特開 2024-92602 光検出素子及び電子機器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024092602

(43)【公開日】2024-07-08

(54)【発明の名称】光検出素子及び電子機器

(51)【国際特許分類】

   H04N 25/583 20230101AFI20240701BHJP

   H04N 25/76 20230101ALI20240701BHJP

   H01L 27/146 20060101ALI20240701BHJP

【ＦＩ】

H04N25/583

H04N25/76

H01L27/146 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】20

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022208653

(22)【出願日】2022-12-26

(71)【出願人】

【識別番号】316005926

【氏名又は名称】ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100120031

【弁理士】

【氏名又は名称】宮嶋 学

(72)【発明者】

【氏名】加藤 祐理

【テーマコード（参考）】

4M118

5C024

【Ｆターム（参考）】

4M118AA02

4M118AB01

4M118BA14

4M118CA02

4M118DD04

4M118DD12

4M118FA06

4M118FA33

4M118GC08

5C024CX43

5C024CX67

5C024CY50

5C024EX52

5C024GX03

5C024GX07

5C024GY31

5C024HX23

5C024HX29

5C024HX30

(57)【要約】

【課題】本開示では、明暗差を有する撮像対象が撮像範囲を超えることを抑制可能な光検出素子及び電子機器を提供する。
【解決手段】本開示によれば、入射光を光電変換する光電変換素子と、光電変換素子の生成する第１電荷が増加する従い増加率が減少する電気信号を用いて、入射光の光束量に関する第１信号を生成する第１回路と、を備える光検出素子が提供される。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

入射光を光電変換する光電変換素子と、
前記光電変換素子の生成する第１電荷が増加するに従い増加率が減少する電気信号を用いて、前記入射光の光束量に関する第１信号を生成する第１回路と、
を備える光検出素子。

【請求項2】

前記第１信号に基づき、画像信号の生成に用いる第２時間の情報を有する第２信号を生成する第２回路を更に備える、請求項１に記載の光検出素子。

【請求項3】

前記第２信号に基づき、光電変換素子が生成する第２電荷の第２時間を制御する第３回路を更に備える、請求項２に記載の光検出素子。

【請求項4】

前記第３回路は、前記光電変換素子が生成する第２電荷の第２時間を制御する、請求項３に記載の光検出素子。

【請求項5】

前記第３回路は、前記光電変換素子と異なる光電変換素子が生成する第２電荷の第２時間を制御する、請求項３に記載の光検出素子。

【請求項6】

前記第３回路は、前記光電変換素子と異なる複数の光電変換素子が生成する第２電荷の第２時間を制御する、請求項３に記載の光検出素子。

【請求項7】

前記第３回路は、前記第１信号が大きくなるに従い第２時間（露光時間）をより短くする、請求項３に記載の光検出素子。

【請求項8】

前記第２時間は、前記第２電荷が蓄積される蓄積時間に対応しており、
前記第２時間に対応する画像信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換器を、更に備える、請求項７に記載の光検出素子。

【請求項9】

前記第１信号に基づき前記デジタル信号の値を変更値に変更する第４回路を、更に備える、請求項８に記載の光検出素子。

【請求項10】

前記第４回路は、前記第１信号が小さくなるに従い、前記デジタル信号を減少させる割合を増加させる、請求項９に記載の光検出素子。

【請求項11】

前記第４回路は、所定の第３時間に対して前記第２時間が何倍になっているかを示す係数でデジタル変換値を除算した値に、前記変更値を対応させる、請求項１０に記載の光検出素子。

【請求項12】

前記第１回路は、前記光電変換素子の生成する第１電荷量に応じた対数の電圧信号を前記第１信号として生成する非線形変換回路である、請求項３に記載の光検出素子。

【請求項13】

前記第２回路は、前記第１信号と参照電圧とを比較することにより、第２信号を生成する比較器であり、
前記第２信号を保持するメモリを、更に備える、請求項３に記載の光検出素子。

【請求項14】

前記第３回路は、前記メモリに保持される前記第２信号に基づき、前記第２電荷の蓄積時間を制御する、請求項１３に記載の光検出素子。

【請求項15】

前記光電変換素子を含む複数の光電変換素子を更に備え、
前記複数の光電変換素子が構成される第１層素子と、
前記第１前記素子に積層され、前記第３回路が構成される第２層素子と、
を備える、請求項３に記載の光検出素子。

【請求項16】

前記第１回路は前記第１層素子に構成される、請求項１５に記載の光検出素子。

【請求項17】

前記第１回路を含む複数の第１回路と、
前記第３回路を含む複数の第３回路と、を更に備え、
前記第１回路及び前記第３回路は、前記複数の光電変換素子毎に構成される、請求項１６に記載の光検出素子。

【請求項18】

請求項２に記載の光検出素子と、
前記入射光を集光する光学系と、を
備える電子機器。

【請求項19】

前記画像信号に基づく画像を表示することが可能である表示部を、
更に備える、請求項１８に記載の電子機器。

【請求項20】

前記入射光は、前記表示部を介して、前記光学系に集光される、請求項１９に記載の電子機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、光検出素子及び電子機器に関する。

【背景技術】

【0002】

一般的な光検出素子では、二次元に配列された画素回路がそれぞれ光電変換素子を有する。これらの光電変換素子では、一律に露光時間が設定され、光電荷を生成する。また、光検出素子は、各光電変換素子で発生した光電荷を信号電圧として読み出し、アナログ、デジタル変換を行う。これらの画素回路では、蓄積可能な光電荷の量には限りがあるため、露光時間は被写体に応じて調整する必要がある。

【0003】

ところが、明暗差が激しい撮像対象では、露光時間を調整しても、照度が高い部分では光電変換素子の飽和電荷数をオーバーし、ダイナミックレンジを越えて白飛びして、信号が喪失してしまう恐れがある。一方で、照度が低い部分ではダイナミックレンジを越えて黒飛びして、信号が喪失してしまう恐れがある。また、照度が低い部分は信号電荷が不足してＳ／Ｎが低下してしまう恐れがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２０－６５２７２号公報

【特許文献2】特開２００５－３１１９３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

そこで、本開示では、明暗差を有する撮像対象がダイナミックレンジを超えることを抑制可能な光検出素子及び電子機器を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記の課題を解決するために、本開示によれば、
入射光を光電変換する光電変換素子と、
前記光電変換素子の生成する第１電荷が増加するに従い増加率が減少する電気信号を用いて、前記入射光の光束量に関する第１信号を生成する第１回路と、
を備える光検出素子が提供される。

【0007】

前記第１信号に基づき、画像信号の生成に用いる第２時間の情報を有する第２信号を生成する第２回路を更に備えてもよい。

【0008】

前記第２信号に基づき、光電変換素子が生成する第２電荷の第２時間を制御する第３回路を更に備えてもよい。

【0009】

前記第３回路は、前記光電変換素子が生成する第２電荷の第２時間を制御してもよい。

【0010】

前記第３回路は、前記光電変換素子と異なる光電変換素子が生成する第２電荷の第２時間を制御してもよい。

【0011】

前記第３回路は、前記光電変換素子と異なる複数の光電変換素子が生成する第２電荷の第２時間を制御してもよい。

【0012】

前記第３回路は、前記第１信号が大きくなるに従い第２時間をより短くしてもよい。

【0013】

前記第２時間は、前記第２電荷を蓄積される蓄積時間に対応しており、
前記第２時間に対応する画像信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換器を、更に備えてもよい。

【0014】

前記第１信号に基づき前記デジタル信号の値を変更値に変更する第４回路を、更に備えてもよい。

【0015】

前記第４回路は、前記第１信号が小さくなるに従い、前記デジタル信号を減少させる割合を増加させてもよい。

【0016】

前記第４回路は、所定の第３時間に対して前記第２時間が何倍になっているかを示す係数でデジタル変換値を除算した値に、前記変更値を対応させてもよい。

【0017】

前記第１回路は、前記光電変換素子の生成する第１電荷量に応じた対数の電圧信号を前記第１信号として生成する非線形変換回路であってもよい。

【0018】

前記第２回路は、前記第１信号と参照電圧を比較することにより、第２信号を生成する比較器であり、
前記第２信号を保持するメモリを、更に備えてもよい。

【0019】

前記第３回路は、前記メモリに保持される前記第２信号に基づき、前記第２電荷の蓄積時間を制御してもよい。

【0020】

前記光電変換素子を含む複数の光電変換素子を更に備え、
前記複数の光電変換素子が構成される第１素子と、
前記第１素子に積層され、前記第３回路が構成される第２素子と、
を備えてもよい。

【0021】

前記第１回路は第１素子に構成されてもよい。

【0022】

前記第１回路を含む複数の第１回路と、
前記第３回路を含む複数の第３回路と、を更に備え、
前記第１回路及び前記第３回路は、前記複数の光電変換素子毎に構成されてもよい。

【0023】

本開示によれば、光検出素子と、
前記入射光を集光する光学系と、を
備える電子機器が提供されてもよい。

【0024】

前記画像信号に基づく画像を表示する表示部を、
更に備えてもよい。

【0025】

前記入射光は、前記表示部を介して、前記光学系に集光されてもよい。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】本技術の実施の形態における撮像装置の一構成例を示すブロック図。

【図2】光検出素子の構成例を示す図。

【図3】画素アレイ部に行列状に配置される画素回路を模式的に示す図。

【図4】画素行ドライバの制御例を示す図。

【図5】ＡＤ変換器の構成例を示すブロック図。

【図6】画素回路の構成の一例を示すブロック図。

【図7】非線形変換回路の入出力特性の例を示す図。

【図8】画素回路の構成例を示す回路図。

【図9】画素回路の１フレーム期間における動作例を示すタイムチャート。

【図10】第２実施形態に係る画素回路の構成の一例を示すブロック図。

【図11】第２実施形態に係る画素回路の構成の一例を示す回路図。

【図12】第２実施形態に係る画素回路の動作例を示すタイムチャ－ト。

【図13】第３実施形態に係る画素アレイ部の構成例を示す図。

【図14】第３実施形態に係る画素回路の構成の一例を示すブロック図。

【図15】第４実施形態に係る画素回路の構成の一例を示すブロック図。

【図16】第５実施形態に係る画素回路の構成の一例を示すブロック図。

【図17】第６実施形態に係るメモリ回路の構成の一例を示すブロック図。

【図18】第６実施形態に係る画素回路の動作例を示すタイムチャ－ト。

【図19】第７実施形態による撮像装置の模式的な断面図。

【図20】撮像装置の外観模式図。

【図21】車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図。

【図22】車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下、図面を参照して、光検出素子及び電子機器の実施形態について説明する。以下では、光検出素子及び電子機器の主要な構成部分を中心に説明するが、光検出素子及び電子機器には、図示又は説明されていない構成部分や機能が存在しうる。以下の説明は、図示又は説明されていない構成部分や機能を除外するものではない。

