KR20220133194A - 촬상 장치, 전자 기기 및 촬상 방법 - Google Patents

촬상 장치, 전자 기기 및 촬상 방법 Download PDF

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KR20220133194A
KR20220133194A KR1020227025307A KR20227025307A KR20220133194A KR 20220133194 A KR20220133194 A KR 20220133194A KR 1020227025307 A KR1020227025307 A KR 1020227025307A KR 20227025307 A KR20227025307 A KR 20227025307A KR 20220133194 A KR20220133194 A KR 20220133194A
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아츠미 니와
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소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤
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Abstract

[과제] 감도 향상과 암전류의 감소를 도모하고, 소비 전력을 저감한다.
[해결 수단] 촬상 장치는, 각각이 입사광을 광전 변환하여 전기 신호를 생성하는 복수의 광전 변환 소자를 가지는 광전 변환부와, 복수의 광전 변환 소자의 각각의 전기 신호의 변화량이 소정의 임계값을 초과했는지 여부를 나타내는 검출 신호를 출력하는 검출부와, 전기 신호에 기초하여 화소 신호를 생성하는 화소 신호 생성부와, 전기 신호를 화소 신호 생성부에 전송하는 제어를 행하는 전송 제어부와, 화소 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환기를 구비한다. 광전 변환부의 저전위측 기준 전위와, 검출부의 저전위측 기준 전위와, 화소 신호 생성부의 저전위측 기준 전위와, 아날로그 디지털 변환기의 저전위측 기준 전위와, 전송 제어부의 오프 전위는, 전위 레벨이 각각 다른 3개 이상의 전위를 포함하고 있다.

Description

촬상 장치, 전자 기기 및 촬상 방법
본 개시는, 촬상 장치, 전자 기기 및 촬상 방법에 관한 것이다.
종래의 촬상 장치에서는, 수직 동기 신호 등의 동기 신호에 동기하여 화상 데이터(프레임)를 촬상하는 동기형의 촬상 소자를 사용하는 것이 일반적이다. 이 종류의 동기형의 촬상 소자는, 동기 신호의 주기(예를 들면, 1/60초)에서만 화상 데이터를 취득할 수 있기 때문에, 화상 데이터를 보다 고속으로 취득하는 용도에는 적합하지 않다. 이에, 화소 어드레스마다, 그 화소의 광량이 임계값을 초과한 취지를 이벤트로서 실시간으로 검출하는 이벤트 검출 회로를 화소마다 설치한 비동기형의 촬상 소자가 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 이 촬상 소자에서는, 포토다이오드와, 이벤트를 검출하기 위한 복수의 트랜지스터가 화소마다 배치된다.
일본특허공표 2016-533140호 공보
상술한 비동기형의 촬상 소자에서는, 동기형의 촬상 소자보다 훨씬 고속으로 데이터를 생성하여 출력할 수 있다. 이 때문에, 예를 들면, 교통 분야에서, 사람이나 장애물을 화상 인식하는 처리를 고속으로 실행하여, 안전성을 향상시킬 수 있다. 그러나, 전원 전압의 저하나 접지 전압의 상승 등의 전압 변동에 의해 포토다이오드의 역방향 바이어스가 낮아지면, 그 포토다이오드의 감도가 저하하여, 암전류가 증대할 우려가 있다. 이 때문에, 이들 감도의 부족이나 암전류에 기인하여, 신호 품질이 저하된다고 하는 문제가 있다. 포토다이오드의 면적을 크게 하면, 감도를 향상시키고, 암전류를 저감시킬 수 있지만, 단위 면적당의 화소수가 감소하기 때문에 바람직하지 않다. 또한, 전원 전압을 충분히 높게 하는 것에 의해서도 감도를 향상시키고, 암전류를 저감시킬 수 있지만, 소비 전력이 증대하기 때문에 바람직하지 않다.
본 개시는, 감도 향상과 암전류의 감소를 도모하고, 소비 전력을 저감 가능한 촬상 장치, 전자 기기 및 촬상 방법을 제공하는 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위해서, 본 개시에 의하면, 각각이 입사광을 광전 변환하여 전기 신호를 생성하는 복수의 광전 변환 소자를 가지는 광전 변환부와,
상기 복수의 광전 변환 소자의 각각의 상기 전기 신호의 변화량이 소정의 임계값을 초과했는지 여부를 나타내는 검출 신호를 출력하는 검출부와,
상기 전기 신호에 기초하여 화소 신호를 생성하는 화소 신호 생성부와,
상기 전기 신호를 상기 화소 신호 생성부에 전송하는 제어를 행하는 전송 제어부와,
상기 화소 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환기를 구비하고,
상기 광전 변환부의 저전위측 기준 전위와, 상기 검출부의 저전위측 기준 전위와, 상기 화소 신호 생성부의 저전위측 기준 전위와, 상기 아날로그 디지털 변환기의 저전위측 기준 전위와, 상기 전송 제어부의 오프 전위는, 전위 레벨이 각각 다른 3개 이상의 전위를 포함하고 있는, 촬상 장치.
상기 광전 변환부의 저전위측 기준 전위는, 상기 검출부의 저전위측 기준 전위보다 전위 레벨이 낮아도 된다.
상기 광전 변환부의 저전위측 기준 전위는, 상기 전송 제어부의 오프 전위보다 전위 레벨이 높아도 된다.
상기 광전 변환부의 저전위측 기준 전위는, 상기 화소 신호 생성부 및 상기 아날로그 디지털 변환기의 적어도 일방의 저전위측 기준 전위보다 전위 레벨이 낮아도 된다.
상기 광전 변환부의 저전위측 기준 전위, 상기 검출부의 저전위측 기준 전위, 상기 화소 신호 생성부의 저전위측 기준 전위, 상기 아날로그 디지털 변환기의 저전위측 기준 전위, 및 상기 전송 제어부의 오프 전위의 적어도 하나는 접지 전위이며, 또한 다른 적어도 하나는 상기 접지 전위보다 전위 레벨이 낮은 제1 기준 전위이고, 또한 다른 적어도 하나는 상기 제1 기준 전위보다 전위 레벨이 낮은 제2 기준 전위여도 된다.
상기 광전 변환부의 저전위측 기준 전위는 상기 제2 기준 전위이고,
상기 검출부, 상기 화소 신호 생성부 및 상기 아날로그 디지털 변환기의 저전위측 기준 전위는 상기 접지 전위이고,
상기 전송 제어부의 오프 전위는 상기 제2 기준 전위여도 된다.
상기 접지 전위는 0V이고,
상기 제1 기준 전위는 부(負) 전위이고,
상기 제2 기준 전위는, 상기 제1 기준 전위보다 전위 레벨이 낮은 부(負) 전위여도 된다.
상기 광전 변환부, 상기 화소 신호 생성부 및 상기 아날로그 디지털 변환기의 저전위측 기준 전위는 실질적으로 같아도 된다.
상기 광전 변환부의 저전위측 기준 전위, 상기 검출부의 저전위측 기준 전위, 상기 화소 신호 생성부의 저전위측 기준 전위, 상기 아날로그 디지털 변환기의 저전위측 기준 전위, 및 상기 전송 제어부의 오프 전위의 적어도 하나는 접지 전위이며, 또한 다른 적어도 하나는 상기 접지 전위보다 전위 레벨이 높은 제1 기준 전위이고, 또한 다른 적어도 하나는 상기 접지 전위보다 전위 레벨이 낮은 제2 기준 전위여도 된다.
상기 광전 변환부, 상기 화소 신호 생성부 및 상기 아날로그 디지털 변환기의 저전위측 기준 전위는 상기 접지 전위이고,
상기 검출부의 저전위측 기준 전위는 상기 제1 기준 전위이고,
상기 전송 제어부의 오프 전위는 상기 제2 기준 전위여도 된다.
상기 접지 전위는 0V이고,
상기 제1 기준 전위는 정(正) 전위이고,
상기 제2 기준 전위는 부(負) 전위여도 된다.
본 개시에 의하면, 각각이 입사광을 광전 변환하여 전기 신호를 생성하는 복수의 광전 변환 소자를 가지는 광전 변환부와,
상기 복수의 광전 변환 소자의 각각의 상기 전기 신호의 변화량이 소정의 임계값을 초과했는지 여부를 나타내는 검출 신호를 출력하는 검출부와,
상기 전기 신호에 기초하여 화소 신호를 생성하는 화소 신호 생성부와,
상기 전기 신호를 상기 화소 신호 생성부에 전송하는 제어를 행하는 전송 제어부와,
상기 화소 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환기와,
상기 광전 변환부의 저전위측 기준 전위를 전환하는 전위 선택부를 구비하는, 촬상 장치가 제공된다.
상기 아날로그 디지털 변환기는, 상기 변화량이 상기 소정의 임계값을 초과하였다는 것이 상기 검출부에서 검출되면, 상기 화소 신호를 상기 디지털 신호로 변환하고,
상기 전위 선택부는, 상기 변화량이 상기 소정의 임계값을 초과했는지의 여부를 상기 검출부가 검출하는 기간 내에는 제1 기준 전위를 선택하고, 상기 아날로그 디지털 변환기가 상기 화소 신호를 상기 디지털 신호로 변환하는 기간 내에는, 상기 제1 기준 전위보다 전위 레벨이 높은 제2 기준 전위를 선택해도 된다.
상기 제1 기준 전위는 부 전위이고,
상기 제2 기준 전위는 접지 전위여도 된다.
상기 광전 변환부의 저전위측 기준 전위와, 상기 검출부의 저전위측 기준 전위와, 상기 화소 신호 생성부의 저전위측 기준 전위와, 상기 아날로그 디지털 변환기의 저전위측 기준 전위와, 상기 전송 제어부의 오프 전위는, 전위 레벨이 각각 다른 2개 이상의 전위를 포함하고 있어도 된다.
상기 검출부의 저전위측 기준 전위와, 상기 화소 신호 생성부의 저전위측 기준 전위와, 상기 아날로그 디지털 변환기의 저전위측 기준 전위는 접지 전위이며,
상기 전송 제어부의 오프 전위는 부 전위여도 된다.
상기 제1 기준 전위 및 상기 제2 기준 전위의 적어도 일방을 생성하는 전위 생성부를 구비해도 된다.
적어도 상기 검출부는, 상기 광전 변환부가 배치되는 제1 기판에 적층되는 제2 기판에 배치되어도 된다.
상기 전송 제어부 내의 트랜지스터의 백게이트는, 상기 광전 변환부의 저전위측 기준 전위와 같은 전위 레벨의 전위로 설정되어도 된다.
본 개시의 다른 일 양태에 의하면, 촬상된 화상 데이터를 출력하는 촬상 장치와,
상기 화상 데이터에 대해 소정의 신호 처리를 행하는 프로세서를 구비하고,
상기 촬상 장치는,
각각이 입사광을 광전 변환하여 전기 신호를 생성하는 복수의 광전 변환 소자를 가지는 광전 변환부와,
상기 복수의 광전 변환 소자의 각각의 상기 전기 신호의 변화량이 소정의 임계값을 초과했는지 여부를 나타내는 검출 신호를 출력하는 검출부와,
상기 전기 신호에 기초하여 화소 신호를 생성하는 화소 신호 생성부와,
상기 전기 신호를 상기 화소 신호 생성부에 전송하는 제어를 행하는 전송 제어부와,
상기 화소 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환기를 구비하고,
상기 광전 변환부의 저전위측 기준 전위와, 상기 검출부의 저전위측 기준 전위와, 상기 화소 신호 생성부의 저전위측 기준 전위와, 상기 아날로그 디지털 변환기의 저전위측 기준 전위와, 상기 전송 제어부의 오프 전위는, 전위 레벨이 각각 다른 3개 이상의 전위를 포함하고 있는, 전자 기기가 제공된다.
본 개시의 다른 일 양태에 의하면, 복수의 광전 변환 소자에서, 입사광을 광전 변환하여 전기 신호를 생성하는 단계와,
상기 복수의 광전 변환 소자의 각각의 상기 전기 신호의 변화량이 소정의 임계값을 초과했는지 여부를 나타내는 검출 신호를 출력하는 단계와,
상기 전기 신호를 전송하는 단계와,
상기 전송된 전기 신호에 기초하여 화소 신호를 생성하는 단계와,
상기 화소 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계를 구비하고,
상기 광전 변환시의 저전위측 기준 전위와, 상기 검출 신호를 출력할 때의 저전위측 기준 전위와, 상기 화소 신호를 생성할 때의 저전위측 기준 전위와, 상기 화소 신호를 디지털 신호로 변환할 때의 저전위측 기준 전위와, 상기 전기 신호를 전송할 때의 오프 전위는, 전위 레벨이 각각 다른 3개 이상의 전위를 포함하고 있고, 이 전위를 사용하여, 상기 전기 신호를 생성하는 단계와, 상기 검출 신호를 출력하는 단계와, 상기 전기 신호를 전송하는 단계와, 상기 화소 신호를 생성하는 단계와, 상기 디지털 신호로 변환하는 단계가 행해지는, 촬상 방법이 제공된다.
도 1은, 제1 실시 형태에 있어서의 촬상 장치의 일 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 2는, 제1 실시 형태에 있어서의 고체 촬상 소자의 적층 구조의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 3은, 제1 실시 형태에 있어서의 고체 촬상 소자의 일 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 4는, 제1 실시 형태에 있어서의 화소 어레이부의 일 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 5는, 제1 실시 형태에 있어서의 화소 블록의 일 구성예를 나타내는 회로도이다.
도 6은, 어드레스 이벤트 검출부의 제1 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 7은, 제1 실시 형태에 있어서의 전류 전압 변환부의 일 구성예를 나타내는 회로도이다.
도 8은, 제1 실시 형태에 있어서의 감산기 및 양자화기의 일 구성예를 나타내는 회로도이다.
도 9는, 제1 실시 형태에 있어서의 컬럼 ADC의 일 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 10은, 제1 실시 형태에 있어서의 고체 촬상 소자의 동작의 일 예를 나타내는 타이밍 차트이다.
도 11은, 제1 실시 형태에 있어서의 고체 촬상 소자의 동작의 일 예를 나타내는 플로우 차트이다.
도 12는, 제1 실시 형태에 의한 촬상 장치 내의 각 부가 사용하는 저전위측 기준 전위와 오프 전위를 나타내는 도면이다.
도 13a는, 제1 실시 형태의 전송 트랜지스터를 오프하는 경우의 전위 레벨의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 13b는, 제1 실시 형태의 전송 트랜지스터를 온하는 경우의 전위 레벨의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 14는, 제2 실시 형태에 의한 촬상 장치 내의 각 부가 사용하는 저전위측 기준 전위와 오프 전위를 나타내는 도면이다.
