DE112020004621T5

DE112020004621T5 - Lichtdetektierende Vorrichtung und System

Info

Publication number: DE112020004621T5
Application number: DE112020004621.4T
Authority: DE
Inventors: Dan Luo; Tatsuki Nishino
Original assignee: Sony Semiconductor Solutions Corp
Current assignee: Sony Semiconductor Solutions Corp
Priority date: 2019-09-27
Filing date: 2020-06-16
Publication date: 2022-07-28
Also published as: JP2021056016A; KR20220069001A; US20220344521A1; JP7478526B2; CN114467037A; TW202114399A; EP4034908A1; WO2021059619A1

Abstract

Eine lichtdetektierende Vorrichtung enthält eine erste Pixel-Schaltungsanordnung, die eine erste Lawinen-Fotodiode enthält, und eine zweite Pixel-Schaltungsanordnung, die eine zweite Lawinen-Fotodiode, eine erste Verzögerungsschaltung, die einen mit einer Kathode der zweiten Lawinen-Fotodiode gekoppelten Eingang aufweist, und eine erste Schaltung enthält, die einen mit der Kathode der zweiten Lawinen-Fotodiode gekoppelten ersten Eingang und einen mit einem Ausgang der ersten Verzögerungsschaltung gekoppelten zweiten Eingang aufweist. Die lichtdetektierende Vorrichtung enthält eine Steuerungsschaltung, die mit einem Ausgang der ersten Schaltung gekoppelt und dafür konfiguriert ist, ein Potential einer Anode der ersten Lawinen-Fotodiode basierend auf der Ausgabe der ersten Schaltung zu steuern. Die Steuerungsschaltung ist dafür konfiguriert, ein Potential einer Anode der zweiten Lawinen-Fotodiode basierend auf der Ausgabe der ersten Schaltung zu steuern.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Technologie bezieht sich auf eine lichtdetektierende Vorrichtung. Konkret bezieht sich die vorliegende Technologie auf die lichtdetektierende Vorrichtung und das System zum Messen eines Abstands zu einem Objekt.
Hintergrundtechnik
In der Vergangenheit waren mit Laufzeit bzw. Time-of-Flight (ToF) bezeichnete Entfernungsmessverfahren in Bezug auf elektronische Vorrichtungen mit Entfernungsmessfunktionen bekannt. Das ToF ist ein Verfahren zum Messen eines Abstands, indem veranlasst wird, dass die elektronische Vorrichtung Bestrahlungslicht zu einem Objekt emittiert, und eine Umlaufzeit zwischen der Emission des Bestrahlungslichts und der Rückkehr des reflektierten Bestrahlungslichts zur elektronischen Vorrichtung berechnet wird. In vielen Fällen wird als fotoelektrisches Umwandlungselement eine Einzelphoton-Lawinendiode (SPAD) verwendet, wenn das dem Bestrahlungslicht entsprechende reflektierte Licht detektiert wird. Wenn jedoch die SPAD verwendet wird, variiert manchmal eine Übervorspannung in Abhängigkeit von der Temperatur. Die Übervorspannung (engl.: excess bias) ist ein Wert, der erhalten wird, indem die Durchbruchspannung von einer Spannung zwischen einer Anode und einer Kathode subtrahiert wird. Daher bestehen eine Möglichkeit, dass die Übervorspannung zu klein wird und die Empfindlichkeit einer Fotodiode abnimmt, und eine Möglichkeit, dass die Übervorspannung umgekehrt zu groß wird und Dunkelstromrauschen zunimmt. Dementsprechend wurden Festkörper-Bildsensoren bereitgestellt, die elektrische Kathodenpotentiale der SPADs überwachen, wenn ein Fotostrom fließt, und elektrische Anodenpotentiale der SPADs reduzieren, wenn die elektrischen Kathodenpotentiale höher werden.
Zitatliste
Patentliteratur
PTL 1: offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2019 - 75394
Zusammenfassung
Technisches Problem
Die oben aufgeführte verwandte Technologie steuert die elektrischen Anodenpotentiale, um eine Variation in der Übervorspannung zu unterdrücken, die durch eine Änderung in der Temperatur verursacht wird. Jedoch folgt eine Überwachungsspannung (Kathodenspannung) zum Steuern der elektrischen Anodenpotentiale der durch die Temperatur verursachten Variation in der Übervorspannung, und die Überwachungsvorspannung variiert auch in Abhängigkeit von einer Abnahme oder Zunahme einer Menge an einfallendem Licht. Obgleich der oben beschriebene Festkörper-Bildsensor ermöglicht, eine durch eine Änderung in der Temperatur verursachte Variation in der Übervorspannung zu unterdrücken, weist solch ein Festkörper-Bildsensor ein Problem einer Variation in der Übervorspannung auf, die durch eine Variation in der Überwachungsspannung je nach der Abnahme oder Zunahme der Menge an einfallendem Licht verursacht wird.
Es ist wünschenswert, eine Variation in der Übervorspannung, die von einer Abnahme oder Zunahme einer Menge an einfallendem Licht abhängt, zu unterdrücken, indem ein Festkörper-Bildsensor verwendet wird, der entweder ein elektrisches Anodenpotential oder ein elektrisches Kathodenpotentials eines fotoelektrischen Umwandlungselements auf der Basis eines anderen des elektrischen Anodenpotentials und des elektrischen Kathodenpotentials steuert.
Lösung für das Problem
Gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie wird ein Festkörper-Bildsensor bereitgestellt, der aufweist: ein fotoelektrisches Umwandlungselement, das eine Anode und eine Kathode enthält, wobei entweder die Anode oder die Kathode mit einem vorbestimmten Knoten verbunden ist; ein Element zur Bereitstellung eines elektrischen Potentials, das dafür konfiguriert ist, ein erstes elektrisches Potential dem vorbestimmten Knoten bereitzustellen; eine Zeitpunkt-Detektionsschaltung, die dafür konfiguriert ist, einen Zeitpunkt zu detektieren, zu dem eine vorbestimmte Zeitspanne seit Beginn einer Zunahme oder einer Abnahme in einem elektrischen Potential des vorbestimmten Knotens vom ersten elektrischen Potential aus verstrichen ist; eine Abtast- und Halteschaltung, die dafür konfiguriert ist, das elektrische Potential des vorbestimmten Knotens auf der Basis einer Ausgabe von der Zeitpunkt-Detektionsschaltung zu erfassen und das elektrische Potential als ein zweites elektrisches Potential zu halten; und eine Steuerungssektion, die dafür konfiguriert ist, ein elektrisches Potential einer anderen der Anode und der Kathode auf der Basis des zweiten elektrischen Potentials zu steuern. Dies macht es möglich, eine Variation in der Übervorspannung zu unterdrücken.
Außerdem kann gemäß der ersten Ausführungsform die Zeitpunkt-Detektionsschaltung einen Inverter enthalten, der dafür konfiguriert ist, ein Signal des elektrischen Potentials des vorbestimmten Knotens zu invertieren und das invertierte Signal abzugeben. Dies macht es möglich, einen Zeitpunkt auf der Basis des invertierten Signals zu detektieren.
Gemäß der ersten Ausführungsform kann die Zeit-Detektionsschaltung ferner eine Impulssignal-Erzeugungsschaltung enthalten, die dafür konfiguriert ist, ein Impulssignal auf der Basis eines Signals zu erzeugen, das erhalten wird, indem das invertierte Signal um eine vorbestimmte Verzögerungszeit verzögert wird, und kann die Abtast- und Halteschaltung das elektrische Potential des vorbestimmten Knotens innerhalb einer Zeitspanne einer Impulsbreite des Impulssignals erfassen. Dies macht es möglich, ein elektrisches Kathodenpotential unter Verwendung des Impulssignals abzutasten.
Gemäß der ersten Ausführungsform kann außerdem die Zeitpunkt-Detektionsschaltung ferner eine Verzögerungsschaltung enthalten, die dafür konfiguriert ist, das invertierte Signal um eine vorbestimmte Verzögerungszeit zu verzögern und ein verzögertes Signal abzugeben, und kann die Abtast- und Halteschaltung das elektrische Potential des vorbestimmten Knotens in dem Fall erfassen, in dem das verzögerte Signal einer von zwei Werten ist, die voneinander verschieden sind, und das erfasste elektrische Potential in dem Fall halten, in dem das verzögerte Signal der andere der zwei Werte ist. Dies ermöglicht, ein elektrisches Kathodenpotential unter Verwendung des verzögerten Signals abzutasten.
Gemäß der ersten Ausführungsform können außerdem das fotoelektrische Umwandlungselement, die Zeitpunkt-Detektionsschaltung und die Abtast- und Halteschaltung in einem Pixel installiert sein, wobei die Installation in Bezug auf eine Vielzahl der Pixel durchgeführt ist, und kann die Steuerungssektion eine Sektion zur Erfassung eines Zwischenpixel-Durchschnitts, die dafür konfiguriert ist, als einen Zwischenpixel-Durchschnitt einen Durchschnitt der jeweiligen zweiten elektrischen Potentiale der Vielzahl der Pixel zu berechnen, und eine Zeitdurchschnitt-Erfassungssektion, die dafür konfiguriert ist, einen Zeitdurchschnitt des Zwischenpixel-Durchschnitts zu berechnen, und eine Sektion zur Steuerung eines elektrischen Potentials enthalten, die dafür konfiguriert ist, das elektrische Potential der anderen der Anode und der Kathode in einer Weise zu steuern, in der das elektrische Potential niedriger wird, wenn der Zeitdurchschnitt höher wird. Dies macht es möglich, schlechte Einflüsse zu unterdrücken, die durch eine Variation im elektrischen Potential verursacht werden.
Außerdem kann gemäß der ersten Ausführungsform die Zeitdurchschnitt-Erfassungssektion einen Analogfilter enthalten, der dafür konfiguriert ist, den Zeitdurchschnitt zu erzeugen. Dies macht es möglich, den Zeitdurchschnitt unter Verwendung einer Analogschaltung zu erhalten.
Gemäß der ersten Ausführungsform kann außerdem die Zeitdurchschnitt-Erfassungssektion einen Digitalfilter enthalten, der dafür konfiguriert ist, den Zeitdurchschnitt zu erzeugen. Dies macht es möglich, die Größe einer Grundfläche (engl.: footprint) zu reduzieren.
Gemäß der ersten Ausführungsform kann außerdem die Sektion zur Steuerung eines elektrischen Potentials einen Verstärker enthalten, der dafür konfiguriert ist, den Zeitdurchschnitt mit einem vorbestimmten elektrischen Potential einer Leistungsquelle zu vergleichen und ein Ergebnis des Vergleichs an die andere der Anode und der Kathode abzugeben. Dies macht es möglich, elektrische Potentiale unter Verwendung einer Analogschaltung zu steuern.
Außerdem kann gemäß der ersten Ausführungsform die Sektion zur Steuerung eines elektrischen Potentials einen Leistungs-Halbleiter enthalten, der dafür konfiguriert ist, das elektrische Potential der anderen der Anode und der Kathode in einer Weise zu steuern, in der das elektrische Potential niedriger wird, wenn der Zeitdurchschnitt höher wird. Dies macht es möglich, die Größe einer Grundfläche zu reduzieren.
Gemäß der ersten Ausführungsform kann außerdem die Sektion zur Erfassung eines Zwischenpixel-Durchschnitts einen Kondensator und eine Vielzahl von Widerständen enthalten, die zwischen der Vielzahl von Pixeln und dem Kondensator parallel geschaltet sind. Dies macht es möglich, einen Zwischenpixel-Durchschnitt unter Verwendung einer Analogschaltung zu erhalten.
Gemäß der ersten Ausführungsform kann außerdem die Sektion zur Erfassung eines Zwischenpixel-Durchschnitts eine Analog-Digital-Umwandlungssektion, die dafür konfiguriert ist, die zweiten elektrischen Potentiale in Digitalsignale umzuwandeln, und einen mittelnden bzw. Durchschnittswert-Filter enthalten, der dafür konfiguriert ist, einen Durchschnitt der Digitalsignale als den Zwischenpixel-Durchschnitt zu berechnen. Dies macht es möglich, die Größe einer Grundfläche zu reduzieren.
Gemäß der ersten Ausführungsform kann außerdem die Analog-Digital-Umwandlungssektion eine Vielzahl von Analog-Digital-Wandlern enthalten, die dafür konfiguriert sind, die zweiten elektrischen Potentiale der Pixel, die voneinander verschieden sind, in die Digitalsignale umzuwandeln. Dies macht es möglich, die Vielzahl zweiter elektrischer Potentiale gleichzeitig in Digitalsignale umzuwandeln.
Gemäß der ersten Ausführungsform kann außerdem die Analog-Digital-Umwandlungssektion einen Selektor, der dafür konfiguriert ist, irgendeines der jeweiligen zweiten elektrischen Potentiale der Vielzahl der Pixel auszuwählen, und einen Analog-Digital-Wandler enthalten, der dafür konfiguriert ist, das ausgewählte zweite elektrische Potential in das digitale Signal umzuwandeln. Dies macht es möglich, die Anzahl an Analog-Digital-Wandlern zu reduzieren.
Gemäß der ersten Ausführungsform kann außerdem der Festkörper-Bildsensor ferner einen ausgangsseitigen Puffer enthalten, der zwischen der Abtast- und Halteschaltung und der Steuerungssektion angeordnet ist. Dies macht es möglich, das zweite elektrische Potential über den ausgangsseitigen Puffer abzugeben.
Gemäß der ersten Ausführungsform kann außerdem der ausgangsseitige Puffer ein differentielles Signal auf der Basis des zweiten elektrischen Potentials erzeugen und das erzeugte differentielle Signal abgeben. Dies macht es möglich, einen genaueren Ausgabewert zu erhalten.
Gemäß der ersten Ausführungsform kann außerdem der Festkörper-Bildsensor ferner einen eingangsseitigen Puffer enthalten, der zwischen dem vorbestimmten Knoten und der Abtast- und Halteschaltung angeordnet ist. Dies ermöglicht, dass sowohl Überwachungspixel als auch Bildgebungspixel eine gleiche Durchbruchspannung VBD aufweisen.
Außerdem kann gemäß der ersten Ausführungsform der eingangsseitige Puffer ein differentielles Signal auf der Basis des zweiten elektrischen Potentials erzeugen und das erzeugte differentielle Signal abgeben. Dies macht es möglich, einen genaueren Ausgabewert zu erhalten.
Gemäß der ersten Ausführungsform können außerdem das fotoelektrische Umwandlungselement und das Element zur Bereitzustellung eines elektrischen Potentials in sowohl einer Bildgebungspixel-Schaltung als auch einer Überwachungspixel-Schaltung um die Bildgebungspixel-Schaltung installiert sein und können die Zeitpunkt-Detektionsschaltung und die Abtast- und Halteschaltung in der Überwachungspixel-Schaltung installiert sein. Dies macht es möglich, ein elektrisches Potential einer Anode oder einer Kathode auf der Basis des durch die Überwachungspixel-Schaltung gehaltenen elektrischen Potentials zu steuern.
Gemäß der ersten Ausführungsform kann außerdem die Kathode mit dem vorbestimmten Knoten verbunden sein und kann die Steuerungssektion ein elektrisches Potential der Anode steuern. Dies macht es möglich, ein elektrisches Anodenpotential als Antwort bzw. Reaktion auf ein elektrisches Kathodenpotential zu steuern.
Gemäß der ersten Ausführungsform kann außerdem die Anode mit dem vorbestimmten Knoten verbunden sein und kann die Steuerungssektion ein elektrisches Potential der Kathode steuern. Dies macht es möglich, ein elektrisches Kathodenpotential als Reaktion auf ein elektrisches Anodenpotential zu steuern.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Technologie wird ferner ein Entfernungsmesssystem bereitgestellt, welches aufweist: eine Lichtemissionssektion, die dafür konfiguriert ist, Bestrahlungslicht bereitzustellen; und einen Festkörper-Bildsensor, der ein fotoelektrisches Umwandlungselement enthält, das eine Anode und eine Kathode enthält, wobei entweder die Anode oder die Kathode mit einem vorbestimmten Knoten verbunden ist, ein Element zur Bereitstellung eines elektrischen Potentials, das dafür konfiguriert ist, ein erstes elektrisches Potential dem vorbestimmten Knoten bereitzustellen, eine Zeitpunkt-Detektionsschaltung, die dafür konfiguriert ist, einen Zeitpunkt zu detektieren, zu dem eine vorbestimmte Zeitspanne seit Beginn einer Zunahme oder einer Abnahme in einem elektrischen Potential des vorbestimmten Knotens vom ersten elektrischen Potential aus verstrichen ist, eine Abtast- und Halteschaltung, die dafür konfiguriert ist, das elektrische Potential des vorbestimmten Knotens auf der Basis einer Ausgabe von der Zeitpunkt-Detektionsschaltung zu erfassen und das elektrische Potential als ein zweites elektrisches Potential zu halten, eine Steuerungssektion, die dafür konfiguriert ist, ein elektrisches Potential einer anderen der Anode und der Kathode auf der Basis des zweiten elektrischen Potentials zu steuern, und eine Entfernungsmesssektion, die dafür konfiguriert ist, auf der Basis einer Umlaufzeit zwischen einem Lichtemissionszeitpunkt eines Bestrahlungslichts und einem Lichtempfangszeitpunkt des dem Bestrahlungslicht entsprechenden reflektierten Lichts einen Abstand zu messen. Dies macht es möglich, eine Variation in einer Übervorspannung zu unterdrücken und eine Entfernungsmessgenauigkeit zu verbessern.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie enthält eine lichtdetektierende Vorrichtung eine erste Pixel-Schaltungsanordnung, die eine erste Lawinen-Fotodiode enthält, und eine zweite Pixel-Schaltungsanordnung, die eine zweite Lawinen-Fotodiode, eine erste Verzögerungsschaltung, die einen Eingang aufweist, der mit einer Kathode der zweiten Lawinen-Fotodiode gekoppelt ist, und eine erste Schaltung enthält, die einen mit der Kathode der zweiten Lawinen-Fotodiode gekoppelten ersten Eingang und einen mit einem Ausgang der ersten Verzögerungsschaltung gekoppelten zweiten Eingang aufweist. Die lichtdetektierende Vorrichtung enthält eine Steuerungsschaltung, die mit einem Ausgang der ersten Schaltung gekoppelt und dafür konfiguriert ist, ein Potential einer Anode der ersten Lawinen-Fotodiode basierend auf der Ausgabe der ersten Schaltung zu steuern. Die Steuerungsschaltung ist dafür konfiguriert, ein Potential einer Anode der zweiten Lawinen-Fotodiode basierend auf der Ausgabe der ersten Schaltung zu steuern. Die lichtdetektierende Vorrichtung enthält ferner eine dritte Pixel-Schaltungsanordnung, die eine dritte Lawinen-Fotodiode, eine zweite Verzögerungsschaltung, die einen Eingang aufweist, der mit einem Potential einer Kathode der dritten Lawinen-Fotodiode gekoppelt ist, und eine zweite Schaltung enthält, die einen mit der Kathode der dritten Lawinen-Fotodiode gekoppelten dritten Eingang und einen mit einem Ausgang der zweiten Verzögerungsschaltung gekoppelten vierten Eingang aufweist. Die Steuerungsschaltung enthält eine mittelnde bzw. Durchschnittswert-Schaltung, die mit dem Ausgang der ersten Schaltung und einem Ausgang der zweiten Schaltung gekoppelt und dafür konfiguriert ist, einen Durchschnittswert der Ausgaben der ersten Schaltung und der zweiten Schaltung zu ermitteln bzw. diese zu mitteln, um ein Zwischenpixel-Durchschnittssignal abzugeben. Die Steuerungsschaltung enthält eine zeitlich mittelnde Schaltung bzw. Zeitdurchschnittswert-Schaltung, die einen mit einem Ausgang der Durchschnittswert-Schaltung gekoppelten Eingang aufweist, und ist dafür konfiguriert, ein zeitlich gemitteltes Signal basierend auf dem Zwischenpixel-Durchschnittssignal abzugeben. Die Steuerungsschaltung enthält einen Potential-Controller, der mit der Anode der ersten Lawinen-Fotodiode gekoppelt ist. Der Potential-Controller ist dafür konfiguriert, das Potential der Anode der ersten Lawinen-Fotodiode so zu steuern, dass es niedriger ist, wenn das zeitlich gemittelte Signal ansteigt, und der Potential-Controller ist dafür konfiguriert, das Potential der Anode der ersten Lawinen-Fotodiode so zu steuern, dass es höher ist, wenn das zeitlich gemittelte Signal abnimmt. Die Steuerungsschaltung enthält einen Analog-Digital-Wandler, der dafür konfiguriert ist, das zeitlich gemittelte Signal in ein Digitalsignal umzuwandeln, und der Potential-Controller enthält eine Leistungselektronik, die dafür konfiguriert ist, das Potential der Anode der ersten Lawinen-Fotodiode basierend auf dem Digitalsignal zu steuern. Die Durchschnittswert-Schaltung enthält eine Kapazität, einen ersten Widerstand, der zwischen die Kapazität und die erste Verzögerungsschaltung gekoppelt ist, und einen zweiten Widerstand, der zwischen die Kapazität und die zweite Verzögerungsschaltung gekoppelt ist. Die erste Schaltung enthält eine Halteschaltung, die einen Schalter und eine Kapazität enthält. Die erste Schaltung enthält eine erste Pufferschaltung und eine zweite Pufferschaltung. Die erste Pufferschaltung ist zwischen die Kathode der zweiten Lawinen-Fotodiode und die Halteschaltung gekoppelt, und die Halteschaltung ist zwischen die erste Pufferschaltung und die zweite Pufferschaltung gekoppelt. Die erste Pufferschaltung ist dafür konfiguriert, das Potential der Kathode der zweiten Lawinen-Fotodiode zu puffern, um ein erstes Paar differentieller Signale abzugeben, die ein erstes positives Signal und ein erstes negatives Signal enthalten, die Halteschaltung ist dafür konfiguriert, das erste positive Signal gemäß dem ersten Verzögerungssignal abzugeben, und die zweite Pufferschaltung ist dafür konfiguriert, das erste negative Signal und das erste positive Signal zu puffern, um ein zweites Paar differentieller Signale abzugeben, die ein zweites positives Signal und ein zweites negatives Signal enthalten. Die Steuerungsschaltung enthält eine Durchschnittswert-Schaltung, die einen Analog-Digital-Wandler (ADC) enthält, der einen ersten Eingang, der dafür konfiguriert ist, das zweite positive Signal zu empfangen, einen zweiten Eingang, der dafür konfiguriert ist, das zweite negative Signal zu empfangen, und einen Ausgang aufweist, der dafür konfiguriert ist, ein Digitalsignal basierend auf dem zweiten positiven Signal und dem zweiten negativen Signal abzugeben. Die Steuerungsschaltung enthält eine erste Kapazität, die mit dem ersten Eingang des ADC gekoppelt ist, und eine zweite Kapazität, die mit dem zweiten Eingang des ADC gekoppelt ist. Die erste Pufferschaltung enthält eine erste Stromquelle und einen mit der ersten Stromquelle gekoppeltem ersten Transistor und eine zweite Stromquelle und einen mit der zweiten Stromquelle gekoppelten zweiten Transistor. Der erste Transistor ist mit einem Knoten gekoppelt, der dafür konfiguriert ist, das Potential der Kathode der zweiten Lawinen-Fotodiode zu empfangen, und ist dafür konfiguriert, das erste positive Signal gemäß einem Strom von der ersten Stromquelle abzugeben, und der zweite Transistor ist mit einem Knoten gekoppelt, der dafür konfiguriert ist, ein Erdungs- bzw. Massesignal zu empfangen, und ist dafür konfiguriert, das erste negative Signal gemäß einem Strom von der zweiten Stromquelle abzugeben. Die zweite Pufferschaltung enthält eine dritte Stromquelle und einen mit der dritten Stromquelle gekoppelten dritten Transistor und eine vierte Stromquelle und einen mit der vierten Stromquelle gekoppelten vierten Transistor. Der dritte Transistor ist dafür konfiguriert, das erste positive Signal zu empfangen und das zweite positive Signal gemäß einem Strom von der dritten Stromquelle abzugeben, und der vierte Transistor ist dafür konfiguriert, das erste negative Signal zu empfangen und das zweite negative Signal gemäß einem Strom von der vierten Stromquelle abzugeben. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie enthält eine lichtdetektierende Vorrichtung eine erste Pixel-Schaltungsanordnung, die eine erste Lawinen-Fotodiode enthält, und eine zweite Pixel-Schaltungsanordnung, die eine zweite Lawinen-Fotodiode, eine erste Verzögerungsschaltung, die dafür konfiguriert ist, ein erstes Verzögerungssignal basierend auf einem ersten Potential einer Kathode der zweiten Lawinen-Fotodiode zu erzeugen, und eine erste Schaltung enthält, die dafür konfiguriert ist, ein zweites Potential der Kathode der zweiten Lawinen-Fotodiode abzutasten und das abgetastete zweite Potential basierend auf dem ersten Verzögerungssignal abzugeben. Die lichtdetektierende Vorrichtung enthält eine Steuerungsschaltung, die dafür konfiguriert ist, ein Potential einer Anode der ersten Lawinen-Fotodiode basierend auf dem von der ersten Schaltung abgegebenen abgetasteten zweiten Potential zu steuern. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie enthält ein System eine Lichtquelle und eine lichtdetektierende Vorrichtung, die eine erste Pixel-Schaltungsanordnung enthält, die eine erste Lawinen-Fotodiode, und eine zweite Pixel-Schaltungsanordnung, die eine zweite Lawinen-Fotodiode, eine erste Verzögerungsschaltung, die einen mit einer Kathode der zweiten Lawinen-Fotodiode gekoppelten Eingang aufweist, und eine erste Schaltung enthält, die einen mit der Kathode der zweiten Lawinen-Fotodiode gekoppelten ersten Eingang und einen mit einem Ausgang der ersten Verzögerungsschaltung gekoppelten zweiten Eingang aufweist. Das System enthält eine Steuerungsschaltung, die mit einem Ausgang der ersten Schaltung gekoppelt und dafür konfiguriert ist, ein Potential einer Anode der ersten Lawinen-Fotodiode basierend auf der Ausgabe der ersten Schaltung zu steuern. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie enthält eine lichtdetektierende Vorrichtung eine erste Pixel-Schaltungsanordnung, die eine erste Lawinen-Fotodiode enthält, und eine zweite Pixel-Schaltungsanordnung, die eine zweite Lawinen-Fotodiode, eine erste Verzögerungsschaltung, die einen mit einer Anode der zweiten Lawinen-Fotodiode gekoppelten Eingang aufweist, und eine erste Schaltung enthält, die einen mit der Anode der zweiten Lawinen-Fotodiode gekoppelten ersten Eingang und einen mit einem Ausgang der ersten Verzögerungsschaltung gekoppelten zweiten Eingang aufweist, und eine Steuerungsschaltung, die mit einem Ausgang der ersten Schaltung gekoppelt und dafür konfiguriert ist, ein Potential einer Kathode der ersten Lawinen-Fotodiode basierend auf der Ausgabe der ersten Schaltung zu steuern.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Das Überwachungspixel detektiert einen Zeitpunkt, zu dem eine vorbestimmte Zeitspanne seit einer Abnahme eines elektrischen Kathodenpotentials verstrichen ist, und erfasst und hält das elektrische Kathodenpotential zu diesem Zeitpunkt. Dies macht es möglich, das elektrische Potential unabhängig von einer Lichtmenge zu halten. Es ist möglich, eine Variation einer Vorspannung, die aus einer Abnahme oder Zunahme der Lichtmenge resultiert, zu unterdrücken, wenn die Steuerungssektion ein elektrisches Anodenpotential als Reaktion auf das Haltepotential steuert.
Figurenliste

