JP2022185168A - Light receiving element and method for driving the same, and ranging system - Google Patents

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Abstract

To improve ranging accuracy at low speed while maintaining transfer efficiency during high speed operation.SOLUTION: A light receiving element includes: a pixel having a photoelectric conversion unit and a transfer transistor for transferring electric charges generated in the photoelectric conversion unit; and a voltage control unit for switching and controlling a voltage VSS and a voltage VSS1 as an off control voltage for turning off the transfer transistor. The present disclosure is applicable to, for example, a light receiving element that irradiates an object with irradiation light and receives reflected light from the object to measure distance thereto.SELECTED DRAWING: Figure 9

Description

本開示は、受光素子およびその駆動方法、並びに、測距システムに関し、特に、高速動作時の転送効率を維持しつつ、低速時の測距精度を改善できるようにした受光素子およびその駆動方法、並びに、測距システムに関する。 The present disclosure relates to a light-receiving element, its driving method, and a distance measurement system, and in particular, a light-receiving element and its driving method that can improve distance measurement accuracy during low-speed operation while maintaining transfer efficiency during high-speed operation. It also relates to a ranging system.

間接ToF(Time of Flight)方式を利用した受光素子が知られている。間接ToF方式の受光素子では、反射光を光電変換して生成された信号電荷を、例えば、2つの転送ゲートによって2つの電荷蓄積部に振り分け、それらの信号電荷の配分比から距離が算出される。 A light receiving element using an indirect ToF (Time of Flight) method is known. In an indirect ToF photodetector, signal charges generated by photoelectric conversion of reflected light are distributed to two charge storage units by, for example, two transfer gates, and the distance is calculated from the distribution ratio of the signal charges. .

間接ToF方式の距離の測定では、2つの電荷蓄積部に振り分ける周波数(変調周波数)を複数設定して動作させることができるため、同一のデバイスで高速な周波数と低速な周波数の両方に対応しなければならない。高速な場合はフォトダイオードに蓄積される電荷が少ないが転送時間が短くなるため、転送に有利な設計をする必要がある。一方で、低速な場合はフォトダイオードに蓄積される電荷が多くなるため、電荷蓄積量を増やすことが重要となる。この2つはトレードオフの関係にあるため、同時に達成することが困難である。また、電荷蓄積量が小さい場合、デバイスは大光量の受光に弱くなる。 In indirect ToF distance measurement, it is possible to operate by setting multiple frequencies (modulation frequencies) distributed to the two charge storage units, so the same device must be able to handle both high-speed and low-speed frequencies. must. When the speed is high, the amount of charge accumulated in the photodiode is small, but the transfer time is shortened, so it is necessary to make a design that is advantageous for transfer. On the other hand, when the speed is low, a large amount of charge is accumulated in the photodiode, so it is important to increase the charge accumulation amount. Since these two are in a trade-off relationship, it is difficult to achieve them simultaneously. Also, if the amount of charge storage is small, the device is vulnerable to receiving large amounts of light.

例えば、2つの電荷蓄積部に転送された電荷を定期的に画素ドレイン電極にオーバーフローさせることで、フォトダイオードへ電子が逆流することを防止するようにした感度変調素子が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 For example, there has been proposed a sensitivity modulation element that prevents electrons from flowing back to a photodiode by causing the charges transferred to the two charge storage portions to periodically overflow to the pixel drain electrode (for example, See Patent Document 1).

特開2003-247809号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-247809

間接ToF方式の受光素子では、上述したように、変調周波数を高速に設定して動作させる必要があり、従来のビューイングセンサと比較して、フォトダイオードの蓄積電荷量が少ない場合がある。そのため、フォトダイオードの飽和電荷量より多い余剰電荷が溢れ、本体の転送方向と異なる反対側の電荷蓄積部へ意図せず転送される場合があり得る。この場合、測距精度が低下する。 As described above, the indirect ToF type light receiving element needs to be operated with a high modulation frequency, and the amount of charge accumulated in the photodiode may be smaller than that of the conventional viewing sensor. Therefore, surplus charges larger than the saturated charge amount of the photodiode may overflow and be unintentionally transferred to the charge accumulation section on the opposite side of the transfer direction of the main body. In this case, the ranging accuracy is lowered.

本開示は、このような状況に鑑みてなされたものであり、高速動作時の転送効率を維持しつつ、低速時の測距精度を改善できるようにするものである。 The present disclosure has been made in view of such circumstances, and is intended to improve distance measurement accuracy during low-speed operation while maintaining transfer efficiency during high-speed operation.

本開示の第1の側面の受光素子は、
光電変換部と、前記光電変換部で生成された電荷を転送する転送トランジスタとを有する画素と、
前記転送トランジスタをオフさせるオフ制御電圧として、複数の電圧値を切り替え制御する電圧制御部と
を備える。
The light receiving element of the first aspect of the present disclosure includes
a pixel having a photoelectric conversion unit and a transfer transistor that transfers charges generated by the photoelectric conversion unit;
and a voltage control unit that switches and controls a plurality of voltage values as an off-control voltage for turning off the transfer transistor.

本開示の第2の側面の受光素子の駆動方法は、
光電変換部と、前記光電変換部で生成された電荷を転送する転送トランジスタとを有する画素を備える受光素子が、
前記転送トランジスタをオフさせるオフ制御電圧として、複数の電圧値を切り替え制御する。
A method for driving a light receiving element according to the second aspect of the present disclosure includes:
A light-receiving element comprising a pixel having a photoelectric conversion unit and a transfer transistor for transferring charges generated by the photoelectric conversion unit,
A plurality of voltage values are switched and controlled as an off-control voltage for turning off the transfer transistor.

本開示の第3の側面の測距システムは、
照射光を発光する発光部と、
前記照射光が物体で反射されて返ってきた反射光を受光する受光素子と
を備え、
前記受光素子は、
光電変換部と、前記光電変換部で生成された電荷を転送する転送トランジスタとを有する画素と、
前記転送トランジスタをオフさせるオフ制御電圧として、複数の電圧値を切り替え制御する電圧制御部と
を備える。
The ranging system of the third aspect of the present disclosure comprises:
a light emitting unit that emits irradiation light;
a light-receiving element that receives the reflected light returned by the irradiation light reflected by an object,
The light receiving element is
a pixel having a photoelectric conversion unit and a transfer transistor that transfers charges generated by the photoelectric conversion unit;
and a voltage control unit that switches and controls a plurality of voltage values as an off-control voltage for turning off the transfer transistor.

本開示の第1乃至第3の側面においては、光電変換部と、前記光電変換部で生成された電荷を転送する転送トランジスタとを有する画素を備える受光素子において、前記転送トランジスタをオフさせるオフ制御電圧として、複数の電圧値が切り替え制御される。 In the first to third aspects of the present disclosure, in a light-receiving element including a pixel having a photoelectric conversion unit and a transfer transistor that transfers charges generated by the photoelectric conversion unit, off control for turning off the transfer transistor As the voltage, a plurality of voltage values are switch-controlled.

受光素子及び測距システムは、独立した装置であっても良いし、他の装置に組み込まれるモジュールであっても良い。 The light-receiving element and the distance measuring system may be independent devices or may be modules incorporated in other devices.

本開示の実施の形態である測距システムの構成例を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a configuration example of a ranging system according to an embodiment of the present disclosure; FIG. 図1の受光素子の構成例を示すブロック図である。2 is a block diagram showing a configuration example of a light receiving element in FIG. 1; FIG. 画素の回路構成例を示す図である。It is a figure which shows the circuit structural example of a pixel. 照射光の発光と画素の駆動を説明する図である。It is a figure explaining light emission of irradiation light, and a drive of a pixel. 2Phase方式と4Phase方式によるデプス値の算出方法を説明する図である。It is a figure explaining the calculation method of the depth value by a 2-Phase method and a 4-Phase method. 2Phase方式と4Phase方式によるデプス値の算出方法を説明する図である。It is a figure explaining the calculation method of the depth value by a 2-Phase method and a 4-Phase method. 2Phase方式と4Phase方式によるデプス値の算出方法を説明する図である。It is a figure explaining the calculation method of the depth value by a 2-Phase method and a 4-Phase method. 高速動作時の転送トランジスタの駆動を説明する図である。FIG. 4 is a diagram for explaining driving of transfer transistors during high-speed operation; 高速動作時と比較した低速動作時の転送トランジスタの駆動を説明する図である。FIG. 10 is a diagram illustrating driving of transfer transistors during low-speed operation compared with high-speed operation; 転送トランジスタオフ時の印加電圧制御をまとめた図である。FIG. 4 is a diagram summarizing applied voltage control when a transfer transistor is turned off; オフ電圧制御部の構成例を示すブロック図である。4 is a block diagram showing a configuration example of an off-voltage control section; FIG. オフ電圧制御処理を説明するフローチャートである。4 is a flowchart for explaining off-voltage control processing; 本開示の測距システムを搭載した電子機器としてのスマートフォンの構成例を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a configuration example of a smartphone as an electronic device equipped with a ranging system of the present disclosure; FIG. 車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。1 is a block diagram showing an example of a schematic configuration of a vehicle control system; FIG. 車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of installation positions of an outside information detection unit and an imaging unit;

以下、添付図面を参照しながら、本開示の技術を実施するための形態(以下、実施の形態という)について説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。説明は以下の順序で行う。
1.測距システムの構成例
2.受光素子の構成例
3.画素回路の構成例
4.画素動作と画素信号の説明
5.転送トランジスタの駆動電圧制御
6.オフ電圧制御部の構成例
7.変形例
8.電子機器の構成例
9.移動体への応用例
Hereinafter, modes for implementing the technology of the present disclosure (hereinafter referred to as embodiments) will be described with reference to the accompanying drawings. In the present specification and drawings, constituent elements having substantially the same functional configuration are denoted by the same reference numerals, thereby omitting redundant description. The explanation is given in the following order.
1. Configuration example of distance measuring system 2. Configuration example of light-receiving element 3. Configuration example of pixel circuit 4. 5. Description of pixel operation and pixel signal. Drive voltage control of transfer transistor6. Configuration example of off-voltage control unit 7. Modification 8. Configuration example of electronic device 9. Example of application to mobile objects

<1.測距システムの構成例>
図1は、本開示の実施の形態である測距システムの構成例を示すブロック図である。
<1. Configuration example of distance measuring system>
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a ranging system according to an embodiment of the present disclosure.

図1の測距システム1は、制御装置11、受光装置12、および、照明装置13を備える。受光装置12は、受光素子31およびレンズ32を備える。照明装置13は、LD21および発光部22を備える。 The ranging system 1 of FIG. 1 includes a control device 11, a light receiving device 12, and an illumination device 13. The light receiving device 12 includes a light receiving element 31 and a lens 32 . The illumination device 13 has an LD 21 and a light emitting section 22 .

制御装置11は、測距システム1全体の動作を制御する装置である。制御装置11は、受光装置12に対して、動作モードを指定して測定リクエストを供給する。また、制御装置11は、測定リクエストに応じて受光装置12が受光した結果に基づいて生成した測定データを、受光装置12から取得する。制御装置11は、測距システム1の構成の一部ではなく、測距システム1の外部に、例えば、測距システム1が組み込まれるホスト装置の制御部として設けられてもよい。 The control device 11 is a device that controls the operation of the distance measuring system 1 as a whole. The control device 11 specifies an operation mode and supplies a measurement request to the light receiving device 12 . Further, the control device 11 acquires from the light receiving device 12 the measurement data generated based on the result of the light received by the light receiving device 12 in response to the measurement request. The control device 11 may be provided outside the ranging system 1 instead of being part of the configuration of the ranging system 1, for example, as a control unit of a host device in which the ranging system 1 is incorporated.

ここで、制御装置11が受光装置12に対して指定可能な動作モードには、間接ToF方式による物体までの距離を測定する測距モードと、2次元の輝度画像を生成する2D画像撮影モードとがある。間接 ToF方式の測距は、照射光が発光されたタイミングから、反射光が受光されるタイミングまでの飛行時間を位相差として検出し、物体までの距離を算出する測距である。2D画像撮影モードは、通常のイメージセンサのように、受光量に応じた2次元の輝度画像を出力するモードである。 Here, the operation modes that can be specified by the control device 11 to the light receiving device 12 include a ranging mode for measuring the distance to an object by the indirect ToF method, and a 2D image shooting mode for generating a two-dimensional luminance image. There is Indirect ToF distance measurement is a distance measurement that calculates the distance to an object by detecting the flight time from the timing at which irradiated light is emitted to the timing at which reflected light is received as a phase difference. The 2D image shooting mode is a mode for outputting a two-dimensional luminance image according to the amount of light received, like a normal image sensor.

受光装置12の受光素子31は、制御装置11から測定リクエストが供給されると、発光パルスをLD21へ供給し、発光部22から照射光を発光させる。そして、受光素子31は、物体41及び物体42等の被写体からの反射光を、レンズ32を介して受光する。レンズ32は、被写体から反射されてきた反射光を入射光として受光素子31の受光面に結像させる。なお、レンズ32の構成は任意であり、例えば、複数のレンズ群によりレンズ32を構成することも可能である。 When a measurement request is supplied from the control device 11 , the light receiving element 31 of the light receiving device 12 supplies a light emission pulse to the LD 21 and causes the light emitting section 22 to emit irradiation light. The light receiving element 31 receives reflected light from subjects such as the objects 41 and 42 through the lens 32 . The lens 32 forms an image on the light-receiving surface of the light-receiving element 31 using the reflected light reflected from the object as incident light. Note that the configuration of the lens 32 is arbitrary, and for example, the lens 32 can be configured with a plurality of lens groups.

発光パルスは、発光部22の発光動作、および、受光素子31の受光動作の基準となるタイミング信号であり、例えば、オン(High)とオフ(Low)が変調周波数Fmodで繰り返されるパルス信号である。 The light emission pulse is a timing signal that serves as a reference for the light emitting operation of the light emitting unit 22 and the light receiving operation of the light receiving element 31. For example, it is a pulse signal in which ON (High) and OFF (Low) are repeated at the modulation frequency Fmod. .

受光素子31は、動作モードが測距モードの場合には、反射光の受光結果に基づいて、被写体までの距離情報を格納したデプス画像を生成し、測定データとして、制御装置11へ出力する。一方、動作モードが2D画像撮影モードの場合には、受光装置12は、反射光の受光結果に基づいて、被写体の輝度画像を生成し、測定データとして、制御装置11へ出力する。受光素子31の具体的構成については、図2以降で詳述する。 When the operation mode is the distance measurement mode, the light receiving element 31 generates a depth image storing distance information to the subject based on the light receiving result of the reflected light, and outputs it to the control device 11 as measurement data. On the other hand, when the operation mode is the 2D image shooting mode, the light receiving device 12 generates a brightness image of the subject based on the result of receiving the reflected light, and outputs it to the control device 11 as measurement data. A specific configuration of the light receiving element 31 will be described in detail after FIG.

照明装置13のLD21は、例えば、発光部22を駆動するレーザドライバであり、受光素子31からの発光パルスに基づいて発光部22を駆動し、発光部22から照射光を出力させる。発光部22は、例えば、VCSEL LED(Vertical Cavity Surface Emitting LASER LED)などで構成され、LD21の駆動により照射光を発光する。照射光には、例えば、波長が約850nmから940nmの範囲の赤外光(IR光)が用いられる。 The LD 21 of the illumination device 13 is, for example, a laser driver that drives the light emitting section 22, drives the light emitting section 22 based on the light emission pulse from the light receiving element 31, and causes the light emitting section 22 to output irradiation light. The light emitting unit 22 is composed of, for example, a VCSEL LED (Vertical Cavity Surface Emitting LASER LED) or the like, and emits irradiation light by driving the LD 21 . As the irradiation light, for example, infrared light (IR light) having a wavelength in the range of approximately 850 nm to 940 nm is used.

