CN109729291A - 固体摄像元件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供固体摄像元件。在将光电流转换成电压信号的固体摄像元件，能够提高电流电压转换电路的稳定性。光电二极管对入射光进行光电转换而生成光电流。转换晶体管将光电流转换成电压信号并从栅极输出。电流源晶体管将规定的恒定电流供给至与栅极连接的输出信号线。电压供给晶体管将与来自输出信号线的规定的恒定电流相应的恒定电压供给至转换晶体管的源极。电容连接在转换晶体管的栅极与源极之间。

Description

固体摄像元件
技术领域
本发明涉及固体摄像元件。详细地说，涉及检测地址事件的固体摄 像元件。
背景技术
一直以来，与垂直同步信号等的同步信号同步地对图像数据(帧) 进行摄像的同步型的固体摄像元件被用于摄像装置等中。在该一般的同 步型的固体摄像元件中，由于仅能够在每个同步信号的周期(例如，1/60 秒)取得图像数据，所以难以应对在与交通和机器人等相关的领域中要 求更高速的处理的情况。因此，提出了针对每个像素设置地址事件检测 电路的非同步型固体摄像元件，该地址事件检测电路实时检测像素的光 量超过阈值的情况来作为事件(例如，参照专利文献1。)。在该地址事 件检测电路设置有电流电压转换电路，该电流电压转换电路包括呈环形 连接的两个N型晶体管，利用该电路将来自光电二极管的光电流转换成 电压信号。
专利文献1：日本特表2016-533140号公报
发明内容
在上述的非同步型的固体摄像元件中，能够以远远高于同步型的固 体摄像元件的速度生成并输出数据。因此，例如，在交通领域中，能够 高速地执行图像识别人和障碍物的处理，能够提高安全性。但是，由于 电流电压转换电路内的两个N型晶体管呈环形连接，所以该环路成为负 反馈电路，有可能在一定条件下产生电压信号振荡。这样，在上述现有技术中，存在电流电压转换电路变得不稳定的问题。
本发明是鉴于这样的情况而提出的，其目的在于在将光电流转换成 电压信号的固体摄像元件中提高电流电压转换电路的稳定性。
本发明是为了解决上述问题而完成的，其第一方面提供一种固体摄 像元件，具备：光电二极管，对入射光进行光电转换而生成光电流；转 换晶体管，将所述光电流转换成电压信号并从栅极输出；电流源晶体管， 将规定的恒定电流供给至与所述栅极连接的输出信号线；电压供给晶体 管，将与来自所述输出信号线的所述规定的恒定电流相应的恒定电压供 给至所述转换晶体管的源极；以及电容，连接在所述转换晶体管的所述 栅极与所述源极之间。由此，起到补偿输出信号的相位延迟的作用。
另外，在该第一方面中，也可以构成为，所述电压供给晶体管的栅 极经由输入信号线与所述转换晶体管的源极连接，所述电容是所述输入 信号线与所述输出信号线之间的布线间电容。由此，起到利用布线间电 容补偿输出信号的相位延迟的作用。
另外，在该第一方面中，也可以构成为，所述输入信号线与所述输 出信号线布线于互不相同的布线层。由此，起到在布线于不同的布线层 的信号线间产生电容的作用。
另外，在该第一方面中，也可以构成为，所述输入信号线与所述输 出信号线布线于相同的布线层。由此，起到在布线于相同的布线层的信 号线间产生电容的作用。
另外，在该第一方面中，也可以构成为，所述电容是晶体管的栅极 电容。由此，起到利用晶体管的栅极电容补偿输出信号的相位延迟的作 用。
另外，在该第一方面中，也可以构成为，还具备：缓冲器，修正所 述电压信号；减法器，降低修正后的所述电压信号的电平；量化器，将 降低后的所述电压信号量化，所述光电二极管设置于层叠在检测芯片的 受光芯片，所述量化器设置于层叠有所述受光芯片的检测芯片。由此， 起到将电路分散配置于受光芯片和检测芯片的作用。
另外，在该第一方面中，也可以构成为，所述转换晶体管、所述电 流源晶体管、所述电压供给晶体管以及所电容设置于所述检测芯片。由 此，起到在检测芯片中将电流转换成电压的作用。
另外，在该第一方面中，也可以构成为，所述转换晶体管以及所述 电压供给晶体管是N型晶体管，所述电流源晶体管是P型晶体管，所述 转换晶体管、所述电压供给晶体管以及所述电容设置于所述受光芯片， 所述电流源晶体管设置于所述检测芯片。由此，起到仅将N型晶体管配 置于受光芯片的作用。
另外，在该第一方面中，也可以构成为，所述减法器具备：第一电 容，一端与所述缓冲器的输出端子连接；反相器，输入端子与所述第一 电容的另一端连接；以及第二电容，与所述反相器并联连接，所述电容 以及所述第二电容各自的电容值比所述第一电容的电容值小。由此，起 到减去电压信号的作用。
另外，在该第一方面中，也可以构成为，所述缓冲器以及所述第一 电容设置于所述受光芯片，所述反相器以及所述第二电容设置于所述检 测芯片。由此，起到将减法器内的元件分散配置于受光芯片和检测芯片 的作用。
另外，在该第一方面中，也可以构成为，所述缓冲器以及所述减法 器设置于所述检测芯片。由此，起到将受光芯片的电路规模削减缓冲器 以及减法器的量的作用。
另外，在该第一方面中，也可以构成为，所述缓冲器设置于所述受 光芯片，所述减法器设置于所述检测芯片。由此，起到将缓冲器以及减 法器分散配置于受光芯片和检测芯片的作用。
另外，在该第一方面中，也可以构成为，具备屏蔽件，该屏蔽件设 置于所述受光芯片与所述检测芯片之间。由此，起到降低电磁噪声的作 用。
根据本发明，在将光电流转换成电压信号的固体摄像元件中，能够 获得提高电流电压转换电路的稳定性的优异效果。此外，此处所记载的 效果未必是限定，也可以是本发明中所记载的任意一种效果。
附图说明
图1是表示本发明第一实施方式中的摄像装置的一构成例的框图。
图2是表示本发明第一实施方式中的固体摄像元件的层叠构造的一 例的图。
图3是本发明第一实施方式中的受光芯片的俯视图的一例。
图4是本发明第一实施方式中的检测芯片的俯视图的一例。
