JP7245178B2 - 固体撮像素子、撮像装置、および、固体撮像素子の制御方法 - Google Patents

固体撮像素子、撮像装置、および、固体撮像素子の制御方法 Download PDF

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Description

本技術は、固体撮像素子、撮像装置、および、固体撮像素子の制御方法に関する。詳しくは、画像データを撮像する固体撮像素子、撮像装置、および、固体撮像素子の制御方法に関する。
従来より、撮像装置などにおいて、画像データを撮像するために複数の画素を配列した半導体デバイスが用いられている。例えば、光電流を増幅するアバランシェフォトダイオードなどのフォトダイオードとＣＭＯＳ（Complementary MOS）とを画素毎に設けた半導体デバイスが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この半導体デバイスでは、全ての画素について電源電位は同一の値に制御される。
米国特許出願公開第２０１０／００１９３４３号明細書
上述の従来技術では、アバランシェフォトダイオードにより光電流が増幅されるため、微弱な光を検出することができる。しかしながら、この従来技術では、消費電力を低減することが困難である。例えば、電源電位を低下させれば消費電力を低減することはできるが、電源電位の低下により全画素の感度が低下して、特に照度の低い光が入射する画素において明るさが不足するおそれがある。
本技術はこのような状況に鑑みて生み出されたものであり、微弱な光を検出する固体撮像素子において、消費電力を低減することを目的とする。
本技術は、上述の問題点を解消するためになされたものであり、その第１の側面は、入射光を光電変換して光電流を出力するフォトダイオードと、上記光電流が出力されるたびに上記フォトダイオードの一端の電位を電源電位より低い値に降下させる抵抗と、上記一端の電位が降下した頻度に基づいて上記入射光の照度を測定する測定部と、上記測定された照度が高いほど低い値に上記電源電位を制御する電源制御部とを具備する固体撮像素子、および、その制御方法である。これにより、照度が高いほど低い値に電源電位が制御されるという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記電源制御部は、上記照度と所定の閾値との比較結果に基づいて上記電源電位を制御してもよい。これにより、２つの電位のいずれかに電源電位が制御されるという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記電源制御部は、上記照度と互いに異なる複数の閾値との比較結果に基づいて上記電源電位を制御してもよい。これにより、３つの電位のいずれかに電源電位が制御されるという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記フォトダイオード、上記抵抗、上記測定部および上記電源制御部は、二次元格子状に配列された複数の画素回路のそれぞれに配置されてもよい。これにより、画素回路ごとに電源電位が制御されるという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記測定部は、所定の露光期間内において上記一端の電位が降下した回数を計数して当該計数値を上記照度の測定値として上記電源制御部に供給してもよい。これにより、露光期間内に上記一端の電位が降下した回数に応じて電源電位が制御されるという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、互いに異なる複数の電位のいずれかを切替信号に従って選択して上記電源電位として供給する選択部をさらに具備し、上記電源制御部は、上記切替信号を上記選択部に供給してもよい。これにより、複数の電位のいずれかに電源電位が制御されるという作用をもたらす。
また、本技術の第２の側面は、入射光を集光する撮像レンズと、上記入射光を光電変換して光電流を出力するフォトダイオードと、上記光電流が出力されるたびに上記フォトダイオードの一端の電位を電源電位より低い値に降下させる抵抗と、上記一端の電位が降下した頻度に基づいて上記入射光の照度を測定する測定部と、上記測定された照度が高いほど低い値に上記電源電位を制御する電源制御部とを具備する固体撮像素子である。これにより、撮像レンズからの入射光の照度が高いほど低い値に電源電位が制御されるという作用をもたらす。
また、本技術の第３の側面は、所定の露光期間内に光子が入射した回数を計数して計数値を出力する計数部と、上記所定の露光期間が経過する前に上記計数値が所定の制限値に達した場合には上記計数部を停止させる計数制御部と、上記計数部を停止させるまでの時間に基づいて上記所定の露光期間内の光子の入射回数を推定して推定値として出力する推定部とを具備する固体撮像素子、および、その制御方法である。これにより、計数値が所定の制限値に達した場合に計数部が停止し、推定値が出力されるという作用をもたらす。
また、この第３の側面において、上記推定部は、上記計数部を停止させるまでの時間と上記所定の露光期間の長さと上記所定の制限値とから上記推定値を求めてもよい。これにより、計数値が所定の制限値に達するまでの時間と所定の露光期間の長さと所定の制限値とから得られた推定値が出力されるという作用をもたらす。
また、この第３の側面において、１つの光子の入射の有無を検出するフォトダイオードと、上記光子の入射が検出されるたびに上記フォトダイオードの一端の電位を初期状態へ戻すための抵抗と、上記計数値が上記所定の制限値に達した場合には上記推定値を出力値として出力し、上記計数値が上記所定の制限値に達していない場合には上記計数値を上記出力値として出力するスイッチと、上記出力値に応じて上記電源電位を制御する電源制御部とをさらに具備し、上記計数部は、上記一端の電位が前記光子の入射の有無の検出により変動した回数を計数し、上記計数制御部および上記推定部は、上記電源電位に応じて上記所定の制限値を制御することもできる。これにより、電源電位に応じて制御された制限値に計数値が達した場合に計数部が停止するという作用をもたらす。
また、この第３の側面において、上記電源制御部は、上記出力値と所定の閾値との比較結果に基づいて上記電源電位を制御してもよい。これにより、２つの電位のいずれかに電源電位が制御されるという作用をもたらす。
また、この第３の側面において、上記電源制御部は、上記出力値と互いに異なる複数の閾値との比較結果に基づいて上記電源電位を制御してもよい。これにより、３つ以上の電位のいずれかに電源電位が制御されるという作用をもたらす。
また、この第３の側面において、上記フォトダイオードおよび上記抵抗は、受光チップに配置され、上記計数部、上記計数制御部、上記推定部、上記スイッチおよび上記電源制御部は、上記受光チップに積層されたロジックチップに配置されてもよい。これにより、受光チップ内の抵抗により、電位降下が生じるという作用をもたらす。
また、この第３の側面において、上記フォトダイオードは、受光チップに配置され、上記抵抗、上記計数部、上記計数制御部、上記推定部、上記スイッチおよび上記電源制御部は、上記受光チップに積層されたロジックチップに配置されてもよい。これにより、ロジックチップ内の抵抗により、電位降下が生じるという作用をもたらす。
また、この第３の側面において、上記計数部および上記計数制御部は、二次元格子状に配列された複数の画素回路のそれぞれに配置されてもよい。これにより、画素回路ごとに、推定値が出力されるという作用をもたらす。
また、本技術の第４の側面は、所定の露光期間内に光子が入射した回数を計数して計数値を出力する計数部と、上記所定の露光期間が経過する前に上記計数値が所定の制限値に達した場合には上記計数部を停止させる計数制御部と、上記計数部を停止させるまでの時間に基づいて上記所定の露光期間内の光子の入射回数を推定して推定値として出力する推定部と、上記推定値から生成された画像データを記録する記録部とを具備する撮像装置である。これにより、計数値が所定の制限値に達した場合に計数部が停止し、推定値から生成された画像データが記録されるという作用をもたらす。
本技術によれば、微弱な光を検出する固体撮像素子において、消費電力を低減することができるという優れた効果を奏し得る。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。
