TW202135519A - 感測裝置及測距裝置 - Google Patents

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榊原雅樹
菊池秀和
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日商索尼半導體解決方案公司
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Abstract

本發明提供一種無關環境之照度，皆可高精度檢測光子之感測裝置。 本揭示之感測裝置具備：光檢測器；負荷元件，其連接於上述光檢測器與第1基準電位之間；第1導電型之第1電晶體，其對應於上述光檢測器與上述負荷元件之間之節點之電壓而接通；第1導電型之第2電晶體，其對應於上述第1電晶體之電流或第2信號線之電壓，將上述第1基準電位與上述第1電晶體之間接通；第2導電型之第3電晶體，其對應於上述第2信號線之電壓，將上述第1電晶體與第2基準電位之間接通；及第1反相器，其連接於上述第1電晶體與上述第3電晶體之間之節點與第4信號線之間。

Description

感測裝置及測距裝置
本揭示係關於一種感測裝置及測距裝置。
於車載、移動等複數個領域中，基於來自光源之照射光由物體反射，並返回檢測器為止之飛行時間(ToF：Time of Flight)，測定與物體之距離。作為感測裝置所使用之受光元件，已知有雪崩光電二極體(APD：Avalanche Photo Diode)。於蓋革模式之APD中，對端子間施加擊穿電壓以上之電壓，以單一光子之入射產生雪崩現象。使單一光子因雪崩現象而倍增之APD稱為單光子雪崩二極體(SPAD：Single Photon Avalanche Diode)。
於SPAD中，藉由將端子間之電壓降低至擊穿電壓，而可阻止雪崩現象。將降低端子間之電壓，阻止雪崩現象之情況稱為淬滅。且，若將SPAD之端子間之電壓再充電成擊穿電壓以上之偏壓電壓，則可再進行光子檢測。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2019-7877號公報 [非專利文獻]
[非專利文獻1]Matteo Perenzoni, 等人,“A 64×64-Pixels Digital Silicon Photomultiplier Direct TOF Sensor With 100-MPhotons/s/pixel Background Rejection and Imaging/Altimeter Mode With 0.14% Precision Up To 6 km for Spacecraft Navigation and Landing”, JSSC2017 [非專利文獻2]Cristiano Niclass, 等人,” A 0.18μm CMOS SoC for a 100m-Range 10fps 200×96-Pixel Time-of-Flight Depth Sensor” ISSCC2013
[發明所欲解決之問題]
例如，有於高照度之環境下，無法進行感測裝置之再充電，或再充電時間變長之情形。該情形導致光子檢測精度降低。為以高精度進行測距，謀求對應於寬幅動態範圍之感測裝置及測距裝置。
因此，本揭示提供一種無關環境之照度，而可高精度檢測光子之感測裝置及測距裝置。 [解決問題之技術手段]
本揭示之一態樣之感測裝置亦可為具備：光檢測器；負荷元件，其連接於上述光檢測器與第1基準電位間；第1導電型之第1電晶體，其對應於上述光檢測器與上述負荷元件間之第1信號線之電壓而接通；第1導電型之第2電晶體，其對應於上述第1電晶體之電流或第2信號線之電壓，將上述第1基準電位與上述第1電晶體間接通；第2導電型之第3電晶體，其對應於上述第2信號線之電壓，將上述第1電晶體與第2基準電位間接通；及第1反相器，其連接於上述第1電晶體與上述第3電晶體間之第3信號線與第4信號線間。
亦可為進而具備：脈衝產生器，其構成為對應於上述第4信號線之電壓將脈衝輸出至上述第2信號線。
亦可為上述脈衝產生器構成為當上述第4信號線之電壓位準變化時，具有時間延遲地將脈衝輸出至上述第2信號線。
亦可為進而具備：第1電阻器，其連接於上述負荷元件與上述光檢測器間；及第1導電型之第4電晶體，其串聯連接於上述第1電阻器。
亦可為進而具備連接於上述第2信號線之第2反相器，且上述負荷元件為第1導電型之第5電晶體，上述第5電晶體為對應於上述第2反相器之輸出電壓而接通者。
亦可為進而具備：第2導電型之第6電晶體，其對應於上述第2信號線之電壓將上述第2基準電位與上述第2信號線間接通；上述負荷元件為對應於上述第2信號線之電壓而接通之第1導電型之第5電晶體。
亦可為上述脈衝產生器包含：第1延遲器；第2延遲器，其串聯連接於上述第1延遲器；AND電路，其連接於上述第2延遲器之後段；及第3反相器，其連接於上述第1延遲器與上述AND電路間；上述第1延遲器連接於上述第4信號線，上述AND電路之後段連接於上述第2信號線。
亦可為上述脈衝產生器包含反相器鏈。
亦可為上述脈衝產生器包含正反器、及連接於上述正反器之Q端子之第4反相器，上述正反器之D端子連接於上述第4信號線，上述第4反相器之輸出側連接於上述第2信號線。
亦可為上述脈衝產生器包含：源極接地之2段放大電路；第1電流源，其連接於上述2段放大電路之初段；第2電流源，其連接於上述2段放大電路之第2段；電容器，其將上述2段放大電路之初段與上述2段放大電路之第2段間連接；及第5反相器，其連接於上述2段放大電路之初段；上述2段放大電路之輸入端子連接於上述第4信號線，上述第5反相器之輸出端子連接於上述第2信號線。
亦可為安裝有上述光檢測器之第1基板經由Cu-Cu連接與安裝有其他元件之第2基板電性連接。
上述光檢測器亦可為雪崩光電二極體。
本揭示之一態樣之測距裝置亦可為具備複數個感測裝置者，且具備：光源；邏輯電路，其構成為輸出複數個上述感測裝置之輸出電壓之邏輯和；及計測電路，其構成為基於由上述光源照射光之時序及自上述邏輯電路輸出之信號，計測與物體之距離。
亦可為進而具備：控制電路，其連接於複數個上述感測裝置之上述第2信號線，構成為基於自至少任一上述感測裝置之上述第4信號線輸入至上述計測電路之信號，將脈衝輸出至上述第2信號線。
本揭示之一態樣之感測裝置具備：光檢測器；負荷元件，其連接於上述光檢測器與第1基準電位間；第2導電型之第7電晶體，其對應於第5信號線之電壓將上述光檢測器與第6信號線間接通；第1導電型之第8電晶體，其對應於上述第5信號線之電壓將上述第1基準電位與上述第7電晶體間接通；第1導電型之第9電晶體，其對應於上述第6信號線之電壓將上述第1基準電位與第7信號線間接通；第2導電型之第10電晶體，其對應於第8信號線之電壓將上述第7信號線與第2基準電位間接通；及第6反相器，其連接於上述第7信號線與第9信號線間；上述第5信號線亦可連接於上述第9信號線。
亦可為進而具備：脈衝產生器，其構成為對應於上述第9信號線之電壓將脈衝輸出至上述第8信號線。
亦可為進而具備：第1電阻器，其連接於上述負荷元件與上述光檢測器間；及第1導電型之第4電晶體，其串聯連接於上述第1電阻器。
亦可為進而具備：第11電晶體，其對應於施加於第1控制電極之電壓將上述第1基準電位與上述第9電晶體間接通。
亦可為進而具備：第12電晶體，其對應於施加於第2控制電極之電壓將上述第7信號線與上述第10電晶體間接通。
本揭示之一態樣之感測裝置亦可為具備：光檢測器；負荷元件，其連接於上述光檢測器與第1基準電位間；第2導電型之第7電晶體，其對應於第5信號線之電壓將上述光檢測器與第6信號線間接通；第1導電型之第8電晶體，其對應於上述第5信號線之電壓將上述第1基準電位與上述第7電晶體間接通；第1導電型之第9電晶體，其對應於上述第6信號線之電壓將上述第1基準電位與第7信號線間接通；第2導電型之第10電晶體，其對應於第8信號線之電壓將上述第7信號線與第2基準電位間接通；第6反相器，其連接於上述第7信號線；第7反相器，其連接於上述第6反相器與第9信號線間；第3延遲器，其連接於上述第9信號線；NOR(Not-or：或非)電路，其構成為將上述第3延遲器之輸出電壓及第10信號線之電壓之NOR輸出至上述第8信號線；及NAND(Not-AND：與非)電路，其構成為將上述第9信號線之電壓及上述第8信號線之電壓之NAND輸出至上述第5信號線。
以下，一面參照隨附圖式，一面對本揭示之較佳實施形態詳細說明。另，本說明書及圖式中，對實質具有同一功能構成之構成要件，藉由標註同一符號而省略重複說明。
圖1之方塊圖概略性顯示本揭示之感測裝置之例。圖1之感測裝置1具備檢測器5、淬滅部6及檢測部9。檢測部D1具備切換部2、初始化部3及放大部4作為內部之構成要件。作為檢測器5，可使用例如光電二極體等光檢測器。以下，以使用單光子雪崩二極體(SPAD)作為檢測器5之情形為例進行說明。但，亦可使用檢測其他物理資訊之感測器作為檢測器5。可安裝將感測裝置1與計測電路7組合之測距裝置90。
圖2係模式性顯示使用感測裝置之測距之例。圖2係顯示使用光源91及測距裝置90求得與物體80之距離之情形。光源91向物體80照射光em。測距裝置90藉由感測裝置1檢測光em之物體80上之反射光rl。圖2所示之物體80雖為汽車，但物體之種類不限。以下，一面參照圖1及圖2，一面說明本揭示之感測裝置。
若對檢測器5入射光子，則產生雪崩現象，信號線Vi1之電壓變化。於淬滅部6中，由於產生對應於電流之電壓下降，故檢測器5之端子間電壓降低至擊穿電壓，雪崩現象停止。切換部2進行以下動作之切換：進行光子之應答信號檢測之檢測動作；重設自身之內部狀態之重設動作。初始化部3於重設動作時變更檢測部9內之電壓位準，檢測部9可再度檢測光子。