<2.受光素子の構成例>
図2は、図1の受光素子31の構成例を示すブロック図である。
<2. Configuration example of light receiving element>
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of the light receiving element 31 of FIG.

受光素子31は、制御部51、画素アレイ部52、パルス生成回路53,タップ駆動部54、垂直駆動部55、カラム処理部56、水平駆動部57、信号処理部58、および、出力部59を含んで構成される。 The light receiving element 31 includes a control section 51 , a pixel array section 52 , a pulse generation circuit 53 , a tap driving section 54 , a vertical driving section 55 , a column processing section 56 , a horizontal driving section 57 , a signal processing section 58 and an output section 59 . composed of

制御部51は、受光素子31全体の動作を制御する。例えば、制御部51は、制御装置11から供給される動作モードおよび測定リクエストを、不図示の入力部を介して取得する。また、制御部51は、動作モードに応じて、所定の変調周波数Fmodの発光パルスの生成をパルス生成回路53へ指示する。制御部51は、動作モードに応じた動作を行うための制御信号を、垂直駆動部55、カラム処理部56、水平駆動部57等へ供給する。さらに、制御部51は、動作モードに応じて信号処理部58が行う所定の信号処理、例えば、デプス画像の生成処理や、輝度画像の生成処理などを、信号処理部58へ指示する。 The control unit 51 controls the operation of the light receiving element 31 as a whole. For example, the control unit 51 acquires the operation mode and measurement request supplied from the control device 11 via an input unit (not shown). Further, the control unit 51 instructs the pulse generation circuit 53 to generate a light emission pulse with a predetermined modulation frequency Fmod according to the operation mode. The control unit 51 supplies control signals for performing operations according to the operation mode to the vertical driving unit 55, the column processing unit 56, the horizontal driving unit 57, and the like. Further, the control unit 51 instructs the signal processing unit 58 to perform predetermined signal processing performed by the signal processing unit 58 according to the operation mode, such as depth image generation processing and luminance image generation processing.

画素アレイ部52には、複数の画素61が行列状に2次元配置されている。画素61の回路構成については図3を参照して後述するが、画素アレイ部52に2次元配置された各画素61は、受光した光量に応じた電荷を生成する光電変換部としてのフォトダイオード71と、フォトダイオード71で生成された電荷を蓄積する2つのタップ(FD73)を有している。この2つのタップを、第1タップおよび第2タップとも称する。 A plurality of pixels 61 are two-dimensionally arranged in a matrix in the pixel array section 52 . Although the circuit configuration of the pixels 61 will be described later with reference to FIG. 3, each of the pixels 61 arranged two-dimensionally in the pixel array section 52 includes a photodiode 71 as a photoelectric conversion section that generates an electric charge corresponding to the amount of light received. and two taps (FD73) for accumulating charges generated by the photodiode 71 . These two taps are also called the first tap and the second tap.

パルス生成回路53は、制御部51の制御にしたがい、所定の変調周波数Fmodの発光パルスを生成し、照明装置13のLD21へ出力する。発光パルスの変調周波数Fmodは、低速駆動時には、例えば、20MHzに設定され、高速駆動時には、100MHzに設定される。なお、この変調周波数はあくまで一例であり、この数値に限られない。 The pulse generation circuit 53 generates a light emission pulse with a predetermined modulation frequency Fmod under the control of the control unit 51 and outputs it to the LD 21 of the illumination device 13 . The modulation frequency Fmod of the light emission pulse is set to, for example, 20 MHz during low-speed driving, and is set to 100 MHz during high-speed driving. Note that this modulation frequency is merely an example, and is not limited to this numerical value.

また、パルス生成回路53は、変調周波数Fmodの発光パルスに対応した駆動信号GDAおよびGDBを生成し、タップ駆動部54へ供給する。駆動信号GDAは、各画素61の光電変換部で生成された電荷を第1タップへ転送するための駆動信号であり、駆動信号GDBは、各画素61の光電変換部で生成された電荷を第2タップへ転送するための駆動信号である。駆動信号GDAと駆動信号GDBは、一方に対して他方の位相が反転した信号となっている。 Further, the pulse generation circuit 53 generates drive signals GDA and GDB corresponding to the light emission pulse with the modulation frequency Fmod and supplies them to the tap drive section 54 . The drive signal GDA is a drive signal for transferring the charge generated by the photoelectric conversion unit of each pixel 61 to the first tap, and the drive signal GDB transfers the charge generated by the photoelectric conversion unit of each pixel 61 to the first tap. It is a drive signal for transferring to 2 taps. The drive signal GDA and the drive signal GDB are signals in which the phase of the other is inverted with respect to that of the other.

タップ駆動部54は、パルス生成回路53から供給される、2つの駆動信号GDAおよびGDBを分配することで画素列単位の駆動信号GDA’と駆動信号GDB’を生成して、画素アレイ部52の各画素列に供給する。タップ駆動部54は、画素アレイ部52の画素列単位に駆動信号GDA’と駆動信号GDB’を供給することで、各画素61の2つのタップへの電荷振り分けを制御する。 The tap drive section 54 distributes the two drive signals GDA and GDB supplied from the pulse generation circuit 53 to generate a drive signal GDA' and a drive signal GDB' for each pixel column. supplied to each pixel column. The tap drive section 54 supplies the drive signal GDA' and the drive signal GDB' for each pixel column of the pixel array section 52, thereby controlling charge distribution to the two taps of each pixel 61. FIG.

画素アレイ部52には、画素行ごとに画素駆動線63が水平方向に沿って配線され、画素列ごとに2本の垂直信号線64Aおよび64Bが垂直方向に沿って配線されている。画素駆動線63は、各画素61から検出信号VSLを読み出す際の駆動を行うための駆動信号を伝送する。図2では、画素駆動線63について1本の配線として示しているが、1本に限られるものではない。画素駆動線63の一端は、垂直駆動部55の各画素行に対応した出力端に接続されている。垂直信号線64Aは、第1タップの検出信号VSLAをカラム処理部56へ伝送する信号線であり、垂直信号線64Bは、第2タップの検出信号VSLBをカラム処理部56へ伝送する信号線である。 In the pixel array section 52, a pixel drive line 63 is wired in the horizontal direction for each pixel row, and two vertical signal lines 64A and 64B are wired in the vertical direction for each pixel column. The pixel drive line 63 transmits a drive signal for driving when reading out the detection signal VSL from each pixel 61 . In FIG. 2, the pixel drive line 63 is shown as one wiring, but it is not limited to one. One end of the pixel driving line 63 is connected to an output terminal corresponding to each pixel row of the vertical driving section 55 . The vertical signal line 64A is a signal line for transmitting the detection signal VSLA of the first tap to the column processing section 56, and the vertical signal line 64B is a signal line for transmitting the detection signal VSLB of the second tap to the column processing section 56. be.

垂直駆動部55は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどによって構成され、画素行ごとに水平方向に沿って配線された画素駆動線63を介して、画素アレイ部52の各画素61を、全画素同時あるいは行単位等で駆動する画素駆動部である。垂直駆動部55によって選択走査された画素行の各画素61から出力される検出信号VSLAおよびVSLBは、画素信号として、垂直信号線64Aまたは64Bを通ってカラム処理部56に供給される。 The vertical driving section 55 is composed of a shift register, an address decoder, and the like, and drives each pixel 61 of the pixel array section 52 simultaneously or simultaneously for each pixel row through a pixel driving line 63 arranged in the horizontal direction. This is a pixel driving unit that drives in units of rows or the like. The detection signals VSLA and VSLB output from each pixel 61 in the pixel row selectively scanned by the vertical driving section 55 are supplied as pixel signals to the column processing section 56 through the vertical signal lines 64A or 64B.

カラム処理部56は、画素アレイ部52の画素列毎に、選択行の各画素61から垂直信号線64Aまたは64Bを介して入力される画素信号に対して所定の信号処理を行うとともに、信号処理後の画素信号を一時的に保持する。例えば、カラム処理部56は、信号処理として、画素信号のAD(アナログデジタル)変換処理などを実行する。 The column processing unit 56 performs predetermined signal processing on pixel signals input from each pixel 61 of the selected row via the vertical signal line 64A or 64B for each pixel column of the pixel array unit 52, and performs signal processing. Subsequent pixel signals are temporarily held. For example, the column processing unit 56 executes AD (analog-to-digital) conversion processing of pixel signals as signal processing.

水平駆動部57は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどによって構成され、カラム処理部56の画素列に対応する単位回路を順番に選択する。この水平駆動部57による選択走査により、カラム処理部56で信号処理された画素信号が順番に信号処理部58に出力される。 The horizontal driving section 57 is composed of a shift register, an address decoder, and the like, and selects unit circuits corresponding to the pixel columns of the column processing section 56 in order. By selective scanning by the horizontal driving unit 57 , the pixel signals processed by the column processing unit 56 are sequentially output to the signal processing unit 58 .

信号処理部58は、所定の演算処理機能を有し、カラム処理部56から出力される画素信号に対して、所定の演算処理を必要に応じて行って、出力部59を介して、制御装置11(図1)へ出力する。 The signal processing unit 58 has a predetermined arithmetic processing function, performs predetermined arithmetic processing on the pixel signals output from the column processing unit 56 as necessary, and outputs the signals to the control device via the output unit 59. 11 (FIG. 1).

例えば、信号処理部58は、動作モードが測距モードの場合には、カラム処理部56から供給される各画素61のタップ毎の画素データ(検出信号VSLAおよびVSLB)に基づいて、被写体までの距離情報を算出し、各画素の画素値として距離情報を格納したデプス画像を生成する処理を行う。 For example, when the operation mode is the distance measurement mode, the signal processing unit 58 determines the distance to the subject based on the pixel data (detection signals VSLA and VSLB) for each tap of each pixel 61 supplied from the column processing unit 56. A process of calculating distance information and generating a depth image in which the distance information is stored as the pixel value of each pixel is performed.

例えば、信号処理部58は、動作モードが2D画像撮影モードの場合には、カラム処理部56から供給される各画素61のタップ毎の画素データに基づいて、被写体の輝度画像を生成する処理を行う。 For example, when the operation mode is the 2D image shooting mode, the signal processing unit 58 performs processing for generating a brightness image of the subject based on pixel data for each tap of each pixel 61 supplied from the column processing unit 56. conduct.

出力部59は、例えば、MIPI(Mobile Industry Processor Interface)等の所定の通信インタフェース等で構成され、信号処理部58の演算処理結果であるデプス画像や輝度画像を、測定データとして、制御装置11へ出力する。 The output unit 59 is configured by a predetermined communication interface such as MIPI (Mobile Industry Processor Interface), for example, and outputs the depth image and the luminance image, which are the arithmetic processing results of the signal processing unit 58, to the control device 11 as measurement data. Output.

以上のように構成される受光素子31は、制御装置11から指定された動作モードで受光動作を行う。動作モードとして測距モードが指定された場合には、受光素子31は、発光パルスの変調周波数Fmodを、低速駆動と高速駆動の少なくとも2種類の周波数に切り替えて受光動作を行い、デプス画像を生成して出力する。本実施の形態では、高速駆動の第1の変調周波数Fmod1を、例えば100MHzとし、低速駆動の第2の変調周波数Fmod2を、例えば20MHzとする。また、動作モードとして2D画像撮影モードが指定された場合には、受光素子31は、被写体の輝度画像を生成して出力する。2D画像撮影モードでは、測距モードと同様に所定の変調周波数Fmodで照射光を発光させてもよいし、発光させなくてもよい。照射光を発光させない場合には、発光パルスの照明装置13への出力が停止される。本実施の形態では、低速駆動の第2の変調周波数Fmod2で照射光を発光させて、受光することとして説明する。なお、2D画像撮影モードで照射光を発光させる場合の変調周波数Fmodは、測距モードで動作させる場合のいずれかの変調周波数Fmodと同じである必要はない。 The light-receiving element 31 configured as described above performs a light-receiving operation in an operation mode specified by the control device 11 . When the distance measurement mode is designated as the operation mode, the light receiving element 31 switches the modulation frequency Fmod of the light emission pulse to at least two frequencies of low speed drive and high speed drive, performs light reception operation, and generates a depth image. and output. In this embodiment, the first modulation frequency Fmod1 for high-speed driving is set to 100 MHz, for example, and the second modulation frequency Fmod2 for low-speed driving is set to 20 MHz, for example. Also, when the 2D image shooting mode is specified as the operation mode, the light receiving element 31 generates and outputs a luminance image of the subject. In the 2D image capturing mode, the illumination light may or may not be emitted at a predetermined modulation frequency Fmod as in the ranging mode. When the irradiation light is not emitted, the output of the light emission pulse to the illumination device 13 is stopped. In the present embodiment, it is assumed that irradiation light is emitted and received at the second modulation frequency Fmod2 driven at low speed. Note that the modulation frequency Fmod for emitting irradiation light in the 2D image capturing mode does not need to be the same as any modulation frequency Fmod for operating in the ranging mode.

<3.画素回路の構成例>
図3は、画素61の回路構成例を示している。
<3. Configuration Example of Pixel Circuit>
FIG. 3 shows a circuit configuration example of the pixel 61. As shown in FIG.

図3の画素61は、光電変換部としてフォトダイオード71を備える。また、画素61は、転送トランジスタ72、FD(浮遊拡散領域)73、FDゲートトランジスタ74、増幅トランジスタ75、リセットトランジスタ76、及び、選択トランジスタ77を、2つのタップに対応して2個ずつ有する。すなわち、画素61は、転送トランジスタ72Aおよび72B、FD73Aおよび73B、FDゲートトランジスタ74Aおよび74B、増幅トランジスタ75Aおよび75B、リセットトランジスタ76Aおよび76B、並びに、選択トランジスタ77Aおよび77Bを有し、符号にAが付された素子が第1タップ側の素子であり、符号にBが付された素子が第2タップ側の素子である。また、FD73Aおよび73Bが、フォトダイオード71で生成された電荷を蓄積する2つのタップに相当する。画素61は、さらに、電荷排出トランジスタ78も有している。画素61に含まれる各トランジスタは、N型のMOSFETで構成される。 A pixel 61 in FIG. 3 includes a photodiode 71 as a photoelectric conversion unit. The pixel 61 also has two transfer transistors 72, FD (floating diffusion regions) 73, FD gate transistors 74, amplification transistors 75, reset transistors 76, and selection transistors 77 corresponding to two taps. That is, the pixel 61 has transfer transistors 72A and 72B, FDs 73A and 73B, FD gate transistors 74A and 74B, amplification transistors 75A and 75B, reset transistors 76A and 76B, and selection transistors 77A and 77B. Elements marked with are the elements on the first tap side, and elements marked with B are elements on the second tap side. FDs 73A and 73B correspond to two taps for accumulating charges generated by the photodiode 71. FIG. Pixel 61 also includes a charge drain transistor 78 . Each transistor included in the pixel 61 is composed of an N-type MOSFET.

フォトダイオード71は、受光した反射光の光量に応じた電荷を生成して蓄積する。 The photodiode 71 generates and accumulates electric charges according to the amount of reflected light received.

