CN111868555A - 光接收设备与距离测量设备 - Google Patents

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Abstract

本公开的光接收设备包括：像素阵列单元，具有多个像素501至504，每个像素包括根据光子的接收来生成信号的光接收单元501至504；第一开关单元611至614，对光接收单元501至504进行再充电；以及再充电控制单元64，根据光接收单元501至504的输出来控制第一开关单元611至614，并且在多个像素501至504之间共享再充电控制单元64。通过再充电控制单元64的这种共享，因为能够减少每个像素的电路单元60的电路面积，所以能够在对像素50进行微型化的同时增加孔径比。优选地，再充电控制单元64包括四输入或电路641和再充电信号生成电路642。或电路641获取从通过比较器631至634供应的SPAD传感器501至504的各个阴极电极检索的逻辑信号的或。将或电路641的或输出供应至再充电信号生成电路642。再充电信号生成电路642通过将或电路641的或输出延迟预定的延迟时间而生成再充电信号RCHG，并且将再充电信号RCHG供应至第一开关单元611至614。因此，再充电控制单元64响应于在光子入射在一个或多个SPAD传感器501至504上之时其逻辑被反向的逻辑信号的或信号而执行再充电控制。此外，本公开的距离测量设备包括：光源，照射利用光进行测量的物体；和光接收设备，接收由待测量的物体反射的光，并且光接收设备包括具有上述配置的光接收设备。

Description

光接收设备与距离测量设备
相关申请的交叉引用
本申请要求保护于2018年3月16日提交的日本优先专利申请JP2018-049178的权益，通过引用将其全部内容结合在此。
技术领域
本公开涉及一种光接收设备和距离测量设备。
背景技术
近年来，出于缩小光接收设备中的芯片尺寸之目的而提出了像素的微型化，其中，包括光接收单元的像素通过二维方式布置成矩阵。此外，为了使得像素微型化，在多个像素之中共享诸如形成像素的晶体管的电路元件，以减少每个像素的电路元件的数量(例如，见专利文献1)。
引用列表
专利文献
专利文献1：JP 2017-73550A
发明内容
技术问题
顺便提及，作为像素的一个光接收单元，存在根据光子的接收来生成信号的光传感器。在使用该光传感器的光接收设备中，需要提供对光传感器进行预充电的开关单元和控制每个像素的开关单元的再充电控制单元。因此，即使对像素进行微型化，然而，因为包括针对每个像素设置的开关单元和再充电控制单元的电路面积不减少，所以像素的孔径比降低。
相应地，本公开提供一种能够在减少每个像素的电路面积并且实现像素的微型化的同时提高像素的孔径比的光接收设备、以及使用光接收设备的距离测量设备。
问题的解决方案
根据本公开的实施方式，提供一种光接收设备，包括：
像素阵列单元，具有多个像素，每个像素包括响应于光子的接收来生成信号的光接收单元；
第一开关单元，对光接收单元再充电；以及
再充电控制单元，根据光接收单元的输出来控制第一开关单元；
再充电控制单元在多个像素之间共享。
此外，根据本公开的另一实施方式，提供一种距离测量设备，包括：
光源，用光照射待测量的物体；以及
光接收设备，接收由待测量的物体反射的光。
然后，提供一种光接收设备，包括：
像素阵列单元，布置有多个像素，每个像素包括光接收单元；
第一开关单元，对光接收单元再充电；以及
再充电控制单元，根据光接收单元的输出来控制第一开关单元；
再充电控制单元在多个像素之间共享。
发明的有利效果
根据本公开，因为能够减少每个像素的电路面积，所以能够在使像素微型化的同时提高像素孔径比。
应注意，本文中所述的效果不一定必须受限制并且可以使用本说明书中描述的任意效果。此外，本说明书中描述的效果仅是实例，并且本公开并不局限于此并且可以具有额外的效果。
附图说明
[图1]图1是示出根据本公开的实施方式的距离测量设备的示意性配置图。
[图2]图2A和图2B是示出根据本公开的实施方式的距离测量设备的具体配置的框图。
[图3]图3是示出使用SPAD传感器的光接收设备的一个像素的基本配置的电路图。
[图4]图4A是传感器芯片与电路芯片的堆叠结构的分解立体图，并且图4B是示出SPAD传感器的阴极电势、猝灭信号QNCH、以及再充电信号RCHG之间的时间关系的时间波形图。
[图5]图5是示出根据第一实施方式的光接收设备的电路配置的电路图。
[图6]图6是用于对根据第一实施方式的光接收设备的电路操作进行说明的时间波形图。
[图7]图7是示出根据第二实施方式的光接收设备的电路配置的电路图。
[图8]图8是示出根据第三实施方式的光接收设备的电路配置的电路图。
[图9]图9是示出根据第四实施方式的光接收设备的电路配置的电路图。
[图10]图10是示出根据第五实施方式的光接收设备的电路配置的电路图。
[图11]图11是用于对根据第五实施方式的光接收设备的电路操作进行说明的时间波形图。
[图12]图12是示出根据第六实施方式的光接收设备的电路配置的电路图。
[图13]图13是用于对根据第六实施方式的光接收设备的电路操作进行说明的时间波形图。
[图14]图14是示出根据第七实施方式的光接收设备的电路配置的电路图。
[图15]图15是用于对根据第七实施方式的光接收设备的电路操作进行说明的时间波形图。
[图16]图16是示出根据第八实施方式的光接收设备的堆叠结构的实例的分解立体图。
[图17]图17是示出根据第八实施方式的光接收设备的平坦结构的实例的立体图。
[图18]图18是示出根据第九实施方式的再充电信号生成电路的电路配置的实例的电路图。
[图19]图19是用于对具有根据第九实施方式的再充电信号生成电路的光接收设备的电路操作进行说明的时间波形图。
[图20]图20是示出根据第十实施方式的再充电信号生成电路的电路配置的实例的电路图。
[图21]图21是示出根据第十一实施方式的非对称延迟元件的电路配置的实例的电路图。
[图22]图22是示出根据第十二实施方式的非对称延迟元件的电路配置的实例的电路图。
[图23]图23A是示出根据第十二实施方式的非对称延迟元件的真值表的示图，并且图23B是示出根据第十三实施方式的非对称延迟元件的真值表的示图。
[图24]图24是示出根据第十三实施方式的非对称延迟元件的电路配置的实例的电路图。
[图25]图25是示出作为能够应用根据本公开的技术的移动体控制系统的实例的车辆控制系统的示意性配置例的框图。
[图26]图26是示出距离测量设备的安装位置的实例的示图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图对用于实现本公开的技术的模式(以下称为“实施方式”)进行详细描述。本公开的技术并不局限于实施方式。在下列描述中，相同参考标号将用于相同元件或具有相同功能的元件，并且将省去多余的描述。应注意，将按照下列顺序展开描述。
1.本公开的光接收设备和距离测量设备的一般性说明
2.根据实施方式的测量设备
3.使用SPAD传感器的光接收设备的基本配置
4.根据实施方式的光接收设备
4-1.第一实施方式(从阴极电极侧检索信号的实例)
4-2.第二实施方式(从阳极电极侧检索信号的实例)
4-3.第三实施方式(第一实施方式的变形：四输入或电路的另一电路配置的实例)
4-4.第四实施方式(第一实施方式的变形：检索像素输出的方法的第一实例)
4-5.第五实施方式(第一实施方式的变形：检索像素输出的方法的第二实例)
4-6.第六实施方式(第四实施方式的变形：检测入射光子的数量的实例)
4-7.第七实施方式(第一实施方式的变形：检索每个像素的像素输出的实例)
4-8.第八实施方式(光接收设备的芯片结构的实例)
4-9.第九实施方式(其中再充电信号生成电路包括环形振荡器的第一实例)
4-10.第十实施方式(其中再充电信号生成电路包括环形振荡器的第二实例)
4-11.第十一实施方式(构成环形振荡器的非对称延迟元件的实例)
4-12.第十二实施方式(第十一实施方式的变形：改变具有较高导通电阻的串联元件的数量的实例)
4-13.第十三实施方式(第十一实施方式的变形：改变具有较高导通电阻的并联元件的数量的实例)
5.根据本公开的技术的应用例(移动体的实例)
6.本公开能够采用的配置
<本公开的光接收设备和距离测量设备的一般性说明>
在本公开的光接收设备和距离测量设备中，在光子入射在共享再充电控制单元的多个像素的光接收单元之中的一个或多个光接收单元上的情况下，再充电控制单元能够被配置为对多个像素的所有光接收单元执行再充电。此外，再充电控制单元能够具有采用在光子入射在一个或多个光接收单元上之时其逻辑被反向的逻辑信号的或的或电路，并且能够被配置为根据或电路的或信号执行再充电。
包括上述所述优选配置的本公开的光接收设备和距离测量设备能够具有这样的配置，即，其中，光接收单元包括单光子雪崩二极管。此时，能够采用其中从单光子雪崩二极管的阴极电极侧检索信号的配置、或能够采用其中从阳极电极侧检索信号的配置。
此外，包括上述所述优选配置的本公开的光接收设备和距离测量设备能够具有对或电路的或信号的电平进行转换的电平转换单元、并且能够被配置为输出电平转换单元的转换结果作为用于检测光子入射时刻的信息。可替代地，光接收设备和距离测量设备能够具有检索在光子入射在一个或多个光接收单元上之时其逻辑被反向的逻辑信号的异或的异或电路、和对异或电路的异或信号的电平进行转换的电平转换单元、并且能够被配置为输出电平转换单元的转换结果作为用于检测光子入射时刻的信息。
