JP2023013292A - Light-receiving device, electronic equipment, and light-receiving method - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、受光装置、電子機器及び受光方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present disclosure relates to a light receiving device, an electronic device, and a light receiving method.
間接ToF(Time of Flight)方式を利用した測距センサが知られている。間接ToF方式の測距センサでは、発光部から発光された光信号が対象物で反射され、その反射光を受光して光電変換された信号電荷を、例えば高速に駆動される2つのゲート電極によって2つの電荷蓄積領域に振り分け、振り分けた信号電荷の配分比から距離が算出される(特許文献1参照)。 A ranging sensor using an indirect ToF (Time of Flight) method is known. In the indirect ToF distance measuring sensor, the light signal emitted from the light emitting unit is reflected by the object, and the signal charges obtained by photoelectrically converting the reflected light are received by, for example, two gate electrodes that are driven at high speed. The distance is calculated from the distribution ratio of the signal charges distributed to the two charge accumulation regions (see Patent Document 1).
光電変換された電荷が蓄積されるフローティングディフュージョンは、リセットノイズにより電位が変動する。このため、リセットレベルと画素信号レベルとの差分を取ることで、リセットノイズを相殺する相関二重サンプリング(CDS:Correlated Double Sampling)を行うのが一般的である。 The potential of the floating diffusion in which photoelectrically converted charges are accumulated fluctuates due to reset noise. For this reason, it is common to perform correlated double sampling (CDS) that cancels reset noise by taking the difference between the reset level and the pixel signal level.
しかしながら、測距センサでは、複数のフローティングディフュージョンに電荷を振り分けた状態から読み出し動作を開始するため、画素信号レベルを検出するD(Data)相の読み出し後に、いったんリセットをかけてからリセットレベルを検出するP(Pre-charge)相の読み出しを行うことになる。 However, since the distance measurement sensor starts the readout operation in a state in which electric charges are distributed to a plurality of floating diffusions, after reading out the D (Data) phase that detects the pixel signal level, reset is applied once and then the reset level is detected. Therefore, the P (Pre-charge) phase reading is performed.
D相の電位は、P相の一つ前のリセットレベルに依存している。すなわち、D相とP相では、リセットレベルが必ずしも同じではない。このため、D相の信号レベルとP相の信号レベルの差分を検出しても、リセットノイズを完全には除去できない。 The D-phase potential depends on the previous reset level of the P-phase. That is, the reset level is not necessarily the same between the D phase and the P phase. Therefore, even if the difference between the D-phase signal level and the P-phase signal level is detected, the reset noise cannot be completely removed.
このように、従来の間接ToF方式の測距センサでは、リセットノイズを除去できないおそれがある。 As described above, the conventional indirect ToF distance measuring sensor may not be able to remove the reset noise.
そこで、本開示では、リセットノイズを除去可能な受光装置、電子機器及び受光方法を提供するものである。 Therefore, the present disclosure provides a light receiving device, an electronic device, and a light receiving method capable of removing reset noise.
上記の課題を解決するために、本開示によれば、光電変換部と、前記光電変換部で光電変換された電荷をそれぞれ異なるタイミングで蓄積する2以上のフローティングディフュージョンと、前記2以上のフローティングディフュージョンに蓄積された電荷に基づいて、画素ごとにそれぞれ位相が異なる4種類以上の画素信号を出力する複数の画素と、
前記4種類以上の画素信号の位相ごとに、前記画素信号のリセットレベルに応じたデジタル信号と画素信号レベルに応じたデジタル信号とを、フレーム単位で出力するAD変換部と、を備える、受光装置が提供される。
In order to solve the above problems, according to the present disclosure, a photoelectric conversion unit, two or more floating diffusions that accumulate charges photoelectrically converted by the photoelectric conversion unit at different timings, and the two or more floating diffusions a plurality of pixels that output four or more types of pixel signals with different phases for each pixel based on the charge accumulated in the
an AD conversion unit that outputs a digital signal corresponding to the reset level of the pixel signal and a digital signal corresponding to the pixel signal level for each phase of the four or more types of pixel signals in frame units. is provided.
前記AD変換部は、一部の互いに異なる位相のリセットレベルと画素信号レベルとを合成した前記デジタル信号を出力してもよい。 The AD conversion section may output the digital signal obtained by synthesizing the reset level and the pixel signal level having different phases from each other.
前記4種類以上の画素信号のそれぞれのリセットレベル又は画素信号レベルが参照信号レベルと交差するまでの期間に応じたカウント値を出力するカウンタを備え、
前記AD変換部は、前記カウンタのカウント値に応じた前記デジタル信号を生成してもよい。
a counter that outputs a count value corresponding to a period until the reset level or pixel signal level of each of the four or more types of pixel signals crosses the reference signal level;
The AD converter may generate the digital signal according to the count value of the counter.
前記カウンタは、前記4種類以上の画素信号の位相が切り替わる複数の切替タイミングのうち、一部の切替タイミングでは、前記カウンタのカウント値をリセットせずにカウントを継続し、残りの切替タイミングでは、前記カウンタのカウント値をリセットしてもよい。 The counter continues counting without resetting the count value of the counter at some switching timings among a plurality of switching timings at which the phases of the four or more types of pixel signals are switched, and at the remaining switching timings, A count value of the counter may be reset.
前記一部の切替タイミングは、180°異なる位相の画素信号についてのカウント値をカウントする切替タイミングであり、
前記残りの切替タイミングは、90°異なる位相の画素信号についてのカウント値をカウントする切替タイミングであってもよい。
The partial switching timing is a switching timing for counting count values for pixel signals with phases different by 180°,
The rest of the switching timings may be switching timings for counting count values for pixel signals having phases different by 90°.
前記一部の切替タイミングは、Xを任意の角度値として、X°の画素信号レベルとX+180°のリセットレベルとの切替タイミング、及びX+90°の画素信号レベルとX+270°のリセットレベルとの切替タイミングを含んでもよい。 When X is an arbitrary angle value, the partial switching timing is the switching timing between the pixel signal level of X° and the reset level of X+180°, and the switching timing of the pixel signal level of X+90° and the reset level of X+270°. may include
前記カウンタは、全画素についてのすべての前記フローティングディフュージョンをリセットすることを指示する第1リセット信号が入力された場合にはカウント値をリセットし、一部の前記フローティングディフュージョンをリセットすることを指示する第2リセット信号が入力された場合には、カウント値を保持してもよい。 The counter resets the count value when a first reset signal instructing resetting of all the floating diffusions for all pixels is input, and instructs resetting of some of the floating diffusions. The count value may be held when the second reset signal is input.
前記第2リセット信号は、前記一部の切替タイミングに入力され、
前記第1リセット信号は、前記残りの切替タイミングに入力されてもよい。
The second reset signal is input at the partial switching timing,
The first reset signal may be input at the remaining switching timings.
前記カウンタは、外部からの制御信号に基づいて、カウントアップするか、又はカウントダウンするかを切り替えてもよい。 The counter may switch between counting up and counting down based on an external control signal.
前記カウンタは、前記制御信号が第1論理のときには、入力される前記画素信号の位相が切り替わったときに前記カウンタのカウント方向を逆にしてカウントを行い、前記制御信号が第2論理のときには、入力される前記画素信号の位相が切り替わったときに前記カウンタのカウント方向を変化させずにカウントを継続してもよい。 When the control signal is the first logic, the counter reverses the count direction when the phase of the input pixel signal is switched, and counts when the control signal is the second logic. Counting may be continued without changing the counting direction of the counter when the phase of the input pixel signal is switched.
前記画素は、第1位相、第2位相、第3位相及び第4位相の前記画素信号のリセットレベルと画素信号レベルとを切り替えて順に出力し、
前記カウンタは、前記制御信号に基づいて、互いに180°位相が異なる2つの画素信号のうち、一方の画素信号のリセットレベルに応じたカウント値と、他方の画素信号の画素信号レベルに応じたカウント値とを合算したカウント値を生成してもよい。
The pixels switch between a reset level and a pixel signal level of the pixel signals of the first phase, the second phase, the third phase, and the fourth phase, and sequentially output the pixel signals;
Based on the control signal, the counter counts a count value corresponding to the reset level of one pixel signal and a count value corresponding to the pixel signal level of the other pixel signal out of two pixel signals having phases different from each other by 180°. A count value may be generated by summing the values.
前記カウンタは、前記制御信号に基づいて、前記第1位相のリセットレベルに応じたカウント値を出力し、次に前記第1位相の画素信号レベルに応じたカウント値と前記第2位相のリセットレベルに応じたカウント値とを合算したカウント値を出力し、次に前記第2位相の画素信号レベルに応じたカウント値を出力し、次に前記第3位相のリセットレベルに応じたカウント値を出力し、次に前記第3位相の画素信号レベルに応じたカウント値と前記第4位相のリセットレベルに応じたカウント値とを合算したカウント値を出力し、次に前記第4位相の画素信号レベルに応じたカウント値を出力してもよい。 The counter outputs a count value corresponding to the reset level of the first phase based on the control signal, then outputs a count value corresponding to the pixel signal level of the first phase and the reset level of the second phase. Then output a count value corresponding to the pixel signal level of the second phase, and then output a count value corresponding to the reset level of the third phase. Then, a count value obtained by summing the count value corresponding to the pixel signal level of the third phase and the count value corresponding to the reset level of the fourth phase is output, and then the pixel signal level of the fourth phase is output. You may output the count value according to.
前記カウンタは、前記第1位相の画素信号レベルに応じたカウント値と前記第2位相のリセットレベルに応じたカウント値とを合算する際には、カウントアップ又はカウントダウンの方向を変化させず、前記第3位相の画素信号レベルに応じたカウント値と前記第4位相のリセットレベルに応じたカウント値とを合算する際には、カウントアップ又はカウントダウンの方向を変化させなくてもよい。 The counter does not change the direction of counting up or down when adding the count value corresponding to the pixel signal level of the first phase and the count value corresponding to the reset level of the second phase. When adding the count value corresponding to the pixel signal level of the third phase and the count value corresponding to the reset level of the fourth phase, it is not necessary to change the count-up or count-down direction.
前記カウンタは、前記第1位相のリセットレベルが前記参照信号レベルと交差するまでの期間についてのカウントを開始する前と、前記第3位相のリセットレベルが前記参照信号レベルと交差するまでの期間についてのカウントを開始する前とにカウント値をリセットし、前記第1位相の画素信号レベルと、前記第2位相のリセットレベル及び画素信号レベルと、前記第3位相の画素信号レベルとが前記参照信号レベルと交差するまでの各期間についてのカウントを開始する前にはカウント値をリセットせずにカウントを継続してもよい。 Before the counter starts counting for the period until the reset level of the first phase crosses the reference signal level, and for the period until the reset level of the third phase crosses the reference signal level. and resetting the count value before starting the counting of the reference signal. Counting may be continued without resetting the count value before starting counting for each period until the level is crossed.
前記第1位相と前記第2位相とは180°位相が異なっており、前記第2位相と前記第3位相とは90°位相が異なっており、前記第3位相と前記第4位相とは180°位相が異なっていてもよい。 The first phase and the second phase are different in phase by 180°, the second phase and the third phase are different in phase by 90°, and the third phase and the fourth phase are different by 180°. ° may be out of phase.
前記制御信号は、前記カウンタが前記第1位相、前記第2位相、前記第3位相、及び前記第4位相の画素信号のリセットレベルに応じたカウント値を生成した後に、第1論理のパルス信号を出力し、それ以外は第2論理であり、
前記カウンタは、前記制御信号が前記第1論理の場合には、カウント方向を切り替えてカウントし、前記制御信号が前記第2論理の場合には、カウント方向を維持したままカウントを継続してもよい。
The control signal is a first logic pulse signal after the counter generates a count value corresponding to the reset level of the pixel signals of the first phase, the second phase, the third phase, and the fourth phase. is output, and the rest is the second logic,
When the control signal is the first logic, the counter switches the counting direction to count, and when the control signal is the second logic, the counter continues counting while maintaining the counting direction. good.
前記画素は、CAPD(Current Assisted Photonic Demodulator)構造、ゲート電極構造の画素であってもよい。 The pixel may have a CAPD (Current Assisted Photonic Demodulator) structure or a gate electrode structure.
本開示によれば、対象物に向けて光信号を照射する発光部と、
前記光信号が前記対象物で反射された反射光を受光する前記光電変換部を有する、上述した受光装置と、
前記受光装置から出力された前記デジタル信号と、前記光信号とに基づいて、前記対象物までの距離を計測する距離計測部と、を備える、電子機器が提供される。
According to the present disclosure, a light emitting unit that emits an optical signal toward an object;
the light receiving device described above, including the photoelectric conversion unit that receives the reflected light of the optical signal reflected by the object;
An electronic device is provided, comprising: a distance measuring unit that measures a distance to the object based on the digital signal output from the light receiving device and the optical signal.
前記距離計測部は、前記4種類以上の画素信号のリセットレベル及び画素信号レベルに基づいてI信号及びQ信号を生成して、前記I信号及び前記Q信号の割合に基づいて前記対象物までの距離を計測してもよい。 The distance measurement unit generates an I signal and a Q signal based on the reset level and pixel signal level of the four or more types of pixel signals, and measures the distance to the object based on the ratio of the I signal and the Q signal. You can measure the distance.
本開示によれば、光電変換部で光電変換された電荷をそれぞれ異なるタイミングで蓄積する2以上のフローティングディフュージョンに蓄積された電荷に基づいて、画素ごとにそれぞれ位相が異なる4種類以上の画素信号を出力し、
前記4種類以上の画素信号のそれぞれのリセットレベル又は画素信号レベルが参照信号レベルと交差するまでの期間の長さをカウンタでカウントする際、前記4種類以上の画素信号の位相が切り替わる複数の切替タイミングのうち、一部の切替タイミングでは、前記カウンタのカウント値をリセットせずにカウントを継続し、残りの切替タイミングでは、前記カウンタのカウント値をリセットする、受光方法が提供される。
According to the present disclosure, four or more types of pixel signals with different phases are generated for each pixel based on charges accumulated in two or more floating diffusions that accumulate charges photoelectrically converted by the photoelectric conversion unit at different timings. output and
When counting the length of the period until the reset level or pixel signal level of each of the four or more types of pixel signals crosses the reference signal level with a counter, a plurality of switching in which the phases of the four or more types of pixel signals are switched. Provided is a light receiving method that continues counting without resetting the count value of the counter at part of switching timings, and resets the count value of the counter at the remaining switching timings.
