CN112740659A - 固态摄像元件和摄像装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于改善用于检测地址事件的固态摄像元件的信号质量。在该固态摄像元件中布置有开口像素和遮光像素。在固态摄像元件中,开口像素分别检测入射光量的变化量是否超过预定阈值,并且输出表示检测结果的检测信号。另一方面,在固态摄像元件中,遮光像素分别基于在开口像素中产生的噪声量来输出校正信号,所述开口像素分别被构造为检测入射光量的变化量是否超过预定阈值,并且输出表示检测结果的检测信号。
Description
技术领域
本技术涉及固态摄像元件和摄像装置。具体地,本技术涉及将入射光量与阈值进行比较的固态摄像元件和摄像装置。
背景技术
迄今为止,在摄像装置等中已经使用了被构造为与诸如垂直同步信号等同步信号同步地获取图像数据(帧)的同步固态摄像元件。这种普通的同步固态摄像元件只能以同步信号的间隔(例如,每1/60秒)来获取图像数据。因此,在与交通和机器人等相关领域中需要更快的处理的情况下很难做出反应。为此,已经提出了这样的异步固态摄像元件,该异步固态摄像元件在每个像素中包括检测电路,该检测电路被构造为针对每个像素地址实时地检测作为地址事件的每个像素中的光量的变化量超过阈值的事实(例如,参见专利文献1)。用于以这种方式检测每个像素中的地址事件的固态摄像元件称为动态视觉传感器(DVS:Dynamic VisionSensor)。
[引用列表]
[专利文献]
[专利文献1]
JP-T-2017-535999
发明内容
[技术问题]
如上所述的异步固态摄像元件(即,DVS)以比同步固态摄像元件高得多的速度生成数据并输出数据。因此,例如,在交通领域中,以高速执行通过图像识别来识别人或物体的处理。然而,在像素中,即使不接收光,光电二极管有时也会输出称为“暗电流”的电流,并且该暗电流会引起暗电流噪声。此外,在像素中,在光电二极管的后级中的电路中,由于例如差分对的晶体管的特性差异,有时会产生恒定的偏移电压,并且该偏移电压会引起偏移噪声。上述固态摄像元件具有由于这些暗电流噪声和偏移噪声而使由像素产生的信号的信号质量降低的问题。
本技术是鉴于上述情况而做出的,并且本技术的目的是提高用于检测地址事件的固态摄像元件的信号质量。
[解决问题的技术方案]
本技术是为了解决上述问题而做出的,并且根据本技术的第一方面,提供了一种固态摄像元件,其包括:开口像素,其分别被构造为检测入射光量的变化量是否超过预定阈值,并且输出表示检测结果的检测信号;和遮光像素,其分别被构造为基于在所述开口像素中产生的噪声量来输出校正信号。这提供了如下效果:即,基于在开口像素中产生的噪声量来产生校正信号。
此外,在该第一方面中,所述开口像素和所述遮光像素可以被布置在预定平面上。这提供了如下效果:即,校正信号是由与开口像素位于同一平面上的遮光像素产生的。
此外,在该第一方面中,所述开口像素可以布置在彼此面对的一对平面中的一个平面上,并且所述遮光像素可以布置在所述一对平面中的另一个平面上。这提供了如下效果:即,增大了布置有开口像素的区域的面积。
此外,在该第一方面中,所述遮光像素和所述开口像素可以一对一地布置。这提供了如下效果:即,针对各开口像素生成校正信号。
此外,在该第一方面中,在所述一对平面中的另一个平面上,可以布置有多个遮光像素块,每个遮光像素块均包括预定数量的所述遮光像素,并且所述多个遮光像素块可以以一定间隔彼此隔开布置。这提供了如下效果:即,针对各遮光像素块生成校正信号。
此外,在该第一方面中,所述遮光像素可以被不规则地布置。这提供了如下效果:即,校正信号是由不规则设置的遮光像素产生的。
此外,在该第一方面中,所述固态摄像元件还可以包括信号处理部,其被构造为根据所述校正信号来执行从基于所述光量的像素信号中去除所述噪声的校正处理,其中,所述开口像素还可以分别输出所述像素信号。这提供了如下效果:即,从像素信号中去除噪声。
此外,在该第一方面中,所述遮光像素可以分别包括:光电转换元件;电流-电压转换部,其被构造为将在所述光电转换元件中产生的暗电流转换为电压信号;量化器,其被构造为检测所述电压信号的变化量是否超过所述阈值;和像素信号生成部,其被构造为基于所述光量生成像素信号作为所述校正信号。这提供了如下效果:即,检测信号和像素信号由遮光像素产生。
此外,在该第一方面中,所述电流-电压转换部可以通过多级回路电路将所述暗电流转换为所述电压信号。这提供了如下效果:即,增加了转换增益。
此外,在该第一方面中,所述光电转换元件和所述像素信号生成部的一部分可以设置在预定的光接收芯片上,并且所述像素信号生成部的其余部分、所述电流-电压转换部和所述量化器可以设置在预定的电路芯片上。这提供了如下效果:即,减小了电路芯片的电路规模。
此外,在该第一方面中,所述光电转换元件、所述像素信号生成部的一部分和所述电流-电压转换部的一部分可以设置在预定的光接收芯片上,并且所述像素信号生成部的其余部分、所述电流-电压转换部的其余部分和所述量化器可以设置在预定的电路芯片上。这提供了如下效果:即,减小了电路芯片的电路规模。
此外,在该第一方面中,所述光电转换元件、所述电流-电压转换部的一部分和所述像素信号生成部可以设置在预定的光接收芯片上,并且所述电流-电压转换部的其余部分和所述量化器可以设置在预定的电路芯片上。这提供了如下效果:即,减小了电路芯片的电路规模。
此外,在该第一方面中,所述遮光像素还可以分别包括选择器,所述选择器被构造为选择预定的测试信号或所述电压信号,并且将所选定的信号作为选择信号输出,并且所述量化器检测所述选择信号的变化量是否超过所述阈值。这提供了如下效果:即,不管是否存在地址事件,都输出像素信号。
此外,在该第一方面中,所述开口像素可以分别包括:光电转换元件,其被构造为通过光电转换产生光电流;电流-电压转换部,其被构造为将所述光电流和暗电流之间的差转换为电压信号;和量化器,其被构造为检测所述电压信号的变化量是否超过所述阈值。所述遮光像素可以分别将所述暗电流作为所述校正信号输出。这提供了如下效果:即,防止了暗电流噪声。
此外,在该第一方面中,所述固态摄像元件还可以包括阈值调整部,其被构造为基于所述校正信号来调整所述阈值。这提供了如下效果:即,提高了地址事件的检测精度。
此外,根据本技术的第二方面,提供了一种摄像装置,其包括:开口像素,其分别被构造为检测入射光量的变化量是否超过预定阈值,并且显示检测结果;遮光像素,其分别被构造为基于在所述开口像素中产生的噪声量来输出校正信号;和信号处理部,其被构造为对检测信号进行处理。这提供了如下效果:即,产生了用于校正在开口像素中产生的噪声的校正信号,并且对检测信号进行处理。
附图说明
图1是示出根据本技术的第一实施例的摄像装置的构造示例的框图。
图2是示出根据本技术的第一实施例的固态摄像元件的层叠结构的示例的图。
图3是示出根据本技术的第一实施例的固态摄像元件的构造示例的框图。
图4是示出根据本技术的第一实施例的像素阵列部的构造示例的框图。
图5是示出根据本技术的第一实施例的开口像素块的构造示例的框图。
图6是示出根据本技术的第一实施例的像素信号生成部和遮光部的构造示例的电路图。
图7是根据本技术的第一实施例的固态摄像元件的截面图的示例。
图8是示出根据本技术的第一实施例的地址事件检测部的构造示例的框图。
图9是示出根据本技术的第一实施例的电流-电压转换部的构造示例的电路图。
图10是示出根据本技术的第一实施例的减法器和量化器的构造示例的电路图。
图11是示出根据本技术的第一实施例的列ADC的构造示例的框图。
图12是示出根据本技术的第一实施例的固态摄像元件的操作的示例的时序图。
图13是示出根据本技术的第一实施例的信号处理部的构造示例的框图。
图14是示出根据本技术的第一实施例的固态摄像元件的操作的示例的流程图。
图15是示出根据本技术的第一实施例的第一变形例的遮光像素块的构造示例的电路图。
图16是示出根据本技术的第一实施例的第二变形例的遮光像素块的构造示例的电路图。
