JP6991815B2 - 撮像装置、撮像システム、移動体 - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置、撮像システム、移動体に関する。

複数の画素が複数行、複数列に渡って配された撮像装置が知られている。特許文献１は、複数の画素が配された第１チップと、画素が出力する信号をアナログデジタル変換（以下、ＡＤ変換）するアナログデジタル変換部（以下、ＡＤ変換部）が配された第２チップとが積層された撮像装置を開示している。特許文献１の撮像装置は、単一の列に配された複数の画素に対して、複数の信号線を有している。さらに、撮像装置は、複数の信号線から１つの信号線が選択し、当該選択された信号線をＡＤ変換部に接続する接続回路を備える。

さらに特許文献２には、複数の信号線で１つのＡＤ変換部を共有した構成が開示されており、ＡＤ変換部と信号線との間には、加算・減算回路を構成する反転増幅器が配されている（特許文献２の図９）。

特開２０１６－１７１３９９号公報 特開２０１５－００２４６９号公報

特許文献１に記載の撮像装置には、ＳＮが低下するという課題がある。接続回路によって、画素のアンプトランジスタＴｂと電流源ＣＳとが構成するソースフォロア回路が、ＡＤ変換部に接続される。一般に、ソースフォロア回路の出力の範囲は狭く、また、ソースフォロア回路のゲインは１に近い。そのため、ＡＤ変換部や選択回路においてノイズが生じると、ＳＮ比が大きく低下する。

また特許文献２の構成では信号読出しの高速化という観点で検討が十分ではなかった。

以上の課題に鑑み、本発明は撮像装置においてＳＮ比を向上させ、信号読出しの速度を高速化することを目的とする。

１つの実施例に係る撮像装置は、複数の画素と、前記複数の画素から信号が出力される複数の第１信号線と有する第１チップと、前記第１チップに積層され、２次元状に配された複数の信号処理回路と複数の第２信号線とを有する第２チップと、前記複数の第１信号線と前記複数の第２信号線を接続する接続部とを有し、前記信号処理回路は、前記接続部に接続された複数の第１入力ノードと、複数の第１出力ノードとを有し、前記複数の第１入力ノードのいずれかに入力された前記画素からの信号を前記複数の第１出力ノードのいずれかに出力する第１選択回路と、前記複数の第１出力ノードの互いに異なる第１出力ノードにそれぞれ接続された複数の増幅回路と、前記複数の増幅回路に接続された複数の第２入力ノードと、第２出力ノードとを備える第２選択回路と、前記第２出力ノードから出力された出力信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換部と、を含み、前記複数の第２信号線の一部の第２信号線に、前記複数の画素の一部から前記信号が出力される期間に、前記複数の第２信号線の別の一部の第２信号線に、前記複数の画素の別の一部から前記信号が出力され、前記第１選択回路に接続されるすべての前記複数の第１入力ノードの数が、前記第２選択回路に接続されるすべての前記複数の第２入力ノードの数より多いことを特徴とする。

本発明により、ＳＮ比を向上させ、信号読出しの速度を高速化することが可能である。

撮像装置の構成を示す図 平面視における撮像装置の画素と信号処理回路の配置を示す図 （ａ）画素と（ｂ）信号処理回路の等価回路を示す図 画素と信号処理回路の接続を示す図 画素と信号処理回路の接続を示す図 画素の等価回路を示す図 撮像装置の動作を示す図 画素と信号処理回路の接続を示す図 信号処理回路の等価回路を示す図 撮像装置の動作を示す図 画素と信号処理回路の接続を示す図 ＡＤ変換回路の等価回路を示す図 ＡＤ変換回路の動作を示す図 撮像システムの構成を示す図 移動体の構成を示す図 撮像システムの動作を示す図

以下、図面を参照しながら各実施例を説明する。なお、以下の説明では、特に断りの無い限り、トランジスタはＮ型トランジスタであるものとする。しかし、以下に述べる実施例はＮ型トランジスタに限定されるものでは無く、Ｐ型トランジスタを適宜用いてもよい。その場合には、トランジスタのゲート、ソース、ドレインの電位を、実施例中の説明に対し適宜変更することができる。例えば、スイッチとして動作させるトランジスタであれば、ゲートに供給する電位のローレベルとハイレベルとを、実施例中の説明に対し逆転させるようにすればよい。

（実施例１）
（撮像装置の全体構成）
図１は、本実施例の撮像装置が備える、第１チップ１、第２チップ５を示した図である。第１チップ１と第２チップ５とは積層されている。第１チップ１には、複数行および複数列に渡って画素１１が配されている。また、第２チップ５には、複数行および複数列に渡って、信号処理回路２１が２次元状に配されている。なお、ここでは画素１１と信号処理回路２１のみを図示しているが、他に画素１１を制御する制御線、画素１１が出力する信号を伝送する信号線が適宜、第１チップ１に配される。また、垂直走査回路、タイミングジェネレータ等の駆動回路が適宜、第１チップ１あるいは第２チップ５に配される。

（平面視における、画素と信号処理回路の配置関係）
図２は、平面視における、第１チップ１が備える画素１１と、第２チップ５が備える信号処理回路２１のレイアウトを示した図である。図２では、画素１１が備えるカラーフィルタの色も合わせて示している。図２に示したＲは、画素１１が赤（Ｒ）のカラーフィルタを備えることを示している。以下、同じくＧ、Ｂはそれぞれ、画素１１が緑（Ｇ）、青（Ｂ）のカラーフィルタを備えることを示している。別の言い方をすれば、第１色に対応する波長の光が入射する画素と、第２色に対応する波長の光が入射する画素とを備えるとも言える。典型的には、赤色に対応する波長は６００～８３０ｎｍである。また、緑色に対応する波長は、５００～６００ｎｍである。また、青色に対応する波長は３６０～５００ｎｍである。

１つの信号処理回路２１は、複数行および複数列に渡って配された画素１１と重なるように配置されている。ここでは、１つの信号処理回路２１は、４行１２列の画素１１に重なるように配置されている。後述するが、信号処理回路２１は、マルチプレックス回路、増幅回路、アナログデジタル変換部を構成するアナログデジタル変換回路（以下、ＡＤ変換回路）を有する。したがって、１つの信号処理回路２１のマルチプレックス回路と増幅回路とＡＤ変換回路の一部、あるいは全部が、画素１１に重なるように配置されていると言える。

また、後述するが、１つの信号処理回路２１のＡＤ変換回路は、第１色のカラーフィルタを備える画素１１が出力する信号をＡＤ変換し、第２色のカラーフィルタを備える画素１１が出力する信号のＡＤ変換を行わない。したがって、１つの信号処理回路２１は、ＡＤ変換を行う対象の画素１１と、ＡＤ変換を行わない対象の画素１１との双方に対し、平面視において重なる関係となっている。

なお、この配置は一例であって、本実施例では、１つの信号処理回路２１に対し、複数の画素１１が配されている形態を採用することができる。

（撮像装置の等価回路）
図３（ａ）では、図２に示した画素１１のうち、奇数列の画素１１のみを示している。第１チップ１の画素１１は、１列の画素１１に対し、４本の信号線２０１（Ａ）～（Ｄ）を有する。なお、以下では信号線２０１（Ａ）～（Ｄ）を区別なく表記する場合には、単に信号線２０１と表記する。１行目の画素１１は信号線２０１（Ａ）に接続されている。以下、同様に２～４行目の画素１１は、順に信号線２０１（Ｂ）～（Ｄ）に接続されている。信号線２０１（Ａ）～（Ｄ）は、他の列においても、１列目の画素１１と同じように配されている。

