JP2022113394A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画質を高めることができる撮像装置を提供する。【解決手段】撮像装置において、第１の受光画素Ｐ１０１、第２の受光画素Ｐ１０２および第３の受光画素Ｐ１０３を含み、それぞれが受光量に応じた画素信号を生成する複数の受光画素を有し、第１の受光画素、第２の受光画素および第３の受光画素は第１の方向においてこの順に並ぶ画素アレイと、第１の受光画素が生成した画素信号および第３の受光画素が生成した画素信号に基づいてそれぞれＡＤ変換を行う第１のＡＤ変換部と、第２の受光画素が生成した画素信号に基づいてＡＤ変換を行う第２のＡＤ変換部とを有する読出部と、を備える。【選択図】図１７

Description

本開示は、被写体を撮像する撮像装置に関する。

撮像装置には、例えば、複数の受光画素が設けられた第１の半導体基板と、複数のＡＤ変換部が設けられた第２の半導体基板とを有するものがある。例えば、特許文献１では、複数のＡＤ変換部のそれぞれが、そのＡＤ変換部が配置された領域に対応する領域に設けられた受光画素の受光結果に基づいてＡＤ変換を行う技術が開示されている。

特開２０１８－９８５２４号公報

ところで、撮像装置では、画質が高いことが望まれており、さらなる画質の向上が期待されている。

画質を高めることができる撮像装置を提供することが望ましい。

本開示の一実施の形態における撮像装置は、画素アレイと、読出部とを備えている。画素アレイは、第１の受光画素、第２の受光画素、および第３の受光画素を含み、それぞれが画素信号を生成する複数の受光画素を有する。第１の受光画素、第２の受光画素、および第３の受光画素は第１の方向においてこの順に並ぶ。読出部は、第１の受光画素が生成した画素信号および第３の受光画素が生成した画素信号に基づいてそれぞれＡＤ変換を行う第１のＡＤ変換部と、第２の受光画素が生成した画素信号に基づいてＡＤ変換を行う第２のＡＤ変換部とを有する。

本開示の一実施の形態における撮像装置では、画素アレイにおいて、第１の受光画素、第２の受光画素、および第３の受光画素を含む複数の受光画素が設けられる。複数の受光画素のそれぞれでは、受光量に応じた画素信号が生成される。第１の受光画素、第２の受光画素、および第３の受光画素は、第１の方向においてこの順に並ぶ。読出部では、第１のＡＤ変換部により、第１の受光画素が生成した画素信号および第３の受光画素が生成した画素信号に基づいてＡＤ変換が行われ、第２のＡＤ変換部により、第２の受光画素が生成した画素信号に基づいてＡＤ変換が行われる。

本開示の一実施の形態に係る撮像装置の一構成例を表すブロック図である。 図１に示した画素アレイの一構成例を表す説明図である。 図２に示した画素アレイの第１の動作モードにおける一動作例を表す説明図である。 図２に示した画素アレイの第２の動作モードにおける一動作例を表す説明図である。 図２に示した受光画素および読出回路の一構成例を表す回路図である。 図１に示した撮像装置の実装例を表す説明図である。 図１に示した撮像装置の実装例を表す他の説明図である。 図４に示した読出回路の配置例を表す説明図である。 図１に示した撮像装置の一動作例を表すタイミング波形図である。 図１に示した撮像装置の第１の動作モードにおける一動作例を表す説明図である。 図１に示した撮像装置の第１の動作モードにおける一動作例を表す他の説明図である。 図１に示した撮像装置の第２の動作モードにおける一動作例を表す説明図である。 図１に示した撮像装置の第２の動作モードにおける一動作例を表す他の説明図である。 図１に示した撮像装置の一動作例を表す説明図である。 図１に示した撮像装置の第１の動作モードにおける一動作例を表す他の説明図である。 図１に示した撮像装置の第２の動作モードにおける一動作例を表す他の説明図である。 図１に示した撮像装置の第２の動作モードにおける一動作例を表す他の説明図である。 図１に示した撮像装置における、ある読出回路の読出対象である受光画素の配置の一例を表す説明図である。 図１に示した撮像装置における、ある読出回路の読出対象である受光画素の配置の他の一例を表す説明図である。 図１に示した撮像装置の適用例を表す説明図である。 撮像装置の使用例を表す説明図である。 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、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．実施の形態
２．撮像装置の使用例
３．移動体への応用例

＜１．実施の形態＞
［構成例］
図１は、一実施の形態に係る撮像装置（撮像装置１）の一構成例を表すものである。撮像装置１は、画素アレイ１１と、駆動部１２と、読出部１３と、信号処理部１４と、撮像制御部１５とを備えている。

画素アレイ１１は、マトリックス状に配置された複数の受光画素Ｐを有している。受光画素Ｐは、受光量に応じた画素電圧Ｖpixを含む信号ＳＩＧを生成するように構成される。

図２は、画素アレイ１１の一構成例を表すものである。画素アレイ１１における複数の受光画素Ｐは、複数の画素グループＧＰに区分される。この例では、複数の画素グループＧＰのそれぞれは、説明の便宜上、９つの受光画素Ｐを含んでいるが、実際には、後述するように、例えば数百個の受光画素Ｐを含むことができる。この図２では、複数の画素グループＧＰのうちの９つの画素グループＧＰを図示している。

画素アレイ１１は、複数の信号線ＶＳＬ１および複数の信号線ＶＳＬ２を有している。信号線ＶＳＬ１および信号線ＶＳＬ２は、受光量に応じた画素電圧Ｖpixを含む信号ＳＩＧを読出部１３に伝えるように構成される。撮像装置１は、動作モードＭ１および動作モードＭ２を有しており、信号線ＶＳＬ１は、動作モードＭ１において用いられ、信号線ＶＳＬ２は、動作モードＭ２において用いられる。

複数の信号線ＶＳＬ１は、複数の画素グループＧＰに対応してそれぞれ設けられる。信号線ＶＳＬ１は、この例では９つの受光画素Ｐに接続される。

図３Ａは、信号線ＶＳＬ１に接続された受光画素Ｐの配置の一例を表すものである。この図３Ａでは、複数の画素グループＧＰのうちのある一つの画素グループＧＰ（画素グループＧＰ５）に着目している。そして、この画素グループＧＰ５に対応する信号線ＶＳＬ１を太線により示し、この信号線ＶＳＬ１に接続された９つの受光画素Ｐを網掛けにより示している。この画素グループＧＰ５に対応する信号線ＶＳＬ１は、この画素グループＧＰ５に属するすべての受光画素Ｐに接続される。そして、これらの９つの受光画素Ｐは、動作モードＭ１において、この信号線ＶＳＬ１を介して、受光量に応じた画素電圧Ｖpixを含む信号ＳＩＧを、読出部１３の読出回路２０（後述）に供給するようになっている。

複数の信号線ＶＳＬ２は、この例では９つの受光画素Ｐに接続される。信号線ＶＳＬ２に接続された９つの受光画素Ｐは、信号線ＶＳＬ１に接続された９つの受光画素Ｐとは異なる。

