JP7034925B2 - 固体撮像装置および撮像方法 - Google Patents

Description

本開示は、固体撮像装置および撮像方法に関し、特に、露光時間を短くすることができるようにした固体撮像装置および撮像方法に関する。

特許文献１には、赤外光を照射しながら撮影を行う場合であっても、可視光および赤外光からなる画像信号から可視光および赤外光を適正に分離することができる技術が提案されている。

この提案においては、赤外光を２フレームに跨いで照射することで、露光時間の差を利用して、可視光および赤外光を演算処理で求めている。

特開２０１６－７６８０７号公報

しかしながら、特許文献１の提案の場合、２フレームに跨って照射が行われるため、LED発光時間が長くかかってしまっていた。

本開示は、このような状況に鑑みてなされたものであり、露光時間を短くすることができるものである。

本技術の一側面の固体撮像装置は、画素が２次元的に配列され、変換効率可変機能付きの画素を有する画素アレイ部と、前記画素アレイ部において、所定の光の発光時間に応じて、露光開始タイミングおよび露光終了タイミングの少なくとも一方が異なるように、第１の画素、および前記第１の画素と露光時間の異なる第２の画素の露光時間を制御する露光制御部とを備える。

本技術の一側面においては、画素が２次元的に配列され、変換効率可変機能付きの画素を有する画素アレイ部において、所定の光の発光時間に応じて、露光開始タイミングおよび露光終了タイミングの少なくとも一方が異なるように、第１の画素、および前記第１の画素と露光時間の異なる第２の画素の露光時間が制御される。

本技術によれば、露光時間を制御することができる。特に、本技術によれば、露光時間を短くすることができる。

なお、本明細書に記載された効果は、あくまで例示であり、本技術の効果は、本明細書に記載された効果に限定されるものではなく、付加的な効果があってもよい。

本技術を適用した固体撮像装置の概略構成例を示すブロック図である。 アクティブ光と画素の２種の露光制御について説明する図である。 出力後の演算処理について説明する図である。 グローバルシャッタの場合の画素露光動作例を示す図である。 ローリングシャッタの場合の画素露光動作例を示す図である。 グローバルシャッタの場合の回路構成と露光制御タイミングの例を示す図である。 グローバルシャッタの場合の他の回路構成と露光制御タイミングの例を示す図である。 グローバルシャッタの場合のさらに他の回路構成と露光制御タイミングの例を示す図である。 グローバルシャッタの場合の他の回路構成と露光制御タイミングの例を示す図である。 光電変換膜を用いたグローバルシャッタの場合の回路構成例を示す図である。 図１０の場合の露光制御タイミングの例を示す図である。 光電変換膜を用いたグローバルシャッタの場合の他の回路構成例を示す図である。 図１２の場合の露光制御タイミングの例を示す図である。 ２つのアクティブ光と画素の２種の露光制御について説明する図である。 ２つのアクティブ光と画素の３種の露光制御について説明する図である。 出力後の演算処理について説明する図である。 グローバルシャッタの場合の回路構成と露光制御タイミングの例を示す図である。 画素パターンの例を示す図である。 画素パターンの他の例を示す図である。 その他の画素パターンの例を示す図である。 制御線の物理的イメージの例を示す図である。 制御線の物理的イメージの他の例を示す図である。 制御線の物理的イメージのさらに他の例を示す図である。 その他の画素領域の例を示す図である。 変換効率可変機能を含む例を示す図である。 本技術を適用したイメージセンサの使用例を示す図である。 本技術を適用した電子機器の構成例を示すブロック図である。 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。 カメラヘッド及びＣＣＵの機能構成の一例を示すブロック図である。 車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。 車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。

以下、本開示を実施するための形態（以下実施の形態とする）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
０． 装置の説明
１．第１の実施の形態
２．第２の実施の形態
３．第３の実施の形態
４．イメージセンサの使用例
５．電子機器の例
６．内視鏡手術システムへの応用例
７．移動体への応用例

＜０．装置の説明＞
＜固体撮像装置の概略構成例＞
図１は、本技術の各実施の形態に適用されるCMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）固体撮像装置の一例の概略構成例を示している。

図１に示されるように、固体撮像装置（素子チップ）１は、半導体基板１１（例えばシリコン基板）に複数の光電変換素子を含む画素２が規則的に２次元的に配列された画素領域（いわゆる撮像領域）３と、周辺回路領域とを有して構成される。

画素２は、光電変換素子（例えば、PD(Photo Diode)）と、複数の画素トランジスタ（いわゆるMOSトランジスタ）を有してなる。複数の画素トランジスタは、例えば、転送トランジスタ、リセットトランジスタ、および増幅トランジスタの３つのトランジスタで構成することができ、さらに選択トランジスタを追加して４つのトランジスタで構成することもできる。

また、画素２は、画素共有構造とすることもできる。画素共有構造は、複数のフォトダイオード、複数の転送トランジスタ、共有される１つのフローティングディフュージョン、および、共有される１つずつの他の画素トランジスタから構成される。フォトダイオードは、光電変換素子である。

周辺回路領域は、垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５、水平駆動回路６、出力回路７、および制御回路８から構成される。

制御回路８は、入力クロックや、動作モード等を指令するデータを受け取り、また、固体撮像装置１の内部情報等のデータを出力する。具体的には、制御回路８は、垂直同期信号、水平同期信号、およびマスタクロックに基づいて、垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５、および水平駆動回路６の動作の基準となるクロック信号や制御信号を生成する。そして、制御回路８は、これらの信号を垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５、および水平駆動回路６に入力する。

垂直駆動回路４は、例えばシフトレジスタによって構成され、画素駆動配線を選択し、選択された画素駆動配線に画素２を駆動するためのパルスを供給し、行単位で画素２を駆動する。具体的には、垂直駆動回路４は、画素領域３の各画素２を行単位で順次垂直方向に選択走査し、垂直信号線９を通して各画素２の光電変換素子において受光量に応じて生成した信号電荷に基づいた画素信号をカラム信号処理回路５に供給する。

カラム信号処理回路５は、画素２の例えば列毎に配置されており、１行分の画素２から出力される信号を画素列毎にノイズ除去等の信号処理を行う。具体的には、カラム信号処理回路５は、画素２固有の固定パターンノイズを除去するためのCDS（Correlated Double Sampling）や、信号増幅、A/D（Analog/Digital）変換等の信号処理を行う。カラム信号処理回路５の出力段には、水平選択スイッチ（図示せず）が水平信号線１０との間に接続されて設けられる。

水平駆動回路６は、例えばシフトレジスタによって構成され、水平走査パルスを順次出力することによって、カラム信号処理回路５の各々を順番に選択し、カラム信号処理回路５の各々から画素信号を水平信号線１０に出力させる。

出力回路７は、カラム信号処理回路５の各々から水平信号線１０を通して順次に供給される信号に対し、信号処理を行って出力する。出力回路７は、例えば、バッファリングだけを行う場合もあるし、黒レベル調整、列ばらつき補正、各種デジタル信号処理等を行う場合もある。

