KR20210018257A - 고체 촬상 소자, 촬상 장치, 및 고체 촬상 소자의 제어 방법 - Google Patents
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Abstract
어드레스 이벤트를 검출하는 고체 촬상 소자에 있어서, 화상 데이터의 화질을 향상시킨다. 고체 촬상 소자는, 포토다이오드, 화소 신호 생성부 및 검출부를 구비한다. 이 고체 촬상 소자에 있어서 포토다이오드는, 광전 변환에 의해 전자 및 정공을 생성한다. 화소 신호 생성부는 전자 및 정공 중 일방의 양에 따른 전압의 화소 신호를 생성한다. 검출부는, 전자 및 정공의 타방의 변화량이 소정의 임계값을 초과했는지 여부를 검출하여 검출 신호를 출력한다.
Description
본 기술은 고체 촬상 소자, 촬상 장치, 및 고체 촬상 소자의 제어 방법에 관한 것이다. 상세하게는, 휘도의 변화량이 임계값을 초과했는지 여부를 검출하는 고체 촬상 소자, 촬상 장치, 및 고체 촬상 소자의 제어 방법에 관한 것이다.
종래부터, 수직 동기 신호 등의 동기 신호에 동기하여 화상 데이터를 촬상하는 동기형 고체 촬상 소자가, 촬상 장치 등에 있어서 사용되고 있다. 이 일반적인 동기형 고체 촬상 소자에서는, 동기 신호의 매 주기(예를 들면, 1/60초)에만 화상 데이터를 취득할 수 있다. 그 때문에, 교통이나 로봇 등에 관한 분야에 있어서, 보다 고속 처리가 요구된 경우에 대응하는 것이 곤란해진다. 이에, 화소 어드레스마다, 그 화소의 휘도의 변화량이 소정의 임계값을 초과했는지 여부를 어드레스 이벤트로서 실시간으로 검출하는 비동기형 고체 촬상 소자가 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 이와 같이, 화소마다 어드레스 이벤트를 검출하는 고체 촬상 소자는 DVS(Dynamic Vision Sensor)라고 불린다.
전술한 비동기형 고체 촬상 소자(즉, DVS)에서는, 동기형 고체 촬상 소자보다 훨씬 고속으로 화상 데이터를 생성하여 출력할 수 있다. 또한, 이 비동기형 DVS에 있어서, 포토다이오드를 비동기형 회로와 공유하는 동기형 고체 촬상 소자 내의 화소 회로를 더 추가하여, 동기형보다 고화질인 화상 데이터를 나아가 생성할 수도 있다. 그러나, 포토다이오드를 공유하는 비동기형 및 동기형의 회로를 설치한 고체 촬상 소자에 있어서, 화상 데이터의 화질 향상이 곤란하다고 하는 문제가 있다. 포토다이오드가 전자를 생성하여 전송하는 경우, 그 전자의 일부가 비동기형 회로에 전송되고, 나머지가 동기형 회로에 전송되어, 이들 회로 중 일방만을 설치하는 경우와 비교해서 각 회로에 전송되는 전자의 양이 적어지기 때문이다. 포토다이오드의 면적을 넓게 하면, 전하의 양을 증대시켜 화질을 향상시킬 수 있지만, 실장 면적이 증대하기 때문에 바람직하지 않다.
본 기술은 이러한 상황을 감안하여 나온 것이며, 어드레스 이벤트를 검출하는 고체 촬상 소자에 있어서, 화상 데이터의 화질을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
본 기술은, 전술한 문제점을 해소하기 위해 이루어진 것이며, 그 제1 측면은, 광전 변환에 의해 전자 및 정공을 생성하는 포토다이오드와, 상기 전자 및 상기 정공 중 일방의 양에 따른 전압의 화소 신호를 생성하는 화소 신호 생성부와, 상기 전자 및 상기 정공 중 타방의 변화량이 소정의 임계값을 초과했는지 여부를 검출하여 검출 신호를 출력하는 검출부를 구비하는 고체 촬상 소자, 및 그 제어 방법이다. 이에 의해, 전자 및 정공 중 일방으로부터 화소 신호가 생성되고, 타방으로부터 어드레스 이벤트가 검출된다고 하는 작용을 가져온다.
또한, 이 제1 측면에 있어서, 상기 화소 신호 생성부는 상기 전자의 양에 따른 전압의 상기 화소 신호를 생성하고, 상기 검출부는 상기 정공의 변화량이 상기 임계값을 초과했는지 여부를 검출해도 된다. 이에 의해, 전자로부터 화소 신호가 생성되고, 정공으로부터 어드레스 이벤트가 검출된다고 하는 작용을 가져온다.
또한, 이 제1 측면에 있어서, 상기 포토다이오드와 상기 화소 신호 생성부의 일부는 소정의 수광 칩에 배치되고, 상기 화소 신호 생성부의 나머지와 상기 검출부는 소정의 회로 칩에 배치되어도 된다. 이에 의해, 수광 칩 및 회로 칩 각각의 회로 규모가 삭감된다고 하는 작용을 가져온다.
또한, 이 제1 측면에 있어서, 상기 화소 신호 생성부는, 상기 화소 신호를 생성하는 화소 회로와, 상기 화소 신호와 소정의 참조 신호를 비교하는 비교 회로를 구비하고, 상기 포토다이오드와 상기 화소 회로와 상기 비교 회로의 일부는 상기 수광 칩에 배치되고, 상기 비교 회로의 나머지와 상기 검출부는 상기 회로 칩에 배치되어도 된다. 이에 의해, 수광 칩 및 회로 칩 각각의 회로 규모가 삭감된다고 하는 작용을 가져온다.
또한, 이 제1 측면에 있어서, 상기 화소 신호 생성부는, 상기 화소 신호를 생성하는 화소 회로와, 상기 화소 신호와 소정의 참조 신호를 비교하는 비교 회로를 구비하고, 상기 포토다이오드 및 상기 화소 회로는 상기 수광 칩에 배치되고, 상기 비교 회로 및 상기 검출부는 상기 회로 칩에 배치되어도 된다. 이에 의해, 수광 칩 및 회로 칩 각각의 회로 규모가 삭감된다고 하는 작용을 가져온다.
또한, 이 제1 측면에 있어서, 상기 검출부에 의해 상기 변화량이 상기 임계값을 초과했다는 것이 검출된 경우에는 상기 화소 신호 생성부를 구동하여 상기 화소 신호를 생성시키는 구동부를 더 구비해도 된다. 이에 의해, 어드레스 이벤트가 생긴 화소의 화소 신호만이 판독된다고 하는 작용을 가져온다.
또한, 이 제1 측면에 있어서, 상기 화소 신호에 대해 소정의 신호 처리를 행하여 출력하는 열(列) 처리부와, 소정의 노광 기간 내에 상기 변화량이 상기 임계값을 초과했다는 것이 검출된 경우에는 상기 열 처리부를 제어하여 상기 화소 신호를 출력시키는 제어 회로를 구비해도 된다. 이에 의해, 노광 기간 내에 어드레스 이벤트가 생긴 화소의 화소 신호만이 출력된다고 하는 작용을 가져온다.
또한, 이 제1 측면에 있어서, 상기 포토다이오드, 상기 화소 신호 생성부 및 상기 검출부는 복수의 화소의 각각에 배치되고, 상기 화소 신호 생성부는, 아날로그의 상기 화소 신호를 생성하는 화소 회로와, 상기 화소 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 아날로그-디지털 변환기를 구비해도 된다. 이에 의해, 화소마다 화소 신호가 디지털 신호로 변환된다고 하는 작용을 가져온다.
또한, 이 제1 측면에 있어서, 아날로그의 상기 화소 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환기를 더 구비하고, 상기 포토다이오드, 상기 화소 신호 생성부 및 상기 검출부는 복수의 화소의 각각에 배치되고, 상기 화소 신호 생성부는 아날로그의 상기 화소 신호를 생성하여 상기 아날로그-디지털 변환기에 출력해도 된다. 이에 의해, 화소의 외부에서 화소 신호가 디지털 신호로 변환된다고 하는 작용을 가져온다.
또한, 이 제1 측면에 있어서, 상기 화소 신호 생성부는, 상기 전자 및 상기 정공 중 일방의 전하를 축적하는 전하 축적부와, 상기 전하를 축적하여 해당 전하의 양에 따른 상기 전압으로 변환하는 부유 확산층과, 상기 포토다이오드로부터 전하 축적부로 상기 전하를 전송하는 제1 전송 트랜지스터와, 상기 전하 축적부로부터 상기 부유 확산층으로 상기 전하를 전송하는 제2 전송 트랜지스터를 구비해도 된다. 이에 의해, 전하 축적부로의 전하의 전송과 부유 확산층으로의 전하의 전송이 순서대로 행해진다고 하는 작용을 가져온다.
또한, 이 제1 측면에 있어서, 상기 검출부는, 상기 전자 및 상기 정공 중 타방으로 이루어지는 광전류를 전압으로 변환하는 변환부와, 감산에 의해 상기 전압의 변화량을 구하는 감산기와, 상기 변화량과 상기 임계값을 비교하여 해당 비교 결과를 상기 검출 신호로서 출력하는 비교기를 구비해도 된다. 이에 의해, 광전류가 전압으로 변환되고, 그 변화량과 임계값의 비교에 의해 어드레스 이벤트가 검출된다고 하는 작용을 가져온다.
또한, 이 제1 측면에 있어서, 상기 검출부는, 상기 변환부로부터의 상기 전압의 신호를 상기 감산기에 출력하는 버퍼를 더 구비해도 된다. 이에 의해, 버퍼의 후단의 회로의 구동 능력이 향상된다고 하는 작용을 가져온다.
또한, 이 제1 측면에 있어서, 상기 변환부는 복수단의 루프 회로를 구비하고, 상기 복수단의 루프 회로의 각각은, 루프 형상으로 접속된 한 쌍의 트랜지스터로 이루어지는 것이어도 된다. 이에 의해, 변환부의 변환 게인이 향상된다고 하는 작용을 가져온다.
또한, 이 제1 측면에 있어서, 상기 변환부는, 루프 형상으로 접속된 한 쌍의 트랜지스터와, 상기 한 쌍의 트랜지스터의 각각의 게이트에 접속된 용량을 구비해도 된다. 이에 의해, 변환부의 안정성이 향상된다고 하는 작용을 가져온다.
또한, 본 기술의 제2 측면은, 광전 변환에 의해 전자 및 정공을 생성하는 포토다이오드와, 상기 전자 및 상기 정공 중 일방의 양에 따른 전압의 화소 신호를 생성하는 화소 신호 생성부와, 상기 전자 및 상기 정공 중 타방의 변화량이 소정의 임계값을 초과했는지 여부를 검출하여 검출 신호를 출력하는 검출부와, 상기 검출 신호 및 상기 화소 신호에 대해 소정의 처리를 행하는 디지털 신호 처리부를 구비하는 촬상 장치이다. 이에 의해, 전자로부터 생성된 화소 신호와 정공으로부터 생성된 검출 신호가 처리된다고 하는 작용을 가져온다.
본 기술에 의하면, 어드레스 이벤트를 검출하는 고체 촬상 소자에 있어서, 화상 데이터의 화질을 향상시킬 수 있다고 하는 우수한 효과를 나타낼 수 있다. 한편, 여기에 기재된 효과는 반드시 한정되는 것이 아니고, 본 개시 중에 기재된 어떠한 효과이어도 된다.
도 1은 본 기술의 제1 실시형태에 있어서의 촬상 장치의 일 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 기술의 제1 실시형태에 있어서의 고체 촬상 소자의 일 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 기술의 제1 실시형태에 있어서의 화소 어레이부의 일 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 4는 본 기술의 제1 실시형태에 있어서의 화소의 일 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 5는 본 기술의 제1 실시형태와 비교예에 있어서의 포토다이오드의 단면도의 일례이다.
도 6은 본 기술의 제1 실시형태에 있어서의 화소 신호 생성부의 일 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 7은 본 기술의 제1 실시형태에 있어서의 어드레스 이벤트 검출부의 일 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 8은 본 기술의 제1 실시형태에 있어서의 화소의 일 구성예를 나타내는 회로도이다.