图17是示出根据本技术的第一实施例的第三变形例的遮光像素块的构造示例的电路图。
图18是示出根据本技术的第一实施例的第四变形例的地址事件检测部的构造示例的框图。
图19是示出根据本技术的第二实施例的像素信号生成部和遮光部的构造示例的电路图。
图20是示出根据本技术的第二实施例的电流-电压转换部的构造示例的电路图。
图21是根据本技术的第三实施例的固态摄像元件的截面图的示例。
图22表示根据本技术的第三实施例的光接收芯片和电路芯片的平面图的示例。
图23表示根据本技术的第三实施例的电路芯片的平面图的示例。
图24是示出根据本技术的第三实施例的开口像素和遮光像素的构造示例的框图。
图25是示出根据本技术的第三实施例的电流-电压转换部的构造示例的电路图。
图26是示出根据本技术的第四实施例的固态摄像元件的构造示例的框图。
图27是示出根据本技术的第四实施例的信号处理部的构造示例的框图。
图28是示出根据本技术的第五实施例的摄像装置的构造的示例的框图。
图29是示出车辆控制系统的示意性构造的示例的框图。
图30是辅助说明车外信息检测部和摄像部的安装位置的示例的图。
具体实施方式
现在,说明用于实施本技术的方式(以下称为实施例)。依次说明以下事项。
1.第一实施例(遮光像素和开口像素被布置在同一平面上的示例)
2.第二实施例(布置有遮光像素和开口像素并且设置有两级回路的示例)
3.第三实施例(遮光像素和开口像素被布置在不同平面上的示例)
4.第四实施例(布置有遮光像素和开口像素并且对阈值进行调整的示例)
5.第五实施例(扫描方式)
6.移动体的应用例
<1.第一实施例>
[摄像装置的构造示例]
图1是示出根据本技术的第一实施例的摄像装置100的构造示例的框图。摄像装置100包括摄像镜头110、固态摄像元件200、记录部120和控制部130。假定将安装在工业机器人上的照相机或车载照相机作为摄像装置100。
摄像镜头110收集入射光并将入射光引导至固态摄像元件200。固态摄像元件200对入射光进行光电转换并获取图像数据。固态摄像元件200对所获取的图像数据执行预定的信号处理(例如,图像识别处理),并且通过信号线209将表示处理结果和地址事件检测信号的数据输出至记录部120。稍后说明检测信号生成方法。
记录部120记录来自固态摄像元件200的数据。控制部130控制固态摄像元件200,使其获取图像数据。
[固态摄像元件的构造示例]
图2是示出根据本技术的第一实施例的固态摄像元件200的层叠结构的示例的图。固态摄像元件200包括电路芯片202和层叠在电路芯片202上的光接收芯片201。这些芯片通过诸如通孔等连接部彼此电连接。注意,上述芯片也能够通过Cu-Cu连接或凸块代替通孔彼此连接。
图3是示出根据本技术的第一实施例的固态摄像元件200的构造示例的框图。固态摄像元件200包括驱动电路211、信号处理部220、仲裁器213、列ADC 230和像素阵列部300。
在像素阵列部300中,多个像素以二维格子图案排列。此外,像素阵列部300被分为多个像素块,每个像素块包括预定数量的像素。以下,把在水平方向上排列的像素或像素块的集合称为“行”,把在垂直于行的方向上排列的像素或像素块的集合称为“列”。
每个像素产生具有基于光电流的电压的模拟信号作为像素信号。此外,每个像素块基于光电流的变化量是否超过预定阈值来检测地址事件的存在或不存在。然后,发生地址事件的像素块向仲裁器输出请求。
驱动电路211驱动每个像素,使得各像素将像素信号输出至列ADC230。
仲裁器213在来自各个像素块的请求之间进行仲裁,并且基于仲裁结果将响应发送到像素块。已经接收到响应的像素块将表示检测结果的检测信号提供给驱动电路211和信号处理部220。
列ADC 230将来自各像素块的每列的模拟像素信号转换为数字信号。列ADC 230将数字信号提供给信号处理部220。
信号处理部220对来自列ADC 230的数字信号执行预定的信号处理,例如CDS(Correlated Double Sampling:相关双采样)处理、噪声校正处理或图像识别处理。信号处理部220通过信号线209将表示处理结果的数据和检测信号提供给记录部120。
此外,驱动电路211和信号处理部220接收由控制部130产生的模式信号MODE。模式信号MODE是用于设置包括校准模式和摄像模式的多个模式中的任何模式的信号。这里,校准模式是用于获得校正暗电流噪声和偏移噪声的校正值的模式。另一方面,摄像模式是用于获取图像数据的模式。当发生预定事件时(例如当摄像装置100通电时)执行校准模式,或者例如以规则间隔执行校准模式。
[像素阵列部的构造示例]
图4是示出根据本技术的第一实施例的像素阵列部300的构造示例的框图。像素阵列部300的光接收面上具有暴露于光的开口区域和不暴露于光的遮光区域。图4中的阴影部分表示遮光区域。遮光区域例如设置在开口区域的周围。此外,与像素阵列部300的光接收面平行的预定方向是X方向,与光接收面垂直的方向是Z方向。与X方向和Z方向垂直的方向是Y方向。
遮光区域和开口区域被分为多个像素块。遮光区域中的每个像素块是遮光像素块310,并且开口区域中的每个像素块是开口像素块340。在每个遮光像素块310中,以I行×J列(I和J是整数)排列有多个遮光像素。此外,在每个开口像素块340中,以I行×J列排列有多个开口像素。
遮光像素块310包括像素信号生成部320、I行×J列的多个遮光部330和地址事件检测部400。遮光像素块310中的多个遮光部330共用像素信号生成部320和地址事件检测部400。此外,包括在某些坐标处的遮光部330、像素信号生成部320和地址事件检测部400的电路用作在所讨论的坐标处的遮光像素。此外,在遮光像素块310的每列中布设垂直信号线VSL。
遮光部330输出在其光电转换元件中产生的暗电流。在驱动电路211的控制下,遮光部330将暗电流提供给像素信号生成部320或地址事件检测部400。
像素信号生成部320产生具有基于暗电流的电压的信号作为像素信号SIG。像素信号生成部320通过垂直信号线VSL将所产生的像素信号SIG提供给列ADC 230。
地址事件检测部400根据来自每个遮光部330的暗电流的变化量是否超过预定阈值来检测地址事件的有无。地址事件的示例包括指示变化量超过上限阈值的开启事件和指示变化量下降到下限阈值以下的关闭事件。此外,地址事件检测信号的示例包括指示开启事件检测结果的1位和指示关闭事件检测结果的1位。注意,地址事件检测部400还能够仅检测开启事件。
当发生地址事件时,地址事件检测部400将用于请求检测信号发送的请求提供给仲裁器213。然后,当地址事件检测部400从仲裁器213接收到对请求的响应时,地址事件检测部400将检测信号提供给驱动电路211和信号处理部220。
图5是示出根据本技术的第一实施例的开口像素块340的构造示例的框图。开口像素块340包括像素信号生成部341、I行×J列的多个光接收部342和地址事件检测部343。开口像素块340中的多个光接收部342共用像素信号生成部341和地址事件检测部343。此外,包括在某些坐标处的光接收部342、像素信号生成部341和地址事件检测部343的电路用作所讨论的坐标处的开口像素。此外,在开口像素块340的每列中布设垂直信号线VSL。
光接收部342通过光电转换产生光电流,并且输出光电流。与遮光像素块310中的相应电路类似地构造像素信号生成部341和地址事件检测部343。
[遮光像素块的构造示例]
图6是示出根据本技术的第一实施例的遮光像素块310的构造示例的电路图。在遮光像素块310中,像素信号生成部320包括复位晶体管321、放大晶体管322、选择晶体管323和浮动扩散层324。多个遮光部330通过预定的连接点共同连接到地址事件检测部400。
此外,遮光部330分别包括传输晶体管331、溢流门(OFG:OverFlow Gate)晶体管332和光电转换元件333。当遮光像素块310中的像素数量为N(N是整数)时,传输晶体管331、OFG晶体管332和光电转换元件333各者的数量均为N。遮光像素块310中的第n(n是1~N的整数)传输晶体管331接收从驱动电路211提供的传输信号TRGn。第n OFG晶体管332接收从驱动电路211提供的控制信号OFGn。
