KR20200116456A - 고체 촬상 소자, 촬상 장치 및 고체 촬상 소자의 제어 방법 - Google Patents
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Abstract
미약한 광을 검출하는 고체 촬상 소자에 있어서, 소비 전력을 저감한다. 고체 촬상 소자는, 포토다이오드, 저항, 측정부 및 제어부를 구비한다. 포토다이오드는, 입사광을 광전 변환하여 광전류를 출력한다. 저항은, 광전류가 출력될 때마다 포토다이오드의 일단의 전위를 전원 전위보다 낮은 값으로 강하시킨다. 측정부는, 일단의 전위가 강하된 빈도에 기초하여 입사광의 조도를 측정한다. 제어부는, 측정된 조도가 높을수록 낮은 값으로 전원 전위를 제어한다.
Description
본 기술은, 고체 촬상 소자, 촬상 장치 및 고체 촬상 소자의 제어 방법에 관한 것이다. 구체적으로는, 화상 데이터를 촬상하는 고체 촬상 소자, 촬상 장치및 고체 촬상 소자의 제어 방법에 관한 것이다.
종래부터, 촬상 장치 등에 있어서, 화상 데이터를 촬상하기 위해 복수의 화소를 배열한 반도체 디바이스가 이용되고 있다. 예를 들면, 광전류를 증폭하는 애벌런치 포토다이오드 등의 포토다이오드와 CMOS(Complementary MOS)를 화소마다 설치한 반도체 디바이스가 제안되고 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 이 반도체 디바이스에서는, 모든 화소에 대하여 전원 전위는 동일한 값으로 제어된다.
상술한 종래 기술에서는, 애벌런치 포토다이오드에 의해 광전류가 증폭되기 때문에, 미약한 광을 검출할 수 있다. 그러나, 이 종래 기술에서는, 소비 전력을 저감하는 것이 곤란하다. 예를 들어, 전원 전위를 저하시키면 소비 전력을 저감할 수는 있으나, 전원 전위의 저하에 의해 모든 화소의 감도가 저하되고, 특히 조도가 낮은 광이 입사하는 화소에서 밝기가 부족할 우려가 있다.
본 기술은 이러한 상황을 감안하여 만들어진 것으로서, 미약한 광을 검출하는 고체 촬상 소자에 있어서, 소비 전력을 저감하는 것을 목적으로 한다.
본 기술은, 상술한 문제점을 해소하기 위하여 이루어 것으로, 그 제1 측면은, 입사광을 광전 변환하여 광전류를 출력하는 포토다이오드와, 상기 광전류가 출력될 때마다 상기 포토다이오드의 일단의 전위를 전원 전위보다 낮은 값으로 강하시키는 저항과, 상기 일단의 전위가 강하된 빈도에 기초하여 상기 입사광의 조도를 측정하는 측정부와, 상기 측정된 조도가 높을수록 낮은 값으로 상기 전원 전위를 제어하는 전원 제어부를 구비하는 고체 촬상 소자 및 그 제어 방법이다. 이에 의해, 조도가 높을수록 낮은 값으로 전원 전위가 제어된다는 작용을 가져온다.
또한, 이 제1 측면에 있어서, 상기 전원 제어부는, 상기 조도와 소정의 임계값과의 비교 결과에 기초하여 상기 전원 전위를 제어하여도 된다. 이에 의해, 2개의 전위 중 어느 하나로 전원 전위가 제어된다는 작용을 가져온다.
또한, 이 제1 측면에 있어서, 상기 전원 제어부는, 상기 조도와 서로 다른 복수의 임계값과의 비교 결과에 기초하여 상기 전원 전위를 제어하여도 된다. 이에 의해, 3개의 전위 중 어느 것으로 전원 전위가 제어된다는 작용을 가져온다.
또한, 이 제1 측면에 있어서, 상기 포토다이오드, 상기 저항, 상기 측정부 및 상기 전원 제어부는, 2차원 격자 형상으로 배열된 복수의 화소 회로의 각각에 배치되어도 된다. 이에 의해, 화소 회로마다 전원 전위가 제어된다는 작용을 가져온다.
또한, 이 제1 측면에 있어서, 상기 측정부는, 소정의 노광 기간 내에서 상기 일단의 전위가 강하된 횟수를 계수하여 해당 계수치를 상기 조도의 측정값으로서 상기 전원 제어부에 공급하여도 된다. 이에 의해, 노광 기간 내에 상기 일단의 전위가 강하된 회수에 따라 전원 전위가 제어된다는 작용을 가져온다.
또한, 이 제1 측면에 있어서, 서로 다른 복수의 전위 중 어느 하나를 스위칭 신호에 따라 선택하여 상기 전원 전위로서 공급하는 선택부를 더 구비하고, 상기 전원 제어부는, 상기 스위칭 신호를 상기 선택부로 공급하여도 된다. 이에 의해, 복수의 전위 중 어느 것으로 전원 전위가 제어된다는 작용을 가져온다.
또한, 본 기술의 제2 측면은, 입사광을 집광하는 촬상 렌즈와, 상기 입사광을 광전 변환하여 광전류를 출력하는 포토다이오드와, 상기 광전류가 출력될 때마다 상기 포토다이오드의 일단의 전위를 전원 전위보다 낮은 값으로 강하시키는 저항과, 상기 일단의 전위가 강하된 빈도에 기초하여 상기 입사광의 조도를 측정하는 측정부와, 상기 측정된 조도가 높을수록 낮은 값으로 상기 전원 전위를 제어하는 전원 제어부를 구비하는 고체 촬상 소자이다. 이에 의해, 촬상 렌즈로부터의 입사광의 조도가 높을수록 낮은 값으로 전원 전위가 제어된다는 작용을 가져온다.
또한, 본 기술의 제3 측면은, 소정의 노광 기간 내에 광자가 입사한 횟수를 계수하여 계수치를 출력하는 계수부와, 상기 소정의 노광 기간이 경과하기 전에 상기 계수치가 소정의 제한 값에 도달한 경우에는 상기 계수부를 정지시키는 계수 제어부와, 상기 계수부를 정지시킬 때까지의 시간에 기초하여 상기 소정의 노광 기간 내의 광자의 입사 횟수를 추정하여 추정값으로서 출력하는 추정부를 구비하는 고체 촬상 소자 및 그 제어 방법이다. 이에 의해, 계수치가 소정의 제한 값에 도달한 경우에 계수부가 정지하고, 추정값이 출력된다는 작용을 가져온다.
또한, 이 제3 측면에 있어서, 상기 추정부는, 상기 계수부를 정지시킬 때까지의 시간과 상기 소정의 노광 기간의 길이와 상기 소정의 제한 값으로부터 상기 추정값을 구하여도 된다. 이에 의해, 계수치가 소정의 제한 값에 도달할 때까지의 시간과 소정의 노광 기간의 길이와 소정의 제한 값으로부터 얻어진 추정값이 출력된다는 작용을 가져온다.
또한, 이 제3 측면에 있어서, 1개의 광자의 입사 유무를 검출하는 포토다이오드와, 상기 광자의 입사가 검출될 때마다 상기 포토다이오드의 일단의 전위를 초기 상태로 되돌리기 위한 저항과, 상기 계수치가 상기 소정의 제한 값에 도달한 경우에는 상기 추정값을 출력값으로서 출력하고, 상기 계수치가 상기 소정의 제한 값에 도달되어 있지 않을 경우에는 상기 계수치를 상기 출력값으로서 출력하는 스위치와, 상기 출력값에 따라 상기 전원 전위를 제어하는 전원 제어부를 더 구비하고, 상기 계수부는, 상기 일단의 전위가 상기 광자의 입사 유무의 검출에 의해 변동된 횟수를 계수하고, 상기 계수 제어부 및 상기 추정부는, 상기 전원 전위에 따라 상기 소정의 제한 값을 제어할 수도 있다. 이에 의해, 전원 전위에 따라 제어된 제한 값에 계수치가 도달한 경우에 계수부가 정지한다는 작용을 가져온다.
또한, 이 제3 측면에 있어서, 상기 전원 제어부는, 상기 출력값과 소정의 임계값과의 비교 결과에 기초하여 상기 전원 전위를 제어하여도 된다. 이에 의해, 2개의 전위 중 어느 것으로 전원 전위가 제어된다는 작용을 가져온다.
또한, 이 제3 측면에 있어서, 상기 전원 제어부는, 상기 출력값과 서로 다른 복수의 임계값과의 비교 결과에 기초하여 상기 전원 전위를 제어하여도 된다. 이에 의해, 3개 이상의 전위 중 어느 것으로 전원 전위가 제어된다는 작용을 가져온다.
또한, 이 제3 측면에 있어서, 상기 포토다이오드 및 상기 저항은 수광 칩에 배치되고, 상기 계수부, 상기 계수 제어부, 상기 추정부, 상기 스위치 및 상기 전원 제어부는, 상기 수광 칩에 적층된 로직 칩에 배치되어도 된다. 이에 의해, 수광 칩 내의 저항에 의해, 전위 강하가 생긴다는 작용을 가져온다.
또한, 이 제3 측면에 있어서, 상기 포토다이오드는 수광 칩에 배치되고, 상기 저항, 상기 계수부, 상기 계수 제어부, 상기 추정부, 상기 스위치 및 상기 전원 제어부는, 상기 수광 칩에 적층된 로직 칩에 배치되어도 된다. 이에 의해, 로직 칩 내의 저항에 의해, 전위 강하가 생긴다는 작용을 가져온다.
또한, 이 제3 측면에 있어서, 상기 계수부 및 상기 계수 제어부는, 2차원 격자 형상으로 배열된 복수의 화소 회로의 각각에 배치되어도 된다. 이에 의해, 화소 회로마다, 추정값이 출력된다는 작용을 가져온다.
또한, 본 기술의 제4 측면은, 소정의 노광 기간 내에 광자가 입사한 횟수를 계수하여 계수치를 출력하는 계수부와, 상기 소정의 노광 기간이 경과하기 전에 상기 계수치가 소정의 제한 값에 도달한 경우에는 상기 계수부를 정지시키는 계수 제어부와, 상기 계수부를 정지시킬 때까지의 시간에 기초하여 상기 소정의 노광 기간 내의 광자의 입사 횟수를 추정하여 추정값으로서 출력하는 추정부와, 상기 추정값으로부터 생성된 화상 데이터를 기록하는 기록부를 구비하는 촬상 장치이다. 이에 의해, 계수치가 소정의 제한 값에 도달한 경우에 계수부가 정지하고, 추정값으로부터 생성된 화상 데이터가 기록된다는 작용을 가져온다.
본 기술에 의하면, 미약한 광을 검출하는 고체 촬상 소자에 있어서, 소비 전력을 저감할 수 있다고 하는 우수한 효과를 얻을 수 있다. 한편, 여기에 기재된 효과는 반드시 한정되는 것은 아니고, 본 개시 중에 기재된 어느 효과이어도 된다.
도 1은 본 기술의 제1 실시형태에 있어서의 촬상 장치의 일 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 기술의 제1 실시형태에 있어서의 고체 촬상 소자의 적층 구조의 일례를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 기술의 제1 실시형태에 있어서의 수광 칩의 일 구성예를 나타내는 평면도이다.
도 4는 본 기술의 제1 실시형태에 있어서의 로직 칩의 일 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 5는 본 기술의 제1 실시형태에 있어서의 화소 회로의 일 구성예를 나타내는 회로도이다.
도 6은 본 기술의 제1 실시형태에 있어서의 애노드, 캐소드를 반대로 하였을 때의 화소 회로의 일 구성예를 나타내는 회로도이다.
도 7은 본 기술의 제1 실시형태에 있어서의 촬상 장치의 동작의 일례를 나타내는 타이밍 차트이다.
도 8은 본 기술의 제1 실시형태에 있어서의 전원 제어부의 동작의 일례를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 기술의 제1 실시형태와 비교예의 각각에 있어서의 화소마다의 전원 전위의 일례를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 기술의 제1 실시형태에 있어서의 촬상 장치의 동작의 일례를 나타내는 플로우챠트이다.
도 11은 본 기술의 제1 실시형태의 변형예에 있어서의 화소 회로의 일 구성예를 나타내는 회로도이다.
도 12는 본 기술의 제1 실시형태의 변형예에 있어서의 전원 제어부의 동작의 일례를 나타내는 도면이다.
도 13은 본 기술의 제2 실시형태에 있어서의 로직 칩의 일 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 14는 본 기술의 제2 실시형태에 있어서의 화소 회로의 일 구성예를 나타내는 회로도이다.
도 15는 본 기술의 제2 실시형태에 있어서의 애노드, 캐소드를 반대로 하였을 때의 화소 회로의 일 구성예를 나타내는 회로도이다.
도 16은 본 기술의 제2 실시형태에 있어서의 광자 카운터(photon counter)의 동작의 일례를 나타내는 도면이다.
도 17은 본 기술의 제2 실시형태에 있어서의 계수 제어부의 동작의 일례를 나타내는 도면이다.
도 18은 본 기술의 제2 실시형태에 있어서의 신호 처리부의 동작의 일례를 나타내는 도면이다.
도 19는 본 기술의 제2 실시형태에 있어서의 촬상 장치의 동작의 일례를 나타내는 타이밍 차트이다.
