TWI829718B - 時間計測元件及時間計測裝置 - Google Patents

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Abstract

本揭示之時間計測元件具備：像素，其具有受光元件及可變更延遲時間之延遲電路，於第1動作模式下，可將包含具有與延遲時間對應之脈衝寬度之受光脈衝之脈衝信號作為輸出信號輸出，於第2動作模式下，可使用延遲電路構成環形振盪器，且可將環形振盪器之振盪信號作為輸出信號輸出；及時間計測部，其可基於輸出信號進行時間計測處理。

Description

時間計測元件及時間計測裝置
本揭示係關於一種計測自射出光之時序至檢測到光之時序之時間的時間計測元件及時間計測裝置。
於測定至計測對象物之距離時，往往使用TOF(Time Of Flight：飛行時間)法。該TOF法係射出光且檢測由計測對象物反射之反射光。且，TOF法係藉由計測射出光之時序及檢測到反射光之時序之間之時間差，計測至計測對象物之距離。
然而，受光元件往往使用雪崩光二極體。專利文獻1中揭示一種將雪崩光二極體及電阻元件串聯連接之光接收裝置。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開平9-200142號公報
包含此種受光元件之電路中，於檢測出光子之後，會有短暫片刻難以檢測下一個光子之期間。該期間之長度亦稱為空檔時間。對於時間計測元件，期望縮短該空檔時間。
期望提供一種可縮短空檔時間之時間計測元件及時間計測裝置。
本揭示之一實施形態之時間計測元件具備像素及時間計測部。像素具有受光元件及可變更延遲時間之延遲電路，且於第1動作模式下，可將包含具有與延遲時間對應之脈衝寬度之受光脈衝之脈衝信號作為輸出信號輸出，於第2動作模式下，可使用延遲電路構成環形振盪器，且構成為可將環形振盪器之振盪信號作為輸出信號輸出。時間計測部構成為可基於輸出信號進行時間計測處理。
本揭示之一實施形態之時間計測裝置具備光源、像素、及時間計測部。光源構成為可射出光。像素具有可檢測與光對應之反射光之受光元件、及可變更延遲時間之延遲電路，於第1動作模式下，可將包含具有與延遲時間對應之脈衝寬度之受光脈衝之脈衝信號作為輸出信號輸出，於第2動作模式下，可使用延遲電路構成環形振盪器，且構成為可將環形振盪器之振盪信號作為輸出信號輸出。時間計測部構成為可基於輸出信號進行時間計測處理。
本揭示之一實施形態之時間計測元件及時間計測裝置中，使用受光元件與可變更延遲時間之延遲電路而構成像素。於第1動作模式下，將包含具有與延遲時間對應之脈衝寬度之受光脈衝之脈衝信號自像素輸出。於第2動作模式下，使用延遲電路構成環形振盪器，將該環形振盪器之振盪信號自像素輸出。且，基於自該像素輸出之信號，進行時間計測處理。
根據本揭示之一實施形態之時間計測元件及時間計測裝置，於第2動作模式下，因像素輸出振盪信號，且時間計測部基於該信號進行時間計測處理，故可縮短空檔時間。另，此處所記載之效果未必受限定，可為本揭示中記載之任一種效果。
以下，對本揭示之實施形態，參照圖式進行詳細說明。另，說明依照以下順序進行。 1.實施形態 2.應用例 3.對移動體之應用例
＜1.實施形態＞ [構成例] 圖1係顯示一實施形態之時間計測裝置(時間計測裝置1)之一構成例者。時間計測裝置1構成為射出光並檢測由計測對象物反射之反射光，且計測射出光之時序及檢測到反射光之時序之間之時間差。時間計測裝置1具備光源11、光源驅動部12、擴散透鏡13、聚光鏡14、及時間計測元件20。
光源11係以藉由光源驅動部12予以驅動而射出光之方式構成。光源11例如使用脈衝雷射光源而構成。
光源驅動部12係以基於發光觸發信號TRG而驅動光源11之方式構成。具體而言，光源驅動部12以基於自時間計測元件20供給之發光觸發信號TRG，使光源11於對應於發光觸發信號TRG所包含之觸發脈衝之時序射出光之方式，控制光源11之動作。
擴散透鏡13係以使自光源11射出之光於特定之角度範圍內擴散之方式構成。且，藉由擴散透鏡13擴散之光(出射光L1)自時間計測裝置1射出。
聚光鏡14係以使藉由計測對象物9反射而入射至時間計測裝置1之光(反射光L2)向時間計測元件20之受光面S反射之方式構成。
時間計測元件20構成為檢測藉由聚光鏡14反射之光，且計測光源11射出光之時序及時間計測元件20之受光元件31(稍後敘述)檢測到光之時序之間之時間差。入射至時間計測元件20之光因與藉由計測對象物9反射而入射至時間計測裝置1之光實質性相同，故以下為便於說明，亦將入射至時間計測元件20之光稱為反射光L2。又，時間計測元件20亦進行產生發光觸發信號TRG且將產生之發光觸發信號TRG供給至光源驅動部12之動作。
又，時間計測元件20於校準模式下，如後所述，亦進行調整像素30所包含之可變延遲電路50之延遲時間之校準處理。
圖2係顯示時間計測元件20之一構成例者。時間計測元件20具備像素陣列21、選擇信號產生部22、信號產生部23、同步部24、加法部25、柱狀圖產生部26、處理部27、及控制部28。
像素陣列21具有配置為矩陣狀之複數個像素30。
圖3係顯示像素陣列21之一構成例者。該圖3圖示出像素陣列21之複數個像素30中之4個(=2×2)像素30。圖4係顯示像素30之一構成例者。像素30具有受光元件31與像素電路40。
受光元件31係檢測光之光電轉換元件，例如使用單光子雪崩二極體(SPAD：Single photon avalanche diode)而構成。對受光元件31之陽極供給電壓Vbd，陰極連接於像素電路40。
像素電路40如圖4所示具有電晶體41、42、反相器IV、邏輯或(OR)電路43、環形振盪器44、邏輯或電路46、位準轉換電路BUF1、BUF2、選擇器47、邏輯積(AND)電路48、及邏輯或電路49。
電晶體41、42係P型MOS(Metal Oxide Semiconductor：金屬氧化物半導體)電晶體。對電晶體41之源極供給電壓Ve，閘極連接於邏輯或電路46之輸出端子，汲極連接於受光元件31之陰極、電晶體42之汲極、及反相器IV之輸入端子。對電晶體42之源極供給電壓Ve，閘極連接於反相器IV之輸出端子、邏輯或電路43之第1輸入端子、及位準轉換電路BUF1之輸入端子，汲極連接於受光元件31之陰極、電晶體41之汲極、及反相器IV之輸入端子。
反相器IV之輸入端子連接於受光元件31之陰極及電晶體41、42之汲極，輸出端子連接於電晶體42之閘極、邏輯或電路43之第1輸入端子、及位準轉換電路BUF1之輸入端子。
邏輯或電路43之第1輸入端子連接於反相器IV之輸出端子、電晶體42之閘極、及位準轉換電路BUF1之輸入端子，於第2輸入端子被供給控制信號EN_CAL，輸出端子連接於環形振盪器44。
環形振盪器44具有反轉邏輯積(NAND)電路45與可變延遲電路50。反轉邏輯積電路45之第1輸入端子連接於邏輯或電路43之輸出端子，第2輸入端子連接於可變延遲電路50之輸出端子、位準轉換電路BUF2之輸入端子、及邏輯或電路46之第2輸入端子，輸出端子連接於可變延遲電路50之輸入端子。可變延遲電路50構成為將自反轉邏輯積電路45供給之信號僅延遲對應於控制信號DSET之延遲時間之量。可變延遲電路50之輸入端子連接於反轉邏輯積電路45之輸出端子，輸出端子連接於位準轉換電路BUF2之輸入端子、反轉邏輯積電路45之第2輸入端子、及邏輯或電路46之第2輸入端子。
環形振盪器44中，於第1輸入端子之信號為高位準之情形時，反轉邏輯積電路45反轉於第2輸入端子之信號，且輸出經反轉之信號。藉此，環形振盪器44進行振盪動作，產生具有對應於可變延遲電路50之延遲時間之頻率之振盪信號SO。又，於第1輸入端子之信號為低位準之情形時，反轉邏輯積電路45輸出高位準。藉此，環形振盪器44停止振盪動作。
圖5A～5E係顯示環形振盪器44之具體構成例者。該等環形振盪器44之可變延遲電路50之構成互不相同。
