WO2020045124A1 - 受光素子および測距システム - Google Patents

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WO2020045124A1
WO2020045124A1 PCT/JP2019/032124 JP2019032124W WO2020045124A1 WO 2020045124 A1 WO2020045124 A1 WO 2020045124A1 JP 2019032124 W JP2019032124 W JP 2019032124W WO 2020045124 A1 WO2020045124 A1 WO 2020045124A1
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辰樹 西野
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ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社
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Definitions

  • the present technology relates to a light receiving element and a distance measuring system, and relates to a light receiving element and a distance measuring system capable of reducing the number of signal lines for outputting detection signals.
  • a pixel array in which pixels using SPAD (Single Photon Avalanche Diode) are arranged in a matrix is employed.
  • SPAD Single Photon Avalanche Diode
  • avalanche amplification occurs when one photon enters a high electric field PN junction region while a voltage higher than the breakdown voltage is applied.
  • driving is performed in which some pixels are set as active pixels for detecting photons, and the remaining pixels are set as inactive pixels for not detecting photons.
  • the remaining pixels are set as inactive pixels for not detecting photons.
  • two-dimensionally arranged pixels are selected as active pixels on a column basis.
  • a signal line for outputting a detection signal can be shared in units of rows, but in this case, a plurality of pixels in the same row cannot be set as active pixels at the same time.
  • the number of wirings becomes extremely large, and there is a concern that crosstalk or delay of a detection signal may occur.
  • the present technology has been made in view of such a situation, and is intended to reduce the number of signal lines that output detection signals.
  • the light-receiving element includes a pixel array in which a plurality of pixels including a SPAD are arranged in a matrix in pixel units, and a pixel that controls each pixel of the pixel array to be an active pixel or an inactive pixel.
  • a driving unit wherein the pixel driving unit controls the active pixels in units of spots composed of N ⁇ M pixels (N> 0, M> 0, where N and M are not simultaneously 1).
  • the pixel array has L ⁇ L pixels as one unit (L> 1), and one signal line for outputting a detection signal to a plurality of spot constituent pixels of the same type in the one unit. Are located.
  • a distance measurement system includes an illumination device that irradiates irradiation light, and a light receiving element that receives reflected light with respect to the irradiation light, wherein the light receiving element includes a plurality of pixels each including a SPAD in pixel units.
  • the pixel array includes L ⁇ L pixels as one unit (L> 1). ), One signal line for outputting a detection signal is arranged for a plurality of spot constituent pixels of the same type in one unit.
  • each pixel of a pixel array in which a plurality of pixels including a SPAD is arranged in a matrix in a pixel unit is controlled as an active pixel or an inactive pixel, and an N ⁇ M pixel (N> 0, M> 0, where N and M do not become 1 at the same time) are controlled by the active pixels in spot units, and L ⁇ L pixels are regarded as one unit (L> 1),
  • N ⁇ M pixel N> 0, M> 0, where N and M do not become 1 at the same time
  • L ⁇ L pixels are regarded as one unit (L> 1)
  • one signal line that outputs a detection signal is arranged for a plurality of spot constituent pixels of the same type in the one unit.
  • the light receiving element and the distance measuring system may be independent devices, or may be modules incorporated in other devices.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of an embodiment of a distance measuring system to which the present technology is applied.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of a light receiving element in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of a first pixel circuit.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating the operation of the pixel in FIG. 3.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of setting active pixels and inactive pixels.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a first wiring example of a signal line. It is a figure showing one unit.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a second wiring example of a signal line.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating setting of a spot SP according to a spacing rule.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a circuit configuration of a unit having a common output buffer.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration example of a second pixel circuit.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating the operation of the pixel in FIG. 11. It is a figure explaining the example of use of a distance measuring system. It is a block diagram showing an example of a schematic structure of a vehicle control system. It is explanatory drawing which shows an example of the installation position of a vehicle exterior information detection part and an imaging part.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of an embodiment of a distance measurement system to which the present technology is applied.
  • the distance measurement system 11 is a system that captures a distance image using, for example, the ToF method.
  • the distance image is an image formed by detecting a distance in the depth direction from the distance measurement system 11 to the subject for each pixel, and a distance pixel signal based on the detected distance.
  • the distance measurement system 11 includes an illumination device 21 and an imaging device 22.
  • the lighting device 21 includes a lighting control unit 31 and a light source 32.
  • the illumination control unit 31 controls a pattern of light emitted from the light source 32 under the control of the control unit 42 of the imaging device 22. Specifically, the illumination control unit 31 controls the pattern of the light source 32 irradiating light in accordance with the irradiation code included in the irradiation signal supplied from the control unit 42.
  • the irradiation code has two values, 1 (High) and 0 (Low), and the illumination control unit 31 turns on the light source 32 when the value of the irradiation code is 1, and turns on the light source when the value of the irradiation code is 0. 32 is turned off.
  • the light source 32 emits light in a predetermined wavelength range under the control of the illumination control unit 31.
  • the light source 32 is composed of, for example, an infrared laser diode.
  • the type of the light source 32 and the wavelength range of the irradiation light can be arbitrarily set according to the use of the distance measuring system 11 and the like.
  • the imaging device 22 is a device that receives light (irradiation light) emitted from the illumination device 21 reflected by the subject 12, the subject 13, and the like.
  • the imaging device 22 includes an imaging unit 41, a control unit 42, a display unit 43, and a storage unit 44.
  • the imaging unit 41 includes a lens 51, a light receiving element 52, and a signal processing circuit 53.
  • the lens 51 forms an image of the incident light on the light receiving surface of the light receiving element 52.
  • the configuration of the lens 51 is arbitrary.
  • the lens 51 can be configured by a plurality of lens groups.
  • the light receiving element 52 is, for example, a sensor using a SPAD (Single Photon Avalanche Diode) for each pixel.
  • the light receiving element 52 receives the reflected light from the subject 12, the subject 13, and the like under the control of the control unit 42, and supplies a pixel signal obtained as a result to the signal processing circuit 53.
  • This pixel signal represents a digital count value obtained by counting the time from when the illumination device 21 emits the irradiation light to when the light receiving element 52 receives the light.
  • the light emission timing signal indicating the light emission timing of the light source 32 is also supplied from the control unit 42 to the light receiving element 52.
  • the signal processing circuit 53 processes the pixel signal supplied from the light receiving element 52 under the control of the control unit 42. For example, the signal processing circuit 53 detects the distance to the subject for each pixel based on the pixel signal supplied from the light receiving element 52, and generates a distance image indicating the distance to the subject for each pixel. Specifically, the signal processing circuit 53 sets the time (count value) from when the light source 32 emits light to when each pixel of the light receiving element 52 receives light plural times (for example, several thousand to Tens of thousands of times) to get. The signal processing circuit 53 creates a histogram corresponding to the acquired time.
  • the signal processing circuit 53 determines the time until the light emitted from the light source 32 is reflected by the subject 12 or 13 and returns. Further, the signal processing circuit 53 performs an operation for obtaining the distance to the object based on the determined time and the speed of light. The signal processing circuit 53 supplies the generated distance image to the control unit 42.
  • the control unit 42 includes, for example, a control circuit such as an FPGA (Field Programmable Gate Array) and a DSP (Digital Signal Processor), a processor, and the like.
  • the control unit 42 controls the illumination control unit 31 and the light receiving element 52. Specifically, the control unit 42 supplies an illumination signal to the illumination control unit 31 and supplies a light emission timing signal to the light receiving element 52.
  • the light source 32 emits irradiation light according to the irradiation signal.
  • the light emission timing signal may be an irradiation signal supplied to the illumination control unit 31.
  • the control unit 42 supplies the distance image acquired from the imaging unit 41 to the display unit 43 and causes the display unit 43 to display the distance image. Further, the control unit 42 causes the storage unit 44 to store the distance image acquired from the imaging unit 41. Further, the control unit 42 outputs the distance image acquired from the imaging unit 41 to the outside.
  • the display unit 43 includes a panel-type display device such as a liquid crystal display device or an organic EL (Electro Luminescence) display device.
  • a panel-type display device such as a liquid crystal display device or an organic EL (Electro Luminescence) display device.
  • the storage unit 44 can be configured by any storage device, storage medium, or the like, and stores a distance image and the like.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of the light receiving element 52.
  • the light receiving element 52 includes a pixel driving unit 111, a pixel array 112, a MUX (multiplexer) 113, a time measuring unit 114, and an input / output unit 115.
  • the pixel array 112 has a configuration in which pixels 121 that detect the incidence of photons and output a detection signal indicating the detection result as a pixel signal are two-dimensionally arranged in a matrix in a row direction and a column direction.
  • the row direction refers to the arrangement direction of the pixels 121 in the pixel row, that is, the horizontal direction
  • the column direction refers to the arrangement direction of the pixels 121 in the pixel column, that is, the vertical direction.
  • the pixel array 112 is shown in a pixel array configuration of 10 rows and 12 columns due to space limitations, but the number of rows and the number of columns of the pixel array 112 are not limited thereto and are arbitrary.
  • Pixel drive lines 122 are wired along the horizontal direction for each pixel row in the pixel array of the pixel array 112.
  • the pixel drive line 122 transmits a drive signal for driving the pixel 121.
  • the pixel driving unit 111 drives each pixel 121 by supplying a predetermined driving signal to each pixel 121 via the pixel driving line 122.
  • the pixel driving unit 111 is configured to control a part of a plurality of pixels 121 two-dimensionally arranged in a matrix at a predetermined timing in accordance with a light emission timing signal supplied from the outside via the input / output unit 115. Control is performed so that the pixel 121 is an active pixel and the remaining pixels 121 are inactive pixels.
  • the active pixel is a pixel that detects the incidence of a photon
  • the inactive pixel is a pixel that does not detect the incidence of a photon.
  • the detailed configuration of the pixel 121 will be described later.
  • the pixel drive line 122 is shown as one line, but may be composed of a plurality of lines. One end of the pixel drive line 122 is connected to an output end of the pixel drive unit 111 corresponding to each pixel row.
  • the MUX 113 selects an output from an active pixel in accordance with switching between an active pixel and an inactive pixel in the pixel array 112. Then, the MUX 113 outputs a pixel signal input from the selected active pixel to the time measuring unit 114.
  • the time measurement unit 114 is configured to perform a process from when the light source 32 emits light to when the active pixel receives light based on the pixel signal of the active pixel supplied from the MUX 113 and the emission timing signal indicating the emission timing of the light source 32. To generate a count value corresponding to the time.
  • the light emission timing signal is supplied from outside (the control unit 42 of the imaging device 22) via the input / output unit 115.
  • the input / output unit 115 outputs the count value of the active pixels supplied from the time measurement unit 114 to the outside (the signal processing circuit 53) as a pixel signal. Further, the input / output unit 115 supplies the light emission timing signal supplied from the control unit 42 to the pixel driving unit 111 and the time measuring unit 114.
  • FIG. 3 shows a configuration example of a first pixel circuit of the pixels 121 arranged in the pixel array 112.
  • the pixel 121 illustrated in FIG. 3 includes a SPAD 211, a transistor 212, a transistor 213, an inverter 214, a voltage conversion circuit 215, and an output buffer 216.
  • the transistor 212 is a P-type MOS transistor
  • the transistor 213 is an N-type MOS transistor.
  • the cathode of the $ SPAD 211 is connected to the drain of the transistor 212, and is also connected to the input terminal of the inverter 214 and the drain of the transistor 213.
  • the anode of the SPAD 211 is connected to the power supply VSPAD.
  • the SPAD 211 is a photodiode (single-photon avalanche photodiode) that avalanche-amplifies generated electrons when incident light is incident and outputs a signal of a cathode voltage VS.
  • the power supply VSPAD supplied to the anode of the SPAD 211 has, for example, a negative bias of -20 V (negative potential).