図３Ｂは、信号線ＶＳＬ２に接続された受光画素Ｐの配置の一例を表すものである。この図３Ｂでは、この画素グループＧＰ５に対応する信号線ＶＳＬ２を太線により示し、この信号線ＶＳＬ２に接続された９つの受光画素Ｐを網掛けにより示している。この画素グループＧＰ５に対応する信号線ＶＳＬ２は、この画素グループＧＰ５が中央に配置された３行３列の９つの画素グループＧＰ（画素グループＧＰ１～ＧＰ９）に属する９つの受光画素Ｐに接続される。この例では、画素グループＧＰ５に対応する信号線ＶＳＬ２は、画素グループＧＰ５の左上の画素グループＧＰ（画素グループＧＰ１）における右下の受光画素Ｐ、画素グループＧＰ５の上の画素グループＧＰ（画素グループＧＰ２）における下部中央の受光画素Ｐ、画素グループＧＰの右上の画素グループＧＰ（画素グループＧＰ３）における左下の受光画素Ｐ、画素グループＧＰ５の左の画素グループＧＰ４の右部中央の受光画素Ｐ、画素グループＧＰ５の中央の受光画素Ｐ、画素グループＧＰ５の右側の画素グループＧＰ（画素グループＧＰ６）における左部中央の受光画素Ｐ、画素グループＧＰ５の左下の画素グループＧＰ（画素グループＧＰ７）における右上の受光画素Ｐ、画素グループＧＰ５の下の画素グループＧＰ（画素グループＧＰ８）における上部中央の受光画素Ｐ、および画素グループＧＰの右下の画素グループＧＰ（画素グループＧＰ９）における左上の受光画素Ｐに接続される。そして、これらの９つの受光画素Ｐは、動作モードＭ２において、この信号線ＶＳＬ２を介して、受光量に応じた画素電圧Ｖpixを含む信号ＳＩＧを読出部１３の読出回路２０（後述）に供給するようになっている。

図４は、受光画素Ｐの一構成例を表すものである。受光画素Ｐは、後述するように、半導体基板１０１に設けられる。受光画素Ｐは、フォトダイオードＰＤと、トランジスタＴＲＧと、フローティングディフュージョンＦＤと、トランジスタＲＳＴ，ＡＭＰ，ＳＥＬ１，ＳＥＬ２とを有している。トランジスタＴＲＧ，ＲＳＴ，ＡＭＰ，ＳＥＬ１，ＳＥＬ２は、この例ではＮ型のＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタである。

フォトダイオードＰＤは、受光量に応じた量の電荷を生成し、生成した電荷を内部に蓄積する光電変換素子である。フォトダイオードＰＤのアノードは接地され、カソードはトランジスタＴＲＧのソースに接続される。

トランジスタＴＲＧのゲートには駆動部１２により制御信号ＳＴＲＧが供給され、ソースはフォトダイオードＰＤのカソードに接続され、ドレインはフローティングディフュージョンＦＤに接続される。

フローティングディフュージョンＦＤは、フォトダイオードＰＤからトランジスタＴＲＧを介して転送された電荷を蓄積するように構成される。フローティングディフュージョンＦＤは、例えば、半導体基板の表面に形成された拡散層を用いて構成される。図４では、フローティングディフュージョンＦＤを、容量素子のシンボルを用いて示している。

トランジスタＲＳＴのゲートには駆動部１２により制御信号ＳＲＳＴが供給され、ドレインには電源電圧ＶＤＤが供給され、ソースはフローティングディフュージョンＦＤに接続される。なお、この例では、トランジスタＲＳＴのドレインに電源電圧ＶＤＤを供給したが、これに限定されるものではなく、トランジスタＲＳＴのドレインに所定の直流電圧を供給することができる。

トランジスタＡＭＰのゲートはフローティングディフュージョンＦＤに接続され、ドレインには電源電圧ＶＤＤが供給され、ソースはトランジスタＳＥＬ１のドレインおよびトランジスタＳＥＬ２のドレインに接続される。

トランジスタＳＥＬ１のゲートには駆動部１２により制御信号ＳＳＥＬ１が供給され、ドレインはトランジスタＡＭＰのソースに接続され、ソースは信号線ＶＳＬ１に接続される。トランジスタＳＥＬ２のゲートには駆動部１２により制御信号ＳＳＥＬ２が供給され、ドレインはトランジスタＡＭＰのソースに接続され、ソースは信号線ＶＳＬ２に接続される。トランジスタＳＥＬ１のソースに接続された信号線ＶＳＬ１、およびトランジスタＳＥＬ２のソースに接続された信号線ＶＳＬ２は、図３Ａ，３Ｂに示したように、例えば、互いに異なる読出回路２０にそれぞれ接続される。

この構成により、受光画素Ｐでは、例えば制御信号ＳＴＲＧ，ＳＲＳＴに基づいてトランジスタＴＲＧ，ＲＳＴがオン状態になることにより、フォトダイオードＰＤに蓄積された電荷が排出される。そして、これらのトランジスタＴＲＧ，ＲＳＴがオフ状態になることにより、露光期間が開始され、フォトダイオードＰＤに、受光量に応じた量の電荷が蓄積される。そして、露光期間が終了した後に、受光画素Ｐは、リセット電圧Ｖresetおよび画素電圧Ｖpixを含む信号ＳＩＧを、信号線ＶＳＬ１または信号線ＶＳＬ２に出力する。受光画素Ｐは、動作モードＭ１では、信号ＳＩＧを信号線ＶＳＬ１に出力し、動作モードＭ２では、信号ＳＩＧを信号線ＶＳＬ２に出力する。

具体的には、動作モードＭ１では、まず、制御信号ＳＳＥＬ１に基づいてトランジスタＳＥＬ１がオン状態になることにより、受光画素Ｐが信号線ＶＳＬ１と電気的に接続される。これにより、トランジスタＡＭＰは、読出部１３の定電流源２２（後述）に接続され、いわゆるソースフォロワとして動作する。そして、受光画素Ｐは、後述するように、トランジスタＲＳＴがオン状態になることによりフローティングディフュージョンＦＤの電圧がリセットされた後のＰ相（Pre-charge相）期間ＴＰにおいて、その時のフローティングディフュージョンＦＤの電圧に応じた電圧をリセット電圧Ｖresetとして出力する。また、受光画素Ｐは、トランジスタＴＲＧがオン状態になることによりフォトダイオードＰＤからフローティングディフュージョンＦＤへ電荷が転送された後のＤ相（Data相）期間ＴＤにおいて、その時のフローティングディフュージョンＦＤの電圧に応じた電圧を画素電圧Ｖpixとして出力する。画素電圧Ｖpixとリセット電圧Ｖresetとの差電圧は、受光画素Ｐの受光量に対応する。このようにして、受光画素Ｐは、これらのリセット電圧Ｖresetおよび画素電圧Ｖpixを含む信号ＳＩＧを、信号線ＶＳＬ１に出力する。動作モードＭ２についても同様であり、受光画素Ｐは、リセット電圧Ｖresetおよび画素電圧Ｖpixを含む信号ＳＩＧを、信号線ＶＳＬ２に出力するようになっている。

駆動部１２（図１）は、撮像制御部１５からの指示に基づいて、画素アレイ１１における複数の受光画素Ｐを駆動するように構成される。具体的には、駆動部１２は、画素アレイ１１における複数の受光画素Ｐのそれぞれに制御信号ＳＴＲＧ，ＳＲＳＴ，ＳＳＥＬ１，ＳＳＥＬ２を供給することにより、画素アレイ１１における複数の受光画素Ｐを駆動するようになっている。

読出部１３は、撮像制御部１５からの指示に基づいて、画素アレイ１１から信号線ＶＳＬ１または信号線ＶＳＬ２を介して供給された信号ＳＩＧに基づいてＡＤ変換を行うことにより、画像信号Ｓpic0を生成するように構成される。図２に示したように、読出部１３は、複数の読出回路２０を有している。複数の読出回路２０は、画素アレイ１１における複数の画素グループＧＰにそれぞれ対応して設けられる。

図４に示したように、読出回路２０は、スイッチ２１と、定電流源２２と、ＡＤ変換部２３とを有している。読出回路２０は、後述するように、半導体基板１０２に設けられる。

スイッチ２１は、その読出回路２０に対応する画素グループＧＰにおける信号線ＶＳＬ１，ＶＳＬ２に接続され、信号線ＶＳＬ１および信号線ＶＳＬ２をＡＤ変換部２３に接続するように構成される。スイッチ２１は、２つのトランジスタＴＲ１，ＴＲ２を有している。トランジスタＴＲ１，ＴＲ２はＮ型のＭＯＳトランジスタである。トランジスタＴＲ１のゲートには撮像制御部１５から制御信号が供給され、ドレインは信号線ＶＳＬ１に接続され、ソースは定電流源２２に接続されるとともにＡＤ変換部２３に接続される。トランジスタＴＲ２のゲートには撮像制御部１５から制御信号が供給され、ドレインは信号線ＶＳＬ２に接続され、ソースは定電流源２２に接続されるとともにＡＤ変換部２３に接続される。

