CN111614955A - 固态成像设备、固态成像设备的驱动方法和成像系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及固态成像设备、固态成像设备的驱动方法和成像系统。一种固态成像设备包括：第一检测像素和第二检测像素，第一检测像素和第二检测像素中的每一个包含传送晶体管和经由第一节点连接到传送晶体管的放大晶体管；供给预定电压的电压供给单元；和连接于电压供给单元与第二节点之间的连接开关，第一检测像素的传送晶体管和第二检测像素的传送晶体管在第二节点处连接。

Description

固态成像设备、固态成像设备的驱动方法和成像系统
本申请是申请日为2017年9月27日、申请号为201710888017.9、发明名称为“固态成像设备、固态成像设备的驱动方法和成像系统”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及固态成像设备、固态成像设备的驱动方法和成像系统。
背景技术
近年，需要减小固态成像设备的尺寸并提高其可靠性。特别地，安全措施对于恶劣动作环境下的车载应用是非常重要的，并且，为了功能安全，需要具有故障检测功能的成像系统。为此，还需要在固态成像设备中嵌入故障检测机构。
国际公开No.WO2006/120815公开了被配置使得除了各像素中的光电转换器以外还设置用于产生基准信号的部件以输出基准信号的固态成像设备作为具有用于故障检测的部件的固态成像设备。当输出基准信号的电平与期望值比较并且比较结果超出期望范围时，可以确定固态成像设备发生了故障。
可以在通过光电转换获得的电荷经由传送晶体管被输入到节点的像素上以及在预定电压经由传送晶体管被输入到节点的像素上并行地执行节点的复位动作。但是，在以上的情况下，在国际公开No.WO2006/120815所公开的固态成像设备中，没有考虑节点的复位动作与用于将预定电压输入到节点的动作之间的关系。
发明内容
本发明的意图在于，在能够在执行捕获的同时检测故障的固态成像设备和成像系统中，提高故障检测的精度。
根据本发明的一个方面，提供一种固态成像设备，所述固态成像设备包括：第一检测像素和第二检测像素，第一和第二检测像素中的每一个包含传送晶体管和经由第一节点连接到传送晶体管的放大晶体管；供给预定电压的电压供给单元；和连接开关，连接开关连接于电压供给单元与第二节点之间，第一检测像素的传送晶体管和第二检测像素的传送晶体管在第二节点处连接。
根据本发明的另一方面，提供一种固态成像设备的驱动方法，所述固态成像设备包括供给预定电压的电压供给单元、第一检测像素、第二检测像素和控制线，其中，第一检测像素包含光电转换器、连接到光电转换器的第一传送晶体管和连接到第一传送晶体管的第一复位晶体管，其中，第二检测像素包含第二传送晶体管和连接到第二传送晶体管的第二复位晶体管，并且其中，控制线连接到第一传送晶体管的栅极和第二传送晶体管的栅极，所述方法包括：
在控制线具有导致第一传送晶体管和第一复位晶体管均接通的电势的时段的至少一部分中，将电压供给单元与第二传送晶体管之间的电路设定为非导通的。
从参照附图对示例性实施例的以下描述，本发明的其它特征将变得清晰。
附图说明
图1是示出根据本发明的第一实施例的固态成像设备的一般构造的框图。
图2是示出根据本发明的第一实施例的固态成像设备中的像素的示例性构造的电路图。
图3A和图3B是示出根据本发明的第一实施例的固态成像设备的驱动方法的定时图。
图4是示出根据本发明的第二实施例的固态成像设备的一般构造的框图。
图5是示出根据本发明的第三实施例的固态成像设备的一般构造的框图。
图6A和图6B是示出根据本发明的第三实施例的固态成像设备中的电压开关的示例性构造的示图。
图7A是示出根据本发明的第四实施例的成像系统的示例性构造的示意图。
图7B是示出根据本发明的第四实施例的可动物体的示例性构造的示意图。
图8是示出根据本发明的第四实施例的成像系统的动作的流程图。
具体实施方式
现在将根据附图详细描述本发明的优选实施例。
[第一实施例]
将通过使用图1至图3B描述根据本发明的第一实施例的固态成像设备及其驱动方法。
图1是示出根据本实施例的固态成像设备的一般构造的框图。图2是示出根据本实施例的固态成像设备中的像素的示例性构造的电路图。图3A和图3B是示出根据本实施例的固态成像设备的驱动方法的定时图。
首先，将通过使用图1和图2描述根据本实施例的固态成像设备的结构。
如图1所示，根据本实施例的固态成像设备100包括：第一区域10、第二区域11、垂直扫描电路102、列电路103、水平扫描电路104、输出电路115、控制单元107、电压供给单元12和电压开关13。
在第一区域10中，第一组像素105和第二组像素106被布置在多个行和多个列上。第一区域10是其中布置用于图像捕获的像素(图像捕获像素)的用于图像捕获的像素区域。像素105中的每一个是包括光电转换器的像素，并且在图1中以白块被示出。像素106中的每一个是包括遮光光电转换器的像素，并且在图1中以斜阴影块被示出。像素106中的每一个是输出作为黑色电平的基准的基准信号的像素，并且通常被布置在第一区域10的外围边缘中。注意，可能未必设置像素106。
