感光模块和固态成像设备的制作方法

1.本公开涉及感光模块和固态成像设备。具体地，本公开涉及对光强度变化做出反应的事件检测传感器领域，诸如动态视觉传感器(dvs)。


背景技术：

2.计算机视觉研究机器和计算机可以如何从数字图像或视频中获得高水平的理解。通常，计算机视觉方法旨在从通过图像传感器获得的原始图像数据中提取机器或计算机用于其他任务的那种类型的信息。
3.许多应用，诸如机器控制、过程监测或监视任务，都是基于对成像场景中对象运动的评估。具有以像素阵列布置的多个像素的传统图像传感器传送静止图像(帧)序列。检测帧序列中的运动对象通常涉及复杂并且昂贵的图像处理方法。
4.像dvs这样的事件检测传感器通过仅传送关于成像场景中变化位置的信息来解决运动检测的问题。与以帧传递大量图像信息的图像传感器不同，可以省略关于不改变的像素的信息的传递，从而导致一种像素内数据压缩。像素内数据压缩消除了数据冗余，并且促进高时间分辨率、低延迟、低功耗和高动态范围，几乎没有运动模糊。因此，dvs特别适合于太阳能或电池供电的压缩感测或移动机器视觉应用，其中，必须估计包括图像传感器的系统的运动，并且其中，由于有限的电池容量而限制处理功率。原则上，dvs的架构允许高动态范围和良好的弱旋光性能。
5.期望利用并进一步推动适用于事件检测的感光模块、图像传感器(诸如dvs)的固有的高动态范围、高时间分辨率和良好的弱旋光性能。


技术实现要素：

6.通常，适用于事件检测的图像传感器的感光模块(感光电路块)包括光电转换元件和感光电路，其中，感光电路包括具有放大器部分和反馈部分的放大器电路。在放大器部分的输出与放大器部分的输入之间有效的电容影响信噪比(snr)和像素延迟两者。高电容提高了snr，但增加了像素延迟。增加的像素延迟劣化了感光模块的时间分辨率。
7.本公开的实施例减轻了适用于事件检测的图像传感器的传统感光模块的不足。
8.根据实施例，感光模块包括光电转换元件、第一放大器电路和第二放大器电路。第一放大器电路包括第一放大器部分和第一反馈部分。第一放大器部分的输入与光电转换元件的阴极电连接。第二放大器电路包括第二放大器部分和第二反馈部分。光电转换元件、第一反馈部分的受控路径和第二反馈部分的受控路径串联电连接。
9.不同的电容结构对于第一放大器部分的第一输出信号和第二放大器部分的第二输出信号是有效的。通过适当地选择和/或组合第一输出信号和第二输出信号的评估和/或信号处理，感光模块可以提供具有低snr和/或具有低像素延迟的输出信号。
10.根据另一实施例，感光模块包括光电转换元件、放大器电路、可配置电容元件和像素后端。放大器电路的输入与光电转换元件的阴极电连接。电容元件电连接在放大器电路
的输出与放大器电路的输入之间。可通过施加到电容元件的输入的控制信号来调节电容元件的电容。第一放大器电路的输出与像素后端的输入电连接。
11.通过适当地控制电容元件的电容，感光模块可以提供具有低snr和/或具有低像素延迟的输出信号，并且可以适于成像场景的不同条件。
12.电连接的电子元件可以通过直接的、永久的低电阻连接，例如，通过导线电连接。术语“电连接”可以包括通过所提供的并适用于永久和/或临时信号传输和/或能量传输的其他电子元件的连接。例如，电子元件可以通过诸如晶体管或晶体管电路的电子开关(例如mosfet、传输门等)电连接。
附图说明
13.图1a是根据实施例的固态成像设备的简化框图，该固态成像设备包括具有用于事件检测的感光模块的像素阵列。
14.图1b是图1a所示的像素阵列的简化框图。
15.图2是根据比较示例的感光模块的简化电路图，用于讨论促进理解实施例的背景。
16.图3是根据实施例的输出两个不同感光信号的感光模块的简化电路图。
17.图4a至图4c是根据进一步实施例的具有两个不同感光信号的感光模块的简化电路图。
18.图5是根据实施例的感光模块的示意性电路图，该感光模块使用两个放大器电路来生成两个不同的感光信号。
19.图6是根据实施例的感光模块的示意性电路图，该感光模块使用具有不同增益的放大器电路来生成两个不同的感光信号。
20.图7是根据实施例的感光模块的示意性电路图，该感光模块使用多级放大器电路的不同级来生成两个不同的感光信号。
21.图8是具有在感光模块的两个不同的感光信号之间部分共享的一个像素后端的像素电路的简化电路/框图。
22.图9是根据另一实施例的可配置感光模块的示意性电路图。
23.图10是根据具有同时强度读出和事件检测的实施例的包括强度读出电路的感光模块的简化电路图。
24.图11是根据具有顺序强度读出和事件检测的实施例的包括强度读出电路的感光模块的简化电路图。
25.图12是根据本公开的实施例的具有层压结构的固态成像设备的简化透视图。
26.图13a是根据实施例的在具有层压结构的固态成像设备的第一芯片上形成的具有感光模块的元件和光电转换元件的像素的示意性电路图。
27.图13b是根据实施例的在具有层压结构的固态成像设备的第二芯片上主要形成的感光电路的像素的示意性电路图。
28.图14是根据实施例的在具有层压结构的固态成像设备的第一芯片上形成的具有感光模块的元件和光电转换元件的另一像素的示意性电路图。
29.图15示出了可以应用根据本公开的技术的多层固态成像设备的配置示例的简化图。
30.图16a至图16b是根据进一步实施例的具有可配置电容元件的感光模块的简化电路图。
31.图17是根据使用对数放大器的实施例的具有可配置电容元件的感光模块的示意性电路图。
32.图18是根据使用多级放大器电路的实施例的具有可配置电容元件的感光模块的示意性电路图。
33.图19是根据进一步实施例的具有使用开关的可配置电容元件的感光模块的示意电路图。
34.图20是根据具有可配置电容元件的实施例的如图9所示的可配置感光模块的电路图。
35.图21是描绘车辆控制系统的示意性配置的示例的框图。
36.图22是辅助说明图21的车辆控制系统的车外信息检测部和成像部的安装位置的示例的示图。
具体实施方式
37.图1a是采用基于事件的变化检测的固态成像设备200的框图。固态成像设备200包括具有一个或多个像素211的像素阵列210，其中，每个像素211包括光电转换元件pd。像素阵列210可以由一个单个像素组成，或者可以是一维像素阵列，其中，所有像素的光电转换元件pd沿着直线或曲折线(线传感器)布置。具体地，像素阵列210可以是二维阵列，其中，像素211的光电转换元件pd可以沿着直线或曲折行以及沿着直线或曲折线布置。
38.所示的实施例示出了像素211的二维阵列，其中，像素211沿着直线行和沿着与行正交的直线列布置。每个像素211将入射光转换为指示光强度变化的信号，例如，增加至少上阈值量和/或减少至少下阈值量。
39.控制器220执行像素阵列210中的处理的流控制。例如，控制器220可以控制阈值生成电路230，该阈值生成电路确定阈值并将阈值供应给像素阵列210中的各个像素211。读出电路240提供用于寻址各个像素211的控制信号，并输出关于指示事件的这种像素211的位置的信息。由于固态成像设备200采用基于事件的变化检测，所以读出电路240可以每时间单位输出可变量的数据。
40.图1b示出了图1a中的像素211的细节。每个像素211包括感光模块pr并被分配给像素后端300，其中，每个完整的像素后端300可以被分配给一个单个感光模块pr。可替代地，像素后端300或其部分可以被分配给两个或多个感光模块pr，其中，像素后端300的共享部分可以以复用的方式顺序地连接到所分配的感光模块pr。
41.感光模块pr包括光电转换元件pd，例如，光电二极管或另一类型的光电传感器。光电转换元件pd通过光电转换元件pd将撞击光9转换为光电流iphoto，其中，光电流iphoto的量是撞击光9的光强度的函数。
42.感光电路prc将光电流iphoto转换为感光信号vpr。感光信号vpr的电压是光电流iphoto的函数。
43.存储电容器310存储电荷并保持存储电压，该存储电压的量取决于过去的感光信号vpr。具体地，存储电容器310接收感光信号vpr，使得存储电容器310的第一电极携带响应
于感光信号vpr的电荷，从而响应于光电转换元件pd接收的光。存储电容器c1的第二电极连接到比较器电路340的比较器节点(反相输入)。因此，比较器节点的电压vdiff随着感光信号vpr的变化而变化。
44.比较器电路340将当前感光信号vpr与过去的感光信号之间的差与阈值进行比较。比较器电路340可以在每个像素后端300中，或者在像素的子集(例如，列)之间共享。根据示例，每个像素211包括像素后端300，该像素后端包括比较器电路340，使得比较器电路340集成到像素211，并且每个像素具有专用比较器电路340。
45.响应于来自控制器220的采样信号，存储元件350存储比较器输出。存储元件350可以包括采样电路(例如开关和寄生或显式电容器)和/或数字存储电路(诸如锁存器或触发器)。在一个实施例中，存储元件350可以是采样电路。存储元件350可以被配置为存储一个、两个或更多个二进制位。
46.复位电路380的输出信号可以将比较器电路340的反相输入设置为预定义的电位。可以响应于存储元件350的内容和/或响应于从控制器220接收的全局复位信号来控制复位电路380的输出信号。