信号線２０１（Ａ）、２０１（Ｃ）のそれぞれは、接続部３０３を介して、信号処理回路２１（Ａ）に接続されている。また、信号線２０１（Ｂ）、２０１（Ｄ）のそれぞれは、接続部３０３を介して、信号処理回路２１（Ｂ）に接続されている。信号処理回路２１（Ａ）と信号処理回路２１（Ｂ）とは、同じ回路構成を持つ。そのため、両者に共通する説明の場合は、アルファベットを省略する。以下、信号処理回路２１の構成について説明する。

図３（ｂ）は、信号処理回路２１の等価回路を示す。複数の信号線２０１は、それぞれ、接続部３０３を介して信号処理回路２１が備えるマルチプレックス回路（以下、ＭＰＸ回路と表記する）３５０に接続されている。また、信号処理回路２１は、増幅回路３５５、および、ＡＤ変換回路（以下、明細書および図面にてＡＤＣと表記する）３６０を有する。ＭＰＸ回路３５０の出力は、増幅回路３５５を介して、ＡＤＣ３６０に接続される。したがって、ＭＰＸ回路３５０は、複数の信号線２０１の１つを選択して、ＡＤＣ３６０（Ａ）に接続する選択部である。本図では複数の信号線２０１の信号のうち１つを選択して１つの増幅回路３５５に出力する構成となっているが、実際は１つのＭＰＸ回路３５０に対して複数の増幅回路３５５が設けられた構成となっている。したがってＭＰＸ回路３５０は複数の入力ノードと複数の出力ノードとを有し、複数の入力ノードのいずれかに入力された画素からの信号を複数の出力ノードのいずれかに出力する構成となっている。

増幅回路３５５は、例えば、オペアンプである。増幅回路３５５は、反転入力端子と非反転入力端子とを備える。２つの入力端子の一方は、ＭＰＸ回路３５０に接続される。２つの入力端子の他方には、参照電圧Ｖｒｅｆが供給される。図３の例では、参照電圧Ｖｒｅｆは容量を介して供給される。当該容量にはリセット用のスイッチが接続される。増幅回路３５５の２つの出力端子は、それぞれ、ＡＤＣ３６０に接続される。また、増幅回路３５５の２つの出力端子は、それぞれ、反転入力端子および非反転入力端子に、フィードバック容量を介して接続される。各帰還経路において、フィードバック容量と並列に、初期化スイッチが接続される。増幅回路３５５は１より大きいゲインを有する。例えば、増幅回路３５５は、１倍と４倍のゲインを選択することができる。

図３に示しているように、ＡＤＣ３６０（Ａ）に接続される画素１１は全て、Ｒのカラーフィルタを備える画素１１である。一方、ＡＤＣ３６０（Ｂ）に接続される画素１１は全て、Ｇのカラーフィルタを備える画素１１である。このように、各々が第１色（Ｒ）のカラーフィルタを備える複数の第１画素１１は、第２ＡＤ変換部であるＡＤＣ３６０（Ｂ）に接続されずに第１ＡＤ変換部であるＡＤＣ３６０（Ａ）に接続される。また、各々が第２色（Ｇ）のカラーフィルタを備える複数の第１画素１１は、第１ＡＤ変換部であるＡＤＣ３６０（Ａ）に接続されずに第２ＡＤ変換部であるＡＤＣ３６０（Ｂ）に接続される。

また、図３に示したように、第２チップ５は電流源３１０を有する。電流源３１０は、接続部３０３を介して、各列の信号線２０１に電流を供給する。

（撮像装置の接続部周りの断面構造）
図４は、図３に示した撮像装置の断面構造を示した図である。図４では、４行１列に配された画素１１と、１行目１１列目の画素１１とを中心に記載している。図１に示した第１チップ１と第２チップ５は、接合面３００で接合されている。

本実施例の撮像装置は、裏面照射型の撮像装置である。画素１１は、不図示の光電変換部を備える。この光電変換部と、接合面３００との間に信号線２０１が設けられている。信号線２０１は、画素１１の所定の方向（図では列に沿った方向）に延在している。信号線２０１は、接続配線４０１を介して接続部３０３に接続される。また、ＭＰＸ回路３５０（Ａ）は、接続配線４０５を介して接続部３０３に接続される。接続配線４０１、接続配線４０５、接続部３０３は、平面視において重なるように配置されている。信号処理回路２１と信号線２０１との接続は、接続配線４０５に対して、平面視において重なる位置に接続配線４０１を形成することによって行うことができるとも言える。そして、所定の方向に沿って延在する信号線２０１と接続配線４０１とを接続することによって、信号線２０１と、ＭＰＸ回路３５０とを接続することができる。信号線２０１が所定の方向に延在していることにより、接続配線４０１と信号線２０１との接続を容易にすることができる。他の例として、図５に示すように、第１チップ１ではなく第２チップ５に、所定の方向に延在する信号線５０１を設けることが考えられる。この場合においても、画素１１とＭＰＸ回路３５０（Ａ）を接続することができる。しかしながら、図５に比べて、図４に示した、第１チップ１に、所定の方向に延在する信号線を設けることが好ましい。これは、画素１１が備わる第１チップ１よりも、信号処理回路２１が備わる第２チップ５の方が、配線層が多くなることに由来する。配線層の多い第２チップ５に、図５のように信号線５０１を設けるよりも、配線層の少ない第１チップ１に、図４のように信号線２０１を設ける方が、設計の自由度が高いためである。

（画素の等価回路）
図６は、本実施例の画素１１の等価回路図である。画素１１は、光電変換部であるフォトダイオード６０１ａ、６０１ｂを有する。フォトダイオード６０１ａ、６０１ｂには、不図示の１つのマイクロレンズと、図２に示した配列に従って設けられたカラーフィルタを透過した光が入射する。つまり、フォトダイオード６０１ａに入射する光と、フォトダイオード６０１ｂに入射する光の波長は実質的に同じである。

フォトダイオード６０１ａは、転送トランジスタ６０３ａを介して、フローティングディフージョン部（以下、ＦＤ部）６０５に接続されている。また、転送トランジスタ６０３ａのゲートは、制御線６５０を介して、不図示の垂直走査回路に接続されている。フォトダイオード６０１ｂは、転送トランジスタ６０３ｂを介して、ＦＤ部６０５に接続されている。また、転送トランジスタ６０３ｂのゲートは、制御線６５５を介して、不図示の垂直走査回路に接続されている。

ＦＤ部６０５は、リセットトランジスタ６０６と、増幅トランジスタ６０７のゲートに接続されている。

リセットトランジスタ６０６および増幅トランジスタ６０７は、電源電圧Ｖｄｄが供給される。リセットトランジスタ６０６のゲートは、制御線６６０を介して、不図示の垂直走査回路に接続されている。