此外,作为复位晶体管321、放大晶体管322和选择晶体管323,例如,使用N型MOS(Metal-Oxide-Semiconductor:金属氧化物半导体)晶体管。类似地,作为传输晶体管331和OFG晶体管332,使用N型MOS晶体管。
此外,各光电转换元件333分别设置在光接收芯片201上。光电转换元件333以外的所有元件都设置在电路芯片202上。
光电转换元件333对入射光进行光电转换并产生电荷。然而,由于遮光部330没有暴露于光,因此在光电转换元件333中产生暗电流。根据传输信号TRGn,传输晶体管331将电荷从对应的光电转换元件333传输至浮动扩散层324。根据控制信号OFGn,OFG晶体管332将在对应的光电转换元件333中产生的暗电流提供给连接节点。
浮动扩散层324累积电荷并基于所累积的电荷量产生电压。复位晶体管321根据来自驱动电路211的复位信号RST来初始化浮动扩散层324中的电荷量。放大晶体管322对浮动扩散层324的电压进行放大。选择晶体管323根据来自驱动电路211的选择信号SEL通过垂直信号线VSL将具有放大电压的信号作为像素信号SIG输出至列ADC 230。
注意,开口像素块340的电路构造与图6所示的遮光像素块310的电路构造类似。
在校准模式下,不管遮光像素块310中是否存在地址事件,驱动电路211都利用传输信号TRGn来顺序驱动遮光像素,使得遮光像素将电荷传输至浮动扩散层324。由此,顺序输出开口像素块340中的多个遮光像素的各个像素信号。上述像素信号是基于在开口像素中产生的暗电流噪声量和偏移噪声量的信号,并且用作用于校正噪声的校正信号。
另一方面,在摄像模式下,驱动电路211利用控制信号OFGn来驱动所有的开口像素,使得开口像素以开口像素块340为单位检测入射光量的变化量是否超过阈值(即,地址事件的有无)。
然后,当在某个开口像素块340中检测到地址事件时,驱动电路211顺序驱动所讨论的块的所有开口像素,使得开口像素基于光量生成像素信号。然后,信号处理部220基于遮光像素的像素信号(校正信号),执行从开口像素的像素信号去除噪声的校正处理。
以这种方式,固态摄像元件200仅将检测到地址事件的开口像素块340的像素信号输出至列ADC 230。这样,与输出所有开口像素的像素信号而不考虑地址事件的有无的情况相比,能够减少固态摄像元件200的功耗和图像处理的处理量。
此外,多个开口像素共用地址事件检测部400,使得与针对每个开口像素设置地址事件检测部400的情况相比,能够减小固态摄像元件200的电路规模。
另外,信号处理部220使用遮光像素的像素信号作为校正信号,从而能够去除在开口像素中产生的暗电流噪声和偏移噪声。
图7是根据本技术的第一实施例的固态摄像元件200的截面图的示例。图7是沿着与图4的线段X1至X2垂直的平面截取的截面图。在光接收面上,布置有遮光像素360和开口像素370。
在每个遮光像素360中设置有芯片上微透镜361和光电转换元件333。此外,在遮光区域中,在芯片上微透镜361和光电转换元件333之间设置有遮光构件362。
同时,在每个开口像素370中均设置有芯片上微透镜371和光电转换元件372。
注意,尽管在遮光像素360中设置有光电转换元件333,但是也能够代替光电转换元件333而设置用于在开口像素370中提供在光电转换元件372中产生的暗电流的恒流源。
如图7所示,遮光像素360和开口像素370都布置在光接收芯片201的光接收面上。
[地址事件检测部的构造示例]
图8是示出根据本技术的第一实施例的地址事件检测部400的构造示例的框图。地址事件检测部400包括电流-电压转换部410、缓冲器420、减法器430、量化器440和传输部450。
电流-电压转换部410将来自相应的遮光部330的电流信号转换为与其对数相对应的电压信号。电流-电压转换部410将该电压信号提供给缓冲器420。
缓冲器420将来自电流-电压转换部410的电压信号输出至减法器430。利用缓冲器420,能够增大用于驱动后级的驱动力。此外,利用缓冲器420,能够隔离由于后级的切换操作而引起的噪声。
减法器430根据来自驱动电路211的行驱动信号来降低来自缓冲器420的电压信号的电平。减法器430将处于电平降低的电压信号提供给量化器440。
量化器440将来自减法器430的电压信号量化为数字信号,并且将该数字信号作为检测信号输出至传输部450。
传输部450将来自量化器440的检测信号传输至信号处理部220等。当检测到地址事件时,传输部450将用于请求检测信号发送的请求提供给仲裁器213。然后,当传输部450从仲裁器213接收到对请求的响应时,传输部450将检测信号提供给驱动电路211和信号处理部220。
[电流-电压转换部的构造示例]
图9是示出根据本技术的第一实施例的电流-电压转换部410的构造示例的电路图。电流-电压转换部410包括N型晶体管411和413以及P型晶体管412。作为这些晶体管,例如使用MOS晶体管。
N型晶体管411的源极连接到遮光部330,漏极连接到电源端子。在电源端子和接地端子之间,P型晶体管412与N型晶体管413串联连接。此外,P型晶体管412与N型晶体管413之间的连接节点连接至N型晶体管411的栅极和缓冲器420的输入端子。此外,将预定的偏置电压Vbias施加到P型晶体管412的栅极。
N型晶体管411和413的漏极连接在电源侧。这种电路称为“源极跟随器”。形成环路的两个相连的源极跟随器将来自遮光部330的电流转换为对应于其对数的电压信号。此外,P型晶体管412将恒定电流提供给N型晶体管413。
[减法器和量化器的构造示例]
图10是示出根据本技术的第一实施例的减法器430和量化器440的构造示例的电路图。减法器430包括电容器431和433、反相器432以及开关434。此外,量化器440包括比较器441。
电容器431的一端连接至缓冲器420的输出端子,另一端连接至反相器432的输入端子。电容器433并联连接至反相器432。开关434根据驱动信号断开和闭合将电容器433的两端彼此连接的路径。
反相器432使通过电容器431输入的电压信号反转。反相器432将反转后的信号输出至比较器441的非反转输入端子(+)。
当开关434接通时,在电容器431的缓冲器420侧输入电压信号Vinit,并且另一侧用作虚拟接地端子。为了方便起见,将虚拟接地端子的电位视为零。这里,电容器431中累积的电位Qinit由以下表达式表示,其中,C1表示电容器431的电容。同时,电容器433的两端被短路,因此电容器433中没有电荷累积。
Qinit=C1×Vinit...表达式1
接下来,考虑开关434断开并且电容器431的缓冲器420侧的电压变为Vafter的情况。电容器431中累积的电荷Qafter由以下表达式表示。
Qafter=C1×Vafter...表达式2
同时,电容器433中累积的电荷Q2由以下表达式表示,其中Vout表示输出电压。
Q2=-C2×Vout...表达式3
这里,由于电容器431和433中的总电荷量不变,因此建立以下表达式。
Qinit=Qafter+Q2...表达式4
当将表达式1至表达式3替换为要转换的表达式4时,获得以下表达式。
Vout=-(C1/C2)×(Vafter-Vinit)...表达式5
表达式5表示电压信号的减法运算,并且减法结果的增益为C1/C2。由于通常期望增益最大,因此,优选将C1设为较大值,而优选将C2设为较小值。然而,当C2极小时,kTC噪声增加,可能导致噪声特性劣化。因此,电容C2只能在实现可接受的噪声的范围内减小。此外,由于在每个像素块中设置有包括减法器430的地址事件检测部400,因此电容C1和C2具有空间限制。考虑到这些问题,确定电容C1和C2的值。
比较器441将来自减法器430的电压信号与阈值电压Vth进行比较,该阈值电压Vth被施加到反转输入端子(-)并且表示预定阈值。比较器441将表示比较结果的信号作为检测信号输出至传输部450。
