CN118160320A - 成像元件及测距装置 - Google Patents

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Abstract

成像元件包括光源(1)和多个像素(30)。像素(30)包括受光元件(31)、第一电容(37)以及电荷释放装置(34)，所述电荷释放装置(34)设置在各像素(30)内，在受光元件(31)检测到由光源(1)照射并由被拍摄物体反射后的光的情况下，所述电荷释放装置(34)向第一电容(37)以一定时间ΔT释放电荷。

Description

成像元件及测距装置
技术领域
本公开涉及一种成像元件及测距装置。
背景技术
目前存在使用包括多个单光子雪崩二极管(SPAD，Single Photon AvalancheDiode)的受光阵列来测定到被拍摄物体的距离的测距装置或测距系统。
例如，专利文献1的测距装置包括控制部和距离计算部。控制部确定实施距离测定的距离范围，并将与该距离范围相对应的时间范围分割成多个区间。控制部控制测距装置，以便按照每个时间范围进行脉冲光的射出和受光部的曝光。然后，距离计算部根据受光部的曝光结果来计算到被拍摄物体的距离。此时的测距精度由发光部照射的脉冲光的脉冲宽度决定。
专利文献1：日本专利第691()()10号公报
发明内容
-发明要解决的技术问题-
然而，在如专利文献1那样的测距装置中，有时会在一个曝光期间内照射多次脉冲光并使用进行光子计数的受光部，该光子计数对由被拍摄物体反射后的光(光子)进行计数。在这样的受光部中，在像素内具备电容，与接收到的光子数相对应的电荷量蓄积在电容中。
在这样的受光部中，由于与光子计数值相对应的实际物理量(电荷量)的非线性压缩率不足，因此在背景光很强的环境下，难以进行高动态范围的光子计数。
本公开的目的在于：提供一种能够进行高动态范围的光子计数的成像元件及测距装置。
-用于解决技术问题的技术方案-
为了解决上述技术问题，本公开的一个实施方式所涉及的成像元件包括多个像素，各所述像素包括：受光元件；第一蓄电元件；以及电荷释放装置，所述电荷释放装置设置在各所述像素内，在所述受光元件检测到由光源照射并由被拍摄物体反射后的光的情况下，所述电荷释放装置向所述第一蓄电元件以一定时间释放电荷。
-发明的效果-
根据本公开，能够进行高动态范围的光子计数。
附图说明
图1是示出第一实施方式所涉及的像素的结构的方框图；
图2是用于说明第一实施方式所涉及的电荷释放装置的动作原理的图；
图3是第一实施方式所涉及的电荷释放装置的电势图的简图；
图4是示出第一实施方式所涉及的受光传感器的结构的方框图；
图5是用于说明构成在第一实施方式所涉及的像素中的电路例的图；
图6是与第一实施方式所涉及的像素的一个帧期间内的测距动作相关的时序图；
图7是示出第二实施方式所涉及的测距装置的整体结构的一例的方框图；
图8是用于说明第二实施方式所涉及的测距装置的距离测定原理的图；
图9是用于说明第二实施方式所涉及的子范围图像的生成方法的图；
图10是与第二实施方式所涉及的像素的一个帧期间内的测距动作相关的时序图。
具体实施方式
下面，基于附图对本发明的实施方式进行详细的说明。以下对优选实施方式的说明在本质上仅为示例而已，并没有对本发明、其应用对象或其用途加以限制的意图。
(第一实施方式)
-像素的结构-
图1是示出第一实施方式所涉及的像素的结构的方框图。图1所示的像素30布置在下述的测距装置的受光传感器2(成像元件)中。
如图1所示，像素30包括受光元件31、复位晶体管32、光子计数控制电路33、电荷释放装置34、源极跟随晶体管35、选择晶体管36以及第一电容37(第一蓄电元件)。需要说明的是，复位定时控制装置38及电荷供给装置39布置在像素30的外部。