此外，包括上述所述优选配置的本公开的光接收设备和距离测量设备能够具有对入射在共享再充电控制单元的多个像素上的光子的数量进行相加的加法器、并且能够被配置为输出加法器的相加结果作为用于检测入射光子的数量的信息。可替代地，或电路的每个输入信号能够具有执行用于增加脉冲宽度的处理并且输出结果的波束成形单元。
此外，包括上述所述优选配置的本公开的光接收设备和距离测量设备能够具有将相对于单光子雪崩二极管的施加电压降低至击穿电压的猝灭电路。然后，猝灭电路能够具有并联连接至第一开关单元的第二开关单元并且能够被配置为根据光接收单元的输出操作。
此外，在根据包括上述所述优选配置的本公开的实施方式的光接收设备和距离测量设备中，再充电控制单元能够具有生成用于驱动第一开关单元的再充电信号的再充电信号生成电路。然后，再充电信号生成电路能够使用环形振荡器。此外，能够通过使用具有不同上升延迟时间和下降延迟时间的非对称延迟元件来配置环形振荡器。
此外，在包括上述所述优选配置的本公开的光接收设备和距离测量设备中，非对称延迟元件能够包括CMOS反相器并且具有不同尺寸的P沟道场效应晶体管和N沟道场效应晶体管。此外，能够采用其中非对称延迟元件的延迟时间是可变的配置。
此外，在包括上述所述优选配置的本公开的光接收设备和距离测量设备中，能够采用其中P沟道场效应晶体管和N沟道场效应晶体管之中具有较高导通电阻的晶体管的串联连接的数量是可变的配置，并且根据串联连接的数量设置延迟时间。可替代地，可以采用其中具有较高导通电阻的晶体管的并联连接的数量是可变的配置，并且能够根据并联连接的数量设置延迟时间。
此外，根据包括上述所述优选配置的本公开的实施方式的光接收设备和距离测量设备能够具有其中其上布置有光接收单元的第一半导体基板与其上布置有再充电控制单元的第二半导体基板堆叠的堆叠结构。
<根据实施方式的测量设备>
图1是示出根据本公开的实施方式的距离测量设备的示意性配置图。在根据本实施方式的距离测量设备1中，作为用于测量到对象10(即，测量物体)的距离的测量方法，采用飞行时间(TOF)方法，即，测量直至朝向对象10发射的光(例如，激光)被对象10反射并且返回的时间。为了通过TOF方法实现距离测量，根据本实施方式的距离测量设备1包括光源20和光接收设备30。因此，作为光接收设备30，使用根据后面所述的本公开的实施方式的光接收设备。
图2A和图2B中示出了根据本实施方式的距离测量设备1的具体配置。例如，光源20具有激光驱动器21、激光光源22、以及漫射透镜23、并且利用激光照射对象10。激光驱动器21在控制单元40的控制下驱动激光光源22。例如，激光光源22包括半导体激光并且在被激光驱动器21驱动时发射激光。漫射透镜23使从激光光源22发射的激光发生漫射并且照射对象10。
光接收设备30具有光接收透镜31、光传感器32、以及逻辑电路33、并且接收反射激光，即，由被对象10反射的激光照射单元20发射并且返回的照射激光。光接收透镜31使从对象10反射的激光会聚到光传感器32的光接收表面上。光传感器32以像素为单位接收从对象10反射、经过光接收透镜31的激光并且执行光电转换。
经由逻辑电路33将光传感器32的输出信号供应至控制单元40。后面将描述光传感器32的细节。例如，控制单元40由中央处理单元(CPU)等构成、并且控制光源20和光接收设备30、并且测量直至从光源20朝向对象10发射的激光被对象10反射并且返回的时间t。基于该时间t，能够获得到对象10的距离L。作为时间测量方法，计时器在从光源20发射脉冲光的时刻开始，计时器在光接收设备30接收脉冲光的时刻停止，并且测量时间t。作为另一时间测量方法，按照预定的周期从光源20发射脉冲光，检测当光接收设备30接收脉冲光时的周期，并且可以从光发射周期与光接收周期之间的相差测量时间t。
作为光传感器32，能够使用其中包括光接收单元的像素布置成二维阵列的二维阵列传感器(所谓的区域传感器)，或还能够使用其中包括光接收单元的像素线性地布置的一维阵列传感器(所谓的线传感器)。
此外，在本实施方式中，作为光传感器32，使用其中像素的光接收单元包括响应于光子的接收来生成信号的元件的传感器，例如，单光子雪崩二极管(SPAD)元件。即，在根据本实施方式的光接收设备30中，像素的光接收单元包括SPAD传感器。应注意，光接收单元并不局限于SPAD元件，并且可以是诸如雪崩光电二极管(APD)的各个元件。
<使用SPAD传感器的光接收设备的基本配置>
图3示出了使用SPAD传感器的光接收设备30的基本配置。此处，示出了一个像素的基本配置。
像素50使用SPAD传感器51作为光接收单元。SPAD传感器51具有连接至终端52的阴极电极和连接至低电势-Vbd(例如，-10V)端电源的阳极电极、并且响应光子hv的接收来生成信号，具体地，脉冲信号。SPAD传感器51是能够以光子检测效率(PDE)检测单光子的入射的高性能光传感器。
如图4A中所示，包括SPAD传感器51的像素50在第一半导体基板上布置成M行和N列的二维阵列而构成像素阵列单元。其中布置有像素50的第一半导体基板构成传感器芯片71。该传感器芯片71与图2A中的光传感器32对应。
针对每个像素50设置电路单元60。电路单元60包括第一开关单元61、第二开关单元62、比较器63、再充电控制单元64、以及电平转换单元65。在电路单元60中，第一开关单元61、第二开关单元62、以及比较器63与SPAD传感器51一起构成像素50。
例如，第一开关单元61由P沟道类型的场效应晶体管构成、连接在高电势Ve端电源与终端52之间、并且是根据从再充电控制单元64提供的再充电信号RCHG而操作的再充电开关。第一开关单元61响应于再充电信号RCHG而对SPAD传感器51进行再充电。
第二开关单元62并联连接至第一开关单元61并且构成根据SPAD传感器51的输出而执行猝灭操作的猝灭电路，更具体地，比较器63的输出。作为猝灭开关的第二开关单元62通过猝灭操作使施加至SPAD传感器51的电压降低至击穿电压而停止雪崩现象。
比较器63将SPAD传感器51的阴极电势转换成逻辑电平。将从比较器63输出的逻辑信号作为猝灭信号QNCH供应至第二开关单元62并且还供应至再充电控制单元64和电平转换单元65。
再充电控制单元64基于从比较器63输出的逻辑信号生成再充电信号RCHG。然后，再充电控制单元64基于再充电信号RCHG执行第一开关单元61的开启/关闭控制。
电平转换单元65是在后续阶段使从比较器63输出的逻辑电平的电势Ve降低至逻辑电路33的电源电势VDD(例如，约1.1V)的电平降低电路(见图2B)。推导通过电平转换单元65降低的电势作为像素输出。逻辑电路33在后续阶段中，执行诸如从电平转换单元65输出的像素输出的边缘检测的处理。
图4B示出了SPAD传感器51的阴极电势、猝灭信号QNCH、以及再充电信号RCHG之间的时间关系。
当光子入射在SPAD传感器51上时，电流通过雪崩放大而流经SPAD传感器51，并且SPAD传感器51的阴极电势下降。此外，当SPAD传感器51的阴极电势超过比较器63的比较参考值(阈值)时，猝灭信号QNCH的逻辑从0变成1。响应于此，第二开关单元62关闭，以使得执行猝灭操作。
因为SPAD传感器51的阴极电势通过第二开关单元62的猝灭操作而降低至约0V，所以雪崩放大停止。然后，随着再充电信号RCHG的逻辑从1变成0变成1，第一开关单元61开启而对SPAD传感器51进行再充电。因此，SPAD传感器51的阴极电势上升至Ve，并且SPAD传感器51返回至初始状态。
每次光子进入SPAD传感器51时，重复上述所述一系列操作，即，电流流入SPAD传感器51中、SPAD传感器51的阴极电势的电势下降、猝灭、以及SPAD传感器51的再充电的一系列操作。
具有上述所述配置的电路单元60在第二半导体基板上布置成M行和N列的二维阵列。其中布置有电路单元60的第二半导体基板构成电路芯片72。电路芯片72堆叠在传感器芯片71上。因此，在传感器芯片71和电路芯片72的堆叠结构中，针对每一个像素50设置电路单元60。换言之，一个像素50的占用面积与一个电路单元60的占用面积大致相等。
顺便提及，近年来，出于缩小芯片尺寸之目的而提出了像素50的微型化。然而，如上所述，在像素50与电路单元60的占用面积大约相同并且像素50与电路单元60之间的关系是一对一的关系的情况下，即使对像素50进行微型化，电路单元60的占用面积(电路面积)也不减少，因此，像素50的孔径比减小。换言之，电路单元60的电路面积变成像素50的微型化的瓶颈。
<根据实施方式的光接收设备>
在本实施方式中，在具有对SPAD传感器51进行再充电的第一开关单元61和根据SPAD传感器51的输出控制SPAD传感器51的再充电控制单元64的光接收设备30中，再充电控制单元64在多个像素50之间共享。
以这种方式，在多个像素50之间共享再充电控制单元64，因此，因为能够减少每个像素的电路单元60的电路面积，所以能够在对像素50进行微型化的同时增加孔径比。进一步地，在其中传感器芯片71和电路芯片72堆叠的堆叠结构的情况下(见图4A)，因为能够减少每个像素的电路单元60的电路面积，所以像素50被微型化，并且进一步地，能够减小芯片尺寸的尺寸或能够增加像素的数量。
然而，本公开的技术并不局限于堆叠结构的应用。换言之，本公开的技术还适用于所谓的平坦结构，其中，电路单元60与其中布置有像素50的像素阵列单元布置在相同的半导体基板上。后面将描述堆叠结构与平坦结构的芯片结构的细节。
在下文中，将描述根据本实施方式的光接收设备30的具体实例。
(第一实施方式)
第一实施方式是从SPAD传感器51的阴极电极侧检索信号的实例。图5是根据第一实施方式的光接收设备30的电路配置。