以下、図面を参照して、受光装置、電子機器及び受光方法の実施形態について説明する。以下では、受光装置、電子機器及び受光方法の主要な構成部分を中心に説明するが、受光装置、電子機器及び受光方法には、図示又は説明されていない構成部分や機能が存在しうる。以下の説明は、図示又は説明されていない構成部分や機能を除外するものではない。 Embodiments of a light receiving device, an electronic device, and a light receiving method will be described below with reference to the drawings. Although the main components of the light-receiving device, electronic equipment, and light-receiving method will be mainly described below, the light-receiving device, electronic equipment, and light-receiving method may have components and functions that are not illustrated or described. The following description does not exclude components or features not shown or described.
<受光装置の構成例>
図1は本技術を適用した受光装置1の概略構成例を示すブロック図である。なお、受光装置1は撮像装置と呼ぶこともできる。
<Configuration example of light receiving device>
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration example of a
図1に示される受光装置1は、間接ToF方式による測距情報を出力する素子である。
A
受光装置1は、所定の光源から照射された光(照射光)が物体にあたって反射されてきた光(反射光)を受光し、物体までの距離情報をデプス値として格納したデプス画像を出力する。なお、光源から照射される照射光は、例えば、波長が780nm乃至1000nmの範囲の赤外光であり、オンオフが所定の周期で繰り返されるパルス光である。
The
受光装置1は、半導体基板上に形成された画素アレイ部21と、画素アレイ部21と同じ半導体基板上に集積された周辺回路部とを有する。周辺回路部は、例えば垂直駆動部22、カラム処理部23、水平駆動部24、システム制御部25、参照信号生成部18、及びタップ駆動部12等を有する。
The
受光装置1には、さらに信号処理部26およびデータ格納部27が設けられている。信号処理部26およびデータ格納部27は、受光装置1と同じ基板上に搭載してもよいし、受光装置1とは別のモジュール内の基板上に配置してもよい。
The
画素アレイ部21は、受光した光量に応じた電荷を生成し、その電荷に応じた信号を出力する画素10が行方向および列方向の行列状に2次元配置された構成となっている。すなわち、画素アレイ部21は、入射した光を光電変換し、その結果得られた電荷に応じた信号を出力する画素10を複数有する。画素10の詳細については、図2以降で後述する。
The
ここで、行方向とは、水平方向の画素10の配列方向をいい、列方向とは、垂直方向の画素10の配列方向をいう。行方向は、図中、横方向であり、列方向は図中、縦方向である。
タップ駆動部12は、画素内のフォトダイオードで光電変換された電荷を複数のフローティングディフュージョンに振り分ける制御を行う。タップ駆動部12は、電荷の振り分けを制御する制御信号GDA、GDBを出力する。この制御信号GDA、GDBは、各画素に供給される。
Here, the row direction is the direction in which the
The
画素アレイ部21においては、行列状の画素配列に対して、画素行ごとに画素駆動線28が行方向に沿って配線されるとともに、画素列ごとに垂直信号線29が列方向に沿って配線されている。例えば画素駆動線28は、画素10から信号を読み出す際の駆動を行うための駆動信号を伝送する。画素駆動線28は、各画素行に供給される複数種類の駆動線を含んでいてもよい。
In the
垂直駆動部22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、画素アレイ部21の各画素10を全画素同時あるいは行単位等で駆動する。すなわち、垂直駆動部22は、垂直駆動部22を制御するシステム制御部25とともに、画素アレイ部21の各画素10の動作を制御する駆動部を構成している。
The
垂直駆動部22による駆動制御に応じて画素行の各画素10から出力される検出信号である画素信号は、垂直信号線29を通してカラム処理部23に入力される。カラム処理部23は、各画素10から垂直信号線29を通して出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。具体的には、カラム処理部23は、AD変換部30を有する。
A pixel signal, which is a detection signal output from each
AD変換部30は、比較回路部31とカウンタ部32とを有する。比較回路部31は、複数の比較回路31aを有する。各比較回路31aには、対応する垂直信号線29が接続されている。比較回路31aは、参照信号生成部18から供給される参照信号RAMPと、画素PXの検出信号である画素信号VSLとを比較する。画素信号VSLの信号レベルは、画素信号のリセットレベル又は画素信号レベルである。比較回路31aは、参照信号RAMPの信号レベル(以下、参照信号レベルと呼ぶ)がリセットレベル又は画素信号レベルと交差したか否かを検出する。
The AD conversion section 30 has a
カウンタ部32は、比較回路31aの比較結果に基づいてカウントを行う複数のカウンタ(CNT)32aを有する。比較回路部31とカウンタ部32は、ADC(Analog-Digital Converter)を構成する。
The
参照信号生成部18は、画素PXからの画素信号VSLと比較するための参照信号RAMPを生成し、比較回路部31の比較回路31aに供給する。参照信号RAMPは、時間経過に応じてレベル(電圧)が階段状又は線形に変化する信号である。
The reference signal generator 18 generates a reference signal RAMP to be compared with the pixel signal VSL from the pixel PX, and supplies it to the
水平駆動部24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23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24による選択走査により、カラム処理部23において単位回路ごとに信号処理された画素信号が順番に出力される。
The
システム制御部25は、各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータなどによって構成され、そのタイミングジェネレータで生成された各種のタイミング信号を基に、垂直駆動部22、カラム処理部23、および水平駆動部24などの駆動制御を行う。
The
システム制御部25は、後述するようにCN反転パルス信号(制御信号)PSを出力する。CN反転パルス信号PSは、AD変換部30内のカウンタ32aのカウント方向を切り替えることを指示する信号である。例えば、カウンタ32aがカウントアップ方向にカウント動作を行っていた場合には、CN反転パルス信号PSが第1論理(例えばハイレベル)になると、カウンタ32aはカウントダウン方向にカウント動作を切り替える。また、カウンタ32aがカウントダウン方向にカウント動作を行っていた場合には、CN反転パルス信号PSが第1論理になると、カウンタ32aはカウントアップ方向にカウント動作を切り替える。
The
このように、カウンタ32aは、CN反転パルス信号PSに基づいて、カウントアップするか、又はカウントダウンするかを切り替える。カウンタ32aは、CN反転パルス信号PSが第1論理(例えばハイレベル)のときには、入力される画素信号の位相が切り替わったときにカウンタ32aのカウント方向を逆にしてカウントを行い、CN反転パルス信号PSが第2論理のときには、入力される画素信号の位相が切り替わったときにカウンタ32aのカウント方向を変化させずにカウントを継続する。
Thus, the
例えば、画素は、第1位相、第2位相、第3位相及び第4位相の画素信号のリセットレベルと画素信号レベルとを切り替えて順に出力する。カウンタ32aは、CN反転パルス信号PSに基づいて、互いに180°位相が異なる2つの画素信号のうち、一方の画素信号のリセットレベルに応じたカウント値と、他方の画素信号の画素信号レベルに応じたカウント値とを合算したカウント値を生成する。第1位相は例えば0°、第2位相は例えば180°、第3位相は例えば90°、第4位相は例えば270°である。
For example, the pixels switch the reset level and the pixel signal level of the pixel signals of the first phase, the second phase, the third phase, and the fourth phase, and output them in order. Based on the CN inversion pulse signal PS, the
より具体的には、カウンタ32aは、CN反転パルス信号PSに基づいて、第1位相のリセットレベルに応じたカウント値を出力し、次に第1位相の画素信号レベルに応じたカウント値と第2位相のリセットレベルに応じたカウント値とを合算したカウント値を出力し、次に第2位相の画素信号レベルに応じたカウント値を出力し、次に第3位相のリセットレベルに応じたカウント値を出力し、次に第3位相の画素信号レベルに応じたカウント値と第4位相のリセットレベルに応じたカウント値とを合算したカウント値を出力し、次に第4位相の画素信号レベルに応じたカウント値を出力する。
More specifically, the
より詳細には、カウンタ32aは、第1位相の画素信号レベルに応じたカウント値と第2位相のリセットレベルに応じたカウント値とを合算する際には、カウントアップ又はカウントダウンの方向を変化させず、第3位相の画素信号レベルに応じたカウント値と第4位相のリセットレベルに応じたカウント値とを合算する際には、カウントアップ又はカウントダウンの方向を変化させない。
More specifically, the
また、カウンタ32aは、第1位相のリセットレベルが参照信号レベルと交差するまでの期間についてのカウントを開始する前と、第3位相のリセットレベルが参照信号レベルと交差するまでの期間についてのカウントを開始する前とにカウント値をリセットし、第1位相の画素信号レベルと、第2位相のリセットレベル及び画素信号レベルと、第3位相の画素信号レベルとが参照信号レベルと交差するまでの各期間についてのカウントを開始する前にはカウント値をリセットせずにカウントを継続する。
In addition, the
第1位相と第2位相とは180°位相が異なっており、第2位相と第3位相とは90°位相が異なっており、第3位相と第4位相とは180°位相が異なっている。 The first phase differs from the second phase by 180°, the second phase differs from the third phase by 90°, and the third phase differs from the fourth phase by 180°. .
信号処理部26は、少なくとも演算処理機能を有し、カラム処理部23から出力される画素信号に基づいて演算処理等の種々の信号処理を行う。データ格納部27は、信号処理部26での信号処理にあたって、その処理に必要なデータを一時的に格納する。
The
以上のように構成される受光装置1は、物体までの距離情報をデプス値として画素値に含めたデプス画像を出力する。受光装置1は、例えば、車両に搭載され、車外にある対象物までの距離を測定する車載用のシステムや、ユーザの手等の対象物までの距離を測定し、その測定結果に基づいてユーザのジェスチャを認識するジェスチャ認識用の装置などに搭載することができる。
The light-receiving
なお、デプス値は、受光装置の外部のアプリケーションプロセッサ(AP)等で検出してもよい。この場合、受光装置は、カラム処理部23から出力された画素信号をAP等に出力する。
Note that the depth value may be detected by an application processor (AP) or the like external to the light receiving device. In this case, the light receiving device outputs the pixel signal output from the
<画素の第1構成例に係る断面図>
図2は画素アレイ部21に配置される画素10の第1構成例を示す断面図である。
<Sectional View of First Configuration Example of Pixel>
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a first configuration example of the
受光装置1は、半導体基板41と、その表面側(図中下側)に形成された多層配線層42とを備える。
The
半導体基板41は、例えばシリコン(Si)で構成され、例えば1乃至6μmの厚みを有して形成されている。半導体基板41では、例えば、P型(第1導電型)の半導体領域51に、N型(第2導電型)の半導体領域52が画素単位に形成されることにより、フォトダイオードPDが画素単位に形成されている。半導体基板41の表裏両面に設けられているP型の半導体領域51は、暗電流抑制のための正孔電荷蓄積領域を兼ねている。
The
図2において上側となる半導体基板41の上面が、半導体基板41の裏面であり、光が入射される光入射面となる。半導体基板41の裏面側上面には、反射防止膜43が形成されている。
The upper surface of the
反射防止膜43は、例えば、例えば、固定電荷膜および酸化膜が積層された積層構造とされ、例えば、ALD(Atomic Layer Deposition)法による高誘電率(High-k)の絶縁薄膜を用いることができる。具体的には、酸化ハフニウム(HfO2)や、酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化チタン(TiO2)、STO(Strontium Titan Oxide)などを用いることができる。図2の例では、反射防止膜43は、酸化ハフニウム膜53、酸化アルミニウム膜54、および酸化シリコン膜55が積層されて構成されている。
The
反射防止膜43の上面であって、半導体基板41の隣接する画素10の境界部44(以下、画素境界部44とも称する。)には、入射光の隣接画素への入射を防止する画素間遮光膜45が形成されている。画素間遮光膜45の材料は、光を遮光する材料であればよく、例えば、タングステン(W)、アルミニウム(Al)又は銅(Cu)などの金属材料を用いることができる。
An inter-pixel light shielding film for preventing incident light from entering the adjacent pixels is provided on the upper surface of the
反射防止膜43の上面と、画素間遮光膜45の上面には、平坦化膜46が、例えば、酸化シリコン(SiO2)、窒化シリコン(SiN)、酸窒化シリコン(SiON)等の絶縁膜、または、樹脂などの有機材料により形成されている。
A flattening
そして、平坦化膜46の上面には、オンチップレンズ47が画素ごとに形成されている。オンチップレンズ47は、例えば、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、スチレン-アクリル共重合系樹脂、またはシロキサン系樹脂等の樹脂系材料で形成される。オンチップレンズ47によって集光された光は、フォトダイオードPDに効率良く入射される。
An on-
また、半導体基板41の裏面側の画素境界部44には、半導体基板41の裏面側(オンチップレンズ47側)から基板深さ方向に所定の深さまで、半導体基板41の深さ方向に隣接画素同士を分離する画素間分離部61が形成されている。画素間分離部61の底面および側壁を含む外周部は、反射防止膜43の一部である酸化ハフニウム膜53で覆われている。画素間分離部61は、入射光が隣の画素10へ突き抜けることを防止し、自画素内に閉じ込めるとともに、隣接する画素10からの入射光の漏れ込みを防止する。
Further, in the
図2の例では、反射防止膜43の最上層の材料である酸化シリコン膜55を、裏面側から掘り込んだトレンチ(溝)に埋め込むことにより酸化シリコン膜55と画素間分離部61を同時形成するため、反射防止膜43としての積層膜の一部である酸化シリコン膜55と、画素間分離部61とが同一の材料で構成されているが、必ずしも同一である必要はない。画素間分離部61として裏面側から掘り込んだトレンチ(溝)に埋め込む材料は、例えば、タングステン(W)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、窒化チタン(TiN)等の金属材料でもよい。
In the example of FIG. 2, the
一方、多層配線層42が形成された半導体基板41の表面側には、各画素10に形成された1つのフォトダイオードPDに対して、2つの転送トランジスタTRG1およびTRG2が形成されている。また、半導体基板41の表面側には、フォトダイオードPDから転送された電荷を一時保持する電荷蓄積部としてのフローティングディフュージョンFD1およびFD2が、高濃度のN型半導体領域(N型拡散領域)により形成されている。
On the other hand, two transfer transistors TRG1 and TRG2 are formed for one photodiode PD formed in each
多層配線層42は、複数の金属膜Mと、その間の層間絶縁膜62とで構成される。図2では、第1金属膜M1乃至第3金属膜M3の3層で構成される例が示されている。
The
多層配線層42の複数の金属膜Mのうち、半導体基板41に最も近い第1金属膜M1の、フォトダイオードPDの形成領域の下方に位置する領域、換言すれば、平面視において、フォトダイオードPDの形成領域と少なくとも一部が重なる領域には、銅やアルミニウムなどのメタル(金属)配線が遮光部材63として形成されている。
Among the plurality of metal films M of the
遮光部材63は、オンチップレンズ47を介して光入射面から半導体基板41内に入射し、半導体基板41内で光電変換されずに半導体基板41を透過してしまった赤外光を、半導体基板41に最も近い第1金属膜M1で遮光し、それより下方の第2金属膜M2や第3金属膜M3へ透過させないようにする。この遮光機能により、半導体基板41内で光電変換されずに半導体基板41を透過してしまった赤外光が、第1金属膜M1より下の金属膜Mで散乱し、近傍画素へ入射してしまうことを抑制できる。これにより、近傍画素で誤って光を検知してしまうことを防ぐことができる。
The
また、遮光部材63は、オンチップレンズ47を介して光入射面から半導体基板41内に入射し、半導体基板41内で光電変換されずに半導体基板41を透過してしまった赤外光を、遮光部材63で反射させて半導体基板41内へと再度入射させる機能も有する。したがって、遮光部材63は、反射部材でもあるとも言える。この反射機能により、半導体基板41内で光電変換される赤外光の量をより多くし、量子効率(QE)、つまり赤外光に対する画素10の感度を向上させることができる。
In addition, the
なお、遮光部材63は、金属材料の他、ポリシリコンや酸化膜などで反射または遮光する構造を形成してもよい。
The
また、遮光部材63は、1層の金属膜Mで構成せずに、例えば第1金属膜M1と第2金属膜M2とで格子状に形成するなどして、複数の金属膜Mで構成してもよい。
Further, the
多層配線層42の複数の金属膜Mのうち、所定の金属膜Mである、例えば、第2金属膜M2には、例えば、櫛歯形状にパターン形成することにより、配線容量64が形成されている。遮光部材63と配線容量64とは同じ層(金属膜M)に形成してもよいが、異なる層に形成する場合には、配線容量64が、遮光部材63よりも半導体基板41から遠い層に形成される。換言すれば、遮光部材63が、配線容量64よりも半導体基板41の近くに形成される。
Among the plurality of metal films M of the
以上のように、受光装置1は、オンチップレンズ47と多層配線層42との間に半導体層である半導体基板41を配置し、オンチップレンズ47が形成された裏面側から入射光をフォトダイオードPDに入射させる裏面照射型の構造を有する。
