
【００６６】
ここで、「ｈ−ＢＮ」は六方晶窒化ホウ素、「ＳＴＯ」はチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ3）、「ＢＴＯ」はチタン酸バリウム、「ＰＺＴ」はチタン酸ジルコン酸鉛、「ＰＴＯ」はチタン酸鉛、「ＰＬＺＴ」はチタン酸ジルコン酸ランタン鉛（（Ｐｂ,Ｌａ）（Ｚｒ,Ｔｒ）Ｏ3）を示す。
【００６７】
ナノカーボン膜１層当たりの光透過率は約９７．７％（光吸収率は約２．３％）であるので、光透過率を大きく低下させるためには複数の調光層を有する調光装置を用いればよい。例えば、６０層のナノカーボン膜が積層された調光装置にあっては、全体として、光透過率を０．９７７60＝約２５％にまで下げることができる。
【００６８】
ナノカーボン膜に第１導電型や第２導電型の不純物をドーピングするためには、例えば、化学ドーピングを行えばよい。化学ドーピングを行うためには、具体的には、ナノカーボン膜上にドーパント層を形成すればよい。ドーパント層は、電子受容型（ｐ型）のドーパント層とすることができるし、あるいは又、電子供与型（ｎ型）のドーパント層とすることができる。電子受容型（ｐ型）のドーパント層を構成する材料として、ＡｕＣｌ3、ＨＡｕＣｌ4、ＰｔＣｌ4等の塩化物；ＨＮＯ3、Ｈ2ＳＯ4、ＨＣｌ、ニトロメタン等の酸；ホウ素やアルミニウムといったＩＩＩ族元素；酸素等の電子吸引性分子を挙げることができるし、電子供与型（ｎ型）のドーパント層を構成する材料として、窒素やリンといったＶ族元素の他に、ピリジン系化合物、窒化物、アルカリ金属類、アルキル基を有する芳香族化合物等の電子供与性分子を挙げることができる。
【００６９】
必要に応じて、光透過率を制御すべき波長の光が調光層の内部で多重反射するように、誘電体材料層の厚さを調節してもよい。こうすることにより、調光層の透明時の光透過率を１００％に近づけることができる。
【００７０】
また、必要に応じて、ナノカーボン膜上あるいは上方に、金属ナノ粒子や金属ナノワイヤを形成し、これらの表面プラズモン・ポラリトン現象を利用することにより、ナノカーボン膜１層当たりの光透過率を、例えば９７．７％よりも低くすることができる。
【００７１】
上述したとおり、ナノカーボン膜をグラフェンから構成することができるが、グラフェン（graphene）とは、１原子の厚さのｓｐ2結合炭素原子のシート状物質を指し、炭素原子とその結合から作製された蜂の巣のような六角形格子構造を有する。そして、このような特性のグラフェンを、撮像素子や撮像装置、調光装置、シャッター装置といった電子デバイスに応用する利点として、調光層１層当たりの透明時の光透過率がほぼ１００％と高いこと、調光層１層当たりのシート抵抗値が１ｋΩ／□と低いこと、膜厚が０．３ｎｍと薄いことを挙げることができる。
【００７２】
また、グラフェンは、上述したとおり、電圧の印加により光透過率が変化するという特徴を有する。図３９Ａ、図３９Ｂ、図３９Ｃ、図３９Ｄに、グラフェンのバンド構造において、フェルミ準位Ｅfの変動に基づく禁制帯の変動を模式的に示す。
【００７３】
図３９Ａに示すように、グラフェンは、通常の半導体とは異なり、ディラックポイントＤｐを対称点として、価電子帯と伝導帯が線形の分散関係を有するゼロギャップ半導体である。通常、フェルミ準位Ｅfは、ディラックポイントＤｐに存在するが、電圧の印加やドーピング処理によってシフトさせることができる。
【００７４】
例えば、図３９Ｂに示すように、電圧の印加やドーピング処理によってフェルミ準位Ｅfを移動させた場合、例えば矢印Ｅaで示すように、２｜ΔＥf｜よりも大きいエネルギーの光学遷移は可能である。一方、矢印Ｅbで示すように、２｜ΔＥf｜以下のエネルギーの光学遷移は禁制にできる。即ち、２｜ΔＥf｜以下のエネルギーを有する光に対してグラフェンは透明である。このように、グラフェンでは、フェルミ準位Ｅfをシフトさせることで、所望の波長（周波数）の光に対する光透過率を変える（制御する）ことができる。図３９Ｃに示すように、グラフェンにｎ型の不純物をドーピングした場合、フェルミ準位Ｅfを、ディラックポイントＤｐから伝導帯側にシフトさせることができる。一方、図３９Ｄに示すように、グラフェンにｐ型の不純物をドーピングした場合、フェルミ順位Ｅfを、ディラックポイントＤｐから価電子帯側にシフトさせることができる。
【００７５】
また、グラフェンに電圧を印加すると赤外領域の光透過率が変化することがＣｈｅｎらによって報告されている（Nature 471, 617-620 (2011)）。図４０に、この報告における実験結果を示す。図４０には、フィルム状のグラフェン１層を一対の電極で挟み、印加電圧を変化させたときの赤外領域の光透過率変化が示されており、横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は光透過率（％）である。
【００７６】
図４０に示すように、印加電圧を、０．２５ｅＶから４ｅＶの範囲で変化させている。また、グラフの縦軸は、下が光透過率１００％、上が光透過率９７．６％(グラフェン１層が吸収する量)である。図４０によれば、測定した全波長領域において、印加電圧を高い方向に変化させると、波長が短い領域に比べて、長い領域の方が光透過率は１００％に近づくことが判る。更に、印加電圧が高い程、光透過率が１００％に近づく領域が短波長側に拡大していることから、印加電圧によって光透過率を変調（制御）可能な光の波長領域を短波長側に拡大できることが判る。以上の結果は原子１層における結果であるが、このように、印加電圧の大小により、近赤外領域から赤外領域、テラヘルツ領域まで、光透過率を波長に応じて変化させることができる。
【００７７】
また、これらの特性は、グラフェンのみならず、カーボンナノチューブやフラーレン等の他のナノカーボン材料にも共通している。
【００７８】
以下、実施例に基づき、本開示の第１の態様〜第２の態様に係る撮像装置及び画素信号読み出し方法を説明するが、各実施例は、以下の構成を有する。
実施例１  ：本開示の第１の態様に係る撮像装置及び画素信号読み出し方法
本開示のＡ態様
露光期間セグメントの時間長さ：一定
実施例２  ：実施例１の変形／スイッチング素子の配設
実施例３  ：本開示の第２の態様に係る撮像装置及び画素信号読み出し方法
本開示のＡ態様
実施例４  ：実施例３の変形／スイッチング素子の配設
本開示のＢ態様／本開示のＣ態様
実施例５  ：実施例１〜実施例４の変形／動き検出
実施例６  ：実施例１〜実施例５の変形／符号化露光
実施例７  ：実施例１〜実施例６の変形／ＨＤＲ／ＳＶＥ処理
実施例８  ：実施例１〜実施例７の変形／第１の構成の調光装置
露光期間セグメントの時間長さ：一定
実施例９  ：実施例１〜実施例８の変形／第２の構成の調光装置
露光期間セグメントの時間長さ：一定
実施例１０：実施例９の変形
実施例１１：実施例１〜実施例８の変形／第３の構成の調光装置
露光期間セグメントの時間長さ：一定
実施例１２：実施例１〜実施例８の変形／第４の構成の調光装置
露光期間セグメントの時間長さ：一定
実施例１３：実施例８〜実施例１２を適用した本開示の第１の態様〜第２の態様に係る撮            像装置
露光期間セグメントの時間長さ：ランダム
ナノカーボン膜制御第１信号線とナノカーボン膜制御第２信号線はアンド回            路を構成
実施例１４：実施例１３の変形
撮像素子のそれぞれにランダムパルス電圧を印加
実施例１５：実施例１３〜実施例１４の変形
撮像素子内部に本来存在するランダムな情報を用いてランダムパルス電圧を            生成
実施例１６：実施例１３〜実施例１５の変形
赤外線を受光する撮像素子の配設
実施例１７：実施例１３〜実施例１６の変形
デューティ比の制御
【実施例１】
【００７９】
実施例１は、本開示の第１の態様に係る撮像装置及び画素信号読み出し方法に関し、具体的には、本開示のＡ態様に関する。実施例１の撮像装置の概念図を図１Ａに示し、１つの撮像素子ユニット等の概念図を図１Ｂに示す。
【００８０】
実施例１の撮像装置は、
第１の方向及び第２の方向に２次元マトリクス状に配列された撮像素子１２、
画素信号読出し装置（画素信号読出し回路）１６、及び、
アナログ−デジタル変換器１３（１３1，１３2・・・１３8）、
を備えている。そして、画素信号読出し装置１６によってアナログ−デジタル変換器１３（１３1，１３2・・・１３8）がランダムに作動させられることで、撮像素子１２の画素信号読み出しが時間軸でランダムに行われる。あるいは又、実施例１の画素信号読み出し方法は、
第１の方向及び第２の方向に２次元マトリクス状に配列された撮像素子１２、
画素信号読出し装置１６、及び、
アナログ−デジタル変換器１３（１３1，１３2・・・１３8）、
を備えた撮像装置における画素信号読み出し方法であって、
画素信号読出し装置１６によってアナログ−デジタル変換器１３（１３1，１３2・・・１３8）をランダムに作動させることで、撮像素子１２の画素信号読み出しを時間軸でランダムに行う。
【００８１】
具体的には、実施例１の撮像装置は、上記のとおり、本開示のＡ態様に係る撮像装置であり、
第１の方向にＫ個、第２の方向にＬ個の、合計、Ｋ×Ｌ個の撮像素子１２が配列されており、
Ｋ×Ｌ個の撮像素子１２によって、第１の方向にＩ個、第２の方向にＪ個の撮像素子ユニット１１が構成されており、
第（ｉ，ｊ）番目（但し、ｉ＝１，２・・・Ｉであり、ｊ＝１，２・・・Ｊである）の撮像素子ユニット１１i,jは、第１の方向にＫi個、第２の方向にＬj個の撮像素子１２から構成されており、
第（ｉ，ｊ）番目の撮像素子ユニット１１i,jにおいて、Ｋi個のアナログ−デジタル変換器（あるいは後述する読出しアンプ）が配置されており、
第（ｉ，ｊ）番目の撮像素子ユニット１１i,jにおいて、画素信号読出し装置１６によって、アナログ−デジタル変換器（あるいは後述する読出しアンプ）がランダムに作動させられることで、（Ｋi×Ｌj）個未満の撮像素子１２がランダムに選択され、選択された撮像素子１２から画素信号読み出しが行われる。
【００８２】
ここで、アナログ−デジタル変換器（以下、『ＡＤ変換器』と呼ぶ場合がある）は、周知のシングルスロープ型アナログ−デジタル変換器から成る。また、ＡＤ変換器１３をランダムに作動させる画素信号読出し装置１６は、ランダムにＡＤ変換器１３（あるいは後述する読出しアンプ）を作動させる信号を発生させることのできるランダム信号発生・送出回路を備えている。ランダム信号発生・送出回路には、例えば、擬似ランダム信号発生回路が備えられている。シングルスロープ型ＡＤ変換器については、実施例１３において説明する。
【００８３】
図１Ｂに示した例では、Ｋi＝８，Ｌj＝８である。但し、Ｋi，Ｌjの値はこれらの値に限定するものではない。ここで、ＡＤ変換器１３1，１３2・・・１３8は、第２の方向に沿って配列されたＬj個（図１Ｂに示した例では８個）の撮像素子１２から構成された撮像素子群に１つ配置されている。そして、画素信号読出し装置１６によってＡＤ変換器１３1，１３2・・・１３8がランダムに作動させられることで、第１の方向に配列されたＫi個の撮像素子１２の内、Ｋi個未満の撮像素子１２がランダムに選択され、選択された撮像素子１２から画素信号読み出しが行われる。
【００８４】
実施例１にあっては、１撮像フレームにおいて、各撮像素子１２の露光期間は、例えば、８つの露光期間セグメントに分割されている。露光期間セグメントの露光期間は同一である。
【００８５】
場合によっては、ランダム信号発生・送出回路を各ＡＤ変換器１３で代用することも可能である。即ち、ＡＤ変換器１３の制御ロジック部でＡＤ変換器をランダムに作動させるためのランダム信号を発生させてもよい。また、ランダム信号発生・送出回路を、各撮像素子に設けられた種々のトランジスタで代用することも可能である。即ち、各撮像素子に設けられた種々のトランジスタから発生するノイズに基づき、ＡＤ変換器１３をランダムに作動させるためのランダム信号を発生させてもよい。以下に説明する実施例においても同様とすることができる。
【００８６】
図２Ａに示すように、第１番目の露光期間セグメントにおいては、撮像素子ユニット１１i,jの第１行目に位置する撮像素子１２（１，１），１２（１，２）・・・１２（１，８）において、画素信号読出し装置１６によってＡＤ変換器１３6が作動させられ（オン状態となり）、残りのＡＤ変換器１３は作動させられない（オフ状態あるいはスタンバイ状態のままである）。以下においても同様である。ＡＤ変換器１３の作動は、上述したとおり、ランダムである。以下においても同様である。そして、撮像素子１２（１，６）の画素信号読み出しが行われる。読み出し後、ＡＤ変換器１３はオフ状態あるいはスタンバイ状態となる。以下においても同様である。次に、撮像素子ユニット１１i,jの第２行目に位置する撮像素子１２（２，１），１２（２，２）・・・１２（２，８）において、画素信号読出し装置１６によってＡＤ変換器１３2が作動させられる。そして、撮像素子１２（２，２）の画素信号読み出しが行われる。次に、撮像素子ユニット１１i,jの第３行目に位置する撮像素子１２（３，１），１２（３，２）・・・１２（３，８）において、画素信号読出し装置１６によってＡＤ変換器１３5が作動させられる。そして、撮像素子１２（３，５）の画素信号読み出しが行われる。次に、撮像素子ユニット１１i,jの第４行目に位置する撮像素子１２（４，１），１２（４，２）・・・１２（４，８）において、画素信号読出し装置１６によってＡＤ変換器１３3，ＡＤ変換器１３7が作動させられる。そして、撮像素子１２（４，３），（４，７）の画素信号読み出しが行われる。次に、撮像素子ユニット１１i,jの第５行目に位置する撮像素子１２（５，１），１２（５，２）・・・１２（５，８）において、画素信号読出し装置１６によってＡＤ変換器１３4が作動させられる。そして、撮像素子１２（５，４）の画素信号読み出しが行われる。次に、撮像素子ユニット１１i,jの第６行目に位置する撮像素子１２（６，１），１２（６，２）・・・１２（６，８）において、画素信号読出し装置１６によってＡＤ変換器１３6が作動させられる。そして、撮像素子１２（６，６）の画素信号読み出しが行われる。次に、撮像素子ユニット１１i,jの第７行目に位置する撮像素子１２（７，１），１２（７，２）・・・１２（７，８）において、画素信号読出し装置１６によってＡＤ変換器１３2が作動させられる。そして、撮像素子１２（７，２）の画素信号読み出しが行われる。次に、撮像素子ユニット１１i,jの第８行目に位置する撮像素子１２（８，１），１２（８，２）・・・１２（８，８）において、画素信号読出し装置１６によってＡＤ変換器１３4，ＡＤ変換器１３8が作動させられる。そして、撮像素子１２（８，４），１２（８，８）の画素信号読み出しが行われる。以上によって、第１番目の露光期間セグメントにおける６４個の撮像素子１２の画素信号読み出しが完了する。
【００８７】
次いで、第２番目の露光期間セグメントにおいては、撮像素子ユニット１１i,jの第１行目に位置する撮像素子１２（１，１），１２（１，２）・・・１２（１，８）において、画素信号読出し装置１６によってＡＤ変換器１３4，ＡＤ変換器１３6が作動させられる。そして、撮像素子１２（１，４），１２（１，６）の画素信号読み出しが行われる。次に、撮像素子ユニット１１i,jの第２行目に位置する撮像素子１２（２，１），１２（２，２）・・・１２（２，８）において、画素信号読出し装置１６によっては全てのＡＤ変換器１３が作動させられない。次に、撮像素子ユニット１１i,jの第３行目に位置する撮像素子１２（３，１），１２（３，２）・・・１２（３，８）において、画素信号読出し装置１６によって全てのＡＤ変換器１３が作動させられない。次に、撮像素子ユニット１１i,jの第４行目に位置する撮像素子１２（４，１），１２（４，２）・・・１２（４，８）において、画素信号読出し装置１６によってＡＤ変換器１３5が作動させられる。そして、撮像素子１２（４，５）の画素信号読み出しが行われる。次に、撮像素子ユニット１１i,jの第５行目に位置する撮像素子１２（５，１），１２（５，２）・・・１２（５，８）において、画素信号読出し装置１６によってＡＤ変換器１３2，１３4が作動させられる。そして、撮像素子１２（５，２），１２（５，４）の画素信号読み出しが行われる。次に、撮像素子ユニット１１i,jの第６行目に位置する撮像素子１２（６，１），１２（６，２）・・・１２（６，８）において、画素信号読出し装置１６によって全てのＡＤ変換器１３が作動させられない。次に、撮像素子ユニット１１i,jの第７行目に位置する撮像素子１２（７，１），１２（７，２）・・・１２（７，８）において、画素信号読出し装置１６によってＡＤ変換器１３2，ＡＤ変換器１３7が作動させられる。そして、撮像素子１２（７，２），１２（７，７）の画素信号読み出しが行われる。次に、撮像素子ユニット１１i,jの第８行目に位置する撮像素子１２（８，１），１２（８，２）・・・１２（８，８）において、画素信号読出し装置１６によってＡＤ変換器１３1が作動させられる。そして、撮像素子１２（８，１）の画素信号読み出しが行われる。以上によって、第２番目の露光期間セグメントにおける６４個の撮像素子１２の画素信号読み出しが完了する。
【００８８】
以上のようなＡＤ変換器１３のランダムな作動に基づく撮像素子１２の画素信号読み出しを、第３番目の露光期間セグメントから第８番目の露光期間セグメントまで、順次、行う。これらの画素信号は、時間軸でランダム性を有する。即ち、各撮像素子１２において、画素信号読み出しが、時間軸で（云い換えれば、１撮像フレーム内に、第１番目の露光期間セグメントから第８番目の露光期間セグメントまで、合計、８回の露光期間セグメントにおいて）、ランダムに行われる。こうして、８つの露光期間セグメントにおいて、８×８の撮像素子１２における画素信号を得ることができる。しかも、作動するＡＤ変換器１３は、一部のＡＤ変換器１３であり、ＡＤ変換器全体としての消費電力の削減を図ることができる。また、複数の露光期間セグメントとすることによって、撮像素子が飽和電荷量に達し難くなり、ダイナミックレンジの拡大を図ることができる。
【００８９】
尚、各ＡＤ変換器１３1，１３2・・・１３8によってデジタル変換された画素信号のそれぞれは、メモリ１７1，１７2・・・１７8に、一旦、記憶される。即ち、８個のメモリ１７1，１７2・・・１７8のそれぞれには、第２の方向に沿って配列された撮像素子１２からの８つの画素信号（第１番目の露光期間セグメントから第８番目の露光期間セグメントにおける画素信号）が加算されて、記憶される。そして、最終的には、８個のメモリ１７1，１７2・・・１７8のそれぞれにおいて記憶された画素信号が画像データとして、後述する水平転送回路３３を介して外部に出力される。ここで、このような形態にあっては、６４個の撮像素子１２における画素信号が８個のメモリに記憶されるので、画像の圧縮率は（１／８）である。第１番目の露光期間セグメントから第８番目の露光期間セグメントにおける画素信号をどのようにして加算するかで、画像の圧縮率が決定される。例えば、各ＡＤ変換器１３1，１３2・・・１３8によってデジタル変換された画素信号のそれぞれを４個のメモリ１７のそれぞれにおいて記憶し、画像データとして外部に出力する場合、画像の圧縮率は（１／１６）であるし、１６個のメモリ１７のそれぞれにおいて記憶し、画像データとして外部に出力する場合、画像の圧縮率は（１／４）である。尚、図２Ａ及び図２Ｂにあっては、メモリ１７の図示は省略した。
【００９０】
以上に説明した撮像素子ユニット１１i,jにおいて、ＡＤ変換器１３を経由してメモリ１７1，１７2・・・１７8に、一旦、記憶される画素信号の状態を模式的に図３に示す。尚、図３において、例えば、（１，１）は、撮像素子１２（１，１）を表し、その下に示す細い線分は、撮像素子における画素信号読み出し状態であって、画素信号が読み出されていない状態（あるいは、１露光期間セグメント内において，撮像素子が作動すべき時間長さ）を示し、太い線分（例えば、撮像素子１２（１，６）の下の太い線分）は、撮像素子における画素信号読み出し状態であって、画素信号が読み出されている状態を示す。
【００９１】
ところで、通常、撮像装置（イメージングデバイス）によって得られる画像を圧縮して通信することにより、通信時の電力消費量を低減させている。これまで、画像圧縮信号処理については、幾つかの提案がなされている。例えば、特開２００３−２３４９６７では、アナログ−デジタル変換器（ＡＤ変換器）からの信号を離散コサイン変換することで画像を圧縮する技術が提案されている。しかしながら、圧縮時の離散コサイン変換では、画像を復元するときに画質劣化が生じることも問題である。特開２００６−０２５２７０で提案されているウェブレット変換も、画像復元時に画質が劣化する懸念があるし、画像圧縮回路の部分の面積が増加するといった問題や、消費電力が増加するといった問題もある。
