CN116325781A - 固态成像元件和成像装置 - Google Patents

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Abstract

在本申请中，改进了检测光子的存在或不存在的固态成像元件的性能。固态成像元件包括光接收基板和逻辑基板。在固态成像元件中，在光接收基板上设置多个雪崩光电二极管，每个雪崩光电二极管生成与光子的入射相对应的电流。此外，在固态成像元件中，在逻辑基板上设置有计数器，该计数器基于多个雪崩光电二极管中的所选择的雪崩光电二极管的电流对光子的数量进行计数。

Description

固态成像元件和成像装置
技术领域
本技术涉及固态成像元件。具体地，本技术涉及计算光子数的固态成像元件和成像装置。
背景技术
通常，在成像装置、距离测量模块等中需要检测光子的存在或不存在的情况下，使用单光子雪崩二极管(SPAD)。例如，已经提出了固态成像元件，该固态成像元件设置有多个SPAD、反相器、以及选择多个SPAD中的至少一个SPAD并且将SPAD连接至反相器的多个开关元件(例如，参考专利文献1)。在固态成像元件中，反相器处和之后的电路由多个SPAD共享。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本专利申请特开第2019-192903号。
发明内容
本发明要解决的问题
在上述传统技术中，通过由多个SPAD共享在反相器处和之后的电路来减小电路规模。然而，在上述固态成像元件中，难以进一步提高像素密度、省电等的性能。例如，当出于提高省电的目的而添加用于在低电压下操作的电路时，出现电路规模增加的问题。此外，例如，在为了提高像素密度而减小各像素的受光面积的情况下，产生灵敏度下降的问题。
鉴于这种情况开发了本技术，并且其目的是改善检测光子的存在或不存在的固态成像元件的性能。
问题的解决方案
已经做出本技术以解决上述问题，并且本技术的第一方面是一种固态成像元件，该固态成像元件包括：光接收基板，在该光接收基板上设置有多个雪崩光电二极管，每个雪崩光电二极管生成与光子的入射相对应的电流；以及逻辑基板，在该逻辑基板上设置有计数器，计数器基于在多个雪崩光电二极管中选择的雪崩光电二极管的电流对光子的数量进行计数。这产生每个衬底的电路规模减小的效果。
此外，在第一方面中，多个雪崩光电二极管可以包括第一雪崩光电二极管和第二雪崩光电二极管，并且可以进一步在逻辑基板上设置检测电路，检测电路基于根据电流的电压来生成脉冲信号并且将脉冲信号输出至计数器，第一选择晶体管，第一选择晶体管断开和闭合第一雪崩光电二极管的一端与检测电路之间的路径；第二选择晶体管，第二选择晶体管断开和闭合第二雪崩光电二极管的一端与检测电路之间的路径，以及控制第一选择晶体管和第二选择晶体管的栅极各自的电压的控制电路。这产生选择或添加像素的效果。
此外，在第一方面中，在第一选择晶体管和第二选择晶体管中的至少一个处于闭合状态的情况下，控制电路可以向栅极供应高于在由于光子引起的电位下降之后的一端的电位与第一选择晶体管和第二选择晶体管的每个阈值电压之间的差的电压。这产生脉冲信号的振幅受限的效果。
此外，在第一方面中，计数器可包括第一计数器和第二计数器，检测电路可包括第一检测电路，第一检测电路产生第一脉冲信号并将第一脉冲信号供应到第一计数器，以及第二检测电路，生成第二脉冲信号并且将第二脉冲信号供应至第二计数器，第一选择晶体管可以断开和闭合第一雪崩光电二极管的一端与第一检测电路之间的路径，第二选择晶体管可以断开和闭合第二雪崩光电二极管的一端与第二检测电路之间的路径，可以进一步在逻辑基板上设置第三选择晶体管，第三选择晶体管断开和闭合第一雪崩光电二极管的一端与第二检测电路之间的路径；以及第四选择晶体管，第四选择晶体管断开和闭合第二雪崩光电二极管的一端与第二检测电路之间的路径，控制电路还可以控制第三和第四选择晶体管各自的栅极电压。这产生了为每个共享块生成多条像素数据的效果。
此外，在第一方面中，控制电路可以包括：接通状态电压生成单元，其根据预定参考电压生成电压作为接通状态电压；以及选择器，其选择接通状态电压与或接通状态电压不同的断开状态电压，并将所选择的电压供应至栅极。这产生调整接通状态电压的效果。
此外，在第一方面中，检测电路可包括：第一检测电路，产生第一脉冲信号；以及第二检测电路，产生第二脉冲信号；第一选择晶体管可以断开和闭合第一雪崩光电二极管的一端与第一检测电路之间的路径，第二选择晶体管可以断开和闭合第二雪崩光电二极管的一端与第二检测电路之间的路径，还可以在逻辑基板上设置缩短第一脉冲信号的脉冲宽度的第一脉冲整形电路、缩短第二脉冲信号的脉冲宽度的第二脉冲整形电路，以及逻辑或门，逻辑或门向计数器提供具有缩短的脉冲宽度的第一和第二脉冲信号的逻辑或。这产生计数值的误差减小的效果。
此外，在第一方面中，还可以在逻辑基板上设置将一端的电位固定为预定值的钳位晶体管。这产生了雪崩光电二极管的一端处的电位被固定的效果。
此外，在第一方面中，多个雪崩光电二极管可以包括第一雪崩光电二极管和第二雪崩光电二极管，可以进一步在逻辑基板上设置检测电路，检测电路基于根据电流的电压来生成脉冲信号并且将脉冲信号输出至计数器，并且可以进一步在光接收基板上设置第一选择晶体管，第一选择晶体管断开和闭合第一雪崩光电二极管的一端与检测电路之间的路径，第二选择晶体管，断开和闭合第二雪崩光电二极管的一端与检测电路之间的路径；以及钳位晶体管，将一端的电位固定至预定值。这产生了雪崩光电二极管的一端处的电位被固定的效果。
此外，在第一方面中，还可以在光接收基板上设置插入在第一雪崩光电二极管的一端与第一选择晶体管之间的第一电阻器和插入在第二雪崩光电二极管的一端与第二选择晶体管之间的第二电阻器。这产生功耗减小的效果。
此外，在第一方面中，进一步包括中间衬底，其中，多个雪崩光电二极管可以包括第一雪崩光电二极管和第二雪崩光电二极管，并且可以在中间衬底上进一步设置第一选择晶体管和第二选择晶体管，第一选择晶体管断开和闭合第一雪崩光电二极管的一端与公共节点之间的路径，第二选择晶体管断开和闭合第二雪崩光电二极管的一端与公共节点之间的路径。这产生每个衬底的电路规模减小的效果。
此外，在第一方面中，可以进一步在逻辑基板上设置检测电路，该检测电路基于公共节点的电位生成脉冲信号并且将脉冲信号输出至计数器，并且可以进一步在中间基板上设置钳位晶体管，该钳位晶体管将一端的电位固定至预定值。这产生了雪崩光电二极管的一端处的电位被固定的效果。
此外，在第一方面中，还可以在中间基板上设置检测电路，检测电路基于公共节点的电位生成脉冲信号并且将脉冲信号输出至计数器。
此外，在第一方面中，还可以在光接收基板上设置插入在第一雪崩光电二极管的一端与第一选择晶体管之间的第一电阻器和插入在第二雪崩光电二极管的一端与第二选择晶体管之间的第二电阻器。这产生降低功耗的效果。
此外，在第一方面中，还可以在逻辑基板上设置检测电路，检测电路基于公共节点的电位生成脉冲信号并且将脉冲信号输出至计数器。这产生减小中间基板的电路规模的效果。
此外，在第一方面中，还可以在中间基板上设置检测电路，检测电路基于公共节点的电位生成脉冲信号并且将脉冲信号输出至计数器。这产生逻辑基板的电路规模减小的效果。
此外，本技术的第二方面是一种成像装置，包括：光接收基板，在光接收基板上设置有多个雪崩光电二极管，雪崩光电二极管中的每雪崩光电二极管生成与光子的入射相对应的电流；逻辑基板，在逻辑基板上设置有计数器，计数器基于多个雪崩光电二极管中的所选择的雪崩光电二极管的电流对光子的数量进行计数；以及记录单元，记录指示计数器的计数值的数字信号。这产生成像装置中的每个基板的电路规模减小的效果。
附图说明
图1是示出根据本技术的第一实施方式的成像装置的配置实例的框图。
图2是示出根据本技术的第一实施方式的固态成像元件的层叠结构的实例的示图。
图3是示出根据本技术的第一实施方式的固态成像元件的配置实例的框图。
图4是示出根据本技术的第一实施方式的像素阵列单元的配置实例的平面图。
图5是示出根据本技术的第一实施方式的选择线的布线实例的平面图。
图6是示出根据本技术的第一实施方式的选择线的另一布线实例的平面图。
图7是示出根据本技术的第一实施方式的共享块的配置实例的电路图。
