TW202102821A - 量測裝置、測距裝置、電子機器及量測方法 - Google Patents

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Abstract

本發明之量測裝置具備：受光元件(1000)，其與在被充電至特定電位之狀態下入射之光子相應地產生突崩倍增而流通電流，且藉由再充電電流而恢復狀態；檢測部(1002)，其檢測電流，在電流跨越臨限值之情形下使輸出信號反轉；延遲部(2101 、2102 )，其依照時脈，使由檢測部檢測到之反轉之時序延遲；及控制部(201a)，其基於由延遲部延遲之反轉之時序，控制受光元件之動作。

Description

量測裝置、測距裝置、電子機器及量測方法
本發明係關於一種量測裝置、測距裝置、電子機器及量測方法。
業已知悉可利用光電轉換將接收到之光轉換為電信號而輸出之受光元件。作為此受光元件之一個，業已知悉可因突崩倍增而與1光子之入射相應地獲得大電流之單一光子突崩二極體(以下稱為SPAD(Single Photon Avalanche Diode，單光子突崩二極體))。藉由利用SPAD之該特性，而可以高感度檢測1光子之入射。
針對利用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而輸出電流受控制之電流源連接於SPAD之陰極。SPAD之陽極賦予產生突崩倍增之較大之負電壓(-Vbd)。若在該狀態下朝SPAD入射光子，則開始突崩倍增而電流自SPAD之陰極朝向陽極之方向流動，伴隨於此在SPAD中產生壓降，若陽極-陰極間電壓下降至電壓(-Vbd)，則停止突崩倍增(淬滅動作)。之後，藉由來自電流源之電流(設為再充電電流Id)而SPAD被充電，SPAD之狀態恢復光子入射前之狀態(再充電動作)。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2018-044923號公報
[發明所欲解決之問題]
業已知悉依照控制而強制執行SPAD之淬滅動作及再充電動作之主動淬滅/再充電方式。在主動淬滅/再充電方式中，淬滅動作及再充電動作之相對於SPAD之壓降產生時序之延遲量可藉由調整反相器鏈之驅動力、及負載電容而決定。
該等反相器鏈之驅動力及負載電容係類比要素，容易受PVT(Process/Voltage/Temperature，制程/電壓/溫度)變動、外來雜訊等之影響。
本發明之目的在於提供一種可更穩定地控制受光元件之動作之量測裝置、測距裝置、電子機器及量測方法。 [解決問題之技術手段]
本發明之量測裝置具備：受光元件，其與在被充電至特定電位之狀態下入射之光子相應地產生突崩倍增而流通電流，且藉由再充電電流而恢復狀態；檢測部，其檢測電流，在電流跨越臨限值之情形下使輸出信號反轉；延遲部，其依照時脈，使由檢測部檢測到之反轉之時序延遲；及控制部，其基於由延遲部延遲之反轉之時序，控制受光元件之動作。
以下，針對本發明之各實施形態，基於圖式詳細地說明。此外，在以下之各實施形態中，藉由對於同一部位賦予同一符號而省略重複之說明。
(在各實施形態中共通之構成) 本發明係適合用於進行光子之檢測之技術者。在說明本發明之各實施形態前，為了易於理解，而作為可應用於各實施形態之技術之一個，針對利用光子之檢測進行測距之技術進行說明。應用直接ToF(Time Of Flight，飛行時間)方式，而作為此情形下之測距方式。直接ToF方式係利用受光元件接收自光源射出之光由被測定物反射之反射光，基於光之射出時序與受光時序之差分之時間進行測距之方式。
利用圖1及圖2，針對利用直接ToF方式之測距概略地進行說明。圖1係示意性顯示可應用於各實施形態之利用直接ToF方式之測距之圖。測距裝置300包含光源部301及受光部302。光源部301係例如雷射二極體，以呈脈衝狀發出雷射光之方式被驅動。自光源部301射出之光由被測定物303反射，且作為反射光由受光部302接收。受光部302包含藉由光電轉換而將光轉換為電信號之受光元件，且輸出與接收到之光相應之信號。
此處，將光源部301發光之時刻(發光時序)設為時間tem ，將受光部302接收自光源部301射出之光由被測定物303反射之反射光之時刻(受光時序)設為時間tre 。若將常數c設為光速度(2.9979×108 [m/sec])，則利用下式(1)計算測距裝置300與被測定物303之間之距離D。 D=(c/2)×(tre -tem )…(1)
測距裝置300重複執行複數次上述之處理。受光部302包含複數個受光元件，可分別基於在各受光元件接收到反射光之各受光時序算出距離D。測距裝置300基於等級(組格(bins))對自發光時序之時間tem 起直至在受光部302接收到光之受光時序為止之時間tm (稱為受光時間tm )進行分類，而產生直方圖。
此外，受光部302在受光時間tm 接收到之光並不限定於光源部301發出之光由被測定物反射之反射光。例如，測距裝置300(受光部302)之周圍之環境光也由受光部302接收。
圖2係顯示可應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。在圖2中，橫軸表示組格，縱軸表示每一組格之頻度。組格係就每一特定之單位時間d對受光時間tm 進行分類者。具體而言，組格＃0為0≦tm ＜d，組格＃1為d≦tm ＜2×d，組格＃2為2×d≦tm ＜3×d…、組格＃(N-2)為(N-2)×d≦tm ＜(N-1)×d。在將受光部302之曝光時間設為時間tep 之情形下，tep =N×d。
測距裝置300基於組格計數取得受光時間tm 之次數並求得每一組格之頻度310，而產生直方圖。此處，受光部302也接收自光源部301射出之光被反射之反射光以外之光。作為此成為對象之反射光以外之光之例，存在上述之環境光。在直方圖中以範圍311表示之部分包含環境光之環境光成分。環境光係朝受光部302隨機地入射之光，成為對於成為對象之反射光之雜訊。
另一方面，成為對象之反射光係與特定之距離相應地接收之光，在直方圖中作為主動光成分312而出現。與該主動光成分312內之峰值之頻度對應之組格成為與被測定物303之距離D對應之組格。測距裝置300藉由取得該組格之代表時間(例如組格之中央之時間)作為上述之時間tre ，而可依照上述之式(1)，算出距被測定物303之距離D。如此，藉由利用複數個受光結果，而可對隨機之雜訊執行適切之測距。
圖3係顯示利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。在圖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與上述之光源部301對應地為雷射二極體，以例如呈脈衝狀發出雷射光之方式被驅動。光源部2可應用射出雷射光之VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting LASER，垂直共振腔面射型雷射二極體)，而作為面光源。並不限定於比，作為光源部2，可應用利用在生產線上排列有雷射二極體之陣列，且在垂直於生產線之方向掃描自雷射二極體陣列射出之雷射光的構成。再者，又，也可應用利用作為單光源之雷射二極體，且在水平及垂直方向掃描自雷射二極體射出之雷射光的構成。
測距裝置1與上述之受光部302對應地包含複數個受光元件。複數個受光元件呈例如二維格子狀排列而形成受光面。光學系統5將自外部入射之光導引至測距裝置1所包含之受光面。
控制部4控制電子機器6之整體之動作。例如，控制部4對測距裝置1供給用於使光源部2發光之觸發即發光觸發。測距裝置1以基於該發光觸發之時序使光源部2發光，且記憶表示發光時序之時間tem 。又，控制部4與例如來自外部之指示相應地對於測距裝置1進行測距時之模式之設定。
測距裝置1在特定之時間範圍內計數取得表示在受光面接收到光之時序之時間資訊(受光時間tm )之次數，且求得每一組格之頻度，而產生上述之直方圖。測距裝置1進一步基於所產生之直方圖算出距被測定物之距離D。表示所算出之距離D之資訊被記憶於記憶部3。
圖4係更詳細地顯示可應用於各實施形態之測距裝置1之一例之構成的方塊圖。在圖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、整體控制部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、整體控制部103、時脈產生部104、發光時序控制部105及介面(I/F)106可配置於1個半導體晶片上。
並不限定於此，測距裝置1可採用積層有第1半導體晶片及第2半導體晶片之構成。此情形下，考量將例如像素陣列部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中所含之另一部分配置於第2半導體晶片上之構成。
在圖4中，整體控制部103依照例如預先組裝入之程式，控制該測距裝置1之整體之動作。又，整體控制部103也可執行與自外部供給之外部控制信號相應之控制。時脈產生部104基於自外部供給之基準時脈信號產生在測距裝置1內利用之1個以上之時脈信號。發光時序控制部105依照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呈二維格子狀排列，包含分別包含受光元件之複數個像素10、10、…。各像素10之動作係由依照整體控制部103之指示之像素控制部102控制。例如，像素控制部102可就包含於列方向為p個、於行方向為q個之(p×q)個像素10之每一區塊控制來自各像素10之像素信號之讀出。又，像素控制部102可以該區塊為單位進行對於各像素10之列方向之掃描，進而，進行行方向之掃描，而自各像素10讀出像素信號。並不限定於此，像素控制部102也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，將對象區域中所含之像素10設為讀出像素信號之對象之像素。再者，又，像素控制部102也可對複數列(line)共同進行掃描，進而在行方向掃描其，而自各像素10讀出像素信號。