【００９２】
一般的な画像圧縮技術では、離散コサイン変換（ＤＣＴ）技術が用いられている。このＤＣＴ技術は、圧縮効率が良いため、古くから用いられており、今日の画像符号化技術の主流になっている。しかしながら、ＤＣＴ技術では、 画像を任意の変換ブロックに分割し、 ブロック毎に量子化・符号化等の処理が行われるため、圧縮率を上げるにつれてブロック歪みやモスキート雑音等の雑音が復元画像に混入し、画質の劣化が生じてしまう。そこで、これらの雑音が混入し難い符号化方式として、フィルタバンク符号化が注目されている。フィルタバンク符号化として、サブバンド符号化や、ウェブレット変換符号化を挙げることができる。サブバンド符号化は、ローパスフィルタ及びハイパスフィルタによって信号を帯域制限し、その出力信号全体を更にフィルタリングする方法である。ウェブレット変換符号化は、ローパスフィルタ及びハイパスフィルタによって信号を帯域制限し、情報量の多い低周波数帯域のみを階層的にフィルタリングする方法である。これらの符号化は、フィルタバンクやデシメーション・インタポレーションといった技術を用いて実現される。ウェブレット変換符号化を採用した国際標準規格としてＪＰＥＧ２０００や、Ｍｏｔｉｏｎ−ＪＰＥＧ２０００があり、変換符号化にはウェブレット変換が採用され、高い圧縮性能を実現している。上記の国際標準規格では、変換符号化にＤＣＴ技術やウェブレット変換を用いており、これらの変換は、変換前及び変換後の座標系がそれぞれ直交していることから、直交変換と呼ばれている。直交変換による画像圧縮によって、画像を低ビットレートで伝送・蓄積が可能である。
【００９３】
また、液晶表示装置やプラズマ表示装置等の表示装置の大画面化に伴い、蓄積された画像データを再利用する際の様々な問題が指摘されている。画像圧縮において最も考慮される点が圧縮率であるため、圧縮効率を改善すべく様々な研究が行われてきており、ＤＣＴ技術における圧縮率に比べて、フィルタバンク符号化における圧縮率の方が高い。しかしながら、一般に、フィルタバンク符号化技術は、ＤＣＴ技術に比べて、処理速度の点で劣る。
【００９４】
ところで、ＤＣＴ技術、ウェブレット変換のいずれも直交基底を使用するものであり、画像復元時の画質劣化が問題である。ウェブレット変換、離散コサイン変換を撮像装置内で行う場合、アナログ−デジタル（ＡＤ）変換後のデータをウェブレット変換や離散コサイン変換を行うための処理回路を通すことによって、これらの変換技術を利用したデータ圧縮を行う。
【００９５】
実施例１にあっては、撮像素子の画素信号読み出しが時間軸でランダムに行われるが故に、非特許文献１に記載されたデータ圧縮であるスパース・コーディングに基づくデータ圧縮技術をＡＤ変換器までで実現することができるし、圧縮画像復元時の画質の劣化といった問題をスパース・コーディングといったコンプレッシブセンシングの信号処理技術により解決することができる。即ち、動画を３次元のデータとして捉え、信号処理アルゴリズムとしてのスパース・コーディングといった信号処理手法を応用して動画を圧縮し、撮像素子からの出力データを低減させ、３次元の立方格子が間引かれた形態のデータを辞書を用いて得られた基底を使用して復元する。具体的には、得られた画素信号を行列「MＩ」、画素毎のシャッターファンクション（shutter function，ＡＤ変換器をランダムに作動させるための信号が該当する）を行列「MＳ」、空間−時間ボリュームを行列「MＥ」としたとき、これらの行列は、
MＩ＝MＳMＥ
といった関係にある。尚、上付き文字「Ｍ」は、次に続くアルファベットが行列（又は、ベクトル）であることを示す。ここで、行列「MＩ」は、得られた画素信号であるが故に既知の行列であり、行列「MＥ」は未知の行列である。また、最適な基底を得るための辞書を「MＤ」、辞書を用いて得られた基底（スパースベクトル）を「Mα」とすると、
MＥ＝MＤMα
と変換できるので、
MＩ＝MＳMＤMα
より、「Mα」を非特許文献１に基づき求めることができ、その結果「MＥ」を求めることができ、画像の再生を行うことができる。画像の再生は、外部（チップ外）で行われる。
【００９６】
シャッターファンクションMＳを得るための処理を通常の撮像素子で行うことを試みた場合、ＡＤ変換器や読出しアンプをランダムに作動させたり、ＡＤ変換器への入力をランダムにオン／オフする等の制御を行うことになるが、撮像素子の配置と異なる順序でデータが読み出されてしまう。撮像素子の配置と一致した順序に並んだデータを得るためには、
（１）画像データをランダムに読み出した後、撮像素子外で並べ替え処理を行う（具体的にはフレームメモリ等を用いて画像データの並べ替え処理を行う）。
あるいは又、
（２）撮像素子毎にデータ保持用の容量を備えておく。
ことが必要とされる。然るに、本開示の撮像装置にあっては、上述した調光装置を備えた撮像素子を用いるが故に、これらは不要である。
【００９７】
尚、１撮像フレームにおいて、各撮像素子の露光期間を２以上の露光期間セグメントに分割し（具体的には、実施例１にあっては、１撮像フレームにおいて、各撮像素子の露光期間を８つの露光期間セグメントに分割し）、各露光期間セグメントにおいて、少なくとも１つの撮像素子が露光されるようにランダム露光を行い、読み出された画素信号の信号処理を行うことで、１撮像フレームを、あたかも、複数の撮像フレーム（実施例１にあっては８撮像フレーム）に分割した状態を得ることができる。それ故、撮像素子の駆動周波数を増加させること無く、撮像フレームレートを、例えば、８倍、増加させることができる。即ち、ハイ・フレーム・レートを実現することができる。このような動作モードの切り替えは、例えば、撮像装置の使用者が切替えスイッチを操作することで行うことができる。以下に説明する各種実施例においても同様とすることができる。
【００９８】
以上に説明したとおり、実施例１にあっては、画素信号読出し装置によってＡＤ変換器がランダムに作動させられることで、撮像素子の画素信号読み出しが時間軸でランダムに行われる。即ち、撮像装置に配設された全てのＡＤ変換器を作動させるのではなく、一部のＡＤ変換器を作動させるので、撮像装置の消費電力の低減を図ることができる。しかも、撮像素子の画素信号読み出しが時間軸でランダムに行われるが故に、全画素（全撮像素子）を読み出すよりも少ない量のデータを得ることができ、しかも、ＡＤ変換後にデータ圧縮のための処理回路が必要とされない信号処理技術を適用することができる。
【００９９】
実施例１にあっては、撮像装置から出力される画像データを小さくすることができる。前述したように、クラウド利用を行うにあたり、画像の流通のための通信に負荷がかかることのないように、画像データは小さいことが必須条件となる。コンプレッシブセンシングを行うことにより、通信負荷を鑑みた容量に画像データを圧縮し、画像を流通させることが可能となる。システムに通信量をモニタする装置を設ければ、モニタした通信量から、画像をアップロードするタイミングを見極める、若しくは、そのタイミングの通信トラフィックに最適な圧縮率で画像を圧縮してアップロードするなどが可能となる。また、本開示の撮像装置を使用したカメラやカムコーダ等の民生機器とクラウドの間にメモリやハードディスク、小規模なデータセンタ等を配置して、一次的に画像データを記憶し、クラウドにアップロードすることも可能である。民生機器とクラウドの間に配置されたメモリやハードディスク、小規模なデータセンタに記憶された画像データは、通信トラフィックの状態の判定や画像を選別した後にアップロードが必要と判断された画像データである。この判定や選別は、選別エンジンや認識エンジンを用いて行う。従って、この選別エンジンや認識エンジンは、撮像装置のロジック部分、撮像装置を組み込んだカメラやカムコーダ等の民生機器、メモリやハードディスク、小規模なデータセンタ等のどこに配置されていてもよい。更には、圧縮された画像データの復元に必要な基底をメモリやハードディスク、小規模なデータセンタに配置し、一時的に画像データを復元することも可能である。
【実施例２】
【０１００】
実施例２は、実施例１の変形である。実施例１の撮像装置あるいは画素信号読み出し方法にあっては、画素信号読出し装置１６によって、直接、ＡＤ変換器１３をオン／オフした。一方、実施例２にあっては、１つの撮像素子ユニットの概念図を図４に示すように、ＡＤ変換器１３（１３1，１３2・・・１３8）と撮像素子１２との間に、ＦＥＴから成るスイッチング素子１４（１４1，１４2・・・１４8）を配する。そして、画素信号読出し装置１６によってスイッチング素子１４がランダムに作動させられ、撮像素子１２からの画素信号をＡＤ変換器１３に入力させる系統、及び、黒レベルに相当する画素信号を画素信号読出し装置１６からＡＤ変換器１３に入力させる系統の２つの系統への切替えをランダムに行う。
【０１０１】
以上の点を除き，実施例２の撮像装置、画素信号読み出し方法は、実施例１の撮像装置、画素信号読み出し方法と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
【０１０２】
実施例２にあっては、画素信号が入力するＡＤ変換器は全体の一部であり、画素信号が入力しないＡＤ変換器には黒レベルに相当する画素信号が入力されるので、画素信号が入力しないＡＤ変換器の消費電力を抑制することができ、ＡＤ変換器全体としての消費電力の削減を図ることができる。
【実施例３】
【０１０３】
実施例３は、本開示の第２の態様に係る撮像装置及び画素信号読み出し方法に関し、具体的には、本開示のＡ態様に関する。実施例３の撮像装置における１つの撮像素子ユニット等の概念図を図５に示す。
【０１０４】
実施例３の撮像装置は、
第１の方向及び第２の方向に２次元マトリクス状に配列された撮像素子１２、
画素信号読出し装置１６、及び、
読出しアンプ１５（１５1，１５2・・・１５8）、
を備えており、
画素信号読出し装置１６によって読出しアンプ１５（１５1，１５2・・・１５8）がランダムに作動させられることで、撮像素子１２の画素信号読み出しが時間軸でランダムに行われる。また、実施例３の画素信号読み出し方法は、
第１の方向及び第２の方向に２次元マトリクス状に配列された撮像素子１２、
画素信号読出し装置１６、及び、
読出しアンプ１５（１５1，１５2・・・１５8）、
を備えた撮像装置における画素信号読み出し方法であって、
画素信号読出し装置１６によって読出しアンプ１５（１５1，１５2・・・１５8）をランダムに作動させることで、撮像素子１２の画素信号読み出しを時間軸でランダムに行う。
【０１０５】
実施例３にあっては、読出しアンプ（読出し回路）１５が作動（オン）状態である場合、画素信号はＡＤ変換器１３に送出される。一方、読出しアンプ１５が不作動（オフ）状態である場合、画素信号はＡＤ変換器１３に送出されないので、ＡＤ変換器の消費電力を抑制することができ、ＡＤ変換器全体としての消費電力の削減を図ることができる。
【０１０６】
以上の点を除き，実施例３の撮像装置、画素信号読み出し方法は、実施例１の撮像装置、画素信号読み出し方法と基本的に同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。このように、実施例３にあっては、画素信号読出し装置によって読出しアンプがランダムに作動させられることで、撮像素子の画素信号読み出しが時間軸でランダムに行われる。即ち、撮像装置に配設された全ての読出しアンプを作動させるのではなく、一部の読出しアンプを作動させるので、撮像装置の消費電力の低減を図ることができる。しかも、撮像素子の画素信号読み出しが時間軸でランダムに行われるが故に、全画素（全撮像素子）を読み出すよりも少ない量のデータを得ることができ、しかも、ＡＤ変換後にデータ圧縮のための処理回路が必要とされない信号処理技術を適用することができる。
【実施例４】
【０１０７】
実施例４は、実施例３の変形である。実施例３の撮像装置あるいは画素信号読み出し方法にあっては、画素信号読出し装置１６によって、直接、読出しアンプ１５をオン／オフした。一方、実施例４にあっては、１つの撮像素子ユニットの概念図を図６に示すように、読出しアンプ１５（１５1，１５2・・・１５8）と撮像素子１２との間に、ＦＥＴから成るスイッチング素子１４（１４1，１４2・・・１４8）を配する。そして、画素信号読出し装置１６によってスイッチング素子１４がランダムに作動させられ、撮像素子１２からの画素信号をＡＤ変換器１３に入力させる系統、及び、黒レベルに相当する画素信号を画素信号読出し装置１６から読出しアンプ１５に入力させる系統の２つの系統への切替えをランダムに行う。
【０１０８】
以上の点を除き，実施例４の撮像装置、画素信号読み出し方法は、実施例３の撮像装置、画素信号読み出し方法と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
【０１０９】
実施例４にあっては、画素信号が入力するＡＤ変換器は全体の一部であり、画素信号が入力しないＡＤ変換器には黒レベルに相当する画素信号が入力されるので、画素信号が入力しないＡＤ変換器の消費電力を抑制することができ、ＡＤ変換器全体としての消費電力の削減を図ることができる。
【０１１０】
尚、実施例１〜実施例４においては、本開示のＡ態様としたが、実施例１〜実施例４の変形として、本開示のＢ態様とすることもできる。即ち、
第１の方向にＫ個、第２の方向にＬ個の、合計、Ｋ×Ｌ個の撮像素子１２が配列されており、
ＡＤ変換器１３あるいは読出しアンプ１５は、第２の方向に沿って配列されたＬ個の撮像素子１２から構成された撮像素子群に１つ配置されており、
画素信号読出し装置１６によってＡＤ変換器１３あるいは読出しアンプ１５あるいはスイッチング素子１４がランダムに作動させられることで、第１の方向に配列されたＫ個の撮像素子１２の内、Ｋ個未満の撮像素子１２がランダムに選択され、選択された撮像素子１２から画素信号読み出しが行われる。
【０１１１】
あるいは又、本開示のＣ態様とすることもできる。即ち
第１の方向にＫ個、第２の方向にＬ個の、合計、Ｋ×Ｌ個の撮像素子１２が配列されており、
ＡＤ変換器１３あるいは読出しアンプ１５は、１つの撮像素子１２に１つ配置されており、
画素信号読出し装置１６によってＡＤ変換器１３あるいは読出しアンプ１５あるいはスイッチング素子１４がランダムに作動させられることで、Ｋ×Ｌ個の撮像素子１２の内、Ｋ×Ｌ個未満の撮像素子１２がランダムに選択され、選択された撮像素子１２から画素信号読み出しが行われる。
【０１１２】
尚、ＡＤ変換器１３あるいは読出しアンプ１５を１つの撮像素子１２に１つ配置し、リセットタイミング及び読出しタイミングを撮像素子毎に設定することで、１撮像フレームにおける露光期間セグメントの時間長さを変化させることができる。そして、これによって、後述する実施例８における撮像素子に調光装置を設けた場合と同じ動作、処理を、各撮像素子において行うことが可能となる。
【実施例５】
【０１１３】
実施例５は、以上に説明した実施例１〜実施例４の変形である。実施例５にあっては、撮像装置は、被写体の動きを検出する動き検出回路を更に備えている。そして、動き検出回路による被写体の動き検出の有無に基づき、画素信号読出し装置によってアナログ−デジタル変換器あるいは読出しアンプをランダムに作動させる状態を変える。具体的には、動き検出回路によって被写体の動きが検出された場合、全てのアナログ−デジタル変換器あるいは読出しアンプを作動させるか、あるいは又、画像の圧縮処理を行わないか、あるいは又、画像の圧縮率を低い状態とする。
【０１１４】
ここで、動き検出のために、動き検出回路は、高周波検出フィルタＨＰＦ1，ＨＰＦ2を備えている構成とすることができる。そして、高周波を、フーリエ変換、ウェブレット（weblet）変換、離散コサイン変換等を用いた周知の方法で検出する。また、動き検出は、周知の方法に基づき、所定の周波数を閾値として、フーリエ変換、ウェブレット変換、離散コサイン変換等で検出したサンプリング周波数付近の高周波に対して行う。
【０１１５】
具体的には、実施例５にあっても、実施例１〜実施例４と同様に、画素信号読出し装置１６によってＡＤ変換器１３あるいは読出しアンプ１５あるいはスイッチング素子１４がランダムに作動させられることで、撮像素子１２の画素信号読み出しが時間軸でランダムに行われる。得られた画素信号は、一旦、画像メモリに、元の画素配列に対応するような順序で格納される。そして、所定の露光期間後、全ての撮像素子における画素信号が画像メモリに格納され、画像データが構成される。動き検出回路は、所定の露光期間に読み出されたこの画像データを入力として、入力された画像内の動き（被写体の動き）の有無を判定する。判定結果は、画素信号読出し装置１６に送られ、画素信号読出し装置１６は、動き判定結果に基づいてＡＤ変換器１３あるいは読出しアンプ１５の作動を制御する。
【０１１６】
図７Ａに、動き検出回路の動作の一例のフローチャートを示し、図７Ｂに、動き検出回路の構成を説明するブロック図を示す。ところで、画素信号読出し装置１６によってＡＤ変換器１３あるいは読出しアンプ１５あるいはスイッチング素子１４がランダムに作動させられることで、撮像素子１２の画素信号読み出しが時間軸でランダムに行われるが故に、被写体に動きがなければ隣接画素間の相関は非常に高いが、被写体に動きがあれば隣接画素間の相関は低い。その結果、被写体の動きが大きいほどランダムドット状の画像となる。もしも、撮像装置において、画素配列の周期に対して入射光の帯域が十分に制限されていれば、ランダムドット状の画像を、被写体の動きがあるときのみ出力することが一層確実になる。実施例５における動き検出は、このような実施例１〜実施例４における撮像素子１２の画素信号読み出しが時間軸でランダムに行われることを利用して、以下に述べる手順で画像のランダムドット具合を調べ、動きの有無を判定する。
【０１１７】
そして、例えば、被写体の動きが検出されない場合、画素信号読出し装置１６は、撮像素子の次回の露光期間（具体的には、次回の露光期間セグメントの時間長さ）を現時点の露光期間（具体的には、現時点の露光期間セグメントの時間長さ）よりも長く設定する。あるいは又、撮像素子の次回の露光期間を、予め設定された露光期間セグメントの時間長さの第１閾値よりも長く設定する。一方、被写体の動きが検出された場合、撮像素子の次回の露光期間（具体的には、次回の露光期間セグメントの時間長さ）を現時点の露光期間（具体的には、現時点の露光期間セグメントの時間長さ）よりも短く設定する。あるいは又、撮像素子の次回の露光期間を、予め設定された露光期間セグメントの時間長さの第２閾値よりも短く設定する。撮像素子１２の画素信号読み出しが時間軸でランダムに行われるが、取得された画像データから静止したシーンの画像復元は比較的容易であるが、動的なシーンの画像復元は困難な場合がある。そこで、被写体の動きが検出されたときには、このように、撮像素子の露光期間を短くすることにより画像復元の困難さを回避する効果が期待できるし、逆に、被写体の動きが検出されない場合、より露光期間を長くすることによって、単位時間当たりの出力画像データ数を削減できるという効果が期待できる。尚、これらの場合、ランダム性を保ったまま、露光期間のみを変更すればよい。
【０１１８】
［工程−Ａ］
具体的には、先ず、入力画像に高周波検出フィルタＨＰＦ1を適用する。具体的には、入力画像をフーリエ変換し、高周波検出フィルタを用いて空間高周波成分を抽出する。高周波検出フィルタＨＰＦ1として、隣接画素間の値の差に高く反応するような高周波検出フィルタを用いる。一方、入力画像に高周波検出フィルタＨＰＦ2を適用する。高周波検出フィルタＨＰＦ2には、隣接画素間の値の差には反応しないが被写体の構造（エッジ等のように隣接画素間の相関が低い成分）に高く反応するような周波数特性の高周波検出フィルタを用いる。
【０１１９】
［工程−Ｂ］
そして、高周波検出フィルタＨＰＦ2の出力に、レベル合わせのための所定の係数値を乗算する。
【０１２０】
［工程−Ｃ］
次いで、高周波検出フィルタＨＰＦ1の出力値から、高周波検出フィルタＨＰＦ2の出力値に係数値を乗じた出力値を減算する。これによって、高周波検出フィルタＨＰＦ1の出力値から本来の被写体構造由来の成分を除去して、できるだけ動き由来のランダムドット状の成分（動き成分、動き由来の高周波成分）を取り出す。そして、以上の処理を全ての撮像素子において行うことで、全ての撮像素子における総和（１撮像フレーム当たりの動き由来の高周波成分の総和）を算出する。
【０１２１】
［工程−Ｄ］
こうして得られた総和に対して所定の閾値を適用して判定する。動き由来の高周波成分が大きいほど、［工程−Ｃ］において得られた総和が大きくなるので、閾値より大きい場合、被写体に動きがあったと判定する。一方、閾値を超えない場合、被写体には動きがあったとは判定しない。
【０１２２】
［工程−Ｅ］