도 15a는, 제2 실시 형태의 전송 트랜지스터를 오프하는 경우의 전위 레벨의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 15b는, 제2 실시 형태의 전송 트랜지스터를 온하는 경우의 전위 레벨의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 16은, 제3 실시 형태에 의한 촬상 장치 내의 각 부가 사용하는 저전위측 기준 전위와 오프 전위를 나타내는 도면이다.
도 17은, 어드레스 이벤트 검출부의 제2 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 18은, 스캔 방식의 촬상 장치의 구성의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 19는, 이동체 제어 시스템의 일 예인 차량 제어 시스템의 개략적인 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 20은, 촬상부 및 차외 정보 검출부의 설치 위치의 예를 나타내는 도면이다.
이하, 도면을 참조하여, 촬상 장치, 전자 기기 및 촬상 방법의 실시 형태에 대해 설명한다. 이하에서는, 촬상 장치 및 전자 기기의 주요한 구성 부분을 중심으로 설명하지만, 촬상 장치 및 전자 기기에는, 도시 또는 설명되어 있지 않은 구성 부분이나 기능이 존재할 수 있다. 이하의 설명은, 도시 또는 설명되어 있지 않은 구성 부분이나 기능을 제외하는 것은 아니다.
<1. 제1 실시 형태>
[촬상 장치의 구성예]
도 1은, 본 개시의 제1 실시 형태에서의 촬상 장치(100)의 일 구성예를 나타내는 블록도이다. 이 촬상 장치(100)는, 촬상 렌즈(110), 고체 촬상 소자(200), 기록부(120) 및 제어부(130)를 구비한다. 촬상 장치(100)로서는, 산업용 로봇에 탑재되는 카메라나, 차량용 카메라 등이 상정된다.
촬상 렌즈(110)는, 입사광을 집광하여 고체 촬상 소자(200)로 가이드하는 것이다. 고체 촬상 소자(200)는, 입사광을 광전 변환하여 화상 데이터를 촬상하는 것이다. 이 고체 촬상 소자(200)는, 촬상한 화상 데이터에 대해, 화상 인식 처리 등의 소정의 신호 처리를 행하고, 그 처리 결과와 어드레스 이벤트의 검출 신호를 나타내는 데이터를 기록부(120)에 신호선(209)을 통해 출력한다. 검출 신호의 생성 방법에 대해서는 후술한다.
기록부(120)는, 고체 촬상 소자(200)로부터의 데이터를 기록하는 것이다. 제어부(130)는, 고체 촬상 소자(200)를 제어하여 화상 데이터를 촬상시키는 것이다.
[고체 촬상 소자의 구성예]
도 2는, 본 개시의 제1 실시 형태에서의 고체 촬상 소자(200)의 적층 구조의 일 예를 나타내는 도면이다. 이 고체 촬상 소자(200)는, 검출 칩(202)과, 그 검출 칩(202)에 적층된 수광 칩(201)을 구비한다. 이들 칩은, 비아 등의 접속부를 통해 전기적으로 접속된다. 한편, 비아 외에, Cu-Cu 접합이나 범프에 의해 접속할 수도 있다.
도 3은, 본 개시의 제1 실시 형태에서의 고체 촬상 소자(200)의 일 구성예를 나타내는 블록도이다. 이 고체 촬상 소자(200)는, 구동 회로(211), 신호 처리부(212), 아비터(213), 컬럼 ADC(220) 및 화소 어레이부(300)를 구비한다.
화소 어레이부(300)에는, 복수의 화소가 2차원 격자 형상으로 배열된다. 또한, 화소 어레이부(300)는, 각각이 소정수의 화소로 이루어지는 복수의 화소 블록으로 분할된다. 이하, 수평 방향으로 배열된 화소 또는 화소 블록의 집합을 “행”이라고 칭하고, 행에 수직인 방향으로 배열된 화소 또는 화소 블록의 집합을 “열”이라고 칭한다.
화소의 각각은, 광전류에 따른 전압의 아날로그 신호를 화소 신호로서 생성한다. 또한, 화소 블록의 각각은, 광전류의 변화량이 소정의 임계값을 초과했는지 여부에 따라, 어드레스 이벤트의 유무를 검출한다. 그리고, 어드레스 이벤트가 생겼을 때에 화소 블록은, 리퀘스트를 아비터(213)에 출력한다.
구동 회로(211)는, 화소의 각각을 구동하여 화소 신호를 컬럼 ADC(220)에 출력시키는 것이다.
아비터(213)는, 각각의 화소 블록으로부터의 리퀘스트를 조정하고, 조정 결과에 기초하여 응답을 화소 블록에 송신하는 것이다. 응답을 수취한 화소 블록은, 검출 결과를 나타내는 검출 신호를 구동 회로(211) 및 신호 처리부(212)에 공급한다.
컬럼 ADC(220)는, 화소 블록의 열마다, 그 열로부터의 아날로그의 화소 신호를 디지털 신호로 변환하는 것이다. 이 컬럼 ADC(220)는, 디지털 신호를 신호 처리부(212)에 공급한다.
신호 처리부(212)는, 컬럼 ADC(220)로부터의 디지털 신호에 대해, CDS(Correlated Double Sampling) 처리나 화상 인식 처리 등의 소정의 신호 처리를 실행하는 것이다. 이 신호 처리부(212)는, 처리 결과를 나타내는 데이터와 검출 신호를 신호선(209)을 통해 기록부(120)에 공급한다.
[화소 어레이부의 구성예]
도 4는, 본 개시의 제1 실시 형태에서의 화소 어레이부(300)의 일 구성예를 나타내는 블록도이다. 화소 어레이부(300)는, 복수의 화소 블록(310)으로 분할된다. 화소 블록(310)의 각각은, I행×J열(I 및 J는 정수)에 복수의 화소가 배열된다.
또한, 화소 블록(310)은, 화소 신호 생성부(320)와, I행×J열의 복수의 수광부(330)와, 어드레스 이벤트 검출부(400)를 구비한다. 화소 블록(310) 내의 복수의 수광부(330)는, 화소 신호 생성부(320) 및 어드레스 이벤트 검출부(400)를 공유하고 있다. 그리고, 어느 좌표의 수광부(330)와 화소 신호 생성부(320) 및 어드레스 이벤트 검출부(400)로 이루어지는 회로가, 그 좌표의 화소로서 기능한다. 또한, 화소 블록(310)의 열마다, 수직 신호선(VSL)이 배선된다. 화소 블록(310)의 열수를 m(m은 정수)이라 하면, m개의 수직 신호선(VSL)이 배열된다.
수광부(330)는, 입사광을 광전 변환하여 광전류를 생성하는 것이다. 이 수광부(330)는, 구동 회로(211)의 제어에 따라, 화소 신호 생성부(320) 및 어드레스 이벤트 검출부(400) 중 어느 하나에 광전류를 공급한다.
화소 신호 생성부(320)는, 광전류에 따른 전압의 신호를 화소 신호(SIG)로서 생성하는 것이다. 이 화소 신호 생성부(320)는, 생성한 화소 신호(SIG)를 수직 신호선(VSL)을 통해 컬럼 ADC(220)에 공급한다.
어드레스 이벤트 검출부(400)는, 수광부(330)의 각각으로부터의 광전류의 변화량이 소정의 임계값을 초과했는지 여부에 따라, 어드레스 이벤트의 유무를 검출하는 것이다. 이 어드레스 이벤트는, 예를 들면, 변화량이 상한의 임계값을 초과한 취지를 나타내는 온(on) 이벤트와, 그 변화량이 하한의 임계값을 하회한 취지를 나타내는 오프(off) 이벤트로 이루어진다. 또한, 어드레스 이벤트의 검출 신호는, 예를 들면, 온 이벤트의 검출 결과를 나타내는 1비트와, 오프 이벤트의 검출 결과를 나타내는 1비트로 이루어진다. 한편, 어드레스 이벤트 검출부(400)는, 온 이벤트만을 검출할 수도 있다.
어드레스 이벤트가 발생했을 때에, 어드레스 이벤트 검출부(400)는, 검출 신호의 송신을 요구하는 리퀘스트를 아비터(213)에 공급한다. 그리고, 리퀘스트에 대한 응답을 아비터(213)로부터 수취하면, 어드레스 이벤트 검출부(400)는, 검출 신호를 구동 회로(211) 및 신호 처리부(212)에 공급한다. 한편, 어드레스 이벤트 검출부(400)는, 특허청구의 범위에 기재된 검출부의 일 예이다.
[화소 블록의 구성예]
도 5는, 본 개시의 제1 실시 형태에서의 화소 블록(310)의 일 구성예를 나타내는 회로도이다. 화소 블록(310)에서, 화소 신호 생성부(320)는, 리셋 트랜지스터(321), 증폭 트랜지스터(322), 선택 트랜지스터(323) 및 부유 확산층(324)을 구비한다. 화소 블록(310) 내의 복수의 수광부(330)는, 접속 노드(340)를 통해 어드레스 이벤트 검출부(400)에 공통으로 접속되어 있다.
또한, 수광부(330)의 각각은, 전송 트랜지스터(331), OFG(OverFlow Gate) 트랜지스터(332) 및 광전 변환 소자(333)를 구비한다. 화소 블록(310) 내의 화소수를 N(N은 정수)이라 하면, 전송 트랜지스터(331), OFG 트랜지스터(332) 및 광전 변환 소자(333)는, 각각 N개씩 배치된다. 화소 블록(310) 내의 n(n은 1 내지 N의 정수)개째의 전송 트랜지스터(331)의 게이트에는, 구동 회로(211)에 의해 전송 신호(TRGn)가 공급된다. n개째의 OFG 트랜지스터(332)의 게이트에는, 구동 회로(211)에 의해 제어 신호(OFGn)가 공급된다. 본 명세서에서는, 전송 트랜지스터(331)와 OFG 트랜지스터(332)를 합쳐서 전송 제어부(335)라 부르고, 광전 변환 소자를 광전 변환부(334)라 부른다.
또한, 리셋 트랜지스터(321), 증폭 트랜지스터(322) 및 선택 트랜지스터(323)로서, 예를 들면, N형의 MOS(Metal-Oxide-Semiconductor) 트랜지스터가 사용된다. 전송 트랜지스터(331) 및 OFG 트랜지스터(332)에 대해서도, 마찬가지로 N형의 MOS 트랜지스터가 사용된다.
또한, 광전 변환 소자(333)의 각각은, 수광 칩(201)에 배치된다. 광전 변환 소자(333) 이외의 소자 전부는, 검출 칩(202)에 배치된다. 한편, 광전 변환 소자(333) 이외의 소자의 일부를, 수광 칩(201)에 배치하는 변형예도 생각할 수 있다.
광전 변환 소자(333)는, 입사광을 광전 변환하여 전하를 생성하는 것이다. 전송 트랜지스터(331)는, 전송 신호(TRGn)에 따라, 대응하는 광전 변환 소자(333)로부터 부유 확산층(324)으로 전하를 전송하는 것이다. OFG 트랜지스터(332)는, 제어 신호(OFGn)에 따라, 대응하는 광전 변환 소자(333)에 의해 생성된 전기 신호를 접속 노드(340)에 공급하는 것이다. 여기서, 공급되는 전기 신호는, 전하로 이루어지는 광전류이다.
부유 확산층(324)은, 전하를 축적하여 축적한 전하의 양에 따른 전압을 생성하는 것이다. 리셋 트랜지스터(321)는, 구동 회로(211)로부터의 리셋 신호에 따라 부유 확산층(324)의 전하량을 초기화하는 것이다. 증폭 트랜지스터(322)는, 부유 확산층(324)의 전압을 증폭하는 것이다. 선택 트랜지스터(323)는, 구동 회로(211)로부터의 선택 신호(SEL)에 따라, 증폭된 전압의 신호를 화소 신호(SIG)로서 수직 신호선(VSL)을 통해 컬럼 ADC(220)로 출력하는 것이다.
구동 회로(211)는, 제어부(130)에 의해 어드레스 이벤트의 검출 시작이 지시되면, 모든 화소의 OFG 트랜지스터(332)를 제어 신호(OFGn)에 의해 구동하여 접속 노드(340)에 광전류를 공급시킨다. 이에 의해, 어드레스 이벤트 검출부(400)에는, 화소 블록(310) 내의 모든 수광부(330)의 광전류의 합의 전류가 공급된다.
그리고, 어느 화소 블록(310)에서 어드레스 이벤트가 검출되면, 구동 회로(211)는, 그 블록의 모든 OFG 트랜지스터(332)를 오프 상태로 하여 어드레스 이벤트 검출부(400)에의 광전류의 공급을 정지시킨다. 이어서 구동 회로(211)는, 전송 신호(TRGn)에 의해, 각각의 전송 트랜지스터(331)를 순서대로 구동하여, 전하를 부유 확산층(324)에 전송시킨다. 이에 의해, 화소 블록(310) 내의 복수의 화소 각각의 화소 신호가 순서대로 출력된다.
이와 같이, 고체 촬상 소자(200)는, 어드레스 이벤트가 검출된 화소 블록(310)의 화소 신호만을 컬럼 ADC(220)에 출력한다. 이에 의해, 어드레스 이벤트의 유무에 관계없이, 전체 화소의 화소 신호를 출력하는 경우와 비교하여, 고체 촬상 소자(200)의 소비 전력이나, 화상 처리의 처리량을 저감시킬 수 있다.
또한, 복수의 화소가 어드레스 이벤트 검출부(400)를 공유하기 때문에, 화소마다 어드레스 이벤트 검출부(400)를 배치하는 경우와 비교하여 고체 촬상 소자(200)의 회로 규모를 삭감할 수 있다.
[어드레스 이벤트 검출부(400)의 구성예]
도 6은, 본 개시의 제1 실시 형태에서의 어드레스 이벤트 검출부(400)의 제1 구성예를 나타내는 블록도이다. 이 어드레스 이벤트 검출부(400)는, 전류 전압 변환부(410), 버퍼(420), 감산기(430), 양자화기(440) 및 전송부(450)를 구비한다.
전류 전압 변환부(410)는, 대응하는 수광부(330)로부터의 광전류를, 그 대수의 전압 신호로 변환하는 것이다. 이 전류 전압 변환부(410)는, 전압 신호를 버퍼(420)에 공급한다.
버퍼(420)는, 전류 전압 변환부(410)로부터의 전압 신호를 보정하는 것이다. 이 버퍼(420)는, 보정 후의 전압 신호를 감산기(430)에 출력한다.
감산기(430)는, 구동 회로(211)로부터의 행구동 신호에 따라 버퍼(420)로부터의 전압 신호의 레벨을 저하시키는 것이다. 이 감산기(430)는, 저하 후의 전압 신호를 양자화기(440)에 공급한다.
양자화기(440)는, 감산기(430)로부터의 전압 신호를 디지털 신호로 양자화하여 검출 신호로서 전송부(450)에 출력하는 것이다.
