JP2020065231A - 固体撮像装置および電子機器 - Google Patents

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徹行 宮脇
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Abstract

【課題】広角レンズで撮影した画像の外周部の解像感向上に寄与する。【解決手段】固体撮像装置は、中心部から外周部へ行くほど画素ピッチが狭くなるように複数の画素を配置した画素アレイ部を備える。本技術は、例えば、３６０°カメラに使用される魚眼レンズのような広角レンズを用いた撮影に好適な固体撮像装置等に適用できる。【選択図】図５

Description

本技術は、固体撮像装置および電子機器に関し、特に、魚眼レンズのような広角レンズを用いた撮影に好適な固体撮像装置および電子機器に関する。
360°カメラに使用される魚眼レンズのような広角レンズを用いて撮影した画像では、画像の中心部に比べ、外周部の解像感が低くなる。これは、受光素子上に結像される被写体の像が外周部において密になってしまうためである。その結果、画像の中心部と周辺部で画像の品質が異なる。
受光領域の解像度を中心部と外周部で変えた撮像素子としては、例えば、特許文献１に記載の撮像素子があるが、この撮像素子は、受光領域の中心部から外周部にかけて画素ピッチが疎となる構造であり、広角レンズで懸念される外周部での解像感低下には逆方向となる。
特開２００６−３２４３５４号公報
本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、広角レンズで撮影した画像の外周部の解像感向上に寄与することができるようにするものである。
本技術の第１の側面の固体撮像装置は、中心部から外周部へ行くほど画素ピッチが狭くなるように複数の画素を配置した画素アレイ部を備える。
本技術の第２の側面の固体撮像装置は、複数の画素を有する画素アレイ部と、前記画素アレイ部の前記複数の画素に対して、画素の駆動を行う有効エリアを決定し、前記有効エリア以外の画素の駆動を停止する制御を行う制御部とを備える。
本技術の第３の側面の電子機器は、中心部から外周部へ行くほど画素ピッチが狭くなるように複数の画素を配置した画素アレイ部を備える固体撮像装置を備える。
本技術の第１および第３の側面においては、中心部から外周部へ行くほど画素ピッチが狭くなるように複数の画素を配置した画素アレイ部が設けられる。
本技術の第２の側面においては、画素アレイ部の複数の画素に対して、画素の駆動を行う有効エリアが決定され、前記有効エリア以外の画素の駆動を停止する制御が行われる。
固体撮像装置及び電子機器は、独立した装置であっても良いし、他の装置に組み込まれるモジュールであっても良い。
本技術を適用した固体撮像装置の概略構成例を示す図である。 魚眼レンズの特徴を説明する図である。 画素アレイ部の第１の構成例を示す平面図である。 画素形状の変形例を示す平面図である 画素の同心円配置における画素駆動線と出力信号線の第１の配置例を示す図である。 画素とAD変換部の詳細構成例を示す図である。 画素の同心円配置における画素駆動線と出力信号線の第２の配置例を示す図である。 第２の配置例に対応した周辺回路部の配置例を示す図である。 画素の断面構造を示す断面図である。 カラーフィルタの配置例を示す平面図である。 画素単位にADCを設けた構成例を示す図である。 固体撮像装置を３枚の半導体基板の積層構造により形成する場合の概念図である。 固体撮像装置を３枚の半導体基板で構成した場合の概略断面図である。 画素アレイ部の第２の構成例を示す平面図である。 非投影領域の画素駆動を説明する図である。 サブ画素を行列状に配列した例を示す平面図である。 サブ画素を行列状に配列する場合の画素回路を示す図である。 各サブ画素のカラーフィルタ配置例を示す図である。 サブ画素の駆動タイミングチャートを示す図である。 駆動エリアのリアルタイム制御を説明する図である。 駆動エリアのリアルタイム制御に関するシステム制御部のブロック図である。 駆動エリアのリアルタイム制御処理を説明するフローチャートである。 本技術を適用した電子機器としての撮像装置の構成例を示すブロック図である。 イメージセンサの使用例を説明する図である。 車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。 車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。
以下、本技術を実施するための形態（以下、実施の形態という）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．固体撮像装置の全体構成例
２．画素アレイ部の第１の構成例
３．画素アレイ部の第２の構成例
４．駆動エリアのリアルタイム制御
５．電子機器への適用例
６．移動体への応用例
＜１．固体撮像装置の全体構成例＞
図１は、本技術を適用した固体撮像装置の概略構成例を示すブロック図である。
図１に示される固体撮像装置１は、画素アレイ部１１と、その周辺に配置される周辺回路部とを有して構成される。周辺回路部には、Vスキャナ（垂直駆動部）１２、AD変換部１３、Hスキャナ（水平駆動部）１４、システム制御部１５などが含まれる。固体撮像装置１には、さらに、信号処理部１６、データ格納部１７、入出力端子１８なども設けられている。
画素アレイ部１１は、受光した光量に応じた光電荷を生成して蓄積する光電変換部を有する画素が複数配置された構成となっている。画素アレイ部１１に形成された各画素は、画素駆動線２１によってVスキャナ１２と接続されており、Vスキャナ１２により、画素アレイ部１１の各画素が、画素単位または複数画素単位で駆動される。Vスキャナ１２は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどによって構成され、画素アレイ部１１の各画素を全画素同時あるいは行単位等で駆動する。画素駆動線２１は、画素から信号を読み出す際の駆動を行うための駆動信号を伝送する。
また、画素アレイ部１１に形成された各画素は、出力信号線２２を介してAD変換部１３と接続されており、出力信号線２２は、画素アレイ部１１の各画素で生成された画素信号を、AD変換部１３に出力する。AD変換部１３は、画素アレイ部１１の各画素から供給されるアナログの画素信号に対して、AD（Analog to Digital）変換処理などを行う。
Hスキャナ１４は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどによって構成され、AD変換部１３によってAD変換されて記憶されている画素信号を所定の順番で選択し、信号処理部１６に出力させる。
システム制御部１５は、各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータなどによって構成され、タイミングジェネレータで生成された各種のタイミング信号を基に、Vスキャナ１２、AD変換部１３、及び、Hスキャナ１４などの駆動制御を行う。
信号処理部１６は、少なくとも演算処理機能を有し、AD変換部１３から出力される画素信号に基づいて演算処理等の種々の信号処理を行う。データ格納部１７は、信号処理部１６での信号処理にあたって、その処理に必要なデータを一時的に格納する。入出力端子１８は、画素信号を外部へ出力する出力端子と、外部から所定の入力信号を受け付ける入力端子とを備える。
以上のように構成される固体撮像装置１は、画素アレイ部１１の各画素で生成された画素信号をAD変換して出力するCMOSイメージセンサである。
この固体撮像装置１は、画素アレイ部１１の画素配列が、３６０°カメラに使用される魚眼レンズ(広角レンズ)を用いた撮影に好適な画素配列となっている。
図２は、魚眼レンズの特徴を説明する図である。
図２のAに示されるような、正方格子が均等配列された撮影対象物を、魚眼レンズを用いて撮影した場合、得られる画像は、図２のBに示されるような画像となる。すなわち、魚眼レンズを用いて投影される像は、円形状の像となり、円の中心部のピッチが大きく、外周部（円周部）となるほどピッチが狭い像となる。円形状より外側の黒色で示される四隅の領域は、被写体の像が投影されない非投影領域である。このように、魚眼レンズを用いて投影される像は、受光領域の中心部と外周部とで投影されるピッチが異なるため、画素アレイ部１１の画素配列も、図２のBの黒丸で示される位置を中心位置として、画素ピッチが中心部から周辺部にしたがって狭ピッチとなるような配列が望ましい。
＜２．画素アレイ部の第１の構成例＞
図３は、画素アレイ部１１の第１の構成例を示す平面図である。
