CN110199205A - 信号生成装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种在特别是采用间接方式的ToF照相机系统中使用的信号生成装置，其能够以简单的构成抑制循环误差的发生。本发明提供了一种信号生成装置，包括：第一脉冲生成器，其构造成生成将要供给到光源的脉冲，所述光源将光照射到距离测量目标上；第二脉冲生成器，其构造成生成将要供给到像素的脉冲，所述像素接收由所述距离测量目标反射的光；和信号选择部，其构造成从第一占空比和不同于第一占空比的第二占空比之间选择并输出将要从第一脉冲生成器输出的信号的占空比。

Description

信号生成装置
技术领域
本公开涉及一种信号生成装置。
背景技术
飞行时间(ToF)相机系统是这样的一种系统，其中分析光从光源发出之后直到光被物体反射后返回的时间段，以导出与到物体的距离有关的信息。ToF相机系统的应用例是可以拍摄场景的三维(3D)图像的相机，即，二维信息和深度(也就是，距离)信息。刚刚描述的这种相机系统用于许多应用例中，其中需要确定从固定点的深度，即，距离信息。通常，从ToF相机系统测量深度信息，即，距离信息。
作为ToF相机系统的距离测量方式，存在通过直接测量时间来测量距离的直接方式和从曝光量间接地测量距离的间接方式。间接方式的精度更高，并且预期采用间接方式的ToF相机系统广泛普及。作为公开了采用间接方式的ToF相机系统的文献，例如，可以使用PTL 1等。
[引用文献列表]
[专利文献]
[PTL 1]日本专利申请公开No.2016-224062
发明内容
[技术问题]
在采用间接方式的ToF相机系统中，虽然光以脉冲的形式照射，但是如果基于脉冲占空比为50％的光源输出信号来发射光，则会发生通过距离测量原理造成的循环误差(连续方式)。
因此，本公开提出了一种信号生成装置，其在特别是采用间接方式的ToF相机系统中使用，并且是新颖的，并且改进之处在于其能够以简单的构成抑制循环误差的发生。
[解决问题的方案]
根据本公开，提供了一种信号生成装置，包括：第一脉冲生成器，其构造成生成将要供给到光源的脉冲，所述光源将光照射到距离测量目标上；第二脉冲生成器，其构造成生成将要供给到像素的脉冲，所述像素接收由所述距离测量目标反射的光；和信号选择部，其构造成从第一占空比和不同于第一占空比的第二占空比之间选择并输出将要从第一脉冲生成器输出的信号的占空比。
[发明的有益效果]
如上所述，根据本公开，在特别是采用间接方式的ToF相机系统中使用的信号生成装置是新颖的，并且改进之处在于其能够以简单的构成抑制循环误差的发生。
应该注意，上述有益效果不必须是限制性的，并且本说明书中指出的一些有益效果或者可以从本说明书中认识到的其他有益效果可以与上述有益效果一起适用或者代替上述有益效果。
附图说明
图1是示出本技术适用的传感器芯片的第一实施方案的构成例的框图。
图2是示出全局控制电路的构成例的图。
图3是示出滚动控制电路的构成的图。
图4是示出图1的传感器芯片的第一变形例的框图。
图5是示出图1的传感器芯片的第二变形例的框图。
图6是示出传感器芯片的第二实施方案的构成例的框图。
图7是示出传感器芯片的第三实施方案的构成例的立体图。
图8是示出传感器芯片的第三实施方案的构成例的框图。
图9是示出图8的传感器芯片的第一变形例的框图。
图10是示出图8的传感器芯片的第二变形例的框图。
图11是示出传感器芯片的第四实施方案的构成例的框图。
图12是示出传感器芯片的第五实施方案的构成例的框图。
图13是示出传感器芯片的第六实施方案的构成例的立体图。
图14是示出传感器芯片的第六实施方案的构成例的框图。
图15是示出图14的传感器芯片的第一变形例的框图。
图16是示出图14的传感器芯片的第二变形例的框图。
图17是示出图14的传感器芯片的第三变形例的框图。
图18是示出图14的传感器芯片的第四变形例的框图。
图19是示出图14的传感器芯片的第五变形例的框图。
图20是示出图14的传感器芯片的第六变形例的框图。
图21是示出图14的传感器芯片的第七变形例的框图。
图22是示出图14的传感器芯片的第八变形例的框图。
图23是示出传感器芯片的第七实施方案的构成例的立体图。
图24是示出图23的传感器芯片的第一变形例的立体图。
图25是示出图23的传感器芯片的第二变形例的立体图。
图26是示出传感器芯片的第八实施方案的构成例及其变形例的框图。
图27是示出成像装置的构成例的框图。
图28是示出根据本公开实施方案的脉冲生成器300的功能构成例的说明图。
图29是信号的波形例的说明图。
图30是示出距离图像传感器的示意性构成例的说明图。
图31是示出相位设定的示例的说明图。
图32是示出距离图像传感器的示意性构成例的说明图。
图33是示出相位设定的另一示例的说明图。
图34是示出距离图像传感器的示意性构成例的说明图。
图35是示出相位设定的示例的说明图。
图36是示出从脉冲生成器输出的信号和输入到脉冲生成器的相位设定的示例的说明图。
图37是示出由脉冲生成器300生成并且占空比为50％的光源输出信号的波形的示例的说明图。
图38是示出由循环误差引起距离测量误差的方式的说明图。
图39是示出占空比为小于50％的30％和25％的光源输出信号的波形的示例的说明图。
图40是示出用于在距离图像传感器中输出光源输出信号的构成例的说明图。
图41是示出其中占空比设定为小于50％的光源输出信号的生成的概要的说明图。
图42是示出光源相位设定的示例的说明图。
图43是示出信号的波形例的说明图。
图44是示出距离图像传感器的驱动例的说明图。
图45是示出距离图像传感器的操作例的流程图。
图46是示出间接ToF型的距离图像传感器的操作例的说明图。
图47是示出间接ToF型的距离图像传感器的操作例的说明图。
图48是示出间接ToF型的距离图像传感器的操作例的说明图。
图49是示出间接ToF型的距离图像传感器的驱动的具体例的说明图。
图50是示出在间接ToF型的距离图像传感器中使用的构成的示例的说明图。
图51是示出其中从多个光源向同一距离测量目标照射光并且某个图像传感器从其接收光的方式的说明图。
图52是示出其中在光源A和另一光源B之间发生发光时间(调制时间)的重叠的方式的说明图。
图53是示出其中发光时机在光源A和光源B之间随机移位的方式的说明图。
图54是示出像素调制信号的示例的说明图。
图55是示出在本实施方案中使用的伪随机脉冲的生成的说明图。
图56是示出信号的示例的说明图。
图57是示出在间接ToF方式的距离图像传感器中使用的构成例的说明图。
图58是示出其中调制信号的相位基于伪随机脉冲的状态转变而变化的示例的说明图。
图59是示出其中调制信号的相位基于伪随机脉冲的状态转变而变化的示例的说明图。
图60是示出其中调制信号的相位基于伪随机脉冲的状态转变而变化的示例的说明图。
图61是示出其中调制信号的相位基于伪随机脉冲的状态转变而变化的示例的说明图。
图62是示出从两个脉冲生成器选择并输出彼此具有不同占空比的两种信号的构成的示例的说明图。
图63是示出从脉冲生成器生成的占空比小于50％的信号的波形和基于伪随机脉冲生成的信号的波形的示例的说明图。
图64是示出内窥镜手术系统的示意性构成的示例的图。
图65是示出摄像头和CCU的功能构成的示例的框图。
图66是示出车辆控制系统的示意性构成的示例的框图。
图67是帮助说明车外信息检测部和成像部的安装位置的示例的图。
具体实施方式
在下文中，参照附图详细说明本公开的优选实施方案。应该注意，在本说明书和附图中，具有基本相同的功能构成的部件由相同的附图标记表示，并且省略对它们的重复说明。
应该注意，以下列顺序给出说明。
1.本公开的实施方案
1.1.概述
1.2.传感器芯片的构成例
1.3.距离图像传感器的具体构成例
2.总结
<1.本公开的实施方案>
[1.1.概述]
首先，说明本公开的实施方案的概述。
ToF相机系统是这样的一种系统，其中分析光从光源发出之后直到光被物体反射后返回的时间段，以导出与到物体的距离有关的信息。ToF相机系统的应用例是可以拍摄场景的三维(3D)图像的相机，即，二维信息和深度(也就是，距离)信息。刚刚描述的这种相机系统用于许多应用例中，其中需要确定从固定点的深度，即，距离信息。通常，从ToF相机系统测量深度信息，即，距离信息。
作为ToF相机系统的距离测量方式，存在通过直接测量时间来测量距离的直接方式和从曝光量间接地测量距离的间接方式。间接方式的精度更高，并且预期采用间接方式的ToF相机系统广泛普及。
本案的公开者改进了采用传统直接方式的ToF相机系统，并且设想了采用间接方式的ToF相机系统和在ToF相机系统中使用的构成，这可以以简单的构成提高距离测量的精度，如下所述。
[1.2.传感器芯片的构成例]
<传感器芯片的第一构成例>
图1是示出本技术适用的传感器芯片的第一实施方案的构成例的框图。
如图1所示，传感器芯片11构造成包括像素阵列部12、全局控制电路13、滚动控制电路14、列ADC(模数转换器)15以及输入和输出部16，它们配置在半导体基板上。
像素阵列部12是矩形区域，其中根据传感器芯片11的功能的各种传感器元件以阵列配置，例如，执行光的光电转换的光电转换元件。在图1所示的示例中，像素阵列部12是横向伸长的矩形区域，其具有在横向方向上延伸的长边和在纵向方向上延伸的短边。
全局控制电路13是输出全局控制信号的控制电路，用于控制配置在像素阵列部12中的多个传感器元件，使得它们在基本相同的时机一次(同时)被驱动。在图1的构成例中，全局控制电路13配置在像素阵列部12的上侧，使得其纵向方向沿着像素阵列部12的长边延伸。因此，在传感器芯片11中，用于将从全局控制电路13输出的全局控制信号供给到像素阵列部12的传感器元件的控制线21针对在像素阵列部12中以矩阵配置的每列传感器元件在像素阵列部12的上下方向上配置。
滚动控制电路14是输出滚动控制信号的控制电路，用于控制配置在像素阵列部12中的多个传感器元件，使得各传感器元件针对每行依序地被连续(顺次)驱动。在图1所示的构成例中，滚动控制电路14配置在像素阵列部12的右侧，使得其纵向方向沿着像素阵列部12的短边延伸。
列ADC 15将从像素阵列部12的传感器元件输出的模拟传感器信号针对每列以并行AD(模拟-数字)转换为数字值。此时，列ADC 15可以去除包含在传感器信号中的复位噪声，例如，通过对传感器信号执行CDS(相关双采样)处理。
在输入和输出部16上设置有用于在传感器芯片11和外部电路之间进行输入和输出的端子，并且例如，用于驱动全局控制电路13所需的电力被输入到传感器芯片11，例如，经由输入和输出部16。在图1所示的构成例中，输入和输出部16沿着全局控制电路13配置，使得它位于全局控制电路13附近。例如，由于全局控制电路13具有高的功耗，所以为了减小IR降(电压降)的影响，优选地，输入和输出部16配置在全局控制电路13附近。
以这种方式构造传感器芯片11，并且采用其中配置全局控制电路13以沿着像素阵列部12的长边延伸的布局。因此，从全局控制电路13到配置在控制线21的远端(图1的示例中的下端)的传感器元件的距离可以比在全局控制电路13配置成沿着像素阵列部12的短边延伸的可选布局中的距离更短。
因此，由于传感器芯片11可以改善从全局控制电路13输出的全局控制信号所发生的延迟量和转换速率，所以其可以高速执行对传感器元件的控制。特别地，在传感器芯片11是执行全局快门驱动的图像传感器的情况下，将要供给到像素的传输信号或复位信号、溢出栅极信号等的高速控制变得可能。另一方面，在传感器芯片11是ToF传感器的情况下，MIX信号的高速控制变得可能。
例如，在ToF传感器、荧光检测传感器等中，如果全局控制信号的转换速率或者根据距驱动元件的距离而发生的全局控制信号的延迟量等针对每个传感器元件不同，那么这会产生检测误差。相比而言，由于传感器芯片11可以如上所述改善在全局控制信号中发生的延迟量和转换速率，所以可以抑制上述的检测误差。
此外，在传感器芯片11是ToF传感器、荧光检测传感器等的情况下，不仅曝光期间所需的开/关控制的次数可能超过100次，而且电流消耗由于反复频率很高也增加。相比而言，在传感器芯片11中，输入和输出部16可以如上所述配置在全局控制电路13附近，使得可以针对电源设置独立的配线。
此外，在传感器芯片11中，在全局控制电路13在曝光期间频繁操作的同时，滚动控制电路14保持停止。另一方面，在传感器芯片11中，在滚动控制电路14在读出期间内操作的同时，全局控制电路13频繁停止。因此，在传感器芯片11中，要求彼此独立地控制全局控制电路13和滚动控制电路14。此外，在传感器芯片11中，为了确保面内同步，通常采用如下文所述的图2C所示的时钟树结构，优选地，全局控制电路13独立于滚动控制电路14配置。
因此，在如传感器芯片11中那样要求更高速控制的情况下，通过采用其中全局控制电路13和滚动控制电路14单独和彼此独立地配置的布局，可以预期更好的控制。应该注意，如果全局控制电路13和滚动控制电路14单独和彼此独立地配置，则可以采用其中它们沿着相同方向延伸的布局和其中它们彼此正交延伸的另一布局中的任一个。
应该注意，尽管在本实施方案的说明中，根据图示的构成例，说明了各图中的上侧是像素阵列部12的上边，各图中的下侧是像素阵列部12的下边，但是，例如，如果配置全局控制电路13以沿着像素阵列部12的长边延伸，则可以在任一个上配置全局控制电路13的上侧和下侧来实现类似的工作效果。此外，这类似地也适用于像素阵列部12和列ADC 15。
参照图2说明全局控制电路13的构成。
图2A示出了全局控制电路13的第一构成例；图2B示出了全局控制电路13的第二构成例；和图2C示出了全局控制电路13的第三构成例。应该注意，尽管全局控制电路13构造成使得其根据配置在像素阵列部12中的传感器元件的列数同时输出全局控制信号，但是在图2中，作为构成的一部分，示意性地示出了同时输出八个全局控制信号的构成。
图2A中示出的全局控制电路13构造成包括一个内部缓冲器31和八个驱动元件32a～32h。
