CN110944127A

CN110944127A - 光电转换装置和图像感测系统

Info

Publication number: CN110944127A
Application number: CN201910889615.7A
Authority: CN
Inventors: 小林昌弘
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2018-09-21
Filing date: 2019-09-20
Publication date: 2020-03-31
Anticipated expiration: 2039-09-20
Also published as: JP7245016B2; CN110944127B; US20200099880A1; JP2020053722A; US11785356B2; EP3627829B1; US20220021827A1; EP3627829A1; US11165976B2

Abstract

本公开涉及光电转换装置和图像感测系统。光电转换装置包括第一基板和第二基板，第一基板具有各自包括光电转换器的块，第二基板具有用于从光电转换器读出信号的处理电路的至少一部分。处理电路驱动用于驱动光电转换器的驱动信号线。驱动信号线包括第一信号线和第二信号线，每个第一信号线布置在第一基板中并且共用地分配给在块的行方向上布置的至少两个块，每个第二信号线单独地分配给块中的一个块。处理电路包括传输线和选择电路，每个选择电路与第二信号线中的一个第二信号线对应。每个选择电路从供应给传输线的驱动信号中选择一个驱动信号，并将所选择的驱动信号供应给第二信号线中的对应第二信号线。

Description

光电转换装置和图像感测系统

技术领域

本发明涉及光电转换装置和图像感测系统。

背景技术

日本专利公开No.2012-151847公开了通过堆叠第一基板和第二基板形成的图像传感器。第一基板包括多个像素，并且第二基板包括使像素或像素组与它们相应的积分时间匹配的组件。用于生成用于第一基板的操作信号的、形成行和列的多个元件布置在第二基板中，并且每个元件包括存储积分时间参数的存储器以及基于基准积分时基和积分时间参数生成操作信号的电路。基准积分时基经由总线被供应给每个行的元件。

可以为日本专利公开No.2012-151847中公开的图像传感器中的每个像素或每组像素设置积分时间。然而，因为用于存储积分时间参数的存储器以及用于基于基准积分时基和积分时间参数生成操作信号的电路需要包括在布置在第二基板上的每个元件中，所以图像传感器的布置变得复杂。

发明内容

本发明提供了一种有利于以较简单的布置实现单独地控制由多个单元电路形成的每个块的功能的技术。

本发明的第一方面提供了一种光电转换装置，包括：第一基板，其中布置有多个块以形成多个列和多个行，每个块包括多个光电转换器；以及第二基板，其中布置有用于从多个块中的每个块中的多个光电转换器读出信号的处理电路的至少一部分，其中处理电路被配置为驱动多个驱动信号线以用于驱动多个块中的每个块中的多个光电转换器，所述多个驱动信号线包括多个第一信号线和多个第二信号线，每个第一信号线布置在第一基板中并且共用地分配给在多个块的行方向上布置的至少两个块，每个第二信号线单独地分配给多个块中的一个块，处理电路包括多个传输线和多个选择电路，每个选择电路与多个第二信号线中的一个第二信号线对应，以及多个选择电路中的每个选择电路从供应给多个传输线的多个驱动信号中选择一个驱动信号，并将所选择的驱动信号供应给多个第二信号线中的对应第二信号线。

本发明的第二方面提供了一种图像感测系统，包括：如本发明的第一方面限定的光电转换装置；以及处理器，被配置为处理从光电转换装置输出的信号。

本发明的第三方面提供了一种移动体，包括：如第二方面限定的图像感测系统；以及集成电路，被配置为处理从图像感测系统输出的信号。

参考附图，根据示例性实施例的以下描述，本发明的其它特征将变得清楚。

附图说明

图1A是形成根据本发明的第一实施例的光电转换装置的一部分的第一基板的平面视图；

图1B是形成根据本发明的第一实施例的光电转换装置的另一部分的第二基板的平面视图；

图2是示出单元电路阵列(像素阵列)的布置的示例的视图；

图3是示出布置在第一基板中的第一块和布置在第二基板中的第二块的布置的示例以及第一块和第二块之间的连接的示例的图；

图4A是示出布置在第一基板的单元电路阵列中的形成为2(列)×2(行)矩阵的第一块中的驱动信号线pTX的平面视图；

图4B是示出布置在第二基板的辅助电路阵列中的形成为2(列)×2(行)矩阵的第二块中的曝光时间信号线XPS_*和曝光时间选择线MSK_*的平面视图；

图5是示出光电转换装置的驱动定时的示例的时序图；

图6是示出掩蔽电路的布置的示例的视图；

图7A和图7B是示出根据本发明的第二实施例的光电转换装置的布置的部分的平面视图；

图8A和图8B是示出根据本发明的第二实施例的光电转换装置的变形例的布置的部分的平面视图；

图9A和图9B是示出根据本发明的第三实施例的光电转换装置的布置的部分的平面视图；

图10A和图10B是示出根据本发明的第三实施例的光电转换装置的变形例的布置的部分的平面视图；

图11是示出根据本发明的第四实施例的光电转换装置的布置的局部布置的视图；

图12是示出根据本发明的第五实施例的光电转换装置的布置的局部布置的视图；

图13是示出根据本发明的第六实施例的光电转换装置的布置的局部布置的视图；

图14A和图14B是示出掩蔽电路的布置的示例的视图；

图15A和图15B是示出掩蔽电路的布置的另一示例的视图；

图16是示出图像感测系统的布置的示例的框图；

图17A至图17C是示出根据本发明的实施例的移动体的视图；以及

图18是示出根据本发明的实施例的移动体的框图。

具体实施方式

下面将参考附图来描述本发明的示例性实施例。虽然根据本发明的光电转换装置1可以例如实现为诸如MOS图像传感器之类的固态图像传感器或者实现为测量距离图像(距离图像)、距离信息(距离信息)等的距离测量装置，但是本发明不限于这些装置。

图1A是形成根据本发明的第一实施例的光电转换装置1的一部分的第一基板100的平面视图，并且图1B是形成根据本发明的第一实施例的光电转换装置1的另一部分的第二基板200的平面视图。通过堆叠第一基板100和第二基板200形成根据本发明的第一实施例的光电转换装置1。第一基板100的电路元件和第二基板200的电路元件可以经由连接部分CNT(稍后描述)彼此电连接。虽然这里将描述其中光电转换装置1由第一基板100和第二基板200形成的示例，但是光电转换装置1可以由三个或更多个基板的堆叠形成。另外，图1A和图1B仅示出了形成光电转换装置1的电路元件分布在第一基板100和第二基板200当中的状态的示例，但是在多个基板当中分配电路元件的方法不限制于该示例。例如，布置在图1B中所示的第二基板200中的输出电路270可以布置在图1A中所示的第一基板100中。

可以在第一基板100中布置多个第一块10(由图1A中的虚线形成的矩形指示的电路)，多个第一块10以矩阵布置以形成多个列(块列)和多个行(块行)。换句话说，每个行(块行)可以由两个或更多个第一块10形成，并且每个列(块列)可以由两个或更多个第一块10形成。每个第一块10可以包括多个单元电路PIX。每个第一块10中的多个单元电路PIX可以被布置为形成多个列(单元电路列)和多个行(单元电路行)。每个单元电路PIX包括一个光电转换器。因此，单元电路阵列PIX1可以被理解为其中多个光电转换器被布置为形成多个行和多个列的阵列。注意，每个块列和每个单元电路列在彼此相同的方向上延伸，并且每个块行和每个单元电路行在彼此相同的方向上延伸。行是由第一垂直扫描电路120和220(稍后描述)驱动的信号线延伸的方向，并且列是垂直信号线VL(稍后描述)延伸的方向。第一垂直扫描电路120和第二垂直扫描电路220是用于顺序地扫描或选择多个行的电路。

用于从多个第一块10中的多个单元电路(像素)PIX(光电转换器)中的每一个读出信号的处理电路210中的至少一些可以布置在第二基板200中。可以在第二基板200中布置多个第二块11(由图1B中的虚线形成的矩形指示的电路)，多个第二块11以矩阵布置以形成多个列(块列)和多个行(块行)。换句话说，每个行(块行)可以由两个或更多个第二块11形成，并且每个列(块列)可以由两个或更多个第二块11形成。在这种情况下，多个第二块11被布置为使得一个第二块11将与一个第一块10对应。每个第二块11包括用于从对应的第一块10中的多个单元电路PIX(光电转换器)读出信号的电路(读出控制电路)。以矩阵布置以形成多个列(块列)和多个行(块行)的多个第二块11形成辅助电路阵列CR1。每个第二块11可以包括例如掩蔽电路MSK。图1A中的相邻第一块10之间的边界可以与图1B中的相邻第二块11之间的边界相同或不同。

用于从多个第一块10中的多个光电转换器读出信号的处理电路210可以包括例如第一垂直扫描电路120、第二垂直扫描电路220、第一定时生成电路150、第二定时生成电路250、第一列处理电路130和第二列处理电路230。用于从多个第一块10中的多个光电转换器读出信号的处理电路还可以包括第一水平扫描电路140、第二水平扫描电路240、信号处理电路260和输出电路270。

第一垂直扫描电路120和第二垂直扫描电路220中的每一个以预定次序选择并驱动多行(由多个单元电路PIX形成的阵列的行)布置的单元电路阵列PX1。在该示例中，第一垂直扫描电路120和第二垂直扫描电路220分别布置在第一基板100和第二基板200中。第一定时生成电路150和第二定时生成电路250分别向第一垂直扫描电路120和第二垂直扫描电路220、分别向第一列处理电路130和第二列处理电路230并且分别向第一水平扫描电路140和第二水平扫描电路240供应定时信号。

第一列处理电路130和第二列处理电路230中的每一个读出来自由布置在单元电路阵列PX1中的单元电路PIX形成的多个行中的、已经由第一垂直扫描电路120和第二垂直扫描电路220中的对应一个选择的单元电路PIX的行的信号并对该信号进行处理。第一列处理电路130和第二列处理电路230中的每一个可以包括例如放大器电路、相关双采样电路、AD转换电路等。在该示例中，第一列处理电路130和第二列处理电路230分别布置在第一基板100和第二基板200中。

第一水平扫描电路140和第二水平扫描电路240中的每一个以预定次序选择由第一列处理电路130和第二列处理电路230中的对应一个处理的单元电路阵列PX1的行的信号，并且将所选择的信号提供给信号处理电路260。在该示例中，第一水平扫描电路140和第二水平扫描电路240分别布置在第一基板100和第二基板200中。信号处理电路260处理由第一水平扫描电路140和第二水平扫描电路240选择的信号，并将经处理的信号供应给输出电路270。输出电路270以预定次序输出从信号处理电路260供应的信号。在该示例中，信号处理电路260和输出电路270布置在第二基板200中。

图2示出了单元电路阵列(像素阵列)PX1的布置的示例。以矩阵布置以形成J个列(块列)和K个行(块行)的多个第一块10可以布置在第一基板100中。换句话说，每个行(块行)可以是由J个第一块10形成，并且每个列(块列)可以由K个第一块10形成。每个第一块10可以包括多个单元电路PIX。每个第一块10中的多个单元电路PIX可以被布置为形成M个列和N个行。单元电路阵列PX1由被布置为形成J×M个列和K×N个行的J×M×K×N个单元电路PIX形成。每个单元电路PIX包括一个光电转换器。因此，单元电路阵列PX1可以被理解为其中J×M×K×N个光电转换器被布置为形成J×M个列和K×N个行的光电转换阵列。

图3示出了布置在第一基板100中的第一块10和布置在第二基板200中的第二块11的布置的示例以及第一块10和第二块11之间的连接示例。为了描述方便起见，这里示出了以2列×2行的矩阵布置的第一块10。在图3中，每个第二块11包括掩蔽电路MSK。每个第一块10的输入端子和每个第二块11的输出端子经由连接部分CNT彼此电连接。