[1] 1 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines Entfernungsmessmoduls gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
[2] 2 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Stapelstruktur eines Festkörper-Bildsensors gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
[3] 3 ist eine Draufsicht, die ein Konfigurationsbeispiel eines Pixel-Chips gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
[4] 4 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines Schaltungs-Chips gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
[5] 5 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines Schaltungsblocks gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
[6] 6 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines Überwachungspixels gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
[7] 7 ist ein Schaltungsdiagramm, das das Konfigurationsbeispiel des Überwachungspixels gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
[8] 8 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Impuls-Erzeugungsschaltung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
[9] 9 ist ein Zeitablaufdiagramm, das ein Beispiel eines Betriebs der Impuls-Erzeugungsschaltung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
[10] 10 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines Bildgebungspixels gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
[11] 11 ist eine Draufsicht, das ein Konfigurationsbeispiel einer Pixel-Arraysektion gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
[12] 12 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel der Überwachungspixel, der Bildgebungspixel und einer Steuerungssektion gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
[13] 13 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel der Steuerungssektion gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
[14] 14 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Variation in einem elektrischen Kathodenpotential und einem elektrischen Anodenpotential gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
[15A] 15A ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Variation der Übervorspannung VEX und eines elektrischen Anodenpotentials VSPAD gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
[15B] 15B ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Variation der Übervorspannung VEX gemäß dem Vergleichsbeispiel veranschaulicht, in dem das elektrische Anodenpotential VSPAD nicht gesteuert wird.
[16A] 16A ist ein Zeitablaufdiagramm, das eine Variation im elektrischen Kathodenpotential Vs veranschaulicht, die im Fall einer verhältnismäßig geringen Lichtmenge erhalten wird.
[16B] 16B ist ein Zeitablaufdiagramm, das eine Variation im elektrischen Kathodenpotential Vs veranschaulicht, die im Fall einer verhältnismäßig großen Lichtmenge erhalten wird.
[17A] 17A ist ein Zeitablaufdiagramm, das ein Beispiel von Fluktuationen im unteren elektrischen Potential (engl.: bottom electric potential) VBT veranschaulicht, die im Fall der geringen Lichtmenge erhalten werden.
[17B] 17B ist ein Zeitablaufdiagramm, das ein Beispiel von Fluktuationen im unteren elektrischen Potential VBT veranschaulicht, die im Fall der großen Lichtmenge erhalten werden.
[18] 18 ist ein Streudiagramm, das ein Beispiel eines Variationsbereichs der Durchbruchspannung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
[19] 19 ist ein Zeitablaufdiagramm, das ein Beispiel eines Betriebs des Überwachungspixels und der Steuerungssektion gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
[20] 20 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Betriebs des Festkörper-Bildsensors gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
[21] 21 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines Überwachungspixels gemäß einer ersten Modifikation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
[22] 22 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Steuerungssektion gemäß einer zweiten Modifikation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
[23] 23 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Sektion zur Erfassung eines Zwischenpixel-Durchschnitts gemäß einer dritten Modifikation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
[24] 24 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Steuerungssektion gemäß einer vierten Modifikation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
[25] 25 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Steuerungssektion gemäß einer fünften Modifikation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
[26] 26 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines Überwachungspixels gemäß einer sechsten Modifikation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
[27] 27 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Sektion zur Erfassung eines Zwischenpixel-Durchschnitts gemäß der sechsten Modifikation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
[28] 28 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines Überwachungspixels gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
[29] 29 ist ein Schaltungsdiagramm, das das Konfigurationsbeispiel des Überwachungspixels gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
[30] 30 ist ein Zeitablaufdiagramm, das ein Beispiel eines Betriebs des Überwachungspixels und einer Steuerungssektion gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
[31] 31 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines Überwachungspixels gemäß einer Modifikation der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
[32] 32 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines Puffers gemäß der Modifikation der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
[33] 33 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer schematischen Konfiguration eines Fahrzeugsteuerungssystems darstellt.
[34] 34 ist ein Diagramm zur Unterstützung beim Erläutern eines Beispiels von Installationspositionen einer Sektion zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs und einer Bildgebungssektion.

[Beschreibung von Ausführungsformen]
Im Folgenden werden Ausführungsformen zum Realisieren der vorliegenden Technologie (worauf hier im Folgenden als Ausführungsformen verwiesen wird) beschrieben. Die Beschreibung wird in der folgenden Reihenfolge gegeben.

1. Erste Ausführungsform (Beispiel, beidem ein elektrisches Kathodenpotential zu einem detektierten Zeitpunkt gehalten wird)
2. Zweite Ausführungsform (Beispiel, bei dem ein Puffer weggelassen, aber ein elektrisches Kathodenpotential des detektierten Zeitpunkts gehalten wird)
3. Anwendungsbeispiele für ein mobiles Objekt

