TW202040162A - 受光裝置及測距裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明具備：受光元件(1000)，其根據基於偏壓被充電成特定電位之狀態下入射之光子產生突崩倍增而電流流動，並藉由再充電電流復原至該狀態；檢測部(1002)，其檢測電流，於電流之電流值超出閾值之情形時，使輸出信號反轉；電流源(1001)，其對受光元件供給再充電電流；及開關部(1010)，其根據檢測部之輸出信號，控制對受光元件供給偏壓。

Description

受光裝置及測距裝置
本發明係關於一種受光裝置及測距裝置。
已知有可將接受到之光藉由光電轉換而轉換成電性信號並輸出之受光元件。作為此種受光元件之一者，已知有可藉由突崩倍增，根據入射1光子而獲得大電流之單光子突崩二極體(以下，稱為SPAD(Single Photon Avalanche Diode))。利用SPAD之此種特性，能以高感度檢測1光子之入射。
對SPAD之光子檢測動作概略地進行說明。例如，將被供給電源電壓Vdd且基於基準電壓Vref控制輸出電流之電流源，連接於SPAD之陰極。SPAD之陽極賦予使突崩倍增產生之較大之負電壓(－Vbd)。若於該狀態下對SPAD入射光子，則開始突崩倍增，電流自SPAD之陰極流向陽極之方向，伴隨於此，於SPAD中產生電壓下降，若陽極－陰極間電壓降低至電壓(－Vbd)，則突崩倍增停止(淬滅動作)。其後，藉由來自電流源之電流充電SPAD，SPAD之狀態復原至光子入射前之狀態(再充電動作)。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特表2008-542706號公報
[發明所欲解決之問題]
於SPAD之動作中，有產生如下之被稱為後脈衝現象之情形：基於藉由突崩倍增產生之電子，於元件內部產生發光，根據該元件內部之發光再次產生突崩倍增。產生後脈衝時，未對SPAD入射光子便開始突崩倍增，而難以控制SPAD之動作。
本揭示之目的係提供一種可更穩定地控制受光元件之動作之受光裝置及測距裝置。 [解決問題之技術手段]
本揭示之受光裝置具備：受光元件，其根據基於偏壓被充電成特定電位之狀態下入射之光子產生突崩倍增而電流流動，並藉由再充電電流復原至狀態；檢測部，其檢測電流，於電流之電流值超出閾值時，使輸出信號反轉；電流源，其對受光元件供給再充電電流；及開關部，其根據檢測部之輸出信號，控制對受光元件供給偏壓。
以下，對本揭示之實施形態，基於圖式詳細說明。另，以下之實施形態中，藉由對同一部位標註同一符號而省略重複說明。
(各實施形態中共通之構成) 本揭示係較佳用於進行光子檢測之技術者。於說明本揭示之各實施形態之前，為易於理解，作為可適用於各實施形態之技術之一，對藉由光子檢測而進行測距之技術進行說明。作為該情形之測距方式，適用直接ToF(Time Of Flight：飛時測距)方式。直接ToF方式係藉由受光元件接受由被測定物反射自光源射出之光的反射光，並基於光之射出時序與受光時序之差量時間而進行測距之方式。
使用圖1及圖2，對直接ToF方式之測距，概略地進行說明。圖1係模式性顯示可適用於各實施形態之直接ToF方式之測距之圖。測距裝置300包含光源部301與受光部302。光源部301為例如雷射二極體，並以脈衝狀發出雷射光之方式受驅動。自光源部301射出之光由被測定物303反射，而作為反射光被受光部302接受。受光部302包含藉由光電轉換將光轉換成電性信號之受光元件，並輸出與接受到之光對應之信號。
此處，將光源部301發光之時刻(發光時序)設為時間t0 ，將受光部302接受到由被測定物303反射自光源部301射出之光的反射光之時刻(受光時序)設為時間t1 。若將常數c設為光速(2.9979×108 [m/sec])，則測距裝置300與被測定物303間之距離D根據下式(1)計算。 D＝(c/2)×(t1 －t0 )…(1)
測距裝置300重複執行複數次上述處理。受光部302包含複數個受光元件，可基於各受光元件接受到反射光之各受光時序，分別算出距離D。測距裝置300將發光時序之時間t0 至受光部302受光之受光時序之時間tm (稱為受光時間tm )基於等級(組距(bins))進行分類並產生直方圖。
另，受光部302於受光時間tm 接受到之光不限於由被測定物反射光源部301發出之光的反射光。例如測距裝置300(受光部302)周圍之環境光亦會被受光部302接受。
圖2係顯示可適用於各實施形態之基於受光部302受光之時刻之一例之直方圖的圖。圖2中，橫軸表示組距，縱軸表示每組距之頻率。組距係將受光時間tm 按特定之每單位時間d加以分類者。具體而言，組距#0為0≦tm ＜d，組距#1為d≦tm ＜2×d，組距#2為2×d≦tm ＜3×d、…組距#(N－2)為(N－2)×d≦tm ＜(N－1)×d。將受光部302之曝光時間設為時間tep 之情形時，tep ＝N×d。
測距裝置300基於組距對取得受光時間tm 之次數進行計數，求得每組距之頻率310並產生直方圖。此處，受光部302亦接受反射自光源部301射出之光之反射光以外之光。此種對象反射光以外光，舉例有上述環境光。直方圖中，範圍311所示之部分包含源於環境光之環境光成分。環境光為隨機入射至受光部302之光，且相對於對象反射光成為雜訊。
另一方面，對象反射光為根據特定距離接受之光，於直方圖中作為有效光成分312表示。與該有效光成分312內之峰值之頻率對應之組距為與被測定物303之距離D對應之組距。測距裝置300取得該組距之代表時間(例如組距中央之時間)作為上述時間t1 ，藉此，可根據上述式(1)，算出與被測定物303之距離D。如此，藉由使用複數個受光結果，可對隨機雜訊執行適當之測距。
圖3係顯示使用各實施形態之測距裝置之電子機器之一例之構成的方塊圖。圖3中，電子機器6包含測距裝置1、光源部2、記憶部3、控制部4及光學系統5。
光源部2對應於上述之光源部301，為雷射二極體，例如以脈衝狀發出雷射光之方式受驅動。光源部2可適用射出雷射光之VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting LASER：垂直共振腔面射型雷射)作為面光源。不限於此，作為光源部2，亦可適用使用將雷射二極體排列於線上之陣列、使自雷射二極體陣列射出之雷射光於與線垂直之方向掃描之構成。更且，亦可應用使用作為單光源之雷射二極體，使自雷射二極體射出之雷射光於水平及垂直方向掃描之構成。
測距裝置1對應於上述之受光部302，包含複數個受光元件。複數個受光元件例如二維點陣狀排列而形成受光面。光學系統5將自外部入射之光導光至測距裝置1所含之受光面。
控制部4控制電子機器6全體之動作。例如，控制部4對測距裝置1供給用以使光源部2發光之觸發器即發光觸發器。測距裝置1於基於該發光觸發器之時序使光源部2發光，且記憶表示發光時序之時間tem 。又，控制部4根據例如來自外部之指示，對測距裝置1進行測距時之樣式之設定。
測距裝置1於特定之時間範圍內，對取得表示受光面受光之時序之時間資訊(受光時間tm )之次數進行計數，求得每組距之頻率而產生上述之直方圖。測距裝置1進而基於產生之直方圖，算出與被測定物之距離D。表示算出之距離D之資訊被記憶於記憶部3。
圖4係更詳細顯示可適用於各實施形態之測距裝置1之一例之構成的方塊圖。於圖4中，測距裝置1包含像素陣列部100、測距處理部101、像素控制部102、全體控制部103、時脈產生部104、發光時序控制部105及介面(I/F)106。該等像素陣列部100、測距處理部101、像素控制部102、全體控制部103、時脈產生部104、發光時序控制部105及I/F106可配置於1個半導體晶片上。
不限於此，測距裝置1可為第1半導體晶片與第2半導體晶片積層而成之構成。於該情形時，考慮例如將像素陣列部100之一部分(受光部等)配置於第1半導體晶片上，將測距裝置1所含之其他部分配置於第2半導體晶片上之構成。
於圖4中，全體控制部103根據例如預先組入之程式，控制該測距裝置1全體之動作。又，全體控制部103亦可執行與自外部供給之外部控制信號對應之控制。時脈產生部104基於自外部供給之基準時脈信號，產生測距裝置1內使用之1個以上時脈信號。發光時序控制部105根據自外部供給之發光觸發信號，產生表示發光時序之發光控制信號。發光控制信號被供給至光源部2，且被供給至測距處理部101。
像素陣列部100包含二維點陣狀排列之各自包含受光元件之複數個像素10、10…。各像素10之動作藉由根據全體控制部103之指示之像素控制部102控制。例如，像素控制部102可依包含列方向上p個、行方向上q個之(p×q)個之像素10之每區塊，逐一控制自各像素10讀出像素信號。又，像素控制部102可以該區塊為單位，對各像素10進行列方向之掃描，進而進行行方向之掃描，而自各像素10讀出像素信號。不限於此，像素控制部102亦可分別單獨地控制各像素10。再者，像素控制部102可以像素陣列部100之特定區域為對象區域，將對象區域所含之像素10設為讀出像素信號之對象像素10。更且，像素控制部102亦可對複數列(複數行)統一進行掃描，進而於行方向上對其進行掃描，而自各像素10讀出像素信號。
另，以下，掃描意指使光源部2發光，對1個掃描區域內作為掃描對象指定之各像素10，連續進行與來自像素10之受光對應之信號Vp1s之讀出的處理。亦可於1次掃描中執行複數次發光與讀出。
自各像素10讀出之像素信號被供給至測距處理部101。測距處理部101包含轉換部110、產生部111及信號處理部112。
自各像素10讀出且自像素陣列部100輸出之像素信號被供給至轉換部110。此處，自各像素10非同步地讀出像素信號，並將其供給至轉換部110。即，根據各像素10中受光之時序，自受光元件讀出並輸出像素信號。
轉換部110將自像素陣列部100供給之像素信號轉換成數位資訊。即，與該像素信號對應之像素10所含之受光元件中受光之時序對應，輸出自像素陣列部100供給之像素信號。轉換部110將被供給之像素信號轉換成表示該時序之時間資訊。
產生部111基於藉由轉換部110轉換像素信號之時間資訊產生直方圖。此處，產生部111基於由設定部113設定之單位時間d，計數時間資訊而產生直方圖。關於產生部111之直方圖產生處理之詳情，於下文敘述。
信號處理部112基於由產生部111產生之直方圖之資料，進行特定之運算處理，算出例如距離資訊。信號處理部112基於例如由產生部111產生之直方圖資料，製作該直方圖之曲線擬合。信號處理部112可檢測該直方圖所擬合之曲線之峰值，且基於檢測出之峰值求得距離D。
