JP2022119375A - 光電変換装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 特許文献１と比較して、学習済みモデルに基づく処理を行う処理部を改善した光電変換装置を提供する。【解決手段】 複数の光電変換部が設けられた光電変換領域と、複数の光電変換部からの出力信号を処理する信号処理部と、信号処理部で処理されたデータに対して、学習済みモデルに基づく処理を実行する処理部を有する。また、処理部と接続する第１のパッドと、信号処理部と接続する第２のパッドとを有する。【選択図】 図３

Description

本発明は、光電変換装置が有する信号処理回路の配置に関する。
近年では、画像処理の多様化・高速化などの観点から、光電変換装置内でより高度な信号処理を実行することが望まれている。
特許文献１には、第１の基板と第２の基板が積層された積層型の光電変換装置が記載されている。第１の基板には、複数の光電変換部を有する光電変換領域（撮像部）が設けられている。第２の基板には、第１の基板に配された画素アレイから得られた信号に対して、信号処理を行うＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）が配されている。機械学習のプログラムである学習済みモデルはメモリに格納されており、ＤＳＰでは学習済みモデルに基づいて信号処理を実行することが可能である。このため、光電変換装置内で従来よりも高度な信号処理を実行することができる。
特開２０２０－２５２６３号公報
特許文献１には、ＤＳＰからの出力配線やＤＳＰへの電力供給用配線について具体的な構成が開示されておらず、検討が不十分である。そこで、本発明では、特許文献１と比較して、より高性能な光電変換装置を提案することを目的とする。
本発明に係る光電変換装置は、複数の光電変換部が設けられた光電変換領域と、前記複数の光電変換部からの出力信号を処理する信号処理部と、前記信号処理部で処理されたデータに対して、学習済みモデルに基づく処理を実行する処理部と、を有し、前記処理部と接続する第１のパッドと、前記信号処理部と接続し、前記第１のパッドとは異なる第２のパッドと、を有することを特徴とする。
本発明によれば、特許文献１と比較して、より高性能な光電変換装置を提供することができる。
実施形態１に係る光電変換装置の構成図 実施形態２に係る光電変換装置の構成図 実施形態２に係る光電変換装置の平面図 実施形態３に係る光電変換装置の構成図 実施形態３に係る光電変換装置の平面図 実施形態４に係る光電変換装置の平面図 実施形態４に係る光電変換装置の平面図 実施形態４に係る光電変換装置の平面図 実施形態４に係る光電変換装置の平面図 実施形態５に係る光電変換装置の平面図 実施形態６に係る光電変換装置の平面図 実施形態７に係る光電変換装置の平面図 実施形態７に係る光電変換装置の平面図 実施形態８に係る光電変換装置の平面図 実施形態９に係る光電変換装置の平面図 実施形態１０の光電変換システムの機能ブロック図 実施形態１１の距離センサの機能ブロック図 実施形態１２の内視鏡手術の機能ブロック図 実施形態１３の光電変換システムおよび移動体の図 実施形態１４のスマートグラスの概略図 実施形態１５の診断システムの機能ブロック図
以下に、本開示の一実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。以下の実施形態において、同一の部位には同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。また、本明細書において、平面視とは、基板の光入射面に対して垂直な方向から視ることである。
（実施形態１）
実施形態１について、図１を用いて説明する。
図１は、本実施形態における光電変換装置の構成図である。図１において、光電変換装置は、複数の画素１００が２次元的に配されている。複数の画素１００のそれぞれにはフォトダイオードからなる光電変換部が設けられているため、複数の画素１００が配されている領域を光電変換領域１０１という。また、光電変換領域１０１を、複数の画素１００が配されていることから、画素領域ということもある。また、光電変換装置を撮像装置として用いる場合、光電変換領域１０１を撮像領域や撮像部ということもある。各画素は、光電変換部と、光電変換部で生じた電荷を読み出す画素回路を有していてもよい。例えば、画素回路は、転送トランジスタ、増幅トランジスタ、リセットトランジスタ、選択トランジスタ、容量切り替え用トランジスタなどを有していてもよい。あるいは、光電変換領域１０１には、ＡＰＤ（Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）からなる光電変換部が複数配されていてもよい。さらに、ＡＰＤはＳＰＡＤ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｈｏｔｏｎ Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｄｉｏｄｅ）であってもよい。
光電変換領域１０１からの信号はアナログデジタル変換回路（ＡＤＣ回路）１０２へ出力される。ＡＤＣ回路１０２は、例えば、所定の画素列に対応して設けられている。
ＡＤＣ回路１０２は、アナログの信号をデジタル値に変換することで、デジタルデータを生成する。ＡＤＣ回路１０２には、光電変換領域の素子を駆動するための駆動電圧を生成する電圧生成回路等が含まれていてもよい。ＡＤＣ回路で生成されたデジタルデータは、信号処理部１０３に出力される。なお、図１では、各列回路にＡＤＣ回路１０２が設けられている例を示している。しかし、ＡＤＣ回路１０２は、複数の光電変換部のそれぞれに対応して、１つのＡＤＣ回路を設ける構成にしてもよい。あるいは、ＡＤＣ回路１０２は、複数の光電変換部からなるブロックに対応して、１つのＡＤＣ回路を設ける構成でもよい。
信号処理部１０３は、ＡＤＣ回路１０２から入力されたデジタルデータに対して、種々の信号処理を実行する。例えば、処理対象のデータがカラー画像である場合、信号処理部１０３は、このカラー画像データをＹＵＶの画像データやＲＧＢの画像データなどにフォーマット変換する。また、信号処理部１０３は、例えば、処理対象の画像データに対し、ノイズ除去やホワイトバランス調整等の処理を必要に応じて実行する。その他、信号処理部１０３は、処理対象の画像データに対し、ＤＳＰ１０５がその画像データを処理するのに必要となる種々の信号処理（前処理ともいう）を実行する。
ＤＳＰ１０５は、メモリ（不図示）を有する。メモリにはプログラムが格納されており、ＤＳＰは格納されているプログラムを実行することで、学習済みモデル（ニューラルネットワーク計算モデルともいう）を用いた各種処理を実行する。すなわち、ＤＳＰは、信号処理部１０３で処理されたデータに対して、学習済みモデルに基づく処理を実行する処理部である。学習済みモデルは、例えば、ディープニューラルネットワーク（ＤＮＮ）を利用した機械学習によって作成される。学習済みモデルは、光電変換領域１０１からの出力に相当する入力信号と、当該入力信号に対するラベルとが紐付いている学習データとを所定の機械学習モデルに入力して生成されたパラメータに基づいて設計されていてもよい。また、所定の機械学習モデルは、多層のニューラルネットワークを利用した学習モデル（多層ニューラルネットワークモデルともいう）であってもよい。
例えば、ＤＳＰ１０５は、メモリに記憶されている学習済みモデルに基づいた処理を実行することで、メモリに記憶されている係数とデータと掛け合わせる処理を実行する。このような処理により得られた結果（演算結果）は、メモリへ出力される。あるいは、メモリを介さずに、演算結果が直接外部に出力される。演算結果には、学習済みモデルを用いた処理を実行することで得られた画像データや、その画像データから得られる各種情報（メタデータ）が含まれ得る。例えば、物体認識、位置計測などである。また、ＤＳＰ１０５には、メモリへのアクセスを制御するメモリコントローラが組み込まれていてもよい。
ＤＳＰ１０５が処理対象とするデータは、光電変換領域１０１から読み出されたデータであってもよいし、読み出されたデータの画素を間引くことでデータサイズが縮小されたデータであってもよい。あるいは、光電変換領域１０１の全ての画素を読み出すのではなく、一部の画素を間引いた読み出しを実行してもよい。
ＤＳＰ１０５が有するメモリは、ＡＤＣ回路１０２から出力されたデジタルデータ、信号処理部１０３で信号処理されたデータ、ＤＳＰ１０５で得られた演算結果等を必要に応じて記憶する。
ＤＳＰ１０５は、学習データを用いて学習モデル内の各種パラメータの重み付けを変更することで再度学習モデルを構築することも可能である。また、ＤＳＰ１０５は、複数の学習モデルを用意しておき、処理の内容に応じて使用する学習モデルを変更する演算を行うことも可能である。さらに、ＤＳＰ１０５は、外部の装置から学習済みの学習モデルを取得して、上記処理を実行することも可能である。
（出力パッドとして用いる例）
