WO2021002071A1 - 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

Abstract

グローバルシャッター方式を用いる固体撮像素子において、フレームレートを向上させることを目的とする。　固体撮像素子において、光電変換素子は、光電変換により電荷を生成する。電荷保持トランジスタは、電荷を保持する。逆流防止トランジスタは、光電変換素子から電荷保持トランジスタへ電荷を転送した直後に光電変換素子と電荷保持トランジスタとの間に電位障壁を生成する。浮遊拡散層は、電荷を蓄積して電荷の量に応じた電圧を生成する。転送トランジスタは、電荷保持トランジスタから浮遊拡散層へ電荷を転送する。

Description

固体撮像素子、撮像装置、および、固体撮像素子の制御方法

　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、全画素を同時に露光する固体撮像素子、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、固体撮像素子を露光する方式として、１行ずつ順に露光を行うローリングシャッター方式と、全画素を同時に露光するグローバルシャッター方式とが知られている。これらのうち後者のグローバルシャッター方式では、行ごとの露光タイミングの相違により画像が歪むことが無いため、被写体の動きを正確に捉えることができる。このグローバルシャッター方式を実現するために、例えば、画素毎に、光電変換素子からの電荷をＭＯＳ（Metal-Oxide-Semiconductor）キャパシタに一時的に保持しておく固体撮像素子が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。また、この固体撮像素子では、画素の後段において、カラムごとにＡＤＣ（Analog to Digital Converter）を配置したカラムＡＤＣが配置される。

特開２０１８－１６０４８５号公報

　上述の固体撮像素子では、全画素を同時に露光して、露光量に応じた電荷をＭＯＳキャパシタに保持させ、ＭＯＳキャパシタから浮遊拡散層に１行ずつ順に電荷を転送させることにより、カラムＡＤＣの構成でグローバルシャッター方式が実現される。しかしながら、光電変換素子からＭＯＳキャパシタへ電荷を転送した際に、前回の露光でＭＯＳキャパシタに残った電荷が光電変換素子に逆流することがある。この逆流した電荷を排出するために、画像データ（言い換えれば、フレーム）を撮像するたびに、走査回路が、光電変換素子からの電荷の掃き出しを行う必要が生じる。この電荷の掃き出しの際に、電源やグランドの電位が変動するため、それらの電位が安定するまで次の露光開始を待たなければならない。この安定化に必要な時間は、固体撮像素子の画素数の増大に伴って長くなる。したがって、画素数を増大するほど、フレームレートの向上が困難になるという問題がある。

　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、グローバルシャッター方式を用いる固体撮像素子において、フレームレートを向上させ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、光電変換により電荷を生成する光電変換素子と、上記電荷を保持する電荷保持トランジスタと、上記光電変換素子から上記電荷保持トランジスタへ上記電荷を転送した直後に上記光電変換素子と上記電荷保持トランジスタとの間に電位障壁を生成する逆流防止トランジスタと、上記電荷を蓄積して上記電荷の量に応じた電圧を生成する浮遊拡散層と、上記電荷保持トランジスタから上記浮遊拡散層へ上記電荷を転送する転送トランジスタ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、電荷保持トランジスタから光電変換素子への逆流が防止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、上記光電変換素子から上記電荷を排出する電荷排出トランジスタをさらに具備してもよい。これにより、光電変換素子が初期化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、複数の露光開始タイミングのうち１回目の露光開始タイミングの直前に上記電荷排出トランジスタを制御して上記電荷を排出させ、２回目以降の露光開始タイミングの直前において上記電荷を排出させずに上記逆流防止トランジスタを制御して上記光電変換素子から上記電荷保持トランジスタへ上記電荷を転送させる走査回路をさらに具備してもよい。これにより、フレームレートが向上するという作用をもたらす。

　また、この第１の側面において、上記浮遊拡散層から上記電荷を排出するリセットトランジスタと、上記電圧を増幅する増幅トランジスタと、所定の選択信号に従って上記増幅された電圧の信号を画素信号として出力する選択トランジスタとをさらに具備してもよい。これにより、画素信号が読み出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、各々が複数の画素を含む所定数の列のそれぞれからの上記画素信号を処理するカラム信号処理部をさらに具備し、上記光電変換素子、上記電荷保持トランジスタ、上記逆流防止防止トランジスタ、上記浮遊拡散層、上記転送トランジスタ、上記電荷排出トランジスタ、上記リセットトランジスタ、上記増幅トランジスタおよび上記選択トランジスタは、上記複数の画素のそれぞれに配置されてもよい。これにより、行ごとに画素信号が読み出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、光電変換により電荷を生成する光電変換素子と、上記電荷を保持する電荷保持トランジスタと、上記光電変換素子から上記電荷保持トランジスタへ上記電荷を転送した直後に上記光電変換素子と上記電荷保持トランジスタとの間に電位障壁を生成する逆流防止トランジスタと、上記電荷を蓄積して上記電荷の量に応じた電圧を生成する浮遊拡散層と、上記電荷保持トランジスタから上記浮遊拡散層へ上記電荷を転送する転送トランジスタと、上記電圧に応じた画素信号からなる画像データを処理する信号処理部とを具備する撮像装置である。これにより、電荷保持トランジスタから光電変換素子への逆流が防止された画素からの画素信号が処理されるという作用をもたらす。

　また、この第２の側面において、上記光電変換素子から上記電荷を排出する電荷排出トランジスタと、複数の露光開始タイミングのうち１回目の露光開始タイミングの直前に上記電荷排出トランジスタを制御して上記電荷を上記光電変換素子から排出させ、２回目以降の露光開始タイミングの直前において上記電荷を排出させずに上記逆流防止トランジスタを制御して上記光電変換素子から上記電荷保持トランジスタへ上記電荷を転送させる走査回路と、所定の発光イネーブル信号に従って照明装置を発光させる発光制御部と、２回目以降の上記露光開始タイミングの直前の所定の露光禁止期間内に亘って上記発光イネーブル信号をディセーブルに制御する同期制御部とをさらに具備し、上記露光禁止期間内に上記走査回路は、上記逆流防止トランジスタを制御して上記電荷を転送させてもよい。これにより、露光禁止期間内に発光が制限されるという作用をもたらす。

　また、この第２の側面において、所定のメカシャッタイネーブル信号に従ってメカシャッタを開閉する光学系をさらに具備し、上記同期制御部は、上記露光禁止期間のうち上記電荷の転送期間内に亘ってさらに上記メカシャッタイネーブル信号をディセーブルに制御してもよい。これにより、電荷の転送期間内にメカシャッタが閉状態になるという作用をもたらす。