图5是本发明第一实施方式中的地址事件检测部的俯视图的一例。
图6是表示本发明第一实施方式中的地址事件检测电路的一构成例 的框图。
图7是表示本发明第一实施方式中的电流电压转换电路的一构成例 的电路图。
图8是本发明第一实施方式中的环路的波特图的一例。
图9是表示本发明第一实施方式中的减法器以及量化器的一构成例 的电路图。
图10是表示本发明第一实施方式中的分别设置于受光芯片以及检 测芯片的电路的一例的图。
图11是表示本发明第二实施方式中的电流电压转换电路的一构成 例的电路图。
图12是表示本发明第二实施方式中的电流电压转换电路的布线布 局的一例的图。
图13是表示本发明第三实施方式中的电流电压转换电路的布线布 局的一例的图。
图14是表示本发明第四实施方式中的电流电压转换电路的一构成 例的电路图。
图15是表示本发明第四实施方式中的电流电压转换电路的布线布 局的一例的图。
图16是表示本发明第五实施方式中的电流电压转换电路的一构成 例的电路图。
图17是表示本发明第六实施方式中的分别设置于受光芯片以及检 测芯片的电路的一例的图。
图18是表示本发明第七实施方式中的分别设置于受光芯片以及检 测芯片的电路的一例的图。
图19是表示本发明第八实施方式中的分别设置于受光芯片以及检 测芯片的电路的一例的图。
图20是表示车辆控制系统的概要的构成例的框图。
图21是表示摄像部的设置位置的一例的说明图。
附图标记说明：
100：摄像装置；110：摄像透镜；120：记录部；130：控制部；200： 固体摄像元件；201：受光芯片；202：检测芯片；211、212、213、231、 232、233：通孔配置部；220：受光部；221：光电二极管；240：信号处 理电路；251：行驱动电路；252：列驱动电路；260：地址事件检测部； 300：地址事件检测电路；310：电流电压转换电路；311：转换晶体管； 312、331、333：电容器；313：电流源晶体管；314：电压供给晶体管； 317：布线间电容；318：晶体管；320：缓冲器；330：减法器；332：反 相器；334：开关；340：量化器；341：比较器；350：传送电路；401： 屏蔽件；12031：摄像部。
具体实施方式
以下，对用于实施本发明的方式(以下，称为实施方式)进行说明。 按照以下的顺序进行说明。
1.第一实施方式(设置电容器作为电容的例子)
2.第二实施方式(设置布线间电容器作为电容的例子)
3.第三实施方式(在相同的布线层布线的信号线间设置布线间电容 器作为电容的例子)
4.第四实施方式(设置晶体管的栅极电容作为电容的例子)
5.第五实施方式(将电容和N型晶体管设置于受光芯片的例子)
6.第六实施方式(将电容和两个电容器分散配置于受光芯片以及检 测芯片的例子)
7.第七实施方式(将包括电容的电流电压转换电路设置于受光芯片 的例子)
8.第八实施方式(将包括电容的电流电压转换电路和缓冲器设置于 受光芯片的例子)
9.向移动体的应用例
＜1.第一实施方式＞
(摄像装置的构成例)
图1是表示本发明第一实施方式中的摄像装置100的一构成例的框 图。该摄像装置100对图像数据进行摄像，具备摄像透镜110、固体摄像 元件200、记录部120以及控制部130。作为摄像装置100，假定为搭载 于工业用机器人的相机和车载相机等。
摄像透镜110会聚入射光并将其引导到固体摄像元件200。固体摄 像元件200对入射光进行光电转换并对图像数据进行摄像。对于摄像的 图像数据，该固体摄像元件200对图像数据执行图像识别处理等规定的 信号处理，并经由信号线209将该处理后的数据输出至记录部120。
记录部120记录来自固体摄像元件200的数据。控制部130控制固 体摄像元件200而使之对图像数据进行摄像。
(固体摄像元件的构成例)
图2是表示本发明第一实施方式中的固体摄像元件200的层叠构造 的一例的图。该固体摄像元件200具备检测芯片202和层叠于该检测芯 片202的受光芯片201。这些芯片通过通孔等接合。此外，除了通孔之外， 还可以通过Cu－Cu接合或凸点进行接合。
图3是本发明第一实施方式中的受光芯片201的俯视图的一例。在 受光芯片201设置有受光部220以及通孔配置部211、212、213。
在通孔配置部211、212、213配置有与检测芯片202连接的通孔。 另外，在受光部220呈二维网格状排列有多个光电二极管221。光电二极 管221对入射光进行光电转换而生成光电流。向这些光电二极管221分 别分配由行地址和列地址构成的像素地址，作为像素加以处理。
图4是本发明第一实施方式中的检测芯片202的俯视图的一例。在 该检测芯片202设置有通孔配置部231、232、233、信号处理电路240、 行驱动电路251、列驱动电路252以及地址事件检测部260。在通孔配置 部231、232、233配置有与受光芯片201连接的通孔。
地址事件检测部260根据多个光电二极管221各自的光电流生成检 测信号，并将该检测信号输出至信号处理电路240。该检测信号是表示作 为地址事件是否检测到入射光的光量超过规定的阈值的情况的一位的信 号。
行驱动电路251选择行地址，将与该行地址对应的检测信号输出至 地址事件检测部260。
列驱动电路252选择列地址，将与该列地址对应的检测信号输出至 地址事件检测部260。
信号处理电路240对来自地址事件检测部260的检测信号执行规定 的信号处理。该信号处理电路240将检测信号作为像素信号呈二维网格 状排列，取得每个像素具有一位的信息的图像数据。并且，信号处理电 路240对该图像数据执行图像识别处理等信号处理。
图5是本发明第一实施方式中的地址事件检测部260的俯视图的一 例。在该地址事件检测部260呈二维网格状排列有多个地址事件检测电 路300。向每个地址事件检测电路300分别分配像素地址，与相同地址的 光电二极管221连接。
