CN119497997A 用于编码读出的固态成像装置及操作其的方法 （索尼半导体解决方案公司）

2025.01.15PCT/EP2023/0665212023.06.20WO2024/022679EN2024.02.01用于编码读出的固态成像装置及操作其的2多个列读出电路（20每个列读出电路（20）被配置为通过叠加所述第一数据信号线上传输的所述像素信号来生成第二代码信号，并且从所述第一代码信号和所述第二代码信编码单元（16被配置为根据具有数量为L的码字的二进制扩频码矩阵来控制所述行一编码开关由所述行编码信号控制并被配置为当所述行编码信号有效时将所述像素信号3从在曝光时段内通过所述光电流累积的电荷得到的电述浮置电容（FC）被配置为通过所述光电流进行充电或放电，其中，所述源极跟随器电路其中，所述每个像素电路（100）包括耦合电路（115所述耦合电路将所述像素电路从自输出到所述第一数据信号线（VSL1）的所述像素信号而得的第一4括从得自输出到第一数据信号线的像素信号的第一代码信号和得自输出到第二数据信号5不同的数据信号线上传输每个像素电路的像素信号促进将CDMA读出顺利地集成到具有经[0010]图1是图示基于无源像素电路的根据实施方式的固态成像装置的配置示例的简化[0011]图2是图示基于有源像素电路的根据实施方式的固态成像装置的配置示例的简化[0012]图3示出了图示与无源像素电路和列读出电路相关的、根据实施方式的连接到相[0013]图4示出了图示与无源像素电路和列读出电路相关的、根据实施方式的连接到相[0014]图5示出了图示与有源像素电路和列读出电路相关的、根据实施方式的连接到相[0015]图6是简化框图，该简化框图图示了根据本公开的实施方式的将像素阵列的像素[0016]图7是根据本公开的实施方式的固态成像装置的简化框图，该简化框图用于图示[0018]图11A和图11B示意性地示出了本公开的实施方式的用于讨论效果的不同读出寻6[0021]图14是根据实施方式的形成在具有层压结构的固态成像装置的两个芯片中的一[0023]图16是辅助解释图15的车辆控制系统的车辆外信息检测部分和成像部分的安装极的电压通过场效应来控制通过FET的源极与漏极之间的负载路径的[0027]虽然在下面主要在用于强度读出的某些类型的图像传感器的语境中描述了用于素电路100在第一数据信号线VSL1上或第二数据信号线VSL2上输出像素信号。每个列读出像素行32的所有像素电路100。多个不同的行编码信号被同时应用于像素列31的多个像素电路100，例如，应用于同一像素列31的所有像素电路100或像素阵列11的所有像素电路[0031]每个差分信号DS可以通过从第二代码信号减去第一代码信号或者通过从第一代信号减去得自第一代码信号的信号或者通过从得自第一代码信号的信号减去得自第二代[0032]为此目的，像素阵列11包括多条第一数据信号线VSL1和多条第二数据信号线VSL2。每条第一数据信号线VSL1将多个像素电路100的第一像素输出与列读出电路20中的7一个的第一输入电连接。每条第二数据信号线VSL2将多个像素电路100的第二像素输出与第一数据信号线VSL1将像素列31中的一个的像素电路100的第一像素输出与分配给像素列素列31的像素电路100的第二像素输出与分配给像素列31的列读出电路20的第二输入电连列31的像素电路100向同一信号线对输出像素信号，或者同一像素列31可以被分配给两个[0035]每个像素电路100包括光电转换元件PD。光电转换元件PD通过光电效应将入射的电磁辐射转换成电荷。光电转换元件PD中产生的电荷的量是入射电磁辐射的强度的函数。[0036]像素信号包含像素点亮信息。像素点亮信息可以包括关于辐射强度和/或关于辐素电路100可以是除了光电转换元件PD之外还具有至少一个像素晶体管的有源像素电路，其中，像素信号是通过对检测器电流进行放大、转换和/或缓冲来获得的。像素晶体管是[0038]像素阵列11是二维像素阵列并且形成图像传感器组件10的部分。每个像素电路[0040]行编码线EL将行编码信号ES供应到像素电路100。