47.固态成像设备200的操作如下：入射辐射9的光强度的变化转化为感光信号vpr的变化。在由控制器220指定的时间，比较器电路340将反相输入(比较器节点)处的vdiff与施加在其非反相输入的阈值vb进行比较。同时，控制器220操作存储元件350以存储比较器输出信号vcomp。存储元件350可以位于图1a所示的像素电路211或读出电路240中。
48.如果所存储的比较器输出信号的状态指示光强度的变化并且全局复位信号globalreset(由控制器220控制)是有效的，则条件复位电路380输出将vdiff复位到已知水平的复位输出信号。
49.存储元件350可以包括指示像素211检测到的光强度的变化超过阈值的信息。
50.固态成像设备220可以输出已经检测到光强度变化的那些像素211的地址(其中，像素211的地址对应于其行号和列号)。在给定像素处检测到的光强度变化称为事件。更具体地，术语“事件”是指表示像素的光强度并且作为像素的光强度的函数的感光信号已经改变了大于或等于由控制器通过阈值生成电路230施加的阈值的量。为了发送事件，将对应像素211的地址与指示光强度变化是正的还是负的数据一起发送。指示光强度变化是正的还是负的数据可以包括一个单个比特。
51.为了检测当前实例与先前实例之间的光强度随时间的变化，每个像素211存储先前实例处的光强度随时间的表示。
52.更具体地，每个像素211存储电压vdiff，该电压表示在相关像素211处寄存的最后事件时的感光信号与该像素211处的当前感光信号之间的差。
53.为了检测事件，可以首先将比较器节点处的vdiff与第一阈值进行比较，以检测光强度的增大(接通事件)，并且在(显式或寄生)电容器上对比较器输出进行采样或将其存储在触发器中。然后将比较器节点处的vdiff与第二阈值进行比较，以检测光强度的降低(关断事件)，并且在(显式或寄生)电容器上对比较器输出进行采样或将其存储在触发器中。
54.全局复位信号被发送到所有像素211，并且在每个像素211中，该全局复位信号与采样的比较器输出进行逻辑与运算，以仅复位已经检测到事件的那些像素。然后读出采样的比较器输出电压，并将相应的像素地址发送到数据接收设备。
55.图2示出了具有作为光电转换元件pd的光电二极管和具有包括反馈路径的感光电路prc的感光模块pr。感光电路prc包括反相放大器102和位于反相放大器102的输出与反相放大器102的输入之间的反馈路径中的电路元件105。感光电路prc可以具有对数电流-电压(电压-电流)关系，并且可以确保跨光电转换元件pd的电压保持几乎恒定。
56.在反相放大器102的输出与输入之间有效的电容c0影响像素延迟和信噪比两者。电容c0可以包括寄生电容。例如，反相放大器102的导体路径和电路内部电容可以对电容c0有贡献。
57.根据图3，根据本公开的实施例的感光模块pr包括光电转换元件pd、第一放大器电路110和第二放大器电路120。
58.第一放大器电路110包括第一放大器部分112和第一反馈部分114。第一放大器部分112可以包括反相放大器元件(例如n沟道mosfet(金属氧化物半导体场效应晶体管))或由反相放大器元件组成。可替代地，第一放大器部分112可以包括具有多于一个晶体管的放大器电路。具体地，第一放大器部分112可以被配置作为公共源极放大器电路。
59.第一放大器部分112的输出提供第一感光信号vpr1，并通过第一反馈部分114反馈回第一放大器部分112的输入。第一反馈部分114可以包括放大器元件(例如源极-跟随器配置中的n沟道mosfet)或由放大器元件组成。可替代地，第一反馈部分114可以包括具有固定栅极偏置的p沟道mosfet或具有多于一个元件的反馈电路。
60.第一放大器部分112和第一反馈部分114定义了第一放大器电路110的预定电流-电压转移特征。根据示例，预定电流-电压转移特征可以是对数电流-电压转移特征。
61.第二放大器电路120包括第二放大器部分122和第二反馈部分124。第二放大器部分122可以包括反相放大器元件(例如n沟道mosfet)或由反相放大器元件组成。可替代地，第二放大器部分122可以包括具有多于一个晶体管的放大器电路。具体地，第二放大器部分122可以被配置作为公共源极放大器。
62.第二放大器部分122的输出提供第二感光信号vpr2，并通过第二反馈部分124反馈回第二放大器部分122的输入。第二反馈部分124可以包括放大器元件(例如源极-跟随器配置中的n沟道mosfet)或由放大器元件组成。可替代地，第二反馈部分124可以包括具有固定栅极偏置的p沟道mosfet或具有多于一个元件的反馈电路。
63.第二放大器部分122和第二反馈部分124定义了第二放大器电路120的预定电流-电压转移特征。根据示例，预定电流-电压转移特征可以是对数电流-电压转移特征。
64.第一放大器部分112和第二放大器部分122的电路结构可以是相同的，并且可以包括相同数量的电子元件。可替代地，第一放大器部分112和第二放大器部分122可以具有不同的电路结构和/或可以在电子元件的数量上不同。因此，第一反馈部分114和第二反馈部分124的电路结构可以是相同的，并且可以包括相同数量的电子元件。可替代地，第一反馈部分114和第二反馈部分124可以具有不同的电路结构和/或可以在电子元件的数量上不同。
65.第一反馈部分114和第二反馈部分124中的每一个包括受控路径，其中，响应于相应的反馈信号控制通过受控路径的电流。第二反馈部分124的受控路径和第一反馈部分114的受控路径串联电连接，使得相同的电流流过第二反馈部分124的受控路径和第一反馈部分124的受控路径。
66.第一放大器部分112的输入和光电转换元件pd的阴极c可以电连接。例如，第二反馈部分124的受控路径、第一反馈部分114的受控路径和光电转换元件pd可以串联电连接，使得相同的光电流iphoto流过第二反馈部分124的受控路径、第一反馈部分124的受控路径和光电转换元件pd。
67.第一放大器部分112的输出和第一反馈部分114的输入电连接，并且第二放大器部分122的输出和第二反馈部分124的输入电连接。
68.具体地，第二放大器部分122的输入和第一反馈电路112的受控路径与第二反馈电路的受控路径之间的网络节点130电连接，例如，通过直接低电阻导体线。
69.第一放大器电路110的输出可以电连接到像素后端，并且第二放大器电路120的输出可以电连接到像素后端。换句话说，第一感光信号vpr1被传输到像素后端，并且第二感光信号vpr2被传输到像素后端。第一感光信号vpr1和第二感光信号vpr2可以被顺序地传输到相同的像素后端，或者可以同时被传输到两个不同的像素后端。
70.由于不同的电容c01、c02对于由第一放大器电路110输出的第一感光信号vpr1和由第二放大器电路120输出的第二感光信号vpr2可能是有效的，因此通过适当地选择和/或组合第一感光信号vpr1和第二感光信号vpr2的评估和/或信号处理，感光模块pr可以提供具有低snr和/或具有低像素延迟的感光信号。
71.例如，在第一放大器电路110的输出与输入之间有效的第一电容c01和在第二放大器电路120的输出与输入之间有效的第二电容c02彼此不同。
72.第一放大器电路110的输入可以是第一放大器部分112的输入。第一放大器电路110的输出可以是第一放大器部分112的输出。第二放大器电路120的输入可以是第二放大器部分122的输入。第二放大器电路120的输出可以是第二放大器部分122的输出。
73.第一电容c01和第二电容c02中的一个可以是两个电容中较大的一个的至多95％、至多90％、例如，至多50％或至多10％。
74.第一电容c01可以由寄生电容组成或主要由寄生电容组成。例如，第一放大器电路110可以包括公共源极放大器，其中，公共源极放大器的本征栅极-漏极电容形成第一电容c01或第一电容c01的至少主要部分或重要部分。可替代地或附加地，在连接到第一放大器电路110的输入的第一导电路径与连接到第一放大器电路110的输出的第二导电路径之间有效的电容可以促进第一电容c01。此外，可替代地或附加地，附加的分立元件、结构和/或分立的金属-绝缘体-金属电容结构可以形成或促进第一电容c01。
75.因此，第二电容c02可以由寄生电容组成或主要由寄生电容组成。例如，第二放大器电路120可以包括公共源极放大器，其中，公共源极放大器的本征栅极-漏极电容形成第二电容c02或第二电容c02的至少一部分。可替代地或附加地，在连接到第二放大器电路120的输入的第一导电路径与连接到第二放大器电路120的输出的第二导电路径之间有效的电容可以促进第二电容c02。此外，附加地或可替代地，在第二放大器电路120的输入与输出之间并联电连接的附加的分立元件和/或分立的金属-绝缘体-金属电容结构可以形成或促进第二电容c02。
76.与提供用于高snr并包括第一光电转换元件的第一感光模块和用于低像素延迟的包括第二光电转换元件的第二感光模块的解决方案相比，实施例的两个感光信号vpr1、vpr2都源自相同的光电转换元件pd和相同的光电转换区域。
77.图4a涉及具有在高电源电位vdd与低电源电位vss之间顺序电串联连接的第二反馈电路124的受控路径、第一反馈电路114的受控路径和光电转换元件pd的感光模块pr。具有第一放大器部分112的第一放大器电路110的第一参考电压vref1可以等于低电源电位vss。