如图2A所示，全局控制电路13具有这样的连接构成：内部缓冲器31连接到沿着纵向设置的内部配线的一端，并且驱动元件32a～32h根据控制线21的位置朝向一个方向连接到内部配线。因此，输入到全局控制电路13的全局控制信号从内部配线的一侧(在图2的示例中，左侧)经由内部缓冲器31供给到驱动元件32a～32h，并且同时输出到分别连接到驱动元件32a～32h的控制线21。
图2B中示出的全局控制电路13A构造成包括两个内部缓冲器31a和31b以及八个驱动元件32a～32h。
如图2B所示，全局控制电路13A具有这样的连接构成：内部缓冲器31a和31b连接到沿着全局控制电路13A的纵向设置的内部配线的相对端，并且驱动元件32a～32h根据图1的控制线21的位置朝向一个方向连接到内部配线。因此，输入到全局控制电路13A的全局控制信号从内部配线的相对端经由内部缓冲器31a和31b供给到驱动元件32a～32h，并且同时输出到分别连接到驱动元件32a～32h的控制线21。
图2C中示出的全局控制电路13B构造成包括七个内部缓冲器31a～31g和八个驱动元件32a～32h。
如图2C所示，全局控制电路13B具有这样的连接构成：时钟树结构由内部缓冲器31a～31g构成，并且在最后阶段，其根据控制线21的位置连接到沿着一个方向配置的驱动元件32a～32h。例如，时钟树结构是这样的结构：以多个阶段重复的结构，在第一阶段中，一个内部缓冲器31的输出被输入到两个内部缓冲器31，并且在第二阶段中，两个内部缓冲器31的输入被输入到四个内部缓冲器31。因此，输入到全局控制电路13B的全局控制信号经由由内部缓冲器31a～31g构成的时钟树结构供给到驱动元件32a～32h，并且同时输出到连接到驱动元件32a～32h的控制线21。
具有上述构成的全局控制电路13B可以避免在驱动元件32a～32h之间出现延迟，并且例如与全局控制电路13和13A相比可以确保面内均匀性。换句话说，优选地在其中在驱动元件32排列的方向上强烈要求同步的应用中采用全局控制电路13B。
参照图3说明滚动控制电路14的构成。
图3A示出了滚动控制电路14的第一构成例，图3B示出了滚动控制电路14的第二构成例。应该注意，尽管滚动控制电路14构造成使得其根据配置在像素阵列部12中的传感器元件的行数顺次地输出滚动控制信号，但是在图3中，作为构成的一部分，示意性地示出了顺次地输出八个滚动控制信号的构成。
图3A中示出的滚动控制电路14采用移位寄存器方式，并且构造成包括两个内部缓冲器41和42、八个寄存器43a～43h和八个驱动元件44a～44h。应该注意，尽管为了简化而示出了配置有两个内部缓冲器41和42的构成例，但是可以采用其中根据内部缓冲器的配线长度配置多个内部缓冲器的构成。
如图3A所示，滚动控制电路14具有这样的连接构成：内部缓冲器41连接到沿着纵向设置的内部配线的一端，并且寄存器43a～43h根据配置在像素阵列部12中的传感器元件的行的位置连接到内部配线。此外，滚动控制电路14具有这样的连接构成：内部缓冲器42连接到寄存器43a，寄存器43a～43h顺次连接，此外，驱动元件44a～44h分别连接到寄存器43a～43h。
因此，在滚动控制电路14中，经由内部缓冲器42供给到寄存器43a的开始脉冲根据经由内部缓冲器41供给的时钟顺次地移位到寄存器43a～43h，并且作为滚动控制信号从分别连接到寄存器43a～43h的驱动元件44a～44h顺次输出。
图3B中所示的滚动控制电路14A采用解码器方式，并且构造成包括两个内部缓冲器41和42、解码器45、八个与门(AND gate)46a～46h和八个驱动元件44a～44h。应该注意，对于解码器45，可以使用包括锁存器的类型的解码器和不包括锁存器的另一类型的解码器中的任一个。例如，在解码器45是锁存信号的类型的情况下，可以采用一次发送地址的方式、分开发送地址的另一方式等。
如图3B所示，在滚动控制电路14A中，内部缓冲器41连接到解码器45，内部缓冲器42连接到与门46a～46h的输入端子，并且解码器45针对每行连接到与门46a～46h的输入端子。此外，滚动控制电路14A具有这样的连接构成：与门46a～46h的输出端子分别连接到驱动元件44a～44h。
因此，在滚动控制电路14A中，经由内部缓冲器42供给到与门46a～46h的脉冲作为滚动控制信号从由经由内部缓冲器41供给到解码器45的地址指定的行的驱动元件44a～44h顺次地输出。
如参照图2和图3所说明的，全局控制电路13和滚动控制电路14具有彼此不同的电路构成。
图4是示出图1所示的传感器芯片11的第一变形例的框图。应该注意，在构成图4所示的传感器芯片11-a的块中，与图1的传感器芯片11的部件共同的部件由相同的附图标记表示，并省略对它们的详细说明。
特别地，如图4所示，传感器芯片11-a在像素阵列部12、滚动控制电路14、列ADC 15以及输入和输出部16的配置方面具有与图1的传感器芯片11共同的构成。
另一方面，传感器芯片11-a的构成与图1的传感器芯片11的构成的不同之处在于，两个全局控制电路13-1和13-2配置成分别沿着像素阵列部12的上边和下边延伸，并且驱动元件32-1和32-2连接到控制线21的相对端。特别地，传感器芯片11-a构造成使得包括在全局控制电路13-1中的驱动元件32-1从控制线21的上端供给全局控制信号并且包括在全局控制电路13-2中的驱动元件32-2从控制线21的下端供给全局控制信号。
以这种方式构成的传感器芯片11-a可以抑制两个驱动元件32-1和驱动元件32-2之间的歪斜，并且可以消除在沿着控制线21传播的全局控制信号中发生的延迟时间的变动。因此，在传感器芯片11-a中，可以以更高的速度执行对传感器元件的控制。应该注意，在传感器芯片11-a中，需要执行控制，使得避免全局控制信号的输出中的延迟差异变大，从而可能不会产生贯通电流。
图5是示出图1所示的传感器芯片11的第二变形例的框图。应该注意，在构成图5所示的传感器芯片11-b的块中，与图1的传感器芯片11的部件共同的部件由相同的附图标记表示，并省略对它们的详细说明。
特别地，如图5所示，传感器芯片11-b在传感器芯片11-b、像素阵列部12、滚动控制电路14、列ADC 15以及输入和输出部16的配置方面具有与图1的传感器芯片11共同的构成。
另一方面，传感器芯片11-b的构成与图1的传感器芯片11的构成的不同之处在于，两个全局控制电路13-1和13-2配置成分别沿着像素阵列部12的上边和下边延伸，并且两个控制线21-1和21-2配置成使得它们在像素阵列部12中以矩阵配置的传感器元件的列的中央处分开。此外，在传感器芯片11-b中，驱动元件32-1连接到控制线21-1的上端并且驱动元件32-2连接到控制线21-2的下端。
因此，传感器芯片11-b构造成使得对于相对于像素阵列部12的中央配置在上侧的传感器元件，包括在全局控制电路13-1中的驱动元件32-1从控制线21-1的上端供给全局控制信号。此外，传感器芯片11-b构造成使得对于相对于像素阵列部12的中央配置在下侧的传感器元件，包括在全局控制电路13-2中的驱动元件32-2从控制线21-2的下端供给全局控制信号。
根据以这种方式构成的传感器芯片11-b，从驱动元件32-1到配置在控制线21的远端(在图5的示例中，下端)的传感器元件的距离和从驱动元件32-2到配置在控制线21-2的远端(在图5的示例中，上端)的传感器元件的距离可以例如比图1的传感器芯片11中的更短。因此，传感器芯片11-b可以以更高的速度对传感器元件进行控制，因为从全局控制电路13-1和13-2输出的全局控制信号发生的延迟量和转换速率可以进一步降低。
<传感器芯片的第二构成例>
参照图6说明本技术适用的传感器芯片的第二实施方案。应该注意，在构成图6所示的传感器芯片11A的块中，与图1的传感器芯片11的部件共同的部件由相同的附图标记表示，并省略对它们的详细说明。
如图6所示，传感器芯片11A构造成使得像素阵列部12A、全局控制电路13A、滚动控制电路14A、列ADC 15A以及输入和输出部16A配置在半导体基板上。
传感器芯片11A的构成与图1的传感器芯片11的构成的不同之处在于，像素阵列部12A是纵向伸长的矩形区域，其中长边设置成在纵向方向上延伸，短边设置成在横向方向上延伸。因此，在传感器芯片11A中，全局控制电路13A以及输入和输出部16A配置在像素阵列部12A的左侧，以沿着像素阵列部12A的长边延伸。由此，针对像素阵列部12A中以矩阵配置的传感器元件的各行，朝向像素阵列部12A的左右方向配置控制线21A。
此外，在传感器芯片11A中，滚动控制电路14A配置在像素阵列部12A的右侧(在与全局控制电路13A相对的一侧)，以沿着像素阵列部12A的长边延伸。应该注意，尽管全局控制电路13A和像素阵列部12A可以相对于像素阵列部12A配置在同一侧，但是在这种情况下，由于假设它们中任一个的配线长度变得更长，所以优选采用如图6所示的这种布置。
此外，在传感器芯片11A中，列ADC 15A配置在像素阵列部12A的下侧，以沿着像素阵列部12A的短边延伸。以这种方式将列ADC 15A配置在与滚动控制电路14A正交的方向上的原因是，需要逐个接通连接到一个AD转换器的传感器元件，并且可以避免各个配线彼此重叠的布局。
根据以这种方式构成的传感器芯片11A，通过其中配置全局控制电路13A以沿着像素阵列部12A的长边延伸的布局，控制线21A的配线长度可以减小，类似于图1的传感器芯片11。因此，类似于图1的传感器芯片11，传感器芯片11A可以以更高的速度执行对传感器元件的控制。
<传感器芯片的第三构成例>
参照图7～10说明本技术适用的传感器芯片的第三实施方案。应该注意，在构成图7～10所示的传感器芯片11B的块中，与图1的传感器芯片11的部件共同的部件由相同的附图标记表示，并省略对它们的详细说明。
图7示出了传感器芯片11B的立体图，图8示出了传感器芯片11B的框图。
如图7所示，传感器芯片11B具有堆叠结构，其中其上形成有像素阵列部12的传感器基板51和其上形成有全局控制电路13的逻辑基板52被堆叠。此外，传感器芯片11B具有这样的连接构成：在传感器芯片11B的在平面图中不与像素阵列部12重叠的周边区域中，传感器基板51的控制线21和逻辑基板52的全局控制电路13彼此连接。特别地，在图7所示的示例中，在传感器芯片11B中，沿着在像素阵列部12中以矩阵配置的传感器元件的列方向配置的多个控制线21连接到在传感器基板51的上侧的全局控制电路13侧。
因此，在传感器芯片11B中，从全局控制电路13输出的全局控制信号从传感器基板51的上侧供给到像素阵列部12的传感器元件，如图7中的空白箭头标记所示。此时，全局控制电路13构造成使得其配置为纵向方向沿着像素阵列部12的长边延伸，并且传感器芯片11B具有从全局控制电路13B到像素阵列部12的传感器元件的最短距离。
参照图8进一步说明传感器芯片11B的构成。
传感器基板51具有像素阵列部12和配置在其上的TSV(硅通孔)区域53-1～53-3。逻辑基板52具有全局控制电路13、滚动控制电路14、列ADC 15、逻辑电路17和配置在其上的TSV区域54-1～54-3。例如，在传感器芯片11B中，从像素阵列部12的各传感器元件输出的传感器信号由列ADC 15进行AD转换，并且由逻辑电路17进行各种信号处理，然后输出到外部。
TSV区域53-1～53-3和TSV区域54-1～54-3是其中形成有用于将传感器基板51和逻辑基板52彼此电气连接的贯通电极的区域，并且贯通电极针对各控制线21配置。因此，TSV区域53-1～53-3和TSV区域54-1～54-3被配置成使得当传感器基板51和逻辑基板52堆叠时它们彼此重叠。应该注意，不仅可以使用贯通电极用于TSV区域54中的连接，而且例如可以使用微凸块或铜(Cu-Cu)连接。
根据以这种方式构成的传感器芯片11B，通过其中配置全局控制电路13以沿着像素阵列部12的长边延伸的布局，控制线21的配线长度可以变短，类似于图1的传感器芯片11。因此，传感器芯片11B可以类似于图1的传感器芯片11以更高的速度执行对传感器元件的控制。
图9是示出图8所示的传感器芯片11B的第一变形例的框图。应该注意，在构成图9所示的传感器芯片11B-a的块中，与图8的传感器芯片11B的部件共同的部件由相同的附图标记表示，并省略对它们的详细说明。
特别地，如图9所示，传感器芯片11B-a的构成与图8的传感器芯片11B的构成的相同之处在于，其具有这样的堆叠结构：其上形成有像素阵列部12的传感器基板51和其上形成有全局控制电路13的逻辑基板52被堆叠。
另一方面，传感器芯片11B-a的构成与图8的传感器芯片11B的构成的不同之处在于，两个全局控制电路13-1和13-2配置在逻辑基板52上，以分别沿着像素阵列部12的上边和下边延伸，并且两个控制线21-1和21-2配置成使得它们在像素阵列部12中以矩阵配置的传感器元件的列的中央处彼此分开。
特别地，在传感器芯片11B-a中，驱动元件32-1连接到控制线21-1的上端，驱动元件32-2连接到控制线21-2的下端，类似于图5所示的传感器芯片11-b。因此，传感器芯片11B-a构造成使得对于相对于像素阵列部12的中央配置在上侧的传感器元件，包括在全局控制电路13-1中的驱动元件32-1从控制线21-1的上端供给全局控制信号。此外，传感器芯片11B-a构造成使得对于相对于像素阵列部12的中央配置在下侧的传感器元件，包括在全局控制电路13-2中的驱动元件32-2从控制线21-2的下端供给全局控制信号。
在以上述方式构成的传感器芯片11B-a中，从驱动元件32-1到配置在控制线21-1的远端(在图9的示例中，在下端)的传感器元件的距离以及从驱动元件32-2到配置在控制线21-2的远端(在图9的示例中，在上端)的传感器元件的距离可以例如比图8的传感器芯片11B更短。因此，传感器芯片11B-a可以以更高的速度执行对传感器元件的控制，因为可以进一步降低从全局控制电路13-1和13-2输出的全局信号发生的延迟量和转换速率。