在第二区域11中，第三组像素110和第四组像素111被布置在多个行和多个列上。第二区域11是其中布置用于故障检测(检测像素)的像素的用于故障检测的像素区域。像素110中的每一个是根据固定电压V0输出信号的像素，并且在图1中以其中写有“V0”的块被示出。像素111中的每一个是根据固定电压V1输出信号的像素，并且在图1中以其中写有“V1”的块被示出。
第一区域10和第二区域11沿行方向(图1中的水平方向)相邻布置，并且第一区域10和第二区域11布置在同一行中但是在不同的列中。
在第一区域10和第二区域11的各行中，布置沿行方向延伸的像素控制线109。各行上的像素控制线109是相应行上的像素105、106、110和111共有的信号线。像素控制线109连接到垂直扫描电路102。
在第一区域10和第二区域11的各列中，布置沿列方向延伸的垂直输出线108。第一区域10的各列上的垂直输出线108是相应列上的像素105和106共用的信号线。第二区域11的各列上的垂直输出线108是相应列上的像素110和111共用的信号线。垂直输出线108连接到列电路103。
垂直扫描电路102经由像素控制线路109供给用于驱动像素105、106、110和111的预定控制信号。诸如移位电阻器或地址解码器等的逻辑电路可以用于垂直扫描电路102。虽然图1将各行上的像素控制线109描绘为单个信号线，但在实际实现中包括多个控制信号线。由垂直扫描电路102选择的行上的像素105、106、110和111动作以同时向相关的垂直输出线108输出信号。
列电路103放大输出到垂直输出线108的像素信号，并且基于复位动作时的信号和光电转换时的信号对经放大的像素信号执行相关双重采样处理。在用于故障检测的从像素110和111输出的像素信号上，以与用于图像捕获的像素105和106的处理类似的方式，进行基于复位动作时的信号和固定电压输入动作时的信号的相关双重采样处理。
水平扫描电路104向列电路103供给用于将在列电路103中处理的像素信号以列为单位依次传送到输出电路115的控制信号。
输出电路115由缓冲放大器或差分放大器等构成，并将从列电路103传送的像素信号输出到固态成像设备100外部的信号处理单元(未示出)。注意，可以对列电路103或输出电路115设置AD转换单元，以将数字图像信号输出到外部。
电压供给单元12是供给例如固定电压V0和V1的预定电压的电源电路。电压开关13是切换电压供给单元12与第二区域11的像素110和111之间的电路的导通状态和非导通状态的开关，并且包括开关SW0和SW1。开关SW0被设置在电压供给单元12的固定电压V0的供给端子与电压供给线112之间，并且根据经由控制信号线114从控制单元107供给的控制信号(VPD_ON)将固定电压V0供给到电压供给线112。开关SW1被设置在电压供给单元12的固定电压V1的供给端子与电压供给线113之间，并且根据经由控制信号线114从控制单元107供给的控制信号(VPD_ON)将固定电压V1供给到电压供给线113。
电压供给线112和113是用于将固定电压V0和V1从电压供给单元12供给到布置于第二区域11中的像素110和111的互连。在第二区域11内的多个像素110和111中，例如，电压供给线112和113如所示的那样被共享，这允许减少电路。
在第二区域11中，被供给固定电压V0的像素110和被供给与固定电压V0不同的固定电压V1的像素111根据特定模式按矩阵布置。
在第二区域11由三个列形成的情况下，例如，像素110、110和110被布置于一个行(例如，图1中的最下一行)上的各列上。并且，像素111、110和111布置在另一行(例如，图1中的从底部的第二行)上的各列上。即，施加于像素110和111的固定电压的图案根据垂直扫描的行而不同。
像素控制线109由均属于同一行的用于故障检测的像素110和111以及用于图像捕获的像素105和106共享。因此，通过将第二区域11中的输出图案与期望值进行对照，能够检测垂直扫描电路102是在正常动作还是由于故障而在扫描与期望不同的行。
注意，虽然在本实施例中示出了第三区域11由三个列形成的情况，但是形成第二区域11的列数不限于三个。
图2是示出第一区域10和第二区域11的像素105、106、110和111的示例性构造的电路图。在图2中，布置于第一行上的像素105和布置于第m行上的像素106是从第一区域10的一个列中提取的，并且布置于第一行上的像素111和布置于第m行上的像素110是从第二区域11的一个列提取的。注意，像素105的电路构造与像素106的电路构造相同。