  • the transistor 212 is a constant current source that operates in a saturation region, and performs passive quenching by acting as a quenching resistor.
  • the source of the transistor 212 is connected to the power supply voltage VE, and the drain is connected to the cathode of the SPAD 211, the input terminal of the inverter 214, and the drain of the transistor 213.
  • the power supply voltage VE is also supplied to the cathode of the SPAD 211.
  • a pull-up resistor can be used.
  • a voltage higher than the breakdown voltage VBD of the SPAD 211 (hereinafter, referred to as excess bias (ExcessBias)) is applied to the SPAD 211 in order to detect light (photons) with sufficient efficiency.
  • excess bias ExcessBias
  • the power supply voltage VE supplied to the source of the transistor 212 is 3 V.
  • the drain of the transistor 213 is connected to the cathode of the SPAD 211, the input terminal of the inverter 214, and the drain of the transistor 212, and the source of the transistor 213 is connected to ground (GND).
  • a gating control signal VG is supplied to the gate of the transistor 213 from the pixel driving unit 111.
  • the gating control signal VG of Lo (Low) is supplied from the pixel driving unit 111 to the gate of the transistor 213.
  • a Hi (High) gating control signal VG is supplied from the pixel driving unit 111 to the gate of the transistor 213.
  • the inverter 214 outputs a Hi signal VS INV when the cathode voltage VS as an input signal is Lo, and outputs a Lo signal VS INV when the cathode voltage VS is Hi.
  • the signal VS INV output from the inverter 214 is also referred to as an inverted signal VS INV .
  • the voltage conversion circuit 215 converts the inverted signal VS INV input from the inverter 214 into a low voltage signal VS LOW and inputs the signal to the output buffer 216.
  • the inverted signal VS INV is a signal having a voltage amplitude of 0 V to 3 V.
  • the voltage conversion circuit 215 converts the signal VS INV having the voltage amplitude of 0 V to 3 V into a signal VS LOW having a voltage amplitude of 0 V to 1 V. Convert.
  • the output buffer 216 is an output unit that outputs the signal VS LOW input from the voltage conversion circuit 215 as a detection signal PFout indicating the incidence of a photon on the SPAD 211.
  • the transistor 212, the transistor 213, the inverter 214, and the voltage conversion circuit 215 included in the area 221 indicated by a broken line are elements (group) that operate with the power supply voltage VE which is the first power supply voltage.
  • the output buffer 216 included in the dashed-dotted line region 222 is an element (group) that operates at the power supply voltage VDD that is the second power supply voltage lower than the first power supply voltage.
  • the power supply voltage VDD is, for example, 1V.
  • FIG. 4 is a graph showing a change in the cathode voltage VS of the SPAD 211 and a detection signal PFout according to the incidence of a photon.
  • the power supply voltage VE (for example, 3 V) is supplied to the cathode of the SPAD 211 and the power supply VSPAD (for example, ⁇ 20 V) is supplied to the anode.
  • VBD reverse voltage larger than 20 V
  • the SPAD 211 is set to the Geiger mode. In this state, the cathode voltage VS of the SPAD 211 is the same as the power supply voltage VE.
  • Output PFout In the example of FIG. 4, the detection signal PFout of Hi is output during a period from time t1 to time t3.
  • the Hi gating control signal VG is supplied from the pixel driver 111 to the gate of the transistor 213, and the transistor 213 is turned on.
  • the cathode voltage VS of the SPAD 211 becomes 0 V (GND)
  • the anode-cathode voltage of the SPAD 211 becomes equal to or lower than the breakdown voltage VBD.
  • Example of setting active and inactive pixels Next, an example of setting an active pixel and an inactive pixel will be described.
  • the pixel driving unit 111 determines a predetermined number of spots SP in the pixel array 112 as a plurality of adjacent pixels 121 as one spot (lump) SP, and sets them as active pixels. In the present embodiment, the pixel driving unit 111 sets, for example, four 2 ⁇ 2 pixels as one spot SP and sets nine spots SP in the pixel array 112.
  • the pixel array 112 in FIG. 5 includes 256 pixels 121 in 16 rows and 16 columns. Of the 256 pixels 121, hatched pixels 121 represent active pixels, and non-hatched pixels 121 represent inactive pixels.
  • the pixel driving unit 111 sets, for example, four 2 ⁇ 2 pixels as one spot SP and predetermined spots SP1 to SP9 in the pixel array 112 as active pixels.
  • each 2 ⁇ 2 pixel forming one spot SP is also referred to as an SP constituent pixel.
  • the SP constituent pixel A, the SP constituent pixel B, and the SP constituent pixel The pixels are referred to as constituent pixels C and SP constituent pixels D.
  • the spot SP may be set to 2 ⁇ 1 2 pixels, 3 ⁇ 3 9 pixels, or the like, or the number of spot SPs set for the pixel array 112 may be set to 4, 6, or the like. May be set.
  • the pixel driving unit 111 further keeps the resolution of the distance measurement area as the imaging device 22 at a predetermined value or more by moving the position of each spot SP set as shown in FIG. 5 every time.
  • FIG. 6 is a diagram showing a first wiring example of a signal line for transmitting the detection signal PFout.
  • the first wiring example is an example of the arrangement of signal lines in a case where signal lines transmitting the detection signal PFout are individually provided for each pixel.
  • the pixel array 112 When the signal lines are individually provided for each pixel, the pixel array 112 is composed of 256 pixels 121 in 16 rows and 16 columns. Therefore, the entire pixel array 112 has 256 signal lines and 16 signal lines 241 in one row. Is required. In FIG. 6, 16 signal lines 241 arranged in one row are shown as one due to space limitations.
  • the time measuring unit 114 includes a TDC (Time to Digital Converter) circuit corresponding to the detection signal PFout output from the 36 active pixels.
  • the time measuring unit 114 includes a TDC circuit (TDC_SP1_PixA to TDC_SP1_PixD) of the SP constituent pixels A to D of the spot SP1, a TDC circuit (TDC_SP2_PixA to TDC_SP2_PixD) of the SP constituent pixels A to D of the spot SP2, and TDC circuits (TDC_SP3_PixA to TDC_SP3_PixD) of the SP constituent pixels A to D,..., TDC circuits (TDC_SP9_PixA to TDC_SP9_PixD) of the SP constituent pixels A to D of the spot SP9 are provided.
  • Each TDC circuit generates a count value corresponding to the time from when the light source 32 emits light to when the active pixel receives light from the input detection signal PFout of the active pixel and the light emission timing signal.
  • the signal line 241 As described above, by providing the signal line 241 individually for each pixel, it is possible to correspond to any nine spots SP1 to SP9 set in the pixel array 112. However, since the number of wirings becomes very large, it is not realistic to provide the signal line 241 individually for each pixel. When the signal lines 241 are dense, crosstalk between pixels of the detection signal PFout, skew, and signal delay may occur.
  • a plurality of adjacent pixels in the pixel array 112 are set in one unit U.
  • FIG. 7 is a diagram showing one unit U in the case where 4 ⁇ 4 16 pixels are regarded as one unit U.
  • each of the SP configuration pixels A to D 4 are included in one unit U.
  • the output terminals of the four SP constituent pixels A included in one unit U are connected using the vertical wiring 261A, and the four SP constituent pixels A included in one unit U are arranged in a predetermined pixel row of the SP constituent pixel A in the unit U.
  • a signal line 271A for transmitting the detection signal PFout of the SP constituent pixels A is arranged.
  • the output terminals of the four SP configuration pixels B included in one unit U are connected using the vertical wiring 261B, and the four SP configuration pixels B included in one unit U are connected to a predetermined pixel row of the SP configuration pixel B in the unit U.
  • a signal line 271B for transmitting the detection signal PFout of each of the SP constituent pixels B is arranged.
  • the output terminals of the four SP constituent pixels C included in one unit U are connected using the vertical wiring 261C, and the four SP constituent pixels C included in one unit U are arranged in a predetermined pixel row of the SP constituent pixel C in the unit U.
  • a signal line 271C for transmitting the detection signal PFout of each of the SP constituent pixels C is arranged.
  • the output terminals of the four SP constituent pixels D included in one unit U are connected using the vertical wiring 261D, and the four SP constituent pixels D included in one unit U are arranged in a pixel row of a predetermined SP constituent pixel D in the unit U.
  • a signal line 271D for transmitting the detection signal PFout of each of the SP constituent pixels D is arranged.
  • the signal lines 271A to 271D included in one unit U are arranged in different pixel rows.
  • FIG. 8 shows a wiring example of the signal lines 271 when the signal lines 271 are grouped in units of the SP constituent pixels A to D in the unit U as shown in FIG.
  • FIG. 8 shows a second wiring example in which the number of signal lines for transmitting the detection signal PFout is reduced.
  • the number of the signal lines 271 to the MUX 113 is It becomes 64. Therefore, according to the second wiring example, the number of signal lines 271 to the MUX 113 can be significantly reduced as compared with the first wiring example shown in FIG. Thereby, crosstalk, skew, signal delay, and the like of the detection signal PFout of each pixel 121 can also be improved.
  • a plurality of SP constituent pixels of the same type (any of the SP constituent pixels A to D) in the unit U are simultaneously set as active pixels because one signal line 271 is commonly used. It is not possible.
  • the pixel driving unit 111 sets a plurality of spots SP for the pixel array 112 according to the following spacing rule.
  • the pixel driving unit 111 determines that each SP component pixel (SP component pixels A to D) of the spot SP has the same SP configuration of another adjacent spot SP.
  • the spot SP adjacent to the pixel is determined so as to be the fourth and subsequent pixels in both the horizontal direction and the vertical direction.
  • the pixel driving unit 111 includes a predetermined SP component pixel (for example, the SP component pixel A) of the first spot SP in the pixel array 112 and a similar SP component pixel of the second spot SP adjacent thereto.
  • Each spot SP is determined so that the distance from the spot (for example, the SP constituent pixel A) is 3 pixels or more.
  • the SP component pixel D of the spot SP1 is three pixels apart from the same type SP component pixel D of the horizontally adjacent spot SP2.
  • the SP component pixel D of the same type in the adjacent spot SP2 is the fourth pixel in the horizontal direction with respect to the SP component pixel D of the spot SP1.
  • the SP component pixel D of the spot SP1 is separated by three pixels from the same type SP component pixel D of the vertically adjacent spot SP4.
  • the SP component pixel D of the same type of the adjacent spot SP4 is the fourth pixel in the vertical direction with respect to the SP component pixel D of the spot SP1.
  • the SP component pixel B of the spot SP5 is three pixels away from the same type SP component pixel B of the horizontally adjacent spot SP6.
  • the SP component pixel B of the same type of the adjacent spot SP6 is the fourth pixel in the horizontal direction with respect to the SP component pixel B of the spot SP5.
  • the SP component pixel B of the spot SP5 is separated by three pixels from the same type SP component pixel B of the vertically adjacent spot SP8.
  • the SP component pixel B of the same type of the adjacent spot SP5 is the fourth pixel in the vertical direction with respect to the SP component pixel B of the spot SP5.
  • the number of SP constituent pixels A to D selected as active pixels in each unit U is apparent from FIG. Is always one or less. Therefore, as shown in FIG. 7, the signal line 271 can be shared by the same type of SP constituent pixel unit (SP constituent pixels A to D) in the unit U.
  • one spot SP is composed of 2 ⁇ 1 two pixels (SP configuration pixel A and SP configuration pixel B), or 2 ⁇ 3 6 pixels (SP configuration pixel A, SP configuration pixel B, SP Even if it is composed of the constituent pixels C, the SP constituent pixels D, the SP constituent pixels E, and the SP constituent pixels F), by setting a plurality of spots SP according to the above-described spacing rule, 4 ⁇
  • the number of the same type of SP constituent pixels selected as the active pixels in each unit U of No. 4 is always one or less.
  • One spot SP is assumed to be 2 ⁇ 2 four pixels (SP configuration pixels A to D) as in the above-described example.
