CN115136026A - 感测系统和距离测量系统 - Google Patents

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CN115136026A CN202080096392.XA CN202080096392A CN115136026A CN 115136026 A CN115136026 A CN 115136026A CN 202080096392 A CN202080096392 A CN 202080096392A CN 115136026 A CN115136026 A CN 115136026A
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Abstract

一种用于捕获图像数据的系统，该系统测量到物体的距离而无需添加距离测量传感器。感测系统包括发光部、预定数量的像素和计数部。在该固态成像元件中，发光部与具有比预定竖直同步信号高的频率的发光控制信号同步地发射照射光。此外，每个预定数量的像素通过光电转换产生脉冲信号。此外，计数部与发光控制信号和竖直同步信号中的每一者同步地对脉冲信号的数量进行计数。

Description

感测系统和距离测量系统
技术领域
本技术涉及感测系统。具体地，本技术涉及对脉冲数进行计数的感测系统和距离测量系统。
背景技术
近年来，已经开发并研究了被称为单光子雪崩二极管(SPAD)的装置，其捕获相当弱的光信号并且实现光通信、距离测量、光子计数等。SPAD是具有如此高灵敏度的雪崩光电二极管，使得可以检测到一个光子。例如，已经提出了固态成像元件，其中，布置通过使用SPAD生成脉冲信号的像素和对曝光周期内的脉冲信号的数量进行计数的计数器(例如，参见专利文献1)。
引用列表
专利文献
专利文件1：WO 2019/150785 A。
发明内容
本发明要解决的问题
在上述常规技术中，通过使用高灵敏度SPAD检测弱光，使得当在黑暗环境中执行成像时提高了图像质量。然而，上述固态成像元件不能测量到捕获的图像中的物体的距离。在添加使用红外线或激光器的距离测量传感器来执行距离测量的情况下，系统的功耗和成本增加，这不是优选的。
鉴于这种情况做出本技术，并且其目标是在捕获图像数据的系统中测量距物体的距离而不添加距离测量传感器。
问题的解决方案
已经做出本技术以解决上述问题，并且其第一方面是一种感测系统，包括：发光部，与具有比预定竖直同步信号更高的频率的发光控制信号同步地发射照射光；预定数量的像素，每个像素均通过光电转换生成脉冲信号；以及计数部，与发光控制信号和竖直同步信号中的每一者同步地对脉冲信号的数量进行计数。因此，这带来执行图像数据的捕获和距离测量的效果。
此外，在第一方面中，计数部可以包括：第一计数器，与发光控制信号同步地对脉冲信号进行计数；以及第二计数器，与竖直同步信号同步地对脉冲信号进行计数。因此，这带来了基于计数器的计数值执行距离测量的效果。
此外，在第一方面中，计数部可以包括：第一计数器，其顺序地执行以下处理：与发光控制信号同步地对脉冲信号进行计数，并且与竖直同步信号同步地对脉冲信号进行计数；以及第二计数器，其与竖直同步信号同步地对脉冲信号进行计数。因此，这带来计数器的数量减少的效果。
此外，在第一方面中，其中布置预定数量的像素的像素阵列部可以被划分为多个像素块，计数部可以设置在每个像素块中，并且第一计数器可以计数来自像素块中的各个像素的脉冲信号的逻辑和。因此，这带来为每个像素块测量距离的效果。
此外，在第一方面中，可以在每个像素块中布置四个第一计数器和五个第二计数器。因此，这带来以下效果：基于四个计数值来测量距离。
此外，在第一方面中，可以在每个像素块中布置八个第一计数器和一个第二计数器。因此，这带来可测量距离范围变宽的效果。
此外，在第一方面中，布置了预定数量的像素的像素阵列部可以被划分为多个像素块，多个像素块中的每个像素块可以被划分为多个区域，计数部可以被设置为与多个区域中的每个区域相对应，并且第一计数器可以对来自对应区域中的各像素的脉冲信号的逻辑和进行计数。因此，这带来了以下效果：从每个区域的计数值测量距离。
此外，在第一方面中，像素中九个像素可以被布置在多个区域的每个区域中。因此，这带来对九个像素的脉冲信号的逻辑和进行计数的效果。
另外，在第一方面中，也可以是，在多个区域的每个区域中布置有像素中的四个像素。因此，这带来对四个像素的脉冲信号的逻辑和进行计数的效果。
此外，在第一方面中，四个区域可以被布置在像素块中。因此，这带来以下效果：从两个区域中的每个区域的计数值测量距离。
此外，在第一方面中，两个区域可以被布置在像素块中。因此，这带来以下效果：根据四个区域中的每个区域的计数值来测量距离。
此外，在第一方面中，第一计数器可以对像素块中的像素中的设定数量的像素的相应脉冲信号的逻辑和进行计数。因此，这带来计数值的数据大小改变的效果。
此外，在第一方面中，计数部可以包括预定数量的计数器，其顺序地执行以下处理：与发光控制信号同步地对脉冲信号进行计数，并且与竖直同步信号同步地对脉冲信号进行计数。因此，这带来减少计数器的数量的效果。
此外，在第一方面中，计数部可以包括九个计数器。因此，这带来从九个计数值测量距离的效果。
此外，在第一方面中，计数部可以包括四个计数器。因此，这带来从四个计数值测量距离的效果。
此外，在第一方面中，感测系统还包括：像素驱动器，提供使能信号，其中，多个设定值的每个设定值被顺序地设置为与发光控制信号的相位差。计数器可以与使能信号同步地提供脉冲信号。因此，这带来提高测距精度的效果。
此外，本技术的第二方面是距离测量系统，包括：发光部，与具有比预定竖直同步信号更高的频率的发光控制信号同步地发射照射光；预定数量的像素，每个像素均通过光电转换生成脉冲信号；计数部，与发光控制信号和竖直同步信号中的每一者同步地对脉冲信号的数量进行计数；以及距离测量部，其根据计数部的计数值来测量与物体的距离。因此，这带来以下效果：基于计数值捕获图像数据并且执行距离测量。
此外，本技术的第三方面是一种感测系统，包括：发光部，基于发光控制信号发射照射光；多个像素，各自通过光电转换生成脉冲信号；以及计数部，对多个像素的脉冲信号的数量进行计数。计数部包括多个计数器和输出目的地控制电路，输出目的地控制电路连接在多个像素和多个计数器之间，接收从多个像素输出的多个脉冲信号，并将多个脉冲信号分配至多个任意计数器，多个像素设置在第一芯片中，输出控制电路和计数部设置在第二芯片中。因此，这带来在具有堆叠结构的感测系统中执行图像数据的捕获和距离测量的效果。
附图说明
图1是描绘根据本技术的第一实施方式的距离测量系统的配置实例的框图。
图2是描绘根据本技术的第一实施方式的固态成像元件的堆叠结构的实例的示图。
图3是描绘根据本技术的第一实施方式的固态成像元件的配置实例的框图。
图4是描绘根据本技术的第一实施方式的像素块的配置实例的框图。
图5是描绘根据本技术的第一实施方式的像素的配置实例的电路图。
图6是描绘根据本技术的第一实施方式的像素的配置实例的横截面示图。
图7是描绘根据本技术的第一实施方式的输出目的地控制电路的配置实例的电路图。
图8是描绘根据本技术的第一实施方式的设置在像素芯片中的电路和设置在电路芯片中的电路之间的对应关系的实例的示图。
图9是用于说明根据本技术的第一实施方式的计数器的操作的示图。
图10是示出根据本技术的第一实施方式的在距离测量模式中的固态成像元件的操作的实例的时序图。
图11是示出根据本技术的第一实施方式的在成像模式下的固态成像元件的操作的实例的时序图。
图12是根据本技术的第一实施方式的距离测量系统的整体图的实例。
图13是示出根据本技术的第一实施方式的距离测量系统的操作的实例的流程图。
图14是描绘根据本技术的第二实施方式的像素块的配置实例的框图。
图15是描绘根据本技术的第二实施方式的输出目的地控制电路的配置实例的电路图。
图16是描绘根据本技术的第二实施方式的设置在像素芯片中的电路和设置在电路芯片中的电路之间的对应关系的实例的示图。
图17是用于说明根据本技术的第二实施方式的计数器的操作的示图。
图18是描绘根据本技术的第三实施方式的输出目的地控制电路的配置实例的电路图。
图19是描绘根据本技术的第三实施方式的设置在像素芯片中的电路和设置在电路芯片中的电路之间的对应关系的实例的示图。
图20是用于说明根据本技术的第三实施方式的计数器的操作的示图。
图21是描绘根据本技术的第四实施方式的输出目的地控制电路的配置实例的电路图。
图22是描绘根据本技术的第四实施方式的设置在像素芯片中的电路和设置在电路芯片中的电路之间的对应关系的实例的示图。
图23是用于说明根据本技术的第四实施方式的计数器的操作的示图。
图24是描绘根据本技术的第五实施方式的设置在像素块中的电路的实例的示图。
图25是描绘根据本技术的第六实施方式的设置在像素块中的电路的实例的示图。
图26是描绘本技术的第六实施方式中的0度区域的配置实例的框图。
图27是描绘根据本技术的第六实施方式的输出目的地控制电路的配置实例的电路图。
