CN114365288A - 具有组合的动态视觉传感器功能和成像功能的固态成像器件和成像装置 - Google Patents

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Abstract

一种成像装置，其包括多个单位像素或多个像素，每个像素通过隔离结构与所有其他的单位像素分离。每个单位像素包括光电转换单元、像素成像信号读出电路和地址事件检测读出电路。第一传输晶体管将光电转换单元选择性地连接到像素成像信号读出电路，并且第二传输晶体管将光电转换单元选择性地连接到地址事件检测读出电路。给定像素的光电转换单元、像素成像信号读出电路、地址事件检测读出电路、第一传输晶体管和第二传输晶体管都定位在由隔离结构限定的像素区域内。隔离结构可以是全厚度介电沟槽隔离结构的形式。

Description

具有组合的动态视觉传感器功能和成像功能的固态成像器件 和成像装置
技术领域
本公开涉及一种具有动态视觉传感器能力和成像能力的成像装置。
背景技术
在相关技术中，与诸如垂直同步信号的同步信号同步地拍摄图像数据的同步型固态成像器件已经用于成像装置等中。在典型的同步型固态成像器件中，难以在同步信号的每个周期内(例如，在每1/60秒内)获取图像数据，因此难以应对需要相对高速处理的情况，诸如在需要高速(例如实时)处理的领域(诸如自主车辆和机器人等)中。在这点上，提议了一种非同步型固态成像器件，其中针对每个像素设置检测电路以实时地检测光接收量超过阈值的情况作为地址事件。针对每个像素检测地址事件的非同步型固态成像器件也称为动态视觉传感器(DVS：dynamic vision sensor)。
发明内容
技术问题
能够使用各种方法实现具有DVS和基于常规帧的成像的组合的传感器。这些包括以使用附加光电二极管进行基于时间的读出为特征的装置，称为异步基于时间的图像传感器(ATIS：asynchronous time-based image sensor)系统。然而，由于ATIS系统需要每像素两个光电二极管以便提供图像传感器信号和DVS信号，因此与不需要附加光电二极管的布置相比，它们的分辨率和图像质量会下降。其他装置以使用共用的光电二极管来提供图像传感器信号和动态视觉传感器(DVS)事件信号的像素为特征，称为动态有源像素视觉传感器(DAVIS：dynamic and active pixel vision sensor)系统。然而，DAVIS系统可能会在图像功能和事件检测功能之间受到干扰，因为这些功能没有很好地隔离。另外，难以读出DVS信号和有源图像传感器信号会降低DAVIS传感器的动态范围。
因此，本公开提供了一种固态成像器件和成像装置，它们能够提供成像功能和事件检测功能，并且与其他构造相比，具有提高的光接收效率。
技术问题的解决方案
根据本公开的实施例和方面，提供了一种成像装置，其包括布置成像素阵列的多个光电转换区域或多个像素。每个像素包括：单个光电转换区域；第一读出电路，其通过第一传输栅极或第一传输晶体管选择性地连接到所述光电转换区域；和第二读出电路，其通过第二传输栅极或第二传输晶体管选择性地连接到所述光电转换区域。此外，所述像素阵列中的任何一个像素的所述光电转换区域、所述第一读出电路、所述第一传输晶体管、所述第二读出电路和所述第二传输晶体管通过隔离结构与所述像素阵列中的任何邻近像素的所述光电转换区域、所述第一读出电路、所述第一传输晶体管、所述第二读出电路和所述第二传输晶体管分离。所述隔离结构能够包括介电结构。所述介电结构能够设置为全厚度后深沟槽隔离(RFTI)结构或全厚度前深沟槽隔离(FFTI)结构。根据本公开的至少一些实施例，所述隔离结构包围所述像素阵列中的每个像素。因此，能够通过对每个像素中的图像传感器功能和事件检测功能使用单个光电转换区域来实现相对大的感光面积。另外，相邻像素之间的隔离是由相邻像素之间形成的所述隔离结构提供的。
根据本公开的进一步实施例和方面，在每个像素中，所述第一读出电路的一些或全部部件能够形成在所述像素的所述光电转换区域的第一侧或朝向该第一侧，并且所述第二读出电路的一些或全部部件能够形成在所述像素的所述光电转换区域的第二侧或朝向该第二侧。根据本公开的更进一步实施例，在每个像素中，所述第一传输晶体管能够形成在所述像素的所述光电转换区域的第一侧，并且第二传输晶体管能够形成在所述像素的所述光电转换区域的第二侧。
根据本公开的更进一步实施例和方面，像素的所述第一传输晶体管可以设置为N型器件或P型器件中的第一者，并且所述像素的所述第二传输晶体管可以设置为所述N型器件或所述P型器件中的第二者。如果传输栅极具有不同组成(即，所述第一传输晶体管为N型而所述第二传输晶体管为P型，或所述第一传输晶体管为P型而所述第二传输晶体管为N型)，则用于成像的载流子和用于基于事件的检测的载流子将不同，从而允许同时使用成像模式和DVS检测模式。因此，在这样的构造中，能够从单个像素同时使用成像模式和DVS模式两者。另外，能够提供成像信号和DVS信号之间的增强隔离。
本公开可以提供具有动态视觉感测能力和成像能力且能够提高光接收效率的成像装置。另外，本公开可以提供具有改进的像素间隔离的成像装置。
附图说明
图1是图示了根据本公开实施例的固态成像器件的示意性构造示例的框图。
图2是图示了根据本公开实施例的固态成像器件的层叠结构示例的视图。
图3是图示了根据本公开实施例的固态成像器件的功能构造示例的框图。
图4A是图示了根据本公开实施例的在彩色滤光片阵列中采用拜耳(Bayer)阵列的情况下的单位像素的阵列示例的示意图。
图4B是图4A的单位像素的阵列的截面。
图5是图示了根据本公开实施例的单位像素的示意性构造示例的电路图。
图6是图示了根据本公开实施例的地址事件检测单元的示意性构造示例的框图。
图7是图示了根据本公开实施例的减法器和量化器的示意性构造示例的电路图。
图8是图示了根据本公开实施例的列ADC的示意性构造示例的框图。
图9是图示了根据本公开实施例的固态成像器件的操作的示例的时序图。
图10是图示了根据本公开实施例的固态成像器件的操作的示例的流程图。
图11是根据本公开的第一示例性实施例的像素构造的平面图。
图12是包括如第一示例性实施例中构造的像素组的像素阵列的一部分的平面图。
图13是根据本公开的第二示例性实施例的像素构造的平面图。
图14是包括如第二示例性实施例中构造的像素组的像素阵列的一部分的平面图。
图15是根据本公开的第三示例性实施例的像素构造的平面图。
图16是包括如第三示例性实施例中构造的像素组的像素阵列的一部分的平面图。
图17是根据本公开的第四示例性实施例的像素构造的平面图。
图18是包括如第四示例性实施例中构造的像素组的像素阵列的一部分的平面图。
图19是根据本公开的第五示例性实施例的像素构造的平面图。
图20是包括如第五示例性实施例中构造的像素组的像素阵列的一部分的平面图。
图21是根据本公开的第六示例性实施例的像素构造的平面图。
图22是包括如第六示例性实施例中构造的像素组的像素阵列的一部分的平面图。
图23是根据本公开的第七示例性实施例的像素构造的平面图。
图24是包括如第七示例性实施例中构造的像素组的像素阵列的一部分的平面图。
图25是图示了车辆控制系统的示意性构造的示例的框图。
图26是图示了车辆外信息检测单元和成像单元的安装位置的示例的视图。
具体实施方式
在下文中，将基于附图详细说明本公开的实施例。此外，在以下实施例中，将相同的附图标记赋予相同的部分，并且将省略其多余说明。
典型的动态视觉传感器(DVS)采用所谓的事件驱动型驱动方法，其中针对每个单位像素检测地址事件触发(address event ignition)的存在与否，并且从检测到地址事件触发的单位像素读出像素信号。
此外，本说明中的单位像素表示包括一个光电转换元件(也称为“光接收元件”)的像素或单位像素的最小单位，并且能够对应于从作为示例的图像传感器读出的图像数据中的每个点。另外，地址事件表示针对可分配给以二维格子形状布置的多个单位像素中的各者的每个地址发生的事件。事件检测传感器异步地响应于强度变化。强度变化与光电流变化相关联，并且如果这种变化超过恒定的阈值，则可以将其检测为事件。
图1是图示了根据本公开的至少一些实施例的成像装置的示意性构造示例的框图。如图1所示，例如，成像装置100包括成像透镜110、固态成像器件200、记录单元120和控制单元130。作为示例，成像装置100能够设置为安装在工业机器人中的相机、车载相机或它们的一部分，或者设置为其他装置或仪器的一部分或与其他装置或仪器连接。
成像透镜110能够包括光学系统，该光学系统引导(例如会聚)入射光并将入射光的图像成像在固态成像器件200(在本文中也简称为成像器件200)的光接收表面上。光接收表面是基板的布置有固态成像器件200中的光电转换元件的表面。固态成像器件200对入射光进行光电转换以产生图像数据。另外，固态成像器件200能够对所产生的图像数据实施预定的信号处理，诸如噪声去除和白平衡调整。通过信号处理获得的结果和指示地址事件触发的存在与否的检测信号通过信号线209输出到记录单元120。此外，稍后将说明产生指示地址事件触发的存在与否的检测信号的方法。
例如，记录单元120由闪存、动态随机存取存储器(DRAM)或静态随机存取存储器(SRAM)等构成，并且记录从固态成像器件200输入的数据。