<Erste Ausführungsform>
„Konfigurationsbeispiel eines Entfernungsmessmoduls“
1 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines Entfernungsmessmoduls 100 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht. Das Entfernungsmessmodul 100 ist dafür konfiguriert, einen Abstand zu einem Objekt zu messen. Das Entfernungsmessmodul 100 enthält eine Lichtemissionssektion 110, eine Synchronisierungs-Steuerungssektion 120 und einen Festkörper-Bildsensor (oder eine lichtdetektierende Vorrichtung) 200. Das Entfernungsmessmodul 100 ist in einem Smartphone, einem Personalcomputer, einer an einem Fahrzeug montierten Anlage oder dergleichen installiert und wird zum Messen eines Abstands genutzt.
Die Synchronisierungs-Steuerungssektion 120 betreibt die Lichtemissionssektion 110 und den Festkörper-Bildsensor 200 synchron miteinander. Die Synchronisierungs-Steuerungssektion 120 stellt der Lichtemissionssektion 110 und dem Festkörper-Bildsensor 200 ein Taktsignal einer vorbestimmten Frequenz (wie etwa 10 bis 20 MHz) als ein Synchronisierungssignal CLKp über Signalleitungen 128 und 129 bereit.
Die Lichtemissionssektion 110 stellt intermittierendes Licht als Bestrahlungslicht synchron mit dem Synchronisierungssignal CLKp von der Synchronisierungs-Steuerungssektion 120 bereit. Beispielsweise wird als das Bestrahlungslicht Licht im nahen Infrarot verwendet.
Der Festkörper-Bildsensor 200 ist dafür konfiguriert, reflektiertes Licht des Bestrahlungslichts zu empfangen, und misst eine Umlaufzeit zwischen einem Lichtemissionszeitpunkt, der durch das Synchronisierungssignal CLKp angegeben wird, und einem Lichtempfangszeitpunkt des reflektierten Lichts. Der Festkörper-Bildsensor 200 berechnet einen Abstand zu einem Objekt aus der Umlaufzeit, erzeugt den Abstand angebende Abstandsdaten und gibt die Abstandsdaten aus.
Man beachte, dass, obgleich die Lichtemissionssektion 110, der Festkörper-Bildsensor 200 und die Synchronisierungs-Steuerungssektion 120 im gleichen Entfernungsmessmodul 100 installiert sind, es auch möglich ist, sie in verschiedenen Einrichtungen zu installieren. Ein System, das die Lichtemissionssektion 110, den Festkörper-Bildsensor 200 und die Synchronisierungs-Steuerungssektion 120 enthält, ist ein Beispiel eines Entfernungsmesssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie.
„Konfigurationsbeispiel eines Festkörper-Bildsensors“
2 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Stapelstruktur des Festkörper-Bildsensors 200 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht. Der Festkörper-Bildsensor 200 enthält einen Schaltungs-Chip 202 und einen Pixel-Chip 201, der oberhalb des Schaltungs-Chips 202 gestapelt ist. Diese Chips sind durch eine Verbindungssektion wie etwa ein Kontaktloch elektrisch verbunden. Man beachte, dass diese Chips anstelle des Kontaktlochs über ein Cu-Cu-Bonding oder einen Kontakthöcker verbunden sein können.
3 ist eine Draufsicht, die ein Konfigurationsbeispiel des Pixel-Chips 201 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht. Der Pixel-Chip 201 enthält eine rechteckige lichtempfangende Sektion 210. In der lichtempfangenden Sektion 210 sind eine Vielzahl fotoelektrischer Umwandlungselemente 211 und eine Vielzahl fotoelektrischer Umwandlungselemente 212 in einem Array angeordnet.
Die fotoelektrischen Umwandlungselemente 211 sind entlang einer Begrenzung der lichtempfangenden Sektion 210 linear in einem Array angeordnet. Beispielsweise sind fotoelektrische Umwandlungselemente 211 in einer Linie an einem oberen Ende der lichtempfangenden Sektion 210 in einem Array angeordnet. Auf der anderen Seite sind die fotoelektrischen Umwandlungselemente 212 in Form eines zweidimensionalen Gitters in einem Array angeordnet. Unter den fotoelektrischen Umwandlungselementen 211 und 212 werden die fotoelektrischen Umwandlungselemente 212 zum Erzeugen von Pixeldaten von Bilddaten verwendet. Auf der anderen Seite werden die fotoelektrischen Umwandlungselemente 211 zum Überwachen elektrischer Potentiale von beliebigen der Kathoden und Anoden (zum Beispiel elektrischer Potentiale der Kathoden) verwendet.
4 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines Schaltungs-Chips 202 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht. Der Schaltungs-Chip 202 enthält eine Zeitpunkt-Erzeugungssektion 220, einen Schaltungsblock 300, eine Histogramm-Erzeugungssektion 250, eine Ausgabeschnittstelle 260, Multiplexer 231 und 232 und Zeit-Digital-Wandler 241 und 242.
Die Zeitpunkt-Erzeugungssektion 220 ist dafür konfiguriert, ein Steuerungssignal RCH synchron mit dem Synchronisierungssignal CLKp zu erzeugen. Die Zeitpunkt-Erzeugungssektion 220 stellt dem Schaltungsblock 300 das Steuerungssignal RCH bereit.
Im Schaltungsblock 300 sind (nicht veranschaulichte) jeweilige Pixel-Schaltungen einer Vielzahl von Überwachungspixeln und einer Vielzahl von Bildgebungspixeln in einem Array angeordnet. Details der jeweiligen Schaltungskonfigurationen der Überwachungspixel und der Bildgebungspixel werden später beschrieben. Das Bildgebungspixel erzeugt als Reaktion auf einen Eintritt eines Photons ein Impulssignal und stellt das erzeugte Impulssignal dem Multiplexer 231 oder 232 bereit.
Der Multiplexer 231 wählt sequentiell eine ungeradzahlige Reihe der Bildgebungspixel aus und stellt der ausgewählten Reihe dem Zeit-Digital-Wandler 241 Impulssignale bereit. Der Multiplexer 232 wählt sequentiell eine geradzahlige Reihe der Bildgebungspixel aus und stellt der ausgewählten Reihe dem Zeit-Digital-Wandler 242 Impulssignale bereit.
Der Zeit-Digital-Wandler 241 ist dafür konfiguriert, eine Zeit bis zu einem Anstieg von Impulssignalen in einer ungeradzahligen Reihe in Digitalsignale umzuwandeln. Die Digitalsignale geben Detektionszeitpunkte eines Photons an. Der Zeit-Digital-Wandler 241 stellt die Digitalsignale der Histogramm-Erzeugungssektion 250 bereit. Der Zeit-Digital-Wandler 242 ist dafür konfiguriert, eine Zeit bis zu einem Anstieg von Impulssignalen in einer geradzahligen Reihe in Digitalsignale umzuwandeln. Der Zeit-Digital-Wandler 242 stellt die Digitalsignale der Histogramm-Erzeugungssektion 250 bereit.
Die Multiplexer 231 und 232 und die Zeit-Digital-Wandler 241 und 242 ermöglichen, Impulssignale in zwei Reihen gleichzeitig zu verarbeiten. Man beachte, dass es auch möglich ist, dass der Festkörper-Bildsensor 200 Impulssignale Reihe für Reihe verarbeitet. In diesem Fall enthält ein Schaltungs-Chip einen der Multiplexer 231/232 und einen der Zeit-Digital-Wandler 241/242.
Die Histogramm-Erzeugungssektion 250 ist dafür konfiguriert, auf der Basis der Digitalsignale von den Zeit-Digital-Wandlern 241 und 242 ein Histogramm zu erzeugen. Das Histogramm ist hier eine grafische Darstellung, die Detektionsfrequenzen bzw. -häufigkeiten jeweiliger Detektionszeitpunkte, die durch die Digitalsignale angegeben werden, als Häufigkeiten veranschaulicht. Die Histogramm-Erzeugungssektion 250 erzeugt das Histogramm für jedes Bildgebungspixel und berechnet einen Zeitpunkt jedes Spitzenwerts als Lichtempfangszeitpunkt eines reflektierten Lichts. Als Nächstes wandelt für jedes Bildgebungspixel die Histogramm-Erzeugungssektion 250 eine Umlaufzeit zwischen dem Lichtemissionszeitpunkt eines Bestrahlungslichts, der durch das Synchronisierungssignal angegeben wird, und dem Lichtempfangszeitpunkt des reflektierten Lichts in einen Abstand zum Objekt um. Die Histogramm-Erzeugungssektion 250 erzeugt Abstandsdaten, die den berechneten Abstand angeben, für jedes Bildgebungspixel und gibt die Abstandsdaten über die Ausgabeschnittstelle 260 nach außen aus.
5 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel des Schaltungsblocks 300 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht. Der Schaltungsblock 300 enthält eine Vielzahl von Überwachungspixel-Schaltungen 310, eine Vielzahl von Bildgebungspixel-Schaltungen 380 und eine Steuerungssektion (oder Steuerungsschaltung) 500.
Die Überwachungspixel-Schaltung 310 ist für jedes fotoelektrische Umwandlungselement 211 vorgesehen und mit dem entsprechenden fotoelektrischen Umwandlungselement 211 verbunden. Das fotoelektrische Umwandlungselement 211 und die Überwachungspixel-Schaltung 310, die mit dem fotoelektrischen Umwandlungselement 211 verbunden ist, dienen als einzelnes Überwachungspixel. Das Überwachungspixel ist ein Pixel, um elektrische Potentiale von beliebigen der Kathoden und Anoden (zum Beispiel elektrische Potentiale der Kathoden) der fotoelektrischen Umwandlungselemente 211 und 212 zu überwachen.
Die Bildgebungspixel-Schaltung 380 ist für jedes fotoelektrische Umwandlungselement 212 vorgesehen und ist mit dem entsprechenden fotoelektrischen Umwandlungselement 212 verbunden. Das fotoelektrische Umwandlungselement 212 und die Bildgebungspixel-Schaltung 380, die dem fotoelektrischen Umwandlungselement 212 entspricht, dienen als einzelnes Bildgebungspixel. Das Bildgebungspixel ist ein Pixel, um als Reaktion auf einen Eintritt eines Photons ein Impulssignal zu erzeugen.
Die Steuerungssektion 500 ist dafür konfiguriert, elektrische Potentiale von jeder der Kathoden und der Anoden (zum Beispiel elektrische Potentiale der Anoden) der fotoelektrischen Umwandlungselemente 211 und 212 auf der Basis elektrischer Potentiale eines Überwachungsziels (wie etwa der Kathoden) der Überwachungspixel zu steuern.
„Konfigurationsbeispiel eines Überwachungspixels“
6 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines Überwachungspixels (oder einer ersten Pixel-Schaltungsanordnung) 401 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht. Wie oben beschrieben wurde, dient eine Schaltung, die das fotoelektrische Umwandlungselement 211 des Pixel-Chips 201 und die Überwachungspixel-Schaltung 310 des Schaltungs-Chips 202 umfasst, als das einzelne Überwachungspixel 401. Außerdem enthält die Überwachungspixel-Schaltung 310 einen p-Kanal-Metall-Oxid-Halbleiter(pMOS-)Transistor 311, eine Zeitpunkt-Detektionsschaltung (oder Verzögerungsschaltung) 320, eine Abtast- und Halteschaltung (oder Halteschaltung) 330 und Puffer (oder Pufferschaltungen) 340 und 350.
Der pMOS-Transistor 311 ist zwischen einem elektrischen Potential VE einer Leistungsquelle und dem fotoelektrischen Umwandlungselement 211 angeordnet. Außerdem wird ein Steuerungssignal RCH von der Zeitpunkt-Erzeugungssektion 220 in ein Gate des pMOS-Transistors 311 eingespeist. Wenn ein Steuerungssignal RCH mit niedrigem Pegel eingespeist wird, stellt der pMOS-Transistor 311 das elektrische Potential VE einer Leistungsquelle einem Verbindungsknoten 312 zum fotoelektrischen Umwandlungselement 211 bereit. Man beachte, dass das elektrische Potential VE einer Leistungsquelle ein Beispiel eines vorbestimmten elektrischen Potentials gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie ist und der pMOS-Transistor 311 ein Beispiel eines Elements zur Bereitstellung eines elektrischen Potentials gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie ist. Außerdem ist der Verbindungsknoten 312 ein Beispiel eines vorbestimmten Knotens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie.
Das fotoelektrische Umwandlungselement 211 ist dafür konfiguriert, als Reaktion auf ein einfallendes Photon einen Fotostrom durch fotoelektrische Umwandlung abzugeben. Beispielsweise wird die SPAD als das fotoelektrische Umwandlungselement 211 verwendet. Eine Kathode des fotoelektrischen Umwandlungselements 211 ist mit dem Verbindungsknoten 312 verbunden, und ein elektrisches Kathodenpotential Vs der Kathode ist das elektrische Potential eines Überwachungsziels. Auf der anderen Seite ist eine Anode des fotoelektrischen Umwandlungselements 211 mit der Steuerungssektion 500 verbunden und steuert die Steuerungssektion 500 ein elektrisches Anodenpotential VSPAD der Anode.
Der Puffer 340 ist zwischen dem Verbindungsknoten 312 und der Abtast- und Halteschaltung 330 angeordnet. Man beachte, dass der Puffer 340 ein Beispiel eines eingangsseitigen Puffers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie ist.
Die Zeitpunkt-Detektionsschaltung 320 ist dafür konfiguriert, das elektrische Kathodenpotential Vs zu überwachen, und detektiert einen Zeitpunkt, zu dem eine vorbestimmte Zeitspanne verstrichen ist, seit das elektrische Kathodenpotential Vs von dem vom pMOS-Transistor 311 bereitgestellten elektrischen Potential (das heißt dem elektrischen Potential VE der Leistungsquelle) aus abzunehmen begann. Falls das elektrische Kathodenpotential Vs das Überwachungsziel ist, wird das elektrische Kathodenpotential Vs niedriger als das elektrische Potential VE der Leistungsquelle, wenn als Reaktion auf ein einfallendes Photon ein Fotostrom fließt. Man beachte, dass, wie später beschrieben wird, es auch möglich ist, dass das Überwachungspixel 401 das elektrische Anodenpotential überwacht. Falls das elektrische Anodenpotential überwacht wird, detektiert die Zeitpunkt-Detektionsschaltung 320 einen Zeitpunkt, zu dem eine vorbestimmte Zeitspanne verstrichen ist, seit das elektrische Anodenpotential zuzunehmen begann.
Die Abtast- und Halteschaltung 330 ist dafür konfiguriert, das elektrische Kathodenpotential Vs auf der Basis des Zeitpunkts, der durch die Zeitpunkt-Detektionsschaltung 320 detektiert wird, zu erfassen und zu halten. Die Abtast- und Halteschaltung 330 gibt das gehaltene elektrische Signal als Haltepotential Vs SH an den Puffer 350 ab.
Der Puffer 350 ist zwischen der Abtast- und Halteschaltung 330 und der Steuerungssektion 500 angeordnet. Man beachte, dass der Puffer 350 ein Beispiel eines ausgangsseitigen Puffers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie ist. Man beachte, dass der Puffer 350 nicht notwendig ist und es möglich ist, den Puffer 350 wegzulassen. Außerdem ist es auch möglich, zwei oder mehr Puffer 340/350 zu installieren.
7 ist ein Schaltungsdiagramm, das das Konfigurationsbeispiel des Überwachungspixels 401 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht. Die Zeitpunkt-Detektionsschaltung 320 enthält einen Inverter 321 und eine Impuls-Erzeugungsschaltung 370. Außerdem enthält die Abtast-Halteschaltung 330 einen Abtastschalter 331 und einen Kondensator 332. Der Puffer 350 enthält einen nMOS-Transistor 351 und eine elektrische Stromquelle 352.
Der Inverter 321 in der Zeitpunkt-Detektionsschaltung 320 ist dafür konfiguriert, ein Signal des elektrischen Kathodenpotentials Vs zu invertieren und das invertierte Signal an die Impuls-Erzeugungsschaltung 370 abzugeben. Außerdem ist die Impuls-Erzeugungsschaltung 370 dafür konfiguriert, das invertierte Signal vom Inverter 321 um eine vorbestimmte Verzögerungszeit zu verzögern und ein Impulssignal SW auf der Basis des verzögerten Signals zu erzeugen. Die Impuls-Erzeugungsschaltung 370 stellt dem Abtastschalter 331 das Impulssignal SW bereit.
Der Abtastschalter 331 in der Abtast- und Halteschaltung 330 ist dafür konfiguriert, das elektrische Kathodenpotential Vs über den Puffer 340 innerhalb einer Zeitspanne einer Impulsbreite des Impulssignals SW zu erfassen (mit anderen Worten abzutasten). Der Kondensator 332 ist dafür konfiguriert, das abgetastete elektrische Kathodenpotential Vs als das Haltepotential Vs SH zu halten.
Im Puffer 350 ist der nMOS-Transistor 351 zwischen einem elektrischen Potential einer Leistungsquelle und der elektrischen Stromquelle 352 angeordnet. Außerdem wird das Haltepotential Vs SH von der Abtast- und Halteschaltung 330 in ein Gate des nMOS-Transistors 351 eingespeist. Außerdem ist ein Back-Gate des nMOS-Transistors 351 mit einem Verbindungsknoten zwischen dem nMOS-Transistor 351 und der elektrischen Stromquelle 352 verbunden. Der Verbindungsknoten ist mit der Steuerungssektion 500 verbunden.
Man beachte, dass die Schaltungskonfiguration des Puffers 340 dem Puffer 350 ähnlich ist.
8 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel der Impuls-Erzeugungsschaltung 370 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht. Die Impuls-Erzeugungsschaltung 370 enthält eine Verzögerungsschaltung 371, einen Inverter 376, eine Verzögerungsschaltung 377, ein NICHT-UND-(NAND-)Gatter 378 und einen Inverter 379. Die Verzögerungsschaltung 371 enthält eine elektrische Stromquelle 372, einen pMOS-Transistor 373, einen n-Kanal-Metall-Oxid-Halbleiter-(nMOS-)Transistor 334 und einen Kondensator 375.
Die Verzögerungsschaltung 371 ist dafür konfiguriert, ein invertiertes Signal VA vom Inverter 321 um eine vorbestimmte Zeit zu verzögern. In der Verzögerungsschaltung 371 sind der pMOS-Transistor 373, der nMOS-Transistor 374 und die elektrische Stromquelle 372 zwischen einem elektrischen Potential einer Leistungsquelle und einem elektrischen Massepotential in Reihe geschaltet. Außerdem sind Gates des pMOS-Transistors 373 und des nMOS-Transistors 374 gemeinsam mit einem Ausgangsanschluss des Inverters 321 verbunden. Der Kondensator 375 ist zwischen einem elektrischen Massepotential und einem Verbindungsknoten angeordnet, der den pMOS-Transistor 373 mit dem nMOS-Transistor 374 verbindet. Außerdem gibt der Verbindungsknoten ein verzögertes Signal VB ab, das durch Verzögern des invertierten Signals VA erhalten wird.
Der Inverter 376 ist dafür konfiguriert, das verzögerte Signal VB zu invertieren. Der Inverter 376 gibt ein invertiertes Signal VC an die Verzögerungsschaltung 377 und das NAND-Gatter 378 ab.
Die Verzögerungsschaltung 377 ist dafür konfiguriert, das invertierte Signal VC um eine vorbestimmte Verzögerungszeit zu verzögern. Die Schaltungskonfiguration der Verzögerungsschaltung 377 ist ähnlich der Verzögerungsschaltung 371. Die Verzögerungsschaltung 377 gibt ein verzögertes Signal VD an das NAND-Gatter 378 ab.
Das NAND-Gatter 378 ist dafür konfiguriert, ein Signal des NAND des invertierten Signals VC und des verzögerten Signals VD als Ausgangssignal an den Inverter 379 abzugeben.
Der Inverter 379 ist dafür konfiguriert, das Ausgangssignal vom NAND-Gatter 378 zu invertieren. Der Inverter 379 gibt das invertierte Signal als Impulssignal SW an die Abtast- und Halteschaltung 330 ab.
9 ist ein Zeitablaufdiagramm, das ein Beispiel eines Betriebs der Impuls-Erzeugungsschaltung 370 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
Es wird angenommen, dass zu einem Zeitpunkt T1 das invertierte Signal VA vom Inverter 321 von einem niedrigen Pegel auf einen hohen Pegel ansteigt. Die Verzögerungsschaltung 371 verzögert das invertierte Signal VA und gibt ein verzögertes Signal VB ab.
Außerdem invertiert der Inverter 376 das verzögerte Signal VB. Das invertierte Signal VC steigt zu einem Zeitpunkt T2 an. Die Verzögerungsschaltung 377 verzögert das invertierte Signal VC und gibt das verzögerte Signal VD ab.
Außerdem invertiert zu dem Zeitpunkt T2 der Inverter 379 das NAND des invertierten Signals VC und des verzögerten Signals VD und erzeugt das Impulssignal SW. Die Impulsbreite des Impulssignals SW ist eine Zeitspanne zwischen dem Zeitpunkt T2 und einem Zeitpunkt T3.
„Konfigurationsbeispiel eines Bildgebungspixels“
10 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines Bildgebungspixels 402 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht. Wie oben beschrieben wurde, dient eine Schaltung, die das fotoelektrische Umwandlungselement 212 des Pixel-Chips 201 und die Bildgebungspixel-Schaltung 380 des Schaltungs-Chips 202 enthält, als das einzelne Bildgebungspixel 402. Die Bildgebungspixel-Schaltung 380 enthält einen pMOS-Transistor 381 und einen Inverter 382.
Eine Verbindungsstruktur zwischen dem pMOS-Transistor 381 und dem fotoelektrischen Umwandlungselement 212 ist ähnlich der Verbindungsstruktur zwischen dem pMOS-Transistor 311 und dem fotoelektrischen Umwandlungselement 211 im Überwachungspixel 401.
Der Inverter 382 ist dafür konfiguriert, ein Signal eines elektrischen Kathodenpotentials des fotoelektrischen Umwandlungselements 212 zu invertieren und das invertierte Signal als Impulssignal des Bildgebungspixels 402 dem Multiplexer 231 (oder dem Multiplexer 232) bereitzustellen.
11 ist eine Draufsicht, die ein Konfigurationsbeispiel einer Pixel-Arraysektion 400 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht. Die Pixel-Arraysektion 400 enthält die lichtempfangende Sektion 210 des Pixel-Chips 201 und den Schaltungsblock 300 des Schaltungs-Chips 202.
In der Pixel-Arraysektion 400 sind eine Vielzahl der Überwachungspixel 401 und eine Vielzahl der Bildgebungspixel 402 in einem Array angeordnet. Die Überwachungspixel 401 sind entlang einer Begrenzung der Pixel-Arraysektion 400 linear in einem Array angeordnet. Beispielsweise sind die Überwachungspixel 401 in einer Linie an einem oberen Ende der Pixel-Arraysektion 400 in einem Array angeordnet. Auf der anderen Seite sind die Bildgebungspixel 402 in Form eines zweidimensionalen Gitters in einem Array angeordnet.
12 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel der Überwachungspixel 401, der Bildgebungspixel 402 und der Steuerungssektion 500 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht. Die Steuerungssektion 500 enthält eine Sektion zur Erfassung eines Zwischenpixel-Durchschnitts (oder eine Durchschnittswert-Schaltung) 510, eine Zeitdurchschnitt-Erfassungssektion (oder Zeitdurchschnittswert-Schaltung) 520 und eine Sektion zur Steuerung eines elektrischen Potentials (oder einen Potential-Controller) 530.
Jedes der Vielzahl von Überwachungspixeln 401 stellt der Sektion 510 zur Erfassung eines Zwischenpixel-Durchschnitts das Haltepotential Vs_SH bereit. Auf ein Haltepotential eines m-ten Überwachungspixels 401 wird als Vs SHm (m ist eine ganze Zahl) verwiesen.
Die Sektion 510 zur Erfassung eines Zwischenpixel-Durchschnitts ist dafür konfiguriert, einen Durchschnitt der jeweiligen Haltepotentiale Vs SHm der Vielzahl von Überwachungspixeln 401 als Zwischenpixel-Durchschnitt Vs SHAVp zu berechnen. Die Sektion 510 zur Erfassung eines Zwischenpixel-Durchschnitts stellt der Zeitdurchschnitt-Erfassungssektion 520 den Zwischenpixel-Durchschnitt Vs SHAVp bereit.
Die Zeitdurchschnitt-Erfassungssektion 520 ist dafür konfiguriert, einen Zeitdurchschnitt Vs SHAVt der Zwischenpixel-Durchschnitte Vs_SHAVp zu berechnen. Die Zeitdurchschnitt-Erfassungssektion 520 stellt der Sektion 530 zur Steuerung eines elektrischen Potentials den Zeitdurchschnitt Vs SHAVt bereit.
Die Sektion 530 zur Steuerung eines elektrischen Potentials ist dafür konfiguriert, das elektrische Anodenpotential VSPAD in einer Weise zu steuern, dass das elektrische Anodenpotential VSPAD niedriger wird, wenn der Zeitdurchschnitt Vs SHAVt des gehaltenen elektrischen Kathodenpotentials höher wird. Alle Anoden der Vielzahl von Überwachungspixeln 401 und der Vielzahl von Bildgebungspixeln 402 sind mit der Sektion 530 zur Steuerung eines elektrischen Potentials gemeinsam verbunden, und die Sektion 530 zur Steuerung eines elektrischen Potentials steuert elektrische Potentiale der Anoden. Man beachte, dass die Sektion 530 zur Steuerung eines elektrischen Potentials elektrische Kathodenpotentiale steuert, falls die Überwachungspixel 401 elektrische Anodenpotentiale überwachen.
Außerdem ist im Überwachungspixel 401 entweder die Anode oder die Kathode des fotoelektrischen Umwandlungselements 211 (zum Beispiel die Kathode) mit dem Verbindungsknoten 312 verbunden. Der pMOS-Transistor 311 stellt dem Verbindungsknoten 312 als Reaktion auf das Steuerungssignal RCH das elektrische Potential VE einer Leistungsquelle bereit.
Die Zeitpunkt-Detektionsschaltung 320 detektiert einen Zeitpunkt, zu dem eine vorbestimmte Zeitspanne verstrichen ist, seit das elektrische Kathodenpotential Vs des Verbindungsknotens 312 vom elektrischen Potential VE einer Leistungsquelle aus abzunehmen begann. Dieser Zeitpunkt entspricht einem Zeitpunkt, zu dem eine vorbestimmte Verzögerungszeit verstrichen ist, seit das elektrische Kathodenpotential unter eine Schwelle des Inverters 321 fiel.
Die Abtast- und Halteschaltung 330 erfasst und hält das elektrische Kathodenpotential Vs als das Haltepotential Vs_SH auf der Basis des durch die Zeitpunkt-Detektionsschaltung 320 detektierten Zeitpunkts.
Als Nächstes steuert die Steuerungssektion 500 die andere der Anode und der Kathode des fotoelektrischen Umwandlungselements 211 (zum Beispiel die Anode) in einer Weise, in der das elektrische Potential niedriger wird, wenn das Haltepotential Vs SH höher wird.
Außerdem ist im Überwachungspixel 401 der Puffer 340 in einer Stufe vor der Abtast- und Halteschaltung 330 installiert. Dies macht es möglich, Kapazitäten der jeweiligen Verbindungsknoten der Überwachungspixel 401 und der Bildgebungspixel 402 zu vereinheitlichen. Dieser Verbindungsknoten ist der Verbindungsknoten zwischen dem fotoelektrischen Umwandlungselement und dem pMOS-Transistor. Dies macht es möglich, die jeweiligen Durchbruchspannungen VBD der Überwachungspixel 401 und der Bildgebungspixel 402 zu vereinheitlichen.
„Konfigurationsbeispiel einer Steuerungssektion“
13 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel der Steuerungssektion 500 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht. Die Sektion 510 zur Erfassung eines Zwischenpixel-Durchschnitts enthält eine Vielzahl von Widerständen 511 und einen Kondensator 512. Die Widerstände 511 sind für die jeweiligen Überwachungspixel 401 vorgesehen. Die Zeitdurchschnitt-Erfassungssektion 520 enthält einen variablen Widerstand 521 und einen variablen Kondensator 522. Die Sektion 530 zur Steuerung eines elektrischen Potentials enthält einen Verstärker 531.
Der Widerstand 511 in der Sektion 510 zur Erfassung eines Zwischenpixel-Durchschnitts weist ein mit dem entsprechenden Überwachungspixel 401 verbundenes Ende und das mit einem Ende des Kondensators 512 und der Zeitdurchschnitt-Erfassungssektion 520 verbundene andere Ende auf. Mit anderen Worten ist die Vielzahl von Widerständen 511 zwischen der Vielzahl von Überwachungspixeln 401 und dem Kondensator 512 parallel geschaltet. Das andere Ende des Kondensators 512 ist mit einem elektrischen Massepotential verbunden. Die Widerstände 511 machen es möglich, ein durchschnittliches elektrisches Potential der Haltespannungen Vs SHm der Vielzahl von Überwachungspixeln 401 als Zwischenpixel-Durchschnitt Vs_SHAVp zu erzeugen, und der Kondensator 512 hält den Zwischenpixel-Durchschnitt Vs_SHAVp. Durch Erfassen des Zwischenpixel-Durchschnitts ist es möglich, schlechte Einflüsse zu unterdrücken, die durch eine Variation in den Haltepotentialen Vs SH zwischen den Pixeln hervorgerufen werden.
Außerdem weist der variable Widerstand 521 in der Zeitdurchschnitt-Erfassungssektion 520 ein mit der Sektion 510 zur Erfassung eines Zwischenpixel-Durchschnitts verbundenes Ende und das mit einem Ende des variablen Kondensators 522 und der Sektion 530 zur Steuerung eines elektrischen Potentials verbundene andere Ende auf. Das andere Ende des variablen Kondensators 522 ist mit einem elektrischen Massepotential verbunden. Eine den variablen Widerstand 521 und den variablen Kondensator 522 enthaltende Schaltung dient als analoger Tiefpassfilter, der den Zeitdurchschnitt VS_SHAVt der Zwischenpixel-Durchschnitte Vs_SHAVp erzeugt. Man beachte, dass die den variablen Widerstand 521 und den variablen Kondensator 522 enthaltende Schaltung ein Beispiel eines Analogfilters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie ist.