图28是描绘根据本技术的第七实施方式的设置在像素块中的电路的实例的示图。
图29是示出根据本技术的第七实施方式的在距离测量模式下的固态成像元件的操作的实例的时序图。
图30是描绘根据本技术的第八实施方式的设置在像素块中的电路的实例的示图。
图31是描绘根据本技术的第八实施方式的输出目的地控制电路的配置实例的电路图。
图32是示出根据本技术的第八实施方式的在距离测量模式下的固态成像元件的操作的实例的时序图。
图33是示出根据本技术的第九实施方式的设置在像素块中的电路的实例的示图。
图34是描绘根据本技术的第十实施方式的设置在像素块中的电路的实例的示图。
图35是描绘根据本技术的第十实施方式的输出目的地控制电路的配置实例的电路图。
图36是用于说明根据本技术的第十实施方式的像素驱动器的操作的示图。
图37是描绘车辆控制系统的示意性配置的实例的框图。
图38是描绘成像部分的安装位置的实例的说明图。
具体实施方式
在下文中，将描述用于执行本技术的模式(在下文中，称之为实施方式)。将按照以下顺序给出描述。
1.第一实施方式(与发光控制信号和竖直同步信号同步计数的实例)
2.第二实施方式(一个计数器与发光控制信号和竖直同步信号同步地执行计数的实例)
3.第三实施方式(所有计数器与发光控制信号和竖直同步信号同步地执行计数的实例)
4.第四实施方式(八个计数器与发光控制信号和竖直同步信号同步地执行计数的实例)
5.第五实施方式(划分成多个区域并且与发光控制信号和竖直同步信号同步地计数的实例)
6.第六实施方式(减小区域中的像素数并且与发光控制信号和竖直同步信号同步计数的实例)
7.第七实施方式(减少区域的数量并且与发光控制信号和竖直同步信号同步地计数的实例)
8.第八实施方式(切换相位差并且与发光控制信号和竖直同步信号同步地计数的实例)
9.第九实施方式(固定相位差并且与发光控制信号和竖直同步信号同步计数的实例)
10.第十实施方式(切换要计数的像素数并且与发光控制信号和竖直同步信号同步地计数的实例)
11.移动体的应用实例
<1.第一实施方式>
[距离测量系统的配置实例]
图1是示出根据本技术的第一实施方式的距离测量系统100的配置实例的框图。距离测量系统100被配置为捕获图像数据并执行距离测量。距离测量系统100包括发光部110、驱动器120、控制器130、固态成像元件200、处理器140和应用处理器150。
距离测量系统100中的元件可以布置在一个电子装置中或者可以分布和布置在多个装置中。例如，在被分布和布置在多个装置中的情况下，发光部110、驱动器120、控制器130、固态成像元件200和处理器140被布置在成像装置中，并且应用处理器150被布置在图像处理装置中。
发光部110根据来自驱动器120的发光控制信号LCLK发光，并且发出照射光。例如，近红外光等被用作照射光。
驱动器120在控制器130的控制下产生预定的周期信号作为发光控制信号LCLK，并且将该信号提供给发光部110。
控制器130彼此同步地操作驱动器120和处理器140。这里，在距离测量系统中，设置包括用于测量到物体的距离的距离测量模式和用于捕获图像数据的成像模式的多个模式。在距离测量模式下，控制器130使驱动器120产生发光控制信号LCLK，并且使处理器140产生与发光控制信号LCLK相同的信号作为发光控制信号LCLK’。另一方面，在成像模式中，控制器130停止驱动器120并且使处理器140生成竖直同步信号VSYNC。
这里，竖直同步信号VSYNC的频率是例如30赫兹(Hz)或60赫兹(Hz)。另一方面，发光控制信号LCLK的频率高于竖直同步信号VSYNC的频率，并且例如为10至20兆赫(MHz)。
处理器140控制固态成像元件200和应用处理器150。处理器140在距离测量模式中产生发光控制信号LCLK’，将信号提供给固态成像元件200，并且从固态成像元件200接收深度图。另一方面，在成像模式下，处理器140生成竖直同步信号VSYNC，将信号提供给固态成像元件200，并且从固态成像元件200接收图像数据。然后，处理器140将深度图和图像数据提供给应用处理器150。
应用处理器150基于图像数据和深度图执行预定处理，诸如图像识别处理。
固态成像元件200通过光电转换产生图像数据或深度图。在距离测量模式中，固态成像元件200与发光控制信号LCLK’同步地相对于照射光光电转换反射光以产生深度图。另一方面，在成像模式中，固态成像元件200与竖直同步信号VSYNC同步地光电转换入射光以产生图像数据。固态成像元件200将图像数据和深度图提供给处理器140。要注意的是，包括固态成像元件200的系统是在权利要求中描述的感测系统的实例。
注意，固态成像元件200可具有处理器140和应用处理器150的功能中的一些或全部。
[固态成像元件的配置实例]
图2为示出根据本技术的第一实施方式的固态成像元件200的堆叠结构的实例的示图。固态成像元件200包括电路芯片202和堆叠在电路芯片202上的像素芯片201。这些芯片经由诸如通孔的连接部分电连接。注意，除了通孔之外，还可以通过Cu-Cu结合或凸块来进行连接。也可通过这些其他方法(诸如磁耦合)进行连接。此外，尽管堆叠了两个芯片，但是可以堆叠三个以上层。
图3是描绘根据本技术的第一实施方式的固态成像元件200的配置实例的框图。固态成像元件200包括像素驱动器210、竖直扫描电路220、像素阵列部230、列缓冲器240、信号处理电路250、以及输出部260。在像素阵列部230中，多个像素以二维格状图案布置。此外，像素阵列部230被划分为多个像素块300。
像素驱动器210与发光控制信号LCLK’同步地驱动像素阵列部230中的像素块，以对脉冲的数量进行计数。
竖直扫描电路220与竖直同步信号VSYNC同步地顺序选择像素行，并且将计数值输出至列缓冲器240。
列缓冲器240保持每个像素的计数值。
信号处理电路250对布置有计数值的数据执行预定信号处理。例如，在距离测量模式中，信号处理电路250基于每个像素块300的计数值获得距离并且生成布置有距离的数据的深度图。此外，在成像模式中，信号处理电路250生成每个像素的计数值被配置为像素数据的图像数据，并对图像数据执行各种类型的图像处理。然后，信号处理电路250将深度图和图像数据提供给处理器140。
[像素块的配置实例]
图4是描绘根据本技术的第一实施方式的像素块300的配置实例的框图。像素块300包括像素310、像素321至328、输出目的地控制电路370、计数器331至343以及开关351至363。
像素310通过使用SPAD生成脉冲信号。像素310将脉冲信号P1提供至输出目的地控制电路370和计数器335。像素321至328的配置类似于像素310的配置。这九个像素被布置在例如3行×3列中。此外，在像素阵列部230中，为每列布线竖直信号线309。第n(n是整数)列的竖直信号线定义为309-n。
像素321生成脉冲信号P2并将该脉冲信号供应至输出目的地控制电路370和计数器336。像素322生成脉冲信号P3，并将该脉冲信号提供给输出目的地控制电路370和计数器337。像素323生成脉冲信号P4并将脉冲信号提供至输出目的地控制电路370和计数器338。像素324生成脉冲信号P5，并将该脉冲信号提供给输出目的地控制电路370和计数器339。
此外，像素325生成脉冲信号P6并将该脉冲信号提供至输出目的地控制电路370和计数器340。像素326生成脉冲信号P7，并将该脉冲信号提供给输出目的地控制电路370和计数器341。像素327生成脉冲信号P8并将脉冲信号提供至输出目的地控制电路370和计数器342。像素328产生脉冲信号P9并将该脉冲信号提供至输出目的地控制电路370和计数器343。
输出目的地控制电路370控制脉冲信号P1至P9的输出目的地。在距离测量模式中，输出目的地控制电路370与来自像素驱动器210的使能信号EN1至EN4同步地生成脉冲信号P1至P9的逻辑和的信号，并将该信号输入至计数器331至334。至计数器331的信号是输入信号CIN1，并且至计数器332的信号是输入信号CIN2。此外，至计数器333的信号是输入信号CIN3，至计数器334的信号是输入信号CIN4。另一方面，在成像模式中，没有信号从输出目的地控制电路370输出到计数器。
计数器331对输入信号CIN1的数量进行计数。因为输入信号CIN1是像素块300中的各个像素的脉冲信号的逻辑和，所以其计数值指示入射在像素块300中的光子的数量。计数器331将计数值作为CNT1输出至开关351。
计数器332至334的配置类似于计数器331的配置。计数器332至334将输入信号CIN2至CIN4的计数值作为CNT2至CNT4输出至开关352至354。
计数器335对脉冲信号P1的数量进行计数。计数器335将计数值作为CNT5输出至开关355。计数器336至343的配置类似于计数器335的配置。计数器336至343将脉冲信号P2至P9的计数值作为CNT6至CNT13输出至开关356至363。