本技術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。 本技術の実施の形態における固体撮像素子の一構成例を示すブロック図である。 本技術の実施の形態における画素の一構成例を示す回路図である。 本技術の実施の形態におけるカラム信号処理部の一構成例を示すブロック図である。 本技術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。 本技術の実施の形態における固体撮像素子の動作の一例を示すタイミングチャートである。 本技術の実施の形態における電荷排出時と１回目の露光中との画素のポテンシャル図の一例である。 本技術の実施の形態における浮遊拡散層への電荷転送時と浮遊拡散層の初期化時との画素のポテンシャル図の一例である。 本技術の実施の形態における初期化直後とＭＯＳキャパシタへの電荷転送時との画素のポテンシャル図の一例である。 本技術の実施の形態における２回目の露光中と浮遊拡散層への電荷転送時との画素のポテンシャル図の一例である。 本技術の第１の実施の形態における浮遊拡散層の初期化時の画素のポテンシャル図の一例である。 本技術の実施の形態におけるＭＯＳキャパシタへの電荷転送時の画素のポテンシャル図の一例である。 本技術の実施の形態における電荷排出時と３回目の露光中との画素のポテンシャル図の一例である。 本技術の実施の形態における浮遊拡散層への電荷転送時の画素のポテンシャル図の一例である。 本技術の実施の形態における行走査回路の動作の一例を示すタイミングチャートである。 比較例における画素の一構成例を示す回路図である。 比較例における固体撮像素子の動作の一例を示すタイミングチャートである。 比較例における初期化直後とＭＯＳキャパシタへの電荷転送時との画素のポテンシャル図の一例である。 比較例におけるＭＯＳキャパシタへの電荷転送直後と電荷排出時との画素のポテンシャル図の一例である。 本技術の実施の形態におけるフレームの一例を示す図である。 本技術の実施の形態における画素内の素子のレイアウトの一例を示す平面図である。 本技術の実施の形態における隣接する２画素内の素子のレイアウトの一例を示す平面図である。 本技術の実施の形態における画素内の素子のレイアウトの他の例を示す平面図である。 本技術の実施の形態における隣接する２画素内の素子のレイアウトの他の例を示す平面図である。 本技術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。 本技術の実施の形態の変形例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。 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．実施の形態（光電変換素子への逆流を防止する例）
　２．変形例
　３．移動体への応用例

　＜１．実施の形態＞
　［撮像装置の構成例］
　図１は、本技術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ための装置であり、固体撮像素子２００、発光制御部１１０、同期制御部１２０、信号処理部１３０および光学系１４０を備える。撮像装置１００は、例えば、半導体素子の製造工場などにおいて、クリーンルーム内のナノサイズの塵の有無を検出するために用いられる。この検出対象の塵は、パーティクルとも呼ばれる。

　固体撮像素子２００は、垂直同期信号ＸＶＳに同期して画像データを撮像するものである。ここで、垂直同期信号ＸＶＳは、画像データの撮像のタイミングを示す周期信号である。固体撮像素子２００は、撮像した画像データを信号処理部１３０に信号線２０９を介して供給する。また、固体撮像素子２００は、露光イネーブル信号を生成して信号線２０８を介して同期制御部１２０に供給する。この露光イネーブル信号は、固体撮像素子２００の画素を露光することができる露光可能期間を示す信号である。

　同期制御部１２０は、発光制御部１１０、信号処理部１３０および光学系１４０を制御するものである。この同期制御部１２０は、露光イネーブル信号に同期して、発光イネーブル信号を生成し、信号線１２７を介して発光制御部１１０に供給する。この発光イネーブル信号は、ストロボなどの外部の照明装置（不図示）を発光させることができる期間を示す信号である。

　また、同期制御部１２０は、絞り値やレンズの位置を制御するための制御信号を生成し、光学系１４０に信号線１２８を介して供給する。さらに同期制御部１２０は、信号線１２９を介して信号処理部１３０との間で、制御信号などのデータをやりとりする。

　発光制御部１１０は、発光イネーブル信号に従って、外部の照明装置を発光させるものである。

　光学系１４０は、被写体からの光を集光して固体撮像素子２００に導くものである。この光学系１４０は、複数枚のレンズや、絞りなどの光学部品を備える。

　信号処理部１３０は、固体撮像素子２００からの画像データに対して、所定の画像処理を行うものである。例えば、信号処理部１３０は、入力された画像データを保持し、その次に入力された現在の画像データと、保持した過去の画像データとの差分画像を求める処理を行う。そして、信号処理部１３０は、差分画像に基づいてパーティクルの有無を検出し、検出結果を出力する。なお、信号処理部１３０は、パーティクルの有無の検出処理以外の画像処理を行うこともできる。

　なお、固体撮像素子２００を製造工場の検査用の撮像装置１００に適用しているが、この構成に限定されない。例えば、固体撮像素子２００を、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラの他、スマートフォンやパーソナルコンピュータ、車載カメラ等に適用することもできる。

　［固体撮像素子の構成例］
　図２は、本技術の実施の形態における固体撮像素子２００の一構成例を示すブロック図である。この固体撮像素子２００は、行走査回路２１０、画素アレイ部２２０、システム制御部２５０、カラム信号処理部２６０および列走査回路２７０を備える。

　画素アレイ部２２０には、二次元格子状に複数の画素２３０が配列される。以下、所定の水平方向に配列された画素２３０の集合を「行」と称し、行に垂直な方向に配列された画素２３０の集合を「列」と称する。

　行走査回路２１０は、全画素を同時に露光させ、１行ずつ順に駆動して画素信号を出力させるものである。

　システム制御部２５０は、垂直同期信号ＸＶＳに同期して、行走査回路２１０、カラム信号処理部２６０および列走査回路２７０のそれぞれの動作タイミングを制御するものである。また、システム制御部２５０は、露光イネーブル信号を生成して同期制御部１２０に供給する。

　カラム信号処理部２６０は、各列の画素信号に対して、ＡＤ（Analog to Digital）変換処理やＣＤＳ（Correlated Double Sampling）処理などの信号処理を行うものである。このカラム信号処理部２６０は、処理後のデジタル信号からなる画像データを信号処理部１３０に供給する。

　列走査回路２７０は、カラム信号処理部２６０を制御して、画素データを順に出力させるものである。

　［画素の構成例］
　図３は、本技術の実施の形態における画素２３０の一構成例を示す回路図である。この画素２３０は、電荷排出トランジスタ２３１、光電変換素子２３２、逆流防止トランジスタ２３３、電荷保持トランジスタ２３４および転送トランジスタ２３５を備える。また、画素２３０は、リセットトランジスタ２３６、浮遊拡散層２３７、増幅トランジスタ２３８および選択トランジスタ２３９をさらに備える。