【0028】

（第１実施形態）
［撮像装置の構成例］
図１は、本技術の実施の形態における撮像装置１００の一構成例を示すブロック図である。この撮像装置１００は、撮像レンズ１１０、光検出素子２００、記録部１２０および制御部１３０を備える。撮像装置１００としては、ウェアラブルデバイスに搭載されるカメラや、車載カメラなどの電子機器が想定される。なお、本実施形態に係る撮像レンズ１１０が光学系に対応し、撮像装置１００が、電子機器に対応する。

【0029】

撮像レンズ１１０は、入射光を集光して光検出素子２００に集光する。光検出素子２００は、複数の画素回路を有する。この光検出素子２００の受光面には、複数の画素回路が行列状に配置され、撮像レンズ１１０を介した光学像が検出される。

【0030】

本実施形態に係る画素回路のそれぞれは、集光された入射光に応じて、例えば露光時間を変更可能である。すなわち、画素回路のそれぞれは、ダイナミックレンジの範囲内での露光時間の変更が可能であり、画像信号を出力する。光検出素子２００は、画素回路のそれぞれが出力する画像信号に基づき、階調用画像を構成する。また、光検出素子２００は、階調用画像に対し、画像認識処理などの所定の信号処理を実行し、その処理後のデータを記録部１２０に信号線２０９を介して出力することが可能である。

【0031】

記録部１２０は、光検出素子２００からのデータを記録する。制御部１３０は、信号線１３９を介し、光検出素子２００を制御して画像データを撮像させる。

【0032】

［光検出素子の構成例］
図２は、本技術の実施の形態における光検出素子２００の構成例を示す図である。図２に示すように、本開示に係る光検出素子２００は、画素アレイ部２１０と、クロック信号生成部２１１と、ＡＤ変換器２１２と、制御回路２１３と、画像信号プロセッサ２１４と、入出力インタフェース２１５とを有する。制御回路２１３は、画素ドライバ２１３ａと、Ｒｅｆ信号生成器２１３ｂとを有する。

【0033】

ここで、図３に基づき、画素アレイ部２１０の構成を説明する。図３は、画素アレイ部２１０に行列状に配置される画素回路３００を模式的に示す図である。図３に示すように、画素アレイ部２１０には、複数の画素回路３００が２次元状に配列される。これらの画素回路３００は、受光した光を信号に変換する光電変換素子を有する。この光電変換素子は、例えば受光量に応じた電荷、すなわち光電流を生成するフォトダイオードである。なお、Ｒ、Ｇ、Ｂは、画素回路３００の画素に配置されるカラーフィルターの例である。すなわち、Ｒは、レッドフィルタ、Ｇは、グリンフィルタ、Ｂは、ブルーフィルタを示す。以下、水平方向に配列された画素回路の集合を「行」と称し、行に垂直な方向に配列された画素回路の集合を「列」と称する場合がある。なお、本実施形態では、少なくとも１つの光電変換素子を有する所定の領域を画素と称する場合がある。また、本実施形態では、１つの光電変換素子と、この光電変換素子に接続される少なくとも１つの電子回路又は電子素子（例えばトランジスタ）とを、有する構成を画素回路と称する場合がある。

【0034】

画素回路３００の画素列毎に、垂直信号線ＶＳＬが配線される。画素回路３００のそれぞれは、例えば光電流に応じた電圧のアナログ信号を画像信号として生成し、垂直信号線ＶＳＬを介してＡＤ変換器２１２（図２参照）に出力する。なお、画素回路３００の詳細は後述する。

【0035】

再び図２に示すように、クロック信号生成部２１１は、クロック回路を有する。このクロック信号生成部２１１は、基準となるクロック信号を、ＡＤ変換器２１２と、制御回路２１３と、に供給する。

【0036】

ＡＤ変換器２１２は、垂直信号線ＶＳＬ（図３参照）ごとに読み出されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。なお、ＡＤ変換器２１２の詳細も後述する。

【0037】

制御回路２１３の画素行ドライバ２１３ａは、画素アレイ部２１０に制御信号を供給することにより、画素アレイ部２１０の画素回路３００を駆動する。この画素行ドライバ２１３ａは、画素回路３００に対して判定駆動と、撮像駆動とを行うことが可能である。

【0038】

制御回路２１３のＲｅｆ信号生成器２１３ｂは、各フォトダイオードで発生した光電荷に応じた信号電圧との比較に用いる参照電圧Ｒｅｆを生成する。この参照電圧Ｒｅｆは、例えば時間の経過にしたがい段階的に電圧が変動する信号である。

【0039】

図４は、画素行ドライバ２１３ａの制御例を示す図である。縦軸は、画素回路３００の画素行（ｌｉｎｅ）を示し、横軸は時間（ｔｉｍｅ）を示す。図４に示すように、本実施形態に係る画素行ドライバ２１３ａは、画素回路３００の画素行毎に制御を順に行う。

【0040】

ラインＬ１０は、画素行ドライバ２１３ａが、画素回路３００の画素行毎に判定駆動を開始する時間を示す。ラインＬ１２は、画素行ドライバ２１３ａが、画素回路３００の画素行毎に判定駆動を終了する時間を示す。すなわち、ラインＬ１０とラインＬ１２との水平方向の時間Ｔ１０が判定駆動の時間に対応する。このように、判定駆動を行う時間Ｔ１０は、画素回路３００の画素行毎に順にずれていく。

【0041】

本実施形態に係る画素回路３００は、判定駆動を行う時間Ｔ１０の間に、画素回路３００に対応するフォトダイオードに入射する受光量を判定することが可能である。そして、画素回路３００は、撮像駆動において、フォトダイオードの露光時間を制御する。例えば、この受光量は、フォトダイオードに入射する入射光の単位面積あたりの光束量であり、照度に対応する。

【0042】

ラインＬ２０は、画素行ドライバ２１３ａが、画素回路３００の画素行毎に画像信号を読み出す時間を示す。画素回路３００の画素行毎の画像信号は、画素回路３００毎に各垂直信号線ＶＳＬ（図３参照）を介して、ＡＤ変換器２１２に読み出される。このように、画像信号を読み出す時間Ｌ２０は、画素回路３００の画素行毎に順にずれていく。

【0043】

また、ラインＬ１２とラインＬ２０の読み出しの終了タイミングとの水平方向の時間Ｔ１２が露光時間に対応する。画素回路３００ごとの露光時間は、時間Ｔ１２の中で制御される。図４では、説明を簡単にするために、露光時間をラインＬ１２～Ｌ１８の４段階で示しているが、これに限定されない。例えば、８段階、１２段階、３０段階などでもよい。或いは、露光時間を連続的に変更してもよい。

【0044】

画素回路３００は、判定駆動で、受光量が例えば最も少ないレベルと判定する場合に、ラインＬ１２から露光を開始する。同様に、画素回路３００は、判定駆動で、受光量が例えば２番目に少ないレベルと判定する場合に、ラインＬ１４から露光を開始する。同様に、画素回路３００は、判定駆動で、受光量が例えば３番目に少ないレベルと判定する場合に、ラインＬ１６から露光を開始する。同様に、画素回路３００は、判定駆動で、受光量が例えば４番目に少ないレベル（最も受光量が多いいレベル）と判定する場合に、ラインＬ１８から露光を開始する。このように、各画素回路３００は、画素行ドライバ２１３ａの制御に従い、判定駆動での受光量の判定に応じて、撮像駆動におけるフォトダイオードの露光時間を制御する。

【0045】

図５に基づき、ＡＤ変換器２１２の構成例を説明する。図５は、ＡＤ変換器２１２の構成例を示すブロック図である。このＡＤ変換器２１２は、画素回路３００の列ごとにＡＤＣ２３０を備える。このＡＤＣ２３０は、垂直信号線ＶＳＬを介して供給されたアナログの画像信号ＳＩＧ１をデジタル信号に変換する。ＡＤＣ２３０は、生成したデジタル信号を画像信号プロセッサ２１４に供給する。

【0046】

画像信号プロセッサ２１４は、ＡＤ変換器２１２からのデジタル信号に対し、ＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓａｍｐｌｉｎｇ）処理や画像認識処理などの所定の信号処理を実行する。この画像信号プロセッサ２１４は、処理結果を示す画像データを、入出力インタフェース２１５を介して記録部１２０（図１参照）に出力する。すなわち、この入出力インタフェース２１５は、記録部１２０、及び制御部１３０との入出力インタフェースである。

【0047】

（画素回路の構成例）
ここで、図６に基づき、画素回路の構成例を説明する。図６は、画素回路３００の構成の一例を示すブロック図である。図６に示すように、画素回路３００は、照度判定用フォトダイオード３０２と、非線形変換回路３０４と、比較器３０６と、メモリ３０８と、露光用フォトダイオード３１０と、駆動回路３１２と、画素制御回路３１４と、を有する。

【0048】

照度判定用フォトダイオード３０２は、判定駆動での受光量の判定に用いられるフォトダイオードである。照度判定用フォトダイオード３０２は、例えば光電変換素子であり、入射光を光電変換して電荷を生成する。なお、本実施形態において判定駆動で生成される電荷が、第１電荷に対応する。一方で、本実施形態において撮像駆動で生成される電荷が、第２電荷に対応する。