受光元件31例如是SPAD或雪崩光电二极管(APD)等光电二极管(PD)。
复位晶体管32的源极(或漏极)与复位定时控制装置38的输出端子连接，其漏极(或源极)与受光元件31的阴极端子及光子计数控制电路33的输入端子连接，在其栅极接收复位信号VRST。复位定时控制装置38向复位晶体管32供给电压，该电压用于供复位晶体管32对受光元件31等进行复位。
光子计数控制电路33的输出端子与电荷释放装置34的输入端子连接。光子计数控制电路33根据来自受光元件31的阴极端子的输出，进行光子计数动作，并从输出端子输出其结果。例如，在受光元件31检测到光(光子)的情况下，光子计数控制电路33向电荷释放装置34输出脉冲电压。
电荷释放装置34接收来自光子计数控制电路33及电荷供给装置39的信号，并向浮动扩散部FD输出电荷。例如，在光子计数控制电路33输出了脉冲电压的情况下，电荷释放装置34向FD输出规定的电荷。电荷供给装置39向电荷释放装置34供给用于输出的电荷。
源极跟随晶体管35在其源极(或漏极)接收像素电源偏压信号Vc，源极跟随晶体管35的漏极(或源极)与选择晶体管36的源极(或漏极)连接，源极跟随晶体管35的栅极与FD连接。
选择晶体管36的漏极(或源极)与输出线26连接，选择晶体管36在其栅极接收选择信号VSEL。
第一电容37的一端与FD连接，第一电容37的另一端与接地电压(接地)连接。第一电容37将由电荷释放装置34输出至FD的电荷蓄积起来。
在选择晶体管36成为导通状态的情况下，源极跟随晶体管35将与蓄积在第一电容37中的电荷相应的像素信号输出至输出线26。
此处，将专利文献1中的、FD的电容设为CF，将蓄积用电容的电容设为CM，将蓄积用电容的电容与这两者的总容量之比设为rM＝CM/(CF+CM)，且假设在检测到各光子时向FD传输饱和电荷量Q0，则在检测到第i个光子时追加蓄积在蓄积用电容中的电荷量为rM iQ0。因此，在检测到m个光子的情况下蓄积在蓄积用电容中的总电荷量为：
[数学式1]
此处，rM越接近1，越能够得到高的光子计数值。但是，在像素尺寸为5μm左右的、在实际应用上能够实现高分辨率的条件下，rM的极限值为rM＝0.9，能够蓄积在像素内的光子数的最高计数值止步于15左右。
在本实施方式中，为了得到光子数从最小计数值1到30左右的这种高动态范围，优选使从电荷释放装置34向FD输出的电荷量少。然而，从电荷释放装置34向FD输出的电荷量的最小值是由对第一电容37进行充放电时产生的kTC噪声所规定的，作为典型值，C＝15fF，在室温下约为63个电子。在本实施方式中，在将有效S/N比假定为2的情况下，输出像素信号所需的电荷量约为125个电子。在每次进行光子计数时都对如此微小的电荷量进行蓄积控制的情况下，电荷释放装置34需要具备使(1)微小电流(典型地为10nA)以(2)超短时间(典型地为2ns)流过的精密电路。不过，考虑到在量产工序中产生的寄生分量的偏差，想要实现同时满足(1)和(2)是极其困难的。对此，如果能够使微小电流流入第一电容37，按照光子计数值的增量将一定比率的电荷量蓄积在第一电容37中(使其减少)，则在高计数值区域中信号电荷量被压缩，因此不需要改变实际电压值，就能够将成像元件的动态范围扩大到较高的值。
图2是用于说明第一实施方式所涉及的电荷释放装置的动作原理的图。电荷释放装置34例如是源极(或漏极)与电容(此处设为第二电容343)连接、漏极(或源极)与第一电容37连接的MOSFET。通过预先向第二电容343充电一定量的电荷，使MOSFET工作在亚阈值区，从而电荷释放装置34向漏极(第一电容37)输出微小电流。例如，每当受光元件31检测到一个光子、在MOSFET的栅极被施加规定的偏置电压时，电荷释放装置34从源极向漏极以一定时间释放电荷。
