CN112740661A - 固体成像器件、固体成像器件的控制方法以及电子设备 - Google Patents

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Abstract

该固体成像器件设置有：以二维网格状布置的多个像素(20a)和控制单元(115)。所述像素包括：第一光接收元件(401a)，其输出与接收的光对应的第一光电流；第二光接收元件(401b)，其输出与接收的光对应的第二光电流；转换单元(300)，其将电流转换为电压；输出单元(320,330)，其基于通过所述转换单元的转换而获得的所述电压的变化来检测事件，并且输出表示检测的检测结果的检测信号；以及切换单元(113a)，其执行切换以在所述第一光电流和所述第二光电流之间切换将被所述转换单元转换为电压的所述电流。所述控制单元控制由所述切换单元执行的所述切换。

Description

固体成像器件、固体成像器件的控制方法以及电子设备
技术领域
本发明涉及固体成像器件，固体成像器件的控制方法以及电子设备。
背景技术
在使用互补金属氧化物半导体(CMOS)等的固体成像器件中，已经提出了其中针对各像素设置检测电路的异步固体成像器件，所述检测电路针对各像素地址实时检测表示由各像素中的光接收元件所接收的光量超过阈值的信号作为地址事件(address event)(例如，专利文献1)。如上所述，将检测各像素的地址事件的固体成像器件称为动态视觉传感器(dynamic vision sensor，DVS)。
引用文献列表
专利文献
专利文献1：日本专利申请特表2017-535999号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
使用诸如该DVS等异步固体成像器件，并且因此，与使用与诸如垂直同步信号等同步信号同步地拍摄图像数据的现有的同步固体成像器件的情况相比，能够执行更快的响应。因此，存在使用异步固体成像器件的更多种方法的需求。
本发明的目的是使得能够以更多方法使用检测地址事件的固体成像器件。
技术问题的解决方案
为了解决上述问题，根据本发明的一个方面的固体成像装置具有以二维网格状布置的多个像素以及控制单元，其中，所述像素包括：第一光接收元件，其输出与接收到的光相对应的第一光电流；第二光接收元件，其输出与接收到的光相对应的第二光电流；转换单元，其将电流转换成电压；输出单元，其基于由所述转换单元转换的电压的变化来检测事件，并且输出表示所述检测的检测结果的检测信号，以及切换单元，其执行切换以将被所述转换单元转换为电压的电流在所述第一光电流和所述第二光电流之间进行切换，并且所述控制单元控制由所述切换单元执行的所述切换。
附图说明
图1是示出了作为应用了根据实施方案的固体成像器件的电子设备的成像装置的示例的配置的示意图。
图2是示出了可适用于第一实施方案的固体成像器件的示例的配置的框图。
图3是示出了其中由具有两层结构的层叠型CIS形成根据第一实施方案的固体成像器件的示例的图。
图4是示出了可适用于第一实施方案的像素阵列单元的配置的示例的框图。
图5是示出了根据第一实施方案的光接收单元的示例的配置的图。
图6A是示出了包括具有不同灵敏度的多个光接收元件的像素的示例的图。
图6B是示出了包括具有不同灵敏度的多个光接收元件的像素的示例的图。
图7是示出了根据第一实施方案的像素阵列单元中的配线的示例的示意图。
图8是更详细示出了可适用于第一实施方案的地址事件检测单元的配置的图。
图9是用于说明可适用于第一实施方案的地址事件检测单元的操作的图。
图10是示出了在根据第一实施方案的电流-电压转换单元中使用的晶体管的Vg-Id特性的示例的图。
图11是示出了可适用于第一实施方案的电流-电压转换单元的输入和输出特性的示例的图。
图12A是用于说明根据第一实施方案的通过使用低灵敏度光接收元件和普通灵敏度光接收元件来检测地址事件的控制的图。
图12B是用于说明根据第一实施方案的通过使用低灵敏度光接收元件和普通灵敏度光接收元件来检测地址事件的控制的图。
图13是示出了根据第一实施方案的应用了限制器(l imiter)的电流-电压转换单元的配置的示例的图。
图14是示出了根据第一实施方案的电流-电压转换单元的输入和输出特性的示例的图。
图15是用于说明其中在根据第一实施方案的地址事件检测处理中使用的光接收元件之间无需进行切换的示例的图。
图16是用于说明其中在根据第一实施方案的地址事件检测处理中使用的光接收元件之间无需进行切换的示例的图。
图17是用于说明其中在根据第一实施方案的地址事件检测处理中使用的光接收元件之间需要进行切换的示例的图。
图18是用于说明其中在根据第一实施方案的地址事件检测处理中使用的光接收元件之间需要进行切换的示例的图。
图19是示出了在根据第一实施方案的变形例的像素阵列单元中的配线的示例的示意图。
图20是示出了根据第二实施方案的像素的示例的配置的图。
图21是示出了根据第二实施方案的光接收单元的驱动方法的示例的时序图。
图22A是示出了可适用于第二实施方案的光接收元件的配置的示例的图。
图22B是示出了可适用于第二实施方案的光接收元件的配置的示例的图。
图22C是示出了可适用于第二实施方案的光接收元件的配置的示例的图。
图23是示出了如下场景的示意图，在该场景中，光入射在设置有遮光图案的像素中的光接收元件上。
图24是示出了根据第三实施方案的固体成像器件的示例的配置的框图。
图25是示出了根据第三实施方案的像素阵列单元的示例的配置的框图。
图26是示出了根据第三实施方案的像素的示例的配置的图。
图27是示出了在根据第三实施方案的像素阵列单元中的配线的示例的示意图。
图28A是用于说明根据第三实施方案的光接收单元的控制的图。
图28B是用于说明根据第三实施方案的光接收单元的控制的图。
图29是示出了在根据第三实施方案的固体成像器件中的处理的示例的时序图。
图30是用于说明根据第三实施方案的基于电压差在低灵敏度PD和普通灵敏度PD之间切换的方法的图。
图31是用于说明根据第三实施方案的基于电压差在低灵敏度PD和普通灵敏度PD之间切换的方法的图。
图32是示出了根据第三实施方案的当像素所接收的光量增加时切换光电流Iph的操作的示例的流程图。
图33是示出了根据第三实施方案的当像素所接收的光量减少时切换光电流Iph的操作的示例的流程图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细说明本发明的实施方案。在以下的实施方式中，将使用相同的附图标记表示相同的部分，并且将省略重复的说明。
[实施方案]
(可适用于各实施方案的电子设备的配置示例)
图1是示出了作为应用了根据各实施方案的固体成像器件的电子设备的成像装置的示例的配置的示意图。在图1中，成像装置1包括光学系统10、固体成像器件11、存储单元12和控制单元13。光学系统10包括一个以上透镜以及诸如自动聚焦机构和光圈机构等各种机构，并且将来自被摄体的光引导至固体成像器件11的光接收表面。
固体成像器件11包括像素和驱动像素的驱动电路，所述像素分别包括多个通过光电转换将入射光线转换成电信号并输出电信号的光接收元件的像素。固体成像器件11还包括对从像素输出的信号执行预定的信号处理并将该信号作为输出数据输出的信号处理单元。
存储单元12将从固体成像器件11输出的输出数据存储在存储介质中。可以使用诸如闪存或硬盘驱动器等非易失性存储介质作为存储单元12。本发明不限于此，并且可以使用诸如动态随机存取存储器(DRAM)等易失性存储介质作为存储介质。
控制单元13控制固体成像器件11，以使固体成像器件11执行输出上述输出数据的成像操作。
[第一实施方案]
将说明第一实施方案。图2是示出了适用于第一实施方案的与上述固体成像器件11相对应的固体成像器件11a的示例的配置的框图。如图2所示，固体成像器件11a包括像素阵列单元110a、列仲裁器111、行仲裁器112、驱动电路113a、信号处理单元114a和控制单元115。
在像素阵列单元110a中，多个像素以二维网格状布置。在下文中，将图2的水平方向上的阵列称为“行”，并且将在垂直于行方向上的阵列称为“列”。
像素阵列单元110a中包含的各像素包括：多个光接收元件，其输出与所接收的光线相对应的光电流，和地址事件检测单元，其基于从多个光接收元件输出的光电流的变化量来检测地址事件。各像素根据地址事件的出现向列仲裁器111和行仲裁器112输出请求。
列仲裁器111和行仲裁器112根据从包括在像素阵列单元110a中的各像素输出的请求彼此协作地执行仲裁，并且选择来自特定像素输出的事件检测信号。在图2的示例中，从列仲裁器111输出被选择的事件检测信号。列仲裁器111和行仲裁器112输出用于指定输出被选择的事件检测信号的像素的地址信息和该事件检测信号。
驱动电路113a驱动各像素以使各像素执行地址事件检测。在图2的示例中，驱动电路113a以行为单位驱动包含在像素阵列单元110a中的像素。然而，现实中，包括在像素阵列单元110a中的像素在列方向和行方向上被驱动，并且因此，可以针对各像素执行地址事件检测操作。
从列仲裁器111输出的事件检测信号和地址信息被提供给信号处理单元114a。信号处理单元114a基于事件检测信号和地址信息执行诸如图像识别处理等信号处理。信号处理单元114a将表示处理结果的事件检测数据作为输出数据输出，并且将输出数据提供给存储单元120。