この構成により、撮像装置１の動作モードＭが動作モードＭ１である場合には、トランジスタＴＲ１がオン状態になり、トランジスタＴＲ２がオフ状態になる。これにより、スイッチ２１は、信号線ＶＳＬ１をＡＤ変換部２３に接続し、受光画素Ｐから信号線ＶＳＬ１を介して供給された信号ＳＩＧをＡＤ変換部２３に供給する。また、撮像装置１の動作モードＭが動作モードＭ２である場合には、トランジスタＴＲ２がオン状態になり、トランジスタＴＲ１がオフ状態になる。これにより、スイッチ２１は、信号線ＶＳＬ２をＡＤ変換部２３に接続し、受光画素Ｐから信号線ＶＳＬ２を介して供給された信号ＳＩＧをＡＤ変換部２３に供給するようになっている。

定電流源２２は、スイッチ２１により選択された信号線ＶＳＬ１，ＶＳＬ２のうちの一方に所定の電流を流すように構成される。定電流源２２の一端はスイッチ２１に接続され、他端は接地される。

ＡＤ変換部２３は、受光画素Ｐから信号線ＶＳＬ１または信号線ＶＳＬ２を介して供給された信号ＳＩＧに基づいてＡＤ変換を行うように構成される。ＡＤ変換部２３は、容量素子２４，２５と、比較回路２６と、カウンタ２７とを有している。

容量素子２４の一端はスイッチ２１に接続されるとともに信号ＳＩＧが供給され、他端は比較回路２６に接続される。容量素子２５の一端には参照信号ＲＡＭＰが供給され、他端は比較回路２６に接続される。

比較回路２６は、受光画素Ｐから容量素子２４を介して供給された信号ＳＩＧと、撮像制御部１５から容量素子２５を介して供給された参照信号ＲＡＭＰとに基づいて、比較動作を行うことにより信号ＣＰを生成するように構成される。比較回路２６は、撮像制御部１５から供給された制御信号ＡＺに基づいて、容量素子２４，２５の電圧を設定することにより動作点を設定する。そしてその後に、比較回路２６は、Ｐ相期間ＴＰにおいて、信号ＳＩＧに含まれるリセット電圧Ｖresetと、参照信号ＲＡＭＰの電圧とを比較する比較動作を行い、Ｄ相期間ＴＤにおいて、信号ＳＩＧに含まれる画素電圧Ｖpixと、参照信号ＲＡＭＰの電圧とを比較する比較動作を行うようになっている。

カウンタ２７は、比較回路２６から供給された信号ＣＰに基づいて、撮像制御部１５から供給されたクロック信号ＣＬＫのパルスをカウントするカウント動作を行うように構成される。具体的には、カウンタ２７は、Ｐ相期間ＴＰにおいて、信号ＣＰが遷移するまでクロック信号ＣＬＫのパルスをカウントすることによりカウント値ＣＮＴＰを生成し、このカウント値ＣＮＴＰを出力する。また、カウンタ２７は、Ｄ相期間ＴＤにおいて、信号ＣＰが遷移するまでクロック信号ＣＬＫのパルスをカウントすることによりカウント値ＣＮＴＤを生成し、このカウント値ＣＮＴＤを出力するようになっている。

このようにして、読出部１３における複数のＡＤ変換部２３のぞれぞれは、カウント値ＣＮＴＰ，ＣＮＴＤを生成する。そして、読出部１３は、これらのカウント値ＣＮＴＰ，ＣＮＴＤを、画像信号Ｓpic0として、信号処理部１４に順次転送するようになっている。なお、ＡＤ変換部２３は、この例では、容量素子２４，２５と、比較回路２６と、カウンタ２７とを有するようにしたが、これに限定されるものではない。例えば、容量素子２４，２５を省いてもよい。また、ＡＤ変換部２３は、他の回路構成を有していてもよい。

信号処理部１４（図１）は、画像信号Ｓpic0および撮像制御部１５からの指示に基づいて、所定の信号処理を行うことにより画像信号Ｓpicを生成するように構成される。所定の画像処理は、例えば、ＣＤＳ（ＣＤＳ；Correlated Double Sampling）処理を含む。ＣＤＳ処理では、信号処理部１４は、画像信号Ｓpic0に含まれる、Ｐ相期間ＴＰにおいて得られたカウント値ＣＮＴＰおよびＤ相期間ＴＤにおいて得られたカウント値ＣＮＴＤに基づいて、相関２重サンプリングの原理を利用して、画素値ＶＡＬを生成するようになっている。そして、信号処理部１４は、動作モードＭに応じて、画素値ＶＡＬを配置することによりフレーム画像を生成する。すなわち、動作モードＭ１と、動作モードＭ２とでは、図３Ａ，３Ｂに示したように、読出回路２０に信号ＳＩＧを供給する９つの受光画素Ｐの位置が異なる。よって、信号処理部１４は、受光画素Ｐの位置に応じて画素値ＶＡＬを配置することによりフレーム画像を生成する。

撮像制御部１５（図１）は、駆動部１２、読出部１３、および信号処理部１４に制御信号を供給し、これらの回路の動作を制御することにより、撮像装置１の動作を制御するように構成される。

撮像制御部１５は、参照信号生成部１６を有している。参照信号生成部１６は、参照信号ＲＡＭＰを生成するように構成される。参照信号ＲＡＭＰは、ＡＤ変換部２３がＡＤ変換を行う期間（Ｐ相期間ＴＰおよびＤ相期間ＴＤ）において、時間の経過に応じて電圧レベルが徐々に変化する、いわゆるランプ波形を有する。参照信号生成部１６は、このような参照信号ＲＡＭＰを読出部１３に供給するようになっている。

次に、撮像装置１の実装例について説明する。

図５，６は、撮像装置１の一実装例を表すものである。撮像装置１は、この例では、２枚の半導体基板１０１，１０２に形成される。半導体基板１０１は、撮像装置１の受光面Ｓ側に配置され、半導体基板１０２は、撮像装置１の受光面Ｓ側とは反対側に配置される。半導体基板１０１，１０２は互いに重ね合わされる。半導体基板１０１には、例えば画素アレイ１１が配置され、半導体基板１０２には、駆動部１２、読出部１３、信号処理部１４、および撮像制御部１５が配置される。半導体基板１０１の配線と、半導体基板１０２の配線とは、配線１０３により接続される。配線１０３は、例えばＣｕ－Ｃｕなどの金属結合などを用いることができる。

図５，６に示したように、半導体基板１０１には複数の受光画素Ｐが並設され、半導体基板１０２には複数の読出回路２０が並設される。読出回路２０は、半導体基板１０２における、画素グループＧＰが配置された領域に対応する領域に配置される。図４，５に示したように、画素グループＧＰの信号線ＶＳＬ１，ＶＳＬ２および読出回路２０は、配線１０３により接続される。

図７は、読出回路２０が配置された領域における、スイッチ２１、定電流源２２、比較回路２６、およびカウンタ２７の配置例を表すものである。半導体基板１０１において、画素グループＧＰが配置される領域は、領域Ｒ１１を含んでいる。この領域Ｒ１１は、半導体基板１０２との間でＣｕ－Ｃｕなどの金属結合を行うための領域である。半導体基板１０２において、読出回路２０が配置される領域は、領域Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ２６，Ｒ２７を含んでいる。領域Ｒ２１は、半導体基板１０１との間でＣｕ－Ｃｕなどの金属結合を行うための領域である。この領域Ｒ２１は、半導体基板１０１における領域Ｒ１１に対応する位置に配置される。これにより、半導体基板１０１における画素グループＧＰの信号線ＶＳＬ１，ＶＳＬ２と、半導体基板１０２における読出回路２０が、配線１０３により接続される。また、この領域Ｒ２１には、スイッチ２１が配置される。領域Ｒ２２は、定電流源２２が配置される領域である。領域Ｒ２６は、比較回路２６が配置される領域である。領域Ｒ２７は、カウンタ２７が配置される領域である。