每个单元电路(像素)PIX可以包括光电转换器PD、电荷-电压转换器FD和用于将电荷从光电转换器PD传送到电荷-电压转换器FD的传送单元TX。此外，每个单元电路PIX可以包括放大器SF，该放大器SF将与电荷-电压转换器FD的电位对应的信号输出到对应的垂直信号线VL(经由对应的垂直信号线VL输出到第一列处理电路130和第二列处理电路230中的对应一个)。每个单元电路PIX还可以包括用于使电荷-电压转换器FD的电位复位的复位单元RES。每个单元电路PIX还可以包括用于将单元电路PIX设置在选择状态的选择单元SEL。传送单元TX、放大器SF、复位单元RES和选择单元SEL可以由晶体管形成。

当将有效电平信号经由对应的传送信号线pTX供应给栅极(控制端子)时，传送单元TX变为导通(设置为接通)并将光电转换器PD的电荷传送到电荷-电压转换器FD。为了指示单元电路阵列PX1中的行，每个传送信号线pTX也将表示为pTX(x，y，z)。当将有效电平信号经由对应的复位信号线pRES供应给栅极(控制端子)时，复位单元RES变为导通并将电荷-电压转换器FD的电位复位到复位电位。为了指示单元电路阵列PX1中的行，每个复位信号线pRES也将表示为pRES(x，y，z)。当将有效电平信号经由对应的选择信号线pSEL供应给栅极(控制端子)时，选择单元SEL变为导通并将单元电路PIX设置为选择状态。为了指示单元电路阵列PX1中的行，每个选择信号线pSEL也将表示为pSEL(x，y，z)。

传送信号线pTX、复位信号线pRES和选择信号线pSEL中的每一个是用于驱动单元电路PIX(光电转换器PD)的多个驱动信号线之一。多个驱动信号线可以包括多个第一信号线和多个第二信号线。多个第一信号线可以包括例如多个复位信号线pRES和多个选择信号线pSEL，每个复位信号线pRES布置在多个行中的对应一行中，每个选择信号线pSEL布置在多个行中的对应一行中。多个第二信号线可以包括多个传送信号线pTX，每个传送信号线pTX布置在多个块10中的对应一个块中。多个第一信号线中的每一个是共用地分配给多个块10当中的在行方向上并排布置的至少两个块10(一行块10)的信号线。多个第二信号线中的每一个是单独地分配给多个块10当中的一个块10的信号线。

每个单元电路PIX的布置不限于图3中所示的布置。例如，电荷-电压转换器FD可以在多个光电转换器PD之间共享。可替换地，可以通过控制电荷-电压转换器FD的复位电压而不是布置选择单元SEL来实现每个单元电路PIX的选择/不选择。而且，形成每个单元电路PIX的电路元件中的一些可以布置在第二基板200中。此外，垂直信号线VL可以布置在第二基板200中。

在根据第一实施例的光电转换装置1中布置控制每个块10的每行(单位电路行)的每个光电转换器PD的曝光时间(电荷累积时间)的传送信号线pTX。这种布置允许针对每个块适当地设置曝光时间。例如，对于从被摄体的亮部接收光束的块10，可以设置短曝光时间以避免光电转换器PD的快速饱和。另一方面，对于从被摄体的暗部接收光束的块10，可以设置长曝光时间以增加累积电荷量。

在该示例中，如果每个行存在J个块10，则将为每个行布置J个传送信号线pTX。从另一观点来看，如果在单元电路阵列PX1中存在J×K个块10并且在每个块10中存在N个行，则可以布置J×K×N个传送信号线pTX。在这种情况下，通过由两个或更多个光电转换器PD(或单元电路PIX)形成一个块10，通过减少传送信号线pTX的数量，可以简化光电转换装置1的布置。

可以通过例如光电转换装置1的信号处理电路260基于前一帧(图像)的与每个块10对应的区域的亮度来执行每个块10的曝光时间的确定。可替换地，可以通过光电转换装置1外部的装置来执行每个块10的曝光时间的确定，并且可以将基于该确定的信息提供给光电转换装置1。此外，除了前一帧(图像)的与每个块10对应的区域的亮度之外，还可以考虑被摄体是移动物体还是静止物体。要考虑的亮度可以是每个块的平均值、模式或峰值。

为了描述方便起见，为了指示多个块10当中的每个单独块10，通过使用坐标将布置在第j列和第k行中的块表示为块10(j，k)。对于每个驱动信号线，布置在第k行块10(*，k)的第n行单元电路PIX中的选择信号线pSEL和复位信号线pRES中的每一个将分别表示为选择信号线pSEL(k，n)和复位信号线pRES(k，n)。以类似的方式，块10(j，k)的第n行传送信号线pTX将表示为pTX(j，k，n)。关于垂直信号线VL，属于第j列块10(j，*)的像素的第m列垂直信号线VL将表示为垂直信号线VL(j，m)。另外，布置在块10(j，k)中的连接部分CNT将表示为连接部分CNT(j，k)。

图4A是示出布置在第一基板100的单元电路阵列PX1中的2×2矩阵的块10中的传送信号线pTX的视图。图4B是示出布置在第二基板200的辅助电路阵列CR1中的2×2矩阵的第二块11中的曝光时间信号线XPS_*和曝光时间选择线MSK_*的视图。