布置于第一区域10中的像素105和106中的每一个包括光电转换器PD、传送晶体管M1、复位晶体管M2、放大晶体管M3和选择晶体管M4。光电转换器PD例如是光电二极管。光电转换器PD的光电二极管的阳极连接到基准电压端子GND，并且其阴极连接到传送晶体管M1的源极。传送晶体管M1的漏极连接到复位晶体管M2的源极和放大晶体管M3的栅极。传送晶体管M1的漏极、复位晶体管M2的源极和放大晶体管M3的栅极的连接节点形成浮置扩散FD。复位晶体管M2的漏极和放大晶体管M3的漏极连接到电源电压端子VDD。放大晶体管M3的源极连接到选择晶体管M4的漏极。选择晶体管M4的源极连接到垂直输出线108。
布置于第二区域11中的像素110包括传送晶体管M1、复位晶体管M2、放大晶体管M3和选择晶体管M4。传送晶体管M1的源极连接到电压供给线112。传送晶体管M1的漏极连接到复位晶体管M2的源极和放大晶体管M3的栅极。传送晶体管M1的漏极、复位晶体管M2的源极和放大晶体管M3的栅极的连接节点形成浮置扩散FD。复位晶体管M2的漏极和放大晶体管M3的漏极连接到电源电压端子VDD。放大晶体管M3的源极连接到选择晶体管M4的漏极。选择晶体管M4的源极连接到垂直输出线108。
除了传送晶体管M1的源极连接到电压供给线113而不是电压供给线112之外，布置于第二区域11中的像素111类似于像素110。
在图2的像素构造的情况下，布置在各行上的像素控制线109包括信号线TX、RES和SEL。信号线TX中的每一个连接到属于相关行的像素105、106、110和111的传送晶体管M1的栅极。信号线RES中的每一个分别连接到属于相关行的像素105、106、110和111的复位晶体管M2的栅极。信号线SEL中的每一个分别连接到属于相关行的像素105、106、110和111的选择晶体管M4的栅极。注意，在图2中，对信号线的各参照符号添加行号(例如，SEL(1)、RES(m))。
作为用于控制传送晶体管M1的驱动脉冲的控制信号PTX从垂直扫描电路102被输出到信号线TX。作为用于控制复位晶体管M2的驱动脉冲的控制信号PRES从垂直扫描电路102被输出到信号线RES。作为用于控制选择晶体管M4的驱动脉冲的控制信号PSEL从垂直扫描电路102被输出到信号线SEL。当各晶体管由n沟道晶体管形成时，在从垂直扫描电路102供给高电平控制信号时，相关晶体管接通，并且，在从垂直扫描电路102供给低电平控制信号时，相关晶体管关断。
光电转换器PD将入射光转换(光电转换)成为其量对应于入射光的光量的电荷，并蓄积产生的电荷。当接通时，像素105和106的传送晶体管M1将光电转换器PD的电荷传送到浮置扩散FD。通过根据浮置扩散FD的电容成分的电荷电压转换，浮置扩散FD被设定为对应于从光电转换器PD传送的电荷的量的电压。当接通时，像素110和111的传送晶体管M1向浮置扩散FD施加从电压供给线112和113供给的电压。放大晶体管M3被配置为使得向其漏极供给电源电压并且经由选择晶体管M4从电流源(未示出)向其源极供给偏置电流，并由此配置其栅极为输入节点的放大单元(源极跟随器电路)。这导致放大晶体管M3经由选择晶体管M4将基于浮置扩散FD的电压的信号输出到垂直输出线108。当接通时，复位晶体管M2将浮置扩散区FD复位为根据电源电压VDD的电压。
关于同一行上的像素105、106、110和111，公共控制信号PTX、PRES和PSEL从垂直扫描电路102被提供给第一区域10和第二区域11。例如，控制信号PTX(m)、PSEL(m)和PRES(m)分别被供给到第m行上的像素105、106、110和111的传送晶体管M1、复位晶体管M2和选择晶体管M4。
接下来将通过使用图3A和图3B描述根据本实施例的固态成像设备的驱动方法。图3A是示出一个帧周期中的读出扫描和快门扫描之间的关系的定时图。图3B是示出读出扫描行和快门扫描行的扫描中的像素的动作的细节的定时图。
图3A示意性地示出在时间T10开始并在时间T20结束的第N帧和在时间T20开始的第(N+1)帧的动作。各帧的动作包括以行为基础依次执行来自像素105、106、110和111的读出动作的读出扫描和以行为基础依次开始向像素105和106的光电转换器PD的电荷蓄积动作的快门扫描。
第N帧的读出扫描在时间T10开始，并在时间T20结束。时间T10是来自第一行上的像素105、106、110和111的读出动作的开始时间，时间T20是来自最后一行的像素105、106、110和111的读出动作的结束时间。
第N帧的快门扫描在时间T11开始，并在时间T21结束。时间T11是第一行中的像素105和106中的快门动作的开始时间，时间T21是最后一行的像素105和106中的快门动作的结束时间。从快门动作的开始时间到下次读出动作的开始时间的时段是电荷蓄积时段。例如，当关注于第一行时，从时间T11到时间T20的时段是电荷蓄积时段。通过控制快门动作的开始时间，能够控制电荷蓄积时段。
这里假定来自第m行上的像素105、106、110和111的读出动作从第一行上的像素105和106的快门动作开始的时间T11开始。第一行上的像素105和106的快门动作以及来自第m行上的像素105、106、110和111的读出动作在时间T19结束。
