(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-11-06
(45)【発行日】2024-11-14
(54)【発明の名称】固体撮像素子、および、電子装置
(51)【国際特許分類】
H04N 25/773 20230101AFI20241107BHJP
G01S 7/4863 20200101ALI20241107BHJP
G01S 17/10 20200101ALI20241107BHJP
H01L 27/146 20060101ALI20241107BHJP
【ＦＩ】
H04N25/773
G01S7/4863
G01S17/10
H01L27/146 A
【請求項の数】
16
(21)【出願番号】P 2022508061
(86)(22)【出願日】2020-12-15
(86)【国際出願番号】 JP2020046693
(87)【国際公開番号】W WO2021186817
(87)【国際公開日】2021-09-23
【審査請求日】2023-10-26
(31)【優先権主張番号】P 2020047645
(32)【優先日】2020-03-18
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】316005926
【氏名又は名称】ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100112955
【弁理士】
【氏名又は名称】丸島 敏一
(72)【発明者】
【氏名】佃 恭範
(72)【発明者】
【氏名】伊東 恭佑
(72)【発明者】
【氏名】島田 翔平
【審査官】辻本 寛司
(56)【参考文献】
【文献】特開２００８－１３５８００（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１９／１８０８９８（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１６／０１３１７０（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０４Ｎ ２５／７７３
Ｇ０１Ｓ ７／４８６３
Ｇ０１Ｓ １７／１０
Ｈ０１Ｌ ２７／１４６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
光電変換により電荷を生成する光電変換領域と、前記生成された電荷を増倍する増倍領域と、
前記増倍された電荷を出力する出力電極と、
前記出力電極から出力された電荷に基づいて照射光に対する反射光に含まれる光子の有無を検出する検出回路と、
所定電位が印加された場合には前記電荷を前記光電変換領域から排出する追加電極と、
前記照射光が照射された照射タイミングで前記追加電極に前記所定電位を印加する制御回路と
を具備し、
前記検出回路は、
電流源と、
ゲートにイネーブル信号が入力されるトランジスタと、
前記電流源および前記トランジスタの接続ノードの電位に基づいてパルス信号を出力する論理ゲートと
を備え、
前記電流源および前記トランジスタは、電源ノードと基準ノードとの間において直列に接続され、
前記出力電極は、前記接続ノードに接続される
固体撮像素子。
【請求項2】
前記出力電極および前記追加電極は、カソードであり、前記電荷は、電子である
請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項3】
前記制御回路は、所定期間に亘って前記所定電位を印加し、前記所定期間の開始タイミングから前記所定期間の終了タイミング前の所定タイミングまでの期間に亘って前記トランジスタを前記イネーブル信号によりオン状態に制御する請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項4】
前記パルス信号に基づいて距離を算出する信号処理部をさらに具備する請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項5】
前記信号処理部は、所定の基準距離測定期間内に前記パルス信号に基づいて基準距離を取得し、所定の測距期間内に前記パルス信号に基づいて距離を算出して前記基準距離により補正する請求項４記載の固体撮像素子。
【請求項6】
前記光電変換領域と前記増倍領域と前記出力電極と前記検出回路と前記追加電極とは、参照画素および測距画素のそれぞれに配置され、前記信号処理部は、前記参照画素からの前記パルス信号に基づいて基準距離を取得し、前記測距画素からの前記パルス信号に基づいて距離を算出して前記基準距離により補正する
請求項４記載の固体撮像素子。
【請求項7】
照射光を照射する発光部と、光電変換により電荷を生成する光電変換領域と、
前記生成された電荷を増倍する増倍領域と、
前記増倍された電荷を出力する出力電極と、
前記出力電極から出力された電荷に基づいて前記照射光に対する反射光に含まれる光子の有無を検出する検出回路と、
所定電位が印加された場合には前記電荷を前記光電変換領域から排出する追加電極と、
前記照射光が照射された照射タイミングで前記追加電極に前記所定電位を印加する制御回路と
を具備し、
前記検出回路は、
電流源と、
ゲートにイネーブル信号が入力されるトランジスタと、
前記電流源および前記トランジスタの接続ノードの電位に基づいてパルス信号を出力する論理ゲートと
を備え、
前記電流源および前記トランジスタは、電源ノードと基準ノードとの間において直列に接続され、
前記出力電極は、前記接続ノードに接続される
電子装置。
【請求項8】
前記光電変換領域と前記増倍領域と前記出力電極とは、画素アレイ部内の複数の画素のそれぞれに配置され、
前記追加電極は、前記複数の画素の境界を含む領域に配置される
請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項9】
前記画素アレイ部は、所定数の画素がそれぞれに配置された複数の共有ブロックに分割され、前記複数の共有ブロックのそれぞれにおいて前記所定数の画素は、前記追加電極を共有する
請求項８記載の固体撮像素子。
【請求項10】
前記複数の共有ブロックのそれぞれには４つの画素が配置される請求項９記載の固体撮像素子。
【請求項11】
前記複数の共有ブロックのそれぞれには２つの画素が配置される請求項９記載の固体撮像素子。
【請求項12】
前記追加電極は、画素ごとに配置される請求項８記載の固体撮像素子。
【請求項13】
前記追加電極は、前記境界のうち画素の角を含む領域に配置される請求項８記載の固体撮像素子。
【請求項14】
前記追加電極は、前記境界のうち画素の角を含まず、画素の辺を含む領域に配置される請求項８記載の固体撮像素子。
【請求項15】
前記出力電極および前記追加電極は、カソードであり、前記複数の画素のそれぞれには、前記境界に埋め込まれたアノードがさらに設けられる
請求項８記載の固体撮像素子。
【請求項16】
前記出力電極と前記追加電極との間には、所定の半導体領域が配置され、前記出力電極および前記追加電極は、前記半導体領域と異なる極性の半導体により形成される
請求項８記載の固体撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本技術は、固体撮像素子に関する。詳しくは、光子の有無を検出する固体撮像素子、および、電子装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、測距機能を持つ電子装置において、ＴｏＦ（Time of Flight）方式と呼ばれる測距方式が知られている。このＴｏＦ方式は、照射光を電子装置から物体に照射し、その照射光が反射して電子装置に戻ってくるまでの往復時間を求めて距離を測定する方式である。照射光に対する反射光の検出には、光電変換素子としてＳＰＡＤ（Single-Photon Avalanche Diode）が用いられることが多い。例えば、ＳＰＡＤからの電流を抵抗に流し、その抵抗の端子間の電圧降下に基づいて検出した受光タイミングから距離を求める測距装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】国際公開第２０１８／００３２２７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上述の従来技術では、電荷を増倍するＳＰＡＤを用いることにより、微弱な光の検出を図っている。しかしながら、上述の測距装置では、その装置内で照射光が反射し、迷光としてＳＰＡＤに入射されて、電圧降下が生じることがある。この場合は、降下した電圧が所定値まで復帰するのを待ってから測距を行う必要があるが、電圧が復帰するまでの時間が長いほど測距可能な最短距離が長くなり、近距離の測定に支障をきたすという問題がある。
【0005】
本技術はこのような状況に鑑みて生み出されたものであり、反射光の受光タイミングに基づいて測距を行う固体撮像素子において、測距可能な最短距離を短くすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本技術は、上述の問題点を解消するためになされたものであり、その第１の側面は、光電変換により電荷を生成する光電変換領域と、上記生成された電荷を増倍する増倍領域と、上記増倍された電荷を出力する出力電極と、上記出力電極から出力された電荷に基づいて照射光に対する反射光に含まれる光子の有無を検出する検出回路と、所定電位が印加された場合には上記電荷を上記光電変換領域から排出する追加電極と、上記照射光が照射された照射タイミングで上記追加電極に上記所定電位を印加する制御回路とを具備する固体撮像素子である。これにより、迷光の入射時に出力電極から電荷が出力されないという作用をもたらす。
【0007】
また、この第１の側面において、上記出力電極および上記追加電極は、カソードであり、上記電荷は、電子であってもよい。これにより、追加電極から電子が排出されるという作用をもたらす。
【0008】
また、この第１の側面において、上記検出回路は、電流源と、ゲートにイネーブル信号が入力されるトランジスタと、上記電流源および上記トランジスタの接続ノードの電位に基づいてパルス信号を出力する論理ゲートとを備え、上記電流源および上記トランジスタは、電源ノードと基準ノードとの間において直列に接続され、上記出力電極は、上記接続ノードに接続されてもよい。これにより、光子の有無が検出されるという作用をもたらす。
【0009】
また、この第１の側面において、上記制御回路は、所定期間に亘って上記所定電位を印加し、上記所定期間の開始タイミングから上記所定期間の終了タイミング前の所定タイミングまでの期間に亘って上記トランジスタを上記イネーブル信号によりオン状態に制御してもよい。
【0010】
また、この第１の側面において、上記パルス信号に基づいて距離を算出する信号処理部をさらに具備してもよい。これにより、最短測距距離が短くなるという作用をもたらす。
【0011】
また、この第１の側面において、上記信号処理部は、所定の基準距離測定期間内に上記パルス信号に基づいて基準距離を取得し、所定の測距期間内に上記パルス信号に基づいて距離を算出して上記基準距離により補正してもよい。これにより、測距精度が向上するという作用をもたらす。