전송부(450)는, 양자화기(440)로부터의 검출 신호를 신호 처리부(212) 등에 전송하는 것이다. 이 전송부(450)는, 어드레스 이벤트가 검출되었을 때에, 검출 신호의 송신을 요구하는 리퀘스트를 아비터(213)에 공급한다. 그리고, 전송부(450)는, 리퀘스트에 대한 응답을 아비터(213)로부터 수취하면, 검출 신호를 구동 회로(211) 및 신호 처리부(212)에 공급한다.
[전류 전압 변환부의 구성예]
도 7은, 본 개시의 제1 실시 형태에서의 전류 전압 변환부(410)의 일 구성예를 나타내는 회로도이다. 이 전류 전압 변환부(410)는, N형 트랜지스터(411 및 413)와 P형 트랜지스터(412)를 구비한다. 이들 트랜지스터로서, 예를 들면, MOS 트랜지스터가 사용된다.
N형 트랜지스터(411)의 소스는, 수광부(330)에 접속되고, 드레인은 전원 단자에 접속된다. P형 트랜지스터(412) 및 N형 트랜지스터(413)는, 전원 단자와 접지 단자의 사이에서, 직렬로 접속된다. 또한, P형 트랜지스터(412) 및 N형 트랜지스터(413)의 접속 노드는, N형 트랜지스터(411)의 게이트와 버퍼(420)의 입력 단자에 접속된다. 또한, P형 트랜지스터(412)의 게이트에는, 소정의 바이어스 전압(Vbias)이 인가된다.
N형 트랜지스터(411 및 413)의 드레인은 전원측에 접속되어 있고, 이러한 회로는 소스 폴로어라고 불린다. 이들 루프 형상으로 접속된 2개의 소스 폴로어에 의해, 수광부(330)로부터의 광전류는, 그 대수의 전압 신호로 변환된다. 또한, P형 트랜지스터(412)는, 일정한 전류를 N형 트랜지스터(413)에 공급한다.
[감산기 및 양자화기의 구성예]
도 8은, 본 개시의 제1 실시 형태에서의 감산기(430) 및 양자화기(440)의 일 구성예를 나타내는 회로도이다. 감산기(430)는, 콘덴서(431 및 433)와, 인버터(432)와, 스위치(434)를 구비한다. 또한, 양자화기(440)는, 비교기(441)를 구비한다.
콘덴서(431)의 일단은, 버퍼(420)의 출력 단자에 접속되고, 타단은, 인버터(432)의 입력 단자에 접속된다. 콘덴서(433)는, 인버터(432)에 병렬로 접속된다. 스위치(434)는, 콘덴서(433)의 양단을 접속하는 경로를 행구동 신호에 따라 개폐하는 것이다.
인버터(432)는, 콘덴서(431)를 통해 입력된 전압 신호를 반전하는 것이다. 이 인버터(432)는 반전한 신호를 비교기(441)의 비반전 입력 단자(+)에 출력한다.
스위치(434)를 온했을 때에 콘덴서(431)의 버퍼(420)측으로 전압 신호(Vinit)가 입력되고, 그 반대측은 가상 접지 단자가 된다. 이 가상 접지 단자의 전위를 편의상, 제로로 한다. 이 때, 콘덴서(431)에 축적되어 있는 전위(Qinit)는, 콘덴서(431)의 용량을 C1이라고 하면, 다음 식에 의해 나타낸다. 한편, 콘덴서(433)의 양단은, 단락되어 있기 때문에, 그 축적 전하는 제로가 된다.
　Qinit=C1×Vinit ··· (1)
다음으로, 스위치(434)가 오프되어, 콘덴서(431)의 버퍼(420)측의 전압이 변화하여 Vafter가 된 경우를 생각하면, 콘덴서(431)에 축적되는 전하(Qafter)는, 다음 식에 의해 나타낸다.
　Qafter=C1×Vafter ··· (2)
한편, 콘덴서(433)에 축적되는 전하(Q2)는, 출력 전압을 Vout라고 하면, 다음 식에 의해 나타낸다.
　Q2=-C2×Vout ··· (3)
이 때, 콘덴서(431 및 433)의 총전하량은 변화하지 않기 때문에, 다음 식이 성립한다.
　Qinit=Qafter+Q2 ··· (4)
식(4)에 식(1) 내지 식(3)을 대입하여 변형하면, 다음 식이 얻어진다.
　Vout=-(C1/C2)×(Vafter-Vinit)··· (5)
식(5)는, 전압 신호의 감산 동작을 나타내고, 감산 결과의 이득은 C1/C2이 된다. 통상, 이득을 최대화하는 것이 기대되기 때문에, 콘덴서(431)의 용량(C1)을 크게, 콘덴서(433)의 용량(C2)을 작게 설계하는 것이 바람직하다. 한편, C2가 지나치게 작으면, kTC 노이즈가 증대하여, 노이즈 특성이 악화할 우려가 있기 때문에, C2의 용량 삭감은, 노이즈를 허용할 수 있는 범위로 제한된다. 또한, 화소 블록마다 감산기(430)를 포함하는 어드레스 이벤트 검출부(400)가 탑재되기 때문에, 용량(C1이나 C2)에는, 면적 상의 제약이 있다. 이것들을 고려하여, 용량(C1 및 C2)의 값이 결정된다.
비교기(441)는, 감산기(430)로부터의 전압 신호와, 반전 입력 단자(-)에 인가된 소정의 임계값 전압(Vth)을 비교하는 것이다. 비교기(441)는, 비교 결과를 나타내는 신호를 검출 신호로서 전송부(450)에 출력한다.
또한, 상술한 어드레스 이벤트 검출부(400) 전체의 게인(A)은, 전류 전압 변환부(410)의 변환 게인을 CGlog로 하고, 버퍼(420)의 게인을 「1」로 하면, 다음 식에 의해 나타낸다.
Figure pct00001
상기 식에서, iphoto_n은, n번째의 화소의 광전류이며, 단위는 예를 들면, 암페어(A)이다. N은, 화소 블록(310) 내의 화소수이다.
[컬럼 ADC(220)의 구성예]
도 9는, 본 개시의 제1 실시 형태에 있어서의 컬럼 ADC(220)의 일 구성예를 나타내는 블록도이다. 이 컬럼 ADC(220)는, 화소 블록(310)의 열마다 ADC(230)를 구비한다. 또한, 컬럼 ADC(220)는, 참조 신호 생성부(223) 및 출력부(222)를 구비한다. 참조 신호 생성부(223)는, 램프 신호 등의 참조 신호를 생성하여 ADC(230)의 각각에 공급하는 것이다. 참조 신호 생성부(223)로서, DAC(Digital to Analog Converter) 등이 사용된다. 출력부(222)는, ADC(230)로부터의 디지털 신호를 신호 처리부(212)에 공급하는 것이다.
ADC(230)는, 수직 신호선(VSL)을 통해 공급된 아날로그의 화소 신호(SIG)를 디지털 신호로 변환하는 것이다. 이 ADC(230)는, 비교기(236), 카운터(237), 스위치(238) 및 메모리(239)를 구비한다. 비교기(236)는, 참조 신호와 화소 신호(SIG)를 비교하고, 카운터(237)는, 비교 결과가 반전될 때까지의 기간에 걸쳐 계수치를 계수한다. 스위치(238)는, 타이밍 제어 회로(도시하지 않음) 등의 제어에 따라, 계수치를 메모리(239)에 공급하여 보유시킨다. 메모리(239)는, 계수치를 나타내는 디지털 신호를 수평 구동부(도시하지 않음) 등의 제어에 따라 출력부(222)에 공급한다. 이 구성에 의해, 화소 신호(SIG)는, 검출 신호보다 비트수가 많은 디지털 신호로 변환된다. 예를 들면, 검출 신호를 2비트로 하면, 화소 신호는, 3비트 이상(16비트 등)의 디지털 신호로 변환된다. 한편, ADC(230)는, 특허청구의 범위에 기재된 아날로그 디지털 변환기의 일 예이다.
[고체 촬상 소자의 동작예]
도 10은, 본 개시의 제1 실시 형태에서의 고체 촬상 소자(200)의 동작의 일 예를 나타내는 타이밍 차트이다. 타이밍(T0)에서, 제어부(130)에 의해 어드레스 이벤트의 검출 시작이 지시되면, 구동 회로(211)는, 제어 신호(OFGn)를 모두 하이 레벨로 하여, 전체 화소의 OFG 트랜지스터(332)를 온 상태로 한다. 이에 의해, 전체 화소의 광전류의 합이 어드레스 이벤트 검출부(400)에 공급된다. 한편, 전송 신호(TRGn)는 모두 로우 레벨이며, 전체 화소의 전송 트랜지스터(331)는 오프 상태이다.
그리고, 타이밍(T1)에서, 어드레스 이벤트 검출부(400)가 어드레스 이벤트를 검출하여, 하이 레벨의 검출 신호를 출력한 것으로 한다. 여기서, 검출 신호는, 온 이벤트의 검출 결과를 나타내는 1비트의 신호인 것으로 한다.
구동 회로(211)는, 검출 신호를 수취하면, 타이밍(T2)에서 제어 신호(OFGn)를 모두 로우 레벨로 하여 어드레스 이벤트 검출부(400)에의 광전류의 공급을 정지시킨다. 또한, 구동 회로(211)는, 선택 신호(SEL)를 하이 레벨로 하여, 리셋 신호(RST)를 일정한 펄스 기간에 걸쳐 하이 레벨로 하여 부유 확산층(324)의 초기화를 행한다. 이 초기화시의 전압을 화소 신호 생성부(320)는, 리셋 레벨로서 출력하고, ADC(230)는, 그 리셋 레벨을 디지털 신호로 변환한다.
리셋 레벨의 변환후의 타이밍(T3)에서, 구동 회로(211)는, 일정한 펄스 기간에 걸쳐 하이 레벨의 전송 신호(TRG1)를 공급하여, 1개째의 화소에 전압을 신호 레벨로서 출력시킨다. ADC(230)는, 그 신호 레벨을 디지털 신호로 변환한다. 신호 처리부(212)는, 리셋 레벨과 신호 레벨의 차분을 순 화소 신호로서 구한다. 이 처리는, CDS 처리라고 불린다.
신호 레벨의 변환 후의 타이밍(T4)에서, 구동 회로(211)는, 일정한 펄스 기간에 걸쳐 하이 레벨의 전송 신호(TRG2)를 공급하고, 두 번째 화소에 신호 레벨을 출력시킨다. 신호 처리부(212)는, 리셋 레벨과 신호 레벨의 차분을 순 화소 신호로서 구한다. 이하, 동일한 처리가 실행되어, 화소 블록(310) 내의 각각의 화소의 화소 신호가 순서대로 출력된다.
모든 화소 신호가 출력되면, 구동 회로(211)는, 제어 신호(OFGn)를 모두 하이 레벨로 하여, 전체 화소의 OFG 트랜지스터(332)를 온 상태로 한다.
도 11은, 본 개시의 제1 실시 형태에서의 고체 촬상 소자(200)의 동작의 일 예를 나타내는 플로우차트이다. 이 동작은, 예를 들면, 어드레스 이벤트를 검출하기 위한 소정의 어플리케이션이 실행되었을 때에 개시된다.
화소 블록(310)의 각각은, 어드레스 이벤트의 유무 검출을 행한다(스텝 S901). 구동 회로(211)는, 어느 하나의 화소 블록(310)에서 어드레스 이벤트가 있었는지 여부를 판단한다(스텝 S902). 어드레스 이벤트가 있었을 경우(스텝 S902: Yes), 구동 회로(211)는, 어드레스 이벤트가 생긴 화소 블록(310) 내의 각각의 화소의 화소 신호를 순서대로 출력시킨다(스텝 S903).
어드레스 이벤트가 없는 경우(스텝 S902:No), 또는, 스텝 S903 후에 고체 촬상 소자(200)는, 스텝 S901 이후를 반복한다.
이와 같이, 본 개시의 제1 실시 형태에 의하면, 복수(N개)의 광전 변환 소자(333)(화소)의 각각의 광전류의 변화량을 어드레스 이벤트 검출부(400)가 검출하기 때문에, 어드레스 이벤트 검출부(400)의 배치수를, N화소마다 1개로 할 수 있다. 이와 같이 N화소에서 1개의 어드레스 이벤트 검출부(400)를 공유함으로써, 어드레스 이벤트 검출부(400)를 공유하지 않고 화소마다 설치하는 구성과 비교하여 회로 규모를 삭감할 수 있다.
한편, 상술한 N의 값은 임의이다. 예를 들면, 회로 규모의 삭감을 고려하지 않아도 되는 경우에는, N=1로 하여, 화소마다 어드레스 이벤트 검출부(400)를 설치해도 된다.
제1 실시 형태에서는, 촬상 장치(100) 내의 각 부가 사용하는 저전위측 기준 전위와 오프 전위가, 전위 레벨이 각각 다른 3종류 이상의 전위를 포함하고 있다. 저전위측 기준 전위와 오프 전위는, 전형적으로는 접지 전위(GND)이지만, 본 실시형태에서는, 촬상 장치(100) 내의 각 부에 의해, 접지 전위(GND) 이외의 전위 레벨의 전위를 사용하는 것을 상정하고 있다.
보다 구체적으로는, 광전 변환부(334)의 저전위측 기준 전위와, 검출부의 저전위측 기준 전위와, 화소 신호 생성부(320)의 저전위측 기준 전위와, 컬럼 ADC(220)의 저전위측 기준 전위와, 전송 제어부(335)의 오프 전위는, 전위 레벨이 각각 다른 3개 이상의 전위를 포함하고 있다.
예를 들면, 광전 변환부(334)의 저전위측 기준 전위는, 어드레스 이벤트 검출부(400)의 저전위측 기준 전위보다 전위 레벨이 낮아도 된다. 또한, 광전 변환부(334)의 저전위측 기준 전위는, 전송 제어부(335)의 오프 전위보다 전위 레벨이 높아도 된다. 또한, 광전 변환부(334)의 저전위측 기준 전위는, 화소 신호 생성부(320) 및 컬럼 ADC(220)의 적어도 일방의 저전위측 기준 전위보다 전위 레벨이 낮아도 된다.
도 12는 제1 실시 형태에 의한 촬상 장치(100) 내의 각 부가 사용하는 저전위측 기준 전위와 오프 전위를 나타내는 도면이다. 도 12에서는, 촬상 장치(100) 내의 각 부가 사용하는 저전위측 기준 전위와 오프 전위가, 전위 레벨이 각각 다른 3개의 전위를 포함하는 예를 나타내고 있다. 도 12의 예에서는, 이들 3개의 전위를 접지 전위, 제1 기준 전위, 제2 기준 전위로 하고 있다. 접지 전위는 예를 들면 0V이고, 제1 기준 전위는 접지 전위(GND)보다 전위 레벨이 낮은 부(負) 전위, 제2 기준 전위는 제2 기준 전위보다 더욱 전위 레벨이 낮은 부(負) 전위이다.