入出力端子１２は、外部と信号のやりとりをするために設けられる。

＜１．第１の実施の形態＞
＜画素の露光制御＞
図２は、アクティブ光の発光タイミング（発光時間）と２種類の画素の露光タイミング（露光時間）について説明する図である。アクティブ光は、例えば、IR光や単色光、白色光などであり、限定されない。

画素２－１と画素２－２は、露光開始タイミング（露光開始時間）と露光終了タイミング（露光終了時間）が異なる画素である。画素２－１は、露光時間T1が長い長蓄動作を行う。アクティブ光は、画素２－１の露光時間中に、発光を開始し、発光を完了する。例えば、図２の例においては、画素２－１は、アクティブ光の発光前後に、露光開始、露光終了を行う。画素２－２は、アクティブ光が発光を始めてから時間Ta1を経た（照射の終わりまでの時間Ta2が残る）タイミングで、画素２－１の露光時間T1よりも露光時間T2が短い短蓄動作を行う。なお、画素２－２の露光開始タイミングが、アクティブ光が発光を始めてから時間Ta1を経たタイミングであれば、画素２－１と露光時間は同一でもよい。

画素２－１の信号をout1、画素２－２の信号をout2、アクティブ光による反射光強さをal、背景光の強さをbg、図２に示されるように、画素２－１の露光時間T1、画素２－２の露光時間T2、アクティブ光の発光時間のうち、画素２－２の露光開始までの時間Ta1とすると、式（１）となる。

アクティブ光による反射光の強さalと背景光の強さbgは、上述した式（１）から求めることができるので、反射光の影響を引くことができる。

特にTa2が０の場合、つまり、アクティブ光と画素２の露光時間が重ならないとき、式（１）は非常に簡単な式になる。なお、露光時間T1と時間Ta1＋時間Ta2の比率、露光時間T2と時間Ta2の比率が等しい場合、計算が困難であるので、等しくない値をとる必要がある。つまり、Ta1＝０でもよいし、時間Ta2＝０でもよい。時間Ta1＝０で、かつ、露光時間T1と露光時間T2が同じ値の場合、比率が等しくなるため、計算が困難になるからである。

なお、露光時間の異なる画素は、構造は同一でもよいが、飽和量を鑑み、変換効率やサイズを変えることが可能である。

図３は、出力後の演算処理について説明する図である。

図３の例においては、露光タイミングが異なる（ように制御された）、すなわち、アクティブ光の含まれる（入力される）割合が異なる（ように制御された）画素２－１と画素２－２が、画素領域３において、例えば、市松模様に配置される場合の出力画像２１が示されている。この出力画像２１を、演算部２３が、画像２２－１および画像２２－２に示されるように、デモザイク処理を行い、ピクセルごとに演算処理を行うことにより、背景光の影響が排除されたアクティブ光による露光画像２４を得ることができる。

以上のように、２信号（あるいは複数）に含まれる背景光とアクティブ光の割合が異なることを利用し、演算処理が可能である。これにより、１フレーム完結動作で、フレームメモリが不要で２フレーム動作に比べ電力も低い。

なお、グローバルシャッタが可能な固体撮像素子においては、演算式も全画素同一となり簡易化されるため、次に説明するように非常に効果的な動作となる。

＜グローバルシャッタの場合の画素露光動作＞
図４は、グローバルシャッタの場合の画素露光動作について説明する図である。図４のＡの例においては、上述した図２の例と同様に、露光開始タイミングおよび露光終了タイミングをずらした場合の動作一例が示されている。

画素２－１は、アクティブ光の発光開始前に露光開始され、アクティブ光の発光終了後に露光終了されている。一方、画素２－２は、アクティブ光の発光中に露光開始され、画素２－１の露光終了後に露光終了されており、その後、画素からの読み出しが行われている。

なお、露光時間は、アクティブ光の同期タイミングや信号のSNがとれるアクティブ光の発光時間などで決まるパラメータであるので、例えば、図１の制御回路８などにより、本技術を適用するアプリケーションに合わせてタイミングの制御が可能である。

図４のＢの例においては、露光終了タイミングを揃えた場合の動作一例が示されている。

図４のＢの例の場合、画素２－１と画素２－２の露光開始タイミングは、それぞれ、図４のＡの場合と同様であるが、アクティブ光の発光終了後の同じタイミングで、画素２－１および画素２－２の露光が終了されている。

すなわち、画素２－１と画素２－２の露光時間が重なるため、トータルの露光時間が短くなるため、発光時間を短くすることができ、また、動体に強くなる。さらに、無駄な露光時間が少なくなることによるフレームレート改善効果が期待される。ただし、全画素同時駆動になるため、場合により露光終了を変える動作も適宜対応できる。

次に、ローリングシャッタ動作について説明する。ローリングシャッタの場合、アクティブ光の発光は、画素２－１と画素２－２側で重なってもよいし、重ならなくてもよい。また、ローリングシャッタの場合、各行において演算のための係数が異なるため、後処理が複雑になる欠点があるが、画素にグローバルシャッタ機能を持たせなくてよいため、簡単な構成でよい。

＜ローリングシャッタの場合の画素露光動作＞
図５は、ローリングシャッタの場合の画素露光動作について説明する図である。図５のＡの例においては、画素２－１のみにアクティブ光が入る場合の動作一例が示されている。

すなわち、画素２－１は、アクティブ光の発光開始前に露光開始され、アクティブ光の発光終了後に露光終了されている。一方、画素２－２は、アクティブ光の発光後に露光開始され、画素２－１の露光終了後に露光終了されており、その後、画素からの読み出しが行われている。

図５のＡの例の場合、全領域でアクティブ光の露光時間が揃っていなくとも計算することが可能である。また、画素２－１内でアクティブ光の露光時間が異なるため、Row毎に演算が異なる。

図５のＢの例においては、画素２－１および画素２－２ともにアクティブ光が入る場合の動作一例が示されている。

図５のＡの場合と同様に、画素２－１は、アクティブ光の発光開始前に露光開始され、アクティブ光の発光終了後に露光終了されている。一方、図５のＡの場合と異なり、画素２－２は、アクティブ光の発光中に露光開始され、画素２－１の露光終了後に露光終了されており、その後、画素からの読み出しが行われている。

この例においては、一部が加算する動作の場合、上述したように画素２－１と画素２－２とでアクティブ光とトータル露光時間の比が同一にならない設定が必要である。画素２－１および画素２－２に光が入射した場合、演算式がRow毎に異なる。

＜グローバルシャッタの場合の回路構成と露光制御タイミング＞
図６の例においては、グローバルシャッタの場合の回路構成例と露光制御タイミングが示されている。図６のＡの例においては、一般的な埋め込みPD方式で、実動作における露光開始時間はリセット動作で、露光終了は電荷転送で行われる、２画素共有の回路構成例が示されている。

すなわち、画素２－１および画素２－２は、OFGトランジスタ３１、TRXトランジスタ３２、TRGトランジスタ３３、PD（フォトダイオード）３４、容量３５をそれぞれ有しているが、RSTトランジスタ３６、AMPトランジスタ３７、SELトランジスタ３８、およびFD（フローティングディフュージョン）３９は、画素２－１および画素２－２で共有されている。

