CN112585439A - 光接收元件和测距系统 - Google Patents

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Abstract

本技术涉及其中能够降低功率消耗的光接收元件和测距系统。光接收元件包括：像素，包括SPAD；第一晶体管，将SPAD的阴极电压设定为第一负电压；电压转换电路，在光子入射时转换SPAD的阴极电压并输出转换的阴极电压；以及输出单元，基于转换的阴极电压输出指示SPAD上的光子入射的检测信号。本技术例如可应用于检测在深度方向中到对象的距离的测距系统。

Description

光接收元件和测距系统
技术领域
本技术涉及光接收元件和测距系统，并且更具体地，涉及实现降低功率消耗的光接收元件和测距系统。
背景技术
近年来，使用飞行时间(ToF)方法测量距离的距离图像传感器引起了关注。在距离图像传感器中，例如，使用其中将使用单个光子雪崩二极管(SPAD)的像素排列成矩阵的像素阵列。在SPAD中，如果在施加高于击穿电压的电压的状态中一个光子进入高场PN结区域，则雪崩放大发生。通过检测雪崩放大的发生时电流瞬时流过的时刻，可以高精度地测量距离。
驱动其中将使用SPAD的像素排列成矩阵的距离图像传感器，使得将一部分像素设定为检测光子的活动像素，并将其余像素设定为不检测光子的非活动像素(例如，参见专利文献1)。
引文列表
专利文件
专利文件1：US 2016/0284743 A
发明内容
本发明要解决的问题
如上所述，有必要向SPAD施加高于击穿电压的电压，这可能容易导致驱动SPAD的驱动电路和SPAD之后的信号处理电路的较大功率消耗。为了解决这个问题，期望进一步降低功率消耗。
鉴于此类情况而做出了本技术，并且本技术旨在降低功率消耗。
问题的解决方案
根据本技术的第一方面的光接收元件包括：像素，其包括SPAD；第一晶体管，被配置为将SPAD的阴极电压设定为第一负电压；电压转换电路，被配置为当光子入射时转换SPAD的阴极电压，并且输出经转换的阴极电压；以及输出单元，被配置为基于经转换的阴极电压，输出指示SPAD上的光子入射的检测信号。
根据本技术的第二方面的测距系统，包括：照明装置，被配置为辐射照射光；以及光接收元件，被配置为接收照射光的反射光，其中，光接收元件包括像素，该像素包括SPAD；第一晶体管，被配置为将SPAD的阴极电压设定为第一负电压；电压转换电路，被配置为在光子入射时转换SPAD的阴极电压，并输出转换的阴极电压；以及输出单元，被配置为基于转换的阴极电压，输出指示SPAD上的光子入射的检测信号。
根据本技术的第一方面和第二方面，提供了SPAD；第一晶体管，被配置为将SPAD的阴极电压设定为第一负电压；电压转换电路，被配置为在光子入射时转换SPAD的阴极电压，并输出转换的阴极电压；以及输出单元，被配置为基于转换的阴极电压输出指示SPAD上的光子入射的检测信号。
光接收元件和测距系统可以是独立的装置，或者可以是要结合到其它装置中的模块。
附图说明
图1是示出应用本技术的测距系统的实施例的配置示例的框图。
图2是示出图1中的光接收元件的配置示例的框图。
图3是示出第一像素电路的配置示例的视图。
图4是用于说明图3中的像素的操作的视图。
图5是示出活动像素和非活动像素的设定示例的视图。
图6是示出信号线的第一布线示例的视图。
图7是示出一个单元的视图。
图8是示出信号线的第二布线示例的视图。
图9是用于说明根据间隔规则的点SP的设定的视图。
图10是示出使用公共输出缓冲器的单元的电路配置的视图。
图11是示出第二像素电路的配置示例的视图。
图12是用于说明图11中的像素的操作的视图。
图13是用于说明测距系统的使用示例的视图。
图14是示出车辆控制系统的示意性配置的示例的框图。
图15是示出车外信息检测单元和成像单元的安装位置的示例的说明图。
具体实施方式
下面将描述用于实现本技术的实施例(以下称为实施例)。注意，将按以下顺序提供描述。
1.测距系统的配置示例
2.光接收元件的配置示例
3.第一像素电路配置示例
4.活动像素和非活动像素的设定示例
5.检测信号线的第一布线示例
6.检测信号线的第二布线示例
7.第二像素电路配置示例
8.测距系统的使用示例
9.移动物体的应用示例
<1.测距系统的配置示例>
图1是示出应用本技术的测距系统的实施例的配置示例的框图。
测距系统11是例如使用ToF方法捕获距离图像的系统。这里，距离图像是通过针对每个像素检测从测距系统11到对象的深度方向的距离而获得的图像，并且该距离图像包括基于检测到的距离的距离像素信号。
测距系统11包括照明装置21和成像装置22。
照明装置21包括照明控制单元31和光源32。
照明控制单元31在成像装置22的控制单元42的控制下控制光源32的光照射图案。具体地，照明控制单元31根据从控制单元42提供的照射信号中包括的照射代码来控制光源32的光照射图案。例如，照射代码是1(高)和0(低)的二进制代码，并且当照射代码的值为1时，照明控制单元31打开光源32，而当照射代码的值为0时，关闭光源32。
光源32在照明控制单元31的控制下发射预定波长范围的光。光源32包括例如红外激光二极管。注意，可以根据测距系统11的用途等来任意设定光源32的类型和照射光的波长范围。
成像装置22是接收反射光的装置，该反射光是从照明装置21辐射并反射在对象12、对象13等上的光(照射光)。成像装置22包括成像单元41、控制单元42、显示单元43和存储单元44。
成像单元41包括透镜51、光接收元件52和信号处理电路53。
透镜51在光接收元件52的光接收表面上形成入射光的图像。注意，透镜51具有任意配置，并且例如，透镜51可以包括多个透镜。
光接收元件52包括例如传感器，其中在各像素中使用单光子雪崩二极管(SPAD)。光接收元件52在控制单元42的控制下接收来自对象12、对象13等的反射光，并将作为结果获得的像素信号提供给信号处理电路53。该像素信号表示通过对从照明装置21辐射照射光直到光接收元件52接收光为止的时间进行计数而获得的数字计数值。指示光源32发光的定时的发光定时信号也从控制单元42提供给光接收元件52。
信号处理电路53在控制单元42的控制下对从光接收元件52提供的像素信号执行处理。例如，信号处理电路53基于从光接收元件52提供的像素信号检测针对每个像素的到对象的距离，并生成指示针对每个像素的到对象的距离的距离图像。具体地，信号处理电路53针对每个像素多次(例如，几千到几万次)获取从光源32发光直到光接收元件52的每个像素接收光为止的时间(计数值)。信号处理电路53创建与所获取的时间相对应的直方图。然后，信号处理电路53通过检测直方图的峰值来确定从光源32辐射的光在被反射到对象12或对象13上之后返回所需的时间。信号处理电路53进一步基于所确定的光的时间和速度来执行获得到对象的距离的计算。信号处理电路53将所生成的距离图像提供给控制单元42。