图8是示出根据本技术的第一实施方式的固态成像元件在相加模式下的操作的实例的时序图。
图9是示出根据本技术的第一实施方式的固态成像元件在非相加模式下的操作的实例的时序图。
图10是示出根据本技术的第一实施方式的固态成像元件的操作的实例的流程图。
图11是示出根据本技术的第二实施方式的共享块的配置实例的电路图。
图12是示出根据本技术的第三实施方式的控制电路的配置实例的电路图。
图13是示出根据本技术的第四实施方式的共享块的配置实例的电路图。
图14是示出根据本技术的第四实施方式的固态成像元件在相加模式下的操作的实例的时序图。
图15是示出根据本技术的第五实施方式的共享块的配置实例的电路图。
图16是示出根据本技术的第五实施方式的第一变形例的共享块的配置实例的电路图。
图17是示出根据本技术的第五实施方式的第二变形例的共享块的配置实例的电路图。
图18是示出根据本技术的第六实施方式的共享块的配置实例的电路图。
图19是示出根据本技术的第六实施方式的第一变形例的共享块的配置实例的电路图。
图20是示出根据本技术的第六实施方式的第二变形例的共享块的配置实例的电路图。
图21是示出根据本技术的第六实施方式的第三变形例的共享块的配置实例的电路图。
图22是示出车辆控制系统的配置实例的框图。
图23是示出成像部的安装位置的实例的说明图。
具体实施方式
下面将描述用于执行本技术的模式(在下文中，称之为实施方式)。将按照以下顺序进行描述。
1.第一实施方式(减小公共节点的电位幅度的示例)
2.第二实施方式(添加计数器以减小公共节点处的电位幅度的示例)
3.第三实施方式(调整接通状态电压以减小公用节点处的电位幅度的示例)
4.第四实施方式(缩短脉冲宽度以减小公共节点处的电位幅度的示例)
5.第五实施方式(削波阴极电位以减小公共节点处的电位幅度的示例)
6.第六实施方式(层叠三个基板以减小公共节点处的电位幅度的示例)
7.用于移动对象的应用实例
<1.第一实施方式>
[成像装置的配置实例]
图1是示出根据本技术的实施方式的成像装置100的配置实例的框图。成像装置100捕获图像数据，并且包括成像透镜110、固态成像元件200、记录单元120和成像控制单元130。作为成像装置100，例如，假设智能电话、数码相机、个人计算机、车载相机或物联网(IoT)相机。
成像透镜110会聚入射光并且将光引导至固态成像元件200。固态成像元件200在成像控制单元130的控制下捕获图像数据。固态成像元件200经由信号线209将捕获的图像数据提供至记录单元120。记录单元120记录图像数据。
成像控制单元130控制固态成像元件200以捕获图像数据。成像控制单元130经由信号线139向固态成像元件200供应例如同步信号(诸如垂直同步信号)。
需注意，成像装置100可进一步包括接口并且经由接口将图像数据传送到外部，或者可进一步包括显示单元并且在显示单元上显示图像数据。
[固态成像元件的配置实例]
图2是示出根据本技术的实施方式的固态成像元件200的层叠结构的实例的示图。固态成像元件200包括光接收基板201以及光接收基板201堆叠在其上的逻辑基板202。这些基板通过Cu-Cu接合等电连接。注意，除了Cu-Cu接合之外，还可以通过通孔或凸块来进行连接。
图3是示出根据本技术的第一实施方式的固态成像元件200的配置实例的框图。固态成像元件200包括控制电路210、像素阵列单元220和信号处理单元230。在像素阵列单元220中，多个像素以二维格状图案设置。
控制电路210选择至少一个像素并驱动该像素。通过光电转换，所选择的像素生成数字信号作为像素数据，并且将像素数据提供至信号处理单元230。
信号处理单元230对其中设置有像素数据的图像数据执行预定信号处理，诸如滤波处理。信号处理单元230将处理的图像数据输出至记录单元120。
[像素阵列单元的配置实例]
图4是示出了根据本技术的第一实施方式的像素阵列单元220的配置实例的平面图。在像素阵列单元220中，多个像素(诸如像素301至304)以二维格状图案设置。每个像素利用片上滤色器接收红色(R)、绿色(G)或者蓝色(B)可见光中的任一种并且执行光电转换。例如，这些像素以拜耳阵列设置。在图中，“Gr”和“Gb”是接收绿光的像素。注意，要接收的可见光的颜色不限于R、G和B，并且可以是R、G、B和W(白色)等。此外，像素中的至少一些可接收不可见光，诸如红外光，而不是可见光。
此外，具有相同颜色的多个相邻像素共享计数器(未示出)。此处，“相邻”指像素之间的欧几里得距离在预定距离内。例如，像素301至304接收红光并共享计数器。在下文中，共享计数器的像素组被称为“共享块300”。
注意，虽然在共享块300中存在四个像素，但是配置不限于此。在共享块300中的像素的数量可以不同于四(两个像素等)。
图5是示出根据本技术的第一实施方式的选择线的布线实例的平面图。在像素阵列单元220中，针对每个像素布线用于发送用于选择块中的像素的信号的选择线。例如，在某个共享块300中，选择线309-1、309-2、309-3和309-4在列方向上布线。选择线309-1连接控制电路210和像素301，选择线309-2连接控制电路210和像素302。选择线309-3连接控制电路210和像素303，并且选择线309-4连接控制电路210和像素304。
注意，虽然选择线309-1等沿列方向布线，但是每个选择线可沿行方向布线。此外，可以混合在行方向上布线的选择线和在列方向上布线的选择线。此外，如图6中所示例的，选择线309-1可以在列方向上布线，选择线309-2可以在行方向上布线，并且可以针对每个像素添加逻辑门。例如，逻辑门391被添加到像素301，并且逻辑门392被添加到像素302。逻辑门393被添加到像素303，并且逻辑门394被添加到像素304。控制电路210经由选择线309-1和309-2提供选择信号YSEL和XSEL。逻辑门391输出选择信号YSEL和XSEL的相应反相值的逻辑AND，并且逻辑门392输出选择信号YSEL和选择信号XSEL的反相值的逻辑AND。逻辑门393输出选择信号YSEL和选择信号XSEL的反相值的逻辑AND，并且逻辑门394输出选择信号YSEL和XSEL的逻辑AND。利用该配置，与图5相比，可以减少选择线的布线的数量。
[共享块的配置实例]
图7为示出根据本技术的第一实施方式的共享块300的配置实例的电路图。共享块300包括淬灭/检测电路310、选择晶体管321至324、SPAD 331至334以及计数器340。淬灭/检测电路310包括电阻器311和反相器312。在图5的布线实例中，例如，p沟道金属氧化物半导体(pMOS)晶体管被用作选择晶体管321至324。注意，在图6的布线示例中，例如，nMOS晶体管被用作选择晶体管321至324。此外，各个逻辑门391至394的输出端子被输入至相应像素的选择晶体管的栅极。
包括SPAD 331、选择晶体管321、淬灭/检测电路310和计数器340的电路用作像素301。此外，包括SPAD 332、选择晶体管322、淬灭/检测电路310、和计数器340的电路用作像素302。包括SPAD 333、选择晶体管323、淬灭/检测电路310和计数器340的电路充当像素303。包括SPAD 334、选择晶体管324、淬灭/检测电路310和计数器340的电路充当像素304。
SPAD 331至334中的每一个对用于雪崩倍增的光子进行光电转换以生成电流。将负偏置VRLD施加至SPAD 331至334的阳极。SPAD 331的阴极连接至选择晶体管321的漏极，并且SPAD 332的阴极连接至选择晶体管322的漏极。此外，SPAD 333的阴极连接至选择晶体管323的漏极，并且SPAD 334的阴极连接至选择晶体管324的漏极。注意，SPAD 331和332是权利要求中所描述的第一和第二雪崩光电二极管的示例。
选择晶体管321至324的相应源极共同连接至公共节点319。此外，来自控制电路210的选择信号XSEL_1经由选择线309-1被输入到选择晶体管321的栅极。来自控制电路210的选择信号XSEL_2经由选择线309-2被输入至选择晶体管322的栅极。来自控制电路210的选择信号XSEL_3经由选择线309-3被输入到选择晶体管323的栅极。来自控制电路210的选择信号XSEL_4经由选择线309-4被输入至选择晶体管324的栅极。注意，选择晶体管321和322是权利要求中描述的第一和第二选择晶体管的实例。