画素２－１においては、図６のＢに示されるように、TRXトランジスタ３２にTRX1信号が入ることによるリセット動作で、露光が開始され、電荷転送により露光が終了されている。一方、画素２－２においては、TRXトランジスタ３２にTRX2信号が入ることによるリセット動作で、露光が開始され、電荷転送により露光が終了されている。

なお、パルス（制御信号）は一例であり、露光制御のタイミングは、図７を参照して後述するようにOFG信号で制御する例も考えられる。

図７のＡの回路構成は、図６のＡの回路構成と基本的に同様であるので、その説明は省略される。

画素２－１においては、図７のＢに示されるように、OFGトランジスタ３１にOFG1信号が入ることによるリセット動作で、露光が開始され、電荷転送により露光が終了されている。一方、画素２－２においては、OFGトランジスタ３にOFG2信号が入ることによるリセット動作で、露光が開始され、電荷転送により露光が終了されている。

なお、図６および図７の例においては、２画素共有の回路例が示されていたが、回路共有をしないもの、または４画素共有などでも対応可能である。また、図６の例においては、TRXが１構成の例が示されているが、複数のゲート（TRX1-1,TRF1-2など）を配置する方式も考えられる。

図８の例においては、グローバルシャッタの場合の他の回路構成例と露光制御タイミングが示されている。

図８のＡの回路構成は、画素２－１および画素２－２において、OFGトランジスタ３１が除かれている点が、図６のＡの回路構成と異なっている。

すなわち、画素２－１および画素２－２は、TRXトランジスタ３２、TRGトランジスタ３３、PD３４、容量３５をそれぞれ有しているが、RSTトランジスタ３６、AMPトランジスタ３７、SELトランジスタ３８、およびFD３９は、画素２－１および画素２－２で共有されている。

画素２－１においては、図８のＢに示されるように、TRXトランジスタ３２にTRX1信号が入ることによるリセット動作で、露光が開始され、電荷転送により露光が終了されている。一方、画素２－２においては、TRXトランジスタ３２にTRX2信号が入ることによるリセット動作で、露光が開始され、電荷転送により露光が終了されている。

この場合、OFGトランジスタがないので、PD３４の露光制御のフレキシビリティが低くなってしまうが、トランジスタ数を減らすことができる。

なお、図８の例においては、２画素共有の回路例が示されていたが、回路共有をしないもの、または４画素共有などでも対応可能である。

図９の例においては、グローバルシャッタの場合のさらに他の回路構成例と露光制御タイミングが示されている。

図９のＡに示されるように、画素２－１および画素２－２は、それぞれ、TRGトランジスタ３３、PD３４、RSTトランジスタ３６、AMPトランジスタ３７、SELトランジスタ３８、およびFD３９を有している。すなわち、図９のＡに示される回路構成はFD３９にPD３４からの電荷が転送されるグローバルシャッタ方式の例であるため、画素共有ができない回路構成となっている。

この場合でも、画素２－１においては、図９のＢに示されるように、TRGトランジスタ３２にTRG1信号が入ることによるリセット動作で、露光が開始され、電荷転送により露光が終了されている。一方、画素２－２においては、TRXトランジスタ３２にTRX2信号が入ることによるリセット動作で、露光が開始され、電荷転送により露光が終了されている。

図１０の例においては、有機光電変換膜あるいは無機光電変換膜（以下、単に光電変換膜と称する）を用いたグローバルシャッタの場合の回路構成例が示されている。なお、図１０の回路構成において、VCは、透明電極４２に接続する電源電圧であり、VRは、RSTトランジスタ３６に接続される電源電圧である。

図１０の回路構成は、画素２－１および画素２－２において、PD34が、光電変換膜４１、透明電極４２、および下部電極４３に入れ替わった点と、TRGトランジスタ３３が除かれた点が図９の回路構成と異なっている。

すなわち、図１０に示されるように、画素２－１および画素２－２は、それぞれ、光電変換膜４１、透明電極４２、下部電極４３、RSTトランジスタ３６、AMPトランジスタ３７、SELトランジスタ３８、およびFD３９を有している。なお、光電変換膜４１を有する画素２－１および画素２－２においては、例えば、光電変換膜４１が、透明電極４２の電圧をコントロールすることで、グローバルシャッタが実現されている。

図１０の回路構成の場合、以下の３つの露光開始制御が行える。なお、透明電極４２へのVCの入力開始、入力終了は、透明電極４２の電圧がコントロールされることで制御されている。

図１１のＡの例の場合、透明電極４２で露光開始制御が行われる例が示されている。画素２－１においては、透明電極４２にVC1が入力されるタイミングから、露光が開始され、入力が終了されるタイミングで露光が終了されている。画素２－２においては、透明電極４２にVC2が入力されるタイミングから、露光が開始され、入力が終了されるタイミングで露光が終了されている。

図１１のＢの例の場合、RST信号で露光開始制御が行われる例が示されている。すなわち、画素２－１においては、RSTトランジスタ３６にRST信号が入力されたタイミングで、露光が開始され、VC1の入力が終了されるタイミングで露光が終了されている。画素２－２においては、RSTトランジスタ３６にRST信号が入力されたタイミングで、露光が開始され、VC2の入力が終了されるタイミングで露光が終了されている。

図１１のＣの例の場合、VC1およびVC2を同時制御またはVCとして電極が同じである例が示されている。すなわち画素２－１においては、RSTトランジスタ３６にRST信号が入力されたタイミングで、露光が開始され、VCの入力が終了されるタイミングで露光が終了されている。画素２－２においては、RSTトランジスタ３６にRST信号が入力されたタイミングで、露光が開始され、VCの入力が終了されるタイミングで露光が終了されている。

図１２の例においては、光電変換膜を用いたグローバルシャッタの場合の他の回路構成例が示されている。すなわち、図１２の例においては、回路を共有した場合の回路構成例が示されている。

すなわち、画素２－１および画素２－２は、光電変換膜４１、透明電極４２、下部電極４３、TRGトランジスタ３３をそれぞれ有しているが、RSTトランジスタ３６、AMPトランジスタ３７、SELトランジスタ３８、およびFD３９は、画素２－１および画素２－２で共有されている。なお、図１２の場合、透明電極４２は、VCとして同一端子で記載されているが、物理的に分離してもよい。

図１３のＡの場合、画素２－１においては、TRGトランジスタ３３にTRG信号が入力されたタイミングで、露光が開始され、VCの入力が終了されるタイミングで露光が終了されている。画素２－２においては、TRGトランジスタ３３にTRG信号が入力されたタイミングで、露光が開始され、VCの入力が終了されるタイミングで露光が終了されている。

なお、図１３のＡの例のように、RST信号が入力されるRSTトランジスタ３６は読み出し期間以外常時ONでもよいし、TRG1信号TRG2信号が入力されONしている期間を覆うようにパルス状に駆動してもよい。