此处，示出了在四个像素501至504之间共享再充电控制单元64的情况。四个像素501至504是在矩阵像素阵列的列方向和行方向上邻近于彼此的两列×两行的四个像素。然而，共享再充电控制单元64的像素的数量并不局限于四个像素。在后面所述的各个实施方式中，该点是相似的。进一步地，出于简化附图之缘故，未示出作为针对每个SPAD传感器51提供的猝灭开关的第二开关单元62。在后面所述的各个实施方式中，这是相似的。
在像素501中，SPAD传感器511具有分别连接至终端521的阴极电极和连接至低电势(-Vbd)端电源的阳极电极。因此，通过终端521从阴极电极侧对SPAD传感器511的信号进行检索。在其他SPAD传感器512至514中，这是相似的。
例如，用作再充电开关的第一开关单元611由P沟道类型的场效应晶体管构成、连接在高电势(Ve)端电源与终端52之间、并且根据从再充电控制单元64提供的再充电信号RCHG而操作。在其他第一开关单元612至614中，这是相似的。
由比较器631至634将通过终端521至524从SPAD传感器511至514的各个阴极电极检索的信号转换成逻辑电平并且然后供应至再充电控制单元64的输入端。换言之，SPAD传感器511至514的各个阴极电极与再充电控制单元64的输入端经由终端521至524和比较器631至634而电连接，以使得在四个像素501至504之间共享再充电控制单元64。
再充电控制单元64包括四输入或电路641和再充电信号生成电路642。或电路641获得从通过比较器631至634供应的SPAD传感器511至514的各个阴极电极检索的逻辑信号的或。将或电路641的或输出供应至再充电信号生成电路642。再充电信号生成电路642通过使或电路641的或输出延迟预定的延迟时间而生成再充电信号RCHG、并且将再充电信号RCHG供应至第一开关单元611至614。因此，再充电控制单元64响应于在光子入射在一个或多个SPAD传感器511至514上之时其逻辑被反向的逻辑信号的或信号而执行再充电控制。
将参考图6中的时间波形图对根据第一实施方式的光接收设备30的电路操作进行描述。图6示出了各个SPAD传感器511至514的比较器631至634的比较输出COMP_1至COMP_4与或电路641的或输出ORout的时间关系。基于猝灭信号QNCH的猝灭和基于再充电信号RCHG的再充电如图4B中所述。在图6的时间波形图中，延迟时间是再充电信号生成电路642的延迟时间。
在四个像素501至504之间共享再充电控制单元64的情况下，当光子入射在共享再充电控制单元64的四个像素501至504的SPAD传感器511至514之中的一个或多个SPAD传感器上时，对全部SPAD传感器511至514执行再充电控制。换言之，(统一)对四个像素501至504执行再充电控制。在这种情况下，还可以对光子未入射在其上的SPAD传感器进行再充电。因此，当早期点火的一个SPAD传感器与另一SPAD传感器在再充电周期期间点火(同时点火)时，换言之，如果光子在一个SPAD传感器的再充电时刻进入另一SPAD传感器，则光子丢失(例如，在图6中的比较器634的比较输出COMP_4的情况下)。
然而，通过在不阻碍再充电操作的范围内将再充电周期设置得尽可能地短，能够减少光子的丢失。相应地，即使统一对四个像素501至504执行再充电，电路操作也不存在问题。
如上所述，在根据第一实施方式的光接收设备30中，经由终端521至524和比较器631至634将SPAD传感器511至514的各个阴极电极与再充电控制单元64的输入端电连接，以使得在四个像素511至514之间共享再充电控制单元64。通过对再充电控制单元64的这种共享，因为能够减少每个像素的电路单元60的电路面积，所以能够在对像素50进行微型化的同时增加孔径比。
(第二实施方式)
第二实施方式是从SPAD传感器51的阳极电极侧检索信号的实例。图7示出了根据第二实施方式的光接收设备30的电路配置。
在像素501中，SPAD传感器511具有分别连接至高电势端电源的阴极电极和连接至终端521的阳极电极。将高电势端电源的电源电势设置为Vbd+Ve。然后，通过终端521从阳极电极侧对SPAD传感器511的信号进行检索。在其他SPAD传感器512至514中，这是相似的。
例如，用作再充电开关的第一开关单元611由N沟道类型的场效应晶体管构成、连接在终端521与低电势(Vss)端电源之间、并且根据从再充电控制单元64提供的再充电信号RCHG而操作。在其他第一开关单元612至614中，这是相似的。
此外，通过终端521至524和比较器631至634将SPAD传感器511至514的阳极电极与再充电控制单元64的输入端电连接。由于该连接关系，在四个像素501至504之间共享再充电控制单元64。应注意，比较器631至634的逻辑与第一实施方式的情况下的逻辑反向。
再充电控制单元64包括四输入或电路641、再充电信号生成电路642、以及反相器643。或电路641获得从通过比较器631至634供应的SPAD传感器511至514的各个阴极电极检索的逻辑信号的或。将或电路641的或输出供应至再充电信号生成电路642。再充电信号生成电路642通过将或电路641的或输出延迟预定的延迟时间而生成再充电信号RCHG。反相器643使通过再充电信号生成电路642生成的再充电信号RCHG的逻辑反向并且将逻辑供应至第一开关单元611至614。
尽管根据具有上述配置的第二实施方式的光接收设备30与根据第一实施方式的光接收设备30的不同在于比较器631至634和再充电信号RCHG的逻辑被反向，然而，基本电路操作是相同的。
(第三实施方式)
第三实施方式是第一实施方式的变形、并且是使用另一电路配置作为四输入或电路641的实例。图8示出了根据第三实施方式的光接收设备30的电路配置。
根据第三实施方式的光接收设备30具有使用两个两输入或非电路644、645及两输入与非电路646代替再充电控制单元64的四输入或电路641的电路配置。或非电路644、645和与非电路646与四输入或电路641具有相同的逻辑、并且获得通过比较器631至634供应的SPAD传感器511至514的逻辑信号的或。
应注意，尽管已经将包括两个或非电路644、645及与非电路646的电路配置描述为四输入或电路641的其他电路配置的实例，然而，电路配置并不局限于该电路配置，并且只要逻辑是等同的，则能够采用其他门电路配置。
(第四实施方式)
第四实施方式是第一实施方式的变形，即，检索像素输出的方法的第一实例。图9示出了根据第四实施方式的光接收设备30的电路配置。
从图3的描述中清晰可见，像素输出基本上是四个像素501至504中的每个像素的输出。在根据第四实施方式的光接收设备30中，通过电平转换单元65将四输入或电路641的或输出ORout检索为像素输出。电平转换单元65在后续阶段将四输入或电路641的或输出ORout的电平转换成逻辑电路33的电源电平、并且输出该信息作为用于检测光子入射时刻的信息(像素输出)。
根据具有上述配置的第四实施方式的光接收设备30具有这样的电路配置，即，其中，还在四个像素501至504之间共享电平转换单元65及之后的电路。因此，与推导四个像素501至504的输出的情况相比较，能够减少每个像素的电路单元60的电路面积。从像素输出中，能够检测SPAD传感器511至514的光子入射时刻。
(第五实施方式)
第五实施方式是第一实施方式的变形，即，检索像素输出的方法的第二实例。图10示出了根据第五实施方式的光接收设备30的电路配置。
在根据第五实施方式的光接收设备30中，使用获得在光子入射在一个或多个SPAD传感器511至514上之时其逻辑被反向的逻辑信号的异或的四输入EX-OR电路(异或电路)66。换言之，EX-OR电路66获得通过比较器631至634供应的SPAD传感器511至514的逻辑信号的异或。然后，通过电平转换单元65检索异逻辑输出EXORout作为像素输出。电平转换单元65对四输入EX-OR电路66的异或输出ORout的电平进行转换、并且输出该信息作为用于检测光子入射时刻的信息(像素输出)。
图11示出了比较器631至634的比较输出COMP_1至COMP_4、或电路641的或输出ORout、以及EX-OR电路66的异或输出EXORout之间的时间关系。使用异或输出EXORout作为像素输出，因此，即使第二SPAD传感器在再充电之前点火，也能够检测光子入射时刻。
(第六实施方式)
第六实施方式是第四实施方式的变形并且是检测入射光子的数量的实例。图12示出了根据第六实施方式的光接收设备30的电路配置。
在根据第六实施方式的光接收设备30中，除将用于检测入射时刻的信息检索为像素输出之外，将用于检测SPAD传感器511至514的入射光子的数量的信息检索为像素输出。
具体地，根据第六实施方式的光接收设备30通过电平转换单元651至654将比较器631至634的每个比较输出COMP_1至COMP_4输入至加法器67，通过加法器67计算入射光子的数量，并且将相加输出ADDout检索为像素输出(关于入射数量的信息)。
图13示出了比较器631至634的比较输出COMP_1至COMP_4、或电路641的或输出ORout、以及加法器67的相加输出ADDout之间的时间关系。通过将加法器67的相加输出ADDout检索为像素输出，可以从SPAD传感器511至514的像素输出检测入射光子的数量。
(第七实施方式)
第七实施方式是第一实施方式的变形、并且是其中检索每个像素的像素输出的实例。图14示出了根据第七实施方式的光接收设备30的电路配置。
在根据第七实施方式的光接收设备30中，分别通过波束成形单元681指684将比较器631至634的比较输出COMP_1至COMP_4检索为每个像素的像素输出。