电阻器311插入在预定电源电压VDD的节点与公共节点319之间。反相器312基于公共节点319的电位生成脉冲信号PFOUT并且将脉冲信号PFOUT提供给计数器340。注意，淬灭/检测电路310是权利要求中所述的检测电路的示例。
计数器340基于脉冲信号PFOUT对光子的数量进行计数。计数器340将脉冲信号PFOUT的脉冲数计数为对应于光子数的值，并且向信号处理单元230提供指示计数值的像素数据CNT。
此外，SPAD 331至334被设置在光接收基板201上，并且其余元件和电路(诸如计数器340)被设置在逻辑基板202上。通过在多个基板上分布配置元件和电路，可以减小每个基板的电路规模。由此，有助于像素密度的提高。
利用上述连接配置，具有比击穿电压更高的绝对值的反向偏压被施加在SPAD 331至334的阳极和阴极之间。反向偏压与击穿电压之间的差称为过量偏压。SPAD 331至334的阴极电位被假定为VK_1至VK_4。在光子入射时，阴极电位VK_1至VK_4由于过量偏压而下降。
此外，选择晶体管321至324中的每一个根据选择信号XSEL_1至XSEL_4中的每一个转变至接通状态或断开状态，并且断开和闭合SPAD 331至334中的每一个与公共节点319之间的路径。
在成像时，控制电路210选择四个像素中的至少一个，将低电平选择信号提供至所选像素中的选择晶体管，并且将高电平选择信号提供至未选像素中的选择晶体管。选择晶体管321等根据低电平选择信号转变为闭合状态，并且选择晶体管321等通过高电平选择信号转变为断开状态。
在选择晶体管321至324中的至少一个处于闭合状态的情况下，公共节点319的电位响应于光子的入射而下降。反相器312根据公共节点319的电位降提供高电平脉冲信号PFOUT。通过该设置，检测光子的入射。计数器340响应于光子的检测对计数值进行计数。
这里，控制电路210可同时选择多个像素，或者可选择多个像素中的任一个。在同时选择多个像素的情况下，像素的信号被相加。相加操作称为像素相加。
此外，设置满足以下公式的接通状态电压VON作为选择信号的低电平，VDD-VEX-Vthp<VON...公式1，
VDD-Vthp>VON...公式2。
在以上公式中，VEX表示SPAD 321的过量偏压等。Vthp表示选择晶体管321的阈值电压等。
例如，假设电源电压VDD被设置为1伏(V)，过量偏压VEX被设置为3伏(V)，并且阈值电压Vthp被设置为1伏(V)。在这种情况下，根据公式1和2设置高于-3伏(V)且低于0伏(V)的接通状态电压VON。在此范围内，例如，设置-1伏(V)的接通状态电压VON。同时，例如，电源电压VDD(1伏等)被设置为选择信号的高电平。
此外，在公式1的左手侧上的电源电压VDD与过量偏压VEX之间的差值对应于SPAD331的阴极在由于光子引起的电位下降之后的电位等。因此，公式1表示其中接通状态电压VON小于在由于光子引起的电位下降之后的正极的电位与阈值电压Vthp之间的差值的关系。
[固态成像元件的操作实例]
图8是示出根据本技术的第一实施方式的固态成像元件在相加模式下的操作的实例的时序图。这里，相加模式是执行像素相加的模式。例如，在环境光的照度低于预定值的情况下，使用相加模式。
假设相加模式被设置在定时T0。控制电路210选择像素301至304并将与其对应的选择信号XSEL_1至XSEL_4的电平从高电平改变至低电平。
当紧接在定时T1之前光子入射在像素301上时，像素301中的阴极电势VK_1下降。图中的虚线表示阴极电位VK_1的变化。阴极电位VK_1下降了对应于雪崩倍增的过量偏压。当假设电源电压VDD为1伏(V)且过量偏压为3伏(V)时，阴极电位VK_1降至-2伏(V)。
同时，满足公式1和2的接通状态电压VON被设置给选择晶体管321和322的栅极。因此，当晶体管的源极的电位(即，公共节点319的电位VKA与接通状态电压VON之间的电压)变得小于阈值电压Vthp时，选择晶体管321等转变为断开状态(即，断开状态)。例如，在接通状态电压VON是-1伏(V)并且阈值电压Vthp是1伏(V)的情况下，在电位VKA降低到0伏(V)的时间点，选择晶体管321等转变为断开状态。因此，电位VKA在下降至0伏(V)时固定(换言之，限幅)。利用该配置，电位VKA具有比阴极电位VK_1更小的下降量。
当在定时T1电位VKA变得小于反相器312的反相阈值VthIN时，从反相器312输出的脉冲信号PFOUT从低电平反相到高电平。例如，VDD/2(0.5伏等)的值被设置为反相阈值VthIN。
然后，阴极电位VK_1下降到-2伏(V)并且然后恢复到具有再充电的原始电源电压VDD，并且公共节点319的电位VKA也恢复到电源电压VDD。
当在定时T2电位VKA变为等于或大于反相器312的反相阈值VthIN时，从反相器312输出的脉冲信号PFOUT从高电平反相为低电平。
此外，当光子紧接在定时T3之前入射在像素302上时，像素302中的阴极电位VK_2下降至-2伏(V)。同时，电位VKA下降到0伏(V)。
当在定时T3电位VKA变得小于反相器312的反相阈值VthIN时，从反相器312输出的脉冲信号PFOUT从低电平反相到高电平。
然后，当电位VKA开始恢复，并且在定时T4电位VKA变为等于或大于反相器312的反相阈值VthIN时，从反相器312输出的脉冲信号PFOUT从高电平反相为低电平。
这里，假设控制电路210将不满足公式1的接通状态电压VON施加至所选择的像素的选择晶体管321等的栅极的配置的比较例。在比较示例中，即使当公共节点319的电位VKA降低到-2伏(V)时，选择晶体管321等的栅极-源极电压变得等于或大于阈值电压Vthp，并且选择晶体管321等保持在接通状态(闭合状态)。因此，电位VKA的下降量与阴极电位VK_1的下降量相同。
相反，当将满足公式1的接通状态电压VON施加至选择晶体管321等的栅极时，选择晶体管321等在公共节点319的电位VKA降至-2伏(V)之前进入断开状态(打开状态)。利用该配置，如图所示例化地限幅电位VKA，并且电位VKA的下降量小于阴极电位VK_1的下降量。因此，电位VKA的幅度可以降低到小于比较示例的幅度。通过减小电位VKA的幅度，在反相器312处和之后可以减少需要高电压的元件的数量，并且与比较示例相比，可以减少功耗。
注意，尽管还可以想到将具有钳位功能的电路添加到比较示例的后级的配置，但是该配置不是优选的，因为其中的电路规模增加。
注意，虽然在相加模式中添加了四个像素，但是也可以添加两个像素。
图9是示出根据本技术的第一实施方式的固态成像元件在非相加模式下的操作的实例的时序图。非相加模式是不执行像素相加的模式。
假设非相加模式被设置在定时T0。例如，控制电路210选择像素301并将与像素对应的选择信号XSEL_1的电平从高电平改变为低电平。同时，未选择的选择信号XSEL_2至XSEL_4保持在高电平。
此外，当紧接在定时T1之前光子入射在像素301上时，像素301中的阴极电位VK_1下降到-2伏(V)。同时，电位VKA下降到0伏(V)。
当在定时T1电位VKA变得小于反相器312的反相阈值VthIN时，从反相器312输出的脉冲信号PFOUT从低电平反相到高电平。
然后，当电位VKA开始恢复，并且在定时T2电位VKA变为等于或大于反相器312的反相阈值VthIN时，从反相器312输出的脉冲信号PFOUT从高电平反相为低电平。
此外，当紧接在定时T3之前光子入射在像素302上时，像素302中的阴极电位VK_2下降至-2伏(V)。因为未选择的像素的选择晶体管322根据高电平选择信号XSEL_2处于断开状态，所以不进行再充电，并且不恢复阴极电位VK_2。此外，因为选择晶体管322处于开路状态，所以电位VKA并不对应于阴极电位VK_2的下降而变化。
图10是示出根据本技术的第一实施方式的固态成像元件的操作的实例的流程图。例如，当执行用于捕获图像数据的预定应用时，开始操作。
