CN211507638U - 受光装置以及测距系统 - Google Patents

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Abstract

一种受光装置以及测距系统，能够以参照用的像素可靠地受光。受光装置包括多个像素，多个像素具有：受光元件，具有受光面；以及发光源，相对于受光元件设置在与受光面相反的一侧。多个像素包括：第一像素，具有设置在受光元件和发光源之间的遮光部件；以及第二像素，在受光元件和发光源之间具有传播光子的导光部。本技术例如能够适用于检测到被摄体的深度方向上的距离的测距系统等。

Description

受光装置以及测距系统
技术领域
本技术关于受光装置以及测距系统，特别地，关于能够利用参照用的像素可靠地进行受光的受光装置以及测距系统。
背景技术
近年来，通过ToF(Time-of-Flight，飞行时间)法进行距离计测的测距传感器引起关注。在这种测距传感器中，例如，存在有在像素中使用SPAD(Single Photon AvalancheDiode，单光子雪崩二极管)的测距传感器。在SPAD中，在施加大于击穿电压的电压的状态下，如果向高电场的PN接合区域加入一个光子，则发生雪崩放大。通过检测此时电流瞬间流动的定时，能够高精度地计测距离。
例如，在专利文献1中，公开了如下技术：在使用SPAD的测距传感器中，设置有测定用的像素、参照用的像素，利用参照用的像素来计测背景光强度，使SPAD的偏压变化。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-81254号公报
实用新型内容
实用新型要解决的技术问题
但是，在专利文献1的技术中，由于在参照用的像素所检测的光中使用背景光，因此不可靠。
本技术鉴于这种状况而完成，能够利用参照用的像素可靠地进行受光。
解决技术问题的技术方案
一种受光装置，其特征在于，包括多个像素，所述多个像素具有：受光元件，具有受光面；以及发光源，相对于所述受光元件设置在与所述受光面相反的一侧，所述多个像素包括：第一像素，具有设置在所述受光元件和所述发光源之间的遮光部件；以及第二像素，在所述受光元件和所述发光源之间具有传播光子的导光部。
上述受光装置的特征在于，所述第二像素还具备遮光部件，所述遮光部件覆盖所述受光元件的受光面。
上述受光装置的特征在于，所述第二像素的所述发光源在与照射被所述第一像素的所述受光元件所接收的反射光的定时相同的定时发光。
上述受光装置的特征在于，所述受光装置通过将包含第一基板和第二基板的两张以上基板粘合而构成，所述受光元件形成于所述第一基板，所述发光源形成于所述第二基板。
上述受光装置的特征在于，在所述第二基板的像素区域内的电路中，所述第一像素和所述第二像素不同。
上述受光装置的特征在于，所述第一像素和所述第二像素不同的电路是控制形成于所述第二像素的所述发光源的电路。
上述受光装置的特征在于，在所述第二基板的像素区域内的电路中，所述第一像素和所述第二像素相同。
上述受光装置的特征在于，所述受光元件是单光子雪崩二极管。
上述受光装置的特征在于，所述像素的信号用于测距、距离数据的校准以及所述单光子雪崩二极管的施加电压的适当性确认中的任一个。
上述受光装置的特征在于，在所述单光子雪崩二极管的施加电压的适当性确认中，计测对所述第二像素的所述单光子雪崩二极管的施加电压。
上述受光装置的特征在于，基于所计测的所述单光子雪崩二极管的施加电压，控制所述单光子雪崩二极管的阳极电压。
上述受光装置的特征在于，在平面方向上，在所述第一像素和所述第二像素之间还具备不用于测距的第三像素。
上述受光装置的特征在于，所述第三像素是不被驱动的像素。
上述受光装置的特征在于，所述第三像素是作为内部电压监视用而驱动的像素。
上述受光装置的特征在于，所述第一像素以N1×N2配列，其中，N1、N2是1以上的整数。
上述受光装置的特征在于，所述第二像素以M1×M2配列，其中，M1、M2是1以上的整数。
上述受光装置的特征在于，所述发光源由晶体管、二极管即电阻元件中的任一个构成。
一种测距系统，其特征在于，包括：照明装置，照射出照射光；以及受光装置，接收对于所述照射光的反射光，所述受光装置包括多个像素，所述多个像素具有：受光元件，具有受光面；以及发光源，相对于所述受光元件设置在与所述受光面相反的一侧，所述多个像素包括：第一像素，具有设置在所述受光元件和所述发光源之间的遮光部件；以及第二像素，在所述受光元件和所述发光源之间具有传播光子的导光部。
受光装置以及测距系统可以是独立的装置，也可以是组装于其他装置的组件。
附图说明
图1是示出适用本技术的测距系统的一实施方式的构成例的框图。
图2是示出图1的受光装置的构成例的框图。
图3是示出像素的电路构成例的图。
图4是说明图3的像素的动作的图。
图5是光源和像素阵列的俯视图。
图6是像素的截面图。
图7是示出作为比较例的其他测距系统中的光源和像素阵列的构成例的图。
图8是示出像素的其他配列例的截面图。
图9是说明测距系统的使用例的图。
图10是示出车辆控制系统的示意性构成的一例的框图。
图11是示出车外信息检测部以及拍摄部的设置位置的一例的说明图。
具体实施方式
以下，对用于实施本技术的方式(以下称为实施方式)进行说明。并且，将按照以下顺序进行说明。
1.测距系统的构成例
2.受光装置的构成例
3.像素电路的构成例
4.光源和像素阵列的俯视图
5.像素截面图
6.比较例
7.像素的其他配列例
8.测距系统的使用例
9.对移动体的应用例
<1.测距系统的构成例>
图1是示出适用本技术的测距系统的一实施方式的构成例的框图。
测距系统11是用于使用例如ToF方法进行距离图像的拍摄的系统。这里，距离图像是以像素单位检测从测距系统11到被摄体的深度方向上的距离，并且各像素的信号由基于检测到的距离的距离像素信号构成的图像。
测距系统11包括照明装置21和拍摄装置22。
照明装置21包括照明控制部31和光源32。
