CN209949276U - 固体摄像元件和摄像装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供一种固体摄像元件，其包括：光电二极管，其被配置成将入射光转换为光电流；放大晶体管，其被配置成放大具有取决于所述光电流的电位的栅极与具有预定的基准电位的源极之间的电压，并且从漏极输出所述已放大的电压；以及电位供应部，其被配置成向所述光电二极管的阳极和所述放大晶体管的背栅提供低于所述基准电位的预定电位。本实用新型还提供一种摄像装置，其包括上述固体摄像元件和信号处理电路，所述信号处理电路被配置成处理从所述放大晶体管输出的信号。

Description

固体摄像元件和摄像装置
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年5月2日提交的日本在先专利申请JP 2018-088497的优先权，该日本在先专利申请的全部内容通过引用的方式并入本文中。
技术领域
本技术涉及固体摄像元件和摄像装置。具体地，本技术涉及能够检测出像素的光量超过阈值的固体摄像元件和摄像装置。
背景技术
从过去以来，同步固体摄像元件被用在摄像装置等中，该同步固体摄像元件以与诸如垂直同步信号(vertical synchronization signal)等同步信号同步的方式摄取图像数据(帧)。利用这种一般的同步固体摄像元件，仅可以在同步信号的每个周期(例如，1/60秒)中获取图像数据。因此，当需要在与交通、机器人等相关的领域中实现更高速化的处理时，就难以应付。鉴于此，已经提出了非同步固体摄像元件(例如，参见专利文献1)。非同步固体摄像元件包括地址事件检测电路(address event detection circuit)，该地址事件检测电路针对每个像素地址来实时地检测出该像素的光量超过阈值以作为地址事件。该地址事件检测电路设置在每个像素中。然而，在这样的固体摄像元件中，为每个像素都布置光电二极管和用于检测地址事件的多个晶体管
引用列表
[专利文献]
专利文献1：日本专利申请公开No.2016-533140
发明内容
要解决的技术问题
利用这种非同步固体摄像元件，能够以比同步固体摄像元件高得多的速度生成和输出数据。因此，例如在交通领域中，可以通过高速地执行人或障碍物的图像识别处理来增强安全性。然而，当光电二极管的反偏压(reverse bias)由于诸如电源电压的降低和接地电压的升高之类的电压波动而被降低时，该光电二极管的灵敏度就会降低并且暗电流就会增加。因此，存在着由于灵敏度不足和暗电流而导致信号质量下降的问题。通过增大光电二极管的面积，可以提高灵敏度并且可以降低暗电流。然而，在这种情况下，每单位面积的像素数就减少了，因此是不被希望的。此外，通过充分地增大电源电压，也可以提高灵敏度并且可以降低暗电流。然而，在这种情况下，功率消耗增加了，因此是不利的。
本技术是鉴于上述这些情形而被做出的，并且本技术的目的是改善能够检测地址事件的固体摄像元件中的检测信号的信号质量。
解决问题所采取的技术方案
根据本技术的第一方面，提供了一种固体摄像元件，包括：光电二极管，其被配置成将入射光转换为光电流；放大晶体管，其被配置成放大具有取决于所述光电流的电位的栅极与具有预定的基准电位的源极之间的电压，并从漏极输出所述放大的电压；电位供应部，其被配置成向所述光电二极管的阳极和所述放大晶体管的背栅提供低于所述基准电位的预定电位。该配置提供了使得光电二极管的反偏压和放大晶体管的阈值电压增大的效果。
此外，在该第一方面中，所述固体摄像元件还可以包括：转换晶体管，该转换晶体管被配置成将所述光电流转换为所述转换晶体管的栅极与源极之间的电压，其中所述转换晶体管的源极可以连接到所述光电二极管的阴极和所述放大晶体管的栅极，并且所述放大晶体管的漏极可以连接到所述转换晶体管的栅极。该配置提供了将光电流转换为电压的效果。
此外，在该第一方面中，所述光电二极管和所述放大晶体管可以布置在未被遮光的有效像素和被遮光的遮光像素每一者中，所述电位供应部可以向与所述有效像素对应的所述光电二极管的阳极供应所述预定电位，并且可以向与所述遮光像素相对应的所述光电二极管的阳极供应所述基准电位。该配置提供了仅向有效像素提供负电位的效果。
此外，在该第一方面中，所述光电二极管、所述转换晶体管和所述放大晶体管可以布置在预定的光接收板中，并且所述电位供应部可以向所述光接收板供应所述负电位。该配置提供了使得光电二极管的反偏压和放大晶体管的阈值电压增大的效果。
此外，在该第一方面中，所述固体摄像元件还可包括：缓冲器，其被配置成输出从所述放大晶体管输出的电压信号；减法器，其被配置成降低来自所述缓冲器的所述电压信号的电平；和比较器，其被配置成比较所述降低的电压信号与预定阈值。该配置提供了能够检测地址事件的效果。