そして、動き検出回路によって被写体の動きが検出された場合、次の撮像フレームにおいて、全てのＡＤ変換器１３あるいは読出しアンプ１５を作動させるか、あるいは又、画像の圧縮処理を行わないか、あるいは又、画像の圧縮率を低い状態とする。
【実施例６】
【０１２３】
実施例６は、実施例１〜実施例５の変形である。実施例１〜実施例５においては、画素信号読出し装置１６によってＡＤ変換器１３あるいは読出しアンプ１５あるいはスイッチング素子１４がランダムに作動させられることで、撮像素子の画素信号読み出しが時間軸でランダムに行われる。実施例６では、実施例１〜実施例５における各画素の露光時間をランダムに複数の期間に分割する。その結果、点拡がり関数（Point spread function，PSF。点像分布関数とも呼ばれる）にヌル・ポイント（null point）が無くなるので、符号化露光に基づく信号処理による振れ補正（暈けの除去）を一層高精度に行うことができる。
【実施例７】
【０１２４】
実施例７にあっては、実施例１〜実施例６において説明した撮像装置で得られた画素信号に対して、ハイダイナミックレンジ合成方式、あるいは、ＳＶＥ方式を適用する。即ち、各撮像素子の画素信号量（電荷蓄積量）をその撮像素子のトータルの電荷蓄積時間で除して規格化することで、各撮像素子の感度を揃え、ダイナミックレンジを拡大することができる。このとき、飽和した撮像素子や黒潰れを起こしている撮像素子に関しては、画素信号値を「０」とすればよいし、あるいは又、周りの撮像素子によって補間すればよい。元の露光がランダムなので、このようにして飽和画素や黒潰れ画素の画素信号を「０」で置き換えた後の画素信号もランダム性を維持している。そして、この画素信号に対して更にコンプレッシブセンシングの信号処理を行うことで、画像圧縮とダイナミックレンジの拡大を同時に実現することができる。尚、調光装置無しでもＳＶＥ方式の適用は可能である。
【実施例８】
【０１２５】
実施例８は、以上に説明した実施例１〜実施例７の変形である。実施例８〜実施例１２においては、各種の調光装置（第１の構成〜第４の構成の調光装置）に関する説明を行い、実施例１３〜実施例１７においては、実施例１〜実施例７において説明した撮像装置に対して、実施例８〜実施例１２において説明する調光装置を有する撮像素子を適用した撮像装置の説明を行う。
【０１２６】
実施例８において、撮像素子は、受光素子（光電変換素子）、及び、受光素子の光入射側に配置された調光装置（調光素子）を備えている。ここで、実施例８において、調光装置（調光素子）は、第１の構成の調光装置（調光素子）である。そして、図８Ａ及び図８Ｂに模式的な一部断面図を示すように、実施例８における調光装置（調光素子）１００は、第１ナノカーボン膜１１４、第１中間層１１７Ａ、誘電体材料層１１６及び第２中間層１１７Ｂが積層された調光層１１３が、Ｍ層（但し、Ｍ≧１であり、図８Ａに示す例ではＭ＝３、図８Ｂに示す例ではＭ＝４）、積層され、更に、第Ｍ番目の調光層１１３Mを構成する第２中間層１１７Ｂの上には第２ナノカーボン膜１１５が形成されて成る。そして、画素信号読出し装置１６の制御下、第１ナノカーボン膜１１４及び第２ナノカーボン膜１１５に電圧が印加されることで、撮像素子１２への光の入射が制御される。
【０１２７】
そして、実施例８にあっては、画素信号読出し装置１６の制御下、選択された撮像素子１２から画素信号読み出しが行われ、且つ、撮像素子１２への光入射開始及び光入射完了が時間的にランダムに行われる。更には、各撮像素子１２において、第１ナノカーボン膜１１４及び第２ナノカーボン膜１１５にパルス状の電圧がランダムに印加される。また、第１ナノカーボン膜１１４及び第２ナノカーボン膜１１５へのパルス状の電圧の印加時間の積算値は一定である。即ち、１露光期間セグメントにおいて、光入射開始から光入射完了までが、実効的な露光期間セグメントに相当し、実効的な露光期間セグメントの時間長さは一定である。そして、画素信号読出し装置１６の制御下、１撮像フレームにおける実効的な露光期間セグメントの時間長さの総計を一定にする。以下の実施例においても同様である。
【０１２８】
尚、図示した例では、第１ナノカーボン膜１１４が上側に位置し、第２ナノカーボン膜１１５が下側に位置するので、第Ｍ番目の調光層１１３Mを構成する第２中間層１１７Ｂの下には第２ナノカーボン膜１１５が形成されている。即ち、第２ナノカーボン膜１１５が、第Ｍ番目の調光層１１３Mを構成する第２中間層１１７Ｂの上に形成されているか、下に形成されているかは、第１ナノカーボン膜１１４と第２ナノカーボン膜１１５との位置関係に依存した相対的なものである。上述したような、第１ナノカーボン膜１１４が第２ナノカーボン膜１１５よりも上に位置する場合には、第２ナノカーボン膜１１５が第Ｍ番目の調光層１１３Mを構成する第２中間層１１７Ｂの「下」に形成されているが、このような構成も、『第Ｍ番目の調光層１１３Mを構成する第２中間層１１７Ｂの「上」に、第２ナノカーボン膜１１５が形成されている』という概念に包含される。
【０１２９】
ここで、実施例８における調光装置１００にあっては、第１ナノカーボン膜１１４及び第２ナノカーボン膜１１５に電圧が印加されることで、調光層１１３，１１３Mにおける光透過率が制御される。即ち、第１ナノカーボン膜１１４及び第２ナノカーボン膜１１５に適切な電圧を印加することで、所望の波長レンジを有する光に対して調光層１１３，１１３Mを透明な状態とすることができる。そして、Ｍが奇数の場合（図８Ａ参照）、奇数番目の第１ナノカーボン膜１１４は、共通の第１配線１１８に接続され、偶数番目の第１ナノカーボン膜１１４及び第２ナノカーボン膜１１５は、共通の第２配線１１９に接続されている。一方、Ｍが偶数の場合（図８Ｂ参照）、奇数番目の第１ナノカーボン膜１１４及び第２ナノカーボン膜１１５は、共通の第１配線１１８に接続され、偶数番目の第１ナノカーボン膜１１４は、共通の第２配線１１９に接続されている。第１配線１１８、第２配線１１９は、図示しない調光装置制御回路に接続されている。例えば、第１配線１１８に正の電位を加え、第２配線１１９を接地してもよいし、あるいは又、第１配線１１８を接地し、第２配線１１９に正の電位を加えてもよいし、第１配線１１８に負の電位を加え、第２配線１１９を接地してもよいし、あるいは又、第１配線１１８を接地し、第２配線１１９に負の電位を加えてもよいし、第１配線１１８に正の電位を加え、第２配線１１９に負の電位を加えてもよいし、あるいは又、第１配線１１８に負の電位を加え、第２配線１１９に正の電位を加えてもよい。尚、Ｍが奇数の場合（図８Ａ参照）、奇数番目の第１ナノカーボン膜１１４を第１のコンタクトホール（図示せず）を介して電気的に接続すると共に共通の第１配線１１８に接続し、偶数番目の第１ナノカーボン膜１１４及び第２ナノカーボン膜１１５を第２のコンタクトホール（図示せず）を介して電気的に接続すると共に共通の第２配線１１９に接続してもよい。同様に、Ｍが偶数の場合（図８Ｂ参照）、奇数番目の第１ナノカーボン膜１１４及び第２ナノカーボン膜１１５を第１のコンタクトホール（図示せず）を介して電気的に接続すると共に共通の第１配線１１８に接続し、偶数番目の第１ナノカーボン膜１１４を第２のコンタクトホール（図示せず）を介して電気的に接続すると共に共通の第２配線１１９に接続してもよい。
【０１３０】
第１ナノカーボン膜１１４及び第２ナノカーボン膜１１５はグラフェンから構成されている。また、第１中間層１１７Ａ及び第２中間層１１７Ｂは二酸化チタン（ＴｉＯ2）から成り、誘電体材料層１１６は、Ａｌ2Ｏ3やＨｆＯ2、ＺｒＯ2等から成る。更には、第１配線、第２配線、後述する接続配線を設けることに起因した光透過率の低下や視認性への影響を防止するために、第１配線１１８及び第２配線１１９は、ナノカーボン膜から成り、あるいは又、透明導電材料層から成る。以下において説明する種々の実施例においても、ナノカーボン膜、中間層、誘電体材料層、第１配線、第２配線、接続配線を構成する材料を同様とすることができる。
【０１３１】
グラフェンは、例えば、以下に説明する製造方法で形成することができる。即ち、基体上にグラフェン化触媒を含む膜を成膜する。そして、グラフェン化触媒を含む膜に対して気相炭素供給源を供給すると同時に、気相炭素供給源を熱処理して、グラフェンを生成させる。その後、グラフェンを所定の冷却速度で冷却することで、フィルム状のグラフェンをグラフェン化触媒を含む膜上に形成することができる。グラフェン化触媒として、ＳｉＣ等の炭素化合物の他、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｒｈ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｕ、Ｖ、及びＺｒから選択される少なくとも１種類の金属を挙げることができる。また、気相炭素供給源として、例えば、一酸化炭素、メタン、エタン、エチレン、エタノール、アセチレン、プロパン、ブタン、ブタジエン、ペンタン、ペンテン、シクロペンタジエン、ヘキサン、シクロヘキサン、ベンゼン及びトルエンから選択される少なくとも１種類の炭素源を挙げることができる。そして、以上のようにして形成されたフィルム状のグラフェンを、グラフェン化触媒を含む膜から分離することにより、グラフェンを得ることができる。
【０１３２】
具体的には、実施例８における調光装置を製造するには、例えば、圧延した厚さ３５μｍの銅箔を電気炉内で水素雰囲気（水素流量２０ｓｃｃｍ）中において１０００゜Ｃに加熱し、メタンガスを３０ｓｃｃｍの流量で３０分間、供給することで、グラフェンから成る第１ナノカーボン膜１１４を銅箔上に形成する。次いで、グラフェン上に、第１中間層１１７Ａ、誘電体材料層１１６、第２中間層１１７Ｂを、順次、形成する。こうして、第１層目の調光層を形成することができる。一方、同様にして、グラフェンから成る第１ナノカーボン膜１１４、第１中間層１１７Ａ、誘電体材料層１１６、第２中間層１１７Ｂが、順次、銅箔上に形成された第２層目の調光層を形成することができる。そして、第２中間層１１７Ｂの上にポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）のアセトン希釈溶液をスピンコートにて塗布した後、溶液を乾燥させてＰＭＭＡ膜を形成する。その後、第２層目の調光層における銅箔を硝酸鉄水溶液を用いて除去し、ＰＭＭＡ膜に貼り合わされた第２層目の調光層を構成する第１ナノカーボン膜１１４を、第１層目の調光層を構成する第２中間層１１７Ｂ上に転写した後、アセトン溶媒を用いてＰＭＭＡ膜を除去する。こうして、２層の調光層が積層された積層構造を得ることができる。そして、このようにして所望の層数（Ｍ層）を有する積層構造を形成した後、第２ナノカーボン膜１１５を、第Ｍ番目の調光層を構成する第２中間層上に、上記と同様の方法に基づき貼り合わせればよい。最後に、こうして得られた積層構造から銅箔を除去した後、撮像素子が予め形成された基体とを貼り合わせればよい。上記の成膜工程にあっては、第１ナノカーボン膜１１４を予め透明基板上に貼り合わせた後、第１ナノカーボン膜１１４上に、第１中間層１１７Ａ、誘電体材料層１１６、第２中間層１１７Ｂを、順次、形成してもよい。各成膜工程においては、例えば、ロール・ツー・ロール方式による連続的に成膜する方法や、局所的に電極を加熱し連続的にグラフェンを成膜する方法等を適用することもできる。
【０１３３】
先に、図３９Ａ、図３９Ｂ、図３９Ｃ、図３９Ｄを用いて説明したように、第１配線１１８と第２配線１１９との間に印加する電圧の値を変えることで、フェルミ準位Ｅfを移動させることができる結果、所望の波長（周波数）の光に対する光透過率を変える（制御する）ことができる。あるいは又、第１ナノカーボン膜１１４、第２ナノカーボン膜１１５に対してドーピング処理を行うことでも、フェルミ準位Ｅfを移動させることができる結果、所望の波長（周波数）の光に対する光透過率を変える（制御する）ことができる。
【０１３４】
あるいは又、高い比誘電率を有する誘電体材料から調光層を構成する誘電体材料層を構成することで、グラフェンにドープされるキャリアの量が多くなる。即ち、第１ナノカーボン膜１１４、第２ナノカーボン膜１１５において保持される電荷量の増加を図ることができる。そして、以上の結果、所望の波長（周波数）の光に対する光透過率を変える（制御する）ことができる。
【０１３５】
以下、比誘電率の異なるＡｌ2Ｏ3（比誘電率＝８．２）、ＩＧＺＯ（比誘電率＝９）を誘電体材料層として用いて、透過可能な光の波長領域の拡大が図られる例を説明する。
【０１３６】
図３７及び図３８Ａに、第１ナノカーボン膜／誘電体材料層／第２ナノカーボン膜を積層したナノカーボン膜積層構造体の光透過スペクトルの一例を示す。ここで、図３７は、ナノカーボン膜積層構造体における誘電体材料層をＡｌ2Ｏ3から構成した例であり、第２ナノカーボン膜を接地し、第１ナノカーボン膜への印加電圧を、−７０ボルトから＋７０ボルトの範囲で変化させている。図３７の縦軸は光透過率（単位：％）を示す。一方、図３８Ａは、ナノカーボン膜積層構造体における誘電体材料層をＩＧＺＯから構成した例であり、第２ナノカーボン膜を接地し、第１ナノカーボン膜への印加電圧を、−２０ボルトから＋４０ボルトの範囲で変化させている。図３８Ａの縦軸は光透過率を示す。更には、図３８Ｂは、印加電圧による光透過スペクトルの変化を説明するために、図３８Ａを処理したグラフであり、図３８Ａにおける印加電圧０ボルトのときの光透過スペクトルを基準とした場合の、スペクトル比ａ（０ボルト／０ボルト）及びスペクトル比ｂ（＋２０ボルト／０ボルト）である。
【０１３７】
図３７に示すように、誘電体材料層をＡｌ2Ｏ3から構成した場合、印加電圧＋３０ボルト以上の光透過スペクトル（中太線）は、１１００ｎｍ付近からスペクトルの立ち上がりがみられる。即ち、印加電圧によって透過可能な光の波長領域（光透過率変調可能な領域）を１１００ｎｍ付近まで拡大できることが判る。一方、図３８Ａに示すように、誘電体材料層をＩＧＺＯから構成した場合、印加電圧＋２０ボルトの光透過スペクトル（中太線）は、１０００ｎｍよりも短波長側から立ち上がりがみられる。即ち、印加電圧によって透過可能な光の波長領域（光透過率変調可能な領域）を１０００ｎｍよりも短波長側に拡大できることが判る。
【０１３８】
比誘電率の値は、Ａｌ2Ｏ3よりもＩＧＺＯの比誘電率の方が大きい。従って、比誘電率が大きい誘電体材料層ほど、電圧印加によって禁制遷移の波長が短波長側にシフトし、透過可能な光の波長領域が短波長側に拡大できることが判る。また、図３７に示すように、印加電圧が大きいほど、透過可能な光の波長領域をより短波長側に拡大できることが判る。例えば、印加電圧１０ボルトでは、１２００ｎｍ付近まで、印加電圧３０ボルトでは、１１００ｎｍ付近まで透過可能な光の波長範囲を拡大できることが判る。
【０１３９】
以上のとおり、実施例８における調光装置（調光素子）にあっては、第１ナノカーボン膜及び第２ナノカーボン膜を有する調光層が設けられており、第１ナノカーボン膜及び第２ナノカーボン膜に電圧が印加されるので、調光層の光透過率の制御を行うことができる。即ち、第１ナノカーボン膜及び第２ナノカーボン膜に所定の電圧Ｖ0を印加することで、所望の波長レンジを有する光に対して調光層を透明な状態とすることができる。
【０１４０】
ところで、グラフェン１層当たりの光透過率変調幅（光透過率の変化幅ΔＴ）は約２．３％であるが、調光層を形成する際、グラフェンと誘電体材料層との界面が均一でないと、誘電体材料からのキャリアがグラフェンにドープされず、グラフェンの光透過率変調が不均一になる虞がある。特に、強誘電体材料から成る誘電体材料層をスパッタリング法等で成膜するとき、誘電体材料層の表面が荒れる場合があり、このような誘電体材料層の上にグラフェンを積層しても、界面が荒れているために、キャリア全てがグラフェンにドープされない虞がある。然るに、誘電体材料層とナノカーボン膜との間に中間層を形成することで、即ち、ナノカーボン膜と誘電体材料層との間に、平坦性を改善する平坦化層として機能する中間層を形成することで、このような問題の発生を確実に防止することができる。また、中間層は、同時に、密着改善層及び反射防止層としても機能するので、ナノカーボン膜と誘電体材料層との間の密着性の改善、ナノカーボン膜と誘電体材料層との間における剥離発生の防止、ナノカーボン膜と誘電体材料層との間での入射光の不要な反射発生の抑制を図ることもできる。また、ナノカーボン膜は、光透過率に波長依存性が無く、透過スペクトルが平坦であり、色相がニュートラルであるし、光透過率の変化に要する時間が短い。しかも、機械的な駆動が不要であり、構造を簡素化することができるし、低背化（薄型化）、微細化が容易である。更には、印加する電圧を適切に選択することで、所望の波長以上の波長の光に対する調光層の実効的な光透過率を制御することができ、例えば、所望の波長の値を青色（例えば，３８０ｎｍ）とし、所定の電圧Ｖ0を印加したとき、所望の波長以上の波長の光（例えば、可視光以上の波長帯域を有する光）に対する光透過率が概ね１００％となるように設定することで、所望の光透過率の値を正確に、しかも、容易に得ることができる。以下の実施例においても同様である。
【０１４１】
奇数番目の第１ナノカーボン膜、偶数番目の第１ナノカーボン膜、及び、第２ナノカーボン膜に、不純物をドーピングしてもよい。具体的には、
［Ａ−１］（第１配線に接続されたナノカーボン膜に第１導電型の不純物がドーピングされた状態，第２配線に接続されたナノカーボン膜に第２導電型の不純物がドーピングされた状態）
［Ａ−２］（第１配線に接続されたナノカーボン膜に第１導電型の不純物がドーピングされた状態，第２配線に接続されたナノカーボン膜に不純物がドーピングされていない状態）
［Ａ−３］（第１配線に接続されたナノカーボン膜に不純物がドーピングされていない状態，第２配線に接続されたナノカーボン膜に第２導電型の不純物がドーピングされた状態）
［Ｂ−１］（第１配線に接続されたナノカーボン膜に第２導電型の不純物がドーピングされた状態，第２配線に接続されたナノカーボン膜に第１導電型の不純物がドーピングされた状態）
［Ｂ−２］（第１配線に接続されたナノカーボン膜に第２導電型の不純物がドーピングされた状態，第２配線に接続されたナノカーボン膜に不純物がドーピングされていない状態）
［Ｂ−３］（第１配線に接続されたナノカーボン膜に不純物がドーピングされていない状態，第２配線に接続されたナノカーボン膜に第１導電型の不純物がドーピングされた状態）
の６通りの状態を挙げることができる。
【実施例９】
【０１４２】
実施例９は、実施例１〜実施例８の変形であるが、第２の構成の調光装置（調光素子）に関する。図９Ａに模式的な一部断面図を示すように、実施例９の調光装置（調光素子）２００は、
一対の電極２１１，２１２、及び、
一対の電極２１１，２１２に挟まれた調光層２１３、
を備えている。そして、調光層２１３は、第１誘電体材料層２１６Ａ、第１中間層２１７Ａ、第１導電型の不純物がドーピングされた、又は、不純物がドーピングされていない第１ナノカーボン膜２１４、第１導電型とは導電型が異なる第２導電型の不純物がドーピングされた、又は、不純物がドーピングされていない第２ナノカーボン膜２１５、第２中間層２１７Ｂ、及び、第２誘電体材料層２１６Ｂの積層構造を有し、一対の電極２１１，２１２に電圧が印加される。
【０１４３】
尚、（第１ナノカーボン膜２１４における不純物のドーピング状態，第２ナノカーボン膜２１５における不純物のドーピング状態）として、
［Ｃ−１］（第１ナノカーボン膜２１４に第１導電型の不純物がドーピングされた状態，第２ナノカーボン膜２１５に第２導電型の不純物がドーピングされた状態）
［Ｃ−２］（第１ナノカーボン膜２１４に第１導電型の不純物がドーピングされた状態，第２ナノカーボン膜２１５に不純物がドーピングされていない状態）
［Ｄ−１］（第１ナノカーボン膜２１４に不純物がドーピングされていない状態，第２ナノカーボン膜２１５に第２導電型の不純物がドーピングされた状態）
［Ｄ−２］（第１ナノカーボン膜２１４に不純物がドーピングされていない状態，第２ナノカーボン膜２１５に不純物がドーピングされていない状態）
の４通りの状態を挙げることができる。具体的には、実施例９にあっては、第１ナノカーボン膜２１４には、第１導電型（より具体的には、ｎ型）の不純物がドーピングされており、第２ナノカーボン膜２１５には、第２導電型（より具体的には、ｐ型）の不純物がドーピングされている。
【０１４４】
ここで、第１ナノカーボン膜２１４及び第２ナノカーボン膜２１５は、実施例８と同様にグラフェンから構成されている。また、一対の電極を構成する第１電極２１１及び第２電極２１２は、ナノカーボン膜、具体的には、１層のグラフェンから構成されている。第１誘電体材料層２１６Ａ、第２誘電体材料層２１６Ｂ、第１中間層２１７Ａ、第２中間層２１７Ｂは、実施例８において説明した材料から構成されている。