地址事件检测电路300将与来自对应的光电二极管221的光电流相 应的电压信号量化并作为检测信号输出。
[地址事件检测电路的构成例]
图6是表示本发明第一实施方式中的地址事件检测电路300的一构 成例的框图。该地址事件检测电路300具备电流电压转换电路310、缓冲 器320、减法器330、量化器340以及传送电路350。
电流电压转换电路310将来自对应的光电二极管221的光电流转换 成电压信号。该电流电压转换电路310将电压信号供给至缓冲器320。
缓冲器320修正来自电流电压转换电路310的电压信号。该缓冲器 320将修正后的电压信号输出至减法器330。
减法器330根据来自行驱动电路251的行驱动信号降低来自缓冲器 320的电压信号的电平。该减法器330将降低后的电压信号供给至量化器340。
量化器340将来自减法器330的电压信号量化为数字信号并作为检 测信号输出至传送电路350。
传送电路350根据来自列驱动电路252的列驱动信号，从量化器340 向信号处理电路240传送检测信号。
(电流电压转换电路的构成例)
图7是表示本发明第一实施方式中的电流电压转换电路310的一构 成例的电路图。该电流电压转换电路310具备转换晶体管311、电容器 312、电流源晶体管313以及电压供给晶体管314。作为转换晶体管311 以及电压供给晶体管314，例如能够使用N型MOS(Metal-Oxide-Semiconductor)晶体管。另外，作为电流源晶体管313， 例如能够使用P型MOS晶体管。
转换晶体管311将来自对应的光电二极管221的光电流Iin转换成电 压信号Vout并从栅极输出。该转换晶体管311的源极经由输入信号线315 与光电二极管221的负极和电压供给晶体管314的栅极连接。另外，转 换晶体管311的漏极与电源连接，栅极经由输出信号线316与电流源晶 体管313的漏极、电压供给晶体管314的漏极和缓冲器320的输入端子 连接。
电流源晶体管313向输出信号线316供给规定的恒定电流。该电流 源晶体管313的栅极被施加规定的偏置电流Vbias，源极与电源连接，漏 极与输出信号线316连接。
电压供给晶体管314经由输入信号线315将与来自输出信号线316 的恒定电流相应的恒定的电压供给至转换晶体管311的源极。由此，转 换晶体管311的源极电压被固定为恒定电压。因而，当光入射时，转换 晶体管311的栅极－源极间电压根据光电流上升，电压信号Vout的电平 上升。
电容器312的两端经由输入信号线315以及输出信号线316与转换 晶体管311的栅极和源极连接。电容器312作为补偿电压信号Vout的相 位延迟的电容发挥功能。此外，除了电容器312之外，还可以如后面所 述那样使用布线间电容及晶体管等的电容元件作为电容。此外，电容器 312是权利要求所记载的电容的一例。
如上所述，由于转换晶体管311和电压供给晶体管314环形连接， 所以该环路在规定的条件下成为负反馈电路，有可能导致电压信号Vout振荡。当环路变得不稳定时，有可能会误检测入射光，因此期望提高稳 定性。
由转换晶体管311以及电压供给晶体管314构成的环路的开环传递 函数Topen(s)由下式表示。
[数1]
在上式中，gm是转换晶体管311的互导，Gm是电压供给晶体管314 的互导。R0是环路的输出电阻，s是复数。Cpd是转换晶体管311的源极 侧的电容，C0是转换晶体管311的栅极电容。互导的单位例如是西门子 (S)，电阻的单位例如是欧姆(Ω)。另外，电容的单位例如是法拉第 (F)。
由式1可知，开环传递函数是二阶的，传递函数无限大时作为该函 数的根的极点依赖于光的照度而变化。此时，假设在传感器的动态范围 的规格为120分贝(dB)的情况下，由于转换晶体管311以小于阈值动 作(即，弱反转动作)，所以极点的位置也移动六位。
图8是本发明第一实施方式中的环路的波特图的一例。波特图是描 绘由式1所例示的传递函数得到的每个频率的增益以及相位的图，由表 示增益的特性的增益线图和表示相位的特性的相位线图构成。同图中的a 是基于式1生成的波特图中的增益线图，同图中的b是波特图中的相位 线图。另外，同图中的a的纵轴表示环路的增益，横轴表示频率。同图中的b的纵轴表示相位，横轴表示频率。
并且，单点划线的曲线表示照度比较高时的特性，实线的曲线表示 照度中等程度时的特性。虚线的曲线表示照度比较低时的特性。由波特 图可知，在低照度以及高照度下，极点分离充分进行而得到稳定的系统。 另一方面，在中等照度下，由于两个极点接近，相位裕度变差到30度的 程度。此处，相位裕度表示与环路的增益变为0分贝(dB)的频率相应 的相位与－180度之差，该相位裕度越大，则评价为稳定性越高。这样， 在为二阶系统且极点配置根据照度而大幅度变化的情况下，有必要考虑 假设的用例整个区域的稳定性。在二阶系统中，如式1所例示的二次函 数的传递函数的根(极点)为两个，当它们接近时，相位裕度变小，存 在变得不稳定的趋势。
为了使环路稳定，考虑如下两个方法。第一种方法是，设计成将光 电二极管221的负极端子侧的极点配置为足够高的高频，即使在从低照 度到高照度的任意的照度下，该负极端子侧也为主要极点。为此，需要 增大构成反转放大器的电流源晶体管313的偏置电流，使式1中的R0降 低。在该方法中，由于增大偏置电流，所以会导致消耗电力增加。作为 一例，在波特图中，相对于环路的输出端子侧的极点处于几十千赫兹 (kHz)附近，高照度下的负极端子侧的极点移动至几兆赫兹(MHz)附 近。因此，当想要在整个照度下使极点充分分离时，需要将反转放大器 侧的偏置电流增加1000倍的程度。认为在多数情况下，不允许这种程度 的电力消耗增大。
第二种方法是，如图7所例示那样设置电容(电容器312等)。假 定该电容的电容值CC比输出端子所带有的寄生电容小，考虑到设置有电 容的环路的开环增益的传递函数由下式表示。