此外，在该第一方面中，所述转换晶体管和所述放大晶体管布置在电流-电压转换电路中，所述电流-电压转换电路被配置成将所述光电流转换为电压信号，并且所述电流-电压转换电路的电源电压可以与所述缓冲器、所述减法器和所述比较器的电源电压不同。该配置提供了以比缓冲器等的电源电压低的电源电压执行电流-电压转换的效果。
此外，在该第一方面中，所述缓冲器、所述减法器和所述比较器的至少一部分可以布置在堆叠于所述光接收板上的预定电路板中。该配置提供了在具有堆叠结构的固体摄像元件中使得光电二极管的反偏压和放大晶体管的阈值电压增大的效果。
此外，根据本技术的第二方面，提供了一种摄像装置，包括：光电二极管，其被配置成将入射光转换为光电流；放大晶体管，其被配置成放大具有取决于所述光电流的电位的栅极与具有预定的基准电位的源极之间的电压，并从漏极输出所述放大的电压；电位供应部，其被配置成向所述光电二极管的阳极和所述放大晶体管的背栅供应低于所述基准电位的预定电位；信号处理电路，其被配置成处理从所述放大晶体管输出的信号。该配置提供了能够对来自其中光电二极管的反偏压和放大晶体管的阈值电压被增大的电路的信号进行处理的效果。
有益效果
根据本技术，可以提供在检测地址事件的固体摄像元件中能够提高检测信号的信号质量的优异效果。应当注意，这里说明的效果并非是限制性的，并且可以提供本公开中所说明的任何效果。
附图说明
图1是示出了根据本技术的实施例的摄像装置的配置示例的框图。
图2是用于说明根据本技术的实施例的固体摄像元件的堆叠结构的图。
图3是根据本技术的实施例的光接收板的平面图的示例。
图4是根据本技术的实施例的电路板的平面图的示例。
图5是示出根据本技术的实施例的地址事件检测部的配置示例的框图。
图6是用于说明根据本技术的实施例的有效像素的配置的图。
图7是示出了根据本技术的实施例的有效像素的配置示例的电路图。
图8是根据本技术的实施例的有效像素的截面图的示例。
图9是本技术的实施例的变形例中的像素阵列部的平面图的示例。
图10是通过改变本技术的实施例的变形例中的遮光像素区域的布置而获得的像素阵列部的平面图的示例。
图11是示出车辆控制系统的示意性配置的示例的框图。
图12是帮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
在下文中，将说明用于实施本技术的方案(在下文中，称为实施例)。将按以下顺序给出说明。
1.实施例(向光电二极管的阳极提供负电位的示例)
2.应用于可移动物体的示例
<1.实施例>
[摄像装置的配置示例]
图1是示出了根据本技术的实施例的摄像装置100的配置示例的框图。该摄像装置100包括摄像透镜110、固体摄像元件200、存储单元120 和控制单元130。所提供的示例可包括要设置于可穿戴设备中的相机、车辆相机等。
摄像透镜110会聚入射光并将所会聚的入射光引入固体摄像元件 200中。
固体摄像元件200检测出作为地址事件的如下事件：针对多个像素中的各个像素，辉度变化量的绝对值超过阈值。该地址事件例如包括：表明辉度增加量已超过上限阈值的开启事件(on-event)；和表明辉度减少量变得低于比上限阈值低的下限阈值的关闭事件(off-event)。然后，固体摄像元件200产生各个像素的表明地址事件的检测结果的检测信号。每个检测信号包括：表明开启事件的存在/不存在的开启事件检测信号 VCH；和表明关闭事件的存在/不存在的关闭事件检测信号VCL。应当注意，尽管固体摄像元件200检测开启事件和关闭事件这两者的存在/不存在，但是固体摄像元件200可以检测开启事件和关闭事件之中的仅仅任意一者的存在/不存在。
固体摄像元件200对包括检测信号的图像数据执行诸如图像识别处理等预定的信号处理，并且将处理后的数据经由信号线209输出到存储单元120。
存储单元120存储来自固体摄像元件200的数据。控制单元130控制固体摄像元件200以摄取图像数据。
[固体摄像元件的配置示例]
图2是示出了根据本技术的实施例的固体摄像元件200的堆叠结构的示例的图。该固体摄像元件200包括电路板202和堆叠在电路板202 上的光接收板201。借助于通路孔(via-hole)等连接部将这些板彼此电连接。应注意，除了通路孔以外，可以通过Cu-Cu接合(Cu-Cu bonding) 或者利用凸块(bump)将这些板彼此连接。
图3是根据本技术的实施例的光接收板201的平面图的示例。光接收板201包括光接收部220和通路孔布置部211、212和213。
在通路孔布置部211、212和213中布置有要连接到电路板202的通路孔。此外，在光接收部220中，多个光接收电路221以矩阵形式布置着。光接收电路221对入射光进行光电转换以产生光电流，对该光电流进行电流-电压转换，并且输出所得到的电压信号。包括行地址和列地址的像素地址被分配给这些光接收电路221中的各者。