此外，将来自竖直扫描电路220的复位信号RST1至RST13输入至计数器331至343。计数器的计数值由复位信号初始化。应注意，代替竖直扫描电路220，像素驱动器210可以提供复位信号。
开关351根据来自竖直扫描电路220的选择信号SELn经由竖直信号线309-n将计数值CNT1输出至列缓冲器240。开关352至363的配置与开关351的配置类似。例如，开关353、355、358和361根据选择信号SELn经由竖直信号线309-n将计数值输出到列缓冲器240。例如，开关352、356、359和362根据选择信号SEL(n+1)经由竖直信号线309-(n+1)将计数值输出到列缓冲器240。例如，开关354、357、360和363根据选择信号SEL(n+2)经由竖直信号线309-(n+2)将计数值输出至列缓冲器240。
要注意的是，虽然在像素块300中设置9个像素，但是在像素块300中的像素的数量不限于9个像素，并且可以是如后面描述的4个像素等。此外，虽然为每个像素提供计数器，但是可以为每个列布置计数器。在这种情况下，竖直扫描电路220顺序选择行，并且计数器组对来自所选择的行的脉冲信号进行计数。
[像素的配置实例]
图5为示出根据本技术的第一实施方式的像素310的配置实例的电路图。像素310包括SPAD 311、电阻器312和反相器313。
SPAD 311通过光电转换生成光电流并且执行雪崩放大。电阻器312和SPAD 311串联连接在电源端子与接地端子之间。
反相器313将电阻器312与SPAD 311之间的连接点处的电位反相并且将反相的电位作为脉冲信号P1输出至输出目的地控制电路370。
此外，例如，SPAD 311设置在像素芯片201上，并且电阻器312、反相器313和后续电路(输出目的地控制电路370等)设置在电路芯片202上。注意，也可以在像素芯片201中设置整个像素310。
图6是描述根据本技术的第一实施方式的像素310的配置实例的横截面示图。如图中所例示的，由微透镜105聚集的光被输入到像素310中的每层。除了微透镜105之外的区域的配置类似于例如日本专利申请公开号2018-88488的第0024-0053段中所描述的。
[输出目的地控制电路的配置实例]
图7为示出根据本技术的第一实施方式的输出目的地控制电路370的配置实例的电路图。输出目的地控制电路370包括或(OR)(逻辑和)门371至374以及与(AND)(逻辑积)门381至384。
或门371将脉冲信号P1至P9的逻辑和输出至与门381。或门372将脉冲信号P1至P9的逻辑和输出至与门382。或门373将脉冲信号P1至P9的逻辑和输出至与门383。或门374将脉冲信号P1至P9的逻辑和输出至与门384。注意，当脉冲信号P1-P9几乎同时输出时，或门371的逻辑和之后的信号的数量变为1，并且发生缺失计数。因此，或门371的输入的数量可以通过布线减少到仅偶数(P2、P4等)、仅奇数(P1、P3等)、三分之一像素等。这同样适用于例如或门372的或门。
与门381将来自或门371的信号和来自像素驱动器210的使能信号EN1的逻辑积作为输入信号CIN1输出至计数器331。与门382将来自或门372的信号与来自像素驱动器210的使能信号EN2的逻辑积作为输入信号CIN2输出至计数器332。与门383将来自或门373的信号与来自像素驱动器210的使能信号EN3的逻辑积作为输入信号CIN3输出至计数器333。与门384将来自或门374的信号和来自像素驱动器210的使能信号EN4的逻辑积作为输入信号CIN4输出至计数器334。
这里，使能信号EN1是与发光控制信号LCLK相同的信号。使能信号EN2是通过将发光控制信号LCLK的相位偏移90度而获得的信号。使能信号EN3是通过将发光控制信号LCLK的相位偏移180度而获得的信号。使能信号EN4是通过将发光控制信号LCLK的相位偏移270度而获得的信号。换言之，使能信号EN1至EN4是与发光控制信号LCLK具有0度、90度、180度和270度的相位差的信号。
利用在附图中示出的配置，计数器331可以与具有0度相位差的使能信号EN1同步地对像素块300中的脉冲数(换言之，光子数)进行计数。此外，计数器332可以与具有90度的相位差的使能信号EN2同步地对像素块300中的脉冲数进行计数。计数器333可以与具有180度相位差的使能信号EN3同步地对像素块300中的脉冲数进行计数。计数器334可与具有270度的相位差的使能信号EN3同步地对像素块300中的脉冲数进行计数。
信号处理电路250例如基于计数器331至334的计数值CNT1至CNT4通过以下公式获得距离，
d＝(c/4πf)×tan-1
×{(CNT2-CNT4)/(CNT1-CNT3)}...公式1。
在上述公式中，d是距离，单位例如为米(m)。c为光速，单位例如为米/秒(m/s)。tan-1是正切函数的反函数。(CNT2-CNT4)/(CNT1-CNT3)的值指示照射光和反射光之间的相位差。π表示圆形常数。此外，f是照射光的频率，单位例如为兆赫(MHz)。
如上所述，用于基于光的飞行时间计算距离的距离测量方法被称为飞行时间(ToF)方法。
图8是示出根据本技术的第一实施方式的设置在像素芯片201中的电路与设置在电路芯片202中的电路之间的对应关系的实例的示图。如图中所示，对于每个像素块300，用于九个像素的SPAD被布置在像素芯片201中。此外，对于每个像素块300，十三个计数器被布置在电路芯片202中。注意，在附图中，省略电路芯片202中除计数器之外的电路(诸如输出目的地控制电路370)。
十三个计数器中的四个与具有0度、90度、180度和270度的相位差的使能信号同步地对像素块300中的脉冲数量进行计数。在图中，计数器底部的括号中的值表示相应使能信号的相位差。其余九个计数器与竖直同步信号VSYNC同步地对一个对应像素的脉冲数量进行计数。
图9为用于说明根据本技术的第一实施方式的计数器的操作的示图。图中的计数器#1至#4分别表示计数器331至334。计数器#5至#13指示计数器335至343。
在距离测量模式中，计数器#1至#4与相位差为0度、90度、180度和270度的使能信号EN1至EN4同步地对像素块300中的脉冲数进行计数。另一方面，计数器#5至#13停止计数。
在成像模式中，计数器#5至#13与竖直同步信号VSYNC同步地对相应像素的脉冲数进行计数。另一方面，计数器#1至#4停止计数。
[固态成像元件的操作实例]
图10是示出根据本技术的第一实施方式的在距离测量模式中的固态成像元件200的操作的实例的时序图。假定在定时T0设置距离测量模式。处理器140停止竖直同步信号VSYNC的供应。竖直扫描电路220将复位信号RST提供至计数器331至334以初始化计数值。
此外，在定时T1，驱动器120开始提供发光控制信号LCLK，并且发光部110与该信号同步地发光。此外，在时刻T1，像素驱动器210开始提供与发光控制信号LCLK具有0度相位差的使能信号EN1。然后，在定时T2，像素驱动器210开始提供具有90度的相位差的使能信号EN2。在时刻T3，像素驱动器210开始提供具有180度相位差的使能信号EN3。在时刻T4，像素驱动器210开始提供具有270度相位差的使能信号EN4。
然后，当已经过去特定时间段时，竖直扫描电路220通过选择信号输出计数值。基于这些计数值，信号处理电路250使用公式1来获得每个像素块300的距离。
图11是示出根据本技术的第一实施方式的在成像模式中的固态成像元件200的操作的实例的时序图。假设在定时T10设置成像模式。处理器140在时刻T11和之后开始提供竖直同步信号VSYNC。
此外，驱动器120停止提供发光控制信号LCLK，并且像素驱动器210停止提供使能信号EN1至EN4。竖直扫描电路220将复位信号RST提供至计数器335至343以初始化计数值。然后，在与竖直同步信号VSYNC同步的定时T12至T13的曝光时段中，竖直扫描电路220停止提供复位信号RST。在该时段内，计数器335至343对脉冲的数量进行计数，并且竖直扫描电路220通过选择信号输出计数值。信号处理电路250生成布置了这些计数值的图像数据。
图12是根据本技术的第一实施方式的距离测量系统100的整体图的实例。在像素块300中，除了像素310和像素321至328之外的电路被布置在计数部330中。
发光部110与具有比竖直同步信号VSYNC高的频率的发光控制信号LCLK同步地发出照射光。此外，每个像素(诸如像素310)通过光电转换生成脉冲信号。
在距离测量模式中，输出目的地控制电路370与使能信号EN1至EN4同步地将像素块300中的脉冲信号的逻辑和提供至计数器331至334。计数器331至334对逻辑和的信号进行计数。如上所述，由于使能信号是与发光控制信号LCLK具有预定值(0度或90度)的相位差的信号，所以计数器331至334的计数值是通过与发光控制信号LCLK同步地对脉冲数进行计数而获得的值。注意，计数器331至334是权利要求中描述的第一计数器的实例。