図１３のＢの場合、画素２－１においては、透明電極４２にVC1が入力されるタイミングから、露光が開始され、入力が終了されるタイミングで露光が終了されている。画素２－２においては、TRGトランジスタ３３にTRG信号が入力されたタイミングで、露光が開始され、VCの入力が終了されるタイミングで露光が終了されている。

すなわち、図１３のＢにおいては、一方の画素の露光開始タイミングを透明電極で実現した例が示されている。

なお、上記説明においては、グローバルシャッタの場合の例について説明してきたが、ローリングシャッタは、通常画素で対応可能、かつ、一般パルス動作のため、その説明は省略される。ローリングシャッタとグローバルシャッタとの違いは、全画素同時露光かどうかの違いであり、行順次に露光を行う動作で、ローリングシャッタの場合も、グローバルシャッタと同一波形となる。

＜２．第２の実施の形態＞
＜画素の露光制御＞
図１４は、２種類のアクティブ光の発光タイミングと２種類の画素の露光タイミングについて説明する図である。

図２を参照して上述した画素露光制御の他に、２波長の光を使い、吸収係数の差から検出したいものを検出する方法も考えられる。例えば、酸素化、脱酸素ヘモグロビンの濃度変化などを算出することも可能である。

２波長を用いる方式では、２種類の露光だけでは値を求めることができない。アクティブ光６１および６２を制御し、画素２－１または画素２－２にアクティブ光６１および６２のどちらかのみが入射されるように制御する。例えば、図１４の例においては、画素２－１は、アクティブ光６１の発光前後に、露光開始、露光終了を行う。画素２－２は、アクティブ光６１の発光終了後で、アクティブ光６２の発光前後に露光開始、露光終了を行う。なお、この図１４の場合も、画素２－１および画素２－２で、露光終了タイミングを同じにしてもよい。

このようにすることで、背景を引き算することができる。この場合、アクティブ光６１とアクティブ光６２それぞれの出力を分離できないが、差分を計算することはできる。

画素２－１の信号をout1、画素２－２の信号をout2、アクティブ光６１による反射光強さをal６１、アクティブ光６２による反射光強さをal６２、背景光の強さをbg、図１４に示されるように、画素２－１の露光時間T1、画素２－２の露光時間T2、アクティブ光６１の発光時間Ta６１、アクティブ光６２の発光時間Ta６２とすると、次の式（２）となる。

ここで、T1とT2を同一時間にすると計算を非常にシンプルにすることができ、さらに、Ta６１、Ta６２を同一時間にすると反射率の違いのみを検出することができる。

なお、図１４の場合の出力後の演算処理については、図２の場合の出力後の演算処理を説明した図３の例と基本的に同様であるので、その説明は省略される。

＜画素の露光制御＞
図１５は、２種類のアクティブ光の発光タイミングと３種類の画素の露光タイミングについて説明する図である。なお、この図１５の場合も、画素２－１乃至画素２－３のどれか２つで、露光終了タイミングを同じにしてもよい。

図１４を参照して上述した画素露光制御より柔軟に検出する場合、画像２－１、画素２－２、画素２－３の各出力をout1,out2,out3、アクティブ光６１による反射光強さをal６１、アクティブ光６２による反射光強さをal６２、背景光の強さをbg、図１５に示されるように、画素２－１の露光時間T1、画素２－２の露光時間T2、画素２－３の露光時間T3、画素２－Ｎに各光が含まれる時間Ta(N-61),Ta(N-62)とすると、次の式（３）となる。

上記式（３）における３つの式が比例関係でない条件において、未知の信号、bg,al６１,al６２を算出することができる。

図１６は、出力後の演算処理について説明する図である。

図１６の例においては、画素領域３のうちの画素の内、画素２－１、画素２－２、画素２－３の露光時間（タイミング）が制御される。３つの画素の選び方は任意でよいが、３つの画素は、例えば、出力画像７１に示されるように配置される。２×２単位で構成してもよいし、３×３単位、４×４単位、２×４単位など様々なパターンが考えられる。

この出力画像７１を、画像７２－１、画像７２－２、画像７２－３に示されるように、デモザイク処理を行い、演算部７３において、ピクセルごとに演算処理を行うことにより、背景光の影響が排除されたアクティブ光１による露光画像７４－１とアクティブ光２による露光画像７４－２を得ることができる。

同様に３画素駆動において、図１５を参照して上述した駆動により３光源を用いての検出も可能である。さらに４画素独立に露光タイミングを制御することで、光源の数を増やすことも容易である。順にＮ光源に対して、ＮまたはＮ＋１画素独立制御することで背景光の影響を引き算することができる。

露光時間が完全に独立に制御できる回路構成の場合、図１３および図１４の動作は容易に実現が可能である。しかしながら、例えば、透明電極が独立制御できない場合があり、この場合について、次に、図１７を参照して説明する。

＜グローバルシャッタの場合の回路構成と露光制御タイミング＞
図１７は、透明電極が独立制御できない場合の回路構成と露光制御タイミングが示されている。図１７のＡの例においては、３つの画素で、回路を共有した場合の回路構成例が示されている。

すなわち、画素２－１、画素２－２、画素２－３は、光電変換膜４１、透明電極４２、下部電極４３、TRGトランジスタ３３をそれぞれ有しているが、RSTトランジスタ３６、AMPトランジスタ３７、SELトランジスタ３８、およびFD３９は、画素２－１および画素２－２で共有されている。なお、図１７のＡの場合、透明電極４２は、VCとして同一端子で記載されているが、物理的に分離してもよい。

図１７のＢに示されるように、画素２－１においては、VCから透明電極４２に信号が入力された後のTRG1信号の入力のタイミングで、アクティブ光６１の発光前から露光が開始され、VCの入力が終了されるタイミングで露光が終了されている。

画素２－２においては、アクティブ光６１の発光後、かつ、アクティブ光６２の発光前のTRG2信号の入力のタイミングで、露光が開始され、VCの入力が終了されるタイミングで露光が終了されている。画素２－３においては、アクティブ光６２の発光後で、VCの入力が終了される前のTRG3信号の入力のタイミングで、から露光が開始され、VCの入力が終了されるタイミングで露光が終了されている。

なお、上記露光制御により、画素２－１，画素２－２，画素２－３のそれぞれの出力をout1,out2,out3とし、アクティブ光６１による反射光強さをal６１、アクティブ光６２による反射光強さをal６２、背景光の強さをbg、画素２－１の露光時間T1、画素２－２の露光時間T2、画素２－３の露光時間T3、アクティブ光６１の発光時間Ta６１、アクティブ光６２の発光時間Ta６２とすると、次の式（４）となる。

この式（４）より容易に次の式（５）を計算することができる。

なお、図１７のＡの回路構成を、２×２の正方配置画素に適用した場合、４個のうちの残り１画素の制御をout3と同様の制御をしてもよい。その場合、TRG3,4を同じ駆動にし、FD加算が可能な場合、加算する。信号量の少ないout3の信号量が増え、SNを向上させることができる。FD加算できない場合は、ソースフォロア加算か、デジタル領域で加算することでも、SNを向上させることができる。

