摄像装置
阅读：176发布：2020-05-14
专利汇可以提供摄像装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种摄像装置，其设有具有多个 像素 的摄像单元，其中，各像素包括：转换元件，将入射光转换成光 电子 ；浮动扩散层，电连接到所述转换元件并将所述 光电子 转换为 电压 信号 ；差分放大 电路 ，用于放大所述浮动扩散层的电位，电连接到所述浮动扩散层，并且包括被输入所述浮动扩散层的电位的放大晶体管；反馈晶体管，电连接到所述放大晶体管并初始化所述差分放大电路；钳位电容， 串联 连接在所述浮动扩散层和所述放大晶体管之间；和复位晶体管，并联连接在所述浮动扩散层和所述钳位电容之间，并初始化所述浮动扩散层的电位。，下面是摄像装置专利的具体信息内容。
1.一种摄像装置，其包括具有多个像素的摄像单元，
所述像素具有：
转换元件，其将入射光转换成光电子；
浮动扩散层，其电连接到所述转换元件并将所述光电子转换为电压信号；
差分放大电路，其电连接到所述浮动扩散层，所述差分放大电路包括被输入所述浮动扩散层的电位的放大晶体管，并放大所述浮动扩散层的电位；
反馈晶体管，其电连接到所述放大晶体管并初始化所述差分放大电路；
钳位电容，其串联连接在所述浮动扩散层和所述放大晶体管之间；和
复位晶体管，其并联连接在所述浮动扩散层和所述钳位电容之间，并初始化所述浮动扩散层的电位。
2.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，多个所述像素共享所述浮动扩散层、所述差分放大电路、所述反馈晶体管、所述钳位电容和所述复位晶体管。
3.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，
所述摄像单元由层压的多层基板构成，并且
至少所述转换元件、所述浮动扩散层和所述复位晶体管设置在同一层的基板上。
4.根据权利要求3所述的摄像装置，其中，所述转换元件、所述浮动扩散层、所述差分放大电路的包括所述放大晶体管的部分、所述反馈晶体管、所述钳位电容和所述复位晶体管设置在同一层的基板上。
5.根据权利要求3所述的摄像装置，其中，所述转换元件、所述浮动扩散层、所述钳位电容和所述复位晶体管设置在同一层的基板上。
6.根据权利要求3所述的摄像装置，其中，
所述转换元件、所述浮动扩散层和所述复位晶体管设置在同一层的基板上，并且所述钳位电容是将不同层的基板接合在一起的布线的线间电容。
7.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，
当初始化所述浮动扩散层的电位时，所述反馈晶体管处于导通状态，并且电连接到所述浮动扩散层的所述放大晶体管的端子固定为所述差分放大电路的初始电位，并且当检测由所述浮动扩散层获得的所述电压信号时，所述反馈晶体管处于截止状态，并且所述放大晶体管的所述端子发生电浮动。
摄像装置
技术领域
[0001] 本公开涉及摄像装置。
背景技术
[0003] 引用列表
[0004] 专利文献
[0005] 专利文献1：JP 2016-92661 A发明内容
[0006] 技术问题
[0007] 例如，在专利文献1所述的摄像元件中，通过光电转换获得的电压信号输入到差分放大电路，并且放大电压信号，放大的电压信号通过针对每个像素设置的模数转换器(AD转换器)转换为数字信号。通过浮动扩散层累积由光电转换获得的电荷并将其转换为电压信号以获得电压信号。
[0008] 在现有构造中，其中针对每个像素或针对多个像素设置AD转换器，通过光电转换获得的电压信号输入到差分放大电路并进行放大，当差分放大电路执行自动归零操作时，浮动扩散层被复位。在现有构造中，由于在差分放大电路的输出级所包括的晶体管中出现的电压降，因此与源极跟随器读取构造的情况相比，浮动扩散层的复位电位必然减小。在差分放大电路的输出级所包括的晶体管中发生的电压降的示例包括大约0.30V至0.45V的电压降。因此，上述构造会减小浮动扩散层的动态范围。
[0009] 本公开提出了一种新颖的、改进的摄像装置，其能够防止浮动扩散层的动态范围的减小。
[0010] 技术问题的解决方案
[0011] 根据本公开，提供一种摄像装置，其包括具有多个像素的摄像单元，所述像素各自具有：转换元件，将入射光转换成光电子；浮动扩散层，电连接到所述转换元件并将所述光电子转换为电压信号；差分放大电路，电连接到所述浮动扩散层，包括被输入所述浮动扩散层的电位的放大晶体管，并放大所述浮动扩散层的电位；反馈晶体管，电连接到所述放大晶体管并初始化所述差分放大电路；钳位电容，串联连接在所述浮动扩散层和所述放大晶体管之间；和复位晶体管，并联连接在所述浮动扩散层和所述钳位电容之间，并初始化所述浮动扩散层的电位。
[0012] 本发明的有益效果
[0013] 本公开可以防止浮动扩散层的动态范围的减小。
[0015] 图1是根据第一实施例的摄像装置的示例性构造的说明图。
[0016] 图2是根据第一实施例的像素的示例性构造的说明图。
[0017] 图3是根据第一实施例的像素的示例性操作的说明图。
[0018] 图4是根据第一实施例的像素的构造的另一示例的说明图。
[0019] 图5是根据第一实施例的像素的示例性布局的示意性说明图。
[0020] 图6是根据第一实施例的像素的示例性布局的示意性说明图。