图3B示出了从时间T11到时间T19的像素105、106、110和111的动作的细节。注意，像素105、106、110和111的动作在快门动作中彼此相同并且在读出动作中彼此相同。
在时间T11，读出扫描行(第m行)的控制信号PSEL(m)变为高电平，并且读出扫描行上的像素105、106、110和111上的选择晶体管M4接通。该动作导致从读出扫描行上的像素105、106、110和111到垂直输出行108的信号的读出被启用的状态。
接下来，在时间T11和时间T12之间，快门扫描行(第一行)的控制信号PRES(1)和读出扫描行的控制信号PRES(m)变为高电平。该动作导致快门扫描行和读出扫描行上的像素105、106、110和111的复位晶体管M2接通，并且浮置扩散FD被复位。
接下来，在时间T12，读出扫描行的控制信号PRES(m)变为低电平，并且读出扫描行上的像素105、106、110和111的复位晶体管M2被关断。该动作导致存在于浮置扩散FD中的电荷被排出到电源电压端子VDD，并且浮置扩散FD的电压通过源极跟随器动作被放大，并被读出到垂直输出线108。
接下来，在时间T13，控制信号VPD_ON变为高电平，由此电压开关13的开关SW0和SW1接通，并且固定电压V0和V1分别从电压供给单元12被提供给电压供给线112和113。
接下来，在时间T13和时间T14之间，读出扫描行的控制信号PTX(m)变为高电平，并且读出扫描行上的像素105、106、110和111的传送晶体管M1被接通。该动作导致蓄积于光电转换器PD中的电荷被传送到读出扫描行上的像素105和106中的浮置扩散FD。并且，在读出扫描行上的像素110和111中，从电压供给单元12供给的固定电压V0和V1被写入到浮置扩散FD。
接下来，在时间T14，读出扫描行的控制信号PTX(m)变为低电平，并且读出扫描行上的像素105、106、110和111的传送晶体管M1被关断。该动作导致读出扫描行上的浮置扩散FD的电压被固定，并且，固定电压通过源极跟随器动作被放大并被读出到垂直输出线108。
接下来，在时间T15，控制信号VPD_ON变为低电平，由此电压开关13的开关SW0和SW1关断，这停止从电压供给单元12向电压供给线112和113供给固定电压V0和V1。
接下来，在时间T16，快门扫描行的控制信号PTX(1)变为高电平，并且快门扫描行上的像素105、106、110和111的传送晶体管M1被接通。此时，由于快门扫描行上的像素105、106、110和111的复位晶体管M2已经接通，因此光电转换器PD的电荷经由传送晶体管M1和复位晶体管M2被排出到电源电压端子VDD。
接下来，在时间T17，快门扫描行的控制信号PTX(1)变为低电平，并且快门扫描行上的像素105、106、110和111的传送晶体管M1被关断。并且，在时间T18，快门扫描行的控制信号PRES(1)变为低电平，并且快门扫描行上的像素105、106、110和111的复位晶体管M2被关断。该动作导致快门扫描行的快门动作结束。
接下来，在时间T19，读出扫描行的控制信号PSEL(m)变为低电平，并且读出扫描行上的像素105、106、110和111的选择晶体管M4被关断。该动作导致读取扫描行上的像素的选择被取消，并且读出扫描行的读出动作结束。
在本实施例中，如上所述，电压开关13的开关SW0和SW1处于关断状态(控制信号VPD_ON处于低电平)，而快门扫描行的传送晶体管M1为接通状态。以下将描述上述情况的原因。
为了通过快门动作完全去除第一区域10中的像素105和106的光电转换器PD的电荷，希望同时接通快门扫描行上的复位晶体管M2和传送晶体管M1。特别地，当光电转换器PD的饱和电荷量超过浮置扩散FD的饱和电荷量时，必须同时接通复位晶体管M2和传送晶体管M1。
但是，如果在该状态下继续从电压供给单元12向第二区域11的像素110和111的电力供给，则固定电压端子V1和V0以及电源电压端子VDD会短路。通常，由于固定电压V1为约1.6V且电源电压VDD为3.3V，因此短路电流的流动可能导致不利影响，诸如不正确地读出第二区域11的像素110和111的电势。
针对这一点，本实施例被配置为使得电压开关13被设置在电压供给单元12与第二区域11的像素110和111之间。并且，当快门扫描行上的传送晶体管M1接通时，电压开关13的开关SW0和SW1被驱动为关断。
这避免快门扫描时的固定电压端子V0和V1以及电源电压端子VDD的短路，并允许故障检测的更高的检测精度。即，通过避免快门扫描时的电压端子之间的短路，可以在以实时的方式执行捕获和故障检测的同时获得提高故障检测的检测精度的优点。
注意，在本实施例中，虽然接通快门扫描行上的传送晶体管M1的定时比接通读取扫描行上的传送晶体管M1的定时晚，但是实施例未必限于这种动作。即，接通快门扫描行上的传送晶体管M1的定时可能比接通读出扫描行上的传送晶体管M1的定时早。
如上所述，根据本实施例，能够同时执行捕获和故障检测并且防止电压端子之间的短路以提高故障检测的检测精度。
[第二实施例]