此外,上述的整个地址事件检测部400的增益A由以下表达式表示,其中,CGlog表示电流-电压转换部410的转换增益,并且缓冲器420的增益为1。
[数学式1]
在上述表达式中,iphoto_n表示例如以安培(A)为单位的第n个像素的光电流。N表示像素块(遮光像素块310和开口像素块340)中的像素数量。
[列ADC的构造示例]
图11是示出根据本技术的第一实施例的列ADC 230的构造示例的框图。在像素块(遮光像素块310和开口像素块340)的每列中,列ADC 230包括ADC 231。
ADC 231将通过垂直信号线VSL提供的模拟像素信号SIG转换为数字信号。像素信号SIG被转换为具有比检测信号中包括的位更多的位的数字信号。例如,当检测信号具有2位时,像素信号被转换为具有3位或更多位(例如,16位)的数字信号。ADC 231将生成的数字信号提供给信号处理部220。
[固态摄像元件的操作示例]
图12是示出根据本技术的第一实施例的固态摄像元件200的操作的示例的时序图。假定在时刻T0,控制部130设置摄像模式。驱动电路211将所有的控制信号OFGn设置为高电平,以使所有开口像素的OFG晶体管导通。这样,所有开口像素的光电流之和被提供给地址事件检测部343。同时,由于所有的传输信号TRGn都处于低电平,因此所有开口像素的传输晶体管处于关断状态。
然后,假定在时刻T1,地址事件检测部343检测地址事件,并输出高电平的检测信号。这里,假设检测信号是表示已经检测到开启事件的1位信号。
在时刻T2,当驱动电路211接收检测信号时,驱动电路211将所有的控制信号OFGn设置为低电平,以停止向地址事件检测部343供应光电流。此外,驱动电路211在特定的脉冲时段内将选择信号SEL设置为高电平并将复位信号RST设置为高电平,从而初始化浮动扩散层。像素信号生成部341将初始化时的电压作为复位电平输出,并且ADC 231将复位电平转换为数字信号。
在复位电平转换之后的时刻T3,驱动电路211在特定的脉冲时段内提供高电平的传输信号TRG1,从而控制第一像素使其将电压作为信号电平输出。ADC 231将信号电平转换为数字信号。信号处理部220获得复位电平与信号电平之间的差作为净像素信号。该处理称为“CDS处理”。
在信号电平转换之后的时刻T4,驱动电路211在特定的脉冲时段内提供高电平的传输信号TRG2,以控制第二像素输出信号电平。信号处理部220获得复位电平与信号电平之间的差作为净像素信号。此后执行相似的处理,从而顺序输出开口像素块340中的各个开口像素的像素信号。
当输出所有像素信号时,驱动电路211将所有控制信号OFGn设置为高电平,以使所有开口像素的OFG晶体管导通。
注意,在校准模式中,不管地址事件存在与否,驱动电路211都驱动所有的遮光像素,使得遮光像素顺序输出像素信号。
图13是示出根据本技术的第一实施例的信号处理部220的构造示例的框图。信号处理部220包括开关221、校正处理部222、校正值计算部223和校正值保持部224。
开关221根据来自控制部130的模式信号MODE,切换来自列ADC230的像素信号的目的地。在校准模式的情况下,开关221将开口像素的像素信号输出至校正值计算部223。在摄像模式的情况下,开关221将遮光像素的像素信号输出至校正处理部222。
校正值计算部223计算遮光像素360的像素信号的统计量(例如,平均值或总数),从而计算出每个开口像素的用于噪声校正的校正值。然后,校正值计算部223将所计算的校正值存储在校正值保持部224中。校正值保持部224保持每个开口像素的校正值。
校正处理部222通过使用校正值来校正开口像素370的像素信号。校正处理部222例如执行从来自开口像素370的像素信号中减去与所讨论的像素相对应的校正值的校正处理。通过该校正处理,去除了开口像素370中产生的暗电流噪声和偏移噪声。校正处理部222将处理后的信号提供给记录部120。此外,信号处理部220根据需要执行校正处理以外的处理,例如CDS处理或图像识别处理。在图13中省略了用于执行CDS处理等的电路的图示。
图14是示出根据本技术的第一实施例的固态摄像元件200的操作的示例的流程图。例如,当使用模式信号MODE设置校准模式时,该操作开始。
固态摄像元件200中的驱动电路211驱动每个遮光像素360,使得遮光像素360输出像素信号(步骤S901)。然后,信号处理部220基于这些像素信号计算校正值,并且保持校正值(步骤S902)。
固态摄像元件200判定是否已经使用模式信号MODE设置了摄像模式(步骤S903)。在尚未设置摄像模式的情况下(步骤S903:否),固态摄像元件200重复步骤S903和后续步骤。
另一方面,在已经设置了摄像模式的情况下(步骤S903:是),驱动电路211判定在任何开口像素块340中是否发生了地址事件(步骤S904)。在存在地址事件的情况下(步骤S904:是),驱动电路211控制已经发生了地址事件的开口像素块340中的各个像素,以顺序输出像素信号(步骤S905)。然后,信号处理部220通过使用校正值来校正这些像素信号(步骤S906)。
在没有地址事件的情况下(步骤S904:否)或在步骤S906之后,固态摄像元件200重复执行步骤S904和后续步骤。
以这种方式,根据本技术的第一实施例,由于遮光像素360输出基于在开口像素370中产生的噪声的信号,因此信号处理部220能够通过使用该信号从开口像素370的像素信号中去除噪声。这样,能够改善像素信号的信号质量。
[第一变形例]
在上述第一实施例中,在电路芯片202上布置有光电转换元件333以外的元件。然而,在该构造中,随着像素数量的增加,电路芯片202可能具有更大的电路规模。根据第一实施例的第一变形例的固态摄像元件200与第一实施例的不同之处在于,电路芯片202具有减小的电路规模。
图15是示出根据本技术的第一实施例的第一变形例的遮光像素块310的构造示例的电路图。根据第一实施例的第一变形例的遮光像素块310与第一实施例的不同之处在于,复位晶体管321、浮动扩散层324和多个遮光部330设置在光接收芯片201上。其余的元件设置在电路芯片202上。注意,与遮光像素块310的情况相似,开口像素块340中的元件也设置在芯片上。
以这种方式,根据本技术的第一实施例的第一变形例,由于复位晶体管321等和多个遮光部330设置在光接收芯片201上,因此,与第一实施例相比,能够减小电路芯片202的电路规模。
[第二变形例]
在上述的第一实施例的第一变形例中,复位晶体管321等和多个遮光部330设置在光接收芯片201上。然而,随着像素数量的增加,电路芯片202可能具有更大的电路规模。根据第一实施例的第二变形例的固态摄像元件200与第一实施例的第一变形例的不同之处在于,电路芯片202的电路规模进一步减小。
图16是示出根据本技术的第一实施例的第二变形例的遮光像素块310的构造示例的电路图。根据第一实施例的第二变形例的遮光像素块310与第一实施例的第一变形例的不同之处在于,在光接收芯片201上还设置有N型晶体管411和413。以这种方式,通过在光接收芯片201中仅设置N型晶体管,与同时设置有N型晶体管和P型晶体管的情况相比,能够减少形成晶体管的工艺数量。这样,能够降低光接收芯片201的制造成本。注意,与遮光像素块310的情况相似,开口像素块340中的元件也设置在芯片上。
以这种方式,根据本技术的第一实施例的第二变形例,由于在光接收芯片201上还设置有N型晶体管411和413,因此,与第一实施例的第一变形例相比,能够减小电路芯片202的电路规模。
[第三变形例]
在上述的第一实施例的第二变形例中,在光接收芯片201上还设置有N型晶体管411和413。然而,随着像素数量的增加,电路芯片202可能具有更大的电路规模。根据第一实施例的第三变形例的固态摄像元件200与第一实施例的第二变形例的不同之处在于,电路芯片202的电路规模进一步减小。