圖5A所示之環形振盪器44(環形振盪器44A)具有可變延遲電路50A。可變延遲電路50A具有4個反相器51～54及電流源59A。4個反相器51～54之各者例如為CMOS(complementary metal oxide semiconductor：互補型金屬氧化半導體)反相器。反相器51之輸入端子連接於可變延遲電路50A之輸入端子Tin，輸出端子連接於反相器52之輸入端子。反相器52之輸入端子連接於反相器51之輸出端子，輸出端子連接於反相器53之輸入端子。反相器53之輸入端子連接於反相器52之輸出端子，輸出端子連接於反相器54之輸入端子。反相器54之輸入端子連接於反相器53之輸出端子，輸出端子連接於可變延遲電路50A之輸出端子Tout。反相器51～54之電源端子連接於電流源59A。電流源59A構成為自一端向另一端流動電流，且基於控制信號DSET而可變更該電流之電流值。對電流源59A之一端供給電壓Ve，另一端連接於反相器51～54之電源端子。
環形振盪器44A中，可變延遲電路50A之延遲時間根據電流源59A所產生之電流之電流值而變化。具體而言，例如於電流源59A產生之電流之電流值較大之情形時，反相器51～54之延遲時間變短，於電流源59A產生之電流之電流值較小之情形時，反相器51～54之延遲時間變長。如此，環形振盪器44A以對應於可變延遲電路50A之延遲時間之頻率進行振盪動作。
圖5B所示之環形振盪器44(環形振盪器44B)具有可變延遲電路50B。可變延遲電路50B具有4個反相器51～54及4個電流源51B、52B、53B、54B。電流源51B、52B、53B、54B之各者構成為自一端向另一端流動電流，且基於控制信號DSET而可變更其電流之電流值。對電流源51B之一端供給電壓Ve，另一端連接於反相器51之電源端子。對電流源52B之一端供給電壓Ve，另一端連接於反相器52之電源端子。對電流源53B之一端供給電壓Ve，另一端連接於反相器53之電源端子。對電流源54B之一端供給電壓Ve，另一端連接於反相器54之電源端子。
環形振盪器44B中，可變延遲電路50B之延遲時間根據電源流51B、52B、53B、54B產生之電流之電流值而變化。具體而言，例如於電流源51B產生之電流之電流值較大之情形時，反相器51之延遲時間變短，於電流源51B產生之電流之電流值較小之情形時，反相器51之延遲時間變長。對於反相器52～54亦同。藉此，環形振盪器44B以對應於可變延遲電路50B之延遲時間之頻率進行振盪動作。
圖5C所示之環形振盪器44(環形振盪器44C)具有可變延遲電路50C。可變延遲電路50C具有4個反相器51～54及4個可變電容元件51C、52C、53C、54C。4個可變電容元件51C、52C、53C、54C之各者構成為基於控制信號DSET而可變更電容值。可變電容元件51C之一端連接於反相器51之輸出端子及反相器52之輸入端子，另一端接地。可變電容元件52C之一端連接於反相器52之輸出端子及反相器53之輸入端子，另一端接地。可變電容元件53C之一端連接於反相器53之輸出端子及反相器54之輸入端子，另一端接地。可變電容元件54C之一端連接於反相器53之輸出端子及反轉邏輯積電路45之第2輸入端子，另一端接地。
環形振盪器44C中，可變延遲電路50C之延遲時間根據可變電容元件51C、52C、53C、及54C之電容值而變化。具體而言，例如於可變電容元件51C之電容值較小之情形時，反相器51之延遲時間變短，於可變電容元件51C之電容值較大之情形時，反相器51之延遲時間變長。對於反相器52～54亦同。如此，環形振盪器44C以對應於可變延遲電路50C之延遲時間之頻率進行振盪動作。
圖5D所示之環形振盪器44(環形振盪器44D)具有可變延遲電路50D。可變延遲電路50D具有2個反相器51、52、電流源51D、及可變電容元件57D。反相器52之輸出端子連接於可變延遲電路50D之輸出端子Tout。電流源51D構成為自一端向另一端流動電流，且基於控制信號DSET而可變更其電流之電流值。對電流源51D之一端供給電壓Ve，另一端連接於反相器51之電源端子。可變電容元件57D構成為基於控制信號DSET而可變更電容值。可變電容元件57D之一端連接於反相器51之輸出端子及反相器52之輸入端子，另一端接地。
環形振盪器44D中，可變延遲電路50D之延遲時間根據電流源51D產生之電流之電流值、及可變電容元件57D之電容值而變化。具體而言，例如於電流源51D產生之電流之電流值較大、可變電容元件57D之電容值較小之情形時，反相器51之延遲時間變短。又，例如於電流源51D產生之電流之電流值較小、可變電容元件57D之電容值較大之情形時，反相器51之延遲時間變長。如此，環形振盪器44D以對應於可變延遲電路50D之延遲時間之頻率進行振盪動作。於環形振盪器44D中，因設置電流源51D及可變電容元件57D，故可擴大反相器51之延遲時間之可變範圍，其結果，可減少可變延遲電路50D之反相器之數量。
圖5E所示之環形振盪器44(環形振盪器44E)具有可變延遲電路50E。可變延遲電路50E具有6個反相器51～56與選擇器58。反相器52之輸出端子連接於反相器53之輸入端子及選擇器58之第1輸入端子。反相器54之輸出端子連接於反相器55之輸入端子及選擇器58之第2輸入端子。反相器55之輸入端子連接於反相器54之輸出端子，輸出端子連接於反相器56之輸入端子。反相器56之輸入端子連接於反相器55之輸出端子，輸出端子連接於選擇器58之第3輸入端子。選擇器58構成為基於控制信號DSET，選擇第1輸入端子之信號、第2輸入端子之信號、及第3輸入端子之信號中之1個，且將選擇之信號自輸出端子輸出。選擇器58之第1輸入端子連接於反相器52之輸出端子及反相器53之輸入端子，第2輸入端子連接於反相器54之輸出端子及反相器55之輸入端子，第3輸入端子連接於反相器56之輸出端子，輸出端子連接於可變延遲電路50E之輸出端子Tout。
環形振盪器44E中，可變延遲電路50E之延遲時間根據選擇器58之選擇動作而變化。具體而言，例如，可變延遲電路50E之延遲時間於選擇器58選擇第1輸入端子之信號之情形時，為2個反相器51、52之延遲時間及反相器58之延遲時間之合計時間，於選擇器58選擇第2輸入端子之信號之情形時，為4個反相器51～54之延遲時間及選擇器58之延遲時間之合計時間，於選擇器58選擇第3輸入端子之信號之情形時，為6個反相器51～56之延遲時間及選擇器58之延遲時間之合計時間。如此，環形振盪器44E以對應於可變延遲電路50E之延遲時間之頻率進行振盪動作。
如此，於環形振盪器44中，可變延遲電路50構成為基於控制信號DSET而可變更延遲時間。如圖6所示，像素陣列21中，將可變延遲電路50之延遲時間以區域AR單位予以調整。該例中，將像素陣列21區分為32個(=4×8)區域AR。複數個區域AR之各者包含複數個像素30。對屬於1個區域AR之複數個像素30之可變延遲電路50，供給1個控制信號DSET。藉此，將屬於1個區域AR之複數個可變延遲電路50之延遲設定設為彼此相同。如此，將可變延遲電路50之延遲時間以區域AR單位予以調整。
對邏輯或電路46(圖4)之第1輸入端子供給控制信號EN_CAL，第2輸入端子連接於可變延遲電路50之輸出端子、位準轉換電路BUF2之輸入端子、及反轉邏輯積電路45之第2輸入端子，輸出端子連接於電晶體41之閘極。
位準轉換電路BUF1、BUF2構成為轉換輸入端子之信號之電壓位準，且將經轉換之信號自輸出端子輸出。位準轉換電路BUF1之輸入端子連接於反相器IV之輸出端子、電晶體42之閘極、及邏輯或電路43之第1輸入端子，輸出端子連接於選擇器47之第1輸入端子。位準轉換電路BUF2之輸入端子連接於可變延遲電路50之輸出端子、反轉邏輯積電路45之第2輸入端子、及邏輯或電路46之第2輸入端子，另一端連接於選擇器47之第2輸入端子。