増幅トランジスタ６０７は、選択トランジスタ６０８に接続されている。選択トランジスタ６０８のゲートは、制御線６６５を介して、不図示の垂直走査回路に接続されている。

選択トランジスタ６０８は、信号線２０１に接続されている。

（撮像装置の動作）
図７は、図６に示した画素１１を備える撮像装置の動作を示した図である。

図７の信号ＰＲＥＳは、図６の制御線６６０を介して垂直走査回路からリセットトランジスタ６０６のゲートに供給される信号を示している。同じく、信号ＰＳＥＬは、制御線６６５を介して垂直走査回路からＮ行目の画素１１の選択トランジスタ６０８のゲートに供給される信号を示している。なお、信号ＰＳＥＬについては、出力される画素１１の行位置を末尾に合わせて示している。つまり、信号ＰＳＥＬ（１）は、１行目の画素１１に出力される信号ＰＳＥＬであることを示している。信号ＰＴＸＡは、制御線６５０を介して垂直走査回路から転送トランジスタ６０３ａのゲートに供給される信号を示している。信号ＰＴＸＢは、制御線６５５を介して垂直走査回路から転送トランジスタ６０３ｂのゲートに供給される信号を示している。

図７では、ＭＰＸ回路３５０（Ａ）、ＡＤＣ３６０（Ａ）に関わる動作を示している。このＭＰＸ回路３５０（Ａ）、ＡＤＣ３６０（Ａ）には、図３で示したように、Ｒのカラーフィルタを備える、１行目および３行目であって、１～１２列のうちの奇数列に位置する画素１１の信号が入力される。したがって、図７では、１行目、３行目であって、１～１２列のうちの奇数列に位置する画素１１の動作に関わる動作を示している。

また、図７に示した信号ＭＰＸは、不図示のタイミングジェネレータが、ＭＰＸ回路３５０（Ａ）に出力する信号を示している。信号ＭＰＸの信号値の変化によって、ＭＰＸ回路３５０（Ａ）は、増幅回路３５５（Ａ）およびＡＤＣ３６０（Ａ）に出力する信号を、１～１２列のうち、奇数列の画素１１に対応する信号線２０１の中から順次変更する。以下では、ＭＰＸ回路３５０が増幅回路３５５に信号を出力し、そして、増幅回路３５５が増幅された信号をＡＤＣ３６０に出力することを、単に、ＭＰＸ回路３５０がＡＤＣ３６０に信号を出力するとも言う。

図７では、ＭＰＸ回路３５０（Ａ）が、ＡＤＣ３６０（Ａ）に信号を出力する列としてどの列を選択しているかを、Ｃｏｌ＿ｎｍとして示している。このｎｍの表記を説明する。ｎは画素１１の列番号を示している。また、ｍは、１列の画素１１に対応して配される信号線２０１（Ａ）～（Ｄ）のアルファベットを示している。つまり、Ｃｏｌ＿１Ａであれば、１列目の画素１１に対応された信号線２０１（Ａ）を示している。

時刻ｔ１において、垂直走査回路は、１行目および３行目の画素１１に出力する信号ＰＲＥＳをＨｉｇｈレベルとしている。これにより、１行目の画素１１のリセットトランジスタ６０６がオンしている。よって、ＦＤ部６０５は、電源電圧Ｖｄｄに対応する電位にリセットされている。また、時刻ｔ１において垂直走査回路は、信号ＰＳＥＬ（１）をＨｉｇｈレベルとしている。これにより、１行目の画素１１の選択トランジスタ６０８がオンする。よって、図３に示した電流源３１０が供給する電流が、１行目の画素１１の選択トランジスタ６０８を介して増幅トランジスタ６０７に供給される。これにより、電源電圧Ｖｄｄ、増幅トランジスタ６０７、電流源３１０によるソースフォロワ回路が形成される。つまり、増幅トランジスタ６０７は、ＦＤ部６０５の電位に対応する信号を、選択トランジスタ６０８を介して信号線２０１に出力するソースフォロワ動作を行う。

（動作：１行目の画素１１に対応するＮ信号の読み出し）
時刻ｔ２に、垂直走査回路は、１行目の画素１１に出力する信号ＰＲＥＳをＬｏｗレベルとする。これにより、１行目の画素１１のリセットトランジスタ６０６がオフする。よって、ＦＤ部６０５のリセットが解除される。増幅トランジスタ６０７は、リセットが解除されたＦＤ部６０５の電位に基づく信号を、図３に示した信号線２０１（Ａ）に出力する。この信号を、Ｎ信号（ノイズ信号）と表記する。これにより、各列の信号線２０１（Ａ）には、画素１１からＮ信号が出力されている。

（動作：１行目の画素１１に対応するＮ信号のＡＤ変換）
時刻ｔ２以降、ＭＰＸ回路３５０（Ａ）は、タイミングジェネレータから供給される信号ＭＰＸによって、１～１２列のうち奇数列の画素１１に対応する信号線２０１（Ａ）を、順次ＡＤＣ３６０（Ａ）に接続する。

ＡＤＣ３６０（Ａ）は、ＭＰＸ回路３５０（Ａ）から出力される、１列目の信号線２０１（Ａ）のノイズ信号をデジタル信号にＡＤ変換する。その後、順次、１～１２列のうちの奇数列の画素１１に対応する信号線２０１（Ａ）に出力されているノイズ信号をデジタル信号にＡＤ変換する。

（動作：３行目の画素１１に対応するＮ信号の読み出し）
時刻ｔ１６に、垂直走査回路は、３行目の画素１１に出力する信号をＬｏｗレベルとする。これにより、３行目の画素１１のリセットトランジスタ６０６がオフする。よって、ＦＤ部６０５のリセットが解除される。増幅トランジスタ６０７は、リセットが解除されたＦＤ部６０５の電位に基づく信号であるＮ信号を、図３に示した信号線２０１（Ｃ）に出力する。これにより、各列の信号線２０１（Ｃ）には、画素１１からノイズ信号が出力されている。

（動作：３行目の画素１１に対応するＮ信号のＡＤ変換）
時刻ｔ１６以降、ＭＰＸ回路３５０（Ａ）は、タイミングジェネレータから供給される信号ＭＰＸによって、１～１２列のうち奇数列の画素１１に対応する信号線２０１（Ｃ）を、順次ＡＤＣ３６０（Ａ）に接続する。

ＡＤＣ３６０（Ａ）は、ＭＰＸ回路３５０（Ａ）から出力される、１列目の信号線２０１（Ｃ）のＮ信号をデジタル信号にＡＤ変換する。その後、順次、１～１２列のうちの奇数列の画素１１に対応する信号線２０１（Ｃ）に出力されているＮ信号をデジタル信号にＡＤ変換する。