照明控制部31在拍摄装置22的控制部42的控制下控制光源32发光的图案。具体地，照明控制部31根据从控制部42提供的照射信号中包括的照射代码来控制光源32发光的图案。例如，照射代码由1(高)和0(低)的二进制值组成，当照射代码的值为1时，照明控制部31打开光源32，当照射代码的值为0时，照明控制部31关闭光源32。
光源32在照明控制部31的控制下发射预定波长范围内的光。光源32例如由红外线激光二极管构成。另外，光源32的类型和照射光的波长范围可以根据测距系统11的用途等而任意设定。
拍摄装置22是接收从照明装置21发出的光(照射光)通过被摄体12和被摄体13等反射的反射光的装置。拍摄装置22包括拍摄部41、控制部42、显示部43和存储部44。
拍摄部41包括透镜51和受光装置52。
透镜51使入射光成像在受光装置52的受光面上。透镜51的结构是任意的，例如，可以由多个透镜组构成透镜51。
受光装置52由例如针对各像素使用SPAD(单光子雪崩二极管)的传感器构成。受光装置52在控制部42的控制下接收来自被摄体12和被摄体13等反射光，将得到的像素信号转换为距离信息，并将该距离信息输出至控制部42。受光装置52将存储有数字计数值的距离图像作为以行方向和列方向的矩阵状二维配置像素的像素阵列的各像素的像素值(距离像素信号)提供给控制部42，其中数字计数值通过计数从照明装置21照射出照射光开始直到受光装置52受光为止的时间而获得。表示光源32发光的定时的发光定时信号也从控制部42提供给受光装置52。
另外，测距系统11多次重复光源32的发光及其反射光的受光(例如，几千到几万)，从而拍摄部41生成去除了干扰光和多路径等的影响的距离图像，并提供给控制单元42。
控制部42由例如FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)和DSP(Digital Signal Processor，数字信号处理器)等的控制电路、处理器等构成。控制部42进行照明控制部31和受光装置52的控制。具体地，控制部42将照明信号提供给照明控制部31，并且将发光定时信号提供给受光装置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部31的照射信号。另外，控制部42将从拍摄部41获取的距离图像提供给显示部43，并使显示部43显示。此外，控制部42将从拍摄部41获取的距离图像存储在存储部44中。另外，控制部42将从拍摄部41获取的距离图像输出到外部。
显示部43包括例如液晶显示装置或有机EL(Electro Luminescence，电致发光)显示装置等的面板型显示装置。
存储部44可以由任意的存储装置或存储介质等构成，并且存储距离图像等。
<2.受光装置的构成例>
图2是示出受光装置52的构成例的框图。
受光装置52包括像素驱动部71、像素阵列72、MUX(多路复用器)73、时间计测部74、信号处理部75以及输入输出部76。
像素阵列72具有以下结构：以行方向和列方向的矩阵状二维配置将示出检测结果的检测信号作为像素信号输出的像素81。在此，行方向是指水平方向的像素81的配列方向，列方向是指垂直方向的像素81的配列方向。在图2中，由于纸面的限制，像素阵列72以10行12列的像素配列构成示出，但是像素阵列72的行数和列数不限于此，而是任意的。
相对于像素阵列72的矩阵状像素配列，针对每个像素行在水平方向上布线像素驱动线82。像素驱动线82传输用于进行像素81的驱动的驱动信号。像素驱动部71通过经由像素驱动线82向各像素81提供预定的驱动信号来驱动各像素81。具体地，像素驱动部71进行以下控制：在根据从外部经由输入输出部76提供的发光定时信号的预定定时，使以矩阵状二维配置的多个像素81的至少一部分成为主动像素，其余像素81成为非主动像素。主动像素是检测光子入射的像素，非主动像素是不检测光子入射的像素。当然，像素阵列72的所有像素81可以是主动像素。稍后将描述像素81的详细构成。
另外，在图2中，像素驱动线82被示为单条布线，但是也可以由多条布线构成。像素驱动线82的一端连接到与像素驱动部71的各像素行相对应的输出端。
MUX 73根据像素阵列72中的主动像素和非主动像素之间的切换来选择来自主动像素的输出。然后，MUX 73将从选择的主动像素输入的像素信号输出到时间计测部74。
基于从MUX 73提供的主动像素的像素信号和示出光源32的发光定时的发光定时信号，时间计测部74生成与从光源32发射光直到主动像素接收光为止的时间相对应的计数值。时间计测部74也被称为TDC(时间数字转换器)。经由输入输出部76从外部(拍摄装置22的控制部42)提供发光定时信号。
基于重复执行预定次数(例如，数千至数万次)的光源32的发光及其反射光的受光，信号处理部75对于每个像素作成直到接收反射光为止的时间(计数值)的直方图。然后，信号处理部75通过检测直方图的峰值来判定直到从光源32发出的光被被摄体12或被摄体13反射并返回为止的时间。信号处理部75生成数字计数值存储在各像素中的距离图像，并提供给输入输出部76，其中数字计数值通过计数直到受光装置52受光为止的时间而获得。或者，信号处理部75也可以基于所判定的时间和光速进行用于求出到物体的距离的计算，生成将该计算结果存储在各像素中的距离图像，并提供给输入输出部76。
输入输出部76将从信号处理部75提供的距离图像的信号(距离图像信号)输出到外部(控制部42)。此外，输入输出部76获取从控制部42提供的发光定时信号，并提供给像素驱动部71和时间计测部74。
<3.像素电路的构成例>
图3示出在像素阵列72中以矩阵状配置多个的像素81的电路构成例。
图3的像素91包括SPAD 101、晶体管102、开关103和逆变器104。另外，像素81还包括锁存电路105和逆变器106。晶体管102是P型MOS晶体管。
SPAD 101的阴极连接到晶体管102的漏极，逆变器104的输入端子和开关103的一端。SPAD 101的阳极连接到电源电压VA(以下也称为阳极电压VA)。
SPAD 101是光电二极管(单光子雪崩光电二极管)，当入射光入射时，通过使产生的电子雪崩放大来输出阴极电压VS的信号。提供给SPAD 101的阳极的电源电压VA例如为-20V左右的负偏压(负电位)。