도 20은 본 기술의 제2 실시형태에 있어서의 계수치의 변동의 일례를 나타내는 도면이다.
도 21은 본 기술의 제2 실시형태에 있어서의 화소 회로의 동작의 일례를 나타내는 플로우챠트이다.
도 22는 본 기술의 제2 실시형태에 있어서의 계수 처리의 일례를 나타내는 플로우챠트이다.
도 23은 본 기술의 제2 실시형태의 변형예에 있어서의 화소 회로의 일 구성예를 나타내는 회로도이다.
도 24는 본 기술의 제3 실시형태에 있어서의 화소 회로의 일 구성예를 나타내는 회로도이다.
도 25는 본 기술의 제3 실시형태에 있어서의 전원 제어부의 동작의 일례를 나타내는 도면이다.
도 26은 본 기술의 제3 실시형태에 있어서의 계수 제어부의 동작의 일례를 나타내는 도면이다.
도 27은 본 기술의 제3 실시형태에 있어서의 신호 처리부의 동작의 일례를 나타내는 도면이다.
도 28은 본 기술의 제3 및 제2 실시형태에 있어서의 화소마다의 전원 전위의 일례를 나타내는 도면이다.
도 29는 본 기술의 제3 실시형태에 있어서의 화소 회로의 동작의 일례를 나타내는 플로우챠트이다.
도 30은 본 기술의 제3 실시형태의 변형예에 있어서의 화소 회로의 일 구성예를 나타내는 회로도이다.
도 31은 본 기술의 제3 실시형태의 변형예에 있어서의 전원 제어부의 동작의 일례를 나타내는 도면이다.
도 32는 본 기술의 제3 실시형태의 변형예에 있어서의 계수 제어부의 동작의 일례를 나타내는 도면이다.
도 33은 본 기술의 제3 실시형태의 변형예에 있어서의 신호 처리부의 동작의 일례를 나타내는 도면이다.
도 34는 차량 제어 시스템의 개략적인 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 35는 촬상부의 설치 위치의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 2는 본 기술의 제1 실시형태에 있어서의 고체 촬상 소자의 적층 구조의 일례를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 기술의 제1 실시형태에 있어서의 수광 칩의 일 구성예를 나타내는 평면도이다.
도 4는 본 기술의 제1 실시형태에 있어서의 로직 칩의 일 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 5는 본 기술의 제1 실시형태에 있어서의 화소 회로의 일 구성예를 나타내는 회로도이다.
도 6은 본 기술의 제1 실시형태에 있어서의 애노드, 캐소드를 반대로 하였을 때의 화소 회로의 일 구성예를 나타내는 회로도이다.
도 7은 본 기술의 제1 실시형태에 있어서의 촬상 장치의 동작의 일례를 나타내는 타이밍 차트이다.
도 8은 본 기술의 제1 실시형태에 있어서의 전원 제어부의 동작의 일례를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 기술의 제1 실시형태와 비교예의 각각에 있어서의 화소마다의 전원 전위의 일례를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 기술의 제1 실시형태에 있어서의 촬상 장치의 동작의 일례를 나타내는 플로우챠트이다.
도 11은 본 기술의 제1 실시형태의 변형예에 있어서의 화소 회로의 일 구성예를 나타내는 회로도이다.
도 12는 본 기술의 제1 실시형태의 변형예에 있어서의 전원 제어부의 동작의 일례를 나타내는 도면이다.
도 13은 본 기술의 제2 실시형태에 있어서의 로직 칩의 일 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 14는 본 기술의 제2 실시형태에 있어서의 화소 회로의 일 구성예를 나타내는 회로도이다.
도 15는 본 기술의 제2 실시형태에 있어서의 애노드, 캐소드를 반대로 하였을 때의 화소 회로의 일 구성예를 나타내는 회로도이다.
도 16은 본 기술의 제2 실시형태에 있어서의 광자 카운터(photon counter)의 동작의 일례를 나타내는 도면이다.
도 17은 본 기술의 제2 실시형태에 있어서의 계수 제어부의 동작의 일례를 나타내는 도면이다.
도 18은 본 기술의 제2 실시형태에 있어서의 신호 처리부의 동작의 일례를 나타내는 도면이다.
도 19는 본 기술의 제2 실시형태에 있어서의 촬상 장치의 동작의 일례를 나타내는 타이밍 차트이다.
도 20은 본 기술의 제2 실시형태에 있어서의 계수치의 변동의 일례를 나타내는 도면이다.
도 21은 본 기술의 제2 실시형태에 있어서의 화소 회로의 동작의 일례를 나타내는 플로우챠트이다.
도 22는 본 기술의 제2 실시형태에 있어서의 계수 처리의 일례를 나타내는 플로우챠트이다.
도 23은 본 기술의 제2 실시형태의 변형예에 있어서의 화소 회로의 일 구성예를 나타내는 회로도이다.
도 24는 본 기술의 제3 실시형태에 있어서의 화소 회로의 일 구성예를 나타내는 회로도이다.
도 25는 본 기술의 제3 실시형태에 있어서의 전원 제어부의 동작의 일례를 나타내는 도면이다.
도 26은 본 기술의 제3 실시형태에 있어서의 계수 제어부의 동작의 일례를 나타내는 도면이다.
도 27은 본 기술의 제3 실시형태에 있어서의 신호 처리부의 동작의 일례를 나타내는 도면이다.
도 28은 본 기술의 제3 및 제2 실시형태에 있어서의 화소마다의 전원 전위의 일례를 나타내는 도면이다.
도 29는 본 기술의 제3 실시형태에 있어서의 화소 회로의 동작의 일례를 나타내는 플로우챠트이다.
도 30은 본 기술의 제3 실시형태의 변형예에 있어서의 화소 회로의 일 구성예를 나타내는 회로도이다.
도 31은 본 기술의 제3 실시형태의 변형예에 있어서의 전원 제어부의 동작의 일례를 나타내는 도면이다.
도 32는 본 기술의 제3 실시형태의 변형예에 있어서의 계수 제어부의 동작의 일례를 나타내는 도면이다.
도 33은 본 기술의 제3 실시형태의 변형예에 있어서의 신호 처리부의 동작의 일례를 나타내는 도면이다.
도 34는 차량 제어 시스템의 개략적인 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 35는 촬상부의 설치 위치의 일례를 나타내는 설명도이다.
이하, 본 기술을 실시하기 위한 형태(이하, 실시형태라고 함)에 대해 설명한다. 설명은 이하의 순서로 행한다.
1. 제1 실시형태(조도에 따라 전원 전위를 2단계로 제어하는 예)
2. 제2 실시형태(계수치가 상한값에 도달하면 계수를 정지하는 예)
3. 제3 실시형태(전원 전위를 제어하고, 계수치가 상한값에 도달하면 계수를 정지하는 예)
4.이동체에의 응용예
<1. 제1 실시형태>
[촬상 장치의 구성예]
도 1은, 본 기술의 제1 실시형태에 있어서의 촬상 장치(100)의 일 구성예를 나타내는 블록도이다. 이 촬상 장치(100)는, 화상 데이터를 촬상하는 것으로, 촬상 렌즈(110), 고체 촬상 소자(200), 기록부(120) 및 촬상 제어부(130)을 구비한다. 촬상 장치(100)로서는, 예를 들면, 스마트폰, 디지털카메라, 퍼스널컴퓨터, 차량용 카메라나 IoT(Internet of Things) 카메라가 상정된다.
촬상 렌즈(110)는, 입사광을 집광하여 고체 촬상 소자(200)로 유도하는 것이다. 고체 촬상 소자(200)는, 촬상 제어부(130)의 제어에 따라 화상 데이터를 촬상하는 것이다. 이 고체 촬상 소자(200)는, 촬상한 화상 데이터를 기록부(120)에 신호선(209)을 통해 공급한다. 기록부(120)는, 화상 데이터를 기록하는 것이다.
촬상 제어부(130)는, 고체 촬상 소자(200)를 제어하여 화상 데이터를 촬상시키는 것이다. 이 촬상 제어부(130)는, 예를 들면, 수직 동기 신호 등의 동기 신호와, 노광 기간을 제어하는 노광 제어 신호를 고체 촬상 소자(200)에 신호선(139)을 통해 공급한다.
한편, 촬상 장치(100)은, 인터페이스를 더 구비하여, 이 인터페이스에 의해 화상 데이터를 외부로 송신하여도 되고, 표시부를 더 구비하여, 표시부에 화상 데이터를 표시하여도 된다.
[고체 촬상 소자의 구성예]
도 2는, 본 기술의 제1 실시형태에 있어서의 고체 촬상 소자(200)의 적층 구조의 일례를 나타내는 도면이다. 이 고체 촬상 소자(200)는, 수광 칩(201)과, 이 수광 칩(201)에 적층된 로직 칩(202)을 구비한다. 이들 칩 사이에는, 신호를 전송하기 위한 신호선이 마련된다.
[수광 칩의 구성예]
도 3은, 본 기술의 제1 실시형태에 있어서의 수광 칩(201)의 일 구성예를 나타내는 평면도이다. 이 수광 칩(201)에는, 수광부(210)가 마련되고, 수광부(210)에는, 2차원 격자 형상으로 복수의 수광 회로(220)가 설치된다. 수광 회로(220)의 상세에 대해서는 후술한다.
[로직 칩의 구성예]
도 4는, 본 기술의 제1 실시형태에 있어서의 로직 칩(202)의 일 구성예를 나타내는 블록도이다. 이 로직 칩(202)에는, 수직 제어부(230), 로직 어레이부(260), 수평 제어부(240) 및 신호 처리부(250)가 배치된다. 또한, 로직 어레이부(260)에는, 수광 회로(220)마다 논리 회로(270)가 배열된다. 이들 논리 회로(270)의 각각은, 대응하는 수광 회로(220)와 신호선을 통해 접속되고 있다. 수광 회로(220)와, 그 회로에 대응하는 논리 회로(270)로 이루어지는 회로는, 화상 데이터에서의 1 화소의 화소 신호를 생성하는 화소 회로로서 기능한다.
그리고, 수직 제어부(230)에는 수직 동기 신호가 입력되고, 수평 제어부(240)에는 수평 동기 신호가 입력된다. 로직 어레이부(260)에는, 노광 제어 신호가 입력된다.
이하, 소정 방향(수평 방향 등)으로 배열된 화소 회로(수광 회로(220) 및 논리 회로(270))의 집합을 "행"이라고 칭하고, 행에 수직인 방향으로 배열된 화소 회로의 집합을 "열"이라고 칭한다.
수직 제어부(230)는, 수직 동기 신호에 동기하여 행을 순차로 선택하는 것이다. 논리 회로(270)는, 노광 기간 내의 광자(photon)의 개수를 계수하고, 그 계수치를 나타내는 신호를 화소 신호로서 출력하는 것이다. 수평 제어부(240)는, 수평 동기 신호에 동기하여 열을 순차로 선택하여 화소 신호를 출력시키는 것이다.
신호 처리부(250)는, 화소 신호로 이루어지는 화상 데이터에 대하여, 필터 처리 등의 소정의 신호 처리를 실행하는 것이다. 이 신호 처리부(250)는, 처리 후의 화상 데이터를 기록부(120)에 출력한다.
[화소 회로의 구성예]
도 5는, 본 기술의 제1 실시형태에 있어서의 화소 회로(300)의 일 구성예를 나타내는 회로도이다. 이 화소 회로(300)는, 수광 회로(220)와 논리 회로(270)를 구비한다. 수광 회로(220)은, 스위치(221 및 222)와, 저항(223)과, 포토다이오드(224)를 구비한다. 또한, 논리 회로(270)는, 인버터(271), 트랜지스터(272), 전원 제어부(273), 광자 카운터(274) 및 스위치(275)를 구비한다.
스위치(221)은, 전위(VE1) 단자와 저항(223)의 사이의 경로를 스위칭 신호(SW)에 따라 개폐하는 것이다. 스위치(222)는, 전위(VE2) 단자와 저항(223)의 사이의 경로를 스위칭 신호(SW)에 따라 개폐하는 것이다. 예를 들면, 전위(VE1)는, 전위(VE2)보다 높은 값으로 설정된다.
이들 스위치(221 및 222)로 이루어지는 회로는, 스위칭 신호(SW)에 따라 전위(VE1 및 VE2)의 어느 것을 선택하는 멀티플렉서(225)로서 기능한다. 선택된 전위는 전원 전위로서 공급된다. 한편, 멀티플렉서(225)는, 특허청구의 범위에 기재된 선택부의 일례이다.
포토다이오드(224)는, 입사광을 광전 변환하여 광전류를 출력하는 것이다. 이 포토다이오드(224)의 캐소드는 저항(223)을 통해 멀티플렉서(225)에 접속되고, 애노드는 멀티플렉서(225)로부터의 전원 전위보다 낮은 전위의 단자(접지 단자 등)에 접속된다. 이에 의해, 포토다이오드(224)에는, 역 바이어스가 인가된다. 또한, 광전류는, 포토다이오드(224)의 캐소드로부터 애노드로의 방향으로 흐른다.