パッドアレイ領域１０４は、外部から光電変換装置に電圧を供給するためのパッドや、光電変換装置から信号を出力するためのパッドが複数配される領域である。光電変換装置を平面視した場合に、パッドアレイ領域１０４は、基板の四辺に設けることができる。図１では、基板に対して、左辺、右辺、下辺の三辺にパッドアレイ領域１０４を設けた例を示している。
例えば、第１のパッド１０６は、ＤＳＰ１０５で処理されたデータを外部に出力するパッドである。また、第２のパッド１０７は、信号処理部１０３で処理されたデータを外部に出力するパッド１０７である。これらのパッドが、パッドアレイ領域１０４に設けられている。なお、図１では、その他のパッドは、図示を省略している。
ところで、特許文献１には、ＤＳＰにより画像データに対して処理を行った結果を出力する場合と、ＤＳＰにより画像データに対して処理を行わずに、信号処理部から出力された画像データをそのまま出力する場合があることが記載されている。しかし、特許文献１では、処理前のデータおよび処理後のデータは、セレクタを切り替えることによって出力されている。このような形態の場合、両方のデータを同時に出力することができない。また、一方のデータと他方のデータを連続的に出力する場合、他方のデータの出力タイミングは、一方のデータの出力に必要な時間で律速されてしまう。
これに対して、本実施形態では、ＤＳＰ１０５が有するメモリに格納されているＤＳＰ１０５で処理されたデータ（処理後データ）は、第１のパッド１０６から出力される。また、ＤＳＰ１０５が有するメモリに格納されているＤＳＰ１０５で処理されていないデータ（未処理データ）は、第２のパッド１０７から出力される。具体的には、ＤＳＰ１０５のメモリに記憶された未処理データは、信号処理部１０３を介して、第２のパッド１０７から出力される。あるいは、以下でも言及するように、メモリの場所は適宜選択できるため、例えば、信号処理部１０３に設けたメモリに未処理データを記憶して、このメモリから第２のパッド１０７にデータを出力してもよい。このように、未処理データと処理後データとが、別々のパッドから出力可能に構成されているため、特許文献１と比較して、信号出力の高速化が可能な光電変換装置を提供することが可能となる。
上記では、ＤＳＰ１０５内にメモリがある例を説明したが、メモリはかならずしもＤＳＰ１０５内に設けなくてもよく、光電変換装置内のどこかの部分に設けられていればよい。例えば、ＡＤＣ回路１０２の左右あるいは左右の一方にメモリを設けることも可能である。また、信号処理部１０３の左右あるいは左右の一方にメモリを設けることも可能である。さらに、メモリは、ＡＤＣ回路１０２の中、信号処理部１０３の中などにも配置可能である。メモリは、ＡＤＣ回路１０２から出力されたデジタルデータ、信号処理部１０３で信号処理されたデータ、ＤＳＰ１０５で得られた演算結果等を記憶可能に構成される。
また、第１のパッド１０６に出力するデータが記憶されているメモリと、第２のパッド１０７に出力するデータが記憶されているメモリは別々のメモリであっても、同一のメモリであってもよい。同一のメモリの場合、第１のパッド１０６に出力した信号が、第２のパッド１０７にも出力しないように、第１のパッド１０６と第２のパッド１０７が電気的に接続していなければよい。
（電源パッドとして用いる例）
また、第１のパッド１０６および第２のパッド１０７は、基準電圧を供給するパッドであってもよい。具体的には、第１のパッド１０６は、ＤＳＰ１０５へ基準電圧を供給するパッドである。例えば、電源電圧（ＶＤＤ）、グランド電圧（ＧＮＤ）、これらの電圧の中間電圧、のいずれかであってもよい。また、第２のパッド１０７は、信号処理部１０３へ基準電圧を供給するパッドである。例えば、電源電圧（ＶＤＤ）、グランド電圧（ＧＮＤ）、これらの電圧の中間電圧、のいずれかであってもよい。
このように、信号処理部１０３とＤＳＰ１０５で、基準電圧を供給するパッドを別々にすることにより、相互の電源間で生じるクロストークを抑制できるというメリットがある。例えば、信号処理部１０３の動作周波数と、ＤＳＰ１０５の動作周波数が異なる場合、クロストークが生じると予期しない動作が生じる可能性がある。また、信号処理部１０３の電流ピークのタイミングと、ＤＳＰ１０５の電流ピークのタイミングが異なる場合、クロストークが生じると予期しない動作が生じる可能性がある。このような可能性を低減することができる。
（実施形態２）
実施形態２について、図２および図３を用いて説明する。
図２は、本実施形態における光電変換装置の斜視図である。第１の基板２００には、光電変換領域１０１が設けられている。また、第２の基板２０１には、アナログデジタル変換回路（ＡＤＣ回路）１０２、信号処理部１０３、ＤＳＰ１０５、メモリ（不図示）が設けられている。
第１の基板２００と第２の基板２０１との貼り合わせは、第１の基板２００と第２の基板２０１をそれぞれチップに個片化した後、これら個片化された第１の基板２００と第２の基板２０１を貼り合わせることができる。すなわち、ＣｏＣ（Ｃｈｉｐ ｏｎ Ｃｈｉｐ）方式を採用しうる。あるいは、第１の基板２００と第２の基板２０１とのうち一方（例えば、第１の基板２００）をチップに個片化した後、この個片化された第１の基板２００を個片化前（すなわち、ウエハ状態）の第２の基板２０１に貼り合わせることができる。すなわち、ＣｏＷ（Ｃｈｉｐ ｏｎ Ｗａｆｅｒ）方式であってもよい。あるいは、第１基板２００と第２基板２０１とを共にウエハの状態で貼り合わせる方式でもよい。すなわち、ＷｏＷ（Ｗａｆｅｒ ｏｎ Ｗａｆｅｒ）方式であってもよい。
第１の基板２００と第２の基板２０１との接合方法には、例えば、プラズマ接合等を使用することができる。ただし、これに限定されず、種々の接合方法が用いられてよい。
第１の基板２００と第２の基板２０１との電気的接続には、例えば、第１基板２００に設けられたＴＳＶと第１基板２００から第２基板２０１にかけて設けられたＴＳＶとの２つのＴＳＶをチップ外表で接続してもよい。いわゆるツインＴＳＶ方式である。また、第１基板２００から第２基板２０１にかけて設けられた共通のＴＳＶで接続する、いわゆるシェアードＴＳＶ方式などを採用することができる。さらに、第１基板２００の接合面と第２基板２０１の接合面とにそれぞれ露出させた銅（Ｃｕ）同士を接合する、いわゆるＣｕ－Ｃｕボンディング方式など、種々の接続形態を採用することが可能である。
図３は、本実施形態における光電変換装置の斜視図である。図１と比較すると、光電変換領域１０１の占める面積を大きくすることができている。これにより、画素数の大きい光電変換装置を提供することができる。また、図１と比較すると、ＡＤＣ回路１０２の占める面積、信号処理部１０３の占める面積、ＤＳＰ１０５の占める面積も大きくしている。ＡＤＣ回路１０２の占める面積を大きくすることにより、ＡＤＣを行う時間の短縮化を図ることが可能となる。また、信号処理部１０３とＤＳＰ１０５の占める面積を大きくすることにより、信号処理や演算処理に関して並行処理などを行うことができ、大規模データであっても処理時間を短縮化することも可能となる。また、処理による発熱などの影響も抑制することもできる。
光電変換領域１０１から出力される信号は、主として、ＡＤＣ回路１０２、信号処理部１０３、ＤＳＰ１０５の順序で処理がなされる。そのため、回路ブロックも、ＡＤＣ回路１０２、信号処理部１０３、ＤＳＰ１０５の順序で配されている。このため、ＤＳＰ１０５が、この回路ブロックの中では最も後段のブロックになり、平面視において、ＤＳＰ１０５は、ＤＳＰ１０５と光電変換領域１０１とが重複しない領域を有している。ＤＳＰ１０５では多くの演算処理を行うため、発熱やノイズを発生させる可能性が高い。仮に、光電変換領域１０１と、ＤＳＰ１０５の全てが重複していると、ＤＳＰ１０５からの発熱やノイズにより、光電変換領域１０１に影響を与え、撮像品質や測距精度などに影響を与える可能性がある。本実施形態によれば、このような影響を低減することが可能となる。
また、この効果の観点からは、光電変換領域１０１とＤＳＰ１０５とが重複しないように配置するという形態も可能である。これにより、ＤＳＰ１０５が光電変換領域１０１に与える影響をより低減することが可能である。
本実施形態においても、ＤＳＰ１０５用の第１のパッド１０６と、信号処理部１０３用の第２のパッド１０７が別々に設けられているため、実施形態１で説明したメリットを享受することができる。
なお、第１のパッド１０６のパッド電極と、第２のパッド１０７のパッド電極は、第１の基板２００の配線層に設けることもできるし、第２の基板２０１の配線層に設けることもできる。両方のパッド電極をどちらかの基板の配線層に設けるように構成すれば、パッド開口部の形成工程で複雑なプロセスを採用する必要がなくなる。
（実施形態３）
実施形態３について、図４および図５を用いて説明する。
図４は、本実施形態における光電変換装置の斜視図である。第１の基板２００には、光電変換領域１０１と、ＤＳＰ１０５が設けられている点において、実施形態２とは異なる。このため、第２の基板２０１には、ＡＤＣ回路１０２、信号処理部１０３が設けられており、ＤＳＰ１０５が設けられていない。メモリ（不図示）は、第１の基板２００に設けてもよいし、第２の基板２０１に設けてもよい。
