TW202043800A - 受光裝置及測距系統 - Google Patents

受光裝置及測距系統 Download PDF

Info

Publication number
TW202043800A
TW202043800A TW109100537A TW109100537A TW202043800A TW 202043800 A TW202043800 A TW 202043800A TW 109100537 A TW109100537 A TW 109100537A TW 109100537 A TW109100537 A TW 109100537A TW 202043800 A TW202043800 A TW 202043800A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
light
pixel
receiving device
light receiving
pixels
Prior art date
Application number
TW109100537A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI845592B (zh
Inventor
佃恭範
Original Assignee
日商索尼半導體解決方案公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日商索尼半導體解決方案公司 filed Critical 日商索尼半導體解決方案公司
Publication of TW202043800A publication Critical patent/TW202043800A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI845592B publication Critical patent/TWI845592B/zh

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/1446—Devices controlled by radiation in a repetitive configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
    • H01L31/107—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiodes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/89—Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S17/894—3D imaging with simultaneous measurement of time-of-flight at a 2D array of receiver pixels, e.g. time-of-flight cameras or flash lidar
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4811—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements common to transmitter and receiver
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4816—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of receivers alone
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/4861—Circuits for detection, sampling, integration or read-out
    • G01S7/4863—Detector arrays, e.g. charge-transfer gates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/491—Details of non-pulse systems
    • G01S7/4912—Receivers
    • G01S7/4913—Circuits for detection, sampling, integration or read-out
    • G01S7/4914—Circuits for detection, sampling, integration or read-out of detector arrays, e.g. charge-transfer gates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/497—Means for monitoring or calibrating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/1443—Devices controlled by radiation with at least one potential jump or surface barrier
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0216—Coatings
    • H01L31/02161—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/02162—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for filtering or shielding light, e.g. multicolour filters for photodetectors
    • H01L31/02164—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for filtering or shielding light, e.g. multicolour filters for photodetectors for shielding light, e.g. light blocking layers, cold shields for infrared detectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0232—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L31/02327—Optical elements or arrangements associated with the device the optical elements being integrated or being directly associated to the device, e.g. back reflectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/12—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof structurally associated with, e.g. formed in or on a common substrate with, one or more electric light sources, e.g. electroluminescent light sources, and electrically or optically coupled thereto
    • H01L31/125—Composite devices with photosensitive elements and electroluminescent elements within one single body
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/12—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof structurally associated with, e.g. formed in or on a common substrate with, one or more electric light sources, e.g. electroluminescent light sources, and electrically or optically coupled thereto
    • H01L31/16—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof structurally associated with, e.g. formed in or on a common substrate with, one or more electric light sources, e.g. electroluminescent light sources, and electrically or optically coupled thereto the semiconductor device sensitive to radiation being controlled by the light source or sources
    • H01L31/167—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof structurally associated with, e.g. formed in or on a common substrate with, one or more electric light sources, e.g. electroluminescent light sources, and electrically or optically coupled thereto the semiconductor device sensitive to radiation being controlled by the light source or sources the light sources and the devices sensitive to radiation all being semiconductor devices characterised by potential barriers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/89—Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—Coatings
    • H01L27/14623—Optical shielding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14634—Assemblies, i.e. Hybrid structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14636—Interconnect structures

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Measurement Of Optical Distance (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)

Abstract

本發明係關於一種能夠以參考用之像素正確地受光之受光裝置及測距系統。 受光裝置具備複數個像素，該複數個像素具有：受光元件，其具有受光面；及發光源，其相對於受光元件設置於與受光面為相反側。複數個像素具備：第1像素，其具有設置於受光元件與發光源之間之遮光構件；及第2像素，其在受光元件與發光源之間具有傳遞光子之導光部。本發明例如可應用於檢測至被攝體之深度方向之距離之測距系統等。