제1 기준 전위 및 제2 기준 전위는, 부전위 공급부(235)로부터 공급된다. 부전위 공급부(235)는, 예를 들면 차지 펌프를 사용하여, 접지 전위(GND)보다 낮은 제1 기준 전위와 제2 기준 전위를 생성한다.
도 12의 예에서는, 광전 변환부(334)의 저전위측 기준 전위는 제1 기준 전위이다. 또한, 어드레스 이벤트 검출부(400), 화소 신호 생성부(320) 및 컬럼 ADC(220)의 저전위측 기준 전위는 접지 전위(GND)이다. 전송 제어부(335)의 오프 전위는 제2 기준 전위이다. 전송 제어부(335)는, 전송 트랜지스터(331)와 OFG 트랜지스터(332)로 구성되어 있고, 전송 제어부(335)의 오프 전위란, 전송 트랜지스터(331)와 OFG 트랜지스터(332)의 게이트를 오프하기 위한 전위를 가리킨다.
도 12에 있어서, 광전 변환부(334)의 저전위측 기준 전위를 부 전위인 제2 기준 전위로 설정함으로써, 광전 변환부(334)의 저전위측 기준 전위를 접지 전위(GND)로 하는 경우와 비교하여, 광전 변환부(334) 내의 포토다이오드(광전 변환 소자)의 역방향 바이어스가 커진다. 이에 의해, 포토다이오드(311)의 감도가 높아져, 암전류를 저감시킬 수 있다.
또한, 전송 제어부(335) 내의 전송 트랜지스터(331)와 OFG 트랜지스터(332)의 백 게이트를 부 전위(Vn)로 해도 된다. 이에 의해, 이들 전위를 기준 전위로 하는 경우와 비교하여, 기판 바이어스 효과에 의해, 각각의 트랜지스터의 임계값 전압이 높아지고, 이들 트랜지스터의 게이트-소스간 전압이 0 이하가 되는 것을 방지할 수 있다. 게이트-소스간 전압이 0 이하가 되면, 화소 신호 생성부(320)의 회로 구성 상, 정상의 출력이 얻어지지 않게 되기 때문에, 백게이트로의 부 전위(Vn)의 공급에 의해, 그러한 사태를 억제할 수 있다. 이와 같이, 포토다이오드(311)의 감도 향상, 암전류의 저하나, 임계값 전압의 상승에 의해, 검출 신호의 신호 품질을 향상시킬 수 있다.
도 12에서는, 어드레스 이벤트 검출부(400)의 저전위측 기준 전위(제1 기준 전위)를 광전 변환부(334)의 저전위측 기준 전위(제1 기준 전위)보다 높은 전위 레벨로 하고 있다. 만일, 어드레스 이벤트 검출부(400)의 저전위측 기준 전위를 광전 변환부(334)의 저전위측 기준 전위보다 낮게 하면, 광전 변환부(334) 내의 포토다이오드에 충분한 역방향 바이어스가 걸리지 않아, 리크 전류가 증가하거나, 노이즈가 늘어나거나 하여, 응답이 늦어질 우려가 있다. 도 12와 같이, 어드레스 이벤트 검출부(400)의 저전위측 기준 전위를 광전 변환부(334)의 저전위측 기준 전위보다 높은 전위 레벨로 함으로써, 포토다이오드에 충분한 역방향 바이어스를 가할 수 있어, 노이즈의 저감이나 응답 속도의 향상을 도모할 수 있다.
전송 제어부(335) 내의 OFG 트랜지스터(332)는, 어드레스 이벤트 검출부(400)에서 어드레스 이벤트 검출 처리를 행하는 경우에 온한다. 이 때, 전송 트랜지스터(331)는 오프되어 있어야 한다. 또한, 어드레스 이벤트 검출부(400)에서 어드레스 이벤트가 검출되면, OFG 트랜지스터(332)가 오프하고, 전송 트랜지스터(331)가 온한다. 전송 트랜지스터(331)가 온하면, 포토다이오드에서 광전 변환한 전기 신호(광전류)가 전송 트랜지스터(331)를 통해 화소 신호 생성부(320)에 보내져 화소 신호가 생성되고, 그 후 컬럼 ADC(220)에 보내져 디지털 신호가 생성된다.
이와 같이, OFG 트랜지스터(332)와 전송 트랜지스터(331)는 배타적으로 온/오프한다. OFG 트랜지스터(332)와 전송 트랜지스터(331)에 대해, 배타적 동작을 확실하게 행하게 하기 위해서는, 온하는 쪽의 트랜지스터의 게이트에는 정(正) 전위를 부여하고, 오프하는 쪽의 트랜지스터의 게이트에는 부(負) 전위를 부여하는 것이 바람직하다. 이 때문에, 도 12에서는, 전송 제어부(335)의 오프 전위를, 부 전위인 제2 기준 전위로 설정하고 있다.
도 13a 및 도 13b는 제1 실시 형태에 의한 촬상 장치(100) 내의 각 부에 부여하는 저전위측 기준 전위와 오프 전위의 구체적인 전위 레벨의 일 예이다. 도 13a는 전송 트랜지스터를 오프하는 경우의 전위 레벨, 도 13b는 전송 트랜지스터를 온하는 경우의 전위 레벨이다. 어드레스 이벤트 검출을 행하는 경우에는, 도 13a의 전위 레벨로 설정된다. 한편, 도 13a 및 도 13b의 전위 레벨은 일 예이며, 다양한 변형예를 생각할 수 있다.
도 13a에 나타낸 바와 같이, 전송 트랜지스터를 오프하는 경우, 포토다이오드의 애노드는 부전위인 -0.6V로 설정된다. 또한, 전송 트랜지스터의 게이트는 부전위인 -1.8V로 설정된다. 이에 의해, 전송 트랜지스터는 확실하게 오프된다. 화소 신호 생성부(320) 내의 리셋 트랜지스터의 게이트는 2.2V로 설정된다. 이에 의해, 리셋 트랜지스터가 온되어, 부유 확산층(324)의 전하량이 초기화된다. 화소 신호 생성부(320)의 정전위측 기준 전위는 2.8V로 설정된다.
도 13a에서는 생략하고 있지만, 어드레스 이벤트 검출을 행하는 경우, OFG 트랜지스터의 게이트는 2.2∼2.8V 정도로 설정된다. 또한, 어드레스 이벤트 검출부(400)의 저전위측 기준 전위는, 포토다이오드의 애노드 전위보다 높은 접지 전위(GND)(0V)로 설정된다. 어드레스 이벤트 검출부(400)의 정전위측 기준 전위는 2.2V로 설정된다.
도 13b에 나타낸 바와 같이, 전송 트랜지스터를 온하는 경우, 포토다이오드의 애노드는 마찬가지로 -0.6V로 설정된다. 또한, 전송 트랜지스터의 게이트는 2.2V로 설정된다. 화소 신호 생성부(320) 내의 리셋 트랜지스터의 게이트는 부전위인 -0.6V로 설정된다. 리셋 트랜지스터의 드레인은 2.2V로 설정된다. 화소 신호 생성부(320) 내의 증폭 트랜지스터(322)의 드레인은 2.8V로 설정된다.
　도 13a에서는 생략하고 있지만, OFG 트랜지스터의 게이트는 -1.8V로 설정된다. 어드레스 이벤트 검출부(400)의 저전위측 기준 전위는 도 13a와 마찬가지로 접지 전위(GND)(0V)이다.
이와 같이, 제1 실시 형태에서는, 촬상 장치(100) 내의 각 부가 사용하는 저전위측 기준 전위와 오프 전위가, 전위 레벨이 각각 다른 3종류 이상의 전위를 포함하고 있다. 이에 의해, 촬상 장치(100) 내의 각 부의 동작을 최적화할 수 있다. 예를 들면, 광전 변환부(334)의 저전위측 기준 전위를 기준 전위로 설정하기 때문에, 포토다이오드의 감도를 향상시킬 수 있고, 암전류를 저감시킬 수 있다. 또한, 광전 변환부(334)의 저전위측 기준 전위보다, 어드레스 이벤트 검출부(400)의 저전위측 기준 전위를 높게 함으로써, 포토다이오드에 충분한 역방향 바이어스가 걸리도록 하여, 노이즈 저감과 응답 속도의 향상을 도모할 수 있다. 나아가, 전송 제어부(335)의 오프 전위를 부전위로 함으로써, 전송 트랜지스터와 OFG 트랜지스터를 확실하게 배타적으로 동작시킬 수 있다.
(제2 실시 형태)
도 14는 제2 실시 형태에 의한 촬상 장치(100) 내의 각 부가 사용하는 저전위측 기준 전위와 오프 전위를 나타내는 도면이다. 도 14의 예에서도, 촬상 장치(100) 내의 각 부가 사용하는 저전위측 기준 전위와 오프 전위로서, 각각 전위 레벨이 다른 3종류의 기준 전위를 사용하는데, 이들 3종류의 기준 전위의 전위 레벨이 도 12와는 다르다. 보다 구체적으로는, 도 14의 제1 기준 전위는 접지 전위(GND) 보다 높은 전위 레벨이며, 제2 기준 전위는 접지 전위(GND) 보다 낮은 전위 레벨이다.
제2 기준 전위는, 부전위 공급부(235)로부터 공급된다. 제1 기준 전위는, 도시하지 않는 전원부에서 공급된다.
도 14의 예에서는, 광전 변환부(334), 화소 신호 생성부(320), 및 컬럼 ADC(220)의 저전위측 기준 전위는 접지 전위(GND)(0V)이다. 또한, 어드레스 이벤트 검출부(400)의 저전위측 기준 전위는, 정전위인 제1 기준 전위이다. 또한, 전송 제어부(335)의 오프 전위는 제1 기준 전위보다 낮은 부전위인 제2 기준 전위이다.
도 14의 경우, 광전 변환부(334)의 저전위측 기준 전위를, 어드레스 이벤트 검출부(400)의 저전위측 기준 전위보다 낮게 하기 때문에, 광전 변환부(334) 내의 포토다이오드의 역방향 바이어스를 충분히 크게 할 수 있어, 노이즈 저감과 응답 속도의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 전송 제어부(335)의 오프 전위를 제1 기준 전위보다 낮은 부전위인 제2 기준 전위로 설정하기 때문에, 전송 트랜지스터와 OFG 트랜지스터를 확실하게 배타적 동작시킬 수 있다.
도 15a 및 도 15b는 제2 실시 형태에 의한 촬상 장치(100) 내의 각 부에 부여하는 저전위측 기준 전위와 오프 전위의 구체적인 전위 레벨의 일 예이다. 도 15a는 전송 트랜지스터를 오프하는 경우의 전위 레벨, 도 15b는 전송 트랜지스터를 온하는 경우의 전위 레벨이다.
도 15a에 나타낸 바와 같이, 전송 트랜지스터를 오프하는 경우, 포토다이오드의 애노드는 부전위인 접지 전위(GND)(0V)로 설정된다. 또한, 전송 트랜지스터의 게이트는 부전위인 -1.2V로 설정된다. 이에 의해, 전송 트랜지스터는 확실하게 오프된다. 화소 신호 생성부(320) 내의 리셋 트랜지스터의 게이트는 2.8V로 설정된다. 이에 의해, 리셋 트랜지스터가 온되어, 부유 확산층(324)의 전하량이 초기화된다. 화소 신호 생성부(320)의 정전위측 기준 전위는 2.8V로 설정된다. 어드레스 이벤트 검출부(400)의 저전위측 기준 전위는, 포토다이오드의 애노드 전위보다 높은 0.6V로 설정된다. 어드레스 이벤트 검출부(400)의 정전위측 기준 전위는 2.8V로 설정된다.
도 15b에 나타낸 바와 같이, 전송 트랜지스터를 온하는 경우, 포토다이오드의 애노드는 마찬가지로 접지 전위(GND)(0V)로 설정된다. 또한, 전송 트랜지스터의 게이트는 2.8V로 설정된다. 화소 신호 생성부(320) 내의 리셋 트랜지스터의 게이트는 접지 전위(GND)(0V)로 설정된다. 리셋 트랜지스터의 드레인은 2.8V로 설정된다. 화소 신호 생성부(320) 내의 증폭 트랜지스터(322)의 드레인은 2.8V로 설정된다.
도 13a, 도 13b, 도 15a, 도 15b에서는, 정전위측 기준 전위로서, 2.2V와 2.8V가 혼재되어 있지만, 이것은 일 예이며, 하나의 특정한 전위로 설정해도 된다.
이와 같이, 제2 실시 형태에서는, 촬상 장치(100) 내의 저전위측 기준 전위와 오프 전위로서, 접지 전위(GND) 이외에, 정전위의 제1 기준 전위와 부전위의 제2 기준 전위를 두기 때문에, 촬상 장치(100) 내의 각 부에 최적의 전압 레벨의 저전위측 기준 전위를 설정할 수 있고, 각 부의 동작을 최적화할 수 있다. 특히, 광전 변환부(334)의 저전위측 기준 전위보다, 어드레스 이벤트 검출부(400)의 저전위측 기준 전위를 높게 함으로써, 포토다이오드에 충분한 역방향 바이어스가 걸리도록 하여, 노이즈 저감과 응답 속도의 향상을 도모할 수 있다. 나아가, 전송 제어부(335)의 오프 전위를 부전위로 함으로써, 전송 트랜지스터와 OFG 트랜지스터를 확실하게 배타적으로 동작시킬 수 있다.
또한, 제2 실시 형태에서는, 저전위측 기준 전위 및 오프 전위로서, 1종류의 부전위만을 사용하기 때문에, 부전위 공급부(235)의 회로 구성을 간략화할 수 있다.
(제3 실시 형태)
도 16은 제3 실시 형태에 의한 촬상 장치(100) 내의 각 부가 사용하는 저전위측 기준 전위와 오프 전위를 나타내는 도면이다.
도 16에 나타낸 바와 같이, 제3 실시 형태에 의한 촬상 장치(100)는, 광전 변환부(334)의 저전위측 기준 전위를 전환하는 전위 선택부(336)를 구비하고 있다. 전위 선택부(336)는, 어드레스 이벤트 검출부(400)에서 포토다이오드가 광전 변환한 전기 신호(광전류)의 변화량이 소정의 임계값을 초과했는지 여부를 어드레스 이벤트 검출부(400)가 검출하는 기간 내에는 제1 기준 전위를 선택하고, 아날로그 디지털 변환기가 화소 신호를 디지털 신호로 변환하는 기간 내에는, 제1 기준 전위보다 전위 레벨이 높은 제2 기준 전위를 선택한다.