（動作：１行目の画素１１に対応するＡ＋Ｂ信号の読み出し）
時刻ｔ１６に、垂直走査回路は、１行目の画素１１に出力する信号ＰＴＸＡ、ＰＴＸＢをＨｉｇｈレベルとする。これにより、フォトダイオード６０１ａ、６０１ｂが蓄積した電荷（本実施例では電子である）が、転送トランジスタ６０３ａ、６０３ｂを介してＦＤ部６０５に転送される。ＦＤ部６０５では、フォトダイオード６０１ａ、６０１ｂのそれぞれの電荷が加算される。これにより、ＦＤ部６０５は、フォトダイオード６０１ａ、６０１ｂのそれぞれの電荷を加算した電荷に対応する電位となる。仮に、フォトダイオード６０１ａのみの電荷によるＦＤ部６０５の電位に基づいて増幅トランジスタ６０７が出力する信号をＡ信号とする。また、仮に、フォトダイオード６０１ｂのみの電荷によるＦＤ部６０５の電位に基づいて増幅トランジスタ６０７が出力する信号をＢ信号とする。この表記に従うと、フォトダイオード６０１ａ、６０１ｂのそれぞれの電荷を加算した電荷に対応するＦＤ部６０５の電位に基づいて増幅トランジスタ６０７が出力する信号はＡ信号とＢ信号を加算したＡ＋Ｂ信号とみなすことができる。各列の信号線２０１（Ａ）には、１行目の画素１１のＡ＋Ｂ信号が出力されている。

（１行目の画素１１に対応するＡ＋Ｂ信号のＡＤ変換）
時刻ｔ３０以降、ＭＰＸ回路３５０（Ａ）は、タイミングジェネレータから供給される信号ＭＰＸによって、１～１２列のうち奇数列の画素１１に対応する信号線２０１（Ａ）を、順次ＡＤＣ３６０（Ａ）に接続する。

ＡＤＣ３６０（Ａ）は、ＭＰＸ回路３５０（Ａ）から出力される、１列目の信号線２０１（Ａ）のＡ＋Ｂ信号をデジタル信号にＡＤ変換する。その後、順次、１～１２列のうちの奇数列の画素１１に対応する信号線２０１（Ａ）に出力されているＡ＋Ｂ信号をデジタル信号にＡＤ変換する。

（動作：３行目の画素１１に対応するＡ＋Ｂ信号の読み出し）
時刻ｔ３０に、垂直走査回路は、３行目の画素１１に出力する信号ＰＴＸＡ、ＰＴＸＢをＨｉｇｈレベルとする。これにより、各列の信号線２０１（Ｃ）には、３行目の画素１１のＡ＋Ｂ信号が出力されている。

（動作：３行目の画素１１に対応するＡ＋Ｂ信号のＡＤ変換）
時刻ｔ４４以降、ＭＰＸ回路３５０（Ａ）は、タイミングジェネレータから供給される信号ＭＰＸによって、１～１２列のうち奇数列の画素１１に対応する信号線２０１（Ｃ）を、順次ＡＤＣ３６０（Ａ）に接続する。

ＡＤＣ３６０（Ａ）は、ＭＰＸ回路３５０（Ａ）から出力される、１列目の信号線２０１（Ｃ）のＡ＋Ｂ信号をデジタル信号にＡＤ変換する。その後、順次、１～１２列のうちの奇数列の画素１１に対応する信号線２０１（Ｃ）に出力されているＡ＋Ｂ信号をデジタル信号にＡＤ変換する。

（撮像装置が行う並行動作）
図７に示した動作では、以下のように、複数の動作を並行して行っている。
（１）１行目の画素１１に対応するＮ信号のＡＤ変換と、３行目の画素１１に対応するＮ信号の読み出しとの並行動作
（２）３行目の画素１１に対応するＮ信号のＡＤ変換と、１行目の画素１１に対応するＡ＋Ｂ信号の読み出しとの並行動作
（３）１行目の画素１１に対応するＡ＋Ｂ信号のＡＤ変換と、３行目の画素１１に対応するＡ＋Ｂ信号の読み出しとの並行動作
この並行動作により、ＡＤＣ３６０（Ａ）が１度のＡＤ変換を終えてから、次のＡＤ変換を行うまでの待機期間を短縮することができる。これにより、全ての画素１１が出力する信号のＡＤ変換に要する期間を短縮することができる。よって、撮像装置の高フレームレート化を進展させることができる。

（本実施例の効果）
本実施例の撮像装置では、信号処理回路２１が増幅回路３５５を含む。そのため、ＡＤＣ３６０で生じるノイズが重畳される前に、信号が増幅される。結果として、ＳＮ比を向上させることができる。

（他の形態）
本実施例では、第１色のカラーフィルタが配された画素１１が接続され、第２色のカラーフィルタが配された画素１１が接続されていない信号線２０１が、ＡＤＣ３６０に接続される例を説明した。この例では、当該ＡＤＣ３６０と第２色のカラーフィルタが配された画素１１とが接続される接続部が設けられない形態となる。

本実施例は、この例に限定されるものでは無い。例えば、図８に示したように、１列の画素１１に対し、複数の信号線が配され、この複数の信号線がＭＰＸ回路３５０によって、選択的にＡＤＣ３６０に接続される例にも適用することが可能である。この例の場合には、異なる色のカラーフィルタを備える複数の画素１１が、１つの信号処理回路２１に接続される。この構成においても、上記したＳＮ比向上の効果を得ることができる。

（実施例２）
本実施例について、実施例１と異なる点を中心に説明する。本実施例の撮像装置においては、信号処理回路２１の構成が、実施例１の信号処理回路２１と異なる。具体的に、本実施例の信号処理回路２１は、２つのマルチプレックス回路と、その間に並列に配置された複数の増幅回路を備える。その他の構成は、実施例１の撮像装置の構成と同じとすることができる。以下、実施例１と異なる点を中心に説明する。

図９は、本実施例の撮像装置の信号処理回路２１の等価回路を示している。信号処理回路２１が、ＭＰＸ回路３５０とＡＤＣ３６０とを含む点は、実施例１と同様である。なお、図９では、ＭＰＸ回路３５０の入力に、符号ｓｆ１～ｓｆ８が付されている。図９では、ＭＰＸ回路３５０の８入力であるが、入力の数は特に限定されない。

ＭＰＸ回路３５０は４つの出力ノードを備える。ＭＰＸ回路３５０の各出力ノードには、増幅回路３５５が接続される。信号処理回路２１は、４つの増幅回路３５５ａ～３５５ｄを備える。ＭＰＸ回路３５０は、入力ｓｆ１と入力ｓｆ５のいずれかを選択し、選択された入力信号を増幅回路３５５ａに出力する。また、ＭＰＸ回路３５０は、入力ｓｆ２と入力ｓｆ５のいずれかを選択し、選択された入力信号を増幅回路３５５ｂに出力する。他の入力についても同様である。各増幅回路３５５の反転入力端子および非反転端子の一方には、ＭＰＸ３５０から出力された信号が容量を介して入力される。各増幅回路３５５の反転入力端子および非反転端子の他方には、参照信号Ｖｒｅｆが入力される。複数の増幅回路３５５に、共通の参照信号Ｖｒｅｆが供給されうる。

複数の増幅回路３５５の出力は、共通のマルチプレックス回路３５６（以下、ＭＰＸ回路３５６）に接続される。ＭＰＸ回路３５６は、複数の増幅回路３５５の出力の１つを選択肢、選択された信号をＡＤＣ３６０に出力する。ＭＰＸ回路３５６は、複数の増幅回路３５５の反転出力端子からの信号の中から１つの信号を選択する。また、ＭＰＸ回路３５６は、複数の増幅回路３５５の非反転出力端子からの信号の中から１つの信号を選択する。

なお、図９が示すとおり、ＭＰＸ回路３５０への入力の数より、ＭＰＸ回路３５６への入力の数が少ない。また、ＭＰＸ回路３５０への入力の数より、複数の増幅回路３５５の数が少ない。