信號處理部112於進行直方圖之曲線擬合時，可對直方圖所擬合之曲線施行濾波處理。例如，信號處理部112可藉由對直方圖所擬合之曲線施行低通濾波處理，而抑制雜訊成分。
將信號處理部112所求得之距離資訊供給至介面106。介面106將自信號處理部112供給之距離資訊作為輸出資料輸出至外部。作為介面106，可適用例如MIPI(Mobile Industry Processor Interface：行動產業處理器介面)。
另，上述中，將信號處理部112所求得之距離資訊經由介面106輸出至外部，但其不限於該例。即，亦可構成為將由產生部111產生之直方圖之資料即直方圖資料自介面106輸出至外部。於該情形時，設定部113所設定之測距條件資訊亦可省略表示濾波係數之資訊。將自介面106輸出之直方圖資料供給至例如外部之資訊處理裝置，而予以適當處理。
圖5係顯示可適用於各實施形態之像素10之基本構成例之圖。於圖5中，像素10包含受光元件1000、P通道MOS電晶體即電晶體1001及反相器1002。
受光元件1000將入射之光藉由光電轉換轉換成電性信號並輸出。於各實施形態中，受光元件1000將入射之光子(Photon)藉由光電轉換轉換成電性信號，輸出與光子之入射對應之脈衝。於各實施形態中，使用單光子突崩二極體作為受光元件1000。以下，將單光子突崩二極體稱為SPAD(Single Photon Avalanche Diode)。SPAD具有以下之特性：當陰極被施加會產生突崩倍增之較大負電壓時，根據1光子之入射而產生之電子產生突崩倍增，從而流通大電流。利用SPAD之該特性，可以高感度檢測1光子之入射。
於圖5中，SPAD即受光元件1000之陰極連接於電晶體1001之汲極，陽極連接於與受光元件1000之崩潰電壓即電壓Vbd對應之負電壓(-Vop)之電壓源。電晶體1001之源極連接於過剩偏壓Ve。對電晶體1001之閘極輸入基準電壓Vref。電晶體1001為自汲極輸出與過剩偏壓Ve及基準電壓Vref對應之電流之電流源。藉由此種構成，對受光元件1000施加反向偏壓。又，光電流於自受光元件1000之陰極朝向陽極之方向流動。
更詳細而言，受光元件1000於陰極被施加過剩偏壓Ve，陰極-陽極間之電壓VCTH-AN 成為電壓VDD+Vop之狀態下入射光子時，開始突崩倍增，電流自陰極流向陽極之方向，伴隨於此，受光元件1000中產生電壓下降。若藉由該電壓下降，受光元件1000之陰極-陽極間之電壓VCTH-AN 降低至電壓Vop，則突崩倍增停止(淬滅動作)。其後，藉由來自電流源即電晶體1001之電流(再充電電流)充電受光元件1000，受光元件1000之狀態復原至入射前之狀態(再充電動作)。
將自電晶體1001之汲極與受光元件1000之陰極之連接點擷取之電壓Vca輸入至反相器1002。反相器1002對輸入之電壓Vca基於閾值電壓Vth進行閾值判定，每當該電壓Vca於正方向或負方向超出閾值電壓Vth時，便使輸出之信號Vinv反轉。
更具體而言，因與對受光元件1000入射光子對應之突崩倍增引起之電壓下降時，反相器1002於電壓Vca超出閾值電壓Vth之第1時序，使信號Vinv反轉。接著，藉由再充電動作進行受光元件1000之充電使電壓Vca上升。反相器1002於該上升之電壓Vca超出閾值電壓Vth之第2時序，使信號Vinv再次反轉。該第1時序與第2時序之時間方向之寬度成為與對受光元件1000入射光子對應之輸出脈衝。
該輸出脈衝與使用圖4說明之自像素陣列部100非同步輸出之像素信號對應。於圖4中，轉換部110將該輸出脈衝轉換成表示供給該輸出脈衝之時序之時間資訊並傳遞給產生部111。產生部111基於該時間資訊，產生直方圖。
圖6係顯示可適用於各實施形態之測距裝置1之器件之構成例之模式圖。於圖6中，測距裝置1將各自包含半導體晶片之第1晶片210與第2晶片211積層而構成。另，圖5中，為了說明以將第1晶片210與第2晶片211分離之狀態顯示。又，於以下，為方便起見，將第1晶片210稱為上晶片210，將第2晶片211稱為下晶片211。
上晶片210於像素陣列部100之區域中，將複數個像素10各者所含之受光元件1000二維點陣狀排列。又，於像素10中，電晶體1001及反相器1002形成於下晶片211上。受光元件1000之兩端經由例如CCC(Copper-Copper Connection：銅-銅連接)等之結合部1105而於上晶片210與下晶片211間連接。
下晶片211設有包含處理藉由受光元件1000取得之信號之信號處理部之邏輯陣列部200。對於下晶片211，可進而與該邏輯陣列部200接近地設置進行藉由受光元件1000取得之信號之處理之信號處理電路部201、及控制作為測距裝置1之動作之裝置控制部203。
例如，信號處理電路部201可包含上述之測距處理部101。又，裝置控制部203可包含上述之像素控制部102、全體控制部103、時脈產生部104、發光時序控制部105及介面106。
另，上晶片201及下晶片211上之構成不限於該例。又，裝置控制部203除控制邏輯陣列部200外，亦可基於其他之驅動或控制之目的配置於例如受光元件1000附近。裝置控制部203除圖6所示之配置外，亦可以具有任意功能之方式，設置於上晶片210及下晶片211之任意區域。
[利用既存技術之受光元件之控制例] 接著，於說明本揭示之技術前，為易於理解，對利用既存技術之受光元件1000之控制例進行說明。圖7係概略地顯示作為SPAD之受光元件1000之動作之圖。圖7上段之圖表40係藉由特性線400顯示受光元件1000中之陰極-陽極間之電壓VCTH-AN 之變化例，縱軸表示電壓[V]，橫軸表示時間。
又，圖7下段之圖表41係顯示受光元件1000中之電勢在矽(Si)基板內之變化例，縱軸表示電勢，橫軸表示基板之厚度方向(Si厚度)。另，圖表41係與電子之行為相關者，電勢向縱軸之上方向變高。
首先，使用圖表40，對受光元件1000之基本動作例進行說明。另，此處，於使用圖5說明之電路構成中，使用連接有電阻值Rq之電阻元件之構成代替電晶體1001。於時間t100 ，對受光元件1000之陰極-陽極間施加對崩潰電壓即電壓Vbd加入有過剩偏壓Ve之電壓，將受光元件1000設為等待光子入射之狀態。於待機狀態下，於受光元件1000中，電流未自陰極流向陽極。
若於例如時間t101 ，光子入射於該待機狀態之受光元件1000，則源於入射之光子產生突崩倍增，電流自受光元件1000之陰極流向陽極。藉此，串聯連接於受光元件1000之電阻元件中產生電壓下降，受光元件1000之電壓VCTH-AN 降低。若電壓VCTH-AN 降低至崩潰電壓即電壓Vbd，則受光元件1000中突崩倍增停止(時間t102 ，淬滅動作)。其後，受光元件1000藉由經由電阻元件供給之電流充電(再充電動作)，如圖表40中以特性線400所示，電壓VCTH-AN 逐漸逼近過剩偏壓Ve。
此處，光子入射於受光元件1000之時間t101 至電壓VCTH-AN 藉由再充電動作上升至特定電壓之時間t103 之時間為重設受光元件1000所需之時間，稱為空載時間(Dead time)。空載時間之期間中，即使入射光子，受光元件1000亦不會產生突崩倍增。
圖7之圖表41中，左端側顯示受光元件1000中之倍增區域410，自該倍增區域410朝右方向靠近受光面。於倍增區域410中，特性為相對於厚度之變化，電勢急劇上升。於圖表41中，特性線411及412顯示表示電勢之厚度方向之變化之電勢曲線之例。
此處，於圖表40中作為待機狀態顯示之時間t100 ～t101 之期間，如圖表41中以特性線411所例示，隨著自倍增區域410靠近受光面電勢增加。另一方面，若於受光元件1000中產生突崩倍增，開始淬滅動作，則因過剩偏壓Ve之降低，如圖表41中以特性線412所例示，於自倍增區域410靠近受光面之過程中，產生電勢減少之區間。電勢於某厚度時減少最多，且自該厚度向受光面緩慢增加。以下，將因該電勢之減少及增加引起之電勢曲線之凹陷稱為「電勢彎曲」。電勢彎曲如圖表41中以箭頭A所示，藉由再充電動作而逐漸消除。
接著，使用圖8A～圖8D，對受光元件1000中產生之後脈衝概略說明。另，圖8A～圖8D與上述之圖7之圖表41對應。圖8A係顯示受光元件1000中，藉由光子到來或暗電流而開始突崩倍增之狀態例之圖。若光子430來到待機狀態之受光元件1000，則突崩倍增開始，如箭頭B所示，電子420a於倍增區域410中一面沿急劇變化之特性線411加速一面移動。該圖8A之狀態與例如上述之圖7中之圖表40之時間t101 附近之狀態對應。
若產生突崩倍增，受光元件1000中電流自陰極流向陽極，則電壓VCTH-AN 降低。藉此，電勢曲線自特性線411變化成特性線412之狀態，電勢產生彎曲。又，於圖8B中，如倍增區域410中越過特性線411移動之電子420b所例示，於Si界面捕獲有助於突崩倍增之載子之極少一部分，藉此於受光元件1000內產生發光431。
如圖8C所示，藉由該元件內部之發光431，電子420b積存於電勢之彎曲。即，電勢之彎曲部分為相對於其兩側之厚度電勢較低之凹陷，電子420b積存於該凹陷。該等圖8B及圖8C之狀態與例如圖7中之圖表40之時間t102 附近之狀態對應。
若藉由再充電動作消除電勢之彎曲，則如圖8D中以箭頭D所示，電勢曲線自特性線412之狀態變化成特性線411之狀態。藉此，將倍增區域410內之電子420a自受光元件1000排出。該狀態與例如圖7中之圖表40之時間t103 附近之狀態對應。
於該圖8D之狀態下，如圖8D內之箭頭E所示，積存於電勢之彎曲之電子420b根據特性線411所示之電勢曲線移動。若該移動之電子420b到達倍增區域410，則源於該電子420b，再次開始突崩倍增。即，即使無光子到來，受光元件1000亦產生突崩倍增而電流流動。
此處，如圖8C所示，於藉由後脈衝產生突崩倍增前，執行將積存於電勢之彎曲部分之電子420b自受光元件1000排出之處理。例如，於再充電動作中進行電子420b之排出。於該情形時，藉由減小再充電電流之電流值，延長至再充電動作完成之時間，而可更確實地將電子420b排出。另一方面，若再充電動作之時間變長，則空載時間變長，導致受光元件1000對光子入射之反應速度降低。
[第1實施形態] 接著，對本揭示之第1實施形態進行說明。第1實施形態中，根據基於自受光元件1000輸出之信號Vpls之反相器1002之輸出之反轉，對受光元件1000之陰極施加與過剩偏壓Ve對應之電源電壓VDD，將陰極電壓強制提高至電壓VDD。與此同時，將再充電電流之電流值設為相對於既存技術所用之再充電電流之電流值較小之電流值，使陰極之電壓緩慢地向電源電壓VDD復原。藉此，可不延長再充電動作所需之時間，而將積存於電勢之彎曲部分之電子更確實地排出。