【０１４５】
そして、実施例９における調光装置にあっては、一対の電極２１１，２１２に電圧が印加されることで第１ナノカーボン膜２１４及び／又は第２ナノカーボン膜２１５に生じる電荷量が制御され、調光層２１３における光透過率が制御される。尚、第１ナノカーボン膜２１４及び第２ナノカーボン膜２１５の２層が積層されており、グラフェン１層当たりの光透過率変調幅は約２％であるので、実施例９における調光装置の光透過率変調幅（光透過率の変化幅）ΔＴは約４％である。
【０１４６】
具体的には、上述したとおり、第１導電型はｎ型であり、第２導電型はｐ型であり、第１ナノカーボン膜２１４と第１誘電体材料層２１６Ａを介して対向する第１電極２１１には、第２ナノカーボン膜２１５と第２誘電体材料層２１６Ｂを介して対向する第２電極２１２よりも高い電圧が印加される（図９Ｂ参照）。第２ナノカーボン膜２１５及び第２誘電体材料層２１６Ｂは、電気的にフローティング状態にある。それ故、第１ナノカーボン膜２１４には負の電荷が誘起され、第２ナノカーボン膜２１５には正の電荷が誘起される（図９Ｂ参照）。ここで、第１ナノカーボン膜２１４にはｎ型の不純物がドーピングされており、第２ナノカーボン膜２１５にはｐ型の不純物がドーピングされているので、第１ナノカーボン膜２１４と第２ナノカーボン膜２１５の界面にはＰＮ接合が形成される。従って、逆バイアス状態の電圧を一対の電極２１１，２１２に印加している間、第１ナノカーボン膜２１４と第２ナノカーボン膜２１５との間に空乏層が形成されるので、第１ナノカーボン膜２１４及び第２ナノカーボン膜２１５のそれぞれに、電荷が保持される。そして、以上の結果として、調光層２１３を高い光透過率にて通過（透過）可能な光の波長帯域が決定される。
【０１４７】
具体的には、一対の電極２１１，２１２の間に高い第１の電圧ＶHを印加すると、調光層２１３の光透過率と調光装置を通過した光の波長との関係は、図９Ｃの概念図における「Ａ」の状態となる。一方、一対の電極２１１，２１２の間に低い第２の電圧ＶL（ＶL＜ＶH）を印加すると、調光層２１３の光透過率と調光装置を通過した光の波長との関係は、図９Ｃの概念図における「Ｂ」の状態となる。これによって、一対の電極２１１，２１２の間への第１の電圧ＶHの印加時、波長λL以上の波長の光を、波長λL未満の波長の光よりも高い光透過率にて通過（透過）させることができる（図９Ｃの概念図における「Ａ」の状態を参照）。また、一対の電極２１１，２１２の間への第２の電圧ＶLの印加時、波長λH（但し、λH＞λL）以上の波長の光を、波長λH未満の波長の光よりも高い光透過率にて通過（透過）させることができる（図９Ｃの概念図における「Ｂ」の状態）。即ち、一対の電極２１１，２１２に印加される電圧に応じて、調光装置の調光状態と光の波長帯域との関係を制御することができる。尚、一対の電極２１１，２１２を第１ナノカーボン膜１１４、第２ナノカーボン膜１１５に置き換えれば、以上の説明は、実施例８における調光装置に対して適用することができる。
【０１４８】
具体的には、実施例９における調光装置を製造するには、例えば、圧延した厚さ３５μｍの銅箔を電気炉内で水素雰囲気（水素流量２０ｓｃｃｍ）中において１０００゜Ｃに加熱し、メタンガスを３０ｓｃｃｍの流量で３０分間、供給することで、グラフェンから成る第１ナノカーボン膜２１４を銅箔上に形成する。次いで、ドーパント層をグラフェン上に形成する。そして、第１電極２１１、第１誘電体材料層２１６Ａ及び第１中間層２１７Ａが形成された基体の第１中間層２１７Ａと第１ナノカーボン膜２１４とを貼り合わせ、硝酸鉄水溶液を用いて銅箔を除去する。一方、同様に、例えば、圧延した厚さ３５μｍの銅箔を電気炉内で水素雰囲気（水素流量２０ｓｃｃｍ）中において１０００゜Ｃに加熱し、メタンガスを３０ｓｃｃｍの流量で３０分間、供給することで、グラフェンから成る第２ナノカーボン膜２１５を銅箔上に形成する。次いで、ドーパント層をグラフェン上に形成し、更に、第２中間層２１７Ｂ、第２誘電体材料層２１６Ｂを形成する。そして、第２誘電体材料層２１６Ｂの上にポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）のアセトン希釈溶液をスピンコートにて塗布した後、溶液を乾燥させてＰＭＭＡ膜を形成する。その後、硝酸鉄水溶液を用いて銅箔を除去し、ＰＭＭＡ膜に貼り合わされた第２ナノカーボン膜２１５を第１ナノカーボン膜２１４上に転写した後、アセトン溶媒を用いてＰＭＭＡ膜を除去する。こうして、第１誘電体材料層２１６Ａ、第１中間層２１７Ａ、グラフェンから成る第１ナノカーボン膜２１４及び第２ナノカーボン膜２１５、第２中間層２１７Ｂ、並びに、第２誘電体材料層２１６Ｂの積層構造を得ることができる。尚、基体には、例えば、撮像素子が予め形成されている。各成膜工程においては、例えば、ロール・ツー・ロール方式による連続的に成膜する方法や、局所的に電極を加熱し連続的にグラフェンを成膜する方法等を適用することもできる。
【０１４９】
実施例９における調光装置（調光素子）にあっては、一対の電極に電圧を印加したとき、印加された電圧の極性に応じて、第１ナノカーボン膜及び第２ナノカーボン膜のいずれか一方に正又は負の電荷が誘起され、他方に負又は正の電荷が誘起される。その結果、調光層を高い光透過率にて通過可能な光の波長帯域が決まる。即ち、所望の波長帯域における調光層の光透過率の制御を行うことができる。しかも、第１ナノカーボン膜には第１導電型の不純物がドーピングされており、第２ナノカーボン膜には第２導電型の不純物がドーピングされているので、第１ナノカーボン膜と第２ナノカーボン膜の界面にはＰＮ接合が形成され、逆バイアス状態の電圧を一対の電極に印加している間、第１ナノカーボン膜及び第２ナノカーボン膜のそれぞれに電荷が保持される。また、一対の電極の間には電流が流れないので、低消費電力を達成することができる。
【実施例１０】
【０１５０】
実施例１０は、実施例９の変形である。模式的な一部断面図を図１０に示すように、実施例１０における調光装置（調光素子）２００’にあっては、
Ｎ層（図示した例では、Ｎ＝５）の調光層、及び、（Ｎ＋１）個の電極を備えており、
Ｎ層の調光層、及び、（Ｎ＋１）個の電極は、交互に積層されており、
奇数番目の電極は第１配線２１８に接続され、偶数番目の電極は第２配線２１９に接続されている。
【０１５１】
具体的には、第１電極２１１、第１誘電体材料層２１６Ａ、第１中間層２１７Ａ、第１ナノカーボン膜２１４、第２ナノカーボン膜２１５、第２中間層２１７Ｂ、第２誘電体材料層２１６Ｂ、第２電極２１２、第２誘電体材料層２１６Ｂ、第２中間層２１７Ｂ、第２ナノカーボン膜２１５、第１ナノカーボン膜２１４、第１中間層２１７Ａ、第１誘電体材料層２１６Ａ、第１電極２１１、第１誘電体材料層２１６Ａ、第１中間層２１７Ａ、第１ナノカーボン膜２１４、第２ナノカーボン膜２１５、第２中間層２１７Ｂ、第２誘電体材料層２１６Ｂ、第２電極２１２・・・といった構造を有する。即ち、奇数番目の調光層と、偶数番目の調光層とでは、第１誘電体材料層、第１ナノカーボン膜、第１中間層、第２ナノカーボン膜、第２中間層及び第２誘電体材料層の積層順が逆転している。そして、このような構成を採用することで、全体としては、実施例９の調光層２１３が、Ｎ層、積層された構造となり、光透過率の変化幅の拡大を図ることができる。
【０１５２】
尚、Ｎ層の調光層をＮ’層の調光装置から成る群に分け、調光装置の各群において、一方の電極を第１配線２１８に接続し、他方の電極を第２配線２１９に接続してもよい。
【実施例１１】
【０１５３】
実施例１１は、実施例１〜実施例８の変形であるが、第３の構成の調光装置（調光素子）に関する。図１１Ａ、図１１Ｂに模式的な一部断面図を示すように、実施例１１における調光装置（調光素子）３００1，３００2は、
一対の電極３１１，３１２、及び、
一対の電極に挟まれた調光層３１３、
を備えており、
調光層３１３は、第１誘電体材料層３１６Ａ、第１中間層３１７Ａ、不純物がドーピングされた、又は、不純物がドーピングされていないナノカーボン膜３１４、第２中間層３１７Ｂ、及び、第２誘電体材料層３１６Ｂの積層構造を有し、
一対の電極３１１，３１２に印加される電圧と異なる電圧がナノカーボン膜３１４に印加される。
【０１５４】
具体的には、図１１Ａに示すように、不純物はｐ型であり、ナノカーボン膜３１４には、一対の電極３１１，３１２に印加される電圧よりも高い電圧が印加される。あるいは又、図１１Ｂに示すように、不純物はｎ型であり、ナノカーボン膜３１４には、一対の電極３１１，３１２に印加される電圧よりも低い電圧が印加される。尚、実施例８と同様に、ナノカーボン膜３１４は、グラフェンから構成されている。
【０１５５】
以上に説明した点を除き、実施例１１における調光装置（調光素子）は、実施例９において説明した調光装置（調光素子）と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。実施例１１における調光装置（調光素子）において、調光層は、第１誘電体材料層、不純物がドーピングされた、又は、不純物がドーピングされていないナノカーボン膜、及び、第２誘電体材料層の積層構造を有し、一対の電極に印加される電圧と異なる電圧がナノカーボン膜に印加されるので、調光層の光透過率の制御を行うことができる。
【実施例１２】
【０１５６】
実施例１２は、実施例１〜実施例８の変形であるが、第４の構成の調光装置（調光素子）に関する。図１２に模式的な一部断面図を示すように、実施例１２における調光装置（調光素子）４００は、
一対の電極４１１，４１２、及び、
一対の電極４１１，４１２に挟まれたＰ層（但し、Ｐ≧１）の調光層４１３が積層された積層構造体４１３’、
を備えており、
第ｐ番目の調光層４１３（但し、１≦ｐ≦Ｐ）は、第１誘電体材料層４１６Ａ、第１中間層４１７Ａ、ｎ型の不純物がドーピングされた、又は、不純物がドーピングされていない第１ナノカーボン膜４１４、第２中間層４１７Ｂ、第２誘電体材料層４１６Ｂ、第３中間層４１７Ｃ、ｐ型の不純物がドーピングされた、又は、不純物がドーピングされていない第２ナノカーボン膜４１５、及び、第４中間層４１７Ｄの積層構造を有し、
第Ｐ番目の調光層４１３にあっては、更に、第４中間層４１７Ｄの上に第３誘電体材料層４１６Ｃが形成されており、
第２ナノカーボン膜４１５には、第１ナノカーボン膜４１４と異なる電圧が印加される。具体的には、第２ナノカーボン膜４１５には、第１ナノカーボン膜４１４よりも高い電圧が印加される。
【０１５７】
尚、図示した例では、第１番目の調光層４１３が上側に位置し、第Ｐ番目の調光層４１３が下側に位置するので、第Ｐ番目の調光層４１３にあっては、更に、第４中間層４１７Ｄの下に第３誘電体材料層４１６Ｃが形成されている。即ち、第３誘電体材料層４１６Ｃが、第４中間層４１７Ｄの上に形成されているか、下に形成されているかは、第１番目の調光層と第Ｐ番目の調光層との位置関係に依存した相対的なものである。上述したような、第１番目の調光層が第Ｐ番目の調光層よりも上に位置する場合には、第４中間層４１７Ｄの「下」に第３誘電体材料層４１６Ｃが形成されているが、このような構成も、『第Ｐ番目の調光層４１３にあっては、更に、第４中間層４１７Ｄの「上」に第３誘電体材料層４１６Ｃが形成されている』という概念に包含される。
【０１５８】
電極４１２及び第１ナノカーボン膜４１４は、共通の第１配線４１８に接続され、電極４１１及び第２ナノカーボン膜４１５は、共通の第２配線４１９に接続されている。従って、電極４１１には、共通の第２配線４１９を介して、第２ナノカーボン膜４１５に印加される電圧と同じ電圧が印加される。一方、電極４１２には、共通の第１配線４１８を介して、第１ナノカーボン膜４１４に印加される電圧と同じ電圧が印加される。
【０１５９】
以上に説明した点を除き、実施例１２における調光装置（調光素子）は、実施例９において説明した調光装置（調光素子）と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。実施例１３における調光装置（調光素子）においては、所定の構成を有するＰ層（但し、Ｐ≧１）の調光層が積層された積層構造体を備えており、第２ナノカーボン膜には、第１ナノカーボン膜と異なる電圧が印加されるので、調光層の光透過率の制御を行うことができる。
【実施例１３】
【０１６０】
実施例１３は、実施例８〜実施例１２を適用した本開示の第１の態様〜第２の態様に係る撮像装置に関する。実施例１３の撮像素子Ｒ1，Ｇ1，Ｂ1は、受光素子（フォトセンサ、フォトダイオード、光電変換素子）２７、及び、受光素子の光入射側に配置され、実施例８〜実施例１２において説明した第１の構成の調光装置〜第４の構成の調光装置１００，２００，２００’，３００1，３００2，４００から構成されている。尚、調光装置１００，２００，２００’，３００1，３００2，４００を総称して、以下、『調光装置２１』と呼ぶ場合がある。
【０１６１】
実施例１３あるいは後述する実施例１４〜実施例１７においては、画素信号読出し装置１６によるＡＤ変換器１３あるいは読出しアンプ１５あるいはスイッチング素子１４のランダムな作動と併せて、画素信号読出し装置１６の制御下、調光装置２１によって受光素子２７への光の入射を制御、制限することで、画素信号のランダムさが増加し、像解像度や空間解像度を向上させることができる。
【０１６２】
実施例１３の撮像素子の模式的な一部断面図を図１３Ａ及び図１３Ｂに示す。また、図１４Ａ、図１４Ｂ、図１５Ａに、撮像素子群のレイアウトを模式的に例示する。ここで、図１３Ａに示す撮像素子１２1は、裏面照射型の撮像素子であり、また、図１３Ｂに示す撮像素子１２2は、表面照射型の撮像素子である。撮像素子Ｒ1，Ｇ1，Ｂ1は、例えば、ベイヤ配列に基づき配列されている。
【０１６３】
撮像素子１２1，２０2は、シリコン半導体基板２２と、ＳｉＯ2から成る層間絶縁膜２３と、実施例８〜実施例１２において説明した調光装置２１（１００，２００，２００’，３００1，３００2，４００）と、保護膜２４と、カラーフィルター層（あるいは、透明膜）２５と、集光レンズ（オンチップレンズ）２６とが積層された構造を有する。即ち、カラーフィルター層２５は、受光素子の光入射側に配置されている。シリコン半導体基板２２の表面部分には受光素子２７が形成されている。また、撮像素子と撮像素子との間には、遮光膜２８が設けられている。尚、遮光膜２８は、具体的には、隣接する画素間の部分に、即ち、画素と画素との間に、一種、格子状に設けられている。裏面照射型の撮像素子１２1にあっては、シリコン半導体基板２２の裏面側に、調光装置２１等の積層構造が形成されており、表面照射型の撮像素子１２2にあっては、シリコン半導体基板２２の表面側に、調光装置２１等の積層構造が形成されている。また、裏面照射型の撮像素子１２1にあっては、シリコン半導体基板２２の表面側に、ＳｉＯ2から成る層間絶縁層２９Ａ、保護膜２９Ｂが形成されている。入射した光が受光素子２７において光電変換されることによって信号電荷が生成され、蓄積される。調光装置２１には第１配線、第２配線が配されているが、第１配線、第２配線の図示は省略している。裏面照射型の撮像素子１２1及び表面照射型の撮像素子１２2の構成、構造は、調光装置２１を除き、周知の構成、構造とすることができるので、詳細な説明は省略する。また、撮像装置、それ自体も、周知の撮像装置と同様の構成とすることができるし、撮像素子の駆動方法、撮像装置の駆動方法も周知の駆動方法とすることができるので、詳細な説明は省略する。実施例１３の撮像素子は、低背化（薄型化）を達成することができるので、高感度で、しかも、画素間の混色や感度シェーディングが小さい撮像素子、撮像装置を得ることができる。
【０１６４】
図１４Ａ、図１４Ｂ、図１５Ａにおいて、「Ｒ1」は、赤色カラーフィルター層が形成された撮像素子であり、赤色を受光する。このような撮像素子を、便宜上、『赤色撮像素子』と呼ぶ。また、「Ｇ1」は、緑色カラーフィルター層が形成された撮像素子であり、緑色を受光する。このような撮像素子を、便宜上、『緑色撮像素子』と呼ぶ。更には、「Ｂ1」は、青色カラーフィルター層が形成された撮像素子であり、青色を受光する。このような撮像素子を、便宜上、『青色撮像素子』と呼ぶ。図示した例では、１つの赤色撮像素子、２つの緑色撮像素子及び１つの青色撮像素子によって１つの単位撮像素子群が構成されており、図１４Ａ、図１４Ｂ、図１５Ａにおいては、６４個の撮像素子が図示されている
【０１６５】
ところで、調光装置２１は、電圧を印加しない場合、ナノカーボン膜、１枚、当たり約２．３％の光を吸収する。従って、例えば、調光装置２１において、ナノカーボン膜の膜数を６０とすれば、電圧を印加しないときの調光装置２１、全体としての光透過率は約２５％となる。一方、所定の電圧Ｖ0を印加することで、調光装置２１、全体としての光透過率は１００％に近い値となる。
【０１６６】
ダイナミックレンジは、最大信号量である飽和信号量とノイズの比で表される。そして、このダイナミックレンジが大きい程、明るいシーンでの画像出力信号と暗いシーンでの画像出力信号とを確実に得ることができる。実施例１３の撮像素子では、各調光装置２１の光透過率を制御することで（即ち、調光装置２１に印加する所定の電圧Ｖ0の値を制御することによって、光透過率を制御することで、あるいは又、光透過率を所望の値まで下げることで）、各撮像素子における飽和電荷量に達するまでの時間を制御することができる。そして、以上の結果として、ダイナミックレンジの拡大を図ることができる。
【０１６７】
グラフェンから第１電極及び第２電極を構成すると、第１電極及び第２電極においても光が吸収されるが、高々４％であり、ＩＴＯ等から成る透明導電材料層から第１電極及び第２電極を構成する場合よりも、光が吸収される量は少ない。調光装置２１を、カラーフィルター層２５とシリコン半導体基板２２の間の領域に配置したが、調光装置２１を、カラーフィルター層２５と集光レンズ２６の間の領域に配置してもよい。
【０１６８】
そして、実施例１３の撮像装置にあっては、ランダム露光を実行する。即ち、ランダムパルス電圧を発生させ、発生させたランダムパルス電圧を調光装置を備えた撮像素子に送出するランダムパルス電圧発生・送出装置が備えられている。具体的には、ランダムパルス電圧を発生させ、発生させたランダムパルス電圧を調光装置を備えた撮像素子に送出するランダムパルス電圧発生・送出装置（図示せず）を有する。ここで、調光装置を備えた複数の撮像素子に対して、ランダムパルス電圧発生・送出装置が、１つ又は複数、配されている。尚、調光装置とランダムパルス電圧発生・送出装置とは、ナノカーボン膜又は透明導電材料層から成る接続配線で接続されている。ランダムパルス電圧発生・送出装置の動作は、画素信号読出し装置１６によって制御される。即ち、画素信号読出し装置１６によってＡＤ変換器１３あるいは読出しアンプ１５あるいはスイッチング素子１４をランダムに作動させるとき、併せて、このＡＤ変換器１３あるいは読出しアンプ１５に接続された撮像素子に対して、ランダムパルス電圧発生・送出装置はランダムパルス電圧を送出する。
【０１６９】
撮像素子ユニット１１i,jにおいて、ＡＤ変換器１３を経由して、メモリに、一旦、記憶される画素信号の状態を模式的に図１６に示す。但し、便宜上、図１６に示した各撮像素子の動作は、図２Ａ、図２Ｂ及び図３に基づいて説明した実施例１の例と同様とした。実施例１と異なり、撮像素子の番号の下に示す太い線分（撮像素子における画素信号読み出し状態であって、画素信号が読み出されている状態）の長さは、ランダムに異なっている。
【０１７０】
そして、撮像素子は、第１の方向及び第２の方向に２次元マトリクス状に配列されており、
第１ナノカーボン膜は、第１の方向に延び、第１の方向に配列された撮像素子において共通であり、
第２ナノカーボン膜は、第２の方向に延び、第２の方向に配列された撮像素子において共通であり、
第１ナノカーボン膜には正極性のランダムパルス電圧が印加されると共に、第２ナノカーボン膜には負極性のランダムパルス電圧が印加される。
【０１７１】
尚、一対の電極の一方は、撮像素子において共通とすることができる。即ち、隣接する撮像素子間において、各調光装置における第１電極が共通化され、あるいは又、第２電極が共通化されている形態を採用することができ、これによって、撮像素子の構成、構造の簡素化を図ることができる。具体的には、これらの場合にあっては、第１電極あるいは第２電極を、撮像素子間において、所謂ベタ電極とすればよい。
【０１７２】