転送トランジスタ72Aは、ゲート電極に供給される駆動信号GDA’がアクティブ状態(High)になるとこれに応答して導通状態になることで、フォトダイオード71に蓄積されている電荷をFD73Aに転送する。転送トランジスタ72Bは、ゲート電極に供給される駆動信号GDB’がアクティブ状態(High)になるとこれに応答して導通状態になることで、フォトダイオード71に蓄積されている電荷をFD73Bに転送する。 When the drive signal GDA' supplied to the gate electrode becomes active (High), the transfer transistor 72A becomes conductive in response to this, thereby transferring the charges accumulated in the photodiode 71 to the FD 73A. When the drive signal GDB' supplied to the gate electrode becomes active (High), the transfer transistor 72B becomes conductive in response to this, thereby transferring the charge accumulated in the photodiode 71 to the FD 73B.

FD73Aは、フォトダイオード71から転送されてきた電荷を一時的に蓄積し保持する第1タップの電荷蓄積部である。FD73Bは、フォトダイオード71から転送されてきた電荷を一時的に蓄積し保持する第2タップの電荷蓄積部である。 The FD 73A is a first-tap charge storage unit that temporarily stores and holds the charge transferred from the photodiode 71. FIG. FD 73B is a second-tap charge storage unit that temporarily stores and holds the charge transferred from the photodiode 71 .

FDゲートトランジスタ74Aは、ゲート電極に供給されるFD駆動信号FDGがアクティブ状態になるとこれに応答して導通状態になることで、FDゲートトランジスタ74Aとリセットトランジスタ76Aとの間の付加容量を、FD73Aに接続させる。FDゲートトランジスタ74Bは、ゲート電極に供給されるFD駆動信号FDGがアクティブ状態になるとこれに応答して導通状態になることで、FDゲートトランジスタ74Bとリセットトランジスタ76Bとの間の付加容量を、FD73Bに接続させる。入射光の光量に応じてFDゲートトランジスタ74のオンオフを動的に制御することで、蓄積容量を変更することができる。図3では、簡略化のため、FD駆動信号線81が1本で、FD駆動信号FDGをFDゲートトランジスタ74Aおよび74Bで共有する構成とされているが、実際にはFD駆動信号線81は、FDゲートトランジスタ74Aおよび74Bそれぞれに対して個別に設けられており、それぞれが排他的に動作されるようにオンまたはオフが制御される。 When the FD drive signal FDG supplied to the gate electrode becomes active, the FD gate transistor 74A becomes conductive in response to this. connect to When the FD drive signal FDG supplied to the gate electrode becomes active, the FD gate transistor 74B becomes conductive in response to this. connect to By dynamically controlling the on/off of the FD gate transistor 74 according to the amount of incident light, the storage capacitance can be changed. In FIG. 3, for the sake of simplification, there is only one FD drive signal line 81, and the FD drive signal FDG is shared by the FD gate transistors 74A and 74B. They are individually provided for the FD gate transistors 74A and 74B, and are controlled to be on or off so that they operate exclusively.

増幅トランジスタ75Aは、ソース電極が選択トランジスタ77Aを介して垂直信号線64Aと接続されることにより不図示の定電流源と接続し、ソースフォロワ回路を構成する。増幅トランジスタ75Bは、ソース電極が選択トランジスタ77Bを介して垂直信号線64Bと接続されることにより不図示の定電流源と接続し、ソースフォロワ回路を構成する。 The amplification transistor 75A is connected to a constant current source (not shown) by connecting the source electrode to the vertical signal line 64A through the selection transistor 77A, thereby forming a source follower circuit. The amplification transistor 75B is connected to a constant current source (not shown) by connecting the source electrode to the vertical signal line 64B via the selection transistor 77B, thereby forming a source follower circuit.

リセットトランジスタ76Aは、ゲート電極に供給されるリセット駆動信号RSTがアクティブ状態になるとこれに応答して導通状態になることで、FD73Aの電位をリセットする。リセットトランジスタ76Bは、ゲート電極に供給されるリセット駆動信号RSTがアクティブ状態になるとこれに応答して導通状態になることで、FD73Bの電位をリセットする。なお、リセットトランジスタ76Aおよび76Bがアクティブ状態とされるとき、FDゲートトランジスタ74Aおよび74Bも同時にアクティブ状態とされる。図3では、簡略化のため、リセット駆動信号線82が1本で、リセット駆動信号RSTをリセットトランジスタ76Aおよび76Bで共有する構成とされているが、実際にはリセット駆動信号線82は、リセットトランジスタ76Aおよび76Bそれぞれに対して個別に設けられており、それぞれが排他的に動作されるようにオンまたはオフが制御される。リセットトランジスタ76Aおよび76Bのドレインには、所定のドレイン電圧RSTDRAINが供給されている。 The reset transistor 76A resets the potential of the FD 73A by becoming conductive in response to the active state of the reset drive signal RST supplied to the gate electrode. The reset transistor 76B becomes conductive in response to the reset drive signal RST supplied to its gate electrode becoming active, thereby resetting the potential of the FD 73B. When reset transistors 76A and 76B are activated, FD gate transistors 74A and 74B are simultaneously activated. In FIG. 3, for the sake of simplification, there is only one reset driving signal line 82, and the reset driving signal RST is shared by the reset transistors 76A and 76B. Each of the transistors 76A and 76B is individually provided, and ON or OFF is controlled so that each operates exclusively. A predetermined drain voltage RSTDRAIN is supplied to the drains of the reset transistors 76A and 76B.

選択トランジスタ77Aは、増幅トランジスタ75Aと垂直信号線64Aとの間に接続されており、ゲート電極に供給される選択信号SELがアクティブ状態になると導通し、増幅トランジスタ75Aより出力される検出信号VSLAを、垂直信号線64Aに出力する。選択トランジスタ77Bは、増幅トランジスタ75Bと垂直信号線64Bとの間に接続されており、ゲート電極に供給される選択信号SELがアクティブ状態になると導通し、増幅トランジスタ75Bより出力される検出信号VSLBを、垂直信号線64Bに出力する。図3では、簡略化のため、選択信号線83が1本で、選択信号SELを選択トランジスタ77Aおよび77Bで共有する構成とされているが、実際には選択信号線83は、選択トランジスタ77Aおよび77Bそれぞれに対して個別に設けられており、それぞれが排他的に動作されるようにオンまたはオフが制御される。 The selection transistor 77A is connected between the amplification transistor 75A and the vertical signal line 64A, becomes conductive when the selection signal SEL supplied to the gate electrode becomes active, and detects the detection signal VSLA output from the amplification transistor 75A. , to the vertical signal line 64A. The selection transistor 77B is connected between the amplification transistor 75B and the vertical signal line 64B, becomes conductive when the selection signal SEL supplied to the gate electrode becomes active, and detects the detection signal VSLB output from the amplification transistor 75B. , to the vertical signal line 64B. In FIG. 3, for the sake of simplification, there is only one selection signal line 83, and the selection signal SEL is shared by the selection transistors 77A and 77B. 77B are individually provided, and ON or OFF is controlled so that each operates exclusively.

電荷排出トランジスタ78は、排出駆動信号線84を介してゲート電極に供給される排出駆動信号OFGがアクティブ状態になるとこれに応答して導通状態になることで、フォトダイオード71に蓄積された電荷を排出する。 When the discharge drive signal OFG supplied to the gate electrode through the discharge drive signal line 84 becomes active, the charge discharge transistor 78 becomes conductive in response to this, thereby discharging the charges accumulated in the photodiode 71 . Discharge.

<4.画素動作と画素信号の説明>
図3の画素61の動作について説明する。
<4. Description of Pixel Operation and Pixel Signal>
The operation of the pixel 61 in FIG. 3 will be described.

まず、受光が行われる前に画素61の電荷をリセットするリセット動作が全画素で実行される。すなわち、FDゲートトランジスタ74Aおよび74B、リセットトランジスタ76Aおよび76Bがオンにされて、FD73Aおよび73Bの蓄積電荷が排出され、電荷排出トランジスタ78がオンにされて、フォトダイオード71の蓄積電荷が排出される。 First, a reset operation for resetting the charges of the pixels 61 is performed in all pixels before light reception is performed. That is, the FD gate transistors 74A and 74B and the reset transistors 76A and 76B are turned on to discharge the accumulated charge of the FDs 73A and 73B, and the charge discharge transistor 78 is turned on to discharge the accumulated charge of the photodiode 71. .

蓄積電荷の排出後、全画素で受光が開始される。具体的には、発光部22から、図4に示されるように、照射時間Tで照射のオン/オフを繰り返すように変調された照射光が出力され、被写体までの距離に応じた遅延時間ΔTだけ遅れて、フォトダイオード71において反射光が受光される。照射光の1周期(=2T)は、1/Fmodとなる。また、駆動信号GDA’は、転送トランジスタ72Aのオン/オフを制御し、駆動信号GDB’は、転送トランジスタ72Bのオン/オフを制御する。駆動信号GDA’は、例えば、照射光と同一位相の信号であり、駆動信号GDB’は、駆動信号GDA’を反転した位相となっている。 After the accumulated charges are discharged, all pixels start receiving light. Specifically, as shown in FIG. 4, the light emitting unit 22 outputs irradiation light that is modulated such that the irradiation is repeatedly turned on and off for an irradiation time T, and a delay time ΔT corresponding to the distance to the subject. The reflected light is received by the photodiode 71 with a delay of . One cycle (=2T) of the irradiation light is 1/Fmod. The drive signal GDA' controls on/off of the transfer transistor 72A, and the drive signal GDB' controls on/off of the transfer transistor 72B. The drive signal GDA' is, for example, a signal having the same phase as that of the irradiation light, and the drive signal GDB' has an inverted phase of the drive signal GDA'.

従って、図3において、フォトダイオード71が反射光を受光することにより発生する電荷は、駆動信号GDA’に従って転送トランジスタ72Aがオンとなっている間ではFD73Aに転送され、駆動信号GDB’に従って転送トランジスタ72Bがオンとなっている間ではFD73Bに転送される。これにより、照射時間Tの照射光の照射が周期的に行われる所定の期間において、転送トランジスタ72Aを介して転送された電荷はFD73Aに順次蓄積され、転送トランジスタ72Bを介して転送された電荷はFD73Bに順次蓄積される。FDゲートトランジスタ74Aおよび74Bがオンのときは、付加容量にも蓄積される。 Therefore, in FIG. 3, the charge generated by the photodiode 71 receiving the reflected light is transferred to the FD 73A while the transfer transistor 72A is on according to the driving signal GDA', and the transfer transistor 72A is transferred according to the driving signal GDB'. While 72B is on, it is transferred to FD 73B. As a result, during a predetermined period in which the irradiation of the irradiation light of the irradiation time T is periodically performed, the charges transferred via the transfer transistor 72A are sequentially accumulated in the FD 73A, and the charges transferred via the transfer transistor 72B are stored in the FD 73A. It is accumulated sequentially in the FD73B. Additional capacitance is also stored when FD gate transistors 74A and 74B are on.

以上のように、画素61は、フォトダイオード71が受光した反射光により発生する電荷を、遅延時間ΔTに応じて第1タップ(FD73A)と第2タップ(FD73B)に振り分けて、第1タップの検出信号VSLAと、第2タップの検出信号VSLBのそれぞれを出力する。 As described above, the pixel 61 distributes the charge generated by the reflected light received by the photodiode 71 to the first tap (FD73A) and the second tap (FD73B) according to the delay time ΔT. It outputs a detection signal VSLA and a second tap detection signal VSLB.

ただし、画素アレイ部52では、個々の画素61が有するフォトダイオード71や転送トランジスタ72等の画素トランジスタの各素子の特性のズレ(感度差)によって、画素61ごとに異なる影響が検出信号VSLAおよび検出信号VSLBに与えられる場合がある。そのため、間接ToF方式の測距システム1では、同一の画素61で位相を変えて反射光を受光した検出信号VSLAおよび検出信号VSLBを取得することにより、各画素61のタップ間の感度差を除去し、SN比を向上させる手法が採用される。 However, in the pixel array unit 52, the detection signal VSLA and the detection signal VSLA are affected differently for each pixel 61 due to the characteristic deviation (sensitivity difference) of each element of the pixel transistor such as the photodiode 71 and the transfer transistor 72 of each pixel 61. signal VSLB. Therefore, in the distance measurement system 1 of the indirect ToF method, the sensitivity difference between the taps of each pixel 61 is eliminated by acquiring the detection signal VSLA and the detection signal VSLB that received the reflected light with the same pixel 61 changing the phase. Then, a method to improve the SN ratio is adopted.

位相を変えて反射光を受光し、デプス値を算出する方式として、例えば、2Phaseによる検出方式(2Phase方式)と、4Phaseによる検出方式(4Phase方式)とについて説明する。 As methods for receiving reflected light with different phases and calculating depth values, for example, a 2-Phase detection method (2-Phase method) and a 4-Phase detection method (4-Phase method) will be described.

4Phase方式では、受光素子31は、図5に示されるように、照射光の照射タイミングを基準に、位相を0°、90°、180°、および、270°だけずらした受光タイミングで反射光を受光する。より具体的には、受光素子31は、あるフレーム期間では、照射光の照射タイミングに対して位相を0°にして受光し、次のフレーム期間では、位相を90°にして受光し、次のフレーム期間では、位相を180°にして受光し、次のフレーム期間では、位相を270°にして受光する、というように、時分割で位相を変えて反射光を受光する。 In the 4-Phase method, as shown in FIG. 5, the light-receiving element 31 receives the reflected light at light-receiving timings shifted by 0°, 90°, 180°, and 270° with respect to the irradiation timing of the irradiation light. receive light. More specifically, the light-receiving element 31 receives light with a phase of 0° with respect to the irradiation timing of irradiation light in a certain frame period, receives light with a phase of 90° in the next frame period, and receives light with a phase of 90° in the next frame period. In a frame period, the reflected light is received with a phase of 180°, and in the next frame period, the phase is changed with a phase of 270°, and the reflected light is received by changing the phase.

なお、0°、90°、180°、または、270°の位相とは、特に言及しない限り、画素61の第1タップにおける位相を表す。第2タップは、第1タップとは反転した位相となるので、第1タップが0°、90°、180°、または、270°の位相のとき、第2タップは、それぞれ、180°、270°、0°、または、90°の位相となっている。 A phase of 0°, 90°, 180°, or 270° represents the phase at the first tap of the pixel 61 unless otherwise specified. Since the second tap has a phase opposite to that of the first tap, when the first tap has a phase of 0°, 90°, 180°, or 270°, the second tap has a phase of 180°, 270°, respectively. °, 0°, or 90° phase.

図6は、0°、90°、180°、および、270°の各位相における画素61の第1タップの露光期間を、位相差が分かり易いように並べて示した図である。 FIG. 6 is a diagram showing the exposure periods of the first tap of the pixel 61 at each phase of 0°, 90°, 180°, and 270° so that the phase difference can be easily understood.

図6に示されるように、第1タップにおいて、照射光と同一の位相(位相0°)で受光して得られる検出信号VSLAを検出信号A、照射光と90度ずらした位相(位相90°)で受光して得られる検出信号VSLAを検出信号A90、照射光と180度ずらした位相(位相180°)で受光して得られる検出信号VSLAを検出信号A180、照射光と270度ずらした位相(位相270°)で受光して得られる検出信号VSLAを検出信号A270、と呼ぶことにする。 As shown in FIG. 6, at the first tap, the detection signal VSLA obtained by receiving light in the same phase (phase 0°) as the irradiation light is the detection signal A 0 , and the phase (phase 90°) shifted from the irradiation light by 90°. °) is the detection signal A 90 , the detection signal VSLA obtained by light reception at a phase shifted by 180 degrees from the irradiation light (phase 180 °) is the detection signal A 180 , and the irradiation light is 270 degrees A detection signal VSLA obtained by receiving light with a shifted phase (phase 270°) is called a detection signal A 270 .