選擇器47構成為基於控制信號EN_CAL而選擇第1輸入端子之信號及第2輸入端子之信號中之一者，且將經選擇之信號自輸出端子輸出。選擇器47之第1輸入端子連接於位準轉換電路BUF1之輸出端子，第2輸入端子連接於位準轉換電路BUF2之輸出端子，輸出端子連接於邏輯積電路48之第1輸入端子。於控制信號EN_CAL為低位準(L)之情形時，選擇器47選擇第1輸入端子之信號，於控制EN_CAL為高位準(H)之情形時，選擇第2輸入端子之信號。
邏輯積電路48之第1輸入端子連接於反相器47之輸出端子，於第2輸入端子被供給選擇信號SEL，輸出端子連接於邏輯或電路49之第1輸入端子。
邏輯或電路49之第1輸入端子連接於邏輯積電路48之輸出端子，第2輸入端子連接於像素30之輸入端子IN，輸出端子連接於像素30之輸出端子OUT。
藉由該構成，於像素30中，於控制信號EN_CAL為低位準之情形時，每當受光元件31接收反射光L2時，便產生具有與可變延遲電路50之延遲時間對應之脈衝寬度之受光脈衝PL，且選擇器47輸出包含該受光脈衝PL之脈衝信號SP。又，於控制信號EN_CAL為高位準之情形時，像素30於校準模式下進行動作，環形振盪器44藉由進行振盪動作而產生振盪信號SO，且選擇器47輸出該振盪信號SO。
如圖2所示，於像素陣列21中並排設置於橫方向之1列份之像素30中之最左側之像素30之輸入端子IN，輸入自信號產生部23供給之信號SIN。又，除該1列份之像素30中之最左側之像素30以外之像素30之輸入端子IN，如圖3所示，連接於與該像素30之左側相鄰之像素30之輸出端子OUT。且，該1列份之像素30中之最右側之像素30之輸出端子OUT，如圖2所示，連接於同步部24。且，該最右側之像素30輸出信號S1。如此，於像素陣列21中，並排設置於圖2之橫方向之1列份之像素30成為所謂的菊鍊連接。
又，對像素陣列21中並排設置於縱方向之1行份之像素30，供給1個選擇信號SEL，對屬於互不相同之行之像素30，供給互不相同之選擇信號SEL。換言之，對並排設置於橫方向1列份之像素30，分別供給對應之選擇信號SEL。藉由該構成，於像素陣列21中，複數個像素30使用選擇信號SEL，選擇1行份之像素30作為單位。
選擇信號產生部22構成為基於自控制部28供給之控制信號而產生複數個選擇信號SEL。選擇信號產生部22對像素陣列21之像素30之複數行分別供給該等複數個選擇信號SEL。藉此，選擇信號產生部22能夠以行單位依序選擇複數個像素30。
信號產生部23構成為基於自控制部28供給之信號信號而產生包含參考脈衝PR之信號SIN。該參考脈衝PR係於與光源11發光之時序對應之時序產生。
同步部24構成為藉由以自控制部28供給之時脈信號CK對自像素陣列21供給之複數個信號S1分別取樣，而分別產生複數個信號S2。同步部24具有複數個正反器64。複數個正反器64與像素陣列21之像素30之複數列對應設置。複數個正反器64之各者構成為藉由以時脈信號CK對自對應之像素30之列供給之信號S1進行取樣而產生信號S2。
加法部25構成為基於自同步部24供給之複數個信號S2、及自控制部28供給之控制信號進行加法處理，藉此產生複數個信號S3。加法部25具有複數個加法電路65。複數個加法電路65與像素陣列21之區域AR之複數列對應設置。例如，如圖6所示，於像素陣列21有8列份之區域AR之情形時，加法部25具有8個加法電路65。複數個加法電路65之各者構成為藉由基於自對應之區域AR之列之複數個正反器64輸出之複數個信號S2進行加法處理，而產生信號S3。
柱狀圖產生部26構成為基於自加法部25供給之複數個信號S3、及自控制部28供給之控制信號，進行柱狀圖產生處理。柱狀圖產生部26具有複數個柱狀圖產生電路66。複數個柱狀圖產生電路66與複數個加法電路65對應設置。複數個柱狀圖產生電路66之各者，構成為藉由基於自對應之加法電路65供給之信號S3進行柱狀圖產生處理，而產生柱狀圖。
處理部27構成為基於自柱狀圖產生部26供給之柱狀圖相關之資訊、及自控制部28供給之控制信號，而產生深度圖像PIC。深度圖像PIC所包含之複數個之像素值之各者表示深度值。處理部27輸出產生之深度圖像PIC。
處理部27具有延遲時間計測部27A。延遲時間計測部27A構成為於時間計測元件20於校準模式下進行動作之情形時，基於自柱狀圖產生部26供給之柱狀圖相關之資訊、及自控制部28供給之控制信號，計測可變延遲電路50之延遲時間。且，延遲時間計測部27A對控制部28供給所計測之延遲時間相關之資訊。
控制部28構成為對像素陣列21、選擇信號產生部22、信號產生部23、同步部24、加法部25、柱狀圖產生部26、及處理部27供給控制信號，且對光源驅動部12供給發光觸發信號TRG，藉此控制時間計測裝置1之動作。控制部28具有發光時序設定部28A與延遲控制部28B。
發光時序設定部28A係以產生指示光源11之發光時序之發光觸發信號TRG之方式構成。發光觸發信號TRG包含複數個觸發脈衝。控制部28係以藉由將該發光觸發信號TRG供給至光源驅動部12，使光源11於與該發光觸發信號TRG所包含之觸發脈衝對應之時序發光之方式，控制光源11之動作。
延遲控制部28B構成為控制像素30之可變延遲電路50之延遲時間。具體而言，延遲控制部28B於校準模式下進行動作時，將控制信號EN_CAL設定為高位準(作用)。且，延遲控制部28B基於自處理部27之延遲時間計測部27A供給之資訊，以區域AR單位，決定像素陣列21之複數個像素30之各者之可變延遲電路50之延遲時間之設定。且，延遲控制部28B基於決定結果，產生控制信號DSET。藉此，於複數個可變延遲電路50之各者，將延遲時間設定為特定長度之時間。
時間計測元件20形成於例如相互重疊之2片半導體基板。
圖7係顯示時間計測元件20之一構成例者。時間計測元件20於該例中，使用重疊之2片半導體基板111、112而構成。於該半導體基板111，形成像素陣列21之受光元件31。因而，於時間計測元件20中，配置有半導體基板111之面為受光面S。於半導體基板112中與於半導體基板111形成有受光元件31之區域對應之區域，形成像素陣列21之像素電路40。又，於該半導體基板112，進而形成有選擇信號產生部22、信號產生部23、同步部24、加法部25、柱狀圖產生部26、處理部27、及控制部28。該等半導體基板111及半導體基板112相互重疊，且藉由例如Cu-Cu接合而電性連接。
此處，可變延遲電路50對應於本揭示之「延遲電路」之一具體例。同步部24、加法部25、柱狀圖產生部26、及處理部27對應於本揭示之「時間計測部」之一具體例。電晶體41對應於本揭示「開關」之一具體例。選擇器47對應於本揭示「選擇器」之一具體例。
[動作及作用] 接著，對本實施形態之時間計測裝置1之動作及作用進行說明。
(整體動作概要) 首先，參照圖1、圖2，說明時間計測裝置1之整體動作概要。控制部28之發光時序設定部28A產生指示光源11之發光時序之發光觸發信號TRG。光源驅動部12基於發光觸發信號TRG而驅動光源11。光源11於與發光觸發信號TRG所包含之觸發脈衝對應之時序射出光。擴散透鏡13使自光源11射出之光於特定之角度範圍內擴散。藉由擴散透鏡13擴散之光(出射光L1)自時間計測裝置1射出。聚光鏡14使藉由計測對象物9反射而入射至時間計測裝置1之光(反射光L2)向時間計測元件20之受光面S反射。
時間計測元件20藉由檢測由聚光鏡14反射之光而產生深度圖像PIC。具體而言，選擇信號產生部22基於自控制部28供給之控制信號，產生複數個選擇信號SEL，藉此以行單位依序選擇像素陣列21之複數個像素30。信號產生部23基於自控制部28供給之控制信號而產生信號SIN。屬於像素陣列21之被選擇之行之複數個像素30分別輸出包含對應於反射光L2之受光脈衝PL之脈衝信號SP。藉此，像素陣列21輸出該等脈衝信號SP作為複數個信號S1。同步部24藉由以時脈信號CK分別取樣複數個信號S1，而分別產生複數個信號S2。加法部25藉由基於複數個信號S2進行加法處理，而產生複數個信號S3。柱狀圖產生部26基於複數個信號S3進行柱狀圖產生處理。處理部27基於自柱狀圖產生部26供給之柱狀圖相關之資訊，產生深度圖像PIC。