[0021] 图7A是根据第一实施例的像素的示例性布局的说明图。
[0022] 图7B是根据第一实施例的像素的示例性布局的说明图。
[0023] 图7C是根据第一实施例的像素的示例性布局的说明图。
[0024] 图7D是根据第一实施例的像素的示例性布局的说明图。
[0025] 图7E是根据第一实施例的像素的示例性布局的说明图。
[0026] 图7F是根据第一实施例的像素的示例性布局的说明图。
[0027] 图7G是根据第一实施例的像素的示例性布局的说明图。
[0028] 图7H是根据第一实施例的像素的示例性布局的说明图。
[0029] 图7I是根据第一实施例的像素的示例性布局的说明图。
[0030] 图7J是根据第一实施例的像素的示例性布局的说明图。
[0031] 图8是根据第二实施例的像素的示例性构造的说明图。
[0032] 图9是根据第二实施例的像素的构造的另一示例的说明图。
[0033] 图10是根据第二实施例的像素的示例性布局的示意性说明图。
[0034] 图11是根据第三实施例的像素的示例性构造的说明图。
[0035] 图12是根据第三实施例的像素的构造的另一示例的说明图。
[0036] 图13是根据第三实施例的像素P的布局的说明图。
[0037] 图14是根据另一实施例的摄像装置的像素阵列的示例性布局的说明图。
[0038] 图15是根据另一实施例的摄像装置的像素阵列的布局的另一示例的说明图。
[0039] 图16是车辆控制系统的示例性示意构造的框图。
[0040] 图17是车外信息检测器和摄像单元的示例性安装位置的说明图。
具体实施方式
[0041] 下面将参照附图详细说明本公开的优选实施例。在本说明书和附图中，由相同的附图标记表示具有大体上相同功能的元件，以便省略重复的说明。
[0042] 在下文中，“一个组件和另一个组件彼此连接”是指“在不涉及任何其他组件的情况下，一个组件和另一个组件彼此电连接”或“一个组件和另一个组件经由任何其他组件彼此电连接”。
[0043] 下面将按以下顺序说明下列项目。
[0044] 1.根据本实施例的摄像装置
[0045] [1]根据本实施例的摄像装置的概述
[0046] [2]根据第一实施例的摄像装置
[0047] [3]根据第二实施例的摄像装置
[0048] [4]根据第三实施例的摄像装置
[0049] [5]根据另一实施例的摄像装置
[0050] [6]根据本实施例的摄像装置产生的效果
[0051] 2.根据本实施例的摄像装置的应用例
[0052] (根据本实施例的摄像装置)
[0053] [1]根据本实施例的摄像装置的概述
[0054] 如上所述，在现有构造中，针对每个像素或针对多个像素设置有AD转换器，通过光电转换获得的电压信号输入到差分放大电路并被放大，浮动扩散层的复位电位减小与在差分放大电路中发生的电压降相对应的量，并且浮动扩散层的动态范围会减小。
[0055] 鉴于这种情况，根据本实施例的摄像装置具有防止在差分放大电路中发生的电压降对浮动扩散层的复位电位产生影响以防止浮动扩散层的动态范围减小的构造。
[0056] 更具体地，根据本实施例的摄像装置的像素具有以下构造：“其中，钳位电容串联连接在差分放大电路的输入端与浮动扩散层之间，而初始化浮动扩散层的电位的复位晶体管并联连接在浮动扩散层和钳位电容之间”。利用上述构造，可以在防止在差分放大电路中发生的电压降对浮动扩散层的复位电位产生影响的同时初始化浮动扩散层的电位。利用上述构造，防止了在差分放大电路中发生的电压降对浮动扩散层的复位电位产生影响，从而防止了浮动扩散层的动态范围的减小。
[0057] 下面将说明根据本实施例的摄像装置的构造。
[0058] [2]根据第一实施例的摄像装置
[0059] 下面首先说明根据第一实施例的摄像装置。图1是根据第一实施例的摄像装置100的示例性构造的说明图。
[0061] 摄像单元102包括其中以矩阵形式布置多个像素P的像素阵列。像素P经由信号线分别电连接到驱动器104。虽然为了方便起见，图1示出了其中各像素经由一条信号线连接到驱动器104的示例，但是驱动器104和每个像素P可以经由多条信号线彼此连接。在像素P中，通过从驱动器104经由信号线传送的控制信号来执行与入射的入射光对应的信号电荷的累积、像素P的初始化等。
[0062] 例如，摄像单元102包括一个基板或多个层压基板。当摄像单元102包括层压基板时，在像素P所包括的组件中，至少转换元件(下文将进行说明)、浮动扩散层(下文将进行说明)和复位晶体管(下文将进行说明)设置在同一个基板上。下面举例说明摄像单元102包括两个层压基板的情况。
[0063] 下文将说明根据第一实施例的像素P的示例性构造。
[0064] 根据第一实施例的摄像装置的构造不限于图1所示的示例。
[0065] 例如，根据第一实施例的摄像装置并非必须包括驱动器104，并且每个像素P可以由从外部驱动器经由信号线传送的控制信号来驱动。
[0066] 根据第一实施例的摄像装置还可以包括转换单元(未示出)，该转换单元将从摄像单元102所包括的像素P输出的模拟信号转换为数字信号。该转换单元(未示出)具有针对每个像素P或多个像素P将模拟信号转换为数字信号的转换电路，并通过转换电路将从像素P输出的模拟信号转换为数字信号。