此外，以下，掃描係指使光源部2(參照圖4)發光，且針對在1個掃描區域內指定為掃描對象之各像素10連續地進行與來自像素10之受光相應之信號Vpls之讀出之處理。在1次之掃描中可執行複數次發光及讀出。
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，像素信號自各像素10被非同步地讀出，且被供給至轉換部110。亦即，像素信號與在各像素10中接收到光之時序相應地自受光元件讀出且輸出。
轉換部110將自像素陣列部100供給之像素信號轉換為數位資訊。亦即，自像素陣列部100供給之像素信號與在該像素信號所對應之像素10中所含之受光元件接收到光之時序對應地被輸出。轉換部110將所供給之像素信號轉換為表示該時序之時間資訊。
產生部111基於像素信號由轉換部110轉換而成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。針對產生部111之直方圖產生處理之細節，於後文敘述。
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，而算出例如距離資訊。信號處理部112例如基於由產生部111產生之直方圖之資料，製作該直方圖之曲線擬合。信號處理部112可檢測該直方圖之經擬合之曲線之峰值，且基於所檢測到之峰值求得距離D。
信號處理部112可在進行直方圖之曲線擬合時，對直方圖之經擬合之曲線實施濾波處理。例如，信號處理部112藉由對直方圖之經擬合之曲線實施低通濾波處理，而可抑制雜訊成分。
由信號處理部112求得之距離資訊被供給至介面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。可應用例如MIPI(MobileIndustry Processor Interface，行動產業處理器介面)，而作為介面106。
此外，在上文中，將由信號處理部112求得之距離資訊經由介面106輸出至外部，但其並不限定於此例。亦即，可採用將由產生部111產生之直方圖之資料即直方圖資料自介面106輸出至外部之構成。此情形下，設定部113所設定之測距條件資訊可省略表示濾波係數之資訊。自介面106輸出之直方圖資料被供給至例如外部之資訊處理裝置，且被適宜地處理。
圖5係顯示可應用於各實施形態之像素10之基本的構成例之圖。在圖5中，像素10包含：受光元件1000、P通道之MOS電晶體即電晶體1001、及反相器1002。
受光元件1000將所入射之光藉由光電轉換而轉換為電信號並輸出。在各實施形態中，受光元件1000將所入射之光子(光子)藉由光電轉換而轉換為電信號，並輸出與光子之入射相應之脈衝。在各實施形態中，利用單一光子突崩二極體而作為受光元件1000。以下，將單一光子突崩二極體稱為SPAD(Single Photon Avalanche Diode，單光子突崩二極體)。SPAD具有若對陰極持續施加產生突崩倍增之較大之負電壓，則與1光子之入射相應地產生之電子產生突崩倍增，而流動大電流之特性。藉由利用SPAD之該特性，而可以高感度檢測1光子之入射。
在圖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之崩潰電壓對應之負電壓(-Vbd)之電壓源。電晶體1001之源極連接於電壓Ve。朝電晶體1001之閘極輸入基準電壓Vref。電晶體1001係自汲極輸出與電壓Ve及基準電壓Vref相應之電流之電流源。利用此構成，對受光元件1000施加逆向偏壓。且，光電流在自受光元件1000之陰極朝向陽極之方向流動。
更詳細而言，受光元件1000當在對陽極施加電壓(-Vbd)而藉由電位(-Vdb)被充電之狀態下入射光子時，開始突崩倍增而電流自陰極朝向陽極之方向流動，伴隨於此在受光元件1000中產生壓降。若藉由該壓降，而受光元件1000之陽極-陰極間電壓下降至電壓(-Vbd)，則停止突崩倍增(淬滅動作)。之後，藉由來自電流源即電晶體1001之電流(再充電電流)而受光元件1000被充電，受光元件1000之狀態恢復光子入射前之狀態(再充電動作)。
此處，該淬滅動作及再充電動作係在無來自外部之控制下進行之被動動作。
自電晶體1001之汲極與受光元件1000之陰極之連接點取出之電壓Vs被輸入至反相器1002。反相器1002對所輸入之電壓Vs進行例如臨限值判定，每當該電壓Vs在正向或負向超過臨限值電壓Vth時使輸出信號Voiv 反轉。
更具體而言，反相器1002在因與光子對於受光元件1000之入射相應之突崩倍增所致之壓降中，以電壓Vs跨越臨限值電壓Vth之第1時序使輸出信號Voiv 反轉。其次，藉由再充電動作進行受光元件1000之充電，而電壓Vs上升。反相器1002以該上升之電壓Vs跨越臨限值電壓Vth之第2時序使輸出信號Voiv 再次反轉。該第1時序與第2時序之時間方向之寬度形成與光子對於受光元件1000之入射相應之輸出脈衝。
該輸出脈衝與利用圖4所說明之自像素陣列部100非同步地輸出之像素信號對應。在圖4中，轉換部110將該輸出脈衝轉換為表示供給該輸出脈衝之時序之時間資訊，並交遞至產生部111。產生部111基於該時間資訊產生直方圖。
圖6係顯示可應用於各實施形態之測距裝置1之器件之構成之例的示意圖。在圖6中，測距裝置1構成為積層有分別包含半導體晶片之受光晶片20、及邏輯晶片21。此外，在圖5中，為了進行說明，而以將受光晶片20與邏輯晶片21分離之狀態進行顯示。
受光晶片20在像素陣列部100之區域中呈二維格子狀排列有複數個像素10各者中所含之受光元件1000。又，在像素10中，電晶體1001及反相器1002形成於邏輯晶片21上。受光元件1000之兩端經由因例如CCC(Copper-Copper Connection，銅銅連接)等形成之鍵結部1105在受光晶片20與邏輯晶片21之間連接。
邏輯晶片21設置有包含處理由受光元件1000取得之信號之信號處理部之邏輯陣列部2000。可對邏輯晶片21更設置：信號處理電路部2010，其與該邏輯陣列部2000接近，進行由受光元件1000取得之信號之處理；及裝置控制部2030，其控制作為測距裝置1之動作。
例如，信號處理電路部2010可包含上述之測距處理部101。又，裝置控制部2030可包含：上述之像素控制部102、整體控制部103、時脈產生部104、發光時序控制部105及介面106。
此外，受光晶片20及邏輯晶片21上之構成並不限定於此例。又，裝置控制部2030除邏輯陣列部2000之控制以外，還可出於其他之驅動或控制之目的配置於例如受光元件1000之附近。裝置控制部2030除圖6所示之配置以外，還可以具有任意之功能之方式設置於受光晶片20及邏輯晶片21之任意之區域。
(已有技術之受光元件之控制) 其次，在說明本發明前，針對已有技術之受光元件1000之控制進行說明。圖7係概略地顯示已有技術之用於利用主動淬滅/再充電方式進行受光元件1000之控制之一例之構成的圖。
在圖7中，元件控制部400包含延遲機構。元件控制部400對於光子對於受光元件1000入射而因突崩倍增流動電流時的反相器1002之輸出信號Voiv 首先反轉之時序，利用延遲機構賦予第1延遲，且控制淬滅機構1003，而執行淬滅動作。元件控制部400在執行淬滅動作後，進一步利用延遲機構賦予第2延遲且控制再充電機構1004，而執行再充電動作。
此處，如利用圖5所說明般，反相器1002對電壓Vs之輸出信號Voiv 的淬滅動作之第1時序與再充電動作之第2時序之間隔(反轉時序之間隔)形成表示光子對於受光元件1000之入射之輸出脈衝之寬度。藉由再充電動作而對受光元件1000充電之速度係藉由增多由作為電流源之電晶體1001供給之電流量而可更高速。另一方面，若使再充電動作之充電過度地高速化，則可能引起與光子之入射相應地在受光元件1000中流動之電流不會藉由淬滅動作而停止之事態。
因而，在主動淬滅/再充電方式中，必須利用元件控制部400之延遲機構適切地控制第1時序及第2時序。
圖8A～圖8D係顯示已有技術之元件控制部400所包含之延遲機構之例之圖。圖8A係由串聯連接有複數個反相器410之反相器鏈構成延遲機構之例。圖8B係在圖8A所示之反相器鏈中藉由調整各反相器410之負載電容411而可設定各反相器410之輸出之延遲量之延遲機構之例。圖8C係在圖8A所示之反相器鏈中，藉由調整對各反相器410供給電流之電流源412而可設定各反相器410之輸出之延遲量之延遲機構之例。圖8D係藉由調整設置於反相器410之輸入側之電流源412及電容411，而設定自反相器410輸出之信號之延遲量之延遲機構之例。
上述之圖8A～圖8D所示之延遲機構分別藉由類比信號處理而產生延遲。因而，因元件之特性不均一等，而難以避免所產生之延遲時間之不均一。又，圖8B～圖8D所示之可調整延遲量之構成均包含電容411及電流源412等類比要素。因而，容易受PVT(Process/Voltage/Temperature，制程/電壓/溫度)變動、外來雜訊等之影響。
在與該延遲時間之不均一相應地，在例如自各像素10輸出之輸出脈衝之寬度存在不均一之情形下，必須與輸出脈衝之寬度最寬之狀態相應地設計後段之電路(轉換部110、產生部111等)。因而，難以提高動態範圍(飽和計數率)。
[第1實施形態] 其次，針對本發明之第1實施形態進行說明。在第1實施形態中，於主動淬滅/再充電方式中，基於特定週期之時脈控制淬滅動作及再充電動作。