ここで、受光画素Ｐは、本開示における「受光画素」の一具体例に対応する。画素アレイ１１は、本開示における「画素アレイ」の一具体例に対応する。ＡＤ変換部２３は、本開示における「ＡＤ変換部」の一具体例に対応する。読出部１３は、本開示における「読出部」の一具体例に対応する。動作モードＭ１は、本開示における「第１の動作モード」の一具体例に対応する。動作モードＭ２は、本開示における「第２の動作モード」の一具体例に対応する。半導体基板１０１は、本開示における「第１の半導体基板」の一具体例に対応する。半導体基板１０２は、本開示における「第２の半導体基板」の一具体例に対応する。

［動作および作用］
続いて、本実施の形態の撮像装置１の動作および作用について説明する。

（全体動作概要）
まず、図１を参照して、撮像装置１の全体動作概要を説明する。駆動部１２は、撮像制御部１５からの指示に基づいて、画素アレイ１１における複数の受光画素Ｐを駆動する。受光画素Ｐは、Ｐ相期間ＴＰにおいて、リセット電圧Ｖresetを信号ＳＩＧとして出力し、Ｄ相期間ＴＤにおいて、受光量に応じた画素電圧Ｖpixを信号ＳＩＧとして出力する。読出部１３は、画素アレイ１１から信号線ＶＳＬ１または信号線ＶＳＬ２を介して供給された信号ＳＩＧに基づいて、画像信号Ｓpic0を生成する。信号処理部１４は、画像信号Ｓpic0に基づいて、所定の画像処理を行うことにより、画像信号Ｓpicを生成する。撮像制御部１５は、駆動部１２、読出部１３、および信号処理部１４に制御信号を供給し、これらの回路の動作を制御することにより、撮像装置１の動作を制御する。

（詳細動作）
以下に、動作モードＭ１における、受光画素Ｐに対する読出動作について説明する。なお、動作モードＭ２における読出動作についても同様である。

図８は、読出動作の一例を表すものであり、（Ａ）は制御信号ＳＳＥＬ１の波形を示し、（Ｂ）は制御信号ＳＳＥＬ２の波形を示し、（Ｃ）は制御信号ＳＲＳＴの波形を示し、（Ｄ）は制御信号ＳＴＲＧの波形を示し、（Ｅ）は制御信号ＡＺの波形を示し、（Ｆ）は参照信号ＲＡＭＰの波形を示し、（Ｇ）は信号ＳＩＧの波形を示し、（Ｈ）は信号ＣＰの波形を示す。図８（Ｆ），（Ｇ）では、参照信号ＲＡＭＰおよび信号ＳＩＧの波形を、同じ電圧軸を用いて示している。また、この説明では、図８（Ｆ）に示した参照信号ＲＡＭＰの波形は、容量素子２４を介して比較回路２６の入力端子に供給された電圧の波形であり、図８（Ｇ）に示した信号ＳＩＧの波形は、容量素子２５を介して比較回路２６の入力端子に供給された電圧の波形である。動作モードＭ１の場合には、制御信号ＳＳＥＬ２は低レベルに固定される（図８（Ｂ））。

まず、タイミングｔ１１において、水平期間Ｈが開始する。これにより、駆動部１２は、制御信号ＳＳＥＬ１の電圧を低レベルから高レベルに変化させる（図８（Ａ））。これにより、受光画素Ｐでは、トランジスタＳＥＬ１がオン状態になり、受光画素Ｐが信号線ＶＳＬ１と電気的に接続される。また、このタイミングｔ１１において、駆動部１２は、制御信号ＳＲＳＴの電圧を低レベルから高レベルに変化させる（図８（Ｃ））。これにより、受光画素Ｐでは、トランジスタＲＳＴがオン状態になり、フローティングディフュージョンＦＤの電圧が電源電圧ＶＤＤに設定される（リセット動作）。そして、受光画素Ｐは、このときのフローティングディフュージョンＦＤの電圧に対応する電圧を出力する。また、このタイミングｔ１１において、撮像制御部１５は、制御信号ＡＺの電圧を低レベルから高レベルに変化させる（図８（Ｅ））。これにより、ＡＤ変換部２３の比較回路２６は、容量素子２４，２５の電圧を設定することにより動作点を設定する。このようにして、信号ＳＩＧの電圧がリセット電圧Ｖresetに設定され、参照信号ＲＡＭＰの電圧が、信号ＳＩＧの電圧（リセット電圧Ｖreset）と同じ電圧に設定される（図８（Ｆ），（Ｇ））。

そして、タイミングｔ１１から所定の時間が経過したタイミングにおいて、駆動部１２は、制御信号ＳＲＳＴの電圧を高レベルから低レベルに変化させる（図８（Ｃ））。これにより、受光画素Ｐにおいて、トランジスタＲＳＴはオフ状態になり、リセット動作は終了する。

次に、タイミングｔ１２において、撮像制御部１５は、制御信号ＡＺの電圧を高レベルから低レベルに変化させる（図８（Ｅ））。これにより、比較回路２６は、動作点の設定を終了する。

また、このタイミングｔ１２において、参照信号生成部１６は、参照信号ＲＡＭＰの電圧を電圧Ｖ１にする（図８（Ｆ））。これにより、参照信号ＲＡＭＰの電圧が信号ＳＩＧの電圧より高くなるので、比較回路２６は、信号ＣＰの電圧を低レベルから高レベルに変化させる（図８（Ｈ））。

そして、タイミングｔ１３～ｔ１５の期間（Ｐ相期間ＴＰ）において、ＡＤ変換部２３は、信号ＳＩＧに基づいてＡＤ変換を行う。具体的には、まず、タイミングｔ１３において、参照信号生成部１６は、参照信号ＲＡＭＰの電圧を電圧Ｖ１から所定の変化度合いで低下させ始める（図８（Ｆ））。また、このタイミングｔ１３において、撮像制御部１５は、クロック信号ＣＬＫの生成を開始する。ＡＤ変換部２３のカウンタ２７は、カウント動作を行うことにより、このクロック信号ＣＬＫのパルスをカウントする。

そして、タイミングｔ１４において、参照信号ＲＡＭＰの電圧が信号ＳＩＧの電圧（リセット電圧Ｖreset）を下回る（図８（Ｆ），（Ｇ））。これにより、ＡＤ変換部２３の比較回路２６は、信号ＣＰの電圧を高レベルから低レベルに変化させる（図８（Ｈ））。ＡＤ変換部２３のカウンタ２７は、この信号ＣＰの遷移に基づいて、カウント動作を停止する。このときのカウンタ２７のカウント値（カウント値ＣＮＴＰ）は、リセット電圧Ｖresetに応じた値である。

次に、タイミングｔ１５において、撮像制御部１５は、Ｐ相期間ＴＰの終了に伴い、クロック信号ＣＬＫの生成を停止する。また、参照信号生成部１６は、このタイミングｔ１５において、参照信号ＲＡＭＰの電圧の変化を停止させる（図８（Ｆ））。そして、このタイミングｔ１５以降の期間において、読出部１３は、カウンタ２７のカウント値ＣＮＴＰを、画像信号Ｓpic0として、信号処理部１４に供給する。そして、カウンタ２７はカウント値をリセットする。

次に、タイミングｔ１６において、撮像制御部１５は、参照信号ＲＡＭＰの電圧を電圧Ｖ１に設定する（図８（Ｆ））。これにより、参照信号ＲＡＭＰの電圧が信号ＳＩＧの電圧（リセット電圧Ｖreset）より高くなるので、比較回路２６は、信号ＣＰの電圧を低レベルから高レベルに変化させる（図８（Ｈ））。