图3是第一实施方式所涉及的电荷释放装置34的电势图的简图。在图2中，n、k是表示从初始状态开始计算的从第二电容343释放的电子数的参数。在图2中，将处于从第二电容343释放了k个电子的状态下的、在栅极被施加了规定的偏置电压时的MOSFET的状态称为Sk。将MOSFET处于状态Sk时的从第二电容343释放电荷的平均释放率设为λk。将第二电容343在一个电荷都没有释放的初始状态S0下的平均释放率设为λ0。此时，如果MOSFET的源极处于浮置状态、且在沟道被施加规定的偏置电压，则MOSFET处于状态Sk时的源极-沟道之间的电压势垒比初始状态高Vk＝kq/CF。因此，考虑到玻尔兹曼因子，此时的电荷释放率为：
[数学式2]
此处，假设每当受光元件31检测到1个光子时，在电荷释放装置34的栅极以一定时间ΔT被施加规定的偏置电压。如果将当受光元件31检测到第一个光子时从电荷释放装置34的源极向漏极释放的电荷数设为k(1)个，则释放k(1)个电子所需的时间tk(1)＝ΔT，因此，
[数学式3]
同样，如果将检测到第m个光子时释放的电荷数设为k(m)个，则有
[数学式4]
因此，根据动作的设定条件，在对m个光子进行计数的期间中，从电荷释放装置34的源极向漏极释放电荷的期间为m·ΔT。于是，通过求从tk(1)到tk(m)的总和，电荷释放装置34的电荷释放数的函数为：
[数学式5]
然后，如果对式(4)求解k(m)，则有
[数学式6]
MOSFET的电荷释放量为光子计数值的函数。由式(5)可知，在电荷释放装置34中，电荷释放量k(m)相对于光子计数值m呈对数关系被压缩。因此，相对于m的值而言，k(m)的增加被抑制，能够进行高m值的计数。
图3示出第一实施方式所涉及的电荷释放装置的光子计数值与电荷释放量之间的关系。在图3中，在第二电容343的电容为CF＝15fF、时间ΔT＝10ns、初始偏置电流为1μA的情况下，将电荷释放量k(m)和各计数值的时间ΔT内从电荷释放装置34释放的电荷量k(m)-k(m-1)作为计数值m的函数来表示。如上所述，k(m)相对于m呈对数关系增加。根据CF＝15fF的值，电荷量k(m)-k(m-1)与噪声底限在m＝35以上处交叉。取一定的余量，在本实施例中，能够进行m＝30为止的计数，实现了以往的两倍的动态范围。
-受光传感器的结构-
图4是示出第一实施方式所涉及的受光传感器的结构的方框图。如图4所示，受光传感器2包括偏压产生电路20、像素阵列21、读出电路22、水平输出电路23、垂直驱动电路24以及传感器定时发生器25。
偏压产生电路20供给驱动受光传感器2所需的偏压信号(详情省略)。需要说明的是，也可以构成为从外部供给偏压信号。
像素阵列21包括布置成阵列状的多个像素30。多个像素30按照每行被供给选择信号VSEL、复位信号VRST、PD偏压控制信号VD、电荷充电信号VI、充电控制信号VR、像素电源偏压信号Vc以及反相器偏压信号VINV。各像素30根据被供给的选择信号VSEL、复位信号VRST、PD偏压控制信号VD、电荷充电信号VI、充电控制信号VR、像素电源偏压信号Vc以及反相器偏压信号VINV，将表示检测结果的像素信号输出至输出线26。
读出电路22包括多个列电路221。列电路221包括放大器和AD转换器，且设置在多个像素30的每一列上。读出电路22通过列电路221读出从各像素30经由输出线26输出的信号。
水平输出电路23将从读出电路22输出后的信号作为输出信号依次输出。
垂直驱动电路24生成选择信号VSEL、复位信号VRST、PD偏压控制信号VD、电荷充电信号VI、充电控制信号VR、像素电源偏压信号Vc以及反相器偏压信号VINV，并在规定的时刻输出至各像素30。
传感器定时发生器25输出表示水平输出电路23及垂直驱动电路24的驱动定时的驱动定时信号。
-关于构成在像素中的电路例-