제3 실시 형태에 의한 촬상 장치(100)의 각 부가 사용하는 저전위측 기준 전위와 오프 전위는, 각각 전위 레벨이 다른 제1 기준 전위와 제2 기준 전위이다. 즉, 제3 실시 형태는, 제1 및 제2 실시 형태와 비교하여, 기준 전위의 수가 1개 적다.
제3 실시 형태에서의 제2 기준 전위는 예를 들면 접지 전위(GND)(0V)이며, 제1 기준 전위는 접지 전위(GND)보다 전위 레벨이 낮은 부전위이다. 제1 기준 전위는, 부전위 공급부(235)로부터 공급된다.
도 16의 촬상 장치(100)에서는, 어드레스 이벤트 검출부(400)와, 화소 신호 생성부(320)와, 컬럼 ADC(220)의 저전위측 기준 전위는, 접지 전위(GND)(제2 기준 전위)이다. 전송 제어부(335)의 오프 전위는 부전위(제1 기준 전위)이다.
어드레스 이벤트 검출부(400)는, 광전 변환부(334) 내의 포토다이오드가 광전 변환한 전기 신호에 기초하여, 빠르게 어드레스 이벤트를 검출할 필요가 있다. 따라서, 어드레스 이벤트 검출부(400)가 어드레스 이벤트 검출 동작을 행하는 기간 내에는, 광전 변환부(334)의 저전위측 기준 전위를 부전위로 낮추어, 포토다이오드의 감도 향상과 암전류의 저하를 도모한다. 한편, 어드레스 이벤트 검출부(400)에서 어드레스 이벤트가 검출되면, 화소 신호 생성부(320)에서 화소 신호를 생성하는 동작이 행해지는데, 이 기간 내에는 포토다이오드의 감도를 향상시킬 필요가 없기 때문에, 수신부의 저전위측 기준 전위는 접지 전위(GND)로 하여, 소비 전력의 삭감을 도모한다.
이와 같이, 제3 실시 형태에서는, 광전 변환부(334)의 저전위측 기준 전위를, 어드레스 이벤트 검출을 행하는 경우와 화소 신호를 생성하는 경우에서 전환하기 때문에, 어드레스 이벤트 검출시의 포토다이오드의 감도 향상이나 암전류의 감소를 도모할 수 있고, 화소 신호 생성시의 소비 전력을 삭감할 수 있다.
(제4 실시 형태)
상술한 제1∼제3 실시 형태에서는, 도 6의 어드레스 이벤트 검출부(400)를 구비한 촬상 장치(100)에 대해 설명했지만, 어드레스 이벤트 검출부(400)의 내부 구성은, 반드시 도 6에 한정되지 않는다. 도 17은 어드레스 이벤트 검출부(400)의 제2 구성예를 나타내는 블록도이다. 도 17에 나타낸 바와 같이, 본 구성예에 관한 어드레스 이벤트 검출부(400)는, 전류 전압 변환부(410), 버퍼(420), 감산기(430), 양자화기(440), 및, 전송부(450) 외에, 기억부(460) 및 제어부(470)를 가지는 구성으로 되어 있다.
기억부(460)는, 양자화기(440)와 전송부(450)의 사이에 설치되어 있고, 제어부(470)로부터 공급되는 샘플 신호에 기초하여 양자화기(440)의 출력, 즉, 양자화기(440) 내의 비교기(441)의 비교 결과를 축적한다. 기억부(460)는, 스위치, 플라스틱, 용량 등의 샘플링 회로여도 되고, 래치나 플립플롭 등의 디지털 메모리 회로여도 된다.
제어부(470)는, 비교기(441)의 반전(-) 입력 단자에 대해 소정의 임계값 전압(Vth)을 공급한다. 제어부(470)로부터 비교기(441)에 공급되는 임계값 전압(Vth)은, 시분할로 다른 전압값이어도 된다. 예를 들면, 제어부(470)는, 광전류의 변화량이 상한의 임계값을 초과했다는 취지를 나타내는 온 이벤트에 대응하는 임계값 전압(Vth1), 및, 그 변화량이 하한의 임계값을 하회하였다는 취지를 나타내는 오프 이벤트에 대응하는 임계값 전압(Vth2)을 다른 타이밍에서 공급함으로써, 1개의 비교기(441)로 복수 종류의 어드레스 이벤트의 검출이 가능하게 된다.
기억부(460)는, 예를 들면, 제어부(470)로부터 비교기(441)의 반전(-) 입력 단자에, 오프 이벤트에 대응하는 임계값 전압(Vth2)이 공급되고 있는 기간에, 온 이벤트에 대응하는 임계값 전압(Vth1)을 사용한 비교기(441)의 비교 결과를 축적하도록 해도 된다. 한편, 기억부(460)는, 화소(30)의 내부에 있어도 되고, 화소(30)의 외부에 있어도 된다. 또한, 기억부(460)는, 어드레스 이벤트 검출부(400)의 필수의 구성 요소는 아니다. 즉, 기억부(460)는, 없어도 된다.
[제2 구성예에 관한 촬상 장치(100)(스캔 방식)]
상술한 도 6에 나타내는 어드레스 이벤트 검출부(400)의 제1 구성예를 구비한 촬상 장치(10020)는, 비동기형의 판독 방식으로 이벤트를 판독하는 비동기형의 촬상 장치(100)이다. 단, 이벤트의 판독 방식으로서는, 비동기형의 판독 방식에 한정되는 것이 아니고, 동기형의 판독 방식이어도 된다. 동기형의 판독 방식이 적용되는 촬상 장치(100)는, 소정의 프레임 레이트로 촬상을 행하는 통상의 촬상 장치(100)와 같은, 스캔 방식의 촬상 장치(100)이다.
도 18은, 본 개시에 관한 기술이 적용되는 촬상 시스템(10)에서의 촬상 장치(10020)로서 사용되는, 제2 구성예에 관한 촬상 장치(100), 즉, 스캔 방식의 촬상 장치(100)의 구성의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 18에 나타낸 바와 같이, 본 개시의 촬상 장치(100)로서의 제2 구성예에 관한 촬상 장치(10020)는, 화소 어레이부(21), 구동부(22), 신호 처리부(25), 판독 영역 선택부(27), 및, 신호 생성부(221)를 구비하는 구성으로 되어 있다.
화소 어레이부(21)는, 복수의 화소(30)를 포함한다. 복수의 화소(30)는, 판독 영역 선택부(27)의 선택 신호에 응답하여 출력 신호를 출력한다. 복수의 화소(30)의 각각에 대해서는, 예를 들면 도 7에 나타낸 바와 같이, 화소 내에 양자화기를 가지는 구성으로 할 수도 있다. 복수의 화소(30)는, 광의 강도의 변화량에 대응하는 출력 신호를 출력한다. 복수의 화소(30)는, 도 18에 나타낸 바와 같이, 행렬 형상으로 2차원 배치되어 있어도 된다.
구동부(22)는, 복수의 화소(30)의 각각을 구동하여, 각 화소(30)에서 생성된 화소 신호를 신호 처리부(25)에 출력시킨다. 한편, 구동부(22) 및 신호 처리부(25)는, 계조 정보를 취득하기 위한 회로부이다. 따라서, 이벤트 정보만을 취득하는 경우에는, 구동부(22) 및 신호 처리부(25)는 없어도 된다.
판독 영역 선택부(27)는, 화소 어레이부(21)에 포함되는 복수의 화소(30) 중 일부를 선택한다. 예를 들면, 판독 영역 선택부(27)는, 화소 어레이부(21)에 대응하는 2차원 행렬의 구조에 포함되는 행 중 어느 하나 혹은 복수의 행을 선택한다. 판독 영역 선택부(27)는, 미리 설정된 주기에 따라 1개 혹은 복수의 행을 순차 선택한다. 또한, 판독 영역 선택부(27)는, 화소 어레이부(21)의 각 화소(30)로부터의 리퀘스트에 따라 선택 영역을 결정해도 된다.
신호 생성부(221)는, 판독 영역 선택부(27)에 의해 선택된 화소의 출력 신호에 기초하여, 선택된 화소 중 이벤트를 검출한 활성 화소에 대응하는 이벤트 신호를 생성한다. 이벤트는, 광의 강도가 변화하는 이벤트이다. 활성 화소는, 출력 신호에 대응하는 광의 강도의 변화량이 미리 설정된 임계값을 초과하거나, 또는, 하회하는 화소이다. 예를 들면, 신호 생성부(221)는, 화소의 출력 신호를 기준 신호와 비교하여, 기준 신호보다 크거나 또는 작은 경우에 출력 신호를 출력하는 활성 화소를 검출하고, 해당 활성 화소에 대응하는 이벤트 신호를 생성한다.
신호 생성부(221)에 대해서는, 예를 들면, 신호 생성부(221)에 들어오는 신호를 조정(調停)하는 것과 같은 열선택 회로를 포함하는 구성으로 할 수 있다. 또한, 신호 생성부(221)에 대해서는, 이벤트를 검출한 활성 화소의 정보의 출력뿐만 아니라, 이벤트를 검출하지 않는 비활성 화소의 정보도 출력하는 구성으로 할 수 있다.
신호 생성부(221)로부터는, 출력선(15)을 통해, 이벤트를 검출한 활성 화소의 어드레스 정보 및 타임 스탬프 정보(예를 들면, (X, Y, T))가 출력된다. 단, 신호 생성부(221)로부터 출력되는 데이터에 대해서는, 어드레스 정보 및 타임 스탬프 정보뿐만 아니라, 프레임 형식의 정보(예를 들면, (0, 0, 1, 0, ···))여도 된다.
[칩 구조의 구성예]
상술한 제1 구성예 또는 제2 구성예에 관한 촬상 장치(10020)의 칩(반도체 집적 회로) 구조로서는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 적층형의 칩 구조를 취할 수 있다. 적층형의 칩 구조, 소위, 적층 구조는, 제1 칩인 수광 칩(201), 및, 제2 칩인 검출 칩(202)의 적어도 2개의 칩이 적층된 구조로 되어 있다. 그리고, 도 4에 나타내는 화소(30)의 회로 구성에서, 수광부(330)의 각각이 수광 칩(201) 상에 배치되고, 수광 소자(311) 이외의 소자 전부나, 화소(30)의 다른 회로 부분의 소자 등이 검출 칩(202) 상에 배치된다. 수광 칩(201)과 검출 칩(202)은, 비아(VIA), Cu-Cu 접합, 범프 등의 접속부를 통해 전기적으로 접속된다.
한편, 여기에서는, 수광 소자(311)를 수광 칩(201)에 배치하고, 수광 소자(311) 이외의 소자나 화소(30)의 다른 회로 부분의 소자 등을 검출 칩(202)에 배치하는 구성예를 예시했지만, 이 구성예에 한정되는 것은 아니다.
예를 들면, 도 4에 나타내는 화소(30)의 회로 구성에서, 수광부(330)의 각 소자, 및, 화소 신호 생성부(320)의 리셋 트랜지스터(321), 부유 확산층(324)을 수광 칩(201)에 배치하고, 그 이외의 소자를 검출 칩(202)에 배치하는 구성으로 할 수 있다. 혹은, 어드레스 이벤트 검출부(400)를 구성하는 소자의 일부를, 수광부(330)의 각 소자 등과 함께 수광 칩(201)에 배치하는 구성으로 할 수 있다.
[컬럼 처리부의 구성예]
도 9에서는, 컬럼 ADC(220) 내에, 화소 어레이부(21)의 화소열에 대해, 1대1의 대응 관계로 아날로그-디지털 변환기(ADC)(230)를 배치하는 구성예를 예시했지만, 이 구성예에 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, 복수의 화소열을 단위로 하여 아날로그-디지털 변환기(ADC)(230)를 배치하고, 상기 아날로그-디지털 변환기(ADC)(230)를 복수의 화소열 사이에서 시분할로 사용하는 구성으로 할 수도 있다.
아날로그-디지털 변환기(ADC)(230)는, 수직 신호선(VSL)을 통해 공급되는 아날로그의 화소 신호(SIG)를, 상술한 어드레스 이벤트의 검출 신호보다 비트수가 많은 디지털 신호로 변환한다. 예를 들면, 어드레스 이벤트의 검출 신호를 2비트로 하면, 화소 신호는, 3비트 이상(16비트 등)의 디지털 신호로 변환된다. 아날로그-디지털 변환기(ADC)(230)는, 아날로그-디지털 변환으로 생성한 디지털 신호를 신호 처리부(25)에 공급한다.
[노이즈 이벤트에 대해]
그런데, 제1 구성예에 관한 촬상 장치(100)는, 화소 어드레스마다, 그 화소의 광량이 소정의 임계값을 초과한 취지를 어드레스 이벤트로서 실시간으로 검출하는 검출부(즉, 어드레스 이벤트 검출부(400))를 화소(30)마다 구비한 DVS라고 불리는 비동기형의 촬상 장치(100)이다.
이 비동기형의 제1 구성예에 관한 촬상 장치(10020)에서는, 본래, 씬(scene) 중에서 어떠한 이벤트(즉, 진짜 이벤트(true event))가 발생했을 때, 상기 진짜 이벤트의 발생에 기인하는 데이터의 취득이 행해진다. 그러나, 비동기형의 촬상 장치(100)에서는, 진짜 이벤트의 발생이 없는 씬에서도, 센서 노이즈 등의 노이즈 이벤트(가짜 이벤트(false event))에 기인하여, 불필요하게, 데이터의 취득이 행해지는 경우가 있다. 이에 의해, 노이즈 신호가 판독되어 버릴뿐만 아니라, 신호 출력의 스루풋을 저하시키게 된다.
<본 개시에 관한 기술의 적용예>
본 개시에 관한 기술은, 여러가지 제품에 적용할 수 있다. 이하에, 보다 구체적인 적용예에 대해 설명한다. 예를 들면, 본 개시에 관한 기술은, 자동차, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차, 자동 이륜차, 자전거, 퍼스널 모빌리티, 비행기, 드론, 선박, 로봇, 건설 기계, 농업 기계(트랙터) 등의 어느 하나의 종류의 이동체에 탑재되는 측거 장치로서 실현되어도 된다.
[이동체]
도 19는, 본 개시에 관한 기술이 적용될 수 있는 이동체 제어 시스템의 일 예인 차량 제어 시스템(7000)의 개략적인 구성예를 나타내는 블록도이다. 차량 제어 시스템(7000)은, 통신 네트워크(7010)를 통해 접속된 복수의 전자 제어 유닛을 구비한다. 도 19에 나타낸 예에서는, 차량 제어 시스템(7000)은, 구동계 제어 유닛(7100), 보디계 제어 유닛(7200), 배터리 제어 유닛(7300), 차외 정보 검출 유닛(7400), 차내 정보 검출 유닛(7500), 및 통합 제어 유닛(7600)을 구비한다. 이들 복수의 제어 유닛을 접속하는 통신 네트워크(7010)는, 예를 들면, CAN(Controller Area Network), LIN(Local Interconnect Network), LAN(Local Area Network) 또는 FlexRay(등록상표) 등의 임의의 규격에 준거한 차량용 통신 네트워크여도 된다.
