DE112021001237T5

DE112021001237T5 - Bildgebungsschaltung und bildgebungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112021001237T5
Application number: DE112021001237.1T
Authority: DE
Inventors: Katsuhiko HANZAWA; Hirotsugu Takahashi
Original assignee: Sony Semiconductor Solutions Corp
Current assignee: Sony Semiconductor Solutions Corp
Priority date: 2020-02-26
Filing date: 2021-02-17
Publication date: 2023-01-05
Also published as: WO2021172145A1; JP2023040318A; US20230108619A1; CN115136587A

Abstract

[Aufgabe] Bereitstellen einer Bildgebungsschaltung und einer Bildgebungsvorrichtung, die in der Lage sind, ein Umschalten von Ausgabearten zu erreichen, während ein Schaltungsumfang reduziert wird.[Lösung] Eine Bildgebungsschaltung gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst Folgendes: ein fotoelektrisches Umwandlungselement, das einfallendes Licht in einen Fotostrom umwandelt; einen ersten Transistor, der den Fotostrom in ein Spannungssignal umwandelt; einen zweiten Transistor, der das Spannungssignal verstärkt; einen dritten Transistor, der einen dem ersten Transistor zuzuführenden Strom steuert; und einen vierten Transistor, der mit dem zweiten Transistor verbunden ist.

Description

[Technisches Gebiet]
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Bildgebungsschaltung und eine Bildgebungsvorrichtung.
[Stand der Technik]
In typischen Bildgebungsvorrichtungen werden häufig synchrone Bildgebungselemente verwendet, die Bilddaten (Frames) mit Timings von Synchronisationssignalen erfassen. Die synchronen Bildgebungselemente können die Bilddaten jedoch nur zu Zykluszeiten (beispielsweise alle 1/60 Sekunden) der Synchronisationssignale erhalten und sind nicht für Anwendungen geeignet, die Bilddaten mit höheren Geschwindigkeiten erfassen. Daher wurden asynchrone Bildgebungselemente vorgeschlagen. Pixel von asynchronen Bildgebungselementen weisen eine Ereignisdetektionsschaltung auf, die in der Lage ist, für jede Adresse als Ereignis in Echtzeit zu erfassen, dass die Lichtmenge einen Schwellenwert überschreitet.
[Liste bekannter Schriften]
[Patentliteratur]
[PTL 1] JP 2016-533140 T
[Kurz darstellun g]
[Technisches Problem]
Asynchrone Festkörper-Bildgebungselemente können Daten mit höheren Geschwindigkeiten erzeugen und ausgeben als synchrone Festkörper-Bildgebungselemente. Die Verwendung von asynchronen Festkörper-Bildgebungselementen kann die Sicherheit verbessern, indem beispielsweise eine Verarbeitung zum Durchführen einer Bilderkennung von Personen oder Hindernissen bei höheren Geschwindigkeiten im Transportbereich ausgeführt wird. Es besteht jedoch das Problem, dass das Vorsehen einer Adressereignisdetektionsschaltung und einer Synchronisationsdetektionsschaltung in jedem Pixel zu einer Vergrößerung der Installationsfläche führen kann.
Die vorliegende Offenbarung stellt eine Bildgebungsschaltung und eine Bildgebungsvorrichtung bereit, die in der Lage sind, Ausgabearten umzuschalten, während der Schaltungsumfang reduziert wird.
[Lösung des Problems]
Ein Aspekt einer Bildgebungsschaltung gemäß der vorliegenden Offenbarung kann Folgendes umfassen: ein fotoelektrisches Umwandlungselement, das einfallendes Licht in einen Fotostrom umwandelt; einen ersten Transistor, der den Fotostrom in ein Spannungssignal umwandelt; einen zweiten Transistor, der das Spannungssignal verstärkt; einen dritten Transistor, der einen dem ersten Transistor zuzuführenden Strom steuert; und einen vierten Transistor, der mit dem zweiten Transistor verbunden ist.
Die Bildgebungsschaltung kann ferner Folgendes umfassen: einen fünften Transistor, der zwischen einen ersten Knoten, der eine Steuerelektrode des ersten Transistors mit einem ersten Anschluss des zweiten Transistors koppelt, und ein erstes Referenzpotenzial geschaltet ist.
Ein Puffer, ein Subtrahierer und ein Quantisierer können ferner mit einer Stufe nach dem ersten Knoten verbunden sein.
Eine Steuereinheit, die dazu ausgelegt ist, ein Umschalten zwischen einem ersten Modus, in dem der dritte Transistor und der vierte Transistor eingeschaltet sind und der fünfte Transistor als Stromquelle verwendet wird, und einem zweiten Modus, in dem eine Impulsspannung an eine Steuerelektrode des dritten Transistors angelegt wird, der vierte Transistor eingeschaltet ist und der fünfte Transistor ausgeschaltet ist, erreichen zu können, kann ferner enthalten sein.
Die Steuereinheit kann dazu ausgelegt sein, ein Umschalten zwischen dem ersten Modus und dem zweiten Modus gemäß der gemessenen Lichtmenge zu erreichen.
Ferner kann ein sechster Transistor enthalten sein, der zwischen das fotoelektrische Umwandlungselement und einen zweiten Knoten geschaltet ist, der einen ersten Anschluss des ersten Transistors mit einer Steuerelektrode des zweiten Transistors koppelt.
Der erste Transistor und der zweite Transistor können in einer mehrstufigen logarithmischen Transformationsschaltung enthalten sein.
Ferner kann ein sechster Transistor enthalten sein, der zwischen einen dritten Knoten, der den zweiten Anschluss des zweiten Transistors und einen zweiten Anschluss des vierten Transistors koppelt, und ein zweites Referenzpotenzial geschaltet ist.
Eine Steuereinheit, die dazu ausgelegt ist, ein Umschalten zwischen einem ersten Modus, in dem der dritte Transistor eingeschaltet ist, der vierte Transistor ausgeschaltet ist, der fünfte Transistor als Stromquelle verwendet wird und der sechste Transistor eingeschaltet ist, und einem zweiten Modus, in dem eine Impulsspannung an eine Steuerelektrode des dritten Transistors angelegt wird, der vierte Transistor eingeschaltet ist, der fünfte Transistor ausgeschaltet ist und der sechste Transistor ausgeschaltet ist, erreichen zu können, kann ferner enthalten sein.
Ferner können ein erster Schalter mit einer Stufe davor, mit der die Steuerelektrode des ersten Transistors und der erste Anschluss des zweiten Transistors verbunden sind, und ein zweiter Schalter mit einer Stufe davor, mit der ein zweiter Anschluss des zweiten Transistors und ein erster Anschluss des vierten Transistors verbunden sind, enthalten sein, und der vierte Transistor kann zwischen den zweiten Transistor und ein zweites Referenzpotenzial geschaltet sein.
Ein Puffer, ein Subtrahierer und ein Quantisierer können mit einer Stufe nach dem ersten Schalter verbunden sein, und ein Analog-Digital-Wandler kann mit einer Stufe nach dem zweiten Schalter verbunden sein.
Eine Steuereinheit, die dazu ausgelegt ist, ein Umschalten zwischen einem ersten Modus, in dem der dritte Transistor und der vierte Transistor eingeschaltet sind, der fünfte Transistor als Stromquelle verwendet wird, der erste Schalter eingeschaltet ist und der zweite Schalter ausgeschaltet ist, und einem zweiten Modus, in dem eine Impulsspannung an eine Steuerelektrode des dritten Transistors angelegt wird, der vierte Transistor eingeschaltet ist, der fünfte Transistor ausgeschaltet ist, der erste Schalter ausgeschaltet ist und der zweite Schalter eingeschaltet ist, erreichen zu können, kann ferner enthalten sein.
Das fotoelektrische Umwandlungselement und der fünfte Transistor können auf unterschiedlichen Chips oder Substraten montiert sein.
Eine Bildgebungsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann Folgendes umfassen: einen Analog-Digital-Wandler; und mehrere Bildgebungsschaltungen, in denen der erste Anschluss des vierten Transistors in jeder der Bildgebungsschaltungen über eine Signalleitung mit dem Analog-Digital-Wandler verbunden sein kann.
Ein dritter Schalter, ein vierter Schalter und eine Stromquelle können ferner enthalten sein, der dritte Schalter kann zwischen die Signalleitung und ein zweites Referenzpotenzial geschaltet sein, und der vierte Schalter und die Stromquelle können zwischen der Signalleitung und dem zweiten Referenzpotenzial in Reihe geschaltet sein.
Eine Steuereinheit, die dazu ausgelegt ist, ein Umschalten zwischen einem ersten Modus, in dem der dritte Transistor und der vierte Transistor eingeschaltet sind, der fünfte Transistor als Stromquelle verwendet wird, der dritte Schalter eingeschaltet ist und der vierte Schalter ausgeschaltet ist, und einem zweiten Modus, in dem eine Impulsspannung an eine Steuerelektrode des dritten Transistors angelegt wird, der vierte Transistor eingeschaltet ist, der fünfte Transistor ausgeschaltet ist, der dritte Schalter eingeschaltet ist und der vierte Schalter ausgeschaltet ist, erreichen zu können, kann ferner enthalten sein.
Die Steuereinheit kann dazu ausgelegt sein, ein Umschalten zwischen dem ersten Modus und dem zweiten Modus gemäß der gemessenen Lichtmenge zu erreichen.
Floatende Diffusionsschichten der mindestens zwei Bildgebungsschaltungen können über einen siebten Transistor verbunden sein.
Die zweiten Anschlüsse der ersten Transistoren in den mindestens zwei Bildgebungsschaltungen können über einen achten Transistor verbunden sein.
Die fotoelektrischen Umwandlungselemente, die ersten Transistoren, die zweiten Transistoren, die dritten Transistoren und die vierten Transistoren der mehreren Bildgebungsschaltungen können auf demselben Chip oder Substrat montiert sein.
Figurenliste

[1] 1 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Bildgebungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt.
[2] 2 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Laminierungsstruktur eines Bildgebungselements darstellt.
[3] 3 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel eines Lichtempfangschips gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt.
[4] 4 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel eines Detektionschips gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt.
[5] 5 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel einer Adressereignisdetektionseinheit darstellt.
[6] 6 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Adressereignisdetektionsschaltung darstellt.
[7] 7 ist ein Schaltbild, das ein Beispiel einer Adressereignisdetektionsschaltung darstellt.
[8] 8 ist ein Schaltbild, das ein Beispiel einer Bildgebungsschaltung gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt.
[9] 9 ist eine Tabelle, die ein Einstellungsbeispiel der Schaltung in 8 darstellt.
[10] 10 ist ein Schaltbild, das ein Beispiel einer Bildgebungsschaltung gemäß einem ersten Modifikationsbeispiel darstellt.
[11] 11 ist eine Tabelle, die ein Einstellungsbeispiel der Schaltung in 10 darstellt.
[12] 12 ist ein Flussdiagramm, das ein Verarbeitungsbeispiel zum Umschalten zwischen logarithmischem Lesen und linearem Lesen darstellt.
[13] 13 ist ein Flussdiagramm, das ein Verarbeitungsbeispiel zum Umschalten zwischen logarithmischem Lesen und linearem Lesen darstellt.
[14] 14 ist ein Schaltbild, das ein Beispiel einer Bildgebungsschaltung gemäß einem zweiten Modifikationsbeispiel darstellt.
[15] 15 ist ein Schaltbild, das ein Beispiel einer Bildgebungsschaltung gemäß einem dritten Modifikationsbeispiel darstellt.
[16] 16 ist ein Schaltbild, das ein Beispiel einer Bildgebungsschaltung gemäß einem vierten Modifikationsbeispiel darstellt.
[17] 17 ist ein Schaltbild, das ein Beispiel einer Bildgebungsschaltung gemäß einem fünften Modifikationsbeispiel darstellt.
[18] 18 ist ein Schaltbild, das ein Beispiel einer Bildgebungsschaltung gemäß einem sechsten Modifikationsbeispiel darstellt.
[19] 19 ist ein Schaltbild, das ein Beispiel einer Bildgebungsschaltung gemäß einem siebten Modifikationsbeispiel darstellt.
[20] 20 ist ein Schaltbild, das ein Beispiel einer Bildgebungsschaltung gemäß einem achten Modifikationsbeispiel darstellt.
[21] 21 ist ein Schaltbild, das ein Beispiel einer Bildgebungsschaltung gemäß einem neunten Modifikationsbeispiel darstellt.
[22] 22 ist ein Schaltbild, das ein Beispiel einem Bildgebungselement gemäß einem zehnten Modifikationsbeispiel darstellt.
[23] 23 ist ein Schaltbild, das ein Beispiel einer Bildgebungsschaltung gemäß einem elften Modifikationsbeispiel darstellt.
[24] 24 ist eine Tabelle, die ein Einstellungsbeispiel der Schaltung in 23 darstellt.
[25] 25 ist ein Schaltbild, das ein Beispiel einer Bildgebungsschaltung gemäß einem zwölften Modifikationsbeispiel darstellt.
[26] 26 ist ein Schaltbild, das ein Beispiel einer Bildgebungsschaltung gemäß einem dreizehnten Modifikationsbeispiel darstellt.
[27] 27 ist ein Schaltbild, das ein Beispiel einer Bildgebungsschaltung gemäß einem vierzehnten Modifikationsbeispiel darstellt.
[28] 28 ist ein Schaltbild, das ein Beispiel einer Bildgebungsschaltung gemäß einem fünfzehnten Modifikationsbeispiel darstellt.
[29] 29 ist ein Diagramm, das ein erstes Implementierungsbeispiel der Bildgebungsschaltung darstellt.
[30] 30 ist ein Diagramm, das ein zweites Implementierungsbeispiel der Bildgebungsschaltung darstellt.
[31] 31 ist ein Diagramm, das ein drittes Implementierungsbeispiel der Bildgebungsschaltung darstellt.
[32] 32 ist ein Diagramm, das ein viertes Implementierungsbeispiel der Bildgebungsschaltung darstellt.
[33] 33 ist ein Diagramm, das ein fünftes Implementierungsbeispiel der Bildgebungsschaltung darstellt.
[34] 34 ist ein Diagramm, das ein sechstes Implementierungsbeispiel der Bildgebungsschaltung darstellt.
[35] 35 ist ein Diagramm, das ein siebtes Implementierungsbeispiel der Bildgebungsschaltung darstellt.
[36] 36 ist ein Diagramm, das ein achtes Implementierungsbeispiel der Bildgebungsschaltung darstellt.
[37] 37 ist ein Diagramm, das ein erstes Implementierungsbeispiel der Detektionsschaltung darstellt.
[38] 38 ist ein Diagramm, das ein zweites Implementierungsbeispiel der Detektionsschaltung darstellt.
[39] 39 ist ein Diagramm, das ein drittes Implementierungsbeispiel der Detektionsschaltung darstellt.
[40] 40 ist ein Diagramm, das ein viertes Implementierungsbeispiel der Detektionsschaltung darstellt.
[41] 41 ist ein Diagramm, das ein fünftes Implementierungsbeispiel der Detektionsschaltung darstellt.
[42] 42 ist ein Diagramm, das ein sechstes Implementierungsbeispiel der Detektionsschaltung darstellt.
[43] 43 ist ein Blockdiagramm, das ein schematisches Konfigurationsbeispiel eines Fahrzeugsteuersystems darstellt.
[44] 44 ist ein Diagramm, das ein Beispiel von Positionen veranschaulicht, an denen eine Bildgebungseinheit und eine Fahrzeugaußenbereichsinformationsdetektionseinheit montiert sind.

[Beschreibung der Ausführungsformen]
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren ausführlich beschrieben. Außerdem werden in der vorliegenden Beschreibung und den Figuren Komponenten mit im Wesentlichen der gleichen Funktionskonfiguration durch die gleichen Bezugsziffern bezeichnet und dementsprechend wird auf wiederholte Beschreibungen dieser verzichtet.
[Konfigurationsbeispiel der Bildgebungsvorrichtung]
1 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Bildgebungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt. Eine Bildgebungsvorrichtung 100 in 1 umfasst eine Bildgebungslinse 110, ein Bildgebungselement 200, eine Speichereinheit 120 und eine Steuereinheit 130. Die Bildgebungsvorrichtung 100 ist zum Beispiel eine in einer Wearable-Vorrichtung montierte Kamera oder eine Fahrzeugkamera.
Die Bildgebungslinse 110 sammelt einfallendes Licht auf dem Bildgebungselement 200.
Das Bildgebungselement 200 umfasst mehrere Pixel. Jedes der mehreren Pixel erzeugt ein Adressereignis, wenn ein Absolutwert des Änderungsbetrags der Leuchtdichte einen Schwellenwert überschreitet. Das Adressereignis umfasst beispielsweise ein EIN-Ereignis und ein AUS-Ereignis. Hier gibt das EIN-Ereignis an, dass eine detektierte Leuchtdichte einen ersten Schwellenwert überschritten hat. Das AUS-Ereignis gibt an, dass die detektierte Leuchtdichte unter einen zweiten Schwellenwert gefallen ist. Beispielsweise ist es möglich, als den ersten Schwellenwert einen Wert zu verwenden, der größer als ein Referenzwert ist. Außerdem ist es möglich, als den zweiten Schwellenwert einen Wert zu verwenden, der kleiner als der Referenzwert ist. Ein Verfahren zum Einstellen des ersten Schwellenwerts und des zweiten Schwellenwerts ist jedoch nicht beschränkt.