　電荷排出トランジスタ２３１は、行走査回路２１０からのリセット信号ＯＦＧに従って、オーバーフローゲートを介して光電変換素子２３２から電荷を排出するものである。この電荷の排出により、光電変換素子２３２の電荷量が初期化される。

　光電変換素子２３２は、光電変換により電荷を生成するものである。光電変換素子２３２として、例えば、フォトダイオードが用いられる。

　逆流防止トランジスタ２３３は、行走査回路２１０からの転送信号ＴＲＹに従って、オン状態に移行し、光電変換素子２３２から電荷保持トランジスタ２３４へ電荷を転送するものである。また、逆流防止トランジスタ２３３は、電荷を転送した直後にオフ状態に移行する。これにより、光電変換素子２３２と電荷保持トランジスタ２３４との間に電位障壁が生じるため、電荷保持トランジスタ２３４から光電変換素子２３２への電荷の逆流が防止される。

　電荷保持トランジスタ２３４は、電荷を保持するＭＯＳキャパシタが設けられたＭＯＳトランジスタである。この電荷保持トランジスタ２３４は、行走査回路２１０からの転送信号ＴＲＸに従って、ゲートを開き、自身のＭＯＳキャパシタに電荷を転送して保持する。このＭＯＳキャパシタを設けることにより、全画素の露光終了直後から、対応する行の読み出しまでの間、そのＭＯＳキャパシタに電荷を保持しておくことができる。これにより、カラムＡＤＣの構成において、グローバルシャッター方式を実現することができる。

　転送トランジスタ２３５は、行走査回路２１０からの転送信号ＴＲＧに従って、電荷保持トランジスタ２３４から浮遊拡散層２３７へ電荷を転送するものである。

　リセットトランジスタ２３６は、行走査回路２１０からのリセット信号ＲＳＴに従って、浮遊拡散層２３７から電荷を排出するものである。この電荷の排出により、浮遊拡散層２３７の電荷量が初期化される。

　浮遊拡散層２３７は、転送された電荷を蓄積し、その電荷の量に応じた電圧を生成するものである。

　増幅トランジスタ２３８は、浮遊拡散層２３７の電圧を増幅するものである。選択トランジスタ２３９は、行走査回路２１０からの選択信号ＳＥＬに従って、増幅された電圧のアナログ信号を画素信号Ｖｉｎとしてカラム信号処理部２６０に垂直信号線ＶＳＬを介して出力するものである。垂直信号線ＶＳＬは、画素アレイ部２２０内において列ごとに配線される。

　［カラム信号処理部の構成例］
　図４は、本技術の実施の形態におけるカラム信号処理部２６０の一構成例を示すブロック図である。このカラム信号処理部２６０は、列ごとに、ＡＤＣ（Analog to Digital Converter）２６１およびＣＤＳ処理部２６２を備える。

　ＡＤＣ２６１は、対応する列からのアナログ信号（すなわち、画素信号）をデジタル信号に変換するものである。このＡＤＣ２６１は、デジタル信号をＣＤＳ処理部２６２に供給する。

　ＣＤＳ処理部２６２は、デジタル信号に対して、リセットレベルと信号レベルとの差分を求めるＣＤＳ処理を行うものである。ここで、リセットレベルは、浮遊拡散層２３７を初期化したときのデジタル信号のレベルである。また、信号レベルは、露光量に応じた電荷が浮遊拡散層２３７へ転送されたときのデジタル信号のレベルである。ＣＤＳ処理部２６２は、処理後のデジタル信号を列走査回路２７０の制御に従って信号処理部１３０へ出力する。

　なお、ＣＤＳ処理部２６２がＣＤＳ処理を実行しているが、ＡＤＣ２６１がＡＤ変換処理に加えて、ＣＤＳ処理をさらに実行することもできる。

　［撮像装置の動作例］
　図５は、本技術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。タイミングＴ０やＴ５において、垂直同期信号ＸＶＳが立ち下がるものとする。

　固体撮像素子２００内の画素は、タイミングＴ２乃至Ｔ３の期間内に、光電変換素子２３２から電荷保持トランジスタ２３４への電荷の転送を行う。この転送期間内に露光を行うと、次の画像データ（言い換えれば、フレーム）への電荷の漏れ込みが生じるおそれがある。そこで、固体撮像素子２００内のシステム制御部２５０は、タイミングＴ２乃至Ｔ３の転送期間内に露光イネーブル信号をディセーブル（ローレベルなど）とし、露光を禁止する。タイミングＴ６以降の期間内は、光電変換素子２３２からの電荷の掃き出しと、電荷の転送とが行われるため、露光イネーブル信号は、ディセーブルに設定される。ただし、電荷の転送に加えて電荷の掃き出しも実行されるため、タイミングＴ６以降のディセーブルの期間は、タイミングＴ２乃至Ｔ３の期間よりも長めに設定される。

　同期制御部１２０は、露光イネーブル信号がイネーブル（ハイレベルなど）である露光可能期間内に、発光イネーブル信号をイネーブル（ハイレベルなど）にし、露光イネーブル信号がディセーブルである露光禁止期間内に、発光イネーブル信号をディセーブル（ローレベルなど）にする。

　発光制御部１１０は、発光イネーブル信号がイネーブルである期間（すなわち、露光可能期間）内に照明装置を所定のタイミングで発光させる。一方、発光イネーブル信号がディセーブルである期間（すなわち、露光禁止期間）内に発光制御部１１０は、照明装置を消灯させ、発光動作を制限する。例えば、露光可能期間のうち、タイミングＴ１乃至Ｔ２の期間と、タイミングＴ３乃至Ｔ４の期間とに照明装置が発光する。

　行走査回路２１０は、水平同期信号ＨＶＳに同期して行を順に選択して画素信号を出力させる。カラム信号処理部２６０は、それぞれの行の画素信号をＡＤ変換し、タイミングＴ３の直後において画像データ（フレーム）を読み出す。ただし、このフレームは破棄される。そして、タイミングＴ７の直後において、カラム信号処理部２６０は、次のフレームを読み出す。このフレームは、１回目の露光によるフレームである。

　図６は、本技術の実施の形態における固体撮像素子２００の動作の一例を示すタイミングチャートである。例えば、タイミングＴ０乃至Ｔ２が１回目の露光期間として設定されたものとする。

　固体撮像素子２００内の行走査回路２１０は、タイミングＴ０の直前において、全画素にリセット信号ＯＦＧを供給して、光電変換素子２３２の電荷の掃き出しを実行させる。これにより、光電変換素子２３２が初期化され、タイミングＴ０において、不要な電荷を排出し、全画素について露光が開始される。そして、タイミングＴ２において、全画素の露光が終了する。