Der Zeitdurchschnitt Vs_SHAVt wird in einen invertierenden Eingangsanschluss (-) des Verstärkers 531 in der Sektion 530 zur Steuerung eines elektrischen Potentials eingespeist, und ein vorbestimmtes elektrisches Potential einer Leistungsquelle wird in einen nicht invertierenden Eingangsanschluss (+) eingespeist. Der Verstärker 531 erzeugt ein Vergleichsergebnis zwischen dem Zeitdurchschnitt Vs SHAVt und dem vorbestimmten elektrischen Potential einer Leistungsquelle als das VSPAD, indem der folgende Ausdruck verwendet wird, und stellt das VSPAD den Anoden der Überwachungspixel 401 und der Bildgebungspixel 402 bereit. $VSPAD = Av (VREF - Vs_SHAVt)$
Im obigen Ausdruck repräsentiert Av eine Verstärkung des Verstärkers 531 und repräsentiert VREF einen Zielwert der VSPAD.
14 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Variation in dem elektrischen Kathodenpotential Vs und dem elektrischen Anodenpotential VSPAD gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht. Der pMOS-Transistor 311 stellt das elektrische Potential VE einer Leistungsquelle bereit, und das elektrische Kathodenpotential Vs wird dann das elektrische Potential VE der Leistungsquelle. Wenn ein Photon eintritt, nimmt das elektrische Kathodenpotential Vs auf ein unteres elektrisches Potential VBT ab und nimmt durch Wiederaufladung auf das anfängliche elektrische Potential VE der Leistungsquelle zu.
Auf eine Spannung zwischen dem elektrischen Potential VE einer Leistungsquelle und dem unteren elektrischen Potential VBT wird als Übervorspannung (engl.: excess bias) VEX verwiesen. Außerdem wird auf eine Spannung zwischen dem unteren elektrischen Potential VBT und dem elektrischen Anodenpotential VSPAD als Durchbruchspannung VBD verwiesen. Falls das elektrische Potential VE einer Leistungsquelle und das elektrische Anodenpotential VSPAD konstant sind, variiert die Übervorspannung VEX in Abhängigkeit von einer Temperatur und einer Variation in der Durchbruchspannung VBD.
Falls die Übervorspannung VEX klein wird, nehmen die Empfindlichkeiten von Fotodioden in den Bildgebungspixeln 402, wenn das Photon eintritt, ab. In solch einem Fall werden die Impulssignale der Bildgebungspixel 402 nicht erzeugt, selbst wenn das Photon eintritt, und nimmt die Photonendetektionseffizienz (PDE) ab. Daher reduziert die Steuerungssektion 500 das elektrische Anodenpotential VSPAD, wenn das Haltepotential höher wird, wenn das elektrische Kathodenpotential Vs abnimmt. Dies macht es möglich, die Durchbruchspannung VBD zu erhöhen, die Übervorspannung VEX zu erhöhen und die PDE zu verbessern.
15A und 15B sind Diagramme, die Beispiele einer Variation der Übervorspannung VEX und eines elektrischen Anodenpotentials VSPAD gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie und einem Vergleichsbeispiel veranschaulichen. 15A ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Variation der Übervorspannung VEX und des elektrischen Anodenpotentials VSPAD gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht. 15B ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Variation der Übervorspannung VEX gemäß dem Vergleichsbeispiel veranschaulicht, in dem das elektrische Anodenpotential VSPAD nicht gesteuert wird. In 15A und 15B repräsentieren vertikale Achsen elektrische Potentiale und repräsentieren horizontale Achsen Temperaturen. Außerdem wird in 15A und 15B angenommen, dass eine Menge an einfallendem Licht konstant ist und das Haltepotential Vs SH im Wesentlichen das gleiche wie das untere elektrische Potential VBT ist.
Das Haltepotential (das untere elektrische Potential VBT) nimmt zu, wenn die Temperatur höher wird. Daher reduziert, wie in 15A veranschaulicht ist, die Steuerungssektion 500 das elektrische Anodenpotential VSPAD um einen der Zunahme entsprechenden Wert. Infolgedessen ist es möglich, die Übervorspannung VEX bei einem konstanten Wert unabhängig von der Variation der Temperatur beizubehalten. Dies macht es möglich, eine Reduzierung in der PDE zu unterdrücken, die durch die Variation der Temperatur verursacht wird.
Auf der anderen Seite nimmt im Vergleichsbeispiel, in dem das elektrische Anodenpotential VSPAD nicht gesteuert wird, wie in 15B veranschaulicht ist, das untere elektrische Potential VBT zu, wenn die Temperatur höher wird, und nimmt dadurch die Übervorspannung VEX ab. Dies verursacht eine Reduzierung in der PDE.
Wie in 15A und 15B veranschaulicht ist, ist es möglich, eine Reduzierung der PDE, die durch die Variation der Temperatur verursacht wird, unter der Steuerung der Steuerungssektion 500 zu unterdrücken. Eine Überwachungsspannung (wie etwa die elektrischen Kathodenpotentiale) zum Beobachten des unteren elektrischen Potentials VBT folgt jedoch der Variation in der Übervorspannung, die durch die Temperatur verursacht wird, und die Überwachungsspannung variiert ebenfalls in Abhängigkeit von einer Abnahme oder Zunahme der Menge an einfallendem Licht.
16A und 16B sind Zeitablaufdiagramme, die eine Variation in einem elektrischen Kathodenpotential Vs, die im Fall einer großen Lichtmenge erhalten wird, und eine Variation in einem elektrischen Kathodenpotential Vs, die im Fall einer geringen Lichtmenge erhalten wird, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulichen. 16A ist ein Zeitablaufdiagramm, das eine Variation im elektrischen Kathodenpotential Vs veranschaulicht, die im Fall einer verhältnismäßig geringen Lichtmenge erhalten wird. 16B ist ein Zeitablaufdiagramm, das eine Variation im elektrischen Kathodenpotential Vs veranschaulicht, die im Fall einer verhältnismäßig großen Lichtmenge erhalten wird. In 16A und 16B wird angenommen, dass die Temperatur konstant ist.
Im Fall der geringen Lichtmenge wird, wie in 16A veranschaulicht, eine Wiederaufladung zu einem Zeitpunkt T1 vorgenommen und wird das elektrische Kathodenpotential Vs ein elektrisches Potential VE einer Leistungsquelle. Wenn das Photon zu einem Zeitpunkt T10 eintritt, beginnt als Nächstes das elektrische Kathodenpotential Vs abzunehmen. Nach einem Zeitpunkt T12 wird das elektrische Kathodenpotential Vs konstant. Das zum Zeitpunkt T12 erhaltene elektrische Potential ist ein unteres elektrisches Potential VBT1.
Im Fall der großen Lichtmenge weist, wie in 16B veranschaulicht, ein elektrisches Kathodenpotential Vs bis zum Zeitpunkt T12 die gleiche Verlaufskurve (engl.: locus) wie 16A auf. Nach dem Zeitpunkt T12 jedoch nimmt als Reaktion auf die Lichtmenge ein Leckstrom zu und nimmt das elektrische Kathodenpotential Vs weiter ab. Anschließend erreicht das elektrische Kathodenpotential Vs ein unteres elektrisches Potential VBT2 unmittelbar vor einem Zeitpunkt T2, zu dem eine Wiederaufladung erneut vorgenommen wird. Das untere elektrische Potential VBT2 ist niedriger als das untere elektrische Potential VBT1, das im Fall der geringen Lichtmenge erhalten wird.
Wie oben beschrieben wurde, variiert selbst in dem Fall, in dem die Temperatur konstant ist, das untere elektrische Potential VBT aufgrund einer Abnahme oder Zunahme der Menge an einfallendem Licht. Falls die Steuerungssektion 500 das elektrische Anodenpotential VSPAD auf der Basis des unteren elektrischen Potentials VBT steuert, verursacht dies daher eine Variation in einem Spannungswert zum Unterdrücken einer Variation in der Übervorspannung, die durch Abnahme oder Zunahme einer Lichtmenge verursacht wird.
Dementsprechend stellt die Zeitpunkt-Detektionsschaltung 320 im Überwachungspixel 401 eine Verzögerungszeit und eine Schwelle VT ein und detektiert den Zeitpunkt T12 in einer Weise, in der der Zeitpunkt T12 ein Zeitpunkt ist, zu dem die Verzögerungszeit seit einem Zeitpunkt T11 verstrichen ist. Als Nächstes erfasst die Abtast- und Halteschaltung 330 das elektrische Kathodenpotential Vs des Zeitpunkts T12 und hält es als das Haltepotential Vs SH. Wie in 16A und 16B veranschaulicht ist, ist ungeachtet der Abnahme oder Zunahme der Lichtmengen die Verlaufskurve des elektrischen Kathodenpotentials Vs in 16A bis zum Zeitpunkt T12 die gleiche wie die Verlaufskurve des elektrischen Kathodenpotentials Vs in 16B. Daher ist es möglich, eine Variation in der Übervorspannung, die durch eine Abnahme oder Zunahme der Lichtmenge verursacht wird, einheitlich zu unterdrücken, wenn die Steuerungssektion 500 das elektrische Anodenpotential VSPAD als Reaktion auf das Haltepotential Vs_SH zu jeder beliebigen gegebenen Zeit steuert. Dies macht es möglich, die PDE weiter zu verbessern. Man beachte, dass die Zeitspanne zwischen dem Zeitpunkt T10 und dem Zeitpunkt T12 ein Beispiel einer vorbestimmten Zeitspanne gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie ist.
17A und 17B sind Zeitablaufdiagramme, die Beispiele von Fluktuationen im unteren elektrischen Potential VBT, die im Fall der großen Lichtmenge erhalten werden, und Fluktuationen im unteren elektrischen Potential VBT, die im Fall der geringen Lichtmenge erhalten werden, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulichen. 17A ist ein Zeitablaufdiagramm, das ein Beispiel von Fluktuationen im unteren elektrischen Potential VBT veranschaulicht, das im Fall der geringen Lichtmenge erhalten wird. 17B ist ein Zeitablaufdiagramm, das ein Beispiel von Fluktuationen im unteren elektrischen Potential VBT veranschaulicht, die im Fall der großen Lichtmenge erhalten werden. Außerdem geben strichpunktierte Linien Zeitdurchschnitte der unteren elektrischen Potentiale VBT an.
18 ist ein Streudiagramm, das ein Beispiel eines Variationsbereichs der Durchbruchspannung VBD gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht. In 18 repräsentiert eine vertikale Achse eine Spannung der Durchbruchspannung VBD und repräsentiert eine horizontale Achse die Anzahl der Pixel (der Überwachungspixel und der Bildgebungspixel). Außerdem repräsentiert jeder eingetragene Punkt eine Durchbruchspannung VBD eines einzelnen Pixels und repräsentiert eine durchgezogene Kurve eine Begrenzung eines Satzes der eingetragenen Punkte. Wie in 18 beispielhaft veranschaulicht ist, ist die Verteilung der Durchbruchspannung VBD ähnlich einer Normalverteilung.
19 ist ein Zeitablaufdiagramm, das ein Beispiel eines Betriebs des Überwachungspixels 401 und der Steuerungssektion 500 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht. Das Überwachungspixel 401 wird zu einem Zeitpunkt T1 wiederaufgeladen, und das elektrische Kathodenpotential Vs wird ein elektrisches Potential VE einer Leistungsquelle. Wenn zu einem Zeitpunkt T10 ein Photon eintritt, beginnt als Nächstes das elektrische Kathodenpotential Vs abzunehmen.
Wenn das elektrische Kathodenpotential Vs zu einem Zeitpunkt T11 unter eine Schwelle VT des Inverters 321 fällt, steigt ein invertiertes Signal des Inverters 321 an und erzeugt die Impuls-Erzeugungsschaltung 370 ein Impulssignal SW zu einem Zeitpunkt T12 nach einer Verzögerung des invertierten Signals um eine Verzögerungszeit.
Die Abtast- und Halteschaltung 330 erfasst das elektrische Kathodenpotential Vs innerhalb einer Zeitspanne der Impulsbreite des Impulssignals SW und hält es als das Haltepotential Vs SH.
Außerdem wechselt zum Zeitpunkt T1 der Verbindungsknoten 312 durch die Wiederaufladung von einem Zustand hoher Impedanz (Hi-Z) in einen Zustand niedriger Impedanz (Low-Z). Anschließend wechselt der Verbindungsknoten 312 vor dem Zeitpunkt T12 in den Zustand hoher Impedanz.
Der Betrag einer Abnahme im elektrischen Kathodenpotential Vs nach dem Zeitpunkt T12 variiert in Abhängigkeit von einer Lichtmenge. Jedoch hält zum Zeitpunkt T12 die Abtast- und Halteschaltung 330 das elektrische Kathodenpotential Vs. Dies macht es möglich, das Haltepotential Vs SH ungeachtet der Lichtmenge bei einem konstanten Wert beizubehalten. Deshalb ist es möglich, eine Variation in der Übervorspannung zu unterdrücken, die durch eine Abnahme oder Zunahme der Lichtmenge hervorgerufen wird, wenn die Steuerungssektion 500 das elektrische Anodenpotential VSPAD als Reaktion auf das Haltepotential Vs SH steuert.
„Betriebsbeispiel eines Festkörper-Bildsensors“
20 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Betriebs des Festkörper-Bildsensors 200 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht. Dieser Betrieb beginnt beispielsweise, wenn eine vorbestimmte Anwendung zum Messen eines Abstands ausgeführt wird.
Das Überwachungspixel 401 detektiert einen Zeitpunkt, zu dem eine Verzögerungszeit verstrichen ist, seit das elektrische Kathodenpotential Vs unter die Schwelle VT fiel (Schritt S901). Als Nächstes erfasst und hält das Überwachungspixel 401 das elektrische Kathodenpotential Vs auf der Basis des Zeitpunkts (Schritt S902). Die Steuerungssektion 500 steuert das elektrische Anodenpotential VSPAD in einer Weise, in der das elektrische Anodenpotential VSPAD abnimmt, wenn das Haltepotential höher wird (Schritt S903). Nach Schritt S903 führt das Überwachungspixel 401 Schritt S901 und die nachfolgenden Schritte wiederholt aus.
Wie oben beschrieben wurde, detektiert gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie das Überwachungspixel 401 einen Zeitpunkt, zu dem eine vorbestimmte Zeitspanne seit Abnahme eines elektrischen Kathodenpotentials verstrichen ist, und erfasst und hält das elektrische Kathodenpotential zu diesem Zeitpunkt. Dies macht es möglich, das elektrische Potential unabhängig von einer Lichtmenge zu halten. Es ist möglich, eine Variation der Vorspannung zu unterdrücken, die sich aus einer Abnahme oder Zunahme der Lichtmenge ergibt, wenn die Steuerungssektion 500 ein elektrisches Anodenpotential als Reaktion auf das Haltepotential steuert.
„Erste Modifikation“
In der oben beschriebenen ersten Ausführungsform überwacht das Überwachungspixel 401 das elektrische Kathodenpotential Vs des fotoelektrischen Umwandlungselements 211 und steuert das elektrische Anodenpotential auf der Basis des elektrischen Kathodenpotentials Vs. Jedoch ist es auch möglich, dass das Überwachungspixel 401 anstelle des elektrischen Kathodenpotentials das elektrische Anodenpotential überwacht. Solch ein Überwachungspixel 401 gemäß der ersten Modifikation der ersten Ausführungsform unterscheidet sich vom Überwachungspixel 401 gemäß der ersten Ausführungsform dadurch, dass das Überwachungspixel 401 gemäß der ersten Modifikation das elektrische Anodenpotential des fotoelektrischen Umwandlungselements 211 überwacht und das elektrische Kathodenpotential auf der Basis des elektrischen Anodenpotentials steuert.
21 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel des Überwachungspixels 401 gemäß der ersten Modifikation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht. Im Überwachungspixel 401 gemäß der ersten Modifikation der ersten Ausführungsform ist die Anode des fotoelektrischen Umwandlungselements 211 mit dem Verbindungsknoten 312 verbunden und ist die Kathode mit der Steuerungssektion 500 verbunden. Außerdem ist der pMOS-Transistor 311 zwischen dem Verbindungsknoten 312 und dem elektrischen Massepotential VS angeordnet.
Man beachte, dass eine Verbindungsstruktur zwischen dem fotoelektrischen Umwandlungselement 212 und dem pMOS-Transistor 381 in einem Bildgebungspixel 402 ähnlich jener des Überwachungspixels 401 ist.
Die Zeitpunkt-Detektionsschaltung 320 detektiert einen Zeitpunkt, zu dem eine vorbestimmte Zeitspanne verstrichen ist, seit das elektrische Anodenpotential höher als das elektrische Massepotential VS wird. In diesem Fall ist es beispielsweise nur notwendig, dass die Zeitpunkt-Detektionsschaltung 320 die Inverter in zwei Stufen enthält oder einen Puffer anstelle des Inverters enthält.
Wie oben beschrieben wurde, detektiert gemäß der ersten Modifikation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie das Überwachungspixel 401 einen Zeitpunkt, zu dem eine vorbestimmte Zeitspanne seit Zunahme des elektrischen Anodenpotentials verstrichen ist, und erfasst und hält das elektrische Anodenpotential zu diesem Zeitpunkt. Dies macht es möglich, das elektrische Potential unabhängig von einer Lichtmenge zu halten. Es ist möglich, eine Variation der Vorspannung zu unterdrücken, die sich aus einer Abnahme oder Zunahme der Lichtmenge ergibt, wenn die Steuerungssektion 500 das elektrische Kathodenpotential als Reaktion auf das Haltepotential steuert.
„Zweite Modifikation“
In der oben beschriebenen ersten Ausführungsform ist die Funktion der Steuerungssektion 500 durch die Analogschaltung realisiert. Jedoch weist im Allgemeinen die Analogschaltung eine größere Schaltungsgröße als eine Digitalschaltung auf. Daher kann dies zu einer Zunahme der Größe der Grundfläche führen. Eine Steuerungssektion 500 gemäß der zweiten Modifikation der ersten Ausführungsform unterscheidet sich von der Steuerungssektion 500 gemäß der ersten Modifikation dadurch, dass die Steuerungssektion 500 gemäß der zweiten Modifikation eine Digitalschaltung ist.
22 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel der Steuerungssektion 500 gemäß der zweiten Modifikation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht. In der Steuerungssektion 500 gemäß der zweiten Modifikation der ersten Ausführungsform enthält die Sektion 510 zur Erfassung eines Zwischenpixel-Durchschnitts eine Analog-Digital-Umwandlungssektion 513 und einen mittelnden bzw. Durchschnittswert-Filter 515. Zusätzlich enthält die Zeitdurchschnitt-Erfassungssektion 520 einen digitalen Tiefpassfilter 524. Die Sektion 530 zur Steuerung eines elektrischen Potentials enthält eine integrierte Leistungsschaltung (IC) 533.
Die Analog-Digital-Umwandlungssektion 513 ist dafür konfiguriert, jeweilige Haltepotentiale der Vielzahl von Überwachungspixeln 401 in Digitalsignale umzuwandeln. Die Analog-Digital-Umwandlungssektion 513 enthält eine Vielzahl von Analog-Digital-Wandlern (ADC) 514. Die ADCs 514 sind für die jeweiligen Überwachungspixel 401 vorgesehen. Der ADC 514 wandelt das Haltepotential Vs SHm des entsprechenden Überwachungspixels 401 in ein Digitalsignal um und stellt das Digitalsignal dem Durchschnittswert-Filter 515 bereit.
Der Durchschnittswert-Filter 515 ist ein Digitalfilter, um einen Durchschnittswert der jeweiligen Digitalsignale der Vielzahl von Überwachungspixeln 401 als einen Zwischenpixel-Durchschnitt Vs_SHAVp zu berechnen.
Der digitale Tiefpassfilter 524 ist ein Digitalfilter, der Komponenten niedriger Frequenzen durchlässt. Die Komponenten niedriger Frequenzen sind niedriger als eine vorbestimmte Cutoff-Frequenz. Dies macht es möglich, einen Zeitdurchschnitt Vs_SHAVt der Zwischenpixel-Durchschnitte Vs_SHAVp zu erhalten.
Die Leistungs-IC 533 ist dafür konfiguriert, das elektrische Anodenpotential VSPAD in einer Weise zu steuern, in der das elektrische Anodenpotential VSPAD niedriger wird, wenn der Zeitdurchschnitt Vs_SHAVt höher wird. Man beachte, dass die Leistungs-IC 533 ein Beispiel eines Leistungs-Halbleiters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie ist.
Wie in 22 veranschaulicht ist, ist es möglich, die Größe der Grundfläche der Steuerungssektion 500 zu reduzieren, wenn die Funktion der Steuerungssektion 500 durch die Digitalschaltung realisiert wird.
Wie oben beschrieben wurde, enthält gemäß der zweiten Modifikation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie die Steuerungssektion 500 die Digitalschaltung. Dies macht es möglich, die Größe der Grundfläche im Vergleich mit dem Fall der Analogschaltung zu reduzieren.
„Dritte Modifikation“
In der zweiten Modifikation der ersten Ausführungsform, die oben beschrieben wurde, enthält die Sektion 510 zur Erfassung eines Zwischenpixel-Durchschnitts die den jeweiligen Überwachungspixeln 401 entsprechenden ADCs 514. In diesem Fall nimmt jedoch die Anzahl der ADCs 514 zu, wenn die Anzahl an Überwachungspixels 401 größer wird. Eine Sektion 510 zur Erfassung eines Zwischenpixel-Durchschnitts gemäß der dritten Modifikation der ersten Ausführungsform unterscheidet sich von der Sektion 510 zur Erfassung eines Zwischenpixel-Durchschnitts gemäß der zweiten Modifikation der ersten Ausführungsform dadurch, dass eine Vielzahl von Überwachungspixeln 401 gemäß der dritten Modifikation einen einzigen ADC 514 gemeinsam nutzt.
23 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel der Sektion 510 zur Erfassung eines Zwischenpixel-Durchschnitts gemäß der dritten Modifikation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht. Die Sektion 510 zur Erfassung eines Zwischenpixel-Durchschnitts gemäß der dritten Modifikation der ersten Ausführungsform ist von der Sektion 510 zur Erfassung eines Zwischenpixel-Durchschnitts gemäß der zweiten Modifikation der ersten Ausführungsform insofern verschieden, als eine Analog-Digital-Umwandlungssektion 513 gemäß der dritten Modifikation einen einzigen Selektor 516 und den einzigen ADC 514 enthält.
Der Selektor 516 ist dafür konfiguriert, irgendeines der jeweiligen Haltepotentiale Vs SHm der Vielzahl von Überwachungspixeln 401 sequentiell auszuwählen. Der Selektor 516 stellt dem ADC 514 das ausgewählte Haltepotential bereit. Jedes Mal, wenn ein Haltepotential ausgewählt wird, wandelt der ADC 514 das Haltepotential in ein Digitalsignal um und stellt das Digitalsignal dem Durchschnittswert-Filter 515 bereit.
Wie in 23 beispielhaft veranschaulicht ist, ist es möglich, dass die Vielzahl von Überwachungspixeln 401 den einzigen ADC 514 gemeinsam nutzt, da der Selektor 516 installiert ist. Dies macht es möglich, die Schaltungsgröße im Vergleich mit dem Fall zu reduzieren, in dem die ADCs 514 für die jeweiligen Überwachungspixel 401 vorgesehen sind.
Wie oben beschrieben wurde, ist gemäß der dritten Modifikation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie der Selektor 516 zum Auswählen eines beliebigen der jeweiligen Haltepotentiale Vs SHm der Vielzahl von Überwachungspixeln 401 installiert. Dies ermöglicht, dass die Vielzahl von Überwachungspixeln 401 den einzigen ADC 514 gemeinsam nutzt.
„Vierte Modifikation“
In der oben beschriebenen ersten Ausführungsform ist eine Funktion der Steuerungsfunktion 500 durch die Analogschaltung realisiert. Im Allgemeinen hat jedoch die Analogschaltung eine größere Schaltungsgröße als eine Digitalschaltung. Daher kann dies zu einer Zunahme der Größe der Grundfläche führen. Eine Steuerungssektion 500 gemäß der vierten Modifikation der ersten Ausführungsform unterscheidet sich von der Steuerungssektion 500 gemäß der ersten Modifikation dadurch, dass die Steuerungssektion 500 gemäß der vierten Modifikation Digitalschaltungen enthält.
24 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel der Steuerungssektion 500 gemäß der vierten Modifikation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht. In der Steuerungssektion 500 gemäß der vierten Modifikation der ersten Ausführungsform enthält die Zeitdurchschnitt-Erfassungssektion 520 einen ADC 523 und den digitalen Tiefpassfilter 524 und enthält die Sektion 530 zur Steuerung eines elektrischen Potentials die Leistungs-IC 533. Außerdem ist die Schaltungskonfiguration der Sektion 510 zur Erfassung eines Zwischenpixel-Durchschnitts gemäß der vierten Modifikation der ersten Ausführungsform jener der ersten Ausführungsform ähnlich.
Der ADC 523 ist dafür konfiguriert, einen analogen Zwischenpixel-Durchschnitt Vs_SHAVp in ein Digitalsignal umzuwandeln und das Digitalsignal dem digitalen Tiefpassfilter 524 bereitzustellen.
Wie oben beschrieben wurde, enthalten gemäß der vierten Modifikation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie die Zeitdurchschnitt-Erfassungssektion 520 und die Sektion 530 zur Steuerung eines elektrischen Potentials Digitalschaltungen. Dies macht es möglich, die Größe der Grundfläche im Vergleich mit dem Fall der Analogschaltung zu reduzieren.
„Fünfte Modifikation“
In der oben beschriebenen ersten Ausführungsform ist die Funktion der Steuerungssektion 500 durch die Analogschaltung realisiert. Im Allgemeinen weist jedoch die Analogschaltung eine größere Schaltungsgröße als eine Digitalschaltung auf. Daher kann dies zu einer Zunahme der Grundfläche führen. Eine Steuerungssektion 500 gemäß der fünften Modifikation der ersten Ausführungsform unterscheidet sich von der Steuerungssektion 500 gemäß der ersten Modifikation dadurch, dass die Steuerungssektion 500 gemäß der fünften Modifikation eine Digitalschaltung enthält.
25 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel der Steuerungssektion 500 gemäß der fünften Modifikation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht. In der Steuerungssektion 500 gemäß der fünften Modifikation der ersten Ausführungsform enthält die Sektion 530 zur Steuerung eines elektrischen Potentials einen ADC 532 und die Leistungs-IC 533. Außerdem sind die Schaltungskonfigurationen der Sektion 510 zur Erfassung eines Zwischenpixel-Durchschnitts und der Zeitdurchschnitt-Erfassungssektion 520 gemäß der fünften Modifikation der ersten Ausführungsform ähnlich jenen der ersten Ausführungsform.
Der ADC 532 ist dafür konfiguriert, einen analogen Zeitdurchschnitt Vs_SHAVt in ein Digitalsignal umzuwandeln und der Leistungs-IC 533 das Digitalsignal bereitzustellen.
Wie oben beschrieben wurde, enthält gemäß der fünften Modifikation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie die Sektion 530 zur Steuerung eines elektrischen Potentials die Digitalschaltung. Dies macht es möglich, die Größe der Grundfläche im Vergleich mit dem Fall der Analogschaltung zu reduzieren.
„Sechste Modifikation“
In der oben beschriebenen ersten Ausführungsform geben die Puffer 340 und 350 asymmetrische Signale (engl.: singleended signals) ab. Falls jedoch die Anzahl an Überwachungspixeln 401 zunimmt und daher Signalleitungen, die die asymmetrischen Signale übertragen, längere Drahtlängen aufweisen, nimmt der Verdrahtungswiderstand zu. Dies kann dazu führen, dass Ansteuer- bzw. Treiberkräfte der Puffer 340 und 350 nicht ausreichen. Die Puffer 340 und 350 gemäß der sechsten Modifikation der ersten Ausführungsform unterscheiden sich von den Puffern 340 und 350 gemäß der ersten Ausführungsform dadurch, dass die Puffer 340 und 350 gemäß der sechsten Modifikation differentielle Signale abgeben.
26 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines Überwachungspixels 401 gemäß der sechsten Modifikation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht. Im Überwachungspixel 401 gemäß der sechsten Modifikation der ersten Ausführungsform enthält der Puffer 340 elektrische Stromquellen 341 und 343 und pMOS-Transistoren 342 und 344. Außerdem enthält der Puffer 350 elektrische Stromquellen 352 und 354 und nMOS-Transistoren 351 und 353.
Im Puffer 340 sind die elektrische Stromquelle 341 und der pMOS-Transistor 342 zwischen einem elektrischen Potential einer Leistungsquelle und einem elektrischen Massepotential in Reihe geschaltet. Die elektrische Stromquelle 341 ist mit einer Leistungsquellenseite verbunden, und ein Gate des pMOS-Transistors 342 ist mit dem Verbindungsknoten 312 verbunden. Außerdem ist ein Verbindungsknoten zwischen der elektrischen Stromquelle 341 und dem pMOS-Transistor 342 mit dem Abtastschalter 331 verbunden.
Die elektrische Stromquelle 343 und der pMOS-Transistor 344 sind zwischen einem elektrischen Potential einer Leistungsquelle und einem elektrischen Massepotential in Reihe geschaltet. Die elektrische Stromquelle 343 ist mit der Leistungsquellenseite verbunden, und ein Gate des pMOS-Transistors 344 ist mit dem elektrischen Massepotential verbunden. Außerdem ist ein Verbindungsknoten zwischen der elektrischen Stromquelle 343 und dem pMOS-Transistor 344 mit dem Puffer 350 verbunden.
Im Puffer 350 sind der nMOS-Transistor 351 und die elektrische Stromquelle 352 zwischen einem elektrischen Potential einer Leistungsquelle und einem elektrischen Massepotential in Reihe geschaltet. Die elektrische Stromquelle 352 ist mit der Masseseite verbunden, und ein Gate des nMOS-Transistors 351 ist mit dem Abtastschalter 331 verbunden. Außerdem ist ein Verbindungsknoten zwischen dem nMOS-Transistor 351 und der elektrischen Stromquelle 352 über eine Signalleitung 358 mit der Steuerungssektion 500 verbunden.