固态成像元件200确定当前模式是否是相加模式(步骤S901)。在当前模式是相加模式(步骤S901：是)的情况下，固态成像元件200中的控制电路210将像素中的要被相加的所有选择信号控制到满足公式1和2的低电平(步骤S902)。然后，固态成像元件200计算每个共享块300的光子数并且生成图像数据(步骤S903)。
在当前模式不是相加模式的情况下(步骤S901：否)，或者在步骤S903之后，固态成像元件200确定当前模式是否是非相加模式(步骤S904)。在当前模式是非相加模式的情况下(步骤S904：是)，控制电路210针对每个共享块300选择任何像素并且将像素的选择信号控制为低电平(步骤S905)。然后，固态成像元件200计算每个共享块300的光子数并且生成图像数据(步骤S906)。
在当前模式不是非相加模式的情况下(步骤S904：否)，或者在步骤S906之后，固态成像元件200返回到步骤S901。
要注意的是，在非相加模式中读取所有像素的情况下，仅仅需要切换选择目标，并且重复步骤S905和S906。
因此，在本技术的第一实施方式中，SPAD 331至334被设置在光接收基板201上，并且计数器340等被设置在逻辑基板202上，由此可以减小每个基板的电路规模。由此，能够提高像素密度。
此外，如公式1所示，控制电路210向选择晶体管321等的栅极供应高于在电势下降之后的SPAD 331等的阴极电位与阈值电压Vthp之间的差值的接通电压，由此公用节点319的幅度可减小。利用该配置，可以改善固态成像元件200的省电性能。
<2.第二实施方式>
在上述第一实施方式中，将共享块300中的多个像素相加，在这种情况下，共享块300不能在相加模式中生成多个像素数据，因为在共享块300中存在一个计数器。例如，共享块300不能产生通过将四个像素中的两个像素相加而获得的像素数据以及通过将剩余的两个像素相加而获得的像素数据。第二实施方式的固态成像元件200与第一实施方式的固态成像元件200的不同之处在于添加了计数器。
图11是示出根据本技术的第二实施方式的共享块300的配置实例的电路图。第二实施方式的共享块300与第一实施方式的共享块300的不同之处在于进一步包括计数器341、淬灭/检测电路350以及选择晶体管361至364。
淬灭/检测电路350包括电阻器351和反相器352。淬灭/检测电路350的电路配置类似于淬灭/检测电路310的电路配置。注意，淬灭/检测电路310和350是权利要求中所描述的第一检测电路和第二检测电路的示例。
选择晶体管361根据来自控制电路210的选择信号XSEL_5打开和关闭SPAD 331与淬灭/检测电路350之间的路径。选择晶体管362根据来自控制电路210的选择信号XSEL_6打开和关闭SPAD 332与淬灭/检测电路350之间的路径。注意，选择晶体管361和362是权利要求本公开中描述的第三和第四选择晶体管的实例。
此外，选择晶体管363根据来自控制电路210的选择信号XSEL_7打开和关闭SPAD333与淬灭/检测电路350之间的路径。选择晶体管364根据来自控制电路210的选择信号XSEL_8打开和关闭SPAD 334与淬灭/检测电路350之间的路径。
计数器340生成像素数据CNT_1。此外，计数器341对来自反相器352的脉冲信号的脉冲数进行计数以生成像素数据CNT_2。注意，计数器340和341是在权利要求中所描述的第一和第二计数器的示例。
利用上述配置，共享块300可以生成通过将四个像素中的两个像素相加而获得的像素数据以及通过将剩余的两个像素相加而获得的数据。例如，控制电路210将选择信号XSEL_1、XSEL_2、XSEL_7和XSEL_8设置为低电平并且将剩余的信号设置为高电平。利用该设置，通过将像素301和像素302相加而获得的像素数据作为CNT_1从计数器340输出。此外，通过将剩余的像素303和304相加而获得的像素数据作为CNT_2从计数器341输出。由此，因为在相加模式中存在用于每个共享块300的两条像素数据，所以可以提高图像数据的分辨率。
因此，根据本技术的第二实施方式，添加计数器341，通过该计数器，共享块300可生成通过将四个像素中的两个像素相加而获得的像素数据以及通过将剩余的两个像素相加而获得的数据。利用该配置，可以提高图像数据的分辨率。
<3.第三实施方式>
在上述第一实施方式中，控制电路210将满足公式2的接通状态电压VON提供至所选择的像素，在这种情况下，电路中的元件的特性可根据处理、电源电压或温度而变化，并且适当的接通状态电压VON可改变。第三实施方式的固态成像元件200与第一实施方式的固态成像元件200的不同之处在于可通过参考电压调整接通状态电压VON。
图12是示出根据本技术的第三实施方式的控制电路210的配置实例的电路图。控制电路210包括接通/断开控制单元211、接通状态电压生成单元212以及多个选择器216。为每个像素设置选择器216。接通状态电压生成单元212包括电阻器213、运算放大器214和n沟道MOS(nMOS)晶体管215。
电阻器213和nMOS晶体管215串联连接在电源电压和接地端子之间。运算放大器214的非反相输入端(+)连接到电阻器213和nMOS晶体管215的连接节点。参考电压Vref被输入到运算放大器214的反相输入端(-)。运算放大器214的输出端连接到nMOS晶体管215的栅极。此外，运算放大器214和nMOS晶体管215之间的连接节点的电压作为接通状态电压VON被提供给选择器216中的每一个。
选择器216选择电源电压VDD(其是断开状态电压)或接通状态电压VON，并将所选择的电压作为选择信号XSEL输出至像素阵列单元220中的对应像素。接通/断开控制单元211控制各选择器216的输入目的地。
利用上述配置，控制电路210能够根据参考电压Vref生成接通状态电压VON，并提供接通状态电压VON或断开状态电压(VDD)作为选择信号。例如，对于各芯片，在产品装运、修理等时根据参考电压Vref调整接通状态电压VON。利用该配置，即使元件的特性根据处理、电源电压或温度而变化，可以将接通状态电压VON设置为适当的值。
注意，第二实施方式可应用于第三实施方式。
因此，根据本技术的第三实施方式，控制电路210根据参考电压Vref生成接通状态电压VON，藉此，可通过调整参考电压Vref将接通状态电压VON设置为适当的值。
<4.第四实施方式>
在上述第一实施方式中，计数器340对脉冲信号PFOUT的脉冲数进行计数，在这种情况下，光子越频繁地入射，多个脉冲越频繁地重叠，因此，存在计数值的误差由于脉冲数的计数损失而增加的可能性。第四实施方式的固态成像元件200与第一实施方式的固态成像元件200的不同之处在于通过缩短脉冲宽度来减小误差。
图13是示出根据本技术的第四实施方式的共享块300的配置实例的电路图。第四实施方式的共享块300与第一实施方式的共享块300的不同之处在于进一步包括淬灭/检测电路350、脉冲整形电路371和372以及OR(逻辑OR)门373。淬灭/检测电路350包括电阻器351和反相器352。
此外，第四实施方式的选择晶体管322断开和闭合淬灭/检测电路350与SPAD 332之间的路径，并且选择晶体管324断开和闭合淬灭/检测电路350与SPAD 334之间的路径。此外，反相器312生成脉冲信号PFIN_1并且将脉冲信号PFIN_1提供至脉冲整形电路371，并且反相器352生成脉冲信号PFIN_2并且将脉冲信号PFIN_2提供至脉冲整形电路372。
脉冲整形电路371缩短脉冲信号PFIN_1的脉冲宽度并且将脉冲信号PFIN_1作为脉冲信号PFOUT_1提供给OR门373。脉冲整形电路372缩短脉冲信号PFIN_2的脉冲宽度并且将脉冲信号PFIN_2作为脉冲信号PFOUT_2提供给OR门373。
OR门373为计数器340提供脉冲信号PFOUT_1和PFOUT_2的逻辑OR作为脉冲信号PFOUT。注意，OR门373是权利要求中所述的逻辑OR门的实例。
图14是示出了根据本技术的第四实施方式的固态成像元件200在相加模式下的操作的实例的时序图。第四实施方式中的选择信号XSEL_1至XSEL_4的控制的内容类似于第一实施方式中的选择信号XSEL_1至XSEL_4的控制。
当紧接在定时T1之前光子入射在像素301上时，电位VKA下降。当在定时T1电位VKA变得小于反相器312的反相阈值VthIN时，从反相器312输出的脉冲信号PFIN_1从低电平反相为高电平。