도 9는 본 기술의 제1 실시형태에 있어서의 촬상 처리의 일례를 나타내는 플로우차트이다.
도 10은 본 기술의 제1 실시형태에 있어서의 AER(Address Event Representation) 처리의 일례를 나타내는 플로우차트이다.
도 11은 본 기술의 제2 실시형태에 있어서의 적층 구조의 일례를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 기술의 제2 실시형태에 있어서의 화소의 일 구성예를 나타내는 회로도이다.
도 13은 본 기술의 제2 실시형태의 변형예에 있어서의 화소의 일 구성예를 나타내는 회로도이다.
도 14는 본 기술의 제3 실시형태에 있어서의 화소의 구동 방법의 일례를 나타내는 타이밍 차트이다.
도 15는 본 기술의 제3 실시형태의 제1 변형예에 있어서의 화소의 구동 방법의 일례를 나타내는 타이밍 차트이다.
도 16은 본 기술의 제3 실시형태의 제2 변형예에 있어서의 고체 촬상 소자의 일 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 17은 본 기술의 제3 실시형태의 제2 변형예에 있어서의 화소의 일 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 18은 본 기술의 제4 실시형태에 있어서의 화소의 일 구성예를 나타내는 회로도이다.
도 19는 본 기술의 제5 실시형태에 있어서의 어드레스 이벤트 검출부의 일 구성예를 나타내는 회로도이다.
도 20은 본 기술의 제6 실시형태에 있어서의 대수 변환부(logarithmic conversion unit)의 일 구성예를 나타내는 회로도이다.
도 21은 본 기술의 제7 실시형태에 있어서의 대수 변환부의 일 구성예를 나타내는 회로도이다.
도 22는 차량 제어 시스템의 개략적인 구성의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 23은 차외 정보 검출부 및 촬상부의 설치 위치의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 2는 본 기술의 제1 실시형태에 있어서의 고체 촬상 소자의 일 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 기술의 제1 실시형태에 있어서의 화소 어레이부의 일 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 4는 본 기술의 제1 실시형태에 있어서의 화소의 일 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 5는 본 기술의 제1 실시형태와 비교예에 있어서의 포토다이오드의 단면도의 일례이다.
도 6은 본 기술의 제1 실시형태에 있어서의 화소 신호 생성부의 일 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 7은 본 기술의 제1 실시형태에 있어서의 어드레스 이벤트 검출부의 일 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 8은 본 기술의 제1 실시형태에 있어서의 화소의 일 구성예를 나타내는 회로도이다.
도 9는 본 기술의 제1 실시형태에 있어서의 촬상 처리의 일례를 나타내는 플로우차트이다.
도 10은 본 기술의 제1 실시형태에 있어서의 AER(Address Event Representation) 처리의 일례를 나타내는 플로우차트이다.
도 11은 본 기술의 제2 실시형태에 있어서의 적층 구조의 일례를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 기술의 제2 실시형태에 있어서의 화소의 일 구성예를 나타내는 회로도이다.
도 13은 본 기술의 제2 실시형태의 변형예에 있어서의 화소의 일 구성예를 나타내는 회로도이다.
도 14는 본 기술의 제3 실시형태에 있어서의 화소의 구동 방법의 일례를 나타내는 타이밍 차트이다.
도 15는 본 기술의 제3 실시형태의 제1 변형예에 있어서의 화소의 구동 방법의 일례를 나타내는 타이밍 차트이다.
도 16은 본 기술의 제3 실시형태의 제2 변형예에 있어서의 고체 촬상 소자의 일 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 17은 본 기술의 제3 실시형태의 제2 변형예에 있어서의 화소의 일 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 18은 본 기술의 제4 실시형태에 있어서의 화소의 일 구성예를 나타내는 회로도이다.
도 19는 본 기술의 제5 실시형태에 있어서의 어드레스 이벤트 검출부의 일 구성예를 나타내는 회로도이다.
도 20은 본 기술의 제6 실시형태에 있어서의 대수 변환부(logarithmic conversion unit)의 일 구성예를 나타내는 회로도이다.
도 21은 본 기술의 제7 실시형태에 있어서의 대수 변환부의 일 구성예를 나타내는 회로도이다.
도 22는 차량 제어 시스템의 개략적인 구성의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 23은 차외 정보 검출부 및 촬상부의 설치 위치의 일례를 나타내는 설명도이다.
이하, 본 기술을 실시하기 위한 형태(이하, 실시형태라고 칭함)에 대해 설명한다. 설명은 이하의 순서에 따라 행한다.
1. 제1 실시형태(전자로부터 화소 신호를 생성하고, 정공으로부터 검출 신호를 생성하는 예)
2. 제2 실시형태(적층 구조의 고체 촬상 소자에 있어서 전자로부터 화소 신호를 생성하고, 정공으로부터 검출 신호를 생성하는 예)
3. 제3 실시형태(정공으로부터 검출 신호가 생성된 화소에 있어서 전자로부터 화소 신호를 생성하는 예)
4. 제4 실시형태(아날로그 메모리에 전자를 전송하여 화소 신호를 생성하고, 정공으로부터 검출 신호를 생성하는 예)
5. 제5 실시형태(버퍼를 설치하고, 전자로부터 화소 신호를 생성하고, 정공으로부터 검출 신호를 생성하는 예)
6. 제6 실시형태(루프 회로를 2단으로 하고, 전자로부터 화소 신호를 생성하고, 정공으로부터 검출 신호를 생성하는 예)
7. 제7 실시형태(용량을 추가하고, 전자로부터 화소 신호를 생성하고, 정공으로부터 검출 신호를 생성하는 예)
8. 이동체에의 응용예
<1. 제1 실시형태>
[촬상 장치의 구성예]
도 1은 본 기술의 제1 실시형태에 있어서의 촬상 장치(100)의 일 구성예를 나타내는 블록도이다. 이 촬상 장치(100)는 화상 데이터를 촬상하기 위한 장치이며, 광학부(110), 고체 촬상 소자(200) 및 DSP(Digital Signal Processing) 회로(120)를 구비한다. 나아가, 촬상 장치(100)는 표시부(130), 조작부(140), 버스(150), 프레임 메모리(160), 기억부(170) 및 전원부(180)를 구비한다. 촬상 장치(100)로서는, 예를 들면, 디지털 스틸 카메라 등의 디지털 카메라 외에, 촬상 기능을 갖는 스마트폰이나 컴퓨터, 차량용 카메라 등이 상정된다.
광학부(110)는, 피사체로부터의 광을 집광하여 고체 촬상 소자(200)로 가이드하는 것이다. 고체 촬상 소자(200)는, 수직 동기 신호(VSYNC)에 동기하여, 광전 변환에 의해 화상 데이터를 생성하는 것이다. 여기서, 수직 동기 신호(VSYNC)는, 촬상의 타이밍을 나타내는 소정 주파수의 주기 신호이다. 고체 촬상 소자(200)는, 생성된 화상 데이터를 DSP 회로(120)에 신호선(209)을 통해 공급한다.
DSP 회로(120)는, 고체 촬상 소자(200)로부터의 화상 데이터에 대해 소정의 신호 처리를 실행하는 것이다. 이 DSP 회로(120)는, 처리 후의 화상 데이터를 버스(150)를 통해 프레임 메모리(160) 등에 출력한다. 한편, DSP 회로(120)는 청구범위에 기재된 디지털 신호 처리부의 일례이다.
표시부(130)는 화상 데이터를 표시하는 것이다. 표시부(130)로서는, 예를 들면, 액정 패널이나 유기 EL(Electro Luminescence) 패널이 상정된다. 조작부(140)는 사용자의 조작에 따라 조작 신호를 생성하는 것이다.
버스(150)는 광학부(110), 고체 촬상 소자(200), DSP 회로(120), 표시부(130), 조작부(140), 프레임 메모리(160), 기억부(170) 및 전원부(180)가 서로 데이터를 주고받기 위한 공통의 경로이다.
프레임 메모리(160)는 화상 데이터를 보유하는 것이다. 기억부(170)는 화상 데이터 등의 다양한 데이터를 기억하는 것이다. 전원부(180)는, 고체 촬상 소자(200), DSP 회로(120)나 표시부(130) 등에 전원을 공급하는 것이다.
[고체 촬상 소자의 구성예]
도 2는 본 기술의 제1 실시형태에 있어서의 고체 촬상 소자(200)의 일 구성예를 나타내는 블록도이다. 이 고체 촬상 소자(200)는, DAC(Digital to Analog Converter)(211), 구동 회로(212), X 아비터(arbiter)(213), 시각 코드 발생부(230), 화소 어레이부(240), 열 처리부(250), 제어 회로(215), Y 아비터(216)를 구비한다. 이들 회로는, 예를 들면, 단일 반도체 칩에 배치된다. 또한, 화소 어레이부(240)에는, 2차원 격자 형상으로 복수의 화소가 배열된다. 이하, 화소 어레이부(240)에 있어서 소정의 방향으로 배열된 화소의 집합을 「행」이라고 칭하고, 행에 수직인 방향으로 배열된 화소의 집합을 「열」이라고 칭한다.
DAC(211)는 DA(Digital to Analog) 변환에 의해, 슬로프 형상으로 변화하는 아날로그 참조 신호를 생성하는 것이다. 이 DAC(211)는 참조 신호를 화소 어레이부(240)에 공급한다.
구동 회로(212)는 수직 동기 신호(VSYNC)에 동기하여 화소 어레이부(240) 내의 화소를 구동하는 것이다.
화소 어레이부(240) 내의 화소 각각은 화소 신호를 생성한다. 또한, 화소는, 화소 신호에 더하여, 어드레스 이벤트의 검출 신호도 생성한다. 여기서, 어드레스 이벤트는 온 이벤트(on-event) 및 오프 이벤트(off-event)를 포함하고, 검출 신호는 1비트의 온 이벤트의 검출 결과와 1비트의 오프 이벤트의 검출 결과를 포함한다. 온 이벤트는 휘도의 변동량이 소정의 상한 임계값을 초과했다는 것을 의미한다. 한편, 오프 이벤트는 휘도의 변화량이 소정의 하한 임계값을 하회했다는 것을 의미한다. 또한, 화소는 온 이벤트 및 오프 이벤트의 양쪽을 검출하고 있지만, 일방만을 검출할 수도 있다.
화소는 화소 신호를 열 처리부(250)에 공급한다. 또한, 화소는, 어드레스 이벤트를 검출했을 때에 Y 아비터(216)와의 사이에서, 어드레스 이벤트의 검출 신호를 외부 출력시키기 위해 요청(request) 및 응답의 송수신(이하, 「핸드쉐이크(handshake)」라고 칭함)을 행한다. 다음으로, 화소는 X 아비터(213)와의 사이에서 핸드쉐이크를 행한다.
X 아비터(213)는 각 열로부터의 요청을 조정하고, 조정 결과에 기초하여, 대응하는 열에 응답을 리턴하는 것이다.
시각 코드 발생부(230)는 시각 코드를 발생하는 것이다. 이 시각 코드는 참조 신호가 슬로프 형상으로 변화하는 기간 내의 시각을 나타낸다. 시각 코드 발생부(230)는, 발생된 시각 코드를 화소 어레이부(240)에 공급한다.
열 처리부(250)는, 화소 신호에 대해 상관 이중 샘플링(CDS: Correlated Double Sampling) 처리 등의 신호 처리를 행하고, 처리 후의 화소 신호를 DSP 회로(120)에 공급하는 것이다.
Y 아비터(216)는 각 행으로부터의 요청을 조정하고, 조정 결과에 기초하여, 대응하는 행에 응답을 리턴하는 것이다.
제어 회로(215)는, 요청의 조정 결과에 기초하여, 어드레스 이벤트의 검출 신호를 DSP 회로(120)에 출력하는 것이다. 화소마다의 어드레스 이벤트의 검출 신호를 2차원 격자 형상으로 배열함으로써, 화상 데이터가 생성된다.
