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技術 受光素子および測距システム

出願人 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社
発明者 西野辰樹
出願日 2018年8月31日 (2年3ヶ月経過) 出願番号 2018-163584
公開日 2020年3月5日 (9ヶ月経過) 公開番号 2020-034521
状態 未査定
技術分野 光レーダ方式及びその細部 固体撮像素子
主要キーワード 赤外線レーザダイオード 車載用センサ 疲労度合 肌測定 距離画素 SP数 集中度合い パーソナルモビリティ
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (16)

課題

消費電力を低減する。

解決手段

受光素子は、SPADと、SPADのカソード電圧を第1の負電圧に設定する第1トランジスタと、光子入射されたときのSPADのカソード電圧を変換して出力する電圧変換回路と、変換後のカソード電圧に基づいてSPADへの光子の入射を示す検出信号を出力する出力部とを有する画素を備える。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。

概要

背景

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印加した状態で、高電界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1参照)。

概要

消費電力を低減する。受光素子は、SPADと、SPADのカソード電圧を第1の負電圧に設定する第1トランジスタと、光子が入射されたときのSPADのカソード電圧を変換して出力する電圧変換回路と、変換後のカソード電圧に基づいてSPADへの光子の入射を示す検出信号を出力する出力部とを有する画素を備える。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。

目的

米国特許出願公開第2016/0284743号明細書






上述したように、SPADには降伏電圧よりも大きい電圧を印加する必要があるので、SPADを駆動する駆動回路やSPADの後段信号処理回路の消費電力も大きくなりやすく、さらなる低消費電力化が望まれている

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

SPADと、前記SPADのカソード電圧を第1の負電圧に設定する第1トランジスタと、光子入射されたときの前記SPADのカソード電圧を変換して出力する電圧変換回路と、変換後の前記カソード電圧に基づいて前記SPADへの光子の入射を示す検出信号を出力する出力部とを有する画素を備える受光素子

請求項2

前記第1トランジスタは、前記画素が光子の入射を検出しない非アクティブ画素に制御される場合に、前記SPADのカソード電圧を前記第1の負電圧に設定する請求項1に記載の受光素子。

請求項3

前記電圧変換回路は、前記SPADのカソード電圧の信号を正の電圧範囲の信号に変換する請求項1に記載の受光素子。

請求項4

前記電圧変換回路は、前記第1トランジスタとは別の第2トランジスタで構成され、前記第2トランジスタのゲートには、トランジスタ閾値と同じ第2の負電圧が供給される請求項1に記載の受光素子。

請求項5

前記第1トランジスタは、NMOSトランジスタで構成され、前記第2トランジスタは、PMOSトランジスタで構成される請求項4に記載の受光素子。

請求項6

前記SPADのカソードは、前記光子の入射を検出するアクティブ画素に制御されている場合、前記電圧変換回路と抵抗成分とを介して正の電源電圧に接続されるように構成されている請求項1に記載の受光素子。

請求項7

前記出力部は、インバータで構成される請求項1に記載の受光素子。

請求項8

前記画素が行列状に複数配置された画素アレイと、前記画素アレイの各画素を、前記光子の入射を検出するアクティブ画素または前記光子の入射を検出しない非アクティブ画素に制御する画素駆動部とをさらに備える請求項1に記載の受光素子。

請求項9

照射光照射する照明装置と、前記照射光に対する反射光受光する受光素子とを備え、前記受光素子は、SPADと、前記SPADのカソード電圧を第1の負電圧に設定する第1トランジスタと、光子が入射されたときの前記SPADのカソード電圧を変換して出力する電圧変換回路と、変換後の前記カソード電圧に基づいて前記SPADへの光子の入射を示す検出信号を出力する出力部とを有する画素を備える測距システム

技術分野

0001

本技術は、受光素子および測距システムに関し、消費電力を低減させ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。

背景技術

0002

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印加した状態で、高電界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。

0003

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1参照)。

先行技術

0004

米国特許出願公開第2016/0284743号明細書

発明が解決しようとする課題

0005

上述したように、SPADには降伏電圧よりも大きい電圧を印加する必要があるので、SPADを駆動する駆動回路やSPADの後段信号処理回路の消費電力も大きくなりやすく、さらなる低消費電力化が望まれている。

0006

本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、消費電力を低減させることができるようにするものである。

課題を解決するための手段

0007

本技術の第1の側面の受光素子は、SPADと、前記SPADのカソード電圧を第1の負電圧に設定する第1トランジスタと、光子が入射されたときの前記SPADのカソード電圧を変換して出力する電圧変換回路と、変換後の前記カソード電圧に基づいて前記SPADへの光子の入射を示す検出信号を出力する出力部とを有する画素を備える。

0008

本技術の第2の側面の測距システムは、照射光照射する照明装置と、前記照射光に対する反射光受光する受光素子とを備え、前記受光素子は、SPADと、前記SPADのカソード電圧を第1の負電圧に設定する第1トランジスタと、光子が入射されたときの前記SPADのカソード電圧を変換して出力する電圧変換回路と、変換後の前記カソード電圧に基づいて前記SPADへの光子の入射を示す検出信号を出力する出力部とを有する画素を備える。