[0067] 根据本实施例的转换电路的示例包括具有将要转换为数字信号的模拟信号的固定增益的AD转换器。AD转换器的示例包括诸如逐次逼近型AD转换器等任何类型的AD转换器。根据本实施例的转换电路能够调节将要转换为数字信号的模拟信号的增益(能够切换模拟信号的增益)。
[0068] 下面将以图1所示的摄像装置100为例，说明摄像装置100的像素P的示例性构造。
[0069] 下面举例说明其中像素P所包括的晶体管分别为N沟道型或P沟道型金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的情况。像素P所包括的晶体管不限于MOSFET。例如，像素P所包括的晶体管可以是诸如双极晶体管或薄膜晶体管(TFT)等任何场效应晶体管(FET)。像素P所包括的晶体管的极性不限于下列示例，并且可以根据将要施加到每个晶体管的控制端的信号来改变。
[0070] [2-1]根据第一实施例的像素P的示例性构造
[0071] 图2是根据第一实施例的像素P的示例性构造的说明图。图2示出了其中像素P包括两个基板(包括第一基板B1和第二基板B2)的示例。
[0072] 例如，根据第一实施例的像素P包括转换元件D、浮动扩散层Cfd、差分放大电路DA、反馈晶体管TrFB、钳位电容Ccl和复位晶体管TrRST。
[0073] 将与入射光通过转换元件D的转换相对应的电荷传输到浮动扩散层Cfd的传输晶体管TrTG连接在转换元件D和浮动扩散层Cfd之间。传输晶体管TrTG通过施加的控制信号TG变为开启状态(导通状态)，从而将与通过转换元件D的入射光的转换相对应的电荷传输到浮动扩散层Cfd。在下文中，传输晶体管TrTG可以表示为“TG”。
[0074] 将电荷传输到溢出漏极OFD的溢出漏极晶体管TrOFG连接在转换元件D和释放电荷的溢出漏极OFD之间。溢出漏极晶体管TrOFG通过施加的控制信号OFG变为开启状态，从而将与通过转换元件D的入射光的转换相对应的电荷传输到溢出漏极OFD。在下文中，溢出漏极晶体管TrOFG可以表示为“OFG”。来自转换元件D的过量电荷也可以经由传输晶体管TrTG和复位晶体管TrRST释放到电源端(VDD)。如上所述，当来自转换元件D的过量电荷释放到电源端时，可以省略图2所示的OFG和OFD。
[0076] 浮动扩散层Cfd连接到转换元件D，并将由转换元件D转换的光电子转换为电压信号。浮动扩散层Cfd起到累积从转换元件D传输的电荷、将累积的电荷转换为电压信号并将其输出的作用。
[0077] 差分放大电路DA是具有包括晶体管的一般构造的差分放大电路。差分放大电路DA包括“连接到浮动扩散层Cfd并被输入由浮动扩散层Cfd转换的电压信号(浮动扩散层Cfd的电位，下文同)的放大晶体管TrAMP”和“被输入参考信号(示例控制信号)的参考晶体管TrREF”，放大晶体管TrAMP和参考晶体管TrREF作为输入级的晶体管以放大电压信号。放大晶体管TrAMP的控制端经由钳位电容Ccl连接到浮动扩散层Cfd。差分放大电路DA所包括的晶体管TrOUT1和TrOUT2是差分放大电路的输出级所包括的晶体管。在下文中，放大晶体管TrAMP可以表示为“AMP”，而参考晶体管TrREF可以表示为“REF”。
[0078] 反馈晶体管TrFB连接到放大晶体管TrAMP，并初始化差分放大电路DA。反馈晶体管TrFB变为开启状态，由此放大晶体管TrAMP的控制端和另一端彼此连接，放大晶体管TrAMP的控制端的电位变为差分放大电路DA的初始化电位，并且差分放大电路DA被初始化。在下文中，当反馈晶体管TrFB变为开启状态时，差分放大电路DA的操作可以表示为“自动归零操作”。
[0079] 钳位电容Ccl串联连接在浮动扩散层Cfd和放大晶体管TrAMP之间。钳位电容Ccl的示例包括诸如线间电容和电容器等电容性元件。钳位电容Ccl设置为与放大晶体管TrAMP的控制端电容和附加到放大晶体管TrAMP的控制端的线间电容相比足够大的电容。
[0080] 复位晶体管TrRST并联连接在浮动扩散层Cfd和钳位电容Ccl之间，并初始化浮动扩散层Cfd的电位。复位晶体管TrRST变为开启状态以初始化浮动扩散层Cfd的电位。
[0081] 图3是根据第一实施例的像素P中的示例性操作的说明图。例如，由驱动器104(或外部驱动器)提供图3所示的各种控制信号。
[0082] 下面首先说明初始化浮动扩散层Cfd的电位和将电荷从转换元件D传输到浮动扩散层Cfd的操作。
[0083] 如图3所示，在像素P中，当差分放大电路DA正在执行自动归零操作时(当反馈晶体管TrFB处于开启状态时)，复位晶体管TrRST变为开启状态，并且浮动扩散层Cfd的电位被初始化。在该过程中，放大晶体管TrAMP的控制端(连接到浮动扩散层Cfd的放大晶体管TrAMP的端子)固定为差分放大电路DA的初始化电位。
[0084] 在浮动扩散层Cfd的电位被初始化之后(在复位晶体管TrRST从开启状态变为关闭状态(非导通状态)之后)，像素P中的差分放大电路DA的自动归零操作结束。
[0085] 在差分放大电路DA的自动归零操作结束之后，传输晶体管TrTG变为开启状态，由此转换元件D和浮动扩散层Cfd彼此连接，并且与通过转换元件D的入射光的转换相对应的电荷传输到浮动扩散层Cfd。
[0086] 下面说明当检测由浮动扩散层Cfd检测到的电压信号时的操作。