例如，参照图2所述的固体成像器件11a可以形成为通过层叠多个半导体芯片而形成的层叠型接触式图像传感器(CIS)。作为示例，固体成像器件11a可以形成为其中半导体芯片层叠成两层的两层结构。
图3是示出了其中由具有两层结构的层叠型CIS形成根据第一实施方案的固体成像器件11a的示例的图。在图3的结构中，在第一层半导体芯片上形成有包括例如光接收元件的光接收芯片201，并且在第二层半导体芯片上形成有包括基于从光接收元件输出的光电流来检测地址事件的地址事件检测单元的检测芯片202。如图3的右侧所示，通过在接合第一层半导体芯片和第二层半导体芯片的同时使它们彼此电接触，将固体成像器件11a形成为一个传感器。
图4是示出了适用于第一实施方案的像素阵列单元110a的示例的配置的框图。如图4的上侧所示，像素阵列单元110a包括以二维网格状布置的多个像素20a。如图4的下侧所示，各像素20a包括地址事件检测单元30和光接收单元40a。
光接收单元40a包括多个光接收元件。多个光接收元件中的各者对入射光进行光电转换，并且产生光电流。光接收单元40a在驱动电路113a的控制下，将从多个光接收元件中选择的光接收元件产生的光电流提供给地址事件检测单元30。
地址事件检测单元30判定从光接收单元40a提供的光电流的变化量是否超过阈值，并且基于判定结果来检测地址事件是否存在。地址事件包括例如表示光电流的变化量超过ON阈值的上升事件(up event)和表示变化量小于OFF阈值的下降事件(down event)。表示地址事件检测的事件检测信号例如包括表示上升事件的检测结果的1位和表示下降事件的检测结果的1位。地址事件检测单元30还可以仅检测上升事件。
当检测到地址事件的发生时，地址事件检测单元30请求列仲裁器111和行仲裁器112发送表示地址事件的发生的事件检测信号。当从列仲裁器111和行仲裁器112接收到对该请求的响应时，地址事件检测单元30经由列仲裁器111将地址检测信号提供给信号处理单元114a。
图5是示出了根据第一实施方案的光接收单元40a的示例的配置的图。在图5中，光接收单元40a包括两个例如是光电二极管(PD)的光接收元件401a和401b。
在光接收元件401a中，阴极接地，并且阳极连接至作为N型MOS晶体管的晶体管400a的源极。晶体管400a的漏极连接至地址事件检测单元30。信号OFG1被提供至晶体管400a的栅极。当信号OFG1处于高状态时，晶体管400a被导通，并且当信号OFG1处于低状态时，晶体管400a被截止。当晶体管400a处于导通状态时，从光接收元件401a输出的光电流Iph1被提供至地址事件检测单元30。
类似地，在光接收元件401b中，阴极接地，并且阳极连接至作为N型MOS晶体管的晶体管400b的源极。晶体管400b的漏极与上述晶体管400a的漏极一样连接至地址事件检测单元30。信号OFG2被提供至晶体管400b的栅极。当信号OFG2处于高状态时，晶体管400b被导通，并且当信号OFG2处于低状态时，晶体管400b被截止。当晶体管400b处于导通状态时，从光接收元件401b输出的光电流Iph2被提供给地址事件检测单元30。
这里，在第一实施方案中，光接收元件401a具有比光接收元件401b低的灵敏度。即，当具有相同光量的光线入射在光接收元件401a和光接收元件401b上时，从光接收元件401a输出的光电流Iph1的电流值小于从光接收元件401b输出的光电流Iph2的电流值(Iph1<Iph2)。
图6A和图6B是示出了包括具有不同灵敏度的光接收元件401a和401b的像素20a的示例的图。在图6A和图6B中，光接收元件401a和401b也分别被称为PD1和PD2。
图6A是其中通过将光接收元件401a和401b的光接收单元设置为具有不同的面积来产生灵敏度差异的示例。在图6A的示例中，光接收元件401a的光接收单元的面积小于光接收元件401b的光接收单元的面积。在这种情况下，当具有相同光量的光线入射在光接收元件401a和401b上时，与在光接收元件401a中相比，在光接收元件401a中进行的光电转换更少。因此，光接收元件401a的光灵敏度低于光接收元件401b的光灵敏度。
图6B示出了其中光接收元件401a和401b具有相同的构造，并且光接收单元的面积相同，但光接收元件401a的光接收单元的一部分(在图6B的示例中是一半)被掩模等遮蔽的示例。在这种情况下，施加至光接收元件401a的光将入射在开口区域A中的光接收单元上，但不会入射在遮光区域B中的光接收单元上。因此，通过将光接收元件401a和401b的光接收单元设置为具有实质上不同的面积，与图6A的示例相同地，光接收元件401a的光灵敏度低于光接收元件401b的光灵敏度。
图7是示出了根据第一实施方案的像素阵列单元110a中的配线的示例的示意图。驱动电路113a在控制单元115的控制下产生信号OFG1和OFG2，并且将所产生的信号OFG1和OFG2提供给各个像素20a。在图7的示例中，驱动电路113a针对在像素阵列单元110a中以二维网格状布置的各像素20a为各行生成信号OFG1和OFG2。
像素20a以行为单位连接至行仲裁器112以便发送请求和接收响应。同时，像素20a以列为单位连接至列仲裁器111以便发送请求和接收响应，并且提供表示事件检测的事件检测信号和地址信息。
例如，列仲裁器111将从像素20a提供的事件检测信号和地址信息提供给控制单元115。控制单元115基于从列仲裁器111提供的事件检测信号和地址信息指定其中信号OFG1和OFG2的高状态和低状态需要进行切换的行。控制单元115向驱动电路113a提供用于在指定行中切换信号OFG1和OFG2的高状态和低状态的指令。驱动电路113a根据该指令切换所述行中的信号OFG1和OFG2的高状态和低状态。
尽管在图7的示例中，以被包括在像素阵列单元110a中的像素20a的行为单位提供信号OFG1和OFG2，但是本发明不限于此。例如，可以集体地向被包括在像素阵列单元110a中的所有像素20a提供信号OFG1和OFG2，或者可以将像素阵列单元110a划分为包括预定数量的像素20a的多个块并且可以以块为单位提供信号OFG1和OFG2。
图8是更详细地示出了适用于第一实施方案的地址事件检测单元30的配置的图。在图8中，地址事件检测单元30包括电流-电压转换单元300、缓冲放大器310、减法单元320和量化器330。
电流-电压转换单元300包括作为N型MOS晶体管的晶体管301和303以及作为P型MOS晶体管的晶体管302。这里，假定光接收元件401a是光电二极管。在图8中，为了便于说明，仅示出了光接收单元40a中包括的光接收元件401a和401b中的光接收元件401a，而未示出晶体管400a。
N型晶体管301的源极连接至光接收元件401a，并且漏极连接至电源端子。P型晶体管302和N型晶体管303在电源端子和接地端子之间串联连接。晶体管302的漏极和晶体管303的漏极之间的连接点被连接至晶体管301的栅极和缓冲放大器310的输入端子。晶体管302的栅极施加预定的偏置电压Vbs。
N型晶体管301和303的漏极连接至电源侧，并且各自形成源极跟随器。从光接收元件401a输出的光电流被以回路形式连接的这两个源极跟随器转换成对数电压信号。晶体管302向晶体管303提供恒定电流。
通过电流-电压转换单元300将从光接收元件401a输出的光电流转换为电压而获得的电压信号经由缓冲放大器被提供给减法单元320。减法单元320包括具有电容量C1的电容器321和具有电容量C2的电容器322、切换单元323和反相器324。
电容器321的一端连接至缓冲放大器的输出端，并且另一端连接至反相器324的输入端。电容器322与反相器324并行连接。切换单元323根据行驱动信号将连接电容器322的两端的路径在ON(接通)状态和OFF(断开)状态之间进行切换。反相器324使经由电容器321输入的电压信号反相。反相器324将反相的信号提供给量化器330。
当切换单元323处于ON状态时，作为缓冲放大器的输出信号的电压信号Vinit输入至电容器321的靠近缓冲放大器的一侧，并且电容器321的靠近反相器324的一侧用作虚拟接地端子。为了便于说明，将该虚拟接地端子的电位设置为零。此时，基于电容器321的电容C1，累积在电容器321中的电荷Qinit由以下方程式(1)表示。同时，由于电容器322的两端被切换单元323短路，因此累积电荷变为零。
Qinit＝C1×Vinit...(1)
接着，假定切换单元323处于断开状态并且电容器321的靠近缓冲放大器的一侧的电压变为Vafter。在这种情况下，累积在电容器321中的电荷Qafter由以下方程式(2)表示。
Qafter＝C1×Vafter...(2)
同时，当变相器324的输出电压是Vout时，累积在电容器322中的电荷Q2由以下方程式(3)表示。
Q2＝-C2×Vout...(3)
此时，由于电容器321和322的总电荷量没有变化，因此建立了以下方程式(4)的关系。
Qinit＝Qafter+Q2...(4)
当将方程式(1)至(3)代入方程式(4)并且转换方程式(4)时，获得以下方程式(5)。
Vout＝-(C1/C2)×(Vafter-Vinit)...(5)