例如，控制单元130由中央处理单元(CPU)等构成，并且通过信号线139输出各种指令以控制成像装置100中的诸如固态成像器件200的各个单元。
接下来，将参照附图详细说明固态成像器件200的构造示例。
图2是图示了根据本公开的至少一些实施例的固态成像器件200的层叠结构示例的视图。如图2所示，固态成像器件200能够具有光接收芯片201和逻辑芯片202垂直层叠的结构。在光接收芯片201和逻辑芯片202的接合中，例如，能够使用所谓的直接接合，其中，芯片的接合表面被平坦化并且芯片利用电子间力层叠。然而，其不限于此，例如，也能够使用将形成在接合表面上的铜(Cu)电极焊盘结合的所谓的Cu-Cu接合和凸块接合等。
另外，例如，光接收芯片201和逻辑芯片202通过贯穿半导体基板的诸如硅通孔(TSV：through-silicon via)的连接部彼此电连接。在使用TSV的连接中，例如，能够采用所谓的双TSV方法：其中，包括形成在光接收芯片201中的TSV和从光接收芯片201形成至逻辑芯片202的TSV的两个TSV在芯片外表面上彼此连接和所谓的共享TSV方法：其中，光接收芯片201和逻辑芯片202利用贯穿两个芯片的TSV连接，等等。
然而，在光接收芯片201和逻辑芯片202的接合中使用Cu-Cu接合或凸块接合的情况下，光接收芯片201和逻辑芯片202两者通过Cu-Cu接头或凸块接头彼此电连接。
图3是图示了根据本公开的至少一些实施例的固态成像器件的功能构造示例的框图。如图3所示，固态成像器件200包括驱动电路211、信号处理单元212、仲裁器213、列ADC220和像素阵列单元300。
多个单位单元或单位像素310(在本文中也简称为像素310)以二维格子形状布置在像素阵列单元300中。稍后将说明单位像素310的细节。例如，每个单位像素310包括诸如光电二极管的光电转换元件以及产生具有与在光电转换元件中产生的电荷量相对应的电压值的像素信号的电路(在下文中称为像素电路)。此外，如在本文中更详细讨论的，像素电路能够包括第一或成像信号产生电路和第二或地址事件检测读出电路。这里，每个光电转换元件与仅为该光电转换元件设置的像素电路相关联。即，像素电路不被多个光电转换元件共享。
多个单位像素310在像素阵列单元300中以二维格子形状布置。可以将多个单位像素310分组成多个像素块或像素组，每个像素块或像素组包括预定数量的单位像素。在下文中，将沿着水平方向布置的单位像素的集合称为“行”，将沿着与行正交的方向布置的单位像素的集合称为“列”。
每个单位像素310产生与在各个光电转换元件中接收的光量相对应的电荷。另外，能够操作单位像素310以基于由在光电转换元件中产生的电荷所产生的电流(在下文中称为光电流)的值或其变化量是否超过预定阈值来检测地址事件触发的存在与否。另外，当地址事件被触发时，将用于读出具有与光电转换元件的光接收量相对应的电压值的像素信号的请求输出到仲裁器213。
驱动电路211驱动每个单位像素310，并且允许每个单位像素310将像素信号输出到列ADC 220。
仲裁器213对来自单位像素310的请求进行仲裁，并且基于仲裁结果向发出请求的单位像素310传输预定响应。接收到响应的单位像素310将指示地址事件触发的存在与否的检测信号(在下文中简称为“地址事件检测信号”)供应给驱动电路211和信号处理单元212。
针对每个单位像素310列，列ADC 220将来自该列的模拟像素信号转换为数字信号。另外，列ADC 220将通过转换产生的数字信号供应给信号处理单元212。
信号处理单元212对从列ADC 220传输的数字信号实施预定的信号处理，诸如相关双采样(CDS：correlated double sampling)处理(噪声去除)和白平衡调整。另外，信号处理单元212通过信号线209将信号处理结果和地址事件检测信号供应给记录单元120。
像素阵列单元300内的单位像素310可以设置在像素组314中。例如，在图3所示的构造中，像素阵列单元300由像素组314构成，像素组314包括接收重构颜色所需的波长分量的单位像素310的集合。例如，在基于RGB的三基色重构颜色的情况下，在像素阵列单元300中，接收红色(R)光的单位像素310、接收绿色(G)光的单位像素310和接收蓝色(B)光的单位像素310根据预定的彩色滤光片阵列布置在组314a中。
彩色滤光片阵列构造的示例包括各种阵列或像素组，诸如：2×2像素的拜耳阵列；在X-Trans(注册商标)CMOS传感器中采用的3×3像素的彩色滤光片阵列(在下文中也称为“X-Trans(注册商标)型阵列”)；4×4像素的四拜耳阵列(也称为“Quadra阵列”)；和将白色RGB彩色滤光片组合到拜耳阵列的4×4像素的彩色滤光片(在下文中也称为“白色RGB阵列”)。这里，在以下说明中，将例示采用拜耳阵列作为彩色滤光片阵列的情况。
图4A是图示了在被构造为形成多个拜耳阵列310A的彩色滤光片阵列中采用具有单位像素310和相关联的彩色滤光片的布置的像素组314的情况下的单位像素310的阵列示例的示意图。如图4所示，在采用拜耳阵列作为彩色滤光片阵列构造的情况下，在像素阵列单元300中，包括2×2像素的总共四个单位像素310的基本图案310A沿着列方向和行方向重复布置。例如，基本图案310A由包括红色(R)的彩色滤光片401的单位像素310R、包括绿色(Gr)的彩色滤光片401的单位像素310Gr、包括绿色(Gb)的彩色滤光片401的单位像素310Gb和包括蓝色(B)的彩色滤光片401的单位像素310B构成。
图4B描绘了沿着线A-A'截取的图4A的单位像素310的示例的截面。如图所示，单位像素310形成在基板402中，该基板402能够作为光接收芯片201的一部分被包括在内。另外，且如在本文中别处进一步讨论的，每个单位像素都由隔离结构1208界定。隔离结构1208可以是从光入射表面403延伸穿过基板402的整个厚度至基板402的相对表面404的全厚度介电沟槽(RFTI)结构或结构组的形式。另外，每个单位像素能够与片上透镜476相关联。替代地或另外，能够设置FFTI结构或结构组用于相邻单位像素之间的隔离。
接下来，将说明单位像素310的构造示例。图5是图示了根据本公开的至少一些实施例的单位像素310的示意性构造示例的电路图。如图5所示，例如，单位像素310包括像素成像信号产生单元(或读出电路)320、光接收单元330和地址事件检测单元(或读出电路)400。根据至少一个示例性实施例，读出电路400被构造为基于由光电转换元件(或光电转换区域)333产生的电荷来控制读出电路320。此外，图5中的逻辑电路210是包括例如图3中的驱动电路211、信号处理单元212和仲裁器213的逻辑电路。
例如，光接收单元330包括第一或成像传输晶体管或栅极(第一晶体管)331、第二或地址事件检测传输晶体管或栅极(第二晶体管)332和光电转换元件333。从驱动电路211传输的第一传输信号TG1被选择性地供应给光接收单元330的第一传输晶体管331的栅极，并且从驱动电路211传输的第二传输信号TG2被选择性地供应给第二传输晶体管332的栅极。通过光接收单元330的第一传输晶体管331的输出连接到像素成像信号产生单元320，并且通过第二传输晶体管332的输出连接到地址事件检测单元400。
例如，像素成像信号产生单元320包括复位晶体管(第三晶体管)321、放大晶体管(第四晶体管)322、选择晶体管(第五晶体管)323和浮动扩散层(FD)324。
根据本公开的至少一些实施例，例如，光接收单元330的第一传输晶体管331和第二传输晶体管332通过使用N型金属氧化物半导体(MOS：metal-oxide-semiconductor)晶体管(在下文中简称为“NMOS晶体管”)构成。类似地，例如，像素成像信号产生单元320的复位晶体管321、放大晶体管322和选择晶体管323各自通过使用NMOS晶体管构成。
例如，地址事件检测单元400包括电流-电压转换单元410和减法器430。然而，地址事件检测单元400还设置有缓冲器、量化器和传输单元。在以下说明中，将通过使用图6等来说明地址事件检测单元400的细节。
在所图示的构造中，光接收单元330的光电转换元件333对入射光进行光电转换以产生电荷。第一传输晶体管331根据第一传输信号TG1将在光电转换元件333中产生的电荷传输到浮动扩散层324。第二传输晶体管332根据控制信号TG2将基于在光电转换元件333中产生的电荷的电信号(光电流)供应给地址事件检测单元400。
浮动扩散层324累积从光电转换元件333经由第一传输晶体管331传输的电荷。复位晶体管321根据从驱动电路211传输的复位信号排出(初始化)在浮动扩散层324中累积的电荷。放大晶体管322允许具有与在浮动扩散层324中累积的电荷的电荷量相对应的电压值的像素信号出现在垂直信号线VSL中。选择晶体管323根据从驱动电路211传输的选择信号SEL来切换放大晶体管322和垂直信号线VSL之间的连接。此外，出现在垂直信号线VSL中的模拟像素信号由列ADC 220读出，并且被转换为数字像素信号。
当控制单元130给出地址事件检测开始的指令时，逻辑电路210中的驱动电路211输出用于将像素阵列单元300中的光接收单元330的第二传输晶体管332设定为导通状态的控制信号。利用这种布置，在光接收单元330的光电转换元件333中产生的光电流经由第二传输晶体管332被供应给每个单位像素310的地址事件检测单元400。