[0087] 如图3所示，在执行电荷从转换元件D到浮动扩散层Cfd的传输之后(在传输晶体管TrTG从开启状态变为关闭状态之后)，反馈晶体管TrFB处于关闭状态，并且放大晶体管TrAMP的控制端(连接到浮动扩散层Cfd的放大晶体管TrAMP的端子)发生电浮动。在该过程中，由浮动扩散层Cfd获得的电压信号施加到放大晶体管TrAMP的控制端，并且在像素P中检测到由浮动扩散层Cfd获得的电压信号。
[0088] 应当理解，根据第一实施例将要提供给像素P的各种控制信号的示例不限于图3所示的示例。
[0089] 例如，根据第一实施例的像素P具有图2所示的构造。
[0090] 如图2所示，在根据第一实施例的像素P中，转换元件D、浮动扩散层Cfd、差分放大电路DA的包括放大晶体管TrAMP的部分、反馈晶体管TrFB、钳位电容Ccl和复位晶体管TrRST设置在作为同一基板的第一基板B1上。如图2所示，在根据第一实施例的像素P中，差分放大电路DA的输出级(差分放大电路DA的另一部分)设置在第二基板B2上。因此，根据第一实施例的像素P在第一基板B1和第二基板B2之间具有两个板间接合点J。
[0091] 根据第一实施例的像素P的构造不限于图2所示的示例。
[0092] 例如，多个像素P可以共享浮动扩散层Cfd、差分放大电路DA、反馈晶体管TrFB、钳位电容Ccl和复位晶体管TrRST。
[0093] 图4是根据第一实施例的像素P的构造的另一示例的说明图，并且示出了“其中两个像素P共享浮动扩散层Cfd、差分放大电路DA、反馈晶体管TrFB、钳位电容Ccl和复位晶体管TrRST的情况”的示例性构造。
[0094] 当摄像单元102具有图4所示的构造的像素P时，通过控制信号TG控制共享浮动扩散层Cfd等的各个像素P的传输晶体管TrTG的导通状态，由此各个像素P的与通过转换元件D的入射光的转换相对应的电荷分别传输到浮动扩散层Cfd。
[0095] 尽管图4示出了其中两个像素P共享浮动扩散层Cfd等的示例，但是在摄像单元102中三个或更多像素P可以共享浮动扩散层Cfd等。作为示例，根据第一实施例的摄像装置100可以具有其中四个像素P共享浮动扩散层Cfd等的构造，或者其中八个像素P共享浮动扩散层Cfd等的构造。即使当三个或更多像素P共享浮动扩散层Cfd等时，也控制各个像素P的传输晶体管TrTG的导通状态，由此各个像素P的与通过转换元件D的入射光的转换相对应的电荷可以分别传输到浮动扩散层Cfd。
[0096] [2-2]根据第一实施例的像素P的布局
[0097] 下面示出根据第一实施例的像素P的示例性布局。
[0098] 图5和图6均是根据第一实施例的像素P的示例性布局的示意性说明图。图5示出了当像素P具有图4所示的构造时的示意性布局。图6示出了其中以矩阵形式布置具有图5所示的布局的像素P的示例性像素阵列。
[0099] 图7A至图7J分别是根据第一实施例的像素P的示例性布局的说明图，并且分别示出了当像素P具有图4所示的构造时的示例性布局。图7A至图7J所示的B分别是在图7A至图7J所示的A中各自所示的I-I线截面的示意图。
[0100] 如图7A至图7J所示，可以通过多种数量的布线模式实现根据第一实施例的像素P。应当理解，根据第一实施例的像素P的布局不限于图7A至图7J所示的示例。
[0101] [3]根据第二实施例的摄像装置
[0102] 下面说明根据第二实施例的摄像装置。根据第二实施例的摄像装置具有与上述根据第一实施例的摄像装置基本相似的构造(包括变形)，其中像素P的构造与上述根据第一实施例的摄像装置的像素P的构造不同。鉴于这种情况，下文省略根据第二实施例的摄像装置中的与上述根据第一实施例的摄像装置相似的要点的说明，并且说明根据第二实施例的像素P的示例性构造。
[0103] [3-1]根据第二实施例的像素P的示例性构造
[0104] 图8是根据第二实施例的像素P的示例性构造的说明图。图8示出了其中像素P包括两个基板(包括第一基板B1和第二基板B2)的示例。
[0105] 例如，根据第二实施例的像素P包括转换元件D、浮动扩散层Cfd、差分放大电路DA、反馈晶体管TrFB、钳位电容Ccl和复位晶体管TrRST。
[0106] 根据第二实施例的像素P和根据第一实施例的像素P之间的差异是设置在第一基板B1和第二基板B2中的各者中的组件。
[0107] 更具体地，如图8所示，在根据第二实施例的像素P中，转换元件D、浮动扩散层Cfd、钳位电容Ccl和复位晶体管TrRST设置在作为同一基板的第一基板B1上。如图8所示，在根据第二实施例的像素P中，差分放大电路DA和反馈晶体管TrFB设置在第二基板B2上。因此，根据第二实施例的像素P在第一基板B1和第二基板B2之间具有一个板间接合点J，因此与第一实施例相比，可以减少板间接合点J的数量。
[0108] 如图8所示，例如，差分放大电路DA设置在与设置有转换元件D等的第一基板B1不同的基板上，由此可以扩大设置有差分放大电路DA的Si区域。因此，可以确保差分放大电路DA中所包括的晶体管的尺寸足够大而不受像素P的尺寸的限制，并且防止了诸如P(预充电)相变化等特性的降低，由此可以改善差分放大电路DA的模拟电路特性。
[0109] 根据第二实施例的像素P的构造不限于图8所示的示例。
[0110] 例如，与第一实施例一样，多个像素P可以共享浮动扩散层Cfd、差分放大电路DA、反馈晶体管TrFB、钳位电容Ccl和复位晶体管TrRST。