晶体管102是在饱和区域中动作的恒流源，并且通过充当淬灭电阻来执行被动淬灭。晶体管102的源极连接到电源电压VE，漏极连接到SPAD101的阴极、逆变器104的输入端子以及开关103的一端。由此，电源电压VE也被提供给SPAD 101的阴极。可以使用上拉电阻来代替与SPAD101串联连接的晶体管102。
为了以足够的效率检测光(光子)，向SPAD 101施加大于SPAD 101的击穿电压VBD的电压(以下称为“过量偏压(ExcessBias)”)。例如，如果SPAD 101的击穿电压VBD是20V并且施加比其高3V的电压，则提供给晶体管102的源极的电源电压VE是3V。
另外，SPAD 101的击穿电压VBD根据温度等而变化很大。因此，根据击穿电压VBD的变化来控制(调整)施加到SPAD 101的施加电压。例如，当电源电压VE是固定电压时，阳极电压VA被控制(调整)。
开关103的两端中的一端连接到SPAD 101的阴极、逆变器104的输入端子和晶体管102的漏极，另一端连接到接地线107，该接地线连接到大地(GND)。开关103可以由例如N型MOS晶体管构成，并且根据由逆变器106反相的选通反相信号VG_I来接通断开作为锁存电路105的输出的选通控制信号VG。
锁存电路105基于从像素驱动器71提供的触发信号SET和地址数据DEC，将用于将像素81控制为主动像素或非主动像素的选通控制信号VG提供给逆变器106。逆变器106生成通过使选通控制信号VG反相而获得的选通反相信号VG_I，并提供给开关103。
触发信号SET是示出用于切换选通控制信号VG的定时的定时信号，并且地址数据DEC是示出在像素阵列72内以矩阵状配置的多个像素81中设定为主动像素的像素的地址的数据。触发信号SET和地址数据DEC经由像素驱动线82从像素驱动部71提供。
锁存电路105在由触发信号SET示出的预定定时读取地址数据DEC。另外，在由地址数据DEC示出的像素地址中包括自身(的像素81)的像素地址的情况下，锁存电路105将用于将自身的像素81设定为主动像素的Hi(1)的选通控制信号VG输出。另一方面，如果在由地址数据DEC示出的像素地址中不包括自身(的像素81)的像素地址的情况下，将用于将自身的像素81设定为非主动像素的Lo(0)的选通控制信号VG输出。由此，在像素81成为主动像素的情况下，由逆变器106反相的Lo(0)的选通反相信号VG_I被提供给开关103。另一方面，在像素81成为非主动像素的情况下，Hi(1)的选通反相信号VG_I被提供给开关103。因此，在将像素81设定为主动像素的情况下，开关103断开(非连接)，在设定为非主动像素的情况下，开关103接通(连接)。
逆变器104在作为输入信号的阴极电压VS为Lo时输出Hi检测信号PFout，在阴极电压VS为Hi时输出Lo检测信号PFout。逆变器104是将光子向SPAD 101的入射作为检测信号PFout而输出的输出部。
接下来，参照图4对在像素81被设定为主动像素的情况下的动作进行说明。
图4是示出根据光子的入射的SPAD 101的阴极电压VS的变化和检测信号PFout的曲线图。
首先，在像素81为主动像素的情况下，如上所述，将开关103设定为断开。
由于电源电压VE(例如3V)被提供给SPAD 101的阴极，电源电压VA(例如-20V)被提供给阳极，因此向SPAD 101施加大于击穿电压VBD(＝20V)的反向电压，从而SPAD 101被设定为盖革模式。在这种状态下，例如如图4的时刻t0，SPAD 101的阴极电压VS与电源电压VE相同。
当光子入射到设定为盖革模式的SPAD 101时，发生雪崩倍增，电流流入SPAD 101。
如果在图4的时刻t1发生雪崩倍增，并且电流流入SPAD 101，则电流在时刻t1之后流入SPAD 101，因此电流也流入晶体管102，由于晶体管102的电阻成分而发生电压下降。
在时刻t2，个SPAD 101的阴极电压VS低于0V，则成为SPAD 101的阳极/阴极之间的电压低于击穿电压VBD的状态，从而雪崩放大停止。这里，由雪崩放大产生的电流流入晶体管102以发生电压下降，并且随着所产生的电压下降，阴极电压VS成为低于击穿电压VBD的状态，从而停止雪崩放大的动作是淬熄动作。
如果雪崩放大停止，则流入晶体管102的电阻的电流逐渐减小，并且在时刻t4，阴极电压VS再次返回到原始电源电压VE，成为能够检测到下一个新的光子的状态(再充电动作)。
当输入电压即阴极电压VS在预定阈值电压Vth以上时，逆变器104输出Lo的检测信号PFout，当阴极电压VS不到预定阈值电压Vth时，逆变器104输出Hi的检测信号PFout。因此，如果光子入射到SPAD 101，发生雪崩倍增，阴极电压VS降低，并且低于阈值电压Vth，则检测信号PFout从低电平反相为高电平。另一方面，如果SPAD 101的雪崩倍增收敛，阴极电压VS上升，并且在阈值电压Vth以上，则检测信号PFout从高电平反相为低电平。
另外，在像素81成为非主动像素的情况下，Hi(1)的选通反相信号VG_I被提供给开关103，并且开关103接通。如果开关103接通，则SPAD101的阴极电压VS成为0V。结果，由于SPAD 101的阳极/阴极电压成为击穿电压VBD以下，因此，成为即使光子进入SPAD 101也不会反应的状态。
<4.光源和像素阵列的俯视图>
图5的A示出了光源32的俯视图。
光源32通过发光部121以矩阵状配置多个而构成。发光部121例如由垂直腔面发射激光器(VCSEL：Vertical Cavity Surface Emitting LASER)构成。照明控制部31可以根据从控制部42提供的照射信号中包括的照射代码，单独地打开和关闭以矩阵状配列的发光部121。
图5的B示出了像素阵列72的俯视图。
如上所述，像素阵列72通过将像素81以矩阵状二维配置而构成，但是各像素81在功能上被分类为像素81M、像素81R和像素81D中的任一个。
像素81M是接收从光源32(发光部121)照射的光被被摄体12和被摄体13等反射的反射光的像素，并且是用于测定到被摄体的距离的测定用(测距用)的像素。