当基于来自光接收单元330的光电流检测地址事件触发时，每个单位像素310的地址事件检测单元400将请求输出到仲裁器213。对此，仲裁器213对从每个单位像素310传输的请求进行仲裁，并且基于仲裁结果向发出请求的单位像素310传输预定响应。接收到响应的单位像素310将指示地址事件触发的存在与否的检测信号(在下文中称为“地址事件检测信号”)供应给逻辑电路210中的驱动电路211和信号处理单元212。
驱动电路211将作为地址事件检测信号的供应源的单位像素310中的第二传输晶体管332设定为截止状态。利用这种布置，停止从光接收单元330向单位像素310的地址事件检测单元400供应光电流。
接下来，驱动电路211通过传输信号TG将单位像素310的光接收单元330中的第一传输晶体管331设定为导通状态。利用这种布置，在光接收单元330的光电转换元件333中产生的电荷经由第一传输晶体管331传输到浮动扩散层324。另外，具有与在浮动扩散层324中累积的电荷的电荷量相对应的电压值的像素信号出现在与像素成像信号产生单元320的选择晶体管323连接的垂直信号线VSL中。
如上所述，在固态成像器件200中，像素信号SIG从检测到地址事件触发的单位像素310输出到列ADC 220。
此外，例如，光接收单元330、像素成像信号产生单元320以及地址事件检测单元400的电流-电压转换单元410中的两个对数(LG)晶体管(第六和第七晶体管)411和414及两个放大晶体管(第八和第九晶体管)412和413设置在例如图2所示的光接收芯片201中，而其他部件能够设置在例如通过Cu-Cu接合与光接收芯片201接合的逻辑芯片202中。因此，在以下说明中，在单位像素310中，将设置在光接收芯片201中的构造称为“上层电路”。
图6是图示了根据本公开的至少一些实施例的地址事件检测单元400的示意性构造示例的框图。如图6所示，地址事件检测单元400包括电流-电压转换单元410、缓冲器420、减法器430、量化器440和传输单元450。
电流-电压转换单元410将来自光接收单元330的光电流转换为呈其对数的电压信号，并且将通过转换产生的电压信号供应给缓冲器420。
缓冲器420对从电流-电压转换单元410传输的电压信号进行校正，并且将校正后的电压信号输出到减法器430。
减法器430根据从驱动电路211传输的行驱动信号降低从缓冲器420传输的电压信号的电压电平，并且将降低后的电压信号供应给量化器440。
量化器440将从减法器430传输的电压信号量化为数字信号，并且将通过量化产生的数字信号作为检测信号输出到传输单元450。
传输单元450将从量化器440传输的检测信号传输到信号处理单元212等。例如，当检测到地址事件触发时，传输单元450将用于从传输单元450向驱动电路211和信号处理单元212传输地址事件检测信号的请求供应给仲裁器213。另外，当传输单元450接收到来自仲裁器213的关于该请求的响应时，传输单元450将检测信号供应给驱动电路211和信号处理单元212。
例如，图6所示的构造中的电流-电压转换单元410包括如图5所示的两个LG晶体管411和414、两个放大晶体管412和413以及恒流电路415。
例如，LG晶体管411的源极和放大晶体管413的栅极连接到光接收单元330的第二传输晶体管332的漏极。另外，例如，LG晶体管411的漏极连接到LG晶体管414的源极和放大晶体管412的栅极。例如，LG晶体管414的漏极连接到电源端子VDD。
另外，例如，放大晶体管413的源极接地，其漏极连接到LG晶体管411的栅极和放大晶体管412的源极。例如，放大晶体管412的漏极通过恒流电路415连接到电源端子VDD。例如，恒流电路415由诸如p型MOS晶体管的负载MOS晶体管构成。
在这种连接关系中，构建了环形源极跟随器电路。利用这种布置，来自光接收单元330的光电流被转换为对应于其电荷量的对数值的电压信号。此外，LG晶体管411和414以及放大晶体管412和413可以各自由例如NMOS晶体管构成。
图7是图示了根据本公开的至少一些实施例的减法器和量化器的示意性构造示例的电路图。如图7所示，减法器430包括电容器431和433、反相器432和开关434。另外，量化器440包括比较器441。
电容器431的一端连接到缓冲器420的输出端子，并且另一端连接到反相器432的输入端子。电容器433与反相器432并联连接。开关434根据行驱动信号断开或闭合连接电容器433两端的路线。
反相器432使通过电容器431输入的电压信号反相。反相器432将反相后的信号输出到比较器441的非反相输入端子(+)。
当开关434接通时，电压信号Vinit被输入到电容器431的缓冲器420侧。另外，相对侧成为虚拟接地端子。为方便起见，将虚拟接地端子的电位设定为零。此时，当将电容器431的容量设定为C1时，在电容器431中累积的电位Qinit由以下表达式(1)表示。另一方面，电容器433的两端短路，因此，其累积的电荷变为零。
QinitCC1×Vinit (1)
接下来，当考虑开关434断开、电容器431在缓冲器420侧的电压变化而达到Vafter的情况时，在电容器431中累积的电荷Qafter由以下表达式(2)表示。
Qafter＝C1×Vafter (2)
另一方面，当将输出电压设定为Vout时，在电容器433中累积的电荷Q2由以下表达式(3)表示。
Q2＝-C2×Vout (3)
此时，电容器431和433的总电荷量不变，因此，以下表达式(4)成立。
Qinit＝Qafter+Q2 (4)
当用表达式(1)至表达式(3)替换表达式(4)时，获得以下表达式(5)。
Vout＝-(C1/C2)×(Vafter-Vinit) (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变为C1/C2。通常，期望使增益最大化(或替代地，提高)，因此优选进行设计，使得C1变大而C2变小。另一方面，当C2过小时，kTC噪声增加，因此存在噪声特性劣化的担忧。因此，将C2的容量的降低限制在能够允许噪声的范围。另外，由于针对每个单位像素310安装包括减法器430的地址事件检测单元400，因此在容量C1和C2方面，存在对面积的限制。容量C1和C2的值是考虑到限制而确定的。
比较器441将从减法器430传输的电压信号与施加给反相输入端子(-)的预定阈值电压Vth进行比较。比较器441将指示比较结果的信号作为检测信号输出到传输单元450。
另外，当将电流-电压转换单元410的转换增益设定为CGlog，并且将缓冲器420的增益设定为“1”时，地址事件检测单元400整体的增益A由以下表达式(6)表示。
[数学式1]
Figure BDA0003540530000000141
在表达式(6)中，iphoto_n表示第n个单位像素310的光电流，其单位例如是安培(A)。N表示像素块中的单位像素310的数量，并且在本实施例中为“1”。
图8是图示了根据本公开的至少一些实施例的列ADC的示意性构造示例的框图。列ADC 220包括多个针对单位像素310的每一列设置的ADC 230。
每个ADC 230将出现在垂直信号线VSL中的模拟像素信号转换为数字信号。例如，将像素信号转换为位长度大于检测信号的位长度的数字信号。例如，当将检测信号设定为两位时，像素信号被转换为三位以上(16位等)的数字信号。ADC 230将所产生的数字信号供应给信号处理单元212。
接下来，将参照附图详细说明根据本公开的至少实施例的固态成像器件200的操作。
首先，将通过使用时序图来说明固态成像器件200的操作的示例。图9是图示了根据第一实施例的固态成像器件的操作的示例的时序图。
如图9所示，在时序T0，当控制单元130给出地址事件检测开始的指令时，驱动电路211将施加给像素阵列单元300中的所有光接收单元330的第二传输晶体管332的栅极的控制信号TG2升高到高电平。利用这种布置，所有光接收单元330的多个第二传输晶体管332进入导通状态，并且基于在每个光接收单元330的光电转换元件333中产生的电荷的光电流从每个光接收单元330向多个地址事件检测单元400中的各者供应。
另外，在控制信号OFG处于高电平的时段中，施加给每个光接收单元330中的第一传输晶体管331的栅极的传输信号TG1全部维持在低电平。因此，在该时段中，所有光接收单元330中的多个传输晶体管331处于截止状态。
接下来，将假设任意单位像素310的地址事件检测单元400在控制信号TG2处于高电平的时段中检测地址事件触发的情况。在这种情况下，检测地址事件触发的地址事件检测单元400向仲裁器213传输请求。对此，仲裁器213对该请求进行仲裁，并且将对该请求的响应返回给发出该请求的地址事件检测单元400。
例如，在时序T1到时序T2的时段中，接收到响应的地址事件检测单元400将输入到驱动电路211和信号处理单元212的检测信号升高到高电平。此外，在本说明中，假设检测信号是1位信号。
在时序T1从地址事件检测单元400输入高电平检测信号的驱动电路211在随后的时序T2将所有控制信号OFG降低到低电平。利用这种布置，停止从像素阵列单元300的所有光接收单元330向地址事件检测单元400供应光电流。