方程式(5)表示电压信号的减法运算，并且该减法结果的增益是电容器321和322的电容比率C1/C2。通常，由于期望使增益最大化，优选地，设计电容器使得电容器321的电容C1大而电容器322的电容C2小。同时，当电容器322的电容C2太小时，kTC噪声可能增加，并且因此，存在噪声特性恶化的担忧。因此，将电容器322的电容C2的减小限制在噪声可以允许的范围内。由于在各像素20上安装有包括减法单元320的地址事件检测单元30，因此电容器321和322的电容量C1和C2在面积上受到限制。将考虑这些限制来确定电容器321和322的电容量C1和C2的值。
量化器330通过使用ON阈值和OFF阈值这两个阈值来检测上升事件、下降事件和无事件检出三种状态。因此，量化器330被称为1.5位量化器。
(适用于实施方案的事件检测处理)
图9是用于说明图8所示的地址事件检测单元30的操作的图。在图9的上图和下图中，横轴表示时间，纵轴表示电压。图9的上图示出了电流-电压转换单元300的输出电压Vp的示例。图9的下图示出了作为与上侧的输出电压Vp的变化相对应的减法单元320的输出电压的电压Vdiff的状态。电压Vdiff对应于方程式(5)中的电压Vout。
在图9的下侧，OFF阈值和ON阈值分别是用于检测下降事件和上升事件的电压Vdiff的阈值。当电压Vdiff在正方向上超过OFF阈值时，检测到上升事件，并且当电压Vdiff在负方向上超过ON阈值时，检测到下降事件。当电压Vdiff小于OFF阈值并且超过ON阈值时，则不会检测到事件。
从电流-电压转换单元300输出的输出电压Vp经由缓冲放大器输入至减法单元320。例如，首先，将说明由光接收元件401a接收的光量增大并且从电流-电压转换单元300输出的输出电压Vp增大的情况。
为了便于说明，在图9中，假定时间点t0紧接在减法单元320中切换单元323从ON状态被切换到OFF状态之后。即，当切换单元323处于ON状态时，电容器322的两端被短路，并且电容器322被复位。当电容器322被复位时，减法单元320的输出的电压Vdiff被设置为复位电平。在减法单元320输出的电压Vdiff被设置为复位电平之后，行驱动电路110立即将切换单元323切换为OFF状态。
假定输出电压Vp从时间点t0开始增大，并且在时间点t1处，作为输出电压Vp的与在时间点t0处的输出电压Vp的差值的电压Vdiff在负方向上超过ON阈值。在这种情况下，从量化器330输出指示上升事件检测的事件检测信号。这时，行驱动电路110根据该事件检测信号将切换单元323切换到ON状态，并且将减法单元320的输出设置为复位电平。在减法单元320的输出被设置为复位电平之后，行驱动电路110立即将切换单元323切换为OFF状态。
接下来，将说明由光接收元件401a接收的光量减少并且从电流-电压转换单元300输出的输出电压Vp减少的情况。在图9上侧的示例中，在时间点t2处输出电压Vp从增大变为减小，并且在时间点t3处，时间点t3处的输出电压Vp与在紧接时间点t3之前判定超过阈值(在这种情况下，为ON阈值)时的输出电压Vp之间的差值在正方向上超过OFF阈值。因此，从量化器330输出指示下降事件检测的事件检测信号。此时，行驱动电路110根据该事件检测信号将切换单元323切换为ON状态，并且减法单元320的输出被设置为复位电平。在减法单元320的输出被设置为复位电平之后，行驱动电路110立即将切换单元323切换为OFF状态。
地址事件检测单元30能够通过如上所述地将电流-电压转换单元300的输出电压Vp的差值与ON阈值和OFF阈值进行比较，从而输出与光接收元件401a接收的光量的变化相对应的事件检测信号。
图9上侧的电压Vp'是通过根据图9的下侧，即，量化器330的输出重写电流-电压转换单元300的输出电压Vp的变化而获得的。换言之，根据基于电压Vp'和电压Vdiff的变化并且使用ON阈值和OFF阈值的判定结果，量化器330针对ON阈值和OFF阈值的各者检测电压Vp'的变化的上升和下降。
(第一实施方案的更详细说明)
接下来，将更详细地说明根据第一实施方案的固体成像器件11a的操作。图10是示出了作为在根据第一实施方案的电流-电压转换单元300(参照图8)中使用的N型MOS晶体管的晶体管301的Vg-Id特性的示例的图。在图10中，横轴表示栅极电压Vg，并且纵轴表示以对数表示法表示的漏极电流Id(ln)。
如图10所示，随着栅极电压Vg增大，晶体管301的Vg-Id特性从OFF区域偏移到亚阈值区域，并且进一步从亚阈值区域偏移到饱和区域。OFF区域是其中漏极电流Id随着栅极电压Vg增大而大致恒定的区域。亚阈值区域是其中漏极电流Id随着栅极电压Vg的增大而对数地增大的区域。饱和区域是其中漏极电流Id随着栅极电压Vg增大而基本上线性地增大的区域。
电流-电压转换单元300通过利用亚阈值区域的特性的对数转换将从光接收元件401a输出的光电流Iph转换为电压，并且获得输出电压Vp。因此，与亚阈值区域中的栅极电压Vg的范围相对应的范围420是从光接收元件401a输出的光电流Iph的检测范围。如上所述，地址事件检测单元30中的光检测范围(动态范围)被限制为执行电流-电压转换的晶体管的亚阈值区域的电流范围。
图11是示出了可适用于第一实施方案的电流-电压转换单元300的输入和输出特性的示例的图。横轴表示以对数表示法表示的从光接收元件401a或401b输出的光电流Iph，并且纵轴表示电流-电压转换单元300的输出电压Vp。图11对应于其中图10的曲线图的纵轴和横轴被交换的图。
在图11中，特性线PD1和PD2分别示出了参照图10说明的低灵敏度光接收元件401a的特性示例和普通灵敏度光接收元件401b的特性示例。在图11中，暗电流电平是通过将在光接收元件401a和401b中产生的暗电流转换成电压而获得的电压电平。如特性线PD1和PD2所示，暗电流电平变为电流-电压转换单元300的输出电压Vp的下限值。
如上所述，当具有与普通灵敏度光接收元件401b相同的光量的光入射在低灵敏度光接收元件401a上时，输出的光电流Iph1的电流值小于从光接收元件401b输出的光电流Iph2的电流值。即，即使大量的光入射在低灵敏度光接收元件401a上，将输出的光电流Iph1也是少的。因此，光接收元件401a的特征线PD1相对于光接收元件401b的特征线PD2在光电流Iph较大的方向上偏移(图11的右方)。
换言之，在晶体管301的Id-Vg特性中，与从亚阈值区域偏移到饱和区域的位于饱和点处的电压相对应的使用光接收元件401a的光电流Iph1的电流值a相对于使用光接收元件401b的光电流Iph2的电流值b在光电流大的方向上偏移。在第一实施方案中，通过结合使用低灵敏度光接收元件401a和普通灵敏度光接收元件401b来执行用于地址事件检测的光检测。因此，如图11所示，能够将仅使用普通灵敏度的光接收元件401b的光检测范围420b扩展到包括使用低灵敏度的光接收元件401a的光检测范围的光检测范围420a。
图12A和图12B是用于说明通过使用根据第一实施方案的低灵敏度光接收元件401a和普通灵敏度光接收元件401b来检测地址事件的控制的图。
图12A示出了其中地址事件检测单元30基于从光接收元件401a输出的光电流Iph1来检测地址事件的示例。如图12A所述，将提供给晶体管400a的栅极的信号OFG1设置为高状态，并且将提供给晶体管400b的栅极的信号OFG2设置为低状态。因此，晶体管400a被导通，晶体管400b被截止，并且从光接收元件401a输出的光电流Iph1和从光接收元件401b输出的光电流Iph2之中的光电流Iph1通过晶体管400a被提供给地址事件检测单元30。
图12B示出了其中地址事件检测单元30基于从光接收元件401b输出的光电流Iph2来检测地址事件的示例。如图12B所示，将提供给晶体管400a的栅极的信号OFG1设置为低状态，并且将提供给晶体管400b的栅极的信号OFG2设置为高状态。因此，晶体管400a被截止，晶体管400b被导通，并且从光接收元件401a输出的光电流Iph1和从光接收元件401b输出的光电流Iph2之中的光电流Iph2通过晶体管400b被提供给地址事件检测单元30。
如上所述，地址事件检测单元30基于根据信号OFG1和OFG2选择的光电流Iph1和Iph2的光电流Iphdet来输出事件检测信号。
接下来，将说明根据第一实施方案的选择由地址事件检测单元30使用的光电流Iphdet的过程，以便从光接收元件401a输出的光电流Iph1和从光接收元件401b输出的光电流Iph2中检测地址事件。
在第一实施方案中，基于光电流Iph1和Iph2通过使用限制器限制电流-电压转换单元300的输出电压Vp来选择光电流Iphdet。
图13是示出了根据第一实施方案的应用了限制器的电流-电压转换单元300a的配置示例的图。在图13中，省略了示出在图8的地址事件检测单元30中的缓冲放大器310、减法单元320和量化器330。
在图13中，根据第一实施方案的电流-电压转换单元300a具有以下配置：其中在图8的电流-电压转换单元300中添加了作为P型MOS晶体管的晶体管304作为限制器。更具体地，晶体管304的源极连接至电流-电压转换单元300a的事件检测信号的输出路径(即，晶体管302和303的漏极与晶体管301的栅极之间的连接点)并且晶体管304的漏极接地。