  • the pixel driving unit 111 determines that each of the SP constituent pixels A to D of the spot SP is in the horizontal direction and the same type of SP constituent pixel of another adjacent spot SP. In each of the vertical directions, the adjacent spot SP is determined so as to be the fifth and subsequent pixels.
  • the pixel driving unit 111 includes a predetermined SP component pixel (for example, the SP component pixel A) of the first spot SP in the pixel array 112 and a similar SP component pixel of the second spot SP adjacent thereto.
  • Each spot SP is determined so that the distance from the spot (for example, SP constituent pixel A) is four pixels or more.
  • One spot SP is assumed to be 2 ⁇ 2 four pixels (SP configuration pixels A to D) as in the above-described example.
  • the pixel driving unit 111 determines that each of the SP constituent pixels A to D of the spot SP is in the horizontal direction and the same type of SP constituent pixel of another adjacent spot SP. In each of the vertical directions, the adjacent spot SP is determined so as to be the sixth and subsequent pixels.
  • the pixel driving unit 111 includes a predetermined SP component pixel (for example, the SP component pixel A) of the first spot SP in the pixel array 112 and a similar SP component pixel of the second spot SP adjacent thereto.
  • Each spot SP is determined so that the distance from the spot (for example, the SP constituent pixel A) is 5 pixels or more.
  • one spot SP is composed of N ⁇ M pixels (N> 0, M> 0, where N and M do not become 1 at the same time), and one unit U is composed of L ⁇ L.
  • outputs of a plurality of pixels of the same kind in one unit U are shared by one signal line 271 using one or more vertical wirings 261.
  • the pixel driving unit 111 controls the pixels so that each SP component pixel of the spot SP becomes the pixel after the L-th pixel in both the horizontal direction and the vertical direction with the same type SP component pixel of the adjacent spot SP.
  • a plurality of spots SP in the array 112 are determined. Accordingly, the number of signal lines 271 from the pixel array 112 to the MUX 113 can be significantly reduced, and crosstalk, skew, signal delay, and the like of the detection signal PFout can be improved.
  • the output buffer 216 provided at the last stage can be shared by the same type of SP constituent pixels in the unit U.
  • FIG. 10 shows a circuit configuration of a unit U in which the output buffer 216 is shared by the same type of SP constituent pixels in the unit U.
  • one output buffer 216 ′ is similarly provided for four SP constituent pixels of the same type for the SP constituent pixels B to D. ing.
  • the output buffer 216 ' is shown outside the unit U for easy understanding, but may be provided in a predetermined SP component pixel in the unit U.
  • FIG. 10 illustrates an example in which the output buffer 216 of each pixel 121 is shared.
  • each pixel includes an arithmetic circuit such as a MUX, a register, or an OR circuit, the elements may be used. May be shared by the same type of SP constituent pixels. That is, the element shared by the same type of SP constituent pixels in the unit U is not limited to the output buffer.
  • FIG. 11 illustrates a configuration example of a second pixel circuit of the pixel 121.
  • FIG. 11 the same reference numerals are given to portions common to the first pixel circuit shown in FIG. 3, and description of such portions will be omitted as appropriate.
  • the pixel 121 illustrated in FIG. 11 includes a SPAD 211, a transistor 212, a transistor 213, an inverter 214, and a transistor 311.
  • Transistor 213 is formed of an N-type MOS transistor, and transistors 212 and 311 are formed of P-type MOS transistors.
  • the second pixel circuit in FIG. 11 has the SPAD 211, the transistor 212, the transistor 213, and the inverter 214 in common with the first pixel circuit in FIG. However, a power supply voltage supplied to each element is different from that of the first pixel circuit.
  • the source of the transistor 213 is connected to the ground, but in the second pixel circuit, it is connected to the power source VNEG1 which is a negative bias.
  • the power supply VNEG1 is, for example, -2V.
  • the transistor 213 is turned on by the Hi gating control signal VG, the voltage between the anode and the cathode of the SPAD 211 is configured to be equal to or lower than the breakdown voltage VBD. , Which is lower than the potential of the first pixel circuit ( ⁇ 20 V in the above-described example).
  • the source of the transistor 212 is connected to the power supply voltage VE (3 V) which is the first power supply voltage.
  • the source is lower than the first power supply voltage. It is connected to a power supply voltage VDD (1 V) which is a second power supply voltage.
  • VDD (1 V) is supplied to the cathode of the SPAD 211 via the transistor 311 and the transistor 212, so that the anode-cathode voltage of the SPAD 211 is equal to the first voltage.
  • 23V which is the same as the pixel circuit of FIG.
  • a transistor 311 including a P-type MOS transistor is newly added between the SPAD 211 and the inverter 214 in the second pixel circuit in FIG. More specifically, the drain of the transistor 311 is connected to the cathode of the SPAD 211 and the drain of the transistor 213, and the source of the transistor 311 is connected to the drain of the transistor 212 and the input terminal of the inverter 214.
  • the gain of the transistor 311 is connected to the power supply VNEG2 which is a negative bias.
  • the power supply VNEG2 is, for example, -1V.
  • the transistor 311 functions as a voltage conversion circuit, converts a signal of the cathode voltage VS of the SPAD 211 supplied to the drain into a signal of a voltage V IN in a positive range, and inputs the signal to the inverter 214.
  • a power supply VNEG2 ( ⁇ 1V) having the same negative bias ( ⁇ Vgs) as the transistor threshold of the transistor 311 is applied to a gate of the transistor 311.
  • the transistor 311 shuts off when the voltage V IN, which is a signal input to the inverter 214, reaches a voltage value (0V) that is higher than the power supply VNEG2 (-1V) by a transistor threshold. Therefore, the transistor 311 also functions as a voltage clamp circuit.
  • the inverter 214 outputs a Hi detection signal PFout when the voltage VIN input to the inverter 214 is Lo, and outputs a Lo detection signal PFout when the voltage VIN is Hi.
  • the inverter 214 is an output unit that outputs a detection signal PFout indicating the incidence of a photon on the SPAD 211.
  • FIG. 12 is a graph showing a potential change when light enters the pixel 121 in FIG. 11 as an active pixel.
  • the cathode voltage VS of the SPAD 211 varies in a range from VDD (1 V) to ⁇ 2 V, but the voltage V IN input to the inverter 214 is VDD (1 V). ) To 0V.
  • a Hi detection signal PFout is output during a period from time t11 to time t12.
  • the transistors 213 and 311 included in the dashed region 321 apply an excessive bias 3 V larger than the breakdown voltage VBD of the SPAD 211, as in the first pixel circuit.
  • the transistor 212 and the inverter 214 included in the dashed-dotted region 322 are elements (group) that operate at the power supply voltage VDD.
  • the power supply voltage VE which is a power supply voltage higher than the power supply voltage VDD can be eliminated, and the number of elements which need to operate with a high power supply is reduced by four in the region 221 of the first pixel circuit. From two to two in the region 321.
  • the signal characteristics (delay, skew, and the like) until the detection signal PFout reaches the time measurement unit 114 can also be improved.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an example of use of the distance measurement system 11 described above.
  • the distance measuring system 11 described above can be used in various cases for sensing light such as visible light, infrared light, ultraviolet light, and X-ray as described below.
  • a device that captures images for viewing such as digital cameras and portable devices with a camera function.
  • Devices used for traffic such as in-vehicle sensors that capture images of the rear, surroundings, and inside the vehicle, surveillance cameras that monitor running vehicles and roads, and ranging sensors that measure the distance between vehicles, etc.
  • Apparatus used for home appliances such as TVs, refrigerators, air conditioners, etc. in order to take images and operate the equipment in accordance with the gestures ⁇ Endoscopes, devices that perform blood vessel imaging by receiving infrared light, etc.
  • Equipment used for medical and healthcare purposes such as surveillance cameras for crime prevention and cameras for person authentication
  • Skin measuring instruments for photographing skin and scalp For beauty such as a microscope -Equipment used for sports, such as action cameras and wearable cameras for sports use-Equipment used for agriculture, such as cameras for monitoring the condition of fields and crops
  • the technology (the present technology) according to the present disclosure can be applied to various products.
  • the technology according to the present disclosure is realized as a device mounted on any type of moving object such as an automobile, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a motorcycle, a bicycle, a personal mobility, an airplane, a drone, a ship, and a robot. You may.
  • FIG. 14 is a block diagram illustrating a schematic configuration example of a vehicle control system that is an example of a mobile object control system to which the technology according to the present disclosure can be applied.
  • Vehicle control system 12000 includes a plurality of electronic control units connected via communication network 12001.
  • the vehicle control system 12000 includes a drive system control unit 12010, a body system control unit 12020, an outside information detection unit 12030, an inside information detection unit 12040, and an integrated control unit 12050.
  • a microcomputer 12051, an audio / video output unit 12052, and a vehicle-mounted network I / F (interface) 12053 are illustrated.
  • the drive system control unit 12010 controls the operation of the device related to the drive system of the vehicle according to various programs.
  • the driving system control unit 12010 includes a driving force generating device for generating driving force of the vehicle such as an internal combustion engine or a driving motor, a driving force transmission mechanism for transmitting driving force to wheels, and a steering angle of the vehicle. It functions as a control mechanism such as a steering mechanism for adjusting and a braking device for generating a braking force of the vehicle.
  • the body control unit 12020 controls the operation of various devices mounted on the vehicle body according to various programs.
  • the body control unit 12020 functions as a keyless entry system, a smart key system, a power window device, or a control device for various lamps such as a head lamp, a back lamp, a brake lamp, a blinker, and a fog lamp.
  • a radio wave or various switch signals transmitted from a portable device replacing the key may be input to the body control unit 12020.
  • the body control unit 12020 receives the input of these radio waves or signals and controls a door lock device, a power window device, a lamp, and the like of the vehicle.
  • Out-of-vehicle information detection unit 12030 detects information outside the vehicle equipped with vehicle control system 12000.
  • an imaging unit 12031 is connected to the outside-of-vehicle information detection unit 12030.
  • the out-of-vehicle information detection unit 12030 causes the imaging unit 12031 to capture an image outside the vehicle, and receives the captured image.
  • the out-of-vehicle information detection unit 12030 may perform an object detection process or a distance detection process of a person, a vehicle, an obstacle, a sign, a character on a road surface, or the like based on the received image.
  • the imaging unit 12031 is an optical sensor that receives light and outputs an electric signal according to the amount of received light.
  • the imaging unit 12031 can output an electric signal as an image or can output the information as distance measurement information.
  • the light received by the imaging unit 12031 may be visible light or non-visible light such as infrared light.
  • the in-vehicle information detection unit 12040 detects information in the vehicle.
  • the in-vehicle information detection unit 12040 is connected to, for example, a driver status detection unit 12041 that detects the status of the driver.
  • the driver state detection unit 12041 includes, for example, a camera that captures an image of the driver, and the in-vehicle information detection unit 12040 determines the degree of driver fatigue or concentration based on the detection information input from the driver state detection unit 12041. The calculation may be performed, or it may be determined whether the driver has fallen asleep.
  • the microcomputer 12051 calculates a control target value of the driving force generation device, the steering mechanism or the braking device based on the information on the inside and outside of the vehicle acquired by the outside information detection unit 12030 or the inside information detection unit 12040, and the drive system control unit A control command can be output to 12010.
  • the microcomputer 12051 implements the functions of ADAS (Advanced Driver Assistance System) including vehicle collision avoidance or impact mitigation, following running based on the following distance, vehicle speed maintaining running, vehicle collision warning, vehicle lane departure warning, and the like. Cooperative control for the purpose.
  • ADAS Advanced Driver Assistance System
  • the microcomputer 12051 controls the driving force generation device, the steering mechanism, the braking device, and the like based on the information about the surroundings of the vehicle obtained by the outside information detection unit 12030 or the inside information detection unit 12040, so that the driver 120 It is possible to perform cooperative control for automatic driving or the like in which the vehicle travels autonomously without depending on the operation.