각 제어 유닛은, 각종 프로그램에 따라 연산 처리를 행하는 마이크로 컴퓨터(프로세서)와, 마이크로 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 또는 각종 연산에 사용되는 파라미터 등을 기억하는 기억부와, 각종 제어 대상의 장치를 구동하는 구동 회로를 구비한다. 각 제어 유닛은, 통신 네트워크(7010)를 통해 다른 제어 유닛과의 사이에서 통신을 행하기 위한 네트워크 I/F를 구비하고, 차내외의 장치 또는 센서 등과의 사이에서, 유선 통신 또는 무선 통신에 의해 통신을 행하기 위한 통신 I/F를 구비한다. 도 19에서는, 통합 제어 유닛(7600)의 기능 구성으로서, 마이크로 컴퓨터(7610), 범용 통신 I/F(7620), 전용 통신 I/F(7630), 측위부(7640), 비콘 수신부(7650), 차내 기기 I/F(7660), 음성 화상 출력부(7670), 차량용 네트워크 I/F(7680) 및 기억부(7690)가 도시되어 있다. 다른 제어 유닛도 마찬가지로, 마이크로 컴퓨터, 통신 I/F 및 기억부 등을 구비한다.
구동계 제어 유닛(7100)은, 각종 프로그램에 따라 차량의 구동계에 관련되는 장치의 동작을 제어한다. 예를 들면, 구동계 제어 유닛(7100)은, 내연 기관 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. 구동계 제어 유닛(7100)은, ABS(Antilock Brake System) 또는 ESC(Electronic Stability Control) 등의 제어 장치로서의 기능을 가져도 된다.
구동계 제어 유닛(7100)에는, 차량 상태 검출부(7110)가 접속된다. 차량 상태 검출부(7110)에는, 예를 들면, 차체의 축회전 운동의 각속도를 검출하는 자이로 센서, 차량의 가속도를 검출하는 가속도 센서, 혹은, 액셀 페달의 조작량, 브레이크 페달의 조작량, 스티어링휠의 조타각, 엔진 회전수 또는 차륜의 회전 속도 등을 검출하기 위한 센서 중 적어도 하나가 포함된다. 구동계 제어 유닛(7100)은, 차량 상태 검출부(7110)로부터 입력되는 신호를 사용하여 연산 처리를 행하고, 내연 기관, 구동용 모터, 전동 파워 스티어링 장치 또는 브레이크 장치 등을 제어한다.
보디계 제어 유닛(7200)은, 각종 프로그램에 따라 차체에 장비된 각종 장치의 동작을 제어한다. 예를 들면, 보디계 제어 유닛(7200)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 제어 장치로서 기능한다. 이 경우, 보디계 제어 유닛(7200)에는, 키를 대체하는 휴대기로부터 발신되는 전파 또는 각종 스위치의 신호가 입력될 수 있다. 보디계 제어 유닛(7200)은, 이들 전파 또는 신호의 입력을 접수하여, 차량의 도어록 장치, 파워 윈도우 장치, 램프 등을 제어한다.
배터리 제어 유닛(7300)은, 각종 프로그램에 따라 구동용 모터의 전력 공급원인 2차 전지(7310)를 제어한다. 예를 들면, 배터리 제어 유닛(7300)에는, 2차 전지(7310)를 구비한 배터리 장치로부터, 배터리 온도, 배터리 출력 전압 또는 배터리의 잔존 용량 등의 정보가 입력된다. 배터리 제어 유닛(7300)은, 이들 신호를 사용하여 연산 처리를 행하고, 2차 전지(7310)의 온도 조절 제어 또는 배터리 장치에 구비된 냉각 장치 등의 제어를 행한다.
차외 정보 검출 유닛(7400)은, 차량 제어 시스템(7000)을 탑재한 차량의 외부 정보를 검출한다. 예를 들면, 차외 정보 검출 유닛(7400)에는, 촬상부(7410) 및 차외 정보 검출부(7420) 중 적어도 일방이 접속된다. 촬상부(7410)에는, ToF(Time Of Flight) 카메라, 스테레오 카메라, 단안 카메라, 적외선 카메라 및 그 밖의 카메라 중 적어도 하나가 포함된다. 차외 정보 검출부(7420)에는, 예를 들면, 현재의 날씨 또는 기상을 검출하기 위한 환경 센서, 혹은, 차량 제어 시스템(7000)을 탑재한 차량 주위의 다른 차량, 장애물 또는 보행자 등을 검출하기 위한 주위 정보 검출 센서 중 적어도 하나가 포함된다.
환경 센서는, 예를 들면, 우천을 검출하는 빗방울 센서, 안개를 검출하는 안개 센서, 일조 정도를 검출하는 일조 센서, 및 강설을 검출하는 눈 센서 중 적어도 하나여도 된다. 주위 정보 검출 센서는, 초음파 센서, 레이더 장치 및 LIDAR(Light Detection and Ranging, Laser Imaging Detection and Ranging) 장치 중 적어도 하나여도 된다. 이들 촬상부(7410) 및 차외 정보 검출부(7420)는, 각각 독립된 센서 내지 장치로서 구비되어도 되고, 복수의 센서 내지 장치가 통합된 장치로서 구비되어도 된다.
여기서, 도 20은, 촬상부(7410) 및 차외 정보 검출부(7420)의 설치 위치의 예를 나타낸다. 촬상부(7910, 7912, 7914, 7916, 7918)는, 예를 들면, 차량(7900)의 프런트 노즈, 사이드 미러, 리어범퍼, 백 도어 및 차실내의 프런트 글래스의 상부 중 적어도 하나의 위치에 설치된다. 프런트 노즈에 구비되는 촬상부(7910) 및 차실내의 프런트 글래스의 상부에 구비되는 촬상부(7918)는, 주로 차량(7900)의 전방의 화상을 취득한다. 사이드 미러에 구비되는 촬상부(7912, 7914)는, 주로 차량(7900)의 측방의 화상을 취득한다. 리어범퍼 또는 백 도어에 구비되는 촬상부(7916)는, 주로 차량(7900)의 후방의 화상을 취득한다. 차실내의 프런트 글래스의 상부에 구비되는 촬상부(7918)는, 주로 선행 차량 또는, 보행자, 장애물, 신호기, 교통 표지 또는 차선 등의 검출에 사용된다.
한편, 도 20에는, 각각의 촬상부(7910, 7912, 7914, 7916)의 촬영 범위의 일 예가 나타나 있다. 촬상 범위(a)는, 프런트 노즈에 설치된 촬상부(7910)의 촬상 범위를 나타내고, 촬상 범위(b, c)는, 각각 사이드 미러에 설치된 촬상부(7912, 7914)의 촬상 범위를 나타내고, 촬상 범위(d)는, 리어범퍼 또는 백 도어에 설치된 촬상부(7916)의 촬상 범위를 나타낸다. 예를 들면, 촬상부(7910, 7912, 7914, 7916)에서 촬상된 화상 데이터가 중첩됨으로써, 차량(7900)을 상방으로부터 본 부감 화상이 얻어진다.
차량(7900)의 프런트, 리어, 사이드, 코너 및 차실내의 프런트 글래스의 상부에 설치되는 차외 정보 검출부(7920, 7922, 7924, 7926, 7928, 7930)는, 예를 들면 초음파 센서 또는 레이더 장치여도 된다. 차량(7900)의 프런트 노즈, 리어범퍼, 백 도어 및 차실내의 프런트 글래스의 상부에 설치되는 차외 정보 검출부(7920, 7926, 7930)는, 예를 들면 LIDAR 장치여도 된다. 이들 차외 정보 검출부(7920∼7930)는, 주로 선행 차량, 보행자 또는 장애물 등의 검출에 사용된다.
도 19로 돌아가 설명을 계속한다. 차외 정보 검출 유닛(7400)은, 촬상부(7410)에 차 밖의 화상을 촬상시키고, 촬상된 화상 데이터를 수신한다. 또한, 차외 정보 검출 유닛(7400)은, 접속되어 있는 차외 정보 검출부(7420)로부터 검출 정보를 수신한다. 차외 정보 검출부(7420)가 초음파 센서, 레이더 장치 또는 LIDAR 장치인 경우에는, 차외 정보 검출 유닛(7400)은, 초음파 또는 전자파 등을 발신시키고, 수신된 반사파의 정보를 수신한다. 차외 정보 검출 유닛(7400)은, 수신한 정보에 기초하여, 사람, 차, 장애물, 표지 또는 노면 상의 문자 등의 물체 검출 처리 또는 거리 검출 처리를 행해도 된다. 차외 정보 검출 유닛(7400)은, 수신한 정보에 기초하여 강우, 안개 또는 노면 상황 등을 인식하는 환경 인식 처리를 행해도 된다. 차외 정보 검출 유닛(7400)은, 수신한 정보에 기초하여 차 밖의 물체까지의 거리를 산출해도 된다.
또한, 차외 정보 검출 유닛(7400)은, 수신한 화상 데이터에 기초하여 사람, 차, 장애물, 표지 또는 노면 상의 문자 등을 인식하는 화상 인식 처리 또는 거리 검출 처리를 행해도 된다. 차외 정보 검출 유닛(7400)은, 수신한 화상 데이터에 대해 왜곡 보정 또는 위치 맞춤 등의 처리를 행하고, 다른 촬상부(7410)에 의해 촬상된 화상 데이터를 합성하여, 부감 화상 또는 파노라마 화상을 생성해도 된다. 차외 정보 검출 유닛(7400)은, 다른 촬상부(7410)에 의해 촬상된 화상 데이터를 사용하여, 시점 변환 처리를 행해도 된다.
차내 정보 검출 유닛(7500)은, 차내의 정보를 검출한다. 차내 정보 검출 유닛(7500)에는, 예를 들면, 운전자의 상태를 검출하는 운전자 상태 검출부(7510)가 접속된다. 운전자 상태 검출부(7510)는, 운전자를 촬상하는 카메라, 운전자의 생체 정보를 검출하는 생체 센서 또는 차실내의 음성을 집음하는 마이크 등을 포함해도 된다. 생체 센서는, 예를 들면, 좌면 또는 스티어링휠 등에 설치되어, 좌석에 앉은 탑승자 또는 스티어링휠을 잡는 운전자의 생체 정보를 검출한다. 차내 정보 검출 유닛(7500)은, 운전자 상태 검출부(7510)로부터 입력되는 검출 정보에 기초하여, 운전자의 피로 정도 또는 집중 정도를 산출해도 되고, 운전자가 졸고 있지 않은지를 판별해도 된다. 차내 정보 검출 유닛(7500)은, 집음된 음성 신호에 대해 노이즈 캔슬링 처리 등의 처리를 행해도 된다.
통합 제어 유닛(7600)은, 각종 프로그램에 따라 차량 제어 시스템(7000) 내의 동작 전반을 제어한다. 통합 제어 유닛(7600)에는, 입력부(7800)가 접속되어 있다. 입력부(7800)는, 예를 들면, 터치 패널, 버튼, 마이크로폰, 스위치 또는 레버 등, 탑승자에 의해 입력 조작될 수 있는 장치에 의해 실현된다. 통합 제어 유닛(7600)에는, 마이크로폰에 의해 입력되는 음성을 음성 인식함으로써 얻은 데이터가 입력되어도 된다. 입력부(7800)는, 예를 들면, 적외선 또는 그 밖의 전파를 이용한 리모트 컨트롤 장치여도 되고, 차량 제어 시스템(7000)의 조작에 대응한 휴대 전화 또는 PDA(Personal Digital Assistant) 등의 외부 접속 기기여도 된다. 입력부(7800)는, 예를 들면 카메라여도 되고, 그 경우 탑승자는 제스처에 의해 정보를 입력할 수 있다. 혹은, 탑승자가 장착한 웨어러블 장치의 움직임을 검출함으로써 얻어진 데이터가 입력되어도 된다. 나아가, 입력부(7800)는, 예를 들면, 상기의 입력부(7800)를 사용하여 탑승자 등에 의해 입력된 정보에 기초하여 입력 신호를 생성하고, 통합 제어 유닛(7600)에 출력하는 입력 제어 회로 등을 포함해도 된다. 탑승자 등은, 이 입력부(7800)를 조작함으로써, 차량 제어 시스템(7000)에 대해 각종 데이터를 입력하거나 처리 동작을 지시하거나 한다.
기억부(7690)는, 마이크로 컴퓨터에 의해 실행되는 각종 프로그램을 기억하는 ROM(Read Only Memory), 및 각종 파라미터, 연산 결과 또는 센서값 등을 기억하는 RAM(Random Access Memory)을 포함하고 있어도 된다. 또한, 기억부(7690)는, HDD(Hard Disc Drive) 등의 자기 기억 디바이스, 반도체 기억 디바이스, 광 기억 디바이스 또는 광자기 기억 디바이스 등에 의해 실현해도 된다.
범용 통신 I/F(7620)는, 외부 환경(7750)에 존재하는 다양한 기기와의 사이의 통신을 중개하는 범용적인 통신 I/F이다. 범용 통신 I/F(7620)는, GSM(등록상표)(Global System of Mobile communications), WiMAX, LTE(Long Term Evolution) 또는 LTE-A(LTE-Advanced) 등의 셀룰러 통신 프로토콜, 또는 무선 LAN(Wi-Fi(등록상표)라고도 한다), Bluetooth(등록상표) 등의 그 밖의 무선 통신 프로토콜을 실장해도 된다. 범용 통신 I/F(7620)는, 예를 들면, 기지국 또는 액세스 포인트를 통해, 외부 네트워크(예를 들면, 인터넷, 클라우드 네트워크 또는 사업자 고유의 네트워크) 상에 존재하는 기기(예를 들면, 어플리케이션 서버 또는 제어 서버)에 접속해도 된다. 또한, 범용 통신 I/F(7620)는, 예를 들면 P2P(Peer To Peer) 기술을 사용하여, 차량의 근방에 존재하는 단말(예를 들면, 운전자, 보행자 또는 점포의 단말, 또는 MTC(Machine Type Communication) 단말)와 접속해도 된다.
전용 통신 I/F(7630)는, 차량에서의 사용을 목적으로 하여 책정된 통신 프로토콜을 서포트하는 통신 I/F이다. 전용 통신 I/F(7630)는, 예를 들면, 하위 레이어의 IEEE802.11p와 상위 레이어의 IEEE1609의 조합인 WAVE(Wireless Access in Vehicle Environment), DSRC(Dedicated Short Range Communications), 또는 셀룰러 통신 프로토콜과 같은 표준 프로토콜을 실장해도 된다. 전용 통신 I/F(7630)는, 전형적으로는, 차량간(Vehicle to Vehicle) 통신, 차량 인프라간(Vehicle to Infrastructure) 통신, 차량집간(Vehicle to Home)의 통신 및 차량 보행자간(Vehicle to Pedestrian) 통신 중 1개 이상을 포함하는 개념인 V2X 통신을 수행한다.