(数2)
另外，在CC与C0之间，如下的关系式成立。该关系在设计上是合 理的过程。
CC＜＜C0……式3
由式2可知，通过追加电容，能够在gm/CC的位置处形成零点。该 零点的位置与gm成比例，且依赖于照度。因此，考虑到与对应的依赖照 度的极点(即，gm/Cpd+CC的极点)之间的关系，将CC设计为电容值CC与Cpd+CC背离不大的值，能够在整个照度条件下确保稳定性。此外， 优选电容值CC在Cpd/3～Cpd/2的范围内。
另一方面，作为追加电容而产生的缺点，例如可举出从光电二极管 221观察成为并联追加电容的形式，由此导致响应速度降低，另外，作为 可能会变得比小信号特性更严重的问题，可举出转换速率。关于该问题， 由于光电二极管221的负极端子是虚拟接地点，在动作中始终保持一定 电位，与此相对，环路的输出端子侧相对于照度体现对数响应。假设在 产生从高照度向低照度变化的情况下，输出端子向电压降低的方向变化。 将光电流设为Iphoto，此时的急剧的变化受到由Iphoto/CC确定的转换速率 的限制，存在由于光电二极管221的灵敏度或者暗处的光量而导致响应 相比由极点确定的响应速度大幅度地延迟的可能性。
因而，为了改善特性，重要的是尽量削减光电二极管221原有的电 容，使用必要最小限度的电容确保稳定性。作为电容值CC所需的大小， 虽然与像素尺寸成比例，但是为0.1～10飞法(fF)的程度。
[减法器以及量化器的构成例]
图9是表示本发明第一实施方式中的减法器330以及量化器340的 一构成例的电路图。减法器330具备电容器331、333、反相器332以及 开关334。另外，量化器340具备比较器341。
电容器331的一端与缓冲器320的输出端子连接，另一端与反相器 332的输入端子连接。电容器333与反相器332并联连接。开关334根据 行驱动信号开闭连接电容器333的两端的路径。
反相器332反转经由电容器331输入的电压信号。该反相器332将 反转后的信号输出至比较器341的非反转输入端子(+)。
当开关334接通时，向电容器331的缓冲器320侧输入电压Vinit， 其相反侧变为虚拟接地端子。为了方便起见，将该虚拟接地端子的电位 设为零。此时，当将电容器331的电容值设为C1时，蓄积于电容器331 的电荷Qinit由下式表示。另一方面，由于电容器333的两端短路，其蓄 积电荷为零。
Qinit＝C1×Vinit……式4
接着，当考虑到开关334断开，电容器331的缓冲器320侧的电压 变化为Vafter时，蓄积于电容器331的电荷Qafter由下式表示。
Qafter＝C1×Vafter……式5
另一方面，当将电容器333的电容值为C2，输出电压设为Vout时， 蓄积于电容器333的电荷Q2由下式表示。
Q2＝-C2×Vout……式6
此时，由于电容器331、333的总电荷量不变化，所以下式成立。
Qinit＝Qafter+Q2……式7
将式4～式6代入式7进行变形，得到下式。
Vout＝－(C1/C2)×(Vafter－Vinit)……式8
式8表示电压信号的减法动作，减法结果的增益为C1/C2。通常， 由于期望使增益最大化，所以优选将电容值C1设计得较大，电容值C2 设计得较小。另一方面，如果C2过小，则kTC噪声增大，有可能导致 噪声特性变差，因此将C2的电容削减限制在能够允许噪声的范围内。另 外，由于针对每个像素搭载包括减法器330的地址事件检测电路300，所 以电容值C1和C2存在面积上的限制。关于电容值C1、C2，也与电容 值CC相同，可以以与像素尺寸成比例的方式采取的范围变化，但在通常 的设计中，例如将电容值C1设定为20～200飞法(fF)的值。
比较器341对来自减法器330的电压信号与施加于反转输入端子 (－)的规定的阈值电压Vth进行比较。比较器341将表示比较结果的 信号作为检测信号输出至传送电路350。
此外，作为电容元件设置电容器331、333，但是也可以代替它们， 转而设置布线电容、晶体管等。另外，电容器331是权利要求中的第一 电容的一例，电容器333是权利要求中的第二电容的一例。
另外，由于相对精度对特性造成影响，所以优选电容值C1的电容元 件和电容值C2的电容元件各自的种类相同。另一方面，电容值CC的电 容元件和电容值C1、C2的电容元件各自的种类也可以不同。例如，也 可以作为电容值CC的电容元件使用布线间电容，作为电容值C1、C2的 电容元件使用电容器。
图10是表示本发明第一实施方式的分别设置于受光芯片201以及检 测芯片202的电路的一例的图。在受光芯片201配置有光电二极管221， 在检测芯片202配置有电流电压转换电路310、缓冲器320、减法器330 以及量化器340。
优选电流电压转换电路310内的电容器312的电容值CC、以及减法 器330内的电容器331、333各自的电容值C1、C2满足下式中的任意一 个。
CC＜C2＜C1
C2＜CC＜C1
这样，在本发明第一实施方式中，由于在转换晶体管311的栅极与 源极之间连接电容器312，所以能够补偿电压信号的相位延迟。由此，能 够提高设置有转换晶体管311的电流电压转换电路310的稳定性。
＜2.第二实施方式＞
在上述第一实施方式中，在电流电压转换电路310中，作为电容使 用电容器312，但是由于电容器312安装面积比其他电容元件大，有可能 增大固体摄像元件200整体的安装面积。该第二实施方式的电流电压转 换电路310在使用布线间电容这点与第一实施方式不同。
图11是表示本发明第二实施方式中的电流电压转换电路310的一构 成例的电路图。该第二实施方式的电流电压转换电路310在代替电容器 312转而具备布线间电容317这点与第一实施方式不同。