Jedes Pixel des Bildgebungselements 200 gibt ein Detektionssignal aus, das ein Ergebnis der Detektion eines Adressereignisses angibt. Jedes Detektionssignal umfasst beispielsweise ein EIN-Ereignis-Detektionssignal VCH, das das Vorhandensein/Fehlen eines EIN-Ereignisses angibt, und ein AUS-Ereignis-Detektionssignal VCL, das das Vorhandensein/Fehlen eines AUS-Ereignisses angibt. Es sei angemerkt, dass die Pixel in dem Bildgebungselement 200 sowohl das EIN-Ereignis als auch das AUS-Ereignis als Ziele detektieren können oder eines dieser Ereignisse als ein Ziel detektieren können.
Das Bildgebungselement 200 kann Bilddaten aus den Detektionssignalen erzeugen. Außerdem führt das Bildgebungselement 200 eine vorbestimmte Verarbeitung, wie etwa eine Erkennungsverarbeitung, an den Bilddaten aus. Dann gibt das Bildgebungselement 200 Daten nach der Verarbeitung über eine Signalleitung 209 an die Speichereinheit 120 aus.
Die Speichereinheit 120 ist dazu eingerichtet, die Datenausgabe von dem Bildgebungselement 200 aufzuzeichnen. Die Steuereinheit 130 steuert das Bildgebungselement 200 und realisiert das Erfassen von Bilddaten mit einem gewünschten Timing.
[Konfigurationsbeispiel des Bildgebungselements]
2 stellt ein Beispiel einer Laminierungsstruktur des Bildgebungselements 200 dar. Das Bildgebungselement 200 in 2 umfasst einen Detektionschip 202 und einen Lichtempfangschip 201, der auf den Detektionschip 202 laminiert ist. Es ist möglich, eine elektrische Verbindung zwischen diesen Chips über einen Verbindungsabschnitt, wie etwa eine Durchkontaktierung, herzustellen. Die elektrische Verbindung ist nicht auf eine Durchkontaktierung beschränkt und kann durch Cu-Cu-Bonden oder einen Kontakthöcker erreicht werden.
3 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel des Lichtempfangschips 201 darstellt. Der Lichtempfangschip 201 ist mit einer Lichtempfangseinheit 220 versehen. Mehrere Fotodioden 221 sind in einer zweidimensionalen Gitterform in der Lichtempfangseinheit 220 ausgerichtet. Die Fotodioden 221 sind dazu ausgelegt, eine fotoelektrische Umwandlung an einfallendem Licht durchzuführen, um einen Fotostrom zu erzeugen. Jeder dieser Fotodioden 221 ist eine Pixeladresse einschließlich einer Zeilenadresse und einer Spaltenadresse zugeordnet. Daher ist es möglich, verschiedene Steuerungsarten durch Bestimmen einer Zeilenadresse, einer Spaltenadresse oder einer Pixeladresse durchzuführen.
4 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel des Detektionschips 202 darstellt. Der Detektionschip 202 in 4 umfasst eine Signalverarbeitungsschaltung 230, eine Zeilenansteuerungsschaltung 251, eine Spaltenansteuerungsschaltung 252, eine Adresshalteeinheit 253 und eine Adressereignisdetektionseinheit 260.
Die Adressereignisdetektionseinheit 260 erzeugt ein Adressereignis, wenn ein Absolutwert des Änderungsbetrags der Leuchtdichte für jede der mehreren Fotodioden 221 (Pixel) einen vorbestimmten Schwellenwert überschritten hat. Dann erzeugt die Adressereignisdetektionseinheit 260 ein Detektionssignal, das ein Ergebnis der Detektion eines Adressereignisses für jedes Pixel angibt. Dann gibt die Adressereignisdetektionseinheit 260 ein Detektionssignal gemäß einem Freigabesignal in die Signalverarbeitungsschaltung 230 ein.
Hier ist das Freigabesignal ein Signal zum Bestimmen, ob eine Ausgabe eines Detektionssignals für jedes Pixel aktiviert werden soll oder nicht. Weist das Freigabesignal eine Wellenform zum Aktivieren einer Ausgabe auf, so wird ein Detektionssignal von einem entsprechenden Pixel ausgegeben. Dagegen wird kein Detektionssignal von einem entsprechenden Pixel ausgegeben, wenn das Freigabesignal eine Wellenform aufweist, die die Ausgabe deaktiviert.
Die Zeilenansteuerungsschaltung 251 ist dazu ausgelegt, eine Zeilenadresse auszuwählen und ein der Zeilenadresse entsprechendes Detektionssignal an die Adressereignisdetektionseinheit 260 auszugeben.
Die Spaltenansteuerungsschaltung 252 ist dazu ausgelegt, eine Spaltenadresse auszuwählen, und bewirkt, dass ein der Spaltenadresse entsprechendes Detektionssignal an die Adressereignisdetektionseinheit 260 ausgegeben wird.
Die Adresshalteeinheit 253 ist dazu ausgelegt, eine Pixeladresse eines defekten Pixels zu halten, in dem eine Anomalie aufgetreten ist.
Die Signalverarbeitungsschaltung 230 ist dazu eingerichtet, eine vorbestimmte Signalverarbeitung an einem Detektionssignal von der Adressereignisdetektionseinheit 260 auszuführen. Die Signalverarbeitungsschaltung 230 richtet Detektionssignale als Pixelsignale in einer zweidimensionalen Gitterform aus und erfasst Bilddaten. Dann führt die Signalverarbeitungsschaltung 230 eine Signalverarbeitung, wie etwa eine Bilderkennungsverarbeitung, an den Bilddaten durch.
Es sei angemerkt, dass die Signalverarbeitungsschaltung 230 eine Funktion zum Erfassen einer Häufigkeit, mit der ein Adressereignis für jedes Pixel detektiert wird, und zum Spezifizieren eines defekten Pixels auf Grundlage des statistischen Betrags der Detektionshäufigkeit aufweisen kann. In diesem Fall hält die Signalverarbeitungsschaltung 230 die Pixeladresse des defekten Pixels in der Adresshalteeinheit 253. Außerdem erzeugt die Signalverarbeitungsschaltung 230 ein Freigabesignal für jedes Pixel und führt das Freigabesignal der Adressereignisdetektionseinheit 260 zu. Als das dem defekten Pixel entsprechende Freigabesignal wird ein Freigabesignal mit einer Wellenform ausgegeben, die eine Ausgabe deaktiviert.
5 ist ein Beispiel einer Draufsicht der Adressereignisdetektionseinheit 260. In der Adressereignisdetektionseinheit 260 in 5 sind mehrere Adressereignisdetektionsschaltungen 300 in Form eines zweidimensionalen Gitters ausgerichtet. Jeder Adressereignisdetektionsschaltung 300 ist eine Pixeladresse zugeordnet. Außerdem sind die Adressereignisdetektionsschaltungen 300 mit Fotodioden 221 mit denselben Adressen oder entsprechenden Adressen verbunden.
Die Adressereignisdetektionsschaltungen 300 sind dazu ausgelegt, Spannungssignale gemäß Fotoströmen von der entsprechenden Fotodiode 221 zu quantisieren. Außerdem sind die Adressereignisdetektionsschaltungen 300 dazu ausgelegt, als Detektionssignale Spannungssignale ausgeben, die gemäß den Freigabesignalen quantisiert sind.
[Konfigurationsbeispiel einer Adressereignisdetektionsschaltung]
6 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel jeder Adressereignisdetektionsschaltung 300 darstellt. Die Adressereignisdetektionsschaltung 300 in 6 umfasst eine Strom-Spannung-Umwandlungsschaltung 310, einen Puffer 320, einen Subtrahierer 430, einen Quantisierer 340, eine Übertragungsschaltung 350 und N-Typ-Transistoren 361 und 362.
Die Strom-Spannung-Umwandlungsschaltung 310 ist dazu ausgelegt, ein Stromsignal von einer entsprechenden Fotodiode 221 in ein Spannungssignal umzuwandeln. Außerdem liefert die Strom-Spannung-Umwandlungsschaltung 310 das Spannungssignal an den Puffer 320.
Der Puffer 320 ist dazu ausgelegt, das eingegebene Spannungssignal an den Subtrahierer 430 auszugeben. Es ist möglich, durch Verwendung des Puffers 320 die Leistung zum Ansteuern der Schaltungen in der nachfolgenden Stufe zu erhöhen. Außerdem ist es möglich, durch den Puffer 320 eine Isolierung von Rauschen sicherzustellen, das einen Schaltvorgang in der nachfolgenden Stufe begleitet.
Der Subtrahierer 430 ist dazu ausgelegt, den Änderungsbetrag in dem Korrektursignal durch Ausführen einer Subtraktionsverarbeitung zu erhalten. Der Subtrahierer 430 liefert den Änderungsbetrag als Differenzsignal an den Quantisierer 340 in der nachfolgenden Stufe.
Der Quantisierer 340 ist dazu ausgelegt, das Differenzsignal mit einem vorbestimmten Schwellenwert zu vergleichen und wandelt ein analoges Differenzsignal in ein digitales Detektionssignal um. Die Verarbeitung entspricht einer Quantisierungsverarbeitung. Der Quantisierer 340 vergleicht das Differenzsignal mit einem ersten Schwellenwert und einem zweiten Schwellenwert und liefert das Vergleichsergebnis beispielsweise als ein 2-Bit-Detektionssignal an die Übertragungsschaltung 350 . Es sei angemerkt, dass der Quantisierer 340 ein Beispiel eines Komparators ist.
Die N-Typ-Transistoren 361 und 362 können die an die Strom-Spannung-Umwandlungsschaltung 310, den Puffer 320, den Subtrahierer 430, den Quantisierer 340 und die Übertragungsschaltung 350 zu liefernde Leistung gemäß einem Freigabesignal ein- und ausschalten. Als diese N-Typ-Transistoren können Metall-Oxid-Halbleiter(MOS)-Transistoren verwendet werden. Die N-Typ-Transistoren 361 und 362 sind zwischen einem Versorgungsanschluss und einer Versorgungsleitung 363 in Reihe geschaltet, und Freigabesignale ENx und ENy, die von der Signalverarbeitungsschaltung 230 zugeführt werden, werden in Gates davon eingegeben. Die Versorgungsleitung 363 ist mit jedem der Versorgungsanschlüsse der Strom-Spannung-Umwandlungsschaltung 310, des Puffers 320, des Subtrahierers 430 und des Quantisierers 340 verbunden. Es sei angemerkt, dass die N-Typ-Transistoren 361 und 362 Beispiele für Transistoren sind.
Hier sind die Freigabesignale ENx und ENy Signale zum Bereitstellen einer Anweisung bezüglich dessen, ob eine Ausgabe eines Pixels mit einer Pixeladresse (x, y) zu aktivieren ist oder nicht. Beispielsweise werden in einem Fall, in dem der Ausgang aktiviert werden soll, beide Freigabesignale ENx und ENy auf einen High-Pegel gesetzt. Außerdem wird in einem Fall, in dem der Ausgang deaktiviert werden soll, mindestens eines der Freigabesignale ENx und ENy auf einen Low-Pegel gesetzt.
Die Übertragungsschaltung 350 ist dazu ausgelegt, ein Detektionssignal gemäß einem Spaltenansteuerungssignal von der Spaltenansteuerungsschaltung 252 an die Signalverarbeitungsschaltung 230 zu übertragen.
7 ist ein Schaltbild, das ein Beispiel einer allgemeinen Adressereignisdetektionsschaltung darstellt. Hier ist die Adressereignisschaltung ein Beispiel einer Bildgebungsschaltung. In 7 sind Abschnitte, die der Fotodiode 221, der Strom-Spannung-Umwandlungsschaltung 310, dem Puffer 320, dem Subtrahierer 430, dem Quantisierer 340 und der Übertragungsschaltung 350 in 6 entsprechen, detailliert dargestellt.
Die Adressereignisdetektionsschaltung in 7 umfasst eine Fotodiode PD, eine Strom-Spannung-Umwandlungsschaltung 2, einen Puffer 3, einen Subtrahierer 4, einen Quantisierer 5 und eine Logikschaltung 6.
Eine Anode der Fotodiode PD ist mit Masse verbunden. Als Masse kann beispielsweise ein Referenzpotenzial der Schaltung oder ein Referenzpotenzial des Substrats verwendet werden. Die Art des als Masse verwendeten Referenzpotenzials ist jedoch nicht beschränkt.
Die Strom-Spannung-Umwandlungsschaltung 2 in 7 ist eine Detektionsschaltung, die eine allgemeine logarithmische Ausgabe durchführt. Die Strom-Spannung-Umwandlungsschaltung 2 umfasst einen Transistor 20, einen Transistor 21 und einen Transistor 23. Als Transistor 20 und Transistor 21 können beispielsweise NMOS-Transistoren verwendet werden. Außerdem kann als Transistor 23 beispielsweise ein PMOS-Transistor verwendet werden. Eine Vorspannung PBias wird an einen Gate-Anschluss des Transistors 23 angelegt. Es ist möglich, den Transistor 23 als Stromquellentransistor gemäß dem Wert der Vorspannung PBias zu verwenden.
Eine Source des Transistors 20 ist mit einer Kathode der Fotodiode PD verbunden. Ein Drain des Transistors 20 ist mit einem Versorgungspotenzial verbunden. Ein Gate des Transistors 20 ist mit einer Source des Transistors 21 verbunden. Außerdem ist eine Source des Transistors 23 mit einem Versorgungspotenzial VDD verbunden. Außerdem ist ein Drain des Transistors 23 mit dem Gate des Transistors 20 und der Source des Transistors 21 verbunden. Außerdem ist ein Gate des Transistors 21 mit der Source des Transistors 20 und der Kathode der Fotodiode PD verbunden. Ein Drain des Transistors 21 ist mit Masse verbunden.
Die Strom-Spannung-Umwandlungsschaltung 2 wandelt einen durch die Fotodiode PD fließenden Strom in einen Spannungswert einer logarithmischen Ausgabe um. Obgleich die Strom-Spannung-Umwandlungsschaltung 2 in 7 eine Source-geerdete logarithmische Transformationsschaltung ist, ist diese Konfiguration nur ein Beispiel. Daher kann eine Schaltung mit einer anderen Konfiguration zum Umwandeln eines Stroms in eine Spannung verwendet werden. Als Strom-Spannung-Umwandlungsschaltung 2 kann beispielsweise eine Diodenschaltung, eine Gate-geerdete Schaltung oder eine Verstärkungsgeboostete (mehrstufige) logarithmische Transformationsschaltung verwendet werden.
Der Puffer 3 umfasst einen Transistor 30 und eine Stromquelle S1. Als Transistor 30 kann beispielsweise ein NMOS-Transistor verwendet werden. Als Stromquelle S1 kann beispielsweise ein PMOS-Transistor verwendet werden. Eine Source des Transistors 30 ist mit einem Versorgungspotenzial verbunden. Außerdem ist ein Gate des Transistors 30 mit der Strom-Spannung-Umwandlungsschaltung 2 verbunden (im Fall des Beispiels in 7 einem Knoten zwischen dem Drain des Transistors 23 und der Source des Transistors 21). Die Stromquelle S1 ist zwischen einen Drain des Transistors 30 und Masse geschaltet.
Der Puffer 3 ist eine Sourcefolgerschaltung, die eine Impedanzumwandlung durchführt. Durch Verwendung der Sourcefolgerschaltung ist es möglich, eine hohe Eingangsimpedanz und eine niedrige Ausgangsimpedanz unabhängig von der Verstärkung des Spannungssignalausgangs von der Strom-Spannung-Umwandlungsschaltung 2 beizubehalten.
Der Subtrahierer 4 umfasst einen Kondensator C1, einen Kondensator C2, einen Transistor 31, einen Transistor 32 und eine Stromquelle S2. Als Transistor 31 und Transistor 32 können beispielsweise PMOS-Transistoren verwendet werden. Als Stromquelle S2 kann beispielsweise ein NMOS-Transistor verwendet werden.
Eine Source des Transistors 32 ist mit einem Versorgungspotenzial verbunden. Die Stromquelle S2 ist zwischen einen Drain des Transistors 32 und Masse geschaltet. Außerdem sind der Kondensator C1 und der Kondensator C2 zwischen einem Knoten, der den Drain des Transistors 32 mit der Stromquelle S2 koppelt, und einem Knoten, der den Drain des Transistors 30 mit der Stromquelle S1 koppelt, in Reihe geschaltet. Sowohl das Gate des Transistors 32 als auch die Source des Transistors 31 sind mit dem Knoten verbunden, der den Kondensator C1 mit dem Kondensator C2 koppelt. Der Drain des Transistors 31 ist mit dem Knoten verbunden, der den Drain des Transistors 32 mit der Stromquelle S2 koppelt.
Der Transistor 32 und die Stromquelle S2 bilden einen Inverter mit dem als Eingangsseite verwendeten Gate des Transistors 32 und mit dem als Ausgangsseite verwendeten Knoten, der den Drain des Transistors 32 mit der Stromquelle S2 koppelt. Der Inverter ist dazu ausgelegt, eine Eingangsspannung zu invertieren und die invertierte Eingangsspannung auszugeben. Der Kondensator C2 ist mit dem Inverter parallel geschaltet. Eine Gate-Spannung des Transistors 31 wird durch ein Zeilenansteuerungssignal gesteuert. Daher wird EIN/AUS zwischen der Source und dem Drain des Transistors 31 gemäß dem Zeilenansteuerungssignal durchgeführt.