本技術の第１の実施の形態における撮像装置の一構成例を示すブロック図である。 本技術の第１の実施の形態における固体撮像素子の積層構造の一例を示す図である。 本技術の第１の実施の形態における受光チップの一構成例を示す平面図である。 本技術の第１の実施の形態におけるロジックチップの一構成例を示すブロック図である。 本技術の第１の実施の形態における画素回路の一構成例を示す回路図である。 本技術の第１の実施の形態におけるアノード、カソードを逆にした際の画素回路の一構成例を示す回路図である。 本技術の第１の実施の形態における撮像装置の動作の一例を示すタイミングチャートである。 本技術の第１の実施の形態における電源制御部の動作の一例を示す図である。 本技術の第１の実施の形態と比較例とのそれぞれにおける画素ごとの電源電位の一例を示す図である。 本技術の第１の実施の形態における撮像装置の動作の一例を示すフローチャートである。 本技術の第１の実施の形態の変形例における画素回路の一構成例を示す回路図である。 本技術の第１の実施の形態の変形例における電源制御部の動作の一例を示す図である。 本技術の第２の実施の形態におけるロジックチップの一構成例を示すブロック図である。 本技術の第２の実施の形態における画素回路の一構成例を示す回路図である。 本技術の第２の実施の形態におけるアノード、カソードを逆にした際の画素回路の一構成例を示す回路図である。 本技術の第２の実施の形態におけるフォトンカウンタの動作の一例を示す図である。 本技術の第２の実施の形態における計数制御部の動作の一例を示す図である。 本技術の第２の実施の形態における信号処理部の動作の一例を示す図である。 本技術の第２の実施の形態における撮像装置の動作の一例を示すタイミングチャートである。 本技術の第２の実施の形態における計数値の変動の一例を示す図である。 本技術の第２の実施の形態における画素回路の動作の一例を示すフローチャートである。 本技術の第２の実施の形態における計数処理の一例を示すフローチャートである。 本技術の第２の実施の形態の変形例における画素回路の一構成例を示す回路図である。 本技術の第３の実施の形態における画素回路の一構成例を示す回路図である。 本技術の第３の実施の形態における電源制御部の動作の一例を示す図である。 本技術の第３の実施の形態における計数制御部の動作の一例を示す図である。 本技術の第３の実施の形態における信号処理部の動作の一例を示す図である。 本技術の第３および第２の実施の形態における画素ごとの電源電位の一例を示す図である。 本技術の第３の実施の形態における画素回路の動作の一例を示すフローチャートである。 本技術の第３の実施の形態の変形例における画素回路の一構成例を示す回路図である。 本技術の第３の実施の形態の変形例における電源制御部の動作の一例を示す図である。 本技術の第３の実施の形態の変形例における計数制御部の動作の一例を示す図である。 本技術の第３の実施の形態の変形例における信号処理部の動作の一例を示す図である。 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。 撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。
以下、本技術を実施するための形態（以下、実施の形態と称する）について説明する。説明は以下の順序により行う。
１．第１の実施の形態（照度に応じて電源電位を２段階に制御する例）
２．第２の実施の形態（計数値が上限値に達すると計数を停止する例）
３．第３の実施の形態（電源電位を制御し、計数値が上限値に達すると計数を停止する例）
４．移動体への応用例
＜１．第１の実施の形態＞
［撮像装置の構成例］
図１は、本技術の第１の実施の形態における撮像装置１００の一構成例を示すブロック図である。この撮像装置１００は、画像データを撮像するものであり、撮像レンズ１１０、固体撮像素子２００、記録部１２０および撮像制御部１３０を備える。撮像装置１００としては、例えば、スマートフォン、デジタルカメラ、パーソナルコンピュータ、車載カメラやＩｏＴ（Internet of Things）カメラが想定される。
撮像レンズ１１０は、入射光を集光して固体撮像素子２００に導くものである。固体撮像素子２００は、撮像制御部１３０の制御に従って画像データを撮像するものである。この固体撮像素子２００は、撮像した画像データを記録部１２０に信号線２０９を介して供給する。記録部１２０は、画像データを記録するものである。
撮像制御部１３０は、固体撮像素子２００を制御して画像データを撮像させるものである。この撮像制御部１３０は、例えば、垂直同期信号などの同期信号と、露光期間を制御する露光制御信号とを固体撮像素子２００に信号線１３９を介して供給する。
なお、撮像装置１００は、インターフェースをさらに備え、そのインターフェースにより画像データを外部に送信してもよいし、表示部をさらに備え、表示部に画像データを表示してもよい。
［固体撮像素子の構成例］
図２は、本技術の第１の実施の形態における固体撮像素子２００の積層構造の一例を示す図である。この固体撮像素子２００は、受光チップ２０１と、その受光チップ２０１に積層されたロジックチップ２０２とを備える。これらのチップ間には、信号を伝送するための信号線が設けられる。
［受光チップの構成例］
図３は、本技術の第１の実施の形態における受光チップ２０１の一構成例を示す平面図である。この受光チップ２０１には、受光部２１０が設けられ、受光部２１０には、二次元格子状に複数の受光回路２２０が設けられる。受光回路２２０の詳細については後述する。
［ロジックチップの構成例］
図４は、本技術の第１の実施の形態におけるロジックチップ２０２の一構成例を示すブロック図である。このロジックチップ２０２には、垂直制御部２３０、ロジックアレイ部２６０、水平制御部２４０および信号処理部２５０が配置される。また、ロジックアレイ部２６０には、受光回路２２０ごとに、論理回路２７０が配列される。これらの論理回路２７０のそれぞれは、対応する受光回路２２０と信号線を介して接続されている。受光回路２２０と、その回路に対応する論理回路２７０とからなる回路は、画像データにおける１画素の画素信号を生成する画素回路として機能する。
そして、垂直制御部２３０には、垂直同期信号が入力され、水平制御部２４０には水平同期信号が入力される。ロジックアレイ部２６０には、露光制御信号が入力される。
以下、所定方向（水平方向など）に配列された画素回路（受光回路２２０および論理回路２７０）の集合を「行」と称し、行に垂直な方向に配列された画素回路の集合を列と称する。
垂直制御部２３０は、垂直同期信号に同期して行を順に選択するものである。論理回路２７０は、露光期間内のフォトンの個数を計数して、その計数値を示す信号を画素信号として出力するものである。水平制御部２４０は、水平同期信号に同期して列を順に選択して画素信号を出力させるものである。
信号処理部２５０は、画素信号からなる画像データに対して、フィルタ処理などの所定の信号処理を実行するものである。この信号処理部２５０は、処理後の画像データを記録部１２０に出力する。
［画素回路の構成例］
図５は、本技術の第１の実施の形態における画素回路３００の一構成例を示す回路図である。この画素回路３００は、受光回路２２０と論理回路２７０とを備える。受光回路２２０は、スイッチ２２１および２２２と、抵抗２２３と、フォトダイオード２２４とを備える。また、論理回路２７０は、インバータ２７１、トランジスタ２７２、電源制御部２７３、フォトンカウンタ２７４およびスイッチ２７５を備える。
スイッチ２２１は、電位ＶＥ１の端子と抵抗２２３との間の経路を切替信号ＳＷに従って開閉するものである。スイッチ２２２は、電位ＶＥ２の端子と抵抗２２３との間の経路を切替信号ＳＷに従って開閉するものである。例えば、電位ＶＥ１は、電位ＶＥ２より高い値に設定される。
これらのスイッチ２２１および２２２からなる回路は、切替信号ＳＷに従って電位ＶＥ１およびＶＥ２のいずれかを選択するマルチプレクサ２２５として機能する。選択された電位は電源電位として供給される。なお、マルチプレクサ２２５は、特許請求の範囲に記載の選択部の一例である。
フォトダイオード２２４は、入射光を光電変換して光電流を出力するものである。このフォトダイオード２２４のカソードは、抵抗２２３を介してマルチプレクサ２２５に接続され、アノードは、マルチプレクサ２２５からの電源電位よりも低い電位の端子（接地端子など）に接続される。これにより、フォトダイオード２２４には、逆バイアスが印加される。また、光電流は、フォトダイオード２２４のカソードからアノードへの方向に流れる。
フォトダイオード２２４としては、例えば、光電流を増幅するアバランシェフォトダイオードが用いられる。また、アバランシェダイオードの中でも特に、ＳＰＡＤ（Single-Photon Avalanche Diode）を用いることが望ましい。ＳＰＡＤは、アバランシェフォトダイオードの一種であり、フォトン１個を検出することができるほど感度の高いものである。
抵抗２２３の一端は、マルチプレクサ２２５に共通に接続され、他端は、フォトダイオード２２４のカソードに接続される。光電流が出力されるたびに、抵抗２２３に光電流が流れ、フォトダイオード２２４のカソード電位が、マルチプレクサ２２５からの電源電位より低い値に降下する。
