成像传感器、芯片、成像系统和移动体技术方案

本公开内容涉及成像传感器、芯片、成像系统和移动体。成像传感器包括像素、放大器和逐次逼近模数(AD)转换器。像素被配置为输出像素信号。放大器被配置为输出通过放大像素信号而获得的放大信号。逐次逼近模数AD转换器检测放大信号是否在预定信号范围内。

Imaging sensors, chips, imaging systems and mobile objects

The present disclosure relates to imaging sensors, chips, imaging systems and mobile objects. Imaging sensors include pixels, amplifiers and successive approximation analog-to-digital (AD) converters. Pixels are configured to output pixel signals. The amplifier is configured to output an amplified signal obtained by amplifying the pixel signal. The successive approximation AD converter detects whether the amplified signal is within the predetermined signal range.

【技术实现步骤摘要】
成像传感器、芯片、成像系统和移动体
实施例的一个公开的方面涉及一种成像传感器、芯片、成像系统和移动体。
技术介绍
其中放大器将增益施加于像素产生的像素信号以实现宽动态范围或高速读出的成像传感器已经被提出。日本专利公开No,2017-79464描述了基于像素信号的信号电平和阈值之间的比较结果来改变相对于像素信号的增益。此外，日本专利公开No.2017-79464描述了通过使用斜坡信号的模数(AD)转换器将施加该增益的像素信号转换为数字信号。
技术实现思路
根据实施例的一方面，成像传感器包括像素、放大器和逐次逼近模数(AD)转换器。像素被配置为输出像素信号。放大器被配置为输出通过放大像素信号而获得的放大信号。逐次逼近模数(AD)转换器被配置为执行放大信号的AD转换。AD转换器检测放大信号是否在预定信号范围内。在检测结果指示放大信号的振幅小于预定值的情况下，放大器把将施加于像素信号的增益设置为第一增益，并且输出放大信号，AD转换器执行以第一增益放大的放大信号的AD转换。在检测结果指示放大信号的振幅大于预定值的情况下，放大器把将施加于像素信号的增益设置为低于第一增益的第二增益，并且输出放大信号，AD转换器执行以第二增益放大的放大信号的AD转换。像素布置在第一芯片中。放大器和AD转换器布置在第二芯片中。第一芯片和第二芯片彼此堆叠。从以下参照附图对示例性实施例的描述，本公开的进一步的特征将变得清楚。附图说明图1例示说明成像传感器的配置。图2例示说明像素的等效电路。图3例示说明放大器和AD转换器的配置。图4例示说明AD转换器的等效电路。图5是例示说明成像传感器的操作的时序图。图6例示说明放大器和AD转换器的配置。图7是例示说明成像传感器的操作的时序图。图8例示说明放大器和AD转换器的配置。图9例示说明堆叠式成像传感器的配置。图10例示说明堆叠式成像传感器的平面图中的布置。图11例示说明成像传感器的配置。图12例示说明成像传感器的截面配置。图13例示说明成像传感器的截面配置。图14A和14B例示说明成像传感器的操作。图15例示说明成像传感器的配置。图16例示说明成像传感器的操作。图17例示说明成像传感器的配置。图18例示说明成像系统的配置。图19A和19B例示说明移动体的配置。图20例示说明成像系统的处理。具体实施方式关于日本专利公开No.2017-79464中描述的成像传感器，描述了使用斜坡信号的AD转换器。然而，基于其他AD转换格式的AD转换器和放大器的组合中的适当的电路配置尚未被讨论。特别地，基于其他AD转换格式的AD转换器和放大器的组合中的电路面积的缩小尚未被讨论。下面将描述的技术旨在提供适当的电路配置，在该电路配置中，电路面积在逐次逼近AD转换器和放大器的组合中缩小。下面将参照附图来描述本公开的示例性实施例。相同的编号在各种示例性实施例中自始自终被分配给类似的元件，并且重复的描述将被省略。另外，各示例性实施例可以被适当地修改并且彼此组合。第一示例性实施例将参照图1的电路框图来描述根据本实施例的成像传感器的配置。成像传感器包括图1所示的各组件。按行和列布置的多个像素100构成像素阵列102。在图1中，将描述像素阵列102包括例如四行三列的像素的情况。然而，像素阵列102的布置不限于此。