CN113518930A - 距离图像传感器以及距离图像拍摄装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种距离图像传感器,具备:受光像素部,其包括光电转换元件和电荷蓄积部,光电转换元件接收从规定的光源相对于作为测量对象的空间的测量空间以规定的周期照射的相同脉冲宽度的光脉冲被测量空间内的被摄体反射而射出的反射光,并产生与接收到的该反射光对应的电荷,电荷蓄积部对电荷进行蓄积,与光脉冲的照射同步地将电荷蓄积于电荷蓄积部的像素电路被配置为二维的格子状;以及像素驱动电路,其相对于像素电路的各自,供给用于从光电转换元件向电荷蓄积部蓄积电荷的蓄积驱动信号,像素驱动电路在像素电路间错开预设的调节时间的同时供给蓄积驱动信号,在像素电路的各自中进行从光电转换元件向电荷蓄积部蓄积电荷。

Description

距离图像传感器以及距离图像拍摄装置
技术领域
本发明涉及一种距离图像传感器以及距离图像拍摄装置。
背景技术
一直以来,利用光的速度已知的情况,实现了基于空间(测量空间)内的光的飞行时间来测量测量器与被摄体的距离的飞行时间(Time of Flight,以下称作“TOF”)方式的距离传感器。在TOF方式的距离传感器中,向测量对象的空间(测量空间)照射光(例如,近红外光等)脉冲,测量照射了光脉冲的时间与被测量空间内的被摄体反射的光脉冲(反射光)返回的时间之差,也就是说,基于测量器与被摄体之间的光的飞行时间来测量测量器与被摄体的距离。
此外,在近年来的TOF方式的距离传感器中,与拍摄装置所搭载的固体拍摄装置同样地,将检测用于测量距离的反射光的受光电路以像素为单位配置于二维的格子的格子点上(以下,仅表示为“呈格子状配置”),还实现了也能够连同被摄体与拍摄装置(测量器)之间的距离的信息一起取得(拍摄)被摄体的图像的所谓的距离图像拍摄装置(例如,参照专利文献1)。
在测量到被摄体的距离的情况下,在从呈格子状配置的受光元件取得电荷(与光的受光量对应的电荷)时,距离测量需要以全局快门方式从各个受光电路以相同时机取得电荷。
因此,对于从受光电路的各自读出电荷的驱动信号,有时在受光电路间存在延迟,有时读出时机按照每个受光电路而不同。
其结果为,在根据从受光电路取得的电荷求得拍摄装置与被摄体的距离时,例如即使是与测量器的距离相同的被摄体,由读出的反射光产生的电荷的电荷量也按照每个受光电路而不同。因此,对拍摄装置与被摄体的光的飞行时间的距离进行测量的结果为,受光电路具有不同的偏置,无法以较高的精度测量测量器与被摄体的距离。
为了解决该问题,在专利文献1中,设置偏斜调节电路并将从受光电路读出电荷的驱动信号供给至各受光电路。即,将驱动器电路形成为时钟树构造,相对于所有呈格子状配置的受光电路以相同时机且无延迟的方式供给驱动信号。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:WO2016/170833号公报
发明内容
发明要解决的问题
如上所述,在专利文献1中,通过设置偏斜调节电路,从而在受光电路的各自间,能够分别将驱动信号以相同时机向所有受光元件供给。
然而,由于向所有像素的受光电路同时供给驱动信号,因此在驱动信号的上升的时机,通过受光电路一齐进行驱动,从而在驱动电路开始驱动时流通有较大的峰值电流。
例如,在通过从受光电路的读出来驱动MOS(metal oxide semiconductor)晶体管的情况下,由于使所有受光电路的MOS晶体管的栅极上升至该MOS晶体管导通的电压,因此在驱动信号的上升时过渡地流通有峰值电流。
在像素数较少的情况下,峰值电流的电流量不是问题,但为了使测量距离的图像的分辨率上升而使像素增加,与此相伴,受光电路也增加,在驱动开始时流通的峰值电流的电流量变大。
因此,在对受光电路施加了驱动信号时峰值电流急剧上升,因此利用向距离图像传感器的芯片供给电源电压的焊线的电感,使电源电压产生振铃。
由于由该振铃引起的电源电压的变动,根据驱动信号的脉冲宽度不同,驱动信号无法充分上升或驱动信号的脉冲形状发生变化,从而无法从受光电路准确地读出电荷。
鉴于上述的课题,本发明的目的在于提供一种即使距离图像传感器中的像素数增加,也能够抑制在驱动受光电路而读出电荷时产生的峰值电流,从而从各受光电路读出电荷并准确地进行测量器与被摄体的距离的测量的距离图像传感器以及距离图像拍摄装置。
用于解决问题的方案
本发明的距离图像传感器,具备:受光像素部,其包括光电转换元件和电荷蓄积部,所述光电转换元件接收从规定的光源相对于作为测量对象的空间的测量空间以规定的周期照射的相同脉冲宽度的光脉冲被所述测量空间内的被摄体反射而射出的反射光,并产生与接收到的该反射光对应的电荷,所述电荷蓄积部对所述电荷进行蓄积,与所述光脉冲的照射同步地将所述电荷蓄积于所述电荷蓄积部的像素电路被配置为二维的格子状;以及像素驱动电路,其相对于所述像素电路的各自,供给用于从所述光电转换元件向所述电荷蓄积部蓄积所述电荷的蓄积驱动信号,所述像素驱动电路在所述像素电路间错开预设的调节时间的同时供给所述蓄积驱动信号,在所述像素电路的各自中进行从所述光电转换元件向所述电荷蓄积部蓄积所述电荷。
在本发明的距离图像传感器中,所述调节时间被设定为,使所述测量空间内的所述被摄体的测量范围的下限值与偏移的对象的所述像素电路的个数对应。
在本发明的距离图像传感器中,所述电荷蓄积部具有第一电荷蓄积部以及第二电荷蓄积部,所述像素驱动电路与所述光脉冲的照射同步地,在所述周期内依次输出相同脉冲宽度的第一蓄积驱动信号以及第二蓄积驱动信号的各自以作为所述蓄积驱动信号,为了求得所述距离图像传感器与所述被摄体的距离求,将通过所述反射光的所述第一蓄积驱动信号的期间内的第一受光量而所述光电转换元件产生的电荷和通过所述反射光的所述第二蓄积驱动信号的期间内的第二受光量而所述光电转换元件产生的电荷,分别分配并蓄积于所述第一电荷蓄积部、所述第二电荷蓄积部。
在本发明的距离图像传感器中,所述像素驱动电路具有:时机调节电路,其与所述受光像素部中的所述像素电路的每列对应地,对生成所述蓄积驱动信号的时钟信号进行错开所述调节时间的时机调节;以及驱动器电路,其输入从该时机调节电路供给的所述时钟信号并供给所述蓄积驱动信号,所述时机调节电路的各自串联,并向与任意的所述驱动器电路的输入端子对应的位置的所述时机调节电路供给生成所述蓄积驱动信号的所述时钟信号。
在本发明的距离图像传感器中,所述时机调节电路以由所述驱动器电路的输入端子间的端子间布线部分的布线电容以及布线电阻、所述驱动器电路的输入电容产生的时间常数成为所述调节时间的方式形成有所述端子间布线部分。
在本发明的距离图像传感器中,在串联的所述时机调节电路的配置中,向位于该配置的中央的所述时机调节电路供给所述时钟信号。
在本发明的距离图像传感器中,将所述受光像素部中的呈格子状配置的所述像素电路的列分割为预定数量的块,串联向与该块内的所述像素电路对应的所述驱动器电路供给时钟信号的所述时机调节电路,向所述块内串联的所述时机调节电路的任意一者供给所述时钟信号。
在本发明的距离图像传感器中,将所述受光像素部中的呈格子状配置的所述像素电路的列分割为预定数量的块,通过块布线连接该块内的所述驱动器电路的输入端子间,按照每个该块布线设置所述时机调节电路,串联该时机调节电路,向串联的所述时机调节电路的任意一者供给所述时钟信号。
在本发明的距离图像传感器中,所述受光像素部形成于第一层,所述像素驱动电路形成于第二层,从所述像素驱动电路相对于所述受光像素部的所述像素电路经由层间布线供给所述蓄积驱动信号。
在本发明的距离图像传感器中,与所述受光像素部中的所述像素电路的行配置的中央的配置平行地,在所述第二层形成有所述像素驱动电路,从该像素驱动电路经由所述层间布线而向所述像素电路的各自供给所述蓄积驱动信号。
在本发明的距离图像传感器中,所述受光像素部形成于第一层,所述像素驱动电路形成于第二层,所述受光像素部中的呈格子状配置的所述像素电路的所有输入端子通过共用的信号布线连接,向所述格子状的中央的位置的所述像素电路的位置的所述信号布线供给生成所述蓄积驱动信号的时钟信号,在所有相邻的所述像素电路间,以由布线电阻、布线电容、以及所述像素电路的输入端子的电容产生的时间常数成为所述调节时间的方式形成有所述像素电路间的布线。
本发明的距离图像拍摄装置具备:所述任意的距离图像传感器;光源部,其相对于作为测量对象的空间的测量空间以规定的周期照射相同脉冲宽度的光脉冲;以及距离图像处理部,其基于按照预设的固定的电荷分配次数分配且所述电荷蓄积部中的第一电荷蓄积部以及第二电荷蓄积部的各自所累计的所述电荷的量即电荷量,求得所述距离图像传感器与存在于所述测量空间的所述被摄体之间的距离,所述距离图像处理部通过该像素电路的位置与所述调节时间,对根据所述第一电荷蓄积部以及所述第二电荷蓄积部的各自的所述电荷量求得的每个所述像素电路的计算距离分别进行补正,并作为所述距离进行输出。
发明的效果
本发明提供一种即使距离图像传感器中的像素数增加,也能够抑制在驱动受光电路而读出电荷时产生的峰值电流,从而从各受光电路读出电荷并准确地进行测量器与被摄体的距离的测量的距离图像传感器以及距离图像拍摄装置。
附图说明
图1为示出了本发明的实施方式的距离图像拍摄装置的概要构成的框图。
图2为示出了本发明的实施方式的距离图像拍摄装置1所使用的拍摄元件(距离图像传感器32)的概要构成的框图。
图3为示出了本发明的实施方式的距离图像拍摄装置1所使用的拍摄元件(距离图像传感器32)的受光像素部320内所配置的像素电路321的结构的一个示例的电路图。
图4为示出了对本发明的实施方式的距离图像拍摄装置1所使用的拍摄元件(距离图像传感器32)的受光像素部320内所配置的像素电路321进行驱动的时机的时序图。
图5为对在第一实施方式的受光像素部320的呈格子状配置的像素电路321中,以列为单位驱动像素电路321的像素驱动电路326的结构例进行说明的图。