図５は、本実施形態における光電変換装置の平面図である。図３と異なるのは、ＤＳＰ１０５を第１の基板２００に設けたことにより、第２の基板２０１において、ＡＤＣ回路１０２および信号処理部１０３が占める面積が大きくなっている。これにより、ＡＤＣ回路１０２においてＡＤＣを行う時間の短縮化、信号処理部１０３での処理時間の短縮化、なども可能となる。
また、第１の基板２００において、光電変換領域１０１とは異なる領域にＤＳＰ１０５を設けているため、ＤＳＰ１０５が光電変換領域１０１に与える熱やノイズの影響を低減することができるというメリットもある。
本実施形態においても、ＤＳＰ１０５用の第１のパッド１０６と、信号処理部１０３用の第２のパッド１０７が別々に設けられているため、上記実施形態で説明したメリットを享受することができる。
なお、図４では、第１の基板２００にＤＳＰ１０５を設け、第２の基板２０１にＡＤＣ回路１０２および信号処理部１０３を設けた。しかし、信号処理部１０３を第１の基板２００に設け、ＤＳＰ１０５を第２の基板２０１に設けてもよい。この場合、発熱ブロックとなる信号処理部１０３とＤＳＰ１０５を分散配置することができ、光電変換領域１０１に与える熱やノイズの影響を低減することができる。また、ＡＤＣ回路１０２から、信号処理部１０３を介せずに、のＤＳＰ１０５へ信号を入力して処理する場合に、配線などのレイアウト構成が簡易となる。
（実施形態４）
実施形態４について、図６から図９を用いて説明する。
図６は、本実施形態における光電変換装置の平面図である。図１と異なるのは、ＤＳＰ１０５用の第１のパッド１０６と、信号処理部１０３用の第２のパッド１０７とが、パッドアレイ領域１０４の異なる辺に設けられている点である。
図６において、ＤＳＰ１０５用の第１のパッド１０６と同じ辺の位置に、信号処理部１０３用の第２のパッド１０７を設けようとすると、信号処理部１０３と第２のパッド１０７との距離が長くなる。実際の光電変換装置では、図示した以外の配線が多数引き回されているため、信号処理部１０３とパッドとの距離が長くなると、配線のレイアウトなどが複雑になる可能性がある。そこで、図６に示すように、信号処理部１０３用の第２のパッド１０７は、基板の左辺および右辺に対応するパッドアレイ領域１０４に設けられている。他方、ＤＳＰ１０５用の第１のパッド１０６は、基板の下辺に対応するパッドアレイ領域１０４に設けられている。
本レイアウトは以下のように表現することも可能である。すなわち、第２のパッド１０７が設けられているアレイ領域１０４の辺（右辺）と信号処理部１０３との間の最短距離を第１の距離とする。また、第１のパッド１０６が設けられているパッドアレイ領域１０４の辺（下辺）と信号処理部１０３との間の最短距離を第２の距離とする。このとき、第１の距離は第２の距離よりも小さい。また、第１のパッド１０６が設けられているアレイ領域１０４の辺（下辺）とＤＳＰ１０５との間の最短距離を第３の距離とする。また、第２のパッド１０７が設けられているパッドアレイ領域１０４の辺（右辺）とＤＳＰ１０５との間の最短距離を第４の距離とする。このとき、第３の距離は第４の距離よりも小さい。
このような構成とすれば、簡易なレイアウトとなり、配線同士の干渉や、配線同士の容量結合による影響などを低減することができる。
また、図６が、図１と異なるのは、信号処理部１０３が２つ設けられている点である。例えば、２つの信号処理部１０３のうち、一方の信号処理部１０３は、光電変換領域１０１の左半分からの出力について信号処理を行い、他方の信号処理部１０３は、光電変換領域１０１の右半分からの出力について信号処理を行う。
図７は、図６の変形例を示したものである。図６では、１つのＡＤＣ回路、２つの信号処理部１０３、１つのＤＳＰ１０５が設けられていたのに対して、図７では、これらのセットがもう１セット設けられている。具体的には、図７において、光電変換領域１０１の上部には、１つのＡＤＣ回路、２つの信号処理部１０３、１つのＤＳＰ１０５が設けられている（第１の回路群）。また、光電変換領域１０１の下部には、１つのＡＤＣ回路、２つの信号処理部１０３、１つのＤＳＰ１０５が設けられている（第２の回路群）。このような構成によれば、光電変換領域１０１の上半分からの出力を第１の回路群で処理を行い、光電変換領域１０１の下半分からの出力を第２の回路群で処理を行うことが可能となる。これにより、処理の高速化を図ることが可能である。また、第１の回路群と第２の回路群で処理する信号は、光電変換領域に配置された画素の列ごとに振り分けてもよい。
図７においては、パッドアレイ領域１０４が、基板の四辺に設けられている。図７も図６と同様に、信号処理部１０３とＤＳＰ１０５の配置から近い位置にパッドを設ける構成となっている。具体的には、信号処理部１０３用の第２のパッド１０７は、基板の左辺および右辺に対応するパッドアレイ領域１０４に設けられている。他方、ＤＳＰ１０５用の第１のパッド１０６は、基板の上辺および下辺に対応するパッドアレイ領域１０４に設けられている。
図８は、図６の変形例を示したものである。図６では、光電変換領域１０１の下側の領域に、信号処理部１０３とＤＳＰ１０５が設けられていたが、図８では、光電変換領域１０１の上側の領域にＤＳＰ１０５が設けられる点が異なる。このため、パッドアレイ領域１０４までの距離を考慮して、ＤＳＰ１０５用の第１のパッド１０６は、基板の上辺に対応するパッドアレイ領域１０４に設けられている。また、信号処理部１０３用の第２のパッド１０７は、基板の左辺、右辺、下辺に対応するパッドアレイ領域１０４に設けられている。
図８に示す例では、ＡＤＣ回路１０２が、光電変換領域１０１の下側の領域に配される。ＡＤＣ回路１０２とＤＳＰ１０５は熱発生源となるため、これらを光電変換領域１０１に対して同じ側の領域（図８では下側の領域）に設けると、熱発生源が同じ側に局所的に配置されることになる。これに対して、図８に示すように、光電変換領域１０１の上側にＤＳＰ１０５を配し、下側にＡＤＣ回路を配すれば、熱発生源が分散配置されることになり、光電変換領域１０１に対する影響を抑制することが可能となる。
また、図８に示す例では、信号処理部１０３用の第２のパッド１０７は、基板の左辺と右辺のみならず、基板の下辺に対応するパッドアレイ領域１０４に設けられている。このように構成すれば、等長配線を必要とせずカップリングを避けたい配線の引き回しが容易となる。また、電源用途のパッドであれば、信号線とのカップリングを考慮して設計する必要がなく、簡易な配線レイアウトが可能となるというメリットがある。
図９は図８の変形例を示したものである。図８では、１つのＤＳＰ１０５が光電変換領域１０１の上側の領域のみに設けられているが、図９では、それに加えて２つのＤＳＰ１０５が光電変換領域１０１の下側の領域にも設けられている点が異なる。すなわち、複数のＤＳＰ１０５が配されることになり、並列処理により、処理時間の短縮化、発熱の抑制などが図られる。各ＤＳＰ１０５のメモリに格納されている学習済みモデルは、各ＤＳＰ１０５間で異なっていてもよい。例えば、第１のＤＳＰのメモリには、画像から物体認識を行う学習済みモデルを格納されており、第２のＤＳＰのメモリには、輝度情報や色情報の補正を行う学習済みモデルを格納するように構成していてもよい。
図９において、基板の左下と右下に配されているＤＳＰ１０５用の第１のパッド１０６は、基板の左辺と右辺に対応するパッドアレイ領域１０４にそれぞれ設けられている。また、信号処理部１０３用の第２のパッド１０７は、基板の下辺に対応するパッドアレイ領域１０４に設けられている。このような構成とすれば、簡易な配線レイアウトとなり、配線同士の干渉や、配線同士の容量結合による影響などを低減することができる。
本実施形態においては、ＤＳＰ１０５用の第１のパッド１０６と、信号処理部１０３用の第２のパッド１０７が別々に設けられているため、実施形態１で説明したメリットを享受することができる。
なお、図６から図９では、１つの基板に光電変換領域１０１、ＡＤＣ回路１０２、信号処理部１０３、ＤＳＰ１０５が設けられる例を示した。しかし、実施形態２および３で説明したように、第１の基板と第２の基板を積層した光電変換装置に適用することも可能である。この場合、上記実施形態で説明した構成を適宜採用することができ、各メリットを享受することができる。
（実施形態５）
実施形態５について、図１０を用いて説明する。
図１０は、本実施形態における光電変換装置の平面図である。図１と異なるのは、ＤＳＰ１０５に信号を入力するために設けられた第３のパッド５００が設けられている点である。
図１０においては、ＤＳＰ１０５が基板の下部、すなわち、光電変換領域１０１の下部、に配されている。また、ＤＳＰ１０５用の第１のパッド１０６と第３のパッド５００が、基板の下辺に対応するパッドアレイ領域１０４に設けられている。ＤＳＰ１０５が設けられた位置に対応して、ＤＳＰ１０５に信号入力するための第３のパッド５００が設けられているため、簡易な配線レイアウトとなり、配線同士の干渉や、配線同士の容量結合によるノイズなどの影響などを低減することができる。
例えば、第３のパッド５００に入力される信号は、外部から供給されるクロック信号である。クロック信号は、ＤＳＰ１０５での処理動作に使用するカウント信号の生成を行うための信号である。第３のパッド５００から、ＤＳＰ１０５までの配線の引き回し距離を低減することができるため、クロック信号におけるジッタを低減することが可能となる。