Wird ein Spannungssignal V_init an der Seite des Puffers 3 (Eingangsseite) des Kondensators C 1 eingegeben, wenn ein leitender Zustand zwischen der Source und dem Drain des Transistors 31 hergestellt ist, so wirkt die gegenüberliegende Seite des Kondensators C1 als ein virtueller Masseanschluss. Unter der Annahme, dass das Potenzial des virtuellen Masseanschlusses null beträgt und die elektrostatische Kapazität des Kondensators C1 cl ist, wird das in dem Kondensator C1 akkumulierte Potenzial Q_init durch die folgende Gleichung (1) dargestellt.
[Gl. 1] $Q_{i n i t} = c 1 \times V_{i n i t}$
Dagegen beträgt, da beide Enden des Kondensators C2 zu diesem Zeitpunkt kurzgeschlossen sind, die akkumulierte Ladung in dem Kondensator C2 im Wesentlichen null.
Als Nächstes werden Operationen bei Herstellung eines nichtleitenden Zustands zwischen der Source und dem Drain des Transistors 31 beschrieben. In diesem Fall wird ein Fall erörtert, in dem sich die Spannung auf der Seite des Puffers 3 (Eingangsseite) des Kondensators C1 auf V_after ändert. In diesem Fall wird die in dem Kondensator C1 akkumulierte Ladung Q_after durch die folgende Gleichung (2) dargestellt.
[Gl. 2] $Q_{a f t e r} = c 1 \times V_{a f t e r}$
Dagegen wird unter der Annahme, dass die Ausgangsspannung V_out ist und die elektrostatische Kapazität des Kondensators C2 c2 ist, die zu diesem Zeitpunkt in dem Kondensator C2 akkumulierte Ladung Q2 durch die folgende Gleichung (3) dargestellt.
[Gl. 3] $Q 2 = - c 2 \times V_{o u t}$
Da sich die Gesamtladungsmenge in dem Kondensator C1 und dem Kondensator C2 ungeachtet des leitenden Zustands zwischen der Source und dem Drain des Transistors 31 nicht ändert, wird die folgende Gleichung (4) aufgestellt.
[Gl. 4] $Q_{i n i t} = Q_{a f t e r} + Q 2$
Setzt man Gleichungen (1) bis (3) in Gleichung (4) ein, so lässt sich die folgende Gleichung (5) erhalten.
[Gl. 5] $V_{o u t} = - \frac{c 1}{c 2} \times (V_{a f t e r} - V_{i n i t})$
Gleichung (5) gibt eine Subtraktionsoperation eines Spannungssignals an. Eine Verstärkung der Subtraktionsoperation ist cl/c2. Zur Maximierung der Verstärkung kann ein Design zum Erhalten eines großen c1-Werts und eines kleinen c2-Werts verwendet werden. Wenn der c2-Wert jedoch übermäßig klein eingestellt wird, nimmt das kTC-Rauschen zu, was Eigenschaften beeinträchtigen kann. Es ist daher notwendig, ein Design unter Berücksichtigung eines Kompromisses zwischen der Verstärkung und dem Rauschen zu verwenden. Es sei angemerkt, dass, da die Adressereignisdetektionsschaltung einschließlich des Subtrahierers 4 für jedes Pixel montiert ist, eine Beschränkung hinsichtlich der Flächen des Kondensators C1 und des Kondensators C2 besteht.
Der Quantisierer 5 umfasst Transistoren 33 bis 36. Als Transistor 33 und Transistor 34 können beispielsweise PMOS-Transistoren verwendet werden. Als Transistor 35 und Transistor 36 können beispielsweise auch NMOS-Transistoren verwendet werden.
Eine Source des Transistors 33 ist mit einem Versorgungspotenzial verbunden. Außerdem ist ein Drain des Transistors 33 mit einer Source des Transistors 35 verbunden. Ein Drain des Transistors 35 ist mit Masse verbunden. Eine Source des Transistors 34 ist mit einem Versorgungspotenzial verbunden. Außerdem ist ein Drain des Transistors 34 mit einer Source des Transistors 36 verbunden. Ein Drain des Transistors 36 ist mit Masse verbunden. Der Quantisierer 5 ist über einen Eingangsanschluss mit einem Knoten (Subtrahierer 4) zwischen dem Drain des Transistors 32 und der Stromquelle S2 verbunden. Außerdem ist der Eingangsanschluss des Quantisierers 5 mit einem Gate des Transistors 33 und einem Gate des Transistors 34 verbunden.
Eine Vorspannung Vbon wird an ein Gate des Transistors 35 angelegt. Dagegen wird eine Vorspannung Vboff an ein Gate des Transistors 36 angelegt. Hier entspricht die Vorspannung Vbon dem ersten Schwellenwert und die Vorspannung Vboff dem zweiten Schwellenwert. Außerdem ist einer der Ausgangsanschlüsse des Quantisierers 5 mit einem Knoten verbunden, der den Drain des Transistors 33 mit der Source des Transistors 35 koppelt. Die Spannung des Ausgangsanschlusses entspricht einem EIN-Ereignis-Detektionssignal VCH. Der andere Ausgangsanschluss des Quantisierers 5 ist mit einem Knoten verbunden, der den Drain des Transistors 34 mit der Source des Transistors 36 koppelt. Die Spannung des Ausgangsanschlusses entspricht einem AUS-Ereignis-Detektionssignal VCL.
Mit anderen Worten, der Quantisierer 5 ist dazu ausgelegt, das EIN-Ereignis-Detektionssignal VCH mit einem High-Pegel auszugeben, wenn ein Differenzsignal den ersten Schwellenwert überschreitet, und das AUS-Ereignis-Detektionssignal VCL mit einem Low-Pegel auszugeben, wenn das Differenzsignal unter den zweiten Schwellenwert fällt.
Die Logikschaltung 6 entspricht der zuvor erwähnten Signalverarbeitungsschaltung 230. Mit anderen Worten, die Logikschaltung 6 kann verschiedene Arten von Signalverarbeitung auf Grundlage des EIN-Ereignis-Detektionssignals VCH und des AUS-Ereignis-Detektionssignals VCL, die von dem Quantisierer 5 eingegeben werden, durchführen. Die Logikschaltung 6 kann nicht nur mit der in 7 dargestellten Adressereignisdetektionsschaltung (Pixel), sondern auch mit anderen Adressereignisdetektionsschaltungen verbunden sein. Die Logikschaltung 6 kann somit die Detektionssignale als Pixelsignale in einer zweidimensionalen Gitterform ausrichten und Bilddaten erfassen. Außerdem kann die Logikschaltung 6 eine Signalverarbeitung, wie etwa eine Bilderkennungsverarbeitung, an den Bilddaten ausführen.
Die in 7 dargestellte Adressereignisdetektionsschaltung ist dazu eingerichtet, eine logarithmische Ausgabe durchzuführen. Jedoch wurde in den letzten Jahren auch eine Adressereignisdetektionsschaltung entwickelt, die in der Lage ist, zusätzlich zu einer logarithmischen Ausgabe eine lineare Ausgabe durchzuführen. Jedoch nimmt der Schaltungsumfang zu, um eine Funktion zum Umschalten zwischen der logarithmischen Ausgabe und der linearen Ausgabe bereitzustellen, und es ist somit schwierig, Energieeinsparung und Größenreduzierung zu erreichen.
Somit stellt die vorliegende Offenbarung eine Bildgebungsschaltung und eine Bildgebungsvorrichtung bereit, die in der Lage sind, ein Umschalten zwischen einer logarithmischen Ausgabe und einer linearen Ausgabe zu erreichen, während ein Schaltungsumfang reduziert wird.
Das Schaltbild in 8 stellt ein Beispiel einer Schaltung dar, die in der Lage ist, zwischen einer logarithmischen Ausgabe und einer linearen Ausgabe umzuschalten. 8 umfasst die Adressereignisdetektionsschaltungen für zwei Pixel. Jedoch kann die Anzahl von Pixeln, die in der Bildgebungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung enthalten sind, größer als diese sein. Jede Adressereignisdetektionsschaltung umfasst eine Detektionsschaltung 2D, einen Puffer 3, einen Subtrahierer 4 und einen Quantisierer 5. Unter diesen sind Konfigurationen des Puffers 3, des Subtrahierers 4 und des Quantisierers 5 in 8 denen in der Adressereignisdetektionsschaltung in 7 ähnlich. Eine Logikschaltung 6 kann mit der Stufe nach dem Quantisierer 5 verbunden sein, obgleich dies nicht dargestellt ist.
Die Detektionsschaltung 2D umfasst eine Fotodiode PD, einen Transistor 20, einen Transistor 21, einen Transistor 22, einen Transistor 23, einen Transistor 25 und einen Transistor 26. Beispielsweise können NMOS-Transistoren als Transistor 20, Transistor 21, Transistor 22, Transistor 25 und Transistor 26 verwendet werden. Beispielsweise kann als Transistor 23 ein PMOS-Transistor verwendet werden.
Eine Anode der Fotodiode PD ist mit Masse verbunden. Als Masse kann beispielsweise ein Referenzpotenzial der Schaltung oder ein Referenzpotenzial des Substrats verwendet werden. Die Art des als Masse verwendeten Referenzpotenzials ist jedoch nicht beschränkt.
Eine Kathode der Fotodiode PD ist mit einem Drain des Transistors 25 verbunden. Dagegen ist eine Source des Transistors 25 mit einem Gate des Transistors 21 verbunden. Zumindest ein Teil der elektrischen Verbindung zwischen der Source des Transistors 25 und dem Gate des Transistors 21 kann durch eine floatende Diffusionsschicht (FD) 47 gebildet sein. Außerdem ist eine Source des Transistors 20 mit der Source des Transistors 25 und dem Gate des Transistors 21 verbunden. Ein Drain des Transistors 20 ist mit einem Drain des Transistors 22 verbunden. Eine Source des Transistors 22 ist mit einem Versorgungspotenzial verbunden. Eine Vorspannung RST wird an ein Gate des Transistors 22 angelegt. Die Vorspannung RST wird gemäß der Einstellung der Adressereignisdetektionsschaltung gesteuert.
Ein Gate des Transistors 20 ist mit einem Knoten verbunden, der die Source des Transistors 21 mit dem Drain des Transistors 23 koppelt. Der Knoten, der die Source des Transistors 21 mit dem Drain des Transistors 23 koppelt, ist über eine Signalleitung Hout mit einer Eingangsseite (dem Gate des Transistors 30) des Puffers 3 verbunden. Hier entspricht die Signalleitung Hout einem ersten Ausgangsanschluss der Detektionsschaltung 2D. Eine Source des Transistors 23 ist mit einem Versorgungspotenzial VDD verbunden. Dagegen wird eine Vorspannung PBias an das Gate des Transistors 23 angelegt. Es ist möglich, den Transistor 23 als Stromquellentransistor zu verwenden und einen nichtleitenden Zustand zwischen der Source und dem Drain des Transistors 23 gemäß der Vorspannung PBias herzustellen.
Ein Drain des Transistors 21 ist mit einem Drain des Transistors 26 verbunden. Die an ein Gate des Transistors 26 anzulegende Vorspannung kann gesteuert werden. Eine Source des Transistors 26 ist mit einer Signalleitung Vout verbunden. Die Source des Transistors 26 entspricht einem zweiten Ausgangsanschluss der Detektionsschaltung 2D. Die Signalleitung Vout ist ein Beispiel einer vertikalen Signalleitung. Wie in 8 dargestellt, können die zweiten Ausgangsanschlüsse der mehreren Detektionsschaltungen 2D mit der Signalleitung Vout verbunden sein. Es sei angemerkt, dass die Signalleitung Vout eine Signalleitung sein kann, die separat von einer Signalleitung zum Steuern einer Gate-Spannung des Transistors 31 bereitgestellt ist.
Die Signalleitung Vout ist mit dem Analog-Digital-Wandler 43 verbunden. Außerdem ist die Signalleitung Vout über einen Schalter 40 mit Masse verbunden. Außerdem sind ein Schalter 41 und eine Stromquelle 42 zwischen der Signalleitung Vout und Masse in Reihe geschaltet. Als Schalter 40, Schalter 41 und Stromquelle 42 können beispielsweise Feldeffekttransistoren (FETs) verwendet werden.
Auf diese Weise entspricht die Detektionsschaltung 2D einer Schaltung, die durch Hinzufügen des Transistors 22, des Transistors 25 und des Transistors 26 zu der Strom-Spannung-Umwandlungsschaltung 2 in 7 erhalten wird. Unter diesen entsprechen der Transistor 22 und der Transistor 26 Transistoren, die hinzugefügt werden, um ein Umschalten zwischen der logarithmischen Ausgabe und der linearen Ausgabe zu realisieren. Dagegen ist der Transistor 25 ein optionaler Schalter für korreliertes Doppelabtasten (CDS). Wie später beschrieben wird, kann eine Schaltung mit einer Konfiguration verwendet werden, bei der der Transistor 25 weggelassen ist.
Der Transistor 21 in 8 entspricht einem Verstärkungstransistor. In der Schaltung in 8 ist zu erkennen, dass eine Source und ein Drain des Verstärkungstransistors mit unterschiedlichen Signalverarbeitungsschaltungen verbunden sind. Bei der Schaltung in 8 ist beispielsweise die Source-Seite des Verstärkungstransistors mit der Logikschaltung 6 (DVS-Schaltung) verbunden, und die Drain-Seite des Verstärkungstransistors ist mit dem Analog-Digital-Wandler 43 verbunden. Die Arten der Signalverarbeitungsschaltungen, mit denen die Source-Seite/Drain-Seite des Verstärkungstransistors verbunden sind, können sich jedoch von denen in dem Beispiel in 8 unterscheiden.
Auch die Art des Analog-Digital-Wandlers 43, der ein Verbindungsziel der Signalleitung Vout ist, muss insbesondere nicht beschränkt sein. Beispielsweise kann der Analog-Digital-Wandler 43 ein Spalten-ADC sein. In diesem Fall werden für eine Spalte oder mehrere Spalten ein oder mehrere Spalten-ADCs bereitgestellt. Ein Spalten-ADC kann von mehreren Spalten gemeinsam genutzt werden. Außerdem kann der Analog-Digital-Wandler 43 ein Bereichs-ADC oder ein für jedes Pixel bereitgestellter ADC sein. Außerdem ist insbesondere ein Ort, an dem der Analog-Digital-Wandler 43 montiert ist, nicht beschränkt. Beispielsweise kann der Analog-Digital-Wandler 43 auf einem Chip montiert sein, der sich von dem der Fotodiode PD unterscheidet.
Im Folgenden werden Operationen der Schaltung in 8 unter Bezugnahme auf die Tabelle in 9 beschrieben. In der Schaltung in 8 ist es möglich, die logarithmische Ausgabe oder die lineare Ausgabe für jede Gruppe (eine Zeile oder eine Spalte) der Detektionsschaltungen 2D, die mit derselben Signalleitung Vout verbunden sind, umzuschalten.
Zuerst wird die Einstellung bei Durchführung der logarithmische Ausgabe beschrieben. In diesem Fall wird die Vorspannung RST des Gates des Transistors 22 auf ein Versorgungspotenzial gesetzt. Außerdem wird die Vorspannung PBias des Gates des Transistors 23 auf eine Spannung zum Bewirken, dass der Transistor 23 als Stromquelle arbeitet, gesetzt. Darüber hinaus wird die Vorspannung des Gates des Transistors 26 auf eine Spannung zum Herstellen einer Leitung zwischen der Source und dem Drain des Transistors 26 gesetzt. Der Schalter 40 wird auf EIN gestellt und der Schalter 41 wird auf AUS gestellt. Es sei angemerkt, dass das EIN-Stellen zwischen der Source und dem Drain des Transistors 25 während eines Zeitraums einer auf der logarithmischen Ausgabe basierenden Detektion durchgeführt wird. Daher wird die Signalleitung Vout in dem Fall, in dem die logarithmische Ausgabe durchgeführt wird, geerdet. Außerdem wird, wenn der Transistor 25 eingeschaltet ist, ein Fotostrom der Fotodiode PD in ein Spannungssignal umgewandelt und dann über den ersten Ausgangsanschluss der Detektionsschaltung 2D (Signalleitung Hout) an eine Schaltung (Puffer 3) in der nachfolgenden Stufe ausgegeben.
Als Nächstes wird die Einstellung bei Durchführung der linearen Ausgabe beschrieben Dabei wird ein pulsförmiges Spannungssignal an die Vorspannung RST des Gates des Transistors 22 angelegt. Außerdem wird die Vorspannung PBias des Gates des Transistors 23 auf das Massepotenzial gesetzt. Darüber hinaus wird die Vorspannung des Gates des Transistors 26 auf eine Spannung zum Herstellen einer Leitung zwischen der Source und dem Drain des Transistors 26 gesetzt. Der Schalter 40 wird auf AUS gestellt und der Schalter 41 wird auf EIN gestellt. Es sei angemerkt, dass zwischen der Source und dem Drain des Transistors 25 während eines Zeitraums des Durchführens einer auf der linearen Ausgabe basierenden Detektion und eines Zeitraums des Durchführens einer Rücksetzverarbeitung EIN gesetzt ist. Daher wird bei Durchführung der linearen Ausgabe ein Strom von der Stromquelle 42 an die Signalleitung Vout geliefert. Dann wird, wenn der Transistor 25 eingeschaltet ist, der Fotostrom der Fotodiode PD in ein Spannungssignal umgewandelt und dann über den zweiten Ausgangsanschluss der Detektionsschaltung 2D an die Signalleitung Vout ausgegeben. Der Analog-Digital-Wandler 43 kann das Spannungssignal in ein digitales Signal umwandeln.