图5(a)是示出构成在第一实施方式所涉及的像素中的电路例的图。图5(a)是构成在图1的像素中的电路的一例。如图5所示，像素30包括受光元件31、复位晶体管32、反向放大器晶体管331、负载晶体管332、充电用晶体管341、电荷释放源晶体管342、第二电容343(第二蓄电元件)、源极跟随晶体管35、选择晶体管36以及第一电容37。图1中的光子计数控制电路33由反向放大器晶体管331及耗尽型晶体管332构成。图1中的电荷释放装置34由充电用晶体管341、电荷释放源晶体管342及第二电容343构成。
受光元件31在其阳极端子被输入规定的电压。在曝光时，复位晶体管32成为导通状态，复位晶体管32的漏极(PD偏压控制信号VD)与受光元件31的阳极端子之间的电压被保持在规定的击穿电压以上。另一方面，在非曝光时，复位晶体管32的漏极(PD偏压控制信号VD)被设定为0V，作为源极发挥作用，受光元件31的阴极端子与阳极端子之间的电压被设定为击穿电压以下。由此，在非曝光时，即使光子入射到受光元件31上，也不会产生盖革模式脉冲。
反向放大器晶体管331的源极(或漏极)与负载晶体管332的漏极(或源极)及电荷释放源晶体管342的栅极连接，反向放大器晶体管331的漏极与接地电压(接地)连接，反向放大器晶体管331的栅极与复位晶体管32的漏极(或源极)及受光元件31的阴极端子连接。
负载晶体管332在其源极(或漏极)接收反相器偏压信号VINV。反向放大器晶体管331通过将耗尽型晶体管332作为负载而构成反向放大器(反相器)。
充电用晶体管341在其源极(或漏极)接收电荷充电信号VI，在其栅极接收充电控制信号VR，充电用晶体管341的漏极(或源极)与电荷释放源晶体管342的源极(或漏极)及第二电容343的一端连接。电荷释放源晶体管342的漏极(或源极)与FD(图中未明示)及和该FD并联连接的第一电容37(CM)连接。第二电容343的另一端与接地电压连接。充电用晶体管341根据充电控制信号VR，将第二电容343充电至规定的电压。
此处，如果在曝光时一个光子入射到受光元件31上，通过雪崩倍增而产生盖革模式脉冲，则受光元件31的阴极端子的电压会瞬间降低。然后，在经过时间常数RP·CS(CS为受光元件31和布线的电容、RP为复位晶体管32的沟道及布线的总电阻(相当于猝灭电阻))后，受光元件31的阴极端子的电压自动恢复为从复位晶体管32的源极(PD偏压控制信号VD)供给的电压(参照图5(b))。也就是说，受光元件31进行自猝灭(self quenching)且自恢复的动作。通过将该受光元件31的阳极端子的电压输入至反相器(光子计数控制电路33：反向放大器晶体管331及耗尽型晶体管332)，从而反相器生成矩形波信号，该矩形波信号具有由反相器的阈值决定的一定时间ΔT的宽度(参照图5(c))。具体而言，通过将受光元件31的阳极端子的电压输入至反向放大器晶体管331的栅极，从而上述矩形波信号被输出至电荷释放源晶体管342的栅极。也就是说，一定时间ΔT以a为参数，确定为：
[数学式7]
ΔT＝a·RP·CS 式(6)。
也就是说，在像素30内，构成有由电容CS、电阻RP及反相器生成以一定时间ΔT成为高电压的矩形波信号的电路。通过将该矩形波信号输入至电荷释放源晶体管342的栅极，从而电荷释放源晶体管342以一定时间ΔT成为导通状态。也就是说，当受光元件31接收到光子时，电荷释放源晶体管342以一定时间ΔT的期间从被充电为规定的电压的第二电容343向第一电容37释放电子。
此处，通过设定成第二电容343的充电电压处于电荷释放源晶体管342的亚阈值电压以下，从而能够将电荷释放源晶体管342的电荷释放率设定为由式(1)表示的状态。由此，在像素30中，对于光子计数m，能够得到遵循式(5)的电荷蓄积量k(m)，因此光子计数值能够得到高达30左右的值。与该电荷蓄积量相对应的电压被源极跟随晶体管35及选择晶体管36从像素30中读出，并被列放大电路40(反对数转换电路)放大并输出。在列放大电路40中构成有反对数转换电路，该反对数转换电路将与由式(5)表示的电荷量相对应的电压作为相对于光子计数m呈线性的函数输出。