控制单元42包括例如控制电路，诸如现场可编程门阵列(FPGA)和数字信号处理器(DSP)、处理器等。控制单元42控制照明控制单元31和光接收元件52。具体地，控制单元42将照射信号提供给照明控制单元31，并且将发光定时信号提供给光接收元件52。光源32根据照射信号发射照射光。发光定时信号可以是提供给照明控制单元31的照射信号。此外，控制单元42将从成像单元41获取的距离图像提供给显示单元43，并使距离图像显示在显示单元43处。此外，控制单元42使从成像单元41获取的距离图像存储在存储单元44中。此外，控制单元42将从成像单元41获取的距离图像输出到外部。
显示单元43包括例如面板显示装置，诸如液晶显示装置和有机电致发光(EL)显示装置。
存储单元44可以包括任意存储装置、存储介质等，并且存储距离图像等。
<2.光接收元件的配置示例>
图2是示出光接收元件52的配置示例的框图。
光接收元件52包括像素驱动单元111、像素阵列112、多路复用器(MUX)113、时间测量单元114和输入/输出单元115。
像素阵列112具有以下配置：其中，检测光子的入射并输出指示检测结果的检测信号作为像素信号的像素21在行方向和列方向中在矩阵中以二维排列。这里，行方向是指像素121在像素行中的排列方向，即水平方向，而列方向是指像素121在像素列中的排列方向，即竖直方向。尽管图2由于空间限制示出了像素阵列112具有10行和12列的像素排列的配置，但是像素阵列112的行数和列数不限于此，并且像素阵列112可以具有任何数量的行和列。
像素驱动线122在像素阵列112的矩阵像素排列上沿着水平方向的像素的每一行布线。像素驱动线122发射用于驱动像素121的驱动信号。像素驱动单元111通过经由像素驱动线122向每个像素121提供预定的驱动信号来驱动每个像素121。具体地，像素驱动单元111执行控制以根据从外部经由输入/输出单元115提供的发光定时信号以预定定时将在矩阵中以二维排列的多个像素121中的一部分像素121设定为活动像素，并将其余像素121设定为非活动像素。活动像素是检测光子的入射的像素，并且非活动像素是不检测光子入射的像素。稍后将描述像素121的详细配置。
注意，尽管图2将像素驱动线122示出为一条布线，但是像素驱动线122可以包括多条布线。像素驱动线122的一端连接至与像素驱动单元111的每一像素行相对应的输出端。
MUX 113根据像素阵列112内的活动像素和非活动像素之间的切换来选择来自活动像素的输出。然后，MUX 113将从所选活动像素输入的像素信号输出到时间测量单元114。
时间测量单元114基于从MUX 113提供的活动像素的像素信号和指示光源32的发光定时的发光定时信号，生成与从光源32发光直到活动像素接收光为止的时间相对应的计数值。发光定时信号经由输入/输出单元115从外部(成像装置22的控制单元42)提供。
输入/输出单元115将从时间测量单元114提供的活动像素的计数值作为像素信号输出到外部(信号处理电路53)。此外，输入/输出单元115将从控制单元42提供的发光定时信号提供给像素驱动单元111和时间测量单元114。
<3.第一像素电路配置示例>
图3示出排列在像素阵列112中的像素121的第一像素电路的配置示例。
图3中所示的像素121包括SPAD 211、晶体管212、晶体管213、反相器214、电压转换电路215和输出缓冲器216。晶体管212包括P型MOS晶体管，并且晶体管213包括N型MOS晶体管。
SPAD 211的阴极连接至晶体管212的漏极，并且连接至反相器214的输入端子和晶体管213的漏极。SPAD 211的阳极连接至电源VSPAD。
SPAD 211是光电二极管(单光子雪崩光电二极管)，该光电二极管在入射光入射时雪崩放大生成的电子以输出阴极电压的信号VS。例如，将要提供给SPAD 211的阳极的电源VSPAD设定为-20V的负偏压(负电势)。
作为在饱和区域中操作的恒定电流源的晶体管212通过用作淬灭电阻器来执行无源淬灭。晶体管212的源极连接至电源电压VE，并且漏极连接至SPAD 211的阴极、反相器214的输入端子和晶体管213的漏极。这允许电源电压VE也将被提供给SPAD 211的阴极。还可以使用上拉电阻器代替串联连接至SPAD 211的晶体管212。
向SPAD 211施加高于SPAD 211的击穿电压VBD的电压(以下称为过偏压)，以足够的效率检测光(光子)。例如，假设SPAD 211的击穿电压VBD为20V，并且施加比击穿电压VBD高3V的电压，则将要提供给晶体管212的源极的电源电压VE设定为3V。
晶体管213的漏极连接至SPAD 211的阴极、反相器214的输入端子和晶体管212的漏极，并且晶体管213的源极连接至地(GND)。选通控制信号VG从像素驱动单元111被提供给晶体管213的栅极。
在像素121被设定为活动像素的情况下，从像素驱动单元111向晶体管213的栅极提供Lo(低)选通控制信号VG。同时，在像素121被设定为非活动像素的情况下，从像素驱动单元111向晶体管213的栅极提供Hi(高)选通控制信号VG。
当作为输入信号的阴极电压VS为Lo时，反相器214输出Hi信号VSINV，并且当阴极电压VS为Hi时，输出Lo信号VSINV。在下文中，将由反相器214输出的信号VSINV也称为反相信号VSINV。
电压转换电路215将从反相器214输入的反相信号VSINV转换为低压信号VSLOW，并将该低压信号VSLOW输出至输出缓冲器216。反相信号VSINV变为具有从0V至3V的电压幅度的信号，并且电压转换电路215将具有从0V至3V的电压幅度的该信号VSINV转换为具有从0V至1V的电压幅度的信号VSLOW。输出缓冲器216是输出单元，该输出单元输出从电压转换电路215输入的信号VSLOW作为检测信号PFout，该检测信号PFout指示光子在SPAD 211上的入射。
在图3中，包括在虚线区域221中的晶体管212、晶体管213、反相器214和电压转换电路215是在作为第一电源电压的电源电压VE下操作的元件(组)。同时，点划线区域222中包括的输出缓冲器216是在作为低于第一电源电压的第二电源电压的电源电压VDD下操作的元件(组)。电源电压VDD例如被设定为1V。
接下来将参考图4描述在将像素121设定为活动像素的情况下的操作。图4是示出SPAD 211的阴极电压VS根据光子的入射和检测信号PFout的变化的曲线图。