Es sei angemerkt, dass eine durch Umkehren der Polaritäten der in 8 dargestellten Schaltung erhaltene Schaltung verwendet werden kann. Anstelle der Anode der Fotodiode PD ist in diesem Fall eine Kathode mit einem Referenzpotenzial verbunden. Außerdem muss nur in 8 der PMOS-Transistor durch einen NMOS-Transistor ersetzt werden und der NMOS-Transistor durch einen PMOS-Transistor ersetzt werden. Mit anderen Worten, es ist möglich, die Polaritäten der Schaltung umzukehren, indem die Verbindungsbeziehung der Anschlüsse des fotoelektrischen Umwandlungselements und der Leitungsarten der Transistoren umgekehrt werden. Ebenso ist es möglich, die Polaritäten der mehreren Schaltungen umzukehren, was nachstehend beschrieben wird. Außerdem sind sowohl das Masse- als auch das Versorgungspotenzial Beispiele für das Referenzpotenzial, und es ist möglich, beliebige Potenziale gemäß Polaritäten zu verwenden.
Die in 8 dargestellte Schaltung ist nur ein Beispiel der Schaltung, in der die logarithmische Ausgabe und die lineare Ausgabe umgeschaltet werden können. Daher können die logarithmische Ausgabe und die lineare Ausgabe unter Verwendung einer Schaltung mit einer sich davon unterscheidenden Konfiguration umgeschaltet werden.
Die Bildgebungsschaltung gemäß der vorliegenden Offenbarung kann ein fotoelektrisches Umwandlungselement, einen ersten Transistor, einen zweiten Transistor, einen dritten Transistor und einen vierten Transistor umfassen. Das fotoelektrische Umwandlungselement wandelt einfallendes Licht in einen Fotostrom um. Der erste Transistor wandelt den Fotostrom in ein Spannungssignal um. Der zweite Transistor verstärkt das Spannungssignal. Der dritte Transistor steuert einen dem ersten Transistor zuzuführenden Strom. Der vierte Transistor ist mit dem zweiten Transistor verbunden. Der zuvor erwähnte Transistor 20 ist ein Beispiel des ersten Transistors. Der Transistor 21 ist ein Beispiel des zweiten Transistors. Der Transistor (beispielsweise der Transistor 22) mit dem Gate, an das die Vorspannung RST angelegt wird, ist ein Beispiel des dritten Transistors. Der Transistor 26 ist ein Beispiel des vierten Transistors. Die Fotodiode PD ist ein Beispiel des fotoelektrischen Umwandlungselements.
Außerdem kann die Bildgebungsschaltung gemäß der vorliegenden Offenbarung einen fünften Transistor, der zwischen einen ersten Knoten, der eine Steuerelektrode des ersten Transistors mit einem ersten Anschluss des zweiten Transistors koppelt, und ein erstes Referenzpotenzial geschaltet ist, umfassen. Hier ist ein Gate des MOS-Transistors ein Beispiel der Steuerelektrode des Transistors. Eine Source des MOS-Transistors ist ein Beispiel des ersten Anschlusses des Transistors. Das Versorgungspotenzial VDD ist ein Beispiel des ersten Referenzpotenzials. Der Transistor 23 ist ein Beispiel des fünften Transistors. Ist jedoch eine Schaltung mit unterschiedlichen Polaritäten montiert, so kann die Entsprechung zwischen dem ersten Anschluss und dem ersten Referenzpotenzial von der oben beschriebenen abweichen.
Zudem kann die Bildgebungsschaltung gemäß der vorliegenden Offenbarung ferner einen sechsten Transistor umfassen, der zwischen das fotoelektrische Umwandlungselement und einen zweiten Knoten, der den ersten Anschluss des ersten Transistors mit einer Steuerelektrode des zweiten Transistors koppelt, geschaltet ist. Der Transistor 25 ist ein Beispiel des sechsten Transistors.
Darüber hinaus können ein Puffer, ein Subtrahierer und ein Quantisierer mit einer Stufe nach dem ersten Knoten in der Bildgebungsschaltung gemäß der vorliegenden Offenbarung verbunden sein. Der Knoten, der den Transistor 23 mit dem Transistor 21 koppelt, ist ein Beispiel des ersten Knotens.
Die Bildgebungsschaltung gemäß der vorliegenden Offenbarung kann ferner eine Steuereinheit umfassen. Die Steuereinheit ist dazu ausgelegt, ein Umschalten zwischen einem ersten Modus und einem zweiten Modus erreichen zu können. Im ersten Modus können der dritte Transistor und der vierte Transistor eingeschaltet sein, und der fünfte Transistor kann als Stromquelle verwendet werden. Im zweiten Modus kann eine Impulsspannung an eine Steuerelektrode des dritten Transistors angelegt werden, der vierte Transistor kann eingeschaltet sein und der fünfte Transistor kann ausgeschaltet sein.
Die Bildgebungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung kann einen Analog-Digital-Wandler und mehrere Bildgebungsschaltungen umfassen. Der erste Anschluss des vierten Transistors in jedem Bildgebungselement kann über eine Signalleitung mit dem Analog-Digital-Wandler verbunden sein. Außerdem kann die Bildgebungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung ferner einen dritten Schalter, einen vierten Schalter und eine Stromquelle umfassen. Der dritte Schalter ist zwischen die Signalleitung und das zweite Referenzpotenzial geschaltet. Der vierte Schalter und die Stromquelle sind zwischen der Signalleitung und dem zweite Referenzpotenzial in Reihe geschaltet.
Das Schaltbild in 10 stellt ein Beispiel einer Bildgebungsschaltung gemäß einem ersten Modifikationsbeispiel dar. Eine Adressereignisschaltung in 10 umfasst eine Detektionsschaltung 2A, einen Puffer 3, einen Subtrahierer 4, einen Quantisierer 5 und eine Logikschaltung 6. Konfigurationen des Puffers 3, des Subtrahierers 4, des Quantisierers 5 und der Logikschaltung 6 sind ähnlich denen in der Adressereignisschaltung in 7. Die Detektionsschaltung 2A umfasst eine Fotodiode PD, einen Transistor 20, einen Transistor 21, einen Transistor 22, einen Transistor 23, einen Transistor 24, einen Schalter LogEN und einen Schalter LinEN. Als Transistor 20, Transistor 21, Transistor 22 und Transistor 24 können beispielsweise NMOS-Transistoren verwendet werden. Als Transistor 23 kann beispielsweise ein PMOS-Transistor verwendet werden.
Eine Anode der Fotodiode PD ist mit Masse verbunden. Als Masse kann beispielsweise ein Referenzpotenzial der Schaltung oder ein Referenzpotenzial des Substrats verwendet werden. Die Art des als Masse verwendeten Referenzpotenzials ist jedoch nicht beschränkt.
Eine Kathode der Fotodiode PD ist mit einer Source des Transistors 20 und einem Gate des Transistors 21 verbunden. Ein Drain des Transistors 20 ist mit einem Drain des Transistors 22 verbunden. Eine Source des Transistors 22 ist mit einem Versorgungspotenzial verbunden. Außerdem wird eine Vorspannung RST an ein Gate des Transistors 22 angelegt. Dagegen ist ein Gate des Transistors 20 mit einer Source des Transistors 21, einem Drain des Transistors 23 und dem Schalter LogEN verbunden. Eine Source des Transistors 23 ist mit einem Versorgungspotenzial VDD verbunden. Eine Vorspannung PBias wird an ein Gate des Transistors 23 angelegt.
Ein Drain des Transistors 21 ist mit dem Schalter LinEN und einer Source des Transistors 24 verbunden. Eine Vorspannung NBias wird an ein Gate des Transistors 24 angelegt. Außerdem ist ein Drain des Transistors 24 mit Masse verbunden. Der Schalter LogEN ist zwischen einen Knoten, der den Drain des Transistors 23 mit einer Source des Transistors 21 koppelt, und einen Ausgangsanschluss der Detektionsschaltung 2A geschaltet. Dagegen ist der Schalter LinEN zwischen einen Knoten, der den Drain des Transistors 21 mit einer Source des Transistors 24 koppelt, und den Ausgangsanschluss der Detektionsschaltung 2A geschaltet. Der Ausgangsanschluss der Detektionsschaltung 2A ist mit einer Eingangsseite (einem Gate eines Transistors 30) des Puffers 3 verbunden.
Im Folgenden werden Operationen der Schaltung in 10 unter Bezugnahme auf die Tabelle in 11 beschrieben.
Zuerst wird die Einstellung bei Durchführung der logarithmische Ausgabe beschrieben. In diesem Fall wird die Vorspannung RST des Gates des Transistors 22 auf ein Versorgungspotenzial gesetzt. Außerdem wird die Vorspannung PBias des Gates des Transistors 23 auf eine Spannung zum Bewirken, dass der Transistor 23 als Stromquelle arbeitet, gesetzt. Eine Vorspannung des Gates des Transistors 24 wird auf ein Versorgungspotenzial gesetzt. Der Schalter LogEN wird auf EIN gestellt und der Schalter LinEN wird auf AUS gestellt. Bei Durchführung einer logarithmische Ausgabe wird ein Fotostrom der Fotodiode PD in ein Spannungssignal umgewandelt und dann über den Ausgangsanschluss der Detektionsschaltung 2A an eine Schaltung (Puffer 3) in der nachfolgenden Stufe ausgegeben.
Als Nächstes wird die Einstellung bei Durchführung der linearen Ausgabe beschrieben Dabei wird ein pulsförmiges Spannungssignal an die Vorspannung RST des Gates des Transistors 22 angelegt. Außerdem wird die Vorspannung PBias des Gates des Transistors 23 auf das Massepotenzial gesetzt. Zudem wird eine Vorspannung des Gates des Transistors 24 auf eine Spannung zum Bewirken, dass der Transistor 24 als Stromquelle arbeitet, gesetzt. Der Schalter LogEN wird auf AUS gestellt und der Schalter LinEN wird auf EIN gestellt. Selbst bei Durchführung einer lineare Ausgabe wird der Fotostrom der Fotodiode PD in ein Spannungssignal umgewandelt und dann über den Ausgangsanschluss der Detektionsschaltung 2A an die Schaltung (Puffer 3) in der nachfolgenden Stufe ausgegeben.
In der Schaltung in 10 kann die Logikschaltung 6 für jedes Pixel bereitgestellt sein oder kann von mehreren Pixeln gemeinsam genutzt werden. Außerdem kann die Logikschaltung 6 auf demselben Chip wie die Fotodiode PD montiert sein oder kann auf einem anderen Chip als die Fotodiode PD montiert sein.
In der Schaltung in 10 sind unterschiedliche Schalter mit der Source und dem Drain des Verstärkungstransistors (Transistors 21) verbunden. Das Detektionssignal wird der Logikschaltung 6 (DVS-Schaltung) oder einer Schaltung in einer Stufe davor zugeführt, selbst wenn entweder der Schalter LinEN oder der Schalter LogEN eingeschaltet ist. Daher ist es möglich, eine Schaltung, die in der Lage ist, die Modi gemäß den Zuständen des Schalters LinEN und des Schalters LogEN umzuschalten, als die Logikschaltung 6 in 10 zu verwenden. Beispielsweise kann die Logikschaltung 6 im ersten Modus arbeiten, der der logarithmischen Ausgabe entspricht, wenn der Schalter LogEN eingeschaltet ist. Außerdem kann die Logikschaltung 6 im zweiten Modus arbeiten, der der linearen Ausgabe entspricht, wenn der Schalter LinEN eingeschaltet ist. Beispielsweise ist es möglich, die vorgenannten Modi der Logikschaltung 6 auf Grundlage der Lichtmenge umzuschalten. Die Lichtmenge kann durch ein dediziertes Pixel oder einen externen Sensor gemessen werden. Beispielsweise kann die Lichtmenge unter Verwendung eines Pixels mit angepasster Belichtungszeit oder analoger Verstärkung gemessen werden.
Die Bildgebungsschaltung gemäß der vorliegenden Offenbarung kann ferner einen erster Schalter mit einer Stufe davor, mit der die Steuerelektrode des ersten Transistors und der erste Anschluss des zweiten Transistors verbunden sind, und ein zweiter Schalter mit einer Stufe davor, mit der der zweite Anschluss des zweiten Transistors und der erste Anschluss des vierten Transistors verbunden sind, umfassen. Der vierte Transistor kann in diesem Fall zwischen den zweiten Transistor und das zweite Referenzpotenzial geschaltet sein. Der Transistor 24 in 10 ist ein Beispiel des vierten Transistors. Der Schalter LogEN ist ein Beispiel des ersten Schalters. Der Schalter LinEN ist ein Beispiel des zweiten Schalters. Masse ist ein Beispiel des zweiten Referenzpotenzials. Der Puffer, der Subtrahierer und der Quantisierer können mit der Stufe nach dem ersten Schalter verbunden sein, und der Analog-Digital-Wandler kann mit der Stufe nach dem zweiten Schalter verbunden sein.
12 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Verarbeitung zum Umschalten zwischen logarithmischem Lesen und linearem Lesen darstellt. Bei der Schaltung in 10 entspricht der erste Modus dem logarithmischen Lesen und der zweite Modus dem linearen Lesen. Das Umschalten der Modi kann für das gesamte Pixelarray durchgeführt werden oder kann für einen Teil des Pixelarrays durchgeführt werden. Im Folgenden wird die Verarbeitung unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm in 12 beschrieben.
Zuerst führt die Bildgebungsschaltung logarithmisches Lesen für eine vorbestimmte Zeitdauer durch (Schritt S10). Als Nächstes wird die Lichtmenge in einer Umgebung gemessen (Schritt S11). Dann wird bestimmt, ob die gemessene Lichtmenge kleiner als ein Schwellenwert ist oder nicht (Schritt S12). Falls die gemessene Lichtmenge kleiner als der Schwellenwert ist (JA in Schritt S12), wird die Bildgebungsschaltung vom logarithmischen Lesen auf das lineare Lesen umgeschaltet (Schritt S13). Als Nächstes führt die Bildgebungsschaltung lineares Lesen für eine vorbestimmte Zeitdauer durch (Schritt S14). Dann wird die Bildgebungsschaltung nach Ablauf einer bestimmten Zeitdauer auf das logarithmische Lesen umgeschaltet (Schritt S15). Beispielsweise ist es möglich, in Schritt S15 unter Verwendung einer Timerschaltung eine Zeit zu messen. Ist dagegen die gemessene Lichtmenge gleich oder größer als der Schwellenwert (NEIN in Schritt S12), so führt die Bildgebungsschaltung logarithmisches Lesen für eine vorbestimmte Zeitdauer durch (Schritt S10).
12 stellt ein Verarbeitungsbeispiel zum Umschalten auf das lineare Lesen bei relativ kleiner Lichtmenge dar. Die Bedingungen zum Umschalten der Lesemethode können sich jedoch davon unterscheiden. Beispielsweise kann eine Verarbeitung zum Umschalten auf das lineare Lesen bei relativ großer Lichtmenge verwendet werden, wie in dem Flussdiagramm in 13. Im Folgenden wird die Verarbeitung unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm in 13 beschrieben.
Zuerst führt die Bildgebungsschaltung logarithmisches Lesen für eine vorbestimmte Zeitdauer durch (Schritt S20). Als Nächstes wird die Lichtmenge in einer Umgebung gemessen (Schritt S21). Dann wird bestimmt, ob die gemessene Lichtmenge gleich oder größer als ein Schwellenwert ist oder nicht (Schritt S22). Falls die gemessene Lichtmenge gleich oder größer als der Schwellenwert ist (JA in Schritt S22), wird die Bildgebungsschaltung vom logarithmischen Lesen auf das lineare Lesen umgeschaltet (Schritt S23). Als Nächstes führt die Bildgebungsschaltung lineares Lesen für eine vorbestimmte Zeitdauer durch (Schritt S24). Dann wird die Bildgebungsschaltung nach Ablauf einer bestimmten Zeitdauer auf das logarithmische Lesen umgeschaltet (Schritt S25). Beispielsweise ist es möglich, in Schritt S25 unter Verwendung einer Timerschaltung eine Zeit zu messen. Ist dagegen die gemessene Lichtmenge kleiner als der Schwellenwert (NEIN in Schritt S22), so führt die Bildgebungsschaltung logarithmisches Lesen für eine vorbestimmte Zeitdauer durch (Schritt S20).
Auf diese Weise kann die Steuereinheit dazu ausgelegt sein, ein Umschalten zwischen dem ersten Modus und dem zweiten Modus gemäß der gemessenen Lichtmenge zu erreichen.
14 stellt ein Beispiel einer Bildgebungsschaltung gemäß einem zweiten Modifikationsbeispiel dar. Eine Adressereignisschaltung in 14 umfasst eine Detektionsschaltung 2C, einen Puffer 3, einen Subtrahierer 4, einen Quantisierer 5 und eine Logikschaltung 6. Konfigurationen des Puffers 3, des Subtrahierers 4, des Quantisierers 5 und der Logikschaltung 6 sind ähnlich denen in der Adressereignisschaltung in 7. Eine Konfiguration der Detektionsschaltung 2C ist der der Detektionsschaltung 2A in 10 ähnlich, außer dass ein Transistor 25 zwischen einer Kathode einer Fotodiode PD und einem Knoten, der eine Source eines Transistors 20 mit einem Gate eines Transistors 21 koppelt, bereitgestellt ist. Mit anderen Worten, ein Drain des Transistors 25 ist mit der Kathode der Fotodiode PD verbunden. Außerdem ist eine Source des Transistors 25 mit der Source des Transistors 20 und dem Gate des Transistors 21 verbunden.