インバータ２７１は、フォトダイオード２２４のカソード電位の信号を反転してパルス信号ＯＵＴとして、フォトンカウンタ２７４に出力するものである。このインバータ２７１は、カソード電位が所定値より高い場合にローレベルのパルス信号ＯＵＴを出力し、その所定値以下の場合にハイレベルのパルス信号ＯＵＴを出力する。
トランジスタ２７２のゲートには、垂直制御部２３０からのゲート信号ＧＡＴが印加され、ソースはバックゲートおよび接地端子と接続され、ドレインはフォトダイオード２２４のカソードとインバータ２７１の入力端子とに接続される。トランジスタ２７２として、例えば、Ｎ型のＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタが用いられる。垂直制御部２３０は、例えば、選択した行にローレベルのゲート信号ＧＡＴを供給する。
フォトンカウンタ２７４は、露光期間内においてハイレベルのパルス信号ＯＵＴが出力された回数を計数するものである。このフォトンカウンタ２７４は、露光開始時に計数値ＣＮＴを初期値（例えば、「０」）にし、露光期間に亘って計数を行う。そして、フォトンカウンタ２７４は、露光終了時に計数を停止し、その計数値ＣＮＴを電源制御部２７３とスイッチ２７５とに出力する。
画素回路３００への入射光の照度が高いほど、その入射光内のフォトンの入射頻度が高くなる。そして、フォトンの入射頻度が高いほど、フォトダイオード２２４のカソード電位が降下する頻度が高くなり、ハイレベルのパルス信号の出力頻度が高くなる。そして、パルス信号の出力頻度が高いほど、露光終了時の計数値ＣＮＴの値が大きくなる。すなわち、計数値ＣＮＴは、照度を測定した値となる。なお、フォトンカウンタ２７４は、特許請求の範囲に記載の測定部の一例である。
電源制御部２７３は、計数値ＣＮＴが大きい（すなわち、照度が高い）ほど低い値に電源電位を制御するものである。この電源制御部２７３は、例えば、計数値ＣＮＴと所定の閾値Ｔｈ１とを比較し、計数値ＣＮＴが閾値Ｔｈ１より大きい（すなわち、照度が高い）場合に低い方の電位ＶＥ２を指示する切替信号ＳＷを供給する。一方、電源制御部２７３は、計数値ＣＮＴが閾値Ｔｈ１以下である（すなわち、照度が低い）場合に高い方の電位ＶＥ１を指示する切替信号ＳＷを供給する。
照度が高いときに低い方の電位ＶＥ２を選択することにより、画素回路３００の消費電力を低減することができる。低い方の電位ＶＥ２の選択により、画素回路３００の感度が低下するものの、その画素の照度は高いため、明るさの変動は少ない。
スイッチ２７５は、水平制御部２４０の制御に従って、計数値ＣＮＴの信号を画素信号ＯＵＴとして信号処理部２５０に出力するものである。
なお、フォトダイオード２２４のカソードを抵抗２２３に接続しているが、図６に例示するように、アノードを抵抗２２３に接続することもできる。
［撮像装置の動作例］
図７は、本技術の第１の実施の形態における撮像装置の動作の一例を示すタイミングチャートである。垂直同期信号ＶＳＹＮＣの立ち上がりのタイミングＴ０から、その次の立上りのタイミングＴ３までの期間は、垂直同期信号ＶＳＹＮＣの周期に該当する。この周期内において露光期間が設定される。
例えば、撮像制御部１３０は、周期内のタイミングＴ１からタイミングＴ２までの期間を露光期間として設定し、その露光期間内に亘って露光制御信号をハイレベルにする。そして、フォトンカウンタ２７４は、露光期間内において動作して計数値ＣＮＴを計数し、露光期間外において計数を停止する。
露光終了時のタイミングＴ２において、画素毎に電源制御部２７３は、計数値ＣＮＴに応じて電源電位を制御する。
図８は、本技術の第１の実施の形態における電源制御部２７３の動作の一例を示す図である。この電源制御部２７３は、計数値ＣＮＴと閾値Ｔｈ１とを比較する。計数値ＣＮＴが閾値Ｔｈ１以下である（すなわち、照度が低い）場合に電源制御部２７３は、切替信号ＳＷをローレベルにして高い方の電位ＶＥ１をマルチプレクサ２２５に選択させる。
一方、計数値ＣＮＴが閾値Ｔｈ１より大きい（すなわち、照度が高い）場合に電源制御部２７３は、切替信号ＳＷをハイレベルにして低い方の電位ＶＥ２を選択させる。
図９は、本技術の第１の実施の形態と比較例とのそれぞれにおける画素ごとの電源電位の一例を示す図である。同図におけるａは、本技術の実施の形態における画素ごとの電源電位の一例を示す図であり、同図におけるｂは、全画素に一定の電源電位を供給する比較例における画素ごとの電源電位の一例を示す図である。
例えば、高い方の電位ＶＥ１を５ボルト（Ｖ）とし、低い方の電位ＶＥ２を１ボルト（Ｖ）とする。図９におけるａに例示するように、固体撮像素子２００では、照度の高い光が入射する画素に１ボルトが供給され、照度の低い光が入射する画素には５ボルトが供給される。一方、同図におけるｂに例示するように、比較例では、全画素に５ボルトが供給される。
ここで、画素回路３００の消費電力Ｐは、例えば、次の式により表される。
Ｐ＝Ｃ×ＶＥ×ｄＶ
上式において、Ｃは、カソード容量であり、単位は、例えば、ファラッド（Ｆ）である。ＶＥは、電源電位であり、ｄＶは、フォトダイオード２２４のアノード－カソード間の電位差である。
電位差ｄＶは一定となるように制御される。また、カソード容量Ｃも一定であるため、上式より、画素回路３００の電源電位を低くすることにより、その画素の消費電力を低減することができる。仮に、全画素のうち３割の画素の電源電位を１ボルト（Ｖ）に低下させた場合、全画素の電源電位を５ボルトにした場合に対する消費電力の割合は次の式により表される。
４／５×０．３＝０．２４
すなわち、全画素の電源電位が５ボルト（Ｖ）の場合の消費電力を１００パーセント（％）とし、全画素の３割を１ボルト（Ｖ）にすると、消費電力は２４パーセント（％）に低下する。このように、高照度の光が入射する画素と低照度の光が入射する画素とが混在する像を撮像する場合に、後者の画素の電源電位を低下させることにより、全画素に同一の電位を供給する場合と比較して、固体撮像素子２００の消費電力を低減することができる。
図１０は、本技術の第１の実施の形態における撮像装置１００の動作の一例を示すフローチャートである。この動作は、例えば、画像データを撮像するための所定のアプリケーションが実行されたときに開始される。
撮像装置１００は、露光開始時刻を経過したか否かを判断する（ステップＳ９０１）。露光開始時刻前の場合に（ステップＳ９０１：Ｎｏ）、撮像装置１００は、ステップＳ９０１を繰り返す。
一方、露光開始時刻を経過した場合に（ステップＳ９０１：Ｙｅｓ）、撮像装置１００は、画素毎に計数値ＣＮＴの計数（すなわち、フォトンカウント）を行う（ステップＳ９０２）。そして、撮像装置１００は、露光終了時刻を経過したか否かを判断する（ステップＳ９０３）。露光終了時刻前の場合に（ステップＳ９０３：Ｎｏ）、撮像装置１００は、ステップＳ９０２を繰り返す。
一方、露光終了時刻を経過した場合に（ステップＳ９０３：Ｙｅｓ）、撮像装置１００内のそれぞれの画素回路３００は、計数値ＣＮＴが閾値Ｔｈ１より大きいか否かを判断する（ステップＳ９０４）。計数値ＣＮＴが閾値Ｔｈ１より大きい場合に（ステップＳ９０４：Ｙｅｓ）、画素回路３００は、低い方の電位ＶＥ２を電源電位として選択する（ステップＳ９０５）。一方、計数値ＣＮＴが閾値Ｔｈ１以下の場合に（ステップＳ９０４：Ｎｏ）、画素回路３００は、高い方の電位ＶＥ１を選択する（ステップＳ９０６）。ステップＳ９０５またはＳ９０６の後に、撮像装置１００は、画像データに対する信号処理を実行する（ステップＳ９０７）。ステップＳ９０７の後に、撮像装置１００は、ステップＳ９０１以降を繰り返し実行する。なお、ステップＳ９０４乃至Ｓ９０５は、全画素について画素毎に実行される。
このように、本技術の実施の形態では、画素回路３００内の電源制御部２７３が照度が高いほど低い値に電源電位を制御するため、照度が高い光が入射する画素回路３００の消費電力を低減することができる。
［変形例］
上述の第１の実施の形態では、電源制御部２７３は、照度に応じて電位ＶＥ１およびＶＥ２のいずれかに電源電位を制御していたが、電位ＶＥ１では高すぎる場合や電位ＶＥ２では低すぎる場合がある。このため、電源電位をより細かく制御することが望ましい。この第１の実施の形態の変形例の画素回路３００は、照度に応じて３段階に電源電位を制御する点において第１の実施の形態と異なる。
図１１は、本技術の第１の実施の形態の変形例における画素回路３００の一構成例を示す回路図である。この実施の形態の変形例の画素回路３００は、マルチプレクサ２２５がスイッチ２２６をさらに備える点において実施の形態と異なる。
スイッチ２２６は、切替信号ＳＷに従って電位ＶＥ３の端子と抵抗２２３の一端との間の経路を開閉するものである。電位ＶＥ３には、電位ＶＥ２より低い値が設定される。
また、第１の実施の形態の変形例の電源制御部２７３は、計数値ＣＮＴと２つの閾値とを比較し、その比較結果に基づいて、マルチプレクサ２２５に電位ＶＥ１乃至ＶＥ３のいずれかを供給させる。
図１２は、本技術の第１の実施の形態の変形例における電源制御部２７３の動作の一例を示す図である。計数値ＣＮＴが閾値Ｔｈ１以下である（すなわち、照度が低い）場合に電源制御部２７３は、切替信号ＳＷに「０」を設定して最も高い電位ＶＥ１を選択させる。