이하, 열 처리부(250)로부터 출력된 화소 신호로 이루어지는 화상 데이터를 「통상 화상 데이터」라고 칭하고, 어드레스 이벤트의 검출 신호로 이루어지는 화상 데이터를 「AER 화상 데이터」라고 칭한다. 화소 신호의 데이터 크기는, 검출 신호보다 크고, 예를 들면, 15비트이다. 이 때문에, 통상 화상 데이터의 쪽이 AER 화상 데이터보다 고화질이다.
통상 화상 데이터 및 AER 화상 데이터는 다양한 용도에 있어서 사용된다. 예를 들면, 촬상 장치(100)가 차량용 카메라라면, 통상 화상 데이터는 운전자에게 시인시키기 위해 모니터 등에 표시된다. 한편, AER 화상 데이터는, ADAS(Advanced Driver Assistance System) 등에 있어서, 사람이나 장해물을 검지하기 위해 사용된다.
한편, 고체 촬상 소자(200)는, 통상 화상 데이터의 모든 화소 신호를 출력하고 있지만, 후술하는 바와 같이, 어드레스 이벤트가 생긴 화소의 화소 신호만을 출력할 수도 있다.
[화소 어레이부의 구성예]
도 3은 본 기술의 제1 실시형태에 있어서의 화소 어레이부(240)의 일 구성예를 나타내는 블록도이다. 이 화소 어레이부(240)는 복수의 시각 코드 전송부(241)와 복수의 화소(300)를 구비한다. 시각 코드 전송부(241)는 시각 코드 발생부(230)마다 배치된다. 또한, 화소(300)는 2차원 격자 형상으로 배열된다.
시각 코드 전송부(241)는, 대응하는 시각 코드 발생부(230)로부터의 시각 코드를 전송하는 것이다. 이 시각 코드 전송부(241)는, 대응하는 시각 코드 발생부(230)로부터의 시각 코드를 화소(300)에 전송하고, 또한, 화소(300)로부터의 시각 코드를 디지털 화소 신호로서 열 처리부(250)에 전송한다.
[화소의 구성예]
도 4는 본 기술의 제1 실시형태에 있어서의 화소(300)의 일 구성예를 나타내는 블록도이다. 이 화소(300)는 포토다이오드(305), 화소 신호 생성부(310) 및 어드레스 이벤트 검출부(400)를 구비한다. 또한, 포토다이오드(305)의 애노드 및 캐소드의 일방은 화소 신호 생성부(310)에 접속되고, 타방은 어드레스 이벤트 검출부(400)에 접속된다. 예를 들면, 포토다이오드(305)의 캐소드가 화소 신호 생성부(310)에 접속되고, 애노드가 어드레스 이벤트 검출부(400)에 접속된다.
화소 신호 생성부(310)는, 포토다이오드(305)로부터의 전하의 양에 따른 전압의 화소 신호를 생성하는 것이다. 이 화소 신호 생성부(310)는, 아날로그 화소 신호를 디지털 신호(즉, 시각 코드)로 변환하여 시각 코드 전송부(241)에 공급한다.
어드레스 이벤트 검출부(400)는, 포토다이오드(305)로부터의 전하의 변화량이 소정의 임계값을 초과했는지(즉, 어드레스 이벤트가 생겼는지) 여부를 검출하여 검출 신호를 생성하는 것이다. 이 어드레스 이벤트 검출부(400)는, 어드레스 이벤트를 검출했을 때에 X 아비터(213) 및 Y 아비터(216)와의 사이에서 핸드쉐이크를 행한다. 한편, 어드레스 이벤트 검출부(400)는 청구범위에 기재된 검출부의 일례이다.
도 5는 본 기술의 제1 실시형태와 비교예에 있어서의 포토다이오드(305)의 단면도의 일례이다. 동일 도면에 있어서의 a는, 제1 실시형태에 있어서의 포토다이오드(305)의 단면도의 일례이며, 동일 도면에 있어서의 b는, 비교예에 있어서의 포토다이오드(305)의 단면도의 일례이다.
동일 도면에 있어서의 a에 예시하는 바와 같이 포토다이오드(305)는, 예를 들면, N층(306) 및 P층(307)으로 이루어지고, N층(306)은 캐소드의 전극을 통해 화소 신호 생성부(310)에 접속된다. 한편, P층(307)은 애노드의 전극을 통해 어드레스 이벤트 검출부(400)에 접속된다.
포토다이오드(305)는 광전 변환에 의해 전자 및 정공을 생성한다. 생성되는 전자수는, 휘도가 높을수록 많아진다. 또한, 생성되는 정공의 개수는 전자수와 동일하다. 동일 도면에 있어서 「e-」는 전자를 나타내고, 「h+」는 정공을 나타낸다. 이들 전하 중 전자는 화소 신호 생성부(310)에 출력되고, 정공은 어드레스 이벤트 검출부(400)에 출력된다.
한편, 동일 도면에 있어서의 b에 예시하는 바와 같이 비교예에서는, 화소 신호 생성부(310) 및 어드레스 이벤트 검출부(400)의 양쪽이 캐소드에 접속되고, 애노드는 접지되는 것으로 한다. 이 비교예에서는, 전자의 일부가 화소 신호 생성부(310)에 출력되고, 나머지가 어드레스 이벤트 검출부(400)에 출력된다. 또한, 정공은 접지 단자에 배출된다. 이와 같이 비교예의 구성에서는, 전자 및 정공 중 전자만이 화소 신호의 생성과 어드레스 이벤트의 검출에 사용되고, 정공은 이들에 사용되지 않고 배출된다.
이에 대해, 제1 실시형태의 화소(300)에서는, 전자가 화소 신호의 생성에 사용되고, 정공이 어드레스 이벤트의 검출에 사용된다. 이 때문에, 전자만을 사용하는 비교예에 비해, 동일 휘도 하에서 화소 신호의 레벨이 높아지고, 어드레스 이벤트의 검출 정밀도가 향상된다. 이에 의해, 통상 화상 데이터 및 AER 화상 데이터 각각의 화질이 향상된다. 특히 휘도가 낮은 어두운 곳에서의 화질을 향상시킬 수 있다.
또한, 일반적으로 전자로부터 생성된 화소 신호나 검출 신호는, 정공으로부터 생성한 경우와 비교해서 노이즈량이 적어진다. 이 때문에, 포토다이오드(305)가 전자를 화소 신호 생성부(310)에 공급함으로써 화소 신호의 신호 품질을 향상시킬 수 있다. 한편, 어드레스 이벤트 검출부(400)에는 정공이 공급되기 때문에, 검출 신호의 노이즈량이 많아지지만, 어드레스 이벤트의 검출 신호는 화소마다 2비트에 지나지 않아, 노이즈량의 증대에 의한 영향은 화소 신호보다 적다.
한편, 포토다이오드(305)의 캐소드를 화소 신호 생성부(310)에 접속하고, 애노드를 어드레스 이벤트 검출부(400)에 접속하고 있지만, 반대로 캐소드를 어드레스 이벤트 검출부(400)에 접속하고, 애노드를 화소 신호 생성부(310)에 접속할 수도 있다.
[화소 신호 생성부의 구성예]
도 6은 본 기술의 제1 실시형태에 있어서의 화소 신호 생성부(310)의 일 구성예를 나타내는 블록도이다. 이 화소 신호 생성부(310)는 ADC(Analog-to-Digital Converter)(320) 및 화소 회로(330)를 구비한다. 또한, ADC(320)는 비교 회로(321) 및 데이터 기억부(370)를 구비한다. 그리고, 비교 회로(321)는 차동 입력 회로(340), 전압 변환 회로(350) 및 정귀환 회로(positive feedback circuit)(360)를 구비한다.
화소 회로(330)는, 구동 회로(212)의 제어에 따라 리셋 레벨 또는 신호 레벨을 화소 신호(SIG)로서 생성하는 것이다. 여기서, 리셋 레벨은 노광 개시시 이후에 부유 확산층이 초기화되었을 때의 전압이며, 신호 레벨은 노광 종료시의 노광량에 따른 전압이다. 화소 회로(330)는 리셋 레벨 및 신호 레벨을 순서대로 차동 입력 회로(340)에 공급한다.
ADC(320)는 화소 신호(SIG)(리셋 레벨 또는 신호 레벨)를 디지털 신호로 AD(Analog-to-Digital) 변환하는 것이다. 리셋 레벨을 AD 변환한 데이터를 이하, 「P상 데이터(P-phase data)」라고 칭한다. 또한, 신호 레벨을 AD 변환한 데이터를 이하, 「D상 데이터(D-phase data)」라고 칭한다.
ADC(320) 내의 차동 입력 회로(340)는, DAC(211)로부터의 참조 신호(REF)와 화소 회로(330)로부터의 화소 신호(SIG)를 비교하는 것이다. 이 차동 입력 회로(340)는, 비교 결과를 나타내는 비교 결과 신호를 전압 변환 회로(350)에 공급한다.
전압 변환 회로(350)는, 차동 입력 회로(340)로부터의 비교 결과 신호의 전압을 변환하여 정귀환 회로(360)에 출력하는 것이다.
정귀환 회로(360)는, 출력의 일부를 입력(비교 결과 신호)에 가산하고, 출력 신호(VCO)로서 데이터 기억부(370)에 출력하는 것이다.
데이터 기억부(370)는, 출력 신호(VCO)가 반전될 때의 시각 코드를 보유하는 것이다. 이 데이터 기억부(370)는, 구동 회로(212)의 제어에 따라 리셋 레벨에 대응하는 시각 코드를 P상 데이터로서 출력하고, 신호 레벨에 대응하는 시각 코드를 D상 데이터로서 출력한다.
[어드레스 이벤트 검출부의 구성예]
도 7은 본 기술의 제1 실시형태에 있어서의 어드레스 이벤트 검출부(400)의 일 구성예를 나타내는 블록도이다. 이 어드레스 이벤트 검출부(400)는 대수 변환부(410), 감산기(420), 비교기(430) 및 AER 로직 회로(440)를 구비한다.
대수 변환부(410)는, 포토다이오드(305)에 의해 생성된 전하(정공 등)로 이루어지는 광전류를 대수적으로(logarithmically) 전압으로 변환하는 것이다. 이 대수 변환부(410)는, 변환된 전압의 신호를 감산기(420)에 공급한다. 한편, 대수 변환부(410)는 청구범위에 기재된 변환부의 일례이다.
감산기(420)는 감산 동작에 의해 전압 신호의 변화량을 구하는 것이다. 이 감산기(420)는, 변화량을 나타내는 미분 신호를 비교기(430)에 공급한다. 또한, 미분 신호는 리셋 신호(xrst)에 의해 초기화된다.
비교기(430)는, 감산기(420)로부터의 미분 신호와, 상한 임계값(Vbon) 및 하한 임계값(Vboff) 각각을 비교하는 것이다. 이 비교기(430)는, 미분 신호와 상한 임계값(Vbon) 간의 비교 결과를 온 이벤트의 검출 결과(VCH)로서 AER 로직 회로(440)에 출력한다. 또한, 비교기(430)는, 미분 신호와 하한 임계값(Vboff) 간의 비교 결과를 오프 이벤트의 검출 결과(VCL)로서 AER 로직 회로(440)에 출력한다.
AER 로직 회로(440)는, 검출 결과(VCH 및 VCL)로 이루어지는 검출 신호에 기초하여 핸드쉐이크를 행하는 것이다. 이 AER 로직 회로(440)는, 어드레스 이벤트가 생긴 경우에 Y 아비터(216)와의 사이에서 핸드쉐이크를 행한다. 다음으로, AER 로직 회로(440)는, X 아비터(213)와의 사이에서 핸드쉐이크를 행하고, 응답을 수취하면 리셋 신호(xrst)에 의해 감산기(420)를 리셋한다.
도 8은 본 기술의 제1 실시형태에 있어서의 화소(300)의 일 구성예를 나타내는 회로도이다. 화소 신호 생성부(310)는 화소 회로(330), 부하 MOS 회로(311), 비교 회로(321) 및 데이터 기억부(370)를 구비한다. 또한, 화소 회로(330)는, 배출 트랜지스터(331), 전송 트랜지스터(332), 리셋 트랜지스터(333), 부유 확산층(334), 증폭 트랜지스터(335) 및 선택 트랜지스터(336)를 구비한다. 배출 트랜지스터(331), 전송 트랜지스터(332), 리셋 트랜지스터(333) 및 증폭 트랜지스터(335) 및 선택 트랜지스터(336)로서, 예를 들면, NMOS(N-type Metal Oxide Semiconductor) 트랜지스터가 사용된다. 또한, 배출 트랜지스터(331) 및 전송 트랜지스터(332)는 포토다이오드(305)의 캐소드에 접속된다.