78.第二放大器电路120可以被配置为使得第二放大器部分122的输入电压高于(特别是永久地高于)第一放大器部分112的输入电压，以确保第一反馈电路114的受控路径(其可以包括mosfet的漏极-源极路径)安全地保持在饱和。
79.例如，具有第二放大器部分122的第二放大器电路120的第二参考电压vref2可以是高于低电源电位vss并且低于高电源电位vdd的电位。
80.由于光电流iphoto升高了第二反馈电路124的受控路径与第一反馈电路114的受控路径之间的节点处的电位，因此高于第一参考电位vref1的第二参考电位vref2可以降低第二放大器部分122的输入处的有效电压。
81.在图4b中，感光模块pr的第一放大器电路110的输出与像素后端300的第一存储电容器311的第一电极电连接。电连接可以是直接的并且没有中间元件。可替代地，如具有虚线轮廓的框所指示的，至少促进临时信号传输的一个或多个元件可以电连接在第一放大器电路110的输出与第一存储电容器311的第一电极之间。例如，第一采样/缓冲电路119可以将第一放大器电路110的输出电连接到第一存储电容器311的第一电极。
82.因此，第二放大器电路120的输出与像素后端300的第二存储电容器312的第一电极电连接，其中，电连接可以是直接的并且没有中间元件，或者可以包括至少促进临时信号传输的一个或多个元件。例如，第二采样/缓冲电路129可以电连接在第二放大器电路120的输出与第二存储电容器312的第一电极之间。
83.采样/缓冲电路119、129可以是没有控制输入的缓冲电路，以使感光信号vpr1、vpr2适配到存储电容器311、312。可替代地或附加地，采样/缓冲电路119、129可以包括可通过公共控制信号或通过两个不同控制信号ctrlshut1、ctrlshut2控制的保持电路，如图所示。
84.采样/缓冲电路119、129可以对第一感光信号vpr1和第二感光信号vpr2进行采样，以在预定时间点“冻结”第一感光信号vpr1和第二感光信号vpr2。
85.例如，响应于来自图1a和图1b的控制器220的控制信号ctrlshut，通过使用全局快门信号在相同时刻对所有像素的感光信号进行全局采样，可以在相同的时间点对像素阵列的所有像素进行采样，以避免运动伪像。采样/缓冲电路119、129可以包括寄生或显式采样电容器和开关，该寄生或显式采样电容器和开关在照明周期期间将采样电容器与相应的感光信号vpr1、vpr2连接，并且至少在照明周期与完成对跨相应存储电容器311、312的电压的评估之间的时间段内将采样电容器从相应的感光信号vpr1、vpr2断开连接。
86.通过为感光信号vpr1、vpr2中的每一个提供一个存储电容器311、312，根据本实施例的感光模块可以促进同时捕获，并且如果适用的话，促进对两个感光信号vpr1、vpr2的同时或顺序评估。
87.像素后端300可以进一步包括复用器电路330。第一存储电容器311的第二电极电连接到复用器电路330的第一输入。第二存储电容器312的第二电极电连接到复用器电路330的第二输入。控制信号ctrlmux可以响应于在图1a、图1b的控制器220中执行的面向过程
或面向时间的顺序控制的改变状态来控制复用器电路330。响应于控制信号ctrlmux，由像素后端300的共享部分评估跨存储电容器312、311中所选择的存储电容器的电压。
88.复用器电路330根据由图1a至图1b的控制器220执行的顺序控制，以低附加电路复杂度促进两个感光信号vpr1、vpr2中的一个的交替选择或两个感光信号vpr1、vpr2的顺序评估，用于事件检测。
89.在图4c中，感光模块pr的两个感光信号vpr1、vpr2被分配给一个单个公共存储电容器310。感光模块pr包括一个可通过选择信号ctrlsel控制的选择器电路131。选择器电路131可以将第一感光信号vpr1或第二感光信号vpr2路由到公共存储电容器139的第一电极。可以由制造或组装级上的硬件元件(例如，通过保险丝)来配置选择信号ctrlsel。可替代地，响应于面向过程或面向时间的顺序控制的改变状态，可以由图1a、图1b所示的控制器220提供选择信号ctrlsel。
90.选择器电路131可以促进第一感光信号vpr1和第二感光信号vpr2的顺序评估，而不显着增加电子电路的数量。可替代地或附加地，选择器电路131可以根据像素阵列的操作模式促进放大器电路110、120中的一个的受控选择，其中，第一操作模式可以利用具有较低电容c01、c02的放大器电路110、120的较好时间分辨率，并且其中，第二操作模式可以利用具有较高电容c01、c02的放大器电路110、120的低snr。
91.图5示出了具有一个感光模块pr和两个像素后端301、302的像素211的细节，其中，n沟道mosfet用作反馈部分，并且反相公共源极放大器用作感光模块pr的第一放大器电路110和第二放大器电路120的放大器部分。
92.第一放大器电路110包括第一n沟道反馈mosfet 117。第一反馈mosfet 117的源极连接到光电转换元件pd的阴极c。光电转换元件pd的阳极a电连接到低电源电压vss。第一放大器电路110进一步包括第一公共源极放大器，该第一公共源极放大器包括第一n沟道放大器moset 115和第一负载元件。第一放大器mosfet 115的源极电连接到低电源电位vss。第一负载元件电连接在高电源电位vdd与第一放大器mosfet 115的漏极之间。第一负载元件可以包括第一p沟道负载mosfet 116的受控路径，其中，栅极电连接到第一偏置电位vbias1。第一偏置电位vbias1可以是固定的。
93.第一放大器mosfet 115的栅极和光电转换元件pd的阴极c可以彼此电连接。电连接第一反馈mosfet 117的栅极、第一放大器mosfet 115的漏极和第一负载元件(例如，第一负载mosfet 116)的第一电极的第一输出节点提供第一感光信号vpr1，该第一感光信号vpr1被输出到第一像素后端301。
94.第一放大器电路110可以是具有基本对数响应的对数放大器，其中，第一感光信号vpr1的电压与光电流iphoto的对数线性相关。
95.因此，第二放大器电路120包括n沟道第二反馈mosfet 127。第二反馈mosfet 127的源极可以直接电连接到第一反馈mosfet 117的漏极，并且第二反馈mosfet 127的漏极电连接到高电源电压vdd，使得第二反馈mosfet 127的受控电流路径、第一反馈mosfet 117的受控电流路径和光电转换元件pd按顺序串联电连接到高电压电源vdd与低电压电源vss之间。
96.第二放大器电路120进一步包括第二公共源极放大器，该第二公共源极放大器包括n沟道第二放大器moset 125和第二负载元件。第二放大器mosfet 125的源极电连接到第
二参考电位vref2，该第二参考电位vref2可以等于低电源电位vss或者可以是高电源电位vdd与低电源电位vss之间的电位。
97.第二负载元件电连接在高电源电位vdd与第二放大器mosfet 125的漏极之间。第二负载元件可以包括第二p沟道负载mosfet 126的受控路径，其中，栅极电连接到第二偏置电位vbias2，该第二偏置电位vbias2可以等于第一偏置电位vbias1或者可以不同于第一偏置电位vbias1。第二偏置电位vbias2可以是固定的。
98.第二放大器mosfet 125的栅极与第二反馈mosfet 127的源极电连接。电连接第二反馈mosfet 127的栅极、第二放大器mosfet 125的漏极和第二负载元件(例如，第二负载mosfet 126)的第一电极的第二输出节点提供第二感光信号vpr2，该第二感光信号vpr2被输出到第二像素后端302。
99.第二放大器电路120也可以具有基本对数响应，其中，第二感光信号vpr2的电压与光电流iphoto的对数线性相关。
100.第一感光信号vpr1被传输到接收第一感光信号vpr1的第一像素后端301。第二感光信号vpr2被传输到接收第二感光信号vpr2的第二像素后端302。
101.第一电容c01在第一放大器电路110的输出节点与第一放大器mosfet 115的栅极之间有效。第二电容c02在第二放大器电路120的输出节点与第二放大器mosfet 125的栅极之间有效。例如，第一电容c01可以是第二电容c02的至多95％、至多90％、至多50％或至多10％。根据另一示例，第二电容c02可以是第一电容c01的至多95％、至多90％、至多50％或至多10％。
102.为了确保第一反馈mosfet 117安全地保持在饱和，第二放大器电路120被配置为使得第二放大器mosfet 125的输入处的电压保持略高于第一放大器mosfet 115的输入处的电压。
103.例如，用于第二放大器mosfet 125的第二参考电压vref2可以被设置为足够高的电位，以确保第一反馈mosfet 117的正确操作。可替代地，第二放大器mosfet 125的阈值电压可以被设置为高于第一放大器mosfet 115的阈值电压，以确保第一反馈mosfet 117的正确操作。可替代地，第二偏置电位vbias2可以低于第一偏置电位vbias1足够的程度，使得通过第二放大器mosfet 125的较高漏极电流在第二放大器mosfet 125的输入处导致足够高的栅极-源极电压，以确保第一反馈mosfet 117的正确操作。所述特征中的两个或多个可以以仅组合确保第一反馈mosfet 117的正确操作的方式组合。
