JP6803989B2 - 固体撮像装置及びその駆動方法 - Google Patents

固体撮像装置及びその駆動方法 Download PDF

Info

Publication number
JP6803989B2
JP6803989B2 JP2019536731A JP2019536731A JP6803989B2 JP 6803989 B2 JP6803989 B2 JP 6803989B2 JP 2019536731 A JP2019536731 A JP 2019536731A JP 2019536731 A JP2019536731 A JP 2019536731A JP 6803989 B2 JP6803989 B2 JP 6803989B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
spad
pixel
illuminance
pixels
avalanche
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2019536731A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2019035369A1 (ja
Inventor
佐野　文昭
文昭 佐野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Semiconductor Solutions Corp
Original Assignee
Sony Semiconductor Solutions Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Semiconductor Solutions Corp filed Critical Sony Semiconductor Solutions Corp
Publication of JPWO2019035369A1 publication Critical patent/JPWO2019035369A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6803989B2 publication Critical patent/JP6803989B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/50—Control of the SSIS exposure
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/24—Measuring radiation intensity with semiconductor detectors
    • G01T1/248—Silicon photomultipliers [SiPM], e.g. an avalanche photodiode [APD] array on a common Si substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H01L27/1461—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements characterised by the photosensitive area
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14641—Electronic components shared by two or more pixel-elements, e.g. one amplifier shared by two pixel elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H01L27/14645—Colour imagers
    • H01L27/14647—Multicolour imagers having a stacked pixel-element structure, e.g. npn, npnpn or MQW elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
    • H01L31/107—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiodes
    • H01L31/1075—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiodes in which the active layers, e.g. absorption or multiplication layers, form an heterostructure, e.g. SAM structure
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/40—Extracting pixel data from image sensors by controlling scanning circuits, e.g. by modifying the number of pixels sampled or to be sampled
    • H04N25/44—Extracting pixel data from image sensors by controlling scanning circuits, e.g. by modifying the number of pixels sampled or to be sampled by partially reading an SSIS array
    • H04N25/445—Extracting pixel data from image sensors by controlling scanning circuits, e.g. by modifying the number of pixels sampled or to be sampled by partially reading an SSIS array by skipping some contiguous pixels within the read portion of the array
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H04N25/77—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Description