圖9係概略地顯示第1實施形態之用於利用主動淬滅/再充電方式進行受光元件1000之控制之一例之構成的圖。在圖9之例中，控制受光元件1000之淬滅動作及再充電動作之元件控制部200a包含：邏輯電路201a、延遲電路2101 及2102 、淬滅機構1003、以及再充電機構1004。在圖9之例中，分別利用依照提供特定週期之時脈之時脈信號ck鎖存所輸入之信號之D-正反器(FF)電路，而作為延遲電路2101 及2102 。
在元件控制部200a中，對延遲電路2101 及2102 之時脈輸入端共通地輸入時脈信號ck。自反相器1002輸出之輸出信號Voiv 被輸入至延遲電路2101 之延遲輸入端。延遲電路2101 使被輸入至延遲輸入端之輸出信號Voiv 延遲，並作為輸出信號Vo1 輸出。自延遲電路2101 輸出之輸出信號Vo1 被輸入至延遲電路2102 之延遲輸入端。延遲電路2102 使被輸入至延遲輸入端之輸出信號Vo1 進一步延遲，並作為輸出信號Vo2 輸出。
又，自延遲電路2101 輸出之輸出信號Vo1 與自延遲電路2102 輸出之輸出信號Vo2 被輸入至邏輯電路201a。
邏輯電路201a基於自延遲電路2101 供給之輸出信號Vo1 與自延遲電路2102 供給之輸出信號Vo2 ，控制淬滅機構1003及再充電機構1004。如此，第1實施形態之元件控制部200基於使淬滅機構1003之淬滅動作與再充電機構1004之再充電動作同步之時脈信號ck進行控制。
因而，根據第1實施形態，基於時脈信號ck決定對於淬滅動作及再充電動作之延遲量，可抑制每一像素10相對於該延遲量之不均一。又，由於基於時脈信號ck決定該延遲量，故可抑制各要素對於該延遲量之PVT變動及外來雜訊等影響。因而，藉由應用第1實施形態，而可更穩定地控制受光元件1000之動作。
圖10係更詳細地顯示第1實施形態之構成之例之圖。在圖10中，邏輯電路201a包含AND電路2001及2002。AND電路2001之一個輸入端設為使輸入信號反轉之反轉輸入端。自延遲電路2102 輸出之輸出信號Vo2 被輸入至AND電路2001之一個輸入端(反轉輸入端)、及AND電路2002之一個輸入端。又，自延遲電路2101 輸出之輸出信號Vo1 被輸入至AND電路2001之另一輸入端(非反轉輸入端)、及AND電路2002之另一輸入端。
AND電路2001將朝一個輸入端反轉而輸入之輸出信號Vo2 與朝另一輸入端輸入之輸出信號Vo1 之邏輯積作為控制淬滅機構1003之動作之控制信號en_q而輸出。又，AND電路2002將朝一個及另一輸入端分別輸入之輸出信號Vo1 及Vo2 之邏輯積作為控制再充電機構1004之控制信號en_r而輸出。
在圖10之例中，淬滅機構1003利用N通道之MOS(Metal Oxide Semiconductor，金屬氧化物半導體)電晶體即電晶體211而構成。電晶體211之汲極連接於將受光元件1000之陰極與電晶體1001之汲極連接之連接點。電晶體211之源極連接於接地電壓。朝電晶體211之閘極輸入控制信號en_q。
又，在圖10之例中，再充電機構1004利用P通道之MOS電晶體即電晶體212、及N通道之MOS電晶體即電晶體213而構成。對電晶體212之源極供給特定之偏壓電壓Vbp。電晶體212之汲極連接於電晶體213之汲極，在將電晶體212之汲極與電晶體213之汲極連接之連接點連接有電晶體1001之閘極。電晶體213之源極連接於接地電壓。朝電晶體212及213之閘極分別輸入控制信號en_r。
圖11係顯示第1實施形態之利用圖10之構成之動作之例的時序圖。在圖11中，橫軸表示時間，在縱向分別顯示時脈信號ck、電壓Vs、輸出信號Voiv 、Vo1 及Vo2 、以及控制信號en_q及en_r。
如圖11所示，於在時點t0 時光子朝受光元件1000入射前之初始狀態下，電壓Vs設為高(High)狀態，該電壓Vs由反相器1002反轉，反相器1002之輸出信號Voiv 設為低(Low)狀態，延遲電路2101 及2102 各者之輸出信號Vo1 及Vo2 設為低(Low)狀態。由於輸入至另一輸入端之輸出信號Vo1 為低狀態，故控制信號en_q設為低狀態。又，由於輸出信號Vo1 及Vo2 分別為低狀態，故控制信號en_r設為低狀態。
在圖11中，若在時點t0 時光子朝受光元件1000入射，則因突崩倍增而在受光元件1000中流動電流，伴隨於此電壓Vs下降。若電壓Vs在時點t1 時跨越反相器1002之臨限值電壓Vth，則反相器1002使輸出信號Voiv 反轉而設為高狀態。輸出信號Voiv 之高狀態以時脈信號ck之下一上升時序(時點t2 )被鎖存於延遲電路2101 ，延遲電路2101 之輸出信號Vo1 被設為高狀態。亦即，延遲電路2101 依照時脈信號ck使自反相器1002輸出之輸出信號Voiv 延遲。
延遲電路2101 之輸出信號Vo1 以下一時脈信號ck之上升之時序(時點t3 )被鎖存於延遲電路2102 ，延遲電路2102 之輸出信號Vo2 被設為高狀態。亦即，延遲電路2102 依照時脈信號ck使利用延遲電路2101 依照時脈信號ck而延遲之反相器1002之輸出信號Voiv 進一步延遲。
此處，在時點t2 至時點t3 之期間內，延遲電路2101 之輸出信號Vo1 成為高狀態，延遲電路2102 之輸出信號Vo2 成為低狀態。因而，自AND電路2002輸出之控制信號en_r維持低狀態，而另一方面，自AND電路2001輸出之控制信號en_q被設為高狀態。因而，電晶體211被設為導通(ON)狀態，受光元件1000之陰極連接於接地電壓(gnd)，而進行淬滅動作(Quench)。
若在時點t3 時延遲電路2102 之輸出信號Vo2 被設為高狀態，則輸出信號Vo1 及Vo2 分別成為高狀態。藉此，自AND電路2001輸出之控制信號en_q成為低狀態，在淬滅機構1003中電晶體211成為關斷狀態。另一方面，在時點t3 時自AND電路2002輸出之控制信號en_r被設為高狀態，在再充電機構1004中，電晶體212成為關斷狀態，電晶體213成為導通狀態。藉此，電晶體1001之閘極成為低狀態，電晶體1001成為導通狀態，在時點t3 時，執行將受光元件1000充電為電壓Ve之再充電動作(Recharge)。
若藉由再充電動作而開始對受光元件1000充電，則電壓Vs與充電量相應地上升。反相器1002當電壓Vs跨越臨限值電壓Vth(時點t4 )時，使輸出信號Voiv 反轉，而設為低狀態。在圖11之例中，於輸出信號Voiv 反轉之時點t4 ，成為開始再充電動作之時點t3 後之時序。
在時脈信號ck之下一上升之時序(時點t5 )，延遲電路2101 之輸出信號Vo1 被設為低狀態。另一方面，由於延遲電路2102 之輸出信號Vo2 在該時點t5 為高狀態，故自AND電路2002輸出之控制信號en_r被設為低狀態。亦即，在該時點t5 ，控制信號en_q及en_r分別成為低狀態，各電晶體211、212及213成為初始狀態(Reset，重置)。
在時脈信號ck之下一上升之時序(時點t6 )，延遲電路2102 之輸出信號Vo2 被設為低狀態。
此外，在上文中，在延遲電路2101 之輸出信號Vo1 成為低狀態之時點t5 ，將各電晶體211、212及213設為初始狀態，但其並不限定於此例。亦即，將各電晶體211、212及213設為初始狀態之時序，可與電壓Vs之整定時間相應而設為不同之時序。作為一例，考量若再充電動作在時點t5 至時脈信號ck之下一上升之時點t6 之期間內完成，則在時點t6 進行各電晶體211、212及213之初始化。此情形下，將邏輯電路201a之構成變更為對應之構成。
圖12係顯示第1實施形態之受光元件之控制之一例的流程圖。在執行圖12之流程圖之處理前，將元件控制部200a之各部設為圖11中所說明之初始狀態。
在步驟S10中，反相器1002檢測在受光元件1000中流動之電流。在下一步驟S11中，反相器1002判定在步驟S10中檢測到之電流是否跨越臨限值。若判定為所檢測到之電流未跨越臨限值 (步驟S11、“否”)，反相器1002將處理返回步驟S10，而持續檢測電流。另一方面，若判定為在步驟S10中檢測到之電流已跨越臨限值(步驟S11、“是”」、圖11之時點t＜SUB＞1＜/SUB＞)，則反相器1002使處理移至步驟S12。
此外，實際上，在步驟S10中，反相器1002檢測因電流在受光元件1000中流動而於該受光元件1000中產生之電壓Vs。在步驟S11中，反相器1002判定電壓Vs是否跨越臨限值電壓Vth。
在步驟S12中，反相器1002使輸出信號Vo＜SUB＞iv＜/SUB＞反轉。在下一步驟S13中，邏輯電路201a依照時脈信號ck使在步驟S12中藉由反相器1002將輸出信號Vo＜SUB＞iv＜/SUB＞予以反轉之時序延遲(圖11之時點t＜SUB＞2＜/SUB＞)。
在下一步驟S14中，邏輯電路201a依照在步驟S13中延遲之時序，控制受光元件1000。更具體而言，邏輯電路201a在步驟S14中依照該時序控制淬滅機構1003及再充電機構1004，且使受光元件1000執行淬滅動作及再充電動作。實際上，邏輯電路201a如上述般，在淬滅機構1003之控制(圖11之時點t＜SUB＞2＜/SUB＞)後，以時脈信號ck之下一上升之時序(圖11之時點t＜SUB＞3＜/SUB＞)，開始受光元件1000之再充電動作。
在再充電動作完成後，依照時脈信號ck將元件控制部200a之各部設為初始狀態(圖11之時點t＜SUB＞5＜/SUB＞、t＜SUB＞6＜/SUB＞)。
(第1實施形態之第1變化例) 其次，針對第1實施形態之第1變化例進行說明。在上述之第1實施形態中，利用2個延遲電路2101 及2102 使自反相器1002輸出之輸出信號Voiv 延遲。其並不限定於此例，可利用將自反相器1002輸出之輸出信號Voiv 與時脈信號ck同步之3條以上之延遲電路。