然后，当电位VKA开始恢复，并且在定时T2电位VKA变得等于或大于反相器312的反相阈值VthIN时，脉冲信号PFIN_1从高电平反转为低电平。脉冲整形电路371缩短脉冲信号PFIN_1的脉冲宽度并且输出脉冲信号PFIN_1作为脉冲信号PFOUT_1。
此外，当光子在脉冲信号PFOUT_1下降之后入射在像素302上时，电位VKA下降。当在定时T3电位VKA变得小于反相器352的反相阈值VthIN时，从反相器352输出的脉冲信号PFIN_2从低电平反相为高电平。
然后，当电位VKA开始恢复，并且在定时T4电位VKA变得等于或大于反相器312的反相阈值VthIN时，脉冲信号PFIN_2从高电平反相为低电平。脉冲整形电路372缩短脉冲信号PFIN_2的脉冲宽度并且输出脉冲信号PFIN_2作为脉冲信号PFOUT_2。
OR门373输出脉冲信号PFOUT_1和PFOUT_1的逻辑OR作为脉冲信号PFOUT。如图中所示，因为脉冲整形电路371和372缩短脉冲信号的脉冲宽度，所以与脉冲宽度不缩短的情况相比，脉冲重叠频率更低。由此，能够减少计数损失，并且能够减少计数值的误差。具体地，在高照度的情况下，光子更频繁地入射，并且因此，通过缩短脉冲宽度减小误差具有更大的效果。
注意，第三实施方式可以应用于第四实施方式。
因此，根据本技术的第四实施方式，脉冲整形电路371和372缩短脉冲信号的脉冲宽度，通过该脉冲宽度可减少重叠脉冲的频率，从而导致计数值的误差的减少。
<5.第五实施方式>
在上述第一实施方式中，控制电路210打开未选择的像素的选择晶体管，在这种情况下，未选择的SPAD的阴极电位可以是浮置电位并且可以变化。第五实施方式的固态成像元件200与第一实施方式的固态成像元件200的不同之处在于未选择的SPAD的阴极电位被固定为负电位。
图15是示出根据本技术的第五实施方式的共享块300的配置实例的电路图。第五实施例的共享块300与第一实施例的共享块300的不同之处在于还包括钳位晶体管381至384。箝位晶体管381至384被设置在逻辑基板202上。此外，例如，使用nMOS晶体管作为钳位晶体管381至384。
钳位晶体管381被插入在SPAD 331的阴极与预定负电位VNEG2之间。例如，通过将电源电压VDD降低反向偏压而获得的值(-2伏等)设置为负电位VNEG2。钳位晶体管382被插入在SPAD 332的阴极与负电位VNEG2之间。钳位晶体管383被插入在SPAD 333的阴极与负电位VNEG2之间，并且钳位晶体管384被插入在SPAD 334的阴极与负电位VNEG2之间。
此外，控制电路210将栅极电位VG供应至钳位晶体管381至384中的每一个。在选择共享块300中的像素中的至少一个的情况下，控制电路210提供低电平栅极电位VG。同时，在共享块300中的所有四个像素未被选择的情况下，控制电路210提供高电平栅极电位VG。当提供低电平栅极电位VG时，钳位晶体管381至384将SPAD 331至334的阴极电位VK_1至VK_4固定至负电位VNEG2。利用该设置，可以减少未选择的SPAD的阴极电位进入浮置状态的机会。
注意，第二实施方式至第四实施方式中的至少一个实施方式也可以应用于第五实施方式。
因此，根据本技术的第五实施方式，钳位晶体管381至384固定未选择的SPAD的阴极电势，借此，当存在任何未选择的SPAD时，可以减少未选择的SPAD的阴极电位进入浮置状态的机会。
[第一变形例]
在上述第五实施方式中，在逻辑基板202上布置钳位晶体管381至384以及随后的元件，但是在该配置中，基板之间的接合部的数量可以根据像素数量的增加而增加，并且接合部的电容可以增加。第五实施方式的第一变形例的固态成像元件200与第五实施方式的固态成像元件200的不同之处在于减少了基板之间的接合部的数量。
图16是示出根据本技术的第五实施方式的第一变形例的共享块300的配置实例的电路图。第五实施方式的第一变形例的共享块300与第五实施方式的共享块300的不同之处在于选择晶体管321至324和钳位晶体管381至384被设置在光接收基板201上。选择晶体管321至324的各个源极由光接收基板201上的节点连接。连接节点经由基板之间的接合部(Cu-Cu接合等)连接至逻辑基板202中的公共节点319。
如图所示，通过在光接收基板201上配置选择晶体管321至324，能够减少基板间的接合部。由此，能够降低在接合部处产生的电容。
另外，也可以将第二至第四实施方式中的至少一个应用于第五实施方式的第一变形例。
如上所述，根据本技术的第五实施方式的第一变形例，选择晶体管321至324设置在光接收基板201上，借此可以减少基板之间的接合部的数量。
[第二变形例]
在上述第五实施方式中，SPAD 331的阴极等连接至选择晶体管321等，但是在该配置中，难以进一步减少功耗。第五实施方式的第二变形例的固态成像元件200与第五实施方式的固态成像元件200的不同之处在于电阻器插入在阴极与选择晶体管321等之间。
图17是示出根据本技术的第五实施方式的第二变形例的共享块300的配置实例的电路图。第五实施方式的第二变形例的共享块300与第五实施方式的共享块300的不同之处在于进一步包括电阻器391至394。
电阻器391插入在SPAD 331的阴极与选择晶体管321的漏极之间。电阻器392插入在SPAD 332的阴极与选择晶体管322的漏极之间。电阻器393插入在SPAD 333的阴极与选择晶体管323的漏极之间。电阻器394插入在SPAD 334的阴极与选择晶体管324的漏极之间。此外，电阻器391至394设置在光接收基板201上。
通过将电阻器391至394插入在SPAD的阴极与选择晶体管之间，可以将通过电阻分压电压获得的值供应至反相器312。利用该配置，可以降低反相器312处和之后的元件的电源电压，并且可以降低功耗。
另外，也可以将第二至第四实施方式和第五实施方式的第一变形例中的至少一个应用于第五实施方式的第二变形例。
在第五实施方式的第二变形例中，电阻器391至394插入在SPAD的阴极与选择晶体管之间，由此可以将通过电阻分压获得的值供应至反相器312。利用该配置，可以降低反相器312处和之后的元件的电源电压，并且可以降低功耗。
<6.第六实施方式>
在上述第一实施方式中，电路和元件以分布的方式设置在两个基板上，但是在该配置中，难以进一步减小每个基板的电路规模。第六实施方式的固态成像元件200与第一实施方式的固态成像元件200的不同之处在于电路和元件以分布的方式设置在三个基板上。
图18是示出根据本技术的第六实施方式的共享块300的配置实例的电路图。第六实施方式的共享块300与第一实施方式的共享块300的不同之处在于还包括钳位晶体管381至384。
控制电路210、选择晶体管321至324和钳位晶体管381至384被设置在中间基板203上。这里，中间基板203是设置在光接收基板201和逻辑基板202之间的基板。光接收基板201、中间基板203和逻辑基板202被堆叠，并且通过Cu-Cu连接等连接基板。
猝灭/检测电路310和后续电路设置在逻辑基板202上。注意，控制电路210也可以设置在逻辑基板202上。
通过将电路和元件以分布的方式设置在作为光接收基板201、中间基板203和逻辑基板202的三个基板上，与其中电路和元件被设置在两个基板上的第一实施防事故相比，可以减小用于每个基板的电路规模。
注意，第二实施方式至第四实施方式中的至少一个实施方式也可以应用于第六实施方式。
因此，在本技术的第六实施方式中，电路和元件以分布的方式分布在三个基板上，即，光接收基板201、中间基板203和逻辑基板202，与电路和元件设置在两个基板上的情况相比，可以减小每个基板的电路规模。
[第一变形例]
在上述第六实施方式中，猝灭/检测电路310设置在逻辑基板202上，但是在该配置中，难以减小逻辑基板202的电路规模。第六实施方式的第一变形例的固态成像元件200与第六实施方式的固态成像元件200的不同之处在于淬火/检测电路310设置在中间基板203上。
图19是示出根据本技术的第六实施方式的第一变形例的共享块300的配置实例的电路图。第六实施方式的第一变形例的共享块300与第六实施方式的共享块300的不同之处在于淬灭/检测电路310设置在中间基板203上。计数器340处和之后的电路被设置在逻辑基板202上。此外，在共享块300中不提供钳位晶体管381至384。