As described above, the light-receiving
また、画素10は、各画素に設けられたフォトダイオードPDに対して、2つの転送トランジスタTRG1およびTRG2を備え、フォトダイオードPDで光電変換されて生成された電荷(電子)を、フローティングディフュージョンFD1またはFD2に振り分け可能に構成されている。
In addition, the
さらに、第1構成例に係る画素10は、画素境界部44に画素間分離部61を形成することにより、入射光が隣の画素10へ突き抜けることを防止し、自画素内に閉じ込めるとともに、隣接する画素10からの入射光の漏れ込みを防止する。そして、フォトダイオードPDの形成領域の下方の金属膜Mに遮光部材63を設けることにより、半導体基板41内で光電変換されずに半導体基板41を透過してしまった赤外光を、遮光部材63で反射させて半導体基板41内へと再度入射させる。
Further, the
以上の構成により、半導体基板41内で光電変換される赤外光の量をより多くし、量子効率QE、つまり赤外光に対する画素10の感度を向上させることができる。
With the above configuration, the amount of infrared light photoelectrically converted in the
<画素の回路構成例>
図3は画素アレイ部21に2次元配置された画素10の回路構成を示している。
<Example of pixel circuit configuration>
FIG. 3 shows the circuit configuration of the
画素10は、光電変換素子としてフォトダイオードPDを備える。また、画素10は、転送トランジスタTRG、フローティングディフュージョンFD、付加容量FDL、切替トランジスタFDG、増幅トランジスタAMP、リセットトランジスタRST、及び、選択トランジスタSELをそれぞれ2個ずつ有する。さらに、画素10は、電荷排出トランジスタOFGを有している。
The
ここで、画素10において2個ずつ設けられる転送トランジスタTRG、フローティングディフュージョンFD、付加容量FDL、切替トランジスタFDG、増幅トランジスタAMP、リセットトランジスタRST、及び、選択トランジスタSELのそれぞれを区別する場合、図3に示されるように、転送トランジスタTRG1およびTRG2、フローティングディフュージョンFD1およびFD2、付加容量FDL1およびFDL2、切替トランジスタFDG1およびFDG2、増幅トランジスタAMP1およびAMP2、リセットトランジスタRST1およびRST2、並びに、選択トランジスタSEL1およびSEL2のように称する。
Here, when distinguishing each of the transfer transistor TRG, the floating diffusion FD, the additional capacitor FDL, the switching transistor FDG, the amplification transistor AMP, the reset transistor RST, and the selection transistor SEL, which are provided in the
転送トランジスタTRG、切替トランジスタFDG、増幅トランジスタAMP、選択トランジスタSEL、リセットトランジスタRST、及び、電荷排出トランジスタOFGは、例えば、N型のMOSトランジスタで構成される。 The transfer transistor TRG, the switching transistor FDG, the amplification transistor AMP, the selection transistor SEL, the reset transistor RST, and the charge discharge transistor OFG are composed of, for example, N-type MOS transistors.
転送トランジスタTRG1は、ゲート電極に供給される転送駆動信号GDA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PDに蓄積されている電荷をフローティングディフュージョンFD1に転送する。転送トランジスタTRG2は、ゲート電極に供給される転送駆動信号GDB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PDに蓄積されている電荷をフローティングディフュージョンFD2に転送する。 The transfer transistor TRG1 becomes conductive in response to the activation of the transfer drive signal GDA supplied to its gate electrode, thereby transferring the charge accumulated in the photodiode PD to the floating diffusion FD1. The transfer transistor TRG2 becomes conductive in response to the activation of the transfer drive signal GDB supplied to the gate electrode, thereby transferring the charge accumulated in the photodiode PD to the floating diffusion FD2.
フローティングディフュージョンFD1およびFD2は、フォトダイオードPDから転送された電荷を一時保持する電荷蓄積部である。 The floating diffusions FD1 and FD2 are charge storage units that temporarily hold charges transferred from the photodiodes PD.
切替トランジスタFDG1は、ゲート電極に供給されるFD駆動信号FDG1g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、付加容量FDL1を、フローティングディフュージョンFD1に接続させる。切替トランジスタFDG2は、ゲート電極に供給されるFD駆動信号FDG2g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、付加容量FDL2を、フローティングディフュージョンFD2に接続させる。付加容量FDL1およびFDL2は、図2の配線容量64によって形成されている。
The switching transistor FDG1 becomes conductive in response to the activation of the FD drive signal FDG1g supplied to the gate electrode, thereby connecting the additional capacitance FDL1 to the floating diffusion FD1. The switching transistor FDG2 connects the additional capacitance FDL2 to the floating diffusion FD2 by becoming conductive in response to the activation of the FD drive signal FDG2g supplied to the gate electrode. Additional capacitances FDL1 and FDL2 are formed by wiring
リセットトランジスタRST1は、ゲート電極に供給されるリセット駆動信号RSTg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、フローティングディフュージョンFD1の電位をリセットする。リセットトランジスタRST2は、ゲート電極に供給されるリセット駆動信号RSTg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、フローティングディフュージョンFD2の電位をリセットする。なお、リセットトランジスタRST1およびRST2がアクティブ状態とされるとき、切替トランジスタFDG1およびFDG2も同時にアクティブ状態とされ、付加容量FDL1およびFDL2もリセットされる。 The reset transistor RST1 resets the potential of the floating diffusion FD1 by becoming conductive in response to the active state of the reset drive signal RSTg supplied to the gate electrode. The reset transistor RST2 resets the potential of the floating diffusion FD2 by becoming conductive in response to the active state of the reset drive signal RSTg supplied to the gate electrode. When the reset transistors RST1 and RST2 are activated, the switching transistors FDG1 and FDG2 are activated at the same time, and the additional capacitors FDL1 and FDL2 are also reset.
垂直駆動部22は、例えば、入射光の光量が多い高照度のとき、切替トランジスタFDG1およびFDG2をアクティブ状態として、フローティングディフュージョンFD1と付加容量FDL1を接続するとともに、フローティングディフュージョンFD2と付加容量FDL2を接続する。これにより、高照度時に、より多くの電荷を蓄積することができる。
For example, when the illuminance is high and the amount of incident light is large, the
一方、入射光の光量が少ない低照度のときには、垂直駆動部22は、切替トランジスタFDG1およびFDG2を非アクティブ状態として、付加容量FDL1およびFDL2を、それぞれ、フローティングディフュージョンFD1およびFD2から切り離す。これにより、変換効率を上げることができる。
On the other hand, when the incident light intensity is low and the illuminance is low, the
電荷排出トランジスタOFGは、ゲート電極に供給される排出駆動信号OFG1g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PDに蓄積された電荷を排出する。 The charge discharge transistor OFG discharges the charge accumulated in the photodiode PD by becoming conductive in response to the activation of the discharge drive signal OFG1g supplied to the gate electrode.
増幅トランジスタAMP1は、ソース電極が選択トランジスタSEL1を介して垂直信号線29Aに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AMP2は、ソース電極が選択トランジスタSEL2を介して垂直信号線29Bに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 AMP1 is connected to a constant current source (not shown) by connecting the source electrode to the
選択トランジスタSEL1は、増幅トランジスタAMP1のソース電極と垂直信号線29Aとの間に接続されている。選択トランジスタSEL1は、ゲート電極に供給される選択信号SEL1gがアクティブ状態になるとこれに応答して導通状態となり、増幅トランジスタAMP1から出力される画素信号VSL1を垂直信号線29Aに出力する。
The selection transistor SEL1 is connected between the source electrode of the amplification transistor AMP1 and the
選択トランジスタSEL2は、増幅トランジスタAMP2のソース電極と垂直信号線29Bとの間に接続されている。選択トランジスタSEL2は、ゲート電極に供給される選択信号SEL2gがアクティブ状態になるとこれに応答して導通状態となり、増幅トランジスタAMP2から出力される画素信号VSL2を垂直信号線29Bに出力する。
The selection transistor SEL2 is connected between the source electrode of the amplification transistor AMP2 and the
画素10の転送トランジスタTRG1およびTRG2、切替トランジスタFDG1およびFDG2、増幅トランジスタAMP1およびAMP2、選択トランジスタSEL1およびSEL2、並びに、電荷排出トランジスタOFGは、垂直駆動部22によって制御される。
図2の画素において、付加容量FDL1およびFDL2と、その接続を制御する、切替トランジスタFDG1およびFDG2は省略してもよいが、付加容量FDLを設け、入射光量に応じて使い分けることにより、高ダイナミックレンジを確保することができる。 In the pixel of FIG. 2, the additional capacitors FDL1 and FDL2 and the switching transistors FDG1 and FDG2 for controlling their connection may be omitted. can be ensured.
画素10の動作について簡単に説明する。
The operation of
まず、受光を開始する前に、画素10の電荷をリセットするリセット動作が全画素で行われる。すなわち、電荷排出トランジスタOFGと、リセットトランジスタRST1およびRST2、並びに、切替トランジスタFDG1およびFDG2がオンされ、フォトダイオードPD、フローティングディフュージョンFD1およびFD2、並びに、付加容量FDL1およびFDL2の蓄積電荷が排出される。
First, before starting light reception, a reset operation for resetting the charges of the
蓄積電荷の排出後、全画素で受光が開始される。 After the accumulated charges are discharged, all pixels start receiving light.
受光期間では、転送トランジスタTRG1とTRG2とが交互に駆動される。すなわち、第1の期間において、転送トランジスタTRG1がオン、転送トランジスタTRG2がオフに制御される。この第1の期間では、フォトダイオードPDで発生した電荷が、フローティングディフュージョンFD1に転送される。第1の期間の次の第2の期間では、転送トランジスタTRG1がオフ、転送トランジスタTRG2がオンに制御される。この第2の期間では、フォトダイオードPDで発生した電荷が、フローティングディフュージョンFD2に転送される。これにより、フォトダイオードPDで発生した電荷が、フローティングディフュージョンFD1とFD2とに振り分けられて、蓄積される。 During the light receiving period, the transfer transistors TRG1 and TRG2 are alternately driven. That is, in the first period, the transfer transistor TRG1 is controlled to be ON and the transfer transistor TRG2 is controlled to be OFF. In this first period, charges generated in the photodiode PD are transferred to the floating diffusion FD1. In the second period following the first period, the transfer transistor TRG1 is turned off and the transfer transistor TRG2 is turned on. During this second period, charges generated in the photodiode PD are transferred to the floating diffusion FD2. As a result, charges generated in the photodiode PD are distributed to the floating diffusions FD1 and FD2 and accumulated.
ここで、光電変換で得られた電荷(電子)の読み出しが行われる方の転送トランジスタTRGおよびフローティングディフュージョンFDをアクティブタップ(active tap)とも称することとする。逆に、光電変換で得られた電荷の読み出しが行われない方の転送トランジスタTRGおよびフローティングディフュージョンFDをイナクティブタップ(inactive tap)とも称することとする。 Here, the transfer transistor TRG and the floating diffusion FD from which charges (electrons) obtained by photoelectric conversion are read out are also called active taps. Conversely, the transfer transistor TRG and the floating diffusion FD from which charges obtained by photoelectric conversion are not read out are also called inactive taps.
そして、受光期間が終了すると、画素アレイ部21の各画素10が、線順次に選択される。選択された画素10では、選択トランジスタSEL1およびSEL2がオンされる。これにより、フローティングディフュージョンFD1に蓄積された電荷が、画素信号VSL1として、垂直信号線29Aを介してカラム処理部23に出力される。フローティングディフュージョンFD2に蓄積された電荷は、画素信号VSL2として、垂直信号線29Bを介してカラム処理部23に出力される。
Then, when the light receiving period ends, each
以上で1回の受光動作が終了し、リセット動作から始まる次の受光動作が実行される。 As described above, one light-receiving operation is completed, and the next light-receiving operation starting from the reset operation is executed.
画素10が受光する反射光は、光源が照射したタイミングから、対象物までの距離に応じて遅延されている。対象物までの距離に応じた遅延時間によって、2つのフローティングディフュージョンFD1とFD2に蓄積される電荷の配分比が変化するため、2つのフローティングディフュージョンFD1とFD2に蓄積される電荷の配分比から、物体までの距離を求めることができる。
The reflected light received by the
<画素の平面図>
図4は図3に示した画素の配置例を示した平面図である。
<Plan view of pixel>
FIG. 4 is a plan view showing an arrangement example of pixels shown in FIG.
図4における横方向は、図1の行方向(水平方向)に対応し、縦方向は図1の列方向(垂直方向)に対応する。 The horizontal direction in FIG. 4 corresponds to the row direction (horizontal direction) in FIG. 1, and the vertical direction corresponds to the column direction (vertical direction) in FIG.