在单元电路阵列PX1中，作为用于驱动选择单元SEL的驱动信号线的每个选择信号线pSEL和作为用于驱动复位单元RES的驱动信号线的每个复位信号线pRES延伸跨越在行方向上布置的多个块10。而且，在单元电路阵列PX1中，每个垂直信号线VL延伸跨越在列方向上布置的多个块10。另一方面，在辅助电路阵列CR1中，由作为多个传输线的多个曝光时间信号线XPS_L、XPS_M和XPS_S形成的组被布置为在行方向上延伸以用于在单元电路PIX中形成的每个行。曝光时间信号线XPS_L是长曝光时间的信号线，曝光时间信号线XPS_M是中等曝光时间的信号线，并且曝光时间信号线XPS_S是短曝光时间的信号线。此外，由用于选择每个块10的曝光时间的多个曝光时间选择线MSK_L、MSK_M和MSK_S形成的组被布置为在列方向上延伸以用于在第二块11中形成的每个列(块列)。曝光时间选择线MSK_L是长曝光时间的选择线，曝光时间选择线MSK_M是中等曝光时间的选择线，并且曝光时间选择线MSK_S是短曝光时间的选择线。通过使用曝光时间信号线XPS_*和曝光时间选择线MSK_*，在掩蔽电路MSK中选择(生成)的驱动信号(传送信号)经由连接部分CNT被供应给传送信号线pTX。即，作为该示例中的电节点，掩蔽电路MSK的输出端子和与掩蔽电路MSK对应的单元电路PIX的传送单元TX的输入端子通过传送信号线pTX彼此电连接。

可以通过控制从光电转换器PD到电荷-电压转换器FD的电荷的传送定时的传送信号线pTX来控制曝光时间。因此，为了控制每个行(单元电路行)的每个块10的每个行的单元电路PIX(光电转换器PD)的曝光时间，针对每个行(单元电路行)的每个块10布置用于控制传送单元TX的传送信号线pTX。选择信号线pSEL和复位信号线pRES共用地分配给每个行的单元电路PIX(光电转换器PD)。

另外，为了增加每个单元电路PIX的输入/输出信号的信噪比，例如，在单元电路PIX中采用布置在第二基板200中的电路中使用的电源电压、具有高电压幅度的电源电压和电压幅度。更具体地，在图4A和图4B中所示的布置中，用于驱动单元电路PIX的驱动信号线pSEL、pRES和pTX以及用于从单元电路PIX输出信号的垂直信号线VL可以由高电压幅度驱动。另一方面，不直接驱动单元电路PIX的曝光时间信号线XPS_*和曝光时间选择线MSK_*不需要由高电压幅度驱动。因此，与在掩蔽电路MSK中确定的驱动定时对应的传送信号被转换为高电压幅度，并且传送信号线pTX可以以高电压幅度被驱动。

另外，如果传送信号线pTX的电位由于与另一信号线的电容耦合而改变，则可能导致电荷从光电转换器PD泄漏或导致诸如暗电流之类的噪声混入光电转换器PD中，并且图像质量可能下降。从这个观点来看，优选的是，还将用于驱动与TX对应的传送单元的每个传送信号线pTX布置为使其将不会延伸跨越多个块10。此外，优选的是，通过使用于确定传送信号线pTX的驱动定时的曝光时间信号线XPS_*和曝光时间选择线MSK_*以低电压幅度操作，抑制由于电容耦合而引起的电压变化的生成。从上述这些观点来看，掩蔽电路MSK通过使用电压幅度转换器电路LVS来增加用于根据曝光时间选择线MSK_*选择曝光时间信号线XPS_*的选择电路SLC的输出幅度，并在缓冲电路BFR中进一步缓冲该输出幅度之后驱动传送信号线pTX。

另外，如图3、图4A和图4B中所示，通过将每个单元电路PIX的驱动线分布和布置在多个基板的布线部分中，可以根据每个基板的电压幅度选择合适的制造方法。此外，通过减少每个单元电路PIX的驱动信号线的数量并加宽布线之间的间隔，可以降低在制造过程期间由于颗粒的生成而发生短路或缺陷的风险。

图5示出了光电转换装置1的驱动定时的示例。每个行的每个单元电路PIX的光电转换器PD在读出定时HBLK之前经由传送单元TX被复位单元RES复位。从复位操作直到在读出定时HBLK处通过传送单元TX将电荷从光电转换器PD传送到电荷-电压转换器FD为止的时间是每个光电转换器PD的曝光时间(电荷累积时间)。在该实施例中，可以针对每个行的每个块10设置曝光时间。

这里假设XPS(j，k，n)和HBLK(j，k，n)分别表示属于第n行的块10(j，k)的单元电路PIX的曝光时间XPS和读出定时HBLK。由于HBLK(j，k，n)和HBLK(j+1，k，n)表示相同的时间，因此省略j和j+1并且在图5中指示为HBLK(k，n)。

假设已经确定块10(j，k)、块10(j+1，k)和块10(j+2，k)分别具有低亮度、中亮度和高亮度。此时，作为曝光时间，XPS(j，k，n)是最长的(tL)，XPS(j+1，k，n)是约中等的(tM)，并且XPS(j+2，k，n)是最短的(tS)。例如，tL约为16.6毫秒(约1/60秒)，tM约为1毫秒(约1/1000秒)，并且tS约为62.5微秒(约1/16000秒)。属于第k行的块10(*，k)的第N行的传送信号线pTX(j，k，N-1)、pTX(j+1，k，N-1)和pTX(j+2，k，N-1)分别在tL(k，N-1)、tM(k，N-1)和tS(k，N-1)处首先改变为导通状态。此时，块的光电转换器PD被复位。随后，在HBLK(k，N-1)处执行从每个光电转换器PD读出信号。第N行的传送信号线pTX(j，k，N)、pTX(j+1，k，N)和pTX(j+2，k，N)分别在tL(k，N)、tM(k，N)和tS(k，N)改变为导通状态。接下来，假设已经确定块10(j，k+1)、10(j+1，k+1)和10(j+2，k+1)分别具有中等亮度、低亮度和高亮度。此时，传送信号线pTX(j，k+1，1)、pTX(j+1，k+1，1)和pTX(j+2，k+1，1)分别在tM(k+1，1)、tS(k+1，1)和tL(k+1，1)处改变为导通状态。接下来，传送信号线pTX(j，k+1，2)、pTX(j+1，k+1，2)和pTX(j+2，k+1，2)分别在tM(k+1，2)、tS(k+1，2)和tL(k+1，2)处改变为接通状态。以这种方式顺序地执行曝光操作(累积操作)和读出操作。曝光时间(电荷累积时间)不限于这些，并且可以适当地改变。尽管在上述示例中设置了三种曝光时间，但是可以设置四种或更多种曝光时间。时间tL、tM和tS可以被设置为比上述示例中设置的时间更短或更长。