측위부(7640)는, 예를 들면, GNSS(Global Navigation Satellite System) 위성으로부터의 GNSS 신호(예를 들면, GPS(Global Positioning System) 위성으로부터의 GPS 신호)를 수신하여 측위를 실행하고, 차량의 위도, 경도 및 고도를 포함하는 위치 정보를 생성한다. 한편, 측위부(7640)는, 무선 액세스 포인트와의 신호의 교환에 의해 현재 위치를 특정해도 되고, 또는 측위 기능을 가지는 휴대 전화, PHS 또는 스마트폰과 같은 단말로부터 위치 정보를 취득해도 된다.
비콘 수신부(7650)는, 예를 들면, 도로 상에 설치된 무선국 등으로부터 발신되는 전파 혹은 전자파를 수신하여, 현재 위치, 정체, 통행 금지 또는 소요 시간 등의 정보를 취득한다. 한편, 비콘 수신부(7650)의 기능은, 상술한 전용 통신 I/F(7630)에 포함되어도 된다.
차내 기기 I/F(7660)는, 마이크로 컴퓨터(7610)와 차내에 존재하는 다양한 차내 기기(7760)의 사이의 접속을 중개하는 통신 인터페이스이다. 차내 기기 I/F(7660)는, 무선 LAN, Bluetooth(등록상표), NFC(Near Field Communication) 또는 WUSB(Wireless USB) 등의 무선 통신 프로토콜을 사용하여 무선 접속을 확립해도 된다. 또한, 차내 기기 I/F(7660)는, 도시하지 않는 접속 단자(및, 필요한 경우 케이블)를 통해, USB(Universal Serial Bus), HDMI(등록상표)(High-Definition Multimedia Interface), 또는 MHL(Mobile High-definition Link) 등의 유선 접속을 확립해도 된다. 차내 기기(7760)는, 예를 들면, 탑승자가 가지는 모바일 기기 또는 웨어러블 기기, 또는 차량에 반입되거나 또는 부착되는 정보 기기 중 적어도 1개를 포함하고 있어도 된다. 또한, 차내 기기(7760)는, 임의의 목적지까지의 경로 탐색을 행하는 내비게이션 장치를 포함하고 있어도 된다. 차내 기기 I/F(7660)는, 이들 차내 기기(7760)와의 사이에서, 제어 신호 또는 데이터 신호를 교환한다.
차량용 네트워크 I/F(7680)는, 마이크로 컴퓨터(7610)와 통신 네트워크(7010)의 사이의 통신을 중개하는 인터페이스이다. 차량용 네트워크 I/F(7680)는, 통신 네트워크(7010)에 의해 서포트되는 소정의 프로토콜에 의거해, 신호 등을 송수신한다.
통합 제어 유닛(7600)의 마이크로 컴퓨터(7610)는, 범용 통신 I/F(7620), 전용 통신 I/F(7630), 측위부(7640), 비콘 수신부(7650), 차내 기기 I/F(7660) 및 차량용 네트워크 I/F(7680) 중 적어도 하나를 통해 취득되는 정보에 기초하여, 각종 프로그램에 따라, 차량 제어 시스템(7000)을 제어한다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(7610)는, 취득되는 차내외의 정보에 기초하여, 구동력 발생 장치, 스티어링 기구 또는 제동 장치의 제어 목표값을 연산하여, 구동계 제어 유닛(7100)에 대해 제어 지령을 출력해도 된다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(7610)는, 차량의 충돌 회피 혹은 충격 완화, 차간 거리에 기초한 추종 주행, 차량 속도 유지 주행, 차량의 충돌 경고, 또는 차량의 차선 일탈 경고 등을 포함하는 ADAS(Advanced Driver Assistance System)의 기능 실현을 목적으로 한 협조 제어를 행해도 된다. 또한, 마이크로 컴퓨터(7610)는, 취득되는 차량의 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 행해도 된다.
마이크로 컴퓨터(7610)는, 범용 통신 I/F(7620), 전용 통신 I/F(7630), 측위부(7640), 비콘 수신부(7650), 차내 기기 I/F(7660) 및 차량용 네트워크 I/F(7680) 중 적어도 하나를 통해 취득되는 정보에 기초하여 차량과 주변의 구조물이나 인물 등의 물체 사이의 3차원 거리 정보를 생성하고, 차량의 현재 위치의 주변 정보를 포함하는 로컬 지도 정보를 작성해도 된다. 또한, 마이크로 컴퓨터(7610)는, 취득되는 정보에 기초하여 차량의 충돌, 보행자 등의 근접 또는 통행 금지의 도로에의 진입 등의 위험을 예측하고, 경고용 신호를 생성해도 된다. 경고용 신호는, 예를 들면, 경고음을 발생시키거나, 경고 램프를 점등시키거나 하기 위한 신호여도 된다.
음성 화상 출력부(7670)는, 차량의 탑승자 또는 차외에 대해, 시각적 또는 청각적으로 정보를 통지하는 것이 가능한 출력 장치에 음성 및 화상 중 적어도 일방의 출력 신호를 송신한다. 도 19의 예에서는, 출력 장치로서, 오디오 스피커(7710), 표시부(7720) 및 인스트루먼트 패널(7730)이 예시되어 있다. 표시부(7720)는, 예를 들면, 온 보드 디스플레이 및 헤드 업 디스플레이 중 적어도 1개를 포함하고 있어도 된다. 표시부(7720)는, AR(Augmented Reality) 표시 기능을 가지고 있어도 된다. 출력 장치는, 이 장치 이외의, 헤드폰, 탑승자가 장착하는 안경형 디스플레이 등의 웨어러블 디바이스, 프로젝터 또는 램프 등의 다른 장치여도 된다. 출력 장치가 표시 장치인 경우, 표시 장치는, 마이크로 컴퓨터(7610)가 행한 각종 처리에 의해 얻어진 결과 또는 다른 제어 유닛으로부터 수신된 정보를, 텍스트, 이미지, 표, 그래프 등, 여러가지 형식으로 시각적으로 표시한다. 또한, 출력 장치가 음성 출력 장치인 경우, 음성 출력 장치는, 재생된 음성 데이터 또는 음향 데이터 등으로 이루어지는 오디오 신호를 아날로그 신호로 변환하여 청각적으로 출력한다.
한편, 도 19에 나타낸 예에 있어서, 통신 네트워크(7010)를 통해 접속된 적어도 2개의 제어 유닛이 1개의 제어 유닛으로서 일체화되어도 된다. 혹은, 각각의 제어 유닛이, 복수의 제어 유닛에 의해 구성되어도 된다. 나아가, 차량 제어 시스템(7000)이, 도시되어 있지 않은 별도의 제어 유닛을 구비해도 된다. 또한, 상기의 설명에서, 어느 하나의 제어 유닛이 담당하는 기능의 일부 또는 전부를, 다른 제어 유닛에 갖도록 해도 된다. 즉, 통신 네트워크(7010)를 통해 정보의 송수신이 이루어지도록 되어 있으면, 소정의 연산 처리가, 어느 하나의 제어 유닛에서 행해지도록 되어도 된다. 마찬가지로, 어느 하나의 제어 유닛에 접속되어 있는 센서 또는 장치가, 다른 제어 유닛에 접속되고, 복수의 제어 유닛이, 통신 네트워크(7010)를 통해 서로 검출 정보를 송수신해도 된다.
이상, 본 개시에 관한 기술이 적용될 수 있는 차량 제어 시스템의 일 예에 대해 설명하였다. 본 개시에 관한 기술은, 이상 설명한 구성 중, 예를 들면, 촬상부(7910, 7912, 7914, 7916, 7918)나, 차외 정보 검출부(7920, 7922, 7924, 7926, 7928, 7930)나, 운전자 상태 검출부(7510) 등에 적용될 수 있다. 구체적으로는, 이들 촬상부나 검출부에 대해, 본 개시의 촬상 장치(100)를 가지는 도 1의 촬상 시스템(10)을 적용할 수 있다. 그리고, 본 개시에 관한 기술을 적용함으로써, 센서 노이즈 등의 노이즈 이벤트의 영향을 완화하여, 진짜 이벤트의 발생을 확실하게, 그리고, 신속하게 감지할 수 있기 때문에, 안전한 차량 주행을 실현하는 것이 가능하게 된다.
한편, 본 개시는 이하와 같은 구성을 취할 수 있다.
(1) 각각이 입사광을 광전 변환하여 전기 신호를 생성하는 복수의 광전 변환 소자를 가지는 광전 변환부와,
상기 복수의 광전 변환 소자의 각각의 상기 전기 신호의 변화량이 소정의 임계값을 초과했는지 여부를 나타내는 검출 신호를 출력하는 검출부와,
상기 전기 신호에 기초하여 화소 신호를 생성하는 화소 신호 생성부와,
상기 전기 신호를 상기 화소 신호 생성부에 전송하는 제어를 행하는 전송 제어부와,
상기 화소 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환기를 구비하고,
상기 광전 변환부의 저전위측 기준 전위와, 상기 검출부의 저전위측 기준 전위와, 상기 화소 신호 생성부의 저전위측 기준 전위와, 상기 아날로그 디지털 변환기의 저전위측 기준 전위와, 상기 전송 제어부의 오프 전위는, 전위 레벨이 각각 다른 3개 이상의 전위를 포함하고 있는, 촬상 장치.
(2) 상기 광전 변환부의 저전위측 기준 전위는, 상기 검출부의 저전위측 기준 전위보다 전위 레벨이 낮은, (1)에 기재된 촬상 장치.
(3) 상기 광전 변환부의 저전위측 기준 전위는, 상기 전송 제어부의 오프 전위보다 전위 레벨이 높은, (1) 또는 (2)에 기재된 촬상 장치.
(4) 상기 광전 변환부의 저전위측 기준 전위는, 상기 화소 신호 생성부 및 상기 아날로그 디지털 변환기의 적어도 일방의 저전위측 기준 전위보다 전위 레벨이 낮은, (1) 내지 (3) 중 어느 한 항에 기재된 촬상 장치.
(5) 상기 광전 변환부의 저전위측 기준 전위, 상기 검출부의 저전위측 기준 전위, 상기 화소 신호 생성부의 저전위측 기준 전위, 상기 아날로그 디지털 변환기의 저전위측 기준 전위, 및 상기 전송 제어부의 오프 전위의 적어도 하나는 접지 전위이며, 또한 다른 적어도 하나는 상기 접지 전위보다 전위 레벨이 낮은 제1 기준 전위이고, 또한 다른 적어도 하나는 상기 제1 기준 전위보다 전위 레벨이 낮은 제2 기준 전위인, (1) 내지 (4) 중 어느 한 항에 기재된 촬상 장치.
(6) 상기 광전 변환부의 저전위측 기준 전위는 상기 제2 기준 전위이며,
상기 검출부, 상기 화소 신호 생성부 및 상기 아날로그 디지털 변환기의 저전위측 기준 전위는 상기 접지 전위이고,
상기 전송 제어부의 오프 전위는 상기 제2 기준 전위인, (5)에 기재된 촬상 장치.
(7) 상기 접지 전위는 0V이고,
상기 제1 기준 전위는 부전위이고,
상기 제2 기준 전위는, 상기 제1 기준 전위보다 전위 레벨이 낮은 부전위인, (5) 또는 (6)에 기재된 촬상 장치.
(8) 상기 광전 변환부, 상기 화소 신호 생성부 및 상기 아날로그 디지털 변환기의 저전위측 기준 전위는 실질적으로 같은, (1) 내지 (3) 중 어느 한 항에 기재된 촬상 장치.
(9) 상기 광전 변환부의 저전위측 기준 전위, 상기 검출부의 저전위측 기준 전위, 상기 화소 신호 생성부의 저전위측 기준 전위, 상기 아날로그 디지털 변환기의 저전위측 기준 전위, 및 상기 전송 제어부의 오프 전위의 적어도 하나는 접지 전위이고, 또한 다른 적어도 하나는 상기 접지 전위보다 전위 레벨이 높은 제1 기준 전위이고, 또한 다른 적어도 하나는 상기 접지 전위보다 전위 레벨이 낮은 제2 기준 전위인, (1) 내지 (3), 및 (8) 중 어느 한 항에 기재된 촬상 장치.
(10) 상기 광전 변환부, 상기 화소 신호 생성부 및 상기 아날로그 디지털 변환기의 저전위측 기준 전위는 상기 접지 전위이고,
상기 검출부의 저전위측 기준 전위는 상기 제1 기준 전위이고,
상기 전송 제어부의 오프 전위는 상기 제2 기준 전위인, (9)에 기재된 촬상 장치.
(11) 상기 접지 전위는 0V이고,
상기 제1 기준 전위는 정전위이고,
상기 제2 기준 전위는 부전위인, (9) 또는 (10)에 기재된 촬상 장치.
(12) 각각이 입사광을 광전 변환하여 전기 신호를 생성하는 복수의 광전 변환 소자를 가지는 광전 변환부와,
상기 복수의 광전 변환 소자의 각각의 상기 전기 신호의 변화량이 소정의 임계값을 초과했는지 여부를 나타내는 검출 신호를 출력하는 검출부와,
상기 전기 신호에 기초하여 화소 신호를 생성하는 화소 신호 생성부와,
상기 전기 신호를 상기 화소 신호 생성부에 전송하는 제어를 행하는 전송 제어부와,
상기 화소 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환기와,
상기 광전 변환부의 저전위측 기준 전위를 전환하는 전위 선택부를 구비하는, 촬상 장치.
(13) 상기 아날로그 디지털 변환기는, 상기 변화량이 상기 소정의 임계값을 초과한 것이 상기 검출부에서 검출되면, 상기 화소 신호를 상기 디지털 신호로 변환하고,
상기 전위 선택부는, 상기 변화량이 상기 소정의 임계값을 초과했는지 여부를 상기 검출부가 검출하는 기간 내에는 제1 기준 전위를 선택하고, 상기 아날로그 디지털 변환기가 상기 화소 신호를 상기 디지털 신호로 변환하는 기간 내에는, 상기 제1 기준 전위보다 전위 레벨이 높은 제2 기준 전위를 선택하는, (12)에 기재된 촬상 장치.
(14) 상기 제1 기준 전위는 부전위이고,
상기 제2 기준 전위는 접지 전위인, (13)에 기재된 촬상 장치.