每个像素100根据入射在像素100上的光产生像素信号。构成同一行的多个像素100共同连接到单个驱动线。用于控制像素100的操作的控制信号经由驱动线从垂直扫描电路101供应给像素100。另一方面，构成同一列的多个像素100共同连接到单个信号线201。经由信号线201供应给放大器103的电压信号被称为信号Vv1。在像素信号从像素100读出到信号线201的情况下，信号Vv1取根据像素信号的值。放大器103通过放大信号Vv1来产生放大信号Vamp。成像传感器包括AD转换器107。AD转换器107是逐次逼近AD转换器。AD转换器(以下，将被称为ADC)107包括数模转换器104(以下，将被称为DAC104)。ADC107还包括比较器105和控制电路106。放大信号Vamp被供应给比较器105。如下面将描述的，放大器103通过使用多个增益中的任何一个放大信号Vv1来产生放大信号Vamp。在信号Vv1取根据像素信号的值的情况下，放大器103放大像素信号。除了来自放大器103的放大信号Vamp之外，来自DAC104的比较信号也输入到比较器105。比较器105将放大信号Vamp与比较信号进行比较，并且将比较的结果输出到控制电路106。控制电路106将从比较器105输入的比较结果输出到存储器108。输出到存储器108的比较结果是与放大信号Vamp相对应的数字信号。比较器105还执行放大信号Vamp和阈值之间的比较。该比较的结果也从比较器105输出到控制电路106。控制电路106基于输出到控制电路106的放大信号Vamp和阈值之间的比较结果来将信号ATT输出到放大器103。信号ATT是用于控制放大器103的增益的信号。输出到存储器108的数字信号通过水平扫描电路109执行的水平扫描被逐列地从存储器108顺序地读出。放大器103、DAC104、比较器105、控制电路106和存储器108针对每个信号线201被布置。图2是根据本示例性实施例的像素100的等效电路图。像素100包括用作光电转换单元的光电二极管601a和601b。已经通过单个微透镜和滤色器(在图中未例示说明)的光入射在像素100的光电二极管601a和601b上。入射在光电二极管601a上的光的波长与入射在光电二极管601b上的光的波长基本上是相同的。光电二极管601a经由传输晶体管603a连接到浮置扩散单元(以下，将被称为FD单元)605。传输晶体管603a的栅极经由控制线650连接到垂直扫描电路(在图中未例示说明)。光电二极管601b经由传输晶体管603b连接到FD单元605。传输晶体管603b的栅极经由控制线655连接到垂直扫描电路(在图中未例示说明)。FD单元605连接到放大晶体管607的栅极和重置晶体管606。重置晶体管606和放大晶体管607被供应电源电压Vdd。重置晶体管606的栅极经由控制线660连接到垂直扫描电路(在图中未例示说明)。放大晶体管607连接到选择晶体管608。选择晶体管608的栅极经由控制线665连接到垂直扫描电路(在图中未例示说明)。选择晶体管608连接到信号线201。图3是图1所示的放大器103和ADC107的等效电路图。放大器103包括放大器amp、与放大器amp的输入电容相对应的电容元件Cin1、与放大器amp的反馈电容相对应的电容元件Cfb1和电容元件Cfb2、以及开关SW1和SW2。电容元件Cin、电容元件Cfb1和电容元件Cfb2的电容值按所陈述的次序分别为4C、1C和3C。开关SW1由从定时发生器(在图中未例示说明)供应的信号PR0控制。开关SW2由OR电路ORC输出的信号控制。OR电路ORC基于从定时发生器(在图中未例示说明)供应的控制信号PR1和从控制电路106供应的信号ATT的逻辑和来输出信号。信号线201的信号Vv1输入到放大器103。放大器amp将基于电容元件Cin1与连接到放大器amp的输出节点和输入节点这二者的电容的电容比确本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种成像传感器，其特征在于，包括：像素，像素被配置为输出像素信号；放大器，放大器被配置为输出通过放大像素信号而获得的放大信号；以及逐次逼近模数(AD)转换器，逐次逼近模数转换器被配置为执行放大信号的AD转换，其中，AD转换器检测放大信号是否在预定信号范围内，其中，在检测结果指示放大信号的振幅小于预定值的情况下，放大器把将施加于像素信号的增益设置为第一增益并且输出放大信号，AD转换器执行以第一增益放大的放大信号的AD转换，其中，在检测结果指示放大信号的振幅大于所述预定值的情况下，放大器把将施加于像素信号的增益设置为低于第一增益的第二增益并且输出放大信号，AD转换器执行以第二增益放大的放大信号的AD转换，并且其中，像素布置在第一芯片中，放大器和AD转换器布置在第二芯片中，第一芯片和第二芯片彼此堆叠。