104.图6涉及具有比第一放大器电路110更高的增益的第二放大器电路120的实施例。
105.第一放大器电路110可以具有如参考图5所描述的电路结构。第二放大器电路120可以包括具有第二n沟道放大器moset 125、第二负载元件(例如，电连接在高电源电位vdd与第二放大器mosfet 125的漏极之间的p沟道负载mosfet 126)和具有n沟道反馈mosfet 127的主级，其漏极电连接到高电源电位vdd，并且其栅极电连接到放大器mosfet 125的漏极，如参考图5所描述的。
106.第二放大器电路120进一步包括具有n沟道前级反馈mosfet 1271和n沟道前级放大器mosfet 1251的前级。前级放大器mosfet 1251的漏极电连接到第二放大器mosfet 125的源极。前级放大器mosfet 1251的源极电连接到第二参考电位vref2，该第二参考电位vref2可以等于低电源电位vss或者可以是高电源电位vdd与低电源电位vss之间的电位。
107.前级放大器mosfet 1251的栅极电连接到第一反馈mosfet 117的漏极和前级反馈mosfet 1271的源极。
108.前级反馈mosfet 1271的栅极电连接到前级放大器mosfet 1251的漏极和第二放大器mosfet 125的源极。
109.第二放大器mosfet 125的栅极电连接到前级反馈mosfet 1271的漏极和第二反馈mosfet 127的源极。
110.前级增大第二放大器电路120的增益。
111.在图7中，第一放大器电路110和第二放大器电路120形成多晶体管反馈对数放大器电路(lac)的部分。
112.具体地，第一放大器部分112和第二放大器部分212的受控路径串联电连接。
113.具体地，第二放大器mosfet 125的源极电连接到第一放大器mosfet 115的漏极，使得公共负载元件(例如，具有偏置栅极的共享p沟道负载mosfet 106)、第二放大器mosfet 125的受控路径和第一放大器mosfet 115的受控路径按顺序串联电连接在高电源电位vdd与低电源电位vss之间。
114.通过设计具有在mosfet之间有效的适当电容的多晶体管反馈lac，第一感光信号vpr1可以显示低延迟，而对于第二感光信号vpr2，增益和/或snr可以更高。
115.图8中的像素211包括具有第一放大器电路110和第二放大器电路120的感光模块pr，该第一放大器电路110和第二放大器电路120包括位于对数放大器与相应的存储电容器311、312之间的输出缓冲电路118、128。
116.输出缓冲电路118、128可以是源极跟随器电路，其在像素复位期间将前端与电压瞬变隔离。源极跟随器电路还可以促进感光信号的低通滤波，并因此可以降低集成噪声。
117.在所示实施例中，第一输出缓冲电路118包括位于高电压电源vdd与缓冲输出节点之间的缓冲负载元件1182，以及p沟道缓冲mosfet 1181，其中，漏极连接到输出节点并且源极连接到低电源电位vss。第一感光信号vpr1被输入到缓冲moset 1181的栅极。输出节点连接到第一存储电容器311的第一电极。缓冲负载元件1182可以包括具有固定栅极输入的p沟道负载mosfet。第二输出缓冲电路128可以具有相同的电路结构。
118.像素后端300包括复用器电路330。复用器电路330的第一输入电连接到第一存储电容器311的第二电极。复用器电路330的第一输入电连接到第二存储电容器311的第二电极。复用器电路330的输出电连接到事件检测器电路345，该事件检测器电路可以包括比较器，该比较器将当前输入电压与先前存储的电压进行比较。响应于施加到复用器电路330的控制输入的控制信号ctrlmux，复用器电路330将第一感光信号vpr1或第二感光信号vpr2路由到像素后端300的事件检测器电路345。
119.响应于第一复位信号ctrlres1，第一复位/初始化电路321将第一存储电容器311的第二电极处的电位设置为预定义的水平。响应于第二复位信号ctrlres2，第二复位/初始化电路322将第二存储电容器312的第二电极处的电位设置为预定义的水平。
120.除了图5中的感光模块的光电转换元件pd、第一放大器电路110和第二放大器电路120之外，图9中的感光模块pr包括辅助光电转换元件pdb和开关布置sw11、sw12、sw21、sw22。辅助光电转换元件pdb的阳极电连接到低电源电位vss。开关布置sw11、sw12、sw21、sw22被配置为在第一操作状态与第二操作状态之间改变。
121.在开关布置sw11、sw12、sw21、sw22的第一操作状态下，光电转换元件pd和第一放大器电路110串联电连接。此外，辅助光电转换元件pdb和第二放大器电路120的受控反馈路径串联电连接。
122.在开关布置sw11、sw12、sw21、sw22的第二操作状态下，光电转换元件pd和辅助光电转换元件pdb并联电连接。此外，第一放大器电路(110)和第二放大器电路(120)的受控反馈路径串联电连接。
123.开关布置sw11、sw12、sw21、sw22可以包括电子开关，诸如n沟道或p沟道mosfet。例如，开关布置sw11、sw12、sw21、sw22可以包括四个电子开关。一对第一电子开关sw11、sw12和一对第二电子开关sw21、sw22。当第二电子开关sw21、sw22关断时，第一电子开关sw11、sw12接通，并且反之亦然。
124.第一电子开关sw11中的第一个位于光电转换元件pd的阴极与辅助光电转换元件pdb的阴极之间。第一电子开关sw12中的第二个位于第一放大器电路110的受控反馈路径与第二放大器电路110的受控反馈路径之间。如果第一电子开关sw11、sw12两者都接通(并且所有第二电子开关sw21、sw22关断)，则光电转换元件pd和辅助光电转换元件pdb并联电连接。第一放大器电路110和第二放大器电路120形成具有从一个组合光电转换元件pd&pdb导出的两个感光信号vpr1、vpr2(每像素两个信号模式)的感光模块pr。
125.第二电子开关sw21中的第一个位于辅助光电转换元件pdb的阴极与第二放大器电路120的输入之间。第二电子开关sw22中的第二个位于高电源电位vdd与第一放大器电路110的反馈部分的受控路径之间。如果两个第二电子开关sw21、sw22都接通(并且所有第一开关sw11、sw12都关断)，则光电转换模块pr分解为分别具有一个感光信号vpr1、vpr2(两像素模式)的两个独立的光电转换模块。
126.第二放大器电路120的参考电压vref2可以连接到低电源电位vss或者可以具有高于低电源电位vss的辅助电位。可替代地，另一开关可以将参考电压vref连接到用于两像素模式的低电源电压vss和用于每像素两个信号模式的辅助电位。
127.可以由制造或组装级上的硬件设置(例如，通过保险丝)来配置开关sw11、sw12、sw21、sw22，使得可以使用几乎相同的制造过程来制造具有不同参数的不同类型的固态成像设备。
128.可替代地，响应于由控制器220执行的面向过程或面向时间的顺序控制的改变状态，可以由图1a、图1b所示的控制器220提供开关控制信号。例如，取决于操作条件，操作条件可以取决于成像场景的照明条件或由应用或用户选择的照明模式，图9的具有感光模块pr的固态成像设备可以以高空间分辨率(两像素模式)或以较低空间分辨率但较高snr和/或较好时间分辨率(每像素两个信号模式)操作。
129.感光模块pr可以进一步包括电连接在第一放大器电路110的输出与输入之间的可配置的第一电容元件cm1和电连接在第二放大器电路120的输出与输入之间的可配置的第二电容元件cm2，如参考图20所描述的。
130.图10示出了包括强度读出电路140的感光模块pr。强度读出电路140将流过光电转换元件pd的光电流iphoto转换为电压水平取决于光电流iphoto的大小的电压信号vpix。
131.强度读出电路140可以适于确定在给定时间点通过感光模块pr的光电转换元件pd的光电流iphoto的大小，并输出电压信号vpix，其电压水平取决于垂直信号线vsl上的光电
流iphoto。垂直信号线vsl可以由沿着像素阵列中的同一列像素布置的所有像素211共享。
132.在所示的强度读出电路140的实施例中，n沟道抗晕mosfet 145和n沟道去耦mosfet 146串联电连接在高电源电压vdd与第二放大器电路120的反馈部分的受控路径之间。抗晕mosfet 145和去耦mosfet 146由施加到mosfet 145、146的栅极的固定偏置电压vbias3、vbias4控制。
133.通过将第二反馈mosfet 127的漏极保持在大致恒定的电压，去耦mosfet 146可以基本上将第二放大器电路120从mosfet 146、147之间的中心节点148处的电压瞬变去耦。抗晕mosfet 145可以确保中心节点148处的电压不下降到低于由vbias4与抗晕mosfet 145的阈值电压之间的差给出的某个水平，以便确保第二放大器电路120的正确操作。