　また、露光終了のタイミングＴ２の直前において、行走査回路２１０は、１行目の信号レベルをＡＤ変換する（言い換えれば、読み出す）。タイミングＴ２からタイミングＴ２１の間の期間内に、カラム信号処理部２６０は、１行目のリセットレベルを読み出す。２行目以降の読出しは、水平同期信号ＨＶＳに同期して順に実行される。

　そして、露光終了直後のタイミングＴ２１において、行走査回路２１０は、全画素に転送信号ＴＲＸおよびＴＲＹを供給して、光電変換素子２３２からＭＯＳキャパシタへ、露光量に応じた電荷を転送させる。そして、タイミングＴ３以降に、ＣＤＳ処理後のデジタル信号からなるフレームが出力される。また、読出しと同時に、２回目の露光が行われる。

　同図に例示したように、固体撮像素子２００は、全画素を同時に露光するグローバルシャッター方式により撮像を行う。

　次に、同図に例示した固体撮像素子２００の動作中の画素２３０のポテンシャル図について説明する。

　図７は、本技術の実施の形態における電荷排出時と１回目の露光中との画素２３０のポテンシャル図の一例である。同図におけるａは、電荷排出時の画素２３０のポテンシャル図の一例である。同図におけるｂは、露光開始直後の画素２３０のポテンシャル図の一例であり、同図におけるｃは、露光中の画素２３０のポテンシャル図の一例である。また、同図において、矢印の方向は、ポテンシャルが高くなる方を示す。図８以降においても同様である。

　同図におけるａに例示するように、１回目の露光開始の直前において、電荷排出トランジスタ２３１は、行走査回路２１０の制御に従って、一定のパルス期間に亘ってオン状態に移行し、光電変換素子２３２から電荷を掃き出す。これにより、光電変換素子２３２が初期化される。なお、この時点で浮遊拡散層２３７には、ある程度の電荷が蓄積されているものとする。同図における斜線部分の面積は、浮遊拡散層２３７内の電荷量を示す。

　同図におけるｂに例示するように、露光が開始されると、光電変換素子２３２により電荷が生成される。同図における灰色部分の面積は、１回目の露光による電荷量を示す。そして、同図におけるｃに例示するように、露光時間に応じて、光電変換素子２３２内の電荷量が増大する。

　図８は、本技術の実施の形態における浮遊拡散層２３７への電荷転送時と浮遊拡散層２３７の初期化時との画素２３０のポテンシャル図の一例である。同図におけるａは、浮遊拡散層２３７への電荷転送時の画素２３０のポテンシャル図の一例である。同図におけるｂは、浮遊拡散層２３７への電荷転送直後の画素２３０のポテンシャル図の一例である。同図におけるｃは、浮遊拡散層２３７の初期化時の画素２３０のポテンシャル図の一例である。

　同図におけるａに例示するように、露光終了タイミングの直前において、転送トランジスタ２３５は、行走査回路２１０の制御に従って、パルス期間に亘ってオン状態に移行し、電荷保持トランジスタ２３４から浮遊拡散層２３７へ電荷を転送する。このとき、１行目において電荷量に応じた浮遊拡散層２３７の電位が信号レベルとして読み出される。

　そして、同図におけるｂに例示するように、転送トランジスタ２３５は、オフ状態に移行する。

　続いて、同図におけるｃに例示するように、転送トランジスタ２３５と、リセットトランジスタ２３６（不図示）とは、行走査回路２１０の制御に従って、パルス期間に亘ってオン状態に移行し、浮遊拡散層２３７から電荷を掃き出す。これにより、浮遊拡散層２３７が初期化される。このとき、１行目において初期化時の浮遊拡散層２３７の電位がリセットレベルとして読み出される。

　図９は、本技術の実施の形態における初期化直後とＭＯＳキャパシタへの電荷転送時との画素２３０のポテンシャル図の一例である。同図におけるａは、浮遊拡散層２３７の初期化直後の画素２３０のポテンシャル図の一例である。同図におけるｂは、ＭＯＳキャパシタへの電荷転送時の画素２３０のポテンシャル図の一例である。同図におけるｃは、ＭＯＳキャパシタへの電荷転送直後の画素２３０のポテンシャル図の一例である。

　同図におけるａに例示するように、浮遊拡散層２３７の初期化直後において、転送トランジスタ２３５およびリセットトランジスタ２３６（不図示）は、オフ状態に移行する。

　そして、同図におけるｂに例示するように、露光終了の直後において逆流防止トランジスタ２３３および電荷保持トランジスタ２３４は、行走査回路２１０の制御に従って、パルス期間に亘ってオン状態に移行する。これにより、光電変換素子２３２から、電荷保持トランジスタ２３４のＭＯＳキャパシタに電荷が転送される。

　そして、同図におけるｃに例示するように、逆流防止トランジスタ２３３および電荷保持トランジスタ２３４は、オフ状態に移行する。逆流防止トランジスタ２３３がオフ状態となることにより、光電変換素子２３２と電荷保持トランジスタ２３４との間に電位障壁が生じる。この電位障壁により、電荷保持トランジスタ２３４から光電変換素子２３２への電荷の逆流が防止される。

　光電変換素子２３２への逆流が防止されるため、１回目の露光終了タイミングの直後において、光電変換素子２３２は、初期化された状態となる。したがって、２回目以降の露光開始タイミングの直前において、電荷排出トランジスタ２３１により電荷の掃き出しを行う必要は無くなる。

　図１０は、本技術の実施の形態における２回目の露光中と浮遊拡散層２３７への電荷転送時との画素２３０のポテンシャル図の一例である。同図におけるａは、２回目の露光直後の画素２３０のポテンシャル図の一例であり、同図におけるｂは、２回目の露光中の画素２３０のポテンシャル図の一例である。同図におけるｃは、浮遊拡散層２３７への電荷転送時の画素２３０のポテンシャル図の一例である。

　同時におけるａに例示するように、２回目の露光が開始されると、光電変換素子２３２により電荷が生成される。同図における斜線部分の面積は、２回目の露光による電荷量を示す。そして、同図におけるｂに例示するように、露光時間に応じて、光電変換素子２３２内の電荷量が増大する。

　続いて、同図におけるｃに例示するように、２回目の露光終了タイミングの直前において、転送トランジスタ２３５は、電荷保持トランジスタ２３４から浮遊拡散層２３７へ電荷を転送する。このとき、１行目において電荷量に応じた浮遊拡散層２３７の電位が信号レベルとして読み出される。この信号レベルは、１回目の露光量に応じたレベルである。すなわち、１回目の露光によるフレームは、２回目の露光中に、その出力が開始される。