포토다이오드(224)로서는, 예를 들면, 광전류를 증폭하는 애벌런치 포토다이오드가 사용된다. 또한, 애벌런치 다이오드 중에서도 특히, SPAD(Single-Photon Avalanche Diode)을 이용하는 것이 바람직하다. SPAD는, 애벌런치 포토다이오드의 일종이며, 광자 1개를 검출할 수 있을 정도로 감도가 높은 것이다.
저항(223)의 일단은 멀티플렉서(225)에 공통으로 접속되고, 타단은 포토다이오드(224)의 캐소드에 접속된다. 광전류가 출력될 때마다 저항(223)에 광전류가 흐르고, 포토다이오드(224)의 캐소드 전위가 멀티플렉서(225)로부터의 전원 전위보다 낮은 값으로 강하한다.
인버터(271)는, 포토다이오드(224)의 캐소드 전위의 신호를 반전시켜 펄스 신호(OUT)로서, 광자 카운터(274)에 출력하는 것이다. 이 인버터(271)는, 캐소드 전위가 소정 값보다 높을 경우에 로우 레벨의 펄스 신호(OUT)를 출력하고, 이 소정 값 이하일 경우에 하이 레벨의 펄스 신호(OUT)를 출력한다.
트랜지스터(272)의 게이트에는 수직 제어부(230)로부터의 게이트 신호(GAT)가 인가되고, 소스는 백 게이트 및 접지 단자와 접속되고, 드레인은 포토다이오드(224)의 캐소드와 인버터(271)의 입력 단자에 접속된다. 트랜지스터(272)로서, 예를 들면, N형의 MOS(Metal Oxide Semiconductor) 트랜지스터가 이용된다. 수직 제어부(230)는, 예를 들면, 선택한 행에 로우 레벨의 게이트 신호(GAT)를 공급한다.
광자 카운터(274)는, 노광 기간 내에서 하이 레벨의 펄스 신호(OUT)가 출력된 회수를 계수하는 것이다. 이 광자 카운터(274)는, 노광 시작 시에 계수치(CNT)를 초기 값(예를 들면, "0")으로 하고, 노광 기간에 걸쳐 계수를 행한다. 그리고, 광자 카운터(274)는, 노광 종료 시에 계수를 정지하고, 그 계수치(CNT)를 전원 제어부(273)와 스위치(275)에 출력한다.
화소 회로(300)로의 입사광의 조도가 높을수록, 그 입사광 내의 광자의 입사 빈도가 높아진다. 그리고, 광자의 입사 빈도가 높을수록, 포토다이오드(224)의 캐소드 전위가 강하하는 빈도가 높아지고, 하이 레벨의 펄스 신호의 출력 빈도가 높아진다. 그리고, 펄스 신호의 출력 빈도가 높을수록, 노광 종료 시의 계수치(CNT)의 값이 커진다. 즉, 계수치(CNT)는, 조도를 측정한 값이 된다. 한편, 광자 카운터(274)는, 특허청구의 범위에 기재된 측정부의 일례이다.
전원 제어부(273)는, 계수치(CNT)가 클수록(즉, 조도가 높을수록) 낮은 값으로 전원 전위를 제어하는 것이다. 이 전원 제어부(273)는, 예를 들면, 계수치(CNT)와 소정의 임계값(Th1)을 비교하고, 계수치(CNT)가 임계값(Th1)보다 큰(즉, 조도가 높은) 경우에 낮은 쪽의 전위(VE2)을 지시하는 스위칭 신호(SW)를 공급한다. 한편, 전원 제어부(273)는, 계수치(CNT)가 임계값(Th1) 이하인(즉, 조도가 낮은) 경우에 높은 쪽의 전위(VE1)을 지시하는 스위칭 신호(SW)를 공급한다.
조도가 높을 때 낮은 쪽의 전위(VE2)을 선택함으로써, 화소 회로(300)의 소비 전력을 저감할 수 있다. 낮은 쪽의 전위(VE2)의 선택에 의해, 화소 회로(300)의 감도가 저하되지만, 그 화소의 조도는 높기 때문에, 밝기의 변동은 적다.
스위치(275)는, 수평 제어부(240)의 제어에 따라, 계수치(CNT)의 신호를 화소 신호(OUT)로서 신호 처리부(250)에 출력하는 것이다.
한편, 포토다이오드(224)의 캐소드를 저항(223)에 접속하고 있으나, 도 6에 예시한 바와 같이 애노드를 저항(223)에 접속할 수도 있다.
[촬상 장치의 동작 예]
도 7은, 본 기술의 제1 실시형태에 있어서의 촬상 장치의 동작의 일례를 나타내는 타이밍 차트이다. 수직 동기 신호(VSYNC)의 상승 타이밍(T0)으로부터, 그 다음 상승 타이밍(T3)까지의 기간은, 수직 동기 신호(VSYNC)의 주기에 해당한다. 이 주기 내에 있어서 노광 기간이 설정된다.
예를 들면, 촬상 제어부(130)는, 주기 내의 타이밍(T1)에서부터 타이밍(T2)까지의 기간을 노광 기간으로서 설정하고, 그 노광 기간 내에 걸쳐 노광 제어 신호를 하이 레벨로 한다. 그리고, 광자 카운터(274)는, 노광 기간 내에서 동작하여 계수치(CNT)를 계수하고, 노광 기간 밖에서 계수를 정지한다.
노광 종료 시의 타이밍(T2)에서, 화소마다 전원 제어부(273)는, 계수치(CNT)에 따라 전원 전위를 제어한다.
도 8은, 본 기술의 제1 실시형태에 있어서의 전원 제어부(273)의 동작의 일례를 나타내는 도면이다. 이 전원 제어부(273)은, 계수치(CNT)와 임계값(Th1)을 비교한다. 계수치(CNT)가 임계값(Th1) 이하인(즉, 조도가 낮은) 경우에 전원 제어부(273)는 스위칭 신호(SW)를 로우 레벨로 하고 높은 쪽의 전위(VE1)를 멀티플렉서(225)에 선택시킨다.
한편, 계수치(CNT)가 임계값(Th1)보다 큰(즉, 조도가 높은) 경우에 전원 제어부(273)는, 스위칭 신호(SW)를 하이 레벨로 하고 낮은 쪽의 전위(VE2)를 선택시킨다.
도 9는, 본 기술의 제1 실시형태와 비교예의 각각에 있어서의 화소마다의 전원 전위의 일례를 나타내는 도면이다. 동 도면의 a는, 본 기술의 실시형태에 있어서의 화소마다의 전원 전위의 일례를 나타내는 도면이고, 동 도면의 b는, 모든 화소에 일정한 전원 전위를 공급하는 비교예에서의 화소마다의 전원 전위의 일례를 나타내는 도면이다.
예를 들면, 높은 쪽의 전위(VE1)를 5 볼트(V)로 하고, 낮은 쪽의 전위(VE2)를 1 볼트(V)로 한다. 도 9의 a에 예시한 바와 같이, 고체 촬상 소자(200)에서는, 조도가 높은 광이 입사하는 화소에 1 볼트가 공급되고, 조도가 낮은 광이 입사하는 화소에는 5 볼트가 공급된다. 한편, 동 도면의 b에 예시한 바와 같이, 비교예에서는, 모든 화소에 5볼트가 공급된다.
여기서, 화소 회로(300)의 소비 전력(P)는, 예를 들면, 다음 식에 의해 나타내진다.
P=C×VE×dV
위 식에 있어서, C는 캐소드 용량이며, 단위는 예를 들면 패럿(farad)(F)이다. VE는 전원 전위이고, dV는 포토다이오드(224)의 애노드-캐소드 간 전위차이다.
전위차(dV)는 일정하게 되도록 제어된다. 또한, 캐소드 용량(C)도 일정하기 때문에, 위 식으로부터, 화소 회로(300)의 전원 전위를 낮게 함으로써, 그 화소의 소비 전력을 저감할 수 있다. 가령, 전체 화소 중 3할의 화소의 전원 전위를 1볼트(V)로 저하시킨 경우, 전체 화소의 전원 전위를 5볼트로 한 경우에 대한 소비 전력의 비율은 다음 식에 의해 나타내진다.
4/5×0.3=0.24
즉, 전체 화소의 전원 전위가 5볼트(V)인 경우의 소비 전력을 100퍼센트(%)로 하여, 전체 화소의 3할을 1볼트(V)로 하면, 소비 전력은 24퍼센트(%)로 저하된다. 이와 같이, 고조도의 광이 입사하는 화소와 저조도의 광이 입사하는 화소가 혼재하는 상을 촬상하는 경우에, 후자의 화소의 전원 전위를 저하시킴으로써, 전체 화소에 동일한 전위를 공급하는 경우와 비교하여, 고체 촬상 소자(200)의 소비 전력을 저감할 수 있다.
도 10은, 본 기술의 제1 실시형태에 있어서의 촬상 장치(100)의 동작의 일례를 나타내는 플로우챠트이다. 이 동작은, 예를 들면, 화상 데이터를 촬상하기 위한 소정의 어플리케이션이 실행되었을 때에 개시된다.
촬상 장치(100)는, 노광 시작 시각을 경과하였는지 아닌지를 판단한다(스텝 S901). 노광 시작 시각 전인 경우(스텝 S901:No), 촬상 장치(100)는, 스텝 S901을 반복한다.
한편, 노광 시작 시각을 경과한 경우(스텝 S901:Yes), 촬상 장치(100)는, 화소마다 계수치(CNT)의 계수(즉, 광자 카운트)를 행한다(스텝 S902). 그리고, 촬상 장치(100)는, 노광 종료 시각을 경과하였는지를 판단한다(스텝 S903). 노광 종료 시각 전인 경우(스텝 S903:No), 촬상 장치(100)는, 스텝 S902를 반복한다.
한편, 노광 종료 시각을 경과한 경우(스텝 S903:Yes), 촬상 장치(100) 내의 각각의 화소 회로(300)는, 계수치(CNT)가 임계값(Th1)보다 큰지를 판단한다(스텝 S904). 계수치(CNT)가 임계값(Th1)보다 큰 경우(스텝 S904:Yes), 화소 회로(300)는, 낮은 쪽의 전위(VE2)를 전원 전위로서 선택한다(스텝 S905). 한편, 계수치(CNT)가 임계값(Th1) 이하인 경우(스텝 S904:No), 화소 회로(300)는, 높은 쪽의 전위(VE1)를 선택한다(스텝 S906). 스텝 S905 또는 S906의 이후에, 촬상 장치(100)는, 화상 데이터에 대한 신호 처리를 실행한다(스텝 S907). 스텝 S907의 후에, 촬상 장치(100)는, 스텝 S901 이후를 반복하여 실행한다. 한편, 스텝 S904 내지 S905은, 전체 화소에 대해 화소마다 실행된다.
이와 같이, 본 기술의 실시형태에서는, 화소 회로(300) 내의 전원 제어부(273)가 조도가 높을수록 낮은 값으로 전원 전위를 제어하기 때문에, 조도가 높은 광이 입사하는 화소 회로(300)의 소비 전력을 저감할 수 있다.
[변형예]
상술한 제1 실시형태에서는, 전원 제어부(273)는, 조도에 따라 전위(VE1) 또는 전위(VE2)의 어느 하나로 전원 전위를 제어하고 있었으나, 전위(VE1)가 지나치게 높거나 전위(VE2)가 지나치게 낮을 경우가 있다. 이 때문에, 전원 전위를 보다미세하게 제어하는 것이 바람직하다. 이 제1 실시형태의 변형예의 화소 회로(300)는, 조도에 따라 3단계로 전원 전위를 제어하는 점에 있어서 제1 실시형태와 다르다.
도 11은, 본 기술의 제1 실시형태의 변형예에 있어서의 화소 회로(300)의 일 구성예를 나타내는 회로도이다. 이 실시형태의 변형예의 화소 회로(300)는, 멀티플렉서(225)가 스위치(226)을 더 구비하는 점에 있어서 실시형태와 다르다.
스위치(226)는, 스위칭 신호(SW)에 따라 전위(VE3)의 단자와 저항(223)의 일단과의 사이의 경로를 개폐하는 것이다. 전위(VE3)에는, 전위(VE2)보다 낮은 값이 설정된다.
또한, 제1 실시형태의 변형예의 전원 제어부(273)는, 계수치(CNT)와 2개의 임계값을 비교하고, 그 비교 결과에 기초하여, 멀티플렉서(225)에 전위(VE1 내지 VE3)의 어느 것을 공급시킨다.
도 12는, 본 기술의 제1 실시형태의 변형예에 있어서의 전원 제어부(273)의 동작의 일례를 나타내는 도면이다. 계수치(CNT)가 임계값(Th1) 이하인(즉, 조도가 낮은) 경우에, 전원 제어부(273)는, 스위칭 신호(SW)에 "0"을 설정하여 가장 높은 전위(VE1)을 선택시킨다.
또한, 계수치(CNT)가 임계값(Th1)보다 크고, 임계값(Th2) 이하인(즉, 조도가 중간 정도) 경우에, 전원 제어부(273)는, 스위칭 신호(SW)에 "1"을 설정하여 중간 전위(VE2)을 선택시킨다. 여기서, 임계값(Th2)은, 임계값(Th1)보다 큰 값이다.
또한, 계수치(CNT)가 임계값(Th2)보다 큰(즉, 조도가 높은) 경우에, 전원 제어부(273)는, 스위칭 신호(SW)에 "2"을 설정하여 가장 낮은 전위(VE3)을 선택시킨다.