如图中所示，因为猝灭/检测电路310设置在中间基板203上，所以逻辑基板202的电路规模可以相应地减小。
因此，在本技术的第六实施方式的第一变形例中，猝灭/检测电路310设置在中间基板203上，与电路设置在逻辑基板202上的情况相比，通过该猝灭/检测电路310能够减小逻辑基板202的电路规模。
[第二变形例]
在上述第六实施方式中，SPAD 331的阴极等连接至选择晶体管321等，但是在该配置中，难以进一步减少功耗。第六实施方式的第二变形例的固态成像元件200与第五实施方式的固态成像元件200的不同之处在于电阻器插入在阴极与选择晶体管321等之间。
图20是示出根据本技术的第六实施方式的第二变形例的共享块300的配置实例的电路图。第六实施方式的第二变形例的共享块300与第六实施方式的共享块300的不同之处在于进一步包括电阻器391至394。此外，在共享块300中不提供钳位晶体管381至384。
电阻器391插入在SPAD 331的阴极与选择晶体管321的漏极之间。电阻器392插入在SPAD 332的阴极与选择晶体管322的漏极之间。电阻器393插入在SPAD 333的阴极与选择晶体管323的漏极之间。电阻器394插入在SPAD 334的阴极与选择晶体管324的漏极之间。此外，电阻器391至394设置在光接收基板201上。
通过将电阻器391至394插入在SPAD的阴极与选择晶体管之间，可以将通过电阻分压获得的值供应至反相器312。利用该配置，可以降低反相器312处和之后的元件的电源电压，并且可以降低功耗。
此外，也可以将第二至第四实施方式中的至少一个应用于第六实施方式的第二变形例。
在第六实施方式的第二变形例中，电阻器391至394插入在SPAD的阴极与选择晶体管之间，由此可以将通过电阻分压获得的值供应至反相器312。利用该配置，可以降低反相器312处和之后的元件的电源电压，并且可以降低功耗。
[第三变形例]
在上述第六实施方式的第二变形例中，猝灭/检测电路310设置在逻辑基板202上，但是在该配置中，难以减小逻辑基板202的电路规模。第六实施方式的第三变形例的固态成像元件200与第六实施方式的第二变形例的固态成像元件200的不同之处在于淬火/检测电路310设置在中间基板203上。
图21是示出根据本技术的第六实施方式的第三变形例的共享块300的配置实例的电路图。第六实施方式的第三变形例的共享块300与第六实施方式的第二变形例的共享块300的不同之处在于淬火/检测电路310设置在中间基板203上。计数器340处和之后的电路被设置在逻辑基板202上。
如图中所示，因为猝灭/检测电路310设置在中间基板203上，所以逻辑基板202的电路规模可以相应地减小。
因此，在本技术的第六实施方式的第三变形例中，淬灭/检测电路310设置在中间基板203上，与电路设置在逻辑基板202上的情况相比，通过该淬灭/检测电路可减小逻辑基板202的电路规模。
<7.用于移动对象的应用的实例>
根据本公开的技术(本技术)可应用于各种产品。例如，根据本公开的技术可以实现为安装在任何种类的移动对象上的设备，所述移动对象诸如汽车、电动车辆、混合电动车辆、摩托车、自行车、个人移动体、飞机、无人机、船舶或机器人。
图22是描绘作为可应用根据本公开的实施方式的技术的移动体控制系统的实例的车辆控制系统的示意性配置的实例的框图。
车辆控制系统12000包括经由通信网络12001彼此连接的多个电子控制单元。在图22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以及集成控制单元12050。此外，微型计算机12051、声音/图像输出单元12052和车辆网络接口(I/F)12053被示出为集成控制单元12050的功能配置。
驱动系统控制单元12010根据各种程序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用作用于产生车辆的驱动力的驱动力产生装置(诸如内燃机、驱动电机等)、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、用于产生车辆的制动力的制动装置等的控制装置。
车身系统控制单元12020根据各种程序来控制设置在车身上的各种装置的操作。例如，车身系统控制单元12020用作用于无钥匙进入系统、智能钥匙系统、电动车窗装置或诸如前照灯、后备灯、制动灯、转向信号、雾灯等的各种灯的控制装置。在这种情况下，从作为按键的替代物的移动装置发送的无线电波或各种开关的信号可以被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、灯等。
车辆外部信息检测单元12030检测包含车辆控制系统12000的车外的信息。例如，在车辆外部信息检测单元12030上连接有成像单元12031。车辆外部信息检测单元12030使成像单元12031拍摄车外的图像，并接收该拍摄图像。另外，车辆外部信息检测单元12030也可以基于接收到的图像，进行检测人、车辆、障碍物、标志、路面上的文字等对象物的处理、或者检测其距离的处理等。
成像单元12031是接收光并且输出对应于接收到的光的光量的电信号的光学传感器。成像单元12031可以输出电信号作为图像，或者可以输出电信号作为关于测量距离的信息。此外，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。
车辆内部信息检测单元12040检测关于车辆内部的信息。车辆内部信息检测单元12040例如与检测驾驶员的状态的驾驶员状态检测单元12041连接。驾驶员状态检测单元12041例如包括拍摄驾驶员的相机。基于从驾驶员状态检测部12041输入的检测信息，车辆内部信息检测单元12040可以计算驾驶员的疲劳度或驾驶员的集中度，或者可以确定驾驶员是否打瞌睡。
微型计算机12051可以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获得的关于车辆内部或外部的信息的信息来计算驱动力生成装置、转向机构或制动装置的控制目标值，并且向驱动系统控制单元12010输出控制命令。例如，微型计算机12051可以执行旨在实现高级驾驶员辅助系统(ADAS)的功能的协作控制，该功能包括用于车辆的防碰撞或减震、基于跟随距离的跟随驾驶、维持驾驶的车辆速度、车辆碰撞的警告、车辆与车道的偏离的警告等。
另外，微型计算机12051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获得的关于车外或车内信息的信息，来控制驱动力产生装置、转向机构、制动装置等，可以执行用于自动驾驶的协作控制，这使得车辆不依赖于驾驶员的操作等而自动行驶。
另外，微型计算机12051可以根据由车辆外部信息检测单元12030取得的车外信息，向车身系统控制单元12020输出控制命令。例如，微型计算机12051可以通过根据由车辆外部信息检测单元12030检测的前方车辆或对面车辆的位置，控制前照灯以从远光改变到近光，来执行旨在防止眩光的协作控制。
声音/图像输出单元12052将声音和图像中的至少一个的输出信号发送到输出装置，该输出装置能够视觉地或听觉地将信息通知给车辆的乘员或车辆外部。在图22的示例中，音频扬声器12061、显示单元12062和仪表板12063被示为输出设备。例如，显示单元12062可包括板上显示器和平视显示器中的至少一个。
图23是描述成像单元12031的安装位置的示例的示图。
在图23中，成像单元12031包括成像单元12101、12102、12103、12104和12105。
成像单元12101、12102、12103、12104和12105设置在诸如车辆12100的前鼻、侧视镜、后保险杠和后门、以及车辆12100的车辆内部的前窗的上部等的位置处。设置在车辆内部内的前鼻部的成像单元12101和设置在挡风玻璃的上部的成像单元12105主要获得车辆12100的前方的图像。设置在侧视镜上的成像单元12102和12103主要获取车辆12100的侧方的视野的图像。设置到后保险杠或后门的成像单元12104主要获得车辆12100的后部的图像。设置在车辆内部内的挡风玻璃的上部的成像单元12105主要用于检测前方车辆、行人、障碍物、信号、交通标志、车道等。
