(57)【要約】【課題】検出信号を出力する信号線の本数を削減する。【解決手段】受光素子は、複数の画素が行列状に配置された画素アレイと、画素アレイの各画素を、アクティブ画素または非アクティブ画素に制御する画素駆動部とを備え、画素駆動部は、Ｎ×Ｍ画素（Ｎ＞０，Ｍ＞０，ただし、ＮとＭは同時に１にはならない）で構成されるスポット単位でアクティブ画素に制御し、画素アレイには、Ｌ×Ｌ画素を１つのユニットとし（Ｌ＞１）、１つのユニット内の同種の複数のスポット構成画素に対して、検出信号を出力する１本の信号線が配置されている。本技術は、例えば、被写体までの奥行き方向の距離を検出する測距システム等に適用できる。【選択図】図８
2020034522.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画素単位にSPADを含む複数の画素が行列状に配置された画素アレイと、
前記画素アレイの各画素を、アクティブ画素または非アクティブ画素に制御する画素駆動部と
を備え、
前記画素駆動部は、Ｎ×Ｍ画素（Ｎ＞０，Ｍ＞０，ただし、ＮとＭは同時に１にはならない）で構成されるスポット単位で前記アクティブ画素に制御し、
前記画素アレイには、Ｌ×Ｌ画素を１つのユニットとし（Ｌ＞１）、前記１つのユニット内の同種の複数のスポット構成画素に対して、検出信号を出力する１本の信号線が配置されている
受光素子。
【請求項２】
前記１つのユニット内の同種の複数の前記スポット構成画素を接続する配線をさらに備える
請求項１に記載の受光素子。
【請求項３】
前記１つのユニット内の同種の複数の前記スポット構成画素で共通に利用される、少なくとも１つの素子をさらに備える
請求項１に記載の受光素子。
【請求項４】
前記画素駆動部は、前記複数のスポットを前記画素アレイに設定する場合、前記スポットを構成する各スポット構成画素が、隣接する他の前記スポットの同種の前記スポット構成画素と、水平方向および垂直方向のいずれにおいてもL画素目以降の画素となるように、複数の前記スポットを決定する
請求項１に記載の受光素子。
【請求項５】
前記１つのユニットは、４×４画素で構成され、
前記スポット単位は、２×２画素で構成される
請求項１に記載の受光素子。
【請求項６】
照射光を照射する照明装置と、
前記照射光に対する反射光を受光する受光素子と
を備え、
前記受光素子は、
画素単位にSPADを含む複数の画素が行列状に配置された画素アレイと、
前記画素アレイの各画素を、アクティブ画素または非アクティブ画素に制御する画素駆動部と
を備え、
前記画素駆動部は、Ｎ×Ｍ画素（Ｎ＞０，Ｍ＞０，ただし、ＮとＭは同時に１にはならない）で構成されるスポット単位で前記アクティブ画素に制御し、
前記画素アレイには、Ｌ×Ｌ画素を１つのユニットとし（Ｌ＞１）、前記１つのユニット内の同種の複数のスポット構成画素に対して、検出信号を出力する１本の信号線が配置されている
測距システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、受光素子および測距システムに関し、検出信号を出力する信号線の本数を削減することができるようにした受光素子および測距システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ToF（Time-of-Flight）法により距離計測を行う距離画像センサが注目されている。距離画像センサでは、例えば、SPAD（Single Photon Avalanche Diode）を用いた画素を行列状に配置した画素アレイが採用される。SPADでは、降伏電圧よりも大きい電圧を印加した状態で、高電界のPN接合領域へ１個の光子が入ると、アバランシェ増幅が発生する。その際の瞬間的に電流が流れたタイミングを検出することで、高精度に距離を計測することができる。
【０００３】
SPADを用いた画素を行列状に配置した距離画像センサでは、一部の画素を、光子を検出するアクティブ画素に設定し、残りの画素を、光子を検出しない非アクティブ画素に設定する駆動が行われる。例えば、特許文献１に開示された光検出部の画素アレイでは、２次元配置された画素が列単位でアクティブ画素に選択される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−７８９５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
アクティブ画素を列単位で選択する駆動では、検出信号を出力する信号線を行単位で共通化することができるが、その場合、同一行の複数画素を同時にアクティブ画素に設定することはできない。画素毎に個別の信号線を設けると、配線本数が非常に多くなり、検出信号のクロストークや遅延などの発生が懸念される。
【０００６】