另一方面，在成像模式中，计数器335至343与竖直同步信号VSYNC同步地对相应像素的脉冲信号的数量进行计数。注意，计数器335至343是权利要求中描述的第二计数器的实例。
如图所示，计数部330设置有与竖直同步信号VSYNC同步地执行计数的计数器335至343以及与发光控制信号LCLK同步地执行计数的计数器331至334。因此，除了图像数据的捕获之外，固态成像元件200还可以通过ToF方法执行距离测量。此外，因为固态成像元件200本身可以执行距离测量，所以没有必要添加使用红外线或激光器的距离测量传感器。因此，与分别添加距离测量传感器的情况相比，能够抑制距离测量系统100的消耗电力和成本。
图13是示出根据本技术的第一实施方式的距离测量系统100的操作的实例的流程图。例如，当执行用于进行距离测量和成像的应用时，开始该操作。
距离测量系统100转换至距离测量模式，并且发光部110与发光控制信号LCLK同步地发射照射光(步骤S901)。此外，计数器331至334与发光控制信号LCLK同步地对脉冲数进行计数(步骤S902)。然后，信号处理电路250基于计数值执行距离测量并且生成深度图(步骤S903)。
随后，距离测量系统100转换到成像模式，并且固态成像元件200切换到计数器335至343，并且对与竖直同步信号同步的曝光时段内的脉冲数进行计数(步骤S904)。信号处理电路250基于布置计数值的图像数据进行诸如面部识别的图像处理(步骤S905)。在步骤S905之后，距离测量系统100结束操作。
要注意的是，固态成像元件200在距离测量(步骤S903)之后执行成像(步骤S904)，但是可在成像之后执行距离测量。此外，可以同时执行距离测量和成像。
如上所述，根据本技术的第一实施方式，计数部330与发光控制信号和竖直同步信号中的每一者同步地对脉冲数进行计数，并且因此可以在捕获图像数据时与像素中的竖直同步信号同步地进行距离测量。
<2.第二实施方式>
在上述第一实施方式中，用于距离测量的计数器331至334和用于成像的计数器335至343设置为每9个像素，但是当像素的数量增加时，所需计数器的数量增加，并且电路规模增加。第二实施方式的固态成像元件200与第一实施方式的固态成像元件的不同之处在于用于成像的计数器的一部分还用于距离测量以减少计数器的数量。
图14是示出根据本技术的第二实施方式的像素块300的配置实例的框图。第二实施方式的像素块300与第一实施方式的像素块的不同之处在于不提供计数器340至343和开关360至363。
此外，第二实施方式的输出目的地控制电路370将输入信号CIN1至CIN9提供给计数器331至339。此外，开关351、354和357经由竖直信号线309-n输出计数值。开关352、355和358经由竖直信号线309-(n+1)输出计数值。开关353、356和359经由竖直信号线309-(n+2)输出计数值。
图15是示出根据本技术的第二实施方式的输出目的地控制电路370的配置实例的电路图。第二实施方式的输出目的地控制电路370与第一实施方式的输出目的地控制电路370的不同之处在于进一步包括选择器391至394。
此外，第二实施方式的与门381将逻辑积供应至选择器391，并且与门382将逻辑积供应至选择器392。与门383将逻辑积供应至选择器393，并且与门384将逻辑积供应至选择器394。
选择器391根据控制信号CTRL1选择脉冲信号P1和来自与门381的信号中的一者并且将选择的信号作为输入信号CIN1提供至计数器331。
此外，脉冲信号P2作为输入信号CIN2被直接输入到计数器332。
选择器392根据控制信号CTRL2选择脉冲信号P3和来自与门382的信号中的一者并且将选择的信号作为输入信号CIN3提供至计数器333。
此外，脉冲信号P4作为输入信号CIN4直接输入至计数器334。脉冲信号P5和P6被作为输入信号CIN5和CIN6直接输入到计数器335和336。
选择器393根据控制信号CTRL3选择脉冲信号P7和来自与门383的信号中的一者，并且将所选择的信号作为输入信号CIN7供应至计数器337。
此外，脉冲信号P8作为输入信号CIN8直接输入至计数器338。
选择器394根据控制信号CTRL4选择脉冲信号P9和来自与门384的信号中的一者并且将选择的信号作为输入信号CIN9提供至计数器339。
例如，从像素驱动器210提供上述控制信号CTRL1至CTRL4。在距离测量模式中，像素驱动器210通过控制信号CTRL1至CTRL4控制选择器391至394以选择来自与门381至384的信号。因此，计数器331、333、337和339可以与具有0度、90度、180度和270度的相位差的使能信号EN1至EN4同步地对脉冲的数量进行计数。然后，信号处理电路250基于这些计数值执行距离测量。
另一方面，在成像模式中，像素驱动器210通过控制信号CTRL1至CTRL4控制选择器391至394以选择脉冲信号P1、P3、P7以及P9。因此，计数器331、333、337和339与剩余计数器一起与竖直同步信号同步地对相应像素的脉冲数量进行计数。
图16是示出根据本技术的第二实施方式的设置在像素芯片201中的电路与设置在电路芯片202中的电路之间的对应关系的实例的示图。如图中所示，对于每个像素块300，用于九个像素的SPAD被布置在像素芯片201中。此外，对于每个像素块300，九个计数器被布置在电路芯片202中。
在测距模式中，9个计数器中的左上计数器、右上计数器、左下计数器和右下计数器与相位差为0度、90度、180度和270度的使能信号EN1至EN4同步地对脉冲数进行计数。另一方面，在成像模式中，九个计数器中的每个计数器与竖直同步信号同步地对相应像素的脉冲数量进行计数。
注意，尽管也用于距离测量的四个计数器布置在左上、右上、左下和右下，但是布置不限于此。
图17是用于说明根据本技术的第二实施方式的计数器的操作的示图。图中的计数器#1至#9分别表示计数器331至339。
在距离测量模式中，计数器#1、#3、#7以及#9与具有0度、90度、180度以及270度的相位差的使能信号EN1至EN4(换言之，发光控制信号LCLK)同步地对像素块300中的脉冲的数量进行计数。另一方面，剩余的计数器停止计数。
在成像模式中，计数器#1至#9与竖直同步信号VSYNC同步地对相应像素的脉冲数量进行计数。
如图所示，计数器#1、#3、#7以及#9依次执行以下处理：与发光控制信号LCLK同步地对像素块300中的脉冲数进行计数，并且与竖直同步信号VSYNC同步地对脉冲数进行计数。剩余的计数器#2、#4、#5、#6以及#8与竖直同步信号VSYNC同步地对脉冲的数量进行计数。换言之，用于成像的九个计数器中的四个也用于距离测量。因此，与分开地设置用于成像的九个计数器和用于测距的四个计数器的第一实施方式相比，可以减少计数器的数量。
应注意，计数器#1、#3、#7以及#9是权利要求中所描述的第一计数器的实例，并且计数器#2、#4、#5、#6以及#8是权利要求中所描述的第二计数器的实例。
如上所述，在本技术的第二实施方式中，四个计数器依次执行与发光控制信号同步计数脉冲数的处理和与竖直同步信号同步计数脉冲数的处理。因此，不需要单独设置用于成像的计数器和用于测距的计数器，使得可以减少计数器的数量。
<3.第三实施方式>
在上述第二实施方式中，四个计数器与具有0度至270度的相位差的使能信号同步地对脉冲的数量进行计数，但是在该配置中，可测量距离范围可能不足。第三实施方式的固态成像元件200与第二实施方式的固态成像元件200的不同之处在于通过扩大相位差的范围来扩大可测量距离范围。
图18是示出根据本技术的第三实施方式的输出目的地控制电路370的配置实例的电路图。第三实施方式的输出目的地控制电路370与第二实施方式的输出目的地控制电路370的不同之处在于进一步包括或门375至379、与门385至389以及选择器395至399。
或门375至379、与门385至389、以及选择器395至399的连接配置类似于或门371、与门381、以及选择器391的连接配置。
使能信号EN5至EN9被输入至与门385至389。控制信号CTRL5至CTRL9被输入至选择器395至399。此外，选择器391至399选择脉冲信号P1至P9和来自与门381至389的信号中的一者，并将所选择的信号作为输入信号CIN1至CIN9供应至计数器331至339。
使能信号EN1至EN9的相位差分别设置为例如0度、360度、90度、450度、720度、630度、270度、540度和180度。通过将使能信号的相位差从0度设置为720度，与0度至270度的情况相比，可以扩大信号处理电路250可以测量的距离范围。
在距离测量模式中，信号处理电路250通过例如0至720度的相位差获得粗略距离，接着，通过0至540度的相位差等获得准确的距离。通过以这种方式逐渐缩小相位差的范围，可以逐渐提高距离的精度。