なお、上記説明においては、図１８のＡに示されるように、画素２－１および画素２－２のチェッカーパターン、かつ、白黒センサを考慮してきたが、その他のパターンおよびカラーフィルタの様々な配列への適用も考えられる。

例えば、図１８のＢに示されるように、画素２－１の行、画素２－２の行、画素２－１の行、画素２－２の行、というように行毎に制御する例や、画素２－１の列、画素２－２の列、画素２－１の列、画素２－２の列というように列毎に制御する例が考えられる。

なお、図１８のＢの左側に示される行毎ごとに制御する場合、制御線を増やすことなく、制御することが可能である。

また、例えば、図１８のＣに示されるように、２×２パターンで制御する例も考えられる。なお、２×２、２×４、４×２、３×３、４×４などのユニットを単位に露光を制御するようにしてもよい。

例えば、図１９のＡに示されるように、２×２画素のベイヤーパターンに対し、４×４画素単位で、露光時間を制御することも可能である。

さらに、図１９のＢに示されるように、２×２画素を同一カラーフィルタのベイヤーパターンに対し、２×２画素内で露光時間を制御することも可能である。

また、その他の画素パターンとしては、図２０のＡに示されるように、２×２画素のフィルタパターンをR,G,B,Wのカラーフィルタ配列にして、W配列の箇所の画素の露光時間を変えることで、本技術が適用可能である。

さらに、図２０のＢに示されるように、アクティブ光が赤色で行う場合、赤色のフィルタの画素のみ露光制御を行えばよい。アクティブ光の色に合わせたカラーフィルタの画素のみ露光制御することも可能である。

なお、その他、３×３のカラーパターンや４×４、５×５、６×６画素パターンなど様々な画素配列があるが、図１９のＡのベイヤーパターン同様に、例えば、カラーフィルタの配列のランダム性を上げてモアレなどの影響を少なくする６×６画素単位の繰り返しカラーフィルタの場合、６×６画素単位で露光を制御（すなわち、６×６画素の露光時間と、隣の６×６画素の露光時間を制御）してもよいし、６×６画素内に含まれる同一カラーフィルタ画素の露光を制御することでも対応が可能になる。

＜制御線の物理的イメージ＞
図２１乃至図２３は、制御線の物理的イメージの例を示す図である。

図２１の例においては、１画素１読み出し回路（画素共有なし）の場合の制御線のイメージが示されている。また、これは、白黒配列のイメージである。

撮像装置１においては、露光制御信号線１０１Ｌ[0]乃至１０１Ｌ[N]および露光制御信号線１０１Ｒ[0]乃至１０１Ｒ[0]と、その他制御信号線１０２[0]乃至[N]とが画素領域３の画素２に配線されている。

露光制御信号線１０１Ｌ[0]乃至１０１Ｌ[N]および露光制御信号線１０１Ｒ[0]乃至１０１Ｒ[0]は、TRG信号、TRX信号、OFG信号、RST信号など露光時間を制御する配線を示している。ここでは、１本で記載されているが、OFG信号とTRX信号を組み合わせて露光時間を制御する場合は、２本配置されることになる。

その他制御信号線[0]乃至[N]は、SELトランジスタ３８やRSTトランジスタ３６などの回路から信号を読み出す制御線となる。すべての制御線のうちの露光制御線以外の信号になる。

各画素からの信号は、垂直信号線９を通し、図１のカラム信号処理回路５のA/D（Analog/Digital）変換回路を構成するコンパレータ１２１に入力され、所定の信号処理が施される。例えば、A/D変換回路を構成するコンパレータ１２１に入力される。コンパレータ１２１は、入力される信号と、DAC１１２の値と比較する。制御回路８を構成するクロック発生器１１１からのクロックは、DAC１１２によりアナログデータとしてコンパレータ１２１に入力され、直接、カウンタ１２２に入力される。

なお、RSTなどは露光制御信号にもなるし、その他の制御信号にもなりうる。配線数は、制御方法に応じて配線数が１乃至５本に変化する。

より複雑な制御を行う場合、例えば、露光タイミングの異なる画素を３つ以上用意する際に、露光制御線を増やせばよい。

図２２の例においては、上下２画素共有の場合の制御線のイメージが示されている。また、これも、白黒配列のイメージである。

図２３の例においては、ベイヤー配列に、本技術を適用した場合の例が示されている。４画素共有のうちの上の画素には、露光制御信号線１０１－１[0]乃至１０１－３[0]が接続されており、下の画素には、露光制御信号線１０１－４[0]乃至１０１－４[0]が接続されている。

図２３の例の場合、同一行の２つのR,B、２行跨いだG画素で露光時間を独立に制御することができる。

なお、以上は、一例であり、本技術は、様々なカラーフィルタパターンに適用することができる。露光時間を制御したい数だけ、その塊に対し、露光制御配線数を対応すればよい。

＜３．第３の実施の形態＞
＜その他の構成例＞
その他の構成としては、図２４に示されるような、X,Yともに２以上の領域ごとにADCが配置される領域ADC方式の撮像装置１５０にも、本技術を適用することができる。例えば、複数の画素回路１６１が配列された画素ユニット１７１が複数配列される画素基板１５１と、画素ユニット１７１に対応する回路ブロック１８１が複数配列される回路基板１５２とをマイクロバンプ、TSV、Cu-Cu接合などで貼り合わせた構成が考えられ、本技術に適用することができる。

また１画素に１つのADCが配置された画素ADC方式において、各画素の露光時間を変えることで、同様の対応を行うことができる。

さらに、図２５に示されるように、例えば、TRGトランジスタ３３、PD３４、RSTトランジスタ３６、AMPトランジスタ３７、SELトランジスタ３８、FD３９からなる画素回路に、トランジスタ２０１と容量２０２とからなる変換効率可変機能２００を組み合わせてもよい。

この場合、信号レベルが小さい側（おおよそにして露光時間が短い側だが、アクティブ光の入力比率によりそうとは限らない）の変換効率を高くすることができる。その結果、信号レベルが小さい側の信号レベルを上げることができ、SNを向上させることができる。

＜４．イメージセンサの使用例＞
図２６は、上述の固体撮像装置を使用する使用例を示す図である。

上述した固体撮像装置（イメージセンサ）は、例えば、以下のように、可視光や、赤外光、紫外光、X線等の光をセンシングする様々なケースに使用することができる。

・ディジタルカメラや、カメラ機能付きの携帯機器等の、鑑賞の用に供される画像を撮影する装置
・自動停止等の安全運転や、運転者の状態の認識等のために、自動車の前方や後方、周囲、車内等を撮影する車載用センサ、走行車両や道路を監視する監視カメラ、車両間等の測距を行う測距センサ等の、交通の用に供される装置
・ユーザのジェスチャを撮影して、そのジェスチャに従った機器操作を行うために、TVや、冷蔵庫、エアーコンディショナ等の家電に供される装置
・内視鏡や、赤外光の受光による血管撮影を行う装置等の、医療やヘルスケアの用に供される装置
・防犯用途の監視カメラや、人物認証用途のカメラ等の、セキュリティの用に供される装置
・肌を撮影する肌測定器や、頭皮を撮影するマイクロスコープ等の、美容の用に供される装置
・スポーツ用途等向けのアクションカメラやウェアラブルカメラ等の、スポーツの用に供される装置
・畑や作物の状態を監視するためのカメラ等の、農業の用に供される装置