画素アレイ部１１の第１の構成例は、画素３１を同心円の円周上に配置する同心円配置である。すなわち、第１の構成例では、画素アレイ部１１の平面中心位置Pを円中心とする半径ｒ、角度θで表される極座標系上に、画素３１が配列されている。画素アレイ部１１の平面中心位置Pに近い側から、半径ｒ１の円周上に４個、半径ｒ２の円周上に８個、半径ｒ３の円周上に１６個、半径ｒ４の円周上に３２個の画素３１が配置されている。画素３１が配置されている円の半径ｒの隣り合う２つの円の差は、外周に行くほど小さくなる。図３の例では、（ｒ２−ｒ１）＞（ｒ３−ｒ２）＞（ｒ４−ｒ３）である。すなわち、画素アレイ部１１内の画素ピッチが、中心部から外周部（円周部）へ行くほど狭くなるため、魚眼レンズによる投影画像のピッチと同様となる。これにより、魚眼レンズを用いて撮影した画像の外周部の解像感を向上させることができる。
なお、図３の例では、画素３１の平面形状は、一般的なCMOSイメージセンサと同様のXY方向の辺を有する矩形形状としたが、円状の配置に合わせて、図４に示されるように、平面中心位置Pを円中心とする扇形状（同心円形状）としてもよい。あるいはまた、平面中心位置Pを円中心とする扇形状（同心円形状）の外周側と内周側の弧が曲線ではなく、直線で近似した多角形による扇形状（同心多角形形状）でもよい。
また、図３では、同心円の円中心であり、画素アレイ部１１の平面中心位置Pには、画素３１を配置していないが、平面中心位置Pにも１つの画素３１を配置してもよい。
＜画素駆動線２１と出力信号線２２の第１の配置例＞
図５は、画素３１の同心円配置における画素駆動線２１と出力信号線２２の第１の配置例を示している。
第１の配置例では、画素駆動線２１および出力信号線２２が、一般的なCMOSイメージセンサと同様に、水平方向または垂直方向に直線状に延伸して配置されている。画素駆動線２１は、水平方向に直線状に延伸して配線し、出力信号線２２は、垂直方向に直線状に延伸して配線することができる。図５の例では、画素駆動線２１と出力信号線２２それぞれ２本のみを図示しているが、画素アレイ部１１において円周上に配置された複数の画素３１のうち、垂直方向位置が同じ１以上の画素３１は、同一の画素駆動線２１で駆動される。また、画素アレイ部１１において円周上に配置された複数の画素３１のうち、水平方向位置が同じ１以上の画素３１の画素信号は、同一の出力信号線２２を用いて、AD変換部１３のADC４１へ伝送される。AD変換部１３では、１本の出力信号線２２に対して、１つのADC(Analog-Digital Converter)４１が設けられている。
ここで、図６を参照して、画素３１の詳細構成とともに、その画素３１から出力される画素信号を処理するAD変換部１３の構成について説明する。
図６は、一本の出力信号線２２に接続されている画素アレイ部１１内の一つの画素３１とAD変換部１３の詳細構成例を示している。
画素３１は、光電変換素子としてのフォトダイオードPD、転送トランジスタ３２、浮遊拡散領域FD、付加容量FDL、切替トランジスタ３３、リセットトランジスタ３４、増幅トランジスタ３５、及び、選択トランジスタ３６を有する。転送トランジスタ３２、切替トランジスタ３３、リセットトランジスタ３４、増幅トランジスタ３５、及び、選択トランジスタ３６は、例えば、N型のMOSトランジスタで構成される。
フォトダイオードPDは、受光量に応じた電荷（信号電荷）を生成し、蓄積する。
転送トランジスタ３２は、ゲート電極に供給される転送駆動信号TRGがアクティブ状態になるとこれに応答して導通状態になることで、フォトダイオードPDに蓄積されている電荷を浮遊拡散領域FDに転送する。
浮遊拡散領域FDは、フォトダイオードPDから転送された電荷を一時保持する電荷蓄積部である。
切替トランジスタ３３は、ゲート電極に供給されるFD駆動信号FDGがアクティブ状態になるとこれに応答して導通状態になることで、付加容量FDLを、浮遊拡散領域FDに接続させる。
リセットトランジスタ３４は、ゲート電極に供給されるリセット駆動信号RSTがアクティブ状態になるとこれに応答して導通状態になることで、浮遊拡散領域FDの電位をリセットする。なお、リセットトランジスタ３４がアクティブ状態とされるとき、切替トランジスタ３３も同時にアクティブ状態とされ、浮遊拡散領域FDと付加容量FDLが同時にリセットされる。
Vスキャナ１２は、例えば、入射光の光量が多い高照度のとき、切替トランジスタ３３をアクティブ状態として、浮遊拡散領域FDと付加容量FDLを接続する。これにより、高照度時に、より多くの電荷を蓄積することができる。
一方、入射光の光量が少ない低照度のときには、Vスキャナ１２は、切替トランジスタ３３を非アクティブ状態として、付加容量FDLを浮遊拡散領域FDから切り離す。これにより、変換効率を上げることができる。
増幅トランジスタ３５は、ソース電極が選択トランジスタ３６を介して出力信号線２２に接続されることにより、定電流源としての負荷MOS５１と接続し、ソースフォロワ回路を構成する。
選択トランジスタ３６は、増幅トランジスタ３５のソース電極と出力信号線２２との間に接続されている。選択トランジスタ３６は、ゲート電極に供給される選択信号SELがアクティブ状態になるとこれに応答して導通状態となり、増幅トランジスタ３５から出力される画素信号SIGを出力信号線２２に出力する。
画素３１の転送トランジスタ３２、切替トランジスタ３３、リセットトランジスタ３４、および、選択トランジスタ３６は、Vスキャナ１２によって制御される。転送駆動信号TRG、FD駆動信号FDG、リセット駆動信号RST、および、選択信号SELが伝送される各信号線は、図１の画素駆動線２１に対応する。
図６の画素回路において、付加容量FDLと、その接続を制御する、切替トランジスタ３３は省略してもよいが、付加容量FDLを設け、入射光量に応じて使い分けることにより、高ダイナミックレンジを確保することができる。
AD変換部１３では、一本の出力信号線２２に対して、定電流源としての負荷MOS５１と、ADC４１とが設けられている。したがって、AD変換部１３には、画素アレイ部１１に設けられた出力信号線２２の本数と同数の負荷MOS５１およびADC４１が設けられている。
ADC４１は、容量素子（キャパシタ）５２および５３、コンパレータ（比較器）５４、並びに、アップダウンカウンタ（U/D CNT）５５で構成される。
画素３１から出力された画素信号SIGは、出力信号線２２を介して、ADC４１の容量素子５２に入力される。一方、容量素子５３には、AD変換部１３の外に設けられたDAC（Digital to Analog Converter）５６から、時間が経過するにつれてレベル（電圧）が傾斜状に変化する、いわゆるランプ（RAMP）波形の基準信号REFが入力される。
なお、容量素子５２および５３は、コンパレータ５４において基準信号REFおよび画素信号SIGのAC成分のみで比較することができるように、基準信号REFおよび画素信号SIGのDC成分を除去するためのものである。
コンパレータ（比較器）５４は、画素信号SIGと基準信号REFとを比較して得られる差信号をアップダウンカウンタ５５に出力する。例えば、基準信号REFが画素信号SIGより大である場合にはHi(High)の差信号がアップダウンカウンタ５５に供給され、基準信号REFが画素信号SIGより小である場合にはLo(Low)の差信号がアップダウンカウンタ５５に供給される。
アップダウンカウンタ(U/D カウンタ)５５は、P相（Preset Phase）AD変換期間で、Hiの差信号が供給されている間だけダウンカウントするとともに、D相（Data Phase）AD変換期間で、Hiの差信号が供給されている間だけアップカウントする。そして、アップダウンカウンタ５５は、P相AD変換期間のダウンカウント値と、D相AD変換期間のアップカウント値との加算結果を、CDS処理およびAD変換処理後の画素データとして出力する。なお、P相AD変換期間でアップカウントし、D相AD変換期間でダウンカウントする方法を採用しても良い。アップダウンカウンタ５５によってCDS処理およびAD変換処理後の画素データは、一時記憶され、Hスキャナ１４の制御によって、所定のタイミングで信号処理部１６へ転送される。
＜画素駆動線２１と出力信号線２２の第２の配置例＞
図７は、画素３１の同心円配置における画素駆動線２１と出力信号線２２の第２の配置例を示している。
第２の配置例では、画素駆動線２１が、画素アレイ部１１の平面中心位置Pを円中心とする所定の半径ｒの円周上に配置された複数の画素３１単位に配置されている。図７の例では、半径ｒ１の円周上に配置された４個の画素３１に対して１本の画素駆動線２１が配置され、半径ｒ２の円周上に８個の画素３１に対して１本の画素駆動線２１が配置されている。また、半径ｒ３の円周上に１６個の画素３１に対して１本の画素駆動線２１が配置され、半径ｒ４の円周上に３２個の画素３１に対して１本の画素駆動線２１が配置されている。なお、図７では、図が煩雑になるのを避けるため、半径ｒ１乃至ｒ４の図示は省略されているが、画素配置は図３と同様である。
