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TW202209868A - 固態攝像元件、感測系統及固態攝像元件之控制方法 - Google Patents

固態攝像元件、感測系統及固態攝像元件之控制方法 Download PDF

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TW202209868A
TW202209868A TW110113630A TW110113630A TW202209868A TW 202209868 A TW202209868 A TW 202209868A TW 110113630 A TW110113630 A TW 110113630A TW 110113630 A TW110113630 A TW 110113630A TW 202209868 A TW202209868 A TW 202209868A
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TW
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light
solid
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aforementioned
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TW110113630A
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中川慶
半澤克彥
谷亀貴央
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日商索尼集團公司
日商索尼半導體解決方案公司
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Abstract

於測定距離之固態攝像元件中，對電路規模進行削減。 固態攝像元件具備脈衝信號產生部及向上-向下計數器。於脈衝信號產生部設置有：突崩光電二極體，其將包含相對於在特定之點亮期間內所照射之照射光之反射光之入射光轉換為光電流並倍增；及淬熄電路，其基於經倍增之光電流而產生脈衝信號。向上-向下計數器在點亮期間內在每次產生脈衝信號時進行向上計數及向下計數之一者，在不符合點亮期間之熄滅期間內在每次產生脈衝信號時進行向上計數及向下計數之另一者。

Description

固態攝像元件、感測系統及固態攝像元件之控制方法
本發明技術係關於一種固態攝像元件。詳細而言，係關於一種進行光子計數之固態攝像元件、感測系統及固態攝像元件之控制方法。
近年來，正在開發及研究捕捉非常微弱之光信號來實現光通訊、距離計測或光子計數等之被稱為SPAD(Single Photon Avalanche Diode，單光子雪崩二極體)之元件。該SPAD係可檢測1光子之程度之高感度之突崩光電二極體。例如，提議一種固態攝像元件，其就每一像素排列有使用SPAD來檢測光子之電路、及在曝光期間內對該光子數進行計數之計數器(例如，參照專利文獻1)。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]國際公開第2019/150785號公報
[發明所欲解決之課題]
於上述之先前技術中，藉由使用高感度之SPAD來檢測微弱之光，而謀求在暗環境下攝像時之畫質提高。然而，上述之固態攝像元件無法測定與物體相隔之距離。可針對每一像素設置在互不相同之時序下對光子數進行計數之複數個計數器並藉由ToF(Time of Flight，飛行時間)方式進行測距，但該情形下，需要針對每一像素追加計數器。如此般，於上述之固態攝像元件中，在藉由ToF方式進行測距時存在電路規模增大之問題。
本發明技術係鑒於如此之狀況而產生者，其目的在於：在對距離進行測定之固態攝像元件中，削減電路規模。 [解決課題之技術手段]
本發明技術係為了消除上述之問題點而完成者，其第1層面係一種固態攝像元件及其控制方法，該固態攝像元件具備：脈衝信號產生部，其設置有：突崩光電二極體，其將包含相對於在特定之點亮期間內所照射之照射光之反射光之入射光轉換為光電流並倍增；及淬熄電路，其基於上述經倍增之光電流而產生脈衝信號；以及向上-向下計數器，其在上述點亮期間內在每次產生上述脈衝信號時進行向上計數及向下計數之一者，在不符合上述點亮期間之熄滅期間內在每次產生上述脈衝信號時進行上述向上計數及上述向下計數之另一者。藉此，帶來削減計數器之個數之作用。
又，於該第1層面中，上述照射光可為間歇光。藉此，帶來藉由ToF方式進行測距之作用。
又，於該第1層面中，可行的是，上述向上-向下計數器包含第1及第2向上-向下計數器，上述第1向上-向下計數器基於與上述間歇光之間之相位差為0度或180度之第1時脈信號進行上述向上計數及上述向下計數之任一者，上述第2向上-向下計數器基於與上述間歇光之間之相位差為90度或270度之第2時脈信號進行上述向上計數及上述向下計數之任一者。藉此，帶來根據2個向上-向下計數器各者之計數值運算距離之作用。
又，於該第1層面中，可行的是，上述向上-向下計數器基於特定之時脈信號進行上述向上計數及上述之任一者，上述時脈信號之相對於上述間歇光之相位差在第1期間內設為0度或180度，在第2期間內設為90度或270度。藉此，帶來進一步削減計數器之個數之作用。
又，於該第1層面中，可行的是，更具備邏輯和閘，其將複數個像素各者之上述脈衝信號之邏輯和供給至上述向上-向下計數器，且上述脈衝信號產生部配置於上述複數個像素各者。藉此，帶來削減每一像素之電路規模之作用。
又，於該第1層面中，可行的是，上述照射光為結構光，上述入射光係包含上述反射光與背景光者。藉此，帶來藉由結構化照明法進行測距之作用。
又，於該第1層面中，上述向上-向下計數器可具備：第1正反器，其輸入有上述脈衝信號；選擇器，其依照特定之啟用信號來選擇上述第1正反器之非反轉輸出信號與反轉輸出信號任一者並作為選擇信號而輸出；及第2正反器，其輸入有上述選擇信號。藉此，帶來藉由使用正反器之計數器進行計數之作用。
又，於該第1層面中，可行的是，上述第1及第2正反器係JK正反器，上述脈衝信號及上述選擇信號被輸入至時脈端子。藉此，帶來藉由使用JK正反器之計數器進行計數之作用。
又，於該第1層面中，可行的是，上述第1及第2正反器係D正反器，上述脈衝信號及上述選擇信號被輸入至時脈端子，上述第1正反器之上述反轉輸出信號被輸入至上述第1正反器之延遲端子。藉此，帶來藉由使用D正反器之計數器進行計數之作用。
又，本發明技術之第2層面係一種感測系統，其具備：發光部，其在特定之點亮期間內照射照射光；脈衝信號產生部，其設置有：突崩光電二極體，其將包含相對於上述照射光之反射光之入射光轉換為光電流並倍增；及淬熄電路，其基於上述經倍增之光電流而產生脈衝信號；以及向上-向下計數器，其在上述點亮期間內在每次產生上述脈衝信號時進行向上計數及向下計數之一者，在不符合上述點亮期間之熄滅期間內在每次產生上述脈衝信號時進行上述向上計數及上述向下計數之另一者。藉此，帶來在進行測距之系統中削減計數器之個數之作用。