図4に示されるように、矩形の画素10の中央部の領域に、フォトダイオードPDがN型の半導体領域52で形成されている。
As shown in FIG. 4, a photodiode PD is formed of an N-
フォトダイオードPDの外側であって、矩形の画素10の四辺の所定の一辺に沿って、転送トランジスタTRG1、切替トランジスタFDG1、リセットトランジスタRST1、増幅トランジスタAMP1、及び、選択トランジスタSEL1が直線的に並んで配置され、矩形の画素10の四辺の他の一辺に沿って、転送トランジスタTRG2、切替トランジスタFDG2、リセットトランジスタRST2、増幅トランジスタAMP2、及び、選択トランジスタSEL2が直線的に並んで配置されている。
A transfer transistor TRG1, a switching transistor FDG1, a reset transistor RST1, an amplification transistor AMP1, and a selection transistor SEL1 are arranged linearly along one of the four sides of the
さらに、転送トランジスタTRG、切替トランジスタFDG、リセットトランジスタRST、増幅トランジスタAMP、及び、選択トランジスタSELが形成されている画素10の二辺とは別の辺に、電荷排出トランジスタOFGが配置されている。
Further, a charge discharge transistor OFG is arranged on a side other than the two sides of the
なお、図3に示した画素の配置は、この例に限られず、その他の配置としてもよい。 Note that the arrangement of the pixels shown in FIG. 3 is not limited to this example, and other arrangements may be used.
<フレームCDSの概要説明>
本実施形態に係る受光装置1は、間接ToF方式による測距を行う目的で、それぞれ位相が異なる4種類以上の画素信号を各画素10から出力する。そして、受光装置1内のAD変換部30は、各位相ごとに、画素信号のリセットレベルに応じたデジタル信号と画素信号レベルに応じたデジタル信号とをフレーム単位で出力する。リセットレベルに応じたデジタル信号と画素信号レベルに応じたデジタル信号との差分を取ることで、リセットノイズを相殺するCDS動作をフレーム単位で行うことができる。このようなCDS動作を本明細書では、フレームCDSと呼ぶ。
<Overview of Frame CDS>
The
フレームCDSでは、まずフローティングディフュージョンをリセットした状態で、フレーム単位で第1位相の画素信号のリセットレベルが参照信号レベルと交差するまでの期間に応じたデジタル信号を生成し、次に、第1位相の画素信号の画素信号レベルが参照信号レベルと交差するまでの期間に応じたデジタル信号を生成し、これらデジタル信号同士の差分を取ることで、リセットノイズを相殺する。以上の動作を、各位相ごとに繰り返す。間接ToF方式では、フレームCDSを行って得られた4つの位相に対応する4種類のデジタル信号に基づいて、距離計測を行う。 In the frame CDS, first, with the floating diffusion reset, a digital signal corresponding to the period until the reset level of the pixel signal of the first phase intersects the reference signal level is generated in units of frames. A digital signal corresponding to the period until the pixel signal level of the pixel signal crosses the reference signal level is generated, and the difference between these digital signals is taken to cancel the reset noise. The above operation is repeated for each phase. In the indirect ToF method, distance measurement is performed based on four types of digital signals corresponding to four phases obtained by performing frame CDS.
<受光タイミング>
図5は画素10から出力されるそれぞれ位相の異なる4種類の画素信号の信号波形図である。図5の信号波形図は、1画素10内に2つのタップA、Bが設けられている例を示している。タップA、Bは、図3に示すフローティングディフュージョンFD1、FD2に対応する。図5には、不図示の発光部が対象物に向けて発光する照射光のタイミングと、受光装置1で受光される対象物からの反射光のタイミングと、タップA、Bの電荷蓄積タイミングとが図示されている。
<Light receiving timing>
FIG. 5 is a signal waveform diagram of four types of pixel signals output from the
図5には、タップA、Bがそれぞれ異なる4つの位相0°、90°、180°、270°で電荷を蓄積する例を示している。1フレーム目では、照射光のタイミング波形に対して位相0°のタイミング波形に基づいて、タップA、Bの電荷蓄積タイミングが決定される。より具体的には、タップAは、反射光の受光タイミングから照射光の照射終了タイミングまでの間に受光された電荷を蓄積する。タップBは、照射光の照射終了タイミングから反射光の受光終了タイミングまでの間に受光された電荷を蓄積する。 FIG. 5 shows an example in which taps A and B accumulate electric charges at four different phases of 0°, 90°, 180° and 270°. In the first frame, the charge accumulation timings of the taps A and B are determined based on the timing waveform having a phase of 0° with respect to the timing waveform of the irradiation light. More specifically, the tap A accumulates the charge received from the timing of receiving the reflected light to the timing of ending the irradiation of the irradiation light. The tap B accumulates the charges received during the period from the irradiation end timing of the irradiation light to the reception end timing of the reflected light.
2フレーム目では、照射光のタイミング波形に対して位相90°ずれたタイミング波形に基づいて、タップA、Bの電荷蓄積タイミングが決定される。より具体的には、タップAは、照射光タイミング波形の位相を90°ずらしたタイミング波形の立ち上がりタイミングから反射光の受光終了タイミングまでの間に受光された電荷を蓄積する。タップBは、反射光の受光開始タイミングから、照射光タイミング波形の位相を90°ずらしたタイミング波形の立ち上がりタイミングまでの間に受光された電荷を蓄積する。 In the second frame, the charge accumulation timings of the taps A and B are determined based on the timing waveform that is out of phase with the timing waveform of the irradiation light by 90°. More specifically, the tap A accumulates the charge received during the period from the rising timing of the timing waveform obtained by shifting the phase of the irradiation light timing waveform by 90° to the end timing of receiving the reflected light. The tap B accumulates charges received during a period from the start timing of receiving the reflected light to the rising timing of the timing waveform whose phase is shifted by 90° from the timing waveform of the irradiation light.
3フレーム目では、照射光のタイミング波形に対して位相180°ずれたタイミング波形に基づいて、タップA、Bの電荷蓄積タイミングが決定される。より具体的には、タップAは、照射光の照射終了タイミングから反射光の受光終了タイミングまでの間に受光された電荷を蓄積する。タップBは、反射光の受光開始タイミングから照射光の照射終了タイミングまでの間に受光された電荷を蓄積する。 In the third frame, the charge accumulation timings of the taps A and B are determined based on the timing waveform that is 180° out of phase with the timing waveform of the irradiation light. More specifically, the tap A accumulates the electric charges received during the period from the irradiation end timing of the irradiation light to the reception end timing of the reflected light. The tap B accumulates charges received during the period from the start timing of receiving the reflected light to the end timing of the irradiation light.
4フレーム目では、照射光のタイミング波形に対して位相180°ずれたタイミング波形に基づいて、タップA、Bの電荷蓄積タイミングが決定される。より具体的には、タップAは、反射光の受光開始タイミングから、照射光の照射終了タイミングを270°ずらしたタイミングまでの間に受光された電荷を蓄積する。タップBは、照射光の照射終了タイミングを270°ずらしたタイミングから反射光の受光終了タイミングまでの間に受光された電荷を蓄積する。 In the fourth frame, the charge accumulation timings of the taps A and B are determined based on the timing waveform that is 180° out of phase with the timing waveform of the irradiation light. More specifically, the tap A accumulates the charges received during the period from the start timing of receiving the reflected light to the timing shifted by 270° from the end timing of the irradiation light. The tap B accumulates the charge received during the period from the timing when the irradiation end timing of the irradiation light is shifted by 270° to the reception end timing of the reflected light.
1フレーム目のタップAに蓄積される電荷A0は式(1)で表され、タップBに蓄積される電荷B0は式(2)で表される。KA、KBはゲイン、OA、OBはダークオフセット、ΦGは環境光である。
A0=KA(Φ0+ΦG)+OA …(1)
B0=KB(Φ180+ΦG)+OB …(2)
The charge A0 accumulated in the tap A of the first frame is expressed by equation (1), and the charge B0 accumulated in the tap B is expressed by equation (2). KA and KB are gains, OA and OB are dark offsets, and ΦG is ambient light.
A0=KA(Φ0+ΦG)+OA …(1)
B0=KB(Φ180+ΦG)+OB …(2)
2フレーム目のタップAに蓄積される電荷A90は式(3)で表され、タップBに蓄積される電荷B90は式(4)で表される。
A90=KA(Φ90+ΦG)+OA …(3)
B90=KB(Φ270+ΦG)+OB …(4)
A charge A90 accumulated in the tap A of the second frame is expressed by equation (3), and a charge B90 accumulated in the tap B is expressed by equation (4).
A90=KA(Φ90+ΦG)+OA …(3)
B90=KB(Φ270+ΦG)+OB …(4)
3フレーム目のタップAに蓄積される電荷A180は式(5)で表され、タップBに蓄積される電荷B180は式(6)で表される。
A180=KA(Φ180+ΦG)+OA …(5)
B180=KB(Φ0+ΦG)+OB …(6)
A charge A180 accumulated in the tap A of the third frame is expressed by equation (5), and a charge B180 accumulated in the tap B is expressed by equation (6).
A180=KA(Φ180+ΦG)+OA …(5)
B180=KB(Φ0+ΦG)+OB …(6)
4フレーム目のタップAに蓄積される電荷A180は式(7)で表され、タップBに蓄積される電荷B180は式(8)で表される。
A270=KA(Φ270+ΦG)+OA …(7)
B270=KB(Φ90+ΦG)+OB …(8)
A charge A180 accumulated in the tap A of the fourth frame is expressed by equation (7), and a charge B180 accumulated in the tap B is expressed by equation (8).
A270=KA(Φ270+ΦG)+OA …(7)
B270=KB(Φ90+ΦG)+OB …(8)
ここで、対象物までの距離を計測するために用いられるIQ平面上のI信号とQ信号はそれぞれ以下の式(9)と(10)で表される。
I=(A0-B0)-(A180-B180)=(KA+KB)(Φ0-Φ180) …(9)
Q=(A90-B90)-(A270-B270)=(KA+KB)(Φ90-Φ270) …(10)
Here, the I signal and Q signal on the IQ plane used for measuring the distance to the object are represented by the following equations (9) and (10), respectively.
I=(A0-B0)-(A180-B180)=(KA+KB)(Φ0-Φ180) (9)
Q=(A90-B90)-(A270-B270)=(KA+KB)(Φ90-Φ270) (10)
よって、IとQの位相ずれ量θは、以下の式(11)で計算される。
対象物までの距離Dは、式(11)を用いると、式(12)で表される。なお、Tpはパルス幅である。
このように、4つの位相の画素信号を用いることで、式(11)と式(12)により、対象物までの距離を計測することができる。 In this way, by using pixel signals of four phases, the distance to the object can be measured by the equations (11) and (12).
図5は、2つのタップA、Bを用いて4つの位相信号を生成する2Tap-4Phase方式の例を示しているが、本実施形態は、4つのタップを用いて4つの位相信号を生成する4Tap-4Phase方式の受光装置1にも適用可能である。4Tap-4Phase方式の受光装置1は、1つの画素10内に4つのタップを有する。図6は4Tap-4Phase方式のタイミング図である。図6には、照射光のタイミングと、反射光のタイミングと、4つのタップTRT1~TRT4の電荷蓄積タイミングとが図示されている。
FIG. 5 shows an example of a 2Tap-4Phase scheme that generates four phase signals using two taps A and B. In this embodiment, four taps are used to generate four phase signals. It can also be applied to the
タップTRT1は、反射光の受光開始タイミングから、照射光の照射開始タイミングを90°ずらした位相のタイミングまでの間、電荷を蓄積する。タップTRT2は、照射光の照射終了タイミングから反射光の受光終了タイミングまでの間、電荷を蓄積する。タップTRT3は、照射光の照射開始タイミングを90°ずらした位相のタイミングから照射光の照射終了タイミングまでの間、電荷を蓄積する。タップTRT4は、照射光の照射終了タイミングを90°ずらした位相のタイミングから照射光の照射開始タイミングまでの間、電荷を蓄積する。 The tap TRT1 accumulates charges from the reception start timing of the reflected light to the phase timing shifted by 90° from the irradiation start timing of the irradiation light. The tap TRT2 accumulates electric charges from the irradiation end timing of the irradiation light to the reception end timing of the reflected light. The tap TRT3 accumulates charges from the timing of the phase shifted by 90° from the irradiation start timing of the irradiation light to the irradiation end timing of the irradiation light. The tap TRT4 accumulates charges from the timing of the phase shifted by 90° from the irradiation end timing of the irradiation light to the irradiation start timing of the irradiation light.
上述したように、本実施形態に係る受光装置1は、画素信号の読出し方式として、改良されたフレームCDSを採用するが、画素信号の読出し方式には、複数の方式がある。図7A、図7B及び図7Cは画素信号の読出し方式を比較した図であり、図7AはD相だけの読出しを行うDonly、図7BはDDS、図7CのフレームCDSの読出し方式を説明する図である
As described above, the
図7AのDonlyは、D相の読出しだけを行う方式である。Donlyでは、全画素10のフローティングディフュージョンをリセットするグローバルリセット(GRST)を行った後、第1位相(例えば0°)の画素信号レベル(D相)の読出しを行う。以後、同様にして、グローバルリセットを行った後に、各位相のD相の読出しを行う処理を計4回繰り返す。
Only in FIG. 7A is a method of reading only the D phase. In Only, after performing a global reset (GRST) for resetting the floating diffusion of all the
図7BのDDSは、第1位相(例えば0°)のD相の読出しを行った後に、フローティングディフュージョンをリセットし、その後にP相の読出しを行う。この処理を4回繰り返す。上述したように、DDSは、D相の読み出し後にフローティングディフュージョンをリセットした後にP相の読み出しを行うため、D相の読出しを行う際のリセットレベルと、その直後のP相の読み出しを行う際のリセットレベルが同じとは限らない。よって、P相とD相の差分を取っても、リセットノイズを完全には相殺できないおそれがある。 The DDS in FIG. 7B resets the floating diffusion after reading the D phase of the first phase (eg, 0°), and then reads the P phase. This process is repeated four times. As described above, the DDS reads the P phase after resetting the floating diffusion after reading the D phase. Reset levels are not always the same. Therefore, even if the difference between the P phase and the D phase is taken, there is a possibility that the reset noise cannot be completely canceled.