图19是描绘根据本技术的第三实施方式的设置在像素芯片201中的电路和设置于电路芯片202中的电路之间的对应关系的实例的示图。如图中所示，对于每个像素块300，用于九个像素的SPAD被布置在像素芯片201中。此外，对于每个像素块300，九个计数器被布置在电路芯片202中。
在距离测量模式中，九个计数器中的左上计数器、右上计数器、左下计数器和右下计数器与具有0度、90度、180度和270度的相位差的使能信号同步地对脉冲的数量进行计数。此外，中心计数器与具有720度的相位差的使能信号同步地对脉冲的数量进行计数。中央上、中央下、中央左和中央右计数器与具有360度、540度、450度和630度的相位差的使能信号同步地对脉冲的数量进行计数。
图20是用于说明根据本技术的第三实施方式的计数器的操作的示图。在距离测量模式中，计数器#1至#9与具有0度、360度、90度、450度、720度、630度、270度、540度和180度的相位差的使能信号同步地对像素块300中的脉冲数进行计数。
在成像模式中，计数器#1至#9与竖直同步信号VSYNC同步地对相应像素的脉冲数量进行计数。
如上所述，根据本技术的第三实施方式，九个计数器与具有不同相位差的九个使能信号同步地对脉冲数量进行计数，因此，与同步于四个使能信号计数的情况相比，可以扩大可测量的距离范围。
<4.第四实施方式>
在上述第三实施方式中，九个计数器与使能信号同步地对脉冲数进行计数，但是在该配置中，存在用于距离测量的数据条数增加，以及信号处理电路250的处理量增加的可能性。根据第四实施方式的固态成像元件200与第三实施方式的固态成像元件200的不同之处在于用于距离测量的计数器的数量减少。
图21是示出根据本技术的第四实施方式的输出目的地控制电路370的配置实例的电路图。第四实施方式的输出目的地控制电路370与第三实施方式的输出目的地控制电路370的不同之处在于移除了或门375、与门385和选择器395。此外，脉冲信号P5作为输入信号CIN5被直接提供给计数器335。
图22是描绘根据本技术的第四实施方式的设置在像素芯片201中的电路与设置在电路芯片202中的电路之间的对应关系的实例的示图。第四实施方式的像素块300与第三实施方式的像素块300的不同之处在于中央计数器在距离测量模式中不计数。
图23是用于说明根据本技术的第四实施方式的计数器的操作的示图。在距离测量模式中，除了计数器#5以外的八个计数器与使能信号同步地对脉冲的数量进行计数。换言之，用于距离测量的计数器的数量从九减少到八。因此，用于距离测量的数据的条数减少，并且信号处理电路250的处理量减少。要注意的是，计数器#5以外的计数器是在权利要求中描述的第一计数器的实例，并且计数器#5是在权利要求中描述的第二计数器的实例。
如上所述，根据本技术的第四实施方式，与九个计数器与使能信号同步的情况相比，八个计数器与使能信号同步地对脉冲的数量进行计数，并且由此可以减少用于距离测量的数据的条数。
<5.第五实施方式>
在上述第一实施方式中，对于每个像素块仅布置与具有0度相位差的使能信号同步的一个计数器，但是在该配置中，存在来自计数器的信号的质量不足的可能性。第五实施方式的固态成像元件200与第一实施方式的固态成像元件的不同之处在于通过设置与同一使能信号同步的两个以上计数器来提高信号质量。
图24是描绘在根据本技术的第五实施方式的像素块300中提供的电路的实例的示图。像素块300被划分为多个区域。例如，像素块300被划分为0度区域410、90度区域420、180度区域430和270度区域440。在0度区域410中，诸如计数器411的九个计数器被布置为3行×3列。在90度区域420中，诸如计数器421的九个计数器被布置为3行×3列。在180度区域430中，诸如计数器431的九个计数器被布置为3行×3列。在270度区域440中，诸如计数器441的九个计数器被布置为3行×3列。注意，每个区域中的像素的数量与计数器的数量相同(即，九个)。
在0度区域410中，左上计数器、右上计数器、左下计数器和右下计数器与具有0度相位差的使能信号同步地对0度区域410中的脉冲数量进行计数。在90度区域420中，左上计数器、右上计数器、左下计数器和右下计数器与具有90度的相位差的使能信号同步地对90度区域420中的脉冲数量进行计数。在180度区域430中，左上计数器、右上计数器、左下计数器和右下计数器与具有180度相位差的使能信号同步地对180度区域430中的脉冲数量进行计数。在270度区域440中，左上计数器、右上计数器、左下计数器和右下计数器与具有270度的相位差的使能信号同步地对270度区域440中的脉冲的数量进行计数。
此外，输出目的地控制电路370被布置在0度区域410、90度区域420、180度区域430和270度区域440中的每个区域中。在图中，省略了输出目的地控制电路370。此外，第五实施方式的输出目的地控制电路370的配置与图15中所示的第二实施方式的配置相似。然而，相同的使能信号被输入到四个计数器。
如图所示，为每个像素块300生成与具有相同相位差的使能信号同步计数的四个计数值。信号处理电路250计算这四个计数值的总值或平均值，并且通过使用计算结果执行距离测量。通过计算四个计数值的和或平均值，可以减少信号的噪声，并且可以提高信号质量。
应注意，在每个区域的左上、右上、左下和右下的计数器是在权利要求中描述的第一计数器的实例，并且其他计数器是在权利要求中描述的第二计数器的实例。此外，每个像素块300的区域的数量不限于四个，并且每个区域的像素的数量也不限于九个像素。
如上所述，根据本技术的第五实施方式，为每个像素块300布置用于与具有相同相位差的使能信号同步计数的四个计数器，并且因此可以通过计算计数器的计数值的总和或平均值来降低信号的噪声。
<6.第六实施方式>
在上述第五实施方式中，为每个区域布置九个像素，但是在该配置中，存在像素块300中的像素的数量为36个像素并且深度图的分辨率不足的可能性。第六实施方式的固态成像元件200与第五实施方式的固态成像元件的不同之处在于每个区域的像素数量减少并且深度图的分辨率提高。
图25是示出了根据本技术的第六实施方式的设置在像素块300中的电路的实例的示图。第六实施方式的像素块300与第五实施方式的像素块的不同之处在于，每个区域的像素数量是四个像素。四个像素被布置为2行×2列。此外，对于每个区域，在左上方布置计数器，用于与使能信号同步地对脉冲数量进行计数。
如图所示，每个区域的像素数量减少到四个像素，因此与每个区域的像素数量是九个像素的第五实施方式相比，可以改善深度图的分辨率。
图26是示出了根据本技术的第六实施方式的0度区域410的配置实例的框图。在0度区域410中，像素310和321至323以及计数部330被布置。在计数部330中，布置输出目的地控制电路370、计数器411至414以及开关351至354。
像素310和321至323将脉冲信号P1至P4输出到输出目的地控制电路370。输出目的地控制电路370将输入信号CIN1至CIN4提供至计数器411至414。计数器411至414将计数值CNT1至CNT4提供至开关351至354。开关351和353将计数值提供给竖直信号线309-n，并且开关352和354将计数值提供给竖直信号线309-(n+1)。
注意，90度区域420、180度区域430和270度区域440的配置类似于0度区域410的配置。
图27是示出了根据本技术的第六实施方式的输出目的地控制电路370的配置实例的电路图。在输出目的地控制电路370中，布置或门371、与门381和选择器391。第六实施方式的或门371、与门381、以及选择器391的连接配置与图15的第二实施方式的连接配置相似，但是，输出目的地是计数器411。
此外，脉冲信号P2至P4直接作为输入信号CIN2至CIN4被提供给计数器412至414。
注意，计数器411是在权利要求中描述的第一计数器的实例，并且计数器412至414是在权利要求中描述的第二计数器的实例。
如上所述，根据本技术的第六实施方式，每个区域的像素数量减少至四个像素，因此与每个区域的像素数量是九个像素的情况相比，可以改善深度图的分辨率。
<7.第七实施方式>
在上述第六实施方式中，为每个像素块布置四个区域，但是在该配置中，存在像素块300中的像素的数量是十六个像素并且深度图的分辨率不足的可能性。第七实施方式的固态成像元件200与第六实施方式的固态成像元件的不同之处在于减少了区域的数量并且提高了深度图的分辨率。
图28是示出了根据本技术的第七实施方式的设置在像素块中的电路的实例的示图。第七实施方式的像素块300与第六实施方式的像素块的不同之处在于区域的数量是两个。例如，0度区域410和180度区域430设置在像素块300中。通过将像素块300中的区域的数量从四减少到二，像素块300的尺寸可以被减小。因此，可以改善深度图的分辨率。
图29是示出根据本技术的第七实施方式的在距离测量模式中的固态成像元件200的操作的实例的时序图。假定在定时T0设置距离测量模式。处理器140停止竖直同步信号VSYNC的提供。竖直扫描电路220将复位信号RST提供至计数器331至334以初始化计数值。