以下，對用於實施本發明技術之形態(以下稱為實施形態)進行說明。說明按照以下之順序進行。 1.第1實施形態(藉由向上-向下計數器對光子數進行計數之例) 2.第2實施形態(於2訊框分別將相位偏移並藉由向上-向下計數器對光子數進行計數之例) 3.第3實施形態(照射結構光，藉由向上-向下計數器對光子數進行計數之例) 4.第4實施形態(藉由向上-向下計數器對像素區塊之光子數進行計數之例) 5.對於移動體之應用例
＜1.第1實施形態＞ [感測系統之構成例] 圖1係顯示本發明技術之第1實施形態之感測系統100之一構成例之方塊圖。該感測系統100具備：發光部110、驅動器120、控制器130、固態攝像元件200、處理器140及應用處理器150。
感測系統100內之電路及元件各者 可配置於1個電子裝置內，亦可分散地配置於複數個裝置。於分散地配置於複數個裝置之情形下，例如，發光部110、驅動器120、控制器130、固態攝像元件200、處理器140配置於攝像裝置內，應用處理器150配置於圖像處理裝置內。
發光部110係依照來自驅動器120之發光控制信號LCLK發光，並將間歇光作為照射光進行照射者。例如，將近紅外光等用作照射光。
驅動器120係依照控制器130之控制，將特定之週期信號作為發光控制信號LCLK而產生，並供給至發光部110者。
控制器130係使驅動器120及處理器140同步地動作者。控制器130使驅動器120產生發光控制信號LCLK，且使處理器140產生與發光控制信號LCLK相同之信號作為發光控制信號LCLK’。又，控制器130使處理器140產生垂直同步信號VSYNC。
此處，垂直同步信號VSYNC之頻率例如係30赫茲(Hz)或60赫茲(Hz)。另一方面，發光控制信號LCLK之頻率較垂直同步信號VSYNC高，例如為10至20兆赫(MHz)。
處理器140係對固態攝像元件200及應用處理器150進行控制者。該處理器140產生發光控制信號LCLK’及垂直同步信號VSYNC並供給至固態攝像元件200。又，處理器140自固態攝像元件200接收深度圖，並供給至應用處理器150。
應用處理器150係基於深度圖進行圖像識別處理等特定之處理者。
固態攝像元件200係藉由光電轉換產生深度圖者。該固態攝像元件200與發光控制信號LCLK’同步地將包含相對於照射光之反射光之入射光進行光電轉換並產生深度圖，且供給至處理器140。
再者，亦可為固態攝像元件200具有處理器140、應用處理器150之功能之一部分或全部之構成。
[固態攝像元件之構成例] 圖2係本發明技術之第1實施形態之固態攝像元件200之積層構造之一例之圖。該固態攝像元件200具備電路晶片202、及積層於該電路晶片202之像素晶片201。該等晶片經由導通部等連接部電性連接。再者，除了導通部以外，亦可藉由銅-銅(Cu-Cu)接合或凸塊連接。亦可藉由該等之外之方式(磁性耦合等)連接。又，將2個晶片進行了積層，但亦可積層3層以上。
圖3係顯示本發明技術之第1實施形態之固態攝像元件200之一構成例之方塊圖。該固態攝像元件200具備：像素驅動部210、垂直掃描電路220、像素陣列部230、行緩衝器240、信號處理電路250及輸出部260。又，於像素陣列部230內，複數個像素300排列成二維格子狀。
像素驅動部210係與發光控制信號LCLK’同步地對像素陣列部230內之像素300進行驅動、並進行脈衝數之計數者。
垂直掃描電路220係與垂直同步信號VSYNC同步地依序選擇像素300之列，並使計數值朝行緩衝器240輸出者。
行緩衝器240係保持每一像素之計數值者。
信號處理電路250是對排列有計數值之資料進行特定之信號處理者。例如，信號處理電路250針對每一像素300基於計數值而求出距離，產生將該等之距離之資料排列而成之深度圖並供給至處理器140。
[像素之構成] 圖4係顯示本發明技術之第1實施形態之像素300之一構成例之方塊圖。該像素300具備：脈衝信號產生部310、向上-向下計數器400及401、及開關331及332。
脈衝信號產生部310係將包含相對於照射光之反射光之入射光進行光電轉換並產生脈衝信號PLS者。該脈衝信號產生部310將所產生之脈衝信號PLS供給至向上-向下計數器400及401。
向上-向下計數器400在每次產生脈衝信號PLS時，基於來自像素驅動部210之向上啟用信號UpEN0進行向上計數及向下計數之任一者。此處，向上啟用信號UpEN0係指示向上計數及向下計數之任一者之信號。將與照射光(亦即，間歇光)之相位差為0度或180度(例如，0度)之時脈信號用作向上啟用信號UpEN0。
又，例如，於向上啟用信號UpEN0為高位準之情形下設定啟用，而向上-向下計數器400進行向上計數。另一方面，於向上啟用信號UpEN0為低位準之情形下設定禁用，而向上-向下計數器400進行向下計數。該向上啟用信號UpEN0之相位差如前述般為0度或180度(0度等)。因此，在發光部110之點亮期間內執行向上計數及向下計數之一者(向上計數等)，在熄滅期間內執行向上計數及向下計數之另一者(向下計數等)。
向上-向下計數器401在每次產生脈衝信號PLS時，基於來自像素驅動部210之向上啟用信號UpEN1進行向上計數及向下計數之任一者。此處，向上啟用信號UpEN1係指示向上計數及向下計數之任一者之信號，將與照射光之相位差為90度或270度(例如，90度)之時脈信號用作向上啟用信號UpEN1。
例如，於向上啟用信號UpEN1為高位準之情形下，向上-向下計數器400進行向上計數，於向上啟用信號UpEN1為低位準之情形下，向上-向下計數器400進行向下計數。
又，向上-向下計數器400之計數值CNT0由來自垂直掃描電路220之重置信號RST0初始化。向上-向下計數器401之計數值CNT1由來自垂直掃描電路220之重置信號RST1初始化。
再者，向上-向下計數器400係申請專利範圍中所記載之第1向上-向下計數器之一例，向上-向下計數器401係申請專利範圍中所記載之第2向上-向下計數器之一例。
開關331係依照來自垂直掃描電路220之選擇信號SEL經由垂直信號線308朝行緩衝器240輸出計數值CNT0者。開關332係依照來自垂直掃描電路220之選擇信號SEL經由垂直信號線309朝行緩衝器240輸出計數值CNT1者。於像素陣列部230就每一行而配線有2條垂直信號線308及309。
[脈衝信號產生部之構成例] 圖5係顯示本發明技術之第1實施形態之脈衝信號產生部310之一構成例之電路圖。該脈衝信號產生部310具備SPAD 311及淬熄電路312。
SPAD 311係藉由光電轉換而產生光電流並突崩放大者。淬熄電路312係基於經倍增之光電流而產生脈衝信號PLS者。該淬熄電路312具備電阻313及反相器314。再者，SPAD 311係申請專利範圍中所記載之突崩光電二極體之一例。
電阻313及SPAD 311串聯地連接於電源端子與接地端子之間。反相器314係將電阻313及SPAD 311之連接點之電位予以反轉，並作為脈衝信號PLS朝向上-向下計數器400及401輸出者。