具体地，根据第七实施方式的光接收设备30具有对比较器631至634的每个比较输出COMP_1至COMP_4(或电路641的每个输入信号)执行增加脉冲宽度的处理并且输出结果的波束成形单元681至684。除使比较器634的比较输出COMP_4下降至电源电势VDD的电平转换单元654之外，波束成形单元684包括D类型的触发器694。在其他波束成形单元681至683中，这是相似的。
D类型的触发器694执行切换操作，其中，每次应用输入时，使输出的逻辑反向。由于该切换操作，D类型的触发器694使比较输出COMP_4的波束成形为具有比比较输出COMP_4更宽的脉冲宽度的脉冲信号并且使得结果成为像素输出。在其他D类型的触发器691至693中，这是相似的。图15示出了比较器631至634的比较输出COMP_1至COMP_4的时间关系。通过波束成形单元681至684使每个比较输出COMP_1至COMP_4变成像素输出。
(第八实施方式)
第八实施方式是光接收设备30的芯片结构的实例。作为光接收设备30的芯片结构，能够对堆叠结构和平坦结构进行例证。
(堆叠结构)
图16示出了根据第八实施方式的光接收设备30的堆叠结构的分解立体图。此处，为了便于理解，示出了其中共享再充电控制单元64的像素的数量是四个的情况，换言之，示出了具有两列×两行的四个像素的SPAD传感器511至514、及包括共享再充电控制单元64的电路单元60。
SPAD传感器511至514在包括第一半导体基板的传感器芯片71上布置成二维阵列。与SPAD传感器511至514对应的电路单元60形成在包括堆叠在传感器芯片71上的第二半导体基板的电路芯片72上。
电路单元60包括作为再充电开关的第一开关单元61(611至614)、作为猝灭开关的第二开关单元62、以及针对每个SPAD传感器511至514设置的比较器63(631至634)、在四个像素之间共享的再充电控制单元64等。
根据其中上述配置的传感器芯片71和电路芯片72进行堆叠的堆叠结构，在多个像素之间共享再充电控制单元64，以使得能够减少每个像素的电路单元60的电路面积，并且由此，能够对像素50进行微型化，并且进一步地，能够减少芯片尺寸的尺寸。
应注意，在本实例中，将第一层传感器芯片71和第二层电路芯片72的两层结构描述为堆叠结构的实例。然而，本公开的技术并不局限于两层结构，并且可以采用三层或多层结构。
(平坦结构)
本公开的技术并不局限于应用于具有堆叠结构的芯片结构、并且还能够应用于具有平坦结构的芯片结构。图17示出了根据第八实施方式的光接收设备30的平坦结构的立体图。
在根据本实例的平坦结构中，包括第一开关单元61、第二开关单元62、比较器63、由四个像素共享的再充电控制单元64等的电路单元60、逻辑电路33、I/O 73、以及外围电路74在与其中SPAD传感器511至514布置成二维阵列的传感器芯片71集成在相同的基板上。
还是在上述配置的平坦结构的情况下，在多个像素之间共享再充电控制单元64，因此，因为能够减少每个像素的电路单元60的电路面积，所以能够在对像素50进行微型化的同时增加孔径比。
(第九实施方式)
第九实施方式是其中再充电控制单元64的再充电信号生成电路642包括环形振荡器的第一实例。图18示出了根据第九实施方式的再充电信号生成电路642的电路配置。
根据第九实施方式的再充电信号生成电路642包括通过两输入与非电路6421及多个非对称延迟元件64221至6422i的环形形状连接而发生振荡的环形振荡器。此处，非对称延迟元件是其中上升延迟时间td_rise_DLY与下降延迟时间td_fall_DLY不同的延迟元件。非对称延迟元件的实例是反相器。在输入级与非电路6421中，使用或电路641的或输出ORout作为一个输入并且使用作为再充电信号RCHG的末级非对称延迟元件6422i的输出作为另一输入。
图19示出了具有上述配置的再充电信号生成电路642的光接收设备30中的每个单元的时间波形图。图19示出了或电路641的输出、与非电路6421的输出、再充电信号RCHG、SPAD传感器51(511至514)的阴极电势、以及比较器63(631至634)的输出的时间波形。
因为能够通过调整非对称延迟元件64221至6422i的级数而任意设置再充电信号RCHG的精细脉冲宽度，所以优选为使用具有上述配置的环形振荡器作为再充电信号生成电路642。应注意，如图18中所示，四输入或电路641可以具有包括四输入或非电路6411与反相器6412的组合的电路配置。
(第十实施方式)
第十实施方式是其中再充电控制单元64的再充电信号生成电路642包括环形振荡器的第二实例。图20示出了根据第十实施方式的再充电信号生成电路642的电路配置。
根据第九实施方式的再充电信号生成电路642包括两输入与非电路6421及多个非对称延迟元件64221至6422i。另一方面，根据第十实施方式的再充电信号生成电路642使用两输入或非电路6423代替两输入与非电路6421。
在使用两输入或非电路6423时，将反相器6424插入到末级非对称延迟元件6422i的输出端与或非电路6423的另一输入端之间的路径中。进一步地，使用四输入或非电路647代替采用比较器631至634的比较输出COMP_1至COMP_4的或的四输入或电路641。由此，根据第十实施方式的再充电信号生成电路642是具有与根据第十实施方式的再充电信号生成电路642的逻辑等同的逻辑的电路。
(第十一实施方式)
第十一实施方式是构成环形振荡器的非对称延迟元件的实例。图21是根据第十一实施方式的非对称延迟元件的电路配置。此处，将非对称延迟元件例证为四级配置。然而，配置并不局限于此。在后面所述的第十二实施方式和第十三实施方式中，这是相似的。
在根据第十一实施方式的非对称延迟元件中，第一级具有包括串联连接在高电势端电源与低电势端电源之间的P沟道场效应晶体管Qp1和N沟道场效应晶体管Qn1的CMOS反相器配置。具体地，P沟道场效应晶体管Qp1和N沟道场效应晶体管Qn1的栅电极共同连接为用作输入端，并且漏电极共同连接为用作输出端。
因此，P沟道场效应晶体管Qp1和N沟道场效应晶体管Qn1的晶体管尺寸是非对称的。具体地，如果信道宽度是W并且信道长度是L，则将晶体管尺寸W/L设置为使得P沟道场效应晶体管Qp1小于N沟道场效应晶体管Qn1。如果晶体管尺寸W/L较小，则导通电阻Ron较大，并且如果晶体管尺寸W/L较大，则导通电阻Ron较小。
第二级具有包括连接在高电势端电源与低电势端电源之间的P沟道场效应晶体管Qp2和N沟道场效应晶体管Qn2的CMOS反相器配置。此外，将晶体管尺寸W/L设置为使得P沟道场效应晶体管Qp2大于N沟道场效应晶体管Qn2。
第三级具有包括P沟道场效应晶体管Qp3和N沟道场效应晶体管Qn3的CMOS反相器配置。此外，关于晶体管尺寸W/L，设置与第一级CMOS反相器相似。第四级具有包括P沟道场效应晶体管Qp4和N沟道场效应晶体管Qn4的CMOS反相器配置。此外，关于晶体管尺寸W/L，设置与第二级CMOS反相器相似。
在根据具有上述配置的第十一实施方式的非对称延迟元件中，当输入信号从高电平转换成低电平时，具有较高导通电阻Ron的晶体管驱动下一阶段，以使得延迟时间变长。相反，当输入信号从低电平转换成高电平时，具有较小导通电阻Ron的晶体管驱动下一阶段，以使得延迟时间变短。相应地，上升延迟时间td_rise_DLY与下降延迟时间td_fall_DLY不同。
(第十二实施方式)
第十二实施方式是第十一实施方式的变形并且是对具有构成CMOS反相器的高导通电阻的多个串联(多个串联连接)元件进行切换的实例。图22是根据第十二实施方式的非对称延迟元件的电路配置。
例如，在根据第十二实施方式的非对称延迟元件中，第一级具有包括串联连接在高电势端电源与低电势端电源之间的三个P沟道场效应晶体管Qp11、Qp12、及Qp13以及N沟道场效应晶体管Qn11的CMOS反相器配置。
具体地，P沟道场效应晶体管Qp11、Qp12、及Qp13以及N沟道场效应晶体管Qn11的栅电极共同连接为用作输入端，并且场效应晶体管Qp13与场效应晶体管Qn11的漏电极共同连接为用作输出端。
在上述配置的第一级CMOS反相器中，P沟道场效应晶体管Qp11、Qp12、及Qp13比N沟道场效应晶体管Qn11具有更高的导通电阻。进一步地，例如，将P沟道场效应晶体管Qp11、Qp12、及Qp13的尺寸W/L设置为相等。
此外，将P沟道场效应晶体管Qp14连接在场效应晶体管Qp11和场效应晶体管Qp12的共同连接节点与高电势端电源之间。而且，将P沟道场效应晶体管Qp15连接在场效应晶体管Qp12和场效应晶体管Qp13的共同连接节点与高电势端电源之间。将控制信号D0应用于P沟道场效应晶体管Qp14的栅电极，并且将控制信号D1应用于P沟道场效应晶体管Qp15的栅电极。
然后，根据控制信号D0、D1的逻辑，改变P沟道场效应晶体管Qp11、Qp12、及Qp13的串联连接的数量。具体地，当控制信号D0、D1的逻辑是0时，使场效应晶体管Qp14、Qp15导电，因此，仅场效应晶体管Qp13串联连接至N沟道场效应晶体管Qn11。
当控制信号D0的逻辑是0并且控制信号D1的逻辑是1时，使场效应晶体管Qp14导电，并且使场效应晶体管Qp15不导电，因此，场效应晶体管Qp12、Qp13串联连接至N沟道场效应晶体管Qn11。当控制信号D0、D1的逻辑是1时，使场效应晶体管Qp14、Qp15不导电，因此，场效应晶体管Qp11、Qp12、以及Qp13串联连接至N沟道场效应晶体管Qn11。
第二级具有包括P沟道场效应晶体管Qp21及例如串联连接在高电势端电源与低电势端电源之间的三个N沟道场效应晶体管Qn21、Qn22、以及Qn23的CMOS反相器配置。具体地，P沟道场效应晶体管Qp21及N沟道场效应晶体管Qn21、Qn22、以及Qn23的栅电极共同连接为用作输入端，并且场效应晶体管Qp21与场效应晶体管Qn21的漏电极共同连接为用作输出端。