また、計数値ＣＮＴが閾値Ｔｈ１より大きく、閾値Ｔｈ２以下である（すなわち、照度が中程度である）場合に電源制御部２７３は、切替信号ＳＷに「１」を設定して中間の電位ＶＥ２を選択させる。ここで、閾値Ｔｈ２は、閾値Ｔｈ１より大きな値である。
また、計数値ＣＮＴが閾値Ｔｈ２より大きい（すなわち、照度が高い）場合に電源制御部２７３は、切替信号ＳＷに「２」を設定して最も低い電位ＶＥ３を選択させる。
なお、電源制御部２７３は、計数値ＣＮＴと２つの閾値とを比較して３段階に電源電位を制御しているが、計数値ＣＮＴとＮ個（Ｎは、３以上の整数）の閾値とを比較して（Ｎ＋１）段階以上に電源電位を制御することもできる。
このように、本技術の第１の実施の形態の変形例では、電源制御部２７３が、照度に応じて電位ＶＥ１乃至ＶＥ３のいずれかに電源電位を制御するため、電位ＶＥ１およびＶＥ２のいずれかに制御する場合よりも適切な値に電源電位を制御することができる。
［ロジックチップの構成例］
図１３は、本技術の第２の実施の形態におけるロジックチップ２０２の一構成例を示すブロック図である。このロジックチップ２０２には、垂直制御部２３０、ロジックアレイ部２６０、水平制御部２４０、信号処理部２５０および計時回路２９０が配置される。また、ロジックアレイ部２６０には、受光回路２２０ごとに、論理回路２７０が配列される。これらの論理回路２７０のそれぞれは、対応する受光回路２２０と信号線を介して接続されている。受光回路２２０と、その回路に対応する論理回路２７０とからなる回路は、画像データにおける１画素の画素信号を生成する画素回路として機能する。
そして、垂直制御部２３０には、垂直同期信号が入力され、水平制御部２４０には水平同期信号が入力される。ロジックアレイ部２６０には、撮像制御部１３０からの露光制御信号が入力される。計時回路２９０には、露光制御信号が入力される。
以下、所定方向（水平方向など）に配列された画素回路（受光回路２２０および論理回路２７０）の集合を「行」と称し、行に垂直な方向に配列された画素回路の集合を列と称する。
垂直制御部２３０は、垂直同期信号に同期して行を順に選択するものである。論理回路２７０は、露光期間内に光子が入射された回数を計数して、その計数値を示す信号を画素信号として信号処理部２５０に出力するものである。水平制御部２４０は、水平同期信号に同期して列を順に選択して画素信号を出力させるものである。
信号処理部２５０は、画素信号からなる画像データに対して、フィルタ処理などの所定の信号処理を実行するものである。この信号処理部２５０は、処理後の画像データを記録部１２０に出力する。また、信号処理部２５０には、撮像制御部１３０からの露光時間が入力される。また、信号処理部２５０は、露光期間内の光子の入射回数の推定も行う。推定方法の詳細については後述する。
計時回路２９０は、露光制御信号に従って、露光期間内の相対時刻を計時するものである。この計時回路２９０は、計時した時刻を示すタイマ値を論理回路２７０のそれぞれに入力する。
［画素回路の構成例］
図１４は、本技術の第２の実施の形態における画素回路３００の一構成例を示す回路図である。この画素回路３００は、受光回路２２０と論理回路２７０とを備える。受光回路２２０は、抵抗２２６－１およびフォトダイオード２２７を備える。また、論理回路２７０は、インバータ２７１と、フォトンカウンタ２７４と、計数制御部２７５と、スイッチ２７６、２７７および２８０と、時刻情報保持部２７９とを備える。
フォトダイオード２２７は、入射光を光電変換して光電流を出力するものである。このフォトダイオード２２７のカソードは、抵抗２２６－１を介して電源電位の端子に接続され、アノードは、その電源電位よりも低い電位ＧＮＤ１の端子（接地端子など）に接続される。これにより、フォトダイオード２２７には、逆バイアスが印加される。また、光電流は、フォトダイオード２２７のカソードからアノードへの方向に流れる。
フォトダイオード２２７としては、例えば、光電流を増幅することにより１光子の入射の有無を検出することができるアバランシェフォトダイオードが用いられる。また、アバランシェダイオードの中でも特に、ＳＰＡＤを用いることが望ましい。
抵抗２２６－１の一端は、電源電位の端子に接続され、他端は、フォトダイオード２２７のカソードに接続される。光子の入射が検出されるたびに、抵抗２２６－１に光電流が流れ、フォトダイオード２２７のカソード電位が、電源電位より低い初期状態の値に降下する。
インバータ２７１は、フォトダイオード２２７のカソード電位の信号を反転してパルス信号として、フォトンカウンタ２７４に出力するものである。このインバータ２７１は、カソード電位が所定値より高い場合にローレベルのパルス信号を出力し、その所定値以下の場合にハイレベルのパルス信号を出力する。また、インバータ２７１が接続される接地側の電位ＧＮＤ２は、受光回路２２０内の電位ＧＮＤ２と異なる。
フォトンカウンタ２７４は、露光期間内においてハイレベルのパルス信号が出力された回数を計数するものである。この計数値は、光子の入射の有無の検出によりフォトダイオード２２２の一端の電位（カソード電位など）が変動した回数を示す。光子の実際の入射数に対するパルス数の比率を１／１０とすると、１０個の光子が入射されるたびに１回の計数が行われる。
フォトンカウンタ２７４は、露光開始時に計数値ＣＮＴを初期値（例えば、「０」）にし、露光期間に亘って計数を行う。計数値は、例えば、パルス信号が出力されるたびに増分される。すなわち、アップカウントが行われる。そして、フォトンカウンタ２７４は、露光終了時、または、計数制御部２７５の制御に従って計数を停止し、その計数値ＣＮＴを計数制御部２７５およびスイッチ２７６に出力する。
なお、フォトンカウンタ２７４は、特許請求の範囲に記載の計数部の一例である。また、フォトンカウンタ２７４は、アップカウントを行っているが、アップカウントの代わりにダウンカウントを行ってもよい。
計数制御部２７５は、計数値ＣＮＴが所定の制限値に達した場合に、フォトンカウンタ２７４を停止させるものである。アップカウントの場合には制限値として上限値Ｌ１が用いられる。上限値Ｌ１は、フォトンカウンタ２７４が計数することができる最大値以下の値であり、予めレジスタなどに設定される。例えば、８ビットカウンタをフォトンカウンタ２７４として用いる場合、「２５５」以下の値（「２５４」や「２５５」など）が上限値Ｌ１として設定される。
計数制御部２７５は、露光期間内に計数値ＣＮＴが上限値Ｌ１に達しているか否かを判定し、その判定結果ＤＥＣをフォトンカウンタ２７４、スイッチ２７６、スイッチ２７７および信号処理部２５０に出力する。なお、ダウンカウントが行われる場合には、上限値の代わりに下限値が用いられる。
スイッチ２７７は、判定結果ＤＥＣに従って、計時回路２９０からのタイマ値Ｔｃを時刻情報保持部２７９に保持させるものである。このスイッチ２７７は、計数値ＣＮＴが上限値Ｌ１に達した際に、そのときのタイマ値Ｔｃを時刻情報保持部２７９に保持させる。時刻情報保持部２７９は、タイマ値Ｔｃを保持するものである。
また、信号処理部２５０は、フォトンカウンタ２７４を停止させるまでの時間（タイマ値Ｔｃ）に基づいて露光期間内の光子の入射回数を推定する。この信号処理部２５０は、撮像制御部１３０からの露光時間Ｔｅと、時刻情報保持部２７９に保持されたタイマ値Ｔｃと、上限値Ｌ１とを用いて次の式により推定を行う。なお、信号処理部２５０は、特許請求の範囲に記載の推定部の一例である。
ＥＳＴ＝Ｌ１×（Ｔｅ／Ｔｃ） ・・・式１
上式において、ＥＳＴは、露光期間が経過するまでフォトンカウンタ２７４が停止せずに計数したと仮定したときの計数値であり、この値は、露光期間内の露光量を示す。信号処理部２５０は、ＥＳＴを推定値としてスイッチ２７６に出力する。
スイッチ２７６は、判定結果ＤＥＣに従って、計数値ＣＮＴおよび推定値ＥＳＴのいずれかを選択するものである。このスイッチ２７６は、計数値ＣＮＴが所定の制限値に達した場合に推定値ＥＳＴを選択して出力値ＯＵＴとしてスイッチ２８０に出力する。一方、計数値ＣＮＴが所定の制限値に達していない場合にスイッチ２７６は、計数値ＣＮＴを選択して出力値ＯＵＴとしてスイッチ２８０に供給する。
スイッチ２８０は、水平制御部２４０の制御に従って、出力値ＯＵＴの信号を画素信号として信号処理部２５０に出力するものである。
なお、フォトダイオード２２７のカソードを抵抗２２６－１に接続しているが、図１５に例示するように、アノードを抵抗２２６－１に接続することもできる。
図１６は、本技術の第２の実施の形態におけるフォトンカウンタ２７４の動作の一例を示す図である。フォトンカウンタ２７４には、露光制御信号と判定結果ＤＥＣとが入力される。ここで、露光制御信号には、例えば、露光期間内において「１」が設定され、露光期間外において「０」が設定される。また、判定結果ＤＥＣには、例えば、計数値ＣＮＴが上限値Ｌ１に達した場合に「１」が設定され、計数値ＣＮＴが上限値Ｌ１未満の場合に「０」が設定される。