図7CのフレームCDSは、グローバルリセットを行った後に、第1位相(例えば0°)のP相の読み出しを行い、次にD相の読み出しを行う。この一連の動作を4回繰り返す。フレームCDSでは、P相とその直後のD相との差分を取ることで、リセットレベルを相殺できるが、画素10から計8回、画素信号を読み出す必要がある。
In the frame CDS of FIG. 7C, after the global reset is performed, the P-phase readout of the first phase (eg, 0°) is performed, and then the D-phase readout is performed. This series of operations is repeated four times. In the frame CDS, the reset level can be offset by taking the difference between the P phase and the immediately following D phase, but it is necessary to read the pixel signal from the
このように、DDSでは、AD変換部30からの読み出し回数は4回であるのに対し、フレームCDSでは、読み出し回数が倍の8回になる。フォトダイオードPDで光電変換された電荷をフローティングディフュージョンに振り分けるインテグレーション時間は数百μsであるのに対し、AD変換部30からの読み出し時間は数msを要する。このため、読み出し回数が増えると、距離計測に要する時間が長くなる。このように、読み出し回数の増加は、フレームレートの律速の課題となる。以下、上述した課題を解決するための具体的な対策について説明する。 As described above, the number of readings from the AD converter 30 is four in the DDS, while the number of readings is doubled to eight in the frame CDS. While the integration time for allocating the charge photoelectrically converted by the photodiode PD to the floating diffusion is several hundred microseconds, the readout time from the AD converter 30 requires several milliseconds. Therefore, as the number of readings increases, the time required for distance measurement increases. Thus, an increase in the number of times of reading becomes a rate-limiting issue for the frame rate. Specific measures for solving the above-described problems will be described below.
IQ平面上のI信号とQ信号は、それぞれ以下の式(13)と式(14)で表される。
ここで、式(15)が成り立つとすると、I信号とQ信号はそれぞれ以下の式(16)と式(17)で表される。
式(16)と式(17)に示すI信号とQ信号の計算は、受光装置1の内部で行ってもよいし、受光装置1に接続されるアプリケーションプロセッサ(AP)等によって行ってもよい。
The calculation of the I signal and the Q signal shown in equations (16) and (17) may be performed inside the
本実施形態に係る受光装置1では、式(16)と式(17)の計算の一部を受光装置1内で実行する。これにより、AD変換部30から読み出される画素信号の読み出し回数を削減する。上述したように、通常のフレームCDSだと8回の読み出しが必要であるのに対し、本実施形態によるフレームCDSだと6回の読み出しで済む。
In the
図8は本実施形態に係る読み出しシーケンスを示す図である。まず、グローバルリセットを行う。グローバルリセットでは、全画素10のすべてのフローティングディフュージョンがリセットされる。次に、図8の(1)に示すように、第1位相(例えば0°)の画素信号のリセットレベル(P相)が読み出される。ここでは、P相信号の信号レベルであるリセットレベルが参照信号レベルと交差するまでの期間に応じたデジタル信号を生成し、このデジタル信号が読み出される。その後のインテグレーション期間では、光信号を物体に照射し、物体からの反射光が図3のフォトダイオードPDで光電変換されて、生じた電荷をタップAとタップBに振り分ける。
FIG. 8 is a diagram showing a read sequence according to this embodiment. First, do a global reset. In global reset, all floating diffusions of all
その後、図8の(2)に示すように、フォトダイオードから、第1位相に対応するフローティングディフュージョンに電荷を転送し、D相の読み出しを行う。ここでは、画素信号レベルが参照信号レベルと交差するまでの期間に応じたデジタル信号を生成し、このデジタル信号が読み出される。 After that, as shown in (2) of FIG. 8, the charge is transferred from the photodiode to the floating diffusion corresponding to the first phase, and the D phase is read out. Here, a digital signal is generated according to the period until the pixel signal level crosses the reference signal level, and this digital signal is read out.
次に、第2位相(例えば180°)に対応するフローティングディフュージョンをリセットする。このリセットは、画素行(水平方向)ごとにフローティングディフュージョンのリセットが行われるため、ローリングリセットと呼ぶ。本明細書では、上述したグローバルリセットを指示する信号を第1リセット信号と呼び、ローリングリセットを指示する信号を第2リセット信号と呼ぶことがある。 Next, reset the floating diffusion corresponding to the second phase (eg, 180°). This reset is called a rolling reset because the floating diffusion is reset for each pixel row (horizontal direction). In this specification, the signal instructing the above-described global reset may be called the first reset signal, and the signal instructing the rolling reset may be called the second reset signal.
AD変換部30内のカウンタ32aは、第1リセット信号が入力された場合(グローバルリセット時)にはカウント値をリセットし、第2リセット信号が入力された場合(ローリングリセット時)には、カウント値を保持する。
The
次に、図8の(3)に示すように、第2位相のリセットレベル(P相)の読み出しを行う。ここでは、(1)と同様に、第2位相のリセットレベルに応じたデジタル信号が読み出される。 Next, as shown in (3) of FIG. 8, the reset level (P phase) of the second phase is read. Here, as in (1), a digital signal corresponding to the reset level of the second phase is read.
(2)と(3)の処理を行う際、カウンタ32aのカウント方向を共通(例えばカウントアップ方向)にして、画素信号レベル又はリセットレベルが参照信号レベルと交差するまでの期間の長さをカウンタ32aで計測する。図7Cに示すフレームCDSでは、第1位相のD相の読み出しを行うためにカウンタ32aを動作させた後、カウンタ32aのカウント値をいったんリセットし、その後に、第2位相のP相の読み出しを行うためにカウンタ32aを動作させる。これに対して、図8では、(2)と(3)の処理を行っている最中は、カウンタ32aのカウント動作を継続して行い、(3)の処理が終わった後に、(2)と(3)の処理結果を合わせたカウント値をデジタル信号として出力する。
When performing the processes (2) and (3), the count direction of the
これにより、(2)の処理が終わった時点で、カウント値に応じたデジタル信号を出力しなくて済み、画素10からの読み出し回数を削減できる。
As a result, it is not necessary to output a digital signal corresponding to the count value when the process (2) is completed, and the number of readings from the
(3)の処理が終わると、フォトダイオードPDから第2位相に対応するフローティングディフュージョンに電荷を転送して、(4)に示すD相の読み出しを行う。その後、グローバルリセットをかける。 After the processing of (3) is completed, the charge is transferred from the photodiode PD to the floating diffusion corresponding to the second phase, and the D phase is read out as shown in (4). Then do a global reset.
次に、(5)に示すように、第3位相(例えば90°)のリセットレベル(P相)の読み出しを行う。次に、フォトダイオードPDから第3位相に対応するフローティングディフュージョンに電荷を転送して、(6)に示すD相の読み出しを行う。(6)のD相の読み出しのために動作させたカウンタ32aのカウント値をそのままにして、第4位相に対応するフローティングディフュージョンをリセットした後に、(7)に示す第4位相のリセットレベル(P相)の読み出しを行う。このとき、カウンタ32aは、(6)の処理後のカウント値から引き続いてカウント動作を行う。(7)の処理が終わった時点で、(6)と(7)の処理を合わせたデジタル信号を出力する。これにより、(6)の処理が終わった時点でデジタル信号を出力しなくて済み、読み出し回数を削減できる。
Next, as shown in (5), the reset level (P phase) of the third phase (for example, 90°) is read. Next, the electric charge is transferred from the photodiode PD to the floating diffusion corresponding to the third phase, and the reading of the D phase shown in (6) is performed. After resetting the floating diffusion corresponding to the fourth phase while leaving the count value of the
次に、フォトダイオードPDから第4位相に対応するフローティングディフュージョンに電荷を転送して、(8)のD相の読み出しを行う。 Next, the electric charge is transferred from the photodiode PD to the floating diffusion corresponding to the fourth phase, and the reading of the D phase of (8) is performed.
このように、図8の読み出しシーケンスを採用することで、図7のフレームCDSと比べて、AD変換部30からの読み出し回数を2回削減できる。よって、距離計測に要する時間を短縮できる。 Thus, by adopting the readout sequence of FIG. 8, the number of readouts from the AD converter 30 can be reduced by two compared to the frame CDS of FIG. Therefore, the time required for distance measurement can be shortened.
図8では、第1位相を0°、第2位相を180°、第3位相を90°、第4位相を270°としたが、これは一例であり、以下の1~8に示すように複数のバリエーションが考えられる。 In FIG. 8, the first phase is 0°, the second phase is 180°, the third phase is 90°, and the fourth phase is 270°. Multiple variations are possible.
1.Phase (0°) → Phase (180°) → Phase (90°) → Phase (270°)
2.Phase (180°) → Phase (0°) → Phase (90°) → Phase (270°)
3.Phase (0°) → Phase (180°) → Phase (270°) → Phase (90°)
4.Phase (180°) → Phase (0°) → Phase (270°) → Phase (90°)
5.Phase (90°) → Phase (270°) → Phase (0°) → Phase (180°)
6.Phase (270°) → Phase (90°) → Phase (0°) → Phase (180°)
7.Phase (90°) → Phase (270°) → Phase (180°) → Phase (0°)
8.Phase (270°) → Phase (90°) → Phase (180°) → Phase (0°)
1. Phase (0°) → Phase (180°) → Phase (90°) → Phase (270°)
2. Phase (180°) → Phase (0°) → Phase (90°) → Phase (270°)
3. Phase (0°) → Phase (180°) → Phase (270°) → Phase (90°)
4. Phase (180°) → Phase (0°) → Phase (270°) → Phase (90°)
5. Phase (90°) → Phase (270°) → Phase (0°) → Phase (180°)
6. Phase (270°) → Phase (90°) → Phase (0°) → Phase (180°)
7. Phase (90°) → Phase (270°) → Phase (180°) → Phase (0°)
8. Phase (270°) → Phase (90°) → Phase (180°) → Phase (0°)
上述した1~8のいずれにおいても、6回の読み出し回数でフレームCDSを行うことができる。図9は上述した1~8のそれぞれが6回の読み出しで読み出す情報を示す図である。上記1は図8と同様である。 In any one of the above 1 to 8, the frame CDS can be performed with 6 readouts. FIG. 9 is a diagram showing information read by each of the above-mentioned 1 to 8 by reading six times. The above 1 is similar to FIG.
上記2の場合、(2)と(3)で位相180°の画素信号レベルと位相0°のリセットレベルを読み出す際にカウンタ32aを継続して動作させ、(2)と(3)の処理結果をまとめて出力する。同様に、(6)と(7)で位相90°の画素信号レベルと位相270°のリセットレベルを読み出す際にカウンタ32aを継続して動作させ、(6)と(7)の処理結果をまとめて出力する。
In the case of 2 above, the
上記3の場合、(2)と(3)で位相0°の画素信号レベルと位相180°のリセットレベルを読み出す際にカウンタ32aを継続して動作させ、(2)と(3)の処理結果をまとめて出力する。同様に、(6)と(7)で位相270°の画素信号レベルと位相90°のリセットレベルを読み出す際にカウンタ32aを継続して動作させ、(6)と(7)の処理結果をまとめて出力する。
In the case of 3 above, the
上記4の場合、(2)と(3)で位相180°の画素信号レベルと位相0°のリセットレベルを読み出す際にカウンタ32aを継続して動作させ、(2)と(3)の処理結果をまとめて出力する。同様に、(6)と(7)で位相270°の画素信号レベルと位相90°のリセットレベルを読み出す際にカウンタ32aを継続して動作させ、(6)と(7)の処理結果をまとめて出力する。
In the case of 4 above, the
上記5の場合、(2)と(3)で位相90°の画素信号レベルと位相270°のリセットレベルを読み出す際にカウンタ32aを継続して動作させ、(2)と(3)の処理結果をまとめて出力する。同様に、(6)と(7)で位相0°の画素信号レベルと位相180°のリセットレベルを読み出す際にカウンタ32aを継続して動作させ、(6)と(7)の処理結果をまとめて出力する。
In the case of 5 above, the
上記6の場合、(2)と(3)で位相270°の画素信号レベルと位相90°のリセットレベルを読み出す際にカウンタ32aを継続して動作させ、(2)と(3)の処理結果をまとめて出力する。同様に、(6)と(7)で位相0°の画素信号レベルと位相180°のリセットレベルを読み出す際にカウンタ32aを継続して動作させ、(6)と(7)の処理結果をまとめて出力する。
In the case of 6 above, the
上記7の場合、(2)と(3)で位相90°の画素信号レベルと位相270°のリセットレベルを読み出す際にカウンタ32aを継続して動作させ、(2)と(3)の処理結果をまとめて出力する。同様に、(6)と(7)で位相180°の画素信号レベルと位相0°のリセットレベルを読み出す際にカウンタ32aを継続して動作させ、(6)と(7)の処理結果をまとめて出力する。
In the case of 7 above, the
上記8の場合、(2)と(3)で位相270°の画素信号レベルと位相90°のリセットレベルを読み出す際にカウンタ32aを継続して動作させ、(2)と(3)の処理結果をまとめて出力する。同様に、(6)と(7)で位相180°の画素信号レベルと位相0°のリセットレベルを読み出す際にカウンタ32aを継続して動作させ、(6)と(7)の処理結果をまとめて出力する。
In the case of 8 above, the
図8及び図9は、4つの位相が0°、90°、180°、270°の例を説明したが、4つの位相の位相差が90°又は180°であればよく、各位相は必ずしも90の倍数である必要はない。よって、上述した1~8を一般化すると、以下の1’~8’となる。Xは任意の角度である。 FIGS. 8 and 9 illustrate examples in which the four phases are 0°, 90°, 180°, and 270°, but the phase difference between the four phases may be 90° or 180°, and each phase is not necessarily It need not be a multiple of 90. Therefore, generalizing the above 1 to 8 results in the following 1' to 8'. X is an arbitrary angle.
1’.Phase (X) → Phase (X+180°) → Phase (X+90°) → Phase (X+270°)
2’.Phase (X+180°) → Phase (X) → Phase (X+90°) → Phase (X+270°)
3’.Phase (X) → Phase (X+180°) → Phase (X+270°) → Phase (X+90°)
4’.Phase (X+180°) → Phase (X) → Phase (X+270°) → Phase (X+90°)
5’.Phase (X+90°) → Phase (X+270°) → Phase (X) → Phase (X+180°)
6’.Phase (X+270°) → Phase (X+90°) → Phase (X) → Phase (X+180°)
7’.Phase (X+90°) → Phase (X+270°) → Phase (X+180°) → Phase (X)
8’.Phase (X+270°) → Phase (X+90°) → Phase (X+180°) → Phase (X)
1'. Phase (X) → Phase (X+180°) → Phase (X+90°) → Phase (X+270°)
2'. Phase (X+180°) → Phase (X) → Phase (X+90°) → Phase (X+270°)
3'. Phase (X) → Phase (X+180°) → Phase (X+270°) → Phase (X+90°)
4'. Phase (X+180°) → Phase (X) → Phase (X+270°) → Phase (X+90°)
5'. Phase (X+90°) → Phase (X+270°) → Phase (X) → Phase (X+180°)
6'. Phase (X+270°) → Phase (X+90°) → Phase (X) → Phase (X+180°)
7'. Phase (X+90°) → Phase (X+270°) → Phase (X+180°) → Phase (X)
8'. Phase (X+270°) → Phase (X+90°) → Phase (X+180°) → Phase (X)
図10は上述した1’~8’のそれぞれが6回の読み出しで読み出す情報を示す図である。
上記1’の場合、(2)と(3)で位相Xの画素信号レベルと位相X+180°のリセットレベルを読み出す際にカウンタ32aを継続して動作させ、(2)と(3)の処理結果をまとめて出力する。同様に、(6)と(7)で位相X+90°の画素信号レベルと位相X+270°のリセットレベルを読み出す際にカウンタ32aを継続して動作させ、(6)と(7)の処理結果をまとめて出力する。
FIG. 10 is a diagram showing information read by each of 1' to 8' described above in six readings.