像素81R是用于确认向SPAD 101施加适当的电压并校准距离数据的参照用的像素。
像素81D是用于将测定用的像素81M和参照用的像素81R分离的虚拟像素。虚拟用的像素81D例如以与测定用的像素81M相同的像素构造来构成，并且可以是仅不被驱动这点不同的像素。或者，以与测定用的像素81M相同的像素构造来构成，并且可以作为内部电压监视用而驱动。
如果将测定用的像素81M以矩阵状配列多个，并且在测定用的像素81M和参照用的像素81R之间配置虚拟用的像素81D，则像素81M、像素81R和像素81D的数量没有特别限制。可以将测定用的像素81M以N1×N2(N1、N2是1以上的整数)配列，可以将参照用的像素81R以M1×M2(M1、M2是1以上的整数)配列，可以将虚拟用的像素81D以L1×L2(L1、L2是1以上的整数)配列。
另外，在图5的例子中，参照用的多个像素81R并排配置，但是，参照用的像素81R可以独立地配置在虚拟用的像素81D中，虚拟用的像素81D可以配置在像素81R和其他像素81R之间。
<5.像素截面图>
图6的A示出了测定用的像素81M的截面图。
像素81M通过将第一基板201和第二基板202粘合在一起而构成。第一基板201包括由硅等构成的半导体基板211和布线层212。以下，将布线层212称为传感器侧布线层212，以便于与稍后描述的第二基板202侧的布线层312进行区分。将第二基板202侧的布线层312称为逻辑侧布线层312。相对于半导体基板211，形成有传感器侧布线层212的表面是的前表面，在图中，未形成上侧的传感器侧布线层212的背面是反射光入射的受光面。
半导体基板211的像素区域包括N阱221、P型扩散层222、N型扩散层223、空穴累积层224和高浓度P型扩散层225。另外，雪崩倍增区域257由在连接P型扩散层222和N型扩散层223的区域中形成的耗尽层形成。
N阱221通过将半导体基板211的杂质浓度控制为n型而形成，形成将通过像素81M中的光电转换而产生的电子转移到雪崩倍增区域257电场。在N阱221的中央部，以与P型扩散层222接触的方式形成浓度比N阱221高的N型区域258，并且形成电势梯度，使得在N阱221中产生的载流子(电子)容易从周围向中心漂移。另外，代替N阱221，可以形成将半导体基板211的杂质浓度控制为p型的P阱。
P型扩散层222是在平面方向上遍及像素区域的几乎整个表面形成的浓P型扩散层(P+)。N型扩散层223在半导体基板211的表面附近与P型扩散层222一样，是遍及像素区域的几乎整个表面形成的浓的N型扩散层(N+)。N型扩散层223是连接到作为阴极的接触电极281的接触层，该接触电极281用于提供用于形成雪崩倍增区域257的负电压，N型扩散层223形成凸形状，使得其一部分形成到半导体基板211的表面上的接触电极281。
空穴累积层224是形成为包围N阱221的侧面和底面的P型扩散层(P)，并累积空穴。另外，空穴累积层224与高浓度P型扩散层225连接，该高浓度P型扩散层225与作为SPAD 101的阳极的接触电极282电性连接。
高浓度P型扩散层225是形成为在半导体基板211的表面附近包围N阱221的外周的浓的P型扩散层(P++)，并构成用于将空穴累积层224与SPAD 101的接触电极282电性连接的接触层。
在半导体基板211的相邻像素之间的边界即像素边界部，形成有用于将像素间分离的像素分离部259。例如，像素分离部259可以仅由绝缘层构成，也可以为将钨的金属层的外侧(N阱221侧)利用SiO2等绝缘层覆盖的双重构造。
在传感器侧布线层212中，形成接触电极281和282、金属布线283和284、接触电极285和286以及金属布线287和288。
接触电极281将N型扩散层223和金属布线283连接，接触电极282将高浓度P型扩散层225和金属布线284连接。
在平面区域中，金属布线283形成为比雪崩倍增区域257宽，以至少覆盖的雪崩倍增区域257。另外，金属布线283可以具有使透过半导体基板211的像素区域的光反射到半导体基板211侧的构造。
在平面区域中，金属布线284形成为与高浓度P型扩散层225重叠，以包围金属布线283的外周。
接触电极285将金属布线283和金属布线287连接，接触电极286将金属布线284和金属布线288连接。
另一方面，第二基板202包括由硅等构成的半导体基板311和布线层312(逻辑侧布线层312)。
在图中，在上半导体基板311的前表面侧上形成多个MOS晶体管Tr(Tr1、Tr2等)，同时形成逻辑侧布线层312。
逻辑侧布线层312具有金属布线331和332、金属布线333和334以及接触电极335和336。
金属布线331通过Cu-Cu等的金属结合而电性以及物理性连接至传感器侧布线层212的金属布线287。金属布线332通过Cu-Cu等的金属结合而电性以及物理性连接至传感器侧布线层212的金属布线288。
接触电极335将金属布线331和金属布线333连接，接触电极336将金属布线332和金属布线334连接。
逻辑侧布线层312在金属布线333及334的层与半导体基板311之间还包括多层金属布线341。
在第二基板202上，通过形成在半导体基板311上的多个MOS晶体管Tr和多层金属布线341，形成对应于像素驱动部71、MUX 73、时间计测部74、信号处理部75等的逻辑电路。
例如，通过形成在第二基板202上的逻辑电路，施加到N型扩散层223的电源电压VE经由金属布线333、接触电极335、金属布线331和287、接触电极285、金属布线283和接触电极281提供给N型扩散层223。电源电压VA经由金属布线334、接触电极336、金属布线332和288、接触电极286、金属布线284、以及接触电极282提供给高浓度P型扩散层225。另外，代替N阱221，在形成将半导体基板211的杂质浓度控制为p型的P阱的情况下，施加到N型扩散层223的电压成为电源电压VA，施加到高浓度P型扩散层225的电压成为电源电压VE。