Description

受光裝置及測距系統
本發明係關於一種受光裝置及測距系統，尤其是關於一種能夠在參考用之像素確實地受光之受光裝置及測距系統。
近年來，利用ToF(Time-of-Flight，飛行時間)法進行距離計測之測距感測器備受關注。在此測距感測器中例如有將SPAD(Single Photon Avalanche Diode，單光子突崩二極體)用於像素者。在SPAD中，在施加大於崩潰電壓之電壓之狀態下，若1個光子進入高電場之PN接面區域，則產生突崩放大。藉由檢測此時之電流瞬間流動之時序，而可高精度地計測距離。
例如，在專利文獻1曾揭示在利用SPAD之測距感測器中，設置測定用之像素、及參考用之像素，利用參考用之像素計測背景光強度，使SPAD之偏壓電壓變化之技術。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2014-81254號公報
[發明所欲解決之問題]
然而，在專利文獻1之技術中，由於將背景光用於參考用之像素檢測之光，故不確實。
本發明係鑒於如上述之狀況而完成者，係設計為能夠在參考用之像素確實地受光者。 [解決問題之技術手段]
本發明之第1態樣之受光裝置具備複數個像素，該複數個像素具有：受光元件，其具有受光面；及發光源，其相對於前述受光元件設置於與前述受光面為相反側；且前述複數個像素具備：第1像素，其具有設置於前述受光元件與前述發光源之間之遮光構件；及第2像素，其在前述受光元件與前述發光源之間具有傳遞光子之導光部。
本發明之第2態樣之測距系統具備：照明裝置，其照射照射光；及受光裝置，其接收相對於前述照射光之反射光；且前述受光裝置具備複數個像素，該複數個像素具有：受光元件，其具有受光面；及發光源，其相對於前述受光元件設置於與前述受光面為相反側；並且前述複數個像素具備：第1像素，其具有設置於前述受光元件與前述發光源之間之遮光構件；及第2像素，其在前述受光元件與前述發光源之間具有傳遞光子之導光部。
在本發明之第1至第3側面中設置有複數個像素，該複數個像素具有：受光元件，其具有受光面；及發光源，其相對於前述受光元件設置於與前述受光面為相反側。前述複數個像素包含：第1像素，其具有設置於前述受光元件與前述發光源之間之遮光構件；第2像素，其在前述受光元件與前述發光源之間具有傳遞光子之導光部。
受光裝置及測距系統既可為獨立之裝置，也可為組裝入其他裝置之模組。
以下，針對用於實施本發明之形態(以下稱為實施形態)進行說明。此外，說明係按照以下之順序進行。 1.測距系統之構成例 2.受光裝置之構成例 3.像素電路之構成例 4.光源與像素陣列之俯視圖 5.像素剖視圖 6.比較例 7.像素之另一排列例 8.測距系統之使用例 9.對於移動體之應用例
＜1.測距系統之構成例＞ 圖1係顯示應用本發明之測距系統之一實施形態之構成例的方塊圖。
測距系統11例如係利用ToF法進行距離圖像之攝影之系統。此處，所謂距離圖像係指以像素單位檢測自測距系統11至被攝體之深度方向之距離而各像素之信號包含基於所檢測之距離之距離像素信號之圖像。
測距系統11具備照明裝置21及攝像裝置22。
照明裝置21具備照明控制部31及光源32。
照明控制部31在攝像裝置22之控制部42之控制下控制光源32照射光之模式。具體而言，照明控制部31依照自控制部42供給之照射信號中所含之照射碼控制光源32照射光之模式。例如，照射碼包含1(高)與0(低)之2值，照明控制部31在照射碼之值為1時使光源32點亮，在照射碼之值為0時使光源32熄滅。
光源32在照明控制部31之控制下發出特定之波長頻帶之光。光源32例如包含紅外線雷射二極體。此外，光源32之種類、及照射光之波長頻帶可與測距系統11之用途等相應地任意設定。
攝像裝置22係接收自照明裝置21照射之光(照射光)由被攝體12及被攝體13等反射之反射光之裝置。攝像裝置22具備攝像部41、控制部42、顯示部43、及記憶部44。
攝像部41具備透鏡51、及受光裝置52。
透鏡51使入射光在受光裝置52之受光面成像。此外，透鏡51之構成為任意，例如也可利用複數個透鏡群構成透鏡51。
受光裝置52例如包含將SPAD(Single Photon Avalanche Diode，單光子突崩二極體)用於各像素之感測器。受光裝置52在控制部42之控制下，接收來自被攝體12及被攝體13等之反射光，將該結果所獲得之像素信號轉換為距離資訊並輸出至控制部42。受光裝置52將儲存有計數自照明裝置21照射照射光起直至受光裝置52受光為止之時間之數位之計數值的距離圖像，作為呈列方向及行方向之矩陣狀二維配置有像素之像素陣列之各像素之像素值(距離像素信號)供給至控制部42。顯示光源32發光之時序之發光時序信號也自控制部42供給至受光裝置52。
此外，測距系統11藉由重複複數次(例如數千至數次)光源32之發光、及其反射光之受光，而攝像部41產生去除環境光及多路徑等之影響之距離圖像，並供給至控制部42。
控制部42例如由FPGA(Field Programmable Gate Array，現場可程式化閘陣列)、DSP(Digital Signal Processor，數位信號處理器)等之控制電路及處理器等構成。控制部42進行照明控制部31、及受光裝置52之控制。具體而言，控制部42對照明控制部31供給照射信號，且將發光時序信號供給至受光裝置52。光源32與照射信號相應地發出照射光。發光時序信號可為供給至照明控制部31之照射信號。又，控制部42將自攝像部41取得之距離圖像供給至顯示部43，並顯示於顯示部43。再者，控制部42使自攝像部41取得之距離圖像記憶於記憶部44。又，控制部42朝外部輸出自攝像部41取得之距離圖像。
顯示部43例如包含液晶顯示裝置及有機EL(Electro Luminescence，電致發光)顯示裝置等之面板型顯示裝置。
記憶部44可利用任意之記憶裝置或記憶媒體等構成，記憶距離圖像等。
＜2.受光裝置之構成例＞ 圖2係顯示受光裝置52之構成例之方塊圖。
受光裝置52具備：像素驅動部71、像素陣列72、MUX(多工器)73、時間計測部74、信號處理部75、及輸入輸出部76。
像素陣列72成為呈列方向及行方向之矩陣狀二維配置有檢測光子之入射並將顯示檢測結果之檢測信號作為像素信號輸出之像素81的構成。此處，所謂列方向係指水平方向之像素81之排列方向，所謂行方向係指垂直方向之像素81之排列方向。在圖2中，因紙面之限制，像素陣列72以10列12行之像素排列構成顯示，但像素陣列72之列數及行數並不限定於此，為任意。
相對於像素陣列72之矩陣狀之像素排列，就每一像素列沿水平方向配線有像素驅動線82。像素驅動線82傳送用於進行像素81之驅動之驅動信號。像素驅動部71藉由經由像素驅動線82對各像素81供給特定之驅動信號，而驅動各像素81。具體而言，像素驅動部71以與經由輸入輸出部76自外部供給之發光時序信號相配對應之特定之時序，進行將呈矩陣狀二維配置之複數個像素81之至少一部分設為有效像素、將其餘之像素81設為非有效像素之控制。有效像素係檢測光子之入射之像素，非有效像素係不檢測光子之入射之像素。毋庸置疑，可將像素陣列72之所有像素81設為有效像素。針對像素81之詳細構成於後文敘述。
此外，在圖2中，將像素驅動線82顯示為1條配線，但可由複數條配線構成。像素驅動線82之一端連接於與像素驅動部71之各像素列對應之輸出端。
MUX 73隨著像素陣列72內之有效像素與非有效像素之切換而選擇自有效像素之輸出。而後，MUX 73朝時間計測部74輸出自選擇之有效像素輸入之像素信號。
時間計測部74基於自MUX 73供給之有效像素之像素信號、及顯示光源32之發光時序之發光時序信號產生與自光源32發出光起直至有效像素接收光為止之時間對應之計數值。時間計測部74也被稱為TDC(Time to Digital Converter，時間-數位轉換器)。發光時序信號經由輸入輸出部76自外部(攝像裝置22之控制部42)供給。
信號處理部75基於重複執行特定之次數(例如數千至數萬次)之光源32之發光、及其反射光之受光，就每一像素製作直至接收反射光為止之時間(計數值)之直方圖。而且，信號處理電路75藉由檢測直方圖之峰值，而判定直至自光源32照射之光由被攝體12或被攝體13反射並返回而來為止之時間。信號處理部75產生將計數直至受光裝置52受光為止之時間之數位之計數值儲存於各像素之距離圖像，並供給至輸入輸出部76。或，又，信號處理部75可基於判定之時間與光速，進行求得距物體之距離之運算，產生將該運算結果儲存於各像素之距離圖像，並供給至輸入輸出部76。
輸入輸出部76將自信號處理部75供給之距離圖像之信號(距離圖像信號)輸出至外部(控制部42)。又，輸入輸出部76取得自控制部42供給之發光時序信號，並供給至像素驅動部71及時間計測部74。
＜3.像素電路之構成例＞ 圖3係顯示在像素陣列72中呈矩陣狀以複數個配置之像素81之電路構成例。
圖3之像素81具備SPAD 101、電晶體102、開關103、及反相器104。又，像素81也具備鎖存電路105及反相器106。電晶體102由P型MOS電晶體構成。
SPAD 101之陰極連接於電晶體102之汲極，且連接於反相器104之輸入端子、及開關103之一端。SPAD 101之陽極連接於電源電壓VA(以下，也稱為陽極電壓VA)。