한편, 전원 제어부(273)는, 계수치(CNT)와 2개의 임계값을 비교하여 3단계로 전원 전위를 제어하고 있으나, 계수치(CNT)와 N개(N은, 3이상의 정수)의 임계값을 비교하여 (N+1)단계 이상으로 전원 전위를 제어할 수도 있다.
이와 같이, 본 기술의 제1 실시형태의 변형예에서는, 전원 제어부(273)가, 조도에 따라 전위(VE1 내지 VE3)의 어느 것으로 전원 전위를 제어하기 때문에, 전위(VE1) 또는 전위(VE2)의 어느 것으로 제어하는 경우보다 적절한 값으로 전원 전위를 제어할 수 있다.
[로직 칩의 구성예]
도 13은, 본 기술의 제2 실시형태에 있어서의 로직 칩(202)의 일 구성예를 나타내는 블록도이다. 이 로직 칩(202)에는, 수직 제어부(230), 로직 어레이부(260), 수평 제어부(240), 신호 처리부(250) 및 클럭 회로(290)가 배치된다. 또한, 로직 어레이부(260)에는, 수광 회로(220)마다 논리 회로(270)가 배열된다. 이들 논리 회로(270)의 각각은, 대응하는 수광 회로(220)와 신호선을 통해 접속되고 있다. 수광 회로(220)와, 이 회로에 대응하는 논리 회로(270)로 이루어지는 회로는, 화상 데이터에서의 1화소의 화소 신호를 생성하는 화소 회로로서 기능한다.
그리고, 수직 제어부(230)에는 수직 동기 신호가 입력되고, 수평 제어부(240)에는 수평 동기 신호가 입력된다. 로직 어레이부(260)에는, 촬상 제어부(130)로부터의 노광 제어 신호가 입력된다. 클럭 회로(290)에는, 노광 제어 신호가 입력된다.
이하, 소정 방향(수평 방향 등)으로 배열된 화소 회로(수광 회로(220) 및 논리 회로(270))의 집합을 "행"이라고 칭하고, 행에 수직한 방향으로 배열된 화소 회로의 집합을 열이라고 칭한다.
수직 제어부(230)는, 수직 동기 신호에 동기하여 행을 순차로 선택하는 것이다. 논리 회로(270)는, 노광 기간 내에 광자가 입사된 회수를 계수하고, 그 계수치를 나타내는 신호를 화소 신호로서 신호 처리부(250)에 출력하는 것이다. 수평 제어부(240)는, 수평 동기 신호에 동기하여 열을 순차로 선택하여 화소 신호를 출력시키는 것이다.
신호 처리부(250)는, 화소 신호로 이루어지는 화상 데이터에 대해, 필터 처리 등의 소정의 신호 처리를 실행하는 것이다. 이 신호 처리부(250)는, 처리 후의 화상 데이터를 기록부(120)에 출력한다. 또한, 신호 처리부(250)에는, 촬상 제어부(130)로부터의 노광 시간이 입력된다. 또한, 신호 처리부(250)는, 노광 기간 내의 광자의 입사 회수의 추정도 행한다. 추정 방법의 상세에 대해서는 후술한다.
클럭 회로(290)는, 노광 제어 신호에 따라, 노광 기간 내의 상대 시각을 측정하는 것이다. 이 클럭 회로(290)는, 계측한 시각을 나타내는 타이머 값을 논리 회로(270)의 각각에 입력한다.
[화소 회로의 구성예]
도 14는, 본 기술의 제2 실시형태에 있어서의 화소 회로(300)의 일 구성예를 나타내는 회로도이다. 이 화소 회로(300)는, 수광 회로(220)와 논리 회로(270)를 구비한다. 수광 회로(220)는, 저항(226-1) 및 포토다이오드(227)를 구비한다. 또한, 논리 회로(270)는, 인버터(271)와, 광자 카운터(274)와, 계수 제어부(275)과, 스위치(276, 277 및 280)와, 시각 정보 보유부(279)를 구비한다.
포토다이오드(227)는, 입사광을 광전 변환하여 광전류를 출력하는 것이다. 이 포토다이오드(227)의 캐소드는 저항(226-1)을 통해 전원 전위의 단자에 접속되고, 애노드는 이 전원 전위보다 낮은 전위(GND1)의 단자(접지 단자 등)에 접속된다. 이에 의해, 포토다이오드(227)에는, 역 바이어스가 인가된다. 또한, 광전류는, 포토다이오드(227)의 캐소드로부터 애노드로의 방향으로 흐른다.
포토다이오드(227)로서는, 예를 들면, 광전류를 증폭함으로써 1광자의 입사 유무를 검출할 수 있는 애벌런치 포토다이오드를 채용할 수 있다. 또한, 애벌런치 다이오드 중에서도 특히, SPAD를 이용하는 것이 바람직하다.
저항(226-1)의 일단은 전원 전위의 단자에 접속되고, 타단은 포토다이오드(227)의 캐소드에 접속된다. 광자의 입사가 검출되는 때마다, 저항(226-1)에 광전류가 흐르고, 포토다이오드(227)의 캐소드 전위가 전원 전위보다 낮은 초기 상태의 값으로 내려간다.
인버터(271)는, 포토다이오드(227)의 캐소드 전위의 신호를 반전시켜 펄스 신호로서 광자 카운터(274)에 출력하는 것이다. 이 인버터(271)는, 캐소드 전위가 소정 값보다 높을 경우에 로우 레벨의 펄스 신호를 출력하고, 이 소정값 이하인 경우에 하이 레벨의 펄스 신호를 출력한다. 또한, 인버터(271)가 접속되는 접지측의 전위(GND2)는, 수광 회로(220) 내의 전위(GND2)와 다르다.
광자 카운터(274)은, 노광 기간 내에 있어서 하이 레벨의 펄스 신호가 출력된 회수를 계수하는 것이다. 이 계수치는, 광자의 입사 유무 검출에 의해 포토다이오드(222)의 일단의 전위(캐소드 전위 등)가 변동한 회수를 나타낸다. 광자의 실제 입사 수에 대한 펄스 수의 비율을 1/10이라 하면, 10개의 광자가 입사될 때마다 1회의 계수가 행해진다.
광자 카운터(274)는, 노광 시작 시에 계수치(CNT)를 초기 값(예를 들면, "0")으로 하고, 노광 기간에 걸쳐 계수를 행한다. 계수치는, 예를 들면, 펄스 신호가 출력될 때마다 증분된다. 즉, 업 카운트가 행해진다. 그리고, 광자 카운터(274)는, 노광 종료 시 또는 계수 제어부(275)의 제어에 따라 계수를 정지하고, 그 계수치(CNT)를 계수 제어부(275) 및 스위치(276)에 출력한다.
한편, 광자 카운터(274)은, 특허청구의 범위에 기재된 계수부의 일례이다. 또한, 광자 카운터(274)는, 업 카운트를 행하고 있지만, 업 카운트 대신 다운 카운트를 행해도 좋다.
계수 제어부(275)는, 계수치(CNT)가 소정의 제한 값에 도달한 경우, 광자 카운터(274)를 정지시키는 것이다. 업 카운트의 경우에는 제한 값으로서 상한값(L1)이 이용된다. 상한값(L1)은, 광자 카운터(274)가 계수할 수 있는 최대치 이하의 값이며, 미리 레지스터 등에 설정된다. 예를 들면, 8비트 카운터를 광자 카운터(274)로서 이용할 경우, "255"이하의 값("254"나 "255" 등)이 상한값(L1)으로서 설정된다.
계수 제어부(275)는, 노광 기간 내에 계수치(CNT)가 상한값(L1)에 도달하고 있는지를 판정하고, 그 판정 결과(DEC)를 광자 카운터(274), 스위치(276), 스위치(277) 및 신호 처리부(250)에 출력한다. 한편, 다운 카운트가 행해지는 경우에는, 상한값 대신 하한값이 이용된다.
스위치(277)는, 판정 결과(DEC)에 따라, 클럭 회로(290)로부터의 타이머 값(Tc)를 시각 정보 보유부(279)에 보유시키는 것이다. 이 스위치(277)는, 계수치(CNT)가 상한값(L1)에 도달했을 때, 그 때의 타이머 값(Tc)을 시각 정보 보유부(279)에 보유시킨다. 시각 정보 보유부(279)는, 타이머 값(Tc)를 보유하는 것이다.
또한, 신호 처리부(250)는, 광자 카운터(274)을 정지시킬 때까지의 시간(타이머 값(Tc))에 기초하여 노광 기간 내의 광자의 입사 회수를 추정한다. 이 신호 처리부(250)는, 촬상 제어부(130)로부터의 노광 시간(Te)와, 시각 정보 보유부(279)에 보유된 타이머 값(Tc)과, 상한값(L1)을 이용하여 다음 식에 의해 추정을 행한다. 한편, 신호 처리부(250)는, 특허청구의 범위에 기재된 추정부의 일례이다.
EST=L1×(Te/Tc) … 식 1
위 식에 있어서, EST는, 노광 기간이 경과할 때까지 광자 카운터(274)가 정지하지 않고 계수하였다고 가정했을 때의 계수치이며, 이 값은 노광 기간 내의 노광량을 나타낸다. 신호 처리부(250)는, EST를 추정값으로서 스위치(276)에 출력한다.
스위치(276)는, 판정 결과(DEC)에 따라, 계수치(CNT) 및 추정값(EST) 중의 어느 하나를 선택하는 것이다. 이 스위치(276)는, 계수치(CNT)가 소정의 제한 값에 도달한 경우 추정값(EST)를 선택하여 출력값(OUT)으로서 스위치(280)에 출력한다. 한편, 계수치(CNT)가 소정의 제한 값에 도달하지 않고 있는 경우, 스위치(276)는, 계수치(CNT)를 선택하여 출력값(OUT)으로서 스위치(280)에 공급한다.
스위치(280)는, 수평 제어부(240)의 제어에 따라, 출력값(OUT)의 신호를 화소 신호로서 신호 처리부(250)에 출력하는 것이다.
한편, 포토다이오드(227)의 캐소드를 저항(226-1)에 접속하고 있지만, 도 15에 예시한 바와 같이, 애노드를 저항(226-1)에 접속할 수도 있다.
도 16은, 본 기술의 제2 실시형태에 있어서의 광자 카운터(274)의 동작의 일례를 나타내는 도면이다. 광자 카운터(274)에는, 노광 제어 신호와 판정 결과(DEC)가 입력된다. 여기서, 노광 제어 신호에는, 예를 들면, 노광 기간 내에서 "1"이 설정되고, 노광 기간 외에서 "0"이 설정된다. 또한, 판정 결과(DEC)에는, 예를 들면, 계수치(CNT)가 상한값(L1)에 도달한 경우에 "1"이 설정되고, 계수치(CNT)가 상한값(L1) 미만인 경우에 "0"이 설정된다.
노광 제어 신호가 "0"(즉, 노광 기간 외)일 경우, 광자 카운터(274)는, 판정 결과(DEC)의 값에 관계없이, 계수 동작을 정지한다. 한편, 노광 제어 신호가 "1"(즉, 노광 기간 내)일 경우, 광자 카운터(274)는, 판정 결과(DEC)가 "0"(즉, 계수치(CNT)가 상한값(L1) 미만)이면, 계수 동작을 계속하여 행한다. 그러나, 판정 결과(DEC)가 "1"(즉, 계수치(CNT)가 상한값(L1))이면, 광자 카운터(274)는, 계수 동작을 정지한다.
도 17은, 본 기술의 제2 실시형태에 있어서의 계수 제어부(275)의 동작의 일례를 나타내는 도면이다. 계수치(CNT)가 상한값(L1) 미만일 경우, 계수 제어부(275)는, "0"의 판정 결과(DEC)를 출력하여 광자 카운터(274)에 계수 동작을 계속시킨다. 한편, 계수치(CNT)가 상한값(L1)일 경우, 계수 제어부(275)는, "1"의 판정 결과(DEC)를 출력하여 광자 카운터(274)에 계수 동작을 정지시킨다.
도 18은, 본 기술의 제2 실시형태에 있어서의 신호 처리부(250)의 동작의 일례를 나타내는 도면이다. 판정 결과(DEC)가 "0"(즉, 계수치(CNT)가 상한값(L1)미만)일 경우, 신호 처리부(250)는, 추정값의 연산을 실행하지 않고 정지한다. 한편, 판정 결과(DEC)가 "1"(즉, 계수치(CNT)가 상한값(L1))일 경우, 신호 처리부(250)는, 식 1을 이용하여 추정값(EST)를 연산한다.
도 19는, 본 기술의 제2 실시형태에 있어서의 촬상 장치(100)의 동작의 일례를 나타내는 타이밍 차트이다. 수직 동기 신호(VSYNC)의 상승 타이밍(T0)으로부터, 그 다음 상승 타이밍(T4)까지의 기간은, 수직 동기 신호(VSYNC)의 주기에 해당한다. 이 주기 내에서 노광 기간이 설정된다.