【0012】
また、この第１の側面において、上記光電変換領域と上記増倍領域と上記出力電極と上記検出回路と上記追加電極とは、参照画素および測距画素のそれぞれに配置され、上記信号処理部は、上記参照画素からの上記パルス信号に基づいて基準距離を取得し、上記測距画素からの上記パルス信号に基づいて距離を算出して上記基準距離により補正してもよい。これにより、フレームレートと測距精度が向上するという作用をもたらす。
【0013】
また、本技術の第２の側面は、照射光を照射する発光部と、光電変換により電荷を生成する光電変換領域と、上記生成された電荷を増倍する増倍領域と、上記増倍された電荷を出力する出力電極と、上記出力電極から出力された電荷に基づいて上記照射光に対する反射光に含まれる光子の有無を検出する検出回路と、所定電位が印加された場合には上記電荷を上記光電変換領域から排出する追加電極と、上記照射光が照射された照射タイミングで上記追加電極に上記所定電位を印加する制御回路とを具備する電子装置である。これにより、照射光に対する迷光の入射時に出力電極から電荷が出力されないという作用をもたらす。
【0014】
また、本技術の第３の側面は、光電変換により電荷を生成する光電変換領域と上記生成された電荷を増倍する増倍領域と上記増倍された電荷を出力する出力電極とがそれぞれに配置された複数の画素を配列した画素アレイ部と、上記複数の画素の境界を含む領域に配置されて上記電荷を上記光電変換領域から排出する追加電極とを具備する固体撮像素子である。これにより、画素の微細化が容易になるという作用をもたらす。
【0015】
また、この第３の側面において、上記画素アレイ部は、所定数の画素がそれぞれに配置された複数の共有ブロックに分割され、上記複数の共有ブロックのそれぞれにおいて上記所定数の画素は、上記追加電極を共有してもよい。これにより、画素当たりの追加電極数が削減されるという作用をもたらす。
【0016】
また、この第３の側面において、上記複数の共有ブロックのそれぞれには４つの画素が配置されてもよい。これにより、４画素ごとに追加電極が配置されるという作用をもたらす。
【0017】
また、この第３の側面において、上記複数の共有ブロックのそれぞれには２つの画素が配置されてもよい。これにより、２画素ごとに追加電極が配置されるという作用をもたらす。
【0018】
また、この第３の側面において、上記追加電極は、画素ごとに配置されてもよい。これにより、画素当たりの電荷の排出能力が向上するという作用をもたらす。
【0019】
また、この第３の側面において、上記追加電極は、上記境界のうち画素の角を含む領域に配置されてもよい。これにより、角に配置された追加電極から電荷が排出されるという作用をもたらす。
【0020】
また、この第３の側面において、上記追加電極は、上記境界のうち画素の角を含まず、画素の辺を含む領域に配置されてもよい。これにより、辺に配置された追加電極から電荷が排出されるという作用をもたらす。
【0021】
また、この第３の側面において、上記出力電極および上記追加電極は、カソードであり、上記複数の画素のそれぞれには、上記境界に埋め込まれたアノードがさらに設けられてもよい。これにより、工数が削減されるという作用をもたらす。
【0022】
また、この第３の側面において、上記出力電極と上記追加電極との間には、所定の半導体領域が配置され、前記出力電極および前記追加電極は、前記半導体領域と異なる極性の半導体により形成されてもよい。これにより、工数が削減されるという作用をもたらす。
【0023】
また、本技術の第４の側面は、照射光を照射する発光部と、光電変換により電荷を生成する光電変換領域と上記生成された電荷を増倍する増倍領域と上記増倍された電荷を出力する出力電極とがそれぞれに配置された複数の画素を配列した画素アレイ部と、上記複数の画素の境界を含む領域に配置されて上記電荷を上記光電変換領域から排出する追加電極とを具備する電子装置である。これにより、電子装置において画素の微細化が容易になるという作用をもたらす。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】本技術の第１の実施の形態における測距モジュールの一構成例を示すブロック図である。
【図2】本技術の第１の実施の形態における固体撮像素子の一構成例を示すブロック図である。
【図3】本技術の第１の実施の形態における画素の一構成例を示す断面図および回路図である。
【図4】本技術の第１の実施の形態における画素の駆動方法を説明するための図である。
【図5】本技術の第１の実施の形態における信号処理部の一構成例を示すブロック図である。
【図6】本技術の第１の実施の形態における制御回路の動作の一例を示すタイミングチャートである。
【図7】比較例における制御回路の動作の一例を示すタイミングチャートである。
【図8】本技術の第１の実施の形態における測距モジュールの動作の一例を示すフローチャートである。
【図9】本技術の第１の実施の形態の第１の変形例における制御回路の動作の一例を示すタイミングチャートである。
【図10】本技術の第１の実施の形態の第１の変形例における制御回路の一構成例を示すブロック図である。
【図11】本技術の第１の実施の形態の第２の変形例における制御回路の動作の一例を示すタイミングチャートである。
【図12】本技術の第１の実施の形態の第３の変形例における画素アレイ部の一構成例を示す平面図である。
【図13】本技術の第１の実施の形態の第３の変形例における制御回路の動作の一例を示すタイミングチャートである。
【図14】本技術の第２の実施の形態における画素の一構成例を示す断面図である。
【図15】本技術の第２の実施の形態における画素アレイ部の一構成例を示す平面図である。
【図16】本技術の第２の実施の形態における画素の駆動方法を説明するための図である。
【図17】本技術の第２の実施の形態における測距モジュールの動作の一例を示すタイミングチャートである。
【図18】本技術の第２の実施の形態における画素のポテンシャル図の一例である。
【図19】本技術の第２の実施の形態の第１の変形例における画素アレイ部の一構成例を示す平面図である。
【図20】本技術の第２の実施の形態の第１の変形例における画素アレイ部の別の例を示す平面図である。
【図21】本技術の第２の実施の形態の第２の変形例における画素アレイ部の一構成例を示す平面図である。
【図22】本技術の第２の実施の形態の第３の変形例における画素の一構成例を示す断面図である。
【図23】本技術の第２の実施の形態の第４の変形例における画素の一構成例を示す断面図である。
【図24】本技術の第２の実施の形態の第４の変形例における画素のポテンシャル図の一例である。
【図25】車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。
【図26】撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
以下、本技術を実施するための形態（以下、実施の形態と称する）について説明する。説明は以下の順序により行う。
１．第１の実施の形態（追加カソードを設け、電位制御する例）
２．第２の実施の形態（画素間の境界に追加カソードを設ける例）
３．移動体への応用例
１．第１の実施の形態（追加カソードを設け、電位制御する例）
２．第２の実施の形態（画素間の境界に追加カソードを設ける例）
３．移動体への応用例
【0026】
＜１．第１の実施の形態＞
［測距モジュールの構成例］
図１は、本技術の第１の実施の形態における測距モジュール１００の一構成例を示すブロック図である。この測距モジュール１００は、物体までの距離を測定するものであり、発光部１１０、同期制御部１２０および固体撮像素子２００を備える。測距モジュール１００は、スマートフォン、パーソナルコンピュータや車載機器などに搭載され、距離を測定するために用いられる。
［測距モジュールの構成例］
図１は、本技術の第１の実施の形態における測距モジュール１００の一構成例を示すブロック図である。この測距モジュール１００は、物体までの距離を測定するものであり、発光部１１０、同期制御部１２０および固体撮像素子２００を備える。測距モジュール１００は、スマートフォン、パーソナルコンピュータや車載機器などに搭載され、距離を測定するために用いられる。
【0027】
同期制御部１２０は、発光部１１０および固体撮像素子２００を同期して動作させるものである。この同期制御部１２０は、所定周波数（１０乃至２０メガヘルツなど）のクロック信号ＣＬＫｐを発光部１１０および固体撮像素子２００に信号線１２８および１２９を介して供給する。
【0028】
発光部１１０は、同期制御部１２０からのクロック信号ＣＬＫｐに同期して間欠光を照射光として供給するものである。例えば、照射光として近赤外光などが用いられる。
【0029】
固体撮像素子２００は、照射光に対する反射光を受光し、クロック信号ＣＬＫｐの示す発光タイミングから反射光を受光したタイミングまでの往復時間を測定するものである。この固体撮像素子２００は、物体５０１までの距離を往復時間から算出し、その距離を示す距離データを生成して出力する。
【0030】
ここで、照射光５０２は、測距対象の物体５０１で反射し、反射光５０４として固体撮像素子２００に入射されるが、照射光５０２は、測距モジュール１００内で反射し、迷光５０５として固体撮像素子２００に入射されることがある。測距モジュール１００表面にカバーガラス(不図示)が存在する場合、照射光５０２の一部が反射し、同図に例示したように迷光５０５が発生してしまう。仮に固体撮像素子２００が、迷光５０５の受光タイミングを反射光５０４の受光タイミングとして誤検出すると、測距精度が低下するおそれがある。この誤検出を防止する方法の詳細については後述する。
【0031】
［固体撮像素子の構成例］
図２は、本技術の第１の実施の形態における固体撮像素子２００の一構成例を示すブロック図である。この固体撮像素子２００は、制御回路２１０、画素アレイ部２２０および信号処理部２３０を備える。画素アレイ部２２０には、複数の画素３００が二次元格子状に配列される。
図２は、本技術の第１の実施の形態における固体撮像素子２００の一構成例を示すブロック図である。この固体撮像素子２００は、制御回路２１０、画素アレイ部２２０および信号処理部２３０を備える。画素アレイ部２２０には、複数の画素３００が二次元格子状に配列される。
【0032】
制御回路２１０は、同期制御部１２０からのクロック信号ＣＬＫｐに基づいて画素アレイ部２２０内の画素３００のそれぞれを制御するものである。制御内容の詳細については後述する。
【0033】
信号処理部２３０は、画素３００からの信号とクロック信号ＣＬＫｐとに基づいて画素回路ごとに往復時間を測定し、距離を算出するものである。この信号処理部２３０は、距離を示す距離データを測距点に対応する画素群ごとに生成し、それらを外部に出力する。
【0034】
また、画素アレイ部２２０は、画素チップ２０１に配置され、その画素チップ２０１に積層された回路チップ２０２に制御回路２１０および信号処理部２３０が配置される。