SPAD 101係使在入射光入射時產生之電子突崩放大而輸出陰極電壓VS之信號之光電二極體(單光子突崩光電二極體)。對SPAD 101之陽極供給之電源電壓VA例如被設為-20 V左右之負偏壓(負的電位)。
電晶體102係在飽和區域動作之定電流源，藉由作為淬滅電阻發揮作用，而進行被動淬滅。電晶體102之源極連接於電源電壓VE，汲極連接於SPAD 101之陰極、反相器104之輸入端子、及開關103之一端。藉此，對SPAD 101之陰極也供給電源電壓VE。也可利用上拉電阻，而取代與SPAD 101串聯連接之電晶體102。
對SPAD 101，為了以充分的效率檢測檢測光(光子)，而施加較SPAD 101之崩潰電壓VBD更大之電壓(以下稱為過量偏壓(Excess Bias))。例如，若SPAD 101之崩潰電壓VBD為20 V，施加較其大3 V之電壓，則對電晶體102之源極供給之電源電壓VE被設為3 V。
此外，SPAD 101之崩潰電壓VBD根據溫度等大幅度變化。因而，與崩潰電壓VBD之變化相應地，控制(調整)對SPAD 101施加之施加電壓。例如，若將電源電壓VE設為固定電壓，則陽極電壓VA受控制(調整)。
開關103之兩端之一端連接於SPAD 101之陰極、反相器104之輸入端子、及電晶體102之汲極。另一端連接於與接地(GND)連接之接地連接線107。開關103例如可由N型MOS電晶體構成，使鎖存電路105之輸出即閘控控制信號VG與由反相器106反轉之閘控反轉信號VG_I相應地導通關斷。
鎖存電路105基於自像素驅動部71供給之觸發信號SET、及位址資料DEC，對反相器106供給將像素81控制為有效像素或非有效像素之任一者之閘控控制信號VG。反相器106產生使閘控控制信號VG反轉之閘控反轉信號VG_I，並供給至開關103。
觸發信號SET係顯示切換閘控控制信號VG之時序之時序信號，位址資料DEC係顯示像素陣列72內之呈矩陣狀配置之複數個像素81中之設定為有效像素之像素之位址的資料。觸發信號SET與位址資料DEC經由像素驅動線82自像素驅動部71供給。
鎖存電路105以觸發信號SET顯示之特定之時序讀入位址資料DEC。而且，鎖存電路105當在位址資料DEC顯示之像素位址中包含本身(之像素81)之像素位址時，輸出用於將本身之像素81設定為有效像素之Hi(1)之閘控控制信號VG。另一方面，當在位址資料DEC顯示之像素位址中不包含本身(之像素81)之像素位址時，輸出用於將本身之像素81設定為非有效像素之Lo(0)之閘控控制信號VG。藉此，在將像素81設為有效像素之情形下，對開關103供給由反相器106反轉之Lo(0)之閘控反轉信號VG_I。另一方面，在將像素81設為非有效像素之情形下，對開關103供給Hi(1)之閘控反轉信號VG_I。因而，開關103在將像素81設定為有效像素時關斷(被設為非連接)，在設定為非有效像素時被導通(被連接)。
反相器104在作為輸入信號之陰極電壓VS為Lo時，輸出Hi之檢測信號PFout，在陰極電壓VS為Hi時，輸出Lo之檢測信號PFout。反相器104係將光子朝SPAD 101之入射作為檢測信號PFout輸出之輸出部。
其次，參照圖4，針對將像素81設定為有效像素時之動作進行說明。
圖4係顯示與光子之入射相應之SPAD 101之陰極電壓VS之變化與檢測信號PFout之圖。
首先，在像素81為有效像素之情形下，如上述般，開關103被設定為關斷。
由於對SPAD 101之陰極供給電源電壓VE(例如3 V)，對陽極供給電源電壓VA(例如-20 V)，故藉由對SPAD 101施加大於崩潰電壓VBD(=20V)之反向電壓，而將SPAD 101設定為蓋革模式。在此狀態下，SPAD 101之陰極電壓VS如例如圖4之時刻t0般與電源電壓VE相同。
若光子入射至設定為蓋革模式之SPAD 101，則產生突崩倍增，在SPAD 101流動電流。
若在圖4之時刻t1，產生突崩倍增，在SPAD 101流動電流，則在時刻t1以後，藉由在SPAD 101流動電流，而在電晶體102也流動電流，因電晶體102之電阻成分而產生壓降。
由於在時刻t2，若SPAD 101之陰極電壓VS低於0 V，則SPAD 101之陽極、陰極間電壓成為低於崩潰電壓VBD之狀態，故突崩放大停止。此處，以下之動作係淬滅動作，即：藉由因突崩放大而產生之電流在電晶體102流動而產生壓降，伴隨著產生之壓降而陰極電壓VS成為低於崩潰電壓VBD之狀態，藉此使突崩放大停止。
若突崩放大停止則在電晶體102之電阻流動之電流逐漸減少，在時刻t4，陰極電壓VS再次返回至原本之電源電壓VE，成為可檢測下一新的光子之狀態(再充電動作)。
反相器104在輸入電壓即陰極電壓VS為特定之臨限值電壓Vth以上時，輸出Lo之檢測信號PFout，在陰極電壓VS未達特定之臨限值電壓Vth時，輸出Hi之檢測信號PFout。因而，若光子入射至SPAD 101，產生突崩倍增從而陰極電壓VS降低，且低於臨限值電壓Vth，則檢測信號PFout自低位準反轉為高位準。另一方面，若SPAD 101之突崩倍增收斂，陰極電壓VS上升，且成為臨限值電壓Vth以上，則檢測信號PFout自高位準反轉為低位準。
此外，在將像素81設為非有效像素之情形下，對開關103供給Hi(1)之閘控反轉信號VG_I，將開關103導通。當開關103導通，SPAD 101之陰極電壓VS成為0 V。其結果為，由於SPAD 101之陽極、陰極間電壓為崩潰電壓VBD以下，故成為即便光子進入SPAD 101亦不發生反應之狀態。
＜4.光源與像素陣列之俯視圖＞ 圖5之A顯示光源32之俯視圖。
光源32由矩陣狀配置複數個發光部121而構成。發光部121例如由垂直共振腔表面發光雷射(VCSEL：Vertical Cavity Surface Emitting LASER)構成。照明控制部31可依照自控制部42供給之照射信號中所含之照射碼，使矩陣狀排列之發光部121個別地點亮及熄滅。
圖5之B顯示像素陣列72之俯視圖。
像素陣列72如上述般，係將像素81矩陣狀二維配置而構成，但各像素81在功能上被分類為像素81M、像素81R、或像素81D之任一者。
像素81M係接收由被攝體12及被攝體13等將自光源32(之發光部121)照射之光予以反射之反射光之像素，且係測定與被攝體之距離之測定用(測距用)之像素。
像素81R係用於確認對SPAD 101之適切之施加電壓、或修正距離資料之參考用之像素。
像素81D係用於將測定用之像素81M與參考用之像素81R分離之虛設像素。虛設用之像素81D例如可由與測定用之像素81M相同之像素構造而構成，為僅在不被驅動之方面不同之像素。或，又，可利用與測定用之像素81M相同之像素構造而構成，作為內部電壓監視器用而驅動。
若於矩陣狀排列有複數個測定用之像素81M之測定用之像素81M與參考用之像素81R之間配置虛設用之像素81D，則像素81M、像素81R、及像素81D之個數無特別限定。測定用之像素81M可以N1×N2(N1、N2為1以上之整數)排列，參考用之像素81R可以M1×M2(M1、M2為1以上之整數)排列，虛設用之像素81D可以L1×L2(L1、L2為1以上之整數)排列。
又，在圖5之例中，參考用之複數個像素81R並排地配置，但可行的是，參考用之像素81R在虛設用之像素81D中獨立地配置，在像素81R與其他之像素81R之間配置虛設用之像素81D。
＜5.像素剖視圖＞ 圖6之A顯示測定用之像素81M之剖視圖。
像素81M係貼合第1基板201與第2基板202而構成。第1基板201具有由矽等構成之半導體基板211、及配線層212。以下，將配線層212為易於與後述之第2基板202側之配線層312進行區別，而稱為感測器側配線層212。第2基板202側之配線層312稱為邏輯側配線層312。相對於半導體基板211，形成有感測器側配線層212之面為表面，圖中，未形成成為上側之感測器側配線層212之背面為供反射光入射之受光面。
半導體基板211之像素區域包含：N井221、P型擴散層222、N型擴散層223、電洞蓄積層224、及高濃度P型擴散層225。而且，藉由形成於P型擴散層222與N型擴散層223連接之區域之空乏層，而形成突崩倍增區域257。
N井221係藉由將半導體基板211之雜質濃度控制為n型而形成，形成像素81M之將因光電轉換而產生之電子朝突崩倍增區域257傳送之電場。在N井221之中央部，以與P型擴散層222相接之方式形成較N井221為高濃度之N型區域258，而形成如在N井221中產生之載子(電子)容易自周圍朝向中央漂移之電位之梯度。此外，可形成將半導體基板211之雜質濃度控制為p型之P井，而取代N井221。
P型擴散層222係在平面方向上以遍及像素區域之大致全面之方式形成之緻密之P型之擴散層(P+)。N型擴散層223係在半導體基板211之表面附近，且與P型擴散層222同樣地以遍及像素區域之大致全面之方式形成之緻密之N型之擴散層(N+)。N型擴散層223係與作為用於供給用於形成突崩倍增區域257之負電壓之陰極電極之接觸電極281連接之接觸層，其一部分成為如形成至半導體基板211之表面之接觸電極281之凸形狀。