本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、検出信号を出力する信号線の本数を削減することができるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本技術の第１の側面の受光素子は、画素単位にSPADを含む複数の画素が行列状に配置された画素アレイと、前記画素アレイの各画素を、アクティブ画素または非アクティブ画素に制御する画素駆動部とを備え、前記画素駆動部は、Ｎ×Ｍ画素（Ｎ＞０，Ｍ＞０，ただし、ＮとＭは同時に１にはならない）で構成されるスポット単位で前記アクティブ画素に制御し、前記画素アレイには、Ｌ×Ｌ画素を１つのユニットとし（Ｌ＞１）、前記１つのユニット内の同種の複数のスポット構成画素に対して、検出信号を出力する１本の信号線が配置されている。
【０００８】
本技術の第２の側面の測距システムは、照射光を照射する照明装置と、前記照射光に対する反射光を受光する受光素子とを備え、前記受光素子は、画素単位にSPADを含む複数の画素が行列状に配置された画素アレイと、前記画素アレイの各画素を、アクティブ画素または非アクティブ画素に制御する画素駆動部とを備え、前記画素駆動部は、Ｎ×Ｍ画素（Ｎ＞０，Ｍ＞０，ただし、ＮとＭは同時に１にはならない）で構成されるスポット単位で前記アクティブ画素に制御し、前記画素アレイには、Ｌ×Ｌ画素を１つのユニットとし（Ｌ＞１）、前記１つのユニット内の同種の複数のスポット構成画素に対して、検出信号を出力する１本の信号線が配置されている。
【０００９】
本技術の第１および第２の側面においては、画素単位にSPADを含む複数の画素が行列状に配置された画素アレイの各画素が、アクティブ画素または非アクティブ画素に制御され、Ｎ×Ｍ画素（Ｎ＞０，Ｍ＞０，ただし、ＮとＭは同時に１にはならない）で構成されるスポット単位で前記アクティブ画素に制御され、Ｌ×Ｌ画素を１つのユニットとし（Ｌ＞１）、前記画素アレイには、前記１つのユニット内の同種の複数のスポット構成画素に対して、検出信号を出力する１本の信号線が配置されている。
【００１０】
受光素子及び測距システムは、独立した装置であっても良いし、他の装置に組み込まれるモジュールであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本技術を適用した測距システムの一実施の形態の構成例を示すブロック図である。
【図２】図１の受光素子の構成例を示すブロック図である。
【図３】第１の画素回路の構成例を示す図である。
【図４】図３の画素の動作を説明する図である。
【図５】アクティブ画素と非アクティブ画素の設定例を示す図である。
【図６】信号線の第１の配線例を示す図である。
【図７】１つのユニットを示す図である。
【図８】信号線の第２の配線例を示す図である。
【図９】スペーシング規則にしたがったスポットSPの設定を説明する図である。
【図１０】出力バッファを共通化したユニットの回路構成を示す図である。
【図１１】第２の画素回路の構成例を示す図である。
【図１２】図１１の画素の動作を説明する図である。
【図１３】測距システムの使用例を説明する図である。
【図１４】車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。
【図１５】車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本技術を実施するための形態（以下、実施の形態という）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．測距システムの構成例
２．受光素子の構成例
３．第１の画素回路構成例
４．アクティブ画素と非アクティブ画素の設定例
５．検出信号線の第１の配線例
６．検出信号線の第２の配線例
７．第２の画素回路構成例
８．測距システムの使用例
９．移動体への応用例
【００１３】
＜１．測距システムの構成例＞
図１は、本技術を適用した測距システムの一実施の形態の構成例を示すブロック図である。
【００１４】
測距システム１１は、例えば、ToF法を用いて距離画像の撮影を行うシステムである。ここで、距離画像とは、測距システム１１から被写体までの奥行き方向の距離を画素毎に検出し、検出した距離に基づく距離画素信号からなる画像のことである。
【００１５】
測距システム１１は、照明装置２１及び撮像装置２２を備える。
【００１６】
照明装置２１は、照明制御部３１及び光源３２を備える。
【００１７】
照明制御部３１は、撮像装置２２の制御部４２の制御の下に、光源３２が光を照射するパターンを制御する。具体的には、照明制御部３１は、制御部４２から供給される照射信号に含まれる照射コードに従って、光源３２が光を照射するパターンを制御する。例えば、照射コードは、１（High）と０（Low）の２値からなり、照明制御部３１は、照射コードの値が１のとき光源３２を点灯させ、照射コードの値が０のとき光源３２を消灯させる。