尽管驱动信号线pSEL和pRES的驱动脉冲在图5中示出为具有矩形波形，但是由于布线电阻、驱动元件的电容、耦合电容等，每个驱动脉冲的波形实际上将圆化。波形的圆化可能影响曝光时间的线性度的偏移或者在来自每个光电转换器PD的信号的读出操作期间的电荷传送速度。在曝光时间的线性度的偏移大的情况下，图像传感器不能以短的快门速度操作，并且在电荷传送速度低的情况下，不能增加光电转换装置1的帧速率。也就是说，难以改善光电转换装置1的性能。因此，如图3的示例中所示，为了合适地驱动由对应的传送信号线pTX驱动的多个传送单元TX，优选的是，在对应的传送信号线pTX附近安装每个缓冲电路BFR。

图6是示出每个掩蔽电路MSK的布置的示例的视图。每个掩蔽电路MSK可以包括选择电路SLC、电压幅度转换器电路LVS和缓冲电路BFR。选择电路SLC通过供应给曝光时间选择线MSK_*的选择信号，输出在供应给多个曝光时间信号线XPS_*的多个曝光时间信号当中选择的曝光时间信号的波形。电压幅度转换器电路LVS输出通过增加从选择电路SLC输出的曝光时间信号的电压幅度而获得的信号。缓冲电路BFR输出具有与从电压幅度转换器电路LVS输出的信号的电压幅度相同的电压幅度的曝光时间信号。缓冲电路BFR具有与将由曝光时间信号驱动的传送单元TX的数量对应的驱动能力。

图6中所示的掩蔽电路MSK具有从多个传输线(曝光时间信号线)中选择一个传输线的功能、电压幅度转换的功能以及缓冲的功能。可以采用另一种布置，只要可以获得这些功能即可。例如，关于电压幅度转换器电路，可以使用共用GND电平作为高电压幅度GND电平和低电压幅度GND电平，或者可以添加用于在GND电平上施加负电压的电路。另外，可以相对于缓冲电路改变放大率。

根据第一实施例，可以通过简单的布置来实现可以设置每个块10的每个光电转换器PD的曝光时间(电荷累积时间)的光电转换装置1。也就是说，根据第一实施例，可以使用较简单的布置来实现单独地控制由多个单元电路形成的每个块的功能。例如，可以通过由选择电路SLC从供应给多个曝光时间信号线(传输线)的多个驱动信号中选择的驱动信号线为每个块10控制曝光时间。这样的布置不需要用于存储指示每个块10的曝光时间的信息的存储器。而且，与单独地为每个块10提供曝光时间信号线的布置的信号线的数量相比，根据第一实施例，可以减少信号线的数量。这有利于例如减小信号线之间的耦合电容、改善设计的自由度以及改善光电转换器的布置密度。

图7A和图7B是示出根据本发明的第二实施例的光电转换装置1的布置的部分的视图。第二实施例提供了第一实施例的变形例。这里未作为第二实施例提及的事项遵循第一实施例中描述的事项。在图4A和图4B中所示的示例中，由缓冲电路BFR缓冲并供应给传送信号线pTX(j，k，n)的传送信号经由在列方向上几乎在块10(j，k)的中心处的连接部分CNT被供应给块10(j，k)。在块10(j，k)中，对于靠近连接部分CNT的每个单元电路PIX和远离连接部分CNT的每个单元电路PIX(定位在块10(j，k)的边缘处的每个单元电路PIX)，要接收的传送信号的圆化改变。这是由负载(寄生电容)差异生成的，该差异取决于传输传送信号的路径的长度。

图7A和图7B中所示的第二实施例的块10中的连接部分CNT的布置和数量不同于图4A和图4B中所示的第一实施例的块10中的连接部分CNT的布置和数量。在第二实施例中，在辅助电路阵列CR1中，从缓冲电路BFR输出的传送信号线被分支并经由连接部分CNT连接到单元电路阵列PX1，该连接部分CNT与分支传送信号线对应并且布置在块10(j，k)的边缘处。这种布置可以减小由寄生电阻引起的传送信号的圆化。在图7A和图7B中所示的布置中，传送信号的圆化可能最多地发生在块10(j，k)的中心处。图8A和图8B示出了图7A和图7B中所示布置的变形例。在图8A和图8B中所示的布置的示例中，两个连接部分CNT朝向中心移动，以使传送信号的圆化均匀。

尽管第二实施例示出了其中用于传输一个信号的信号路径被分成两个分支路径并且布置两个连接部分CNT的示例，但是可以设置为使得信号路径将分支为三个或更多个分支路径并且可以布置三个或更多个连接部分CNT。

图9A和图9B是示出根据本发明的第三实施例的光电转换装置1的布置的部分的视图。第三实施例提供了第一实施例的变形例。在第三实施例中未提及的事项遵循第一实施例中描述的事项。上述每个掩蔽电路MSK可以由CMOS电路形成。CMOS电路可以由PMOS晶体管和NMOS晶体管形成，并且可以在形成阱之后形成源极和漏极。如果要形成彼此具有不同的电压幅度的电路，则可以为每个电路形成阱。因此，每个掩蔽电路MSK可以包括多个阱。当为每个块10(n，k)单独地布置掩蔽电路MSK时，每个阱可以变小。因此，存在以下可能性：由于浪涌等的影响导致的阱电位的改变，图像质量将降低；或者能够损坏元件的大电流将由于寄生晶闸管设置为接通而流动。

在图9A和图9B中所示的第三实施例中，每个掩蔽电路MSK可以相对于一对相邻块10在行方向上以折叠布局布置，使得每个单独的阱的尺寸可以增加并形成可以应对电位波动的阱。此外，如图10A和图10B中所示，通过组合第三实施例和第二实施例，可以有效地减小每个驱动脉冲的圆化。