一方、出力信号線２２は、画素アレイ部１１の平面中心位置Pの中心部側（内側）の同心円の円周上に配置された画素３１と、それより外側の同心円の円周上に配置された画素３１とを接続するように、径方向に沿って配置されている。換言すれば、１本の出力信号線２２に対して複数の画素３１が接続される場合、各画素３１が配置されている円周の同心円は、異なる同心円である。なお、図から明らかなように、画素アレイ部１１の外側の同心円になるほど、円周上に配置される画素数は多くなるため、最外周の１画素しか接続されない出力信号線２２も存在する。出力信号線２２において、画素アレイ部１１の中心部側（内側）に示される黒丸は、出力信号線２２の内側の端部を表す。
図８は、画素駆動線２１と出力信号線２２の第２の配置例に対応した周辺回路部の配置例を示している。
なお、図８では、径方向に沿って配置された出力信号線２２は省略されている。
図７に示した、同一円周上に配置される複数の画素３１を駆動する画素駆動線２１を円状に配置し、出力信号線２２を径方向に沿って配置した第２の配置例に対して、AD変換部６１は、例えば、複数の画素３１が同心円状に配列された画素アレイ部１１の外側の円周に配置されている。そして、AD変換部６１のさらに外側に、画素３１を駆動するｒスキャナ６２が配置されている。ｒスキャナ６２は、図１のVスキャナ１２に対応し、AD変換部６１は、図１のAD変換部１３とHスキャナ１４に対応する。図７では一部省略されていたが、画素駆動線２１は、図８に示されるように、複数の画素３１どうしを接続する円状に形成された配線と、ｒスキャナ６２まで接続される径方向に形成された配線とで構成される。
また、図８では、OPB領域６３が、例えば、円状に形成された画素アレイ部１１の最外周、換言すれば、画素アレイ部１１内のAD変換部６１に最も近い領域に形成されている。OPB領域６３は、入射光を受光しないように遮光され、黒レベルを検出する画素３１であるOPB画素を配置した領域である。
矩形の半導体基板６５に対して、円状または扇形状に形成された画素アレイ部１１、AD変換部６１、および、ｒスキャナ６２のさらに外側の領域６４には、それ以外の回路、具体的には、システム制御部１５、信号処理部１６、データ格納部１７、入出力端子１８などが配置される。
このように、円状と径方向に配置された画素駆動線２１と出力信号線２２に応じて、画素３１を駆動するｒスキャナ６２と、画素信号のAD変換処理等を行うAD変換部６１も、円状に配置してもよい。図２に示した魚眼レンズの投影領域に応じた配置とすることで、矩形の半導体基板６５との差分領域に、他の回路（素子）を効率良く配置することができる。
＜画素断面構造＞
図９は、同心円状に配置された画素３１の断面構造を示す断面図である。図９では、同心円状に配置された画素３１のうち、画素アレイ部１１の平面中心位置Pに近い中心部側と外周部側の両方の断面図が示されている。
例えば、図９のAに示されるように、半導体基板６５に対してフォトダイオードPDが画素毎に設けられ、隣接する画素３１のフォトダイオードPDの間には、P-Well、DTI(Deep Trench Isolation)、SiO2等の絶縁膜により形成された画素分離領域７１が設けられている。半導体基板６５の上面および下面のうち、光が入射される入射面側には、R(Red)、G(Green)、または、B(Bleu)いずれかの光を透過させるカラーフィルタ７２が形成されている。
図９のAの中心部側と外周部側の両方の断面図を比較して分かるように、フォトダイオードPDの形成領域は、どの画素３１も同一であり、画素分離領域７１の周方向の幅を異ならせることにより、隣接する画素３１の間隔が異なっている。フォトダイオードPDの形成領域を画素アレイ部１１内の各場所で同一とすることにより、設計や製造工程を容易にしている。
入射光の隣接画素への入射を防止する画素間遮光膜７３が形成される場合には、図９のBに示されるように、カラーフィルタ７２が形成された入射面側の半導体基板６５上の画素分離領域７１の上面に形成される。画素間遮光膜７３の材料は、光を遮光する材料であればよく、例えば、タングステン（W）、アルミニウム（Al）又は銅（Cu）などの金属材料を用いることができる。画素間遮光膜７３を設けることにより、中心部側と外周部側との感度差を改善することができる。
さらに、カラーフィルタ７２の上面には、入射光をフォトダイオードPDに集光させるオンチップレンズ７４を画素３１単位に設けても良い。この場合、オンチップレンズ７４は、図９のCに示されるように、隣接画素のスペースに応じて、中心部側と外周部側とで、曲率を変えて形成してもよいし、図９のDに示されるように、全画素で同一の曲率で形成してもよい。オンチップレンズ７４の曲率を全画素で同一とした場合には、設計や製造工程が容易となる。
なお、図９のCおよびDでは、フォトダイオードPDの平面中心と、オンチップレンズ７４の平面中心位置が、中心部側と外周部側のいずれの画素３１においても一致しているが、魚眼レンズでは入射光の主光線の入射角が外周部側で大きくなるため、瞳補正を行うオンチップレンズ７４の配置としてもよい。
瞳補正を行う場合には、画素アレイ部１１の中心部では、光学レンズ（図示せず）からの入射光の主光線の入射角が０度となるので、瞳補正を行う必要はなく、フォトダイオードPDの中心と、カラーフィルタ７２やオンチップレンズ７４の中心は一致する。
一方、画素アレイ部１１の外周部では、光学レンズからの入射光の主光線の入射角がレンズの設計に応じて所定の角度となるので、瞳補正が行われる。すなわち、カラーフィルタ７２やオンチップレンズ７４の中心が、フォトダイオードPDの中心より、画素アレイ部１１の中心側にずらして配置される。このカラーフィルタ７２やオンチップレンズ７４の中心位置とフォトダイオードPDの中心位置のずれ量は、画素アレイ部１１の外周へ行くほど大きくなる。そして、カラーフィルタ７２やオンチップレンズ７４のずれに合わせて、画素間遮光膜７３の位置も、画素アレイ部１１の外周へ行くほど、中心側にずれている。
図１０は、カラーフィルタ７２の配置例を示す平面図である。
カラーフィルタ７２は、図１０に示されるように、隣接する２×２の４画素に対して、G、R、B、Gの光を透過させるカラーフィルタ７２を配置するベイヤ配列で、カラーフィルタ７２を配置することができる。ただし、カラーフィルタ７２の配置例は、ベイヤ配列に限定されず、その他の配置でもよい。例えば、隣接する２×２の４画素に対して、カラーフィルタ７２を配置しない画素３１や、赤外光を透過させるフィルタを配置した画素３１を設けても良い。また、画素アレイ部１１内の同心円状に配置された画素３１の場所によって、形成されるカラーフィルタ７２の配置が異なっても良い。さらには、画素アレイ部１１の全領域で、カラーフィルタ７２が形成されない構成もあり得る。例えば、固体撮像装置１が、１画素で、R、G、およびBのそれぞれの光を光電変換する縦方向分光型である場合には、カラーフィルタ７２は形成されない。縦方向分光型の固体撮像装置１では、例えば、半導体基板６５の外側に形成された光電変換膜でGの光が光電変換され、半導体基板６５内の深さ方向に積層して形成された第１のフォトダイオードPDと第２のフォトダイオードPDで、それぞれ、BとRの光が光電変換される。
＜画素単位にADCを設けた構成例＞
上述した第１および第２の配置例では、１本の出力信号線２２に対して接続された複数の画素３１に対して１個のADC４１が設けられていたが、ADC４１が１画素単位に設けられる構成を採用することができる。
以下では、ADC４１を画素ごとに設ける場合の構成について説明する。画素ごとに設けられる場合のADC４１は、図６に示したADC４１の構成と異なる構成とされる。
画素３１は、図１１に示されるように、その内部に画素回路１０１とADC４１を備える。画素回路１０１は、受光した光量に応じた電荷信号を生成して蓄積する光電変換部を有し、光電変換部で得られたアナログの画素信号SIGをADC４１に出力する。画素回路１０１の詳細構成は、図６で説明した画素３１の構成と同様であるので、説明は省略する。ADC４１は、画素回路１０１から供給されたアナログの画素信号SIGをデジタル信号に変換する。
ADC４１は、コンパレータ１１１とラッチ記憶部１１２で構成される。コンパレータ１１１は、DAC５６（図６）から供給される基準信号REFと画素信号SIGを比較し、比較結果を示す信号として、出力信号VCOを出力する。コンパレータ１１１は、基準信号REFと画素信号SIGが同一（の電圧）になったとき、出力信号VCOを反転させる。
ラッチ記憶部１１２には、入力信号として、その時の時刻を示すコード値BITXn（ｎ＝１乃至Nの整数）が入力される。そして、ラッチ記憶部１１２では、コンパレータ１１１の出力信号VCOが反転したときのコード値BITXnが保持され、その後、出力信号Colnとして読み出される。これにより、ADC４１から、アナログの画素信号SIGをNビットにデジタル化したデジタル値が出力される。
ラッチ記憶部１１２には、図１１の回路図に示されるように、AD変換ビット数であるNビットに対応して、N個のラッチ回路（データ記憶部）１２１−１乃至１２１−Nが設けられている。なお、以下において、N個のラッチ回路１２１−１乃至１２１−Nそれぞれを特に区別する必要がない場合は、単にラッチ回路１２１と記述する。
N個のラッチ回路１２１−１乃至１２１−Nのトランジスタ１３１のゲートには、コンパレータ１１１の出力信号VCOが入力される。