【0035】
なお、制御回路２１０を回路チップ２０２に配置しているが、画素チップ２０１に配置することもできる。その際、制御回路２１０の一部または全てを画素３００のそれぞれに分散して配置することもできる。また、制御回路２１０を画素チップ２０１および回路チップ２０２のそれぞれに分散して配置することもできる。また、回路チップ２０２に制御回路２１０を配置する場合、画素チップ２０１を上側として、画素アレイ部２２０の直下に配置することもできる。画素アレイ部２２０の直下に配置する場合、制御回路２１０を、画素ごとに分散し、分散した個々の回路を対応する画素の直下に配置することもできる。この場合には、画素チップ２０１または回路チップ２０２の配線層内に、制御対象の画素３００までの信号線が配線される。
【0036】
［画素の構成例］
図３は、本技術の第１の実施の形態における画素３００の一構成例を示す断面図および回路図である。この画素３００は、ＳＰＡＤ３１０およびクウェンチ回路３５０を備える。また、クウェンチ回路３５０は、電流源３５１、バッファ３５２、および、ｎＭＯＳ（negative Metal-Oxide-Semiconductor）トランジスタ３５３を備える。
図３は、本技術の第１の実施の形態における画素３００の一構成例を示す断面図および回路図である。この画素３００は、ＳＰＡＤ３１０およびクウェンチ回路３５０を備える。また、クウェンチ回路３５０は、電流源３５１、バッファ３５２、および、ｎＭＯＳ（negative Metal-Oxide-Semiconductor）トランジスタ３５３を備える。
【0037】
ＳＰＡＤ３１０は、光電変換により電荷を生成して増倍するものである。このＳＰＡＤ３１０には、アノード３１１、光電変換領域３１２、増倍領域３２０、追加カソード３３１およびカソード３３２が設けられる。アノード３１１には、所定の基準電位ＶＳＳより低い低電位ＶＲＬが印加される。
【0038】
光電変換領域３１２は、光電変換により電荷（例えば、電子）を生成するものである。増倍領域３２０は、光電変換領域３１２で生成された電荷（電子など）をアバランシェ増倍するものである。
【0039】
制御回路２１０は、照射光の照射タイミングで、所定電位の信号を制御信号ＣＡ２として追加カソード３３１に供給する。アノード３１１に低電位ＶＲＬが印加される場合、その電位より高いハイレベル（電源電位など）の制御信号ＣＡ２が追加カソード３３１に供給される。アノード３１１および追加カソード３３１の間にバイアス電圧が印加されるため、それらの間に電流が流れ、光電変換領域３１２により生成された電子は、追加カソード３３１から排出される。また、アノード３１１および追加カソード３３１の間に優先的に電流が流れ、増倍領域３２０には電流が流れないように、イオン注入のプロファイルが設定される。これにより、カソード３３２からは、電子が出力されなくなる。
【0040】
また、制御回路２１０は、反射光が入射される期間において、電源電位より低い電位（言い換えれば、ローレベル）の信号を制御信号ＣＡ２として追加カソード３３１に供給する。ローレベルが追加カソード３３１に印加された場合、アノード３１１と追加カソード３３１との間の電圧が低下し、反射光の入射時において、増倍された電子がカソード３３２からクウェンチ回路３５０へ出力される。
【0041】
なお、追加の電極として追加カソード３３１を設けているが、追加カソード３３１の代わりに追加アノードを設けることもできる。この場合には、カソードにハイレベルが印加され、アノードにクウェンチ回路３５０が接続され、照射タイミングにおいてローレベルの電荷が追加アノードに印可される。
【0042】
なお、追加カソード３３１は、特許請求の範囲に記載の追加電極の一例であり、カソード３３２は、特許請求の範囲に記載の出力電極の一例である。
【0043】
クウェンチ回路３５０は、カソード３３２から出力された電荷に基づいて反射光に含まれる光子の有無を検出するものである。このクウェンチ回路３５０において、電流源３５１およびｎＭＯＳトランジスタ３５３は、電源ノードと基準ノードとの間において直列に接続される。これらの接続ノードは、カソード３３２に接続される。なお、クウェンチ回路３５０は、特許請求の範囲に記載の検出回路の一例である。
【0044】
また、ｎＭＯＳトランジスタ３５３のゲートには、制御回路２１０からのイネーブル信号ＡＰＤＥＮが入力される。イネーブル信号ＡＰＤＥＮは、画素３００の光子の検出機能をイネーブルまたはディセーブルに設定するための信号である。例えば、イネーブルに設定する場合にローレベルのイネーブル信号ＡＰＤＥＮが供給され、ディセーブルに設定する場合にハイレベルのイネーブル信号ＡＰＤＥＮが供給される。
【0045】
ｎＭＯＳトランジスタ３５３は、イネーブル信号ＡＰＤＥＮがローレベル（すなわち、イネーブル）である場合にオフ状態に移行し、イネーブル信号ＡＰＤＥＮがハイレベル（すなわち、ディセーブル）である場合にオン状態に移行する。なお、ｎＭＯＳトランジスタ３５３は、特許請求の範囲に記載のトランジスタの一例である。
【0046】
バッファ３５２は、電流源３５１およびｎＭＯＳトランジスタ３５３の接続ノードの電位の信号であるカソード信号ＣＡ１に基づいてパルス信号ＯＵＴを出力するものである。このバッファ３５２は、カソード信号ＣＡ１が所定の閾値より高い場合にハイレベルのパルス信号ＯＵＴを出力し、カソード信号ＣＡ１が閾値以下の場合にローレベルのパルス信号ＯＵＴを信号処理部２３０へ出力する。なお、バッファ３５２の代わりにインバータを設けることもできる。また、バッファ３５２は、特許請求の範囲に記載の論理ゲートの一例である。
【0047】
同図に例示した構成により、イネーブルである場合に反射光が入射されると、カソード信号ＣＡ１の電位が低下し、クウェンチ回路３５０は、その電位が閾値以下になったときにローレベルのパルス信号ＯＵＴを出力する。このため、ローレベルのパルス信号ＯＵＴは、光子が入射されたことを示す。
【0048】
なお、画素３００の全体を画素チップ２０１に配置しているが、画素３００の一部（例えば、ＳＰＡＤ３１０）を画素チップ２０１に配置し、残りを回路チップ２０２に配置することもできる。
【0049】
図４は、本技術の第１の実施の形態における画素３００の駆動方法を説明するための図である。同図におけるａは、照射光の照射タイミングにおける画素３００の状態を示す断面図であり、同図におけるｂは、反射光の入射タイミングにおける画素３００の状態を示す断面図である。
【0050】
同図におけるａに例示するようにアノード３１１には、基準電位ＶＳＳより低い低電位ＶＲＬが印加される。また、照射タイミングにおいて、制御回路２１０は、基準電位ＶＳＳより高い電源電位ＶＤＤの制御信号ＣＡ２を追加カソード３３１に供給する。アノード３１１および追加カソード３３１の間に電源電位ＶＤＤおよび低電位ＶＲＬの電位差（すなわち、バイアス電圧）が印加されるため、光電変換領域３１２により生成された電子は、増倍領域３２０を介さずに追加カソード３３１から排出される。
【0051】
ただし、電荷の排出が不十分である場合、迷光が入射されると、カソード３３２からのカソード信号ＣＡ１の電位は、電源電位ＶＤＤから基準電位ＶＳＳに低下することがある。
【0052】
また、同図におけるｂに例示するように、制御回路２１０は、反射光が入射される期間において、基準電位ＶＳＳの制御信号ＣＡ２を追加カソード３３１に供給する。この電位制御により、アノード３１１と追加カソード３３１との間の電圧が低下し、反射光の入射時において、光電変換された電子が増倍領域３２０に供給されて増倍される。そして、増倍された電子がカソード３３２からクウェンチ回路３５０へ出力され、カソード信号ＣＡ１の低下により、光子が検出される。
【0053】
［信号処理部の構成例］
図５は、本技術の第１の実施の形態における信号処理部２３０の一構成例を示すブロック図である。この信号処理部２３０は、列ごとにＴＤＣ（Time-to-Digital Converter）２３１および距離データ生成部２３２を備える。
図５は、本技術の第１の実施の形態における信号処理部２３０の一構成例を示すブロック図である。この信号処理部２３０は、列ごとにＴＤＣ（Time-to-Digital Converter）２３１および距離データ生成部２３２を備える。
【0054】
ＴＤＣ２３１は、クロック信号ＣＬＫｐの示す発光タイミングから、対応する列からのパルス信号ＯＵＴの立下り（すなわち、受光タイミング）までの時間を計測するものである。このＴＤＣ２３１は、測定した時間を示すデジタル信号を距離データ生成部２３２に供給する。
【0055】
距離データ生成部２３２は、物体までの距離Ｄを算出するものである。この距離データ生成部２３２は、クロック信号ＣＬＫｐよりも低い周波数（３０ヘルツなど）の垂直同期信号ＶＳＹＮＣの周期ごとに、その周期内でＴＤＣ２３１により計測された時間のうち最頻値を往復時間ｄｔとして求める。そして、距離データ生成部２３２は、次の式を用いて距離Ｄを算出し、その距離Ｄを示す距離データを出力する。
Ｄ＝ｃ×ｄｔ／２ ・・・式１
上式において、ｃは光速であり、単位は、メートル毎秒（ｍ／ｓ）である。また、距離Ｄの単位は、例えば、メートル（ｍ）であり、往復時間ｄｔの単位は、例えば、秒（ｓ）である。
Ｄ＝ｃ×ｄｔ／２ ・・・式１
上式において、ｃは光速であり、単位は、メートル毎秒（ｍ／ｓ）である。また、距離Ｄの単位は、例えば、メートル（ｍ）であり、往復時間ｄｔの単位は、例えば、秒（ｓ）である。
【0056】
図６は、本技術の第１の実施の形態における制御回路２１０の動作の一例を示すタイミングチャートである。同図におけるａは、制御信号ＣＡ２の変動の一例を示すタイミングチャートである。同図におけるｂは、イネーブル信号ＡＰＤＥＮの変動の一例を示すタイミングチャートである。同図におけるｃは、カソード信号ＣＡ１の変動の一例を示すタイミングチャートである。同図におけるｄは、画素３００の状態の一例を示すタイミングチャートである。タイミングＴ１において照射光が照射され、その照射光に対する反射光がタイミングＴ６において画素３００に入射されたものとする。
【0057】
同図におけるａに例示するように、タイミングＴ１の直前のタイミングＴ０から、タイミングＴ１の直後のタイミングＴ３までの期間に亘って、制御回路２１０は、制御信号ＣＡ２をハイレベルにする。この期間以外では、制御信号ＣＡ２は、ローレベルに制御される。
【0058】
また、同図におけるｂに例示するように、制御回路２１０は、ローレベル（すなわち、イネーブル）のイネーブル信号ＡＰＤＥＮを供給する。
【0059】
また、同図におけるｃに例示するように、タイミングＴ６において、反射光の光子が増倍されてカソード信号ＣＡ１の電位が降下する。この電位は、電流源３５１からの電流により復帰し、タイミングＴ７において、バッファ３５２の閾値より高くなる。
【0060】
また、同図におけるｄに例示するように、画素３００は、タイミングＴ６までの期間は、測距可能なガイガーモードで動作する。タイミングＴ６乃至Ｔ７の期間は、カソード信号ＣＡ１の電位が復帰していないため、新たに光子を受光および光電変換しても、その有無を検出することができず、不感期間となる。タイミングＴ７以降においては、電位が復帰したため、画素３００は、再度ガイガーモードで動作する。