具体的には、実施例１３の撮像装置にあっては、例えば、１列を占める（列方向に配列された）複数の撮像素子に対して、ランダムパルス電圧発生・送出装置が１つ配されている。尚、図１７を参照して後に説明する垂直走査回路（V SCAN CIRCUIT）３１及び水平走査回路（H SCAN CIRCUIT）３２が、ランダムパルス電圧発生・送出装置を兼ねている。そして、ランダムパルス電圧発生・送出装置から、ランダムパルス電圧が、各撮像素子を構成する調光装置の第１ナノカーボン膜及び第２ナノカーボン膜に印加され、あるいは又、第１電極及び第２電極に印加される。その結果、各撮像素子における調光装置の光透過率がランダムに変化する。即ち、各撮像素子における調光装置の光透過率が低い値からランダムに高い値に変化する。ここで、ランダムパルス電圧の積算量が受光素子における電荷蓄積量に相当するため、ランダムパルス電圧の印加を、所定の時間、継続すると、受光素子内に電荷が蓄積されていく。このように、撮像素子毎にランダムパルス電圧に応じた光透過率変調を、例えば１６の露光期間セグメントにおいてランダムに行うことによって、即ち、１撮像素子（１画素）毎に、例えば１６の露光期間セグメントのそれぞれにおいて光透過率を変化させることによって画像を得る。そして、これらの画像を用いて動画を復元する。尚、露光期間セグメントの数（この例では１６）は、圧縮率に応じて、適宜、選択される。また、前述したとおり、露光期間セグメントにおいて、光入射開始から光入射完了までが実効的な露光期間セグメントに相当し、実効的な露光期間セグメントの時間長さはランダムである。更には、光入射開始の時刻もランダムである。このように、画素信号読出し装置１６によるＡＤ変換器１３あるいは読出しアンプ１５のランダムな作動に加えて、実効的な露光期間セグメントの時間長さをランダムとすることで、更には、実効的な露光期間セグメントの開始時刻をランダムとすることで、撮像素子の画素信号読み出しの時間軸でのランダム性を一層高めることができる。そして、その結果、得られる画素信号の情報量が増加し、解像度の劣化を防止することができるし、一層の低消費電力化を達成することができる。尚、画素信号読出し装置１６の制御下、１撮像フレームにおける実効的な露光期間セグメントの時間長さの総計を一定にする。
【０１７３】
そして、画像のスパース性を利用して一定時間に連続して撮像された画像を有限の画像数で表現することができるため、画像データの圧縮が可能となる。更に、全ての画像がスパースであるとは限らないため、スパース性を持たせるために予めデータ変換を行い、スパース性を持たせた画像に変換することも可能である。このように、本来、容量の大きな動画の画像データが圧縮可能となるので、画像を無線にて通信することが実現可能となる。その結果、撮像装置本体で画像処理を行った結果と比べて、消費電力値を大幅に削減することができる。
【０１７４】
従来方式の撮像では、一定時間内の露光で画像出力信号を得る。一方、本開示の撮像装置にあっては、これと同等の画像出力信号をランダムな露光パターンと、或る時刻の動画状態の積算で表現する。従って、連続した動画を有限の画像出力信号で表すことにより、撮像素子の画像出力信号を圧縮することができる。即ち、調光装置を備えた撮像素子からの画像出力信号が空間的及び時間的に間引かれることによって画像出力信号が圧縮される。
【０１７５】
図１７に、実施例１３の撮像装置における画素駆動回路の構成を示す。尚、図１７では、便宜上、（７つの撮像素子）×（７つの撮像素子）を図示する。
【０１７６】
実施例１３における画素駆動回路は、行単位の画素制御信号を生成する垂直走査回路（V SCAN CIRCUIT）３１、列単位の画素制御信号を生成する水平走査回路（H SCAN CIRCUIT）３２を備えている。撮像素子（画素，PIX）は、２次元マトリクス状に（格子状に）配置されている。垂直走査回路３１から、各行毎に、画素リセット制御信号線（RST1〜RST7）、画素転送制御信号線（TRG1〜TRG7）、及び、画素選択制御信号線（SEL1〜SEL7）が延びており、同一行の撮像素子（画素）は、１本の画素リセット制御信号線、１本の画素転送制御信号線、１本の画素選択制御信号線に接続されている。
【０１７７】
実施例１３における画素駆動回路は、更に、撮像素子（画素）から読み出された画像出力信号を外部に出力するための水平転送回路（H TRANSFER CIRCUIT）３３を備えている。列毎に垂直信号線（VSL1〜VSL7）が配線され、同一列の撮像素子（画素）は、１本の垂直信号線に接続されており、全ての垂直信号線は、それぞれ、ＡＤ変換器（ADC，ＡＤ変換器１３）及びメモリ（MEM，１７）を介して水平転送回路３３に接続されている。
【０１７８】
行方向に並んだ撮像素子のそれぞれを構成する調光装置の第１ナノカーボン膜（あるいは第２ナノカーボン膜）は、行方向に並んだ撮像素子に共通に形成されており、図１７では、SM1〜SM7で示している。また、列方向に並んだ撮像素子のそれぞれを構成する調光装置の第２ナノカーボン膜（あるいは第１ナノカーボン膜）は、列方向に並んだ撮像素子に共通に形成されており、図１７では、SM8〜SM14で示している。各行単位のナノカーボン膜（SM1〜SM7）は、接続配線に相当するナノカーボン膜制御第１信号線（水平積層膜制御信号線，HC1〜HC7）を介して垂直走査回路３１に接続されている。また、各列単位のナノカーボン膜（SM8〜SM14）は、接続配線に相当するナノカーボン膜制御第２信号線（垂直積層膜制御信号線，VC1〜VC7）を介して水平走査回路３２に接続されている。前述したとおり、垂直走査回路（V SCAN CIRCUIT）３１及び水平走査回路（H SCAN CIRCUIT）３２が、ランダムパルス電圧発生・送出装置を兼ねており、ナノカーボン膜制御第１信号線HC1〜HC7及びナノカーボン膜制御第２信号線VC1〜VC7を介して、ナノカーボン膜に電圧が印加される。このような構成を採用することで、撮像素子の製造プロセスの簡素化を図ることができ、画素を微細化することができる。接続配線は、ナノカーボン膜又は透明導電材料層から成る。尚、第１電極及び第２電極を備えている調光装置にあっては、第１ナノカーボン膜SM1〜SM7を、第１電極あるいは第２電極と読み替え、第２ナノカーボン膜SM8〜SM14を、第２電極あるいは第１電極と読み替えればよい。
【０１７９】
図１８Ａには、図１７から、画素駆動に関する各種の要素を除き、見易くした図を示す。１つの撮像素子（画素）SM3-10を構成する調光装置の光透過率を制御するためには垂直走査回路３１から延びるナノカーボン膜制御第１信号線（HC3）を介して第３行目の共通ナノカーボン膜SM3に例えば正極性のランダムパルス電圧（Ｖ2＞０）を印加すると共に、水平走査回路３２から延びるナノカーボン膜制御第２信号線（VC3）を介して第３列目の共通ナノカーボン膜SM10に例えば負極性のランダムパルス電圧（Ｖ4＜０）を印加する。併せて、垂直信号線VSL3に接続されたＡＤ変換器ADCが、画素信号読出し装置１６によって選択され、作動させられる。
【０１８０】
図１８Ｂには、ナノカーボン膜制御第１信号線（HC3）に印加される電圧、ナノカーボン膜制御第２信号線（VC3）に印加される電圧、及び、撮像素子SM3-10を構成する調光装置の光透過率変化の様子を示す。図１８Ｂの横軸は時間である。ここで、時刻ｔ1からｔ6までの期間が、撮像素子が例えば１６の露光期間セグメントにおいて露光される期間である。期間ｔ1〜ｔ6以外の期間では、ナノカーボン膜制御第１信号線（HC3）に印加される電圧は相対的に低く設定され（Ｖ1ボルト）、ナノカーボン膜制御第２信号線（VC3）に印加される電圧は相対的に高く設定されており（Ｖ3ボルト）、調光装置の光透過率は低く（図１９Ａに示す光透過率特性を参照）、調光装置は受光素子に入射する可視光を遮る。一方、期間ｔ2〜ｔ4にあっては、ナノカーボン膜制御第１信号線（HC3）に第１規定電圧（高い電圧Ｖ2＞Ｖ1）が印加され、期間ｔ3〜ｔ5にあっては、ナノカーボン膜制御第２信号線（VC3）に第２規定電圧（低い電圧Ｖ4＜Ｖ3）が印加される。以上の結果、期間ｔ2まで、及び、期間ｔ5以降では、調光装置の光透過率は低く（図１９Ａに示す光透過率特性を参照）、調光装置は受光素子に入射する可視光を遮る。また、期間ｔ2〜ｔ3、及び、期間ｔ4〜ｔ5にあっても、調光装置は、図１９Ｂに示すような光透過率特性を示し、調光装置は受光素子に入射する可視光を遮る。一方、期間ｔ3〜ｔ4にあっては、調光装置は、図１９Ｃに示すような光透過率特性を示し、調光装置は受光素子へ可視光の入射させる。以上のとおり、実施例１３においては、ナノカーボン膜制御第１信号線に例えば正極性のランダムパルス電圧を印加し、ナノカーボン膜制御第２信号線に例えば負極性のランダムパルス電圧を印加するといった、一種の「アンド回路」を構成することで、ナノカーボン膜の光透過率制御を行うことができる。尚、例えば、Ｖ1＝−Ｖ3とすることができるし、Ｖ1及びＶ3を接地電位とすることもできるし、Ｖ1≒−１ボルト、Ｖ2≒２ボルト、Ｖ3≒１ボルト、Ｖ4≒−２ボルトを例示することもできる。
【０１８１】
尚、図１９Ａ及び図１９Ｂに示した状態にあっては、光透過率の変調が赤外領域で生じるが、この場合、可視光用途の撮像装置では、通常、光入射部に赤外線カットフィルターを配する。従って、図１９Ａ及び図１９Ｂに示すような光透過率の変調は使用されない。しかしながら、例えば監視用途等において赤外線領域における光透過率の変調が必要とされる場合には、赤外線カットフィルターを除き、図１９Ａ及び図１９Ｂに示すような光透過率の変調を、適宜、使用すればよい。
【０１８２】
実施例１３の撮像装置を構成する撮像素子（画素，PIX）の内部回路の構成を図２０Ａに示し、撮像素子への入射光を画像出力信号に変換する制御状態を図２０Ｂに示す。具体的には、１つの撮像素子は、入射光を受光し、光電変換して電荷を蓄積する受光素子（フォトダイオード）ＰＤ、受光素子ＰＤで発生した電荷を一時的に蓄積するフローティングディフュージョンＦＤ、受光素子ＰＤからフローティングディフュージョンＦＤへの電荷の転送を制御する第１のトランジスタＴＲ1、フローティングディフュージョンＦＤの電荷をリセットする第２のトランジスタＴＲ2、フローティングディフュージョンＦＤに蓄積された電荷に比例した出力信号（蓄積電荷信号）を取り出す第３のトランジスタＴＲ3、出力信号（蓄積電荷信号）の読み出しを制御する第４のトランジスタＴＲ4から構成されている。図１７に示したように、垂直走査回路３１から各行に対して画素リセット制御信号線、画素転送制御信号線、画素選択制御信号線が延びるが、図２０Ａでは、１本の画素リセット制御信号線（RST）、１本の画素転送制御信号線（TRG）、１本の画素選択制御信号線（SEL）を図示している。第１のトランジスタＴＲ1は画素転送制御信号線（TRG）に接続され、第２のトランジスタＴＲ2は画素リセット制御信号線（RST）に接続され、第４のトランジスタＴＲ4は画素選択制御信号線（SEL）に接続されている。第４のトランジスタＴＲ4は、更には、垂直信号線（VSL）にも接続されている。
【０１８３】
図２０Ｂに、それぞれの制御信号が印加されるタイミングを示す。横軸は時間である。撮像素子は、１６の露光期間セグメントの露光期間（期間ｔ1〜ｔ6）のそれぞれの終了毎に、出力信号（蓄積電荷信号）を画像出力信号に変換して出力すると共に、フローティングディフュージョンＦＤをリセットするという動作を繰り返す。露光期間の終了において、先ず、画素リセット制御信号（RST-S）が第２のトランジスタＴＲ2に印加され、フローティングディフュージョンＦＤの電位がＶDDレベルにリセットされる。次に、画素選択制御信号（SEL-S）が印加され、リセットされたフローティングディフュージョンＦＤの電位が第３のトランジスタＴＲ3、第４のトランジスタＴＲ4を介して垂直信号線（VSL）に読み出される。次に、画素選択制御信号（SEL-S）が印加され続けた状態で、画素転送制御信号（TRG-S）が第１のトランジスタＴＲ1に印加され、露光期間中に入射した光に比例して受光素子ＰＤに蓄積された電荷がフローティングディフュージョンＦＤに転送され、それに伴うフローティングディフュージョンＦＤの電位変化が、第３のトランジスタＴＲ3、第４のトランジスタＴＲ4を介して、画像出力信号として、垂直信号線（VSL）に読み出される。このように、連続して読み出された画像出力信号は、垂直信号線（VSL）に接続されたＡＤ変換器（ADC）及びメモリ（MEM）によって離散化された差分信号が算出され、水平転送回路３３によって出力される。
【０１８４】
図２１に、（２つの撮像素子）×（２つの撮像素子）に関する画素駆動回路における各制御信号及び各撮像素子における光透過率の時間変化を示す。図２１の横軸は時間である。ここで、ＨＣ１，ＨＣ２は、それぞれ、第１行目及び第２行目のナノカーボン膜（SM1,SM2）への印加電圧、ＶＣ１，ＶＣ２は、それぞれ、第１列目及び第２列目のナノカーボン膜（SM8,SM9）への印加電圧を示す。これら４つの印加電圧は、互いに異なるタイミングでナノカーボン膜に第１規定電圧及び第２規定電圧を与えるように構成されている。図１８Ｂを用いて説明したように、各撮像素子を構成する調光装置は、対応する行のナノカーボン膜と列のナノカーボン膜への電圧印加が同時に第１規定電圧及び第２規定電圧となったときにのみ光透過率が増加する。例えば、第１行目のナノカーボン膜（SM1）への印加電圧ＨＣ１は、期間ｔ11〜ｔ16において、第１規定電圧となる。また、第２行目のナノカーボン膜（SM2）への印加電圧ＨＣ２は、期間ｔ13〜ｔ18において、第１規定電圧となる。更には、第１列目のナノカーボン膜（SM8）への印加電圧ＶＣ１は、期間ｔ11〜ｔ15において、第２規定電圧となる。また、第２列目のナノカーボン膜（SM9）への印加電圧ＶＣ２は、期間ｔ14〜ｔ18において、第２規定電圧となる。そして、以上の結果として、第１行目のナノカーボン膜と第１列目のナノカーボン膜によって構成される調光装置を有する撮像素子SM1-8は、期間ｔ11〜ｔ15において、調光装置の光透過率の値が高くなり、光を受光する。また、第１行目のナノカーボン膜と第２列目のナノカーボン膜によって構成される調光装置を有する撮像素子SM1-9は、期間ｔ14〜ｔ16において、調光装置の光透過率の値が高くなり、光を受光する。更には、第２行目のナノカーボン膜と第１列目のナノカーボン膜によって構成される調光装置を有する撮像素子SM2-8は、期間ｔ13〜ｔ15において、調光装置の光透過率の値が高くなり、光を受光する。また、第２行目のナノカーボン膜と第２列目のナノカーボン膜によって構成される調光装置を有する撮像素子SM2-9は、期間ｔ14〜ｔ18において、調光装置の光透過率の値が高くなり、光を受光する。
【０１８５】
一方、各撮像素子におけるフローティングディフュージョンＦＤのリセット及びフローティングディフュージョンＦＤからの電荷転送は、第１行目の３つの画素制御信号（RST1,TRG1、SEL1）と第２行目の３つの画素制御信号（RST2,TRG2、SEL2）によって制御される。その制御タイミングは図２０Ｂでの説明と同様であるが、第１行目と第２行目は同じ垂直信号線（VSL1,VSL2）を共有するため、行毎に読み出しタイミングを若干ずらす必要がある。例えば、第１行目の画素転送制御信号（TRG1）がｔ11及びｔ17において印加されるのに対して、第２行目の画素転送制御信号（TRG2）はｔ12及びｔ18において印加されるようにする。撮像素子の動作を制御する各種の制御信号の転送時刻は行毎にずれるが、ｔ11〜ｔ17、ｔ12〜ｔ18の期間は同じ長さであり、これがフレーム期間となる。そして、各撮像素子の実質的な露光期間は、対応する行のフレーム期間中の中で、対応する調光装置の光透過率が大きな（高い）期間となる。
【０１８６】
このように、内部回路のリセットと電荷転送は行単位で同一の制御が行われるが、各撮像素子に対応する調光装置の光透過率は、撮像素子毎に異なるように制御される。従って、各撮像素子の実質的な露光期間は、撮像素子毎に異なっている。
【０１８７】
また、ナノカーボン膜の特徴の１つに、光透過率応答速度がある。グラフェンの光透過率応答速度はギガヘルツオーダである。そのため、例えばパルス電圧による印加を行うと、パルス電圧に応じた光透過率変調が可能となる。即ち、パルス電圧の積算に比例した電荷が受光素子に蓄積される。
【０１８８】
実施例１３にあっては、例えば１６の露光期間セグメントのそれぞれにおいてランダムパルス電圧を発生させて画像圧縮を行う。図２２に、実施例１３において用いたランダムパルス電圧の一例を示す。各撮像素子（画素）に対して異なるパルス電圧パターンを発生させるが、その内の３つのパルス電圧パターンを図２２に示す。ランダムパルス電圧発生・送出装置によって、ランダムパルス電圧が発生され、撮像素子のそれぞれにランダムパルス電圧が送出される。そして、１撮像素子毎に、ランダムパルス電圧に応じた光透過率変調が行われる。その結果、１６の露光期間セグメント（図２２では、点線で示す）内で様々な（例えば、１６種類の）光透過率での画像が得られ、これらの画像を信号処理して圧縮画像を作成する。圧縮された画像は別の装置内で復元される。そのため、撮像装置の信号処理が軽減され、また、得られる画像の出力を小さくすることができる。
【０１８９】
撮像装置は、具体的には、例えば、積層型イメージセンサとすることができる。即ち、撮像装置は、裏面照射型の撮像素子の集合体であるイメージセンサチップ（第１半導体チップ）、及び、駆動回路の集合体であるロジック回路チップ（第２半導体チップ）を積層することで（貼り合わせることで）、得ることができる。ロジック回路チップの構成を、概念的に図２３Ａ及び図２３Ｂに示す。ロジック回路領域には、画素信号読出し装置１６を含む撮像素子の駆動回路や、撮像素子から読み出された画像出力信号の信号処理回路等が配置されている。ロジック回路チップにはナノカーボン膜の光透過率を制御するためのランダムパルス電圧発生・送出装置が配置されている。ランダムパルス電圧発生・送出装置は、例えば、撮像素子が配列された撮像素子領域（図２３Ａ及び図２３Ｂ、並びに、図３１Ａ及び図３１Ｂにおいては点線で囲まれた領域で示す）と空間的に重ならないロジック回路領域の部分であって四方向の領域に配置されており（図２３Ａ参照）、あるいは又、伝播遅延が問題にならない場合には外側の二方向の領域に配置されている（図２３Ｂ参照）。そして、各撮像素子の光透過率を独立に制御するためにランダムパルス電圧を生成する。各ランダムパルス電圧発生・送出装置には、ランダムパルス電圧を送出するための電極が形成されており、イメージセンサチップとの積層後、スルー・シリコン・ビア（Through-Silicon Via，ＴＳＶ）を介してイメージセンサチップの裏面側に延びる接続配線、更には、第１配線、第２配線と接続される。ランダムパルス電圧発生・送出装置を、撮像素子領域と空間的に重ならないロジック回路領域の部分（外側の両側の領域あるいは外側の四方向の領域）に配置することで、ナノカーボン膜とＴＳＶ埋め込み金属層との間のコンタクト抵抗が高いことに起因する伝播遅延を低減させることができる。尚、後述する実施例１４にあっては、図２３Ａ及び図２３Ｂに示した配置以外にも、図３１Ａに示すように、撮像素子が配列された撮像素子領域と空間的に重ならないロジック回路領域の部分であって外側の両側の領域に配置してもよいし、図３１Ｂに示すように、伝播遅延が問題にならない場合には外側の一方の側の領域のみに配置してもよい。
【０１９０】
例えば、図２３Ｂに示した積層型イメージセンサの概念図を図２４に示す。ここで、２次元マトリクス状に配列された撮像素子１２は、第１半導体チップ（イメージセンサチップ）５１１に設けられており、ランダムパルス電圧を発生させ、発生させたランダムパルス電圧を調光装置を備えた撮像素子に送出するランダムパルス電圧発生・送出装置５２２が、第２半導体チップ（ロジック回路チップ）５２１に設けられている。但し、図２４には、ランダムパルス電圧発生・送出装置５２２を１つのみ図示した。そして、第１半導体チップ５１１と第２半導体チップ５２１とは、周知の方法に基づき積層されている。尚、図２４においては、説明の関係上、第１半導体チップ５１１と第２半導体チップ５２１とを分離した状態で図示している。そして、調光装置とランダムパルス電圧発生・送出装置５２２とは、スルー・シリコン・ビア（ＴＳＶ）５３１を介して接続されている。あるいは又、バンプを介して接続されている形態（チップ・オン・チップ方式に基づく形態）を採用してもよい。尚、撮像素子を裏面照射型することができ、あるいは又、表面照射型することもできる。第２半導体チップ５２１には、その他、撮像素子を駆動、制御するロジック回路を含む各種回路５２３が設けられている。
【０１９１】
また、第２半導体チップ（ロジック回路チップ）５２１には、シングルスロープ型ＡＤ変換器から成るＡＤ変換器１３が設けられており、ＡＤ変換器１３と撮像素子１２も、スルー・シリコン・ビア（ＴＳＶ）５３１を介して接続されている。
【０１９２】