Der nMOS-Transistor 353 und die elektrische Stromquelle 354 sind zwischen einem elektrischen Potential einer Leistungsquelle und einem elektrischen Massepotential in Reihe geschaltet. Die elektrische Stromquelle 354 ist mit der Masseseite verbunden, und ein Gate des nMOS-Transistors 353 ist mit dem Puffer 340 verbunden. Außerdem ist ein Verbindungsknoten zwischen dem nMOS-Transistor 353 und der elektrischen Stromquelle 354 über eine Signalleitung 359 mit der Steuerungssektion 500 verbunden.
Die in 26 beispielhaft veranschaulichte Verbindungsstruktur ermöglicht dem Puffer 340, ein differentielles Signal auf der Basis eines elektrischen Kathodenpotentials Vs zu erzeugen und die erzeugten differentiellen Signale abzugeben, und erlaubt dem Puffer 350, ein differentielles Signal auf der Basis eines Haltepotentials Vs SH zu erzeugen und das erzeugte differentielle Signal abzugeben.
27 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Sektion 501 zur Erfassung eines Zwischenpixel-Durchschnitts gemäß der sechsten Modifikation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht. Die Sektion 501 zur Erfassung eines Zwischenpixel-Durchschnitts gemäß der sechsten Modifikation der ersten Ausführungsform enthält Kondensatoren 518 und 519 und einen ADC 517.
Positive Seiten jeweiliger differentieller Signale der Vielzahl von Überwachungspixeln 401 sind mit dem Kondensator 518 und einem Eingangsanschluss auf der positiven Seite des ADC 517 gemeinsam verbunden. Außerdem sind negative Seiten der jeweiligen differentiellen Signale der Vielzahl von Überwachungspixeln 401 mit dem Kondensator 519 und dem Eingangsanschluss auf der positiven Seite des ADC 517 gemeinsam verbunden. Der ADC 517 wandelt die differentiellen Signale in Digitalsignale um und gibt die Digitalsignale an die Zeitdurchschnitt-Erfassungssektion 520 ab.
Wie oben beschrieben wurde, geben in der sechsten Modifikation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie die Puffer 340 und 350 differentielle Signale ab. Dies macht es möglich, genauere Ausgabewerte als im Fall einer Ausgabe asymmetrischer Signale zu erhalten.
<2. Zweite Ausführungsform>
In der oben beschriebenen ersten Ausführungsform enthält das Überwachungspixel 401 die Puffer (340 und 350) in zwei Stufen. Jedoch verbraucht solch ein Überwachungspixel mehr elektrische Leistung und ist mehr bzw. eine längere Ansprech- bzw. Reaktionszeit notwendig als in dem Fall, in dem es einen Puffer in einer einzigen Stufe enthält. Hier bedeutet die Reaktionszeit eine Zeit von dem Zeitpunkt, zu dem ein Photon eintritt, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem ein elektrisches Kathodenpotential gehalten wird. Ein Überwachungspixel 401 gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich vom Überwachungspixel 401 gemäß der ersten Ausführungsform dadurch, dass aus dem Überwachungspixel 401 gemäß der zweiten Ausführungsform ein Puffer weggelassen ist.
28 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel des Überwachungspixels 401 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht. Das Überwachungspixel 401 gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich vom Überwachungspixel 401 gemäß der ersten Ausführungsform dadurch, dass das Überwachungspixel 401 gemäß der zweiten Ausführungsform den Puffer 340 nicht enthält.
29 ist ein Schaltungsdiagramm, das das Konfigurationsbeispiel des Überwachungspixels 401 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht. In dem Überwachungspixel 401 gemäß der zweiten Ausführungsform enthält die Zeitpunkt-Detektionsschaltung 320 anstelle der Impuls-Erzeugungsschaltung 370 die Verzögerungsschaltung 371. Außerdem enthält der Puffer 350 eine elektrische Stromquelle 355 und pMOS-Transistoren 356 und 357.
Die Schaltungskonfiguration der Verzögerungsschaltung 371 gemäß der zweiten Ausführungsform ist ähnlich jener der ersten Ausführungsform. Die Verzögerungsschaltung 371 verzögert ein invertiertes Signal vom Inverter 321 um eine vorbestimmte Verzögerungszeit und stellt dem Abtastschalter 331 ein verzögertes Signal SW' bereit.
Die Abtast- und Halteschaltung 330 erfasst das elektrische Kathodenpotential Vs in dem Fall, in dem das verzögerte Signal SW' auf einem hohen Pegel liegt, und hält das erfasste elektrische Potential in dem Fall, in dem das verzögerte Signal SW' auf einem niedrigen Pegel liegt.
Außerdem sind im Puffer 350 die elektrische Stromquelle 355 und die pMOS-Transistoren 356 und 357 zwischen einem elektrischen Potential einer Leistungsquelle und einem elektrischen Massepotential in Reihe geschaltet. Ein Triggersignal Tr wird in ein Gate des pMOS-Transistors 356 eingespeist, und das Haltepotential Vs SH der Abtast- und Halteschaltung 330 wird in ein Gate des pMOS-Transistors 357 eingespeist. Das Triggersignal Tr ist das gleiche Signal wie das verzögerte Signal SW'. Der pMOS-Transistor 357 wird ausgeschaltet, wenn die Abtast- und Halteschaltung 330 eingeschaltet wird, und der pMOS-Transistor 357 wird eingeschaltet, wenn die Abtast- und Halteschaltung 330 ausgeschaltet wird. Außerdem ist ein Verbindungsknoten zwischen den pMOS-Transistoren 356 und 357 mit der Steuerungssektion 500 verbunden.
Wie in 29 beispielhaft dargestellt ist, ist der Puffer 340 weggelassen. Daher ist es möglich, den Leistungsverbrauch um einen Leistungsbetrag, der vom Puffer 340 verbraucht wird, zu reduzieren, und ist es möglich, die Reaktionszeit um einen Zeitbetrag, der vom Puffer 340 in Anspruch genommen wird, zu verkürzen. Außerdem ist es möglich, einen breiteren Spannungsbereich für das elektrische Kathodenpotential Vs als in dem Fall auszulegen, in dem die Puffer in zwei Stufen vorgesehen sind. Dies macht es möglich, einen Dynamikbereich um den erweiterten Spannungsbereich zu erweitern.
30 ist ein Zeitablaufdiagramm, das ein Beispiel eines Betriebs des Überwachungspixels 401 und der Steuerungssektion 500 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
Innerhalb einer Zeitspanne von einem Zeitpunkt T1 unmittelbar nach einer Wiederaufladung zu einem Zeitpunkt T12, zu dem eine Verzögerungszeit verstrichen ist, verzögert die Zeitpunkt-Detektionsschaltung 320 ein invertiertes Signal und gibt ein verzögertes Signal SW' mit hohem Pegel ab. Innerhalb einer Zeitspanne von dem Zeitpunkt T12 bis zu einem Zeitpunkt T2 einer nächsten Wiederaufladung verzögert außerdem die Zeitpunkt-Detektionsschaltung 320 das invertierte Signal und gibt ein verzögertes Signal SW' mit niedrigem Pegel ab.
Die Abtast- und Halteschaltung 330 tastet das elektrische Kathodenpotential Vs im Fall des verzögerten Signals SW' mit hohem Pegel ab. Während dieser Periode mit hohem Pegel nimmt das elektrische Kathodenpotential Vs ab, und diese Variation im elektrischen Kathodenpotential Vs wird verfolgt. Auf der anderen Seite hält die Abtast- und Halteschaltung 330 das elektrische Kathodenpotential Vs im Fall des verzögerten Signals SW' mit niedrigem Pegel. Das verzögerte Signal SW' fällt zum Zeitpunkt T12 ab. Daher wird das elektrische Potential zum Zeitpunkt T12 in einer Weise ähnlich der ersten Ausführungsform gehalten.
Man beachte, dass die ersten bis fünften Modifikationen der ersten Ausführungsform auf die zweite Ausführungsform anwendbar sind.
Wie oben beschrieben wurde, ist in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Technologie der Puffer 340 weggelassen. Daher ist es möglich, im Vergleich mit dem Fall, in dem die Puffer in zwei Stufen vorgesehen sind, den Leistungsverbrauch zu reduzieren und die Reaktionszeit zu verkürzen.
„Modifikation“
In der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform gibt der Puffer 350 ein asymmetrisches Signal ab. Falls jedoch die Anzahl an Überwachungspixeln 401 zunimmt und daher Signalleitungen, die die asymmetrischen Signale übertragen, längere Drahtlängen aufweisen, nimmt ein Verdrahtungswiderstand zu. Dies kann dazu führen, dass eine Treiberkraft des Puffers 350 nicht ausreicht. Ein Puffer 350 gemäß der Modifikation der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich vom Puffer 350 gemäß der ersten Ausführungsform dadurch, dass der Puffer 350 gemäß dieser Modifikation ein differentielles Signal abgibt.
31 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines Überwachungspixels 401 gemäß der Modifikation der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht. Im Überwachungspixel 401 gemäß der Modifikation der zweiten Ausführungsform enthält die Zeitpunkt-Detektionsschaltung 320 ferner ein D-Flipflop 322.
Ein verzögertes Signal von der Verzögerungsschaltung 371 wird in einen Taktanschluss des Flipflops 322 eingespeist. Außerdem wird ein invertiertes Signal des Steuerungssignals RCH in einen Setz-Anschluss des Flipflops 322 eingespeist und wird ein niedriger Pegel in einen Rücksetz-Anschluss eingespeist. Der Ausgangsanschluss des Flipflops 322 ist mit dem Abtastschalter 331 und dem Puffer 350 verbunden.
32 ist ein Schaltungsidagramm, das ein Konfigurationsbeispiel des Puffers 350 gemäß der Modifikation der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht. Der Puffer 350 gemäß der Modifikation der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich vom Puffer 350 gemäß der zweiten Ausführungsform dadurch, dass der Puffer 350 gemäß dieser Modifikation ferner eine elektrische Stromquelle 361 und pMOS-Transistoren 362 und 363 enthält.
Die elektrische Stromquelle 361 und die pMOS-Transistoren 362 und 363 sind zwischen einem elektrischen Potential einer Leistungsquelle und einem elektrischen Massepotential in Reihe geschaltet. Außerdem sind Gates der pMOS-Transistoren 356 und 362 gemeinsam mit der Zeitpunkt-Detektionsschaltung 320 verbunden. Darüber hinaus ist ein Gate des pMOS-Transistors 357 mit dem Abtastschalter 331 verbunden und ist ein Gate des pMOS-Transistors 363 mit dem elektrischen Massepotential verbunden.
Ein Verbindungsknoten zwischen den pMOS-Transistoren 356 und 357 und ein Verbindungsknoten zwischen den pMOS-Transistoren 362 und 363 sind über die Signalleitungen 358 und 359 mit der Steuerungssektion 500 verbunden.
Die in 32 beispielhaft veranschaulichte Konfiguration ermöglicht dem Puffer 350, ein differentielles Signal auf der Basis des Haltepotentials Vs SH zu erzeugen und das erzeugte differentielle Signal an die Steuerungssektion 500 abzugeben.
Wie oben beschrieben wurde, gibt gemäß der Modifikation der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Technologie der Puffer 350 das differentielle Signal ab. Dies macht es möglich, einen genaueren Ausgabewert als im Fall einer Ausgabe eines asymmetrischen Signals zu erhalten.
<3. Anwendungsbeispiele für ein mobiles Objekt>
Die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung (die vorliegende Technologie) kann für verschiedene Produkte verwendet werden. Beispielsweise kann die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung als eine Einrichtung realisiert werden, die an einer beliebigen Art eines mobilen Objekts wie etwa einem Fahrzeug, einem Elektrofahrzeug, einem Hybrid-Fahrzeug, einem Motorrad, einem Fahrrad, einer Vorrichtung für persönliche Mobilität, einem Flugzeug, einer Drohne, einem Schiff oder einem Roboter, montiert wird.
33 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer schematischen Konfiguration eines Fahrzeugsteuerungssystems als ein Beispiel eines Systems zur Steuerung mobiler Körper veranschaulicht, für das die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann.
Das Fahrzeugsteuerungssystem 12000 umfasst eine Vielzahl elektronischer Steuerungseinheiten, die über ein Kommunikationsnetzwerk 12001 miteinander verbunden sind. In dem in 33 dargestellten Beispiel umfasst das Fahrzeugsteuerungssystem 12000 eine Antriebssystem-Steuerungseinheit 12010, eine Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020, eine Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs, eine Einheit 12040 zur Detektion von Information aus dem Inneren des Fahrzeugs und eine integrierte Steuerungseinheit 12050. Außerdem sind als eine funktionale Konfiguration der integrierten Steuerungseinheit 12050 ein Mikrocomputer 12051, eine Ton/Bild-Ausgabesektion 12052 und eine IF (Schnittstelle) 12053 des im Fahrzeug montierten Netzwerks veranschaulicht.
Die Antriebssystem-Steuerungseinheit 12010 steuert gemäß verschiedenen Arten von Programmen die Operation von Vorrichtungen in Bezug auf das Antriebssystem des Fahrzeugs. Beispielsweise dient die Antriebssystem-Steuerungseinheit 12010 als Steuerungsvorrichtung für eine Antriebskraft-Erzeugungsvorrichtung zur Erzeugung einer Antriebskraft des Fahrzeugs wie etwa einen Verbrennungsmotor, einen Antriebsmotor oder dergleichen, einen Antriebskraft-Übertragungsmechanismus, um die Antriebskraft auf Räder zu übertragen, einen Lenkmechanismus, um den Lenkwinkel des Fahrzeugs einzustellen, eine Bremsvorrichtung, die die Bremskraft des Fahrzeugs erzeugt, und dergleichen.
Die Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020 steuert die Operation verschiedener Arten von Vorrichtungen, die an einer Fahrzeugkarosserie vorgesehen sind, gemäß verschiedenen Arten von Programmen. Beispielsweise dient die Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020 als Steuerungsvorrichtung für ein schlüsselloses Zugangssystem, ein System für intelligente Schlüssel, eine automatische Fenstervorrichtung oder verschiedene Arten von Leuchten wie etwa einen Frontscheinwerfer, einen Heckscheinwerfer, eine Bremsleuchte, ein Fahrtrichtungssignal, eine Nebelleuchte oder dergleichen. In diesem Fall können Funkwellen, die von einer mobilen Vorrichtung als Alternative zu einem Schlüssel gesendet werden, oder Signale verschiedener Arten von Schaltern in die Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020 eingespeist werden. Die Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020 empfängt diese eingespeisten Funkwellen oder Signale und steuert eine Türverriegelungsvorrichtung, die automatische Fenstervorrichtung, die Leuchten oder dergleichen des Fahrzeugs.
Die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs detektiert Information über die äußere Umgebung des das Fahrzeugsteuerungssystem 12000 enthaltenden Fahrzeugs. Beispielsweise ist die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs mit einer Bildgebungssektion 12031 verbunden. Die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs veranlasst die Bildgebungssektion 12031, ein Bild der äußeren Umgebung des Fahrzeugs aufzunehmen, und empfängt das aufgenommene Bild. Die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs kann auf der Basis des empfangenen Bildes eine Verarbeitung zum Detektieren eines Objekts wie etwa einer Person, eines Wagens, eines Hindernisses, eines Verkehrsschilds, eines Zeichens auf einer Straßenoberfläche oder dergleichen oder eine Verarbeitung zum Detektieren eines Abstands dazu ausführen.
Die Bildgebungssektion 12031 ist ein optischer Sensor, der Licht empfängt und der entsprechend einer empfangenem Lichtmenge des Lichts ein elektrisches Signal abgibt. Die Bildgebungssektion 12031 kann auch das elektrische Signal als Bild ausgeben oder kann das elektrische Signal als Information über einen gemessenen Abstand abgeben. Außerdem kann das von der Bildgebungssektion 12031 empfangene Licht sichtbares Licht sein oder kann unsichtbares Licht wie etwa Infrarotstrahlen oder dergleichen sein.
Die Einheit 12040 zur Detektion von Information aus dem Inneren des Fahrzeugs detektiert Information über das Innere bzw. aus dem Inneren des Fahrzeugs. Die Einheit 12040 zur Detektion von Information aus dem Inneren des Fahrzeugs ist zum Beispiel mit einer Sektion 12041 zur Detektion eines Fahrerzustands verbunden, die den Zustand eines Fahrers detektiert. Die Sektion 12041 zur Detektion eines Fahrerzustands umfasst zum Beispiel eine Kamera, die den Fahrer aufnimmt. Die Einheit 12040 zur Detektion von Information aus dem Inneren des Fahrzeugs kann auf der Basis einer von der Sektion 12041 zur Detektion eines Fahrerzustands eingegebenen Detektionsinformation einen Ermüdungsgrad des Fahrers oder einen Konzentrationsgrad des Fahrers berechnen oder kann bestimmen, ob der Fahrer eindöst.
Der Mikrocomputer 12051 kann einen Steuerungszielwert für die Antriebskraft-Erzeugungsvorrichtung, den Lenkmechanismus oder die Bremsvorrichtung auf der Basis der Information über das Innere oder die äußere Umgebung des Fahrzeugs berechnen, welche Information durch die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs oder die Einheit 12040 zur Detektion von Information aus dem Inneren des Fahrzeugs erhalten wird, und kann einen Steuerungsbefehl an die Antriebssystem-Steuerungseinheit 12010 ausgeben. Beispielsweise kann der Mikrocomputer 12051 eine kooperative Steuerung durchführen, die dazu gedacht ist, Funktionen eines fortgeschrittenen Fahrerassistenzsystems (ADAS) zu realisieren, dessen Funktionen eine Vermeidung einer Kollision oder Aufprallabschwächung für das Fahrzeug, eine Nachfolgefahrt basierend auf einem Folgeabstand, eine Fahrt bei konstanter Geschwindigkeit, eine Warnung vor einer Kollision des Fahrzeugs, eine Warnung vor einer Spurabweichung des Fahrzeugs oder dergleichen einschließen.
Außerdem kann der Mikrocomputer 12051 eine kooperative Steuerung ausführen, die für automatisches Fahren gedacht ist, was das Fahrzeug, ohne von einem Eingriff des Fahrers oder dergleichen abhängig zu sein, autonom fahren lässt, indem die Antriebskraft-Erzeugungsvorrichtung, der Lenkmechanismus, die Bremsvorrichtung oder dergleichen auf der Basis der Information über die äußere Umgebung oder das Innere des Fahrzeugs gesteuert werden, welche Information durch die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs oder die Einheit 12040 zur Detektion von Information aus dem Inneren des Fahrzeugs erhalten wird.
Der Mikrocomputer 12051 kann außerdem einen Steuerungsbefehl an die Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020 auf der Basis der Information über die äußere Umgebung des Fahrzeugs ausgeben, welche Information durch die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs erhalten wird. Beispielsweise kann der Mikrocomputer 12051 eine kooperative Steuerung ausführen, die dazu gedacht ist, eine Blendung zu verhindern (oder alternativ dazu zu reduzieren), indem die Frontleuchte gemäß der Position eines vorausfahrenden Fahrzeugs oder eines entgegenkommenden Fahrzeugs, das durch die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs detektiert wird, gesteuert wird, um von Fernlicht auf Abblendlicht umzuschalten.
Die Ton/Bild-Ausgabesektion 12052 überträgt ein Ausgangssignal eines Tons und/oder eines Bildes an eine Ausgabevorrichtung, die eine Information einem Insassen des Fahrzeugs oder der äußeren Umgebung des Fahrzeugs optisch oder akustisch übermitteln kann. Im Beispiel von 33 sind als die Ausgabevorrichtung ein Lautsprecher 12061, eine Anzeigesektion 12062 und ein Armaturenbrett 12063 angegeben. Die Anzeigesektion 12062 kann beispielsweise eine im Fahrzeug montierte Anzeige und/oder ein Head-Up-Display umfassen.
34 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Installationsposition der Bildgebungssektion 12031 veranschaulicht.
In 34 umfasst die Bildgebungssektion 12031 Bildgebungssektionen 12101, 12102, 12103, 12104 und 12105.
Die Bildgebungssektionen 12101, 12102, 12103, 12104 und 12105 sind beispielsweise an Positionen an einer Frontpartie, von Seitenspiegeln, einer hinteren Stoßstange und einer Hecktür, des Fahrzeugs 12100 sowie einer Position an einem oberen Teil einer Windschutzscheibe im Inneren des Fahrzeugs angeordnet. Die an der Frontpartie vorgesehene Bildgebungssektion 12101 und die am oberen Teil der Windschutzscheibe im Inneren des Fahrzeugs vorgesehene Bildgebungssektion 12105 erhalten vorwiegend ein Bild vor dem Fahrzeug 12100. Die an den Seitenspiegeln vorgesehenen Bildgebungssektionen 12102 und 12103 erhalten vorwiegend ein Bild von den Seiten des Fahrzeugs 12100. Die an der hinteren Stoßstange oder der Hecktür vorgesehene Bildgebungssektion 12104 erhält vorwiegend ein Bild hinter dem Fahrzeug 12100. Die am oberen Teil der Windschutzscheibe im Inneren vorgesehene Bildgebungssektion 12105 wird vorwiegend genutzt, um ein vorausfahrendes Fahrzeug, einen Fußgänger, ein Hindernis, eine Verkehrsampel, ein Verkehrszeichen, eine Fahrspur oder dergleichen zu detektieren.
Man beachte, dass 34 ein Beispiel von Fotografierbereichen der Bildgebungssektionen 12101 bis 12104 veranschaulicht. Ein Abbildungsbereich 12111 repräsentiert den Abbildungsbereich der an der Frontpartie vorgesehenen Bildgebungssektion 12101. Abbildungsbereiche 12112 und 12113 repräsentieren die Abbildungsbereiche der an den Seitenspiegeln vorgesehenen Bildgebungssektionen 12102 bzw. 12103. Ein Abbildungsbereich 12114 repräsentiert den Abbildungsbereich der an der hinteren Stoßstange oder der Hecktür vorgesehenen Bildgebungssektion 12104. Beispielsweise wird ein Bild aus der Vogelperspektive, wie es von oben gesehen wird, erhalten, indem durch die Bildgebungssektionen 12101 bis 12104 abgebildete Bilddaten aufeinander gelegt werden.
Zumindest eine der Bildgebungssektionen 12101 bis 12104 kann eine Funktion zum Erhalten einer Abstandsinformation aufweisen. Beispielsweise kann zumindest eine der Bildgebungssektionen 12101 bis 12104 eine Stereokamera sein, die aus einer Vielzahl von Bildgebungselementen aufgebaut ist, oder kann ein Bildgebungselement sein, das Pixel für eine Detektion von Phasendifferenzen enthält.
Der Mikrocomputer 12051 kann beispielsweise einen Abstand zu jedem dreidimensionalen Objekt innerhalb der Abbildungsbereiche 12111 bis 12114 und eine zeitliche Änderung des Abstands (Relativgeschwindigkeit in Bezug auf das Fahrzeug 12100) auf der Basis der von den Bildgebungssektionen 12101 bis 12104 erhaltenen Abstandsinformation bestimmen und dadurch insbesondere als ein vorausfahrendes Fahrzeug ein nächstgelegenes dreidimensionales Objekt extrahieren, das sich auf einem Fahrweg des Fahrzeugs 12100 befindet und das mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit (zum Beispiel gleich 0 km/h oder höher) in im Wesentlichen der gleichen Richtung wie das Fahrzeug 12100 fährt. Ferner kann der Mikrocomputer 12051 einen beizubehaltenden Folgeabstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug vorher festlegen und eine automatische Bremssteuerung (einschließlich einer Nachfolge-Stopp-Steuerung), eine automatische Beschleunigungssteuerung (einschließlich einer Nachfolge-Start-Steuerung) oder dergleichen durchführen. Folglich ist es möglich, eine kooperative Steuerung auszuführen, die für automatisches Fahren gedacht ist, was das Fahrzeug, ohne vom Eingriff des Fahrers oder dergleichen abhängig zu sein, autonom fahren lässt.
Der Mikrocomputer 12051 kann zum Beispiel dreidimensionale Objektdaten über dreidimensionale Objekte in dreidimensionale Objektdaten eines zweirädrigen Fahrzeugs, eines Fahrzeugs üblicher Größe, eines großen Fahrzeugs, eines Fußgängers, eines Telefonmasten und andere dreidimensionale Objekte auf der Basis der Abstandsinformation klassifizieren, die von den Bildgebungssektionen 12101 bis 12104 erhalten werden, die klassifizierten dreidimensionalen Objektdaten extrahieren und die extrahierten dreidimensionalen Objektdaten zum automatischen Ausweichen eines Hindernisses nutzen. Beispielsweise identifiziert der Mikrocomputer 12051 Hindernisse um das Fahrzeug 12100 als Hindernisse, die der Fahrer des Fahrzeugs 12100 optisch erkennen kann, und Hindernisse, die für den Fahrer des Fahrzeugs 12100 optisch schwer zu erkennen sind. Der Mikrocomputer 12051 bestimmt dann ein Kollisionsrisiko, das ein Risiko einer Kollision mit jedem Hindernis angibt. In einer Situation, in der das Kollisionsrisiko gleich einem eingestellten Wert oder größer ist und somit eine Möglichkeit einer Kollision besteht, gibt der Mikrocomputer 12051 über den Lautsprecher 12061 oder die Anzeigesektion 12062 eine Warnung an den Fahrer aus und führt über die Antriebssystem-Steuerungseinheit 12010 eine erzwungene Abbremsung oder Ausweichlenkbewegung durch. Der Mikrocomputer 12051 kann dadurch beim Fahren unterstützen, um eine Kollision zu vermeiden.
Zumindest eine der Bildgebungssektionen 12101 bis 12104 kann eine Infrarotkamera sein, die Infrarotstrahlen detektiert. Beispielsweise kann der Mikrocomputer 12051 einen Fußgänger erkennen, indem bestimmt wird, ob sich in fotografierten Bildern der Bildgebungssektionen 12101 bis 12104 ein Fußgänger befindet. Eine solche Erkennung eines Fußgängers wird beispielsweise mittels einer Prozedur zum Extrahieren charakteristischer Punkte in den fotografierten Bildern der Bildgebungssektionen 12101 bis 12104 als Infrarotkameras und einer Prozedur, um zu bestimmen, ob es der Fußgänger ist, indem eine Verarbeitung zum Musterabgleich an einer Reihe charakteristischer Punkte durchgeführt wird, die die Kontur des Objekts angeben. Wenn der Mikrocomputer 12051 bestimmt, dass es in den fotografierten Bildern der Bildgebungssektionen 12101 bis 12104 einen Fußgänger gibt, und somit den Fußgänger erkennt, steuert die Ton/Bild-Ausgabesektion 12052 die Anzeigesektion 12062, so dass eine quadratische Konturlinie zur Hervorhebung so angezeigt wird, dass sie dem erkannten Fußgänger überlagert wird. Die Ton/Bild-Ausgabesektion 12052 kann auch die Anzeigesektion 12062 so steuern, dass ein Symbol oder dergleichen, das den Fußgänger repräsentiert, an einer gewünschten Position angezeigt wird.
Oben wurde ein Beispiel eines Fahrzeugsteuerungssystems beschrieben, für das die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann. Die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann aus der oben beschriebenen Konfiguration für die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs verwendet werden. Konkret ist es möglich, das Entfernungsmessmodul 100 von 1 für die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs zu verwenden. Die Verwendung der Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung für die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs macht es möglich, eine Variation der Übervorspannung zu unterdrücken, die durch eine Abnahme oder Zunahme der Lichtmenge verursacht wird, und eine genaue Abstandsinformation zu ermitteln.
Man beachte, dass die oben beschriebenen Ausführungsformen nur Beispiele zum Verkörpern der vorliegenden Technologie sind und Aspekte in den Ausführungsformen eine Korrespondenzbeziehung mit eine jeweilige Technologie spezifizierenden Aspekten in den Ansprüchen aufweisen. Desgleichen weisen die Technologie spezifizierenden Aspekte in den Ansprüchen eine Korrespondenzbeziehung mit jeweiligen Aspekten in den Ausführungsformen der vorliegenden Technologie auf, denen Bezeichnungen, die mit jenen der die Technologie spezifizierenden Aspekten in den Ansprüchen identisch sind, gegeben sind. Jedoch ist die vorliegende Technologie nicht auf die Ausführungsformen beschränkt und kann verkörpert werden, indem verschiedene Modifikationen an den Ausführungsformen vorgenommen werden, ohne vom Kern der vorliegenden Technologie abzuweichen.
Man beachte, dass die in der vorliegenden Beschreibung beschriebenen Effekte nur veranschaulichend sind und die vorliegende Technologie nicht darauf beschränkt ist. Außerdem kann es andere Effekte geben.
Man beachte, dass die vorliegende Technologie auch wie unten dargelegt konfiguriert werden kann.