また、第３のパッド５００に入力される信号を、外部エンジンからの信号とすることもできる。外部エンジンとは、例えば外部に配されたシステムの処理ブロックであり、外部エンジンからの信号とは、ＤＳＰ１０５での演算処理方法をシステムの用途に応じて指示をする信号である。第３のパッド５００から、ＤＳＰ１０５までの配線の引き回し距離を低減することができるため、簡易な配線レイアウトとなり、配線同士の干渉や配線同士の容量結合によるノイズなどの影響などを低減することができる。
本実施形態においても、ＤＳＰ１０５用の第１のパッド１０６と、信号処理部１０３用の第２のパッド１０７が別々に設けられているため、上記実施形態で説明したメリットを享受することができる。
なお、図１０では、１つの基板に光電変換領域１０１、ＡＤＣ回路１０２、信号処理部１０３、ＤＳＰ１０５が設けられる例を示した。しかし、実施形態２および３で説明したように、第１の基板と第２の基板を積層した光電変換装置に適用することも可能である。この場合、上記実施形態で説明した構成を適宜採用することができ、各メリットを享受することができる。
（実施形態６）
実施形態６について、図１１を用いて説明する。
図１１は、本実施形態における光電変換装置の平面図である。図１と異なるのは、ＤＳＰ１０５用の第１のパッド１０６が、外部エンジン１１００と接続され、信号処理部１０３用の第２のパッド１０７が、外部エンジン１１０１と接続されている点である。
図１１では、第１のパッド１０６が２つ図示されており、一方のパッドはＤＳＰ１０５へ入力される信号用のパッドであり、他方のパッドはＤＳＰ１０５から出力される信号用のパッドである。そして、これらのパッドは、外部エンジン１１００と接続されている。外部エンジン１１００は、ＤＳＰ１０５の処理結果である出力信号に基づいて、更なる信号処理を行う。ＤＳＰ１０５は、光電変換装置内に設けられているため、信号処理能力にも一定の制限がある。そこで、外部エンジン１１００と接続し、外部エンジン１１００で信号処理を行い、その結果をＤＳＰ１０５にフィードバックする。
また、図１１では、第２のパッド１０７が２つ図示されており、一方のパッドは信号処理部１０３へ入力される信号用のパッドであり、他方のパッドは信号処理部１０３から出力される信号用のパッドである。そして、これらのパッドは、外部エンジン１１０１と接続されている。外部エンジン１１０１は、信号処理部１０３の処理結果である出力信号に基づいて、更なる信号処理を行う。信号処理部１０３は、光電変換装置内に設けられているため、信号処理能力にも一定の制限がある。そこで、外部エンジン１１０１と接続し、外部エンジン１１０１で信号処理を行い、その結果を信号処理部１０３にフィードバックする。
このように構成すれば、高処理能力の外部エンジンも利用でき、また、信号処理部１０３とＤＳＰ１０５で別々の外部エンジンを利用できることから、個別処理に関して汎用性が高くなるというメリットがある。
本実施形態においても、ＤＳＰ１０５用の第１のパッド１０６と、信号処理部１０３用の第２のパッド１０７が別々に設けられているため、上記実施形態で説明したメリットを享受することができる。
なお、図１１では、１つの基板に光電変換領域１０１、ＡＤＣ回路１０２、信号処理部１０３、ＤＳＰ１０５が設けられる例を示した。しかし、実施形態２および３で説明したように、第１の基板と第２の基板を積層した光電変換装置に適用することも可能である。この場合、上記実施形態で説明した構成を適宜採用することができ、各メリットを享受することができる。
（実施形態７）
実施形態７について、図１２と図１３を用いて説明する。
図１２は、本実施形態における光電変換装置の平面図である。図１と比較して、図１２に示されているＤＳＰ１０５用の第１のパッド１０６の数が少ない点が異なる。具体的には、図１では、ＤＳＰ１０５用の第１のパッド１０６の数は２つであったのに対して、図１２では、ＤＳＰ１０５用の第１のパッド１０６の数は１つである。
例えば、信号処理部１０３では、光電変換領域１０１に設けられている複数の光電変換部からの出力を処理して、画像データとして出力するため、情報量は大きくなる。他方、ＤＳＰ１０５では、信号処理部１０３からの画像データを処理し、物体認識、距離計測などの情報を出力するため、情報量は小さくなる。そこで、ＤＳＰ１０５からの出力用の第１のパッド１０６の数を、信号処理部１０３からの出力用の第２のパッド１０７の数よりも少なくする構成とすることができる。これにより、パッド電極の数を低減することができ、省面積化を図ることができる。
図１３は、本実施形態における光電変換装置の平面図である。図１と比較して、図１３に示されているＤＳＰ１０５用の第１のパッド１０６の数が多い点が異なる。具体的には、図１では、ＤＳＰ１０５用の第１のパッド１０６の数は２つであったのに対して、図１３では、ＤＳＰ１０５用の第１のパッド１０６の数は３つである。
例えば、信号処理部１０３と比較して、ＤＳＰ１０５では多くの情報を処理するため、ＤＳＰ１０５の消費電力が大きくなる可能性がある。すなわち、多くの電流を消費することになるため、電流の供給を安定化させる必要がある。そこで、ＤＳＰ１０５に電圧を供給する第１のパッド１０６の数を、信号処理部１０３に電圧を供給する第２のパッド１０７の数よりも多くする構成とすることができる。これにより、ＤＳＰ１０５に供給する電圧の変動を抑制することができ、安定的な電流を供給することができるというメリットがある。
本実施形態においても、ＤＳＰ１０５用の第１のパッド１０６と、信号処理部１０３用の第２のパッド１０７が別々に設けられているため、上記実施形態で説明したメリットを享受することができる。
なお、図１２および図１３では、１つの基板に光電変換領域１０１、ＡＤＣ回路１０２、信号処理部１０３、ＤＳＰ１０５が設けられる例を示した。しかし、実施形態２および３で説明したように、第１の基板と第２の基板を積層した光電変換装置に適用することも可能である。この場合、上記実施形態で説明した構成を適宜採用することができ、各メリットを享受することができる。
（実施形態８）
実施形態８について、図１４を用いて説明する。
図１４は、本実施形態における光電変換装置の平面図である。図１と異なるのは、ＤＳＰ１０５から第１のパッド１０６までの配線の抵抗値と、信号処理部１０３から第２のパッド１０７までの配線の抵抗値が異なる点である。
例えば、信号処理部１０３と比較して、ＤＳＰ１０５では多くの情報を処理するため、ＤＳＰ１０５の消費電力が大きくなる可能性がある。すなわち、多くの電流を消費することになるため、電流の供給を安定化させる必要がある。そこで、ＤＳＰ１０５から第１のパッド１０６までの配線抵抗１４０１の抵抗値を、信号処理部１０３から第２のパッド１０７までの配線抵抗１４００の抵抗値よりも下げる構成とすることができる。具体的には、図１４に示すように、ＤＳＰ１０５から第１のパッド１０６までの配線の長さを、信号処理部１０３から第２のパッド１０７までの配線の長さよりも短く設定すればよい。あるいは、ＤＳＰ１０５から第１のパッド１０６までの配線の太さを、信号処理部１０３から第２のパッド１０７までの配線の太さよりも太く設定すればよい。さらに、ＤＳＰ１０５から第１のパッド１０６までの配線の材料と、信号処理部１０３から第２のパッド１０７までの配線の材料を異なる材料とし、ＤＳＰ１０５から第１のパッド１０６までの配線の抵抗値を低くしてもよい。このように構成することにより、ＤＳＰ１０５に安定的な電流を供給することができるというメリットがある。
本実施形態においても、ＤＳＰ１０５用の第１のパッド１０６と、信号処理部１０３用の第２のパッド１０７が別々に設けられているため、上記実施形態で説明したメリットを享受することができる。
なお、図１４では、１つの基板に光電変換領域１０１、ＡＤＣ回路１０２、信号処理部１０３、ＤＳＰ１０５が設けられる例を示した。しかし、実施形態２および３で説明したように、第１の基板と第２の基板を積層した光電変換装置に適用することも可能である。この場合、上記実施形態で説明した構成を適宜採用することができ、各メリットを享受することができる。
（実施形態９）
実施形態９について、図１５を用いて説明する。
図１５は、本実施形態における光電変換装置の平面図である。図１と異なるのは、ＤＳＰ１０５用の第１のパッド１０６と大きさの異なる第４のパッド１５００が設けられている点である。
例えば、第４のパッド１５００は、ＤＳＰ１０５と電気的に接続するパッドであり、ＤＳＰ１０５の検査用のみに使用するパッドである。そのため、第１のパッド１０６や第２のパッド１０７は、光電変換装置の外部に設けられているパッケージが有するパッド１５０１と電気的に接続されているが、第４のパッド１５００は、パッケージが有するパッド１５０１とは接続されていない。第４のパッド１５００は、検査用に用いるものであり、ワイヤーボンディングの実装工程について配慮することがないため、パッド電極の面積を小さくすることが可能である。このため、パッドアレイ領域１０４において、外部と接続する第１のパッド１０６や第２のパッド１０７を多く配することが可能となり、配線レイアウトの自由度が増加するというメリットがある。