＜５．電子機器の例＞
＜電子機器の構成例＞

さらに、本技術は、固体撮像装置への適用に限られるものではなく、撮像装置にも適用可能である。ここで、撮像装置とは、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等のカメラシステムや、携帯電話機等の撮像機能を有する電子機器のことをいう。なお、電子機器に搭載されるモジュール状の形態、すなわちカメラモジュールを撮像装置とする場合もある。

ここで、図２７を参照して、本技術の電子機器の構成例について説明する。

図２７に示される電子機器３００は、固体撮像装置（素子チップ）３０１、光学レンズ３０２、シャッタ装置３０３、駆動回路３０４、および信号処理回路３０５を備えている。固体撮像装置３０１としては、上述した本技術の固体撮像装置１が設けられる。また、電子機器３００には、図示せぬ発光部として、上述したアクティブ光の発光部が設けられている。なお、信号処理路５０５として、図３の演算部２３や図１６の演算部７３が設けられている。

光学レンズ３０２は、被写体からの像光（入射光）を固体撮像装置３０１の撮像面上に結像させる。これにより、固体撮像装置３０１内に一定期間信号電荷が蓄積される。シャッタ装置３０３は、固体撮像装置３０１に対する光照射期間および遮光期間を制御する。

駆動回路３０４は、固体撮像装置３０１の信号転送動作、シャッタ装置３０３のシャッタ動作、および図示せぬ発光部の発光動作を制御する駆動信号を供給する。駆動回路３０４は、図示せぬＣＰＵにより設定されたパラメータを用いて各動作を制御する。駆動回路３０４から供給される駆動信号（タイミング信号）により、固体撮像装置３０１は信号転送を行う。信号処理回路３０５は、固体撮像装置３０１から出力された信号に対して各種の信号処理を行う。信号処理が行われた映像信号は、メモリなどの記憶媒体に記憶されたり、モニタに出力される。

＜６．内視鏡手術システムへの応用例＞
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、内視鏡手術システムに適用されてもよい。

図２８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２８では、術者（医師）１１１３１が、内視鏡手術システム１１０００を用いて、患者ベッド１１１３３上の患者１１１３２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１１０００は、内視鏡１１１００と、気腹チューブ１１１１１やエネルギー処置具１１１１２等の、その他の術具１１１１０と、内視鏡１１１００を支持する支持アーム装置１１１２０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１１２００と、から構成される。

内視鏡１１１００は、先端から所定の長さの領域が患者１１１３２の体腔内に挿入される鏡筒１１１０１と、鏡筒１１１０１の基端に接続されるカメラヘッド１１１０２と、から構成される。図示する例では、硬性の鏡筒１１１０１を有するいわゆる硬性鏡として構成される内視鏡１１１００を図示しているが、内視鏡１１１００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１１１０１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１１１００には光源装置１１２０３が接続されており、当該光源装置１１２０３によって生成された光が、鏡筒１１１０１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、対物レンズを介して患者１１１３２の体腔内の観察対象に向かって照射される。なお、内視鏡１１１００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１１１０２の内部には光学系及び撮像素子が設けられており、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撮像素子に集光される。当該撮像素子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）１１２０１に送信される。

ＣＣＵ１１２０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等によって構成され、内視鏡１１１００及び表示装置１１２０２の動作を統括的に制御する。さらに、ＣＣＵ１１２０１は、カメラヘッド１１１０２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１１２０２は、ＣＣＵ１１２０１からの制御により、当該ＣＣＵ１１２０１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１１２０３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１１１００に供給する。

入力装置１１２０４は、内視鏡手術システム１１０００に対する入力インタフェースである。ユーザは、入力装置１１２０４を介して、内視鏡手術システム１１０００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。例えば、ユーザは、内視鏡１１１００による撮像条件（照射光の種類、倍率及び焦点距離等）を変更する旨の指示等を入力する。

処置具制御装置１１２０５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１１１１２の駆動を制御する。気腹装置１１２０６は、内視鏡１１１００による視野の確保及び術者の作業空間の確保の目的で、患者１１１３２の体腔を膨らめるために、気腹チューブ１１１１１を介して当該体腔内にガスを送り込む。レコーダ１１２０７は、手術に関する各種の情報を記録可能な装置である。プリンタ１１２０８は、手術に関する各種の情報を、テキスト、画像又はグラフ等各種の形式で印刷可能な装置である。

なお、内視鏡１１１００に術部を撮影する際の照射光を供給する光源装置１１２０３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１１２０３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１１１０２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１１２０３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１１１０２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１１２０３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して、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、いわゆる狭帯域光観察（Narrow Band Imaging）が行われる。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（自家蛍光観察）、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１１２０３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。

図２９は、図２８に示すカメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１の機能構成の一例を示すブロック図である。

カメラヘッド１１１０２は、レンズユニット１１４０１と、撮像部１１４０２と、駆動部１１４０３と、通信部１１４０４と、カメラヘッド制御部１１４０５と、を有する。ＣＣＵ１１２０１は、通信部１１４１１と、画像処理部１１４１２と、制御部１１４１３と、を有する。カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１とは、伝送ケーブル１１４００によって互いに通信可能に接続されている。

レンズユニット１１４０１は、鏡筒１１１０１との接続部に設けられる光学系である。鏡筒１１１０１の先端から取り込まれた観察光は、カメラヘッド１１１０２まで導光され、当該レンズユニット１１４０１に入射する。レンズユニット１１４０１は、ズームレンズ及びフォーカスレンズを含む複数のレンズが組み合わされて構成される。

撮像部１１４０２を構成する撮像素子は、１つ（いわゆる単板式）であってもよいし、複数（いわゆる多板式）であってもよい。撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、例えば各撮像素子によってＲＧＢそれぞれに対応する画像信号が生成され、それらが合成されることによりカラー画像が得られてもよい。あるいは、撮像部１１４０２は、３Ｄ（dimensional）表示に対応する右目用及び左目用の画像信号をそれぞれ取得するための１対の撮像素子を有するように構成されてもよい。３Ｄ表示が行われることにより、術者１１１３１は術部における生体組織の奥行きをより正確に把握することが可能になる。なお、撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、各撮像素子に対応して、レンズユニット１１４０１も複数系統設けられ得る。

また、撮像部１１４０２は、必ずしもカメラヘッド１１１０２に設けられなくてもよい。例えば、撮像部１１４０２は、鏡筒１１１０１の内部に、対物レンズの直後に設けられてもよい。

駆動部１１４０３は、アクチュエータによって構成され、カメラヘッド制御部１１４０５からの制御により、レンズユニット１１４０１のズームレンズ及びフォーカスレンズを光軸に沿って所定の距離だけ移動させる。これにより、撮像部１１４０２による撮像画像の倍率及び焦点が適宜調整され得る。

通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部１１４０４は、撮像部１１４０２から得た画像信号をＲＡＷデータとして伝送ケーブル１１４００を介してＣＣＵ１１２０１に送信する。