ｎビット目のラッチ回路１２１−ｎのトランジスタ１３１のドレインには、そのときの時刻を示す０または１のコード入力信号（コード値）BITXnが入力される。コード入力信号BITXnは、例えば、グレイコード等のビット信号である。ラッチ回路１２１−ｎでは、トランジスタ１３１のゲートに入力されたコンパレータ１１１の出力信号VCOが反転した時点のデータLATnが記憶される。
ｎビット目のラッチ回路１２１−ｎのトランジスタ１３２のゲートには、読み出しの制御信号WORDが入力される。ｎビット目のラッチ回路１２１−ｎの読み出しタイミングとなったときに、制御信号WORDがHiとなり、ｎビット目のラッチ信号（コード出力信号）Colnが、ラッチ信号出力線１３４から出力される。
以上のようにラッチ記憶部１１２が構成されることにより、ADC４１は、積分型のAD変換器として動作することができる。
ADC４１を１画素単位に設ける構成では、固体撮像装置１を、３枚の半導体基板の積層構造により形成することができる。
図１２は、固体撮像装置１を、３枚の半導体基板の積層構造により形成する場合の概念図を示している。
固体撮像装置１は、上側基板１５１A、中間基板１５１B、及び、下側基板１５１Cの３枚の半導体基板１５１を積層することで形成される。
上側基板１５１Aには、フォトダイオードPDを含む画素回路１０１と、コンパレータ１１１の一部の回路が少なくとも形成されている。下側基板１５１Cには、１つ以上のラッチ回路１２１を含むラッチ記憶部１１２が少なくとも形成されている。中間基板１５１Bには、上側基板１５１Aに配置されないコンパレータ１１１の残りの回路が形成されている。上側基板１５１Aと中間基板１５１B、及び、中間基板１５１Bと下側基板１５１Cは、例えば、Cu-Cuなどの金属結合などにより接合される。
図１３は、固体撮像装置１を３枚の半導体基板１５１で構成した場合の概略断面図を示している。
上側基板１５１Aは、配線層１６１が形成された表面側とは反対の裏面側に、フォトダイオードPD、カラーフィルタ７２、オンチップレンズ（OCL）７４などが形成された裏面照射型となっている。
上側基板１５１Aの配線層１６１は、中間基板１５１Bの表面側である配線層１６２とCu-Cu接合により貼り合わされている。
中間基板１５１Bと下側基板１５１Cは、下側基板１５１Cの表面側に形成された配線層１６５と、中間基板１５１Bの接続用配線１６４とのCu-Cu接合により貼り合わされている。中間基板１５１Bの接続用配線１６４は、貫通電極１６３により、中間基板１５１Bの表面側の配線層１６２と接続されている。
下側基板１５１Cの表面側に形成された配線層１６５には、ADC４１によりAD変換された画像データの階調補正処理など、所定の信号処理を行う信号処理部１６や、信号処理部１６での信号処理にあたって必要なデータを一時的に格納するデータ格納部１７の回路なども配置される。また、下側基板１５１Cの裏面側には、バンプ等で形成された入出力端子１８が配置される。
＜３．画素アレイ部の第２の構成例＞
図１４は、画素アレイ部１１の第２の構成例を示す平面図である。
なお、図１４では、第１の構成例の図５に対応する部分のみが図示されており、システム制御部１５や信号処理部１６などは省略されている。図１４の第２の構成例において、第１の構成例と対応する部分については同一の符号を付してあり、その部分の説明は適宜省略する。
上述した第１の構成例では、画素３１が、画素アレイ部１１の平面中心位置Pを中心とする同心円状に配置されていたが、第２の構成例では、一般的なイメージセンサと同様に、行列状に２次元配置されている。ただし、画素３１のサイズが、画素アレイ部１１の中心部で大きく、周辺部にいくに従って小さく形成されている。これにより、画素ピッチが中心部から外周部へ行くほど狭くなるように複数の画素３１が配置されている。
画素駆動線２１は、行列状に配列されている各画素３１に対して、行単位に配線されており、出力信号線２２は、列単位に配線されている。画素サイズが画素アレイ部１１内の場所によって異なるため、垂直方向に複数配列される画素駆動線２１は、不等距離配置となっている。水平方向に複数配列される出力信号線２２も同様に、不等距離配置となっている。より具体的には、画素駆動線２１および出力信号線２２は、隣りの配線との間隔が画素アレイ部１１の中心部から外周部へ行くほど狭くなるように配置されている。
AD変換部１３は、複数のADC４１を有し、各々のADC４１は、画素アレイ部１１の画素列に対応して配置されている。したがって、第２の構成例の固体撮像装置１は、ADC４１が画素列ごとに配置されたカラムAD方式と呼ばれるCMOSイメージセンサである。
Vスキャナ１２は、画素アレイ部１１の全画素を駆動させ、その結果得られる画素信号を読み出す全画素読み出しによる駆動を行うことができることは勿論、画素アレイ部１１の一部の領域のみを駆動させ、その画素信号を読み出す部分駆動も可能である。図２に示したように、魚眼レンズによる撮影では、被写体の像が投影される投影領域は円形状の領域となるため、図１５においてグレーの領域で示される、被写体の像が投影されない非投影領域１７１の画素３１については、受光および読み出しの画素駆動を行わないようにすることができる。あるいはまた、非投影領域１７１の画素３１を、OPB画素を配置したOPB領域としてもよい。
画素アレイ部１１の第２の構成例においては、図１４に示したように、画素アレイ部１１の場所に応じて画素３１のサイズを変えることにより、画素アレイ部１１の場所に応じて画素ピッチを変えてもよいし、同一サイズで形成したサブ画素の画素信号を合成して出力する単位を変えることにより、実質的に、画素アレイ部１１の場所に応じて画素ピッチを変える構成としてもよい。
具体的には、例えば、画素アレイ部１１が、図１６に示されるように、同一サイズのサブ画素SUを行列状に均等または略均等に配列して構成される。画素アレイ部１１の中心部の画素３１ｃは、４個のサブ画素SUで構成され、中間部の画素３１ｍは、２個のサブ画素SUで構成され、外周部の画素３１oは、１個のサブ画素SUで構成される。
図１７は、サブ画素SUを行列状に配列する場合の画素回路を示している。
サブ画素SUを行列状に配列する場合の画素回路には、複数の画素トランジスタを共有する共有画素構造を採用することができる。
すなわち、共有画素構造では、図１７に示されるように、フォトダイオードPDと転送トランジスタ３２は、サブ画素SUごとに形成、配置される。一方、浮遊拡散領域FD、付加容量FDL、切替トランジスタ３３、リセットトランジスタ３４、増幅トランジスタ３５、及び、選択トランジスタ３６は、４個のサブ画素SUで共有される。
ここで、浮遊拡散領域FDや増幅トランジスタ３５等を共有する４個のサブ画素SUそれぞれを、サブ画素SU０乃至SU３と区別し、４個のサブ画素SUそれぞれに含まれるフォトダイオードPDと、転送トランジスタ３２に供給される転送駆動信号TRGについても、フォトダイオードPD０乃至PD３、転送駆動信号TRG０乃至TRG３と区別する。
画素アレイ部１１の中心部の画素３１ｃでは、４個のサブ画素SUに供給される転送駆動信号TRG０乃至TRG３が同時にHiに制御され、４個の転送トランジスタ３２が同時にオンされる。これにより、フォトダイオードPD０乃至PD３で受光された電荷を合成した信号が、画素信号SIGとして出力される。
画素アレイ部１１の中間部の画素３１ｍでは、４個のサブ画素SUのうち２個単位、例えば、転送駆動信号TRG０とTRG２が同時にHiとなり、フォトダイオードPD０とPD２で受光された電荷を合成した信号が、画素信号SIGとして出力される。その後、転送駆動信号TRG１とTRG３が同時にHiとなり、フォトダイオードPD１とPD３で受光された電荷を合成した信号が、画素信号SIGとして出力される。
画素アレイ部１１の外周部の画素３１oでは、４個のサブ画素SUが１個ずつ、例えば、転送駆動信号TRG０、TRG１、TRG２、TRG３の順でHiとなり、フォトダイオードPD０、PD１、PD２、PD３で受光された電荷を合成した信号が、順次、画素信号SIGとして出力される。
このように、サブ画素SUで得られる信号を合成する個数（合成単位）を、画素アレイ部１１の場所に応じて変えることにより、画素アレイ部１１内の画素ピッチを実質的に変えることができる。この場合も、画素アレイ部１１の中心部の画素ピッチが大きく、外周部（円周部）となるほど画素ピッチが狭くなるため、魚眼レンズによる投影画像のピッチと同様となる。これにより、魚眼レンズを用いて撮影した画像の外周部の解像感を向上させることができる。
図１８は、サブ画素SUの合成単位を変えることにより画素ピッチを変える場合の、各サブ画素SUのカラーフィルタ配置例を示している。
カラーフィルタ７２の各色は、サブ画素SUの合成単位で配置される。
例えば、カラーフィルタ７２をベイヤ配列で配置する場合、ベイヤ配列の繰り返し単位であるG、R、B、Gの２つのGを区別するため、G、R、B、Yと表すと、画素アレイ部１１の中心部では、２行×２列の４個のサブ画素SUごとに、G、R、B、またはYのカラーフィルタ７２が配置される。画素アレイ部１１の中間部では、２行×１列の２個のサブ画素SUごとに、G、R、B、またはYのカラーフィルタ７２が配置される。画素アレイ部１１の外周部では、１個のサブ画素SUごとに、G、R、B、またはYのカラーフィルタ７２が配置される。