In the case of 1′ above, the
上記2’の場合、(2)と(3)で位相X+180°の画素信号レベルと位相Xのリセットレベルを読み出す際にカウンタ32aを継続して動作させ、(2)と(3)の処理結果をまとめて出力する。同様に、(6)と(7)で位相X+90°の画素信号レベルと位相X+270°のリセットレベルを読み出す際にカウンタ32aを継続して動作させ、(6)と(7)の処理結果をまとめて出力する。
In the case of 2′ above, the
上記3’の場合、(2)と(3)で位相Xの画素信号レベルと位相X+180°のリセットレベルを読み出す際にカウンタ32aを継続して動作させ、(2)と(3)の処理結果をまとめて出力する。同様に、(6)と(7)で位相X+270°の画素信号レベルと位相X+90°のリセットレベルを読み出す際にカウンタ32aを継続して動作させ、(6)と(7)の処理結果をまとめて出力する。
In the case of 3′ above, the
上記4’の場合、(2)と(3)で位相X+180°の画素信号レベルと位相Xのリセットレベルを読み出す際にカウンタ32aを継続して動作させ、(2)と(3)の処理結果をまとめて出力する。同様に、(6)と(7)で位相X+270°の画素信号レベルと位相X+90°のリセットレベルを読み出す際にカウンタ32aを継続して動作させ、(6)と(7)の処理結果をまとめて出力する。
In the case of 4′ above, the
上記5’の場合、(2)と(3)で位相X+90°の画素信号レベルと位相X+270°のリセットレベルを読み出す際にカウンタ32aを継続して動作させ、(2)と(3)の処理結果をまとめて出力する。同様に、(6)と(7)で位相Xの画素信号レベルと位相X+180°のリセットレベルを読み出す際にカウンタ32aを継続して動作させ、(6)と(7)の処理結果をまとめて出力する。
In the case of 5′ above, when reading out the pixel signal level of phase X+90° and the reset level of phase X+270° in (2) and (3), the
上記6’の場合、(2)と(3)で位相X+270°の画素信号レベルと位相X+90°のリセットレベルを読み出す際にカウンタ32aを継続して動作させ、(2)と(3)の処理結果をまとめて出力する。同様に、(6)と(7)で位相Xの画素信号レベルと位相X+180°のリセットレベルを読み出す際にカウンタ32aを継続して動作させ、(6)と(7)の処理結果をまとめて出力する。
In the case of 6′ above, the
上記7’の場合、(2)と(3)で位相X+90°の画素信号レベルと位相X+270°のリセットレベルを読み出す際にカウンタ32aを継続して動作させ、(2)と(3)の処理結果をまとめて出力する。同様に、(6)と(7)で位相X+180°の画素信号レベルと位相Xのリセットレベルを読み出す際にカウンタ32aを継続して動作させ、(6)と(7)の処理結果をまとめて出力する。
In the case of 7′ above, when reading out the pixel signal level of phase X+90° and the reset level of phase X+270° in (2) and (3), the
上記8’の場合、(2)と(3)で位相X+270°の画素信号レベルと位相X+90°のリセットレベルを読み出す際にカウンタ32aを継続して動作させ、(2)と(3)の処理結果をまとめて出力する。同様に、(6)と(7)で位相X+180°の画素信号レベルと位相Xのリセットレベルを読み出す際にカウンタ32aを継続して動作させ、(6)と(7)の処理結果をまとめて出力する。
In the case of 8′ above, the
このように、AD変換部30内のカウンタ32aは、180°異なる位相の画素信号レベルとリセットレベルを読み出す際にはカウント方向を共通にして、継続してカウント動作を行う。
In this manner, the
図11は図8に示す読出しシーケンスの詳細なタイミング図である。図11のタイミング図は、図8の前半部分のタイミングを示している。図8の後半部分も図11と同様のタイミングが繰り返される。 FIG. 11 is a detailed timing diagram of the read sequence shown in FIG. The timing diagram of FIG. 11 shows the timing of the first half of FIG. The same timing as in FIG. 11 is repeated in the second half of FIG.
図11の時刻t1~t2では、グローバルリセットが行われる。これにより、全画素10内のすべてのフローティングディフュージョンはリセットレベルに設定される。その後、時刻t3になると、ランプ波形である参照信号レベルは時間とともに線形に低下し始める。このとき、信号線電圧VSLは、第1位相(例えば0°)に対応するフローティングディフュージョンのリセットレベル(P相)である。参照信号レベルは、時刻t3~t5までの間、ほぼ線形に電圧レベルが変化する。カウンタ32aは、時刻t3以降、所定のクロック周期でカウント動作を継続する。この状態では、参照信号レベルがリセットレベルより高いため、カウンタ32aはカウントダウン方向にカウントする。
A global reset is performed between times t1 and t2 in FIG. As a result, all floating diffusions in all
時刻t4でリセットレベルと参照信号レベルが交差すると、カウンタ32aはカウント動作を停止し、交差した時点のカウント値に応じたデジタル信号を出力する。
When the reset level and the reference signal level cross at time t4, the
時刻t5になると、参照信号レベルの信号レベルは一定になり、第1位相のP相信号の読み出しは終了する。 At time t5, the signal level of the reference signal level becomes constant, and the reading of the P-phase signal of the first phase ends.
その後、時刻t6~t7の間に、システム制御部25から出力されるCN反転パルス信号PSがハイレベルになる。CN反転パルス信号PSがハイレベルになると、カウンタ32aは、その後にカウント動作を再開する際に、カウント方向を切り替える。時刻t3~t4では、カウンタ32aはカウントダウン方向にカウントしていたため、時刻t6でCN反転パルス信号PSがハイレベルになることで、カウンタ32aは、その後にカウント動作を再開する際にはカウントアップ方向にカウントする。
After that, the CN inversion pulse signal PS output from the
時刻t8~t9の間は、図3の画素10内のトランジスタTRG1、TRG2は逆相で交互にオン/オフを繰り返して、フォトダイオードからフローティングディフュージョンへの電荷の振り分けが行われる。具体的には、時刻t8~t9の期間内は、第1位相(例えば0°)の画素信号レベルが各フローティングディフュージョンに転送される。
Between times t8 and t9, the transistors TRG1 and TRG2 in the
その後、図1の比較回路部31にて、フローティングディフュージョンの蓄積電荷に基づいて、第1位相での画素信号レベルと参照信号レベルとの比較が行われる。カウンタ32aは、時刻t10から、画素信号レベルが参照信号レベルと交差するまでの期間、カウントアップ動作を継続する。
After that, the pixel signal level in the first phase is compared with the reference signal level in the
時刻t11で、画素信号レベルが参照信号レベルと交差すると、カウンタ32aはカウントアップ動作を停止する。カウンタ32aのカウント値は、この時点では、外部に出力されない。これにより、受光装置1からの画素データの読み出し回数を削減できる。
At time t11, when the pixel signal level crosses the reference signal level, the
時刻t13~t14はローリングリセット期間である。この期間内は、第2位相(例えば180°)に対応するフローティングディフュージョンがリセットされる。ローリングリセット期間の直前には、CN反転パルス信号PSは出力されないため、カウンタ32aのカウント方向は変化しない。
Time t13 to t14 is a rolling reset period. During this period, the floating diffusion corresponding to the second phase (eg 180°) is reset. Since the CN inversion pulse signal PS is not output immediately before the rolling reset period, the counting direction of the
その後、時刻t15~t17の期間内は、第2位相のリセットレベルの読み出しが行われる。具体的には、比較回路部31により、リセットレベルと参照信号レベルとが比較され、カウンタ32aは、時刻t15から、リセットレベルが参照信号レベルと交差するまでの期間(t15~t16)、カウントアップ動作を行う。第1位相の画素信号レベルの読み出しが終了した時点(時刻t12)のときに、CN反転パルス信号PSは第1論理(ハイレベル)にならなかったため、カウンタ32aは、カウントアップを継続する。このため、カウンタ32aのカウント値は時刻t10~t11の第1位相の画素信号レベルと、時刻t15~t16の第2位相のリセットレベルとを合算した値になる。
After that, during the period from time t15 to t17, reading of the reset level of the second phase is performed. Specifically, the
時刻t16で、カウンタ32aはカウント動作を停止し、カウント値をデジタル信号として外部に出力する。
At time t16, the
その後、時刻t18~t19の期間内にCN反転パルス信号PSはハイレベルになる。これにより、カウンタ32aは、カウント方向を切り替える。具体的には、カウンタ32aはカウントダウン方向に切り替える。
After that, the CN inversion pulse signal PS goes high during the period from time t18 to t19. Thereby, the
その後、時刻20~t21の間は、図3の画素10内のトランジスタTRG1、TRG2が画素行ごとに順にオンして、画素行ごとに、フォトダイオードPDからフローティングディフュージョンへの電荷の振り分けが行われる。具体的には、時刻t20~t21の期間内は、第2位相(例えば180°)の画素信号レベルが対応するフローティングディフュージョンに転送される。
After that, during time 20 to t21, the transistors TRG1 and TRG2 in the
その後、図1の比較回路部31にて、フローティングディフュージョンの蓄積電荷に基づいて、第2位相での画素信号レベルと参照信号レベルとの比較が行われる。カウンタ32aは、時刻t22から、画素信号レベルが参照信号レベルと交差するまでの期間(t22~t23)、カウントダウン動作を継続する。
After that, the pixel signal level in the second phase is compared with the reference signal level in the
時刻t23で、画素信号レベルが参照信号レベルと交差すると、カウンタ32aはカウントダウン動作を停止する。カウンタ32aのカウント値は、受光装置1から出力される。その後、時刻t24で、第2位相の画素信号レベル(D相)の読み出しが終了する。
At time t23, when the pixel signal level crosses the reference signal level, the
上述した受光装置1では、画素10が図3に示すようにゲート構造である例を示したが、画素10は、CAPD(Current Assisted Photonic Demodulator)構造であってもよい。
In the
図12は画素アレイ部21に設けられた1つの画素10の断面図を示しており、図13は、画素10の平面図を示している。図12のAは、図13のA-A’線における断面図を示しており、図12のBは、図13のB-B’線における断面図を示している。
12 shows a cross-sectional view of one
図12に示されるように、画素10は、例えばシリコン基板、具体的にはP型の半導体層からなる半導体基板34と、その半導体基板34上に形成されたオンチップレンズ35とを有している。
As shown in FIG. 12, the
さらに、半導体基板34の光入射面上における画素10の境界部分には、隣接する画素10間での混色を防止するための画素間遮光膜36が形成されている。画素間遮光膜36は、画素10に入射された光が、隣接して設けられた他の画素10に入射されることを防止する。
Further, an inter-pixel
半導体基板34内における光入射面とは反対の面側、すなわち図中、下側の面の内側の部分には、信号取り出し部37-1および信号取り出し部37-2が形成されている。信号取り出し部37-1は、図1の第1のタップAに相当し、信号取り出し部37-2が、図1の第2のタップBに相当する。
A signal extracting portion 37-1 and a signal extracting portion 37-2 are formed on the surface of the
信号取り出し部37-1は、N型半導体領域であるN+半導体領域71-1およびそれよりもドナー不純物の濃度が低いN-半導体領域72-1と、P型半導体領域であるP+半導体領域73-1およびそれよりもアクセプター不純物濃度が低いP-半導体領域74-1とを有している。ここで、ドナー不純物とは、例えばSiに対してのリン(P)やヒ素(As)等の元素の周期表で5族に属する元素が挙げられ、アクセプター不純物とは、例えばSiに対してのホウ素(B)等の元素の周期表で3族に属する元素が挙げられる。ドナー不純物となる元素をドナー元素、アクセプター不純物となる元素をアクセプター元素と称する。
The signal extracting portion 37-1 includes an N+ semiconductor region 71-1 that is an N-type semiconductor region, an N- semiconductor region 72-1 that has a lower donor impurity concentration, and a P+ semiconductor region 73- that is a P-type semiconductor region. 1 and a P- semiconductor region 74-1 with a lower acceptor impurity concentration. Here, the donor impurities include, for example, elements belonging to
N-半導体領域72-1は、N+半導体領域71-1の上側に、N+半導体領域71-1を覆うように(囲むように)形成されている。同様に、P-半導体領域74-1は、P+半導体領域73-1の上側に、そのP+半導体領域73-1を覆うように(囲むように)形成されている。 The N− semiconductor region 72-1 is formed above the N+ semiconductor region 71-1 so as to cover (enclose) the N+ semiconductor region 71-1. Similarly, the P− semiconductor region 74-1 is formed above the P+ semiconductor region 73-1 so as to cover (enclose) the P+ semiconductor region 73-1.
平面視では、図13に示されるように、N+半導体領域71-1は、P+半導体領域73-1を中心として、P+半導体領域73-1の周囲を囲むように形成されている。N+半導体領域71-1の上側に形成されているN-半導体領域72-1も同様に、P-半導体領域74-1を中心として、P-半導体領域74-1の周囲を囲むように形成されている。 In plan view, as shown in FIG. 13, the N+ semiconductor region 71-1 is formed around the P+ semiconductor region 73-1 so as to surround the P+ semiconductor region 73-1. Similarly, the N− semiconductor region 72-1 formed above the N+ semiconductor region 71-1 is formed so as to surround the P− semiconductor region 74-1 with the P− semiconductor region 74-1 as the center. ing.
同様に、図12の信号取り出し部37-2は、N型半導体領域であるN+半導体領域71-2およびそれよりもドナー不純物の濃度が低いN-半導体領域72-2と、P型半導体領域であるP+半導体領域73-2およびそれよりもアクセプター不純物濃度が低いP-半導体領域74-2とを有している。 Similarly, the signal extracting portion 37-2 of FIG. 12 is composed of an N+ semiconductor region 71-2, which is an N-type semiconductor region, an N- semiconductor region 72-2 having a lower donor impurity concentration, and a P-type semiconductor region. It has a P+ semiconductor region 73-2 and a P- semiconductor region 74-2 with a lower acceptor impurity concentration.
