距离传感器和距离测量装置
阅读说明：本技术 距离传感器和距离测量装置 (Distance sensor and distance measuring device ) 是由 森山祐介 于 2019-02-26 设计创作，主要内容包括：提供了一种飞行时间传感器。飞行时间传感器包括光接收元件PD；第一信号线TRGO和第二信号线TRG180；与光接收元件电连通的第一晶体管TGA,第一晶体管包括与第一信号线TRGO电连通的第一栅极；与光接收元件电连通的第二晶体管TGB,第二晶体管包括与第二信号线TRG180电连通的第二栅极；以及包括至少一个比较器102A、102B的控制电路P200,其中,控制电路与第一信号线TRGO和第二信号线TRG180电连通。像素电路P100的晶体管TGA和TGB导通和断开,使得晶体管TGA和TGB中的任一个导通,并且由光电二极管PD生成的电荷选择性地累积在浮动扩散FDA和浮动扩散FDB中。分别取决于第一浮动扩散FDA和第二浮动扩散FDB处的电压的第一电压VSLA和第二电压VSLB与参考电压VREF进行比较。第一信号TRGO是时钟信号SCK和比较器输出QO的逻辑积,第二信号TRG180是反相的时钟信号SCK和比较器输出QO的逻辑积。距离测量装置具有成像单元,其包括以矩阵形式排列的多个成像像素P的像素阵列。为一个像素电路P100提供一个控制电路P200。控制电路P200控制像素电路P100中的曝光时间。像素电路P100将电压VSLA和VSLB提供给控制电路P200,并且控制电路P200基于电压VSLA和VSLB生成信号TRGO和TRG180,并且将这些信号TRGO和TRG180提供给像素电路P100。因此,由于可以在多个成像像素中的每一个中单独设置曝光时间,所以可以提高距离测量的测量精度。(A time-of-flight sensor is provided. The time-of-flight sensor includes a light receiving element PD; a first signal line TRGO and a second signal line TRG 180; a first transistor TGA in electrical communication with the light receiving element, the first transistor including a first gate electrode in electrical communication with a first signal line TRGO; a second transistor TGB in electrical communication with the light receiving element, the second transistor including a second gate electrode in electrical communication with a second signal line TRG 180; and a control circuit P200 including at least one comparator 102A, 102B, wherein the control circuit is in electrical communication with the first signal line TRGO and the second signal line TRG 180. The transistors TGA and TGB of the pixel circuit P100 are turned on and off, so that either one of the transistors TGA and TGB is turned on, and charges generated by the photodiode PD are selectively accumulated in the floating diffusion FDA and the floating diffusion FDB. The first and second voltages VSLA and VSLB, which depend on the voltages at the first and second floating diffusions FDA and FDB, respectively, are compared with the reference voltage VREF. The first signal TRGO is the logical product of the clock signal SCK and the comparator output QO, and the second signal TRG180 is the logical product of the inverted clock signal SCK and the comparator output QO. The distance measuring device has an imaging unit including a pixel array of a plurality of imaging pixels P arranged in a matrix form. A control circuit P200 is provided for one pixel circuit P100. The control circuit P200 controls the exposure time in the pixel circuit P100. The pixel circuit P100 supplies the voltages VSLA and VSLB to the control circuit P200, and the control circuit P200 generates signals TRGO and TRG180 based on the voltages VSLA and VSLB, and supplies these signals TRGO and TRG180 to the pixel circuit P100. Therefore, since the exposure time can be set individually in each of the plurality of imaging pixels, the measurement accuracy of the distance measurement can be improved.)
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年3月20日提交的日本在先专利申请JP2018-052257的权益，其全部内容通过引用结合于此。
技术领域
本公开涉及检测距离的距离传感器以及使用这种距离传感器的距离测量装置。
背景技术
为了测量到待测物体的距离，经常使用飞行时间(TOF)法。使用TOF法的距离测量装置发射光，并检测由待测物体反射的反射光。然后，距离测量装置检测发射光的发射时间和检测反射光的检测时间之间的时间差，从而测量到待测物体的距离(例如，专利文献1)。
引用列表
专利文献
PTL 1：国际公开号2014-207983
发明内容
技术问题
现在，期望距离测量装置的测量精度高，并且期望测量精度进一步提高。
期望提供能够提高测量精度的距离传感器和距离测量装置。
问题的解决方案
根据本公开，提供了一种飞行时间传感器。飞行时间传感器包括：光接收元件；第一信号线和第二信号线；第一晶体管，其与光接收元件电连通，所述第一晶体管包括与第一信号线电连通的第一栅极；第二晶体管，其与光接收元件电连通，所述第二晶体管包括与第二信号线电连通的第二栅极；以及控制电路，其包括至少一个比较器，其中，所述控制电路与第一信号线和第二信号线电连通。
根据本公开，提供了一种距离测量装置。距离测量装置包括光源和与光源通信的光源控制单元。该距离测量装置包括成像单元，成像单元包括：光接收元件；第一信号线和第二信号线；第一晶体管，其与光接收元件电连通，所述第一晶体管包括与第一信号线电连通的第一栅极；第二晶体管，其与光接收元件电连通，所述第二晶体管包括与第二信号线电连通的第二栅极；以及控制电路，其包括至少一个比较器，其中，所述控制电路与第一信号线和第二信号线电连通。距离测量装置包括控制单元，其与光源控制单元和成像单元通信。
发明的有利效果
根据本公开的一个实施方式的距离传感器和距离测量装置适于基于取决于多个第一累积单元中的电压的多个第一检测电压来控制多个第一晶体管的开/关操作，从而使得可以提高测量精度。注意，本文描述的有利效果并被认为必须受限于此，并且可以实现本公开中描述的任何有利效果。
附图说明
[图1]图1是示出根据本公开的实施方式的距离测量装置的配置示例的框图；
[图2]图2是示出图1所示的成像单元的配置示例的框图；
[图3]图3是示出图2所示的像素阵列的配置示例的电路图；
[图4]图4是示出图1所示的距离测量装置的配置示例的说明图；
[图5]图5是示出图2所示的读取单元的配置示例的电路图；
[图6]图6是示出图1所示的距离测量装置的操作示例的时序图；
[图7]图7A至图7L是示出根据第一实施方式的曝光操作的示例的时序波形图；
[图8]图8A至图8D是示出根据第一实施方式的曝光操作的示例的另一时序波形图；
[图9]图9是示出根据第一实施方式的曝光操作的示例的说明图；
[图10]图10A至图10H是示出根据第一实施方式的曝光操作的示例的另一时序波形图；
[图11]图11A至图11G是示出根据一个实施方式的读取操作的示例的另一时序波形图；
[图12]图12是示出根据第一实施方式的修改示例的像素阵列的配置示例的电路图；
[图13]图13A至图13M是示出根据第一实施方式的修改示例的曝光操作的示例的时序波形图；
[图14]图14A至图14J是示出根据第一实施方式的修改示例的曝光操作的示例的另一时序波形图；
[图15]图15是示出根据第二实施方式的像素阵列的配置示例的电路图；
[图16]图16A至图16L是示出根据第二实施方式的曝光操作的示例的时序波形图；
[图17]图17A至图17F是示出根据第二实施方式的曝光操作的示例的另一时序波形图；
[图18]图18是示出根据第二实施方式的曝光操作的示例的说明图；
[图19]图19是示出根据第二实施方式的曝光操作的示例的另一说明图；
[图20]图20是示出根据第二实施方式的修改示例的控制电路的配置示例的电路图；
[图21]图21是示出根据第二实施方式的另一修改示例的控制电路的配置示例的电路图；
[图22]图22是示出根据第三实施方式的像素阵列的配置示例的电路图；
[图23]图23A至图23K是示出根据第三实施方式的曝光操作的示例的时序波形图；
[图24]图24A至图24F是示出根据第三实施方式的曝光操作的示例的另一时序波形图；
[图25]图25A至图25E是示出根据第三实施方式的曝光操作的示例的说明图；
[图26]图26是示出根据第三实施方式的修改示例的像素阵列的配置示例的电路图；
[图27]图27A至图27L是示出根据第三实施方式的修改示例的曝光操作的示例的时序波形图；
[图28]图28A至图28D是示出根据第三实施方式的修改示例的曝光操作的示例的另一时序波形图；
[图29]图29A至图29D是示出根据第三实施方式的修改示例的曝光操作的示例的另一时序波形图；
[图30]图30是示出根据第一实施方式的距离测量装置的主要部分的配置示例的框图；
[图31]图31是示出根据第二实施方式的距离测量装置的主要部分的配置示例的框图；
[图32]图32是示出根据修改示例的距离测量装置的主要部分的配置示例的框图；
[图33]图33是示出根据另一修改示例的距离测量装置的主要部分的配置示例的框图；
[图34]图34是示出根据第三实施方式的距离测量装置的主要部分的配置示例的框图；
[图35]图35是示出根据另一修改示例的距离测量装置的主要部分的配置示例的框图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述本公开的实施方式。注意，将按以下顺序给出描述。
1.第一实施方式
2.第二实施方式
3.第三实施方式
<1.第一实施方式>
配置示例
图1示出了根据实施方式的距离测量装置(距离测量装置1)的配置示例。距离测量装置1被适配为通过使用TOF法测量到待测物体的距离。距离测量装置1包括光源11、光源控制单元12、光学系统13、成像单元20和控制单元14。
光源11被适配为向待测物体发射光脉冲L1，并且用例如发光二极管(LED；发光二极管)配置。光源控制单元12被适配为基于来自控制单元14的指令来控制光源11的操作。光源11被适配为基于来自光源控制单元12的指令执行交替重复发光和不发光的发光操作，从而发射光脉冲L1。
光学系统13包括在成像单元20的成像表面S1上形成图像的透镜。从光源11发射并被待测物体反射的光脉冲(反射的光脉冲L2)入射到光学系统13上。
成像单元20被适配为基于来自控制单元14的指令接收反射的光脉冲L2，从而生成距离图像PIC。包括在距离图像PIC中的多个像素值中的每一个被适配为指示关于到待测物体的距离D的值(距离信号值)。然后，成像单元20被适配为将获取的距离图像PIC作为图像信号DATA输出。
控制单元14被适配为向光源控制单元12和成像单元20提供控制信号，并控制这些电路的操作，从而控制距离测量装置1的操作。
图2示出了成像单元20的配置示例。成像单元20包括像素阵列21、驱动单元22、读取单元30、处理单元24和成像控制单元25。
像素阵列21具有排列成矩阵的多个成像像素P。每个成像像素P被适配为输出对应于接收到的光量的像素信号SIG。
图3示出了成像像素P的配置示例。像素阵列21包括多条控制线RSTL、多条控制线SELL、多条控制线SELCL、多条控制线SETL、多条时钟信号线CKL、多条信号线SGLA和多条信号线SGLB。控制线RSTL被适配为在水平方向(图2和图3中的横向方向)上延伸，并且驱动单元22将控制信号SRST施加到控制线RSTL。控制线SELL被适配为在水平方向(图2和图3中的横向方向)上延伸，并且驱动单元22将控制信号SSEL施加到控制线SELL。控制线SELCL被适配为在水平方向(图2和图3中的横向方向)上延伸，并且控制信号SSELC由驱动单元22施加到控制线SELCL。控制线SETL被适配为在水平方向(图2和图3中的横向方向)上延伸，并且控制信号SSET由驱动单元22施加到控制线SETL。时钟信号线CKL被适配为在水平方向(图2和图3中的横向)上延伸，并且时钟信号SCK由驱动单元22施加到时钟信号线CKL。信号线SGLA被适配为在竖直方向(图2和图3中的纵向方向)上延伸，并将像素信号SIG传输到读取单元30。信号线SGLB被适配为在竖直方向(图2和图3中的纵向方向)上延伸，并将像素信号SIG传输到读取单元30。
成像像素P包括像素电路P100和控制电路P200。像素电路P100被适配为根据反射的光脉冲L2累积电荷。控制电路P200被适配为控制像素电路P100中的曝光时间。
像素电路P100具有光电二极管PD、晶体管TGA和TGB、浮动扩散FDA和FDB、晶体管RST、RSTA和RSTB、晶体管AMPA和AMPB以及晶体管SELA和SELB。在这个示例中，晶体管TGA、TGB、RST、RSTA、RSTB、AMPA、AMPB、SELA和SELB是N型金属氧化物半导体(MOS)晶体管。
光电二极管PD是光电转换元件，其根据接收的光量生成电荷。光电二极管PD的阳极接地，其阴极连接到晶体管TGA、TGB和RST的源极。
晶体管TGA的栅极提供有信号TRG0，其源极连接到光电二极管PD的阴极和晶体管TGB和RST的源极，其漏极连接到浮动扩散FDA、晶体管RSTA的源极和晶体管AMPA的栅极。浮动扩散FDA被适配为累积从光电二极管PD经由晶体管TGA提供的电荷，并将累积的电荷转换成电压。浮动扩散FDA通过使用例如形成在半导体基板表面上的扩散层来配置。在图3中，浮动扩散FDA用电容元件的符号示出。晶体管AMPA的栅极连接到浮动扩散FDA、晶体管TGA的漏极和晶体管RSTA的源极，其漏极提供有电源电压VDD，其源极连接到晶体管SELA的漏极和控制电路P200。晶体管SELA的栅极连接到控制线SELL，其漏极连接到晶体管AMPA的源极和控制电路P200，其源极连接到信号线SGLA。
在控制电路P200中的晶体管SELA2(稍后描述)处于导通状态并且像素电路P100中的晶体管SELA处于断开状态的情况下，晶体管AMPA的源极经由晶体管SELA2连接到电流源101A(稍后描述)。因此，晶体管AMPA作为所谓的源极跟随器工作，并根据浮动扩散FDA处的电压向控制电路P200提供电压VSLA。此外，在控制电路P200中的晶体管SELA处于导通状态并且晶体管SELA2(稍后描述)处于断开状态的情况下，晶体管AMPA的源极经由晶体管SELA和信号线SGLA连接到读取单元30的电流源33(稍后描述)。因此，晶体管AMPA作为所谓的源极跟随器工作，并向读取单元30提供取决于浮动扩散FDA处的电压的电压VSLA。
晶体管TGB的栅极提供有信号TRG180，其源极连接到光电二极管PD的阴极和晶体管TGA和RST的源极，其漏极连接到浮动扩散FDB、晶体管RSTB的源极和晶体管AMPB的栅极。浮动扩散FDB被适配为累积从光电二极管PD经由晶体管TGB提供的电荷，并将累积的电荷转换成电压。浮动扩散FDB通过使用例如形成在半导体基板表面上的扩散层来配置。在图3中，浮动扩散FDB用电容元件的符号示出。晶体管AMPB的栅极连接到浮动扩散FDB、晶体管TGB的漏极和晶体管RSTB的源极，其漏极提供有电源电压VDD，并且其源极连接到晶体管SELB的漏极和控制电路P200。晶体管SELB的栅极连接到控制线SELL，其漏极连接到晶体管AMPB的源极和控制电路P200，其源极连接到信号线SGLB。
在控制电路P200中的晶体管SELB2(稍后描述)处于导通状态并且像素电路P100中的晶体管SELB处于断开状态的情况下，晶体管AMPB的源极经由晶体管SELB2连接到电流源101B(稍后描述)。因此，晶体管AMPB作为所谓的源极跟随器工作，并且根据浮动扩散FDB处的电压向控制电路P200提供电压VSLB。此外，在控制电路P200中的晶体管SELB处于导通状态并且晶体管SELB2(稍后描述)处于断开状态的情况下，晶体管AMPB的源极经由晶体管SELB和信号线SGLB连接到读取单元30的电流源33(稍后描述)。因此，晶体管AMPB作为所谓的源极跟随器工作，并且根据浮动扩散FDB处的电压向读取单元30提供电压VSLB。
晶体管RST的栅极连接到控制线RSTL，其漏极提供有电压VRSTX，其源极连接到光电二极管PD的阴极以及晶体管TGA和TGB的源极。晶体管RSTA的栅极连接到控制线RSTL，其漏极提供有电压VRST，其源极连接到浮动扩散FDA、晶体管TGA的漏极和晶体管AMPA的栅极。晶体管RSTB的栅极连接到控制线RSTL，其漏极提供有电压VRST，其源极连接到浮动扩散FDB、晶体管TGB的漏极和晶体管AMPB的栅极。
控制电路P200包括晶体管SELA2和SELB2、电流源101A和101B、比较器102A和102B、NAND电路103、锁存器104以及AND电路105A和105B。晶体管SELA2和SELB2是N型MOS晶体管。
晶体管SELA2的栅极连接到控制线SELCL，其漏极连接到像素电路P100中的晶体管AMPA的源极和其中的晶体管SELA的漏极，其源极连接到电流源101A和比较器102A。电流源101A被适配为从晶体管SELA2的源极向地施加具有预定电流值的电流。包括正输入端、负输入端和输出端的比较器102A被适配为比较输入到正输入端的电压和输入到负输入端的电压，并从输出端输出比较结果。比较器102A的正输入端连接到晶体管SELA2的源极，电压VREF提供给负输入端，并且输出端连接到NAND电路103。如此配置的比较器102A被适配为在晶体管SELA2处于导通状态的情况下，将从像素电路P100提供的电压VSLA与电压VREF进行比较，从而生成信号COA。
晶体管SELB2的栅极连接到控制线SELCL，其漏极连接到像素电路P100中的晶体管AMPB的源极和其中的晶体管SELB的漏极，其源极连接到电流源101B和比较器102B。电流源101B被适配为从晶体管SELB2的源极向地施加具有预定电流值的电流。包括正输入端、负输入端和输出端的比较器102B被适配为比较输入到正输入端的电压和输入到负输入端的电压，并从输出端输出比较结果。比较器102B的正输入端连接到晶体管SELB2的源极，电压VREF提供给负输入端，并且输出端连接到NAND电路103。如此配置的比较器102A被适配为在晶体管SELB2导通的情况下，将从像素电路P100提供的电压VSLB与电压VREF进行比较，从而生成信号COB。
包括第一输入端、第二输入端和输出端的NAND电路103被适配为获得输入到第一输入端的逻辑值和输入到第二输入端的逻辑值的反相逻辑积(NAND)，并从输出端输出获得的结果。NAND电路103的第一输入端连接到比较器102A的输出端，第二输入端连接到比较器102B的输出端，输出端连接到锁存器104。如此配置的NAND电路103被适配为通过获得信号COA和COB的反相逻辑积来生成控制信号SRESET。
锁存器104是所谓的SR锁存器，包括置位端、复位端和输出端，置位端连接到控制线SETL，复位端连接到NAND电路103的输出端，输出端连接到AND电路105A和105B。如此配置的锁存器104被适配为基于提供给置位端的控制信号SSET，将信号QO的值设置为“1”并保持该值，并且基于提供给复位端的控制信号SRESET，将信号QO的值复位为“0”并保持该值。
AND电路105A被适配为获得信号QO和时钟信号SCK的逻辑积(AND)，从而生成信号TRG0。AND电路105B被适配为获得信号QO和时钟信号SCK的反相信号的逻辑积(AND)，从而生成信号TRG180。
在如此配置的成像像素P中，在曝光操作D1中，控制电路P200根据时钟信号SCK将信号TRG0和TRG180分别提供给晶体管TGA和TGB。因此，像素电路P100的晶体管TGA和TGB导通和断开，使得晶体管TGA和TGB中的任何一个导通，并且由光电二极管PD生成的电荷选择性地累积在浮动扩散FDA和浮动扩散FDB中。像素电路P100根据浮动扩散FDA处的电压向控制电路P200提供电压VSLA，并且根据浮动扩散FDB处的电压向控制电路P200提供电压VSLB。在电压VSLA或VSLB中的至少一个达到预定电压(电压VREF)的情况下，控制电路P200将信号TRG0和TRG180都设置为低电平。因此，像素电路P100的晶体管TGA和TGB断开，并且随后，光电二极管PD和浮动扩散FDA和FDB电断开。这样，距离测量装置1在多个成像像素P中的每一个中单独设置曝光时间。然后，此后，像素电路P100经由信号线SGLA和SGLB将电压VSLA和电压VSLB作为像素信号SIG提供给读取单元30。
图4示出了距离测量装置1的配置示例。距离测量装置1利用例如两个半导体基板201和202来配置。半导体基板201和202被设置成彼此重叠。半导体基板201被设置得更靠近成像表面S1。成像像素P的像素电路P100形成在半导体基板201上，并且其控制电路P200形成在半导体基板202上。像素电路P100和控制电路P200利用例如Cu-Cu连接来彼此电连接。
驱动单元22(图2)被适配为基于来自成像控制单元25的指令来驱动多个成像像素P。具体地，驱动单元22被适配为将控制信号SRST施加到多条控制线RSTL，将控制信号SSEL施加到多条控制线SELL，将控制信号SSELC施加到多个控制信号SELCL，将控制信号SSET施加到多条控制线SETL，并且将时钟信号SCK施加到多条时钟信号线CKL。此外，驱动单元22还具有生成电压VREF、VRST和VRSTX的功能。
读取单元30被适配为基于经由信号线SGL(信号线SGLA或SGLB)从像素阵列21提供的像素信号SIG执行AD转换，从而生成图像信号DATA0。
图4示出了读取单元30的配置示例。注意，除了读取单元30之外，图4中还描绘了处理单元24和成像控制单元25。读取单元30包括多个模数(AD)转换单元ADC(AD转换单元：ADC[0]、ADC[1]、ADC[2]、...)、多个开关单元SW(开关单元：SW[0]、SW[1]、SW[2]、...)以及总线布线BUS。
AD转换单元ADC被适配为基于从像素阵列21提供的像素信号SIG执行AD转换，从而将像素信号SIG的电压转换成数字码CODE。多个AD转换单元ADC被设置为对应于多条信号线SGL。具体地，第0个AD转换单元ADC[0]被设置为对应于第0条信号线SGL[0]，第1个AD转换单元ADC[1]被设置为对应于第1条信号线SGL[1]，第2个AD转换单元ADC[2]被设置为对应于第2条信号线SGL[2]。
AD转换单元ADC包括电容元件31和32、电流源33、比较器34、计数器35和锁存器36。电容元件31的一端提供有参考信号REF，另一端连接到比较器34的正输入端。该参考信号REF由成像控制单元25的参考信号生成单元26(稍后描述)生成，并且如稍后将描述的，被适配为具有所谓的斜坡波形，该斜坡波形在执行AD转换的两个时段(转换时段T1和T2)中随着时间的推移电压电平逐渐降低。电容元件32的一端连接到信号线SGL，另一端连接到比较器34的负输入端。电流源33被适配为将具有预定电流值的电流从信号线SGL施加到地。比较器34被适配为将正输入端的输入电压与负输入端的输入电压进行比较，并输出比较结果，作为信号CMP。参考信号REF经由电容元件31提供给比较器34的正输入端，并且像素信号SIG经由电容元件32提供给负输入端。比较器34还具有电连接正输入端和负输入端进行调零的功能。计数器35被适配为基于从比较器34提供的信号CMP、从成像控制单元25提供的时钟信号CLK和控制信号CC来执行计数操作。锁存器36被适配为将计数器35获得的计数值CNT保持为具有多个位的数字码CODE。
开关单元SW基于从成像控制单元25提供的控制信号SSW，将从AD转换单元ADC输出的数字码CODE提供给总线布线BUS。多个开关单元SW被设置为对应于多个AD转换单元ADC。具体地，第0个开关单元SW[0]被设置为对应于第0个AD转换单元ADC[0]，第1个开关单元SW[1]被设置为对应于第1个AD转换单元ADC[1]，第2个开关单元SW[2]被设置为对应于第2个AD转换单元ADC[2]。
在该示例中，开关单元SW使用与数字码CODE的位长度相同数量的晶体管来配置。基于从成像控制单元25提供的控制信号SSW的每个位(控制信号SSW[0]、SSW[1]、SSW[2]、...)，这些晶体管进行导通-断开控制。具体地，例如，在每个晶体管导通的情况下，第0个开关单元SW[0]基于控制信号SSW[0]向总线布线BUS提供从第0个AD转换单元ADC[0]输出的数字码CODE。类似地，例如，在每个晶体管导通的情况下，第一开关单元SW[1]基于控制信号SSW[1]向总线布线BUS提供从第一AD转换单元ADC[1]输出的数字码CODE。这同样适用于其他开关单元SW。
总线布线BUS包括多条线，被适配为传输从AD转换单元ADC输出的数字码。读取单元30被适配为利用总线布线BUS将从AD转换单元ADC提供的多个数字码CODE作为图像信号DATA0依次传输到处理单元24(数据传输操作)。
处理单元24被适配为基于图像信号DATA0生成距离图像PIC，其中，每个像素值指示距离D的值，并且处理单元24输出距离图像PIC，作为图像信号DATA。
成像控制单元25(图2)被适配为向驱动单元22、读取单元30和处理单元24提供控制信号，并控制这些电路的操作，从而控制成像单元20的操作。具体地，成像控制单元25例如向驱动单元22提供控制信号，从而控制驱动单元22，以驱动像素阵列21中的多个成像像素P。此外，成像控制单元25向读取单元30提供参考信号REF、时钟信号CLK、控制信号CC和控制信号SSW(控制信号SSW[0]、SSW[1]、SSW[2]、...)，从而控制读取单元30，以便基于像素信号SIG生成图像信号DATA0。此外，成像控制单元25被适配为向处理单元24提供控制信号，从而控制处理单元24的操作。
成像控制单元25包括参考信号生成单元26。参考信号生成单元26被适配为生成参考信号REF。该参考信号REF被适配为具有所谓的斜坡波形，该斜坡波形在执行AD转换的两个时段(转换时段T1和T2)中随着时间的推移电压电平逐渐降低。然后，参考信号生成单元26被适配为将生成的参考信号REF提供给读取单元30的AD转换单元ADC。
控制单元14(图1)向光源控制单元12和成像单元20提供控制信号，并且控制这些电路的操作，以控制距离测量装置1的操作。
在此处，光电二极管PD对应于根据本公开的“第一光接收元件”的具体示例。浮动扩散FDA和FDB对应于根据本公开的“多个第一累积单元”的具体示例。晶体管TGA和TGB对应于根据本公开的“多个第一晶体管”的具体示例。晶体管AMPA、SELA、AMPB和SELB对应于根据本公开的“多个第一输出单元”的具体示例。控制电路P200对应于根据本公开的“第一控制单元”的具体示例。比较器102A和102B以及NAND电路103对应于根据本公开的“检测单元”的具体示例。锁存器104对应于根据本公开的“保持单元”的具体示例。AND电路105A和105B对应于根据本公开的“驱动单元”的具体示例。
操作和活动
接下来，将描述根据本实施方式的距离测量装置1的操作和活动。
(整体操作概述)
首先，将参考图1至图3描述距离测量装置1的整体操作的概述。光源控制单元12(图1)基于来自控制单元14的指令控制光源11的操作。光源11基于来自光源控制单元12的指令，执行交替重复发光和不发光的发光操作，从而发射光脉冲L1。成像单元20基于来自控制单元14的指令，接收根据从光源11发射的光脉冲L1的反射的光脉冲L2，从而生成距离图像PIC。具体地，成像单元20的像素阵列21中的多个成像像素P接收反射的光脉冲L2，从而生成像素信号SIG。读取单元30基于从像素阵列21提供的像素信号SIG执行AD转换，从而生成图像信号DATA0。处理单元24基于图像信号DATA0生成距离图像PIC，在距离图像中，每个像素值指示距离D的值，并且处理单元24输出距离图像PIC，作为图像信号DATA。
(详细操作)
距离测量装置1首先执行曝光操作D1，从而在多个成像像素P的每一个中的浮动扩散FDA和FDB处累积电荷。然后，距离测量装置1执行读取操作D2，然后基于经由信号线SGL从像素阵列21或从多个成像像素P提供的像素信号SIG执行AD转换，从而生成图像信号DATA0。然后，基于图像信号DATA0，距离测量装置1生成距离图像PIC，其中，每个像素值指示距离D的值。下面将详细描述该操作。
图6示出了距离测量装置1中的曝光操作D1和读取操作D2的示例。在本文的图6中，上端表示像素阵列21的最上部，下端表示像素阵列21的最下部。
距离测量装置1在从时间t1到时间t2的时段中执行曝光操作D1。具体地，光源控制单元12控制光源11的操作，并且光源11执行交替重复发光和不发光的发光操作，从而发射光脉冲L1。此外，驱动单元22驱动像素阵列21中的多个成像像素P，并且多个成像像素P接收根据光脉冲L1的反射的光脉冲L2。在该曝光操作D1中，距离测量装置1在多个成像像素P的每一个中单独设置曝光时间。
然后，距离测量装置1在从时间t2到时间t3的时段中执行读取操作D2。具体地，驱动单元22基于像素线依次驱动像素阵列21中的多个成像像素P，并且多个成像像素P经由信号线SGL(信号线SGLA和SGLB)将像素信号SIG提供给读取单元30。然后，读取单元30基于像素信号SIG执行AD转换，从而生成图像信号DATA0。
此后，距离测量装置1重复曝光操作D1和读取操作D2。基于图像信号DATA0，处理单元24生成距离图像PIC，其中，每个像素值指示距离D的值。
(曝光操作D1)
接下来，将详细描述距离测量装置1中的曝光操作D1。以多个成像像素P中的某个成像像素P1为主，下面将详细描述与成像像素P1相关联的曝光操作D1。
图7A至图7L示出了曝光操作D1的示例，其中，图7A示出了从光源11发射的光脉冲L1的波形，图7B示出了控制信号SRST的波形，图7C示出了电压VSLA的波形，图7D示出了电压VSLB的波形，图7E示出了信号COA的波形，图7F示出了信号COB的波形，图7G示出了控制信号SSET的波形，图7H示出了控制信号SRESET的波形，图7I示出了信号QO的波形，图7J示出了时钟信号SCK的波形，图7K示出了信号TRG0的波形，并且图7L示出了信号TRG180的波形。
在该曝光操作D1中，驱动单元22将控制信号SSEL的电压设置为低电平，并将控制信号SSELC的电压设置为高电平。因此，像素电路P100的晶体管SELA和SELB断开，控制电路P200的晶体管SELA2和SELB2导通。因此，像素电路P100将电压VSLA和VSLB提供给控制电路P200，并且控制电路P200基于电压VSLA和VSLB生成信号TRG0和TRG180，并且将这些信号TRG0和TRG180提供给像素电路P100。因此，成像像素P1基于电压VSLA和VSLB单独设置曝光时间。将在下面详细描述该操作。
在时间t12之前，驱动单元22将控制信号SRST的电压设置为更高的电平(图7B)。因此，像素电路P100的晶体管RST、RSTA和RSTB导通，电压VRSTX提供给光电二极管PD的阴极，电压VRST提供给浮动扩散FDA和FDB。因此，根据电压VRST，像素电路P100输出的电压VSLA和VSLB被设置为电压V1(图7C和图7D)。
接下来，在时间t11，驱动单元22将控制信号SSET的电压从低电平改变为高电平(图7G)。因此，锁存器104被置位，并且锁存器104将信号QO的电压从低电平改变为高电平(图7I)。因此，AND电路105A开始输出时钟信号SCK，作为信号TRG0，AND电路105B开始输出时钟信号SCK的反相信号，作为信号TRG180(图7J至图7L)。
接下来，在时间t12，驱动单元22将控制信号SSET的电压从高电平改变为低电平(图7G)。此外，在时间t12，驱动单元22将控制信号SRST的电压从高电平改变为低电平(图7B)。因此，像素电路P100的晶体管RST、RSTA和RSTB都断开。此外，在该时间t12，光源11开始交替重复发光和不发光的发光操作(图7A)。如图7A和图7J所示，光源11的发光操作的频率等于时钟信号SCK的频率，并且光脉冲L1的相位和时钟信号SCK的相位彼此一致。换言之，控制单元14向成像单元20的成像控制单元25提供控制信号，并且成像控制单元25指示驱动单元22生成时钟信号SCK和控制信号SRST。此外，控制单元14向光源控制单元12提供控制信号，并且光源控制单元12指示光源11开始交替重复发光和不发光的发光操作。因此，在距离测量装置1中，光脉冲L1的相位和时钟信号SCK的相位可以被适配为彼此一致。结果，光脉冲L1的相位和信号TRG0和TRG180的相位同步。
以这种方式，曝光时段TB在该时间t12开始。在该曝光时段TB中，光电二极管PD基于取决于光脉冲L1的反射的光脉冲L2生成电荷。像素电路P100的晶体管TGA基于信号TRG0导通和断开，而晶体管TGB基于信号TRG180导通和断开。换言之，晶体管TRA和TRB中的一个导通。因此，由光电二极管PD生成的电荷选择性地累积在浮动扩散FDA和浮动扩散FDB中。
图8A至图8D示出了成像像素P1的操作示例，其中，图8A示出了光脉冲L1的波形，图8B示出了反射的光脉冲L2的波形，图8C示出了信号TRG0的波形，并且图8D示出了信号TRG180的波形。在这个示例中，在时间t21，光脉冲L1上升，信号TRG0上升，信号TRG180下降。然后，在相位从时间t21延迟“π”的时间t23，光脉冲L1下降，信号TRG0下降，信号TRG180上升。类似地，在相位从时间t23延迟“π”的时间t25，光脉冲L1上升，信号TRG0上升，信号TRG180下降。然后，在相位从时间t25延迟“π”的时间t26，光脉冲L1下降，信号TRG0下降，信号TRG180上升。
反射的光脉冲L2的相位从光脉冲L1的相位偏移了相位
晶体管TGA在信号TRG0处于高电平的时段中将由光电二极管PD生成的电荷传输到浮动扩散FDA，而晶体管TGB在信号TRG180处于高电平的时段中将由光电二极管PD生成的电荷传输到浮动扩散FDB。换言之，在从时间t22到时间t23的时段中，晶体管TGA将由光电二极管PD生成的电荷传输到浮动扩散FDA，并且晶体管TGB在从时间t23到时间t24的时段中将由光电二极管PD生成的电荷传输到浮动扩散FDB。因此，在从时间t22到时间t23的时段中，电荷S0累积在浮动扩散FDA中，并且在从时间t23到时间t24的时段中，电荷S180累积在浮动扩散FDB中。
作为电荷S0和电荷S180之间的差的信号I(＝S0-S180)根据相位
图9示出了信号I的示例。在此处，信号I
如图7A至图7L和图8A至图8D所示，成像像素P1在时间t21至时间t25重复操作。因此，电荷S0重复累积在浮动扩散FDA中，电荷S180重复累积在浮动扩散FDB中。因此，浮动扩散FDA和FDB的电压逐渐降低。因此，电压VSLA和VSLB也逐渐降低(图7C和图7D)。电压VSLA处的电压变化量对应于电荷S0，电压VSLB处的电压变化量对应于电荷S180。在这个示例中，电压VSLA的变化程度高于电压VSLB的变化程度。
由于在直到时间t13的时段中电压VSLA和VSLB高于电压VREF，所以比较器103A将信号COA的电压保持在高电平(图7E)，并且比较器103B将信号COB的电压保持在高电平(图7F)。因此，NAND电路103将控制信号SRESET的电压保持在低电平(图7H)。
然后，在时间t13，电压VSLA达到电压VREF。因此，比较器102A将信号COA的电压从高电平改变为低电平(图7E)。因此，NAND电路103将控制信号SRESET的电压从低电平改变为高电平(图7H)。因此，锁存器104复位，并且锁存器104将信号QO的电压从高电平改变为低电平(图7I)。因此，AND电路105A将信号TRG0的电压设置为低电平，AND电路105B将信号TRG180的电压设置为低电平(图7K和图7L)。因此，晶体管TGA和TGB断开。结果，随后，光电二极管PD和浮动扩散FDA和FDB电断开。以这种方式，曝光时段TB在时间t13结束。
在该示例中，在时间t13，电压VSLA达到电压VREF，并且曝光时段TB结束，但是在电压VSLA和VSLB的变化程度低于图7A至图7L中的示例的情况下，曝光时段TB在稍后的时间结束。在距离测量装置1中，如图7A至图7L所示，提供可曝光时段TA(时间t12至时间t14)，并且在电压VSLA或电压VSLB中的至少一个在可曝光时段TA期间内达到电压VREF的情况下，曝光时段TB在到达时间结束。例如，在可曝光时段TA期间内电压VSLA和VSLB都没有达到电压VREF的情况下，锁存器104在可曝光时段TA结束的时间t14复位，从而将信号TRG0和TRG180的电压设置为低电平，并且终止曝光时段TB。可曝光时段TA的时间长度例如对应于图6中的时间t1至时间T2的时间长度。
然后，在时间t14，光源11终止发光操作(图7A)。
接下来，将描述多个成像像素P中的两个成像像素P1和P2的操作。成像像素P1接收在靠近距离测量装置1的位置反射的反射的光脉冲L2，并且成像像素P2接收在远离距离测量装置1的位置反射的反射的光脉冲L2。
图10A至图10H示出了两个成像像素P1和P2中的操作的示例，其中，图10A示出了提供给成像像素P1和P2的控制信号SRST的波形，图10B示出了提供给成像像素P1和P2的控制信号SSET的波形，图10C示出了成像像素P1处的电压VSLA(电压VSLA1)的波形，图10D示出了成像像素P1处的电压VSLB(电压VSLB1)的波形，图10E示出了成像像素P1处的控制信号SRESET(控制信号SRESET1)的波形，图10F示出了成像像素P2处的电压VSLA(电压VSLA2)的波形，图10G示出了成像像素P2处的电压VSLB(电压VSLB2)的波形，并且图10H示出了成像像素P2处的控制信号SRESET(控制信号SRESET2)的波形。
在时间t12，成像像素P1中的曝光时段TB1开始，成像像素P2中的曝光时段TB2开始。
然后，在该示例中，在时间t18，成像像素P1处的电压VSLA1达到电压VREF，并且在时间t18之后的时间t19，成像像素P2处的电压VSLA2达到电压VREF。换言之，由于成像像素P1接收在靠近距离测量装置1的位置反射的反射的光脉冲L2，所以由于接收的光量大，电压VSLA1和VSLB1的变化程度高。另一方面，由于成像像素P2接收在远离距离测量装置1的位置反射的反射的光脉冲L2，所以由于接收到光量少，电压VSLA2和VSLB2的变化程度低。因此，在该示例中，成像像素P1处的电压VSLA1比成像像素P2处的电压VSLA2更早地达到电压VREF。
以这种方式，成像像素P1处的曝光时段TB1在时间t18结束，成像像素P2处的曝光时段TB2在时间t19结束。如上所述，在距离测量装置1中，在多个成像像素P的每一个中单独设置曝光时间
如上所述，在距离测量装置1中，为多个成像像素P中的每一个提供控制电路P200，并且控制电路P200被适配为基于从像素电路P100提供的电压VSLA和VSLB生成将提供给像素电路P100的信号TRG0和TRG180。因此，在距离测量装置1中，可以在多个成像像素P的每一个中单独设置曝光时间，从而可以提高测量距离D的测量精度。换言之，例如，在使所有成像像素P的曝光时间相等的情况下，在接收在接近距离测量装置1的位置反射的反射的光脉冲L2的成像像素中，接收到的光量增加，因此存在信号电平饱和的可能性，并且例如，在接收在远离距离测量装置1的位置反射的反射的光脉冲L2的成像像素中，接收的光量减少，因此存在信噪比可能降低的可能性。在这种情况下，测量距离D的测量精度降低。另一方面，在距离测量装置1中，成像像素P的控制电路P200被适配为基于从像素电路P100提供的电压VSLA和VSLB生成信号TRG0和TRG180，并且可以在多个成像像素P中单独设置曝光时间。因此，例如，在接收在接近距离测量装置1的位置反射的反射的光脉冲L2的成像像素P1中，曝光时间可以更短，而在接收在远离距离测量装置1的位置反射的反射的光脉冲L2的成像像素P2中，曝光时间可以更长。结果，距离测量装置1可以提高测量精度。
(读取操作D2)
接下来，将详细描述距离测量装置1中的读取操作D2。关注多个成像像素P中的某个成像像素P1，下面将详细描述与成像像素P1相关联的读取操作D2。
图11A至图11G示出了曝光操作D1的示例，其中，图11A示出了控制信号SSEL的波形，图11B示出了控制信号SRST的波形，图11C示出了参考信号REF的波形，图11D示出了像素信号SIG(电压VSLA)的波形，图11E示出了从AD转换器ADC的比较器34输出的信号CMP的波形，图11F示出了时钟信号CLK的波形，图11G示出了AD转换器ADC的计数器35中的计数值CNT。在此处，在图11C和图11D中，在相同的电压轴上指示各个信号的波形。图11C中的参考信号REF示出了在比较器34的正输入端的波形，而图11D中的像素信号SIG示出了在比较器34的负输入端的波形。
在该读取操作D2中，驱动单元22将控制信号SSEL的电压设置为高电平，并将控制信号SSELC的电压设置为低电平。因此，像素电路P100的晶体管SELA和SELB导通，控制电路P200的晶体管SELA2和SELB2断开。因此，像素电路P100向读取单元30提供电压VSLA和VSLB。然后，在转换时段T1中，读取单元30的AD转换单元ADC基于成像像素P1输出的像素信号SIG(电压VSLA)执行AD转换。然后，驱动单元22针对成像像素P1执行复位操作，并且AD转换单元ADC基于由成像像素P1在转换时段T2输出的像素信号SIG执行AD转换。该操作将在下面详细描述。注意，在该示例中将描述基于电压VSLA的操作，但是同样适用于电压VSLB。
首先，在时间t31，驱动单元22将控制信号SSEL的电压从低电平改变为高电平(图11A)。因此，在成像像素P1中，晶体管SELA和SELB导通，并且成像像素P1电连接到信号线SGLA和SGLB。因此，成像像素P1经由信号线SGLA将电压VSLA作为像素信号SIG提供给读取单元30，并且经由信号线SGLB将电压VSLB作为像素信号SIG提供给读取单元30。
接下来，在从时间t32到时间t34的时段(转换时段T1)，AD转换单元ADC基于该像素信号SIG执行AD转换。具体地，在时间t32，成像控制单元25开始生成时钟信号CLK(图11F)，同时，参考信号生成单元26开始将参考信号REF的电压从电压V2降低预定变化程度(图11C)。因此，AD转换单元ADC的计数器35开始计数操作，以便从“0”减小计数值CNT(图11G)。
然后，在时间t33，参考信号REF的电压下降到低于像素信号SIG的电压(图11C和图11D)。因此，AD转换单元ADC的比较器34将信号CMP的电压从高电平改变为低电平(图11E)，结果，计数器35停止计数操作(图11G)。在这种情况下，计数值CNT是负值“-CNT1”。
接下来，在时间t34，成像控制单元25随着转换时段T1的结束而停止时钟信号CLK的生成(图11F)。同时，参考信号生成单元26停止参考信号REF的电压变化，并且在随后的时间t35将参考信号REF的电压改变为电压V2(图11C)。因此，参考信号REF的电压超过像素信号SIG的电压(图11C和图11D)，并且AD转换器ADC的比较器34因此将信号CMP的电压从低电平改变为高电平(图11E)。
接下来，在时间t36，AD转换单元ADC的计数器35基于控制信号CC反转计数值CNT的极性(图11G)。因此，计数值CNT变成正值“CNT1”。
接下来，在时间t37，驱动单元22将控制信号SRST的电压从低电平改变为高电平(图11B)。因此，在成像像素P1的像素电路P100中，晶体管RST、RSTA和RSTB导通，电压VRSTX提供给光电二极管PD的阴极，电压VRST提供给浮动扩散FDA和FDB(复位操作)。因此，像素信号SIG的电压(电压VSLA)根据电压VRST向电压V1上升。
接下来，在时间t37，驱动单元22将控制信号SRST的电压从高电平改变为低电平(图11B)。因此，在成像像素P1的像素电路P100中，晶体管RST、RSTA和RSTB断开。
接下来，在从时间t39到时间t41的时段(转换时段T2)，AD转换单元ADC基于该像素信号SIG执行AD转换。具体地，在时间t39，成像控制单元25开始生成时钟信号CLK(图11F)，同时，参考信号生成单元26开始将参考信号REF的电压从电压V2降低预定变化程度(图11C)。因此，AD转换单元ADC的计数器35开始计数操作，以便减少计数值(图11G)。
然后，在时间t40，参考信号REF的电压下降到低于像素信号SIG的电压(图11C和图11D)。因此，AD转换单元ADC的比较器34将信号CMP的电压从高电平改变为低电平(图11E)，结果，计数器35停止计数操作(图11G)。在从时间t39到时间t40的时段中，计数值CNT减少了值CNT2。该值CNT2对应于成像像素P复位后的电压VSLA。然后，AD转换单元ADC的锁存器36输出计数器35中的计数值CNT(CNT1-CNT2)，作为数字码CODE。
接下来，在时间t41，成像控制单元25随着转换时段T2的结束停止时钟信号CLK的生成(图11F)。同时，参考信号生成单元26停止参考信号REF的电压变化，并且在随后的时间t42将参考信号REF的电压改变为电压V2(图11C)。因此，参考信号REF的电压超过像素信号SIG的电压(图11C和图11D)，并且AD转换器ADC的比较器34因此将信号CMP的电压从低电平改变为高电平(图11E)。
然后，在时间t43，驱动单元22将控制信号SSEL的电压从高电平改变为低电平(图11A)。因此，在成像像素P1中，晶体管SELA和SELB断开，并且成像像素P1与信号线SGLA和SGLB电断开。
如上所述，距离测量装置1被适配为基于在转换时段T1中从成像像素P1提供的像素信号SIG(电压VSLA)执行计数操作，反转计数值CNT的极性，然后基于从在转换时段T2中复位的成像像素P1提供的像素信号(电压VSLA)执行计数操作。由于距离测量装置1被适配为执行这种所谓的双数据采样(DDS)，所以可以去除像素信号SIG中包括的噪声分量，结果，可以提高测量距离D的测量精度。
读取单元30基于成像像素P1的电压VSLA执行如上所述的读取操作D2，从而生成数字码CODE(数字码CODEA)，并且基于电压VSLB，类似地执行读取操作D2，从而生成数字码CODE(数字码CODEB)。然后，读取单元30将包括数字码CODEA和CODEB的图像信号DATA0提供给处理单元24。
处理单元24基于包括在图像信号DATA0中的数字码CODEA和CODEB获得成像像素P1中的像素值。
换言之，由于电压VSLA是对应于图8A至图8D所示的电荷S0的电压，所以数字码CODEA是对应于该电荷S0的代码。类似地，由于电压VSLB是对应于图8A至图8D所示的电荷S180的电压，所以数字码CODEB是对应于该电荷S180的代码。因此，通过从由数字码CODEA指示的值中减去由数字码CODEB指示的值而获得的值对应于信号I
处理单元24可以基于数字码CODEA和CODEB，获得成像像素P1中的距离D的值。处理单元24对多个成像像素P执行这种处理，从而生成距离图像PIC。然后，处理单元24输出距离图像PIC，作为图像信号DATA。
有利效果
如上所述，根据本实施方式，为多个成像像素中的每一个提供控制电路，并且基于从像素电路提供的电压VSLA和VSLB，控制电路生成提供给像素电路的信号TRG0和TRG180。因此，由于可以在多个成像像素的每一个中单独设置曝光时间，所以可以提高距离测量的测量精度。
修改示例1
根据上述实施方式，如图3所示配置像素电路P100，但是本公开不应被认为局限于这种配置。下面将描述根据本修改示例的距离测量装置1A。距离测量装置1A包括成像单元20A。成像单元20A包括像素阵列21A和驱动单元22A。
图12示出了像素阵列21A中的成像像素P的配置示例。像素阵列21A包括多条控制线CMRL、多条控制线ISWL、多条控制线OFGL和多条控制线CTLL。控制线CMRL被适配为在水平方向(图12中的横向方向)上延伸，并且控制信号SCMR由驱动单元22A施加到控制线CMRL。控制线ISWL被适配为在水平方向(图12中的横向方向)上延伸，并且控制信号SISW由驱动单元22A施加到控制线ISWL。控制线OFGL被适配为在水平方向(图12中的横向方向)上延伸，并且控制信号SOFG由驱动单元22A施加到控制线OFGL。控制线CTLL被适配为在水平方向(图12中的横向方向)上延伸，并且控制信号SCTL由驱动单元22A施加到控制线CTLL。成像像素P包括像素电路P100A和控制电路P200A。
像素电路P100A包括晶体管CMR、RSTA、RSTB、OFG、ISWA和ISWB以及电容元件CAPA和CAPB。在这个示例中，晶体管CMR、RSTA、RSTB、OFG、ISWA和ISWB是N型MOS晶体管。
晶体管CMR的漏极提供有电压VDDX，其栅极连接到控制线CMRL，其源极连接到节点FDO。晶体管RSTA的漏极提供有电压FBL，其栅极连接到控制线RSTL，其源极连接到晶体管ISWA的漏极和电容元件CAPA的一端。晶体管RSTB的漏极提供有电压FBL，其栅极连接到控制线RSTL，其源极连接到晶体管ISWB的漏极和电容元件CAPB的一端。晶体管OFG的漏极连接到节点FDO，其栅极连接到控制线OFGL，其源极连接到光电二极管PD以及晶体管TGA和TGB的源极。晶体管ISWA的漏极连接到晶体管RSTA的源极和电容器CAPA的一端，其栅极连接到控制线ISWL，其源极连接到浮动扩散FDA、晶体管TGA的漏极和晶体管AMPA的栅极。晶体管ISWB的漏极连接到晶体管RSTB的源极和电容器CAPB的一端，其栅极连接到控制线ISWL，其源极连接到浮动扩散FDB、晶体管TGB的漏极和晶体管AMPB的栅极。
电容元件CAPA的一端连接到晶体管RSTA的源极和晶体管ISWA的漏极，另一端连接到节点FDO。电容元件CAPB的一端连接到晶体管RSTB的源极和晶体管ISWB的漏极，另一端连接到节点FDO。
控制电路P200A具有AND电路107A和107B。AND电路107A被适配为获得信号QO、时钟信号SCK和控制信号SCTL的逻辑积(AND)，从而生成信号TRG0。AND电路107B被适配为获得信号QO、时钟信号SCK的反相信号和控制信号SCTL的逻辑积(AND)，从而生成信号TRG180。
与根据上述实施方式的驱动单元22一样，驱动单元22A被适配为基于来自成像控制单元25的指令来驱动多个成像像素P。具体地，驱动单元22A将控制信号SCMR施加到多条控制线CMRL，将控制信号SISW施加到多条控制线ISWL，将控制信号SOFG施加到多条控制线OFGL，并将控制信号SCTL施加到多条控制线CTLL。此外，驱动单元22A还具有生成电压FBL和VDDX的功能。
在此处，晶体管TGA对应于根据本公开的“第一开关晶体管”的具体示例。晶体管TGB对应于根据本公开的“第二开关晶体管”的具体示例。浮动扩散FDA对应于根据本公开的“第一电荷累积单元”的具体示例。浮动扩散FDB对应于根据本公开的“第二电荷累积单元”的具体示例。晶体管OFG对应于根据本公开的“第七晶体管”的具体示例。晶体管ISWA对应于根据本公开的“第八晶体管”的具体示例。晶体管ISWB对应于根据本公开的“第九晶体管”的具体示例。晶体管CMR对应于根据本公开的“第十晶体管”的具体示例。晶体管RSTA对应于根据本公开的“第十一晶体管”的具体示例。晶体管RSTB对应于根据本公开的“第十二晶体管”的具体示例。驱动单元22A对应于根据本公开的“第二控制单元”的一个具体示例。
图13A至图13M示出了距离测量装置1A中的曝光操作D1的示例，其中，图13A示出了从光源11发射的光脉冲L1的波形，图13B示出了控制信号SISW的波形，图13C示出了控制信号SCMR的波形，图13D示出了控制信号SRST的波形，图13E示出了控制信号SOFG的波形，图13F示出了电压VSLA的波形，图13G示出了电压VSLB的波形，图13H示出了控制信号SSET的波形，图13I示出了控制信号SRESET的波形，图13J示出了信号QO的波形，图13K示出了控制信号SCTL的波形，图13L示出了信号TRG0的波形，并且图13M示出了信号TRG180的波形。
在时间t52之前，驱动单元22A将控制信号SISW、SCMR、SRST和SOFG的电压设置为高电平(图13B至图13E)。因此，像素电路P100A的晶体管CMR、RSTA、RSTB、OFG、ISWA和ISWB导通，电压VDDX提供给光电二极管PD的阴极，电压FBL提供给浮动扩散FDA和FDB。由像素电路P100A输出的电压VSLA和VSLB被设置为取决于该电压FBL的电压V1(图13F和图13G)。
接下来，在时间t51，驱动单元22A将控制信号SSET的电压从低电平改变为高电平(图13H)。因此，锁存器104被置位，并且锁存器104将信号QO的电压从低电平改变为高电平(图13J)。由于控制信号SCTL处于低电平(图13K)，所以AND电路107A将信号TRG0的电压保持在低电平，AND电路107B将信号TRG180的电压保持在低电平(图13L和图13M)。然后，在时间t52，驱动单元22A将控制信号SSET的电压从高电平改变为低电平(图13H)。
在从时间t52到时间t53的时段中，驱动单元22A将控制信号SCTL的电压保持在低电平(图13K)。因此，AND电路107A将信号TRG0的电压保持在低电平，而AND电路107B将信号TRG180的电压保持在低电平(图13L和13M)。因此，电压VSLA和VSLB保持在几乎相同的电压。
接下来，在时间t53，驱动单元22A将控制信号SCTL的电压从低电平改变为高电平(图13K)。因此，在从时间t53到时间t54的时段(曝光时段TB)，AND电路107A输出时钟信号SCK，作为信号TRG0，并且AND电路107B输出时钟信号SCK的反相信号，作为信号TRG180(图13L和图13M)。此外，在从时间t53到时间t54的时段中，光源11执行交替重复发光和不发光的发光操作(图13A)。因此，光电二极管PD基于反射的光脉冲L2生成电荷，并且浮动扩散FDA和FDB累积由光电二极管PD生成的电荷。然后，电压VSLA和VSLB分别根据浮动扩散FDA和FDB处的电压而变化(图13F和图13G)。
接下来，在时间t54，驱动单元22A将控制信号SCTL的电压从高电平改变为低电平(图13K)。因此，在从时间t54到时间t55的时段中，AND电路107A将信号TRG0的电压保持在低电平，并且AND电路107B将信号TRG180的电压保持在低电平(图13L和图13M)。此外，在从时间t54到时间t55的时段中，光源11停止发光操作(图13A)。因此，电压VSLA和VSLB保持在几乎相同的电压。
接下来，在时间t55，驱动单元22A将控制信号SCTL的电压从低电平改变为高电平(图13K)。因此，在从时间t55到时间t56的时段(曝光时段TB)中，AND电路107A输出时钟信号SCK，作为信号TRG0，并且AND电路107B输出时钟信号SCK的反相信号，作为信号TRG180(图13L和图13M)。此外，在从时间t55到时间t56的时段中，光源11执行交替重复发光和不发光的发光操作(图13A)。因此，电压VSLA和VSLB分别根据浮动扩散FDA和FDB处的电压而变化(图13F和图13G)。
随后，距离测量装置1A交替地重复从时间t54到时间t55的时段中的操作和从时间t55到时间t56的时段(曝光时段TB)中的操作。
在时间t57，驱动单元22A将控制信号SCTL的电压从低电平改变为高电平(图13K)。因此，AND电路107A开始输出时钟信号SCK，作为信号TRG0，AND电路107B开始输出时钟信号SCK的反相信号，作为信号TRG180(图13L和图13M)。此外，光源11开始交替重复发光和不发光的发光操作(图13A)。因此，电压VSLA和VSLB分别根据浮动扩散FDA和FDB处的电压而变化(图13F和图13G)。
然后，在时间t58，电压VSLA达到电压VREF。因此，NAND电路103将控制信号SRESET的电压从低电平改变为高电平(图13I)。因此，锁存器104复位，并且锁存器104将信号QO的电压从高电平改变为低电平(图13J)。因此，AND电路107A将信号TRG0的电压设置为低电平，AND电路107B将信号TRG180的电压设置为低电平(图13L和图13M)。因此，从时间t57开始的曝光时段TB结束。
图14A至图14J示出了从图13A至图13M中所示的时间t54到时间t56的时段中的操作的示例，其中，图14A示出了从光源11发射的光脉冲L1的波形，图14B示出了控制信号SISW的波形，图14C示出了控制信号SCMR的波形，图14D示出了控制信号SRST的波形，图14E示出了控制信号SOFG的波形，图14F示出了节点FDO处的电压VFDO的波形，图14G示出了电压VSLA的波形，图14H示出了电压VSLB的波形，图14I示出了信号TRG0的波形，并且图14J示出了信号TRG180的波形。
在时间t54，驱动单元22A将控制信号SCMR、SRST和SOFG的电压从低电平改变为高电平(图14C至图14E)。因此，晶体管CMR、RSTA、RSTB和OFG均导通。因此，电压VDDX经由晶体管CMR和OFG提供给光电二极管PD的阴极。因此，节点FDO的电压VFDO被设置为电压VDDX。此外，电容元件CAPA两端的电压被设置为取决于电压FBL和VDDX之间的电压差的电压，电容元件CAPB两端的电压被设置为取决于电压FBL和VDDX之间的电压差的电压。
接下来，在时间t61，驱动单元22A将控制信号SCMR的电压从高电平改变为低电平(图14C)。因此，晶体管CMR断开。
在从时间t61到时间t62的时段中，光电二极管PD基于背景光生成电荷。由于晶体管OFG导通，节点FDO处的电压VFDO根据光电二极管PD生成的电荷而逐渐降低。因此，电容元件CAPA两端的电压改变，并且类似地，电容元件CAPB两端的电压改变。
然后，在时间t62，驱动单元22A将控制信号SOFG的电压从高电平改变为低电平(图14E)。因此，晶体管OFG断开。因此，节点FDO变为浮置状态，并且随后，保持电容元件CAPA两端的电压和电容元件CAPB两端的电压。
然后，在时间t63，驱动单元22A将控制信号SRST的电压从高电平改变为低电平(图14D)。因此，晶体管RSTA和RSTB都断开。
接下来，在时间t64，驱动单元22A将控制信号SCMR的电压从低电平改变为高电平(图14C)。因此，晶体管CMR导通，电压VDDX提供给节点FDO，并且电压VFDO被设置为电压VDDX(图14F)。在这种情况下，保持电容元件CAPA两端的电压和电容元件CAPB两端的电压，从而增加电容元件CAPA一端的电压和电容元件CAPB一端的电压。
接下来，在时间t65，驱动单元22A将控制信号SISW的电压从低电平改变为高电平(图14B)。因此，晶体管ISWA和ISWB均导通，并且浮动扩散FDA和FDB处的电压增加。因此，电压VSLA和VSLB增加(图14F和图14G)。电压VSLA和VSLB的增加对应于电压VDO相对于时间t62时的电压VDDX的变化量。换言之，电压VSLA和VSLB的增加取决于背景光的强度。
接下来，在时间t66，驱动单元22A将控制信号SISW的电压从高电平改变为低电平(图14B)，并且在时间t55，驱动单元22A将控制信号SCMR的电压从高电平改变为低电平(图14C)。
然后，在从时间t55到时间t56的后续时段期间，光源11执行交替重复发光和不发光的发光操作(图14A)，并且AND电路107A输出时钟信号SCK，作为信号TRG0，AND电路107B输出时钟信号SCK的反相信号，作为信号TRG180(图14I和图14J)。因此，光电二极管PD基于反射的光脉冲L2生成电荷，并且浮动扩散FDA和FDB累积由光电二极管PD生成的电荷。然后，电压VSLA和VSLB分别根据浮动扩散FDA和FDB处的电压而变化(图14G和图14H)。
如上所述，在距离测量装置1A中，在从时间t61到t62的时段(背景光曝光时段TC)中，光电二极管PD基于背景光累积电荷。然后，像素电路P100A根据在背景光曝光时段TC中累积的电荷量增加电压VSLA和VSLB的电压。从时间t61到时间t62的时段的时间长度(背景光曝光时段TC)被设置为与从时间t55到时间t56的时段的时间长度(曝光时段TB)相同的长度。因此，在距离测量装置1A中，可以减去基于背景光的分量，该分量包括在从时间t55到时间t56的时段中获得的电压VSLA和VSLB中。因此，距离测量装置1A可以提高测量距离D的测量精度
<2.第二实施方式>
接下来，将描述根据第二实施方式的距离测量装置2。根据本实施方式，通过使用相位彼此不同的四个信号来设置曝光时间。注意，与根据上述第一实施方式的距离测量装置1中的基本相同的构成由相同的附图标记表示，并且适当地省略了对这些构成的描述。
距离测量装置2包括如图1所示的成像单元40。如图2所示，成像单元40包括像素阵列41、驱动单元42和处理单元44。
图15示出了像素阵列41的配置示例。像素阵列41包括多条控制线RSTL1、多条控制线RSTL2、多条控制线SELL1、多条控制线SELL2、多条控制线SELCL、多条控制线SETL、多条时钟信号线CKIL和多条时钟信号线CKQL。控制线RSTL1被适配为在水平方向(图15中的横向方向)上延伸，并且控制信号SRST1由驱动单元42施加到控制线RSTL1。控制线RSTL2被适配为在水平方向(图15中的横向方向)上延伸，并且控制信号SRST2由驱动单元42施加到控制线RSTL2。控制线SELL1被适配为在水平方向(图15中的横向方向)上延伸，并且控制信号SSEL1由驱动单元42施加到控制线SELL1。控制线SELL2被适配为在水平方向(图15中的横向方向)上延伸，并且控制信号SSELL2由驱动单元42施加到控制线SELL2。控制线SELCL被适配为在水平方向(图15中的横向方向)上延伸，并且控制信号SSELC由驱动单元42施加到控制线SELCL。控制线SETL被适配为在水平方向(图15中的横向方向)上延伸，并且控制信号SSET由驱动单元42施加到控制线SETL。时钟信号线CKIL被适配为在水平方向(图15中的横向方向)上延伸，并且时钟信号SCKI由驱动单元42施加到时钟信号线CKIL。时钟信号线CKQL被适配为在水平方向(图15中的横向方向)上延伸，并且时钟信号SCKQ由驱动单元42施加到时钟信号线CKQL。时钟信号SCKQ是相位从时钟信号SCKI延迟90°的信号。
像素阵列41包括像素电路Q110和Q120以及控制电路Q200。像素电路Q110和Q120以及控制电路Q200对应于像素阵列41中的两个成像像素Q。像素电路Q110和Q120具有与根据上述第一实施方式的像素电路P100相同的电路配置。
像素电路Q110具有光电二极管PD1、晶体管TGA和TGB、浮动扩散FDA和FDB、晶体管RST1、RSTA和RSTB、晶体管AMPA和AMPB以及晶体管SELA和SELB。晶体管TGA的栅极提供有信号TRG0，晶体管TGB的栅极提供有信号TRG180。在控制电路Q200中的晶体管SELA2导通而晶体管SELA1断开的情况下，晶体管AMPA根据浮动扩散FDA处的电压向控制电路Q200提供电压VSLA。此外，在控制电路Q200中的晶体管SELB2导通而晶体管SELB断开的情况下，晶体管AMPB根据浮动扩散FDB处的电压向控制电路Q200提供电压VSLB。
像素电路Q120具有光电二极管PD2、晶体管TGC和TGD、浮动扩散FDC和FDD、晶体管RST2、RSTC和RSTD、晶体管AMPC和AMPD以及晶体管SELC和SELD。晶体管TGC的栅极提供有信号TRG90，晶体管TGD的栅极提供有信号TRG270。在控制电路Q200中的晶体管SELC2(稍后描述)导通而晶体管SELC断开的情况下，晶体管AMPC根据浮动扩散FDC处的电压向控制电路Q200提供电压VSLC。此外，在控制电路Q200中的晶体管SELD2(稍后描述)导通而晶体管SELD断开的情况下，晶体管AMPD根据浮动扩散FDD处的电压向控制电路Q200提供电压VSLD。
控制电路Q200具有晶体管SELA2、SELB2、SELC2和SELD2、电流源101A、101B、101C和101D、比较器102A、102B、102C和102D、NAND电路113、锁存器104以及AND电路105A、105B、105C和105D。
晶体管SELA2的栅极连接到控制线SELCL，其漏极连接到像素电路Q110中的晶体管AMPA的源极和其中的晶体管SELA的漏极。
晶体管SELB2的栅极连接到控制线SELCL，其漏极连接到像素电路Q110中的晶体管AMPB的源极和其中的晶体管SELB的漏极。
晶体管SELC2的栅极连接到控制线SELCL，其漏极连接到像素电路Q120中的晶体管AMPC的源极和其中的晶体管SELC的漏极，其源极连接到电流源101C和比较器102C。电流源101C被适配为从晶体管SELC2的源极向地施加具有预定电流值的电流。比较器102C具有连接到晶体管SELC2的源极的正输入端、提供有电压VREF的负输入端以及连接到NAND电路113的输出端。如此配置的比较器102C被适配为在晶体管SELC2导通的情况下，将从像素电路Q120提供的电压VSLC与电压VREF进行比较，从而生成信号COC。
晶体管SELD2的栅极连接到控制线SELCL，其漏极连接到像素电路Q120中的晶体管AMPD的源极和其中的晶体管SELD的漏极，其源极连接到电流源101D和比较器102D。电流源101D被适配为从晶体管SELD2的源极向地施加具有预定电流值的电流。比较器102D具有连接到晶体管SELD2的源极的正输入端、提供有电压VREF的负输入端以及连接到NAND电路113的输出端。如此配置的比较器102D被适配为在晶体管SELD2导通的情况下，将从像素电路Q120提供的电压VSLD与电压VREF进行比较，从而生成信号COD。
NAND电路113被适配为获得四个信号COA、COB、COC和COD的反相逻辑积，从而生成控制信号SRESET。
锁存器104被适配为基于提供给置位端的控制信号SSET，将信号QO的值设置为“1”并保持该值，并且基于提供给复位端的控制信号SRESET，将信号QO的值复位为“0”并保持该值。
AND电路105A被适配为获得信号QO和时钟信号SCKI的逻辑积，从而生成信号TRG0。AND电路105B被适配为获得信号QO和时钟信号SCKI的反相信号的逻辑积，从而生成信号TRG180。AND电路105C被适配为获得信号QO和时钟信号SCKQ的逻辑积，从而生成信号TRG90。AND电路105D被适配为获得信号QO和时钟信号SCKQ的反相信号的逻辑积，从而生成信号TRG270。
与根据上述第一实施方式的驱动单元22一样，驱动单元42被适配为基于来自成像控制单元25的指令来驱动多个成像像素Q。驱动单元42被适配为将控制信号SRST1施加到多条控制线RSTL1，将控制信号SRST2施加到多条控制线RSTL2，将控制信号SSEL1施加到多条控制线SELL1，将控制信号SSEL2施加到多条控制线SELL2，将控制信号SSELC施加到多条控制线SELCL，将控制信号SSET施加到多条控制线SETL，将时钟信号SCKI施加到多条时钟信号线CKIL，并将时钟信号SCKQ施加到多条时钟信号线CKQL。
处理单元44被适配为基于图像信号DATA0生成距离图像PIC，其中，每个像素值指示距离D的值，并且输出距离图像PIC，作为图像信号DATA。
在此处，光电二极管PD1对应于根据本公开的“第一光接收元件”的具体示例。光电二极管PD2对应于根据本公开的“第二光接收元件”的具体示例。浮动扩散FDC和FDD对应于根据本公开的“多个第二累积单元”的具体示例。晶体管TGC和TGD对应于根据本公开的“多个第二晶体管”的具体示例。晶体管AMPC、SELC、AMPD和SELD对应于根据本公开的“多个第二输出单元”的具体示例。控制电路Q200对应于根据本公开的“第一控制单元”的具体示例。比较器102A、102B、102C和102D以及NAND电路113对应于根据本公开的“检测单元”的具体示例。AND电路105A、105B、105C和105D对应于根据本公开的“驱动单元”的具体示例。
接下来，将详细描述距离测量装置1中的曝光操作D1。关注于多个成像像素Q中与一个控制电路Q200相关的两个成像像素Q1和Q2，下面将详细描述与成像像素Q1和Q2相关联的曝光操作D1。
图16A至图16L示出了距离测量装置2中的曝光操作D1的示例，其中，图16A示出了从光源11发射的光脉冲L1的波形，图16B示出了控制信号SRST(控制信号SRST1、SRST2)的波形，图16C示出了电压VSLA、VSLB、VSLC和VSLD的波形，图16D示出了控制信号SSET的波形，图16E示出了控制信号SRESET的波形，图16F示出了信号QO的波形，图16G示出了时钟信号SCKI的波形，图16H示出了时钟信号SCKQ的波形，图16I示出了信号TRG0的波形，图16J示出了信号TRG90的波形，图16K示出了信号TRG180的波形，并且图16L示出了信号TRG270的波形。
在时间t72之前，驱动单元42将控制信号SRST1和SRST2的电压设置为高电平(图16B)。因此，像素电路Q110的晶体管RST1、RSTA和RSTB导通，电压VRSTX提供给光电二极管PD1的阴极，电压VRST提供给浮动扩散FDA和FDB。类似地，像素电路Q120的晶体管RST2、RSTC和RSTD导通，电压VRSTX提供给光电二极管PD2的阴极，电压VRST提供给浮动扩散FDC和FDD。结果，从像素电路Q110输出的电压VSLA和VSLB以及从像素电路Q120输出的电压VSLC和VSLD分别被设置为对应于电压VRST的电压V1(图16C)。
接下来，在时间t71，驱动单元42将控制信号SSET的电压从低电平改变为高电平(图16D)。因此，锁存器104被置位，并且锁存器104将信号QO的电压从低电平改变为高电平(图16F)。因此，AND电路105A开始输出时钟信号SCKI，作为信号TRG0，AND电路105B开始输出时钟信号SCKI的反相信号，作为信号TRG180，AND电路105C开始输出时钟信号SCKQ，作为信号TRG90，AND电路105D开始输出时钟信号SCKQ的反相信号，作为信号TRG270(图16G至图16L)。
接下来，在时间t72，驱动单元42将控制信号SSET的电压从高电平改变为低电平(图16D)。此外，在时间t72，驱动单元42将控制信号SRST1和SRST2的电压从高电平改变为低电平(图16B)。因此，像素电路Q110的晶体管RST1、RSTA和RSTB以及像素电路Q120的晶体管RST2、RSTC和RSTC都断开。此外，在该时间t72，光源11开始交替重复发光和不发光的发光操作(图16A)。如图16A和图16G所示，光源11的发光操作的频率等于时钟信号SCKI的频率，并且光脉冲L1的相位和时钟信号SCKI的相位彼此一致。结果，光脉冲L1的相位与信号TRG0、TRG90、TRG180和TRG270的相位同步。
以这种方式，曝光时段TB在该时间t72开始。在该曝光时段TB中，光电二极管PD1和PD2基于取决于光脉冲L1的反射的光脉冲L2生成电荷。在像素电路Q110中，晶体管TGA基于信号TRG0导通和断开，晶体管TGB基于信号TRG180导通和断开。换言之，晶体管TRA和TRB中的一个导通。因此，由光电二极管PD1生成的电荷选择性地累积在浮动扩散FDA和浮动扩散FDB中。类似地，在像素电路Q120中，晶体管TGC基于信号TRG90导通和断开，晶体管TGD基于信号TRG270导通和断开。换言之，晶体管TRC和TRD中的一个导通。因此，由光电二极管PD2生成的电荷选择性地累积在浮动扩散FDC和浮动扩散FDD中。
图17A至图17F示出了成像像素Q1和Q2的操作示例，其中，图17A示出了光脉冲L1的波形，图17B示出了由光电二极管PD1和PD2接收的反射的光脉冲L2的波形，图17C示出了信号TRG0的波形，图17D示出了信号TRG180的波形，图17E示出了信号TRG90的波形，并且图17F示出了信号TRG270的波形。在该示例中，像素电路Q110的光电二极管PD1和像素电路Q120的光电二极管PD2接收基本相同的反射的光脉冲L2(图17B)。在这个示例中，在时间t81，光脉冲L1上升，信号TRG0上升，信号TRG180下降。然后，在相位从时间t81延迟“π/2”的时间t83，信号TRG90上升，信号TRG270下降。然后，在相位从时间t83延迟“π/2”的时间t84，光脉冲L1下降，信号TRG0下降，信号TRG180上升。然后，在相位从时间t84延迟“π/2”的时间t86，信号TRG90下降，信号TRG270上升。
在该示例中，在从时间t82到时间t84的时段中，晶体管TGA将由光电二极管PD1生成的电荷传输到浮动扩散FDA，并且在从时间t84到时间t85的时段中，晶体管TGB将由光电二极管PD1生成的电荷传输到浮动扩散FDB。因此，在从时间t82到时间t84的时段中，电荷S0累积在浮动扩散FDA中，并且在从时间t84到时间t85的时段中，电荷S180累积在浮动扩散FDB中。
此外，在从时间t82到时间t83的时段中，晶体管TGD将由光电二极管PD2生成的电荷传输到浮动扩散FDD，并且在从时间t83到时间t85的时段中，晶体管TGC将由光电二极管PD2生成的电荷传输到浮动扩散FDC。因此，在从时间t82到时间t83的时段中，电荷S270累积在浮动扩散FDD中，并且在从时间t83到时间t85的时段中，电荷S90累积在浮动扩散FDC中。
作为电荷S0和电荷S180之间的差的信号I(S0-S180)根据相位
图18和图19示出了信号I和Q
在相位为“0”(零)的情况下，信号I为“1”。然后，当相位从“0”(零)变为“π”时，信号I以线性方式减小，从“1”变为“-1”。然后，当相位
此外，在相位为“0”(零)的情况下，信号Q
如图19所示，信号Q和信号I之间的比值(Q
如图16A至图16L和图17A至图17F所示，成像像素Q1和Q2重复在时间t81至时间t87的操作。因此，电荷S0重复累积在浮动扩散FDA中，电荷S180重复累积在浮动扩散FDB中，电荷S90重复累积在浮动扩散FDC中，电荷S270重复累积在浮动扩散FDD中。因此，浮动扩散FDA、FDB、FDC以及FDD的电压逐渐降低。因此，电压VSLA、VSLB、VSLC和VSLD也逐渐降低(图16C)。在该示例中，电压VSLA的变化程度高于电压VSLB、VSLC和VSLD的变化程度。
然后，在时间t73，电压VSLA达到电压VREF。因此，比较器102A将信号COA的电压从高电平改变为低电平。因此，NAND电路113将控制信号SRESET的电压从低电平改变为高电平(图16E)。因此，锁存器104复位，并且锁存器104将信号QO的电压从高电平改变为低电平(图16F)。因此，AND电路105A将信号TRG0的电压设置为低电平，AND电路105B将信号TRG180的电压设置为低电平，AND电路105C将信号TRG90的电压设置为低电平，AND电路105D将信号TRG270的电压设置为低电平(图16I至图16L)。这样，曝光时段TB在时间t73结束。
然后，在时间t74，光源11终止发光操作(图16A)。
读取单元30基于从像素电路Q110提供的电压VSLA执行如上所述的读取操作D2，从而生成数字码CODE(数字码CODEA)，并且类似地基于从像素电路Q110提供的电压VSLB执行读取操作D2，从而生成数字码CODE(数字码CODEB)。类似地，读取单元30基于从像素电路Q120提供的电压VSLC执行读取操作D2，从而生成数字码CODE(数字码CODEC)，并且基于从像素电路Q120提供的电压VSLD执行读取操作D2，从而生成数字码CODE(数字码CODED)。读取单元30将包括这些数字码CODEA、CODEB、CODEC和CODED的图像信号DATA0提供给处理单元44。
处理单元44基于包括在图像信号DATA0中的数字码CODEA、CODEB、CODEC和CODED，获得成像像素Q1和Q2中的像素值。换言之，处理单元44可以将通过从由数字码CODEA指示的值中减去由数字码CODEB指示的值而获得的值视为信号I并且将通过从由数字码CODEC指示的值中减去由数字码CODED指示的值而获得的值视为信号Q
如上所述，距离测量装置2被适配为使用四个信号TRG0、TRG90、TRG180和TRG270。因此，如图18所示，可以基于信号I
此外，在距离测量装置2中，基于信号TRG0和TRG180操作的像素电路Q110中的曝光时间等于基于信号TRG90和TRG270操作的像素电路Q120中的曝光时间，因此可以提高测量距离D的测量精度。换言之，例如，在像素电路Q110中的曝光时间长于像素电路Q120中的曝光时间的情况下，像素电路Q110中累积的电荷量大于像素电路Q120中累积的电荷量，并且在从像素电路Q110获得的值和从像素电路Q120获得的值之间失去平衡。结果，难以将通过从由数字码CODEA指示的值中减去由数字码CODEB指示的值而获得的值视为信号I
此外，在距离测量装置2中，为两个像素电路Q110和Q120提供一个控制电路Q200，因此，与为一个像素电路提供一个控制电路的情况相比，可以减小电路规模。
如上所述，根据本实施方式，使用了四个信号TRG0、TRG90、TRG180和TRG270，因此可测量的距离可以扩展。
根据本实施方式，基于信号TRG0和TRG180操作的像素电路中的曝光时间和基于信号TRG90和TRG270操作的像素电路中的曝光时间彼此相等，因此可以提高距离测量中的测量精度。
根据本实施方式，为两个像素电路提供了一个控制电路，因此可以减小电路规模。
修改示例2
根据上述实施方式，如图15所示，提供了四个比较器102A至102D，但是不应认为本公开限于该实施方式。下面将通过几个示例详细描述本修改示例。
图20示出了根据本修改示例的控制电路Q200A的主要部分的配置示例。图20示出了图15所示的控制电路Q200的一部分，对应于四个比较器102A至102D、NAND电路113和锁存器104。
控制电路Q200A包括晶体管111A至111D、电流源112A至112D和比较器120。比较器120包括电容元件121和122、晶体管123至126、开关127和128以及电流源129。晶体管111A至111D、123和124是P型MOS晶体管，晶体管125和126是N型MOS晶体管。
晶体管111A的栅极提供有电压VSLA，其源极连接到节点N1，其漏极接地。晶体管111A的栅极连接到例如晶体管SELA2的源极。电流源112A的一端提供有电源电压VDD，另一端连接到晶体管111A的源极。晶体管111A和电流源112A构成源极跟随器电路。
晶体管111B的栅极提供有电压VSLB，其源极连接到节点N1，其漏极接地。晶体管111B的栅极连接到例如晶体管SELB2的源极。电流源112B的一端提供有电源电压VDD，另一端连接到晶体管111B的源极。晶体管111B和电流源112B构成源极跟随器电路。
晶体管111C的栅极提供有电压VSLC，其源极连接到节点N1，其漏极接地。晶体管111C的栅极连接到例如晶体管SELC2的源极。电流源112C的一端提供有电源电压VDD，另一端连接到晶体管111C的源极。晶体管111C和电流源112C构成源极跟随器电路。
晶体管111D的栅极提供有电压VSLD，其源极连接到节点N1，其漏极接地。晶体管111D的栅极连接到例如晶体管SELD2的源极。电流源112D的一端提供有电源电压VDD，另一端连接到晶体管111D的源极。晶体管111D和电流源112D构成源极跟随器电路。
电容元件121的一端连接到节点N1，另一端连接到晶体管125的栅极和开关127的一端。电容元件122的一端提供有电压VREF，另一端连接到晶体管126的栅极和开关128的一端。
晶体管123的栅极连接到晶体管124的栅极、晶体管124和126的漏极以及开关128的另一端，其源极提供有电源电压VDD，其漏极连接到晶体管125的漏极、开关127的另一端以及锁存器104。晶体管124的栅极连接到晶体管123的栅极、晶体管124和126的漏极以及开关128的另一端，其源极提供有电源电压VDD，其漏极连接到晶体管123和124的栅极、晶体管126的漏极以及开关128的另一端。
晶体管125的栅极连接到电容元件121的另一端和开关127的一端，其漏极连接到晶体管123的漏极、开关127的另一端和锁存器104，其源极连接到晶体管126的源极和电流源129。晶体管126的栅极连接到电容元件122的另一端和开关128的一端，其漏极连接到晶体管124的漏极、晶体管123和124的栅极以及开关128的另一端，其源极连接到晶体管125的源极和电流源129。
开关127的一端连接到电容元件121的另一端和晶体管125的栅极，另一端连接到晶体管123和125的漏极以及锁存器104。开关128的一端连接到电容元件122的另一端和晶体管126的栅极，其另一端连接到晶体管124和126的漏极以及晶体管123和124的栅极。电流源129的一端连接到晶体管125和126的源极，其另一端接地。例如，在曝光操作D1中，开关127和128在控制信号SRST(控制信号SRST1、SRST2)处于高电平的时段期间导通，并且在控制信号SRST(控制信号SRST1、SRST2)变为低电平的其他时段中断开。
锁存器104的复位端连接到晶体管123和125的漏极以及开关127的另一端。
如图20所示，四个晶体管111A至111D的源极彼此连接。因此，对应于四个电压VSLA至VSLD中最低电压的电压出现在节点N1。然后，比较器120将节点N1处的电压与电压VREF进行比较，从而生成控制信号SRESET。控制电路Q200A如刚刚描述的那样配置，从而使得可以减少比较器的数量。
图21示出了根据本修改示例的另一控制电路Q200B的主要部分的配置示例。图21示出了图15所示的控制电路Q200的一部分，对应于四个比较器102A至102D、NAND电路113和锁存器104。
控制电路Q200B包括比较器130。比较器130包括电容元件131A至131D、晶体管132A至132D和133A至133D、开关134A至134D、电流源CS、电容元件135、晶体管136、开关137以及晶体管138和139。晶体管132A至132D和133A至133D和136是P型MOS晶体管，晶体管138和139是N型MOS晶体管。
电容元件131A的一端提供有电压VSLA，其另一端连接到晶体管132A的栅极和开关134A的一端。电容元件131A的一端连接到例如晶体管SELA2的源极。晶体管132A的栅极连接到电容元件131A的另一端和开关134A的一端，其源极连接到节点N2，其漏极连接到晶体管133A的源极。晶体管133A的栅极提供有信号SWA，其源极连接到晶体管132A的漏极，其漏极连接到节点N3。开关134A的一端连接到电容元件131A的另一端和晶体管132A的栅极，其另一端连接到节点N3。
电容元件131B的一端提供有电压VSLB，其另一端连接到晶体管132B的栅极和开关134B的一端。电容元件131B的一端连接到例如晶体管SELB2的源极。晶体管132B的栅极连接到电容元件131B的另一端和开关134B的一端，其源极连接到节点N2，其漏极连接到晶体管133B的源极。晶体管133B的栅极提供有信号SWB，其源极连接到晶体管132B的漏极，其漏极连接到节点N3。开关134B的一端连接到电容元件131B的另一端和晶体管132B的栅极，其另一端连接到节点N3。
电容元件131C的一端提供有电压VSLC，其另一端连接到晶体管132C的栅极和开关134C的一端。电容元件131C的一端连接到例如晶体管SELC2的源极。晶体管132C的栅极连接到电容元件131C的另一端和开关134C的一端，其源极连接到节点N2，其漏极连接到晶体管133C的源极。晶体管133C的栅极提供有信号SWC，其源极连接到晶体管132C的漏极，其漏极连接到节点N3。开关134C的一端连接到电容元件131C的另一端和晶体管132C的栅极，其另一端连接到节点N3。
电容元件131D的一端提供有电压VSLD，其另一端连接到晶体管132D的栅极和开关134D的一端。电容元件131D的一端连接到例如晶体管SELD2的源极。晶体管132D的栅极连接到电容元件131D的另一端和开关134D的一端，其源极连接到节点N2，其漏极连接到晶体管133D的源极。晶体管133D的栅极提供有信号SWD，其源极连接到晶体管132D的漏极，其漏极连接到节点N3。开关134D的一端连接到电容元件131D的另一端和晶体管132D的栅极，其另一端连接到节点N3。
提供晶体管133A至133D，使得可以从四个电压VSLA至VSLD中选择用于设置曝光时间的电压。例如，通过将信号SWA和SWB的电压设置为低电平(有效)，并将信号SWC和SWD的电压设置为高电平(无效)，可以基于从像素电路Q110提供的电压VSLA和VSLB来设置曝光时间。
电流源CS的一端提供有电源电压VDD，其另一端连接到晶体管132A至123D的源极和晶体管136的源极。
电容元件135的一端提供有电压VREF，其另一端连接到晶体管136的栅极和开关137的一端。晶体管136的栅极连接到电容元件135的另一端和开关137的一端，其源极连接到晶体管132A至132D的源极和电流源CS的另一端，其漏极连接到晶体管139的漏极、晶体管138和139的栅极和开关137的另一端。开关137的一端连接到电容元件135的另一端和晶体管136的栅极，其另一端连接到晶体管136和139的漏极以及晶体管138和139的栅极。
晶体管138的栅极连接到晶体管139的栅极、晶体管136和139的漏极以及开关137的另一端，其漏极连接到节点N2，并且其源极接地。晶体管139的栅极连接到晶体管138的栅极、晶体管136和139的漏极以及开关137的另一端，其漏极连接到晶体管138和139的栅极、晶体管136的漏极以及开关137的另一端，并且其源极接地。
例如，在曝光操作D1中，开关134A至134D和137在控制信号SRST(控制信号SRST1、SRST2)处于高电平的时段期间导通，并且在控制信号SRST(控制信号SRST1、SRST2)处于低电平的其他时段中断开。
在此处，晶体管132A、132B、132C和132D对应于根据本公开的“多个第三晶体管”的具体示例。晶体管136对应于根据本公开的“第六晶体管”的具体示例。电容元件131A、131B、131C和131D对应于根据本公开的“多个第三电容元件”的具体示例。电容元件135对应于根据本公开的“第四电容元件”的具体示例。
如图21所示，四个晶体管132A至132D的源极彼此连接。因此，比较器130将四个电压VSLA至VSLD中的最低电压与电压VREF进行比较，从而生成控制信号SRESET。控制电路Q200B如刚刚描述的那样配置，从而使得可以减少比较器的数量。
其他修改示例
第一实施方式的修改示例可以应用于根据上述实施方式的距离测量装置2。
<3.第三实施方式>
接下来，将描述根据第三实施方式的距离测量装置3。本实施方式被适配为基于从一个像素电路提供的四个电压VSLA、VSLB、VSLC和VSLD来设置成像像素中的曝光时间。注意，与根据上述第二实施方式的距离测量装置2中的基本相同的构成由相同的附图标记表示，并且适当地省略了对这些构成的描述。
距离测量装置3包括如图1所示的成像单元50。如图2所示，成像单元50包括像素阵列51、驱动单元52和处理单元54。
图22示出了像素阵列51的配置示例。像素阵列51包括多条控制线RSTL1、多条控制线RSTL2、多条控制线SELL1、多条控制线SELL2、多条控制线SELCL、多条控制线SETL、多条时钟信号线CKAL、多条时钟信号线CKBL、多条时钟信号线CKCL和多条时钟信号线CKDL。时钟信号线CKAL被适配为在水平方向(图22中的横向方向)上延伸，并且驱动单元52向时钟信号线CKAL施加时钟信号SCKA。时钟信号线CKBL被适配为在水平方向(图22中的横向方向)上延伸，并且驱动单元52向时钟信号线CKBL施加时钟信号SCKB。时钟信号线CKCL被适配为在水平方向(图22中的横向方向)上延伸，并且驱动单元52向时钟信号线CKCL施加时钟信号SCKC。时钟信号线CKDL被适配为在水平方向(图22中的横向方向)上延伸，并且驱动单元52向时钟信号线CKDL施加时钟信号SCKD。时钟信号SCKA到SCKD是占空比为25％的信号。时钟信号SCKC是从时钟信号SCKA相位延迟90°的信号，时钟信号SCKB是从时钟信号SCKC相位延迟90°的信号，时钟信号SCKD是从时钟信号SCKB相位延迟90度的信号。
像素阵列51包括像素电路R100和控制电路R200。像素电路R100和控制电路R200对应于像素阵列51中的成像像素R。
像素电路R100具有光电二极管PD、晶体管TGA、TGB、TGC和TGD、浮动扩散FDA、FDB、FDC和FDD、晶体管RST、RSTA、RSTB、RSTC和RSTD、晶体管AMPA、AMPB、AMPC和AMPD以及晶体管SELA、SELB、SELC和SELD。
晶体管TGA的栅极提供有信号TRG0，其源极连接到光电二极管PD的阴极和晶体管TGB、TGC、TGD和RST的源极，其漏极连接到浮动扩散FDA、晶体管RSTA的源极和晶体管AMPA的栅极。
晶体管TGB的栅极提供有信号TRG180，其源极连接到光电二极管PD的阴极和晶体管TGA、TGC、TGD和RST的源极，其漏极连接到浮动扩散FDB、晶体管RSTB的源极和晶体管AMPB的栅极。
晶体管TGC的栅极提供有信号TRG90，其源极连接到光电二极管PD的阴极和晶体管TGA、TGB、TGD和RST的源极，其漏极连接到浮动扩散FDC、晶体管RSTC的源极和晶体管AMPC的栅极。
晶体管TGD的栅极提供有信号TRG270，其源极连接到光电二极管PD的阴极和晶体管TGA、TGB、TGC和RST的源极，其漏极连接到浮动扩散FDD、晶体管RSTD的源极和晶体管AMPD的栅极。
控制电路R200具有晶体管SELA2、SELB2、SELC2和SELD2、电流源101A、101B、101C和101D、比较器102A、102B、102C和102D、NAND电路113、锁存器104以及AND电路115A、115B、115C和115D。
AND电路115A被适配为获得信号QO和时钟信号SCKA的逻辑积，从而生成信号TRG0。AND电路115B被适配为获得信号QO和时钟信号SCKB的逻辑积，从而生成信号TRG180。AND电路115C被适配为获得信号QO和时钟信号SCKC的逻辑积，从而生成信号TRG90。AND电路115D被适配为获得信号QO和时钟信号SCKD的逻辑积，从而生成信号TRG270。
与根据上述第二实施方式的驱动单元42一样，驱动单元52被适配为基于来自成像控制单元25的指令来驱动多个成像像素R。驱动单元52被适配为将时钟信号SCKA施加到多条时钟信号线CKAL，将时钟信号SCKB施加到多条时钟信号线CKBL，将时钟信号SCKC施加到多条时钟信号线CKCL，并且将时钟信号SCKD施加到多条时钟信号线CKDL。
处理单元54被适配为基于图像信号DATA0生成距离图像PIC，其中，每个像素值指示距离D的值，并且处理单元54输出距离图像PIC，作为图像信号DATA。
在此处，光电二极管PD对应于根据本公开的“第一光接收元件”的具体示例。浮动扩散FDA、FDB、FDC和FDD对应于根据本公开的“多个第一累积单元”的具体示例。晶体管TGA、TGB、TGC和TGD对应于根据本公开的“多个第一晶体管”的具体示例。晶体管AMPA、SELA、AMPB、SELB、AMPC、SELC、AMPD和SELD对应于根据本公开的“多个第一输出单元”的具体示例。控制电路R200对应于根据本公开的“第一控制单元”的具体示例。AND电路115A、115B、115C和115D对应于根据本公开的“驱动单元”的具体示例。
接下来，将详细描述距离测量装置3中的曝光操作D1。关注于多个成像像素R中的某个成像像素R1，下面将详细描述与成像像素R1相关联的曝光操作D1。
图23A至图23K示出了距离测量装置3中的曝光操作D1的示例，其中，图23A示出了从光源11发射的光脉冲L1的波形，图23B示出了控制信号SRST(控制信号SRST1、SRST2)的波形，图23C示出了电压VSLA、VSLB、VSLC和VSLD的波形，图23D示出了控制信号SSET的波形，图23E示出了控制信号SRESET的波形，图23F示出了信号QO的波形，图23G示出了时钟信号SCKA的波形，图23H示出了信号TRG0的波形，图23I示出了信号TRG90的波形，图23J示出了信号TRG180的波形，并且图23K示出了信号TRG270的波形。
在时间t92之前，驱动单元52将控制信号SRST1和SRST2的电压设置为高电平(图23B)。因此，像素电路R100的晶体管RST、RSTA、RSTB、RSTC和RSTD导通，电压VRSTX提供给光电二极管PD的阴极，电压VRST提供给浮动扩散FDA、FDB、FDC和FDD。因此，根据电压VRST，像素电路R100输出的电压VSLA、VSLB、VSLC和VSLD均被设置为电压V1(图23C)。
接下来，在时间t91，驱动单元52将控制信号SSET的电压从低电平改变为高电平(图23D)。因此，锁存器104被置位，并且锁存器104将信号QO的电压从低电平改变为高电平(图23F)。因此，AND电路115A开始输出时钟信号SCKA，作为信号TRG0，AND电路115B开始输出时钟信号SCKB，作为信号TRG180，AND电路115C开始输出时钟信号SCKC，作为信号TRG90，AND电路115D开始输出时钟信号SCKD，作为信号TRG270(图23G至图23K)。
接下来，在时间t92，驱动单元52将控制信号SSET的电压从高电平改变为低电平(图23D)。此外，在时间t92，驱动单元52将控制信号SRST1和SRST2的电压从高电平改变为低电平(图23B)。因此，像素电路R100的晶体管RST、RSTA、RSTB、RSTC和RSTD都断开。此外，在该时间t92，光源11开始交替重复发光和不发光的发光操作(图23A)。如图23A和图23G所示，光源11的发光操作的频率等于时钟信号SCKA的频率，并且光脉冲L1的相位和时钟信号SCKA的相位彼此一致。结果，光脉冲L1的相位与信号TRG0、TRG90、TRG180和TRG270的相位同步。
以这种方式，曝光时段TB在时间t92开始。在该曝光时段TB中，光电二极管PD基于取决于光脉冲L1的反射的光脉冲L2生成电荷。在像素电路R100中，晶体管TGA基于信号TRG0导通和断开，晶体管TGB基于信号TRG180导通和断开，晶体管TGC基于信号TRG90导通和断开，晶体管TGD基于信号TRG270导通和断开。换言之，晶体管TRA、TRB、TRC和TRD中的任一个导通。因此，由光电二极管PD生成的电荷选择性地累积在浮动扩散FDA、FDB、FDC和FDD中。
图24A至图24F示出了成像像素R1的操作示例，其中，图24A示出了光脉冲L1的波形，图24B示出了由光电二极管PD接收的反射的光脉冲L2的波形，图24C示出了信号TRG0的波形，图24D示出了信号TRG180的波形，图24E示出了信号TRG90的波形，以及图24F示出了信号TRG270的波形。在这个示例中，在时间t101，光脉冲L1上升，信号TRG0上升，信号TRG270下降。然后，在相位从时间t101延迟“π/2”的时间t103，信号TRG0下降，信号TRG90上升。然后，在相位从时间t103延迟“π/2”的时间t104，光脉冲L1下降，信号TRG90下降，信号TRG180上升。然后，在相位从时间t104延迟“π/2”的时间t106，信号TRG180下降，信号TRG270上升。
在该示例中，在从时间t102到时间t103的时段中，晶体管TGA将由光电二极管PD生成的电荷传输到浮动扩散FDA，在从时间t103到时间t104的时段中，晶体管TGC将由光电二极管PD生成的电荷传输到浮动扩散FDC，并且在从时间t104到时间t105的时段中，晶体管TGB将由光电二极管PD生成的电荷传输到浮动扩散FDB。因此，在从时间t102到时间t103的时段中，电荷S0累积在浮动扩散FDA中，在从时间t103到时间t104的时段中，电荷S90累积在浮动扩散FDC中，在从时间t104到时间t105的时段中，电荷S180累积在浮动扩散FDB中。
图25A至图25E示出了累积在浮动扩散FDA、FDB、FDC和FDD中的电荷S0、S180、S90和S270与信号I和Q之间的关系，其中，图25A示出了累积在浮动扩散FDA中的电荷S0，图25B示出了累积在浮动扩散FDB中的电荷S180，图25C示出了累积在浮动扩散FDC中的电荷S90，图25D示出了累积在浮动扩散FDD中的电荷S270，并且图25E示出了信号I和Q的示例。
当相位
当相位
处理单元54可以基于信号I
如图23A至图23K和图24A至图24F所示，成像像素R1重复在时间t101至时间t107的操作。因此，电荷S0重复累积在浮动扩散FDA中，电荷S180重复累积在浮动扩散FDB中，电荷S90重复累积在浮动扩散FDC中，电荷S270重复累积在浮动扩散FDD中。因此，浮动扩散FDA、FDB、FDC和FDD的电压逐渐降低。因此，电压VSLA、VSLB、VSLC和VSLD也逐渐降低(图23C)。在该示例中，电压VSLA的变化程度高于电压VSLB、VSLC和VSLD的变化程度。
然后，在时间t93，电压VSLA达到电压VREF。因此，比较器102A将信号COA的电压从高电平改变为低电平。因此，NAND电路113将控制信号SRESET的电压从低电平改变为高电平(图23E)。因此，锁存器104复位，并且锁存器104将信号QO的电压从高电平改变为低电平(图23F)。因此，AND电路115A将信号TRG0的电压设置为低电平，AND电路115B将信号TRG180的电压设置为低电平，AND电路115C将信号TRG90的电压设置为低电平，AND电路115D将信号TRG270的电压设置为低电平(图23H至图23K)。这样，曝光时段TB在时间t93结束。
然后，在时间t94，光源11终止发光操作(图23A)。
读取单元30基于从像素电路R100提供的电压VSLA执行如上所述的读取操作D2，从而生成数字码CODE(数字码CODEA)，并且类似地，基于电压VSLB执行读取操作D2，从而生成数字码CODE(数字码CODEB)。类似地，读取单元30基于电压VSLC执行读取操作D2，从而生成数字码CODE(数字码CODEC)，并且基于电压VSLD执行读取操作D2，从而生成数字码CODE(数字码CODED)。读取单元30将包括这些数字码CODEA、CODEB、CODEC和CODED的图像信号DATA0提供给处理单元54。
处理单元54基于包括在图像信号DATA0中的数字码CODEA、CODEB、CODEC和CODED，获得成像像素R1中的像素值。换言之，处理单元54可以将通过从由数字码CODEA指示的值中减去由数字码CODEB指示的值而获得的值视为信号I
如上所述，距离测量装置3被适配为基于从一个像素电路R100提供的四个电压VSLA、VSLB、VSLC和VSLD来设置像素电路R100中的曝光时间。因此，可以提高测量距离D的测量精度。换言之，例如，在根据第二实施方式的距离测量装置2中，基于从像素电路Q110提供的两个电压VSLA和VSLB以及从像素电路Q120提供的两个电压VSLC和VSLD来设置两个像素电路Q110和Q120中的曝光时间。因此，在像素电路Q110和Q120的光电二极管PD1和PD2之间接收的光量彼此不同的情况下，或者由这些光电二极管PD1和PD2接收的反射的光脉冲L2在相位上偏移的情况下，存在可以降低测量距离D的测量精度的可能性。另一方面，在根据本实施方式的距离测量装置3中，基于从一个像素电路R100提供的四个电压VSLA、VSLB、VSLC和VSLD，设置像素电路R100中的曝光时间。换言之，基于由一个光电二极管PD生成的电荷生成四个电压VSLA、VSLB、VSLC和VSLD。结果，距离测量装置3可以提高测量距离D的测量精度。
如上所述，根据本实施方式，基于从一个像素电路提供的四个电压，设置像素电路中的曝光时间，从而可以提高测量距离的测量精度。
修改示例3
在上述实施方式中使用占空比为25％的时钟信号SCKA至SCKD，但是本公开不限于此。下面将描述根据本修改示例的距离测量装置3A。距离测量装置3A包括成像单元50A。成像单元50A包括像素阵列51A、驱动单元52A和处理单元54A。
图26示出了像素阵列51A的配置示例。像素阵列51A包括多条时钟信号线CKIL、多条时钟信号线CKQL和多条控制线CTLL。时钟信号线CKIL被适配为在水平方向(图26中的横向方向)上延伸，并且驱动单元52A向时钟信号线CKIL施加时钟信号SCKI。时钟信号线CKQL被适配为在水平方向(图26中的横向方向)上延伸，并且驱动单元52A向时钟信号线CKQL施加时钟信号SCKQ。控制线CTLL被适配为在水平方向(图26中的横向方向)上延伸，并且驱动单元52A向控制线CTLL施加控制信号SCTL。像素阵列51A包括像素电路R100和控制电路R200A。
控制电路R200A具有AND电路117A、117B、117C和117D。AND电路117A被适配为获得信号QO、时钟信号SCKI和控制信号SCTL的逻辑积(AND)，从而生成信号TRG0。AND电路117B被适配为获得信号QO、时钟信号SCKI的反相信号和控制信号SCTL的逻辑积(AND)，从而生成信号TRG180。AND电路117C被适配为获得信号QO、时钟信号SCKQ和控制信号SCTL的反相信号的逻辑积(AND)，从而生成信号TRG90。AND电路117D被适配为获得信号QO、时钟信号SCKQ的反相信号和控制信号SCTL的反相信号的逻辑积(AND)，从而生成信号TRG270。
与根据上述实施方式的驱动单元52一样，驱动单元52A被适配为基于来自成像控制单元25的指令驱动多个成像像素R。驱动单元52A被适配为将时钟信号SCKI施加到多条时钟信号线CKIL，将时钟信号SCKQ施加到多条时钟信号线CKQL，并将控制信号SCTL施加到多条控制线CTLL。
图27A至图27L示出了距离测量装置3A中的曝光操作D1的示例，其中，图27A示出了从光源11发射的光脉冲L1的波形，图27B示出了控制信号SRST(控制信号SRST1、SRST2)的波形，图27C示出了电压VSLA、VSLB、VSLC和VSLD的波形，图27D示出了控制信号SSET的波形，图27E示出了控制信号SRESET的波形，图27F示出了信号QO的波形，图27G示出了时钟信号SCTL的波形，图27H示出了时钟信号SCKI的波形，图27I示出了信号TRG0的波形，图27J示出了信号TRG90的波形，图27K示出了信号TRG180的波形，并且图27L示出了信号TRG270的波形。
在时间t112之前，驱动单元52A将控制信号SRST1和SRST2的电压设置为高电平(图27B)。因此，像素电路R100的晶体管RST、RSTA、RSTB、RSTC和RSTD导通，电压VRSTX提供给光电二极管PD的阴极，电压VRST提供给浮动扩散FDA、FDB、FDC和FDD。像素电路R100输出的电压VSLA、VSLB、VSLC和VSLD根据电压VRST被设置为电压V1(图27C)。
接下来，在时间t111，驱动单元52A将控制信号SSET的电压从低电平改变为高电平(图27D)。因此，锁存器104被置位，并且锁存器104将信号QO的电压从低电平改变为高电平(图27F)。由于控制信号SCTL处于低电平(图27G)，AND电路117A将信号TRG0的电压保持在低电平，AND电路117B将信号TRG180的电压保持在低电平(图27I和图27K)。此外，AND电路117C开始输出时钟信号SCKQ，作为信号TRG90，AND电路117D开始输出时钟信号SCKQ的反相信号，作为信号TRG270(图27J和图27L)。
接下来，在时间t112，驱动单元52A将控制信号SSET的电压从高电平改变为低电平(图27D)。此外，在时间t112，驱动单元52A将控制信号SRST1和SRST2的电压从高电平改变为低电平(图27B)。因此，像素电路R100的晶体管RST、RSTA、RSTB、RSTC和RSTD都断开。此外，在该时间t112，光源11开始交替重复发光和不发光的发光操作(图27A)。如图27A和图27H所示，光源11的发光操作的频率等于时钟信号SCKA的频率，并且光脉冲L1的相位和时钟信号SCKA的相位彼此一致。以这种方式，曝光时段TB在该时间t112开始。
在时间t112，驱动单元52A将控制信号SCTL的电压从低电平改变为高电平。因此，在从时间t112到时间t113的时段中，AND电路117A输出时钟信号SCKI，作为信号TRG0，并且AND电路117B输出时钟信号SCKI的反相信号，作为信号TRG180(图27I和图27K)。另一方面，AND电路117C将信号TRG90的电压保持在低电平，AND电路117D将信号TRG270的电压保持在低电平(图27J和图27L)。因此，光电二极管PD基于反射的光脉冲L2生成电荷，并且浮动扩散FDA和FDB累积由光电二极管PD生成的电荷。然后，电压VSLA和VSLB分别根据浮动扩散FDA和FDB处的电压而变化(图28C)。电压VSLC和VSLD保持几乎相同的电压。
图28A至图28D示出了在从时间t112到时间t113的时段中成像像素R1的操作示例，其中，图28A示出了光脉冲L1的波形，图28B示出了反射的光脉冲L2的波形，图28C示出了信号TRG0的波形，并且图28D示出了信号TRG180的波形。电荷S0在从时间t122到时间t123的时段中累积在浮动扩散FDA中，电荷S180在从时间t123到时间t124的时段中累积在浮动扩散FDB中。
在时间t113，驱动单元52A将控制信号SCTL的电压从高电平改变为低电平。因此，在从时间t113到时间t114的时段中，AND电路117C输出时钟信号SCKQ，作为信号TRG90，并且AND电路117D输出时钟信号SCKQ的反相信号，作为信号TRG270(图27J和图27L)。另一方面，AND电路117A将信号TRG0的电压保持在低电平，AND电路117B将信号TRG180的电压保持在低电平(图27I和图27K)。因此，光电二极管PD基于反射的光脉冲L2生成电荷，并且浮动扩散FDC和FDD累积由光电二极管PD生成的电荷。然后，电压VSLC和VSLD分别根据浮动扩散FDC和FDD处的电压而变化(图28C)。电压VSLA和VSLB保持在几乎相同的电压。
图29A至图29D示出了在从时间t112到时间t113的时段中成像像素R1的操作示例，其中，图29A示出了光脉冲L1的波形，图29B示出了反射的光脉冲L2的波形，图29C示出了信号TRG0的波形，并且图29D示出了信号TRG180的波形。在从时间t132到时间t133的时段中，电荷S270累积在浮动扩散FDD中，并且在从时间t133到时间t135的时段中，电荷S90累积在浮动扩散FDC中。
随后，距离测量装置3A交替地重复从时间t112到时间t113的时段中的操作和从时间t113到时间t114的时段中的操作。
在时间t116，驱动单元52A将控制信号SCTL的电压从低电平改变为高电平(图27G)。因此，AND电路117A开始输出时钟信号SCKI，作为信号TRG0，AND电路117B开始输出时钟信号SCKI的反相信号，作为信号TRG180(图27I和图27K)。另一方面，AND电路117C将信号TRG90的电压保持在低电平，AND电路117D将信号TRG270的电压保持在低电平(图27J和图27L)。因此，电压VSLA和VSLB分别根据浮动扩散FDA和FDB处的电压而变化(图13F和图13G)。电压VSLC和VSLD保持在几乎相同的电压。
然后，在时间t117，电压VSLA达到电压VREF。因此，NAND电路113将控制信号SRESET的电压从低电平改变为高电平(图27E)。因此，锁存器104复位，并且锁存器104将信号QO的电压从高电平改变为低电平(图27F)。因此，AND电路117A将信号TRG0的电压设置为低电平，AND电路117B将信号TRG180的电压设置为低电平(图27I和图27K)。因此，曝光时段TB在时间t117结束。
甚至前述配置也可以实现与上述实施方式的情况类似的有利效果。
其他修改示例
第一实施方式的修改示例可以应用于根据上述实施方式的距离测量装置3，或者第二实施方式的修改示例可以应用于此。
尽管上面已经参考几个实施方式和修改示例描述了本技术，但是本技术不限于这些实施方式等，并且可以对其进行各种修改。
例如，如图30所示，根据第一实施方式的距离测量装置1(图3)被适配为针对一个像素电路P100提供一个控制电路P200。然后，像素电路P100被适配为将电压VSLA和VSLB提供给控制电路P200，并且控制电路P200被适配为基于电压VSLA和VSLB生成信号TRG0和TRG180，并且将这些信号TRG0和TRG180提供给像素电路P100。此外，根据第二实施方式的距离测量装置2(图15)被适配为针对两个像素电路Q110、Q120提供一个控制电路Q200，如图31所示。然后，像素电路Q110被适配为向控制电路Q200提供电压VSLA和VSLB，像素电路Q120被适配为向控制电路Q200提供电压VSLC和VSLD，并且控制电路Q200被适配为基于电压VSLA、VSLB、VSLC和VSLD生成信号TRG0、TRG90、TRG180和TRG270，向像素电路Q110提供信号TRG0和TRG180，并且向像素电路Q120提供信号TRG90和TRG270。本技术不应被认为局限于前述实施方式，而是例如，可以针对三个或更多个像素电路提供一个控制电路。例如，在图32的示例中，为四个像素电路Q110、Q120、Q130和Q140提供一个控制电路Q210。在该示例中，像素电路Q110和Q120基于信号TRG0和TRG180操作，像素电路Q130和Q140基于信号TRG90和TRG270操作。控制电路Q210基于从像素电路Q110、Q120、Q130和Q140提供的八个电压生成信号TRG0、TRG90、TRG180和TRG270。具体地，在八个电压中的至少一个达到电压VREF的情况下，控制电路Q210将所有信号TRG0、TRG90、TRG180和TRG270设置为低电平。控制电路Q210可以例如如在第二实施方式(图15)的情况下被适配为具有八个比较器102，或者被适配为根据图20和图21所示的配置具有一个比较器。此外，例如，如图33所示，控制电路Q210设置有选择器211，从而以时分方式选择八个电压，并且在所选择的电压中的至少一个达到电压VREF的情况下，信号TRG0、TRG90、TRG180和TRG270都被设置为低电平。在该示例中，从八个电压中，交替选择四个电压作为一个单元。
此外，例如，如图34所示，根据第三实施方式的距离测量装置3(图22)被适配为针对一个像素电路R100提供一个控制电路R200。然后，像素电路R100被适配为将电压VSLA、VSLB、VSLC和VSLD提供给控制电路R200，并且控制电路R200被适配为基于电压VSLA、VSLB、VSLC和VSLD生成信号TRG0、TRG180和TRG270，并且将信号TRG0、TRG180和TRG270提供给像素电路R100。即使在这种情况下，例如，可以为两个或更多个像素电路提供一个控制电路。例如，在图35的示例中，为两个像素电路R100和R110提供一个控制电路R210。在该示例中，像素电路R100和R110基于信号TRG0、TRG90、TRG180和TRG270操作。控制电路R210基于从像素电路R100和R110提供的八个电压生成信号TRG0、TRG90、TRG180和TRG270。具体地，在八个电压中的至少一个达到电压VREF的情况下，控制电路R210将所有信号TRG0、TRG90、TRG180和TRG270设置为低电平。控制电路R210可以例如像在第三实施方式(图22)的情况下那样被适配为具有八个比较器102，或者根据图20和21所示的配置被适配为具有一个比较器。此外，例如，与图33所示的控制电路Q200一样，控制电路R210设置有选择器211，从而以时分方式选择八个电压，并且在所选择的电压中的至少一个达到电压VREF的情况下，信号TRG0、TRG90、TRG180和TRG270可以都设置为低电平。
注意，在本说明书中描述的有利效果仅作为示例，不应被认为是限制性的，并且可以提供其他效果。
注意，本技术可以如下配置。
(1)一种飞行时间传感器，包括：
光接收元件；
第一信号线和第二信号线；
第一晶体管，其与光接收元件电连通，所述第一晶体管包括与第一信号线电连通的第一栅极；
第二晶体管，其与光接收元件电连通，所述第二晶体管包括与第二信号线电连通的第二栅极；以及
控制电路，其包括至少一个比较器，其中，所述控制电路与第一和第二信号线电连通。
(2)根据(1)所述的飞行时间传感器，其中，所述至少一个比较器包括第一比较器和第二比较器，其中，所述第一比较器和第二比较器被配置为接收参考电压。
(3)根据(2)所述的飞行时间传感器，其中，所述控制电路还包括：
NAND电路，其与第一和第二比较器电连通；
锁存器，其与所述NAND电路、第一AND电路和第二AND电路电连通，其中，所述第一AND电路与所述第一信号线电连通，并且所述第二AND电路与所述第二信号线电连通。
(4)根据(1)所述的飞行时间传感器，还包括：
第一电容器，其经由第一晶体管与光接收元件电连通；以及
第二电容器，其经由第二晶体管与光接收元件电连通。
(5)根据(1)所述的飞行时间传感器，还包括：
第一半导体基板，其中，所述光接收元件、所述第一晶体管和所述第二晶体管形成在第一半导体基板上；以及
第二半导体基板，其中，所述控制电路形成在第二半导体基板上。
(6)根据(5)所述的飞行时间传感器，其中，所述第一半导体基板堆叠在所述第二半导体基板上。
(7)根据(1)所述的飞行时间传感器，还包括：
第一电容器，其与光接收元件电连通；
第三信号线，其被配置为提供基于由第一电容元件存储的电荷量的第一电压；以及
第一模数转换器，其与第三信号线电连通。
(8)根据(7)所述的飞行时间传感器，还包括：
第二电容器，其与光接收元件电连通，其中，所述第一电容器经由第一晶体管与光接收元件电连通，并且所述第二电容器经由第二晶体管与光接收元件电连通；
第四信号线，其被配置为提供基于由第二电容元件存储的电荷量的第二电压；以及
第二模数转换器，其与第四信号线电连通。
(9)根据(1)所述的飞行时间传感器，还包括：
第二光接收元件；
第三信号线和第四信号线；
第三晶体管，其与第二光接收元件电连通，所述第三晶体管包括与第三信号线电连通的第三栅极；
第四晶体管，其与第二光接收元件电连通，所述第四晶体管包括与第四信号线电连通的第四栅极；并且
所述控制电路与第三和第四信号线电连通。
(10)根据(9)所述的飞行时间传感器，其中，所述控制电路包括第二比较器和第三比较器，其中，所述第二和第三比较器被配置为接收参考电压。
(11)根据(9)所述的飞行时间传感器，其中，所述控制电路包括与所述第一、第二、第三和第四信号线连通的电压选择器。
(12)一种距离测量装置，包括：
光源以及与光源通信的光源控制单元；
成像单元，包括：
光接收元件；
第一信号线和第二信号线；
第一晶体管，其与光接收元件电连通，所述第一晶体管包括与第一信号线电连通的第一栅极；
第二晶体管，其与光接收元件电连通，所述第二晶体管包括与第二信号线电连通的第二栅极；以及
控制电路，其包括至少一个比较器，其中，所述控制电路与第一和第二信号线电连通；以及
控制单元，其与光源控制单元和成像单元通信。
(13)根据(12)所述的距离测量装置，其中，所述至少一个比较器包括第一比较器和第二比较器，其中，所述第一比较器和第二比较器被配置为接收参考电压。
(14)根据(13)所述的距离测量装置，其中，所述控制电路还包括：
NAND电路，其与第一和第二比较器电连通；
锁存器，其与所述NAND电路、第一AND电路和第二AND电路电连通，其中，所述第一AND电路与所述第一信号线电连通，并且所述第二AND电路与所述第二信号线电连通。
(15)根据(12)所述的距离测量装置，还包括：
第一电容器，其经由第一晶体管与光接收元件电连通；以及
第二电容器，其经由第二晶体管与光接收元件电连通。
(16)根据(12)所述的距离测量装置，还包括：
第一半导体基板，其中，所述光接收元件、所述第一晶体管和所述第二晶体管形成在第一半导体基板上；以及
第二半导体基板，其中，所述控制电路形成在第二半导体基板上。
(17)根据(16)所述的距离测量装置，其中，所述第一半导体基板堆叠在所述第二半导体基板上。
(18)根据(12)所述的距离测量装置，还包括：
第一电容器，其与光接收元件电连通；
第三信号线，其被配置为提供基于由第一电容元件存储的电荷量的第一电压；以及
第一模数转换器，其与第三信号线电连通。
(19)根据(18)所述的距离测量装置，还包括：
第二电容器，其与光接收元件电连通，其中，所述第一电容器经由第一晶体管与光接收元件电连通，并且所述第二电容器经由第二晶体管与光接收元件电连通；
第四信号线，其被配置为提供基于由第二电容元件存储的电荷量的第二电压；以及
第二模数转换器，其与第四信号线电连通。
(20)根据(12)所述的距离测量装置，还包括：
第二光接收元件；
第三信号线和第四信号线；
第三晶体管，其与第二光接收元件电连通，所述第三晶体管包括与第三信号线电连通的第三栅极；
第四晶体管，其与第二光接收元件电连通，所述第四晶体管包括与第四信号线电连通的第四栅极；并且
所述控制电路与第三和第四信号线电连通。
(21)根据(20)所述的距离测量装置，其中，所述控制电路包括第二比较器和第三比较器，其中，所述第二比较器和第三比较器被配置为接收参考电压。
(22)根据(20)所述的距离测量装置，其中，所述控制电路包括与所述第一、第二、第三和第四信号线通信的电压选择器。
本领域的技术人员应该理解，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和变更，只要这些修改、组合、子组合和变更在所附权利要求或其等同物的范围内。
附图标记列表
1至3 距离测量装置
11 光源
12 光源控制单元
13 光学系统
14 控制单元
20、40、50成像单元
21、41、51 像素阵列
22、42、52 驱动单元
24、44、54 处理单元
25 成像控制单元
26 参考信号生成单元
30 读取单元
31、32 电容元件
33 电流源
34 比较器
35 计数器
36 锁存器
101A、101B、101C、101D 电流源
102A、102B、102C、102D 比较器
103、113 NAND电路
104 锁存器
105A、105B、105C、105D、107A、107B、115A、115B、115C、115D、117A、117B、117C、117CAND电路
111A、111B、111C、111C 晶体管
112A、112B、112C、112C 电流源
120 比较器
121、122 电容元件
123至126 晶体管
127、128 开关
129 电流源
130 比较器
131A、131B、131C、131D 电容元件
132A、132B、132C、132D、133A、133B、133C、133D 晶体管
134A、134B、134C、134D 开关
135 电容元件
136 晶体管
137 开关
138、139 晶体管
201、202 半导体基板
211 选择器
AMPA、AMPB、AMPC、AMPD、CMR、ISWA、ISWB、OFG、RST、RST1、RST2、RSTA、RSTB、RSTC、RSTD、SELA、SELA2、SELB、SELB2、SELC、SELC2、SELD、SELD2、TGA、TGB、TGC、TGD 晶体管
BUS 总线布线
CC、SCMR、SCTL、SISW、SOFG、SRESET、SRST、SSEL、SSELC、SSET、SSW 控制信号
CKAL、CKBL、CKCL、CKDL、CKIL、CKL、CKQL 时钟信号线
CLK、SCK、SCKA、SCKB、SCKC、SCKD、SCKI、SCKQ 时钟信号
CMP、COA、COB、COC、COD、QO、TRG0、TRG90、TRG180、TRG270 信号
CNT 计数值
CS 电流源
CTLL、RSTL、SELL、SELCL、SETL 控制线
DATA、DATA0 图像信号
D1 曝光操作
D2 读取操作
FDA、FDB、FDC、FDD 浮动扩散
L1 光脉冲
L2 反射的光脉冲
P、Q、R 成像像素
PD、PD1、PD2 光电二极管
P100、P100A、Q110、Q120、Q130、Q140
R100、R110 像素电路
P200、P200A、Q200、Q210、R200、R200A、R210 控制电路
REF 参考信号
SGL、SGLA、SGLB 信号线
SIG 像素信号
S1 成像表面
S0、S90、S180、S270 电荷
TA 可曝光时段
TB 曝光时段
TC 背景光曝光时段
T1、T2 转换时段
VDD 电源电压
VREF、VRST、VRSTX、VSLA、VSLB、VSLC、VSLD 电压
相位
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