另，以下，只要無特別記載，則將「電流之電流值較小(較大)」等之表現省略記述為「電流較小(較大)」。
圖9係顯示第1實施形態之像素之一例之構成之圖。於圖9中，像素10a包含：SPAD即受光元件1000、P通道MOS電晶體即電晶體1001、反相器1002、P通道MOS電晶體即電晶體1010、N通道MOS電晶體即電晶體1020。對於像素10a，亦可進而包含緩衝器電路1021。
於圖9中，受光元件1000、電晶體1001及反相器1002之連接與上述圖5之構成同樣。即，受光元件1000之陰極連接於電晶體1001之汲極，陽極連接於負電壓(-Vop)之電源。此處，負電壓(-Vop)係與圖5之負電壓(-Vbp)對應者，係與受光元件1000之崩潰電壓對應之電壓。電晶體1001之源極連接於電源電壓VDD之供給線。該電源電壓VDD對應於圖5之過剩偏壓Ve。
另，以下，只要無特別記載，則將「連接於電源電壓VDD之供給線」之主旨記述為「連接於電源電壓VDD」。
對電晶體1001之閘極輸入基準電壓Vref。電晶體1001係自汲極輸出對應於電源電壓VDD(過剩偏壓Ve)及基準電壓Vref之電流的電流源。例如，電晶體1001為電流鏡電路中之複製端之電晶體，複製於未圖示之該電流鏡電路之複製源之電晶體之源極-汲極間流動之電流，並自汲極輸出。
將自連接電晶體1001之汲極與受光元件1000之陰極之連接點擷取之電壓Vca輸入至反相器1002。反相器1002對輸入之電壓Vca進行例如判定，每當該電壓Vca於正方向或負方向超出閾值電壓Vth時，輸出反轉之信號Vinv。自反相器1002輸出之信號Vinv經由例如緩衝器電路1021，作為信號Vpls輸出。
對連接電晶體1001之汲極與受光元件1000之陰極之連接點，進而連接電晶體1010之汲極與電晶體1020之汲極。電晶體1020之源極連接於接地電位GND，對閘極輸入信號STBY。於信號STBY為高(High)狀態下，電晶體1020之汲極-源極間成為接通(ON)狀態，而將受光元件1000之陰極之電壓Vca強制設為接地電位。藉此，使之不易產生待命狀態之受光元件1000之突崩倍增反應。
電晶體1010之源極連接於電源電壓VDD。又，將自反相器1002輸出之信號Vinv作為控制信號Vctrl輸入至電晶體1010之閘極。電晶體1010於信號Vinv即信號Vctrl為低(Low)狀態下成為接通狀態，而將受光元件1000之陰極連接於電源電壓VDD。
圖10係顯示圖9所示之第1實施形態之構成中之受光元件1000之陰極電壓Vca之變化例之圖。另，於圖10中，特性線50表示未適用第1實施形態時之電壓Vca，特性線51表示適用第1實施形態時之電壓Vca。
於圖10中，時間t10 與圖7之圖表40中之時間t100 對應，對受光元件1000之陰極-陽極間施加對崩潰電壓(-Vop)加入有電源電壓VDD之電壓。此處，電源電壓VDD係相對於受光元件1000與上述過剩偏壓Ve相當之電壓，將受光元件1000設為等待光子入射之狀態。於該狀態下，反相器1002之輸出信號Vinv為低狀態，受光元件1000之陰極經由電晶體1010連接於電源電壓VDD。
若對該待機狀態之受光元件1000於例如時間t11 入射光子，則源於入射之光子，產生突崩倍增。藉由該突崩倍增，電流自受光元件1000之陰極流向陽極，受光元件1000之陰極之電壓Vca降低。
自受光元件1000之陰極擷取之電壓Vca被輸入至反相器1002，並與反相器1002中與閾值電壓Vth進行比較。若於時間t20 ，電壓Vca超出閾值電壓Vth，則將反相器1002之輸出信號Vinv(控制信號Vctrl)反轉成為高狀態，電晶體1010成為斷開(OFF)狀態。
於時間t12 ，受光元件1000之陰極之電壓Vca降低至電壓(-Vop)，突崩倍增停止。電流經由電晶體1001流入至受光元件1000之陰極，開始對受光元件1000之再充電動作。
此時，藉由將再充電電流設為小於特定之電流，如特性線51所例示，與未適用第1實施形態之情形(參照特性線50)相比，可使因再充電動作引起之陰極電壓Vca之上升斜率變平緩。例如，將再充電電流設為與未適用本揭示之技術之情形相比較小之電流。藉此，至該電壓Vca下一次超出閾值電壓Vth之時間與未適用本揭示之技術之情形相比變長，而可將積存於電勢之彎曲部分之電子更確實地排出，可抑制產生後脈衝。
若受光元件1000之陰極之電壓Vca超出反相器1002之閾值電壓Vth(時間t21 )，則將反相器1002之輸出信號Vinv反轉成為低狀態。當信號Vinv成為低狀態時，電晶體1010成為接通狀態，而對受光元件1000之陰極經由電晶體1010供給電源電壓VDD。藉此，如圖10中自時間t21 起之特性線51所示，將受光元件1000之陰極之電壓Vca強制提高至電源電壓VDD，再充電動作結束(時間t13 )。
如此，本揭示之第1實施形態中，藉由與自反相器1002輸出之信號Vinv對應之電晶體1010之動作，控制對受光元件1000供給電源電壓VDD(過剩偏壓Ve)。藉此，根據第1實施形態之構成，可不延長再充電動作所需之時間，而抑制產生後脈衝。
此處，電晶體1010為接通狀態之情形時，若經由電晶體1010對受光元件1000之陰極流入特定以上之電流，則對留存於受光元件1000之電子賦予可開始突崩倍增之程度之能量，而可能產生後脈衝。因此，於電晶體1010為接通狀態之情形時，流入至受光元件1000之電流小於受光元件1000之閉鎖電流。閉鎖電流係用以於受光元件1000中維持突崩倍增所需之受光元件1000固有之電流。
例如，於時間t21 之時點，自電晶體1010對受光元件1000供給電流，且亦自電晶體1001供給電流。因此，認為將自電晶體1001對受光元件1000供給之電流、與自電晶體1010供給之電流相加之電流為小於閉鎖電流之電流。
例如，藉由調整電晶體1010之尺寸(縱橫比)，可調整於電晶體1010之源極-汲極間流動之電流。關於電晶體1001亦相同。
(第1實施形態之第1變化例) 接著，對本揭示之第1實施形態之第1變化例進行說明。圖11係顯示第1實施形態之第1變化例之像素之一例之構成的圖。圖11中係像素10b對於上述圖9之構成，使用電阻元件1003代替作為電流源之電晶體1001之例。由於此外之部分皆與上述圖9之構成同樣，故省略此處之詳細說明。
圖11之構成之情形時，於受光元件1000待機狀態下，電阻元件1003中未流動電流，對受光元件1000之陰極施加電源電壓VDD。若於受光元件1000中產生突崩倍增而電流流動，則於電阻元件1003中產生電壓下降。藉此，受光元件1000之陰極-陽極間之電壓VCTH-AN 降低，其結果，突崩倍增停止。
於該動作之情形時，自圖10所示之時間t10 歷時時間t11 至時間t21 之期間之陰極之電壓Vca之變化如圖10般並非直線性，而如圖7之圖表40中作為特性線400所示為曲線性。若於圖10之時間t21 ，電壓Vca超出反相器1002之閾值電壓Vth，則電晶體1010為接通狀態，而將受光元件1000之陰極連接於電源電壓VDD，將電壓Vca強制提高至電源電壓VDD。
該圖11之構成中，電晶體1010為接通狀態之情形時，亦必須將流入至受光元件1000之電流設為小於閉鎖電流者。圖11之構成之情形時，藉由調整電晶體1010之尺寸與電阻元件1003之電阻值，可使該電流小於閉鎖電流。
(第1實施形態之第2變化例) 接著，對第1實施形態之第2變化例進行說明。圖12係顯示第1實施形態之第2變化例之像素之一例之構成的圖。圖12中，像素10c對圖9所示之像素10a追加處理電路1030。由於此外之部分皆與上述圖9之構成同樣，故省略此處之詳細說明。
處理電路1030被供給自反相器1002輸出之信號Vinv。處理電路1030對該信號Vinv實施特定處理，並供給至緩衝器電路1021。緩衝器電路1021將自處理電路1030供給之信號作為輸出信號Vpls’。
又，處理電路1030輸出不變更輸入之信號Vinv之邏輯之控制信號Vctrl。自處理電路1030輸出之控制信號Vctrl被輸入至電晶體1010之閘極。藉由自處理電路1030將不變更自反相器1002輸出之信號Vinv之邏輯之控制信號Vctrl供給至電晶體1010之閘極，像素10c可與使用圖10說明之動作同樣地動作。
處理電路1030可包含例如緩衝器電路。例如，處理電路1030可藉由該緩衝器電路進行阻抗轉換。只要處理電路1030所含之電路可輸出不變更自反相器1002供給之信號Vinv之邏輯之控制信號Vctrl，則無特別限定。
根據該第1實施形態之第2變化例之構成，可對自反相器1002輸出之信號Vinv實施特定之處理。
(第1實施形態之第3變化例) 接著，對第1實施形態之第3變化例進行說明。圖13係顯示第1實施形態之第3變化例之像素之一例之構成的圖。圖13中，像素10d對圖9所示之像素10a追加處理電路1031與選擇器1032。由於此外之部分皆與上述圖9之構成同樣，故省略此處之詳細說明。
圖13中，處理電路1031對自反相器1002供給之信號Vinv實施特定之處理，並供給至緩衝器電路1021。又，處理電路1031可輸出不變更供給之信號Vinv之邏輯之複數個控制信號Vctrl1 、Vctrl2 、…、Vctrln 。選擇器1032根據自像素10d之外部供給之信號Sel，從自處理電路1031輸出之各控制信號Vctrl1 、Vctrl2 、…、Vctrln 選擇1個信號，並將選擇之信號作為控制信號Vctrl輸入至電晶體1010之閘極。
圖14係顯示可適用於第1實施形態之第3變化例之處理電路1031之一例之構成的方塊圖。圖14之例中，處理電路1031包含串聯連接之複數個處理電路13001 、13002 、…、1300n 。各處理電路13001 、13002 、…、1300n 分別輸出不變更輸入之信號的邏輯之各控制信號Vctrl1 、Vctrl2 、…、Vctrln 。作為各處理電路13001 、13002 、…、1300n ，可適用例如緩衝器電路或延遲電路。
只要各處理電路13001 、13002 、…、1300n 之內容為不變更輸入之信號之邏輯而輸出者，則無特別限定。又，各處理電路13001 、13002 、…、1300n 不限於彼此同一內容之電路，亦可包含不同內容之電路。再者，圖14之例中，串聯連接有各處理電路13001 、13002 、…、1300n ，但其不限於該例。例如，各處理電路13001 、13002 、…、1300n 可對自反相器1002供給之信號Vinv並聯連接，亦可使並聯連接與串聯連接混存。
根據該第1實施形態之第3變化例，可對自反相器1002輸出之信號Vinv實施自複數個信號處理選擇之信號處理。