次に、タイミングｔ１７において、駆動部１２は、制御信号ＳＴＲＧの電圧を低レベルから高レベルに変化させる（図８（Ｄ））。これにより、受光画素Ｐでは、トランジスタＴＲＧがオン状態になり、フォトダイオードＰＤで発生した電荷がフローティングディフュージョンＦＤに転送される（電荷転送動作）。そして、受光画素Ｐは、このときのフローティングディフュージョンＦＤの電圧に対応する電圧を出力する。このようにして、信号ＳＩＧの電圧が画素電圧Ｖpixになる（図８（Ｇ））。

そして、このタイミングｔ１７から所定の時間が経過したタイミングにおいて、駆動部１２は、制御信号ＳＴＲＧの電圧を高レベルから低レベルに変化させる（図８（Ｄ））。これにより、受光画素Ｐにおいて、トランジスタＴＲＧはオフ状態になり、電荷転送動作は終了する。

そして、タイミングｔ１８～ｔ２０の期間（Ｄ相期間ＴＤ）において、ＡＤ変換部２３は、信号ＳＩＧに基づいてＡＤ変換を行う。具体的には、まず、タイミングｔ１８において、参照信号生成部１６は、参照信号ＲＡＭＰの電圧を電圧Ｖ１から所定の変化度合いで低下させ始める（図８（Ｆ））。また、このタイミングｔ１８において、撮像制御部１５は、クロック信号ＣＬＫの生成を開始する。ＡＤ変換部２３のカウンタ２７は、カウント動作を行うことにより、このクロック信号ＣＬＫのパルスをカウントする。

そして、タイミングｔ１９において、参照信号ＲＡＭＰの電圧が信号ＳＩＧの電圧（画素電圧Ｖpix）を下回る（図８（Ｆ），（Ｇ））。これにより、ＡＤ変換部２３の比較回路２６は、信号ＣＰの電圧を高レベルから低レベルに変化させる（図８（Ｈ））。ＡＤ変換部２３のカウンタ２７は、この信号ＣＰの遷移に基づいて、カウント動作を停止する。このときのカウンタ２７のカウント値（カウント値ＣＮＴＤ）は、画素電圧Ｖpixに応じた値である。

次に、タイミングｔ２０において、撮像制御部１５は、Ｄ相期間ＴＤの終了に伴い、クロック信号ＣＬＫの生成を停止する。また、参照信号生成部１６は、このタイミングｔ２０において、参照信号ＲＡＭＰの電圧の変化を停止させる（図８（Ｆ））。そして、このタイミングｔ２０以降の期間において、読出部１３は、カウンタ２７のカウント値ＣＮＴＤを、画像信号Ｓpic0として、信号処理部１４に供給する。そして、カウンタ２７は、カウント値をリセットする。

次に、タイミングｔ２１において、駆動部１２は、制御信号ＳＳＥＬ１の電圧を高レベルから低レベルに変化させる（図８（Ａ））。これにより、受光画素Ｐでは、トランジスタＳＥＬ１がオフ状態になり、受光画素Ｐが信号線ＶＳＬ１から電気的に切り離される。

このようにして、読出部１３は、カウント値ＣＮＴＰ，ＣＮＴＤを含む画像信号Ｓpic0を信号処理部１４に供給する。信号処理部１４は、例えば画像信号Ｓpic0に含まれるカウント値ＣＮＴＰ，ＣＮＴＤに基づいて、相関２重サンプリングの原理を利用して、画素値ＶＡＬを生成する。具体的には、信号処理部１４は、例えば、カウント値ＣＮＴＤからカウント値ＣＮＴＰを減算することにより、画素値ＶＡＬを生成する。そして、信号処理部１４は、動作モードＭに応じて、画素値ＶＡＬを配置することによりフレーム画像を生成する。すなわち、動作モードＭ１と、動作モードＭ２とでは、図３Ａ，３Ｂに示したように、読出回路２０に信号ＳＩＧを供給する９つの受光画素Ｐの位置が異なる。よって、信号処理部１４は、受光画素Ｐの位置に応じて画素値ＶＡＬを配置することによりフレーム画像を生成する。そして、信号処理部１４は、このフレーム画像の画像データを含む画像信号Ｓpicを生成する。

（動作モードＭ１，Ｍ２での動作）
図９，１０は、動作モードＭ１における撮像装置１の一動作例を表すものである。９つの読出回路２０（読出回路２０１～２０９）は、９つの画素グループＧＰ（画素グループＧＰ１～ＧＰ９）にそれぞれ対応している。読出回路２０１～２０９は、スイッチ２１をそれぞれ有している。この図９では、受光画素Ｐを受光画素Ｐ１～Ｐ９で示している。受光画素Ｐ１は、読出回路２０１に信号ＳＩＧを供給する受光画素Ｐである。受光画素Ｐ２は、読出回路２０２に信号ＳＩＧを供給する受光画素Ｐである。受光画素Ｐ３～Ｐ９についても同様である。

例えば、画素グループＧＰ５に対応する信号線ＶＳＬ１は、この画素グループＧＰ５に属するすべての受光画素Ｐ（受光画素Ｐ５）に接続される。動作モードＭ１では、この９つの受光画素Ｐ５は、信号ＳＩＧを信号線ＶＳＬ１に出力する。読出回路２０５のスイッチ２１は、信号線ＶＳＬ１および信号線ＶＳＬ２のうちの信号線ＶＳＬ１をＡＤ変換部２３に接続する。このようにして、読出回路２０５のＡＤ変換部２３は、図９に示した９つの受光画素Ｐ５から供給された信号ＳＩＧに基づいてＡＤ変換を行う。

図１０に示したように、読出回路２０５の読出動作の対象となる９つの受光画素Ｐ（受光画素Ｐ５）は、画素グループＧＰ５に属する９つの受光画素Ｐである。すなわち、この場合には、読出回路２０５の読出動作の対象となる領域Ｗ１は、画素グループＧＰ５の領域と同じである。

このような動作モードＭ１は、例えば、ＲＯＩ（Region Of Interest）動作を行う際に使用することができる。すなわち、撮像動作では、例えば、特定の領域の画像のみを得たい場合があり得る。その場合には、複数の読出回路２０のうちの、その特定の領域に対応する読出回路２０を動作させることにより、消費電力を低減しつつ、特定の領域の画像のみを得ることができる。

図１１，１２は、動作モードＭ２における撮像装置１の一動作例を表すものである。例えば、画素グループＧＰ５に対応する信号線ＶＳＬ２は、この画素グループＧＰ５が中央に配置された３行３列の９つの画素グループＧＰ（画素グループＧＰ１～ＧＰ９）に属する９つの受光画素Ｐ（受光画素Ｐ５）に接続される。動作モードＭ２では、この９つの受光画素Ｐ５は、信号ＳＩＧを信号線ＶＳＬ２に出力する。読出回路２０５のスイッチ２１は、信号線ＶＳＬ１および信号線ＶＳＬ２のうちの信号線ＶＳＬ２をＡＤ変換部２３に接続する。このようにして、読出回路２０５のＡＤ変換部２３は、図１１に示した９つの受光画素Ｐ５から供給された信号ＳＩＧに基づいてＡＤ変換を行う。

図１２に示したように、読出回路２０５の読出動作の対象となる９つの受光画素Ｐ（受光画素Ｐ５）は、この画素グループＧＰ５が中央に配置された３行３列の９つの画素グループＧＰに属する９つの受光画素Ｐである。すなわち、この場合には、読出回路２０５の読出動作の対象となる領域Ｗ２は、画素グループＧＰ５の領域よりも広くなる。

図１２に示したように、動作モードＭ２では、読出回路２０の読出動作の対象となる領域Ｗ２を、画素グループＧＰの領域よりも広くすることができる。この場合、隣り合う画素グループＧＰでは、領域Ｗ２が互いに重なるようになる。これにより、以下に説明するように、動作モードＭ２では、動作モードＭ１に比べて、複数のＡＤ変換部２３の間の特性差や量子化誤差に起因する画素値ＶＡＬの段差を見えにくくすることができる。