於時間計測元件20於校準模式下進行動作之情形時，控制部28之延遲控制部28B將控制信號EN_CAL設定為高位準(作用)。選擇信號產生部22基於自控制部28供給之控制信號而產生複數個選擇信號SEL，藉此以行單位依序選擇像素陣列21之複數個像素30。於屬於像素陣列21之被選擇之行之複數個像素30中，環形振盪器44進行振盪動作。藉此，該等複數個像素30分別輸出具有與可變延遲電路50之延遲時間對應之頻率之振盪信號SO。藉此，像素陣列21輸出該等振盪信號SO作為複數個信號S1。同步部24藉由以時脈信號CK分別取樣複數個信號S1，而分別產生複數個信號S2。加法部25藉由基於複數個信號S2進行加法處理，而產生複數個信號S3。柱狀圖產生部26基於複數個信號S3而進行柱狀圖產生處理。處理部27之延遲時間計測部27A基於自柱狀圖產生部26供給之柱狀圖相關之資訊，計測可變延遲電路50之延遲時間。且，延遲時間計測部27A將與計測到之延遲時間相關之資訊供給至控制部28。控制部28之延遲控制部28B基於自延遲時間計測部27A供給之資訊，以區域AR單位而決定像素陣列21之複數個像素30之各者之可變延遲電路50之延遲時間之設定。且，延遲控制部28B基於決定結果，產生控制信號DSET。藉此，於複數個可變延遲電路50之各者中，將延遲時間設定為特定長度之時間。
(詳細動作) 圖8係顯示時間計測裝置1之一動作例者，(A)顯示自光源11射出之出射光L1之波形，(B)顯示像素陣列21之自左起第1行像素30(1)之動作，(C)顯示像素陣列21之自左起第2行像素30(2)之動作，(D)顯示像素陣列21之自左起第3行像素30(3)之動作，(E)顯示像素陣列21之最右側之行(第N行)像素30(N)之動作，(F)顯示控制信號EN_CAL之波形。於圖8(B)～(E)中，附影線之部分表示選擇像素30者，未附影線之部分表示未選擇像素30者。
時間計測裝置1於計測期間T1射出光，且檢測藉由計測對象物9反射之反射光，藉此產生深度圖像。又，時間計測裝置1於彼此相鄰之2個計測期間T1之間之期間(消隱期間T2)中，進行調整像素30所包含之可變延遲電路50之延遲時間之校準處理。以下，對該動作進行詳細說明。
若計測期間T1於時序t1開始，則首先延遲控制部28B將控制信號EN_CAL設為低位準(圖8(F))。然後，於時序t1～t2期間，選擇信號產生部22選擇第1行像素30(1)(圖8(B))。又，發光時序設定部28A產生發光觸發信號TRG。光源驅動部12基於該發光觸發信號TRG，於該時序t1～t2期間，以光源11於特定之發光週期(發光週期T)複數次出射光脈衝之方式，控制光源11之動作(圖8(A))。藉此，像素30(1)輸出包含與入射之反射光L2對應之受光脈衝PL之脈衝信號SP。像素陣列21輸出該脈衝信號SP作為信號S1。
同步部24藉由於該時序t1～t2期間，以時脈信號CK分別取樣複數個信號S1，而分別產生複數個信號S2。加法部25藉由基於複數個信號S2進行加法處理，產生複數個信號S3。柱狀圖產生部26基於複數個信號S3進行柱狀圖產生處理。如此，產生第1行像素30(1)之柱狀圖。
其次，於時序t2～t3期間，選擇信號產生部22選擇第2行像素30(2)(圖8(C))。然後，光源驅動部12基於發光觸發信號TRG，於該時序t2～t3期間，以光源11於發光週期T複數次出射光脈衝之方式，控制光源11之動作(圖8(A))。藉此，像素30(2)輸出包含與入射之反射光L2對應之受光脈衝PL之脈衝信號SP。像素陣列21輸出該脈衝信號SP作為信號S1。
同步部24藉由於該時序t2～t3期間，以時脈信號CK分別取樣複數個信號S1，而分別產生複數個信號S2。加法部25藉由基於複數個信號S2進行加法處理，產生複數個信號S3。柱狀圖產生部26基於複數個信號S3而進行柱狀圖產生處理。如此，產生第2行像素30(2)之柱狀圖。
如此，時間計測裝置1於時序t1～t4期間(計測期間T1)，以行單位依序選擇像素陣列21之複數個像素30。藉此，分別產生各行之像素30之柱狀圖。
且，處理部27基於於該時序t1～t4期間(計測期間T1)所產生之柱狀圖，而產生深度圖像。
若消隱期間T2於時序t4開始，則控制部28之延遲控制部28B將控制信號EN_CAL設定為高位準(作用)(圖8(F))。然後，於時序t4～t5期間，選擇信號產生部22選擇第1行像素30(1)(圖8(B))。藉此，像素30(1)之環形振盪器44進行振盪動作，像素30(1)輸出具有與可變延遲電路50之延遲時間對應之頻率之振盪信號SO。像素陣列21輸出該振盪信號SO作為信號S1。
同步部24藉由於該時序t4～t5期間，以時脈信號CK分別取樣複數個信號S1，而分別產生複數個信號S2。加法部25藉由基於複數個信號S2進行加法處理，產生複數個信號S3。柱狀圖產生部26基於複數個信號S3而進行柱狀圖產生處理。如此，產生第1行像素30(1)之柱狀圖。
且，於時序t5之前之時序，延遲控制部28B將控制信號EN_CAL設定為低位準(非作用)(圖8(F))。
其次，於時序t5～t6期間，選擇信號產生部22選擇第2行像素30(2)(圖8(C))。藉此，像素30(2)之環形振盪器44進行振盪動作，像素30(2)輸出具有與可變延遲電路50之延遲時間對應之頻率之振盪信號SO。像素陣列21輸出該振盪信號SO作為信號S1。
同步部24藉由於該時序t5～t6期間，以時脈信號CK分別取樣複數個信號S1，而分別產生複數個信號S2。加法部25藉由基於複數個信號S2進行加法處理，產生複數個信號S3。柱狀圖產生部26基於複數個信號S3進行柱狀圖產生處理。如此，產生第2行像素30(2)之柱狀圖。
且，於時序t6之前之時序，延遲控制部28B將控制信號EN_CAL設定為低位準(非作用)(圖8(F))。
如此，時間計測裝置1於時序t4～t7期間(消隱期間T2)，以行單位依序選擇像素陣列21之複數個像素30。藉此，分別產生各行之像素30之柱狀圖。
且，處理部27之延遲時間計測部27A基於自柱狀圖產生部26供給之柱狀圖相關之資訊，計測可變延遲電路50之延遲時間。控制部28之延遲控制部28B基於自延遲時間計測部27A供給之資訊，以區域AR單位，決定像素陣列21之複數個像素30各者之可變延遲電路50之延遲時間之設定。且，延遲控制部28B基於決定結果，產生控制信號DSET。藉此，於複數個可變延遲電路50之各者中，將延遲時間設定為特定長度之時間。
且，於時序t7，開始下一個計測期間T1。
該例中，於消隱期間T2進行校準處理，但亦可於所有消隱期間T2不進行校準處理。例如，能夠以特定數量之消隱期間T2對1次之比例，進行校準處理。
(關於時間計測處理) 圖9係模式性顯示計測期間T1之被選擇之像素30之動作者。因於計測期間T1控制信號EN_CAL為低位準，故選擇器47輸出第1輸入端子之信號。若受光元件31檢測到反射光L2，則受光元件31之陰極之電壓於特定長度之期間成為低位準。與此對應，反相器IV之輸出電壓於特定長度之期間成為高位準。如此，於像素30中產生受光脈衝PL，且將包含該受光脈衝PL之脈衝信號SP經由位準轉換電路BUF1、選擇器47、邏輯積電路48、及邏輯或電路49輸出。
圖10係顯示計測期間T1之被選擇之像素30之動作者，(A)顯示受光元件31之陰極之電壓(陰極電壓)之波形，(B)顯示反相器IV之輸出電壓之波形，(C)顯示邏輯或電路43之輸出電壓之波形，(D)顯示可變延遲電路50之輸出電壓之波形，(E)顯示邏輯或電路46之輸出電壓之波形。