電洞蓄積層224係以包圍N井221之側面及底面之方式形成之P型之擴散層(P)，蓄積電洞。又，電洞蓄積層224與高濃度P型擴散層225連接，且高濃度P型擴散層225與作為SPAD 101之陽極電極之接觸電極282電性連接。
高濃度P型擴散層225係在半導體基板211之表面附近以包圍N井221之外周之方式形成之緻密之P型之擴散層(P++)，構成用於將電洞蓄積層224與SPAD 101之接觸電極282電性連接之接觸層。
在半導體基板211之與相鄰像素之邊界即像素邊界部形成有將像素間分離之像素分離部259。像素分離部259例如既可由絕緣層構成，也可為利用SiO2等之絕緣層覆蓋鎢等之金屬層之外側(N井221側)之雙重構造。
在感測器側配線層212形成有接觸電極281及282、金屬配線283及284、接觸電極285及286、以及金屬配線287及288。
接觸電極281連接N型擴散層223與金屬配線283，接觸電極282連接高濃度P型擴散層225與金屬配線284。
金屬配線283在平面區域中以至少覆蓋突崩倍增區域257之方式寬於突崩倍增區域257而形成。又，金屬配線283可為使透過半導體基板211之像素區域之光反射至半導體基板211側之構造。
金屬配線284在平面區域內以包圍金屬配線283之外周之方式形成為與高濃度P型擴散層225重合。
接觸電極285連接金屬配線283與金屬配線287，接觸電極286連接金屬配線284與金屬配線288。
另一方面，第2基板202具有：由矽等構成之半導體基板311、及配線層312(邏輯側配線層312)。
圖中，在成為上側之半導體基板311之表面側形成有複數個MOS電晶體Tr(Tr1、Tr2等)，且形成有邏輯側配線層312。
邏輯側配線層312具有：金屬配線331及332、金屬配線333及334、以及接觸電極335及336。
金屬配線331藉由感測器側配線層212之金屬配線287與Cu-Cu等之金屬接合而電性及物理連接。金屬配線332藉由感測器側配線層212之金屬配線288與Cu-Cu等之金屬接合而電性及物理連接。
接觸電極335連接金屬配線331與金屬配線333，接觸電極336連接金屬配線332與金屬配線334。
邏輯側配線層312在金屬配線333及334之層與半導體基板311之間更具有複數層金屬配線341。
在第2基板202，藉由形成於半導體基板311之複數個MOS電晶體Tr、及複數層金屬配線341，而形成與像素驅動部71、MUX 73、時間計測部74、信號處理部75等對應之邏輯電路。
例如，經由形成於第2基板202之邏輯電路對N型擴散層223施加之電源電壓VE經由金屬配線333、接觸電極335、金屬配線331及287、接觸電極285、金屬配線283、以及接觸電極281供給至N型擴散層223。又，電源電壓VA經由金屬配線334、接觸電極336、金屬配線332及288、接觸電極286、金屬配線284、以及接觸電極282供給至高濃度P型擴散層225。此外，在形成將半導體基板211之雜質濃度控制為p型之P井，而取代N井221之情形下，對N型擴散層223施加之電壓成為電源電壓VA，對高濃度P型擴散層225施加之電壓成為電源電壓VE。
測定用之像素81M之剖面構造如以上般構成，作為受光元件之SPAD 101包含：半導體基板211之N井221、P型擴散層222、N型擴散層223、電洞蓄積層224、及高濃度P型擴散層225，電洞蓄積層224與作為陽極電極之接觸電極282連接，N型擴散層223與作為陰極電極之接觸電極281連接。
在像素81M之平面方向之全區域之第1基板201之半導體基板211與第2基板202之半導體基板311之間配置作為遮光構件之金屬配線283、284、287、288、331至334、或341之至少1層。藉此，在存在因第2基板202之半導體基板311之MOS電晶體Tr之熱載子所致之發光之情形下亦然，該光構成為不到達光電轉換區域即半導體基板211之N井221及N型區域258。
在像素81M中，作為受光元件之SPAD 101具有包含N井221及電洞蓄積層224之平面之受光面，進行熱載子發光之發光源即MOS電晶體Tr設置於與SPAD 101之受光面為相反側。而且，在作為受光元件之SPAD 101與發光源即MOS電晶體Tr之間具有作為遮光構件之金屬配線283及金屬配線341，因熱載子所致之發光構成為不到達光電轉換區域即半導體基板211之N井221及N型區域258。
虛設用之像素81D之像素構造也利用與測定用之像素81M相同之構造而形成。
圖6之B顯示參考用之像素81R之剖視圖。
在圖6之B中，針對與圖6之A對應之部分賦予同一符號，且適宜地省略該部分之說明。
在圖6之B所示之參考用之像素81R之剖面構造中，與圖6之A所示之測定用之像素81M不同之方面為在作為受光元件之SPAD 101與進行熱載子發光之發光源即MOS電晶體Tr之間設置有傳遞因熱載子發光所致之光(光子)之導光部361之方面。
亦即，在像素81R之第1基板201之半導體基板211與第2基板202之半導體基板311之間之平面方向之全區域中之一部分之區域設置未形成對光予以遮光之金屬配線283、284、287、288、331至334、及341之任一者之區域，在金屬配線之積層方向形成傳遞光之導光部361。
藉此，若在就平面方向之位置於至少一部分與導光部361重合之位置形成之MOS電晶體Tr1中產生熱載子發光，則像素81R之SPAD 101可接收因通過導光部361而來之熱載子發光所致之光，且輸出檢測信號(像素信號)。此外，即便如上述般所有之金屬配線283、341等未被完全開口，只要導光部361開口為光通過之程度即可。
又，在像素81R之受光面側即電洞蓄積層224之上表面，以覆蓋電洞蓄積層224之受光面之方式形成有遮光構件(遮光層)362。遮光構件362將自受光面側入射之環境光等遮斷。此外，如上述般，由於藉由直方圖之生成處理，可去除環境光等之影響，故遮光構件362並非必需，而可省略。
發出在導光部361中傳遞且到達像素81R之光電轉換區域之光之MOS電晶體Tr1作為發光源既可為設置有在測定用之像素81M中不存在之電路元件之MOS電晶體，也可為在測定用之像素81M中亦形成之MOS電晶體。
因而，在將MOS電晶體Tr1作為發光源特別設置於參考用之像素81R之情形下，形成於第2基板202之像素區域內之電路在參考用之像素81及測定用之像素81M中不同。該情形下，作為發光源特別設置之MOS電晶體Tr1例如相當於控制發光源之電路。
使作為發光源特別設置之MOS電晶體Tr1發光之發光時序例如可採用與光源32之發光部121照射光之時序相同之時序。該情形下，例如，藉由將參考用之像素81R接收發光源(MOS電晶體Tr1)之光之時序設為零距離之基準，而可修正根據測定用之像素81M受光之時序算出之距離。亦即，參考用之像素81R可用於距離資料之修正。
又，例如，參考用之像素81R可用於確認對SPAD 101之施加電壓之適切性。該情形下，在像素81R中，使作為發光源特別設置之MOS電晶體Tr1發光，確認淬滅動作時之SPAD 101之陰極電壓VS、亦即圖4之時刻t2時之陰極電壓VS，可用於調整陽極電壓VA。
另一方面，在作為發光源之MOS電晶體Tr1為在測定用之像素81M中亦形成之MOS電晶體之情形下，形成於第2基板202之像素區域內之電路可在參考用之像素81與測定用之像素81M設為相同。
此外，參考用之像素81R之發光源並不限定於MOS電晶體，可為二極體或電阻元件等其他之電路元件。
又，受光裝置52如上述般利用將第1基板201與第2基板202貼合之積層構造而構成，但既可利用1片基板(半導體基板)構成，也可利用3片以上之積層構造而構成。再者，雖然採用將第1基板201之與形成有感測器側配線層212之表面為相反之背面側設為受光面之背面型受光感測器構造，但可採用表面型受光感測器構造。
＜6.比較例＞ 圖7顯示作為將測距系統11之光源32與像素陣列72之構造進行比較之比較例之另一測距系統的光源與像素陣列之構成例。
圖7之光源401具備：呈矩陣狀以複數個配置之發光部411M、及複數個發光部411R。發光部411M及發光部411R與光源32之發光部121同樣地由例如垂直共振器面發光雷射(VCSEL)構成。
與圖5所示之測距系統11之光源32之構成進行比較，發光部411M對應於發光部121，光源401為除發光部121以外，更具備發光部411R之構成。發光部411R係為了朝像素陣列402之參考用之像素412R照射而設置之參考用之發光部411。
圖7之像素陣列402之測定用之像素412M、參考用之像素412R、及虛設用之像素412D以與圖5之像素陣列72同樣之配置排列。惟，像素412M、像素412R、及像素412D之像素構造均與圖6之A所示之測定用之像素81M之構造相同地構成。
亦即，參考用之像素412R與測定用之像素412M同樣地，採用下述構成，即：在SPAD 101與發光源即MOS電晶體Tr之間具有以因熱載子所致之發光不到達光電轉換區域之方式進行遮斷之遮光構件，自受光面側接收自參考用之發光部411R照射之光。