每条行编码线EL可以电连接到[0041]行编码信号ES控制在编码时段中像素电路100是将像素信号经由第一像素输出输8100可以在行编码信号ES的电压电平低于电压阈值时将像素信号输出到第二数据信号线制信号，并且像素电路100在行编码信号ES的有效高电平处将像素信号输出到第一数据信[0044]每个像素电路100通过选择像素信号被转发到的数据信号线VSL1、VSL2中的一个[0046]取决于一个或多个行编码信号ES的电压电平而在第一数据信号线VSL1或第二数据信号线VSL2上输出像素信号的像素电路100与生成叠加在第一数据信号线VSL1上的像素信号与叠加在第二数据信号线VSL2上的像素信号的差分信号的列读出电路20的组合使能获得完整图像数据的频率经编码读出方法提供比常规逐行读出方法更高的SNR。[0049]每个码字被同时应用于像素电路100中的一些或全部。二进制扩频码矩阵可以是正交扩频码的矩阵，例如，Walsh_Hadamard矩阵。特别地，二进制扩频码矩阵是Walsh_9二信号电平使被寻址的像素电路100在第二数据信号线VSL2上号ES的有效信号电平使被寻址的像素电路100在第一数据信号线VSL1上输出像素信号，并且其中，第二行编码信号电平的有效信号电平使被寻址的像素电路100在第二数据信号线[0058]数字块28和编码单元16可以使用相同的存储器单元17来获得如图示的二进制扩[0059]数字块28促进对先前通过使用二进制扩频码矩阵的L个不同码字编码的每个帧的[0062]图像传感器组件10还可以包括控制图像传感器组件10的部件的传感器控制器1[0063]包括图像传感器组件10的固态成像装置90还可以包括接收并进一步处理数字帧[0064]图1示出了固态成像装置90，该固态成像装置具有仅由编码单元16控制的无源像[0065]图2示出了另一固态成像装置90，该固态成像装置具有由编码单元16和生成行控器单元13与像素阵列11中的像素电路100电连接。特别地，行驱动器单元13可以包括驱动器/缓冲器电路，该驱动器/缓冲器电路驱动针对有源像素电路100中的像素晶体管的合适缓冲器电路中的一个、一些或全部。由一个驱动器/缓冲器电路输出的行控制信号RES、与第二数据信号线VSL2连接的第二像素输出的像素电路100以及列读出电路20，固态成像装置90使能通过使用CDMA读出来操作固态[0067]二进制扩频码矩阵的数量为L的码字被顺序应用于二维像素阵列11的像素列31。100接收的二进制扩频码矩阵的元素值，像素电路100将像素信号输出到第一数据信号线号和得自输出到第二数据信号线VSL2的像素信号的第二代码信号生成差分信号[0068]差分信号DS是从通过将输出到第一数据信号线VSL1的像素信号叠加而获得的第一代码信号和通过叠加输出到第二数据信号线VSL2的像素信号而获得的第二代码信号生放大器输出信号被削波。使用对于较高电流值不及对于较低电流值陡峭的电流_电压传递[0070]每个像素电路100可以包括第一编码开关111和第二编码开关112，该第一编码开关由行编码信号ES控制并被配置为当行编码信号ES有效时将像素信号传递到第一数据信相实例ESP控制第一编码开关111，并且行编码信号ES的反相实例ESM控制第二编码开关电路110可以包括用于从行编码信号ES的非反相实例ESP获得反相实例ESM、用于从行编码信号ES的反相实例ESM获得非反相实例ESP或用于从同一行编码源信号获得反相实例ESM和器件PD接收的光强度的函数。每个像素电路100输出的像素信号是从光电转换器件PD的光[0074]第一数据信号线VSL1将多个像素电路100的第一像素输出与列读出电路20的第一输入连接。第二数据信号线VSL2将多个像素电路100的第二像素输出与列读出电路20的第二输入连接。