图6为对将蓄积驱动信号TX1、TX2、TX3、复位驱动信号RSTD的各自向列j的像素电路321供给的构成进行说明的图。
图7为在像素电路321的各列间通过调节时间Tcd进行了时机调节的蓄积驱动信号TX1、TX2以及TX3的各自的时序图。
图8为示出了本实施方式的时机调节部326C中的时机调节电路326C_j的结构例的图。
图9为示出了根据本实施方式中的呈格子状配置的列的位置与该列的像素电路321的距离像素电压信号PS1、PS2以及PS3求得的补正前的距离D的对应关系的图。
图10为对第二实施方式中的受光像素部320的呈格子状配置的像素电路321中,以列为单位驱动像素电路321的像素驱动电路326的结构例进行说明的图。
图11为对在第三实施方式中的受光像素部320的呈格子状配置的像素电路321中,以列为单位驱动像素电路321的像素驱动电路326的结构例进行说明的图。
图12为对在第四实施方式中的受光像素部320的呈格子状配置的像素电路321中,以列为单位驱动像素电路321的像素驱动电路326的结构例进行说明的图。
图13为对在第四实施方式中的受光像素部320的呈格子状配置的像素电路321中,以列为单位驱动像素电路321的像素驱动电路326的结构例进行说明的图。
具体实施方式
以下,参照附图对本发明的实施方式进行说明。图1为示出了本实施方式的距离图像拍摄装置的概要构成的框图。另外,在图1中还一并示出了在距离图像拍摄装置1中测量距离的被摄体即被摄体S。
图1中示出的构成的距离图像拍摄装置1由光源部2、光接收部3、距离图像处理部4构成。
光源部2按照来自距离图像处理部4的控制,向距离图像拍摄装置1中测量距离的对象的被摄体S所存在的空间,以规定的周期照射持续的光脉冲PO。光源部2例如为垂直谐振器面发光激光器(VCSEL:Vertical Cavity Surface Emitting Laser)等的面发光型的半导体激光模块。
光源装置21例如为发出作为向被摄体S照射的光脉冲PO的近红外的波长频带(例如,波长为850nm~940nm的波长频带)的激光光的光源。光源装置21例如为半导体激光发光元件。光源装置21根据来自时机控制部41的控制发出脉冲状的激光光(光脉冲PO)。
扩散板22为将光源装置21发出的近红外的波长频带的激光光扩散为向被摄体S的某测量空间P照射的规定的截面积的大小的光学部件。扩散板22所扩散的脉冲状的激光光作为光脉冲PO而从光源部2射出,并向测量空间P的被摄体S照射。
光接收部3接收在距离图像拍摄装置1中被测量距离的对象的被摄体S反射的光脉冲PO的反射光RL,并输出与接收到的反射光RL对应的像素信号。
透镜31为将入射的反射光RL向距离图像传感器32引导的光学透镜。透镜31将入射的反射光RL向距离图像传感器32侧射出,并使其被距离图像传感器32的受光区域所具备的像素接收(入射)。
距离图像传感器32为距离图像拍摄装置1所使用的拍摄元件。距离图像传感器32为在二维的受光区域具备多个像素并在各个像素中设置有一个光电转换元件、与该一个光电转换元件对应的多个电荷蓄积部、向各个电荷蓄积部分配电荷的构成要素的分配构成的拍摄元件。距离图像传感器32根据来自时机控制部41的控制,将构成像素的光电转换元件所产生的电荷分配给各个电荷蓄积部,并输出与分配给各个电荷蓄积部的电荷量对应的像素信号。
另外,在距离图像传感器32中,多个像素呈二维的格子状(行列状)配置,并输出各个像素的对应的1帧大小的像素信号。
距离图像处理部4为控制距离图像拍摄装置1的整体的控制部,且也是对距离图像拍摄装置1中测量的被摄体S之间的距离进行运算的运算部。该距离图像处理部4具备时机控制部41和距离运算部42。
时机控制部41对光源部2向被摄体S照射光脉冲PO的时机、或光接收部3所具备的距离图像传感器32接收反射光RL的时机等进行控制。
距离运算部42基于从距离图像传感器32输出的像素信号,输出对距离图像拍摄装置1与被摄体S之间的距离进行了运算的距离信息。
根据这样的构成,在距离图像拍摄装置1中,光接收部3接收光源部2向被摄体S照射的近红外的波长频带的光脉冲PO通过被摄体S反射的反射光RL,距离图像处理部4输出对与被摄体S的距离进行了测量的距离信息。
另外,在图1中,示出了将距离图像处理部4安装于内部的构成的距离图像拍摄装置1,但也可以是距离图像处理部4被安装于距离图像拍摄装置1的外部的构成要素。
接着,对距离图像拍摄装置1中用作拍摄元件的距离图像传感器32的结构进行说明。图2为示出了本发明的实施方式的距离图像拍摄装置1所使用的拍摄元件(距离图像传感器32)的概要构成的框图。在图2中,距离图像传感器32具备:配置有多个像素电路321的受光区域320、控制电路322、垂直扫描电路323、水平扫描电路324、像素信号处理电路325、以及像素驱动电路326。另外,在图2所示的距离图像传感器32中,示出了多个像素电路321以8行8列呈二维的格子状配置的受光区域320的一个示例。
控制电路322对垂直扫描电路323、水平扫描电路324、像素信号处理电路325以及像素驱动电路326等距离图像传感器32所具备的构成要素进行控制。控制电路322根据例如来自距离图像拍摄装置1所具备的距离图像处理部4(更具体而言为,时机控制部41)的控制,对距离图像传感器32所具备的构成要素的动作进行控制。另外,控制电路322对距离图像传感器32所具备的构成要素的实施控制例如也可以是,由距离图像处理部4(更具体而言为,时机控制部41)直接进行的构成。在该情况下,距离图像传感器32也可以是不具备控制电路322的构成。
像素驱动电路326将蓄积驱动信号(后述的蓄积驱动信号TX1、TX2、TX3以及复位驱动信号RSTD)输出至在受光像素部320内呈格子状配置的像素电路321的列单位,所述蓄积驱动信号为将呈格子状配置的像素电路321所具备的光电转换元件(后述的光电转换元件PD)所产生的电荷,分配并蓄积于像素电路321所具备的多个电荷蓄积部(后述的电荷蓄积部CS1、CS2以及CS3)的蓄积驱动信号。
垂直扫描电路323根据来自控制电路322的控制,对受光像素部320内所配置的像素电路321的各自进行控制,且是分别从像素电路321将与对入射的光进行了光电转换的电荷量对应的电压的信号(以下,“电压信号”)输出(读出)至对应的垂直信号线327的驱动电路。垂直扫描电路323将用于驱动(控制)并读出像素电路321的控制信号(后述的选择驱动信号SEL1、SEL2、SEL3),输出至在受光像素部320内呈格子状配置的像素电路321的行单位。
由此,像素电路321中与分配给各个电荷蓄积部的电荷量对应的电压信号,被与受光像素部320的每行对应的垂直信号线327的各自读出,并输出至像素信号处理电路325。
在受光像素部320中,像素电路321接收光源部2向被摄体S照射的光脉冲PO被被摄体S反射的反射光RL,并产生与接收到的反射光RL的光量(受光量)对应的电荷。在各个像素电路321中,像素驱动电路326通过输出蓄积驱动信号,从而将其向所具备的多个任意的电荷蓄积部分配并蓄积与接收到的反射光RL的光量(受光量)对应的电荷。并且,在像素电路321中,垂直扫描电路323通过输出读出驱动信号,从而将与分配并蓄积于各个电荷蓄积部的电荷的电荷量对应的大小的电压信号,输出至对应的垂直信号线327。另外,与像素电路321的结构和驱动(控制)方法相关的详细的说明将在下文中叙述。
像素信号处理电路325为,根据来自控制电路322的控制,对从各列的像素电路321输出至对应的垂直信号线的电压信号,进行预设的信号处理的信号处理电路。作为预设的信号处理,例如为通过相关双采样(Correlated Double Sampling:CDS)对电压信号所包含的噪声进行抑制的噪声抑制处理等。此外,作为预设的信号处理,例如为转换为表示模拟的电压信号的大小的数字值的模拟/数字转换(A/D转换)处理等。
另外,像素信号处理电路325也可以是,由与受光像素部320的各列对应的多个像素信号处理电路构成的像素信号处理电路组。在该情况下,像素信号处理电路325根据来自水平扫描电路324的控制,将进行了预设的信号处理后的电压信号,按照受光像素部320的每行输出至水平信号线329。
水平扫描电路324为,根据来自控制电路322的控制,将从像素信号处理电路325经由信号线328输出的、进行了信号处理后的电压信号,依次输出(读出)至水平信号线329的驱动电路。水平扫描电路324将用于输出与各列的像素电路321对应的电压信号的读出驱动信号依次输出至像素信号处理电路325。由此,像素信号处理电路325所输出的进行了信号处理后的1帧大小的电压信号,作为1帧大小的像素信号,经由水平信号线329而依次输出至距离图像传感器32的外部。此时,距离图像传感器32例如从输出放大器等的未图示的输出电路,将进行了信号处理后的电压信号,作为像素信号输出至距离图像传感器32的外部。
在以下的说明中,说明距离图像传感器32所具备的像素信号处理电路325对从像素电路321输出的电压信号进行噪声抑制处理,之后,进行A/D转换处理并输出,也就是说,从水平信号线329输出被转换为数字值的电压信号。
接着,对距离图像传感器32所具备的受光区域320内所配置的像素电路321的结构进行说明。图3为示出了本发明的实施方式的距离图像拍摄装置1所使用的拍摄元件(距离图像传感器32)的受光区域320内所配置的像素电路321的结构的一个示例的电路图。在图3中,示出了受光区域320内所配置的多个像素电路321中的、一个像素电路321的结构的一个示例。像素电路321为具备三个像素信号读出部的构成的一个示例。