圖13係顯示第1實施形態之第1變化例之元件控制部之構成之例的圖。在圖13之例中，第1實施形態之第1變化例之元件控制部200c顯示與同一時脈信號ck同步地動作之3條以上之延遲電路2101 、2102 及2103 、…。圖14係顯示該圖13所示之第1實施形態之第1變化例之元件控制部200c中之各延遲電路2101 、2102 及2103 、…之輸出信號Vo1 、Vo2 及Vo3 、…之時序之例的時序圖。
在圖13之構成中，延遲電路2101 以時脈信號ck之時點t10 時之上升之時序鎖存自反相器1002輸出之輸出信號Voiv 朝高狀態之轉變，並將輸出信號Vo1 設為高狀態。延遲電路2102 以時脈信號ck之下一上升之時序(時點t11 )鎖存該輸出信號Vo1 朝高狀態之轉變，並將輸出信號Vo2 設為高狀態。延遲電路2103 以時脈信號ck之下一上升之時序(時點t12 )鎖存該輸出信號Vo2 朝高狀態之轉變，並將輸出信號Vo3 設為高狀態。
以後，在進一步將延遲電路串聯連接之情形下，各延遲電路以時脈信號ck之上升之時序依序鎖存前段之延遲電路之輸出信號朝高狀態之轉變，並將本身之輸出電壓轉變為高狀態。如此，在將藉由共通之時脈信號ck而同步地動作之D-FF之複數條延遲電路串聯連接之情形下，各延遲電路之輸出信號依照時脈信號ck之週期被傳遞至後段之延遲電路。
圖15係顯示第1實施形態之第1變化例之邏輯電路201c之一例之構成的圖。邏輯電路201c與利用圖10所說明之邏輯電路201a同樣地，包含：一個輸入端為反轉輸入端、另一輸入端為非反轉輸入端之AND電路2001、及一個及另一輸入端均為非反轉輸入端之AND電路2002。邏輯電路201c更包含選擇器2003。
在圖15之例中，朝AND電路2001及2002之另一輸入端，與圖10同樣地，輸入延遲電路2101 之輸出信號Vo1 。朝AND電路2001及2002之一個輸入端輸入選擇器2003之輸出。朝選擇器2003之選擇輸入端輸入延遲電路2102 、2103 、…之各輸出信號Vo2 、Vo3 、…。選擇器2003選擇朝選擇輸入端輸入之各輸出信號Vo2 、Vo3 、…中之1個，並朝AND電路2001及2002之一個輸入端輸入。
AND電路2001及2002分別基於朝一個輸入端輸入之自輸出信號Vo2 、Vo3 、…由選擇器2003選擇之輸出電壓、及自延遲電路2101 輸出之輸出信號Vo1 ，輸出控制信號en_q及en_r。淬滅機構1003及再充電機構1004依照該等控制信號en_q及en_r，與利用圖10及圖11之說明同樣地被控制。此外，淬滅機構1003及再充電機構1004之構成可將利用圖10所說明之構成就此應用。
如此，藉由將3個以上之延遲機構串聯連接，而可以時脈信號ck之週期為單位調整再充電動作相對於淬滅動作之延遲時間。
(第1實施形態之第2變化例) 其次，針對第1實施形態之第2變化例進行說明。在上述之第1實施形態中，使各延遲電路2101 及2102 之動作與時脈信號ck之上升之時序同步。相對於此，在第1實施形態之第2變化例中，進一步利用時脈信號ck之下降時序，使各延遲電路2101 及2102 動作。
圖16係顯示第1實施形態之第2變化例之元件控制部之構成之例的圖。圖16所示之元件控制部200d係將利用圖9及圖10所說明之元件控制部200a中所含之延遲電路2102 置換為將時脈輸入端設為反轉輸入之延遲電路2102 ’之例。延遲電路2102 ’與時脈信號ck之下降之時序同步地動作。又，邏輯電路201d具有與利用圖10所說明之邏輯電路201a相同之構成。
此外，圖16所示之延遲電路2102 ’以外之部分由於可應用與圖9及圖10相同之構成，故省略此處之詳細之說明。
圖17係顯示第1實施形態之第2變化例之動作之例的時序圖。與上述之圖11同樣地，在圖17中，橫軸表示時間，在縱向分別顯示時脈信號ck、電壓Vs、輸出信號Voiv 、Vo1 及Vo2 、以及控制信號en_q及en_r。於在時點t20 時光子朝受光元件1000入射前之初始狀態下，電壓Vs被設為高狀態，反相器1002之輸出信號Voiv 被設為低，延遲電路2101 及2102 各者之輸出信號Vo1 及Vo2 被設為低狀態。又，在該初始狀態下，控制信號en_q及en_r分別被設為低狀態。
在圖17中，若在時點t20 時光子朝受光元件1000入射，則因突崩倍增而在受光元件1000中流動電流，伴隨於此電壓Vs下降。若電壓Vs在時點t21 時跨越反相器1002之臨限值電壓Vth，則反相器1002使輸出信號Voiv 反轉而設為高狀態。輸出信號Voiv 之高狀態以時脈信號ck之下一上升時序(時點t22 )被鎖存於延遲電路2101 ，延遲電路2101 之輸出信號Vo1 被設為高狀態。亦即，延遲電路2101 依照時脈信號ck使自反相器1002輸出之輸出信號Voiv 延遲。
延遲電路2101 之輸出信號Vo1 以時脈信號ck之下一下降之時序(時點t23 )被鎖存於延遲電路2102 ，延遲電路2102 之輸出信號Vo2 被設為高狀態。亦即，延遲電路2102 依照時脈信號ck使利用延遲電路2101 依照時脈信號ck而延遲之反相器1002之輸出信號Voiv 進一步延遲。
在時點t22 至時點t23 之期間內，延遲電路2101 之輸出信號Vo1 成為高狀態，延遲電路2102 之輸出信號Vo2 成為低狀態。因而，自AND電路2002輸出之控制信號en_r維持低狀態，而另一方面，自AND電路2001輸出之控制信號en_q被設為高狀態。因而，電晶體211被設為導通狀態，受光元件1000之陰極連接於接地電壓(gnd)，而進行淬滅動作(Quench)。
若在時點t23 時延遲電路2102 之輸出信號Vo2 被設為高狀態，則輸出信號Vo1 及Vo2 分別成為高狀態。藉此，自AND電路2001輸出之控制信號en_q成為低狀態，在淬滅機構1003中電晶體211成為關斷狀態。另一方面，自AND電路2002輸出之控制信號en_r被設為高狀態，在再充電機構1004中，電晶體212成為關斷狀態，電晶體213成為導通狀態。藉此，電晶體1001之閘極成為低狀態，電晶體1001成為導通狀態，在時脈信號ck之下降之時序即時點t23 時，執行將受光元件1000充電為電壓Ve之再充電動作(Recharge)。
若藉由再充電動作而開始對於受光元件1000之充電，則電壓Vs與充電量相應地上升。反相器1002在電壓Vs跨越臨限值電壓Vth(時點t24 )時，使輸出信號Voiv 反轉，而設為低狀態。在圖17之例中，於輸出信號Voiv 反轉之時點t24 時，成為開始再充電動作之時點t23 後之時序。
在上述之第1實施形態中，如利用圖11所說明般，自在時點t22 時執行淬滅動作起直至在時點t23 時開始再充電動作為止之時間成為與時脈信號ck之1週期對應之時間。相對於此，在第1實施形態之第2變化例中，更利用時脈信號ck之下降之時序。因而，自在時點t22 時執行淬滅動作起直至在時點t23 時開始再充電動作為止之時間成為時脈信號ck之1/2之時間。
因而，可縮短在反相器1002中使輸出信號Voiv 反轉之間隔，而可進行更高速之動作。又，在以與例如上述之圖11同樣之時間間隔使各處理動作之情形下，所需之時脈信號ck之頻率與圖11相比可為1/2，可削減與時脈信號ck之產生相關之消耗電力。
又，根據第1實施形態之第2變化例，與上述之第1實施形態同樣地，基於時脈信號ck決定對於淬滅動作及再充電動作之延遲量，可抑制每一像素10相對於該延遲量之不均一。又，由於基於時脈信號ck決定該延遲量，故可抑制各要素對於該延遲量之PVT變動及外來雜訊等影響。因而，藉由應用第1實施形態之第2變化例，而可更穩定地控制受光元件1000之動作。
在時脈信號ck之下一上升之時序(時點t25 )時，延遲電路2101 之輸出信號Vo1 被設為低狀態。另一方面，由於延遲電路2102 之輸出信號Vo2 在該時點t25 時為高狀態，故自AND電路2002輸出之控制信號en_r被設為低狀態。亦即，在該時點t25 時，控制信號en_q及en_r分別成為低狀態，各電晶體211、212及213成為初始狀態(重置(Reset))。
以時脈信號ck之下一下降之時序(時點t26 )，將延遲電路2102 之輸出信號Vo2 設為低狀態。
此外，在上文中，在延遲電路2101 之輸出信號Vo1 成為低狀態之時點t25 時，將淬滅動作及再充電動作之各電晶體211、212及213設為初始狀態，但其並不限定於此例。亦即，將各電晶體211、212及213設為初始狀態之時序可設為與電壓Vs之整定時間相應地不同之時序。作為一例，在再充電動作在時點t25 至時脈信號ck之下一下降之時點t26 之期間內完成之情形下，考量在時點t26 時進行各電晶體211、212及213之初始化。此情形下，將邏輯電路201d之構成變更為對應之構成。
(第1實施形態之第3變化例) 其次，針對第1實施形態之第3變化例進行說明。在上述之第1實施形態、以及第1實施形態之第1及第2變化例中，採用自形成受光元件1000之陰極讀出電壓Vs，並供給至反相器1002之構成。相對於此，第1實施形態之第3變化例採用自受光元件1000之陽極讀出電壓Vs，並供給至反相器1002之構成。
圖18係顯示第1實施形態之第3變化例之元件控制部之構成之例的圖。該圖18所示之構成以與圖16所示之第1實施形態之第2變化例之構成對應之構成顯示。
在圖18中，像素10’包含：受光元件1010、N通道之MOS電晶體即電晶體1011、及反相器1002。受光元件1010為與上述之受光元件1000對應者，陰極連接於對絕對值與上述之負電壓(-Vbd)對應之正電壓Vbd施加了電壓Ve之電壓(Vbd＋Ve)。受光元件1010之陽極連接於電晶體1011之汲極。電晶體1011之源極連接於特定之電壓VSS。電壓VSS可設為例如接地電壓。
自將電晶體1011與受光元件1010之陽極連接之連接點取出之電壓Vs被輸入至反相器1002。反相器1002對於電壓Vs進行臨限值電壓Vth之臨限值判定，在判定為電壓Vs跨越臨限值電壓Vth之情形下，使輸出信號Voiv 反轉。