连接到第一数据信号线VSL1和同一第二数据信号线VSL2的像素电路100可以[0075]列读出电路20可以将通过叠加在第一数据信号线VSL1上的像素信号而获得的电流，叠加同时传递到第二数据信号线VSL2的光电流，并且从通过传递到第一数据信号线的光电流的电流电压转换而获得的第二电压信号获得差[0077]将第一数据信号线VSL1上的像素信号转换成第一电压信号以及将第二数据信号电路221以及电连接在第二放大器电路221的输出和第二放大器电路221的输入之间的第二[0079]特别地，第一数据信号线VSL1将像素电路100的第一像素输出与第一放大器电路[0080]第一放大器电路211输出的第一电压信号是通过对同一像素阵列读出期间连接到第一数据信号线VSL1的所有像素电路100的光电流产生的电压进行叠加和放大而获得的。压信号是通过对同一像素阵列读出期间连接到第二数据信号线VSL2的所有像素电路100的行编码的所有像素电路100的像素信号光电流对在第二反馈元件222两端产生的电压进行据所说明的实施方式，差分放大器230包括第一放大器电路211和第二放大器电路212的功可以相对地快。可以提供与第一反馈元件213和第二反馈元件223串联电连接的另外的部[0084]在图4中，第一反馈元件212包括并联电连接的第一电容元件214和第一可控制开叠加的光电流进行积分和放大而获得的，并且第二放大器电路221输出的第二电压信号是通过对第二数据信号线VSL2上叠加的光电流进行积分和放大而获得的。第一电容元件214动调零信号AZ可以在足够长的时间内同时导通第一可控制开关215和第二可控制开关225，以在读出像素信号之前使第一电容元件21控制开关225以使第二电容元件224放电。由于只有第一可控制开关215和第二可控制开关225需要自动调零信号AZ，因此第一可控制开关215和第二可控制开关225可以位于像素阵[0088]用于开始模式0的行编码信号ESk的非反相实例ESP和反相实例ESM要么全部有效间成正比。[0091]图5示出了具有有源像素电路100的固态成像装置90的细节。像素电路100可以是换元件PD和三个作为像素晶体管的有源FET。其他示例可以包括具有不同灵敏度的两个光置为通过光电转换元件的光电流进行充电或放电。源极跟随器电路107被配置为由浮置电得自在输出晶体管108的源极和源极负载109之间的输出节点处。输出晶体管108经由输出[0099]传输晶体管101电连接在光电转换元件PD的阴极和浮置电容FC之间。传输晶体管101用作用于将来自光电转换元件PD的电荷传输到浮置电容的存储电极的传输元件。浮置102将浮置电容FC的浮置电容电势Vfc复位为供应正电源电压VDD的电源线的电势。复位控制线是如上所述的行控制线RL的另一示例。复位信号RES是如上所述的行控制信号的另一[0101]利用同一编码矩阵读出的所有像素电路100的有效复位信号RES可以在有效自动调零信号AZ之前。利用同一编码矩阵读出的所有像素电路100的有效传输信号TG可以在有[0103]像素电路100和列读出电路20被配置为通过第一电容求和放大器将传递到第一数[0104]每个像素电路100可以包括耦合电路115，该耦合电路将像素电路100电容耦合到电容器114可以连接在第二编码开关112和第二数据信[0107]图6给出了像素阵列11的CDMA读出的编码和解码过程的概述，该像素阵列具有布[0108]编码单元16使用M×M二进制扩频码矩阵171来生成编码信号ES。M×M二进制扩频二进制扩频码矩阵171和具有8个像素行的像素阵列的编码过程。第k像素列31_k的八个像[0114]图8示出了在第一编码时段中将二进制扩频码矩阵171的第一码字171_1应用于第31_k的第一差分信号具有幅值aDS1＝_a1_a2_a3_a4_a5_a6_a7_a8。第一差分信号DS1被转[0115]图9示出了在第二编码时段中将二进制扩频码矩阵171的第二码字171_2应用于第[0116]图10示出了在第八编码时段中将二进制扩频码矩阵171的第八码字171_8应用于被转发到第二数据信号线VSL2。其他像素信号没有被反相，即被转发到第一数据信号线VSL1。所得的第k像素列31_k的第八列信号CS8具有幅值aCS8＝_a1+a2+a3_a4+a5_a6_a7+[0121]图12A和图12B参照针对说明性示例的如图1和图2中图示的编码单元16的自适应每个像素列31的像素电路100的数量M小的代码长度L的第二二进是M的整数约数，以允许将同一二进制扩频码矩阵171应用于[0125]图12B示出了顺序应用于三组像素行32_1、……、32_L的3×3二进[0127]图13是示出固态成像装置23020的层压结构的示例的立体图，该固态成像装置具有以阵列的形式布置成矩阵状的多个像素电路。