若受光元件31檢測到反射光L2，則於時序t11，受光元件31之陰極電壓自電壓Ve降低(圖10(A))。根據該陰極電壓之變化，反相器IV於時序t12，使輸出電壓自低位準變化為高位準(圖10(B))。藉此，電晶體42成為斷開狀態。
且，根據該反相器IV之輸出電壓之變化，邏輯或電路43於時序t13，使輸出電壓自低位準變化為高位準(圖10(C))。即，於該計測期間T1，因控制信號EN_CAL為低位準，故邏輯或電路43根據反相器IV之輸出電壓之變化，使輸出電壓自低位準變化為高位準。
且，根據該邏輯或電路43之輸出電壓之變化，反轉邏輯積電路45使輸出電壓自高位準變化為低位準，根據該反轉邏輯積電路45之輸出電壓之變化，可變延遲電路50於時序t14，使輸出電壓自高位準變化為低位準(圖10(D))。即，於時序t13，因可變延遲電路50之輸出電壓為高位準，故反轉邏輯積電路45根據邏輯或電路43之輸出電壓之變化，使輸出電壓自高位準變化為低位準。且，可變延遲電路50根據該反轉邏輯積電路45之輸出電壓之變化，於僅延遲與控制信號DSET之延遲時間對應之量之時序，使輸出電壓自高位準變化為低位準。該時序t13與時序t14之間之時間，為反轉邏輯積電路45之延遲時間與可變延遲電路50之延遲時間之合計時間(延遲時間td)。因可變延遲電路50之延遲時間較反轉邏輯積電路45之延遲時間充分地長，故延遲時間td與可變延遲電路50之延遲時間為相同程度。
且，根據該可變延遲電路50之輸出電壓之變化，邏輯或電路46於時序t15，使輸出電壓自高位準變化為低位準(圖10(E))。即，於該計測期間T1，因控制信號EN_CAL為低位準，故邏輯或電路46根據可變延遲電路50之輸出電壓之變化，使輸出電壓自高位準變化為低位準。
根據該邏輯或電路46之輸出電壓之變化，電晶體41成為導通狀態，於時序t16，受光元件31之陰極電壓上升成為電壓Ve(圖10(A))。根據該陰極電壓之變化，反相器IV於時序t17，使輸出電壓自高位準變化為低位準(圖10(B))。藉此，電晶體42成為導通狀態。
且，根據該反相器IV之輸出電壓之變化，邏輯或電路43於時序t18，使輸出電壓自高位準變化為低位準(圖10(C))。
又，根據時序t14之可變延遲電路50之輸出電壓之變化，反轉邏輯積電路45使輸出電壓自低位準變化為高位準，且根據該反轉邏輯積電路45之輸出電壓之變化，可變延遲電路50於時序t19，使輸出電壓自低位準變化為高位準(圖10(D))。
且，根據該可變延遲電路50之輸出電壓之變化，邏輯或電路46於時序t20，使輸出電壓自低位準變化為高位準(圖10(E))。藉此，電晶體41成斷開狀態。
如此，被選擇之像素30中，如圖10(B)所示，每當受光元件31接收到反射光L2時，便產生受光脈衝PL。該受光脈衝PL之脈衝寬度由延遲時間td控制。換言之，受光脈衝PL之脈衝寬度由可變延遲電路50之延遲時間控制。如此，於被選擇之像素30中，每當受光元件31接收到反射光L2時，便產生具有與可變延遲電路50之延遲時間對應之脈衝寬度之受光脈衝PL。且，該像素30輸出包含該受光脈衝PL之脈衝信號SP。
其次，以被選擇之1行份之像素30中之某像素30之動作為例，說明時間計測元件20於計測期間T1之動作。
圖11係顯示時間計測元件20於計測期間T1之一動作例者，(A)顯示信號SIN之波形，(B)顯示信號S1之波形，(C)顯示信號S2之波形，(D)顯示信號S3之波形，於圖11(C)、(D)中，使用時脈週期TCK圖示波形。
於時序t21，信號產生部23使信號SIN之電壓自低位準變化為高位準，於時序t22，使信號SIN之電壓自高位準變化為低位準(圖11(A))。該參考脈衝PR於與光源11發光之時序對應之時序產生。該參考脈衝PR經由像素陣列21之菊鍊連接之一列份之像素30而傳遞。
且，於時序t23，像素陣列21使信號S1之電壓自低位準變化為高位準，於時序t24，使該信號S1之電壓自高位準變化為低位準(圖11(B))。如此，像素陣列21輸出自信號產生部23供給之參考脈衝PR。
且，於某時序，若像素30檢測到反射光L2，則於之後之時序t25，像素陣列21使信號S1之電壓自低位準變化為高位準，於時序t26，使該信號S1之電壓自高位準變化為低位準(圖11(B))。如此，像素陣列21輸出第1個受光脈衝PL(受光脈衝PL1)。
且，於另一某時序，若其像素30檢測到反射光L2，則於之後之時序t27，像素陣列21使信號S1之電壓自低位準變化為高位準，於時序t28，使該信號S1之電壓自高位準變化為低位準(圖11(B))。如此，像素陣列21輸出第2個受光脈衝PL(受光脈衝PL2)。
同步部24之正反器64藉由以時脈信號CK取樣該信號S1而產生信號S2(圖11(C))。加法部25之加法電路65藉由基於自複數個正反器64輸出之複數個信號S2進行加法處理，產生信號S3(圖11(D))。柱狀圖產生部26之柱狀圖產生電路66藉由基於該信號S3進行柱狀圖產生處理而產生柱狀圖。
且，處理部27基於該信號S3，計測光源11射出光之時序及時間計測元件20之受光元件31檢測到光之時序之間之時間差Δt。具體而言，處理部27基於參考脈衝PR之柱狀圖及受光脈衝PL1之柱狀圖而計測時間差Δt1，基於參考脈衝PR之柱狀圖及受光脈衝PL2之柱狀圖而計測時間差Δt2。處理部27可使用例如柱狀圖之峰值時序計測時間差Δt，亦可使用柱狀圖之邊緣時序計測時間差Δt。
且，處理部27基於該等時間差Δt而產生深度圖像PIC。
(關於校準處理) 圖12係模式性顯示校準模式下之被選擇之像素30之動作者。於控制信號EN_CAL為高位準之期間，選擇器47輸出第2輸入端子之信號。又，於控制信號EN_CAL為高位準之期間，因邏輯或電路43輸出高位準，故環形振盪器44進行振盪動作。藉此，環形振盪器44產生具有與可變延遲電路50之延遲時間對應之頻率之振盪信號SO。將該振盪信號SO經由位準轉換電路BUF2、選擇器47、邏輯積電路48、及邏輯或電路49輸出。
其次，以被選擇之1行份之像素30中之某像素30之動作為例，說明校準模式下之時間計測元件20之動作。
圖13係顯示校準模式下之時間計測元件20之一動作例者，(A)顯示控制信號EN_CAL之波形，(B)顯示信號S1之波形，(C)顯示信號S2之波形，(D)顯示信號S3之波形。於圖13(C)、(D)中，使用時脈週期TCK圖示波形。
於時序t31，控制部28之延遲控制部28B使控制信號EN_CAL之電壓自低位準變化為高位準(圖13(A))。藉此，於像素30中，環形振盪器44進行振盪動作，產生具有與可變延遲電路50之延遲時間對應之頻率之振盪信號SO。
且，於時序t32，像素陣列21輸出該振盪信號SO作為信號S1(圖13(B))。
同步部24之正反器64藉由以時脈信號CK取樣該信號S1而產生信號S2(圖13(C))。加法部25之加法電路65藉由基於自複數個正反器64輸出之複數個信號S2進行加法處理，而產生信號S3(圖13(D))。柱狀圖產生部26之柱狀圖產生電路66藉由基於該信號S3進行柱狀圖產生處理而產生柱狀圖。
且，處理部27之延遲時間計測部27A基於該信號S3，計測可變延遲電路50之延遲時間。具體而言，延遲時間計測部27A計測振盪信號SO為高位準之期間之時間長tH。延遲時間計測部27A可使用例如柱狀圖之兩端之邊緣時序來計測時間長tH。該時間長tH對應於環形振盪器44之反轉邏輯積電路45之延遲時間與可變延遲電路50之延遲時間之合計時間(圖10所示之延遲時間td)。因可變延遲電路50之延遲時間較反轉邏輯積電路45之延遲時間充分地長，故計測之時間長tH與可變延遲電路50之延遲時間為相同程度。如此，延遲時間計測部27A計測可變延遲電路50之延遲時間。
延遲時間計測部27A將計測之延遲時間相關之資訊供給至控制部28。控制部28之延遲控制部28B基於自延遲時間計測部27A供給之資訊，以區域AR單位，決定像素陣列21之複數個像素30各者之可變延遲電路50之延遲時間之設定。且，延遲控制部28B基於決定結果，產生控制信號DSET。藉此，於複數個可變延遲電路50之各者中，將延遲時間設定為特定長度之時間。