【0061】
ここで、追加カソード３３１にハイレベルを印加しない比較例を想定する。図７は、比較例における制御回路の動作の一例を示すタイミングチャートである。比較例では、同図におけるａに例示するように、タイミングＴ０乃至Ｔ３の期間内に制御信号ＣＡ２がハイレベルに制御されず、ローレベルのままである。また、比較例では、迷光の誤検出を防止するため、同図におけるｂに例示するように、タイミングＴ０乃至Ｔ３の期間内に、制御回路２１０がハイレベル（ディセーブル）のイネーブル信号ＡＰＤＥＮを供給するものとする。
【0062】
比較例のｎＭＯＳトランジスタ３５３は、イネーブル信号ＡＰＤＥＮにより、タイミングＴ０乃至Ｔ３の期間内にオン状態になる。この制御により、同図におけるｃに例示するようにカソード信号ＣＡ１の電位が降下し、バッファ３５２の閾値以下となる。そして、カソード信号ＣＡ１の電位は復帰し、タイミングＴ５において、バッファ３５２の閾値より高くなる。
【0063】
同図におけるｃに例示するように、比較例では、タイミングＴ０乃至Ｔ５の期間内に電位が降下するため、この期間は不感期間となってしまう。このため、反射光の光子の検出により測距可能となるのは、タイミングＴ５以降となる。したがって、測距可能な最短距離は、タイミングＴ１からＴ５までの往復時間ｄｔ１に応じた距離となる。
【0064】
これに対して、照射タイミングにおいて、制御回路２１０が制御信号ＣＡ２をハイレベルに制御した場合、前述したように、電子は増倍領域３２０を介さずに追加カソード３３１から排出される。これにより、カソード３３２からは、電子が出力されなくなり、図６におけるｃに例示するように、カソード信号ＣＡ１の電位が降下しない。したがって、測距可能な最短距離は、タイミングＴ１からＴ３までの往復時間ｄｔ２に応じた距離となる。この往復時間ｄｔ２は、比較例の往復時間ｄｔ１よりも短くなる。したがって、式１より、測距可能な最短距離を比較例よりも短くすることができる。
【0065】
［測距モジュールの動作例］
図８は、本技術の第１の実施の形態における測距モジュール１００の動作の一例を示すフローチャートである。この動作は、測距を行うための所定のアプリケーションが実行されたときに開始される。
図８は、本技術の第１の実施の形態における測距モジュール１００の動作の一例を示すフローチャートである。この動作は、測距を行うための所定のアプリケーションが実行されたときに開始される。
【0066】
測距モジュール１００は、照射光の発光と、反射光の受光とを開始する。この際には、照射タイミングと同期して追加カソード３３１の電位が制御される（ステップＳ９０１）。また、測距モジュール１００は、往復時間を測定し（ステップＳ９０２）、物体までの距離を算出する（ステップＳ９０３）。ステップＳ９０３の後に、測距モジュール１００は、測距のための動作を終了する。
【0067】
このように、本技術の第１の実施の形態では、制御回路２１０は、照射タイミングで追加カソード３３１にハイレベルの制御信号ＣＡ２を供給して電荷を排出させるため、カソード３１１からクウェンチ回路３５０に電荷が出力されなくなる。このため、迷光の誤検出防止のために、クウェンチ回路３５０をディセーブルに設定する必要がなくなる。これにより、制御信号ＣＡ２をローレベルに戻した時点から測距が可能となり、クウェンチ回路３５０をディセーブルに設定する場合と比較して測距可能な最短距離を短くすることができる。
【0068】
［第１の変形例］
上述の第１の実施の形態では、制御回路２１０が、照射タイミングで追加カソード３３１にハイレベルの制御信号ＣＡ２を供給して増倍領域３２０への電子流入を抑制していた。しかし、このハイレベルの期間内に増倍領域３２０へ電子が流入することもある。この第１の実施の形態における第１の変形例の制御回路２１０は、制御信号ＣＡ２がハイレベルの期間内に、ハイレベル（ディセーブル）のイネーブル信号ＡＰＤＥＮを供給するに設定することにより、増倍領域３２０での増幅率を大幅に低下させるする点において第１の実施の形態と異なる。
上述の第１の実施の形態では、制御回路２１０が、照射タイミングで追加カソード３３１にハイレベルの制御信号ＣＡ２を供給して増倍領域３２０への電子流入を抑制していた。しかし、このハイレベルの期間内に増倍領域３２０へ電子が流入することもある。この第１の実施の形態における第１の変形例の制御回路２１０は、制御信号ＣＡ２がハイレベルの期間内に、ハイレベル（ディセーブル）のイネーブル信号ＡＰＤＥＮを供給するに設定することにより、増倍領域３２０での増幅率を大幅に低下させるする点において第１の実施の形態と異なる。
【0069】
図９は、本技術の第１の実施の形態の第１の変形例における制御回路２１０の動作の一例を示すタイミングチャートである。同図におけるａは、制御信号ＣＡ２の変動の一例を示すタイミングチャートである。同図におけるｂは、イネーブル信号ＡＰＤＥＮの変動の一例を示すタイミングチャートである。同図におけるｃは、カソード信号ＣＡ１の変動の一例を示すタイミングチャートである。同図におけるｄは、画素３００の状態の一例を示すタイミングチャートである。
【0070】
同図におけるａに例示するように、タイミングＴ０からタイミングＴ３までの期間に亘って、制御回路２１０は、制御信号ＣＡ２をハイレベルにする。この期間以外では、制御信号ＣＡ２は、ローレベルに制御される。
【0071】
また、同図におけるｂに例示するように、制御回路２１０は、タイミングＴ０から、タイミングＴ３の直前のタイミングＴ２までの期間に亘って、イネーブル信号ＡＰＤＥＮをハイレベル（ディセーブル）にする。この期間以外では、イネーブル信号ＡＰＤＥＮは、ローレベルに制御される。
【0072】
また、同図におけるｃに例示するように、イネーブル信号ＡＰＤＥＮの制御により、カソード信号ＣＡ１の電位が降下し、バッファ３５２の閾値以下となる。そして、カソード信号ＣＡ１の電位は復帰し、タイミングＴ４において、バッファ３５２の閾値より高くなる。
【0073】
また、同図におけるｄに例示するように、画素３００は、タイミングＴ０までの期間は、ガイガーモードで動作する。タイミングＴ０乃至Ｔ４の期間は、不感期間となる。タイミングＴ４において画素３００は、再度ガイガーモードで動作する。タイミングＴ６以降は、第１の実施の形態と同様である。
【0074】
ここで、第１の実施の形態と同様に、制御回路２１０が追加カソード３３１にハイレベルを印加せず、タイミングＴ０乃至Ｔ３の期間内に、ハイレベルのイネーブル信号ＡＰＤＥＮを供給する比較例を想定する。同図におけるｂの一点鎖線は、比較例のイネーブル信号ＡＰＤＥＮの電位変動を示す。
【0075】
タイミングＴ３でイネーブルにする比較例では、タイミングＴ５で、カソード信号ＣＡ１の電位が復帰する。これに対して、第１の変形例では、タイミングＴ３の前のタイミングＴ２でイネーブルにするため、比較例よりも早いタイミングＴ４で電位を復帰させることができる。これにより、比較例よりも最短距離を短くすることができる。
【0076】
また、追加カソード３３１にハイレベルを供給する期間内に、ディセーブルに設定することにより、その期間内の増倍領域３２０での電子増倍を確実に防止することができる。これにより、測距モジュール１００の動作を安定させることができる。
【0077】
図１０は、本技術の第１の実施の形態の第１の変形例における制御回路２１０の一構成例を示すブロック図である。この制御回路２１０は、パルス信号生成部２１１、パルス幅調整部２１２、ドライバ２１３およびドライバ２１４を備える。これらのパルス信号生成部２１１、パルス幅調整部２１２、ドライバ２１３およびドライバ２１４は、画素アレイ部２２０内の行ごと、もしくは列ごと、もしくは1個以上の画素群ごとに設けられる。
【0078】
パルス信号生成部２１１は、同期制御部１２０からのクロック信号ＣＬＫｐに同期して、パルス信号を生成するものである。このパルス信号生成部２１１は、例えば、遅延回路やレベルシフタを備え、クロック信号ＣＬＫｐを遅延させたり、そのレベルを調整することにより、パルス信号を生成する。パルス信号は、パルス幅調整部２１２およびドライバ２１４へ供給される。
【0079】
パルス幅調整部２１２は、パルス信号のパルス幅を長くするものである。このパルス幅調整部２１２は、調整後のパルス信号をドライバ２１３に供給する。
【0080】
ドライバ２１３は、パルス幅調整部２１２からのパルス信号を制御信号ＣＡ２として画素３００へ出力するものである。ドライバ２１４は、パルス信号生成部２１１からのパルス信号をイネーブル信号ＡＰＤＥＮとして画素３００へ出力するものである。
【0081】
なお、パルス幅調整部２１２は、制御信号ＣＡ２側のパルス幅を調整しているが、イネーブル信号ＡＰＤＥＮ側のパルス幅を調整することもできる。
【0082】
このように、本技術の第１の実施の形態の第１の変形例では、制御回路２１０は、追加カソード３３１にハイレベルを供給する期間内に、クウェンチ回路３５０をディセーブルに設定する。これにより、その期間内に増倍領域３２０での電子増倍を確実に防止することができる。
【0083】
［第２の変形例］
上述の第１の実施の形態では、同期制御部１２０がクロック信号ＣＬＫｐを供給して発光部１１０を発光させていたが、クロック信号ＣＬＫｐの立上りや立下りから、実際の発光までには、若干の遅延時間が存在する。この遅延時間により、測距精度が低下するおそれがある。この第１の実施の形態の第２の変形例の固体撮像素子２００は、基準距離を測定して測距精度を向上させる点において第１の実施の形態と異なる。
上述の第１の実施の形態では、同期制御部１２０がクロック信号ＣＬＫｐを供給して発光部１１０を発光させていたが、クロック信号ＣＬＫｐの立上りや立下りから、実際の発光までには、若干の遅延時間が存在する。この遅延時間により、測距精度が低下するおそれがある。この第１の実施の形態の第２の変形例の固体撮像素子２００は、基準距離を測定して測距精度を向上させる点において第１の実施の形態と異なる。
【0084】
図１１は、本技術の第１の実施の形態の第２の変形例における制御回路２１０の動作の一例を示すタイミングチャートである。同図におけるａは、制御信号ＣＡ２の変動の一例を示すタイミングチャートである。同図におけるｂは、イネーブル信号ＡＰＤＥＮの変動の一例を示すタイミングチャートである。
【0085】
同図におけるａおよびｂに例示するように、タイミングＴ３０までの基準距離取得期間内において、制御回路２１０は、クロック信号ＣＬＫｐに同期して制御信号ＣＡ２を交互にハイレベルおよびローレベルにする。また、制御回路２１０は、その制御信号ＣＡ２と同相の信号をイネーブル信号ＡＰＤＥＮとして供給する。
【0086】
例えば、クロック信号ＣＬＫｐの立上りで発光部１１０が発光する場合、その立上りの直前のタイミングＴ２０から、立上りの直後のタイミングＴ２１までの期間に亘って制御信号ＣＡ２がローレベルに制御される。その次の立上りの直前のタイミングＴ２２から、次の立上りの直後のタイミングＴ２３までの期間に亘って制御信号ＣＡ２がローレベルに制御される。それらの間の期間は、制御信号ＣＡ２がハイレベルに制御される。