图17是示出根据本技术的第一实施例的第三变形例的遮光像素块310的构造示例的电路图。根据第一实施例的第三变形例的遮光像素块310与第一实施例的第二变形例的不同之处在于,在光接收芯片201上还设置有放大晶体管322和选择晶体管323。即,像素信号生成部320的所有元件都设置在光接收芯片201上。
以这种方式,根据本技术的第一实施例的第三变形例,由于像素信号生成部320设置在光接收芯片201上,因此,与第一实施例的第二变形例相比,能够减小电路芯片202的电路规模。
[第四变形例]
在上述第一实施例中,在校准模式下,计算校正值。还可以测试开口像素是否有异常。根据第一实施例的第四变形例的固态摄像元件200与第一实施例的不同之处在于,每个像素包括用于测试是否存在异常的电路。
图18是示出根据本技术的第一实施例的第四变形例的遮光像素块310中的地址事件检测部400的构造示例的框图。根据第一实施例的第四变形例的地址事件检测部400与第一实施例的不同之处在于,还包括选择器460。
选择器460选择来自电流-电压转换部410的预定测试信号TIN或电压信号。选择器460根据来自驱动电路211的选择信号SEL选择测试信号TIN或电压信号,并且将信号提供给缓冲器420。
注意,与遮光像素块310中的地址事件检测部400类似地构造开口像素块340中的地址事件检测部343。
在校准模式下,驱动电路211使用选择信号SEL来控制选择器460,使其为所有像素选择测试信号TIN。由于在缓冲器420或后级中发生异常时未检测到地址事件,因此信号处理部220能够基于检测信号来判定异常的存在与否。
此外,无论地址事件存在与否,选择器460都能够强制所有正常的遮光像素360输出检测信号。这样,不管地址事件存在与否,都从遮光像素360输出像素信号。
注意,尽管选择器460设置在电流-电压转换部410与缓冲器420之间,但是本技术不限于该构造。例如,选择器460可以设置在缓冲器420与减法器430之间或者减法器430与量化器440之间。此外,还能够设置两个或更多个选择器460。此外,第一变形例至第三变形例也适用于第四变形例的固态摄像元件200。
以这种方式,根据本技术的第一实施例的第四变形例,由于设置有用于选择测试信号或电压信号的选择器460,因此信号处理部220能够判定每个像素是否存在异常。
<2.第二实施例>
在上述第一实施例中,电流-电压转换部410通过单回路电路将暗电流转换为电压信号。然而,由于暗电流通常很小,因此通过单回路电路可能无法获得足够的转换增益。第二实施例的电流-电压转换部410与第一实施例的不同之处在于,通过多级回路电路来执行电流-电压转换。
图19是示出根据本技术的第二实施例的像素信号生成部320和遮光部330的构造示例的电路图。第一实施例的多个遮光部330各者与第一实施例的不同之处在于,通过彼此不同的信号线向地址事件检测部400提供暗电流。
图20是示出根据本技术的第二实施例的电流-电压转换部410的构造示例的电路图。第二实施例的电流-电压转换部410包括多个N型晶体管414、多个N型晶体管415、电流源416以及N型晶体管417和418。作为N型晶体管414、415、417和418,例如使用MOS晶体管。针对每个遮光像素360设置N型晶体管415和N型晶体管417。当遮光像素块310中的遮光像素360的数量为N时,设置N个N型晶体管415和N个N型晶体管417。
N型晶体管414和415串联连接在缓冲器420与相应的遮光部330之间。此外,在电源端子与接地端子之间,电流源416与N型晶体管417和418串联连接。此外,N型晶体管418的栅极共同连接至N个N型晶体管415的各个源极。N型晶体管417的栅极共同连接至N个N型晶体管415和N型晶体管417之间的各个连接节点。
利用上述构造,形成了两级回路,即包括N型晶体管415和418的回路电路以及包括N型晶体管414和417的回路电路。利用该两级回路电路,用于将暗电流转换为电压信号的转换增益是使用单级回路电路的转换增益的两倍。此外,将通过转换N个暗电流而获得的N个电压信号的平均值输出至缓冲器420。
注意,第一至第四变形例也适用于第二实施例的固态摄像元件200。
以这种方式,根据本技术的第二实施例,由于电流-电压转换部410利用两级回路电路将暗电流转换为电压信号,因此转换增益是使用单级回路电路的转换增益的两倍,从而能够实现高电平的电压信号。
<3.第三实施例>
在上述第一实施例中,遮光像素360和开口像素370均设置在光接收芯片201的同一平面上。然而,在该构造中,在光接收芯片201的面积固定的情况下,随着布置有遮光像素360的遮光区域的面积增大,布置有开口像素370的开口区域的面积减小。第三实施例的固态摄像元件200与第一实施例的不同之处在于,在光接收面上仅布置遮光像素360,并且遮光像素360布置在面对光接收面的表面上。
图21是根据本技术的第三实施例的固态摄像元件200的截面图的示例。截面图表示与Z方向平行的预定截面的截面图。固态摄像元件200具有彼此面对的一对平面。这些平面垂直于Z方向。一个平面用作其上布置有开口像素370的光接收面。此外,在另一个平面上布置遮光像素360。在层叠结构的情况下,开口像素370布置在光接收芯片201上,并且遮光像素360布置在电路芯片202上。其上布置有遮光像素360的表面例如面对封装件,并且不暴露于光。此外,进入光接收面的光被配线或电路遮挡,从而防止该光到达另一个表面上的遮光像素360。因此,不需要遮光构件。
图22表示根据本技术的第三实施例的光接收芯片201和电路芯片202的平面图的示例。在此,图22的a是光接收芯片201的平面图的示例,图22的b是电路芯片202的平面图的示例。
在光接收芯片201中的开口区域中,多个开口像素370以二维格子图案布置着。此外,在电路芯片202中的遮光区域中,多个遮光像素360以二维格子图案布置着。在遮光区域中,例如,布置有与开口像素370相同数量的遮光像素360。
注意,遮光像素360的数量也能够小于开口像素370的数量。在这种情况下,例如,如图23的a所示,分别包括N个遮光像素360的多个遮光像素块310也能够以二维格子图案以一定间隔彼此隔开布置。此外,如图23的b所示,也能够不规则地布置遮光像素360。
图24是示出根据本技术的第三实施例的开口像素370和遮光像素360的构造示例的框图。
开口像素370包括光电转换元件372、电流-电压转换部480、缓冲器471、减法器472、量化器473和传输部474。与图8所示的地址事件检测部400中的对应电路类似地构造缓冲器471、减法器472、量化器473和传输部474。
第三实施例的光电转换元件372将光电流提供给电流-电压转换部480。
此外,第三实施例的遮光像素360包括光电转换元件333和OFG晶体管332。OFG晶体管332根据控制信号OFGn将来自光电转换元件333的电荷输出至电流-电压转换部480。这样,暗电流从电流-电压转换部480流向光电转换元件333。该暗电流用作用于校正暗电流噪声的校正信号。
此外,没有将第三实施例的固态摄像元件200设置为校准模式。在地址事件检测中,驱动电路211利用控制信号OFGn来控制像素以将来自光电转换元件333的电荷输出至电流-电压转换部480。
电流-电压转换部480将暗电流和由光电转换元件372产生的光电流之间的差转换为电压信号。这样,能够减少暗电流噪声。
如上所述,第三实施例的开口像素370检测地址事件的有无,但是不输出像素信号。此外,第三实施例的遮光像素360输出暗电流,但是不输出地址事件检测信号或像素信号。
图25是示出根据本技术的第三实施例的电流-电压转换部480的构造示例的电路图。第三实施例的电流-电压转换部480包括N型晶体管481、482、484、485和486以及电流源483。
N型晶体管481和482串联连接在具有电源电压VDD的端子与光电转换元件372之间。此外,N型晶体管481的漏极连接到遮光像素360。在具有电源电压VDD的端子与接地端子之间,电流源483与N型晶体管484和485串联连接。