又，例如，SPAD 311設置於像素晶片201，電阻313及反相器314、及其後段之電路(向上-向下計數器400等)設置於電路晶片202。再者，可將脈衝信號產生部310整體設置於像素晶片201。
[向上-向下計數器之構成例] 圖6係用於對本發明技術之第1實施形態之向上-向下計數器400之動作進行說明之圖。於重置信號RST0為低位準、且向上啟用信號UpEN0為低位準(亦即，禁用)之情形下，向上-向下計數器400進行向下計數。
於重置信號RST0為低位準、且向上啟用信號UpEN0為高位準(亦即，啟用)之情形下，向上-向下計數器400進行向上計數。又，於重置信號RST0為高位準之情形下，向上-向下計數器400將計數值初始化。
再者，向上-向下計數器401之動作與向上-向下計數器400同樣。
圖7係顯示本發明技術之第1實施形態之向上-向下計數器400之一構成例之電路圖。該向上-向下計數器400具備：JK正反器411及412等複數段JK正反器、及選擇器420及430等特定段數之選擇器。當將表示計數值CNT0之數位信號之位元數設為N(N為整數)時，JK正反器之段數為N，選擇器之段數為N-1。再者，JK正反器411及412係申請專利範圍中所記載之第1及第2正反器之一例。
於JK正反器各者，設置有J端子、時脈端子、K端子、CLR端子、Q端子及xQ端子。於選擇器各者，設置有2個輸入端子及1個輸出端子。
於JK正反器各者之J端子及K端子輸入有高位準，於CLR端子輸入有來自垂直掃描電路220之重置信號RST0之反轉值。又，於首段之JK正反器411之時脈端子，輸入有來自脈衝信號產生部310之脈衝信號PLS之反轉值。來自第n段之JK正反器之Q端子之非反轉輸出信號、與來自xQ端子之反轉輸出信號，被輸入至第n段之選擇器。又，第n段之非反轉輸出信號作為表示計數值CNT0之數位信號之第n位元之資料Dn朝開關331輸出。
第n段之選擇器依照向上啟用信號UpEN0來選擇第n段之JK正反器之非反轉輸出信號及反轉輸出信號之任一者。第n段之選擇器將所選擇之信號作為選擇信號輸出。該選擇信號之反轉值被輸入至第n+1段之JK正反器之時脈端子。
再者，向上-向下計數器401之電路構成與向上-向下計數器400同樣。又，向上-向下計數器400之電路構成並不限定於圖7所例示之電路構成，只要可實現圖6所例示之動作者即可。
圖8係顯示本發明技術之第1實施形態之選擇器420之一構成例之電路圖。選擇器420具備：反相器421、AND(邏輯積)閘422及423、以及OR(邏輯和)閘424。
AND閘422係將來自JK正反器411之Q端子之非反轉輸出信號、與向上啟用信號UpEN0之邏輯積朝OR閘424輸出者。反相器421係將向上啟用信號UpEN0予以反轉朝AND閘422輸出者。
AND閘423係將來自反相器421之反轉信號、與來自JK正反器411之xQ端子之反轉輸出信號之邏輯積朝OR閘424輸出者。OR閘424係將來自AND閘422及423各者之信號之邏輯和作為選擇信號朝JK正反器412之時脈端子輸出者。
再者，選擇器430之電路構成與選擇器420同樣。
圖9係顯示本發明技術之第1實施形態之固態攝像元件200之動作之一例之時序圖。像素驅動部210自初始化之時序T0至發光控制信號LCLK之上升之時序T1，供給高位準之重置信號RST0。藉此，將向上-向下計數器400之計數值CNT0初始化。
發光控制信號LCLK於時序T0至T1之期間內成為低位準，於時序T1至T3之期間內成為高位準。又，發光控制信號LCLK於時序T3至T5之期間內成為低位準，於時序T5至T7之期間內成為高位準。以下，同樣地，發光控制信號LCLK週期性地變動。
像素驅動部210將與發光控制信號LCLK相位差為0度之信號作為向上啟用信號UpEN0供給至像素300。
向上-向下計數器400於向上啟用信號UpEN0成為高位準之時序T1至T3之期間內，在每次脈衝信號PLS之輸入時針對計數值CNT0開始進行向上計數。又，向上-向下計數器400於向上啟用信號UpEN0成為低位準之時序T3至T5之期間內，在每次脈衝信號PLS之輸入時進行向下計數。以下，同樣地，向上-向下計數器400依照向上啟用信號UpEN0進行計數值CNT0之向上計數或向下計數。
又，像素驅動部210自時序T0至相對於時序T1之相位差為90度之時序T2，供給高位準之重置信號RST0。藉此，將向上-向下計數器401之計數值CNT1初始化。
像素驅動部210將與發光控制信號LCLK相位差為90度之信號作為向上啟用信號UpEN1供給至像素300。
向上-向下計數器401於向上啟用信號UpEN1成為高位準之時序T2至T4之期間內，在每次脈衝信號PLS之輸入時針對計數值CNT1進行向上計數。又，向上-向下計數器401於向上啟用信號UpEN1成為低位準之時序T4至T6之期間內，在每次脈衝信號PLS之輸入時進行向下計數。以下，同樣地，向上-向下計數器401依照向上啟用信號UpEN1進行計數值CNT1之向上計數或向下計數。
再者，向上-向下計數器400及401在向上啟用信號UpEN為高位準時進行向上計數、在低位準時進行向下計數，但並不限定於該構成。向上-向下計數器400及401亦可在向上啟用信號UpEN為高位準時進行向下計數，在低位準時進行向上計數。
上述之控制遍及較發光控制信號LCLK之週期更長之一定之曝光期間而執行。藉由該控制，向上-向下計數器400於與發光控制信號LCLK相位差為0度之向上啟用信號UpEN0(時脈信號)為高位準之期間內進行向上計數。又，向上-向下計數器400於該時脈信號之低位準之期間內進行向下計數。該向下計數器之計數值相當於與發光控制信號LCLK相位差為180度之時脈信號為高位準之期間內之計數值。因此，向上-向下計數器400之計數值CNT0成為相位差為0度之時脈信號之高位準之期間內之計數值、與相位差為180度之時脈信號之高位準之期間內之計數值之差分。
同樣地，向上-向下計數器401之計數值CNT1成為相位差為90度之時脈信號之高位準之期間內之計數值、與相位差為270度之時脈信號之高位準之期間內之計數值之差分。
信號處理電路250例如基於計數值CNT0及CNT1藉由如下之式針對每一像素求出距離。
d=(c/4πf)×tan-1 ×(CNT1/CNT0)・・・式1 於上式中，d為距離，單位例如為米(m)。c為光速，單位例如為米每秒(m/s)。tan-1 為切線函數之反函數。CNT1/CNT0之值表示照射光與反射光之相位差。π表示圓周率。又，f為照射光之頻率，單位例如為兆赫(MHz)。
如此般，將基於光之飛行時間而算出距離之測距方法稱為ToF(Time of Flight，飛行時間)方式。
此處，將在不使用向上-向下計數器下僅藉由向上計數器對脈衝(光子)數進行計數、並藉由ToF方式進行測距之固態攝像元件設想為比較例。
圖10係顯示比較例之像素之一構成例之方塊圖。如該圖所例示般，在比較例中，取代向上-向下計數器400而需要2個向上計數器。該等之向上計數器之一個，在相位差為0度之啟用信號EN0a之高位準之期間內進行向上計數。另一個計數器在相位差為180度之啟用信號EN0b之高位準之期間內進行向上計數。
又，於比較例中，取代向上-向下計數器401而需要2個向上計數器。該等之向上計數器之一者，在相位差為90度之啟用信號EN1a之高位準之期間內進行向上計數。另一個計數器在相位差為270度之啟用信號EN1b之高位準之期間內進行向上計數。