另外，在时序T2，驱动电路211将施加给其中检测到地址事件触发的单位像素310(在下文中称为“读出目标单位像素”)的像素成像信号产生单元320中的选择晶体管323的栅极的选择信号SEL升高到高电平，并且将施加给同一像素成像信号产生单元320的复位晶体管321的栅极的复位信号RST升高到高电平达恒定脉冲时段，从而排出(初始化)在像素成像信号产生单元320的浮动扩散层324中累积的电荷。以这种方式，在浮动扩散层324被初始化的状态下出现在垂直信号线VSL中的电压由列ADC 220中的连接到垂直信号线VSL的ADC230读出作为复位电平像素信号(在下文中简称为“复位电平”)，并且被转换为数字信号。
接下来，在读出复位电平之后的时序T3，驱动电路211将恒定脉冲时段的传输信号TG施加给读出目标单位像素310中的光接收单元330的第一传输晶体管331的栅极。利用这种布置，在光接收单元330的光电转换元件333中产生的电荷被传输到像素成像信号产生单元320中的浮动扩散层324，并且对应于在浮动扩散层324中累积的电荷的电压出现在垂直信号线VSL中。以这种方式，出现在垂直信号线VSL中的该电压由列ADC 220中的连接到垂直信号线VSL的ADC 230读出作为光接收单元330的信号电平像素信号(在下文中简称为“信号电平”)，并且被转换为数字值。
信号处理单元212实施CDS处理，其中，获得如上所述地读出的复位电平和信号电平之间的差作为与光电转换元件333的光接收量相对应的净像素信号。
接下来，在时序T4，驱动电路211将施加给读出目标单位像素310的像素成像信号产生读出电路320中的选择晶体管323的栅极的选择信号SEL降低到低电平，并且将施加给像素阵列单元300中的所有光接收单元330的第二传输晶体管332的栅极的控制信号TG2升高到高电平。利用这种布置，重新开始像素阵列单元300中的所有光接收单元330中的地址事件触发检测。
接下来，将通过使用流程图来说明固态成像器件200的操作的示例。图10是图示了根据本公开的至少一些实施例的固态成像器件的操作的示例的流程图。例如，当实施用于检测地址事件的预定应用程序时，开始该操作。
如图10所示，在该操作中，首先，像素阵列单元300中的每个单位像素310检测地址事件触发的存在与否(步骤S901)。另外，驱动电路211判断在单位像素310之中的任一者中是否检测到地址事件触发(步骤S902)。
在未检测到地址事件触发的情况下(步骤S902中的“否”)，该操作进行到步骤S904。另一方面，在检测到地址事件触发的情况下(步骤S902中的“是”)，驱动电路211对检测到地址事件触发的单位像素310实施像素信号的读出(步骤S903)，并且进行到步骤S904。
在步骤S904中，判断是否终止该操作。在未终止该操作的情况下(步骤S904中的“否”)，该操作返回到步骤S901，并且重复后续操作。另一方面，在终止该操作的情况下(步骤S904中的“是”)，终止该操作。
图11是根据本公开的第一示例性实施例的像素构造的平面图，图12是包括如第一示例性实施例中构造的像素组的像素阵列的一部分的平面图。更具体地，图11是图示了根据第一示例性实施例的单位像素310的示意性构造示例的俯视图。在该示例中，单位像素310的光电转换元件333具有六边形形状。根据本公开的进一步实施例，光电转换元件331能够具有任何其他形状，包括但不限于矩形、椭圆形或圆形。同样在该示例中，与像素成像信号产生单元或读出电路320相关联的电路元件定位在光电转换元件333的中心线C的第一侧，而与地址事件检测单元或读出电路400相关联的电路元件定位在光电转换元件333的中心线C的第二侧。单位像素310的部件被放置在像素区域311内，在该示例中像素区域311具有矩形形状，然而其他形状也是可以的，而且像素区域311由隔离结构1208界定。
在该第二示例性实施例中，定位在像素区域311内的单位像素310的像素成像信号读出电路320的电路元件包括复位晶体管321、浮动扩散324、放大晶体管322和选择晶体管323。定位在像素区域311内的单位像素310的地址事件检测读出电路400的电路元件包括第一对数晶体管411和第二对数晶体管414以及第一放大晶体管412和第二放大晶体管413。像素成像信号读出电路320通过第一传输晶体管331连接到光电转换元件333，而地址事件检测读出电路320通过第二传输晶体管332连接到光电转换元件333。第一传输晶体管331和第二传输晶体管332也定位在像素区域311内。
同样在该示例性实施例中，第一传输晶体管331沿着六边形光电转换元件333的一侧的一部分形成。此外，第一传输晶体管331形成在光电转换元件333的中心线C的第一侧。第二传输晶体管332沿着六边形光电转换元件333的另一侧的一部分形成。此外，第二传输晶体管332形成在光电转换元件333的中心线C的第二侧。如图11所示，光电转换元件333的形成有第一传输晶体管331的侧或面(facet)能够与形成有第二传输晶体管332的侧或面通过光电转换元件333的另一侧或面分离。然而，应当理解，对于六边形光电转换元件333，传输晶体管331和332的最小间距是0至3个面之间的任何数量的面。根据本公开的又一实施例，第一传输晶体管331和第二传输晶体管332能够形成在光电转换元件333的同一侧或同一面上。
图12是包括分别根据第一示例性实施例构造的单位像素310的组314的像素阵列单元300的一部分的平面图。更具体地，像素组314的单位像素310包括第一单位像素310(单位像素310.1)、第二单位像素310(单位像素310.2)、第三单位像素310(单位像素310.3)和第四单位像素310(单位像素310.4)的2×2子阵列。根据本公开的至少一些实施例，单位像素310的组314可以被构造为以图案310A构造的像素组314，该图案310A包括接收不同波长分量的单位像素310的集合。如图12所示，不存在示出为每个单独的单位像素310中所包括的电路元件的共享。代替地，设置在每个单位像素区域311周围的隔离结构1208将单位像素310彼此分离。如图所示，当单位像素310聚集成组314时，能够共享邻近单位像素310之间的隔离结构，使得限定第一单位像素(例如单位像素310.1)的一侧的隔离结构1208也能够限定相邻单位像素(例如单位像素310.2)的一侧。根据本公开的实施例，隔离结构1208可以是全厚度介电沟槽隔离或简单的全厚度沟槽隔离(RFTI)结构的形式。
图13是根据本公开的第二示例性实施例的像素构造的平面图，图14是包括如第二示例性实施例中构造的像素组的像素阵列的一部分的平面图。更具体地，图13是图示了根据第二示例性实施例的单位像素310的示意性构造示例的俯视图。在该示例中，单位像素310的光电转换元件333具有大致矩形形状。然而，根据本公开的进一步实施例，光电转换元件331能够具有任何其他形状，包括但不限于六边形、椭圆形或圆形。同样在该示例中，与地址事件检测单元或读出电路400相关联的所有电路元件都定位成与光电转换元件333的一侧(图13中的顶侧)相邻，而与像素成像信号产生单元或读出电路320相关联的电路元件中的一些电路元件定位成与光电转换元件333的顶侧相邻，像素成像信号产生读出电路320的其他部件定位成与光电转换元件333的相对侧(图13中的底侧)相邻。如在本文中所使用的，诸如“顶部”和“底部”的术语用于说明图中部件的相对位置，并不旨在必然暗示这些部件的绝对位置。单位像素310的部件放置在由隔离结构1208界定的像素区域311内。在该示例中，像素区域311具有矩形形状，然而其他形状也是可以的。
在该第二示例性实施例中，定位在像素区域311内的单位像素310的像素成像信号读出电路320的电路元件包括复位晶体管321、浮动扩散324、放大晶体管322和选择晶体管323。定位在像素区域311内的单位像素310的地址事件检测读出电路400的电路元件包括第一对数晶体管411和第二对数晶体管414以及第一放大晶体管412和第二放大晶体管413。像素成像信号读出电路320通过第一传输晶体管331连接到光电转换元件333，而地址事件检测读出电路320通过第二传输晶体管332连接到光电转换元件333。第一传输晶体管331和第二传输晶体管332也定位在像素区域311内。
第二示例性实施例中的第一传输晶体管331形成在与光电转换元件333的由光电转换元件333的第一侧(图13中的顶侧)和第二侧(图13中的右侧)形成的第一部分或角部相对应的位置处。第二传输晶体管332形成在与光电转换元件333的由光电转换元件333的第一侧和第三侧(图13中的左侧)形成的第二部分或角部相对应的位置处。
图14是包括分别根据第二示例性实施例构造的单位像素310的组314的像素阵列单元300的一部分的平面图。更具体地，像素组314的单位像素310包括第一单位像素310(单位像素310.1)、第二单位像素310(单位像素310.2)、第三单位像素310(单位像素310.3)和第四单位像素310(单位像素310.4)的2×2子阵列。根据本公开的至少一些实施例，单位像素310的组314可以被构造为以图案310A构造的像素组314，该图案310A包括接收不同波长分量的单位像素310的集合。如图14所示，不存在示出为每个单独的单位像素310中所包括的电路元件的共享。代替地，设置在每个单位像素区域311周围的隔离结构1208将单位像素310彼此分离。如图所示，当单位像素310聚集成组314时，能够共享邻近单位像素310之间的隔离结构，使得限定第一单位像素(例如单位像素310.1)的一侧的隔离结构1208也能够限定相邻单位像素(例如单位像素310.2)的一侧。根据本公开的实施例，隔离结构1208可以是全厚度介电沟槽隔离或简单的全厚度沟槽隔离(RFTI)结构的形式。