-关于像素的动作-
图6示出与第一实施方式所涉及的像素的一个帧期间内的测距动作相关的时序图。在图6中，从上方开始依次分别示出：复位信号VRST、PD偏压控制信号VD、电荷释放源晶体管342的栅极电压VEG、充电控制信号VR、电荷充电信号VI、第二电容343的充电电压VCF以及第一电容的充电电压VCM。需要说明的是，光源1的驱动信号是由接收到来自定时信号发生器4的信号的垂直驱动电路24生成的。另外，假设在受光元件31曝光时，复位晶体管32在源极接收的PD偏压控制信号VD被输入至受光元件31的阴极端子，由该PD偏压控制信号VD与被输入至受光元件31的阳极端子的规定的电压之间的差所产生的电压超过击穿电压1V左右，受光元件31偏置到盖革模式。
在初始时刻t0，复位信号VRST成为高电平(H)，复位晶体管32成为导通状态。另外，PD偏压控制信号VD成为低电平(L)，因此受光元件31的阴极端子的电压及反向放大器晶体管331的栅极电压成为低电平。此时，反向放大器晶体管331(反相器)将高电平的电压输出至电荷释放源晶体管342的栅极。由此，电荷释放源晶体管342成为导通状态。另外，充电控制信号VR及电荷充电信号VI成为高电平。由此，充电用晶体管341成为导通状态，第一电容37及第二电容343被充电为高电平(H’)。此时，第一电容37及第二电容343被充电为比在时刻t1以后设定的电荷充电信号VI的中间电平高0.5～1.0V左右的电压。
在时刻t1，PD偏压控制信号VD成为高电平，受光元件31的阴极端子的电压及反向放大器晶体管331的栅极电压成为高电平。由此，受光元件31能够对光进行接收。此时，反向放大器晶体管331(反相器)将低电平的电压输出至电荷释放源晶体管342的栅极，因此电荷释放源晶体管342成为截止状态。因此，第一电容37维持高电平的电压，直到受光元件31检测到光子为止。另外，电荷充电信号VI成为中间电压即中间电平(M)，第二电容343被充电为中间电平。
在时刻t2，复位信号VRST及电荷充电信号VI成为低电平，受光元件31、第一电容37及第二电容343的初始化完成。
在时刻t3，复位信号VRST成为高电平，复位晶体管32成为导通状态。由此，高电平的电压施加在受光元件31的阴极端子，因此成为在受光元件31的阴极端子与阳极端子之间施加了比击穿电压高的电压的状态，曝光开始。
在本实施方式中，曝光期间是从时刻t3开始到t10为止的期间。在图6中，在即将到达时刻t4、t6、t8之前，受光元件31检测到一个光子。在时刻t4、t6、t8，受光元件31在接收到一个光子后，产生盖革模式脉冲，并进一步进行自猝灭且自恢复，由此输出图5(b)的矩形信号。然后，反向放大器晶体管331(反相器)遵循式(6)输出一定时间ΔT的矩形脉冲(图5(c))。由此，栅极电压VEG以一定时间ΔT成为高电平，电荷释放源晶体管342以一定时间ΔT成为导通状态。由此，在各期间t4～t5、t6～t7、t8～t9内，电荷释放源晶体管342遵循式(5)从第二电容343向第一电容37释放电子。因此，第二电容343的充电电压VCF的电压逐渐升高，第一电容的充电电压VCM逐渐降低。各期间t4～t5、t6～t7、t8～t9的电压变化如式(5)所示，相对于光子数呈对数关系(非线性)变化。
在时刻t10，复位信号VRST及PD偏压控制信号VD成为低电平，曝光期间结束。然后，移动到读出期间，在全部像素的读出结束后，移动到下一帧。
(第二实施方式)
-测距装置的整体结构-