元件控制部200e包含：邏輯電路201e、延遲電路2101 及2102 ’、淬滅機構1003’、及再充電機構1004’。
自反相器1002輸出之輸出信號Voiv 被輸入至延遲電路2101 。延遲電路2101 係以時脈信號ck之上升之時序鎖存所輸入之信號之D-FF電路。自延遲電路2101 輸出之輸出信號Vo1 被輸入至延遲電路2102 ’。延遲電路2102 ’係將時脈輸入端設為反轉輸入端，以時脈信號ck之下降之時序鎖存所輸入之信號之D-FF電路。
自延遲電路2101 及2102 ’輸出之各輸出信號Vo1 及Vo2 被輸入至邏輯電路201e。邏輯電路201e包含NAND電路2011及2012。NAND電路2011將一個輸入端設為使輸入信號反轉之反轉輸入端。自延遲電路2102 輸出之輸出信號Vo2 被輸入至NAND電路2011之一個輸入端(反轉輸入端)、及NAND電路2012之一個輸入端。又，自延遲電路2101 輸出之輸出信號Vo1 被輸入至NAND電路2011之另一輸入端(非反轉輸入端)、及NAND電路2012之另一輸入端。
NAND電路2011將朝一個輸入端反轉而輸入之輸出信號Vo2 與朝另一輸入端輸入之輸出信號Vo1 之邏輯積作為控制淬滅機構1003’之動作之控制信號xen_q而輸出。又，NAND電路2012將朝一個及另一輸入端分別輸入之輸出信號Vo1 及Vo2 之邏輯積作為控制再充電機構1004’之控制信號xen_r而輸出。
在圖18之例中，淬滅機構1003’利用P通道之MOS電晶體即電晶體2110而構成。電晶體2110之汲極連接於將受光元件1010之陽極與電晶體1011之汲極連接之連接點。電晶體2110之源極連接於電壓Ve。朝電晶體2110之閘極輸入控制信號xen_q。
又，在圖18之例中，再充電機構1004’利用P通道之MOS電晶體即電晶體2111、及N通道之MOS電晶體即電晶體2112而構成。對電晶體2112之源極供給特定之偏壓電壓Vbn。電晶體2112之汲極連接於電晶體2111之汲極，在將電晶體2112之汲極與電晶體2111之汲極連接之連接點連接有電晶體1011之閘極。電晶體2111之源極連接於電壓Ve。朝電晶體2111及2112之閘極分別輸入控制信號xen_r。
該圖18所示之構成之動作形成為與對應於該構成之圖16之構成之動作同樣。因而，由於作為圖18之動作，可應用利用與圖16之構成對應之圖17之時序圖所說明之動作，故省略此處之說明。如此，本發明之技術係也可應用於自受光元件1010之陽極讀出電壓Vs之構成者。
在第1實施形態之第3變化例中，與上述之第1實施形態同樣地，基於時脈信號ck決定對於淬滅動作及再充電動作之延遲量，可抑制每一像素10相對於該延遲量之不均一。又，由於基於時脈信號ck決定該延遲量，故可抑制各要素對於該延遲量之PVT變動及外來雜訊等影響。因而，藉由應用第1實施形態之第3變化例，而可更穩定地控制受光元件1010之動作。
[第2實施形態] 其次，針對本發明之第2實施形態進行說明。在上述之第1實施形態及其各變化例中，分別藉由與時脈信號ck同步之主動方式執行淬滅動作及再充電動作。相對於此，在第2實施形態中，利用被動方式執行淬滅動作，利用與時脈信號ck同步之主動方式執行再充電動作。
圖19係顯示第2實施形態之元件控制部之構成之例的圖。圖19所示之構成對於例如圖10所示之第1實施形態之構成，省略與利用主動方式之淬滅動作相關之構成。更具體而言，在圖19所示之元件控制部200f中，對於圖10之構成省略淬滅機構1003(電晶體211)。
又，邏輯電路201f對於圖10之邏輯電路201a省略用於輸出控制淬滅機構1003之控制信號en_q之AND電路2001。自延遲電路2102輸出之輸出信號Vo2被輸入至AND電路2002之一個輸入端。又，自延遲電路2101輸出之輸出信號Vo1被輸入至AND電路2002之另一輸入端。AND電路2002之輸出被輸入至再充電機構1004中所含之電晶體212及213之各閘極。
圖20係顯示第1實施形態之利用圖19之構成之動作之例的時序圖。在圖20中，橫軸表示時間，縱向分別顯示時脈信號ck、電壓Vs、輸出信號Voiv 、Vo1 及Vo2 、以及控制信號en_r。
如圖20所示，於在時點t30 時光子朝受光元件1000入射前之初始狀態下，電壓Vs被設為高狀態，該電壓Vs由反相器1002反轉，反相器1002之輸出信號Voiv 被設為低狀態，延遲電路2101 及2102 各者之輸出信號Vo1 及Vo2 被設為低狀態。由於輸出信號Vo1 及Vo2 分別為低狀態，故控制信號en_r被設為低狀態。
在圖20中，若在時點t30 時光子朝受光元件1000入射，則因突崩倍增而在受光元件1000中流動電流，伴隨於此電壓Vs下降。若電壓Vs在時點t31 時跨越反相器1002之臨限值電壓Vth，則反相器1002使輸出信號Voiv 反轉而設為高狀態。輸出信號Voiv 之高狀態以時脈信號ck之下一上升時序(時點t32 )被鎖存於延遲電路2101 ，延遲電路2101 之輸出信號Vo1 被設為高狀態。亦即，延遲電路2101 依照時脈信號ck使自反相器1002輸出之輸出信號Voiv 延遲。
延遲電路2101 之輸出信號Vo1 以下一時脈信號ck之上升之時序(時點t33 )被鎖存於延遲電路2102 ，延遲電路2102 之輸出信號Vo2 被設為高狀態。亦即，延遲電路2102 依照時脈信號ck使利用延遲電路2101 依照時脈信號ck而延遲之反相器1002之輸出信號Voiv 進一步延遲。
此處，與因受光元件1000之突崩倍增而經由電晶體1001流動之電流相應地，藉由電晶體1001之源極-汲極間電阻而產生壓降。藉由該壓降，而對受光元件1000施加之電壓下降至電壓(-Vdb)，而執行利用被動方式之淬滅動作。
若在時點t33 時延遲電路2102 之輸出信號Vo2 被設為高狀態，則輸出信號Vo1 及Vo2 分別成為高狀態。藉此，自AND電路2002輸出之控制信號en_r被設為高狀態，在再充電機構1004中，電晶體212成為關斷狀態，電晶體213成為導通狀態。藉此，電晶體1001之閘極成為低狀態，電晶體1001成為導通狀態，在時點t33 時，執行將受光元件1000充電為電壓Ve之再充電動作(Recharge)。
若藉由再充電動作而開始對於受光元件1000之充電，則電壓Vs與充電量相應地上升。反相器1002在電壓Vs跨越臨限值電壓Vth(時點t34 )時，使輸出信號Voiv 反轉，而設為低狀態。在圖20之例中，於輸出信號Voiv 反轉之時點t34 時，成為開始再充電動作之時點t33 後之時序。
在時脈信號ck之下一上升之時序(時點t35 )時，延遲電路2101 之輸出信號Vo1 被設為低狀態。另一方面，由於延遲電路2102 之輸出信號Vo2 在該時點t35 時為高狀態，故自AND電路2002輸出之控制信號en_r被設為低狀態。亦即，在該時點t35 時，控制信號en_q及en_r分別成為低狀態，各電晶體211、212及213成為初始狀態(重置(Reset))。
在時脈信號ck之下一上升之時序(時點t36 )時，延遲電路2102 之輸出信號Vo2 被設為低狀態。
此外，在上文中，在延遲電路2101 之輸出信號Vo1 成為低狀態之時點t35 時，將重置動作之各電晶體212及213設為初始狀態，但其並不限定於此例。亦即，將各電晶體212及213設為初始狀態之時序可設為與電壓Vs之整定時間相應地不同之時序。作為一例，在再充電動作在時點t35 至時脈信號ck之下一上升之時點t36 之期間內完成之情形下，考量在時點t36 時進行各電晶體212及213之初始化。此情形下，將邏輯電路201f之構成變更為對應之構成。
在該第2實施形態之構成中，由於不進行與時脈信號ck同步之強制性淬滅動作，故相對於上述之第1實施形態之構成，而淬滅動作耗費時間。因而，在第2實施形態之構成中，雖然在光子朝受光元件1000入射後為了完成再充電動作所需之時間與利用被動方式執行再充電動作之情形相比可為短時間，但與上述之第1實施形態之構成相比需要長時間。
另一方面，第2實施形態之構成可省略用於執行利用主動方式之淬滅動作之構成(例如圖11之電晶體211及AND電路2001)。因而，與上述之第1實施形態之構成相比，可利用更簡易之構成實現。又，藉此，與第1實施形態之構成相比，可進一步減小安裝時之電路面積。
又，在第2實施形態中亦然，與上述之第1實施形態等同樣地，基於時脈信號ck決定對於再充電動作之延遲量，可抑制每一像素10相對於該延遲量之不均一。又，由於基於時脈信號ck決定該延遲量，故可抑制各要素對於該延遲量之PVT變動及外來雜訊等影響。因而，藉由應用第2實施形態，而可更穩定地控制受光元件1000之動作。
[第3實施形態] 其次，針對本發明之第3實施形態進行說明。第3實施形態係在複數個像素10共通地設置本發明之元件控制部之例。圖21係顯示第3實施形態之構成之例之圖。在圖21之例中，針對將利用第1實施形態所說明之元件控制部200a應用於第3實施形態之例進行顯示。
在圖21中，自各像素10之反相器1002輸出之各輸出信號Voiv 被輸入至OR電路1030。OR電路1030之輸出被輸入至元件控制部200a之延遲電路2101 之輸入端。延遲電路2101 以時脈信號ck之上升之時序鎖存自OR電路1030輸入之輸出信號Voiv ，以時脈信號ck之下一上升之時序將輸出信號Vo1 輸出。輸出信號Vo1 被輸入至延遲電路2102 之輸入端。延遲電路2102 鎖存所輸入之輸出信號Vo1 ，以時脈信號ck之下一上升之時序將輸出信號Vo2 輸出。
自延遲電路2101 輸出之輸出信號Vo1 、及自延遲電路2102 輸出之輸出信號Vo2 被輸入至邏輯電路201a。邏輯電路201a如利用圖10及圖11等所說明般，基於輸出信號Vo1 及Vo2 ，產生用於控制淬滅動作之控制信號en_q、及用於控制再充電動作之控制信號en_r，並供給至各像素10。