  • the microcomputer 12051 can output a control command to the body system control unit 12020 based on information on the outside of the vehicle acquired by the outside information detection unit 12030.
  • the microcomputer 12051 controls the headlamp in accordance with the position of the preceding vehicle or the oncoming vehicle detected by the outside-of-vehicle information detection unit 12030, and performs cooperative control for the purpose of preventing glare such as switching a high beam to a low beam. It can be carried out.
  • the sound image output unit 12052 transmits at least one of a sound signal and an image signal to an output device capable of visually or audibly notifying a passenger of the vehicle or the outside of the vehicle of information.
  • an audio speaker 12061, a display unit 12062, and an instrument panel 12063 are illustrated as output devices.
  • the display unit 12062 may include, for example, at least one of an on-board display and a head-up display.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating an example of an installation position of the imaging unit 12031.
  • the vehicle 12100 has imaging units 12101, 12102, 12103, 12104, and 12105 as the imaging unit 12031.
  • the imaging units 12101, 12102, 12103, 12104, and 12105 are provided, for example, at positions such as a front nose, a side mirror, a rear bumper, a back door of the vehicle 12100, and an upper portion of a windshield in the vehicle interior.
  • the imaging unit 12101 provided on the front nose and the imaging unit 12105 provided above the windshield in the passenger compartment mainly acquire an image in front of the vehicle 12100.
  • the imaging units 12102 and 12103 provided in the side mirror mainly acquire images of the side of the vehicle 12100.
  • the imaging unit 12104 provided in the rear bumper or the back door mainly acquires an image behind the vehicle 12100.
  • the forward images acquired by the imaging units 12101 and 12105 are mainly used for detecting a preceding vehicle, a pedestrian, an obstacle, a traffic light, a traffic sign, a lane, and the like.
  • FIG. 15 shows an example of the imaging range of the imaging units 12101 to 12104.
  • the imaging range 12111 indicates the imaging range of the imaging unit 12101 provided on the front nose
  • the imaging ranges 12112 and 12113 indicate the imaging ranges of the imaging units 12102 and 12103 provided on the side mirrors, respectively
  • the imaging range 12114 indicates 13 shows an imaging range of an imaging unit 12104 provided in a rear bumper or a back door.
  • a bird's-eye view image of the vehicle 12100 viewed from above is obtained by superimposing image data captured by the imaging units 12101 to 12104.
  • At least one of the imaging units 12101 to 12104 may have a function of acquiring distance information.
  • at least one of the imaging units 12101 to 12104 may be a stereo camera including a plurality of imaging elements or an imaging element having pixels for detecting a phase difference.
  • the microcomputer 12051 calculates a distance to each three-dimensional object in the imaging ranges 12111 to 12114 and a temporal change of the distance (relative speed with respect to the vehicle 12100). , It is possible to extract, as a preceding vehicle, a three-dimensional object that travels at a predetermined speed (for example, 0 km / h or more) in a direction substantially the same as that of the vehicle 12100, which is the closest three-dimensional object on the traveling path of the vehicle 12100. it can.
  • a predetermined speed for example, 0 km / h or more
  • microcomputer 12051 can set an inter-vehicle distance to be secured before the preceding vehicle and perform automatic brake control (including follow-up stop control), automatic acceleration control (including follow-up start control), and the like. In this way, it is possible to perform cooperative control for automatic driving or the like in which the vehicle travels autonomously without depending on the operation of the driver.
  • the microcomputer 12051 converts the three-dimensional object data relating to the three-dimensional object into other three-dimensional objects such as a motorcycle, a normal vehicle, a large vehicle, a pedestrian, a telephone pole, and the like based on the distance information obtained from the imaging units 12101 to 12104. It can be classified and extracted and used for automatic avoidance of obstacles. For example, the microcomputer 12051 distinguishes obstacles around the vehicle 12100 into obstacles that are visible to the driver of the vehicle 12100 and obstacles that are difficult to see. Then, the microcomputer 12051 determines a collision risk indicating a risk of collision with each obstacle, and when the collision risk is equal to or more than the set value and there is a possibility of collision, via the audio speaker 12061 or the display unit 12062. By outputting a warning to the driver through forced driving and avoidance steering via the drive system control unit 12010, driving assistance for collision avoidance can be performed.
  • the microcomputer 12051 converts the three-dimensional object data relating to the three-dimensional object into other three-dimensional objects such as a
  • At least one of the imaging units 12101 to 12104 may be an infrared camera that detects infrared light.
  • the microcomputer 12051 can recognize a pedestrian by determining whether or not a pedestrian exists in the captured images of the imaging units 12101 to 12104. The recognition of such a pedestrian is performed by, for example, extracting a feature point in an image captured by the imaging units 12101 to 12104 as an infrared camera, and performing a pattern matching process on a series of feature points indicating the outline of the object to determine whether the object is a pedestrian.
  • the audio image output unit 12052 outputs a rectangular contour for emphasis to the recognized pedestrian.
  • the display unit 12062 is controlled so that is superimposed. Further, the sound image output unit 12052 may control the display unit 12062 so as to display an icon or the like indicating a pedestrian at a desired position.
  • the technology according to the present disclosure can be applied to the imaging unit 12031 or the like among the configurations described above.
  • the distance measurement system 11 in FIG. 1 can be applied to the imaging unit 12031.
  • the imaging unit 12031 is, for example, a LIDAR, and is used for detecting an object around the vehicle 12100 and a distance to the object.
  • a system means a set of a plurality of components (devices, modules (parts), and the like), and it does not matter whether all components are in the same housing. Therefore, a plurality of devices housed in separate housings and connected via a network and one device housing a plurality of modules in one housing are all systems. .
  • a pixel array in which a plurality of pixels including a SPAD in a pixel unit are arranged in a matrix