若檢測部9於檢測動作時以檢測器5發生與光子之反應，則由信號線Vout輸出對應之脈衝。於檢測部9(感測裝置1)之後段，經由緩衝器Buf連接計測電路7。緩衝器Buf亦稱為取樣器電路，將自檢測部9輸出之信號數位化。如圖1所示，亦可將複數個感測裝置及緩衝器Buf連接於計測電路7。
計測電路7具備例如TDC(Time to Digital Converter：數位時間轉換器)及直方圖產生器。TDC基於自信號線TIM輸入之光的照射時刻t0 相關之資訊，計測自光之照射時刻t0 至光子之入射時刻t1 之時間。該時間相當於自光源91照射之光em以物體80反射，返回至檢測器5為止之飛行時間(ToF)。直方圖產生器累積跨及複數次之飛行時間之計測結果，產生直方圖。藉由跨及複數次進行飛行時間之計測，而可識別背景光(環境光)與自光源照射之光的反射光rl。亦可於產生直方圖時，進行跨及複數次之飛行時間之計測結果之平均等運算。藉由求得直方圖之峰值，而可計算感測裝置1與物體80間之距離。例如，若將光速度設為c，則可根據L=c/2(t1 -t0 )之式計算感測裝置1與物體80之距離。另，此處所述之計測電路7之處理僅為一例。因此，計測電路7亦可進行與其不同內容之處理。
例如，亦可藉由FPGA(Field Programmable Gate Array：場可程式化閘陣列)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit：特殊應用積體電路)等硬體電路，安裝計測電路7。但，計測電路7之功能亦可藉由CPU(中央處理裝置)、及於CPU上執行之程式而安裝。計測電路7亦可包含保存程式及程式執行所需之資料之記憶體或存儲器。
圖3之電路圖顯示相當於感測裝置1之電路之例。圖3之電路100具備光電二極體PD、脈衝產生器8、電晶體10、電晶體11、電晶體12、電晶體13、電晶體14及反相器30。電晶體10、電晶體11及電晶體13為P-MOS電晶體。電晶體12及電晶體14為N-MOS電晶體。光電二極體PD為上述檢測器5之一例。電晶體10相當於上述淬滅部6。另，電晶體10相當於光電二極體PD之負荷元件。作為負荷元件，亦可配置電阻器代替電晶體10。又，電路100之信號線Vi1更後段之部分相當於上述檢測部9。
首先，對電路100之構成進行說明。
電晶體10、電晶體11及電晶體13之源極連接於電源電位Vdd。另一方面，電晶體10之汲極連接於光電二極體PD之陰極。又，光電二極體PD之陰極經由信號線Vi1連接於電晶體12之源極。對光電二極體PD之陽極施加電壓Van。可以對光電二極體PD之陰極/陽極間(端子間)施加擊穿電壓以上之反向電壓之方式，決定電壓Van之值。電晶體12之汲極連接於電晶體11之汲極及電晶體13之閘極。信號線Vi2將電晶體11之汲極及電晶體12之汲極間之節點與電晶體13之閘極連接。
電晶體13之汲極經由信號線Vi3連接於反相器30之輸入端子及電晶體14之汲極。於反相器30之輸出端子連接信號線Vout。又，反相器30之輸出端子亦連接於脈衝產生器8之輸入端子。再者，反相器30之輸出端子亦經由信號線FB連接於電晶體11之閘極及電晶體12之閘極。另一方面，電晶體14之閘極經由信號線INI連接於脈衝產生器8之輸出端子。電晶體14之源極連接於接地電位。作為接地電位，可使用例如電路100之基準電位、信號線之基準電位、接地電位。但，作為接地電位使用之電位之種類不限。另，於電路100，顯示信號線Vi3與接地電位間之寄生電容Cp。另，亦可將電晶體10、電晶體11及電晶體13之源極均連接於共通之電源電位Vdd。又，亦可將電晶體10、電晶體11及電晶體13中至少任一源極連接於不同之電源電位。
圖4係顯示感測裝置1之電壓信號及光子計數數量之例。圖4之圖表61顯示電路100之信號線Vi1之電壓波形。圖表61之線th表示反相器30之臨限值電壓。圖表62顯示電路100之信號線Vi2之電壓波形。圖表63顯示電路100之信號線Vout之電壓波形。另一方面，圖表64顯示電路100之計測電路7之光子計數數量之例。圖17、圖20及圖23亦顯示信號線Vi1、信號線Vi2及信號線Vi3之電壓波形之例。
接著，說明電路100之動作。
若光電二極體PD與光子反應，且光電二極體PD之陰極/陽極間之電流增加，則對應於電晶體10之源極/汲極間之電壓下降，信號線Vi1之電壓降低(圖表61)。因此，經由電晶體12連接於信號線Vi1之信號線Vi2之電壓自高(HIGH)變為低(LOW)(圖表62)。若對電晶體13之閘極施加低(LOW)電壓，則電晶體13之源極/汲極間接通，信號線Vi3之電壓藉由電源電位Vdd而提高至高(HIGH)。自信號線Vi3輸入高(HIGH)信號之反相器30輸出低(LOW)信號。於電路100中，於光子檢測時自信號線Vout輸出低(LOW)位準(負極性)之脈衝。後段之計測電路7可基於該脈衝執行上述測距處理。
此時，對電晶體11之閘極及電晶體12之閘極施加低(LOW)電壓。電晶體11之源極/汲極間接通。又，電晶體12之汲極/源極間斷開。因此，信號線Vi2自信號線Vi1電性切斷，藉由電源電位Vdd，使電壓提高至高(HIGH)。由於高(HIGH)電壓施加於電晶體13之閘極，故電晶體13之源極/汲極間斷開。
若反相器30之輸出電壓變為低(LOW)，則脈衝產生器8具有特定時間延遲地對信號線INI輸出高(HIGH)位準(正極性)之脈衝。藉此，對電晶體14之閘極施加高(HIGH)位準之電壓，電晶體14之汲極/源極間接通。因此，信號線Vi3藉由接地電位之電位而初始化，變為低(LOW)電壓。若信號線Vi3之電壓變為低(LOW)，則反相器30之輸出電位變為高(HIGH)。因此，信號線Vout之低(LOW)位準之脈衝結束。
藉由調整自反相器30對脈衝產生器8輸入低(LOW)位準脈衝後，脈衝產生器8產生高(HIGH)位準脈衝為止之時間延遲，可改變自信號線Vout輸出之低(LOW)位準脈衝之長度。若反相器30之輸出電壓變為高(HIGH)，則對電晶體11之閘極及電晶體12之閘極施加高(HIGH)電壓。因此，電晶體11之源極/汲極間斷開。又，電晶體12之汲極/源極間接通。由於信號線Vi1/Vi2間導通，故可再進行光子檢測。
於電路100中，每次與光子反應後輸出脈衝，重設電路內之電壓。因此，如圖表61～64之Lh1所示之高照度之環境下，亦可檢測光子。若使用電路100，則對應於照度，計測電路7之光子計數數量絕對單調增加(圖表64)。
圖5之方塊圖顯示將極性反轉之感測裝置之例。圖5之感測裝置1A中，淬滅部6A及檢測器5A以與感測裝置1相反之順序連接。即，作為本揭示之感測裝置，亦可使用使圖3之電路100之極性反轉之電路。使極性反轉之情形時，只要分別將電路100之N-MOS電晶體替換為P-MOS電晶體，將P-MOS電晶體替換為N-MOS電晶體即可。檢測器5A為雪崩光電二極體(APD)等光電二極體之情形時，對光電二極體之陰極施加正偏壓電壓。不限於電路100，對於以下說明之複數個電路亦可採用使極性反轉之構成。
本揭示之感測裝置亦可具備光檢測器、負荷元件、第2導電型之第7電晶體、第1導電型之第8電晶體、第1導電型之第9電晶體、第2導電型之第10電晶體、及第6反相器。負荷元件連接於光檢測器與第1基準電位間。第7電晶體對應於第5信號線之電壓，將光檢測器與第6信號線間接通。第8電晶體對應於第5信號線之電壓，將第1基準電位與第7電晶體間接通。第9電晶體對應於第6信號線之電壓，將第1基準電位與第7信號線間接通。第10電晶體對應於第8信號線之電壓，將第7信號線與第2基準電位間接通。第6反相器連接於第7信號線與第9信號線間。又，第5信號線連接於第9信號線。
例如，作為第1導電型之電晶體，可使用P-MOS電晶體，作為第2導電型之電晶體，可使用N-MOS電晶體。該情形時，作為第1基準電位，可使用電源電位，作為第2基準電位，可使用接地電位。又，作為第1導電型之電晶體，亦可使用N-MOS電晶體，作為第2導電型之電晶體，亦可使用P-MOS電晶體。該情形時，作為第1基準電位，可使用接地電位，作為第2基準電位，可使用電源電位。
圖3之電晶體10為負荷元件之一例。但，負荷元件亦可為電阻器等被動元件。電晶體12為第7電晶體之一例。信號線FB為第5信號線之一例。圖3之信號線Vi2為第6信號線之一例。電晶體11為第8電晶體之一例。電晶體13為第9電晶體之一例。圖3之信號線Vi3為第7信號線之一例。電晶體14為第10電晶體之一例。圖3之信號線INI為第8信號線之一例。圖3之反相器30為第6反相器之一例。圖3之信號線Vout為第9信號線之一例。作為光檢測器，可使用例如雪崩光電二極體。
又，本揭示之感測裝置亦可進而具備：脈衝產生器，其構成為對應於第9信號線之電壓，將脈衝輸出至第8信號線。
圖6係顯示省略一部分構成要件之感測裝置之例。圖3之感測裝置1B具備檢測器5、淬滅部6及檢測部9B。與圖1同樣，於感測裝置1B之後段，經由緩衝器Buf連接計測電路7。
圖7之電路圖顯示相當於感測裝置1B之電路。圖7之電路50具備光電二極體PD、電晶體10、電晶體18、電晶體19及反相器30。電晶體10及電晶體18為P-MOS電晶體。電晶體19為N-MOS電晶體。電晶體10之源極連接於電源電位Vdd。又，電晶體10之汲極連接於光電二極體PD之陰極。對光電二極體之陽極施加電壓Van。可以對光電二極體PD之陰極/陽極間(端子間)施加擊穿電壓以上之反向電壓之方式，決定電壓Van之值。