【0087】
同様に、Ｔ２０からＴ２１までの期間に亘ってイネーブル信号ＡＰＤＥＮがローレベルに制御される。タイミングＴ２２からタイミングＴ２３までの期間に亘ってイネーブル信号ＡＰＤＥＮがローレベルに制御される。それらの間の期間は、イネーブル信号ＡＰＤＥＮがハイレベルに制御される。
【0088】
基準距離取得期間内において、信号処理部２３０は、クロック信号ＣＬＫｐの立上りから、その直後の迷光の受光タイミングまでの往復時間をパルス信号に基づいて測定する。そして、信号処理部２３０は、測定した往復時間から式１により距離を算出し、その距離を基準距離として取得して保持する。クロック信号ＣＬＫｐの立上りから、発光までに遅延時間が存在する場合、基準距離は、ゼロとならず、それより大きな値となる。
【0089】
タイミングＴ３０以降の測距期間内において、制御回路２１０は、基準距離取得期間内のイネーブル信号ＡＰＤＥＮと同様の波形の信号を制御信号ＣＡ２として供給し、その制御信号ＣＡ２を反転した信号をイネーブル信号ＡＰＤＥＮとして供給する。
【0090】
例えば、クロック信号ＣＬＫｐの立上りの直前のタイミングＴ３０から、立上りの直後のタイミングＴ３１までの期間に亘って制御信号ＣＡ２がハイレベルに制御される。その次の立上りの直前のタイミングＴ３２から、次の立上りの直後のタイミングＴ３３までの期間に亘って制御信号ＣＡ２がハイレベルに制御される。それらの間の期間は、制御信号ＣＡ２がローレベルに制御される。
【0091】
同様に、Ｔ３０からＴ３１までの期間に亘ってイネーブル信号ＡＰＤＥＮがハイレベルに制御される。タイミングＴ３２からタイミングＴ３３までの期間に亘ってイネーブル信号ＡＰＤＥＮがハイレベルに制御される。それらの間の期間は、イネーブル信号ＡＰＤＥＮがローレベルに制御される。
【0092】
この測距期間において、信号処理部２３０は、パルス信号に基づいて距離を測定し、基準距離により補正する。例えば、信号処理部２３０は、式１により距離を算出し、算出した値から基準距離を減算する補正処理を行い、補正後の距離を出力する。これにより、測距精度を向上させることができる。このように、第１の実施の形態の第２の変形例では、全画素が、基準距離の取得と測距との両方で用いられる。
【0093】
このように、本技術の第１の実施の形態の第２の変形例によれば、基準距離に基づいて距離を補正するため、測距精度を向上させることができる。
【0094】
［第３の変形例］
上述の第１の実施の形態の第２の変形例では、基準距離取得期間内に基準距離を取得し、その後の測距期間内に測距を行っていた。しかし、この構成では、基準距離の取得と測距とを時分割で行うため、画素ごとの距離データを配列したフレームを連続して生成する際に、フレームレートが低下するおそれがある。この第１の実施の形態の第３の変形例の固体撮像素子２００は、基準距離の取得と測距とを同時に行う点において第１の実施の形態の第２の変形例と異なる。
上述の第１の実施の形態の第２の変形例では、基準距離取得期間内に基準距離を取得し、その後の測距期間内に測距を行っていた。しかし、この構成では、基準距離の取得と測距とを時分割で行うため、画素ごとの距離データを配列したフレームを連続して生成する際に、フレームレートが低下するおそれがある。この第１の実施の形態の第３の変形例の固体撮像素子２００は、基準距離の取得と測距とを同時に行う点において第１の実施の形態の第２の変形例と異なる。
【0095】
図１２は、本技術の第１の実施の形態の第３の変形例における画素アレイ部２２０の一構成例を示す平面図である。この第１の実施の形態の第３の変形例における画素アレイ部２２０には、複数の参照画素３０１と複数の測距画素３０２とが配列される。参照画素３０１の画素数は、測距画素３０２よりも少ないものとする。例えば、参照画素３０１は、１行のみ配列され、測距画素３０２は、複数行が配列される。また別の例では、参照画素と測距画素はそれぞれ画素アレイ部２２０の複数の画素領域に配置される。
【0096】
参照画素３０１および測距画素３０２の回路構成は、第１の実施の形態の画素３００と同様である。ただし、参照画素３０１からのパルス信号は基準距離を取得するために用いられ、測距画素３０２からのパルス信号は測距のために用いられる。
【0097】
図１３は、本技術の第１の実施の形態の第３の変形例における制御回路２１０の動作の一例を示すタイミングチャートである。同図におけるａは、参照画素３０１への制御信号ＣＡ２ＲＥＦの変動の一例を示すタイミングチャートである。同図におけるｂは、参照画素３０１へのイネーブル信号ＡＰＤＥＮＲＥＦの変動の一例を示すタイミングチャートである。また、同図におけるｃは、測距画素３０２への制御信号ＣＡ２ＤＩＳＴの変動の一例を示すタイミングチャートである。同図におけるｄは、測距画素３０２へのイネーブル信号ＡＰＤＥＮＤＩＳＴの変動の一例を示すタイミングチャートである。
【0098】
同図におけるａおよびｂに例示するように、制御回路２１０は、クロック信号ＣＬＫｐに同期して制御信号ＣＡ２ＲＥＦを交互にハイレベルおよびローレベルにし、その制御信号ＣＡ２ＲＥＦと同相の信号をイネーブル信号ＡＰＤＥＮＲＥＦとして供給する。
【0099】
例えば、クロック信号ＣＬＫｐの立上りの直前のタイミングＴ２０から、立上りの直後のタイミングＴ２１までの期間に亘って制御信号ＣＡ２ＲＥＦがローレベルに制御される。その次の立上りの直前のタイミングＴ２２から、次の立上りの直後のタイミングＴ２３までの期間に亘って制御信号ＣＡ２ＲＥＦがローレベルに制御される。それらの間の期間は、制御信号ＣＡ２ＲＥＦがハイレベルに制御される。
【0100】
同様に、Ｔ２０からＴ２１までの期間に亘ってイネーブル信号ＡＰＤＥＮＲＥＦがローレベルに制御される。タイミングＴ２２からタイミングＴ２３までの期間に亘ってイネーブル信号ＡＰＤＥＮＲＥＦがローレベルに制御される。それらの間の期間は、イネーブル信号ＡＰＤＥＮがハイレベルに制御される。
【0101】
また、制御回路２１０は、制御信号ＣＡ２ＲＥＦを反転した信号を制御信号ＣＡ２ＤＩＳＴとして測距画素３０２へ供給し、その反転した信号と同相の信号をイネーブル信号ＡＰＤＥＮＤＩＳＴとして測距画素３０２へ供給する。
【0102】
信号処理部２３０は、参照画素３０１のパルス信号から基準距離を取得し、測距画素３０２のパルス信号から距離を求め、その距離を基準距離により補正する。同図に例示するように、信号処理部２３０は、基準距離の取得と、測距とを同時に行うことができるため、フレームレートを向上させることができる。
【0103】
このように、本技術の第１の実施の形態の第３の変形例では、参照画素３０１および測距画素３０２を配置したため、信号処理部２３０は、基準距離の取得と測距とを同時に行うことができる。
【0104】
＜２．第２の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態では、追加カソード３３１を画素３００の内部に配置していたが、この構成では、画素ごとの追加カソード３３１の追加により、画素の微細化が困難になるおそれがある。この第２の実施の形態の固体撮像素子２００は、隣接する画素間の境界に追加カソード３３１を配置した点において第１の実施の形態と異なる。
上述の第１の実施の形態では、追加カソード３３１を画素３００の内部に配置していたが、この構成では、画素ごとの追加カソード３３１の追加により、画素の微細化が困難になるおそれがある。この第２の実施の形態の固体撮像素子２００は、隣接する画素間の境界に追加カソード３３１を配置した点において第１の実施の形態と異なる。
【0105】
図１４は、本技術の第２の実施の形態における画素３００の一構成例を示す断面図である。同図は、隣接する２つの画素３００の断面図を示す。以下、光軸に平行な軸を「Ｚ軸」とし、Ｚ軸に垂直な軸を「Ｘ軸」とする。Ｚ軸およびＸ軸に垂直な軸を「Ｙ軸」とする。
【0106】
画素３００の上部には、マイクロレンズ３４１が設けられる。また、画素３００内には、光電変換領域３１２、ＢＤＰ（Break Down Positive）領域３２１、ＢＤＮ（Break Down Negative）領域３２２およびカソード３３２が配置される。ＢＤＰ領域３２１およびＢＤＮ領域３２２は、増倍領域３２０として機能し、ＢＤＰ領域３２１はＰ型不純物を含み、ＢＤＮ領域３２２は、Ｎ型不純物を含む。また、隣接する２つの画素３００の境界を含む所定の領域には、追加カソード３３１が形成される。
【0107】
また、Ｚ軸方向から見た場合、光電変換領域３１２の周囲には、トレンチ形成領域３４２が配置される。このトレンチ形成領域２４２は、Ｐ型不純物領域、メタル、パッシベーション膜で構成されている。また、トレンチ形成領域３４２のうち、追加カソード３３１の上部には、ＤＴＩ（Deep Trench Isolation）が形成され、混色防止のため、そのＤＴＩにメタル３４６が埋め込まれる。また、トレンチ形成領域３４２のうち、追加カソード３３１の上部以外の領域には、その上部よりも深いトレンチが形成され、メタル３４３が埋め込まれる。このメタル３４３には、アノード（不図示）が接続される。
【0108】
また、カソード３３２と追加カソード３３１との間には、ＳＴＩ（Short Trench Isolation）３４５が形成される。
【0109】
同図に例示したように、画素間の境界を含む領域に追加カソード３３１を配置することにより、画素内に追加カソード３３１のためのスペースを設ける必要がなくなり、画素の微細化が容易となる。
【0110】
図１５は、本技術の第２の実施の形態における画素アレイ部２２０の一構成例を示す平面図である。同図は、Ｚ軸方向から見た場合の平面図を示す。第２の実施の形態の画素アレイ部２２０は、複数の電極共有ブロック３０５により分割される。それぞれの電極共有ブロック３０５には、所定数の画素３００が配列される。例えば、２行×２列で４つの画素３００が配列される。電極共有ブロック３０５内の４画素は、１つの追加カソード３３１を共有する。追加カソード３３１は、画素間の境界のうち、画素の角を含む矩形の領域に配置される。同図における点線は、画素間の境界を示す。
【0111】
なお、電極共有ブロック３０５内の画素数は４画素に限定されず、２画素などであってもよい。
【0112】
図１６は、本技術の第２の実施の形態における画素３００の駆動方法を説明するための図である。同図におけるａは、反射光の入射タイミングにおける画素３００の状態を示す断面図であり、同図におけるｂは、クウェンチおよびリチャージのときにおける画素３００の状態を示す断面図である。
【0113】
同図におけるａに例示するように反射光が入射される期間内において制御回路２１０は、カソード３３２および追加カソード３３１のそれぞれに、例えば、「３」ボルト（Ｖ）、「０」ボルト（Ｖ）の電位を印加する。この電位制御により、電子が追加カソード３３１へ向かわず、増倍領域（ＢＤＰ領域３２１およびＢＤＮ領域３２２）で増倍され、カソード３３２から出力される。
【0114】