图10是示出图8所示的传感器芯片11B的第二变形例的框图。应该注意，在构成图10所示的传感器芯片11B-b的块中，与图8的传感器芯片11B的部件共同的部件由相同的附图标记表示，并省略对它们的详细说明。
特别地，如图10所示，传感器芯片11B-b的构成与图8的传感器芯片11B的构成的相同之处在于，其具有这样的堆叠结构：其上形成有像素阵列部12的传感器基板51和其上形成有全局控制电路13的逻辑基板52被堆叠。
另一方面，传感器芯片11B-b的构成与图8的传感器芯片11B的构成的不同之处在于，两个全局控制电路13-1和13-2配置在逻辑基板52上，以分别沿着像素阵列部12的上边和下边延伸，并且驱动元件32-1和32-2连接到控制线21的相对端。
特别地，在传感器芯片11B-b中，包括在全局控制电路13-1中的驱动元件32-1从控制线21的上端供给全局控制信号，并且包括在全局控制电路13-2中的驱动元件32-2从控制线21的下端供给全局控制信号，类似于图4所示的传感器芯片11-a。
以这种方式构成的传感器芯片11B-b可以抑制两个驱动元件32-1和驱动元件32-2之间的歪斜，并且可以消除在沿着控制线21传播的全局控制信号中发生的延迟时间的变动。因此，在传感器芯片11B-b中，可以以更高的速度执行对传感器元件的控制。应该注意，在传感器芯片11B-b中，需要执行控制，使得避免全局控制信号的输出中的延迟差异变大，从而可能不会产生贯通电流。
在以上述方式构成的传感器芯片11B中，类似于图1的传感器芯片11，可以以更高的速度执行对其中堆叠有传感器基板51和逻辑基板52的堆叠结构中的传感器元件的控制。
应该注意，在图8～10所示的构成例中，列ADC 15构造成使得经由配置在下边的TSV区域53-3和TSV区域54-3从像素阵列部12的下端侧读出传感器信号。除了刚刚说明的这种构成之外，例如，两个列ADC15配置在上边和下边附近，并且构造成使得通过两个列ADC15从像素阵列部12的上端侧和下端侧读出传感器信号。
<传感器芯片的第四构成例>
参照图11说明本技术适用的传感器芯片的第四实施方案。应该注意，在构成图11所示的传感器芯片11C的块中，与图8的传感器芯片11B的部件共同的部件由相同的附图标记表示，并省略对它们的详细说明。
特别地，如图11所示，传感器芯片11C的构成与图8的传感器芯片11B的构成的相同之处在于，其具有这样的堆叠结构：其上形成有像素阵列部12的传感器基板51和其上形成有全局控制电路13的逻辑基板52被堆叠。
另一方面，传感器芯片11C的构成与图8的传感器芯片11B的构成的不同之处在于，类似于图6所示的传感器芯片11A的像素阵列部12A，像素阵列部12C具有纵向伸长的矩形区域。因此，在传感器芯片11C中，全局控制电路13C配置在逻辑基板52的左侧，以沿着像素阵列部12C的长边延伸。由此，针对像素阵列部12A中以矩阵配置的传感器元件的各行，朝向像素阵列部12C的左右方向配置控制线21C。
此外，在传感器芯片11C中，滚动控制电路14C配置在逻辑基板52的右侧(在与全局控制电路13C相对的一侧)，以沿着像素阵列部12C的长边延伸。应该注意，尽管全局控制电路13C和像素阵列部12C可以相对于逻辑基板52配置在同一侧，但是在这种情况下，由于假设它们中任一个的配线长度变得更长，所以优选采用如图11所示的这种布置。
此外，在传感器芯片11C中，列ADC 15C配置在逻辑基板52的下侧，以沿着像素阵列部12C的短边延伸。以这种方式将列ADC 15C配置在与滚动控制电路14C正交的方向上的原因是，需要逐个接通连接到一个AD转换器的传感器元件，并且可以避免各个配线彼此重叠的布局。
根据以这种方式构成的传感器芯片11C，通过其中配置全局控制电路13C以沿着像素阵列部12C的长边延伸的布局，控制线21C的配线长度可以减小，类似于图8的传感器芯片11B。因此，类似于图8的传感器芯片11B，传感器芯片11C可以以更高的速度执行对传感器元件的控制。
<传感器芯片的第五构成例>
参照图12说明本技术适用的传感器芯片的第五实施方案。应该注意，在构成图12所示的传感器芯片11D的块中，与图8的传感器芯片11B的部件共同的部件由相同的附图标记表示，并省略对它们的详细说明。
特别地，如图12所示，传感器芯片11D的构成与图8的传感器芯片11B的构成的相同之处在于，其具有这样的堆叠结构：其上形成有像素阵列部12的传感器基板51和其上形成有全局控制电路13的逻辑基板52被堆叠。
另一方面，传感器芯片11D的构成与图8的传感器芯片11B的构成的不同之处在于，多个列ADC 15配置在逻辑基板52上，在图12的示例中，12个ADC 15-1～15-12，对应于传感器基板51的其中形成有像素阵列部12的区域配置。
例如，传感器芯片11D构造成使得ADC 15针对像素阵列部12的每个预定区域配置。在使用如图12所示的12个ADC 15-1～15-12的情况下，可以使用ADC 15。如图12所示，针对像素阵列部12被均等地划分的12个分割区域中的每一个配置ADC 15，并且并行地执行从设置在各个区域中的传感器元件输出的传感器信号的AD转换。应该注意，除了其中针对像素阵列部12的每个预定区域配置ADC 15的构成之外，例如，可以应用其中针对包括在像素阵列部12中的每个传感器元件配置一个ADC 15的构成。
根据以这种方式构成的传感器芯片11D，通过其中配置全局控制电路13以沿着像素阵列部12的长边延伸的布局，控制线21的配线长度可以变短，类似于图8的传感器芯片11B。因此，类似于图8的传感器芯片11B，传感器芯片11D可以以更高的速度执行对传感器元件的控制。
此外，在传感器芯片11D中，消除了将滚动控制电路14和列ADC 15之间的位置关系的限制为对图8所示的列ADC 15的这种约束。例如，尽管在图12所示的传感器芯片11D中，滚动控制电路14配置在逻辑基板52的右侧，但是滚动控制电路14可以配置在上侧和下侧中的任何一侧。换句话说，如果关于像素阵列部12相对于传感器芯片11D的位置(例如，相对于光学中心，传感器芯片11D的中央位置)没有限制，则滚动控制电路14可以配置在任何地方。
作为替代方案，例如，在对光学中心和传感器芯片11D的中央位置有强烈限制的情况下，通过将滚动控制电路14配置在列ADC 15相对于全局控制电路13配置的区域的相对侧上的位置，可以很好地平衡布局。这使得可以改善传感器芯片11D的特性。
<传感器芯片的第六构成例>
参照图13～22说明本技术适用的传感器芯片的第六实施方案。应该注意，在构成图13～22所示的传感器芯片11E的块中，与图7和图8的传感器芯片11B的部件共同的部件由相同的附图标记表示，并省略对它们的详细说明。
如图13所示，传感器芯片11E具有堆叠结构，其中其上形成有像素阵列部12的传感器基板51和其上形成有全局控制电路13的逻辑基板52被堆叠，类似于图7所示的传感器芯片11B。此外，传感器芯片11E具有这样的连接构成：全局控制电路13被配置成使得当在平面图中观察传感器芯片11E时其与像素阵列部12的中央重叠，并且全局控制电路13在像素阵列部12的中央部处连接到控制线21。
例如，在传感器芯片11E通过构成配线的铜(Cu)的互连、利用微凸块或TSV的连接或类似连接在像素阵列部12处可连接的情况下，从驱动元件32到配置在控制线21的远端的传感器元件的距离可以变短。
参照图14进一步说明传感器芯片11E的构成。
如图14所示，在传感器基板51中，像素阵列部12是横向伸长的矩形区域，其具有在横向方向上延伸的长边和在纵向方向上延伸的短边。因此，在逻辑基板52上，全局控制电路13被配置成使得其纵向方向沿着像素阵列部12的长边延伸。此外，全局控制电路13配置在逻辑基板52的大致中央，使得用于从全局控制电路13的驱动元件32输出的配线连接到配置在像素阵列部12的上下方向上的控制线21的中央。应当注意，这样的构成可以用于：用于从驱动元件32输出的配线从全局控制电路13直接朝向像素阵列部12延伸穿过基板。
在以这种方式构成的传感器芯片11E中，从驱动元件32到在控制线21的相对端处的传感器元件的距离可以变短。因此，由于可以改善全局控制信号的延迟量和转换速率，所以传感器芯片11E可以以更高的速度执行对传感器元件的控制。
此外，由传感器芯片11E所示的这种构成对于例如ToF传感器的适用是优选的。
图15是示出图14所示的传感器芯片11E的第一变形例的框图。应该注意，在构成图15所示的传感器芯片11E-a的块中，与图14的传感器芯片11E的部件共同的部件由相同的附图标记表示，并省略对它们的详细说明。
特别地，如图15所示，传感器芯片11E-a的构成与图14的传感器芯片11E的构成的相同之处在于，其具有这样的堆叠结构：其上形成有像素阵列部12的传感器基板51和其上形成有全局控制电路13的逻辑基板52被堆叠。
另一方面，在传感器基板51上，传感器芯片11E-a的构成与图14的传感器芯片11E的构成的不同之处在于，针对在像素阵列部12中以矩阵配置的传感器元件的一行配置中央分开的两个控制线21-1和21-2。此外，传感器芯片11E-a的构成与图14的传感器芯片11E的构成的不同之处在于，逻辑基板52上的全局控制电路13包括针对一行传感器元件的两个驱动元件32-1和32-2。
此外，传感器芯片11E-a具有这样的连接构成：驱动元件32-1连接到控制线21-1的中央侧的端部，驱动元件32-2连接到控制线21-2的中央侧的端部。特别地，传感器芯片11E-a构造成使得在配置在像素阵列部12的一行上的多个传感器元件中，配置在相对于中央的上侧的传感器元件由驱动元件32-1经由控制线21-1驱动，并且配置在相对于中央的下侧的传感器元件由驱动元件32-2经由控制线21-2驱动。
根据以这种方式构成的传感器芯片11E-a，从驱动元件32-1到配置在控制线21-1的远端的传感器元件的距离以及从驱动元件32-2到配置在控制线21-2的远端的传感器元件的距离可以变短，类似于图14的传感器芯片11E。因此，类似于图14的传感器芯片11E，传感器芯片11E-a可以改善全局控制信号的延迟量和转换速率。
此外，在传感器芯片11E-a中，由于每一个驱动元件32的负荷可以减小，所以驱动元件32的尺寸可以从图14的传感器芯片11E的尺寸减小。此外，在传感器芯片11E-a构造成使得两个驱动元件32针对传感器元件的一列配置的情况下，驱动元件32的布局被集成到一个位置，并且可以简化整体布局结构。
图16是示出图14所示的传感器芯片11E的第二变形例的框图。应该注意，在构成图16所示的传感器芯片11E-b的块中，与图14的传感器芯片11E的部件共同的部件由相同的附图标记表示，并省略对它们的详细说明。
特别地，图16所示的传感器芯片11E-b的构成与图14的传感器芯片11E的构成的相同之处在于，其具有这样的堆叠结构：其上形成有像素阵列部12的传感器基板51和其上形成有全局控制电路13的逻辑基板52被堆叠。
另一方面，传感器芯片11E-b的构成与图14的传感器芯片11E的构成的不同之处在于，在传感器基板51上，针对在像素阵列部12中以矩阵配置的传感器元件的一行配置中央分开的两个控制线21-1和21-2。此外，传感器芯片11E-b的构成与图14的传感器芯片11E的构成的不同之处在于，在逻辑基板52上，配置两个全局控制电路13-1和13-2。
此外，传感器芯片11E-b具有这样的连接构成：驱动元件32-1连接到控制线21-1的中央，驱动元件32-2连接到控制线21-2的中央。特别地，传感器芯片11E-b构造成使得在配置在像素阵列部12的一行上的多个传感器元件中，配置在相对于中央的上侧的传感器元件由驱动元件32-1经由控制线21-1驱动，并且配置在相对于中央的下侧的传感器元件由驱动元件32-2经由控制线21-2驱动。
在以这种方式构成的传感器芯片11E-b中，从驱动元件32-1到配置在控制线21-1的远端的传感器元件的距离以及从驱动元件32-2到配置在控制线21-2的远端的传感器元件的距离与图14的传感器芯片11E相比可以更短。因此，传感器芯片11E-b可以以比图14的传感器芯片11E更高的速度实现驱动，并且可以实现全局控制信号的延迟量和转换速率的进一步改善。
此外，如图16所示，在传感器芯片11E-b中，由于全局控制电路13-1和13-2可以分开设置，所以逻辑电路17可以配置在它们之间的中央位置。应该注意，尽管未示出，但是列ADC 15可以配置在全局控制电路13-1和13-2之间的中央位置。
此外，由传感器芯片11E-b指示的这种构成适合于对于例如ToF传感器的应用。
图17是示出图14所示的传感器芯片11E的第三变形例的框图。应该注意，在构成图17所示的传感器芯片11E-c的块中，与图14的传感器芯片11E的部件共同的部件由相同的附图标记表示，并省略对它们的详细说明。
特别地，图17所示的传感器芯片11E-c的构成与图14的传感器芯片11E的构成的相同之处在于，其具有这样的堆叠结构：其上形成有像素阵列部12的传感器基板51和其上形成有全局控制电路13的逻辑基板52被堆叠。
另一方面，传感器芯片11E-c的构成与图14的传感器芯片11E的构成的不同之处在于，在传感器基板51上，针对在像素阵列部12中以矩阵配置的传感器元件的一行配置中央分开的两个控制线21-1和21-2。此外，传感器芯片11E-c的构成与图14的传感器芯片11E的构成的不同之处在于，在逻辑基板52上，配置两个全局控制电路13-1和13-2。
此外，传感器芯片11E-c具有这样的连接构成：驱动元件32-1连接到控制线21-1的中央，驱动元件32-2连接到控制线21-2的中央，类似于图16的传感器芯片11E-b。因此，传感器芯片11E-c可以以比图14的传感器芯片11E更高的速度实现驱动，并且可以实现全局控制信号的延迟量和转换速率的进一步改善，类似于图16的传感器芯片11E-b。