Es ist möglich, zwischen der Source und dem Drain des Transistors 25 während eines Zeitraums des Durchführens einer auf der logarithmischen Ausgabe basierenden Detektion EIN zu setzen. Außerdem ist es möglich, zwischen der Source und dem Drain des Transistors 25 während eines Zeitraums des Durchführens einer auf der linearen Ausgabe basierenden Detektion und eines Zeitraums des Durchführens einer Rücksetzverarbeitung EIN zu setzen.
Es ist auch möglich, in der Schaltung in 14 die Logikschaltung 6 im ersten Modus (logarithmisches Lesen) oder im zweiten Modus (lineares Lesen) zu verwenden. Beispielsweise kann die Logikschaltung 6 eine Bewegung eines Objekts in Abhängigkeit davon detektieren, ob ein Kontrastverhältnis der gemessenen Lichtmenge im ersten Modus einen Schwellenwert überschreitet oder nicht. Außerdem kann die Logikschaltung 6 eine Bewegung des Objekts in Abhängigkeit davon detektieren, ob eine Differenz der gemessenen Lichtmenge im zweiten Modus einen Schwellenwert überschreitet oder nicht. Die Logikschaltung 6 kann eine Bewegung jedoch abhängig von anderen Kriterien des Objekts detektieren.
15 stellt ein Beispiel einer Bildgebungsschaltung gemäß einem dritten Modifikationsbeispiel dar. Eine Adressereignisschaltung in 15 umfasst eine Detektionsschaltung 2B, einen Puffer 3, einen Subtrahierer 4, einen Quantisierer 5 und eine Logikschaltung 6. Konfigurationen des Puffers 3, des Subtrahierers 4, des Quantisierers 5 und der Logikschaltung 6 sind ähnlich denen in der Adressereignisschaltung in 7. Dagegen ist eine Konfiguration der Detektionsschaltung 2B ähnlich der der Detektionsschaltung 2A in 10, außer einem Verbindungsziel an einer Ausgangsseite eines Schalters LinEN. Mit anderen Worten, die Ausgangsseite des Schalters LinEN ist mit einer Signalleitung Vout anstatt dem Puffer 3 verbunden. Auf diese Weise können ein Signal mit logarithmischer Ausgabe und ein Signal mit linearer Ausgabe an unterschiedliche Schaltungen ausgegeben werden.
16 stellt ein Beispiel einer Bildgebungsschaltung gemäß einem vierten Modifikationsbeispiel dar. In 16 sind mehrere Detektionsschaltungen 2d mit einer Signalleitung Vout verbunden. Jede Detektionsschaltung 2d entspricht der Detektionsschaltung 2D in 8, bei der der Transistor 25 weggelassen ist.
In jeder Detektionsschaltung 2d ist ein Drain eines Verstärkungstransistors (Transistor 21) über einen Transistor 26 mit der Signalleitung Vout verbunden. Insbesondere ist ein Drain eines Transistors 21 mit einem Drain des Transistors 26 verbunden, und eine Source des Transistors 26 ist mit der Signalleitung Vout verbunden. Außerdem kann ein Schalter 40 zwischen der Signalleitung Vout und Masse bereitgestellt sein, wie in 16 dargestellt. Hier kann der Schalter 40 außerhalb eines Pixelarrays montiert sein.
17 stellt ein Beispiel einer Bildgebungsschaltung gemäß einem fünften Modifikationsbeispiel dar. Die Schaltung in 17 entspricht einer Schaltung, die durch Hinzufügen eines Schalters 41 und einer Stromquelle 42 zu der Schaltung in 16 erhalten wird. Der Schalter 41 und die Stromquelle 42 sind zwischen einer Signalleitung Vout und Masse in Reihe geschaltet. Der Schalter 41 und die Stromquelle 42 sind von einem Schalter 40 aus gesehen parallel geschaltet. Wenn in der Konfiguration in 17 der Schalter 40 ausgeschaltet ist, der Schalter 41 eingeschaltet ist und eine lineare Ausgabe durch die Detektionsschaltung 2d durchgeführt wird, ist es möglich, ein Gradationssignal durch die Signalleitung Vout zu lesen.
18 stellt ein Beispiel einer Bildgebungsschaltung gemäß einem sechsten Modifikationsbeispiel dar. Die Schaltung in 18 entspricht einer Schaltung, die durch Hinzufügen eines Transistors 25 zwischen der Kathode der Fotodiode PD und der floatenden Diffusionsschicht 47 in jeder Bildgebungsschaltung in 17 erhalten wird. Mit anderen Worten, ein Drain des Transistors 25 ist mit der Kathode der Fotodiode PD verbunden. Dagegen ist eine Source des Transistors 25 mit der floatenden Diffusionsschicht 47 verbunden.
Es sei angemerkt, dass in der Bildgebungsschaltung gemäß der vorliegenden Offenbarung die Kapazität der floatenden Diffusionsschicht 47 variabel sein kann. Auch kann eine floatende Diffusionsschicht von mehreren Fotodioden PD gemeinsam genutzt werden. Zudem kann die Kapazität eines Umwandlungstransistors (Transistors 20) auf der der Fotodiode PD gegenüberliegenden Seite variabel sein.
19 stellt ein Beispiel einer Bildgebungsschaltung gemäß einem siebten Modifikationsbeispiel dar. Eine Detektionsschaltung 2E in 19 umfasst eine Fotodiode PD, einen Transistor 20, einen Transistor 21, einen Transistor 22, einen Transistor 23, einen Transistor 24 und einen Transistor 25. Transistor 20, Transistor 21, Transistor 22, Transistor 24 und Transistor 25 sind NMOS-Transistoren. Dagegen ist Transistor 23 ein PMOS-Transistor.
Eine Anode der Fotodiode PD ist mit Masse verbunden. Eine Kathode der Fotodiode PD ist mit einem Drain des Transistors 25 verbunden. Eine Source des Transistors 25 ist mit einer Source des Transistors 20 und einem Gate des Transistors 21 verbunden. Ein Gate des Transistors 20 ist mit einer Source des Transistors 21, einem Drain des Transistors 23 und einer Signalleitung Hout (erster Ausgangsanschluss) verbunden. Ein Drain des Transistors 20 ist mit einem Drain des Transistors 22 verbunden. Außerdem ist eine Source des Transistors 22 mit einem Versorgungspotenzial verbunden. Eine Vorspannung RST wird an ein Gate des Transistors 22 angelegt. Eine Source des Transistors 23 ist mit einem Versorgungspotenzial VDD verbunden. Außerdem wird eine Vorspannung PBias an ein Gate des Transistors 23 angelegt.
Ein Drain des Transistors 21 und eine Source des Transistors 24 sind über einen zweiten Ausgangsanschluss mit einer Signalleitung Vout verbunden. Ein Drain des Transistors 24 ist mit Masse verbunden. Außerdem wird eine Vorspannung NBias an ein Gate des Transistors 24 angelegt.
Operationen der Detektionsschaltung 2E in 19 sind denen der Detektionsschaltung 2C in 14 ähnlich, außer dass der Schalter LinEN und der Schalter LogEN nicht enthalten sind.
20 stellt ein Beispiel einer Bildgebungsschaltung gemäß einem achten Modifikationsbeispiel dar. Eine Detektionsschaltung 2F in 20 entspricht einer Schaltung, die durch Hinzufügen eines Transistors 27 zu der Detektionsschaltung 2D erhalten wird. Mit anderen Worten, eine Source des Transistors 27 ist mit einem Drain eines Transistors 22 und einem Drain eines Transistors 20 verbunden. Dagegen ist ein Drain des Transistors 27 mit Drains von Transistoren 27 anderer Detektionsschaltungen 2F verbunden.
Auf diese Weise kann in der Bildgebungsschaltung gemäß der vorliegenden Offenbarung der Knoten des ersten Transistors auf der Seite gegenüber der Fotodiode PD (dem Drain des Transistors 20) über einen oder mehrere Transistoren mit einem entsprechenden Knoten eines anderen Pixels verbunden sein. Der erste Transistor bezieht sich auf einen Transistor, der einen Fotostrom in ein Spannungssignal umwandelt.
21 stellt ein Beispiel einer Bildgebungsschaltung gemäß einem neunten Modifikationsbeispiel dar. In einer Detektionsschaltung 2G in 21 sind ein Versorgungspotenzial VR, mit dem eine Source (die Seite der logarithmischen Transformation) eines Transistors 22 verbunden ist, und ein Versorgungspotenzial VDD, mit dem eine Source (Verstärkerseite) des Transistors 23 verbunden ist, unterschiedlich. Beispielsweise können unterschiedliche Leistungsquellen als das Versorgungspotenzial VR, und das Versorgungspotenzial VDD verwendet werden. Außerdem kann eine Spannungsteilung von derselben Versorgungsschaltung durchgeführt werden, um unterschiedliche Potenziale zu erzeugen. In diesem Fall ist es möglich, Schalter in der Detektionsschaltung (Pixel) wegzulassen. Außerdem kann die Bildgebungsschaltung derart ausgelegt sein, dass eine vollständige Übertragung zwischen einer Fotodiode PD und einer floatenden Diffusionsschicht 47 durchgeführt werden kann.
22 stellt ein Beispiel einer Bildgebungsschaltung gemäß einem zehnten Modifikationsbeispiel dar. Eine Detektionsschaltung 2H in 22 umfasst eine Fotodiode PD, einen Transistor 20, einen Transistor 21, einen Transistor 22, einen Transistor 23, einen Transistor 25, einen Transistor 26, einen Transistor 28 und einen Transistor 29. Als Transistor 20, Transistor 21, Transistor 22, Transistor 25, Transistor 26, Transistor 28 und Transistor 29 können beispielsweise NMOS-Transistoren verwendet werden. Als Transistor 23 kann beispielsweise ein PMOS-Transistor verwendet werden.
Eine Anode der Fotodiode PD ist mit Masse verbunden. Dagegen ist eine Kathode der Fotodiode PD mit einem Drain des Transistors 25 verbunden. Eine Source des Transistors 25 ist mit einem Gate des Transistors 21 und einer Source des Transistors 20 verbunden. Eine Source des Transistors 21 ist mit einem Drain des Transistors 29 und einem Gate des Transistors 20 verbunden. Ein Drain des Transistors 21 ist mit einem Drain des Transistors 26 verbunden. Die an ein Gate des Transistors 26 anzulegende Vorspannung kann gesteuert werden. Eine Source des Transistors 26 entspricht einem zweiten Ausgangsanschluss der Detektionsschaltung 2H und ist mit einer Signalleitung Vout verbunden.
Ein Drain des Transistors 20 ist mit einem Gate des Transistors 29 und einer Source des Transistors 28 verbunden. Ein Gate des Transistors 28 ist mit einer Source des Transistors 29, einem Drain des Transistors 23 und einer Signalleitung Hout verbunden. Die Signalleitung Hout entspricht einem ersten Ausgangsanschluss der Detektionsschaltung und ist mit dem Puffer 3 (einem Gate des Transistors 30) verbunden. Ein Drain des Transistors 28 ist mit einem Drain des Transistors 22 verbunden. Eine Vorspannung RST wird an ein Gate des Transistors 22 angelegt. Eine Source des Transistors 22 ist mit einem Versorgungspotenzial verbunden. Dagegen wird eine Vorspannung PBias an ein Gate des Transistors 23 angelegt. Eine Source des Transistors 23 ist mit einem Versorgungspotenzial verbunden.
Die Detektionsschaltung in 22 ist eine Verstärkungs-Boosting-Schaltung, in der zwei logarithmische Transformationsschaltungen enthalten sind. Es ist möglich, die Empfindlichkeit der Detektionsschaltung zu verbessern und eine Verstärkung der Strom-Spannung-Umwandlung zu erhöhen, indem die Verstärkungs-Boosting-Schaltung verwendet wird. Auf diese Weise sind die Konfigurationen der Strom-Spannung-Umwandlungsschaltung, die in der Bildgebungsschaltung gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet werden können, nicht beschränkt. Außerdem können Strom-Spannung-Umwandlungsschaltungen mit anderen Konfigurationen in Abhängigkeit von Pixeln in dem Pixelarray implementiert werden.
23 stellt ein Beispiel einer Bildgebungsschaltung gemäß einem elften Modifikationsbeispiel dar. Eine Detektionsschaltung 21 in 23 umfasst eine Fotodiode PD, einen Transistor 20, einen Transistor 21, einen Transistor 22, einen Transistor 23, einen Transistor 25, einen Transistor 26 und einen Transistor 44. Als Transistor 20, Transistor 21, Transistor 22, Transistor 25, Transistor 26 und Transistor 44 können beispielsweise NMOS-Transistoren verwendet werden. Als Transistor 23 kann beispielsweise ein PMOSNMOS-Transistor verwendet werden.
Eine Anode der Fotodiode PD ist mit Masse verbunden. Eine Kathode der Fotodiode PD ist mit einem Drain des Transistors 25 verbunden. Eine Source des Transistors 25 ist mit einer Source des Transistors 20 und einem Gate des Transistors 21 verbunden. Ein Gate des Transistors 20 ist mit einer Source des Transistors 21, einem Drain des Transistors 23 und einer Signalleitung Hout verbunden. Die Signalleitung Hout entspricht einem ersten Ausgangsanschluss der Detektionsschaltung 21. Ein Drain des Transistors 20 ist mit einem Drain des Transistors 22 verbunden. Eine Vorspannung RSTx (x = 0, 1, 2, ...) wird an ein Gate eines Transistors 22 angelegt. Eine Source des Transistors 22 ist mit einem Versorgungspotenzial verbunden. Eine Vorspannung PBias wird an ein Gate des Transistors 23 angelegt. Eine Source des Transistors 23 ist mit einem Versorgungspotenzial VDD verbunden.
Dagegen ist ein Drain des Transistors 21 mit einem Drain eines Transistors 26 und einer Source eines Transistors 44 verbunden. Eine Vorspannung SWxD (x = 0, 1, 2, ...) wird an ein Gate des Transistors 44 angelegt. Ein Drain des Transistors 44 ist mit Masse verbunden. Eine Vorspannung SWxL (x = 0, 1, 2, ...) wird an ein Gate des Transistors 26 angelegt. Eine Source des Transistors 26 entspricht einem zweiten Ausgangsanschluss der Detektionsschaltung 21 und ist mit einer Signalleitung Vout verbunden.
Es sei angemerkt, dass die Konfigurationen eines Puffers 3, eines Subtrahierers 4 und eines Quantisierers 5 denen in den oben beschriebenen Diagrammen ähnlich sind. Obgleich die nicht dargestellt ist, wird angenommen, dass eine Logikschaltung 6 mit der Stufe nach dem Quantisierer 5 verbunden ist.
Die Bildgebungsschaltung gemäß der vorliegenden Offenbarung kann ferner einen sechsten Transistor umfassen, der zwischen einen dritten Knoten, der einen zweiten Anschluss eines zweiten Transistors mit einem zweiten Anschluss eines vierten Transistors koppelt, und ein zweites Referenzpotenzial geschaltet ist. Ein Drain des MOS-Transistors ist ein Beispiel des zweiten Anschlusses des Transistors. Der Knoten, der den Transistor 21 mit dem Transistor 26 koppelt, ist ein Beispiel des dritten Knotens. Der Transistor 44 ist ein Beispiel des sechsten Transistors. Masse ist ein Beispiel des zweiten Referenzpotenzials. Die Entsprechung zwischen dem zweiten Anschluss des Transistors und dem zweiten Referenzpotenzial kann sich jedoch gemäß Polaritäten der Schaltung von der oben beschriebenen unterscheiden.
Im Folgenden werden Operationen der Schaltung in 23 unter Bezugnahme auf die Tabelle in 24 beschrieben.
Zuerst wird die Einstellung bei Durchführung der logarithmische Ausgabe beschrieben. In diesem Fall wird die an das Gate des Transistors 22 angelegte Vorspannung RSTx auf ein Versorgungspotenzial gesetzt. Außerdem wird die an das Gate des Transistors 23 angelegte Vorspannung PBias auf eine Spannung zum Bewirken, dass der Transistor 23 als Stromquelle arbeitet, gesetzt. Die an das Gate des Transistors 26 angelegte Vorspannung SWxL ist niedrig. Auf diese Weise wird zwischen der Source und dem Drain des Transistors 26 ein nichtleitender Zustand erreicht. Die an das Gate des Transistors 44 angelegte Vorspannung SWxD ist hoch. Auf diese Weise wird zwischen der Source und dem Drain des Transistors 44 ein leitender Zustand erreicht. Der Schalter 40 wird auf AUS gestellt und der Schalter 41 wird auf EIN gestellt. Bei Durchführung einer logarithmische Ausgabe wird ein Fotostrom der Fotodiode PD in ein Spannungssignal umgewandelt und dann über den Ausgangsanschluss der Detektionsschaltung 2A an eine Schaltung (Puffer 3) in der nachfolgenden Stufe ausgegeben.