本技術は、固体撮像装置及びその駆動方法に関し、特に、より低い消費電力で撮像を行うことができるようにした固体撮像装置及びその駆動方法に関する。
電子増倍をすることにより、１光子レベルでの読み出し感度を持つフォトダイオードの技術であるSPAD(Single Photon Avalanche Diode)が知られている（例えば、特許文献１参照）。
US 2015/0054111 A1
ところで、SPADは、１光子を検出できるように半導体内中に、アバランシェ部を作り、１光子から光電変換された電子がこの部分を通過することで、数万倍の電子に増倍される構造からなる。このため、SPAD画素を用いた固体撮像装置は、光量が少ない、暗い場面での撮像に適している。
一方で、SPAD画素を用いた固体撮像装置は、光量が多い、明るい場面の撮像では、数万の光子が入射してそれが増倍されるため、数億の電子が発生することになる。その結果として、消費電力が非常に大きくなるため、消費電力の削減に対する要求がある。
本技術はこのような状況に鑑みてなされたものであり、SPAD画素を用いた固体撮像装置において、より低い消費電力で撮像を行うことができるようにするものである。
本技術の一側面の固体撮像装置は、複数のSPAD(Single Photon Avalanche Diode)画素を２次元状に配列した画素アレイ部を備え、基準の照度よりも高い照度である第１の照度となる場合に、前記画素アレイ部に配列される複数のSPAD画素のうち、一部のSPAD画素が、画素単位、複数の画素からなるブロック単位、又はSPADのアバランシェ部を複数に分割した分割アバランシェ部単位で間引かれるようにする固体撮像装置である。
本技術の一側面の駆動方法は、複数のSPAD画素を２次元状に配列した画素アレイ部を有する固体撮像装置の駆動方法において、基準の照度よりも高い照度である第１の照度となる場合に、前記画素アレイ部に配列される複数のSPAD画素のうち、一部のSPAD画素が、画素単位、複数の画素からなるブロック単位、又はSPADのアバランシェ部を複数に分割した分割アバランシェ部単位で間引かれるようにする駆動方法である。
本技術の一側面の固体撮像装置、及び駆動方法においては、基準の照度よりも高い照度である第１の照度となる場合に、画素アレイ部に配列される複数のSPAD画素のうち、一部のSPAD画素が、画素単位、複数の画素からなるブロック単位、又はSPADのアバランシェ部を複数に分割した分割アバランシェ部単位で間引かれる。
本技術の一側面の固体撮像装置は、複数のSPAD画素を２次元状に配列した画素アレイ部を備え、基準の照度よりも高い照度である第１の照度となる場合に、前記画素アレイ部に配列される複数のSPAD画素のうち、一部のSPAD画素が、SPADのアバランシェ部を複数に分割した分割アバランシェ部単位で間引かれるようにする固体撮像装置である。
本技術の一側面の固体撮像装置においては、基準の照度よりも高い照度である第１の照度となる場合に、前記画素アレイ部に配列される複数のSPAD画素のうち、一部のSPAD画素が、SPADのアバランシェ部を複数に分割したアバランシェ部である分割アバランシェ部単位で間引かれる。
本技術の一側面の固体撮像装置は、独立した装置であってもよいし、１つの装置を構成している内部ブロックであってもよい。
本技術の一側面によれば、より低い消費電力で撮像を行うことができる。
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
本技術を適用した固体撮像装置の一実施の形態の構成例を示すブロック図である。 画素アレイ部に配列される複数のSPAD画素の駆動の第１の例を示す図である。 画素アレイ部に配列される複数のSPAD画素の駆動の第２の例を示す図である。 SPAD画素の構造の第１の例を示す断面図である。 SPAD画素の構造の第２の例を示す断面図である。 SPAD画素の構造の第３の例を示す平面図である。 SPAD画素の構造の第３の例を示す断面図である。 SPAD画素の構造の第４の例を示す平面図である。 SPAD画素の構造の第４の例を示す断面図である。 SPADのアノード−カソード間の電圧差によるアバランシェ発生確率の例を示す図である。 SPAD画素駆動制御処理の流れを説明するフローチャートである。 SPAD画素の構造の他の例を示す平面図である。 SPAD画素の構造の他の例を示す平面図である。 本技術を適用した固体撮像装置を有する電子機器の構成例を示すブロック図である。 本技術を適用した固体撮像装置の使用例を示す図である。 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、図面を参照しながら本技術の実施の形態について説明する。なお、説明は以下の順序で行うものとする。
１．固体撮像装置の構成
２．本技術の実施の形態
３．変形例
４．電子機器の構成
５．固体撮像装置の使用例
６．移動体への応用例
＜１．固体撮像装置の構成＞
（固体撮像装置の構成例）
図１は、本技術を適用した固体撮像装置の一実施の形態の構成例を示すブロック図である。
固体撮像装置１０は、被写体からの入射光を取り込んで、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、画素信号として出力するイメージセンサである。
図１において、固体撮像装置１０は、画素アレイ部２１、制御回路２２、及び読み出し回路２３を含んで構成される。
画素アレイ部２１は、複数のSPAD(Single Photon Avalanche Diode)画素を、２次元状（行列状）に配列している。ここで、SPAD画素は、単一光子アバランシェフォトダイオード（SPAD）を含む画素である。この単一光子アバランシェフォトダイオードは、１光子を検出できるように半導体内中に、アバランシェ部を作り、１光子から光電変換された電子がこの部分を通過することで、数万倍の電子に増倍（増幅）される構造からなる。
制御回路２２は、固体撮像装置１０の各部の動作を制御する。
また、制御回路２２は、画素駆動線を介して、SPAD画素を駆動するための駆動信号（パルス）を出力することで、画素アレイ部２１に２次元状に配列された複数のSPAD画素の駆動を制御する。例えば、制御回路２２は、照度の検出結果に基づいて、画素アレイ部２１に２次元状に配列された複数のSPAD画素の駆動を制御する。
読み出し回路２３は、画素アレイ部２１に２次元状に配列された複数のSPAD画素を順次走査して、各SPAD画素により生成された画素信号を、信号線を介して読み出す。読み出し回路２３は、読み出された画素信号を、後段の信号処理部（不図示）に出力する。
固体撮像装置１０は、以上のように構成される。
＜２．本技術の実施の形態＞
ところで、固体撮像装置１０は、複数のSPAD画素が２次元状に配列された画素アレイ部２１を有し、明るい場面での撮像時に、例えば、数万の光子が入射してそれが増倍されることで、数億の電子が発生するため、消費電力の削減を行うことが望ましいが、本技術では、以下の手法によって、消費電力の削減を図っている。
すなわち、固体撮像装置１０では、基準の照度よりも高い照度となる場合に、画素アレイ部２１に配列される複数のSPAD画素のうち、一部のSPAD画素が間引かれるようにすることで、より低い消費電力で撮像を行うことができるようにしている。
なお、照度としては、例えば、閾値に応じて、高照度と、高照度よりも低い照度である中照度と、中照度よりも低い照度である低照度との３段階に分類することができる。具体的には、例えば、高照度は、10,000lux程度とされ、中照度は、1,000lux程度とされ、低照度は、0.01lux程度とされる。
また、例えば、照度としては、閾値に応じて、高照度と、高照度よりも低い照度である低照度の２段階に分類することもできる。すなわち、照度は、閾値に応じて、複数の段階の照度に分類される。
（SPAD画素の駆動の第１の例）
図２は、図１の画素アレイ部２１に配列される複数のSPAD画素の駆動の第１の例を示している。
図２においては、画素アレイ部２１に２次元状に配列される複数のSPAD画素１００のうち、例えば、光の入射側から見て、左上の領域に配列される１６行１６列の画素を示している。
なお、図２においては、画素アレイ部２１の左側の領域と上側の領域に、SPAD画素１００のｉ行ｊ列に対応した行番号と列番号が表記されている。以下の説明では、画素アレイ部２１に配列された複数のSPAD画素１００のｉ行ｊ列を、SPAD画素１００（ｉ，ｊ）と表記する。