将使用图4描述根据本发明的第二实施例的固态成像设备及其驱动方法。对于与根据第一实施例的固态成像设备的组件类似的组件，提供相同的附图标记，并且将省略或简化其描述。
图4是示出根据本实施例的固态成像设备的概略构造的框图。
根据本实施例的固态成像设备100包括两组的电压供给单元12和电压开关13。电压供给单元12和电压开关13的两个组中的一组将固定电压V0和V1供给到第二区域11的一群像素110和111，例如，诸如属于第二区域11的上半部分的行的像素110和111。电压供给单元12和电压开关13的两个组中的另一组将固定电压V0和V1供给到第二区域11的另一群像素110和111，例如，诸如属于第二区域11的下半部分的行的像素110和111。两个电压开关13可以由单个控制信号VPD_ON同时控制，或者可以根据要驱动的行由不同的控制信号VPD_ON单独控制。
这可以增强对第二区域11的电压供给的能力，这可以进一步提高故障检测的精度，同时避免在快门扫描时在电源端子之间出现短路。
注意，尽管在本实施例中设置两个电压供给单元12，但是电压供给单元12的数量可以是一个。在这种情况下，固定电压V0和V1从单个电压供给单元12被供给到两个电压开关13。并且，可以设置三组或更多组的电压供给单元12和电压开关13。
如上所述，根据本实施例的固态成像设备可以防止电压端子之间的短路，以在同时执行捕获和故障检测时提高故障检测的检测精度。并且，属于第二区域的像素被分成多个群，并且对各群设置电压供给单元和电压开关，这可以增强用于故障检测的像素的电压供给能力。
[第三实施例]
将使用图5～图6B描述根据本发明的第三实施例的固态成像设备及其驱动方法。对与根据第一和第二实施例的固态成像设备的组件类似的组件提供相同的附图标记，并且将省略或简化其描述。
图5是示出根据本实施例的固态成像设备的一般构造的框图。图6A和图6B是示出根据本实施例的固态成像设备中的电压开关的示例性构造的示图。
根据本实施例的固态成像设备100与根据第一实施例的固态成像设备的不同之处在于，对一个电压供给单元12设置两个电压开关13(第一差异)。并且，与第一实施例的固态成像设备的不同之处在于，电压开关13不仅具有接通/关断固定电压V0和V1的供给的功能，而且具有切换固定电压V0和V1的功能(电压切换功能)(第二差异)。
关于上述的第一差异，本实施例的固态成像设备被配置为使得电压开关13被布置在第二区域11的上方和下方，并且固定电压V0和V1从上部和下部电压开关13被供给到相同的电压供给线112和113。即，并联连接的两个电压开关13被设置在电压供给单元12与电压供给线112和113之间。从第二区域11的上侧和下侧两者供给电压的构造具有减少由于互连电容而导致的切换后的电压稳定化的延迟以及减少由于互连电阻而导致的电压降的影响的优点。
当使用单电压开关13时，并且当在电压开关13中存在开路故障时，不能施加固定电压V0和V1。但是，当使用两个电压开关13时，可以经由未发生故障的电压开关13施加固定电压V0和V1。这允许不失去用于故障检测的像素110和111的功能的优点。
注意，当实现基于第一差异的优点足够时，电压开关13中的每一个可以具有与第一实施例相同的构造。
并且，关于上述第二差异，本实施例的固态成像设备在电压开关13的电路构造上与第一实施例的固态成像设备不同。
在本实施例中，除了控制信号VPD_ON以外的控制信号VPD_SEL也被用作从控制单元107供给到电压开关13的控制信号。电压开关13被配置为使得，当控制信号VPD_ON为高电平时，输出固定电压V0和V1，并且，根据此时的控制信号VPD_SEL的电平，切换输出到端子Va和Vb的固定电压V0和V1。
虽然实现这种动作的电路没有特别的限制，但是，例如，可以应用图6A所示的电路。图6A所示的电压开关13由非(NOT)门G1、与(AND)门G2和G3以及MOS晶体管M10、M11、M12和M13形成。
固定电压V0被供给到MOS晶体管M10和M12的漏极。MOS晶体管M10的源极连接到MOS晶体管M11的漏极。MOS晶体管M12的源极连接到MOS晶体管M13的漏极。固定电压V1被供给到MOS晶体管M11和M13的源极。MOS晶体管M10的源极与MOS晶体管M11的漏极的连接节点形成端子Va。MOS晶体管M11的源极与MOS晶体管M13的漏极的连接节点形成端子Vb。
控制信号VPD_ON被输入到AND门G2的输入端子中的一个和AND门G3的输入端子中的一个。控制信号VPD_SEL被输入到AND门G2的另一输入端子和NOT门G1的输入端子。NOT门的输出被输入到AND门G3的另一个输入端子。AND门G2的输出信号Norm是供给到MOS晶体管M10和M13的栅极的控制信号。AND门G3的输出信号Inv是供给到MOS晶体管M11和M12的栅极的控制信号。