【００１８】
光源３２は、照明制御部３１の制御の下に、所定の波長域の光を発する。光源３２は、例えば、赤外線レーザダイオードからなる。なお、光源３２の種類、及び、照射光の波長域は、測距システム１１の用途等に応じて任意に設定することが可能である。
【００１９】
撮像装置２２は、照明装置２１から照射された光（照射光）が被写体１２及び被写体１３等により反射された反射光を受光する装置である。撮像装置２２は、撮像部４１、制御部４２、表示部４３、及び、記憶部４４を備える。
【００２０】
撮像部４１は、レンズ５１、受光素子５２、及び、信号処理回路５３を備える。
【００２１】
レンズ５１は、入射光を受光素子５２の受光面に結像させる。なお、レンズ５１の構成は任意であり、例えば、複数のレンズ群によりレンズ５１を構成することも可能である。
【００２２】
受光素子５２は、例えば、各画素にSPAD（Single Photon Avalanche Diode）を用いたセンサからなる。受光素子５２は、制御部４２の制御の下に、被写体１２及び被写体１３等からの反射光を受光し、その結果得られた画素信号を信号処理回路５３に供給する。この画素信号は、照明装置２１が照射光を照射してから、受光素子５２が受光するまでの時間をカウントしたデジタルのカウント値を表す。光源３２が発光するタイミングを示す発光タイミング信号は、制御部４２から受光素子５２にも供給される。
【００２３】
信号処理回路５３は、制御部４２の制御の下に、受光素子５２から供給される画素信号の処理を行う。例えば、信号処理回路５３は、受光素子５２から供給される画素信号に基づいて、画素毎に被写体までの距離を検出し、画素毎の被写体までの距離を示す距離画像を生成する。具体的には、信号処理回路５３は、光源３２が光を発光してから受光素子５２の各画素が光を受光するまでの時間（カウント値）を画素毎に複数回（例えば、数千乃至数万回）取得する。信号処理回路５３は、取得した時間に対応するヒストグラムを作成する。そして、信号処理回路５３は、ヒストグラムのピークを検出することで、光源３２から照射された光が被写体１２または被写体１３で反射して戻ってくるまでの時間を判定する。さらに、信号処理回路５３は、判定した時間と光速に基づいて、物体までの距離を求める演算を行う。信号処理回路５３は、生成した距離画像を制御部４２に供給する。
【００２４】
制御部４２は、例えば、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等の制御回路やプロセッサ等により構成される。制御部４２は、照明制御部３１、及び、受光素子５２の制御を行う。具体的には、制御部４２は、照明制御部３１に照射信号を供給するとともに、発光タイミング信号を受光素子５２に供給する。光源３２は、照射信号に応じて照射光を発光する。発光タイミング信号は、照明制御部３１に供給される照射信号でもよい。また、制御部４２は、撮像部４１から取得した距離画像を表示部４３に供給し、表示部４３に表示させる。さらに、制御部４２は、撮像部４１から取得した距離画像を記憶部４４に記憶させる。また、制御部４２は、撮像部４１から取得した距離画像を外部に出力する。
【００２５】
表示部４３は、例えば、液晶表示装置や有機ＥＬ（Electro Luminescence）表示装置等のパネル型表示装置からなる。
【００２６】
記憶部４４は、任意の記憶装置や記憶媒体等により構成することができ、距離画像等を記憶する。
【００２７】
＜２．受光素子の構成例＞
図２は、受光素子５２の構成例を示すブロック図である。
【００２８】
受光素子５２は、画素駆動部１１１、画素アレイ１１２、MUX(マルチプレクサ)１１３、時間計測部１１４、および、入出力部１１５を備える。
【００２９】
画素アレイ１１２は、光子の入射を検出し、検出結果を示す検出信号を画素信号として出力する画素１２１が行方向及び列方向の行列状に２次元配置された構成となっている。ここで、行方向とは画素行の画素１２１の配列方向、即ち、水平方向を言い、列方向とは画素列の画素１２１の配列方向、即ち、垂直方向を言う。図２では、紙面の制約上、画素アレイ１１２が１０行１２列の画素配列構成で示されているが、画素アレイ１１２の行数および列数は、これに限定されず、任意である。
【００３０】