露光制御信号が「０」（すなわち、露光期間外）である場合にフォトンカウンタ２７４は、判定結果ＤＥＣの値に関わらず、計数動作を停止する。一方、露光制御信号が「１」（すなわち、露光期間内）である場合にフォトンカウンタ２７４は、判定結果ＤＥＣが「０」（すなわち、計数値ＣＮＴが上限値Ｌ１未満）であれば、計数動作を継続して行う。しかし、判定結果ＤＥＣが「１」（すなわち、計数値ＣＮＴが上限値Ｌ１）であれば、フォトンカウンタ２７４は、計数動作を停止する。
図１７は、本技術の第２の実施の形態における計数制御部２７５の動作の一例を示す図である。計数値ＣＮＴが上限値Ｌ１未満である場合に計数制御部２７５は、「０」の判定結果ＤＥＣを出力してフォトンカウンタ２７４に計数動作を継続させる。一方、計数値ＣＮＴが上限値Ｌ１である場合に計数制御部２７５は、「１」の判定結果ＤＥＣを出力してフォトンカウンタ２７４に計数動作を停止させる。
図１８は、本技術の第２の実施の形態における信号処理部２５０の動作の一例を示す図である。判定結果ＤＥＣが「０」（すなわち、計数値ＣＮＴが上限値Ｌ１未満）である場合に信号処理部２５０は、推定値の演算を実行せずに停止する。一方、判定結果ＤＥＣが「１」（すなわち、計数値ＣＮＴが上限値Ｌ１）である場合に信号処理部２５０は、式１を用いて推定値ＥＳＴを演算する。
図１９は、本技術の第２の実施の形態における撮像装置１００の動作の一例を示すタイミングチャートである。垂直同期信号ＶＳＹＮＣの立ち上がりのタイミングＴ０から、その次の立上りのタイミングＴ４までの期間は、垂直同期信号ＶＳＹＮＣの周期に該当する。この周期内において露光期間が設定される。
例えば、撮像制御部１３０は、周期内のタイミングＴ１からタイミングＴ３までの期間を露光期間として設定し、その露光期間内に亘って露光制御信号をハイレベルにする。そして、フォトンカウンタ２７４は、露光期間内において動作して計数値ＣＮＴを計数する。そして、露光期間内のタイミングＴ２において、計数値ＣＮＴが上限値Ｌ１に達すると、計数制御部２７５は、フォトンカウンタ２７４に計数を停止させる。動作停止時に、フォトンカウンタ２７４は、計数値を初期値にする。
また、次の垂直同期信号ＶＳＹＮＣの立ち上がりのタイミングＴ４の後において、撮像制御部１３０は、周期内のタイミングＴ５からタイミングＴ６までの期間を露光期間として設定する。フォトンカウンタ２７４は、その露光期間内において動作して計数値ＣＮＴを計数する。この露光期間内においては、計数値ＣＮＴが上限値Ｌ１に達しなかったため、フォトンカウンタ２７４は露光期間終了時に計数動作を停止する。
上述したように、フォトンカウンタ２７４は、露光期間内に計数値ＣＮＴが上限値Ｌ１に達すると計数を停止する。ここで、一般に、カウント回数が増大するほど、カウンタの消費電力は大きくなる。このため、フォトンカウンタ２７４が、露光期間の途中で計数を停止することにより、停止せずに計数を継続した場合と比較して消費電力を低減することができる。ただし、露光期間の途中で計数を停止した場合、そのときの計数値ＣＮＴ（すなわち、上限値Ｌ１）は、停止せずに露光期間終了時まで計数した際の値と異なるものとなり、露光期間内の露光量に応じた値ではなくなってしまう。そこで、信号処理部２５０が、露光期間終了時の計数値（すなわち、露光量）の推定を行っている。
図２０は、本技術の第２の実施の形態における計数値の変動の一例を示す図である。同図における縦軸は、計数値ＣＮＴを示し、横軸は、計数した時間を示す。タイミングＴ１は、露光開始時刻であり、タイミングＴ３は露光終了時刻である。タイミングＴ１からＴ３までの時間が露光時間Ｔｅに該当する。
タイミングＴ１においてフォトンカウンタ２７４は計数を開始し、時間の経過とともに計数値ＣＮＴは増加する。露光期間において照度の変化が殆ど無い場合、計数値ＣＮＴの増加速度は略一定となり、照度が高いほど、増加速度が速くなる。そして、タイミングＴ２において計数値ＣＮＴが上限値Ｌ１に達したものとする。このタイミングＴ２において、フォトンカウンタ２７４は計数を停止する。
そして、信号処理部２５０は、タイミングＴ１からＴ２までの時間Ｔｃと、露光時間Ｔｅおよび上限値Ｌ１を式１に代入して、露光終了時の計数値を推定値ＥＳＴとして算出する。
フォトンカウンタ２７４が計数することができる最大値を上限値Ｌ１とした場合、上限値Ｌ１に対応する光量を超える量の光を受光した際であっても、固体撮像素子２００は、露光量に応じた計数値を推定することができる。
これに対して、露光期間中に計数を停止しない比較例を想定すると、比較例では、露光量が大きいと、正確な計数値を得られないおそれがある。例えば、８ビットカウンタを用いる場合、「２５５」に対応する光量を超える量の光を受光すると、比較例では、計数値がオーバーフローしてしまい、不正確な値となってしまう。オーバーフローしないようにするには、桁数が十分に多いカウンタを用いればよいが、桁数が多くなるほど、カウンタの消費電力、回路規模やコストが増大するため、望ましくない。
一方、固体撮像素子２００では、式１を用いて信号処理部２５０が露光終了時の計数値を推定するため、露光量に応じた正確な計数値を求めることができる。また、桁数が多いカウンタを用いなくてよいため、消費電力等を削減することができる。
また、上限値Ｌ１を小さくするほど、消費電力を低減することができるが、その代わりに推定値ＥＳＴの誤差が大きくなってしまう。上限値Ｌ１の値は、消費電力の低減のメリットと、推定値ＥＳＴの精度低下のデメリットとを比較考量して決定される。
［画素回路の動作例］
図２１は、本技術の第２の実施の形態における画素回路３００の動作の一例を示すフローチャートである。この動作は、例えば、画像データを撮像するための所定のアプリケーションが実行されたときに開始される。
画素回路３００は、露光開始時刻を経過したか否かを判断する（ステップＳ９０１）。
露光開始時刻を経過した場合に（ステップＳ９０１：Ｙｅｓ）、画素回路３００は、計数値ＣＮＴを計数（すなわち、フォトンカウント）する計数処理を実行する（ステップＳ９１０）。露光開始時刻前の場合（ステップＳ９０１：Ｎｏ）、または、ステップＳ９１０の後に画素回路３００は、ステップＳ９０１以降を繰り返す。
図２２は、本技術の第１の実施の形態における計数処理の一例を示すフローチャートである。画素回路３００内のフォトンカウンタ２７４は、光子数の計数を行い（ステップＳ９１１）、計数制御部２７５は、計数値ＣＮＴが上限値Ｌ１に達したか否かを判断する（ステップＳ９１２）。
計数値ＣＮＴが上限値Ｌ１に達した場合に（ステップＳ９１２：Ｙｅｓ）、フォトンカウンタ２７４は計数を停止し（ステップＳ９１３）、信号処理部２５０は、露光終了時の計数値の推定を行う（ステップＳ９１４）。
一方、計数値ＣＮＴが上限値Ｌ１未満の場合に（ステップＳ９１２：Ｎｏ）、フォトンカウンタ２７４は露光終了時刻であるか否かを判断する（ステップＳ９１５）。露光終了時刻前の場合に（ステップＳ９１５：Ｎｏ）、フォトンカウンタ２７４はステップＳ９１１以降を繰り返し実行する。
露光終了時刻である場合（ステップＳ９１５：Ｙｅｓ）、または、ステップＳ９１４の後に画素回路３００は、計数処理を終了する。
このように、本技術の第１の実施の形態によれば、計数値が上限値に達すると計数制御部２７５が計数を停止させ、信号処理部２５０が露光量を推定するため、露光期間中に計数を停止しない場合と比較して消費電力を低減することができる。
［変形例］
上述の第２の実施の形態では、受光チップ２０１において画素毎に抵抗２２６－１およびフォトダイオード２２７を配置していたが、画素数が増大するほど、受光チップ２０１の回路規模が大きくなるという問題がある。この第２の実施の形態の変形例の固体撮像素子２００は、受光チップ２０１内に、フォトダイオード２２７のみを配置する点において第２の実施の形態と異なる。
図２３は、本技術の第２の実施の形態の変形例における画素回路３００の一構成例を示す回路図である。この第２の実施の形態の変形例の画素回路３００は、受光チップ２０１側の受光回路２２０内にフォトダイオード２２７のみが配置される点において第２の実施の形態と異なる。フォトダイオード２２７以外の回路や素子は、ロジックチップ２０２側に配置される。
このように、本技術の第２の実施の形態の変形例によれば、受光チップ２０１内にフォトダイオード２２７のみを配置したため、抵抗２２６－１およびフォトダイオード２２７の両方を配置する場合と比較して受光チップ２０１の回路規模を小さくすることができる。
＜３．第３の実施の形態＞
上述の第２の実施の形態では、全画素に同一の電源電位を供給していたが、消費電力をさらに低減することが困難である。例えば、全画素の電源電位を低下させれば消費電力を低減することはできるが、電源電位の低下により全画素の感度が低下して、特に照度の低い光が入射する画素において明るさが不足するおそれがある。この第３の実施の形態の固体撮像素子２００は、画素のそれぞれの電源電位を照度に応じて制御する点において第２の実施の形態と異なる。