图12是表示本发明第二实施方式中的电流电压转换电路310的布线 布局的一例的图。在同图中，省略了电流源晶体管313。
另外，输入信号线315和输出信号线316被布线于不同的布线层。 例如，将从检测芯片202朝受光芯片201的方向设为上方向，在层叠的 两个布线层中的下侧布线输出信号线316，在其上侧布线输入信号线315。 此外，输入信号线315以及输出信号线316的上下关系也可以相反。
并且，输入信号线315与输出信号线316的一部分交叉。在该交叉 部分处，输入信号线315以及输出信号线316沿着与检测芯片202的芯 片面平行的规定方向布线，这些信号线间的布线间电容317被用作电容。 电容值CC由该交叉部分的长度决定。例如，将交叉部分的长度设定为 200纳米(nm)以上。
这样，在本发明第二实施方式中，由于使用布线间电容317，与使 用电容器312的情况相比，能够削减固体摄像元件200的安装面积。
＜3.第三实施方式＞
在上述第二实施方式中，在电流电压转换电路310中，使用分别布 线于层叠的两个布线层的输入信号线315与输出信号线316之间的布线 间电容317。但是，由于需要层叠两个布线层，所以与不层叠的情况相比， 有可能增加制造工时。该第三实施方式的电流电压转换电路310在将输 入信号线315以及输出信号线316布线于相同的布线层这点与第二实施 方式不同。
图13是表示本发明第三实施方式中的电流电压转换电路310的布线 布局的一例的图。该第三实施方式的电流电压转换电路310在将输入信 号线315以及输出信号线316布线于相同的布线层这点与第二实施方式 不同。例如，输入信号线315与输出信号线316平行地布线，输出信号 线316比输入信号线315长，布线成包围输入信号线315。
这样，在本发明第三实施方式中，由于将输入信号线315和输出信 号线316布线于相同的布线层，与布线于层叠的两个布线层的情况相比， 能够削减布线层的制造工时。
＜4.第四实施方式＞
在上述第一实施方式中，在电流电压转换电路310中，作为电容使 用电容器312，但是由于电容器312的安装面积比其他电容元件大，有可 能增大固体摄像元件200整体的安装面积。该第四实施方式的电流电压 转换电路310在使用晶体管的栅极电容这点与第一实施方式不同。
图14是表示本发明第四实施方式中的电流电压转换电路310的一构 成例的电路图。该第四实施方式的电流电压转换电路310在代替电容器312转而具备晶体管318这点与第一实施方式不同。
作为晶体管318，例如能够使用N型MOS晶体管。该晶体管318 的栅极与输入信号线315连接。另外，晶体管318的源极和漏极与输出 信号线316连接。该晶体管318的栅极电容作为补偿相位的电容发挥功 能。
图15是表示本发明第四实施方式中的电流电压转换电路310的布线 布局的一例的图。输入信号线315有可能由于泄漏电流导致特性劣化， 因此与晶体管318的栅极连接。另一方面，输出信号线316与晶体管318 的源极以及漏极连接。
这样，在本发明第四实施方式中，使用晶体管318的栅极电容作为 电容，因此与使用电容器的情况相比，能够削减固体摄像元件200的安 装面积。
＜5.第五实施方式＞
在上述第一实施方式中，将全部电流电压转换电路310配置于检测 芯片202，但是随着像素数的增大，有可能导致检测芯片202内的电路的 电路规模增大。该第五实施方式的固体摄像元件200在将电流电压转换 电路310的一部分电路配置于受光芯片201这点与第一实施方式不同。
图16是表示本发明第一实施方式的变形例中的分别设置于受光芯 片201以及检测芯片202的电路的一例的电路图。如同图所示，在受光 芯片201除了设置光电二极管221之外，还设置有N型转换晶体管311、 电压供给晶体管314和电容器312。另一方面，在检测芯片202设置有P 型电流源晶体管313和其后段的电路。
通过将N型转换晶体管311、电压供给晶体管314和电容器312配 置于受光芯片201，能够将检测芯片202的电路规模削减这些元件的量。 另外，通过将受光芯片201内的晶体管仅设为N型，与混合存在N型晶 体管以及P型晶体管的情况相比，能够减少形成晶体管时的工序数。由 此，能够削减受光芯片201的制造成本。
此外，在第五实施方式中也与第二、第三实施方式相同，能够使用 布线间电容。另外，在第五实施方式也与第四实施方式相同，能够使用 晶体管的栅极电容。
这样，在本发明第五实施方式中，由于将N型转换晶体管311以及 电压供给晶体管314配置于受光芯片201，所以能够削减制造成本和检测 芯片202的电路规模。
＜6.第六实施方式＞
在上述第一实施方式中，将全部减法器330配置于检测芯片202， 但是随着像素数的增大，有可能增大检测芯片202内的电路的电路规模 和安装面积。该第六实施方式的固体摄像元件200在将减法器330的一 部分设置于受光芯片201这点与第一实施方式不同。
图17是表示本发明第六实施方式的分别设置于受光芯片201以及检 测芯片202的电路的一例的电路图。
在受光芯片201配置有电流电压转换电路310、缓冲器320以及减 法器330内的电容器331。
另一方面，在检测芯片202配置有减法器330内的反相器332、电 容器333以及开关334。
一般来说，电容器331、333等电容器与晶体管和二极管等相比，需 要较宽的安装面积。通过将电容器331和电容器333分散配置于受光芯 片201和检测芯片202，能够削减整个电路的安装面积。
此外，在第六实施方式中也与第二、第三实施方式相同，能够使用 布线间电容。另外，在第六实施方式也与第四实施方式相同，能够使用 晶体管的栅极电容。
这样，在本发明第六实施方式中，将电容器331配置于受光芯片201， 将电容器333配置于检测芯片202，因此，与将它们设置于相同的芯片的 情况相比，能够削减安装面积。
＜7.第七实施方式＞