(1) Ein Festkörper-Bildsensor, aufweisend:
- ein fotoelektrisches Umwandlungselement, das eine Anode und eine Kathode enthält, wobei entweder die Anode oder die Kathode mit einem vorbestimmten Knoten verbunden ist;
- ein Element zur Bereitstellung eines elektrischen Potentials, das dafür konfiguriert ist, dem vorbestimmten Knoten ein erstes elektrisches Potential bereitzustellen;
- eine Zeitpunkt-Detektionsschaltung, die dafür konfiguriert ist, einen Zeitpunkt zu detektieren, zu dem eine vorbestimmte Zeitspanne seit Beginn einer Zunahme oder einer Abnahme in einem elektrischen Potential des vorbestimmten Knotens vom ersten elektrischen Potential aus verstrichen ist;
- eine Abtast- und Halteschaltung, die dafür konfiguriert ist, das elektrische Potential des vorbestimmten Knotens auf der Basis einer Ausgabe von der Zeitpunkt-Detektionsschaltung zu erfassen und das elektrische Potential als ein zweites elektrisches Potential zu halten; und
- eine Steuerungssektion, die dafür konfiguriert ist, ein elektrisches Potential einer anderen der Anode und der Kathode auf der Basis des zweiten elektrischen Potentials zu halten.
(2) Der Festkörper-Bildsensor gemäß (1), worin die Zeitpunkt-Detektionsschaltung einen Inverter enthält, der dafür konfiguriert ist, ein Signal des elektrischen Potentials des vorbestimmten Knotens zu invertieren und das invertierte Signal abzugeben.
(3) Der Festkörper-Bildsensor gemäß einem oder mehr von (1) bis (2), worin die Zeit-Detektionsschaltung ferner eine Impulssignal-Erzeugungsschaltung enthält, die dafür konfiguriert ist, ein Impulssignal auf der Basis eines Signals zu erzeugen, das erhalten wird, indem das invertierte Signal um eine vorbestimmte Verzögerungszeit verzögert wird, und die Abtast- und Halteschaltung das elektrische Potential des vorbestimmten Knotens innerhalb einer Zeitspanne einer Impulsbreite des Impulssignals erfasst.
(4) Der Festkörper-Bildsensor gemäß einem oder mehr von (1) bis (3), worin die Zeitpunkt-Detektionsschaltung ferner eine Verzögerungsschaltung enthält, die dafür konfiguriert ist, das invertierte Signal um eine vorbestimmte Verzögerungszeit zu verzögern und ein verzögertes Signal abzugeben, und die Abtast- und Halteschaltung das elektrische Potential des vorbestimmten Knotens in dem Fall erfasst, in dem das verzögerte Signal einer von zwei Werten ist, die voneinander verschieden sind, und das erfasste elektrische Potential in dem Fall hält, in dem das verzögerte Signal der andere der zwei Werte ist.
(5) Der Festkörper-Bildsensor gemäß einem oder mehr von (1) bis (4), worin das fotoelektrische Umwandlungselement, die Zeitpunkt-Detektionsschaltung und die Abtast- und Halteschaltung in einem Pixel installiert sind, wobei die Installation in Bezug auf eine Vielzahl der Pixel durchgeführt ist, und die Steuerungssektion eine Sektion zur Erfassung eines Zwischenpixel-Durchschnitts, die dafür konfiguriert ist, als einen Zwischenpixel-Durchschnitt einen Durchschnitt der jeweiligen zweiten elektrischen Potentiale der Vielzahl der Pixel zu berechnen, und eine Zeitdurchschnitt-Erfassungssektion, die dafür konfiguriert ist, einen Zeitdurchschnitt des Zwischenpixel-Durchschnitts zu berechnen, und eine Sektion zur Steuerung eines elektrischen Potentials enthält, die dafür konfiguriert ist, das elektrische Potential der anderen der Anode und der Kathode in einer Weise zu steuern, in der das elektrische Potential niedriger wird, wenn der Zeitdurchschnitt höher wird.
(6) Der Festkörper-Bildsensor gemäß einem oder mehr von (1) bis (5), worin die Zeitdurchschnitt-Erfassungssektion einen Analogfilter enthält, der dafür konfiguriert ist, den Zeitdurchschnitt zu erzeugen.
(7) Der Festkörper-Bildsensor gemäß einem oder mehr von (1) bis (6), worin die Zeitdurchschnitt-Erfassungssektion einen Digitalfilter enthält, der dafür konfiguriert ist, den Zeitdurchschnitt zu erzeugen.
(8) Der Festkörper-Bildsensor gemäß einem oder mehr von (1) bis (7), worin die Sektion zur Steuerung eines elektrischen Potentials einen Verstärker enthält, der dafür konfiguriert ist, den Zeitdurchschnitt mit einem vorbestimmten elektrischen Potential einer Leistungsquelle zu vergleichen und ein Ergebnis des Vergleichs an die andere der Anode und der Kathode auszugeben.
(9) Der Festkörper-Bildsensor gemäß einem oder mehr von (1) bis (8), worin die Sektion zur Steuerung eines elektrischen Potentials einen Leistungs-Halbleiter enthält, der dafür konfiguriert ist, das elektrische Potential der anderen der Anode und der Kathode in einer Weise zu steuern, in der das elektrische Potential niedriger wird, wenn der Zeitdurchschnitt höher wird.
(10) Der Festkörper-Bildsensor gemäß einem oder mehr von (1) bis (9), worin die Sektion zur Erfassung eines Zwischenpixel-Durchschnitts einen Kondensator und eine Vielzahl von Widerständen enthält, die zwischen der Vielzahl der Pixel und dem Kondensator parallel geschaltet sind.
(11) Der Festkörper-Bildsensor gemäß einem oder mehr von (1) bis (10), worin die Sektion zur Erfassung eines Zwischenpixel-Durchschnitts eine Analog-Digital-Umwandlungssektion, die dafür konfiguriert ist, die zweiten elektrischen Potentiale in Digitalsignale umzuwandeln, und einen Durchschnittswert-Filter enthält, der dafür konfiguriert ist, einen Durchschnitt der Digitalsignale als den Zwischenpixel-Durchschnitt zu berechnen.
(12) Der Festkörper-Bildsensor gemäß einem oder mehr von (1) bis (11), worin die Analog-Digital-Umwandlungssektion eine Vielzahl von Analog-Digital-Wandlern enthält, die dafür konfiguriert sind, die zweiten elektrischen Potentiale der Pixel, die voneinander verschieden sind, in die Digitalsignale umzuwandeln.
(13) Der Festkörper-Bildsensor gemäß einem oder mehr von (1) bis (12), worin die Analog-Digital-Umwandlungssektion einen Selektor, der dafür konfiguriert ist, irgendeines der jeweiligen zweiten elektrischen Potentiale der Vielzahl der Pixel auszuwählen, und einen Analog-Digital-Wandler enthält, der dafür konfiguriert ist, das ausgewählte zweite elektrische Potential in das Digitalsignal umzuwandeln.
(14) Der Festkörper-Bildsensor gemäß einem oder mehr von (1) bis (13), ferner aufweisend einen ausgangsseitigen Puffer, der zwischen der Abtast- und Halteschaltung und der Steuerungssektion angeordnet ist.
(15) Der Festkörper-Bildsensor gemäß einem oder mehr von (1) bis (14), worin der ausgangsseitige Puffer ein differentielles Signal auf der Basis des zweiten elektrischen Potentials erzeugt und das erzeugte differentielle Signal abgibt.
(16) Der Festkörper-Bildsensor gemäß einem oder mehr von (1) bis (15), ferner aufweisend einen eingangsseitigen Puffer, der zwischen dem vorbestimmten Knoten und der Abtast- und Halteschaltung angeordnet ist.
(17) Der Festkörper-Bildsensor gemäß einem oder mehr von (1) bis (16), worin der eingangsseitige Puffer ein differentielles Signal auf der Basis des zweiten elektrischen Potentials erzeugt und das erzeugte differentielle Signal abgibt.
(18) Der Festkörper-Bildsensor gemäß einem oder mehr von (1) bis (17) worin das fotoelektrische Umwandlungselement und das Element zur Bereitzustellung eines elektrischen Potentials in jeder einer Bildgebungspixel-Schaltung und einer Überwachungspixel-Schaltung um die Bildgebungspixel-Schaltung installiert sind und die Zeitpunkt-Detektionsschaltung und die Abtast- und Halteschaltung in der Überwachungspixel-Schaltung installiert sind.
(19) Der Festkörper-Bildsensor gemäß einem oder mehr von (1) bis (18), worin die Kathode mit dem vorbestimmten Knoten verbunden ist und die Steuerungssektion ein elektrisches Potential der Anode steuert.
(20) Der Festkörper-Bildsensor gemäß einem oder mehr von (1) bis (19), worin die Anode mit dem vorbestimmten Knoten verbunden ist und die Steuerungssektion ein elektrisches Potential der Kathode steuert.
(21) Ein Entfernungsmesssystem, aufweisend:
- eine Lichtemissionssektion, die dafür konfiguriert ist, Bestrahlungslicht bereitzustellen; und
- einen Festkörper-Bildsensor, der ein fotoelektrisches Umwandlungselement enthält, das eine Anode und eine Kathode enthält, wobei entweder die Anode oder die Kathode mit einem vorbestimmten Knoten verbunden ist, ein Element zur Bereitstellung eines elektrischen Potentials, das dafür konfiguriert ist, ein erstes elektrisches Potential dem vorbestimmten Knoten bereitzustellen, eine Zeitpunkt-Detektionsschaltung, die dafür konfiguriert ist, einen Zeitpunkt zu detektieren, zu dem eine vorbestimmte Zeitspanne seit Beginn einer Zunahme oder einer Abnahme in einem elektrischen Potential des vorbestimmten Knotens vom ersten elektrischen Potential aus verstrichen ist, eine Abtast- und Halteschaltung, die dafür konfiguriert ist, das elektrische Potential des vorbestimmten Knotens auf der Basis einer Ausgabe der Zeitpunkt-Detektionsschaltung zu erfassen und das elektrische Potential als ein zweites elektrisches Potential zu halten, eine Steuerungssektion, die dafür konfiguriert ist, ein elektrisches Potential einer anderen der Anode und der Kathode auf der Basis des zweiten elektrischen Potentials zu steuern, und eine Entfernungsmesssektion, die dafür konfiguriert ist, auf der Basis einer Umlaufzeit zwischen einem Lichtemissionszeitpunkt des Bestrahlungslichts und einem Lichtempfangszeitpunkt des dem Bestrahlungslicht entsprechenden reflektierten Lichts einen Abstand zu messen.
(22) Eine lichtdetektierende Vorrichtung, aufweisend:
- eine erste Pixel-Schaltungsanordnung, die eine erste Lawinen-Fotodiode enthält;
- eine zweite Pixel-Schaltungsanordnung, die
  - eine zweite Lawinen-Fotodiode,
  - eine erste Verzögerungsschaltung, die einen mit einer Kathode der zweiten Lawinen-Fotodiode gekoppelten Eingang aufweist, und
  - eine erste Schaltung enthält, die einen mit der Kathode der zweiten Lawinen-Fotodiode gekoppelten ersten Eingang und einen mit einem Ausgang der ersten Verzögerungsschaltung gekoppelten zweiten Eingang aufweist; und
- eine Steuerungsschaltung, die mit einem Ausgang der ersten Schaltung gekoppelt und dafür konfiguriert ist, ein Potential einer Anode der ersten Lawinen-Fotodiode basierend auf der Ausgabe der ersten Schaltung zu steuern.
(23) Die lichtdetektierende Vorrichtung gemäß (22), wobei die Steuerungsschaltung dafür konfiguriert ist, ein Potential einer Anode der zweiten Lawinen-Fotodiode basierend auf der Ausgabe der ersten Schaltung zu steuern.
(24) Die lichtdetektierende Vorrichtung gemäß einem oder mehr von (22) bis (23), ferner aufweisend:
- eine dritte Pixel-Schaltungsanordnung, die
  - eine dritte Lawinen-Fotodiode,
  - eine zweite Verzögerungsschaltung, die einen Eingang aufweist, der mit einem Potential einer Kathode der dritten Lawinen-Fotodiode gekoppelt ist, und
  - eine zweite Schaltung enthält, die einen mit der Kathode der dritten Lawinen-Fotodiode gekoppelten dritten Eingang und einen mit einem Ausgang der zweiten Verzögerungsschaltung gekoppelten vierten Eingang aufweist.
(25) Die lichtdetektierende Vorrichtung gemäß einem oder mehr von (22) bis (24), wobei die Steuerungsschaltung eine Durchschnittswert-Schaltung enthält, die mit dem Ausgang der ersten Schaltung und einem Ausgang der zweiten Schaltung gekoppelt ist und dafür konfiguriert ist, die Ausgaben der ersten Schaltung und der zweiten Schaltung zu mitteln, um ein Zwischenpixel-Durchschnittssignal abzugeben.
(26) Die lichtdetektierende Vorrichtung gemäß einem oder mehr von (22) bis (25), wobei die Steuerungsschaltung eine Zeitdurchschnittswert-Schaltung enthält, die einen mit einem Ausgang der Durchschnittswert-Schaltung gekoppelten Eingang aufweist und dafür konfiguriert ist, basierend auf dem Zwischenpixel-Durchschnittssignal ein zeitlich gemitteltes Signal abzugeben.
(27) Die lichtdetektierende Vorrichtung gemäß einem oder mehr von (22) bis (26), wobei die Steuerungsschaltung einen Potential-Controller enthält, der mit der Anode der ersten Lawinen-Fotodiode gekoppelt ist.
(28) Die lichtdetektierende Vorrichtung gemäß einem oder mehr von (22) bis (27), wobei der Potential-Controller dafür konfiguriert ist, das Potential der Anode der ersten Lawinen-Fotodiode so zu steuern, dass es niedriger ist, wenn das zeitlich gemittelte Signal ansteigt, und wobei der Potential-Controller dafür konfiguriert ist, das Potential der Anode der ersten Lawinen-Fotodiode so zu steuern, dass es höher ist, wenn das zeitlich gemittelte Signal abnimmt.
(29) Die lichtdetektierende Vorrichtung gemäß einem oder mehr von (22) bis (28), wobei die Steuerungsschaltung einen Analog-Digital-Wandler enthält, der dafür konfiguriert ist, das zeitlich gemittelte Signal in ein Digitalsignal umzuwandeln, und wobei der Potential-Controller eine Leistungselektronik enthält, die dafür konfiguriert ist, das Potential der Anode der ersten Lawinen-Fotodiode basierend auf dem Digitalsignal zu steuern.
(30) Die lichtdetektierende Vorrichtung gemäß einem oder mehr von (22) bis (29), wobei die Durchschnittswert-Schaltung eine Kapazität, einen ersten Widerstand, der zwischen die Kapazität und die erste Verzögerungsschaltung gekoppelt ist, und einen zweiten Widerstand enthält, der zwischen die Kapazität und die zweite Verzögerungsschaltung gekoppelt ist.
(31) Die lichtdetektierende Vorrichtung gemäß einem oder mehr von (22) bis (30), wobei die erste Schaltung eine Halteschaltung enthält, die einen Schalter und eine Kapazität enthält.
(32) Die lichtdetektierende Vorrichtung gemäß einem oder mehr von (22) bis (31), wobei die erste Schaltung eine erste Pufferschaltung und eine zweite Pufferschaltung enthält, wobei die erste Pufferschaltung zwischen die Kathode der zweiten Lawinen-Fotodiode und die Halteschaltung gekoppelt ist und wobei die Halteschaltung zwischen die erste Pufferschaltung und die zweite Pufferschaltung gekoppelt ist.
(33) Die lichtdetektierende Vorrichtung gemäß einem oder mehr von (22) bis (32), wobei die erste Pufferschaltung dafür konfiguriert ist, das Potential der Kathode der zweiten Lawinen-Fotodiode zu puffern, um ein erstes Paar differentieller Signale abzugeben, die ein erstes positives Signal und ein erstes negatives Signal enthalten, wobei die Halteschaltung dafür konfiguriert ist, das erste positive Signal gemäß dem ersten Verzögerungssignal abzugeben, und wobei die zweite Pufferschaltung dafür konfiguriert ist, das erste negative Signal und das erste positive Signal zu puffern, um ein zweites Paar differentieller Signale abzugeben, die ein zweites positives Signal und ein zweites negatives Signal enthalten.
(34) Die lichtdetektierende Vorrichtung gemäß einem oder mehr von (22) bis (33), wobei Steuerungsschaltung eine Durchschnittswert-Schaltung enthält, die einen Analog-Digital-Wandler (ADC), der einen ersten Eingang, der dafür konfiguriert ist, das zweite positive Signal zu empfangen, einen zweiten Eingang, der dafür konfiguriert ist, das zweite negative Signal zu empfangen, und einen Ausgang aufweist, der dafür konfiguriert ist, ein Digitalsignal basierend auf dem zweiten positiven Signal und dem zweiten negativen Signal abzugeben, eine erste Kapazität, die mit dem ersten Eingang des ADC gekoppelt ist, und eine zweite Kapazität aufweist, die mit dem zweiten Eingang des ADC gekoppelt ist.
(35) Die lichtdetektierende Vorrichtung gemäß einem oder mehr von (22) bis (34), wobei die erste Pufferschaltung eine erste Stromquelle und einen der mit der ersten Stromquelle gekoppelten ersten Transistor und eine zweite Stromquelle und einen mit der zweiten Stromquelle gekoppelten zweiten Transistor enthält.
(36) Die lichtdetektierende Vorrichtung gemäß einem oder mehr von (22) bis (35), wobei der erste Transistor mit einem Knoten gekoppelt ist, der dafür konfiguriert ist, das Potential der Kathode der zweiten Lawinen-Fotodiode zu empfangen, und dafür konfiguriert ist, das erste positive Signal gemäß einem Strom von der ersten Stromquelle abzugeben, und wobei der zweite Transistor mit einem Knoten gekoppelt ist, der dafür konfiguriert ist, ein Massesignal zu empfangen, und dafür konfiguriert ist, das erste negative Signal gemäß einem Strom von der zweiten Stromquelle abzugeben.
(37) Die lichtdetektierende Vorrichtung gemäß einem oder mehr von (22) bis (36), wobei die zweite Pufferschaltung eine dritte Stromquelle und einen mit der dritten Stromquelle gekoppelten dritten Transistor und eine vierte Stromquelle und einen mit der vierten Stromquelle gekoppelten vierten Transistor enthält.
(38) Die lichtdetektierende Vorrichtung gemäß einem oder mehr von (22) bis (37), wobei der dritte Transistor dafür konfiguriert ist, das erste positive Signal zu empfangen und das zweite positive Signal gemäß einem Strom von der dritten Stromquelle abzugeben, und wobei der vierte Transistor dafür konfiguriert ist, das erste negative Signal zu empfangen und das zweite negative Signal gemäß einem Strom von der vierten Stromquelle abzugeben.
(39) Eine lichtdetektierende Vorrichtung, aufweisend:
- eine erste Pixel-Schaltungsanordnung, die eine erste Lawinen-Fotodiode enthält;
- eine zweite Pixel-Schaltungsanordnung, die
  - eine zweite Lawinen-Fotodiode,
  - eine erste Verzögerungsschaltung, die dafür konfiguriert ist, ein erstes Verzögerungssignal basierend auf einem ersten Potential einer Kathode der zweiten Lawinen-Fotodiode zu erzeugen, und
  - eine erste Schaltung enthält, die dafür konfiguriert ist, ein zweites Potential der Kathode der zweiten Lawinen-Fotodiode abzutasten und das abgetastete zweite Potential basierend auf dem ersten Verzögerungssignal abzugeben; und
- eine Steuerungsschaltung, die dafür konfiguriert ist, ein Potential einer Anode der ersten Lawinen-Fotodiode basierend auf dem von der ersten Schaltung abgegebenen abgetasteten zweiten Potential zu steuern.
(40) Ein System, aufweisend:
- eine Lichtquelle; und
- eine lichtdetektierende Vorrichtung, die
  - eine erste Pixel-Schaltungsanordnung, die eine erste Lawinen-Fotodiode enthält,
  - eine zweite Pixel-Schaltungsanordnung, die
    - eine zweite Lawinen-Fotodiode,
    - eine erste Verzögerungsschaltung, die einen mit einer Kathode der zweiten Lawinen-Fotodiode gekoppelten Eingang aufweist, und
    - eine erste Schaltung enthält, die einen mit der Kathode der zweiten Lawinen-Fotodiode gekoppelten ersten Eingang und einen mit einem Ausgang der ersten Verzögerungsschaltung gekoppelten zweiten Eingang aufweist; und
  - eine Steuerungsschaltung enthält, die mit einem Ausgang der ersten Schaltung gekoppelt und dafür konfiguriert ist, ein Potential einer Anode der ersten Lawinen-Fotodiode basierend auf der Ausgabe der ersten Schaltung zu steuern.
(41) Eine lichtdetektierende Vorrichtung, aufweisend:
- eine erste Pixel-Schaltungsanordnung, die eine erste Lawinen-Fotodiode enthält;
- eine zweite Pixel-Schaltungsanordnung, die
  - eine zweite Lawinen-Fotodiode,
  - eine erste Verzögerungsschaltung, die einen mit einer Anode der zweiten Lawinen-Fotodiode gekoppelten Eingang aufweist; und
  - eine erste Schaltung enthält, die einen mit der Anode der zweiten Lawinen-Fotodiode gekoppelten ersten Eingang und einen mit einem Ausgang der ersten Verzögerungsschaltung gekoppelten zweiten Eingang aufweist; und
- eine Steuerungsschaltung, die mit einem Ausgang der ersten Schaltung gekoppelt und dafür konfiguriert ist, ein Potential einer Kathode der ersten Lawinen-Fotodiode basierend auf der Ausgabe der ersten Schaltung zu steuern.