尽管这里描述了其中每个掩蔽电路MSK形成为相对于一对相邻块10在行方向上具有折叠布局的布置，但是可以布置为使得每个掩蔽电路MSK相对于一对相邻组在列方向上具有折叠布局。另外，代替折叠布局，可以通过使用共用阱来形成多个块10中的多个掩蔽电路MSK。

图11是示出根据本发明的第四实施例的光电转换装置1的布置的一部分的视图。第四实施例中未提及的事项遵循第一至第三实施例中的任何一个中描述的事项。根据第四实施例的每个单元电路(像素)PIX的布置不同于第一实施例中举例说明的布置。在第四实施例中举例说明的每个单元电路PIX包括负载电容FDapp和用于改变增益的增益改变单元GN。响应于增益设置信号线pGN(第二信号线)被驱动到有效电平，增益改变单元GN将负载电容FDapp连接到电荷-电压转换器FD。这增加了放大器SF的输入节点的电容并降低了单元电路PIX的增益。负载电容FDapp连接到电荷-电压转换器FD并且增益变低(低增益模式)的状态有利于改善层次(gradation)。相反，响应于增益设置信号线pGN(第二信号线)被驱动到无效电平，增益改变单元GN将切断负载电容FDapp与电荷-电压转换器FD。这将减小放大器SF的输入节点的电容并增加单元电路PIX的增益。当电荷-电压转换器FD的电位将被复位单元RES复位时，除了复位单元RES之外，增益改变单元GN也被设置为导通状态。增益的切换不限于两个阶段，而是可以在三个或更多个阶段执行。

另外，在第四实施例中，每个掩蔽电路MSK的控制目标已经从曝光时间改变为增益改变单元GN。然而，可以设置为使得将布置两种掩蔽电路，并且曝光时间和增益改变单元GN两者将由两种掩蔽电路控制。

在第四实施例中，由于不需要像第一实施例的方式那样对每个单元电路PIX中的每一行控制传送信号线pTX，因此需要为单个块10布置单个掩蔽电路MSK。结果，在第四实施例中可以使用较简单的布置来实现用于单独地控制由多个单元电路形成的每个块的功能。

图12是示出根据本发明的第五实施例的光电转换装置1的布置的一部分的视图。在第五实施例中未提及的事项遵循第一至第四实施例中的任何一个中描述的事项。在第五实施例中，每个单元电路(像素)PIX具有全局快门功能。更具体地，通过将全局快门晶体管GS和保持单元ST添加到第一实施例中举例说明的单元电路PIX，获得根据第五实施例的每个单元电路PIX。另外，在第五实施例中，每个掩蔽电路MSK的控制目标已经从传送信号线pTX改变为快门驱动线pGS，并且通过控制快门驱动线pGS来控制每个块10的曝光时间。

在第五实施例中，在单元电路阵列PX1的每一行中(换句话说，在单元电路阵列PX1的每个单元电路PIX中)，电荷从光电转换器PD同时传送到保持单元ST。传送到每个保持单元ST并由保持单元ST保持的电荷通过每行的每个传送单元TX传送到每个电荷-电压转换器FD，并且对于每行读出与电荷对应的信号。

尽管在第一实施例中需要针对每行(并且针对每个块10)控制传送信号线pTX以控制曝光时间，但是在第五实施例中，通过每个快门驱动线pGS来控制曝光时间。因此，在第五实施例中，可以简化电路布置，因为仅需要为单个块10布置单个掩蔽电路MSK。第五实施例还可以使用较简单的布置来实现用于单独地控制由多个单元电路形成的每个块的功能。

图13是示出根据本发明的第六实施例的光电转换装置1的布置的一部分的视图。在第六实施例中未提及的事项遵循第一至第五实施例中的任何一个中描述的事项。在第六实施例中，每个单元电路(像素)PIX包括将通过光电转换生成的信号与比较信号SLP进行比较的比较器电路CMP，并且将由比较器电路CMP获得的比较结果输出到对应的垂直信号线VL。同样在第六实施例中，每个掩蔽电路MSK的控制目标已经从每个传送信号线pTX改变为每个比较信号线SLP。每个比较器电路CMP可以由差分放大器电路形成，该差分放大器电路部分地由放大器SF形成。

在根据第六实施例的每个单元电路PIX中，当比较信号SLP的电压高于电荷-电压转换器FD的电压时，信号以低电平输出到垂直信号线VL，并且当比较信号SLP的电压低于电荷-电压转换器FD的电压时，信号以高电平输出到垂直信号线VL。其电压每单位时间逐渐减小的斜坡信号可以用作比较信号SLP，以基于垂直信号线VL从低电平改变为高水平的时间将电荷-电压转换器FD的电压电平转换为数字信号值。存储器可以布置在每个单元电路PIX中，并且数字信号可以临时存储在存储器中。

可以通过生成多个斜坡信号并改变斜坡信号之间的每单位时间的改变量，来改变将电压电平转换为数字信号值的转换精度。例如，在具有可以使单元电路PIX饱和的大改变的信号的情况下，尽管转换精度可能降低，但是可以选择可以在更短的时间内执行数字信号值转换的斜坡信号。通过确定要用于每个块10的斜坡信号，可以处理宽动态范围的电压电平而无需延长转换所需的时间。

第六实施例还可以使用较简单的布置来实现用于单独地控制由多个单元电路形成的每个块的功能。

图14A和图14B示出了其中一个掩蔽电路MSK被布置用于一对块10并且掩蔽电路MSK相对于一对相邻块10在行方向上以折叠布局布置的示例。图15A和图15B示出了其中一个掩蔽电路MSK被布置用于一组块10并且掩蔽电路MSK相对于一组相邻块10在行方向和列方向上以折叠布局布置的示例。