0009

本技術の第1および第2の側面においては、SPADと、前記SPADのカソード電圧を第1の負電圧に設定する第1トランジスタと、光子が入射されたときの前記SPADのカソード電圧を変換して出力する電圧変換回路と、変換後の前記カソード電圧に基づいて前記SPADへの光子の入射を示す検出信号を出力する出力部とが設けられる。

0010

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。

図面の簡単な説明

0011

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。

実施例

0012

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

0013

<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。

0014

測距システム11は、例えば、ToF法を用いて距離画像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。

0015

測距システム11は、照明装置21及び撮像装置22を備える。

0016

照明装置21は、照明制御部31及び光源32を備える。

0017

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。

0018

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。

0019

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。

0020

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。

0021

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。

0022

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。

0023

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。

0024

制御部42は、例えば、FPGA(Field Programmable Gate Array)、DSP(Digital Signal Processor)等の制御回路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。

0025

表示部43は、例えば、液晶表示装置有機EL(Electro Luminescence)表示装置等のパネル型表示装置からなる。

0026

記憶部44は、任意の記憶装置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。

0027

<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。

0028

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。

0029

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。

0030

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。

0031

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。

0032

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。

0033

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。

0034

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。

0035

<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。

0036

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。

0037

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。

0038

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。

0039

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。

0040

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。

0041

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。

0042

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。

0043

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。

0044

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。

0045

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。

0046

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。

0047

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。

0048

図4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。

0049

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。

0050

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。

0051

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。

0052

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)。

0053

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。

0054

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。

0055

<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。

0056

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。

0057

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。

0058

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。

0059

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。

0060

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分解能所定値以上に保っている。

0061

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。

0062

<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。

0063

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。

0064

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。

0065

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。

0066

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。

0067

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。

0068

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スキュー信号遅延などの発生も懸念される。

0069

<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。

0070

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。

0071

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。

0072

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。

0073

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。

0074

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。

0075

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。

0076

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。

0077

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。

0078

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。

0079

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。

0080

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。

0081

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。

0082

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。

0083

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。

0084

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。

0085

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。

0086

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。

0087

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。

0088

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。

0089

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。

0090

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。

0091

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。

0092

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。

0093

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。

0094

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。

0095

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。

0096

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。

0097

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。

0098

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。

0099

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。

0100

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。

0101

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。

0102

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。

0103

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。

0104

<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。

0105

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。

0106

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。

0107

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。

0108

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。

0109

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。

0110

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。

0111

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。

0112

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。

0113

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。

0114

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。

0115

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。

0116

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。

0117

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。

0118

<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。

0119

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。

0120

デジタルカメラや、カメラ機能付き携帯機器等の、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道路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
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

0121

<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。

0122

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。

0123

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。

0124

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。

0125

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。

0126

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。

0127

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。

0128

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。

0129

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。

0130

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。

0131

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、ハイビームロービーム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。

0132

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。

0133

図15は、撮像部12031の設置位置の例を示す図である。

0134

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。

0135

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。

0136

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。

0137

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。

0138

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。

0139

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。

0140

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。

0141

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。

0142

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、別個筐体収納され、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。

0143

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。

0144

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。

0145

なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
(1)
SPADと、
前記SPADのカソード電圧を第1の負電圧に設定する第1トランジスタと、
光子が入射されたときの前記SPADのカソード電圧を変換して出力する電圧変換回路と
変換後の前記カソード電圧に基づいて前記SPADへの光子の入射を示す検出信号を出力する出力部と
を有する画素を備える
受光素子。
(2)
前記第1トランジスタは、前記画素が光子の入射を検出しない非アクティブ画素に制御される場合に、前記SPADのカソード電圧を前記第1の負電圧に設定する
前記(1)に記載の受光素子。
(3)
前記電圧変換回路は、前記SPADのカソード電圧の信号を正の電圧範囲の信号に変換する
前記(1)または(2)に記載の受光素子。
(4)
前記電圧変換回路は、前記第1トランジスタとは別の第2トランジスタで構成され、前記第2トランジスタのゲートには、トランジスタ閾値と同じ第2の負電圧が供給される
前記(1)乃至(3)のいずれかに記載の受光素子。
(5)
前記第1トランジスタは、NMOSトランジスタで構成され、
前記第2トランジスタは、PMOSトランジスタで構成される
前記(4)に記載の受光素子。
(6)
前記SPADのカソードは、前記光子の入射を検出するアクティブ画素に制御されている場合、前記電圧変換回路と抵抗成分とを介して正の電源電圧に接続されるように構成されている
前記(1)乃至(5)のいずれかに記載の受光素子。
(7)
前記出力部は、インバータで構成される
前記(1)乃至(6)のいずれかに記載の受光素子。
(8)
前記画素が行列状に複数配置された画素アレイと、
前記画素アレイの各画素を、前記光子の入射を検出するアクティブ画素または前記光子の入射を検出しない非アクティブ画素に制御する画素駆動部と
をさらに備える
前記(1)乃至(7)のいずれかに記載の受光素子。
(9)
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、
SPADと、
前記SPADのカソード電圧を第1の負電圧に設定する第1トランジスタと、
光子が入射されたときの前記SPADのカソード電圧を変換して出力する電圧変換回路と
変換後の前記カソード電圧に基づいて前記SPADへの光子の入射を示す検出信号を出力する出力部と
を有する画素を備える
測距システム。

0146

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

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