又，電晶體18之閘極經由信號線Vi1，連接於電晶體10之汲極與光電二極體PD之陰極間之節點。電晶體18之源極連接於電源電位Vdd。電晶體18之汲極經由信號線Vi4，連接於反相器30之輸入端子。又，電晶體18之汲極亦連接於電晶體19之汲極。反相器30之輸出端子連接於信號線Vout。電晶體19之源極連接於接地電位。於電路50中，光電二極體PD與檢測器5對應，電晶體10與淬滅部6對應。又，電晶體18、電晶體19及反相器30相當於檢測部9B。
若光電二極體PD中發生與光子之反應，則陰極/陽極間之電流增加。因此，對應於電晶體10之源極/汲極間之電壓下降，光電二極體PD之陰極降低。因此，信號線Vi1之電壓變為低(LOW)，對電晶體18之閘極施加低(LOW)電壓。因此，電晶體18之源極/汲極間接通，信號線Vi4之電壓藉由電源電位Vdd而提高至高(HIGH)。輸入高(HIGH)電壓之反相器30輸出低(LOW)電壓。如此，電路50中，於光子檢測時輸出低(LOW)(負極性)之脈衝。
陰極/陽極間之電壓一降低至擊穿電壓，雪崩電流便會停止。因此，電晶體10之源極汲極間之電壓下降受到抑制，且信號線Vi1之電壓變為高(HIGH)。若對電晶體18之閘極施加高(HIGH)電壓，則電晶體18之源極汲極間斷開。若自外部之控制電路對電晶體19之閘極施加高(HIGH)電壓Vbn，則電晶體19之汲極/源極間接通。因此，信號線Vi4自電源電位Vdd切斷，連接於接地電位。若信號線Vi4之電壓變為低(LOW)，則反相器30輸出高(HIGH)電壓。因而，電路50結束低(LOW)脈衝之輸出。
圖8係顯示感測裝置1B之電壓波形及光子計數數量之例。圖8之圖表65係顯示電路50之信號線Vi1之電壓波形之例。圖表66係顯示電路50之信號線Vout之電壓波形之例。圖表67係顯示電路50之計測電路7之光子計數數量之例。於感測裝置1B中，由於省略了切換部2及初始化部3，故不進行上述重設動作。若於高照度環境下使用感測裝置1B，則有於藉由淬滅部6使檢測器5之端子間電壓降低至擊穿電壓前，於檢測器5產生與光子之再反應的可能性。該情形下，成為信號線Vi1維持電壓降低之狀態(圖表65之Lh2)，無法產生脈衝(圖表66之Lh2)。因此，如圖表67之Lh2所示，未對應於照度使光子計數數量單調增加，而無法正確檢測光子。另，為進行比較，而於圖表65～67之Lr顯示相當於感測裝置1B正常動作時之圖表。
圖9之圖表係顯示感測裝置1B之脈衝之例。圖9之圖表68係顯示電路50之信號線Vi1之電壓波形之例。圖表68顯示由於因製程所致之特性不均，而可能產生再充電時間較短之感測裝置、及再充電時間較長之感測裝置。輸出至信號線Vi1之脈衝寬度與再充電時間成比例。因此，如圖表69所示，若信號線Vi1之電壓波形不均，則輸出至信號線Vout之脈衝寬度亦不均。為防止光子之檢測遺漏，較佳縮短停滯時間，且縮短再充電時間。但，若輸出至信號線Vout之脈衝寬度變得過小，則於後段之計測電路7中難以捕捉脈衝。
另一方面，圖10之圖表係顯示本揭示之感測裝置(電路100)之脈衝之例。圖10之圖表70係顯示電路100之信號線Vi1之電壓波形之例。圖表70中，亦因感測裝置而於再充電時間產生不均。但，於電路100中，檢測出信號線Vi1之電壓信號之下降，之後，將特定時間寬度(Td)之脈衝輸出至信號線Vout。因此，無論感測裝置之再充電時間是否不均，皆可對後段之計測電路7輸出特定寬度之脈衝。可以能夠調整脈衝寬度Td之方式來構成電路100。因此，可配合計測電路7來控制脈衝寬度與脈衝之輸出時序。又，由於電路100每次輸出脈衝時重設內部之電壓，故可短時間恢復至可檢測下個光子之狀態。
圖11之電路圖係顯示變化例1之感測裝置之例。圖11之電路101為對電路100追加電阻器R1之電路。電阻器R1與光電二極體PD串聯連接。藉由追加電阻器R1，而可縮小與光子反應時之光電二極體PD之端子間之電壓，且限制流動於光電二極體PD之電流。電阻器R1之電阻值設定為光電二極體PD之陰極寄生電容之放電時可淬滅之值。於電路101中，自與光子反應時至進行淬滅之電壓振幅變小。因此，可削減電路之消耗電力。電路101之其他部分之構成與電路100同樣。又，電路101之基本動作與電路100同樣。
圖12之電路圖係顯示變化例2之感測裝置之例。圖12之電路102為對電路100追加電阻器R1與電晶體15之電路。電阻器R1及電晶體15與光電二極體PD串聯連接。電晶體15為P-MOS電晶體。對電晶體15之閘極施加電晶體15之閘極/源極間電壓Vgs變為臨限值以上之負電壓Vclp。對光電二極體PD入射光子前，電晶體15之源極/汲極間接通。但，若光電二極體PD與光子反應，信號線Vi1之電壓降低，則電晶體15之閘極/源極間電壓Vgs變小。因此，電晶體15之源極/汲極間之電阻值變大。因此，可抑制信號線Vi之電壓振幅，且減少消耗電力。另，雖未圖示，但亦可使用省略電路102之電阻器R1之構成。電路102之其他部分之構成與電路100同樣。又，電路102之基本動作與電路100同樣。
即，本揭示之感測裝置亦可進而具備：第1電阻器，其連接於負荷元件與光檢測器間；及第1導電型之第4電晶體，其串聯連接於第1電阻器。圖12之電阻器R1為第1電阻器之一例。又，電晶體15為第4電晶體之一例。
圖13之電路圖係顯示變化例3之感測裝置之例。圖13之電路103為省略電路102之脈衝產生器8之電路。電路103之信號線INIT連接於例如外部之控制電路150。取代脈衝產生器8，而由外部之控制電路150產生重設用脈衝。採用電路103之構成之情形時，無須按各像素(光電二極體)準備脈衝產生器，可複數個像素共用控制電路150。控制電路150未必對連接之所有像素供給脈衝。連接於計測電路7之至少任一像素(感測裝置)中檢測出光子之情形時，控制電路150對相應像素之信號線INIT輸出脈衝。若複數個像素共用控制電路150(即，若複數個檢測部共用初始化部)，則可削減全體之電路規模。例如，若比較電路103與電路102，則可將進行脈衝產生之電路區塊之面積減少約1/4。電路103之其他部分之構成與電路102同樣。除藉由控制電路150產生重設用脈衝之點外，電路103之動作與上述電路100同樣。
圖14之電路圖係顯示變化例4之感測裝置之例。圖14之電路104為對電路102追加電晶體16之電路。電晶體16之源極連接於電源電位Vdd。另一方面，電晶體16之汲極連接於電晶體13之源極。電晶體16為P-MOS電晶體。例如，於電路102中，若自脈衝產生器8或外部之控制電路對信號線INI輸入重設用脈衝之時序、與信號線Vi2之電壓變為低(LOW)之時序重疊，則有於電源電位Vdd與接地電位間產生貫通電流的可能性。於電路104中，可控制施加於電晶體16之閘極之電壓Vbp2，防止貫通電流之產生。藉此，可減少電路之消耗電力。電路104之其他部分之構成與電路102同樣。又，電路104之基本動作與上述電路100同樣。
本揭示之感測裝置亦可進而具備：第11電晶體，其對應於施加於第1控制電極之電壓，將第1基準電位與第9電晶體間接通。圖14之電晶體13為第9電晶體之一例。圖14之電晶體16為第11電晶體之一例。電晶體16之閘極為第1控制電極之一例。
圖15之電路圖係顯示變化例5之感測裝置之例。圖15之電路105為對電路102追加電晶體17之電路。電晶體17之汲極連接於信號線Vi3。另一方面，電晶體17之源極連接於電晶體14之汲極。電晶體17為N-MOS電晶體。於電路105中，藉由控制施加於電晶體17之閘極之電壓Vbn2，而可防止貫通電流之產生，減少電路之消耗電力。電路105之其他部分之構成與電路102同樣。又，電路105之基本動作與上述電路100同樣。
本揭示之感測裝置亦可進而具備：第12電晶體，其對應於施加於第2控制電極之電壓，將第7信號線與第10電晶體間接通。圖15之信號線Vi3為第7信號線之一例。圖15之電晶體14為第10電晶體之一例。又，圖15之電晶體17為第12電晶體之一例。電晶體17之閘極為第2控制電極之一例。
接著，對脈衝產生器8之具體構成進行說明。
圖16之電路圖顯示脈衝產生器之第1例。圖16之脈衝產生器8A具備延遲器D1、延遲器D2、反相器31、AND電路P1。於信號線Vout與信號線INI間，串聯連接延遲器D1、延遲器D2及AND電路P1。信號線Vd1將延遲器D1與延遲器D2連接。又，信號線Vd2將延遲器D2與AND電路P1之一輸入端子連接。反相器31將信號線Vd1與AND電路P1之另一輸入端子連接。
圖17係顯示使用脈衝產生器8A時之電路之電壓波形之例。自信號線Vd2對AND電路P1之一輸入端子輸入藉由延遲器D1及延遲器D2延遲之信號。另一方面，對AND電路P1之另一輸入端子輸入藉由延遲器D1延遲後，藉由反相器31反轉之信號。AND電路P1將相當於自兩輸入端子輸入之信號之邏輯積(AND)之信號輸出至信號線INI。若參照圖17之電壓波形，則相對於信號線Vout之低(LOW)位準之脈衝，具有時間延遲地自信號線INI輸出具有特定寬度之高(HIGH)位準之脈衝。
圖18之電路圖係顯示脈衝產生器之第2例。圖18之脈衝產生器8B包含反相器鏈300。反相器鏈300中，於信號線Vout與信號線INI間串聯連接5個反相器。但，反相器鏈所含之反相器數亦可與其不同。亦可對應於電路所使用之重設用脈衝之極性，將反相器之數設為偶數。又，可將反相器之數設為奇數。
圖19之電路圖係顯示脈衝產生器之第3例。圖19之脈衝產生器8C具備正反器F1與反相器31。正反器F1為D正反器。信號線Vout連接於正反器F1之D端子。信號線CK連接於正反器F1之時脈端子。於正反器F1之Q端子與信號線INI間連接反相器32。
圖20係顯示使用脈衝產生器8C時之電路之電壓波形之例。若參照圖20，則可藉由控制供給於信號線CK之時脈信號，而調整自信號線Vout輸入低(LOW)位準之脈衝後，對信號線INI輸出高(HIGH)位準為止之時間延遲。例如，若增大時脈信號之脈衝間隔，則可增大時間延遲。又，若縮小時脈信號之脈衝間隔，則可減小時間延遲。即，若使用脈衝產生器8C，則容易藉由自外部供給之時脈信號控制時間延遲。