在这种结构中，向晶体管304的栅极提供预定限制电压Lt，并且因此，从电流-电压转换单元300a输出的事件检测信号的电压值的上限可以被限制为与限制电压Lt相对应的电压。在下面的说明中，假定从电流-电压转换单元300a输出的事件检测信号的电压值的上限被限制为限制电压Lt。
图14是示出了根据第一实施方案的电流-电压转换单元300a的输入和输出特性的示例的图。与图11类似，横轴表示以对数表示法表示的从光接收元件401a或401b输出的光电流Iph，并且纵轴表示电流-电压转换单元300的输出电压Vp。如图14所示，电流-电压转换单元300a的输入和输出特性是通过由限制电压Lt限制图11的电流-电压转换单元300的输入和输出特性中的输出电压Vp而获得的特性。
即，如图14中的特征线403a所示，基于低灵敏度光接收元件401a的光电流Iph1的输出电压Vp在与晶体管301的Id-Vg特性中的在从亚阈值区域偏移到饱和区域的饱和点处的电压相对应的使用接收元件401a的光电流Iph1的电流值a处被限制为限制电压Lt。类似地，基于具有普通灵敏度的光接收元件401b的光电流Iph2的输出电压Vp也在与饱和点处的电压相对应的光接收元件401b的光电流Iph2的电流值b处被限制为限制电压Lt。
在根据第一实施方案的固体成像器件11a中，用于地址事件检测的光电流Iphdet通过使用地址事件检测处理的机制在从低灵敏度光接收元件401a输出的光电流Iph1和从普通灵敏度光接收元件401b输出的光电流Iph2之间切换。将参照图15至图18说明根据第一实施方案的切换过程。这里，假定信号OFG1的初始状态为高状态并且向地址事件检测单元30a提供从低灵敏度光接收元件401a输出的光电流Iph1。
首先，将参照图15和图16说明其中在地址事件检测处理中使用的光接收元件之间无需进行切换的示例。图15是示出了从低灵敏度光接收元件401a输出的光电流Iph1的变化的示例的图。在图15的示例中，光电流Iph1的变化的两端没有达到由暗电流水平和限制电压Lt限定的检测范围的两端。
图16是示出了固体成像器件11a中的与图15的光电流Iph1的变化相对应的过程的示例的时序图。在图16中，图表(a1)示出了从低灵敏度光接收元件401a(低灵敏度PD)输出的光电流Iph1的变化的示例。此时，光电流Iph2也从普通灵敏度光接收元件401b(普通灵敏度PD)输出，并且图16的图表(b1)中示出了光电流Iph2的变化的示例。
这些图表(a1)和(b1)相对地示出了光电流Iph1和Iph2的变化。由低灵敏度PD接收到的光量和由普通灵敏度PD接收到的光量的相对变化彼此相对应，并且在低灵敏度PD的光电流Iph1中的变化和在普通灵敏度PD的光电流Iph2中的变化如图表(a1)和(b1)所示相对地相等。同时，光电流Iph1和光电流Iph2在同一时刻的绝对值不同，并且例如，光电流Iph2的绝对值大于光电流Iph1的绝对值。
在图16中，图表(e1)示出了从地址事件检测单元30a输出的事件检测信号的示例。在该示例中，在时间点t10、t11和t12输出与图表(a1)所示的低灵敏度PD的光电流Iph1的变化相对应的事件检测信号。图表(c1)和图表(d1)分别示出了行仲裁器112和列仲裁器111中针对从包括低灵敏度PD和普通灵敏度PD的像素20a输出的事件检测信号的仲裁的示例。在高状态下选择图表(e1)中所示的事件检测信号。
在图16中，图表(f1)和(g1)分别示出了信号OFG1和OFG2的状态。初始，信号OFG1处于高状态，信号OFG2处于低状态，并且向地址事件检测单元30提供从图表(a1)所示的低灵敏度PD输出的光电流Iph1。
这里，例如，假定在从时间点t12到时间点t13的时间段内，低灵敏度PD中的光电流Iph1的变化量超过预定量。例如，控制单元115从列仲裁器111获取事件检测信号，并且基于获取的事件检测信号来预测低灵敏度PD中的光电流Iph1以及光电流Iph1的变化量。当光电流Iph1的预测变化量超过预定量时，控制单元115将信号OFG1切换为低状态并且将信号OFG2切换为高状态(时间点t13)。从而，将普通灵敏度PD的光电流Iph2提供给地址事件检测单元30。
在这种情况下，地址事件检测单元30把通过将紧接着信号OFG1和OFG2在时间点t13处被切换之前的低灵敏度PD的光电流Iph1与在信号OFG1和OFG2在时间点t13处被切换的状态下的普通灵敏度PD的光电流Iph2进行比较而获得的结果作为光电流Iph的变化量。当变化量在正方向上超过OFF阈值时地址事件检测单元30检测到下降事件，并且当变化量在负方向上超过ON阈值时地址事件检测单元30检测到上升事件(参照图9)。
在图16的示例中，当变化量在正方向上超过OFF阈值时，地址事件检测单元30检测到上升事件，并且输出事件检测信号(时间点t14)。列仲裁器111和行仲裁器112在时间点t14选择事件检测信号。当从列仲裁器111获得事件检测信号时，控制单元115将信号OFG1返回到高状态(时间点t15)，并且将信号OFG2返回到低状态(时间点t16)。然后，地址事件检测单元30通过连续使用在初始状态中选择的低灵敏度PD来检测地址事件(例如，时间点t17)。
接下来，将参照图17和图18说明其中在地址事件检测处理中使用的光接收元件之间需要进行切换的示例。图17是与图15相对应的图并且示出了从低灵敏度光接收元件401a输出的光电流Iph1的变化的例子。在图17的示例中，光电流Iph1的变化的下端达到暗电流水平。在这种情况下，引起光电流Iph1的变化的光量的变化量可以大于由光电流Iph1的变化量所表示的光量的变化量。
图18是示出了固体成像器件11a的与图17的光电流Iph1的变化相对应的过程的示例的时序图。由于图18中的图表(a2)至(g2)与图16的图表(a1)至(g1)的含义相同，因此这里将省略其说明。如在图16的情况下，在图18的示例中，如图表(e2)所示，在时间点t20、t21和t22处输出与低灵敏度PD的光电流Iph1的变化相对应的事件检测信号。
在图18中，如表(f2)和(g2)所示，初始地，信号OFG1处于高状态，信号OFG2处于低状态，并且向地址事件检测单元30提供从图表(a2)所示的低灵敏度PD输出的光电流Iph1。
这里，例如，假定在从时间点t22到时间点t23的时间段内，低灵敏度PD中的光电流Iphl的变化量超过预定量。例如，与图16的图示相同地，控制单元115基于从列仲裁器111获取的事件检测信号来预测低灵敏度PD中的光电流Iph1和光电流Iph1的变化量。当光电流Iph1的预测变化量超过预定量时，控制单元115将信号OFG1切换为低状态并且将信号OFG2切换为高状态(时间点t23)。从而，将普通灵敏度PD的光电流Iph2提供给地址事件检测单元30。
在图18的示例中，地址事件检测单元30进行如下检测：当变化量未超过ON阈值和OFF阈值的预定量时，未检测到事件，并且如图18中用虚线包围的范围所示，不输出事件检测信号。因此，从地址事件检测的目标中排除了低灵敏度PD，并且普通灵敏度PD是地址事件检测的目标。在图18的示例中，地址事件检测单元30基于图18的图表(b2)所示的普通灵敏度PD的光电流Iph2来执行地址事件检测，当在时间点t24处变化量在正方向上超过OFF阈值时检测到下降事件并且输出事件检测信号。
列仲裁器111和行仲裁器112选择时间点t24处的事件检测信号。即使从列仲裁器111获得了该事件检测信号，控制单元115仍保持信号OFG1的低状态和信号OFG2的高状态，并且通过使用在时间点t23从低灵敏度PD切换的普通灵敏度PD来执行地址事件检测。
如上所述，在第一实施方案中，通过使用用于检测地址事件的配置能够执行用于地址事件检测的光电流Iphdet在从低灵敏度PD(光接收元件401a)输出的光电流Iph1与从普通灵敏度PD(光接收元件401b)输出的光电流Iph2之间的切换的控制。
(第一实施方案的变形例)
接下来，将说明第一实施方案的变形例。在第一实施方案中，以包括在像素阵列单元110a中的像素20a的行为单位提供信号OFG1和OFG2。因此，在各像素20a中不能维持信号OFG1和OFG2的选择状态。在第一实施方案的变形例中，能够针对各像素20a维持信号OFG1和OFG2的选择状态。
图19是示出了根据第一实施方案的变形例的像素阵列单元110b中的配线的示例的示意图。在图19中，在像素阵列单元110b中，像素20a以二维网格状布置，并且开关21的端子Tm1和Tm2连接至各个像素20a。参照图5，例如，开关21的端子Tm1连接至包括在像素20a中的光接收单元40a的晶体管400a的栅极，并且端子Tm2连接至光接收单元40a的晶体管400b的栅极。
驱动电路113b在控制单元115的控制下以行为单位产生信号OFG，并且经由连接至各个像素20a的开关21的共用端子Tc将产生的信号OFG提供给各个像素20a。开关21根据从驱动电路113b提供的选择信号SL来选择端子Tm1和Tm2中的任意一个。驱动电路113b在控制单元115的控制下产生与各个像素20a相对应的各个选择信号SL，并且针对各行将选择信号提供至连接至各个像素20a的开关21。图19示出了提供多个选择信号SL作为选择信号SL。
在上述配置中，各个开关21中与特定选择信号SL相对应的端子Tm1和Tm2的选择状态得以保持，直到提供下一个选择信号SL为止。因此，在各个像素20a中，可以维持使用低灵敏度光接收元件401a的光电流Iph1和使用普通灵敏度光接收元件401b的光电流Iph2的选择状态。