首先，在像素121是活动像素的情况下，晶体管213被Lo选通控制信号VG截止。
在图4中的时间t0之前的时间，电源电压VE(例如3V)被提供给SPAD 211的阴极，并且电源VSPAD(例如-20V)被提供给阳极，并且从而将高于击穿电压VBD(＝20V)的反向电压施加到SPAD 211，使得SPAD 211进入盖革模式。在该状态中，SPAD 211的阴极电压VS与电源电压VE相同。
如果光子入射到置于盖革模式的SPAD 211上，则雪崩放大发生，并且电流流到SPAD 211。
如果在时间t0发生雪崩放大，并且电流流到SPAD 211，则在时间t0以及之后，电流也通过流到SPAD 211的电流流到晶体管212，从而电压降会由晶体管212的电阻成分产生。
如果SPAD 211的阴极电压VS在时间t2变得低于0V，则雪崩放大停止，因为该电压低于击穿电压VBD。这里，由于由流到晶体管212的雪崩放大生成的电流而发生的电压降以及伴随着电压降的发生，阴极电压VS变得低于击穿VBD，而停止雪崩放大的操作是淬灭操作。
如果雪崩放大停止，则流过晶体管212的电阻的电流逐渐减小，在时间t4阴极电压VS再次返回到原始电源电压VE，并且像素置于像素可以检测到下一个新的光子的状态(充电操作)。
当作为输入电压的阴极电压VS等于或高于预定阈值电压Vth(＝VE/2)时，反相器214输出Lo反相信号VSINV，并且当阴极电压VS低于预定阈值电压Vth时，输出Hi反相信号VSINV。当阴极电压VS等于或高于预定阈值电压Vth(＝VE/2)时，输出缓冲器216还输出Lo检测信号PFout，并且当阴极电压VS低于预定阈值电压Vth时输出Hi检测信号PFout。在图4的示例中，输出缓冲器216在从时间t1到时间t3的时段期间输出Hi检测信号PFout。
注意，在将像素121设定为非活动像素的情况下，从像素驱动单元111向晶体管213的栅极提供Hi选通控制信号VG以导通晶体管213。这使得SPAD 211的阴极电压VS为0V(GND)，并使SPAD 211的阳极和阴极之间的电压等于或低于击穿电压VBD，使得即使光子入射在SPAD 211上，SPAD 211也不会反应。
<4.活动像素和非活动像素的设定示例>
接下来将描述活动像素和非活动像素的设定示例。
假设多个相邻像素121作为一个点(群集)SP，像素驱动单元111确定在像素阵列112内预先确定的预定数量的点SP，并设定活动像素。在本实施例中，像素驱动单元111例如将2×2的四个像素设定为一个点SP，并且在像素阵列112内设定9个点SP。
图5中的像素阵列112包括16行和16列的256个像素121。在256个像素121中，阴影像素121表示活动像素，并且未被阴影的像素121表示非活动像素。
假设将2×2的四个像素作为一个点SP，像素驱动单元111例如将像素阵列112内的预定点SP1至SP9设定为活动像素。注意，在下文中，构成一个点SP的2×2的各像素也将被称为SP构成像素。此外，如图5所示，在区分构成一个点SP的各SP构成像素的情况下，根据点SP内的SP构成像素的位置，各个SP构成像素也将称为SP构成像素A、SP构成像素B、SP构成像素C和SP构成像素D。
注意，尽管在本实施例中将描述一个点SP包括2×2的四个像素并且点SP的数量为九的示例，但是构成点SP的像素的配置不限于2×2的四个像素。此外，要为像素阵列112设定的点SP的数量不限于九。例如，点SP可以被设定为2×1的两个像素、3×3的九个像素等，并且像素阵列112要设定的点SP的数量可以设定为四、六等。
像素驱动单元111进一步通过针对每个时段移动如图5中所示的每个点SP的位置，来将成像装置22的测距区域的分辨率保持为等于或高于预定值。
通过以该方式将像素阵列112内的像素的仅一部分设定为活动像素，可以防止由于瞬时操作电流变得太大而导致电源波动，并且防止电源波动影响距离精度。另外，将点设定为被激光照射的目标，并且因此，通过根据激光照射将活动像素限制为点SP的一部分，可以降低功率消耗。
<5.检测信号线的第一布线示例>
将描述发送像素阵列112的每个像素121输出的检测信号PFout作为像素信号的信号线的布线布局。
图6是示出发送检测信号PFout的信号线的第一布线示例的视图。
第一布线示例是在针对每个像素分别设置发送检测信号PFout的信号线的情况下的信号线的布置示例。
在针对每个像素单独设置信号线的情况下，因为像素阵列112包括16行和16列的256个像素121，所以整个像素阵列112需要作为每行16条信号线的256条信号线241。图6由于空间限制示出与一条信号线排列成一行的16条信号线241。
MUX 113在256个像素121中选择被设定为活动像素的像素121的信号线241，并从活动像素获取检测信号PFout。活动像素数是4个像素(一个点SP中的像素数量)×9个(点SP的数量)的36，并且因此，从MUX 113输出到时间测量单元114的信号线242的数量变为36。图6示出了四条信号线242，由于空间限制，是一条信号线。
时间测量单元114包括与从36个活动像素输出的检测信号PFout相对应的时间数字转换器(TDC)电路。具体地，时间测量单元114包括点SP1的SP构成像素A至D的TDC电路(TDC_SP1_PixA至TDC_SP1_PixD)、点SP2的SP构成像素A至D的TDC电路(TDC_SP2_PixA至TDC_SP2_PixD)、点SP3的SP构成像素A至D的TDC电路(TDC_SP3_PixA至TDC_SP3_PixD),...，点SP9的SP构成像素A至D的TDC电路(TDC_SP9_PixA至TDC_SP9_PixD)。每个TDC电路生成与从光源32发光直到活动像素从输入的活动像素的检测信号PFout和发光定时信号接收到光为止的时间相对应的计数值。
如上所述，通过针对每个像素单独提供信号线241，可以处理设定在像素阵列112内的任意九个点SP1至SP9。然而，针对每个像素单独提供信号线241是不现实的，因为布线数量变得非常大。此外，存在以下担忧：如果信号线241密集，则可能发生像素之间的串扰和检测信号PFout的偏斜、信号延迟等。
<6.检测信号线的第二布线示例>
为了解决这个问题，将描述用于减少发送检测信号PFout的信号线的第二布线示例。
在第二布线示例中，像素阵列112内的多个相邻像素被设定为一个单元U。
图7是示出在将4×4的16个像素设定为一个单元U的情况下的一个单元U的图。
在一个单元U包括4×4的16个像素的情况下，一个单元U包括各自包括2×2的4个像素的四个点SP，并且因此，一个单元U包括四组SP构成像素A至D。