(15) 상기 광전 변환부의 저전위측 기준 전위와, 상기 검출부의 저전위측 기준 전위와, 상기 화소 신호 생성부의 저전위측 기준 전위와, 상기 아날로그 디지털 변환기의 저전위측 기준 전위와, 상기 전송 제어부의 오프 전위는, 전위 레벨이 각각 다른 2개 이상의 전위를 포함하고 있는, (12) 내지 (14) 중 어느 한 항에 기재된 촬상 장치.
(16) 상기 검출부의 저전위측 기준 전위와, 상기 화소 신호 생성부의 저전위측 기준 전위와, 상기 아날로그 디지털 변환기의 저전위측 기준 전위는 접지 전위이고,
상기 전송 제어부의 오프 전위는 부전위인, (12) 내지 (15) 중 어느 한 항에 기재된 촬상 장치.
(17) 상기 제1 기준 전위 및 상기 제2 기준 전위의 적어도 일방을 생성하는 전위 생성부를 구비하는, (5) 내지 (7), (9) 내지 (11), 및 (13) 중 어느 한 항에 기재된 촬상 장치.
(18) 적어도 상기 검출부는, 상기 광전 변환부가 배치되는 제1 기판에 적층되는 제2 기판에 배치되는, (1) 내지 (17) 중 어느 한 항에 기재된 촬상 장치.
(19) 상기 전송 제어부 내의 트랜지스터의 백 게이트는, 상기 광전 변환부의 저전위측 기준 전위와 같은 전위 레벨의 전위로 설정되는, (1) 내지 (18) 중 어느 한 항에 기재된 촬상 장치.
(20) 촬상된 화상 데이터를 출력하는 촬상 장치와,
상기 화상 데이터에 대해 소정의 신호 처리를 행하는 프로세서를 구비하고,
상기 촬상 장치는,
각각이 입사광을 광전 변환하여 전기 신호를 생성하는 복수의 광전 변환 소자를 가지는 광전 변환부와,
상기 복수의 광전 변환 소자의 각각의 상기 전기 신호의 변화량이 소정의 임계값을 초과했는지 여부를 나타내는 검출 신호를 출력하는 검출부와,
상기 전기 신호에 기초하여 화소 신호를 생성하는 화소 신호 생성부와,
상기 전기 신호를 상기 화소 신호 생성부에 전송하는 제어를 행하는 전송 제어부와,
상기 화소 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환기를 구비하고,
상기 광전 변환부의 저전위측 기준 전위와, 상기 검출부의 저전위측 기준 전위와, 상기 화소 신호 생성부의 저전위측 기준 전위와, 상기 아날로그 디지털 변환기의 저전위측 기준 전위와, 상기 전송 제어부의 오프 전위는, 전위 레벨이 각각 다른 3개 이상의 전위를 포함하고 있는, 전자 기기.
(21) 복수의 광전 변환 소자로, 입사광을 광전 변환하여 전기 신호를 생성하는 스텝과,
상기 복수의 광전 변환 소자의 각각의 상기 전기 신호의 변화량이 소정의 임계값을 초과했는지 여부를 나타내는 검출 신호를 출력하는 스텝과,
상기 전기 신호를 전송하는 스텝과,
상기 전송된 전기 신호에 기초하여 화소 신호를 생성하는 스텝과,
상기 화소 신호를 디지털 신호로 변환하는 스텝을 구비하고,
상기 광전 변환시의 저전위측 기준 전위와, 상기 검출 신호를 출력할 때의 저전위측 기준 전위와, 상기 화소 신호를 생성할 때의 저전위측 기준 전위와, 상기 화소 신호를 디지털 신호로 변환할 때의 저전위측 기준 전위와, 상기 전기 신호를 전송할 때의 오프 전위는, 전위 레벨이 각각 다른 3개 이상의 전위를 포함하고 있고, 이들 전위를 사용하여, 상기 전기 신호를 생성하는 스텝과, 상기 검출 신호를 출력하는 스텝과, 상기 전기 신호를 전송하는 스텝과, 상기 화소 신호를 생성하는 스텝과, 상기 디지털 신호로 변환하는 스텝이 행해지는, 촬상 방법.
본 개시의 양태는, 상술한 각각의 실시 형태에 한정되는 것이 아니고, 당업자가 생각해낼 수 있는 다양한 변형도 포함하는 것이며, 본 개시의 효과도 상술한 내용에 한정되지 않는다. 즉, 특허청구의 범위에 규정된 내용 및 그 균등물로부터 도출되는 본 개시의 개념적인 사상과 취지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 추가, 변경 및 부분적 삭제가 가능하다.
100; 촬상 장치
110; 촬상 렌즈
120; 기록부
130; 제어부
200; 고체 촬상 소자
201; 수광 칩
202; 검출 칩
211; 구동 회로
212; 신호 처리부
213; 아비터
220; 컬럼 ADC
221; 신호 생성부
223; 참조 신호 생성부
222; 출력부
230; ADC
235; 부전위 공급부
236; 비교기
237; 카운터
238; 스위치
239; 메모리
240; 차동 증폭 회로
241, 242, 412; P형 트랜지스터
243, 244, 245, 411, 413; N형 트랜지스터
250; 카운터
300; 화소 어레이부
310; 화소 블록
311; 화소
312; 통상 화소
313; 어드레스 이벤트 검출 화소
320; 화소 신호 생성부
321; 리셋 트랜지스터
322; 증폭 트랜지스터
323; 선택 트랜지스터
324; 부유 확산층
330; 수광부
331; 전송 트랜지스터
332; OFG 트랜지스터
333; 광전 변환 소자
334; 광전 변환부
335; 전송 제어부
400; 어드레스 이벤트 검출부
410; 전류 전압 변환부
420; 버퍼
430; 감산기
431, 433; 콘덴서
432; 인버터
434; 스위치
440; 양자화기
441; 비교기
450; 전송부
12031; 촬상부

Claims (21)

  1. 각각이 입사광을 광전 변환하여 전기 신호를 생성하는 복수의 광전 변환 소자를 가지는 광전 변환부와,
    상기 복수의 광전 변환 소자의 각각의 상기 전기 신호의 변화량이 미리 정해진 임계값을 초과했는지 여부를 나타내는 검출 신호를 출력하는 검출부와,
    상기 전기 신호에 기초하여 화소 신호를 생성하는 화소 신호 생성부와,
    상기 전기 신호를 상기 화소 신호 생성부에 전송하는 제어를 행하는 전송 제어부와,
    상기 화소 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환기를 구비하고,
    상기 광전 변환부의 저전위측 기준 전위와, 상기 검출부의 저전위측 기준 전위와, 상기 화소 신호 생성부의 저전위측 기준 전위와, 상기 아날로그 디지털 변환기의 저전위측 기준 전위와, 상기 전송 제어부의 오프 전위는, 전위 레벨이 각각 다른 3개 이상의 전위를 포함하고 있는, 촬상 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광전 변환부의 저전위측 기준 전위는, 상기 검출부의 저전위측 기준 전위보다 전위 레벨이 낮은, 촬상 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광전 변환부의 저전위측 기준 전위는, 상기 전송 제어부의 오프 전위보다 전위 레벨이 높은, 촬상 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광전 변환부의 저전위측 기준 전위는, 상기 화소 신호 생성부 및 상기 아날로그 디지털 변환기의 적어도 일방의 저전위측 기준 전위보다 전위 레벨이 낮은, 촬상 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 광전 변환부의 저전위측 기준 전위, 상기 검출부의 저전위측 기준 전위, 상기 화소 신호 생성부의 저전위측 기준 전위, 상기 아날로그 디지털 변환기의 저전위측 기준 전위, 및 상기 전송 제어부의 오프 전위의 적어도 하나는 접지 전위이고, 또한 다른 적어도 하나는 상기 접지 전위보다 전위 레벨이 낮은 제1 기준 전위이고, 또한 다른 적어도 하나는 상기 제1 기준 전위보다 전위 레벨이 낮은 제2 기준 전위인, 촬상 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 광전 변환부의 저전위측 기준 전위는 상기 제2 기준 전위이고,
    상기 검출부, 상기 화소 신호 생성부 및 상기 아날로그 디지털 변환기의 저전위측 기준 전위는 상기 접지 전위이고,
    상기 전송 제어부의 오프 전위는 상기 제2 기준 전위인, 촬상 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 접지 전위는 0V이고,
    상기 제1 기준 전위는 부(負) 전위이고,
    상기 제2 기준 전위는, 상기 제1 기준 전위보다 전위 레벨이 낮은 부(負) 전위인, 촬상 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 광전 변환부, 상기 화소 신호 생성부 및 상기 아날로그 디지털 변환기의 저전위측 기준 전위는 실질적으로 같은, 촬상 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 광전 변환부의 저전위측 기준 전위, 상기 검출부의 저전위측 기준 전위, 상기 화소 신호 생성부의 저전위측 기준 전위, 상기 아날로그 디지털 변환기의 저전위측 기준 전위, 및 상기 전송 제어부의 오프 전위의 적어도 하나는 접지 전위이고, 또한 다른 적어도 하나는 상기 접지 전위보다 전위 레벨이 높은 제1 기준 전위이고, 또한 다른 적어도 하나는 상기 접지 전위보다 전위 레벨이 낮은 제2 기준 전위인, 촬상 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 광전 변환부, 상기 화소 신호 생성부 및 상기 아날로그 디지털 변환기의 저전위측 기준 전위는 상기 접지 전위이고,
    상기 검출부의 저전위측 기준 전위는 상기 제1 기준 전위이고,
    상기 전송 제어부의 오프 전위는 상기 제2 기준 전위인, 촬상 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 접지 전위는 0V이고,
    상기 제1 기준 전위는 정(正) 전위이고,
    상기 제2 기준 전위는 부(負) 전위인, 촬상 장치.
  12. 각각이 입사광을 광전 변환하여 전기 신호를 생성하는 복수의 광전 변환 소자를 가지는 광전 변환부와,
    상기 복수의 광전 변환 소자의 각각의 상기 전기 신호의 변화량이 미리 정해진 임계값을 초과했는지 여부를 나타내는 검출 신호를 출력하는 검출부와,
    상기 전기 신호에 기초하여 화소 신호를 생성하는 화소 신호 생성부와,
    상기 전기 신호를 상기 화소 신호 생성부에 전송하는 제어를 행하는 전송 제어부와,
    상기 화소 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환기와,
    상기 광전 변환부의 저전위측 기준 전위를 전환하는 전위 선택부를 구비하는, 촬상 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 아날로그 디지털 변환기는, 상기 변화량이 상기 미리 정해진 임계값을 초과하였다는 것이 상기 검출부에서 검출되면, 상기 화소 신호를 상기 디지털 신호로 변환하고,
    상기 전위 선택부는, 상기 변화량이 상기 미리 정해진 임계값을 초과하였는지의 여부를 상기 검출부가 검출하는 기간 내에는 제1 기준 전위를 선택하고, 상기 아날로그 디지털 변환기가 상기 화소 신호를 상기 디지털 신호로 변환하는 기간 내에는, 상기 제1 기준 전위보다 전위 레벨이 높은 제2 기준 전위를 선택하는, 촬상 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 기준 전위는 부(負) 전위이고,
    상기 제2 기준 전위는 접지 전위인, 촬상 장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 광전 변환부의 저전위측 기준 전위와, 상기 검출부의 저전위측 기준 전위와, 상기 화소 신호 생성부의 저전위측 기준 전위와, 상기 아날로그 디지털 변환기의 저전위측 기준 전위와, 상기 전송 제어부의 오프 전위는, 전위 레벨이 각각 다른 2개 이상의 전위를 포함하고 있는, 촬상 장치.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 검출부의 저전위측 기준 전위와, 상기 화소 신호 생성부의 저전위측 기준 전위와, 상기 아날로그 디지털 변환기의 저전위측 기준 전위는 접지 전위이고,
    상기 전송 제어부의 오프 전위는 부(負) 전위인, 촬상 장치.
  17. 제5항에 있어서,
    상기 제1 기준 전위 및 상기 제2 기준 전위의 적어도 일방을 생성하는 전위 생성부를 구비하는, 촬상 장치.
  18. 제1항에 있어서,
    적어도 상기 검출부는, 상기 광전 변환부가 배치되는 제1 기판에 적층되는 제2 기판에 배치되는, 촬상 장치.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 전송 제어부 내의 트랜지스터의 백게이트는, 상기 광전 변환부의 저전위측 기준 전위와 같은 전위 레벨의 전위로 설정되는, 촬상 장치.
  20. 촬상된 화상 데이터를 출력하는 촬상 장치와,
    상기 화상 데이터에 대해 미리 정해진 신호 처리를 행하는 프로세서를 구비하고,
    상기 촬상 장치는,
    각각이 입사광을 광전 변환하여 전기 신호를 생성하는 복수의 광전 변환 소자를 가지는 광전 변환부와,
    상기 복수의 광전 변환 소자의 각각의 상기 전기 신호의 변화량이 미리 정해진 임계값을 초과했는지 여부를 나타내는 검출 신호를 출력하는 검출부와,
    상기 전기 신호에 기초하여 화소 신호를 생성하는 화소 신호 생성부와,
    상기 전기 신호를 상기 화소 신호 생성부에 전송하는 제어를 행하는 전송 제어부와,
    상기 화소 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환기를 구비하고,
    상기 광전 변환부의 저전위측 기준 전위와, 상기 검출부의 저전위측 기준 전위와, 상기 화소 신호 생성부의 저전위측 기준 전위와, 상기 아날로그 디지털 변환기의 저전위측 기준 전위와, 상기 전송 제어부의 오프 전위는, 전위 레벨이 각각 다른 3개 이상의 전위를 포함하고 있는, 전자 기기.
  21. 복수의 광전 변환 소자로, 입사광을 광전 변환하여 전기 신호를 생성하는 단계와,
    상기 복수의 광전 변환 소자의 각각의 상기 전기 신호의 변화량이 미리 정해진 임계값을 초과했는지 여부를 나타내는 검출 신호를 출력하는 단계와,
    상기 전기 신호를 전송하는 단계와,
    상기 전송된 전기 신호에 기초하여 화소 신호를 생성하는 단계와,
    상기 화소 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계를 구비하고,
    상기 광전 변환할 때의 저전위측 기준 전위와, 상기 검출 신호를 출력할 때의 저전위측 기준 전위와, 상기 화소 신호를 생성할 때의 저전위측 기준 전위와, 상기 화소 신호를 디지털 신호로 변환할 때의 저전위측 기준 전위와, 상기 전기 신호를 전송할 때의 오프 전위는, 전위 레벨이 각각 다른 3개 이상의 전위를 포함하고 있고, 이들 전위를 사용하여, 상기 전기 신호를 생성하는 단계와, 상기 검출 신호를 출력하는 단계와, 상기 전기 신호를 전송하는 단계와, 상기 화소 신호를 생성하는 단계와, 상기 디지털 신호로 변환하는 단계가 행해지는, 촬상 방법.
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