図１９は、サブ画素SUの合成単位を変えることにより画素ピッチを変える場合の駆動タイミングチャートを示している。図１９のAおよびBにおいて、横方向（横軸）は、時間軸を表す。
図１９のAは、第１の駆動方法を示す駆動タイミングチャートである。
図１９の“B0123”は、図１８に示したB0、B1、B2、B3のカラーフィルタ７２が配置された４個のサブ画素SUの受光量に応じた画素信号SIGを出力することを表す。“B02”は、図１８に示したB0およびB2のカラーフィルタ７２が配置された２個のサブ画素SUの受光量に応じた画素信号SIGを出力することを表す。“B0”は、図１８に示したB0のカラーフィルタ７２が配置された１個のサブ画素SUの受光量に応じた画素信号SIGを出力することを表す。G、R、またはYの他の色についても同様である。
第１の駆動方法は、合成単位が異なる場合でも画素信号SIGの出力タイミングが同じとなる同一周波数読み出しの駆動である。すなわち、画素アレイ部１１の中心部の４個のサブ画素SUからなる画素信号SIGを出力する場合も、画素アレイ部１１の中間部の２個のサブ画素SUからなる画素信号SIGを出力する場合も、画素アレイ部１１の外周部の１個のサブ画素SUの画素信号SIGを出力する場合も、同一のタイミングで読み出される。
図１９のBは、第２の駆動方法を示す駆動タイミングチャートである。
第２の駆動方法は、合成単位に応じて、画素信号SIGの出力タイミングが異なる可変周波数読み出しの駆動である。画素信号SIGの読み出し期間は、画素サイズが大きいほど、長くなる。具体的には、画素アレイ部１１の中心部において、４個のサブ画素SUからなる１画素の画素信号SIGを読み出す期間に、画素アレイ部１１の中間部では、２画素の画素信号SIGが読み出され、画素アレイ部１１の外周部では、４画素の画素信号SIGが読み出される。外周部の読み出し周波数をX[Hz]とすると、中間部の読み出し周波数はX/2[Hz]であり、中心部の読み出し周波数はX/4[Hz]となる。
以上、説明した画素アレイ部１１の第１および第２の構成例によれば、画素アレイ部１１の中心部の画素ピッチが大きく、外周部（円周部）となるほど画素ピッチが狭くなるため、魚眼レンズによる投影画像のピッチと同様となり、魚眼レンズを用いて撮影した画像の外周部の解像感を向上させることができる。レンズの投射特性に合わせた形で画素を配置することで、レンズの性能とマッチングさせることができ、実画像に近いイメージが得られるので、違和感の少ない画像となる。
＜４．駆動エリアのリアルタイム制御＞
次に、固体撮像装置１による駆動エリアのリアルタイム制御について説明する。
固体撮像装置１は、画素アレイ部１１を構成する複数の画素３１のうち、画像として使用していない領域の画素３１の駆動を停止する制御を行うことができる。
例えば、固体撮像装置１は、図２０のAの正方領域の画素アレイ部１１において、ハッチングで示される四隅の非投影領域１７１の画素３１の駆動を停止する制御を行う。
また例えば、スタビライズ補正による撮像のように、ジャイロセンサ等のセンサデータに基づいて、画像の使用領域が、図２０のAの領域２０１乃至２０３のように動的に変化する場合、固体撮像装置１は、動的に変化する領域２０１乃至２０３に所定のマージンを付加して有効エリア２１１を決定し、有効エリア２１１外の画素３１の駆動を停止するように制御する。マージンの領域は、例えば、自転車モード、徒歩モード、ランニングモードなどの動作モードに応じて決定（変更）することができる。
図２０のBは、画素アレイ部１１のアレイ形状が長方形状の場合の非投影領域１７１、有効エリア２１１の例を示している。画素アレイ部１１のアレイ形状が長方形状の場合、四隅だけでなく、左右の領域も非投影領域１７１となるため、駆動を停止することによる消費電力低減効果が高くなる。
なお、図２０のAおよびBの画素アレイ部１１における画素３１の配置構成は、図３に示した第１の構成例でもよいし、図１４に示した第２の構成例でもよい。
図２１は、システム制御部１５が駆動エリアをフレーム毎に制御（リアルタイム制御）
する場合のブロック図である。
システム制御部１５は、駆動エリアのリアルタイム制御に関して、モード検出部２４１、有効エリア計算部２４２、有効エリア決定部２４３、駆動エリア制御部２４４、および、メモリ２４５を備える。
ジャイロセンサ、加速度センサ等のセンサから出力されたセンサデータが、入出力端子１８を介して、システム制御部１５に供給される。
モード検出部２４１は、供給されるセンサデータに基づいて、動作モードを検出し、有効エリア決定部２４３に供給する。動作モードには、例えば、自転車モード、徒歩モード、ランニングモードなどがあり、センサデータから検知される揺れ状態に応じて動作モードが決定される。
有効エリア計算部２４２は、供給されるセンサデータに基づいて、現フレームの有効エリアを計算し、有効エリア決定部２４３に供給する。
有効エリア決定部２４３は、有効エリア計算部２４２から供給された現フレームの有効エリアに、モード検出部２４１で決定された動作モードに応じた所定のマージンを付加して、現フレームの有効エリアを決定する。さらに、有効エリア決定部２４３は、メモリ２４５に記憶されている前フレームの有効エリア情報を取得し、前フレームの有効エリアからの現フレームの有効エリアの変更領域を決定する。そして、有効エリア決定部２４３は、決定した有効エリアの変更領域に関する情報を駆動エリア制御部２４４に供給する。また、有効エリア決定部２４３は、現フレームの有効エリアを示す情報を、次フレームのための前フレームの有効エリア情報としてメモリ２４５に記憶させる。
以上のように、駆動エリアをフレーム毎に制御する場合、２フレーム目以降では、有効エリアの変更領域に関する情報が、有効エリア決定部２４３から駆動エリア制御部２４４に供給されるが、最初のフレームでは、メモリ２４５に記憶されている固定無効エリア情報も用いて、画素アレイ部１１内の有効エリア全体を示す情報が、有効エリア決定部２４３から駆動エリア制御部２４４に供給される。固定無効エリア情報は、例えば、画素アレイ部１１の四隅の非投影領域１７１に関する情報など、固定的に予め決定されている無効エリアに関する情報である。
駆動エリア制御部２４４は、現フレームの有効エリアを示す情報に基づいて、有効エリア以外の無効エリアの駆動を停止させる制御を行う。
例えば、駆動エリア制御部２４４は、無効エリアの負荷MOS２６１に供給する電源のスイッチ２６２をオフさせたり、無効エリアのコンパレータ２６３に供給する電源のスイッチ２６４をオフさせたり、無効エリアのカウンタ２６５およびロジック回路２６６に供給する電源のスイッチ２６７をオフさせる。負荷MOS２６１は、例えば、図６の負荷MOS５１に相当し、コンパレータ２６３は、例えば、図６のコンパレータ５４に相当し、カウンタ２６５およびロジック回路２６６は、例えば、図６のアップダウンカウンタ５５や、図１の信号処理部１６等に相当する。
また、駆動エリア制御部２４４は、無効エリアの駆動を停止させるため、電源供給を停止させる制御ではなく、タイミング信号（クロック信号）の供給を停止させてもよい。
すなわち、駆動エリア制御部２４４は、無効エリアの画素３１の駆動を停止させるため、画素３１またはその駆動回路を不活性化させればよい。
図２２のフローチャートを参照して、駆動エリアのリアルタイム制御処理をさらに説明する。
初めに、ステップＳ１１において、システム制御部１５は、装置外のセンサからセンサデータを取得し、ステップＳ１２に進む。センサデータは、モード検出部２４１と有効エリア計算部２４２に供給される。
ステップＳ１２において、モード検出部２４１は、取得したセンサデータに基づいて、動作モードを検出し、有効エリア決定部２４３に供給する。
ステップＳ１３において、有効エリア計算部２４２は、取得したセンサデータに基づいて、現フレームの有効エリアを計算し、有効エリア決定部２４３に供給する。
ステップＳ１４において、有効エリア決定部２４３は、有効エリア計算部２４２から供給された現フレームの有効エリアに、モード検出部２４１で決定された動作モードに応じた所定のマージンを付加して、現フレームの有効エリアを決定する。
ステップＳ１５において、有効エリア決定部２４３は、メモリ２４５に記憶されている前フレームの有効エリア情報を取得し、前フレームの有効エリアからの現フレームの有効エリアの変更領域を決定する。
そして、ステップＳ１６において、有効エリア決定部２４３は、現フレームの有効エリアに関する情報を、駆動エリア制御部２４４に供給する。具体的には、有効エリア決定部２４３は、１フレーム目では、画素アレイ部１１内の有効エリア全体を示す情報を、現フレームの有効エリアに関する情報として、駆動エリア制御部２４４に供給する。２フレーム目以降では、有効エリア決定部２４３は、有効エリアの変更領域を示す情報を、現フレームの有効エリアに関する情報として、駆動エリア制御部２４４に供給する。また、ステップＳ１６では、有効エリア決定部２４３は、現フレームの有効エリアを示す情報を、次フレームのための前フレームの有効エリア情報としてメモリ２４５に記憶させる。