像素电路321具备一个光电转换元件PD、漏极栅极晶体管GD、以及从对应的输出端子O输出电压信号的三个像素信号读出部RU。像素信号读出部RU分别具备:读出栅极晶体管G、浮动扩散放大器FD、电荷蓄积电容C、复位栅极晶体管RT、源极跟随栅极晶体管SF、以及选择栅极晶体管SL。在各个像素信号读出部RU中,由浮动扩散放大器FD和电荷蓄积电容C构成电荷蓄积部CS。漏极栅极晶体管GD、读出栅极晶体管G、复位栅极晶体管RT、源极跟随栅极晶体管SF以及选择栅极晶体管SL为增强型的N沟道MOS晶体管。
另外,在图3中,在三个像素信号读出部RU的符号“RU”后面添加数字“1”、“2”或“3”,从而对各个像素信号读出部RU进行区别。此外,同样地,三个像素信号读出部RU所具备的各个结构要素也通过将表示各个像素信号读出部RU的数字示出于符号的后面,从而各个结构要素以区别对应像素信号读出部RU的方式进行表示。在图3所示的像素电路321中,从输出端子O1输出电压信号的像素信号读出部RU1具备:栅极晶体管G1、浮动扩散放大器FD1、电荷蓄积电容C1、复位栅极晶体管RT1、源极跟随栅极晶体管SF1、以及选择栅极晶体管SL1。在像素信号读出部RU1中,由浮动扩散放大器FD1和电荷蓄积电容C1构成电荷蓄积部CS1。像素信号读出部RU2以及像素信号读出部RU3也是同样的结构。
光电转换元件PD为,对入射的光进行光电转换而产生电荷并对产生的电荷进行蓄积的埋入型的光电二极管。另外,在本发明中,对于像素电路321所具备的光电转换元件PD的构造并未特别限定。因此,光电转换元件PD例如既可以是将P型半导体和N型半导体接合起来的构造的PN光电二极管,也可以是在P型半导体与N型半导体之间夹着I型半导体的构造的PIN光电二极管。此外,作为像素电路321所具备的光电转换元件,并不限定于光电二极管,例如也可以是光电栅极方式的光电转换元件。
漏极栅极晶体管GD为,用于根据从垂直扫描电路323输入的驱动信号,废弃光电转换元件PD所产生并蓄积的、未传送至各个像素信号读出部RU的电荷的晶体管。也就是说,漏极栅极晶体管GD为对光电转换元件PD所产生的、未用于被摄体S之间的距离的测量的电荷进行复位的晶体管。
读出栅极晶体管G为,用于根据从垂直扫描电路323输入的驱动信号,将光电转换元件PD所产生并蓄积的电荷,传送至对应的电荷蓄积部CS的晶体管。通过读出栅极晶体管G而传送的电荷被保持(蓄积)在对应的电荷蓄积部CS。
在此,在像素信号读出部RU1中,读出栅极晶体管G1的漏极连接于光电转换元件PD的第二端子,栅极连接于传输蓄积驱动信号TX1的信号线LTX1,源极连接于浮动扩散放大器FD1以及电荷蓄积电容C1的第一端子。
同样地,在像素信号读出部RU2中,读出栅极晶体管G2的漏极连接于光电转换元件PD的第二端子,栅极连接于栅极传输蓄积驱动信号TX2的信号线LTX2,源极连接于浮动扩散放大器FD2以及电荷蓄积电容C2的第一端子。
此外,同样地,在像素信号读出部RU3中,读出栅极晶体管G3的漏极连接于光电转换元件PD的第三端子,栅极连接于栅极传输蓄积驱动信号TX3的信号线LTX3,源极连接于浮动扩散放大器FD3以及电荷蓄积电容C3的第一端子。
上述的蓄积驱动信号TX1、蓄积驱动信号TX2以及蓄积驱动信号TX3的各自从像素驱动电路326经由信号线LTX1、信号线LTX2、信号线LTX3分别进行供给。
电荷蓄积电容C为,对通过对应的读出栅极晶体管G传送的电荷进行保持(蓄积)的电容。
复位栅极晶体管RT为,用于根据从垂直扫描电路323输入的驱动信号,废弃对应的电荷蓄积部CS所保持的电荷的晶体管。也就是说,复位栅极晶体管RT为对对应的电荷蓄积部CS所保持的电荷进行复位的晶体管。
源极跟随栅极晶体管SF为,用于对与连接于栅极端子的电荷蓄积部CS所蓄积的电荷量对应的电压信号进行放大并将其输出至对应的选择栅极晶体管SL的晶体管。
选择栅极晶体管SL为,用于根据从垂直扫描电路323输入的驱动信号,将通过对应的源极跟随栅极晶体管SF放大的电压信号,从对应的输出端子O输出的晶体管。
通过上述的构成,在像素电路321中,将光电转换元件PD对入射的光进行光电转换而产生的电荷分配给三个电荷蓄积部CS的各自,并将与被分配的电荷的电荷量对应的各个电压信号输出至像素信号处理电路325。
距离图像传感器32所配置的像素的结构并不限定于如图3所示的具备三个像素信号读出部RU的构成,如果是具备一个光电转换元件PD和对光电转换元件PD所产生并蓄积的电荷进行分配的多个像素信号读出部RU的构成的像素,则也可以是任意的构成的像素。也就是说,距离图像传感器32所配置的像素所具备的像素信号读出部RU(电荷蓄积部CS)的数量既可以是两个,也可以是四个以上。
此外,在图3所示的构成的像素电路321中,示出了由浮动扩散放大器FD和电荷蓄积电容C构成电荷蓄积部CS的一个示例。但是,电荷蓄积部CS只要至少由浮动扩散放大器FD构成即可。也就是说,像素电路321也可以是不具备各个电荷蓄积电容C的构成。在该结构的情况下,具有提高电荷检测灵敏度的效果。然而,考虑到扩大距离图像拍摄装置1中距离的测量中的动态范围,优选的是能够保持(蓄积)更多的电荷的构成。因此,在像素电路321中,通过在像素信号读出部RU具备电荷蓄积电容C,由浮动扩散放大器FD和电荷蓄积电容C构成电荷蓄积部CS,从而与仅由浮动扩散放大器FD构成电荷蓄积部CS的情况相比,成为能够保持(蓄积)更多的电荷的构成。
此外,在图3所示的构成的像素电路321中,示出了具备漏极栅极晶体管GD的构成的一个示例,但是在无需废弃光电转换元件PD所蓄积(残留)的电荷的情况下,也可以是在距离图像传感器32所配置的像素中不具备漏极栅极晶体管GD的构成。
接着,对距离图像拍摄装置1中的像素电路321的驱动(控制)方法(时机)进行说明。图4为示出了对本发明的实施方式的距离图像拍摄装置1所使用的拍摄元件(距离图像传感器32)的受光区域320内所配置的像素电路321进行驱动的时机的时序图。在图4中,示出了向距离图像传感器32输出1帧大小的像素信号时的像素电路321的驱动信号的时机,并且示出了光源部2向被摄体S照射的光脉冲PO的时机。
最先,说明将根据接收到的光的光量(受光量)而光电转换元件PD所产生并蓄积的电荷,分配给各个像素信号读出部RU的电荷蓄积期间内的像素电路321的驱动(控制)。在电荷蓄积期间,通过光源部2将光脉冲PO向被摄体S照射。并且,与照射光脉冲PO的时机同步地驱动像素电路321,从而将与接收到的背景光以及反射光RL对应的电荷分配给各个电荷蓄积部CS。像素驱动电路326通过对受光区域320内所配置的所有像素电路321同时进行驱动的、所谓的全局快门驱动,向所有像素电路321所具备的各个电荷蓄积部CS分配并蓄积电荷。另外,光源装置21发出脉冲状的激光光的时间、也就是说光脉冲PO的脉冲宽度Tw例如为10nS等预设的非常短的时间。其理由为,在脉冲变調方式的距离的测量中,能够测量的最大的距离(以下,称作“最大测量距离”)由光脉冲PO的脉冲宽度Tw来决定。在上述的光脉冲PO的脉冲宽度Tw为10nS的情况下,最大测量距离为1.5m。此外,当单纯地扩大光脉冲PO的脉冲宽度Tw、也就是说延长光源装置21中的激光光的发光时间时,光电转换元件PD能够接收更多的反射光RL,但要测量的与被摄体S的距离的分辨率会下降。另一方面,当光脉冲PO的脉冲宽度Tw较短时,光电转换元件PD通过光电转换产生的电荷的电荷量也变少。因此,在距离图像拍摄装置1中,在电荷蓄积期间为了使各个电荷蓄积部CS蓄积充分量的电荷,而多次进行光脉冲PO的照射以及电荷的分配。
在此,对垂直扫描电路323以及像素驱动电路326的各自驱动像素电路321(控制)的构成进行说明。在以下的说明中,控制电路322向像素驱动电路326,分别输出生成蓄积驱动信号TX1、TX2、TX3、复位驱动信号RSTD的各自的时钟信号CK1、CK2、CK3、CKRSTD。此外,控制电路322向垂直扫描电路323,分别输出生成选择驱动信号SEL1、SEL2、SEL3、复位信号RST1、RST2、RST3的各自的时钟信号。
在图4所示的时序图的电荷蓄积期间,示出了多次进行光脉冲PO的照射以及所有像素电路321中的电荷的分配的情况下的像素电路321的驱动时机。另外,说明图4所示的时序图的电荷蓄积期间内的光脉冲PO在“H(High)”电平时照射光脉冲PO(光源装置21发出激光光),在“L(Low)”电平时停止光脉冲PO的照射(光源装置21熄灭)。此外,图4所示的时序图为,所有像素电路321被复位的、也就是说从在光电转换元件PD以及电荷蓄积部CS中未蓄积电荷的状态开始的说明。
在图4所示的时序图的电荷蓄积期间,示出了多次进行光脉冲PO的照射以及所有像素电路321中的电荷的分配的情况下的像素电路321的驱动时机。作为图4所示的信号电平,“H”电平为电源电压VDD的电压值,“L”电平为电源电压VSS的电压值。另外,在图4所示的时序图的电荷蓄积期间,在光脉冲PO为“H”电平的时,照射光脉冲PO(光源装置21发出激光光),在“L”电平时,停止光脉冲PO的照射(光源装置21熄灭)。此外,在图4所示的时序图中,所有像素电路321复位、也就是说,从光电转换元件PD以及电荷蓄积部CS未蓄积电荷的状态开始电荷蓄积期间。在以下的说明中,时刻tA1至tA5为进行电荷的分配的蓄积周期,在电荷蓄积期间反复多个蓄积周期。此外,例如,时刻tA1、tA2、tA3、tA4之间的时宽、即光脉冲PO、蓄积驱动信号TX1、TX2、TX3各个脉冲宽度为相同的Tw。
在电荷蓄积期间,首先像素驱动电路326从与光源部2照射光脉冲PO的脉冲宽度Tw相同的时间之前的时刻tA1起,将光电转换元件PD进行光电转换而产生的、与照射光脉冲PO前的背景光对应的电荷,经由读出栅极晶体管G1而传送并蓄积于电荷蓄积部CS1。