図１３は、一様な被写体を撮像した場合における撮像結果の一例を表すものであり、（Ａ）は動作モードＭ１における撮像結果を示し、（Ｂ）は動作モードＭ２における撮像結果を示す。

この例では、一様な被写体を撮像しているので、一様な撮像結果が得られることが期待される。すなわち、複数の受光画素Ｐにおける受光量は同じであるので、画素値ＶＡＬは全てほぼ同じであることが期待される。しかしながら、例えば、複数のＡＤ変換部２３の間に特性差がある場合や、量子化誤差がある場合には、ＡＤ変換部２３が生成した画素値ＶＡＬに違いが生じ得る。

動作モードＭ１では、読出回路２０におけるＡＤ変換部２３は、１つの画素グループＧＰに属する９つの受光画素Ｐが生成した信号ＳＩＧに基づいてＡＤ変換を行う。よって、図１３（Ａ）に示したように、画素グループＧＰ単位で、画素値ＶＡＬが異なり得る。この場合には、画素グループＧＰを単位として、画素値ＶＡＬに段差が生じる。このように、複数の受光画素Ｐを含む大きな単位で画素値ＶＡＬに段差が生じるので、画素値ＶＡＬの段差が見えやすくなる可能性がある。

一方、動作モードＭ２では、図１２に示したように、読出回路２０におけるＡＤ変換部２３は、９つの画素グループＧＰに属する９つの受光画素Ｐが生成した信号ＳＩＧに基づいてＡＤ変換を行う。よって、図１３（Ｂ）に示したように、例えば受光画素Ｐを単位として、画素値ＶＡＬに段差が生じる。このように、動作モードＭ２では、小さな単位で画素値ＶＡＬに段差が生じるので、画素値ＶＡＬの段差を見えにくくすることができる。

以上の例では、説明の便宜上、画素グループＧＰは９つの受光画素Ｐを有するようにしたが、実際には、例えば数百個の受光画素Ｐを含むことができる。

図１４～１６は、画素グループＧＰが２８９個（１７×１７）の受光画素Ｐを含む場合における撮像結果の一例を表すものであり、図１４は、動作モードＭ１における撮像結果を示し、図１５，１６は動作モードＭ２における撮像結果を示す。図１５の例では、読出回路２０の読出動作の対象となる領域Ｗ２を、画素グループＧＰの領域よりも２つの受光画素Ｐの分だけ広くしている。図１６の例では、読出回路２０の読出動作の対象となる領域Ｗ２を、画素グループＧＰの領域よりも８つの受光画素Ｐの分だけ広くしている。

図１４の例では、画素グループＧＰを単位として画素値ＶＡＬに段差が生じるので、画素値ＶＡＬの段差が見えやすくなってしまう。一方、図１５の例では、読出回路２０の読出動作の対象となる領域Ｗ２を、画素グループＧＰの領域よりも２つの受光画素Ｐの分だけ広くしたので、隣り合う画素グループＧＰに応じた２つの領域Ｗ２は、オーバーラップ領域Ｗ３において、４つの受光画素Ｐの分だけ重なる。このオーバーラップ領域Ｗ３では、受光画素Ｐを単位として、画素値ＶＡＬに段差が生じる。これにより、画素値ＶＡＬの段差を見えにくくすることができる。

さらに、図１６の例では、読出回路２０の読出動作の対象となる領域Ｗ２を、画素グループＧＰの領域よりも８つの受光画素Ｐの分だけ広くしたので、隣り合う画素グループＧＰに応じた２つの領域Ｗ２は、オーバーラップ領域Ｗ３において、１６個の受光画素Ｐの分だけ重なる。このオーバーラップ領域Ｗ３では、受光画素Ｐを単位として、画素値ＶＡＬに段差が生じる。図１６の例では、図１５の例に比べて、より広いオーバーラップ領域Ｗ３において、受光画素Ｐを単位として、画素値ＶＡＬに段差が生じるようにしたので、画素値ＶＡＬの段差をさらに見えにくくすることができる。

次に、動作モードＭ２において、読出回路２０５に信号ＳＩＧを供給する受光画素Ｐ５の配置について、いくつか例を挙げて説明する。

図１７は、受光画素Ｐ５の配置の一例を表すものである。図１７において、網掛部は、受光画素Ｐ５が配置されていることを示す。この例では、画素グループＧＰが４４１個（２１×２１）の受光画素Ｐを含んでいる。また、読出回路２０５の読出動作の対象となる領域Ｗ２を、画素グループＧＰ５の領域よりも２つの受光画素Ｐの分だけ広くしている。この例では、画素グループＧＰの境界付近において、受光画素Ｐ５を市松模様状に配置している。

ここで、横方向に並ぶ３つの受光画素Ｐ５に着目する。例えば、受光画素Ｐ１０１，Ｐ１０２，Ｐ１０３は、横方向においてこの順に並ぶ。受光画素Ｐ１０１，Ｐ１０２は画素グループＧＰ５の領域に配置され、受光画素Ｐ１０３は画素グループＧＰ６の領域に配置される。受光画素Ｐ１０１，Ｐ１０３が生成した信号ＳＩＧは、画素グループＧＰ５に対応する読出回路２０５のＡＤ変換部２３によりＡＤ変換され、受光画素Ｐ１０２が生成した信号ＳＩＧは、画素グループＧＰ６に対応する読出回路２０６のＡＤ変換部２３によりＡＤ変換される。

また、例えば、受光画素Ｐ１１１，Ｐ１１２，Ｐ１１３は、横方向においてこの順に並ぶ。受光画素Ｐ１１１，Ｐ１１２は画素グループＧＰ５の領域に配置され、受光画素Ｐ１１３は画素グループＧＰ６の領域に配置される。この例では、受光画素Ｐ１１２および受光画素Ｐ１１３は、互いに離れて配置される。受光画素Ｐ１１１，Ｐ１１３が生成した信号ＳＩＧは、画素グループＧＰ５に対応する読出回路２０５のＡＤ変換部２３によりＡＤ変換され、受光画素Ｐ１１２が生成した信号ＳＩＧは、画素グループＧＰ６に対応する読出回路２０６のＡＤ変換部２３によりＡＤ変換される。

また、例えば、受光画素Ｐ１２１，Ｐ１２２，Ｐ１２３は、横方向においてこの順に並ぶ。受光画素Ｐ１２１～Ｐ１２３は、画素グループＧＰ５の領域に配置される。受光画素Ｐ１２１，Ｐ１２３が生成した信号ＳＩＧは、画素グループＧＰ５に対応する読出回路２０５のＡＤ変換部２３によりＡＤ変換され、受光画素Ｐ１２２が生成した信号ＳＩＧは、画素グループＧＰ６に対応する読出回路２０６のＡＤ変換部２３によりＡＤ変換される。

図１８は、受光画素Ｐ５の配置の他の例を表すものである。この例では、読出回路２０５の読出動作の対象となる領域Ｗ２を、画素グループＧＰ５の領域よりも３つの受光画素Ｐの分だけ広くしている。この例では、領域Ｗ２の外側に近づくほど、受光画素Ｐ５の配置密度が下がるように、受光画素Ｐ５を配置している。

例えば、受光画素Ｐ１３１，Ｐ１３２，Ｐ１３３は、横方向においてこの順に並ぶ。受光画素Ｐ１３１～Ｐ１３３は画素グループＧＰ５の領域に配置される。受光画素Ｐ１３１，Ｐ１３３が生成した信号ＳＩＧは、画素グループＧＰ５に対応する読出回路２０５のＡＤ変換部２３によりＡＤ変換され、受光画素Ｐ１３２が生成した信号ＳＩＧは、画素グループＧＰ６に対応する読出回路２０６のＡＤ変換部２３によりＡＤ変換される。