使用竖直布线261A连接包括在一个单元U中的四个SP构成像素A的输出端子，并且发送包括在一个单元U中的四个SP构成像素A的检测信号PFout的信号线271A设置在单元U内的预定SP构成像素A的像素行中。
使用竖直布线261B连接包括在一个单元U中的四个SP构成像素B的输出端子，并且发送包括在一个单元U中的四个SP构成像素B的检测信号PFout的信号线271B设置在单元U内的预定SP构成像素B的像素行中。
使用竖直布线261C连接包括在一个单元U中的四个SP构成像素C的输出端子，并且发送包括在一个单元U中的四个SP构成像素C的检测信号PFout的信号线271C设置在单元U内的预定SP构成像素C的像素行中。
使用竖直布线261D连接包括在一个单元U中的四个SP构成像素D的输出端子，并且发送包括在一个单元U中的四个SP构成像素D的检测信号PFout的信号线271D设置在单元U内的预定SP构成像素D的像素行中。
此外，包括在一个单元U中的信号线271A至271D设置在彼此不同的像素行中。
以该方式，通过使用竖直布线261将在一个单元U内相同类型的SP构成像素的输出与一条信号线271一起集中，对于一个单元U中的每一行像素，可以采用一条信号线271实现与MUX 113的连接。每1个单元U中的信号线271的数量变为4。
图8示出针对如图7中所示的单元U内的SP构成像素A至D中的每个SP构成像素将信号线271放在一起的情况下的信号线271的布线示例。
图8是第二布线示例，其中减少了发送检测信号PFout的信号线。
在针对如图7所示针对单元U内的SP构成像素A至D中的每一个SP构成像素将信号线271放在一起的情况下，如图8所示，在整个像素阵列112中，至MUX 113的信号线271的数量变为64。因此，与图6中所示的第一布线示例相比，根据第二布线示例的到MUX 113的信号线271的数量可以显著减少。这可以改善每个像素121处的检测信号PFout的串扰和偏斜、信号延迟等。
在第二布线示例中，单元U内的多个相同类型的SP构成像素(SP构成像素A至D之一)利用一条公共信号线271，并且因此不能同时设定为活动像素。
因此，像素驱动单元111根据以下间隔规则针对像素阵列112设定多个点SP。在一个单元U包括4×4的16个像素的情况下，像素驱动单元111确定相邻的点SP，使得点SP的相同类型的各SP构成像素(SP构成像素A至D)在水平方向和竖直方向二者中在其它相邻点SP中排在第四或以后。换句话说，像素驱动单元111确定每个点SP，使得像素阵列112内的第一点SP中的预定SP构成像素(例如，SP构成像素A)与相邻于第一点SP的第二点SP的相同类型的SP构成像素(例如，SP构成像素A)分隔开三个或更多个像素。
将参考图9描述根据间隔规则的点SP的设定。
例如，点SP1的SP构成像素D与在水平方向中与相邻于点SP1的点SP2的相同类型的SP构成像素D分隔开三个像素。换句话说，点SP2的SP构成像素D是与相邻点SP1的相同类型的SP构成像素D水平方向中的第四像素。
此外，在竖直方向上，点SP1的SP构成像素D与点SP1相邻的点SP4的相同类型的SP构成像素D分隔开三个像素。换句话说，点SP4的SP构成像素D是在竖直方向中距相邻点SP1的相同类型的SP构成像素D的第四像素。
例如，在水平方向上，点SP5的SP构成像素B与点SP5相邻的点SP6的相同类型的SP构成像素B分隔开三个像素。换句话说，点SP6的SP构成像素B是在水平方向中距相邻点SP5的相同类型的SP构成像素B的第四像素。
此外，在竖直方向中，点SP5的SP构成像素B与点SP5相邻的点SP8的相同类型的SP构成像素B分隔开三个像素。换句话说，在竖直方向中，点SP5的SP构成像素B是距相邻点SP5的相同类型的SP构成像素B的第四像素。
在根据此类间隔规则针对像素阵列112设定多个点SP的情况下，如从图9中可以清楚地看出，在每个单元内被选择为活动像素的SP构成像素A至D的数量U始终等于或小于1。因此，如图7中所示，可以针对单元U内的相同类型的SP构成像素(SP构成像素A至D)中的每一个使用公共信号线271。
尽管在上述示例中描述了一个示例，其中一个点SP包括2×2的四个像素(SP构成像素)，但是在点SP的构成像素的数量不同的情况下，也可以类似地应用上述示例。例如，同样在一个点SP包括2×1的两个像素(SP构成像素A和SP构成像素B)的情况下，或者在一个点SP包括2×3的六个像素(SP构成像素A、SP构成像素B、SP构成像素C、SP构成像素D、SP构成像素E和SP构成像素F)的情况下，通过根据上述间隔规则设定的多个点SP，在4×4的每个单元U内被选为活动像素的相同类型的SP构成像素的数量总是等于或小于1。
接下来将描述一个单元U中包括的像素数不是4×4的16个像素的情况。
例如，将描述一个单元U包括5×5的25个像素的情况。假定一个点SP以与上述示例类似的方式包括2×2的四个像素(SP构成像素A至D)。
在一个单元U包括5×5的25个像素的情况下，像素驱动单元111确定相邻的点SP，使得在水平方向和垂直方向二者中，点SP的相同类型的相应的SP构成像素A至D在其它相邻点SP中排在第五或以后。换句话说，像素驱动单元111确定每个点SP，使得像素阵列112内的第一点SP中的预定SP构成像素(例如，SP构成像素A)与相邻于第一点SP的第二点SP的相同类型的SP构成像素(例如，SP构成像素A)分隔开四个或更多个像素。通过根据该间隔规则设定的多个点SP，在5×5的每个单元U内被选为活动像素的相同类型的SP构成像素的数量总是等于或小于1。
接下来，将描述一个单元U包括6×6的36个像素的情况。假定一个点SP以与上述示例类似的方式包括2×2的四个像素(SP构成像素A至D)。
在一个单元U包括6×6的36个像素的情况下，像素驱动单元111确定相邻的点SP，使得在水平方向和垂直方向二者中，点SP的相同类型的相应SP构成像素A至D在其它相邻点SP中排在第六或以后。换句话说，像素驱动单元111确定每个点SP，使得像素阵列112内的第一点SP中的预定SP构成像素(例如，SP构成像素A)与相邻于第一点SP的第二点SP的相同类型的SP构成像素(例如，SP构成像素A)分隔开5个或更多个像素。通过根据该间隔规则设定的多个点SP，在6×6的每个单元U内被选为活动像素的相同类型的SP构成像素的数量总是等于或小于1。