比較例之信號處理電路對與0度對應之計數器之計數值CNT0a跟與180度對應之計數器之計數值CNT0b之差分作為CNT0而運算。又，比較例之信號處理電路將與90度對應之計數器之計數值CNT1a跟與270度對應之計數器之計數值CNT1b之差分作為CNT1而運算。然後，信號處理電路藉由式1進行測距。
如同時地所例示般，在比較例中，需要針對每一像素設置4個向上計數器。相對於此，於使用向上-向下計數器之固態攝像元件200中，每一像素之計數器數僅向上-向下計數器400及401此2個即可。因此，與比較例相比，可削減像素之電路規模。藉此，像素之細微化變得容易。
又，於比較例中，在入射光之亮度高時有計數器溢出之虞，但藉由使用向上-向下計數器400或401，而可抑制溢出。藉此，可擴大深度圖之動態範圍。
進而，藉由向上-向下計數器400及401進行向上計數及向下計數，與比較例相比可提高共模抑制比(CMRR：Common-Mode Rejection Ratio)。
又，於比較例中，為了獲得差分，需要在後段之電路中設置將計數值CNT0a及CNT1a針對每一像素而保持之記憶體(2個訊框記憶體等)。相對於此，於使用向上-向下計數器400或401之構成中，無需該等記憶體。藉此，可減小固態攝像元件200之面積。
又，於比較例中，需要針對每一列供給啟用信號EN0a、EN0b、EN1a及EN1b，而需要用於傳送該等信號之4條配線。相對於此，於使用向上-向下計數器400或401之構成中，只要針對每一列僅供給向上啟用信號UpEN0及UpEN1此2個信號即可，因此可將用於傳送該等信號之配線數削減成2條。藉此，可減小配線之充放電力。
[感測系統之動作例] 圖11係顯示本發明技術之第1實施形態之感測系統100之動作之一例之流程圖。該動作例如在執行用於進行測距之特定之應用時開始。
發光部110與發光控制信號LCLK同步地照射照射光(步驟S901)。又，向上-向下計數器400及401依照向上啟用信號進行向上計數及向下計數(步驟S902)。然後，信號處理電路250基於向上-向下計數器400及401各者之計數值進行測距，並產生深度圖(步驟S903)。然後，感測系統100結束用於測距之動作。
再者，於連續地產生複數個深度圖之情形下，步驟S901至S903與垂直同步信號VSYNC同步地重複執行。
如此般，於本發明技術之第1實施形態中，向上-向下計數器400及401在相位差0度及90度之期間內進行向上計數，在相位差180度及270度之期間內進行向下計數。藉此，與在相位差0度、90度、180度及270度各者之期間內僅進行向上計數之情形相比，可將計數器之個數自4個削減成2個。藉此，可削減固態攝像元件200之每一像素之電路規模。
[第1變化例] 於上述之第1實施形態中，藉由SPAD 311進行突崩倍增，但亦可使用不進行突崩倍增之一般性之光電二極體。該第1實施形態之第1變化例之固態攝像元件200於使用不進行突崩倍增之光電二極體之點上與第1實施形態不同。
圖12係顯示本發明技術之第1實施形態之第1變化例之脈衝信號產生部320之一構成例之電路圖。於第1實施形態之第1變化例中，針對每一像素，配置脈衝信號產生部320來取代脈衝信號產生部310。
脈衝信號產生部320具備：光電轉換元件321、傳送電晶體322、重置電晶體323、浮動擴散層324、電流源電晶體325、放大電晶體326及比較器327。
光電轉換元件321係將入射光轉換成電荷者。作為光電轉換元件321，使用不進行突崩倍增之光電二極體。
傳送電晶體322係依照來自垂直掃描電路220之傳送信號TRG，自光電轉換元件321朝浮動擴散層324傳送電荷者。
重置電晶體323係依照來自垂直掃描電路220之重置信號RST，將浮動擴散層324初始化者。
電流源電晶體325係供應與偏置電壓BIAS相應之電流者。
放大電晶體326係將浮動擴散層324之電壓放大者。電流源電晶體325及放大電晶體326串聯地連接於電源。
比較器327之非反轉輸入端子(-)連接於電流源電晶體325及放大電晶體326之連接節點。於比較器327之非反轉輸入端子(+)，輸入有特定之參考信號Ref。比較器327之比較結果作為脈衝信號PLS輸出至向上-向下計數器400等。
如於該圖所例示般，於不使用SPAD之電路中，亦藉由增大增益，而可進行1光子或複數光子之檢測。
如此般，根據本發明技術之第1實施形態之第1變化例，脈衝信號產生部320使用一般性之光電二極體(光電轉換元件321)來檢測光子，因此固態攝像元件200可在不使用SPAD下對光子數進行計數。
[第2變化例] 於上述之第1實施形態中，藉由JK正反器及選擇器而實現向上-向下計數器400及401，但亦可使用D正反器來取代JK正反器。該第1實施形態之變形例之固態攝像元件200在使用D正反器來取代JK正反器之點上與第1實施形態不同。
圖13係顯示本發明技術之第1實施形態之第2變化例之向上-向下計數器400之一構成例之電路圖。該向上-向下計數器400具備：D正反器451及452等複數段D正反器、選擇器460及470等特定段數之選擇器、及反相器453。若將表示係數值CNT0之數位信號之位元數設為N，則D正反器之段數為N，選擇器之段數為N-1。再者，D正反器451及452為申請專利範圍中所記載之第1及第2正反器之一例。
於D正反器各者，設置有D(Delay，延遲)端子、C(Clock，時脈)端子、Q端子及xQ端子。於選擇器各者，設置有2個輸入端子及1個輸出端子。
於首段之JK正反器451之C端子，輸入有來自脈衝信號產生部310之脈衝信號PLS。來自第n段之D正反器之Q端子之非反轉輸出信號、及來自xQ端子之反轉輸出信號，輸入至第n段之選擇器。又，第n段之非反轉輸出信號作為表示計數值CNT0之數位信號之第n位元之資料Dn朝開關331輸出。第n段之反轉輸出信號輸入至第n段之D正反器之D端子。
反相器453係將向上啟用信號UpEN0予以反轉而輸出反轉信號者。
第n段之選擇器依照向上啟用信號UpEN0、及來自反相器453之反轉信號來選擇第n段之JK正反器之非反轉輸出信號及反轉輸出信號任一者。第n段之選擇器將所選擇之信號作為選擇信號供給至第n+1段之JK正反器之時脈端子。
再者，向上-向下計數器401之電路構成與向上-向下計數器400同樣。
圖14係顯示本發明技術之第1實施形態之第2變化例之選擇器460之一構成例之電路圖。選擇器460具備AND閘461及462、以及OR閘463。
AND閘461係將來自D正反器451之Q端子之非反轉輸出信號與來自反相器453之反轉信號xUpEN0之邏輯積朝OR閘463輸出者。
AND閘462係將來自像素驅動部210之向上啟用信號UpEN0與來自D正反器451之xQ端子之反轉輸出信號之邏輯積朝OR閘463輸出者。OR閘463係將來自AND閘461及462各者之信號之邏輯和作為選擇信號朝D正反器452之C端子輸出者。
再者，選擇器470之電路構成與選擇器460同樣。
如此般，於本發明技術之第1實施形態之第2變化例中，將D正反器451等配置於向上-向下計數器400及401內，因此該等計數器可在不使用JK正反器下對光子數進行計數。