每个像素电路包括至少一个光电转换元[0129]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TC(S)V（贯[0130]固态成像装置23020可以被形成为具有层压结构，使得第一芯片910和第二芯片[0132]例如，第一芯片910可以仅包括如以上参考先前的图描述的像素电路的光电转换第一芯片910通过TCV传输的模拟信号[0134]第二芯片920可以具有一个或多个键合焊盘BPD，并且第一芯片910可以具有开口[0135]具有两个芯片910、920的层压结构的固态成像装置23020可以具有以下的特性配部处或焊盘区域和电路区域之间。用于传输控制信号和供应电力的TCV可以主要集中在例[0137]图14示出了固态成像装置的元件跨图14的第一芯片910和第二芯片920的另一种的像素电路100和耦合电路，以及第一数据信号线VSL1和第二数据信号线VSL2的连接与第一芯片910上的同一像素列相关联的像素电路100的输出的部分。第二芯片920尤其可以包[0139]图15是描绘作为可以应用根据本公开的实施方式的技术的系统的示例的车辆控[0141]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相关的装置的操[0142]车身系统控制单元12020根据各种程序来控制提供给车身的各种装置的操作。例为钥匙的替代的移动装置传输的无线电波或者各种开关的信号可以输入到车身系统控制[0143]车辆外信息检测单元12030检测关于包括车辆控制系统12000的车辆外部的信[0144]成像部12031可以是或者可以包括实现根据本公开的实施方式的CDMA读出方法的[0145]车辆内信息检测单元12040检测关于车辆内部的信息，并且可以是或者可以包括[0146]微型计算机12051可以基于由车辆外信息检测单元12030或车辆内信息检测单元12040获得的关于车辆内部或外部的信息来计算针对驱动力生成装置、转向机构或制动装于驾驶员的操作的情况下自主地行驶，该信息是由车辆外信息检测单元12030或车辆内信[0148]另外，微型计算机12051可以基于关于车辆的外部的信息，向车身系统控制单元12020输出控制命令，该信息是由车辆外信息检测单元12030获得的。例如，微型计算机12051可以根据由车辆外信息检测单元12030检测到的前方车辆或迎面而来的车辆的位置，[0149]声音/图像输出部12052将声音或图像中的至少一个的输该输出装置能够在视觉或听觉上将信息通知给车辆的乘客或车辆的外部。在图17的示例前鼻的成像部12101以及设置到车辆内部的挡风玻璃的上部部分的成像部12105主要获得示设置到前鼻的成像部12101的成像范围。成像范围12112和12113分别表示设置到侧视镜的成像部12102和12103的成像范围。成像范围12114表示设置到后保险杠或后门的成像部位差检测的像素或者可以包括实现根据本公开的实施方式的CDMA读出方法的图像传感[0154]例如，微型计算机12051可以基于从成像部12101至12104获得的距离信息来确定到成像范围12111至12114内的每个三维对象的距离以及距离的时间改变（相对于车辆12100的相对速度并且由此提取特别地最近的三维对象作为前方车辆，该最近的三维对型计算机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的情况下，微型计算机12051经由音频扬声器12061或显示部这样的行人识别是通过在作为红外相机的成像部12101至12104的成像图像中提取特征点的程序以及通过对代表对象轮廓的一系列特征点执行模式匹配处理来确定其是否是行人的程序来执行的。当微型计算机12051确定成像部12101至1