134.n沟道转移mosfet 141的源极电连接到中心节点148。n沟道转移mosfet 141的漏极电连接到n沟道放大器mosfet 143的栅极。n沟道转移mosfet 141的栅极接收转移信号tx。
135.n沟道复位mosfet 142的漏极电连接到高电源电位vdd。复位mosfet 142的源极电连接到放大器mosfet 143的栅极和转移mosfet 141的漏极。复位mosfet 142的栅极接收复位信号reset。
136.复位信号reset在短时间内接通复位mosfet 142，使得放大器mosfet 143的栅极被设置为接近高电源电位vdd的电位。在复位mosfet 142再次关断的情况下，当转移信号tx接通转移mosfet 141时，与光电流iphoto的大小成比例的电荷量从放大器mosfet 143的栅极放电。
137.放大器mosfet 143、n沟道选择mosfet 144、垂直信号线vsl和具有偏置栅极的n沟道电流源mosfet 241按此顺序串联电连接在高电源电位vdd与低电源电位vss之间。选择mosfet 144的栅极接收选择信号sel。当选择信号sel接通选择mosfet 144时，电压电平与放大器mosfet 143的栅极上的电荷量成比例的电压信号vpix跨电流源mosfet 241的漏极/源极路径下降。
138.如图1a所示，电流源mosfet 241和用于放大和/或缓冲电压信号vpix的列放大器电路242可以集成在固态成像设备200的读出电路240中。当转移mosfet 141已经处于接通状态时，列放大器电路242进一步处理电压信号vpix，其电压水平是该时间点的光电流iphoto的函数。
139.强度读出电路140的替代实施例可以在没有转移mosfet的情况下进行，其中，复位mosfet可以取代抗晕mosfet 145，并且其中，这种复位mosfet的源极直接连接到放大器moset 143的栅极。
140.在图10的感光模块中，用于事件检测的强度检测电路140和放大器电路110、120相对于光电流iphoto串联电连接，其中，可以基本上同时执行强度的评估和事件的检测。
141.图11中的感光模块pr包括光电流路由电路107、147。光电流路由电路107、147在第一操作状态下将光电转换元件pd与第一放大器电路110电连接。光电流路由电路107、147在第二操作状态下将光电转换元件pd与强度读出电路140电连接。
142.此外，光电流路由电路107、147在第一操作状态下将光电转换元件pd与强度读出电路140断开连接，并且在第二操作状态下将光电转换元件pd与第一放大器电路110断开连接。
143.光电流路由电路107、147可以包括两个电子开关，例如，mosfet。例如，n沟道第一转移mosfet 107的源极电连接到光电转换元件pd的阴极。第一转移mosfet 107的漏极电连接到第一放大器电路110的输入。
144.n沟道第二转移mosfet 147的源极电连接到光电转换元件pd的阴极c。第二转移mosfet 147的漏极电连接到复位mosfet 142的源极和放大器mosfet 143的栅极，如参考图10所描述的。
145.第一转移mosfet 107的栅极接收第一转移信号tgd1。第二转移mosfet 147的栅极接收第二转移信号tg1。当第一转移信号tgd1接通第一转移mosfet 107并且第二转移信号tg1关断第二转移mosfet 147时，感光模块pr处于事件检测模式。当第一转移信号tgd1关断第一转移mosfet 107并且第二转移信号tg1接通第二转移mosfet 147时，感光模块pr处于强度读出模式。
146.由于在强度读出模式中，用于事件检测的第一放大器电路110和第二放大器电路120与光电转换元件pd断开连接，因此强度读出可以更精确并且可以提供更好的图像质量。
147.图12是示出固态成像设备23020的层压结构的示例的透视图，该固态成像设备具有以阵列形式矩阵状布置的多个像素。每个像素包括至少一个光电转换元件。
148.固态成像设备23020具有第一芯片(上部芯片)910和第二芯片(下部芯片)920的层压结构。
149.层压的第一芯片910和第二芯片920可以通过形成在第一芯片910中的贯通接触(硅)通孔(tc(s)v)彼此电连接。
150.固态成像设备23020可以形成为具有层压结构，使得第一芯片910和第二芯片920在芯片级结合在一起并通过划片来切割。
151.在上部芯片和下部芯片两个芯片的层压结构中，第一芯片910可以是模拟芯片(传感器芯片)，其包括每个像素的至少一个模拟部件，例如，以阵列形式布置的光电转换元件。例如，第一芯片910可以仅包括光电转换元件。
152.可替代地，第一芯片910可以包括每个感光模块的其他元件。例如，除了光电转换元件之外，第一芯片910可以包括感光模块的至少一些或所有n沟道mosfet。可替代地，第一芯片910可以包括感光模块的每个元件。
153.第一芯片910还可以包括像素后端300的一部分。例如，第一芯片910可以包括存储电容器，或者除了存储电容器之外，还可以包括电连接在存储电容器与事件检测比较器电路之间的采样/保持电路和/或缓冲电路。可替代地，第一芯片910可以包括完整的像素后端。参考图1a，第一芯片910还可以包括读出电路240、阈值生成电路230和/或控制器220的至少一部分。
154.第二芯片920可以主要是逻辑芯片(数字芯片)，其包括对固态成像设备23020的第一芯片910上的电路进行补充的元件。第二芯片920还可以包括模拟电路，例如，量化通过tcv从第一芯片910传递的模拟信号的电路。
155.第二芯片920可以具有一个或多个接合焊盘bpd，并且第一芯片910可以具有用于引线接合到第二芯片920的开口opn。
156.具有两个芯片910、920的层压结构的固态成像设备23020可以具有以下特征配置：
157.例如，通过tcv来执行第一芯片910与第二芯片920之间的电连接。tcv可以布置在
芯片端部处或者布置在焊盘区域与电路区域之间。例如，用于传输控制信号和提供电力的tcv可以主要集中在固态成像设备23020的四个角处，由此可以减少第一芯片910的信号布线面积。
158.图13a和图13b参考图5的像素211，并且示出了跨图12的第一芯片910和第二芯片920的像素211的元件的可能分配。
159.在图13a中，第一芯片910包括感光模块pr的光电转换元件pd和n沟道mosfet。第二芯片920包括感光模块pr的p沟道负载mosfet 126和像素后端301、302。每个像素211的两个贯通接触通孔915将感光信号vpr1、vpr2从第一芯片910传递到第二芯片920。
160.通常，第一芯片910包括p型衬底，并且p沟道mosfet的形成通常意味着将p沟道mosfet的p型源极和漏极区域彼此分离并与另外的p型区域分离的n掺杂阱的形成。因此，避免p沟道mosfet的形成可以简化第一芯片910的制造过程。
161.在图13b中，第一芯片910包括光电转换元件pd。第二芯片920包括感光模块pr的n沟道mosfet和p沟道负载mosfet 126和像素后端301、302。对于每个像素211，一个单个贯通接触通孔915将光电流iphoto从第一芯片910路由到第二芯片920。用于像素的贯通接触通孔915的总数不大于像素的数量，使得第一芯片910不太复杂。
162.图14参考图7的像素211，并且示出了跨第一芯片910和第二芯片920的像素211的元件的可能分配。第一芯片910包括感光模块pr的光电转换元件pd和n沟道mosfet。第二芯片920包括感光模块pr的共享p沟道负载mosfet 106和像素后端301、302。每个像素211的两个贯通接触通孔915将感光信号vpr1、vpr2从第一芯片910传递到第二芯片920。
163.图15示出了固态成像设备23010、23020的示意性配置示例。
164.图15的部分a中所示的单层固态成像设备23010包括单个管芯(半导体衬底)23011。在单个管芯23011上安装和/或形成像素区域23012(光电转换元件)、控制电路23013(读出电路、阈值生成电路、控制器)和逻辑电路23014(像素后端)。在像素区域23012中，像素以阵列形式布置。控制电路23013执行包括驱动像素的控制的各种控制。逻辑电路23014执行信号处理。
165.图15的部分b和c示出了具有层压结构的多层固态成像设备23020的示意性配置示例。如图15的部分b和c所示，在固态成像设备23020中堆叠两个管芯(芯片)，即传感器管芯23021(第一芯片)和逻辑管芯23024(第二芯片)。这些管芯被电连接以形成单个半导体芯片。
166.参考图15的部分b，像素区域23012和控制电路23013形成或安装在传感器管芯23021上，并且逻辑电路23014形成或安装在逻辑管芯23024上。逻辑电路23014可以包括像素后端的至少一部分。像素区域23012至少包括光电转换元件。
167.参考图15的部分c，像素区域23012形成或安装在传感器管芯23021上，而控制电路23013和逻辑电路23014形成或安装在逻辑管芯23024上。