图4是根据本技术的实施例的电路板202的平面图的示例。该电路板202包括：负电位供应部230；通路孔布置部231、232和233；信号处理电路240；行驱动电路251；列驱动电路252；以及地址事件检测部 260。在通路孔布置部231、232和233中布置有要连接到光接收板201 的通路孔。
负电位供应部230向光接收板201提供预定电位，该预定电位低于预定的基准电位(例如，接地电位)。该预定电位是作为负电位而被提供的。例如，电荷泵电路用作负电位供应部230。稍后将说明通过提供负电位而提供的效果。应注意，负电位供应部230是权利要求的范围中限定的电位供应部的示例。
地址事件检测部260根据多个光接收电路221各者的电压信号产生检测信号，并将产生的检测信号输出到信号处理电路240。
行驱动电路251选择行地址，并使地址事件检测部260输出与该行地址对应的检测信号。
列驱动电路252选择列地址，并使地址事件检测部260输出与该列地址对应的检测信号。
信号处理电路240对来自地址事件检测部260的检测信号执行预定的信号处理。该信号处理电路240将检测信号作为像素信号布置为矩阵形式，并获取每个像素的包括两位(two-bit)信息的图像数据。然后，信号处理电路240对该图像数据执行诸如图像识别处理等信号处理。
图5是根据本技术的实施例的地址事件检测部260的平面图的示例。在该地址事件检测部260中，多个地址事件检测电路261以矩阵形式布置着。像素地址被分配给各个地址事件检测电路261。各个地址事件检测电路261连接到具有与相应的地址事件检测电路261相同的地址的各个光接收电路221。
地址事件检测电路261量化(quantize)来自相应的光接收电路221 的电压信号，并输出量化的电压信号作为检测信号。
[有效像素的配置示例]
图6是用于说明根据本技术的实施例的有效像素310的配置的图。有效像素310包括：被分配有同一像素地址的、在光接收板201内的光接收电路221和在电路板202内的地址事件检测电路261。如上所述，在光接收板和电路板各者中，多个光接收电路221和多个地址事件检测电路261以矩阵形式布置着。因此，在固体摄像元件200中，各自都包括光接收电路221和地址事件检测电路261的多个有效像素310以矩阵形式布置着。
图7是示出了根据本技术的实施例的有效像素310的配置示例的电路图。该有效像素310包括光电二极管311、电流-电压转换电路320，缓冲器330、减法器340、量化器350和传输电路360。
光电二极管311对入射光进行光电转换以产生光电流。该光电二极管311将产生的光电流提供给电流-电压转换电路320。
电流-电压转换电路320将来自光电二极管311的光电流转换成对应于光电流的电压信号。该电流-电压转换电路320将电压信号输入到缓冲器330中。
缓冲器330将输入过来的电压信号输出到减法器340。利用该缓冲器330，可以提高用于驱动后段(post-stage)的驱动力。此外，利用缓冲器330，可以确保对于在后段处由于切换操作引起的噪声的隔离。
减法器340通过减法来求出校正信号的变化量。该减法器340将该变化量作为微分信号(differential signal)提供给量化器350。
量化器350通过将该微分信号与预定阈值进行比较，将模拟微分信号转换(换言之，量化)为数字检测信号。该量化器350将该微分信号与上限阈值和下限阈值中的各者进行比较，并将其比较结果作为两位 (two-bit)检测信号提供给传输电路360。应注意，量化器350是权利要求的范围中限定的比较器的示例。
传输电路360根据来自列驱动电路252的列驱动信号将检测信号传输到信号处理电路240。
此外，电流-电压转换电路320包括N型晶体管321和322以及P 型晶体管323。作为这些晶体管，例如可以使用金属氧化物半导体(MOS， metal-oxide-semiconductor)晶体管。
N型晶体管321的源极连接到光电二极管311的阴极，并且N型晶体管321的漏极连接到具有电源电压VDD1的端子。P型晶体管323和 N型晶体管322串联连接在具有电源电压VDD2的端子和具有基准电位 (例如，接地电位GND)的端子之间。此外，P型晶体管323与N型晶体管322之间的连接点连接到N型晶体管321的栅极以及缓冲器330的输入端。此外，将预定的偏置电压(bias voltage)Vblog施加给P型晶体管323的栅极。
N型晶体管321的漏极和N型晶体管322的漏极连接到电源侧，并且这种电路称为源极跟随器(source follower)。这些晶体管之中的N型晶体管321将光电流转换为栅极与源极之间的电压。N型晶体管322放大具有取决于光电流的电位的栅极与具有基准电位(例如，接地电位 GND)的源极之间的电压，并从漏极输出放大的电压。此外，P型晶体管323向N型晶体管322提供恒定电流。利用这种配置，来自光电二极管311的光电流被转换为电压信号。