圖21之電路圖係顯示脈衝產生器之第4例。圖21之脈衝產生器8D具備電晶體40、電晶體41、電晶體42、電晶體43、反相器33、及電容器C1。電晶體40及電晶體41為P-MOS電晶體。電晶體42及電晶體43為N-MOS電晶體。
首先，對脈衝產生器8D之各元件間之連接進行說明。電晶體40之源極與電晶體41之源極均連接於電源電位Vdd。電晶體40之閘極與電晶體41之閘極均連接於端子Vbp。又，電晶體40之汲極經由信號線s1連接於電晶體42之汲極。電晶體41之汲極經由信號線s2連接於電晶體43之汲極。於信號線s1與信號線INI間連接反相器33。即，脈衝產生器8D之輸出端子連接於信號線INI。於信號線s1與信號線s2間連接電容器C1。進而，電晶體43之閘極連接於信號線s1。於電晶體42之閘極連接信號線Pout。即，脈衝產生器8D之輸入端子連接於信號線Pout。例如，信號線Pout連接於反相器30之輸出端子。電晶體42之源極與電晶體43之源極均連接於接地電位。
接著，對脈衝產生器8D之動作進行說明。電晶體40及電晶體41作為藉由施加於端子Vbp之電壓控制之電流源而動作。藉此，於信號線s1及信號線s2流動電流，且於相當於反饋電容之電容器C1中累積電荷。電晶體42及電晶體43形成源極接地之2段放大電路。若2段放大電路之放大率為A，則因米勒效應而與電容器C1之靜電電容變為(1+A)倍等效。因此，即便使用靜電電容較小之電容器作為電容器C1，亦可獲得較大時間延遲。若使用脈衝產生器8D，則可抑制電容器C1之安裝面積。又，藉由控制施加於端子Vbq之電壓，而可調整自信號線Vout輸入低(LOW)位準脈衝後，對信號線INI輸出高(HIGH)信號為止之時間延遲。例如，上述控制電路150可控制施加於端子Vbp之電壓。
本揭示之感測裝置中，亦可將脈衝產生器與感測裝置之輸出段整合。以下說明之圖22之電路中，脈衝產生器與感測裝置之輸出段一體化。
圖22係顯示變化例6之感測裝置之例。若與圖12之電路102比較，則圖22之電路106之信號線Vi3與信號線Vout間之部分構成不同。此處，以與上述電路102之不同點為中心，對電路106進行說明。
於電路106中，於信號線Vi3與信號線Vout間，連接脈衝產生器8E。脈衝產生器8E包含反相器34、反相器35、延遲器D3、NAND電路NP及NOR電路NS。反相器34與反相器35串聯連接於信號線Vi3與信號線Vout間。又，延遲器D3連接於信號線Vout與NAND電路NP之一輸入端子間。於NAND電路NP之另一輸入端子連接有端子DET_EN。NAND電路NP之輸出端子連接於電晶體14之閘極及NOR電路NS之一輸入端子。另，NOR電路NS之另一輸入端子連接於信號線Vout。NOR電路NS之輸出端子經由信號線FB連接於電晶體11之閘極及電晶體12之閘極。
接著，對電路106之動作進行說明。另，圖23之圖表係顯示電路106之電壓波形之例。圖23之圖表係顯示信號線Vi1、信號線Vi2、信號線Vi3、信號線Vout、端子DET_EN及信號線INI之電壓波形之例。
若光電二極體PD與光子反應，則藉由伴隨陰極/陽極間之電流增加之電壓下降，信號線Vi1之電壓降低。藉此，經由電晶體12與信號線Vi1連接之信號線Vi2之電壓自高(HIGH)變化為低(LOW)。若對電晶體13之閘極施加低(LOW)電壓，則電晶體13之源極/汲極間接通。因此，信號線Vi3之電壓藉由電源電位Vdd而提高至高(HIGH)。且，反相器35對信號線Vout輸出高(HIGH)信號。因此，電路106如圖23所示，於光子檢測時自信號線Vout向後段之計測電路7輸出高(HIGH)位準(正極性)之脈衝。另，未限定本揭示之感測裝置輸出至後段之計測電路之脈衝之極性。
自信號線Vout對NOR電路NS之一輸入端子輸入高(HIGH)信號。因此，NOR電路NS輸出低(LOW)電壓，信號線FB之電壓變為低(LOW)。藉此，對電晶體11之閘極及電晶體12之閘極均施加低(LOW)電壓。電晶體11之源極/汲極間接通。另一方面，電晶體12之汲極/源極間斷開。信號線Vi2與信號線Vi1電性切斷，藉由電源電位Vdd，電壓提高至高(HIGH)。
若信號線Vout之電壓變為高(HIGH)，則延遲後，NAND電路之一輸入端子之電壓亦變為高(HIGH)。因此，只要對端子DET_EN施加高(HIGH)電壓，NAND電路NP便輸出高(HIGH)電壓。對電晶體14之閘極施加高(HIGH)電壓，且汲極/源極間接通。因此，信號線Vi3藉由接地電位之電位而重設，變為低(LOW)電壓。此時，反相器35對信號線Vout輸出低(LOW)電壓。
藉此，NOR電路NS之一輸入端子之電壓變為低(LOW)。又，若對端子DET_EN施加低(LOW)電壓，則延遲後，NOR電路NS之另一輸入端子之電壓亦變為低(LOW)。由於NOR電路NS之兩輸入端子之電壓變為低(LOW)，故NOR電路NS輸出高(HIGH)電壓。由於信號線FB之電壓變為高(HIGH)，故對電晶體11之閘極及電晶體12之閘極均施加高(HIGH)電壓。因此，電晶體11之源極/汲極間變為斷開。又，電晶體12之汲極/源極間變為接通。由於信號線Vi1與信號線Vi2間電性導通，故可進行光子檢測。
於電路106中，若信號2次通過藉由反相器34、反相器35、延遲器D3、NAND電路NP及電晶體14形成之迴路部分，則光子檢測後之電路之重設動作結束。即，延遲器D3以一個延遲器實現相當於2個延遲器之時間延遲。若安裝電路106之脈衝產生器8E，則如圖16之脈衝產生器8A所示，無須使用複數個延遲器。因此，可削減電路之安裝面積。
本揭示之感測裝置亦可具備光檢測器、第2導電型之第7電晶體、第1導電型之第8電晶體、第1導電型之第9電晶體、第2導電型之第10電晶體、第6反相器、第7反相器、第3延遲器、NOR電路、及NAND電路。光檢測器連接於光檢測器與第1基準電位間。第7電晶體對應於第5信號線之電壓，將光檢測器與第6信號線間接通。第8電晶體對應於第5信號線之電壓，將第1基準電位與第7電晶體間接通。第9電晶體對應於第6信號線之電壓，將第1基準電位與第7信號線間接通。第10電晶體對應於第8信號線之電壓，將第7信號線與第2基準電位間接通。第6反相器連接於第7信號線。第7反相器連接於第6反相器與第9信號線間。第3延遲器連接於第9信號線。NOR電路構成為將第3延遲器之輸出電壓及第10信號線之電壓之NOR輸出至第8信號線。NAND電路構成為將第9信號線之電壓及第8信號線之電壓之NAND輸出至第5信號線。
例如，作為第1導電型之電晶體，可使用P-MOS電晶體，作為第2導電型之電晶體，可使用N-MOS電晶體。該情形時，作為第1基準電位，可使用電源電位，作為第2基準電位，可使用接地電位。又，作為第1導電型之電晶體，亦可使用N-MOS電晶體，作為第2導電型之電晶體，亦可使用P-MOS電晶體。該情形時，作為第1基準電位，可使用接地電位，作為第2基準電位，可使用電源電位。
圖22之電晶體12為第7電晶體之一例。圖22之信號線FB為第5信號線之一例。圖22之信號線Vi2為第6信號線之一例。電晶體11為第8電晶體之一例。電晶體13為第9電晶體之一例。圖22之信號線Vi3為第7信號線之一例。電晶體14為第10電晶體之一例。圖22之信號線INI為第8信號線之一例。反相器34為第6反相器之一例。反相器35為第7反相器之一例。圖22之信號線Vout為第9信號線之一例。
圖24之電路圖係顯示變化例7之感測裝置之例。於圖24之電路107中，削減電晶體之數。電路107具備光電二極體PD、電阻器R1、電晶體10、電晶體15、電晶體21、電晶體23、電晶體24、反相器36、及脈衝產生器8F。脈衝產生器D3具備延遲器D3與NAND電路NP作為內部之構成要件。電晶體10、電晶體15、電晶體21及電晶體23為P-MOS電晶體。另一方面，電晶體24為N-MOS電晶體。電晶體10相當於光電二極體PD之負荷元件。作為負荷元件，亦可配置電阻器代替電晶體10。
首先，對電路107之構成進行說明。電晶體10及電晶體21之源極連接於電源電位Vdd。電晶體10之汲極經由信號線Vi1連接於電晶體23之閘極。又，電晶體10之汲極亦連接於電晶體15之源極。於電晶體15之汲極與光電二極體PD之陰極間，連接電阻器R1。對光電二極體PD之陽極施加電壓Van。可以對光電二極體PD之陰極/陽極間(端子間)施加擊穿電壓以上之反向電壓之方式，決定電壓Van之值。
電晶體23之源極連接於電晶體21之汲極。另一方面，電晶體23之汲極經由信號線Vi3連接於反相器36。又，電晶體23之汲極亦連接於電晶體24之汲極。電晶體24之源極連接於接地電位。電晶體24之閘極連接於NAND電路NP之輸出端子及電晶體21之閘極。反相器36之輸出端子連接於信號線Vout。延遲器D3連接於信號線Vout與NAND電路NP之一輸入端子間。NAND電路NP之另一輸入端子連接於端子xRST。
接著，對電路107之動作進行說明。若光電二極體PD與光子反應，則陰極/陽極間之電流增加，電晶體10之源極/汲極間之電壓下降，藉此信號線Vi1(光電二極體PD與電晶體10間之信號線)之電壓變為低(LOW)。因此，對電晶體23之閘極施加低(LOW)電壓，電晶體23之源極/汲極間接通。伴隨於此，流動於電晶體21之源極/汲極間之電流增加。因此，根據Id-Vgs特性，電晶體21之閘極/源極間電壓變大。
即，與電晶體23之源極/汲極間接通之大致同時，電晶體21之閘極/源極間亦接通。由於電晶體21與電晶體23之兩者接通，故信號線Vi3之電壓藉由電源電位Vdd而提高至高(HIGH)。若反相器36被輸入高(HIGH)電壓，則對信號線Vout輸出低(LOW)電壓。如此，電路107中，於光子之檢測時，自信號線Vout對後段之計測電路7輸出低(LOW)位準(負極性)之脈衝。其中，無關本揭示之感測裝置輸出之脈衝之極性。