배출 트랜지스터(331)는, 구동 회로(212)로부터의 구동 신호(OFG)에 따라, 포토다이오드(305)의 전하(전자 등)를 배출하는 것이다.
전송 트랜지스터(332)는, 구동 회로(212)로부터의 전송 신호(TRG)에 따라, 포토다이오드(305)로부터 부유 확산층(334)에 전하를 전송하는 것이다.
리셋 트랜지스터(333)는, 구동 회로(212)로부터의 리셋 신호(RST)에 따라 부유 확산층(334)의 전하의 양을 초기화하는 것이다.
부유 확산층(334)은, 전송된 전하를 축적하고, 그 전하량에 따른 전압을 생성하는 것이다. 증폭 트랜지스터(335)는, 부유 확산층(334)의 전압을 증폭하는 것이다.
선택 트랜지스터(336)는, 구동 회로(212)로부터의 선택 신호(SEL)에 따라, 증폭된 전압의 신호를 화소 신호(SIG)로서 비교 회로(321)에 공급하는 것이다.
부하 MOS 회로(311)는 선택 트랜지스터(336)의 소스와 접지 단자 사이에 삽입된다.
구동 회로(212)는, 수직 동기 신호(VSYNC)에 동기하여, 전체 화소에 대해 노광 개시시에 리셋 신호(RST)에 의해 부유 확산층(334)을 초기화하고, 노광 종료시에 전송 신호(TRG)에 의해 전하를 전송시킨다. 바꿔 말하면, 글로벌 셔터 방식이 사용된다. 또한, 구동 회로(212)는, 선택 신호(SEL)에 의해, 행을 순서대로 선택하여 화소 신호를 출력시킨다.
또한, 어드레스 이벤트 검출부(400)는, 대수 변환부(410), 감산기(420), 비교기(430) 및 AER 로직 회로(440)를 구비한다. 대수 변환부(410)는, PMOS(P-type Metal Oxide Semiconductor) 트랜지스터(411 및 412)와 NMOS 트랜지스터(413)를 구비한다. 감산기(420)는, 용량(421 및 423)과, 증폭기(422)와, 스위치(424)를 구비한다.
대수 변환부(410)에 있어서, PMOS 트랜지스터(411)의 소스는 포토다이오드(305)의 애노드에 접속되고, 드레인은 접지된다. 또한, PMOS 트랜지스터(412) 및 NMOS 트랜지스터(413)는 전원 단자와 접지 단자 사이에서 직렬로 접속되고, PMOS 트랜지스터(412)의 게이트가 포토다이오드(305)의 애노드에 접속된다. 또한, PMOS 트랜지스터(411)의 게이트는 PMOS 트랜지스터(412) 및 NMOS 트랜지스터(413)의 접속점에 접속되고, NMOS 트랜지스터(413)의 게이트는 전원 단자에 접속된다. 이들 루프 형상으로 접속된 PMOS 트랜지스터(411 및 412)에 의해 포토다이오드(305)로부터의 광전류는 대수적으로 전압 신호로 변환되어, PMOS 트랜지스터(412) 및 NMOS 트랜지스터(413)의 접속점으로부터 출력된다.
감산기(420)에 있어서, 용량(421)의 일단은 대수 변환부(410)의 출력 단자에 접속되고, 타단은 증폭기(422)의 입력 단자에 접속된다. 용량(423)은 증폭기(422)에 병렬로 접속된다. 스위치(424)는, 용량(423)의 양단을 접속하는 경로를 리셋 신호(xrst)에 따라 개폐하는 것이다.
증폭기(422)는, 용량(421)을 통해 입력된 전압 신호를 증폭하는 것이다. 이 증폭기(422)는 증폭된 신호를 비교기(430)에 출력한다.
스위치(424)를 온으로 했을 때에 용량(421)의 대수 변환부(410) 측에 전압 신호(Vinit)가 입력되고, 그의 반대측은 가상 접지 단자로 된다. 이 가상 접지 단자의 전위를 편의상 제로로 한다. 이 때, 용량(421)에 축적되어 있는 전위(Qinit)는, 용량(421)의 용량을 C1로 하면, 다음 식에 의해 표현된다. 한편, 용량(423)의 양단은 단락되어 있기 때문에, 그 축적 전하는 제로가 된다.
Qinit=C1×Vinit ···식 1
다음으로, 스위치(424)가 오프로 되어, 용량(421)의 입력측 전압이 변화되어 Vafter로 된 경우를 생각하면, 용량(421)에 축적되는 전하(Qafter)는 다음 식에 의해 표현된다.
Qafter=C1×Vafter ···식 2
한편, 용량(423)에 축적되는 전하(Q2)는, 출력 전압을 Vout으로 하면, 다음 식에 의해 표현된다.
Q2=-C2×Vout ···식 3
이 때, 용량(421 및 423)의 총 전하량은 변화하지 않기 때문에, 다음 식이 성립한다.
Qinit=Qafter+Q2 ···식 4
식 4에 식 1 내지 식 3을 대입하여 변형하면, 다음 식이 얻어진다.
Vout=-(C1/C2)×(Vafter-Vinit) ···식 5
식 5는 전압 신호의 감산 동작을 표현하고, 감산 결과의 이득은 C1/C2가 된다. 통상, 이득을 최대화하는 것이 요망되기 때문에, C1을 크게, C2를 작게 설계하는 것이 바람직하다. 한편, C2가 지나치게 작으면, kTC 노이즈가 증대하고, 노이즈 특성이 악화될 우려가 있기 때문에, C2의 용량 삭감은 노이즈를 허용할 수 있는 범위로 제한된다. 또한, 화소마다 감산기(420)를 포함하는 어드레스 이벤트 검출부(400)가 탑재되기 때문에, 용량(C1이나 C2)에는 면적상의 제약이 있다. 이들을 고려하여, 예를 들면, C1은 20 내지 200 펨토패럿(fF)의 값으로 설정되고, C2는 1 내지 20 펨토패럿(fF)의 값으로 설정된다.
[고체 촬상 소자의 동작 예]
도 9는 본 기술의 제1 실시형태에 있어서의 촬상 처리의 일례를 나타내는 플로우차트이다. 이 촬상 처리는, 예를 들면, 통상 화상 데이터의 촬상을 위한 애플리케이션이 실행되었을 때에 개시된다.
고체 촬상 소자(200)는, VSYNC의 상승 타이밍인지 여부를 판단한다(스텝(S911)). VSYNC의 상승 타이밍인 경우(스텝(S911): Yes), 고체 촬상 소자(200) 내의 화소 각각은, 노광 종료 직전에 있어서 리셋 레벨을 P상 데이터로 변환한다(스텝(S912)). 그리고, 화소는, 노광 종료시에 전하를 FD로 전송하고(스텝(S913)), 신호 레벨을 D상 데이터로 변환한다(스텝(S914)). 그리고, 고체 촬상 소자(200)는 CDS 처리를 실행한다(스텝(S915)). VSYNC의 상승 타이밍 전인 경우(스텝(S911): No) 또는 스텝(S915) 이후에 고체 촬상 소자(200)는, 스텝(S911) 이후를 반복하여 실행한다.
도 10은 본 기술의 제1 실시형태에 있어서의 AER 처리의 일례를 나타내는 플로우차트이다. 이 AER 처리는, 예를 들면, AER을 위한 애플리케이션이 실행되었을 때에 개시된다.
고체 촬상 소자(200) 내의 화소(300)는, 휘도의 변화량이 상한 임계값을 초과했는지 여부를 판단한다(스텝(S921)). 변화량이 상한 임계값 이하인 경우에(스텝(S921): No), 화소(300)는, 휘도의 변화량이 하한 임계값을 하회했는지 여부를 판단한다(스텝(S922)). 변화량이 하한 임계값 미만인 경우에(스텝(S922): Yes), 화소(300)는 오프 이벤트를 검출한다(스텝(S923)). 한편, 변화량이 상한 임계값을 초과한 경우에(스텝(S921): Yes), 화소(300)는 온 이벤트를 검출한다(스텝(S924)).
스텝(S923 또는 S924) 이후의 화소(300)는, 어드레스 이벤트의 검출 결과를 핸드쉐이크에 의해 전송하고(스텝(S925)), 스텝(S921) 이후를 반복하여 실행한다. 또한, 변화량이 하한 임계값 이상인 경우(스텝(S922): No), 화소(300)는 스텝(S921) 이후를 반복하여 실행한다.
이와 같이, 본 기술의 제1 실시형태에 의하면, 화소 신호 생성부(310)가 전자로부터 화소 신호를 생성하고, 어드레스 이벤트 검출부(400)가 정공으로부터 어드레스 이벤트를 검출하기 때문에, 전자만을 사용하는 경우와 비교해서 화상 데이터의 화질을 향상시킬 수 있다.
<2. 제2 실시형태>
전술한 제1 실시형태에서는, 단일 반도체 칩에 화소(300)를 배치하고 있었지만, 화소수가 많아질수록, 반도체 칩의 회로 규모가 증대될 우려가 있다. 이 제2 실시형태의 고체 촬상 소자(200)는, 적층된 복수의 칩에, 화소(300) 내의 회로를 분산하여 배치하는 점에서 제1 실시형태와 다르다.
도 11은 본 기술의 제2 실시형태에 있어서의 고체 촬상 소자(200)의 적층 구조 일례를 나타내는 도면이다. 이 고체 촬상 소자(200)는, 회로 칩(202)과, 그 회로 칩(202)에 적층된 수광 칩(201)을 구비한다. 이들 칩은, 비아(via) 등의 접속부를 통해 전기적으로 접속된다. 한편, 비아 이외에, Cu-Cu 접합이나 범프(bump)에 의해 접속할 수도 있다.
도 12는 본 기술의 제2 실시형태에 있어서의 화소(300)의 일 구성예를 나타내는 회로도이다. 이 제2 실시형태의 화소(300)에 있어서, 화소 회로(330)는 증폭 트랜지스터(335) 및 선택 트랜지스터(336)를 구비하지 않고, 부유 확산층(334)의 전압 신호가 화소 신호(SIG)로서 비교 회로(321) 내의 차동 입력 회로(340)에 직접 입력된다.
또한, 차동 입력 회로(340)는 PMOS 트랜지스터(341 및 342)와 NMOS 트랜지스터(343 내지 345)를 구비한다.
PMOS 트랜지스터(341) 및 NMOS 트랜지스터(343)는, 전원 단자와 NMOS 트랜지스터(345)의 드레인 사이에 직렬로 접속된다. PMOS 트랜지스터(342) 및 NMOS 트랜지스터(344)는, 전원 단자와 NMOS 트랜지스터(345)의 드레인 사이에 직렬로 접속된다.
또한, PMOS 트랜지스터(342)의 게이트는, PMOS 트랜지스터(341)의 게이트와 PMOS 트랜지스터(342) 자신의 드레인에 접속된다. NMOS 트랜지스터(343)의 게이트에는, 화소 회로(330)로부터의 화소 신호(SIG)가 입력되고, NMOS 트랜지스터(344)의 게이트에는, DAC(211)로부터의 참조 신호(REF)가 입력된다. 또한, PMOS 트랜지스터(341) 및 NMOS 트랜지스터(343)의 접속점은 전압 변환 회로(350)에 접속된다.
전술한 회로 구성에 있어서, 화소 회로(330)와, 차동 입력 회로(340) 내의 NMOS 트랜지스터(343 내지 345)가 수광 칩(201)에 배치된다. 또한, 차동 입력 회로(340) 내의 PMOS 트랜지스터(341 및 342)와, 그 후단의 회로와, 어드레스 이벤트 검출부(400)가 회로 칩(202)에 배치된다. 고체 촬상 소자(200) 내의 DAC(211), 구동 회로(212), X 아비터(213), 시각 코드 발생부(230), 열 처리부(250), 제어 회로(215) 및 Y 아비터(216)는 회로 칩(202)에 배치된다.