此外，在传感器芯片11E-c中，列ADC 15-1配置在逻辑基板52的上侧，列ADC 15-2配置在逻辑基板52的下侧。在以这种方式构成的传感器芯片11E-c中，由于其具有布局向上和向下对称的结构，所以对称性得到改善，因此，可以改善传感器芯片11E-c的特性。
图18是示出图14所示的传感器芯片11E的第四变形例的框图。应该注意，在构成图18所示的传感器芯片11E-d的块中，与图14的传感器芯片11E的部件共同的部件由相同的附图标记表示，并省略对它们的详细说明。
特别地，图18所示的传感器芯片11E-d的构成与图14的传感器芯片11E的构成的相同之处在于，其具有这样的堆叠结构：其上形成有像素阵列部12的传感器基板51和其上形成有全局控制电路13的逻辑基板52被堆叠。
另一方面，传感器芯片11E-d的构成与图14的传感器芯片11E的构成的不同之处在于，在逻辑基板52上，配置两个全局控制电路13-1和13-2，并且传感器芯片11E-d具有这样的连接构成：全局控制电路13-1连接到控制线21的上半部分的大致中央，全局控制电路13-2连接到控制线21的下半部分的大致中央。换句话说，传感器芯片11E-d构造成使得其使用单个控制线21，图17的控制线21-1和21-2与其连接。
以这种方式构成的传感器芯片11E-d可以抑制两个驱动元件32-1和驱动元件32-2之间的歪斜，并且可以消除在沿着控制线21传播的全局控制信号中发生的延迟时间的变动。因此，在传感器芯片11E-d中，可以以更高的速度执行对传感器元件的控制。应该注意，在传感器芯片11E-d中，需要执行控制，使得避免全局控制信号的输出中的延迟差异变大，从而可能不会产生贯通电流。
图19是示出图14所示的传感器芯片11E的第五变形例的框图。应该注意，在构成图19所示的传感器芯片11E-e的块中，与图14的传感器芯片11E的部件共同的部件由相同的附图标记表示，并省略对它们的详细说明。此外，在图19所示的传感器芯片11E-e中，为了避免图示变得复杂，省略了构成传感器芯片11E-e的块的一部分的图示。
特别地，图19所示的传感器芯片11E-e的构成与图14的传感器芯片11E的构成的相同之处在于，其具有这样的堆叠结构：其上形成有像素阵列部12的传感器基板51和其上形成有全局控制电路13的逻辑基板52被堆叠。
另一方面，传感器芯片11E-e的构成与图14的传感器芯片11E的构成的不同之处在于，在传感器基板51上，针对像素阵列部12中以矩阵配置的传感器元件的一行配置四个分开的控制线21-1～21-4。此外，传感器芯片11E-e的构成与图14的传感器芯片11E的构成的不同之处在于，在逻辑基板52上，配置四个全局控制电路13-1～13-4。
此外，传感器芯片11E-e具有这样的连接构成：全局控制电路13-1～13-4的驱动元件32-1～32-4分别连接到控制线21-1～21-4的中央点。因此，在传感器芯片11E-e中，可以进一步减小从驱动元件32-1～32-4到配置在各控制线21-1～21-4的远端的传感器元件的距离。因此，传感器芯片11E-e可以进一步增大对传感器元件的控制速度。应该注意，尽管假设列ADC 15A、逻辑电路17等分开配置，但是在刚刚说明的情况下，也需要采用其中对特性不具有影响的布局。
应该注意，尽管对图19所示的构成例使用四个分开的控制线21-1～21-4进行说明，但是控制线21可以被分成三个控制线或五个以上的控制线。因此，可以采取这样的构成：对于分开的控制线21的大致中央部，分别连接相应的全局控制电路13。
图20是示出图14所示的传感器块11E的第六变形例的框图。应该注意，在构成图20所示的传感器芯片11E-f的块中，与图14的传感器芯片11E的部件共同的部件由相同的附图标记表示，并省略对它们的详细说明。
特别地，图20所示的传感器芯片11E-f的构成与图14的传感器芯片11E的构成的相同之处在于，其具有这样的堆叠结构：其上形成有像素阵列部12的传感器基板51和其上形成有全局控制电路13的逻辑基板52被堆叠。
另一方面，传感器芯片11E-f的构成与图14的传感器芯片11E的构成的不同之处在于，四个全局控制电路13-1～13-4配置在逻辑基板52上，并且全局控制电路13-1～13-4以相等的距离连接到控制线21。换句话说，传感器芯片11E-d构造成使得其使用单个控制线21，图19的控制线21-1～21-4与其连接。
以这种方式构成的传感器芯片11E-f可以抑制四个驱动元件32-1～32-4之间的歪斜，并且可以消除在沿着控制线21传播的全局控制信号中发生的延迟时间的变动。因此在传感器芯片11E-f中，可以以更高的速度执行对传感器元件的控制。应该注意，在传感器芯片11E-f中，需要执行控制，使得避免全局控制信号的输出中的延迟差异变大，从而可能不会产生贯通电流。
图21是示出图14所示的传感器芯片11E的第七变形例的框图。应该注意，在构成图21所示的传感器芯片11E-g的块中，与图19的传感器芯片11E-e的部件共同的部件由相同的附图标记表示，并省略对它们的详细说明。
特别地，传感器芯片11E-g构造成包括单个全局控制电路13，并且构造成包括缓冲电路55-1～55-3，以代替图19的传感器芯片11E-e的全局控制电路13-2～13-4。缓冲电路55-1～55-3分别具有缓冲器56-1～56-3，并且全局控制电路13的驱动元件32的输出由缓冲器56-1～56-3分支，并连接到四个分开的控制线21-1～21-4。
此外，利用以这种方式构成的传感器芯片11E-g，类似于图19的传感器芯片11E-e，可以实现对传感器元件的控制速度的进一步提高。
图22是示出图14所示的传感器芯片11E的第八变形例的框图。应该注意，在构成图22所示的传感器芯片11E-h的块中，与图20的传感器芯片11E-f的部件共同的部件由相同的附图标记表示，并省略对它们的详细说明。
特别地，传感器芯片11E-g构造成包括单个全局控制电路13，并且构造成包括缓冲电路55-1～55-3，以代替图20的传感器芯片11E-f的全局控制电路13-2～13-4。缓冲电路55-1～55-3分别具有缓冲器56-1～56-3，并且全局控制电路13的驱动元件32的输出由缓冲器56-1～56-3分支，并连接到控制线21。
此外，利用以这种方式构成的传感器芯片11E-h，类似于图20的传感器芯片11E-f，可以实现对传感器元件的控制速度的进一步提高。
<传感器芯片的第七构成例>
参照图23～25说明本技术适用的传感器芯片的第七实施方案。应该注意，在构成图23～25所示的传感器芯片11F的块中，与图13的传感器芯片11E的部件共同的部件由相同的附图标记表示，并省略对它们的详细说明。
特别地，图23所示的传感器芯片11F具有这样的堆叠结构：传感器基板51和两个逻辑基板52-1和52-2被堆叠。换句话说，本技术可以适用于其中堆叠三个半导体基板的结构。
如图23所示，传感器芯片11F构造成使得像素阵列部12形成在第一层的传感器基板51上，全局控制电路13和存储器61-1和61-2形成在第二层的逻辑基板52-1上，例如，未示出的列ADC 15、逻辑电路17等形成在第三层的逻辑基板52-2上。
此外，在以这种方式构成的传感器芯片11F中，通过沿着传感器基板51的像素阵列部12的纵向方向在逻辑基板52-1上配置全局控制电路13，可以以更高的速度执行对传感器元件的控制，类似于图13的传感器芯片11E。
此外，在传感器基板51、逻辑基板52-1和逻辑基板52-2按此顺序堆叠的传感器芯片11F中，优选地，全局控制电路13配置在堆叠于传感器基板51和逻辑基板52-2之间的逻辑基板52-1的中央。因此，从全局控制电路13到配置在逻辑基板52-1的远端的传感器元件的距离可以变短。当然，如果从全局控制电路13到配置在控制线21的远端的传感器元件的距离可以变短，则布局不限于图23所示的布局。
图24是示出图23所示的传感器芯片11F的第一变形例的立体图。
如图24所示，传感器芯片11F-a构造成使得像素阵列部12形成在第一层的传感器基板51上；存储器61-1和61-2形成在第二层的逻辑基板52-1上；例如，全局控制电路13、未示出的列ADC 15和逻辑电路17等形成在第三层的逻辑基板52-2上。
此外，在以这种方式构成的传感器芯片11F-a中，通过将全局控制电路13配置在逻辑基板52-2上以沿着传感器基板51的像素阵列部12的纵向方向延伸，可以以更高的速度执行对传感器元件的控制，类似于图13的传感器芯片11E。
图25是示出图23所示的传感器芯片11F的第二变形例的立体图。
如图25所示，传感器芯片11F-b构造成使得像素阵列部12形成在第一层的传感器基板51上；存储器61形成在第二层的逻辑基板52-1上；例如，全局控制电路13、未示出的列ADC 15和逻辑电路17等形成在第三层的逻辑基板52-2上。应该注意，传感器芯片11F-b具有这样的连接构成：控制线21利用形成在传感器芯片11F-b的周边区域中的TSV区域连接到全局控制电路13，例如，类似于图8的传感器芯片11B。
此外，在以这种方式构成的传感器芯片11F-b中，通过将全局控制电路13配置在逻辑基板52-2上以沿着传感器基板51的像素阵列部12的纵向方向延伸，可以以更高的速度执行对传感器元件的控制，类似于图13的传感器芯片11E。
应该注意，例如，可以堆叠三个以上的半导体基板，并且可以将全局控制电路13配置在两个位置，如上文参照图16所述的，或者全局控制电路13可以配置在等于或多于两个位置的多个位置处。在这种情况下，其上配置有存储器61的半导体基板、存储器61的位置或分割数可以响应于全局控制电路13的配置适当地布局。
例如，可以采用这样的构成：像素阵列部12配置在第一层的半导体基板上；列ADC15、逻辑电路17等配置在第二层的半导体基板上；存储器61配置在第三层的半导体基板上。此外，在刚刚说明的这种构成中，通过将全局控制电路13配置在第二层的半导体基板上，配线长度可以变短。然而，全局控制电路13可以配置在其上配置有存储器61的半导体基板上。
<传感器芯片的第八构成例>
参照图26说明本技术适用的传感器芯片的第八实施方案。应该注意，在构成图26所示的传感器芯片11G的块中，与图14的传感器芯片11E的部件共同的部件由相同的附图标记表示，并省略对它们的详细说明。
特别地，传感器芯片11中的全局控制电路13的配置不限于上文说明的实施方案中的配置，并且可以采用如图26中所示的各种布局。当然，在任何配置中，如果全局控制电路13被配置为沿着像素阵列部12的长边延伸，则可以采用未示出的布局。
如图26A所示，传感器芯片11G具有这样的布局：像素阵列部12和全局控制电路13配置在传感器基板51上，并且滚动控制电路14、列ADC 15和逻辑电路17配置在逻辑基板52上。此外，在传感器芯片11G中，全局控制电路13配置在像素阵列部12的下侧，以沿着像素阵列部12的长边延伸。
如图26B所示，传感器芯片11G-a具有这样的布局：像素阵列部12和全局控制电路13配置在传感器基板51上，并且滚动控制电路14、列ADC 15和逻辑电路17配置在逻辑基板52上。此外，在传感器芯片11G-a中，全局控制电路13配置在像素阵列部12的上侧，以沿着像素阵列部12的长边延伸。
如图26C所示，传感器芯片11G-b具有这样的布局：像素阵列部12和全局控制电路13-1和13-2配置在传感器基板51上，并且滚动控制电路14、列ADC 15和逻辑电路17配置在逻辑基板52上。此外，在传感器芯片11G-b中，全局控制电路13-1和13-2分别配置在像素阵列部12的上侧和下侧，以沿着像素阵列部12的长边延伸。
如图26D所示，传感器芯片11G-c具有这样的布局：像素阵列部12和全局控制电路13-1和13-2配置在传感器基板51上，并且滚动控制电路14、列ADC 15和逻辑电路17配置在逻辑基板52上。此外，在传感器芯片11G-c中，全局控制电路13-1和13-2分别配置在像素阵列部12的上侧和下侧，以沿着像素阵列部12的长边延伸，并且两个控制线21-1和21-2被配置成使得它们在像素阵列部12中以矩阵配置的传感器元件的列的中央处分开。
如图26E所示，传感器芯片11G-d具有这样的布局：像素阵列部12和全局控制电路13-1和13-2配置在传感器基板51上，并且滚动控制电路14、列ADC 15和逻辑电路17配置在逻辑基板52上。此外，在传感器芯片11G-d中，输入和输出部16配置在逻辑基板52上，以沿着像素阵列部12的长边延伸。
例如，传感器芯片11G-d构造成使得其经由TSV区域54-1和TSV区域53-1从输入和输出部16向全局控制电路13供电。应该注意，除了利用TSV之外，可以利用构成配线的铜(Cu)的互连、微凸块等来向全局控制电路13供电。此外，对于用于向全局控制电路13供电的配线，可以使用与控制线21相同的连接方法，或者可以使用其他组合的连接方法。此外，除了其中堆叠两层半导体基板的构成之外，同样在其中堆叠三层半导体基板的构成中，优选地，全局控制电路13类似地配置在输入和输出部16附近。
应该注意，尽管图26所示的各种布局示出了其中列ADC 15配置在逻辑基板52的一侧的示例，但是可以采用其中列ADC 15配置在逻辑基板52的相对的上侧和下侧的布局。此外，列ADC 15或逻辑电路17的位置不限于如图26所示的配置。
如上所述，通过将堆叠结构应用于传感器芯片11，可以以各种布局配置全局控制电路13，这增加了布局的自由度并且增加了单独控制全局控制电路13和滚动控制电路14的效果。
<距离图像传感器的构成例>
图27是示出作为利用传感器芯片11的电子设备的距离图像传感器的构成例的框图。
如图27所示，距离图像传感器201构造成包括光学系统202、传感器芯片203、图像处理电路204、监视器205和存储器206。因此，距离图像传感器201通过接收从光源装置211朝向成像物体投射并被成像物体的表面反射的光(调制光或脉冲光)，根据成像物体的距离而可以获取距离图像。