[0111] 图9是根据第二实施例的像素P的构造的另一示例的说明图，并且示出了“其中两个像素P共享浮动扩散层Cfd、差分放大电路DA、反馈晶体管TrFB、钳位电容Ccl和复位晶体管TrRST的情况”的示例性构造。
[0112] 当根据第二实施例的摄像单元具有图9所示的构造的像素P时，与摄像单元具有图4所示的构造的像素P的情况一样，控制共享浮动扩散层Cfd等的各个像素P的传输晶体管TrTG的导通状态，由此各个像素P的与通过转换元件D的入射光的转换相对应的电荷分别传输到浮动扩散层Cfd。
[0113] 与根据第一实施例的摄像单元102一样，尽管图9示出了其中两个像素P共享浮动扩散层Cfd等的示例，但是在根据第二实施例的摄像单元中，三个或更多像素P可以共享浮动扩散层Cfd等。
[0114] [3-2]根据第二实施例的像素P的布局
[0115] 下面说明根据第二实施例的像素P的示例性布局。
[0116] 图10是根据第二实施例的像素P的布局的说明图，并且示出了当像素P具有图9所示的构造时的示例性布局。图10所示的B是图10所示的A中示出的I-I线截面的示意图。
[0117] 应当理解，根据第二实施例的像素P的布局不限于图10所示的示例。
[0118] 例如，与图6一样，根据第二实施例的摄像装置的像素阵列具有其中具有图10所示的布局的像素P以矩阵形式布置的构造。
[0119] [4]根据第三实施例的摄像装置
[0120] 下面说明根据第三实施例的摄像装置。根据第三实施例的摄像装置具有与上述根据第一实施例的摄像装置基本相似的构造(包括变形)，其中像素P的构造与上述根据第一实施例的摄像装置的像素P的构造和上述根据第二实施例的摄像装置的像素P的构造不同。鉴于这种情况，下文省略根据第三实施例的摄像装置中的与上述根据第一实施例的摄像装置和上述根据第二实施例的摄像装置相似的要点的说明，并且说明根据第三实施例的像素P的示例性构造。
[0121] [4-1]根据第三实施例的像素P的示例性构造
[0122] 图11是根据第三实施例的像素P的示例性构造的说明图。图11示出了其中像素P包括两个基板(包括第一基板B1和第二基板B2)的示例。
[0123] 例如，根据第三实施例的像素P包括转换元件D、浮动扩散层Cfd、差分放大电路DA、反馈晶体管TrFB、钳位电容Ccl和复位晶体管TrRST。
[0124] 根据第三实施例的像素P与根据第一实施例的像素P和根据第二实施例的像素P之间的差异是设置在第一基板B1和第二基板B2的各者中的组件。
[0125] 更具体地，如图11所示，在根据第三实施例的像素P中，转换元件D、浮动扩散层Cfd和复位晶体管TrRST设置在作为同一基板的第一基板B1上。如图11所示，在根据第三实施例的像素P中，与根据第二实施例的像素P一样，差分放大电路DA和反馈晶体管TrFB设置在第二基板B2上。如图11所示，在根据第三实施例的像素P中，钳位电容Ccl是由将基板B1和基板B2接合在一起的接合金属布线形成的线间电容(将不同基板接合在一起的布线的示例性线间电容)。接合金属布线的示例包括用于连接焊盘的金属。
[0126] 因此，与根据第二实施例的像素P一样，根据第三实施例的像素P在第一基板B1和第二基板B2之间具有一个板间接合点J，因此与第一实施例相比，可以减少板间接合点J的数量。
[0127] 与根据第二实施例的像素P一样，根据第三实施例的像素P可以具有其中设置有差分放大电路DA的大的Si区域，并且因此可以改善差分放大电路DA的模拟电路特性。
[0128] 例如，根据第三实施例的像素P可以使用用于连接焊盘的金属来形成电容，并且可以仅与绝缘膜进行板间接合，因此可以提高连接成品率。
[0129] 根据第三实施例的像素P的构造不限于图11所示的示例。
[0130] 例如，与第一实施例一样，多个像素P可以共享浮动扩散层Cfd、差分放大电路DA、反馈晶体管TrFB、钳位电容Ccl和复位晶体管TrRST。
[0131] 图12是根据第三实施例的像素P的构造的另一示例的说明图，并且示出了“其中两个像素P共享浮动扩散层Cfd、差分放大电路DA、反馈晶体管TrFB、钳位电容Ccl和复位晶体管TrRST的情况”的示例性构造。
[0132] 当根据第三实施例的摄像单元具有图12所示的构造的像素P时，与摄像单元具有图4所示的构造的像素P的情况一样，控制共享浮动扩散层Cfd等的各个像素P的传输晶体管TrTG的导通状态，由此各个像素P的与通过转换元件D的入射光的转换相对应的电荷分别传输到浮动扩散层Cfd。
[0133] 尽管图12示出了其中两个像素P共享浮动扩散层Cfd等的示例，但是与根据第一实施例的摄像单元102一样，在根据第三实施例的摄像单元中，三个或更多像素P可以共享浮动扩散层Cfd等。
[0134] [4-2]根据第三实施例的像素P的布局
[0135] 下面说明根据第三实施例的像素P的示例性布局。
[0136] 图13是根据第三实施例的像素P的布局的说明图，并且示出了当像素P具有图12所示的构造时的示例性布局。图13所示的B是图13所示的A中示出的I-I线截面的示意图。
[0137] 应当理解，根据第三实施例的像素P的布局不限于图13所示的示例。
[0138] 例如，根据第三实施例的摄像装置的像素阵列具有其中与图6一样具有图13所示的布局的像素P以矩阵形式布置的构造。
[0139] [5]根据另一实施例的摄像装置