　図１１は、本技術の第１の実施の形態における浮遊拡散層２３７の初期化時の画素２３０のポテンシャル図の一例である。同図におけるａは、浮遊拡散層２３７への電荷転送直後の画素２３０のポテンシャル図の一例である。同図におけるｂは、浮遊拡散層２３７の初期化時の画素２３０のポテンシャル図の一例である。同図におけるｃは、初期化直後の画素２３０のポテンシャル図の一例である。

　同図におけるａに例示するように、浮遊拡散層２３７への電荷転送直後に、転送トランジスタ２３５は、オフ状態に移行する。

　そして、同図におけるｂに例示するように、転送トランジスタ２３５と、リセットトランジスタ２３６（不図示）とは、オン状態に移行し、浮遊拡散層２３７から電荷を掃き出す。これにより、浮遊拡散層２３７が初期化される。このとき、１行目において初期化時の浮遊拡散層２３７の電位がリセットレベルとして読み出される。

　同図におけるｃに例示するように、浮遊拡散層２３７の初期化直後において、転送トランジスタ２３５およびリセットトランジスタ２３６（不図示）は、オフ状態に移行する。

　図１２は、本技術の実施の形態におけるＭＯＳキャパシタへの電荷転送時の画素２３０のポテンシャル図の一例である。同図におけるａは、ＭＯＳキャパシタへの電荷転送時の画素２３０のポテンシャル図の一例である。同図におけるｂは、ＭＯＳキャパシタへの電荷転送直後の画素２３０のポテンシャル図の一例である。

　同図におけるａに例示するように、露光終了の直後において逆流防止トランジスタ２３３および電荷保持トランジスタ２３４は、オン状態に移行する。これにより、光電変換素子２３２から、ＭＯＳキャパシタに電荷が転送される。

　そして、同図におけるｂに例示するように、逆流防止トランジスタ２３３および電荷保持トランジスタ２３４は、オフ状態に移行する。

　図１３は、本技術の実施の形態における電荷排出時と３回目の露光中との画素２３０のポテンシャル図の一例である。同図におけるａは、電荷排出時の画素２３０のポテンシャル図の一例である。同図におけるｂは、３回目の露光直後の画素２３０のポテンシャル図の一例であり、同図におけるｂは、３回目の露光中の画素２３０のポテンシャル図の一例である。

　同図におけるａに例示するように、３回目の露光開始の直前において、電荷排出トランジスタ２３１は、光電変換素子２３２から電荷を掃き出す。これにより、光電変換素子２３２が初期化される。

　同時におけるｂに例示するように、３回目の露光が開始されると、光電変換素子２３２により電荷が生成される。同図における黒色部分の面積は、３回目の露光による電荷量を示す。そして、同図におけるｃに例示するように、露光時間に応じて、光電変換素子２３２内の電荷量が増大する。

　図１４は、本技術の実施の形態における浮遊拡散層２３７への電荷転送時の画素２３０のポテンシャル図の一例である。同図に例示するように、３回目の露光終了タイミングの直前において、転送トランジスタ２３５は、電荷保持トランジスタ２３４から浮遊拡散層２３７へ電荷を転送する。このとき、１行目において電荷量に応じた浮遊拡散層２３７の電位が信号レベルとして読み出される。この信号レベルは、２回目の露光量に応じたレベルである。すなわち、２回目の露光によるフレームは、３回目の露光中に、その出力が開始される。

　図７乃至９に例示した１回目の露光に関する制御は、図６のタイミングＴ３までの期間に実行される。図１０乃至１２に例示した２回目の露光に関する制御は、図６のタイミングＴ３乃至Ｔ７の期間に実行される。図１３および１４に例示した３回目の露光に関する制御は、図６のタイミングＴ７以降に実行される。

　１回目および３回目の露光制御と、２回目の露光制御とを比較すると、２回目の露光の直前において、１回目や３回目で行われた光電変換素子２３２からの電荷の掃き出し（すなわち、排出）が実行されない。これは、前述したように、逆流防止トランジスタ２３３により光電変換素子２３２への逆流が防止され、１回目の露光終了タイミングの直後において、光電変換素子２３２が初期化された状態となるためである。

　なお、３回目の露光開始タイミングの直前において、行走査回路２１０は、光電変換素子２３２を初期化させているが、この構成に限定されない。３回目以降の露光開始直前においても、行走査回路２１０は、２回目の露光開始直前と同様に、光電変換素子２３２の初期化を省略することもできる。

　図１５は、本技術の実施の形態における行走査回路２１０の動作の一例を示すタイミングチャートである。

　１回目の露光開始のタイミングＴ０の直前において、行走査回路２１０は、一定の期間に亘ってリセット信号ＯＦＧ信号を供給する。これにより、光電変換素子２３２から電荷が掃きだされ、光電変換素子２３２が初期化される。そして、タイミングＴ０乃至Ｔ２の期間に１回目の露光が行われる。

　そして、１回目の露光終了のタイミングＴ２の直前において行走査回路２１０は、パルス期間に亘って１行目に転送信号ＴＲＧを供給する。これにより、ＭＯＳキャパシタから浮遊拡散層２３７へ電荷が転送される。また、タイミングＴ２の直後においてパルス期間に亘って１行目に転送信号ＴＲＧおよびリセット信号ＲＳＴを供給する。これにより、浮遊拡散層２３７が初期化される。行走査回路２１０は、１行目の読出しの期間に亘って１行目に選択信号ＳＥＬを供給する。

　そして、タイミングＴ２１において、行走査回路２１０は、パルス期間に亘って転送信号ＴＲＸおよびＴＲＹを供給する。これにより、光電変換素子２３２からＭＯＳキャパシタへ電荷が転送されて保持される。そして、タイミングＴ３乃至Ｔ６に亘って２回目の露光が行われる。

　そして、２回目の露光終了のタイミングＴ６の直前において行走査回路２１０は、パルス期間に亘って１行目に転送信号ＴＲＧを供給する。これにより、ＭＯＳキャパシタから浮遊拡散層２３７へ電荷が転送される。これにより、１回目の露光量に応じた信号レベルが読み出される。また、タイミングＴ６の直後においてパルス期間に亘って１行目に転送信号ＴＲＧおよびリセット信号ＲＳＴを供給する。これにより、浮遊拡散層２３７が初期化される。

　また、３回目の露光開始の直前のタイミングＴ７乃至Ｔ８の期間において、行走査回路２１０は、一定の期間に亘ってリセット信号ＯＦＧ信号を供給する。

　図６乃至図１５に例示したように、１回目の露光開始タイミングの直前に、行走査回路２１０は、電荷排出トランジスタ２３１を制御して光電変換素子２３２から電荷を排出させる。