单元U中共同使用的信号线271和间隔规则之间的关系可以描述如下。在像素阵列112中，在一个点SP包括N×M个像素(N>0，M>0，其中N和M不同时变为1)并且一个单元U包括L×L(L＞1)的情况下，使用一条或多条竖直布线261将一个单元U内的相同类型的多个SP构成像素的输出与一条信号线271放在一起。像素驱动单元111确定像素阵列112内的多个点SP，使得在水平方向和竖直方向二者中，点SP的相同类型的相应SP构成像素在其它相邻点SP中排在第L个或以后。这可以实质上减少从像素阵列112到MUX 113的信号线271的数量，使得可以改善检测信号PFout的串扰和偏斜、信号延迟等。
注意，还可以共用在单元U内的相同类型的SP构成像素之间的相应SP构成像素中包括的一个或多个元素，以及共用在单元U内的相同类型的SP构成像素之间的信号线271。
例如，可以共用在单元U内的相同类型的SP构成像素之间在图3中所示的像素121的第一像素电路的最后一级中提供的输出缓冲器216。
图10示出了单元U的电路配置，其中共用在单元U内的相同类型的SP构成像素之间的输出缓冲器216。
在图10中，代替针对每个像素提供的输出缓冲器216，提供了在一个单元U内的四个SP构成像素A之间共用的一个输出缓冲器216’。
此外，虽然省略了SP构成像素B至D的像素内的电路的图示，但是以相似的方式针对SP构成像素B至D中的每一个SP构成像素的相同类型的四个SP构成像素提供了一个输出缓冲器216’。
注意，尽管图10示出了单元U外部的输出缓冲器216’以促进理解，但是可以在单元U内部的预定SP构成像素内提供输出缓冲器216’。
尽管图10示出了整合相应像素121的输出缓冲器216的示例，但是在每个像素包括诸如例如诸如MUX、寄存器和OR电路的计算电路的其它元件的情况下，这些元件在相同类型的SP构成像素之间可以共用。换句话说，在单元U内的相同类型的SP构成像素之间要共用的元素不限于输出缓冲器。
<7.第二像素电路配置示例>
图11示出像素121的第二像素电路的配置示例。
注意，在图11中，相同的附图标记被分配给与图3中所示的第一像素电路相同的部分，并且将适当地省略这些部分的描述。
图11中所示的像素121包括SPAD 211、晶体管212、晶体管213、反相器214和晶体管311。晶体管213包括N型MOS晶体管，并且晶体管212和311包括P型MOS晶体管。
图11中的第二像素电路与图3中的第一像素电路的共同之处在于第二像素电路包括SPAD 211、晶体管212、晶体管213和反相器214。第二像素电路与第一像素电路的不同之处在于要提供给每个元件的电源电压。
更具体地，虽然在第一像素电路中晶体管213的源极接地，但是在第二像素电路中晶体管213的源极连接至电源VNEG1，该电源是负偏压。电源VNEG1例如被设定为-2V。此外，第二像素电路被构造成使得当通过Hi选通控制信号VG导通晶体管213时，SPAD 211的阳极和阴极之间的电压变得等于或低于击穿电压VBD，并且因此，将要提供给SPAD 211的阳极的电源VSPAD设定为比第一像素电路的电势(在上述示例中为-20V)更低的-22V。
更进一步，尽管晶体管212的源极连接至作为第一像素电路中的第一电源电压的电源电压VE(3V)，但是晶体管212的源极连接至作为比第二像素电路中的第一电源电压更低的第二电源电压的电源电压VDD(1V)。在将像素121控制为活动像素的情况下，由于经由晶体管311和晶体管212将电源电压VDD(1V)提供给SPAD 211的阴极，因此，SPAD211的阳极和阴极之间的电压变为23V的反向电压，该反向电压与第一像素电路中的反向电压相同。
此外，图11中的第二像素电路与第一像素电路的不同之处在于，在SPAD 211和反相器214之间新添加了包括P型MOS晶体管的晶体管311。更具体地，晶体管311的漏极连接至SPAD 211的阴极和晶体管213的漏极，并且晶体管311的源极连接至晶体管212的漏极和反相器214的输入端子。晶体管311的栅极连接至作为负偏压的电源VNEG2。电源VNEG2例如设定为-1V。
用作电压转换电路的晶体管311将具有要提供给漏极的SPAD 211的阴极电压VS的信号转换为在正范围内具有电压VIN的信号，并将该信号输出到反相器214。与晶体管311的晶体管阈值相同的负偏压(-Vgs)的电源VNEG2(-1V)被施加到晶体管311的栅极。如果作为输入到反相器214的信号的电压VIN到达作为从电源VNEG2(-1V)增加了晶体管阈值的电压值(0V)，则晶体管311中断。因此，晶体管311还用作电压钳位电路。
在输入到反相器214的电压VIN为Lo的情况下，反相器214输出Hi检测信号PFout，并且在电压VIN为Hi的情况下，输出Lo检测信号PFout。反相器214是输出单元，该输出单元输出指示SPAD 211上的光子入射的检测信号PFout。
图12是示出在将图11中的像素121设定为活动像素并且光入射的情况下电势变化的曲线图。
在光入射的情况下，如图12中所示，SPAD 211的阴极电压VS在从VDD(1V)到-2V的范围内波动，但是要输入到反相器214的电压VIN落在VDD(1V)至0V的正范围内。
在要输入的电压VIN等于或高于预定阈值电压Vth(＝VDD/2)的情况下，反相器214输出Lo检测信号PFout，并且在电压VIN低于预定阈值电压Vth的情况下，输出Hi检测信号PFout。在图12的示例中，在从时间t11到时间t12的时段期间输出Hi检测信号PFout。
从上可见，图11中的第二像素电路中的虚线区域321中包括的晶体管213和晶体管311是以类似于第一像素电路的方式施加比SPAD 211的击穿电压VBD高3V的过偏压的元件(组)。同时，包括在点划线区域322中的晶体管212和反相器214是在电源电压VDD下操作的元件(组)。
因此，在第二像素电路中，可以消除作为高于电源电压VDD的电源电压的电源电压VE，并且可以将需要采用高压电源操作的元件的数量从第一像素电路的区域221内的四个减少到区域321内的两个。采用高压电源操作的元件的减少可以导致部件数量的减少，电路面积的减少，以及功率消耗的降低。电路的减少可以改善信号特性(诸如延迟和偏斜)，直到检测信号PFout到达时间测量单元114为止。
<8.测距系统的使用示例>
图13是示出上述测距系统11的使用示例的视图。
如下所述，上述测距系统11可用于感测光(诸如可见光、红外光、紫外光和X射线)的各种情况。
-捕获要提供以供观看的图像的装置，诸如数码相机和具有相机功能的移动设备
-要提供用于交通的装置，诸如用于捕获前方、后方、周围、内部等的部分的图像的车载传感器，监视行驶中的车辆和道路的监视相机，以及距离传感器，其测量车辆之间的距离等以进行安全驾驶(诸如自动停车)并识别驾驶员的状态