[0140] 根据本实施例的摄像装置不限于上述根据第一实施例、第二实施例和第三实施例的摄像装置。
[0141] 例如，为了减小像素阵列中的浮动扩散层Cfd之间的信号干扰，根据本实施例的摄像装置还可以在“共享一个浮动扩散层Cfd的像素P和共享与该一个浮动扩散层Cfd相邻的另一个浮动扩散层Cfd的像素P之间的边界部分”处设置电屏蔽。例如，通过布线层设置电屏蔽。
[0142] 图14是根据另一实施例的摄像装置的像素阵列的示例性布局的说明图，并且示出了其中使用基板内的布线形成钳位电容Ccl的示例。
[0143] 如图14中的A所示，电屏蔽通过在“共享一个浮动扩散层Cfd的像素P和共享与该一个浮动扩散层Cfd相邻的另一个浮动扩散层Cfd的像素P之间的边界部分”处的布线层设置。
[0144] 例如，电屏蔽中所包括的布线(在下文中，称为“屏蔽布线”)排列为围绕像素的整个边界部分或围绕边界部分的一部分。图14中的B示出了根据本实施例的屏蔽布线的示例性布局。应当理解，屏蔽布线的布局不限于图14中的B所示的示例。
[0145] 例如，电屏蔽中所包括的布线层(在下文中称为“屏蔽布线层”)包括与具有浮动扩散层Cfd的基板的布线中所包括的各金属布线层相同的金属布线层。屏蔽布线层连接到提供标准电位VSS的端子。
[0146] 尽管图14示出了从图14的底部起使用第三布线和第四布线形成钳位电容Ccl(图14所示的线间电容)的示例，但是在使用其他布线形成钳位电容Ccl的情况下，也可以像图
14那样设置屏蔽布线。
14那样设置屏蔽布线。
[0147] 图15是另一实施例的摄像装置的像素阵列的布局的另一示例的说明图，并且示出了其中使用各个基板的最上面的布线形成钳位电容Ccl的示例。
[0148] 图15所示的示例是钳位电容Ccl由从图15的底部所视的最上面的焊盘层形成的示例。图15所示的示例和图14所示的示例之间的差异是钳位电容Ccl形成的位置，并且图15所示的示例和图14所示的示例除了上述差异之外是相同的。
[0149] 例如，如图14和图15所示，在根据另一实施例的摄像装置中，通过屏蔽布线设置电屏蔽，由此减小了像素阵列中的浮动扩散层Cfd之间的信号干扰。
[0150] [6]根据本实施例的摄像装置产生的效果
[0151] 例如，根据本实施例的摄像装置产生下文所述的效果。应当理解，由根据本实施例的摄像装置产生的效果不限于下文所述的示例。
[0152] 当初始化浮动扩散层Cfd的电位时，浮动扩散层Cfd的复位电位可以是VDD电位，因此不会发生由发生在差分放大电路DA的输出级所包括的晶体管Trout2中的电压降所导致的浮动扩散层Cfd的动态范围的减小。
[0153] 例如，当检测诸如P相信号和D(数据)相信号等各种信号时(当检测由浮动扩散层Cfd获得的电压信号时)，反馈晶体管TrFB处于关闭状态，与根据现有技术的浮动扩散层的电容相似的浮动扩散层Cfd的电容是足够的，因此减小了浮动扩散层Cfd中的转换效率的降低。
[0154] 如在根据第二实施例的摄像装置或根据第三实施例的摄像装置中一样，差分放大电路DA设置在与设置有转换元件D等的基板不同的基板上，由此改善了差分放大电路DA的电路特性。差分放大电路DA设置在与设置有转换元件D等的基板不同的基板上，由此可以进一步减少板间接合点J的数量。
[0155] (根据本实施例的摄像装置的应用例)
[0156] 已经说明了作为本实施例的摄像装置，本实施例不限于这种模式。例如，本实施例可以应用于各种图像传感器，例如“在诸如汽车、电动车辆、混合动力车辆、摩托车、自行车、个人移动装置、飞机、无人机、轮船、机器人、人造卫星和测量仪器等任何移动体中使用的图像传感器”、“在工厂、配给系统等中使用的工业图像传感器”、“在智能运输系统(ITS)中使用的图像传感器”和“预防犯罪的图像传感器”。例如，本实施例可以应用于包括图像传感器的任何装置，诸如包括图像传感器的移动体等。
[0157] 下面说明当根据本公开的技术应用于移动体时的示例。
[0158] 图16是作为可应用根据本公开的技术的示例性移动体控制系统的车辆控制系统的示意性构造示例的框图。
[0159] 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16所示的示例中，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和集成控制单元12050。作为集成控制单元12050的功能组件，示出了微计算机12051、声音/图像输出单元12052和车载网络接口(I/F)12053。
12020、车外信息检测单元12030、车内信息检测单元12040和集成控制单元12050。作为集成控制单元12050的功能组件，示出了微计算机12051、声音/图像输出单元12052和车载网络接口(I/F)12053。
[0160] 驱动系统控制单元12010根据各种计算机程序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用作如下设备的控制设备：用于产生车辆的驱动力的诸如内燃机或驱动马达等驱动力产生设备；用于将驱动力传输给车轮的驱动力传输机构；用于调节车辆的转向角的转向机构；和用于产生车辆的制动力的制动设备等。