此外，在定时T1，驱动器120开始提供发光控制信号LCLK，并且发光部110与该信号同步地发光。此外，在定时T1，像素驱动器210开始提供与发光控制信号LCLK具有0度相位差的使能信号EN1。然后，在定时T2，像素驱动器210开始提供具有180度相位差的使能信号EN2。
然后，当已经过去特定时间段时，竖直扫描电路220通过选择信号输出计数值。基于这些计数值，信号处理电路250获得每个像素块300的距离。
如上所述，根据本技术的第七实施方式，每个像素块300的区域的数量减少至两个，因此与区域的数量为四个的情况相比，可以改善深度图的分辨率。
<8.第八实施方式>
在上述第七实施方式中，计数器与相位差为0度和180度的使能信号同步地对脉冲的数量进行计数，但是由于不使用相位差为90度和270度的使能信号，因此距离测量精度降低，并且可测量的距离范围变窄。第八实施方式的固态成像元件200与第七实施方式的固态成像元件200的不同之处在于除了具有0度和180度的相位差的使能信号之外，还与具有90度和270度的相位差的使能信号同步地对脉冲的数量进行计数。
图30是示出了根据本技术的第八实施方式的设置在像素块300中的电路的实例的示图。第八实施方式的像素块300与第七实施方式的像素块的不同之处在于，在不将像素块划分为多个区域的情况下布置计数器411至414。此外，四个像素被布置在像素块300中。在附图中，省略除了计数器之外的电路(输出目的地控制电路370等)。
此外，在距离测量模式中，计数器411和414与具有0度和180度的使能信号同步地对脉冲数量进行计数，并且计数器412和413与具有90度和270度的使能信号同步地对脉冲数量进行计数。
图31是示出了根据本技术的第八实施方式的输出目的地控制电路370的配置实例的电路图。第八实施方式的输出目的地控制电路370设置有或门371至374、与门381至384以及选择器391至394。
或门371至374、与门381至384、以及选择器391至394的连接配置类似于第二实施方式的或门371、与门381、以及选择器391的连接配置。
使能信号EN1至EN4被输入至与门381至384。控制信号CTRL1至CTRL4被输入至选择器391至394。此外，选择器391至394选择脉冲信号P1至P4和来自与门381至384的信号中的一者，并将所选择的信号作为输入信号CIN1至CIN4提供至计数器411至414。
图32是示出根据本技术的第八实施方式的在距离测量模式中的固态成像元件200的操作的实例的时序图。假定在定时T0设置距离测量模式。处理器140停止竖直同步信号VSYNC的供应。竖直扫描电路220将复位信号RST提供至计数器331至334以初始化计数值。
此外，在定时T1，驱动器120开始提供发光控制信号LCLK，并且发光部110与该信号同步地发光。此外，在定时T1，驱动器210开始提供与发光控制信号LCLK具有0度相位差的使能信号EN1和EN4。然后，在定时T2，驱动器210开始提供具有90度的相位差的使能信号EN2和EN3。
然后，当已经过去特定时间段时，竖直扫描电路220通过选择信号输出计数值。信号处理电路250保持这些计数值。
接下来，在定时T3，竖直扫描电路220将复位信号RST提供至计数器331至334以初始化计数值。在定时T4，驱动器210开始提供与发光控制信号LCLK具有180度相位差的使能信号EN1和EN4。然后，在定时T5，驱动器210开始提供具有270度相位差的使能信号EN2和EN3。
然后，当已经过去特定时间段时，竖直扫描电路220通过选择信号输出计数值。基于保存的计数值和输出的计数值，信号处理电路250获得每个像素块300的距离。
如图所示，驱动器210提供使能信号，其中，多个设定值(90度、270度等)中的每个设定值依次被设置相位差。通过以这种方式切换相位差，计数器可以与除了具有0度和180度相位差的使能信号之外还具有90度和270度相位差的使能信号同步地对脉冲的数量进行计数。由于相位差的数量增加，因此可以提高测距精度，并且可以扩大可测量的距离范围。
注意，虽然所有四个计数器都在距离测量模式中执行计数，但是仅两个计数器(诸如计数器411和412)可以在距离测量模式中执行计数。可以通过减少在距离测量模式中操作的计数器的数量来减少功耗。
如上所述，根据本技术的第八实施方式，像素驱动器210依次将多个设定值的每个设定值设定为相位差，并且因此可以增加相位差的数量。因此，可以提高测距精度，并且可以扩大可测量的距离范围。
<9.第九实施方式>
在上述第八实施方式中，像素驱动器210切换相位差。然而，在该配置中，距离测量间隔变得比相位差固定的情况下的距离测量间隔长，并且深度图的帧速率减小。第九实施方式的固态成像元件200与第八实施方式的固态成像元件的不同之处在于相位差是固定的并且提高了深度图的帧速率。
图33是示出了根据本技术的第九实施方式的设置在像素块300中的电路的实例的示图。在第九实施方式的像素块300中，计数器411至414被布置成类似于第八实施方式中的计数器。
但是，距离测量模式中使能信号EN1至EN4的相位差是固定的。例如，计数器411与0度的使能信号EN1同步计数脉冲数，计数器412与90度的使能信号EN2同步计数脉冲数。计数器413与180度的使能信号EN3同步地计数脉冲数，并且计数器414与270度的使能信号EN4同步地计数脉冲数。因为相位差是固定的，所以与第八实施方式相比，提高了深度图的帧速率。
如上所述，根据本技术的第九实施方式，像素驱动器210固定使能信号的相位差，因此与切换相位差的情况相比，可以改善深度图的帧速率。
<10.第十实施方式>
在上述第九实施方式中，在距离测量模式中，计数器以四个像素为单位对脉冲数进行计数，但是当要计数的像素数增加时，计数值的最大值增加，并且计数值的数据大小增加。第十实施方式的固态成像元件200与第九实施方式的固态成像元件的不同之处在于要计数的像素数在四个像素和两个像素之间切换，并且使得数据大小可变。
图34是示出了根据本技术的第十实施方式的设置在像素块中的电路的实例的示图。在第十实施方式的像素块300中，例如，设置0度区域410和180度区域430。此外，为每个区域设置四个像素和输出目的地控制电路370。在距离测量模式中，区域中的四个计数器中的一个计数器与使能信号同步地对脉冲的数量进行计数。在成像模式中，四个计数器中的每个计数器与竖直同步信号同步地对脉冲的数量进行计数。
图35是示出了根据本技术的第十实施方式的输出目的地控制电路370的配置实例的电路图。第十实施方式的输出目的地控制电路370设置有或门371、372和380、与门381和382以及选择器391。
或门371将脉冲信号P1和P2的逻辑和提供给与门381。或门372将脉冲信号P3和P4的逻辑和提供至与门382。
与门381将来自或门371的信号和使能信号EN1a的逻辑积提供到或门380。与门382将来自或门372的信号和使能信号EN1b的逻辑积提供到或门380。
或门380将来自与门381和382的信号的逻辑和输出至选择器391。
选择器391根据控制信号CTRL选择脉冲信号P1和来自或门380的信号中的一者，并将所选择的信号作为输入信号CIN1提供至计数器411。
此外，脉冲信号P2至P4直接作为输入信号CIN2至CIN4被提供给计数器412至414。
注意，计数器411是在权利要求中描述的第一计数器的实例，并且计数器412至414是在权利要求中描述的第二计数器的实例。
图36是用于说明根据本技术的第十实施方式的像素驱动器210的操作的示图。图中的控制对应于0度区域410。在第十实施方式中，将四像素相加模式或两像素相加模式设置为距离测量模式。四像素相加模式是在脉冲信号中要计数的像素数量是四个像素的模式，并且两像素相加模式是在脉冲信号中要计数的像素数量是两个像素的模式。
在四像素相加模式中，像素驱动器210提供具有0度相位差的信号作为使能信号EN1a和EN1b。在两像素相加模式中，像素驱动器210提供具有0度相位差的信号作为使能信号EN1a和EN1b中的一者。使能信号EN1a和EN1b中的另一个未被提供。此外，在成像模式中，不提供使能信号。要注意的是，180度区域430的控制与在图中所示的0度区域410的控制相似，除了相位差被设置为180度。
此外，像素驱动器210将控制信号CTRL设置为“0”，并且使选择器391在距离测量模式中选择来自或门380的信号。另一方面，在成像模式中，像素驱动器210将控制信号CTRL设置为“1”，并且使选择器391选择脉冲信号P1。
利用图35和图36所示的配置，输出目的地控制电路370输出像素块300中的四个像素之中的设定数量(四个像素或两个像素)的像素的相应脉冲信号的逻辑和，并且计数器411对逻辑和进行计数。因此，可以在四个像素和两个像素之间切换要计数的像素数，并且可以改变计数值的数据大小。
应注意，像素驱动器210在四个像素和两个像素之间切换要计数的像素数量，但不限于该配置，并且例如，可以切换到一个像素、三个像素等。