虽然在图19的示例中已经说明开关21设置在像素20a的外部，但是本发明不限于此，并且可以在像素20a的内部设置开关21。尽管已经说明向各个像素20a提供选择信号SL，但是本发明不限于此。例如，可以对应于各个像素20a设置根据特定的位串在开关21的端子Tm1和Tm2之间进行切换的逻辑电路。这样，能够减少用于提供选择信号SL的信号线的数量。尽管已经说明了一个开关21连接至一个像素20a，但是本发明不限于该示例，并且一个开关21可以被多个像素20a共用。
[第二实施方式]
接下来，将说明第二实施方案。在第一实施方案中，在一个像素中布置有具有不同灵敏度的多个光接收元件。相反，在第二实施方案中，在一个像素中布置有具有基本相同的灵敏度的多个光接收元件。
图20是示出了根据第二实施方案的像素20b的示例的配置的图。在图20中，像素20b包括光接收单元40b和电流-电压转换单元300。电流-电压转换单元300具有与参照图8所述的电流-电压转换单元300相同的配置，并且这里将省略其说明。可以将参照图13所述的限制器(晶体管304)添加至图20的电流-电压转换单元300。
在图20中，光接收单元40b包括具有灵敏度基本相同的光接收元件401c和401d。类似于图5的配置，在光接收元件401c中，阴极接地，并且阳极连接至作为N型MOS晶体管的晶体管400a的源极。晶体管400a的漏极连接至电流-电压转换单元300的晶体管301的源极与晶体管303的栅极连接的连接点。信号OFG1被提供至晶体管400a的栅极。
类似地，在光接收元件401d中，阴极接地，并且阳极连接到作为N型MOS晶体管的晶体管400b的源极。晶体管400b的漏极连接至如下连接点：在该连接点处，电流-电压转换单元300的晶体管301的源极和晶体管303的栅极共同地与晶体管400a的漏极连接。信号OFG2被提供至晶体管400b的栅极。
图21是示出了根据第二实施方案的光接收单元40b的驱动方法的示例的时序图。在图21中，图表(h)和图表(i)分别示出了信号OFG1和OFG2的状态，并且图表(j)示出了从电流-电压转换单元300输出的输出电压Vp。
在第二实施方案中，信号OFG1的高状态和低状态以及信号OFG2的高状态和低状态以时分方式交替地切换，如图21所示。例如，控制单元115与该切换时序同步地获取从电流-电压转换单元300输出的输出电压Vp，将信号OFG1处于高状态时的输出电压Vp1与信号OFG2处于高状态时的输出电压Vp2进行比较，并且获得输出电压Vp1和Vp2之间的差值406。该处理对应于获得从光接收元件401c输出的光电流Iph1与从光接收元件401d输出的光电流Iph2之间的差值的处理。控制单元115将该差值406作为事件检测信号进行处理，并且在控制单元115中或外部分析该差值。
通过设计光接收元件401c和401d的配置，可以从差值406的分析结果中获得各种信息。图22A、图22B和图22C是示出了适用于第二实施方案的光接收元件401c和401d的配置示例的图。
图22A示出了其中光接收元件401c和401d平行布置的像素20b(a)的示例。在这种情况下，基于差值406能够获取关于图像的边缘的信息。在这种情况下，与使用仅包括一个光接收元件的像素的情况相比，能够以更高的精度执行边缘检测。
图22B示出了其中光接收元件401c和401d平行且彼此相邻地布置的像素20b(b)的示例，并且通过使用遮光图案407来遮盖光接收元件401c和401d的相邻部分。遮光图案407例如是金属遮光图案。在图22的像素20b(b)中，光接收元件401c和401d通过未被遮光图案407遮挡的开口接收入射在像素20b(b)上的光。
图23是示出了光入射在图22B的像素20b(b)中的光接收元件401c和401d上的场景的示意图。图23的示例中，在像素20b(b)中，彼此相邻布置的光接收元件401c和401d上设置有遮光图案407，并且与像素20b(b)相对应地设置有透镜440。透镜440例如是片上透镜(OCL)。
像素20b(b)被入射在透镜440上的光照射。然而，遮光图案407遮挡了该光，因此在图23中光无法入射在光接收元件401c的右侧和光接收元件401d的左侧。图23中的位于透镜440的左侧的光409a入射在光接收元件401c的未屏蔽的左侧。右侧的光409b入射在光接收元件401d的未屏蔽的右侧。
由于该配置的使用，像素20b(b)可以用作图像平面相位差像素。通常，图像平面相位差像素包括例如如下一组两个像素：堆叠有在光接收元件的光接收表面的左半区域上具有开口的开口滤波器的像素和堆叠有在另一个光接收元件的光接收表面的右半区域上具有开口的开口滤波器的像素。基于两个像素接收的光线之间的相位差来测量距离。由于图22B的配置的使用，能够通过一个像素20b(b)形成图像平面相位差像素。
图22C示出了其中为光接收元件401c和401d在不同偏振方向上设置偏振滤光器408的像素20b(c)的示例。偏振滤光器408可以通过其平行地设置用于透射光的大量狭缝的金属遮光图案而形成。如上所述，通过将包括在像素20b(c)中的光接收元件401c和401d的偏振方向设置为不同，能够通过一个像素20b(c)来检测偏振。
例如，在图22A的像素20b(a)的配置中，可以基于在从光接收元件401c输出的光电流和从光接收元件401d输出的光电流之间的差值来检测地址事件。
即，如上所述，例如，当信号OFG1从高状态转变为低状态时，控制单元115获取通过转换从光接收元件401c输出的光电流Iph而获得的输出电压Vp1。当信号OFG1转变为低状态时，信号OFG2转变为高状态。当信号OFG2从高状态转变为低状态时，控制单元115获取通过转换从光接收元件401d输出的光电流Iph而获得的输出电压Vp2。假定控制单元115获得输出电压Vp1和Vp2之间的差值406并且当差值406在预定方向上超过ON阈值或OFF阈值时检测到地址事件。
如上所述，包括具有相同灵敏度的光接收元件401c和401d的像素20b可以用于各种目的。
[第三实施方式]
接下来，将说明第三实施方案。在第一实施方案及其变形例以及第二实施方案中，基于从光接收元件输出的光电流Iph的变化来检测地址事件。在第三实施方案中，通过进一步使用与从光接收元件输出的光电流Iph的绝对值相对应的像素信号来检测地址事件。
图24是示出了根据第三实施方案的与参照图13所述的固体成像器件11相对应的固体成像器件的示例的配置的框图，在图24中，固体成像器件11c包括像素阵列单元110c、列仲裁器111、行仲裁器112、行驱动电路113c、信号处理单元114c、控制单元115和列驱动电路116。行驱动电路113c包括图1所示的驱动电路113a的功能。
在像素阵列单元110c中，类似于参照图2所述的像素阵列单元110a，多个像素以二维网格状布置。各个像素包括：多个光接收元件，其输出与所接收的光线相对应的光电流Iph；地址事件检测单元，其基于从多个光接收单元输出的光电流Iph的变化量来检测地址事件；以及像素信号生成单元，其产生像素信号，所述像素信号是与光电流Iph的绝对值相对应的电压的模拟信号。
行驱动电路113c除了具有图2的驱动电路113a的功能之外，还具有驱动各个像素和将像素信号输出至列驱动电路116的功能。列驱动电路116包括针对各列的模数(AD)转换器，以及在行方向上扫描针对各列的AD转换器的驱动电路。针对各列的AD转换器称为列AD转换器(ADC)。列驱动电路116通过在行方向上扫描列ADC，以行为单位输出由AD转换器转换为数字信号的像素信号。从列驱动电路116输出的像素信号被提供给信号处理单元114c。
信号处理单元114c对从列驱动电路116提供的数字像素信号执行诸如相关双采样(CDS)处理和自动增益控制(AGC)处理等预定信号处理。对从列仲裁器111提供的事件检测信号执行诸如图像识别处理等信号处理。信号处理单元114c将指示处理结果的数据和事件检测信号提供给存储单元120。
图25是示出了根据第三实施方案的像素阵列单元110c的示例的配置的框图。如图25的上侧所示，像素阵列单元110c包括以二维网格状布置的多个像素20c。如图25的下侧所示，各个像素20c包括地址事件检测单元30、光接收单元40c和像素信号生成单元41。
光接收单元40c包括对入射光进行光电转换，并且产生光电流Iph的多个光接收元件。光接收单元40c在行驱动电路113c的控制下，将所产生的光电流Iph提供给像素信号生成单元41和地址事件检测部30中的任意一者。
当检测到地址事件发生时，地址事件检测单元30请求列仲裁器111和行仲裁器112发送表示地址事件出现的事件检测信号。当从列仲裁器111和行仲裁器112接收到对该请求的响应时，地址事件检测单元30将地址检测信号提供给行驱动电路113c和信号处理单元114c。
地址事件检测单元30包括参照图13所述的电流-电压转换单元300a，其通过限制器将输出电压Vp的上限限制为限制电压Lt。
像素信号生成单元41产生具有与从光接收单元40c提供的光电流Iph相对应的电压的信号作为像素信号。像素信号生成单元41经由垂直信号线将产生的像素信号提供给列驱动电路116。