また、カラーフィルタとして、赤（Ｒ）のカラーフィルタが設けられ、Ｒカラーフィルタを透過した光から、赤（Ｒ）成分の光に対応した画素信号が得られる画素を、Ｒ画素と表記する。
同様に、緑（Ｇ）のカラーフィルタを透過した光から、緑（Ｇ）成分の光に対応した画素信号が得られる画素を、Ｇ画素と表記する。また、青（Ｂ）のカラーフィルタを透過した光から、青（Ｂ）成分の光に対応した画素信号が得られる画素を、Ｂ画素と表記する。
すなわち、画素アレイ部２１においては、複数のSPAD画素１００が、Ｒ画素、Ｇ画素、又はＢ画素として、２次元状に規則的に配列され、ベイヤー配列となっている。なお、ベイヤー配列とは、Ｇ画素が市松状に配され、残った部分に、Ｒ画素とＢ画素とが一列ごとに交互に配される配列パターンである。
ここで、画素アレイ部２１において、SPAD画素１００（３，３）に注目すれば、このSPAD画素１００（３，３）は、Ｂ画素であって、「OFF」である文字が付された間引き画素でもある。
間引き画素とは、高照度時に、画素アレイ部２１に配列された複数のSPAD画素１００の中から間引かれる画素である。SPAD画素１００（３，３）は、制御回路２２からの駆動制御に従い、高照度時に間引き画素となる。
画素アレイ部２１において、SPAD画素１００（２，９），SPAD画素１００（４，７），SPAD画素１００（４，１３），SPAD画素１００（６，２），SPAD画素１００（６，７），SPAD画素１００（６，１４），SPAD画素１００（７，１３），及びSPAD画素１００（８，５）は、SPAD画素１００（３，３）と同様に、間引き画素とされる。
さらに、画素アレイ部２１において、SPAD画素１００（９，１６），SPAD画素１００（１０，４），SPAD画素１００（１０，１３），SPAD画素１００（１１，１），SPAD画素１００（１１，５），SPAD画素１００（１１，９），SPAD画素１００（１３，３），SPAD画素１００（１３，１３），SPAD画素１００（１４，６），SPAD画素１００（１４，９），及びSPAD画素１００（１５，１５）は、SPAD画素１００（３，３）と同様に、間引き画素とされる。
このように、画素アレイ部２１においては、高照度時に、複数のSPAD画素１００のうち、任意のSPAD画素１００が、画素単位で不規則（ランダム）に、間引き画素になっている。そして、高照度時において、画素アレイ部２１に配列された複数のSPAD画素１００のうち、一部のSPAD画素１００が、画素単位で間引かれているため、消費電力を削減することができる。
なお、間引き画素の位置に対応した画像信号は、例えば、後段の信号処理回路で、間引き画素の周辺の画素から得られる画像信号を用いた所定の信号処理（例えば補正処理）を行うことで求めることができる。
（SPAD画素の駆動の第２の例）
図３は、図１の画素アレイ部２１に配列される複数のSPAD画素の駆動の第２の例を示している。
図３の画素アレイ部２１においては、図２に示した画素アレイ部２１と同様に、複数のSPAD画素１００が、Ｒ画素、Ｇ画素、又はＢ画素として、２次元状に規則的に配列され、ベイヤー配列となっている。
また、図３の画素アレイ部２１においても、複数のSPAD画素１００のうち、一部のSPAD画素１００が、間引き画素になっているが、間引き画素は、画素単位ではなく、複数の画素からなるブロック単位で配置されている。
例えば、画素アレイ部２１において、SPAD画素１００（１，１）乃至１００（１，４）、SPAD画素１００（２，１）乃至１００（２，４）、SPAD画素１００（３，１）乃至１００（３，４）、及びSPAD画素１００（４，１）乃至１００（４，４）からなる４×４画素のSPAD画素１００によって、１つのブロックが構成されている。このブロック内のSPAD画素１００は、高照度時に間引き画素となる。
また、例えば、画素アレイ部２１において、SPAD画素１００（１，５）乃至１００（１，８）、SPAD画素１００（２，５）乃至１００（２，８）、SPAD画素１００（３，５）乃至１００（３，８）、及びSPAD画素１００（４，５）乃至１００（４，８）からなる４×４画素のSPAD画素１００によって、１つのブロックが構成されている。このブロック内のSPAD画素１００は、通常の画素であって、高照度時でも、Ｒ画素、Ｇ画素、又はＢ画素のいずれかとなる。
同様に、画素アレイ部２１においては、４×４画素のブロック単位で、通常のSPAD画素１００を含む第１のブロックと、高照度時に間引き画素となるSPAD画素１００を含む第２のブロックとが、行方向と列方向で、交互に繰り返されている。
このように、画素アレイ部２１においては、高照度時に、複数のSPAD画素１００のうち、任意のSPAD画素１００が、ブロック単位で規則的に、間引き画素になっている。そして、高照度時において、画素アレイ部２１に配列された複数のSPAD画素１００のうち、一部のSPAD画素１００が、ブロック単位で間引かれているため、消費電力を削減することができる。
（SPAD画素の構造の第１の例）
図４は、SPAD画素１００の構造の第１の例を示す断面図である。
図４のSPAD画素１００において、単一光子アバランシェフォトダイオード１１０では、例えば、アノード１１１又はカソード１１２に、アバランシェ増倍を発生させるための電圧が印加され、入射光の受光部となるn-wellとp+拡散層との間のpn接合によって、アバランシェ増倍を発生させる。
単一光子アバランシェフォトダイオード１１０において、アノード１１１には、トランジスタ１２１が接続されている。トランジスタ１２１のゲートには、制御回路２２からの駆動信号が入力され、トランジスタ１２１のオン／オフが制御される。
制御回路２２は、高照度以外の低照度又は中照度となる場合には、高照度時に間引き画素となるSPAD画素１００に対し、所定のレベルの駆動信号が、トランジスタ１２１のゲートに入力されるようにすることで、対象のSPAD画素１００を、Ｒ画素、Ｇ画素、又はＢ画素として駆動する。
また、制御回路２２は、高照度となる場合には、高照度時に間引き画素となるSPAD画素１００に対し、所定のレベルの駆動信号が、トランジスタ１２１のゲートに入力されるようにすることで、対象のSPAD画素１００を、間引き画素とする。
なお、制御回路２２は、通常の画素となるSPAD画素１００に対しては、所定のレベルの駆動信号が、トランジスタ１２１のゲートに入力されるようにすることで、高照度や中照度、低照度に関係なく、常に、対象のSPAD画素１００を、Ｒ画素、Ｇ画素、又はＢ画素として駆動する。
このように、SPAD画素１００において、単一光子アバランシェフォトダイオード１１０のアノード１１１に、トランジスタ１２１を接続して、その電圧を制御することで、高照度時において、画素アレイ部２１に配列された複数のSPAD画素１００のうち、一部のSPAD画素１００を、画素単位又はブロック単位で間引くことが可能となる。
（SPAD画素の構造の第２の例）
図５は、SPAD画素１００の構造の第２の例を示す断面図である。
図５のSPAD画素１００において、単一光子アバランシェフォトダイオード１１０のカソード１１２には、トランジスタ１２２が接続されている。トランジスタ１２２のゲートには、制御回路２２からの駆動信号が入力され、トランジスタ１２２のオン／オフが制御される。
このように、SPAD画素１００において、単一光子アバランシェフォトダイオード１１０のカソード１１２に、トランジスタ１２２を接続して、その電圧を制御することで、高照度時において、画素アレイ部２１に配列された複数のSPAD画素１００のうち、一部のSPAD画素１００を、画素単位又はブロック単位で間引くことが可能となる。
（SPAD画素の構造の第３の例）
図６は、SPAD画素１００の構造の第３の例を示す平面図である。
図６のSPAD画素１００においては、単一光子アバランシェフォトダイオード１１０における倍増領域であるアバランシェ部１３１が複数に分割され、アノード１１１とカソード１１２が、分割されたアバランシェ部１３１のそれぞれに接続される構造からなる。
ここでは、アバランシェ部１３１が４分割されて、分割アバランシェ部１３１−１乃至１３１−４が形成され、分割アバランシェ部１３１−１乃至１３１−４のそれぞれに対し、カソード１１２−１乃至１１２−４のそれぞれが接続されている。