如此，時間計測元件20中，於各像素30設置電晶體41，且於受光元件31因接收反射光L2使得受光元件31之陰極電壓下降起經過特定時間之時序，將該電晶體41設為導通狀態。藉此，於時間計測元件20中，例如圖14所示，未設置電晶體41，與串聯連接受光元件31及電阻元件41R之構成相比，可縮短空檔時間。
又，時間計測元件20中，於各像素30設置可變延遲電路50，產生包含具有與該可變延遲電路50之延遲時間對應之脈衝寬度之受光脈衝PL之脈衝信號SP。且，時間計測元件20中，於校準模式下，計測該可變延遲電路50之延遲時間，基於該計測結果，將可變延遲電路50之延遲時間設定為特定長度之時間。藉此，於時間計測元件20中，可縮短空檔時間。即，例如圖15所示，於取代可變延遲電路50而使用可變延遲電路50R構成環形振盪器44R之情形時，會因製程偏差、電源電壓變動、及溫度變動等，導致可變延遲電路50R之延遲時間有所變化。於此情形時，因空檔時間之長度亦變化，故有空檔時間變長之虞。另一方面，時間計測元件20中，因將可變延遲電路50之延遲時間設定為特定長度之時間，故可抑制空檔時間之長度之變化，且可縮短空檔時間。
又，時間計測元件20中，於校準模式下，使用可變延遲電路50構成環形振盪器44，基於該環形振盪器44之振盪信號SO而計測可變延遲電路50之延遲時間。藉此，因可基於振盪信號SO之半周期份之時間，計測可變延遲電路50之延遲時間，故可以簡單之方法計測可變延遲電路50之延遲時間。
又，於時間計測元件20中，使用時間計測處理所使用之同步部24、加法部25、及柱狀圖產生部26，進行校準處理。藉此，可減少為進行校準處理而追加之電路，故可將電路構成簡化。
[效果] 如上述，本實施形態中，於各像素設置電晶體41，於因受光元件接收反射光而使得受光元件之陰極電壓下降起經過特定時間之時序，將該電晶體設為導通狀態，故可縮短空檔時間。
本實施形態中，於各像素設置可變延遲電路，產生包含具有與該可變延遲電路之延遲時間對應之脈衝寬度之受光脈衝之脈衝信號。且，於校準模式下，計測該可變延遲電路之延遲時間，且基於該計測結果，將可變延遲電路之延遲時間設定為特定長度之時間。藉此，可縮短空擋時間。
本實施形態中，於校準模式下，因使用可變延遲電路構成環形振盪器，且基於該環形振盪器之振盪信號而計測可變延遲電路之延遲時間，故可以簡單之方法計測可變延遲電路之延遲時間。
本實施形態中，因使用時間計測處理所使用之同步部、加法部、及柱狀圖產生部而進行校準處理，故可將電路構成簡化。
[變化例1] 上述實施形態中，如圖16所示，將受光元件31之陰極連接於像素電路40，但並非限定於此。亦可取而代之，例如圖17所示，將受光元件之陽極連接於像素電路。本變化例之像素具有受光元件31A與像素電路40A。受光元件31A之陽極連接於像素電路40A，於陰極接受電壓V1供給。像素電路40A具有電晶體41A、42A及反相器IV。電晶體41A、41B為N型MOS電晶體。電晶體41A之汲極連接於受光元件31A之陽極、電晶體42A之汲極、及反相器IV之輸入端子，於源極接受電壓V2供給。電晶體42A之汲極連接於受光元件31A之陽極、電晶體41A之汲極、及反相器IV之輸入端子，閘極連接於反相器IV之輸出端子，於源極接受電壓V2供給。
[變化例2] 上述實施形態中，如圖6所示，將像素陣列21區分為32個(=4×8)區域AR，以區域AR單位調整可變延遲電路50之延遲時間。即，該例中，將像素陣列21於橫向及縱向加以區分，但並非限定於此，亦可例如圖18所示，僅於縱向區分。該例中，將像素陣列21區分為8個。又，例如圖19所示，亦可不區分像素陣列21。於此情形時，可將像素陣列21之所有可變延遲電路50之延遲設定設為彼此相同。
＜2.應用例＞ 上述實施形態中，將本技術應用於具有圖1所示之構成之時間計測裝置，但並非限定於此。例如，亦可將時間計測裝置應用於具有圖20所示之構成之時間計測裝置。該時間計測裝置2具備透鏡71、像素陣列72、透鏡73、像素陣列74、及時間計測部75。
透鏡71構成為使自光源11射出之光於特定之角度範圍內擴散。又，透鏡71使自光源11射出之光之一部分向像素陣列72反射。
像素陣列72以將由透鏡71反射之光作為參考光而檢測出之方式構成。像素陣列72具有例如與上述實施形態之像素陣列21同樣之構成。
透鏡73構成為使影像成像於像素陣列74之受光面S。對該透鏡73，入射由計測對象物9反射之光(反射光L2)。
像素陣列74以檢測出反射光L2之方式構成。該像素陣列74具有與上述實施形態之像素陣列21同樣之構成。
時間計測部75構成為藉由基於自像素陣列72、74供給之信號S1，計測射出光之時序及檢測到反射光之時序之間之時間差，而產生深度圖像PIC。
＜3.對移動體之應用例＞ 本揭示之技術(本技術)可應用於各種產品。例如，本揭示之技術亦可作為搭載於汽車、電動汽車、油電混合動力汽車、機車、自行車、個人移動載具、飛機、無人機、船、機器人等任一種移動體之裝置而實現。
圖21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21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，圖示出微電腦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根據各種程式而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作為用於使內燃機或驅動用馬達等車輛之驅動力產生之驅動力產生裝置、用於將驅動力傳遞至車輪之驅動力傳遞機構、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作為免鑰匙門禁系統、智慧鑰匙系統、電動車窗裝置、或者頭燈、尾燈、煞車燈、方向燈或霧燈等各種燈之控制裝置發揮功能。於此情形時，可對車體系統控制單元12020輸入自取代鑰匙之可攜式機發送之電波或各種開關之信號。車體系統控制單元12020受理該等電波或信號之輸入，控制車輛之門鎖裝置、電動車窗裝置、及燈等。
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，於車外資訊檢測單元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，並接收拍攝到之圖像。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對應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，亦可為紅外線等不可見光。
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，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開車輛碰撞或碰撞緩和、基於車間距離之追隨行駛、維持車速行駛、車輛之碰撞警告、或車輛之偏離車道警告等之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，進行以不受限於駕駛者之操作而自律地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而控制頭燈，進行以謀求將遠光切換為近光等之防眩為目的之協調控制。
聲音圖像輸出部12052向可對車輛之搭乘者或車外視覺化或聽覺化地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。於圖21之例中，作為輸出裝置，例示音頻揚聲器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22係顯示攝像部12031之設置位置之例之圖。