(第1實施形態之第4變化例) 接著，對第1實施形態之第4變化例進行說明。圖15係顯示第1實施形態之第4變化例之像素之一例之構成的圖。圖15中，像素10e對圖9所示之像素10a，於電晶體1010與受光元件1000之陰極間，插入P通道MOS電晶體即電晶體1022。由於此外之部分皆與上述圖9之構成同樣，故省略此處之詳細說明。
更具體而言，於像素10e中，電晶體1022之源極連接於電晶體1010之汲極。電晶體1022之汲極連接於連接有受光元件1000之陰極與電晶體1001之汲極之連接點。又，對電晶體1022之閘極輸入自像素10e之外部供給之信號en。電晶體1022根據該信號en控制接通/斷開。
該圖15之構成中，將電晶體1022設為接通狀態時之動作與使用圖9及圖10說明之第1實施形態之像素10a同樣。關於將電晶體1022設為斷開狀態時之動作，為既存技術之動作中將再充電動作所需之時間延長之動作。
例如，於時間t10 ，對受光元件1000之陰極-陽極間施加對崩潰電壓(-Vop)加入有電源電壓VDD之電壓。於該狀態下，反相器1002之輸出信號Vinv為低狀態，受光元件1000之陰極經由電晶體1010連接於電源電壓VDD。若對待機狀態之受光元件1000於例如時間t11 入射光子，則源於入射之光子，產生突崩倍增，電流自受光元件1000之陰極流向陽極，受光元件1000之陰極之電壓Vca降低。
於反相器1002中，將自受光元件1000之陰極擷取之電壓Vca與閾值電壓Vth進行比較，若於時間t20 ，電壓Vca超出閾值電壓Vth，則反相器1002之輸出之信號Vinv(控制信號Vctrl)反轉成為高狀態，電晶體1010成為斷開狀態。
於時間t12 ，受光元件1000之陰極之電壓Vca降低至電壓(-Vop)，突崩倍增停止。電流經由電晶體1001流入至受光元件1000之陰極，開始對受光元件1000之再充電動作。
此處，由於將再充電電流設為小於特定之值，故因再充電動作引起之陰極之電壓Vca上升之斜率成為例如圖10中時間t12 至時間t21 間之特性線51所示之斜率，與未適用第1實施形態之情形(參照特性線50)相比變平緩。藉此，至該電壓Vca下一次超出閾值電壓Vth之時間與未適用本揭示之技術之情形相比變長，可將積存於電勢之彎曲部分之電子更確實地排出，可抑制產生後脈衝。
若受光元件1000之陰極之電壓Vca超出反相器1002之閾值電壓Vth(時間t21 )，則反相器1002之輸出之信號Vinv反轉，成為低狀態。此處，由於串聯連接於電晶體1010之電晶體1022為斷開狀態，故未經由電晶體1010對受光元件1000供給電源電壓VDD，電壓Vca以圖10中時間t12 至時間t21 間之特性線51所示之斜率上升。於電壓Vca達到電源電壓VDD之時點，再充電動作完成。
於該情形時，第1實施形態之第4變化例之像素10e之直至再充電動作完成之時間相對於例如第1實施形態之像素10a中之該時間變長。另一方面，該像素10e於將電晶體1022設為斷開狀態之情形時，由於未將電源電壓VDD供給至受光元件1000，故與將電源電壓VDD供給至受光元件1000之情形相比，可削減消耗電力。
又，上述中，於受光元件1000之動作期間始終將電晶體1022設為斷開狀態，但其不限於該例。例如，亦可僅於受光元件1000待機中(圖10之時間t10 至時間t11 間之期間)，將電晶體1022設為斷開狀態，於其他期間，將電晶體1022設為接通狀態。於該情形時，可不延長直至再充電動作完成之時間而抑制後脈衝，且可削減受光元件1000待機中之消耗電力。
另，該第1實施形態之第4變化例之構成可與上述第1實施形態及第1實施形態之第1～第3變化例之任一者組合實施。
(第1實施形態之第5變化例) 接著，對第1實施形態之第5變化例進行說明。圖16係顯示第1實施形態之第5變化例之像素之一例之構成的圖。圖16中，像素10f係相對於圖9所示之像素10a，使自成為電流源之電晶體1001’供給之電流可變之構成例。由於此外之部分皆與上述圖9之構成同樣，故省略此處之詳細說明。
如上所述，成為電流源之電晶體1001’為電流鏡電路之複製端之電晶體。圖16之例中，電晶體1001’將P通道MOS電晶體即電晶體1023設為電流鏡電路之複製端，複製由電流源1040供給之電流並供給至受光元件1000。
該構成中，於電晶體1001’、電晶體1023及電流源1040中之至少一者，使供給之電流可變。藉此，可使供給至受光元件1000之再充電電流可變，調整充電受光元件1000之充電速度。電晶體1001’藉由例如並聯連接之複數個電晶體構成，可根據該等複數個電晶體中之接通狀態之電晶體之數量，使供給之電流可變。電晶體1023亦同樣地可使供給之電流可變。
不限於此，亦可使例如由電晶體1010供給之電流可變。於該情形時，反相器1002之輸出信號Vinv反轉，可調整將受光元件1000之陰極之電壓Vca提高至電源電壓VDD之時間(例如圖10中之時間t21 至時間t13 )。
另，該第1實施形態之第5變化例之構成可與上述第1實施形態及第1實施形態之第1～第4變化例之任一者組合實施。
(第1實施形態之第6變化例) 接著，對第1實施形態之第6變化例進行說明。圖17係顯示第1實施形態之第6變化例之像素之一例之構成的圖。圖17中，像素10g係相對於圖9所示之像素10a，將成為電流源之電晶體1001與用以將受光元件1000之陰極之電壓Vca提高至電源電壓VDD之電晶體1010分別連接於不同之電源之例。由於此外之部分皆與上述圖9之構成同樣，故省略此處之詳細說明。
如圖17所示，電晶體1001之源極連接於電源電壓VDD1 。另一方面，電晶體1010之源極連接於與電源電壓VDD1 不同之電源電壓VDD2 。此處，電源電壓VDD1 與電源電壓VDD2 只要經由可供給不同之電壓之路徑供給即可，電壓可不必不同。
如此，藉由將電晶體1001及1010之各源極連接於不同之電源電壓VDD1 及VDD2 ，可分別最佳地控制再充電動作與將受光元件1000之陰極之電壓Vca提高至電源電壓VDD之動作。
另，該第1實施形態之第6變化例之構成可與上述第1實施形態及第1實施形態之第1～第5變化例之任一者組合實施。
(第1實施形態之第7變化例) 接著，對第1實施形態之第7變化例進行說明。圖18係顯示第1實施形態之第7變化例之像素之一例之構成的圖。圖18中，像素10h係相對於圖9所示之像素10a，將受光元件1000連接於電源側之例。
即，圖18中，像素10h包含受光元件1000、N通道MOS電晶體即電晶體1100、反相器1002、N通道MOS電晶體即電晶體1110及P通道MOS電晶體即電晶體1120。對於像素10h，亦可進而包含緩衝器電路1121。
圖18中，受光元件1000之陰極連接於與受光元件1000之崩潰電壓對應之電壓Vop之電源，陽極連接於成為電流源之電晶體1100之汲極。電晶體1100之源極連接於接地電位GND。此處，電壓Vop係對受光元件1000之崩潰電壓即電壓Vbd加上過剩偏壓Ve之電壓。對電晶體1100之閘極輸入基準電壓Vref。電晶體1100係自汲極輸出與接地電位GND及基準電壓Vref對應之電流之電流源。
將自連接受光元件1000之陽極與電晶體1100之汲極之連接點擷取之電壓Van輸入至反相器1002。反相器1002對輸入之電壓Van進行例如判定，每當該電壓Van於正方向或負方向超出閾值電壓Vth時，輸出反轉之信號Vinv。自反相器1002輸出之信號Vinv經由例如緩衝器電路1121，作為信號Vpls輸出。
對連接受光元件1000之陽極與電晶體1100之汲極之連接點，進而連接電晶體1110之汲極與電晶體1120之汲極。電晶體1120之源極連接於與過剩偏壓Ve對應之電源電壓VDD，且於閘極被輸入信號STBY。於信號STBY為低狀態下，電晶體1120之源極-汲極間成為接通狀態，將受光元件1000之陽極之電壓Van強制設為電壓VDD。藉此，將受光元件1000之陰極-陽極間之電壓VCTH-AN 設為電壓Vbd，不易產生受光元件1000之突崩倍增反應。
電晶體1110之源極連接於接地電位GND。又，將自反相器1002輸出之信號Vinv作為控制信號Vctrl，輸入至電晶體1110之閘極。電晶體1110於信號Vinv即控制信號Vctrl為高狀態下成為接通狀態，而將受光元件1000之陽極連接於接地電位GND。
圖19係顯示圖18所示之第1實施形態之第7變化例之構成中之受光元件1000之陽極的電壓Van之變化例之圖。另，圖19中，特性線60表示未適用第1實施形態之第7變化例時之電壓Van，特性線61表示適用第1實施形態之第7變化例時之電壓Van。
圖19中，時間t30 與圖7之圖表40中之時間t100 對應，對受光元件1000之陰極-陽極間施加電壓Vop。此處，電壓Vop係相對於受光元件1000，對與上述過剩偏壓Ve相當之電壓加上受光元件1000之崩潰電壓即電壓Vbd之電壓，將受光元件1000設為等待光子入射之狀態。於該狀態下，反相器1002之輸出信號Vinv為高狀態，受光元件1000之陽極經由電晶體1110連接於接地電位GND。
若對該待機狀態之受光元件1000，於例如時間t31 入射光子，則源於該入射之光子，產生突崩倍增。藉由該突崩倍增，電流自受光元件1000之陰極流向陽極，受光元件1000之陽極之電壓Van上升。
將自受光元件1000之陽極擷取之電壓Van輸入至反相器1002，於反相器1002中與閾值電壓Vth進行比較。若於時間t40 ，電壓Van超出閾值電壓Vth，則反相器1002之輸出信號Vinv(控制信號Vctrl)反轉成為低狀態，電晶體1110成為斷開狀態。
於時間t32 ，受光元件1000之陽極之電壓Van上升至電壓Vbd，受光元件1000之陰極-陽極間之電壓VCTH-AN 成為電壓Vbd，突崩倍增停止。電流經由電晶體1100流出至受光元件1000之陽極，開始對受光元件1000之再充電動作。
此時，藉由將再充電電流設為小於特定之值，如特性線61所例示，與未適用第1實施形態之第7變化例之情形(參照特性線60)相比，可使因再充電動作引起之陽極之電壓Van上升之斜率變平緩。例如，將再充電電流設為與未適用本揭示之技術之情形相比較小之電流。藉此，直至該電壓Van下一次超出閾值電壓Vth之時間與未適用本揭示之技術之情形相比變長，可將積存於電勢之彎曲部分之電子更確實地排出，可抑制產生後脈衝。
若受光元件1000之陽極之電壓Van超出反相器1002之閾值電壓Vth(時間t41 )，則反相器1002之輸出信號Vinv反轉成為高狀態。信號Vinv成為高狀態時，電晶體1110成為接通狀態，而對受光元件1000之陽極經由電晶體1110供給接地電位GND。藉此，如圖19中自時間t41 起之特性線61所示，將受光元件1000之陽極之電壓Van強制拉低至接地電位GND，再充電動作結束(時間t33 )。