한편, 고체 촬상 소자(200) 내의 회로나 소자를 2개의 칩(수광 칩(201) 및 회로 칩(202))에 분산하여 배치하고 있지만, 적층된 3개 이상의 칩에 분산하여 배치할 수도 있다.
이와 같이 본 기술의 제2 실시형태에서는, 고체 촬상 소자(200) 내의 회로를 수광 칩(201) 및 회로 칩(202)에 분산하여 배치하였기 때문에, 단일 칩에 배치하는 경우와 비교하여, 각각의 칩의 회로 규모를 삭감할 수 있다.
[변형예]
전술한 제2 실시형태에서는, 화소 회로(330)와, 비교 회로(321) 내의 NMOS 트랜지스터(343 내지 345)를 수광 칩(201)에 배치하고 있었지만, 화소수가 많아질수록, 수광 칩(201)의 회로 규모가 증대될 우려가 있다. 이 제2 실시형태의 변형예의 고체 촬상 소자(200)는, 화소 회로(330)를 수광 칩(201)에 배치하고, 비교 회로(321) 전체를 회로 칩(202)에 배치한 점에서 제2 실시형태와 다르다.
도 13은 본 기술의 제2 실시형태의 변형예에 있어서의 화소(300)의 일 구성예를 나타내는 회로도이다. 제2 실시형태의 변형예에 있어서, 화소 회로(330)는, 제1 실시형태와 마찬가지로 증폭 트랜지스터(335) 및 선택 트랜지스터(336)를 구비한다.
또한, 화소 회로(330) 및 부하 MOS 회로(311)가 수광 칩(201)에 배치되고, 이들 이외의 비교 회로(321) 등은 회로 칩(202)에 배치된다.
이와 같이, 본 기술의 제2 실시형태의 변형예에서는, 화소 회로(330)를 수광 칩(201)에 배치하고, 비교 회로(321) 전체를 회로 칩(202)에 배치하였기 때문에, 제2 실시형태와 비교해서 수광 칩(201)의 회로 규모를 삭감할 수 있다.
<3. 제3 실시형태>
전술한 제1 실시형태에서는, 수직 동기 신호(VSYNC)에 동기하여 전체 화소의 화소 신호를 판독하고 있었지만, 화소수의 증대에 따라 회로 규모가 증대하고, 소비 전력이 커질 우려가 있다. 이 제3 실시형태의 고체 촬상 소자(200)는, 어드레스 이벤트가 생긴 화소의 화소 신호만을 판독하는 점에서 제1 실시형태와 다르다.
도 14는 본 기술의 제3 실시형태에 있어서의 화소(300)의 구동 방법의 일례를 나타내는 타이밍 차트이다. 제어 회로(215)는 어드레스 이벤트의 검출 신호를 구동 회로(212)에 공급한다. 고체 촬상 소자(200)에는 수직 동기 신호(VSYNC)가 입력되지 않는다. 또한, 구동 회로(212)는 전체 화소 중 어드레스 이벤트가 생긴 화소만을 구동하여, 화소 신호를 생성시킨다. 그리고, 어드레스 이벤트가 생긴 화소의 화소 신호만이 판독된다.
예를 들면, 타이밍(T1)에 있어서, 어떤 화소(300)의 검출 신호가 제어 회로(215)에 의해 출력된 것으로 한다. 구동 회로(212)는, 그 화소(300)에 리셋 신호(RST)를 공급하고, 노광을 개시한다. 그리고, 노광 종료 직전의 타이밍(T2)에 있어서, 비교 회로(321)로부터 출력 신호(VCO)가 출력되어, 리셋 레벨의 AD 변환(바꿔 말하면, 판독)이 개시된다.
구동 회로(212)는, 노광 종료시의 타이밍(T3)에 있어서 전송 신호(TRG)를 공급하고, 그 직후의 타이밍(T4)에 있어서, 비교 회로(321)로부터 출력 신호(VCO)가 출력되어, 신호 레벨의 AD 변환(판독)이 개시된다.
한편, 고체 촬상 소자(200)는, 어드레스 이벤트가 생겼을 때에, 하나의 화소의 화소 신호를 판독하고 있지만, 복수의 화소 각각의 화소 신호를 판독할 수도 있다. 예를 들면, 각각이 복수의 화소로 이루어지는 일정 크기의 화소 블록으로 화소 어레이부(240)를 분할하고, 어떤 화소 블록에서 어드레스 이벤트가 생기면, 그 블록 내의 복수의 화소 신호를 판독하면 된다.
이와 같이, 본 기술의 제3 실시형태에 의하면, 고체 촬상 소자(200)는, 전체 화소 중 어드레스 이벤트가 생긴 화소의 화소 신호만을 판독하기 때문에, 전체 화소를 판독하는 경우와 비교하여, 고체 촬상 소자(200)의 소비 전력을 저감할 수 있다. 또한, 전체 화소를 판독하는 경우와 비교하여, 판독 속도를 빠르게 할 수 있다.
[제1 변형예]
전술한 제3 실시형태에서는, 전체 화소 중 어드레스 이벤트가 생긴 화소만을 노광하여 판독하고 있었지만, 화소마다 노광 타이밍이 다르면, 화소 신호의 출력 타이밍이 화소마다 달라진다. 이 제3 실시형태의 제1 변형예의 고체 촬상 소자(200)는 전체 화소를 노광하고, 어드레스 이벤트가 생긴 화소의 화소 신호만을 출력하는 점에서 제3 실시형태와 다르다.
도 15는 본 기술의 제3 실시형태의 제1 변형예에 있어서의 화소(300)의 구동 방법의 일례를 나타내는 타이밍 차트이다. 구동 회로(212)는, 수직 동기 신호(VSYNC)에 동기하여 전체 화소를 동시에 노광한다. 바꿔 말하면, 글로벌 셔터 방식이 사용된다.
예를 들면, 구동 회로(212)는, 노광 개시 타이밍(T10)에 있어서 전체 화소에 RST1, RST2 및 RST3 등의 리셋 신호(RSTn)를 공급한다. RSTn(n은 정수)은 화소(Pn)에 공급된다. 그리고, 노광 종료 타이밍(T20)에 있어서 구동 회로(212)는 전체 화소에 전송 신호(TRGn)를 공급한다. 이에 의해, 전체 화소가 동시에 노광된다.
그리고, 타이밍(T10 내지 T20)의 노광 기간 내에, 어드레스 이벤트가 검출된 화소에 대해 구동 회로(212)는, 열 처리부(250)를 제어하여 화소 신호를 출력시킨다.
예를 들면, 타이밍(T11 및 T12)에 있어서 화소(P1 및 P2)의 검출 신호가 제어 회로(215)에 의해 출력되고, 화소(P3)의 검출 신호는 출력되지 않은 것으로 한다. 이 경우에, 구동 회로(212)는, 노광 종료 직후의 타이밍(T21)에 있어서 화소(P1 및 P2)의 화소 신호를 열 처리부(250)에 출력시킨다. 이에 의해, 화소(P1 및 P2)의 출력 타이밍을 수직 동기 신호(VSYNC)에 동기한 타이밍에 일치시킬 수 있다.
이와 같이 본 기술의 제3 실시형태의 제1 변형예에 의하면, 구동 회로(212)는, 전체 화소를 노광하여 어드레스 이벤트가 생긴 화소의 화소 신호만을 출력시키기 때문에, 이들 화소의 화소 신호의 출력 타이밍을 일치시킬 수 있다.
[제2 변형예]
전술한 제3 실시형태에서는, 화소마다 ADC(320)를 설치하고, 어드레스 이벤트가 생긴 화소의 화소 신호만을 AD 변환(바꿔 말하면, 판독)하였지만, 화소마다 ADC(320)를 배치하는 구성에서는, 화소(300)의 회로 규모가 증대된다. 이 제3 실시형태의 제2 변형예에 있어서의 고체 촬상 소자(200)는, 컬럼마다 ADC를 배치하는 점에서 제3 실시형태와 다르다.
도 16은 본 기술의 제3 실시형태의 제2 변형예에 있어서의 고체 촬상 소자(200)의 일 구성예를 나타내는 블록도이다. 이 제3 실시형태의 제2 변형예의 고체 촬상 소자(200)는, 열 처리부(250) 대신에 컬럼 ADC(260)를 구비하는 점에서 제3 실시형태와 다르다. 이 컬럼 ADC(260)에는 컬럼마다 ADC가 설치된다.
또한, 제3 실시형태의 제2 변형예에 있어서 제어 회로(215)는, 컬럼 ADC(260)를 제어하여 어드레스 이벤트가 검출된 컬럼으로부터의 화소 신호만을 AD 변환시킨다.
도 17은, 본 기술의 제3 실시형태의 제2 변형예에 있어서의 화소(300)의 일 구성예를 나타내는 블록도이다. 이 제3 실시형태의 제2 변형예의 화소(300)는, ADC(320)가 설치되지 않는 점에서 제3 실시형태와 다르다. 화소 회로(330)는, 열마다 배선된 수직 신호선(VSL)을 통해 아날로그 화소 신호를 컬럼 ADC(260)에 공급한다.
이와 같이, 본 기술의 제3 실시형태의 제2 변형예에서는, 컬럼마다 ADC가 배치되기 때문에, 화소마다 ADC를 배치하는 경우와 비교해서 화소(300)의 회로 규모를 삭감할 수 있다.
<4. 제4 실시형태>
전술한 제1 실시형태에서는, 화소(300)이 노광 종료 후에 화소 신호를 AD 변환하였지만, 포토다이오드(305)의 초기화에 의해 노이즈가 생기게 때문에, 그 AD 변환 중에 다음 노광을 개시할 수 없다. 이 제4 실시형태의 화소(300)는, 아날로그 메모리 및 전송 트랜지스터를 추가하여 AD 변환 중의 노광 개시를 가능하게 한 점에서 제1 실시형태와 다르다.
도 18은 본 기술의 제4 실시형태에 있어서의 화소(300)의 일 구성예를 나타내는 회로도이다. 이 제4 실시형태의 화소(300)는, 전송 트랜지스터(337) 및 아날로그 메모리(338)를 더 구비하는 점에서 제1 실시형태와 다르다. 전송 트랜지스터(337)로서, 예를 들면, NMOS 트랜지스터가 사용된다.
전송 트랜지스터(337)는, 구동 회로(212)로부터의 전송 신호(TRX)에 따라 포토다이오드(305)로부터 아날로그 메모리(338)에 전하를 전송하는 것이다. 한편, 전송 트랜지스터(337)는 청구범위에 기재된 제1 전송 트랜지스터의 일례이며, 전송 트랜지스터(332)는 청구범위에 기재된 제2 전송 트랜지스터의 일례이다.
아날로그 메모리(338)는 전하를 축적하는 것이다. 아날로그 메모리(338)는, 원리적으로는 배선 용량이어도 성립하지만, 부유 확산층(334)으로의 전하 전송을 가능하게 하기 위해, 매립형의 완전 공핍화가 가능한 용량을 사용하는 것이 바람직하다. 한편, 아날로그 메모리(338)는 청구범위에 기재된 전하 축적부의 일례이다.
구동 회로(212)는, 노광 기간이 종료하면 전송 신호(TRX)에 의해, 포토다이오드(305)로부터 아날로그 메모리(338)로 전하를 전송시키고, 리셋 신호(RST)에 의해 부유 확산층(334)을 초기화시킨다. ADC(320)는 리셋 레벨의 AD 변환을 개시한다.
또한, 구동 회로(212)는, 리셋 레벨의 AD 변환이 종료하면, 전송 신호(TRG)에 따라, 아날로그 메모리(338)로부터 부유 확산층(334)으로 전하를 전송시킨다. ADC(320)는 신호 레벨의 AD 변환을 개시한다.
전술한 바와 같이 AD 변환 전에 포토다이오드(305)의 전하를 아날로그 메모리(338)에 전송하고 있기 때문에, 구동 회로(212)는, AD 변환 중에 구동 신호(OFG)에 의해 다음 노광을 개시시킬 수 있다.