図１７，１８の例では、横方向に並ぶ３つの受光画素Ｐ５に着目したが、縦方向に並ぶ３つの受光画素についても同様である。

このように、動作モードＭ２では、隣り合う画素グループＧＰにおいて、領域Ｗ２が互いに重なるようになるので、この領域Ｗ２において、画素値ＶＡＬの段差を見えにくくすることができる。動作モードＭ２は、ＲＯＩ動作において使用してもよいし、全画面の撮像動作において使用してもよい。

例えば、全画面の撮像動作において動作モードＭ２を用いることにより、より自然な画像を得ることができる。

図１９は、撮像例を表すものであり、（Ａ）は被写体を示し、（Ｂ）は（Ａ）に示した被写体のうちの枠で囲まれた部分の撮像結果を示す。図１９（Ｂ）における罫線は、画素グループＧＰの境界を示す。

図１９（Ａ）に示したように、被写体の画像が、明るい部分と暗い部分の両方を含む場合があり得る。この例では、窓の外側は明るく、室内は暗い。このような場合において、撮像装置１は、例えば、複数のＡＤ変換部２３のそれぞれが、明るさに応じてゲインを設定することができる。例えば、明るい部分の画像を処理するＡＤ変換部２３は、ゲインを低くし、暗い部分の画像を処理するＡＤ変換部２３は、ゲインを高くする。これにより、撮像装置１では、例えば、いわゆる白飛びや黒つぶれを防ぐことができる。

この場合、画素グループＧＰに対応する領域を単位としてゲインが設定されるので、図１９（Ｂ）に示したように、例えば、ゲインが低い領域とゲインが高い領域との境界（例えば破線で囲まれた部分）において、画像が不自然になる可能性がある。このような場合において、撮像装置１では、例えば動作モードＭ２を使用することにより、複数のＡＤ変換部２３におけるゲインの差に起因する画素値ＶＡＬの段差を目立ちにくくすることができる。これにより、撮像装置１では、より自然な画像を得ることができる。

このように、撮像装置１では、第１の受光素子、第２の受光素子、および第３の受光素子がこの順に並ぶ画素アレイ１１と、第１の受光画素が生成した信号ＳＩＧおよび第３の受光画素が生成した信号ＳＩＧに基づいてそれぞれＡＤ変換を行う第１のＡＤ変換部と、第２の受光画素が生成した信号ＳＩＧに基づいてＡＤ変換を行う第２のＡＤ変換部とを有する読出部１３とを設けるようにした。これにより、撮像装置１では、例えば、複数のＡＤ変換部２３の間に特性差がある場合や、量子化誤差がある場合において、画素値ＶＡＬの段差をさらに見えにくくすることができる。その結果、撮像装置１では、画質を高めることができる。

［効果］
以上のように本実施の形態では、第１の受光素子、第２の受光素子、および第３の受光素子がこの順に並ぶ画素アレイと、第１の受光画素が生成した信号および第３の受光画素が生成した信号に基づいてそれぞれＡＤ変換を行う第１のＡＤ変換部と、第２の受光画素が生成した信号に基づいてＡＤ変換を行う第２のＡＤ変換部とを有する読出部とを設けるようにしたので、画質を高めることができる。

＜２．撮像装置の使用例＞
図２０は、上記実施の形態に係る撮像装置１の使用例を表すものである。上述した撮像装置１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、テレビジョンや、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

＜３．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２１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２１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２２は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。

図２２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２２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。車両に搭載される撮像装置では、撮像画像の画質を高めることができる。その結果、車両制御システム１２０００では、車両の衝突回避あるいは衝突緩和機能、車間距離に基づく追従走行機能、車速維持走行機能、車両の衝突警告機能、車両のレーン逸脱警告機能等を、高い精度で実現できる。

以上、実施の形態、およびそれらの具体的な応用例を挙げて本技術を説明したが、本技術はこれらの実施の形態等には限定されず、種々の変形が可能である。

例えば、上記実施の形態では、画素グループＧＰにおける縦方向の受光画素Ｐの数と横方向の受光画素Ｐの数を互いに同じにしたが、これに限定されるものではなく、互いに異なっていてもよい。

例えば、受光画素Ｐ５の配置例は、図１７，１８の例に限定されるものではなく、様々な配置が可能である。

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無く、また他の効果があってもよい。

なお、本技術は以下のような構成とすることができる。以下の構成の本技術によれば、画質を高めることができる。

（１）
第１の受光画素、第２の受光画素、および第３の受光画素を含み、それぞれが受光量に応じた画素信号を生成する複数の受光画素を有し、前記第１の受光画素、前記第２の受光画素、および前記第３の受光画素は第１の方向においてこの順に並ぶ画素アレイと、
前記第１の受光画素が生成した前記画素信号および前記第３の受光画素が生成した前記画素信号に基づいてそれぞれＡＤ変換を行う第１のＡＤ変換部と、前記第２の受光画素が生成した前記画素信号に基づいてＡＤ変換を行う第２のＡＤ変換部とを有する読出部と
を備えた撮像装置。
（２）
前記複数の受光画素は、第４の受光画素、第５の受光画素、および第６の受光画素を含み、
前記第４の受光画素、前記第５の受光画素、および前記第６の受光画素は第２の方向においてこの順に並び、
前記第１のＡＤ変換部は、前記第４の受光画素が生成した前記画素信号および前記第６の受光画素が生成した前記画素信号に基づいてそれぞれＡＤ変換を行い、
前記読出部は、前記第５の受光画素が生成した前記画素信号に基づいてＡＤ変換を行う第３のＡＤ変換部を有する
前記（１）に記載の撮像装置。
（３）
前記画素アレイにおける撮像領域は、第１の領域、第２の領域、および第３の領域を含む複数の領域に区分され、
前記第１の領域および前記第２の領域は、前記第１の方向において隣り合い、
前記第１の領域および前記第３の領域は、前記第２の方向において隣り合い、
前記第１の受光画素、前記第２の受光画素、前記第４の受光画素、および前記第５の受光画素は、前記第１の領域に設けられ、
前記第３の受光画素は、前記第２の領域に設けられ、
前記第６の受光画素は、前記第３の領域に設けられた
前記（２）に記載の撮像装置。
（４）
前記画素アレイは、第１の半導体基板に設けられ、
前記読出部は、前記第１の半導体基板に貼り付けられた第２の半導体基板に設けられ、
前記読出部の前記第１のＡＤ変換部は、前記第２の半導体基板における、前記第１の半導体基板の前記第１の領域に対応する領域に配置され、
前記読出部の前記第２のＡＤ変換部は、前記第２の半導体基板における、前記第１の半導体基板の前記第２の領域に対応する領域に配置され、
前記読出部の前記第３のＡＤ変換部は、前記第２の半導体基板における、前記第１の半導体基板の前記第３の領域に対応する領域に配置された
前記（３）に記載の撮像装置。
（５）
前記第２の受光画素および前記第３の受光画素は、前記第１の方向において互いに隣り合っている
前記（３）または（４）に記載の撮像装置。
（６）
前記第２の受光画素および前記第３の受光画素は、前記第１の方向において互いに離れて配置された
前記（３）または（４）に記載の撮像装置。
（７）
前記複数の受光画素は、前記第２の領域に配置され、前記第１のＡＤ変換部によりＡＤ変換される前記画素信号を生成する２以上の受光画素を含み、
前記２以上の受光画素は前記第３の受光画素を含み、
前記２以上の受光画素は、前記第２の領域の領域内における、前記第１の領域と前記第２の領域との間の境界付近の境界領域に配置された
前記（３）から（６）のいずれかに記載の撮像装置。
（８）
前記第２の領域の領域内において、前記第１の領域と前記第２の領域との間の境界から第１の距離だけ離れた場所における前記２以上の受光画素の画素密度は、前記境界から前記第１の距離より短い第２の距離だけ離れた場所における前記２以上の受光画素の画素密度よりも低い
前記（７）に記載の撮像装置。
（９）
前記撮像装置は、第１の動作モードと、第２の動作モードとを有し、
前記第１の動作モードにおいて、前記第１のＡＤ変換部は、前記第１の受光画素が生成した前記画素信号および前記第２の受光画素が生成した前記画素信号に基づいてそれぞれＡＤ変換を行い、前記第２のＡＤ変換部は、前記第３の受光画素が生成した前記画素信号に基づいてＡＤ変換を行い、
前記第２の動作モードにおいて、前記第１のＡＤ変換部は、前記第１の受光画素が生成した前記画素信号および前記第３の受光画素が生成した前記画素信号に基づいてそれぞれＡＤ変換を行い、前記第２のＡＤ変換部は、前記第２の受光画素が生成した前記画素信号に基づいてＡＤ変換を行う
前記（３）から（８）のいずれかに記載の撮像装置。
（１０）
前記画素アレイにおける撮像領域は、第１の領域を含む複数の領域に区分され、
前記第１の受光画素、前記第２の受光画素、前記第３の受光画素、前記第４の受光画素、前記第５の受光画素、および前記第６の受光画素は、前記第１の領域に設けられた
前記（２）に記載の撮像装置。
（１１）
前記画素アレイは、第１の半導体基板に設けられ、
前記読出部は、前記第１の半導体基板に貼り付けられた第２の半導体基板に設けられ、
前記読出部の前記第１のＡＤ変換部は、前記第２の半導体基板における、前記第１の半導体基板の前記第１の領域に対応する領域に配置された
前記（１０）に記載の撮像装置。