このように、本実施例では、２つの選択回路（ＭＰＸ回路３５０およびＭＰＸ回路３５６）の間に、複数の増幅回路３５５が並列に接続される。このような構成により、信号出力の高速化が可能である。

図１０を用いて本実施例の信号処理回路２１の動作を説明する。図１０は、出力線２０１ごとの信号に対する処理動作を模式的に示している。

入力ｓｆ１に接続された出力線２０１の信号の処理について説明する。まず信号φＳＥＬ１がオンすることで、画素１１のソースフォロア回路から、入力ｓｆ１に接続された出力線２０１へ、画素信号が出力される。そのごＭＵＸ１のタイミングで、ＭＰＸ回路３５５ａは、入力ｓｆ１を選択し、そして、入力ｓｆ１の信号を後段の増幅回路３５５ａに出力する。増幅回路３５５ａの出力が安定した時点（ＭＵＸ２）で、ＭＰＸ回路３５６が増幅回路３５５ａの出力を後段のＡＤＣ３６０に出力する。ＡＤＣ３６０は、増幅回路３５５ａによって増幅された画素信号に対してＡＤ変換を行う。図１０は、Ｎ信号のＡＤ変換を例に示している。

信号φＳＥＬ１がオンしてから所定の時間が経過した後、信号φＳＥＬ５がオンする。これにより、画素１１のソースフォロア回路から、入力ｓｆ５に接続された出力線２０１へ、画素信号が出力される。その後ＭＵＸ１のタイミングで、ＭＰＸ回路３５０は、入力ｓｆ５を選択し、そして、入力ｓｆ５の信号を後段の増幅回路３５５ａに出力する。このように１つの増幅回路３５５にある信号が入力されたから次の信号が入力されるまでには、当該増幅回路３５５の前の信号の出力が安定するまでの期間が経過する。

ここで本実施例では、ＭＰＸ回路３５０の後段に複数の増幅回路３５５が並列に接続されている。そのため、１つの増幅回路３５５の前の信号の出力が安定するまでの期間に、他の増幅回路３５５に信号を入力することができる。具体的には、信号φＳＥＬ１がオンしてから信号φＳＥＬ５がオンするまでの間に、信号φＳＥＬ２～４がオンしている。これにより、ＭＰＸ回路３５０は、入力ｓｆ２～ｓｆ４の信号を順次、増幅回路３５５ｂ～３５５ｄへ出力している。結果として複数の信号を出力する動作を高速化することが可能である。

図１０が示すとおり、１つのＭＰＸ回路３５０に接続された複数の画素１１において、選択トランジスタを制御する信号φＳＥＬ１～８が順次オンする。信号φＳＥＬ１～８がオンする間隔に対して、ＭＰＸ回路３５０が１つの出力を切り替える間隔が長い。たとえば、信号φＳＥＬ１がオンしてから信号φＳＥＬ２がオンするまでの間隔より、入力ｓｆ１に対するタイミングＭＵＸ１と入力ｓｆ５に対するタイミングＭＵＸ１との間隔のほうが長い。これにより、画素信号の伝達経路にある各回路の出力が十分に安定する時間が確保される。

また、別の観点では、増幅回路３５５の後段に選択回路（ＭＰＸ回路３５６）が配される。これにより、選択回路で生じるノイズの影響を低減することが可能である。結果として、画質を向上させることができる。

続いて、本実施例の変形例を説明する。図１１は、撮像装置の画素と信号処理回路の接続を示す図である。図１１の撮像装置は、参照信号Ｖｒｅｆを出力するダミー画素１２を有する。各ダミー画素は出力線ｄｕｍｍｙに接続される。出力線ｄｕｍｍｙには電流源が接続されている。ダミー画素１２は、画素１１と同様に増幅トランジスタ６０７を含む。そのため、増幅トランジスタ６０７と出力線ｄｕｍｍｙに接続された電流源とがソースフォロア回路を構成する。ダミー画素１２には、光電変換部の代わりに基準電圧を供給する電圧供給部が配される。このような構成により、ダミー画素１２は参照電圧Ｖｒｅｆを出力することができる。

ダミー画素１２が参照電圧Ｖｒｅｆを出力する事で、複数の出力線２０１の間に発生するクロストークを打ち消すことができる。また、複数の列にダミー画素１２を配置し、かつ、複数の列にダミー画素１２の出力を互いにショートする事で、参照信号Ｖｒｅｆに重畳されるトランジスタ起因のノイズを平均化する事が可能である。結果として、画質を向上させることが可能である。

（実施例３）
本実施例について、実施例１と異なる点を中心に説明する。本実施例の撮像装置は、実施例１および実施例２のＡＤＣ３６０として、逐次比較型のＡＤ変換器を用いた例である。その他の構成は、実施例１または実施例２の撮像装置の構成と同じとすることができる。

（逐次比較型ＡＤＣの等価回路）
図１２は、本実施例のＡＤＣ３６０の等価回路図である。

ＡＤＣ３６０は入力端子ＩＮ及び出力端子ＯＵＴを有し、入力端子ＩＮから入力されたアナログ信号Ｓｉｎ（ＭＰＸ回路３５０の出力）をデジタル信号Ｓｏｕｔに変換して出力端子ＯＵＴから出力する。このアナログ信号Ｓｉｎは、実施例１で説明した、Ｎ信号とＳ信号の一方あるいは両王とすることができる。ＡＤＣ３６０はＭＰＸ回路出力を５ビットの分解能でデジタル信号Ｓｏｕｔに変換する。

ＡＤＣ３６０はアナログ信号Ｓｉｎとの比較に用いられる比較信号を生成する生成回路８１０を更に有する。生成回路８１０はバイナリウェイトの容量値を有する複数の容量素子ｃｐ０～ｃｐ４と、容量素子ｃｐ０～ｃｐ４に接続された複数のスイッチｓｗ０～ｓｗ４とを有する。複数のスイッチｓｗ０～ｓｗ４によって、容量素子ｃｐ０～ｃｐ４のうちの１つ以上を選択するスイッチ回路が構成される。バイナリウェイトとは、公比２の等比数列をなす重み（容量値）の集合のことである。図１２の例では、容量素子ｃｐ０～ｃｐ４は順に、１Ｃ、２Ｃ、４Ｃ、８Ｃ、１６Ｃの容量値を有する。容量素子ｃｐ０～ｃｐ４の一方の電極は生成回路８１０の供給端子ＳＰＬに接続され、他方の電極はそれぞれスイッチｓｗ０～ｓｗ４に接続される。スイッチｓｗ０～ｓｗ４はそれぞれ、一端が容量素子ｃｐ０～ｃｐ４に接続され、他端が端子Ａと端子Ｂとの間をトグルする。端子Ａには接地電位ＧＮＤが供給され、端子Ｂには基準電圧ＶＲＦが供給される。基準電圧ＶＲＦはＡＤＣ３６０の外部から供給される定電圧であり、接地電位ＧＮＤよりも大きな値である。スイッチｓｗ０が端子Ａにトグルすると、容量素子ｃｐ０に接地電位ＧＮＤが供給され、スイッチｓｗ０が端子Ｂにトグルすると、容量素子ｃｐ０に基準電圧ＶＲＦが供給される。他のスイッチｓｗ１～ｓｗ４についても同様である。スイッチｓｗ０～ｓｗ４が切り替わることによって、供給端子ＳＰＬと基準電圧ＶＲＦとの間に接続される容量素子の合成容量値が変化し、その結果として供給端子ＳＰＬから出力される比較信号Ｖｃｍｐの値が変化する。