  • a pixel driving unit that controls each pixel of the pixel array to an active pixel or an inactive pixel
  • the pixel driving unit controls the active pixels in spot units composed of N ⁇ M pixels (N> 0, M> 0, where N and M are not simultaneously 1)
  • N ⁇ M pixels N> 0, M> 0, where N and M are not simultaneously 1
  • L ⁇ L pixels are defined as one unit (L> 1)
  • one signal line for outputting a detection signal is arranged for a plurality of spot constituent pixels of the same type in the one unit.
  • Light receiving element In the pixel array, L ⁇ L pixels are defined as one unit (L> 1), and one signal line for outputting a detection signal is arranged for a plurality of spot constituent pixels of the same type in the one unit.
  • the light receiving element according to (1) further including a wiring that connects the plurality of spot constituent pixels of the same type in the one unit.
  • the light receiving element according to (1) or (2) further including at least one element commonly used by the plurality of spot constituent pixels of the same type in the one unit.
  • the pixel driving unit is configured such that each spot constituent pixel forming the spot is the same type of the spot constituent pixels of the other adjacent spots, in the horizontal and vertical directions.
  • the one unit is composed of 4 ⁇ 4 pixels, The light receiving element according to any one of (1) to (4), wherein the spot unit is configured by 2 ⁇ 2 pixels.
  • a lighting device for irradiating irradiation light, And a light receiving element for receiving reflected light with respect to the irradiation light The light receiving element, A pixel array in which a plurality of pixels including a SPAD in a pixel unit are arranged in a matrix, A pixel driving unit that controls each pixel of the pixel array to an active pixel or an inactive pixel, The pixel driving unit controls the active pixels in spot units composed of N ⁇ M pixels (N> 0, M> 0, where N and M are not simultaneously 1), In the pixel array, L ⁇ L pixels are defined as one unit (L> 1), and one signal line for outputting a detection signal is arranged for a plurality of spot constituent pixels of the same type in the one unit. Is a ranging system.
  • 11 distance measuring system ⁇ 21 ⁇ illumination device, ⁇ 22 ⁇ imaging device, ⁇ 31 ⁇ illumination control unit, ⁇ 32 ⁇ light source, ⁇ 41 ⁇ imaging unit, ⁇ 42 ⁇ control unit, ⁇ 52 ⁇ light receiving element, ⁇ 53 ⁇ signal processing circuit, ⁇ 111 ⁇ pixel driving unit, ⁇ 112 ⁇ pixel array, U (U1 To U16) unit, ⁇ SP (SP1 to SP9) ⁇ spot, ⁇ 121 ⁇ pixel, ⁇ 122 ⁇ pixel drive line, ⁇ 211 ⁇ SPAD, ⁇ 212, 213 ⁇ transistor, ⁇ 214 ⁇ inverter, ⁇ 215 ⁇ voltage conversion circuit, ⁇ 216,216 ′ ⁇ output buffer, ⁇ 241,242 ⁇ signal line, 261 vertical wiring, ⁇ 271 (271A to 271D) ⁇ signal line, ⁇ 311 ⁇ transistor

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Abstract

本技術は、検出信号を出力する信号線の本数を削減することができるようにする受光素子および測距システムに関する。 受光素子は、複数の画素が行列状に配置された画素アレイと、画素アレイの各画素を、アクティブ画素または非アクティブ画素に制御する画素駆動部とを備え、画素駆動部は、Ｎ×Ｍ画素（Ｎ＞０，Ｍ＞０，ただし、ＮとＭは同時に１にはならない）で構成されるスポット単位でアクティブ画素に制御し、画素アレイには、Ｌ×Ｌ画素を１つのユニットとし（Ｌ＞１）、１つのユニット内の同種の複数のスポット構成画素に対して、検出信号を出力する１本の信号線が配置されている。本技術は、例えば、被写体までの奥行き方向の距離を検出する測距システム等に適用できる。

Description

受光素子および測距システム
　本技術は、受光素子および測距システムに関し、検出信号を出力する信号線の本数を削減することができるようにした受光素子および測距システムに関する。
　近年、ToF（Time-of-Flight）法により距離計測を行う距離画像センサが注目されている。距離画像センサでは、例えば、SPAD（Single Photon Avalanche Diode）を用いた画素を行列状に配置した画素アレイが採用される。SPADでは、降伏電圧よりも大きい電圧を印加した状態で、高電界のPN接合領域へ１個の光子が入ると、アバランシェ増幅が発生する。その際の瞬間的に電流が流れたタイミングを検出することで、高精度に距離を計測することができる。
　SPADを用いた画素を行列状に配置した距離画像センサでは、一部の画素を、光子を検出するアクティブ画素に設定し、残りの画素を、光子を検出しない非アクティブ画素に設定する駆動が行われる。例えば、特許文献１に開示された光検出部の画素アレイでは、２次元配置された画素が列単位でアクティブ画素に選択される。
特開２０１５－７８９５３号公報
　アクティブ画素を列単位で選択する駆動では、検出信号を出力する信号線を行単位で共通化することができるが、その場合、同一行の複数画素を同時にアクティブ画素に設定することはできない。画素毎に個別の信号線を設けると、配線本数が非常に多くなり、検出信号のクロストークや遅延などの発生が懸念される。
　本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、検出信号を出力する信号線の本数を削減することができるようにするものである。
　本技術の第１の側面の受光素子は、画素単位にSPADを含む複数の画素が行列状に配置された画素アレイと、前記画素アレイの各画素を、アクティブ画素または非アクティブ画素に制御する画素駆動部とを備え、前記画素駆動部は、Ｎ×Ｍ画素（Ｎ＞０，Ｍ＞０，ただし、ＮとＭは同時に１にはならない）で構成されるスポット単位で前記アクティブ画素に制御し、前記画素アレイには、Ｌ×Ｌ画素を１つのユニットとし（Ｌ＞１）、前記１つのユニット内の同種の複数のスポット構成画素に対して、検出信号を出力する１本の信号線が配置されている。
　本技術の第２の側面の測距システムは、照射光を照射する照明装置と、前記照射光に対する反射光を受光する受光素子とを備え、前記受光素子は、画素単位にSPADを含む複数の画素が行列状に配置された画素アレイと、前記画素アレイの各画素を、アクティブ画素または非アクティブ画素に制御する画素駆動部とを備え、前記画素駆動部は、Ｎ×Ｍ画素（Ｎ＞０，Ｍ＞０，ただし、ＮとＭは同時に１にはならない）で構成されるスポット単位で前記アクティブ画素に制御し、前記画素アレイには、Ｌ×Ｌ画素を１つのユニットとし（Ｌ＞１）、前記１つのユニット内の同種の複数のスポット構成画素に対して、検出信号を出力する１本の信号線が配置されている。
　本技術の第１および第２の側面においては、画素単位にSPADを含む複数の画素が行列状に配置された画素アレイの各画素が、アクティブ画素または非アクティブ画素に制御され、Ｎ×Ｍ画素（Ｎ＞０，Ｍ＞０，ただし、ＮとＭは同時に１にはならない）で構成されるスポット単位で前記アクティブ画素に制御され、Ｌ×Ｌ画素を１つのユニットとし（Ｌ＞１）、前記画素アレイには、前記１つのユニット内の同種の複数のスポット構成画素に対して、検出信号を出力する１本の信号線が配置されている。
　受光素子及び測距システムは、独立した装置であっても良いし、他の装置に組み込まれるモジュールであっても良い。
本技術を適用した測距システムの一実施の形態の構成例を示すブロック図である。 図１の受光素子の構成例を示すブロック図である。 第１の画素回路の構成例を示す図である。 図３の画素の動作を説明する図である。 アクティブ画素と非アクティブ画素の設定例を示す図である。 信号線の第１の配線例を示す図である。 １つのユニットを示す図である。 信号線の第２の配線例を示す図である。 スペーシング規則にしたがったスポットSPの設定を説明する図である。 出力バッファを共通化したユニットの回路構成を示す図である。 第２の画素回路の構成例を示す図である。 図１１の画素の動作を説明する図である。 測距システムの使用例を説明する図である。 車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。 車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。
　以下、本技術を実施するための形態（以下、実施の形態という）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．測距システムの構成例
２．受光素子の構成例
３．第１の画素回路構成例
４．アクティブ画素と非アクティブ画素の設定例
５．検出信号線の第１の配線例
６．検出信号線の第２の配線例
７．第２の画素回路構成例
８．測距システムの使用例
９．移動体への応用例
＜１．測距システムの構成例＞
　図１は、本技術を適用した測距システムの一実施の形態の構成例を示すブロック図である。
　測距システム１１は、例えば、ToF法を用いて距離画像の撮影を行うシステムである。ここで、距離画像とは、測距システム１１から被写体までの奥行き方向の距離を画素毎に検出し、検出した距離に基づく距離画素信号からなる画像のことである。
　測距システム１１は、照明装置２１及び撮像装置２２を備える。
　照明装置２１は、照明制御部３１及び光源３２を備える。
　照明制御部３１は、撮像装置２２の制御部４２の制御の下に、光源３２が光を照射するパターンを制御する。具体的には、照明制御部３１は、制御部４２から供給される照射信号に含まれる照射コードに従って、光源３２が光を照射するパターンを制御する。例えば、照射コードは、１（High）と０（Low）の２値からなり、照明制御部３１は、照射コードの値が１のとき光源３２を点灯させ、照射コードの値が０のとき光源３２を消灯させる。
　光源３２は、照明制御部３１の制御の下に、所定の波長域の光を発する。光源３２は、例えば、赤外線レーザダイオードからなる。なお、光源３２の種類、及び、照射光の波長域は、測距システム１１の用途等に応じて任意に設定することが可能である。
　撮像装置２２は、照明装置２１から照射された光（照射光）が被写体１２及び被写体１３等により反射された反射光を受光する装置である。撮像装置２２は、撮像部４１、制御部４２、表示部４３、及び、記憶部４４を備える。
　撮像部４１は、レンズ５１、受光素子５２、及び、信号処理回路５３を備える。
　レンズ５１は、入射光を受光素子５２の受光面に結像させる。なお、レンズ５１の構成は任意であり、例えば、複数のレンズ群によりレンズ５１を構成することも可能である。
　受光素子５２は、例えば、各画素にSPAD（Single Photon Avalanche Diode）を用いたセンサからなる。受光素子５２は、制御部４２の制御の下に、被写体１２及び被写体１３等からの反射光を受光し、その結果得られた画素信号を信号処理回路５３に供給する。この画素信号は、照明装置２１が照射光を照射してから、受光素子５２が受光するまでの時間をカウントしたデジタルのカウント値を表す。光源３２が発光するタイミングを示す発光タイミング信号は、制御部４２から受光素子５２にも供給される。
　信号処理回路５３は、制御部４２の制御の下に、受光素子５２から供給される画素信号の処理を行う。例えば、信号処理回路５３は、受光素子５２から供給される画素信号に基づいて、画素毎に被写体までの距離を検出し、画素毎の被写体までの距離を示す距離画像を生成する。具体的には、信号処理回路５３は、光源３２が光を発光してから受光素子５２の各画素が光を受光するまでの時間（カウント値）を画素毎に複数回（例えば、数千乃至数万回）取得する。信号処理回路５３は、取得した時間に対応するヒストグラムを作成する。そして、信号処理回路５３は、ヒストグラムのピークを検出することで、光源３２から照射された光が被写体１２または被写体１３で反射して戻ってくるまでの時間を判定する。さらに、信号処理回路５３は、判定した時間と光速に基づいて、物体までの距離を求める演算を行う。信号処理回路５３は、生成した距離画像を制御部４２に供給する。
　制御部４２は、例えば、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等の制御回路やプロセッサ等により構成される。制御部４２は、照明制御部３１、及び、受光素子５２の制御を行う。具体的には、制御部４２は、照明制御部３１に照射信号を供給するとともに、発光タイミング信号を受光素子５２に供給する。光源３２は、照射信号に応じて照射光を発光する。発光タイミング信号は、照明制御部３１に供給される照射信号でもよい。また、制御部４２は、撮像部４１から取得した距離画像を表示部４３に供給し、表示部４３に表示させる。さらに、制御部４２は、撮像部４１から取得した距離画像を記憶部４４に記憶させる。また、制御部４２は、撮像部４１から取得した距離画像を外部に出力する。