测定用的像素81M的截面构造如上所述构成，作为受光元件的SPAD101包括半导体基板211的N阱221、P型扩散层222、N型扩散层223、空穴累积层224和高浓度P型扩散层225，空穴累积层224连接到作为阳极的接触电极282，N型扩散层223连接到作为阴极的接触电极281。
在像素81M的平面方向上的整个区域中的第一基板201的半导体基板211和第二基板202的半导体基板311之间，配置有作为遮光部件的金属布线283、284、287、288、331至334、或者341的至少一层。因此，构成为即使存在由第二基板202的半导体基板311的MOS晶体管Tr的热载流子产生的发光的情况下，其光也不会到达作为光电转换区域的半导体基板211的N阱221和N型区域258。
在像素81M中，作为受光元件的SPAD 101具有由N阱221和空穴累积层224的平面构成的受光面，并且作为进行热载流子发光的发光源的MOS晶体管Tr设置在与SPAD 101的受光面相反的一侧。另外，构成为在作为受光元件的SPAD 101与作为发光源的MOS晶体管Tr之间设置有作为遮光部件的金属布线283和金属布线341，由热载流子产生的发光不会到达作为光电转换区域的半导体基板211的N阱221或N型区域258。
虚拟用的像素81D的像素构造由与测定用的像素81M相同的构造形成。
图6的B示出了参照用的像素81R的截面图。
在图6的B中，与图6的A相对应的部分赋予相同的附图标记，并且适当地省略其说明。
在图6的B所示的参照用的像素81R的截面构造中，与图6的A所示的测定用的像素81M的不同之处在于作为受光元件的SPAD 101和作为进行热载流子发光的发光源的MOS晶体管Tr之间设置有用于传播由热载流子发光产生的光(光子)的导光部361。
即，在像素81R的第一基板201的半导体基板211和第二基板202的半导体基板311之间的平面方向上的整个区域中的一部分区域，设置有没有形成将光进行遮光的金属布线283、284、287、288、331至334和341中的任一个的区域，金属布线在金属布线的层叠方向上形成用于传播光的导光部361。
因此，如果关于平面方向的位置在形成于至少一部分与导光部361重叠的位置的MOS晶体管Tr1中产生热载流子发光，则像素81R的SPAD101能够接收穿过导光部361的由热载流子发光产生的光，并输出检测信号(像素信号)。另外，即使如上所述所有金属布线283、341等没有完全开口，导光部361只要开口到光可以通过的程度即可。
另外，在像素81R的受光面侧即空穴累积层224的上表面上，以覆盖空穴累积层224的受光面的方式形成有遮光部件(遮光层)362。遮光部件362阻挡从受光面侧入射的干扰光等。另外，如上所述，由于可以通过直方图的生成处理来去除干扰光等的影响，所以遮光部件362不是必需的并且可以省略。
发出在导光部361传播并到达像素81R的光电转换区域的光的MOS晶体管Tr1，可以是作为发光源被设置为不包括在测定用的像素81M中的电路元件的MOS晶体管Tr1，也可以是形成在像素81M中的MOS晶体管。
因此，在将MOS晶体管Tr1作为发光源而专门设置在参照用的像素81R的情况下，形成在第二基板202上的像素区域内的电路在参照用的像素81和测定用的像素81M不同。在这种情况下，专门设置为光源的MOS晶体管Tr1例如相当于控制光源的电路。
例如，使专门设置为光源的MOS晶体管Tr1发光的发光定时可以设定为与光源32的发光部121照射光的定时相同的定时。在这种情况下，例如，通过使参照用的像素81R接收发光源(MOS晶体管Tr1)的光的定时成为零距离的基准，能够校准从测定用的像素81M受光的定时计算出的距离。即，参照用的像素81R能够用于距离数据的校准。
另外，例如，参照用的像素81R可以用于确认施加到SPAD 101的电压的适当性。在这种情况下，在像素81R中，使专门设置为发光源的MOS晶体管Tr1发光，确认淬熄动作时的SPAD 101的阴极电压VS，即图4的时刻t2处的阴极电压VS，能够用于调整阳极电压VA。
另一方面，在作为发光源的MOS晶体管Tr1为在测定用的像素81M中形成的MOS晶体管的情况下，形成在第二基板202上的像素区域内的电路在参照用的像素81和测定用的像素81M可以相同。
另外，参照用的像素81R的发光源不限于MOS晶体管，可以是二极管或电阻元件等其他电路元件。
另外，如上所述，受光装置52由将第一基板201和第二基板202粘合在一起的层叠构造构成，但是可以由一个基板(半导体基板)构成，也可以由三个以上的层叠构造构成。此外，虽然形成为第一基板201的形成有传感器侧布线层212的前表面的相反的背面侧为受光面的背面型受光传感器构造，但是也可以为表面型受光传感器构造。
<6.比较例>
图7示出了作为与测距系统11的光源32和像素阵列72的构造进行比较的比较例的其他测距系统中的光源和像素阵列的构成例。
图7的光源40包括以矩阵状配置多个的发光部411M和多个发光部411R。发光部411M和发光部411R与光源32的发光部121同样，例如由垂直腔面发射激光器(VCSEL)构成。
与图5所示的测距系统11的光源32的构成相比，发光部411M对应于发光部121，光源401为除了发光部121之外还包括发光部411R的构成。发光部411R是被设置用于照射像素阵列402的参照用的像素412R的参照用的发光部411。
在图7的像素阵列402中，测定用的像素412M、参照用的像素412R和虚拟用的像素412D以与图5的像素阵列72相同的配置配列。然而，像素412M、像素412R和像素412D的像素构造被构成为都与图6的A所示的测定用的像素81M的构造相同。
即，参照用的像素412R与测定用的像素412M同样，在SPAD 101和作为发光源的MOS晶体管Tr之间具有以由热载流子产生的发光不会到达光电转换区域的方式进行遮断的遮光部件，成为从受光面侧接收从参照用的发光部411R照射的光的构成。
在这种构成中，与图5所示的测距系统11相比较，额外需要用于参照用的像素412R的发光部411R，因此需要发光部411R的安装面积，由于驱动发光部411R的电力增加，因此消耗电力也增加。另外，需要调整光轴，使得从发光部411R照射的光被参照用的像素412R接收，并且光轴偏移也较弱。