若信號線Vout之電壓變為低(LOW)，則延遲後，NAND電路NP之一輸入端子之電壓亦變為低(LOW)。因此，NAND電路NP對信號線INI輸出高(HIGH)電壓。對電晶體24之閘極施加高(HIGH)電壓，且電晶體24之汲極/源極間接通。又，電晶體21亦汲極/源極間斷開，抑制自電源向地面之貫通電流。因此，信號線Vi3(電晶體23與電晶體24間之信號線)之電壓藉由接地電位之電位而初始化，變為低(LOW)。若信號線Vi3之電壓變為低(LOW)，則反相器36對信號線Vout輸出高(HIGH)電壓。因此，電路108結束低(LOW)位準脈衝之輸出。
另，圖24之脈衝產生器8F之構成僅為一例。因此，亦可使用與其不同構成之脈衝產生器。例如，亦可使用上述各電路圖(圖16、圖18、圖19、圖21、圖22)所示之脈衝產生器，代替脈衝產生器8F。又，亦可省略脈衝產生器8F，將外部之控制電路150連接於信號線INI。該情形時，外部之控制電路可對應於來自一個或複數個感測裝置之輸出信號，產生高(HIGH)位準之脈衝。另，可省略電路107中電晶體15或電阻器R1之至少任一者。
圖25之電路圖係顯示變化例8之感測裝置之例。圖25之電路108相當於省略電路107之電晶體15、電阻器R1及脈衝產生器8F之電路。電路108之信號線INIT連接於例如外部之控制電路150。取代脈衝產生器8，而由外部控制電路150產生重設用脈衝。採用電路108之構成之情形時，無須按各像素(光電二極體)準備脈衝產生器，可複數個像素共用控制電路150。控制電路150未必對連接之所有像素供給脈衝。例如，連接於計測電路7之至少任一像素(感測裝置)中檢測出光子之情形時，控制電路150對相應像素之信號線INIT輸出脈衝。若複數個像素共用控制電路150(即，若複數個檢測部共用初始化部)，則可削減全體之電路規模。電路108之其他部分之構成與電路107同樣。除藉由控制電路150產生重設用脈衝之點外，電路108之基本動作與上述電路107同樣。
本揭示之感測裝置亦可具備光檢測器、負荷元件、第1導電型之第1電晶體、第1導電型之第2電晶體、第2導電型之第3電晶體、及第1反相器。負荷元件連接於光檢測器與第1基準電位間。第1電晶體對應於光檢測器與負荷元件間之第1信號線之電壓而接通。第2電晶體對應於第1電晶體之電流或第2信號線之電壓，將第1基準電位與第1電晶體間接通。第3電晶體對應於第2信號線之電壓，將第1電晶體與第2基準電位間接通。第1反相器連接於第1電晶體與第3電晶體間之第3信號線與第4信號線間。
例如，作為第1導電型之電晶體，可使用P-MOS電晶體，作為第2導電型之電晶體，可使用N-MOS電晶體。該情形時，作為第1基準電位，可使用電源電位，作為第2基準電位，可使用接地電位。又，作為第1導電型之電晶體，亦可使用N-MOS電晶體，作為第2導電型之電晶體，亦可使用P-MOS電晶體。該情形時，作為第1基準電位，可使用接地電位，作為第2基準電位，可使用電源電位。
圖24及圖25之電晶體10為負荷元件之一例。但，負荷元件亦可為電阻器等被動元件。電晶體23為第1電晶體之一例。電晶體21為第2電晶體之一例。電晶體24為第3電晶體之一例。圖24及圖25之信號線INI為第2信號線之一例。又，信號線Vi3為第3信號線之一例。信號線Vout為第4信號線之一例。作為光檢測器，可使用例如雪崩光電二極體。
又，本揭示之感測裝置亦可進而具備：脈衝產生器，其構成為對應於第4信號線之電壓，將脈衝輸出至第2信號線。又，脈衝產生器亦可構成為當第4信號線之電壓位準變化時，具有時間延遲地對第2信號線輸出脈衝。感測裝置亦可進而具備：第1電阻器，其連接於負荷元件與光檢測器間；及第1導電型之第4電晶體，其串聯連接於第1電阻器。圖24之電晶體15為第4電晶體之一例。又，電阻器R1為第1電阻器之一例。
又，如圖16之例，脈衝產生器可包含第1延遲器、串聯連接於第1延遲器之第2延遲器、連接於第2延遲器之後段之AND電路、及連接於第1延遲器與AND電路間之第3反相器。圖16之延遲器D1為第1延遲器之一例，延遲器D2為第2延遲器之一例。反相器31為第3反相器之一例。該情形時，可將第1延遲器連接於第4信號線，將AND電路之後段連接於第2信號線。此處，圖24及圖25之信號線Vout為第4信號線之一例。又，信號線INI為第2信號線之一例。再者，如圖18之例，脈衝產生器亦可包含反相器鏈。
又，如圖19之例，脈衝產生器亦可包含正反器、及連接於正反器之Q端子之第4反相器。該情形時，可將正反器之D端子連接於第4信號線，將第4反相器之輸出側連接於第2信號線。
又，如圖21之例，脈衝產生器亦可包含源極接地之2段放大電路、第1電流源、第2電流源、電容器、及第5反相器。此處，第1電流源連接於2段放大電路之初段。第2電流源連接於2段放大電路之第2段。電容器將2段放大電路之初段與2段放大電路之第2段間連接。第5反相器連接於2段放大電路之初段。圖21之電晶體42及電晶體43為源極接地之2段放大電路之一例。電晶體40為第1電流源之一例。電晶體41為第2電流源之一例。該情形時，可將2段放大電路之輸入端子連接於第4信號線，將第5反相器之輸出端子連接於第2信號線。
圖26之電路圖係顯示變化例9之感測裝置之例。圖26之電路109為省略電路107之電晶體15及電阻器R1，追加反相器37之電路。反相器37之輸入端子經由信號線INI連接於NAND電路NP之輸出端子。又，電晶體10之閘極連接於反相器37之輸出端子，代替端子Vbq。電路109之其他部分之構成與電路107同樣。
電路109與電路107同樣，光電二極體PD與光子反應，信號線Vi1之電壓變為低(LOW)，信號線Vi3之電壓變為高(HIGH)，信號線Vout之電壓變為低(LOW)時(對信號線Vout輸出低(LOW)位準之脈衝時)，NAND電路NP對信號線INI輸出高(HIGH)電壓。該情形時，由於反相器37輸出低(LOW)電壓，故對電晶體10之閘極施加低(LOW)電壓。藉此，電晶體10之源極/汲極間接通。因此，信號線Vi1及光電二極體PD之陰極之電位，藉由電源電位Vdd而提高至高(HIGH)。藉此，將光電二極體PD之端子間電壓降低至擊穿電壓，停止雪崩現象(進行光電二極體PD之淬滅)。
又，若信號線INI之電壓為高(HIGH)，則對電晶體21與電晶體24之閘極施加高(HIGH)電壓。藉此，電晶體21之汲極/源極間斷開，電晶體24之汲極/源極間接通。因此，信號線Vi3之電壓藉由接地電位初始化，變為低(LOW)。若信號線Vi3之電壓變為低(LOW)，則反相器36對信號線Vout輸出高(HIGH)電壓。藉此，利用延遲器D3之延遲，NAND電路NP之一輸入端子之電壓變為高(HIGH)。進而，若對端子xRST施加高(HIGH)電壓，則NAND電路NP對信號線INI輸出低(LOW)電壓。此時，對電晶體10之閘極，由反相器37施加反轉後之高(HIGH)電壓。由於電晶體10之源極/汲極間斷開，故信號線Vi1與電源電位Vdd電性切斷。由於光電二極體PD之端子間電壓變為擊穿電壓以上，故電路100無法再檢測光子。
如電路109，亦可使用電晶體10進行脈衝驅動之主動淬滅。於電路109中，可短期間進行高速淬滅。又，於電路109中，由於未與光電二極體PD串聯連接電阻器或電流源電晶體，故光電二極體PD可高速應答。另，如上述電路107，亦可使用電晶體10作為電流源而進行被動淬滅。又，亦可將輸出淬滅電路、High-Z淬滅電路等組合使用。於本揭示之感測裝置中，亦可採用任何種類之淬滅方法。另，亦可以可將反相器37輸出之高(HIGH)電壓位準及低(LOW)電壓位準 ，配合光電二極體PD之特性而進行調整之方式，來安裝電路。例如，可將高(HIGH)電壓位準設為Vbq，將低(LOW)電壓位準設為0 V。
本揭示之感測裝置，亦可進而具備連接於第2信號線之第2反相器。該情形時，負荷元件係第1導電型之第5電晶體，第5電晶體對應於第2反相器之輸出電壓而接通。圖26之信號線INI係第2信號線之一例。反相器37為第2反相器之一例。電晶體10係第5電晶體之一例。
圖27之電路圖係顯示變化例10之感測裝置之例。圖27之電路110係對電路109追加電晶體25之電路。另，圖27中，為簡化說明而省略反相器37。電晶體25為N-MOS電晶體。電晶體10之閘極經由信號線INI連接於NAND電路NP之輸出端子。電晶體25之閘極亦經由信號線INI連接於NAND電路NP之輸出端子。又，電晶體25之汲極連接於信號線Vi1。電晶體25之源極連接於接地電位。電路110之其他部分之構成與電路109同樣。
於電路110中，與電路107及電路109同樣，光電二極體PD與光子反應，信號線Vi1之電壓變為低(LOW)，信號線Vi3之電壓變為高(HIGH)，信號線Vout之電壓變為低(LOW)時(對信號線Vout輸出低(LOW)位準脈衝時)，NAND電路NP對信號線INI輸出高(HIGH)電壓。藉此，對電晶體25之閘極施加高(HIGH)電壓，電晶體25之汲極/源極間接通。因此，光電二極體PD之陰極連接於接地電位，雪崩現象停止。如此，電路110為進行主動淬滅之電路。
又，於電路110中，電晶體24之汲極/源極間導通，信號線Vi3之電壓變為低(LOW)，信號線Vout之電壓變為高(HIGH)。對端子xRST施加高(HIGH)電壓之情形時，若利用延遲器D3之延遲，NAND電路NP之一輸入端子之電壓變為高(HIGH)，則NAND電路NP對信號線INI輸出低(LOW)電壓。由於對電晶體10之閘極施加低(LOW)電壓，故電晶體10之源極/汲極間接通。藉此，光電二極體PD之陰極電位藉由電源電位Vdd上升。由於光電二極體PD之端子間電壓變為擊穿電壓以上，故電路110無法再檢測光子。