图6B是表示图6A的电路中的控制信号VPD_ON和VPD_SEL与输出到端子Va和Vb的电压之间的关系的真值表。如图6B所示，当控制信号VPD_ON为低电平(0)时，与控制信号VPD_SEL的电平无关，端子Va和Vb处于浮置状态。当控制信号VPD_ON为高电平(1)且控制信号VPD_SEL为低电平(0)时，从端子Va输出固定电压V0且从端子Vb输出固定电压V1。当控制信号VPD_ON为高电平(1)时且控制信号VPD_SEL为高电平(1)时，从端子Va输出固定电压V1且从端子Vb输出固定电压V0。
如上所述，通过在控制信号VPD_ON为高电平时切换控制信号VPD_SEL的信号电平，能够向相同的像素110和111提供固定电压V0和固定电压V1的两个值。
例如，在某帧中的读出扫描时，控制信号VPD_SEL被设定为高电平以如图3B所示的那样驱动控制信号VPD_ON。并且，在另一帧中的读出扫描时，控制信号VPD_SEL被设定为低电平，以如图3B所示的那样驱动控制信号VPD_ON。该驱动使得，即使在由于例如像素110和111意外地固定到接近固定电压V0的电压而会另外导致将故障识别为正常的错误检测的故障模式中，也能够检测故障。
如上所述，根据本实施例的固态成像设备可以防止电压端子之间的短路，以在同时执行捕获和故障检测时提高故障检测的检测精度。并且，通过切换供给到用于故障检测的像素的固定电压，可以减少会另外将故障识别为正常动作的错误。
[第四实施例]
将通过使用图7A～8描述根据本发明的第四实施例的成像系统和可移动物体。
图7A是示出根据本实施例的成像系统的示例性构造的示意图。图7B是示出根据本实施例的可移动物体的示例性构造的示意图。图8是示出根据本实施例的摄像系统的动作的流程图。
在本实施例中，示出了与车载摄像机相关的成像系统的例子。图7A和图7B示出车辆系统和安装在其上的成像系统的例子。成像系统701包括成像设备702、图像预处理单元715、集成电路703和光学系统714。光学系统714在成像设备702上形成物体的光学图像。成像设备702将由光学系统714形成的物体的光学图像转换为电信号。成像设备702是上述的第一至第三实施例的固态成像设备中的任一个。图像预处理单元715对从成像设备702输出的信号执行预定的信号处理。图像预处理单元715的功能可以被嵌入到成像设备702中。至少两组的光学系统714、成像设备702和图像预处理单元715被设置在成像系统701中，并且来自各组的图像预处理单元715的输出被输入到集成电路703。
集成电路703是用于成像系统的专用集成电路，并且包括包含存储器705的图像处理单元704、光学测距(ranging)单元706、视差计算单元707、物体识别单元708和异常检测单元709。图像处理单元704对来自图像预处理单元715的输出信号执行诸如显影处理或缺陷校正等的图像处理。存储器705存储所捕获图像的一次存储数据或所捕获图像的缺陷位置。光学测距单元706执行物体的聚焦或测距。视差计算单元707从由多个成像设备702捕获的多个图像数据计算视差(视差图像的相位差)。物体识别单元708识别诸如汽车、道路、交通标志或人等的物体。响应于成像设备702的异常的检测，异常检测单元709向主控制单元713报告异常。注意，可以向车辆系统外部执行异常的报告。例如，可以向连接到车辆系统的无线网络报告异常。
集成电路703可以由专门设计的硬件实现，可以由软件模块实现，或者可以通过其组合实现。并且，集成电路703可以由现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)实现，或者可以通过其组合实现。
主控制单元713组织并控制成像系统701、车辆传感器71或控制单元720等的动作。注意，可以采用这样的方法：成像系统701、车辆传感器710和控制单元720在没有主控制单元713的情况下具有分离的通信接口，并且分别经由通信网络(例如，CAN规范)传送和接收控制信号。
集成电路703具有响应于接收来自主控制单元713的控制信号或通过使用集成电路703的控制单元向成像设备702传送控制信号或设定值的功能。例如，集成电路703传送用于脉冲驱动成像设备702中的电压开关13的设定或用于以帧为单位切换电压开关13的设定等。
成像系统701连接到车辆传感器710，并且可以感测诸如车辆速度、偏航率或转向角等的车辆行驶状态以及所述车辆的外部环境或另一车辆和障碍物的状态。车辆传感器710还用作获取关于从视差图像到物体的距离的信息的距离信息获取单元。并且，成像系统701连接到执行诸如转向、巡航(patrol)或防碰撞功能等的各种驱动支持的驱动支持控制单元711。特别地，关于防碰撞功能，基于成像系统701或车辆传感器710的感测结果确定与另一车辆和障碍物的碰撞估计和碰撞。因此，估计到碰撞时的避免控制或碰撞时的安全设备的启动被执行。
并且，成像系统701连接到警报设备712，该警报设备712基于碰撞确定单元中的确定结果向驾驶员发出警报。例如，当碰撞确定单元的确定结果表明碰撞的可能性高时，主控制单元713执行车辆控制以通过施加制动、使加速踏板向后移动或抑制引擎功率等避免碰撞或减少损伤。警报设备712通过发出诸如声音的警报、在诸如汽车导航系统或仪表面板等的显示单元上显示警报信息、向安全带或方向盘提供振动来执行向用户的警报。