此外，在圖21之例中，為了進行說明，而省略控制信號en_q，且以信號RCHG表示控制信號en_r。
信號RCHG被共通地供給至各像素10。在各像素10中，與信號RCHG相應地，利用省略圖示之再充電機構1004控制電晶體1001之動作，而執行對於各受光元件1000之再充電動作。
在圖21所示之構成中，OR電路1030輸出自各像素10中之時間上光子最先入射之像素10之反相器1002輸出之輸出信號Voiv 。因而，將反相器1002之輸出信號Voiv 朝OR電路1030輸入之各像素10與各像素10中之時間上光子最先入射之像素10同步地執行淬滅動作及再充電動作。
如此，藉由在複數個像素10中共有控制淬滅動作及再充電動作之控制信號，而可減少元件控制部200a之數目，可削減安裝時之電路面積。
此外，在圖21所示之各像素10中，受光元件1000可採用經由鍵結部1020將像素10中所含之其他之要素(例如電晶體1001及反相器1002)分離之構成。圖22係顯示可應用於第3實施形態之於在2像素×2像素之4個像素10中共有控制淬滅動作及再充電動作之控制信號之情形下，將像素10分離為受光晶片20及邏輯晶片21(分別參照圖6)而構成之例的圖。
在圖22之例中，與上述之圖6同樣地，採用將受光晶片20之下表面與邏輯晶片21之上表面貼合之構造。各受光元件1000之在各受光元件1000中供光子入射之面配置於受光晶片20之上表面。另一方面，例如元件控制部200a、各像素10中所含之電晶體1001及反相器1002、淬滅機構1003、及再充電機構1004配置於邏輯晶片21上之電路部1040。
受光元件1000之陰極及陽極經由進行晶片間連接1050之各連接部1051及1052連接於電路部1040。此時，將受光元件1000之陰極連接於電路部1040之連接部1051與上述之鍵結部1020對應。鍵結部1020較佳為應用例如CCC(Copper-Copper Connection，銅銅連接)。
在此構成中，藉由在複數個像素10中共有控制淬滅動作及再充電動作之控制信號，而無須在例如與各受光元件1000之受光晶片20上之配置位置各者一對一對應之邏輯晶片21上之電路部1040中之各區域配置元件控制部200a。藉此，可使電路部1040之佈局具有餘裕。其在例如各受光元件1000之受光面小面積化，且可更高密度地配置各受光元件1000之情形下等，可容易進行邏輯晶片21之佈局設計等。
[第4實施形態] 其次，針對本發明之第4實施形態進行說明。第4實施形態係將利用例如圖3～圖6所說明之應用本發明之技術之測距裝置1形成於單層之半導體晶片上之例。圖23係顯示可應用於第4實施形態之測距裝置之受光IC(Integrated Circuit，積體電路)之構成之例的圖。
在圖23中，第4實施形態之受光IC 1200為與例如圖1之受光部302對應者，包含利用圖3及圖4所說明之測距裝置1之構成。受光IC 1200構成為在單層之半導體晶片上配置像素陣列部100、周邊電路部1100、邏輯部1101、及I/O(Input/Output，輸入/輸出)部1102。
像素陣列部100如上述般包含呈行列狀配置之複數個像素10。在圖23之例中，例如，顯示在像素陣列部100中包含各像素10、元件控制部200a、淬滅機構1003、及再充電機構1004。元件控制部200a既可設置於各像素10，也可構成為就複數個像素10之每一者設置1個元件控制部200a。
邏輯部1101與例如圖4之測距處理部101對應。例如，邏輯部1101將自像素陣列部100對例如每一像素10供給之各輸出信號Vo2 轉換為表示在像素10中所含之受光元件1000接收到光之時序之時間資訊。邏輯部1101進而基於各輸出信號Vo2 被轉換而成之時間資訊產生直方圖，且基於所產生之直方圖之資料進行特定之運算，而算出例如距離資訊。由邏輯部1101算出之距離資訊經由與例如圖4之I/F 106對應之I/O部1102作為輸出資料被輸出至受光IC 1200之外部。
在圖23中，周邊電路部1100包含與圖4所示之時脈產生部104對應之時脈產生部1110。時脈產生部1110產生上述之時脈信號ck，並將所產生之時脈信號ck經由路徑1120供給至受光IC 1200之各部。再者，周邊電路部1100包含：例如圖4所示之像素控制部102、整體控制部103、及發光時序控制部105。周邊電路部1100包含：該等時脈產生部1110、圖4所示之像素控制部102、整體控制部103、及發光時序控制部105，且佈局於受光IC 1200上。
如此，在第4實施形態中，於受光IC 1200上配置時脈產生部1110、及像素陣列部100，且將由時脈產生部1110產生之時脈信號ck供給至像素陣列部100。在像素陣列部100中，時脈信號ck被供給至與各像素10對應之各元件控制部200a。
在各像素10中，受光元件1000之淬滅動作及再充電動作基於時脈信號ck而被控制。因而，與使淬滅動作及再充電動作較類比元件更延遲之情形相比，無需如對於類比延遲之延遲量之PVT變動對策之構成。且，因外來雜訊之影響亦受抑制，而可抑制自例如受光元件1000取出之電壓Vs之動態範圍之變動。因而，藉由應用第4實施形態，而可更穩定地控制受光元件1000之動作，從而可更高精度地執行測距。
[第5實施形態] 其次，作為本發明之第5實施形態，針對本發明之第1實施形態及其各變化例、第2實施形態、第3實施形態、以及第4實施形態之應用例進行說明。圖24係顯示第5實施形態之使用可應用上述之第1實施形態及其各變化例、第2實施形態、第3實施形態、以及第4實施形態之測距裝置1之使用例的圖。
上述之測距裝置1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的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，監視行駛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
[本發明之技術之又一應用例] (對於移動體之應用例) 本發明之技術進而可對於搭載於汽車、電動汽車、油電混合汽車、機車、自行車、個人移動性裝置、飛機、無人機、船舶、機器人等各種移動體之裝置應用。
圖25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、智慧鑰匙系統、電動車窗裝置、或頭燈、尾燈、煞車燈、轉向燈或霧燈等各種燈之控制裝置而發揮功能。此情形下，可對車體系統控制單元12020輸入自代替鑰匙之可攜式裝置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，而控制車輛之車門鎖閉裝置、電動車窗裝置、燈等。
車外資訊檢測單元12030檢測搭載有車輛控制系統12000之車輛之外部之資訊。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。車外資訊檢測單元12030例如對接收到之圖像實施圖像處理，且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，亦可作為測距之資訊輸出。又，攝像部12031所接收之光既可為可見光，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例如連接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，而可進行以不受控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。
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與由車外資訊檢測單元12030檢測出之前方車或對向車之位置相應地控制頭燈，而可進行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視覺性或聽覺性通知資訊之輸出裝置發送聲音及圖像中之至少一者之輸出信號。在圖25之例中，作為輸出裝置例示有音訊揚聲器12061、顯示部12062及儀表板12063。顯示部12062例如可包含機上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。在圖26中，車輛12100具有攝像部12101、12102、12103、12104、12105，而作為攝像部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。
又，在圖26中，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，而可獲得自上方觀察車輛12100之俯瞰圖像。
攝像部12101～12104之至少一者可具有取得距離資訊之功能。例如，攝像部12101～12104之至少一者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12101～12104取得之距離資訊，求得與攝像範圍12111～12114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12101～12104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之至少一者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12101～12104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12101～12104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例如攝像部12031。具體而言，可將可應用上述之第1實施形態及其各變化例、第2實施形態、第3實施形態、以及第4實施形態之測距裝置1應用於撮像部12031。藉由將本發明之技術應用於撮像部12031，而可更穩定地執行測距。