-要针对诸如电视、冰箱和空调的家用电器设置的装置，以捕获用户的手势图像以根据该手势来操作设备
-要提供用于医疗和保健的装置，诸如内窥镜和通过接收红外光捕获血管图像的装置
-要提供用于安全的装置，诸如用于预防犯罪的安全相机和用于个人认证的相机
-要提供用于美容护理的装置，诸如捕获皮肤图像的皮肤检查器和捕获头皮图像的显微镜
-要提供用于运动的装置，诸如运动相机和运动用可穿戴相机
-要提供用于农业的装置，诸如用于监视田地和作物状态的相机
<9.移动物体的应用示例>
根据本公开的技术(本技术)适用于多种产品。例如，根据本公开的技术被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、个人交通工具、飞机、无人机、轮船和机器人的任何类型的移动物体上的设备。
图14是示出车辆控制系统的示意性配置示例的框图，该车辆控制系统是可应用根据本公开的技术的移动物体控制系统的示例。
车辆控制系统12000包括经由通信网络12001彼此连接的多个电子控制单元。在图14中所示的示例中，车辆控制系统12000包括驱动系统控制单元12010、车身系统控制单元12020、车外信息检测单元12030、车内信息检测单元12040和集成控制单元12050。另外，作为集成控制单元12050的功能配置，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。
驾驶系统控制单元12010根据各种程序来控制与车辆的驾驶系统有关的设备的操作。例如，驱动系统控制单元12010用作如下的控制设备：用于生成车辆的驱动力的驱动力生成设备(诸如内燃机、驱动马达等)，用于将驱动力传递给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。
车身系统控制单元12020根据各种程序控制提供给车身的各种设备的操作。例如，车身系统控制单元12020用作如下的控制设备：无钥匙进入系统、智能钥匙系统、电动车窗设备或诸如前照灯、倒车灯、制动灯、转向信号、雾灯等的各种灯。在该情况下，可以将代替按键的从移动设备发送的无线电波或各种开关的信号输入到车身系统控制单元12020。车身系统控制单元12020接收这些输入的无线电波或信号，并且控制车辆的门锁设备、电动窗设备、灯等。
车外信息检测单元12030检测包括车辆控制系统12000的关于车辆外部的信息。例如，车外信息检测单元12030与成像单元12031连接。车外信息检测单元12030使成像单元12031对车辆外部的图像进行成像，并接收成像的图像。基于接收到的图像，车外信息检测单元12030可以执行检测诸如人、车辆、障碍物、标志、路面上的文字等对象的处理，或者检测到它的距离的处理。
成像单元12031是光学传感器，该光学传感器接收光，并且输出与光的接收光量相对应的电信号。成像单元12031可以输出电信号作为图像，或者可以输出电信号作为关于测量距离的信息。另外，由成像单元12031接收的光可以是可见光，或者可以是诸如红外线等的不可见光。
车内信息检测单元12040检测关于车辆内部的信息。车内信息检测单元12040例如与检测驾驶员的状态的驾驶员状态检测部12041连接。驾驶员状态检测部12041例如包括对驾驶员进行成像的相机。基于从驾驶员状态检测部12041输入的检测信息，车内信息检测单元12040可以计算驾驶员的疲劳程度或驾驶员的专注程度，或者可以确定驾驶员是否正在打瞌睡。
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获得的关于车辆内部或外部的信息，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，并且将控制命令输出到驾驶系统控制单元12010。例如，微型计算机12051可以执行旨在实现高级驾驶员辅助系统(ADAS)的功能的协作控制，该ADAS的功能包括车辆的防撞或减震、基于跟随距离的跟随驾驶、车速保持驾驶、车辆碰撞的警告、车辆偏离车道的警告等。
另外，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获得的关于车辆的外部或内部的信息，通过控制驱动力生成设备、转向机构、制动设备等来执行旨在用于自动驾驶的协同控制，该自动驾驶使得车辆不取决于驾驶员的操作而自主地行驶。
另外，微型计算机12051可以基于由车外信息检测单元12030获得的关于车辆外部的信息向车身系统控制单元12020输出控制命令。例如，微型计算机12051可以通过例如根据由车外信息检测单元12030所检测的在前车辆或即将到来的车辆的位置来控制前照灯以从便远光改变为近光来执行旨在防止眩光的协同控制。
声音/图像输出部12052将声音或图像中的至少一种的输出信号发送到能够视觉地或听觉地向车辆的乘员或车辆的外部通知信息的输出设备。在图14的示例中，音频扬声器12061、显示单元12062和仪表板12063被例示为输出设备。显示单元12062可以例如包括车载显示器或平视显示器中的至少一个。
图15是示出成像单元12031的安装位置的示例的图。
在图15中，车辆12100包括成像单元12101、12102、12103、12104和12105作为成像单元12031。
成像单元12101、12102、12103、12104和12105例如定位于车辆12100的车厢中的前挡风玻璃的前鼻、后视镜、后保险杠、后门以及上部等。设置在车厢中的前鼻子的成像单元12101和设置在挡风玻璃的上部的成像单元12105主要获得车辆12100的前方的图像。附接到侧镜的成像单元12102和12103主要获得车辆12100的侧面上的区域的图像。设置到后保险杠或后门的成像单元12104主要获得车辆12100的后方的图像。由成像单元12101和12105获得的车辆前方的图像主要用于检测前方车辆、行人、障碍物、信号、交通标志、车道等。
另外，图15示出成像单元12101至12104的成像距离的示例。成像距离12111表示设置到前鼻的成像单元12101的成像距离。成像距离12112和12113分别表示设置到侧镜的成像单元12102和12103的成像距离。成像距离12114表示设置到后保险杠或后门的成像单元12104的成像距离。例如，通过叠加由成像单元12101至12104成像的图像数据来获得从上方观看的车辆12100的鸟瞰图像。
成像单元12101至12104中的至少一个可以具有获得距离信息的功能。例如，成像单元12101至12104中的至少一个可以是由多个成像元件构成的立体相机，或者可以是具有用于相差检测的像素的成像元件。