168.根据另一示例(未示出)，像素区域23012和逻辑电路23014，或者像素区域23012和逻辑电路23014的一部分可以形成或安装在传感器管芯23021上，并且控制电路23013形成或安装在逻辑管芯23024上。
169.图16a示出了具有光电转换元件pd和第一放大器电路110的感光模块pr。第一放大器电路110可以包括第一放大器部分112和第一反馈部分114。第一放大器部分112的输入和
116的源极-漏极路径，其中，栅极电连接到偏置电位vbias。偏置电位vbias可以是固定的。
181.第一放大器mosfet 115的栅极和光电转换元件pd的阴极c彼此电连接。电连接第一放大器mosfet 115的漏极、第一反馈mosfet 117的栅极和第一负载元件(例如，第一负载mosfet 116)的第一电极的输出节点提供感光信号vpr，该感光信号vpr被输出到像素后端300。可配置电容元件cm可以电连接在第一放大器mosfet 115的漏极与光电转换元件pd的阴极c之间。
182.第一放大器电路110可以是具有基本对数响应的对数放大器，其中，感光信号vpr的电压与光电流iphoto的对数线性相关。
183.图18涉及第一放大器电路110具有提供比图17中的第一放大器电路110更高的增益的电路结构的实施例。
184.图18的第一放大器电路110可以包括具有第一n沟道放大器moset 115、第一负载元件(例如，电连接在高电源电位vdd与第一放大器mosfet 115的漏极之间的p沟道负载mosfet 116)和具有第一n沟道反馈mosfet 117的主级，其漏极电连接到高电源电位vdd并且其栅极电连接到第一放大器mosfet 115的漏极，如参考图17所描述的。
185.第一放大器电路110进一步包括具有n沟道前级反馈mosfet 1171和n沟道前级放大器mosfet 1151的前级。前级放大器mosfet 1151的漏极电连接到第一放大器mosfet 115的源极。前级放大器mosfet 1151的源极电连接到低电源电位vss。
186.前级反馈mosfet 1171的栅极电连接到前级放大器mosfet 1151的漏极和第一放大器mosfet 115的源极。第一放大器mosfet 115的栅极与前级反馈mosfet 1171的漏极和第一反馈mosfet 117的源极电连接。前级放大器mosfet 1151的栅极电连接到光电转换元件pd的阴极c和前级反馈mosfet 1171的源极。
187.可配置电容元件cm电连接在第一放大器mosfet 115的漏极与光电转换元件pd的阴极c之间。
188.在第一放大器mosfet 115的漏极处输出感光信号vpr，并将其前馈到像素后端300。前级增大第一放大器电路110的增益。
189.在图19中，可配置电容元件cm包括两个并联路径，其中，第一路径包括串联电连接的第一电容元件c1和第一电子开关sw1，并且其中，第二路径包括串联电连接的第二电容元件c2和第二电子开关sw1。此外，在第一放大器电路110的输出与输入之间，另一电容c01可以是有效的。
190.第一电容元件c1的电容可以不同于第二电容元件c2的电容。例如，第一电容元件c1的电容可以是第二电容元件c2的电容的至多95％、至多90％、至多50％或至多10％。可替代地，第一电容元件c1的电容和第二电容元件c2的电容可以大致相等。
191.可以通过第一电容控制信号ctrlcap1来控制第一开关sw1。可以通过第二电容控制信号ctrlcap2来控制第二开关sw2。第一电容控制信号和第二电容控制信号可以响应于在图1a的控制器220中执行的面向过程或面向时间的顺序控制的改变状态来控制第一开关sw1和第二开关sw2。
192.一对一个第一第二电容控制信号ctrlcap1和一个第二电容控制信号ctrlcap2可以以相同的方式控制一组感光模块pr，例如一列或一行像素的感光模块pr。例如，一个单对第一电容控制信号ctrlcap1和第二电容控制信号ctrlcap2可以将一组感光模块pr的第一
电容元件c1和第二电容元件c2的电容同步地改变大致相同的值。具体地，一个单对第一电容控制信号ctrlcap1和第二电容控制信号ctrlcap2可以响应于例如用户设置和/或照明条件的改变，将像素阵列的所有感光模块pr的第一电容元件c1和第二电容元件c2的电容改变相同或大致相同的值。
193.此外，图19示出了像素211的元件跨第一芯片910和第二芯片920的可能分配，如参考图12所描述的。第一芯片910可以包括感光模块pr的光电转换元件pd和n沟道mosfet。第二芯片920可以包括感光模块pr的p沟道负载mosfet 116和像素后端。每个像素211的一个贯通接触通孔915将感光信号vpr从第一芯片910路由到第二芯片920。
194.除了如图9所示的感光模块pr的元件之外，如图20所示的感光模块pr包括电连接在第一放大器电路110的输出与输入之间的可配置的第一电容元件cm1和电连接在第二放大器电路120的输出与输入之间的可配置的第二电容元件cm2。
195.可以通过第一电容控制信号ctrlcapa来控制第一电容元件cm1。可以通过第二电容控制信号ctrlcapb来控制第二电容元件cm2。第一电容控制信号ctrlcapa和第二电容控制信号ctrlcapb可以响应于在图1a的控制器220中执行的面向过程或面向时间的顺序控制的改变状态来控制第一电容元件cm1和第二电容元件cm2。
196.《移动体的应用示例》
197.根据本公开的技术可以例如实现为安装在任何类型的移动体(诸如汽车、电动车辆、混合动力电动车辆、摩托车、自行车、个人移动体、飞机、无人机、船舶或机器人)中的设备。
198.图21是描绘作为可以应用根据本公开的实施例的技术的移动体控制系统的示例的车辆控制系统的示意性配置的示例的框图。
199.车辆控制系统12000包括经由通信网络12001彼此连接的多个电子控制单元。在图21所描绘的示例中，车辆控制系统12000包括驱动系统控制单元12010、车身系统控制单元12020、车外信息检测单元12030、车内信息检测单元12040以及集成控制单元12050。此外，作为集成控制单元12050的功能配置，示出了微型计算机12051、声音/图像输出部12052和车载网络接口(i/f)12053。
200.驱动系统控制单元12010根据各种程序来控制与车辆的驱动系统有关的设备的操作。例如，驱动系统控制单元12010用作用于生成车辆的驱动力的驱动力生成设备(诸如内燃机、驱动电机等)、用于将驱动力传递到车轮的驱动力传递机构、用于调节车辆的转向角的转向机构、用于生成车辆的制动力的制动设备等的控制设备。
201.车身系统控制单元12020根据各种程序来控制设置在车身上的各种设备的操作。例如，车身系统控制单元12020用作用于无钥匙进入系统、智能钥匙系统、电动车窗设备或诸如前照灯、后备灯、制动灯、转向信号、雾灯等的各种灯的控制设备。在这种情况下，从作为钥匙的替代物的移动设备发送的无线电波或各种开关的信号可以被输入到车身系统控制单元12020。车身系统控制单元12020接收这些输入的无线电波或信号，并且控制车辆的门锁设备、电动车窗设备、灯等。
202.车外信息检测单元12030检测关于包括车辆控制系统12000的车辆外部的信息。例如，车外信息检测单元12030与成像部12031连接。车外信息检测单元12030使成像部12031对车辆外部的图像进行成像，并且接收成像图像。基于所接收的图像，车外信息检测单元
12030可以执行检测诸如人、车辆、障碍物、标志、路面上的文字等的对象的处理、或者检测到其的距离的处理等。
203.根据本公开的实施例，成像部12031可以是或可以包括的具有事件检测和感光模块的固态成像传感器。成像部12031可以输出电信号作为识别已经监测到事件的像素的位置信息。由成像部12031接收的光可以是可见光，或者可以是诸如红外线等的不可见光。
204.根据本公开的实施例，车内信息检测单元12040检测关于车辆内部的信息，并且可以是或可以包括具有事件检测和感光模块的固态成像传感器。车内信息检测单元12040例如与检测驾驶员的状态的驾驶员状态检测部12041连接。驾驶员状态检测部12041例如包括聚焦在驾驶员上的相机。基于从驾驶员状态检测部12041输入的检测信息，车内信息检测单元12040可以计算驾驶员的疲劳度或驾驶员的集中度，或者可以确定驾驶员是否正在打瞌睡。
205.微型计算机12051可以基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的关于车辆内部或外部的信息来计算驱动力生成设备、转向机构或制动设备的控制目标值，并且将控制命令输出到驱动系统控制单元12010。例如，微型计算机12051可以执行旨在实现高级驾驶员辅助系统(adas)的功能的协作控制，该功能包括用于车辆的防碰撞或减震、基于跟随距离的跟随驾驶、维持驾驶的车辆速度、车辆碰撞的警告、车辆与车道的偏离的警告等。
206.另外，微型计算机12051通过基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的关于车辆外部或内部的信息来控制驱动力生成设备、转向机构、制动设备等，可以执行用于自动驾驶的协作控制，这使得车辆不依赖于驾驶员的操作等而自动行驶。