[0161] 车身系统控制单元12020根据各种计算机程序控制安装在车身中的各种设备的操作。例如，车身系统控制单元12020用作无钥匙进入系统、智能钥匙系统、电动车窗或诸如前大灯、倒车灯、制动灯、信号灯和雾灯等各种灯的控制设备。在这种情况下，可以将代替钥匙的便携式设备发出的无线电波或各种开关的信号输入到车身系统控制单元12020。在接收到这些无线电波或信号的输入之后，车身系统控制单元12020控制车辆的门锁、电动车窗、灯等。
[0162] 车外信息检测单元12030检测安装有车辆控制系统12000的车辆的外部信息。例如，摄像单元12031连接到车外信息检测单元12030。车外信息检测单元12030使摄像单元12031拍摄车辆外部的图像并接收所拍摄的图像。基于接收的图像，车外信息检测单元
12030可以执行针对道路上的人、车辆、障碍物、标志、符号等的目标检测处理，或执行距离检测处理。
12030可以执行针对道路上的人、车辆、障碍物、标志、符号等的目标检测处理，或执行距离检测处理。
[0163] 摄像单元12031是接收光并输出与光的接收量相对应的电信号的光学传感器。摄像单元12031可以输出电信号作为图像，并且还可以输出电信号作为距离测量信息。摄像单元12031接收的光可以是可见光，或者诸如红外线等不可见光。
[0164] 车内信息检测单元12040检测车辆内部的信息。例如，检测驾驶员状态的驾驶员状态检测器12041连接到车内信息检测单元12040。例如，驾驶员状态检测器12041包括用于拍摄驾驶员图像的相机，基于从驾驶员状态检测器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程度或注意力集中程度，或者确定驾驶员是否入睡。
[0165] 微计算机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获得的车辆内部或外部的信息来计算驱动力产生设备、转向机构或制动设备的控制目标值，并向驱动系统控制单元12010输出控制命令。例如，微计算机12051可以执行旨在实现高级驾驶员辅助系统(ADAS)功能的协作控制，该高级驾驶员辅助系统功能包括避免车辆碰撞或减震、基于车辆距离的跟随行驶、车速保持行驶、车辆碰撞警告和车道偏离警告。
[0166] 微计算机12051基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的车辆周围的信息来控制驱动力产生设备、转向机构或制动设备，从而可以执行旨在无需依赖驾驶员的操作而自主行驶的自动驾驶等的协作控制。
[0167] 微计算机12051可以基于由车外信息检测单元12030获得的车辆外部的信息来向车身系统控制单元12020输出控制命令。例如，微计算机12051可以执行旨在防炫目的协作控制，该协作控制包括根据通过车外信息检测单元12030检测到的前车或来向车道中的车辆的位置控制前大灯，和将远光切换到近光。
[0168] 声音/图像输出单元12052将声音或图像中的至少一者的输出信号传输到能够将视觉或听觉信息提供给车辆的乘客或车辆的外部的输出设备。图16中的示例举例说明了音频扬声器12061、显示单元12062和设备面板12063作为输出设备。例如，显示单元12062可以包括车载显示器或平视显示器(head-up display)中的至少一者。
[0169] 图17是摄像单元12031的示例性安装位置的图。
[0170] 在图17中，车辆12100具有作为摄像单元12031的摄像单元12101、12102、12103、12104和12105。
[0171] 例如，摄像单元12101、12102、12103、12104和12105设置在车辆12100的诸如前鼻、后视镜、后保险杠、后门和车厢内挡风玻璃的上部等位置处。设置在前鼻处的摄像单元12101和设置在车厢内的挡风玻璃的上部处的摄像单元12105主要获得车辆12100前方的图像。设置在后视镜处的摄像单元12102和12103主要获得车辆12100侧面的图像。设置在后保险杠或后门处的摄像单元12104主要获得车辆12100后方的图像。由摄像单元12101和12105获得的前方图像主要用于检测前方车辆或行人、障碍物、交通信号、交通标志、行车道等。
[0172] 图17示出了摄像单元12101至12104的示例性摄像范围。摄像范围12111表示设置在前鼻处的摄像单元12101的摄像范围，摄像范围12112和12113分别表示设置在各后视镜处的摄像单元12102和12103的摄像范围，摄像范围12114表示设置在后保险杠或后门处的摄像单元12104的摄像范围。例如，叠加由摄像单元12101至12104拍摄的多条图像数据，由此获得从上方观看车辆12100的俯视图像。
[0173] 摄像单元12101至12104中的至少一个可以具有获得距离信息的功能。例如，摄像单元12101至12104中的至少一个可以是包括多个摄像元件的立体相机，或具有用于相差检测的像素的摄像元件。
[0174] 例如，基于从摄像单元12101至12104获得的距离信息，微计算机12051确定距摄像范围12111至12114内的每个立体物的距离以及该距离的时间变化(相对于车辆12100的相对速度)，从而可以特别提取车辆12100的行驶路线上与车辆12100基本相同的方向上以预定速度(例如0km/h以上)行进的最接近的立体物作为前车。此外，微计算机12051可以预先设定与前车保持的跟随距离，以执行自动制动控制(包括跟随停止控制)、自动加速控制(包括跟随启动控制)等。因此，可以执行旨在不依赖驾驶员的操作而自主行驶的自动驾驶等的协同控制。