例如，微型计算机12051可以基于从成像单元12101至12104获得的距离信息，确定在成像范围12111至12114内到每个三维对象的距离以及该距离的时间变化(关于车辆12100的相对速度)，并且从而提取特别是存在于车辆12100的行进路径上并且以预定速度(例如，等于或大于0公里/小时)在与车辆12100基本上相同的方向中行驶的最近的三维对象作为前方车辆。此外，微型计算机12051可以预先设定要保持在前方车辆前方的跟随距离，并且执行自动制动控制(包括跟随停止控制)、自动加速控制(包括跟随开始控制)等。因此，可以执行旨在用于自动驾驶的协同控制，该协同控制使车辆不取决于驾驶员的操作等而自主地行驶。
例如，微型计算机12051可以基于从成像单元12101至12104获得的距离信息将三维对象上的三维对象数据分类为两轮车、标准尺寸车辆、大型车辆、行人、电线杆等以及其它三维对象的三维对象数据，提取分类的三维对象数据，并将提取的三维对象数据用于障碍物的自动避让。例如，微型计算机12051将车辆12100周围的障碍物识别为车辆12100的驾驶员可以视觉识别的障碍物以及车辆12100的驾驶员难以视觉识别的障碍物。然后，微型计算机12051确定指示与每个障碍物碰撞的危险的碰撞风险。在碰撞风险等于或高于设定值并且因此存在碰撞可能性的情况下，微型计算机12051经由音频扬声器12061或显示单元12062向驾驶员输出警告，并经由驱动系统控制单元12010执行强制减速或避让转向。微型计算机12051可以由此辅助驾驶以避免碰撞。
成像单元12101至12104中的至少一个可以是检测红外线的红外相机。微型计算机12051可以例如通过确定成像单元12101至12104的成像图像中是否存在行人来识别行人。对行人的此类识别例如通过如下来执行：提取作为红外相机的成像单元12101至12104的成像图像中的特征点的程序；通过对表示对象轮廓的一系列特征点执行图案匹配处理来确定是否为行人的程序。当微型计算机12051在成像单元12101至12104的成像图像中确定有行人，并且从而识别出行人时，声音/图像输出部12052控制显示单元12062，使得显示用于强调的正方形轮廓线，以便叠加在识别的行人上。此外，声音/图像输出部12052还可以控制显示单元12062，使得在期望的位置处显示表示行人的图标等。
在上面，描述了可以应用与本公开相关的技术的车辆控制系统的示例。根据本公开的技术可以在上述配置内应用于成像单元12031等。具体地，例如，图1中所示的测距系统11可以应用于成像单元12031。成像单元12031例如是LIDAR，并且用于检测到车辆12100周围的对象和对象的距离。通过将本公开的技术应用于成像单元12031，将提高检测到车辆12100周围的对象和对象的距离的精度。结果，例如，可以在适当的时机发出车辆碰撞的警告，以便防止交通事故。
此外，在本说明书中，系统具有一组多个结构元件(诸如装置或模块(部件))的含义，并且没有考虑所有的结构元件是否都在同一壳体中。因此，该系统既可以是存储在单独的壳体中并通过网络连接的多个装置，也可以是其中多个模块存储在单个壳体内的装置。
此外，本技术的实施例不限于上述实施例，并且可以在不脱离本技术的范围的情况下进行各种改变和修改。
注意，本说明书中描述的效果不是限制性的，而仅仅是示例，并且除本说明书中的描述之外，可能存在其它效果。
此外，本技术还可以如下配置。
(1)
光接收元件包括
像素，所述像素包括：
SPAD；
第一晶体管，被配置为将所述SPAD的阴极电压设定为第一负电压；
电压转换电路，被配置为在光子入射时转换所述SPAD的所述阴极电压，并输出所转换的阴极电压；以及
输出单元，被配置为基于经转换的阴极电压输出指示在所述SPAD上的所述光子入射的检测信号。
(2)
根据(1)所述的光接收元件，
其中，在将所述像素控制为不检测光子入射的非活动像素的情况下，所述第一晶体管将所述SPAD的所述阴极电压设定为所述第一负电压。
(3)
根据(1)或(2)所述的光接收元件，其中，所述电压转换电路将所述SPAD的所述阴极电压的信号转换为正电压范围内的信号。
(4)
根据(1)至(3)中任一项所述的光接收元件，
其中，所述电压转换电路包括与所述第一晶体管不同的第二晶体管，并且将与晶体管阈值相同的第二负电压供给至所述第二晶体管的栅极。
(5)
根据(4)所述的光接收元件，
其中，所述第一晶体管包括NMOS晶体管，以及
所述第二晶体管包括PMOS晶体管。
(6)
根据(1)至(5)中任一项所述的光接收元件，
其中，在将所述像素控制为检测所述光子入射的活动像素的情况下，所述SPAD的所述阴极经由所述电压转换电路和电阻组件连接至正电源电压。
(7)
根据(1)至(6)中任一项所述的光接收元件，
其中，输出单元包括反相器。
(8)
根据(1)至(7)中任一项所述的光接收元件，
进一步包括：
像素阵列，在所述像素阵列中，多个所述像素排列成矩阵；以及
像素驱动单元，被配置为将所述像素阵列的各像素控制为检测所述光子入射的活动像素或不检测所述光子入射的非活动像素。
(9)
一种测距系统，包括：
照明装置，被配置为辐射照射光；以及
光接收元件，被配置为接收所述照射光的反射光，
其中，所述光接收元件包括
像素，包括：
SPAD；
第一晶体管，被配置为将所述SPAD的阴极电压设定为第一负电压；
电压转换电路，被配置为在光子入射时转换所述SPAD的所述阴极电压，并输出所转换的阴极电压；以及
输出单元，被配置为基于所转换的阴极电压输出指示在所述SPAD上的所述光子入射的检测信号。
参考标志列表
11 测距系统
21 照明装置
22 成像装置
31 照明控制单元
32 光源
41 成像单元
42 控制单元
52 光接收元件
53 信号处理电路
111 像素驱动单元
112 像素阵列
U(U1至U16) 单元
SP(SP1至SP9) 点
121 像素
122 像素驱动线
211 SPAD
212、213 晶体管
214 反相器
215 电压转换电路
216，216’ 输出缓冲器
241、242 信号线
261 竖直布线
271(271A至271D) 信号线
311 晶体管。

Claims (9)

1.一种光接收元件，包括
像素，所述像素包括：
SPAD；
第一晶体管，被配置为将所述SPAD的阴极电压设定为第一负电压；
电压转换电路，被配置为在光子入射时转换所述SPAD的所述阴极电压，并输出所转换的阴极电压；以及
输出单元，被配置为基于经转换的阴极电压输出指示在所述SPAD上的所述光子入射的检测信号。
2.根据权利要求1所述的光接收元件，
其中，在将所述像素控制为不检测光子入射的非活动像素的情况下，所述第一晶体管将所述SPAD的所述阴极电压设定为所述第一负电压。