另外，本說明書所記載之效果終極而言僅為例示而並非被限定者，亦可具有其他效果。
此外，本技術亦可採用如以下之構成。 (1) 一種量測裝置，其具備： 受光元件，其與在被充電至特定電位之狀態下入射之光子相應地產生突崩倍增而流通電流，藉由再充電電流而恢復該狀態； 檢測部，其檢測前述電流，在該電流跨越臨限值之情形下使輸出信號反轉； 延遲部，其依照時脈，使由前述檢測部檢測到之前述反轉之時序延遲；及 控制部，其基於由前述延遲部延遲之前述反轉之時序，控制前述受光元件之動作。 (2) 如前述(1)之量測裝置，其中 前述控制部基於由前述延遲部延遲之前述反轉之時序，控制對前述受光元件供給前述再充電電流。 (3) 如前述(1)或(2)之量測裝置，其中 前述控制部基於由前述延遲部延遲之前述反轉之時序，控制於前述受光元件中產生前述突崩倍增。 (4) 如前述(1)至(3)中任一項之量測裝置，其中前述延遲部包含： 第1延遲部，其依照前述時脈，使前述反轉之時序延遲；及 第2延遲部，其依照前述時脈，使由前述第1延遲部延遲之前述反轉之時序進一步延遲；且 前述控制部， 基於由前述第1延遲部延遲之前述反轉之時序、及由前述第2延遲部進一步延遲之前述反轉之時序，控制前述受光元件之動作。 (5) 如前述(4)之量測裝置，其中 前述第1延遲部依照前述時脈之上升及下降中之一者，使前述反轉之時序延遲；且 前述第2延遲部依照前述時脈之上升及下降中之與前述一者不同之另一者，使由前述第1延遲部延遲之前述反轉之時序進一步延遲。 (6) 如前述(4)之量測裝置，其中前述第2延遲部包含： 複數個第3延遲部，其等依照前述時脈，使由前述第1延遲部延遲之前述反轉之時序進一步依序延遲；且 前述控制部基於由前述第1延遲部延遲之前述反轉之時序、及由前述複數個第3延遲部中之1個延遲部進一步延遲之前述反轉之時序，控制前述受光元件之動作。 (7) 如前述(1)至(6)中任一項之量測裝置，其包含：第1基板、及積層該第1基板之第2基板；且 前述受光元件配置於前述第1基板； 前述檢測部、前述延遲部、及前述控制部配置於前述第2基板。 (8) 如前述(1)至(7)中任一項之量測裝置，其中 前述受光元件構成為排列有各自獨立地供光子入射之複數個元件之元件陣列； 前述控制部就該複數個元件中所含之每2個以上之元件共通地控制前述複數個元件各者之動作。 (9) 如前述(8)之量測裝置，其基於由與前述2個以上之元件各者一對一對應之2個以上之前述檢測部各者所檢測到之2個以上之前述反轉之時序中在時間序列上最先檢測到之前述反轉之時序，控制前述2個以上之元件各者之動作。 (10) 如前述(1)至(9)中任一項之量測裝置，其中前述受光元件係單一光子突崩二極體。 (11) 一種測距裝置，其具備： 受光元件，其與在被充電至特定電位之狀態下入射之光子相應地產生突崩倍增而流通電流，藉由再充電電流而恢復該狀態； 檢測部，其檢測前述電流，在該電流跨越臨限值之情形下使輸出信號反轉； 延遲部，其依照時脈，使由前述檢測部檢測到之前述反轉之時序延遲； 控制部，其基於由前述延遲部延遲之前述反轉之時序，控制前述受光元件之動作 時間量測部，其量測自光源發光之發光時序起至前述受光元件受光之受光時序為止之時間，而取得量測值； 直方圖產生部，其產生前述量測值之直方圖；及 運算部，其基於前述直方圖而運算與被測定物之距離。 (12) 如前述(11)之測距裝置，其中 前述控制部基於由前述延遲部延遲之前述反轉之時序，控制對前述受光元件供給前述再充電電流。 (13) 如前述(11)或(12)之測距裝置，其中 前述控制部基於由前述延遲部延遲之前述反轉之時序，控制於前述受光元件中產生前述突崩倍增。 (14) 如前述(11)至(13)中任一項之量測裝置，其中前述延遲部包含： 第1延遲部，其依照前述時脈，使前述反轉之時序延遲；及 第2延遲部，其依照前述時脈，使由前述第1延遲部延遲之前述反轉之時序進一步延遲；且 前述控制部基於由前述第1延遲部延遲之前述反轉之時序、及由前述第2延遲部進一步延遲之前述反轉之時序，控制前述受光元件之動作。 (15) 如前述(14)之測距裝置，其中 前述第1延遲部依照前述時脈之上升及下降中之一者，使前述反轉之時序延遲；且 前述第2延遲部依照前述時脈之上升及下降中之與前述一者不同之另一者，使由前述第1延遲部延遲之前述反轉之時序進一步延遲。 (16) 如前述(14)之測距裝置，其中前述第2延遲部包含： 複數個第3延遲部，其等依照前述時脈，使由前述第1延遲部延遲之前述反轉之時序依序進一步延遲；且 前述控制部基於由前述第1延遲部延遲之前述反轉之時序、及由前述複數個第3延遲部中之1個延遲部進一步延遲之前述反轉之時序，控制前述受光元件之動作。 (17) 如前述(11)至(16)中任一項之測距裝置，其包含：第1基板、及積層該第1基板之第2基板；且 前述受光元件配置於前述第1基板； 前述檢測部、前述延遲部、及前述控制部配置於前述第2基板。 (18) 如前述(11)至(17)中任一項之測距裝置，其中 前述受光元件構成為排列有各自獨立地供光子入射之複數個元件之元件陣列； 前述控制部就該複數個元件中所含之每2個以上之元件共通地控制前述複數個元件各者之動作。 (19) 如前述(18)之測距裝置，其基於由與前述2個以上之元件各者一對一對應之2個以上之前述檢測部各者所檢測到之2個以上之前述反轉之時序中在時間序列上最先檢測到之前述反轉之時序，控制前述2個以上之元件各者之動作。 (20) 如前述(11)至(19)中任一項之測距裝置，其中前述受光元件係單一光子突崩二極體。 (21) 一種電子機器，其具備： 光源； 光源控制部，其控制前述光源發光之發光時序； 受光元件，其與在被充電至特定電位之狀態下入射之光子相應地產生突崩倍增而流通電流，藉由再充電電流而恢復該狀態； 檢測部，其檢測前述電流，在該電流跨越臨限值之情形下使輸出信號反轉； 延遲部，其依照時脈，使由前述檢測部檢測到之前述反轉之時序延遲； 控制部，其基於由前述延遲部延遲之前述反轉之時序，控制前述受光元件之動作； 時間量測部，其量測自前述發光時序起至前述受光元件受光之受光時序為止之時間，而取得量測值； 直方圖產生部，其產生前述量測值之直方圖； 運算部，其基於前述直方圖而運算與被測定物之距離；及 記憶部，其記憶表示由前述運算部運算之前述距離之資訊。 (22) 如前述(21)之電子機器，其中 前述控制部基於由前述延遲部延遲之前述反轉之時序，控制對前述受光元件供給前述再充電電流。 (23) 如前述(21)或(22)之電子機器，其中 前述控制部基於由前述延遲部延遲之前述反轉之時序，控制於前述受光元件中產生前述突崩倍增。 (24) 如前述(21)至(23)中任一項之電子機器，其中前述延遲部包含： 第1延遲部，其依照前述時脈，使前述反轉之時序延遲；及 第2延遲部，其依照前述時脈，使由前述第1延遲部延遲之前述反轉之時序進一步延遲；且 前述控制部基於由前述第1延遲部延遲之前述反轉之時序、及由前述第2延遲部進一步延遲之前述反轉之時序，控制前述受光元件之動作。 (25) 如前述(24)之電子機器，其中 前述第1延遲部依照前述時脈之上升及下降中之一者，使前述反轉之時序延遲；且 前述第2延遲部依照前述時脈之上升及下降中之與前述一者不同之另一者，使由前述第1延遲部延遲之前述反轉之時序進一步延遲。 (26) 如前述(24)之電子機器，其中前述第2延遲部包含： 複數個第3延遲部，其等依照前述時脈，使由前述第1延遲部延遲之前述反轉之時序進一步依序延遲；且 前述控制部基於由前述第1延遲部延遲之前述反轉之時序、及由前述複數個第3延遲部中之1個延遲部進一步延遲之前述反轉之時序，控制前述受光元件之動作。 (27) 如前述(21)至(26)中任一項之電子機器，其包含：第1基板、及積層該第1基板之第2基板；且 前述受光元件配置於前述第1基板； 前述檢測部、前述延遲部、及前述控制部配置於前述第2基板。 (28) 如前述(21)至(27)中任一項之電子機器，其中 前述受光元件構成為排列有各自獨立地供光子入射之複數個元件之元件陣列； 前述控制部就該複數個元件中所含之每2個以上之元件共通地控制前述複數個元件各者之動作。 (29) 如前述(28)之電子機器，其基於由與前述2個以上之元件各者一對一對應之2個以上之前述檢測部各者所檢測到之2個以上之前述反轉之時序中在時間序列上最先檢測到之前述反轉之時序，控制前述2個以上之元件各者之動作。 (30) 如前述(21)至(29)中任一項之電子機器，其中前述受光元件係單一光子突崩二極體。 (31) 一種量測方法，其具有： 檢測步驟，其檢測與在被充電至特定電位之狀態下入射之光子相應地產生突崩倍增而流通電流、藉由再充電電流而恢復該狀態的受光元件之該電流，且在該電流跨越臨限值之情形下使輸出信號反轉； 延遲步驟，其依照時脈，使由前述檢測步驟所檢測之前述反轉之時序延遲；及 控制步驟，其基於由前述延遲步驟延遲之前述反轉之時序，控制前述受光元件之動作。