【0049】

図７は、非線形変換回路３０４の入出力特性の例を示す図である。横軸は照度判定用フォトダイオード３０２が生成した電流を示し、縦軸は出力電圧を示す。ラインＬ３０は、非線形変換回路３０４の入出力特性を示す。ラインＬ３０は、例えばログ曲線である。なお、本実施形態では、ラインＬ３０をログ曲線とするが、これに限定されない。例えば、ラインＬ３０は、電流が増加するにしたがい単調増加し、且つ電流が増加するにしたがい増加率が単調に減少する非線形曲線であればよい。また、ラインＬ３０の少なくとも一部の領域が、電流が増加するにしたがい単調増加し、且つ電流が増加するにしたがい増加率が単調に減少する非線形曲線を有しておればよい。

【0050】

図７に示すように、非線形変換回路３０４は、照度判定用フォトダイオード３０２が生成した電荷、すなわち光電流に応じて、電圧信号にラインＬ３０にしたがって非線形変換する。非線形変換回路３０４は、例えば、光電流が１桁変化する毎に電圧が約１００ｍＶ程度変化する特性を有する。このように、非線形変換回路３０４は、照度判定用フォトダイオード３０２に流れる光電流を電圧に、例えば対数圧縮することにより、より広い照度範囲に対応可能となる。すなわち、この非線形変換回路３０４は、照度判定用フォトダイオード３０２が生成する第１電荷が増加する従い増加率が減少する電圧信号を第１信号として生成する。これにより、例えば１００ｄＢを超える広い照度レンジにおいても飽和することなく、照度に応じた電圧信号を生成することが可能である。すなわち、この非線形変換回路３０４を用いて照度判定を行うことにより、例えば１００ｄＢを超える広い照度レンジにおいても、照度判定を行うことが可能となる。なお、本実施形態に係る非線形変換回路３０４が、第１回路に対応する。

【0051】

比較器３０６は、Ｒｅｆ信号生成器２１３ｂが生成する多段階の参照電圧Ｒｅｆと、非線形変換回路３０４が出力する電圧信号を比較する。この比較器３０６は、例えば、多段階の参照電圧Ｒｅｆを非線形変換回路３０４が出力する電圧信号が超えたレベルを示す数値を第２信号として出力する。この数値が、露光用フォトダイオード３１０の露光時間に対応する。なお、本実施形態に係る比較器３０６は、Ｒｅｆ信号生成器２１３ｂが生成する多段階の参照電圧Ｒｅｆに応じて数値を生成するが、これに限定されない。例えば、Ｒｅｆ信号生成器２１３ｂが連続的に変化する電圧信号Ｒｅｆを生成し、比較器３０６は、Ｒｅｆ信号生成器２１３ｂが生成する連続的に変化する参照電圧Ｒｅｆに応じた数値を生成してもよい。このように、比較器３０６は、電圧信号に基づき、画像信号の生成に用いる露光時間の情報を有する第２信号を生成する。なお、本実施形態に係る露光時間が第２時間に対応する。

【0052】

メモリ３０８は、比較器３０６が出力したレベルを示す第２信号を記憶する。メモリ３０８は、例えば、画素行ドライバ２１３ａのラインＬ１２（図４参照）と同期しており、ラインＬ１２から第２信号に応じた時間が経過するとハイレベル信号を出力する。また、メモリ３０８は、記憶した第２信号を画像信号プロセッサ２１４に出力することが可能である。

【0053】

露光用フォトダイオード３１０は、撮像駆動に用いられるフォトダイオードである。露光用フォトダイオード３１０は、例えば光電変換素子であり、入射光を光電変換して電荷を生成する。

【0054】

駆動回路３１２は、画素制御回路３１４の制御に従い、露光用フォトダイオード３１０が生成する電荷のリセットタイミング、及び蓄積時間、すなわち露光時間を制御する。また、駆動回路３１２は、蓄積された電荷に応じたアナログ信号を画像信号ＳＩＧ１として生成し、垂直信号線ＶＳＬ（図５参照）を介してＡＤ変換器２１２に出力する。

【0055】

画素制御回路３１４は、画素行ドライバ２１３ａの出力信号と、メモリ３０８の出力信号とに応じて、駆動回路３１２を制御する。上述のように、画素制御回路３１４は、画素行ドライバ２１３ａの制御にしたがい、露光用フォトダイオード３１０が生成する電荷のリセットタイミング、及び蓄積時間を制御する。すなわち、この画素制御回路３１４は、メモリ３０８の保持する第２信号に基づき、露光用フォトダイオード３１０が生成する電荷の露光時間を制御する。

【0056】

ここで、図８に基づき、画素回路３００の構成例をより詳細に説明する。図８は、画素回路３００の構成例を示す回路図である。図８に示すように、本実施形態に係る非線形変換回路３０４は、対数変換回路であり、例えばトランジスタ３３１１、トランジスタ３３１２、及びトランジスタ３３１３を有する回路構成となっている。例えば、トランジスタ３３１１はＮ型のＭＯＳトランジスタであり、トランジスタ３３１２はＰ型のＭＯＳトランジスタであり、トランジスタ３３１３はＮ型のＭＯＳトランジスタである。この非線形変換回路３０４は、対数変換回路であるが、これに限定されない。

【0057】

駆動回路３１２は、転送トランジスタ３３２０、リセットトランジスタ３３２１、増幅トランジスタ３３２２、選択トランジスタ３３２３、及び浮遊拡散層３３２４を有する。転送トランジスタ３３２０、リセットトランジスタ３３２１、増幅トランジスタ３３２２、及び選択トランジスタ３３２３は、例えば、Ｎ型のＭＯＳトランジスタである。画素制御回路３１４は、２つの論理積回路３１４ａ、３１４ｂを有する。また、画素行ドライバ２１３ａの画素制御回路３１４への入力は、バッフア２１３０、２１３２を介して入力される。

【0058】

照度判定用フォトダイオード３０２のアノードはグランドに接続され、カソードは信号入力線３３１４に接続される。非線形変換回路３０４のＮ型トランジスタ３３１１は、電源電圧ＶＤＤの電源ラインと信号入力線３３１４との間に接続される。Ｐ型トランジスタ３３１２及びＮ型トランジスタ３３１３は、電源電圧ＶＤＤの電源ラインとグランドとの間に直列に接続される。そして、Ｐ型トランジスタ３３１２及びＮ型トランジスタ３３１３の共通接続ノードには、Ｎ型トランジスタ３３１１のゲート電極と、比較器３０６の一方の入力端子とが接続される。

【0059】

Ｐ型トランジスタ３３１２のゲート電極には、所定のバイアス電圧Ｂｉａｓが印加される。これにより、Ｐ型トランジスタ３３１２は、一定の電流をＮ型トランジスタ３３１３に供給する。Ｎ型トランジスタ３３１３のゲート電極には、信号入力線３３１４を通して、フォトダイオード３０２から光電流が入力される。

【0060】

Ｎ型トランジスタ３３１１及びＮ型トランジスタ３３１３のドレイン電極は電源側に接続されており、ソースフォロワを構成する。これらのループ状に接続された２つのソースフォロワにより、フォトダイオード３０２からの光電流は、その対数の電圧信号Ｖｌｏｇに変換され、比較器３０６の一方の入力端子に供給される。また、比較器３０６の他方の入力端子には、Ｒｅｆ信号生成器２１３ｂから参照電圧Ｒｅｆが供給される。

【0061】

比較器３０６の出力端子は、メモリ３０８に接続される。メモリ３０８は、論理積回路３１４ａ、３１４ｂそれぞれの一方の入力端子に接続される。論理積回路３１４ａの他方の入力端子はバッフア２１３０の出力端子に接続され、画素行ドライバ２１３ａからリセットベース信号ＲＳＴ＿ＢＡＳＥが供給される。また、論理積回路３１４ａの出力端子は、リセットトランジスタ３３２１のゲートに接続される。

【0062】

論理積回路３１４ｂの他方の入力端子はバッフア２１３２の出力端子に接続され、画素行ドライバ２１３ａから転送ベース信号ＴＲＧ＿ＢＡＳＥが供給される。また、論理積回路３１４ｂの出力端子は、転送トランジスタ３３２０のゲートに接続される。なお、バッフア２１３０、及びバッフア２１３２は、メモリ３０８とのタイミング制御に用いられる。

【0063】

露光用フォトダイオード３１０のアノードはグランドに接続され、カソードは転送トランジスタ３３２０の一端に接続される。転送トランジスタ３３２０の他端は、浮遊拡散層３３２４に接続される。転送トランジスタ３３２０のゲートには、論理積回路３１４ａから転送信号ＴＲＧが供給される。この転送トランジスタ３３２０は、転送信号ＴＲＧがハイレベルのときに導通状態となり、ロウレベルのときに非導通状態となる。

【0064】

露光用フォトダイオード３１０から転送トランジスタ３３２０によって、露光用フォトダイオード３１０で光電変換された電荷が浮遊拡散層３３２４に供給される。露光用フォトダイオード３１０から供給される電荷は、浮遊拡散層３３２４に蓄積される。浮遊拡散層３３２４は、蓄積した電荷の量に応じた電圧値の電圧信号を生成する。

【0065】

リセットトランジスタ３３２１は、電源電圧ＶＤＤの電源ラインと浮遊拡散層３３２４との間に接続される。リセットトランジスタ３３２１のゲートには、論理積回路３１４ｂからリセット信号ＲＳＴが供給される。このリセットトランジスタ３３２１は、リセット信号ＲＳＴがハイレベルのときに導通状態となり、ロウレベルのときに非導通状態となる。

【0066】

増幅トランジスタ３３２２は、電源電圧ＶＤＤの電源ラインと垂直信号線ＶＳＬ（図３、図５参照）との間に、選択トランジスタ３３２３と直列に接続される。増幅トランジスタ３３２２は、浮遊拡散層３３２４で電荷電圧変換された電圧信号を増幅する。

【0067】

選択トランジスタ３３２３のゲート電極には、画素行ドライバ２１３ａから選択信号ＳＥＬが供給される。この選択トランジスタ３３２３は、選択信号ＳＥＬがハイレベルのときに導通状態となり、ロウレベルのときに非導通状態となる。すなわち、この選択トランジスタ３３２３は、選択信号ＳＥＬに応答して、増幅トランジスタ３３２２によって増幅された電圧信号を画素信号ＳＩＧ１として垂直信号線ＶＳＬを介してＡＤ変換器２１２（図３、図５参照）へ出力する。