在上述配置的第二级CMOS反相器中，N沟道场效应晶体管Qn21、Qn22、以及Qn23比P沟道场效应晶体管Qp21具有更高的导通电阻。此外，例如，将N沟道场效应晶体管Qn21、Qn22、以及Qn23的尺寸W/L设置为相等。
此外，将P沟道场效应晶体管Qp22连接在场效应晶体管Qn21和场效应晶体管Qn22的共同连接节点与低电势端电源之间。而且，将P沟道场效应晶体管Qp23连接在场效应晶体管Qn22和场效应晶体管Qn23的共同连接节点与低电势端电源之间。将控制信号D0的反向信号xD0应用于P沟道场效应晶体管Qp22的栅电极，并且将控制信号D1的反向信号xD1应用于P沟道场效应晶体管Qp23的栅电极。
然后，根据控制信号(反向信号)xD0、xD1的逻辑，改变N沟道场效应晶体管Qn21、Qn22、Qn23的串联连接的数量。具体地，当控制信号xD0、xD1的逻辑是0时，使场效应晶体管Qp22、Qp23导电，因此，仅场效应晶体管Qn21串联连接至P沟道场效应晶体管Qp21。
当控制信号xD0的逻辑是1并且控制信号xD1的逻辑是0时，使场效应晶体管Qp22不导电，并且使场效应晶体管Qp23导电，因此，场效应晶体管Qn21、Qn22串联连接至P沟道场效应晶体管Qp21。当控制信号D0、D1的逻辑是1时，使场效应晶体管Qp22、Qp23不导电，因此，场效应晶体管Qn21、Qn22、Qn23串联连接至P沟道场效应晶体管Qp21。
第三级具有包括例如串联连接在高电势端电源与低电势端电源之间的三个P沟道场效应晶体管Qp31、Qp32、及Qp33、以及N沟道场效应晶体管Qn31的CMOS反相器配置。具体地，P沟道场效应晶体管Qp31、Qp32、及Qp33与N沟道场效应晶体管Qn31的栅电极共同连接为用作输入端，并且场效应晶体管Qp33与场效应晶体管Qn31的漏电极共同连接为用作输出端。
在上述配置的第三级CMOS反相器中，P沟道场效应晶体管Qp31、Qp32、及Qp33具有比N沟道场效应晶体管Qn31更高的导通电阻。此外，例如，将P沟道场效应晶体管Qp31、Qp32、及Qp33的尺寸W/L设置为相等。
此外，将P沟道场效应晶体管Qp34连接在场效应晶体管Qp31和场效应晶体管Qp32的共同连接节点与高电势端电源之间。而且，将P沟道场效应晶体管Qp15连接在场效应晶体管Qp32和场效应晶体管Qp33的共同连接节点与高电势端电源之间。将控制信号D0应用于P沟道场效应晶体管Qp34的栅电极，并且将控制信号D1应用于P沟道场效应晶体管Qp15的栅电极。根据控制信号D0、D1的逻辑的电路操作与第一级CMOS反相器的情况相同。
第四级具有包括串联连接在高电势端电源与低电势端电源之间的P沟道场效应晶体管Qp41以及例如三个N沟道场效应晶体管Qn41、Qn42、及Qn43的CMOS反相器配置。具体地，P沟道场效应晶体管Qp41以及N沟道场效应晶体管Qn41、Qn42、及Qn43的栅电极共同连接为用作输入端，并且场效应晶体管Qp41和场效应晶体管Qn41的漏电极共同连接为用作输出端。
在上述配置的第四级CMOS反相器中，N沟道场效应晶体管Qn41、Qn42、及Qn43具有比P沟道场效应晶体管Qp41更高的导通电阻。此外，例如，将N沟道场效应晶体管Qp41、Qp42、以及Qp43的尺寸W/L设置为相等。
此外，将P沟道场效应晶体管Qp42连接在场效应晶体管Qn41和场效应晶体管Qn42的共同连接节点与低电势端电源之间。而且，将P沟道场效应晶体管Qp43连接在场效应晶体管Qn42和场效应晶体管Qn43的共同连接节点与低电势端电源之间。将控制信号D0的反向信号xD0应用于P沟道场效应晶体管Qp42的栅电极，并且将控制信号D1的反向信号xD1应用于P沟道场效应晶体管Qp43的栅电极。根据控制信号(反向信号)xD0、xD1的逻辑的电路操作与第二级CMOS反相器的情况相同。
如上所述，在根据第十二实施方式的非对称延迟元件中，根据控制信号D0、D1的逻辑改变具有构成CMOS反相器的高导通电阻的场效应晶体管的串联连接的数量。具体地，在第一级和第三级的CMOS反相器中，改变P沟道场效应晶体管的串联连接的数量，并且在第二级和第四级的CMOS反相器中，改变N沟道场效应晶体管的串联连接的数量。图23A示出了根据第十二实施方式的非对称延迟元件的真值表。
根据控制信号D0、D1的逻辑改变具有构成CMOS反相器的高导通电阻的场效应晶体管的串联连接的数量，以使得能够控制延迟时间。在图23A的真值表中，如果当控制信号D0、D1的逻辑为0时的延迟时间是td0，则当控制信号D0的逻辑为0并且控制信号D1的逻辑为1时的延迟时间是td1，并且当控制信号D0、D1的逻辑为1时的延迟时间是td2，满足大小关系td0<td1<td2。
(第十三实施方式)
第十三实施方式是第十一实施方式的变形，并且是对具有构成CMOS反相器的高导通电阻的多个并联(多个并联连接)元件进行切换的实例。图24示出了根据第十三实施方式的非对称延迟元件的电路配置。
在根据第十三实施方式的非对称延迟元件中，在具有包括串联连接在高电势端电源与低电势端电源之间的P沟道场效应晶体管Qp51和N沟道场效应晶体管Qn51的CMOS反相器的第一级中，P沟道场效应晶体管Qp51具有比N沟道场效应晶体管Qn51更高的导通电阻。因此，例如，并联连接具有高导通电阻的三个P沟道场效应晶体管，换言之，并联连接场效应晶体管Qp51、Qp52、以及Qp53。
此外，将P沟道场效应晶体管Qp54连接在P沟道场效应晶体管Qp52与高电势端电源之间，并且将P沟道场效应晶体管Qp55连接在P沟道场效应晶体管Qp53与高电势端电源之间。将控制信号D0应用于P沟道场效应晶体管Qp54的栅电极，并且将控制信号D1应用于P沟道场效应晶体管Qp55的栅电极。
然后，根据控制信号D0、D1的逻辑，改变P沟道场效应晶体管Qp51、Qp52、以及Qp53的并联连接的数量。具体地，当控制信号D0、D1的逻辑是0时，使场效应晶体管Qp54、Qp55导电，因此，场效应晶体管Qp52和场效应晶体管Qp53并联连接至场效应晶体管Qp51。
当控制信号D0的逻辑是0并且控制信号D1的逻辑是1时，使场效应晶体管Qp54导电，并且使场效应晶体管Qp55不导电，因此，场效应晶体管Qp52并联连接至场效应晶体管Qp51。当控制信号D0、D1的逻辑是1时，使场效应晶体管Qp54、Qp55不导电，因此，场效应晶体管Qp51独立串联连接至N沟道场效应晶体管Qn51。
在具有包括串联连接在高电势端电源与低电势端电源之间的P沟道场效应晶体管Qp61和N沟道场效应晶体管Qn61的CMOS反相器的第二级中，N沟道场效应晶体管Qn61具有比P沟道场效应晶体管Qp61更高的导通电阻。因此，例如，并联连接具有高导通电阻的三个N沟道场效应晶体管，换言之，并联连接场效应晶体管Qn61、Qn62、以及Qn63。
此外，将P沟道场效应晶体管Qp64连接在N沟道场效应晶体管Qn62与低电势端电源之间，并且将P沟道场效应晶体管Qp65连接在N沟道场效应晶体管Qn63与低电势端电源之间。将控制信号D0的反向信号xD0应用于P沟道场效应晶体管Qp64的栅电极，并且将控制信号D1的反向信号xD1应用于P沟道场效应晶体管Qp65的栅电极。
然后，根据控制信号(反向信号)xD0、xD1的逻辑，改变N沟道场效应晶体管Qn61、Qn62、以及Qn63的并联连接的数量。具体地，当控制信号D0、D1的逻辑是0时，使场效应晶体管Qp64、Qp65导电，因此，场效应晶体管Qn62和场效应晶体管Qn63并联连接至场效应晶体管Qn61。
当控制信号xD0的逻辑是0并且控制信号xD1的逻辑是1时，使场效应晶体管Qp64导电，并且使场效应晶体管Qp65不导电，因此，场效应晶体管Qn62并联连接至场效应晶体管Qn61。当控制信号xD0、xD1的逻辑是1时，使场效应晶体管Qp64、Qp65不导电，因此，场效应晶体管Qn61独立串联连接至P沟道场效应晶体管Qp61。
在具有包括串联连接在高电势端电源与低电势端电源之间的P沟道场效应晶体管Qp71和N沟道场效应晶体管Qn71的CMOS反相器的第三级中，P沟道场效应晶体管Qp71具有比N沟道场效应晶体管Qn71更高的导通电阻。因此，例如，并联连接具有高导通电阻的三个P沟道场效应晶体管，换言之，并联连接场效应晶体管Qp71、Qp72、以及Qp73。
此外，将P沟道场效应晶体管Qp74连接在P沟道场效应晶体管Qp72与高电势端电源之间，并且将P沟道场效应晶体管Qp75连接在P沟道场效应晶体管Qp73与高电势端电源之间。将控制信号D0应用于P沟道场效应晶体管Qp74的栅电极，并且将控制信号D1应用于P沟道场效应晶体管Qp75的栅电极。根据控制信号D0、D1的逻辑的电路操作与第一级CMOS反相器的情况相同。
在具有包括串联连接在高电势端电源与低电势端电源之间的P沟道场效应晶体管Qp81和N沟道场效应晶体管Qn81的CMOS反相器的第四级中，N沟道场效应晶体管Qn81具有比P沟道场效应晶体管Qp81更高的导通电阻。因此，例如，并联连接具有高导通电阻的三个N沟道场效应晶体管，换言之，并联连接场效应晶体管Qn81、Qn82、以及Qn83。
此外，将P沟道场效应晶体管Qp84连接在N沟道场效应晶体管Qn82与低电势端电源之间，并且将P沟道场效应晶体管Qp85连接在N沟道场效应晶体管Qn83与低电势端电源之间。将控制信号D0的反向信号xD0应用于P沟道场效应晶体管Qp84的栅电极，并且将控制信号D1的反向信号xD1应用于P沟道场效应晶体管Qp85的栅电极。根据控制信号(反向信号)D0、D1的逻辑的电路操作与第二级CMOS反相器的情况相同。