207.此外，微型计算机12051可以基于由车外信息检测单元12030获得的关于车辆外部的信息，将控制命令输出到车身系统控制单元12020。例如，微型计算机12051可以通过根据由车外信息检测单元12030检测的前方车辆或对面车辆的位置控制前照灯以从远光改变到近光，来执行旨在防止眩光的协作控制。
208.声音/图像输出部12052将声音和图像中的至少一个的输出信号发送到能够视觉地或听觉地将信息通知给车辆的乘员或车辆外部的输出设备。在图21的示例中，音频扬声器12061、显示部12062和仪表面板12063被示出为输出设备。显示部12062可以例如包括板上显示器和平视显示器中的至少一个。
209.图22是描绘成像部12031的安装位置的示例的示图，其中，成像部12031可以包括成像部12101、12102、12103、12104和12105。
210.成像部12101、12102、12103、12104和12105例如设置在车辆12100的前鼻、侧视镜、后保险杠和后门上的位置以及车辆内部内的挡风玻璃的上部的位置上。设置在前鼻的成像部12101和设置在车辆内部内的挡风玻璃的上部的成像部12105主要获得车辆12100的前方的图像。设置在侧视镜的成像部12102和12103主要获得车辆12100的侧面的图像。设置在后保险杠或后门的成像部12104主要获得车辆12100的后部的图像。设置在车辆内部内的挡风玻璃的上部的成像部12105主要用于检测前方车辆、行人、障碍物、交通灯、交通标志、车道等。
211.顺便提及，图22描绘了成像部12101至12104的成像范围的示例。成像范围12111表示设置到前鼻的成像部12101的成像范围。成像范围12112和12113分别表示设置在侧视镜
的成像部12102和12103的成像范围。成像范围12114表示设置在后保险杠或后门的成像部12104的成像范围。例如，通过叠加由成像部12101至12104成像的图像数据来获得从上方观察的车辆12100的鸟瞰图像。
212.成像部12101至12104中的至少一个可以具有获得距离信息的功能。例如，成像部12101至12104中的至少一个可以是由多个成像元件构成的立体相机，或者可以是具有用于相位差检测的像素的成像元件。
213.例如，微型计算机12051可以基于从成像部12101至12104获得的距离信息确定在成像范围12111至12114内到每个三维对象的距离以及该距离的时间变化(相对于车辆12100的相对速度)，并且从而特别地提取存在于车辆12100的行驶路径上并且以与车辆12100大致相同的方向以预定速度(例如，等于或大于0千米/小时)行驶的最近的三维对象来作为前方车辆。此外，微型计算机12051可以预先设置跟随距离以保持在前方车辆的前方，并且执行自动制动控制(包括跟随停止控制)、自动加速控制(包括跟随起动控制)等。因此，可以进行不依赖于驾驶员的操作等而使车辆自动行驶的自动驾驶的协作控制。
214.例如，微型计算机12051可以基于从成像部12101至12104获得的距离信息将与三维对象有关的三维对象数据分类为二轮车、标准车辆、大型车辆、行人、电线杆和其他三维对象的三维对象数据，提取分类的三维对象数据，并且将所提取的三维对象数据用于自动躲避障碍物。例如，微型计算机12051将车辆12100周围的障碍物识别为车辆12100的驾驶员可以视觉识别的障碍物和车辆12100的驾驶员难以视觉识别的障碍物。然后，微型计算机12051确定指示与每个障碍物碰撞的风险的碰撞风险。在碰撞风险等于或高于设定值并且因此存在碰撞可能性的情况下，微型计算机12051经由音频扬声器12061或显示部12062向驾驶员输出警告，并且经由驱动系统控制单元12010执行强制减速或躲避转向。微型计算机12051可以由此辅助驾驶以避免碰撞。
215.成像部12101至12104中的至少一个可以是检测红外线的红外相机。微型计算机12051例如可以通过确定在成像部12101至12104的成像图像中是否存在行人来识别行人。行人的这种识别例如通过提取作为红外相机的成像部12101至12104的成像图像中的特征点的过程以及通过对表示对象的轮廓的一系列特征点执行图案匹配处理来确定是否是行人的过程来执行。当微型计算机12051确定在成像部12101到12104的成像图像中存在行人并因此识别行人时，声音/图像输出部12052控制显示部12062，使得用于强调的方形轮廓线被显示为叠加在所识别的行人上。声音/图像输出部12052还可以控制显示部12062，使得在期望位置处显示表示行人的图标等。
216.上面已经描述了可应用根据本公开的实施例的技术的车辆控制系统的示例。通过应用根据实施例的感光模块来获得事件触发的图像信息，可以减少通过通信网络传输的图像数据，并且可以在没有不利地影响驾驶支持的情况下降低功耗。
217.此外，本技术的实施例不限于上述实施例，而是在不脱离本技术的主旨的情况下，可以在本技术的范围内进行各种修改。
218.根据本公开的固态成像设备可以是用于分析和/或处理诸如可见光、红外光、紫外光和x射线的辐射的任何设备。例如，固态成像设备可以是交通领域、家用电器领域、医疗和保健领域、安全领域、美容领域、体育领域、农业领域、图像再现领域等中的任何电子设备。
219.具体地，在图像再现领域中，固态成像设备可以是用于捕获要提供用于欣赏的图
像的设备，诸如数码相机、智能电话或具有相机功能的移动电话设备。在交通领域中，例如，固态成像设备可以集成在车载传感器中，该车载传感器捕获车辆的前部、后部、外围、内部等以用于安全驾驶，诸如自动停止、驾驶员状态的识别等，集成在监测行驶车辆和道路的监测相机中，或者集成在测量车辆之间距离的距离测量传感器中等。
220.在家用电器领域中，固态成像设备可以集成在任何类型的传感器中，该传感器可以用于为家用电器提供的设备，诸如tv接收器、冰箱和空调，以捕获用户的手势并根据手势执行设备操作。因此，固态成像设备可以集成在诸如tv接收器、冰箱和空调的家用电器中和/或控制家用电器的设备中。此外，在医疗和保健领域中，固态成像设备可以集成在任何类型的传感器中，例如提供用于医疗和保健的固态成像设备，诸如内窥镜或通过接收红外光来执行血管造影的设备。
221.在安全领域中，固态成像设备可以集成在提供用于安全的设备(诸如用于预防犯罪的监测相机或用于个人认证使用的相机)中。此外，在美容领域中，固态成像设备可以用于提供用于美容的设备(诸如捕获皮肤的皮肤测量仪器或捕获探针的显微镜)中。在体育领域中，固态成像设备可以集成在提供用于体育的设备(诸如用于体育用途的动作相机或可佩戴相机等)中。此外，在农业领域中，固态成像设备可以用于提供用于农业的设备(诸如用于监测田地和作物的状况的相机)中。
222.注意，本技术也可以被配置为如下所述：
223.(1)一种感光模块，包括：
224.光电转换元件；
225.第一放大器电路，其包括第一放大器部分和第一反馈部分，其中，第一放大器部分的输入与光电转换元件的阴极电连接；以及
226.第二放大器电路，其包括第二放大器部分和第二反馈部分，其中，第二反馈部分的受控路径、第一反馈部分的受控路径和光电转换元件串联电连接。
227.(2)根据(1)的感光模块，
228.其中，第一放大器电路的输出电连接到像素后端，并且其中，第二放大器电路的输出电连接到像素后端。
229.(3)根据(1)和(2)中任一项的感光模块，
230.其中，在第一放大器电路的输出与输入之间有效的第一电容和在第二放大器电路的输出与输入之间有效的第二电容不同。
231.(4)根据(1)至(3)中任一项的感光模块，进一步包括：
232.第一存储电容器，其电连接到第一放大器电路的输出；以及
233.第二存储电容器，其电连接到第二放大器电路的输出。
234.(5)根据(4)的感光模块，进一步包括：
235.事件检测电路；以及
236.复用器电路，其中，该复用器电路被配置为交替地将第一存储电容器或第二存储电容器电连接到事件检测电路的输入。
237.(6)根据(1)至(5)中任一项的感光模块，
238.其中，第一放大器部分的输出和第一反馈部分的输入电连接，并且
239.其中，第二放大器部分的输出和第二反馈部分的输入电连接。
240.(7)根据(1)至(6)中任一项的感光模块，
241.其中，第二放大器电路被配置为使得第二放大器部分的输入电压高于第一放大器部分的输入电压。
242.(8)根据(1)至(6)中任一项的感光模块，
243.其中，第一放大器部分和第二放大器部分的受控路径串联电连接。
244.(9)根据(1)至(8)中任一项的感光模块，
245.其中，第二放大器电路具有比第一放大器电路高的增益。
246.(10)根据(1)至(9)中任一项的感光模块，进一步包括：
247.辅助光电转换元件；以及
248.开关布置，其被配置为在第一操作状态与第二操作状态之间改变，
249.其中，在开关布置的第一操作状态下，光电转换元件和第一放大器电路串联电连接，并且辅助光电转换元件和第二放大器电路的受控反馈串联电连接，并且
250.其中，在开关布置的第二操作状态下，光电转换元件和辅助光电转换元件并联电连接，并且第一放大器电路和第二放大器电路的受控反馈路径串联电连接。