また、通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１から、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を受信し、カメラヘッド制御部１１４０５に供給する。当該制御信号には、例えば、撮像画像のフレームレートを指定する旨の情報、撮像時の露出値を指定する旨の情報、並びに／又は撮像画像の倍率及び焦点を指定する旨の情報等、撮像条件に関する情報が含まれる。

なお、上記のフレームレートや露出値、倍率、焦点等の撮像条件は、ユーザによって適宜指定されてもよいし、取得された画像信号に基づいてＣＣＵ１１２０１の制御部１１４１３によって自動的に設定されてもよい。後者の場合には、いわゆるＡＥ（Auto Exposure）機能、ＡＦ（Auto Focus）機能及びＡＷＢ（Auto White Balance）機能が内視鏡１１１００に搭載されていることになる。

カメラヘッド制御部１１４０５は、通信部１１４０４を介して受信したＣＣＵ１１２０１からの制御信号に基づいて、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御する。

通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２から、伝送ケーブル１１４００を介して送信される画像信号を受信する。

また、通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２に対して、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を送信する。画像信号や制御信号は、電気通信や光通信等によって送信することができる。

画像処理部１１４１２は、カメラヘッド１１１０２から送信されたＲＡＷデータである画像信号に対して各種の画像処理を施す。

制御部１１４１３は、内視鏡１１１００による術部等の撮像、及び、術部等の撮像により得られる撮像画像の表示に関する各種の制御を行う。例えば、制御部１１４１３は、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を生成する。

また、制御部１１４１３は、画像処理部１１４１２によって画像処理が施された画像信号に基づいて、術部等が映った撮像画像を表示装置１１２０２に表示させる。この際、制御部１１４１３は、各種の画像認識技術を用いて撮像画像内における各種の物体を認識してもよい。例えば、制御部１１４１３は、撮像画像に含まれる物体のエッジの形状や色等を検出することにより、鉗子等の術具、特定の生体部位、出血、エネルギー処置具１１１１２の使用時のミスト等を認識することができる。制御部１１４１３は、表示装置１１２０２に撮像画像を表示させる際に、その認識結果を用いて、各種の手術支援情報を当該術部の画像に重畳表示させてもよい。手術支援情報が重畳表示され、術者１１１３１に提示されることにより、術者１１１３１の負担を軽減することや、術者１１１３１が確実に手術を進めることが可能になる。

カメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１を接続する伝送ケーブル１１４００は、電気信号の通信に対応した電気信号ケーブル、光通信に対応した光ファイバ、又はこれらの複合ケーブルである。

ここで、図示する例では、伝送ケーブル１１４００を用いて有線で通信が行われていたが、カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１との間の通信は無線で行われてもよい。

以上、本開示に係る技術が適用され得る内視鏡手術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、例えば、内視鏡１１１００や、カメラヘッド１１１０２（の撮像部１１４０２）、ＣＣＵ１１２０１の画像処理部１１４１２、光源装置１１２０３等に適用され得る。具体的には、例えば、図１の固体撮像装置１は、撮像部１１４０２に適用することができる。例えば、図３の演算部２３や図１６の演算部７３は、画像処理部１１４１２に適用することができる。図示せぬアクティブ光の発光部は、光源装置１１２０３に適用することができる。撮像部１１４０２および画像処理部１１４１２に本開示に係る技術を適用することにより、より鮮明な術部画像を得ることができるため、術者が術部を確実に確認することが可能になる。また、図１４を参照して上述したように、２波長の光を使い、吸収係数の差から検出したいものを検出することができるので、例えば、酸素化、脱酸素ヘモグロビンの濃度変化などを算出することも可能である。

なお、ここでは、一例として内視鏡手術システムについて説明したが、本開示に係る技術は、その他、例えば、顕微鏡手術システム等に適用されてもよい。

＜７．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３０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３０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３０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３１は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。

図３１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３１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（撮像部１２１０１ないし１２１０４含む）に適用され得る。具体的には、例えば、図１の固体撮像装置１は、撮像部１２０３１に適用することができる。図３の演算部２３や図１６の演算部７３は、車外情報検出ユニット１２０３０などに適用することができる。図示せぬアクティブ光の発光部は、ボディ系制御ユニット１２０２０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、例えば、車載器において、背景光を消したいときに、フレームを跨がないので、動きに強いという格別な効果を得ることができる。

なお、本明細書において、上述した一連の処理を記述するステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。

また、本開示における実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示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、以上において、１つの装置（または処理部）として説明した構成を分割し、複数の装置（または処理部）として構成するようにしてもよい。逆に、以上において複数の装置（または処理部）として説明した構成をまとめて１つの装置（または処理部）として構成されるようにしてもよい。また、各装置（または各処理部）の構成に上述した以外の構成を付加するようにしてももちろんよい。さらに、システム全体としての構成や動作が実質的に同じであれば、ある装置（または処理部）の構成の一部を他の装置（または他の処理部）の構成に含めるようにしてもよい。つまり、本技術は、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。

以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、開示はかかる例に限定されない。本開示の属する技術の分野における通常の知識を有するのであれば、請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例また修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１） 画素が２次元的に配列される画素アレイ部と、
前記画素アレイ部において、所定の光の発光時間に応じて、露光開始時間および露光終了時間の少なくとも一方が異なるように、第１の画素、および前記第１の画素と露光時間の異なる第２の画素の露光時間を制御する露光制御部と
を備える固体撮像装置。
（２） 前記露光制御部は、前記所定の光の発光時間に応じて、前記露光開始時間が異なるように、前記第１の画素および前記第２の画素の露光時間を制御する
前記（１）に記載の固体撮像装置。
（３） 前記露光制御部は、前記所定の光の発光時間が含まれる割合を変えて、前記露光開始時間が異なるように、前記第１の画素および前記第２の画素の露光時間を制御する
前記（１）または（２）に記載の固体撮像装置。
（４） 前記画素は、PDを有する
前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（５） 前記露光制御部は、前記露光開始時間をリセット動作で制御し、前記露光終了時間を電荷転送で制御する
前記（４）に記載の固体撮像装置。
（６） 前記画素は、有機または無機の光電変換膜を有する
前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（７） 前記露光制御部は、前記露光開始時間をリセット動作で制御し、前記露光終了時間を前記光電変換膜の上部電極で制御する
前記（６）に記載の固体撮像装置。
（８） 前記露光制御部は、前記第１の画素および前記第２の画素の少なくともどちらか一方の前記露光開始時間を前記光電変換膜の上部電極で制御し、前記露光終了時間を前記光電変換膜の上部電極で制御する
前記（６）に記載の固体撮像装置。
（９） 前記露光制御部は、複数の前記所定の光の発光時間に応じて、前記露光開始時間および露光終了時間の少なくとも一方が異なるように、前記第１の画素および前記第２の画素の露光時間を制御する
前記（１）に記載の固体撮像装置。
（１０） 前記露光制御部は、複数の前記所定の光の発光時間が含まれる割合をそれぞれ変えて、前記露光開始時間および露光終了時間の少なくとも一方が異なるように、前記第１の画素および前記第２の画素の露光時間を制御する
前記（９）に記載の固体撮像装置。
（１１） 前記第１の画素および前記第２の画素からの画像をモザイク処理し、ピクセル毎に演算処理を行う演算部を
さらに備える前記（１）乃至（１０）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１２） 前記露光制御部は、複数の前記所定の光の発光時間に応じて、前記露光開始時間および露光終了時間の少なくとも一方が異なるように、前記第１の画素、前記第２の画素、並びに前記第１の画素および第２の画素と露光時間の異なる第３の画素の露光時間を制御する
前記（１）に記載の固体撮像装置。
（１３） 前記露光制御部は、複数の前記所定の光の発光時間に応じて、前記露光開始時間および露光終了時間の少なくとも一方が異なるように、前記第１の画素、前記第２の画素、および前記第３の画素の露光時間を制御する
前記（１２）に記載の固体撮像装置。
（１４） 前記第１の画素、前記第２の画素、および前記第３の画素からの画像をモザイク処理し、ピクセル毎に演算処理を行う演算部を
さらに備える前記（１２）または（１３）に記載の固体撮像装置。
（１５） 前記画素アレイ部は、変換効率可変機能付きの画素を有する
前記（１）乃至（１４）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１６） 固体撮像装置が、
画素が２次元的に配列される画素アレイ部において、所定の光の発光時間に応じて、露光開始時間および露光終了時間の少なくとも一方が異なるように、第１の画素、および前記第１の画素と露光時間の異なる第２の画素の露光時間を制御する
撮像方法。
（１７） 光を発光する発光部と、
画素が２次元的に配列される画素アレイ部と、
前記画素アレイ部において、前記発光部による光の発光時間に応じて、露光開始時間および露光終了時間の少なくとも一方が異なるように、第１の画素、および前記第１の画素と露光時間の異なる第２の画素の露光時間を制御する露光制御部と
を有する固体撮像装置と
を備える電子機器。