圖22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之前鼻、側鏡、後保險桿、後門及車室內之擋風玻璃之上部等位置。前鼻所具備之攝像部12101及車室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。側鏡所具備之攝像部12102、12103主要取得車輛12100之側方之圖像。後保險桿或後門所具備之攝像部12104主要取得車輛12100之後方之圖像。由攝像部12101及12105所取得之前方之圖像主要使用於檢測前方車輛或行人、障礙物、號誌機、交通標識或車線等。
另，圖22中顯示攝像部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。例如藉由將由攝像部12101至12104拍攝到之圖像資料重合，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個亦可具有取得距離資訊之功能。例如，攝像部12101至12104之至少1個可為由複數個攝像元件構成之立體攝影機，亦可為具有相位差檢測用之像素之攝像元件。
例如，微電腦12051藉由以自攝像部12101至12104所獲得之距離資訊為基礎，求得與攝像範圍12111至12114內之各立體物之距離、及該距離之時間變化(相對於車輛12100之相對速度)，而可尤為擷取最接近處於車輛12100之行進路上之立體物、且為於與車輛12100大致相同之方向以特定之速度(例如，0 km/h以上)行駛之立體物作為前方車。進而，微電腦12051可於前方車之近前側設定應預先確保之車間距離，進行自動煞車控制(亦包含停止追隨控制)或自動加速控制(亦包含追隨起步控制)等。如此可進行以不受限於駕駛者之操作而自律地行駛之自動駕駛等為目的之協調控制。
例如，微電腦12051以自攝像部12101至12104所獲得之距離資訊為基礎，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、電線桿等其他立體物而加以擷取，使用於自動避開障礙物。例如，微電腦12051將車輛12100之周邊之障礙物識別為車輛12100之駕駛可辨識之障礙物與難辨識之障礙物。且，微電腦12051判斷表示與各障礙物碰撞之危險度之碰撞風險，當碰撞風險為設定值以上而有碰撞可能性之狀況時，藉由經由音頻揚聲器12061、顯示部12062向駕駛輸出警報，或經由驅動系統控制單元12010進行強制減速或避開操舵，可進行用於避免碰撞之支援駕駛。
攝像部12101至12104之至少1個亦可為檢測紅外線之紅外線相機。例如，微電腦12051可藉由判定攝像部12101至12104之攝像圖像中是否存在行人而辨識行人。該行人之辨識係藉由擷取作為例如紅外線相機之攝像部12101至12104之攝像圖像中之特徵點之步驟、及對表示物體之輪廓之一連串之特徵點進行圖案匹配處理而判別是否為行人之步驟進行。若微電腦12051判定攝像部12101至12104之攝像圖像中存在行人，且辨識出行人，則聲音圖像輸出部12052以對該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亦可以將表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，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之攝像部12031。藉此，因於車輛控制系統12000中，因空擋時間變短，故可提高計測精度。其結果，於車輛控制系統12000中，可提高車輛之碰撞避免或碰撞緩和功能、基於車間距離之追隨行駛功能、維持車速行駛功能、車輛之碰撞警告功能、車輛之脫離車道警告功能等之精度。
以上，已舉出實施形態及變化例以及該等具體之應用例對本技術進行說明，但本技術並不限定於該等實施形態等，可進行各種變化。
例如，像素30並非為限定於圖4所示之構成者，可採用可使用可變延遲電路50而設定受光脈衝PL之脈衝寬度之各種構成。
另，本說明書中記載之效果終究為例示而非限定者，亦可為其他效果。
另，本技術可設為如以下之構成。
(1)一種時間計測元件，其具備： 像素，其具有受光元件及可變更延遲時間之延遲電路，於第1動作模式下，可將包含具有與上述延遲時間對應之脈衝寬度之受光脈衝之脈衝信號作為輸出信號輸出，於第2動作模式下，可使用上述延遲電路構成環形振盪器，且可將上述環形振盪器之振盪信號作為上述輸出信號輸出；及 時間計測部，其可基於上述輸出信號進行時間計測處理。 (2)如上述(1)之時間計測元件，其中 上述時間計測處理包含於上述第2動作模式下，基於上述振盪信號，計測上述延遲電路之上述延遲時間。 (3)如上述(2)之時間計測元件，其中 上述振盪信號於第1邏輯位準與第2邏輯位準之間轉換， 上述時間計測處理包含藉由計測上述第1邏輯位準持續之時間之長度，計測上述延遲電路之上述延遲時間。 (4)如上述(2)或(3)之時間計測元件，其中進而具備 延遲控制部，其可基於上述時間計測部計測到之上述延遲時間，調整上述延遲電路之上述延遲時間。 (5)如上述(4)之時間計測元件，其具備複數個上述像素；且 複數個上述像素中之上述延遲電路之上述延遲時間係基於1個延遲設定而設定， 上述時間計測處理包含於上述第2動作模式下，基於自上述複數個像素分別輸出之複數個上述振盪信號，計測上述複數個像素中之上述延遲電路之上述延遲時間， 上述延遲控制部可基於上述時間計測部計測到之上述延遲時間，產生上述延遲設定。 (6)如上述(1)至(5)中任一項之時間計測元件，其中 上述時間計測處理包含於上述第1動作模式下，基於上述脈衝信號，檢測上述受光元件之受光時序。 (7)如上述(1)至(6)中任一項之時間計測元件，其中 上述像素具有藉由成為導通狀態而可連接受光節點與第1電源節點之開關， 上述受光元件插設於上述受光節點與第2電源節點之間， 上述延遲電路於上述第1動作模式下，將與上述受光節點之電壓對應之信號延遲， 上述開關於上述第1動作模式下，可基於藉由上述延遲電路延遲之信號而成為導通狀態。 (8)如上述(7)之時間計測元件，其中 上述像素進而具有選擇器， 上述脈衝信號係與上述受光節點之電壓對應之信號， 上述選擇器於上述第1動作模式下可選擇上述脈衝信號作為上述輸出信號，且於上述第2動作模式下可選擇上述振盪信號作為上述輸出信號。 (9)如上述(7)或(8)之時間計測元件，其中 上述受光元件形成於第1半導體基板， 上述延遲電路及上述開關形成於與上述第1半導體基板重合之第2半導體基板。 (10)如上述(1)至(9)中任一項之時間計測元件，其中 上述受光元件係單光子雪崩二極體。 (11)一種時間計測裝置，其具備： 可射出光之光源； 像素，其具有可檢測與上述光對應之反射光之受光元件及可變更延遲時間之延遲電路，於第1動作模式下，可輸出包含具有與上述延遲時間對應之脈衝寬度之受光脈衝之脈衝信號作為輸出信號，於第2動作模式下，可使用上述延遲電路構成環形振盪器，且可輸出上述環形振盪器之振盪信號作為上述輸出信號；及 時間計測部，其可基於上述輸出信號進行時間計測處理。
本申請案係以2018年8月7日於日本專利局提出申請之日本專利申請案第2018-148675號為基礎而主張優先權，該申請案之全文以引用的方式併入本文中。
若為同業人士，當可根據設計上之要件或其他原因，而想到各種修正、組合、次組合(sub combination)及變更，但應了解該等亦皆為包含於附加之申請專利範圍及其均等物之範圍內者。