図２４は、本技術の第３の実施の形態における画素回路３００の一構成例を示す回路図である。この第２の実施の形態の画素回路３００は、スイッチ２２１および２２２と電源制御部２７３とをさらに備える点において第２の実施の形態と異なる。
スイッチ２２１は、電位ＶＥ１の端子と抵抗２２６－１との間の経路を切替信号ＳＷに従って開閉するものである。スイッチ２２２は、電位ＶＥ２の端子と抵抗２２６－１との間の経路を切替信号ＳＷに従って開閉するものである。例えば、電位ＶＥ１は、電位ＶＥ２より高い値に設定される。また、切替信号ＳＷは、電位ＶＥ１およびＶＥ２のいずれかへの電源電位の切り替えを指示する信号である。
これらのスイッチ２２１および２２２からなる回路は、切替信号ＳＷに従って電位ＶＥ１およびＶＥ２のいずれかを選択するマルチプレクサ２２５として機能する。選択された電位は電源電位として供給される。
電源制御部２７３は、スイッチ２７６からの出力値ＯＵＴが大きい（すなわち、照度が高い）ほど低い値に電源電位を制御するものである。この電源制御部２７３は、例えば、出力値ＯＵＴと所定の閾値Ｔｈ１とを比較し、出力値ＯＵＴが閾値Ｔｈ１より大きい（すなわち、照度が高い）場合に低い方の電位ＶＥ２を指示する切替信号ＳＷを供給する。一方、電源制御部２７３は、出力値ＯＵＴが閾値Ｔｈ１以下である（すなわち、照度が低い）場合に高い方の電位ＶＥ１を指示する切替信号ＳＷを供給する。この切替信号ＳＷは、マルチプレクサ２２５の他、計数制御部２７５および信号処理部２５０にも供給される。
また、第２の実施の形態の計数制御部２７５は、切替信号ＳＷの示す電位に応じて、互いに異なる数値であるＬ１およびＬ２のをいずれかを上限値として選択する。Ｌ２には、Ｌ１よりも小さな値が設定される。例えば、切替信号ＳＷが高い方の電位ＶＥ１を指示する場合に、大きい方の上限値Ｌ１が選択される。一方、切替信号ＳＷが低い方の電位ＶＥ２を指示する場合に、小さい方の上限値Ｌ２が選択される。
一般に、電源電位が高いほど、画素の感度が高くなり、光子の入射数に対するパルス数の比率も高くなる。これにより、計数値ＣＮＴの上昇速度が速くなり、推定値ＥＳＴの誤差が大きくなる。そこで、誤差を軽減するために、高い方の電位に対応する上限値Ｌ１には、Ｌ２よりも大きな値が設定される。
また、信号処理部２５０も、計数制御部２７５と同様に、切替信号ＳＷの示す電位に応じて、Ｌ１およびＬ２をいずれかを上限値として選択する。
図２５は、本技術の第３の実施の形態における電源制御部２７３の動作の一例を示す図である。この電源制御部２７３は、計数値ＣＮＴと閾値Ｔｈ１とを比較する。計数値ＣＮＴが閾値Ｔｈ１以下である（すなわち、照度が低い）場合に電源制御部２７３は、切替信号ＳＷをローレベルにして高い方の電位ＶＥ１をマルチプレクサ２２５に選択させる。
図２６は、本技術の第３の実施の形態における計数制御部２７５の動作の一例を示す図である。切替信号ＳＷが「０」である（すなわち、高い方の電位ＶＥ１が選択された）場合に、計数制御部２７５は、上限値Ｌ１を選択する。そして、計数値ＣＮＴが上限値Ｌ１未満である場合に計数制御部２７５は、「０」の判定結果ＤＥＣを出力し、計数値ＣＮＴが上限値Ｌ１である場合に「１」の判定結果ＤＥＣを出力する。
一方、切替信号ＳＷが「１」である（すなわち、低い方の電位ＶＥ２が選択された）場合に、計数制御部２７５は、上限値Ｌ２を選択する。そして、計数値ＣＮＴが上限値Ｌ２未満である場合に計数制御部２７５は、「０」の判定結果ＤＥＣを出力し、計数値ＣＮＴが上限値Ｌ２である場合に「１」の判定結果ＤＥＣを出力する。
図２７は、本技術の第３の実施の形態における信号処理部２５０の動作の一例を示す図である。判定結果ＤＥＣが「０」（すなわち、計数値ＣＮＴが上限値Ｌ１未満）である場合に信号処理部２５０は、推定値の演算を実行せずに停止する。一方、判定結果ＤＥＣが「１」（すなわち、計数値ＣＮＴが上限値Ｌ１）である場合に信号処理部２５０は、推定値ＥＳＴの演算を行う。切替信号ＳＷが「０」である（すなわち、高い方の電位ＶＥ１が選択された）場合に、信号処理部２５０は、上限値Ｌ１を選択して式１により推定値ＥＳＴを求める。
一方、切替信号ＳＷが「１」である（すなわち、低い方の電位ＶＥ２が選択された）場合に、信号処理部２５０は、上限値Ｌ２を選択して次の式により推定値ＥＳＴを求める。
ＥＳＴ＝Ｌ２×（Ｔｅ／Ｔｃ） ・・・式２
図２６は、本技術の第２および第３の実施の形態における画素ごとの電源電位の一例を示す図である。同図におけるａは、本技術の第２の実施の形態における画素ごとの電源電位の一例を示す図であり、同図におけるｂは、全画素に一定の電源電位を供給する第１の実施の形態における画素ごとの電源電位の一例を示す図である。
例えば、高い方の電位ＶＥ１を５ボルト（Ｖ）とし、低い方の電位ＶＥ２を１ボルト（Ｖ）とする。図１９におけるａに例示するように、固体撮像素子２００では、照度の高い光が入射する画素に１ボルトが供給され、照度の低い光が入射する画素には５ボルトが供給される。一方、同図におけるｂに例示するように、第１の実施の形態では、全画素に５ボルトが供給される。
ここで、画素回路３００の消費電力Ｐは、例えば、次の式により表される。
Ｐ＝Ｃ×ＶＥ×ｄＶ
上式において、Ｃは、カソード容量であり、単位は、例えば、ファラッド（Ｆ）である。ＶＥは、電源電位であり、ｄＶは、フォトダイオード２２７のアノード－カソード間の電位差である。
電位差ｄＶは一定となるように制御される。また、カソード容量Ｃも一定であるため、上式より、画素回路３００の電源電位を低くすることにより、その画素の消費電力を低減することができる。仮に、全画素のうち３割の画素の電源電位を１ボルト（Ｖ）に低下させた場合、全画素の電源電位を５ボルトにした場合に対する消費電力の割合は次の式により表される。
４／５×０．３＝０．２４
すなわち、全画素の電源電位が５ボルト（Ｖ）の場合の消費電力を１００パーセント（％）とし、全画素の３割を１ボルト（Ｖ）にすると、消費電力は２４パーセント（％）に低下する。このように、高照度の光が入射する画素と低照度の光が入射する画素とが混在する像を撮像する場合に、後者の画素の電源電位を低下させることにより、全画素に同一の電位を供給する場合と比較して、固体撮像素子２００の消費電力を低減することができる。
図２９は、本技術の第３の実施の形態における画素回路３００の動作の一例を示すフローチャートである。画素回路３００は、計数処理（ステップＳ９１０）の後に、出力値ＯＵＴが閾値Ｔｈ１を超えるか否かを判断する（ステップＳ９０２）。
出力値ＯＵＴが閾値Ｔｈ１を超える場合に（ステップＳ９０２：Ｙｅｓ）、画素回路３００は、電位ＶＥ２を選択し（ステップＳ９０３）、上限値にＬ２を設定する（ステップＳ９０４）。一方、出力値ＯＵＴが閾値Ｔｈ１以下の場合に（ステップＳ９０２：Ｎｏ）、画素回路３００は、電位ＶＥ１を選択し（ステップＳ９０５）、上限値にＬ１を設定する（ステップＳ９０６）。
露光開始時刻前の場合（ステップＳ９０１：Ｎｏ）、ステップＳ９０４またはＳ９０６の後に画素回路３００は、ステップＳ９０１以降を繰り返す。
このように、本技術の第２の実施の形態によれば、画素回路３００内の電源制御部２７３が照度が高いほど低い値に電源電位を制御するため、照度が高い光が入射する画素回路３００の消費電力を低減することができる。
［変形例］
上述の第３の実施の形態では、電源制御部２７３は、照度に応じて電位ＶＥ１およびＶＥ２のいずれかに電源電位を制御していたが、電位ＶＥ１では高すぎる場合や電位ＶＥ２では低すぎる場合がある。このため、電源電位をより細かく制御することが望ましい。この第３の実施の形態の変形例の画素回路３００は、照度に応じて３段階に電源電位を制御する点において第３の実施の形態と異なる。
図３０は、本技術の第３の実施の形態の変形例における画素回路３００の一構成例を示す回路図である。この第３の実施の形態の変形例の画素回路３００は、マルチプレクサ２２５がスイッチ２２３をさらに備える点において第３の実施の形態と異なる。
スイッチ２２３は、切替信号ＳＷに従って電位ＶＥ３の端子と抵抗２２６－１の一端との間の経路を開閉するものである。電位ＶＥ３には、電位ＶＥ２より低い値が設定される。
また、第３の実施の形態の変形例の電源制御部２７３は、計数値ＣＮＴと２つの閾値とを比較し、その比較結果に基づいて、マルチプレクサ２２５に電位ＶＥ１乃至ＶＥ３のいずれかを供給させる。
図３１は、本技術の第３の実施の形態の変形例における電源制御部２７３の動作の一例を示す図である。計数値ＣＮＴが閾値Ｔｈ１以下である（すなわち、照度が低い）場合に電源制御部２７３は、切替信号ＳＷに「０」を設定して最も高い電位ＶＥ１を選択させる。
また、計数値ＣＮＴが閾値Ｔｈ１より大きく、閾値Ｔｈ２以下である（すなわち、照度が中程度である）場合に電源制御部２７３は、切替信号ＳＷに「１」を設定して中間の電位ＶＥ２を選択させる。ここで、閾値Ｔｈ２は、閾値Ｔｈ１より大きな値である。