之后,像素驱动电路326从与光源部2照射光脉冲PO的时机相同的时刻tA2起,将根据光电转换元件PD当前进行了光电转换的光而产生的电荷,经由读出栅极晶体管G2而传送并蓄积于电荷蓄积部CS2。在此,电荷蓄积部CS2所蓄积的电荷为,在照射光脉冲PO的脉冲宽度Tw的时间内与被被摄体S反射来的反射光RL对应的电荷。在该电荷中,除与背景光对应的电荷以外,还包含与以和到被摄体S的距离(绝对距离)成比例的较少延迟时间入射的反射光RL对应的电荷。更具体而言,例如,在被摄体S存在于较近的位置的情况下,照射的光脉冲PO以较短时间被被摄体S反射并作为反射光RL返回,在电荷蓄积部CS2中,包含许多与存在于较近的位置的被摄体S所反射的反射光RL对应的电荷。
之后,像素驱动电路326从与光源部2停止光脉冲PO的照射的时机相同的时刻tA3起,将根据光电转换元件PD当前进行了光电转换的光而产生的电荷,经由读出栅极晶体管G3而传送并蓄积于电荷蓄积部CS3。在此,电荷蓄积部CS3所蓄积的电荷为,与在照射光脉冲PO的脉冲宽度Tw的时间外被被摄体S反射来的反射光RL对应的电荷。在该电荷中,除与背景光对应的电荷以外,还包含与以和到被摄体S的距离(绝对距离)成比例的较多的延迟时间入射的反射光RL对应的电荷。更具体而言,例如,在被摄体S存在于较远的位置的情况下,照射的光脉冲PO需要更长的时间被被摄体S反射并作为反射光RL返回,在电荷蓄积部CS3中,包含许多与存在于较远的位置的被摄体S所反射的反射光RL对应的电荷。
之后,像素驱动电路326从经过了与光源部2照射光脉冲PO的脉冲宽度Tw相同的时间的时刻tA4起,将根据光电转换元件PD当前进行了光电转换的光而产生的电荷、也就是说未用于被摄体S之间的距离的测量的电荷,经由漏极栅极晶体管GD而进行废弃。换言之,使光电转换元件PD复位。
之后,像素驱动电路326在与光源部2接着照射光脉冲PO的脉冲宽度Tw相同的时间之前的时刻tA5,解除光电转换元件PD的复位。并且,像素驱动电路326与从时刻tA1起的时机同样地,将光电转换元件PD接着进行光电转换而产生的电荷、也就是说与接着照射光脉冲PO之前的背景光对应的电荷,经由读出栅极晶体管G1而传送并蓄积于电荷蓄积部CS1。
以下,像素驱动电路326反复与时刻tA1~时刻tA5同样的像素电路321的驱动(以下,称作“电荷分配驱动”)。由此,在电荷蓄积期间,在所有像素电路321所具备的各个电荷蓄积部CS蓄积并保持有对电荷分配驱动进行了反复的量的电荷量。另外,在电荷蓄积期间反复电荷分配驱动的最大的次数由距离图像传感器32输出(取得)1帧大小的像素信号的周期来决定。更具体而言,从距离图像传感器32取得1帧大小的像素信号的时间中减去像素信号读出期间后的时间为,光源装置21发出脉冲状的激光光的时间、也就是说除以光脉冲PO的脉冲周期时间To而得到的商的次数。另外,在距离图像传感器32中,电荷分配驱动的次数越多,各个电荷蓄积部CS所蓄积(累计)的电荷量越多,灵敏度越高。由此,在距离图像传感器32中,能够提高要测量的与被摄体S的距离的分辨率。
接下来,说明在电荷蓄积期间结束后,将与分配给各个像素信号读出部RU所具备的各个电荷蓄积部CS的电荷量对应的电压信号,依次输出至受光区域320内所配置的像素电路321的每行的像素信号读出期间内的像素电路321的驱动(控制)。在像素信号读出期间,通过按照行驱动受光区域320内所配置的像素电路321、所谓的滚动驱动,将与对应的行所配置的像素电路321所具备的电荷蓄积部CS所蓄积(累计)并保持的电荷量对应的电压信号,按照行依次输出至像素信号处理电路325。
另外,如上所述,在距离图像传感器32中,像素信号处理电路325对各个像素电路321所输出的电压信号进行噪声抑制处理或A/D转换处理等的预设的信号处理。在此,作为噪声抑制处理像素信号处理电路325所进行的相关双采样(CDS)处理为,取得与电荷蓄积部CS所蓄积(累计)并保持的电荷量对应的电压信号(以下,“距离像素电压信号PS”)、和与电荷蓄积部CS复位的状态(复位状态)的电荷量对应的电压信号(以下,称作“复位电压信号PR”)的差分的处理。因此,在像素信号读出期间,将与各个像素电路321所具备的各个电荷蓄积部CS对应的距离像素电压信号PS和复位电压信号PR的各个电压信号,按照行依次输出至像素信号处理电路325。
在图4所示的时序图的像素信号读出期间,示出了沿受光区域320的水平方向(行方向)配置有y行(y为1以上的整数)、沿垂直方向(列方向)配置有x列(x为1以上的整数)的多个像素电路321的情况下,从受光区域320的第i行(1≤i≤y)所配置的各个像素电路321(i),输出距离像素电压信号PS(i)与复位电压信号PR(i)的各个电压信号的情况下的像素电路321的驱动时机。另外,在图4所示的时序图中,按照各个像素电路321(i)所具备的电荷蓄积部CS1(i)、电荷蓄积部CS2(i)、电荷蓄积部CS3(i)的顺序输出各个电压信号。
在像素信号读出期间,首先在时刻tR1~时刻tR2的期间,垂直扫描电路323将距离像素电压信号PS1(i),从输出端子O1(i)经由垂直信号线而输出至像素信号处理电路325。由此,像素信号处理电路325暂时保持经由垂直信号线而从像素信号读出部RU1(i)输出的距离像素电压信号PS1(i)。
之后,在时刻tR3~时刻tR4的期间,垂直扫描电路323将复位电压信号PR1(i),从输出端子O1(i)经由垂直信号线而输出至像素信号处理电路325。由此,像素信号处理电路325取得暂时保持的距离像素电压信号PS1(i)、与经由垂直信号线而从像素信号读出部RU1(i)输出的复位电压信号PR1(i)的差分,即抑制与电荷蓄积部CS1(i)所蓄积(累计)并保持的电荷量对应的电压信号所包含的噪声。
之后,在时刻tR4~时刻tR7的期间,与时刻tR1~时刻tR4的期间同样地,垂直扫描电路323将距离像素电压信号PS2(i)和复位电压信号PR2(i),从输出端子O2(i)经由垂直信号线而输出至像素信号处理电路325。而且,即使在时刻tR7~时刻tR10的期间,也与时刻tR1~时刻tR4的期间同样地,垂直扫描电路323将距离像素电压信号PS3(i)和复位电压信号PR3(i),从输出端子O3(i)经由垂直信号线而输出至像素信号处理电路325。
以下,垂直扫描电路323对受光区域320的其他行所配置的各个像素电路321(例如,第i+1行所配置的各个像素电路321)依次进行与时刻tR1~时刻tR10同样的像素电路321的驱动(以下,称作“像素信号读出驱动”),从而从受光区域320内所配置的所有像素电路321依次输出各个电压信号。
通过这样的驱动(控制)方法(时机),像素驱动电路326在受光区域320内所配置的各个像素电路321中多次进行光电转换元件PD所产生并蓄积的电荷向各个像素信号读出部RU的分配。
此外,垂直扫描电路323将与像素信号读出部RU所具备的电荷蓄积部CS所蓄积(累计)的电荷量对应的电压信号依次经由垂直信号线输出至像素信号处理电路325。
另外,像素信号处理电路325相对于对噪声进行了抑制的各个电压信号按照每行进行A/D转换处理。并且,水平扫描电路324按照受光区域320的列的顺序经由水平信号线依次输出像素信号处理电路325进行了A/D转换处理后的各行的电压信号,从而距离图像传感器32将1帧大小的所有像素电路321的像素信号输出至外部。由此,在距离图像拍摄装置1中,1帧大小的像素信号按照所谓的光栅顺序输出至距离运算部42。
另外,根据图4所示的像素电路321的驱动(控制)时机可知,在1帧大小的像素信号的各自中,含有与对应的像素电路321所具备的三个像素信号读出部RU(电荷蓄积部CS)的各自对应的三个电压信号。距离运算部42基于从距离图像传感器32输出的1帧大小的像素信号,按照各个像素信号、也就是说按照各个像素电路321对被摄体S之间的距离进行运算。
在此,对距离运算部42中的距离图像拍摄装置1与被摄体S之间的距离的运算方法进行说明。在此,将与照射分配给像素信号读出部RU1的电荷蓄积部CS1的光脉冲PO之前的背景光对应的电荷的电荷量设为电荷量Q1。此外,将与分配给像素信号读出部RU2的电荷蓄积部CS2的背景光和以较少的延迟时间入射的反射光RL对应的电荷的电荷量设为电荷量Q2。此外,将与分配给像素信号读出部RU3的电荷蓄积部CS3的背景光和以较多的延迟时间入射的反射光RL对应的电荷的电荷量设为电荷量Q3。距离运算部42通过下式(1)求得各个像素电路321与被摄体S之间的距离D。
D=(Q3-Q1)/(Q2+Q3-2Q1)×Dm…(1)
在上式(1)中,Dm为,能够通过光脉冲PO的照射进行测量的最大的距离(最大测量距离)。在此,最大测量距离Dm通过下式(2)来表示。在下式(2)中,C为光速,Tw为光脉冲PO的脉冲宽度。
Dm=(c/2)Tw…(2)
如上所述,距离图像拍摄装置1按照距离图像传感器32的受光像素部320内所配置的各个像素电路321,求得自身与被摄体S之间的距离D。
另外,如上所述,距离图像传感器32中呈格子状配置的像素电路的结构并不限定于图3所示那样的具备三个像素信号读出部RU1、RU2以及RU3的构成,只要是具备一个光电转换元件PD、和对光电转换元件PD所产生并蓄积的电荷进行分配的两个以上的像素信号读出部RU的构成的像素电路321即可。在该情况下,也就是说,考虑到即使在配置有具备像素信号读出部RU的数量不同的构成的像素的距离图像传感器中,像素的驱动(控制)方法(时机)也与图4所示的距离图像拍摄装置1中的像素电路321的驱动(控制)方法(时机)同样,从而能够容易地被实现。更具体而言,在以向各个像素信号读出部RU所具备的读出栅极晶体管G或漏极栅极晶体管GD输入的驱动信号的相位相互不重叠的方式维持相位关系的周期,通过反复对像素的电荷分配驱动,从而与距离图像传感器32同样地,能够在各个像素信号读出部RU所具备电荷蓄积部CS蓄积(累计)与对应的光对应的电荷。并且,通过像素信号读出驱动从所有像素依次输出各个电压信号,从而与距离图像传感器32同样地,能够将1帧大小的像素信号输出至距离图像传感器的外部。由此,距离运算部42基于从配置有具备像素信号读出部RU的数量不同的构成的像素的距离图像传感器输出的1帧大小的像素信号,同样地按照各个像素信号(按照各个像素)求得距离图像拍摄装置1与被摄体S之间的距离D。