在此構成中，與圖5所示之測距系統11進行比較，由於必須追加用於參考用之像素412R之發光部411R，故需要發光部411R之安裝面積，且由於驅動發光部411R之電力增加，故消耗電力亦增加。又，必須調整光軸以使自發光部411R照射之光由參考用之像素412R接收，而光軸偏移性差。
相對於此，根據測距系統11之光源32與像素陣列72之構造，由於無需用於參考用之像素412R之發光部411R，故不僅引起電力削減，也無須調整光軸偏移。而且，由於在參考用之像素81R之像素區域內、具體而言在與SPAD 101之受光面為相反側設置有發光源，且設置有傳遞光之導光部361，可正確地受光。
＜7.像素之另一排列例＞ 圖8係顯示像素陣列72之像素之另一排列例之剖視圖。
在圖8之剖視圖中，雖然針對與圖6對應之部分賦予同一符號，但將圖6所示之構造進一步簡略化而顯示，且省略符號之一部分。
在圖5所示之像素陣列72之排列例中，參考用之像素81R在與測定用之像素81M之分開之像素列或像素行中隔著虛設用之像素81D而配置，但參考用之像素81R與測定用之像素81M可配置於同一像素列或像素行中。
圖8之剖視圖顯示在1個像素列或像素行中配置之像素81之剖視圖。
如圖8所示，參考用之像素81R與測定用之像素81M可配置於同一像素列或像素行中。該情形下亦然，較理想為配置為在參考用之像素81R與測定用之像素81M之間隔著虛設用之像素81D。藉此，即便在來自參考用之像素81R之發光源即MOS電晶體Tr之光漏入相鄰之像素81之情形下，亦可抑制對測定用之像素81M之影響。此外，可省略參考用之像素81R與測定用之像素81M之間之虛設用之像素81D。
＜8.測距系統之使用例＞ 本發明並非係限定於對測距系統之應用者。亦即，本發明可對於例如智慧型手機、平板型終端、行動手機、個人電腦、遊戲機、電視接收機、可佩戴式終端、數位靜態相機、數位視訊攝影機等之所有電子機器應用。上述之攝像部41既可為將透鏡51及受光裝置52彙總封裝之模組狀之形態，也可將透鏡51與受光裝置52不同地構成，且僅將受光裝置52構成為單晶片。
圖9係顯示上述之測距系統11或受光裝置52之使用例之圖。
上述之測距系統11例如可使用於如下述之感測可見光或紅外光、紫外光、X射線等光之各種情形。
•數位相機或附帶相機功能之可攜式機器等之拍攝供鑒賞用之圖像之裝置 •用於自動停止等之安全駕駛、或駕駛者狀態之識別等而拍攝汽車之前方或後方、周圍、車內等之車載用感測器，監視行走車輛或道路之監視相機，進行車輛之間等之測距之測距感測器等之供交通用之裝置 •為了拍攝使用者之手勢且進行依照該手勢之機器操作而供TV或冰箱、空氣調節機等之家電用之裝置 •內視鏡或利用紅外光之受光進行血管攝影之裝置等之供醫療或健康照護用之裝置 •防止犯罪用之監視相機或人物認證用之相機等之供保全用之裝置 •拍攝肌膚之肌膚測定器或拍攝頭皮之顯微鏡等之供美容用之裝置 •針對體育運動用途等之動作相機或可佩戴相機等之供體育運動用之裝置 •用於監視田地或作物之狀態之相機等之供農業用之裝置
＜9.對於移動體之應用例＞ 本發明之技術(本發明)可對於各種產品應用。例如，本發明之技術可實現為搭載於汽車、電動汽車、油電混合汽車、機車、自行車、個人移動性裝置、飛機、無人機、船舶、機器人等任一種類之移動體之裝置。
圖10係顯示作為可應用本發明之技術之移動體控制系統之一例之車輛控制系統之概略構成例的方塊圖。
車輛控制系統12000具備經由通訊網路12001連接之複數個電子控制單元。在圖10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、及綜合控制單元12050。又，作為綜合控制單元12050之功能構成，圖示有微電腦12051、聲音圖像輸出部12052、及車載網路I/F(interface，介面)12053。
驅動系統控制單元12010依照各種程式控制與車輛之驅動系統相關聯之裝置之動作。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於產生車輛之驅動力之驅動力產生裝置、用於將驅動力朝車輪傳遞之驅動力傳遞機構、調節車輛之舵角之轉向機構、及產生車輛之制動力之制動裝置等的控制裝置而發揮功能。
車體系統控制單元12020依照各種程式控制裝備於車體之各種裝置之動作。例如，車體系統控制單元12020作為無鑰匙進入系統、智慧型鑰匙系統、電動車窗裝置、或前照燈、尾燈、煞車燈、方向燈或霧燈等各種燈之控制裝置發揮功能。該情形下，可對車體系統控制單元12020輸入自代替鑰匙之可攜式機發出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，而控制車輛之門鎖裝置、電動車窗裝置、燈等。
車外資訊檢測單元12030檢測搭載車輛控制系統12000之車輛外部之資訊。例如，於車外資訊檢測單元12030連接有攝像部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可基於接收到之圖像，進行人、車、障礙物、標識或路面上之文字等之物體檢測處理或距離檢測處理。
攝像部12031係接收光且輸出與該光之受光量相應之電信號之光感測器。攝像部12031可將電信號作為圖像輸出，也可作為測距之資訊而輸出。又，攝像部12031所接收之光可為可見光，也可為紅外線等之非可見光。
車內資訊檢測單元12040檢測車內之資訊。於車內資訊檢測單元12040連接有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基於自駕駛者狀態檢測部12041輸入之檢測資訊，可算出駕駛者之疲勞度或注意力集中度，亦可判別駕駛者是否打瞌睡。
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取得之車內外之資訊，運算驅動力產生裝置、轉向機構或制動裝置之控制目標值，且對驅動系統控制單元12010輸出控制指令。例如，微電腦12051可進行以實現包含車輛之避免碰撞或緩和衝擊、基於車距之追隨行駛、車速維持行駛、車輛之碰撞警告、或車輛之車道偏離警告等的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藉由基於由車外資訊檢測單元12030或車內資訊檢測單元12040取得之車輛之周圍之資訊而控制驅動力產生裝置、轉向機構或制動裝置等，而可進行以不依賴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。
又，微電腦12051可基於由車外資訊檢測單元12030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可進行根據由車外資訊檢測單元12030檢測出之前方車或對向車之位置而控制前照燈、而將遠光切換為近光等之以謀求防眩為目的之協調控制。
聲音圖像輸出部12052朝可針對車輛之乘客或車外以視覺性或聽覺性通知資訊之輸出裝置，發送聲音及圖像中至少一者之輸出信號。在圖10之例中，例示有音訊揚聲器12061、顯示部12062及儀表板12063作為輸出裝置。顯示部12062例如可包含車載顯示器及抬頭顯示器之至少一者。
圖11係顯示攝像部12031之設置位置之例之圖。
在圖11中，車輛12100具有攝像部12101、12102、12103、12104、12105作為攝像部12031。
攝像部12101、12102、12103、12104、12105設置於例如車輛12100之前車鼻、後照鏡、後保險桿、尾門及車廂內之擋風玻璃之上部等之位置。前車鼻所具備之攝像部12101及車廂內之擋風玻璃之上部所具備之攝像部12105主要取得車輛12100之前方之圖像。後照鏡所具備之攝像部12102、12103主要取得車輛12100之側方之圖像。後保險桿或尾門所具備之攝像部12104主要取得車輛12100之後方之圖像。由攝像部12101及12105取得之前方之圖像主要用於前方車輛或行人、障礙物、號誌燈、交通標誌或車道線等之檢測。
此外，在圖11中，顯示攝像部12101至12104之攝影範圍之一例。攝像範圍12111表示設置於前車鼻之攝像部12101之攝像範圍，攝像範圍12112、12113表示分別設置於後照鏡之攝像部12102、12103之攝像範圍，攝像範圍12114表示設置於後保險桿或尾門之攝像部12104之攝像範圍。例如，藉由重疊由攝像部12101至12104拍攝之圖像資料，可獲得自上方觀察車輛12100之俯瞰圖像。
攝像部12101至12104之至少1個可具有取得距離資訊之功能。例如，攝像部12101至12104之至少一個既可為包含複數個攝像元件之立體攝影機，也可為具有相位差檢測用之像素之攝像元件。