本実施形態においても、ＤＳＰ１０５用の第１のパッド１０６と、信号処理部１０３用の第２のパッド１０７が別々に設けられているため、上記実施形態で説明したメリットを享受することができる。
なお、図１５では、１つの基板に光電変換領域１０１、ＡＤＣ回路１０２、信号処理部１０３、ＤＳＰ１０５が設けられる例を示した。しかし、実施形態２および３で説明したように、第１の基板と第２の基板を積層した光電変換装置に適用することも可能である。この場合、上記実施形態で説明した構成を適宜採用することができ、各メリットを享受することができる。
（実施形態１０）
図１６は、本実施形態に係る光電変換システム１１２００の構成を示すブロック図である。本実施形態の光電変換システム１１２００は、光電変換装置１１２０４を含む。ここで、光電変換装置１１２０４は、上述の実施形態で述べた光電変換装置のいずれかを適用することができる。光電変換システム１１２００は例えば、撮像システムとして用いることができる。撮像システムの具体例としては、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダー、監視カメラ、ネットワークカメラ等が挙げられる。図１６では、光電変換システム１１２００としてデジタルスチルカメラの例を示している。
図１６に示す光電変換システム１１２００は、光電変換装置１１２０４、被写体の光学像を光電変換装置１１２０４に結像させるレンズ１１２０２を有する。また、光電変換システム１１２００はレンズ１１２０２を通過する光量を可変にするための絞り１１２０３、レンズ１１２０２の保護のためのバリア１１２０１を有する。レンズ１１２０２および絞り１１２０３は、光電変換装置１１２０４に光を集光する光学系である。
光電変換システム１１２００は、光電変換装置１１２０４から出力される出力信号の処理を行う信号処理部１１２０５を有する。信号処理部１１２０５は、必要に応じて入力信号に対して各種の補正、圧縮を行って出力する信号処理の動作を行う。光電変換システム１１２００は、更に、画像データを一時的に記憶するためのバッファメモリ部１１２０６、外部コンピュータ等と通信するための外部インターフェイス部（外部Ｉ／Ｆ部）１１２０９を有する。更に光電変換システム１１２００は、撮像データの記録または読み出しを行うための半導体メモリ等の記録媒体１１２１１、記録媒体１１２１１に記録または読み出しを行うための記録媒体制御インターフェイス部（記録媒体制御Ｉ／Ｆ部）１１２１０を有する。記録媒体１１２１１は、光電変換システム１１２００に内蔵されていてもよく、着脱可能であってもよい。また、記録媒体制御Ｉ／Ｆ部１１２１０から記録媒体１１２１１との通信や外部Ｉ／Ｆ部１１２０９からの通信は無線によってなされてもよい。
更に光電変換システム１１２００は、各種演算を行うとともにデジタルスチルカメラ全体を制御する全体制御・演算部１１２０８、光電変換装置１１２０４と信号処理部１１２０５に各種タイミング信号を出力するタイミング発生部１１２０７を有する。ここで、タイミング信号などは外部から入力されてもよく、光電変換システム１１２００は、少なくとも光電変換装置１１２０４と、光電変換装置１１２０４から出力された出力信号を処理する信号処理部１１２０５とを有すればよい。全体制御・演算部１１２０８およびタイミング発生部１１２０７は、光電変換装置１１２０４の制御機能の一部または全部を実施するように構成してもよい。
光電変換装置１１２０４は、画像用信号を信号処理部１１２０５に出力する。信号処理部１１２０５は、光電変換装置１１２０４から出力される画像用信号に対して所定の信号処理を実施し、画像データを出力する。また、信号処理部１１２０５は、画像用信号を用いて、画像を生成する。また、信号処理部１１２０５は、光電変換装置１１２０４から出力される信号に対して測距演算を行ってもよい。なお、信号処理部１１２０５やタイミング発生部１１２０７は、光電変換装置に搭載されていてもよい。つまり、信号処理部１１２０５やタイミング発生部１１２０７は、画素が配された基板に設けられていてもよいし、別の基板に設けられている構成であってもよい。上述した各実施形態の光電変換装置を用いて撮像システムを構成することにより、より良質の画像が取得可能な撮像システムを実現することができる。
（実施形態１１）
図１７は、前述の実施形態に記載の光電変換装置を利用した電子機器である距離画像センサの構成例を示すブロック図である。
図１７に示すように、距離画像センサ１２４０１は、光学系１２４０７、光電変換装置１２４０８、画像処理回路１２４０４、モニタ１２４０５、およびメモリ１２４０６を備えて構成される。そして、距離画像センサ１２４０１は、光源装置１２４０９から被写体に向かって投光され、被写体の表面で反射された光（変調光やパルス光）を受光することにより、被写体までの距離に応じた距離画像を取得することができる。
光学系１２４０７は、１枚または複数枚のレンズを有して構成され、被写体からの像光（入射光）を光電変換装置１２４０８に導き、光電変換装置１２４０８の受光面（センサ部）に結像させる。
光電変換装置１２４０８としては、上述した各実施形態の光電変換装置が適用され、光電変換装置１２４０８から出力される受光信号から求められる距離を示す距離信号が画像処理回路１２４０４に供給される。
画像処理回路１２４０４は、光電変換装置１２４０８から供給された距離信号に基づいて距離画像を構築する画像処理を行う。そして、その画像処理により得られた距離画像（画像データ）は、モニタ１２４０５に供給されて表示されたり、メモリ４０６に供給されて記憶（記録）されたりする。
このように構成されている距離画像センサ１２４０１では、上述した光電変換装置を適用することで、画素の特性向上に伴って、例えば、より正確な距離画像を取得することができる。
（実施形態１２）
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、内視鏡手術システムに適用されてもよい。
図１８は、本開示に係る技術（本技術）が適用され得る内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。
図１８では、術者（医師）１３１３１が、内視鏡手術システム１３００３を用いて、患者ベッド１３１３３上の患者１３１３２に手術を行っている様子が図示されている。図示するように、内視鏡手術システム１３００３は、内視鏡１３１００と、術具１３１１０と、内視鏡下手術のための各種の装置が搭載されたカート１３１３４と、から構成される。
内視鏡１３１００は、先端から所定の長さの領域が患者１３１３２の体腔内に挿入される鏡筒１３１０１と、鏡筒１３１０１の基端に接続されるカメラヘッド１３１０２と、から構成される。図示する例では、硬性の鏡筒１３１０１を有するいわゆる硬性鏡として構成される内視鏡１３１００を図示しているが、内視鏡１３１００は、軟性の鏡筒を有するいわゆる軟性鏡として構成されてもよい。
鏡筒１３１０１の先端には、対物レンズが嵌め込まれた開口部が設けられている。内視鏡１３１００には光源装置１３２０３が接続されており、光源装置１３２０３によって生成された光が、鏡筒１３１０１の内部に延設されるライトガイドによって当該鏡筒の先端まで導光される。この光は対物レンズを介して患者１３１３２の体腔内の観察対象に向かって照射される。なお、内視鏡１３１００は、直視鏡であってもよいし、斜視鏡又は側視鏡であってもよい。
カメラヘッド１３１０２の内部には光学系及び光電変換装置が設けられており、観察対象からの反射光（観察光）は当該光学系によって当該光電変換装置に集光される。当該光電変換装置によって観察光が光電変換され、観察光に対応する電気信号、すなわち観察像に対応する画像信号が生成される。当該光電変換装置としては、前述の各実施形態に記載の光電変換装置を用いることができる。当該画像信号は、ＲＡＷデータとしてカメラコントロールユニット（ＣＣＵ：Ｃａｍｅｒａ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１３１３５に送信される。
ＣＣＵ１３１３５は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）やＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等によって構成され、内視鏡１３１００及び表示装置１３１３６の動作を統括的に制御する。さらに、ＣＣＵ１３１３５は、カメラヘッド１３１０２から画像信号を受け取り、その画像信号に対して、例えば現像処理（デモザイク処理）等の、当該画像信号に基づく画像を表示するための各種の画像処理を施す。
表示装置１３１３６は、ＣＣＵ１３１３５からの制御により、当該ＣＣＵ１３１３５によって画像処理が施された画像信号に基づく画像を表示する。
光源装置１３２０３は、例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等の光源から構成され、術部等を撮影する際の照射光を内視鏡１３１００に供給する。