1:測距裝置 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 10’:像素 20:受光晶片 21:邏輯晶片 100:像素陣列部 101:測距處理部 102:像素控制部 103:整體控制部 104:時脈產生部 105:發光時序控制部 106:介面(I/F) 110:轉換部 111:產生部 112:信號處理部 200a:元件控制部 200c:元件控制部 200d:元件控制部 200e:元件控制部 200f:元件控制部 201a:控制部/邏輯電路 201c:邏輯電路 201d:邏輯電路 201e:邏輯電路 201f:邏輯電路 2101 :延遲部/延遲電路 2102 :延遲部/延遲電路 2102 ’:延遲電路 2103 :延遲電路 211:電晶體 212:電晶體 213:電晶體 300:測距裝置 301:光源部 302:受光部 303:被測定物 310:頻度 311:範圍 312:主動光成分 400:元件控制部 410:反相器 411:負載電容/電容 412:電流源 1000:受光元件 1001:電晶體 1002:檢測部/反相器 1003:淬滅機構 1003’:淬滅機構 1004:再充電機構 1004’:再充電機構 1010:受光元件 1011:受光元件 1020:鍵結部 1030:OR電路 1040:電路部 1050:晶片間連接 1051:連接部 1052:連接部 1100:周邊電路部 1101:邏輯部 1102:I/O部 1110:時脈產生部 1120:路徑 1200:受光IC 2000:邏輯陣列部 2001:AND電路 2002:AND電路 2003:選擇器 2010:信號處理電路部 2011:NAND電路 2012:NAND電路 2030:裝置控制部 2110:電晶體 2111:電晶體 2112:電晶體 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:整合控制單元 12051: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 ck:時脈信號 D:距離 d:單位時間 en_q:控制信號 en_r:控制信號 gnd:接地電壓 RCHG:信號 t:時點 t0 :時點 t1 :時點 t2 :時點 t3 :時點 t4 :時點 t5 :時點 t6 :時點 t10 :時點 t11 :時點 t12 :時點 t20 :時點 t21 :時點 t22 :時點 t23 :時點 t24 :時點 t25 :時點 t26 :時點 t30 :時點 t31 :時點 t32 :時點 t33 :時點 t33 :時點 t34 :時點 t35 :時點 t36 :時點 tem: 時間 tep 時間: tre :時間 Vbd:正電壓 -Vbd:電壓/負電壓 Vbn:偏壓電壓 Vbp:偏壓電壓 Ve:電壓 Vo1 :輸出信號 Vo2 :輸出信號 Vo3 :輸出信號 Voiv :輸出信號 Vref:基準電壓 Vs:電壓 VSS:電壓 Vth:臨限值電壓 xen_q:控制信號 xen_r:控制信號 ＃0:組格 ＃1:組格 ＃2:組格 ＃(N-1):組格 ＃(N-2):組格
圖1係示意性顯示可應用於各實施形態之利用直接ToF方式之測距之圖。 圖2係顯示可應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係顯示利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係更詳細地顯示可應用於各實施形態之測距裝置之一例之構成的方塊圖。 圖5係顯示可應用於各實施形態之像素之基本的構成例之圖。 圖6係顯示可應用於各實施形態之測距裝置之器件之構成之例的示意圖。 圖7係概略地顯示已有技術之用於利用主動淬滅/再充電方式進行受光元件之控制之一例之構成的圖。 圖8A係顯示已有技術之元件控制部所包含之延遲機構之例之圖。 圖8B係顯示已有技術之元件控制部所包含之延遲機構之例之圖。 圖8C係顯示已有技術之元件控制部所包含之延遲機構之例之圖。 圖8D係顯示已有技術之元件控制部所包含之延遲機構之例之圖。 圖9係概略地顯示第1實施形態之用於利用主動淬滅/再充電方式進行受光元件之控制之一例之構成的圖。 圖10係更詳細地顯示第1實施形態之構成之例之圖。 圖11係顯示第1實施形態之動作之例之時序圖。 圖12係顯示第1實施形態之受光元件之控制之一例的流程圖。 圖13係顯示第1實施形態之第1變化例之元件控制部之構成之例的圖。 圖14係顯示第1實施形態之第1變化例的元件控制部之各延遲電路之輸出信號之時序之例的時序圖。 圖15係顯示第1實施形態之第1變化例之邏輯電路之一例之構成的圖。 圖16係顯示第1實施形態之第2變化例之元件控制部之構成之例的圖。 圖17係顯示第1實施形態之第2變化例之動作之例的時序圖。 圖18係顯示第1實施形態之第3變化例之元件控制部之構成之例的圖。 圖19係顯示第2實施形態之元件控制部之構成之例的圖。 圖20係顯示第1實施形態之動作之例之時序圖。 圖21係顯示第3實施形態之構成之例之圖。 圖22係顯示可應用於第3實施形態之將像素分離為受光晶片及邏輯晶片而構成之例之圖。 圖23係顯示可應用於第4實施形態之測距裝置之受光IC之構成之例的圖。 圖24係顯示第5實施形態之使用可應用上述之第1實施形態及其各變化例、第2實施形態、第3實施形態、以及第4實施形態之測距裝置之使用例的圖。 圖25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。 圖26係顯示攝像部之設置位置之例之圖。
10:像素
200a:元件控制部
201a:控制部/邏輯電路
2101:延遲部/延遲電路
2102:延遲部/延遲電路
1000:受光元件
1001:電晶體
1002:檢測部/反相器
1003:淬滅機構
1004:再充電機構
ck:時脈信號
-Vbd:電壓/負電壓
Ve:電壓
Vo1:輸出信號
Vo2:輸出信號
Voiv:輸出信號
Vs:電壓
Vth:臨限值電壓

Claims (13)

  1. 一種量測裝置，其具備： 受光元件，其與在被充電至特定電位之狀態下入射之光子相應地產生突崩倍增而流通電流，藉由再充電電流而恢復該狀態； 檢測部，其檢測前述電流，在該電流跨越臨限值之情形下使輸出信號反轉； 延遲部，其依照時脈，使由前述檢測部檢測到之前述反轉之時序延遲；及 控制部，其基於由前述延遲部延遲之前述反轉之時序，控制前述受光元件之動作。
  2. 如請求項1之量測裝置，其中 前述控制部基於由前述延遲部延遲之前述反轉之時序，控制對前述受光元件供給前述再充電電流。
  3. 如請求項1之量測裝置，其中 前述控制部基於由前述延遲部延遲之前述反轉之時序，控制於前述受光元件中產生前述突崩倍增。
  4. 如請求項1之量測裝置，其中前述延遲部包含： 第1延遲部，其依照前述時脈，使前述反轉之時序延遲；及 第2延遲部，其依照前述時脈，使由前述第1延遲部延遲之前述反轉之時序進一步延遲；且 前述控制部基於由前述第1延遲部延遲之前述反轉之時序、及由前述第2延遲部進一步延遲之前述反轉之時序，控制前述受光元件之動作。
  5. 如請求項4之量測裝置，其中 前述第1延遲部依照前述時脈之上升及下降中之一者，使前述反轉之時序延遲；且 前述第2延遲部依照前述時脈之上升及下降中之與前述一者不同之另一者，使由前述第1延遲部延遲之前述反轉之時序進一步延遲。
  6. 如請求項4之量測裝置，其中前述第2延遲部包含： 複數個第3延遲部，其等依照前述時脈，使由前述第1延遲部延遲之前述反轉之時序進一步依序延遲；且 前述控制部基於由前述第1延遲部延遲之前述反轉之時序、及由前述複數個第3延遲部中之1個延遲部進一步延遲之前述反轉之時序，控制前述受光元件之動作。
  7. 如請求項1之量測裝置，其包含：第1基板、及積層該第1基板之第2基板；且 前述受光元件配置於前述第1基板； 前述檢測部、前述延遲部、及前述控制部配置於前述第2基板。
  8. 如請求項1之量測裝置，其中 前述受光元件構成為排列有各自獨立地供光子入射之複數個元件之元件陣列； 前述控制部就該複數個元件中所含之每2個以上之元件共通地控制前述複數個元件各者之動作。
  9. 如請求項8之量測裝置，其基於由與前述2個以上之元件各者一對一對應之2個以上之前述檢測部各者所檢測到之2個以上之前述反轉之時序中在時間序列上最先檢測到之前述反轉之時序，控制前述2個以上之元件各者之動作。
  10. 如請求項1之量測裝置，其中前述受光元件係單一光子突崩二極體。
  11. 一種測距裝置，其具備： 受光元件，其與在被充電至特定電位之狀態下入射之光子相應地產生突崩倍增而流通電流，藉由再充電電流而恢復該狀態； 檢測部，其檢測前述電流，在該電流跨越臨限值之情形下使輸出信號反轉； 延遲部，其依照時脈，使由前述檢測部檢測到之前述反轉之時序延遲； 控制部，其基於由前述延遲部延遲之前述反轉之時序，控制前述受光元件之動作； 時間量測部，其量測自光源發光之發光時序起至前述受光元件受光之受光時序為止之時間，而取得量測值； 直方圖產生部，其產生前述量測值之直方圖；及 運算部，其基於前述直方圖而運算與被測定物之距離。
  12. 一種電子機器，其具備： 光源； 光源控制部，其控制前述光源發光之發光時序； 受光元件，其與在被充電至特定電位之狀態下入射之光子相應地產生突崩倍增而流通電流，藉由再充電電流而恢復該狀態； 檢測部，其檢測前述電流，在該電流跨越臨限值之情形下使輸出信號反轉； 延遲部，其依照時脈，使由前述檢測部檢測到之前述反轉之時序延遲； 控制部，其基於由前述延遲部延遲之前述反轉之時序，控制前述受光元件之動作； 時間量測部，其量測自前述發光時序起至前述受光元件受光之受光時序為止之時間，而取得量測值； 直方圖產生部，其產生前述量測值之直方圖； 運算部，其基於前述直方圖而運算與被測定物之距離；及 記憶部，其記憶表示由前述運算部運算出之前述距離之資訊。
  13. 一種量測方法，其具有： 檢測步驟，其檢測與在被充電至特定電位之狀態下入射之光子相應地產生突崩倍增而流通電流、藉由再充電電流而恢復該狀態的受光元件之該電流，且在該電流跨越臨限值之情形下使輸出信號反轉； 延遲步驟，其依照時脈，使由前述檢測步驟檢測到之前述反轉之時序延遲；及 控制步驟，其基於由前述延遲步驟延遲之前述反轉之時序，控制前述受光元件之動作。
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