Als Nächstes wird die Einstellung bei Durchführung der linearen Ausgabe beschrieben In diesem Fall wird ein pulsförmiges Spannungssignal an die an das Gate des Transistors 22 angelegte Vorspannung RSTx angelegt. Außerdem wird die an das Gate des Transistors 23 angelegte Vorspannung PBias auf das Massepotenzial gesetzt. Die an das Gate des Transistors 26 angelegte Vorspannung SWxL ist hoch. Auf diese Weise wird zwischen der Source und dem Drain des Transistors 26 ein leitender Zustand erreicht. Die an das Gate des Transistors 44 angelegte Vorspannung SWxD ist niedrig. Auf diese Weise wird zwischen der Source und dem Drain des Transistors 44 ein nichtleitender Zustand erreicht. Der Schalter 40 wird auf EIN gestellt und der Schalter 41 wird auf AUS gestellt. Selbst bei Durchführung einer lineare Ausgabe wird der Fotostrom der Fotodiode PD in ein Spannungssignal umgewandelt und dann über den Ausgangsanschluss der Detektionsschaltung 2A an die Schaltung (Puffer 3) in der nachfolgenden Stufe ausgegeben.
Die Bildgebungsschaltung gemäß der vorliegenden Offenbarung kann eine Steuereinheit umfassen. Die Steuereinheit ist dazu ausgelegt, ein Umschalten zwischen einem ersten Modus und einem zweiten Modus erreichen zu können. Im ersten Modus kann der dritte Transistor eingeschaltet sein, der vierte Transistor kann ausgeschaltet sein, der fünfte Transistor kann als Stromquelle verwendet werden und der sechste Transistor kann eingeschaltet sein. Im zweiten Modus kann eine Impulsspannung an die Steuerelektrode des dritten Transistors angelegt werden, der vierte Transistor kann eingeschaltet sein, der fünfte Transistor kann ausgeschaltet sein und der sechste Transistor kann ausgeschaltet sein.
Außerdem können im ersten Modus der dritte Transistor und der vierte Transistor eingeschaltet sein, der fünfte Transistor kann als Stromquelle verwendet werden, der erste Schalter kann eingeschaltet sein und der zweite Schalter kann ausgeschaltet sein. In diesem Fall kann im zweiten Modus eine Impulsspannung an die Steuerelektrode des dritten Transistors angelegt werden, der vierte Transistor ist eingeschaltet, der fünfte Transistor kann ausgeschaltet sein, der erste Schalter kann ausgeschaltet sein und der zweite Schalter kann eingeschaltet sein.
Zudem können im ersten Modus der dritte Transistor und der vierte Transistor eingeschaltet sein, der fünfte Transistor kann als Stromquelle verwendet werden, der dritte Schalter kann eingeschaltet sein und der vierte Schalter kann ausgeschaltet sein. Im zweiten Modus kann eine Impulsspannung an die Steuerelektrode des dritten Transistors angelegt werden, der vierte Transistor kann eingeschaltet sein, der fünfte Transistor kann ausgeschaltet sein, der dritte Schalter kann eingeschaltet sein und der vierte Schalter kann ausgeschaltet sein.
25 stellt ein Beispiel einer Bildgebungsschaltung gemäß einem zwölften Modifikationsbeispiel dar. In 25 sind floatende Diffusionsschichten 47 der Detektionsschaltungen 2D über den Transistor 45 verbunden. Mit anderen Worten, eine Source des Transistors 45 ist mit der floatenden Diffusionsschicht 47 einer der Detektionsschaltungen 2D verbunden. Außerdem ist ein Gate des Transistors 45 mit der floatenden Diffusionsschicht 47 der anderen Detektionsschaltung 2D verbunden. Der Transistor 45 ist beispielsweise ein NMOS-Transistor. Auf diese Weise können in der Bildgebungsschaltung gemäß der vorliegenden Offenbarung die floatenden Diffusionsschichten der mehreren Detektionsschaltungen über mindestens einen Transistor verbunden sein. Auf diese Weise ist es möglich, ein addiertes Signal (FD-addiertes Signal) der floatenden Diffusionsschichten an eine Schaltung in der nachfolgenden Stufe auszugeben und ein Objekt zu detektieren. Außerdem werden Rauscheinflüsse reduziert, und eine Spannungsausgabe durch die Detektionsschaltungen wird stabilisiert. Mit anderen Worten können die floatenden Diffusionsschichten von mindestens zwei Bildgebungsschaltungen über einen siebten Transistor verbunden sein. Der Transistor 45 ist ein Beispiel des siebten Transistors.
26 stellt ein Beispiel einer Bildgebungsschaltung gemäß einem dreizehnten Modifikationsbeispiel dar. Eine Detektionsschaltung 2J in 26 entspricht einer Schaltung, die durch Hinzufügen eines Transistors 46 zu der oben erwähnten Detektionsschaltung 2D erhalten wird. Der Transistor 46 ist beispielsweise ein NMOS-Transistor. Eine Source des Transistors 46 ist mit einem Knoten verbunden, der einen Drain eines Transistors 22 mit einem Drain eines Transistors 20 koppelt. Dagegen ist ein Drain des Transistors 46 mit Drains von Transistoren 46 anderer Detektionsschaltungen 2J verbunden. Auf diese Weise können in der Bildgebungsschaltung gemäß der vorliegenden Offenbarung Sources von Rücksetztransistoren (Transistoren 22) in unterschiedlichen Detektionsschaltungen über mindestens einen Transistor verbunden sein. Auf diese Weise ist es möglich, Rauscheinflüsse zu reduzieren und eine Spannungsausgabe durch die Detektionsschaltungen zu stabilisieren. Mit anderen Worten können zweite Anschlüsse von ersten Transistoren in mindestens zwei Bildgebungsschaltungen über einen achten Transistor verbunden sein. Der Transistor 46 ist ein Beispiel des achten Transistors.
27 stellt ein Beispiel einer Bildgebungsschaltung gemäß einem vierzehnten Modifikationsbeispiel dar. Eine Detektionsschaltung 2K in 27 umfasst eine Fotodiode PD, einen Transistor 20, einen Transistor 21, einen Transistor 22A, einen Transistor 23 und einen Transistor 24. Transistor 20, Transistor 21, Transistor 22A und Transistor 24 sind beispielsweise NMOS-Transistoren. Der Transistor 23 ist beispielsweise ein PMOS-Transistor.
Eine Anode der Fotodiode PD ist mit Masse verbunden. Dagegen ist eine Kathode der Fotodiode PD mit einem Drain des Transistors 25 verbunden. Eine Source des Transistors 25 ist mit einem Gate des Transistors 21 und einer Source des Transistors 22A verbunden. Außerdem ist ein Drain des Transistors 22A mit einer Source des Transistors 20 verbunden. Eine Vorspannung RST wird an ein Gate des Transistors 22A angelegt. Ein Gate des Transistors 20 ist mit einem Drain des Transistors 23, einer Source des Transistors 21 und einer Signalleitung Hout verbunden. Unter diesen entspricht die Signalleitung Hout einem ersten Ausgangsanschluss der Detektionsschaltung 2K. Der oben erwähnte Puffer 3 ist beispielsweise mit dem ersten Ausgangsanschluss verbunden. Ein Drain des Transistors 20 ist mit einem Versorgungspotenzial verbunden.
Eine Vorspannung PBias wird an ein Gate des Transistors 23 angelegt. Außerdem ist eine Source des Transistors 23 mit einem Versorgungspotenzial VDD verbunden. Ein Drain des Transistors 21 ist über einen zweiten Ausgangsanschluss mit einer Signalleitung Vout verbunden. Außerdem ist ein Drain des Transistors 21 mit einer Source des Transistors 24 verbunden. Eine Vorspannung NBias wird an ein Gate des Transistors 24 angelegt. Außerdem ist ein Drain des Transistors 24 mit Masse verbunden.
Der Transistor 20 entspricht einem Umwandlungstransistor und der Transistor 21 entspricht einem Verstärkungstransistor. Dagegen entspricht der Transistor 22A einem Rücksetztransistor (Rücksetzschalter) für eine Spannung in der Detektionsschaltung. Wie in 27 dargestellt, kann der Rücksetztransistor zwischen den Umwandlungstransistor und die floatende Diffusionsschicht anstatt zwischen das Versorgungspotenzial und den Umwandlungstransistor geschaltet sein. Auf diese Weise ist die Position, an der der Rücksetztransistor verschaltet ist, in der Bildgebungsschaltung gemäß der vorliegenden Offenbarung nicht beschränkt.
28 stellt ein Beispiel einer Bildgebungsschaltung gemäß einem fünfzehnten Modifikationsbeispiel dar. Eine Detektionsschaltung 2L in 28 umfasst eine Fotodiode PD, einen Transistor 20, einen Transistor 21, einen Transistor 22A, einen Transistor 23, einen Transistor 24, einen Transistor 28 und einen Transistor 29. Transistor 20, Transistor 21, Transistor 22A, Transistor 24, Transistor 28 und Transistor 29 sind beispielsweise NMOS-Transistoren. Der Transistor 23 ist beispielsweise ein PMOS-Transistor.
Eine Anode der Fotodiode PD ist mit Masse verbunden. Dagegen ist eine Kathode der Fotodiode PD mit einem Drain des Transistors 25 verbunden. Eine Source des Transistors 25 ist mit einer Source des Transistors 22A und einem Gate des Transistors 21 verbunden. Eine Vorspannung RST wird an ein Gate des Transistors 22A angelegt. Ein Drain des Transistors 22A ist mit einer Source des Transistors 20 verbunden. Ein Gate des Transistors 20 ist mit einem Drain des Transistors 29 und einer Source des Transistors 21 verbunden.
Außerdem ist ein Drain des Transistors 20 mit einer Source des Transistors 28 und einem Gate des Transistors 29 verbunden. Ein Gate des Transistors 28 ist mit einem Drain des Transistors 23, einer Source des Transistors 29 und einer Signalleitung Hout verbunden. Hier entspricht die Signalleitung Hout einem ersten Ausgangsanschluss der Detektionsschaltung 2L. Der erste Ausgangsanschluss ist beispielsweise mit dem oben erwähnten Puffer 3 verbunden. Ein Drain des Transistors 28 ist mit einem Versorgungspotenzial verbunden. Eine Vorspannung PBias wird an ein Gate des Transistors 23 angelegt. Außerdem ist eine Source des Transistors 23 mit einem Versorgungspotenzial VDD verbunden.
Die Detektionsschaltung 2L umfasst eine Verstärkungs-Boosting-Strom-Spannung-Umwandlungsschaltung, in der logarithmische Umwandlungsschaltungen in mehreren Stufen enthalten sind. Selbst bei Verwendung der Verstärkungs-Boosting-Strom-Spannung-Umwandlungsschaltung kann ein Rücksetztransistor (Rücksetzschalter) zwischen einem Umwandlungstransistor und einer floatenden Diffusionsschicht bereitgestellt sein.
In der Bildgebungsschaltung gemäß der vorliegenden Offenbarung können der erste Transistor und der zweite Transistor in einer mehrstufigen logarithmischen Transformationsschaltung enthalten sein.
Die Bildgebungsschaltung gemäß der vorliegenden Offenbarung kann in verschiedenen Aspekten implementiert sein. In 29 bis 42 ist ein auf demselben Chip oder Substrat montiertes Element mit der dicken Linie umrandet. Im Folgenden wird ein Implementierungsbeispiel der Bildgebungsschaltung gemäß der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die 29 bis 36beschrieben.
Wie in 29 gezeigt, kann die Fotodiode PD auf einem Chip oder einem Substrat montiert sein, das sich von dem der anderen Elemente der Detektionsschaltung unterscheidet. Es sei angemerkt, dass bei Verwendung der Implementierung in 29 der Transistor 25 (Übertragungsgatter) ein Transistor sein kann, der keine vollständige Übertragung durchführt. Auch der Transistor 25 kann weggelassen werden. Zudem können, wie in 30 dargestellt, die Fotodiode PD und der Transistor 25 (Übertragungsgatter) auf einem Chip oder einem Substrat montiert sein, das sich von dem der anderen Elemente der Detektionsschaltung unterscheidet. Mit anderen Worten, in der Bildgebungsschaltung gemäß der vorliegenden Offenbarung können das fotoelektrische Umwandlungselement und der fünfte Transistor auf unterschiedlichen Chips oder Substraten montiert sein.
Wie in 31 dargestellt, können die Fotodiode PD, der Transistor 20, der Transistor 21, der Transistor 22, der Transistor 25 und die floatende Diffusionsschicht 47 auf einem Chip oder einem anderen Substrat als die anderen Elemente der Detektionsschaltung montiert sein. Bei Verwendung der Implementierung in 31 weist der Chip oder das Substrat eine elektrische Verbindung an mehreren Stellen auf. Außerdem ist der Transistor 26, der einem Schalter zwischen der Detektionsschaltung und der Signalleitung Vout entspricht, in der Implementierung in 31 nicht auf demselben Chip oder Substrat wie die Fotodiode PD montiert. Darüber hinaus ist der Transistor 23, der ein PMOS-Transistor ist, nicht auf demselben Chip oder Substrat wie die Fotodiode PD montiert. Da der PMOS-Transistor mit einem anderen Leitungstyp als die anderen Transistoren in der Detektionsschaltung eine Wannentrennung erfordert, wird eine große Fläche belegt. Daher kann es einen Fall geben, in dem er vorzugsweise auf einem Chip oder einem Substrat montiert ist, der bzw. das sich von dem der Fotodiode PD und den NMOS-Transistoren unterscheidet. Ein Transistor mit einem anderen Leitungstyp kann bei Verwendung einer Schaltung mit umgekehrten Polaritäten zu denen in 31 auch auf einem Chip oder einem Substrat montiert sein, der bzw. das sich von dem der Fotodiode unterscheidet.
Wie in 32 dargestellt, können andere Elemente als der Transistor 23 (PMOS-Transistor) mit einem anderen Leitungstyp in der Detektionsschaltung auf demselben Chip oder Substrat montiert sein. Bei Verwendung der Implementierung in 32 ist der Transistor 26, der dem Schalter zwischen der Detektionsschaltung und der Signalleitung Vout entspricht, auf demselben Chip oder Substrat wie dem der Fotodiode PD montiert. Im Fall von 32 sind die Signalleitung Vout und die Schaltungen in der darauffolgenden Stufe auf einem Chip oder einem Substrat montiert, der bzw. das sich von dem der Detektionsschaltung unterscheidet.
Wie in 33 dargestellt, können die anderen Elemente als der Transistor 23 (PMOS-Transistor) mit einem anderen Leitungstyp und die Signalleitung Vout in den mehreren Detektionsschaltungen auf demselben Chip oder Substrat wie dem der Fotodiode PD montiert sein. Auf diese Weise können die fotoelektrischen Umwandlungselemente, die ersten Transistoren, die zweiten Transistoren, die dritten Transistoren und die vierten Transistoren in den mehreren Bildgebungsschaltungen auf demselben Chip oder Substrat montiert sein. Außerdem können, wie in 34 dargestellt, die anderen Elemente als die Transistoren 23 (PMOS-Transistoren) mit einem anderen Leitungstyp, die Signalleitung Vout, der Schalter 40 und eine Verdrahtung von dem Schalter 40 zu Masse (Referenzpotenzial) in den mehreren Detektionsschaltungen auf demselben Chip oder Substrat wie dem der Fotodioden PD montiert sein.
Wie in 35 dargestellt, können die anderen Elemente als die Transistoren 23 (PMOS-Transistoren) mit einem anderen Leitungstyp, die Signalleitung Vout, der Schalter 40, eine Verdrahtung von dem Schalter 40 zu Masse (Referenzpotenzial), der Schalter 41, die Stromquelle 42 und eine Verdrahtung von der Stromquelle 42 zu Masse (Referenzpotenzial) in den mehreren Detektionsschaltungen auf demselben Chip oder Substrat wie dem der Fotodiode PD montiert sein.
In 36 ist der Puffer 3 einschließlich des Transistors 30 und der Stromquelle S 1 mit der dicken Linie umrandet. Der Puffer 3 kann auf demselben Chip oder Substrat wie dem der Fotodiode PD der Detektionsschaltung montiert sein. Außerdem kann der Puffer 3 auf einem Chip oder einem Substrat montiert sein, das sich von dem der Fotodiode PD der Detektionsschaltung unterscheidet.
Im Folgenden wird ein Implementierungsbeispiel der Bildgebungsschaltung unter Bezugnahme auf 37 bis 42 beschrieben.
Wie in 37 gezeigt, kann die Fotodiode PD auf einem Chip oder einem Substrat montiert sein, das sich von dem der anderen Elemente der Detektionsschaltung unterscheidet. Außerdem können, wie in 38 dargestellt, die Fotodiode PD und der Transistor 25 auf einem Chip oder einem Substrat montiert sein, das sich von dem der anderen Elemente der Detektionsschaltung unterscheidet. Zudem können, wie in 39 dargestellt, der Transistor 20, der Transistor 21, der Transistor 22, der Transistor 25 und die floatende Diffusionsschicht 47 in der Detektionsschaltung auf demselben Chip oder Substrat wie die Fotodiode PD montiert sein.
Wie in 40 dargestellt, können die Fotodiode PD, der Transistor 20, der Transistor 21, der Transistor 22, der Transistor 24, der Transistor 25 und die floatende Diffusionsschicht 47 auf demselben Chip oder Substrat montiert sein. In 40 ist der Transistor 23 mit einem anderen Leitungstyp als die anderen Transistoren in der Detektionsschaltung auf einem Chip oder einem Substrat montiert, das sich von dem der Fotodiode PD unterscheidet. Somit lässt sich eine Wannentrennung durchführen und eine Gesamtgrößenreduzierung der Implementierung realisieren.