예를 들면, 촬상 제어부(130)는, 주기 내의 타이밍(T1)으로부터 타이밍(T3)까지의 기간을 노광 기간으로서 설정하고, 그 노광 기간 내에 걸쳐 노광 제어 신호를 하이 레벨로 한다. 그리고, 광자 카운터(274)는, 노광 기간 내에서 동작하여 계수치(CNT)를 계수한다. 그리고, 노광 기간 내의 타이밍(T2)에서, 계수치(CNT)가 상한값(L1)에 도달하면, 계수 제어부(275)는, 광자 카운터(274)에 계수를 정지시킨다. 동작 정지 시, 광자 카운터(274)는, 계수치를 초기 값으로 한다.
또한, 다음의 수직 동기 신호(VSYNC)의 상승 타이밍(T4)의 이후, 촬상 제어부(130)는, 주기 내의 타이밍(T5)으로부터 타이밍(T6)까지의 기간을 노광 기간으로서 설정한다. 광자 카운터(274)는, 그 노광 기간 내에서 동작하여 계수치(CNT)를 계수한다. 이 노광 기간 내에서는, 계수치(CNT)가 상한값(L1)에 도달하지 않았기 때문에, 광자 카운터(274)는 노광 기간 종료 시에 계수 동작을 정지한다.
상술한 바와 같이, 광자 카운터(274)는, 노광 기간 내에 계수치(CNT)가 상한값(L1)에 도달하면 계수를 정지한다. 여기서, 일반적으로, 카운트 횟수가 증가할수록, 카운터의 소비 전력은 커진다. 이 때문에, 광자 카운터(274)가, 노광 기간의 도중에서 계수를 정지함으로써, 정지하지 않고 계수를 계속한 경우와 비교하여 소비 전력을 저감할 수 있다. 단, 노광 기간의 도중에서 계수를 정지한 경우, 그 때의 계수치(CNT)(즉, 상한값(L1))는, 정지하지 않고 노광 기간 종료 시까지 계수했을 때의 값과 다른 것이 되고, 더 이상 노광 기간 내의 노광량에 따른 값이 아니게 된다. 따라서, 신호 처리부(250)가, 노광 기간 종료 시의 계수치(즉, 노광량)의 추정을 행하고 있다.
도 20은, 본 기술의 제2 실시형태에 있어서의 계수치의 변동의 일례를 나타내는 도면이다. 동 도면에 있어서의 세로축은, 계수치(CNT)를 나타내고, 횡축은, 계수한 시간을 나타낸다. 타이밍(T1)은, 노광 시작 시각이며, 타이밍(T3)은 노광 종료 시각이다. 타이밍(T1)로부터 T3까지의 시간이 노광 시간(Te)에 해당한다.
타이밍(T1)에 있어서 광자 카운터(274)는 계수를 시작하고, 시간의 경과와 함께 계수치(CNT)는 증가한다. 노광 기간에 있어서 조도의 변화가 거의 없을 경우, 계수치(CNT)의 증가 속도는 대략 일정하게 되고, 조도가 높을수록, 증가 속도가 빨라진다. 그리고, 타이밍(T2)에서 계수치(CNT)가 상한값(L1)에 도달한 것으로 한다. 이 타이밍(T2)에서, 광자 카운터(274)는 계수를 정지한다.
그리고, 신호 처리부(250)는, 타이밍(T1)으로부터 타이밍(T2)까지의 시간(Tc)와, 노광 시간(Te) 및 상한값(L1)을 식 1에 대입하고, 노광 종료 시의 계수치를 추정값(EST)으로서 산출한다.
광자 카운터(274)가 계수할 수 있는 최대치를 상한값(L1)으로 한 경우, 상한값(L1)에 대응하는 광량을 초과하는 양의 광을 수광하였을 때이더라도, 고체 촬상 소자(200)는, 노광량에 따른 계수치를 추정할 수 있다.
이에 대하여, 노광 기간 중에 계수를 정지하지 않는 비교예를 상정하면, 비교예에서는, 노광량이 크면 정확한 계수치를 얻지 못할 우려가 있다. 예를 들면, 8 비트 카운터를 이용하는 경우, "255"에 대응하는 광량을 초과하는 양의 광을 수광하면, 비교예에서는, 계수치가 오버플로우되어, 부정확한 값이 되어 버린다. 오버플로우가 발생하지 않도록 하기 위해서는, 자리수가 충분히 많은 카운터를 사용하면 되지만, 자리수가 많아질수록, 카운터의 소비 전력, 회로 규모나 비용이 증대되기 때문에 바람직하지 않다.
한편, 고체 촬상 소자(200)에서는, 식 1을 이용하여 신호 처리부(250)가 노광 종료 시의 계수치를 추정하기 때문에, 노광량에 따른 정확한 계수치를 구할 수 있다. 또한, 자리수가 많은 카운터를 사용하지 않아도 되기 때문에, 소비 전력 등을 삭감할 수 있다.
또한, 상한값(L1)을 작게 할수록, 소비 전력을 저감할 수 있지만, 그 대신에 추정값(EST)의 오차가 커져버린다. 상한값(L1)의 값은, 소비 전력 저감의 장점과, 추정값(EST)의 정밀도 저하의 단점을 비교 형량하여 결정된다.
[화소 회로의 동작 예]
도 21은, 본 기술의 제2 실시형태에 있어서의 화소 회로(300)의 동작의 일례를 나타내는 플로우챠트이다. 이 동작은, 예를 들면, 화상 데이터를 촬상하기 위한 소정의 어플리케이션이 실행되었을 때 개시된다.
화소 회로(300)는, 노광 시작 시각을 경과하였는지를 판단한다(스텝 S901). 노광 시작 시각을 경과한 경우(스텝 S901:Yes), 화소 회로(300)는, 계수치(CNT)를 계수(즉, 광자 카운트)하는 계수 처리를 실행한다(스텝 S910). 노광 시작 시각 전인 경우(스텝 S901:No) 또는 스텝 S910의 이후에, 화소 회로(300)는, 스텝 S901 이후를 반복한다.
도 22는, 본 기술의 제1 실시형태에 있어서의 계수 처리의 일례를 나타내는 플로우챠트이다. 화소 회로(300) 내의 광자 카운터(274)는, 광자 수의 계수를 행하고(스텝 S911), 계수 제어부(275)는, 계수치(CNT)가 상한값(L1)에 도달하였는지를 판단한다(스텝 S912).
계수치(CNT)가 상한값(L1)에 도달한 경우(스텝 S912:Yes), 광자 카운터(274)는 계수를 정지하고(스텝 S913), 신호 처리부(250)는, 노광 종료 시의 계수치의 추정을 행한다(스텝 S914).
한편, 계수치(CNT)가 상한값(L1) 미만인 경우(스텝S912:No), 광자 카운터(274)는 노광 종료 시각인지 아닌지를 판단한다(스텝 S915). 노광 종료 시각 전인 경우(스텝 S915:No), 광자 카운터(274)는 스텝 S911 이후를 반복하여 실행한다.
노광 종료 시각인 경우(스텝 S915:Yes) 또는 스텝 S914의 이후에, 화소 회로(300)는, 계수 처리를 종료한다.
이와 같이, 본 기술의 제1 실시형태에 의하면, 계수치가 상한값에 도달하면 계수 제어부(275)가 계수를 정지시키고, 신호 처리부(250)가 노광량을 추정하기 때문에, 노광 기간 중에 계수를 정지하지 않는 경우에 비해 소비 전력을 저감할 수 있다.
[변형예]
상술한 제2 실시형태에서는, 수광 칩(201)에서 화소마다 저항(226-1) 및 포토다이오드(227)을 배치하고 있었는데, 화소 수가 증대될수록, 수광 칩(201)의 회로 규모가 커진다고 하는 문제가 있다. 이 제2 실시형태의 변형예의 고체 촬상 소자(200)는, 수광 칩(201) 내에 포토다이오드(227)만을 배치하는 점에 있어서 제2 실시형태와 다르다.
도 23은, 본 기술의 제2 실시형태의 변형예에 있어서의 화소 회로(300)의 일 구성예를 나타내는 회로도이다. 이 제2 실시형태의 변형예의 화소 회로(300)는, 수광 칩(201)측의 수광 회로(220) 내에 포토다이오드(227)만이 배치되는 점에 있어서 제2 실시형태와 다르다. 포토다이오드(227) 이외의 회로나 소자는, 로직 칩(202)측에 배치된다.
이와 같이, 본 기술의 제2 실시형태의 변형예에 의하면, 수광 칩(201) 내에 포토다이오드(227)만을 배치하였기 때문에, 저항(226-1) 및 포토다이오드(227)의 양쪽 모두를 배치하는 경우와 비교하여 수광 칩(201)의 회로 규모를 작게 할 수 있다.
<3. 제3 실시형태>
상술한 제2 실시형태에서는, 모든 화소에 동일한 전원 전위를 공급하고 있었는데, 소비 전력을 한층 더 저감하는 것이 곤란하다. 예를 들면, 모든 화소의 전원 전위를 저하시키면 소비 전력을 저감할 수는 있지만, 전원 전위의 저하에 의해 전체 화소의 감도가 저하되고, 특히 조도가 낮은 광이 입사하는 화소에서 밝기가 부족할 우려가 있다. 이 제3 실시형태의 고체 촬상 소자(200)는, 화소의 각각의 전원 전위를 조도에 따라 제어하는 점에 있어서 제2 실시형태와 다르다.
도 24는, 본 기술의 제3 실시형태에 있어서의 화소 회로(300)의 일 구성예를 나타내는 회로도이다. 이 제2 실시형태의 화소 회로(300)는, 스위치(221 및 222)와 전원 제어부(273)을 더 구비하는 점에 있어서 제2 실시형태와 다르다.
스위치(221)는, 전위(VE1) 단자와 저항(226-1) 사이의 경로를 스위칭 신호(SW)에 따라 개폐하는 것이다. 스위치(222)는, 전위(VE2) 단자와 저항(226-1) 사이의 경로를 스위칭 신호(SW)에 따라 개폐하는 것이다. 예를 들면, 전위(VE1)는, 전위(VE2)보다 높은 값으로 설정된다. 또한, 스위칭 신호(SW)는, 전위(VE1) 및 전위(VE2)의 어느 하나로의 전원 전위의 스위칭을 지시하는 신호이다.
이들 스위치(221 및 222)로 이루어지는 회로는, 스위칭 신호(SW)에 따라 전위(VE1 및 VE2)의 어느 하나를 선택하는 멀티플렉서(225)로서 기능한다. 선택된 전위는 전원 전위로서 공급된다.
전원 제어부(273)는, 스위치(276)로부터의 출력값(OUT)이 클수록(즉, 조도가 높을수록) 낮은 값으로 전원 전위를 제어하는 것이다. 이 전원 제어부(273)는, 예를 들면, 출력값(OUT)과 소정의 임계값(Th1)을 비교하여, 출력값(OUT)이 임계값(Th1)보다 큰 경우(즉, 조도가 높은 경우)에 낮은 쪽의 전위(VE2)를 지시하는 스위칭 신호(SW)를 공급한다. 한편, 전원 제어부(273)는, 출력값(OUT)이 임계값(Th1) 이하인 경우(즉, 조도가 낮은 경우)에 높은 쪽의 전위(VE1)을 지시하는 스위칭 신호(SW)를 공급한다. 이 스위칭 신호(SW)는, 멀티플렉서(225) 이외에, 계수 제어부(275) 및 신호 처리부(250)에도 공급된다.
또한, 제2 실시형태의 계수 제어부(275)는, 스위칭 신호(SW)가 나타내는 전위에 따라, 서로 다른 수치인 L1 및 L2의 어느 하나를 상한값으로서 선택한다. L2에는, L1보다 작은 값이 설정된다. 예를 들면, 스위칭 신호(SW)가 높은 쪽의 전위(VE1)를 지시하는 경우, 큰 쪽의 상한값(L1)이 선택된다. 한편, 스위칭 신호(SW)가 낮은 쪽의 전위(VE2)를 지시하는 경우, 작은 쪽의 상한값(L2)이 선택된다.
일반적으로, 전원 전위가 높을수록, 화소의 감도가 높아지고, 광자의 입사 수에 대한 펄스 수의 비율도 높아진다. 이에 의해, 계수치(CNT)의 상승 속도가 빨라지고, 추정값(EST)의 오차가 커진다. 이에, 오차를 경감하기 위해, 높은 쪽의 전위에 대응하는 상한값(L1)에는, L2보다 큰 값이 설정된다.
또한, 신호 처리부(250)도, 계수 제어부(275)와 마찬가지로, 스위칭 신호(SW)가 나타내는 전위에 따라, L1 및 L2의 어느 것인가를 상한값으로서 선택한다.
도 25는, 본 기술의 제3 실시형태에 있어서의 전원 제어부(273)의 동작의 일례를 나타내는 도면이다. 이 전원 제어부(273)는, 계수치(CNT)와 임계값(Th1)을 비교한다. 계수치(CNT)가 임계값(Th1) 이하인 경우(즉, 조도가 낮은 경우), 전원 제어부(273)는, 스위칭 신호(SW)를 로우 레벨로 하여 높은 쪽의 전위(VE1)를 멀티플렉서(225)에 선택시킨다.