図７は、SPAD画素１００の構造の第３の例を示す断面図として、図６のＡ−Ａ'断面を示している。
図７の単一光子アバランシェフォトダイオード１１０において、分割アバランシェ部１３１−１には、カソード１１２−１が接続されている。このカソード１１２−１には、トランジスタ１２２−１が接続され、制御回路２２からの駆動信号に従い、オン／オフの動作が制御される。
一方で、分割アバランシェ部１３１−４には、カソード１１２−４が接続されている。このカソード１１２−４には、トランジスタ１２２−４が接続され、制御回路２２からの駆動信号に従い、オン／オフの動作が制御される。
制御回路２２は、高照度となる場合には、高照度時に間引き画素となるSPAD画素１００に対し、所定のレベルの駆動信号が、トランジスタ１２２−１乃至１２２−４のゲートに入力されるようにすることで、対象のSPAD画素１００を、間引き画素とする。
このとき、SPAD画素１００においては、トランジスタ１２２−１乃至１２２−４のゲートのそれぞれに対し、所定のレベルの駆動信号が入力されるようにすることで、分割アバランシェ部１３１−１乃至１３１−４ごとに、駆動を制御することができる。
例えば、低照度時又は中照度時には、分割アバランシェ部１３１−１乃至１３１−４の４つの分割アバランシェ部をすべて使用するが（すなわち、このときの使用割合は「4/4」となる）、高照度時には、分割アバランシェ部１３１−１乃至１３１−４のうち、３つの分割アバランシェ部のみを使用するようにする（すなわち、このときの使用割合は「3/4」となる）。
なお、このような分割アバランシェ部単位の間引きの制御であるが、画素アレイ部２１に配列された複数のSPAD画素１００のすべてに対して行われるようにしてもよいし、一部のSPAD画素１００のみに対して行われるようにしてもよい。
このように、SPAD画素１００において、アバランシェ部１３１を複数に分割した場合に、各分割アバランシェ部１３１−１乃至１３１−４のカソード１１２−１乃至１１２−４に対して、トランジスタ１２２−１乃至１２２−４を接続して、その電圧を制御することで、高照度時において、画素アレイ部２１に配列された複数のSPAD画素１００のうち、一部のSPAD画素１００を、分割画素単位（分割アバランシェ部単位）で間引くことが可能となる。
（SPAD画素の構造の第４の例）
図８は、SPAD画素１００の構造の第４の例を示す平面図である。
図８のSPAD画素１００においては、上述した第３の例と同様に、アバランシェ部１３１が４分割され、アバランシェ部１３１−１乃至１３１−４に対し、アノード１１１とカソード１１２が接続された構造からなる。
図９は、SPAD画素１００の構造の第４の例を示す断面図として、図８のＡ−Ａ'断面を示している。
図９の単一光子アバランシェフォトダイオード１１０において、分割アバランシェ部１３１−１には、カソード１１２が接続されるほか、分割アバランシェ部１３１−１の上部の一部を覆うようにゲート電極１４１−１が設けられている。
ここで、ゲート電極１４１−１の上部には、配線用のコンタクトが接続される。ゲート電極１４１−１は、コンタクトを介して印加される駆動信号に応じて、オン／オフの動作を行うことで、分割アバランシェ部１３１−１からの電子が、カソード１１２に転送されるようにする。
オーバーフロードレイン（OFD：Overflow Drain）１４２−１は、ゲート電極１４１−１がオフとされるとき、隣接するアバランシェ部１３１（例えば、分割アバランシェ部１３１−２乃至１３１−４）に、電子が漏れないように、不要な電子を排出できるようになされる。
一方で、分割アバランシェ部１３１−４には、カソード１１２が接続されるほか、ゲート電極１４１−４とオーバーフロードレイン１４２−４が設けられている。ゲート電極１４１−４は、コンタクトを介して印加される駆動信号に応じて、オン／オフの動作を行うことで、分割アバランシェ部１３１−４からの電子が、カソード１１２に転送されるようにする。
制御回路２２は、高照度となる場合には、高照度時に間引き画素となるSPAD画素１００に対し、所定のレベルの駆動信号が、ゲート電極１４１−１乃至１４１−４に印加されるようにすることで、対象のSPAD画素１００を、間引き画素とする。
このとき、SPAD画素１００においては、ゲート電極１４１−１乃至１４１−４のそれぞれに対し、所定のレベルの駆動信号が入力されるようにすることで、分割アバランシェ部１３１−１乃至１３１−４ごとに、駆動を制御することができる。
例えば、低照度時又は中照度時には、分割アバランシェ部１３１−１乃至１３１−４の４つの分割アバランシェ部をすべて使用するが（すなわち、このときの使用割合は「4/4」となる）、高照度時には、分割アバランシェ部１３１−１乃至１３１−４のうち、１つの分割アバランシェ部のみを使用するようにする（すなわち、このときの使用割合は「1/4」となる）。
なお、このような分割アバランシェ部単位の間引きの制御であるが、画素アレイ部２１に配列された複数のSPAD画素１００のすべてに対し、あるいは一部のSPAD画素１００のみに対して行われるようにすることができる。
このように、SPAD画素１００において、アバランシェ部１３１を複数に分割した場合に、カソード１１２とそれぞれ接続される各分割アバランシェ部１３１−１乃至１３１−４に対し、ゲート電極１４１−１乃至１４１−４を設けて、その電圧を制御することで、高照度時において、画素アレイ部２１に配列された複数のSPAD画素１００のうち、一部のSPAD画素１００を、分割画素単位（分割アバランシェ部単位）で間引くことが可能となる。
（アバランシェ発生確率を利用した駆動の例）
図１０は、単一光子アバランシェフォトダイオード１１０のアノード−カソード間の電圧差によるアバランシェ発生確率の例を示す図である。
図１０において、横軸は、アノード−カソード間の電圧差を表し、縦軸は、アバランシェ発生確率を表している。
図１０に示すように、アノード−カソード間の電圧差が小さいほど、アバランシェ発生確率が低くなる一方で、アノード−カソード間の電圧差が大きいほど、アバランシェ発生確率が大きくなっている。
すなわち、アノード−カソード間の電圧差が十分に高いときには、例えば、すべての電子がアバランシェ増倍を起こすことができるが、この電圧差が低くなると、例えば、アバランシェ増倍を起こす電子が略半分程度となる。
ここでは、例えば、低照度時には、アノード−カソード間の電圧差を、アバランシェ発生確率が100%になるように制御する一方で、高照度時には、アノード−カソード間の電圧差を、アバランシェ発生確率が下がるように制御する。これにより、高照度時においても、より低い消費電力で撮像が行われるようにすることができる。
（SPAD画素駆動制御処理の流れ）
次に、図１１のフローチャートを参照して、制御回路２２により実行されるSPAD画素駆動制御処理の流れを説明する。
ステップＳ１１において、制御回路２２は、照度の検出結果を取得する。
ここでの照度の検出方法としては、様々な検出方法を採用することができるが、例えば、照度センサからの出力や、固体撮像装置１０の出力から得られる画像の解析結果（例えば、画像が明るすぎて、飽和しているかどうかなど）などから、照度の検出結果を得ることができる。
ステップＳ１２において、制御回路２２は、ステップＳ１１の処理で得られる照度の検出結果に基づいて、照度の検出結果を閾値と比較して、高照度であるかどうかを判定する。
なお、この判定処理では、照度の検出結果を、閾値に応じて、例えば、高照度、中照度、又は低照度の３段階や、高照度又は低照度の２段階などで判定することができる。
ステップＳ１２において、高照度であると判定された場合、処理は、ステップＳ１３に進められる。ステップＳ１３において、制御回路２２は、間引き画素を決定する。
ここでは、例えば、制御回路２２は、あらかじめ設定された情報などに基づき、画素アレイ部２１に配列された複数のSPAD画素１００のうち、一部のSPAD画素１００を、画素単位、ブロック単位、又は分割アバランシェ部単位などのどの単位で間引くかを決定し、さらに、実際にどのSPAD画素１００を間引き画素にするかを決定する。
すなわち、ここでは、画素アレイ部２１に配列された複数のSPAD画素１００のうち、高照度時に、有効にするSPAD画素１００と、無効にするSPAD画素１００とをそれぞれ決定しているとも言える。