図２５に概念図を示すように、第１半導体チップ５１１には、撮像素子１２及び垂直走査回路３１が配されている。一方、第２半導体チップ５２１には信号処理部５４１が配されている。信号処理部５４１は、比較器（コンパレータ）５５１及びカウンタ部５５２を備えたＡＤ変換器１３、ランプ電圧生成器（以下、『参照電圧生成部』と呼ぶ場合がある）５５４、データラッチ部及びパラレル−シリアル変換部を含む水平転送回路３３、メモリ部５４２（メモリ１７）、データ処理部５４３、制御部５４４（ＡＤ変換器１３に接続されたクロック供給部を含む）、電流源５４５、デコーダ５４６、行デコーダ５４７、及び、インターフェース（ＩＦ）部５４８から構成されている。
【０１９３】
シングルスロープ型ＡＤ変換器から成るＡＤ変換器１３は、
ランプ電圧生成器（参照電圧生成部）５５４、
撮像素子１２によって取得されたアナログ信号と、ランプ電圧生成器（参照電圧生成部）５５４からのランプ電圧とが入力される比較器（コンパレータ）５５１、及び、
制御部５４４に設けられたクロック供給部（図示せず）からクロックＣＫが供給され、比較器５５１の出力信号に基づいて動作するカウンタ部５５２、
を有する。クロック供給部は周知のＰＬＬ回路から構成されている。
【０１９４】
上述したとおり、第２半導体チップ５２１には、メモリ部５４２、データ処理部５４３、制御部５４４、電流源５４５、デコーダ５４６、行デコーダ５４７、及び、インターフェース（ＩＦ）部５４８等が設けられており、また、撮像素子１２を駆動する撮像素子駆動部（図示せず）が設けられている。信号処理部５４１にあっては、撮像素子１２から読み出されたアナログ信号に対して、列単位で並列（列並列）にデジタル化（ＡＤ変換）を含む所定の信号処理を行う。そして、信号処理部５４１は、撮像素子１２からのアナログ信号をデジタル化するＡＤ変換器１３を有しており、ＡＤ変換された画像データ（デジタルデータ）をメモリ部５４２に転送する。メモリ部５４２は、信号処理部５４１において所定の信号処理が施された画像データを格納する。メモリ部５４２は、不揮発性メモリから構成されていてもよいし、揮発性メモリから構成されていてもよい。データ処理部５４３は、メモリ部５４２に格納された画像データを所定の順番に読み出し、種々の処理を行い、チップ外に出力する。制御部５４４は、例えばチップ外から与えられる水平同期信号、垂直同期信号、及び、マスタークロック等の基準信号に基づいて、撮像素子駆動部や、メモリ部５４２、データ処理部５４３等の信号処理部５４１の各動作の制御を行う。このとき、制御部５４４は、第１半導体チップ５１１側の回路（垂直走査回路３１や撮像素子１２）と、第２半導体チップ５２１側の信号処理部５４１（メモリ部５４２、データ処理部５４３等）との同期を取りつつ、制御を行う。
【０１９５】
電流源５４５には、撮像素子１２から列毎にアナログ信号が読み出される垂直信号線VSLの各々が接続されている。電流源５４５は、例えば、垂直信号線VSLに或る一定の電流を供給するように、ゲート電位が一定電位にバイアスされたＭＯＳトランジスタから成る、所謂、負荷ＭＯＳ回路構成を有する。この負荷ＭＯＳ回路から成る電流源５４５は、選択された行に含まれる撮像素子１２の第４のトランジスタＴＲ4に定電流を供給することにより、第４のトランジスタＴＲ4をソースフォロアとして動作させる。デコーダ５４６は、制御部５４４の制御下、撮像素子１２を行単位で選択する際に、その選択行のアドレスを指定するアドレス信号を垂直走査回路３１に対して与える。行デコーダ５４７は、制御部５４４の制御下、メモリ部５４２に画像データを書き込んだり、メモリ部５４２から画像データを読み出したりする際の行アドレスを指定する。
【０１９６】
信号処理部５４１は、前述したとおり、撮像素子１２から垂直信号線VSLを通して読み出されるアナログ信号をデジタル化（ＡＤ変換）するＡＤ変換器１３を有しており、アナログ信号に対して列の単位で並列に信号処理（列並列ＡＤ）を行う。信号処理部５４１は、更に、ＡＤ変換器１３でのＡＤ変換の際に用いる参照電圧Ｖrefを生成するランプ電圧生成器（参照電圧生成部）５５４を有する。参照電圧生成部５５４は、時間が経過するにつれて電圧値が階段状に変化する、所謂、ランプ（ＲＡＭＰ）波形（傾斜状の波形）の参照電圧Ｖrefを生成する。参照電圧生成部５５４は、例えば、ＤＡ変換器（デジタル−アナログ変換器）を用いて構成することができるが、これに限定するものではない。
【０１９７】
ＡＤ変換器１３は、例えば、アナログ信号のレベルの大きさに対応した時間軸方向に大きさ（パルス幅）を有するパルス信号を生成し、このパルス信号のパルス幅の期間の長さを計測することによってＡＤ変換処理を行う。より具体的には、ＡＤ変換器１３は、比較器（ＣＯＭＰ）５５１及びカウンタ部５５２を少なくとも有する。比較器５５１は、撮像素子１２から垂直信号線VSLを介して読み出されるアナログ信号（信号レベル及びリセットレベル）を比較入力とし、参照電圧生成部５５４から供給されるランプ波形の参照電圧を基準入力とし、両入力を比較する。ランプ波形は、時間が経過するにつれて、電圧が傾斜状（階段状）に変化する波形である。そして、比較器５５１の出力は、例えば、参照電圧がアナログ信号よりも大きくなるとき、第１の状態（例えば、高レベル）となる。一方、参照電圧がアナログ信号以下のとき、出力は第２の状態（例えば、低レベル）となる。比較器５５１の出力信号が、アナログ信号のレベルの大きさに対応したパルス幅を有するパルス信号となる。
【０１９８】
カウンタ部５５２として、例えば、アップ／ダウンカウンタが用いられる。カウンタ部５５２には、比較器５５１に対する参照電圧の供給開始タイミングと同じタイミングでクロックＣＫが与えられる。アップ／ダウンカウンタであるカウンタ部５５２は、クロックＣＫに同期してダウン（ＤＯＷＮ）カウント、又は、アップ（ＵＰ）カウントを行うことで、比較器５５１の出力パルスのパルス幅の期間、即ち、比較動作の開始から比較動作の終了までの比較期間を計測する。この計測動作の際、カウンタ部５５２は、撮像素子１２から順に読み出されるリセットレベル及び信号レベルに関して、リセットレベルに対してはダウンカウントを行い、信号レベルに対してはアップカウントを行う。そして、このダウンカウント／アップカウントの動作により、信号レベルリセットレベルとの差分をとることができる。その結果、ＡＤ変換器１３では、ＡＤ変換処理に加えてＣＤＳ（Correlated Double Sampling：相関二重サンプリング）処理が行われる。ここで、「ＣＤＳ処理」とは、信号レベルとリセットレベルとの差分を取ることにより、撮像素子１２のリセットノイズや第４のトランジスタＴＲ4の閾値ばらつき等の撮像素子固有の固定パターンノイズを除去する処理である。そして、カウンタ部５５２のカウント結果（カウント値）が、アナログ信号をデジタル化したデジタル値（画素信号の最終形態）となる。
【０１９９】
あるいは又、シングルスロープ型アナログ−デジタル変換器におけるタイミングチャートの別の例を図２６に示す。列毎に配置された比較器５５１において、撮像素子１２からのアナログ信号（信号レベル）が、階段状に変化する参照信号Ｖrefと比較される。このとき、アナログ信号（信号レベルＶSig）と参照信号Ｖrefのレベルが交差し、そして、比較器５５１の出力が反転するまで、基準クロックＣＫを用いてカウンタ部５５２でカウントが行われる。これにより、アナログ信号がデジタル信号に変換される（即ち、ＡＤ変換される）。カウンタ部５５２はダウンカウンタから構成されている。ＡＤ変換は、アナログ信号の１度の読み出しで２回行われる。即ち、第１回目は、撮像素子１２のリセットレベル（Ｐ相）のＡＤ変換が実行される。このリセットレベルＰ相には撮像素子毎のばらつきが含まれる。第２回目は、各撮像素子１２で得られたアナログ信号が垂直信号線VSLに読み出され（Ｄ相）、ＡＤ変換が実行される。このＤ相にも撮像素子毎のばらつきが含まれるため、（Ｄ相レベル−Ｐ相レベル）を実行することで、相関二重サンプリング（ＣＤＳ）処理を実現することができる。
【０２００】
信号処理部５４１の具体的な構成例を図２７のブロック図に示す。水平走査回路３３は、データラッチ部５５５及びパラレル−シリアル変換部５５６を有し、ＡＤ変換器１３でデジタル化された画像データをメモリ部５４２にパイプライン転送するパイプライン構成となっている。そして、このとき、１水平期間内（１撮像フレーム内）にＡＤ変換器１３によるデジタル化処理が行われ、デジタル化された画像データは次の１水平期間内にデータラッチ部５５５に転送される処理が行われる。ここで、データラッチ部５５５は、ＡＤ変換器１３でデジタル化された画像データをラッチする。また、パラレル−シリアル変換部５５６は、データラッチ部５５５から出力される画像データをパラレルデータからシリアルデータに変換する。一方、メモリ部５４２には、その周辺回路として列デコーダ／センスアンプ５４９が設けられている。行デコーダ５４７（図２５参照）がメモリ部５４２に対して行アドレスを指定するのに対して、列デコーダは、メモリ部５４２に対して列アドレスを指定する。また、センスアンプは、メモリ部５４２からビット線を通して読み出される微弱な電圧を、デジタルレベルとして取り扱いが可能となるレベルにまで増幅する。そして、列デコーダ／センスアンプ５４９を通して読み出された画像データは、データ処理部５４３及びインターフェース部５４８を介して第２半導体チップ５２１の外部へ出力される。尚、図面においては、「パラレル−シリアル変換部」を「パラシリ変換部」と表記する。また、パラレル−シリアル変換部５５６、列デコーダ／センスアンプ５４９は、図２５には図示していない。
【０２０１】
第１半導体チップ５１１の周縁部には、外部との電気的接続を行うためのパッド部５３２や、第２半導体チップ５２１との間での電気的接続を行うためのＴＳＶ５３１が設けられている。また、下側の第２半導体チップ５２１にボンディングパッド部を設けて第１半導体チップ５１１に開口部を設け、第２半導体チップ５２１に設けられたボンディングパッド部に、第１半導体チップ５１１に設けられた開口部を介してワイヤボンディングする構成や、第２半導体チップ５２１からＴＳＶ構造を用いて基板実装する構成とすることも可能である。あるいは又、第１半導体チップ５１１における撮像素子１２と第２半導体チップ５２１における各種回路との間の電気的接続を、チップ・オン・チップ方式に基づきバンプを介して行うこともできる。
【０２０２】
以上によって、実施例１３にあっては、撮像素子によって得られる画像を圧縮し、出力画像のサイズを圧縮することで、撮像装置の消費電力を従来の約１／５に低減することができた。
【０２０３】
実施例１３の撮像装置を構成する撮像素子における調光装置の変形例の模式的な断面図を、図２８Ａ及び図２８Ｂに示す。尚、図２８Ａに示す調光装置（調光素子）は、図８Ａに示した調光装置（調光素子）の変形例であり、図２８Ｂに示す調光装置（調光素子）は、図８Ｂに示した調光装置（調光素子）の変形例である。これらの変形例にあっては、ランダムパルス電圧は正負の極性を有する。そして、正の極性を有するランダムパルス電圧が第１ナノカーボン膜に印加されるとき、負の極性を有するランダムパルス電圧が第２ナノカーボン膜に印加される。あるいは又、負の極性を有するランダムパルス電圧が第１ナノカーボン膜に印加されるとき、正の極性を有するランダムパルス電圧が第２ナノカーボン膜に印加される構成とすることもできる。
【０２０４】
ここで、図２９に、２次元マトリクス状に配列された撮像素子の一部の配置を模式的に示すように、行方向に並んだ撮像素子のそれぞれを構成する調光装置の複数の第１ナノカーボン膜（あるいは複数の第２ナノカーボン膜）SM101'〜SM107'・・・は、行方向に並んだ（即ち、１行を占める）撮像素子に共通に形成されている。また、列方向に並んだ撮像素子のそれぞれを構成する調光装置の複数の第２ナノカーボン膜（あるいは複数の第１ナノカーボン膜）SM201'〜SM207'・・・は、列方向に並んだ（即ち、１列を占める）撮像素子に共通に形成されている。ナノカーボン膜SM101'〜SM107'とナノカーボン膜SM201'とは交互に積層されている。ナノカーボン膜SM101'〜SM107'とナノカーボン膜SM202'，SM203'，SM204'，SM205'，SM206'，SM207'のそれぞれも、同様に、交互に積層されている。尚、図２９及び次に述べる図３０にあっては、第１ナノカーボン膜及び第２ナノカーボン膜を明示するために、これらに斜線を付した。そして、正負の極性を有するランダムパルス電圧を、これらの第１ナノカーボン膜、第２ナノカーボン膜に印加することで、即ち、ランダムパルス電圧の印加を、行単位及び列単位で行うことで、アンド回路のロジックを使用することにより、各撮像素子を構成する調光装置の光透過率の制御を撮像素子毎に行うことができる。従って、撮像素子の近傍にランダムパルス電圧を印加するための配線を設ける必要が無くなり、配線の簡略化を図ることができる。尚、ナノカーボン膜は帯状にパターニングされているが、帯状のナノカーボン膜の幅を、受光素子の大きさよりも充分に大きく（広く）すれば、迷光や混色等の問題の発生を確実に防止することができる。
【０２０５】
また、図３０に、２次元マトリクス状に配列された撮像素子の変形例の一部の配置を模式的に示す。ところで、ナノカーボン膜の高速光透過率変調、撮像素子の増加やナノカーボン膜の積層に起因して、ナノカーボン膜と接続配線との間のコンタクト抵抗値の積算が、ナノカーボン膜の高速光透過率変調に影響を与える可能性がある。これに対処するために、第１の方向に延びる第１ナノカーボン膜の端部は櫛形電極状にパターニングされており、第２の方向に延びる第２ナノカーボン膜の端部は櫛形電極状にパターニングされている形態とすることができる。具体的には、図３０に示す例にあっては、行方向に並んだ撮像素子のそれぞれを構成する調光装置の第１ナノカーボン膜（あるいは第２ナノカーボン膜）SM101'〜SM107'・・・の端部、列方向に並んだ撮像素子のそれぞれを構成する調光装置の第２ナノカーボン膜（あるいは第１ナノカーボン膜）SM201'〜SM207'・・・の端部は、所謂、櫛形電極状にパターニングされている。例えば、端部の周辺長を約２０倍とする。こうすることで、ナノカーボン膜と接続配線との間のコンタクト抵抗値を約１／２０に低減することができる。尚、実際の撮像装置にあっては、シェーディング対策として、有効画素領域とチップ端との間にある程度のデッドスペースが必要となる。従って、この空間を利用してナノカーボン膜の端部を引き延ばすと、最大で０．１ｍｍ程度まで延ばすことができる。一般に、ナノカーボン膜と金属との接触部分はコンタクト抵抗が高く、これが電気信号を遅延させる。ナノカーボン膜、それ自体の抵抗は低いが、フェルミレベル付近の電子密度が低いため、金属とのコンタクト抵抗が高い。然るに、ナノカーボン膜の端部を櫛形電極状とすることにより、接続配線との接触面積が増大し、これによって、接続配線との間のコンタクト抵抗の低減を図ることができる。
【０２０６】
例えば、画素サイズを１μｍ角としたとき、グラフェンと接続配線との接触抵抗は、
１０×-5×１０7×１０4＝１０6オーム
となり、撮像素子毎の電荷は、４０×１０-6×１０-8〜０．４ｐＣとなる。従って、（仮想）容量は、概ね、（０．４）／４＝０．１ｐＦとなる。これより、グラフェンから構成された一種のコンデンサの時定数ＲＣは、
ＲＣ＝（１０3＋１０6）×０．１
≒１００ナノ秒
と見積もられる。例えば１００万画素（１０００画素×１０００画素）の撮像装置を使用する場合、１行分の容量が１０００列分加算され、正極、負極側での切り替えスピードが２００マイクロ秒程度となる。仮に、静止画の撮像フレームレート１００ｆｐｓで駆動する場合、１撮像フレームは１０ミリ秒であり、その１／１０程度のスピードでパルス電圧が立ち上がればよいとすると、パルス電圧の立ち上がり時間として、例えば１ミリ秒が要求される。この２００マイクロ秒といった値は、要求される切り替えスピード１ミリ秒よりも短いが、
（Ａ）将来、画素数が増加した場合、容量が増加すること
（Ｂ）グラフェンと接続配線との間のコンタクト抵抗は上記の値よりも実際にはかなり高い値であること
（Ｃ）プロセス変動等の影響を受けて容量が変動する場合があること
を鑑みると、コンタクト抵抗の低減を図ることが好ましい。
【実施例１４】
【０２０７】
実施例１４は、実施例１３の変形である。実施例１３においては、ナノカーボン膜制御第１信号線とナノカーボン膜制御第２信号線とによって一種の「アンド回路」を構成することで、ナノカーボン膜の光透過率制御を行った。一方、実施例１４においては、撮像素子のそれぞれにランダムパルス電圧を印加する。そして、このような構成を採用することで、撮像素子に印加するランダムパルス電圧の印加パターンを任意のパターンとすることができる。尚、実施例１４においては、本開示のＣ態様を採用することが好ましい。
【０２０８】
即ち、ランダムパルス電圧発生・送出装置から、ランダムパルス電圧が、各撮像素子を構成する調光装置の第１電極又は第２電極に印加される。その結果、各撮像素子における調光装置の光透過率がランダムに変化する。具体的には、各撮像素子における調光装置の光透過率が低い値からランダムに高い値に変化する。ここで、ランダムパルス電圧の積算量が受光素子における電荷蓄積量に相当するため、ランダムパルス電圧の印加を、所定の時間、継続すると、受光素子内に電荷が蓄積されていく。このように、撮像素子毎にランダムパルス電圧に応じた光透過率変調を、例えば、１６の露光期間セグメントにおいてランダムに行うことによって、即ち、１撮像素子（１画素）毎に、例えば１６の露光期間セグメントのそれぞれにおいて光透過率を変化させることによって画像を得る。そして、これらの画像を用いて動画を復元する。尚、露光期間セグメントの数（この例では１６）は、圧縮率に応じて、適宜、選択される。
【０２０９】
尚、撮像素子のそれぞれに第１電極、第１ナノカーボン膜、第２電極、第２ナノカーボン膜を形成するが、第１電極、第１ナノカーボン膜、第２ナノカーボン膜をそれぞれの撮像素子に対して独立に形成すると共に、第２電極は全ての撮像素子に対して共通に設けてもよいし、あるいは又、第１ナノカーボン膜、第２ナノカーボン膜、第２電極をそれぞれの撮像素子に対して独立に形成すると共に、第１電極は全ての撮像素子に対して共通に設けてもよい。ここで、第１電極あるいは第２電極と、第１ナノカーボン膜あるいは第２ナノカーボン膜との位置関係は相対的なものなので、第１電極に隣接して第１ナノカーボン膜を配してもよいし、第１電極に隣接して第２ナノカーボン膜を配してもよい。今、一番上の電極を第１番目の膜とし、一番上のナノカーボン膜を第２番目の膜、一番下のナノカーボン膜を第（Ｕ−１）番目（但し、Ｕは４以上の自然数）の膜、一番下の電極を第Ｕ番目の膜とすると、奇数番目の膜は、第１のコンタクトホール（図示せず）を介して互いに電気的に接続され、偶数番目の膜は、第２のコンタクトホール（図示せず）を介して互いに電気的に接続される。第２電極を全ての撮像素子に対して共通に設ける場合、第１電極はランダムパルス電圧発生・送出装置に接続された配線の１つに接続され、ランダムパルスが印加され、第２電極は接地される。また、第１電極を全ての撮像素子に対して共通に設ける場合、第２電極はランダムパルス電圧発生・送出装置に接続された配線の１つに接続され、ランダムパルスが印加され、第１電極は接地される。入射光を遮らないように、ランダムパルス電圧発生・送出装置と第１電極又は第２電極との接続配線には、例えば、透明導電膜又はナノカーボン膜を用いた２層配線プロセスを用いることができる。
【０２１０】
実施例１４にあっても、例えば１６の露光期間セグメントにおいてランダムパルス電圧を発生させて画像圧縮を行う。ランダムパルス電圧発生・送出装置によって、（７つの撮像素子）×（７つの撮像素子）、即ち、４９画素毎に、例えば１６種類のランダムパルス電圧が発生され、撮像素子のそれぞれにランダムパルス電圧が送出される。そして、撮像素子のそれぞれにおいて、ランダムパルス電圧に応じた光透過率変調が行われる。その結果、１６の露光期間セグメント内で様々な（例えば１６種類の）光透過率での画像が得られ、これらの画像を信号処理して圧縮画像を作成する。圧縮された画像は別の装置内で復元される。そのため、撮像装置の信号処理が軽減され、また、得られる画像の出力を小さくすることができる。
【実施例１５】
【０２１１】
実施例１５は、実施例１３〜実施例１４の変形である。実施例１３〜実施例１４においては、ランダムパルス電圧を発生させるためにランダムパルス電圧発生・送出装置を用いた。一方、実施例１５にあっては、調光装置を備えた撮像素子によって得られた出力信号（蓄積電荷信号）に基づき算出されたパルス電圧が、ランダムパルス電圧としてナノカーボン膜に印加される。尚、実施例１５にあっては、調光装置を備えた撮像素子からの画像出力信号が空間的及び時間的に間引かれることによって画像出力信号が圧縮される。具体的には、ランダムパルス電圧を発生させるために、撮像素子内部の情報を用いる。即ち、ランダム露光を調光装置で実現するが、その際、撮像素子内部に本来存在するランダムな情報を用いてランダムパルス電圧を生成する。