　表示部４３は、例えば、液晶表示装置や有機ＥＬ（Electro Luminescence）表示装置等のパネル型表示装置からなる。
　記憶部４４は、任意の記憶装置や記憶媒体等により構成することができ、距離画像等を記憶する。
＜２．受光素子の構成例＞
　図２は、受光素子５２の構成例を示すブロック図である。
　受光素子５２は、画素駆動部１１１、画素アレイ１１２、MUX(マルチプレクサ)１１３、時間計測部１１４、および、入出力部１１５を備える。
　画素アレイ１１２は、光子の入射を検出し、検出結果を示す検出信号を画素信号として出力する画素１２１が行方向及び列方向の行列状に２次元配置された構成となっている。ここで、行方向とは画素行の画素１２１の配列方向、即ち、水平方向を言い、列方向とは画素列の画素１２１の配列方向、即ち、垂直方向を言う。図２では、紙面の制約上、画素アレイ１１２が１０行１２列の画素配列構成で示されているが、画素アレイ１１２の行数および列数は、これに限定されず、任意である。
　画素アレイ１１２の行列状の画素配列に対して、画素行ごとに画素駆動線１２２が水平方向に沿って配線されている。画素駆動線１２２は、画素１２１の駆動を行うための駆動信号を伝送する。画素駆動部１１１は、画素駆動線１２２を介して所定の駆動信号を各画素１２１に供給することにより、各画素１２１を駆動する。具体的には、画素駆動部１１１は、入出力部１１５を介して外部から供給される発光タイミング信号に合わせた所定のタイミングで、行列状に２次元配置された複数の画素１２１の一部の画素１２１をアクティブ画素とし、残りの画素１２１を非アクティブ画素とする制御を行う。アクティブ画素は、光子の入射を検出する画素であり、非アクティブ画素は、光子の入射を検出しない画素である。画素１２１の詳細構成については後述する。
　なお、図２では、画素駆動線１２２を１本の配線として示しているが、複数の配線で構成してもよい。画素駆動線１２２の一端は、画素駆動部１１１の各画素行に対応した出力端に接続されている。
　MUX１１３は、画素アレイ１１２内のアクティブ画素と非アクティブ画素の切替えにしたがい、アクティブ画素からの出力を選択する。そして、MUX１１３は、選択したアクティブ画素から入力される画素信号を時間計測部１１４へ出力する。
　時間計測部１１４は、MUX１１３から供給されるアクティブ画素の画素信号と、光源３２の発光タイミングを示す発光タイミング信号とに基づいて、光源３２が光を発光してからアクティブ画素が光を受光するまでの時間に対応するカウント値を生成する。発光タイミング信号は、入出力部１１５を介して外部（撮像装置２２の制御部４２）から供給される。
　入出力部１１５は、時間計測部１１４から供給されるアクティブ画素のカウント値を、画素信号として外部（信号処理回路５３）に出力する。また、入出力部１１５は、制御部４２から供給される発光タイミング信号を、画素駆動部１１１および時間計測部１１４に供給する。
＜３．第１の画素回路構成例＞
　図３は、画素アレイ１１２に配列されている画素１２１の第１の画素回路の構成例を示している。
　図３に示される画素１２１は、SPAD２１１、トランジスタ２１２、トランジスタ２１３、インバータ２１４、電圧変換回路２１５、及び、出力バッファ２１６を備える。トランジスタ２１２は、P型のMOSトランジスタで構成され、トランジスタ２１３は、N型のMOSトランジスタで構成される。
　SPAD２１１のカソードは、トランジスタ２１２のドレインに接続されるとともに、インバータ２１４の入力端子、及び、トランジスタ２１３のドレインに接続されている。SPAD２１１のアノードは、電源VSPADに接続されている。
　SPAD２１１は、入射光が入射されたとき、発生する電子をアバランシェ増幅させてカソード電圧VSの信号を出力するフォトダイオード（単一光子アバランシェフォトダイオード）である。SPAD２１１のアノードに供給される電源VSPADは、例えば、-20Vの負バイアス（負の電位）とされる。
　トランジスタ２１２は、飽和領域で動作する定電流源であり、クエンチング抵抗として働くことにより、パッシブクエンチを行う。トランジスタ２１２のソースは電源電圧VEに接続され、ドレインがSPAD２１１のカソード、インバータ２１４の入力端子、及び、トランジスタ２１３のドレインに接続されている。これにより、SPAD２１１のカソードにも、電源電圧VEが供給される。SPAD２１１と直列に接続されたトランジスタ２１２の代わりに、プルアップ抵抗を用いることもできる。
　SPAD２１１には、十分な効率で光（フォトン）を検出するため、SPAD２１１の降伏電圧VBDよりも大きな電圧（以下、過剰バイアス（ExcessBias）と称する。）が印加される。例えば、SPAD２１１の降伏電圧VBDが２０Vであり、それよりも３V大きい電圧を印加することとすると、トランジスタ２１２のソースに供給される電源電圧VEは、３Vとされる。
　トランジスタ２１３のドレインは、SPAD２１１のカソード、インバータ２１４の入力端子、および、トランジスタ２１２のドレインに接続され、トランジスタ２１３のソースは、グランド（GND）に接続されている。トランジスタ２１３のゲートには、ゲーティング制御信号VGが、画素駆動部１１１から供給される。
　画素１２１がアクティブ画素とされる場合には、Lo（Low）のゲーティング制御信号VGが、画素駆動部１１１からトランジスタ２１３のゲートに供給される。一方、画素１２１が非アクティブ画素とされる場合には、Hi(High)のゲーティング制御信号VGが、画素駆動部１１１からトランジスタ２１３のゲートに供給される。
　インバータ２１４は、入力信号としてのカソード電圧VSがLoのとき、Hiの信号VSINVを出力し、カソード電圧VSがHiのとき、Loの信号VSINVを出力する。以下、インバータ２１４が出力する信号VSINVを、反転信号VSINVとも称する。
　電圧変換回路２１５は、インバータ２１４から入力される反転信号VSINVを、低電圧の信号VSLOWに変換して、出力バッファ２１６に入力させる。反転信号VSINVは０V乃至３Vの電圧振幅を持つ信号となるが、電圧変換回路２１５は、この０V乃至３Vの電圧振幅を持つ信号VSINVを、０V乃至１Vの電圧振幅を持つ信号VSLOWに変換する。出力バッファ２１６は、電圧変換回路２１５から入力される信号VSLOWを、SPAD２１１への光子の入射を示す検出信号PFoutとして出力する出力部である。
　図３において、破線の領域２２１に含まれる、トランジスタ２１２、トランジスタ２１３、インバータ２１４、及び、電圧変換回路２１５は、第１の電源電圧である電源電圧VEで動作する素子（群）である。一方、一点鎖線の領域２２２に含まれる出力バッファ２１６は、第１の電源電圧よりも低い第２の電源電圧である電源電圧VDDで動作する素子（群）である。電源電圧VDDは、例えば、１Vとされる。
　次に、図４を参照して、画素１２１がアクティブ画素とされた場合の動作について説明する。図４は、光子の入射に応じたSPAD２１１のカソード電圧VSの変化と検出信号PFoutを示すグラフである。
　まず、画素１２１がアクティブ画素である場合、トランジスタ２１３は、Loのゲーティング制御信号VGにより、オフに設定される。
　図４の時刻t0より前の時刻では、SPAD２１１のカソードには電源電圧VE（例えば、３V）が供給され、アノードには電源VSPAD（例えば、－２０V）が供給されることから、SPAD２１１に降伏電圧VBD（＝２０V）より大きい逆電圧が印加されることにより、SPAD２１１がガイガーモードに設定される。この状態では、SPAD２１１のカソード電圧VSは、電源電圧VEと同じである。
　ガイガーモードに設定されたSPAD２１１に光子が入射すると、アバランシェ増倍が発生し、SPAD２１１に電流が流れる。
　時刻t0において、アバランシェ増倍が発生し、SPAD２１１に電流が流れたとすると、時刻t0以降、SPAD２１１に電流が流れることにより、トランジスタ２１２にも電流が流れ、トランジスタ２１２の抵抗成分により電圧降下が発生する。
　時刻t2において、SPAD２１１のカソード電圧VSが0Vよりも低くなると、降伏電圧VBDよりも低い状態となるので、アバランシェ増幅が停止する。ここで、アバランシェ増幅により発生する電流がトランジスタ２１２に流れることで電圧降下を発生させ、発生した電圧降下に伴って、カソード電圧VSが降伏電圧VBDよりも低い状態となることで、アバランシェ増幅を停止させる動作がクエンチ動作である。
　アバランシェ増幅が停止するとトランジスタ２１２の抵抗に流れる電流が徐々に減少して、時刻t4において、カソード電圧VSが再び元の電源電圧VEまで戻り、次の新たなフォトンを検出できる状態となる（リチャージ動作）。
　インバータ２１４は、入力電圧であるカソード電圧VSが所定の閾値電圧Vth（＝VE/2）以上のとき、Loの反転信号VSINVを出力し、カソード電圧VSが所定の閾値電圧Vth未満のとき、Hiの反転信号VSINVを出力する。出力バッファ２１６も、カソード電圧VSが所定の閾値電圧Vth（＝VE/2）以上のとき、Loの検出信号PFoutを出力し、カソード電圧VSが所定の閾値電圧Vth未満のとき、Hiの検出信号PFoutを出力する。図４の例では、時刻t1から時刻t3の期間、Hiの検出信号PFoutを出力する。
　なお、画素１２１が非アクティブ画素とされる場合には、Hiのゲーティング制御信号VGが、画素駆動部１１１からトランジスタ２１３のゲートに供給され、トランジスタ２１３がオンされる。これにより、SPAD２１１のカソード電圧VSが０V(GND)となり、SPAD２１１のアノード・カソード間電圧が降伏電圧VBD以下となるので、SPAD２１１に光子が入ってきても反応しない。
＜４．アクティブ画素と非アクティブ画素の設定例＞
　次に、アクティブ画素と非アクティブ画素の設定例について説明する。
　画素駆動部１１１は、隣接する複数の画素１２１を１つのスポット（塊）SPとして、予め決定した所定個数のスポットSPを画素アレイ１１２内に決定し、アクティブ画素に設定する。本実施の形態では、画素駆動部１１１は、例えば、２×２の４画素を１つのスポットSPとし、画素アレイ１１２内に９個のスポットSPを設定する。
　図５の画素アレイ１１２は、１６行１６列の２５６個の画素１２１で構成されている。その２５６個の画素１２１のうち、ハッチングを付した画素１２１がアクティブ画素を表し、ハッチングが付されていない画素１２１が非アクティブ画素を表している。
　画素駆動部１１１は、例えば、２×２の４画素を１つのスポットSPとして、画素アレイ１１２内の所定のスポットSP１乃至スポットSP９を、アクティブ画素とする。なお、以下では、１つのスポットSPを構成する２×２の各画素をSP構成画素とも称する。また、１つのスポットSPを構成する各SP構成画素を区別する場合には、図５のように、SP構成画素のスポットSP内の位置に応じて、SP構成画素A、SP構成画素B、SP構成画素C、および、SP構成画素Dのように称する。
　なお、本実施の形態では、１つのスポットSPが２×２の４画素で構成されるとともに、スポットSPの個数が９個の例について説明するが、スポットSPを構成する画素の構成は、２×２の４画素に限定されない。また、画素アレイ１１２に対して設定されるスポットSPの個数も９個に限定されない。例えば、スポットSPは、２×１の２画素、３×３の９画素などに設定してもよいし、画素アレイ１１２に対して設定されるスポットSPの個数は、４個、６個などに設定してもよい。
　画素駆動部１１１は、さらに、図５のように設定した各スポットSPの位置を時間ごとに移動させることにより、撮像装置２２としての測距エリアの分解能を所定値以上に保っている。
　このように、画素アレイ１１２内の一部分のみをアクティブ画素とすることにより、瞬間的な動作電流が大きくなりすぎて電源変動を招き、測距精度に影響してしまうことを防止することができる。また、対象物に照射するレーザ光もSPOT照射となるため、アクティブ画素をレーザ照射に合わせて、一部のスポットSPに限定しておくことで、消費電力も低減することができる。
＜５．検出信号線の第１の配線例＞
　画素アレイ１１２の各画素１２１が画素信号として出力する検出信号PFoutを伝送する信号線の配線レイアウトについて説明する。
　図６は、検出信号PFoutを伝送する信号線の第１の配線例を示す図である。
　第１の配線例は、検出信号PFoutを伝送する信号線を画素毎に個別に設けた場合の信号線の配置例である。
　信号線を画素毎に個別に設けた場合、画素アレイ１１２は１６行１６列の２５６個の画素１２１で構成されているので、画素アレイ１１２全体で２５６本、１行に１６本の信号線２４１が必要となる。図６では、紙面の制約上、１行に配置される１６本の信号線２４１が１本で図示されている。
　MUX１１３は、２５６個の画素１２１のうち、アクティブ画素に設定された画素１２１の信号線２４１を選択し、アクティブ画素からの検出信号PFoutを取得する。アクティブ画素の画素数は、４画素（１スポットSPの画素数）×９（スポットSP数）＝３６個となるので、MUX１１３から時間計測部１１４へ出力される信号線２４２の本数は、３６本となる。図６では、紙面の制約上、４本の信号線２４２が１本で図示されている。
　時間計測部１１４は、３６個のアクティブ画素から出力された検出信号PFoutに対応したTDC（Time to Digital Converter）回路を備える。具体的には、時間計測部１１４は、スポットSP１のSP構成画素A乃至DのTDC回路（TDC_SP1_PixA乃至TDC_SP1_PixD）、スポットSP２のSP構成画素A乃至DのTDC回路（TDC_SP2_PixA乃至TDC_SP2_PixD）、スポットSP３のSP構成画素A乃至DのTDC回路（TDC_SP3_PixA乃至TDC_SP3_PixD）、・・・、スポットSP９のSP構成画素A乃至DのTDC回路（TDC_SP9_PixA乃至TDC_SP9_PixD）を備える。各TDC回路は、入力されるアクティブ画素の検出信号PFoutと発光タイミング信号とから、光源３２が光を発光してからアクティブ画素が光を受光するまでの時間に対応するカウント値を生成する。
　以上のように、信号線２４１を画素毎に個別に設けることで、画素アレイ１１２内で設定される任意の９個のスポットSP１乃至SP９に対応可能となる。しかし、配線本数が非常に多くなってしまうため、信号線２４１を画素毎に個別に設けることは現実的ではない。また、信号線２４１が密になると、検出信号PFoutの画素間のクロストークやスキュー、信号遅延などの発生も懸念される。
＜６．検出信号線の第２の配線例＞
　そこで、検出信号PFoutを伝送する信号線を削減する第２の配線例について説明する。
　第２の配線例においては、画素アレイ１１２内の隣接する複数画素が１つのユニットUに設定される。
　図７は、４×４の１６画素を１つのユニットUとした場合の１つのユニットUを示す図である。
　１つのユニットUが４×４の１６画素で構成される場合、１つのユニットUに２×２の４画素で構成されるスポットSPが４個含まれるので、SP構成画素A乃至Dのそれぞれは、１つのユニットUに４つずつ含まれる。
　１つのユニットUに含まれる４個のSP構成画素Aの出力端子が縦配線２６１Aを用いて接続され、ユニットU内の所定のSP構成画素Aの画素行に、１つのユニットUに含まれる４個のSP構成画素Aの検出信号PFoutを伝送する信号線２７１Aが配置される。
　１つのユニットUに含まれる４個のSP構成画素Bの出力端子が縦配線２６１Bを用いて接続され、ユニットU内の所定のSP構成画素Bの画素行に、１つのユニットUに含まれる４個のSP構成画素Bの検出信号PFoutを伝送する信号線２７１Bが配置される。