图26是示出了根据第三实施方案的像素20c的示例的配置的图。在图26中，光接收单元40c包括两个例如是光电二极管的光接收元件401a和401b以及作为N型MOS晶体管的晶体管400a、400b、402a和402b。像素信号生成单元41包括浮动扩散层413以及分别为N型MOS晶体管的复位晶体管410、放大晶体管411和选择晶体管412。
在光接收单元40c的光接收元件401a中，阴极接地，并且阳极连接至作为N型MOS晶体管的晶体管400a的源极和作为N型MOS晶体管402a的漏极。晶体管400a的漏极连接至地址事件检测单元30。晶体管402a的源极连接至像素信号生成单元41的浮置扩散层413。
晶体管400a的栅极提供有信号OFG1。当信号OFG1处于高状态时，晶体管400a被导通，并且当信号OFG1处于低状态时，晶体管400a被截止。晶体管400b的栅极提供有信号OFG2。当信号OFG2处于高状态时，晶体管400b被导通，并且当信号OFG2处于低状态时，晶体管400b被截止。当晶体管400a处于ON状态时，从光接收元件401a输出的光电流Iph1被提供给地址事件检测单元30。类似地，当晶体管400b处于ON状态时，从光接收元件401b输出的光电流Iph2被提供给地址事件检测单元30。
晶体管402a的栅极提供有信号TRG1。当信号TRG1处于高状态时，晶体管402a被导通，并且当信号OFG1处于低状态时，晶体管402a被截止。晶体管402b的栅极提供有信号TRG2。当信号TRG2处于高状态时，晶体管402b被导通，并且当信号TRG2处于低状态时，晶体管402b被截止。当晶体管402a处于ON状态时，从光接收元件401a输出的光电流Iph1被提供给像素信号生成单元41。类似地，当晶体管402b处于ON状态时，从光接收元件401b输出的光电流Iph2被提供给像素信号生成单元41。
在像素信号生成单元41中，浮动扩散层413累积电荷，并且产生根据累积的电荷量的电压。复位晶体管410根据从行驱动电路113c提供的复位信号RST来初始化浮动扩散层413的电荷量。放大晶体管411放大浮动扩散层413的电压。选择晶体管412根据来自行驱动电路113c的选择信号SEL通过垂直信号线VSL将由放大晶体管411放大的电压的信号作为像素信号SIG输出至列驱动电路116。
光接收元件401a具有比光接收元件401b低的灵敏度。在下文中，将光接收元件401a适当地称为低灵敏度PD，并且将光接收元件401b适当地称为普通灵敏度PD。
图27是示出了根据第三实施方案的像素阵列单元110c中的配线的示例的示意图。与参照图7所述的根据第一实施方案的像素阵列单元110a的驱动电路113a相似，行驱动电路113c在控制单元115的控制下产生信号OFG1和OFG2，并且将所产生的信号OFG1和OFG2提供给各个像素20c。在图27的示例中，对于像素阵列单元110c中以二维网格状布置的各个像素20c，行驱动电路113c针对各行生成信号OFG1和OFG2。
行驱动电路113c在控制单元115的控制下还产生信号TRG1和TRG2，并且将产生的信号TRG1和TRG2提供给各个像素20c。在图27的示例中，对于在像素阵列单元110c中以二维网格状布置的各个像素20c，行驱动电路113c针对各行产生信号TRG1和TRG2。
各个像素20c的垂直信号线VSL针对像素阵列单元110c中布置的各个像素20c的各列而被连接至列驱动电路116。
尽管在图27中被省略，但是行驱动电路113c还在控制单元115的控制下，为像素阵列单元110c中的以二维网格状布置的各个像素20c以行为单位产生复位信号RST和选择信号SEL。行驱动电路113c将产生的复位信号RST和选择信号SEL提供给各个像素20c。
图28A和图28B是用于说明根据第三实施方案的光接收单元40c的控制的图。图28A示出了其中地址事件检测单元30基于从作为低灵敏度PD的光接收元件401a输出的光电流Iph1检测地址事件的示例。如图28A所示，将提供给晶体管400a的栅极的信号OFG1设置为高状态，并且将提供给晶体管400b的栅极的信号OFG2设置为低状态。将提供给晶体管402a的栅极的信号TRG1设置为低状态，并且将提供给晶体管402b的栅极的信号TRG2被设置为高状态。
因此，晶体管400a被导通，晶体管400b被截止，晶体管402a被截止，并且晶体管402b被导通。在从作为低灵敏度PD的光接收元件401a输出的光电流Iph1和从作为普通灵敏度PD的光接收元件401b输出的光电流Iph2中的光电流Iph1经由晶体管400a被提供给地址事件检测单元30，并且光电流Iph2经由晶体管402b被提供给像素信号生成单元41。
图28B示出了其中地址事件检测单元30基于从作为普通灵敏度PD的光接收元件401b输出的光电流Iph2来检测地址事件的示例。如图28B所示，将提供给晶体管400a的栅极的信号OFG1设置为低电平，并且将提供给晶体管400b的栅极的信号OFG2设置为高电平。将提供给晶体管402a的栅极的信号TRG1设置为高状态，并且将提供给晶体管402b的栅极的信号TRG2设置为低状态。
因此，晶体管400a被截止，晶体管400b被导通，晶体管402a被导通，并且晶体管402b被截止。在从作为低灵敏度PD的光接收元件401a输出的光电流Iph1和从作为普通灵敏度PD的光接收元件401b输出的光电流Iph2中的光电流Iph1经由晶体管400b提供给地址事件检测单元30，并且光电流Iph2经由晶体管402a提供给像素信号生成单元41。
图29是示出了根据第三实施方案的固体成像器件11c中的处理的示例的时序图。在图29中，图表(k)和(n)示出了在行驱动电路113c中产生的复位信号RST和选择信号SEL的示例。图表(o)示出了垂直信号线VSL中的像素信号的电压的示例。
在图29中，图表(l)和(m)示出了在行驱动电路113c中产生的信号TRG1和TRG2的示例，并且图表(s)和表(t)示出了在行驱动电路113c中产生的信号OFG1和OFG2的示例。
在图29中，图表(r)示出了从地址事件检测单元30输出的事件检测信号的示例。图表(p)和(q)分别示出了行仲裁器112和列仲裁器111中的针对图表(r)中示出的事件检测信号的仲裁的示例。图表(r)中所示的事件检测信号在高状态下被选择。
在图29中，作为初始状态，信号OFG1处于高状态，信号OFG2处于低状态，并且将从低灵敏度PD输出的光电流Iph1提供给地址事件检测单元30。在图29的示例中，低灵敏度PD中的光电流Iph1的变化量超过预定量，并且在时间点t30从地址事件检测单元30中输出事件检测信号。控制单元115从列仲裁器111获取该事件检测信号，并且根据获取的事件检测信号指示行驱动电路113c将信号OFG1设置为低状态。行驱动电路113c根据该指示将信号OFG1设定为低状态(时刻t31)。
根据来自控制单元115的指令，在时间点t40，行驱动电路113c将复位信号RST和信号TRG1设置为高状态，并且复位低灵敏度PD(光接收元件401a)和浮动扩散层413。根据控制单元115的指令，在时间点t41，行驱动电路113c将复位信号RST和信号TRG2设置为高状态，并且复位普通灵敏度PD(光接收元件401b)和浮动扩散层413。
如上所述，包括时间点t40和t41的时间段510是像素信号SIG的电压读取操作中的曝光开始序列。在时间段510期间，由于选择信号SEL保持在低状态，所以像素信号SIG不被输出至垂直信号线VSL。
根据来自控制单元115的指令，在从时间点t41经过预定时间之后的时间点t42，行驱动电路113c将选择信号SEL设置为高状态，并且开始向垂直信号线VSL输出像素信号SIG。行驱动电路113c维持选择信号SEL的高状态直到使用普通灵敏度PD(光接收元件401b)的CDS读取结束的时间点t49为止。
行驱动电路113c在紧接时间点t42之后的时间点t44将复位信号RST设置为高状态，并且在时间点t45将信号TRG1设置为高状态。基于从低灵敏度PD(光接收元件401a)输出的光电流Iph1的像素信号SIG1经由垂直信号线VSL被提供给列驱动电路116，并且进行低灵敏度PD的CDS读取(时间段511a)。
接着，行驱动电路113c在紧接低灵敏度PD的CDS读取结束的时间点t46之后的时间点t47将复位信号RST设置为高状态，并且在时间点t48将TRG2设置为高状态。基于从普通灵敏度PD(光接收元件401b)输出的光电流Iph2的像素信号SIG2经由垂直信号线VSL被提供给列驱动电路116，并且进行普通灵敏度PD的CDS读取(时间段511b)。
如上所述，包括时间段511a和511b的时间段511是像素信号SIG的电压读取操作中的读取序列。
这里，在行驱动电路113c中，将从在时间段510中信号TRG1处于高状态的时间点t40到时间段511中信号TRG1处于高状态的时间点t44的时间520a和从在时间段510中信号TRG2处于高状态的时间点t41到在时间段511中信号TRG2处于高状态的时间点t48的时间520b设置为相等，并且校正低灵敏度PD(光接收元件401a)的曝光时间和普通灵敏度PD(光接收元件401b)的曝光时间。
当普通灵敏度PD的CDS读取结束时，行驱动电路113c将选择信号SEL设置为低状态，并且停止从像素信号生成单元41输出像素信号SIG。