图7是示出第二实施方式所涉及的测距装置的整体结构的一例的方框图。如图7所示，本实施方式所涉及的测距装置包括光源1、受光传感器2、信号处理装置3以及定时信号发生器4。需要说明的是，作为受光传感器2，使用第一实施方式的成像元件(受光传感器2)。
受光传感器2接收由光源1照射并由被拍摄物体反射后的光。受光传感器2将表示受光结果的输出信号输出至信号处理装置3。
信号处理装置3根据从受光传感器2接收到的信号，计算到被拍摄物体的距离。信号处理装置3输出表示计算结果的信号。
定时信号发生器4向光源1、受光传感器2以及信号处理装置3输出表示光源1、受光传感器2以及信号处理装置3各自的驱动定时的信号。具体而言，定时信号发生器4输出相位与受光传感器2的帧率同步的信号，使得光源1、受光传感器2以及信号处理装置3进行全像素同时成像(全局快门)动作。需要说明的是，定时信号发生器4所输出的信号的频率也可与彼此不同。
-关于子范围图像-
图8是用于说明第二实施方式所涉及的测距装置的距离测定原理的图。第二实施方式所涉及的测距装置能够生成子范围(SR)图像SR1～SR5、以及由子范围图像SR1～SR5组成的全范围(FR)图像FR1。需要说明的是，在以下说明中，对于与上述实施方式相同的结构标注相同的符号，有时省略详细的说明。
例如，飞行时间(从光自光源1照射出开始，到由被拍摄物体反射并回到受光传感器2为止的时间)根据从光源1到被拍摄物体之间的距离而不同。通过基于飞行时间来设定受光传感器2的曝光时间，能够检测处于规定的距离上的被拍摄物体。
在第二实施方式中，各子范围内的曝光时间被设定为从光源发光开始延迟了以下距离的往复飞行时间后的时刻：该距离是从光源到相当于该子范围的前后方的子范围(例如，在子范围图像SR3的情况下，是子范围图像SR2、SR4)之间的中央位置为止的距离。通过反复以曝光时间进行曝光(对返回的光(光子)进行计数)，能够得到与各子范围相对应的位置上的光子计数值。在计数值超过一定阈值的情况下，受光传感器2认为存在被拍摄物体，输出规定的输出电平的信号，并生成该子范围的图像。另外，受光传感器2通过将得到的多个子范围图像(在图8中，是子范围图像SR1～SR5)重合，从而生成全范围图像FR1。
图9是用于说明第二实施方式所涉及的子范围图像的生成方法的图。在图9中，示出了子范围图像SR3的生成时刻。
如图9所示，在第二实施方式中，在从光源1发射光(脉冲)开始延迟了时间τ3(测距期间)后的时刻，产生曝光+曝光结束脉冲(上升相当于曝光开始、下降相当于曝光结束的脉冲)，该时间T3相当于与子范围图像SR3相对应的飞行时间。也就是说，在生成子范围图像SR3的情况下，受光传感器2在曝光+曝光结束脉冲为高电平的期间进行曝光。为了制作子范围图像SR3，受光传感器2将该曝光动作进行多次(在本实施例中为n次)，并对由被拍摄物体反射回来的光子数进行计数。
此处，在如子范围图像SR1、SR2、SR3那样到被拍摄物体的距离较近的情况下的测距中，由于来自被拍摄物体的反射光量较多，因此必须对更多的光子数(典型地为20以上)进行计数。与此相对，在如子范围图像SR4、SR5那样到被拍摄物体的距离较远的情况下的测距中，由于来自被拍摄物体的反射光量较少，因此计数所需的光子数可以较少(典型地为2以下)。在现有技术中，对于像这样要求按照每个测定距离范围而不同的宽动态范围的光子计数值，很难使用同一个像素电路在同一帧内进行测距拍摄。
-关于像素的动作-
图10示出与第二实施方式所涉及的像素的一个帧期间内的测距动作相关的时序图。需要说明的是，在第二实施方式中，使用图5的成像元件(受光传感器2)及图5(a)的像素30。此处，在第二实施方式中，定时信号发生器4向传感器定时发生器25输入表示光源1的发光定时的发光信号。传感器定时发生器25根据发光信号来输出各信号。在本实施方式中，在进行距离较近的测距的情况(例如，子范围图像SR1、SR2、SR3等)下，由于来自被拍摄物体的反射光量较多，因此为了对更多的光子数进行计数，进行图10的动作(减时电流源模式)。