1:時間計測裝置 2:時間計測裝置 9:計測對象物 11:光源 12:光源驅動部 13:擴散透鏡 14:聚光鏡 20:時間計測元件 21:像素陣列 22:選擇信號產生部 23:信號產生部 24:同步部 25:加法部 26:柱狀圖產生部 27:處理部 27A:延遲時間計測部 28:控制部 28A:發光時序設定部 28B:延遲控制部 30:像素 31:受光元件 31A:受光元件 40:像素電路 40A:像素電路 41:電晶體 41A:電晶體 41R:電阻元件 42:電晶體 42A:電晶體 43:邏輯或電路 44:環形振盪器 44A:環形振盪器 44B:環形振盪器 44C:環形振盪器 44D:環形振盪器 44E:環形振盪器 44R:環形振盪器 45:反轉邏輯積電路 46:邏輯或電路 47:選擇器 48:邏輯積電路 49:邏輯或電路 50:可變延遲電路 50A:可變延遲電路 50B:可變延遲電路 50C:可變延遲電路 50D:可變延遲電路 50E:可變延遲電路 50R:可變延遲電路 51:反相器 51B:電源流 51C:可變電容元件 51D:電流源 52:反相器 52B:電流源 52C:可變電容元件 53:反相器 53B:電流源 53C:可變電容元件 54:反相器 54B:電流源 54C:可變電容元件 55:反相器 56:反相器 57D:可變電容元件 58:選擇器 59A:電流源 64:正反器 65:加法電路 66:柱狀圖產生電路 71:透鏡 72:像素陣列 73:透鏡 74:像素陣列 75:時間計測部 111:半導體基板 112:半導體基板 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:車輛網路I/F 12061:音頻揚聲器 12062:顯示部 12063:儀錶面板 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 AR:區域 BUF1:位準轉換電路 BUF2:位準轉換電路 CK:時脈信號 DSET:控制信號 EN_CAL:控制信號 H:高位準 IV:反相器 L:低位準 L1:出射光 L2:反射光 PIC:深度圖像 PL:受光脈衝 PL1:受光脈衝 PL2:受光脈衝 PR:參考脈衝 S:受光面 S1:輸出信號 S2:信號 S3:信號 SEL:選擇信號 SIN:信號 SO:振盪信號 SP:脈衝信號 T1:計測期間 T2:消隱期間 t1～t7:時序 t11～t20:時序 t21～t28:時序 t31～t35:時序 TCK:時脈週期 td:延遲時間 tH:時間長 Tin:輸入端子 Tout:輸出端子 TRG:發光觸發信號 V1:電壓 V2:電壓 Vbd:電壓 Ve:電壓 Δt1:時間差 Δt2:時間差
圖1係顯示本揭示之一實施形態之時間計測裝置之一構成例之構成圖。 圖2係顯示圖1所示之時間計測元件之一構成例之方塊圖。 圖3係顯示圖1所示之像素陣列之一構成例之說明圖。 圖4係顯示圖3所示之像素之一構成例之電路圖。 圖5A係顯示圖4所示之環形振盪器之一構成例之電路圖。 圖5B係顯示圖4所示之環形振盪器之另一構成例之電路圖。 圖5C係顯示圖4所示之環形振盪器之另一構成例之電路圖。 圖5D係顯示圖4所示之環形振盪器之又一構成例之電路圖。 圖5E係顯示圖4所示之環形振盪器之再一構成例之電路圖。 圖6係顯示可變延遲電路之延遲時間之調整處理之一例之說明圖。 圖7係顯示圖2所示之時間計測元件之安裝例之說明圖。 圖8(A)～(F)係顯示圖1所示之時間計測裝置之一動作例之時序波形圖。 圖9係顯示圖4所示之像素之一動作例之說明圖。 圖10(A)～(E)係顯示圖4所示之像素之一動作例之時序波形圖。 圖11(A)～(D)係顯示圖2所示之時間計測元件之一動作例之時序圖。 圖12係顯示圖4所示之像素之另一動作例之說明圖。 圖13(A)～(D)係顯示圖2所示之時間計測元件之又一動作例之時序圖。 圖14係顯示比較例之像素之一構成例之電路圖。 圖15係顯示另一比較例之像素之一構成例之電路圖。 圖16係顯示圖4所示之像素之一構成例之電路圖。 圖17係顯示變化例之像素之一構成例之電路圖。 圖18係顯示另一變化例之可變延遲電路之延遲時間之調整處理之一例之說明圖。 圖19係顯示另一變化例之可變延遲電路之延遲時間之調整處理之一例之說明圖。 圖20係顯示應用例之時間計測裝置之一構成例之構成圖。 圖21係顯示車輛控制系統之概略構成之一例之方塊圖。 圖22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。
30:像素
31:受光元件
40:像素電路
41:電晶體
42:電晶體
43:邏輯或電路
44:環形振盪器
45:反轉邏輯積電路
46:邏輯或電路
47:選擇器
48:邏輯積電路
49:邏輯或電路
50:可變延遲電路
BUF1:位準轉換電路
BUF2:位準轉換電路
DSET:控制信號
EN_CAL:控制信號
H:高位準
IV:反相器
L:低位準
SEL:選擇信號
Vbd:電壓
Ve:電壓

Claims (11)

  1. 一種時間計測元件，其包含： 像素，其包含受光元件及可變更延遲時間之延遲電路，於第1動作模式下，可將包含具有與上述延遲時間對應之脈衝寬度之受光脈衝之脈衝信號作為輸出信號輸出，於第2動作模式下，可使用上述延遲電路構成環形振盪器，且可將上述環形振盪器之振盪信號作為上述輸出信號輸出；及 時間計測部，其可基於上述輸出信號進行時間計測處理。
  2. 如請求項1之時間計測元件，其中 上述時間計測處理包含在上述第2動作模式下，基於上述振盪信號，計測上述延遲電路之上述延遲時間。
  3. 如請求項2之時間計測元件，其中 上述振盪信號於第1邏輯位準與第2邏輯位準之間轉換， 上述時間計測處理包含藉由計測上述第1邏輯位準持續之時間之長度，來計測上述延遲電路之上述延遲時間。
  4. 如請求項2之時間計測元件，其進而包含： 延遲控制部，其可基於上述時間計測部計測到之上述延遲時間，調整上述延遲電路之上述延遲時間。
  5. 如請求項4之時間計測元件，其包含複數個上述像素；且 複數個上述像素中之上述延遲電路之上述延遲時間，係基於1個延遲設定而設定， 上述時間計測處理包含在上述第2動作模式下，基於自上述複數個像素分別輸出之複數個上述振盪信號，計測上述複數個像素中之上述延遲電路之上述延遲時間， 上述延遲控制部可基於上述時間計測部計測到之上述延遲時間，產生上述延遲設定。
  6. 如請求項1之時間計測元件，其中 上述時間計測處理包含在上述第1動作模式下，基於上述脈衝信號，檢測上述受光元件之受光時序。
  7. 如請求項1之時間計測元件，其中 上述像素包含藉由成為導通狀態而可連接受光節點與第1電源節點之開關， 上述受光元件插設於上述受光節點與第2電源節點之間， 上述延遲電路於上述第1動作模式下，將與上述受光節點之電壓對應之信號延遲， 上述開關於上述第1動作模式下，可基於藉由上述延遲電路延遲之信號而成為導通狀態。
  8. 如請求項7之時間計測元件，其中 上述像素進而包含選擇器， 上述脈衝信號係與上述受光節點之電壓對應之信號， 上述選擇器於上述第1動作模式下可選擇上述脈衝信號作為上述輸出信號，於上述第2動作模式下可選擇上述振盪信號作為上述輸出信號。
  9. 如請求項7之時間計測元件，其中 上述受光元件形成於第1半導體基板， 上述延遲電路及上述開關形成於與上述第1半導體基板重疊之第2半導體基板。
  10. 如請求項1之時間計測元件，其中 上述受光元件係單光子雪崩二極體。
  11. 一種時間計測裝置，其包含： 可射出光之光源； 像素，其包含可檢測與上述光對應之反射光之受光元件及可變更延遲時間之延遲電路，於第1動作模式下，可輸出包含具有與上述延遲時間對應之脈衝寬度之受光脈衝之脈衝信號作為輸出信號，於第2動作模式下，可使用上述延遲電路構成環形振盪器，且可輸出上述環形振盪器之振盪信號作為上述輸出信號；及 時間計測部，其可基於上述輸出信號進行時間計測處理。
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