ステップＳ１３の処理が終了すると、処理は、ステップＳ１４の処理に進められる。なお、ステップＳ１２において、低照度又は中照度であって、高照度ではないと判定された場合、ステップＳ１３の処理はスキップされ、処理は、ステップＳ１４の処理に進められる。
ステップＳ１４において、制御回路２２は、画素アレイ部２１に配列された複数のSPAD画素１００の駆動を制御する。
ここでは、高照度時には、ステップＳ１３の処理で、間引く単位や間引く画素に関する情報が決定されているので、例えば、それらの情報に基づき、制御回路２２は、画素アレイ部２１に配列された複数のSPAD画素１００の駆動を制御することができる。
以上、SPAD画素駆動制御処理の流れについて説明した。
このSPAD画素駆動制御処理では、高照度時において、画素アレイ部２１に配列された複数のSPAD画素１００のうち、一部のSPAD画素１００を、所定の単位（例えば画素単位やブロック単位、分割アバランシェ部単位）で間引くことが可能となるため、より低い消費電力で撮像を行うことができる。
＜３．変形例＞
（SPAD画素の構造の他の例）
図１２は、SPAD画素１００の構造の他の例を示す平面図である。
上述した説明では、SPAD画素１００において、アバランシェ部１３１を、４分割した場合の構造を示したが、アバランシェ部１３１の分割数は任意であって、例えば、２分割とした場合には、図１２に示すような構造とされる。
すなわち、図１２においては、アバランシェ部１３１が２分割され、分割アバランシェ部１３１−１と分割アバランシェ部１３１−２が形成されている。ここでは、上述した第４の例と同様に、分割アバランシェ部１３１−１に対し、ゲート電極１４１−１を設けるとともに、分割アバランシェ部１３１−２に対し、ゲート電極１４１−２を設けることで、分割画素単位（分割アバランシェ部単位）で、一部のSPAD画素１００を間引くことができる。
なお、アバランシェ部１３１の分割数として、４分割と２分割を例示したが、その分割数は任意であって、例えば、３分割や８分割、10分割、100分割などであってもよい。
図１３は、SPAD画素１００の構造のさらに他の例を示す平面図である。
上述した説明では、SPAD画素１００において、アバランシェ部１３１を、４分割した場合に、分割アバランシェ部１３１−１乃至１３１−４の領域の面積が、略同一の面積になる場合を例示したが、各分割アバランシェ部１３１−１乃至１３１−４の領域の面積は、異なるようにしてもよい。
例えば、図１３に示すように、SPAD画素１００において、分割アバランシェ部１３１−１が最も面積が大きく、分割アバランシェ部１３１−３，分割アバランシェ部１３１−２，分割アバランシェ部１３１−４の順に、その面積が小さくなっている。
ここでも、上述した第４の例と同様に、分割アバランシェ部１３１−１乃至１３１−４のそれぞれに対し、ゲート電極１４１−１乃至ゲート電極１４１−４をそれぞれ設けることで、分割画素単位（分割アバランシェ部単位）で、一部のSPAD画素１００を間引くことができる。
なお、図１２及び図１３に示したSPAD画素１００の構造においては、上述した第４の例と同様に、オーバーフロードレイン１４２を設けるようにしてもよい。また、図１２及び図１３に示したSPAD画素１００の構造として、上述した第３の例と同様に、分割アバランシェ部１３１−Ｎ（Ｎ：１以上の整数）ごとに、異なるカソード１１２−Ｎに接続されるようにしてもよい。
（SPAD画素の駆動の他の例）
上述した説明では、図２に示した画素アレイ部２１において、高照度時に、複数のSPAD画素１００のうち、任意のSPAD画素１００が、画素単位で不規則（ランダム）に、間引き画素になることで、消費電力を削減することができるとして説明したが、ここでは、画素単位で不規則に間引き画素になる場合に限らず、画素単位で規則的に間引き画素になるようにしてもよい。
また、上述した説明では、図３に示した画素アレイ部２１において、高照度時に、複数のSPAD画素１００のうち、任意のSPAD画素１００が、ブロック単位で規則的に、間引き画素になることで、消費電力を削減することができるとして説明したが、ここでは、ブロック単位で規則的に間引き画素になる場合に限らず、ブロック単位で不規則（ランダム）に間引き画素になるようにしてもよい。
さらに、高照度時において、画素アレイ部２１に配列された複数のSPAD画素１００から、間引きされる画素（間引き画素）の数は任意である。
（SPAD画素の断面構造の他の例）
単一光子アバランシェフォトダイオード１１０において、アノードは、光の入射側の面である第１の面の側、又は第１の面と反対側の面である第２の面の側に形成され、カソードは、第２の面の側、又は第１の面の側に形成されるようにすることができる。すなわち、単一光子アバランシェフォトダイオード１１０のアノードとカソードは、例えば、半導体の表面にそれぞれ配置されていても、表面と裏面にそれぞれ配置されていてもよい。
（他のセンサの例）
上述した説明では、固体撮像装置１０として、画像データを得るためのイメージセンサ（例えば、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサ）を例にして説明したが、例えば、距離センサ（例えば、TOF(Time of Flight)法によって距離計測を行うセンサ）などの他のセンサとして用いられるようにしてもよい。
（SPAD画素の配列パターンの他の例）
上述した説明では、画素アレイ部２１に配列された複数のSPAD画素１００の配列パターンとして、ベイヤー配列で配列される場合を説明したが、他の配列パターンを採用してもよい。また、SPAD画素１００としては、Ｒ画素、Ｇ画素、又はＢ画素となる場合を説明したが、例えば、白（Ｗ）のＷ画素や、赤外線（IR）のIR画素などが含まれるようにしてもよい。
（制御回路の他の例）
上述した説明では、画素アレイ部２１に配列された複数のSPAD画素１００は、制御回路２２によって駆動が制御されるとして説明したが、例えば、固体撮像装置１０とは異なる外部の装置からの制御に従い、SPAD画素１００の駆動が制御されるようにするなど、他の手法によって、SPAD画素１００の駆動が制御されるようにしてもよい。
＜４．電子機器の構成＞
図１４は、本技術を適用した固体撮像装置を有する電子機器の構成例を示すブロック図である。
電子機器１０００は、例えば、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置や、スマートフォンやタブレット型端末等の携帯端末装置などの電子機器である。
電子機器１０００は、固体撮像装置１００１、DSP回路１００２、フレームメモリ１００３、表示部１００４、記録部１００５、操作部１００６、及び、電源部１００７から構成される。また、電子機器１０００において、DSP回路１００２、フレームメモリ１００３、表示部１００４、記録部１００５、操作部１００６、及び電源部１００７は、バスライン１００８を介して相互に接続されている。
固体撮像装置１００１は、上述した固体撮像装置１０（図１）に対応しており、画素アレイ部２１（図１）に２次元状に配列される複数のSPAD画素１００の構造として、上述の構造（例えば、SPAD画素１００の構造の第１の例乃至第４の例）を採用し、その駆動として、上述の駆動（例えば、SPAD画素１００の駆動の第１の例乃至第２の例）により制御を行うことができる。
DSP回路１００２は、固体撮像装置１００１から供給される信号を処理するカメラ信号処理回路である。DSP回路１００２は、固体撮像装置１００１からの信号を処理して得られる画像データを出力する。フレームメモリ１００３は、DSP回路１００２により処理された画像データを、フレーム単位で一時的に保持する。
表示部１００４は、例えば、液晶パネルや有機EL(Electro Luminescence)パネル等のパネル型表示装置からなり、固体撮像装置１００１で撮像された動画又は静止画を表示する。記録部１００５は、固体撮像装置１００１で撮像された動画又は静止画の画像データを、半導体メモリやハードディスク等の記録媒体に記録する。
操作部１００６は、ユーザによる操作に従い、電子機器１０００が有する各種の機能についての操作指令を出力する。電源部１００７は、DSP回路１００２、フレームメモリ１００３、表示部１００４、記録部１００５、及び、操作部１００６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。