また、計数値ＣＮＴが閾値Ｔｈ２より大きい（すなわち、照度が高い）場合に電源制御部２７３は、切替信号ＳＷに「２」を設定して最も低い電位ＶＥ３を選択させる。
なお、電源制御部２７３は、計数値ＣＮＴと２つの閾値とを比較して３段階に電源電位を制御しているが、計数値ＣＮＴとＮ個（Ｎは、３以上の整数）の閾値とを比較して（Ｎ＋１）段階以上に電源電位を制御することもできる。
図３２は、本技術の第３の実施の形態の変形例における計数制御部２７５の動作の一例を示す図である。切替信号ＳＷが「０」である（すなわち、電位ＶＥ１が選択された）場合に、計数制御部２７５は、上限値Ｌ１を選択する。切替信号ＳＷが「１」である（すなわち、電位ＶＥ２が選択された）場合に、計数制御部２７５は、上限値Ｌ２を選択する。また、切替信号ＳＷが「２」である（すなわち、電位ＶＥ３が選択された）場合に、計数制御部２７５は、上限値Ｌ３を選択する。上限値Ｌ３には、上限値Ｌ１およびＬ２よりも小さな値が設定される。このように、電源電位が低いほど、小さな上限値が設定される。
図３３は、本技術の第３の実施の形態の変形例における信号処理部２５０の動作の一例を示す図である。判定結果ＤＥＣが「０」（すなわち、計数値ＣＮＴが上限値Ｌ１未満）である場合に信号処理部２５０は、推定値の演算を実行せずに停止する。一方、判定結果ＤＥＣが「１」（すなわち、計数値ＣＮＴが上限値Ｌ１）である場合に信号処理部２５０は、推定値ＥＳＴの演算を行う。切替信号ＳＷが「０」である（すなわち、電位ＶＥ１が選択された）場合に、信号処理部２５０は、上限値Ｌ１を選択して式１により推定値ＥＳＴを求める。切替信号ＳＷが「１」である（すなわち、電位ＶＥ２が選択された）場合に、信号処理部２５０は、上限値Ｌ２を選択して式２により推定値ＥＳＴを求める。
また、切替信号ＳＷが「２」である（すなわち、電位ＶＥ３が選択された）場合に、信号処理部２５０は、上限値Ｌ３を選択して次の式により推定値ＥＳＴを求める。
ＥＳＴ＝Ｌ３×（Ｔｅ／Ｔｃ）
このように、本技術の第３の実施の形態の変形例では、電源制御部２７３が、照度に応じて電位ＶＥ１乃至ＶＥ３のいずれかに電源電位を制御するため、電位ＶＥ１およびＶＥ２のいずれかに制御する場合よりも適切な値に電源電位を制御することができる。
＜４．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３４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３４に示した例では、車両制御システム１２０００は、駆動系制御ユニット１２０１０、ボディ系制御ユニット１２０２０、車外情報検出ユニット１２０３０、車内情報検出ユニット１２０４０、及び統合制御ユニット１２０５０を備える。また、統合制御ユニット１２０５０の機能構成として、マイクロコンピュータ１２０５１、音声画像出力部１２０５２、及び車載ネットワークＩ／Ｆ（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）１２０５３が図示されている。
駆動系制御ユニット１２０１０は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット１２０１０は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。
ボディ系制御ユニット１２０２０は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット１２０２０は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット１２０２０には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット１２０２０は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
車外情報検出ユニット１２０３０は、車両制御システム１２０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット１２０３０には、撮像部１２０３１が接続される。車外情報検出ユニット１２０３０は、撮像部１２０３１に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット１２０３０は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。
撮像部１２０３１は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部１２０３１は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部１２０３１が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。
車内情報検出ユニット１２０４０は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット１２０４０には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部１２０４１が接続される。運転者状態検出部１２０４１は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット１２０４０は、運転者状態検出部１２０４１から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。
マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット１２０１０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ(Advanced Driver Assistance System)の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。
また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット１２０２０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。
音声画像出力部１２０５２は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図３４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３５は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
図３５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３５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。例えば、図１の撮像装置１００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、撮像部１２０３１を含むシステムの消費電力を低減することができる。
なお、上述の実施の形態は本技術を具現化するための一例を示したものであり、実施の形態における事項と、特許請求の範囲における発明特定事項とはそれぞれ対応関係を有する。同様に、特許請求の範囲における発明特定事項と、これと同一名称を付した本技術の実施の形態における事項とはそれぞれ対応関係を有する。ただし、本技術は実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において実施の形態に種々の変形を施すことにより具現化することができる。
また、上述の実施の形態において説明した処理手順は、これら一連の手順を有する方法として捉えてもよく、また、これら一連の手順をコンピュータに実行させるためのプログラム乃至そのプログラムを記憶する記録媒体として捉えてもよい。この記録媒体として、例えば、ＣＤ（Compact Disc）、ＭＤ（MiniDisc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、メモリカード、ブルーレイディスク（Blu-ray（登録商標）Disc）等を用いることができる。
なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって、限定されるものではなく、また、他の効果があってもよい。
なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
（１）入射光を光電変換して光電流を出力するフォトダイオードと、
前記光電流が出力されるたびに前記フォトダイオードの一端の電位を電源電位より低い値に降下させる抵抗と、
前記一端の電位が降下した頻度に基づいて前記入射光の照度を測定する測定部と、
前記測定された照度が高いほど低い値に前記電源電位を制御する電源制御部と