１…撮像装置、１１…画素アレイ、１２…駆動部、１３…読出部、１４…信号処理部、１５…撮像制御部、１６…参照信号生成部、２０，２０１～２０９…読出回路、２１…スイッチ、２２…定電流源、２３…ＡＤ変換部、２４，２５…容量素子、２６…比較回路、２７…カウンタ、１０１，１０２…半導体基板、１０３…配線、ＡＭＰ，ＲＳＴ，ＳＥＬ１，ＳＥＬ２，ＴＲＧ，ＴＲ１，ＴＲ２…トランジスタ、ＡＺ，ＳＲＳＴ，ＳＳＥＬ１，ＳＳＥＬ２，ＳＴＲＧ…制御信号、ＣＬＫ…クロック信号、ＣＮＴＤ，ＣＮＴＰ…カウント値、ＣＰ…信号、ＧＰ，ＧＰ１～ＧＰ９…画素グループ、Ｍ１，Ｍ２…動作モード、Ｐ，Ｐ１～Ｐ９…受光画素、ＰＤ…フォトダイオード、ＲＡＭＰ…参照信号、Ｓpic，Ｓpic0…画像信号、ＴＤ…Ｄ相期間、ＴＰ…Ｐ相期間、ＶＳＬ１，ＶＳＬ２…信号線。

Claims (11)

1. 第１の受光画素、第２の受光画素、および第３の受光画素を含み、それぞれが受光量に応じた画素信号を生成する複数の受光画素を有し、前記第１の受光画素、前記第２の受光画素、および前記第３の受光画素は第１の方向においてこの順に並ぶ画素アレイと、
   前記第１の受光画素が生成した前記画素信号および前記第３の受光画素が生成した前記画素信号に基づいてそれぞれＡＤ変換を行う第１のＡＤ変換部と、前記第２の受光画素が生成した前記画素信号に基づいてＡＤ変換を行う第２のＡＤ変換部とを有する読出部と
   を備えた撮像装置。
2. 前記複数の受光画素は、第４の受光画素、第５の受光画素、および第６の受光画素を含み、
   前記第４の受光画素、前記第５の受光画素、および前記第６の受光画素は第２の方向においてこの順に並び、
   前記第１のＡＤ変換部は、前記第４の受光画素が生成した前記画素信号および前記第６の受光画素が生成した前記画素信号に基づいてそれぞれＡＤ変換を行い、
   前記読出部は、前記第５の受光画素が生成した前記画素信号に基づいてＡＤ変換を行う第３のＡＤ変換部を有する
   請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記画素アレイにおける撮像領域は、第１の領域、第２の領域、および第３の領域を含む複数の領域に区分され、
   前記第１の領域および前記第２の領域は、前記第１の方向において隣り合い、
   前記第１の領域および前記第３の領域は、前記第２の方向において隣り合い、
   前記第１の受光画素、前記第２の受光画素、前記第４の受光画素、および前記第５の受光画素は、前記第１の領域に設けられ、
   前記第３の受光画素は、前記第２の領域に設けられ、
   前記第６の受光画素は、前記第３の領域に設けられた
   請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記画素アレイは、第１の半導体基板に設けられ、
   前記読出部は、前記第１の半導体基板に貼り付けられた第２の半導体基板に設けられ、
   前記読出部の前記第１のＡＤ変換部は、前記第２の半導体基板における、前記第１の半導体基板の前記第１の領域に対応する領域に配置され、
   前記読出部の前記第２のＡＤ変換部は、前記第２の半導体基板における、前記第１の半導体基板の前記第２の領域に対応する領域に配置され、
   前記読出部の前記第３のＡＤ変換部は、前記第２の半導体基板における、前記第１の半導体基板の前記第３の領域に対応する領域に配置された
   請求項３に記載の撮像装置。
5. 前記第２の受光画素および前記第３の受光画素は、前記第１の方向において互いに隣り合っている
   請求項３に記載の撮像装置。
6. 前記第２の受光画素および前記第３の受光画素は、前記第１の方向において互いに離れて配置された
   請求項３に記載の撮像装置。
7. 前記複数の受光画素は、前記第２の領域に配置され、前記第１のＡＤ変換部によりＡＤ変換される前記画素信号を生成する２以上の受光画素を含み、
   前記２以上の受光画素は前記第３の受光画素を含み、
   前記２以上の受光画素は、前記第２の領域の領域内における、前記第１の領域と前記第２の領域との間の境界付近の境界領域に配置された
   請求項３に記載の撮像装置。
8. 前記第２の領域の領域内において、前記第１の領域と前記第２の領域との間の境界から第１の距離だけ離れた場所における前記２以上の受光画素の画素密度は、前記境界から前記第１の距離より短い第２の距離だけ離れた場所における前記２以上の受光画素の画素密度よりも低い
   請求項７に記載の撮像装置。
9. 前記撮像装置は、第１の動作モードと、第２の動作モードとを有し、
   前記第１の動作モードにおいて、前記第１のＡＤ変換部は、前記第１の受光画素が生成した前記画素信号および前記第２の受光画素が生成した前記画素信号に基づいてそれぞれＡＤ変換を行い、前記第２のＡＤ変換部は、前記第３の受光画素が生成した前記画素信号に基づいてＡＤ変換を行い、
   前記第２の動作モードにおいて、前記第１のＡＤ変換部は、前記第１の受光画素が生成した前記画素信号および前記第３の受光画素が生成した前記画素信号に基づいてそれぞれＡＤ変換を行い、前記第２のＡＤ変換部は、前記第２の受光画素が生成した前記画素信号に基づいてＡＤ変換を行う
   請求項３に記載の撮像装置。
10. 前記画素アレイにおける撮像領域は、第１の領域を含む複数の領域に区分され、
    前記第１の受光画素、前記第２の受光画素、前記第３の受光画素、前記第４の受光画素、前記第５の受光画素、および前記第６の受光画素は、前記第１の領域に設けられた
    請求項２に記載の撮像装置。
11. 前記画素アレイは、第１の半導体基板に設けられ、
    前記読出部は、前記第１の半導体基板に貼り付けられた第２の半導体基板に設けられ、
    前記読出部の前記第１のＡＤ変換部は、前記第２の半導体基板における、前記第１の半導体基板の前記第１の領域に対応する領域に配置された
    請求項１０に記載の撮像装置。
    

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