電子機器１０００は、以上のように構成される。本技術は、以上説明したように、固体撮像装置１００１に適用される。具体的には、固体撮像装置１０（図１）は、固体撮像装置１００１に適用することができる。固体撮像装置１００１に本技術を適用することで、高照度時において、画素アレイ部２１に配列された複数のSPAD画素１００のうち、一部のSPAD画素１００が、所定の単位（例えば画素単位やブロック単位、分割アバランシェ部単位）で間引かれるため、より低い消費電力で撮像を行うことができる。
＜５．固体撮像装置の使用例＞
図１５は、本技術を適用した固体撮像装置の使用例を示す図である。
固体撮像装置１０（図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。すなわち、図１５に示すように、鑑賞の用に供される画像を撮影する鑑賞の分野だけでなく、例えば、交通の分野、家電の分野、医療・ヘルスケアの分野、セキュリティの分野、美容の分野、スポーツの分野、又は、農業の分野などにおいて用いられる装置でも、固体撮像装置１０を使用することができる。
具体的には、鑑賞の分野において、例えば、デジタルカメラやスマートフォン、カメラ機能付きの携帯電話機等の、鑑賞の用に供される画像を撮影するための装置（例えば、図１４の電子機器１０００）で、固体撮像装置１０を使用することができる。
交通の分野において、例えば、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で、固体撮像装置１０を使用することができる。
家電の分野において、例えば、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、テレビ受像機や冷蔵庫、エアーコンディショナ等の家電に供される装置で、固体撮像装置１０を使用することができる。また、医療・ヘルスケアの分野において、例えば、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で、固体撮像装置１０を使用することができる。
セキュリティの分野において、例えば、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で、固体撮像装置１０を使用することができる。また、美容の分野において、例えば、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で、固体撮像装置１０を使用することができる。
スポーツの分野において、例えば、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で、固体撮像装置１０を使用することができる。また、農業の分野において、例えば、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で、固体撮像装置１０を使用することができる。
＜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１６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１６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１２０３０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１６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１７は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
図１７では、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。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１７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、図１の固体撮像装置１０は、撮像部１２０３１に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、高照度時において、画素アレイ部に配列された複数のSPAD画素のうち、一部のSPAD画素が、所定の単位（例えば画素単位やブロック単位、分割アバランシェ部単位）で間引かれるため、より低い消費電力で撮像を行うことが可能となる。
なお、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。
また、本技術は、以下のような構成をとることができる。
（１）
複数のSPAD(Single Photon Avalanche Diode)画素を２次元状に配列した画素アレイ部を備え、
基準の照度よりも高い照度である第１の照度となる場合に、前記画素アレイ部に配列される複数のSPAD画素のうち、一部のSPAD画素が間引かれるようにする
固体撮像装置。
（２）
前記画素アレイ部では、一部のSPAD画素である間引き画素が、画素単位、又は複数の画素からなるブロック単位で間引かれる
前記（１）に記載の固体撮像装置。
（３）
前記間引き画素は、画素単位又はブロック単位で、前記画素アレイ部にて規則的に又は不規則に配置される
前記（２）に記載の固体撮像装置。
（４）
前記間引き画素は、SPADのアノード又はカソードの電圧を制御することで、間引かれる
前記（１）又は（２）に記載の固体撮像装置。
（５）
前記SPAD画素は、SPADのアバランシェ部が複数に分割され、分割されたアバランシェ部である分割アバランシェ部単位で間引かれる
前記（１）に記載の固体撮像装置。
（６）
前記分割アバランシェ部は、アノード又はカソードの電圧を制御することで、間引かれる
前記（５）に記載の固体撮像装置。
（７）
前記分割アバランシェ部は、前記分割アバランシェ部の上部に設けられるゲート電極を制御することで、間引かれる
前記（５）に記載の固体撮像装置。
（８）
前記分割アバランシェ部ごとに、不要な電子を排出するためのオーバーフロードレインがさらに設けられる
前記（７）に記載の固体撮像装置。
（９）
一部のSPAD画素である間引き画素ごとに、SPADのアノードとカソードとの電位差を、アバランシェの発生確率との関係を利用して制御する
前記（１）乃至（８）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１０）
前記照度は、基準となる閾値に応じて、前記第１の照度を含む複数の段階の照度に分類される
前記（１）乃至（９）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１１）
前記照度は、前記閾値に応じて、前記第１の照度と、前記第１の照度よりも低い照度である第２の照度との２段階に分類される
前記（１０）に記載の固体撮像装置。
（１２）
前記照度は、前記閾値に応じて、前記第１の照度と、前記第１の照度よりも低い照度である第２の照度と、前記第２の照度よりも低い照度である第３の照度との３段階に分類される
前記（１０）に記載の固体撮像装置。
（１３）
前記SPAD画素のSPADにおいて、
アノードは、光の入射側の面である第１の面の側、又は前記第１の面と反対側の面である第２の面の側に形成され、
カソードは、前記第２の面の側、又は前記第１の面の側に形成される
前記（１）乃至（１２）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１４）
複数のSPAD画素を２次元状に配列した画素アレイ部を有する固体撮像装置の駆動方法において、
基準の照度よりも高い照度である第１の照度となる場合に、前記画素アレイ部に配列される複数のSPAD画素のうち、一部のSPAD画素が間引かれるようにする
駆動方法。
１０ 固体撮像装置， ２１ 画素アレイ部， ２２ 制御回路， ２３ 読み出し回路， １００ SPAD画素， １１０ 単一光子アバランシェフォトダイオード（SPAD）， １１１ アノード， １１２，１１２−１乃至１１２−４ カソード， １２１ トランジスタ， １２２ トランジスタ， １３１ アバランシェ部， １３１−１乃至１３１−４ 分割アバランシェ部， １４１−１乃至１４１−４ ゲート電極， １４２−１乃至１４２−４ オーバーフロードレイン， １０００ 電子機器， １００１ 固体撮像装置， １２０３１ 撮像部