Es sollte sich für den Fachmann verstehen, dass je nach Entwurfsanforderungen und anderen Faktoren verschiedene Modifikationen, Kombinationen, Teilkombinationen und Änderungen vorkommen können, sofern sie innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche oder deren Äquivalente liegen.
Bezugszeichenliste

100: Entfernungsmessmodul
110: Lichtemissionssektion
120: Synchronisierungs-Steuerungssektion
200: Festkörper-Bildsensor
201: Pixel-Chip
202: Schaltungs-Chip
210: lichtempfangende Sektion
211, 212: fotoelektrisches Umwandlungselement
220: Zeitpunkt-Erzeugungssektion
231, 232: Multiplexer
241, 242: Zeit-Digital-Wandler
250: Histogramm-Erzeugungssektion
260: Ausgabeschnittstelle
300: Schaltungsblock
310: Überwachungspixel-Schaltung
311, 342, 344, 356, 357, 362, 363, 373, 381: pMOS-Transistoren
320: Zeitpunkt-Detektionsschaltung
321, 376, 379, 382: Inverter
322: Flipflop
330: Abtast- und Halteschaltung
331: Abtastschalter
332, 375, 512, 518, 519: Kondensator
340, 350: Puffer
341, 343, 352, 354, 355, 361, 372: elektrische Stromquelle
370: Impus-Erzeugungsschaltung
371, 377: Verzögerungsschaltung
351, 353, 374: nMOS-Transistor
378: NICHT-UND-(NAND-)Gatter
380: Bildgebungspixel-Schaltung
400: Pixel-Arraysektion
401: Überwachungspixel
402: Bildgebungspixel
500: Steuerungssektion
510: Sektion zur Erfassung eines Zwischenpixel-Durchschnitts
511: Widerstand
513: Analog-Digital-Umwandlungssektion
514, 517, 523, 532: ADC
515: Durchschnittswert-Filter
516: Selektor
520: Zeitdurchschnitt-Erfassungssektion
521: variabler Widerstand
522: variabler Kondensator
524: digitaler Tiefpassfilter
530: Sektion zur Steuerung eines elektrischen Potenials
531: Verstärker
533: Leistungs-IC
12031: Bildgebungssektion