於電路110中，若輸出對應於光子之信號Vout，則光電二極體PD之陰極連接於接地電位，故可進行高速淬滅。又，由於電晶體10亦藉由脈衝驅動，故光電二極體PD之陰極電壓亦與使用電流源電晶體之情形相比短時間上升。
本揭示之感測裝置亦可進而具備：第2導電型之第6電晶體，其對應於第2信號線之電壓，將第2基準電位與第2信號線間接通。該情形時，負荷元件為對應於第2信號線之電壓而接通之第1導電型之第5電晶體。圖27之信號線INI為第2信號線之一例。接地電位為第2基準電位之一例。電晶體25為第6電晶體之一例。又，電晶體10為第5電晶體之一例。
圖28之立體圖係顯示藉由Cu-Cu連接安裝感測裝置之例。圖28係顯示基板51與基板52。基板51及基板52為例如矽基板。但，基板51及基板52之材質不限。於基板51形成複數個像素510。於各個像素510內，形成光電二極體PD(例如SPAD)。由於像素510內之光電二極體PD之表面之至少一部分開放，故光電二極體PD可與入射之光子反應。於基板52形成對應於各個像素510之電路區塊520。電路區塊520包含例如相當於圖1之檢測部9或檢測部9A(例如，上述電路100～110)之電路。且，基板51之像素510與基板52之電路區塊520藉由Cu-Cu連接(銅-銅連接)而電性接合。藉由採用Cu-Cu連接，而可實現感測裝置之小型化與生產成本之削減。
亦可於像素510僅形成光電二極體PD。藉此，可使光電二極體PD之面積最大化。又，亦可於像素510，除光電二極體PD外形成其他元件。例如，可於像素510形成電阻器R1，亦可形成電晶體15。該情形時，可削減電路區塊520之面積或增加可安裝於電路區塊520之功能。又，由於Cu-Cu配線之信號之振幅受抑制，故可抑制消耗電力。可對應於所要求之使用，對配置於像素510之元件及電路區塊520之元件調整分配。另，圖28中，使用Cu-Cu連接安裝感測裝置，但該安裝方法僅為一例。例如，亦可藉由Si貫通電極(TSV)等安裝感測裝置。即，感測裝置之安裝方式不限。又，圖28之例中，基板為2層積層。但，並非限定基板之層數。
於本揭示之感測裝置中，安裝有光檢測器之第1基板與安裝有其他元件之第2基板亦可經由Cu-Cu連接而電性連接。
圖29之電路圖係顯示對應於dToF之測距之電路之例。圖29中，複數個電路109經由電路TR1連接於後段之計測電路7。電路TR1對複數個電路109之輸出信號(信號Vout之電壓信號)進行OR運算。藉此，計測電路7可計數輸出之脈衝數。計測電路7可基於脈衝之時間相關，判定是否檢測出光源91照射之光em之反射光rl。判定檢測出反射光rl之情形時，如上所述，可基於飛行時間計算自感測裝置至物體80之距離。
圖30係概略性顯示包含計數器及TDC之電路之例。圖30係顯示上述計測電路7之一例。圖30之電路200包含電路區塊54、複數個緩衝器55、電路TR2、AND電路P2、觸發電路56、邏輯電路P3、正反器F2、及複數個正反器57。電路區塊54相當於複數個感測裝置(例如上述電路100～110)。複數個緩衝器55將自各個感測裝置輸出之信號數位化。電路TR2為將OR電路樹狀連接之電路，進行自複數個緩衝器55輸出之信號之OR運算。AND電路P2將自信號線CTR1輸入之信號及電路TR2之輸出信號之AND輸入至觸發電路56。另，電路TR2為進行EXOR運算而非OR運算之電路。藉此，可以信號波形之下降及信號波形之上升之兩時序計數同時檢測之光子。
觸發電路56構成為若於特定期間內檢測出具有臨限值以上數之時間相關之脈衝，則對TDC58輸出觸發信號。另，對信號線CTR1、信號線CTR2及信號線CTR3供給數位之控制信號。TDC58將計測之時間差TDC_cnt之資訊供給於後段之電路。複數個正反器57彼此連接。複數個正反器57將特定期間內檢測之光子數count供給於後段之電路。另，電路200僅為計測電路之一例。因此，亦可將與其不同構成之計測電路連接於感測裝置。
如圖1、圖2、圖13、圖25、圖29及圖30所例示，本揭示之測距裝置亦可具備光源、複數個感測裝置、邏輯電路、及計測電路。邏輯電路構成為輸出複數個感測裝置之輸出電壓之邏輯和。計測電路構成為基於自光源照射光之時序及自邏輯電路輸出之信號，計測與物體之距離。此處，圖29之電路TR1及圖30之電路TR2為邏輯電路之一例。計測電路7及圖20之電路200中，電路TR2更後段之部分為計測電路之一例。
又，如圖25所示，本揭示之測距裝置亦可具備連接於複數個感測裝置之第2信號線之控制電路。控制電路構成為基於自至少任一感測裝置之第4信號線輸入至計測電路之信號，將脈衝輸出至第2信號線。
本揭示之感測裝置及測距裝置中，每次光電二極體PD與光子反應後產生脈衝，重設電路內之電壓。因此，可短期間檢測下個光子。因此，若使用本揭示之感測裝置及測距裝置，則高照度之環境下亦可以單調增加特性檢測光子。本揭示之感測裝置及測距裝置與寬幅之明亮動態範圍對應。因此，無關照度之環境，可高精度進行與物體之距離測定。又，本揭示之感測裝置及測距裝置無關再充電時間之長度，均可對後段之電路輸出特定寬度之脈衝。又，亦可採用可調整產生重設用脈衝之時間延遲、及輸出至後段之電路之脈衝的脈衝寬度之構成。該情形時，可對應於使用之計測電路，調整脈衝之輸出時序與脈衝寬度。
本揭示之技術(本技術)可應用於各種製品。例如，本揭示之技術亦可作為搭載於汽車、電動汽車、混合動力汽車、機車、自行車、私人移動工具、飛機、無人機、船舶、機器人等任意種類之移動體之裝置而實現。
圖31係顯示可應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31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(Interface：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、方向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，並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之車輛的外部資訊。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亦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物體檢測處理或距離檢測處理。
攝像部12031係接收光且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接收之光可為可見光，亦可為紅外線等非可見光。
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，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碰撞或緩和衝擊、基於車輛距離之追隨行駛、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可藉由基於車外資訊檢測單元12030或車內資訊檢測單元12040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，而進行以不拘於駕駛者之操作而自動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控制頭燈，進行以謀求將遠光切換成近光等防眩為目的之協調控制。
聲音圖像輸出部12052將聲音及圖像中之至少一者之輸出信號發送至可對車輛之搭乘者或車外通知視覺性或聽覺性資訊之輸出裝置。於圖31之例中，作為輸出裝置，例示有聲頻揚聲器12061、顯示部12062及儀錶板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32係顯示攝像部12031之設置位置之例之圖。
於圖32中，車輛12100具有作為攝像部12031之攝像部12101、12102、12103、12104、12105。
攝像部12101、12102、12103、12104、12105設置於例如車輛12100之前鼻、側視鏡、後保險桿、後門及車廂內之擋風玻璃之上部等位置。前鼻所具備之攝像部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前方之圖像。側視鏡所具備之攝像部12102、12103主要取得車輛12100側方之圖像。後保險桿或後門所具備之攝像部12104主要取得車輛12100後方之圖像。以攝像部12101及12105取得之前方圖像主要用於前方車輛或行人、障礙物、號誌機、交通標識或車道線等之檢測。
另，於圖32顯示攝像部12101至12104之攝像範圍之一例。攝像範圍12111顯示設置於前鼻之攝像部12101之攝像範圍，攝像範圍12112、12113分別顯示設置於側視鏡之攝像部12102、12103之攝像範圍，攝像範圍12114顯示設置於後保險桿或後門之攝像部12104之攝像範圍。例如，藉由使攝像部12101至12104所拍攝之圖像資料重疊，而獲得自上方觀察車輛12100之俯瞰圖像。
攝像部12101至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至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像素之攝像元件。