光学系统202构造成具有一个或多个透镜，并且将来自成像物体的图像光(入射光)引入到传感器芯片203，使得图像形成在传感器芯片203的光接收面(传感器部)上。
作为传感器芯片203，适用上述各实施方案的传感器芯片11，并且将表示从传感器芯片203输出的接收信号(APD OUT)求得的距离的距离信号供给到图像处理电路204。
图像处理电路204基于从传感器芯片203供给的距离信号执行用于构建距离图像的图像处理，并且将通过图像处理获得的距离图像(图像数据)供给到监视器205并显示在监视器上，或供给到存储器206并存储(记录)在存储器中。
在以这种方式构成的距离图像传感器201中，通过应用上述传感器芯片11，例如，可以通过执行更高速度的控制来获取更精确的距离图像。
[1.3.距离图像传感器的具体构成例]
在采用间接方式的ToF相机系统中，以脉冲的形式照射光，并且设置用于生成这种脉冲的脉冲生成器。现有的脉冲生成器在分割后通过移位寄存器生成相位。因此，通过分割设定来确定相位分辨率。例如，如果频率为800MHz的信号用8分割，则只能生成8个相位。此外，在现有的脉冲生成器中，可以形成的分割或相位的阶数被限制为2的倍数。因此，不可能通过用10分割来获得36度的相位。优选地，采用间接方式的ToF相机系统可以执行宽设定，以便自适应地将频率改变一个范围。此外，尽管现有的脉冲生成器需要改变PLL的频率以执行精细设定，但是如果PLL的频率改变，则在频率稳定之前需要时间(需要对响应时间进行加权)。
此外，现有的脉冲生成器的触发器数量很多，并且面积效率低。例如，32位分割器需要32个触发器，32位移位寄存器需要32个触发器。因此，由用32分割的分割器和32位移位寄存器构成的脉冲生成器需要64个触发器。
因此，考虑到上述情况，本案的公开者已经对在特别是采用间接方式的ToF相机系统中使用并且能够以简单的构成适用于频率或相位的各种设定的脉冲生成器的技术进行了深入研究。结果，本案的公开者发明了一种在特别是采用间接方式的ToF相机系统中使用并且能够以简单的构成适用于频率或相位的各种设定的脉冲生成器。
现在，对根据本公开实施方案的在特别是采用间接方式的ToF相机系统中使用的脉冲生成器的构成例进行说明。图28是示出根据本公开实施方案的脉冲生成器300的功能构成例的说明图。例如，图28所示的脉冲生成器300是设置在图27所示的距离图像传感器201中的脉冲生成器。在下文中，参照图28对根据本公开实施方案的脉冲生成器300的功能构成例进行说明。
如图28所示，根据本公开实施方案的脉冲生成器300构造成包括计数器310和340、D触发器320以及与门330。
计数器310是可编程计数器，其对输入到脉冲生成器300的时钟(例如，由PLL生成的时钟)进行计数。计数器310是用于设定相位的计数器，并且例如是在输入其中的时钟的上升沿的时机处加上值的计数器。将相位设定从脉冲生成器300的外部发送到计数器310。将计数器310的输出发送到D触发器320的输入。
D触发器320使用计数器310的输出作为时钟CK，并且基于时钟CK从输出Q输出输入D的值。将D触发器320的输出发送到与门330。
与门330对输入到脉冲生成器300的时钟和D触发器320的输出进行逻辑与运算(AND)，并将与运算的结果输出到计数器340。
计数器340是可编程计数器，其对与门330的输出时钟进行计数。计数器340是用于设定分割的计数器，并且例如是在输入其中的时钟的上升沿的时机处加上值的计数器。
用作计数器310和340的计数器可以是任何计数器，只要其是可编程计数器。可编程计数器的构成要素在于，计数器是多位计数器、计数器接收多位数据作为输入、计数器包括输入数据和计数值之间的比较器等。作为这样的计数器，可以应用脉冲吞咽计数器、脉冲跟随计数器、二进制计数器、格雷码计数器(gray code counter)、约翰逊计数器(Johnsoncounter)等。
图29是示出输入到脉冲生成器300的信号、在脉冲生成器300内部生成的信号和从脉冲生成器300输出的信号的波形例的说明图。
参照图29，“时钟”表示输入到脉冲生成器300的时钟，“计数器(相位)”表示计数器310的计数值。“1stCNO”表示D触发器320的输出，并且“2stCNI”表示与门330的输出。“计数器(分割)”表示计数器340的计数值，并且“OUT”表示计数器340的输出。
在图29所示的示例中，当计数器310的计数值变为“6”时，D触发器320的输出从低切换到高。此外，当计数器340的计数值变为“8”时，计数器340的输出从低切换到高或从高切换到低。特别地，可以通过改变计数器310和340的设定来调节待从脉冲生成器300输出的时钟的相位和频率。
通过使用从脉冲生成器300输出的时钟来驱动光源和驱动传感器芯片的像素，可以灵活地调节光源的驱动时机和传感器芯片的像素的驱动时机。例如，可以将28设定为相位设定，并将28设定为分割设定。在这种情况下，对于各计数器，触发器的数量为8，总计实现为16。因此，与需要64个触发器的常规脉冲生成器相比，根据本公开实施方案的脉冲生成器可以显著减小电路规模。
应该注意，虽然在图28所示的脉冲生成器300中，将用于设定频率的计数器340提供给用于设定相位的计数器310的下一阶段，但是本公开不限于刚刚说明的这样的示例。在根据本实施方案的脉冲生成器300中，可以将用于设定相位的计数器提供给用于设定频率的计数器的下一阶段。
图30是示出使用根据本公开实施方案的脉冲生成器的距离图像传感器的示意性构成例的说明图。在图30中。示出了脉冲生成器300a和300b、PLL 350、光源驱动器352、光源354、像素调制驱动器356和像素358。像素358是单抽头(one-tap)像素，其中一个像素包括一个晶体管。
从PLL 350输出的时钟MCK被发送到脉冲生成器300a和300b。此外，将光源354用的相位设定输入到脉冲生成器300a，并且将像素358用的相位设定输入到脉冲生成器300b。特别地，为了设定从脉冲生成器300a输出的信号(光源输出信号)和从脉冲生成器300b输出的信号(像素调制信号)之间的相位差，将每个独自的相位设定输入到脉冲生成器300a和300b。此外，将共同的调制频率设定输入到脉冲生成器300a和300b。因此，从脉冲生成器300a和300b输出相同频率的脉冲。
图31是示出从脉冲生成器300a和300b输出的信号以及输入到脉冲生成器300a和300b的相位设定的示例的说明图。在图31所示的示例中，输入到脉冲生成器300a的光源相位设定是这样的设定，当计数器310a的计数值变为“6”时，D触发器320a的输出从低切换到高。此外，在图31所示的示例中，输入到脉冲生成器300b的像素相位设定是这样的设定，当计数器310b的计数值变为“9”时，D触发器320b的输出从低切换到高。通过这样的设定，从脉冲生成器300a输出的光源输出信号和从脉冲生成器300b输出的像素调制信号之间的相位差可以设定为90度。
对另一个示例进行说明。图32是示出使用根据本公开实施方案的脉冲生成器的距离图像传感器的示意性构成例的说明图。在图32中，示出了脉冲生成器300a和300b、PLL350、光源驱动器352、光源354、逆变器355、像素调制驱动器356a和356b以及像素358’。像素358’是双抽头像素，其中两个晶体管设置在一个像素中并且构造成使得来自脉冲生成器300b的信号被输入到晶体管。
在图32所示的示例中，为了设定待从脉冲生成器300a输出的信号(光源输出信号)和待从脉冲生成器300b输出的信号(像素调制信号)之间的相位差，将每个独自的相位设定输入到脉冲生成器300a和300b，类似于图30所示的示例。此外，将共同的调制频率设定输入到脉冲生成器300a和300b。此外，在图32所示的示例中，脉冲生成器300b的输出被分支为两个，其中一个被原样输出到像素调制驱动器356a，另一个被逆变器355反转，然后输出到像素调制驱动器356b。因此，根据来自脉冲生成器300b的输出信号，生成相位彼此差异180度的两个信号(像素调制信号A和B)。
图33是示出从脉冲生成器300a和300b输出的信号和输入到脉冲生成器300a和300b的相位设定的示例的说明图。在图33所示的示例中，输入到脉冲生成器300a的光源相位设定是这样的设定，当计数器310a的计数值变为“6”时，D触发器320a的输出从低切换到高。此外，在图33所示的示例中，输入到脉冲生成器300b的像素相位设定是这样的设定，当计数器310b的计数值变为“9”时，D触发器320b的输出从低切换到高。通过这样的设定，待从脉冲生成器300a输出的光源输出信号和待从脉冲生成器300b输出的像素调制信号A之间的相位差可以设定为90度。然后，由于脉冲生成器300b的输出被分支为两个，并且两个分支输出中的一个被逆变器355反转，然后输出到像素调制驱动器356b，所以像素调制信号A和像素调制信号B之间的相位差可以设定为180度。
对不同的示例进行说明。图34是示出使用根据本公开实施方案的脉冲生成器的距离图像传感器的示意性构成例的说明图。在图34中，示出了脉冲生成器300a,300b和300c、PLL 350、光源驱动器352、光源354、像素调制驱动器356a和356b以及像素358’。像素358’是双抽头像素，其中两个晶体管设置在一个像素中并且构造成使得来自脉冲生成器300b的信号被输入到晶体管。
图34所示的示例与图32所示的构成例的相同之处在于，来自脉冲生成器300a的信号(光源输出信号)被输出到光源354。另一方面，图34所示的示例与图32所示的构成例的不同之处在于，脉冲生成器300b和300c生成待从像素358’输出的信号。特别地，为了设定待从脉冲生成器300a输出的信号(光源输出信号)、待从脉冲生成器300b输出的信号(像素调制信号A)和待从脉冲生成器300c输出的信号(像素调制信号B)之间的相位差，将每个独自的相位设定输入到脉冲生成器300a,300b和300c。
图35是示出从脉冲生成器300a,300b和300c输出的信号和输入到脉冲生成器300a和300b的相位设定的示例的说明图。在图35所示的示例中，待输入到脉冲生成器300a的光源相位设定是这样的设定，当计数器310a的计数值变为“6”时，D触发器320a的输出从低切换到高。此外，在图35所示的示例中，待输入到脉冲生成器300b的像素相位设定是这样的设定，当计数器310b的计数值变为“9”时，D触发器320b的输出从低切换到高。此外，在图35所示的示例中，待输入到脉冲生成器300c的像素相位设定是这样的设定，当计数器310c的计数值变为“15”时，D触发器320c的输出从低切换到高。通过这样的设定，待从脉冲生成器300a输出的光源输出信号和待从脉冲生成器300b输出的像素调制信号A之间的相位差可以设定为90度。此外，待从脉冲生成器300a输出的光源输出信号和待从脉冲生成器300c输出的像素调制信号B之间的相位差可以设定为270度。
通过以这种方式将像素相位设定输入到脉冲生成器的构成，可以校正系统延迟。这里的系统延迟是在从脉冲生成器输出像素调制信号直到像素调制信号实际输入到像素之后的时间延迟。图36是示出从脉冲生成器输出的信号和输入到脉冲生成器的相位设定的示例的说明图。如图36所示，通过向要输入到用于像素的脉冲生成器的像素相位设定提供偏移，可以将偏移添加到像素调制信号，而不改变要输入到用于光源的脉冲生成器的像素相位设定的设定。换句话说，通过调节用于光源的脉冲生成器或用于像素的脉冲生成器中的至少任一个，可以实现用于使光源驱动器和像素调制驱动器彼此同步的校准。
例如，包括根据本实施方案的脉冲生成器的距离图像传感器使得能够以高频率(例如，以大约100MHz的频率)进行操作。现有的ToF方式的距离图像传感器以例如大约20MHz的低频率进行操作。在大约20MHz的操作的情况下，即使在光源的驱动和像素的驱动之间存在2～3nsec的移位等，移位的影响也很小。然而，在大约100MHz的操作的情况下，如果发生2nsec的移位，则这会导致25％的损失并且其影响很大。由于包括根据本实施方案的脉冲生成器的距离图像传感器允许光源相位设定和像素相位设定的独自设定，所以如上所述，可以通过调整用于光源的脉冲生成器或用于像素的脉冲生成器中的至少任一个来实现用于使光源驱动器和像素调制驱动器同步的校准。
随后，对可以将光源的占空比设定为任意值的ToF方式的距离图像传感器进行说明。如上所述，脉冲生成器300生成占空比为50％的光源输出信号。图37是示出由脉冲生成器300生成并且占空比为50％的光源输出信号的波形的示例的说明图。
然而，如果基于其占空比为50％的光源输出信号发射光，则发生基于距离测量原理(连续方式)的循环误差，并且该循环误差可能引起距离测量误差。图38是示出由循环误差引起距离测量误差的方式的说明图。上段表示在从光源发出的光的波形是正弦波的情况下的方式，下段表示在从光源发出的光的波形是方波的情况下的方式。在图形中，横轴表示延迟量，使得当延迟量的值是100时，延迟量是360度。在连续方式中，假设信号是理想的正弦波来执行计算。在根据正弦波的光源输出信号发射光的情况下，与右上侧的图形的情况一样，相位延迟量不会发生失真。另一方面，在根据方波的光源输出信号发射光的情况下，与右下侧的图形的情况一样，相位延迟量发生一些失真。这种失真直接导致距离测量的线性度劣化。尽管现有的距离图像传感器通过软件校正失真来处理该问题，但是由于循环误差的误差随距离测量中的距离增加而增加，因此失真的影响增加。
因此，本案的公开者已经对在特别是采用间接方式的ToF相机系统中使用并且能够以简单的构成来减小由循环误差引起的距离测量误差的技术进行了深入研究。结果，本案的公开者发明了一种在特别是采用间接方式的ToF相机系统中使用并且能够以简单的构成来减小由循环误差引起的距离测量误差的技术。
根据本实施方案的距离图像传感器通过改变光源输出信号的占空比、特别地通过将光源输出信号的占空比减小到小于50％来减小循环误差。为此，根据本实施方案的距离图像传感器包括脉冲生成器，该脉冲生成器生成其占空比减小到小于50％的光源输出信号。图39是示出占空比为小于50％的30％和25％的光源输出信号的波形的示例的说明图。