이와 같이, 본 기술의 제4 실시형태에 의하면, 노광 기간이 종료하면 전송 트랜지스터(337)가, 포토다이오드(305)로부터 아날로그 메모리(338)로 전하를 전송하기 때문에, AD 변환 중에 다음 노광을 개시할 수 있다.
<5. 제5 실시형태>
전술한 제1 실시형태에서는, 대수 변환부(410)가 전압 신호를 감산기(420)에 공급하고 있었지만, 이 구성에서는, 감산기(420) 이후의 회로의 구동력이 부족할 우려가 있다. 이 제5 실시형태의 어드레스 이벤트 검출부(400)는, 버퍼(450)를 배치하여 구동력을 향상시킨 점에서 제1 실시형태와 다르다.
도 19는 본 기술의 제5 실시형태에 있어서의 어드레스 이벤트 검출부(400)의 일 구성예를 나타내는 회로도이다. 이 제5 실시형태의 어드레스 이벤트 검출부(400)는, 버퍼(450)를 더 구비하는 점에서 제1 실시형태와 다르다.
버퍼(450)는, 대수 변환부(410)로부터의 전압 신호를 감산기(420)에 출력하는 것이다. 이 버퍼(450)는, NMOS 트랜지스터(451 및 452)를 구비한다. 이들 트랜지스터는 전원 단자와 접지 단자 사이에서 직렬로 접속된다. 또한, NMOS 트랜지스터(451)의 게이트는 대수 변환부(410)에 접속되고, NMOS 트랜지스터(451 및 452)의 접속점은 감산기(420)에 접속된다. NMOS 트랜지스터(452)의 게이트는 전원 단자에 접속된다.
버퍼(450)에 의해, 감산기(420) 이후의 후단을 구동하는 구동력을 향상시킬 수 있다. 또한, 버퍼(450)에 의해, 후단의 스위칭 동작에 따른 노이즈의 아이솔레이션(isolation)을 확보할 수 있다.
이와 같이 본 기술의 제5 실시형태에서는, 감산기(420)의 전단(前段)에 버퍼(450)를 배치하였기 때문에, 감산기(420) 이후의 회로의 구동력을 향상시킬 수 있다.
<6. 제6 실시형태>
전술한 제1 실시형태에서는, 대수 변환부(410)가 PMOS 트랜지스터(411 및 412)로 이루어지는 루프 회로를 하나만 배치하고 있었지만, 루프 회로 하나만으로는 전류를 전압으로 변환할 때의 변환 게인이 부족할 우려가 있다. 이 제6 실시형태의 대수 변환부(410)는, 2단의 루프 회로가 설치되는 점에서 제1 실시형태와 다르다.
도 20은 본 기술의 제6 실시형태에 있어서의 대수 변환부(410)의 일 구성예를 나타내는 회로도이다. 이 제6 실시형태의 대수 변환부(410)는, PMOS 트랜지스터(414 및 415)가 더 설치되는 점에서 제1 실시형태와 다르다.
PMOS 트랜지스터(411 및 414)는 포토다이오드(305)와 접지 단자 사이에 직렬로 접속되고, PMOS 트랜지스터(412 및 415)와 NMOS 트랜지스터(413)는 전원 단자와 접지 단자 사이에 직렬로 접속된다. 또한, PMOS 트랜지스터(411)의 게이트는 PMOS 트랜지스터(412 및 415)의 접속점에 접속되고, PMOS 트랜지스터(414)의 게이트는, PMOS 트랜지스터(415) 및 NMOS 트랜지스터(413)의 접속점에 접속된다.
한편, PMOS 트랜지스터(412)의 게이트는 포토다이오드(305) 및 PMOS 트랜지스터(411)의 접속점에 접속된다. PMOS 트랜지스터(415)의 게이트는 PMOS 트랜지스터(411 및 414)의 접속점에 접속된다. 또한, PMOS 트랜지스터(415) 및 NMOS 트랜지스터(413)의 접속점은 감산기(420)에 접속된다.
전술한 바와 같이, PMOS 트랜지스터(411 및 412)로 이루어지는 루프 회로와 PMOS 트랜지스터(414 및 415)로 이루어지는 루프 회로가 2단으로 접속되어 있기 때문에, 루프 회로가 1단뿐인 경우와 비교해서 변환 게인이 2배로 된다.
이와 같이, 본 기술의 제6 실시형태에서는, 2단의 루프 회로를 대수 변환부(410)에 설치하였기 때문에, 1단뿐인 경우와 비교해서 변환 게인을 증대시킬 수 있다.
<7. 제7 실시형태>
전술한 제1 실시형태에서는, 대수 변환부(410) 내에 있어서 PMOS 트랜지스터(411 및 412)를 루프 형상으로 접속하고 있었는데, 이 루프 형상의 회로가 부귀환 회로(negative feedback circuit)로 되고, 일정 조건 하에서 전압 신호가 발진할 우려가 있다. 이 제7 실시형태의 대수 변환부(410)는, 용량의 추가에 의해 안정성을 향상시킨 점에서 제1 실시형태와 다르다.
도 21은 본 기술의 제7 실시형태에 있어서의 대수 변환부(410)의 일 구성예를 나타내는 회로도이다. 이 제7 실시형태의 대수 변환부(410)는 용량(416)을 더 구비하는 점에서 제1 실시형태와 다르다.
용량(416)의 일단은 PMOS 트랜지스터(412)의 게이트에 접속되고, 타단은 PMOS 트랜지스터(411)의 게이트에 접속된다. 이 용량(416)에 의해, 전압 신호의 위상 지연을 보상할 수 있다. 예를 들면, 콘덴서 이외에, 배선간 용량이나 트랜지스터 등의 용량소자를 용량(416)으로서 사용할 수 있다.
여기서, 용량(416)을 설치하지 않는 경우에 있어서의 PMOS 트랜지스터(411 및 412)로 이루어지는 루프 회로의 전달 함수는 다음 식에 의해 표현된다.
[수 1]
상기 식에서, gm은 PMOS 트랜지스터(411)의 상호 컨덕턴스이며, Gm은 PMOS 트랜지스터(412)의 상호 컨덕턴스이다. R0은 루프 회로의 출력 저항이며, s는 복소수이다. Cpd는 PMOS 트랜지스터(411)의 소스측 용량이며, C0은 PMOS 트랜지스터(411)의 게이트 용량이다. 상호 컨덕턴스의 단위는, 예를 들면, 지멘스(S)이며, 저항의 단위는, 예를 들면, 옴(Ω)이다. 또한, 용량의 단위는, 예를 들면, 패럿(F)이다.
이에 대해, 용량(416)을 설치한 루프 회로의 개루프 이득을 고려한 전달 함수는, 그 용량의 용량값 CC가 출력 단자에 붙는 기생 용량보다 작은 것을 가정하여, 다음 식에 의해 표현된다.
[수 2]
또한, CC와 C0 사이에는 다음의 관계식이 성립하는 것으로 한다. 이 관계는 설계상 타당한 과정이다.
CC << C0 … 식 8
식 7로부터, 용량의 추가에 의해 gm/Cc의 위치에 제로점(zero point)이 생기고 있는 것을 알 수 있다. 이 제로점의 위치는 gm에 비례하고, 조도에 의존한다. 이 때문에, 대응하는 조도 의존의 극(pole)(즉, gm/Cpd + Cc의 극)과의 관계를 고려하여, 용량값 CC와 Cpd + Cc가 크게 괴리되지 않는 값으로 CC를 설계함으로써, 전체 조도 조건 하에서 안정성을 확보할 수 있다. 한편, 용량값 Cc는 Cpd/3 내지 Cpd/2의 범위 내로 하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 본 기술의 제7 실시형태에서는, 루프 회로에 있어서 용량(416)을 추가하였기 때문에, 전압 신호의 위상 지연을 보상할 수 있다. 이에 의해, 대수 변환부(410)의 안정성을 향상시킬 수 있다.
<8. 이동체에의 응용예>
본 개시와 관련되는 기술(본 기술)은 다양한 제품에 응용할 수 있다. 예를 들면, 본 개시와 관련되는 기술은 자동차, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차, 자동이륜차, 자전거, 퍼스널 모빌리티, 비행기, 드론, 선박, 로봇 등 어느 종류의 이동체에 탑재되는 장치로서 실현되어도 된다.
도 22는 본 개시와 관련되는 기술이 적용될 수 있는 이동체 제어 시스템의 일례인 차량 제어 시스템의 개략적인 구성예를 나타내는 블록도이다.
차량 제어 시스템(12000)은 통신 네트워크(12001)를 거쳐 접속된 복수의 전자 제어 유닛을 구비한다. 도 22에 나타낸 예에서는, 차량 제어 시스템(12000)은 구동계 제어 유닛(12010), 보디계 제어 유닛(12020), 차외 정보 검출 유닛(12030), 차내 정보 검출 유닛(12040), 및 통합 제어 유닛(12050)을 구비한다. 또한, 통합 제어 유닛(12050)의 기능 구성으로서, 마이크로컴퓨터(12051), 음성 화상 출력부(12052), 및 차재 네트워크 I/F(Interface)(12053)가 도시되어 있다.
구동계 제어 유닛(12010)은 각종 프로그램에 따라 차량의 구동계에 관련하는 장치의 동작을 제어한다. 예를 들면, 구동계 제어 유닛(12010)은, 내연기관 또는 구동용 모터 등의 차량의 구동력을 발생시키기 위한 구동력 발생 장치, 구동력을 차륜에 전달하기 위한 구동력 전달 기구, 차량의 타각을 조절하는 스티어링 기구, 및 차량의 제동력을 발생시키는 제동 장치 등의 제어 장치로서 기능한다.
보디계 제어 유닛(12020)은 각종 프로그램에 따라 차체에 장비된 각종 장치의 동작을 제어한다. 예를 들면, 보디계 제어 유닛(12020)은 키리스 엔트리(keyless entry) 시스템, 스마트 키 시스템, 파워 윈도우 장치, 또는 헤드 램프, 백 램프, 브레이크 램프, 깜빡이 또는 안개등 등의 각종 램프의 제어장치로서 기능한다. 이 경우, 보디계 제어 유닛(12020)에는, 키를 대체하는 휴대기로부터 발신되는 전파 또는 각종 스위치의 신호가 입력될 수 있다. 보디계 제어 유닛(12020)은 이들 전파 또는 신호의 입력을 수신하여, 차량의 도어록 장치, 파워 윈도우 장치, 램프 등을 제어한다.
차외 정보 검출 유닛(12030)은 차량 제어 시스템(12000)을 탑재한 차량의 외부의 정보를 검출한다. 예를 들면, 차외 정보 검출 유닛(12030)에는, 촬상부(12031)가 접속된다. 차외 정보 검출 유닛(12030)은 촬상부(12031)에 차 밖의 화상을 촬상시키고, 촬상된 화상을 수신한다. 차외 정보 검출 유닛(12030)은, 수신한 화상에 기초하여, 사람, 차, 장애물, 표지 또는 노면 상의 문자 등의 물체 검출 처리 또는 거리 검출 처리를 행해도 된다.
촬상부(12031)는 광을 수광하고, 그 광의 수광량에 따른 전기 신호를 출력하는 광 센서이다. 촬상부(12031)는, 전기 신호를 화상으로서 출력할 수도 있고, 측거의 정보로서 출력할 수도 있다. 또한, 촬상부(12031)가 수광하는 광은 가시광이어도 되고, 적외선 등의 비가시광이어도 된다.
차내 정보 검출 유닛(12040)은, 차내의 정보를 검출한다. 차내 정보 검출 유닛(12040)에는, 예를 들면, 운전자의 상태를 검출하는 운전자 상태 검출부(12041)가 접속된다. 운전자 상태 검출부(12041)는, 예를 들면, 운전자를 촬상하는 카메라를 포함한다. 차내 정보 검출 유닛(12040)은, 운전자 상태 검출부(12041)로부터 입력되는 검출 정보에 기초하여 운전자의 피로 정도 또는 집중 정도를 산출해도 되고, 운전자가 졸고 있지 않은지를 판별해도 된다.