图15是根据本公开的第三示例性实施例的像素构造的平面图，图16是包括如第三示例性实施例中构造的像素组的像素阵列的一部分的平面图。更具体地，图15是图示了根据第三示例性实施例的单位像素310的示意性构造示例的俯视图。如在第二实施例中，该第三实施例中的单位像素310的光电转换元件333具有大致矩形形状，然而其他形状也是可以的。然而，在该第三示例性构造中，单位像素310的部件的布置与第二实施例的布置不同。这种替代构造能够简化将单位像素310的各种电路元件互连所需的布线。具体地，在该第三示例性实施例中，与像素成像信号产生单元或读出电路320相关联的电路元件定位成与光电转换元件333的一侧(图15中的顶侧)相邻。地址事件检测单元或读出电路400的第一对数晶体管411与像素成像信号产生读出电路320的电路元件定位在光电转换的同一侧。地址事件检测读出电路400的放大晶体管412和413定位成与光电转换元件333的另一个相对侧(图15中的底侧)相邻。地址事件检测读出电路400的第二对数晶体管414定位成与光电转换元件333的一侧(图15中的左侧)相邻，在光电转换元件333的顶侧边缘和底侧边缘之间。单位像素310的部件放置在由隔离结构1208界定的像素区域311内。在该示例中，像素区域311具有矩形形状，然而其他形状也是可以的。
在该第三实施例中，定位在像素区域311内的单位像素310的像素成像信号读出电路320的电路元件包括复位晶体管321、浮动扩散324、放大晶体管322和选择晶体管323。定位在像素区域311内的单位像素310的地址事件检测读出电路400的电路元件包括第一对数晶体管411和第二对数晶体管414以及第一放大晶体管412和第二放大晶体管413。像素成像信号读出电路320通过第一传输晶体管331连接到光电转换元件333，而地址事件检测读出电路320通过第二传输晶体管332连接到光电转换元件333。第一传输晶体管331和第二传输晶体管332也定位在像素区域311内。
在该第三示例性实施例中，第一传输晶体管331形成在与光电转换元件333的由光电转换元件333的第一侧(图15中的顶侧)和第二侧(图15中的右侧)形成的第一部分或角部相对应的位置处。第二传输晶体管332形成在与光电转换元件333的由光电转换元件333的第一侧和第三侧(图15中的左侧)形成的第二部分或角部相对应的位置处。
图16是包括分别根据第三示例性实施例构造的单位像素310的组314的像素阵列单元300的一部分的平面图。更具体地，像素组314的单位像素310包括第一单位像素310(单位像素310.1)、第二单位像素310(单位像素310.2)、第三单位像素310(单位像素310.3)和第四单位像素310(单位像素310.4)的2×2子阵列。根据本公开的至少一些实施例，单位像素310的组314可以被构造为以图案310A构造的像素组314，该图案310A包括接收不同波长分量的单位像素310的集合。如图16所示，不存在示出为每个单独的单位像素310中所包括的电路元件的共享。代替地，设置在每个单位像素区域311周围的隔离结构1208将单位像素310彼此分离。如图所示，当单位像素310聚集成组314时，能够共享邻近单位像素310之间的隔离结构，使得限定第一单位像素(例如单位像素310.1)的一侧的隔离结构1208也能够限定相邻单位像素(例如单位像素310.2)的一侧。根据本公开的实施例，隔离结构1208可以是全厚度介电沟槽隔离或简单的全厚度沟槽隔离(RFTI)结构的形式。
图17是根据本公开的第四示例性实施例的像素构造的平面图，图18是包括如第四示例性实施例中构造的像素组的像素阵列的一部分的平面图。更具体地，图17是图示了根据第四示例性实施例的单位像素310的示意性构造示例的俯视图。如在第二和第三实施例中，该第四实施例中的单位像素310的光电转换元件333具有大致矩形形状，然而其他形状也是可以的。然而，该第四示例性构造的地址事件检测单元或读出电路400的电路元件包括两个晶体管，而第一、第二和第三示例性实施例以包括四个晶体管的地址事件检测读出电路400为特征。与并入四晶体管地址事件检测读出电路400的实施例相比，该两晶体管构造允许光电转换元件333在给定的像素区域311内具有更大的面积。然而，两晶体管布置的增益可能小于四晶体管构造。在该第四示例性实施例中，与地址事件检测读出电路400相关联的所有电路元件都定位成与光电转换元件333的一侧(图17中的顶侧)相邻，而与像素成像信号产生读出电路320相关联的电路元件中的一些电路元件定位成与光电转换元件333的顶侧相邻，像素成像信号产生读出电路320的其他部件定位成与光电转换元件333的相对侧(图17中的底侧)相邻。单位像素310的部件定位在由隔离结构1208界定的像素区域311内。在该示例中，像素区域311具有矩形形状，然而其他形状也是可以的。
在该第四实施例中，定位在像素区域311内的单位像素310的像素成像信号读出电路320的电路元件包括复位晶体管321、浮动扩散324、放大晶体管322和选择晶体管323。定位在像素区域311内的单位像素310的地址事件检测读出电路400的电路元件包括第一对数晶体管411和第一放大晶体管413。像素成像信号读出电路320通过第一传输晶体管331连接到光电转换元件333，而地址事件检测读出电路320通过第二传输晶体管332连接到光电转换元件333。第一传输晶体管331和第二传输晶体管332也定位在像素区域311内。
在该第四示例性实施例中，第一传输晶体管331形成在与光电转换元件333的由光电转换元件333的第一侧(图17中的顶侧)和第二侧(图17中的右侧)形成的第一部分或角部相对应的位置处。第二传输晶体管332形成在与光电转换元件333的由光电转换元件333的第一侧和第三侧(图17中的左侧)形成的第二部分或角部相对应的位置处。
图18是包括分别根据第四示例性实施例构造的单位像素310的组314的像素阵列单元300的一部分的平面图。更具体地，像素组314的单位像素310包括第一单位像素310(单位像素310.1)、第二单位像素310(单位像素310.2)、第三单位像素310(单位像素310.3)和第四单位像素310(单位像素310.4)的2×2子阵列。根据本公开的至少一些实施例，单位像素310的组314可以被构造为以图案310A构造的像素组314，该图案310A包括接收不同波长分量的单位像素310的集合。如图18所示，不存在示出为每个单独的单位像素310中所包括的电路元件的共享。代替地，设置在每个单位像素区域311周围的隔离结构1208将单位像素310彼此分离。如图所示，当单位像素310聚集成组314时，能够共享邻近单位像素310之间的隔离结构，使得限定第一单位像素(例如单位像素310.1)的一侧的隔离结构1208也能够限定相邻单位像素(例如单位像素310.2)的一侧。根据本公开的实施例，隔离结构1208可以是全厚度介电沟槽隔离或简单的全厚度沟槽隔离(RFTI)结构的形式。
图19是根据本公开的第五示例性实施例的像素构造的平面图，图20是包括如第五示例性实施例中构造的像素组的像素阵列的一部分的平面图。更具体地，图19是图示了根据第五示例性实施例的单位像素310的示意性构造示例的俯视图。如在第二、第三和第四实施例中，该第五实施例中的单位像素310的光电转换元件333具有大致矩形形状，然而其他形状也是可以的。如在第四示例中，该第五示例性构造的地址事件检测单元或读出电路400的电路元件包括两个晶体管。在该第五示例性实施例中，与像素成像信号产生读出电路320相关联的所有电路元件都定位成与光电转换元件333的顶侧相邻，而与地址事件检测读出电路400相关联的所有电路元件都定位成与光电转换元件333的相对侧或底侧相邻。单位像素310的部件定位在由隔离结构1208界定的像素区域311内。在该示例中，像素区域311具有矩形形状，然而其他形状也是可以的。
在该第五实施例中，定位在像素区域311内的单位像素310的像素成像信号读出电路320的电路元件包括复位晶体管321、浮动扩散324、放大晶体管322和选择晶体管323。定位在像素区域311内的单位像素310的地址事件检测读出电路400的电路元件包括第一对数晶体管411和第一放大晶体管413。像素成像信号读出电路320通过第一传输晶体管331连接到光电转换元件333，而地址事件检测读出电路320通过第二传输晶体管332连接到光电转换元件333。第一传输晶体管331和第二传输晶体管332也定位在像素区域311内。
在该第五示例性实施例中，第一传输晶体管331形成在与光电转换元件333的由光电转换元件333的第一侧(图19中的顶侧)和第二侧(图19中的右侧)形成的第一部分或角部相对应的位置处。第二传输晶体管332形成在与光电转换元件333的由光电转换元件333的第三侧(图19中的左侧)和第四侧(图19中的底侧)形成的第二部分或角部相对应的位置处。