例如，微電腦12051藉由基於根據攝像部12101至12104取得之距離資訊，求得與攝像範圍12111至12114內之各立體物相隔之距離、及該距離之時間性變化(對於車輛12100之相對速度)，而在尤其將位於車輛12100之行進路上最近之立體物、且為在與車輛12100大致相同之方向以特定之速度(例如，0 km/h以上)行駛之立體物擷取作為前方車。進而，微電腦12051可設定針對前方車於近前應預先確保之車距，進行自動煞車控制(亦包含停止追隨控制)、自動加速控制(亦包含追隨起步控制)等。如此般可進行以不受限於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可基於自攝像部12101至12104取得之距離資訊，將與立體物相關之立體物資料分類為機車、普通車輛、大型車輛、行人、電線桿等其他之立體物而加以擷取，用於自動迴避障礙物。例如，微電腦12051可將車輛12100之周邊之障礙物辨識為車輛12100之駕駛員可視認之障礙物及難以視認之障礙物。而且，微電腦12051判斷顯示與各障礙物碰撞之危險度之碰撞風險，當遇到碰撞風險為設定值以上而有可能發生碰撞之狀況時，藉由經由音訊揚聲器12061或顯示部12062對駕駛員輸出警報，或經由驅動系統控制單元12010進行強制減速或迴避操舵，而可進行用於避免碰撞之駕駛支援。
攝像部12101至12104之至少1個可為檢測紅外線之紅外線相機。例如，微電腦12051可藉由判定在攝像部12101至12104之攝像圖像中是否有行人而辨識行人。如此之行人之辨識藉由例如提取作為紅外線相機之攝像部12101至12104之攝像圖像之特徵點之程序、針對表示物體之輪廓之一系列特徵點進行圖案匹配處理而判別是否為行人之程序而進行。微電腦12051當判定出在攝像部12101至12104之攝像圖像中存在行人，且辨識為行人時，聲音圖像輸出部12052以針對該被辨識出之行人重疊顯示用於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亦可以將顯示行人之圖標等顯示於所期望之位置之方式控制顯示部12062。
以上，針對可應用本發明之技術之車輛控制系統之一例進行了說明。本發明之技術可應用於以上所說明之構成中之攝像部12031等。具體而言，例如，圖1之測距系統11可應用於攝像部12031。攝像部12031為例如LIDAR，用於車輛12100之周圍之物體及距物體之距離之檢測。藉由在攝像部12031應用本發明之技術，而提高車輛12100之周圍之物體及距物體之距離之檢測精度。其結果為，例如，可以適切之時序進行車輛之碰撞警告，而可防止交通事故。
此外，在本說明書中，所謂系統係意味著複數個構成要素(裝置、模組(零件)等)之集合，所有構成要素不限制於是否位於同一殼體中。因而，被收納於另一個殼體而經由網際網路連接之複數個裝置、及在1個殼體中收納有複數個模組之1個裝置均為系統。
又，本發明之實施形態並非係限定於上述之實施形態者，在不脫離本發明之要旨之範圍內可進行各種變更。
此外，本說明書所記載之效果終極而言僅為例示而並非限定性效果，亦可具有本說明書所記載之效果以外之效果。
此外，本發明可採用以下之構成。 (1) 一種受光裝置，其具備複數個像素，該複數個像素具有： 受光元件，其具有受光面；及 發光源，其相對於前述受光元件設置於與前述受光面為相反側；且 前述複數個像素具備： 第1像素，其具有設置於前述受光元件與前述發光源之間之遮光構件；及 第2像素，其在前述受光元件與前述發光源之間具有傳遞光子之導光部。 (2) 如前述(1)之受光裝置，其中前述第2像素更具備覆蓋前述受光元件之受光面之遮光構件。 (3) 如前述(1)或(2)之受光裝置，其中前述第2像素之前述發光源以與照射供前述第1像素之前述受光元件接收之反射光之照射時序相同之時序發光。 (4) 如前述(1)至(3)中任一項之受光裝置，其貼合包含第1基板與第2基板之2片以上而構成；且 前述受光元件形成於前述第1基板； 前述發光源形成於前述第2基板。 (5) 如前述(4)之受光裝置，其中前述第2基板之像素區域內之電路在前述第1像素與前述第2像素間不同。 (6) 如前述(5)之受光裝置，其中在前述第1像素與前述第2像素間不同之電路係控制形成於前述第2像素之前述發光源之電路。 (7) 如前述(4)之受光裝置，其中前述第2基板之像素區域內之電路在前述第1像素與前述第2像素間相同。 (8) 如前述(1)至(7)中任一項之受光裝置，其中前述受光元件為SPAD。 (9) 如前述(8)之受光裝置，其中前述像素之信號用於測距、距離資料之修正、或前述SPAD之施加電壓之適切確認之任一者。 (10) 如前述(9)之受光裝置，其中在前述SPAD之施加電壓之適切確認中，計測對前述第2像素之前述SPAD之施加電壓。 (11) 如前述(10)之受光裝置，其中基於所計測之前述SPAD之施加電壓，控制前述SPAD之陽極電壓。 (12) 如前述(1)至(11)中任一項之受光裝置，其中在平面方向上於前述第1像素與前述第2像素之間更具備不用於測距之第3像素。 (13) 如前述(12)之受光裝置，其中前述第3像素係不被驅動之像素。 (14) 如前述(12)之受光裝置，其中前述第3像素係作為內部電壓監視器用而驅動之像素。 (15) 如前述(1)至(14)中任一項之受光裝置，其中前述第1像素以N1×N2(N1、N2為1以上之整數)排列。 (16) 如前述(1)至(15)中任一項之受光裝置，其中前述第2像素以M1×M2(M1、M2為1以上之整數)排列。 (17) 如前述(1)至(16)中任一項之受光裝置，其中前述發光源由電晶體、二極體、或電阻元件之任一者構成。 (18) 一種測距系統，其具備： 照明裝置，其照射照射光；及 受光裝置，其接收相對於前述照射光之反射光；且 前述受光裝置具備複數個像素，該複數個像素具有： 受光元件，其具有受光面；及 發光源，其相對於前述受光元件設置於與前述受光面為相反側；並且 前述複數個像素具備： 第1像素，其具有設置於前述受光元件與前述發光源之間之遮光構件；及 第2像素，其在前述受光元件與前述發光源之間具有傳遞光子之導光部。
11:測距系統 12:被攝體 13:被攝體 21:照明裝置 22:攝像裝置 31:照明控制部 32:光源 41:攝像部 42:控制部 43:顯示部 44:記憶部 51:透鏡 52:受光裝置 71:像素驅動部 72:像素陣列 73:MUX(多工器) 74:時間計測部 75:信號處理部 76:輸入輸出部 81:像素 81D:像素/虛設用之像素 81M:像素/測定用之像素 81R:像素/參考用之像素 82:像素驅動線 101:SPAD 102:電晶體 103:開關 104:反相器 105:鎖存電路 106:反相器 107:接地連接線 121:發光部 201:第1基板 202:第2基板 211:半導體基板 212:配線層 221:N井 222:P型擴散層 223:N型擴散層 224:電洞蓄積層 225:P型擴散層 257:突崩倍增區域 258:N型區域 259:像素分離部 281:接觸電極 282:接觸電極 283:金屬配線 284:金屬配線 285:接觸電極 286:接觸電極 287:金屬配線 288:金屬配線 311:半導體基板 312:配線層/邏輯側配線層 331:金屬配線 332:金屬配線 333:金屬配線 334:金屬配線 335:接觸電極 336:接觸電極 341:金屬配線 361:導光部 362:遮光構件(遮光層) 401:光源 402:像素陣列 411M:發光部 411R:發光部 412D:像素 412M:像素 412R:像素 12000:車輛控制系統 12001:通訊網路 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:綜合控制單元 12051:微電腦 12052:聲音圖像輸出部 12053:車載網路I/F 12061:音訊揚聲器 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 DEC:位址資料 GND:接地 PFout:檢測信號 SET:觸發信號 Tr:MOS電晶體 Tr1:MOS電晶體 Tr2:MOS電晶體 t0~t4:時刻 VA:電源電壓/陽極電壓 VBD:崩潰電壓 VE:電源電壓 VG:閘控控制信號 VS:陰極電壓 Vth:臨限值電壓
圖1係顯示應用本發明之測距系統之一實施形態之構成例的方塊圖。 圖2係顯示圖1之受光裝置之構成例之方塊圖。 圖3係顯示像素之電路構成例之圖。 圖4係說明圖3之像素之動作之圖。 圖5A、圖5B係光源與像素陣列之俯視圖。 圖6A、圖6B係像素之剖視圖。 圖7係顯示作為比較例之另一測距系統之光源與像素陣列之構成例之圖。 圖8係顯示像素之另一排列例之剖視圖。 圖9係說明測距系統之使用例之圖。 圖10係顯示車輛控制系統之概略構成之一例之方塊圖。 圖11係顯示車外資訊檢測部及攝像部之設置位置之一例之說明圖。
81M:像素/測定用之像素
81R:像素/參考用之像素
201:第1基板
202:第2基板
211:半導體基板
212:配線層
221:N井
222:P型擴散層
223:N型擴散層
224:電洞蓄積層
225:P型擴散層
257:突崩倍增區域
258:N型區域
259:像素分離部
281:接觸電極
282:接觸電極
283:金屬配線
284:金屬配線
285:接觸電極
286:接觸電極
287:金屬配線
288:金屬配線
311:半導體基板
312:配線層/邏輯側配線層
331:金屬配線
332:金屬配線
333:金屬配線
334:金屬配線
335:接觸電極
336:接觸電極
341:金屬配線
361:導光部
362:遮光構件(遮光層)
Tr1:MOS電晶體
Tr2:MOS電晶體