控制单元115从列驱动电路116获取在时间段511a中读取的像素信号SIG1和在时间段511b中读取的像素信号SIG2。控制单元115基于获取的像素信号SIG1和SIG2选择低灵敏度PD(光接收元件401a)的光电流Iph1和普通灵敏度PD(光接收元件401b)的光电流Iph2中的在地址事件检测单元30中用于地址检测事件的光电流Iphdet。
这里，假定控制单元115选择普通灵敏度PD的光电流Iph2作为地址事件检测单元30中用于地址事件检测的光电流Iphdet。根据来自控制单元115的与该选择相对应的指令，在时间点t32，行驱动电路113c将信号OFG1设置为低电平状态并且将信号OFG2设置为高电平状态，并且将从普通灵敏度PD(光接收元件401b)输出的光输出Iph2提供给地址事件检测单元30。
在图29的示例中，假定普通灵敏度PD中的光电流Iph2的变化量超过预定量，并且在时间点t33从地址事件检测单元30中输出事件检测信号。
在第三实施方案中，控制单元115将地址事件检测单元30执行地址事件检测的时刻(由图29的虚线框示出)设定为是固定的，并且执行控制以使得使用地址事件检测单元30的地址事件检测以恒定周期执行。即，执行地址事件检测的一个周期包括在时间段510和511中的像素信号读取操作以及基于读取操作的地址事件检测。
图30和图31是用于说明根据第三实施方案的基于电压差在低灵敏度PD和普通灵敏度PD之间切换的方法的图。图30和图31是与图14相对应的图。横轴和纵轴以及特性线403a和403b的含义与图14相同，并且因此，这里将省略其说明。
图30示出了当光量增加时将地址事件检测单元30使用的光电流Iphdet从普通灵敏度PD(光接收元件401b)输出的光电流Iph2切换到低灵敏度PD(光接收元件401a)输出的光电流Iph1的操作的示例。
在图30中，假定初始，信号OFG1处于低状态，信号OFG2处于高状态，并且选择普通灵敏度PD的光电流Iph2作为地址事件检测单元30所使用的光电流Iphdet。在步骤S10中，检测到由像素20c接收的光量的增加。在第三实施方案中，例如，控制单元115基于在图29的时间段511中读取的像素信号SIG来判定光量是否增加。本发明不限于此，并且控制单元115可以基于包括在地址事件检测单元30中的电流-电压转换单元300a的输出电压Vp来判定光量的增加。
当确定光量增加时，控制单元115判断包括在地址事件检测单元30中的电流-电压转换单元300a的输出电压Vp是否落在限制电压Lt的限制区域中。例如，当在步骤S11中确定输出电压Vp落入限制区域中时，控制单元115与使用地址事件检测单元30的上升事件的检测同步地将被地址事件检测单元30用于地址事件检测的光电流Iphdet切换为低灵敏度PD的Iph1，并且获取输出电压Vp。
控制单元115将所获取的低灵敏度PD的光电流Iphl的输出电压Vp(称为电压Vplow)与用于步骤S11中的判定的输出电压Vp(称为电压Vpnml)进行比较。作为比较结果，当电压Vplow和电压Vpnml之间的差值等于或小于预定值时，控制单元115将信号OFG1设置为高状态并且将信号OFG2设置为低状态，并且将地址事件检测单元30用于地址事件检测的光电流Iphdet从光电流Iph2切换为光电流Iph1(步骤S12)。
图31示出了当光量减少时将地址事件检测单元30使用的光电流Iphdet从低灵敏度PD(光接收元件401a)输出的光电流Iph1切换至普通灵敏度PD(接收元件401b)输出的光电流Iph2的切换的操作的示例。
在图31中，假定初始，信号OFG1处于高状态，信号OFG2处于低状态，并且选择低灵敏度PD的光电流Iph1作为地址事件检测单元30所使用的光电流Iphdet。在步骤S20中，例如，基于在图29的时间段511中读取的像素信号SIG，检测到由像素20c接收的光量的减少。
当确定光量减小时，控制单元115判定包括在地址事件检测单元30中的电流-电压转换单元300a的输出电压Vp是否落在暗电流电平的暗电流区域中。例如，当在步骤S21中确定输出电压Vp落在暗电流区域中时，控制单元115与使用地址信号检测单元30的下降事件的检测同步地将地址事件检测单元30用于地址事件检测的光电流Iphdet切换为普通灵敏度PD的光电流Iph2，并且获取输出电压Vp。
控制单元115将所获取的普通灵敏度PD的光电流Iph2的输出电压Vp(电压Vpnml)与用于步骤S21中的判定的输出电压Vp(电压Vplow)进行比较。作为比较结果，当电压Vpnml和电压Vplow之间的差值等于或小于预定值时，控制单元115将信号OFG1设置为低状态并且将信号OFG2设置为高状态，并且将地址事件检测单元30用于地址事件检测的光电流Iphdet从光电流Iph1切换为光电流Iph2(步骤S22)。
图32是根据参照图30所述的第三实施方案的当像素20c接收的光量增加时光电流Iph的切换的操作的示例的流程图。在根据图32的流程图的处理之前，假定信号OFG1处于低状态，信号OFG2处于高状态，并且选择普通灵敏度PD的光电流Iph2作为地址事件检测单元30用于地址事件检测的光电流Iphdet。
在步骤S100中，例如，控制单元115基于像素信号SIG判断像素20c接收的光量是否增加。当控制单元115确定光量没有增加时(步骤S100，“否”)，处理返回到步骤S100。同时，当控制单元115确定由像素20c接收的光量增加时(步骤S100，“是”)，处理进入步骤S101。
在步骤S101中，控制单元115判断电流-电压转换单元300a的输出电压Vp(电压Vpnml)是否落入限制区域内。例如，当控制单元115确定电压Vpnml没有落在限制区域中时(步骤S101，“否”)，处理返回到步骤S100。同时，当控制单元115确定电压Vpnml落入限制区域中时(步骤S101，“是”)，处理进入步骤S102。
在步骤S102中，控制单元115基于普通灵敏度PD的光电流Iph2获取电压Vpnml。在接下来的步骤S103中，控制单元115将信号OFG1设置为高状态并且将信号OFG2设置为低状态，并且将提供给地址事件检测单元30的光电流Iph切换为低灵敏度PD的光电流Iph1。在接下来的步骤S104中，控制单元115基于低灵敏度PD的光电流Iph1获取电压Vplow。
在接下来的步骤S105中，例如，控制单元115与在步骤S100和步骤S101的时间段内基于普通灵敏度PD的光电流Iph2检测的上升事件同步地检测在步骤S102中获得的电压Vpnml与在步骤S104中获得的电压Vplow之间的差值。
在接下来的步骤S106中，控制单元115判断在步骤S105中检测到的差值是否等于或小于预定值。当控制单元115确定差值等于或小于预定值时(步骤S106，“是”)，处理进入步骤S107。在步骤S107中，控制单元115将信号OFG1设置为高状态并且将信号OFG2设置为低状态，并且选择低灵敏度PD的光电流Iph1作为地址事件检测单元30用于地址事件检测的光电流Iphdet。
同时，当控制单元115在步骤S106中确定差值超过预定值时(步骤S106，“否”)，处理进入步骤S108。在步骤S108中，控制单元115维持信号OFG1和OFG2的状态，并且选择普通灵敏度PD的光电流Iph2作为地址事件检测单元30用于地址事件检测的光电流Iphdet。
当步骤S107或步骤S108的处理结束时，根据图32的流程图的一系列处理结束。
图33是根据参照图31所述的第三实施方案的当像素20c接收的光量减少时光电流Iph的切换的操作的示例的流程图。在根据图33的流程图的处理之前，假定信号OFG1处于高状态，信号OFG2处于低状态，并且选择低灵敏度PD的光电流Iph1作为地址事件检测单元30用作地址事件检测的光电流Iphdet。
在步骤S200中，例如，控制单元115基于像素信号SIG判断像素20c接收的光量是否减少。当控制单元115确定光量没有减少时(步骤S200，“否”)，处理返回到步骤S200。同时，当控制单元115确定由像素20c接收的光量减少时(步骤S200，“是”)，处理进入步骤S201。
在步骤S201中，控制单元115判断电流-电压转换单元300a的输出电压Vp(电压Vplow)是否落入暗电流区域中。例如，当控制单元115确定电压Vplow没有落入暗电流区域中时(步骤S201，“否”)，处理返回到步骤S200。同时，当控制单元115确定电压Vplow落入暗电流区域中时(步骤S201，“是”)，处理进入步骤S202。
在步骤S202中，控制单元115基于低灵敏度PD的光电流Iph1获取电压VplowB。在接下来的步骤S203中，控制单元115将信号OFG1设置为低状态并且将信号OFG2设置为高电平状态，并且将提供给地址事件检测单元30的光电流Iph切换为普通灵敏度PD的光电流Iph2。在接下来的骤S204中，控制单元115基于普通灵敏度PD的光电流Iph2获取电压Vpnml。
在接下来的步骤S205中，例如，控制单元115与在步骤S200和步骤S201的时间段内基于低灵敏度PD的光电流Iph1检测的下降事件同步地检测在步骤S202中获取的电压Vplow与在步骤S204中获取的电压Vpnml之间的差值。
在接下来的步骤S206中，控制单元115确定在步骤S205中检测到的差值是否等于或小于预定值。当控制单元115确定差值等于或小于预定值时(步骤S206，“是”)，处理进入步骤S207。在步骤S207中，控制单元115将信号OFG1设置为低状态并且将信号OFG2设置为高状态，并且选择普通灵敏度PD的光电流Iph2作为地址事件检测单元30用于地址事件检测的光电流Iphdet。