图20是包括分别根据第五示例性实施例构造的单位像素310的组314的像素阵列单元300的一部分的平面图。更具体地，像素组314的单位像素310包括第一单位像素310(单位像素310.1)、第二单位像素310(单位像素310.2)、第三单位像素310(单位像素310.3)和第四单位像素310(单位像素310.4)的2×2子阵列。根据本公开的至少一些实施例，单位像素310的组314可以被构造为以图案310A构造的像素组314，该图案310A包括接收不同波长分量的单位像素310的集合。如图20所示，不存在示出为每个单独的单位像素310中所包括的电路元件的共享。代替地，设置在每个单位像素区域311周围的隔离结构1208将单位像素310彼此分离。同样如图所示，当单位像素310聚集成组314时，能够共享邻近单位像素310之间的隔离结构，使得限定第一单位像素(例如单位像素310.1)的一侧的隔离结构1208也能够限定相邻单位像素(例如单位像素310.2)的一侧。根据本公开的实施例，隔离结构1208可以是全厚度介电沟槽隔离或简单的全厚度沟槽隔离(RFTI)结构的形式。
图21是根据本公开的第六示例性实施例的像素构造的平面图，图22是包括如第六示例性实施例中构造的像素组的像素阵列的一部分的平面图。更具体地，图21是图示了根据第六示例性实施例的单位像素310的示意性构造示例的俯视图。如在第二、第三、第四和第五实施例中，该第六实施例中的单位像素310的光电转换元件333具有大致矩形形状，然而其他形状也是可以的。如在第四和第五示例中，该第六示例性构造的地址事件检测单元或读出电路400的电路元件包括两个晶体管。在该第六示例性实施例中，与地址事件检测读出电路400相关联的所有电路元件都定位成与光电转换元件333的左侧相邻，而与像素成像信号产生读出电路320相关联的电路元件定位成与光电转换元件333的右侧和底侧相邻。单位像素310的部件定位在由隔离结构1208界定的像素区域311内。在该示例中，像素区域311具有矩形形状，然而其他形状也是可以的。
在该第六实施例中，定位在像素区域311内的单位像素310的像素成像信号读出电路320的电路元件包括复位晶体管321、浮动扩散324、放大晶体管322和选择晶体管323。定位在像素区域311内的单位像素310的地址事件检测读出电路400的电路元件包括第一对数晶体管411和第一放大晶体管413。像素成像信号读出电路320通过第一传输晶体管331连接到光电转换元件333，而地址事件检测读出电路320通过第二传输晶体管332连接到光电转换元件333。第一传输晶体管331和第二传输晶体管332也定位在像素区域311内。
在该第六示例性实施例中，第一传输晶体管331沿着光电转换元件333的一侧(图21中的右侧)的一部分定位。第二传输晶体管332沿着光电转换元件333的另一侧(图21中的左侧)的一部分定位。
图22是包括分别根据第六示例性实施例构造的单位像素310的组314的像素阵列单元300的一部分的平面图。更具体地，像素组314的单位像素310包括第一单位像素310(单位像素310.1)、第二单位像素310(单位像素310.2)、第三单位像素310(单位像素310.3)和第四单位像素310(单位像素310.4)的2×2子阵列。根据本公开的至少一些实施例，单位像素310的组314可以被构造为以图案310A构造的像素组314，该图案310A包括接收不同波长分量的单位像素310的集合。如图22所示，不存在示出为每个单独的单位像素310中所包括的电路元件的共享。代替地，设置在每个单位像素区域311周围的隔离结构1208将单位像素310彼此分离。同样如图所示，当单位像素310聚集成组314时，能够共享邻近单位像素310之间的隔离结构，使得限定第一单位像素(例如单位像素310.1)的一侧的隔离结构1208也能够限定相邻单位像素(例如单位像素310.2)的一侧。根据本公开的实施例，隔离结构1208可以是全厚度介电沟槽隔离或简单的全厚度沟槽隔离(RFTI)结构的形式。
图23是根据本公开的第七示例性实施例的像素构造的平面图，图24是包括如第七示例性实施例中构造的像素组的像素阵列的一部分的平面图。更具体地，图23是图示了根据第二示例性实施例的单位像素310的示意性构造示例的俯视图。在该示例中，单位像素310的光电转换元件333具有大致矩形形状。然而，根据本公开的进一步实施例，光电转换元件331能够具有任何其他形状，包括但不限于六边形、椭圆形或圆形。同样在该示例中，与地址事件检测单元或读出电路400相关联的所有电路元件都定位成与光电转换元件333的一侧(图13中的顶侧)相邻，而与像素成像信号产生单元或读出电路320相关联的电路元件中的一些电路元件定位成与光电转换元件333的顶侧相邻，像素成像信号产生读出电路320的其他部件定位成与光电转换元件333的相对侧(图13中的底侧)相邻。单位像素310的部件放置在由隔离结构1208界定的像素区域311内。在该示例中，像素区域311具有矩形形状，然而其他形状也是可以的。
在该第七示例性实施例中，定位在像素区域311内的单位像素310的像素成像信号读出电路320的电路元件包括复位晶体管321、浮动扩散324、放大晶体管322和选择晶体管323。定位在像素区域311内的单位像素310的地址事件检测读出电路400的电路元件包括第一对数晶体管411和第二对数晶体管414以及第一放大晶体管412和第二放大晶体管413。像素成像信号读出电路320通过第一传输晶体管331连接到光电转换元件333，而地址事件检测读出电路320通过第二传输晶体管332连接到光电转换元件333。第一传输晶体管331和第二传输晶体管332也定位在像素区域311内。
第七示例性实施例中的第一传输晶体管331形成在与光电转换元件333的由光电转换元件333的第一侧(图23中的顶侧)和第二侧(图23中的右侧)形成的第一部分或角部相对应的位置处。另外，第一传输晶体管331是P型MOS晶体管。第二传输晶体管332形成在与光电转换元件333的由光电转换元件333的第一侧和第三侧(图13中的左侧)形成的第二部分或角部相对应的位置处。第二传输晶体管332是N型MOS晶体管。第一传输晶体管331的传输栅极能够通过联合信号线(joint signal line)2301电连接到第二传输晶体管332的传输栅极。这种构造允许第一传输晶体管331和第二传输晶体管332通过单个信号线操作。更具体地，响应于由联合信号线2301提供的第一信号，第一传输晶体管331和第二传输晶体管332中的第一者能够置于导通状态，而第一传输晶体管331和第二传输晶体管332中的第二者能够置于截止状态。相反地，响应于由联合信号线2301提供的第二信号，第一传输晶体管331和第二传输晶体管332中的第一者能够置于截止状态，而第一传输晶体管331和第二传输晶体管332中的第二者能够置于导通状态。如该第七示例性实施例中构造的单位像素310能够提供增加的事件检测模式和成像模式之间的切换速度。根据本公开的进一步实施例，通过向第一传输晶体管331和第二传输晶体管332提供单独的信号线，能够同时使用成像模式和DVS模式。如本领域技术人员在考虑本公开之后能够理解的，在替代构造中，第一传输晶体管331能够是N型MOS晶体管，而第二传输晶体管332能够是P型MOS晶体管。此外，如从本公开能够理解的，除了第一传输晶体管331和第二传输晶体管332的不同组成之外，该第七示例性实施例中的单位像素310的总体布局与第二示例性实施例类似。然而，根据本公开的进一步实施例，包括第一和第三至第六示例性实施例的其他实施例也能够以一个N型传输晶体管331或332和一个P型传输晶体管331或332为特征，以实现以下优点：在成像模式和DVS模式中同时操作或增强上述模式之间的切换速度。如本领域技术人员在考虑本公开之后能够理解的，在传输晶体管331或332是特定类型的情况下，应当改变其他相关联的读出晶体管的类型以匹配该类型，并因此解决由传输晶体管331或332读出的载流子。
图24是包括分别根据第七示例性实施例构造的单位像素310的组314的像素阵列单元300的一部分的平面图。更具体地，像素组314的单位像素310包括第一单位像素310(单位像素310.1)、第二单位像素310(单位像素310.2)、第三单位像素310(单位像素310.3)和第四单位像素310(单位像素310.4)的2×2子阵列。根据本公开的至少一些实施例，单位像素310的组314可以被构造为以图案310A构造的像素组314，该图案310A包括接收不同波长分量的单位像素310的集合。如图24所示，不存在示出为每个单独的单位像素310中所包括的电路元件的共享。代替地，设置在每个单位像素区域311周围的隔离结构1208将单位像素310彼此分离。如图所示，当单位像素310聚集成组314时，能够共享邻近单位像素310之间的隔离结构，使得限定第一单位像素(例如单位像素310.1)的一侧的隔离结构1208也能够限定相邻单位像素(例如单位像素310.2)的一侧。根据本公开的实施例，隔离结构1208可以是全厚度介电沟槽隔离或简单的全厚度沟槽隔离(RFTI)结构的形式。
在成像模式中，与像素阵列单元300内的一个或多个单位像素310的光电转换单元333相关联的第一传输晶体管331置于导电状态(例如，导通状态)，以便将光电转换单元333可操作地连接到像素成像信号产生读出电路320的浮动扩散324。在事件检测或动态视觉传感器(DVS)模式中，与一个或多个单位像素的光电转换单元333相关联的第二传输晶体管332置于导电状态，以便将所选光电转换单元333可操作地连接到地址事件检测读出电路400。
在至少一些操作模式中，所选单位像素310的第二传输晶体管332在成像操作期间保持断开(例如，处于截止状态)，并且第一传输晶体管331在事件检测模式期间保持断开。如本领域技术人员在考虑本公开之后能够进一步理解的，第一传输晶体管331的接通、第二传输晶体管332的断开以及像素图像信号产生电路320的操作能够由像素组310的地址事件检测读出电路400检测到事件而触发。