3.根据权利要求1所述的光接收元件，
其中，所述电压转换电路将所述SPAD的所述阴极电压的信号转换为正电压范围内的信号。
4.根据权利要求1所述的光接收元件，
其中，所述电压转换电路包括与所述第一晶体管不同的第二晶体管，并且将与晶体管阈值相同的第二负电压供给至所述第二晶体管的栅极。
5.根据权利要求4所述的光接收元件，
其中，所述第一晶体管包括NMOS晶体管，以及
所述第二晶体管包括PMOS晶体管。
6.根据权利要求1所述的光接收元件，
其中，在将所述像素控制为检测所述光子入射的活动像素的情况下，所述SPAD的所述阴极经由所述电压转换电路和电阻组件连接至正电源电压。
7.根据权利要求1所述的光接收元件，
其中，所述输出单元包括反相器。
8.根据权利要求1所述的光接收元件，进一步包括：
像素阵列，在所述像素阵列中，多个所述像素排列成矩阵；以及
像素驱动单元，被配置为将所述像素阵列的各像素控制为检测所述光子入射的活动像素或不检测所述光子入射的非活动像素。
9.一种测距系统，包括：
照明装置，被配置为辐射照射光；以及
光接收元件，被配置为接收所述照射光的反射光，
其中，所述光接收元件包括
像素，包括：
SPAD；
第一晶体管，被配置为将所述SPAD的阴极电压设定为第一负电压；
电压转换电路，被配置为在光子入射时转换所述SPAD的所述阴极电压，并输出所转换的阴极电压；以及
输出单元，被配置为基于所转换的阴极电压输出指示在所述SPAD上的所述光子入射的检测信号。
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6818875B2 (ja) 2016-09-23 2021-01-20 アップル インコーポレイテッドＡｐｐｌｅ Ｉｎｃ． 積層背面照射型ｓｐａｄアレイ
US10962628B1 (en) 2017-01-26 2021-03-30 Apple Inc. Spatial temporal weighting in a SPAD detector
US11233966B1 (en) 2018-11-29 2022-01-25 Apple Inc. Breakdown voltage monitoring for avalanche diodes
TW202141064A (zh) * 2020-03-24 2021-11-01 日商索尼半導體解決方案公司 受光裝置及測距裝置
JP2022080071A (ja) * 2020-11-17 2022-05-27 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 Ａｐｄセンサ及び測距システム
CN112414567B (zh) * 2021-01-21 2021-04-20 浙江九州量子信息技术股份有限公司 一种同步相关采样的apd数字化雪崩信号提取系统
JP2022148028A (ja) * 2021-03-24 2022-10-06 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 センサ素子および測距システム
WO2023188868A1 (ja) * 2022-03-30 2023-10-05 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 リニアセンサ

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4914548B2 (ja) * 2001-09-26 2012-04-11 本田技研工業株式会社 光電変換セル、撮像装置、撮像方法及び撮像装置の駆動方法
JP2011086994A (ja) * 2009-10-13 2011-04-28 Sumitomo Electric Ind Ltd 光受信器および光電変換回路のバイアス電圧制御方法
EP2469301A1 (en) 2010-12-23 2012-06-27 André Borowski Methods and devices for generating a representation of a 3D scene at very high speed
FR2992067A1 (fr) 2012-06-13 2013-12-20 St Microelectronics Grenoble 2 Procede et dispositif d'ajustement de la tension de polarisation d'une photodiode spad
EP2779491A1 (en) 2013-03-15 2014-09-17 Alcatel Lucent Method of resizing a protected ODUflex connection in an optical transport network
US9419080B2 (en) * 2013-12-11 2016-08-16 Infineon Technologies Ag Semiconductor device with recombination region
US9658336B2 (en) 2014-08-20 2017-05-23 Omnivision Technologies, Inc. Programmable current source for a time of flight 3D image sensor
US9985071B2 (en) 2016-04-15 2018-05-29 Qualcomm Incorporated Active area selection for LIDAR receivers
JP6573186B2 (ja) 2016-04-21 2019-09-11 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 撮像装置及びそれを備えたカメラシステム
US10527728B2 (en) 2017-01-27 2020-01-07 Samsung Electronics Co., Ltd Apparatus and method for range measurement
JP7129182B2 (ja) 2017-06-23 2022-09-01 キヤノン株式会社 固体撮像素子、撮像装置及び撮像方法

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