　１つのユニットUに含まれる４個のSP構成画素Cの出力端子が縦配線２６１Cを用いて接続され、ユニットU内の所定のSP構成画素Cの画素行に、１つのユニットUに含まれる４個のSP構成画素Cの検出信号PFoutを伝送する信号線２７１Cが配置される。
　１つのユニットUに含まれる４個のSP構成画素Dの出力端子が縦配線２６１Dを用いて接続され、ユニットU内の所定のSP構成画素Dの画素行に、１つのユニットUに含まれる４個のSP構成画素Dの検出信号PFoutを伝送する信号線２７１Dが配置される。
　また、１つのユニットUに含まれる信号線２７１A乃至２７１Dは、互いに異なる画素行に配置される。
　このように、縦配線２６１を用いて、１つのユニットU内の同種のSP構成画素の出力を１本の信号線２７１にまとめることで、１つのユニットUにおいて各画素行に必要となるMUX１１３への信号線２７１を１本とすることができる。１ユニットU当たりの信号線２７１の本数は４本となる。
　図８は、図７に示したようにユニットU内のSP構成画素A乃至D単位で信号線２７１をまとめた場合の信号線２７１の配線例を示している。
　図８は、検出信号PFoutを伝送する信号線を削減した第２の配線例である。
　図７に示したようにユニットU内のSP構成画素A乃至D単位で信号線２７１をまとめた場合、図８に示されるように、MUX１１３への信号線２７１の本数は、画素アレイ１１２全体で６４本となる。したがって、第２の配線例によれば、図６に示した第１の配線例と比較して、MUX１１３への信号線２７１の本数を大幅に削減することができる。これにより、各画素１２１の検出信号PFoutのクロストークやスキュー、信号遅延なども改善することができる。
　第２の配線例では、ユニットU内の同種（SP構成画素A乃至Dのいずれか）の複数のSP構成画素は、１本の信号線２７１を共通に利用するため、同時にアクティブ画素に設定することはできない。
　そのため、画素駆動部１１１は、画素アレイ１１２に対して複数のスポットSPを、次のスペーシング規則にしたがって設定する。画素駆動部１１１は、１つのユニットUを４×４の１６画素で構成した場合、スポットSPの各SP構成画素（SP構成画素A乃至D）が、隣接する他のスポットSPの同種のSP構成画素と水平方向および垂直方向のいずれにおいても、４画素目以降の画素となるように、隣接するスポットSPを決定する。換言すれば、画素駆動部１１１は、画素アレイ１１２内の第１のスポットSPの所定のSP構成画素（例えば、SP構成画素A）と、それに隣接する第２のスポットSPの同種のSP構成画素（例えば、SP構成画素A）との間隔が３画素以上離れるように、各スポットSPを決定する。
　図９を参照して、スペーシング規則にしたがったスポットSPの設定を説明する。
　例えば、スポットSP１のSP構成画素Dは、水平方向に隣接するスポットSP２の同種のSP構成画素Dと３画素離れている。換言すれば、スポットSP１のSP構成画素Dに対して、隣接するスポットSP２の同種のSP構成画素Dは、水平方向に４画素目の画素となっている。
　また、スポットSP１のSP構成画素Dは、垂直方向に隣接するスポットSP４の同種のSP構成画素Dと３画素離れている。換言すれば、スポットSP１のSP構成画素Dに対して、隣接するスポットSP４の同種のSP構成画素Dは、垂直方向に４画素目の画素となっている。
　例えば、スポットSP５のSP構成画素Bは、水平方向に隣接するスポットSP６の同種のSP構成画素Bと３画素離れている。換言すれば、スポットSP５のSP構成画素Bに対して、隣接するスポットSP６の同種のSP構成画素Bは、水平方向に４画素目の画素となっている。
　また、スポットSP５のSP構成画素Bは、垂直方向に隣接するスポットSP８の同種のSP構成画素Bと３画素離れている。換言すれば、スポットSP５のSP構成画素Bに対して、隣接するスポットSP５の同種のSP構成画素Bは、垂直方向に４画素目の画素となっている。
　このようなスペーシング規則にしたがって画素アレイ１１２に対して複数のスポットSPを設定した場合、図９から明らかなように、各ユニットU内でアクティブ画素として選択されるSP構成画素A乃至Dの個数は必ず１つ以下となる。したがって、図７に示したように、ユニットU内の同種のSP構成画素単位（SP構成画素A乃至D）で、信号線２７１を共通化することができる。
　上述した例は、１つのスポットSPを構成する画素（SP構成画素）が、２×２の４画素の例について説明したが、スポットSPの構成単位が異なる場合でも同様である。例えば、１つのスポットSPが、２×１の２画素（SP構成画素AとSP構成画素B）で構成される場合や、２×３の６画素（SP構成画素A、SP構成画素B、SP構成画素C、SP構成画素D、SP構成画素E、および、SP構成画素F）で構成される場合であっても、上述のスペーシング規則にしたがって複数のスポットSPを設定することにより、４×４の各ユニットU内でアクティブ画素として選択される同種のSP構成画素の個数は必ず１つ以下となる。
　次に、１つのユニットUを構成する画素数が４×４の１６画素ではない場合について説明する。
　例えば、１つのユニットUが、５×５の２５画素で構成される場合について説明する。１つのスポットSPは、上述した例と同様に、２×２の４画素（SP構成画素A乃至D）であるとする。
　画素駆動部１１１は、１つのユニットUを５×５の２５画素で構成した場合、スポットSPの各SP構成画素A乃至Dが、隣接する他のスポットSPの同種のSP構成画素と水平方向および垂直方向のいずれにおいても、５画素目以降の画素となるように、隣接するスポットSPを決定する。換言すれば、画素駆動部１１１は、画素アレイ１１２内の第１のスポットSPの所定のSP構成画素（例えば、SP構成画素A）と、それに隣接する第２のスポットSPの同種のSP構成画素（例えば、SP構成画素A）との間隔が４画素以上離れるように、各スポットSPを決定する。このスペーシング規則にしたがって複数のスポットSPを設定することにより、５×５の各ユニットU内でアクティブ画素として選択される同種のSP構成画素の個数は必ず１つ以下となる。
　次に、１つのユニットUが、６×６の３６画素で構成される場合について説明する。１つのスポットSPは、上述した例と同様に、２×２の４画素（SP構成画素A乃至D）であるとする。
　画素駆動部１１１は、１つのユニットUを６×６の３６画素で構成した場合、スポットSPの各SP構成画素A乃至Dが、隣接する他のスポットSPの同種のSP構成画素と水平方向および垂直方向のいずれにおいても、６画素目以降の画素となるように、隣接するスポットSPを決定する。換言すれば、画素駆動部１１１は、画素アレイ１１２内の第１のスポットSPの所定のSP構成画素（例えば、SP構成画素A）と、それに隣接する第２のスポットSPの同種のSP構成画素（例えば、SP構成画素A）との間隔が５画素以上離れるように、各スポットSPを決定する。このスペーシング規則にしたがって複数のスポットSPを設定することにより、６×６の各ユニットU内でアクティブ画素として選択される同種のSP構成画素の個数は必ず１つ以下となる。
　ユニットU内で共通化される信号線２７１とスペーシング規則の関係は、次のように言うことができる。画素アレイ１１２において、１スポットSPをＮ×Ｍ画素で構成し（Ｎ＞０，Ｍ＞０，ただし、ＮとＭは同時に１にはならない。）、１つのユニットUをＬ×Ｌで構成した場合（Ｌ＞１）、１つのユニットU内の同種の複数のSP構成画素の出力は、１本以上の縦配線２６１を用いて１本の信号線２７１で共通化される。画素駆動部１１１は、スポットSPの各SP構成画素が、隣接する他のスポットSPの同種のSP構成画素と水平方向および垂直方向のいずれにおいても、L画素目以降の画素となるように、画素アレイ１１２内に複数のスポットSPを決定する。これにより、画素アレイ１１２からMUX１１３への信号線２７１の本数を大幅に削減することができ、検出信号PFoutのクロストークやスキュー、信号遅延なども改善することができる。
　なお、ユニットU内の同種のSP構成画素どうしの信号線２７１を共通化するだけではなく、各SP構成画素に含まれる１以上の素子も、ユニットU内の同種のSP構成画素どうしで共通化してもよい。
　例えば、図３に示した画素１２１の第１の画素回路のうち、最終段に設けられた出力バッファ２１６を、ユニットU内の同種のSP構成画素どうしで共通化することができる。
　図１０は、出力バッファ２１６をユニットU内の同種のSP構成画素どうしで共通化したユニットUの回路構成を示している。
　図１０では、画素ごとに設けられた出力バッファ２１６の代わりに、１つのユニットU内の４つのSP構成画素Aに共通に用いられる１つの出力バッファ２１６’が設けられている。
　また、SP構成画素B乃至Dの画素内の回路の図示は省略したが、SP構成画素B乃至Dについても同様に、同種の４つのSP構成画素に対して１つの出力バッファ２１６’が設けられている。
　なお、図１０では、理解を容易にするため、出力バッファ２１６’を、ユニットUの外に図示したが、ユニットU内の所定のSP構成画素内に設けることができる。
　図１０は、各画素１２１の出力バッファ２１６を共通化した例であるが、その他の素子、例えば、MUXやレジスタ、OR回路等の演算回路などが各画素に含まれる場合には、それらの素子を同種のSP構成画素どうしで共通化してもよい。すなわち、ユニットU内の同種のSP構成画素に対して共通化される素子は、出力バッファに限られない。
＜７．第２の画素回路構成例＞
　図１１は、画素１２１の第２の画素回路の構成例を示している。
　なお、図１１において、図３に示した第１の画素回路と共通する部分については同一の符号を付してあり、その部分の説明は適宜省略する。
　図１１に示される画素１２１は、SPAD２１１、トランジスタ２１２、トランジスタ２１３、インバータ２１４、及び、トランジスタ３１１を備える。トランジスタ２１３は、N型のMOSトランジスタで構成され、トランジスタ２１２および３１１は、P型のMOSトランジスタで構成される。
　図１１の第２の画素回路は、SPAD２１１、トランジスタ２１２、トランジスタ２１３、及び、インバータ２１４を有する点で、図３の第１の画素回路と共通する。ただし、各素子に供給される電源電圧が、第１の画素回路と異なる。
　より詳しくは、第１の画素回路では、トランジスタ２１３のソースはグランドに接続されていたが、第２の画素回路では、負バイアスである電源VNEG1に接続されている。電源VNEG1は、例えば、－２Vとされる。また、Hiのゲーティング制御信号VGにより、トランジスタ２１３がオンされたときに、SPAD２１１のアノード・カソード間電圧が降伏電圧VBD以下となるように構成するため、SPAD２１１のアノードに供給される電源VSPADも、第１の画素回路の電位（上述した例では、－２０V）よりも低い、－２２Vに設定される。
　さらに、第１の画素回路では、トランジスタ２１２のソースは、第１の電源電圧である電源電圧VE（３V）と接続されていたが、第２の画素回路では、第１の電源電圧よりも低い第２の電源電圧である電源電圧VDD（１V）に接続されている。画素１２１がアクティブ画素に制御されている場合、SPAD２１１のカソードには、トランジスタ３１１とトランジスタ２１２とを介して電源電圧VDD（１V）が供給されるので、SPAD２１１のアノード・カソード間電圧は、第１の画素回路と同じ２３Vの逆電圧となる。
　また、図１１の第２の画素回路では、SPAD２１１とインバータ２１４との間に、P型のMOSトランジスタで構成されるトランジスタ３１１が新たに追加されている点が、第１の画素回路と異なる。より詳しくは、トランジスタ３１１のドレインは、SPAD２１１のカソードおよび、トランジスタ２１３のドレインと接続され、トランジスタ３１１のソースは、トランジスタ２１２のドレインおよびインバータ２１４の入力端子と接続されている。トランジスタ３１１のゲインには、負バイアスである電源VNEG2に接続されている。電源VNEG2は、例えば、－１Vとする。
　トランジスタ３１１は、電圧変換回路として機能し、ドレインに供給されるSPAD２１１のカソード電圧VSの信号を正の範囲の電圧VINの信号に変換して、インバータ２１４に入力する。トランジスタ３１１のゲートには、トランジスタ３１１のトランジスタ閾値と同じ負バイアス（-Vgs）である電源VNEG2（－１V）が印加されている。トランジスタ３１１は、インバータ２１４に入力される信号である電圧VINが、電源VNEG2（－１V）からトランジスタ閾値上がった電圧値（０V）に到達すれば遮断する。したがって、トランジスタ３１１は、電圧クランプ回路としても機能する。
　インバータ２１４は、インバータ２１４に入力される電圧VINがLoのとき、Hiの検出信号PFoutを出力し、電圧VINがHiのとき、Loの検出信号PFoutを出力する。インバータ２１４は、SPAD２１１への光子の入射を示す検出信号PFoutを出力する出力部である。
　図１２は、図１１の画素１２１がアクティブ画素とされ、光が入射された場合の電位変化を示すグラフである。
　光が入射された場合、図１２に示されるように、SPAD２１１のカソード電圧VSは、VDD（１V）から－２Vの範囲で変動するが、インバータ２１４に入力される電圧VINは、VDD（１V）から０Vの正の範囲となる。
　インバータ２１４は、入力される電圧VINが所定の閾値電圧Vth（＝VDD/2）以上のとき、Loの検出信号PFoutを出力し、電圧VINが所定の閾値電圧Vth未満のとき、Hiの検出信号PFoutを出力する。図１２の例では、時刻t11から時刻t12の期間、Hiの検出信号PFoutが出力される。
　以上より、図１１の第２の画素回路のうち、破線の領域３２１に含まれる、トランジスタ２１３およびトランジスタ３１１が、第１の画素回路と同様、SPAD２１１の降伏電圧VBDより３V大きな過剰バイアスを印加する素子（群）である。一方、一点鎖線の領域３２２に含まれるトランジスタ２１２およびインバータ２１４は、電源電圧VDDで動作する素子（群）である。
　したがって、第２の画素回路では、電源電圧VDDより高い電源電圧である電源電圧VEをなくすことができ、高電源による動作が必要な素子の数を、第１の画素回路の領域２２１内の４個から、領域３２１内の２個に減らすことができる。高電源動作素子の削減により、部品数の削減、回路面積の削減、および、消費電力の低減を実現できる。回路削減により、検出信号PFoutが時間計測部１１４に到達するまでの信号特性（遅延やスキューなど）も改善することができる。
＜８．測距システムの使用例＞
　図１３は、上述の測距システム１１の使用例を示す図である。
　上述した測距システム１１は、例えば、以下のように、可視光や、赤外光、紫外光、Ｘ線等の光をセンシングする様々なケースに使用することができる。
　・デジタルカメラや、カメラ機能付きの携帯機器等の、鑑賞の用に供される画像を撮影する装置
　・自動停止等の安全運転や、運転者の状態の認識等のために、自動車の前方や後方、周囲、車内等を撮影する車載用センサ、走行車両や道路を監視する監視カメラ、車両間等の測距を行う測距センサ等の、交通の用に供される装置
　・ユーザのジェスチャを撮影して、そのジェスチャに従った機器操作を行うために、TVや、冷蔵庫、エアーコンディショナ等の家電に供される装置
　・内視鏡や、赤外光の受光による血管撮影を行う装置等の、医療やヘルスケアの用に供される装置
　・防犯用途の監視カメラや、人物認証用途のカメラ等の、セキュリティの用に供される装置
　・肌を撮影する肌測定器や、頭皮を撮影するマイクロスコープ等の、美容の用に供される装置
　・スポーツ用途等向けのアクションカメラやウェアラブルカメラ等の、スポーツの用に供される装置
　・畑や作物の状態を監視するためのカメラ等の、農業の用に供される装置
＜９．移動体への応用例＞
　本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
　図１４は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。