在本实施例中，车辆的周围区域，例如前方或后方的区域由成像系统701拍摄。图7B示出通过成像系统701拍摄车辆前方的区域时的成像系统701的示例性布置。
两个成像设备702被布置在车辆700的前方。具体地说，关于距离信息的获取或车辆700与被捕获物体之间的碰撞的可能性的确定而言，优选将关于车辆700的行驶方向或外部形状(例如，车辆宽度)的中心线定义为对称轴并且关于对称轴以对称方式布置两个成像设备702。并且，优选布置成像设备702以在驾驶员从驾驶员座椅观看车辆700外的周围时不阻挡驾驶员的视野。优选布置警报设备712以使驾驶员容易观看。
接下来将通过使用图8描述成像系统701中的成像设备702的故障检测动作。根据图8所示的步骤S810～S880执行成像设备702的故障检测动作。
步骤S810是在成像设备702启动时执行设定的步骤。即，从成像系统701的外部(例如，主控制单元713)或成像系统701的内部传送成像设备702的动作的设定，以开始成像设备702的捕获动作和故障检测动作。成像设备702的动作的设定包括用于控制电压开关13的设定。
接下来，在步骤S820中，获取来自属于扫描行的第一区域10的像素105和106的信号。并且，在步骤S830中，获取来自属于扫描行的第二区域11的像素110和111的输出值。注意，步骤S820和步骤S830可以交换。
接下来，在步骤S840中，基于向像素110和111的固定电压V0和V1的连接设定以及来自像素110和111的实际输出值，在像素110和111的输出期望值之间执行分类。
作为步骤S840中的分类的结果，当输出期望值和实际输出值匹配时，进入步骤S850以确定正常执行了第一区域10中的捕获动作，并且进入步骤S860。在步骤S860中，扫描行上的像素信号被传送到存储器705并暂时保存在其中。然后，该处理返回到步骤S820，并继续故障检测动作。
另一方面，作为步骤S840中的分类的结果，当输出期望值和实际输出值不匹配时，进入步骤S870，以确定在第一区域10中的捕获动作中是否存在异常，并且向主控制单元713或警报设备712报告警报。警报设备712导致显示单元显示已经检测到异常。然后成像设备702在步骤S880停止以结束成像系统701的动作。
注意，虽然在本实施例中已经示出了以行为基础循环流程图的例子，但是流程图可以在多行的基础上循环，或者可以在帧的基础上执行故障检测动作。
并且，虽然在本实施例中已经示出了用于避免与另一车辆的碰撞的控制，但是实施例可应用于跟随另一车辆的驾驶控制或用于不离开行车道的驾驶控制等。并且，成像系统701不限于诸如被照体车辆的车辆，并且可例如应用于诸如船舶、飞机或工业机器人的可移动物体(移动装置)。另外，成像系统701可以广泛地应用于利用物体识别的设备，例如智能运输系统(ITS)，而不限于可移动物体。
[变更实施例]
本发明不限于上述实施例，并且可以进行各种修改。
例如，本发明的实施例包括将实施例中的一个的构造的一部分添加到另一个实施例的例子或者实施例中的一个的构造的一部分被另一个实施例的构造的一部分替换的例子。
并且，虽然在上述实施例中对像素105、106、110和111的各晶体管由n沟道晶体管形成的情况提供了描述，但像素105、106、110和111的各晶体管可以由p沟道晶体管形成。在这种情况下，上述描述中的各驱动信号的信号电平反转。
并且，像素105、106、110和111的各电路构造不限于图2所示的构造，并且可以适当地改变。例如，像素105、106、110和111中的每一个可以具有对单个像素具有两个光电转换器的双像素结构。
并且，虽然在第四实施例中示出的成像系统被示为可应用本发明的固态成像设备的示例性成像系统，但是可应用本发明的固态成像设备的成像系统不限于图7A和图8所示的构造。例如，在上述第一至第三实施例中描述的固态成像设备可以应用于数字静态照相机、数字摄像机或监视照相机等。
虽然已参照示例性实施例说明了本发明，但应理解，本发明不限于公开的示例性实施例。所附权利要求的范围应被赋予最宽的解释以包含所有这样的变更方式以及等同的结构和功能。

Claims (19)

1.一种固态成像设备，其特征在于包括：
第一检测像素和第二检测像素，第一检测像素和第二检测像素中的每一个包含传送晶体管和经由第一节点连接到传送晶体管的放大晶体管；
供给预定电压的电压供给单元；
连接开关，和
图像捕获像素，包括：对入射光进行光电转换的光电转换器，放大晶体管，以及，与放大晶体管和光电转换器连接的传送晶体管，
其中，第一检测像素的传送晶体管包括连接到控制线的栅极并且被配置为切换第二节点和第一检测像素的第一节点之间的导通和非导通，
其中，第二检测像素的传送晶体管被配置为切换第二节点和第二检测像素的第一节点之间的导通和非导通，
其中，连接开关连接于电压供给单元与第二节点之间，并且
其中，图像捕获像素的传送晶体管包括连接到控制线的栅极。
2.根据权利要求1所述的固态成像设备，还包括：
控制单元，
其中，图像捕获像素还包括复位晶体管，