【０２１２】
具体的には、実施例１５では、撮像素子を構成する受光素子（フォトセンサ、フォトダイオード、光電変換素子）２７が有するばらつきに着目した。そして、受光素子２７からの信号（出力信号、蓄積電荷信号）をロジック回路によって定数化し、パルス電位で規格化することによりランダムパルス電圧を生成する。即ち、
（フォトダイオード信号／トランジスタ印加電圧  ＋  基準電位）
をロジック回路で撮像素子毎に演算し、増幅し、調光装置へ送出することによって、ランダム露光を実現する。
【０２１３】
図３２Ａ及び図３２Ｂに実施例１５の撮像素子の概念図を示すが、図３２Ａに示す撮像素子は、図１３Ａに示した実施例８の撮像素子を基にした撮像素子であり、図３２Ｂに示す撮像素子は、図７Ｂに示した実施例１３の撮像素子を基にした撮像素子であり、蓄積電荷検出回路４１内に設けられたロジック回路（図示せず）によって生成され、増幅されたランダムパルス電圧が、撮像素子における調光装置２１を構成するナノカーボン膜に印加される。尚、蓄積電荷検出回路４１と調光装置２１との間には、電圧保持容量４２が配されている。撮像素子を構成する受光素子２７からの出力信号（蓄積電荷信号）をモニタする蓄積電荷検出回路４１は、撮像素子毎に設けてもよく、これによって、ランダムパルス電圧発生・送出装置は不要となる。尚、撮像素子毎に蓄積電荷検出回路４１を設けることが困難である場合には、撮像素子の行毎あるいは列毎に１つ、蓄積電荷検出回路４１を設けて、周辺回路で演算後、撮像素子毎にランダムとなるように算出したランダムパルス電圧を、各撮像素子における調光装置２１を構成するナノカーボン膜に印加してもよい。
【０２１４】
ところで、撮像素子からの画像出力信号は、ＡＤ変換器１３に送出され、ＡＤ変換器１３から出力されるが、ＡＤ変換器１３において発生するノイズに基づき算出されたパルス電圧を、ランダムパルス電圧としてナノカーボン膜に印加することもできる。即ち、ＡＤ変換器１３の電気信号のノイズばらつきに着目し、ＡＤ変換器１３からのノイスばらつきをロジック回路によって定数化し、パルス電位で規格化することによりランダムパルス電圧を生成し、調光装置へ送出することによって、ランダム露光を実現する。
【実施例１６】
【０２１５】
実施例１６は、実施例１３〜実施例１５の変形である。実施例１６にあっては、図１５Ｂに撮像素子群のレイアウトを模式的に示すように、赤色撮像素子Ｒ1、緑色撮像素子Ｇ1及び青色撮像素子Ｂ1、並びに、赤外線を受光する撮像素子ＩＲ1（便宜上、『赤外線撮像素子ＩＲ1』と呼ぶ）を備えている。赤外線撮像素子ＩＲ1も調光装置２１を備えている。撮像素子Ｒ1，Ｇ1，Ｂ1，ＩＲ1によって、単位撮像素子群が構成されている。図１５Ｂにおいては、４つの単位撮像素子群が図示されている。尚、赤外線撮像素子ＩＲ1には、カラーフィルター層が設けられておらず、代わりに、全波長領域の光を通過させる透明膜が設けられている。この透明膜は、カラーフィルター層が形成されないことによって発生する素子表面の段差を埋めるための膜であり、必要に応じて設けられる。赤外線撮像素子ＩＲ1にあっては、調光装置２１に印加する所定の電圧Ｖ0を適切に選択することで、赤外線帯域の光を通過させる調光装置を得ることができる。
【０２１６】
実施例１６の撮像素子、撮像装置にあっても、調光装置２１へ印加される電圧に基づき、通過可能な光の波長領域を変えることができる。また、実施例１６にあっては、赤外線撮像素子ＩＲ1におけるダイナミックレンジの拡大を図ることができる。
【０２１７】
場合によっては、カラーフィルター層を設けずに、調光装置をカラーフィルターとして機能させてもよい。具体的には、赤色撮像素子、緑色撮像素子、青色撮像素子のそれぞれに設けられた調光装置２１における誘電体材料層の材料を変える。即ち、例えば、赤外線撮像素子ＩＲ1における誘電体材料層をＳｉＯ2から構成し、赤色撮像素子Ｒ1における誘電体材料層をＨｆＯ2から構成し、緑色撮像素子Ｇ1における誘電体材料層をＺｒＯ2から構成し、青色撮像素子Ｂ1における誘電体材料層をＰＬＺＴから構成する。誘電体材料層を構成する材料の比誘電率が異なると、ナノカーボン膜に誘起される電荷量が異なり、その結果、波長λ0以上の波長の光を波長λ0未満の波長の光よりも高い光透過率にて通過（透過）させる調光装置におけるλ0の値を換えることができる。ここで、赤色撮像素子Ｒ1では、赤外領域と赤色領域の光に応じた信号成分と、ノイズ成分ΔＥが得られる。同様に、緑色撮像素子Ｇ1では、赤外領域〜緑色領域の光に応じた信号成分と、ノイズ成分ΔＥが得られる。また、青色撮像素子Ｂ1では、赤外領域〜青色領域の光に応じた信号成分と、ノイズ成分ΔＥが得られる。従って、赤色撮像素子Ｒ1における赤色領域の信号成分は、赤色撮像素子Ｒ1で得られた全体の信号成分から、赤外線撮像素子ＩＲ1で得られた全体の信号成分を差し引くことにより得ることができる。また、緑色撮像素子Ｇ1における緑色領域の信号成分は、緑色撮像素子Ｇ1で得られた全体の信号成分から、赤色撮像素子Ｒ1で得られた全体の信号成分を差し引くことにより得ることができる。更には、青色撮像素子Ｂ1における青色領域の信号成分は、青色撮像素子Ｂ1で得られた全体の信号成分から、緑色撮像素子Ｇ1で得られた全体の信号成分を差し引くことにより得ることができる。また、赤外線撮像素子ＩＲ1では、赤外線撮像素子ＩＲ1の全体の信号成分から、電圧を印加しない状態での撮像素子Ｒ1，Ｇ1，Ｂ1のノイズ成分ΔＥを差し引くことにより、赤外領域の信号成分を得ることができる。尚、このような変形例は、実施例１３〜実施例１５において説明した撮像素子にも適用することができる。
【実施例１７】
【０２１８】
実施例１７は、実施例１３〜実施例１６の変形であり、具体的には、撮像素子の光透過率制御方法に関する。即ち、実施例１７における調光装置（調光素子）の光透過率制御方法は、
（ａ）対となったナノカーボン膜との間に（第１ナノカーボン膜１１４と第２ナノカーボン膜１１５との間に）所定の電圧Ｖ0を印加することで、波長λ0以上の波長の光を、波長λ0未満の波長の光よりも高い光透過率にて通過させる調光装置（調光素子）の光透過率制御方法であり、あるいは又、
（ｂ）一対の電極２１１，２１２の間に所定の電圧Ｖ0を印加することで、波長λ0以上の波長の光を、波長λ0未満の波長の光よりも高い光透過率にて通過させる調光装置（調光素子）の光透過率制御方法であり、あるいは又、
（ｃ）一対の電極３１１，３１２とナノカーボン膜３１４との間に所定の電圧Ｖ0をに印加することで、波長λ0以上の波長の光を、波長λ0未満の波長の光よりも高い光透過率にて通過させる調光装置（調光素子）の光透過率制御方法であり、あるいは又、
（ｄ）第１ナノカーボン膜４１４（及び電極４１２）と第２ナノカーボン膜４１５（及び電極４１１）との間に所定の電圧Ｖ0を印加することで、波長λ0以上の波長の光を、波長λ0未満の波長の光よりも高い光透過率にて通過させる調光装置（調光素子）の光透過率制御方法である。
【０２１９】
そして、これらの調光装置（調光素子）の光透過率制御方法にあっては、パルス状の所定の電圧Ｖ0のデューティ比を変化させることで、波長λ0以上の波長の光に対する調光層の実効的な光透過率を制御する。尚、実施例１７にあっては、パルス状の電圧はランダムパルス電圧ではない。尚、上記の（ａ）〜（ｄ）における「所定の電圧Ｖ0の印加」を、便宜上、『第１ナノカーボン膜１１４等へ所定の電圧Ｖ0を印加する』と表現する。
【０２２０】
具体的には、第１ナノカーボン膜１１４等へ、パルス周期Ｔ、デューティ比Ｄ＝ｔ／Ｔの所定の電圧Ｖ0を印加したときの電圧変化（あるいは光透過率）を図３３Ａ、図３４Ａに示し、或る期間（例えば、１フレーム期間）において、調光装置を通過した光に基づき受光素子に蓄積される蓄積電荷量を図３３Ｂ、図３４Ｂに示す。図３３Ａ、図３４Ａのグラフに示すように、期間ｔにおいては、期間（Ｔ−ｔ）に比べて、調光装置の光透過率は高い。それ故、多くの電荷量を得ることができる。従って、図３３Ｂ、図３４Ｂに示すように、期間ｔでは、期間（Ｔ−ｔ）に比べて、蓄積電荷量は多くなる。尚、デューティ比Ｄは、図３３Ａに示す例の方が、図３４Ａに示す例よりも高い値である。また、図３３Ｂ、図３４Ｂにおいて、実線は期間ｔでの蓄積電荷量を示し、点線は期間（Ｔ−ｔ）での蓄積電荷量を示す。パルス状の所定の電圧Ｖ0を印加した場合に、１フレーム期間に得られ蓄積電荷量は、期間ｔにおける蓄積電荷量と期間（Ｔ−ｔ）における蓄積電荷量との積算で得られる。従って、パルス状の所定の電圧Ｖ0のデューティ比Ｄを変えることで、１フレーム期間に得られ蓄積電荷量を変化させることができる（図３３Ｂ、図３４Ｂ参照）。即ち、調光層１１３等の実効的な光透過率、即ち、或る期間における平均的な調光層１１３等の光透過率を制御することができる。より具体的には、或る期間において、調光層１１３等の光透過率を最大値としたときに調光層１１３等を通過した光の光量をＱ0、デューティ比Ｄ＝ｔ／Ｔの所定の電圧Ｖ0を印加したときに調光層１１３等を通過した光の光量をＱ1としたとき、調光層１１３等の実効的な光透過率は（Ｑ1／Ｑ0）で表すことができる。そして、以上の結果として、撮像素子や撮像装置のダイナミックレンジの拡大を図ることができるし、撮像時、明るい部分と暗い部分の両方の情報量を得ることができる。
【０２２１】
尚、実施例１７の光透過率制御方法において、調光層におけるナノカーボン膜の光透過率の変化を周波数に換算した値は、パルス状の電圧の周波数よりも高い。パルス状の電圧の周波数は、１×１０2Ｈｚ以上、１×１０5Ｈｚ以下であることが好ましく、具体的には、調光層におけるナノカーボン膜の光透過率の変化を周波数に換算した値は、２．４×１０3Ｈｚ（２．４ｋＨｚ）であり、パルス状の所定の電圧Ｖ0の周波数は、限定するものではないが、例えば、２４０Ｈｚである。即ち、例えば、Ｔ＝４．２×１０-3秒である。
【０２２２】
先に説明したように、ダイナミックレンジは、最大信号量である飽和信号量とノイズの比で表される。そして、このダイナミックレンジが大きい程、明るいシーンでの画像出力信号と暗いシーンでの画像出力信号とを確実に得ることができる。例えば、上述した実施例１３の撮像素子では、調光装置２１を備えた撮像素子Ｒ1，Ｇ1，Ｂ1において、調光装置２１に印加する所定の電圧Ｖ0の値及びデューティ比Ｄを制御することによって、あるいは又、調光装置２１に電圧を印加しないことによって、光透過率を制御することで、あるいは又、光透過率を所望の値まで下げることで、飽和電荷量に達するまでの時間を制御することができ、その結果として、ダイナミックレンジの拡大を図ることができる。一方、調光装置２１を備えた撮像素子Ｒ1，Ｇ1，Ｂ1において、調光装置２１に印加する所定の電圧Ｖ0の値及びデューティ比Ｄを制御して光透過率を最大とすることで、ダイナミックレンジの拡大を図る撮影モードと解像度を重視する撮影モードとを、例えば、撮像装置の使用者が切り換え、あるいは又、撮像装置が自動的に切り換えることで、最適な撮影モードでの撮影を行うことができる。
【０２２３】
また、先に説明した実施例１６の撮像素子、撮像装置にあっては、調光装置２１へ印加される電圧に基づき、調光装置２１の光透過率を変えることができ、しかも、通過可能な光の波長領域を変えることができる。また、実施例１６にあっては、赤外線撮像素子ＩＲ1におけるダイナミックレンジの拡大を図ることができる。
【０２２４】
実施例１７における調光装置（調光素子）の光透過率制御方法にあっては、パルス状の所定の電圧Ｖ0のデューティ比を変化させることで波長λ0以上の波長の光に対する調光層の実効的な光透過率を制御するので、例えば、波長λ0の値を青色（例えば，３８０ｎｍ）とし、所定の電圧Ｖ0を印加したときの波長λ0以上の波長の光（例えば、可視光以上の波長帯域を有する光）に対する光透過率が概ね１００％となるように設定することで、所望の光透過率の値を正確に、しかも、容易に得ることができるし、所望の光透過率の値に設定することができる。加えて、ナノカーボン膜は、光透過率に波長依存性が無く、光透過率の変化に要する時間が短い。
【０２２５】
以上、本開示を好ましい実施例に基づき説明したが、本開示はこれらの実施例に限定するものではない。実施例において説明した撮像素子、撮像装置、アナログ−デジタル変換器の構成、構造、画素信号読み出し方法の構成は例示であり、適宜、変更することができる。撮像素子に調光装置を備えることで、静止画撮像時。メカニカルシャッタを代替することができるので、メカニカルシャッタを省略することができる。場合によっては、全てのＡ／Ｄ変換器を動作させておき、水平走査回路にスイッチング素子等を設けておき、必要なＡ／Ｄ変換器の出力のみを選択的にメモリ部に転送する構成としてもよい。
【０２２６】
各撮像素子に設けられた調光装置の動作を、各撮像素子に設けられた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）によって制御してもよい。図１３Ａ、図３２Ａに示した撮像素子の変形例を図３５Ａの模式的な一部断面図に示す。また、等価回路図を図３５Ｂに示し、４つの撮像素子のそれぞれを構成する調光装置、及び、その内の１つの調光装置を制御する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の配置を模式的に図３６Ａに示し、図３６Ａの矢印Ｂ−Ｂに沿ったＴＦＴ等の模式的な断面を示す概念図を図３６Ｂに示す。薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の一方のソース／ドレイン領域は駆動パルス線に接続されており、他方のソース／ドレイン領域は調光装置に接続されており、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）のゲート部は調光装置選択線に接続されている。調光装置選択線から薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）のゲート部に電圧が印加され、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）がオン状態となる。そして、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の一方のソース／ドレイン領域には駆動パルス線から調光装置を駆動するためのパルス電圧が印加され、以上の結果として、調光装置が駆動される。尚、この調光装置駆動パルス電圧は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）がオフ状態となる期間にも調光装置に保持される。即ち、この調光装置はパルス電圧保持容量としても機能する。薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を、例えば、撮像素子と撮像素子との間の遮光膜２８の上に設けることで、画素の開口率を犠牲にすること無く、比較的簡易なプロセスで作製することができる。尚、図３５Ａに示した撮像素子１２1は、裏面照射型の撮像素子であるが、図１３Ｂ、図３２Ｂに示した表面照射型の撮像素子とすることもできることは云うまでもない。
【０２２７】
受光素子を有機光電変換層から構成することもできる。有機光電変換層を、例えば、緑色の光に応じて光電変換可能な材料で構成する場合、例えば、ローダーミン系色素、メラシアニン系色素、キナクリドン等を含む有機材料を挙げることができる。あるいは又、有機光電変換層を構成する材料として、ペンタセン及びその誘導体（ＴＩＰＳ−ペンタセン等）、ナフタセン及びその誘導体（ルブレン、ヘキサプロピルナフタセン）、チオフェン及びその誘導体（Ｐ３ＨＴ等）、フラーレン及びその誘導体（ＰＣＢＭ等）、ＴＣＮＱ、ペリレン及びその誘導体、ポルフィリン及びそのポルフィリン誘導体、アクリジン及びその誘導体、クマリン及びその誘導体、キナクリドン及びその誘導体、シアニン及びその誘導体、スクエアリリウム及びその誘導体、オキサジン及びその誘導体、キサンテントリフェニルアミン及びその誘導体、ベンジジン及びその誘導体、ピラゾリン及びその誘導体、スチルアミン及びその誘導体、ヒドラゾン及びその誘導体、トリフェニルメタン及びその誘導体、カルバゾール及びその誘導体、ポリシラン及びその誘導体、チオフェン及びその誘導体、ポリアミン及びその誘導体、オキサジアゾール及びその誘導体、トリアゾール及びその誘導体、トリアジン及びその誘導体、キノキサリン及びその誘導体、フェナンスロリン及びその誘導体、アルミニウムキノリン及びその誘導体、ポリパラフェニレンビニレン及びその誘導体、ポリフルオレン及びその誘導体、ポリビニルカルバゾール及びその誘導体、ポリチオール及びその誘導体、ポリピロール及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体を例示することができる。尚、これらに代表される有機材料を、単独で用いることもできるし、２種類以上、混合あるいは積層して用いることもできる。そして、これらに代表される有機材料において、赤色、緑色、青色のそれぞれの波長帯域にピーク感度を有する材料を選択することで、赤色撮像素子、緑色撮像素子、青色撮像素子を構成する受光素子を形成することができる。
【０２２８】
尚、本開示は、以下のような構成を取ることもできる。
［Ａ０１］《本開示の第１の態様に係る撮像装置》
第１の方向及び第２の方向に２次元マトリクス状に配列された撮像素子、
画素信号読出し装置、及び、
アナログ−デジタル変換器、
を備えており、
画素信号読出し装置によってアナログ−デジタル変換器がランダムに作動させられることで、撮像素子の画素信号読み出しを時間軸でランダムに行う撮像装置。
［Ａ０２］第１の方向にＫ個、第２の方向にＬ個の、合計、Ｋ×Ｌ個の撮像素子が配列されており、
Ｋ×Ｌ個の撮像素子によって、第１の方向にＩ個、第２の方向にＪ個の撮像素子ユニットが構成されており、
第（ｉ，ｊ）番目（但し、ｉ＝１，２・・・Ｉであり、ｊ＝１，２・・・Ｊである）の撮像素子ユニットは、第１の方向にＫi個、第２の方向にＬj個の撮像素子から構成されており、
第（ｉ，ｊ）番目の撮像素子ユニットにおいて、Ｋi個のアナログ−デジタル変換器が配置されており、
第（ｉ，ｊ）番目の撮像素子ユニットにおいて、画素信号読出し装置によって、アナログ−デジタル変換器がランダムに作動させられることで、（Ｋi×Ｌj）個未満の撮像素子がランダムに選択され、選択された撮像素子から画素信号読み出しが行われる［Ａ０１］に記載の撮像装置。
［Ａ０３］第１の方向にＫ個、第２の方向にＬ個の、合計、Ｋ×Ｌ個の撮像素子が配列されており、
アナログ−デジタル変換器は、第２の方向に沿って配列されたＬ個の撮像素子から構成された撮像素子群に１つ配置されており、
画素信号読出し装置によってアナログ−デジタル変換器がランダムに作動させられることで、第１の方向に配列されたＫ個の撮像素子の内、Ｋ個未満の撮像素子がランダムに選択され、選択された撮像素子から画素信号読み出しが行われる［Ａ０１］に記載の撮像装置。
［Ａ０４］第１の方向にＫ個、第２の方向にＬ個の、合計、Ｋ×Ｌ個の撮像素子が配列されており、
アナログ−デジタル変換器は、１つの撮像素子に１つ配置されており、
画素信号読出し装置によってアナログ−デジタル変換器がランダムに作動させられることで、Ｋ×Ｌ個の撮像素子の内、Ｋ×Ｌ個未満の撮像素子がランダムに選択され、選択された撮像素子から画素信号読み出しが行われる［Ａ０１］に記載の撮像装置。
［Ａ０５］《第１の構成の調光装置》
撮像素子は、受光素子、及び、受光素子の光入射側に配置された調光装置を備えており、
調光装置は、第１ナノカーボン膜、第１中間層、誘電体材料層及び第２中間層が積層された調光層が、Ｍ層（但し、Ｍ≧１）、積層され、更に、第Ｍ番目の調光層を構成する第２中間層の上には第２ナノカーボン膜が形成されて成り、
画素信号読出し装置の制御下、第１ナノカーボン膜及び第２ナノカーボン膜に電圧が印加されることで、撮像素子への光の入射が制御される［Ａ０２］乃至［Ａ０４］のいずれか１項に記載の撮像装置。
［Ａ０６］撮像素子に設けられた調光装置の動作を制御する薄膜トランジスタが撮像素子に設けられている［Ａ０５］に記載の撮像装置。
［Ａ０７］画素信号読出し装置の制御下、選択された撮像素子から画素信号読み出しが行われ、且つ、撮像素子への光入射開始及び光入射完了が時間的にランダムに行われる［Ａ０５］又は［Ａ０６］に記載の撮像装置。
［Ａ０８］第１ナノカーボン膜及び第２ナノカーボン膜にパルス状の電圧がランダムに印加される［Ａ０５］乃至［Ａ０７］のいずれか１項に記載の撮像装置。
［Ａ０９］第１ナノカーボン膜及び第２ナノカーボン膜へのパルス状の電圧の印加時間の積算値は一定である［Ａ０８］に記載の撮像装置。