在上述第一实施方式中，将电流电压转换电路310配置于检测芯片 202，但是随着像素数的增大，有可能导致检测芯片202内的电路的电路 规模增大。该第七实施方式的固体摄像元件200在将电流电压转换电路310设置于受光芯片201这点与第一实施方式不同。
图18是表示本发明第七实施方式的分别设置于受光芯片201以及检 测芯片202的电路的一例的电路图。
在受光芯片201还设置有电流电压转换电路310。另一方面，在检 测芯片202设置有缓冲器320以后的电路。
另外，在受光芯片201与检测芯片202之间配置有屏蔽件401。屏 蔽件401配置在电流电压转换电路310的正下方，连接电流电压转换电 路310和缓冲器320的信号线贯通该屏蔽件401进行布线。作为该屏蔽 件401，例如能够使用电磁屏蔽件。通过配置屏蔽件401能够抑制电磁噪 声。另外，屏蔽件401的形状例如是圆形。此外，屏蔽件401的形状也 可以是圆形以外的形状。
此外，除了屏蔽件401之外，还可以在量化器340、减法器330的 正上方配置屏蔽件。另外，在第七实施方式中也与第二、第三实施方式 相同，能够使用布线间电容。另外，在第七实施方式也与第四实施方式 相同，能够使用晶体管的栅极电容。
这样，在本发明第七实施方式中，将电流电压转换电路310配置于 受光芯片201，因此，与将该电路设置于检测芯片202的情况相比，能够 削减检测芯片202的电路规模。
＜8.第八实施方式＞
在上述第七实施方式中，将缓冲器320配置于检测芯片202，但是 随着像素数的增大，有可能导致检测芯片202内的电路的电路规模增大。 该第八实施方式的固体摄像元件200在将缓冲器320设置于受光芯片201 这点与第七实施方式不同。
图19是表示本发明第八实施方式的分别设置于受光芯片201以及检 测芯片202的电路的一例的电路图。
在受光芯片201还设置有缓冲器320。另一方面，在检测芯片202 设置有减法器330以后的电路。
另外，屏蔽件401配置在缓冲器320的正下方，连接缓冲器320和 减法器330的信号线贯通该屏蔽件401进行布线。
此外，在第八实施方式中也与第二、第三实施方式相同，能够使用 布线间电容。另外，在第八实施方式也与第四实施方式相同，能够使用 晶体管的栅极电容。
另外，固体摄像元件200的层叠构造并不限定于第一～第八实施方式 所例示的构成。例如，也可以将量化器340以后的电路配置于检测芯片 202，将除此以外的电路配置于受光芯片201。
这样，在本发明第八实施方式中，将缓冲器320配置于受光芯片201， 因此，与将该电路设置于检测芯片202的情况相比，能够削减检测芯片 202的电路规模。
＜9.向移动体的应用例＞
本发明的技术(本技术)能够应用于各种产品。例如，本发明的技 术可以作为搭载于汽车、电动汽车、混合动力汽车、摩托车、自行车、 个人移动装置、飞机、无人机、船舶以及机器人等的任意一种移动体的 装置来实现。
图20是表示能够应用作为本发明的技术的移动体控制系统的一例 的车辆控制系统的概要的构成例的框图。
车辆控制系统12000具备经由通信网络12001连接的多个电子控制 单元。在图20所示的例子中，车辆控制系统12000具备驱动系统控制单 元12010、车身系统控制单元12020、车外信息检测单元12030、车内信 息检测单元12040以及综合控制单元12050。另外，作为综合控制单元 12050的功能构成，图示了微型计算机12051、音频图像输出部12052以及车载网络I/F(interface)12053。
驱动系统控制单元12010按照各种程序对与车辆的驱动系统相关的 装置的动作进行控制。例如，驱动系统控制单元12010起到作为内燃机 或者驱动用电动机等的用于产生车辆的驱动力的驱动力产生装置、将驱 动力传递到车轮的驱动力传递机构、调节车辆的转向角的转向机构、以 及产生车辆的制动力的制动装置等的控制装置的功能。
车身系统控制单元12020按照各种程序对装备于车身的各种装置的 动作进行控制。例如，车身系统控制单元12020起到作为无钥匙进入系 统、智能钥匙系统、电动窗装置或者前照灯、尾灯、刹车灯、指示灯或 者雾灯等各种灯的控制装置的功能。在该情况下，能够向系统控制单元 12020输入代替钥匙的移动设备发送的电波或者各种开关的信号。车身系 统控制单元12020接受这些电波或者信号的输入，对车辆的门锁装置、 电动窗装置以及灯等进行控制。
车外信息检测单元12030检测搭载有车辆控制系统12000的车辆的 外部的信息。例如，在车外信息检测单元12030连接有摄像部12031。车 外信息检测单元12030使摄像部12031拍摄车外的图像并接收拍摄到的 图像。车外信息检测单元12030也可以进行基于接收到的图像，进行人、 车、障碍物、标识或者路面上的文字等的物体检测处理或者距离检测处 理。
摄像部12031是接收光并输出与该光的受光量相应的电信号的光传 感器。摄像部12031既能够将电信号作为图像输出，又能够将电信号作 为测距的信息输出。另外，摄像部12031接收的光可以是可视光也可以 是红外线等的非可见光。
车内信息检测单元12040检测车内的信息。在车内信息检测单元 12040例如连接有检测驾驶员的状态的驾驶员状态检测部12041。驾驶员 状态检测部12041例如包括拍摄驾驶员的相机，车内信息检测单元12040 基于从驾驶员状态检测部12041输入的检测信息，可以计算驾驶员的疲 劳程度或者集中程度，也可以判断驾驶员是否打瞌睡。
微型计算机12051能够基于由车外信息检测单元12030或者车内信 息检测单元12040取得的车内外的信息，对驱动力产生装置、转向机构 或者制动装置的控制目标值进行运算，对驱动系统控制单元12010输出 控制指令。例如，微型计算机12051能够进行协调控制，该协调控制以 实现包括车辆的碰撞避免或者冲击缓和、基于车间距离的跟随行驶、车 速维持行驶、车辆碰撞警告或者车辆偏离路径警告等的ADAS(Advanced DriverAssistance System)的功能为目的。