【0068】

（画素回路の動作例）
図９は、画素回路３００の１フレーム期間における動作例を示すタイムチャートである。図９では、画素アレイ部２１０（図３参照）の同一行の異なる位置に配置される２つの画素回路３００の動作例を説明する。以下では２つの画素回路３００をそれぞれ画素回路Ａ、画素回路Ｂと称して説明する。
画素回路Ａに関する信号には１を付し、画素回路Ｂに関する信号には２を付して、説明する。Ｌ１０、Ｌ１２、Ｌ２０は、図４で示すラインＬ１０、ラインＬ１２、ラインＬ２０の同一画素行における時間に対応する。ここでは、画素回路Ａの照度判定用フォトダイオード３０２への入射光量が、画素回路Ｂの照度判定用フォトダイオード３０２への入射光量より少ない例で説明する。上述のように、この入射光量は、照度に対応する。

【0069】

図９に示すように、上から順に、選択信号ＳＥＬ１、２、リセット信号ＲＳＴ１、転送信号ＴＲＧ１、リセット信号ＲＳＴ２、転送信号ＴＲＧ２、リセットベース信号ＲＳＴ＿ＢＡＳＥ、転送ベース信号ＴＲＧ＿ＢＡＳＥ、メモリ（カウンタ１）、メモリ（カウンタ２）、電圧信号Ｖｌｏｇ１、電圧信号Ｖｌｏｇ２、参照電圧Ｒｅｆを示す。メモリ（カウンタ）は、比較器３０６の出力値と、メモリ３０８が出力するハイレベル信号の同期タイミングを数値で示す。

【0070】

リセットベース信号ＲＳＴ＿ＢＡＳＥ、及び転送ベース信号ＴＲＧ＿ＢＡＳＥは、例えば曲線Ｌ３０（図７参照）の特性に応じて、間隔が制御されている。例えば、曲線Ｌ３０で電流の間隔を等間隔としたときの電圧値の間隔に対応する。すなわち、リセットベース信号ＲＳＴ＿ＢＡＳＥ、及び転送ベース信号ＴＲＧ＿ＢＡＳＥのハイレベル信号間の間隔は、時間の経過と共に短くなる。

【0071】

まず、タイミングＬ１０で画素回路Ａ、画素回路Ｂの照度判定用フォトダイオード３０２が入射光に応じた光電流の生成を開始する。このときの、画素回路Ａ、画素回路Ｂにおける非線形変換回路３０４の電圧信号Ｖｌｏｇ１、電圧信号Ｖｌｏｇ２がそれぞれの比較器３０６に入力される。

【0072】

それぞれの比較器３０６では、参照電圧Ｒｅｆを越えたレベルの数値をメモリ３０８に出力する。画素回路Ａでは、２レベルを電圧信号Ｖｌｏｇ１が越えたので、レベル２を示す数値をメモリ３０８に出力する。一方で、画素回路Ｂでは、５レベルを電圧信号Ｖｌｏｇ２が越えたので、レベル５を示す数値をメモリ３０８に出力する。

【0073】

次に、タイミングＬ１２からタイミングＬ２０が終了するまで、リセットベース信号ＲＳＴ＿ＢＡＳＥ、及び転送ベース信号ＴＲＧ＿ＢＡＳＥのパルス状のハイレベル信号が、画素回路Ａ、Ｂの論理積回路３１４ａ、３１４ｂにそれぞれ順に入力される。

【0074】

このとき、画素回路Ａのメモリ３０８は、リセットベース信号ＲＳＴ＿ＢＡＳＥに同期しており、リセットベース信号ＲＳＴ＿ＢＡＳＥにおける２番目のハイレベル信号と同タイミングでハイレベル信号を、論理積回路３１４ａに出力する。すなわち、この２番目のハイレベル信号は、メモリ３０８に記憶されるレベル２を示す数値に対応している。これにより、論理積回路３１４ａは、リセットベース信号ＲＳＴ＿ＢＡＳＥの２番目のハイレベル信号に同期して、リセット信号ＲＳＴ１をリセットトランジスタ３３２１のゲートに供給する。

【0075】

このとき、画素回路Ａのメモリ３０８が出力するハイレベル信号は、論理積回路３１４ｂにも同時に入力される。これにより、論理積回路３１４ｂは、転送ベース信号ＴＲＧ＿ＢＡＳＥの２番目のハイレベル信号に同期して、転送信号ＴＲＧ１を転送トランジスタ３３２０のゲートに供給する。

【0076】

これにより、画素回路Ａのリセットトランジスタ３３２１、及び転送トランジスタ３３２０が同時に導通状態となり、画素回路Ａの照度判定用フォトダイオード３０２の蓄積電荷が排出される。そして、画素回路Ａの照度判定用フォトダイオード３０２の露光時間１が開始される。

【0077】

同様に、画素回路Ｂのメモリ３０８は、リセットベース信号ＲＳＴ＿ＢＡＳＥに同期しており、リセットベース信号ＲＳＴ＿ＢＡＳＥにおける５番目のハイレベル信号と同タイミングでハイレベル信号を、論理積回路３１４ａに出力する。すなわち、この５番目のハイレベル信号は、メモリ３０８に記憶されるレベル５を示す数値に対応している。これにより、論理積回路３１４ａは、リセットベース信号ＲＳＴ＿ＢＡＳＥの５番目のハイレベル信号に同期して、リセット信号ＲＳＴ１をリセットトランジスタ３３２１のゲートに供給する。

【0078】

このとき、画素回路Ｂのメモリ３０８が出力するハイレベル信号は、論理積回路３１４ｂにも同時に入力される。これにより、論理積回路３１４ｂは、転送ベース信号ＴＲＧ＿ＢＡＳＥの５番目のハイレベル信号に同期して、転送信号ＴＲＧ１を転送トランジスタ３３２０のゲートに供給する。

【0079】

これにより、画素回路Ｂのリセットトランジスタ３３２１、及び転送トランジスタ３３２０が同時に導通状態となり、画素回路Ａの照度判定用フォトダイオード３０２の蓄積電荷が排出される。そして、画素回路Ｂの照度判定用フォトダイオード３０２の露光時間２が開始される。

【0080】

次に、画素回路Ａ、及び画素回路Ｂそれぞれのメモリ３０８は、タイミングＬ２０に合わせて、ハイレベル信号を連続的に出力する。これらのハイレベル信号の一方は、リセットベース信号ＲＳＴ＿ＢＡＳのハイレベル信号に同期し、他方は、転送ベース信号ＴＲＧ＿ＢＡＳＥのハイレベル信号に同期する。これにより、画素回路Ａ、及び画素回路Ｂそれぞれの浮遊拡散層３３２４がリセットされた後に、画素回路Ａの照度判定用フォトダイオード３０２、及び画素回路Ｂの照度判定用フォトダイオード３０２の浮遊拡散層３３２４における蓄積電荷に応じた電圧が、増幅トランジスタ３３２２のゲートに印可される。

【0081】

また、タイミングＬ２０の読み出し時間では、画素回路Ａ、及び画素回路Ｂそれぞれの選択トランジスタ３３２３に選択信号ＳＥＬが同時に供給される。これにより、画素回路Ａ、及び画素回路Ｂそれぞれの選択トランジスタ３３２３は、同時に導通状態となり、画素回路Ａ、及び画素回路Ｂそれぞれの
増幅トランジスタ３３２２によって増幅された電圧信号が画素信号ＳＩＧ１として、それぞれの垂直信号線ＶＳＬを介してＡＤ変換器２１２（図２参照）へ出力される。

【0082】

このように、照度判定用フォトダイオード３０２の入射光量が少ない場合に、露光時間１をより長くし、照度判定用フォトダイオード３０２の入射光量が多いい場合に、露光時間２をより短くすることが可能である。これにより、画素回路３００毎に適切な露光時間を設定することが可能となる。すなわち、照度が低い画素回路３００においては十分な信号電荷を蓄積することでＳ／Ｎを改善することが可能となる。また、照度が高い画素回路３００においては露光時間を短く設定して受光部の飽和を防ぐことが可能となる。

【0083】

また、画像信号プロセッサ２１４は、ＡＤ変換器２１２から供給されるデジタル画像信号を、画素回路Ａ、及び画素回路Ｂそれぞれのメモリ３０８から供給される数値に応じて、基準となる露光時間に対応するように、正規化する。これにより、画像信号プロセッサ２１４が生成する画像データは、露光用フォトダイオード３１０に一律に露光時間を設定した場合と、同等の信号レベルにすることが可能となる。このように、一律に露光時間を設定した場合と、同等の信号レベルにしても、画素回路全体として高Ｓ／Ｎ、広ダイナミックレンジの画像取得が可能となる。さらにまた、低レベル信号を画像データ化するためには、高精度なＡ／Ｄ変換回路（例えば１４ｂｉｔなど）を画素回路３００内に備えることが一般に必要となってしまう。ところが、本実施形態では、入射光量が少ない場合に露光時間をより長くし、信号値をより大きくできるため、高精度なＡ／Ｄ変換回路を画素回路３００内に備えることなく画像データ化が可能となり、画素回路３００の微細化が可能となる。また、入射光量が少ない場合に露光時間をより長くすることにより、Ｓ／Ｎが向上する。なお、本実施形態に係る画像信号プロセッサ２１４が第４回路に対応する。

【0084】

以上説明したように、本実施形態に係る撮像装置１００は、画素回路３００毎の照度判定用フォトダイオード３０２を用いて、入射光量を予め測定する。そして、入射光量に応じて画素回路３００毎の露光用フォトダイオード３１０に露光時間を設定することとした。これにより、入射光量が少ない場合に、露光時間をより長くし、入射光量が多いい場合に、露光時間をより短くすることが可能である。このように、照度が低い露光用フォトダイオード３１０においては十分な信号電荷を蓄積することでＳ／Ｎを改善することが可能となり、照度が高い露光用フォトダイオード３１０においては露光時間を短く設定して信号値の飽和を防ぐことが可能となる。