例如，微電腦12051基於自攝像部12101至12104取得之距離資訊，求得攝像範圍12111至12114內之至各立體物之距離、及該距離之時間變化(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。可如此地進行以不拘於駕駛者之操作而自動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至12104獲得之距離資訊，將立體物相關之立體物資料分類成二輪車、普通車輛、大型車輛、行人、電線桿等其他立體物並擷取，用於障礙物之自動避開。例如，微電腦12051可將車輛12100周邊之障礙物識別為車輛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判斷顯示與各障礙物碰撞之危險度之碰撞危險性，當碰撞危險性為設定值以上，有可能碰撞之狀況時，經由聲頻揚聲器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進行強制減速或避開轉向，藉此可進行用以避免碰撞之駕駛支援。
攝像部12101至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至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至12104之攝像圖像之特徵點之順序、及對顯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至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亦可以將顯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，已對可應用本揭示之技術之車輛控制系統之一例進行說明。本揭示之技術可應用於以上說明之構成中例如攝像部12031。具體而言，可於攝像部12031，安裝包含上述感測裝置(例如上述電路100～109)之測距裝置90、及光源91。藉由將本揭示之技術應用於攝像部12031，而可於寬幅之明亮動態範圍之環境下獲得正確之距離資訊，可提高車輛12100之功能性及安全性。
另，本技術可採取如下之構成。 (1) 一種感測裝置，其具備： 光檢測器； 負荷元件，其連接於上述光檢測器與第1基準電位間； 第1導電型之第1電晶體，其對應於上述光檢測器與上述負荷元件間之第1信號線之電壓而接通； 第1導電型之第2電晶體，其對應於上述第1電晶體之電流或第2信號線之電壓，將上述第1基準電位與上述第1電晶體間接通； 第2導電型之第3電晶體，其對應於上述第2信號線之電壓，將上述第1電晶體與第2基準電位間接通；及 第1反相器，其連接於上述第1電晶體與上述第3電晶體間之第3信號線與第4信號線間。 (2) 如(1)之感測裝置，其中進而具備： 脈衝產生器，其構成為對應於上述第4信號線之電壓且將脈衝輸出至上述第2信號線。 (3) 如(2)之感測裝置，其中 上述脈衝產生器構成為當上述第4信號線之電壓位準變化時，具有時間延遲地將脈衝輸出至上述第2信號線。 (4) 如(1)至(3)中任一項之感測裝置，其中進而具備： 第1電阻器，其連接於上述負荷元件與上述光檢測器間；及 第1導電型之第4電晶體，其串聯連接於上述第1電阻器。 (5) 如(1)至(4)中任一項之感測裝置，其中進而具備： 第2反相器，其連接於上述第2信號線； 上述負荷元件為第1導電型之第5電晶體； 上述第5電晶體對應於上述第2反相器之輸出電壓而接通。 (6) 如(1)至(4)中任一項之感測裝置，其中進而具備： 第2導電型之第6電晶體，其對應於上述第2信號線之電壓將上述第2基準電位與上述第2信號線間接通； 上述負荷元件為對應於上述第2信號線之電壓而接通之第1導電型之第5電晶體。 (7) 如(2)或(3)之感測裝置，其中 上述脈衝產生器包含：第1延遲器；第2延遲器，其串聯連接於上述第1延遲器；AND電路，其連接於上述第2延遲器之後段；及第3反相器，其連接於上述第1延遲器與上述AND電路間；且上述第1延遲器連接於上述第4信號線，上述AND電路之後段連接於上述第2信號線。 (8) 如(2)或(3)之感測裝置，其中 上述脈衝產生器包含反相器鏈。 (9) 如(2)或(3)之感測裝置，其中 上述脈衝產生器包含正反器、及連接於上述正反器之Q端子之第4反相器，上述正反器之D端子連接於上述第4信號線，上述第4反相器之輸出側連接於上述第2信號線。 (10) 如(2)或(3)之感測裝置，其中 上述脈衝產生器包含：源極接地之2段放大電路；第1電流源，其連接於上述2段放大電路之初段；第2電流源，其連接於上述2段放大電路之第2段；電容器，其將上述2段放大電路之初段與上述2段放大電路之第2段間連接；及第5反相器，其連接於上述2段放大電路之初段；上述2段放大電路之輸入端子連接於上述第4信號線，上述第5反相器之輸出端子連接於上述第2信號線。 (11) 如(1)至(10)中任一項之感測裝置，其中 安裝有上述光檢測器之第1基板與安裝有其他元件之第2基板經由Cu-Cu連接而電性連接。 (12) 如(1)至(10)中任一項之感測裝置，其中 上述光檢測器為雪崩光電二極體。 (13) 一種測距裝置，其為具備複數個(1)至(12)中任一項之感測裝置者；且具備： 光源； 邏輯電路，其構成為輸出複數個上述感測裝置之輸出電壓之邏輯和；及 計測電路，其構成為基於由上述光源照射光之時序及自上述邏輯電路輸出之信號，計測與物體之距離。 (14) 如(13)之測距裝置，其中進而具備： 控制電路，其連接於複數個上述感測裝置之上述第2信號線，且 構成為基於自至少任一上述感測裝置之上述第4信號線輸入至上述計測電路之信號，將脈衝輸出至上述第2信號線。 (15) 一種感測裝置，其具備： 光檢測器； 負荷元件，其連接於上述光檢測器與第1基準電位間； 第2導電型之第7電晶體，其對應於第5信號線之電壓將上述光檢測器與第6信號線間接通； 第1導電型之第8電晶體，其對應於上述第5信號線之電壓將上述第1基準電位與上述第7電晶體間接通； 第1導電型之第9電晶體，其對應於上述第6信號線之電壓將上述第1基準電位與第7信號線間接通； 第2導電型之第10電晶體，其對應於第8信號線之電壓將上述第7信號線與第2基準電位間接通；及 第6反相器，其連接於上述第7信號線與第9信號線間；且 上述第5信號線連接於上述第9信號線。 (16) 如(15)之感測裝置，其中進而具備： 脈衝產生器，其構成為對應於上述第9信號線之電壓將脈衝輸出至上述第8信號線。 (17) 如(15)或(16)之感測裝置，其中進而具備： 第1電阻器，其連接於上述負荷元件與上述光檢測器間；及 第1導電型之第4電晶體，其串聯連接於上述第1電阻器。 (18) 如(15)至(17)中任一項之感測裝置，其中進而具備： 第11電晶體，其對應於施加於第1控制電極之電壓將上述第1基準電位與上述第9電晶體間接通。 (19) 如(15)至(18)中任一項之感測裝置，其中進而具備： 第12電晶體，其對應於施加於第2控制電極之電壓將上述第7信號線與上述第10電晶體間接通。 (20) 一種感測裝置，其具備： 光檢測器； 負荷元件，其連接於上述光檢測器與第1基準電位間； 第2導電型之第7電晶體，其對應於第5信號線之電壓將上述光檢測器與第6信號線間接通； 第1導電型之第8電晶體，其對應於上述第5信號線之電壓將上述第1基準電位與上述第7電晶體間接通； 第1導電型之第9電晶體，其對應於上述第6信號線之電壓將上述第1基準電位與第7信號線間接通； 第2導電型之第10電晶體，其對應於第8信號線之電壓將上述第7信號線與第2基準電位間接通； 第6反相器，其連接於上述第7信號線； 第7反相器，其連接於上述第6反相器與第9信號線間； 第3延遲器，其連接於上述第9信號線； NOR電路，其構成為將上述第3延遲器之輸出電壓及第10信號線之電壓之NOR輸出至上述第8信號線；及 NAND電路，其構成為將上述第9信號線之電壓及上述第8信號線之電壓之NAND輸出至上述第5信號線。
本揭示之態樣並非限定於上述各實施形態者，亦包含熟知本技藝者可想到之各種變化者，且本揭示之效果亦未限定於上述內容。即，可於不脫離由申請專利範圍所規定之內容及其均等物引出之本揭示之概念性思想與主旨之範圍內，進行各種追加、變更及部分性刪除。