在至少一些其他操作模式中，特别是在第一传输晶体管331被构造为P型MOS晶体管且第二传输晶体管332被构造为N型MOS晶体管的情况下，能够同时将空穴载流子提供给像素成像信号产生读出电路320且将电子提供给地址事件检测读出电路400。替代地，在第一传输晶体管331被构造为N型MOS晶体管且第二传输晶体管332被构造为P型MOS晶体管的情况下，能够同时将电子提供给像素成像信号产生读出电路320且将空穴载流子提供给地址事件检测读出电路400。根据又一操作模式，特别是在设置信号线2301以将第一传输晶体管331和第二传输晶体管332电连接，第一传输晶体管331和第二传输晶体管332中的第一者被构造为P型MOS晶体管，且第一传输晶体管331和第二传输晶体管332中的第二者被构造为N型MOS晶体管的情况下，能够使用同时提供给第一传输晶体管331和第二传输晶体管332的单个切换信号来高速地执行成像模式和DVS模式之间的切换。
因此，本公开的实施例提供了能够执行事件检测操作和成像操作的成像装置100的单位像素310。此外，因为任何一个单位像素310的电路元件与任何其他单位像素310的电路元件分离，所以与不设置单位像素310之间的这种隔离的构造相比，能够实现图像质量的提高。
根据本公开的实施例，隔离结构1208可以是RFTI结构的形式。RFTI结构1208延伸穿过其中形成有单位像素314的光电二极管333的光接收芯片201的基板402的整个厚度。即，根据本公开的至少一些实施例，RFTI结构1208从光接收芯片201的基板402的至少第一光入射表面403延伸到光接收芯片201的基板402的第二非光入射表面404。因此，能够实现相邻单位像素之间的优异隔离。
图25是图示了作为根据本公开的技术适用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25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、车辆外部信息检测单元12030、车辆内部信息检测单元12040和综合控制单元12050。另外，作为综合控制单元12050的功能构造，图中图示了微型计算机12051、声音图像输出单元12052和车载网络I/F(接口)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相关的装置的操作。例如，驱动系统控制单元12010起到下列装置的控制装置的作用：用于产生车辆驱动力的驱动力产生装置，诸如内燃机和驱动电机；用于将驱动力传递至车轮的驱动力传递机构；用于对车辆的转向角度进行调整的转向机构；和用于产生车辆制动力的制动装置，等等。
车身系统控制单元12020根据各种程序来控制安装到车体的各种装置的操作。例如，车身系统控制单元12020起到无钥匙进入系统、智能钥匙系统、电动车窗装置和诸如车头灯、车尾灯、刹车灯、闪光信号灯和雾灯等各种灯的控制装置的作用。在这种情况下，从取代钥匙的便携式装置传输的电波或各种开关的信号能够输入到车身系统控制单元12020。车身系统控制单元12020接收电波或信号的输入，并且控制车辆的门锁装置、电动车窗装置和灯等。
车辆外部信息检测单元12030检测安装有车辆控制系统12000的车辆的外部的信息。例如，成像单元12031连接到车辆外部信息检测单元12030。车辆外部信息检测单元12030使成像单元12031拍摄车辆外部图像，并且接收所拍摄的图像。车辆外部信息检测单元12030可以基于所接收的图像执行人、车辆、障碍物、标志或道路上的文字等的物体检测处理或距离检测处理。
成像单元12031是光传感器，其接收光且输出与光接收量相对应的电信号。成像单元12031可以将电信号作为图像或测距信息输出。另外，由成像单元12031接收的光可以是可见光，或者可以是诸如红外线等不可见光。此外，成像单元12031能够包括并入根据本公开实施例的像素阵列单元300的固态成像器件200，该像素阵列单元300具有构造的与像素阵列单元300内的其他单位像素310隔离的单位像素310。
车辆内部信息检测单元12040检测车辆内部信息。例如，检测驾驶员状态的驾驶员状态检测单元12041连接到车辆内部信息检测单元12040。例如，驾驶员状态检测单元12041包括对驾驶员进行成像的相机，并且车辆内部信息检测单元12040可以基于从驾驶员状态检测单元12041输入的检测信息来计算驾驶员的疲劳程度或驾驶员的集中程度，或者可以判断驾驶员是否打瞌睡。
微型计算机12051基于由车辆外部信息检测单元12030或车辆内部信息检测单元12040获取的车辆外部信息或内部信息来计算驱动力产生装置、转向机构或制动装置的控制目标值，并且能够将控制命令输出到驱动系统控制单元12010。例如，微型计算机12051能够执行为了实现高级驾驶员辅助系统(ADAS：advanced driver assistance system)的功能的协同控制，该功能包括车辆的碰撞避免或冲击减缓、基于车间距离的跟车行驶、车辆定速行驶、车辆碰撞警告和车辆偏离车道警告等。
另外，微型计算机12051能够通过基于由车辆外部信息检测单元12030或车辆内部信息检测单元12040获取的车辆附近的信息来控制驱动力产生装置、转向机构和制动装置等，执行用于其中车辆不依赖于驾驶员的操作而自主行驶的自动驾驶等的协同控制。
微型计算机12051能够基于由车辆外部信息检测单元12030获取的车辆外部信息将控制命令输出到车身系统控制单元12020。例如，微型计算机12051能够通过根据由车辆外部信息检测单元12030检测到的前方车辆或对向车辆的位置控制车头灯而执行协同控制，以实现诸如将远光灯切换为近光灯的眩光保护。
声音图像输出单元12052将声音和图像中的至少一者的输出信号传输到输出装置，该输出装置能够在视觉上或听觉上将信息通知到车辆中的乘客或车辆的外部。在图30的示例中，作为输出装置，例示了音频扬声器12061、显示单元12062和仪表板12063。例如，显示单元12062可以包括车载显示器或平视显示器中的至少一者。
图26是图示了成像单元12031的安装位置的示例的视图。
在图26中，作为成像单元12031，设置有成像单元12101、12102、12103、12104和12105。
例如，成像单元12101、12102、12103、12104和12105安装在车辆12100的诸如前鼻、侧视镜、后保险杠、后门以及车厢中挡风玻璃上侧的位置处。设置在前鼻处的成像单元12101和设置在车厢中挡风玻璃上侧的成像单元12105主要获取车辆12100前面的图像。设置在侧视镜中的成像单元12102和12103主要获取车辆12100侧面的图像。设置在后保险杠或后门中的成像单元12104主要获取车辆12100后面的图像。设置在车厢中挡风玻璃上侧的成像单元12105能够主要用于检测前方车辆、行人、障碍物、交通信号灯、交通标志和车道等。
此外，图26图示了成像单元12101至12104的摄影范围的示例。摄像范围12111表示设置在前鼻中的成像单元12101的摄像范围，摄像范围12112和12113分别表示设置在侧视镜中的成像单元12102和12103的摄像范围，摄像范围12114表示设置在后保险杠或后门中的成像单元12104的摄像范围。例如，当将由成像单元12101至12104拍摄的多个图像数据彼此叠加时，可以获得从上面观察车辆12100时的俯瞰图像。
成像单元12101至12104中的至少一者可以具有获取距离信息的功能。例如，成像单元12101至12104中的至少一者可以是包括多个成像元件的立体相机，或者可以是包括用于相位差检测的像素的成像元件。
例如，微型计算机12051能够基于从成像单元12101至12104获得的距离信息来获得与摄像范围12111至12114中的各个三维物体之间的距离以及该距离随时间的变化(相对于车辆12100的速度)，以提取以下三维物体作为前方车辆：该三维物体特别是在车辆12100的行进路径上最接近的三维物体，并且以预定的速度(例如，0km/h以上)在与车辆12100行驶的方向近似相同的方向上行驶。另外，微型计算机12051能够预先设定与前方车辆前方要保持的车间距离，以执行自动制动控制(也包括跟车停止控制)和自动加速控制(也包括跟车加速控制)等。如上所述，可以执行用于其中车辆不依赖于驾驶员的操作而自主行驶的自动驾驶等的协同控制。
例如，微型计算机12051能够通过基于从成像单元12101至12104获得的距离信息将多个三维物体数据分类成两轮车辆数据、标准车辆数据、大型车辆数据、行人数据和诸如电线杆的其他三维物体数据来提取与三维物体相关的三维物体数据，并且能够使用该三维物体数据以自动避开障碍物。例如，微型计算机12051将在车辆12100周边的障碍物辨别为车辆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。另外，微型计算机12051确定指示与每个障碍物碰撞的危险程度的碰撞风险。在碰撞风险等于或高于设定值且可能发生碰撞的情形下，微型计算机12051能够通过经由音频扬声器12061或显示单元12062向驾驶员输出警告或者通过经由驱动系统控制单元12010进行强制减速或规避转向来辅助驾驶，以避免碰撞。