同时，当控制单元115在步骤S206中确定差值超过预定值时(步骤S206，“否”)，处理进入步骤S208。在步骤S208中，控制单元115保持信号OFG1和OFG2的状态，并且选择低灵敏度PD的光电流Iph1作为地址事件检测单元30用于地址事件检测的光电流Iphdet。
当步骤S207或步骤S208的处理结束时，根据图33的流程图的一系列处理结束。
如上所述，在第三实施方案中，基于像素信号SIG判定像素20c接收的光量，并且基于判定结果从光电流Iph1和Iph2中选择地址事件检测单元30用于地址事件检测的光电流Iphdet。因此，能够以更高的精度执行从光电流Iph1和Iph2中选择光电流Iphdet的处理。
本说明书中记载的效果仅是示例，并且不是限制性的。可以存在其他效果。
注意，本发明也可以具有以下配置。
(1)
一种固体成像器件，包括：
以二维网格状布置的多个像素；和
控制单元，其中，
所述像素包括：
第一光接收元件，其输出与接收到的光对应的第一光电流，
第二光接收元件，其输出与接收到的光对应的第二光电流，
转换单元，其将电流转换为电压，
输出单元，其基于由所述转换单元转换的所述电压的变化来检测事件，并且输出表示检测的检测结果的检测信号，和
执行如下切换的切换单元：在所述第一光电流和所述第二光电流之间切换将被所述转换单元转换为所述电压的所述电流，并且
所述控制单元控制由所述切换单元执行的所述切换。
(2)
根据(1)所述的固体成像器件，其中，
所述第一光接收元件的灵敏度低于所述第二光接收元件的灵敏度，并且
所述控制单元基于施加至所述像素的光量的变化量来控制所述切换。
(3)
根据(1)或(2)所述的固体成像器件，其中，
所述像素进一步包括生成单元，其基于所述第一光电流或所述第二光电流的绝对值生成像素信号，并且
所述控制单元基于所述像素信号控制所述切换。
(4)
根据(3)所述的固体摄像元装置，其中
所述控制单元
还基于施加至所述像素的所述光量的所述变化量控制所述切换，并且
以恒定周期重复地执行基于所述像素信号的所述切换的控制和基于所述光量的所述变化量的所述切换的控制。
(5)
根据(1)至(4)中任一项所述的固体成像器件，其中
所述转换单元包括限制器，所述限制器设定被转换的所述电压的上限值，并且
所述切换单元基于被所述转换单元转换的所述电压和基于所述上限值限定的电压范围来控制所述切换。
(6)
根据(1)至(5)中任一项所述的固体成像器件，其中，
所述控制单元控制所述切换使得当所述第一光电流等于或小于预定值时将被所述转换单元转换成所述电压的所述电流从所述第一光电流切换为所述第二光电流。
(7)
根据(1)所述的固体成像器件，其中，
所述第一光接收元件和所述第二光接收元件具有相同的灵敏度，并且
所述控制单元以时分方式控制所述切换。
(8)
根据(7)所述的固体成像器件，其中，
所述输出单元基于所述第一光电流与所述第二光电流之间的差值来检测所述事件。
(9)
根据(7)或(8)所述的固体成像器件，其中
所述第一光接收元件的光接收状态和所述第二光接收元件的光接收状态是不同的。
(10)
根据(9)所述的固体成像器件，其中，
为所述第一光接收元件和所述第二光接收元件设置的遮光图案是不同的。
(11)
根据(1)至(10)中任一项所述的固体成像器件，其中，
所述切换单元维持其中针对各像素控制所述切换的状态。
(12)
一种固体成像器件的控制方法，所述方法包括：
第一输出步骤，其输出与由像素中包含的第一光接收元件所接收的光对应的第一光电流；
第二输出步骤，其输出与由所述像素中包含的第二光接收元件所接收的光对应的第二光电流；
转换步骤，其通过所述像素中包含的转换单元将电流转换成电压；
检测步骤，其通过所述像素中包含的检测单元基于在所述转换步骤中转换的所述电压的变化来检测事件，并且输出表示检测的检测结果的检测信号；
切换步骤，其通过所述像素中包含的切换单元在所述第一光电流和所述第二光电流之间切换将被转换为所述电压的所述电流；和
控制步骤，其对所述切换步骤进行控制。
(13)
一种电子设备，包括：
固体成像器件，其包括：
以二维网格状布置的多个像素；和
控制单元，
所述像素包括：
第一光接收元件，其输出与接收到的光对应的第一光电流，
第二光接收元件，其输出与接收到的光对应的第二光电流，
转换单元，其将电流转换为电压，
输出单元，其基于由所述转换单元转换的所述电压的变化来检测事件，并且输出表示检测的检测结果的检测信号，和
执行如下切换的切换单元：在所述第一光电流和所述第二光电流之间切换将被所述转换单元转换为所述电压的所述电流，并且
所述控制单元控制由所述切换单元执行的所述切换；以及
存储单元，其基于由所述转换单元转换的所述电压存储信号。
附图标记列表
1 成像装置
11，11a，11c 固体成像器件
20a、20b、20b(a)、20b(b)、20b(c)、20c 像素
21 开关
30 地址事件检测单元
40a、40b、40c 光接收单元
41 像素信号生成单元
110a、110b、110c 像素阵列单元
111 列仲裁器
112 行仲裁器
113a、113b 驱动电路
113c 行驱动电路
115 控制单元
116 列驱动电路
401a、401b、401c、401d 光接收元件
300、300a 电流-电压转换单元
407 遮光图案
408 偏振滤波器

Claims (13)

1.一种固体成像器件，包括：
以二维网格状布置的多个像素；和
控制单元，其中，
所述像素包括：
第一光接收元件，其输出与接收到的光对应的第一光电流，
第二光接收元件，其输出与接收到的光对应的第二光电流，
转换单元，其将电流转换为电压，
输出单元，其基于由所述转换单元转换的所述电压的变化来检测事件，并且输出表示检测的检测结果的检测信号，和
执行如下切换的切换单元：在所述第一光电流和所述第二光电流之间切换将被所述转换单元转换为所述电压的所述电流，并且
所述控制单元控制由所述切换单元执行的所述切换。
2.根据权利要求1所述的固体成像器件，其中，
所述第一光接收元件的灵敏度低于所述第二光接收元件的灵敏度，并且
所述控制单元基于施加至所述像素的光量的变化量来控制所述切换。
3.根据权利要求1所述的固体成像器件，其中，
所述像素进一步包括生成单元，其基于所述第一光电流或所述第二光电流的绝对值生成像素信号，并且
所述控制单元基于所述像素信号控制所述切换。
4.根据权利要求3所述的固体成像器件，其中
所述控制单元
还基于施加至所述像素的所述光量的所述变化量控制所述切换，并且
以恒定周期重复地执行基于所述像素信号的所述切换的控制和基于所述光量的所述变化量的所述切换的控制。
5.根据权利要求1所述的固体成像器件，其中
所述转换单元包括限制器，所述限制器设定被转换的所述电压的上限值，并且
所述切换单元基于被所述转换单元转换的所述电压和基于所述上限值限定的电压范围来控制所述切换。
6.根据权利要求1所述的固体成像器件，其中，
所述控制单元控制所述切换使得当所述第一光电流等于或小于预定值时将被所述转换单元转换成所述电压的所述电流从所述第一光电流切换为所述第二光电流。
7.根据权利要求1所述的固体成像器件，其中，
所述第一光接收元件和所述第二光接收元件具有相同的灵敏度，并且
所述控制单元以时分方式控制所述切换。
8.根据权利要求7所述的固体成像器件，其中，
所述输出单元基于所述第一光电流与所述第二光电流之间的差值来检测所述事件。
9.根据权利要求7所述的固体成像器件，其中
所述第一光接收元件的光接收状态和所述第二光接收元件的光接收状态是不同的。
10.根据权利要求9所述的固体成像器件，其中，
为所述第一光接收元件和所述第二光接收元件设置的遮光图案是不同的。
11.根据权利要求1所述的固体成像器件，其中，
所述切换单元维持其中针对各像素控制所述切换的状态。
12.一种固体成像器件的控制方法，所述方法包括：
第一输出步骤，其输出与由像素中包含的第一光接收元件所接收的光对应的第一光电流；
第二输出步骤，其输出与由所述像素中包含的第二光接收元件所接收的光对应的第二光电流；
转换步骤，其通过所述像素中包含的转换单元将电流转换成电压；
检测步骤，其通过所述像素中包含的检测单元基于在所述转换步骤中转换的所述电压的变化来检测事件，并且输出表示检测的检测结果的检测信号；
切换步骤，其通过所述像素中包含的切换单元在所述第一光电流和所述第二光电流之间切换将被转换为所述电压的所述电流；和
控制步骤，其对所述切换步骤进行控制。
13.一种电子设备，包括：
固体成像器件，其包括：
以二维网格状布置的多个像素；和
控制单元，
所述像素包括：
第一光接收元件，其输出与接收到的光对应的第一光电流，
第二光接收元件，其输出与接收到的光对应的第二光电流，
转换单元，其将电流转换为电压，
输出单元，其基于由所述转换单元转换的所述电压的变化来检测事件，并且输出表示检测的检测结果的检测信号，和
执行如下切换的切换单元：在所述第一光电流和所述第二光电流之间切换将被所述转换单元转换为所述电压的所述电流，并且
所述控制单元控制由所述切换单元执行的所述切换；以及存储单元，其基于由所述转换单元转换的所述电压存储信号。
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