藉由以上動作，即使為將受光元件1000連接於電源側之構成，亦與使用圖9及圖10說明之第1實施形態之構成同樣，可不延長再充電動作所需之時間，而抑制產生後脈衝。
另，該例中，亦與上述第1實施形態同樣，於電晶體1110為接通狀態之情形時，若經由電晶體1110自受光元件1000之陽極流出特定以上之電流，則對留存於受光元件1000之電子賦予可開始突崩倍增之程度之能量，可能產生後脈衝。因此，於電晶體1110為接通狀態之情形時，使流入至受光元件1000之電流小於受光元件1000之閉鎖電流。
另，該第1實施形態之第7變化例之構成可與上述第1實施形態及第1實施形態之第1～第6變化例之任一者組合實施。
(第1實施形態之第8變化例) 接著，對第1實施形態之第8變化例進行說明。第1實施形態之第8變化例係將本揭示之技術之構成適用於使用圖6說明之積層2個半導體晶片而構成的積層構造之例。此處，作為一例，對將使用圖9說明之第1實施形態之像素10a適用於積層構造之例進行說明。
圖20係顯示第1實施形態之第8變化例之像素10a之各部之配置例的圖。像素10a之構成與使用圖9說明之構成相同。參照圖6，圖20之例中，將像素10a所含之各要素中之受光元件1000配置於上晶片210，將其他要素(電晶體1001、1010及1020以及反相器1002及緩衝器電路1021)配置於下晶片211。
受光元件1000之陰極連接於經由結合部212a配置於下晶片211之電晶體1001之汲極。又，受光元件1000之陽極連接於經由結合部212b配置於下晶片211之電壓(-Vbd)之配線。結合部212a及212b藉由例如CCC(Copper-Copper Connection)等形成。
如此，將受光元件1000配置於上晶片210，將其他要素配置於下晶片211，從而可增大受光元件1000之受光面之面積，可提高受光元件1000之感度。
另，圖20所示之像素10a之各要素相對於上晶片210及下晶片211之配置為一例，不限於該例。例如，亦可對上晶片210配置受光元件1000與反相器1002，對下晶片211配置其他要素。又，積層構造亦可為積層3層或其以上之半導體晶片之構造，於該情形時，例如，受光元件1000配置於最表面之半導體晶片，其他要素適當地配置於各個層。
另，圖20中，已說明將該第1實施形態之第8變化例之構成適用於上述第1實施形態之構成之例，但其不限於該例。即，第1實施形態之第8變化例之構成可與上述第1實施形態之第1～第7變化例之任一者組合實施。
[第2實施形態] 接著，作為第2實施形態，對本揭示之使用第1實施形態及其各變化例之像素10a～10h之任一者之電子機器6之適用例進行說明。圖21係顯示使用上述第1實施形態及其各變化例之像素10a～10h之任一者之電子機器6的使用例之圖。
上述電子機器6例如可如下所示用於感測可見光、或紅外光、紫外光、X射線等光之各種實例。
•數位相機、或附相機功能之行動機器等拍攝供鑒賞用之圖像之裝置。 •為了自動停止等安全駕駛、或辨識駕駛者之狀態等，拍攝汽車之前方或後方、周圍、車內等之車載用感測器、監視行駛車輛或道路之監視相機、進行車輛間等之測距之測距感測器等供交通用之裝置。 •為了拍攝使用者之姿勢進行根據該姿勢之機器操作，而供TV、或冰箱、空調等家電之裝置。 •內視鏡、或藉由接受紅外光而進行血管拍攝之裝置等供醫療或保健用之裝置。 •預防犯罪用途之監視相機、或人物認證用途之相機等供保全用之裝置。 •拍攝皮膚之皮膚測定器、或拍攝頭皮之顯微鏡等供美容用之裝置。 •適於運動用途等之運動相機或可穿戴式相機等供運動用之裝置。 •用於監視農田或作物之狀態之相機等供農業用之裝置。
[本揭示之技術之進而適用例] 本揭示之技術(本技術)可適用於各種製品。例如，本揭示之技術可適用於內視鏡手術系統。
(對體內資訊取得系統之適用例) 圖22係顯示可適用本揭示之技術(本技術)之使用膠囊型內視鏡之患者之體內資訊取得系統之概略構成之一例的方塊圖。
體內資訊取得系統10001由膠囊型內視鏡10100與外部控制裝置10200構成。
膠囊型內視鏡10100於檢查時由患者服下。膠囊型內視鏡10100具有攝像功能及無線通信功能，於直至自患者自然排出期間，一面藉由蠕動運動等於胃或腸等臟器內部移動，一面以特定之間隔依序拍攝該臟器內部之圖像(以下，亦稱為體內圖像)，並將關於該體內圖像之資訊依序無線發送至體外之外部控制裝置10200。
外部控制裝置10200總括性控制體內資訊取得系統10001之動作。又，外部控制裝置10200接收自膠囊型內視鏡10100發送之體內圖像相關之資訊，並基於接收到之體內圖像相關之資訊，產生用以於顯示裝置(未圖示)顯示該體內圖像之圖像資料。
體內資訊取得系統10001中，如此可於服下膠囊型內視鏡10100至排出之期間，隨時獲得拍攝患者體內之狀況之體內圖像。
對膠囊型內視鏡10100與外部控制裝置10200之構成及功能更詳細地進行說明。
膠囊型內視鏡10100具有膠囊型殼體10101，於該殼體10101內，收納有光源部10111、攝像部10112、圖像處理部10113、無線通信部10114、供電部10115、電源部10116及控制部10117。
光源部10111由例如LED(Light　Emitting　Diode：光電二極體)等光源構成，對攝像部10112之攝像視野照射光。
攝像部10112由包含攝像元件及設置於該攝像元件之前段之複數個透鏡之光學系統構成。照射於觀察對象即身體組織之光之反射光(以下稱為觀察光)由該光學系統聚光，並入射於該攝像元件。攝像部10112中，攝像元件中，對入射於此之觀察光進行光電轉換，產生與該觀察光對應之圖像信號。藉由攝像部10112產生之圖像信號被提供至圖像處理部10113。
圖像處理部10113由CPU或GPU(Graphics　Processing　Unit：圖形處理單元)等處理器構成，對藉由攝像部10112產生之圖像信號進行各種信號處理。圖像處理部10113將經實施信號處理之圖像信號作為RAM資料提供至無線通信部10114。
無線通信部10114對藉由圖像處理部10113實施了信號處理之圖像信號進行調變處理等特定之處理，將該圖像信號經由天線10114A發送至外部控制裝置10200。又，無線通信部10114自外部控制裝置10200，經由天線10114A接收膠囊型內視鏡10100之驅動控制相關之控制信號。無線通信部10114將自外部控制裝置10200接收到之控制信號提供至控制部10117。
供電部10115由受電用之天線線圈、自該天線線圈中產生之電流再生電力之電力再生電路及升壓電壓等構成。供電部10115中，使用所謂之非接觸充電原理產生電力。
電源部10116由二次電池構成，並蓄電藉由供電部10115產生之電力。圖22中，為了避免圖面繁雜，省略表示自電源部10116之電力供給端之箭頭等之圖式，但可將蓄電於電源部10116之電力供給至光源部10111、攝像部10112、圖像處理部10113、無線通信部10114及控制部10117，用於該等之驅動。
控制部10117由CPU等處理器構成，根據自外部控制裝置10200發送之控制信號，適當控制光源部10111、攝像部10112、圖像處理部10113、無線通信部10114及供電部10115之驅動。
外部控制裝置10200由CPU、GPU等處理器、或混載有處理器與記憶體等記憶元件之微電腦或控制基板等構成。外部控制裝置10200經由天線10200A對膠囊型內視鏡10100之控制部10117發送控制信號，藉此控制膠囊型內視鏡10100之動作。膠囊型內視鏡10100中，例如可藉由來自外部控制裝置10200之控制信號，變更光源部10111之對觀察對象照射光之條件。又，可藉由來自外部控制裝置10200之控制信號，變更攝像條件(例如攝像部10112之訊框率、曝光值等)。又，亦可藉由來自外部控制裝置10200之控制信號，變更圖像處理部10113中之處理內容、或無線通信部10114發送圖像信號之條件(例如發送間隔、發送圖像數等)。
又，外部控制裝置10200對自膠囊型內視鏡10100發送之圖像信號實施各種圖像處理，產生用以將拍攝到之體內圖像顯示於顯示裝置之圖像資料。作為該圖像處理，可分別單獨或組合進行例如顯影處理(去馬賽克處理)、高畫質化處理(頻帶強調處理、超解像處理、雜訊降低處理、手抖修正處理等)、放大處理(電子變焦處理)等各種信號處理。外部控制裝置10200控制顯示裝置之驅動，顯示基於產生之圖像資料拍攝之體內圖像。或，外部控制裝置10200亦可使記錄裝置(未圖示)記錄產生之圖像資料，或使印刷裝置(未圖示)印刷輸出。
以上，已對可適用本揭示之技術之體內資訊取得系統之一例進行說明。藉由對攝像部10112適用本揭示之技術，可更穩定地控制攝像部10112。
(對內視鏡手術系統之適用例) 本揭示之技術亦可進而適用於內視鏡手術系統。圖23係顯示可適用本揭示之技術(本技術)之內視鏡手術系統之概略構成之一例之圖。
圖23中，圖示施術者(醫生)11131使用內視鏡手術系統11000，對病床11133上之患者11132進行手術之情況。如圖所示，內視鏡手術系統11000由內視鏡11100、氣腹管11111或能量處置器具11122等其他手術器械11110、支持內視鏡11100之支持臂裝置11120、及搭載有用於內視鏡下手術之各種裝置之台車11200構成。
內視鏡11100由將距離末端特定之長度區域插入至患者11132之體腔內之鏡筒11101、及連接於鏡筒11101之基端之相機頭11102構成。圖示之例中，圖示作為具有硬性鏡筒11101之所謂硬性鏡構成之內視鏡11100，但內視鏡11100亦可作為具有軟性鏡筒之所謂軟性鏡構成。
於鏡筒11101之末端，設有嵌入有接物透鏡之開口部。於內視鏡11100連接有光源裝置11203，由該光源裝置11203產生之光藉由延設於鏡筒11101內部之導光件而被導光至該鏡筒之末端，並經由接物透鏡朝患者11132之體腔內之觀察對象照射。另，內視鏡11100可為直視鏡，亦可為斜視鏡或側視鏡。
於相機頭11102之內部設有光學系統及攝像元件，來自觀察對象之反射光(觀察光)藉由該光學系統而聚光於該攝像元件。藉由該攝像元件對觀察光進行光電轉換，產生對應於觀察光之電性信號，即對應於觀察像之圖像信號。該圖像信號作為RAW資料被發送至相機控制器單元(CCU：Camera Control Unit)11201。
CCU11201由CPU(Central Processing Unit：中央處理單元)或GPU(Graphics Processing Unit：圖形處理單元)等構成，總括性控制內視鏡11100及顯示裝置11202之動作。再者，CCU11201自相機頭11102接收圖像信號，對該圖像信號實施例如顯像處理(去馬賽克處理)等之用以顯示基於該圖像信號之圖像之各種圖像處理。