도 26은, 본 기술의 제3 실시형태에 있어서의 계수 제어부(275)의 동작의 일례를 나타내는 도면이다. 스위칭 신호(SW)가 "0"인 경우(즉, 높은 쪽의 전위(VE1)가 선택된 경우), 계수 제어부(275)는, 상한값(L1)을 선택한다. 그리고, 계수치(CNT)가 상한값(L1) 미만일 경우, 계수 제어부(275)는, "0"의 판정 결과(DEC)를 출력하고, 계수치(CNT)가 상한값(L1)일 경우 "1"의 판정 결과(DEC)를 출력한다.
한편, 스위칭 신호(SW)가 "1"인 경우(즉, 낮은 쪽의 전위(VE2)가 선택된 경우), 계수 제어부(275)는, 상한 값(L2)를 선택한다. 그리고, 계수치(CNT)가 상한값(L2) 미만일 경우, 계수 제어부(275)는, "0"의 판정 결과(DEC)를 출력하고, 계수치(CNT)가 상한값(L2)일 경우 "1"의 판정 결과(DEC)를 출력한다.
도 27은, 본 기술의 제3 실시형태에 있어서의 신호 처리부(250)의 동작의 일례를 나타내는 도면이다. 판정 결과(DEC)가 "0"인 경우(즉, 계수치(CNT)가 상한값(L1) 미만일 경우), 신호 처리부(250)는, 추정값의 연산을 실행하지 않고 정지한다. 한편, 판정 결과(DEC)가 "1"인 경우(즉, 계수치(CNT)가 상한값(L1)일 경우), 신호 처리부(250)는, 추정값(EST)의 연산을 행한다. 스위칭 신호(SW)가 "0"인 경우(즉, 높은 쪽의 전위(VE1)가 선택된 경우), 신호 처리부(250)는, 상한값(L1)을 선택하여 식 1에 의해 추정값(EST)를 구한다.
한편, 스위칭 신호(SW)가 "1"인 경우(즉, 낮은 쪽의 전위(VE2)가 선택된 경우), 신호 처리부(250)는, 상한값(L2)을 선택하여 다음 식에 의해 추정값(EST)을 구한다.
EST=L2×(Te/Tc)… 식 2
도 28은, 본 기술의 제2 및 제3 실시형태에 있어서의 화소마다의 전원 전위의 일례를 나타내는 도면이다. 동 도면의 a는, 본 기술의 제2 실시형태에 있어서의 화소마다의 전원 전위의 일례를 나타내는 도면이며, 동 도면의 b는, 모든 화소에 일정한 전원 전위를 공급하는 제1 실시형태에 있어서의 화소마다의 전원 전위의 일례를 나타내는 도면이다.
예를 들면, 높은 쪽의 전위(VE1)를 5볼트(V)로 하고, 낮은 쪽의 전위(VE2)를 1볼트(V)로 한다. 도 28의 a에 예시한 바와 같이, 고체 촬상 소자(200)에서는, 조도가 높은 광이 입사하는 화소에 1볼트가 공급되고, 조도가 낮은 광이 입사하는 화소에는 5볼트가 공급된다. 한편, 동 도면의 b에 예시한 바와 같이, 제1 실시형태에서는, 전체 화소에 5볼트가 공급된다.
여기서, 화소 회로(300)의 소비 전력(P)는, 예를 들면, 다음 식에 의해 나타내진다.
P=C×VE×dV
위 식에서, C는 캐소드 용량이며, 단위는 예를 들면 패럿(farad)(F)이다. VE는 전원 전위이고, dV는 포토다이오드(227)의 애노드-캐소드 간 전위차이다.
전위차(dV)는 일정하게 되도록 제어된다. 또한, 캐소드 용량(C)도 일정하기 때문에, 위 식으로부터, 화소 회로(300)의 전원 전위를 낮게 함으로써, 그 화소의 소비 전력을 저감할 수 있다. 만일, 전체 화소 중 3할의 화소의 전원 전위를 1볼트(V)로 저하시킨 경우, 전체 화소의 전원 전위를 5볼트로 했을 경우에 대한 소비 전력의 비율은 다음 식에 의해 나타내진다.
4/5×0.3=0.24
즉, 전체 화소의 전원 전위가 5볼트(V)인 경우의 소비 전력을 100퍼센트(%)로고 하고, 전체 화소의 3할을 1볼트(V)로 하면, 소비 전력은 24퍼센트(%)로 저하된다. 이와 같이, 고조도의 광이 입사하는 화소와 저조도의 광이 입사하는 화소가 혼재하는 상을 촬상하는 경우에, 후자의 화소의 전원 전위를 저하시킴으로써, 전체 화소에 동일한 전위를 공급하는 경우와 비교하여 고체 촬상 소자(200)의 소비 전력을 저감할 수 있다.
도 29는, 본 기술의 제3 실시형태에 있어서의 화소 회로(300)의 동작의 일례를 나타내는 플로우챠트이다. 화소 회로(300)은, 계수 처리(스텝 S910)의 이후에, 출력값(OUT)이 임계값(Th1)을 초과하는지를 판단한다(스텝 S902).
출력값(OUT)이 임계값(Th1)을 초과하는 경우(스텝 S902:Yes), 화소 회로(300)는, 전위(VE2)를 선택하고(스텝 S903), 상한값에 L2을 설정한다(스텝 S904). 한편, 출력값(OUT)이 임계값(Th1) 이하인 경우(스텝 S902:No), 화소 회로(300)는, 전위(VE1)를 선택하고(스텝 S905), 상한값에 L1을 설정한다(스텝 S906).
노광 시작 시각 전인 경우(스텝 S901:No), 스텝(S904 또는 S906)의 이후에, 화소 회로(300)는, 스텝 S901 이후를 반복한다.
이와 같이, 본 기술의 제2 실시형태에 의하면, 화소 회로(300) 내의 전원 제어부(273)가 조도가 높을수록 낮은 값으로 전원 전위를 제어하기 때문에, 조도가 높은 광이 입사하는 화소 회로(300)의 소비 전력을 저감할 수 있다.
[변형예]
상술한 제3 실시형태에서는, 전원 제어부(273)는, 조도에 따라 전위(VE1 및 VE2)의 어느 하나로 전원 전위를 제어하고 있었지만, 전위(VE1)가 너무 높을 경우나 전위(VE2)가 너무 낮을 경우가 있다. 이 때문에, 전원 전위를 보다 세밀하게 제어하는 것이 바람직하다. 이 제3 실시형태의 변형예의 화소 회로(300)는, 조도에 따라 3단계로 전원 전위를 제어하는 점에 있어서 제3 실시형태와 다르다.
도 30은, 본 기술의 제3 실시형태의 변형예에 있어서의 화소 회로(300)의 일 구성예를 나타내는 회로도이다. 이 제3 실시형태의 변형예의 화소 회로(300)는, 멀티플렉서(225)가 스위치(223)를 더 구비하는 점에 있어서 제3 실시형태와 다르다.
스위치(223)는, 스위칭 신호(SW)에 따라 전위(VE3) 단자와 저항(226-1)의 일단 사이의 경로를 개폐하는 것이다. 전위(VE3)에는, 전위(VE2)보다 낮은 값이 설정된다.
또한, 제3 실시형태의 변형예 전원 제어부(273)는, 계수치(CNT)와 2개의 임계값을 비교하고, 그 비교 결과에 기초하여, 멀티플렉서(225)에 전위(VE1 내지 VE3)의 어느 것인가를 공급시킨다.
도 31은, 본 기술의 제3 실시형태의 변형예에 있어서의 전원 제어부(273)의 동작의 일례를 나타내는 도면이다. 계수치(CNT)가 임계값(Th1) 이하인 경우(즉, 조도가 낮을 경우), 전원 제어부(273)는, 스위칭 신호(SW)에 "0"을 설정하여 가장 높은 전위(VE1)를 선택시킨다.
또한, 계수치(CNT)가 임계값(Th1)보다 크고 임계값(Th2) 이하인 경우(즉, 조도가 중간 정도일 경우), 전원 제어부(273)는, 스위칭 신호(SW)에 "1"을 설정하여 중간 전위(VE2)를 선택시킨다. 여기서, 임계값(Th2)는, 임계값(Th1)보다 큰 값이다.
또한, 계수치(CNT)가 임계값(Th2)보다 큰 경우(즉, 조도가 높을 경우), 전원 제어부(273)는, 스위칭 신호(SW)에 "2"을 설정하여 가장 낮은 전위(VE3)를 선택시킨다.
한편, 전원 제어부(273)는, 계수치(CNT)와 2개의 임계값을 비교하여 3단계로 전원 전위를 제어하고 있지만, 계수치(CNT)와 N개(N은 3이상의 정수)의 임계값을 비교하여 (N+1)단계 이상으로 전원 전위를 제어할 수도 있다.
도 32는, 본 기술의 제3 실시형태의 변형예에 있어서의 계수 제어부(275)의 동작의 일례를 나타내는 도면이다. 스위칭 신호(SW)가 "0"인 경우(즉, 전위(VE1)가 선택된 경우), 계수 제어부(275)는, 상한값(L1)을 선택한다. 스위칭 신호(SW)가 "1"인 경우(즉, 전위(VE2)가 선택된 경우), 계수 제어부(275)는, 상한값(L2)를 선택한다. 또한, 스위칭 신호(SW)가 "2"인 경우(즉, 전위(VE3)가 선택된 경우), 계수 제어부(275)는, 상한값(L3)를 선택한다. 상한값(L3)에는, 상한값(L1 및 L2)보다 작은 값이 설정된다. 이와 같이, 전원 전위가 낮을수록, 작은 상한값이 설정된다.
도 33은, 본 기술의 제3 실시형태의 변형예에 있어서의 신호 처리부(250)의 동작의 일례를 나타내는 도면이다. 판정 결과(DEC)가 "0"일 경우(즉, 계수치(CNT)가 상한값(L1) 미만일 경우), 신호 처리부(250)는, 추정값의 연산을 실행하지 않고 정지한다. 한편, 판정 결과(DEC)가 "1"일 경우(즉, 계수치(CNT)가 상한값(L1)일 경우), 신호 처리부(250)는, 추정값(EST)의 연산을 행한다. 스위칭 신호(SW)가 "0"인 경우(즉, 전위(VE1)가 선택된 경우), 신호 처리부(250)는, 상한값(L1)을 선택하여 식 1에 의해 추정값(EST)를 구한다. 스위칭 신호(SW)가 "1"인 경우(즉, 전위(VE2)가 선택된 경우), 신호 처리부(250)는, 상한값(L2)을 선택하여 식 2에 의해 추정값(EST)를 구한다.
또한, 스위칭 신호(SW)가 "2"인 경우(즉, 전위(VE3)가 선택된 경우), 신호 처리부(250)는, 상한값(L3)을 선택하여 다음 식에 의해 추정값(EST)를 구한다.
EST=L3×(Te/Tc)
이와 같이, 본 기술의 제3 실시형태의 변형예에서는, 전원 제어부(273)가 조도에 따라 전위(VE1 내지 VE3)의 어느 것으로 전원 전위를 제어하기 때문에, 전위(VE1 및 VE2)의 어느 것으로 제어하는 경우보다 적절한 값으로 전원 전위를 제어할 수 있다.
<4. 이동체에의 응용예>
본 개시에 따른 기술(본 기술)은, 다양한 제품에 응용할 수 있다. 예를 들면, 본 개시에 따른 기술은, 자동차, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 자동 이륜차, 자전거, 퍼스널 모빌리티, 비행기, 드론, 선박, 로봇 등의 중 어떠한 종류의 이동체에 탑재되는 장치로서 실현되어도 된다.
도 34는, 본 개시에 따른 기술이 적용될 수 있는 이동체 제어 시스템의 일례인 차량 제어 시스템의 개략적인 구성예를 나타내는 블록도이다.
차량 제어 시스템(12000)은, 통신 네트워크(12001)를 통해 접속된 복수의 전자 제어 유닛을 구비한다. 도 34에 도시된 예에서는, 차량 제어 시스템(12000)은, 구동계 제어 유닛(12010), 보디계 제어 유닛(12020), 차외 정보 검출 유닛(12030), 차내 정보 검출 유닛(12040), 및 통합 제어 유닛(12050)을 구비한다. 또한, 통합 제어 유닛(12050)의 기능 구성으로서, 마이크로 컴퓨터(12051), 음성 화상 출력부(12052), 및 차량용 네트워크 I/F(interface)(12053)가 도시되어 있다.
구동계 제어 유닛(12010)은, 각종 프로그램에 따라 차량의 구동계에 관련되는 장치의 동작을 제어한다. 예를 들면, 구동계 제어 유닛(12010)은, 내연기관 또는 구동용 모터 등의 차량의 구동력을 발생시키기 위한 구동력 발생 장치, 구동력을 차륜에 전달하기 위한 구동력 전달 기구, 차량의 타각을 조절하는 스티어링 기구 및 차량의 제동력을 발생시키는 제동 장치 등의 제어 장치로서 기능한다.
보디계 제어 유닛(12020)은, 각종 프로그램에 따라 차체에 장비된 각종 장치의 동작을 제어한다. 예를 들면, 보디계 제어 유닛(12020)은, 키리스 엔트리(keyless entry) 시스템, 스마트 키 시스템, 파워 윈도우 장치, 또는 헤드램프, 백 램프, 브레이크 램프, 깜빡이 또는 안개등 등의 각종 램프 제어장치로서 기능한다. 이 경우, 보디계 제어 유닛(12020)에는, 키를 대체하는 휴대기로부터 발신되는 전파 또는 각종 스위치의 신호가 입력될 수 있다. 보디계 제어 유닛(12020)은, 이들 전파 또는 신호의 입력을 접수하여, 차량의 도어록 장치, 파워 윈도우 장치, 램프 등을 제어한다.