Wie in 41 dargestellt, können die Fotodiode PD, der Transistor 20, der Transistor 21, der Transistor 22, der Transistor 24, der Transistor 25, die floatende Diffusionsschicht 47 und der Schalter LinEN auf demselben Chip oder Substrat montiert sein. Handelt es sich bei dem Schalter LinEN um einen MOS-Transistor und sind der Transistor 20, der Transistor 21, der Transistor 22, der Transistor 24 und der Transistor 25 von einem gemeinsamen Leitungstyp, so kann beispielsweise die Implementierung in 41 verwendet werden. Die Implementierungsschemata des Schalters LinEN und des Schalters LogEN sind jedoch nicht beschränkt.
Außerdem können, wie in 42 dargestellt, die Fotodiode PD, der Transistor 20, der Transistor 21, der Transistor 22, der Transistor 24, der Transistor 25, die floatende Diffusionsschicht 47, der Schalter LinEN und der Schalter LogEN auf demselben Chip oder Substrat montiert sein. Handelt es sich bei dem Schalter LinEN und dem Schalter LogEN um MOS-Transistoren und sind der Transistor 20, der Transistor 21, der Transistor 22, der Transistor 24 und der Transistor 25 von einem gemeinsamen Leitungstyp, so kann beispielsweise die Implementierung in 42 verwendet werden.
Bei Verwendung der Bildgebungsschaltung gemäß der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, eine Adressereignisschaltung zu realisieren, die in der Lage ist, ein Umschalten zwischen der logarithmischen Ausgabe und der linearen Ausgabe zu erreichen, während die Anzahl von Transistoren reduziert wird. Es ist somit möglich, ein Ereignis mit hoher Geschwindigkeit zu lesen, indem die zu verwendenden Ausgabearten gemäß der Anwendung oder der Umgebung der Bildgebungsschaltung umgeschaltet werden. Es ist somit möglich, ein asynchrones Bildgebungselement zu realisieren, das in der Lage ist, Daten mit hoher Geschwindigkeit zu erzeugen und auszugeben, während ein Schaltungsumfang reduziert wird. Beispielsweise ist es möglich, eine Verarbeitung zum Durchführen einer Bilderkennung von Personen oder Hindernissen bei hoher Geschwindigkeit auszuführen und die Sicherheit im Transportbereich zu verbessern.
Die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung (die vorliegende Technologie) kann auf verschiedene Produkte angewendet werden. Zum Beispiel kann die Technik gemäß der vorliegenden Offenbarung als eine Vorrichtung realisiert werden, die auf einer beliebigen Art eines beweglichen Körpers, wie etwa einem Automobil, einem Elektrofahrzeug, einem Hybridelektrofahrzeug, einem Motorrad, einem Fahrrad, einer „Personal-Mobility“-Vorrichtung, einem Flugzeug, einer Drohne, einem Schiff und einem Roboter, montiert ist.
43 ist ein Blockdiagramm, das ein schematisches Konfigurationsbeispiel für ein Fahrzeugsteuersystem darstellt, das ein Beispiel für ein Mobilobjektsteuersystem ist, auf das die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung angewandt werden kann.
Ein Fahrzeugsteuersystem 12000 umfasst mehrere elektronische Steuereinheiten, die über ein Kommunikationsnetz 12001 miteinander verbunden sind. In dem in 43 dargestellten Beispiel umfasst das Fahrzeugsteuersystem 12000 eine Antriebssystemsteuereinheit 12010, eine Karosseriesystemsteuereinheit 12020, eine Fahrzeugaußenbereichsinformationsdetektionseinheit 12030, eine Fahrzeuginnenbereichsinformationsdetektionseinheit 12040 und eine integrierte Steuereinheit 12050. Außerdem sind ein Mikrocomputer 12051, eine Ton/Bild-Ausgabeeinheit 12052 und eine Bordnetzschnittstelle (Bordnetz-SST) 12053 als Funktionskonfigurationen der integrierten Steuereinheit 12050 dargestellt.
Die Antriebssystemsteuereinheit 12010 steuert Operationen von Vorrichtungen mit Bezug auf das Antriebssystem des Fahrzeugs gemäß verschiedenen Programmen. Beispielsweise fungiert die Antriebssystemsteuereinheit 12010 als eine Antriebskrafterzeugungsvorrichtung zum Erzeugen einer Antriebskraft eines Fahrzeugs, wie etwa ein Verbrennungsmotor oder ein Antriebsmotor, ein Antriebskraftübertragungsmechanismus zum Übertragen einer Antriebskraft an die Räder, ein Lenkmechanismus zum Justieren eines Lenkwinkels eines Fahrzeugs, und eine Steuervorrichtung wir eine Bremsvorrichtung, die eine Bremskraft für ein Fahrzeug erzeugt.
Die Karosseriesystemsteuereinheit 12020 steuert Operationen verschiedener Vorrichtungen, mit denen eine Fahrzeugkarosserie ausgestattet ist, gemäß verschiedenen Programmen. Beispielsweise fungiert die Karosseriesystemsteuereinheit 12020 als eine Steuervorrichtung eines schlüssellosen Zugangssystems, eines Smart-Schlüssel-Systems, einer elektrischen Fensterhebervorrichtung und verschiedener Lampen wie etwa eines Scheinwerfers, einer Rückleuchte, eines Bremslichts, eines Fahrtrichtungsanzeigers und eines Nebellichts. In diesem Fall können Funkwellen, die von einer tragbaren Vorrichtung übertragen werden, die einen Schlüssel ersetzt, oder Signale verschiedener Schalter in die Karosseriesystemsteuereinheit 12020 eingegeben werden. Die Karosseriesystemsteuereinheit 12020 empfängt Eingaben dieser Funkwellen oder Signale und steuert eine Türverriegelungsvorrichtung, eine elektrische Fensterhebervorrichtung, eine Lampe und dergleichen eines Fahrzeugs.
Die Fahrzeugaußenbereichsinformationsdetektionseinheit 12030 detektiert Informationen des Außenbereichs des Fahrzeugs, in dem das Fahrzeugsteuersystem 12000 montiert ist. Beispielsweise ist eine Bildgebungseinheit 12031 mit der Fahrzeugaußenbereichsinformationsdetektionseinheit 12030 verbunden. Die Fahrzeugaußenbereichsinformationsdetektionseinheit 12030 bewirkt, dass die Bildgebungseinheit 12031 ein Bild des Außenbereichs des Fahrzeugs erfasst, und empfängt das erfasste Bild. Die Fahrzeugaußenbereichsinformationsdetektionseinheit 12030 kann basierend auf dem empfangenen Bild eine Objektdetektionsverarbeitung oder eine Entfernungsdetektionsverarbeitung für Personen, Autos, Hindernisse, Schilder und Buchstaben auf der Straße durchführen.
Die Bildgebungseinheit 12031 ist ein optischer Sensor, der Licht empfängt, und gibt ein elektrisches Signal gemäß der Menge an empfangenem Licht aus. Die Bildgebungseinheit 12031 kann das elektrische Signal auch als Bild und Entfernungsmessinformationen ausgeben. Darüber hinaus kann das durch die Bildgebungseinheit 12031 empfangene Licht sichtbares Licht oder nichtsichtbares Licht wie Infrarotstrahlen sein.
Die Fahrzeuginnenbereichsinformationsdetektionseinheit 12040 detektiert Informationen innerhalb des Fahrzeugs. Beispielsweise ist eine Fahrerzustandsdetektionseinheit 12041, die einen Zustand eines Fahrers detektiert, mit der Fahrzeuginnenbereichsinformationsdetektionseinheit 12040 verbunden. Die Fahrerzustandsdetektionseinheit 12041 umfasst zum Beispiel eine Kamera, die ein Bild des Fahrers erfasst, und die Fahrzeuginnenbereichsinformationsdetektionseinheit 12040 kann auf Grundlage von Detektionsinformationen, die von der Fahrerzustandsdetektionseinheit 12041 eingegeben werden, einen Ermüdungs- oder Konzentrationsgrad des Fahrers berechnen oder bestimmen, ob der Fahrer döst oder nicht.
Der Mikrocomputer 12051 kann einen Steuerzielwert der Antriebskrafterzeugungseinrichtung, des Lenkmechanismus oder der Bremsvorrichtung auf Grundlage der Informationen innerhalb und außerhalb des Fahrzeugs berechnen, die durch die Fahrzeugaußenbereichsinformationsdetektionseinheit 12030 oder die Fahrzeuginnenbereichsinformationsdetektionseinheit 12040 erfasst werden, und einen Steuerbefehl an die Antriebssystemsteuereinheit 12010 ausgeben. Beispielsweise kann der Mikrocomputer 12051 eine kooperative Steuerung zum Zweck des Realisierens von Funktionen eines Fahrerassistenzsystems (ADAS) durchführen, einschließlich einer Vermeidung von Fahrzeugkollisionen, Aufprallabschwächung, einer Folgefahrt basierend auf dem Abstand zwischen Fahrzeugen, einer Fahrt mit Aufrechterhaltung der Fahrzeuggeschwindigkeit, einer Fahrzeugkollisionswarnung, einer Spurverlassenswarnung und dergleichen.
Ferner kann der Mikrocomputer 12051 durch Steuern der Antriebskrafterzeugungsvorrichtung, des Lenkmechanismus, der Bremsvorrichtung und dergleichen auf Grundlage von Informationen bezüglich der Umgebung des Fahrzeugs, erfasst durch die Fahrzeugaußenbereichsinformationsdetektionseinheit 12030 oder die Fahrzeuginnenbereichsinformationsdetektionseinheit 12040, eine kooperative Steuerung zum Zweck des automatisierten Fahrens oder dergleichen durchführen, bei dem eine autonome Fahrt unabhängig von einer Bedienung des Fahrers durchgeführt wird.
Außerdem kann der Mikrocomputer 12051 einen Steuerbefehl an die Karosseriesystemsteuereinheit 12020 auf Grundlage der durch die Fahrzeugaußenbereichsinformationsdetektionseinheit 12030 erfassten Informationen außerhalb des Fahrzeugs ausgeben. Beispielsweise kann der Mikrocomputer 12051 eine kooperative Steuerung zum Zweck des Verhinderns von Blendung durchführen, wie etwa das Umschalten von Fernlicht auf Abblendlicht, indem der Scheinwerfer gemäß der Position eines vorausfahrenden Fahrzeugs oder eines entgegenkommenden Fahrzeugs, das durch die Fahrzeugaußenbereichsinformationsdetektionseinheit 12030 detektiert wird, gesteuert wird.
Die Ton/Bild-Ausgabeeinheit 12052 überträgt ein Ton- und/oder Bildausgabesignal an eine Ausgabevorrichtung, die in der Lage ist, einen Insassen eines Fahrzeugs oder den Außenbereich des Fahrzeugs visuell oder akustisch über Informationen zu benachrichtigen. In dem in 43 dargestellten Beispiel sind ein Audiolautsprecher 12061, eine Anzeigeeinheit 12062 und ein Instrumentenpanel 12063 als Ausgabevorrichtungen dargestellt. Die Anzeigeeinheit 12062 kann zum Beispiel eine Bordanzeige und/oder ein Head-Up-Display umfassen.
44 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Installationsposition der Bildgebungseinheit 12031 darstellt.
In 44 umfasst ein Fahrzeug 12100 Bildgebungseinheiten 12101, 12102, 12103, 12104 und 12105 als die Bildgebungseinheit 12031.
Die Bildgebungseinheiten 12101, 12102, 12103, 12104 und 12105 sind beispielsweise an Positionen wie einem Frontbereich, Seitenspiegeln, einem hinteren Stoßfänger, einer Hecktür und einem oberen Teil einer Windschutzscheibe in einem Fahrzeuginnenraum des Fahrzeugs 12100 bereitgestellt. Die Bildgebungseinheit 12101, die an dem Frontbereich bereitgestellt ist, und die Bildgebungseinheit 12105, die an dem oberen Teil der Windschutzscheibe in dem Fahrzeuginnenraum bereitgestellt ist, erfassen hauptsächlich Bilder vor dem Fahrzeug 12100. Die Bildgebungseinheiten 12102 und 12103, die an den Seitenspiegeln bereitgestellt sind, erfassen hauptsächlich Bilder einer lateralen Seite des Fahrzeugs 12100. Die Bildgebungseinheit 12104, die an dem hinteren Stoßfänger oder der Hecktür bereitgestellt ist, erfasst hauptsächlich Bilder hinter dem Fahrzeug 12100. Durch die Bildgebungseinheiten 12101 und 12105 erfasste Vorderansichtsbilder werden hauptsächlich zur Detektion von vorausfahrenden Fahrzeugen, Fußgängern, Hindernissen, Verkehrssignalen, Verkehrszeichen, Fahrspuren und dergleichen verwendet.
Es sei angemerkt, dass 44 ein Beispiel von Bildgebungsbereichen der Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104 darstellt. Ein Bildgebungsbereich 12111 gibt einen Bildgebungsbereich der Bildgebungseinheit 12101 an, die an dem Frontbereich bereitgestellt ist, Bildgebungsbereiche 12112 und 12113 geben Bildgebungsbereiche der an den Seitenspiegeln bereitgestellten Bildgebungseinheiten 12102 bzw. 12103 an, und ein Bildgebungsbereich 12114 gibt einen Bildgebungsbereich der an dem hinteren Stoßfänger oder der Hecktür bereitgestellten Bildgebungseinheit 12104 an. Beispielsweise kann ein Vogelperspektivenbild des von oben betrachteten Fahrzeugs 12100 durch Überlagern durch die Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104 erfasster Bilddaten erhalten werden.
Mindestens eine der Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104 kann eine Funktion zum Erfassen von Entfernungsinformationen aufweisen. Zum Beispiel kann mindestens eine der Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104 eine Stereokamera sein, die aus mehreren Bildgebungselementen ausgebildet ist, oder kann ein Bildgebungselement mit Pixeln zur Phasendifferenzdetektion sein.
Zum Beispiel kann der Mikrocomputer 12051 insbesondere ein nächstgelegenes dreidimensionales Objekt auf einem Weg, auf dem das Fahrzeug 12100 fährt, bei dem es sich um ein dreidimensionales Objekt handelt, das sich mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit (zum Beispiel 0 km/h oder höher) im Wesentlichen in der gleichen Richtung wie das Fahrzeug 12100 fortbewegt, als ein vorausfahrendes Fahrzeug extrahieren, indem ein Abstand zu jedem der dreidimensionalen Objekte in den Bildgebungsbereichen 12111 bis 12114 und eine zeitliche Änderung des Abstands (eine relative Geschwindigkeit in Bezug auf das Fahrzeug 12100) auf Grundlage von Abstandsinformationen, die von den Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104 erhalten werden, erfasst werden. Ferner kann der Mikrocomputer 12051 einen Abstand zwischen Fahrzeugen, der im Voraus vor einem vorausfahrenden Fahrzeug sicherzustellen ist, einstellen und kann eine automatisierte Bremssteuerung (auch einschließlich einer Folgestoppsteuerung) oder eine automatisierte Beschleunigungssteuerung (auch einschließlich einer Folgestartsteuerung) durchführen. Somit ist es möglich, eine kooperative Steuerung beispielsweise zum Zweck des autonomen Fahrens durchzuführen, bei dem das Fahrzeug autonom fährt, ohne dass der Fahrer Bedienvorgänge ausführen muss.
Beispielsweise kann der Mikrocomputer 12051 dreidimensionale Objektdaten bezüglich dreidimensionaler Objekte Grundlage der von den Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104 erhaltenen Abstandsinformationen in zweirädrige Fahrzeuge, gewöhnliche Fahrzeuge, große Fahrzeuge, Fußgänger und andere dreidimensionale Objekte wie Strommasten klassifizieren und extrahieren und die dreidimensionalen Objektdaten zur automatischen Vermeidung von Hindernissen verwenden. Beispielsweise identifiziert der Mikrocomputer 12051 Hindernisse in der Nähe des Fahrzeugs 12100 in Hindernisse, die vom Fahrer des Fahrzeugs 12100 visuell erkannt werden können, und Hindernisse, die visuell schwer zu erkennen sind. Zusätzlich bestimmt der Mikrocomputer 12051 ein Kollisionsrisiko, das einen Grad des Kollisionsrisikos mit jedem Hindernis angibt, und gibt, wenn das Kollisionsrisiko gleich oder größer als ein eingestellter Wert ist und eine Kollisionsmöglichkeit besteht, über den Audiolautsprecher 12061 oder die Anzeigeeinheit 12062 eine Warnung an den Fahrer aus und führt über die Antriebssystemsteuereinheit 12010 eine erzwungene Verzögerung oder eine Ausweichlenkung durch, sodass er eine Fahrunterstützung zur Kollisionsvermeidung durchführen kann.
Mindestens eine der Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104 kann eine Infrarotkamera sein, die Infrarotstrahlen detektiert. Zum Beispiel kann der Mikrocomputer 12051 einen Fußgänger erkennen, indem er bestimmt, ob in den erfassten Bildern der Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104 ein Fußgänger vorhanden ist oder nicht. Eine solche Fußgängererkennung wird zum Beispiel durch eine Prozedur, bei der Merkmalspunkte in den erfassten Bildern der Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104 als Infrarotkameras extrahiert werden, und eine Prozedur, bei der eine Musterabgleichverarbeitung an einer Reihe von Merkmalspunkten durchgeführt wird, die einen Umriss des Objekts angeben, und bestimmt wird, ob das Objekt ein Fußgänger ist, durchgeführt. Wenn der Mikrocomputer 12051 bestimmt, dass es einen Fußgänger in den erfassten Bildern der Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104 gibt und der Fußgänger erkannt wird, steuert die Ton/Bild-Ausgabeeinheit 12052 die Anzeigeeinheit 12062 derart, dass der erkannte Fußgänger überlagert und zur Hervorhebung mit einer quadratischen Konturlinie angezeigt wird. Darüber hinaus kann die Ton/Bild-Ausgabeeinheit 12052 die Anzeigeeinheit 12062 so steuern, dass ein Symbol, das einen Fußgänger oder dergleichen angibt, an einer gewünschten Position angezeigt wird.