如上所述，根据本技术的第十实施方式，计数器411对像素块300中的四个像素之中的设定数量的像素的脉冲信号的逻辑和进行计数，从而可改变计数值的数据大小。
<11.移动体的应用实例>
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实现为安装在任何类型的移动主体(诸如汽车、电动车辆、混合电动车辆、摩托车、自行车、个人移动器、飞机、无人机、船舶以及机器人)上的装置。
图37是描绘作为可以应用根据本公开的实施方式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的实例的框图。
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37所示的示例中，车辆控制系统12000包括驱动系统控制部12010、车身系统控制部12020、车外信息检测部12030、车内信息检测部12040以及综合控制部12050。另外，作为综合控制单元12050的功能结构，例示了微型计算机12051、声音/图像输出部12052、车载网络接口(I/F)12053。
驱动系统控制部12010根据各种程序控制与车辆的驱动系统相关的装置的操作。例如，驱动系统控制部12010用作用于产生车辆的驱动力的驱动力产生装置(诸如内燃机、驱动电机等)、用于将驱动力传递到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、用于产生车辆的制动力的制动装置等的控制装置。
车身系统控制部12020根据各种程序来控制设置在车身上的各种装置的操作。例如，车身系统控制部12020用作用于无钥匙进入系统、智能钥匙系统、电动车窗装置或诸如前照灯、后备灯、制动灯、转向信号、雾灯等的各种灯的控制装置。在这种情况下，从作为按键的替代物的移动装置发送的无线电波或各种开关的信号可以被输入到车身系统控制部12020。车身系统控制部12020接收这些输入的无线电波或信号，并且控制车辆的门锁装置、电动车窗装置、灯等。
车外信息检测部12030检测包含车辆控制系统12000的车外的信息。例如，在车外信息检测部12030上连接有成像部分12031。车外信息检测部12030使成像部分12031拍摄车外的图像，并接收该拍摄图像。另外，车外信息检测部12030也可以基于接收到的图像，进行检测人、车辆、障碍物、标志、路面上的文字等物体的处理、或者检测其距离的处理等。
成像部分12031是接收光并且输出对应于接收到的光的光量的电信号的光学传感器。成像部分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。此外，成像部分12031接收的光可以是可见光，或者可以是诸如红外线等不可见光。
车内信息检测部12040检测关于车辆内部的信息。车内信息检测部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例如包括拍摄驾驶员的相机。基于从驾驶员状态检测部12041输入的检测信息，车内信息检测部12040可以计算驾驶员的疲劳度或驾驶员的集中度，或者可以确定驾驶员是否打瞌睡。
微型计算机12051可以基于由车外信息检测部12030或车内信息检测部12040获得的关于车辆内部或外部的信息来计算驱动力生成装置、转向机构或制动装置的控制目标值，并且向驱动系统控制部12010输出控制命令。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，该功能包括用于车辆的防碰撞或减震、基于跟随距离的跟随驾驶、维持驾驶的车辆速度、车辆碰撞的警告、车辆与车道的偏离的警告等。
另外，微型计算机12051通过基于由车外信息检测部12030或车内信息检测部12040获取的关于车外或车内信息的信息来控制驱动力产生装置、转向机构、制动装置等，可以进行用于自动驾驶的协作控制，这使得车辆不依赖于驾驶员的操作等而自主行驶。
另外，微型计算机12051可以基于由车外信息检测部12030获得的关于车外的信息，将控制命令输出到车身系统控制部12020。例如，微型计算机12051可以通过根据由车外信息检测部12030检测的前方车辆或对面车辆的位置，控制前照灯以从远光改变到近光，来执行旨在防止眩光的协作控制。
声音/图像输出部12052向能够视觉或听觉地向车辆的乘员或车辆外部通知信息的输出装置发送声音和图像中的至少一方的输出信号。在图37的实例中，音频扬声器12061、显示部12062和仪表板12063被示出为输出装置。例如，显示部12062可以包括板上显示器和平视显示器中的至少一个。
图38是示出成像部分12031的安装位置的实例的示图。
在图38中，成像部分12031包括成像部分12101、12102、12103、12104和12105。
成像部分12101、12102、12103、12104和12105例如设置在车辆12100的前鼻、侧视镜、后保险杠和后门上的位置以及车辆内部挡风玻璃的上部的位置上。设置在车辆内部内的前鼻部的成像部分12101和设置在挡风玻璃的上部的成像部分12105主要获得车辆12100的前方的图像。设置到侧视镜的成像部分12102和12103主要获得车辆12100的侧面的图像。设置到后保险杠或后门的成像部分12104主要获得车辆12100的后部的图像。设置在车辆内部内的挡风玻璃的上部的成像部分12105主要用于检测前方车辆、行人、障碍物、信号、交通标志、车道等。
需注意，图38描述了成像部分12101至12104的成像范围的实例。成像范围12111表示设置到前鼻的成像部分12101的成像范围。成像范围12112和12113分别表示设置到侧视镜的成像部分12102和12103的成像范围。成像范围12114表示设置到后保险杠或后门的成像部分12104的成像范围。例如，通过叠加由成像部分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。
成像部分12101至12104中的至少一个可以具有获得距离信息的功能。例如，成像部分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位差检测的像素的成像元件。
例如，微型计算机12051可以基于从成像部分12101至12104获得的距离信息确定在成像范围12111至12114内到每个三维物体的距离以及该距离的时间变化(相对于车辆12100的相对速度)，并由此，提取存在于车辆12100的行驶路径上、以与车辆12100大致相同的方向以预定的速度(例如0km/小时以上)行驶的最近的三维物体来作为前方车辆。另外，微型计算机12051可以事先设定跟随距离以保持在前行车辆的前方，并且执行自动制动控制(包括跟随停止控制)、自动加速控制(包括跟随起动控制)等。因此，可以执行用于自动驾驶的协作控制，该自动驾驶使车辆不依赖于驾驶员的操作等而自主行驶。
例如，微型计算机12051可以基于从成像部分12101至12104获得的距离信息将与三维物体有关的三维物体数据分类为二轮车、标准车辆、大型车辆、行人以及其他三维物体(诸如电线杆)的三维物体数据，提取分类的三维物体数据，并且将所提取的三维物体数据用于自动躲避障碍物。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和车辆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风险的碰撞风险。在碰撞风险等于或高于设定值并且因此存在碰撞可能性的情况下，微型计算机12051经由音频扬声器12061或显示部12062向驾驶员输出警告，并且经由驱动系统控制部12010执行强制减速或躲避转向。微型计算机12051可以由此辅助驾驶以避免碰撞。
成像部分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例如可以通过确定在成像部分12101至12104的拍摄图像中是否存在行人来识别行人。行人的这种识别例如通过提取作为红外照相机的成像部分12101至12104的成像图像中的特征点的过程以及通过对表示物体的轮廓的一系列特征点执行图案匹配处理来确定是否是行人的过程来执行。当微型计算机12051确定在成像部分12101到12104的成像图像中存在行人并因此识别出行人时，声音/图像输出部12052控制显示部12062，使得用于强调的正方形轮廓线被显示为叠加在识别出的行人上。此外，声音/图像输出部12052还可以控制显示部12062，使得在期望位置处显示表示行人的图标等。
上面已经描述了可以应用根据本公开的技术的车辆控制系统的实例。例如，根据本公开的技术可以应用于上述配置中的成像部分12031。具体而言，图3中的固态成像元件200可以应用于成像部分12031。通过将根据本公开的技术应用于成像部分12031，可以在不添加传感器的情况下执行距离测量，从而可以降低车辆控制系统的电力消耗和成本。