画素アレイ１１２の行列状の画素配列に対して、画素行ごとに画素駆動線１２２が水平方向に沿って配線されている。画素駆動線１２２は、画素１２１の駆動を行うための駆動信号を伝送する。画素駆動部１１１は、画素駆動線１２２を介して所定の駆動信号を各画素１２１に供給することにより、各画素１２１を駆動する。具体的には、画素駆動部１１１は、入出力部１１５を介して外部から供給される発光タイミング信号に合わせた所定のタイミングで、行列状に２次元配置された複数の画素１２１の一部の画素１２１をアクティブ画素とし、残りの画素１２１を非アクティブ画素とする制御を行う。アクティブ画素は、光子の入射を検出する画素であり、非アクティブ画素は、光子の入射を検出しない画素である。画素１２１の詳細構成については後述する。
【００３１】
なお、図２では、画素駆動線１２２を１本の配線として示しているが、複数の配線で構成してもよい。画素駆動線１２２の一端は、画素駆動部１１１の各画素行に対応した出力端に接続されている。
【００３２】
MUX１１３は、画素アレイ１１２内のアクティブ画素と非アクティブ画素の切替えにしたがい、アクティブ画素からの出力を選択する。そして、MUX１１３は、選択したアクティブ画素から入力される画素信号を時間計測部１１４へ出力する。
【００３３】
時間計測部１１４は、MUX１１３から供給されるアクティブ画素の画素信号と、光源３２の発光タイミングを示す発光タイミング信号とに基づいて、光源３２が光を発光してからアクティブ画素が光を受光するまでの時間に対応するカウント値を生成する。発光タイミング信号は、入出力部１１５を介して外部（撮像装置２２の制御部４２）から供給される。
【００３４】
入出力部１１５は、時間計測部１１４から供給されるアクティブ画素のカウント値を、画素信号として外部（信号処理回路５３）に出力する。また、入出力部１１５は、制御部４２から供給される発光タイミング信号を、画素駆動部１１１および時間計測部１１４に供給する。
【００３５】
＜３．第１の画素回路構成例＞
図３は、画素アレイ１１２に配列されている画素１２１の第１の画素回路の構成例を示している。
【００３６】
図３に示される画素１２１は、SPAD２１１、トランジスタ２１２、トランジスタ２１３、インバータ２１４、電圧変換回路２１５、及び、出力バッファ２１６を備える。トランジスタ２１２は、P型のMOSトランジスタで構成され、トランジスタ２１３は、N型のMOSトランジスタで構成される。
【００３７】
SPAD２１１のカソードは、トランジスタ２１２のドレインに接続されるとともに、インバータ２１４の入力端子、及び、トランジスタ２１３のドレインに接続されている。SPAD２１１のアノードは、電源VSPADに接続されている。
【００３８】
SPAD２１１は、入射光が入射されたとき、発生する電子をアバランシェ増幅させてカソード電圧VSの信号を出力するフォトダイオード（単一光子アバランシェフォトダイオード）である。SPAD２１１のアノードに供給される電源VSPADは、例えば、-20Vの負バイアス（負の電位）とされる。
【００３９】
トランジスタ２１２は、飽和領域で動作する定電流源であり、クエンチング抵抗として働くことにより、パッシブクエンチを行う。トランジスタ２１２のソースは電源電圧VEに接続され、ドレインがSPAD２１１のカソード、インバータ２１４の入力端子、及び、トランジスタ２１３のドレインに接続されている。これにより、SPAD２１１のカソードにも、電源電圧VEが供給される。SPAD２１１と直列に接続されたトランジスタ２１２の代わりに、プルアップ抵抗を用いることもできる。
【００４０】
SPAD２１１には、十分な効率で光（フォトン）を検出するため、SPAD２１１の降伏電圧VBDよりも大きな電圧（以下、過剰バイアス（ExcessBias）と称する。）が印加される。例えば、SPAD２１１の降伏電圧VBDが２０Vであり、それよりも３V大きい電圧を印加することとすると、トランジスタ２１２のソースに供給される電源電圧VEは、３Vとされる。
【００４１】
トランジスタ２１３のドレインは、SPAD２１１のカソード、インバータ２１４の入力端子、および、トランジスタ２１２のドレインに接続され、トランジスタ２１３のソースは、グランド（GND）に接続されている。トランジスタ２１３のゲートには、ゲーティング制御信号VGが、画素駆動部１１１から供給される。
【００４２】
画素１２１がアクティブ画素とされる場合には、Lo（Low）のゲーティング制御信号VGが、画素駆動部１１１からトランジスタ２１３のゲートに供給される。一方、画素１２１が非アクティブ画素とされる場合には、Hi(High)のゲーティング制御信号VGが、画素駆動部１１１からトランジスタ２１３のゲートに供給される。
【００４３】
インバータ２１４は、入力信号としてのカソード電圧VSがLoのとき、Hiの信号VSINVを出力し、カソード電圧VSがHiのとき、Loの信号VSINVを出力する。以下、インバータ２１４が出力する信号VSINVを、反転信号VSINVとも称する。
【００４４】