N-半導体領域72-2は、N+半導体領域71-2の上側に、N+半導体領域71-2を覆うように(囲むように)形成されている。同様に、P-半導体領域74-2は、P+半導体領域73-2の上側に、そのP+半導体領域73-2を覆うように(囲むように)形成されている。 The N− semiconductor region 72-2 is formed above the N+ semiconductor region 71-2 so as to cover (enclose) the N+ semiconductor region 71-2. Similarly, the P− semiconductor region 74-2 is formed above the P+ semiconductor region 73-2 so as to cover (enclose) the P+ semiconductor region 73-2.
平面視では、図13に示されるように、N+半導体領域71-2は、P+半導体領域73-2を中心として、P+半導体領域73-2の周囲を囲むように形成されている。N+半導体領域71-2の上側に形成されているN-半導体領域72-2も同様に、P-半導体領域74-2を中心として、P-半導体領域74-2の周囲を囲むように形成されている。 In plan view, as shown in FIG. 13, the N+ semiconductor region 71-2 is formed around the P+ semiconductor region 73-2 so as to surround the P+ semiconductor region 73-2. Similarly, the N− semiconductor region 72-2 formed above the N+ semiconductor region 71-2 is formed so as to surround the P− semiconductor region 74-2 with the P− semiconductor region 74-2 as the center. ing.
以下、信号取り出し部37-1および信号取り出し部37-2を特に区別する必要のない場合、単に信号取り出し部65とも称する。 Hereinafter, the signal extraction section 37-1 and the signal extraction section 37-2 are also simply referred to as a signal extraction section 65 when there is no particular need to distinguish between them.
また、以下、N+半導体領域71-1およびN+半導体領域71-2を特に区別する必要のない場合、単にN+半導体領域71とも称し、N-半導体領域72-1およびN-半導体領域72-2を特に区別する必要のない場合、単にN-半導体領域72とも称する。
Further, hereinafter, when there is no particular need to distinguish between the N+ semiconductor region 71-1 and the N+ semiconductor region 71-2, the N+ semiconductor region 71 is also simply referred to as the N− semiconductor region 72-1 and the N− semiconductor region 72-2. The N−
さらに、以下、P+半導体領域73-1およびP+半導体領域73-2を特に区別する必要のない場合、単にP+半導体領域73とも称し、P-半導体領域74-1およびP-半導体領域74-2を特に区別する必要のない場合、単にP-半導体領域74とも称する。 Further, hereinafter, when there is no particular need to distinguish between the P+ semiconductor region 73-1 and the P+ semiconductor region 73-2, the P+ semiconductor region 73 is simply referred to as the P− semiconductor region 74-1 and the P− semiconductor region 74-2. The P- semiconductor region 74 is also simply referred to when there is no particular need to distinguish it.
半導体基板34の光入射面側の界面には、正の固定電荷を持つ1層の膜または積層膜からなる固定電荷膜75が形成されている。固定電荷膜75は、半導体基板34の入射面側における暗電流の発生を抑制する。
A fixed
一方、オンチップレンズ35が画素10毎に形成されている半導体基板34の光入射面側とは反対側には、多層配線層91が形成されている。言い換えれば、オンチップレンズ35と多層配線層91との間に、半導体層である半導体基板34が配置されている。多層配線層91は、5層の金属膜M1乃至M5と、その間の層間絶縁膜92とで構成される。なお、図12のAでは、多層配線層91の5層の金属膜M1乃至M5のうち、最も外側の金属膜M5が見えない場所にあるため図示されていないが、図12のBにおいて図示されている。
On the other hand, a
多層配線層91の5層の金属膜M1乃至M5のうち、最も半導体基板34に近い金属膜M1には、P+半導体領域73-1または73-2に所定の電圧GDAまたはGDBを印加するための電圧印加配線93、および、入射光を反射する部材である反射部材94が含まれる。
Among the five metal films M1 to M5 of the
また、金属膜M1には、電圧印加部としてのP+半導体領域73に所定の電圧GDAまたはGDBを印加するための電圧印加配線93の他、電荷検出部であるN+半導体領域71の一部と接続された信号取り出し配線95が形成されている。信号取り出し配線95は、N+半導体領域71で検出された電荷をFD102に伝送する。
In addition, the metal film M1 is connected to a part of the N+ semiconductor region 71, which is the charge detection portion, in addition to the
図12のBに示されるように、信号取り出し部37-2(第2のタップB)は、金属膜M1の電圧印加配線93と接続され、電圧印加配線93は、ビアを介して金属膜M4の配線96-2と電気的に接続されている。金属膜M4の配線96-2は、ビアを介して金属膜M5の制御線23Bと接続され、金属膜M5の制御線23Bは、タップ駆動部12と接続されている。これにより、タップ駆動部12から、所定の電圧GDBが、金属膜M5の制御線23B、金属膜M4の配線96-2、電圧印加配線93を介して、電圧印加部としてのP+半導体領域73-2に供給される。
As shown in FIG. 12B, the signal extraction part 37-2 (second tap B) is connected to the
同様に、画素10の不図示の領域において、タップ駆動部12から、所定の電圧GDAが、金属膜M5の制御線23A、金属膜M4の配線96-1、電圧印加配線93を介して、信号取り出し部37-1(第1のタップA)の電圧印加部としてのP+半導体領域73-1に供給される。
Similarly, in a region (not shown) of the
半導体基板34に設けられたN+半導体領域71は、外部から画素10に入射してきた光の光量、すなわち半導体基板34による光電変換により発生した信号電荷の量を検出する
ための電荷検出部として機能する。なお、N+半導体領域71の他に、ドナー不純物濃度が低いN-半導体領域72も含めて電荷検出部とみなすこともできる。
The N+ semiconductor region 71 provided on the
また、P+半導体領域73は、多数のキャリア電流を半導体基板34に注入するための、すなわち半導体基板34に直接電圧を印加して半導体基板34内に電界を発生させるための電圧印加部として機能する。なお、P+半導体領域73の他に、アクセプター不純物濃度が低いP-半導体領域74も含めて電圧印加部とみなすこともできる。
In addition, the P+ semiconductor region 73 functions as a voltage application section for injecting a large number of carrier currents into the
図13の平面視において、信号取り出し部65は、中心に配置された電圧印加部としてのP+半導体領域73と、その周囲を囲むように配置された、電荷検出部としてのN+半導体領域71を有する。 In a plan view of FIG. 13, the signal extracting portion 65 has a P+ semiconductor region 73 as a voltage application portion arranged in the center and an N+ semiconductor region 71 as a charge detection portion arranged so as to surround it. .
図13に示されるように、信号取り出し部37-1および37-2は、画素10内において、画素10中心部に対して対称な位置に配置されている。なお、図13では、N+半導体領域71およびP+半導体領域73の平面形状が、八角形状の例を示しているが、正方形状、矩形形状、円形状など、その他の平面形状でもよい。
As shown in FIG. 13, the signal extraction units 37-1 and 37-2 are arranged in the
<受光装置1の技術的効果>
このように、本実施形態に係る受光装置1では、4位相以上の画素信号に対応するデジタル信号をAD変換部30から出力する際、AD変換部30からデジタル信号を出力する回数を削減するため、4位相以上のデジタル信号を用いて迅速に距離計測を行うことができる。
<Technical Effects of
As described above, in the
本実施形態では、距離計測を行うのに用いるI信号とQ信号を計算するための一部の処理をAD変換部30内で行うため、AD変換部30から出力されるデジタル信号の数を減らすことができる。 In this embodiment, part of the processing for calculating the I signal and the Q signal used for distance measurement is performed within the AD converter 30, so the number of digital signals output from the AD converter 30 is reduced. be able to.
より詳細には、本実施形態に係る受光装置1では、フレームCDSで課題であった読み出し回数の多さを解決するために、180°位相の異なる画素信号のリセットレベルと画素信号レベルを連続して読み出す際には、デジタル信号生成用のカウンタ32aのカウント方向を同じにして、継続してカウント動作を行う。これにより、各位相のリセットレベル又は画素信号レベルのデジタル信号を生成するたびに、生成したデジタル信号を出力するのではなく、リセットレベルと画素信号レベルを合わせたデジタル信号を出力する。よって、AD変換部30の内部で、I信号及びQ信号を求めるための計算処理の一部を行った結果であるデジタル信号をAD変換部30から出力することができ、AD変換部30の後段側での距離計測を迅速に行うことができる。
More specifically, in the light-receiving
<距離計測を行う電子機器>
図14は図1~図13に示した受光装置1を備えて間接ToF方式による距離計測を行う電子機器2の概略構成を示すブロック図である。図14の電子機器2は、発光部3と、図1~図13に示した受光装置1と、距離計測部4とを備えている。図14の電子機器2は、例えばスマートフォンである。あるいは、図14の電子機器2は、ユーザが携帯する携帯電話、タブレット、モバイルPC(Personal Computer)などでもよいし、車両でもよい。
<Electronic device for distance measurement>
FIG. 14 is a block diagram showing a schematic configuration of an
発光部3は、所定の周期で、照射光パルス信号を間欠的に送信する。受光装置1は、照射光パルス信号が対象物5で反射されたときに、その反射光を受光する。受光装置1は、上述したように、図8に示すフレームCDSによりデジタル信号を出力する。距離計測部4は、受光装置1から出力されたデジタル信号に基づいて、間接ToF方式にて対象物5までの距離計測を行う。
The
<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。
<Example of application to a moving object>
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15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. 15 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15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。
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
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
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
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
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
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
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
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12030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
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15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/
図16は、撮像部12031の設置位置の例を示す図である。
FIG. 16 is a diagram showing an example of the installation position of the
図16では、撮像部12031として、撮像部12101、12102、12103、12104、12105を有する。
In FIG. 16,
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。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
なお、図16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. 16 shows an example of the imaging range of the
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
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
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
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
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、撮像部12031等に適用され得る。具体的には、本開示の受光装置1は、撮像部12031に適用することができる。撮像部12031に本開示に係る技術を適用することにより、より鮮明な撮影画像を得ることができるため、ドライバの疲労を軽減することが可能になる。
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
なお、本技術は以下のような構成を取ることができる。
(1)光電変換部と、前記光電変換部で光電変換された電荷をそれぞれ異なるタイミングで蓄積する2以上のフローティングディフュージョンと、前記2以上のフローティングディフュージョンに蓄積された電荷に基づいて、画素ごとにそれぞれ位相が異なる4種類以上の画素信号を出力する複数の画素と、
前記4種類以上の画素信号の位相ごとに、前記画素信号のリセットレベルに応じたデジタル信号と画素信号レベルに応じたデジタル信号とを、フレーム単位で出力するAD変換部と、を備える、受光装置。
(2)前記AD変換部は、一部の互いに異なる位相のリセットレベルと画素信号レベルとを合成した前記デジタル信号を出力する、(1)に記載の受光装置。
(3)前記4種類以上の画素信号のそれぞれのリセットレベル又は画素信号レベルが参照信号レベルと交差するまでの期間に応じたカウント値を出力するカウンタを備え、
前記AD変換部は、前記カウンタのカウント値に応じた前記デジタル信号を生成する、(1)又は(2)に記載の受光装置。
(4)前記カウンタは、前記4種類以上の画素信号の位相が切り替わる複数の切替タイミングのうち、一部の切替タイミングでは、前記カウンタのカウント値をリセットせずにカウントを継続し、残りの切替タイミングでは、前記カウンタのカウント値をリセットする、(3)に記載の受光装置。
(5)前記一部の切替タイミングは、180°異なる位相の画素信号についてのカウント値をカウントする切替タイミングであり、
前記残りの切替タイミングは、90°異なる位相の画素信号についてのカウント値をカウントする切替タイミングである、(4)に記載の受光装置。
(6)前記一部の切替タイミングは、Xを任意の角度値として、X°の画素信号レベルとX+180°のリセットレベルとの切替タイミング、及びX+90°の画素信号レベルとX+270°のリセットレベルとの切替タイミングを含む、(5)に記載の受光装置。
(7)前記カウンタは、全画素についてのすべての前記フローティングディフュージョンをリセットすることを指示する第1リセット信号が入力された場合にはカウント値をリセットし、一部の前記フローティングディフュージョンをリセットすることを指示する第2リセット信号が入力された場合には、カウント値を保持する、(4)乃至(6)のいずれか一項に記載の受光装置。
(8)前記第2リセット信号は、前記一部の切替タイミングに入力され、
前記第1リセット信号は、前記残りの切替タイミングに入力される、(7)に記載の受光装置。
(9)前記カウンタは、外部からの制御信号に基づいて、カウントアップするか、又はカウントダウンするかを切り替える、(3)乃至(8)のいずれか一項に記載の受光装置。
(10)前記カウンタは、前記制御信号が第1論理のときには、入力される前記画素信号の位相が切り替わったときに前記カウンタのカウント方向を逆にしてカウントを行い、前記制御信号が第2論理のときには、入力される前記画素信号の位相が切り替わったときに前記カウンタのカウント方向を変化させずにカウントを継続する、(9)に記載の受光装置。
(11)前記画素は、第1位相、第2位相、第3位相及び第4位相の前記画素信号のリセットレベルと画素信号レベルとを切り替えて順に出力し、
前記カウンタは、前記制御信号に基づいて、互いに180°位相が異なる2つの画素信号のうち、一方の画素信号のリセットレベルに応じたカウント値と、他方の画素信号の画素信号レベルに応じたカウント値とを合算したカウント値を生成する、(9)又は(10)に記載の受光装置。
(12)前記カウンタは、前記制御信号に基づいて、前記第1位相のリセットレベルに応じたカウント値を出力し、次に前記第1位相の画素信号レベルに応じたカウント値と前記第2位相のリセットレベルに応じたカウント値とを合算したカウント値を出力し、次に前記第2位相の画素信号レベルに応じたカウント値を出力し、次に前記第3位相のリセットレベルに応じたカウント値を出力し、次に前記第3位相の画素信号レベルに応じたカウント値と前記第4位相のリセットレベルに応じたカウント値とを合算したカウント値を出力し、次に前記第4位相の画素信号レベルに応じたカウント値を出力する、(11)に記載の受光装置。
(13)前記カウンタは、前記第1位相の画素信号レベルに応じたカウント値と前記第2位相のリセットレベルに応じたカウント値とを合算する際には、カウントアップ又はカウントダウンの方向を変化させず、前記第3位相の画素信号レベルに応じたカウント値と前記第4位相のリセットレベルに応じたカウント値とを合算する際には、カウントアップ又はカウントダウンの方向を変化させない、(12)に記載の受光装置。
(14)前記カウンタは、前記第1位相のリセットレベルが前記参照信号レベルと交差するまでの期間についてのカウントを開始する前と、前記第3位相のリセットレベルが前記参照信号レベルと交差するまでの期間についてのカウントを開始する前とにカウント値をリセットし、前記第1位相の画素信号レベルと、前記第2位相のリセットレベル及び画素信号レベルと、前記第3位相の画素信号レベルとが前記参照信号レベルと交差するまでの各期間についてのカウントを開始する前にはカウント値をリセットせずにカウントを継続する、(12)又は(13)に記載の受光装置。
(15)前記第1位相と前記第2位相とは180°位相が異なっており、前記第2位相と前記第3位相とは90°位相が異なっており、前記第3位相と前記第4位相とは180°位相が異なっている、(11)乃至(14)のいずれか一項に記載の受光装置。
(16)前記制御信号は、前記カウンタが前記第1位相、前記第2位相、前記第3位相、及び前記第4位相の画素信号のリセットレベルに応じたカウント値を生成した後に、第1論理のパルス信号を出力し、それ以外は第2論理であり、
前記カウンタは、前記制御信号が前記第1論理の場合には、カウント方向を切り替えてカウントし、前記制御信号が前記第2論理の場合には、カウント方向を維持したままカウントを継続する、(11)乃至(15)のいずれか一項に記載の受光装置。
(17)前記画素は、CAPD(Current Assisted Photonic Demodulator)構造、ゲート電極構造の画素である、(1)乃至(16)のいずれか一項に記載の受光装置。
(18)対象物に向けて光信号を照射する発光部と、
前記光信号が前記対象物で反射された反射光を受光する前記光電変換部を有する(1乃至17のいずれか一項に記載の受光装置と、
前記受光装置から出力された前記デジタル信号と、前記光信号とに基づいて、前記対象物までの距離を計測する距離計測部と、を備える、電子機器。
(19)前記距離計測部は、前記4種類以上の画素信号のリセットレベル及び画素信号レベルに基づいてI信号及びQ信号を生成して、前記I信号及び前記Q信号の割合に基づいて前記対象物までの距離を計測する、(18)に記載の電子機器。
(20)光電変換部で光電変換された電荷をそれぞれ異なるタイミングで蓄積する2以上のフローティングディフュージョンに蓄積された電荷に基づいて、画素ごとにそれぞれ位相が異なる4種類以上の画素信号を出力し、
前記4種類以上の画素信号のそれぞれのリセットレベル又は画素信号レベルが参照信号レベルと交差するまでの期間の長さをカウンタでカウントする際、前記4種類以上の画素信号の位相が切り替わる複数の切替タイミングのうち、一部の切替タイミングでは、前記カウンタのカウント値をリセットせずにカウントを継続し、残りの切替タイミングでは、前記カウンタのカウント値をリセットする、受光方法。
In addition, this technique can take the following structures.