１ 固体撮像装置， ２，２－１乃至２－３ 画素， ３ 画素領域， ５ カラム信号処理回路， ７ 垂直制御線， ８ 制御回路， ２１ 出力画像， ２２－１，２２－２ 画像， ２３ 演算部， ２４ 露光画像， ３１ OFGトランジスタ， ３２ TRXトランジスタ， ３３ TRGトランジスタ， ３４ PD， ３５ 容量， ３６ RSTトランジスタ， ３７ AMPトランジスタ， ３８ SELトランジスタ， ３９ FD， ４１ 光電変換膜， ４２ 透明電極， ４３ 下部電極， ６１，６２ アクティブ光， ７１ 出力画像， ７２－１，７２－２ 画像， ７３ 演算部， ７４ 露光画像， １１１ クロック発生器， １１２ DAC， １２１ コンパレータ， １２２ カウンタ， １５０ 撮像装置， １５１ 画素基板， １５２ 回路基板， １６１ 画素回路， １７１ 画素ユニット， １８１ 回路ブロック， ２００ 変換効率可変機能， ２０１ トランジスタ， ２０２ 容量， ３００ 電子機器， ３０１ 固体撮像装置， ３０２ 光学レンズ， ３０３ シャッタ装置， ３０４ 駆動回路， ３０５ 信号処理回路

Claims (15)

1. 画素が２次元的に配列され、変換効率可変機能付きの画素を有する画素アレイ部と、
   前記画素アレイ部において、所定の光の発光時間に応じて、露光開始タイミングおよび露光終了タイミングの少なくとも一方が異なるように、第１の画素、および前記第１の画素と露光時間の異なる第２の画素の露光時間を制御する露光制御部と
   を備える固体撮像装置。
2. 前記露光制御部は、前記所定の光の発光時間に応じて、前記露光開始タイミングが異なるように、前記第１の画素および前記第２の画素の露光時間を制御する
   請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 前記露光制御部は、前記所定の光の発光時間が含まれる割合を変えて、前記露光開始タイミングが異なるように、前記第１の画素および前記第２の画素の露光時間を制御する
   請求項１または２に記載の固体撮像装置。
4. 前記画素は、PDを有する
   請求項１乃至３のいずれかに記載の固体撮像装置。
5. 前記露光制御部は、前記露光開始タイミングをリセット動作で制御し、前記露光終了タイミングを電荷転送で制御する
   請求項４に記載の固体撮像装置。
6. 前記画素は、有機または無機の光電変換膜を有する
   請求項１乃至３のいずれかに記載の固体撮像装置。
7. 前記露光制御部は、前記露光開始タイミングをリセット動作で制御し、前記露光終了タイミングを前記光電変換膜の上部電極で制御する
   請求項６に記載の固体撮像装置。
8. 前記露光制御部は、前記第１の画素および前記第２の画素の少なくともどちらか一方の前記露光開始タイミングを前記光電変換膜の上部電極で制御し、前記露光終了タイミングを前記光電変換膜の上部電極で制御する
   請求項６に記載の固体撮像装置。
9. 前記露光制御部は、複数の前記所定の光の発光時間に応じて、前記露光開始タイミングおよび前記露光終了タイミングの少なくとも一方が異なるように、前記第１の画素および前記第２の画素の露光時間を制御する
   請求項１に記載の固体撮像装置。
10. 前記露光制御部は、複数の前記所定の光の発光時間が含まれる割合をそれぞれ変えて、前記露光開始タイミングおよび前記露光終了タイミングの少なくとも一方が異なるように、前記第１の画素および前記第２の画素の露光時間を制御する
    請求項９に記載の固体撮像装置。
11. 前記第１の画素および前記第２の画素からの画像をデモザイク処理し、ピクセル毎に演算処理を行う演算部を
    さらに備える請求項１乃至１０のいずれかに記載の固体撮像装置。
12. 前記露光制御部は、複数の前記所定の光の発光時間に応じて、前記露光開始タイミングおよび前記露光終了タイミングの少なくとも一方が異なるように、前記第１の画素、前記第２の画素、並びに前記第１の画素および前記第２の画素と露光時間の異なる第３の画素の露光時間を制御する
    請求項１に記載の固体撮像装置。
13. 前記露光制御部は、複数の前記所定の光の発光時間が含まれる割合をそれぞれ変えて、前記露光開始タイミングおよび前記露光終了タイミングの少なくとも一方が異なるように、前記第１の画素、前記第２の画素、および前記第３の画素の露光時間を制御する
    請求項１２に記載の固体撮像装置。
14. 前記第１の画素、前記第２の画素、および前記第３の画素からの画像をデモザイク処理し、ピクセル毎に演算処理を行う演算部を
    さらに備える請求項１２または１３に記載の撮像装置。
15. 固体撮像装置が、
    画素が２次元的に配列され、変換効率可変機能付きの画素を有する画素アレイ部において、所定の光の発光時間に応じて、露光開始タイミングおよび露光終了タイミングの少なくとも一方が異なるように、第１の画素、および前記第１の画素と露光時間の異なる第２の画素の露光時間を制御する
    撮像方法。

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