Bisher wurde ein Beispiel des Fahrzeugsteuersystems beschrieben, auf das die Technik gemäß der vorliegenden Offenbarung angewendet werden kann. Die Technik gemäß der vorliegenden Offenbarung kann unter den oben beschriebenen Konfigurationen auf die Bildgebungseinheit 12031 und dergleichen angewendet werden. Insbesondere ist es möglich, eine Abstandsmessvorrichtung 90 einschließlich der oben erwähnten Bildgebungsschaltung und einer Lichtquelle 91 an der Bildgebungseinheit 12031 zu montieren. Es ist möglich, genaue Abstandsinformationen zu erhalten und die Funktionalität und Sicherheit des Fahrzeugs 12100 in einer Umgebung mit einem breiten Helligkeitsdynamikbereich zu verbessern, indem die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung auf die Bildgebungseinheit 12031 angewendet wird.
Es sei angemerkt, dass die vorliegende Technik auch die folgenden Konfigurationen aufweisen kann.

(1) Eine Bildgebungsschaltung, die Folgendes umfasst: ein fotoelektrisches Umwandlungselement, das einfallendes Licht in einen Fotostrom umwandelt; einen ersten Transistor, der den Fotostrom in ein Spannungssignal umwandelt; einen zweiten Transistor, der das Spannungssignal verstärkt; einen dritten Transistor, der einen dem ersten Transistor zuzuführenden Strom steuert; und einen vierten Transistor, der mit dem zweiten Transistor verbunden ist.
(2) Die Bildgebungsschaltung nach Anspruch 1, die ferner Folgendes umfasst:
- einen fünften Transistor, der zwischen einen ersten Knoten, der eine Steuerelektrode des ersten Transistors mit einem ersten Anschluss des zweiten Transistors koppelt, und ein erstes Referenzpotenzial geschaltet ist.
(3) Die Bildgebungsschaltung nach (2), wobei ein Puffer, ein Subtrahierer und ein Quantisierer mit einer Stufe nach dem ersten Knoten verbunden sind.
(4) Die Bildgebungsschaltung nach (2) oder (3), die ferner Folgendes umfasst:
- eine Steuereinheit, die dazu ausgelegt ist, ein Umschalten zwischen einem ersten Modus, in dem der dritte Transistor und der vierte Transistor eingeschaltet sind und der fünfte Transistor als eine Stromquelle verwendet wird, und einem zweiten Modus, in dem eine Impulsspannung an eine Steuerelektrode des dritten Transistors angelegt wird, der vierte Transistor eingeschaltet ist und der fünfte Transistor ausgeschaltet ist, erreichen zu können.
(5) Die Bildgebungsschaltung nach (4), wobei die Steuereinheit dazu ausgelegt ist, das Umschalten zwischen dem ersten Modus und dem zweiten Modus gemäß der gemessenen Lichtmenge zu erreichen.
(6) Die Bildgebungsschaltung nach einem von (1) bis (5), die ferner Folgendes umfasst: einen sechsten Transistor, der zwischen das fotoelektrische Umwandlungselement und einen zweiten Knoten, der einen ersten Anschluss des ersten Transistors mit einer Steuerelektrode des zweiten Transistors koppelt, geschaltet ist.
(7) Die Bildgebungsschaltung nach einem von (1) bis (6), wobei der erste Transistor und der zweite Transistor in einer mehrstufigen logarithmischen Transformationsschaltung enthalten sind.
(8) Die Bildgebungsschaltung nach einem von (2) bis (5), die ferner Folgendes umfasst: einen sechsten Transistor, der zwischen einen dritten Knoten, der einen zweiten Anschluss des zweiten Transistors mit einem zweiten Anschluss des vierten Transistors koppelt, und ein zweites Referenzpotenzial geschaltet ist.
(9) Die Bildgebungsschaltung nach (8), die ferner Folgendes umfasst: eine Steuereinheit, die dazu ausgelegt ist, ein Umschalten zwischen einem ersten Modus, in dem der dritte Transistor eingeschaltet ist, der vierte Transistor ausgeschaltet ist, der fünfte Transistor als eine Stromquelle verwendet wird und der sechste Transistor eingeschaltet ist, und einem zweiten Modus, in dem eine Impulsspannung an eine Steuerelektrode des dritten Transistors angelegt wird, der vierte Transistor eingeschaltet ist, der fünfte Transistor ausgeschaltet ist und der sechste Transistor ausgeschaltet ist, erreichen zu können.
(10) Die Bildgebungsschaltung nach einem von (2) bis (4), ferner umfassend einen ersten Schalter mit einer Stufe davor, mit der die Steuerelektrode des ersten Transistors und der erste Anschluss des zweiten Transistors verbunden sind, und einen zweiten Schalter mit einer Stufe davor, mit der ein zweiter Anschluss des zweiten Transistors und ein erster Anschluss des vierten Transistors verbunden sind, wobei der vierte Transistor zwischen den zweiten Transistor und ein zweites Referenzpotenzial geschaltet ist.
(11) Die Bildgebungsschaltung nach (10), wobei ein Puffer, ein Subtrahierer und ein Quantisierer mit einer Stufe nach dem ersten Schalter verbunden sind, und ein Analog-Digital-Wandler mit einer Stufe nach dem zweiten Schalter verbunden ist.
(12) Die Bildgebungsschaltung nach (11), die ferner Folgendes umfasst: eine Steuereinheit, die dazu ausgelegt ist, ein Umschalten zwischen einem ersten Modus, in dem der dritte Transistor und der vierte Transistor eingeschaltet sind, der fünfte Transistor als eine Stromquelle verwendet wird, der erste Schalter eingeschaltet ist und der zweite Schalter ausgeschaltet ist, und einem zweiten Modus, in dem eine Impulsspannung an eine Steuerelektrode des dritten Transistors angelegt wird, der vierte Transistor eingeschaltet ist, der fünfte Transistor ausgeschaltet ist, der erste Schalter ausgeschaltet ist und der zweite Schalter eingeschaltet ist, erreichen zu können.
(13) Die Bilderzeugungsschaltung nach einem von (2) bis (4), wobei das fotoelektrische Umwandlungselement und der fünfte Transistor auf unterschiedlichen Chips oder Substraten montiert sind.
(14) Eine Bildgebungsvorrichtung, die Folgendes umfasst: einen Analog-Digital-Wandler; und mehrere Bildgebungsschaltungen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der erste Anschluss des vierten Transistors in jeder der Bildgebungsschaltungen über eine Signalleitung mit dem Analog-Digital-Wandler verbunden ist.
(15) Die Bildgebungsvorrichtung nach (14), die ferner Folgendes umfasst: einen dritten Schalter, einen vierten Schalter und eine Stromquelle, wobei der dritte Schalter zwischen die Signalleitung und ein zweites Referenzpotenzial geschaltet ist und der vierte Schalter und die Stromquelle zwischen der Signalleitung und dem zweiten Referenzpotenzial in Reihe geschaltet sind.
(16) Die Bildgebungsvorrichtung nach (15), die ferner Folgendes umfasst: eine Steuereinheit, die dazu ausgelegt ist, ein Umschalten zwischen einem ersten Modus, in dem ein dritter Transistor und der vierte Transistor eingeschaltet sind, ein fünfter Transistor als eine Stromquelle verwendet wird, der dritte Schalter eingeschaltet ist und der vierte Schalter ausgeschaltet ist, und einem zweiten Modus, in dem eine Impulsspannung an eine Steuerelektrode des dritten Transistors angelegt wird, der vierte Transistor eingeschaltet ist, der fünfte Transistor ausgeschaltet ist, der dritte Schalter eingeschaltet ist und der vierte Schalter ausgeschaltet ist, erreichen zu können.
(17) Die Bildgebungsvorrichtung nach (16), wobei die Steuereinheit dazu ausgelegt ist, ein Umschalten zwischen dem ersten Modus und dem zweiten Modus gemäß der gemessenen Lichtmenge zu erreichen.
(18) Die Bildgebungsvorrichtung nach (14) oder (15), wobei floatende Diffusionsschichten in den mindestens zwei Bildgebungsschaltungen über einen siebten Transistor verbunden sind.
(19) Die Bildgebungsvorrichtung nach (14) oder (15), wobei zweite Anschlüsse der ersten Transistoren in den mindestens zwei Bildgebungsschaltungen über einen achten Transistor verbunden sind.
(20) Die Bildgebungsvorrichtung nach (14), wobei die fotoelektrischen Umwandlungselemente, ersten Transistoren, zweiten Transistoren, dritten Transistoren und vierten Transistoren der mehreren Bildgebungsschaltungen auf demselben Chip oder Substrat montiert sind.

Aspekte der vorliegenden Offenbarung sind nicht auf die vorstehend erwähnten einzelnen Ausführungsformen beschränkt und umfassen verschiedene Modifikationen, die Fachleute erzielen können, und Wirkungen der vorliegenden Offenbarung sind ebenfalls nicht auf die vorstehend beschriebenen Details beschränkt. Mit anderen Worten können verschiedene Hinzufügungen, Modifikationen und teilweise Streichungen vorgenommen werden, ohne von der konzeptionellen Idee und dem Kern der vorliegenden Offenbarung abzuweichen, die aus den in den Ansprüchen und deren Äquivalenten definierten Details abgeleitet werden können.
Bezugszeichenliste

Hout, Vout: Signalleitung
PD: Fotodiode
S1, S2, 42: Stromquelle
2: Logarithmische Transformationsschaltung
2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G, 2H, 2I, 2J, 2K, 2L, 2d: Detektionsschaltung
3, 320: Puffer
4, 330: Subtrahierer
5, 340: Quantisierer
6: Logikschaltung
40, 41: Schalter
42: Stromquelle
43: Analog-Digital-Wandler (ADC)
100: Bildgebungsvorrichtung
300: Adressereignisdetektionsschaltung
310: Strom-Spannung-Umwandlungseinheit
350: Übertragungsschaltung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2016533140 T [0003]

Claims

Bildgebungsschaltung, die Folgendes umfasst: ein fotoelektrisches Umwandlungselement, das einfallendes Licht in einen Fotostrom umwandelt; einen ersten Transistor, der den Fotostrom in ein Spannungssignal umwandelt; einen zweiten Transistor, der das Spannungssignal verstärkt; einen dritten Transistor, der einen dem ersten Transistor zuzuführenden Strom steuert; und einen vierten Transistor, der mit dem zweiten Transistor verbunden ist.
Bildgebungsschaltung nach Anspruch 1, die ferner Folgendes umfasst: einen fünften Transistor, der zwischen einen ersten Knoten, der eine Steuerelektrode des ersten Transistors mit einem ersten Anschluss des zweiten Transistors koppelt, und ein erstes Referenzpotenzial geschaltet ist.
Bildgebungsschaltung nach Anspruch 2, wobei ein Puffer, ein Subtrahierer und ein Quantisierer mit einer Stufe nach dem ersten Knoten verbunden sind.
Bildgebungsschaltung nach Anspruch 2, die ferner Folgendes umfasst: eine Steuereinheit, die dazu ausgelegt ist, ein Umschalten zwischen einem ersten Modus, in dem der dritte Transistor und der vierte Transistor eingeschaltet sind und der fünfte Transistor als eine Stromquelle verwendet wird, und einem zweiten Modus, in dem eine Impulsspannung an eine Steuerelektrode des dritten Transistors angelegt wird, der vierte Transistor eingeschaltet ist und der fünfte Transistor ausgeschaltet ist, erreichen zu können.
Bildgebungsschaltung nach Anspruch 4, wobei die Steuereinheit dazu ausgelegt ist, ein Umschalten zwischen dem ersten Modus und dem zweiten Modus gemäß der gemessenen Lichtmenge zu erreichen.
Bildgebungsschaltung nach Anspruch 1, die ferner Folgendes umfasst: einen sechsten Transistor, der zwischen das fotoelektrische Umwandlungselement und einen zweiten Knoten geschaltet ist, der einen ersten Anschluss des ersten Transistors mit einer Steuerelektrode des zweiten Transistors koppelt.
Bildgebungsschaltung nach Anspruch 1, wobei der erste Transistor und der zweite Transistor in einer mehrstufigen logarithmischen Transformationsschaltung enthalten sind.
Bildgebungsschaltung nach Anspruch 2, die ferner Folgendes umfasst: einen sechsten Transistor, der zwischen einen dritten Knoten, der einen zweiten Anschluss des zweiten Transistors mit einem zweiten Anschluss des vierten Transistors koppelt, und ein zweites Referenzpotenzial geschaltet ist.
Bildgebungsschaltung nach Anspruch 8, die ferner Folgendes umfasst: eine Steuereinheit, die dazu ausgelegt ist, ein Umschalten zwischen einem ersten Modus, in dem der dritte Transistor eingeschaltet ist, der vierte Transistor ausgeschaltet ist, der fünfte Transistor als eine Stromquelle verwendet wird und der sechste Transistor eingeschaltet ist, und einem zweiten Modus, in dem eine Impulsspannung an eine Steuerelektrode des dritten Transistors angelegt wird, der vierte Transistor eingeschaltet ist, der fünfte Transistor ausgeschaltet ist und der sechste Transistor ausgeschaltet ist, erreichen zu können.
Bildgebungsschaltung nach Anspruch 2, die ferner Folgendes umfasst: einen ersten Schalter mit einer Stufe davor, mit der die Steuerelektrode des ersten Transistors und der erste Anschluss des zweiten Transistors verbunden sind; und einen zweiten Schalter mit einer Stufe davor, mit dem ein zweiter Anschluss des zweiten Transistors und ein erster Anschluss des vierten Transistors verbunden sind, wobei der vierte Transistor zwischen den zweiten Transistor und ein zweites Referenzpotenzial geschaltet ist.
Bildgebungsschaltung nach Anspruch 10, wobei ein Puffer, ein Subtrahierer und ein Quantisierer mit einer Stufe nach dem ersten Schalter verbunden sind, und ein Analog-Digital-Wandler mit einer Stufe nach dem zweiten Schalter verbunden ist.
Bildgebungsschaltung nach Anspruch 11, die ferner Folgendes umfasst: eine Steuereinheit, die dazu ausgelegt ist, ein Umschalten zwischen einem ersten Modus, in dem der dritte Transistor und der vierte Transistor eingeschaltet sind, der fünfte Transistor als eine Stromquelle verwendet wird, der erste Schalter eingeschaltet ist und der zweite Schalter ausgeschaltet ist, und einem zweiten Modus, in dem eine Impulsspannung an eine Steuerelektrode des dritten Transistors angelegt wird, der vierte Transistor eingeschaltet ist, der fünfte Transistor ausgeschaltet ist, der erste Schalter ausgeschaltet ist und der zweite Schalter eingeschaltet ist, erreichen zu können.
Bildgebungsschaltung nach Anspruch 2, wobei das fotoelektrische Umwandlungselement und der fünfte Transistor auf unterschiedlichen Chips oder Substraten montiert sind.
Bildgebungsvorrichtung, die Folgendes aufweist: einen Analog-Digital-Wandler; und mehrere der Bildgebungsschaltungen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der erste Anschluss des vierten Transistors in jeder der Bildgebungsschaltungen über eine Signalleitung mit dem Analog-Digital-Wandler verbunden ist.
Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 14, die ferner Folgendes umfasst: einen dritten Schalter; einen vierten Schalter; und eine Stromquelle, wobei der dritte Schalter zwischen die Signalleitung und ein zweites Referenzpotenzial geschaltet ist, und der vierte Schalter und die Stromquelle zwischen der Signalleitung und dem zweiten Referenzpotenzial in Reihe geschaltet sind.
Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 15, die ferner Folgendes umfasst: eine Steuereinheit, die dazu ausgelegt ist, ein Umschalten zwischen einem ersten Modus, in dem ein dritter Transistor und der vierte Transistor eingeschaltet sind, ein fünfter Transistor als eine Stromquelle verwendet wird, der dritte Schalter eingeschaltet ist und der vierte Schalter ausgeschaltet ist, und einem zweiten Modus, in dem eine Impulsspannung an eine Steuerelektrode des dritten Transistors angelegt wird, der vierte Transistor eingeschaltet ist, der fünfte Transistor ausgeschaltet ist, der dritte Schalter eingeschaltet ist und der vierte Schalter ausgeschaltet ist, erreichen zu können.
Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Steuereinheit dazu ausgelegt ist, ein Umschalten zwischen dem ersten Modus und dem zweiten Modus gemäß der gemessenen Lichtmenge zu erreichen.
Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 14, wobei floatende Diffusionsschichten in den mindestens zwei Bildgebungsschaltungen über einen siebten Transistor verbunden sind.
Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 14, wobei zweite Anschlüsse der ersten Transistoren in den mindestens zwei Bildgebungsschaltungen über einen achten Transistor verbunden sind.
Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 14, wobei die fotoelektrischen Umwandlungselemente, ersten Transistoren, zweiten Transistoren, dritten Transistoren und vierten Transistoren der mehreren Bildgebungsschaltungen auf demselben Chip oder Substrat montiert sind.