接下来将参考图16描述根据本发明的实施例的图像感测系统。图像感测系统800包括例如光学单元810、图像传感器1000、视频信号处理电路830、记录/通信单元840、定时控制单元850、系统控制电路单元860和回放/显示单元870。图像传感器1000是其中已经应用了上面实施例中描述的光电转换装置1的固态图像传感器。

作为诸如透镜之类的光学系统的光学单元810通过在图像传感器1000的像素阵列上形成来自被摄体的光来形成被摄体的图像，在像素阵列上二维地布置有多个像素。图像传感器1000在基于来自定时控制单元850的信号的定时，输出与已经在像素单元上形成为图像的光对应的信号。

从图像传感器1000输出的信号被输入到作为视频信号处理器的视频信号处理电路830，并且视频信号处理电路830根据由程序等确定的方法对输入电信号执行诸如AD转换之类的处理。根据视频信号处理电路的处理获得的信号作为图像数据被传输到记录/通信单元840。记录/通信单元840将图像形成信号传输到回放/显示单元870并使得回放/显示单元870回放/显示移动图像或静止图像。记录/通信单元还在从视频信号处理电路830(处理器)接收到信号时与系统控制电路单元860通信，并且还执行将图像形成信号记录在记录介质(未示出)中的操作。

系统控制电路单元860是用于一般地控制图像感测系统的操作的单元并且控制光学单元810、定时控制单元850、记录/通信单元840和回放/显示单元870的驱动操作。系统控制电路单元860还包括例如用作记录介质的存储装置(未示出)，并且用于控制图像感测系统的操作所需的程序存储在该存储装置中。系统控制电路单元860还供应例如用于根据用户执行的操作将驱动模式切换到图像感测系统中的信号。作为更具体的示例，信号可以是用于改变读出行或要重置的行的信号、用于根据电子变焦改变视角的信号、用于根据电子防振操作移动视角的信号。

定时控制单元850基于用作控制单元的系统控制电路单元860的控制来控制图像传感器1000和视频信号处理电路830的驱动定时。

图17A至图17C示出了作为包含根据上述实施例的图像传感器的可移动设备的示例的汽车900的布置。图17A示意性地示出了从前侧观察的汽车900，图17B示意性地示出了从上方观察的汽车900，并且图17C示意性地示出了从后侧观察的汽车900。汽车900包括其中应用了上面实施例中描述的光电转换装置1的图像传感器902。汽车900还包括ASIC(专用集成电路)903、警告装置912和主控制单元913。

在从图像传感器902、车辆传感器、控制单元等接收到表示异常的信号时，警告装置912向驾驶员发出警告。主控制单元913通常控制图像传感器902、车辆传感器、控制单元等的操作。注意，汽车900不必总是包括主控制单元913。在这种情况下，图像传感器902、车辆传感器或控制单元经由通信网络(例如，CAN标准)传输/接收控制信号。

图18是示出汽车900的系统布置的框图。汽车900包括第一图像传感器902和第二图像传感器902。立体相机由第一图像传感器902和第二图像传感器902形成。通过光学单元914在图像传感器902上形成被摄体图像。从图像传感器902输出的像素信号由图像预处理器915处理并传输到ASIC 903。图像预处理器915执行获得光学信号VS和噪声信号VN之间的差异的计算或诸如添加同步信号之类的处理。

ASIC 903可以包括图像处理器904、光学距离测量单元906、视差计算器907、物体识别单元908和异常检测单元909。图像处理器904处理像素信号以生成图像信号。图像处理器904还执行图像信号的校正或缺陷补偿。图像处理器904包括临时保持图像信号的存储器905。存储器905可以存储图像传感器902的已知缺陷像素的位置。可以在图像处理器904中提供上述计算器20。

光学距离测量单元906使用图像信号执行被摄体的聚焦或距离测量。视差计算器907执行视差图像的被摄体校对(立体匹配)。物体识别单元908分析图像信号并识别诸如汽车、人、标志和道路的被摄体。

异常检测单元909检测图像传感器902的故障或操作错误。在检测到故障或操作错误时，异常检测单元909将表示检测到异常的信号发送到主控制单元913。异常检测单元909可以具有上述计算器20的功能。

汽车900包括车辆传感器910和驾驶支持单元911。车辆传感器910可以包括速度/加速度传感器、角速度传感器、转向角传感器、测距雷达和压力传感器。

驾驶支持单元911包括碰撞确定单元。碰撞确定单元基于来自光学距离测量单元906、视差计算器907和物体识别单元908的多个信息，确定是否存在与物体碰撞的可能性。光学距离测量单元906和视差计算器907是用于获取到目标的距离信息的距离信息获取部件的示例。也就是说，距离信息是关于视差、散焦量和直到目标的距离的信息。碰撞确定单元可以使用这些距离信息中的一个来确定碰撞可能性。距离信息获取部件可以由为特殊目的而设计的硬件实现，或者可以由软件模块实现。

已经描述了驾驶支持单元911控制汽车900以使其不与另一物体碰撞的示例。然而，它也适用于跟随另一车辆的自动驾驶的控制或者自动驾驶以不离开车道的控制。

汽车900还包括用于驱动诸如气囊、加速器、制动器、转向器和变速器的驱动单元。汽车900还包括用于这些单元的控制单元。每个控制单元基于主控制单元913的控制信号控制对应的驱动单元。

当通过在汽车900中安装根据本发明的图像感测设备或图像感测系统执行驾驶支持或自动驾驶时，如上所述，可以使用多个图像感测设备或图像感测系统。此时，如果温度信号输出单元中的元件的特性在图像感测设备或图像感测系统之间改变，则假设的温度在图像感测设备之间改变，并且可能无法正常地执行驾驶支持或自动驾驶。另外，由于汽车900的驾驶支持或自动驾驶需要正确性，因此温度测量所需的精度也很高。