電圧変換回路２１５は、インバータ２１４から入力される反転信号VSINVを、低電圧の信号VSLOWに変換して、出力バッファ２１６に入力させる。反転信号VSINVは０V乃至３Vの電圧振幅を持つ信号となるが、電圧変換回路２１５は、この０V乃至３Vの電圧振幅を持つ信号VSINVを、０V乃至１Vの電圧振幅を持つ信号VSLOWに変換する。出力バッファ２１６は、電圧変換回路２１５から入力される信号VSLOWを、SPAD２１１への光子の入射を示す検出信号PFoutとして出力する出力部である。
【００４５】
図３において、破線の領域２２１に含まれる、トランジスタ２１２、トランジスタ２１３、インバータ２１４、及び、電圧変換回路２１５は、第１の電源電圧である電源電圧VEで動作する素子（群）である。一方、一点鎖線の領域２２２に含まれる出力バッファ２１６は、第１の電源電圧よりも低い第２の電源電圧である電源電圧VDDで動作する素子（群）である。電源電圧VDDは、例えば、１Vとされる。
【００４６】
次に、図４を参照して、画素１２１がアクティブ画素とされた場合の動作について説明する。図４は、光子の入射に応じたSPAD２１１のカソード電圧VSの変化と検出信号PFoutを示すグラフである。
【００４７】
まず、画素１２１がアクティブ画素である場合、トランジスタ２１３は、Loのゲーティング制御信号VGにより、オフに設定される。
【００４８】
図４の時刻t0より前の時刻では、SPAD２１１のカソードには電源電圧VE（例えば、３V）が供給され、アノードには電源VSPAD（例えば、−２０V）が供給されることから、SPAD２１１に降伏電圧VBD（＝２０V）より大きい逆電圧が印加されることにより、SPAD２１１がガイガーモードに設定される。この状態では、SPAD２１１のカソード電圧VSは、電源電圧VEと同じである。
【００４９】
ガイガーモードに設定されたSPAD２１１に光子が入射すると、アバランシェ増倍が発生し、SPAD２１１に電流が流れる。
【００５０】
時刻t0において、アバランシェ増倍が発生し、SPAD２１１に電流が流れたとすると、時刻t0以降、SPAD２１１に電流が流れることにより、トランジスタ２１２にも電流が流れ、トランジスタ２１２の抵抗成分により電圧降下が発生する。
【００５１】
時刻t2において、SPAD２１１のカソード電圧VSが0Vよりも低くなると、降伏電圧VBDよりも低い状態となるので、アバランシェ増幅が停止する。ここで、アバランシェ増幅により発生する電流がトランジスタ２１２に流れることで電圧降下を発生させ、発生した電圧降下に伴って、カソード電圧VSが降伏電圧VBDよりも低い状態となることで、アバランシェ増幅を停止させる動作がクエンチ動作である。
【００５２】
アバランシェ増幅が停止するとトランジスタ２１２の抵抗に流れる電流が徐々に減少して、時刻t4において、カソード電圧VSが再び元の電源電圧VEまで戻り、次の新たなフォトンを検出できる状態となる（リチャージ動作）。
【００５３】
インバータ２１４は、入力電圧であるカソード電圧VSが所定の閾値電圧Vth（＝VE/2）以上のとき、Loの反転信号VSINVを出力し、カソード電圧VSが所定の閾値電圧Vth未満のとき、Hiの反転信号VSINVを出力する。出力バッファ２１６も、カソード電圧VSが所定の閾値電圧Vth（＝VE/2）以上のとき、Loの検出信号PFoutを出力し、カソード電圧VSが所定の閾値電圧Vth未満のとき、Hiの検出信号PFoutを出力する。図４の例では、時刻t1から時刻t3の期間、Hiの検出信号PFoutを出力する。
【００５４】
なお、画素１２１が非アクティブ画素とされる場合には、Hiのゲーティング制御信号VGが、画素駆動部１１１からトランジスタ２１３のゲートに供給され、トランジスタ２１３がオンされる。これにより、SPAD２１１のカソード電圧VSが０V(GND)となり、SPAD２１１のアノード・カソード間電圧が降伏電圧VBD以下となるので、SPAD２１１に光子が入ってきても反応しない。
【００５５】
＜４．アクティブ画素と非アクティブ画素の設定例＞
次に、アクティブ画素と非アクティブ画素の設定例について説明する。
【００５６】
画素駆動部１１１は、隣接する複数の画素１２１を１つのスポット（塊）SPとして、予め決定した所定個数のスポットSPを画素アレイ１１２内に決定し、アクティブ画素に設定する。本実施の形態では、画素駆動部１１１は、例えば、２×２の４画素を１つのスポットSPとし、画素アレイ１１２内に９個のスポットSPを設定する。
【００５７】
図５の画素アレイ１１２は、１６行１６列の２５６個の画素１２１で構成されている。その２５６個の画素１２１のうち、ハッチングを付した画素１２１がアクティブ画素を表し、ハッチングが付されていない画素１２１が非アクティブ画素を表している。
【００５８】