【技术特征摘要】
2017.09.29 JP 2017-1920531.一种成像传感器，其特征在于，包括：像素，像素被配置为输出像素信号；放大器，放大器被配置为输出通过放大像素信号而获得的放大信号；以及逐次逼近模数(AD)转换器，逐次逼近模数转换器被配置为执行放大信号的AD转换，其中，AD转换器检测放大信号是否在预定信号范围内，其中，在检测结果指示放大信号的振幅小于预定值的情况下，放大器把将施加于像素信号的增益设置为第一增益并且输出放大信号，AD转换器执行以第一增益放大的放大信号的AD转换，其中，在检测结果指示放大信号的振幅大于所述预定值的情况下，放大器把将施加于像素信号的增益设置为低于第一增益的第二增益并且输出放大信号，AD转换器执行以第二增益放大的放大信号的AD转换，并且其中，像素布置在第一芯片中，放大器和AD转换器布置在第二芯片中，第一芯片和第二芯片彼此堆叠。2.根据权利要求1所述的成像传感器，其中，所述检测对应于具有预定值的阈值和放大信号之间的比较。3.根据权利要求2所述的成像传感器，其中，AD转换器包括数模转换器和比较器，数模转换器被配置为输出比较信号，比较器被配置为将比较信号与放大信号进行比较，并且其中，阈值是由数模转换器产生的。4.根据权利要求1所述的成像传感器，其中，AD转换器产生基于放大信号的数字信号，并且其中，所述检测对应于所述数字信号和所述预定值之间的比较。5.根据权利要求1所述的成像传感器，进一步包括：复用电路；以及多个放大器，其中，所述多个放大器连接到复用电路的输入节点，AD转换器连接到复用电路的输出节点。6.根据权利要求2所述的成像传感器，进一步包括：复用电路；以及多个放大器，其中，所述多个放大器连接到复用电路的输入节点，AD转换器连接到复用电路的输出节点。7.根据权利要求3所述的成像传感器，进一步包括：复用电路；以及多个放大器，其中，所述多个放大器连接到复用电路的输入节点，AD转换器连接到复用电路的输出节点。8.根据权利要求4所述的成像传感器，进一步包括：复用电路；以及多个放大器，其中，所述多个放大器连接到复用电路的输入节点，AD转换器连接到复用电路的输出节点。9.根据权利要求5所述的成像传感器，其中，所述多个放大器分别放大由相互不同的像素输出的像素信号，其中，所述多个放大器的放大各自的像素信号的时间段至少部分相互重叠，并且其中，在复用电路将由所述多个放大器中的一部分放大器输出的信号输出到AD转换器之后，复用电路将由所述多个放大器中的其他部分的放大器输出的信号输出到AD转换器。10.根据权利要求6所述的成像传感器，其中，所述多个放大器分别放大由相互不同的像素输出的像素信号，其中，所述多个放大器的放大各自的像素信号的时间段至少部分相互重叠，...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉田大介，白井誉浩，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP