时间测量器件和时间测量单元

摘要

本发明的目的是提供能够促进布局的时间测量器件。本发明的时间测量器件(20)包括：多个像素(30)，其在第一方向上并排设置，每个像素包括布置在第一半导体基板上的单光子雪崩二极管(SPAD)，并根据单光子雪崩二极管(SPAD)中的检出时刻产生第一逻辑信号(S35)；以及时间测量部(24)，其布置在与第一半导体基板结合的第二半导体基板上并测量多个像素(30)中的每个像素的检出时刻。多个像素(30)之中的除在第一方向上布置在一端处的第一像素之外的每个像素基于除该像素之外的一个像素的输出信号并基于该像素生成的第一逻辑信号(S35)来生成输出信号.时间测量单元(24)基于多个像素(30)之中的在第一方向上布置在另一端处的第二像素的输出信号来测量多个像素(30)中的每个像素的检出时刻。本发明的时间测量器件(20)可以例如应用到距离测量器件。

权利要求

1.一种时间测量器件，其包括：

多个像素，所述多个像素并排设置在第一方向上，并且每个像素包括布置在第一半导体基板上的单光子雪崩二极管并生成取决于所述单光子雪崩二极管中的检出时刻的第一逻辑信号；和时间测量部，所述时间测量部布置在与所述第一半导体基板结合的第二半导体基板上，并测量所述多个像素中的每个像素的所述检出时刻，其中，所述多个像素之中的除在所述第一方向上布置在一端处的第一像素之外的每个像素基于除该像素之外的一个像素的输出信号并基于在该像素中生成的所述第一逻辑信号来生成输出信号，并且其中，所述时间测量部基于所述多个像素之中的在所述第一方向上布置在另一端处的第二像素的输出信号来测量所述多个像素中的每个像素的所述检出时刻。

2.根据权利要求1所述的时间测量器件，其中，所述多个像素之中的除所述第一像素之外的每个像素包括第一逻辑电路，所述第一逻辑电路布置在所述第二半导体基板中并具有第一输入端子、第二输入端子和输出端子，所述第一输入端子接收除该像素之外的一个像素的输出信号，所述第二输入端子接收所述第一逻辑信号。

3.根据权利要求1所述的时间测量器件，其还包括控制信号生成器，所述控制信号生成器布置在所述第二半导体基板上并生成与所述多个像素相对应的多个第一控制信号，其中，所述多个像素中的每个像素包括：第二逻辑电路，所述第二逻辑电路布置在所述第二半导体基板上，并且所述第二逻辑电路基于所述多个第一控制信号之中的相应的第一控制信号并基于取决于该像素的所述单光子雪崩二极管的受光结果的信号来生成第二逻辑信号，和第三逻辑电路，所述第三逻辑电路布置在所述第二半导体基板上，并且所述第三逻辑电路通过基于所述第二逻辑信号执行触发式操作来生成所述第一逻辑信号。

4.根据权利要求3所述的时间测量器件，其还包括波形整形部，所述波形整形部基于所述第二像素的输出信号的转变来生成脉冲信号，其中，所述时间测量部基于所述脉冲信号来测量所述检出时刻。

5.根据权利要求1所述的时间测量器件，其还包括控制信号生成器，所述控制信号生成器布置在所述第二半导体基板上并生成与所述多个像素相对应的多个第一控制信号，其中，所述多个像素中的每个像素包括第二逻辑电路，所述第二逻辑电路布置在所述第二半导体基板上，并且所述第二逻辑电路基于所述多个第一控制信号之中的相应的第一控制信号并基于取决于该像素的所述单光子雪崩二极管的受光结果的信号来生成所述第一逻辑信号。

6.根据权利要求1所述的时间测量器件，其中，所述时间测量部还包括：

计数器；和

锁存器，所述锁存器基于所述第二像素的所述输出信号来锁存所述计数器的计数值。

7.根据权利要求1所述的时间测量器件，其中，所述第一像素基于第三逻辑信号并基于在所述第一像素中生成的所述第一逻辑信号来生成所述第一像素的所述输出信号。

8.根据权利要求7所述的时间测量器件，其中，在改变所述第三逻辑信号的情况下，所述时间测量部基于所述第二像素的所述输出信号来测量从每个像素到所述时间测量部的延迟时间。

9.根据权利要求8所述的时间测量器件，其中，所述时间测量部基于所述延迟时间的测量结果来校正所述多个像素中的每个像素的所述检出时刻的测量结果。

10.根据权利要求1所述的时间测量器件，其还包括控制信号生成器，所述控制信号生成器布置在所述第二半导体基板上并生成与所述多个像素相对应的多个第一控制信号，其中，所述多个像素中的每个像素包括：第四逻辑电路，所述第四逻辑电路布置在所述第二半导体基板上，并且所述第四逻辑电路基于所述多个第一控制信号中的相应的第一控制信号，基于第二控制信号并基于取决于该像素的所述单光子雪崩二极管的受光结果的信号来生成第二逻辑信号；和第三逻辑电路，所述第三逻辑电路布置在所述第二半导体基板上，并且所述第三逻辑电路通过基于所述第二逻辑信号执行触发式操作来生成所述第一逻辑信号。

11.根据权利要求10所述的时间测量器件，其中，在使用所述第二控制信号改变所述多个像素之中的第三像素的所述第一逻辑信号时，所述时间测量部基于所述第二像素的所述输出信号来测量从所述第三像素到所述时间测量部的延迟时间。

12.根据权利要求11所述的时间测量器件，其中，所述时间测量部基于所述延迟时间的测量结果来校正所述第三像素的所述检出时刻的测量结果。

13.根据权利要求1所述的时间测量器件，其中，所述多个像素的数量为200以上。

14.一种时间测量器件，其包括：

多个像素，所述多个像素并排布置在第一方向上，并且每个像素包括受光元件并生成取决于所述受光元件中的检出时刻的第一逻辑信号；和时间测量部，所述时间测量部测量所述多个像素中的每个像素的所述检出时刻，其中，所述多个像素之中的除在所述第一方向上布置在一端处的第一像素之外的每个像素基于除该像素之外的一个像素的输出信号并基于在该像素中生成的所述第一逻辑信号来生成输出信号，并且其中，所述时间测量部基于所述多个像素之中的在所述第一方向上布置在另一端处的第二像素的输出信号来测量所述多个像素中的每个像素的所述检出时刻。

15.根据权利要求14所述的时间测量器件，其中，所述多个像素中的每个像素包括第一逻辑电路，所述第一逻辑电路具有第一输入端子、第二输入端子和输出端子，所述第一输入端子接收除该像素之外的一个像素的输出信号，所述第二输入端子接收所述第一逻辑信号。

16.根据权利要求14所述的时间测量器件，其还包括控制信号生成器，所述控制信号生成器生成与所述多个像素相对应的多个第一控制信号，其中，所述多个像素中的每个像素包括：

第二逻辑电路，所述第二逻辑电路基于所述多个第一控制信号之中的相应的第一控制信号并基于取决于该像素的所述受光元件的受光结果的信号来生成第二逻辑信号，和第三逻辑电路，所述第三逻辑电路通过基于所述第二逻辑信号执行触发式操作来生成所述第一逻辑信号。

17.根据权利要求14所述的时间测量器件，其还包括控制信号生成器，所述控制信号生成器生成与所述多个像素相对应的多个第一控制信号，其中，所述多个像素中的每个像素包括第二逻辑电路，所述第二逻辑电路基于所述多个第一控制信号之中的相应的第一控制信号并基于取决于该像素的所述受光元件的受光结果的信号来生成所述第一逻辑信号。

18.根据权利要求14所述的时间测量器件，其中，所述受光元件是单光子雪崩二极管或雪崩光电二极管。

19.一种时间测量器件，其包括：

第一像素、第二像素和第三像素，所述第一像素、所述第二像素和所述第三像素中的每个像素包括布置在第一半导体基板上的单光子雪崩二极管并生成取决于所述单光子雪崩二极管中的检出时刻的第一逻辑信号；和时间测量部，所述时间测量部布置在与所述第一半导体基板结合的第二半导体基板上，并测量所述第一像素、所述第二像素和所述第三像素中的每个像素的所述检出时刻，其中，所述第二像素基于所述第一像素的输出信号并基于在所述第二像素中生成的所述第一逻辑信号来生成输出信号，其中，所述第三像素基于所述第二像素的输出信号并基于在所述第三像素中生成的所述第一逻辑信号来生成输出信号，并且其中，所述时间测量部基于所述第三像素的输出信号来测量所述第一像素、所述第二像素和所述第三像素中的每个像素的所述检出时刻。

20.一种时间测量单元，其包括：

发光部，所述发光部发射光；

反射镜，所述反射镜反射对应于所述光的反射光；

多个像素，所述多个像素并排布置在第一方向上，每个像素包括布置在第一半导体基板上并检测由所述反射镜反射的所述反射光的单光子雪崩二极管，并且每个像素生成取决于所述单光子雪崩二极管中的检出时刻的第一逻辑信号；和时间测量部，所述时间测量部布置在与所述第一半导体基板结合的第二半导体基板上，并测量所述多个像素中的每个像素的所述检出时刻，其中，所述多个像素之中的除在所述第一方向上布置在一端处的第一像素之外的每个像素基于除该像素之外的一个像素的输出信号并基于在该像素中生成的所述第一逻辑信号来生成输出信号，并且其中，所述时间测量部基于所述多个像素之中的在所述第一方向上布置在另一端处的第二像素的输出信号来测量所述多个像素中的每个像素的所述检出时刻。

21.一种时间测量单元，其包括：

发光部，所述发光部发射光；

反射镜，所述反射镜反射对应于所述光的反射光；

多个像素，所述多个像素并排布置在第一方向上，每个像素包括检测由所述反射镜反射的所述反射光的受光元件，并且每个像素生成取决于所述受光元件中的检出时刻的第一逻辑信号；和时间测量部，所述时间测量部测量所述多个像素中的每个像素的所述检出时刻，其中，所述多个像素之中的除在所述第一方向上布置在一端处的第一像素之外的每个像素基于除该像素之外的一个像素的输出信号并基于在该像素中生成的所述第一逻辑信号来生成输出信号，并且其中，所述时间测量部基于所述多个像素之中的在所述第一方向上布置在另一端处的第二像素的输出信号来测量所述多个像素中的每个像素的所述检出时刻。

22.一种时间测量单元，其包括：

发光部，所述发光部发射光；

反射镜，所述反射镜反射对应于所述光的反射光；

第一像素、第二像素和第三像素，所述第一像素、所述第二像素和所述第三像素中的每个像素包括布置在第一半导体基板上并检测被所述反射镜反射的所述反射光的单光子雪崩二极管，并生成取决于所述单光子雪崩二极管中的检出时刻的第一逻辑信号；和时间测量部，所述时间测量部布置在与所述第一半导体基板结合的第二半导体基板上，并测量所述第一像素、所述第二像素和所述第三像素中的每个像素的所述检出时刻，其中，所述第二像素基于所述第一像素的输出信号并基于在所述第二像素中生成的所述第一逻辑信号来生成输出信号，其中，所述第三像素基于所述第二像素的输出信号并基于在所述第三像素中生成的所述第一逻辑信号来生成输出信号，并且其中，所述时间测量部基于所述第三像素的输出信号来测量所述第一像素、所述第二像素和所述第三像素中的每个像素的所述检出时刻。

说明书

时间测量器件和时间测量单元

技术领域

[0001] 本公开涉及用于测量从光发射时刻到光检出时刻的时间的时间测量器件和时间测量单元。

背景技术

[0002] 在测量距测量物体的距离时，经常使用飞行时间(TOF：Time of Flight)方法。TOF方法发射光，并且还检测被测量物体反射的反射光。随后，TOF方法通过测量光发射时刻和反射光的检出时刻之间的时间差来测量距测量物体的距离(例如，参见专利文献1)。

[0003] 引用列表

[0004] 专利文献

[0005] 专利文献1：日本未审查专利申请公开号2015-78953

发明内容

[0006] 注意，通常在半导体器件中，期望促进电路布局。类似地，同样在时间测量器件中，期望可以容易地实现布局。

[0007] 期望提供能够容易实现布局的时间测量器件和时间测量单元。

[0008] 根据本公开的实施例的第一时间测量器件包括多个像素和时间测量部。多个像素并排设置在第一方向上，并且每个像素包括布置在第一半导体基板上的单光子雪崩二极管并生成取决于单光子雪崩二极管中的检出时刻的第一逻辑信号。时间测量部布置在与第一半导体基板结合的第二半导体基板上，并测量多个像素中的每个像素的检出时刻。多个像素之中的除在第一方向上布置在一端处的第一像素之外的每个像素基于除该像素之外的一个像素的输出信号并基于在该像素中生成的第一逻辑信号来生成输出信号，并且时间测量部基于多个像素之中的在第一方向上布置在另一端处的第二像素的输出信号来测量多个像素中的每个像素的检出时刻。

[0009] 根据本公开的实施例的第二时间测量器件包括多个像素和时间测量部。多个像素并排布置在第一方向上，并且每个像素包括受光元件并生成取决于受光元件中的检出时刻的第一逻辑信号。时间测量部测量多个像素中的每个像素的检出时刻。多个像素之中的除在第一方向上布置在一端处的第一像素之外的每个像素基于除该像素之外的一个像素的输出信号并基于在该像素中生成的第一逻辑信号来生成输出信号，并且时间测量部基于多个像素之中的在第一方向上布置在另一端处的第二像素的输出信号来测量多个像素中的每个像素的检出时刻。

[0010] 根据本公开的实施例的第三时间测量器件包括第一像素、第二像素、第三像素以及时间测量部。第一像素、第二像素和第三像素中的每个像素包括布置在第一半导体基板上的单光子雪崩二极管并生成取决于单光子雪崩二极管中的检出时刻的第一逻辑信号。时间测量部布置在与第一半导体基板结合的第二半导体基板上，并测量第一像素、第二像素和第三像素中的每个像素的检出时刻。第二像素基于第一像素的输出信号并基于在第二像素中生成的第一逻辑信号来生成输出信号，第三像素基于第二像素的输出信号并基于在第三像素中生成的第一逻辑信号来生成输出信号，并且时间测量部基于第三像素的输出信号来测量第一像素、第二像素和第三像素中的每个像素的检出时刻。

[0011] 根据本公开的实施例的第一时间测量单元包括发光部、反射镜、多个像素及时间测量部。发光部发射光。反射镜反射对应于光的反射光。多个像素并排布置在第一方向上，每个像素包括布置在第一半导体基板上并检测由反射镜反射的反射光的单光子雪崩二极管，并且每个像素生成取决于单光子雪崩二极管中的检出时刻的第一逻辑信号。时间测量部布置在与第一半导体基板结合的第二半导体基板上，并测量多个像素中的每个像素的检出时刻。多个像素之中的除在第一方向上布置在一端处的第一像素之外的每个像素基于除该像素之外的一个像素的输出信号并基于在该像素中生成的第一逻辑信号来生成输出信号，并且时间测量部基于多个像素之中的在第一方向上布置在另一端处的第二像素的输出信号来测量多个像素中的每个像素的检出时刻。

[0012] 根据本公开的实施例的第二时间测量单元包括发光部、反射镜、多个像素及时间测量部。发光部发射。反射镜反射对应于光的反射光。多个像素并排布置在第一方向上，每个像素包括检测由反射镜反射的反射光的受光元件，并且每个像素生成取决于受光元件中的检出时刻的第一逻辑信号。时间测量部测量多个像素中的每个像素的检出时刻。多个像素之中的除在第一方向上布置在一端处的第一像素之外的每个像素基于除该像素之外的一个像素的输出信号并基于在该像素中生成的第一逻辑信号来生成输出信号，并且时间测量部基于多个像素之中的在第一方向上布置在另一端处的第二像素的输出信号来测量多个像素中的每个像素的检出时刻。

[0013] 根据本公开的实施例的第三时间测量单元包括发光部、反射镜、第一像素、第二像素、第三像素及时间测量部。发光部发射光。反射镜反射对应于光的反射光。第一像素、第二像素和第三像素中的每个像素包括布置在第一半导体基板上并检测被反射镜反射的反射光的单光子雪崩二极管，并生成取决于单光子雪崩二极管中的检出时刻的第一逻辑信号。时间测量部布置在与第一半导体基板结合的第二半导体基板上，并测量第一像素、第二像素和第三像素中的每个像素的检出时刻。第二像素基于第一像素的输出信号并基于在第二像素中生成的第一逻辑信号来生成输出信号，第三像素基于第二像素的输出信号并基于在第三像素中生成的第一逻辑信号来生成输出信号，并且时间测量部基于第三像素的输出信号来测量第一像素、第二像素和第三像素中的每个像素的检出时刻。

[0014] 在根据本公开的实施例的第一时间测量器件和第一时间测量单元中，在每个像素中，光被布置在第一半导体基板上的单光子雪崩二极管检出，并生成取决于检出时刻的第一逻辑信号。在多个像素之中的除在第一方向上布置在一端处的第一像素之外的每个像素中，基于除该像素之外的一个像素的输出信号并基于在该像素中生成的第一逻辑信号来生成输出信号。在时间测量部中，基于多个像素之中的在第一方向上布置在另一端处的第二像素的输出信号来测量多个像素中的每个像素的检出时刻。

[0015] 在根据本公开的实施例的第二时间测量器件和第二时间测量单元中，在每个像素中，光被受光元件检出，并且生成取决于检出时刻的第一逻辑信号。在多个像素之中的除在第一方向上布置在一端处的第一像素之外的每个像素中，基于除该像素之外的一个像素的输出信号并基于在该像素中生成的第一逻辑信号来生成输出信号。在时间测量部中，基于多个像素之中的在第一方向上布置在另一端处的第二像素的输出信号来测量多个像素中的每个像素的检出时刻。

[0016] 在根据本公开的实施例的第三时间测量器件和第三时间测量单元中，在每个像素中，光被布置在第一半导体基板上的单光子雪崩二极管检出，并生成取决于检出时刻的第一逻辑信号。在第二像素中，基于第一像素的输出信号并基于在第二像素中生成的第一逻辑信号来生成输出信号。在第三像素中，基于第二像素的输出信号并基于在第三像素中生成的第一逻辑信号来生成输出信号。在时间测量部中，基于第三像素的输出信号来测量第一像素、第二像素和第三像素中的每个像素的检出时刻。

[0017] 在根据本公开的实施例的第一时间测量器件、第二时间测量器件、第一时间测量单元和第二时间测量单元中，多个像素之中的除在第一方向上布置在一端处的第一像素之外的每个像素基于除该像素之外的一个像素的输出信号并基于在该像素中生成的第一逻辑信号来生成输出信号，并且时间测量部基于多个像素之中的在第一方向上布置在另一端处的第二像素的输出信号来测量多个像素中的每个像素的检出时刻，从而允许容易地实现布局。

[0018] 在根据本公开的实施例的第三时间测量器件和第三时间测量单元中，第二像素基于第一像素的输出信号并基于在第二像素中生成的第一逻辑信号来生成输出信号，第三像素基于第二像素的输出信号并基于在第三像素中生成的第一逻辑信号来生成输出信号，并且时间测量部基于第三像素的输出信号来测量第一像素、第二像素和第三像素中的每个像素的检出时刻，从而允许容易地实现布局。

[0019] 应当注意，上述效果并不必是限制性的，并且可以实现本公开中描述的任何效果。

附图说明

[0020] 图1是根据本公开的实施例的时间测量单元的构造示例的结构图。

[0021] 图2是根据第一实施例的时间测量器件的构造示例的框图。

[0022] 图3是图2所示的像素的构造示例的电路图。

[0023] 图4是图2所示的波形整形部和时间测量单元的构造示例的电路图。

[0024] 图5是图1所示的时间测量器件的构造示例的构造图。

[0025] 图6是根据第一实施例的时间测量单元中的时间测量操作的示例的时序波形图。

[0026] 图7是图3所示的受光元件的操作示例的波形图。

[0027] 图8是根据第一实施例的时间测量单元的操作示例的时序波形图。

[0028] 图9是根据第一实施例的时间测量单元中的校准操作的示例的时序波形图。

[0029] 图10是根据第一实施例的变形例的波形整形部和时间测量单元的构造示例的电路图。

[0030] 图11是根据第一实施例的另一变形例的像素的构造示例的电路图。

[0031] 图12是根据第一实施例的另一变形例的时间测量器件的构造示例的框图。

[0032] 图13是图12所示的像素的构造示例的电路图。

[0033] 图14是根据第一实施例的另一变形例的时间测量单元中的测试操作的示例的时序波形图。

[0034] 图15是根据第一实施例的另一变形例的时间测量器件的构造示例的框图。

[0035] 图16是根据第一实施例的另一变形例的时间测量器件的构造示例的框图。

[0036] 图17是根据第二实施例的时间测量器件的构造示例的框图。

[0037] 图18是图17所示的像素的构造示例的电路图。

[0038] 图19是根据第二实施例的时间测量单元中的时间测量操作的示例的时序波形图。

[0039] 图20是根据第二实施例的变形例的像素的构造示例的电路图。

[0040] 图21是根据应用示例的距离测量器件的构造示例的框图。

[0041] 图22是描绘车辆控制系统的示意性构造的示例的框图。

[0042] 图23是帮助说明车辆外部信息检测部和成像部的安装位置的示例的图。

[0043] 图24是根据变形例的时间测量器件的构造示例的构造图。

[0044] 图25是SPAD的构造示例的截面图。

具体实施方式

[0045] 在下文中，将参考附图详细说明本公开的一些实施例。应注意，按照下面的顺序给出说明。

[0046] 1.第一实施例

[0047] 2.第二实施例

[0048] 3.应用示例

[0049] 4.移动物体的应用示例

[0050] [1.第一实施例]

[0051] [构造示例]

[0052] 图1示出根据一个实施例的时间测量单元(时间测量单元1)的构造示例。时间测量单元1发射光并还检测被测量物体反射的反射光，并且测量光发射时刻和反射光的检出时刻之间的时间差。时间测量单元1包括发光部11、散射透镜12、聚光镜13、时间测量器件20以及控制器14。

[0053] 发光部11在取决于发光控制信号C1的时序处进行发射光的发光操作，并且例如使用脉冲激光源来构造。

[0054] 散射透镜12在预定角度范围内散射从发光部11发射的光。从时间测量单元1输出由散射透镜12散射的光(输出光L1)。

[0055] 聚光镜13将被测量物体9反射并进入时间测量单元1的光(反射光L2)朝向时间测量器件20的受光表面S反射。应注意，聚光镜13不是必要的组成部件，但在反射光L2能够到达时间测量器件20的接收表面S的情况下，可以允许任何构造。

[0056] 时间测量器件20检测由聚光镜13反射的光，并测量当发光部11发射光时的时刻与当时间测量器件20的受光元件31(稍后描述)检出光时的时刻之间的时间差。

[0057] 控制器14控制发光部11和时间测量器件20的操作。具体地，控制器14通过将发光控制信号C1提供给发光部11来控制发光部11的发光操作。此外，控制器14通过将各种控制信号(稍后描述的校准信号CAL、选择控制信号CTRL、时钟信号CK和计数开始信号ST)提供给时间测量器件20来控制时间测量器件20的操作。

[0058] 图2示出时间测量器件20的构造示例。应注意，为了便于描述，图2还示出了控制器14。时间测量器件20具有像素阵列21、选择信号生成器22、波形整形部23和时间测量单元
24。

[0059] 像素阵列21具有以矩阵图案布置的多个像素30。在像素阵列21中，例如，M(例如，600)个像素30布置在图2的横向方向上，并且N(例如，150)个像素30布置在图2的纵向方向上。在该示例中，布置在横向方向上的像素30的数量M设置为大于布置在纵向方向上的像素
30的数量N。例如，布置在横向方向上的像素30的数量M优选为200以上。例如，布置在纵向方向上的像素30的数量N优选为100以上。

[0060] 图3示出了像素30的构造示例。图3示出了多个(M×N个)像素30之中的彼此相邻的四(＝2×2)个像素30。像素30具有受光元件31、电阻元件32、反相器33、与门电路34、触发器(F/F)35和异或门电路36。

[0061] 受光元件31用于检测光，并且包括例如单光子雪崩二极管(SPAD)。受光元件31的阴极耦接到电阻元件32的另一端和反相器33的输入端子，并且其阳极接地。优选地，例如，使单光子雪崩二极管以盖革模式(Geiger mode)操作。应注意，在该示例中使用单光子雪崩二极管；然而，光电探测器不限于此，并且作为替代，例如，可以使用雪崩光电二极管(APD)，或者可以使用高灵敏度光电二极管(PD)。

[0062] 偏置电压Vbias被提供给电阻元件32的一端，而电阻元件32的另一端耦接到受光元件31的阴极和反相器33的输入端子。

[0063] 反相器33的输入端子耦接到电阻元件32的另一端和受光元件31的阴极，并且其另一端耦接到与门电路34的第一输入端子。

[0064] 与门电路34获得被输入到第一输入端子的信号和被输入到第二输入端子的信号的逻辑积(AND)，并从输出端子输出所获得的结果。与门电路34的第一输入端子耦接到反相器33的输出端子；选择信号SEL被提供给第二输入端子；并且输出端子耦接到触发器(F/F)35的时钟输入端子。

[0065] 触发器(F/F)35是D型触发器，并且基于被输入到时钟输入端子的信号的上升沿对被输入到数据输入端子D的信号进行采样。触发器(F/F)35从输出端子Q输出采样结果，并且还从反相输出端子QB输出采样结果的反相信号。触发器(F/F)35的时钟输入端子耦接到与门电路34的输出端子；数据输入端子D耦接到反相输出端子QB；输出端子Q耦接到异或门电路36的第一输入端子；并且反相输出端子QB耦接到数据输入端子D。利用这种构造，触发器(F/F)35基于被输入到时钟输入端子的信号的上升沿执行触发式操作(toggle operation)。

[0066] 异或门电路36获得被输入到第一输入端子的信号和被输入到第二输入端子的信号的异或(ExOR)，并从输出端子输出所获得的结果。异或门电路36的第一输入端子耦接到触发器(F/F)35的输出端子Q；第二输入端子耦接到像素30的输入端子IN；并且输出端子耦接到像素30的输出端子OUT。

[0067] 如图2所示，从控制器14提供的校准信号CAL被输入到在横向方向上并排布置在单个行中的M个像素30之中的最左侧像素30的输入端子IN。此外，如图3所示，M个像素30之中的除最左侧像素30之外的像素30的输入端子IN耦接到与其左侧相邻的像素30的输出端子OUT。如图2所示，M个像素30之中的最右侧像素30的输出端子OUT耦接到波形整形部23。最右侧像素30输出信号S1。具体地，第一行中的M个像素30之中的最右侧像素30输出信号S1(1)，并且第二行中的M个像素30之中的最右侧像素30输出信号S1(2)。对于第3行到第N行也是如此。因此，在像素阵列21中，在图2中在横向方向上并排布置在单个行中的M个像素30以所谓的菊链(daisy chain)方式彼此耦接。

[0068] 此外，单个选择信号SEL被提供给在纵向上并排布置在单个列中的N个像素30，并且不同的选择信号SEL被提供给属于彼此不同的列的像素30。换句话说，相应的选择信号SEL被提供给在横向方向上并排布置在单个行中的M个像素30中的每一者。利用这种构造，在像素阵列21中，使用选择信号SEL以单个列的像素为单位来选择多个像素30。

[0069] 选择信号生成器22基于从控制器14提供的选择控制信号CTRL来产生多个选择信号SEL(在该示例中，M个选择信号SEL(1)至SEL(M))。选择信号生成器22分别向像素阵列21中的M列像素30提供M个选择信号SEL(1)至SEL(M)。由此允许选择信号生成器22以每个列为基础顺序地选择多个像素30。

[0070] 波形整形部23对从像素阵列21提供的多个信号S1(在本例中，N个信号S1(1)至S1(N))的波形进行整形，从而分别产生多个信号S2(在此示例中，N个信号S2(1)到S2(N))。波形整形部23具有多个波形整形电路(在该示例中，N个波形整形电路40(1)至40(N))。波形整形电路40(1)通过对信号S1(1)的波形进行整形来产生信号S2(1)，并且波形整形电路40(2)通过对信号S1(2)的波形进行整形来产生信号S2(2)。对于波形整形电路40(3)至40(N)也是如此。应注意，波形整形部23不是必要的组成部件，但是只要可以准确地发送光被检测的信息，可以允许任何构造。

[0071] 时间测量单元24基于多个信号S2(在该示例中，N个信号S2(1)至S2(N))来执行时间测量操作。时间测量单元24具有计数器28和多个锁存器29(在该示例中，N个锁存器29(1)到29(N))。计数器28通过执行对时钟信号CK的时钟脉冲进行计数的操作来递增计数值CNT。锁存器29(1)通过基于信号S2(1)锁存计数值CNT来产生信号S3(1)，并且锁存器29(2)通过基于信号S2(2)锁存计数值CNT来产生信号S3(2)。对于锁存器29(3)至29(N)也是如此。

[0072] 图4示出了波形整形部23和时间测量单元24的构造示例。

[0073] 波形整形部23的波形整形电路40具有触发器(F/F)42和43以及异或门电路44。

[0074] 触发器(F/F)42和43是D型触发器。时钟信号CK被提供给触发器(F/F)42的时钟输入端子；信号S1被提供给数据输入端子D；并且输出端子Q耦接到异或门电路44的第一输入端子和触发器(F/F)43的数据输入端子D。时钟信号CK被提供给触发器(F/F)43的时钟输入端子；数据输入端子D耦接到触发器(F/F)42的输出端子Q和异或门电路44的第一输入端子；并且输出端子Q耦接到异或门电路44的第二输入端子。

[0075] 异或门电路44的第一输入端子耦接到触发器(F/F)42的输出端子Q和触发器(F/F)43的数据输入端子D，并且第二输入端子耦接到触发器(F/F)43的输出端子Q。

[0076] 利用这样的构造，波形整形电路40检测信号S1的转变，以根据转变产生具有与时钟信号CK的周期相同的时间宽度的脉冲。

[0077] 在时间测量单元24中，时钟信号CK被提供给计数器28的时钟输入端子，并且计数开始信号ST被提供给复位端子RST。计数器28使用多个位(在该示例中，K个位)的信号从输出端子输出计数值CNT。

[0078] 锁存器29在取决于被输入到输入端子LD的信号的时刻处锁存被输入到数据输入端子D的N位信号(计数值CNT)。计数值CNT被提供给锁存器29的数据输入端子；信号S2提供给输入端子LD；并且计数开始信号ST被提供给复位端子RST。锁存器29使用多个位(在该示例中，K个位)的信号S3从输出端子输出所锁存的计数值(计数值CNT1)。

[0079] 时间测量器件20的这些元件和电路布置在例如两个半导体基板上。

[0080] 图5示出了时间测量器件20的构造示例。在该示例中，时间测量器件20包括两个层叠的半导体基板110和120。半导体基板110设置有像素阵列21中的受光元件31，并且布置有受光元件31的表面用作时间测量器件20的受光表面S。在半导体基板120上，在与半导体基板110上布置有受光元件31的区域相对应的区域121中布置有电阻元件32和像素阵列21中的电路。此外，在区域122中布置有选择信号生成器22、波形整形部23和时间测量单元24。半导体基板110和半导体基板120通过使用例如Cu-Cu接合彼此电耦接。

[0081] 这里，像素30对应于本公开中的“像素”的具体示例。被施加到异或门电路36的第一输入端子的输入信号对应于本公开中的“第一逻辑信号”的具体示例。异或门电路36对应于本公开中的“第一逻辑电路”的具体示例。与门电路34对应于本公开中的“第二逻辑电路”的具体示例。与门电路34的输出信号对应于本公开中的“第二逻辑信号”的具体示例。触发器(F/F)35对应于本公开中的“第三逻辑电路”的具体示例。选择信号生成器22对应于本公开中的“控制信号生成器”的具体示例。多个选择信号SEL对应于本公开中的“多个第一控制信号”的具体示例。校准信号CAL对应于本公开中的“第三逻辑信号”的具体示例。半导体基板110对应于本公开中的“第一半导体基板”的具体示例。半导体基板120对应于本公开中的“第二半导体基板”的具体示例。

[0082] [操作和原理]

[0083] 接下来，将说明本实施例的时间测量单元1的操作和原理。

[0084] [整体操作的概述]

[0085] 首先，参照图1和图2说明时间测量单元1的整体操作的概述。发光部11在取决于发光控制信号C1的时刻处执行发光操作。散射透镜12在预定角度范围内散射从发光部11发射的光。被所述扩散透镜12散射的光(输出L1)被从输出时间测量单元1输出。集光镜13将被测量物体9反射并进入时间测量单元1的光(反射光L2)朝向时间测量器件20的受光表面S反射。时间测量器件20检测被集光镜13反射的光，并测量当发光部11发射光时的时刻和当受光元件31检出光时的时刻之间的时间差。控制器14通过将发光控制信号C1提供给发光部11来控制发光部11的发光操作，并通过将校准信号CAL、选择控制信号CTRL、时钟信号CK和计数开始信号ST提供给时间测量器件20来控制时间测量器件20的操作。

[0086] [操作的细节]

[0087] 接下来，在关注属于像素阵列21的一个行的M个像素30之中的在横向方向上彼此相邻的两个像素30A和30B的情况下，详细说明时间测量单元1的操作。

[0088] 图6示出了时间测量单元1的时间测量操作的示例。(A)示出了从像素30A和30B中的相应受光元件31输出的信号S31A和S31B的波形；(B)示出了被分别提供给像素30A和30B的选择信号SEL(选择信号SELA和SELB)的波形；(C)示出了从像素30A和30B中的相应触发器(F/F)35输出的信号S35A和S35B的波形；(D)示出了被提供给与像素30A、30B相对应的波形整形电路40的信号S1的波形；(E)示出了从与像素30A和30B相对应的波形整形电路40输出的信号S2的波形；(F)示出了计数开始信号ST的波形；(G)示出了计数值CNT；并且(H)示出了由从与像素30A和30B相对应的锁存器29输出的信号S3表示的计数值CNT1。在该时间测量操作中，校准信号CAL的电压被固定到低电平或高电平。

[0089] 在开始时，在时刻t1处，当发光部11基于发光控制信号C1发射光时，控制部14使计数开始信号ST的电压从低电平变成高电平(图6的(F))。由此，在该时刻t1处，时间测量单元24的计数器28开始时钟脉冲的计数操作，并从该时刻t1开始依次递增计数值CNT(图6的(G))。同时，选择信号生成器22基于选择控制信号CTRL使被提供给像素30A的选择信号SELA的电压从低电平变成高电平(图6的(B))。由此实现了对属于与选择信号SELA相对应的单个列的包括像素30A在内的N个像素30A的选择。

[0090] 接下来，在该示例中，在时刻t2处，像素30A的受光元件31检出光，并且从受光元件31输出的信号S31A的电压瞬时下降(图6的(A))。由于选择信号SELA的电压保持在高电平(图6的(B))，所以像素30A的触发器(F/F)35执行触发式操作，并且从触发器(F/F)35输出的信号S35A的电压从低电平变成高电平(图6的(C))。由此，被提供给与像素30A和30B相对应的波形整形电路40的信号S1的电压从低电平变成高电平(图6的(D))。应注意，在该示例中，为了便于描述，假设从像素30A到波形整形电路40的信号的延迟时间为零。

[0091] 基于信号S1的这种转变，波形整形电路40在时刻t3处使信号S2的电压从低电平变成高电平，并且在时刻t4处使信号S2的电压从高电平变成低电平(图6的(E))。

[0092] 与像素30A和30B相对应的锁存器29基于信号S2锁存计数值CNT，并且输出所锁存的计数值(在该示例中，“2”)以作为时刻t4处的计数值CNT1(图6的(G)和(H))。

[0093] 此外，在该示例中，在时刻t5处，像素30A的受光元件31检出光，并且从受光元件31输出的信号S31A的电压瞬时下降(图6的(A))。由于选择信号SELA的电压保持在高电平(图6的(B))，所以像素30A的触发器(F/F)35执行触发式操作，并且从触发器(F/F)35输出的信号S35A的电压从高电平变成低电平(图6的(C))。由此，被提供给与像素30A和30B相对应的波形整形电路40的信号S1的电压从高电平变成低电平(图6的(D))。基于信号S1的这种转变，波形整形电路40在时刻t6处使信号S2的电压从低电平变成高电平，并且在时刻t7处使信号S2的电压从高电平变成低电平(图6的(E))。与像素30A和30B相对应的锁存器29基于信号S2锁存计数值CNT，并且输出所锁存的计数值(在该示例中，“7”)以作为时刻t7处的计数值CNT1(图6的(G)和(H))。

[0094] 应注意，在该示例中，在时刻t2和时刻t5之间的时刻处，像素30B的受光元件31检出光，并且从受光元件31输出的信号S31B的电压瞬时下降(图6的(A))。然而，在该示例中，由于选择信号SELB的电压处于低电平(图6的(B))，并且像素30B没有被选择，所以像素30B的触发器(F/F)35不执行触发式操作。因此，在该示例中，从触发器(F/F)35输出的信号S35B的电压保持在低电平(图6的(C))。

[0095] 接下来，在时刻t8处，选择信号生成器22基于选择控制信号CTRL使被提供给像素30A的选择信号SELA的电压从高电平变成低电平(图6的(B))。由此取消了对属于与选择信号SELA相对应的单个列的包括像素30A在内的N个像素30的选择。同时，控制器14使计数开始信号ST的电压从高电平变成低电平(图6的(F))。因此，在该时刻t8处，时间测量单元24的计数器28结束时钟脉冲的计数操作，并将计数值CNT重置为零(图6的(G))。此外，锁存器29将计数值CNT1重置为零(图6的(H))。

[0096] 以此方式，时间测量单元1获得两个计数值CNT1(在该示例中，“2”和“7”)，这两个计数值分别对应于当发光部11发射光时的时刻t1和当像素30A的受光元件31检出光时的时刻t2之间的时间差以及时刻t1和当像素30A的受光元件31检出光时的时刻t5之间的时间差。时间测量单元1输出这些计数值CNT1。

[0097] 接下来，在时刻t9处，当发光部11基于发光控制信号C1发射光时，控制部14使计数开始信号ST的电压从低电平变成高电平(图6的(F))。因此，在该时刻t9处，时间测量单元24的计数器28开始时钟脉冲的计数操作，并从该时刻t9开始依次递增计数值CNT(图6的(G))。同时，选择信号产生器22基于选择控制信号CTRL使被提供给像素30B的选择信号SELB的电压从低电平变成高电平(图6的(B))。这实现了对属于与选择信号SELB相对应的单个列的包括像素30B在内的N个像素30的选择。

[0098] 接下来，在该示例中，在时刻t10处，像素30B的受光元件31检测光，并且从受光元件31输出的信号S31B的电压瞬时下降(图6的(A))。由于选择信号SELB的电压处于高电平(图6的(B))，所以像素30B的触发器(F/F)35执行触发式操作，并且从触发器(F/F)35输出的信号S35B的电压从低电平变成高电平(图6的(C))。因此，被提供给与像素30A和30B相对应的波形整形电路40的信号S1的电压从低电平变成高电平(图6的(D))。

[0099] 基于信号S1的这种转变，波形整形电路40在时刻t11处使信号S2的电压从低电平变成高电平，并且在时刻t12处使电压信号S2的电压从高电平变成低电平(图6的(E))。

[0100] 与像素30A和30B相对应的锁存器29基于信号S2锁存计数值CNT，并输出所锁存的计数值(在该示例中，“4”)以作为时刻t12处的计数值CNT1(图6的(G)和(H))。

[0101] 应注意，在该示例中，从时刻t10开始，像素30A的受光元件31检出光，并且从受光元件31输出的信号S31A的电压瞬时下降(图6的(A))。然而，在该示例中，由于选择信号SELA的电压处于低电平(图6的(B))，并且像素30A没有被选择，所以像素30A的触发器(F/F)35不执行触发式操作。因此，在该示例中，从触发器(F/F)35输出的信号S35A的电压保持在低电平(图6的(C))。

[0102] 接下来，在时刻t13处，选择信号生成器22基于选择控制信号CTRL使被提供给像素30B的选择信号SELB的电压从低电平变成高电平(图6的(B))。由此取消了对属于与选择信号SELB相对应的单个列的包括像素30B在内的N个像素30的选择。同时，控制器14使计数开始信号ST的电压从高电平变成低电平(图6的(F))。因此，在该时刻t13处，时间测量单元24的计数器28结束时钟脉冲的计数操作，并将计数值CNT重置为零(图6的(G))。此外，锁存器
29将计数值CNT1重置为零(图6的(H))。

[0103] 以此方式，时间测量单元1获得与当发光部11发射光时的时刻t9和当像素30B的受光元件31检出光时的时刻t10之间的时间差相对应的计数值CNT1(在该示例中，“4”)，并且输出该计数值CNT1。

[0104] 以此方式，时间测量单元1设置有触发器(F/F)35和波形整形电路40，在每个像素30上，触发器(F/F)35在每当受光元件31检出光时执行触发式操作，并且波形整形电路40基于该触发式操作将信号S1的转变转换为脉冲。如下所述，这允许时间测量单元1降低功耗并实现稳定操作。

[0105] 图7示出了从像素30中的受光元件31输出的信号S31的波形。图8示出了时间测量单元1的操作示例。(A)示出了从像素30的与门电路34输出的信号S34的波形；(B)示出了从触发器(F/F)35输出的信号S35的波形；(C)示出了被输入到波形整形电路40的信号S1的波形。(D)示出了时钟信号CK的波形；(E)和(F)示出了分别从波形整形电路40的触发器(F/F)42和43输出的信号S42和S43的波形；并且(G)示出了从波形整形电路40输出的信号S2的波形。

[0106] 如图7所示，当光在时刻t19处进入受光元件31时，在受光元件31中产生电子-空穴对。随后，所产生的电子和空穴被电场加速，并且电子-空穴对通过碰撞电离接连形成。以受光元件31执行所谓的雪崩放大的方式，信号S31的电压从偏置电压Vbias一次性下降。随后，信号S31的电压逐渐上升以最终返回到偏置电压Vbias。

[0107] 响应于这种电压变化，如图8的(A)所示，像素30中的与门电路34产生具有在时刻21处开始的脉冲的信号S34(图8的(A))。触发器(F/F)35基于信号S34的上升沿执行触发式操作，以使信号S35的电压从低电平变成高电平(图8的(B))。由此导致被提供给波形整形电路40的信号S1的电压从低电平变成高电平(图8的(C))。

[0108] 波形整形电路40的触发器(F/F)42在时钟信号CK的上升时刻处采样信号S1，从而在时刻t22处使信号S42的电压从低电平变成高电平(图8的(E))。触发器(F/F)43在时钟信号CK的上升时刻处采样信号S42，从而在时刻t23处使信号S43的电压从低电平变成高电平(图8的(F))。基于信号S42和S43，异或门电路44在时刻t22处使信号S2的电压从低电平变成高电平，并且在时刻t23处使信号S2的电压从高电平变成低电平。

[0109] 在上文中，示例地说明了t21和t23之间的时刻处的操作；然而，对于t24和t26之间的时刻处的操作也是如此。

[0110] 以此方式，时间测量单元1设置有触发器(F/F)35，在每个像素30上，触发器(F/F)35在每当受光元件31检出光时执行触发式操作。例如，与没有设置触发器(F/F)35的情况相比，这能够减少从像素30到波形整形电路40的路径中的信号转变的次数，由此允许降低功耗。

[0111] 此外，在该操作中，由于从与门电路34输出的信号S34的脉冲的脉冲宽度PW由如上所述的受光元件31的操作确定，所以这种脉冲宽度PW由于例如制造偏差或环境偏差而容易变化。时间测量单元1设置有触发器(F/F)35，在每个像素30上，触发器(F/F)35执行触发式操作，并且因此，像素30没有输出窄宽度脉冲，从而允许减小电路操作可能变得不稳定的可能性。此外，时间测量单元1设置有波形整形电路40，波形整形电路40基于触发式操作将信号S1的转变转换成脉冲。由此，信号S1的脉冲的脉冲宽度变为与时钟信号CK的周期相对应的时间宽度，由此允许降低电路操作可能变得不稳定的可能性。

[0112] 在以上说明中，从每个像素30到波形整形电路40的信号的延迟时间被假定为零；然而，存在在实际中出现延迟时间的可能性。延迟时间可能由于制造偏差或环境偏差而变化。在这种情况下，存在由时间测量操作(图6)获得的测量结果的精度可能恶化的可能性。
因此，时间测量单元1可以通过执行校准操作来测量从像素阵列21中的最左侧像素30到波形整形电路40的信号的延迟时间td。在下文中，详细描述该操作。

[0113] 图9示出了时间测量单元1中的校准操作的示例。(A)示出了校准信号CAL的波形；(B)示出了选择信号SELA和SELB的相应波形；(C)示出了被提供给与像素30A、30B相对应的波形整形电路40的信号S1的波形；(D)示出了从与像素30A和30B相对应的波形整形电路40输出的信号S2的波形；(E)示出了计数开始信号ST的波形；(F)示出了计数值CNT；并且(G)示出了由从与像素30A和30B相对应的锁存器29输出的信号S3表示的计数值CNT1。如图9的(B)所示，在该校准操作中，M个选择信号SEL的电压分别被固定到低电平。

[0114] 在开始时，在时刻t31处，控制器14使计数开始信号ST的电压从低电平变成高电平(图9的(E))。由此，在该时刻t31处，时间测量单元24的计数器28开始时钟脉冲的计数操作，并从该时刻t31开始依次递增计数值CNT(图9的(F))。

[0115] 同时，控制器14使校准信号CAL的电压从低电平变成高电平(图9的(A))。这导致被提供给与像素30A和30B相对应的波形整形电路40的信号S1的电压在时刻t32处从低电平变成高电平(图9的(C))。换句话说，时刻t31和时刻t32之间的时间对应于从像素阵列21中的最左侧像素30到波形整形电路40的信号的延迟时间td。

[0116] 基于信号S1的这种转变，波形整形电路40在时刻t33处使信号S2的电压从低电平变成高电平，并且在时刻t34处信号S2的电压从高电平变成低电平(图9的(D))。锁存器29基于信号S2锁存计数值CNT，并输出所锁存的计数值(在该示例中，“2”)以作为时刻t34处的计数值CNT1(图9的(F)和(G))。

[0117] 随后，在时刻t35处，控制器14使计数开始信号ST的电压从高电平变成低电平(图9的(E))。由此，在该时刻t35处，时间测量单元24的计数器28结束时钟脉冲的计数操作，并将计数值CNT重置为零(图9的(F))。此外，锁存器29将计数值CNT1重置为零(图9的(G))。

[0118] 以此方式，时间测量单元1获得与从像素阵列21中的最左侧像素30到波形整形电路40的信号的延迟时间td相对应的计数值CNT1(在该示例中，“2”)，并输出计数值CNT1。对于t36和t40之间的时刻处操作也是如此。

[0119] 如上所述，在时间测量单元1中，校准信号CAL被提供给像素阵列21中的最左侧像素30的输入端子IN。这允许时间测量单元1测量从像素阵列21中的最左侧像素30到波形整形电路40的信号的延迟时间td。由此，例如，时间测量单元1的后级处的处理电路(例如，应用处理器或任何其他设备)基于该测量结果来确定从每个像素30到波形整形电路40的信号的延迟时间，并利用所确定的延迟时间来校正由时间测量操作(图6)获得的测量结果，从而允许提高测量精度。应注意，在该示例中，后级处的处理电路校正由时间测量操作获得的测量结果；然而，方法不限于此，并且时间测量单元24可以校正由时间测量操作获得的测量结果。

[0120] 此外，在时间测量单元1中，使用所谓的菊链连接将多个像素30(在该示例中，M个像素30)彼此耦接，从而可以促进布局。换句话说，例如，在通过从M个像素30中的每一者中省略异或门电路36并且通过例如具有M个输入端子的与门电路将M个触发器(F/F)35的输出信号提供给波形整形电路40进行构造的情况下，这使得布线变得复杂并且提高了难以布置电路布局的可能性。特别地，例如，如果像素的数量增加到大于200，则布局的困难可能变得突出。相反，在时间测量单元1中，多个像素30(在该示例中，M个像素30)使用所谓的菊链连接彼此耦接，这使得可以简化布线，从而允许布局容易实现。

[0121] 此外，如图5所示，在时间测量单元1中，使用两个层叠的半导体基板110和120来构造时间测量器件20。具体地，像素阵列21中的受光元件31布置在半导体基板110上，并且像素阵列21中的除受光元件31之外的元件和电路布置在半导体基板120上。在这种情况下，例如，反相器33、与门电路34、触发器(F/F)35和异或门电路36布置在半导体基板120上，这可以降低噪声从这些电路传播到受光元件31的可能性。类似地，例如，用于传输选择信号SEL的信号线或用于通过M个异或门电路36传输信号的信号线也布置在半导体基板120上，这可以降低噪声从这些电路传播到受光元件31的可能性。此外，例如，受光元件31主要布置在半导体基板110上，这允许增加受光元件31的元件尺寸。此外，例如，半导体基板110可使用针对制造受光元件31而被优化的工艺来制造，并且半导体基板120可以使用针对制造电路而被优化的工艺来制造，从而可以改善时间测量器件20的特性。

[0122] [效果]

[0123] 如上所述，在本实施例中，使用所谓的菊链连接将多个像素彼此耦接，从而可以促进布局。

[0124] 在本实施例中，在每当受光元件检出光时执行触发式操作的触发器设置在每个像素中，并且还设置了用于基于该触发式操作将信号的转变转换成脉冲的波形整形电路，由此可以降低功耗，并实现稳定的操作。

[0125] 在本实施例中，校准信号被提供给像素阵列中的最左侧像素的输入端子，由此可以测量从像素阵列中的最左侧像素到波形整形电路的信号的延迟时间，从而可以提高测量精度。

[0126] 在本实施例中，使用两个层叠的半导体基板来构造时间测量器件，从而可以降低噪声传播到受光元件的可能性，并且增加受光元件的元件尺寸。此外，可以使用相应的优化工艺来制造两个半导体基板，从而允许改善特性。

[0127] [变形例1-1]

[0128] 在上述实施例中，时间测量器件20使用图3所示的波形整形部23和时间测量单元24来构造；然而，构造不限于此。在下文中，详细说明根据本变形例的时间测量单元1C。时间测量单元1C包括时间测量器件20C。时间测量器件20C具有波形整形部23C和时间测量单元
24C。

[0129] 图10示出了波形整形部23C和时间测量单元24C的构造示例。波形整形部23C具有多个波形整形电路40C(在该示例中，N个波形整形电路40C(1)至40C(N))。波形整形电路40C具有触发器(F/F)41至43以及异或门电路44。换句话说，在波形整形电路40C中，触发器(F/F)41被添加到根据上述实施例的波形整形电路40(图4)。时钟信号CK被提供给触发器(F/F)41的时钟输入端子；信号S1被提供给数据输入端子D；并且输出端子Q耦接到触发器(F/F)42的数据输入端子D。

[0130] 时间测量单元24C具有计数器28和多个锁存器29C(在该示例中，N个锁存器29C(1)至29C(N))。锁存器29C基于时钟信号CK进行操作，以在取决于被输入到输入端子LD的信号的时刻处锁存被输入到数据输入端子D的N位信号(计数值CNT)。计数值CNT被提供给锁存器29C的数据输入端子；时钟信号CK被提供给时钟输入端子；信号S2被提供给输入端子LD；并且计数开始信号ST被提供给复位端子RST。

[0131] [变形例1-2]

[0132] 在上述实施例中，如图3所示，受光元件31的阳极接地；然而，这不是限制性的。作为替代方案，例如，如在图11所示的像素30D中可见，电阻元件可以接地。像素30D具有受光元件31D、电阻元件32D和缓存器37D。受光元件31D的阳极耦接到电阻元件32D的一端和缓存器37D的输入端子，并且偏置电压Vbias被提供给阴极。电阻元件32D的该端耦接到受光元件31D的阳极和缓存器37D的输入端子，并且阴极接地。缓存器37D的输入端子耦接到受光元件
31D的阳极和电阻元件32D的该端，并且输出端子耦接到与门电路34的第一输入端子。

[0133] [变形例1-3]

[0134] 上述实施例中，采用了允许测量从像素阵列21中的最左侧像素30到波形整形电路40的信号的延迟时间td的构造。除此之外，例如，可以采用允许测量从各个像素到波形整形电路40的信号的延迟时间的构造。在下文中，详细说明根据本变形例的时间测量单元1E。时间测量单元1E具有时间测量器件20E和控制器14E。

[0135] 图12示出了时间测量器件20E的构造示例。时间测量器件20E具有像素阵列21E。像素阵列21E具有以矩阵图案布置的多个像素30E。

[0136] 图13示出了像素30E的构造示例。像素30E具有或门电路38E。或门电路38E获得被输入到第一输入端子的信号和被输入到第二输入端子的信号的逻辑和(OR)，并从输出端子输出所获得的结果。测试模式信号TE被输入到或门电路38E的第一输入端子；第二输入端子耦接到反相器33的输出端子；并且输出端子耦接到与门电路34的第一输入端子。单个测试模式信号TE被提供给像素阵列21E中的所有像素30E。这里，测试模式信号TE对应于本公开中的“第二逻辑信号”的具体示例。或门电路38E和与门电路34中的每一者对应于本公开中的“第四逻辑电路”的具体示例。

[0137] 如图12所示，控制器14E还具有生成测试模式信号TE的功能。

[0138] 接下来，在关注属于像素阵列21E中的一行的M个像素30E之中的在横向方向上彼此相邻的两个像素30A和30B的情况下，详细说明时间测量单元1E的操作。

[0139] 图14示出了时间测量单元1E的测试操作的示例。(A)示出了测试模式信号TE的波形；(B)示出了选择信号SELA和SELB的波形；(C)示出了从像素30A和30B中的相应触发器(F/F)35输出的信号S35A和S35B的波形；(D)示出了被提供给与像素30A和30B相对应的波形整形电路40的信号S1的波形；(E)示出了从与像素30A和30B相对应的波形整形电路40输出的信号S2的波形；(F)示出了计数开始信号ST的波形；(G)示出了表示计数值CNT；并且(H)示出了由从与像素30A和30B相对应的锁存器29输出的信号S3表示的计数值CNT1。如图14的(A)所示，在此测试操作中，测试模式信号TE的电压被固定到高电平。应注意，在时间测量操作和校准操作中，测试模式信号TE的电压被固定到低电平。

[0140] 在开始时，在时刻t41处，控制器14E使计数开始信号ST的电压从低电平变成高电平(图14的(F))。由此，在该时刻t41处，时间测量单元24的计数器28开始时钟脉冲的计数操作，并从该时刻t41开始依次递增计数值CNT(图14的(G))。

[0141] 接下来，在该示例中，在时刻t42处，当计数值CNT变为“3”时，选择信号生成器22基于选择控制信号CTRL使被提供给像素30A的选择信号SELA的电压从低电平变成高电平，并且在随后的时刻处使选择信号SELA的电压从高电平变成低电平(图14的(B))。由此导致像素30A的触发器(F/F)的35执行触发式操作，并且从触发器(F/F)35输出的信号S35的电压从低电平变成高电平(图14的(C))。由此，被提供给与像素30A和30B相对应的波形整形电路40的信号S1的电压在时刻t43处从低电平变成高水平(图14的(D))。换句话说，时刻t42和时刻t43之间的时间对应于从像素30A到波形整形电路40的信号的延迟时间tdA。

[0142] 基于信号S1的这种转变，波形整形电路40使在时刻t44处使信号S2的电压从低电平变成高电平，并且在时刻t45处使信号S2的电压从高电平变成低电平(图14的(E))。

[0143] 与像素30A和30B相对应的锁存器29基于信号S2锁存计数值CNT，并且输出所锁存的计数值(在该示例中，“4”)以作为时刻t45处的计数值CNT1(图14的(G)和(H))。

[0144] 随后，在时刻t46处，控制器14E使计数开始信号ST的电压从高电平变成低电平(图14的(F))。由此，在该时刻t46处，时间测量单元24的计数器28结束时钟脉冲的计数操作，并将计数值CNT重置为零(图14的(G))。此外，锁存器29将计数值CNT1重置为零(图14的(H))。

[0145] 以此方式，时间测量单元1E输出计数值CNT1(在该示例中，“4”)。应注意，在该示例中，在当计数值CNT变成“3”时的时刻t42处使选择信号SELA的电压从低电平变成高电平，并且因此与从像素30A到波形整形电路40的信号的延迟时间相对应的计数值为通过从计数值CNT1(在该示例中，“4”)中减去该计数值“3”获得的“1”。

[0146] 接下来，在时刻t47处，控制器14E使计数开始信号ST的电压从低电平变成高电平(图14的(F))。因此，在该时刻t47处，时间测量单元24的计数器28开始时钟脉冲的计数操作，并从该时刻t47开始依次递增计数值CNT(图14的(G))。

[0147] 接下来，在本例中，在当计数值CNT变成“4”时的时刻t48处，选择信号生成器22基于选择控制信号CTRL使被提供给像素30B的选择信号SELB的电压从低电平变成高电平，并且在随后的时刻处使选择信号SELB的电压从高电平变成低电平(图14的(B))。这导致像素30B的触发器(F/F)35执行触发式操作，并且从触发器(F/F)35输出的信号S35B的电压从低电平变成高电平(图14的(C))。因此，被提供给与像素30A和30B相对应的波形整形电路40的信号S1的电压在时刻t49处从高电平变成低电平(图14的(D))。换句话说，时刻t48和时刻t49之间的时间对应于从像素30B到波形整形电路40的信号的延迟时间tdB.

[0148] 基于信号S1的这种转变，波形整形电路40在时刻t50处使信号S2的电压从低电平变成高电平，并且在时刻t51处使信号S2的电压从高电平变成低电平(图14的(E))。

[0149] 与像素30A和30B相对应的锁存器29基于信号S2锁存计数值CNT，并且输出所锁存的计数值(在该示例中，“5”)以作为时刻t51处的计数值CNT1(图14的(G)和(H))。

[0150] 随后，在时刻t52处，控制器14E使计数开始信号ST的电压从高电平变成低电平(图14的(F))。因此，在该时刻t52处，时间测量单元24的计数器28结束时钟脉冲的计数操作，并将计数值CNT重置为零(图14的(G))。此外，锁存器29将计数值CNT1重置为零(图14的(H))。

[0151] 以此方式，时间测量单元1E输出计数值CNT1(在该示例中，“5”)。应注意，在本示例中，在当计数值CNT变成“4”时的时刻t48处使选择信号SELB的电压从低电平变成高电平，并且因此与从像素30B到波形整形电路40的信号的延迟时间tdB相对应的计数值是通过从计数值CNT1(在该示例中，“5”)中减去该计数值“4”获得的“1”。

[0152] 如上所述，在时间测量单元1E中，或门电路38E设置在每个像素30E中，并且触发器(F/F)35在测试操作时基于选择信号SEL执行触发式操作。这允许时间测量单元1E测量从各个像素30E到波形整形电路40的信号的延迟时间。因此，例如，在时间测量单元1E的后级处的处理电路(例如，应用处理器或任何其它装置)利用所测量的延迟时间来校正由时间测量操作获得的测量结果(图6)，从而允许提高测量精度。应注意，在该示例中，后级处的处理电路校正由时间测量操作获得的测量结果；然而，这并不是限制性的，并且时间测量单元24可以校正由时间测量操作获得的测量结果。

[0153] 在时间测量单元1E中，从控制器14提供的校准信号CAL被输入到像素阵列21E中的多个像素30E之中的最左侧像素30的输入端子IN；然而，构造不限于此。作为替代方案，例如，类似于如图15所示的时间测量单元1F的时间测量器件20F，可以将预定电平(在该示例中，低电平)的电压输入到多个像素30E之中的最左侧像素30的输入端子IN。时间测量单元1F具有控制器14F。控制器14F省略了控制器14E中的用于产生校准信号CAL的功能。同样在这种情况下，可以测量从各个像素30E到波形整形电路40的信号的延迟时间，从而允许提高测量精度。

[0154] [变形例1-4]

[0155] 在上述实施例中，从控制器14提供的校准信号CAL被输入到像素阵列21中的多个像素30之中的最左侧像素30的输入端子IN；然而，构造不限于此。作为替代方案，例如，类似于如图16所示的时间测量单元1G的时间测量器件20G，可以将预定电平(在该示例中，低电平)的电压输入到多个像素30之中的最左侧像素30的输入端子IN。例如，时间测量单元1G能够用于其中像素阵列21中的信号延迟时间对测量精度没有显著影响的应用。此外，例如，时间测量单元1G的后级处的处理电路(例如，应用处理器或任何其它装置)可以利用在设计时估计的延迟时间、在装运之前的诊断期间实际测量的延迟时间或任何其它延迟时间来校正由时间测量操作获得的测量结果(图6)。

[0156] [其他变形例]

[0157] 此外，可以组合这些变形例中的两个或更多个变形例。

[0158] [2.第二实施例]

[0159] 接下来，将说明根据第二实施例的时间测量单元2。本实施例使用不包括触发器(F/F)35的像素来构造时间测量器件。应注意，与根据上述第一实施例的组成部件大体上相同的任何组成部件使用相同的附图标记来表示，并且适当地省略相关说明。

[0160] 如图17所示，时间测量单元2具有时间测量器件50。

[0161] 图17示出了时间测量器件50的构造示例。时间测量器件50具有像素阵列51、选择信号生成器22和时间测量单元24。像素阵列51具有以矩阵图案布置的多个像素60。

[0162] 图18示出了像素60的构造示例。像素60具有受光元件31、电阻元件32、反相器33、与门电路34及或门电路66。或门电路66获取被输入到第一输入端子的信号和被输入到第二输入端子的信号的逻辑和(OR)，并从输出端子输出所获得的结果。或门电路66的第一输入端子耦接到与门电路34的输出端子；第二输入端子耦接到像素60的输入端子IN；并且输出端子耦接到像素60的输出端子OUT。换句话说，像素60省略了触发器(F/F)35，并且根据上述第一实施例的像素30中的异或门电路36(图3)被替换为或门电路66。

[0163] 如图17所示，从控制器14提供的校准信号CAL被输入到在横向方向上并排布置在单个行中的M个像素60之中的最左侧像素60的输入端子IN。此外，如图18所示，M个像素60之中的除了最左侧像素60之外的像素60的输入端子IN耦接到与其左侧相邻的像素60的输出端子OUT。如图17所示，M个像素60之中的最右侧像素60的输出端子OUT耦接到时间测量单元24。最右侧像素60输出信号S2。具体地，第一行中的M个像素60之中的最右侧像素60输出信号S2(1)，并且第二行中的M个像素60之中的最右侧像素60输出信号S2(2)。对于第3行到第N行也是如此。

[0164] 这里，像素60对应于本公开中的“像素”的具体示例。被施加到或门电路66的第一输入端子的输入信号对应于本公开中的“第一逻辑信号”的具体示例。或门电路66对应于本公开中的“第一逻辑电路”的具体示例。

[0165] 接下来，在关注属于像素阵列51中的一个行的M个像素60之中的在横向方向上彼此相邻的两个像素60A和60B的情况下，说明时间测量单元2的操作。

[0166] 图19示出了时间测量单元2中的时间测量操作的示例。(A)示出了从像素60A和60B中的各个受光元件31输出的信号S31A和S31B的波形；(B)示出了被分别提供给像素60A和60B的选择信号SEL(选择信号SELA和SELB)的波形；(C)示出了从像素60A和60B中的各个与门电路34输出的信号S34A和S34B的波形；(D)示出了被提供给与像素60A和60B相对应的锁存器29的信号S2的波形；(E)示出了计数开始信号ST的波形；(F)示出了计数值CNT；并且(G)示出了由从与像素60A和60B相对应的锁存器29输出的信号S3表示的计数值CNT1。

[0167] 在开始时，在时刻t61处，当发光部11基于发光控制信号C1发射光时，控制器14使计数开始信号ST的电压从低电平变成高电平(图19的(E))。因此，在该时刻t61处，时间测量单元24的计数器28开始时钟脉冲的计数操作，并从该时刻t61开始依次递增计数值CNT(图19的(F))。同时，选择信号发生器22基于选择控制信号CTRL使被提供给像素60A的电压从低电平变成高电平(图19的(B))。由此实现了对属于与选择信号SELA相对应的单个列的包括像素60A在内的像素60的选择。

[0168] 接下来，在该示例中，在时刻t62处，像素60A的受光元件31检出光，并且从受光元件31输出的信号S31A的电压瞬时下降(图19的(A))。由于选择信号SELA的电压处于高电平(图19的(B))，所以从与门电路生成的信号S34A的电压在时刻t62处从低电平变成高电平，并且在随后的时刻处从高电平变成低电平(图19的(C))。因此，被提供给与像素60A和60B相对应的锁存器29的信号S2的电压在时刻S63处从低电平变成高电平，并且在随后的时刻处从高电平变成低电平(图19的(D))。

[0169] 与像素60A和60B相对应的锁存器29基于信号S2锁存计数值CNT，并且输出所锁存的计数值(在该示例中，“2”)以作为时刻t64处的计数值CNT1(图19的(F)和(G))。

[0170] 此外，在该示例中，在时刻t65处，像素60A的受光元件31检出光，并且从受光元件31A输出的信号S31A的电压瞬时下降(图19的(A))。由于选择信号SELA的电压处于高电平(图19的(B))，所以从与门电路34输出的信号S34B的电压在时刻t65处从低电平变成高电平，并且在随后的时刻处从高电平变成低电平(图19的(C))。因此，被提供给与像素60A和
60B相对应的锁存器29的信号S2的电压在时刻t66处从低电平变成高电平，并且在随后的时刻处从高电平变成低电平(图19的(D))。与像素60A和60B相对应的锁存器29基于信号S2锁存计数值CNT，并输出所锁存的计数值(在该示例中，“7”)以作为时刻t67处的计数值CNT1(图19的(F)和(G))。

[0171] 应注意，在该示例中，在时刻t62和65之间的时刻处，像素60B的受光元件31检出光，并且从受光元件31输出的信号S31B的电压瞬时下降(图19的(A))。然而，在该示例中，由于选择信号SELB的电压处于低电平(图19的(B))，并且像素60B没有被选择，所以从像素60B的与门电路34输出的信号S34B的电压在该示例中保持低电平(图19的(C))。

[0172] 随后，在时刻t68处，选择信号生成器22基于选择控制信号CTRL使被提供给像素60A的选择信号SELA的电压从高电平变成低电平(图19的(B))。由此取消了对属于与选择信号SELA相对应的单个列的包括像素60A在内的N个像素60的选择。同时，控制器14使计数开始信号ST的电压从高电平变成低电平(图19的(E))。因此，在时刻t68处，时间测量部24的计数器28结束时钟脉冲的计数操作，并将计数值CNT重置为零(图19的(F))。此外，锁存器29将计数值CNT1重置为零(图19的(G))。

[0173] 以此方式，时间测量单元2获得两个计数值CNT1(在该示例中，“2”和“7”)，这两个计数值CNT1对应于在当发光部11发射光时的时刻t61和当像素60A的受光元件31检出光时的时刻t62之间以及时刻t61和当像素60A的受光元件31检出光时的时刻t65之间的时间差。时间测量单元2输出这些计数值CNT1。

[0174] 接下来，在时刻t69处，在发光部11基于发光控制信号C1发射光时，控制器14使计数开始信号ST的电压从低电平变成高电平(图19的(E))。因此，在该时刻t69处，时间测量单元24的计数器28开始时钟脉冲的计数操作，并从该时刻t69开始依次递增计数值CNT(图19的(F))。同时，选择信号产生器22基于选择控制信号CTRL使被提供给像素60B的选择信号SELB的电压从低电平变成高电平(图19的(B))。由此实现对属于与选择信号SELB相对应的单个列的包括像素60B在内的N个像素60的选择。

[0175] 接下来，在该示例中，在时刻t70处，像素60B的受光元件31检出光，并且从受光元件31输出的信号S31B的电压瞬时下降(图19的(A))。由于选择信号SELB的电压处于高电平(图19的(B))，所以从与门电路34输出的信号S34B的电压在该时刻t70处从低电平变成高电平，并且在随后的时刻处从高电平变成低电平(图19的(C))。因此，被提供给与像素60A和60B相对应的锁存器29的信号S2的电压在时刻t71处从低电平变成高电平，并且在随后的时刻处从高电平变成低电平(图19的(D))。

[0176] 与像素60A和60B相对应的锁存器29基于信号S2锁存计数值CNT，并且输出所锁存的计数值(在该示例中，“4”)以作为时刻t72处的计数值CNT1(图19的(F)和(G))。

[0177] 应注意，在该示例中，从时刻t70开始，像素60A的受光元件31检出光，并且从受光元件31输出的信号S31A的电压瞬时下降(图19的(A))。然而，在该示例中，由于选择信号SELA的电压处于低电平(图19的(B))，并且像素60A没有被选择，所以从像素60A的与门电路34输出的信号S34A的电压在该示例中保持低电平(图19的(C))。

[0178] 随后，在时刻t73处，选择信号生成器22基于选择控制信号CTRL使被提供给像素60B的选择信号SELB的电压从高电平变成低电平(图19的(B))。由此取消了对属于与选择信号SELB相对应的单个列的包括像素60B的像素60的选择。同时，控制器14使计数开始信号ST的电压从高电平变成低电平(图19的(E))。因此，在该时刻t73处，时间测量单元24的计数器
28结束时钟脉冲的计数操作，并将计数值CNT重置为零(图19的(F))。此外，锁存器29将计数值CNT1重置为零(图19的(G))。

[0179] 以此方式，时间测量单元2获得计数值CNT1(在该示例中，“4”)，并输出该计数值CNT1，该计数值CNT1对应于在当发光部11发射光时的时刻t69和当像素60B的受光元件31检出光时的时刻t70之间的时间差。

[0180] 这种构造还可以实现与在上述第一实施例的情况下获得的效果类似的效果。

[0181] 换句话说，在本实施例中，使用所谓的菊链连接将多个像素彼此耦接，从而可以促进布局。

[0182] 在本实施例中，校准信号被提供给像素阵列中的最左侧像素的输入端子，从而可以测量从像素阵列中的最左侧像素到波形整形电路的信号的延迟时间，由此可以提高测量精度。

[0183] 在本实施例中，使用两个层叠的半导体基板来构造时间测量器件，从而可以降低噪声传播到受光元件的可能性，并且增加受光元件的元件尺寸。此外，可以使用相应的优化工艺来制造两个半导体基板，从而允许改善特性。

[0184] [变形例2]

[0185] 上述第一实施例的每个变形例可以应用于根据上述实施例的时间测量单元2。图20示出了将根据上述第一实施例的变形例1-3应用于时间测量单元2的示例。如同根据上述第一实施例的像素30E(图13)，图20所示的或门电路38E具有或门电路38E。测试模式信号TE被输入到或门电路38E的第一输入端子；第二输入端子耦接到反相器33的输出端子；并且输出端子耦接到与门电路34的第一输入端子。

[0186] [3.应用示例]

[0187] 接下来，将说明根据上述实施例的任意时间测量器件的应用示例。

[0188] 图21示出了根据应用示例1的距离测量器件70的构造示例。距离测量器件70包括SPAD阵列71、SPAD控制器72、控制器73、锁相环(PLL：Phase Locked Loop)74、时钟生成器7、参考电流源76、温度计77、发光时序控制器78、测距处理部80和发射器79。

[0189] SPAD阵列71包括布置成矩阵图案的单光子雪崩二极管(SPAD)。SPAD控制器72基于来自控制器73的指令控制SPAD阵列71的操作。控制器73控制距离测量器件70的操作。此外，2
控制器73还具有用于通过COM端子例如使用IC与外部设备进行通信的功能。PLL 74基于通过CKIN端子提供的输入时钟进行操作。时钟生成器75产生一个或多个在距离测量器件70中使用的时钟信号。参考电流源76产生一个或多个在距离测量器件70中使用的参考电流。温度计77检测距离测定装置70中的温度。发光时序控制器78基于通过TRGIN端子提供的发光触发信号控制发光时序。发光时序控制器78产生发光触发信号以将最终的发光触发信号提供给测距处理部80，并且还通过TRGOUT端子输出这种发光触发信号。测距处理部80基于SPAD阵列71的检测结果生成深度图像。测距处理部80具有TDC(时间到数字转换器)81、直方图生成器82以及处理部83。TDC 81基于SPAD阵列71的检测结果将发光时序转换成数字值。
直方图生成器82基于从TDC 81获得的数字值生成直方图。处理部83基于由直方图生成器82生成的直方图执行各种处理。例如，处理部83执行FIR(有限脉冲响应)滤波、回波确定、深度值(距离值)计算处理、峰值检测处理等。发射器79通过DOUT端子例如使用串行数据输出由测距处理部80生成的深度图像。作为发送器79的接口，例如，可以使用MIPI(移动行业处理器接口)。

[0190] 距离测量器件70使用例如两个层叠的半导体基板88和89来构造。SPAD阵列71布置在半导体基板88上。此外，在半导体基板89上布置有距离测量器件70中的除SPAD阵列71之外的其它电路。具体地，在半导体基板89上布置有SPAD控制器72、控制器73、PLL 74、时钟生成器75、参考电流源76、温度计77、发光时序控制器78、测距处理部80和发射器79。

[0191] [4.移动物体的应用示例]

[0192] 根据本公开的实施例的技术(本技术)适用于各种产品。例如，根据本公开的实施例的技术可以实施为安装在任何类型的移动体上的设备的形式。移动体的示例包括汽车、电动车辆、混合动力电动车辆、摩托车、自行车、个人移动装置、飞机、无人驾驶飞机、船只和机器人。

[0193] 图22是描绘作为可应用根据本公开的实施例的技术的移动体控制系统的示例的车辆控制系统的示意性构造的示例的框图。

[0194] 车辆控制系统12000包括通过通信网络12001相互连接的多个电子控制单元。在图22所描绘的示例中，车辆控制系统12000包括驱动系统控制单元12010、车身系统控制单元
12020、车外信息检测单元12030、车内信息检测单元12040和集成控制单元12050。微型计算机12051、声音/图像输出部12052和车载网络接口(I/F)12053被示出为集成控制单元12050的功能构造。

[0195] 驱动系统控制单元12010根据各种程序来控制与车辆的驱动系统相关的装置的操作。例如，驱动系统控制单元12010用作如下装置的控制装置：诸如内燃机、驱动电动机等用于产生车辆驱动力的驱动力产生装置的控制装置、用于将驱动力传递到车轮的驱动力传递机构、用于调节车辆的转向角的转向机构、用于产生车辆的制动力的制动装置等。

[0196] 车身系统控制单元12020根据各种程序来控制安装在车身上的各种装置的操作。例如，车身系统控制单元12020用作如下装置的控制装置：无钥匙进入系统、智能钥匙系统、电动车窗装置、诸如前照灯、倒车灯、刹车灯、转向灯或雾灯等各种灯、等等。在这种情况下，从取代钥匙的移动设备发送的无线电波或者各种开关的信号可以被输入到车身系统控制单元12020。车身系统控制单元12020接收这些无线电波或信号的输入，并控制车辆的门锁装置、电动车窗装置、车灯等。

[0197] 车辆外部信息检测单元12030检测包括车辆控制系统12000的车辆的外部的信息。例如，车辆外部信息检测单元12030连接到摄像部12031。车辆外部信息检测单元12030使摄像部12031对车辆外部的图像进行摄像，并接收所拍摄的图像。基于所接收的图像，车辆外部信息检测单元12030可以执行诸如人、车辆、障碍物、标志、路面上的字符等物体的目标检测处理或者距离检测处理。

[0198] 摄像部12031是光学传感器，其接收光并输出对应于接收光量的电信号。摄像部12031可以输出作为图像或测量距离信息的电信号。另外，由摄像部12031接收的光可以是可见光或者诸如红外光等不可见光。

[0199] 车内信息检测单元12040检测关于车辆内部的信息。例如，车内信息检测单元12040连接到用于检测驾驶员状态的驾驶员状态检测单元12041。例如，驾驶员状态检测单元12041可包括对驾驶员进行摄像的相机。车内信息检测单元12040可以基于从驾驶员状态检测单元12041输入的检测信息来计算驾驶员的疲劳程度或驾驶员的集中程度，或者可以确定驾驶员是否在座位上打瞌睡。

[0200] 微型计算机12051可以基于由车辆外部信息检测单元12030或车辆内部信息检测单元12040获取的车辆内部/外部信息来计算驱动力产生装置、转向机构或制动装置的控制目标值，并向系统控制单元12010输出控制指令。例如，微型计算机12051可以执行旨在实现高级驾驶员辅助系统(ADAS)的功能的协同控制，这些功能包括车辆的碰撞避免或减震、基于车间距离的跟随行驶、车速保持行驶、车辆碰撞警告、车辆偏离车道警告等。

[0201] 另外，微型计算机12051可以执行旨在自动驾驶的协同控制，该自动驾驶用于通过在不取决于驾驶员的操作的情况下基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的关于车辆周围的信息控制驱动驱动力产生装置、转向机构、制动装置等进行的自动行驶。

[0202] 另外，微型计算机12051可以基于由车外信息检测单元12030获得的关于车辆外部的信息向车身系统控制单元12020输出控制命令。例如，微型计算机12051可以执行协同控制，以旨在通过根据由车辆外部信息检测单元12030等检测的前方车辆或迎面车辆的位置控制前照灯从远光灯变为近光灯来防止眩光。

[0203] 声音/图像输出部12052将声音和图像中的至少一者的输出信号发送到输出装置，该输出装置能够在视觉上或声学上向车辆的乘客或车辆外部通知信息。在图22的示例中，音频扬声器12061、显示部12062和仪表板12063被示出为输出装置。显示部12062例如可以包括车载显示器和平视显示器中的至少一者。

[0204] 图23是描绘摄像部12031的安装位置的示例的图。

[0205] 在图23中，车辆12100包括摄像部12101、12102、12103、12104和12105以作为摄像部12031。

[0206] 例如，摄像部12101、12102、12103、12104和12105安装在诸如车辆12100的前鼻部、后视镜、后保险杠和后门以及驾驶室内部的前档玻璃的上部等位置处。设置在前鼻处的摄像部12101和设置在驾驶室内部的前档玻璃的上部处的摄像部12105主要获取车辆12100的前方的图像。设置在后视镜处的摄像部12102和12103主要获取车辆两侧的图像。设置在后保险杠或后门处的摄像部12104主要获取车辆12100的后方的图像。由摄像部12101和12105获取的前方的图像主要用于检测前方车辆、行人、障碍物、交通信号灯、交通标志、车道等。

[0207] 注意，图23描绘了摄像部12101至12104的摄像范围的示例。摄像范围12111示出设置在前鼻处的摄像部12101的摄像范围，摄像范围12112和12113分别示出设置在后视镜处的摄像部12102和12103的摄像范围，并且摄像范围12114示出设置在后保险杠或后门处的摄像部12104的摄像范围。例如，通过叠加由摄像部12101至12104获得的图像数据，获得了车辆12100的从上侧观察的鸟瞰图像。

[0208] 摄像部12101至12104中的至少一者可以具有获得距离信息的功能。例如，摄像部12101至12104中的至少一者可以是由多个摄像装置形成的三维相机或者可以是包括用于检测相位差的像素的摄像装置。

[0209] 例如，微型计算机12051可以基于从摄像部12101至12104获得的距离信息来获取距摄像范围12111至12114内的每个三维物体的距离以及距离的时间变化(相对于车辆12100的相对速度)，从而可以提取在车辆12100的行驶路径上沿着与车辆12100基本上相同的方向以预定速度(例如，0km/h以上)行进的作为最近的三维物体的三维物体，以作为前方车辆。此外，微型计算机12051可以预先设置在前车前方保持的车间距离，并且执行自动制动控制(包括跟随停止控制)、自动加速控制(包括跟随启动控制)等。以此方式，可以执行旨在用于使车辆自主行驶而不依赖于驾驶员的操作等的自动驾驶的协同控制。

[0210] 例如，微型计算机12051可以将与三维物体有关的三维物体数据分类为两轮车辆、普通车辆、大型车辆、行人、电线杆和其他三维物体，并基于由摄像部12101至12104获取的距离信息提取三维物体，并且使用所提取的三维物体来自动避免障碍物体。例如，微型计算机12051将车辆12100周围的障碍物分类为可以由车辆12100的驾驶员视觉识别的障碍物和难以由驾驶员在视觉上识别的障碍物。然后，微型计算机12051确定用于表示与每个障碍物发生碰撞的风险程度的碰撞风险。在碰撞风险等于或高于设定值并且因此存在碰撞可能性的情况下，微型计算机12051经由音频扬声器12061或显示部12062向驾驶员输出警告，并执行强制减速或者通过驱动系统控制单元12010进行避让转向。由此，微型计算机12051可以进行驱动辅助以避免碰撞。

[0211] 摄像部12101至12104中的至少一者可以是检测红外光的红外相机。例如，微型计算机12051可以通过确定行人是否存在于由摄像部12101至12104获取的拍摄图像中来识别行人。行人的这种识别例如通过如下过程来执行：用于提取作为红外成像机的摄像部12101至12104的拍摄图像中的特征点的过程；以及通行对表示物体轮廓的一系列特征点进行图案匹配处理来判定是否是行人的过程。当微型计算机12051确定在摄像部12101至12104的拍摄图像中存在行人并且因此识别出行人时，声音/图像输出部12052控制显示部12062，以便显示用于强调的方形轮廓线以将其叠加在所识别的行人上。声音/图像输出部12052还可以控制显示部12062，以便将表示行人的图标等显示在期望的位置。

[0212] 到目前位置，已经说明了可应用根据本公开的技术的车辆控制系统的示例。根据本公开的技术可以适用于上述构造中的成像部12031。由此，例如，可以促进车辆控制系统12000中的摄像部12031的布局，从而能够简化摄像部12031的布局并抑制噪声的影响。因此，例如，可以提高成像部12031的性能。由此允许车辆控制系统12000提高车辆的碰撞避免或碰撞减轻功能、基于车辆间距离的跟随行驶功能、车速维持行驶功能、车辆的碰撞警告功能、车辆的车道偏离警告功能等的准确性。

[0213] 到目前为止，参考一些实施例及其变形例说明了本技术；然而，本技术不限于这些实施例等，并且可以做出各种修改。

[0214] 例如，在上述各个实施例中，像素阵列中的多个受光元件31布置在半导体基板110上，并且像素阵列中的除受光元件31之外的其它元件和电路布置在半导体基板120上；然而，构造不限于此。作为替代，例如，像素阵列中的多个受光元件31和多个电阻元件32可以布置在半导体基板110上。

[0215] 此外，例如，在上述各个实施例中，时间测量器件原样地输出时间测量单元24的测量结果；然而，操作不限于此。在下文中，通过引用将本变形例应用到根据上述第一实施例的时间测量单元1的时间测量单元1H的示例来对此详细说明。时间测量单元1H包括时间测量器件20H和控制器14H。

[0216] 图24示出了时间测量器件20H的构造示例。时间测量器件20H具有直方图生成器25H。直方图生成器25H具有多个直方图生成电路26(在该示例中，N个直方图生成电路26(1)至26(N))。直方图生成电路26基于控制信号CTRL2收集属于单个行的像素30中的每个像素的信号S3中包括的多个计数值CNT1，并生成每个像素30的计数值CNT1的直方图。随后，直方图生成电路26利用信号S4输出每个像素30的在直方图中具有最高频率的计数值CNT1。

[0217] 在生成计数值CNT1的直方图时，直方图生成电路26可以通过使用例如通过校准操作获得的延迟时间(图9)来校正通过时间测量操作获得的计数值CNT1(图6)，以使用校正的计数值来生成直方图。

[0218] 在该示例中，将本变形例应用于根据上述第一实施例的时间测量单元1；但是，这不是限制性的。例如，本变形例可以应用于根据上述第一实施例的时间测量单元1E(图12)。在这种情况下，在生成计数值CNT1的直方图时，直方图生成电路26可以通过使用例如通过测试操作获得的延迟时间(图14)来校正通过时间测量操作(图6)获得的计数值CNT1，以使用校正后的计数值生成直方图。

[0219] 此外，例如，本变形例可以应用于根据上述第二实施例的时间测量单元2。

[0220] 另外，例如，在上述各个实施例中，使用单光子雪崩二极管(SPAD)来构造像素；然而，例如，背侧照射像素可用作这种像素。图25示出了背侧照射像素(像素230)的示例。参考图的下侧，在像素230中，SPAD 221布置在片上透镜223上；传感器基板241布置在SPAD 221上；并且此外，电路基板242布置在传感器基板241上。光进入片上透镜223(图的下侧)以进入SPAD 221。

[0221] SPAD 221具有N型半导体层201、P型半导体层202、阱203、阳极205和空穴存储层207。

[0222] N型半导体层201是包括例如硅(Si)的具有高杂质浓度和N性导电类型的半导体层。P型半导体层202是具有高杂质和P型导电类型的半导体层。N型半导体层201和P型半导体层202在界面表面中构成PN结。P型半导体层202布置在N型半导体层201的下方。N型半导体层201和P型半导体层202设置在阱203内。P型半导体层202具有执行由光入射产生的载流子的雪崩倍增的倍增区域。优选地，P型半导体层202被耗尽，这确保了光子检测效率(PDE：Photon Detection Efficiency)得到改善。

[0223] 阱203可以是具有N型导电类型的半导体层或具有P型导电类型的半导体层。此外，阱203中的杂质浓度优选为例如1E14以下。由此能够促进阱203的耗尽，从而允许改善PDE。

[0224] N型半导体层201用作阴极，以通过接触部204耦接到电路。阳极205通过接触部206耦接到电路。阳极205是与n型半导体层201相同的N型半导体层，其布置在N型半导体层201和分离层208之间。触点204和206中的每者包括金属材料，例如铜(Cu)和铝(Al)。

[0225] 空穴存储层207是具有P型导电类型的半导体层。空穴存储层207在分离层208和阱203之间布置在阳极205的下方，并电耦接到阳极205。空穴存储层207布置在不同品质的材料彼此接触的接触部分处。换句话说，在所示的示例中，分离层208包括例如与阱203的构成材料不同的氧化硅膜。因此，空穴存储层207用于抑制在分离层208和阱203之间的界面处生成的暗电流。此外，空穴存储层207也布置在阱203的下侧(在SPAD 221的背侧)。换句话说，空穴存储层207也布置在片上透镜223和阱203之间。

[0226] 分离层208布置在相邻的SPAD 221之间以将相应的SPAD 221分离开。由此以一一对应的方式实现了与每个SPAD 221相对于的倍增区域的形成。分离层208以二维点阵图案布置成围绕各个倍增区域(SPAD 221)的周边。如图所示，分离层208布置成在层叠方向上从阱203的顶表面穿透至底表面。应注意，除了从底表面到底表面完全穿透的构造之外，也允许使分离层208仅部分地穿透到基板的中部位置的构造或任何其它构造。

[0227] 应注意，本文所描述的效果仅仅是示例性的且是非限制性的，并且本发明的效果可以是其他效果，或可进一步包括其它效果。

[0228] 应注意，本技术可以如下构造。

[0229] (1)一种时间测量器件，其包括：

[0230] 多个像素，所述多个像素并排设置在第一方向上，并且每个像素包括布置在第一半导体基板上的单光子雪崩二极管并生成取决于所述单光子雪崩二极管中的检出时刻的第一逻辑信号；和

[0231] 时间测量部，所述时间测量部布置在与所述第一半导体基板结合的第二半导体基板上，并测量所述多个像素中的每个像素的所述检出时刻，

[0232] 其中，所述多个像素之中的除在所述第一方向上布置在一端处的第一像素之外的每个像素基于除该像素之外的一个像素的输出信号并基于在该像素中生成的所述第一逻辑信号来生成输出信号，并且

[0233] 其中，所述时间测量部基于所述多个像素之中的在所述第一方向上布置在另一端处的第二像素的输出信号来测量所述多个像素中的每个像素的所述检出时刻。

[0234] (2)根据(1)所述的时间测量器件，其中，所述多个像素之中的除所述第一像素之外的每个像素包括第一逻辑电路，所述第一逻辑电路布置在所述第二半导体基板中并具有第一输入端子、第二输入端子和输出端子，所述第一输入端子接收除该像素之外的一个像素的输出信号，所述第二输入端子接收所述第一逻辑信号。

[0235] (3)根据(1)或(2)所述的时间测量器件，其还包括控制信号生成器，所述控制信号生成器布置在所述第二半导体基板上并生成与所述多个像素相对应的多个第一控制信号，[0236] 其中，所述多个像素中的每个像素包括：

[0237] 第二逻辑电路，所述第二逻辑电路布置在所述第二半导体基板上，并且所述第二逻辑电路基于所述多个第一控制信号之中的相应的第一控制信号并基于取决于该像素的所述单光子雪崩二极管的受光结果的信号来生成第二逻辑信号，和

[0238] 第三逻辑电路，所述第三逻辑电路布置在所述第二半导体基板上，并且所述第三逻辑电路通过基于所述第二逻辑信号执行触发式操作来生成所述第一逻辑信号。

[0239] (4)根据(3)所述的时间测量器件，其还包括波形整形部，所述波形整形部基于所述第二像素的输出信号的转变来生成脉冲信号，

[0240] 其中，所述时间测量部基于所述脉冲信号来测量所述检出时刻。

[0241] (5)根据(1)或(2)所述的时间测量器件，其还包括控制信号生成器，所述控制信号生成器布置在所述第二半导体基板上并生成与所述多个像素相对应的多个第一控制信号，[0242] 其中，所述多个像素中的每个像素包括第二逻辑电路，所述第二逻辑电路布置在所述第二半导体基板上，并且所述第二逻辑电路基于所述多个第一控制信号之中的相应的第一控制信号并基于取决于该像素的所述单光子雪崩二极管的受光结果的信号来生成所述第一逻辑信号。

[0243] (6)根据(1)至(5)中任一项所述的时间测量器件，其中，所述时间测量部还包括：

[0244] 计数器；和

[0245] 锁存器，所述锁存器基于所述第二像素的所述输出信号来锁存所述计数器的计数值。

[0246] (7)根据(1)至(6)中任一项所述的时间测量器件，其中，所述第一像素基于第三逻辑信号并基于在所述第一像素中生成的所述第一逻辑信号来生成所述第一像素的所述输出信号。

[0247] (8)根据(7)所述的时间测量器件，其中，在改变所述第三逻辑信号的情况下，所述时间测量部基于所述第二像素的所述输出信号来测量从每个像素到所述时间测量部的延迟时间。

[0248] (9)根据(8)所述的时间测量器件，其中，所述时间测量部基于所述延迟时间的测量结果来校正所述多个像素中的每个像素的所述检出时刻的测量结果。

[0249] (10)根据(1)或(2)所述的时间测量器件，其还包括控制信号生成器，所述控制信号生成器布置在所述第二半导体基板上并生成与所述多个像素相对应的多个第一控制信号，

[0250] 其中，所述多个像素中的每个像素包括：

[0251] 第四逻辑电路，所述第四逻辑电路布置在所述第二半导体基板上，并且所述第四逻辑电路基于所述多个第一控制信号中的相应的第一控制信号，基于第二控制信号并基于取决于该像素的所述单光子雪崩二极管的受光结果的信号来生成第二逻辑信号；和[0252] 第三逻辑电路，所述第三逻辑电路布置在所述第二半导体基板上，并且所述第三逻辑电路通过基于所述第二逻辑信号执行触发式操作来生成所述第一逻辑信号。

[0253] (11)根据(10)所述的时间测量器件，其中，在使用所述第二控制信号改变所述多个像素之中的第三像素的所述第一逻辑信号时，所述时间测量部基于所述第二像素的所述输出信号来测量从所述第三像素到所述时间测量部的延迟时间。

[0254] (12)根据(11)所述的时间测量器件，其中，所述时间测量部基于所述延迟时间的测量结果来校正所述第三像素的所述检出时刻的测量结果。

[0255] (13)根据(1)至(12)中任一项所述的时间测量器件，其中，所述多个像素的数量为200以上。

[0256] (14)一种时间测量器件，其包括：

[0257] 多个像素，所述多个像素并排布置在第一方向上，并且每个像素包括受光元件并生成取决于所述受光元件中的检出时刻的第一逻辑信号；和

[0258] 时间测量部，所述时间测量部测量所述多个像素中的每个像素的所述检出时刻，[0259] 其中，所述多个像素之中的除在所述第一方向上布置在一端处的第一像素之外的每个像素基于除该像素之外的一个像素的输出信号并基于在该像素中生成的所述第一逻辑信号来生成输出信号，并且

[0260] 其中，所述时间测量部基于所述多个像素之中的在所述第一方向上布置在另一端处的第二像素的输出信号来测量所述多个像素中的每个像素的所述检出时刻。

[0261] (15)根据(14)所述的时间测量器件，其中，所述多个像素中的每个像素包括第一逻辑电路，所述第一逻辑电路具有第一输入端子、第二输入端子和输出端子，所述第一输入端子接收除该像素之外的一个像素的输出信号，所述第二输入端子接收所述第一逻辑信号。

[0262] (16)根据(14)或(15)所述的时间测量器件，其还包括控制信号生成器，所述控制信号生成器生成与所述多个像素相对应的多个第一控制信号，

[0263] 其中，所述多个像素中的每个像素包括：

[0264] 第二逻辑电路，所述第二逻辑电路基于所述多个第一控制信号之中的相应的第一控制信号并基于取决于该像素的所述受光元件的受光结果的信号来生成第二逻辑信号，和[0265] 第三逻辑电路，所述第三逻辑电路通过基于所述第二逻辑信号执行触发式操作来生成所述第一逻辑信号。

[0266] (17)根据(14)或(15)所述的时间测量器件，其还包括控制信号生成器，所述控制信号生成器生成与所述多个像素相对应的多个第一控制信号，

[0267] 其中，所述多个像素中的每个像素包括第二逻辑电路，所述第二逻辑电路基于所述多个第一控制信号之中的相应的第一控制信号并基于取决于该像素的所述受光元件的受光结果的信号来生成所述第一逻辑信号。

[0268] (18)根据(14)至(17)中任一项所述的时间测量器件，其中，所述受光元件是单光子雪崩二极管或雪崩光电二极管。

[0269] (19)一种时间测量器件，其包括：

[0270] 第一像素、第二像素和第三像素，所述第一像素、所述第二像素和所述第三像素中的每个像素包括布置在第一半导体基板上的单光子雪崩二极管并生成取决于所述单光子雪崩二极管中的检出时刻的第一逻辑信号；和

[0271] 时间测量部，所述时间测量部布置在与所述第一半导体基板结合的第二半导体基板上，并测量所述第一像素、所述第二像素和所述第三像素中的每个像素的所述检出时刻，[0272] 其中，所述第二像素基于所述第一像素的输出信号并基于在所述第二像素中生成的所述第一逻辑信号来生成输出信号，

[0273] 其中，所述第三像素基于所述第二像素的输出信号并基于在所述第三像素中生成的所述第一逻辑信号来生成输出信号，并且

[0274] 其中，所述时间测量部基于所述第三像素的输出信号来测量所述第一像素、所述第二像素和所述第三像素中的每个像素的所述检出时刻。

[0275] (20)一种时间测量单元，其包括：

[0276] 发光部，所述发光部发射光；

[0277] 反射镜，所述反射镜反射对应于所述光的反射光；

[0278] 多个像素，所述多个像素并排布置在第一方向上，每个像素包括布置在第一半导体基板上并检测由所述反射镜反射的所述反射光的单光子雪崩二极管，并且每个像素生成取决于所述单光子雪崩二极管中的检出时刻的第一逻辑信号；和

[0279] 时间测量部，所述时间测量部布置在与所述第一半导体基板结合的第二半导体基板上，并测量所述多个像素中的每个像素的所述检出时刻，

[0280] 其中，所述多个像素之中的除在所述第一方向上布置在一端处的第一像素之外的每个像素基于除该像素之外的一个像素的输出信号并基于在该像素中生成的所述第一逻辑信号来生成输出信号，并且

[0281] 其中，所述时间测量部基于所述多个像素之中的在所述第一方向上布置在另一端处的第二像素的输出信号来测量所述多个像素中的每个像素的所述检出时刻。

[0282] (21)一种时间测量单元，其包括：

[0283] 发光部，所述发光部发射光；

[0284] 反射镜，所述反射镜反射对应于所述光的反射光；

[0285] 多个像素，所述多个像素并排布置在第一方向上，每个像素包括检测由所述反射镜反射的所述反射光的受光元件，并且每个像素生成取决于所述受光元件中的检出时刻的第一逻辑信号；和

[0286] 时间测量部，所述时间测量部测量所述多个像素中的每个像素的所述检出时刻，[0287] 其中，所述多个像素之中的除在所述第一方向上布置在一端处的第一像素之外的每个像素基于除该像素之外的一个像素的输出信号并基于在该像素中生成的所述第一逻辑信号来生成输出信号，并且

[0288] 其中，所述时间测量部基于所述多个像素之中的在所述第一方向上布置在另一端处的第二像素的输出信号来测量所述多个像素中的每个像素的所述检出时刻。

[0289] (22)一种时间测量单元，其包括：

[0290] 发光部，所述发光部发射光；

[0291] 反射镜，所述反射镜反射对应于所述光的反射光；

[0292] 第一像素、第二像素和第三像素，所述第一像素、所述第二像素和所述第三像素中的每个像素包括布置在第一半导体基板上并检测被所述反射镜反射的所述反射光的单光子雪崩二极管，并生成取决于所述单光子雪崩二极管中的检出时刻的第一逻辑信号；和[0293] 时间测量部，所述时间测量部布置在与所述第一半导体基板结合的第二半导体基板上，并测量所述第一像素、所述第二像素和所述第三像素中的每个像素的所述检出时刻，[0294] 其中，所述第二像素基于所述第一像素的输出信号并基于在所述第二像素中生成的所述第一逻辑信号来生成输出信号，

[0295] 其中，所述第三像素基于所述第二像素的输出信号并基于在所述第三像素中生成的所述第一逻辑信号来生成输出信号，并且

[0296] 其中，所述时间测量部基于所述第三像素的输出信号来测量所述第一像素、所述第二像素和所述第三像素中的每个像素的所述检出时刻。

[0297] 本申请要求于2017年9月29日向日本专利局提交的日本专利申请2017-190304的优先权，其全部内容以引用的方式并入本申请中。

[0298] 本领域技术人员应理解，在不脱离所附权利要求或其等同物的范围的情况下，可以根据设计要求或其它因素进行各种修改、组合、子组合和替换。