(1) A photoelectric conversion unit, two or more floating diffusions for accumulating charges photoelectrically converted by the photoelectric conversion units at different timings, and a charge accumulated in the two or more floating diffusions. a plurality of pixels that output four or more types of pixel signals with different phases;
an AD conversion unit that outputs a digital signal corresponding to the reset level of the pixel signal and a digital signal corresponding to the pixel signal level for each phase of the four or more types of pixel signals in frame units. .
(2) The light receiving device according to (1), wherein the AD converter outputs the digital signal obtained by synthesizing part of the reset level and the pixel signal level that are out of phase with each other.
(3) a counter that outputs a count value corresponding to a period until the reset level or pixel signal level of each of the four or more types of pixel signals crosses the reference signal level;
The light receiving device according to (1) or (2), wherein the AD converter generates the digital signal according to the count value of the counter.
(4) The counter continues counting without resetting the count value of the counter at some switching timings among a plurality of switching timings at which the phases of the four or more types of pixel signals are switched, and at remaining switching timings. The light receiving device according to (3), wherein the count value of the counter is reset at the timing.
(5) the partial switching timing is a switching timing for counting count values for pixel signals with phases different by 180°;
The light-receiving device according to (4), wherein the remaining switching timings are switching timings for counting count values for pixel signals having phases different by 90°.
(6) The partial switching timings are, where X is an arbitrary angle value, the switching timing between the pixel signal level of X° and the reset level of X+180°, and the pixel signal level of X+90° and the reset level of X+270°. The light receiving device according to (5), including the switching timing of.
(7) The counter resets the count value and resets a part of the floating diffusions when a first reset signal instructing resetting of all the floating diffusions for all pixels is input. The light receiving device according to any one of (4) to (6), which holds the count value when a second reset signal instructing is input.
(8) the second reset signal is input at the partial switching timing;
The light receiving device according to (7), wherein the first reset signal is input at the remaining switching timing.
(9) The light receiving device according to any one of (3) to (8), wherein the counter switches between counting up and counting down based on an external control signal.
(10) When the control signal is the first logic, the counter reverses the count direction when the phase of the input pixel signal is switched, and the control signal is the second logic. In the case of , the light receiving device according to (9), wherein when the phase of the input pixel signal is switched, the counter continues counting without changing the counting direction.
(11) the pixel switches between reset levels and pixel signal levels of the pixel signals of the first phase, the second phase, the third phase, and the fourth phase, and sequentially outputs the pixel signals;
Based on the control signal, the counter counts a count value corresponding to the reset level of one pixel signal and a count value corresponding to the pixel signal level of the other pixel signal out of two pixel signals having phases different from each other by 180°. The light receiving device according to (9) or (10), which generates a count value by summing the value.
(12) The counter outputs a count value corresponding to the reset level of the first phase based on the control signal, and then outputs a count value corresponding to the pixel signal level of the first phase and the second phase. Then, the count value corresponding to the pixel signal level of the second phase is output, and then the count value corresponding to the reset level of the third phase is output. Next, a count value obtained by summing the count value corresponding to the pixel signal level of the third phase and the count value corresponding to the reset level of the fourth phase is output, and then the count value of the fourth phase is output. The light receiving device according to (11), which outputs a count value corresponding to a pixel signal level.
(13) The counter changes the direction of counting up or down when adding the count value corresponding to the pixel signal level of the first phase and the count value corresponding to the reset level of the second phase. (12) without changing the count-up or count-down direction when adding the count value corresponding to the pixel signal level of the third phase and the count value corresponding to the reset level of the fourth phase; A photodetector as described.
(14) before the counter starts counting the period until the reset level of the first phase crosses the reference signal level and until the reset level of the third phase crosses the reference signal level; resetting the count value before starting counting for the period of the first phase, the reset level and pixel signal level of the second phase, and the pixel signal level of the third phase The light receiving device according to (12) or (13), wherein the counting is continued without resetting the count value before starting counting for each period until the reference signal level is crossed.
(15) The first phase and the second phase are different in phase by 180°, the second phase and the third phase are different in phase by 90°, and the third phase and the fourth phase are different. The light receiving device according to any one of (11) to (14), which is 180° out of phase with the .
(16) The control signal is applied to the first logic after the counter generates count values corresponding to the reset levels of the pixel signals of the first phase, the second phase, the third phase, and the fourth phase. output the pulse signal of, other than that is the second logic,
The counter switches the count direction to count when the control signal is the first logic, and continues counting while maintaining the count direction when the control signal is the second logic. 11) The light receiving device according to any one of
(17) The light receiving device according to any one of (1) to (16), wherein the pixel has a CAPD (Current Assisted Photonic Demodulator) structure and a gate electrode structure.
(18) a light emitting unit that emits an optical signal toward an object;
The optical signal has the photoelectric conversion unit that receives reflected light reflected by the object (the light receiving device according to any one of 1 to 17;
An electronic device, comprising: a distance measuring unit that measures a distance to the object based on the digital signal output from the light receiving device and the optical signal.
(19) The distance measurement unit generates an I signal and a Q signal based on the reset level and the pixel signal level of the four or more types of pixel signals, and calculates the target based on the ratio of the I signal and the Q signal. The electronic device according to (18), which measures a distance to an object.
(20) outputting four or more types of pixel signals with different phases for each pixel based on the charges accumulated in two or more floating diffusions that accumulate charges photoelectrically converted by the photoelectric conversion unit at different timings;
When counting the length of the period until the reset level or pixel signal level of each of the four or more types of pixel signals crosses the reference signal level with a counter, a plurality of switching in which the phases of the four or more types of pixel signals are switched. A method of receiving light, comprising continuing counting without resetting the count value of the counter at part of switching timings, and resetting the count value of the counter at remaining switching timings.
本開示の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本開示の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本開示の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。 Aspects of the present disclosure are not limited to the individual embodiments described above, but include various modifications that can be conceived by those skilled in the art, and the effects of the present disclosure are not limited to the above-described contents. That is, various additions, changes, and partial deletions are possible without departing from the conceptual idea and spirit of the present disclosure derived from the content defined in the claims and equivalents thereof.
1 受光装置、2 電子機器、3 発光部、4 距離計測部、5 対象物、10 画素、11 画素アレイ部、12 タップ駆動部、18 参照信号生成部、21 画素アレイ部、22 垂直駆動部、23 カラム処理部、23A 制御線、23B 制御線、24 水平駆動部、25 システム制御部、26 信号処理部、27 データ格納部、28 画素駆動線、29 垂直信号線、30 AD変換部、31 比較回路部、31a 比較回路、32 カウンタ部、32a カウンタ(CNT)、34 半導体基板、35 オンチップレンズ、36 画素間遮光膜、41 半導体基板、42 多層配線層、43 反射防止膜、44 画素境界部、45 画素間遮光膜、46 平坦化膜、47 オンチップレンズ、51 半導体領域、52 半導体領域、53 酸化ハフニウム膜、54 酸化アルミニウム膜、55 酸化シリコン膜、61 画素間分離部、62 層間絶縁膜、63 遮光部材、64 配線容量、71 半導体領域、75 固定電荷膜、91 多層配線層、92 層間絶縁膜、93 電圧印加配線、94 反射部材
1 light receiving device, 2 electronic device, 3 light emitting unit, 4 distance measuring unit, 5 object, 10 pixels, 11 pixel array unit, 12 tap driving unit, 18 reference signal generating unit, 21 pixel array unit, 22 vertical driving unit, 23 column processing unit, 23A control line, 23B control line, 24 horizontal driving unit, 25 system control unit, 26 signal processing unit, 27 data storage unit, 28 pixel driving line, 29 vertical signal line, 30 AD conversion unit, 31
Claims (20)
前記4種類以上の画素信号の位相ごとに、前記画素信号のリセットレベルに応じたデジタル信号と画素信号レベルに応じたデジタル信号とを、フレーム単位で出力するAD変換部と、を備える、受光装置。 a photoelectric conversion unit; two or more floating diffusions for accumulating charges photoelectrically converted by the photoelectric conversion units at different timings; and a phase based on the charges accumulated in the two or more floating diffusions. a plurality of pixels that output four or more different types of pixel signals;
an AD conversion unit that outputs a digital signal corresponding to the reset level of the pixel signal and a digital signal corresponding to the pixel signal level for each phase of the four or more types of pixel signals in frame units. .
前記AD変換部は、前記カウンタのカウント値に応じた前記デジタル信号を生成する、請求項1に記載の受光装置。 a counter that outputs a count value corresponding to a period until the reset level or pixel signal level of each of the four or more types of pixel signals crosses the reference signal level;
2. The light receiving device according to claim 1, wherein said AD converter generates said digital signal corresponding to the count value of said counter.
前記残りの切替タイミングは、90°異なる位相の画素信号についてのカウント値をカウントする切替タイミングである、請求項4に記載の受光装置。 The partial switching timing is a switching timing for counting count values for pixel signals with phases different by 180°,
5. The light-receiving device according to claim 4, wherein said remaining switching timings are switching timings for counting count values for pixel signals having phases different by 90 degrees.
前記第1リセット信号は、前記残りの切替タイミングに入力される、請求項7に記載の受光装置。 The second reset signal is input at the partial switching timing,
8. The light receiving device according to claim 7, wherein said first reset signal is input at said remaining switching timing.
前記カウンタは、前記制御信号に基づいて、互いに180°位相が異なる2つの画素信号のうち、一方の画素信号のリセットレベルに応じたカウント値と、他方の画素信号の画素信号レベルに応じたカウント値とを合算したカウント値を生成する、請求項9に記載の受光装置。 The pixels switch between a reset level and a pixel signal level of the pixel signals of the first phase, the second phase, the third phase, and the fourth phase, and sequentially output the pixel signals;
Based on the control signal, the counter counts a count value corresponding to the reset level of one pixel signal and a count value corresponding to the pixel signal level of the other pixel signal out of two pixel signals having phases different from each other by 180°. 10. The light receiving device according to claim 9, wherein a count value is generated by summing the values.
前記カウンタは、前記制御信号が前記第1論理の場合には、カウント方向を切り替えてカウントし、前記制御信号が前記第2論理の場合には、カウント方向を維持したままカウントを継続する、請求項11に記載の受光装置。 The control signal is a first logic pulse signal after the counter generates a count value corresponding to the reset level of the pixel signals of the first phase, the second phase, the third phase, and the fourth phase. is output, and the rest is the second logic,
The counter switches the counting direction to count when the control signal is the first logic, and continues counting while maintaining the counting direction when the control signal is the second logic. Item 12. The light receiving device according to item 11.
前記光信号が前記対象物で反射された反射光を受光する前記光電変換部を有する請求項1乃至17のいずれか一項に記載の受光装置と、
前記受光装置から出力された前記デジタル信号と、前記光信号とに基づいて、前記対象物までの距離を計測する距離計測部と、を備える、電子機器。 a light emitting unit that emits an optical signal toward an object;
18. The light receiving device according to any one of claims 1 to 17, wherein the optical signal includes the photoelectric conversion unit that receives reflected light reflected by the object;
An electronic device, comprising: a distance measuring unit that measures a distance to the object based on the digital signal output from the light receiving device and the optical signal.
前記4種類以上の画素信号のそれぞれのリセットレベル又は画素信号レベルが参照信号レベルと交差するまでの期間の長さをカウンタでカウントする際、前記4種類以上の画素信号の位相が切り替わる複数の切替タイミングのうち、一部の切替タイミングでは、前記カウンタのカウント値をリセットせずにカウントを継続し、残りの切替タイミングでは、前記カウンタのカウント値をリセットする、受光方法。 outputting four or more types of pixel signals having different phases for each pixel based on charges accumulated in two or more floating diffusions that accumulate charges photoelectrically converted by the photoelectric conversion unit at different timings;
When counting the length of the period until the reset level or pixel signal level of each of the four or more types of pixel signals crosses the reference signal level with a counter, a plurality of switching in which the phases of the four or more types of pixel signals are switched. A method of receiving light, comprising continuing counting without resetting the count value of the counter at part of switching timings, and resetting the count value of the counter at remaining switching timings.
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