　一方、２回目以降（例えば、２回目のみ）の露光開始タイミングの直前において、行走査回路２１０は、電荷を排出させずに逆流防止トランジスタ２３３を制御して光電変換素子２３２から電荷保持トランジスタ２３４のＭＯＳキャパシタへ電荷を転送させる。この逆流防止トランジスタ２３３は、電荷保持トランジスタ２３４から光電変換素子２３２への電荷の逆流を防止するため、転送直後において光電変換素子２３２は初期化された状態となる。このため、２回目の露光開始タイミングの直前において、電荷排出トランジスタ２３１による電荷の掃き出しは実行されない。なお、行走査回路２１０は、特許請求の範囲に記載の走査回路の一例である。

　ここで、図１６に例示するように、逆流防止トランジスタ２３３を画素内に設けない比較例について考える。

　図１７は、比較例における固体撮像素子の動作の一例を示すタイミングチャートである。この比較例では、１回目の露光開始のタイミングＴ０の直前において、行走査回路２１０は、逆流防止トランジスタ２３３を設けた場合と同様に、電荷排出トランジスタ２３１を制御して電荷を掃きださせる。また、比較例では、２回目の露光開始のタイミングＴ３の直前においても、電荷の掃き出しが行われる。

　図１８は、比較例における初期化直後とＭＯＳキャパシタへの電荷転送時との画素のポテンシャル図の一例である。同図におけるａは、浮遊拡散層２３７の初期化直後の画素２３０のポテンシャル図の一例である。同図におけるｂは、ＭＯＳキャパシタへの電荷転送時の画素２３０のポテンシャル図の一例である。同図におけるｃは、ＭＯＳキャパシタへの電荷転送完了の直前の画素２３０のポテンシャル図の一例である。

　同図におけるａに例示するように、浮遊拡散層２３７の初期化直後において、転送トランジスタ２３５およびリセットトランジスタ２３６（不図示）は、オフ状態に移行する。

　そして、同図におけるｂに例示するように、露光終了時において電荷保持トランジスタ２３４は、行走査回路２１０の制御に従って、パルス期間に亘ってオン状態に移行する。これにより、光電変換素子２３２から、電荷保持トランジスタ２３４のＭＯＳキャパシタに電荷が転送される。

　そして、同図におけるｃに例示するように電荷保持トランジスタ２３４は、オフ状態への移行を開始する。

　図１９は、比較例におけるＭＯＳキャパシタへの電荷転送直後と電荷排出時との画素のポテンシャル図の一例である。同図におけるａは、ＭＯＳキャパシタへの電荷転送直後の画素２３０のポテンシャル図の一例である。同図におけるｂは、電荷排出時の画素２３０のポテンシャル図の一例である。

　同図におけるａに例示するように、逆流防止トランジスタ２３３の無い比較例では、電荷保持トランジスタ２３４がオフ状態へ移行すると、そのＭＯＳキャパシタから光電変換素子２３２へ電荷が逆流することがある。この逆流した電荷により、画像データの画質が低下するおそれがある。

　このため、同図におけるｂに例示するように、比較例では、２回目以降の露光開始の直前において、電荷排出トランジスタ２３１がオン状態に移行し、光電変換素子２３２から電荷を掃き出す必要がある。

　図１７乃至図１９に例示したように、逆流防止トランジスタ２３３の無い比較例では、１回目の露光終了直後に、ＭＯＳキャパシタから光電変換素子２３２へ電荷が逆流することがある。このため、２回目の露光開始の直前において、電荷排出トランジスタ２３１が光電変換素子２３２から電荷を掃き出すことにより、光電変換素子２３２を初期化する必要がある。この初期化により、電源やグランドの電位が変動する。これらの電位が安定するまでの時間は、一般に高画素化するほど長くなる。したがって、比較例では、高画素化するほど、撮像間隔が長くなる（言い換えれば、フレームレートが低下する）。このため、高画素化と、フレームレートの向上とを両立することができない。

　これに対して、逆流防止トランジスタ２３３を設けた固体撮像素子２００では、逆流防止トランジスタ２３３により逆流が防止されるため、２回目の露光開始の直前において、光電変換素子２３２を初期化する必要が無くなる。これにより、高画素化した際であってもフレームレートを向上することができる。このため、照明装置の発光間隔を短くし、パーティクルの有無を検出する撮像装置１００の性能を向上させることができる。

　図２０は、本技術の実施の形態におけるフレームの一例を示す図である。同図におけるａは、１枚目のフレーム５００の一例を示す図である。同図におけるｂは、２枚目のフレーム５１０の一例を示す図である。

　同図におけるａに例示するように、１枚目のフレーム５００には、パーティクル５０１が写っている一方で、同図におけるｂに例示するように２枚目のフレーム５１０には写っていない。このため、撮像装置１００は、これらのフレーム間の差分を求めることにより、パーティクル５０１の有無を検出することができる。

　図２１は、本技術の実施の形態における画素２３０内の素子のレイアウトの一例を示す平面図である。同図に例示するように、光電変換素子２３２に隣接して電荷排出トランジスタ２３１が配置される。また、逆流防止トランジスタ２３３は、光電変換素子２３２側まで張り出した形状で形成される。逆流防止トランジスタ２３３に隣接して電荷保持トランジスタ２３４および転送トランジスタ２３５が配置される。また、転送トランジスタ２３５に隣接して浮遊拡散層２３７が配置される。リセットトランジスタ２３６、増幅トランジスタ２３８および選択トランジスタ２３９は、例えば、同図におけるトランジスタ３００内に配置される。

　図２２は、本技術の実施の形態における隣接する２画素内の素子のレイアウトの一例を示す平面図である。図２３のレイアウトは、逆流防止トランジスタ２３３と電荷保持トランジスタ２３４との間に転送トランジスタ２３５および浮遊拡散層２３７が配置される点において図２１と異なる。

　図２３は、本技術の実施の形態における画素２３０内の素子のレイアウトの他の例を示す平面図である。図２３のレイアウトは、逆流防止トランジスタ２３３と転送トランジスタ２３５との間に電荷保持トランジスタ２３４が配置される点において図２１と異なる。

　図２４は、本技術の実施の形態における隣接する２画素内の素子のレイアウトの他の例を示す平面図である。図２４のレイアウトは、転送トランジスタ２３５の周囲に電荷保持トランジスタ２３４が形成され、その周囲に逆流防止トランジスタ２３３が形成される点において図２１と異なる。

　図２５は、本技術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、撮像を行う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。

　固体撮像素子２００内の行走査回路２１０は、リセット信号ＯＦＧにより全画素の光電変換素子２３２を初期化する。そして、行走査回路２１０は、全画素を一定の露光時間に亘って露光させる（ステップＳ９０２）。また、露光と並行してカラム信号処理部２６０は、１行ずつ順に、その行内の画素信号をＡＤ変換する（ステップＳ９０３）。また、信号処理部１３０は、撮像されたフレームに対して、フレーム間の差分を求める処理などの様々な画像処理を行う（ステップＳ９０４）。そして、撮像装置１００は、撮像終了のタイミングであるか否かを判断する（ステップＳ９０５）。