从时刻t0开始到时刻t2为止的动作与图6相同。
在定时信号发生器4输出发光信号后(图10中未图示)经过了与到各子范围的中央为止的飞行距离相对应的延迟时间(对于子范围图像SR3而言，为τ3)之后，开始进行曝光。在图10中，在时刻t3、t6、t9曝光开始，在时刻t5、t8、t10曝光结束。这些曝光周期与光源1的发光周期相同。此时的曝光结束时刻被设定成曝光期间比由式(6)确定的电荷释放时间ΔT长的时间ΔT’。也就是说，考虑到在曝光期间的后半段检测到光子的情况下的猝灭时间来设定电荷释放源晶体管342的曝光时间。
另一方面，在距离较长的测距(例如，子范围图像SR4、SR5等)中，由于来自被拍摄物体的反射光量较少，因此不需要进行图10的动作。具体而言，通过始终在源极施加固定偏置电压，从而电荷释放源晶体管342以恒流源模式工作。由此，能够在保持电荷电容的线性的同时，进行较少光子数的计数。
如以上说明的那样，在第二实施方式所涉及的测距装置中，从近距离到远处，能够与应检测的光子数的多少相应地将电荷释放源晶体管342在减时电流源模式和恒流源模式之间切换，因此通过高动态范围的光子计数实现了高精度测距。
综上所述，作为在本申请中公开的技术的示例，对实施方式进行了说明。然而，本公开的技术不限定于此，也能够应用于进行了适当的变更、置换、附加、省略等的实施方式。
-符号说明-
1 光源
2 受光传感器(成像元件)
4 定时发生器
26 输出线
30 像素
31 受光元件
34 电荷释放装置
37 第一电容(第一蓄电元件)
343 第二电容(第二蓄电元件)
40 列放大电路(反对数转换电路)

Claims (7)

1.一种成像元件，其特征在于：
所述成像元件包括光源和多个像素，
各所述像素包括：
受光元件；
第一蓄电元件；以及
电荷释放装置，所述电荷释放装置设置在各所述像素内，在所述受光元件检测到由所述光源照射并由被拍摄物体反射后的光的情况下，所述电荷释放装置向所述第一蓄电元件以一定时间释放电荷。
2.根据权利要求1所述的成像元件，其特征在于：
所述一定时间是从所述受光元件检测到光开始到进行自猝灭为止的时间。
3.根据权利要求1或2所述的成像元件，其特征在于：
所述电荷释放装置包括第二蓄电元件，
在所述受光元件检测到光的情况下，所述电荷释放装置从所述第二蓄电元件向所述第一蓄电元件以所述一定时间释放所述电荷，
所述电荷释放装置在释放所述电荷之前，将规定量的所述电荷蓄积在所述第二蓄电元件中。
4.根据权利要求1到3中任一项权利要求所述的成像元件，其特征在于：
所述像素的输出线与反对数转换电路连接，所述反对数转换电路将像素信号转换为反对数。
5.根据权利要求1到4中任一项权利要求所述的成像元件，其特征在于：
所述电荷释放装置根据所述受光元件检测的光子数，以减时电流源模式和恒流源模式中的一者进行工作，在所述减时电流源模式下，所述电荷释放装置向所述第一蓄电元件以所述一定时间释放所述电荷，在所述恒流源模式下，所述电荷释放装置向所述第一蓄电元件输出恒流。
6.根据权利要求1到5中任一项权利要求所述的成像元件，其特征在于：
所述受光元件是雪崩光电二极管。
7.一种测距装置，其特征在于：
所述测距装置包括：
权利要求1到6中任一项权利要求所述的成像元件；
定时信号发生器，所述定时信号发生器对多个所述像素输出表示开始曝光的时刻的曝光开始信号；以及
信号处理装置，所述信号处理装置根据从多个所述像素输出的像素信号来计算到被拍摄物体的距离。
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