成像单元12101至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能够通过判断由成像单元12101至12104拍摄的图像中是否存在行人来识别行人。例如，通过以下步骤执行行人识别：提取由作为红外相机的成像单元12101至12104拍摄的图像中的特定点；对表示物体轮廓线的一系列特定点执行图案匹配处理以判断该物体是否是行人。当微型计算机12051判断由成像单元12101至12104拍摄的图像上存在行人且识别出该行人时，声音图像输出单元12052控制显示单元12062将用于强调的四边形轮廓线叠加和显示在识别出的行人上。另外，声音图像输出单元12052可以控制显示单元12062将表示行人的图标等显示在期望的位置处。
在上文中，已经给出了根据本公开的技术适用的车辆控制系统的示例的说明。根据本公开的技术适用于上述构造中的成像单元12031和驾驶员状态检测单元12041等。
在上文中，已经说明了本公开的实施例，但是本公开的技术范围不限于上述实施例，而是能够在不脱离本公开的主旨的范围内做出各种变型。另外，可以适当地组合其他实施例和变型例中的构成要素。
另外，本说明书中所述的实施例中的效果仅是说明性的，并且可以存在其他效果而没有限制。
此外，本技术能够采用以下构造。
(1)一种成像装置，其包括：
像素阵列单元，其中，所述像素阵列单元包括：
多个像素；和
隔离结构，其中，所述多个像素中的每个像素通过所述隔离结构与所述多个像素中的一个或多个邻近像素分离，并且其中，每个像素包括：
光电转换区域；
第一传输晶体管；
第二传输晶体管；
第一读出电路，其通过所述第一传输晶体管选择性地耦合到所述光电转换区域；和
第二读出电路，其通过所述第二传输晶体管选择性地耦合到所述光电转换区域。
(2)如(1)所述的成像装置，其中，所述第二读出电路是地址事件检测读出电路。
(3)如(1)或(2)所述的成像装置，其中，所述第一读出电路是成像信号产生读出电路。
(4)如(1)至(3)中任一项所述的成像装置，其中，所述像素阵列单元包括多个像素组，其中，所述多个像素组中的第一像素组的每个像素与所述第一像素组中的其他像素隔离。
(5)如(1)至(4)中任一项所述的成像装置，其中，所述隔离结构是介电结构。
(6)如(5)所述的成像装置，其中，所述介电结构包围所述第一像素组内的每个所述像素。
(7)如(6)所述的成像装置，其中，所述介电结构是全厚度介电沟槽。
(8)如(1)至(7)中任一项的成像装置，其中，所述第一读出电路包括浮动扩散层、放大晶体管、选择晶体管和复位晶体管。
(9)如(1)至(8)中任一项所述的成像装置，其中，所述第二读出电路包括电流电压转换单元和减法器。
(10)如(1)至(8)中任一项所述的成像装置，其中，所述第二读出电路包括第一对数晶体管和第一放大晶体管。
(11)如(1)至(8)中任一项所述的成像装置，其中，所述第二读出电路包括第一对数晶体管、第二对数晶体管、第一放大晶体管和第二放大晶体管。
(12)如(1)至(11)中任一项所述的成像装置，其中，所述第一传输晶体管包括N型传输栅极和P型传输栅极中的第一者，并且其中，所述第二传输晶体管包括所述N型传输栅极和所述P型传输栅极中的第二者。
(13)如(12)所述的成像装置，其中，所述多个像素中所包括的至少第一像素的所述光电转换区域选择性地同时连接到所述第一读出电路和所述第二读出电路。
(14)如(12)所述的成像装置，其还包括：
联合信号线，其中，所述联合信号线将所述第一传输栅极电连接到所述第二传输栅极。
(15)如(1)至(14)中任一项所述的成像装置，其中，针对每个像素，所述第一读出电路的所有部件都形成在所述像素的第一半部分中，并且所述第二读出电路的所有部件都形成在所述像素的第二半部分中。
(16)如(1)至(15)中任一项所述的成像装置，其中，所述光电转换区域在平面图中包括多个边，其中，所述第一传输栅极沿着所述光电转换单元的第一边定位，并且其中，所述第二传输栅极沿着所述光电转换区域的第二边定位。
(17)如(4)所述的成像装置，其中，每个像素组还包括第一单位像素、第二单位像素、第三单位像素和第四单位像素，并且其中，所述第一单位像素、所述第二单位像素、所述第三单位像素和所述第四单位像素以2×2阵列设置。
(18)如(1)至(17)中任一项所述的成像装置，其中，所述隔离结构针对每个所述单位像素限定像素区域，并且其中，每个单位像素的电路元件通过所述隔离结构与所述像素阵列单元中的任何邻近单位像素的电路元件分离。
(19)如(1)至(18)中任一项所述的成像装置，其中，所述第一隔离结构完全是全厚度沟槽隔离结构。
(20)一种电子设备，其包括：
成像透镜；和
固态成像器件，所述固态成像器件包括：
像素阵列单元，其中，所述像素阵列单元包括：
多个像素；和
隔离结构，其中，所述多个像素中的每个像素通过所述隔离结构与所述多个像素中的一个或多个邻近像素分离，并且其中，每个像素包括：
光电转换区域；
第一传输晶体管；
第二传输晶体管；
第一读出电路，其通过所述第一传输晶体管选择性地耦合到所述光电转换区域；和
第二读出电路，其通过所述第二传输晶体管选择性地耦合到所述光电转换区域；和
控制单元，其中，所述控制单元控制所述固态成像器件的操作。
本领域技术人员应当理解，根据设计要求和其他因素，可以进行各种变型、组合、次组合和变更，只要这些变型、组合、次组合和变更在所附权利要求或其等同物的范围内。

Claims (20)

1.一种成像装置，其包括：
像素阵列单元，其中，所述像素阵列单元包括：
多个像素；和
隔离结构，其中，所述多个像素中的每个像素通过所述隔离结构与所述多个像素中的一个或多个邻近像素分离，并且其中，每个像素包括：
光电转换区域；
第一传输晶体管；
第二传输晶体管；
第一读出电路，其通过所述第一传输晶体管选择性地耦合到所述光电转换区域；和
第二读出电路，其通过所述第二传输晶体管选择性地耦合到所述光电转换区域。
2.如权利要求1所述的成像装置，其中，所述第二读出电路是地址事件检测读出电路。
3.如权利要求2所述的成像装置，其中，所述第一读出电路是成像信号产生读出电路。
4.如权利要求3所述的成像装置，其中，所述像素阵列单元包括多个像素组，其中，所述多个像素组中的第一像素组的每个像素与所述第一像素组中的其他像素隔离。
5.如权利要求4所述的成像装置，其中，所述隔离结构是介电结构。
6.如权利要求5所述的成像装置，其中，所述介电结构包围所述第一像素组内的每个所述像素。
7.如权利要求6所述的成像装置，其中，所述介电结构是全厚度介电沟槽。
8.如权利要求1所述的成像装置，其中，所述第一读出电路包括浮动扩散层、放大晶体管、选择晶体管和复位晶体管。
9.如权利要求8所述的成像装置，其中，所述第二读出电路包括电流电压转换单元和减法器。
10.如权利要求8所述的成像装置，其中，所述第二读出电路包括第一对数晶体管和第一放大晶体管。
11.如权利要求8所述的成像装置，其中，所述第二读出电路包括第一对数晶体管、第二对数晶体管、第一放大晶体管和第二放大晶体管。
12.如权利要求1所述的成像装置，其中，所述第一传输晶体管包括N型传输栅极和P型传输栅极中的第一者，并且其中，所述第二传输晶体管包括所述N型传输栅极和所述P型传输栅极中的第二者。
13.如权利要求12所述的成像装置，其中，所述多个像素中所包括的至少第一像素的所述光电转换区域选择性地同时连接到所述第一读出电路和所述第二读出电路。
14.如权利要求12所述的成像装置，其还包括：
联合信号线，其中，所述联合信号线将所述第一传输栅极电连接到所述第二传输栅极。
15.如权利要求1所述的成像装置，其中，针对每个像素，所述第一读出电路的所有部件都形成在所述像素的第一半部分中，并且所述第二读出电路的所有部件都形成在所述像素的第二半部分中。
16.如权利要求1所述的成像装置，其中，所述光电转换区域在平面图中包括多个边，其中，所述第一传输栅极沿着所述光电转换单元的第一边定位，并且其中，所述第二传输栅极沿着所述光电转换区域的第二边定位。
17.如权利要求4所述的成像装置，其中，每个像素组还包括第一单位像素、第二单位像素、第三单位像素和第四单位像素，并且其中，所述第一单位像素、所述第二单位像素、所述第三单位像素和所述第四单位像素以2×2阵列设置。
18.如权利要求1所述的成像装置，其中，所述隔离结构针对每个所述单位像素限定像素区域，并且其中，每个单位像素的电路元件通过所述隔离结构与所述像素阵列单元中的任何邻近单位像素的电路元件分离。
19.如权利要求1所述的成像装置，其中，所述第一隔离结构完全是全厚度沟槽隔离结构。
20.一种电子设备，其包括：
成像透镜；和
固态成像器件，所述固态成像器件包括：
像素阵列单元，其中，所述像素阵列单元包括：
多个像素；和
隔离结构，其中，所述多个像素中的每个像素通过所述隔离结构与所述多个像素中的一个或多个邻近像素分离，并且其中，每个像素包括：
光电转换区域；
第一传输晶体管；
第二传输晶体管；
第一读出电路，其通过所述第一传输晶体管选择性地耦合到所述光电转换区域；和
第二读出电路，其通过所述第二传输晶体管选择性地耦合到所述光电转换区域；和
控制单元，其中，所述控制单元控制所述固态成像器件的操作。
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