<第一实施方式>
通常,距离图像传感器为了准确地测量与被摄体的距离,受光像素部320中的所有像素电路321与全局快门方式对应地,在蓄积周期内以相同时机被驱动。即,蓄积驱动信号TX1、TX2、TX3、复位驱动信号RSTD的各自分别以相同时机向呈格子状配置的所有像素电路321供给。
因此,例如,为了使受光像素部320中的所有像素电路321的读出栅极晶体管G1的栅极在同样的时机成为“H”电平,而使峰值电流过渡地上升且大幅增加。通过该峰值电流的过渡的增加,从而产生已经叙述的振铃,且无法准确地进行来自像素电路321的各自的电荷的读出。将其他蓄积驱动信号TX1、TX2、TX3、复位驱动信号RSTD向各像素电路321供给的情况也会产生上述的问题。
为了解决该问题,在本实施方式中,在对像素电路321中的读出栅极晶体管G1、G2、G3、漏极栅极晶体管GD的各自进行驱动时,通过分别对像素电路321的每列进行驱动,从而错开峰值电流的增加时机,进而分散要产生的峰值电流,并抑制上述的振铃的产生。
即,在本实施方式中,向时机调节部326C的中央部的时机调节电路326C_j供给时钟信号CK,从中央起按照顺序使像素电路321的每列依次延迟规定的调节时间Tcd,并通过驱动信号以列为单位驱动像素电路321。
图5为,对在本实施方式中的受光像素部320的呈格子状配置的像素电路321中,以列为单位驱动像素电路321的像素驱动电路326的结构例进行说明的图。像素驱动电路326具备时机调节部326C与驱动器部326D的各自。时机调节部326C具备像素电路321的每列(x列,x为1以上的整数)所具备的时机调节电路326C_j(1≤j≤x)。驱动器部326D与时机调节部326C同样地具备像素电路321的每列所具备的驱动器电路326D_j(1≤j≤x)。以下,说明在呈格子状配置的像素电路321中,将任意的像素电路321的列设为列j。与该列j对应的时机调节电路被设为时机调节电路326C_j,驱动器电路被设为驱动器电路326D_j。
在该图5中,按照像素电路321的每列记载每一组时机调节电路326Cj以及驱动器电路326Dj。实际上,向像素电路321供给蓄积驱动信号TX1、TX2、TX3、复位驱动信号RSTD的各自。因此,像素电路321的每列具备供给蓄积驱动信号TX1、TX2、TX3、复位驱动信号RSTD的各自的四个时机调节电路326C_j以及驱动器电路326D_j的组。
图6为对将蓄积驱动信号TX1、TX2、TX3、复位驱动信号RSTD的各自向列j的像素电路321供给的构成进行说明的图。
在图6中,在像素驱动电路326与像素电路321的各列j对应地设置具备时机调节电路326C_j(TX1)、326C_j(TX2)、326C_j(TX3)、326C_j(RSTD)的时机调节部326C、和具备驱动器电路326D_j(TX1)、326D_j(TX2)、326D_j(TX3)、326D_j(RSTD)的驱动器部326D。
驱动器电路326D_j(TX1)在通过时机调节电路326C_j(TX1)而输入有时机调节(延迟)的时钟信号CK1的情况下,向信号线LTX1输出蓄积驱动信号TX1。
驱动器电路326D_j(TX2)在通过时机调节电路326C_j(TX2)输入有时机调节(延迟)的时钟信号CK2的情况下,向信号线LTX2输出蓄积驱动信号TX2。
驱动器电路326D_j(TX3)在通过时机调节电路326C_j(TX3)输入有时机调节(延迟)的时钟信号CK3的情况下,向信号线LTX3输出蓄积驱动信号TX3。
驱动器电路326D_j(RSTD)在通过时机调节电路326C_j(RSTD)输入有时机调节(延迟)的时钟信号CKRSTD的情况下,向信号线LRSTD输出蓄积驱动信号RSTD。
由此,信号线LTX1连接于列j的像素电路321的各自中的读出栅极晶体管G1的栅极,并向读出栅极晶体管G1的栅极传输蓄积驱动信号TX1。
同样地,信号线LTX2连接于列j的像素电路321的各自中的读出栅极晶体管G2的栅极,并向读出栅极晶体管G2的栅极传输蓄积驱动信号TX2。
信号线LTX3连接于列j的像素电路321的各自中的读出栅极晶体管G3的栅极,并向读出栅极晶体管G3的栅极传输蓄积驱动信号TX3。
信号线LRSTD连接于列j的像素电路321的各自中的漏极栅极晶体管GD的栅极,并向漏极栅极晶体管GD的栅极传输蓄积驱动信号RSTD。
如图4中说明的那样,在像素驱动电路326与像素电路321的各列j对应地具有具备四个时机调节电路326C_j的时机调节部326C和具备四个驱动器电路326D_j的驱动器部326D。
然而,在图5中,为了简化说明,作为像素驱动电路326向像素电路321供给的驱动信号的代表,而仅示出了蓄积驱动信号TX1的结构。因此,在图5中,将时机调节电路326C_j(TX1)示出为时机调节电路326C_j,将驱动器电路326D_j(TX1)示出为驱动器电路326D_j。并且,说明使时钟信号CK1延迟调节时间Tcd的时机调节的动作、以及输入有时钟信号CK1的情况下输出蓄积驱动信号TX1的动作。
此外,即使对于其他蓄积驱动信号TX2、TX3、复位驱动信号RSTD的各自,也使用与以下说明的蓄积驱动信号TX2的情况同样的电路,进行同样的动作。
如图5所示,在本实施方式中,在中央部分割上述的x列的像素电路321的列,并生成1列至j列的第一组和j+1列至x列的第二组。并且,向第一组与第二组的边界、即时机调节电路326Cj与时机调节电路326Cj+1供给时钟信号CK1。由此,在第一组中,从时机调节电路326C_j向326C_j-1,326C_j-2、…、326C_1依次分别延迟调节时间Tcd,并分别向驱动器电路D_j、D_j-1、D_j-2、…、326D_1传输供给时钟信号CK1。即,在时机调节电路326C_j中以延迟调节时间Tcd的方式进行传输,在时机调节电路326C_j-1中以延迟调节时间Tcd×2的方式进行传输,在时机调节电路326C_j-2中以延迟调节时间Tcd×3的方式进行传输,并且在时机调节电路326_1中以延迟调节时间Tcd×(x/2)的方式进行传输。
同样地,在第二组中,从时机调节电路326C_j+1向326C_j+2、326C_j+3、…、326C_x依次分别延迟调节时间Tcd,并分别向驱动器电路D_j+1、D_j+2、D_j+3、…、326D_x传输并供给时钟信号CK1。即,在时机调节电路326C_j+1中以延迟调节时间Tcd的方式进行传输,在时机调节电路326C_j+2中以延迟调节时间Tcd×2的方式进行传输,在时机调节电路326C_j+3中以延迟调节时间Tcd×3的方式进行传输,并且在时机调节电路326_x中以延迟调节时间Tcd×(x/2)的方式进行传输。
因而,同时流通有峰值电流是指,成为驱动器电路D_j以及D_j+1的组、D_j-1以及D_j+2的组等的两个驱动器电路且以延迟时间Tcd为单位使峰值电流分散而平均化为规定的峰值电流值。
如上所述,根据本实施方式,与受光像素部320的像素电路321同时被驱动的情况相比较,能够使峰值电流下降至(x/2)。由此,根据本实施方式,即使受光像素部320的像素电路321(像素)增加,也不会使驱动像素电路321时所产生的峰值电流急剧增加,能够抑制由峰值电流引起的电源电压的急剧的下降。其结果为,能够防止距离图像拍摄装置1中的电源电压的振铃的产生,能够准确地进行与来自各像素电路321的蓄积的电荷的电荷量对应的电压的读出,即使像素数增加也不会使测量空间P内的被摄体S与距离图像拍摄装置1的距离的测量精度相较于像素数较少的情况而下降。
此时,为了准确地求得距离的测量精度,延迟时间Tcd为已知的数值,且需要时机调节电路326C_j的各自形成为具有相同调节时间Tcd。受光像素部320中的像素电路321的列的各自以依次错开调节时间Tcd的方式进行传输,因此从各电荷蓄积部CS的读出的时机延迟调节时间Tcd的量。由此,例如在蓄积驱动信号TX1延迟调节时间Tcd的情况下,与蓄积驱动信号TX1从驱动器电路D_j(D_j+1)被供给的像素电路321的列相比较,在从驱动器电路D_j-1(D_j+2)供给的像素电路321的列的电荷蓄积部CS1中,进行错开调节时间Tcd的量的时刻的受光。
对其他蓄积驱动信号TX2、TX3以及复位驱动信号RSTD也进行上述的处理,通过对1帧大小的像素信号的各自进行对通过受光而光电转换元件PD生成的电荷进行蓄积的时机(时刻)被错开了调节时间Tcd的量的距离的补正,从而能够以较高的精度测量各个像素电路321中的被摄体S与距离图像拍摄装置1的距离。
图7为在像素电路321的各列之间通过调节时间Tcd进行了时机调节的蓄积驱动信号TX1、TX2以及TX3的各自的时序图。为了简化说明,省略了复位驱动信号RSTD。
此外,如图5中说明那样,时机调节电路326C_j以及驱动器电路D_j的组为,在像素电路321的每列,与蓄积驱动信号TX1、TX2、TX3、复位驱动信号RSTD的各自对应的四组。即,与蓄积驱动信号TX1对应地,具备时机调节电路326C_j(TX1)以及驱动器电路D_j(TX1)的组。同样地,与蓄积驱动信号TX2对应地,具备时机调节电路326C_j(TX2)以及驱动器电路D_j(TX2)的组。与蓄积驱动信号TX3对应地,具备时机调节电路326C_j(TX3)以及驱动器电路D_j(TX3)的组。与复位驱动信号RSTD对应地,具备时机调节电路326C_j(RSTD)以及驱动器电路D_j(RSTD)的组。