また、図示は省略するが、第2タップにおいて、照射光と同一の位相(位相0°)で受光して得られる検出信号VSLBを検出信号B、照射光と90度ずらした位相(位相90°)で受光して得られる検出信号VSLBを検出信号B90、照射光と180度ずらした位相(位相180°)で受光して得られる検出信号VSLBを検出信号B180、照射光と270度ずらした位相(位相270°)で受光して得られる検出信号VSLBを検出信号B270、と呼ぶことにする。 Although not shown, the detection signal VSLB obtained by receiving light at the same phase (phase 0°) as the irradiation light at the second tap is designated as the detection signal B 0 , and the phase shifted by 90° from the irradiation light (phase 90°). ), the detection signal VSLB obtained by receiving light at a phase shifted by 180 degrees from the irradiation light (phase 180 degrees) is the detection signal B 180 , and the detection signal VSLB obtained by light reception at a phase shifted by 180 degrees from the irradiation light is detection signal B 180. A detection signal VSLB obtained by receiving light with a shifted phase (phase 270°) is called a detection signal B 270 .

図7は、2Phase方式と4Phase方式によるデプス値と信頼度の算出方法を説明する図である。 FIG. 7 is a diagram for explaining how to calculate the depth value and reliability by the 2-Phase method and the 4-Phase method.

間接ToF方式において、デプス値dは、次式(1)で求めることができる。

Figure 2022185168000002
式(1)のcは光速であり、ΔTは遅延時間であり、fは光の変調周波数Fmodを表す。また、式(1)のφは、反射光の位相ずれ量[rad]を表し、次式(2)で表される。
Figure 2022185168000003
In the indirect ToF method, the depth value d can be obtained by the following formula (1).
Figure 2022185168000002
In Equation (1), c is the speed of light, ΔT is the delay time, and f is the modulation frequency Fmod of light. Also, φ in Equation (1) represents the amount of phase shift [rad] of the reflected light and is expressed by the following Equation (2).
Figure 2022185168000003

4Phase方式では、式(2)のI,Qが、位相を0°、90°、180°、270°に設定して得られた検出信号A乃至A270および検出信号B乃至B270を用いて、次式(3)で計算される。I,Qは、照射光の輝度変化をsin波と仮定し、sin波の位相を極座標から直交座標系(IQ平面)に変換した信号である。
I=c-c180=(A-B)-(A180-B180
Q=c90-c270=(A90-B90)-(A270-B270) ・・・・・・・・・・(3)
In the 4-Phase method, I and Q in Equation (2) convert detection signals A 0 to A 270 and detection signals B 0 to B 270 obtained by setting the phases to 0°, 90°, 180°, and 270°. is calculated by the following formula (3). I and Q are signals obtained by converting the phase of the sine wave from polar coordinates to a rectangular coordinate system (IQ plane), assuming that the luminance change of the irradiation light is a sine wave.
I = c 0 - c 180 = (A 0 - B 0 ) - (A 180 - B 180 )
Q= c90 - c270 =( A90 - B90)-(A270-B270 ) ( 3)

4Phase方式では、例えば、式(3)の“A-A180”や“A90-A270”のように、同じ画素での逆位相の検出信号の差分を取ることで、各画素に存在するタップ間の特性ばらつき、すなわち、タップ間の感度差を除去することができる。 In the 4-Phase method, for example, like “A 0 −A 180 ” and “A 90 −A 270 ” in Equation (3), by taking the difference of detection signals of opposite phases in the same pixel, It is possible to remove the characteristic variation between the taps, that is, the sensitivity difference between the taps.

一方、2Phase方式では、位相0°と位相90°の2つの位相の検出信号を用いて、式(2)のI,Qが計算できる。すなわち、2Phase方式における式(2)のI,Qは、次式(4)となる。
I=c-c180=(A-B
Q=c90-c270=(A90-B90) ・・・・・・・・・・(4)
On the other hand, in the 2-Phase method, I and Q in Equation (2) can be calculated using detection signals with two phases of 0° and 90°. That is, I and Q of the formula (2) in the 2Phase method are given by the following formula (4).
I = c 0 - c 180 = (A 0 - B 0 )
Q= c90 - c270 =( A90 - B90 ) (4)

2Phase方式では、各画素に存在するタップ間の特性ばらつきは除去することができないが、2つの位相の検出信号のみで物体までのデプス値dを求めることができるので、4Phase方式の2倍のフレームレートで測距を行うことができる。タップ間の特性ばらつきは、例えば、ゲインやオフセット等の補正パラメータで調整することができる。 Although the 2-Phase method cannot eliminate characteristic variations between taps that exist in each pixel, it is possible to obtain the depth value d to the object using only the detection signals of two phases. It is possible to measure the distance at a rate. Characteristic variations between taps can be adjusted by correction parameters such as gain and offset, for example.

信頼度cnfは、2Phase方式および4Phase方式のいずれにおいても、次式(5)で求めることができる。

Figure 2022185168000004
式(5)から分かるように、信頼度cnfは、画素61で受光した反射光の大きさ、即ち輝度情報(輝度値)に相当する。 The reliability cnf can be obtained by the following equation (5) in both the 2Phase method and the 4Phase method.
Figure 2022185168000004
As can be seen from Equation (5), the reliability cnf corresponds to the magnitude of reflected light received by the pixel 61, that is, luminance information (luminance value).

以下では、画素アレイ部52の各画素61が、0°、90°、180°、または、270°等の1位相の画素データ(検出信号)を出力する単位を1フレーム(期間)と称する。4Phase方式では、1つの変調周波数Fmodを用いて4位相に対応する4フレームで1枚のデプス画像を生成することができ、2Phase方式の場合には、1つの変調周波数Fmodを用いて2位相に対応する2フレームで1枚のデプス画像を生成することができる。 Hereinafter, a unit in which each pixel 61 of the pixel array section 52 outputs pixel data (detection signal) of one phase such as 0°, 90°, 180°, or 270° is referred to as one frame (period). In the 4-Phase method, one depth image can be generated with four frames corresponding to four phases using one modulation frequency Fmod. One depth image can be generated from two corresponding frames.

しかしながら、間接ToF方式の測距では、折り返し問題(エイリアシング)が発生する。すなわち、間接ToF方式の測距では、位相差を検出して距離に変換するので、発光部22の変調周波数Fmodに応じて最大測定範囲が決定し、最大測定距離を超えると、検出される位相差が、再度、ゼロからスタートする。これにより、例えば、変調周波数Fmodが100MHzの場合、1.5mと3mの区別がつかない。そのため、100MHzと20MHzのように、複数の変調周波数Fmodで測距を行う必要がある。4Phase方式では、1つの変調周波数Fmodで4フレームの受光データが必要となるため、複数の変調周波数Fmodで測距を行う場合には、1枚のデプス画像を出力するために、少なくとも8フレームの発光および受光を行う必要がある。 However, the indirect ToF method suffers from aliasing. That is, in indirect ToF distance measurement, since the phase difference is detected and converted into distance, the maximum measurement range is determined according to the modulation frequency Fmod of the light emitting unit 22, and when the maximum measurement distance is exceeded, the detected position The phase difference starts again from zero. As a result, for example, when the modulation frequency Fmod is 100 MHz, 1.5 m and 3 m cannot be distinguished. Therefore, it is necessary to perform distance measurement with a plurality of modulation frequencies Fmod such as 100 MHz and 20 MHz. In the 4-Phase method, one modulation frequency Fmod requires four frames of received light data. Therefore, when performing distance measurement with a plurality of modulation frequencies Fmod, at least eight frames are required to output one depth image. It is necessary to emit light and receive light.

受光素子31は、動作モードとして測距モードが指定された場合、高速な第1の変調周波数Fmod1と、第1の変調周波数よりも低速な第2の変調周波数Fmod2による照射光の受光を行うことで1枚のデプス画像を生成し、測定データとして制御装置11へ出力する。 When the distance measurement mode is specified as the operation mode, the light receiving element 31 receives irradiation light at a high-speed first modulation frequency Fmod1 and at a second modulation frequency Fmod2 lower than the first modulation frequency. generates one depth image and outputs it to the control device 11 as measurement data.

一方、動作モードとして2D画像撮影モードが指定された場合、受光素子31は、低速側である第2の変調周波数Fmod2による照射光の受光を行うことで、上述した輝度情報としての信頼度cnfを算出し、画素値として格納した輝度画像を生成し、測定データとして、制御装置11へ出力する。 On the other hand, when the 2D image capturing mode is specified as the operation mode, the light receiving element 31 receives the irradiation light at the second modulation frequency Fmod2 which is on the low speed side, thereby obtaining the reliability cnf as the brightness information described above. A luminance image is generated by calculating and stored as pixel values, and is output to the control device 11 as measurement data.

なお、受光素子31は、2D画像撮影モードにおいて、画素値として信頼度cnfを用いるのではなく、通常のイメージセンサと同様に、第1タップの検出信号VSLAのAD変換データと、第2タップの検出信号VSLBのAD変換データを合算したデータを画素値として格納した輝度画像を生成し、測定データとして、制御装置11へ出力してもよい。 In the 2D image capturing mode, the light receiving element 31 does not use the reliability cnf as the pixel value, but uses the AD conversion data of the detection signal VSLA of the first tap and the A luminance image may be generated by storing data obtained by summing the AD conversion data of the detection signal VSLB as pixel values, and may be output to the control device 11 as measurement data.

<5.転送トランジスタの駆動電圧制御>
受光素子31が、高速な第1の変調周波数Fmod1に同期して受光動作を行う場合には、各画素61のフォトダイオード71に蓄積される電荷量は少なくて良いが転送時間が短くなるため、転送に有利な設計をする必要がある。一方で、受光素子31が、低速な第2の変調周波数Fmod2に同期して受光動作を行う場合には、フォトダイオード71に蓄積される電荷量が多くなるため、電荷蓄積量を増やすことが重要となる。また、動作モードが2D画像撮影モードの場合や、被写体が高輝度被写体である場合などにおいても、フォトダイオード71の電荷蓄積量を増やすことが望ましい。
<5. Driving Voltage Control of Transfer Transistor>
When the light-receiving element 31 performs light-receiving operation in synchronization with the high-speed first modulation frequency Fmod1, the charge amount accumulated in the photodiode 71 of each pixel 61 may be small, but the transfer time is short. It is necessary to make a design favorable to transfer. On the other hand, when the light-receiving element 31 performs light-receiving operation in synchronization with the low-speed second modulation frequency Fmod2, the amount of charge accumulated in the photodiode 71 increases, so it is important to increase the amount of accumulated charge. becomes. Also, when the operation mode is the 2D image shooting mode, or when the subject is a high-brightness subject, it is desirable to increase the charge storage amount of the photodiode 71 .

受光素子31は、動作モードや受光量の大小に応じて、フォトダイオード71の電荷蓄積量を変更する制御を行うことができる。 The light receiving element 31 can perform control to change the charge accumulation amount of the photodiode 71 according to the operation mode and the magnitude of the amount of light received.

図8は、画素61が高速で動作する場合、換言すれば、画素61が第1の変調周波数Fmod1で動作する場合の転送トランジスタ72の駆動を説明する図である。 FIG. 8 is a diagram illustrating driving of the transfer transistor 72 when the pixel 61 operates at high speed, in other words, when the pixel 61 operates at the first modulation frequency Fmod1.

図8において、“PD”はフォトダイオード71を表し、“TGA”は、第1タップ側の転送トランジスタ72Aを表し、“FDA”は、第1タップであるFD73Aを表す。“TGB”は、第2タップ側の転送トランジスタ72Bを表し、“FDB”は、第2タップであるFD73Bを表す。 In FIG. 8, "PD" represents the photodiode 71, "TGA" represents the transfer transistor 72A on the first tap side, and "FDA" represents the FD 73A which is the first tap. "TGB" represents the transfer transistor 72B on the second tap side, and "FDB" represents the FD 73B which is the second tap.

図8の左側の図は、転送トランジスタ72Aおよび72Bの両方がオフに制御された状態を示している。転送トランジスタ72Aおよび72Bのゲート電極には、転送トランジスタ72をオフするオフ電圧TGLとして、所定の電圧VSSが供給される。この状態においてフォトダイオード71に蓄積可能な電荷量はPDQsである。 The diagram on the left side of FIG. 8 shows a state in which both transfer transistors 72A and 72B are controlled to be off. A predetermined voltage VSS is supplied to the gate electrodes of the transfer transistors 72A and 72B as an off-voltage TGL for turning off the transfer transistor 72A. The charge amount that can be stored in the photodiode 71 in this state is PDQs.

図8の中央の図は、第1タップ側の転送トランジスタ72Aがオンに制御された状態を示している。タップ駆動部54は、転送トランジスタ72Aをオンに制御する場合、転送トランジスタ72Aのゲート電極に、オン電圧TGHとして、電圧VSSより大きい所定の電圧VDD(>VSS)を印加する。これにより、フォトダイオード71に蓄積された電荷が、FD73Aに転送される。 The central diagram in FIG. 8 shows a state in which the transfer transistor 72A on the first tap side is controlled to be ON. When turning on the transfer transistor 72A, the tap drive unit 54 applies a predetermined voltage VDD (>VSS) higher than the voltage VSS as the ON voltage TGH to the gate electrode of the transfer transistor 72A. Thereby, the charge accumulated in the photodiode 71 is transferred to the FD 73A.

一方、図8の右側の図は、第2タップ側の転送トランジスタ72Bがオンに制御された状態を示している。タップ駆動部54は、転送トランジスタ72Bをオンに制御する場合、転送トランジスタ72Bのゲート電極に、オン電圧TGHとして、電圧VSSより大きい電圧VDD(>VSS)を印加する。これにより、フォトダイオード71に蓄積された電荷が、FD73Bに転送される。 On the other hand, the diagram on the right side of FIG. 8 shows a state in which the transfer transistor 72B on the second tap side is controlled to be ON. When turning on the transfer transistor 72B, the tap drive unit 54 applies a voltage VDD (>VSS) higher than the voltage VSS as an on-voltage TGH to the gate electrode of the transfer transistor 72B. Thereby, the charge accumulated in the photodiode 71 is transferred to the FD 73B.

図9は、高速動作時と比較した低速動作時の転送トランジスタ72の駆動を説明する図である。 FIG. 9 is a diagram for explaining the driving of the transfer transistor 72 during low-speed operation compared with high-speed operation.

画素61が低速で動作する場合、換言すれば、画素61が第2の変調周波数Fmod2で動作する場合、転送トランジスタ72をオフするオフ電圧TGLが、高速動作時の電圧VSSよりも低い電圧VSS1(<VSS)に変更される。これにより、図9に示されるように、転送トランジスタ72Aおよび72Bのオフ時の障壁が高くなるため、フォトダイオード71に蓄積可能な電荷量PDQsを、高速動作時よりも大きくすることができる。なお、低速動作時において、転送トランジスタ72をオンするオン電圧TGHは、高速動作時と同一の電圧VDDとされる。 When the pixel 61 operates at low speed, in other words, when the pixel 61 operates at the second modulation frequency Fmod2 , the off-voltage TGL for turning off the transfer transistor 72 is the voltage VSS1 lower than the voltage VSS during high-speed operation. (<VSS). As a result, as shown in FIG. 9, the barrier when the transfer transistors 72A and 72B are turned off is increased, so that the amount of charge PDQs that can be stored in the photodiode 71 can be made larger than during high-speed operation. Note that the on-voltage TGH for turning on the transfer transistor 72 during low-speed operation is the same voltage VDD as during high-speed operation.