入力装置１３１３７は、内視鏡手術システム１３００３に対する入力インターフェイスである。ユーザは、入力装置１３１３７を介して、内視鏡手術システム１３００３に対して各種の情報の入力や指示入力を行うことができる。
処置具制御装置１３１３８は、組織の焼灼、切開又は血管の封止等のためのエネルギー処置具１３１１２の駆動を制御する。
内視鏡１３１００に術部を撮影する際の照射光を供給する光源装置１３２０３は、例えばＬＥＤ、レーザ光源又はこれらの組み合わせによって構成される白色光源から構成することができる。ＲＧＢレーザ光源の組み合わせにより白色光源が構成される場合には、各色（各波長）の出力強度及び出力タイミングを高精度に制御することができるため、光源装置１３２０３において撮像画像のホワイトバランスの調整を行うことができる。また、この場合には、ＲＧＢレーザ光源それぞれからのレーザ光を時分割で観察対象に照射し、その照射タイミングに同期してカメラヘッド１３１０２の撮像素子の駆動を制御することにより、ＲＧＢそれぞれに対応した画像を時分割で撮像することも可能である。当該方法によれば、当該撮像素子にカラーフィルタを設けなくても、カラー画像を得ることができる。
また、光源装置１３２０３は、出力する光の強度を所定の時間ごとに変更するようにその駆動が制御されてもよい。その光の強度の変更のタイミングに同期してカメラヘッド１３１０２の撮像素子の駆動を制御して時分割で画像を取得し、その画像を合成することにより、いわゆる黒つぶれ及び白とびのない高ダイナミックレンジの画像を生成することができる。
また、光源装置１３２０３は、特殊光観察に対応した所定の波長帯域の光を供給可能に構成されてもよい。特殊光観察では、例えば、体組織における光の吸収の波長依存性を利用する。具体的には、通常の観察時における照射光（すなわち、白色光）に比べて狭帯域の光を照射することにより、粘膜表層の血管等の所定の組織を高コントラストで撮影する。あるいは、特殊光観察では、励起光を照射することにより発生する蛍光により画像を得る蛍光観察が行われてもよい。蛍光観察では、体組織に励起光を照射し当該体組織からの蛍光を観察すること、又はインドシアニングリーン（ＩＣＧ）等の試薬を体組織に局注するとともに当該体組織にその試薬の蛍光波長に対応した励起光を照射し蛍光像を得ること等を行うことができる。光源装置１３２０３は、このような特殊光観察に対応した狭帯域光及び／又は励起光を供給可能に構成され得る。
（実施形態１３）
本実施形態の光電変換システムおよび移動体について、図１９を用いて説明する。図１９は、本実施形態による光電変換システムおよび移動体の構成例を示す概略図である。本実施形態では、光電変換システムとして、車載カメラの一例を示す。
図１９は、車両システムとこれに搭載される撮像を行う光電変換システムの一例を示したものである。光電変換システム１４３０１は、光電変換装置１４３０２、画像前処理部１４３１５、集積回路１４３０３、光学系１４３１４を含む。光学系１４３１４は、光電変換装置１４３０２に被写体の光学像を結像する。光電変換装置１４３０２は、光学系１４３１４により結像された被写体の光学像を電気信号に変換する。光電変換装置１４３０２は、上述の各実施形態のいずれかの光電変換装置である。画像前処理部１４３１５は、光電変換装置１４３０２から出力された信号に対して所定の信号処理を行う。画像前処理部１４３１５の機能は、光電変換装置１４３０２内に組み込まれていてもよい。光電変換システム１４３０１には、光学系１４３１４、光電変換装置１４３０２および画像前処理部１４３１５が、少なくとも２組設けられており、各組の画像前処理部１４３１５からの出力が集積回路１４３０３に入力されるようになっている。
集積回路１４３０３は、撮像システム用途向けの集積回路であり、メモリ１４３０５を含む画像処理部１４３０４、光学測距部１４３０６、測距演算部１４３０７、物体認知部１４３０８、異常検出部１４３０９を含む。画像処理部１４３０４は、画像前処理部１４３１５の出力信号に対して、現像処理や欠陥補正等の画像処理を行う。メモリ１４３０５は、撮像画像の一次記憶、撮像画素の欠陥位置を格納する。光学測距部１４３０６は、被写体の合焦や、測距を行う。測距演算部１４３０７は、複数の光電変換装置１４３０２により取得された複数の画像データから測距情報の算出を行う。物体認知部１４３０８は、車、道、標識、人等の被写体の認知を行う。異常検出部１４３０９は、光電変換装置１４３０２の異常を検出すると、主制御部１４３１３に異常を発報する。
集積回路１４３０３は、専用に設計されたハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアモジュールによって実現されてもよいし、これらの組合せによって実現されてもよい。また、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）やＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等によって実現されてもよいし、これらの組合せによって実現されてもよい。
主制御部１４３１３は、光電変換システム１４３０１、車両センサ１４３１０、制御ユニット１４３２０等の動作を統括・制御する。主制御部１４３１３を持たず、光電変換システム１４３０１、車両センサ１４３１０、制御ユニット１４３２０が個別に通信インターフェイスを有して、それぞれが通信ネットワークを介して制御信号の送受を行う（例えばＣＡＮ規格）方法も取り得る。
集積回路１４３０３は、主制御部１４３１３からの制御信号を受け或いは自身の制御部によって、光電変換装置１４３０２へ制御信号や設定値を送信する機能を有する。
光電変換システム１４３０１は、車両センサ１４３１０に接続されており、車速、ヨーレート、舵角などの自車両走行状態および自車外環境や他車・障害物の状態を検出することができる。車両センサ１４３１０は、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段でもある。また、光電変換システム１４３０１は、自動操舵、自動巡行、衝突防止機能等の種々の運転支援を行う運転支援制御部１３１１に接続されている。特に、衝突判定機能に関しては、光電変換システム１４３０１や車両センサ１４３１０の検出結果を基に他車・障害物との衝突推定・衝突有無を判定する。これにより、衝突が推定される場合の回避制御、衝突時の安全装置起動を行う。
また、光電変換システム１４３０１は、衝突判定部での判定結果に基づいて、ドライバーに警報を発する警報装置１４３１２にも接続されている。例えば、衝突判定部の判定結果として衝突可能性が高い場合、主制御部１４３１３は、ブレーキをかける、アクセルを戻す、エンジン出力を抑制するなどして、衝突を回避、被害を軽減する車両制御を行う。警報装置１４３１２は、音等の警報を鳴らす、カーナビゲーションシステムやメーターパネルなどの表示部画面に警報情報を表示する、シートベルトやステアリングに振動を与えるなどしてユーザに警告を行う。
本実施形態では、車両の周囲、例えば前方または後方を光電変換システム１４３０１で撮影する。図１９（ｂ）に、車両前方を光電変換システム１４３０１で撮像する場合の光電変換システム１４３０１の配置例を示す。
２つの光電変換装置１４３０２は、車両１４３００の前方に配される。具体的には、車両１４３００の進退方位または外形（例えば車幅）に対する中心線を対称軸に見立て、その対称軸に対して２つの光電変換装置１３０２が線対称に配される。この形態は、車両１４３００と被写対象物との間の距離情報の取得や衝突可能性の判定を行う上で好ましい。また、光電変換装置１４３０２は、運転者が運転席から車両１４３００の外の状況を視認する際に運転者の視野を妨げない配置が好ましい。警報装置１４３１２は、運転者の視野に入りやすい配置が好ましい。
また、本実施形態では、他の車両と衝突しない制御を説明したが、他の車両に追従して自動運転する制御や、車線からはみ出さないように自動運転する制御などにも適用可能である。さらに、光電変換システム１４３０１は、自車両等の車両に限らず、例えば、船舶、航空機或いは産業用ロボットなどの移動体（移動装置）に適用することができる。加えて、移動体に限らず、高度道路交通システム（ＩＴＳ）等、広く物体認識を利用する機器に適用することができる。
本発明の光電変換装置は、更に、距離情報など各種情報を取得可能な構成であってもよい。
（実施形態１４）
図２０は、１つの適用例に係る眼鏡１６６００（スマートグラス）を説明する。眼鏡１６６００には、光電変換装置１６６０２を有する。光電変換装置１６６０２は、上記の各実施形態に記載の光電変換装置である。また、レンズ１６６０１の裏面側には、ＯＬＥＤやＬＥＤ等の発光装置を含む表示装置が設けられていてもよい。光電変換装置１６６０２は１つでもよいし、複数でもよい。また、複数種類の光電変換装置を組み合わせて用いてもよい。光電変換装置１６６０２の配置位置は図２０（ａ）に限定されない。
眼鏡１６６００は、制御装置１６６０３をさらに備える。制御装置１６６０３は、光電変換装置１６６０２と上記の表示装置に電力を供給する電源として機能する。また、制御装置１６６０３は、光電変換装置１６６０２と表示装置の動作を制御する。レンズ１６６０１には、光電変換装置１６６０２に光を集光するための光学系が形成されている。