　撮像終了のタイミングでない場合（ステップＳ９０５：Ｎｏ）、撮像装置１００は、光電変換素子２３２を初期化せずに、ステップＳ９０２以降を繰り返す。一方、撮像終了のタイミングである場合（ステップＳ９０５：Ｙｅｓ）、撮像装置１００は、撮像のための動作を終了する。

　このように、本技術の実施の形態によれば、電荷転送の直後に、逆流防止トランジスタ２３３がオフ状態となり、光電変換素子２３２と電荷保持トランジスタ２３４との間に電位障壁を生成するため、光電変換素子２３２への電荷の逆流を防止することができる。この逆流の防止により、２回目の露光開始直前に、行走査回路２１０が光電変換素子２３２を初期化する必要がなくなり、高画素化した場合であってもフレームレートを向上させることができる。

　［変形例］
　上述の実施の形態では、同期制御部１２０は、露光禁止期間内に発光イネーブル信号をディセーブルにして照明装置の発光動作を制限していた。しかし、この構成では、露光禁止期間の直前や直後に照明装置が発光した場合に、その残光が露光禁止期間内に固体撮像素子２００に漏れ込むおそれがある。この実施の形態の変形例の撮像装置１００は、露光禁止期間内にメカシャッタを閉状態に制御する点において実施の形態と異なる。

　図２６は、本技術の実施の形態の変形例における撮像装置１００の一構成例を示すブロック図である。この実施の形態の変形例の撮像装置１００は、同期制御部１２０がメカシャッタイネーブル信号を光学系１４０にさらに送信する点において実施の形態と異なる。

　ここで、メカシャッタイネーブル信号は、光学系１４０のメカシャッタの開閉状態を指示する信号である。実施の形態の変形例の同期制御部１２０は、露光可能期間内に、メカシャッタイネーブル信号をイネーブルにする。また、同期制御部１２０は、露光禁止期間内のうち電荷の転送期間内に、メカシャッタイネーブル信号をディセーブルにする。

　また、実施の形態の変形例の光学系１４０は、絞りやレンズの他、メカシャッタを備える。そして、光学系１４０は、メカシャッタイネーブル信号に従ってメカシャッタを開閉させる。具体的には、光学系１４０は、メカシャッタイネーブル信号がイネーブルの場合にメカシャッタを開状態にし、メカシャッタイネーブル信号がディセーブルの場合にメカシャッタを閉状態にする。

　図２７は、本技術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。同図に例示するように、同期制御部１２０は、タイミングＴ２までの期間や、タイミングＴ３乃至Ｔ６などの露光可能期間内に、メカシャッタイネーブル信号をイネーブルにする。また、同期制御部１２０は、それらの露光可能期間内に、発光イネーブル信号もイネーブルにする。また、同期制御部１２０は、露光禁止期間内のうち、タイミングＴ７以降などの電荷の掃き出しの期間内にメカシャッタイネーブル信号をイネーブルにする。

　一方、同期制御部１２０は、露光禁止期間のうち電荷の転送期間内にメカシャッタイネーブル信号をディセーブルにする。例えば、同期制御部１２０は、タイミングＴ２乃至Ｔ３の露光禁止期間内や、タイミングＴ６乃至Ｔ７の転送期間内にメカシャッタイネーブル信号をディセーブルにする。これにより、転送期間内に固体撮像素子２００内に光が漏れ込むことを防止することができる。また、同期制御部１２０は、タイミングＴ２乃至Ｔ３などの露光禁止期間内に、発光イネーブル信号をディセーブルにする。

　このように、本技術の実施の形態の変形例によれば、同期制御部１２０が、電荷の転送期間内にメカシャッタイネーブル信号をディセーブルにすることにより、その期間内に固体撮像素子２００内に光が漏れ込むことを防止することができる。

　＜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２８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２８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２８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２９は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。

　図２９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２９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、例えば、撮像部１２０３１に適用され得る。具体的には、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、高画素化しつつ、フレームレートを向上させることができるため、動画の品質を向上させることができる。

　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。

　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）光電変換により電荷を生成する光電変換素子と、
　前記電荷を保持する電荷保持トランジスタと、
　前記光電変換素子から前記電荷保持トランジスタへ前記電荷を転送した直後に前記光電変換素子と前記電荷保持トランジスタとの間に電位障壁を生成する逆流防止トランジスタと、
　前記電荷を蓄積して前記電荷の量に応じた電圧を生成する浮遊拡散層と、
　前記電荷保持トランジスタから前記浮遊拡散層へ前記電荷を転送する転送トランジスタと
を具備する固体撮像素子。　　
（２）前記光電変換素子から前記電荷を排出する電荷排出トランジスタをさらに具備する
前記（１）記載の固体撮像素子。
（３）複数の露光開始タイミングのうち１回目の露光開始タイミングの直前に前記電荷排出トランジスタを制御して前記電荷を排出させ、２回目以降の露光開始タイミングの直前において前記電荷を排出させずに前記逆流防止トランジスタを制御して前記光電変換素子から前記電荷保持トランジスタへ前記電荷を転送させる走査回路をさらに具備する
前記（２）記載の固体撮像素子。
（４）前記浮遊拡散層から前記電荷を排出するリセットトランジスタと、
　前記電圧を増幅する増幅トランジスタと、
　所定の選択信号に従って前記増幅された電圧の信号を画素信号として出力する選択トランジスタと
をさらに具備する前記（３）記載の固体撮像素子。
（５）各々が複数の画素を含む所定数の列のそれぞれからの前記画素信号を処理するカラム信号処理部をさらに具備し、
　前記光電変換素子、前記電荷保持トランジスタ、前記逆流防止トランジスタ、前記浮遊拡散層、前記転送トランジスタ、前記電荷排出トランジスタ、前記リセットトランジスタ、前記増幅トランジスタおよび前記選択トランジスタは、前記複数の画素のそれぞれに配置される
前記（４）記載の固体撮像素子。
（６）光電変換により電荷を生成する光電変換素子と、
　前記電荷を保持する電荷保持トランジスタと、
　前記光電変換素子から前記電荷保持トランジスタへ前記電荷を転送した直後に前記光電変換素子と前記電荷保持トランジスタとの間に電位障壁を生成する逆流防止トランジスタと、
　前記電荷を蓄積して前記電荷の量に応じた電圧を生成する浮遊拡散層と、
　前記電荷保持トランジスタから前記浮遊拡散層へ前記電荷を転送する転送トランジスタと、
　前記電圧に応じた画素信号からなる画像データを処理する信号処理部と
を具備する撮像装置。　　
（７）前記光電変換素子から前記電荷を排出する電荷排出トランジスタと、
　複数の露光開始タイミングのうち１回目の露光開始タイミングの直前に前記電荷排出トランジスタを制御して前記電荷を前記光電変換素子から排出させ、２回目以降の露光開始タイミングの直前において前記電荷を排出させずに前記逆流防止トランジスタを制御して前記光電変換素子から前記電荷保持トランジスタへ前記電荷を転送させる走査回路と、
　所定の発光イネーブル信号に従って照明装置を発光させる発光制御部と、
　２回目以降の前記露光開始タイミングの直前の所定の露光禁止期間内に亘って前記発光イネーブル信号をディセーブルに制御する同期制御部と
をさらに具備し、
　前記露光禁止期間内に前記走査回路は、前記逆流防止トランジスタを制御して前記電荷を転送させる
前記（６）記載の撮像装置。
（８）所定のメカシャッタイネーブル信号に従ってメカシャッタを開閉する光学系をさらに具備し、
　前記同期制御部は、前記露光禁止期間のうち前記電荷の転送期間内に亘ってさらに前記メカシャッタイネーブル信号をディセーブルに制御する
前記（７）記載の撮像装置。
（９）逆流防止トランジスタが、光電変換素子から電荷保持トランジスタへ電荷を転送した直後に前記光電変換素子と前記電荷保持トランジスタとの間に電位障壁を生成する逆流防止手順と、
　転送トランジスタが、前記電荷保持トランジスタから浮遊拡散層へ前記電荷を転送する転送手順と、
を具備する固体撮像素子の制御方法。