　車両制御システム１２０００は、通信ネットワーク１２００１を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図１４に示した例では、車両制御システム１２０００は、駆動系制御ユニット１２０１０、ボディ系制御ユニット１２０２０、車外情報検出ユニット１２０３０、車内情報検出ユニット１２０４０、及び統合制御ユニット１２０５０を備える。また、統合制御ユニット１２０５０の機能構成として、マイクロコンピュータ１２０５１、音声画像出力部１２０５２、及び車載ネットワークＩ／Ｆ（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）１２０５３が図示されている。
　駆動系制御ユニット１２０１０は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット１２０１０は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。
　ボディ系制御ユニット１２０２０は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット１２０２０は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット１２０２０には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット１２０２０は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
　車外情報検出ユニット１２０３０は、車両制御システム１２０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット１２０３０には、撮像部１２０３１が接続される。車外情報検出ユニット１２０３０は、撮像部１２０３１に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット１２０３０は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。
　撮像部１２０３１は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部１２０３１は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部１２０３１が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。
　車内情報検出ユニット１２０４０は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット１２０４０には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部１２０４１が接続される。運転者状態検出部１２０４１は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット１２０４０は、運転者状態検出部１２０４１から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。
　マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット１２０１０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｄｒｉｖｅｒ　Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ　Ｓｙｓｔｅｍ）の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。
　また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
　また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット１２０２０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。
　音声画像出力部１２０５２は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図１４の例では、出力装置として、オーディオスピーカ１２０６１、表示部１２０６２及びインストルメントパネル１２０６３が例示されている。表示部１２０６２は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。
　図１５は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
　図１５では、車両１２１００は、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５を有する。
　撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５は、例えば、車両１２１００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部１２１０１及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として車両１２１００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部１２１０２，１２１０３は、主として車両１２１００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部１２１０４は、主として車両１２１００の後方の画像を取得する。撮像部１２１０１及び１２１０５で取得される前方の画像は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
　なお、図１５には、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲１２１１１は、フロントノーズに設けられた撮像部１２１０１の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１２，１２１１３は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部１２１０２，１２１０３の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１４は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部１２１０４の撮像範囲を示す。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両１２１００を上方から見た俯瞰画像が得られる。
　撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。
　例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を基に、撮像範囲１２１１１ないし１２１１４内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化（車両１２１００に対する相対速度）を求めることにより、特に車両１２１００の進行路上にある最も近い立体物で、車両１２１００と略同じ方向に所定の速度（例えば、０ｋｍ／ｈ以上）で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ１２０５１は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御（追従停止制御も含む）や自動加速制御（追従発進制御も含む）等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
　例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、２輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両１２１００の周辺の障害物を、車両１２１００のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ１２０５１は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ１２０６１や表示部１２０６２を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット１２０１０を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。
　撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ１２０５１が、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部１２０５２は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部１２０６２を制御する。また、音声画像出力部１２０５２は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部１２０６２を制御してもよい。
　以上、本開示に係る技術が適用され得る車両制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、撮像部１２０３１等に適用され得る。具体的には、例えば、図１の測距システム１１は、撮像部１２０３１に適用することができる。撮像部１２０３１は、例えばＬＩＤＡＲであり、車両１２１００の周囲の物体及び物体までの距離の検出に用いられる。撮像部１２０３１に本開示に係る技術を適用することにより、車両１２１００の周囲の物体及び物体までの距離の検出精度が向上する。その結果、例えば、車両の衝突警告を適切なタイミングで行うことができ、交通事故を防止することが可能となる。
　なお、本明細書において、システムとは、複数の構成要素（装置、モジュール（部品）等）の集合を意味し、すべての構成要素が同一筐体中にあるか否かは問わない。したがって、別個の筐体に収納され、ネットワークを介して接続されている複数の装置、及び、１つの筐体の中に複数のモジュールが収納されている１つの装置は、いずれも、システムである。
　また、本技術の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
　なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、本明細書に記載されたもの以外の効果があってもよい。
　なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）
　画素単位にSPADを含む複数の画素が行列状に配置された画素アレイと、
　前記画素アレイの各画素を、アクティブ画素または非アクティブ画素に制御する画素駆動部と
　を備え、
　前記画素駆動部は、Ｎ×Ｍ画素（Ｎ＞０，Ｍ＞０，ただし、ＮとＭは同時に１にはならない）で構成されるスポット単位で前記アクティブ画素に制御し、
　前記画素アレイには、Ｌ×Ｌ画素を１つのユニットとし（Ｌ＞１）、前記１つのユニット内の同種の複数のスポット構成画素に対して、検出信号を出力する１本の信号線が配置されている
　受光素子。
（２）
　前記１つのユニット内の同種の複数の前記スポット構成画素を接続する配線をさらに備える
　前記（１）に記載の受光素子。
（３）
　前記１つのユニット内の同種の複数の前記スポット構成画素で共通に利用される、少なくとも１つの素子をさらに備える
　前記（１）または（２）に記載の受光素子。
（４）
　前記画素駆動部は、前記複数のスポットを前記画素アレイに設定する場合、前記スポットを構成する各スポット構成画素が、隣接する他の前記スポットの同種の前記スポット構成画素と、水平方向および垂直方向のいずれにおいてもL画素目以降の画素となるように、複数の前記スポットを決定する
　前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の受光素子。
（５）
　前記１つのユニットは、４×４画素で構成され、
　前記スポット単位は、２×２画素で構成される
　前記（１）乃至（４）のいずれかに記載の受光素子。
（６）
　照射光を照射する照明装置と、
　前記照射光に対する反射光を受光する受光素子と
　を備え、
　前記受光素子は、
　　画素単位にSPADを含む複数の画素が行列状に配置された画素アレイと、
　　前記画素アレイの各画素を、アクティブ画素または非アクティブ画素に制御する画素駆動部と
　を備え、
　前記画素駆動部は、Ｎ×Ｍ画素（Ｎ＞０，Ｍ＞０，ただし、ＮとＭは同時に１にはならない）で構成されるスポット単位で前記アクティブ画素に制御し、
　前記画素アレイには、Ｌ×Ｌ画素を１つのユニットとし（Ｌ＞１）、前記１つのユニット内の同種の複数のスポット構成画素に対して、検出信号を出力する１本の信号線が配置されている
　測距システム。
　１１　測距システム，　２１　照明装置，　２２　撮像装置，　３１　照明制御部，　３２　光源，　４１　撮像部，　４２　制御部，　５２　受光素子，　５３　信号処理回路，　１１１　画素駆動部，　１１２　画素アレイ，　U（U１乃至U１６）　ユニット，　SP（SP１乃至SP９）　スポット，　１２１　画素，　１２２　画素駆動線，　２１１　SPAD，　２１２，２１３　トランジスタ，　２１４　インバータ，　２１５　電圧変換回路，　２１６,２１６’　出力バッファ，　２４１,２４２　信号線，　２６１　縦配線，　２７１（２７１A乃至２７１D）　信号線，　３１１　トランジスタ

Claims (6)

  1. 　画素単位にSPADを含む複数の画素が行列状に配置された画素アレイと、
    　前記画素アレイの各画素を、アクティブ画素または非アクティブ画素に制御する画素駆動部と
    　を備え、
    　前記画素駆動部は、Ｎ×Ｍ画素（Ｎ＞０，Ｍ＞０，ただし、ＮとＭは同時に１にはならない）で構成されるスポット単位で前記アクティブ画素に制御し、
    　前記画素アレイには、Ｌ×Ｌ画素を１つのユニットとし（Ｌ＞１）、前記１つのユニット内の同種の複数のスポット構成画素に対して、検出信号を出力する１本の信号線が配置されている
    　受光素子。
  2. 　前記１つのユニット内の同種の複数の前記スポット構成画素を接続する配線をさらに備える
    　請求項１に記載の受光素子。
  3. 　前記１つのユニット内の同種の複数の前記スポット構成画素で共通に利用される、少なくとも１つの素子をさらに備える
    　請求項１に記載の受光素子。
  4. 　前記画素駆動部は、前記複数のスポットを前記画素アレイに設定する場合、前記スポットを構成する各スポット構成画素が、隣接する他の前記スポットの同種の前記スポット構成画素と、水平方向および垂直方向のいずれにおいてもL画素目以降の画素となるように、複数の前記スポットを決定する
    　請求項１に記載の受光素子。
  5. 　前記１つのユニットは、４×４画素で構成され、
    　前記スポット単位は、２×２画素で構成される
    　請求項１に記載の受光素子。
  6. 　照射光を照射する照明装置と、
    　前記照射光に対する反射光を受光する受光素子と
    　を備え、
    　前記受光素子は、
    　　画素単位にSPADを含む複数の画素が行列状に配置された画素アレイと、
    　　前記画素アレイの各画素を、アクティブ画素または非アクティブ画素に制御する画素駆動部と
    　を備え、
    　前記画素駆動部は、Ｎ×Ｍ画素（Ｎ＞０，Ｍ＞０，ただし、ＮとＭは同時に１にはならない）で構成されるスポット単位で前記アクティブ画素に制御し、
    　前記画素アレイには、Ｌ×Ｌ画素を１つのユニットとし（Ｌ＞１）、前記１つのユニット内の同種の複数のスポット構成画素に対して、検出信号を出力する１本の信号線が配置されている
    　測距システム。
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