마이크로컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030) 또는 차내 정보 검출 유닛(12040)에서 취득되는 차내외의 정보에 기초하여, 구동력 발생 장치, 스티어링 기구 또는 제동 장치의 제어 목표값을 연산하여, 구동계 제어 유닛(12010)에 대해 제어 지령을 출력할 수 있다. 예를 들면, 마이크로컴퓨터(12051)는, 차량의 충돌 회피 또는 충격 완화, 차간거리에 기초하는 추종 주행, 차속 유지 주행, 차량의 충돌 경고, 또는 차량의 차선 일탈 경고 등을 포함하는 ADAS(Advanced Driver Assistance System)의 기능 실현을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수 있다.
또한, 마이크로컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030) 또는 차내 정보 검출 유닛(12040)에서 취득되는 차량 주위의 정보에 기초하여 구동력 발생 장치, 스티어링 기구 또는 제동 장치 등을 제어함으로써, 운전자의 조작에 의하지 않고 자율적으로 주행하는 자동 운전 등을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수 있다.
또한, 마이크로컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030)에서 취득되는 차외의 정보에 기초하여, 보디계 제어 유닛(12020)에 대해 제어 지령을 출력할 수 있다. 예를 들면, 마이크로컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030)으로 검지한 선행차 또는 대향차의 위치에 따라 헤드 램프를 제어하여, 하이 빔을 로우 빔으로 전환하는 등의 눈부심 방지를 도모하는 것을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수 있다.
음성 화상 출력부(12052)는, 차량의 탑승자 또는 차외에 대해, 시각적 또는 청각적으로 정보를 통지하는 것이 가능한 출력장치로 음성 및 화상 중 적어도 일방의 출력 신호를 송신한다. 도 22의 예에서는, 출력장치로서, 오디오 스피커(12061), 표시부(12062) 및 인스트루먼트 패널(12063)이 예시되고 있다. 표시부(12062)는, 예를 들면, 온 보드 디스플레이 및 헤드 업 디스플레이 중 적어도 하나를 포함하고 있어도 된다.
도 23은 촬상부(12031)의 설치 위치의 예를 나타내는 도면이다.
도 23에서는, 촬상부(12031)로서, 촬상부(12101, 12102, 12103, 12104 및 12105)를 갖는다.
촬상부(12101, 12102, 12103, 12104, 12105)는, 예를 들면, 차량(12100)의 프런트 노즈, 사이드 미러, 리어범퍼, 백 도어 및 차실내의 프런트 글래스의 상부 등의 위치에 설치된다. 프런트 노즈에 구비되는 촬상부(12101) 및 차실내의 프런트 글래스의 상부에 구비되는 촬상부(12105)는, 주로 차량(12100)의 전방의 화상을 취득한다. 사이드 미러에 구비되는 촬상부(12102, 12103)는, 주로 차량(12100)의 측방의 화상을 취득한다. 리어범퍼 또는 백 도어에 구비되는 촬상부(12104)는, 주로 차량(12100)의 후방의 화상을 취득한다. 차실내의 프런트 글래스의 상부에 구비되는 촬상부(12105)는, 주로 선행 차량 또는 보행자, 장애물, 신호기, 교통 표지 또는 차선 등의 검출에 이용된다.
또한, 도 23에는 촬상부(12101 내지 12104)의 촬영 범위의 일례가 도시되어 있다. 촬상 범위(12111)는, 프런트 노즈에 설치된 촬상부(12101)의 촬상 범위를 나타낸다. 촬상 범위(12112, 12113)는, 각각 사이드 미러에 설치된 촬상부(12102, 12103)의 촬상 범위를 나타내고, 촬상 범위(12114)는, 리어범퍼 또는 백 도어에 설치된 촬상부(12104)의 촬상 범위를 나타낸다. 예를 들면, 촬상부(12101 내지 12104)로 촬상된 화상 데이터가 중첩됨으로써, 차량(12100)을 상방으로부터 본 부감 화상을 얻을 수 있다.
촬상부(12101 내지 12104) 중 적어도 하나는 거리 정보를 취득하는 기능을 가지고 있어도 된다. 예를 들면, 촬상부(12101 내지 12104) 중 적어도 하나는 복수의 촬상 소자로 이루어지는 스테레오 카메라여도 되고, 위상차 검출용의 화소를 가지는 촬상 소자여도 된다.
예를 들면, 마이크로컴퓨터(12051)는, 촬상부(12101 내지 12104)로부터 얻어지는 거리 정보를 기초로, 촬상 범위(12111 내지 12114) 내에 있어서의 각 입체물까지의 거리와, 이 거리의 시간적 변화(차량(12100)에 대한 상대속도)를 구함으로써, 특히 차량(12100)의 진행로 상에 있는 가장 가까운 입체물로, 차량(12100)과 대략 같은 방향으로 소정의 속도(예를 들면, 0km/h 이상)로 주행하는 입체물을 선행차로서 추출할 수 있다. 또한, 마이크로컴퓨터(12051)는, 선행차와의 사이에서 미리 확보해야 하는 차간거리를 설정하고, 자동 브레이크 제어(추종 정지 제어도 포함함)나 자동 가속 제어(추종 발진 제어도 포함함) 등을 행할 수 있다. 이와 같이 운전자의 조작에 의하지 않고 자율적으로 주행하는 자동 운전 등을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수 있다.
예를 들면, 마이크로컴퓨터(12051)는, 촬상부(12101 내지 12104)로부터 얻어진 거리 정보를 바탕으로, 입체물에 관한 입체물 데이터를, 이륜차, 보통 차량, 대형차량, 보행자, 전신주 등 그 외의 입체물로 분류하여 추출하고, 장애물의 자동 회피에 이용할 수 있다. 예를 들면, 마이크로컴퓨터(12051)는, 차량(12100) 주변의 장애물을, 차량(12100)의 운전자가 시인 가능한 장애물과 시인 곤란한 장애물로 식별한다. 그리고, 마이크로컴퓨터(12051)는, 각 장애물과의 충돌 위험도를 나타내는 충돌 리스크를 판단하여, 충돌 리스크가 설정값 이상으로 충돌 가능성이 있는 상황일 때에는, 오디오 스피커(12061)나 표시부(12062)를 통해 운전자에게 경보를 출력하거나, 구동계 제어 유닛(12010)을 통해 강제 감속이나 회피 조타를 행함으로써, 충돌 회피를 위한 운전 지원을 행할 수 있다.
촬상부(12101 내지 12104) 중 적어도 하나는, 적외선을 검출하는 적외선 카메라여도 된다. 예를 들면, 마이크로컴퓨터(12051)는, 촬상부(12101 내지 12104)의 촬상 화상 중에 보행자가 존재하는지 아닌지를 판정함으로써 보행자를 인식할 수 있다. 이러한 보행자의 인식은, 예를 들면, 적외선 카메라로서의 촬상부(12101 내지 12104)의 촬상 화상에 있어서의 특징점을 추출하는 절차와, 물체의 윤곽을 나타내는 일련의 특징점에 패턴 매칭 처리를 행하여 보행자인지 아닌지를 판별하는 절차에 의해 행해진다. 마이크로컴퓨터(12051)가, 촬상부(12101 내지 12104)의 촬상 화상 중에 보행자가 존재한다고 판정하여, 보행자를 인식하면, 음성 화상 출력부(12052)는, 당해 인식된 보행자에게 강조를 위한 사각형 윤곽선을 중첩 표시하도록, 표시부(12062)를 제어한다. 또한, 음성 화상 출력부(12052)는, 보행자를 나타내는 아이콘 등을 원하는 위치에 표시하도록 표시부(12062)를 제어해도 된다.
이상, 본 개시에 관한 기술이 적용될 수 있는 차량 제어 시스템의 일례에 대해 설명하였다. 본 개시에 관한 기술은, 이상 설명한 구성 가운데, 촬상부(12031)에 적용될 수 있다. 구체적으로는, 촬상 장치(100)는 촬상부(12031)에 적용할 수 있다. 촬상부(12031)에 본 개시에 관한 기술을 적용함으로써, 화질을 향상시켜, 더 보기 쉬운 촬영 화상을 얻을 수 있기 때문에, 운전자의 피로를 경감하는 것이 가능해진다.
한편, 전술한 실시형태는 본 기술을 구현화하기 위한 일례를 나타낸 것이며, 실시형태에 있어서의 사항과, 청구범위에 있어서의 발명 특정 사항은 각각 대응 관계를 갖는다. 마찬가지로, 청구범위에 있어서의 발명 특정 사항과, 이것과 동일 명칭을 붙인 본 기술의 실시형태에 있어서의 사항은 각각 대응 관계를 갖는다. 다만, 본 기술은 실시형태에 한정되는 것이 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 실시형태에 다양한 변형을 행함으로써 구현화할 수 있다.
또한, 전술한 실시형태에 있어서 설명한 처리 절차는, 이들 일련의 절차를 갖는 방법으로서 파악해도 되고, 또한, 이들 일련의 절차를 컴퓨터에 실행시키기 위한 프로그램 내지 그 프로그램을 기억하는 기록 매체로서 파악해도 된다. 이 기록 매체로서, 예를 들면, CD(Compact Disc), MD(MiniDisc), DVD(Digital Versatile Disc), 메모리 카드, 블루레이 디스크(Blu-ray(등록상표) Disc) 등을 사용할 수 있다.
한편, 본 명세서에 기재된 효과는 어디까지나 예시이며, 한정되는 것이 아니고, 또한, 다른 효과가 있어도 된다.
한편, 본 기술은 이하와 같은 구성도 취할 수 있다.
(1) 광전 변환에 의해 전자 및 정공을 생성하는 포토다이오드와,
상기 전자 및 상기 정공 중 일방의 양에 따른 전압의 화소 신호를 생성하는 화소 신호 생성부와,
상기 전자 및 상기 정공 중 타방의 변화량이 미리 정해진 임계값을 초과했는지 여부를 검출하여 검출 신호를 출력하는 검출부를 구비하는 고체 촬상 소자.
(2) 상기 화소 신호 생성부는 상기 전자의 양에 따른 전압의 상기 화소 신호를 생성하고,
상기 검출부는, 상기 정공의 변화량이 상기 임계값을 초과했는지 여부를 검출하는, 상기 (1)에 기재된 고체 촬상 소자.
(3) 상기 포토다이오드와 상기 화소 신호 생성부의 일부는 미리 정해진 수광 칩에 배치되고,
상기 화소 신호 생성부의 나머지와 상기 검출부는 미리 정해진 회로 칩에 배치되는, 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 고체 촬상 소자.
(4) 상기 화소 신호 생성부는,
상기 화소 신호를 생성하는 화소 회로와,
상기 화소 신호와 미리 정해진 참조 신호를 비교하는 비교 회로를 구비하고,
상기 포토다이오드와 상기 화소 회로와 상기 비교 회로의 일부는 상기 수광 칩에 배치되고,
상기 비교 회로의 나머지와 상기 검출부는 상기 회로 칩에 배치되는, 상기 (3)에 기재된 고체 촬상 소자.
(5) 상기 화소 신호 생성부는,
상기 화소 신호를 생성하는 화소 회로와,
상기 화소 신호와 미리 정해진 참조 신호를 비교하는 비교 회로를 구비하고,
상기 포토다이오드 및 상기 화소 회로는 상기 수광 칩에 배치되고,
상기 비교 회로 및 상기 검출부는 상기 회로 칩에 배치되는, 상기 (3)에 기재된 고체 촬상 소자.
(6) 상기 검출부에 의해 상기 변화량이 상기 임계값을 초과했다는 것이 검출된 경우에는 상기 화소 신호 생성부를 구동하여 상기 화소 신호를 생성시키는 구동부를 더 구비하는, 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.
(7) 상기 화소 신호에 대해 미리 정해진 신호 처리를 행하여 출력하는 열 처리부와,
미리 정해진 노광 기간 내에 상기 변화량이 상기 임계값을 초과했다는 것이 검출된 경우에는 상기 열 처리부를 제어하여 상기 화소 신호를 출력시키는 제어 회로를 구비하는, 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.