を具備する固体撮像素子。
（２）前記電源制御部は、前記照度と所定の閾値との比較結果に基づいて前記電源電位を制御する
前記（１）記載の固体撮像素子。
（３）前記電源制御部は、前記照度と互いに異なる複数の閾値との比較結果に基づいて前記電源電位を制御する
前記（１）記載の固体撮像素子。
（４）前記フォトダイオード、前記抵抗、前記測定部および前記電源制御部は、二次元格子状に配列された複数の画素回路のそれぞれに配置される
前記（１）から（３）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（５）前記測定部は、所定の露光期間内において前記一端の電位が降下した回数を計数して当該計数値を前記照度の測定値として前記電源制御部に供給する
前記（１）から（４）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（６）互いに異なる複数の電位のいずれかを切替信号に従って選択して前記電源電位として供給する選択部をさらに具備し、
前記電源制御部は、前記切替信号を前記選択部に供給する
前記（１）から（５）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（７）入射光を集光する撮像レンズと、
前記入射光を光電変換して光電流を出力するフォトダイオードと、
前記光電流が出力されるたびに前記フォトダイオードの一端の電位を電源電位より低い値に降下させる抵抗と、
前記一端の電位が降下した頻度に基づいて前記入射光の照度を測定する測定部と、
前記測定された照度が高いほど低い値に前記電源電位を制御する電源制御部と
を具備する固体撮像素子。
（８）入射光を光電変換した光電流がフォトダイオードから出力されるたびに前記フォトダイオードの一端の電位が電源電位より低い値に降下した頻度に基づいて前記入射光の照度を測定する測定手順と、
前記測定された照度が高いほど低い値に前記電源電位を制御する電源制御手順と
を具備する固体撮像素子の制御方法。
（９）所定の露光期間内に光子が入射した回数を計数して計数値を出力する計数部と、
前記所定の露光期間が経過する前に前記計数値が所定の制限値に達した場合には前記計数部を停止させる計数制御部と、
前記計数部を停止させるまでの時間に基づいて前記所定の露光期間内の光子の入射回数を推定して推定値として出力する推定部と
を具備する固体撮像素子。
（１０）前記推定部は、前記計数部を停止させるまでの時間と前記所定の露光期間の長さと前記所定の制限値とから前記推定値を求める
前記（９）記載の固体撮像素子。
（１１）１つの光子の入射の有無を検出するフォトダイオードと、
前記光子の入射が検出されるたびに前記フォトダイオードの一端の電位を初期状態へ戻すための抵抗と、
前記計数値が前記所定の制限値に達した場合には前記推定値を出力値として出力し、前記計数値が前記所定の制限値に達していない場合には前記計数値を前記出力値として出力するスイッチと、
前記出力値に応じて前記電源電位を制御する電源制御部と
をさらに具備し、
前記計数部は、前記一端の電位が前記光子の入射の有無の検出により変動した回数を計数し、
前記計数制御部および前記推定部は、前記電源電位に応じて前記所定の制限値を制御する
前記（９）または（１０）に記載の固体撮像素子。
（１２）前記フォトダイオードは、アバランシェフォトダイオードである
前記（１１）記載の固体撮像素子。
（１３）前記電源制御部は、前記出力値と所定の閾値との比較結果に基づいて前記電源電位を制御する
前記（１１）記載の固体撮像素子。
（１４）前記電源制御部は、前記出力値と互いに異なる複数の閾値との比較結果に基づいて前記電源電位を制御する
前記（１１）記載の固体撮像素子。
（１５）前記フォトダイオードおよび前記抵抗は、受光チップに配置され、
前記計数部、前記計数制御部、前記推定部、前記スイッチおよび前記電源制御部は、前記受光チップに積層されたロジックチップに配置される
前記（１１）から（１３）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１６）前記フォトダイオードは、受光チップに配置され、
前記抵抗、前記計数部、前記計数制御部、前記推定部、前記スイッチおよび前記電源制御部は、前記受光チップに積層されたロジックチップに配置される
前記（１１）から（１３）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１７）前記計数部および前記計数制御部は、二次元格子状に配列された複数の画素回路のそれぞれに配置される
前記（９）から（１６）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１８）所定の露光期間内に光子が入射した回数を計数して計数値を出力する計数部と、
前記所定の露光期間が経過する前に前記計数値が所定の制限値に達した場合には前記計数部を停止させる計数制御部と、
前記計数部を停止させるまでの時間に基づいて前記所定の露光期間内の光子の入射回数を推定して推定値として出力する推定部と、
前記推定値から生成された画像データを記録する記録部と
を具備する撮像装置。
（１９）所定の露光期間内に光子が入射した回数を計数して計数値を出力する計数手順と、
前記所定の露光期間が経過する前に前記計数値が所定の制限値に達した場合には前記計数部を停止させる計数制御手順と、
前記計数部を停止させるまでの時間に基づいて前記所定の露光期間内の光子の入射回数を推定して推定値として出力する推定手順と
を具備する固体撮像素子の制御方法。
１００ 撮像装置
１１０ 撮像レンズ
１２０ 記録部
１３０ 撮像制御部
２００ 固体撮像素子
２０１ 受光チップ
２０２ ロジックチップ
２１０ 受光部
２２０ 受光回路
２２１、２２２、２２３、２２６、２７５、２７６、２７７、２８０ スイッチ
２２３、２２６－１ 抵抗
２２４、２２７ フォトダイオード
２２５ マルチプレクサ
２３０ 垂直制御部
２４０ 水平制御部
２５０ 信号処理部
２６０ ロジックアレイ部
２７０ 論理回路
２７１ インバータ
２７２ トランジスタ
２７３ 電源制御部
２７４ フォトンカウンタ
２７５ 計数制御部
２７９ 時刻情報保持部
２９０ 計時回路
３００ 画素回路
１２０３１ 撮像部

Claims (8)

  1. 入射光を光電変換して光電流を出力するフォトダイオードと、
    前記フォトダイオードの一端と電源電位との間に挿入された抵抗と、
    前記一端の電位が降下した頻度に基づいて前記入射光の照度を測定する測定部と、
    前記測定された照度が高いほど低い値に前記電源電位を制御する電源制御部と
    を具備し、
    前記フォトダイオードの他端は、前記電源電位より低い電位の接地端子に接続されている
    固体撮像素子。
  2. 前記電源制御部は、前記照度と所定の閾値との比較結果に基づいて前記電源電位を制御する
    請求項１記載の固体撮像素子。
  3. 前記電源制御部は、前記照度と互いに異なる複数の閾値との比較結果に基づいて前記電源電位を制御する
    請求項１記載の固体撮像素子。
  4. 前記フォトダイオード、前記抵抗、前記測定部および前記電源制御部は、二次元格子状に配列された複数の画素回路のそれぞれに配置される
    請求項１記載の固体撮像素子。
  5. 前記測定部は、所定の露光期間内において前記一端の電位が降下した回数を計数して計数値を前記照度の測定値として前記電源制御部に供給する
    請求項１記載の固体撮像素子。
  6. 互いに異なる複数の電位のいずれかを切替信号に従って選択して前記電源電位として供給する選択部をさらに具備し、
    前記電源制御部は、前記切替信号を前記選択部に供給する
    請求項１記載の固体撮像素子。
  7. 入射光を集光する撮像レンズと、
    前記入射光を光電変換して光電流を出力するフォトダイオードと、
    前記フォトダイオードのカソードと電源電位との間に挿入された抵抗と、
    前記カソードの電位が降下した頻度に基づいて前記入射光の照度を測定する測定部と、
    前記測定された照度が高いほど低い値に前記電源電位を制御する電源制御部と
    を具備し、
    前記フォトダイオードのアノードは、前記電源電位より低い電位の接地端子に接続されている
    固体撮像素子。
  8. 入射光を光電変換した光電流を出力するフォトダイオードの一端と電源電位との間に挿入された抵抗によって前記一端の電位が降下した頻度に基づいて前記入射光の照度を測定する測定手順と、
    前記測定された照度が高いほど低い値に前記電源電位を制御する電源制御手順と
    を具備し、
    前記フォトダイオードの他端は、前記電源電位より低い電位の接地端子に接続されている
    固体撮像素子の制御方法。
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