図２０（ｂ）は、１つの適用例に係る眼鏡１６６１０（スマートグラス）を説明する。眼鏡１６６１０は、制御装置１６６１２を有しており、制御装置１６６１２に、光電変換装置１６６０２に相当する光電変換装置と、表示装置が搭載される。レンズ１６６１１には、制御装置１６６１２内の光電変換装置と、表示装置からの発光を投影するための光学系が形成されており、レンズ１６６１１には画像が投影される。制御装置１６６１２は、光電変換装置および表示装置に電力を供給する電源として機能するとともに、光電変換装置および表示装置の動作を制御する。制御装置は、装着者の視線を検知する視線検知部を有してもよい。視線の検知は赤外線を用いてよい。赤外発光部は、表示画像を注視しているユーザの眼球に対して、赤外光を発する。発せられた赤外光の眼球からの反射光を、受光素子を有する撮像部が検出することで眼球の撮像画像が得られる。平面視における赤外発光部から表示部への光を低減する低減手段を有することで、画像品位の低下を低減する。
赤外光の撮像により得られた眼球の撮像画像から表示画像に対するユーザの視線を検出する。眼球の撮像画像を用いた視線検出には任意の公知の手法が適用できる。一例として、角膜での照射光の反射によるプルキニエ像に基づく視線検出方法を用いることができる。
より具体的には、瞳孔角膜反射法に基づく視線検出処理が行われる。瞳孔角膜反射法を用いて、眼球の撮像画像に含まれる瞳孔の像とプルキニエ像とに基づいて、眼球の向き（回転角度）を表す視線ベクトルが算出されることにより、ユーザの視線が検出される。
本実施形態の表示装置は、受光素子を有する光電変換装置を有し、光電変換装置からのユーザの視線情報に基づいて表示装置の表示画像を制御してよい。
具体的には、表示装置は、視線情報に基づいて、ユーザが注視する第一の視界領域と、第一の視界領域以外の第二の視界領域とを決定される。第一の視界領域、第二の視界領域は、表示装置の制御装置が決定してもよいし、外部の制御装置が決定したものを受信してもよい。表示装置の表示領域において、第一の視界領域の表示解像度を第二の視界領域の表示解像度よりも高く制御してよい。つまり、第二の視界領域の解像度を第一の視界領域よりも低くしてよい。
また、表示領域は、第一の表示領域、第一の表示領域とは異なる第二の表示領域とを有し、視線情報に基づいて、第一の表示領域および第二の表示領域から優先度が高い領域を決定されてよい。第一の視界領域、第二の視界領域は、表示装置の制御装置が決定してもよいし、外部の制御装置が決定したものを受信してもよい。優先度の高い領域の解像度を、優先度が高い領域以外の領域の解像度よりも高く制御してよい。つまり優先度が相対的に低い領域の解像度を低くしてよい。
なお、第一の視界領域や優先度が高い領域の決定には、ＡＩを用いてもよい。ＡＩは、眼球の画像と当該画像の眼球が実際に視ていた方向とを教師データとして、眼球の画像から視線の角度、視線の先の目的物までの距離を推定するよう構成されたモデルであってよい。ＡＩプログラムは、表示装置が有しても、光電変換装置が有しても、外部装置が有してもよい。外部装置が有する場合は、通信を介して、表示装置に伝えられる。
視認検知に基づいて表示制御する場合、外部を撮像する光電変換装置を更に有するスマートグラスに好ましく適用できる。スマートグラスは、撮像した外部情報をリアルタイムで表示することができる。
（実施形態１５）
図２１を参照しながら、本実施形態のシステムについて説明する。本実施形態は、医師等が患者から採取された細胞や組織を観察して病変を診断する病理診断システムやそれを支援する診断支援システムに適用することができる。本実施形態のシステムは、取得された画像に基づいて病変を診断又はその支援をしてもよい。
図２１に示すように、本実施形態のシステムは、１以上の病理システム１５５１０を含む。さらに解析部１５５３０と、医療情報システム１５５４０とを含んでもよい。
１以上の病理システム１５５１０それぞれは、主に病理医が使用するシステムであり、例えば研究所や病院に導入される。各病理システム１５５１０は、互いに異なる病院に導入されてもよく、それぞれワイドエリアネットワークやローカルエリアネットワークなどの種々のネットワークを介して解析部１５５３０及び医療情報システム１５５４０に接続される。
各病理システム１５５１０は、顕微鏡１５５１１と、サーバ１５５１２と、表示装置１５５１３とを含む。
顕微鏡１５５１１は、光学顕微鏡の機能を有し、ガラススライドに収められた観察対象物を撮像し、デジタル画像である病理画像を取得する。観察対象物とは、例えば、患者から採取された組織や細胞であり、臓器の肉片、唾液、血液等であってよい。
サーバ１５５１２は、顕微鏡１５５１１によって取得された病理画像を図示しない記憶部に記憶、保存する。また、サーバ１５５１２は、閲覧要求を受け付けた場合に、メモリ等に保持された病理画像を検索し、検索された病理画像を表示装置１５５１３に表示させることができる。サーバ１５５１２と表示装置１５５１３とは、表示を制御する装置等を介してもよい。
ここで、観察対象物が臓器の肉片等の固形物である場合、この観察対象物は、例えば、染色された薄切片であってよい。薄切片は、例えば、臓器等の検体から切出されたブロック片を薄切りすることで作製されてもよい。また、薄切りの際には、ブロック片がパラフィン等で固定されてもよい。
顕微鏡１５５１１は、低解像度で撮像するための低解像度撮像部と、高解像度で撮像するための高解像度撮像部とを含み得る。低解像度撮像部と高解像度撮像部とは、異なる光学系であってもよいし、同一の光学系であってもよい。同一の光学系である場合には、顕微鏡１５５１１は、撮像対象に応じて解像度が変更されてもよい。
観察対象物はガラススライドなどに収容され、顕微鏡１５５１１の画角内に位置するステージ上に載置される。顕微鏡１５５１１は、まず、低解像度撮像部を用いて画角内の全体画像を取得し、取得した全体画像から観察対象物の領域を特定する。続いて、顕微鏡１５５１１は、観察対象物が存在する領域を所定サイズの複数の分割領域に分割し、各分割領域を高解像度撮像部により順次撮像することで、各分割領域の高解像度画像を取得する。対象とする分割領域の切替えでは、ステージを移動させてもよいし、撮像光学系を移動させてもよいし、それら両方を移動させてもよい。また、各分割領域は、ガラススライドの意図しない滑りによる撮像漏れ領域の発生等を防止するために、隣接する分割領域との間で重複していてもよい。さらに、全体画像には、全体画像と患者とを対応付けておくための識別情報が含まれていてもよい。この識別情報は、例えば、文字列やＱＲコード（登録商標）等であってよい。
顕微鏡１５５１１で取得された高解像度画像は、サーバ１５５１２に入力される。サーバ１５５１２は、各高解像度画像をより小さいサイズの部分画像に分割することができる。このように部分画像を生成すると、サーバ１５５１２は、隣り合う所定数の部分画像を合成することで１つの画像を生成する合成処理を、全ての部分画像に対して実行する。この合成処理は、最終的に１つの部分画像が生成されるまで繰り返され得る。このような処理により、各階層が１つ以上の部分画像で構成されたピラミッド構造の部分画像群が生成される。このピラミッド構造では、ある層の部分画像とこの層とは異なる層の部分画像との画素数は同じであるが、その解像度が異なっている。例えば、２×２個の計４つの部分画像を合成して上層の１つの部分画像を生成する場合、上層の部分画像の解像度は、合成に用いた下層の部分画像の解像度の１／２倍となっている。
このようなピラミッド構造の部分画像群を構築することによって、表示対象のタイル画像が属する階層次第で、表示装置に表示される観察対象物の詳細度を切り替えることが可能となる。例えば、最下層の部分画像が用いられる場合には、観察対象物の狭い領域を詳細に表示し、上層の部分画像が用いられるほど観察対象物の広い領域が粗く表示されるようにすることができる。
生成されたピラミッド構造の部分画像群は、例えば、メモリ等に記憶することができる。そして、サーバ１５５１２は、他の装置（例えば、解析部１５５３０）から識別情報を含む部分画像の取得要求を受け付けた場合に、識別情報に対応する部分画像を他の装置へ送信する。
なお、病理画像である部分画像は、焦点距離や染色条件等の撮像条件毎に生成されてもよい。撮像条件毎に部分画像が生成される場合、特定の病理画像とともに、特定の撮像条件と異なる撮像条件に対応する他の病理画像であって、特定の病理画像と同一領域の他の病理画像を並べて表示してもよい。特定の撮像条件は、閲覧者によって指定されてもよい。また、閲覧者に複数の撮像条件が指定された場合には、各撮像条件に対応する同一領域の病理画像が並べて表示されてもよい。
また、サーバ１５５１２は、ピラミッド構造の部分画像群をサーバ１５５１２以外の他の記憶装置、例えば、クラウドサーバ等に記憶してもよい。さらに、以上のような部分画像の生成処理の一部又は全部は、クラウドサーバ等で実行されてもよい。このように部分画像を使うことにより、ユーザは、観察倍率を変えながら観察対象物を観察しているような感覚を得ることができる。すなわち、表示を制御することにより、仮想顕微鏡のような役割を果たすことができる。ここでの仮想的な観察倍率は、実際には解像度に相当する。