　１００　撮像装置
　１１０　発光制御部
　１２０　同期制御部
　１３０　信号処理部
　１４０　光学系
　２００　固体撮像素子
　２１０　行走査回路
　２２０　画素アレイ部
　２３０　画素
　２３１　電荷排出トランジスタ
　２３２　光電変換素子
　２３３　逆流防止トランジスタ
　２３４　電荷保持トランジスタ
　２３５　転送トランジスタ
　２３６　リセットトランジスタ
　２３７　浮遊拡散層
　２３８　増幅トランジスタ
　２３９　選択トランジスタ
　２５０　システム制御部
　２６０　カラム信号処理部
　２６１　ＡＤＣ
　２６２　ＣＤＳ処理部
　２７０　列走査回路
　３００　トランジスタ
　１２０３１　撮像部

Claims (9)

1. 　光電変換により電荷を生成する光電変換素子と、
   　前記電荷を保持する電荷保持トランジスタと、
   　前記光電変換素子から前記電荷保持トランジスタへ前記電荷を転送した直後に前記光電変換素子と前記電荷保持トランジスタとの間に電位障壁を生成する逆流防止トランジスタと、
   　前記電荷を蓄積して前記電荷の量に応じた電圧を生成する浮遊拡散層と、
   　前記電荷保持トランジスタから前記浮遊拡散層へ前記電荷を転送する転送トランジスタと
   を具備する固体撮像素子。　　
2. 　前記光電変換素子から前記電荷を排出する電荷排出トランジスタをさらに具備する
   請求項１記載の固体撮像素子。
3. 　複数の露光開始タイミングのうち１回目の露光開始タイミングの直前に前記電荷排出トランジスタを制御して前記電荷を排出させ、２回目以降の露光開始タイミングの直前において前記電荷を排出させずに前記逆流防止トランジスタを制御して前記光電変換素子から前記電荷保持トランジスタへ前記電荷を転送させる走査回路をさらに具備する
   請求項２記載の固体撮像素子。
4. 　前記浮遊拡散層から前記電荷を排出するリセットトランジスタと、
   　前記電圧を増幅する増幅トランジスタと、
   　所定の選択信号に従って前記増幅された電圧の信号を画素信号として出力する選択トランジスタと
   をさらに具備する請求項３記載の固体撮像素子。
5. 　各々が複数の画素を含む所定数の列のそれぞれからの前記画素信号を処理するカラム信号処理部をさらに具備し、
   　前記光電変換素子、前記電荷保持トランジスタ、前記逆流防止トランジスタ、前記浮遊拡散層、前記転送トランジスタ、前記電荷排出トランジスタ、前記リセットトランジスタ、前記増幅トランジスタおよび前記選択トランジスタは、前記複数の画素のそれぞれに配置される
   請求項４記載の固体撮像素子。
6. 　光電変換により電荷を生成する光電変換素子と、
   　前記電荷を保持する電荷保持トランジスタと、
   　前記光電変換素子から前記電荷保持トランジスタへ前記電荷を転送した直後に前記光電変換素子と前記電荷保持トランジスタとの間に電位障壁を生成する逆流防止トランジスタと、
   　前記電荷を蓄積して前記電荷の量に応じた電圧を生成する浮遊拡散層と、
   　前記電荷保持トランジスタから前記浮遊拡散層へ前記電荷を転送する転送トランジスタと、
   　前記電圧に応じた画素信号からなる画像データを処理する信号処理部と
   を具備する撮像装置。　　
7. 　前記光電変換素子から前記電荷を排出する電荷排出トランジスタと、
   　複数の露光開始タイミングのうち１回目の露光開始タイミングの直前に前記電荷排出トランジスタを制御して前記電荷を前記光電変換素子から排出させ、２回目以降の露光開始タイミングの直前において前記電荷を排出させずに前記逆流防止トランジスタを制御して前記光電変換素子から前記電荷保持トランジスタへ前記電荷を転送させる走査回路と、
   　所定の発光イネーブル信号に従って照明装置を発光させる発光制御部と、
   　２回目以降の前記露光開始タイミングの直前の所定の露光禁止期間内に亘って前記発光イネーブル信号をディセーブルに制御する同期制御部と
   をさらに具備し、
   　前記露光禁止期間内に前記走査回路は、前記逆流防止トランジスタを制御して前記電荷を転送させる
   請求項６記載の撮像装置。
8. 　所定のメカシャッタイネーブル信号に従ってメカシャッタを開閉する光学系をさらに具備し、
   　前記同期制御部は、前記露光禁止期間のうち前記電荷の転送期間内に亘ってさらに前記メカシャッタイネーブル信号をディセーブルに制御する
   請求項７記載の撮像装置。
9. 　逆流防止トランジスタが、光電変換素子から電荷保持トランジスタへ電荷を転送した直後に前記光電変換素子と前記電荷保持トランジスタとの間に電位障壁を生成する逆流防止手順と、
   　転送トランジスタが、前記電荷保持トランジスタから浮遊拡散層へ前記電荷を転送する転送手順と、
   を具備する固体撮像素子の制御方法。

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