对用于以这种方式输出占空比为小于50％的30％和25％的光源输出信号的构成进行说明。图40是示出用于在根据本公开实施方案的距离图像传感器中输出光源输出信号的构成例的说明图。在图40中，示出了脉冲生成器300a和300b、用于在脉冲生成器300a的输出被反转之后将脉冲生成器300a的输出和脉冲生成器300b的输出进行“与”运算(逻辑“与”)的与门410以及选择器420。脉冲生成器300a和300b都生成用于使光源发射光的信号。
脉冲生成器300a是用于生成其占空比为50％的光源输出信号的目的的脉冲生成器。另一方面，脉冲生成器300b是用于调节相位设定以通过由脉冲生成器300a生成的信号和由脉冲生成器300b生成的信号的组合来生成使其占空比小于50％的光源输出信号的目的的脉冲生成器。
图41是示出使其占空比小于50％的光源输出信号的生成的概要的说明图。图41中的“MAIN”示出由脉冲生成器300a生成的信号的波形的示例，并且“SUB”示出由脉冲生成器300b生成的信号的波形的示例。此外，“LSR”示出通过由脉冲生成器300a生成的信号和由脉冲生成器300b生成的信号的组合使其占空比小于50％的光源输出信号的波形的示例。
如图41所示，在由脉冲生成器300a生成的信号的波形和由脉冲生成器300a生成的信号的波形之间具有相位差。如果在这种状态下将由脉冲生成器300a生成的信号在反转后与由脉冲生成器300b生成的信号进行“与”运算，则可以生成像“LSR”那样的使其占空比小于50％的光源输出信号。
选择器420选择并输出脉冲生成器300a的输出和与门410的输出中的任一个。将模式切换信号供给到选择器420，并且选择器420响应于模式切换信号的内容来选择并输出脉冲生成器300a的输出(即，占空比为50％的信号)和与门410的输出(即，占空比小于50％的信号)中的任一个。
在根据本公开实施方案的ToF方式的距离图像传感器具有图40所示的构成的情况下，其可以使光源发射出具有不同占空比的光。此外，根据本公开实施方案的ToF方式的距离图像传感器可以通过改变光源输出信号的占空比、特别地通过将占空比减小到小于50％来减小循环误差。
图42是示出要设定到脉冲生成器300a和300b的光源相位设定的示例的说明图。如图42所示，通过使要设定到脉冲生成器300a的光源相位设定和要设定到脉冲生成器300b的光源相位设定彼此不同，可以在由脉冲生成器300a生成的信号的波形(LSR)和由脉冲生成器300a生成的波形(LSR_SUB)之间提供相位差。此外，如果对由脉冲生成器300a生成的信号在其波形反转后与由脉冲生成器300b生成的信号进行与运算，则可以生成像“LSR_OUT”那样的使其占空比小于50％的光源输出信号。
当然，由脉冲生成器300b生成的信号的相位可以从由脉冲生成器300a生成的信号的相位提前。图43是示出由脉冲生成器300a和300b生成的信号和基于由脉冲生成器300a和300b生成的信号生成的光源输出信号的波形例的说明图。
例如，通过以这种方式切换和选择具有不同占空比的信号以形成光源输出信号，可以使光源发射出使其频率在其中测量到长距离处物体的距离的情况和其中测量到短距离处物体的距离的另一种情况之间不同的光，并使占空比小于50％以减小循环误差。
应该注意，尽管本示例示出光源输出信号的占空比在50％和小于50％之间选择的示例，但是本公开不限于刚刚说明的这样的示例。
图44是示出根据本公开实施方案的ToF方式的距离图像传感器的驱动例的说明图。图44中所示的是使得从光源发射的光的频率和占空比在长距离处物体的距离测量和短距离处物体的距离测量之间不同的示例。
在图44所示的示例中，在长距离处物体的距离测量时，以20MHz的频率、32％的占空比发射光，但是在短距离处物体的距离测量时，以80MHz的频率、32％的占空比发射光。然后，在图44所示的示例中，在长距离处物体的距离测量和短距离处物体的距离测量中，在0度、90度、180度和270度的四个相位中进行测量。
根据本公开实施方案的ToF方式的距离图像传感器可以通过使光源以这种方式发射光来减小循环误差。
图45是示出根据本公开实施方案的ToF方式的距离图像传感器的操作例的流程图。距离图像传感器判断距离测量目标的物体是否处于长距离(等于或长于预定距离的长距离)(步骤S101)。如果物体处于长距离，则距离图像传感器以低频率执行距离测量(步骤S102)并且生成长距离处的深度图(步骤S103)。在该距离测量中，距离图像传感器使光源以小于50％的占空比发射光。然后，距离图像传感器基于长距离处的深度图估计(演算)距离测量目标的物体的位置(步骤S104)。
另一方面，如果距离测量目标的物体处于短距离，则距离图像传感器以高频率执行距离测量(步骤S105)并且生成短距离处的深度图(步骤S106)。在该距离测量中，距离图像传感器使光源以小于50％的占空比发射光。然后，距离图像传感器基于短距离处的深度图估计(演算)距离测量目标的物体的位置(步骤S107)。
以这种方式，当根据本公开实施方案的ToF方式的距离图像传感器使光从光源发射时，可以使得光源根据设定以不同的占空比发射光。因此，通过使光源以小于50％的占空比发光，根据本公开实施方案的ToF方式的距离图像传感器可以减小循环误差的影响并且提高距离测量的精度。
随后，对通过改变单帧中的调制频率的设定来执行距离测量的ToF方式的距离图像传感器进行说明。
在间接ToF方式的距离图像传感器中，在调制频率和距离测量误差之间具有反比关系。尽管需要增加调制频率以提高执行测量的精度，但是如果调制频率增加，则距离测量范围减小。
在现有的间接ToF方式的距离图像传感器中，在使用两种不同的调制频率执行距离测量的情况下，仅在用于累积到像素中并且用于读出所累积的数据的周期中允许改变调制频率的设定。因此，在使用两种不同的调制频率执行距离测量的情况下，由于深度计算所需的帧增加，所以距离测量完成之前的时间增加。此外，如果试图在累积时段期间改变调制频率的设定，则在设定转换期间的空档时间变长并且无效信号的比例增加。
图46是示出当在单帧中的累积时段期间使用相同的调制频率执行距离测量时的间接ToF方式的距离图像传感器的操作例的说明图。在图46的示例中，示出了这样的示例，其中在60MHz的调制频率下改变相位的同时执行距离测量，然后在20MHz的调制频率下改变相位的同时执行测量。在这种情况下，在要改变频率的情况下，尽管需要改变PLL的设定，但是需要用于稳定PLL的时段，并且难以立即改变频率。因此，需要时间来切换调制频率，并且距离测量完成之前的时间变长。
图47是示出当在一帧的累积时段期间使用相同的调制频率执行距离测量时的间接ToF方式的距离图像传感器的操作例的说明图。在图47的示例中，示出了这样的示例，其中一个周期包括调制频率为60MHz的距离测量和调制频率为20MHz的距离测量，在一个周期结束后改变相位的同时执行距离测量。在这种情况下，需要时间来切换调制频率，并且距离测量完成之前的时间变长。此外，同样地，关于从像素的读出次数，在距离测量完成之前需要8次读出，类似于图46所示的示例。
因此，在本实施方案中，对间接ToF方式的距离图像传感器进行了说明，其中组合了两个可编程计数器的这种脉冲生成器用于在单帧的累积时段期间在短时间内改变调制频率的设定并且可以反映出这种设定的变化。应该注意，术语帧是指在图像传感器的累积开始之后直到完成图像传感器的读出为止的时段。
图48是示出根据本公开实施方案的间接ToF方式的距离图像传感器的驱动例的说明图。在本实施方案中，在单帧的累积时段期间，以60MHz和20MHz的调制频率执行驱动，并且通过从像素的单次读出操作来获取驱动的结果。通过以这种方式在单帧的累积时段期间以彼此不同的调制频率驱动，根据本公开实施方案的间接ToF方式的距离图像传感器可以减少读出次数。此外，根据本公开实施方案的间接ToF方式的距离图像传感器可以节省读出时间并且可以提高帧速率。应该注意，尽管在改变调制频率的设定的时机出现空档时间，但是与上文所述的用于稳定PLL的时段相比，空档时间的时段非常短。
图49是示出根据本公开实施方案的间接ToF方式的距离图像传感器的驱动的具体例的说明图。在图49中，示出了这样的示例，其中，作为对上述脉冲生成器300的设定，针对频率设定、像素相位设定和光源位置设定中的每一个提供两种不同的设定。提供两种相位设定的原因在于，如果调制频率改变，则相位的设定也自然地改变。
图49还示出了用于改变设定的触发信号。在图49的示例中，在触发信号低的情况下，调制频率设定为60MHz，并且在触发信号高的情况下，调制频率设定为40MHz。换句话说，脉冲生成器300的设定根据用于改变设定的触发信号的状态来切换。此时，如果脉冲生成器300检测到用于改变设定的触发信号的状态已经改变，则脉冲生成器300复位计数器的值并基于改变之后的设定输出脉冲。在图49的下部阶段，示出了这样的方式，其中像素调制信号和光源输出信号的频率响应于用于改变设定的触发信号的改变而改变。
图50是示出在根据本公开实施方案的间接ToF方式的距离图像传感器中使用的构成的示例的说明图。在图50中，示出了用于设定调制频率的计数器340、输出时钟的PLL350、接收计数器340的输出作为同步信号的时序控制器341以及用于将设定输出到计数器340的选择器342。
时序控制器341检测设定变化触发信号的状态的改变。如果时序控制器341检测到设定变化触发信号的状态已经改变，则其将切换信号输出到选择器342，并将用于使计数器值复位的复位信号输出到计数器340，以便切换分割设定。选择器342基于来自时序控制器341的切换信号选择并输出两个分割设定中的一个。
例如，假设时序控制器341检测到当计数器340以分割设定1进行操作时，设定变化触发信号的状态已经改变。时序控制器341将设定变化触发信号和同步信号锁存在其内部，并在调制信号为低的时段内输出切换信号和复位信号。接收切换信号的选择器342将计数器340的输出从分割设定1切换到分割设定2。然后，计数器340基于复位信号复位计数器值，并开始用分割设定2进行计数以基于分割设定2输出调制信号。
本实施方案可以提供间接ToF方式的距离图像传感器，其可以使用作为两个可编程计数器的组合的脉冲生成器在单帧的累积时段期间在短时间内改变调制频率的设定并且反映出如上所述的设定的变化。通过在单帧的累积时段期间在短时间内改变调制频率的设定并反映设定的变化，根据本公开实施方案的间接ToF方式的距离图像传感器可以减少距离测量完成前的读出次数，并且可以预期到功耗的降低。此外，与其中通过改变PLL的设定来改变调制频率的设定的替代情况相比，根据本公开实施方案的间接ToF方式的距离图像传感器可以在很短的时间内完成距离测量。如果设置多个PLL，那么尽管也可以通过在PLL之间切换来改变调制频率的设定，但是多个PLL的设置导致电路规模的增加。根据本公开实施方案的间接ToF方式的距离图像传感器可以在不增加电路规模的情况下改变调制频率的设定。
由于根据本公开实施方案的间接ToF方式的距离图像传感器具有如图50所示的构成，所以其可以通过改变用于设定变化的触发信号来改变像素调制信号和光源输出信号的调制频率。此外，根据本公开实施方案的间接ToF方式的距离图像传感器可以在单帧的累积时段期间以不同的调制频率来驱动。
随后，对用于避免在多个相机执行到同一目标的距离测量时的错误的距离测量的间接ToF方式的距离图像传感器进行说明。
在有源型的距离测量方式中，光从光源发射，并且检测由距离测量目标的物体反射的光，以对距离测量目标执行距离测量。在这种有源型的距离测量方式中，如果多个相机执行到同一目标的距离测量，则它们的信号混合，这导致错误的距离测量。图51是示出其中从多个光源向同一距离测量目标照射光并且某个图像传感器接收来自多个光源的光的方式的说明图。尽管最初期望图51所示的图像传感器进行操作，以接收来自光源A的光，但是也可能发生图像传感器接收来自不同光源B的光的情况。图52是示出其中在光源A和光源B之间发生发光时间(调制时间)的重叠的方式的说明图。如果发光时间以这种方式在光源A和光源B之间重叠，那么图像传感器同时接收来自不同光源的光，这会引起污染。
在根据有源型的距离测量方式由多个相机执行到同一目标的距离测量的情况下，通过针对发光时机在时间方向上使用随机数来减少这种重叠的概率的技术似乎是可行的。图53是示出其中发光时机在光源A和光源B之间彼此随机移位的方式的说明图。然而，即使发光时机随机移位，也难以完全防止重叠。
因此，在本实施方案中，使用伪随机生成的切换信号作为触发使相位反转180度，以加密调制，用于防止干扰。由于对于根据本实施方案的间接ToF方式的距离图像传感器，预先已知待由图像传感器接收的光的调制模式，因此以与该模式不同的模式调制的光可以作为对距离测量没有贡献的无效信号被处理。
图54是示出可以由根据本实施方案的间接ToF方式的距离图像传感器使用的像素调制信号的示例的说明图，并且是示出其中在基于伪随机生成的比特的脉冲(伪随机脉冲)的状态转变的时机处使像素调制信号的相位反转180度的示例的说明图。当伪随机生成的比特为零时，伪随机脉冲为低，而当伪随机生成的比特为1时，伪随机脉冲为高。在图54中，在伪随机脉冲从低转变到高或从高转变到低的时机处使像素调制信号的相位转变180度。根据本实施方案的间接ToF方式的距离图像传感器可以通过在调制信号的生成中使用伪随机脉冲来避免在距离测量中使用基于其状态以不同模式变化的脉冲的光。
图55是示出在本实施方案中使用的伪随机脉冲的生成的说明图。图55示出在一帧中执行四次光接收和读出的情况。关于图55中示出的变量，N表示伪随机的模式长度，L表示调制信号的编码周期长度，M表示以逻辑频率对伪随机脉冲进行归一化的周期。变量N的位长为15位，L可以取4,8,16和32的值中的一个。此外，变量M的位长为9位。例如，如果假设调制频率是60MHz，则N＝3，L＝8并且L＝16。