此外,N型晶体管481的栅极连接至电流源483与N型晶体管484之间的连接节点。N型晶体管482的栅极连接至N型晶体管484和485之间的连接节点。N型晶体管484的栅极连接至N型晶体管481和482之间的连接节点。N型晶体管485的栅极连接至N型晶体管482与光电转换元件372之间的连接节点。此外,电流源483与N型晶体管484之间的连接节点连接至缓冲器471。
利用上述构造,在遮光像素360中产生的暗电流和在光电转换元件372中产生的光电流之间的差被转换为电压信号。通过使用暗电流和光电流之间的差来产生电压信号,从而能够减少从电压信号获得的检测信号中的暗电流噪声。
注意,尽管第三实施例的开口像素370和遮光像素360不输出像素信号,但是也可以如第一实施例中那样地构成它们以输出像素信号并用校正值校正该像素信号。
以这种方式,根据本技术的第三实施例,开口像素370被布置在彼此面对的一对平面中的一个平面上,而遮光像素360被布置在另一个平面上,因此,与这些像素布置在同一平面上的情况相比,其中布置有开口像素370的区域能够变宽。
此外,电流-电压转换部410将来自遮光像素360的暗电流与在开口像素370的光电转换元件372中产生的光电流之间的差转换为电压信号,从而能够去除电压信号中的暗电流噪声。
<4.第四实施例>
在上述第一实施例中,从开口像素370的像素信号中去除诸如暗电流噪声等噪声。然而,在地址事件检测中,有可能由于暗电流噪声等的影响而产生检测错误。第四实施例的固态摄像元件200与第一实施例的不同之处在于,提高了地址事件的检测精度。
图26是示出根据本技术的第四实施例的固态摄像元件200的构造示例的框图。第四实施例的固态摄像元件200与第一实施例的不同之处在于,还包括DAC 214。
DAC 214对来自信号处理部220的控制信号执行DA转换并生成阈值电压Vth。DAC214将阈值电压Vth提供给像素阵列部300中的开口像素370和遮光像素360。
图27是示出根据本技术的第四实施例的信号处理部220的构造示例的框图。第四实施例的信号处理部220与第一实施例的不同之处在于,还包括设定值寄存器225和阈值调整部226。
阈值调整部226利用发送到DAC 214的控制信号来对表示阈值的阈值电压Vth进行调整。阈值调整部226从像素阵列部300中的多个遮光像素接收各个检测信号。
在校准模式下,阈值调整部226获得检测信号检测频率,并且从设定值寄存器225中读出与该检测频率相对应的设定值。然后,阈值调整部226利用控制信号将阈值电压Vth更新为表示设定值的电压。通过适当地更新阈值电压Vth,能够防止由于暗电流噪声或偏移噪声而引起的地址事件检测错误。
设定值寄存器225基于检测频率来保持设定值。所述设定值包括表示上限阈值的上限设定值和表示下限阈值的下限设定值。例如,例如,开启事件输出频率越高,越低的上限设定值被保持。另一方面,关闭事件检测频率越高,越高的下限设定值被保持。
注意,设定值寄存器225也能够仅保存上限设定值。此外,在阈值调整部226从设定值寄存器225读出设定值的同时,阈值调整部226也能够通过对检测频率进行预定的运算来获得设定值。在这种情况下,不需要设定值寄存器225。此外,第一至第四变形例也适用于第四实施例的固态摄像元件200。
以这种方式,根据本技术的第四实施例,阈值调整部226将阈值电压更新为基于遮光像素360的地址事件检测频率的值,从而能够防止由于噪声而引起的地址事件检测错误,由此能够提高检测精度。
[根据第五实施例的摄像装置(扫描式)]
根据上述的第一构造示例的摄像装置20是用于通过异步读出系统读出事件的异步摄像装置。然而,事件读出系统不限于异步读出系统,并且可以是同步读出系统。应用了同步读出系统的摄像装置是扫描式摄像装置,该扫描式摄像装置与用于以预定的帧率进行摄像的普通摄像装置相同。
图28是示出根据第二构造示例的摄像装置的构造示例的框图,该第二构造示例被用作应用了根据本公开的技术的摄像系统10中的摄像装置20,即扫描式摄像装置。
如图28所示,根据第二构造示例的摄像装置20(其用作本公开的摄像装置)包括像素阵列部21、驱动部22、信号处理部25、读出区域选择部27和信号产生部28。
像素阵列部21包括多个像素30。多个像素30分别根据来自读出区域选择部27的选择信号来输出输出信号。多个像素30分别包括图5所示的光接收部342。此外,如图5所示,多个像素30(光接收部342)共用像素信号生成部341和地址事件检测部343。多个像素30输出与光强度的变化量相对应的信号。如图28所示,多个像素30可以二维地布置在矩阵中。
驱动部22驱动多个像素30中的各者,使得像素30将由相应的像素30产生的像素信号输出至信号处理部25。注意,驱动部22和信号处理部25是用于获取灰度信息的电路部。因此,在仅获取事件信息的情况下,可以省略驱动部22和信号处理部25。
读出区域选择部27选择像素阵列部21中所包括的多个像素30中的一些像素。具体地,读出区域选择部27基于来自像素阵列部21中的像素30的请求来确定选择区域。例如,读出区域选择部27选择与像素阵列部21相对应的二维矩阵结构中所包括的任意一行或多行。读出区域选择部27基于预先设定的周期,依次选择一行或多行。此外,读出区域选择部27可以基于来自像素阵列部21中的像素30的请求来确定选择区域。
信号产生部28基于由读出区域选择部27选择的像素的输出信号,生成与在所选择的像素中已经检测到事件的有源像素相对应的事件信号。上述事件是指光强度发生变化的事件。有源像素分别是与输出信号相对应的光强度的变化量超过或低于预先设定的阈值的像素。例如,信号产生部28将来自像素的输出信号与参考信号进行比较,并且将输出大于或小于参考信号的信号的像素检测为有源像素。信号产生部28产生与有源像素相对应的事件信号。
信号产生部28例如能够包括列选择电路,该列选择电路被构造为对输入到信号产生部28的信号进行仲裁。此外,信号产生部28不仅能够输出与已经检测到事件的有源像素有关的信息,而且还能够输出与未检测到事件的非有源像素有关的信息。
信号产生部28通过输出线15输出与已经检测到事件的有源像素有关的地址信息和时间戳信息(例如,(X,Y,T))。然而,从信号产生部28输出的数据不仅可以是地址信息和时间戳信息,而且还可以是帧格式的信息(例如,(0,0,1,0,...))。
<5.移动体的应用例>
根据本公开的技术(本技术)适用于各种产品。例如,根据本公开的技术可以被实现为安装在任何类型的移动体上的装置,所述移动体例如是:汽车、电动汽车、混合动力汽车、摩托车、自行车、个人移动设备、飞机、无人机、轮船和机器人。
图29是示出作为能够应用根据本公开实施例的技术的移动体控制系统的示例的车辆控制系统的示意性构造示例的框图。
车辆控制系统12000包括通过通信网络12001彼此连接的多个电子控制单元。在图29所示的示例中,车辆控制系统12000包括: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以及集成控制单元12050。另外,作为集成控制单元12050的功能构造,示出了微型计算机12051、声音/图像输出部12052以及车载网络接口(I/F:Interface)12053。
驱动系统控制单元12010根据各种程序来控制与车辆的驱动系统有关的设备的操作。例如,驱动系统控制单元12010起到下述各设备的控制装置的作用,这些设备是:诸如内燃机或驱动电机等用于产生车辆的驱动力的驱动力产生设备;用于将驱动力传递到车轮的驱动力传递机构;用于调节车辆的转向角的转向机构;和用于产生车辆的制动力的制动设备等。
车身系统控制单元12020根据各种程序来控制安装在车体中的各种设备的操作。例如,车身系统控制单元12020起到下述各设备的控制装置的作用,这些设备是:无钥匙进入系统;智能钥匙系统;电动车窗装置;或诸如前灯、倒车灯、刹车灯、转向灯或雾灯等各种灯。在这种情况下,能够把从代替钥匙的移动设备发送的无线电波或各种开关的信号输入到车身系统控制单元12020。车身系统控制单元12020接收这些输入的无线电波或信号,并且控制车辆的门锁装置、电动车窗装置或灯等。