画素駆動部１１１は、例えば、２×２の４画素を１つのスポットSPとして、画素アレイ１１２内の所定のスポットSP１乃至スポットSP９を、アクティブ画素とする。なお、以下では、１つのスポットSPを構成する２×２の各画素をSP構成画素とも称する。また、１つのスポットSPを構成する各SP構成画素を区別する場合には、図５のように、SP構成画素のスポットSP内の位置に応じて、SP構成画素A、SP構成画素B、SP構成画素C、および、SP構成画素Dのように称する。
【００５９】
なお、本実施の形態では、１つのスポットSPが２×２の４画素で構成されるとともに、スポットSPの個数が９個の例について説明するが、スポットSPを構成する画素の構成は、２×２の４画素に限定されない。また、画素アレイ１１２に対して設定されるスポットSPの個数も９個に限定されない。例えば、スポットSPは、２×１の２画素、３×３の９画素などに設定してもよいし、画素アレイ１１２に対して設定されるスポットSPの個数は、４個、６個などに設定してもよい。
【００６０】
画素駆動部１１１は、さらに、図５のように設定した各スポットSPの位置を時間ごとに移動させることにより、撮像装置２２としての測距エリアの分解能を所定値以上に保っている。
【００６１】
このように、画素アレイ１１２内の一部分のみをアクティブ画素とすることにより、瞬間的な動作電流が大きくなりすぎて電源変動を招き、測距精度に影響してしまうことを防止することができる。また、対象物に照射するレーザ光もSPOT照射となるため、アクティブ画素をレーザ照射に合わせて、一部のスポットSPに限定しておくことで、消費電力も低減することができる。
【００６２】
＜５．検出信号線の第１の配線例＞
画素アレイ１１２の各画素１２１が画素信号として出力する検出信号PFoutを伝送する信号線の配線レイアウトについて説明する。
【００６３】
図６は、検出信号PFoutを伝送する信号線の第１の配線例を示す図である。
【００６４】
第１の配線例は、検出信号PFoutを伝送する信号線を画素毎に個別に設けた場合の信号線の配置例である。
【００６５】
信号線を画素毎に個別に設けた場合、画素アレイ１１２は１６行１６列の２５６個の画素１２１で構成されているので、画素アレイ１１２全体で２５６本、１行に１６本の信号線２４１が必要となる。図６では、紙面の制約上、１行に配置される１６本の信号線２４１が１本で図示されている。
【００６６】
MUX１１３は、２５６個の画素１２１のうち、アクティブ画素に設定された画素１２１の信号線２４１を選択し、アクティブ画素からの検出信号PFoutを取得する。アクティブ画素の画素数は、４画素（１スポットSPの画素数）×９（スポットSP数）＝３６個となるので、MUX１１３から時間計測部１１４へ出力される信号線２４２の本数は、３６本となる。図６では、紙面の制約上、４本の信号線２４２が１本で図示されている。
【００６７】
時間計測部１１４は、３６個のアクティブ画素から出力された検出信号PFoutに対応したTDC（Time to Digital Converter）回路を備える。具体的には、時間計測部１１４は、スポットSP１のSP構成画素A乃至DのTDC回路（TDC_SP1_PixA乃至TDC_SP1_PixD）、スポットSP２のSP構成画素A乃至DのTDC回路（TDC_SP2_PixA乃至TDC_SP2_PixD）、スポットSP３のSP構成画素A乃至DのTDC回路（TDC_SP3_PixA乃至TDC_SP3_PixD）、・・・、スポットSP９のSP構成画素A乃至DのTDC回路（TDC_SP9_PixA乃至TDC_SP9_PixD）を備える。各TDC回路は、入力されるアクティブ画素の検出信号PFoutと発光タイミング信号とから、光源３２が光を発光してからアクティブ画素が光を受光するまでの時間に対応するカウント値を生成する。
【００６８】
以上のように、信号線２４１を画素毎に個別に設けることで、画素アレイ１１２内で設定される任意の９個のスポットSP１乃至SP９に対応可能となる。しかし、配線本数が非常に多くなってしまうため、信号線２４１を画素毎に個別に設けることは現実的ではない。また、信号線２４１が密になると、検出信号PFoutの画素間のクロストークやスキュー、信号遅延などの発生も懸念される。
【００６９】
＜６．検出信号線の第２の配線例＞
そこで、検出信号PFoutを伝送する信号線を削減する第２の配線例について説明する。
【００７０】
第２の配線例においては、画素アレイ１１２内の隣接する複数画素が１つのユニットUに設定される。
【００７１】
図７は、４×４の１６画素を１つのユニットUとした場合の１つのユニットUを示す図である。
【００７２】
１つのユニットUが４×４の１６画素で構成される場合、１つのユニットUに２×２の４画素で構成されるスポットSPが４個含まれるので、SP構成画素A乃至Dのそれぞれは、１つのユニットUに４つずつ含まれる。