ＡＤＣ３６０は比較器８１５を更に有する。比較器８１５はアナログ信号Ｓｉｎの値と比較信号Ｖｃｍｐの値とを比較して、比較結果に応じた信号を出力する。比較器８１５の非反転端子には容量素子ｃｐ６を介してアナログ信号Ｓｉｎが供給され、比較器８１５の反転端子には生成回路８１０の供給端子ＳＰＬから比較信号Ｖｃｍｐが供給される。それにより、アナログ信号Ｓｉｎの値が比較信号Ｖｃｍｐの値以上の場合にＨｉｇｈが出力され、アナログ信号Ｓｉｎの値が比較信号Ｖｃｍｐの値未満の場合にＬｏｗが出力される。この例ではアナログ信号Ｓｉｎの値と比較信号Ｖｃｍｐの値が等しい場合にＨｉｇｈを出力しているが、Ｌｏｗを出力してもよい。容量素子ｃｐ６はアナログ信号Ｓｉｎの値を比較信号Ｖｃｍｐとの比較が可能な範囲に調整する。本実施形態では、説明を簡単にするために、アナログ信号Ｓｉｎの値は接地電位ＧＮＤ以上、基準電圧ＶＲＦ以下であり、アナログ信号Ｓｉｎと同じ大きさの信号が比較器８１５の非反転端子に供給される場合を扱う。

図１２の例ではアナログ信号Ｓｉｎを比較器８１５の非反転端子に供給し、比較信号Ｖｃｍｐを比較器８１５の反転端子に供給するが、アナログ信号Ｓｉｎの値と比較信号Ｖｃｍｐの値との大小関係を判定できれば他の構成も取りうる。例えば、アナログ信号Ｓｉｎと比較信号Ｖｃｍｐとの差分を比較器８１５の非反転端子に供給し、接地電位ＧＮＤを比較器８１５の反転端子に供給してもよい。

ＡＤＣ３６０はスイッチｓｗ５、ｓｗ６を更に有する。これらのスイッチｓｗ５、ｓｗ６が導通状態になると、比較器８１５の非反転端子、反転端子に接地電位ＧＮＤが供給され、比較器８１５がリセットされる。

ＡＤＣ３６０は、制御回路８２０を更に備える。制御回路８２０には比較器８１５から比較結果が供給され、制御回路８２０はこの比較結果に基づいてデジタル信号Ｓｏｕｔを生成し、出力端子ＯＵＴから出力する。制御回路８２０はまた、各スイッチｓｗ０～ｓｗ６に制御信号を送信してその状態を切り替える。

（逐次比較型ＡＤＣの動作）
図１３において、ｓｗ０～ｓｗ６は制御回路８２０からスイッチｓｗ０～ｓｗ６に供給される制御信号の値を示す。スイッチｓｗ０～ｓｗ４は、供給される制御信号がＨｉｇｈである場合に端子Ｂへトグルし、制御信号がＬｏｗである場合に端子Ａへトグルする。スイッチｓｗ５、ｓｗ６は、供給される制御信号がＨｉｇｈである場合に導通状態となり、制御信号がＬｏｗである場合に非導通状態となる。図１３の下側にはアナログ信号Ｓｉｎ及び比較信号Ｖｃｍｐが示される。図１３では、アナログ信号Ｓｉｎの値が２進数で００１１０に相当する場合を例として扱う。

続いて、ＡＤ変換器１００のＡＤ変換動作を時系列に沿って説明する。制御回路８２０は準備期間において、スイッチｓｗ０～ｓｗ４に供給される制御信号をＬｏｗにし、スイッチｓｗ５、ｓｗ６に供給される制御信号をＨｉｇｈにする。これにより、比較器８１５の非反転端子及び反転端子が接地電位ＧＮＤにリセットされるとともに、比較信号Ｖｃｍｐの値が接地電位ＧＮＤに等しくなる。その後、制御回路８２０はスイッチｓｗ５、ｓｗ６に供給される制御信号をＬｏｗにする。以降の動作において、比較器８１５の非反転端子にはアナログ信号Ｓｉｎが供給され続ける。

次に、逐次比較期間が始まると、制御回路８２０はスイッチｓｗ４に供給される制御信号をＨｉｇｈに変更する。これにより、スイッチｓｗ４は端子Ｂにトグルし、バイナリウェイトの中で１番目に大きな容量値を有するキャパシタｃｐ４を介して生成回路８１０の供給端子ＳＰＬに基準電圧ＶＲＦが印加される。その結果、比較信号ＶｃｍｐがＶＲＦ／２だけ増加し、比較信号Ｖｃｍｐの値はＶＲＦ／２に等しくなる。制御回路８２０は、比較器８１５からの比較結果に基づいて、アナログ信号Ｓｉｎの値が比較信号Ｖｃｍｐの値（ＶＲＦ／２）よりも小さいと判定し、スイッチｓｗ４に供給される制御信号をＬｏｗに戻す。それにより、比較信号Ｖｃｍｐの値は接地電位ＧＮＤに戻る。この比較結果は、デジタル信号Ｓｏｕｔの値のＭＳＢ（ＬＳＢを１ビット目とした場合に５ビット目）が０であることを意味する。

次に、制御回路８２０はスイッチｓｗ３に供給される制御信号をＨｉｇｈに変更する。これにより、バイナリウェイトの中で２番目に大きな容量値を有するキャパシタｃｐ３を介して生成回路８１０の供給端子ＳＰＬに基準電圧ＶＲＦが印加される。その結果、比較信号ＶｃｍｐがＶＲＦ／４だけ増加し、比較信号Ｖｃｍｐの値はＶＲＦ／４に等しくなる。制御回路８２０は、比較器８１５からの比較結果に基づいて、アナログ信号Ｓｉｎの値が比較信号Ｖｃｍｐの値（ＶＲＦ／４）よりも小さいと判定し、スイッチｓｗ３に供給される制御信号をＬｏｗに戻す。それにより、比較信号Ｖｃｍｐの値は接地電位ＧＮＤに戻る。この比較結果は、デジタル信号Ｓｏｕｔの値の４ビット目が０であることを意味する。

次に、制御回路８２０はスイッチｓｗ２に供給される制御信号をＨｉｇｈに変更する。これにより、バイナリウェイトの中で３番目に大きな容量値を有するキャパシタｃｐ２を介して生成回路８１０の供給端子ＳＰＬに基準電圧ＶＲＦが印加される。その結果、比較信号ＶｃｍｐがＶＲＦ／８だけ増加し、比較信号Ｖｃｍｐの値はＶＲＦ／８に等しくなる。制御回路８２０は、比較器８１５からの比較結果に基づいて、アナログ信号Ｓｉｎの値が比較信号Ｖｃｍｐの値（ＶＲＦ／８）よりも大きいと判定し、スイッチｓｗ２に供給される制御信号をＨｉｇｈのままにする。それにより、比較信号Ｖｃｍｐの値はＶＲＦ／８に維持される。この比較結果は、デジタル信号Ｓｏｕｔの値の３ビット目が１であることを意味する。