Claims (14)

  1. 複数のSPAD(Single Photon Avalanche Diode)画素を２次元状に配列した画素アレイ部を備え、
    基準の照度よりも高い照度である第１の照度となる場合に、前記画素アレイ部に配列される複数のSPAD画素のうち、一部のSPAD画素が、画素単位、複数の画素からなるブロック単位、又はSPADのアバランシェ部を複数に分割した分割アバランシェ部単位で間引かれるようにする
    固体撮像装置。
  2. 前記一部のSPAD画素である間引き画素が、画素単位又はブロック単位で間引かれる場合に、前記間引き画素は、画素単位又はブロック単位で、前記画素アレイ部にて規則的に又は不規則に配置される
    請求項１に記載の固体撮像装置。
  3. 前記間引き画素は、SPADのアノード又はカソードの電圧を制御することで、間引かれる
    請求項２に記載の固体撮像装置。
  4. 前記分割アバランシェ部は、アノード又はカソードの電圧を制御することで、間引かれる
    請求項１に記載の固体撮像装置。
  5. 前記分割アバランシェ部は、前記分割アバランシェ部の上部に設けられるゲート電極を制御することで、間引かれる
    請求項１に記載の固体撮像装置。
  6. 前記分割アバランシェ部ごとに、不要な電子を排出するためのオーバーフロードレインがさらに設けられる
    請求項５に記載の固体撮像装置。
  7. 前記一部のSPAD画素である間引き画素ごとに、SPADのアノードとカソードとの電位差を、アバランシェの発生確率との関係を利用して制御する
    請求項１に記載の固体撮像装置。
  8. 前記照度は、基準となる閾値に応じて、前記第１の照度を含む複数の段階の照度に分類される
    請求項１に記載の固体撮像装置。
  9. 前記照度は、前記閾値に応じて、前記第１の照度と、前記第１の照度よりも低い照度である第２の照度との２段階に分類される
    請求項８に記載の固体撮像装置。
  10. 前記照度は、前記閾値に応じて、前記第１の照度と、前記第１の照度よりも低い照度である第２の照度と、前記第２の照度よりも低い照度である第３の照度との３段階に分類される
    請求項８に記載の固体撮像装置。
  11. 前記SPAD画素のSPADにおいて、
    アノードは、光の入射側の面である第１の面の側、又は前記第１の面と反対側の面である第２の面の側に形成され、
    カソードは、前記第２の面の側、又は前記第１の面の側に形成される
    請求項１に記載の固体撮像装置。
  12. 複数のSPAD画素を２次元状に配列した画素アレイ部を有する固体撮像装置の駆動方法において、
    基準の照度よりも高い照度である第１の照度となる場合に、前記画素アレイ部に配列される複数のSPAD画素のうち、一部のSPAD画素が、画素単位、複数の画素からなるブロック単位、又はSPADのアバランシェ部を複数に分割した分割アバランシェ部単位で間引かれるようにする
    駆動方法。
  13. 複数のSPAD画素を２次元状に配列した画素アレイ部を備え、
    基準の照度よりも高い照度である第１の照度となる場合に、前記画素アレイ部に配列される複数のSPAD画素のうち、一部のSPAD画素が、SPADのアバランシェ部を複数に分割した分割アバランシェ部単位で間引かれるようにする
    固体撮像装置。
  14. 前記分割アバランシェ部は、アノード若しくはカソードの電圧を制御するか、又は前記分割アバランシェ部の上部に設けられるゲート電極を制御することで、間引かれる
    請求項１３に記載の固体撮像装置。
JP2019536731A 2017-08-15 2018-08-03 固体撮像装置及びその駆動方法 Active JP6803989B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017156746 2017-08-15
JP2017156746 2017-08-15
PCT/JP2018/029162 WO2019035369A1 (ja) 2017-08-15 2018-08-03 固体撮像装置及びその駆動方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2019035369A1 JPWO2019035369A1 (ja) 2020-06-11
JP6803989B2 true JP6803989B2 (ja) 2020-12-23