在以下的说明中,时机调节电路326C_1(TX1)、326C_1(TX2)以及326C_1(TX3)的各自与驱动器电路326D_1(TX1)、326D_1(TX2)以及326D_1(TX3)的各自在像素电路321的列1中供给蓄积驱动信号TX1、TX2、TX3的各自。此外,时机调节电路326C_j(TX1)、326C_j(TX2)以及326C_j(TX3)的各自与驱动器电路326D_j(TX1)、326D_j(TX2)以及326D_j(TX3)的各自在像素电路321的列j中供给蓄积驱动信号TX1、TX2、TX3的各自。
在图7中,作为一个示例,示出了由对传输至第一组中的像素电路321的列j至列1的时钟信号CK1、CK2以及CK3的各自的时机调节产生的、蓄积驱动信号TX1、TX2、TX3的各自的延迟量。
示出了由调节时间Tcd产生的时机调节的调节量。蓄积驱动信号TX1也与后述的蓄积驱动信号TX2以及蓄积驱动信号TX3同样地,时钟信号CKRSTD通过时机调节电路326C_j(TX1)进行延迟,并从驱动器电路D_j(TX1)向列j的像素电路321的各自供给蓄积驱动信号TX1。
在时刻t1,开始射出光脉冲PO,在时刻t5结束光脉冲PO的射出。
在时刻t2,时钟信号CK2通过时机调节电路326C_j(TX2)进行调节,从而与时刻t1相比延迟调节时间Tcd并使蓄积驱动信号TX2从驱动器电路D_j(TX2)向列j的像素电路321的各自供给。
在时刻t7,时钟信号CK3通过时机调节电路326C_j(TX3)进行调节,从而与时刻t1相比延迟调节时间Tcd并使蓄积驱动信号TX3从驱动器电路D_j(TX2)向列j的像素电路321的各自供给。
在此,在时刻t1射出光脉冲PO的情况下,与光脉冲PO的射出的时机同步地,时钟信号CK2从控制电路322向像素驱动电路326供给。因此,时钟信号CK2被供给至j列的像素电路321的时机通过时机调节电路326C_j(TX2)来调节,并在从时刻t1延迟了调节时间Tcd的时间的时刻t2传输至驱动器电路D_j(TX2)。
由此,像素电路321的电荷蓄积部CS2接收反射光PL的时间延长与调节时间Tcd相应的量,在剩余的调节时间Tcd内蓄积通过反射光PL而光电转换元件PD所产生的电荷。
另一方面,时钟信号CK3向j列的像素电路321供给的时机通过时机调节电路C_j(TX3)来调节,并在光脉冲PO下降的时刻t5至延迟了调节时间Tcd的时间的时刻t6传输至驱动器电路D_j(TX3)。
由此,像素电路321的电荷蓄积部CS3接收反射光PL的时间缩短与调节时间Tcd对应的量,在调节时间Tcd内较少地蓄积通过反射光PL而光电转换元件PD所产生的电荷。
其结果为,使蓄积驱动信号TX1至TX3的各自分别延迟调节时间Tcd,从而电荷蓄积部CS2所蓄积的电荷的电荷量增加,电荷蓄积部CS3所蓄积的电荷的电荷量减少。由此,通过(1)式以及(2)式求得的距离D显然被计算为接近调节时间Tcd的距离。即,距离D被计算为正好接近距离(c/2)Tcd的距离。
因此,距离运算部42对根据依次供给的距离像素电压信号PS1、PS2以及PS3求得的距离D实施与上述的调节时间Tcd相对应的补正,即使距离D与距离(c/2)Tcd相加,从而求得测量的距离D。此时,距离运算部42使根据呈格子状配置的像素电路321的各列的像素信号求得的距离,与使从供给距离(c/2)Tcd时钟信号的位置到各列的时机调节电路326C_j的数相乘而得到的补正距离相加,从而计算出测量结果的距离。
在本实施方式中,显然如上所述,调节时间Tcd的最大值由于被计算为比实际的距离更近的距离,因此以如下方式进行设定。
在图7中,到第1列的像素电路321为止的蓄积驱动信号TX1至TX3的各自的总延迟时间TMAX,经由j(即,x/2)个时机调节电路C_j(TX1、TX2、TX3),传输时钟信号CK(CK1、CK2、CK3),因此从输入时钟信号CK的时机变成调节时间Tcd×(x/2),补正距离成为Tcd×(c/2)×(c/2)。因而,距离运算部42将使第1列的像素电路321的各自计算得到的距离D,分别与补正距离Tcd×(c/2)×(c/2)相加得到的结果,作为各像素电路321与被摄体S之间的测量结果的距离。
此外,距离图像拍摄装置1设计并设定要测量的距离的测量范围。在该测量范围内,如上所述,通过调节时间Tcd来调节蓄积驱动信号TX1、TX2、TX3的各自,从而测量范围内的下限值发生变动。
在图7中,总延迟时间TMAX变长,相对于第1列的像素电路321而言,在比时刻t4靠后面的时刻t3、即在与开始从被摄体S接收反射光RL的时机相比而蓄积驱动信号TX2的上升迟缓的情况下,也无法将由来自被摄体S的反射光RL产生的电荷的一部分(在时刻t4至时刻t3的时间内光电转换元件PD所生成的电荷)蓄积于电荷蓄积部CS2。由此,无法准确地测量被摄体S与距离图像拍摄装置1之间的距离D。
因而,在设计的测量范围的下限值为Dmin的情况下,总延迟时间TMAX成为2×Dmin/c。由此,成为(2×Dmin/c)=Tcd×(x/2),调节时间Tcd成为最大值的时间小于4×Dmin/(c×x)的数值。另一方面,调节时间Tcd通过模拟或者实验求得峰值电流小于规定的数值的时间,以作为最小值的时间。
此外,对于延迟时间Tcd,由于进行上述的计算的距离D的补正,因此需要各时机调节电路C_j的各自相同。
图8为表示本实施方式的时机调节部326C中的时机调节电路326C_j的结构例的图。在图8中,作为一个示例,示出了蓄积驱动信号TX1。对于其他蓄积驱动信号TX2、TX3、复位驱动信号RSTD的各自也是同样的结构。
各时机调节电路C_j由电阻R1,R2以及电容器C形成。在此,电阻R1以及R2的各自由相邻的驱动器开度D_j的输入端子间的布线电阻形成。此外,电容器C由上述的输入端子间的布线电容和作为输入端子的MOS晶体管的栅极电容形成。以由该电阻R1以及R2的各自的电阻值和电容器C的电容值产生的时间常数成为调节时间Tcd的方式,电阻R1、电阻R2、电容器C形成。通过使用布线电阻以及布线电容值等,从而与设置用于延迟的缓冲电路的情况相比较,能够以更高的精度使时机调节电路326C_j(TX1)的各自的调节时间Tcd均匀。在作为时机调节电路而使用缓冲电路的情况下,缓冲电路的制造中的工艺偏差变大,各驱动器电路326D_j(TX1)间的调节时间Tcd无法形成为相同,无法精度良好地进行上述的距离运算部42中的补正,无法测量被摄体S与距离图像拍摄装置1之间的正确的距离。
因此,在本实施方式中,在时机调节部326C中,由电阻R1以及R2和电容器C构成的时机调节电路326C_j(TX1)的各自被串联。串联的时机调节电路326C_j(TX1)的各自使时钟信号CK1分别依次相同地延迟调节时间Tcd,并向对应的驱动器电路326D_j(TX1)传输时钟信号CK1。
即,时钟信号CK1从控制电路322向时机调节电路326_j(TX1)与326C_j-1(TX1)的连接点Q供给。由此,时机调节电路326C_j(TX1)向驱动器电路326D_j(TX1)的输入端子供给比连接点G延迟了调节时间Tcd的时钟信号CK1。由此,驱动器电路326D_j(TX1)在相对于连接点G延迟了调节时间Tcd的时机,将蓄积驱动信号TX1向列J的像素电路321输出。
此外,时机调节电路326C_j-1(TX1)向驱动器电路326D_j-1(TX1)的输入端子供给比连接点G延迟了调节时间Tcd×2的时钟信号CK1。由此,驱动器电路326D_j-1(TX1)在相对于连接点G对延迟了调节时间Tcd×2的时机,将蓄积驱动信号TX1向列J-1的像素电路321输出。
同样地,时机调节电路326C_j+1(TX1)向驱动器电路326D_j+1(TX1)的输入端子供给比连接点G延迟了调节时间Tcd的时钟信号CK1。由此,驱动器电路326D_j+1(TX1)在相对于连接点G延迟了调节时间Tcd的时机,将蓄积驱动信号TX1向列J+1的像素电路321输出。
此外,时机调节电路326C_j+2(TX1)向驱动器电路326D_j+2(TX1)的输入端子供给比连接点G延迟了调节时间Tcd×2的时钟信号CK1。由此,驱动器电路326D_j+2(TX1)在相对于连接点G延迟了调节时间Tcd×2的时机,将蓄积驱动信号TX1向列J+2的像素电路321输出。
图9为表示本实施方式中的呈格子状配置的列的位置、与通过该列的像素电路321的距离像素电压信号PS1、PS2以及PS3求得的补正前的距离D的对应关系的图。在图9中,纵轴表示计算的距离D,横轴表示列的位置。此外,图9中的各线表示各列与根据各自的列的规定的多行中的像素电路321的距离像素电压信号PS1、PS2以及PS3求得的补正前的距离D的对应关系。
此外,示出了在从连接点Q的位置到第1列、和从连接点Q的位置到第x列中,列间距离呈线形发生变化,并且与像素电路321的各列对应的时机调节电路326C_j的延迟时间Tcd形成为均匀的时间常数。因而,距离运算部42通过与已知的调节时间Tcd对应的距离对根据像素电路321的距离像素电压信号PS1、PS2以及PS3求得的距离D进行补正,从而在各个像素电路321中,能够以较高的精度求得被摄体S与距离图像拍摄装置1之间的距离。
此外,在图9中,区域51以及区域52的各自为像素电路321的不存在列的区域,但以从连接点Q到列1、列x各自的时机调节电路326C_j成为均匀的调节时间Tcd(即时间常数)的方式,打开串联的时机调节电路326C_j的终端,为了防止求得的距离与像素电路321的位置的关系在列1、列x以及列1以及列x附近的列中偏离线形,而相对于列1、列x的位置处的时机调节电路326C_1而串联模拟的时机调节电路。
如上所述,根据本实施方式,通过相对于呈格子状配置的像素电路321且相对于每列的像素电路321,供给沿列的配置方向依次进行时机调节而延迟的驱动信号(蓄积驱动信号TX1、TX2、TX3以及复位驱动信号RSTD),从而降低以相同时机驱动的像素电路321的数量,因此即使像素(像素电路321)增加,也能够像以往那样将峰值电流的电流量抑制为规定的值,且由于通过时机调节延迟的延迟时间为已知的调节时间Tcd,因此能够针对呈格子状配置的像素电路321的每列,通过与调节时间Tcd对应的补正距离依次对通过接收到的电荷的电荷量计算出的距离进行补正,因此能够以较高的精度对距离图像拍摄装置1与被摄体之间的距离进行测量。