如上所述，在根据第十三实施方式的非对称延迟元件中，根据控制信号D0、D1的逻辑改变具有构成CMOS反相器的高导通电阻的场效应晶体管的并联连接的数量。具体地，在第一级和第三级的CMOS反相器中，改变P沟道场效应晶体管的并联连接的数量，并且在第二级和第四级的CMOS反相器中，改变N沟道场效应晶体管的并联连接的数量。图23B示出了根据第十三实施方式的非对称延迟元件的真值表。
根据控制信号D0、D1的逻辑改变具有构成CMOS反相器的高导通电阻的场效应晶体管的并联连接的数量。因此，能够控制延迟时间。在图23B的真值表中，如果当控制信号D0、D1的逻辑为0时的延迟时间是td0，当控制信号D0的逻辑为0并且控制信号D1的逻辑为1时的延迟时间是td1，并且当控制信号D0、D1的逻辑为1时的延迟时间是td2，则满足大小td0<td1<td2关系。
<根据本公开的技术的应用例>
根据本公开的技术能够应用于各种产品。下面将描述更具体的应用例。例如，根据本公开的技术可以实现为安装在诸如汽车、电动车辆、混合电动车辆、摩托车、自行车、个人移动体、飞机、无人机、船只、机器人、工程机械、农业机械(拖拉机)的任意类型的移动体上的距离测量设备。
[移动体]
图25是示出车辆控制系统7000的示意性配置的实例的框图，该车辆控制系统是可应用作为根据本公开的实施方式的技术的移动体控制系统的实例。车辆控制系统7000包括经由通信网络7010彼此连接的多个电子控制单元。在图25所示出的实例中，车辆控制系统7000包括驱动系统控制单元7100、车身系统控制单元7200、电池控制单元7300、车外信息检测单元7400、车内信息检测单元7500、以及集成控制单元7600。将多个控制单元彼此连接的通信网络7010可以是符合任意标准的车载通信网络，诸如，控制器区域网(CAN)、局域互联网(LIN)、局域网(LAN)、FlexRay(注册商标)等。
各个控制单元包括：微型计算机，根据各种程序执行运算处理；存储部，存储由微型计算机执行的程序、用于各种操作的参数等；以及驱动电路，驱动各种控制目标设备。各个控制单元进一步包括：网络接口(I/F)，用于经由通信网络7010执行与其他控制单元的通信；以及通信I/F，用于通过有线通信或无线电通信执行与车辆内部和外部的设备、传感器等的通信。图25所示的集成控制单元7600的功能配置包括微型计算机7610、通用通信I/F7620、专用通信I/F 7630、定位部7640、信标接收部7650、车内设备I/F 7660、声音/图像输出部7670、车载网络I/F 7680、以及存储部7690。其他控制单元也类似地包括微型计算机、通信I/F、存储部等。
驱动系统控制单元7100根据各种程序对与车辆的驱动系统相关的设备的工作进行控制。例如，驱动系统控制单元7100用作控制设备来控制：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；用于将驱动力传递至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。驱动系统控制单元7100可具有防抱死制动系统(ABS)、电子稳定控制(ESC)等的控制设备的功能。
驱动系统控制单元7100连接有车辆状态检测部7110。车辆状态检测部7110例如包括下列项中的至少一个：检测车身的轴向旋转运动的角速度的陀螺仪传感器，检测车辆的加速度的加速度传感器，以及用于检测加速器踏板的操作量、制动踏板的操作量、方向盘的转向角、发动机速度或车轮的旋转速度等的传感器。驱动系统控制单元7100使用从车辆状态检测部7110输入的信号执行运算处理，以控制内燃机、驱动电机、电动助力转向设备、制动设备等。
车身系统控制单元7200根据各种程序对车身所装配的各种设备的工作进行控制。例如，车身系统控制单元7200用作控制设备来控制：无钥匙进入系统，智能钥匙系统，电动车窗设备，或前照灯、倒车灯、制动灯、转向灯、雾灯等各种灯。在这种情况下，车身系统控制单元12020可接收来自替代钥匙的移动设备所传输的无线电波或者各种开关的信号作为输入。车身系统控制单元7200接收这些输入的无线电波或信号，以控制车辆的门锁设备、电动车窗设备、灯等。
电池控制单元7300根据各种程序对用作驱动电机的电源的二次电池7310进行控制。例如，电池控制单元7300接收来自包括二次电池7310的电池设备的有关于电池温度、电池输出电压、电池的剩余电量等信息。电池控制单元7300使用这些信号执行运算处理，执行二次电池7310的温度调节控制，或者对电池设备的冷却设备进行控制等。
车外信息检测单元7400检测包括车辆控制系统7000的车辆的外部的信息。例如，车外信息检测单元7400至少与成像部7410和车外信息检测部7420中的一个相连接。成像部7410包括飞行时间(ToF)相机、立体相机、单目相机、红外相机以及其他相机中的至少一个。车外信息检测部7420可以包括下列项中的至少一个：用于检测当前大气条件或天气条件的环境传感器，用于检测包括车辆控制系统7000的车辆的周边的其他车辆、障碍物、行人等的周边信息检测传感器。
环境传感器例如可以是下列项中的至少一个：检测雨的雨滴传感器，检测雾的雾传感器，检测日照程度的日照传感器，以及检测降雪的雪传感器。周边信息检测传感器可以是下列项中的至少一个：超声波传感器，雷达设备，以及LIDAR设备(光检测和测距设备，或激光成像检测和测距设备)。成像部7410和车外信息检测部7420两者中的每一个可设置为独立传感器或设备，或者可设置为多个传感器或设备集成在其中的设备。
这里，图26示出成像部7410和车外信息检测部7420的安装位置的实例。成像部7910、7912、7914、7916和7918可以被布置在车辆7900的前鼻、侧视镜、后保险杠、后门以及车辆内部的挡风玻璃的上部的位置处。布置在前鼻的成像部7910以及布置在车辆内部的挡风玻璃的上部的成像部7918主要获得车辆7900的前方的图像。布置在侧视镜的成像部7912和7914主要获得车辆7900的侧方的图像。布置在后保险杠或后门的成像部7916主要获得车辆7900的后方的图像。布置在车辆内部的挡风玻璃的上部的成像部7918主要用于检测前方车辆、行人、障碍物、信号、交通标志、车道等。
应注意，图26示出各个成像部7910、7912、7914和7916的拍摄范围的实例。成像范围a表示布置在前鼻的成像部7910的成像范围。成像范围b和c分别表示布置在侧视镜的成像部7912和7914的成像范围。成像范围d表示布置在后保险杠或后门的成像部7916的成像范围。例如，通过叠加由成像部7910、7912、7914和7916成像的图像数据能够获得从上方观察的车辆7900的鸟瞰图像。
布置在车辆7900的前部、后部、侧部和角部以及车辆内部的挡风玻璃上部的车外信息检测部7920、7922、7924、7926、7928和7930可以是超声波传感器或雷达设备。布置在车辆7900的前鼻、车辆7900的后保险杠、后门以及车辆内部的挡风玻璃上部的车外信息检测部7920、7926和7930可以是LIDAR设备。这些车外信息检测部7920～7930主要用于检测前方车辆、行人、障碍物等。
回到图25，继续进行描述。车外信息检测单元7400使成像部7410成像车辆外部的图像并且接收所成像的图像数据。此外，车外信息检测单元7400从连接至车外信息检测单元7400的车外信息检测部7420接收检测信息。当车外信息检测部7420是超声波传感器、雷达设备或LIDAR设备时，车外信息检测单元7400使超声波、电磁波等发送，并且接收关于所接收的反射波的信息。基于所接收的信息，车外信息检测单元7400可执行检测对象(诸如路面上的人、车辆、障碍物、标志、符号等)的处理，或者执行检测到对象的距离的处理。车外信息检测单元7400可基于所接收的信息执行环境识别处理,以识别降雨、雾、路面条件等。车外信息检测单元7400可基于所接收的信息计算到车辆外部的对象的距离。
此外，基于所接收的图像数据，车外信息检测单元7400可执行用于识别对象(诸如路面上的人、车辆、障碍物、标志、符号等)的图像识别处理，或者执行检测到对象的距离的处理。车外信息检测单元7400可对所接收的图像数据进行诸如失真校正、对齐等处理，并且通过组合多个不同成像部7410成像的图像数据产生鸟瞰图像或全景图像。车外信息检测单元7400可使用不同成像部7410成像的图像数据来执行视点转换处理。
车内信息检测单元7500检测车辆内部的信息。车内信息检测单元7500可以连接有检测驾驶员状态的驾驶员状态检测部7510。驾驶员状态检测部7510可包括拍摄驾驶员的相机、检测驾驶员的生物信息的生物传感器、收集车辆内部的声音的麦克风等。生物传感器可以布置在座位表面、方向盘等处，并且检测坐在座位中的乘客或握住方向盘的驾驶员的生物信息。基于从驾驶员状态检测部7510输入的检测信息，车内信息检测单元7500可计算驾驶员的疲劳程度或驾驶员的注意力集中程度，或者可辨别驾驶员是否在打瞌睡。车内信息检测单元7500可对通过声音收集获得的音频信号进行诸如噪声消除处理等的处理。
集成控制单元7600根据各种程序对车辆控制系统7000内的总体操作进行控制。集成控制单元7600与输入部7800连接。输入部7800为能够通过乘客进行输入操作的设备，例如，触摸面板、按钮、麦克风、开关、控制杆等。集成控制单元7600可接收对经由麦克风输入的语音进行语音识别所获得的数据。输入部7800可以是使用红外线或其他无线电波的远程控制设备，或者可以是支持车辆控制系统7000的操作的诸如移动电话、个人数字助理(PDA)等的外部连接设备。输入部7800可以是相机。在该情况下，乘客能够通过姿势来输入信息。或者，可以输入通过检测乘客佩戴的可佩戴设备的移动而获得的数据。此外，输入部7800可包括输入控制电路等，该输入控制电路等基于由乘客等使用上述输入部7800输入的信息而生成输入信号，并将所生成的输入信号输出至集成控制单元7600。乘客等，可通过操作输入部7800向车辆控制系统7000输入各种数据，处理操作的指令。