차외 정보 검출 유닛(12030)은, 차량 제어 시스템(12000)을 탑재한 차량의 외부 정보를 검출한다. 예를 들면, 차외 정보 검출 유닛(12030)에는, 촬상부(12031)가 접속된다. 차외 정보 검출 유닛(12030)은, 촬상부(12031)에 차외의 화상을 촬상시킴과 함께, 촬상된 화상을 수신한다. 차외 정보 검출 유닛(12030)은, 수신한 화상에 기초하여, 사람, 차, 장애물, 표지 또는 노면상의 문자 등의 물체 검출 처리 또는 거리 검출 처리를 행하여도 된다.
촬상부(12031)는 광을 수광하고, 그 광의 수광량에 따른 전기 신호를 출력하는 광 센서이다. 촬상부(12031)는, 전기 신호를 화상으로서 출력할 수도 있고, 측거 정보로서 출력할 수도 있다. 또한, 촬상부(12031)가 수광하는 광은, 가시광이어도 되고, 적외선 등의 비가시광이어도 된다.
차내 정보 검출 유닛(12040)은 차내의 정보를 검출한다. 차내 정보 검출 유닛(12040)에는 예를 들면, 운전자의 상태를 검출하는 운전자 상태 검출부(12041)가 접속된다. 운전자 상태 검출부(12041)는 예를 들면 운전자를 촬상하는 카메라를 포함하고, 차내 정보 검출 유닛(12040)은 운전자 상태 검출부(12041) 내지 입력되는 검출 정보에 기초하여, 운전자의 피로 정도 또는 집중 정도를 산출해도 되고, 운전자가 졸고 있지 않은지를 판별해도 된다.
마이크로 컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030) 또는 차내 정보 검출 유닛(12040)에서 취득되는 차내외의 정보에 기초하여, 구동력 발생 장치, 스티어링 기구 또는 제동 장치의 제어 목표값을 연산하고, 구동계 제어 유닛(12010)에 대하여 제어 지령을 출력할 수 있다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는 차량의 충돌 회피 또는 충격 완화, 차간 거리에 기초한 추종 주행, 차량 속도 유지 주행, 차량의 충돌 경고, 또는 차량의 차선 이탈 경고 등을 포함하는 ADAS(Advanced Driver Assistance System)의 기능 실현을 목적으로 한 협조 제어를 할 수 있다.
또한, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030) 또는 차내 정보 검출 유닛(12040)에서 취득되는 차량의 주위 정보에 기초하여 구동력 발생 장치, 스티어링 기구 또는 제동 장치 등을 제어함으로써, 운전자의 조작에 의하지 않고 자율적으로 주행하는 자동 운전 등을 목적으로 한 협조 제어를 할 수 있다.
또한, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030)에서 취득되는 차외의 정보에 기초하여, 보디계 제어 유닛(12030)에 대하여 제어 지령을 출력할 수 있다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030)에서 검지한 선행 차 또는 반대편 차량의 위치에 따라 헤드램프를 제어하고, 하이 빔을 로우 빔으로 전환하는 등의 눈부심 방지를 도모하는 것을 목적으로 한 협조 제어를 할 수 있다.
음성 화상 출력부(12052)는, 차량의 탑승자 또는 차외에 대해, 시각적 또는 청각적으로 정보를 통지하는 것이 가능한 출력 장치로 음성 및 화상 중 적어도 일방의 출력 신호를 송신한다. 도 34의 예에서는, 출력 장치로서, 오디오 스피커(12061), 표시부(12062) 및 인스트루먼트 패널(12063)이 예시되어 있다. 표시부(12062)는 예를 들면, 온 보드 디스플레이 및 헤드 업 디스플레이의 적어도 하나를 포함하고 있어도 된다.
도 35는, 촬상부(12031)의 설치 위치의 예를 나타내는 도면이다.
도 35에서는, 촬상부(12031)로서, 촬상부(12101, 12102, 12103, 12104, 12105)를 갖는다.
촬상부(12101, 12102, 12103, 12104, 12105)는 예를 들면, 차량(12100)의 프론트 노즈, 사이드 미러, 리어 범퍼, 백 도어 및 차실 내의 프런트 글래스 상부 등의 위치에 설치된다. 프론트 노즈에 구비되는 촬상부(12101) 및 차실 내의 프런트 글래스 상부에 구비되는 촬상부(12105)는, 주로 차량(12100)의 전방 화상을 취득한다. 사이드 미러에 구비되는 촬상부(12102, 12103)는, 주로 차량(12100)의 측방의 화상을 취득한다. 리어 범퍼 또는 백 도어에 구비되는 촬상부(12104)는, 주로 차량(12100)의 후방 화상을 취득한다. 차실 내의 프런트 글래스 상부에 구비되는 촬상부(12105)는, 주로 선행 차량 또는 보행자, 장애물, 신호기, 교통 표지 또는 차선 등의 검출에 이용된다.
한편, 도 35에는 촬상부(12101~12104)의 촬영 범위의 일례가 도시되어 있다. 촬상 범위(12111)는, 프론트 노즈에 설치된 촬상부(12101)의 촬상 범위를 나타내고, 촬상 범위(12112, 12113)는 각각 사이드 미러에 설치된 촬상부(12102, 12103)의 촬상 범위를 나타내고, 촬상 범위(12114)는 리어 범퍼 또는 백 도어에 설치된 촬상부(12104)의 촬상 범위를 나타낸다. 예를 들면, 촬상부(12101~12104)로 촬상된 화상 데이터가 중첩됨으로써, 차량(12100)을 상방으로부터 본 부감 화상을 얻을 수 있다.
촬상부(12101~12104)의 적어도 하나는 거리 정보를 취득하는 기능을 가지고 있어도 된다. 예를 들면, 촬상부(12101~12104)의 적어도 하나는 복수의 촬상 소자로 이루어지는 스테레오 카메라여도 되고, 위상차 검출용의 화소를 갖는 촬상 소자여도 된다.
예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 촬상부(12101~12104)로부터 얻어지는 거리 정보를 기초로, 촬상 범위(12111 내지 12114) 내에 있어서의 각 입체물까지의 거리와, 이 거리의 시간적 변화(차량(12100)에 대한 상대 속도)를 구함으로써, 특히 차량(12100)의 진행로 상에 있는 가장 가까운 입체물로서 차량(12100)과 대략 같은 방향으로 소정의 속도(예를 들면, 0km/h 이상)로 주행하는 입체물을 선행차로서 추출할 수 있다. 또한, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 선행 차와의 사이에서 미리 확보해야 할 차간 거리를 설정하고, 자동 브레이크 제어(추종 정지 제어도 포함)나 자동 가속 제어(추종 발진 제어도 포함) 등을 행할 수 있다. 이와 같이 운전자의 조작에 의하지 않고 자율적으로 주행하는 자동 운전 등을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수 있다.
예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 촬상부(12101~12104)로부터 얻어진 거리 정보를 기초로, 입체물에 관한 입체물 데이터를, 이륜차, 보통 차량, 대형 차량, 보행자, 전신주 등 그 밖의 입체물로 분류하여 추출하고, 장애물의 자동 회피에 이용할 수 있다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차량(12100)의 주변 장애물을, 차량(12100)의 운전자가 시인 가능한 장애물과 시인 곤란한 장애물로 식별한다. 그리고, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 각 장애물과의 충돌 위험도를 나타내는 충돌 리스크를 판단하여, 충돌 리스크가 설정값 이상으로 충돌 가능성이 있는 상황일 때에는, 오디오 스피커(12061)나 표시부(12062)를 통해 운전자에 경보를 출력하거나, 구동계 제어 유닛(12010)을 통해 강제 감속이나 회피 조타를 행함으로써, 충돌 회피를 위한 운전 지원을 행할 수 있다.
촬상부(12101~12104)의 적어도 하나는 적외선을 검출하는 적외선 카메라여도 된다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 촬상부(12101~12104)의 촬상 화상 중에 보행자가 존재하는지 아닌지를 판정함으로써 보행자를 인식할 수 있다. 이러한 보행자의 인식은, 예를 들면 적외선 카메라로서의 촬상부(12101~12104)의 촬상 화상에 있어서의 특징점을 추출하는 절차와, 물체의 윤곽을 나타내는 일련의 특징점에 패턴 매칭 처리를 해서 보행자인지 아닌지를 판별하는 절차에 의해 수행된다. 마이크로 컴퓨터(12051)가, 촬상부(12101~12104)의 촬상 화상 중에 보행자가 존재한다고 판정하여 보행자를 인식하면, 음성 화상 출력부(12052)는 해당 인식된 보행자에 강조를 위한 사각형 윤곽선을 중첩 표시하도록, 표시부(12062)를 제어한다. 또한, 음성 화상 출력부(12052)는 보행자를 나타내는 아이콘 등을 원하는 위치에 표시하도록 표시부(12062)를 제어해도 된다.
이상, 본 개시에 따른 기술이 적용될 수 있는 차량제어 시스템의 일 예에 대하여 설명하였다. 본 개시에 따른 기술은, 이상 설명한 구성 중, 촬상부(12031)에 적용될 수 있다. 예를 들어, 도 1의 촬상 장치(100)는, 촬상부(12031)에 적용할 수 있다. 촬상부(12031)에 본 개시에 따른 기술을 적용함으로써, 촬상부(12031)를 포함하는 시스템의 소비 전력을 저감할 수 있다.
한편, 상술한 실시형태는 본 기술을 구체화하기 위한 일례를 제시한 것이며, 실시형태에 있어서의 사항과, 특허청구 범위에 있어서의 발명 특정 사항은 각각 대응 관계를 갖는다. 마찬가지로, 특허청구 범위에 있어서의 발명 특정 사항과, 이와 동일 명칭을 붙인 본 기술의 실시형태에 있어서의 사항과는 각각 대응 관계를 갖는다. 단, 본 기술은 실시형태에 한정되는 것이 아니며, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 실시형태에 다양한 변형을 가함으로써 구체화할 수 있다.
또한, 상술한 실시형태에서 설명한 처리 순서는, 이들 일련의 절차를 갖는 방법으로서 파악하여도 되고, 또한, 이들 일련의 절차를 컴퓨터에 실행시키기 위한 프로그램 내지 그 프로그램을 기억하는 기록 매체로서 파악하여도 된다. 그 기록 매체로서, 예를 들면, CD(Compact Disc), MD(MiniDisc), DVD(Digital Versatile Disc), 메모리 카드, 블루레이 디스크(Blu-ray(등록상표) Disc) 등을 이용할 수 있다.
한편, 본 명세서에 기재된 효과는 어디까지나 예시이며, 한정되는 것이 아니고, 또한, 다른 효과가 있어도 된다.
한편, 본 기술은 이하와 같은 구성도 취할 수 있다.
(1) 입사광을 광전 변환하여 광전류를 출력하는 포토다이오드와,
상기 광전류가 출력될 때마다 상기 포토다이오드의 일단의 전위를 전원 전위보다 낮은 값으로 강하시키는 저항과,
상기 일단의 전위가 강하된 빈도에 기초하여 상기 입사광의 조도를 측정하는 측정부와,
상기 측정된 조도가 높을수록 낮은 값으로 상기 전원 전위를 제어하는 전원 제어부를 구비하는 고체 촬상 소자.
(2) 상기 전원 제어부는, 상기 조도와 소정의 임계값과의 비교 결과에 기초하여 상기 전원 전위를 제어하는 상기 (1) 기재의 고체 촬상 소자.
(3) 상기 전원 제어부는, 상기 조도와 서로 다른 복수의 임계값과의 비교 결과에 기초하여 상기 전원 전위를 제어하는 상기 (1) 기재의 고체 촬상 소자.
(4) 상기 포토다이오드, 상기 저항, 상기 측정부 및 상기 전원 제어부는, 2차원격자 형상으로 배열된 복수의 화소 회로의 각각에 배치되는 상기 (1) 내지 (3)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.
(5) 상기 측정부는, 소정의 노광 기간 내에서 상기 일단의 전위가 강하된 횟수를 계수하여 해당 계수치를 상기 조도의 측정값으로서 상기 전원 제어부에 공급하는 상기 (1) 내지 (4)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.
(6) 서로 다른 복수의 전위 중 어느 하나를 스위칭 신호에 따라 선택하여 상기 전원 전위로서 공급하는 선택부를 더 구비하고,
상기 전원 제어부는, 상기 스위칭 신호를 상기 선택부로 공급하는 상기 (1) 내지 (5)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.
(7) 입사광을 집광하는 촬상 렌즈와,
상기 입사광을 광전 변환하여 광전류를 출력하는 포토다이오드와,
상기 광전류가 출력될 때마다 상기 포토다이오드의 일단의 전위를 전원 전위보다 낮은 값으로 강하시키는 저항과,
상기 일단의 전위가 강하된 빈도에 기초하여 상기 입사광의 조도를 측정하는 측정부와,
상기 측정된 조도가 높을수록 낮은 값으로 상기 전원 전위를 제어하는 전원 제어부를 구비하는 고체 촬상 소자.