＜2.第2實施形態＞ 於上述之第1實施形態中，係針對每一像素配置有2個向上-向下計數器，但於該構成中有難以進行像素之細微化之虞。該第2實施形態之固態攝像元件200在進一步削減向上-向下計數器之點上與第1實施形態不同。
圖15係顯示本發明技術之第2實施形態之像素300之一構成例之方塊圖。該第2實施形態之像素300在不配置向上-向下計數器401及開關332之點上與第1實施形態不同。
又，於第2實施形態之向上-向下計數器400中，輸入有重置信號RST及向上啟用信號UpEN。又，自向上-向下計數器400輸出計數值CNT。
圖16係顯示本發明技術之第2實施形態之固態攝像元件200之動作之一例之時序圖。該第2實施形態之固態攝像元件200針對每2訊框而測定距離。例如，於用於拍攝某訊框之訊框期間F1內，像素驅動部210針對向上啟用信號UpEN將與發光控制信號LCLK之相位差設為0度。
處理器140於時序T0或T10，供給垂直同步信號VSYNC。
自訊框期間F1之開始之時序T0至發光控制信號LCLK之上升之時序T1，像素驅動部210供給高位準之重置信號RST。再者，初始化之開始時序並不限定於訊框期間F1之開始之時序T0，可設定為訊框期間F1內之任意之時序。
向上-向下計數器400在向上啟用信號UpEN成為高位準之時序T1至T2之期間內，在每次脈衝信號PLS之輸入時針對計數值CNT進行向上計數。又，向上-向下計數器400在向上啟用信號UpEN成為低位準之時序T2至T3之期間內，在每次脈衝信號PLS之輸入時進行向下計數。以下，同樣地，向上-向下計數器400依照向上啟用信號UpEN進行向上計數或向下計數，直至曝光期間之結束為止。
於下一訊框期間F2中，像素驅動部210針對向上啟用信號UpEN將與發光控制信號LCLK之相位差設為90度。
自訊框期間F2之開始之時序T10至向上啟用信號UpEN之上升之時序T11，像素驅動部210供給高位準之重置信號RST。
向上-向下計數器400於向上啟用信號UpEN成為高位準之時序T11至T12之期間內，在每次脈衝信號PLS之輸入時進行向上計數。又，向上-向下計數器400在向上啟用信號UpEN成為低位準之時序T12至T13之期間內，在每次脈衝信號PLS之輸入時進行向下計數。以下，同樣地，向上-向下計數器400依照向上啟用信號UpEN進行向上計數或向下計數，直至曝光期間之結束為止。
藉由如該圖所例示之控制，向上-向下計數器400在訊框期間F1內，求出相位差與0度對應之計數值跟相位差與180度對應之計數值之差分。於下一訊框期間F2內，向上-向下計數器400求出相位差與90度對應之計數值跟相位差與270度對應之計數值之差分。向上-向下計數器400將訊框期間F1內之差分作為CNT0輸出，將訊框期間F2內之差分作為CNT1輸出。信號處理電路250基於該等之計數值CNT0及CNT1，藉由式1而針對每一像素求出距離。
如上述般於第2實施形態中，於訊框期間F1與F2內對向上啟用信號UpEN之相位差進行變更，因此每一像素之向上-向下計數器為1個即可。藉此，可削減每一像素之電路規模。又，像素驅動部210只要針對每一列僅供給向上啟用信號UpEN即可，與供給向上啟用信號UpEN0及UpEN1之情形相比，可削減傳送該信號之配線數。
再者，於第2實施形態，亦可適用第1實施形態之第1變化例或第2變化例。
如此般，根據本發明技術之第2實施形態，在訊框期間F1與F2內變更向上啟用信號UpEN之相位差，因此與第1實施形態相比可削減向上-向下計數器及配線。
＜3.第3實施形態＞ 於上述之第1實施形態中，感測系統100使用ToF方式進行測距，但亦可使用結構化照明法取代ToF方式來進行測距。該第4實施形態之感測系統100在照射結構光、使用結構化照明法進行測距之點上與第1實施形態不同。
圖17係顯示本發明技術之第3實施形態之感測系統100之一構成例之方塊圖。該第3實施形態之感測系統100於具備發光部111及固態攝像元件205來取代發光部110及固態攝像元件200之點上與第1實施形態不同。
發光部111依照來自驅動器120之發光控制信號LEN，照射結構光來取代間歇光。該結構光係具有一定之週期構造之特定之圖案(條紋圖案或格子等)之連續光。包含相對於該結構光之反射光、及其以外之背景光之入射光入射至固態攝像元件200。又，發光部111及驅動器120例如配置於投影機內。
又，固態攝像元件205自入射光提取反射光，基於該反射光藉由結構化照明法而測定距離。該固態攝像元件205內之像素300之構成與第2實施形態同樣，作為計數器僅配置有向上-向下計數器400。
圖18係顯示本發明技術之第3實施形態之固態攝像元件200之動作之一例之時序圖。該第2實施形態之固態攝像元件200針對每2訊框而測定距離。例如，於用於拍攝某訊框之訊框期間F1內，驅動器120將發光控制信號LEN設為高位準，使發光部111照射結構光。
又，於訊框期間F1(換言之，發光部111之點亮期間)內，將向上啟用信號UpEN設為高位準。處理器140於時序T30、T31或T32，供給垂直同步信號VSYNC。
於訊框期間F1之開始之時序T30，像素驅動部210供給重置信號RST。向上-向下計數器400於向上啟用信號UpEN成為高位準之時序T30至T31之期間內，在每次脈衝信號PLS之輸入時進行向上計數。
於下一訊框期間F2內，驅動器120將發光控制信號LEN設為低位準，而將發光部111熄滅。
又，於訊框期間F2(換言之，發光部111之熄滅期間)內，將向上啟用信號UpEN設為低位準。向上-向下計數器400於向上啟用信號UpEN成為低位準之時序T31至T32之期間內，在每次脈衝信號PLS之輸入時進行向下計數。
於上述之控制中，在訊框期間F1(點亮期間)內，結構光之反射光與背景光入射至固態攝像元件205，於訊框期間F2(熄滅期間)內，僅背景光入射至固態攝像元件205。又，向上-向下計數器400於點亮期間內進行向上計數、於熄滅期間內進行向下計數。點亮期間內之計數值與包含反射光及背景光之入射光之光量成比例，熄滅期間內之計數值僅與背景光之光量成比例，因此其等之差分表示反射光之光量。
因此，向上-向下計數器400可僅提取相對於結構光之反射光。信號處理電路250對該結構光之圖案之變化進行解析。圖案根據與被照射結構光之對象物相隔之距離，藉由疊紋等而變化，因此信號處理電路250可基於該變化而求出距離。如此般，將照射結構光、並基於該圖案之變化進行測距之方式稱為結構化照明法。於結構化照明法中，發光部111之點亮\熄滅週期自微秒(μs)成為毫秒(ms)之等級，無需如ToF方式般以奈秒(ns)之等級點亮\熄滅。
又，設想固態攝像元件在點亮期間及熄滅期間之兩者進行向上計數之比較例。於該比較例中，為了求出差分，而需要追加保持點亮期間內之訊框之訊框記憶體。相對於此，在固態攝像元件205為在點亮期間進行向上計數、在熄滅期間進行向下計數之構成中，無需訊框記憶體。
再者，向上-向下計數器400在點亮期間內進行向上計數、在熄滅期間內進行向下計數，但亦可在點亮期間內進行向下計數、在熄滅期間內進行向上計數。
又，於第3實施形態，亦可適用第1實施形態之第1變化例或第2變化例。