<第二实施方式>
以下,在本发明的第二实施方式中,参照附图进行说明。图10为对在本实施方式中的受光像素部320的呈格子状配置的像素电路321中,以列为单位驱动像素电路321的像素驱动电路326的结构例进行说明的图。在图5的实施方式的情况下,成为将像素驱动电路326中的时机调节电路326C_j以及驱动器电路326D_j的组二等分为第一组G1、G2的构成。另一方面,在本实施方式中,示出了像素驱动电路326中的时机调节电路326C_j以及驱动器电路326D_j的组分割为三个以上的组的构成。
在本实施方式中,成为在形成各组的时机调节电路326C_j以及驱动器电路326D_j的组中,在组内串联的时机调节电路326C_j中,向串联的中央的连接点Q供给时钟信号CK的构成。
例如,在组Gk中,向时机调节电路326C_j与326C_j+1的连接点Q供给时钟信号CK(例如、CK1)。
因此,在图5的实施方式的情况下,以相同时机峰值电流急剧流通的驱动器电路326D_j为2个,但在本实施方式的情况下,以相同时机峰值电流在组数×两个驱动器电路326D_j内急剧流通。因此,需要设定组数,以成为小于电源电压变动而产生振铃的峰值电流的驱动器电路326D_j的数量。
根据图10的像素驱动电路326的结构,在将延迟时间Tcd设为相同的情况下,由于组内的串联的时机调节电路326C_j的数量降低,因此与图5所示的第一实施方式的结构相比较,图7所示的总延迟时间TMAX变短。
由此,根据图10的像素驱动电路326的结构,能够减小距离图像拍摄装置1中的测量范围的下限的测量距离,因此能够与第一实施方式同样地使驱动像素电路321的时机处的峰值电流下降,通过已知的补正距离进行补正而能够以较高的精度测量距离图像拍摄装置1与被摄体S的距离,除上述效果以外,与第一实施方式的结构相比较实际上扩大了测量的距离的测量范围,即能够精度良好地测量处于更近的距离的被摄体S的距离。
此外,在图10中,成为在形成各组和时机调节电路326C_j以及驱动器电路326D_j的组中,在组内串联的时机调节电路326C_j中,向串联中央的连接点Q供给时钟信号CK的构成,但也可以是向时机调节电路326C_j的串联中的任意连接点、或者端部供给时钟信号CK。
<第三实施方式>
以下,在本发明的第三实施方式中,参照附图进行说明。图11为对在本实施方式中的受光像素部320的呈格子状配置的像素电路321中,以列为单位驱动像素电路321的像素驱动电路326的结构例进行说明的图。
在本实施方式中,将像素驱动电路326的驱动器部326D中的驱动器电路326D_j分割为多个组例如n个组,使各个组具备一个时机调节电路326C_n(n为组数)的构成。因此,以共用的方式通过连接点Q连接各组中的驱动器电路326D_j的输入端子,并且对应的时机调节电路C_n以相同时机向各组中的驱动器电路326D_j的各自供给时钟信号CK。例如,在组Gk(1≤k≤n)的情况下,以相同时机向与时机调节电路326C_k连接的驱动器电路326D_j-2、326D_j-1以及326D_j的各自,供给时机调节电路326_k中进行时机调节而延迟的时钟信号CK1。
根据上述的构成,在像素驱动电路326中,驱动器电路326D_j的各自以组为单位分别驱动对应的列j的像素电路321。
例如,因而像素驱动电路326中产生的峰值电流,在本实施方式的情况下,在相同时机成为使“2个×组内驱动器电路326D_j数”与驱动器电路326D_j的峰值电流相乘而得到的数值。
因此,需要以成为小于电源电压变动而产生振铃的峰值电流的方式,设定组内的驱动器电路326D_j的数。
根据图11的像素驱动电路326的结构,在将延迟时间Tcd设为相同的情况下,为了在组间串联时机调节电路326C_n,而降低传输时钟信号CK的时机调节电路326C_n的数量,因此与图5的结构相比较,图7所示的总延迟时间TMAX变短。
由此,根据图11的像素驱动电路326的结构,与图10所示的第二实施方式同样地,能够减小距离图像拍摄装置1中的测量范围的下限的测量距离,因此与第一实施方式同样地,能够使驱动像素电路321的时机处的峰值电流下降,通过已知的补正距离进行补正而能够以较高的精度测量距离图像拍摄装置1与被摄体S的距离,除上述效果以外,与第二实施方式同样地,与第一实施方式的结构相比较实际上扩大了测量的距离的测量范围,即能够精度良好地测量处于更近的距离处的被摄体S的距离。
<第四实施方式>
以下,在本发明的第四实施方式中,参照附图进行说明。图12为表示本实施方式中的距离图像拍摄装置1的结构例的图。
此外,在图12中示出了在受光像素部320的呈格子状配置的像素电路321中,以列为单位驱动像素电路321的像素驱动电路326的配置。本实施方式的像素驱动电路326中的时机调节部326C以及驱动器部326D的结构与第一实施方式相同。在此,即使在时机调节电路326C_j的调节时间Tcd的设定中,也与第一实施方式同样地设定为与距离的测量范围的下限对应。
在图12中,例如距离图像传感器32的装置构成为,将由像素电路321构成的受光像素部320形成于上层基板(上部芯片)101,将控制电路322、垂直扫描电路323、水平扫描电路324、像素信号处理电路325、像素驱动电路326的各自形成于下层基板(下部芯片)102。在该层压化中能够使用使TSV(through-silicon via)等的芯片层压的、所谓的半导体多层芯片的结构。
在上层基板101中,像素电路321呈格子状配置于受光像素部320。
在下层基板102中,像素驱动电路326被配置为,与呈格子状的配置的像素电路321的行平行。具体而言,像素驱动电路326中的驱动器电路326D_j形成为,在像素电路321的呈格子状的配置中,与格子状的像素电路321的行中的中央的行m平行,并串联在俯视观察时重叠的位置或者该位置的附近。此外,各列的像素电路321中的读出栅极晶体管G1、G2、G3,漏极栅极晶体管GD的各自的栅极与第一实施方式同样地,分别通过相同信号线LTX1、LTX2、LTX4、LRSTD连接。例如,驱动器电路326D_j(TX1)将从控制电路322供给的时钟信号CK1经由时机调节电路326C_j(TX1)输入,并输出蓄积驱动信号TX1。其他蓄积驱动信号TX2、TX3以及复位驱动信号RSTD的供给也通过时机调节电路326C_j(TX2、TX3、TRSTD)以及驱动器电路326D_j(TX2、TX3、TRSTD),与上述的蓄积驱动信号TX1同样地进行。
以下,作为电路构成,以向像素电路321供给蓄积驱动信号TX1的为例进行说明。
下层基板102的驱动器电路321D_j(TX1)的各自形成为,在像素电路321的格子状的配置中,分别在对应的像素电路321的列j中的、配置于行配置中的中央的行m的像素电路321的读出栅极晶体管G1的栅极的位置处,连接于输出端子TX1的信号线。在此,驱动器电路321D_j(TX1)的输出端子例如经由贯穿上层基板101的贯穿通孔VIA而连接于上层基板101的所述蓄积驱动信号TX1的信号线LTX1。并且,驱动器电路321D_j(TX1)经由贯穿上层基板101的贯穿通孔,向上层基板101的蓄积驱动信号TX1的信号线LTX1供给蓄积驱动信号TX1。
由此,在像素电路321的列中,从列的中央的像素电路321分别朝向列的端部的像素电路321传输蓄积驱动信号TX1。
此外,即使在其他蓄积驱动信号TX2、TX3以及复位驱动信号RSTD的各自中,也是与上述的供给蓄积驱动信号TX1的构成同样的结构。
因此,本实施方式与从像素电路321的列的一方的端部的像素电路321朝向另一方的端部的像素电路321传输蓄积驱动信号的第一实施方式、第二实施方式以及第三实施方式相比较,在像素电路321的列中,能够缩短从供给蓄积驱动信号TX1、蓄积驱动信号TX2、TX3以及复位驱动信号RSTD的各自的位置的像素电路321到终端的像素电路321为止的总延迟时间Tmax。
由此,根据本实施方式,与第一实施方式同样地,使驱动像素电路321的时机处的峰值电流下降,通过已知的补正距离进行补正能够以较高的精度测量距离图像拍摄装置1与被摄体S的距离,且通过缩短总延迟时间TMAX,从而列方向的延迟分布的延迟量单纯地成为一半,能够使对电荷蓄积部CS1进行蓄电的时机更近,与第一实施方式相比较,能够降低在呈格子状配置的每列的像素电路321间求得的距离的误差。
此外,在本实施方式中,说明了如下结构:将第一实施方式的距离图像传感器32设为上层基板101以及下层基板102的半导体多层芯片的结构,在上层基板101上形成受光像素部320,在下层基板102上形成像素驱动电路326,但也可以构成为,第二实施方式以及第三实施方式的距离图像传感器32也与上述的第一实施方式的距离图像传感器32同样地,在上层基板101上形成受光像素部320,在下层基板102上形成像素驱动电路326。
<第五实施方式>
以下,在本发明的第五实施方式中,参照附图进行说明。图13为表示本实施方式中的距离图像拍摄装置1的结构例的图。在图13中,与图12所示的第四实施方式同样地,距离图像传感器32的装置形成为,将由呈格子状配置的像素电路321构成的受光像素部320形成在上层基板(上部芯片)101,将控制电路322、垂直扫描电路323、水平扫描电路324、像素信号处理电路325、像素驱动电路326的各自形成在下层基板(下部芯片)102。此外,在图13中,示出了在受光像素部320的呈格子状配置的像素电路321中,以列为单位驱动像素电路321的像素驱动电路326的结构。本实施方式的受光像素部320与在像素电路321的每列设置有信号线LTX1、LTX2、LTX3、LRSTD的第四实施方式不同,在所有像素电路321设置有共用的信号线LTX1、LTX2、LTX3、LRSTD。