図8および図9では、動作モードが測距モードであり、高速動作時と低速動作時の転送トランジスタオフ時の印加電圧の違いについて説明したが、動作モードが2D画像撮影モードの場合や、被写体が高輝度被写体である場合においても、転送トランジスタオフ時の印加電圧が、高速動作時よりも低い電圧VSS1に変更される。 In FIGS. 8 and 9, the operation mode is the ranging mode, and the difference in applied voltage when the transfer transistor is turned off between high-speed operation and low-speed operation has been explained. is a high-brightness object, the applied voltage when the transfer transistor is turned off is changed to a voltage VSS1 lower than that during high-speed operation.

図10は、受光素子31において、転送トランジスタオフ時の印加電圧が、高速動作時よりも低い電圧VSS1に変更される場合をまとめたテーブルである。 FIG. 10 is a table summarizing cases in which the voltage applied to the light-receiving element 31 when the transfer transistor is turned off is changed to a voltage VSS1 lower than that during high-speed operation.

受光素子31のタップ駆動部54は、動作モードが測距モードで、高速の第1の変調周波数Fmod1で受光動作を行う場合、転送トランジスタ72のオフ電圧TGLを電圧VSSに設定するように制御する。一方、制御部51は、動作モードが測距モードで、低速の第2の変調周波数Fmod2で受光動作を行う場合、転送トランジスタ72のオフ電圧TGLを電圧VSSよりも低い電圧VSS1に設定するように制御する。 The tap drive unit 54 of the light receiving element 31 controls to set the off voltage TGL of the transfer transistor 72 to the voltage VSS when the operation mode is the distance measurement mode and the light receiving operation is performed at the high-speed first modulation frequency Fmod1 . do. On the other hand, when the operation mode is the ranging mode and the light receiving operation is performed at the low second modulation frequency Fmod2 , the control unit 51 sets the off voltage TGL of the transfer transistor 72 to the voltage VSS1 lower than the voltage VSS. to control.

また、タップ駆動部54は、動作モードが2D画像撮影モードである場合、変調周波数Fmodにかかわらず、転送トランジスタ72のオフ電圧TGLを電圧VSSよりも低い電圧VSS1に設定するように制御する。 Further, when the operation mode is the 2D image capturing mode, the tap drive unit 54 controls to set the off voltage TGL of the transfer transistor 72 to a voltage VSS1 lower than the voltage VSS regardless of the modulation frequency Fmod.

さらに、動作モードが測距モードまたは2D画像撮影モードのどちらであっても、画素アレイ部52の受光量が大光量であると判定された場合に、タップ駆動部54は、転送トランジスタ72のオフ電圧TGLを電圧VSSよりも低い電圧VSS1に設定するように制御する。画素アレイ部52の受光量が大光量であるか否かは、例えば、次のように判定される。例えば、最初の1フレームの画素データが取得され、画素アレイ部52内の画素データを取得した画素数に対して所定数以上または所定割合以上の画素データが飽和した値を示している場合に、受光量が大光量であると判定することができる。あるいはまた、画素信号を取得した画素アレイ部52内のNxM画素以上(N>1、M>1)の領域で画素データの飽和が発生している場合に、受光量が大光量であると判定してもよい。 Furthermore, regardless of whether the operation mode is the distance measurement mode or the 2D image shooting mode, the tap drive unit 54 turns off the transfer transistor 72 when it is determined that the amount of light received by the pixel array unit 52 is large. The voltage TGL is controlled to be set to a voltage VSS1 lower than the voltage VSS. Whether or not the amount of light received by the pixel array section 52 is large is determined, for example, as follows. For example, when the pixel data of the first frame is acquired, and the pixel data of a predetermined number or more or a predetermined ratio or more of the number of pixels from which the pixel data in the pixel array section 52 are acquired indicates a saturated value, It can be determined that the amount of received light is large. Alternatively, when saturation of pixel data occurs in an area of N×M pixels or more (N>1, M>1) in the pixel array section 52 from which pixel signals are acquired, it is determined that the amount of light received is large. You may

<6.オフ電圧制御部の構成例>
図11は、動作モード等に応じて転送トランジスタ72のオフ電圧TGLを制御するオフ電圧制御部の構成例を示すブロック図である。
<6. Configuration Example of Off-Voltage Control Unit>
FIG. 11 is a block diagram showing a configuration example of an off-voltage control section that controls the off-voltage TGL of the transfer transistor 72 according to the operation mode or the like.

オフ電圧制御部101は、例えば図11に示されるように、タップ駆動部54内に設けることができる。 The off-voltage control section 101 can be provided in the tap driving section 54 as shown in FIG. 11, for example.

タップ駆動部54は、パルス生成回路53から供給される、2つのタップの駆動信号GDAおよびGDBを分配することで画素列単位の駆動信号GDA’と駆動信号GDB’を生成して、画素アレイ部52の各画素列に供給する。 The tap drive unit 54 distributes the two tap drive signals GDA and GDB supplied from the pulse generation circuit 53 to generate the drive signal GDA' and the drive signal GDB' for each pixel column, and the pixel array unit Each of the 52 pixel columns is supplied.

オフ電圧制御部101は、駆動信号GDA’およびGDB’のLowレベル、すなわち、転送トランジスタ72のオフ電圧TGLとして、電圧VSSまたは電圧VSS1を切り替え制御する。駆動信号GDA’およびGDB’のHighレベルは電圧VDDである。 The off-voltage control unit 101 switches between the voltage VSS and the voltage VSS1 as the low level of the drive signals GDA′ and GDB′, that is, the off-voltage TGL of the transfer transistor 72 . The High level of drive signals GDA' and GDB' is voltage VDD.

オフ電圧制御部101は、OR回路111、インバータ112、並びに、トランジスタ113および114を含む回路で構成される。トランジスタ113および114は、N型のMOSFETで構成され、転送トランジスタ72をオフさせるオフ制御電圧として、電圧VSS1と電圧VSSとを切り替える切り替えスイッチを構成する。 The off voltage control section 101 is composed of a circuit including an OR circuit 111 , an inverter 112 , and transistors 113 and 114 . Transistors 113 and 114 are N-type MOSFETs, and constitute a switch that switches between voltage VSS1 and voltage VSS as an off-control voltage for turning off transfer transistor 72 .

OR回路111には、動作モード判定信号、周波数判定信号、および、大光量判定信号が入力される。OR回路111は、動作モード判定信号、周波数判定信号、および、大光量判定信号の論理和を演算し、演算結果であるHigh(1)またはLow(0)の信号を、トランジスタ113のゲート電極と、インバータ112へ供給する。 An operation mode determination signal, a frequency determination signal, and a high light amount determination signal are input to the OR circuit 111 . The OR circuit 111 performs a logical sum operation of the operation mode determination signal, the frequency determination signal, and the high light intensity determination signal, and outputs a high (1) or low (0) signal as the operation result to the gate electrode of the transistor 113. , to the inverter 112 .

動作モード判定信号は、動作モードが2D画像撮影モードである場合にHigh(1)、測距モードである場合にLow(0)となる信号であり、例えば、制御部51から供給される。 The operation mode determination signal is a signal that becomes High (1) when the operation mode is the 2D image shooting mode and becomes Low (0) when the operation mode is the ranging mode, and is supplied from the control unit 51, for example.

周波数判定信号は、変調周波数Fmodが所定の閾値周波数Fmod_TH以下である場合にHigh(1)、閾値周波数Fmod_THより大である場合にLow(0)となる信号である。周波数判定信号は、例えば、パルス生成回路53内の分周器がX分周以上に分周する場合に必ずHighまたはLowに固定される特定のアドレス信号を参照して生成することができる。本実施の形態における第1の変調周波数Fmod1は、閾値周波数Fmod_THより大(Fmod1>Fmod_TH)であり、第2の変調周波数Fmod2は、閾値周波数Fmod_TH以下である(Fmod2=<Fmod_TH)。 The frequency determination signal is a signal that becomes High (1) when the modulation frequency Fmod is equal to or less than a predetermined threshold frequency Fmod_TH, and becomes Low (0) when it is greater than the threshold frequency Fmod_TH. The frequency determination signal can be generated, for example, by referring to a specific address signal that is always fixed to High or Low when the frequency divider in the pulse generation circuit 53 divides the frequency by X or more. The first modulation frequency Fmod1 in this embodiment is higher than the threshold frequency Fmod_TH (Fmod1>Fmod_TH), and the second modulation frequency Fmod2 is lower than the threshold frequency Fmod_TH (Fmod2=<Fmod_TH).

大光量判定信号は、受光量が大光量である場合にHigh(1)、大光量ではない場合にLow(0)となる信号であり、例えば、信号処理部58から取得することができる。信号処理部58は、画素アレイ部52内の画素データを取得した画素数に対して所定数以上または所定割合以上の画素データが飽和しているか否かを判定した結果を、大光量判定信号としてオフ電圧制御部101に供給する。受光量が大光量となる要因には、被写体までの距離が近い場合、照射光の発光量が大きい場合、被写体の反射率が高い場合などがあり得る。 The large light amount determination signal is a signal that becomes High (1) when the amount of received light is large and becomes Low (0) when the amount of received light is not large. The signal processing unit 58 outputs the result of determining whether or not a predetermined number or more or a predetermined ratio or more of pixel data is saturated with respect to the number of pixels from which pixel data is acquired in the pixel array unit 52 as a high light amount determination signal. It is supplied to the off voltage control section 101 . Factors that cause the amount of received light to be large include a short distance to the subject, a large amount of emitted light, and a high reflectance of the subject.

OR回路111の出力は、トランジスタ113のゲート電極にはそのまま供給され、トランジスタ114のゲート電極には、インバータ112を介して供給されるため、トランジスタ113がオンのときはトランジスタ114がオフし、トランジスタ113がオフのときはトランジスタ114がオンする。 The output of the OR circuit 111 is directly supplied to the gate electrode of the transistor 113, and is supplied to the gate electrode of the transistor 114 via the inverter 112. Therefore, when the transistor 113 is on, the transistor 114 is off, and the transistor 114 is off. When 113 is off, transistor 114 is on.

トランジスタ113のソースには、電圧VSS1が供給されている。トランジスタ114のソースには、電圧VSS(>VSS1)が供給されている。電圧VSSおよびVSS1は、転送トランジスタ72のオフ電圧制御専用に設けてもよいし、他の制御と共用してもよい。例えば、電圧VSSは、半導体基板のPwellに印加されるグランド電圧と共用し、電圧VSS1は、他の画素トランジスタ(例えば、選択トランジスタ77)のオフ制御電圧と共用することができる。 A voltage VSS1 is supplied to the source of the transistor 113 . A voltage VSS (>VSS1) is supplied to the source of the transistor 114 . Voltages VSS and VSS1 may be provided exclusively for off-voltage control of transfer transistor 72, or may be shared with other controls. For example, the voltage VSS can be shared with the ground voltage applied to the Pwell of the semiconductor substrate, and the voltage VSS1 can be shared with the off control voltage of other pixel transistors (eg, select transistor 77).

したがって、動作モードが2D画像撮影モードである場合、変調周波数Fmodが所定の閾値周波数Fmod_TH以下である場合、または、受光量が大光量である場合のいずれか1つが成立する場合、駆動信号GDA’およびGDB’のLowレベルが電圧VSS1に制御される。反対に、動作モードが測距モードである場合、変調周波数Fmodが所定の閾値周波数Fmod_THより大である場合、および、受光量が大光量ではない場合に、駆動信号GDA’およびGDB’のLowレベルが電圧VSSに制御される。 Therefore, when the operation mode is the 2D image capturing mode, when the modulation frequency Fmod is equal to or less than the predetermined threshold frequency Fmod_TH, or when the amount of received light is large, the driving signal GDA' and the Low level of GDB' is controlled to voltage VSS1. Conversely, when the operation mode is the ranging mode, when the modulation frequency Fmod is greater than the predetermined threshold frequency Fmod_TH, and when the amount of light received is not large, the drive signals GDA' and GDB' are at the Low level. is controlled to the voltage VSS.

図12のフローチャートを参照して、オフ電圧制御部101が行うオフ電圧制御処理について説明する。この処理は、例えば、制御装置11から受光装置12に対して測定リクエストが供給され、受光素子31が受光動作を開始したときに開始される。なお、転送トランジスタ72のオフ電圧TGLの初期値は、高速駆動に対応した電圧VSSに設定されている。 The off-voltage control processing performed by the off-voltage control unit 101 will be described with reference to the flowchart of FIG. 12 . This processing is started, for example, when a measurement request is supplied from the control device 11 to the light receiving device 12 and the light receiving element 31 starts light receiving operation. Note that the initial value of the off-voltage TGL of the transfer transistor 72 is set to the voltage VSS corresponding to high-speed driving.

初めに、ステップS1において、オフ電圧制御部101は、動作モードが2D画像撮影モードであるかを判定する。ステップS1で、動作モードが2D画像撮影モードであると判定された場合、処理は後述するステップS4へ進む。 First, in step S1, the off-voltage control unit 101 determines whether the operation mode is the 2D image shooting mode. If it is determined in step S1 that the operation mode is the 2D image shooting mode, the process proceeds to step S4, which will be described later.

一方、ステップS1で、動作モードが2D画像撮影モードではない、動作モードが測距モードであると判定された場合、処理はステップS2へ進み、オフ電圧制御部101は、変調周波数Fmodが低速であるか、換言すれば、変調周波数Fmodが所定の閾値周波数Fmod_TH以下であるかを判定する。ステップS2で、変調周波数Fmodが低速であると判定された場合、処理は後述するステップS4へ進む。 On the other hand, if it is determined in step S1 that the operation mode is not the 2D image capturing mode but the operation mode is the ranging mode, the process proceeds to step S2, and the off-voltage control unit 101 sets the modulation frequency Fmod at a low speed. Yes, in other words, it is determined whether the modulation frequency Fmod is equal to or lower than a predetermined threshold frequency Fmod_TH. If it is determined in step S2 that the modulation frequency Fmod is low, the process proceeds to step S4, which will be described later.

一方、変調周波数Fmodが低速ではない(高速である)と判定された場合、処理はステップS3へ進み、オフ電圧制御部101は、受光量が大光量であるかを判定する。ステップS3の判定は、少なくとも1フレーム分のデプス値dを取得する必要があるため、上述したステップS2で変調周波数Fmodが高速であると判定された場合、受光素子31は、転送トランジスタ72のオフ電圧TGLを、初期値として設定されている電圧VSSで受光動作を行う。そして、オフ電圧制御部101は、1フレームの受光結果に基づいて、受光量が大光量であるかを判定する。画素アレイ部52内の画素データを取得した画素数に対して所定数以上または所定割合以上の画素データが飽和している場合に、受光量が大光量であると判定される。 On the other hand, if it is determined that the modulation frequency Fmod is not low (high), the process proceeds to step S3, and the off voltage control section 101 determines whether the amount of received light is large. Since the determination in step S3 requires acquisition of the depth value d for at least one frame, if it is determined in step S2 that the modulation frequency Fmod is high, the light receiving element 31 turns off the transfer transistor 72. The light receiving operation is performed with the voltage TGL at the voltage VSS set as the initial value. Then, the off-voltage control unit 101 determines whether the amount of light received is large based on the light reception result of one frame. When a predetermined number or more or a predetermined ratio or more of pixel data is saturated with respect to the number of pixels from which pixel data is acquired in the pixel array section 52, it is determined that the amount of received light is large.

ステップS3で、受光量が大光量であると判定された場合、処理はステップS4に進み、受光量が大光量ではないと判定された場合、処理はステップS5に進む。 If it is determined in step S3 that the amount of received light is large, the process proceeds to step S4, and if it is determined that the amount of received light is not large, the process proceeds to step S5.