(8) 상기 포토다이오드, 상기 화소 신호 생성부 및 상기 검출부는 복수의 화소의 각각에 배치되고,
상기 화소 신호 생성부는,
아날로그의 상기 화소 신호를 생성하는 화소 회로와,
상기 화소 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 아날로그-디지털 변환기를 구비하는, 상기 (1) 내지 (7) 중 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.
(9) 아날로그의 상기 화소 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환기를 더 구비하고,
상기 포토다이오드, 상기 화소 신호 생성부 및 상기 검출부는 복수의 화소의 각각에 배치되고,
상기 화소 신호 생성부는, 아날로그의 상기 화소 신호를 생성하여 상기 아날로그-디지털 변환기에 출력하는, 상기 (1) 내지 (7) 중 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.
(10) 상기 화소 신호 생성부는,
상기 전자 및 상기 정공 중 일방의 전하를 축적하는 전하 축적부와,
상기 전하를 축적하여 해당 전하의 양에 따른 상기 전압으로 변환하는 부유 확산층과,
상기 포토다이오드로부터 전하 축적부로 상기 전하를 전송하는 제1 전송 트랜지스터와,
상기 전하 축적부로부터 상기 부유 확산층으로 상기 전하를 전송하는 제2 전송 트랜지스터를 구비하는, 상기 (1) 내지 (9) 중 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.
(11) 상기 검출부는,
상기 전자 및 상기 정공 중 타방으로 이루어지는 광전류를 전압으로 변환하는 변환부와,
감산에 의해 상기 전압의 변화량을 구하는 감산기와,
상기 변화량과 상기 임계값을 비교하여 해당 비교 결과를 상기 검출 신호로서 출력하는 비교기를 구비하는, 상기 (1) 내지 (10) 중 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.
(12) 상기 검출부는, 상기 변환부로부터의 상기 전압의 신호를 상기 감산기에 출력하는 버퍼를 더 구비하는, 상기 (11)에 기재된 고체 촬상 소자.
(13) 상기 변환부는 복수단의 루프 회로를 구비하고,
상기 복수단의 루프 회로의 각각은, 루프 형상으로 접속된 한 쌍의 트랜지스터로 이루어지는, 상기 (11) 또는 (12)에 기재된 고체 촬상 소자.
(14) 상기 변환부는,
루프 형상으로 접속된 한 쌍의 트랜지스터와,
상기 한 쌍의 트랜지스터의 각각의 게이트에 접속된 용량을 구비하는, 상기 (11) 또는 (12)에 기재된 고체 촬상 소자.
(15) 광전 변환에 의해 전자 및 정공을 생성하는 포토다이오드와,
상기 전자 및 상기 정공 중 일방의 양에 따른 전압의 화소 신호를 생성하는 화소 신호 생성부와,
상기 전자 및 상기 정공 중 타방의 변화량이 미리 정해진 임계값을 초과했는지 여부를 검출하여 검출 신호를 출력하는 검출부와,
상기 검출 신호 및 상기 화소 신호에 대해 미리 정해진 처리를 행하는 디지털 신호 처리부를 구비하는, 촬상 장치.
(16) 광전 변환에 의해 생성된 전자 및 정공 중 일방의 양에 따른 전압의 화소 신호를 생성하는 화소 신호 생성 단계와,
상기 전자 및 상기 정공 중 타방의 변화량이 미리 정해진 임계값을 초과했는지 여부를 검출하여 검출 신호를 출력하는 검출 단계를 구비하는 고체 촬상 소자의 제어 방법.
100: 촬상 장치
110: 광학부
120: DSP 회로
130: 표시부
140: 조작부
150: 버스
160: 프레임 메모리
170: 기억부
180: 전원부
200: 고체 촬상 소자
201: 수광 칩
202: 회로 칩
211: DAC
212: 구동 회로
213: X 아비터
215: 제어 회로
216: Y 아비터
230: 시각 코드 발생부
240: 화소 어레이부
241: 시각 코드 전송부
250: 열 처리부
260: 컬럼 ADC
300: 화소
305: 포토다이오드
306: N층
307: P층
310: 화소 신호 생성부
311: 부하 MOS 회로
320: ADC
321: 비교 회로
330: 화소 회로
331: 배출 트랜지스터
332, 337: 전송 트랜지스터
333: 리셋 트랜지스터
334: 부유 확산층
335: 증폭 트랜지스터
336: 선택 트랜지스터
338: 아날로그 메모리
340: 차동 입력 회로
341, 342, 411, 412, 414, 415: PMOS 트랜지스터
343∼345, 413, 451, 452: NMOS 트랜지스터
350: 전압 변환 회로
360: 정귀환 회로
370: 데이터 기억부
400: 어드레스 이벤트 검출부
410: 대수 변환부
416, 421, 423: 용량
420: 감산기
422: 증폭기
424: 스위치
430: 비교기
440: AER 로직 회로
450: 버퍼
12031: 촬상부
110: 광학부
120: DSP 회로
130: 표시부
140: 조작부
150: 버스
160: 프레임 메모리
170: 기억부
180: 전원부
200: 고체 촬상 소자
201: 수광 칩
202: 회로 칩
211: DAC
212: 구동 회로
213: X 아비터
215: 제어 회로
216: Y 아비터
230: 시각 코드 발생부
240: 화소 어레이부
241: 시각 코드 전송부
250: 열 처리부
260: 컬럼 ADC
300: 화소
305: 포토다이오드
306: N층
307: P층
310: 화소 신호 생성부
311: 부하 MOS 회로
320: ADC
321: 비교 회로
330: 화소 회로
331: 배출 트랜지스터
332, 337: 전송 트랜지스터
333: 리셋 트랜지스터
334: 부유 확산층
335: 증폭 트랜지스터
336: 선택 트랜지스터
338: 아날로그 메모리
340: 차동 입력 회로
341, 342, 411, 412, 414, 415: PMOS 트랜지스터
343∼345, 413, 451, 452: NMOS 트랜지스터
350: 전압 변환 회로
360: 정귀환 회로
370: 데이터 기억부
400: 어드레스 이벤트 검출부
410: 대수 변환부
416, 421, 423: 용량
420: 감산기
422: 증폭기
424: 스위치
430: 비교기
440: AER 로직 회로
450: 버퍼
12031: 촬상부
Claims (16)
- 광전 변환에 의해 전자 및 정공을 생성하는 포토다이오드와,
상기 전자 및 상기 정공 중 일방의 양에 따른 전압의 화소 신호를 생성하는 화소 신호 생성부와,
상기 전자 및 상기 정공 중 타방의 변화량이 미리 정해진 임계값을 초과했는지 여부를 검출하여 검출 신호를 출력하는 검출부를 구비하는, 고체 촬상 소자. - 제1항에 있어서,
상기 화소 신호 생성부는 상기 전자의 양에 따른 전압의 상기 화소 신호를 생성하고,
상기 검출부는, 상기 정공의 변화량이 상기 임계값을 초과했는지 여부를 검출하는, 고체 촬상 소자. - 제1항에 있어서,
상기 포토다이오드와 상기 화소 신호 생성부의 일부는 미리 정해진 수광 칩에 배치되고,
상기 화소 신호 생성부의 나머지와 상기 검출부는 미리 정해진 회로 칩에 배치되는, 고체 촬상 소자. - 제3항에 있어서,
상기 화소 신호 생성부는,
상기 화소 신호를 생성하는 화소 회로와,
상기 화소 신호와 미리 정해진 참조 신호를 비교하는 비교 회로를 구비하고,
상기 포토다이오드와 상기 화소 회로와 상기 비교 회로의 일부는 상기 수광 칩에 배치되고,
상기 비교 회로의 나머지와 상기 검출부는 상기 회로 칩에 배치되는, 고체 촬상 소자. - 제3항에 있어서,
상기 화소 신호 생성부는,
상기 화소 신호를 생성하는 화소 회로와,
상기 화소 신호와 미리 정해진 참조 신호를 비교하는 비교 회로를 구비하고,
상기 포토다이오드 및 상기 화소 회로는 상기 수광 칩에 배치되고,
상기 비교 회로 및 상기 검출부는 상기 회로 칩에 배치되는, 고체 촬상 소자. - 제1항에 있어서,
상기 검출부에 의해 상기 변화량이 상기 임계값을 초과했다는 것이 검출된 경우에는 상기 화소 신호 생성부를 구동하여 상기 화소 신호를 생성시키는 구동부를 더 구비하는, 고체 촬상 소자. - 제1항에 있어서,
상기 화소 신호에 대해 미리 정해진 신호 처리를 행하여 출력하는 열(列) 처리부와,
미리 정해진 노광 기간 내에 상기 변화량이 상기 임계값을 초과했다는 것이 검출된 경우에는 상기 열 처리부를 제어하여 상기 화소 신호를 출력시키는 제어 회로를 구비하는, 고체 촬상 소자. - 제1항에 있어서,
상기 포토다이오드, 상기 화소 신호 생성부 및 상기 검출부는, 복수의 화소의 각각에 배치되고,
상기 화소 신호 생성부는,
아날로그의 상기 화소 신호를 생성하는 화소 회로와,
상기 화소 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 아날로그-디지털 변환기를 구비하는, 고체 촬상 소자. - 제1항에 있어서,
아날로그의 상기 화소 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환기를 더 구비하고,
상기 포토다이오드, 상기 화소 신호 생성부 및 상기 검출부는 복수의 화소의 각각에 배치되고,
상기 화소 신호 생성부는 아날로그의 상기 화소 신호를 생성하여 상기 아날로그-디지털 변환기에 출력하는, 고체 촬상 소자. - 제1항에 있어서,
상기 화소 신호 생성부는,
상기 전자 및 상기 정공 중 일방의 전하를 축적하는 전하 축적부와,
상기 전하를 축적하여 해당 전하의 양에 따른 상기 전압으로 변환하는 부유 확산층과,
상기 포토다이오드로부터 전하 축적부로 상기 전하를 전송하는 제1 전송 트랜지스터와,
상기 전하 축적부로부터 상기 부유 확산층으로 상기 전하를 전송하는 제2 전송 트랜지스터를 구비하는, 고체 촬상 소자. - 제1항에 있어서,
상기 검출부는,
상기 전자 및 상기 정공 중 타방으로 이루어지는 광전류를 전압으로 변환하는 변환부와,
감산에 의해 상기 전압의 변화량을 구하는 감산기와,
상기 변화량과 상기 임계값을 비교하여 해당 비교 결과를 상기 검출 신호로서 출력하는 비교기를 구비하는, 고체 촬상 소자. - 제11항에 있어서,
상기 검출부는, 상기 변환부로부터의 상기 전압의 신호를 상기 감산기에 출력하는 버퍼를 더 구비하는, 고체 촬상 소자. - 제11항에 있어서,
상기 변환부는 복수단의 루프 회로를 구비하고,
상기 복수단의 루프 회로의 각각은, 루프 형상으로 접속된 한 쌍의 트랜지스터로 이루어지는, 고체 촬상 소자. - 제11항에 있어서,
상기 변환부는,
루프 형상으로 접속된 한 쌍의 트랜지스터와,
상기 한 쌍의 트랜지스터의 각각의 게이트에 접속된 용량을 구비하는, 고체 촬상 소자. - 광전 변환에 의해 전자 및 정공을 생성하는 포토다이오드와,
상기 전자 및 상기 정공 중 일방의 양에 따른 전압의 화소 신호를 생성하는 화소 신호 생성부와,
상기 전자 및 상기 정공 중 타방의 변화량이 미리 정해진 임계값을 초과했는지 여부를 검출하여 검출 신호를 출력하는 검출부와,
상기 검출 신호 및 상기 화소 신호에 대해 미리 정해진 처리를 행하는 디지털 신호 처리부를 구비하는, 촬상 장치. - 광전 변환에 의해 생성된 전자 및 정공 중 일방의 양에 따른 전압의 화소 신호를 생성하는 화소 신호 생성 단계와,
상기 전자 및 상기 정공 중 타방의 변화량이 미리 정해진 임계값을 초과했는지 여부를 검출하여 검출 신호를 출력하는 검출 단계를 구비하는, 고체 촬상 소자의 제어 방법.
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