【００７３】
１つのユニットUに含まれる４個のSP構成画素Aの出力端子が縦配線２６１Aを用いて接続され、ユニットU内の所定のSP構成画素Aの画素行に、１つのユニットUに含まれる４個のSP構成画素Aの検出信号PFoutを伝送する信号線２７１Aが配置される。
【００７４】
１つのユニットUに含まれる４個のSP構成画素Bの出力端子が縦配線２６１Bを用いて接続され、ユニットU内の所定のSP構成画素Bの画素行に、１つのユニットUに含まれる４個のSP構成画素Bの検出信号PFoutを伝送する信号線２７１Bが配置される。
【００７５】
１つのユニットUに含まれる４個のSP構成画素Cの出力端子が縦配線２６１Cを用いて接続され、ユニットU内の所定のSP構成画素Cの画素行に、１つのユニットUに含まれる４個のSP構成画素Cの検出信号PFoutを伝送する信号線２７１Cが配置される。
【００７６】
１つのユニットUに含まれる４個のSP構成画素Dの出力端子が縦配線２６１Dを用いて接続され、ユニットU内の所定のSP構成画素Dの画素行に、１つのユニットUに含まれる４個のSP構成画素Dの検出信号PFoutを伝送する信号線２７１Dが配置される。
【００７７】
また、１つのユニットUに含まれる信号線２７１A乃至２７１Dは、互いに異なる画素行に配置される。
【００７８】
このように、縦配線２６１を用いて、１つのユニットU内の同種のSP構成画素の出力を１本の信号線２７１にまとめることで、１つのユニットUにおいて各画素行に必要となるMUX１１３への信号線２７１を１本とすることができる。１ユニットU当たりの信号線２７１の本数は４本となる。
【００７９】
図８は、図７に示したようにユニットU内のSP構成画素A乃至D単位で信号線２７１をまとめた場合の信号線２７１の配線例を示している。
【００８０】
図８は、検出信号PFoutを伝送する信号線を削減した第２の配線例である。
【００８１】
図７に示したようにユニットU内のSP構成画素A乃至D単位で信号線２７１をまとめた場合、図８に示されるように、MUX１１３への信号線２７１の本数は、画素アレイ１１２全体で６４本となる。したがって、第２の配線例によれば、図６に示した第１の配線例と比較して、MUX１１３への信号線２７１の本数を大幅に削減することができる。これにより、各画素１２１の検出信号PFoutのクロストークやスキュー、信号遅延なども改善することができる。
【００８２】
第２の配線例では、ユニットU内の同種（SP構成画素A乃至Dのいずれか）の複数のSP構成画素は、１本の信号線２７１を共通に利用するため、同時にアクティブ画素に設定することはできない。
【００８３】
そのため、画素駆動部１１１は、画素アレイ１１２に対して複数のスポットSPを、次のスペーシング規則にしたがって設定する。画素駆動部１１１は、１つのユニットUを４×４の１６画素で構成した場合、スポットSPの各SP構成画素（SP構成画素A乃至D）が、隣接する他のスポットSPの同種のSP構成画素と水平方向および垂直方向のいずれにおいても、４画素目以降の画素となるように、隣接するスポットSPを決定する。換言すれば、画素駆動部１１１は、画素アレイ１１２内の第１のスポットSPの所定のSP構成画素（例えば、SP構成画素A）と、それに隣接する第２のスポットSPの同種のSP構成画素（例えば、SP構成画素A）との間隔が３画素以上離れるように、各スポットSPを決定する。
【００８４】
図９を参照して、スペーシング規則にしたがったスポットSPの設定を説明する。
【００８５】
例えば、スポットSP１のSP構成画素Dは、水平方向に隣接するスポットSP２の同種のSP構成画素Dと３画素離れている。換言すれば、スポットSP１のSP構成画素Dに対して、隣接するスポットSP２の同種のSP構成画素Dは、水平方向に４画素目の画素となっている。
【００８６】
また、スポットSP１のSP構成画素Dは、垂直方向に隣接するスポットSP４の同種のSP構成画素Dと３画素離れている。換言すれば、スポットSP１のSP構成画素Dに対して、隣接するスポットSP４の同種のSP構成画素Dは、垂直方向に４画素目の画素となっている。
【００８７】
例えば、スポットSP５のSP構成画素Bは、水平方向に隣接するスポットSP６の同種のSP構成画素Bと３画素離れている。換言すれば、スポットSP５のSP構成画素Bに対して、隣接するスポットSP６の同種のSP構成画素Bは、水平方向に４画素目の画素となっている。
【００８８】
また、スポットSP５のSP構成画素Bは、垂直方向に隣接するスポットSP８の同種のSP構成画素Bと３画素離れている。換言すれば、スポットSP５のSP構成画素Bに対して、隣接するスポットSP５の同種のSP構成画素Bは、垂直方向に４画素目の画素となっている。
【００８９】