次に、制御回路８２０はスイッチｓｗ１に供給される制御信号をＨｉｇｈに変更する。これにより、バイナリウェイトの中で４番目に大きな容量値を有するキャパシタｃｐ１と、キャパシタｃｐ２とを介して生成回路８１０の供給端子ＳＰＬに基準電圧ＶＲＦが印加される。その結果、比較信号ＶｃｍｐがＶＲＦ／１６だけ増加し、比較信号Ｖｃｍｐの値はＶＲＦ＊３／１６に等しくなる。なお、本明細書で用いる「＊」は乗算を意味している。制御回路８２０は、比較器８１５からの比較結果に基づいて、アナログ信号Ｓｉｎの値が比較信号Ｖｃｍｐの値（ＶＲＦ＊３／１６）よりも大きいと判定し、スイッチｓｗ１に供給される制御信号をＨｉｇｈのままにする。それにより、比較信号Ｖｃｍｐの値はＶＲＦ＊３／１６に維持される。この比較結果は、デジタル信号Ｓｏｕｔの値の２ビット目が１であることを意味する。

最後に、制御回路８２０はスイッチｓｗ０に供給される制御信号をＨｉｇｈに変更する。これにより、バイナリウェイトの中で５番目に大きな容量値を有するキャパシタｃｐ０と、ｃｐ１、ｃｐ２とを介して生成回路８１０の供給端子ＳＰＬに基準電圧ＶＲＦが印加される。その結果、比較信号ＶｃｍｐがＶＲＦ／３２だけ増加し、比較信号Ｖｃｍｐの値はＶＲＦ＊７／３２に等しくなる。制御回路８２０は、比較器８１５からの比較結果に基づいて、アナログ信号Ｓｉｎの値が比較信号Ｖｃｍｐの値（ＶＲＦ＊７／３２）よりも小さいと判定し、スイッチｓｗ０に供給される制御信号をＬｏｗに戻す。それにより、比較信号Ｖｃｍｐの値はＶＲＦ＊３／１６に戻る。この比較結果は、デジタル信号Ｓｏｕｔの値の１ビット目が０であることを意味する。

以上の逐次比較により、制御回路８２０はアナログ信号に対応するデジタル信号Ｓｏｕｔが００１１０であると決定する。

このようにして、ＡＤＣ３６０は、入力されるアナログ信号に対応するデジタル信号を生成するＡＤ変換を行うことができる。

（他のＡＤ変換形式）
実施例２では、ＡＤＣ３６０として、逐次比較型のＡＤ変換器を用いた例を説明した。ＡＤＣ３６０は、この逐次比較型のＡＤ変換器に限定されるものでは無い。例えば、他のＡＤ変換器として、ランプ信号比較型、デルタシグマ型、パイプライン型、フラッシュ型等の種々のＡＤ変換器を用いることができる。

（実施例４）
図１４は、本実施例による撮像システム５００の構成を示すブロック図である。本実施例の撮像システム５００は、上述の各実施例で述べた撮像装置のいずれかの構成を適用した撮像装置２００を含む。撮像システム５００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、監視カメラ等が挙げられる。図１４に、上述の各実施例のいずれかの撮像装置を撮像装置２００として適用したデジタルスチルカメラの構成例を示す。

図１４に例示した撮像システム５００は、撮像装置２００、被写体の光学像を撮像装置２００に結像させるレンズ５０２０、レンズ５０２０を通過する光量を可変にするための絞り５０４、レンズ５０２０の保護のためのバリア５０６を有する。レンズ５０２０及び絞り５０４は、撮像装置２００に光を集光する光学系である。

撮像システム５００は、また、撮像装置２００から出力される出力信号の処理を行う信号処理部５０８０を有する。信号処理部５０８０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。信号処理部５０８０は、撮像装置２００より出力される出力信号に対してＡＤ変換処理を実施する機能を備えていてもよい。この場合、撮像装置２００の内部には、必ずしもＡＤ変換回路を有する必要はない。

撮像システム５００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５１０、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ース部（外部Ｉ／Ｆ部）５１２を有する。更に撮像システム５００は、撮像データの記録又は読み出しを行うための半導体メモリ等の記録媒体５１４、記録媒体５１４に記録又は読み出しを行うための記録媒体制御インターフェース部（記録媒体制御Ｉ／Ｆ部）５１６を有する。なお、記録媒体５１４は、撮像システム５００に内蔵されていてもよく、着脱可能であってもよい。

更に撮像システム５００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５１８、撮像装置２００と信号処理部５０８０に各種タイミング信号を出力するタイミング発生部５２０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、撮像システム５００は、少なくとも撮像装置２００と、撮像装置２００から出力された出力信号を処理する信号処理部５０８０とを有すればよい。全体制御・演算部５１８及びタイミング発生部５２０は、撮像装置２００の制御機能の一部又は全部を実施するように構成してもよい。

撮像装置２００は、画像用信号を信号処理部５０８０に出力する。信号処理部５０８０は、撮像装置２００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５０８０は、画像用信号を用いて、画像を生成する。

上述した各実施例の撮像装置による撮像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。

（実施例５）
本実施例の撮像システム及び移動体について、図１５及び図１６を用いて説明する。

図１５は、本実施例による撮像システム及び移動体の構成例を示す概略図である。図１６は、本実施例による撮像システムの動作を示すフロー図である。

本実施例では、車載カメラに関する撮像システムの一例を示す。図１５は、車両システムとこれに搭載される撮像システムの一例を示したものである。撮像システム７０１は、撮像装置７０２、画像前処理部７１５、集積回路７０３、光学系７１４を含む。光学系７１４は、撮像装置７０２に被写体の光学像を結像する。撮像装置７０２は、光学系７１４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。撮像装置７０２は、上述の各実施例のいずれかの撮像装置である。画像前処理部７１５は、撮像装置７０２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７１５の機能は、撮像装置７０２内に組み込まれていてもよい。撮像システム７０１には、光学系７１４、撮像装置７０２及び画像前処理部７１５が、少なくとも２組設けられており、各組の画像前処理部７１５からの出力が集積回路７０３に入力されるようになっている。

集積回路７０３は、撮像システム用途向けの集積回路であり、メモリ７０５を含む画像処理部７０４、光学測距部７０６、視差演算部７０７、物体認知部７０８、異常検出部７０９を含む。画像処理部７０４は、画像前処理部７１５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７０５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７０６は、被写体の合焦や、測距を行う。視差演算部７０７は、複数の撮像装置７０２により取得された複数の画像データから視差（視差画像の位相差）の算出を行う。物体認知部７０８は、車、道、標識、人等の被写体の認知を行う。異常検出部７０９は、撮像装置７０２の異常を検出すると、主制御部７１３に異常を発報する。

集積回路７０３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７１３は、撮像システム７０１、車両センサ７１０、制御ユニット７２０等の動作を統括・制御する。なお、主制御部７１３を持たず、撮像システム７０１、車両センサ７１０、制御ユニット７２０が個別に通信インターフェースを有して、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）方法も取りうる。