医療情報システム１５５４０は、いわゆる電子カルテシステムであり、患者を識別する情報、患者の疾患情報、診断に用いた検査情報や画像情報、診断結果、処方薬などの診断に関する情報を記憶する。例えば、ある患者の観察対象物を撮像することで得られる病理画像は、一旦、サーバ１５５１２を介して保存された後、表示装置１５５１４に表示され得る。病理システム１５５１０を利用する病理医は、表示装置１５５１３に表示された病理画像に基づいて病理診断を行う。病理医によって行われた病理診断結果は、医療情報システム１５５４０に記憶される。
解析部１５５３０は、病理画像に対する解析を実行し得る。この解析には、機械学習によって作成された学習モデルを用いることができる。解析部１５５３０は、当該解析結果として、特定領域の分類結果や組織の識別結果等を導出してもよい。さらに、解析部１５５３０は、細胞情報、数、位置、輝度情報等の識別結果やそれらに対するスコアリング情報等を導出してもよい。解析部１５５３０で得られたこれらの情報は、診断支援情報として、病理システム１５５１０の表示装置１５５１３に表示されてもよい。
なお、解析部１５５３０は、１台以上のサーバ（クラウドサーバを含む）等で構成されたサーバシステムであってもよい。また、解析部１５５３０は、病理システム１５５１０内の例えばサーバ１５５１２に組み込まれた構成であってもよい。すなわち、病理画像に対する各種解析は、病理システム１５５１０内で実行されてもよい。
上述の実施形態で説明した光電変換装置は、以上説明した構成のうち、例えば、顕微鏡１５５１１に好適に適用され得る。具体的には、顕微鏡１５５１１における低解像度撮像部及び／ 又は高解像度撮像部に適用することができる。これにより、低解像度撮像部及び／ 又は高解像度撮像部の小型化、強いては、顕微鏡１５５１１の小型化が可能となる。それにより、顕微鏡１５５１１の運搬が容易となるため、システム導入やシステム組換え等を容易化することが可能となる。さらに、上述の実施形態で説明した光電変換装置を適用することにより、病理画像の取得から病理画像の解析までの処理の一部又は全部を顕微鏡１５５１１内においてオンザフライで実行可能となるため、より迅速且つ的確な診断支援情報の出力も可能となる。
なお、上記で説明した構成は、診断支援システムに限らず、共焦点顕微鏡や蛍光顕微鏡、ビデオ顕微鏡等の生物顕微鏡全般にも適用され得る。ここで、観察対象物は、培養細胞や受精卵、精子等の生体試料、細胞シート、三次元細胞組織等の生体材料、ゼブラフィッシュやマウス等の生体であってもよい。また、観察対象物は、ガラススライドに限らず、ウェルプレートやシャーレ等に格納された状態で観察されることもできる。
さらに、顕微鏡を利用して取得した観察対象物の静止画像から動画像が生成されてもよい。例えば、所定期間連続的に撮像した静止画像から動画像を生成してもよいし、所定の間隔を空けて撮像した静止画像から画像シーケンスを生成してもよい。このように、静止画像から動画像を生成することで、がん細胞や神経細胞、心筋組織、精子等の拍動や伸長、遊走等の動きや培養細胞や受精卵の分裂過程など、観察対象物の動的な特徴について機械学習を用いて解析することが可能となる。
＜その他の実施形態＞
以上、各実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に制限されるものではなく、様々な変更および変形が可能である。また、各実施形態は相互に適用可能である。すなわち、一方の実施形態の一部を他方の実施形態の一部と置換することもできるし、一方の実施形態の一部を他方の実施形態の一部と付加することも可能である。また、ある実施形態の一部を削除することも可能である。
１０１ 光電変換領域
１０２ ＡＤＣ回路
１０３ 信号処理部
１０５ ＤＳＰ（処理部）
１０６ 第１のパッド
１０７ 第２のパッド
２００ 第１の基板
２０１ 第２の基板

Claims (20)

  1. 複数の光電変換部が設けられた光電変換領域と、
    前記複数の光電変換部からの出力信号を処理する信号処理部と、
    前記信号処理部で処理されたデータに対して、学習済みモデルに基づく処理を実行する処理部と、を有し、
    前記処理部と接続する第１のパッドと、
    前記信号処理部と接続し、前記第１のパッドとは異なる第２のパッドと、を有することを特徴とする光電変換装置。
  2. 前記第１のパッドは、前記処理部で処理されたデータを出力するパッドであり、
    前記第２のパッドは、前記信号処理部で処理されたデータを出力するパッドであることを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
  3. 前記信号処理部で処理されたデータは、前記処理部で処理される前のデータであることを特徴とする請求項２に記載の光電変換装置。
  4. 前記処理部で処理されたデータと前記信号処理されたデータを記憶するメモリを有することを特徴とする請求項２または３に記載の光電変換装置。
  5. 前記第１のパッドは、前記処理部に基準電圧を供給するパッドであり、
    前記第２のパッドは、前記信号処理部に基準電圧を供給するパッドであることを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
  6. 前記第１のパッドと前記第２のパッドは電気的に接続されていないことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光電変換装置。
  7. 前記光電変換領域を有する第１の基板と、
    前記信号処理部または前記処理部の少なくとも一方を有する第２の基板と、を有し、
    前記第１の基板と前記第２の基板が積層されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の光電変換装置。
  8. 前記信号処理部および前記処理部の一方が、前記第２の基板に設けられており、
    前記信号処理部および前記処理部の他方が、前記第１の基板に設けられていることを特徴とする請求項７に記載の光電変換装置。
  9. 平面視において、前記光電変換装置は複数の辺を有し、
    平面視において、前記第１のパッドが第１の辺に設けられており、前記第２のパッドが第１の辺とは異なる第２の辺に設けられていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の光電変換装置。
  10. 平面視において、前記第２の辺と前記信号処理部の最短距離である第１の距離は、前記第１の辺と前記信号処理部の最短距離である第２の距離よりも小さいことを特徴とする請求項９に記載の光電変換装置。
  11. 平面視において、前記第１の辺と前記処理部の最短距離である第３の距離は、前記第２の辺と前記処理部の最短距離である第４の距離よりも小さいことを特徴とする請求項９または１０に記載の光電変換装置。
  12. 平面視において、前記光電変換装置は複数の辺を有し、
    前記処理部は、第１の処理部と第２の処理部を有し、
    前記第１の処理部と接続する前記第１のパッドは、第１の辺に設けられており、
    前記第２の処理部と接続する前記第１のパッドは、前記第１の辺とは異なる第２の辺に設けられていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の光電変換装置。
  13. 前記処理部と接続する第３のパッドを有し、
    前記第３のパッドは、前記処理部に信号を入力するためのパッドであることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の光電変換装置。
  14. 前記第３のパッドから前記処理部に入力される信号は、クロック信号であることを特徴とする請求項１３に記載の光電変換装置。
  15. 前記第３のパッドから前記処理部に入力される信号は、前記光電変換装置の外部に設けられた外部エンジンから出力される信号であることを特徴とする請求項１３に記載の光電変換装置。
  16. 前記第１のパッドの数と前記第２のパッドの数が異なることを特徴とする請求項１から１５のいずれか１項に記載の光電変換装置。
  17. 前記第１のパッドから前記処理部までの配線の抵抗値と、前記第２のパッドから前記信号処理部までの配線の抵抗値は異なることを特徴とする請求項１から１６のいずれか１項に記載の光電変換装置。
  18. 平面視において、前記第１のパッドの大きさと、前記第２のパッドの大きさが異なることを特徴とする請求項１から１７のいずれか１項に記載の光電変換装置。
  19. 請求項１から請求項１８のいずれか１項に記載の光電変換装置と、
    前記光電変換装置が出力する信号を用いて画像を生成する信号処理部と、を有することを特徴とする光電変換システム。
  20. 請求項１から請求項１８のいずれか１項に記載の光電変換装置を備える移動体であって、
    前記光電変換装置が出力する信号を用いて前記移動体の移動を制御する制御部を有することを特徴とする移動体。
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