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2019 [0003]
JP 75394 [0003]

Claims

Lichtdetektierende Vorrichtung, aufweisend: eine erste Pixel-Schaltungsanordnung, die eine erste Lawinen-Fotodiode enthält; eine zweite Pixel-Schaltungsanordnung, die eine zweite Lawinen-Fotodiode, eine erste Verzögerungsschaltung, die einen mit einer Kathode der zweiten Lawinen-Fotodiode gekoppelten Eingang aufweist, und eine erste Schaltung enthält, die einen mit der Kathode der zweiten Lawinen-Fotodiode gekoppelten ersten Eingang und einen mit einem Ausgang der ersten Verzögerungsschaltung gekoppelten zweiten Eingang aufweist; und eine Steuerungsschaltung, die mit einem Ausgang der ersten Schaltung gekoppelt und dafür konfiguriert ist, ein Potential einer Anode der ersten Lawinen-Fotodiode basierend auf der Ausgabe der ersten Schaltung zu steuern.
Lichtdetektierende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuerungsschaltung dafür konfiguriert ist, ein Potential einer Anode der zweiten Lawinen-Fotodiode basierend auf der Ausgabe der ersten Schaltung zu steuern.
Lichtdetektierende Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner aufweisend: eine dritte Pixel-Schaltungsanordnung, die eine dritte Lawinen-Fotodiode, eine zweite Verzögerungsschaltung, die einen Eingang aufweist, der mit einem Potential einer Kathode der dritten Lawinen-Fotodiode gekoppelt ist, und eine zweite Schaltung enthält, die einen mit der Kathode der dritten Lawinen-Fotodiode gekoppelten dritten Eingang und einen mit einem Ausgang der zweiten Verzögerungsschaltung gekoppelten vierten Eingang aufweist.
Lichtdetektierende Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Steuerungsschaltung eine Durchschnittswert-Schaltung enthält, die mit dem Ausgang der ersten Schaltung und einem Ausgang der zweiten Schaltung gekoppelt ist und dafür konfiguriert ist, die Ausgaben der ersten Schaltung und der zweiten Schaltung zu mitteln, um ein Zwischenpixel-Durchschnittssignal abzugeben.
Lichtdetektierende Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Steuerungsschaltung eine Zeitdurchschnittswert-Schaltung enthält, die einen mit einem Ausgang der Durchschnittswert-Schaltung gekoppelten Eingang aufweist und dafür konfiguriert ist, basierend auf dem Zwischenpixel-Durchschnittssignal ein zeitlich gemitteltes Signal abzugeben.
Lichtdetektierende Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Steuerungsschaltung einen Potential-Controller enthält, der mit der Anode der ersten Lawinen-Fotodiode gekoppelt ist.
Lichtdetektierende Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Potential-Controller dafür konfiguriert ist, das Potential der Anode der ersten Lawinen-Fotodiode so zu steuern, dass es niedriger ist, wenn das zeitlich gemittelte Signal ansteigt, und wobei der Potential-Controller dafür konfiguriert ist, das Potential der Anode der ersten Lawinen-Fotodiode so zu steuern, dass es höher ist, wenn das zeitlich gemittelte Signal abnimmt.
Lichtdetektierende Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Steuerungsschaltung einen Analog-Digital-Wandler enthält, der dafür konfiguriert ist, das zeitlich gemittelte Signal in ein Digitalsignal umzuwandeln, und wobei der Potential-Controller eine Leistungselektronik enthält, die dafür konfiguriert ist, das Potential der Anode der ersten Lawinen-Fotodiode basierend auf dem Digitalsignal zu steuern.
Lichtdetektierende Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Durchschnittswert-Schaltung eine Kapazität, einen ersten Widerstand, der zwischen die Kapazität und die erste Verzögerungsschaltung gekoppelt ist, und einen zweiten Widerstand enthält, der zwischen die Kapazität und die zweite Verzögerungsschaltung gekoppelt ist.
Lichtdetektierende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Schaltung eine Halteschaltung enthält, die einen Schalter und eine Kapazität enthält.
Lichtdetektierende Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die erste Schaltung eine erste Pufferschaltung und eine zweite Pufferschaltung enthält, wobei die erste Pufferschaltung zwischen die Kathode der zweiten Lawinen-Fotodiode und die Halteschaltung gekoppelt ist und wobei die Halteschaltung zwischen die erste Pufferschaltung und die zweite Pufferschaltung gekoppelt ist.
Lichtdetektierende Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die erste Pufferschaltung dafür konfiguriert ist, das Potential der Kathode der zweiten Lawinen-Fotodiode zu puffern, um ein erstes Paar differentieller Signale abzugeben, die ein erstes positives Signal und ein erstes negatives Signal enthalten, wobei die Halteschaltung dafür konfiguriert ist, das erste positive Signal gemäß dem ersten Verzögerungssignal abzugeben, und wobei die zweite Pufferschaltung dafür konfiguriert ist, das erste negative Signal und das erste positive Signal zu puffern, um ein zweites Paar differentieller Signale abzugeben, die ein zweites positives Signal und ein zweites negatives Signal enthalten.
Lichtdetektierende Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Steuerungsschaltung eine Durchschnittswert-Schaltung enthält, die einen Analog-Digital-Wandler (ADC), der einen ersten Eingang, der dafür konfiguriert ist, das zweite positive Signal zu empfangen, einen zweiten Eingang, der dafür konfiguriert ist, das zweite negative Signal zu empfangen, und einen Ausgang aufweist, der dafür konfiguriert ist, ein Digitalsignal basierend auf dem zweiten positiven Signal und dem zweiten negativen Signal abzugeben, eine erste Kapazität, die mit dem ersten Eingang des ADC gekoppelt ist, und eine zweite Kapazität enthält, die mit dem zweiten Eingang des ADC gekoppelt ist.
Lichtdetektierende Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die erste Pufferschaltung eine erste Stromquelle und einen der mit der ersten Stromquelle gekoppelten ersten Transistor und eine zweite Stromquelle und einen mit der zweiten Stromquelle gekoppelten zweiten Transistor enthält.
Lichtdetektierende Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei der erste Transistor mit einem Knoten gekoppelt ist, der dafür konfiguriert ist, das Potential der Kathode der zweiten Lawinen-Fotodiode zu empfangen, und dafür konfiguriert ist, das erste positive Signal gemäß einem Strom von der ersten Stromquelle abzugeben, und wobei der zweite Transistor mit einem Knoten gekoppelt ist, der dafür konfiguriert ist, ein Massesignal zu empfangen, und dafür konfiguriert ist, das erste negative Signal gemäß einem Strom von der zweiten Stromquelle abzugeben.
Lichtdetektierende Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die zweite Pufferschaltung eine dritte Stromquelle und einen mit der dritten Stromquelle gekoppelten dritten Transistor und eine vierte Stromquelle und einen mit der vierten Stromquelle gekoppelten vierten Transistor enthält.
Lichtdetektierende Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei der dritte Transistor dafür konfiguriert ist, das erste positive Signal zu empfangen und das zweite positive Signal gemäß einem Strom von der dritten Stromquelle abzugeben, und wobei der vierte Transistor dafür konfiguriert ist, das erste negative Signal zu empfangen und das zweite negative Signal gemäß einem Strom von der vierten Stromquelle abzugeben.
Lichtdetektierende Vorrichtung, aufweisend: eine erste Pixel-Schaltungsanordnung, die eine erste Lawinen-Fotodiode enthält; eine zweite Pixel-Schaltungsanordnung, die eine zweite Lawinen-Fotodiode, eine erste Verzögerungsschaltung, die dafür konfiguriert ist, ein erstes Verzögerungssignal basierend auf einem ersten Potential einer Kathode der zweiten Lawinen-Fotodiode zu erzeugen, und eine erste Schaltung enthält, die dafür konfiguriert ist, ein zweites Potential der Kathode der zweiten Lawinen-Fotodiode abzutasten und das abgetastete zweite Potential basierend auf dem ersten Verzögerungssignal abzugeben; und eine Steuerungsschaltung, die dafür konfiguriert ist, ein Potential einer Anode der ersten Lawinen-Fotodiode basierend auf dem von der ersten Schaltung abgegebenen abgetasteten zweiten Potential zu steuern.
System, aufweisend: eine Lichtquelle; und eine lichtdetektierende Vorrichtung, die eine erste Pixel-Schaltungsanordnung, die eine erste Lawinen-Fotodiode enthält, eine zweite Pixel-Schaltungsanordnung, die eine zweite Lawinen-Fotodiode, eine erste Verzögerungsschaltung, die einen mit einer Kathode der zweiten Lawinen-Fotodiode gekoppelten Eingang aufweist, und eine erste Schaltung enthält, die einen mit der Kathode der zweiten Lawinen-Fotodiode gekoppelten ersten Eingang und einen mit einem Ausgang der ersten Verzögerungsschaltung gekoppelten zweiten Eingang aufweist; und eine Steuerungsschaltung enthält, die mit einem Ausgang der ersten Schaltung gekoppelt und dafür konfiguriert ist, ein Potential einer Anode der ersten Lawinen-Fotodiode basierend auf der Ausgabe der ersten Schaltung zu steuern.
Lichtdetektierende Vorrichtung, aufweisend: eine erste Pixel-Schaltungsanordnung, die eine erste Lawinen-Fotodiode enthält; eine zweite Pixel-Schaltungsanordnung, die eine zweite Lawinen-Fotodiode, eine erste Verzögerungsschaltung, die einen mit einer Anode der zweiten Lawinen-Fotodiode gekoppelten Eingang aufweist, und eine erste Schaltung enthält, die einen mit der Anode der zweiten Lawinen-Fotodiode gekoppelten ersten Eingang und einen mit einem Ausgang der ersten Verzögerungsschaltung gekoppelten zweiten Eingang aufweist; und eine Steuerungsschaltung, die mit einem Ausgang der ersten Schaltung gekoppelt und dafür konfiguriert ist, ein Potential einer Kathode der ersten Lawinen-Fotodiode basierend auf der Ausgabe der ersten Schaltung zu steuern.