［Ａ１０］被写体の動きを検出する動き検出回路を更に備えており、
動き検出回路による被写体の動き検出の有無に基づき、画素信号読出し装置によってアナログ−デジタル変換器をランダムに作動させる状態を変える［Ａ０１］乃至［Ａ０９］のいずれか１項に記載の撮像装置。
［Ｂ０１］《本開示の第２の態様に係る撮像装置》
第１の方向及び第２の方向に２次元マトリクス状に配列された撮像素子、
画素信号読出し装置、及び、
読出しアンプ、
を備えており、
画素信号読出し装置によって読出しアンプがランダムに作動させられることで、撮像素子の画素信号読み出しを時間軸でランダムに行う撮像装置。
［Ｂ０２］第１の方向にＫ個、第２の方向にＬ個の、合計、Ｋ×Ｌ個の撮像素子が配列されており、
Ｋ×Ｌ個の撮像素子によって、第１の方向にＩ個、第２の方向にＪ個の撮像素子ユニットが構成されており、
第（ｉ，ｊ）番目（但し、ｉ＝１，２・・・Ｉであり、ｊ＝１，２・・・Ｊである）の撮像素子ユニットは、第１の方向にＫi個、第２の方向にＬj個の撮像素子から構成されており、
第（ｉ，ｊ）番目の撮像素子ユニットにおいて、Ｋi個の読出しアンプが配置されており、
第（ｉ，ｊ）番目の撮像素子ユニットにおいて、画素信号読出し装置によって、読出しアンプがランダムに作動させられることで、（Ｋi×Ｌj）個未満の撮像素子がランダムに選択され、選択された撮像素子から画素信号読み出しが行われる［Ｂ０１］に記載の撮像装置。
［Ｂ０３］第１の方向にＫ個、第２の方向にＬ個の、合計、Ｋ×Ｌ個の撮像素子が配列されており、
読出しアンプは、第２の方向に沿って配列されたＬ個の撮像素子から構成された撮像素子群に１つ配置されており、
画素信号読出し装置によって読出しアンプがランダムに作動させられることで、第１の方向に配列されたＫ個の撮像素子の内、Ｋ個未満の撮像素子がランダムに選択され、選択された撮像素子から画素信号読み出しが行われる［Ｂ０１］に記載の撮像装置。
［Ｂ０４］第１の方向にＫ個、第２の方向にＬ個の、合計、Ｋ×Ｌ個の撮像素子が配列されており、
読出しアンプは、１つの撮像素子に１つ配置されており、
画素信号読出し装置によって読出しアンプがランダムに作動させられることで、Ｋ×Ｌ個の撮像素子の内、Ｋ×Ｌ個未満の撮像素子がランダムに選択され、選択された撮像素子から画素信号読み出しが行われる［Ｂ０１］に記載の撮像装置。
［Ｂ０５］撮像素子は、受光素子、及び、受光素子の光入射側に配置された調光装置を備えており、
調光装置は、第１ナノカーボン膜、第１中間層、誘電体材料層及び第２中間層が積層された調光層が、Ｍ層（但し、Ｍ≧１）、積層され、更に、第Ｍ番目の調光層を構成する第２中間層の上には第２ナノカーボン膜が形成されて成り、
画素信号読出し装置の制御下、第１ナノカーボン膜及び第２ナノカーボン膜に電圧が印加されることで、撮像素子への光の入射が制御される［Ｂ０２］乃至［Ｂ０４］のいずれか１項に記載の撮像装置。
［Ｂ０６］撮像素子に設けられた調光装置の動作を制御する薄膜トランジスタが撮像素子に設けられている［Ｂ０５］に記載の撮像装置。
［Ｂ０７］画素信号読出し装置の制御下、選択された撮像素子から画素信号読み出しが行われ、且つ、撮像素子への光入射開始及び光入射完了が時間的にランダムに行われる［Ｂ０５］又は［Ｂ０６］に記載の撮像装置。
［Ｂ０８］第１ナノカーボン膜及び第２ナノカーボン膜にパルス状の電圧がランダムに印加される［Ｂ０５］乃至［Ｂ０７］のいずれか１項に記載の撮像装置。
［Ｂ０９］第１ナノカーボン膜及び第２ナノカーボン膜へのパルス状の電圧の印加時間の積算値は一定である［Ｂ０８］に記載の撮像装置。
［Ｂ１０］被写体の動きを検出する動き検出回路を更に備えており、
動き検出回路による被写体の動き検出の有無に基づき、画素信号読出し装置によって読出しアンプをランダムに作動させる状態を変える［Ｂ０１］乃至［Ｂ０９］のいずれか１項に記載の撮像装置。
［Ｃ０１］第１ナノカーボン膜及び第２ナノカーボン膜に電圧が印加されることで、調光層における光透過率が制御される［Ａ０５］乃至［Ａ０９］又は［Ｂ０５］乃至［Ｂ０９］のいずれか１項に記載の撮像装置。
［Ｃ０２］Ｋが奇数の場合、奇数番目の第１ナノカーボン膜は、第１配線に接続され、偶数番目の第１ナノカーボン膜及び第２ナノカーボン膜は、第２配線に接続されており、
Ｋが偶数の場合、奇数番目の第１ナノカーボン膜及び第２ナノカーボン膜は、第１配線に接続され、偶数番目の第１ナノカーボン膜は、第２配線に接続されている［Ｃ０１］に記載の撮像装置。
［Ｃ０３］第１ナノカーボン膜は、グラフェン、カーボンナノチューブ又はフラーレンから構成されており、第２ナノカーボン膜は、グラフェン、カーボンナノチューブ又はフラーレンから構成されている［Ｃ０１］又は［Ｃ０２］に記載の撮像装置。
［Ｃ０４］第１中間層及び第２中間層を構成する材料は、二酸化チタン、チッ化チタン、酸化クロム、アモルファスシリコン、フッ化マグネシウム、窒化珪素及び酸化ケイ素から成る群から選択された少なくとも１種類の材料である［Ｃ０１］乃至［Ｃ０３］のいずれか１項に記載の撮像装置。
［Ｄ０１］《第２の構成の調光装置》
撮像素子は、受光素子、及び、受光素子の光入射側に配置された調光装置を備えており、
調光装置は、一対の電極、及び、一対の電極に挟まれた調光層を備えており、
調光層は、第１誘電体材料層、第１中間層、第１導電型の不純物がドーピングされた、又は、不純物がドーピングされていない第１ナノカーボン膜、第１導電型とは導電型が異なる第２導電型の不純物がドーピングされた、又は、不純物がドーピングされていない第２ナノカーボン膜、第２中間層及び第２誘電体材料層の積層構造を有し、
画素信号読出し装置の制御下、一対の電極に電圧が印加されることで、撮像素子への光の入射が制御される［Ａ０２］乃至［Ａ０４］又は［Ｂ０２］乃至［Ｂ０４］のいずれか１項に記載の撮像装置。
［Ｄ０２］撮像素子に設けられた調光装置の動作を制御する薄膜トランジスタが撮像素子に設けられている［Ｄ０１］に記載の撮像装置。
［Ｄ０３］画素信号読出し装置の制御下、選択された撮像素子から画素信号読み出しが行われ、且つ、撮像素子への光入射開始及び光入射完了が時間的にランダムに行われる［Ｄ０１］又は［Ｄ０２］に記載の撮像装置。
［Ｄ０４］一対の電極にパルス状の電圧がランダムに印加される［Ｄ０１］乃至［Ｄ０３］のいずれか１項に記載の撮像装置。
［Ｄ０５］一対の電極に電圧が印加されることで第１ナノカーボン膜及び／又は第２ナノカーボン膜に生じる電荷量が制御され、以て、調光層における光透過率が制御される［Ｄ０１］乃至［Ｄ０４］のいずれか１項に記載の撮像装置。
［Ｄ０６］Ｎ層の調光層、及び、（Ｎ＋１）個の電極を備えており、
Ｎ層の調光層、及び、（Ｎ＋１）個の電極は、交互に積層されており、
奇数番目の電極は第１配線に接続され、偶数番目の電極は第２配線に接続されている［Ｄ０１］乃至［Ｄ０５］のいずれか１項に記載の撮像装置。
［Ｄ０７］第１導電型はｎ型であり、第２導電型はｐ型であり、
第１ナノカーボン膜と第１誘電体材料層を介して対向する第１電極には、第２ナノカーボン膜と第２誘電体材料層を介して対向する第２電極よりも高い電圧が印加される［Ｄ０１］乃至［Ｄ０６］のいずれか１項に記載の撮像装置。
［Ｄ０８］第１ナノカーボン膜は、グラフェン、カーボンナノチューブ又はフラーレンから構成されており、第２ナノカーボン膜は、グラフェン、カーボンナノチューブ又はフラーレンから構成されている［Ｄ０１］乃至［Ｄ０７］のいずれか１項に記載の撮像装置。
［Ｄ０９］第１中間層及び第２中間層を構成する材料は、二酸化チタン、チッ化チタン、酸化クロム、アモルファスシリコン、フッ化マグネシウム、窒化珪素及び酸化ケイ素から成る群から選択された少なくとも１種類の材料である［Ｄ０１］乃至［Ｄ０８］のいずれか１項に記載の撮像装置。
［Ｅ０１］《第３の構成の調光装置》
撮像素子は、受光素子、及び、受光素子の光入射側に配置された調光装置を備えており、
調光装置は、一対の電極、及び、一対の電極に挟まれた調光層を備えており、
調光層は、第１誘電体材料層、第１中間層、不純物がドーピングされた、又は、不純物がドーピングされていないナノカーボン膜、第２中間層、及び、第２誘電体材料層の積層構造を有し、
一対の電極に印加される電圧と異なる電圧がナノカーボン膜に印加される［Ａ０２］乃至［Ａ０４］又は［Ｂ０２］乃至［Ｂ０４］のいずれか１項に記載の撮像装置。
［Ｅ０２］撮像素子に設けられた調光装置の動作を制御する薄膜トランジスタが撮像素子に設けられている［Ｅ０１］に記載の撮像装置。
［Ｅ０３］画素信号読出し装置の制御下、選択された撮像素子から画素信号読み出しが行われ、且つ、撮像素子への光入射開始及び光入射完了が時間的にランダムに行われる［Ｅ０１］又は［Ｅ０２］に記載の撮像装置。
［Ｅ０４］一対の電極にパルス状の電圧がランダムに印加される［Ｅ０１］乃至［Ｅ０３］のいずれか１項に記載の撮像装置。
［Ｅ０５］不純物はｐ型であり、
ナノカーボン膜には、一対の電極に印加される電圧よりも高い電圧が印加される［Ｅ０１］乃至［Ｅ０４］のいずれか１項に記載の撮像装置。
［Ｅ０６］不純物はｎ型であり、
ナノカーボン膜には、一対の電極に印加される電圧よりも低い電圧が印加される［Ｅ０１］乃至［Ｅ０４］のいずれか１項に記載の撮像装置。
［Ｅ０７］ナノカーボン膜は、グラフェン、カーボンナノチューブ又はフラーレンから構成されている［Ｅ０１］乃至［Ｅ０６］のいずれか１項に記載の撮像装置。
［Ｅ０８］第１中間層及び第２中間層を構成する材料は、二酸化チタン、チッ化チタン、酸化クロム、アモルファスシリコン、フッ化マグネシウム、窒化珪素及び酸化ケイ素から成る群から選択された少なくとも１種類の材料である［Ｅ０１］乃至［Ｅ０７］のいずれか１項に記載の撮像装置。
［Ｆ０１］《第４の構成の調光装置》
撮像素子は、受光素子、及び、受光素子の光入射側に配置された調光装置を備えており、
調光装置は、一対の電極、及び、一対の電極に挟まれたＰ層（但し、Ｐ≧１）の調光層が積層された積層構造体を備えており、
第ｐ番目の調光層（但し、１≦ｐ≦Ｐ）は、第１誘電体材料層、第１中間層、ｎ型の不純物がドーピングされた、又は、不純物がドーピングされていない第１ナノカーボン膜、第２中間層、第２誘電体材料層、第３中間層、ｐ型の不純物がドーピングされた、又は、不純物がドーピングされていない第２ナノカーボン膜、及び、第４中間層の積層構造を有し、
第Ｐ番目の調光層にあっては、更に、第４中間層の上に第３誘電体材料層が形成されており、
第２ナノカーボン膜には、第１ナノカーボン膜と異なる電圧が印加される［Ａ０２］乃至［Ａ０４］又は［Ｂ０２］乃至［Ｂ０４］のいずれか１項に記載の撮像装置。
［Ｆ０２］撮像素子に設けられた調光装置の動作を制御する薄膜トランジスタが撮像素子に設けられている［Ｆ０１］に記載の撮像装置。
［Ｆ０３］画素信号読出し装置の制御下、選択された撮像素子から画素信号読み出しが行われ、且つ、撮像素子への光入射開始及び光入射完了が時間的にランダムに行われる［Ｆ０１］又は［Ｆ０２］に記載の撮像装置。
［Ｆ０４］一対の電極にパルス状の電圧がランダムに印加される［Ｆ０１］乃至［Ｆ０３］のいずれか１項に記載の撮像装置。
［Ｆ０５］一対の電極には、第２ナノカーボン膜に印加される電圧以下の電圧であって、第１ナノカーボン膜に印加される電圧以上の電圧が印加される［Ｆ０１］乃至［Ｆ０４］のいずれか１項に記載の撮像装置。
［Ｆ０６］第１ナノカーボン膜は第１配線に接続され、第２ナノカーボン膜は第２配線に接続されている［Ｆ０１］乃至［Ｆ０５］のいずれか１項に記載の撮像装置。
［Ｆ０７］第１ナノカーボン膜は、グラフェン、カーボンナノチューブ又はフラーレンから構成されており、第２ナノカーボン膜は、グラフェン、カーボンナノチューブ又はフラーレンから構成されている［Ｆ０１］乃至［Ｆ０６］のいずれか１項に記載の撮像装置。
［Ｆ０８］第１中間層、第２中間層、第３中間層及び第４中間層を構成する材料は、二酸化チタン、チッ化チタン、酸化クロム、アモルファスシリコン、フッ化マグネシウム、窒化珪素及び酸化ケイ素から成る群から選択された少なくとも１種類の材料である［Ｆ０１］乃至［Ｆ０７］のいずれか１項に記載の撮像装置。
［Ｇ０１］ランダムパルス電圧を発生させ、発生させたランダムパルス電圧を調光装置を備えた撮像素子に送出するランダムパルス電圧発生・送出装置を有する［Ｃ０１］乃至［Ｆ０７］のいずれか１項に記載の撮像装置。
［Ｇ０２］調光装置を備えた複数の撮像素子に対して、ランダムパルス電圧発生・送出装置が１つ配されている［Ｇ０１］に記載の撮像装置。
［Ｇ０３］ランダムパルス電圧は正負の極性を有する［Ｇ０１］又は［Ｇ０２］に記載の撮像装置。
［Ｈ０１］調光装置を備えた撮像素子によって得られた出力信号に基づき算出されたパルス電圧が印加される［Ｃ０１］乃至［Ｇ０３］のいずれか１項に記載の撮像装置。
［Ｈ０２］調光装置を備えた撮像素子からの画像出力信号が空間的及び時間的に間引かれることによって画像出力信号が圧縮される［Ｃ０１］乃至［Ｇ０１］のいずれか１項に記載の撮像装置。
［Ｈ０３］２次元マトリクス状に配列された撮像素子は、第１半導体チップに設けられており、
ランダムパルス電圧を発生させ、発生させたランダムパルス電圧を調光装置を備えた撮像素子に送出するランダムパルス電圧発生・送出装置が、第２半導体チップに設けられており、
第１半導体チップと第２半導体チップは積層されており、
調光装置とランダムパルス電圧発生・送出装置とは、スルー・シリコン・ビアを介して接続されており、又は、バンプを介して接続されている［Ｃ０１］乃至［Ｈ０２］のいずれか１項に記載の撮像装置。
［Ｈ０４］撮像素子は裏面照射型である［Ｈ０３］に記載の撮像装置。
［Ｈ０５］ランダムパルス電圧を発生させ、発生させたランダムパルス電圧を調光装置を備えた撮像素子に送出するランダムパルス電圧発生・送出装置が備えられており、
調光装置とランダムパルス電圧発生・送出装置とは、ナノカーボン膜又は透明導電材料層から成る接続配線で接続されている［Ｃ０１］乃至［Ｈ０４］のいずれか１項に記載の撮像装置。
［Ｈ０６］撮像素子は、第１の方向及び第２の方向に２次元マトリクス状に配列されており、
第１ナノカーボン膜は、第１の方向に延び、第１の方向に配列された撮像素子において共通であり、
第２ナノカーボン膜は、第２の方向に延び、第２の方向に配列された撮像素子において共通であり、
第１ナノカーボン膜には正極性のランダムパルス電圧が印加されると共に、第２ナノカーボン膜には負極性のランダムパルス電圧が印加される［Ｃ０１］乃至［Ｈ０５］のいずれか１項（但し、［Ａ０６］、［Ｂ０６］、［Ｄ０２］、［Ｅ０２］及び［Ｆ０２］を除く）に記載の撮像装置。
［Ｈ０７］第１の方向に延びる第１ナノカーボン膜の端部は、櫛形電極状にパターニングされており、
第２の方向に延びる第２ナノカーボン膜の端部は、櫛形電極状にパターニングされている［Ｈ０６］に記載の撮像装置。
［Ｊ０１］《画素信号読み出し方法・・・第１の態様／アナログ−デジタル変換器》
第１の方向及び第２の方向に２次元マトリクス状に配列された撮像素子、
画素信号読出し装置、及び、
アナログ−デジタル変換器、
を備えた撮像装置における画素信号読み出し方法であって、
画素信号読出し装置によってアナログ−デジタル変換器をランダムに作動させることで、撮像素子の画素信号読み出しを時間軸でランダムに行う画素信号読み出し方法。
［Ｊ０２］《画素信号読み出し方法・・・第２の態様／読出しアンプ》
第１の方向及び第２の方向に２次元マトリクス状に配列された撮像素子、
画素信号読出し装置、及び、
読出しアンプ、
を備えた撮像装置における画素信号読み出し方法であって、
画素信号読出し装置によって読出しアンプをランダムに作動させることで、撮像素子の画素信号読み出しを時間軸でランダムに行う画素信号読み出し方法。
【符号の説明】
【０２２９】
１１・・・撮像素子ユニット１１、１２，１２1，１２2・・・撮像素子、１３1，１３2，１３3，１３4，１３5，１３6，１３7，１３8・・・アナログ−デジタル変換器（ＡＤ変換器）、１４1，１４2，１４3，１４4，１４5，１４6，１４7，１４8・・・スイッチング素子、１５1，１５2，１５3，１５4，１５5，１５6，１５7，１５8・・・読出しアンプ、１６・・・画素信号読出し装置（画素信号読出し回路)、１００，２００，２００’，３００1，３００2，４００・・・調光装置、２１１，２１２，３１１，３１２，４１１，４１２・・・電極、１１３，１１３M，２１３，３１３，４１３・・・調光層、４１３’・・・調光層の積層構造体、１１４，２１４，３１４，４１４・・・第１ナノカーボン膜、１１５，２１５，４１５・・・第２ナノカーボン膜、１１６・・・誘電体材料層、２１６Ａ，３１６Ａ，４１６Ａ・・・第１誘電体材料層、２１６Ｂ，３１６Ｂ，４１６Ｂ・・・第２誘電体材料層、４１６Ｃ・・・第３誘電体材料層、１１７Ａ，２１７Ａ，３１７Ａ，４１７Ａ・・・第１中間層、１１７Ｂ，２１７Ｂ，３１７Ｂ，４１７Ｂ・・・第２中間層、４１７Ｃ・・・第３中間層、４１７Ｄ・・・第４中間層、１１８，２１８，４１８・・・第１配線、１１９，２１９，４１９・・・第２配線、２１・・・調光装置、２２・・・シリコン半導体基板、２３・・・層間絶縁膜、２４・・・保護膜、２５・・・カラーフィルター層（あるいは、平坦化膜）、２６・・・集光レンズ（オンチップレンズ）、２７・・・受光素子（フォトセンサ、フォトダイオード、光電変換素子）、２８・・・遮光膜、２９Ａ・・・層間絶縁層、２９Ｂ・・・保護膜、３１・・・垂直走査回路、３２・・・水平走査回路、３３・・・水平転送回路、４１・・・蓄積電荷検出回路、４２・・・電圧保持容量、５１１・・・第１半導体チップ、５２１・・・第２半導体チップ、５２２・・・ランダムパルス電圧発生・送出装置、５２３・・・各種回路、５３１・・・スルー・シリコン・ビア（ＴＳＶ）、５３２・・・パッド部、５４１・・・信号処理部、５４２・・・メモリ部、５４３・・・データ処理部、５４４・・・制御部、５４５・・・電流源、５４６・・・デコーダ、５４７・・・行デコーダ、５４８・・・インターフェース（ＩＦ）部、５４９・・・列デコーダ／センスアンプ、５５１・・・比較器（コンパレータ）、５５２・・・カウンタ部、５５４・・・ランプ電圧生成器（参照電圧生成部）、５５５・・・データラッチ部、５５６・・・パラレル−シリアル変換部（パラシリ変換部）、Ｒ1，Ｇ1，Ｂ1，ＩＲ1・・・撮像素子
【図１】
2016039392.tif 000003
【図２】
2016039392.tif 000004
【図３】
2016039392.tif 000005
【図４】
2016039392.tif 000006
【図５】
2016039392.tif 000007
【図６】
2016039392.tif 000008
【図７】
2016039392.tif 000009
【図８】
2016039392.tif 000010
【図９】
2016039392.tif 000011
【図１０】
2016039392.tif 000012
【図１１】
2016039392.tif 000013
【図１２】
2016039392.tif 000014
【図１３】
2016039392.tif 000015
【図１４】
2016039392.tif 000016
【図１５】
2016039392.tif 000017
【図１６】
2016039392.tif 000018
【図２２】
2016039392.tif 000019
【図２３】
2016039392.tif 000020
【図２４】
2016039392.tif 000021
【図２５】
2016039392.tif 000022
【図２６】
2016039392.tif 000023
【図２７】
2016039392.tif 000024
【図２８】
2016039392.tif 000025
【図２９】
2016039392.tif 000026
【図３０】
2016039392.tif 000027
【図３１】
2016039392.tif 000028
【図３２】
2016039392.tif 000029
【図３３】
2016039392.tif 000030
【図３４】
2016039392.tif 000031
【図３５】
2016039392.tif 000032
【図３６】
2016039392.tif 000033
【図３７】
2016039392.tif 000034
【図３８】
2016039392.tif 000035
【図４０】
2016039392.tif 000036
【図１７】
2016039392.tif 000037
【図１８】
2016039392.tif 000038
【図１９】
2016039392.tif 000039
【図２０】
2016039392.tif 000040
【図２１】
2016039392.tif 000041
【図３９】
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