另外，微型计算机12051能够基于由车外信息检测单元12030或者 车内信息检测单元12040取得的车辆周围的信息，对驱动力产生装置、 转向机构或者制动装置等进行控制，由此，能够进行以不依赖于驾驶员 的操作而自主地行驶的自动驾驶等为目的的协调控制。
另外，微型计算机12051能够基于由车外信息检测单元12030取得 的车外的信息，对车身系统控制单元12020输出控制指令。例如，微型 计算机12051能够根据由车外信息检测单元12030检测到的前车或者对 向车的位置，控制前照灯，进行实现将远光灯切换为近光灯等的防眩为 目的的协调控制。
音频图像输出部12052能够针对车辆的搭乘者或者车外，向视觉上 或者听觉上通知信息的输出装置发送声音与图像中的至少一方的输出信 号。在图20的例子中，作为输出装置例示了扬声器12061、显示部12062 以及仪表板12063。显示部12062例如也可以包括车载显示器以及平视显 示器中的至少一个。
图21是表示摄像部12031的设置位置的例子的图。
在图21中，作为摄像部12031，具有摄像部12101、12102、12103、 12104、12105。
摄像部12101、12102、12103、12104、12105例如设置在车辆12100 的前保险杠、侧后视镜、后保险杠、后背箱门以及车厢内的前挡风玻璃 的上部等位置。前保险杠所具备的摄像部12101以及车厢内的前挡风玻 璃的上部所具备的摄像部12105主要是取得车辆12100前方的图像。侧 后视镜所具备的摄像部12102、12103主要是取得车辆12100的侧方的图 像。后保险杠或者后背箱门所具备的摄像部12104主要是取得车辆12100 后方的图像。车厢内的前挡风玻璃的上部所具备的摄像部12105主要是 用于检测前车或者行人、障碍物、信号灯、交通标识或者车道等。
此外，在图21中示出了摄像部12101～12104的拍照范围的一例。拍 摄范围12111表示设置于前保险杠的摄像部12101的拍摄范围，拍摄范 围12112、12113表示分别设置于侧后视镜的摄像部12102、12103的拍 摄范围，拍摄范围12114表示设置于后保险杠或者后背箱门的摄像部12104的拍摄范围。例如，由摄像部12101～12104拍摄到的图像数据重 叠，因此能够得到从上方观察车辆12100的俯瞰图像。
摄像部12101～12104中的至少一个可以具有取得距离信息的功能。 例如，摄像部12101～12104中的至少一个可以是由多个摄像元件构成的 立体相机，也可以是具有检测相位差用的像素的摄像元件。
例如，微型计算机12051基于由摄像部12101～12104得到的距离信 息，求出到拍摄范围12111～12114内的各立体物的距离以及该距离的时 间变化(相对于车辆12100的相对速度)，由此，提取尤其是处于车辆 12100的行进路上的最近的立体物、且是沿着与车辆12100大致相同的方 向以规定的速度(例如，0km/h以上)行驶的立体物来作为前车。进而，微型计算机12051能够设定到前车的跟前应该预先确保的车间距离，进 行自动制动控制(也包括跟随停止控制)、自动加速控制(也包括跟随 起动控制)等。这样，能够进行以不依赖于驾驶员的操作而自主地行驶 的自动驾驶等为目的的协调控制。
例如，微型计算机12051能够基于由摄像部12101～12104得到的距 离信息，将与立体物相关的立体物数据分类为两轮车、普通车辆、大型 车辆、行人、电线杆等以及其他的立体物进行提取，用于自动避开障碍 物。例如，微型计算机12051将车辆12100的周边的障碍物识别为车辆 12100的驾驶员能够目视确认的障碍物和难以目视确认的障碍物。并且，微型计算机12051判断表示与各障碍物的碰撞的危险程度的碰撞风险， 当处于碰撞风险为设定值以上而存在碰撞可能性的状况时，经由音频扬 声器12061或显示部12062向驾驶员输出警报，或者经由驱动系统控制 单元12010进行强制减速或躲避转向，由此进行用于避免碰撞的驾驶辅 助。
摄像部12101～12104中的至少一个也可以是检测红外线的红外线相 机。例如，微型计算机12051能够通过判断在摄像部12101～12104的拍 摄图像中是否存在行人来识别行人。例如通过提取作为红外线相机的摄 像部12101～12104的拍摄图像中的特征点的步骤、以及对表示物体的轮 廓的一系列的特征点进行图形匹配处理来判断是否为行人的步骤，进行 这种行人的识别。当微型计算机12051判断摄像部12101～12104的拍摄 图像中存在行人而识别到行人时，音频图像输出部12052对显示部12062 进行控制，以使得用于强调(突出显示)的方形轮廓线重叠显示于该识别的 行人。另外，音频图像输出部12052也可以对显示部12062进行控制， 以使得表示行人的图标等显示于所期望的位置。
以上，对能够应用本发明的技术的车辆控制系统的一例进行了说明。 本发明的技术能够应用以上说明的构成中的例如摄像部12031。具体地 说，图1的摄像装置100能够应用于图20的摄像部12031。通过将本发 明的技术适用于摄像部12031，能够削减电路的安装面积而使摄像部 12031小型化。
此外，上述实施方式表示用于将本发明具体化的一例，实施方式中 的事项和权利要求中的发明特定事项分别具有对应关系。同样地，权利 要求中的发明特定事项和标注与其相同名称的本发明的实施方式中的事 项分别具有对应关系。但是，本发明并不限定于实施方式，能够通过在 不脱离本发明主旨的范围内对实施方式进行各种变形而具体化。