如此般，根據本發明技術之第3實施形態，向上-向下計數器400在被照射結構光之點亮期間內進行向上計數、在熄滅期間內進行向下計數，因此可僅提取相對於結構光之反射光。藉此，信號處理電路250可使用結構化照明法來測距。
＜4.第4實施形態＞ 於上述之第1實施形態中，係針對每一像素配置有2個向上-向下計數器，但於該構成中有難以進行像素之細微化之虞。該第4實施形態之固態攝像元件200在削減每一像素之電路規模之點上與第1實施形態不同。
圖19係顯示本發明技術之第4實施形態之像素陣列部230之一構成例之平面圖。於該第4實施形態之像素陣列部230，排列有複數個像素302。又，像素陣列部230由複數個像素區塊301分割。於各個像素區塊301，排列有複數個像素302。例如，針對每一像素區塊301，排列有2列×2行之4個像素302。
圖20係顯示本發明技術之第4實施形態之像素區塊301之一構成例之方塊圖。該像素區塊301具備：脈衝信號產生部310、351、352及353、OR(邏輯和)閘361、向上-向下計數器400及401、以及開關331及332。
第4實施形態之脈衝信號產生部310、351、352及353各者之構成，與第1實施形態之脈衝信號產生部310同樣。第4實施形態之向上-向下計數器400及401、以及開關331及332之構成，與第1實施形態同樣。又，針對像素區塊301之每一行，配線有垂直信號線308及309。
OR閘361係將來自脈衝信號產生部310、351、352及353之脈衝PLS0、PLS1、PLS2及PLS3之邏輯和作為PLS供給至向上-向下計數器400及401者。藉由該OR閘361，輸出4像素各者之脈衝信號之邏輯和。
後段之信號處理電路250針對每一像素區塊301，藉由式1求出距離。如該圖所例示般藉由針對每4像素配置向上-向下計數器400及401，與針對每一像素配置向上-向下計數器400及401之情形相比，可削減每一像素之電路規模。
再者，於第4實施形態，亦可適用第1實施形態之第1變化例或第2變化例、或者第2實施形態。
如此般，於本發明技術之第4實施形態中，針對每4像素配置有向上-向下計數器400及401，因此與針對每一像素配置向上-向下計數器400及401之情形相比，可削減每一像素之電路規模。
＜5.對於移動體之應用例＞ 本揭示之技術(本發明技術)可應用於各種產品。例如，本發明之技術可實現為搭載於汽車、電動汽車、油電混合汽車、機車、自行車、個人移動性裝置、飛機、無人機、船舶、機器人等任一種類之移動體之裝置。
圖21係顯示作為可適用本揭示之技術之移動體控制系統之一例之車輛控制系統之概略構成例之方塊圖。
車輛控制系統12000具備經由通訊網路12001而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、及綜合控制單元12050。又，圖示有微電腦12051、聲音圖像輸出部12052、及車載網路I/F(interface，介面)12053作為綜合控制單元12050之功能構成。
驅動系控制單元12010依照各種程式控制與車輛之驅動系統相關聯之裝置之動作。例如，驅動系統控制單元12010作為內燃機或驅動用馬達等用於產生車輛之驅動力之驅動力產生裝置、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的控制裝置而發揮功能。
車體系統控制單元12020依照各種程式控制裝備於車體之各種裝置之動作。例如，車體系統控制單元12020作為無鑰匙門禁系統、智慧型鑰匙系統、電動窗裝置、或前照燈、尾燈、煞車燈、方向燈或霧燈等各種燈之控制裝置發揮功能。該情形下，可對車體系統控制單元12020輸入自代替鑰匙之可攜式機發出之電波或各種開關之信號。車體系統控制單元12020受理該等電波或信號之輸入，而控制車輛之門鎖裝置、電動車窗裝置、燈等。
車外資訊檢測單元12030檢測搭載車輛控制系統12000之車輛外部之資訊。例如，於車外資訊檢測單元12030連接有攝像部12031。車外資訊檢測單元12030使攝像部12031拍攝車外之圖像，且接收所拍攝之圖像。車外資訊檢測單元12030可基於接收到之圖像，進行人、車、障礙物、標識或路面上之文字等之物體檢測處理或距離檢測處理。
攝像部12031係接收光且輸出與該光之受光量相應之電信號之光感測器。攝像部12031可將電信號作為圖像輸出，亦可作為測距之資訊而輸出。又，攝像部12031所接收之光既可為可見光，亦可為紅外線等非可見光。
車內資訊檢測單元12040檢測車內之資訊。於車內資訊檢測單元12040例如連接有檢測駕駛者之狀態之駕駛者狀態檢測部12041。駕駛者狀態檢測部12041包含例如拍攝駕駛者之相機，車內資訊檢測單元12040基於自駕駛者狀態檢測部12041輸入之檢測資訊，可算出駕駛者之疲勞度或注意力集中度，亦可判別駕駛者是否打瞌睡。
微電腦12051可基於由車外資訊檢測單元12030或車內資訊檢測單元12040取得之車內外之資訊，運算驅動力產生裝置、轉向機構或制動裝置之控制目標值，且對驅動系統控制單元12010輸出控制指令。例如，微電腦12051可進行以實現包含車輛之避免碰撞或緩和衝擊、基於車距之追隨行駛、車速維持行駛、車輛之碰撞警告、或車輛之車道脫離警告等的ADAS(Advanced Driver Assistance Systems，先進駕駛輔助系統)之功能為目的之協調控制。
又，微電腦12051藉由基於由車外資訊檢測單元12030或車內資訊檢測單元12040取得之車輛之周圍之資訊而控制驅動力產生裝置、轉向機構或制動裝置等，而可進行以不受限於駕駛者之操作而自律行駛之自動駕駛等為目的之協調控制。
又，微電腦12051可基於由車外資訊檢測單元12030獲得之車外之資訊，對車體系統控制單元12020輸出控制指令。例如，微電腦12051可與由車外資訊檢測單元12030檢測之前方車輛或對向車輛之位置相應而控制前照燈，進行以將遠光切換為近光等之謀求防眩為目的之協調控制。
聲音圖像輸出部12052朝可針對車輛之乘客或車外以視覺性或聽覺性通知資訊之輸出裝置，發送聲音及圖像中至少一者之輸出信號。於圖21之例中，例示有音訊揚聲器12061、顯示部12062及儀表板12063作為輸出裝置。顯示部12062例如可包含車載顯示器及抬頭顯示器之至少一者。
圖22係顯示攝像部12031之設置位置之例子之圖。
在圖22中，具有攝像部12101、12102、12103、12104、12105作為攝像部12031。
攝像部12101、12102、12103、12104、12105例如設置於車輛12100之前保險桿、側視鏡、後保險桿、後門及車廂內之擋風玻璃之上部等位置。前保險桿所具備之攝像部12101及車廂內之擋風玻璃之上部所具備之攝像部12105主要獲得車輛12100之前方之圖像。側視鏡所具備之攝像部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。車廂內之擋風玻璃之上部所具備之攝像部12105主要用於前方車輛或行人、障礙物、號誌機、交通標誌或車道線等之檢測。
再者，在圖22中，顯示攝像部12101至12104之攝像範圍之一例。攝像範圍12111表示設置於前保險桿之攝像部12101之攝像範圍，攝像範圍12112、12113表示分別設置於側視鏡之攝像部12102、12103之攝像範圍，攝像範圍12114表示設置於後保險桿或後門之攝像部12104之攝像範圍。例如，藉由重疊由攝像部12101至12104拍攝之圖像資料，可獲得自上方觀察車輛12100之俯瞰圖像。