车外信息检测单元12030检测包括车辆控制系统12000的车辆的外部的信息。例如,车外信息检测单元12030与摄像部12031连接。车外信息检测单元12030使摄像部12031拍摄车辆外部的图像,并且接收所拍摄的图像。基于所接收到的图像,车外信息检测单元12030可以对诸如行人、车辆、障碍物、标志或路面上的文字等物体执行检测处理或距离检测处理。
摄像部12031是用于接收光并且输出与光的接收光量相对应的电信号的光学传感器。摄像部12031能够将该电信号作为图像而输出,或者能够将该电信号作为距离测量信息输出。另外,由摄像部12031接收的光可以是可见光,或者可以是诸如红外线等非可见光。
车内信息检测单元12040检测车辆内部的信息。例如,车内信息检测单元12040与用于检测驾驶员状态的驾驶员状态检测部12041连接。例如,驾驶员状态检测部12041包括用于拍摄驾驶员的相机。基于从驾驶员状态检测部12041输入的检测信息,车内信息检测单元12040可以计算出驾驶员的疲劳程度或驾驶员的专注程度,或者可以判定驾驶员是否在打瞌睡。
微型计算机12051能够基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获取的车辆外部或内部的信息,计算出驱动力产生设备、转向机构或制动设备的控制目标值,并且能够向驱动系统控制单元12010输出控制命令。例如,微型计算机12051能够执行用于实现高级驾驶员辅助系统(ADAS:advanced driver assistance system)功能的协同控制,所述高级驾驶员辅助功能包括:车辆的碰撞规避或撞击减轻、基于跟随距离的追随行驶、车速维持行驶、车辆的碰撞警告或车辆的车道偏离警告等。
另外,微型计算机12051能够基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获取的车辆外部或内部的信息,来控制驱动力产生设备、转向机构或制动设备等,从而执行用于实现不依赖驾驶员的操作而使车辆自主行驶的自动驾驶等的协同控制。
另外,基于由车外信息检测单元12030获取的车辆外部的信息,微型计算机12051能够向车身系统控制单元12020输出控制命令。例如,微型计算机12051能够例如根据由车外信息检测单元12030检测到的前车或对面来车的位置来控制前灯并从远光灯切换到近光灯,从而执行用于防眩光的协同控制。
声音/图像输出部12052将声音和图像中的至少一者的输出信号发送到输出设备,该输出设备能够在视觉上或在听觉上向车上的乘客或车辆外部通知信息。在图29的示例中,作为输出设备,示出了音频扬声器12061、显示部12062和仪器面板12063。例如,显示部12062可以包括板载显示器(on-board display)和平视显示器(head-up display)中的至少一者。
图30是示出摄像部12031的安装位置的示例的图。
在图30中,摄像部12031包括摄像部12101、12102、12103、12104和12105。
摄像部12101、12102、12103、12104和12105例如被设置于如下位置:车辆12100的前鼻、后视镜、后保险杠和后备箱门以及车厢内的挡风玻璃的上部。设置在前鼻的摄像部12101和设置在车厢内的挡风玻璃的上部的摄像部12105主要获取车辆12100的前面图像。设置在后视镜上的摄像部12102和12103主要获取车辆12100的侧边图像。设置在后保险杠或后备箱门上的摄像部12104主要获取车辆12100的后面图像。设置在车厢内的挡风玻璃的上部的摄像部12105主要用于检测前车、行人、障碍物、交通信号灯、交通标志或车道等。
顺便提及,图30示出了摄像部12101~12104的拍摄范围的示例。摄像范围12111表示设置在前鼻上的摄像部12101的摄像范围。摄像范围12112和12113分别表示设置在后视镜上的摄像部12102和12103的摄像范围。摄像范围12114表示设置在后保险杠或后备箱门上的摄像部12104的摄像范围。例如,通过将由摄像部12101~12104获取到的图像数据叠加,获得了车辆12100的从上方观看到的鸟瞰图像。
摄像部12101~12104中的至少一者可以具有获取距离信息的功能。例如,摄像部12101~12104中的至少一者可以是由多个摄像元件构成的立体相机,或者可以是具有用于相位差检测的像素的摄像元件。
例如,微型计算机12051能够基于从摄像部12101~12104获得的距离信息来确定与摄像范围12111至12114内的各个三维物体相距的距离以及该距离随时间的变化(相对于车辆12100的相对速度),从而将尤其是在车辆12100的行进道路上最靠近车辆12100且在与车辆12100大致相同的方向上以预定速度(例如,大于或等于0km/h)行驶的三维物体提取为前车。此外,微型计算机12051能够提前设定在前车的前方要保持的跟随距离,并且能够执行自动制动控制(包括跟车停止控制)或自动加速控制(包括跟车起动控制)等。因此,可以执行用于实现不依赖驾驶员的操作而使车辆自主行驶的自动驾驶等的协同控制。
例如,基于从摄像部12101~12104获得的距离信息,微型计算机12051能够将与三维物体有关的三维物体数据分类为两轮车辆、普通车辆、大型车辆、行人、电线杆和其他三维物体的三维物体数据,提取分类后的三维物体数据,并且使用所提取的三维物体数据来自动避开障碍物。例如,微型计算机12051将车辆12100周围的障碍物识别为车辆12100的驾驶员能够在视觉上识别的障碍物和车辆12100的驾驶员难以在视觉上识别的障碍物。然后,微型计算机12051判定用于表示与各个障碍物发生碰撞的风险的碰撞风险。在碰撞风险大于或等于设定值并因此存在碰撞可能性的情况下,微型计算机12051能够通过音频扬声器12061或显示部12062向驾驶员输出警告,并且通过驱动系统控制单元12010执行强制减速或避让转向。由此,微型计算机12051能够辅助驾驶以避免碰撞。
摄像部12101~12104中的至少一者可以是检测红外线的红外相机。例如,微型计算机12051能够通过判定在摄像部12101~12104的所拍摄图像中是否存在行人,来识别行人。例如,通过如下过程来执行行人的这种识别:在作为红外相机的摄像部12101~12104的所拍摄图像中提取特征点的过程;以及通过对表示物体轮廓的一系列特征点进行图案匹配处理来判定该物体是否是行人的过程。当微型计算机12051判定在摄像部12101~12104的所拍摄图像中存在行人并识别出该行人时,声音/图像输出部12052控制显示部12062,使得在所识别出的行人上叠加并显示用于强调的矩形轮廓线。声音/图像输出部12052也可以控制显示部12062,使得在所期望的位置处显示出用于表示行人的图标等。
上面已经说明了根据本公开的技术所适用的车辆控制系统的示例。根据本公开的技术适用于上述构造之中的摄像部12031。具体地,例如,图1的摄像装置100适用于摄像部12031。应用了根据本公开的技术的摄像部12031能够获得容易读取的拍摄图像,从而减轻驾驶员的疲劳。
注意,上述实施例是用于实现本技术的示例,并且实施例中的事项与在权利要求的范围内定义本发明的事项具有对应关系。以类似的方式,在权利要求的范围内定义本发明的事项与本技术的实施例中由相同名称表示的事项具有对应关系。然而,本技术不限于上述实施例,并且在不脱离本技术的主旨的情况下,能够对实施例进行各种变形。
注意,本技术也能够采用以下构造。
(1)
一种固态摄像元件,其包括:
开口像素,其分别被构造为检测入射光量的变化量是否超过预定阈值,并且输出表示检测结果的检测信号;和
遮光像素,其分别被构造为基于在所述开口像素中产生的噪声量来输出校正信号。
(2)
根据(1)所述的固态摄像元件,
其中,所述开口像素和所述遮光像素被布置在预定平面上。
(3)
根据(1)所述的固态摄像元件,
其中,所述开口像素布置在彼此面对的一对平面中的一个平面上,并且,