存储部7690可包括存储由微型计算机执行的各种程序的只读存储器(ROM)以及存储各种参数、操作结果、传感器值等的随机存取存储器(RAM)。此外，存储部7690可为诸如硬盘驱动器(HDD)等的磁性存储设备、半导体存储设备、光学存储设备、磁光存储设备等。
通用通信I/F 7620是广泛使用的通信I/F，该通信I/F,调解与存在于外部环境7750中的各种装置的通信。通用通信I/F 7620可实现：蜂窝通信协议，诸如全球移动通信系统(GSM(注册商标))、全球互通微波接入(WiMAX(注册商标))、长期演进(LTE(注册商标))、LTE高级(LTE-A)等，或者其他无线通信协议，诸如无线LAN(也被称为无线保真(Wi-Fi(注册商标))、蓝牙(注册商标)等。通用通信I/F 7620可经由基站或接入点连接至存在于外部网络(例如，互联网、云网络或公司特定网络)上的装置(例如，应用服务器或控制服务器)。此外，通用通信I/F 7620可使用对等(P2P)技术，与存在于车辆附近的终端(该终端例如是驾驶员、行人或商店的终端，或机器型通信(MTC)终端)相连接。
专用通信I/F 7630是支持针对车辆使用而开发的通信协议的通信I/F。专用通信I/F 7630可实现：标准协议，例如，车辆环境中的无线接入(WAVE)(它是作为下层的电气和电子工程师协会(IEEE)802.11p与作为上层的IEEE 1609的组合)，专用短程通信(DSRC)，或蜂窝通信协议。专用通信I/F 7630通常进行包括下列项中一个或多个的概念的V2X通信：车辆与车辆之间(车辆对车辆)的通信，道路与车辆之间(车辆对基础设施)的通信，车辆与家庭之间(车辆对家庭)的通信，以及行人与车辆之间(车辆对行人)的通信。
定位部7640可以通过，接收来自GNSS卫星的全球导航卫星系统(GNSS)信号(例如，来自全球定位系统(GPS)卫星的GPS信号)，生成包括车辆的纬度、经度以及高度的位置信息，而执行定位。顺便提及，定位部7640可通过与无线接入点进行信号交换识别当前位置，也可从终端获得位置信息，上述终端诸如是移动电话、个人手提电话系统(PHS)或具有定位功能的智能电话。
信标接收部7650可以接收来自安装在道路等上的无线电站传输的无线电波或电磁波，从而获得关于当前位置、堵塞、道路封闭、所需时间等的信息。顺便提及，信标接收部7650的功能可被包括在上述专用通信I/F7630中。
车内设备I/F 7660是调解微型计算机7610与存在于车辆内的各种车内设备7760之间的连接的通信接口。车内设备I/F 7660可使用诸如无线LAN、蓝牙(注册商标)、近场通信(NFC)或无线通用串行总线(WUSB)等无线通信协议建立无线连接。此外，车内设备I/F7660可经由在图中未示出的连接端子(以及电缆，如果必要的话)，通过通用串行总线(USB)、高清晰多媒体接口(HDMI(注册商标))、移动高清链接(MHL)等建立有线连接。车内设备7760可以包括下列项中的至少一个：乘客所拥有的移动设备和可佩戴设备以及载入车辆或附接至车辆的信息设备。车内设备7760还可包括搜索到任意目的地的路径的导航设备。车内设备I/F 7660与这些车内设备7760交换控制信号或数据信号。
车载网络I/F 7680是调解微型计算机7610与通信网络7010之间的通信的接口。车载网络I/F 7680依照由通信网络7010支持的预定协议传输和接收信号等。
集成控制单元7600的微型计算机7610基于经由通用通信I/F 7620、专用通信I/F7630、定位部7640、信标接收部7650、车内设备I/F 7660以及车载网络I/F 7680中的至少一个所获得的信息，根据各种程序控制车辆控制系统7000。例如，微型计算机7610可基于所获得的车辆内部或车辆外部相关信息，计算用于驱动力生成设备、转向机构或制动设备的控制目标值，并且向驱动系统控制单元7100输出控制命令。例如，微型计算机7610可执行旨在实现高级驾驶员辅助系统(ADAS)的功能的协同控制，该功能包括用于车辆的碰撞回避或撞击缓冲、基于车间距离的跟随驾驶、车速保持驾驶、车辆碰撞警报、车辆偏离车道的警报等。此外，微型计算机7610可基于所获得的关于车辆周围环境的信息以控制驱动力生成设备、转向机构、制动设备，从而执行旨在用于不依赖于驾驶员的操作的自动行驶等的协同控制。
微型计算机7610可基于经由通用通信I/F 7620、专用通信I/F 7630、定位部7640、信标接收部7650、车内设备I/F 7660以及车载网络I/F 7680中的至少一个所获得的信息，生成车辆与诸如周围结构、人等对象之间的三维距离信息，并且生成包括车辆当前所处的周围环境的信息的局部地图信息。此外，微型计算机7610可基于所获得的信息预测诸如车辆的碰撞、行人等的接近、进入封闭道路等危险，并且生成警报信号。该警报信号可以是用于产生警告声音或点亮警报灯的信号。
声音图像输出部7670将声音和图像中的至少一个的输出信号传输至输出设备，该输出设备能够向车辆的乘客或车辆外部以视觉或听觉方式通知信息。在图25的实例中，音频扬声器7710、显示部7720和仪表面板7730作为输出设备示出。显示部7720可包括车载显示器和平视显示器中的至少一个。显示部7720可具有增强现实(AR)显示功能。输出设备可以是这些设备以外的其他设备，诸如耳机、由乘客等佩戴的诸如眼镜式显示器等可佩戴设备、投影仪、灯等。在输出设备是显示设备的情况下，显示设备以视觉方式显示通过微型计算机7610执行的各种处理而获得的结果，或者显示从其他控制单元接收的以各种形式(诸如，文本、图像、表格、曲线图等)的信息。此外，在输出设备是音频输出设备的情况下，音频输出设备将播放的音频数据或声音数据等组成的音频信号转换为模拟信号，以听觉方式输出该模拟信号。
应注意，在图25所示出的实例中，经由通信网络7010彼此连接的至少两个控制单元可集成为一个控制单元。可替代地，每个单独的控制单元可包括多个控制单元。此外，车辆控制系统7000可包括图中未示出的其他控制单元。此外，通过上述描述中的控制单元中的一个控制单元执行的功能的部分或全部可被分配至另一控制单元。即，可通过任一个控制单元执行预定的运算处理，只要信息经由通信网络7010传输和接收。类似地，连接至控制单元中的一个控制单元的传感器或设备可被连接至另一控制单元，并且多个控制单元可经由通信网络7010相互传输和接收检测信息。
上面已经描述了能够应用本公开的技术的车辆控制系统的实例。例如，根据本公开的技术能够应用于上述所述配置中的成像部7910、7912、7914、7916、7918及车外信息检测部7920、7922、7924、7926、7928、7930。此外，通过应用根据本公开的技术，能够减少每个像素的电路面积，以使得可以减少成像部及车外信息检测部的尺寸。
<本公开能够采取的配置>
本公开能够采用下列配置。
<<A.光接收设备>>
[A-1]一种光接收设备，包括：
像素阵列单元，具有多个像素，每个像素包括响应于光子的接收来生成信号的光接收单元；
第一开关单元，对光接收单元再充电；以及
再充电控制单元，根据光接收单元的输出来控制第一开关单元；
再充电控制单元在多个像素之间共享。
[A-2]根据上述[A-1]所述的光接收设备，其中，
在光子入射在共享再充电控制单元的多个像素的光接收单元中的一个或多个光接收单元上的情况下，再充电控制单元对多个像素的所有光接收单元执行再充电。
[A-3]根据上述[A-2]所述的光接收设备，其中，
再充电控制单元具有或电路，并且响应于或电路的或信号执行再充电，或电路采用在光子入射在一个或多个光接收单元上时其逻辑被反向的逻辑信号的或。
[A-4]根据上述[A-1]至[A-3]中任一项所述的光接收设备，其中，
光接收单元包括单光子雪崩二极管。
[A-5]根据上述[A-4]所述的光接收设备，其中，
从单光子雪崩二极管的阴极电极侧检索信号。
[A-6]根据上述[A-4]所述的光接收设备，其中，
从单光子雪崩二极管的阳极电极侧检索信号。
[A-7]根据上述[A-3]所述的光接收设备，包括：
电平转换单元，转换或电路的或信号的电平，其中，输出电平转换单元的转换结果作为用于检测光子入射时刻的信息。
[A-8]根据上述[A-3]所述的光接收设备，包括：
异或电路，检索在光子入射到一个或多个光接收单元上时其逻辑被反向的逻辑信号的异或；以及电平转换单元，转换异或电路的异或信号的电平；其中，
输出电平转换单元的转换结果作为用于检测光子入射时刻的信息。
[A-9]根据上述[A-3]所述的光接收设备，包括：
设置加法器，将入射到共享再充电控制单元的多个像素上的光子的数量相加，其中，输出加法器的相加结果作为用于检测入射光子的数量的信息。
[A-10]根据上述[A-3]所述的光接收设备，其中，
或电路的每个输入信号具有这样的配置，其中，设置执行用于增加脉冲宽度的处理并输出结果的波束成形单元。
[A-11]根据上述[A-4]所述的光接收设备，包括：
猝灭电路，将相对于单光子雪崩二极管的施加电压降低至击穿电压。
[A-12]根据上述[A-11]所述的光接收设备，其中，
猝灭电路由并联连接至第一开关单元的第二开关单元构成，并且根据光接收单元的输出操作。
[A-13]根据上述[A-1]所述的光接收设备，其中，
再充电控制单元具有再充电信号生成电路，该再充电信号生成电路生成用于驱动第一开关单元的再充电信号；并且