应当注意，N型晶体管321是权利要求的范围中限定的转换晶体管的示例，并且N型晶体管322是在权利要求的范围中限定的放大晶体管的示例。
此外，光电二极管311以及N型晶体管321和322布置在光接收板 201中，并且跟在P型晶体管323之后的电路布置在电路板202中。
然后，负电位供应部230将低于基准电位(例如，接地电位GND) 的负电位Vn提供给光接收板201的P阱区域。在该P阱区域中埋入有光电二极管311。此外，在该区域中，形成有N型晶体管321和322的背栅(体)。因此，通过将负电位Vn提供给P阱区域，能够将负电位Vn 提供给光电二极管311的阳极以及N型晶体管321和322各自的背栅。
通过将光电二极管311的阳极设定成具有负电位Vn，与该电位被设定为基准电位的情况相比，光电二极管311的反偏压(reverse bias)更大了。利用这样的设定，光电二极管311的灵敏度能够提高并且暗电流能够减小。此外，通过将N型晶体管321和322的背栅设定为具有负电位Vn，与这些电位被设定为基准电位的情况相比，由于板偏置效应(boardbias effect)，每个晶体管的阈值电压都更高了。利用这样的设定，能够防止这些晶体管的栅极与源极之间的电压变得等于或低于零。当栅极与源极之间的电压等于或低于零时，由于电流-电压转换电路320的电路配置，可能无法获得正常输出。因此，可以通过提供负电位Vn来抑制这种情形。以这种方式，由于光电二极管311的灵敏度的提高、暗电流的减小和阈值电压的增大，就能够提高检测信号的信号质量。
位于跟在缓冲器330之后的后段处的电路中所包含的N型晶体管也可以布置在具有负电位Vn的P阱区域中。即使采用这样的配置，也难以在已经在电流-电压转换操作的情况下进行了说明的特性方面获得效果。此外，通常期望的是：将电流-电压转换电路320与扰乱隔离，而后段的电路以大振幅或高逻辑电平进行操作。因此，基本而言，较佳的是，提供如下的一种配置：其中，光接收侧的P阱区域与后段的电路是分离的。
此外，缓冲器330包括P型晶体管331和332。作为这些晶体管，例如可以使用MOS晶体管。
P型晶体管331和332串联连接在具有电源电压VDD2的端子和具有基准电位(例如，GND)的端子之间。此外，预定的偏置电压Vbsf 施加在P型晶体管331的栅极上。P型晶体管332的栅极连接到电流-电压转换电路320的输出端子。然后，从P型晶体管331和332之间的连接点将电压信号输出到减法器340。
减法器340包括：电容器341和343；P型晶体管342和344；以及 N型晶体管345。
P型晶体管344和N型晶体管345串联连接在具有电源电压VDD2 的端子和具有基准电位的端子之间。通过将P型晶体管344的栅极设定为输入端子并且将P型晶体管344和N型晶体管345之间的连接点设定为输出端子，P型晶体管344和N型晶体管345起到将输入信号反转的反相器(inverter)的作用。
电容器341的一端连接到缓冲器330的输出端子，电容器341的另一端连接到上述反相器的输入端子(即，P型晶体管344的栅极)。电容器343与该反相器并联连接。P型晶体管342根据行驱动信号来打开/关闭用于将电容器343的两端彼此连接的路径。
当P型晶体管342导通时，电压信号Vinit输入到电容器341的更靠近缓冲器330的一侧，并且其相对侧是假想接地端子。为方便起见，该假想接地端子的电位被设定为零。此时，假设电容器341的电容是C1，则在电容器341中累积的电位Qinit被表示为下面的表达式。另一方面，电容器343的两端短路，因此所累积的电荷为零。
[数学式1]
Qinit＝C1×Vinit 表达式1
接下来，考虑P型晶体管342关断并且电容器341的更靠近缓冲器 330的一侧的电压改变且变为Vafter的情况，那么在电容器341中累积的电荷Qafter被表示为下面的表达式。
[数学式2]
Qafter＝C1×Vafter 表达式2
另一方面，假设输出电压是Vout，那么在电容器343中累积的电荷 Q2被表示为下面的表达式。
[数学式3]
Q2＝-C2×Vout 表达式3
此时，电容器341和343的总电荷量不改变，因此建立下面的表达式。
[数学式4]
Qinit＝Qafter+Q2 表达式4
当通过将表达式1至表达式3代入表达式4中来对表达式4进行变形时，获得下面的表达式。
[数学式5]
Vout＝-(C1/C2)×(Vafter-Vinit) 表达式5
表达式5表示电压信号的减法运算，并且作为减法结果的增益(gain) 是C1/C2。通常希望最大化该增益。因此，较佳的是，将C1设定得大并且将C2设定得小。然而，当C2太小时，kTC噪声会增加并且噪声特性会恶化。因此，C2的电容削减被限制在能够允许噪声的范围内。此外，减法器340设置在每个有效像素310中。因此，电容C1和C2在面积上是受到限制的。考虑到这些情况，例如，C1被设定为20至200飞法(fF) 的值，并且C2被设定为1至20飞法(fF)的值。