ステップS4では、オフ電圧制御部101は、転送トランジスタ72のオフ電圧TGLを、電圧VSSよりも低い電圧VSS1に設定するように制御する。 In step S4, the off-voltage control unit 101 controls the off-voltage TGL of the transfer transistor 72 to be set to a voltage VSS1 lower than the voltage VSS.

ステップS5では、オフ電圧制御部101は、転送トランジスタ72のオフ電圧TGLを、電圧VSSに設定するように制御する。 In step S5, the off-voltage control unit 101 controls the off-voltage TGL of the transfer transistor 72 to be set to the voltage VSS.

以上でオフ電圧制御処理が終了する。図12のオフ電圧制御処理は、受光動作が継続されている間、繰り返し実行することができる。 The off-voltage control process is completed as described above. The off-voltage control process of FIG. 12 can be repeatedly executed while the light receiving operation continues.

オフ電圧制御部101によるオフ電圧制御処理によれば、発光パルスの変調周波数Fmodが所定の閾値周波数Fmod_THより大きく、転送トランジスタ72が高速に駆動される場合には、転送トランジスタ72のオフ電圧TGLが、デフォルト(初期値)の電圧VSSに設定され、転送時間が短くなるように制御される。 According to the off-voltage control processing by the off-voltage control unit 101, when the modulation frequency Fmod of the light emission pulse is higher than the predetermined threshold frequency Fmod_TH and the transfer transistor 72 is driven at high speed, the off-voltage TG L of the transfer transistor 72 is set to the default (initial value) voltage VSS and controlled to shorten the transfer time.

一方、発光パルスの変調周波数Fmodが所定の閾値周波数Fmod_TH以下である場合、動作モードが2D画像撮影モードである場合、または、受光量が大光量である場合には、転送トランジスタ72のオフ電圧TGLが、電圧VSSよりも低い電圧VSS1に設定される。これにより、フォトダイオード71の電荷蓄積量を増やすことができるので、飽和を防ぐことができる。また、フォトダイオード71の蓄積電荷が、本体の転送方向と異なる逆タップ(FD73)へ転送されることを防止することができる。したがって、受光素子31は、高速時には転送効率を維持しつつ、低速時には逆タップ流入を防止できるので、測距精度を改善することができる。 On the other hand, when the modulation frequency Fmod of the light emission pulse is equal to or less than the predetermined threshold frequency Fmod_TH, when the operation mode is the 2D image capturing mode, or when the amount of received light is large, the off voltage TG of the transfer transistor 72 L is set to a voltage VSS1 that is lower than voltage VSS. As a result, the charge storage amount of the photodiode 71 can be increased, and saturation can be prevented. In addition, it is possible to prevent the charge accumulated in the photodiode 71 from being transferred to the reverse tap (FD73) that is different from the transfer direction of the main body. Therefore, the light-receiving element 31 can prevent inflow of reverse taps at low speed while maintaining transfer efficiency at high speed, thereby improving distance measurement accuracy.

なお、転送トランジスタ72のオフ電圧TGLを電圧VSS1に設定することで、フォトダイオード71の電荷蓄積量を増やすことができるのであれば、常に電圧VSS1に設定すればよいという考えもある。しかしながら、駆動電圧の差ΔTG=(オン電圧TGH-オフ電圧TGL)が大きくなるほど消費電力は増加するため、オフ電圧TGLを常に電圧VSS1に設定すると、消費電力が増大する。すなわち、高速駆動時のオフ電圧TGLを電圧VSSに設定する制御を基本制御とすることで、受光素子31の消費電力を低減させることができる。また、動作電力は動作周波数に比例するため、低速動作の消費電力への影響は、動作電圧レンジが少し広くなっても、変調周波数Fmodが抑えられることで、高速動作時の消費電力を超えることはない。 Note that if the charge storage amount of the photodiode 71 can be increased by setting the off-voltage TGL of the transfer transistor 72 to the voltage VSS1, there is also an idea that it should always be set to the voltage VSS1. However, the power consumption increases as the drive voltage difference ΔTG=(ON voltage TG H −OFF voltage TG L ) increases. Therefore, if the OFF voltage TG L is always set to the voltage VSS1, the power consumption increases. That is, the power consumption of the light-receiving element 31 can be reduced by setting the off-voltage TGL at the time of high-speed driving to the voltage VSS as the basic control. In addition, since the operating power is proportional to the operating frequency, even if the operating voltage range is slightly widened, the power consumption of low-speed operation exceeds the power consumption of high-speed operation by suppressing the modulation frequency Fmod. no.

<7.変形例>
受光素子31には、以下の変形例を適用することができる。
<7. Variation>
The following modifications can be applied to the light receiving element 31 .

上述した受光素子31は、画素61に2つの転送トランジスタ72を有する構成であったが、1画素に配置される転送トランジスタ72は1つまたは3つ以上でもよい。例えば、ビューイング用のイメージセンサのような1画素に1つの転送トランジスタ72や、1画素に4つの転送トランジスタ72に対しても、上記と同様のオフ電圧制御を適用することができる。1画素に1つの転送トランジスタ72を備える受光素子31の場合、上述の第1タップの検出信号VSLAと第2タップの検出信号VSLBが、別フレームで取得される。1画素に4つの転送トランジスタ72を備える受光素子31の場合、0°、90°、180°、および、270°の4位相の検出信号VSLを1フレームで取得するように動作させることができる。 Although the light-receiving element 31 described above has two transfer transistors 72 in each pixel 61, one or more transfer transistors 72 may be arranged in one pixel. For example, the same off-voltage control as described above can be applied to one transfer transistor 72 for one pixel or four transfer transistors 72 for one pixel, such as an image sensor for viewing. In the case of the light receiving element 31 having one transfer transistor 72 for one pixel, the detection signal VSLA of the first tap and the detection signal VSLB of the second tap are obtained in separate frames. In the case of the light receiving element 31 having four transfer transistors 72 in one pixel, it can be operated so as to obtain four phase detection signals VSL of 0°, 90°, 180° and 270° in one frame.

上述した実施の形態では、転送トランジスタ72のオフ制御電圧として電圧VSSおよびVSS1の2種類有し、電圧VSSと電圧VSS1とを切り替える例を説明した。しかしながら、転送トランジスタ72のオフ制御電圧として3種類以上の電圧値を有してもよい。例えば、転送トランジスタ72のオフ制御電圧として、電圧VSS、VSS1、およびVSS2(VSS>VSS1>VSS2)の3種類有し、変調周波数Fmodを3段階に分類したり、受光量の大きさを3段階に分類して、3種類のオフ制御電圧を切り替えるようにしてもよい。また例えば、電圧VSSを測距モード、電圧VSS1およびVSS2を2D画像撮影モードとして、2D画像撮影モードのシーンの種類に応じて、電圧VSS1およびVSS2をさらに切り替えるようにしてもよい。 In the above-described embodiment, an example has been described in which two types of voltages VSS and VSS1 are provided as the OFF control voltage for the transfer transistor 72, and the voltage VSS and the voltage VSS1 are switched. However, the off control voltage for the transfer transistor 72 may have three or more voltage values. For example, there are three types of voltages VSS, VSS1, and VSS2 (VSS>VSS1>VSS2) as off-control voltages for the transfer transistor 72, and the modulation frequency Fmod is classified into three stages, and the amount of received light is classified into three stages. , and three types of OFF control voltages may be switched. Further, for example, the voltage VSS may be used for the distance measurement mode, and the voltages VSS1 and VSS2 may be used for the 2D image capturing mode, and the voltages VSS1 and VSS2 may be further switched according to the type of scene in the 2D image capturing mode.

上述した実施の形態では、オフ電圧制御部101をタップ駆動部54内に設けたが、オフ電圧制御部101は、駆動信号GDAおよびGDBを生成するパルス生成回路53から、タップ駆動部54までの間の経路の任意の場所に配置してよい。 In the above-described embodiment, the off-voltage control unit 101 is provided in the tap drive unit 54, but the off-voltage control unit 101 extends from the pulse generation circuit 53 that generates the drive signals GDA and GDB to the tap drive unit 54. may be placed anywhere along the path between

<8.電子機器の構成例>
上述した測距システム1は、例えば、スマートフォン、タブレット型端末、携帯電話機、パーソナルコンピュータ、ゲーム機、テレビ受像機、ウェアラブル端末、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラなどの電子機器に搭載することができる。
<8. Configuration example of electronic device>
The distance measuring system 1 described above can be installed in electronic devices such as smartphones, tablet terminals, mobile phones, personal computers, game machines, television receivers, wearable terminals, digital still cameras, and digital video cameras.

図13は、本開示の測距システムを搭載した電子機器としてのスマートフォンの構成例を示すブロック図である。 FIG. 13 is a block diagram showing a configuration example of a smartphone as an electronic device equipped with the ranging system of the present disclosure.

図13に示すように、スマートフォン201は、測距モジュール202、撮像装置203、ディスプレイ204、スピーカ205、マイクロフォン206、通信モジュール207、センサユニット208、タッチパネル209、および制御ユニット210が、バス211を介して接続されて構成される。また、制御ユニット210では、CPUがプログラムを実行することによって、アプリケーション処理部221およびオペレーションシステム処理部222としての機能を備える。 As shown in FIG. 13 , the smartphone 201 includes a ranging module 202 , an imaging device 203 , a display 204 , a speaker 205 , a microphone 206 , a communication module 207 , a sensor unit 208 , a touch panel 209 , and a control unit 210 via a bus 211 . connected and configured. The control unit 210 also has functions as an application processing unit 221 and an operating system processing unit 222 by executing programs by the CPU.

測距モジュール202には、図1の測距システム1の受光装置12および照明装置13が適用される。例えば、測距モジュール202は、スマートフォン201の前面に配置され、スマートフォン201のユーザを対象とした測距を行うことにより、そのユーザの顔や手、指などの表面形状のデプス値を測距結果として出力することができる。図1の測距システム1の制御装置11の機能は、制御ユニット210が実行することができる。 The light receiving device 12 and the illumination device 13 of the ranging system 1 of FIG. 1 are applied to the ranging module 202 . For example, the distance measurement module 202 is arranged on the front surface of the smartphone 201, and performs distance measurement for the user of the smartphone 201, thereby obtaining the depth value of the surface shape of the user's face, hands, fingers, etc. as a distance measurement result. can be output as The functions of the controller 11 of the ranging system 1 of FIG. 1 can be performed by the control unit 210 .

撮像装置203は、スマートフォン201の前面に配置され、スマートフォン201のユーザを被写体とした撮像を行うことにより、そのユーザが写された画像を取得する。なお、測距モジュール202および撮像装置203は、スマートフォン201の背面側に配置したり、前面側と背面側の両方に配置してもよい。 The imaging device 203 is arranged in front of the smartphone 201 and acquires an image of the user by imaging the user of the smartphone 201 as a subject. Note that the ranging module 202 and the imaging device 203 may be arranged on the back side of the smartphone 201, or may be arranged on both the front side and the back side.

ディスプレイ204は、アプリケーション処理部221およびオペレーションシステム処理部222による処理を行うための操作画面や、撮像装置203が撮像した画像などを表示する。スピーカ205およびマイクロフォン206は、例えば、スマートフォン201により通話を行う際に、相手側の音声の出力、および、ユーザの音声の収音を行う。 The display 204 displays an operation screen for processing by the application processing unit 221 and the operation system processing unit 222, an image captured by the imaging device 203, and the like. The speaker 205 and the microphone 206 output the voice of the other party and pick up the voice of the user, for example, when making a call using the smartphone 201 .

通信モジュール207は、通信ネットワークを介した通信を行う。センサユニット208は、速度や加速度、近接などをセンシングし、タッチパネル209は、ディスプレイ204に表示されている操作画面に対するユーザによるタッチ操作を取得する。 A communication module 207 performs communication via a communication network. The sensor unit 208 senses speed, acceleration, proximity, and the like, and the touch panel 209 acquires a user's touch operation on the operation screen displayed on the display 204 .

アプリケーション処理部221は、スマートフォン201によって様々なサービスを提供するための処理を行う。例えば、アプリケーション処理部221は、測距モジュール202から供給されるデプス画像に基づいて、ユーザの表情をバーチャルに再現したコンピュータグラフィックスによる顔を作成し、ディスプレイ204に表示する処理を行うことができる。また、アプリケーション処理部221は、測距モジュール202から供給されるデプス画像に基づいて、例えば、任意の立体的な物体の三次元形状データを作成する処理を行うことができる。 The application processing unit 221 performs processing for providing various services using the smartphone 201 . For example, the application processing unit 221 can create a computer graphics face that virtually reproduces the user's facial expression based on the depth image supplied from the distance measurement module 202 and display the face on the display 204 . . Also, the application processing unit 221 can perform processing for creating three-dimensional shape data of an arbitrary three-dimensional object, for example, based on the depth image supplied from the distance measurement module 202 .

オペレーションシステム処理部222は、スマートフォン201の基本的な機能および動作を実現するための処理を行う。例えば、オペレーションシステム処理部222は、測距モジュール202から供給されるデプス画像に基づいて、ユーザの顔を認証し、スマートフォン201のロックを解除する処理を行うことができる。また、オペレーションシステム処理部222は、測距モジュール202から供給されるデプス画像に基づいて、例えば、ユーザのジェスチャを認識する処理を行い、そのジェスチャに従った各種の操作を入力する処理を行うことができる。 The operation system processing unit 222 performs processing for realizing basic functions and operations of the smartphone 201 . For example, the operation system processing unit 222 can authenticate the user's face and unlock the smartphone 201 based on the depth image supplied from the ranging module 202 . Further, the operation system processing unit 222 performs, for example, a process of recognizing a user's gesture based on the depth image supplied from the distance measurement module 202, and performs a process of inputting various operations according to the gesture. can be done.

このように構成されているスマートフォン201では、上述した測距システム1を組み込むことで、例えば、測距情報の算出と2次元の輝度画像の生成を行うことができる。また、測距情報の精度を向上させることができる。 In the smartphone 201 configured as described above, by incorporating the distance measurement system 1 described above, for example, distance measurement information can be calculated and a two-dimensional luminance image can be generated. Also, the accuracy of the ranging information can be improved.

<9.移動体への応用例>
本開示に係る技術(本技術)は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
<9. Example of application to moving objects>
The technology (the present technology) according to the present disclosure can be applied to various products. For example, the technology according to the present disclosure can be realized as a device mounted on any type of moving body such as automobiles, electric vehicles, hybrid electric vehicles, motorcycles, bicycles, personal mobility, airplanes, drones, ships, and robots. may

図14は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。 FIG. 14 is a block diagram showing a schematic configuration example of a vehicle control system, which is an example of a mobile control system to which the technology according to the present disclosure can be applied.

車両制御システム12000は、通信ネットワーク12001を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図14に示した例では、車両制御システム12000は、駆動系制御ユニット12010、ボディ系制御ユニット12020、車外情報検出ユニット12030、車内情報検出ユニット12040、及び統合制御ユニット12050を備える。また、統合制御ユニット12050の機能構成として、マイクロコンピュータ12051、音声画像出力部12052、及び車載ネットワークI/F(interface)12053が図示されている。 Vehicle control system 12000 comprises a plurality of electronic control units connected via communication network 12001 . In the example shown in FIG. 14, the vehicle control system 12000 includes a drive system control unit 12010, a body system control unit 12020, an exterior information detection unit 12030, an interior information detection unit 12040, and an integrated control unit 12050. Also, as the functional configuration of the integrated control unit 12050, a microcomputer 12051, an audio/image output unit 12052, and an in-vehicle network I/F (interface) 12053 are illustrated.