当使用根据本发明的图像感测设备或图像感测系统时，可以改善温度测量的精度，并且可以增加驾驶支持或自动驾驶的正确性。

在实施例中使用的图像感测系统不仅适用于汽车，而且适用于例如船舶、飞机或工业机器人等的移动物体(可移动设备)。图像感测系统不仅适用于移动物体，而且还广泛适用于诸如ITS(智能交通系统)之类的使用物体识别的装置。

根据本发明，提供了一种有利于以较简单的布置实现单独地控制由多个单元电路形成的每个块的功能的技术。

其它实施例

还可以通过以下系统或设备的计算机以及通过以下方法来实现本发明的(一个或多个)实施例，该系统或设备的计算机读出并执行记录在存储介质(也可以更全面地称为“非暂时性计算机可读存储介质”)上的计算机可执行指令(例如，一个或多个程序)以执行上述(一个或多个)实施例中的一个或多个的功能和/或包括一个或多个电路(例如，专用集成电路(ASIC))来执行上述(一个或多个)实施例中的一个或多个的功能，该方法由系统或设备的计算机通过例如从存储介质读出并执行计算机可执行指令以执行上述(一个或多个)实施例中的一个或多个的功能和/或控制一个或多个电路以执行上述(一个或多个)实施例中的一个或多个的功能来执行。计算机可以包括一个或多个处理器(例如，中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU))，并且可以包括分离的计算机或分离的处理器的网络以读出并执行计算机可执行指令。可以将计算机可执行指令例如从网络或存储介质提供到计算机。存储介质可以包括例如硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、分布式计算系统的存储装置、光盘(诸如光碟(CD)、数字通用光碟(DVD)或蓝光光碟(BD)^TM)、闪存存储器装置、存储卡等中的一个或多个。

其它实施例

本发明的实施例还可以通过如下的方法来实现，即，通过网络或者各种存储介质将执行上述实施例的功能的软件(程序)提供给系统或装置，该系统或装置的计算机或是中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU)读出并执行程序的方法。

虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，但是应该理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。以下权利要求的范围应被赋予最广泛的解释，以包含所有这些变形例以及等同的结构和功能。

Claims

1.一种光电转换装置，其特征在于，所述光电转换装置包括：

第一基板，其中布置有多个块以形成多个列和多个行，每个块包括多个光电转换器；和

第二基板，其中布置有用于从所述多个块中的每个块的多个光电转换器读出信号的处理电路的至少一部分，

其中，所述处理电路被配置为驱动多个驱动信号线，所述多个驱动信号线用于驱动所述多个块中的每个块中的多个光电转换器，

所述多个驱动信号线包括多个第一信号线和多个第二信号线，每个第一信号线布置在所述第一基板中并共用地分配给在所述多个块的行方向上布置的至少两个块，每个第二信号线单独地分配给所述多个块中的一个块，

所述处理电路包括多个传输线和多个选择电路，每个选择电路与所述多个第二信号线中的一个第二信号线对应，以及

所述多个选择电路中的每个选择电路从供应给所述多个传输线的多个驱动信号中选择一个驱动信号，并将所选择的驱动信号供应给所述多个第二信号线中的对应第二信号线。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述处理电路包括垂直扫描电路，所述垂直扫描电路被配置为驱动所述多个第一信号线并布置在所述第一基板中。

3.根据权利要求1所述的装置，其中

所述多个第二信号线布置在所述第一基板和所述第二基板中，以及

所述多个选择电路布置在所述第二基板中。

4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述多个传输线布置在所述第二基板中。

5.根据权利要求4所述的装置，其中，控制所述多个选择电路的多个选择信号线布置在所述第二基板中。

6.根据权利要求5所述的装置，其中

所述多个传输线在所述多个行中的每一行延伸的方向上延伸，以及

所述多个选择信号线在所述多个列中的每一列延伸的方向上延伸。

7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述处理电路还包括多个电压幅度转换器电路，所述多个电压幅度转换器电路分别布置在所述多个选择电路和所述多个第二信号线之间，并且被配置为增加从所述多个选择电路输出的多个信号的幅度。

8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述多个电压幅度转换器电路布置在所述第二基板中。

9.根据权利要求1所述的装置，其中

所述多个块各自包括多个单元电路，并且每个单元电路包括光电转换器、电荷-电压转换器和传送单元，所述传送单元被配置为将电荷从所述光电转换器传送到所述电荷-电压转换器，以及

第二信号线中的每一个包括被配置为驱动所述传送单元的传送信号线。

10.根据权利要求1所述的装置，其中

所述多个块各自包括多个单元电路，并且每个单元电路包括光电转换器和被配置为改变增益的增益改变单元，以及

第二信号线中的每一个包括增益设置信号线，所述增益设置信号线被配置为设置所述增益改变单元中的增益。

11.根据权利要求1所述的装置，其中

所述多个块各自包括多个单元电路，并且每个单元电路包括光电转换器和比较器电路，所述比较器电路被配置为将与在所述光电转换器中生成的电荷对应的信号与比较信号进行比较，以及

第二信号线中的每一个包括被配置为传输所述比较信号的比较信号线。

12.根据权利要求9所述的装置，其中

每个单元电路还包括被配置为使所述光电转换器复位的复位单元，以及

第一信号线中的每一个包括驱动所述复位单元的信号线。

13.根据权利要求9所述的装置，其中，所述传送信号线被配置为控制每个块的光电转换器的曝光时间。

14.根据权利要求9所述的装置，其中，来自布置在所述第一基板中的光电转换器的信号经由连接部分被读出到所述第二基板的处理电路。

15.根据权利要求14所述的装置，其中，一个连接部分被布置用于一个传送信号线。

16.根据权利要求14所述的装置，其中，多个所述连接部分被布置用于一个传送信号线。

17.一种图像感测系统，其特征在于，所述图像感测系统包括：

在权利要求1至16中的任一项中限定的光电转换装置；以及

处理器，被配置为处理从所述光电转换装置输出的信号。

18.一种移动体，其特征在于，所述移动体包括：

在权利要求17中限定的图像感测系统；以及

集成电路，被配置为处理从所述图像感测系统输出的信号。