[0175] 例如，微计算机12051可以基于从摄像单元12101至12104获得的距离信息提取立体物的多条立体物数据，同时将其分类为摩托车、普通车辆、大型车辆、行人和诸如电线杆等其他立体物，并将它们用于自动避开障碍物。例如，关于车辆12100周围的障碍物，微计算机12051区分车辆12100的驾驶员视觉上可识别的障碍物和车辆12100的驾驶员难以视觉识别的障碍物。微计算机12051确定表示与每个障碍物发生碰撞的风险程度的碰撞风险，在碰撞风险为设定值以上且有发生碰撞的可能性的情况下，经由音频扬声器12061或显示单元12062向驾驶员输出警告，或经由驱动系统控制单元12010执行强制减速或回避转向，从而可以执行避免碰撞的驾驶辅助。
[0176] 摄像单元12101至12104中的至少一个可以是检测红外线的红外相机。例如，微计算机12051确定在摄像单元12101至12104拍摄的图像中是否存在任何行人，从而可以识别行人。例如，通过以下步骤执行这种行人识别的过程：在作为红外相机的摄像单元12101至12104拍摄的图像中提取特征点，对表示物体轮廓的一系列特征点进行图案匹配处理，从而判断物体是否为行人。当微计算机12051确定在摄像单元12101至12104拍摄的图像中存在任何行人而识别出行人时，声音/图像输出单元12052控制显示单元12062以在识别出的行人上叠加地显示用于强调的方形轮廓。声音/图像输出单元12052可以控制显示单元12062以在期望的位置显示指示行人的图标等。
[0177] 已经说明了当根据本实施例的技术应用于移动体时的示例性车辆控制系统。例如，根据本实施例的技术可以应用于车辆控制系统中的摄像单元12031。应当理解，根据本实施例的技术所应用的组件不限于车辆控制系统中的摄像单元12031。
[0178] 已经参照附图说明了本公开的优选实施例，本公开的技术范围不限于这些示例。显然，本公开的技术领域的技术人员可以想到在权利要求书中所述的技术思想的范围内的各种修改示例或修正示例，并且应当理解，它们自然也属于本公开的技术范围。
[0179] 本说明书中所述的效果仅是说明性和示例性的，而非限制性的。换句话说，根据本说明书的说明，显然对于本领域技术人员而言，根据本公开的技术可以连同上述效果或替代上述效果产生其他效果。
[0180] 下列构造也属于本公开的技术范围。
[0181] (1)
[0182] 一种摄像装置，包括具有多个像素的摄像单元，
[0183] 所述像素各自具有：
[0184] 转换元件，将入射光转换成光电子；
[0185] 浮动扩散层，电连接到所述转换元件并将所述光电子转换为电压信号；
[0186] 差分放大电路，电连接到所述浮动扩散层，包括被输入所述浮动扩散层的电位的放大晶体管，并放大所述浮动扩散层的电位；
[0187] 反馈晶体管，电连接到所述放大晶体管并初始化所述差分放大电路；
[0188] 钳位电容，串联连接在所述浮动扩散层和所述放大晶体管之间；和[0189] 复位晶体管，并联连接在所述浮动扩散层和所述钳位电容之间，并初始化所述浮动扩散层的电位。
[0190] (2)
[0191] 根据(1)所述的摄像装置，其中，所述像素共享所述浮动扩散层、所述差分放大电路、所述反馈晶体管、所述钳位电容和所述复位晶体管。
[0192] (3)
[0193] 根据(1)或(2)所述的摄像装置，其中，
[0194] 所述摄像单元包括多个层压基板，并且
[0195] 至少所述转换元件、所述浮动扩散层和所述复位晶体管设置在同一基板上。
[0196] (4)
[0197] 根据(3)所述的摄像装置，其中，所述转换元件、所述浮动扩散层、所述差分放大电路的包括所述放大晶体管的部分、所述反馈晶体管、所述钳位电容和所述复位晶体管设置在同一基板上。
[0198] (5)
[0199] 根据(3)所述的摄像装置，其中，所述转换元件、所述浮动扩散层、所述钳位电容和所述复位晶体管设置在同一基板上。
[0200] (6)
[0201] 根据(3)所述的摄像装置，其中，
[0202] 所述转换元件、所述浮动扩散层和所述复位晶体管设置在同一基板上，并且[0203] 所述钳位电容是将不同基板接合在一起的布线的线间电容。
[0204] (7)
[0205] 根据(1)至(6)中任一项所述的摄像装置，其中，
[0206] 当初始化所述浮动扩散层的电位时，所述反馈晶体管处于导通状态，并且电连接到所述浮动扩散层的所述放大晶体管的端子固定为所述差分放大电路的初始电位，并且[0207] 当检测由所述浮动扩散层获得的所述电压信号时，所述反馈晶体管处于截止状态，并且所述放大晶体管的端子发生电浮动。
[0208] 附图标记列表
[0209] 100 摄像装置
[0210] 102 摄像单元
[0211] 104 驱动器
[0212] Cfd 浮动扩散层
[0213] Ccl 钳位电容
[0214] D 转换元件
[0215] DA 差分放大电路
[0216] P 像素
[0217] TrAMP 放大晶体管
[0218] TrFB 反馈晶体管
[0219] TrRST 复位晶体管
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