例如，在上文所述的传感器芯片11的内部生成伪随机脉冲。例如，伪随机脉冲可以由逻辑电路17生成。
图56是示出基于伪随机生成的比特所生成的伪随机脉冲(PSKTRIG)和信号(MIX信号)的示例的说明图，该信号具有通过伪随机脉冲的状态转变从伪随机脉冲反转180度的相位。在图56的示例中，在一次读出期间，基于伪随机生成的11位比特，通过伪随机脉冲的状态转变来改变调制信号的相位。
随后，对用于通过伪随机脉冲的状态转变来使调制信号的相位反转的构成进行说明。图57是示出在根据本公开实施方案的间接ToF方式的距离图像传感器中使用的构成例的说明图。在图57中，示出了脉冲生成器300a,300b和300d、PLL 350和脉冲边沿检测电路360。脉冲生成器300a是输出光源调制信号的脉冲生成器。脉冲生成器300b是输出像素调制信号的脉冲生成器。脉冲生成器300d是输出基准脉冲的脉冲生成器。
从脉冲生成器300d输出的基准脉冲被发送到脉冲边沿检测电路360。伪随机脉冲也被发送到脉冲边沿检测电路360。脉冲边沿检测电路360通过检测脉冲的边沿而检测到伪随机脉冲的状态转变已经发生。然后，当脉冲边沿检测电路360检测到伪随机脉冲的状态转变已经发生时，其输出相位反转信号，以使要从脉冲生成器300a和300b输出到选择器370a和370b的信号的相位反转。
如果没有从脉冲边沿检测电路360发送相位反转信号，则选择器370a和370b按原样输出从脉冲生成器300a和300b输出的信号。如果从脉冲边沿检测电路360发送相位反转信号，则在从脉冲生成器300a和300b输出的信号的相位被逆变器371a和371b反转之后，选择器370a和370b输出信号。
图58是示出其中调制信号的相位基于伪随机脉冲的状态转变而变化的示例的说明图。在伪随机脉冲的状态为低的情况下，调制信号是具有与基准脉冲的相位相同的相位的信号(0度信号)。如果伪随机脉冲的状态变为高，则在紧接其后的基准脉冲的状态转变的时机处使调制信号的相位反转。此后，如果伪随机脉冲的状态变为低，则在基准脉冲的状态随后立即改变的时机处调制信号的相位改变。
图59是示出调制信号的相位基于伪随机脉冲的状态转变而变化的示例的说明图。图59所示的信号包括(按照从上的顺序)：伪随机脉冲、未加密的占空比为50％的0度的信号、加密的占空比为50％的0度的信号、未加密的占空比为25％的0度的信号、加密的占空比为25％的0度的信号、未加密的占空比为50％的90度的信号、加密的占空比为50％的90度的信号、未加密的占空比为25％的90度的信号和加密的占空比为25％的90度的信号。
如上文所述的，根据本公开实施方案的间接ToF方式的距离图像传感器可以改变待由脉冲生成器300生成的脉冲的占空比。特别地，通过将光源输出信号的占空比设定成比50％更小，可以减小循环误差。因此，在图59中，通过使用占空比为50％的信号作为像素调制信号并使用占空比为25％的信号作为光源输出信号，在根据本公开实施方案的间接ToF方式的距离图像传感器减小循环误差的同时，即使在图像传感器接收来自多个光源的光的情况下也可以判断用于距离测量的光。
根据本公开实施方案的间接ToF方式的距离图像传感器使像素调制信号和光源输出信号的相位彼此偏移的时机同步，如图59所示。通过使像素调制信号和光源输出信号的相位彼此偏移的时机同步，即使在图像传感器接收来自多个光源的光的情况下也可以判断用于距离测量的光。
图60是示出其中调制信号的相位基于伪随机脉冲的状态转变而变化的示例的说明图。图60中示出的信号包括(按照从上的顺序)：未加密的调制信号、伪随机脉冲、像素调制信号A、像素调制信号B、相位与未加密的调制信号的相位相同的光源输出信号、未加密的调制信号、伪随机脉冲、像素调制信号A、像素调制信号B和相位从未加密的调制信号的相位移位90度的光源输出信号。图60中示出的光源输出信号的占空比为50％。
图61是示出其中调制信号的相位基于伪随机脉冲的状态转变而变化的另一示例的说明图。图61中示出的信号包括(按照从上的顺序)：未加密的调制信号、伪随机脉冲、像素调制信号A、像素调制信号B、相位与未加密的调制信号的相位相同的光源输出信号、未加密的调制信号、伪随机脉冲、像素调制信号A、像素调制信号B和相位从未加密的调制信号的相位移位90度的光源输出信号。图61中示出的光源输出信号的占空比为50％。
图62是示出从两个脉冲生成器300a和300b选择并输出彼此具有不同占空比的两种信号的构成的示例的说明图。如上文所述的，通过使脉冲生成器300a和300b的信号的相位彼此不同，可以生成占空比小于50％的信号。此时，根据信号DUTYON的状态，输出占空比为50％的信号和占空比小于50％的信号中的一个作为光源输出信号。
图63示出从脉冲生成器300a和300b生成的占空比小于50％的信号LSR和基于伪随机脉冲的相位从信号LSR的相位反转的信号LSR_PSK的波形的示例。在本实施方案中，在基于伪随机脉冲的触发信号PSKTRIG的基础上，选择信号LSR和信号LSR_PSK中的任一个作为占空比小于50％的信号。
根据本公开实施方案的间接ToF方式的距离图像传感器以这种方式生成伪随机脉冲，并且基于伪随机脉冲改变光源输出信号和像素调制信号的相位。换句话说，可以使相位反转。通过基于伪随机脉冲改变光源输出信号和像素调制信号的相位，即使当存在同时执行到同一目标的距离测量的不同距离图像传感器的情况下，根据本公开实施方案的间接ToF方式的距离图像传感器也可以判断由图像传感器接收到的光是否是从距离图像传感器本身的光源发出的接收光。
<内窥镜手术系统的应用例>
根据本公开的技术(本技术)可以应用于各种产品。例如，根据本公开的技术可以适用于内窥镜手术系统。
图64是示出根据本公开的实施方案(本技术)可以应用的内窥镜手术系统的示意性构成的示例的图。
图64示出手术者(医生)11131正在使用内窥镜手术系统11000对病床11133上的患者11132进行手术的状态。如图64所示，内窥镜手术系统11000包括内窥镜11100、诸如气腹管11111和能量处置器械11112等其他手术器械11110、支撑内窥镜11100的支撑臂装置11120以及其上安装有用于内窥镜手术的各种装置的推车11200。
内窥镜11100包括其中距远端预定长度的区域被插入患者11132的体腔内的透镜筒11101和摄像头11102，该摄像头与透镜筒11101的近端连接。在所示的例子中，示出了形成为包括硬性透镜筒11101的所谓硬性内窥镜的内窥镜11100，但是内窥镜11100可以形成为包括软性透镜筒的所谓的软性内窥镜。
透镜筒11101在其远端处设有物镜装配到其中的开口部。光源装置11203与内窥镜11100连接，并且将由光源装置11203生成的光通过延伸到透镜筒11101内部的光导引导到透镜筒的远端，并经由物镜将光朝向在患者11132的体腔内的观察对象发射。应该注意，内窥镜11100可以是直视镜、斜视镜或侧视镜。
在摄像头11102的内部设有光学系统和图像拾取元件，并且来自观察对象的反射光(观察光)通过光学系统会聚在图像拾取元件上。观察光由图像拾取元件进行光电转换，并且生成与观察光相对应的电气信号，即，与观察图像相对应的图像信号。图像信号作为RAW数据被传输到相机控制单元(CCU)11201。
CCU 11201包括中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)等，并且综合控制内窥镜11100和显示装置11202的操作。此外，CCU 11201接收来自摄像头11102的图像信号，并且执行诸如对图像信号的显像处理(去马赛克处理)等各种类型的图像处理以基于该图像信号显示图像。
显示装置11202通过CCU 11201的控制显示基于已经由CCU 11201对其进行了图像处理的图像信号的图像。
例如，光源装置11203包括诸如发光二极管(LED)等光源并且将用于拍摄手术部位等的照射光供给到内窥镜11100。
输入装置11204是用于内窥镜手术系统11000的输入接口。使用者可以经由输入装置11204向内窥镜手术系统11000输入各种类型的信息和指令。例如，使用者输入用于改变内窥镜11100的图像拾取条件(照射光的类型、放大率、焦距等)的指令等。
处置器械控制装置11205控制能量处置器械11112的驱动，用于组织的烧灼、切开、血管的密封等。气腹装置11206经由气腹管11111向体腔内注入气体以使患者11132的体腔膨胀，以确保内窥镜11100的视野并确保手术者的工作空间。记录器11207是能够记录与手术有关的各种类型的信息的装置。打印机11208是能够以诸如文本、图像、图形等各种形式打印与手术有关的各种类型的信息的装置。
应该注意，将用于拍摄手术部位的照射光供给到内窥镜11100的光源装置11203可以包括例如LED、激光光源或它们组合的白色光源。在白色光源包括红色、绿色和蓝色(RGB)激光光源的组合的情况下，可以高精度地控制各种颜色(波长)的输出强度和输出时机，从而可以在光源装置11203中进行所拍摄的图像的白平衡的调整。此外，在这种情况下，通过将来自各个RGB激光光源的激光按时间分割地发射到观察对象上并且与发射时机同步地控制摄像头11102的图像拾取元件的驱动，也可以按时间分割地拍摄对应于R、G和B颜色的图像。根据该方法，在图像拾取元件中未设置滤色器的情况下，也可以获得彩色图像。
此外，可以控制光源装置11203的驱动，使得在预定时间间隔改变要输出的光的强度。通过与光强度的改变的时机同步地控制摄像头11102的图像拾取元件的驱动以按时间分割地获取图像并合成图像，可以生成既没有所谓的曝光不足阴影也没有所谓的过度曝光高亮的高动态范围的图像。
此外，光源装置11203可以供给与特殊光观察相对应的预定波长带的光。在特殊光观察中，例如，通过使用身体组织中的光吸收的波长依赖性，通过发射与普通观察时的照射光(即，白光)相比具有窄带域的光，进行以高对比度对诸如粘膜表层的血管等预定组织进行拍摄的所谓的窄带域成像。可选择地，在特殊光观察中，可以进行通过发射激发光产生的荧光获得图像的荧光成像。在荧光成像中，例如，可以向身体组织照射激发光来观察来自身体组织的荧光(自体荧光成像)，或者可以将诸如吲哚菁绿(ICG)等试剂局部注射到身体组织中并发射与试剂的荧光波长相对应的激发光来获得荧光图像。光源装置11203可以供给与这种特殊光观察相对应的窄带域光和/或激发光。
图65是示出图64所示的摄像头11102和CCU 11201的功能构成的示例的框图。
摄像头11102包括透镜单元11401、图像拾取单元11402、驱动单元11403、通信单元11404和摄像头控制单元11405。CCU 11201包括通信单元11411、图像处理单元11412和控制单元11413。摄像头11102和CCU 11201通过传输线缆11400连接，从而可以在它们之间进行通信。
透镜单元11401是设置在与透镜筒11101的连接部分处的光学系统。从透镜筒11101的远端接收的观察光被引导到摄像头11102并入射到透镜单元11401上。透镜单元11401包括具有变焦透镜和聚焦透镜的多个透镜的组合。
图像拾取单元11402由图像拾取元件组成。构成图像拾取单元11402的图像拾取元件可以是一个元件(所谓的单板型)或者可以是多个元件(所谓的多板型)。当图像拾取单元11402是多板型时，例如，通过各个图像拾取元件生成与RGB相对应的图像信号，并且可以通过对图像信号进行合成来获得彩色图像。可选择地，图像拾取单元11402可以包括一对图像拾取元件，用于获取与三维(3D)显示相对应的右眼和左眼用的图像信号。通过进行3D显示，手术者11131可以更加准确地把握手术部位中的身体组织的深度。应该注意，当图像拾取单元11402是立体型时，可以设置与各个图像拾取元件相对应的多个透镜单元11401。
此外，图像拾取单元11402不必须设置在摄像头11102中。例如，图像拾取单元11402可以设置在透镜筒11101内部的物镜的正后方。
驱动单元11403包括致动器，并且通过摄像头控制单元11405的控制使透镜单元11401的变焦透镜和聚焦透镜沿着光轴移动预定距离。结果，可以适宜地调整由图像拾取单元11402拍摄的图像的放大率和焦点。
通信单元11404包括用于向/从CCU 11201传输/接收各种类型的信息的通信装置。通信单元11404将从图像拾取单元11402获取的图像信号作为RAW数据经由传输线缆11400传输到CCU 11201。
此外，通信单元11404从CCU 11201接收用于控制摄像头11102的驱动的控制信号，并将该控制信号供给到摄像头控制单元11405。控制信号包括与图像拾取条件有关的信息，例如，指定所拍摄的图像的帧速率的信息、指定在成像时的曝光值的信息和/或指定所拍摄的图像的放大率和焦点的信息等。
应该注意，诸如帧速率、曝光值、放大率和焦点等图像拾取条件可以由使用者适宜地指定，或者可以由CCU 11201的控制单元11413基于获取的图像信号来自动设定。在后一种情况下，所谓的自动曝光(AE)功能、自动对焦(AF)功能和自动白平衡(AWB)功能结合在内窥镜11100中。
摄像头控制单元11405基于经由通信单元11404接收的来自CCU 11201的控制信号来控制摄像头11102的驱动。
通信单元11411包括用于向/从摄像头11102传输/接收各种类型的信息的通信装置。通信单元11411经由传输线缆11400接收从摄像头11102传输的图像信号。
此外，通信单元11411将用于控制摄像头11102的驱动的控制信号传输到摄像头11102。图像信号和控制信号可以通过电气通信、光通信等来传输。
图像处理单元11412对作为从摄像头11102传输的RAW数据的图像信号进行各种类型的图像处理。
控制单元11413进行与通过内窥镜11100进行的手术部位等的成像以及通过对手术部位等的成像获得的所拍摄的图像的显示有关的各种类型的控制。例如，控制单元11413生成用于控制摄像头11102的驱动的控制信号。