また、同図におけるｂに例示するように、クウェンチおよびリチャージの際に制御回路２１０は、カソード３３２に「０」ボルト（Ｖ）を印加し、追加カソード３３１に「３」ボルト（Ｖ）の電位を印加する。この電位制御により、電子は、追加カソード３３１から排出され、降下した電位が復帰するまでの時間を短くすることができる。なお、追加電極として追加アノードを配置する場合には、アノードに「３」ボルトが印加され、追加アノードに「０」ボルトの電位が印加される。
【0115】
図１７は、本技術の第２の実施の形態における測距モジュールの動作の一例を示すタイミングチャートである。同図におけるａは、発光部１１０の発光動作を示すタイミングチャートである。同図におけるｂは、固体撮像素子２００の受光量の変動を示すタイミングチャートである。同図におけるｃは、カソード信号ＣＡ１の変動を示すタイミングチャートである。
【0116】
同図におけるａに例示するように、タイミングＴ３０において照射光が照射され、固体撮像素子２００に迷光が入射されたものとする。また、タイミングＴ３２において、固体撮像素子２００に反射光が入射されたものとする。
【0117】
タイミングＴ３０においてカソード信号ＣＡ１は、第１の実施の形態の第１の変形例と同様に、イネーブル信号ＡＰＤＥＮの制御により降下し、タイミングＴ３０からＴ３１までのリチャージ動作により元の電圧に戻る。そして、タイミングＴ３２においてカソード信号ＣＡ１は、反射光の入射により再度、降下する。
【0118】
ここで、リチャージ動作が遅いと、反射光の入射するタイミングＴ３２までにカソード信号ＣＡ１の電位が復帰せず、反射光を検出することができなくなるおそれがある。しかし、図１６に例示した電位制御により、リチャージ動作を高速化することができるため、測距可能な最短距離を短くすることができる。例えば、センチメートル（ｃｍ）オーダーの近距離の測距を実現することができる。
【0119】
図１８は、本技術の第２の実施の形態における画素３００のポテンシャル図の一例である。同図におけるaは、照射タイミングの画素３００のポテンシャル図であり、同図におけるｂは、反射光の受光タイミングの画素３００のポテンシャル図である。同図における縦軸は、界面ポテンシャルであり、横軸は、画素３００の受光面からの深さを示す。
【0120】
同図におけるａおよびｂに例示するように、照射タイミングから、反射光の受光タイミングまでのリチャージの過程において、ポテンシャルの軌跡が変化する。また、同図におけるｂの一点鎖線は、追加カソード３３１の無い比較例のポテンシャルを示す。
【0121】
比較例では、ポテンシャルが比較的浅くなり、電子が増倍領域３２０へ流れにくいが、追加カソード３３１を配置することにより、ポテンシャルが深くなり、反射光の入射時に電子が増倍領域３２０へ流れやすくなる。これにより、リチャージ動作を高速化することができる。
【0122】
このように、本技術の第２の実施の形態では、隣接する画素間の境界の領域に追加カソード３３１を配置したため、追加カソード３３１のためのスペースを画素３００内に設ける必要がなくなり、画素の微細化が容易となる。
【0123】
［第１の変形例］
上述の第２の実施の形態では、複数の画素で追加カソード３３１を共有していたが、共有する画素数が多いと、画素当たりの電荷の排出能力が不足するおそれがある。この第２の実施の形態の第１の変形例の固体撮像素子２００は、画素ごとに追加カソード３３１を設ける点において第２の実施の形態と異なる。
上述の第２の実施の形態では、複数の画素で追加カソード３３１を共有していたが、共有する画素数が多いと、画素当たりの電荷の排出能力が不足するおそれがある。この第２の実施の形態の第１の変形例の固体撮像素子２００は、画素ごとに追加カソード３３１を設ける点において第２の実施の形態と異なる。
【0124】
図１９は、本技術の第２の実施の形態の第１の変形例における画素アレイ部２２０の一構成例を示す平面図である。この第２の実施の形態の第１の変形例では、画素ごとに追加カソード３３１が配置される。例えば、画素３００の４つの角のそれぞれに追加カソード３３１が配置される。ある画素３００の周囲の４つの追加カソード３３１のいずれかが、その画素３００に対応する追加カソード３３１に該当する。このように、画素ごとに追加カソード３３１を配置することにより、共有する場合と比較して、画素当たりの電荷排出能力を向上させることができる。
【0125】
なお、画素の角を含む領域に追加カソード３３１を配置しているが、この構成に限定されない。図２０に例示するように、画素の境界のうち角を含まず、辺を含む矩形の領域に追加カソード３３１を配置することもできる。
【0126】
このように、本技術の第２の実施の形態の第１の変形例では、画素ごとに追加カソード３３１を配置したため、追加カソード３３１を共有する場合と比較して、画素当たりの電荷排出能力を向上させることができる。
【0127】
［第２の変形例］
上述の第２の実施の形態では、４つの画素３００が追加カソード３３１を共有しているが、共有する画素数が多いと、画素当たりの電荷の排出能力が不足するおそれがある。この第２の実施の形態の第２の変形例の固体撮像素子２００は、追加カソード３３１を共有する画素数を削減した点において第２の実施の形態と異なる。
上述の第２の実施の形態では、４つの画素３００が追加カソード３３１を共有しているが、共有する画素数が多いと、画素当たりの電荷の排出能力が不足するおそれがある。この第２の実施の形態の第２の変形例の固体撮像素子２００は、追加カソード３３１を共有する画素数を削減した点において第２の実施の形態と異なる。
【0128】
図２１は、本技術の第２の実施の形態の第２の変形例における画素アレイ部２２０の一構成例を示す平面図である。この第２の実施の形態の第２の変形例では、画素共有ブロックごとに２画素が配置され、これらの２画素が追加カソード３３１を共有する。また、画素の４つの角のうち、互いに向き合う２つの角に追加カソード３３１が配置される。この配置では、斜め方向において隣接する２画素が、それらの間の追加カソード３３１を共有する。
【0129】
このように、本技術の第２の実施の形態の第２の変形例では、追加カソード３３１を共有する画素数を２つに削減したため、画素当たりの電荷排出能力を向上させることができる。
【0130】
［第３の変形例］
上述の第２の実施の形態では、画素間のメタル３４３にアノードを接続していたが、アノードを画素内に埋め込むこともできる。この第２の実施の形態の第３の変形例の固体撮像素子２００は、画素内にアノードを埋め込んだ点において第２の実施の形態と異なる。
上述の第２の実施の形態では、画素間のメタル３４３にアノードを接続していたが、アノードを画素内に埋め込むこともできる。この第２の実施の形態の第３の変形例の固体撮像素子２００は、画素内にアノードを埋め込んだ点において第２の実施の形態と異なる。
【0131】
図２２は、本技術の第２の実施の形態の第３の変形例における画素３００の一構成例を示す断面図である。この第２の実施の形態の第３の変形例では、トレンチ形成領域３４２のうち、追加カソード３３１の上部以外の領域に、その上部と同程度の深さのトレンチが形成され、メタル３４３が埋め込まれる。このメタル３４３の下部に、Ｐ型不純物を含むコンタクト３４４が設けられる。このコンタクト３４４の下部に、ＳＴＩが形成され、そのＳＴＩにアノード３４７が埋め込まれる。このように、画素間の境界にアノード３４７を埋め込むことにより、アノードの上部と、追加カソード３３１の上部とでトレンチの深さを変える必要がなくなり、画素３００を形成する工程数を削減することができる。
【0132】
なお、第２の実施の形態の第３の変形例に、第２の実施の形態の第１または第２の変形例を適用することもできる。
【0133】
このように、本技術の第２の実施の形態の第３の変形例では、画素間の境界にアノード３４７を埋め込むため、トレンチの深さを変える必要がなくなり、画素３００を形成する工程数を削減することができる。
【0134】
［第４の変形例］
上述の第２の実施の形態の第３の変形例では、カソード３３２と追加カソード３３１の間にＳＴＩ３４５を設けて分離していたが、カソード３３２および追加カソード３３１と極性の異なる半導体領域を設けることもできる。この第２の実施の形態の第４の変形例の固体撮像素子２００は、カソード３３２および追加カソード３３１と極性の異なる半導体領域を、それらの間に設けた点において第２の実施の形態の第３の変形例と異なる。
上述の第２の実施の形態の第３の変形例では、カソード３３２と追加カソード３３１の間にＳＴＩ３４５を設けて分離していたが、カソード３３２および追加カソード３３１と極性の異なる半導体領域を設けることもできる。この第２の実施の形態の第４の変形例の固体撮像素子２００は、カソード３３２および追加カソード３３１と極性の異なる半導体領域を、それらの間に設けた点において第２の実施の形態の第３の変形例と異なる。
【0135】
図２３は、本技術の第２の実施の形態の第４の変形例における画素３００の一構成例を示す断面図である。この第２の実施の形態の第４の変形例の画素３００は、カソード３３２および追加カソード３３１との間にＳＴＩ３４５の代わりにＰ＋領域３４８が形成される点において第２の実施の形態の第３の変形例と異なる。
【0136】
また、カソード３３２および追加カソード３３１は、Ｎ型の半導体により形成される。Ｐ＋領域３４８は、それらと極性の異なるＰ型の半導体により形成される。
【0137】
図２４は、本技術の第２の実施の形態の第４の変形例における画素３００のポテンシャル図の一例である。同図に例示するように、カソード３３２および追加カソード３３１の間のＰ＋領域３４８のポテンシャルは、Ｎ型のカソード３３２および追加カソード３３１よりも低くなる。このため、カソード３３２から追加カソード３３１へ電子が流れ込むことがなくなり、それらは電気的に分離される。
【0138】
【0139】
なお、トレンチの深さを揃えない第２の実施の形態に、第２の実施の形態の第４の変形例を適用することもできる。また、第２の実施の形態の第４の変形例に、第２の実施の形態の第１または第２の変形例を適用することもできる。
【0140】
このように、本技術の第２の実施の形態の第４の変形例では、カソード３３２および追加カソード３３１と極性の異なる半導体領域を、それらの間に形成したため、ＳＴＩ３４５を形成する必要がなくなり、工程数をさらに削減することができる。
【0141】
＜３．移動体への応用例＞
本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
【0142】
図２５は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。
【0143】
車両制御システム１２０００は、通信ネットワーク１２００１を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図２５に示した例では、車両制御システム１２０００は、駆動系制御ユニット１２０１０、ボディ系制御ユニット１２０２０、車外情報検出ユニット１２０３０、車内情報検出ユニット１２０４０、及び統合制御ユニット１２０５０を備える。また、統合制御ユニット１２０５０の機能構成として、マイクロコンピュータ１２０５１、音声画像出力部１２０５２、及び車載ネットワークＩ／Ｆ(interface)１２０５３が図示されている。