ステップＳ１７において、駆動エリア制御部２４４は、有効エリア決定部２４３から供給された、現フレームの有効エリアに関する情報に基づいて、有効エリア以外の無効エリアの駆動を停止させる制御を行う。
以上のステップＳ１１乃至Ｓ１７の処理が所定の間隔で繰り返し実行されることにより、センサデータに基づいて、駆動エリアがフレーム単位でリアルタイムに変化し、その駆動エリアに合わせた制御が可能となる。これにより、固体撮像装置１の消費電力を低減させることができ、出力データのデータ量も削減することができる。また、一部の駆動を停止させることにより発熱も抑えることができ、ノイズの低減に寄与する。さらに、省電力化により、バッテリ駆動時間の増大、放熱部の簡素化が可能となり、セット（モジュール）の小型化も可能となる。データ量の削減は内部データバスの省力化にも寄与する。
＜５．電子機器への適用例＞
本技術は、固体撮像装置への適用に限られるものではない。即ち、本技術は、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置や、撮像機能を有する携帯端末装置や、画像読取部に固体撮像装置を用いる複写機など、画像取込部（光電変換部）に固体撮像装置を用いる電子機器全般に対して適用可能である。固体撮像装置は、ワンチップとして形成された形態であってもよいし、撮像部と信号処理部または光学系とがまとめてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態であってもよい。
図２３は、本技術を適用した電子機器としての、撮像装置の構成例を示すブロック図である。
図２３の撮像装置３００は、レンズ群などからなる光学部３０１、図１の固体撮像装置１の構成が採用される固体撮像装置（撮像デバイス）３０２、およびカメラ信号処理回路であるDSP(Digital Signal Processor)回路３０３を備える。また、撮像装置３００は、フレームメモリ３０４、表示部３０５、記録部３０６、操作部３０７、および電源部３０８も備える。DSP回路３０３、フレームメモリ３０４、表示部３０５、記録部３０６、操作部３０７および電源部３０８は、バスライン３０９を介して相互に接続されている。
光学部３０１は、被写体からの入射光（像光）を取り込んで固体撮像装置３０２の撮像面上に結像する。固体撮像装置３０２は、光学部３０１によって撮像面上に結像された入射光の光量を画素単位で電気信号に変換して画素信号として出力する。この固体撮像装置３０２として、図１の固体撮像装置１、即ち、魚眼レンズ(広角レンズ)を用いた撮影に好適な画素配列を有する固体撮像装置を用いることができる。
表示部３０５は、例えば、LCD(Liquid Crystal Display)や有機EL(Electro Luminescence)ディスプレイ等の薄型ディスプレイで構成され、固体撮像装置３０２で撮像された動画または静止画を表示する。記録部３０６は、固体撮像装置３０２で撮像された動画または静止画を、ハードディスクや半導体メモリ等の記録媒体に記録する。
操作部３０７は、ユーザによる操作の下に、撮像装置３００が持つ様々な機能について操作指令を発する。電源部３０８は、DSP回路３０３、フレームメモリ３０４、表示部３０５、記録部３０６および操作部３０７の動作電源となる各種の電源を、これら供給対象に対して適宜供給する。
上述したように、固体撮像装置３０２として、上述した実施の形態を適用した固体撮像装置１を用いることで、広角レンズで撮影した画像の外周部の解像感向上に寄与することができる。従って、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ、さらには携帯電話機等のモバイル機器向けカメラモジュールなどの撮像装置３００においても、撮像画像の高画質化を図ることができる。
＜イメージセンサの使用例＞
図２４は、上述の固体撮像装置１を用いたイメージセンサの使用例を示す図である。
上述の固体撮像装置１を用いたイメージセンサは、例えば、以下のように、可視光や、赤外光、紫外光、X線等の光をセンシングする様々なケースに使用することができる。
・ディジタルカメラや、カメラ機能付きの携帯機器等の、鑑賞の用に供される画像を撮影する装置
・自動停止等の安全運転や、運転者の状態の認識等のために、自動車の前方や後方、周囲、車内等を撮影する車載用センサ、走行車両や道路を監視する監視カメラ、車両間等の測距を行う測距センサ等の、交通の用に供される装置
・ユーザのジェスチャを撮影して、そのジェスチャに従った機器操作を行うために、TVや、冷蔵庫、エアーコンディショナ等の家電に供される装置
・内視鏡や、赤外光の受光による血管撮影を行う装置等の、医療やヘルスケアの用に供される装置
・防犯用途の監視カメラや、人物認証用途のカメラ等の、セキュリティの用に供される装置
・肌を撮影する肌測定器や、頭皮を撮影するマイクロスコープ等の、美容の用に供される装置
・スポーツ用途等向けのアクションカメラやウェアラブルカメラ等の、スポーツの用に供される装置
・畑や作物の状態を監視するためのカメラ等の、農業の用に供される装置
＜６．移動体への応用例＞
本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
図２５は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。
車両制御システム１２０００は、通信ネットワーク１２００１を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図２５に示した例では、車両制御システム１２０００は、駆動系制御ユニット１２０１０、ボディ系制御ユニット１２０２０、車外情報検出ユニット１２０３０、車内情報検出ユニット１２０４０、及び統合制御ユニット１２０５０を備える。また、統合制御ユニット１２０５０の機能構成として、マイクロコンピュータ１２０５１、音声画像出力部１２０５２、及び車載ネットワークＩ／Ｆ（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）１２０５３が図示されている。
駆動系制御ユニット１２０１０は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット１２０１０は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。
ボディ系制御ユニット１２０２０は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット１２０２０は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット１２０２０には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット１２０２０は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
車外情報検出ユニット１２０３０は、車両制御システム１２０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット１２０３０には、撮像部１２０３１が接続される。車外情報検出ユニット１２０３０は、撮像部１２０３１に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット１２０３０は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。
撮像部１２０３１は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部１２０３１は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部１２０３１が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。
車内情報検出ユニット１２０４０は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット１２０４０には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部１２０４１が接続される。運転者状態検出部１２０４１は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット１２０４０は、運転者状態検出部１２０４１から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。
マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット１２０１０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｄｒｉｖｅｒ Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ Ｓｙｓｔｅｍ）の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。
また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット１２０２０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。
音声画像出力部１２０５２は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図２５の例では、出力装置として、オーディオスピーカ１２０６１、表示部１２０６２及びインストルメントパネル１２０６３が例示されている。表示部１２０６２は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。
図２６は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
図２６では、車両１２１００は、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５を有する。
撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５は、例えば、車両１２１００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部１２１０１及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として車両１２１００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部１２１０２，１２１０３は、主として車両１２１００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部１２１０４は、主として車両１２１００の後方の画像を取得する。撮像部１２１０１及び１２１０５で取得される前方の画像は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
なお、図２６には、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲１２１１１は、フロントノーズに設けられた撮像部１２１０１の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１２，１２１１３は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部１２１０２，１２１０３の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１４は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部１２１０４の撮像範囲を示す。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両１２１００を上方から見た俯瞰画像が得られる。
撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。
例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を基に、撮像範囲１２１１１ないし１２１１４内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化（車両１２１００に対する相対速度）を求めることにより、特に車両１２１００の進行路上にある最も近い立体物で、車両１２１００と略同じ方向に所定の速度（例えば、０ｋｍ／ｈ以上）で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ１２０５１は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御（追従停止制御も含む）や自動加速制御（追従発進制御も含む）等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、２輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両１２１００の周辺の障害物を、車両１２１００のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ１２０５１は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ１２０６１や表示部１２０６２を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット１２０１０を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。
撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ１２０５１が、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部１２０５２は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部１２０６２を制御する。また、音声画像出力部１２０５２は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部１２０６２を制御してもよい。
以上、本開示に係る技術が適用され得る車両制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、撮像部１２０３１に適用され得る。具体的には、撮像部１２０３１として、上述の固体撮像装置１を適用することができる。撮像部１２０３１に本開示に係る技術を適用することにより、外周部の解像感を向上させた広い視野の撮影画像を得ることができる。また、得られた撮影画像を用いて、ドライバの疲労を軽減したり、ドライバや車両の安全度を高めることが可能になる。
本技術は、可視光の入射光量の分布を検知して画像として撮像する固体撮像装置への適用に限らず、赤外線やX線、あるいは粒子等の入射量の分布を画像として撮像する固体撮像装置や、広義の意味として、圧力や静電容量など、他の物理量の分布を検知して画像として撮像する指紋検出センサ等の固体撮像装置（物理量分布検知装置）全般に対して適用可能である。
本技術の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
上述した例では、３６０°カメラに使用される魚眼レンズを用いた撮影に好適な画素配列として、中心部から外周部（円周部）へ行くほど画素ピッチが狭くなるように複数の画素を配置した画素アレイ部を有する構成について説明したが、本技術は、魚眼レンズに限らず、その他の広角レンズについても適用することができることは勿論である。
例えば、上述した複数の構成例の全てまたは一部を適宜組み合わせた形態を採用することができる。
なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、本明細書に記載されたもの以外の効果があってもよい。
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）
中心部から外周部へ行くほど画素ピッチが狭くなるように複数の画素を配置した画素アレイ部を備える
固体撮像装置。
（２）
前記画素アレイ部の画素配置は、同心円配置である
前記（１）に記載の固体撮像装置。
（３）
前記画素の形状は、矩形形状、同心円形状、または、同心多角形形状である
前記（１）または（２）に記載の固体撮像装置。
（４）
前記画素の駆動を行うための駆動信号を伝送する画素駆動線と、
前記画素で生成された画素信号を画素外へ出力する出力信号線と
をさらに備え、
前記画素駆動線および前記出力信号線は、水平方向または垂直方向に直線状に延伸して配置されている
前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（５）
前記画素の駆動を行うための駆動信号を伝送する画素駆動線と、
前記画素で生成された画素信号を画素外へ出力する出力信号線と
をさらに備え、
前記画素駆動線は、所定の半径の円周上に配置された複数の画素単位に配置され、
前記出力信号線は、同心円の円周上に配置された前記画素の径方向に沿って配置されている
前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（６）
前記画素が出力する画素信号をAD変換するAD変換部をさらに備え、
前記画素アレイ部の画素配置は、同心円配置であり、
前記AD変換部は、円状に形成された前記画素アレイ部の外側の円周に配置されている