再充电信号生成电路包括环形振荡器。
[A-14]根据上述[A-13]所述的光接收设备，其中，
环形振荡器包括具有不同上升延迟时间和下降延迟时间的非对称延迟元件。
[A-15]根据上述[A-14]所述的光接收设备，其中，
非对称延迟元件包括CMOS反相器，并且具有不同尺寸的P沟道场效应晶体管和N沟道场效应晶体管。
[A-16]根据上述[A-15]所述的光接收设备，其中，
非对称延迟元件的延迟时间是可变的。
[A-17]根据上述[A-16]所述的光接收设备，其中，
P沟道场效应晶体管和N沟道场效应晶体管之中具有较高导通电阻的晶体管的串联连接数是可变的，并且根据串联连接数设置延迟时间。
[A-18]根据上述[A-16]所述的光接收设备，其中，
P沟道场效应晶体管和N沟道场效应晶体管之中具有较高导通电阻的晶体管的并联连接数是可变的，并且根据并联连接数设置延迟时间。
[A-19]根据上述[A-1]至[A-18]中任一项所述的光接收设备，包括：
堆叠结构，在该堆叠结构中堆叠其上布置有光接收单元的第一半导体基板和其上布置有再充电控制单元的第二半导体基板。
<<B.距离测量设备>>
[B-1]一种距离测量设备，包括用光照射待测量的物体的光源和接收由待测量的物体反射的光的光接收设备，其中，
光接收设备包括：
像素阵列单元，布置有多个像素，每个像素包括光接收单元；
第一开关单元，对光接收单元再充电；以及
再充电控制单元，根据光接收单元的输出来控制第一开关单元；
再充电控制单元在多个像素之间共享。
[B-2]根据上述[B-1]所述的距离测量设备，其中，
在光子入射到共享再充电控制单元的多个像素的光接收单元中的一个或多个光接收单元的情况下，再充电控制单元对多个像素的所有光接收单元执行再充电。
[B-3]根据上述[B-2]所述的距离测量设备，其中，
再充电控制单元具有或电路，并且响应于或电路的或信号执行再充电，或电路采用在光子入射在一个或多个光接收单元上时其逻辑被反向的逻辑信号的或。
[B-4]根据上述[B-1]至[B-3]中任一项所述的距离测量设备，其中，
光接收单元包括单光子雪崩二极管。
[B-5]根据上述[B-4]所述的距离测量设备，其中，
从单光子雪崩二极管的阴极电极侧检索信号。
[B-6]根据上述[B-4]所述的距离测量设备，其中，
从单光子雪崩二极管的阳极电极侧检索信号。
[B-7]根据上述[B-3]所述的距离测量设备，其中，
设置电平转换单元，转换或电路的或信号的电平，其中，输出电平转换单元的转换结果作为用于检测光子入射时刻的信息。
[B-8]根据上述[B-3]所述的距离测量设备，其中，
设置异或电路，检索在光子入射到一个或多个光接收单元上时其逻辑被反向的逻辑信号的异或；以及电平转换单元，转换异或电路的异或信号的电平；其中，
输出电平转换单元的转换结果作为用于检测光子入射时刻的信息。
[B-9]根据上述[B-3]所述的距离测量设备，其中，
设置加法器，将入射到共享再充电控制单元的多个像素上的光子的数量相加，其中，输出加法器的相加结果作为用于检测入射光子的数量的信息。
[B-10]根据上述[B-3]所述的距离测量设备，其中，
或电路的每个输入信号具有这样的配置，其中，设置执行用于增加脉冲宽度的处理并输出结果的波束成形单元。
[B-11]根据上述[B-4]所述的距离测量设备，包括：
猝灭电路，将相对于单光子雪崩二极管的施加电压降低至击穿电压。
[B-12]根据上述[B-11]所述的距离测量设备，其中，
猝灭电路由并联连接至第一开关单元的第二开关单元构成，并且根据光接收单元的输出操作。
[B-13]根据上述[B-1]所述的距离测量设备，其中，
再充电控制单元具有再充电信号生成电路，该再充电信号生成电路生成用于驱动第一开关单元的再充电信号；并且
再充电信号生成电路包括环形振荡器。
[B-14]根据上述[B-13]所述的距离测量设备，其中，
环形振荡器包括具有不同上升延迟时间和下降延迟时间的非对称延迟元件。
[B-15]根据上述[B-14]所述的距离测量设备，其中，
非对称延迟元件包括CMOS反相器，并且具有不同尺寸的P沟道场效应晶体管和N沟道场效应晶体管。
[B-16]根据上述[B-15]所述的距离测量设备，其中，
非对称延迟元件的延迟时间是可变的。
[B-17]根据上述[B-16]所述的距离测量设备，其中，
P沟道场效应晶体管和N沟道场效应晶体管之中具有较高导通电阻的晶体管的串联连接数是可变的，并且根据串联连接数设置延迟时间。
[B-18]根据上述[B-16]所述的距离测量设备，其中，
P沟道场效应晶体管和N沟道场效应晶体管之中具有较高导通电阻的晶体管的并联连接数是可变的，并且根据并联连接数设置延迟时间。
[B-19]根据上述[B-1]至[B-18]中任一项所述的距离测量设备，包括：
堆叠结构，在该堆叠结构中堆叠其上布置有光接收单元的第一半导体基板和其上布置有再充电控制单元的第二半导体基板。
本领域技术人员应当理解的是，只要在所附权利要求或其等同物的范围内，则可以根据设计需求及其他因素做出各种改造、组合、子组合、以及更改。
参考标号列表
1 距离测量设备
10 对象(待测量的物体)
20 光源
21 激光驱动器
22 激光光源
23 漫射透镜
30 光接收设备
31 光接收透镜
32 光传感器
33 电路单元
40 控制单元
50 (501至504)像素
51 (511至514)SPAD传感器
60 电路单元
61 (611至614)第一开关单元
62 第二开关单元
63 (631至634)比较器
64 再充电控制单元
65 电平转换单元
71 传感器芯片
72 电路芯片。

Claims (20)

1.一种光接收设备，包括：
像素阵列单元，具有多个像素，每个像素包括根据光子的接收来生成信号的光接收单元；
第一开关单元，对所述光接收单元再充电；以及
再充电控制单元，根据所述光接收单元的输出来控制所述第一开关单元，
所述再充电控制单元在所述多个像素之间共享。
2.根据权利要求1所述的光接收设备，其中，
在光子入射到共享所述再充电控制单元的所述多个像素的光接收单元中的一个或多个光接收单元的情况下，所述再充电控制单元对所述多个像素的所有光接收单元执行再充电。
3.根据权利要求2所述的光接收设备，其中，
所述再充电控制单元具有或电路，并且响应于所述或电路的或信号执行再充电，所述或电路采用在光子入射到一个或多个光接收单元上时其逻辑被反向的逻辑信号的或。
4.根据权利要求1所述的光接收设备，其中，
所述光接收单元包括单光子雪崩二极管。
5.根据权利要求4所述的光接收设备，其中，
从所述单光子雪崩二极管的阴极电极侧检索信号。
6.根据权利要求4所述的光接收设备，其中，
从所述单光子雪崩二极管的阳极电极侧检索信号。
7.根据权利要求3所述的光接收设备，还包括
电平转换单元，转换所述或电路的所述或信号的电平，其中，输出所述电平转换单元的转换结果作为用于检测光子入射时刻的信息。
8.根据权利要求3所述的光接收设备，还包括
异或电路，检索在光子入射到一个或多个光接收单元上时其逻辑被反向的逻辑信号的异或，以及
电平转换单元，转换所述异或电路的所述异或信号的电平，
其中，输出所述电平转换单元的转换结果作为用于检测光子入射时刻的信息。
9.根据权利要求3所述的光接收设备，还包括
加法器，将入射到共享所述再充电控制单元的多个像素上的光子的数量相加，
其中，输出所述加法器的相加结果作为用于检测入射光子的数量的信息。
10.根据权利要求3所述的光接收设备，其中，
所述或电路的每个输入信号具有波束成形单元，所述波束成形单元执行用于增加脉冲宽度的处理并输出结果。
11.根据权利要求4所述的光接收设备，还包括
猝灭电路，将相对于所述单光子雪崩二极管的施加电压降低至击穿电压。
12.根据权利要求11所述的光接收设备，其中，
所述猝灭电路包括与第一开关单元并联的第二开关单元，并根据所述光接收单元的输出操作。
13.根据权利要求1所述的光接收设备，其中，
所述再充电控制单元包括再充电信号生成电路，所述再充电信号生成电路生成用于驱动所述第一开关单元的再充电信号，并且所述再充电信号生成电路包括环形振荡器。
14.根据权利要求13所述的光接收设备，其中，
所述环形振荡器包括具有不同上升延迟时间和下降延迟时间的非对称延迟元件。
15.根据权利要求14所述的光接收设备，其中，
所述非对称延迟元件包括CMOS反相器，并且具有不同尺寸的P沟道场效应晶体管和N沟道场效应晶体管。
16.根据权利要求15所述的光接收设备，其中，
所述非对称延迟元件的延迟时间是可变的。
17.根据权利要求16所述的光接收设备，其中，
所述P沟道场效应晶体管和所述N沟道场效应晶体管之中具有较高导通电阻的晶体管的串联连接数是可变的，并且根据所述串联连接数设置所述延迟时间。
18.根据权利要求16所述的光接收设备，其中，
所述P沟道场效应晶体管和所述N沟道场效应晶体管之中具有较高导通电阻的晶体管的并联连接数是可变的，并且根据所述并联连接数设置所述延迟时间。
19.根据权利要求1所述的光接收设备，还包括
堆叠结构，在所述堆叠结构中堆叠其上布置有所述光接收单元的第一半导体基板和其上布置有所述再充电控制单元的第二半导体基板。
20.一种距离测量设备，包括用光照射待测量的物体的光源和接收由所述待测量的物体反射的光的光接收设备，其中，
所述光接收设备包括：
像素阵列单元，布置有多个像素，每个像素包括光接收单元；
第一开关单元，对所述光接收单元再充电；以及
再充电控制单元，根据所述光接收单元的输出来控制所述第一开关单元，
所述再充电控制单元在所述多个像素之间共享。
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