Claims (18)

  1. 一種受光裝置，其具備複數個像素，該複數個像素具有： 受光元件，其具有受光面；及 發光源，其相對於前述受光元件設置於與前述受光面為相反側；且 前述複數個像素具備： 第1像素，其具有設置於前述受光元件與前述發光源之間之遮光構件；及 第2像素，其在前述受光元件與前述發光源之間具有傳遞光子之導光部。
  2. 如請求項1之受光裝置，其中前述第2像素更具備覆蓋前述受光元件之受光面之遮光構件。
  3. 如請求項1之受光裝置，其中前述第2像素之前述發光源以與照射供前述第1像素之前述受光元件接收之反射光之照射時序相同之時序發光。
  4. 如請求項1之受光裝置，其貼合包含第1基板與第2基板之2片以上之基板而構成；且 前述受光元件形成於前述第1基板； 前述發光源形成於前述第2基板。
  5. 如請求項4之受光裝置，其中前述第2基板之像素區域內之電路在前述第1像素與前述第2像素間不同。
  6. 如請求項5之受光裝置，其中在前述第1像素與前述第2像素間不同之電路係控制形成於前述第2像素之前述發光源之電路。
  7. 如請求項4之受光裝置，其中前述第2基板之像素區域內之電路在前述第1像素與前述第2像素間相同。
  8. 如請求項1之受光裝置，其中前述受光元件為SPAD。
  9. 如請求項8之受光裝置，其中前述像素之信號用於測距、距離資料之修正、或前述SPAD之施加電壓之適切確認之任一者。
  10. 如請求項9之受光裝置，其中在前述SPAD之施加電壓之適切確認中，計測對前述第2像素之前述SPAD之施加電壓。
  11. 如請求項10之受光裝置，其中基於所計測之前述SPAD之施加電壓，控制前述SPAD之陽極電壓。
  12. 如請求項1之受光裝置，其中在平面方向上於前述第1像素與前述第2像素之間更具備不用於測距之第3像素。
  13. 如請求項12之受光裝置，其中前述第3像素係不被驅動之像素。
  14. 如請求項12之受光裝置，其中前述第3像素係作為內部電壓監視器用而驅動之像素。
  15. 如請求項1之受光裝置，其中前述第1像素以N1×N2(N1、N2為1以上之整數)排列。
  16. 如請求項1之受光裝置，其中前述第2像素以M1×M2(M1、M2為1以上之整數)排列。
  17. 如請求項1之受光裝置，其中前述發光源由電晶體、二極體、或電阻元件之任一者構成。
  18. 一種測距系統，其具備： 照明裝置，其照射照射光；及 受光裝置，其接收相對於前述照射光之反射光；且 前述受光裝置具備複數個像素，該複數個像素具有： 受光元件，其具有受光面；及 發光源，其相對於前述受光元件設置於與前述受光面為相反側；並且 前述複數個像素具備： 第1像素，其具有設置於前述受光元件與前述發光源之間之遮光構件；及 第2像素，其在前述受光元件與前述發光源之間具有傳遞光子之導光部。
TW109100537A 2019-01-30 2020-01-08 受光裝置及測距系統 TWI845592B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019-013776 2019-01-30
JP2019013776 2019-01-30