前記（１）乃至（５）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（７）
前記画素を駆動する画素駆動部は、前記画素アレイ部の前記円周に配置された前記AD変換部の外側に配置されている
前記（６）に記載の固体撮像装置。
（８）
円状に形成された前記画素アレイ部の最外周に、OPB画素を配置したOPB領域を有する
前記（６）または（７）に記載の固体撮像装置。
（９）
前記画素は、オンチップレンズを備え、
前記オンチップレンズの曲率は、前記画素アレイ部の中心部側と外周部側とで異なる
前記（１）乃至（８）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１０）
前記画素は、オンチップレンズを備え、
前記オンチップレンズの曲率は、全画素で同一である
前記（１）乃至（８）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１１）
前記画素が出力する画素信号をAD変換するAD変換部を画素ごとに備える
前記（１）乃至（１０）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１２）
前記画素アレイ部の前記複数の画素は、行列状に２次元配置されている
前記（１）乃至（１１）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１３）
前記画素のサイズが、前記画素アレイ部の中心部で大きく、周辺部にいくに従って小さく形成されている
前記（１２）に記載の固体撮像装置。
（１４）
前記画素の駆動を行うための駆動信号を伝送する画素駆動線と、
前記画素で生成された画素信号を画素外へ出力する出力信号線と
をさらに備え、
前記画素駆動線および前記出力信号線は、隣りの配線との間隔が前記画素アレイ部の中心部から外周部へ行くほど狭くなるように配置されている
前記（１２）または（１３）に記載の固体撮像装置。
（１５）
前記画素アレイ部において被写体の像が投影される投影領域は円形状の領域であり、前記画素アレイ部内の、被写体の像が投影されない非投影領域の前記画素は、受光および読み出しの画素駆動を行わないように構成された
前記（１２）乃至（１４）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１６）
前記画素アレイ部において被写体の像が投影される投影領域は円形状の領域であり、前記画素アレイ部内の、被写体の像が投影されない非投影領域は、OPB画素を配置したOPB領域である
前記（１２）乃至（１５）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１７）
前記画素アレイ部は、同一サイズのサブ画素を行列状に２次元配置し、
前記画素アレイ部の場所に応じて前記サブ画素の画素信号を合成して出力する単位を変えることにより、中心部から外周部となるほど画素ピッチが狭くなるように構成されている
前記（１２）乃至（１６）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１８）
複数の画素を有する画素アレイ部と、
前記画素アレイ部の前記複数の画素に対して、画素の駆動を行う有効エリアを決定し、前記有効エリア以外の画素の駆動を停止する制御を行う制御部と
を備える固体撮像装置。
（１９）
前記制御部は、取得したセンサデータに基づいて、フレーム単位で前記有効エリアを決定し、前記有効エリア以外の画素の駆動を停止する制御を行う
前記（１８）に記載の固体撮像装置。
（２０）
中心部から外周部へ行くほど画素ピッチが狭くなるように複数の画素を配置した画素アレイ部を備える固体撮像装置
を備える電子機器。
１ 固体撮像装置， １１ 画素アレイ部， １２ Vスキャナ， １３ AD変換部， １４ Hスキャナ， １５ システム制御部， ２１ 画素駆動線， ２２ 出力信号線， ３１ 画素， PD フォトダイオード，４１ ADC， ６１ AD変換部， ６２ ｒスキャナ， ６３ OPB領域， ７４ オンチップレンズ， ２１１ 有効エリア， ２４１ モード検出部， ２４２ 有効エリア計算部， ２４３ 有効エリア決定部， ２４４ 駆動エリア制御部， ２４５ メモリ， ３００ 撮像装置， ３０２ 固体撮像装置

Claims (20)

  1. 中心部から外周部へ行くほど画素ピッチが狭くなるように複数の画素を配置した画素アレイ部を備える
    固体撮像装置。
  2. 前記画素アレイ部の画素配置は、同心円配置である
    請求項１に記載の固体撮像装置。
  3. 前記画素の形状は、矩形形状、同心円形状、または、同心多角形形状である
    請求項１に記載の固体撮像装置。
  4. 前記画素の駆動を行うための駆動信号を伝送する画素駆動線と、
    前記画素で生成された画素信号を画素外へ出力する出力信号線と
    をさらに備え、
    前記画素駆動線および前記出力信号線は、水平方向または垂直方向に直線状に延伸して配置されている
    請求項１に記載の固体撮像装置。
  5. 前記画素の駆動を行うための駆動信号を伝送する画素駆動線と、
    前記画素で生成された画素信号を画素外へ出力する出力信号線と
    をさらに備え、
    前記画素駆動線は、所定の半径の円周上に配置された複数の画素単位に配置され、
    前記出力信号線は、同心円の円周上に配置された前記画素の径方向に沿って配置されている
    請求項１に記載の固体撮像装置。
  6. 前記画素が出力する画素信号をAD変換するAD変換部をさらに備え、
    前記画素アレイ部の画素配置は、同心円配置であり、
    前記AD変換部は、円状に形成された前記画素アレイ部の外側の円周に配置されている
    請求項１に記載の固体撮像装置。
  7. 前記画素を駆動する画素駆動部は、前記画素アレイ部の前記円周に配置された前記AD変換部の外側に配置されている
    請求項６に記載の固体撮像装置。
  8. 円状に形成された前記画素アレイ部の最外周に、OPB画素を配置したOPB領域を有する
    請求項６に記載の固体撮像装置。
  9. 前記画素は、オンチップレンズを備え、
    前記オンチップレンズの曲率は、前記画素アレイ部の中心部側と外周部側とで異なる
    請求項１に記載の固体撮像装置。
  10. 前記画素は、オンチップレンズを備え、
    前記オンチップレンズの曲率は、全画素で同一である
    請求項１に記載の固体撮像装置。
  11. 前記画素が出力する画素信号をAD変換するAD変換部を画素ごとに備える
    請求項１に記載の固体撮像装置。
  12. 前記画素アレイ部の前記複数の画素は、行列状に２次元配置されている
    請求項１に記載の固体撮像装置。
  13. 前記画素のサイズが、前記画素アレイ部の中心部で大きく、周辺部にいくに従って小さく形成されている
    請求項１２に記載の固体撮像装置。
  14. 前記画素の駆動を行うための駆動信号を伝送する画素駆動線と、
    前記画素で生成された画素信号を画素外へ出力する出力信号線と
    をさらに備え、
    前記画素駆動線および前記出力信号線は、隣りの配線との間隔が前記画素アレイ部の中心部から外周部へ行くほど狭くなるように配置されている
    請求項１２に記載の固体撮像装置。
  15. 前記画素アレイ部において被写体の像が投影される投影領域は円形状の領域であり、前記画素アレイ部内の、被写体の像が投影されない非投影領域の前記画素は、受光および読み出しの画素駆動を行わないように構成された
    請求項１２に記載の固体撮像装置。
  16. 前記画素アレイ部において被写体の像が投影される投影領域は円形状の領域であり、前記画素アレイ部内の、被写体の像が投影されない非投影領域は、OPB画素を配置したOPB領域である
    請求項１２に記載の固体撮像装置。
  17. 前記画素アレイ部は、同一サイズのサブ画素を行列状に２次元配置し、
    前記画素アレイ部の場所に応じて前記サブ画素の画素信号を合成して出力する単位を変えることにより、中心部から外周部となるほど画素ピッチが狭くなるように構成されている
    請求項１２に記載の固体撮像装置。
  18. 複数の画素を有する画素アレイ部と、
    前記画素アレイ部の前記複数の画素に対して、画素の駆動を行う有効エリアを決定し、前記有効エリア以外の画素の駆動を停止する制御を行う制御部と
    を備える固体撮像装置。
  19. 前記制御部は、取得したセンサデータに基づいて、フレーム単位で前記有効エリアを決定し、前記有効エリア以外の画素の駆動を停止する制御を行う
    請求項１８に記載の固体撮像装置。
  20. 中心部から外周部へ行くほど画素ピッチが狭くなるように複数の画素を配置した画素アレイ部を備える固体撮像装置
    を備える電子機器。
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