攝像部12101至12104之至少1者可具有取得距離資訊之功能。例如，攝像部12101至12104之至少1者可為包含複數個攝像元件之立體攝影機，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藉由基於根據攝像部12101至12104取得之距離資訊，求得與攝像範圍12111至12114內之各立體物相隔之距離、及該距離之時間性變化(對於車輛12100之相對速度)，而可尤其將位於車輛12100之行進路上最近之立體物中、且為在與車輛12100大致相同之方向以特定之速度(例如，0 km/h以上)行駛之立體物擷取作為前方車。進而，微電腦12051可設定針對前方車於近前應預先確保之車距，進行自動煞車控制(亦包含停止追隨控制)、自動加速控制(亦包含追隨起步控制)等。如此般可進行不受限於駕駛者之操作而自律行駛之自動駕駛等為目的之協調控制。
例如，微電腦12051可基於自攝像部12101至12104取得之距離資訊，將與立體物相關之立體物資料分類為機車、普通車輛、大型車輛、行人、電線桿等其他立體物而加以擷取，用於自動迴避障礙物。例如，微電腦12051將車輛12100之周邊之障礙物識別為車輛12100之駕駛員可視認之障礙物及難以視認之障礙物。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，當遇到碰撞風險為設定值以上而有可能發生碰撞之狀況時，藉由經由音訊揚聲器12061或顯示部12062對駕駛員輸出警報，或經由驅動系統控制單元12010進行強制減速或迴避操舵，而可進行用於避免碰撞之駕駛支援。
攝像部12101至12104之至少1者可為檢測紅外線之紅外線相機。例如，微電腦12051可藉由判定在攝像部12101至12104之攝像圖像中是否存在有行人而辨識行人。如此之行人之辨識藉由例如擷取作為紅外線相機之攝像部12101至12104之攝像圖像之特徵點之程序、及針對表示物體之輪廓之一系列特徵點進行圖案匹配處理而判別是否為行人之程序而進行。當微電腦12051判定在攝像部12101至12104之攝像圖像中存在有行人，且辨識行人時，聲音圖像輸出部12052以對該被辨識出之行人重疊顯示用於強調之方形輪廓線之方式控制顯示部12062。又，聲音圖像輸出部12052亦可以將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，對於可適用本揭示之技術之車輛控制系統之一例進行了說明。本揭示之技術可適用於以上所說明之構成中之例如攝像部12031。具體而言，圖3之固態攝像元件200可適用於攝像部12031。藉由在攝像部12031適用本揭示之技術，而可在進行測距時削減電路規模。
再者，上述實施形態係顯示用於將本發明具體化之一例者，實施形態之事項與申請專利範圍之發明特定事項分別具有對應關係。同樣地，申請專利範圍之發明特定事項與賦予與其相同名稱的本發明實施形態之事項分別具有對應關係。但是，本發明並不限定於實施形態，可在不脫離其要旨之範圍內藉由對實施形態施行各種變化而具體化。
另外，本說明書所記載之效果終極而言僅為例示而並非被限定者，亦可具有其他之效果。
再者，本發明技術亦可採取如以下之構成。 (1) 一種固態攝像元件，其具備：脈衝信號產生部，該脈衝信號產生部設置有：突崩光電二極體，其將包含相對於在特定之點亮期間內所照射之照射光之反射光之入射光轉換為光電流並倍增；及淬熄電路，其基於前述經倍增之光電流而產生脈衝信號；以及 向上-向下計數器，其在前述點亮期間內在每次產生前述脈衝信號時進行向上計數及向下計數之一者，在不符合前述點亮期間之熄滅期間內在每次產生前述脈衝信號時進行前述向上計數及前述向下計數之另一者。 (2) 如前述(1)之固態攝像元件，其中前述照射光為間歇光。 (3) 如前述(2)之固態攝像元件，其中前述向上-向下計數器包含第1及第2向上-向下計數器， 前述第1向上-向下計數器基於與前述間歇光之間之相位差為0度或180度之第1時脈信號進行前述向上計數及前述向下計數之任一者， 前述第2向上-向下計數器基於與前述間歇光之間之相位差為90度或270度之第2時脈信號進行前述向上計數及前述向下計數之任一者。 (4)如前述(2)之固態攝像元件，其中前述向上-向下計數器基於特定之時脈信號進行前述向上計數及前述向下計數之任一者， 前述時脈信號之相對於前述間歇光之相位差，在第1期間內設為0度或180度，在第2期間內設為90度或270度。 (5) 如前述(2)至(4)中任一項之固態攝像元件，其更具備邏輯和閘，該邏輯和閘將複數個像素各者之前述脈衝信號之邏輯和供給至前述向上-向下計數器，且 前述脈衝信號產生部配置於前述複數個像素各者。 (6) 如前述(1)之固態攝像元件，其中前述照射光為結構光， 前述入射光包含前述反射光及背景光。 (7) 如前述(1)至(6)中任一項之固態攝像元件，其中前述向上-向下計數器具備： 第1正反器，其被輸入前述脈衝信號； 選擇器，其依照特定之啟用信號來選擇前述第1正反器之非反轉輸出信號與反轉輸出信號任一者，並作為選擇信號而輸出，及 第2正反器，其被輸入前述選擇信號。 (8) 如前述(7)之固態攝像元件，其中前述第1及第2正反器係JK正反器， 前述脈衝信號及前述選擇信號被輸入至時脈端子。 (9) 如前述(7)之固態攝像元件，其中前述第1及第2正反器係D正反器， 前述脈衝信號及前述選擇信號被輸入至時脈端子， 前述第1正反器之前述反轉輸出信號被輸入至前述第1正反器之延遲端子。 (10) 一種感測系統，其具備：發光部，其在特定之點亮期間內照射照射光； 脈衝信號產生部，其設置有：突崩光電二極體，其將包含相對於前述照射光之反射光之入射光轉換為光電流並倍增；及淬熄電路，其基於前述經倍增之光電流而產生脈衝信號；以及 向上-向下計數器，其在前述點亮期間內在每次產生前述脈衝信號時進行向上計數及向下計數之一者，在不符合前述點亮期間之熄滅期間內在每次產生前述脈衝信號時進行前述向上計數及前述向下計數之另一者。 (11) 一種固態攝像元件之控制方法，其具備：脈衝信號產生步序，將包含相對於在特定之點亮期間內所照射之照射光之反射光之入射光轉換為光電流並倍增，且基於經倍增之光電流而產生脈衝信號；及 向上向下計數步序，在前述點亮期間內在每次產生前述脈衝信號時進行向上計數及向下計數之一者，在不符合前述點亮期間之熄滅期間內在每次產生前述脈衝信號時進行前述向上計數及前述向下計數之另一者。