量化器350包括P型晶体管351和353以及N型晶体管352和354。作为这些晶体管，例如可以使用MOS晶体管。
P型晶体管351和N型晶体管352串联连接在具有电源电压VDD2 的端子和具有基准电位的端子之间。P型晶体管353和N型晶体管354 也串联连接在具有电源电压VDD2的端子和具有基准电位的端子之间。此外，P型晶体管351和353的栅极连接到减法器340的输出端子。指示上限阈值的偏置电压Vbon被施加在N型晶体管352的栅极上。指示下限阈值的偏置电压Vboff被施加在N型晶体管354的栅极上。
P型晶体管351和N型晶体管352之间的连接点被连接到传输电路 360，并且该连接点的电压被输出作为接通事件检测信号VCH。P型晶体管353和N型晶体管354之间的连接点也被连接到传输电路360，并且该连接点的电压被输出作为关闭事件检测信号VCL。利用这种连接，如果微分信号超过上限阈值，则量化器350输出高电平的接通事件检测信号VCH，并且如果微分信号变得低于下限阈值，则量化器350输出低电平的关闭事件检测信号VCL。
应当注意，尽管电流-电压转换电路320的一部分和光电二极管311 布置在光接收板201中，并且其后段的电路布置在电路板202中，但是布置在各个芯片中的电路不限于这种配置。例如，光电二极管311和整个电流-电压转换电路320可以布置在光接收板201中，并且其他电路可以布置在电路板202中。此外，光电二极管311、电流-电压转换电路320 和缓冲器330可以布置在光接收板201中，并且其他电路可以布置在电路板202中。此外，光电二极管311、电流-电压转换电路320、缓冲器 330和电容器341可以布置在光接收板201中，其他电路可以布置在电路板202中。此外，光电二极管311、电流-电压转换电路320、缓冲器330、减法器340和量化器350可以布置在光接收板201中，并且其他电路可以布置在电路板202中。
图8是根据本技术的实施例的有效像素310的截面图的示例。在光接收板201的每个P阱区域中，埋入有光电二极管311，并且形成有N 型晶体管321和322的背栅。向N型晶体管321的漏极提供电源电压 VDD1，并且N型晶体管322的源极的电位是基准电位(例如，GND)。此外，相邻有效像素310的P阱区域在点划线处彼此分离。
通过向N型晶体管321的背栅(体)提供负电位Vn，与施加基准电位的情况相比，在漏极和背栅之间施加了高电压。通常，关于电流-电压转换电路320的输出，期望能够实现用于扩大动态范围的大振幅操作，并且将后段的电源电压VDD2降低是困难的。然而，关于电源电压VDD1，动态范围不会受到很大影响。因此，期望将电源电压VDD1设定得低于电源电压VDD2。
来自所有有效像素310的光电流流入负电位供应部230。如果IR降 (IR drop)引起了像素平面中的电位梯度，则像素特性本身也会以依赖于IR降的形状的方式在该平面中变化。因此，较佳的是，通过在光接收板201和电路板202的多个位置处布置通路孔，来消除像素平面中的负电位梯度。
如上所述，根据本技术的实施例，通过将负电位Vn提供给光电二极管311的阳极和N型晶体管321的背栅等，能够增加光电二极管311 的反偏压和阈值电压。利用增加的反偏压，可以提高光电二极管311的灵敏度并且可以减小暗电流。此外，利用增加的阈值电压，可以抑制无法获得正常输出的情况。因此，可以改善检测信号的信号质量。
[变形例]
在上述实施例中，负电位供应部230将负电位Vn提供给所有像素。然而，随着像素数量的增加，电力消耗会增加。根据该变形例的固体摄像元件200与上述实施例的不同之处在于，不向遮光像素提供负电位Vn。
图9是本技术的实施例的变形例中的像素阵列部300的平面图的示例。该像素阵列部300包括彼此堆叠的光接收部220和地址事件检测部 260。像素阵列部300包括水平遮光像素区域301和303以及有效像素区域302。
在有效像素区域302中，多个有效像素310以矩阵形式布置着。在这些有效像素中没有遮光。
另一方面，在每个水平遮光像素区域301和303中，多个遮光像素 315以矩阵形式布置着。在这些遮光像素中进行遮光。此外，将与有效像素310的列地址不同的列地址分配给水平遮光像素区域301和303内的遮光像素315。此外，遮光像素315的电路配置类似于有效像素310。
负电位供应部230将负电位Vn1提供给有效像素310的P阱区域。另一方面，负电位供应部230将诸如基准电位(GND)等电位Vn2提供到遮光像素315的P阱区域。
信号处理电路240和其后段的电路基于来自遮光像素315的像素信号而求出暗电流量，而且去除来自有效像素310的像素信号中的暗电流。