应注意，上述实施方式描述了用于体现本技术的实例，并且实施方式中的事项和指定权利要求中的事项的本发明具有对应关系。类似地，在权利要求中指定事项的发明和在本技术的实施方式中由与指定事项的发明相同的名称表示的事项具有对应关系。然而，本技术不限于实施方式，并且在不背离其主旨的情况下，可以通过对实施方式做出各种修改来体现。
此外，在上述实施方式中描述的处理过程可被视为包括这些一系列过程的方法，并且可被视为用于使计算机执行这些一系列过程的程序或者存储该程序的记录介质。作为该记录介质，例如，可以使用压缩光盘(CD)、迷你光盘(MD)、数字通用光盘(DVD)、存储卡、蓝光(注册商标)光盘等。
应注意，在本说明书中描述的效果仅是示例并且不受限制，并且可以提供其他效果。
应注意，本技术还可以具有以下配置。
(1)一种感测系统，包括：
发光部，与具有比预定竖直同步信号高的频率的发光控制信号同步地发射照射光；
预定数量的像素，每个像素均通过光电转换生成脉冲信号；以及
计数部，与发光控制信号和竖直同步信号中的每一者同步地对脉冲信号的数量进行计数。
(2)根据(1)的感测系统，其中，计数部包括：
第一计数器，与发光控制信号同步地对脉冲信号进行计数；以及
第二计数器，与竖直同步信号同步地对脉冲信号进行计数。
(3)根据(1)的感测系统，其中，
计数部包括：
第一计数器，顺序执行以下处理：与发光控制信号同步地对脉冲信号进行计数，并且与竖直同步信号同步地对脉冲信号进行计数；以及
第二计数器，与竖直同步信号同步地对脉冲信号进行计数。
(4)根据(3)的感测系统，其中，
其中布置预定数量的像素的像素阵列部被划分为多个像素块；
计数部被布置在每个像素块中；并且
第一计数器对来自像素块中的相应像素的脉冲信号的逻辑和进行计数。
(5)根据(4)的感测系统，其中，在每个像素块中布置四个第一计数器中的和五个第二计数器中的。
(6)根据(4)的感测系统，其中，八个第一计数器和一个第二计数器布置在每个像素块中。
(7)根据(3)的感测系统，其中，
其中布置预定数量的像素的像素阵列部被划分为多个像素块；
多个像素块中的每个像素块被划分为多个区域；
计数部被设置成与多个区域中的每个区域对应；并且
第一计数器对来自对应区域中的相应像素的脉冲信号的逻辑和进行计数。
(8)根据(7)的感测系统，其中，
九个像素布置在所述多个区域中的每个区域中。
(9)根据(7)的感测系统，其中，
四个像素布置在多个区域中的每个区域中。
(10)根据(7)至(9)中任一项的感测系统，其中，
四个区域被布置在像素块中。
(11)根据(7)至(9)中任一项的感应系统，其中，
两个区域被布置在像素块中。
(12)根据(7)至(9)中任一项的感应系统，其中
第一计数器对像素块中的像素之中的设定数量的像素的相应脉冲信号的逻辑和进行计数。
(13)根据(1)的感测系统，其中，
计数部包括预定数量的计数器，计数器顺序地执行以下处理：与发光控制信号同步地对脉冲信号进行计数，并且与竖直同步信号同步地对脉冲信号进行计数。
(14)根据(13)的感测系统，其中，
计数部包括所述计数器中的九个计数器。
(15)根据(13)的感测系统，其中，
计数部包括四个计数器。
(16)根据(13)至(15)中任一项的感测系统，还包括：
像素驱动器，提供使能信号，在使能信号中，多个设定值的每个设定值被顺序地设置为与发光控制信号的相位差；其中，
计数器与使能信号同步地提供脉冲信号。
(17)一种距离测量系统，包括：
发光部，与具有比预定竖直同步信号高的频率的发光控制信号同步地发射照射光；
预定数量的像素，每个像素均通过光电转换产生脉冲信号；
计数部，与发光控制信号和竖直同步信号中的每一者同步地对脉冲信号的数量进行计数；以及
距离测量部，其基于计数部的计数值来测量与物体的距离。
(18)一种感测系统，包括：
发光部，基于发光控制信号发射照射光；
多个像素，每个像素均通过光电转换生成脉冲信号；以及
计数部，对多个像素的脉冲信号的数量进行计数；其中，
计数部包括多个计数器和输出目的地控制电路，输出目的地控制电路连接在多个像素和多个计数器之间，接收来多个像素输出的多个脉冲信号，并且将多个脉冲信号分配至多个任意计数器，
多个像素设置在第一芯片中；并且
输出控制电路和计数部设置在第二芯片中。
附图标记列表
100 距离测量系统
105 微透镜
110 发光部
120 驱动器
130 控制器
140 处理器
150 应用处理器
200 固态成像元件
201 像素芯片
202 电路芯片
210 像素驱动器
220 竖直扫描电路
230 像素阵列部
240 列缓冲器
250 信号处理电路
260 输出部
300 像素块
310、321至328像素
311 SPAD
312 电阻器
313：反相器
330 计数部
331至343、411至414、421、431、441计数器
351至363开关
370 输出目的地控制电路
371至380或(逻辑和)门
381至389与(逻辑积)门
391至399选择器
410 0度区域
420 90度区域
430 180度区域
440 270度区域
12031 成像部分。

Claims (18)

1.一种感测系统，包括：
发光部，与具有比预定竖直同步信号高的频率的发光控制信号同步地发射照射光；
预定数量的像素，每个像素均通过光电转换生成脉冲信号；以及
计数部，与所述发光控制信号和所述竖直同步信号中的每一者同步地对所述脉冲信号的数量进行计数。
2.根据权利要求1所述的感测系统，其中，
所述计数部包括：
第一计数器，与所述发光控制信号同步地对所述脉冲信号进行计数；以及
第二计数器，与所述竖直同步信号同步地对所述脉冲信号进行计数。
3.根据权利要求1所述的感测系统，其中，
所述计数部包括：
第一计数器，顺序执行以下处理：与所述发光控制信号同步地对所述脉冲信号进行计数，以及与所述竖直同步信号同步地对所述脉冲信号进行计数；以及
第二计数器，与所述竖直同步信号同步地对所述脉冲信号进行计数。
4.根据权利要求3所述的感测系统，其中，
布置有所述预定数量的像素的像素阵列部，被划分为多个像素块；
所述计数部被布置在每个像素块中；并且
所述第一计数器对来自所述像素块中的相应像素的所述脉冲信号的逻辑和进行计数。
5.根据权利要求4所述的感测系统，其中，在每个像素块中布置四个所述第一计数器和五个所述第二计数器。
6.根据权利要求4所述的感测系统，其中，在每个像素块中布置八个所述第一计数器和一个所述第二计数器。
7.根据权利要求3所述的感测系统，其中，
布置有所述预定数量的像素的像素阵列部，被划分为多个像素块；
所述多个像素块中的每个像素块被划分为多个区域；
所述计数部被设置成与所述多个区域中的每个区域对应；并且
所述第一计数器对来自相应区域中的相应像素的所述脉冲信号的逻辑和进行计数。
8.根据权利要求7所述的感测系统，其中，
在所述多个区域中的每个区域中布置九个像素。
9.根据权利要求7所述的感测系统，其中，
在所述多个区域中的每个区域中布置四个像素。
10.根据权利要求7所述的感测系统，其中，
在所述像素块中布置四个区域。
11.根据权利要求7所述的感测系统，其中，
在所述像素块中布置两个区域。
12.根据权利要求7所述的感测系统，其中，
所述第一计数器对所述区域中的所述像素中的设定数量的像素的相应脉冲信号的逻辑和进行计数。
13.根据权利要求1所述的感测系统，其中，
所述计数部包括预定数量的计数器，所述计数器顺序地执行以下处理：与所述发光控制信号同步地对所述脉冲信号进行计数，以及与所述竖直同步信号同步地对所述脉冲信号进行计数。
14.根据权利要求13所述的感测系统，其中，
所述计数部包括九个计数器。
15.根据权利要求13所述的感测系统，其中，
所述计数部包括四个计数器。
16.根据权利要求13所述的感测系统，还包括：
像素驱动器，提供使能信号，在所述使能信号中，多个设定值的每个设定值被顺序地设置为与所述发光控制信号的相位差；其中，
所述计数器与所述使能信号同步地提供所述脉冲信号。
17.一种距离测量系统，包括：
发光部，与具有比预定竖直同步信号高的频率的发光控制信号同步地发射照射光；
预定数量的像素，每个像素均通过光电转换产生脉冲信号；
计数部，与所述发光控制信号和所述竖直同步信号中的每一者同步地对所述脉冲信号的数量进行计数；以及
距离测量部，基于所述计数部的计数值来测量与物体的距离。
18.一种感测系统，包括：
发光部，基于发光控制信号发射照射光；
多个像素，每个像素均通过光电转换生成脉冲信号；以及
计数部，对所述多个像素的所述脉冲信号的数量进行计数；其中，
所述计数部包括多个计数器和输出目的地控制电路，所述输出目的地控制电路连接在所述多个像素和所述多个计数器之间，接收来自所述多个像素输出的多个脉冲信号，并且将所述多个脉冲信号分配至多个任意计数器；
所述多个像素设置在第一芯片中；并且
所述输出控制电路和所述计数部设置在第二芯片中。
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