【0085】

また、画像信号プロセッサ２１４が、ＡＤ変換器２１２から供給されるデジタル画像信号を、基準の露光時間に対応するように、正規化する。これにより、露光用フォトダイオード３１０に一律に露光時間を設定した場合と、同等の信号レベルを有する画像データを生成可能となる。また、一律に露光時間を設定した場合と同等の信号レベルを有する画像データを生成しても、画素アレイ部２１０全体として高Ｓ／Ｎ、広ダイナミックレンジの画像データを生成可能となる。

【0086】

（第２実施形態）
第２実施形態に係る撮像装置１００は、画素回路３００ａのフォトダイオード３３０が、露光用、及び照度判定用に用いられる点で、第１実施形態に係る撮像装置１００と相違する。以下では、第１実施形態に係る撮像装置１００と相違する点を説明する。

【0087】

図１０に基づき、第２実施形態に係る画素回路３００ａの構成例を説明する。図１０は、第２実施形態に係る画素回路３００ａの構成の一例を示すブロック図である。図１０に示すように、画素回路３００ａのフォトダイオード３３０が、露光用、及び照度判定用に用いられる。また、画像信号プロセッサ２１４とは、独立して、露光時間比補正器２５０を更に備える点で、第１実施形態に係る光検出素子２００と相違する。なお、本実施形態に係る露光時間比補正器２５０が第４回路に対応する。

【0088】

フォトダイオード３３０は、判定駆動では、判定中に流れる光電流によって発生したある時間のＶｌｏｇ電圧で判定を行うことが可能である。一方で、フォトダイオード３３０は、撮像駆動では、判定駆動で判定された入射光量に応じた、露光時間が設定される。

【0089】

露光時間比補正器２５０は、メモリ３０８の出力値に応じて、各照度判定結果が基準の露光時間に対して何倍になっているかを示す係数を演算する。そして、ＡＤ変換器２１２の画素信号のデジタル変換値を係数で除算する。これにより、各画素回路３００ａの画像信号を、基準の露光時間に対応させることが可能である。このように、画像信号プロセッサ２１４とは、独立して露光時間比補正器２５０を構成することにより、画像信号プロセッサ２１４ないの処理と干渉することがなく、処理速度をより高速化することが可能である。

【0090】

図１１は、第２実施形態に係る画素回路３００ａの構成の一例を示す回路図である。図１１に示すように、駆動回路３１２ａが、第２転送トランジスタ３３４０を更に有する。第２転送トランジスタ３３４０は、例えばＮ型のＭＯＳトランジスタであり、フォトダイオード３３０のカソードと、Ｎ型トランジスタ３３１３との間に接続される。また、ゲートには、画素ドライバ２１３ａから第２転送信号ＴＲＧＤが供給される。この第２転送トランジスタ３３４０は、第２転送信号ＴＲＧＤがハイレベルのときに導通状態となり、ロウレベルのときに非導通状態となる。フォトダイオード３３０は、露光用フォトダイオード３１０と同等の構成である。フォトダイオード３３０のカソードが、Ｎ型トランジスタ３３１３のゲートにも接続される点で露光用フォトダイオード３１０と相違する。

【0091】

図１２は、第２実施形態に係る画素回路３００ａの動作例を示すタイムチャ－トである。図９で示すタイムチャートに対して、第２転送信号ＴＲＧＤが追加されている。Ｌ１０からＬ１２までの判定駆動を実施している期間は、第２転送信号ＴＲＧＤがハイレベルとなる。これにより、判定駆動を実施している期間では、第２転送トランジスタ３３４０は、導通状態となり、フォトダイオード３３０の光電流は、非線形変換回路３０４側に供給される。一方で、その他の期間は第２転送信号ＴＲＧＤがロウレベルとなり、フォトダイオード３３０と、非線形変換回路３０４とは、非導通状態となる。駆動回路３１２ａのその他の動作は、第１実施形態に係る駆動回路３１２と同等である。

【0092】

以上説明したように、第２実施形態に係る撮像装置１００は、画素回路３００ａが、フォトダイオード３３０と、非線形変換回路３０４のＮ型トランジスタ３３１３のゲートとの間に接続される第２転送トランジスタ３３４０を有する。これにより、第２転送トランジスタ３３４０の接続状態と、非接続状態を制御することにより、フォトダイオード３３０を、判定駆動、及び撮像駆動に用いることが可能となり、画素回路３００ａの微細化が可能となる。また、判定駆動、及び撮像駆動に用いるフォトダイオード３３０が同一であるので、撮像駆動に用いる照度に関する値の判定をより高精度に行うことが可能となる。

【0093】

（第３実施形態）
第３実施形態に係る撮像装置１００は、画素回路３００が積層構造を有する点で、第１実施形態に係る撮像装置１００と相違する。以下では、第１実施形態に係る撮像装置１００と相違する点を説明する。

【0094】

図１３は、第３実施形態に係る画素アレイ部２１０ａの構成例を示す図である。図１３に示すように、画素アレイ部２１０ａは、第１層素子（センサチップ）５００と、第２層素子（ロジックチップ）５０２と、を備える。これらの基板は、Ｃｕ－Ｃｕ接合により電気的に接続される。なお、ビアやバンプにより接続することもできる。

【0095】

第３実施形態に係る画素回路３００は、第１画素回路３００２と、第２画素回路３００４と、制御回路３００６とを、有する。また、第１層素子（センサチップ）５００には、第１画素回路３００２と、第２画素回路３００４と、が隣接して二次元状に配置される。また、第２層素子（ロジックチップ）５０２には、制御回路３００６が、対応する第１画素回路３００２、及び第２画素回路３００４の位置に応じて、二次元状に配置される。

【0096】

図１４は、第３実施形態に係る画素回路３００の構成の一例を示すブロック図である。図１４に示すように、画素回路３００の第１画素回路３００２は、照度判定用フォトダイオード３０２と、非線形変換回路３０４と、を有している。さらにまた、画素回路３００の第２画素回路３００４は、露光用フォトダイオード３１０と、駆動回路３１２と、を有している。また、画素回路３００の制御回路３００６は、比較器３０６と、メモリ３０８と、画素制御回路３１４と、を有している。

【0097】

以上説明したように、本実施形態に係る撮像装置１００は、第１画素回路３００２と、第２画素回路３００４を第１層素子（センサチップ）５００に構成し、制御回路３００６を第２層素子（ロジックチップ）５０２に構成し、積層することとした。これにより、画素回路３００をより微細化することが可能である。

【0098】

（第４実施形態）
第４実施形態に係る撮像装置１００は、画素回路３００ａが積層構造を有する点で、第２実施形態に係る撮像装置１００と相違する。以下では、第２実施形態に係る撮像装置１００と相違する点を説明する。

【0099】

図１５は、第４実施形態に係る画素回路３００ａの構成の一例を示すブロック図である。図１５に示すように、画素回路３００ａは、第１層素子（センサチップ）５００と、第２層素子（ロジックチップ）５０２とに積層して構成される。

【0100】

第１層素子５００には、非線形変換回路３０４と、駆動回路３１２ａと、フォトダイオード３３０とが配置される。また、第２層素子５０２には、制御回路３００６ａが配置される。この制御回路３００６ａは、比較器３０６と、メモリ３０８と、画素制御回路３１４と、を有している。

【0101】

以上説明したように、本実施形態に係る非線形変換回路３０４と、駆動回路３１２ａと、フォトダイオード３３０と、を第１層素子（センサチップ）５００に構成し、制御回路３００６ａを第２層素子（ロジックチップ）５０２に構成し、積層することとした。これにより、画素回路３００ａをより微細化することが可能である。

【0102】

（第５実施形態）
第５実施形態に係る撮像装置１００は、画素回路３００ｂが複数のフォトダイオード３３０を有する点で、第２実施形態に係る撮像装置１００と相違する。以下では、第２実施形態に係る撮像装置１００と相違する点を説明する。

【0103】

図１６は、第５実施形態に係る画素回路３００ｂの構成の一例を示すブロック図である。図１６に示すように、光検出素子２００ｂが有する画素回路３００ｂは、画素回路３００は、非線形変換回路３０４と、比較器３０６と、メモリ３０８と、４つの駆動回路３１２ａと、画素制御回路３１４と、４つのフォトダイオード３３０と、を有する。

【0104】

図１６に示すように、４つのフォトダイオード３３０のなかの一つに非線形変換回路３０４、比較器３０６、メモリ３０８、及び画素制御回路３１４が接続される。４つのフォトダイオード３３０のなかの一つのフォトダイオード３３０、非線形変換回路３０４、比較器３０６、メモリ３０８、及び画素制御回路３１４の制御動作は、第２実施形態に係る撮像装置１００と同等である。すなわち、画素制御回路３１４が、４つの駆動回路３１２ａに同等の制御信号を供給し、同時に４つの駆動回路３１２ａを制御する。

【0105】

また、第１層素子５００には、非線形変換回路３０４と、４つの駆動回路３１２ａと、４つのフォトダイオード３３０が構成される。また、第２層素子５０２には、制御回路３００６ａが構成される。

【0106】

以上説明したように、本実施形態に係る画素回路３００ｂは、非線形変換回路３０４と、比較器３０６と、メモリ３０８と、４つの駆動回路３１２ａと、画素制御回路３１４と、４つのフォトダイオード３３０と、を有し、画素制御回路３１４が、４つの駆動回路３１２を制御することとした。これにより、画素回路３００ｂは、４つの画素回路３００ａを構成するよりも、微細化することが可能となる。また、非線形変換回路３０４と、４つの駆動回路３１２ａと、４つのフォトダイオード３３０と、を第１層素子５００に構成することとした。これにより、第１層素子５００の構成領域をより微細化することが可能となる。

【0107】

（第６実施形態）
第６実施形態に係る撮像装置１００は、画素回路が有するメモリをアップカウント後にダウンカウント動作が可能なメモリ回路で構成する点で第１実施形態に係る撮像装置１００と相違する。以下では、第１実施形態に係る撮像装置１００と相違する点を説明する。

【0108】

図１７は、第６実施形態に係るメモリ回路３０８０の構成例を示す図である。図１７に示すように、モリ回路３０８０は、アンド回路６００と、複数のネガティブエッジ型かつＤ型のフリップフロップ６０２、６０８、６１４、６２０と、複数の切り換えスイッチ６０４、６０６、６１０、６１２、６１６、６１８、と、アンド回路６２２と、オア回路６２４とを有する。なお、モリ回路３０８０は、例えばメモリ３０８（図６参照）などに対応する。