此外，控制单元11413基于已经由图像处理单元11412进行了图像处理的图像信号来使显示装置11202显示手术部位等的所拍摄的图像。在这种情况下，控制单元11413可以通过使用各种图像识别技术来识别所拍摄的图像内的各种物体。例如，控制单元11413检测包含在所拍摄的图像中的物体的边缘形状和/或颜色等，由此能够识别诸如钳子等手术器械、特定活体部位、出血、当使用能量处置器械11112时的雾等等。当使显示装置11202显示所拍摄的图像时，通过使用识别结果，控制单元11413可以使显示装置11202重叠显示与手术部位的图像有关的各种类型的手术支持信息。手术支持信息被重叠显示，并呈现给手术者11131，由此可以减轻手术者11131的负担，并且手术者11131可以可靠地进行手术。
将摄像头11102和CCU 11201连接在一起的传输线缆11400是支持电气信号的通信的电气信号线缆、支持光通信的光纤或其复合线缆。
这里，虽然在所示的示例中，通过使用传输线缆11400来执行有线通信，但是可以在摄像头11102和CCU 11201之间执行无线通信。
以上已经说明了可以应用根据本公开的技术的内窥镜手术系统的示例。根据本公开的技术可以从上述构成内应用于例如内窥镜11100、摄像头11102(的图像拾取单元11402)、CCU 11201(的图像处理单元11412)等。
应该注意，尽管这里以内窥镜手术系统为例进行说明，但是根据本公开的技术可以适用于其他系统，例如，显微镜手术系统等。
<移动体的应用例>
根据本公开的技术(本技术)可以应用于各种产品。例如，根据本公开的技术被实现为待安装在诸如汽车、电动汽车、混合电动汽车、摩托车、自行车、个人移动装置、飞机、无人机、船舶和机器人等任何类型的移动体上的装置。
图66是作为根据本公开实施方案的技术可以适用的移动体控制系统的示例的车辆控制系统的概略构成例的框图。
车辆控制系统12000包括经由通信网络12001连接在一起的多个电子控制单元。在图66所示的示例中，车辆控制系统12000包括驱动系统控制单元12010、主体系统控制单元12020、车外信息检测单元12030、车内信息检测单元12040和综合控制单元12050。此外，作为综合控制单元12050的功能构成，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。
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装置的操作。例如，驱动系统控制单元12010用作诸如用于产生如内燃机或驱动电机等车辆的驱动力的驱动力产生装置、用于向车轮传递驱动力的驱动力传递机构、用于调节车辆的转向角的转向机构、用于产生车辆的制动力的制动装置等的控制装置。
主体系统控制单元12020根据各种程序来控制安装到车体的各种装置的操作。例如，主体系统控制单元12020用作无钥匙进入系统、智能钥匙系统、电动窗装置或诸如头灯、尾灯、刹车灯、转向信号灯或雾灯等各种灯的控制装置。在这种情况下，用于代替按键的从便携式装置传递的无线电波或各种开关的信号可以输入到主体系统控制单元12020。主体系统控制单元12020接收无线电波或信号的输入并控制车辆的门锁装置、电动窗装置、灯等。
车外信息检测单元12030检测安装车辆控制系统12000的车辆的外部的信息。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拍摄车辆外部的图像并接收所拍摄的图像。车外信息检测单元12030可以基于接收到的图像进行诸如人、汽车、障碍物、标志、道路上的文字等物体检测处理或距离检测处理。
成像部12031是接收光并输出对应于受光量的电气信号的光学传感器。成像部12031可以输出电气信号作为图像或输出电气信号作为测距信息。此外，由成像部12031接收的光可以是可见光或诸如红外线等不可见光。
车内信息检测单元12040检测关于车辆内部的信息。例如，车内信息检测单元12040与用于检测驾驶员的状态的驾驶员状态检测单元12041连接。例如，驾驶员状态检测单元12041包括拍摄驾驶员的图像的相机，并且基于从驾驶员状态检测单元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集中度，或者可以判断驾驶员是否在打瞌睡。
例如，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获得的车辆内部和外部的信息来计算驱动力产生装置、转向机构或制动装置的控制目标值，并且可以向驱动系统控制单元12010输出控制指令。例如，微型计算机12051可以进行协调控制，以实现包括车辆的碰撞避免或碰撞缓和、基于车辆之间的距离的追踪行驶、车辆速度保持行驶、车辆碰撞警告、车辆的车道偏离警告等的高级驾驶员辅助系统(ADAS)的功能。
另外，微型计算机12051可以通过基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的关于车辆周围的信息来控制驱动力产生装置、转向机构、制动装置等来进行协调控制，以实现其中车辆自主行驶而不依赖于驾驶员的操作的自动驾驶等。
另外，微型计算机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将控制指令输出到主体系统控制单元12020。例如，微型计算机12051根据由车外信息检测单元12030检测到的前方车辆或对向车辆的位置来控制头灯，以进行协调控制，以实现诸如将远光灯切换为近光灯等防止眩光。
声音/图像输出部12052将声音和图像输出信号中的至少一种传递到能够在视觉上或听觉上通知车辆乘员或车辆外部的信息的输出装置。在图66的示例中，作为输出装置，音频扬声器12061、显示部12062和仪表板12063被示出。例如，显示部12062可以包括车载显示器和平视显示器中的至少一种。
图67是成像部12031的安装位置的示例的图。
在图67中，作为成像部12031，包括成像部12101，12102，12103，12104和12105。
成像部12101，12102，12103，12104和12105中的每一个设置在例如车辆12100的车头、侧视镜、后保险杠、后门、车内的挡风玻璃的上侧等位置。设置在车头中的成像部12101和设置在车内的挡风玻璃上侧的成像部12105主要获得车辆12100的前方的图像。设置在侧视镜中的成像部12102和12103主要获得车辆12100的侧方的图像。设置在后保险杠或后门中的成像部12101和12105主要获得车辆12100的后方的图像。由成像部12101和12105获取的前方的图像主要用于检测前方车辆、行人、障碍物、交通信号、交通标志、车道等。
应该注意，图67示出了成像部12101～12104的成像范围的示例。成像范围12111表示设置在车头中的成像部12101的成像范围，成像范围12112和12113分别表示设置在侧视镜中的成像部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中的成像部12104的成像范围。例如，由成像部12101～12104拍摄的图像数据被彼此叠加，从而获得车辆12100的从上方看到的鸟瞰图像。
成像部12101～12104中的至少一个可以具有获取距离信息的功能。例如，成像部12101～12104中的至少一个可以是包括多个图像拾取元件的立体相机，或者可以是具有相位差检测用的像素的成像元件。
例如，基于从成像部12101～12104获得的距离信息，微型计算机12051求出距各成像范围12111～12114内的各立体物的距离和距离的时间变化(相对于车辆12100的相对速度)，从而能够提取位于车辆12100的行驶路线上的特别是最靠近的立体物且在与车辆12100的大致相同的方向上以预定速度(例如，0km/h以上)行驶的立体物作为前方车辆。另外，微型计算机12051可以设定在前方车辆的前方预先确保的车辆之间的距离，并且可以进行自动制动控制(包括追踪行驶停止控制)、自动加速控制(包括追踪行驶开始控制)等。以这种方式，可以进行其中车辆自主行驶而不依赖于驾驶员的操作的自动驾驶等的协调控制。
例如，基于从成像部12101～12104获得的距离信息，通过将立体物分类为两轮车辆、普通车辆、大型车辆、行人和电线杆等其他立体物，微型计算机12051可以提取关于立体物的立体物数据，并利用提取的数据自动避开障碍物。例如，微型计算机12051将车辆12100周围的障碍物识别为可以由车辆12100的驾驶员视觉识别的障碍物和难以视觉识别的障碍物。然后，微型计算机12051判断指示与各障碍物碰撞的危险度的碰撞风险，并且当碰撞风险等于或高于设定值并且存在碰撞的可能性时，微型计算机12051可以通过经由音频扬声器12061和显示部12062向驾驶者输出警告或者经由驱动系统控制单元12010进行强制减速或回避转向，从而能够进行碰撞避免的驾驶辅助。
成像部12101～12104中的至少一个可以是用于检测红外线的红外相机。例如，微型计算机12051可以通过判断行人是否存在于成像部12101～12104的拍摄图像中来识别行人。例如，通过提取作为红外相机的成像部12101～12104的拍摄图像中的特征点的过程以及对指示物体的轮廓的一系列特征点进行图案匹配处理以判断该物体是否为行人的过程来进行行人的识别。当微型计算机12051判断行人存在于成像部12101～12104的拍摄图像中并且识别出行人时，声音/图像输出部12052控制显示部12062，使其显示叠加的四边形轮廓线以强调所识别的行人。此外，声音/图像输出部12052可以控制显示部12062，使其在期望的位置显示指示行人的图标等。
以上已经说明了可以应用根据本公开的技术的车辆控制系统的示例。在上述构成中，根据本公开的技术可以应用于成像部12031。
<2.总结>
如上所述，根据本公开的实施方案，提供了一种在采用间接ToF方式的相机系统中使用的构成，并且能够通过简单的构成抑制循环误差的发生。
尽管已经参照附图详细说明了本公开的优选实施方案，但是本公开的技术范围不限于如上所述的这些实施方案。显而易见的是，在不脱离权利要求中记载的技术范围的情况下，在本公开的技术领域中具有普通知识的人可以构思出各种替换或变形，并且认识到它们自然也属于本公开的范围。
此外，本说明书中的有益效果是说明性的和示例性的而非限制性的。换句话说，根据本公开的技术可以与上述有益效果一起或代替它们而发挥本领域技术人员从本说明书的说明中显而易见的其他有益效果。
应该注意，下面说明的构成也属于本公开的技术范围。
(1)
一种信号生成装置，包括：
第一脉冲生成器，其构造成生成将要供给到光源的脉冲，所述光源将光照射到距离测量目标上；
第二脉冲生成器，其构造成生成将要供给到像素的脉冲，所述像素接收由所述距离测量目标反射的光；和
信号选择部，其构造成从第一占空比和不同于第一占空比的第二占空比之间选择并输出将要从第一脉冲生成器输出的信号的占空比。
(2)
根据以上(1)所述的信号生成装置，其中
第一占空比是固定的，第二占空比是可变的。
(3)
根据以上(2)所述的信号生成装置，其中
第一占空比为50％，第二占空比小于50％。
(4)
根据以上(1)～(3)中任一项所述的信号生成装置，其中
第一脉冲生成器包括主脉冲生成器和子脉冲生成器，
第一占空比的信号是由所述主脉冲生成器生成的信号，和
从由所述主脉冲生成器生成的信号和所述子脉冲生成器生成的信号来生成第二占空比的信号。
(5)
根据以上(4)所述的信号生成装置，其中
所述主脉冲生成器和所述子脉冲生成器中的每个包括：
第一计数器，其构造成使用输入信号确定脉冲的相位；和
第二计数器，其构造成使用输入信号确定脉冲的频率，和
对第一计数器的设定在所述主脉冲生成器和所述子脉冲生成器之间是不同的。
(6)
根据以上(1)～(5)中任一项所述的信号生成装置，其中
所述信号选择部响应于到距离测量目标的距离来选择占空比。
(7)
根据以上(1)～(6)中任一项所述的信号生成装置，其中
所述信号生成装置用于间接型的距离测量传感器中。
[附图标记列表]
201：距离图像传感器
202：光学系统
203：传感器芯片
204：图像处理电路
205：监视器
206：存储器
211：光源装置
300：脉冲生成器
310：计数器
320：触发器
330：与门
340：计数器
350：PLL
352：光源驱动器
354：光源
355：逆变器
356：像素调制驱动器
358：像素

Claims (7)

1.一种信号生成装置，包括：
第一脉冲生成器，其构造成生成将要供给到光源的脉冲，所述光源将光照射到距离测量目标上；
第二脉冲生成器，其构造成生成将要供给到像素的脉冲，所述像素接收由所述距离测量目标反射的光；和
信号选择部，其构造成从第一占空比和不同于第一占空比的第二占空比之间选择并输出将要从第一脉冲生成器输出的信号的占空比。
2.根据权利要求1所述的信号生成装置，其中
第一占空比是固定的，第二占空比是可变的。
3.根据权利要求2所述的信号生成装置，其中
第一占空比为50％，第二占空比小于50％。
4.根据权利要求1所述的信号生成装置，其中
第一脉冲生成器包括主脉冲生成器和子脉冲生成器，
第一占空比的信号是由所述主脉冲生成器生成的信号，和
从由所述主脉冲生成器生成的信号和所述子脉冲生成器生成的信号来生成第二占空比的信号。
5.根据权利要求4所述的信号生成装置，其中
所述主脉冲生成器和所述子脉冲生成器中的每个包括：
第一计数器，其构造成使用输入信号确定脉冲的相位；和
第二计数器，其构造成使用输入信号确定脉冲的频率，和
对第一计数器的设定在所述主脉冲生成器和所述子脉冲生成器之间是不同的。
6.根据权利要求1所述的信号生成装置，其中
所述信号选择部响应于到距离测量目标的距离来选择占空比。
7.根据权利要求1所述的信号生成装置，其中
所述信号生成装置用于间接型的距离测量传感器中。
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