顯示裝置11202藉由來自CCU11201之控制，顯示基於由該CCU11201實施圖像處理後之圖像信號之圖像。
光源裝置11203例如由LED(Light Emitting Diode：發光二極體)等光源構成，並將拍攝手術部等時之照射光供給至內視鏡11100。
輸入裝置11204為針對於內視鏡手術系統11000之輸入介面。使用者可經由輸入裝置11204，對內視鏡手術系統11000進行各種資訊之輸入或指示輸入。例如，使用者輸入變更內視鏡11100之攝像條件(照射光之種類、倍率及焦點距離等)之主旨的指示等。
處置器具控制裝置11205控制用於組織之燒灼、切開或血管之密封等之能量處置器具11112之驅動。氣腹裝置11206基於確保內視鏡11100之視野及確保施術者作業空間之目的，為了使患者11132之體腔鼓起，而經由氣腹管11111對該體腔內送入氣體。記錄器11207係可記錄手術相關之各種資訊之裝置。印表機11208係可以文字、圖像或圖表等各種形式印刷手術相關之各種資訊之裝置。
另，對內視鏡11100供給拍攝手術部時之照射光之光源裝置11203例如可由藉由LED、雷射光源或該等之組合構成之白色光源構成。於藉由RGB雷射光源之組合構成白色光源之情形時，由於可高精度地控制各色(各波長)之輸出強度及輸出時序，故光源裝置11203中可進行攝像圖像之白平衡之調整。又，於該情形時，分時對觀察對象照射來自RGB雷射光源各者之雷射光，與該照射時序同步控制相機頭11102之攝像元件之驅動，藉此亦可分時拍攝與RGB各者對應之圖像。根據該方法，即使不於該攝像元件設置彩色濾光片，亦可獲得彩色圖像。
又，光源裝置11203亦可以每隔特定時間變更輸出之光的強度之方式控制其驅動。藉由與該光強度之變更時序同步控制相機頭11102之攝像元件之驅動，分時取得圖像，並合成該圖像，可產生不存在所謂之欠曝及過曝之高動態範圍之圖像。
又，光源裝置11203亦可構成為能夠供給對應於特殊光觀察之特定波長頻帶之光。特殊光觀察中，例如進行所謂窄頻帶光觀察(Narrow Band Imaging)，即，利用身體組織之光吸收之波長依存性，照射與通常觀察時之照射光(即白色光)相比更窄頻帶之光，藉此以高對比度拍攝黏膜表層之血管等特定組織。或，於特殊光觀察中，亦可進行藉由因照射激發光產生之螢光獲得圖像之螢光觀察。螢光觀察中，可對身體組織照射激發光，觀察來自該身體組織之螢光(自螢光觀察)，或將吲哚青綠(ICG)等試劑局部注射於身體組織，且對該身體組織照射對應於該試劑之螢光波長之激發發光，獲得螢光像等。光源裝置11203可構成為能供給對應於此種特殊光觀察之窄頻帶光及/或激發光。
圖24係顯示圖23所示之相機頭11102及CCU11201之功能構成之一例之方塊圖。
相機頭11102具有透鏡單元11401、攝像部11402、驅動部11403、通信部11404及相機頭控制部11405。CCU11201具有通信部11411、圖像處理部11412及控制部11413。相機頭11102與CCU11201可藉由傳送電纜11400可相互通信地連接。
透鏡單元11401係設置於與鏡筒11101之連接部之光學系統。自鏡筒11101之末端擷取之觀察光被導光至相機頭11102，並入射於該透鏡單元11401。透鏡單元11401構成為組合包含變焦透鏡及聚焦透鏡之複數個透鏡。
攝像部11402係由攝像元件構成。構成攝像部11402之攝像元件可為1個(所謂單板式)，亦可為複數個(所謂多板式)。攝像部11402以多板式構成之情形時，例如亦可藉由以各攝像元件產生與RGB之各者對應之圖像信號，並將其等合成而獲得彩色圖像。或，攝像部11402亦可構成為具有用以分別取得對應於3D(Dimensional：維)顯示之右眼用及左眼用圖像信號之1對攝像元件。藉由進行3D顯示，施術者11131可更準確地掌握手術部之身物組織之深度。另，攝像部11402以多板式構成之情形時，亦可對應於各攝像元件，設置複數個透鏡單元11401。
又，攝像部11402亦可不設置於相機頭11102。例如，攝像部11402亦可於鏡筒11101之內部設置於接物透鏡之正後方。
驅動部11403藉由致動器構成，藉由來自相機頭控制部11405之控制，使透鏡單元11401之變焦透鏡及聚焦透鏡沿光軸僅移動特定距離。藉此，可適當調整利用攝像部11402之攝像圖像之倍率及焦點。
通信部11404由用以與CCU11201之間收發各種資訊之通信裝置構成。通信部11404將自攝像部11402所得之圖像信號作為RAM資料經由傳送電纜11400發送至CCU11201。
又，通信部11404自CCU11201接收用以控制相機頭11102之驅動之控制信號，並供給至相機頭控制部11405。該控制信號中包含例如指定攝像圖像之訊框率之主旨之資訊、指定攝像時之曝光值之主旨之資訊、及/或指定攝像圖像之倍率及焦點之主旨之資訊等攝像條件相關之資訊。
另，上述訊框率或曝光值、倍率、焦點等之攝像條件可由使用者適當指定，亦可基於取得之圖像信號由CCU11201之控制部11413自動設定。後者之情形時，將所謂AE(Auto Exposure：自動曝光)功能、AF(Auto Focus：自動聚焦)功能及AWB(Auto White Balance：自動白平衡)功能搭載於內視鏡11100。
相機頭控制部11405基於經由自通信部11404接收之來自CCU11201之控制信號，控制相機頭11102之驅動。
通信部11411由用以與相機頭11102之間收發各種資訊之通信裝置構成。通信部11411自相機頭11102接收經由傳送電纜11400發送之圖像信號。
又，通信部11411對相機頭11102發送用以控制相機頭11102之驅動之控制信號。圖像信號或控制信號可藉由電通信或光通信等發送。
圖像處理部11412對自相機頭11102發送之RAM資料即圖像信號實施各種圖像處理。
控制部11413進行利用內視鏡11100之手術部等之拍攝、及藉由拍攝手術部等所得之攝像圖像之顯示相關之各種控制。例如，控制部11413產生用以控制相機頭11102之驅動之控制信號。
又，控制部11413基於由圖像處理部11412實施圖像處理之圖像信號，於顯示裝置11202顯示手術部等映射之攝像圖像。此時，控制部11413亦可使用各種圖像辨識技術辨識攝像圖像內之各種物體。例如，控制部11413藉由檢測攝像圖像所含之物體之邊緣形狀或顏色等，可辨識鉗子等手術器械、特定之身體部位、出血、使用能量處置器具11112時之霧氣等。控制部11413於使顯示裝置11202顯示攝像圖像時，亦可使用該辨識結果，使各種手術支援資訊與該手術部之圖像重疊顯示。藉由重疊顯示手術支援資訊，並對施術者11131提示，可減輕施術者11131之負擔，施術者11131可確實地推進手術。
連接相機頭11102及CCU11201之傳送電纜11400係對應於電性信號之通信之電性信號電纜、對應於光通信之光纖、或該等之複合電纜。
此處，圖24之例中，使用傳送電纜11400以有線進行通信，但亦可以無線進行相機頭11102與CCU11201之間的通信。
以上，已對可適用本揭示之技術之內視鏡手術系統之一例進行說明。藉由對攝像部11402適用本揭示之技術，可更穩定地控制攝像部10402。
另，此處，作為一例，已對內視鏡手術系統進行說明，但本揭示之技術亦可適用於此外之例如顯微鏡手術系統等。
(對移動體之適用例) 本揭示之技術亦可進而適用於搭載於汽車、電動汽車、油電混合汽車、機車、自行車、個人移動載具、飛機、無人機、船舶、機器人等各種移動體之裝置。
圖25係顯示可適用本揭示之技術之移動體控制系統之一例即車輛控制系統之概略構成例之方塊圖。
車輛控制系統12000具備經由通信網路12001連接之複數個電子控制單元。於圖25所示之例中，車輛控制系統12000具備驅動系統控制單元12010、車體系統控制單元12020、車外資訊檢測單元12030、車內資訊檢測單元12040及整合控制單元12050。又，作為整合控制單元12050之功能構成，圖示微電腦12051、聲音圖像輸出部12052及車載網路I/F(介面)12053。
驅動系統控制單元12010根據各種程式控制與車輛之驅動系統關聯之裝置之動作。例如，驅動系統控制單元12010作為內燃機或驅動用馬達等之用以產生車輛之驅動力之驅動力產生裝置、用以將驅動力傳遞至車輪之驅動力傳遞機構、調節車輛舵角之轉向機構、及產生車輛之制動力之制動裝置等之控制裝置發揮功能。
車體系統控制單元12020根據各種程式控制車體所裝備之各種裝置之動作。例如，車體系統控制單元12020作為無鑰匙門禁系統、智慧型鑰匙系統、電動窗裝置、或頭燈、尾燈、剎車燈、轉向指示燈或霧燈等各種燈之控制裝置發揮功能。於該情形時，可對車體系統控制單元12020輸入自代替鑰匙之可攜帶式機器發送之電波或各種開關之信號。車體系統控制單元12020受理該等電波或信號之輸入，控制車輛之門鎖裝置、電動窗裝置、燈等。
車外資訊檢測單元12030檢測搭載有車輛控制系統12000之車輛外部之資訊。例如，對車外資訊檢測單元12030連接攝像部12031。車外資訊檢測單元12030使攝像部12031拍攝車外之圖像，且接收所拍攝之圖像。車外資訊檢測單元12030亦可基於所接收之圖像，進行人、車、障礙物、標識或路面上之文字等物體檢測處理或距離檢測處理。車外資訊檢測單元12030例如對接收到之圖像實施圖像處理，基於圖像處理之結果進行物體檢測處理或距離檢測處理。
攝像部12031係接受光並輸出對應於該光之受光量之電性信號之光感測器。攝像部12031可將電性信號作為圖像輸出，亦可作為測距之資訊輸出。又，攝像部12031接受之光可為可視光，亦可為紅外線等非可視光。
車內資訊檢測單元12040檢測車內之資訊。對車內資訊檢測單元12040連接例如檢測駕駛者之狀態之駕駛者狀態檢測部12041。駕駛者狀態檢測部12041包含例如拍攝駕駛者之相機，車內資訊檢測單元12040可基於自駕駛者狀態檢測部12041輸入之檢測資訊，算出駕駛者之疲勞程度或注意力集中程度，亦可判斷駕駛者是否正在打瞌睡。
微電腦12051可基於由車外資訊檢測單元12030或車內資訊檢測單元12040擷取之車內外之資訊，運算驅動力產生裝置、轉向機構或制動裝置之控制目標值，並對驅動系統控制單元12010輸出控制指令。例如，微電腦12051可進行以實現包含避免車輛之碰撞或緩和衝擊、基於車輛間距離之追隨行駛、車速維持行駛、車輛之碰撞警告或車輛偏離車道之警告等之ADAS(Advanced Driver Assistance System：先進駕駛輔助系統)之功能為目的之協調控制。