(8) 입사광을 광전 변환한 광전류가 포토다이오드로부터 출력될 때마다 상기 포토다이오드의 일단의 전위가 전원 전위보다 낮은 값으로 강하된 빈도에 기초하여 상기 입사광의 조도를 측정하는 측정 단계와,
상기 측정된 조도가 높을수록 낮은 값으로 상기 전원 전위를 제어하는 전원 제어 단계를 구비하는 고체 촬상 소자의 제어 방법.
(9) 소정의 노광 기간 내에 광자가 입사한 횟수를 계수하여 계수치를 출력하는 계수부와,
상기 소정의 노광 기간이 경과하기 전에 상기 계수치가 소정의 제한 값에 도달한 경우에는 상기 계수부를 정지시키는 계수 제어부와,
상기 계수부를 정지시킬 때까지의 시간에 기초하여 상기 소정의 노광 기간 내의 광자의 입사 횟수를 추정하여 추정값으로서 출력하는 추정부를 구비하는 고체 촬상 소자.
(10) 상기 추정부는, 상기 계수부를 정지시킬 때까지의 시간과 상기 소정의 노광 기간의 길이와 상기 소정의 제한 값으로부터 상기 추정값을 구하는 상기 (9) 기재의 고체 촬상 소자.
(11) 1개의 광자의 입사 유무를 검출하는 포토다이오드와,
상기 광자의 입사가 검출될 때마다 상기 포토다이오드의 일단의 전위를 초기 상태로 되돌리기 위한 저항과,
상기 계수치가 상기 소정의 제한 값에 도달한 경우에는 상기 추정값을 출력값으로서 출력하고, 상기 계수치가 상기 소정의 제한 값에 도달하여 있지 않은 경우에는 상기 계수치를 상기 출력값으로서 출력하는 스위치와,
상기 출력값에 따라 상기 전원 전위를 제어하는 전원 제어부를 더 구비하고,
상기 계수부는, 상기 일단의 전위가 상기 광자의 입사 유무의 검출에 의해 변동된 횟수를 계수하고,
상기 계수 제어부 및 상기 추정부는, 상기 전원 전위에 따라 상기 소정의 제한 값을 제어하는 상기 (9) 또는 (10)에 기재된 고체 촬상 소자.
(12) 상기 포토다이오드는, 애벌런치 포토다이오드인 상기 (11) 기재의 고체 촬상 소자.
(13) 상기 전원 제어부는, 상기 출력값과 소정의 임계값과의 비교 결과에 기초하여 상기 전원 전위를 제어하는 상기 (11) 기재의 고체 촬상 소자.
(14) 상기 전원 제어부는, 상기 출력값과 서로 다른 복수의 임계값과의 비교 결과에 기초하여 상기 전원 전위를 제어하는 상기 (11) 기재의 고체 촬상 소자.
(15) 상기 포토다이오드 및 상기 저항은, 수광 칩에 배치되고,
상기 계수부, 상기 계수 제어부, 상기 추정부, 상기 스위치 및 상기 전원 제어부는, 상기 수광 칩에 적층된 로직 칩에 배치되는 상기 (11) 내지 (13)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.
(16) 상기 포토다이오드는, 수광 칩에 배치되고,
상기 저항, 상기 계수부, 상기 계수 제어부, 상기 추정부, 상기 스위치 및 상기 전원 제어부는, 상기 수광 칩에 적층된 로직 칩에 배치되는 상기 (11) 내지(13)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.
(17) 상기 계수부 및 상기 계수 제어부는, 2차원 격자 형상으로 배열된 복수의 화소 회로의 각각에 배치되는 상기 (9) 내지 (16)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.
(18) 소정의 노광 기간 내에 광자가 입사한 횟수를 계수하여 계수치를 출력하는 계수부와,
상기 소정의 노광 기간이 경과하기 전에 상기 계수치가 소정의 제한 값에 도달한 경우에는 상기 계수부를 정지시키는 계수 제어부와,
상기 계수부를 정지시킬 때까지의 시간에 기초하여 상기 소정의 노광 기간 내의 광자의 입사 횟수를 추정하여 추정값으로서 출력하는 추정부와,
상기 추정값으로부터 생성된 화상 데이터를 기록하는 기록부를 구비하는 촬상 장치.
(19) 소정의 노광 기간 내에 광자가 입사한 횟수를 계수하여 계수치를 출력하는 계수 단계와,
상기 소정의 노광 기간이 경과하기 전에 상기 계수치가 소정의 제한 값에 도달한 경우에는 상기 계수부를 정지시키는 계수 제어 단계와,
상기 계수부를 정지시킬 때까지의 시간에 기초하여 상기 소정의 노광 기간 내의 광자의 입사 횟수를 추정하여 추정값으로서 출력하는 추정 단계를 구비하는 고체 촬상 소자의 제어 방법.
100: 촬상 장치
110: 촬상 렌즈
120: 기록부
130: 촬상 제어부
200: 고체 촬상 소자
201: 수광 칩
202: 로직 칩
210: 수광부
220: 수광 회로
221, 222, 223, 226, 275, 276, 277, 280: 스위치
223, 226-1: 저항
224, 227: 포토다이오드
225: 멀티플렉서
230: 수직제어부
240: 수평제어부
250: 신호 처리부
260: 로직 어레이부
270: 논리 회로
271: 인버터
272: 트랜지스터
273: 전원 제어부
274: 광자 카운터
275: 계수 제어부
279: 시각 정보 보유부
290: 클럭 회로
300: 화소 회로
12031: 촬상부
110: 촬상 렌즈
120: 기록부
130: 촬상 제어부
200: 고체 촬상 소자
201: 수광 칩
202: 로직 칩
210: 수광부
220: 수광 회로
221, 222, 223, 226, 275, 276, 277, 280: 스위치
223, 226-1: 저항
224, 227: 포토다이오드
225: 멀티플렉서
230: 수직제어부
240: 수평제어부
250: 신호 처리부
260: 로직 어레이부
270: 논리 회로
271: 인버터
272: 트랜지스터
273: 전원 제어부
274: 광자 카운터
275: 계수 제어부
279: 시각 정보 보유부
290: 클럭 회로
300: 화소 회로
12031: 촬상부
Claims (19)
- 입사광을 광전 변환하여 광전류를 출력하는 포토다이오드와,
상기 광전류가 출력될 때마다 상기 포토다이오드의 일단의 전위를 전원 전위보다 낮은 값으로 강하시키는 저항과,
상기 일단의 전위가 강하된 빈도에 기초하여 상기 입사광의 조도를 측정하는 측정부와,
상기 측정된 조도가 높을수록 낮은 값으로 상기 전원 전위를 제어하는 전원 제어부를 구비하는 고체 촬상 소자. - 제1항에 있어서,
상기 전원 제어부는, 상기 조도와 미리 정해진 임계값과의 비교 결과에 기초하여 상기 전원 전위를 제어하는 고체 촬상 소자. - 제1항에 있어서,
상기 전원 제어부는, 상기 조도와 서로 다른 복수의 임계값과의 비교 결과에 기초하여 상기 전원 전위를 제어하는 고체 촬상 소자. - 제1항에 있어서,
상기 포토다이오드, 상기 저항, 상기 측정부 및 상기 전원 제어부는, 2차원 격자 형상으로 배열된 복수의 화소 회로의 각각에 배치되는 고체 촬상 소자. - 제1항에 있어서,
상기 측정부는, 미리 정해진 노광 기간 내에서 상기 일단의 전위가 강하된 횟수를 계수하여 해당 계수치를 상기 조도의 측정값으로서 상기 전원 제어부에 공급하는 고체 촬상 소자. - 제1항에 있어서,
서로 다른 복수의 전위 중 어느 하나를 스위칭 신호에 따라 선택하여 상기 전원 전위로서 공급하는 선택부를 더 구비하고,
상기 전원 제어부는, 상기 스위칭 신호를 상기 선택부로 공급하는 고체 촬상 소자. - 입사광을 집광하는 촬상 렌즈와,
상기 입사광을 광전 변환하여 광전류를 출력하는 포토다이오드와,
상기 광전류가 출력될 때마다 상기 포토다이오드의 일단의 전위를 전원 전위보다 낮은 값으로 강하시키는 저항과,
캐소드의 전위가 강하된 빈도에 기초하여 상기 입사광의 조도를 측정하는 측정부와,
상기 측정된 조도가 높을수록 낮은 값으로 상기 전원 전위를 제어하는 전원 제어부를 구비하는 고체 촬상 소자. - 입사광을 광전 변환한 광전류가 포토다이오드로부터 출력될 때마다 상기 포토다이오드의 일단의 전위가 전원 전위보다 낮은 값으로 강하된 빈도에 기초하여 상기 입사광의 조도를 측정하는 측정 단계와,
상기 측정된 조도가 높을수록 낮은 값으로 상기 전원 전위를 제어하는 전원 제어 단계를 구비하는 고체 촬상 소자의 제어 방법. - 미리 정해진 노광 기간 내에 광자가 입사한 횟수를 계수하여 계수치를 출력하는 계수부와,
상기 미리 정해진 노광 기간이 경과하기 전에 상기 계수치가 미리 정해진 제한 값에 도달한 경우에는 상기 계수부를 정지시키는 계수 제어부와,
상기 계수부를 정지시킬 때까지의 시간에 기초하여 상기 미리 정해진 노광 기간 내의 광자의 입사 횟수를 추정하여 추정값으로서 출력하는 추정부를 구비하는 고체 촬상 소자. - 제9항에 있어서,
상기 추정부는, 상기 계수부를 정지시킬 때까지의 시간과 상기 미리 정해진 노광 기간의 길이와 상기 미리 정해진 제한 값으로부터 상기 추정값을 구하는 고체 촬상 소자. - 제9항에 있어서,
1개의 광자의 입사 유무를 검출하는 포토다이오드와,
상기 광자의 입사가 검출될 때마다 상기 포토다이오드의 일단의 전위를 초기 상태로 되돌리기 위한 저항과,
상기 계수치가 상기 미리 정해진 제한 값에 도달한 경우에는 상기 추정값을 출력값으로서 출력하고, 상기 계수치가 상기 미리 정해진 제한 값에 도달하여 있지 않은 경우에는 상기 계수치를 상기 출력값으로서 출력하는 스위치와,
상기 출력 값에 따라 상기 전원 전위를 제어하는 전원 제어부를 더 구비하고,
상기 계수부는, 상기 일단의 전위가 상기 광자의 입사 유무의 검출에 의해 변동된 횟수를 계수하고,
상기 계수 제어부 및 상기 추정부는, 상기 전원 전위에 따라 상기 미리 정해진 제한 값을 제어하는 고체 촬상 소자. - 제11항에 있어서,
상기 포토다이오드는, 애벌런치 포토다이오드인 고체 촬상 소자. - 제11항에 있어서,
상기 전원 제어부는, 상기 출력값과 소정의 임계값과의 비교 결과에 기초하여 상기 전원 전위를 제어하는 고체 촬상 소자. - 제11항에 있어서,
상기 전원 제어부는, 상기 출력값과 서로 다른 복수의 임계값과의 비교 결과에 기초하여 상기 전원 전위를 제어하는 고체 촬상 소자. - 제11항에 있어서,
상기 포토다이오드 및 상기 저항은, 수광 칩에 배치되고,
상기 계수부, 상기 계수 제어부, 상기 추정부, 상기 스위치 및 상기 전원 제어부는, 상기 수광 칩에 적층된 로직 칩에 배치되는 고체 촬상 소자. - 제11항에 있어서,
상기 포토다이오드는, 수광 칩에 배치되고,
상기 저항, 상기 계수부, 상기 계수 제어부, 상기 추정부, 상기 스위치 및 상기 전원 제어부는, 상기 수광 칩에 적층된 로직 칩에 배치되는 고체 촬상 소자. - 제9항에 있어서,
상기 계수부 및 상기 계수 제어부는, 2차원 격자 형상으로 배열된 복수의 화소 회로의 각각에 배치되는 고체 촬상 소자. - 미리 정해진 노광 기간 내에 광자가 입사한 횟수를 계수하여 계수치를 출력하는 계수부와,
상기 미리 정해진 노광 기간이 경과하기 전에 상기 계수치가 소정의 제한 값에 도달한 경우에는 상기 계수부를 정지시키는 계수 제어부와,
상기 계수부를 정지시킬 때까지의 시간에 기초하여 상기 미리 정해진 노광 기간 내의 광자의 입사 횟수를 추정하여 추정값으로서 출력하는 추정부와,
상기 추정값으로부터 생성된 화상 데이터를 기록하는 기록부를 구비하는 촬상 장치. - 미리 정해진 노광 기간 내에 광자가 입사한 횟수를 계수하여 계수치를 출력하는 계수 단계와,
상기 미리 정해진 노광 기간이 경과하기 전에 상기 계수치가 미리 정해진 제한 값에 도달한 경우에는 상기 계수부를 정지시키는 계수 제어 단계와,
상기 계수부를 정지시킬 때까지의 시간에 기초하여 상기 미리 정해진 노광 기간 내의 광자의 입사 횟수를 추정하여 추정값으로서 출력하는 추정 단계를 구비하는 고체 촬상 소자의 제어 방법.
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