与此对比，根据测距系统11的光源32和像素阵列72的构造，不需要用于参照用的像素412R的发光部411R，因此这不仅导致电力削减，而且也不需要光轴偏移的调整。另外，光源设置在参照用的像素81R的像素区域内，具体地，设置在与SPAD 101的受光面相反的一侧，并且设置传播光的导光部361，因此能够可靠地受光。
<7.像素的其他配列例>
图8是示出像素阵列72中的像素的其他配列例的截面图。
在图8的截面图中，与图6相对应的部分被赋予相同的附图标记，但是进一步简略化示出图6所示的构造，并且省略了一部分附图标记。
在图5中所示的像素阵列72的配列例中，参照用的像素81R以将虚拟用的像素81D夹在之间的方式配置在远离测定用的像素81M的像素行或像素列中，但是参照用的像素81R和测定用的像素81M也可以配置在相同的像素行或像素列中。
图8的截面图示出配置在一个像素行或像素列中的像素81。
如图8所示，参照用的像素81R和测定用的像素81M可以配置在相同的像素行或像素列中。即使在这种情况下，也希望以将虚拟用的像素81D夹在之间的方式配置在参照用的像素81R和测定用的像素81M之间。由此，即使在来自参照用的像素81R的发光源即MOS晶体管Tr的光泄漏到相邻像素81中的情况下，也能够抑制对测定用的像素81M的影响。另外，也可以省略参照用的像素81R和测定用的像素81M之间的虚拟像素81D。
<8.测距系统的使用例>
本技术不限于对测距系统的适用。即，本技术能够适用于例如智能电话、平板终端、移动电话、个人计算机、游戏机、电视接收机、可穿戴终端、数码静态照相机和数码摄像机等所有电子设备。上述拍摄部41可以是透镜51和受光装置52被封装在一起的组件状的方式，也可以将透镜51和受光装置52分开构成，并且仅将受光装置52构成为一个芯片。
图9是示出上述测距系统11或受光装置52的使用例的图。
上述测距系统11例如可以如下在感测光、可见光、红外光、紫外光和X射线等光的各种情况中使用。
·数码照相机、具有照相机功能的移动设备等拍摄供鉴赏用的图像的装置
·为了自动停止等安全驾驶和驾驶员状况的识别等，拍摄汽车的前方和后方、周围、车内等的车载用传感器、监视行驶车辆和道路的监视照相机、进行车辆间等的测距的测距传感器等供交通用的装置
·为了拍摄用户的手势并进行根据其手势的设备操作，供TV、冰箱和空调等家用的装置
·内窥镜、利用红外线的受光进行血管造影的装置等供医疗和保健用的装置
·安保用途的监视照相机、个人认证用途的照相机等供安全用的装置
·拍摄皮肤的皮肤测定器、拍摄头皮的显微镜等供美容用的装置
·面向体育用途等的运动相机、可穿戴照相机等供体育用的装置
·用于监视田地和农作物的状态的照相机等供农业用的装置
<9.对移动体的应用例>
本公开涉及的技术(本技术)可以应用于各种产品。例如，本公开涉及的技术可以实现为搭载在汽车、电动汽车、混合动力电动汽车、摩托车、自行车，个人移动装置、飞机、无人驾驶飞机、轮船和机器人的任何种类的移动体上的装置。
图10是示出本公开涉及的技术能够适用的移动体控制系统的一例即车辆控制系统的示意性构成例的框图。
车辆控制系统12000包括经由通信网络12001连接的多个电子控单元。在图10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的功能构成，图示了微型计算机12051、声音图像输出部12052和车载网络I/F(接口)12053。
驱动系统控制单元12010根据各种程序控制与车辆的驱动系统有关的装置的动作。例如，驱动系统控制单元12010作为用于产生内燃机或驱动用马达等的车辆的驱动力的驱动力产生装置、用于将驱动力传递至车轮的驱动力传递机构以及调节车辆的转向角的转向机构和产生车辆的制动力的制动装置等控制装置发挥功能。
车身系统控制单元12020根据各种程序控制装备在车体上的各种装置的动作。例如，车身系统控制单元12020作为无钥匙进入系统、智能钥匙系统、电动车窗装置、或者前照灯、后灯、制动灯、信号灯或雾灯等各种灯的控制装置发挥功能。在这种情况下，可以向车身系统控制单元12020输入从代替钥匙的便携机发送的电波或各种开关的信号。车身系统控制单元12020接收这些电波或信号的输入，并且控制车辆的门锁装置、电动窗装置、灯等。
车外信息检测单元12030检测搭载有车辆控制系统12000的车辆外部的信息。例如，拍摄部12031连接到车外信息检测单元12030。车外信息检测单元12030使拍摄部12031拍摄车外的图像并接收拍摄的图像。车外信息检测单元12030也可以基于接收到的图像进行人、汽车、障碍物、标志或路面上的文字等的物体检测处理或距离检测处理。
拍摄部12031是接收光并输出与该光的受光量相对应的电信号的光学传感器。拍摄部12031可以将电信号作为图像输出，也可以作为测距的信息输出。另外，拍摄部12031接收的光可以是可见光，也可以是红外线等不可见光。
车内信息检测单元12040检测车内的信息。例如，检测驾驶员的状态的驾驶员状态检测部12041连接到车内信息检测单元12040。驾驶员状态检测部12041包括例如对驾驶员进行拍摄的照相机，并且车内信息检测单元12040可以基于从驾驶员状态检测部12041输入的检测信息来算出驾驶员的疲劳程度或注意力集中程度，也可以辨别驾驶员是否在打瞌睡。
微型计算机12051能够基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获取的车内外的信息，计算驱动力产生装置、转向机构或制动装置的控制目标值，将控制指令输出到驱动系统控制单元12010。例如，微型计算机12051进行以ADAS(高级驾驶员辅助系统)的功能实现为目的的协调控制，ADAS包括避免车辆碰撞或减轻碰撞、基于车辆间距离的跟车行驶、车速维持行驶、车辆碰撞警告、或车道偏离警告。