应当理解的是，尽管布置了水平遮光像素区域301和303，但是如图10所示，可以布置垂直遮光像素区域304以代替水平遮光像素区域301 和303。与有效像素310的行地址不同的行地址被分配给该垂直遮光像素区域315内的遮光像素315。此外，可以既布置有水平遮光像素区域301 和303又布置有垂直遮光像素区域304。
如上所述，根据本技术的实施例的变形例，负电位供应部230仅将负电位Vn1提供给所有像素之中的有效像素310。因此，与向所有像素都提供负电位Vn1的情况相比，可以降低电力消耗。
<2.应用于可移动物体的示例>
根据本公开的技术(本技术)可以应用于各种产品。例如，根据本公开的技术可以实现为安装在例如汽车、电动汽车、混合动力电动汽车、摩托车、自行车、个人移动装置、飞机、无人机、船舶、机器人等任何种类的可移动物体上的装置。
图11是示出了作为可应用根据本公开的实施例的技术的移动体控制系统的一个示例的车辆控制系统的示意性配置的示例的框图。
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11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和集成控制单元12050。此外，作为集成控制单元 12050的功能配置，还示出了微计算机12051、声音/图像输出部12052 和车载网络接口(I/F)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用作下列各种装置的控制装置：例如内燃机、驱动电动机等用于产生车辆驱动力的驱动力产生装置；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；以及用于产生车辆的制动力的制动装置等。
车身系统控制单元12020根据各种程序来控制提为车身配备的各种装置的操作。例如，车身系统控制单元12020用作下列各种装置的控制装置：无钥匙进入系统；智能钥匙系统；电动车窗装置；或者诸如前照灯、尾灯、刹车灯、转弯信号灯、雾灯等各种灯，等等。在这种情况下，从用于替代钥匙的便携设备发送的无线电波、或者各种开关信号可以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，并接收所拍摄的图像。基于所接收的图像，车外信息检测单元12030可以执行诸如人、车辆、障碍物、标志、路面上的文字等物体的检测处理或距离检测处理。检测距离。
摄像部12031是接收光并输出与所接收的光的光量对应的电信号的光学传感器。摄像部12031能够将电信号作为图像输出，或者能够将电信号作为测距信息输出。此外，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不可见光。
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与用于检测驾驶员的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，并且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 可以计算驾驶员的疲劳程度或驾驶员的专心程度，或者可以确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，并且向驱动系统控制单元12010输出控制指令。例如，微型计算机12051能够执行旨在实现高级驾驶员辅助系统(ADAS：advanced driver assistance system)的功能的协同控制，所述功能包括车辆的碰撞避免或撞击减轻、基于跟车距离的跟车行驶、车速保持行驶、车辆碰撞警告、车辆偏离车道警告等。
此外，微型计算机12051能够基于通过车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获取的车辆外部或内部的信息，通过控制驱动力产生装置、转向机构、制动装置等，来执行用于自动驾驶等的协同控制，以使车辆自动行驶而不依赖驾驶员的操作。
此外，微型计算机12051能够基于通过车外信息检测单元12030获取的车辆外部的信息来向车身系统控制单元12020输出控制指令。例如，微型计算机12051能够根据由车外信息检测单元12030检测到的前方车辆或对向车辆的位置来控制前照灯(将远光灯切换到近光灯)，以执行旨在防眩光的协同控制。
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，该输出设备能够视觉地或听觉地向车上的乘客或车辆外部通知信息。在图11的示例中，音响喇叭12061、显示部12062和仪表面板12063被示出为输出设备。例如，显示部12062可以包括车载显示器或平视显示器中的至少一者。