【0109】

フリップフロップ６０２、６０８、６１４、６２０はカスケード接続される。各フリップフロップ６０２、６０８、６１４、６２０は、反転出力ＮＱ（図ではＱの上に横バー“－”を付して示す）が自身のＤ入力端子に入力される。これにより、メモリ回路３０８０は、４ビットの非同期カウンタを構成する（特許文献２参照）。なお、図では、昇順に、フリップフロップ６０２、６０８、６１４、６２０の４段構成（４ビット分）で示しているが、実際には、その数はビット数分だけ設けられる。

【0110】

先ず、初段におけるフリップフロップ６０２のクロック端子ＣＫには、アンド回路６００の出力が入力さる。アンド回路６００の一方の入力端子には、クロックＣＬＫ信号がクロック信号生成部２１１（図１参照）から入力され、他方の入力端子には、比較器３０６からの信号が反転入力される。これにより、比較器３０６の出力がロウレベルの時に、フリップフロップ６０２のクロック端子ＣＫには、クロックＣＬＫ信号が入力される。

【0111】

またメモリ回路３０８０は、各フリップフロップ６０２、６０８、６１４、６２０間に、それぞれのフリップフロ
ップ６０２、６０８、６１４、６２０の非反転出力Ｑと反転出力ＮＱとＦＬレベルの３値を切り替える切り換えスイッチ６０４、６０６、６１０、６１２、６１６、６１８を有している。それぞれの切り換えスイッチは、図示しない制御回路２１３（図２参照）からの２ビットの制御信号ＳＬ、ＦＬに従って３つの入力信号を切り替えて、選択した１つの信号を後段のフリップフロップ４１０のクロック端子ＣＫに入力するようになっている。

【0112】

制御信号ＳＬがロウレベルの時には、後段のフリップフロップには、反転出力ＮＱが入力され、アップカウントとされる。一方で、制御信号ＳＬがハイレベルの時には、後段のフリップフロップには、非反転出力Ｑが入力され、ダウンカウントとされる。この、アップカウントからダウンカウントの切り替えの際に、制御信号ＦＬが所定期間の間、ハイレベルになる。

【0113】

また、各フリップフロップ６０２、６０８、６１４、６２０は、制御回路２１３（図２参照）からのリセット信号ＸＲＳＴにより、リセットされる。アンド回路６２２には、制御信号ＳＬが入力され、更に各フリップフロップ６０２、６０８、６１４、６２０の非反転出力Ｑが入力される。そして、オア回路６２４には、アンド回路６２２の出力と、制御信号ＦＬが入力される。オア回路６２４の出力は、画素制御信号イネーブルとして、制御回路２１３に出力される。

【0114】

このように、ビット数分のリセット機能付きフリップフロップで構成された非同期型のメモリ回路３０８０が照度判定レベルのカウントと保持を行うこととする。制御信号ＳＬによりカウントアップ、カウントダウンの切り替えが可能な構成となっている。また、制御信号FＬにより、カウントモードを切り替える際にもカウント値を保持することが出来る。Q0～Q3が4bitの照度判定レベルに対応する。この値を読み出すことで、実施例3のように露光時間比の補正や実施例4のように外部に判定結果データを出力することが可能である。

【0115】

図１８は、回路に対応したタイミングチャートを示す。図１８に示すように、まず、制御回路２１３（図２参照）は、XRST信号をロウレベルに制御して、各フリップフロップ６０２、６０８、６１４、６２０を初期化する。続けて照度判定フェーズに入る。

【0116】

次に、比較器３０６から出力される参照（ref）電圧のステップに応じてフリップフロップ６０２にクロックが入力され、カウントアップを行う。参照（ref）電圧に対してVlog電圧が低い期間は比較器出力がLowになりカウントアップを行う。比較器出力がHighになったところでクロック入力が停止しカウントアップが止まり、その値を保持する。この値が照度判定レベルに対応する。

【0117】

続けて、露光用PDの露光フェーズに入る。制御回路２１３は、制御信号SLをハイレベル（High）に切り替えることで、各フリップフロップ６０２、６０８、６１４、６２０をダウンカウントのモードにする。このアップカウントからダウンカウントの動作モードの切替時には、制御回路２１３は、制御信号FLをパルス状のハイレベル信号とする。これにより、カウント値が保持される（特許文献２を参照）。

【0118】

続けて、RST_BASE、TRG_BASE信号に同期して、フリップフロップ６０２にクロックが入力され、各フリップフロップ６０２、６０８、６１４、６２０は、ダウンカウント動作を開始する。カウント値が0になったところで、オア回路６２４の出力は、ハイレベルの画素制御イネーブル信号を制御回路２１３に出力する。後段の画素制御回路３１４（図８参照）のAND論理に入力され、RST_BASE、TRG_BASE信号と論理積を取る。すなわち、照度判定レベルに応じたタイミングで露光画素にRST、TRG信号が入力され露光用PDがリセットされ露光が開始する。露光期間が終了した後には、制御信号SLをロウレベル（Low）に切り替えることで、全ての画素にRST、TRG信号が順次入力され、浮遊容量のリセットと露光用PDからの電荷転送が行われる。

【0119】

以上説明したように、本実施形態に係る撮像装置１００では、メモリ３０８等を、ビット数分のリセット機能付きフリップフロップで構成された非同期型のメモリ回路３０８０で構成することとした。これにより、照度判定レベルQ0～Q3のカウントを保持し、照度判定レベルQ0～Q3のカウントに応じたカウントダウンが可能となる。このため、カウントダウンの期間を照度判定レベルに対応させることが可能となる。

【0120】

（第７実施形態）
図１９は、第７実施形態による撮像装置１００ａの模式的な断面図である。図１９の撮像装置１００ａは、スマートフォンや携帯電話、タブレット、ＰＣなど、表示機能と撮影機能を兼ね備えた任意の電子機器である。図１９の撮像装置１００ａは、表示部２の表示面とは反対側に配置される光検出素子２００を備えている。表示部２は、光検出素子２００の生成する画像信号に基づき、画像を表示することが可能である。このように、図１９の撮像装置１００ａは、表示部２の表示面の裏側に光検出素子２００を設けている。したがって、撮像装置１００ａの光検出素子２００は、表示部２を通して撮影を行うことになる。

【0121】

図２０は、撮像装置１００ａの外観模式図であり、図２０（ａ）は図１９の撮像装置１００ａの模式的な外観図であり、図２０（ｂ）は図２０（ａ）のＡ－Ａ線方向の断面図である。図２０（ａ）の例では、撮像装置１００ａの外形サイズの近くまで表示画面１ａが広がっており、表示画面１ａの周囲にあるベゼル１ｂの幅を数ｍｍ以下にしている。通常、ベゼル１ｂには、フロントカメラが搭載されることが多いが、図２０（ａ）では、破線で示すように、表示画面１ａの略中央部の裏面側にフロントカメラ３として機能する光検出素子２００、記録部１２０および制御部１３０を配置している。このように、フロントカメラ３を表示画面１ａの裏面側に設けることで、ベゼル１ｂにフロントカメラ３を配置する必要がなくなり、ベゼル１ｂの幅を狭めることができる。

【0122】

なお、図２０（ａ）では、表示画面１ａの略中央部の裏面側に撮像装置１００を配置しているが、本実施形態では、撮像装置１００の裏面側であればよく、例えば表示画面１ａの周縁部の近くの裏面側に撮像装置１００を配置してもよい。このように、本実施形態における撮像装置１００は、表示画面１ａと重なる裏面側の任意の位置に配置される。

【0123】

図１９に示すように、表示部２は、表示パネル４、円偏光板５、タッチパネル６、及びカバーガラス７を順に積層した構造体である。表示パネル４は、例えばＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ）部でもよいし、液晶表示部でもよいし、ＭｉｃｒｏＬＥＤでもよいし、その他の表示原理に基づく表示部２でもよい。ＯＬＥＤ部等の表示パネル４は、複数の層で構成されている。表示パネル４における透過率が低い部材には、フロントカメラ３の配置場所に合わせて、貫通孔を形成してもよい。貫通孔を通った被写体光がカ撮像装置１００に入射されるようにすれば、撮像装置１００で撮像される画像の画質を向上できる。

【0124】

円偏光板５は、ギラツキを低減したり、明るい環境下でも表示画面１ａの視認性を高めたり、するために設けられている。タッチパネル６には、タッチセンサが組み込まれている。タッチセンサには、静電容量型や抵抗膜型など、種々の方式があるが、いずれの方式を用いてもよい。また、タッチパネル６と表示パネル４を一体化してもよい。カバーガラス７は、表示パネル４等を保護するために設けられている。

【0125】

＜＜応用例＞＞
本開示に係る技術は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット、建設機械、農業機械（トラクター）などのいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。

【0126】

図２１は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システム７０００の概略的な構成例を示すブロック図である。車両制御システム７０００は、通信ネットワーク７０１０を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図２１に示した例では、車両制御システム７０００は、駆動系制御ユニット７１００、ボディ系制御ユニット７２００、バッテリ制御ユニット７３００、車外情報検出ユニット７４００、車内情報検出ユニット７５００、及び統合制御ユニット７６００を備える。これらの複数の制御ユニットを接続する通信ネットワーク７０１０は、例えば、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＬＩＮ（Ｌｏｃａｌ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）又はＦｌｅｘＲａｙ（登録商標）等の任意の規格に準拠した車載通信ネットワークであってよい。

【0127】

各制御ユニットは、各種プログラムにしたがって演算処理を行うマイクロコンピュータと、マイクロコンピュータにより実行されるプログラム又は各種演算に用いられるパラメータ等を記憶する記憶部と、各種制御対象の装置を駆動する駆動回路とを備える。各制御ユニットは、通信ネットワーク７０１０を介して他の制御ユニットとの間で通信を行うためのネットワークＩ／Ｆを備えるとともに、車内外の装置又はセンサ等との間で、有線通信又は無線通信により通信を行うための通信Ｉ／Ｆを備える。図２１では、統合制御ユニット７６００の機能構成として、マイクロコンピュータ７６１０、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０、専用通信Ｉ／Ｆ７６３０、測位部７６４０、ビーコン受信部７６５０、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０、音声画像出力部７６７０、車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０及び記憶部７６９０が図示されている。他の制御ユニットも同様に、マイクロコンピュータ、通信Ｉ／Ｆ及び記憶部等を備える。