另外，微型计算机12051基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获取的车辆周围的信息来控制驱动力产生装置、转向机构、或制动装置等，从而能够进行以不依靠驾驶员的操作而自动地行驶的自动驾驶等为目的的协调控制。
另外，微型计算机12051可以基于由车外信息检测单元12030获取的车外的信息，将控制指令输出至车身系统控制单元12020。例如，微型计算机12051能够根据由车外信息检测单元12030检测到的前车或对向车的位置来控制前照灯，进行以实现将远光切换为近光等的防眩目为目的的协调控制。
声音图像输出部12052将声音和图像中的至少一个的输出信号发送到能够以视觉或听觉方式将信息通知给车辆的乘员或车外的输出装置。在图10的示例中，作为输出装置，例示有音频扬声器12061、显示部12062和仪表板12063。显示部12062例如可以包括车载显示器和平视显示器中的至少一个。
图11是示出拍摄部12031的设置位置的示例的图。
在图11中，车辆12100包括拍摄部12101、12102、12103、12104、12105来作为拍摄部12031。
拍摄部12101、12102、12103、12104、12105例如设置在车辆12100的车头、后视镜、后保险杠、后门以及车舱内的前挡风玻璃的上部等位置。车头具备的拍摄部12101和车舱内的前挡风玻璃的上部具备的拍摄部12105主要获取车辆12100前方的图像。后视镜具备的拍摄部12102和12103主要获取车辆12100的侧方的图像。后保险杠或后门具备的拍摄部12104主要获取车辆12100的后方的图像。由拍摄部12101和12105获取的前方的图像主要用于检测前方车辆或行人、障碍物、信号灯、交通标识或车道等。
另外，图11示出了拍摄部12101至12104的拍摄范围的一例。拍摄范围12111表示设置在前车头的拍摄部12101的拍摄范围，拍摄范围12112和12113分别表示设置在后视镜的拍摄部12102和12103的拍摄范围，拍摄范围12114表示设置在后保险杠或后门的拍摄部12104的拍摄范围。例如，通过重叠由拍摄部12101至12104拍摄的图像数据，获得当从上方观看车辆12100时的俯视图像。
拍摄部12101至12104中的至少一个可以具有获取距离信息的功能。例如，拍摄部12101至12104中的至少一个可以是由多个拍摄元件构成的立体照相机，也可以是具有相位差检测用的像素的拍摄元件。
例如，微型计算机12051基于从拍摄部12101至12104获得的距离信息，求出拍摄范围12111至12114内距离各立体物的距离以及该距离的时间变化(相对于车辆12100的相对速度)，特别是在车辆12100的行驶路径上最近的立体物，能够提取在与车辆12100大致相同的方向上以预定速度(例如，0km/h以上)行驶的立体物作为前方车辆。此外，微型计算机12051能够在前方车辆跟前设定预先确保的车间距离，进行自动制动控制(包括跟随停止控制)、自动加速控制(包括跟随行进控制)等。这样，能够进行以不依靠驾驶员的操作而自动地行驶的自动驾驶等为目的的协调控制。
例如，微型计算机12051基于从拍摄部12101至12104获得的距离信息，将与立体物有关的立体物数据分类成两轮车、普通车辆、大型车辆、行人和电线杆等其他立体物并提取，能够用于自动避开障碍物。例如，微型计算机12051将车辆12100周围的障碍物识别为车辆12100的驾驶员能够看见的障碍物和难以看见的障碍物。另外，微型计算机12051判断表示与各障碍物发生碰撞的危险度的碰撞风险，当碰撞风险在设定值以上而存在碰撞可能性的状况时，微型计算机12051经由音频扬声器12061或显示部12062向驾驶员输出警报，或者经由驱动系统控制单元12010进行强制减速或避让转向，能够进行用于避免碰撞的驾驶辅助。
拍摄部12101至12104中的至少一个可以是检测红外线的红外线照相机。例如，微型计算机12051可以通过判定在拍摄部12101至12104的拍摄图像中是否存在行人来识别行人。这种行人识别例如通过提取作为红外线照相机的拍摄部12101至12104的拍摄图像中的特征点的步骤、对示出物体的轮廓的一系列特征点进行模式匹配处理而辨别是否是行人的步骤来进行。当微型计算机12051判定在拍摄部12101至12104的拍摄图像中存在行人并识别出行人时，声音图像输出部12052控制显示部12062，使得用于强调的方形轮廓线重叠显示在该识别出的行人上。另外，声音图像输出部12052也可以控制显示部12062，使得表示行人的图标等显示在期望的位置。
以上，说明了本公开涉及的技术能够适用的车辆控制系统的一例。本公开涉及的技术能够适用于以上说明的拍摄部12031等。具体地，例如，图1的测距系统11可以适用于拍摄部12031。拍摄部12031例如是激光雷达，用于检测车辆12100周围的物体和到该物体的距离。通过将本公开涉及的技术适用于拍摄部12031，提高了车辆12100周围的物体的检测精度和到物体的距离。结果，例如，能够在适当的定时进行车辆碰撞警告，能够防止交通事故。
另外，在本说明书中，系统是指多个构成要素(装置、组件(部件)等)的集合，所有的构成要素是否在同一框体中并不重要。因此，容纳在单独的框体中并且经由网络连接的多个装置以及在一个框体中容纳多个组件的一个装置都是系统。
另外，本技术的实施方式不限于上述实施方式，可以在不脱离本技术的要旨的情况下进行各种变更。
另外，本说明书中记载的效果仅是示例，并不受限制，可能存在本说明书中记载以外的效果。
另外，本技术能够采用以下构成。
(1)
一种受光装置，包括多个像素，所述多个像素具有：
受光元件，具有受光面；以及
发光源，相对于所述受光元件设置在与所述受光面相反的一侧，
所述多个像素包括：
第一像素，具有设置在所述受光元件和所述发光源之间的遮光部件；以及
第二像素，在所述受光元件和所述发光源之间具有传播光子的导光部。
(2)
根据(1)所述的受光装置，所述第二像素还具备遮光部件，所述遮光部件覆盖所述受光元件的受光面。
(3)
根据(1)或(2)所述的受光装置，所述第二像素的所述发光源在与照射被所述第一像素的所述受光元件所接收的反射光的定时相同的定时发光。