又，微電腦12051藉由基於車外資訊檢測單元12030或車內資訊檢測單元12040所取得之車輛周圍之資訊，控制驅動力產生裝置、轉向機構或制動裝置等，而進行以不依據駕駛者之操作而自律行駛之自動行駛等為目的之協調控制。
又，微電腦12051可基於車外資訊檢測單元12030所取得之車外之資訊，對車體系統控制單元12020輸出控制指令。例如，微電腦12051可根據車外資訊檢測單元12030所檢測之前方車或對向車之位置控制頭燈，進行以謀求將遠光燈切換成近光燈等防眩為目的之協調控制。
聲音圖像輸出部12052可將聲音及圖像中之任一者之輸出信號發送至可對車輛之搭乘者或車外向視覺性或聽覺性通知資訊之輸出裝置。於圖25之例中，作為輸出裝置，例示擴音器12061、顯示部12062及儀表板12063。顯示部12062亦可包含例如車載顯示器及抬頭顯示器之至少一者。
圖26係顯示攝像部12031之設置位置之例之圖。於圖26中，車輛12100具有攝像部12101、12102、12103、12104及12105，作為攝像部12031。
攝像部12101、12102、12103、12104及12105設置於例如車輛12100之前保險桿、側鏡、後保險桿、後門及車廂內之擋風玻璃之上部等位置。前保險桿所裝備之攝像部12101及車廂內之擋風玻璃之上部所裝備之攝像部12105主要取得車輛12100前方之圖像。側鏡所裝備之攝像部12102、12103主要取得車輛12100側方之圖像。後保險桿或後門所裝備之攝像部12104主要取得車輛12100後方之圖像。攝像部12101及12105所取得之前方之圖像主要用於檢測前方車輛或行人、障礙物、信號機、交通標識或車道線等。
另，圖26中，顯示攝像部12101～12104之攝像範圍之一例。攝像範圍12111表示設於前保險桿之攝像部12101之攝像範圍，攝像範圍12112及12113分別表示設於側鏡之攝像部12102及12103之攝像範圍，攝像範圍12114表示設於後保險桿或後門之攝像部12104之攝像範圍。例如，藉由將攝像部12101～12104所攝像之圖像資料重疊，而獲得自上方觀察車輛12100之俯瞰圖像。
攝像部12101～12104之至少一者亦可具有取得距離資訊之功能。例如，攝像部12101～12104之至少一者可為包含複數個攝像元件之攝影機，亦可為具有相位差檢測用之像素之攝像元件。
例如，微電腦12051基於自攝像部12101～12104取得之距離資訊，求得攝像範圍12111～12114內之與各立體物之距離，及該距離之時間性變化(相對於車輛12100之相對速度)，藉此可擷取尤其於車輛12100之行進路上某最近之立體物，且在與車輛12100大致相同之方向以特定速度(例如為0 km/h以上)行駛之立體物作為前方車。進而，微電腦12051可設定前方車之近前側應預先確保之車間距離，進行自動剎車控制(亦包含追隨停止控制)或自動加速控制(亦包含追隨起動控制)等。如此，可進行以不依據駕駛者之操作而自律行駛之自動駕駛等為目的之協調控制。
例如，微電腦12051基於自攝像部12101～12104所得之距離資訊，將立體物相關之立體物資料分類成2輪車、普通車輛、大型車輛、行人、電線桿等其他立體物並選取，用於障礙物之自動避開。例如，微電腦12051可將車輛12100周邊之障礙物辨識為車輛12100之駕駛者可視認之障礙物與難以視認之障礙物。且，微電腦12051判斷表示與各障礙物之碰撞危險度之碰撞風險，碰撞風險為設定值以上有可能碰撞之情形時，經由擴音器12061或顯示部12062對駕駛者輸出警報，或經由驅動系統控制單元12010進行強制減速或避開轉向，藉此可進行用以避開碰撞之駕駛支援。
攝像部12101～12104之至少一者亦可為檢測紅外線之紅外線相機。例如，微電腦12051可藉由判斷攝像部12101～12104之攝像圖像中是否存在行人而辨識行人。該行人之辨識係根據例如擷取作為紅外線相機之攝像部12101～12104之攝像圖像之特徵點之順序、與對表示物體輪廓之一連串特徵點進行圖案匹配處理而判別是否為行人之順序進行。若微電腦12051判斷攝像部12101～12104之攝像圖像中存在行人且辨識為行人，則聲音圖像輸出部12052以對該經辨識出之行人重疊顯示用以強調之方形輪廓線之方式，控制顯示部12062。又，聲音圖像輸出部12052亦可以將表示行人之圖標等顯示於期望之位置之方式控制顯示部12062。
以上，已對可適用本揭示之技術之車輛控制系統之一例進行說明。本揭示之技術可適用於以上說明之構成中之例如攝像部12031。藉由對攝像部12031適用本揭示之技術，可穩定地控制攝像部12031。
另，本發明所記載之效果僅為例示，並非限定者，又，亦可有其他效果。
另，本技術亦可採取如下之構成。 (1) 一種受光裝置，其具備： 受光元件，其根據基於偏壓被充電成特定電位之狀態下入射之光子產生突崩倍增而電流流動，並藉由再充電電流而復原至該狀態； 檢測部，其檢測上述電流，於該電流之電流值超出閾值之情形時，使輸出信號反轉； 電流源，其對上述受光元件供給上述再充電電流；及 開關部，其根據上述檢測部之上述輸出信號，控制對上述受光元件供給上述偏壓。 (2) 如上述(1)記載之受光裝置，其中 上述開關部於對上述受光元件供給上述偏壓之情形時，對上述受光元件供給電流值小於上述受光元件可維持上述突崩倍增之特定保持電流之電流。 (3) 如上述(2)記載之受光裝置，其中 上述電流源對上述受光元件供給電流值為小於上述保持電流之電流值之上述再充電電流， 上述開關部於對上述受光元件供給上述偏壓之情形時，對上述受光元件供給電流值小於上述保持電流之電流。 (4) 如上述(1)至(3)中任一項記載之受光裝置，其中 上述電流源對上述受光元件供給上述再充電電流，其之電流值為使上述檢測部之上述輸出信號根據上述受光元件產生上述突崩倍增而反轉後，至根據供給上述再充電電流進而反轉之時間，成為藉由因上述受光元件中產生上述突崩倍增而流動之電流所對應之內部發光而排出蓄積電荷的時間以上者。 (5) 如上述(1)至(4)中任一項記載之受光裝置，其中 上述開關部根據經由不改變輸出信號之邏輯之電路供給上述檢測部之輸出信號之信號，控制對上述受光元件供給上述偏壓。 (6) 如上述(1)至(5)中任一項記載之受光裝置，其中 上述開關部根據經由各個不改變輸出信號之邏輯之複數個電路中選擇之電路供給上述檢測部之輸出信號之信號，控制對上述受光元件供給上述偏壓。 (7) 如上述(1)至(6)中任一項記載之受光裝置，其進而具備： 設定部，其將上述開關部之對上述受光元件供給上述偏壓的控制設定為有效及無效之任一者。 (8) 如上述(1)至(7)中任一項記載之受光裝置，其中 上述電流源使電流值可變地將上述再充電電流供給至上述受光元件。 (9) 如上述(1)至(8)中任一項記載之受光裝置，其中 上述電流源與上述開關部中之上述偏壓之供給源連接於不同之電源。 (10) 如上述(1)至(9)中任一項記載之受光裝置，其包含： 第1基板、及供該第1基板積層之第2基板， 至少上述受光元件配置於上述第1基板， 上述檢測部、上述電流源及上述開關部中之至少一部分配置於上述第2基板。 (11) 一種測距裝置，其具備： 受光元件，其根據基於偏壓被充電成特定電位之狀態下入射之光子產生突崩倍增而電流流動，並藉由再充電電流復原至該狀態； 檢測部，其檢測上述電流，於該電流之電流值超出閾值之情形時，使輸出信號反轉； 電流源，其對上述受光元件供給上述再充電電流； 開關部，其根據上述檢測部之上述輸出信號，控制對上述受光元件供給上述偏壓； 時間計測部，其計測光源發光之發光時序至上述受光元件受光之受光時序之時間，並取得計測值； 直方圖產生部，其產生上述計測值之直方圖；及 運算部，其基於上述直方圖運算與被測定物之距離。 (12) 如上述(11)記載之測距裝置，其中 上述開關部於對上述受光元件供給上述偏壓之情形時，對上述受光元件供給電流值小於上述受光元件可維持上述突崩倍增之特定保持電流之電流。 (13) 如上述(12)之測距裝置，其中 上述電流源對上述受光元件供給電流值為小於上述保持電流之電流值之上述再充電電流， 上述開關部於供給上述受光元件之上述偏壓之情形時，對上述受光元件供給電流值小於上述保持電流之電流。 (14) 如上述(1)至(13)中任一項記載之測距裝置，其中 上述電流源對上述受光元件供給上述再充電電流，其之電流值為使上述檢測部之上述輸出信號根據上述受光元件產生上述突崩倍增而反轉後，至根據供給上述再充電電流進而反轉之時間，成為藉由因上述受光元件中產生上述突崩倍增而流動之電流所對應之內部發光排出蓄積之電荷的時間者。 (15) 如上述(11)至(14)中任一項記載之測距裝置，其中 上述開關部根據經由不改變輸出信號之邏輯之電路供給上述檢測部之輸出信號之信號，控制對上述受光元件供給上述偏壓。 (16) 如上述(11)至(15)中任一項記載之測距裝置，其中 上述開關部根據 經由各個不改變輸出信號之邏輯之複數個電路中選擇之電路供給上述檢測部之輸出信號之信號，控制對上述受光元件供給上述偏壓。 (17) 如上述(11)至(16)中任一項記載之測距裝置， 其進而具備： 設定部，其將上述開關部之對上述受光元件供給上述偏壓的控制設定為有效及無效之任一者。 (18) 如上述(11)至(17)中任一項記載之測距裝置，其中 上述電流源使電流值可變地將上述再充電電流供給至上述受光元件。 (19) 如上述(11)至(18)中任一項記載之測距裝置，其中 上述電流源與上述開關部之上述偏壓之供給源連接於不同之電源。 (20) 如上述(11)至(19)中任一項記載之測距裝置，其包含： 第1基板、及供該第1基板積層之第2基板， 至少上述受光元件配置於上述第1基板， 上述檢測部、上述電流源及上述開關部中之至少一部分配置於上述第2基板。