具体而言,与受光像素部320的所有像素电路321对应地,使蓄积驱动信号TX1、TX2、TX3、复位驱动信号RSTD分别设置有一个驱动器电路326D_1(TX1)、326D_1(TX2)、326D_1(TX3)、326D_1(RSTD)。例如,驱动器电路326D_1(TX1)输入从控制电路322供给的时钟信号CK1,并经由信号线LTX1向受光像素部320中的所有像素电路321供给蓄积驱动信号TX1。即,驱动器电路326D_1(TX1)输入从控制电路322供给的时钟信号CK1,并向受光像素部320中的所有像素电路321中的读出栅极晶体管G1的栅极输出蓄积驱动信号TX1。
此外,由驱动器电路326D_1(TX2)、326D_1(TX3)以及326D_1(RSTD)的各自向像素电路321供给其他蓄积驱动信号TX2、TX3、复位驱动信号RSTD的各自的,也与上述驱动器电路326D_1(TX1)向像素电路321供给蓄积驱动信号TX1相同。
像素驱动电路326中的驱动器电路326D_1形成为,在像素电路321的呈格子状的配置中,在配置的中央部分的像素电路321、即配置中的中央的列j中的中央的行m的像素电路321_jm中,配置于俯视观察时重叠的位置或者该位置的附近。此外,呈格子状配置的所有像素电路321中的读出栅极晶体管G1、G2、G3、漏极栅极晶体管GD的各自的栅极,分别通过相同信号线LTX1、LTX2、LTX3、LRSTD各自以共用的方式连接。即,蓄积驱动信号TX1、TX2、TX4、复位驱动信号RSTD的信号线的各自以共用的方式连接于呈格子状配置的所有像素电路321,从而形成传输路径的网络。因此,蓄积驱动信号TX1、TX2、TX4、复位驱动信号RSTD的各自向各个信号线供给到任意的位置从而传输至受光像素部320中的所有像素电路321。
以下,作为电路构成,以向像素电路321供给蓄积驱动信号TX1为例进行说明。如已说明那样,呈格子状配置的像素电路321的所有读出栅极晶体管G1的栅极通过相同信号线以共用的方式连接。驱动器电路321D_1(TX1)在连接有蓄积驱动信号TX1的信号线、和配置于所述格子的配置的中央的像素电路321_jm的读出栅极晶体管G1的栅极的位置,例如经由贯穿上层基板101的贯穿通孔VIA从下层基板102,向蓄积驱动信号TX1的信号线LTX1供给蓄积驱动信号TX1。
由此,在呈格子状配置的像素电路321的各自中,从配置的中央的像素电路321_jm分别向相邻配置的其他像素电路321,延迟调节时间Tcd且呈同心圆状500依次传输蓄积驱动信号TX1。在此,在呈同心圆状传输蓄积驱动信号TX1时,以相邻的像素电路321间的蓄积驱动信号TX1的延迟时间即调节时间Tcd,在相邻的像素电路321间成为相同的方式,形成各像素电路321间的信号线。
即使在其他蓄积驱动信号TX2、TX3以及复位驱动信号RSTD的各自中,也是与上述的供给蓄积驱动信号TX1的构成同样的结构。
因此,在本实施方式中,在呈格子状配置的像素电路321的各自中,从格子的中央处的像素电路321向呈同心圆状相邻的像素电路321,依次传输蓄积驱动信号TX1、TX2、TX3以及复位驱动信号RSTD的各自,因此距离图像拍摄装置1的光接收部3中的透镜31等中的光的传输特性和相性良好,且在电荷蓄积部CS1、CS2以及CS3中电荷与规定的调节时间Tcd对应地进行蓄电,因此与第一实施方式、第二实施方式、第三实施方式以及第四实施方式相比较,能够降低测量的距离的误差,特别地能够降低中央区域内的像素中的测量的距离的误差。
以上,参照附图对本发明的实施方式详细进行了叙述,但具体的构成并不限于该实施方式,还包含不脱离本发明的主旨的范围内的设计等。
附图标记说明
1…距离图像拍摄装置
2…光源部
3…光接收部
4…距离图像处理部
21…光源装置
22…扩散板
31…透镜
32…距离图像传感器
41…时机控制部
42…距离运算部
101…上层基板
102…下层基板
320…受光像素部
321…像素电路
322…控制电路
323…垂直扫描电路
324…水平扫描电路
325…像素信号处理电路
326…像素驱动电路
326C…时机调节部
326C_j…时机调节电路
326D…驱动器部
326D_j…驱动器电路
C…电荷蓄积电容
CS电荷蓄积部
FD…浮动扩散放大器
G…读出栅极晶体管
GD…漏极栅极晶体管
O…输出端子
P…测量空间
PD…光电转换元件
PO…光脉冲
RL…反射光
RT…复位栅极晶体管
RU…像素信号读出部
S…被摄体
SF…源极跟随栅极晶体管
SL…选择栅极晶体管
VIA…通孔

Claims (12)

1.一种距离图像传感器,其特征在于,具备:
受光像素部,其包括光电转换元件和电荷蓄积部,所述光电转换元件接收从规定的光源相对于作为测量对象的空间的测量空间以规定的周期照射的相同脉冲宽度的光脉冲被所述测量空间内的被摄体反射而射出的反射光,并产生与接收到的所述反射光对应的电荷,所述电荷蓄积部对所述电荷进行蓄积,与所述光脉冲的照射同步地将所述电荷蓄积于所述电荷蓄积部的像素电路被配置为二维的格子状;以及
像素驱动电路,其相对于所述像素电路的各自,供给用于从所述光电转换元件向所述电荷蓄积部蓄积所述电荷的蓄积驱动信号,
所述像素驱动电路在所述像素电路间错开预设的调节时间的同时供给所述蓄积驱动信号,在所述像素电路的各自中进行从所述光电转换元件向所述电荷蓄积部蓄积所述电荷。
2.根据权利要求1所述的距离图像传感器,其特征在于,
所述调节时间被设定为,使所述测量空间内的所述被摄体的测量范围的下限值与偏移的对象的所述像素电路的个数对应。
3.根据权利要求1或2所述的距离图像传感器,其特征在于,
所述电荷蓄积部具有第一电荷蓄积部以及第二电荷蓄积部,
所述像素驱动电路与所述光脉冲的照射同步地,在所述周期内依次输出相同脉冲宽度的第一蓄积驱动信号以及第二蓄积驱动信号的各自以作为所述蓄积驱动信号,为了求得所述距离图像传感器与所述被摄体的距离,将通过所述反射光的所述第一蓄积驱动信号的期间内的第一受光量而所述光电转换元件产生的电荷和通过所述反射光的所述第二蓄积驱动信号的期间内的第二受光量而所述光电转换元件产生的电荷,分别分配并蓄积于所述第一电荷蓄积部、所述第二电荷蓄积部。
4.根据权利要求3所述的距离图像传感器,其特征在于,
所述像素驱动电路具有:时机调节电路,其与所述受光像素部中的所述像素电路的每列对应地,对生成所述蓄积驱动信号的时钟信号进行错开所述调节时间的时机调节;以及驱动器电路,其输入从所述时机调节电路供给的所述时钟信号并供给所述蓄积驱动信号,所述时机调节电路各自串联,并向与任意的所述驱动器电路的输入端子对应的位置的所述时机调节电路供给生成所述蓄积驱动信号的所述时钟信号。
5.根据权利要求4所述的距离图像传感器,其特征在于,
所述时机调节电路以由所述驱动器电路的输入端子间的端子间布线部分的布线电容以及布线电阻、所述驱动器电路的输入电容产生的时间常数成为所述调节时间的方式形成有所述端子间布线部分。
6.根据权利要求4或5所述的距离图像传感器,其特征在于,
在串联的所述时机调节电路的配置中,向位于所述配置的中央的所述时机调节电路供给所述时钟信号。
7.根据权利要求4或5所述的距离图像传感器,其特征在于,
将所述受光像素部中的呈格子状配置的所述像素电路的列分割为预定数量的块,串联向与所述块内的所述像素电路对应的所述驱动器电路供给时钟信号的所述时机调节电路,向所述块内串联的所述时机调节电路的任意一者供给所述时钟信号。
8.根据权利要求4或5所述的距离图像传感器,其特征在于,
将所述受光像素部中的呈格子状配置的所述像素电路的列分割为预定数量的块,通过块布线连接所述块内的所述驱动器电路的输入端子间,按照每个所述块布线设置所述时机调节电路,串联所述时机调节电路,向串联的所述时机调节电路的任意一者供给所述时钟信号。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的距离图像传感器,其特征在于,
所述受光像素部形成于第一层,所述像素驱动电路形成于第二层,从所述像素驱动电路相对于所述受光像素部的所述像素电路经由层间布线供给所述蓄积驱动信号。
10.根据权利要求9所述的距离图像传感器,其特征在于,
与所述受光像素部中的所述像素电路的行配置的中央的配置平行地,在所述第二层形成有所述像素驱动电路,从所述像素驱动电路经由所述层间布线而向所述像素电路的各自供给所述蓄积驱动信号。
11.根据权利要求3所述的距离图像传感器,其特征在于,
所述受光像素部形成于第一层,所述像素驱动电路形成于第二层,
所述受光像素部中的呈格子状配置的所述像素电路的所有输入端子通过共用的信号布线连接,向所述格子状的中央的位置的所述像素电路的位置的所述信号布线供给生成所述蓄积驱动信号的时钟信号,
在所有相邻的所述像素电路间,以由布线电阻、布线电容、以及所述像素电路的输入端子的电容产生的时间常数成为所述调节时间的方式形成有所述像素电路间的布线。
12.一种距离图像拍摄装置,其特征在于,具备:
所述权利要求1至权利要求11的任意一项所述的距离图像传感器;
光源部,其相对于作为测量对象的空间的测量空间以规定的周期照射相同脉冲宽度的光脉冲;以及
距离图像处理部,其基于按照预设的固定的电荷分配次数分配且所述电荷蓄积部中的第一电荷蓄积部以及第二电荷蓄积部的各自所累计的所述电荷的量即电荷量,求得所述距离图像传感器与存在于所述测量空间的所述被摄体之间的距离,
所述距离图像处理部通过所述像素电路的位置与所述调节时间,对根据所述第一电荷蓄积部以及所述第二电荷蓄积部的各自的所述电荷量求得的每个所述像素电路的计算距离分别进行补正,并作为所述距离进行输出。
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