【0144】
駆動系制御ユニット１２０１０は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット１２０１０は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。
【0145】
ボディ系制御ユニット１２０２０は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット１２０２０は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット１２０２０には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット１２０２０は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
【0146】
車外情報検出ユニット１２０３０は、車両制御システム１２０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット１２０３０には、撮像部１２０３１が接続される。車外情報検出ユニット１２０３０は、撮像部１２０３１に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット１２０３０は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。
【0147】
撮像部１２０３１は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部１２０３１は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部１２０３１が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。
【0148】
車内情報検出ユニット１２０４０は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット１２０４０には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部１２０４１が接続される。運転者状態検出部１２０４１は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット１２０４０は、運転者状態検出部１２０４１から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。
【0149】
マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット１２０１０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ(Advanced Driver Assistance System)の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。
【0150】
また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
【0151】
また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット１２０２０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。
【0152】
音声画像出力部１２０５２は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図２５の例では、出力装置として、オーディオスピーカ１２０６１、表示部１２０６２及びインストルメントパネル１２０６３が例示されている。表示部１２０６２は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。
【0153】
図２６は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
【0154】
図２６では、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５を有する。
【0155】
撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５は、例えば、車両１２１００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部１２１０１及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として車両１２１００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部１２１０２，１２１０３は、主として車両１２１００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部１２１０４は、主として車両１２１００の後方の画像を取得する。車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
【0156】
なお、図２６には、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲１２１１１は、フロントノーズに設けられた撮像部１２１０１の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１２，１２１１３は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部１２１０２，１２１０３の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１４は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部１２１０４の撮像範囲を示す。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両１２１００を上方から見た俯瞰画像が得られる。
【0157】
撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。
【0158】
例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を基に、撮像範囲１２１１１ないし１２１１４内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化（車両１２１００に対する相対速度）を求めることにより、特に車両１２１００の進行路上にある最も近い立体物で、車両１２１００と略同じ方向に所定の速度（例えば、０ｋｍ／ｈ以上）で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ１２０５１は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御（追従停止制御も含む）や自動加速制御（追従発進制御も含む）等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
【0159】
例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、２輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両１２１００の周辺の障害物を、車両１２１００のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ１２０５１は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ１２０６１や表示部１２０６２を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット１２０１０を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。
【0160】
撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ１２０５１が、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部１２０５２は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部１２０６２を制御する。また、音声画像出力部１２０５２は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部１２０６２を制御してもよい。
【0161】
以上、本開示に係る技術が適用され得る車両制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、例えば、車外情報検出ユニット１２０３０に適用され得る。具体的には、図１の測距モジュール１００を、車外情報検出ユニット１２０３０に適用することができる。車外情報検出ユニット１２０３０に本開示に係る技術を適用することにより、測距可能な最短距離を短くし、特に近距離について正確な距離情報を取得することができる。
【0162】
なお、上述の実施の形態は本技術を具現化するための一例を示したものであり、実施の形態における事項と、特許請求の範囲における発明特定事項とはそれぞれ対応関係を有する。同様に、特許請求の範囲における発明特定事項と、これと同一名称を付した本技術の実施の形態における事項とはそれぞれ対応関係を有する。ただし、本技術は実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において実施の形態に種々の変形を施すことにより具現化することができる。
【0163】
なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって、限定されるものではなく、また、他の効果があってもよい。
【0164】
なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
（１）光電変換により電荷を生成する光電変換領域と、
前記生成された電荷を増倍する増倍領域と、
前記増倍された電荷を出力する出力電極と、
前記出力電極から出力された電荷に基づいて照射光に対する反射光に含まれる光子の有無を検出する検出回路と、
所定電位が印加された場合には前記電荷を前記光電変換領域から排出する追加電極と、
前記照射光が照射された照射タイミングで前記追加電極に前記所定電位を印加する制御回路と
を具備する固体撮像素子。
（２）前記出力電極および前記追加電極は、カソードであり、
前記電荷は、電子である