1:測距装置 2:光源部 3:記憶部 4:控制部 5:光學系統 6:電子機器 10:像素 10a:像素 10b:像素 10c:像素 10d:像素 10e:像素 10f:像素 10g:像素 10h:像素 40:圖表 41:圖表 50:特性線 51:特性線 60:特性線 61:特性線 100:像素陣列部 101:測距處理部 102:像素控制部 103:全體控制部 104:時脈產生部 105:發光時序控制部 106:介面 110:轉換部 111:產生部 112:信號處理部 200:邏輯陣列部 201:信號處理電路部 203:裝置控制部 210:上晶片 211:下晶片 212a:結合部 212b:結合部 300:測距裝置 301:光源部 302:受光部 303:被測定物 310:頻率 311:範圍 312:有效光成分 400:特性線 410:倍增區域 411:特性線 412:特性線 420a:電子 420b:電子 430:光子 431:發光 1000:受光元件 1001:電晶體 1001’:電晶體 1002:反相器 1003:電阻元件 1010:電晶體 1020:電晶體 1021:緩衝器電路 1022:電晶體 1023:電晶體 1030:處理電路 1031:處理電路 1032:選擇器 1040:電流源 1100:電晶體 1110:電晶體 1120:電晶體 13001:處理電路 13002:處理電路 1300n:處理電路 10001:體內資訊取得系統 10100:膠囊型內視鏡 10101:膠囊型殼體 10111:光源部 10112:攝像部 10113:圖像處理部 10114:無線通信部 10114A:天線 10115:供電部 10116:電源部 10117:控制部 10200:外部控制裝置 10200A:天線 11000:內視鏡手術系統 11100:內視鏡 11101:鏡筒 11102:相機頭 11110:手術器械 11111:氣腹管 11112:能量處置器具 11120:支持臂裝置 11131:施術者 11132:患者 11133:病床 11200:台車 11201:CCU 11202:顯示裝置 11203:光源裝置 11204:輸入裝置 11205:處置器具控制裝置 11206:氣腹裝置 11207:記錄器 11208:印表機 11400:傳送電纜 11401:透鏡單元 11402:攝像部 11403:驅動部 11404:通信部 11405:相機頭控制部 11411:通信部 11412:圖像處理部 11413:控制部 12000:車輛控制系統 12001:通信網路 12010:驅動系統控制單元 12020:車體系統控制單元 12030:車外資訊檢測單元 12031:攝像部 12040:車內資訊檢測單元 12041:駕駛者狀態檢測部 12050:整合控制單元 12051:微電腦 12052:聲音圖像輸出部 12053:車載網路I/F 12061:擴音器 12062:顯示部 12063:儀表板 12100:車輛 12101:攝像部 12102:攝像部 12103:攝像部 12104:攝像部 12105:攝像部 12111:攝像範圍 12112:攝像範圍 12113:攝像範圍 12114:攝像範圍 A:箭頭 B:箭頭 D:距離 D:箭頭 d:單位時間 E:箭頭 en:信號 GND:接地電位 Sel:信號 STBY:信號 t:時間 t0:時間 t1:時間 t10:時間 t1 1:時間 t12:時間 t13:時間 t20:時間 t21:時間 t30:時間 t3 1:時間 t3 2:時間 t33:時間 t40:時間 t41:時間 t100:時間 t101:時間 t102:時間 t103:時間 tep:時間 V:電壓 Vbd:電壓 Vca:電壓 Vctrl:控制信號 Vctrl1:控制信號 Vctrl2:控制信號 Vctrln:控制信號 VDD:電源電壓 VDD1:電源電壓 VDD2:電源電壓 Ve:過剩偏壓 Vinv:信號 -Vop:負電壓 Vpls:信號 Vref:基準電壓 Vth:閾值電壓 #0～#(N-1):組距
圖1係模式性顯示可適用於各實施形態之利用直接ToF方式之測距之圖。 圖2係顯示可適用於各實施形態之基於受光部受光之時刻之一例之直方圖的圖。 圖3係顯示使用各實施形態之測距裝置之電子機器之一例之構成的方塊圖。 圖4係更詳細顯示可適用於各實施形態之測距裝置之一例之構成的方塊圖。 圖5係顯示可適用於各實施形態之像素之基本構成例之圖。 圖6係顯示可適用於各實施形態之測距裝置之器件構成例之模式圖。 圖7係概略地顯示作為SPAD之受光元件之動作之圖。 圖8A係用以對受光元件中產生之後脈衝概略說明之圖。 圖8B係用以對受光元件中產生之後脈衝概略說明之圖。 圖8C係用以對受光元件中產生之後脈衝概略說明之圖。 圖8D係用以對受光元件中產生之後脈衝概略說明之圖。 圖9係顯示第1實施形態之像素之一例之構成之圖。 圖10係顯示第1實施形態之構成中之受光元件之陰極電壓Vca之變化例之圖。 圖11係顯示第1實施形態之第1變化例之像素之一例之構成的圖。 圖12係顯示第1實施形態之第2變化例之像素之一例之構成的圖。 圖13係顯示第1實施形態之第3變化例之像素之一例之構成的圖。 圖14係顯示可適用於第1實施形態之第3變化例之處理電路之一例之構成的方塊圖。 圖15係顯示第1實施形態之第4變化例之像素之一例之構成的圖。 圖16係顯示第1實施形態之第5變化例之像素之一例之構成的圖。 圖17係顯示第1實施形態之第6變化例之像素之一例之構成的圖。 圖18係顯示第1實施形態之第7變化例之像素之一例之構成的圖。 圖19係顯示第1實施形態之第7變化例之構成中之受光元件之陽極電壓Van之變化例之圖。 圖20係顯示第1實施形態之第8變化例之像素之各部之配置例的圖。 圖21係顯示使用用第1實施形態及其各變化例之像素之任一者之電子機器之使用例的圖。 圖22係顯示可適用本揭示之技術之使用膠囊型內視鏡之患者體內資訊取得系統之概略構成之一例的方塊圖。 圖23係顯示可適用本揭示之技術之內視鏡手術系統之概略構成之一例的圖。 圖24係顯示相機頭及CCU之功能構成之一例之方塊圖。 圖25係顯示可適用本揭示之技術之移動體控制系統之一例即車輛控制系統之概略構成例之方塊圖。 圖26係顯示攝像部之設置位置之例之圖。
10a:像素
1000:受光元件
1001:電晶體
1002:反相器
1010:電晶體
1020:電晶體
1021:緩衝器電路
GND:接地電位
STBY:信號
Vca:電壓
Vctrl:控制信號
VDD:電源電壓
Vinv:信號
-Vop:負電壓
Vpls:信號
Vref:基準電壓
Vth:閾值電壓

Claims (20)

  1. 一種受光裝置，其具備： 受光元件，其根據基於偏壓被充電成特定電位之狀態下入射之光子產生突崩倍增而電流流動，並藉由再充電電流而復原至該狀態； 檢測部，其檢測上述電流，於該電流之電流值超出閾值之情形時，使輸出信號反轉； 電流源，其對上述受光元件供給上述再充電電流；及 開關部，其根據上述檢測部之上述輸出信號，控制對上述受光元件供給上述偏壓。
  2. 如請求項1之受光裝置，其中 上述開關部於對上述受光元件供給上述偏壓之情形時，對上述受光元件供給電流值小於上述受光元件可維持上述突崩倍增之特定保持電流之電流。
  3. 如請求項2之受光裝置，其中 上述電流源對上述受光元件供給電流值為小於上述保持電流之電流值之上述再充電電流， 上述開關部於對上述受光元件供給上述偏壓之情形時，對上述受光元件供給電流值小於上述保持電流之電流。
  4. 如請求項1之受光裝置，其中 上述電流源對上述受光元件供給上述再充電電流，其之電流值為使上述檢測部之上述輸出信號根據上述受光元件產生上述突崩倍增而反轉後，至根據供給上述再充電電流進而反轉之時間，成為藉由因上述受光元件中產生上述突崩倍增而流動之電流所對應之內部發光而排出蓄積之電荷的時間以上者。
  5. 如請求項1之受光裝置，其中 上述開關部根據經由不改變輸出信號之邏輯之電路供給上述檢測部之輸出信號之信號，控制對上述受光元件供給上述偏壓。
  6. 如請求項1之受光裝置，其中 上述開關部根據經由各個不改變輸出信號之邏輯之複數個電路中選擇之電路供給上述檢測部之輸出信號之信號，控制對上述受光元件供給上述偏壓。
  7. 如請求項1之受光裝置，其進而具備： 設定部，其將上述開關部之對上述受光元件供給上述偏壓之控制設定為有效及無效之任一者。
  8. 如請求項1之受光裝置，其中 上述電流源使電流值可變地將上述再充電電流供給至上述受光元件。
  9. 如請求項1之受光裝置，其中 上述電流源與上述開關部中之上述偏壓之供給源連接於不同之電源。
  10. 如請求項1之受光裝置，其包含： 第1基板、及供該第1基板積層之第2基板，且 至少上述受光元件配置於上述第1基板， 上述檢測部、上述電流源及上述開關部中之至少一部分配置於上述第2基板。
  11. 一種測距裝置，其具備： 受光元件，其根據基於偏壓被充電成特定電位之狀態下入射之光子產生突崩倍增而電流流動，並藉由再充電電流復原至該狀態； 檢測部，其檢測上述電流，於該電流之電流值超出閾值之情形時，使輸出信號反轉； 電流源，其對上述受光元件供給上述再充電電流； 開關部，其根據上述檢測部之上述輸出信號，控制對上述受光元件供給上述偏壓； 時間計測部，其計測光源發光之發光時序至上述受光元件受光之受光時序之時間，並取得計測值； 直方圖產生部，其生成上述計測值之直方圖；及 運算部，其基於上述直方圖運算與被測定物之距離。
  12. 如請求項11之測距裝置，其中 上述開關部於對上述受光元件供給上述偏壓之情形時，對上述受光元件供給電流值小於上述受光元件可維持上述突崩倍增之特定保持電流之電流。
  13. 如請求項12之測距裝置，其中 上述電流源對上述受光元件供給電流值為小於上述保持電流之電流值之上述再充電電流， 上述開關部於對上述受光元件供給上述偏壓之情形時，對上述受光元件供給電流值小於上述保持電流之電流。
  14. 如請求項11之測距裝置，其中 上述電流源對上述受光元件供給上述再充電電流，其之電流值為使上述檢測部之上述輸出信號根據上述受光元件產生上述突崩倍增而反轉後，至根據供給上述再充電電流進而反轉之時間，成為藉由因上述受光元件中產生上述突崩倍增而流動之電流所對應之內部發光排出蓄積之電荷的時間以上者。
  15. 如請求項11之測距裝置，其中 上述開關部根據經由不改變輸出信號之邏輯之電路供給上述檢測部之輸出信號之信號，控制對上述受光元件供給上述偏壓。
  16. 如請求項11之測距裝置，其中 上述開關部根據經由各個不改變輸出信號之邏輯之複數個電路中選擇之電路供給上述檢測部之輸出信號之信號，控制對上述受光元件供給上述偏壓。
  17. 如請求項11之測距裝置， 其進而具備： 設定部，其將上述開關部之對上述受光元件供給上述偏壓的控制設定為有效及無效之任一者。
  18. 如請求項11之測距裝置，其中 上述電流源使電流值可變地將上述再充電電流供給至上述受光元件。
  19. 如請求項11之測距裝置，其中 上述電流源與上述開關部中之上述偏壓之供給源連接於不同之電源。
  20. 如請求項11之測距裝置，其包含： 第1基板、及供該第1基板積層之第2基板，且 至少上述受光元件配置於上述第1基板， 上述檢測部、上述電流源及上述開關部中之至少一部分配置於上述第2基板。
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