【0128】

駆動系制御ユニット７１００は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット７１００は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。駆動系制御ユニット７１００は、ＡＢＳ（Ａｎｔｉｌｏｃｋ Ｂｒａｋｅ Ｓｙｓｔｅｍ）又はＥＳＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ）等の制御装置としての機能を有してもよい。

【0129】

駆動系制御ユニット７１００には、車両状態検出部７１１０が接続される。車両状態検出部７１１０には、例えば、車体の軸回転運動の角速度を検出するジャイロセンサ、車両の加速度を検出する加速度センサ、あるいは、アクセルペダルの操作量、ブレーキペダルの操作量、ステアリングホイールの操舵角、エンジン回転数又は車輪の回転速度等を検出するためのセンサのうちの少なくとも一つが含まれる。駆動系制御ユニット７１００は、車両状態検出部７１１０から入力される信号を用いて演算処理を行い、内燃機関、駆動用モータ、電動パワーステアリング装置又はブレーキ装置等を制御する。

【0130】

ボディ系制御ユニット７２００は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット７２００は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット７２００には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット７２００は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。

【0131】

バッテリ制御ユニット７３００は、各種プログラムにしたがって駆動用モータの電力供給源である二次電池７３１０を制御する。例えば、バッテリ制御ユニット７３００には、二次電池７３１０を備えたバッテリ装置から、バッテリ温度、バッテリ出力電圧又はバッテリの残存容量等の情報が入力される。バッテリ制御ユニット７３００は、これらの信号を用いて演算処理を行い、二次電池７３１０の温度調節制御又はバッテリ装置に備えられた冷却装置等の制御を行う。

【0132】

車外情報検出ユニット７４００は、車両制御システム７０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット７４００には、撮像部７４１０及び車外情報検出部７４２０のうちの少なくとも一方が接続される。撮像部７４１０には、ＴｏＦ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）カメラ、ステレオカメラ、単眼カメラ、赤外線カメラ及びその他のカメラのうちの少なくとも一つが含まれる。車外情報検出部７４２０には、例えば、現在の天候又は気象を検出するための環境センサ、あるいは、車両制御システム７０００を搭載した車両の周囲の他の車両、障害物又は歩行者等を検出するための周囲情報検出センサのうちの少なくとも一つが含まれる。

【0133】

環境センサは、例えば、雨天を検出する雨滴センサ、霧を検出する霧センサ、日照度合いを検出する日照センサ、及び降雪を検出する雪センサのうちの少なくとも一つであってよい。周囲情報検出センサは、超音波センサ、レーダ装置及びＬＩＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ、Ｌａｓｅｒ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）装置のうちの少なくとも一つであってよい。これらの撮像部７４１０及び車外情報検出部７４２０は、それぞれ独立したセンサないし装置として備えられてもよいし、複数のセンサないし装置が統合された装置として備えられてもよい。

【0134】

ここで、図２２は、撮像部７４１０及び車外情報検出部７４２０の設置位置の例を示す。撮像部７９１０、７９１２、７９１４、７９１６、７９１８は、例えば、車両７９００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部のうちの少なくとも一つの位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部７９１０及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部７９１８は、主として車両７９００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部７９１２、７９１４は、主として車両７９００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部７９１６は、主として車両７９００の後方の画像を取得する。車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部７９１８は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。

【0135】

なお、図２２には、それぞれの撮像部７９１０、７９１２、７９１４、７９１６の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲ａは、フロントノーズに設けられた撮像部７９１０の撮像範囲を示し、撮像範囲ｂ、ｃは、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部７９１２、７９１４の撮像範囲を示し、撮像範囲ｄは、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部７９１６の撮像範囲を示す。例えば、撮像部７９１０、７９１２、７９１４、７９１６で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両７９００を上方から見た俯瞰画像が得られる。

【0136】

車両７９００のフロント、リア、サイド、コーナ及び車室内のフロントガラスの上部に設けられる車外情報検出部７９２０、７９２２、７９２４、７９２６、７９２８、７９３０は、例えば超音波センサ又はレーダ装置であってよい。車両７９００のフロントノーズ、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部に設けられる車外情報検出部７９２０、７９２６、７９３０は、例えばＬＩＤＡＲ装置であってよい。これらの車外情報検出部７９２０～７９３０は、主として先行車両、歩行者又は障害物等の検出に用いられる。

【0137】

図２１に戻って説明を続ける。車外情報検出ユニット７４００は、撮像部７４１０に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像データを受信する。また、車外情報検出ユニット７４００は、接続されている車外情報検出部７４２０から検出情報を受信する。車外情報検出部７４２０が超音波センサ、レーダ装置又はＬＩＤＡＲ装置である場合には、車外情報検出ユニット７４００は、超音波又は電磁波等を発信させるとともに、受信された反射波の情報を受信する。車外情報検出ユニット７４００は、受信した情報に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット７４００は、受信した情報に基づいて、降雨、霧又は路面状況等を認識する環境認識処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット７４００は、受信した情報に基づいて、車外の物体までの距離を算出してもよい。

【0138】

また、車外情報検出ユニット７４００は、受信した画像データに基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等を認識する画像認識処理又は距離検出処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット７４００は、受信した画像データに対して歪補正又は位置合わせ等の処理を行うとともに、異なる撮像部７４１０により撮像された画像データを合成して、俯瞰画像又はパノラマ画像を生成してもよい。車外情報検出ユニット７４００は、異なる撮像部７４１０により撮像された画像データを用いて、視点変換処理を行ってもよい。

【0139】

車内情報検出ユニット７５００は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット７５００には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部７５１０が接続される。運転者状態検出部７５１０は、運転者を撮像するカメラ、運転者の生体情報を検出する生体センサ又は車室内の音声を集音するマイク等を含んでもよい。生体センサは、例えば、座面又はステアリングホイール等に設けられ、座席に座った搭乗者又はステアリングホイールを握る運転者の生体情報を検出する。車内情報検出ユニット７５００は、運転者状態検出部７５１０から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。車内情報検出ユニット７５００は、集音された音声信号に対してノイズキャンセリング処理等の処理を行ってもよい。

【0140】

統合制御ユニット７６００は、各種プログラムにしたがって車両制御システム７０００内の動作全般を制御する。統合制御ユニット７６００には、入力部７８００が接続されている。入力部７８００は、例えば、タッチパネル、ボタン、マイクロフォン、スイッチ又はレバー等、搭乗者によって入力操作され得る装置によって実現される。統合制御ユニット７６００には、マイクロフォンにより入力される音声を音声認識することにより得たデータが入力されてもよい。入力部７８００は、例えば、赤外線又はその他の電波を利用したリモートコントロール装置であってもよいし、車両制御システム７０００の操作に対応した携帯電話又はＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）等の外部接続機器であってもよい。入力部７８００は、例えばカメラであってもよく、その場合搭乗者はジェスチャにより情報を入力することができる。あるいは、搭乗者が装着したウェアラブル装置の動きを検出することで得られたデータが入力されてもよい。さらに、入力部７８００は、例えば、上記の入力部７８００を用いて搭乗者等により入力された情報に基づいて入力信号を生成し、統合制御ユニット７６００に出力する入力制御回路などを含んでもよい。搭乗者等は、この入力部７８００を操作することにより、車両制御システム７０００に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりする。

【0141】

記憶部７６９０は、マイクロコンピュータにより実行される各種プログラムを記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、及び各種パラメータ、演算結果又はセンサ値等を記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）を含んでいてもよい。また、記憶部７６９０は、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｃ Ｄｒｉｖｅ）等の磁気記憶デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス又は光磁気記憶デバイス等によって実現してもよい。

【0142】

汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、外部環境７７５０に存在する様々な機器との間の通信を仲介する汎用的な通信Ｉ／Ｆである。汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、ＧＳＭ（登録商標）（Ｇｌｏｂａｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ Ｍｏｂｉｌｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）、ＷｉＭＡＸ（登録商標）、ＬＴＥ（登録商標）（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）若しくはＬＴＥ－Ａ（ＬＴＥ－Ａｄｖａｎｃｅｄ）などのセルラー通信プロトコル、又は無線ＬＡＮ（Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）ともいう）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などのその他の無線通信プロトコルを実装してよい。汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、例えば、基地局又はアクセスポイントを介して、外部ネットワーク（例えば、インターネット、クラウドネットワーク又は事業者固有のネットワーク）上に存在する機器（例えば、アプリケーションサーバ又は制御サーバ）へ接続してもよい。また、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、例えばＰ２Ｐ（Ｐｅｅｒ Ｔｏ Ｐｅｅｒ）技術を用いて、車両の近傍に存在する端末（例えば、運転者、歩行者若しくは店舗の端末、又はＭＴＣ（Ｍａｃｈｉｎｅ Ｔｙｐｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）端末）と接続してもよい。

【0143】

専用通信Ｉ／Ｆ７６３０は、車両における使用を目的として策定された通信プロトコルをサポートする通信Ｉ／Ｆである。専用通信Ｉ／Ｆ７６３０は、例えば、下位レイヤのＩＥＥＥ８０２．１１ｐと上位レイヤのＩＥＥＥ１６０９との組合せであるＷＡＶＥ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ａｃｃｅｓｓ ｉｎ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）、ＤＳＲＣ（Ｄｅｄｉｃａｔｅｄ Ｓｈｏｒｔ Ｒａｎｇｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）、又はセルラー通信プロトコルといった標準プロトコルを実装してよい。専用通信Ｉ／Ｆ７６３０は、典型的には、車車間（Ｖｅｈｉｃｌｅ ｔｏ Ｖｅｈｉｃｌｅ）通信、路車間（Ｖｅｈｉｃｌｅ ｔｏ Ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）通信、車両と家との間（Ｖｅｈｉｃｌｅ ｔｏ Ｈｏｍｅ）の通信及び歩車間（Ｖｅｈｉｃｌｅ ｔｏ Ｐｅｄｅｓｔｒｉａｎ）通信のうちの１つ以上を含む概念であるＶ２Ｘ通信を遂行する。