前記（１）記載の固体撮像素子。
（３）前記検出回路は、
電流源と、
ゲートにイネーブル信号が入力されるトランジスタと、
前記電流源および前記トランジスタの接続ノードの電位に基づいてパルス信号を出力する論理ゲートと
を備え、
前記電流源および前記トランジスタは、電源ノードと基準ノードとの間において直列に接続され、
前記出力電極は、前記接続ノードに接続される
前記（１）または（２）に記載の固体撮像素子。
（４）前記制御回路は、所定期間に亘って前記所定電位を印加し、前記所定期間の開始タイミングから前記所定期間の終了タイミング前の所定タイミングまでの期間に亘って前記トランジスタを前記イネーブル信号によりオン状態に制御する
前記（３）記載の固体撮像素子。
（５）前記パルス信号に基づいて距離を算出する信号処理部をさらに具備する
前記（３）または（４）に記載の固体撮像素子。
（６）前記信号処理部は、所定の基準距離測定期間内に前記パルス信号に基づいて基準距離を取得し、所定の測距期間内に前記パルス信号に基づいて距離を算出して前記基準距離により補正する
前記（５）記載の固体撮像素子。
（７）前記光電変換領域と前記増倍領域と前記出力電極と前記検出回路と前記追加電極とは、参照画素および測距画素のそれぞれに配置され、
前記信号処理部は、前記参照画素からの前記パルス信号に基づいて基準距離を取得し、前記測距画素からの前記パルス信号に基づいて距離を算出して前記基準距離により補正する
前記（５）記載の固体撮像素子。
（８）照射光を照射する発光部と、
光電変換により電荷を生成する光電変換領域と、
前記生成された電荷を増倍する増倍領域と、
前記増倍された電荷を出力する出力電極と、
前記出力電極から出力された電荷に基づいて前記照射光に対する反射光に含まれる光子の有無を検出する検出回路と、
所定電位が印加された場合には前記電荷を前記光電変換領域から排出する追加電極と、
前記照射光が照射された照射タイミングで前記追加電極に前記所定電位を印加する制御回路と
を具備する電子装置。
（９）光電変換により電荷を生成する光電変換領域と前記生成された電荷を増倍する増倍領域と前記増倍された電荷を出力する出力電極とがそれぞれに配置された複数の画素を配列した画素アレイ部と、
前記複数の画素の境界を含む領域に配置されて前記電荷を前記光電変換領域から排出する追加電極と
を具備する固体撮像素子。
（１０）前記画素アレイ部は、所定数の画素がそれぞれに配置された複数の共有ブロックに分割され、
前記複数の共有ブロックのそれぞれにおいて前記所定数の画素は、前記追加電極を共有する
前記（９）記載の固体撮像素子。
（１１）前記複数の共有ブロックのそれぞれには４つの画素が配置される
前記（１０）記載の固体撮像素子。
（１２）前記複数の共有ブロックのそれぞれには２つの画素が配置される
前記（１０）記載の固体撮像素子。
（１３）前記追加電極は、画素ごとに配置される
前記（９）記載の固体撮像素子。
（１４）前記追加電極は、前記境界のうち画素の角を含む領域に配置される
前記（９）から（１３）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１５）前記追加電極は、前記境界のうち画素の角を含まず、画素の辺を含む領域に配置される
前記（９）に記載の固体撮像素子。
（１６）前記出力電極および前記追加電極は、カソードであり、
前記複数の画素のそれぞれには、前記境界に埋め込まれたアノードがさらに設けられる
前記（９）から（１５）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１７）前記出力電極と前記追加電極との間には、所定の半導体領域が配置され、
前記出力電極および前記追加電極は、前記半導体領域と異なる極性の半導体により形成される
前記（９）から（１６）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１８）照射光を照射する発光部と、
光電変換により電荷を生成する光電変換領域と前記生成された電荷を増倍する増倍領域と前記増倍された電荷を出力する出力電極とがそれぞれに配置された複数の画素を配列した画素アレイ部と、
前記複数の画素の境界を含む領域に配置されて前記電荷を前記光電変換領域から排出する追加電極と
を具備する電子装置。
（１）光電変換により電荷を生成する光電変換領域と、
前記生成された電荷を増倍する増倍領域と、
前記増倍された電荷を出力する出力電極と、
前記出力電極から出力された電荷に基づいて照射光に対する反射光に含まれる光子の有無を検出する検出回路と、
所定電位が印加された場合には前記電荷を前記光電変換領域から排出する追加電極と、
前記照射光が照射された照射タイミングで前記追加電極に前記所定電位を印加する制御回路と
を具備する固体撮像素子。
（２）前記出力電極および前記追加電極は、カソードであり、
前記電荷は、電子である
前記（１）記載の固体撮像素子。
（３）前記検出回路は、
電流源と、
ゲートにイネーブル信号が入力されるトランジスタと、
前記電流源および前記トランジスタの接続ノードの電位に基づいてパルス信号を出力する論理ゲートと
を備え、
前記電流源および前記トランジスタは、電源ノードと基準ノードとの間において直列に接続され、
前記出力電極は、前記接続ノードに接続される
前記（１）または（２）に記載の固体撮像素子。
（４）前記制御回路は、所定期間に亘って前記所定電位を印加し、前記所定期間の開始タイミングから前記所定期間の終了タイミング前の所定タイミングまでの期間に亘って前記トランジスタを前記イネーブル信号によりオン状態に制御する
前記（３）記載の固体撮像素子。
（５）前記パルス信号に基づいて距離を算出する信号処理部をさらに具備する
前記（３）または（４）に記載の固体撮像素子。
（６）前記信号処理部は、所定の基準距離測定期間内に前記パルス信号に基づいて基準距離を取得し、所定の測距期間内に前記パルス信号に基づいて距離を算出して前記基準距離により補正する
前記（５）記載の固体撮像素子。
（７）前記光電変換領域と前記増倍領域と前記出力電極と前記検出回路と前記追加電極とは、参照画素および測距画素のそれぞれに配置され、
前記信号処理部は、前記参照画素からの前記パルス信号に基づいて基準距離を取得し、前記測距画素からの前記パルス信号に基づいて距離を算出して前記基準距離により補正する
前記（５）記載の固体撮像素子。
（８）照射光を照射する発光部と、
光電変換により電荷を生成する光電変換領域と、
前記生成された電荷を増倍する増倍領域と、
前記増倍された電荷を出力する出力電極と、
前記出力電極から出力された電荷に基づいて前記照射光に対する反射光に含まれる光子の有無を検出する検出回路と、
所定電位が印加された場合には前記電荷を前記光電変換領域から排出する追加電極と、
前記照射光が照射された照射タイミングで前記追加電極に前記所定電位を印加する制御回路と
を具備する電子装置。
（９）光電変換により電荷を生成する光電変換領域と前記生成された電荷を増倍する増倍領域と前記増倍された電荷を出力する出力電極とがそれぞれに配置された複数の画素を配列した画素アレイ部と、
前記複数の画素の境界を含む領域に配置されて前記電荷を前記光電変換領域から排出する追加電極と
を具備する固体撮像素子。
（１０）前記画素アレイ部は、所定数の画素がそれぞれに配置された複数の共有ブロックに分割され、
前記複数の共有ブロックのそれぞれにおいて前記所定数の画素は、前記追加電極を共有する
前記（９）記載の固体撮像素子。
（１１）前記複数の共有ブロックのそれぞれには４つの画素が配置される
前記（１０）記載の固体撮像素子。
（１２）前記複数の共有ブロックのそれぞれには２つの画素が配置される
前記（１０）記載の固体撮像素子。
（１３）前記追加電極は、画素ごとに配置される
前記（９）記載の固体撮像素子。
（１４）前記追加電極は、前記境界のうち画素の角を含む領域に配置される
前記（９）から（１３）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１５）前記追加電極は、前記境界のうち画素の角を含まず、画素の辺を含む領域に配置される
前記（９）に記載の固体撮像素子。
（１６）前記出力電極および前記追加電極は、カソードであり、
前記複数の画素のそれぞれには、前記境界に埋め込まれたアノードがさらに設けられる
前記（９）から（１５）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１７）前記出力電極と前記追加電極との間には、所定の半導体領域が配置され、
前記出力電極および前記追加電極は、前記半導体領域と異なる極性の半導体により形成される
前記（９）から（１６）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１８）照射光を照射する発光部と、
光電変換により電荷を生成する光電変換領域と前記生成された電荷を増倍する増倍領域と前記増倍された電荷を出力する出力電極とがそれぞれに配置された複数の画素を配列した画素アレイ部と、
前記複数の画素の境界を含む領域に配置されて前記電荷を前記光電変換領域から排出する追加電極と
を具備する電子装置。
【符号の説明】
【0165】
１００ 測距モジュール
１１０ 発光部
１２０ 同期制御部
２００ 固体撮像素子
２０１ 画素チップ
２０２ 回路チップ
２１０ 制御回路
２１１ パルス信号生成部
２１２ パルス幅調整部
２１３、２１４ ドライバ
２２０ 画素アレイ部
２３０ 信号処理部
２３１ ＴＤＣ
２３２ 距離データ生成部
３００ 画素
３０１ 参照画素
３０２ 測距画素
３０５ 電極共有ブロック
３１０ ＳＰＡＤ
３１１、３４７ アノード
３１２ 光電変換領域
３２０ 増倍領域
３２１ ＢＤＰ領域
３２２ ＢＤＮ領域
３３１ 追加カソード
３３２ カソード
３４１ マイクロレンズ
３４２ トレンチ形成領域
３４３、３４６ メタル
３４４ コンタクト
３４５ ＳＴＩ
３４８ Ｐ＋領域
３５０ クウェンチ回路
３５１ 電流源
３５２ バッファ
３５３ ｎＭＯＳトランジスタ
５０１ 物体
１２０３０ 車外情報検出ユニット
１１０ 発光部
１２０ 同期制御部
２００ 固体撮像素子
２０１ 画素チップ
２０２ 回路チップ
２１０ 制御回路
２１１ パルス信号生成部
２１２ パルス幅調整部
２１３、２１４ ドライバ
２２０ 画素アレイ部
２３０ 信号処理部
２３１ ＴＤＣ
２３２ 距離データ生成部
３００ 画素
３０１ 参照画素
３０２ 測距画素
３０５ 電極共有ブロック
３１０ ＳＰＡＤ
３１１、３４７ アノード
３１２ 光電変換領域
３２０ 増倍領域
３２１ ＢＤＰ領域
３２２ ＢＤＮ領域
３３１ 追加カソード
３３２ カソード
３４１ マイクロレンズ
３４２ トレンチ形成領域
３４３、３４６ メタル
３４４ コンタクト
３４５ ＳＴＩ
３４８ Ｐ＋領域
３５０ クウェンチ回路
３５１ 電流源
３５２ バッファ
３５３ ｎＭＯＳトランジスタ
５０１ 物体
１２０３０ 車外情報検出ユニット
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】