251.(11)根据(1)至(10)中任一项的感光模块，进一步包括：
252.强度读出电路，其被配置为将流过光电转换元件的光电流转换为电压电平取决于光电流的大小的电压信号。
253.(12)根据(11)的感光模块，进一步包括：
254.光电流路由电路，其中，在光电流路由电路的第一操作状态下，光电转换元件与第一放大器电路电连接，并且其中，在光电流路由电路的第二操作状态下，光电转换元件与强度读出电路电连接。
255.(13)一种感光模块，包括：
256.光电转换元件；
257.第一放大器电路，其中，该第一放大器电路的输入与光电转换元件的阴极电连接；
258.可配置的第一电容元件，其电连接在第一放大器电路的输出与第一放大器电路的输入之间，其中，可通过施加到第一电容元件的输入的控制信号来调节第一电容元件的电容；以及
259.像素后端，其中，第一放大器电路的输出与像素后端的输入电连接。
260.(14)根据(13)的感光模块，
261.其中，第一放大器电路包括第一放大器部分和第一反馈部分，其中，第一放大器部分的输入与光电转换元件的阴极电连接，并且其中，感光模块进一步包括：
262.第二放大器电路，其包括第二放大器部分和第二反馈部分，其中，第二反馈部分的受控路径、第一反馈部分的受控路径和光电转换元件串联电连接；
263.可配置的第二电容元件，其电连接在第二放大器电路的输出与第一放大器电路的输入之间，其中，可通过施加到第二电容元件的输入的控制信号来调节第二电容元件的电容；
264.辅助光电转换元件；以及
265.开关布置，其被配置为在第一操作状态与第二操作状态之间改变，
266.其中，在开关布置的第一操作状态下，光电转换元件和第一放大器电路串联电连
接，并且辅助光电转换元件和第二放大器电路的受控反馈串联电连接，并且
267.其中，在开关布置的第二操作状态下，光电转换元件和辅助光电转换元件并联电连接，并且第一放大器电路和第二放大器电路的受控反馈路径串联电连接。
268.(15)一种固态成像设备，包括：
269.像素阵列，其包括根据(1)至(14)中任一项的多个感光模块，其中，感光模块的光电转换元件以矩阵形式布置。

技术特征：
1.一种感光模块，包括：光电转换元件(pd)；第一放大器电路(110)，包括第一放大器部分(112)和第一反馈部分(114)，其中，所述第一放大器部分(112)的输入与所述光电转换元件(pd)的阴极(c)电连接；以及第二放大器电路(120)，包括第二放大器部分(122)和第二反馈部分(124)，其中，所述第二反馈部分(124)的受控路径、所述第一反馈部分(114)的受控路径和所述光电转换元件(pd)串联电连接。2.根据权利要求1所述的感光模块，其中，所述第一放大器电路(110)的输出电连接到像素后端(300、301)，并且其中，所述第二放大器电路(120)的输出电连接到像素后端(300、302)。3.根据权利要求1所述的感光模块，其中，在所述第一放大器电路(110)的输出与输入之间有效的第一电容(c01)和在所述第二放大器电路(120)的输出与输入之间有效的第二电容(c02)不同。4.根据权利要求1所述的感光模块，进一步包括：第一存储电容器(311)，电连接到所述第一放大器电路(110)的输出；以及第二存储电容器(312)，电连接到所述第二放大器电路(120)的输出。5.根据权利要求4所述的感光模块，进一步包括：事件检测电路(345)；以及复用器电路(330)，其中，所述复用器电路(330)被配置为交替地将所述第一存储电容器(311)或所述第二存储电容器(312)电连接到所述事件检测电路(345)的输入。6.根据权利要求1所述的感光模块，其中，所述第一放大器部分(112)的输出和所述第一反馈部分(114)的输入电连接，并且其中，所述第二放大器部分(122)的输出和所述第二反馈部分(124)的输入电连接。7.根据权利要求1所述的感光模块，其中，所述第二放大器电路(120)被配置为使得所述第二放大器部分(122)的输入电压高于所述第一放大器部分(112)的输入电压。8.根据权利要求1所述的感光模块，其中，所述第一放大器部分(112)和所述第二放大器部分(212)的受控路径串联电连接。9.根据权利要求1所述的感光模块，其中，所述第二放大器电路(120)具有比所述第一放大器电路(110)高的增益。10.根据权利要求1所述的感光模块，进一步包括：辅助光电转换元件(pdb)；以及开关布置(sw11、sw12、sw21、sw22)，被配置为在第一操作状态与第二操作状态之间改变，其中，在所述开关布置(sw11、sw12、sw21、sw22)的所述第一操作状态下，所述光电转换元件(pd)和所述第一放大器电路(110)串联电连接，并且所述辅助光电转换元件(pdb)和所述第二放大器电路(120)的受控反馈串联电连接，并且
其中，在所述开关布置(sw11、sw12、sw21、sw22)的所述第二操作状态下，所述光电转换元件(pd)和所述辅助光电转换元件(pdb)并联电连接，并且所述第一放大器电路(110)和所述第二放大器电路(120)的受控反馈路径串联电连接。11.根据权利要求1所述的感光模块，进一步包括：强度读出电路(140)，被配置为将流过所述光电转换元件(pd)的光电流转换为电压电平取决于所述光电流的大小的电压信号。12.根据权利要求11所述的感光模块，进一步包括：光电流路由电路(tg1、tgd1)，其中，在所述光电流路由电路(tg1、tgd1)的第一操作状态下，所述光电转换元件(pd)与所述第一放大器电路(110)电连接，并且其中，在所述光电流路由电路(tg1、tgd1)的第二操作状态下，所述光电转换元件(pd)与所述强度读出电路(140)电连接。13.一种感光模块，包括：光电转换元件(pd)；第一放大器电路(110)，其中，所述第一放大器电路(110)的输入与所述光电转换元件(pd)的阴极(c)电连接；可配置的第一电容元件(cm1)，电连接在所述第一放大器电路(110)的输出与所述第一放大器电路(110)的所述输入之间，其中，能通过施加到所述第一电容元件(cm1)的输入的控制信号来调节所述第一电容元件(cm1)的电容；以及像素后端(300)，其中，所述第一放大器电路(110)的输出与所述像素后端(300)的输入电连接。14.根据权利要求13所述的感光模块，其中，所述第一放大器电路(110)包括第一放大器部分(112)和第一反馈部分(114)，其中，所述第一放大器部分(112)的输入与所述光电转换元件(pd)的所述阴极(c)电连接，并且其中，所述感光模块(pr)进一步包括：第二放大器电路(120)，包括第二放大器部分(122)和第二反馈部分(124)，其中，所述第二反馈部分(124)的受控路径、所述第一反馈部分(114)的受控路径和所述光电转换元件(pd)串联电连接；可配置的第二电容元件(cm2)，电连接在所述第二放大器电路(120)的输出与所述第一放大器电路(110)的所述输入之间，其中，能通过施加到所述第二电容元件(cm2)的输入的控制信号来调节所述第二电容元件(cm2)的电容；辅助光电转换元件(pdb)；以及开关布置(sw11、sw12、sw21、sw22)，被配置为在第一操作状态与第二操作状态之间改变，其中，在所述开关布置(sw11、sw12、sw21、sw22)的所述第一操作状态下，所述光电转换元件(pd)和所述第一放大器电路(110)串联电连接，并且所述辅助光电转换元件(pdb)和所述第二放大器电路(120)的受控反馈串联电连接，并且其中，在所述开关布置(sw11、sw12、sw21、sw22)的所述第二操作状态下，所述光电转换元件(pd)和所述辅助光电转换元件(pdb)并联电连接，并且所述第一放大器电路(110)和所述第二放大器电路(120)的受控反馈路径串联电连接。
15.一种固态成像设备，包括：像素阵列(210)，包括多个感光模块(pr)，其中，每个感光模块(pr)包括：光电转换元件(pd)，第一放大器电路(110)，包括第一放大器部分(112)和第一反馈部分(114)，其中，所述第一放大器部分(112)的输入与所述光电转换元件(pd)的阴极(c)电连接，以及第二放大器电路(120)，包括第二放大器部分(122)和第二反馈部分(124)，其中，所述第二反馈部分(124)的受控路径、所述第一反馈部分(114)的受控路径和所述光电转换元件(pd)串联电连接，并且其中，所述感光模块(pr)的所述光电转换元件(pd)以矩阵形式布置。

技术总结
一种感光模块(PR)，包括：光电转换元件(PD)、第一放大器电路(110)和第二放大器电路(120)。第一放大器电路(110)包括第一放大器部分(112)和第一反馈部分(114)，其中，第一放大器部分(112)的输入与光电转换元件(PD)的阴极(C)电连接。第二放大器电路(120)包括第二放大器部分(122)和第二反馈部分(124)，其中，第二反馈部分(124)的受控路径、第一反馈部分(114)的受控路径和光电转换元件(PD)串联电连接。的受控路径和光电转换元件(PD)串联电连接。的受控路径和光电转换元件(PD)串联电连接。


技术研发人员：拉斐尔
受保护的技术使用者：索尼半导体解决方案公司
技术研发日：2021.11.25
技术公布日：2023/8/14