所述遮光像素布置在所述一对平面中的另一个平面上。
(4)
根据(3)所述的固态摄像元件,
其中,所述遮光像素和所述开口像素一对一地布置。
(5)
根据(3)所述的固态摄像元件,
其中,在所述一对平面中的另一个平面上,布置有多个遮光像素块,每个遮光像素块均包括预定数量的所述遮光像素,并且
所述多个遮光像素块以一定间隔彼此隔开布置。
(6)
根据(3)所述的固态摄像元件,
其中,所述遮光像素不规则地布置。
(7)
根据(1)至(8)中任一项所述的固态摄像元件,还包括:
信号处理部,其被构造为根据所述校正信号来执行从基于所述光量的像素信号中去除所述噪声的校正处理,
其中,所述开口像素分别还输出所述像素信号。
(8)
根据(1)至(7)中任一项所述的固态摄像元件,
其中,所述遮光像素分别包括:
光电转换元件;
电流-电压转换部,其被构造为将在所述光电转换元件中产生的暗电流转换为电压信号;
量化器,其被构造为检测所述电压信号的变化量是否超过所述阈值;和
像素信号生成部,其被构造为基于所述光量生成像素信号作为所述校正信号。
(9)
根据(8)所述的固态摄像元件,
其中,所述电流-电压转换部通过多级回路电路将所述暗电流转换为所述电压信号。
(10)
根据(8)所述的固态摄像元件,
其中,所述光电转换元件和所述像素信号生成部的一部分设置在预定的光接收芯片上,并且
所述像素信号生成部的其余部分、所述电流-电压转换部和所述量化器设置在预定的电路芯片上。
(11)
根据(8)所述的固态摄像元件,
其中,所述光电转换元件、所述像素信号生成部的一部分和所述电流-电压转换部的一部分设置在预定的光接收芯片上,并且
所述像素信号生成部的其余部分、所述电流-电压转换部的其余部分和所述量化器设置在预定的电路芯片上。
(12)
根据(8)所述的固态摄像元件,
其中,所述光电转换元件、所述像素信号生成部和所述电流-电压转换部的一部分设置在预定的光接收芯片上,并且,
所述电流-电压转换部的其余部分和所述量化器设置在预定的电路芯片上。
(13)
根据(8)至(12)中任一项所述的固态摄像元件,
其中,所述遮光像素分别还包括选择器,所述选择器被构造为选择预定的测试信号或所述电压信号,并且将所选定的信号作为选择信号输出,并且
所述量化器检测所述选择信号的变化量是否超过所述阈值。
(14)
根据(1)所述的固态摄像元件,
其中,所述开口像素分别包括:
光电转换元件,其被构造为通过光电转换产生光电流;
电流-电压转换部,其被构造为将所述光电流和暗电流之间的差转换为电压信号;和
量化器,其被构造为检测所述电压信号的变化量是否超过所述阈值,并且
所述遮光像素分别将所述暗电流作为所述校正信号输出。
(15)
根据(1)所述的固态摄像元件,还包括:
阈值调整部,其被构造为基于所述校正信号来调整所述阈值。
(16)
一种摄像装置,其包括:
开口像素,其分别被构造为检测入射光量的变化量是否超过预定阈值,并且显示检测结果;
遮光像素,其分别被构造为基于在所述开口像素中产生的噪声量来输出校正信号;和
信号处理部,其被构造为对所述检测信号进行处理。
[附图标记列表]
100 摄像装置
110 摄像镜头
120 记录部
130 控制部
200 固态摄像元件
201 光接收芯片
202 电路芯片
211 驱动电路
213 仲裁器214 DAC
220 信号处理部
221,434 开关
222 校正处理部
223 校正值计算部
224 校正值保持部
225 设定值寄存器
226 阈值调整部
230 列ADC
231 ADC
300 像素阵列部
310 遮光像素块
320,341 像素信号生成部
321 复位晶体管
322 放大晶体管
323 选择晶体管
324 浮动扩散层
330 遮光部
331 传输晶体管
332 OFG晶体管
333,372 光电转换元件
340 开口像素块
342 光接收部
343,400 地址事件检测部
360 遮光像素
361,371 芯片上微透镜
362 遮光构件
370 开口像素
410,480 电流-电压转换部
411,413,414,415,417,418,481,482,484,485 N型晶体管
412 P型晶体管
416,483 电流源
420,471 缓冲器
430,472 减法器
431,433 电容器
432 反相器
440,473 量化器
441 比较器
450,474 传输部
460 选择器
12031 摄像部。
Claims (16)
1.一种固态摄像元件,其包括:
开口像素,其被构造为检测入射光量的变化量是否超过预定阈值,并且输出表示检测结果的检测信号;和
遮光像素,其被构造为基于在所述开口像素中产生的噪声量来输出校正信号。
2.根据权利要求1所述的固态摄像元件,
其中,所述开口像素和所述遮光像素被布置在预定平面上。
3.根据权利要求1所述的固态摄像元件,
其中,所述开口像素布置在彼此面对的一对平面中的一个平面上,并且,
所述遮光像素布置在所述一对平面中的另一个平面上。
4.根据权利要求3所述的固态摄像元件,
其中,所述遮光像素布置在每个所述开口像素。
5.根据权利要求3所述的固态摄像元件,
其中,在所述一对平面中的另一个平面上,布置有多个遮光像素块,每个遮光像素块均包括预定数量的所述遮光像素,并且
所述多个遮光像素块以一定间隔彼此隔开布置。
6.根据权利要求3所述的固态摄像元件,
其中,所述遮光像素被不规则地布置。
7.根据权利要求1所述的固态摄像元件,还包括:
信号处理部,其被构造为根据所述校正信号来执行从基于所述光量的像素信号中去除所述噪声的校正处理,
其中,所述开口像素还输出所述像素信号。
8.根据权利要求1所述的固态摄像元件,
其中,所述遮光像素包括:
光电转换元件;
电流-电压转换部,其被构造为将在所述光电转换元件中产生的暗电流转换为电压信号;
量化器,其被构造为检测所述电压信号的变化量是否超过所述阈值;和
像素信号生成部,其被构造为基于所述光量生成像素信号作为所述校正信号。
9.根据权利要求8所述的固态摄像元件,
其中,所述电流-电压转换部通过多级回路电路将所述暗电流转换为所述电压信号。
10.根据权利要求8所述的固态摄像元件,
其中,所述光电转换元件和所述像素信号生成部的一部分设置在预定的光接收芯片上,并且
所述像素信号生成部的其余部分、所述电流-电压转换部和所述量化器设置在预定的电路芯片上。
11.根据权利要求8所述的固态摄像元件,
其中,所述光电转换元件、所述像素信号生成部的一部分和所述电流-电压转换部的一部分设置在预定的光接收芯片上,并且
所述像素信号生成部的其余部分、所述电流-电压转换部的其余部分和所述量化器设置在预定的电路芯片上。
12.根据权利要求8所述的固态摄像元件,
其中,所述光电转换元件、所述电流-电压转换部的一部分、和所述像素信号生成部设置在预定的光接收芯片上,并且,
所述电流-电压转换部的其余部分和所述量化器设置在预定的电路芯片上。
13.根据权利要求8所述的固态摄像元件,
其中,所述遮光像素分别还包括选择器,所述选择器被构造为选择预定的测试信号和所述电压信号中的一者,并且将所选定的信号作为选择信号输出,并且
所述量化器检测所述选择信号的变化量是否超过所述阈值。
14.根据权利要求1所述的固态摄像元件,
其中,所述开口像素包括:
光电转换元件,其被构造为通过光电转换产生光电流;
电流-电压转换部,其被构造为将所述光电流和暗电流之间的差转换为电压信号;和
量化器,其被构造为检测所述电压信号的变化量是否超过所述阈值,并且
所述遮光像素将所述暗电流作为所述校正信号输出。
15.根据权利要求1所述的固态摄像元件,还包括:
阈值调整部,其被构造为基于所述校正信号来调整所述阈值。
16.一种摄像装置,其包括:
开口像素,其被构造为检测入射光量的变化量是否超过预定阈值,并且显示检测结果;
遮光像素,其被构造为基于在所述开口像素中产生的噪声量来输出校正信号;和
信号处理部,其被构造为对所述检测信号进行处理。
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