图12是示出了摄像部12031的安装位置的示例的图。
在图12中，摄像部12031包括摄像部12101、12102、12103、12104 和12105。
例如，摄像部12101、12102、12103、12104和12105设置在车辆12100 的前鼻、后视镜、后保险杠、后门以及车辆内的挡风玻璃的上部位置。 设置在前鼻的摄像部12101和设置在车辆内的挡风玻璃的上部的摄像部 12105主要获取车辆12100前方的图像。设置在后视镜的摄像部12102 和12103主要获取车辆12100两侧的图像。设置在后保险杠或后门的摄像部12104主要获取车辆12100后方的图像。设置在车辆内的挡风玻璃 的上部的摄像部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12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门的摄像部12104的摄像 范围。例如，通过叠加由摄像部12101～12104拍摄的图像数据，从而获 得了从上方观看到的车辆12100的俯瞰图像。
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距摄像范围12111至12114内的每个立体物的距离以及该距离的时间变化(相对于车辆12100的相对速度)，从而特别地，将出现在车辆12100的行驶路径上并且在与车辆12100基本上相同的方向上以预定速度(例如，等于或大于0km/h)行驶的最近的立体物提取为前方车辆。此外，微型计算机12051能够预先设定在前方车辆之前要保持的跟车距离，并且执行自动制动控制(包括跟车停止控制)、自动加速控制(包括跟车启动控制)等。因此，可以执行用于实现使车辆自主行驶而不依赖于驾驶员等的操作的自动驾驶的协同控制。
例如，微型计算机12051能够基于从摄像部12101～12104获得的距离信息将关于立体物的立体物数据分类为两轮车辆、普通车辆、大型车辆、行人、电线杆和其他立体物的立体物数据，提取分类的立体物数据，并使用提取的立体物数据来自动避开障碍物。例如，微型计算机12051 将车辆12100周围的障碍物区分为车辆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确定表示与每个障碍物发生碰撞的危险度的碰撞风险。在碰撞风险等于或高于设定值并因此存在碰撞可能性的情况下，微型计算机12051通过音响喇叭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用于检测红外线的红外相机。例如，微型计算机12051能够通过确定摄像部12101～12104的拍摄图像中是否存在行人来识别行人。例如，通过如下程序来执行这种行人识别：提取作为红外相机的摄像部12101～12104的拍摄图像中的特征点的程序，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是否存在行人的程序。当微型计算机12051判定摄像部12101～12104 的拍摄图像中存在行人，并因此识别出行人时，声音/图像输出部12052 控制显示部12062，以便在识别出的行人上叠加矩形轮廓线以重点突出。声音/图像输出部12052还可以控制显示部12062，使得表示行人的图标等显示在所期望的位置处。
在上文中，已经说明了可以应用根据本公开的技术的车辆控制系统的示例。根据本公开的技术可以应用于上述配置的摄像部12031。具体地，图1的摄像装置100可以应用于摄像部12031。通过将根据本公开的技术应用于摄像部12031，可以提高检测信号的信号质量。因此，可以提高使用检测信号的图像识别等的精度。
注意，上述实施例提供了用于实施本技术的示例以及实施例和本实用新型中的事项-权利要求范围内的指定事项相关联。类似地，权利要求范围内的发明特定事项和本技术的实施例中由相同名称表示的事项具有对应关系。应当注意，本技术不限于这些实施例，并且可以通过对实施例进行各种修改而不脱离其实质来实现。
应当注意，说明书中说明的效果仅仅是示例性的，并非限制性的，并且可以提供其他效果。
应注意，本技术还可采用以下配置。
(1)一种固体摄像元件，包括：光电二极管，被配置成将入射光转换为光电流；放大晶体管，被配置成放大具有取决于所述光电流的电位的栅极与具有预定的基准电位的源极之间的电压，并从漏极输出所述放大的电压；以及电位供应部，被配置成将低于所述基准电位的预定电位供应给所述光电二极管的阳极和所述放大晶体管的背栅。
(2)根据(1)所述的固体摄像元件，还包括：转换晶体管，被配置成将所述光电流转换为所述转换晶体管的栅极与源极之间的电压，其中所述转换晶体管的源极连接到所述光电二极管的阴极和所述放大晶体管的栅极，并且所述放大晶体管的漏极连接到转换晶体管的栅极。