顺便提及，图23描述了成像单元12101至12104的成像范围的实例。成像范围12111表示设置到前鼻的成像单元12101的成像范围。成像范围12112和12113分别表示设置到侧视镜的成像单元12102和12103的成像范围。成像范围12114表示设置到后保险杠或后门的成像单元12104的成像范围。例如，通过叠加由成像单元12101至12104成像的图像数据来获得从上方观看的车辆12100的鸟瞰图像。
成像单元12101至12104中的至少一个可具有获得距离信息的功能。例如，成像单元12101至12104中的至少一个可以是由多个成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成像元件。
例如，微型计算机12051可以基于从成像单元12101至12104获得的距离信息确定在成像范围12111至12114内到每个三维物体的距离以及该距离的时间变化(相对于车辆12100的相对速度)，由此，提取存在于车辆12100的行驶路径上、以与车辆12100大致相同的方向以规定的速度(例如，等于或大于0km/小时)行驶的最近三维物体作为前方车辆。另外，微型计算机12051可以预先设定跟随距离以保持在前方车辆的前方，并且执行自动制动控制(包括跟随停止控制)、自动加速控制(包括跟随起动控制)等。由此，能够进行不依赖于驾驶员的操作等而使车辆自动行驶的自动驾驶用的协作控制。
例如，微型计算机12051可以基于从成像单元12101至12104获得的距离信息将与三维物体有关的三维物体数据分类为二轮车、标准车辆、大型车辆、行人、电线杆和其他三维物体的三维物体数据，提取分类的三维物体数据，并且将所提取的三维物体数据用于自动躲避障碍物。例如，微型计算机12051将车辆12100周围的障碍物识别为车辆12100的驾驶员可以视觉识别的障碍物和车辆12100的驾驶员难以视觉识别的障碍物。然后，微型计算机12051确定指示与每个障碍物碰撞的风险的碰撞风险。在碰撞风险等于或高于设定值并且因此存在碰撞可能性的情况下，微型计算机12051经由音频扬声器12061或显示单元12062向驾驶员输出警告，并且经由驾驶系统控制单元12010执行强制减速或躲避转向。微型计算机12051可由此辅助驾驶以避免碰撞。
成像单元12101至12104中的至少一个可以是检测红外线的红外相机。微型计算机12051例如可以通过确定在成像单元12101至12104的成像图像中是否存在行人来识别行人。行人的这种识别例如通过提取作为红外相机的成像单元12101至12104的成像图像中的特征点的过程以及通过对表示对象的轮廓的一系列特征点执行图案匹配处理来确定是否是行人的过程来执行。当微型计算机12051确定在成像单元12101到12104的成像图像中存在行人并因此识别出行人时，声音/图像输出单元12052控制显示单元12062，使得用于强调的正方形轮廓线被显示为叠加在识别出的行人上。声音/图像输出单元12052还可控制显示单元12062，使得在期望位置处显示表示行人的图标等。
上面已经描述了可以应用根据本公开的技术的车辆控制系统的实例。例如，根据本公开的技术可应用于上述配置之中的成像单元12031。具体而言，图1中的成像装置100可应用于成像单元12031。通过将根据本公开的技术应用于成像单元12031，可以改善省电性能等。
应注意，上述实施方式表示用于体现本技术的示例，并且实施方式中的事项和权利要求中指定本发明的事项彼此相关。类似地，权利要求中指定本发明的事项与本技术的实施方式中由相同名称表示的事项彼此相关。然而，本技术不限于实施方式，并且可以在不背离本技术的主旨的范围内通过对实施方式执行各种类型的变型来体现。
应注意，本文中描述的效果仅是示例，并且本技术的效果不限于这些效果。还可以获得另外的效果。
应注意，本技术可具有以下配置。
(1)一种固态成像元件，包括：
光接收基板，在光接收基板上设置有多个雪崩光电二极管，每个雪崩光电二极管生成与光子的入射相对应的电流，以及
逻辑基板，在逻辑基板上设置有计数器，计数器基于多个雪崩光电二极管中的所选择的雪崩光电二极管的电流对光子的数量进行计数。
(2)根据(1)的固态成像元件，
其中，多个雪崩光电二极管包括第一雪崩光电二极管和第二雪崩光电二极管，并且
在逻辑基板上进一步设置有：检测电路，检测电路根据基于电流的电压生成脉冲信号并且将脉冲信号输出至计数器；第一选择晶体管，第一选择晶体管断开和闭合第一雪崩光电二极管的一端与检测电路之间的路径；第二选择晶体管，第二选择晶体管断开和闭合第二雪崩光电二极管的一端与检测电路之间的路径；以及控制电路，控制电路控制第一选择晶体管和第二选择晶体管中的每个栅极的电压。
(3)根据(2)的固态成像元件，
其中，在第一选择晶体管和第二选择晶体管中的至少一个处于关断状态的情况下，控制电路为栅极提供高于由光子引起的电位下降之后的一端的电位与第一选择晶体管和第二选择晶体管的每个阈值电压之间的差值的电压。
(4)根据(2)或(3)的固态成像元件，
其中，计数器包括第一计数器和第二计数器，
检测电路包括生成第一脉冲信号并将第一脉冲信号供应至第一计数器的第一检测电路、以及生成第二脉冲信号并将第二脉冲信号供应至第二计数器的第二检测电路，
第一选择晶体管断开和闭合第一雪崩光电二极管的一端与第一检测电路之间的路径，
述第二选择晶体管断开和闭合第二雪崩光电二极管的一端与第二检测电路之间的路径，
在逻辑基板上进一步设置有第三选择晶体管和第四选择晶体管，第三选择晶体管断开和闭合在第一雪崩光电二极管的一端与第二检测电路之间的路径，第四选择晶体管断开和闭合在第二雪崩光电二极管的一端与第二检测电路之间的路径，并且
控制电路还控制第三和第四选择晶体管的每个栅极的电压。
(5)根据(2)至(4)中任一项的固态成像元件，
其中，控制电路包括：
接通状态电压生成单元，根据预定参考电压生成电压作为接通状态电压，以及
选择器，选择接通状态电压或不同于接通状态电压的断开状态电压，并将所选择的电压供应至栅极。
(6)根据(2)的固态成像元件，
其中，检测电路包括生成第一脉冲信号的第一检测电路和生成第二脉冲信号的第二检测电路，
第一选择晶体管断开和闭合第一雪崩光电二极管的一端与第一检测电路之间的路径，
第二选择晶体管断开和闭合第二雪崩光电二极管的一端与第二检测电路之间的路径，并且
在逻辑基板上还设置缩短第一脉冲信号的脉冲宽度的第一脉冲整形电路、缩短第二脉冲信号的脉冲宽度的第二脉冲整形电路和向计数器提供具有缩短的脉冲宽度的第一和第二脉冲信号的逻辑或的逻辑或门。
(7)根据(2)至(6)中任一项的固态成像元件，
其中，在逻辑基板上进一步设置有将一端的电位固定至预定值的夹持晶体管。
(8)根据(1)的固态成像元件，
其中，多个雪崩光电二极管包括第一雪崩光电二极管和第二雪崩光电二极管，
在逻辑基板上进一步设置有检测电路，检测电路基于与电流对应的电压生成脉冲信号并且将脉冲信号输出至计数器，并且
在光接收基板上进一步设置有：第一选择晶体管，第一选择晶体管断开和闭合第一雪崩光电二极管的一端与检测电路之间的路径；第二选择晶体管，第二选择晶体管断开和闭合第二雪崩光电二极管的一端与检测电路之间的路径；以及钳位晶体管，钳位晶体管将一端的电位固定至预定值。
(9)根据(8)的固态成像元件，
其中，在光接收基板上进一步设置有第一电阻器和第二电阻器，第一电阻器插入在第一雪崩光电二极管的一端与第一选择晶体管之间，第二电阻器插入在第二雪崩光电二极管的一端与第二选择晶体管之间。
(10)根据(1)的固态成像元件，进一步包括中间基板，
其中，多个雪崩光电二极管包括第一雪崩光电二极管和第二雪崩光电二极管，并且
在中间基板上进一步设置有：第一选择晶体管，第一选择晶体管断开和闭合第一雪崩光电二极管的一端与公共节点之间的路径；以及第二选择晶体管，第二选择晶体管断开和闭合第二雪崩光电二极管的一端与公共节点之间的路径。
(11)根据(10)的固态成像元件，
其中，在逻辑基板上进一步设置有检测电路，检测电路基于公共节点的电位生成脉冲信号并且将脉冲信号输出至计数器，以及