100:感測系統 110,111:發光部 120:驅動器 130:控制器 140:處理器 150:應用處理器 200,205:固態攝像元件 201:像素晶片 202:電路晶片 210:像素驅動部 220:垂直掃描電路 230:像素陣列部 240:行緩衝器 250:信號處理電路 260:輸出部 300,302:像素 301:像素區塊 308,309:垂直信號線 310,320,351~353:脈衝信號產生部 311:SPAD 312:淬熄電路 313:電阻 314:反相器 321:光電轉換元件 322:傳送電晶體 323:重置電晶體 324:浮動擴散層 325:電流源電晶體 326:放大電晶體 327:比較器 331,332:開關 400,401:向上-向下計數器 411,412:JK正反器 420,430,460,470:選擇器 421,453:反相器 422,423,461,462:AND(邏輯積)閘 361,424,463:OR(邏輯和)閘 451,452:D正反器 12000:車輛控制系統 12001:通訊網路 12010:驅動系統控制單元 12020:車體系統控制單元 12030:車外資訊檢測單元 12031:攝像部 12040:車內資訊檢測單元 12041:駕駛者狀態檢測部 12050:綜合控制單元 12051:微電腦 12052:聲音圖像輸出部 12053:車載網路I/F 12061:音訊揚聲器 12062:顯示部 12063:儀表板 12100:車輛 12101~12105:攝像部 12111~12114:攝像範圍 BIAS:偏置電壓 CLR,C,D,J,K,Q,xQ:端子 CNT,CNT0,CNT0a,CNT0b,CNT1,CNT1a,CNT1b:計數值 D0,D1:資料 EN0a,EN0b,EN1a,EN1b:啟用信號 LCLK,LCLK’:發光控制信號 LEN:發光控制信號 PLS,PLS0~PLS3:脈衝信號 Ref:參考信號 RST,RST0,RST1:重置信號 SEL:選擇信號 S901~S903:步驟 T0~T7,T10~T13,T30~T32:時序 TRG:傳送信號 UpEN,UpEN0,UpEN1:向上啟用信號 VSYNC:垂直同步信號 xUpEN0:反轉信號
圖1係顯示本發明技術之第1實施形態之感測系統之一構成例之方塊圖。 圖2係顯示本發明技術之第1實施形態之固態攝像元件之積層構造之一例之圖。 圖3係顯示本發明技術之第1實施形態之固態攝像元件之一構成例的方塊圖。 圖4係顯示本發明技術之第1實施形態之像素之一構成例之方塊圖。 圖5係顯示本發明技術之第1實施形態之脈衝信號產生部之一構成例之電路圖。 圖6係用於對本發明技術之第1實施形態之向上-向下計數器之動作進行說明之圖。 圖7係顯示本發明技術之第1實施形態之向上-向下計數器之一構成例之電路圖。 圖8係顯示本發明技術之第1實施形態之選擇器之一構成例之電路圖。 圖9係顯示本發明技術之第1實施形態之固態攝像元件之動作之一例之時序圖。 圖10係顯示比較例之像素之一構成例之方塊圖。 圖11係顯示本發明技術之第1實施形態之感測系統之動作之一例之流程圖。 圖12係顯示本發明技術之第1實施形態之第1變化例之脈衝信號產生部之一構成例之電路圖。 圖13係顯示本發明技術之第1實施形態之第2變化例之向上-向下計數器之一構成例之電路圖。 圖14係顯示本發明技術之第1實施形態之第2變化例之選擇器之一構成例之電路圖。 圖15係顯示本發明技術之第2實施形態之像素之一構成例之方塊圖。 圖16係顯示本發明技術之第2實施形態之固態攝像元件之動作之一例之時序圖。 圖17係顯示本發明技術之第3實施形態之感測系統之一構成例之方塊圖。 圖18係顯示本發明技術之第3實施形態之固態攝像元件之動作之一例之時序圖。 圖19係顯示本發明技術之第4實施形態之像素陣列部之一構成例之平面圖。 圖20係顯示本發明技術之第4實施形態之像素區塊之一構成例之方塊圖。 圖21係顯示車輛控制系統之概略性之構成例之方塊圖。 圖22係顯示攝像部之設置位置之一例之說明圖。
210:像素驅動部
220:垂直掃描電路
240:行緩衝器
300:像素
308,309:垂直信號線
310:脈衝信號產生部
331,332:開關
400,401:向上-向下計數器
CNT0,CNT1:計數值
PLS:脈衝信號
RST0,RST1:重置信號
SEL:選擇信號
UpEN0,UpEN1:向上啟用信號

Claims (11)

  1. 一種固態攝像元件，其具備：脈衝信號產生部，該脈衝信號產生部設置有：突崩光電二極體，其將包含相對於在特定之點亮期間內所照射之照射光之反射光之入射光轉換為光電流並倍增；及淬熄電路，其基於前述經倍增之光電流而產生脈衝信號；以及 向上-向下計數器，其在前述點亮期間內在每次產生前述脈衝信號時進行向上計數及向下計數之一者，在不符合前述點亮期間之熄滅期間內在每次產生前述脈衝信號時進行前述向上計數及前述向下計數之另一者。
  2. 如請求項1之固態攝像元件，其中前述照射光為間歇光。
  3. 如請求項2之固態攝像元件，其中前述向上-向下計數器包含第1及第2向上-向下計數器，且 前述第1向上-向下計數器基於與前述間歇光之間之相位差為0度或180度之第1時脈信號進行前述向上計數及前述向下計數之任一者， 前述第2向上-向下計數器基於與前述間歇光之間之相位差為90度或270度之第2時脈信號進行前述向上計數及前述向下計數之任一者。
  4. 如請求項2之固態攝像元件，其中前述向上-向下計數器基於特定之時脈信號進行前述向上計數及前述向下計數之任一者， 前述時脈信號之相對於前述間歇光之相位差，在第1期間內設為0度或180度，在第2期間內設為90度或270度。
  5. 如請求項2之固態攝像元件，其更具備邏輯和閘，該邏輯和閘將複數個像素各者之前述脈衝信號之邏輯和供給至前述向上-向下計數器，且 前述脈衝信號產生部配置於前述複數個像素各者。
  6. 如請求項1之固態攝像元件，其中前述照射光為結構光， 前述入射光包含前述反射光及背景光。
  7. 如請求項1之固態攝像元件，其中前述向上-向下計數器具備： 第1正反器，其被輸入前述脈衝信號； 選擇器，其依照特定之啟用信號來選擇前述第1正反器之非反轉輸出信號與反轉輸出信號之任一者，並作為選擇信號而輸出；及 第2正反器，其被輸入前述選擇信號。
  8. 如請求項7之固態攝像元件，其中前述第1及第2正反器係JK正反器， 前述脈衝信號及前述選擇信號被輸入至時脈端子。
  9. 如請求項7之固態攝像元件，其中前述第1及第2正反器係D正反器， 前述脈衝信號及前述選擇信號被輸入至時脈端子， 前述第1正反器之前述反轉輸出信號被輸入至前述第1正反器之延遲端子。
  10. 一種感測系統，其具備：發光部，其在特定之點亮期間內照射照射光； 脈衝信號產生部，其設置有：突崩光電二極體，其將包含相對於前述照射光之反射光之入射光轉換為光電流並倍增；及淬熄電路，其基於前述經倍增之光電流而產生脈衝信號；以及 向上-向下計數器，其在前述點亮期間內在每次產生前述脈衝信號時進行向上計數及向下計數之一者，在不符合前述點亮期間之熄滅期間內在每次產生前述脈衝信號時進行前述向上計數及前述向下計數之另一者。
  11. 一種固態攝像元件之控制方法，其具備：脈衝信號產生步序，將包含相對於在特定之點亮期間內所照射之照射光之反射光之入射光轉換為光電流並倍增，且基於經倍增之光電流而產生脈衝信號；及 向上向下計數步序，在前述點亮期間內在每次產生前述脈衝信號時進行向上計數及向下計數之一者，在不符合前述點亮期間之熄滅期間內在每次產生前述脈衝信號時進行前述向上計數及前述向下計數之另一者。
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