Family

ID=65362241

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019536731A Active JP6803989B2 (ja) 2017-08-15 2018-08-03 固体撮像装置及びその駆動方法

Country Status (5)

Country Link
US (3) US10750104B2 (ja)
EP (1) EP3573333B1 (ja)
JP (1) JP6803989B2 (ja)
CN (2) CN115278120A (ja)
WO (1) WO2019035369A1 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7277242B2 (ja) * 2019-04-23 2023-05-18 キヤノン株式会社 撮像装置およびその制御方法
JP2021082973A (ja) * 2019-11-20 2021-05-27 キヤノン株式会社 撮像装置、撮像システム、および移動体
CN111090104B (zh) * 2019-12-26 2022-11-11 维沃移动通信有限公司 成像处理方法和电子设备

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7719029B2 (en) * 2007-05-17 2010-05-18 Princeton Lightwave, Inc. Negative feedback avalanche diode
US8530811B2 (en) * 2008-07-25 2013-09-10 Cornell University Light field image sensor, method and applications
JP2012235265A (ja) * 2011-04-28 2012-11-29 Panasonic Corp イメージセンサ及びその駆動方法
JP6090060B2 (ja) 2013-08-23 2017-03-08 株式会社豊田中央研究所 シングルフォトンアバランシェダイオード
WO2016183091A1 (en) * 2015-05-11 2016-11-17 Quantum Semiconductor Llc Pixel for use with light having wide intensity range
US9887218B2 (en) * 2015-07-16 2018-02-06 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Imaging device, operating method thereof, and electronic device
KR102609644B1 (ko) 2015-12-03 2023-12-05 소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤 고체 촬상 소자 및 촬상 장치
CN107851656B (zh) * 2016-03-04 2022-12-16 索尼公司 摄像装置和测距系统

Also Published As

Publication number Publication date
EP3573333B1 (en) 2021-05-19
EP3573333A4 (en) 2020-01-01
CN110235432A (zh) 2019-09-13
WO2019035369A1 (ja) 2019-02-21
US11582407B2 (en) 2023-02-14
JPWO2019035369A1 (ja) 2020-06-11
US11115609B2 (en) 2021-09-07
CN115278120A (zh) 2022-11-01
US20220014692A1 (en) 2022-01-13
US20200322550A1 (en) 2020-10-08
CN110235432B (zh) 2022-06-14
US20200213538A1 (en) 2020-07-02
EP3573333A1 (en) 2019-11-27
US10750104B2 (en) 2020-08-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11688747B2 (en) Solid-state imaging device and electronic apparatus
KR102538712B1 (ko) 고체 촬상 장치, 및 전자 기기
US20200161352A1 (en) Imaging apparatus and electronic device
JP7370413B2 (ja) 固体撮像装置、及び電子機器
US20230238404A1 (en) Solid-state imaging device and electronic apparatus
US11582407B2 (en) Solid-state imaging apparatus and driving method thereof
JP2018198272A (ja) 固体撮像素子および電子機器
US20210218923A1 (en) Solid-state imaging device and electronic device
WO2018139187A1 (ja) 固体撮像装置およびその駆動方法、並びに電子機器
WO2020153272A1 (ja) 測定装置、測距装置および測定方法
WO2022172642A1 (ja) 固体撮像素子および撮像方法、並びに電子機器

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200414

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20200414

A975 Report on accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005

Effective date: 20200527

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200728

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200918

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20201105

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20201201

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6803989

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150