在中间基板上进一步设置钳位晶体管，钳位晶体管将一端的电位固定至预定值。
(12)根据(10)的固态成像元件，
其中，在中间基板上进一步设置有检测电路，检测电路基于公共节点的电位生成脉冲信号并且将脉冲信号输出至计数器。
(13)根据(10)的固态成像元件，
其中，在光接收基板上进一步设置有第一电阻器和第二电阻器，第一电阻器插入在第一雪崩光电二极管的一端与第一选择晶体管之间，第二电阻器插入在第二雪崩光电二极管的一端与第二选择晶体管之间。
(14)根据(13)的固态成像元件，
其中，在逻辑基板上进一步设置有检测电路，检测电路基于公共节点的电位生成脉冲信号并且将脉冲信号输出至计数器。
(15)根据(13)的固态成像元件，
其中，在中间基板上进一步设置有检测电路，检测电路基于公共节点的电位生成脉冲信号并且将脉冲信号输出至计数器。
(16)一种成像装置，包括：
光接收基板，在光接收基板上设置有多个雪崩光电二极管，雪崩光电二极管中的每雪崩光电二极管生成与光子的入射相对应的电流，
逻辑基板，在逻辑基板上设置有计数器，计数器基于多个雪崩光电二极管中的所选择的雪崩光电二极管的电流对光子的数量进行计数，以及
记录单元，记录表示计数器的计数值的数字信号。
参考符号列表
100 成像装置
110 成像透镜
120 记录单元
130 成像控制单元
200 固态成像元件
201 光接收基板
202 逻辑基板
203 中间基板
210 控制电路
211接通/断开控制单元
212接通状态电压生成单元
213、311、351、391至394电阻器
214运算放大器
215nMOS晶体管
216 选择器
220 像素阵列单元
230 信号处理单元
300 共享块
301至304像素
310，350淬火/检测电路
312，352反相器
321至324、361至364选择晶体管
331至334SPAD
340，341计数器
371，372脉冲整形电路
373或(逻辑或)门
381至384钳位晶体管
391至394逻辑门
12031成像单元。

Claims (16)

1.一种固态成像元件，包括：
光接收基板，在所述光接收基板上设置有多个雪崩光电二极管，所述雪崩光电二极管中的每一个生成与入射的光子相对应的电流；以及
逻辑基板，在所述逻辑基板上设置有计数器，所述计数器基于所述多个雪崩光电二极管中的所选择的雪崩光电二极管的电流对所述光子的数量进行计数。
2.根据权利要求1所述的固态成像元件，
其中，所述多个雪崩光电二极管包括第一雪崩光电二极管和第二雪崩光电二极管，并且
在所述逻辑基板上进一步设置有：
检测电路，基于与所述电流对应的电压生成脉冲信号并且将所述脉冲信号输出至所述计数器；
第一选择晶体管，断开和闭合所述第一雪崩光电二极管的一端与所述检测电路之间的路径；
第二选择晶体管，断开和闭合所述第二雪崩光电二极管的一端与所述检测电路之间的路径；以及
控制电路，控制所述第一选择晶体管和所述第二选择晶体管中的每个栅极的电压。
3.根据权利要求2所述的固态成像元件，
其中，在所述第一选择晶体管和所述第二选择晶体管中的至少一个处于闭合状态的情况下，所述控制电路为所述栅极提供高于由所述光子引起的电位下降之后的所述一端的电位与所述第一选择晶体管和所述第二选择晶体管的每个阈值电压之间的差值的电压。
4.根据权利要求2所述的固态成像元件，
其中，所述计数器包括第一计数器和第二计数器，
所述检测电路包括生成第一脉冲信号并将所述第一脉冲信号提供至所述第一计数器的第一检测电路、以及生成第二脉冲信号并将所述第二脉冲信号提供至所述第二计数器的第二检测电路，
所述第一选择晶体管断开和闭合所述第一雪崩光电二极管的一端与所述第一检测电路之间的路径，
所述第二选择晶体管断开和闭合所述第二雪崩光电二极管的一端与所述第二检测电路之间的路径，
在所述逻辑基板上进一步设置有第三选择晶体管和第四选择晶体管，所述第三选择晶体管断开和闭合在所述第一雪崩光电二极管的一端与所述第二检测电路之间的路径，所述第四选择晶体管断开和闭合在所述第二雪崩光电二极管的一端与所述第二检测电路之间的路径，并且
所述控制电路还控制所述第三选择晶体管和所述第四选择晶体管的每个栅极的电压。
5.根据权利要求2所述的固态成像元件，
其中，所述控制电路包括：
接通状态电压生成单元，根据预定参考电压生成电压作为接通状态电压，以及
选择器，选择所述接通状态电压或不同于所述接通状态电压的断开状态电压，并将所选择的电压供应至所述栅极。
6.根据权利要求2所述的固态成像元件，
其中，所述检测电路包括生成第一脉冲信号的第一检测电路和生成第二脉冲信号的第二检测电路，
所述第一选择晶体管断开和闭合所述第一雪崩光电二极管的一端与所述第一检测电路之间的路径，
所述第二选择晶体管断开和闭合所述第二雪崩光电二极管的一端与所述第二检测电路之间的路径，并且
在所述逻辑基板上还设置有缩短所述第一脉冲信号的脉冲宽度的第一脉冲整形电路、缩短所述第二脉冲信号的脉冲宽度的第二脉冲整形电路、和向所述计数器提供具有缩短的脉冲宽度的所述第一脉冲信号和所述第二脉冲信号的逻辑或的逻辑或门。
7.根据权利要求2所述的固态成像元件，
其中，在所述逻辑基板上进一步设置有将所述一端的电位固定为预定值的钳位晶体管。
8.根据权利要求1所述的固态成像元件，
其中，所述多个雪崩光电二极管包括第一雪崩光电二极管和第二雪崩光电二极管，
在所述逻辑基板上进一步设置有检测电路，所述检测电路基于与所述电流对应的电压生成脉冲信号并且将所述脉冲信号输出至所述计数器，并且
在所述光接收基板上进一步设置有：
第一选择晶体管，断开和闭合所述第一雪崩光电二极管的一端与所述检测电路之间的路径；
第二选择晶体管，断开和闭合所述第二雪崩光电二极管的一端与所述检测电路之间的路径；以及
钳位晶体管，将所述一端的电位固定至预定值。
9.根据权利要求8所述的固态成像元件，
其中，在所述光接收基板上进一步设置有第一电阻器和第二电阻器，所述第一电阻器插入在所述第一雪崩光电二极管的一端与所述第一选择晶体管之间，所述第二电阻器插入在所述第二雪崩光电二极管的一端与所述第二选择晶体管之间。
10.根据权利要求1所述的固态成像元件，进一步包括：中间基板，
其中，所述多个雪崩光电二极管包括第一雪崩光电二极管和第二雪崩光电二极管，并且
在所述中间基板上进一步设置有：
第一选择晶体管，断开和闭合所述第一雪崩光电二极管的一端与公共节点之间的路径；以及
第二选择晶体管，断开和闭合所述第二雪崩光电二极管的一端与所述公共节点之间的路径。
11.根据权利要求10所述的固态成像元件，
其中，在所述逻辑基板上进一步设置有检测电路，所述检测电路基于所述公共节点的电位生成脉冲信号并且将所述脉冲信号输出至所述计数器，并且
在所述中间基板上进一步设置有钳位晶体管，所述钳位晶体管将所述一端的电位固定至预定值。
12.根据权利要求10所述的固态成像元件，
其中，在所述中间基板上进一步设置有检测电路，所述检测电路基于所述公共节点的电位生成脉冲信号并且将所述脉冲信号输出至所述计数器。
13.根据权利要求10所述的固态成像元件，
其中，在所述光接收基板上进一步设置有第一电阻器和第二电阻器，所述第一电阻器插入在所述第一雪崩光电二极管的一端与所述第一选择晶体管之间，所述第二电阻器插入在所述第二雪崩光电二极管的一端与所述第二选择晶体管之间。
14.根据权利要求13所述的固态成像元件，
其中，在所述逻辑基板上进一步设置有检测电路，所述检测电路基于所述公共节点的电位生成脉冲信号并且将所述脉冲信号输出至所述计数器。
15.根据权利要求13所述的固态成像元件，
其中，在所述中间基板上进一步设置有检测电路，所述检测电路基于所述公共节点的电位生成脉冲信号并且将所述脉冲信号输出至所述计数器。
16.一种成像装置，包括：
光接收基板，在所述光接收基板上设置有多个雪崩光电二极管，所述多个雪崩光电二极管中的每一个生成与入射的光子的相对应的电流；
逻辑基板，在所述逻辑基板上设置有计数器，所述计数器基于所述多个雪崩光电二极管中的所选择的雪崩光电二极管的电流对所述光子的数量进行计数；以及
记录单元，记录表示所述计数器的计数值的数字信号。
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