其中，图像捕获像素的传送晶体管、图像捕获像素的放大晶体管和图像捕获像素的复位晶体连接到第三节点，并且
其中，在图像捕获像素的传送晶体管和图像捕获像素的复位晶体管均处于导通状态的时段中，控制单元将连接开关设定为关断状态。
3.根据权利要求1所述的固态成像设备，其中，电压供给单元从具有不同值的多个电压选择预定电压。
4.根据权利要求2所述的固态成像设备，还包括像素区域，在所述像素区域中，包含多个第一检测像素、多个第二检测像素和多个图像捕获像素的多个像素布置于多个行和多个列上，
其中，控制线被设置在所述像素区域的各行上。
5.根据权利要求1所述的固态成像设备，
其中，所述设备包括多个检测像素，所述多个检测像素包含第一检测像素和第二检测像素，
其中，所述多个检测像素分成多个群，
其中，所述多个群中的每一个包括作为所述多个检测像素的一部分的第一检测像素和第二检测像素，并且
其中，包括于一个群中的多个检测像素的一部分中的每一个的传送晶体管所连接到的第二节点连接到供给预定电压的电压供给线。
6.根据权利要求5所述的固态成像设备，其中，所述设备包含多个组，每个组包含所述多个群中的一个、电压供给单元和连接开关。
7.根据权利要求5所述的固态成像设备，
其中，所述设备包括包含所述电压供给线和其他电压供给线的多个电压供给线，
其中，电压供给单元向连接到第二节点的电压供给线供给第一值的预定电压，包含于所述多个群中的一个内的多个检测像素的一部分中的每一个的传送晶体管连接到第二节点，以及
其中，电压供给单元还向连接到第二节点的所述其他电压供给线供给第二值的预定电压，包含于所述多个群中的另一个内的多个检测像素的一部分中的每一个的传送晶体管连接到第二节点。
8.根据权利要求7所述的固态成像装置，
其中，包括在所述多个群之一中的多个检测像素的至少一部分针对多个行布置，从而布置在彼此不同的行上，并且
其中，电压供给线沿第一方向从所述多个行中的第一行延伸到第二行。
9.根据权利要求8所述的固态成像装置，
其中，包括在所述多个群中的另一个中的多个检测像素的至少一部分针对多个行布置，从而布置在彼此不同的行上，以及
其中，所述其他电压供给线沿第一方向延伸。
10.根据权利要求1所述的固态成像设备，还包含：包括光被遮蔽的光电转换器的遮光像素，
其中，遮光像素被布置于图像捕获像素与第一检测像素和第二检测像素中的一个之间。
11.一种固态成像设备的驱动方法，其特征在于，所述固态成像设备包括供给预定电压的电压供给单元、第一检测像素、第二检测像素、图像捕获像素、连接开关和控制线，其中，第一检测像素包含第一传送晶体管和连接到第一传送晶体管的第一复位晶体管，其中，第二检测像素包含第二传送晶体管和连接到第二传送晶体管的第二复位晶体管，连接开关连接在电压供给单元和第二节点之间，第一检测像素的第一传送晶体管和第二检测像素的第二传送晶体管连接到第二节点，并且其中，控制线连接到第一传送晶体管的栅极和第三传送晶体管的栅极，所述方法包括：
在第一传送晶体管和第一复位晶体管均接通的时段的至少一部分中，将电压供给单元与第一传送晶体管之间的电路设定为非导通的。
12.根据权利要求11所述的固态成像设备的驱动方法，
其中，固态成像设备包括像素区域，在所述像素区域中，包含多个第一检测像素、多个第二检测像素和多个图像捕获像素的多个像素布置于多个行和多个列上，以及
其中，当基于行依次在所述像素区域的多个行上执行快门扫描和读出扫描时，
在快门扫描行上在复位图像捕获像素的光电转换器时接通第三传送晶体管的定时与在读出扫描行上接通第二检测像素的第二传送晶体管的定时不同，以及
在读出扫描行上接通第二检测像素的第二传送晶体管的定时与向第二检测像素供给预定电压的定时重叠。
13.根据权利要求10所述的固态成像设备的驱动方法，其中，要被供给到第一检测像素的预定电压在帧的基础上被切换。
14.一种成像系统，包括：
根据权利要求1～10中的任一项所述的固态成像设备；和
处理从固态成像设备输出的信号的信号处理单元。
15.根据权利要求12所述的成像系统，还包括异常检测单元，异常检测单元通过比较从第一检测像素和第二检测像素输出的信号与期望值、基于所述信号与期望值之间的关系检测固态成像设备的异常。
16.一种可移动物体，包括：
根据权利要求1～10中的任一项所述的固态成像设备；
距离信息获取单元，距离信息获取单元根据基于从图像捕获像素输出的信号的视差图像获取到物体的距离信息；和
控制单元，控制单元基于所述距离信息控制可移动物体。
17.根据权利要求16所述的可移动物体，还包括异常检测单元，异常检测单元执行从第一检测像素和第二检测像素输出的信号与期望值的比较并且基于比较的结果检测固态成像设备的异常。
18.根据权利要求17所述的可移动物体，还包括通知单元，通知单元向可移动物体的外面通知检测到了异常。
19.根据权利要求17所述的可移动物体，还包括显示单元，
其中，显示单元显示检测到了异常。
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