另外，上述实施方式中说明的处理步骤，既可以理解为具有这一系 列的步骤的方法，另外，也可以理解为用于使计算机执行这一系列步骤 的程序乃至存储该程序的记录介质。作为该记录介质，例如能够使用CD (Compact Disc)、MD(MiniDisc)、DVD(DigitalVersatile Disc)、 存储卡、蓝光光盘(Blu-ray(注册商标)Disc)等。
此外，本说明书所记载的效果只不过是例示而已，并不是限定的， 另外，也可以是其他效果。
此外，本发明能够采用如下构成。
(1)一种固体摄像元件，其中，具备：
光电二极管，对入射光进行光电转换而生成光电流；
转换晶体管，将所述光电流转换成电压信号并从栅极输出；
电流源晶体管，将规定的恒定电流供给至与所述栅极连接的输出信 号线；
电压供给晶体管，将与来自所述输出信号线的所述规定的恒定电流 相应的恒定电压供给至所述转换晶体管的源极；以及
电容，连接在所述转换晶体管的所述栅极与所述源极之间。
(2)在上述(1)所述的固体摄像元件中，
所述电压供给晶体管的栅极经由输入信号线与所述转换晶体管的源 极连接，
所述电容是所述输入信号线与所述输出信号线之间的布线间电容。
(3)在上述(2)所述的固体摄像元件中，
所述输入信号线与所述输出信号线布线于互不相同的布线层。
(4)在上述(2)所述的固体摄像元件中，
所述输入信号线与所述输出信号线布线于相同的布线层。
(5)上述(1)所述的固体摄像元件，
所述电容是晶体管的栅极电容。
(6)在上述(1)～(5)中的任一个所述的固体摄像元件中，
所述固体摄像元件还具备：
缓冲器，修正所述电压信号；
减法器，降低修正后的所述电压信号的电平；以及
量化器，将降低后的所述电压信号量化，
所述光电二极管设置于层叠在检测芯片的受光芯片，
所述量化器设置于层叠有所述受光芯片的检测芯片。
(7)在上述(6)所述的固体摄像元件中，
所述转换晶体管、所述电流源晶体管、所述电压供给晶体管以及所 电容设置于所述检测芯片。
(8)在上述(6)所述的固体摄像元件中，
所述转换晶体管以及所述电压供给晶体管是N型晶体管，
所述电流源晶体管是P型晶体管，
所述转换晶体管、所述电压供给晶体管以及所述电容设置于所述受 光芯片，
所述电流源晶体管设置于所述检测芯片。
(9)在上述(6)所述的固体摄像元件中，
所述减法器具备：
第一电容，一端与所述缓冲器的输出端子连接；
反相器，输入端子与所述第一电容的另一端连接；以及
第二电容，与所述反相器并联连接，
所述电容以及所述第二电容各自的电容值比所述第一电容的电容值 小。
(10)在上述(9)所述的固体摄像元件中，
所述缓冲器以及所述第一电容设置于所述受光芯片，
所述反相器以及所述第二电容设置于所述检测芯片。
(11)在上述(9)所述的固体摄像元件中，
所述缓冲器以及所述减法器设置于所述检测芯片。
(12)在上述(9)所述的固体摄像元件中，
所述缓冲器设置于所述受光芯片，
所述减法器设置于所述检测芯片。
(13)在上述(1)～(12)中任一个所述的固体摄像元件中，
所述固体摄像元件还具备屏蔽件，该屏蔽件设置于所述受光芯片与 所述检测芯片之间。

Claims (13)

1.一种固体摄像元件，其特征在于，具备：
光电二极管，对入射光进行光电转换而生成光电流；
转换晶体管，将所述光电流转换成电压信号并从栅极输出；
电流源晶体管，将规定的恒定电流供给至与所述栅极连接的输出信号线；
电压供给晶体管，将与来自所述输出信号线的所述规定的恒定电流相应的恒定电压供给至所述转换晶体管的源极；以及
电容，连接在所述转换晶体管的所述栅极与所述源极之间。
2.根据权利要求1所述的固体摄像元件，其特征在于，
所述电压供给晶体管的栅极经由输入信号线与所述转换晶体管的源极连接，
所述电容是所述输入信号线与所述输出信号线之间的布线间电容。
3.根据权利要求2所述的固体摄像元件，其特征在于，
所述输入信号线与所述输出信号线布线于互不相同的布线层。
4.根据权利要求2所述的固体摄像元件，其特征在于，
所述输入信号线与所述输出信号线布线于相同的布线层。
5.根据权利要求1所述的固体摄像元件，其特征在于，
所述电容是晶体管的栅极电容。
6.根据权利要求1所述的固体摄像元件，其特征在于，
所述固体摄像元件还具备：
缓冲器，修正所述电压信号；
减法器，降低修正后的所述电压信号的电平；以及
量化器，将降低后的所述电压信号量化，
所述光电二极管设置于层叠在检测芯片的受光芯片，
所述量化器设置于层叠有所述受光芯片的检测芯片。
7.根据权利要求6所述的固体摄像元件，其特征在于，
所述转换晶体管、所述电流源晶体管、所述电压供给晶体管以及所电容设置于所述检测芯片。
8.根据权利要求6所述的固体摄像元件，其特征在于，
所述转换晶体管以及所述电压供给晶体管是N型晶体管，
所述电流源晶体管是P型晶体管，
所述转换晶体管、所述电压供给晶体管以及所述电容设置于所述受光芯片，
所述电流源晶体管设置于所述检测芯片。
9.根据权利要求6所述的固体摄像元件，其特征在于，
所述减法器具备：
第一电容，一端与所述缓冲器的输出端子连接；
反相器，输入端子与所述第一电容的另一端连接；以及
第二电容，与所述反相器并联连接，
所述电容以及所述第二电容各自的电容值比所述第一电容的电容值小。
10.根据权利要求9所述的固体摄像元件，其特征在于，
所述缓冲器以及所述第一电容设置于所述受光芯片，
所述反相器以及所述第二电容设置于所述检测芯片。
11.根据权利要求9所述的固体摄像元件，其特征在于，
所述缓冲器以及所述减法器设置于所述检测芯片。
12.根据权利要求9所述的固体摄像元件，其特征在于，
所述缓冲器设置于所述受光芯片，
所述减法器设置于所述检测芯片。
13.根据权利要求6所述的固体摄像元件，其特征在于，
所述固体摄像元件还具备屏蔽件，该屏蔽件设置于所述受光芯片与所述检测芯片之间。
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