駆動系制御ユニット12010は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット12010は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。 Drive system control unit 12010 controls the operation of devices related to the drive system of the vehicle according to various programs. For example, the driving system control unit 12010 includes a driving force generator for generating driving force of the vehicle such as an internal combustion engine or a driving motor, a driving force transmission mechanism for transmitting the driving force to the wheels, and a steering angle of the vehicle. It functions as a control device such as a steering mechanism to adjust and a brake device to generate braking force of the vehicle.

ボディ系制御ユニット12020は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット12020は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット12020には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット12020は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。 Body system control unit 12020 controls the operation of various devices mounted on the vehicle body according to various programs. For example, the body system control unit 12020 functions as a keyless entry system, a smart key system, a power window device, or a control device for various lamps such as headlamps, back lamps, brake lamps, winkers or fog lamps. In this case, the body system control unit 12020 can receive radio waves transmitted from a portable device that substitutes for a key or signals from various switches. The body system control unit 12020 receives the input of these radio waves or signals and controls the door lock device, power window device, lamps, etc. of the vehicle.

車外情報検出ユニット12030は、車両制御システム12000を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット12030には、撮像部12031が接続される。車外情報検出ユニット12030は、撮像部12031に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット12030は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。 External information detection unit 12030 detects information external to the vehicle in which vehicle control system 12000 is mounted. For example, the vehicle exterior information detection unit 12030 is connected with an imaging section 12031 . The vehicle exterior information detection unit 12030 causes the imaging unit 12031 to capture an image of the exterior of the vehicle, and receives the captured image. The vehicle exterior information detection unit 12030 may perform object detection processing or distance detection processing such as people, vehicles, obstacles, signs, or characters on the road surface based on the received image.

撮像部12031は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部12031は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部12031が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。 The imaging unit 12031 is an optical sensor that receives light and outputs an electric signal according to the amount of received light. The imaging unit 12031 can output the electric signal as an image, and can also output it as distance measurement information. Also, the light received by the imaging unit 12031 may be visible light or non-visible light such as infrared rays.

車内情報検出ユニット12040は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット12040には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部12041が接続される。運転者状態検出部12041は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット12040は、運転者状態検出部12041から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。 The vehicle interior information detection unit 12040 detects vehicle interior information. The in-vehicle information detection unit 12040 is connected to, for example, a driver state detection section 12041 that detects the state of the driver. The driver state detection unit 12041 includes, for example, a camera that captures an image of the driver, and the in-vehicle information detection unit 12040 detects the degree of fatigue or concentration of the driver based on the detection information input from the driver state detection unit 12041. It may be calculated, or it may be determined whether the driver is dozing off.

マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030又は車内情報検出ユニット12040で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット12010に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ12051は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むADAS(Advanced Driver Assistance System)の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。 The microcomputer 12051 calculates control target values for the driving force generator, the steering mechanism, or the braking device based on the information inside and outside the vehicle acquired by the vehicle exterior information detection unit 12030 or the vehicle interior information detection unit 12040, and controls the drive system control unit. A control command can be output to 12010 . For example, the microcomputer 12051 realizes functions of ADAS (Advanced Driver Assistance System) including collision avoidance or shock mitigation of vehicles, follow-up driving based on inter-vehicle distance, vehicle speed maintenance driving, vehicle collision warning, vehicle lane deviation warning, etc. Cooperative control can be performed for the purpose of

また、マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030又は車内情報検出ユニット12040で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。 In addition, the microcomputer 12051 controls the driving force generator, the steering mechanism, the braking device, etc. based on the information about the vehicle surroundings acquired by the vehicle exterior information detection unit 12030 or the vehicle interior information detection unit 12040, so that the driver's Cooperative control can be performed for the purpose of autonomous driving, etc., in which vehicles autonomously travel without depending on operation.

また、マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット12020に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。 Further, the microcomputer 12051 can output a control command to the body system control unit 12020 based on the information outside the vehicle acquired by the information detection unit 12030 outside the vehicle. For example, the microcomputer 12051 controls the headlamps according to the position of the preceding vehicle or the oncoming vehicle detected by the vehicle exterior information detection unit 12030, and performs cooperative control aimed at anti-glare such as switching from high beam to low beam. It can be carried out.

音声画像出力部12052は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図14の例では、出力装置として、オーディオスピーカ12061、表示部12062及びインストルメントパネル12063が例示されている。表示部12062は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。 The audio/image output unit 12052 transmits at least one of audio and/or image output signals to an output device capable of visually or audibly notifying the passengers of the vehicle or the outside of the vehicle. In the example of FIG. 14, an audio speaker 12061, a display unit 12062, and an instrument panel 12063 are illustrated as output devices. The display unit 12062 may include at least one of an on-board display and a head-up display, for example.

図15は、撮像部12031の設置位置の例を示す図である。 FIG. 15 is a diagram showing an example of the installation position of the imaging unit 12031. As shown in FIG.

図15では、車両12100は、撮像部12031として、撮像部12101,12102,12103,12104,12105を有する。 In FIG. 15 , vehicle 12100 has imaging units 12101 , 12102 , 12103 , 12104 , and 12105 as imaging unit 12031 .

撮像部12101,12102,12103,12104,12105は、例えば、車両12100のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部12101及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部12105は、主として車両12100の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部12102,12103は、主として車両12100の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部12104は、主として車両12100の後方の画像を取得する。撮像部12101及び12105で取得される前方の画像は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。 The imaging units 12101, 12102, 12103, 12104, and 12105 are provided at positions such as the front nose, side mirrors, rear bumper, back door, and windshield of the vehicle 12100, for example. An image pickup unit 12101 provided in the front nose and an image pickup unit 12105 provided above the windshield in the passenger compartment mainly acquire images in front of the vehicle 12100 . Imaging units 12102 and 12103 provided in the side mirrors mainly acquire side images of the vehicle 12100 . An imaging unit 12104 provided in the rear bumper or back door mainly acquires an image behind the vehicle 12100 . Forward images acquired by the imaging units 12101 and 12105 are mainly used for detecting preceding vehicles, pedestrians, obstacles, traffic lights, traffic signs, lanes, and the like.

なお、図15には、撮像部12101ないし12104の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲12111は、フロントノーズに設けられた撮像部12101の撮像範囲を示し、撮像範囲12112,12113は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部12102,12103の撮像範囲を示し、撮像範囲12114は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部12104の撮像範囲を示す。例えば、撮像部12101ないし12104で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両12100を上方から見た俯瞰画像が得られる。 Note that FIG. 15 shows an example of the imaging range of the imaging units 12101 to 12104 . The imaging range 12111 indicates the imaging range of the imaging unit 12101 provided in the front nose, the imaging ranges 12112 and 12113 indicate the imaging ranges of the imaging units 12102 and 12103 provided in the side mirrors, respectively, and the imaging range 12114 The imaging range of an imaging unit 12104 provided on the rear bumper or back door is shown. For example, by superimposing the image data captured by the imaging units 12101 to 12104, a bird's-eye view image of the vehicle 12100 viewed from above can be obtained.

撮像部12101ないし12104の少なくとも1つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部12101ないし12104の少なくとも1つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。 At least one of the imaging units 12101 to 12104 may have a function of acquiring distance information. For example, at least one of the imaging units 12101 to 12104 may be a stereo camera composed of a plurality of imaging elements, or may be an imaging element having pixels for phase difference detection.

例えば、マイクロコンピュータ12051は、撮像部12101ないし12104から得られた距離情報を基に、撮像範囲12111ないし12114内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化(車両12100に対する相対速度)を求めることにより、特に車両12100の進行路上にある最も近い立体物で、車両12100と略同じ方向に所定の速度(例えば、0km/h以上)で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ12051は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御(追従停止制御も含む)や自動加速制御(追従発進制御も含む)等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。 For example, based on the distance information obtained from the imaging units 12101 to 12104, the microcomputer 12051 determines the distance to each three-dimensional object within the imaging ranges 12111 to 12114 and changes in this distance over time (relative velocity with respect to the vehicle 12100). , it is possible to extract, as the preceding vehicle, the closest three-dimensional object on the course of the vehicle 12100, which runs at a predetermined speed (for example, 0 km/h or more) in substantially the same direction as the vehicle 12100. can. Furthermore, the microcomputer 12051 can set the inter-vehicle distance to be secured in advance in front of the preceding vehicle, and perform automatic brake control (including following stop control) and automatic acceleration control (including following start control). In this way, cooperative control can be performed for the purpose of automatic driving in which the vehicle runs autonomously without relying on the operation of the driver.

例えば、マイクロコンピュータ12051は、撮像部12101ないし12104から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、2輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ12051は、車両12100の周辺の障害物を、車両12100のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ12051は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ12061や表示部12062を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット12010を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。 For example, based on the distance information obtained from the imaging units 12101 to 12104, the microcomputer 12051 converts three-dimensional object data related to three-dimensional objects to other three-dimensional objects such as motorcycles, ordinary vehicles, large vehicles, pedestrians, and utility poles. It can be classified and extracted and used for automatic avoidance of obstacles. For example, the microcomputer 12051 distinguishes obstacles around the vehicle 12100 into those that are visible to the driver of the vehicle 12100 and those that are difficult to see. Then, the microcomputer 12051 judges the collision risk indicating the degree of danger of collision with each obstacle, and when the collision risk is equal to or higher than the set value and there is a possibility of collision, an audio speaker 12061 and a display unit 12062 are displayed. By outputting an alarm to the driver via the drive system control unit 12010 and performing forced deceleration and avoidance steering via the drive system control unit 12010, driving support for collision avoidance can be performed.

撮像部12101ないし12104の少なくとも1つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ12051は、撮像部12101ないし12104の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部12101ないし12104の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。
マイクロコンピュータ12051が、撮像部12101ないし12104の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部12052は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部12062を制御する。また、音声画像出力部12052は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部12062を制御してもよい。
At least one of the imaging units 12101 to 12104 may be an infrared camera that detects infrared rays. For example, the microcomputer 12051 can recognize a pedestrian by determining whether or not the pedestrian exists in the captured images of the imaging units 12101 to 12104 . Such recognition of a pedestrian is performed by, for example, a procedure for extracting feature points in images captured by the imaging units 12101 to 12104 as infrared cameras, and performing pattern matching processing on a series of feature points indicating the outline of an object to determine whether or not the pedestrian is a pedestrian. This is done by a procedure that determines
When the microcomputer 12051 determines that a pedestrian exists in the images captured by the imaging units 12101 to 12104 and recognizes the pedestrian, the audio image output unit 12052 outputs a rectangular outline for emphasis to the recognized pedestrian. is superimposed on the display unit 12062 . Also, the audio/image output unit 12052 may control the display unit 12062 to display an icon or the like indicating a pedestrian at a desired position.

以上、本開示に係る技術が適用され得る車両制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、車外情報検出ユニット12030や車内情報検出ユニット12040に適用され得る。具体的には、車外情報検出ユニット12030や車内情報検出ユニット12040として測距システム1による測距情報を利用することで、運転者のジェスチャを認識する処理を行い、そのジェスチャに従った各種(例えば、オーディオシステム、ナビゲーションシステム、エアーコンディショニングシステム)の操作を実行したり、より正確に運転者の状態を検出することができる。また、測距システム1による測距情報を利用して、障害物までの距離を測定して衝突防止判定に用いたり、路面の凹凸を認識して、サスペンションの制御に反映させたりすることができる。 An example of a vehicle control system to which the technology according to the present disclosure can be applied has been described above. The technology according to the present disclosure can be applied to the vehicle exterior information detection unit 12030 and the vehicle interior information detection unit 12040 among the configurations described above. Specifically, by using the distance measurement information from the distance measurement system 1 as the vehicle exterior information detection unit 12030 and the vehicle interior information detection unit 12040, a process of recognizing the driver's gesture is performed, and various types (for example, , audio system, navigation system, air conditioning system) and more accurately detect the driver's condition. In addition, by using the distance measurement information from the distance measurement system 1, it is possible to measure the distance to an obstacle and use it for collision prevention judgment, or to recognize the unevenness of the road surface and reflect it in the control of the suspension. .

本開示の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示の技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。 The embodiments of the present disclosure are not limited to the embodiments described above, and various modifications are possible without departing from the gist of the technology of the present disclosure.

本明細書において複数説明した本技術は、矛盾が生じない限り、それぞれ独立に単体で実施することができる。もちろん、任意の複数の本技術を併用して実施することもできる。例えば、いずれかの実施の形態において説明した本技術の一部または全部を、他の実施の形態において説明した本技術の一部または全部と組み合わせて実施することもできる。また、上述した任意の本技術の一部または全部を、上述していない他の技術と併用して実施することもできる。 Each of the techniques described in this specification can be implemented independently and singly unless inconsistent. Of course, it is also possible to use any number of the present techniques in combination. For example, part or all of the present technology described in any embodiment can be combined with part or all of the present technology described in other embodiments. Also, part or all of any of the techniques described above may be implemented in conjunction with other techniques not described above.

また、例えば、1つの装置(または処理部)として説明した構成を分割し、複数の装置(または処理部)として構成するようにしてもよい。逆に、以上において複数の装置(または処理部)として説明した構成をまとめて1つの装置(または処理部)として構成されるようにしてもよい。また、各装置(または各処理部)の構成に上述した以外の構成を付加するようにしてももちろんよい。さらに、システム全体としての構成や動作が実質的に同じであれば、ある装置(または処理部)の構成の一部を他の装置(または他の処理部)の構成に含めるようにしてもよい。 Further, for example, the configuration described as one device (or processing unit) may be divided and configured as a plurality of devices (or processing units). Conversely, the configuration described above as a plurality of devices (or processing units) may be collectively configured as one device (or processing unit). Further, it is of course possible to add a configuration other than the above to the configuration of each device (or each processing unit). Furthermore, part of the configuration of one device (or processing unit) may be included in the configuration of another device (or other processing unit) as long as the configuration and operation of the system as a whole are substantially the same. .

さらに、本明細書において、システムとは、複数の構成要素(装置、モジュール(部品)等)の集合を意味し、すべての構成要素が同一筐体中にあるか否かは問わない。したがって、別個の筐体に収納され、ネットワークを介して接続されている複数の装置、及び、1つの筐体の中に複数のモジュールが収納されている1つの装置は、いずれも、システムである。 Furthermore, in this specification, a system means a set of a plurality of components (devices, modules (parts), etc.), and it does not matter whether or not all the components are in the same housing. Therefore, a plurality of devices housed in separate housings and connected via a network, and a single device housing a plurality of modules in one housing, are both systems. .

なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、本明細書に記載されたもの以外の効果があってもよい。 Note that the effects described in this specification are merely examples and are not limited, and there may be effects other than those described in this specification.