集積回路７０３は、主制御部７１３からの制御信号を受け或いは自身の制御部によって、撮像装置７０２へ制御信号や設定値を送信する機能を有する。例えば、集積回路７０３は、撮像装置７０２内の電圧スイッチ１３をパルス駆動させるための設定や、フレーム毎に電圧スイッチ１３を切り替える設定等を送信する。

撮像システム７０１は、車両センサ７１０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及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７１０は、視差画像から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、撮像システム７０１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７１１に接続されている。特に、衝突判定機能に関しては、撮像システム７０１や車両センサ７１０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、撮像システム７０１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７１２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７１３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７１２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。

本実施例では、車両の周囲、例えば前方又は後方を撮像システム７０１で撮影する。図１５（ｂ）に、車両前方を撮像システム７０１で撮像する場合の撮像システム７０１の配置例を示す。

２つの撮像装置７０２は、車両７００の前方に配置される。具体的には、車両７００の進退方位又は外形（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つの撮像装置７０２が線対称に配置されると、車両７００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、撮像装置７０２は、運転者が運転席から車両７００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７１２は、運転者の視野に入りやすい配置が好ましい。

次に、撮像システム７０１における撮像装置７０２の故障検出動作について、図１６を用いて説明する。撮像装置７０２の故障検出動作は、図１６に示すステップＳ８１０～Ｓ８８０に従って実施される。

ステップＳ８１０は、撮像装置７０２のスタートアップ時の設定を行うステップである。すなわち、撮像システム７０１の外部（例えば主制御部７１３）又は撮像システム７０１の内部から、撮像装置７０２の動作のための設定を送信し、撮像装置７０２の撮像動作及び故障検出動作を開始する。

次いで、ステップＳ８２０において、有効画素から画素信号を取得する。また、ステップＳ８３０において、故障検出用に設けた故障検出画素からの出力値を取得する。この故障検出画素は、有効画素と同じく光電変換部を備える。この光電変換部には、所定の電圧が書き込まれる。故障検出用画素は、この光電変換部に書き込まれた電圧に対応する信号を出力する。なお、ステップＳ８２０とステップＳ８３０とは逆でもよい。

次いで、ステップＳ８４０において、故障検出画素の出力期待値と、実際の故障検出画素からの出力値との該非判定を行う。

ステップＳ８４０における該非判定の結果、出力期待値と実際の出力値とが一致している場合は、ステップＳ８５０に移行し、撮像動作が正常に行われていると判定し、処理ステップがステップＳ８６０へと移行する。ステップＳ８６０では、走査行の画素信号をメモリ７０５に送信して一次保存する。そののち、ステップＳ８２０に戻り、故障検出動作を継続する。

一方、ステップＳ８４０における該非判定の結果、出力期待値と実際の出力値とが一致していない場合は、処理ステップはステップＳ８７０に移行する。ステップＳ８７０において、撮像動作に異常があると判定し、主制御部７１３、又は警報装置７１２に警報を発報する。警報装置７１２は、表示部に異常が検出されたことを表示させる。その後、ステップＳ８８０において撮像装置７０２を停止し、撮像システム７０１の動作を終了する。

なお、本実施例では、１行毎にフローチャートをループさせる例を例示したが、複数行毎にフローチャートをループさせてもよいし、１フレーム毎に故障検出動作を行ってもよい。

なお、ステップＳ８７０の警報の発報は、無線ネットワークを介して、車両の外部に通知するようにしてもよい。

また、本実施例では、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、撮像システム７０１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。

［変形実施例］
本発明は、上記実施例に限らず種々の変形が可能である。

例えば、いずれかの実施例の一部の構成を他の実施例に追加した例や、他の実施例の一部の構成と置換した例も、本発明の実施例である。

また、上述の実施例は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらの例示によって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならない。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な態様で実施することができる。

１ 第１チップ
５ 第２チップ
１１ 画素
２１ 信号処理回路
３０３ 接続部
３１０ 電流源
７０３ マルチプレックス回路（ＭＰＸ回路）
７０４ ＡＤ変換回路（ＡＤＣ）

Claims (13)

1. 複数の画素と、前記複数の画素から信号が出力される複数の第１信号線と有する第１チップと、
   前記第１チップに積層され、２次元状に配された複数の信号処理回路と複数の第２信号線とを有する第２チップと、
   前記複数の第１信号線と前記複数の第２信号線を接続する接続部とを有し、
   前記信号処理回路は、
   前記接続部に接続された複数の第１入力ノードと、複数の第１出力ノードとを有し、前記複数の第１入力ノードのいずれかに入力された前記画素からの信号を前記複数の第１出力ノードのいずれかに出力する第１選択回路と、
   前記複数の第１出力ノードの互いに異なる第１出力ノードにそれぞれ接続された複数の増幅回路と、
   前記複数の増幅回路に接続された複数の第２入力ノードと、第２出力ノードとを備える第２選択回路と、
   前記第２出力ノードから出力された出力信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換部と、を含み、
   前記複数の第２信号線の一部の第２信号線に、前記複数の画素の一部から前記信号が出力される期間に、前記複数の第２信号線の別の一部の第２信号線に、前記複数の画素の別の一部から前記信号が出力され、
   前記第１選択回路に接続されるすべての前記複数の第１入力ノードの数が、前記第２選択回路に接続されるすべての前記複数の第２入力ノードの数より多いことを特徴とする撮像装置。
2. 前記第１選択回路によって選択された信号が、前記増幅回路に入力される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記第１選択回路は、前記複数の増幅回路の１つに第１の信号を入力してから別の第２の信号を入力するまでの間に、他の前記複数の増幅回路へ順に信号を入力する、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記複数の画素のそれぞれは選択トランジスタを含み、
   前記選択トランジスタは順にオフからオンに切り替わり、
   １つの画素の前記選択トランジスタがオンしてから次の画素の前記選択トランジスタがオンするまでの期間より、前記第１選択回路が１つの出力を切り替える間隔が長い、
   ことを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
5. 前記複数の増幅回路に共通の参照電圧が供給される、
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の撮像装置。
6. 前記第１チップは前記参照電圧を出力する画素を有する、
   ことを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
7. 前記信号処理回路は、前記複数の増幅回路からの複数の出力信号から１つを選択し、選択された出力信号を前記アナログデジタル変換部に出力する第２選択回路を含む、
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の撮像装置。
8. 前記第１選択回路への入力の数より、前記複数の増幅回路の数が少ない、
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の撮像装置。
9. 前記第１チップは前記複数の増幅回路のいずれかに参照電圧を供給する画素を有する、
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の撮像装置。
10. 平面視において、前記複数の画素と前記アナログデジタル変換部とが重なる、
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の撮像装置。
11. 前記アナログデジタル変換部が、逐次比較型のアナログデジタル変換回路を含む、
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の撮像装置。
12. 請求項１乃至請求項１１のいずれか一項に記載の撮像装置と、
    前記撮像装置が出力する信号を処理することによって画像を生成する信号処理部と、を有する、
    ことを特徴とする撮像システム。
13. 請求項１乃至請求項１１のいずれか一項に記載の撮像装置と、
    前記撮像装置からの信号に基づいて対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段と、を有する移動体であって、
    前記距離情報に基づいて前記移動体を制御する制御手段をさらに有する、
    ことを特徴とする移動体。

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