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202043800A true TW202043800A (zh) 2020-12-01
TWI845592B TWI845592B (zh) 2024-06-21

Family

ID=

Also Published As

Publication number Publication date
KR20210119972A (ko) 2021-10-06
CN211507638U (zh) 2020-09-15
WO2020158401A1 (ja) 2020-08-06
EP3919932A1 (en) 2021-12-08
JP7427613B2 (ja) 2024-02-05
US20220052083A1 (en) 2022-02-17
JPWO2020158401A1 (ja) 2021-11-25
CN111739899A (zh) 2020-10-02
EP3919932A4 (en) 2022-03-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11950010B2 (en) Imaging apparatus and imaging system
WO2020158401A1 (ja) 受光装置および測距システム
US11940536B2 (en) Light receiving element and ranging system
US11965970B2 (en) Light receiving element and ranging system
TWI821381B (zh) 受光元件及測距系統
TW202137523A (zh) 受光元件及測距系統
US20210325244A1 (en) Light receiving element and ranging system
US20220128690A1 (en) Light receiving device, histogram generating method, and distance measuring system
WO2021090569A1 (ja) 受光装置および測距装置
TWI845592B (zh) 受光裝置及測距系統
US20210399032A1 (en) Light reception element and electronic apparatus
KR20240024071A (ko) 수광 소자