(4)
根据(1)至(3)中任一项所述的受光装置，通过将包含第一基板和第二基板的两张以上粘合而构成，
所述受光元件形成于所述第一基板，
所述发光源形成于所述第二基板。
(5)
根据(4)所述的受光装置，在所述第二基板的像素区域内的电路中，所述第一像素和所述第二像素不同。
(6)
根据(5)所述的受光装置，所述第一像素和所述第二像素不同的电路是控制形成于所述第二像素的所述发光源的电路。
(7)
根据(4)所述的受光装置，在所述第二基板的像素区域内的电路中，所述第一像素和所述第二像素相同。
(8)
根据(1)至(7)中任一项所述的受光装置，所述受光元件是SPAD。
(9)
根据(8)所述的受光装置，所述像素的信号用于测距、距离数据的校准、以及所述SPAD的施加电压的适当性确认中的任一个。
(10)
根据(9)所述的受光装置，在所述SPAD的施加电压的适当性确认中，计测对所述第二像素的所述SPAD的施加电压。
(11)
根据(10)所述的受光装置，基于所计测的所述SPAD的施加电压，控制所述SPAD的阳极电压。
(12)
根据(1)至(11)中任一项所述的受光装置，在平面方向上，在所述第一像素和所述第二像素之间还具备不用于测距的第三像素。
(13)
根据(12)所述的受光装置，所述第三像素是不被驱动的像素。
(14)
根据(12)所述的受光装置，所述第三像素是作为内部电压监视用而驱动的像素。
(15)
根据(1)至(14)中任一项所述的受光装置，所述第一像素以N1×N2(N1、N2是1以上的整数)配列。
(16)
根据(1)至(15)中任一项所述的受光装置，所述第二像素以M1×M2(M1、M2是1以上的整数)配列。
(17)
根据(1)至(16)中任一项所述的受光装置，所述发光源由晶体管、二极管及电阻元件中的任何一个构成。
(18)
一种测距系统，其特征在于，包括：
照明装置，照射出照射光；以及
受光装置，接收对于所述照射光的反射光，
所述受光装置包括多个像素，所述多个像素具有：
受光元件，具有受光面；以及
发光源，相对于所述受光元件设置在与所述受光面相反的一侧，
所述多个像素包括：
第一像素，具有设置在所述受光元件和所述发光源之间的遮光部件；以及
第二像素，在所述受光元件和所述发光源之间具有传播光子的导光部。
附图标记说明
11…测距系统；21…照明装置；22…拍摄装置；31…照明控制部；32…光源；41…拍摄部；42…控制部；52…受光装置；71…像素驱动部；72…像素阵列；73…MUX；74…时间计测部；75…信号处理部；76…输入输出部；81(81R、81M、81D)…像素；101…SPAD；102…晶体管；103…开关；104…逆变器；201…第一基板；202…第二基板；211…半导体基板；Tr…MOS晶体管；361…导光部；362…遮光部件。

Claims (18)

1.一种受光装置，其特征在于，包括多个像素，所述多个像素具有：
受光元件，具有受光面；以及
发光源，相对于所述受光元件设置在与所述受光面相反的一侧，
所述多个像素包括：
第一像素，具有设置在所述受光元件和所述发光源之间的遮光部件；以及
第二像素，在所述受光元件和所述发光源之间具有传播光子的导光部。
2.根据权利要求1所述的受光装置，其特征在于，
所述第二像素还具备遮光部件，所述遮光部件覆盖所述受光元件的受光面。
3.根据权利要求1所述的受光装置，其特征在于，
所述第二像素的所述发光源在与照射被所述第一像素的所述受光元件所接收的反射光的定时相同的定时发光。
4.根据权利要求1所述的受光装置，其特征在于，
所述受光装置通过将包含第一基板和第二基板的两张以上基板粘合而构成，
所述受光元件形成于所述第一基板，
所述发光源形成于所述第二基板。
5.根据权利要求4所述的受光装置，其特征在于，
在所述第二基板的像素区域内的电路中，所述第一像素和所述第二像素不同。
6.根据权利要求5所述的受光装置，其特征在于，
所述第一像素和所述第二像素不同的电路是控制形成于所述第二像素的所述发光源的电路。
7.根据权利要求4所述的受光装置，其特征在于，
在所述第二基板的像素区域内的电路中，所述第一像素和所述第二像素相同。
8.根据权利要求1所述的受光装置，其特征在于，
所述受光元件是单光子雪崩二极管。
9.根据权利要求8所述的受光装置，其特征在于，
所述像素的信号用于测距、距离数据的校准以及所述单光子雪崩二极管的施加电压的适当性确认中的任一个。
10.根据权利要求9所述的受光装置，其特征在于，
在所述单光子雪崩二极管的施加电压的适当性确认中，计测对所述第二像素的所述单光子雪崩二极管的施加电压。
11.根据权利要求10所述的受光装置，其特征在于，
基于所计测的所述单光子雪崩二极管的施加电压，控制所述单光子雪崩二极管的阳极电压。
12.根据权利要求1所述的受光装置，其特征在于，
在平面方向上，在所述第一像素和所述第二像素之间还具备不用于测距的第三像素。
13.根据权利要求12所述的受光装置，其特征在于，
所述第三像素是不被驱动的像素。
14.根据权利要求12所述的受光装置，其特征在于，
所述第三像素是作为内部电压监视用而驱动的像素。
15.根据权利要求1所述的受光装置，其特征在于，
所述第一像素以N1×N2配列，其中，N1、N2是1以上的整数。
16.根据权利要求1所述的受光装置，其特征在于，
所述第二像素以M1×M2配列，其中，M1、M2是1以上的整数。
17.根据权利要求1所述的受光装置，其特征在于，
所述发光源由晶体管、二极管即电阻元件中的任一个构成。
18.一种测距系统，其特征在于，包括：
照明装置，照射出照射光；以及
受光装置，接收对于所述照射光的反射光，
所述受光装置包括多个像素，所述多个像素具有：
受光元件，具有受光面；以及
发光源，相对于所述受光元件设置在与所述受光面相反的一侧，
所述多个像素包括：
第一像素，具有设置在所述受光元件和所述发光源之间的遮光部件；以及
第二像素，在所述受光元件和所述发光源之间具有传播光子的导光部。
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