なお、本開示の技術は、以下の構成を取ることができる。
(1)
光電変換部と、前記光電変換部で生成された電荷を転送する転送トランジスタとを有する画素と、
前記転送トランジスタをオフさせるオフ制御電圧として、複数の電圧値を切り替え制御する電圧制御部と
を備える受光素子。
(2)
前記画素は、
第1および第2の転送トランジスタの2つの前記転送トランジスタと、
前記第1の転送トランジスタにより転送された前記電荷を保持する第1の電荷蓄積部と、
前記第2の転送トランジスタにより転送された前記電荷を保持する第2の電荷蓄積部と
を有し、
前記光電変換部は、所定の発光源から照射された照射光が物体で反射されて返ってきた反射光を受光して光電変換し、
前記電圧制御部は、前記第1および第2の転送トランジスタの前記オフ制御電圧として、第1の電圧と、前記第1の電圧よりも低い第2の電圧とを切り替える
前記(1)に記載の受光素子。
(3)
前記第1および第2の転送トランジスタは、所定の変調周波数で交互にオンされ、
前記電圧制御部は、前記所定の変調周波数に応じて、前記第1および第2の転送トランジスタの前記オフ制御電圧を、前記第1の電圧または前記第2の電圧に切り替える
前記(2)に記載の受光素子。
(4)
前記所定の変調周波数には、第1の変調周波数と、前記第1の変調周波数より低速の第2の変調周波数とがあり、
前記電圧制御部は、前記第1の変調周波数である場合に、前記オフ制御電圧を前記第1の電圧に切り替え、前記第2の変調周波数である場合に、前記オフ制御電圧を前記第2の電圧に切り替える
前記(3)に記載の受光素子。
(5)
前記電圧制御部は、前記所定の変調周波数が所定の閾値周波数より大である場合に、前記オフ制御電圧を前記第1の電圧に切り替え、前記所定の変調周波数が所定の閾値周波数以下である場合に、前記オフ制御電圧を前記第2の電圧に切り替える
前記(3)に記載の受光素子。
(6)
前記電圧制御部は、動作モードに応じて、前記第1および第2の転送トランジスタの前記オフ制御電圧を、前記第1の電圧または前記第2の電圧に切り替える
前記(2)乃至(5)のいずれかに記載の受光素子。
(7)
前記電圧制御部は、前記動作モードが距離を測定する測距モードである場合に、前記オフ制御電圧を前記第1の電圧に切り替え、前記動作モードが2次元の輝度画像を生成する2D画像撮影モードである場合に、前記オフ制御電圧を前記第2の電圧に切り替える
前記(6)に記載の受光素子。
(8)
前記電圧制御部は、受光量に応じて、前記第1および第2の転送トランジスタの前記オフ制御電圧を、前記第1の電圧または前記第2の電圧に切り替える
前記(2)乃至(7)のいずれかに記載の受光素子。
(9)
前記電圧制御部は、前記受光量が大光量ではないと判定された場合に、前記オフ制御電圧を前記第1の電圧に切り替え、前記受光量が大光量であると判定された場合に、前記オフ制御電圧を前記第2の電圧に切り替える
前記(8)に記載の受光素子。
(10)
前記受光量が大光量であると判定される場合は、画素データを取得した画素数に対して所定数以上または所定割合以上の画素データが飽和している場合である
前記(9)に記載の受光素子。
(11)
前記電圧制御部は、前記オフ制御電圧として、第1の電圧と、前記第1の電圧よりも低い第2の電圧とを切り替えるトランジスタを有する
前記(1)乃至(10)のいずれかに記載の受光素子。
(12)
光電変換部と、前記光電変換部で生成された電荷を転送する転送トランジスタとを有する画素を備える受光素子が、
前記転送トランジスタをオフさせるオフ制御電圧として、複数の電圧値を切り替え制御する
受光素子の駆動方法。
(13)
照射光を発光する発光部と、
前記照射光が物体で反射されて返ってきた反射光を受光する受光素子と
を備え、
前記受光素子は、
光電変換部と、前記光電変換部で生成された電荷を転送する転送トランジスタとを有する画素と、
前記転送トランジスタをオフさせるオフ制御電圧として、複数の電圧値を切り替え制御する電圧制御部と
を備える
測距システム。
In addition, the technique of this disclosure can take the following configurations.
(1)
a pixel having a photoelectric conversion unit and a transfer transistor that transfers charges generated by the photoelectric conversion unit;
A light-receiving element comprising: a voltage control section that switches and controls a plurality of voltage values as an off-control voltage for turning off the transfer transistor.
(2)
The pixels are
two said transfer transistors, first and second transfer transistors;
a first charge storage unit that holds the charge transferred by the first transfer transistor;
a second charge storage unit that holds the charge transferred by the second transfer transistor;
The photoelectric conversion unit receives and photoelectrically converts reflected light emitted from a predetermined light source and reflected by an object.
(1) above, wherein the voltage control unit switches between a first voltage and a second voltage lower than the first voltage as the off-control voltages for the first and second transfer transistors. Light receiving element.
(3)
the first and second transfer transistors are alternately turned on at a predetermined modulation frequency;
(2) above, wherein the voltage control unit switches the off-control voltages of the first and second transfer transistors to the first voltage or the second voltage according to the predetermined modulation frequency light receiving element.
(4)
the predetermined modulation frequencies include a first modulation frequency and a second modulation frequency slower than the first modulation frequency;
The voltage control unit switches the off-control voltage to the first voltage when the modulation frequency is the first modulation frequency, and switches the off-control voltage to the second voltage when the modulation frequency is the second modulation frequency. The light-receiving element according to (3), wherein the light-receiving element is switched to a voltage.
(5)
The voltage control unit switches the OFF control voltage to the first voltage when the predetermined modulation frequency is greater than a predetermined threshold frequency, and switches the OFF control voltage to the first voltage when the predetermined modulation frequency is less than or equal to a predetermined threshold frequency. In addition, the off-control voltage is switched to the second voltage. The light receiving element according to (3).
(6)
The voltage control unit switches the off-control voltages of the first and second transfer transistors to the first voltage or the second voltage according to the operation mode of (2) to (5). The light receiving element according to any one of the above.
(7)
The voltage control unit switches the off-control voltage to the first voltage when the operation mode is a ranging mode for measuring a distance, and the operation mode is 2D image capturing for generating a two-dimensional luminance image. The light-receiving element according to (6), wherein the off-control voltage is switched to the second voltage when in the mode.
(8)
The voltage control unit switches the off-control voltages of the first and second transfer transistors to the first voltage or the second voltage according to the amount of received light. The light receiving element according to any one of the above.
(9)
The voltage control unit switches the off-control voltage to the first voltage when it is determined that the amount of received light is not large, and when it is determined that the amount of received light is large, The light receiving element according to (8), wherein the OFF control voltage is switched to the second voltage.
(10)
The above (9), wherein when it is determined that the amount of received light is large, a predetermined number or more or a predetermined ratio or more of pixel data with respect to the number of pixels from which pixel data is acquired is saturated. Light receiving element.
(11)
The voltage control unit according to any one of (1) to (10) above, including a transistor that switches between a first voltage and a second voltage lower than the first voltage as the off-control voltage. Light receiving element.
(12)
A light-receiving element comprising a pixel having a photoelectric conversion unit and a transfer transistor for transferring charges generated by the photoelectric conversion unit,
A method of driving a light-receiving element, comprising switching between a plurality of voltage values as an off-control voltage for turning off the transfer transistor.
(13)
a light emitting unit that emits irradiation light;
a light-receiving element that receives the reflected light returned by the irradiation light reflected by an object,
The light receiving element is
a pixel having a photoelectric conversion unit and a transfer transistor that transfers charges generated by the photoelectric conversion unit;
A distance measuring system, comprising: a voltage control section that switches and controls a plurality of voltage values as an off-control voltage for turning off the transfer transistor.

1:測距システム,11:制御装置,12:受光装置,13:照明装置,21:LD,22:発光部,31:受光素子,51:制御部,52:画素アレイ部,53:パルス生成回路,54:タップ駆動部,58:信号処理部,61:画素,64A,64B:垂直信号線,71:フォトダイオード,72A,72B:転送トランジスタ,74A,74B:FDゲートトランジスタ,75A,75B:増幅トランジスタ,76A,76B:リセットトランジスタ,77A,77B:選択トランジスタ,101:オフ電圧制御部,111:OR回路,112:インバータ,113:トランジスタ,114:トランジスタ,201:スマートフォン,202:測距モジュール 1: Ranging System, 11: Control Device, 12: Light Receiving Device, 13: Lighting Device, 21: LD, 22: Light Emitting Section, 31: Light Receiving Element, 51: Control Section, 52: Pixel Array Section, 53: Pulse Generation Circuit 54: Tap drive section 58: Signal processing section 61: Pixel 64A, 64B: Vertical signal line 71: Photodiode 72A, 72B: Transfer transistor 74A, 74B: FD gate transistor 75A, 75B: Amplification transistors, 76A, 76B: reset transistors, 77A, 77B: selection transistors, 101: OFF voltage control unit, 111: OR circuit, 112: inverter, 113: transistor, 114: transistor, 201: smart phone, 202: ranging module

Claims (13)

光電変換部と、前記光電変換部で生成された電荷を転送する転送トランジスタとを有する画素と、
前記転送トランジスタをオフさせるオフ制御電圧として、複数の電圧値を切り替え制御する電圧制御部と
を備える受光素子。
a pixel having a photoelectric conversion unit and a transfer transistor that transfers charges generated by the photoelectric conversion unit;
A light-receiving element comprising: a voltage control section that switches and controls a plurality of voltage values as an off-control voltage for turning off the transfer transistor.
前記画素は、
第1および第2の転送トランジスタの2つの前記転送トランジスタと、
前記第1の転送トランジスタにより転送された前記電荷を保持する第1の電荷蓄積部と、
前記第2の転送トランジスタにより転送された前記電荷を保持する第2の電荷蓄積部と
を有し、
前記光電変換部は、所定の発光源から照射された照射光が物体で反射されて返ってきた反射光を受光して光電変換し、
前記電圧制御部は、前記第1および第2の転送トランジスタの前記オフ制御電圧として、第1の電圧と、前記第1の電圧よりも低い第2の電圧とを切り替える
請求項1に記載の受光素子。
The pixels are
two said transfer transistors, first and second transfer transistors;
a first charge storage unit that holds the charge transferred by the first transfer transistor;
a second charge storage unit that holds the charge transferred by the second transfer transistor;
The photoelectric conversion unit receives and photoelectrically converts reflected light emitted from a predetermined light source and reflected by an object.
The light receiving according to claim 1, wherein the voltage control section switches between a first voltage and a second voltage lower than the first voltage as the off control voltages for the first and second transfer transistors. element.
前記第1および第2の転送トランジスタは、所定の変調周波数で交互にオンされ、
前記電圧制御部は、前記所定の変調周波数に応じて、前記第1および第2の転送トランジスタの前記オフ制御電圧を、前記第1の電圧または前記第2の電圧に切り替える
請求項2に記載の受光素子。
the first and second transfer transistors are alternately turned on at a predetermined modulation frequency;
3. The voltage control unit according to claim 2, wherein the off control voltage of the first and second transfer transistors is switched to the first voltage or the second voltage according to the predetermined modulation frequency. Light receiving element.
前記所定の変調周波数には、第1の変調周波数と、前記第1の変調周波数より低速の第2の変調周波数とがあり、
前記電圧制御部は、前記第1の変調周波数である場合に、前記オフ制御電圧を前記第1の電圧に切り替え、前記第2の変調周波数である場合に、前記オフ制御電圧を前記第2の電圧に切り替える
請求項3に記載の受光素子。
the predetermined modulation frequencies include a first modulation frequency and a second modulation frequency slower than the first modulation frequency;
The voltage control unit switches the off-control voltage to the first voltage when the modulation frequency is the first modulation frequency, and switches the off-control voltage to the second voltage when the modulation frequency is the second modulation frequency. The light-receiving element according to claim 3, wherein the light-receiving element is switched to a voltage.
前記電圧制御部は、前記所定の変調周波数が所定の閾値周波数より大である場合に、前記オフ制御電圧を前記第1の電圧に切り替え、前記所定の変調周波数が所定の閾値周波数以下である場合に、前記オフ制御電圧を前記第2の電圧に切り替える
請求項3に記載の受光素子。
The voltage control unit switches the OFF control voltage to the first voltage when the predetermined modulation frequency is greater than a predetermined threshold frequency, and switches the OFF control voltage to the first voltage when the predetermined modulation frequency is less than or equal to a predetermined threshold frequency. 4. The light receiving element according to claim 3, wherein the OFF control voltage is switched to the second voltage at the same time.
前記電圧制御部は、動作モードに応じて、前記第1および第2の転送トランジスタの前記オフ制御電圧を、前記第1の電圧または前記第2の電圧に切り替える
請求項2に記載の受光素子。
3. The light receiving element according to claim 2, wherein the voltage control section switches the off-control voltages of the first and second transfer transistors to the first voltage or the second voltage according to an operation mode.
前記電圧制御部は、前記動作モードが距離を測定する測距モードである場合に、前記オフ制御電圧を前記第1の電圧に切り替え、前記動作モードが2次元の輝度画像を生成する2D画像撮影モードである場合に、前記オフ制御電圧を前記第2の電圧に切り替える
請求項6に記載の受光素子。
The voltage control unit switches the off-control voltage to the first voltage when the operation mode is a ranging mode for measuring a distance, and the operation mode is 2D image capturing for generating a two-dimensional luminance image. 7. The light receiving element according to claim 6, wherein the off control voltage is switched to the second voltage when in the mode.
前記電圧制御部は、受光量に応じて、前記第1および第2の転送トランジスタの前記オフ制御電圧を、前記第1の電圧または前記第2の電圧に切り替える
請求項2に記載の受光素子。
3. The light receiving element according to claim 2, wherein the voltage control section switches the off control voltages of the first and second transfer transistors to the first voltage or the second voltage according to the amount of light received.
前記電圧制御部は、前記受光量が大光量ではないと判定された場合に、前記オフ制御電圧を前記第1の電圧に切り替え、前記受光量が大光量であると判定された場合に、前記オフ制御電圧を前記第2の電圧に切り替える
請求項8に記載の受光素子。
The voltage control unit switches the off-control voltage to the first voltage when it is determined that the amount of received light is not large, and when it is determined that the amount of received light is large, The light receiving element according to claim 8, wherein the OFF control voltage is switched to the second voltage.
前記受光量が大光量であると判定される場合は、画素データを取得した画素数に対して所定数以上または所定割合以上の画素データが飽和している場合である
請求項9に記載の受光素子。
10. The light receiving according to claim 9, wherein when the amount of received light is determined to be a large amount of light, a predetermined number or more or a predetermined ratio or more of pixel data with respect to the number of pixels from which pixel data is obtained is saturated. element.
前記電圧制御部は、前記オフ制御電圧として、第1の電圧と、前記第1の電圧よりも低い第2の電圧とを切り替えるトランジスタを有する
請求項1に記載の受光素子。
The light receiving element according to claim 1, wherein the voltage control section has a transistor that switches between a first voltage and a second voltage lower than the first voltage as the off control voltage.
光電変換部と、前記光電変換部で生成された電荷を転送する転送トランジスタとを有する画素を備える受光素子が、
前記転送トランジスタをオフさせるオフ制御電圧として、複数の電圧値を切り替え制御する
受光素子の駆動方法。
A light-receiving element comprising a pixel having a photoelectric conversion unit and a transfer transistor for transferring charges generated by the photoelectric conversion unit,
A method of driving a light-receiving element, comprising switching a plurality of voltage values as an off-control voltage for turning off the transfer transistor.
照射光を発光する発光部と、
前記照射光が物体で反射されて返ってきた反射光を受光する受光素子と
を備え、
前記受光素子は、
光電変換部と、前記光電変換部で生成された電荷を転送する転送トランジスタとを有する画素と、
前記転送トランジスタをオフさせるオフ制御電圧として、複数の電圧値を切り替え制御する電圧制御部と
を備える
測距システム。
a light emitting unit that emits irradiation light;
a light-receiving element that receives the reflected light returned by the irradiation light reflected by an object,
The light receiving element is
a pixel having a photoelectric conversion unit and a transfer transistor that transfers charges generated by the photoelectric conversion unit;
A distance measuring system, comprising: a voltage control section that switches and controls a plurality of voltage values as an off-control voltage for turning off the transfer transistor.
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