【0144】

測位部７６４０は、例えば、ＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）衛星からのＧＮＳＳ信号（例えば、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）衛星からのＧＰＳ信号）を受信して測位を実行し、車両の緯度、経度及び高度を含む位置情報を生成する。なお、測位部７６４０は、無線アクセスポイントとの信号の交換により現在位置を特定してもよく、又は測位機能を有する携帯電話、ＰＨＳ若しくはスマートフォンといった端末から位置情報を取得してもよい。

【0145】

ビーコン受信部７６５０は、例えば、道路上に設置された無線局等から発信される電波あるいは電磁波を受信し、現在位置、渋滞、通行止め又は所要時間等の情報を取得する。なお、ビーコン受信部７６５０の機能は、上述した専用通信Ｉ／Ｆ７６３０に含まれてもよい。

【0146】

車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、マイクロコンピュータ７６１０と車内に存在する様々な車内機器７７６０との間の接続を仲介する通信インタフェースである。車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、無線ＬＡＮ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＮＦＣ（Ｎｅａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）又はＷＵＳＢ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＵＳＢ）といった無線通信プロトコルを用いて無線接続を確立してもよい。また、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、図示しない接続端子（及び、必要であればケーブル）を介して、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）、ＨＤＭＩ（登録商標）（Ｈｉｇｈ－Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ、又はＭＨＬ（Ｍｏｂｉｌｅ Ｈｉｇｈ－ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ Ｌｉｎｋ）等の有線接続を確立してもよい。車内機器７７６０は、例えば、搭乗者が有するモバイル機器若しくはウェアラブル機器、又は車両に搬入され若しくは取り付けられる情報機器のうちの少なくとも１つを含んでいてもよい。また、車内機器７７６０は、任意の目的地までの経路探索を行うナビゲーション装置を含んでいてもよい。車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、これらの車内機器７７６０との間で、制御信号又はデータ信号を交換する。

【0147】

車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０は、マイクロコンピュータ７６１０と通信ネットワーク７０１０との間の通信を仲介するインタフェースである。車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０は、通信ネットワーク７０１０によりサポートされる所定のプロトコルに則して、信号等を送受信する。

【0148】

統合制御ユニット７６００のマイクロコンピュータ７６１０は、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０、専用通信Ｉ／Ｆ７６３０、測位部７６４０、ビーコン受信部７６５０、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０及び車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０のうちの少なくとも一つを介して取得される情報に基づき、各種プログラムにしたがって、車両制御システム７０００を制御する。例えば、マイクロコンピュータ７６１０は、取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット７１００に対して制御指令を出力してもよい。例えば、マイクロコンピュータ７６１０は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｄｒｉｖｅｒ Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ Ｓｙｓｔｅｍ）の機能実現を目的とした協調制御を行ってもよい。また、マイクロコンピュータ７６１０は、取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行ってもよい。

【0149】

マイクロコンピュータ７６１０は、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０、専用通信Ｉ／Ｆ７６３０、測位部７６４０、ビーコン受信部７６５０、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０及び車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０のうちの少なくとも一つを介して取得される情報に基づき、車両と周辺の構造物や人物等の物体との間の３次元距離情報を生成し、車両の現在位置の周辺情報を含むローカル地図情報を作成してもよい。また、マイクロコンピュータ７６１０は、取得される情報に基づき、車両の衝突、歩行者等の近接又は通行止めの道路への進入等の危険を予測し、警告用信号を生成してもよい。警告用信号は、例えば、警告音を発生させたり、警告ランプを点灯させたりするための信号であってよい。

【0150】

音声画像出力部７６７０は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図２１の例では、出力装置として、オーディオスピーカ７７１０、表示部７７２０及びインストルメントパネル７７３０が例示されている。表示部７７２０は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。表示部７７２０は、ＡＲ（Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ）表示機能を有していてもよい。出力装置は、これらの装置以外の、ヘッドホン、搭乗者が装着する眼鏡型ディスプレイ等のウェアラブルデバイス、プロジェクタ又はランプ等の他の装置であってもよい。出力装置が表示装置の場合、表示装置は、マイクロコンピュータ７６１０が行った各種処理により得られた結果又は他の制御ユニットから受信された情報を、テキスト、イメージ、表、グラフ等、様々な形式で視覚的に表示する。また、出力装置が音声出力装置の場合、音声出力装置は、再生された音声データ又は音響データ等からなるオーディオ信号をアナログ信号に変換して聴覚的に出力する。

【0151】

なお、図２１に示した例において、通信ネットワーク７０１０を介して接続された少なくとも二つの制御ユニットが一つの制御ユニットとして一体化されてもよい。あるいは、個々の制御ユニットが、複数の制御ユニットにより構成されてもよい。さらに、車両制御システム７０００が、図示されていない別の制御ユニットを備えてもよい。また、上記の説明において、いずれかの制御ユニットが担う機能の一部又は全部を、他の制御ユニットに持たせてもよい。つまり、通信ネットワーク７０１０を介して情報の送受信がされるようになっていれば、所定の演算処理が、いずれかの制御ユニットで行われるようになってもよい。同様に、いずれかの制御ユニットに接続されているセンサ又は装置が、他の制御ユニットに接続されるとともに、複数の制御ユニットが、通信ネットワーク７０１０を介して相互に検出情報を送受信してもよい。

【0152】

なお、図１を用いて説明した本実施形態に係る撮像装置１００の各機能を実現するためのコンピュータプログラムを、いずれかの制御ユニット等に実装することができる。また、このようなコンピュータプログラムが格納された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体を提供することもできる。記録媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリ等である。また、上記のコンピュータプログラムは、記録媒体を用いずに、例えばネットワークを介して配信されてもよい。

【0153】

以上説明した車両制御システム７０００において、図１を用いて説明した本実施形態に係る撮像装置１００は、図２１に示した応用例の統合制御ユニット７６００に適用することができる。例えば、撮像装置１００は、撮像部７４１０に相当する。

【0154】

なお、本技術は以下のような構成を取ることができる。

【0155】

（１）
入射光を光電変換する光電変換素子と、
前記光電変換素子の生成する第１電荷が増加するに従い増加率が減少する電気信号を用いて、前記入射光の光束量に関する第１信号を生成する第１回路と、
を備える光検出素子。

【0156】

（２）
前記第１信号に基づき、画像信号の生成に用いる第２時間の情報を有する第２信号を生成する第２回路を更に備える、（１）に記載の光検出素子。

【0157】

（３）
前記第２信号に基づき、光電変換素子が生成する第２電荷の第２時間を制御する第３回路を更に備える、（２）に記載の光検出素子。

【0158】

（４）
前記第３回路は、前記光電変換素子が生成する第２電荷の第２時間を制御する、（３）に記載の光検出素子。

【0159】

（５）
前記第３回路は、前記光電変換素子と異なる光電変換素子が生成する第２電荷の第２時間を制御する、（３）に記載の光検出素子。

【0160】

（６）
前記第３回路は、前記光電変換素子と異なる複数の光電変換素子が生成する第２電荷の第２時間を制御する、（３）に記載の光検出素子。

【0161】

（７）
前記第３回路は、前記第１信号が大きくなるに従い第２時間をより短くする、（３）に記載の光検出素子。

【0162】

（８）
前記第２時間は、前記第２電荷を蓄積される蓄積時間に対応しており、
前記第２時間に対応する画像信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換器を、更に備える、（７）に記載の光検出素子。

【0163】

（９）
前記第１信号に基づき前記デジタル信号の値を変更値に変更する第４回路を、更に備える、（８）に記載の光検出素子。

【0164】

（１０）
前記第４回路は、前記第１信号が小さくなるに従い、前記デジタル信号を減少させる割合を増加させる、（９）に記載の光検出素子。

【0165】

（１１）
前記第４回路は、所定の第３時間に対して前記第２時間が何倍になっているかを示す係数でデジタル変換値を除算した値に、前記変更値を対応させる、（１０）に記載の光検出素子。

【0166】

（１２）
前記第１回路は、前記光電変換素子の生成する第１電荷量に応じた対数の電圧信号を前記第１信号として生成する非線形変換回路である、（３）に記載の光検出素子。

【0167】

（１３）
前記第２回路は、前記第１信号と参照電圧を比較することにより、第２信号を生成する比較器であり、
前記第２信号を保持するメモリを、更に備える、（３）に記載の光検出素子。

【0168】

（１４）
前記第３回路は、前記メモリに保持される前記第２信号に基づき、前記第２電荷の蓄積時間を制御する、（１３）に記載の光検出素子。

【0169】

（１５）
前記光電変換素子を含む複数の光電変換素子を更に備え、
前記複数の光電変換素子が構成される第１素子と、
前記第１素子に積層され、前記第３回路が構成される第２素子と、
を備える、（３）に記載の光検出素子。

【0170】

（１６）
前記第１回路は第１素子に構成される、（１５）に記載の光検出素子。

【0171】

（１７）
前記第１回路を含む複数の第１回路と、
前記第３回路を含む複数の第３回路と、を更に備え、
前記第１回路及び前記第３回路は、前記複数の光電変換素子毎に構成される、（１６）に記載の光検出素子。

【0172】

（１８）
（２）に記載の光検出素子と、
前記入射光を集光する光学系と、を
備える電子機器。

【0173】

（１９）
前記画像信号に基づく画像を表示する表示部を、
更に備える、（１８）に記載の電子機器。

【0174】

（２０）
前記入射光は、前記表示部を介して、前記光学系に集光される、（１９）に記載の電子機器。

【0175】

本開示の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本開示の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本開示の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。

【符号の説明】

【0176】

１００、１００ａ：撮像装置（電子機器）、１１０：撮像レンズ、２００：光検出素子、２１２：ＡＤ変換器、２１４：画像信号プロセッサ、２５０：露光時間比補正器、３０２：照度判定用フォトダイオード、３０４：非線形変換回路、３０６：比較器、３０８：メモリ、３１０：露光用フォトダイオード、３３０：フォトダイオード、３１４画素制御回路、３０８０：メモリ回路（メモリ）。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】