1:感測裝置 1A:感測裝置 1B:感測裝置 2:切換部 2A:切換部 3:初始化部 3A:初始化部 4:放大部 4A:放大部 5:檢測器 5A:檢測器 6:淬滅部 6A:淬滅部 7:計測電路 8:脈衝產生器 8A:脈衝產生器 8B:脈衝產生器 8C:脈衝產生器 8D:脈衝產生器 8E:脈衝產生器 8F:脈衝產生器 9:檢測部 9A:檢測部 9B:檢測部 10:電晶體 11:電晶體 12:電晶體 13:電晶體 14:電晶體 15:電晶體 16:電晶體 17:電晶體 18:電晶體 19:電晶體 21:電晶體 23:電晶體 24:電晶體 25:電晶體 30:反相器 31:反相器 32:反相器 33:反相器 34:反相器 35:反相器 36:反相器 37:反相器 40:電晶體 41:電晶體 42:電晶體 43:電晶體 50:電路 51:基板 52:基板 53:Cu-Cu連接 54:電路區塊 55:緩衝器 56:觸發電路 57:複數個正反器 58:TDC 61:圖表 62:圖表 63:圖表 64:圖表 65:圖表 66:圖表 67:圖表 68:圖表 69:圖表 70:圖表 71:圖表 80:物體 90:測距裝置 91:光源 100:電路 101:電路 102:電路 103:電路 104:電路 105:電路 106:電路 107:電路 108:電路 109:電路 110:電路 150:控制電路 200:電路 300:反相器鏈 510:像素 520:電路區塊 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:聲頻揚聲器 12062:顯示部 12063:儀錶板 12100:車輛 12101～12105:攝像部 12111～12114:攝像範圍 Buf:緩衝器 C1:電容器 CK:信號線 count:光子數 Cp:寄生電容 CTR1:信號線 CTR2:信號線 CTR3:信號線 D1:延遲器 D2:延遲器 D3:延遲器 DET_EN:端子 em:光 F1:正反器 F2:正反器 FB:信號線 INI:信號線 INIT:信號線 L:距離 Lh1:高照度之環境 Lh2:信號線Vi1之電壓降低之狀態 Lr:相當於感測裝置1B正常動作時之圖表 NP:NAND電路 NS:NOR電路 P1:AND電路 P2:AND電路 P3:AND電路 PD:光電二極體 Pout:信號線 R1:電阻器 rl:反射光 s1:信號線 s2:信號線 Td:寬度 TDC_cnt:時間差 th:線 TIM:信號線 TR1:電路 TR2:電路 Van:電壓 Vbn:電壓 Vbn2:電壓 Vbp:端子 Vbp2:電壓 Vbq:端子 Vclp:負電壓 Vd1:信號線 Vd2:信號線 Vdd:電源電位 Vgs:閘極/源極間電壓 Vi1:信號線 Vi2:信號線 Vi3:信號線 Vi4:信號線 Vout:信號線 xRST:端子
圖1係概略性顯示本揭示之感測裝置之例之方塊圖。 圖2係模式性顯示使用感測裝置之測距之例之圖。 圖3係詳細顯示本揭示之感測裝置之例之電路圖。 圖4A～D係顯示本揭示之感測裝置之電壓信號及光子計數數量之例之圖表。 圖5係顯示將極性反轉之感測裝置之例之方塊圖。 圖6係顯示省略一部分構成要件之感測裝置之例之方塊圖。 圖7係詳細顯示圖3之感測裝置之例之電路圖。 圖8A～C係顯示圖3之感測裝置之電壓信號及光子計數數量之例之圖表。 圖9A、B係顯示圖3之感測裝置之脈衝之例之圖表。 圖10A、B係顯示本揭示之感測裝置之脈衝之例之圖表。 圖11係顯示變化例1之感測裝置之例之電路圖。 圖12係顯示變化例2之感測裝置之例之電路圖。 圖13係顯示變化例3之感測裝置之例之電路圖。 圖14係顯示變化例4之感測裝置之例之電路圖。 圖15係顯示變化例5之感測裝置之例之電路圖。 圖16係顯示包含延遲器之脈衝產生器之例之電路圖。 圖17係顯示包含圖16之脈衝產生器之感測裝置之信號波形之例之圖表。 圖18係顯示包含反相器鏈之脈衝產生器之例之電路圖。 圖19係顯示包含正反器之脈衝產生器之例之電路圖。 圖20係顯示包含圖19之脈衝產生器之感測裝置之信號波形之例之圖表。 圖21係顯示包含源極接地之放大器之脈衝產生器之例之電路圖。 圖22係顯示變化例6之感測裝置之例之電路圖。 圖23係顯示變化例6之感測裝置之信號波形之例之圖表。 圖24係顯示變化例7之感測裝置之例之電路圖。 圖25係顯示變化例8之感測裝置之例之電路圖。 圖26係顯示變化例9之感測裝置之例之電路圖。 圖27係顯示變化例9之感測裝置之例之電路圖。 圖28係顯示藉由Cu-Cu連接安裝感測裝置之例之立體圖。 圖29係顯示對應於dToF之測距之電路之例之電路圖。 圖30係概略性顯示包含計數器及TDC之電路之例之圖。 圖31係顯示車輛控制系統之概略構成之一例之方塊圖。 圖32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。
8:脈衝產生器
10:電晶體
11:電晶體
12:電晶體
13:電晶體
14:電晶體
30:反相器
100:電路
Cp:寄生電容
FB:信號線
INI:信號線
PD:光電二極體
Van:電壓
Vbq:端子
Vdd:電源電位
Vi1:信號線
Vi2:信號線
Vi3:信號線
Vout:信號線

Claims (20)

  1. 一種感測裝置，其包含： 光檢測器； 負荷元件，其連接於上述光檢測器與第1基準電位之間； 第1導電型之第1電晶體，其對應於上述光檢測器與上述負荷元件之間之第1信號線之電壓而接通； 第1導電型之第2電晶體，其對應於上述第1電晶體之電流或第2信號線之電壓，將上述第1基準電位與上述第1電晶體之間接通； 第2導電型之第3電晶體，其對應於上述第2信號線之電壓，將上述第1電晶體與第2基準電位之間接通；及 第1反相器，其連接於上述第1電晶體與上述第3電晶體之間之第3信號線與第4信號線之間。
  2. 如請求項1之感測裝置，其中進而包含 脈衝產生器，其構成為對應於上述第4信號線之電壓，將脈衝輸出至上述第2信號線。
  3. 如請求項2之感測裝置，其中 上述脈衝產生器構成為當上述第4信號線之電壓位準變化時，時間延遲地將脈衝輸出至上述第2信號線。
  4. 如請求項1之感測裝置，其中進而包含： 第1電阻器，其連接於上述負荷元件與上述光檢測器之間；及 第1導電型之第4電晶體，其串聯連接於上述第1電阻器。
  5. 如請求項1之感測裝置，其中進而包含： 第2反相器，其連接於上述第2信號線； 上述負荷元件係第1導電型之第5電晶體； 上述第5電晶體對應於上述第2反相器之輸出電壓而接通。
  6. 如請求項1之感測裝置，其中進而包含： 第2導電型之第6電晶體，其對應於上述第2信號線之電壓，將上述第2基準電位與上述第2信號線之間接通； 上述負荷元件係對應於上述第2信號線之電壓而接通之第1導電型之第5電晶體。
  7. 如請求項2之感測裝置，其中 上述脈衝產生器包含：第1延遲器；第2延遲器，其串聯連接於上述第1延遲器；AND電路，其連接於上述第2延遲器之後段；及第3反相器，其連接於上述第1延遲器與上述AND電路之間；且上述第1延遲器連接於上述第4信號線，上述AND電路之後段連接於上述第2信號線。
  8. 如請求項2之感測裝置，其中 上述脈衝產生器包含反相器鏈。
  9. 如請求項2之感測裝置，其中 上述脈衝產生器包含正反器、及連接於上述正反器之Q端子之第4反相器，且上述正反器之D端子連接於上述第4信號線，上述第4反相器之輸出側連接於上述第2信號線。
  10. 如請求項2之感測裝置，其中 上述脈衝產生器包含：源極接地之2段放大電路；第1電流源，其連接於上述2段放大電路之初段；第2電流源，其連接於上述2段放大電路之第2段；電容器，其將上述2段放大電路之初段與上述2段放大電路之第2段之間連接；及第5反相器，其連接於上述2段放大電路之初段；且上述2段放大電路之輸入端子連接於上述第4信號線，上述第5反相器之輸出端子連接於上述第2信號線。
  11. 如請求項1之感測裝置，其中 安裝有上述光檢測器之第1基板與安裝有其他元件之第2基板，經由Cu-Cu連接而電性連接。
  12. 如請求項1之感測裝置，其中 上述光檢測器為雪崩光電二極體。
  13. 一種測距裝置，其為包含複數個請求項1之感測裝置者；且包含： 光源； 邏輯電路，其構成為輸出複數個上述感測裝置之輸出電壓之邏輯和；及 計測電路，其構成為基於由上述光源照射光之時序、及自上述邏輯電路輸出之信號，計測與物體之距離。
  14. 如請求項13之測距裝置，其中進而包含： 控制電路，其連接於複數個上述感測裝置之上述第2信號線，且 構成為基於自至少任一上述感測裝置之上述第4信號線輸入至上述計測電路之信號，將脈衝輸出至上述第2信號線。
  15. 一種感測裝置，其包含： 光檢測器； 負荷元件，其連接於上述光檢測器與第1基準電位之間； 第2導電型之第7電晶體，其對應於第5信號線之電壓，將上述光檢測器與第6信號線之間接通； 第1導電型之第8電晶體，其對應於上述第5信號線之電壓，將上述第1基準電位與上述第7電晶體之間接通； 第1導電型之第9電晶體，其對應於上述第6信號線之電壓，將上述第1基準電位與第7信號線之間接通； 第2導電型之第10電晶體，其對應於第8信號線之電壓，將上述第7信號線與第2基準電位之間接通；及 第6反相器，其連接於上述第7信號線與第9信號線間；且 上述第5信號線連接於上述第9信號線。
  16. 如請求項15之感測裝置，其中進而包含： 脈衝產生器，其構成為對應於上述第9信號線之電壓，將脈衝輸出至上述第8信號線。
  17. 如請求項15之感測裝置，其中進而包含： 第1電阻器，其連接於上述負荷元件與上述光檢測器之間；及 第1導電型之第4電晶體，其串聯連接於上述第1電阻器。
  18. 如請求項15之感測裝置，其中進而包含： 第11電晶體，其對應於施加於第1控制電極之電壓，將上述第1基準電位與上述第9電晶體之間接通。
  19. 如請求項15之感測裝置，其中進而包含： 第12電晶體，其對應於施加於第2控制電極之電壓，將上述第7信號線與上述第10電晶體之間接通。
  20. 一種感測裝置，其包含： 光檢測器； 負荷元件，其連接於上述光檢測器與第1基準電位之間； 第2導電型之第7電晶體，其對應於第5信號線之電壓，將上述光檢測器與第6信號線之間接通； 第1導電型之第8電晶體，其對應於上述第5信號線之電壓，將上述第1基準電位與上述第7電晶體之間接通； 第1導電型之第9電晶體，其對應於上述第6信號線之電壓，將上述第1基準電位與第7信號線之間接通； 第2導電型之第10電晶體，其對應於第8信號線之電壓，將上述第7信號線與第2基準電位之間接通； 第6反相器，其連接於上述第7信號線； 第7反相器，其連接於上述第6反相器與第9信號線之間； 第3延遲器，其連接於上述第9信號線； NOR電路，其構成為將上述第3延遲器之輸出電壓及第10信號線之電壓之NOR，輸出至上述第8信號線；及 NAND電路，其構成為將上述第9信號線之電壓及上述第8信號線之電壓之NAND輸出至上述第5信號線。
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