(3)根据(2)所述的固体摄像元件，其中，所述光电二极管和所述放大晶体管设置在未被遮光的有效像素和被遮光的遮光像素每一中，所述电位供应部向与所述有效像素对应的所述光电二极管的阳极提供所述预定电位，并且向与所述遮光像素对应的所述光电二极管的阳极提供所述基准电位。
(4)根据(2)或(3)所述的固体摄像元件，其中，所述光电二极管、所述转换晶体管和放大晶体管布置在预定的光接收板中，并且所述电位供应部为所述光接收板提供所述预定电位。
(5)根据(4)所述的固体摄像元件，还包括：缓冲器，被配置成输出从所述放大晶体管输出的电压信号；减法器，用于降低来自所述缓冲器的电压信号的电平；和比较器，被配置成将所述降低的电压信号与预定阈值进行比较。
(6)根据(5)所述的固体摄像元件，其中，所述转换晶体管和所述放大晶体管布置在电流-电压转换电路中，所述电流-电压转换电路被配置成将所述光电流转换为电压信号，并且所述电流-电压转换电路的电源电压与所述缓冲器、所述减法器和所述比较器的电源电压不同。
(7)根据(5)或(6)所述的固体摄像元件，其中，所述缓冲器、所述减法器和所述比较器的至少一部分布置在堆叠于所述光接收板上的预定电路板中。
(8)一种摄像装置，包括：光电二极管，被配置成将入射光转换为光电流；放大晶体管，被配置成放大具有取决于所述光电流的电位的栅极与具有预定的基准电位的源极之间的电压，并从漏极输出所述放大的电压；电位供应部，被配置成将低于所述基准电位的预定电位提供给所述光电二极管的阳极和所述放大晶体管的背栅；以及信号处理电路，被配置成处理从所述放大晶体管输出的信号。
本领域技术人员应该理解，可以根据设计要求和其他因素进行各种修改、组合、子组合和变更，只要它们在所附权利要求或其等同物的范围内即可。
[附图标记说明]
100：摄像装置
110：摄像透镜
120：存储单元
130：控制单元
200：固体摄像元件
201：光接收板
202：电路板
211、212、213、231、232、233：通路孔布置部
220：光接收部
221：光接收电路
230：负电位供应部
240：信号处理电路
251：行驱动电路
252：列驱动电路
260：地址事件检测部
261：地址事件检测电路
300：像素阵列部
310：有效像素
311：光电二极管
315：遮光像素
320：电流-电压转换电路
321、322、345、352、354：N型晶体管
323、331、332、342、344、351、353：P型晶体管
330：缓冲器
340：减法器
341、343：电容器
350：量化器
360：传输电路
12031：摄像部

Claims (8)

1.一种固体摄像元件，包括：
光电二极管，其被配置成将入射光转换为光电流；
放大晶体管，其被配置成放大具有取决于所述光电流的电位的栅极与具有预定的基准电位的源极之间的电压，并且从漏极输出所述放大的电压；和
电位供应部，其被配置成向所述光电二极管的阳极和所述放大晶体管的背栅提供低于所述基准电位的预定电位。
2.根据权利要求1所述的固体摄像元件，还包括：
转换晶体管，其被配置成将所述光电流转换为所述转换晶体管的栅极与源极之间的电压，
其中，所述转换晶体管的源极连接到所述光电二极管的阴极和所述放大晶体管的栅极，并且
所述放大晶体管的漏极连接到所述转换晶体管的栅极。
3.根据权利要求1或2所述的固体摄像元件，其中，
所述光电二极管和所述放大晶体管布置在未被遮光的有效像素和被遮光的遮光像素每一者中，
所述电位供应部向与所述有效像素对应的所述光电二极管的阳极供应所述预定电位，并且向与所述遮光像素相对应的所述光电二极管的阳极供应所述基准电位。
4.根据权利要求2所述的固体摄像元件，其中，
所述光电二极管、所述转换晶体管和所述放大晶体管布置在预定的光接收板中，并且
所述电位供应部向所述光接收板供应所述预定电位。
5.根据权利要求4所述的固体摄像元件，还包括：
缓冲器，其被配置成输出从所述放大晶体管输出的电压信号；
减法器，其被配置成降低来自所述缓冲器的所述电压信号的电平；和
比较器，其被配置成比较所述降低的电压信号与预定阈值。
6.根据权利要求5所述的固体摄像元件，其中，
所述转换晶体管和所述放大晶体管布置在电流-电压转换电路中，所述电流-电压转换电路被配置成将所述光电流转换为电压信号，并且
所述电流-电压转换电路的电源电压与所述缓冲器、所述减法器和所述比较器的电源电压不同。
7.根据权利要求5所述的固体摄像元件，其中，
所述缓冲器、所述减法器和所述比较器的至少一部分布置在堆叠于所述光接收板上的预定电路板中。
8.一种摄像装置，包括：
如权利要求1至7中任一项所述的固体摄像元件；和
信号处理电路，其被配置成处理从所述放大晶体管输出的信号。
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