このようなスペーシング規則にしたがって画素アレイ１１２に対して複数のスポットSPを設定した場合、図９から明らかなように、各ユニットU内でアクティブ画素として選択されるSP構成画素A乃至Dの個数は必ず１つ以下となる。したがって、図７に示したように、ユニットU内の同種のSP構成画素単位（SP構成画素A乃至D）で、信号線２７１を共通化することができる。
【００９０】
上述した例は、１つのスポットSPを構成する画素（SP構成画素）が、２×２の４画素の例について説明したが、スポットSPの構成単位が異なる場合でも同様である。例えば、１つのスポットSPが、２×１の２画素（SP構成画素AとSP構成画素B）で構成される場合や、２×３の６画素（SP構成画素A、SP構成画素B、SP構成画素C、SP構成画素D、SP構成画素E、および、SP構成画素F）で構成される場合であっても、上述のスペーシング規則にしたがって複数のスポットSPを設定することにより、４×４の各ユニットU内でアクティブ画素として選択される同種のSP構成画素の個数は必ず１つ以下となる。
【００９１】
次に、１つのユニットUを構成する画素数が４×４の１６画素ではない場合について説明する。
【００９２】
例えば、１つのユニットUが、５×５の２５画素で構成される場合について説明する。１つのスポットSPは、上述した例と同様に、２×２の４画素（SP構成画素A乃至D）であるとする。
【００９３】
画素駆動部１１１は、１つのユニットUを５×５の２５画素で構成した場合、スポットSPの各SP構成画素A乃至Dが、隣接する他のスポットSPの同種のSP構成画素と水平方向および垂直方向のいずれにおいても、５画素目以降の画素となるように、隣接するスポットSPを決定する。換言すれば、画素駆動部１１１は、画素アレイ１１２内の第１のスポットSPの所定のSP構成画素（例えば、SP構成画素A）と、それに隣接する第２のスポットSPの同種のSP構成画素（例えば、SP構成画素A）との間隔が４画素以上離れるように、各スポットSPを決定する。このスペーシング規則にしたがって複数のスポットSPを設定することにより、５×５の各ユニットU内でアクティブ画素として選択される同種のSP構成画素の個数は必ず１つ以下となる。
【００９４】
次に、１つのユニットUが、６×６の３６画素で構成される場合について説明する。１つのスポットSPは、上述した例と同様に、２×２の４画素（SP構成画素A乃至D）であるとする。
【００９５】
画素駆動部１１１は、１つのユニットUを６×６の３６画素で構成した場合、スポットSPの各SP構成画素A乃至Dが、隣接する他のスポットSPの同種のSP構成画素と水平方向および垂直方向のいずれにおいても、６画素目以降の画素となるように、隣接するスポットSPを決定する。換言すれば、画素駆動部１１１は、画素アレイ１１２内の第１のスポットSPの所定のSP構成画素（例えば、SP構成画素A）と、それに隣接する第２のスポットSPの同種のSP構成画素（例えば、SP構成画素A）との間隔が５画素以上離れるように、各スポットSPを決定する。このスペーシング規則にしたがって複数のスポットSPを設定することにより、６×６の各ユニットU内でアクティブ画素として選択される同種のSP構成画素の個数は必ず１つ以下となる。
【００９６】
ユニットU内で共通化される信号線２７１とスペーシング規則の関係は、次のように言うことができる。画素アレイ１１２において、１スポットSPをＮ×Ｍ画素で構成し（Ｎ＞０，Ｍ＞０，ただし、ＮとＭは同時に１にはならない。）、１つのユニットUをＬ×Ｌで構成した場合（Ｌ＞１）、１つのユニットU内の同種の複数のSP構成画素の出力は、１本以上の縦配線２６１を用いて１本の信号線２７１で共通化される。画素駆動部１１１は、スポットSPの各SP構成画素が、隣接する他のスポットSPの同種のSP構成画素と水平方向および垂直方向のいずれにおいても、L画素目以降の画素となるように、画素アレイ１１２内に複数のスポットSPを決定する。これにより、画素アレイ１１２からMUX１１３への信号線２７１の本数を大幅に削減することができ、検出信号PFoutのクロストークやスキュー、信号遅延なども改善することができる。
【００９７】
なお、ユニットU内の同種のSP構成画素どうしの信号線２７１を共通化するだけではなく、各SP構成画素に含まれる１以上の素子も、ユニットU内の同種のSP構成画素どうしで共通化してもよい。
【００９８】
例えば、図３に示した画素１２１の第１の画素回路のうち、最終段に設けられた出力バッファ２１６を、ユニットU内の同種のSP構成画素どうしで共通化することができる。
【００９９】
図１０は、出力バッファ２１６をユニットU内の同種のSP構成画素どうしで共通化したユニットUの回路構成を示している。
【０１００】
図１０では、画素ごとに設けられた出力バッファ２１６の代わりに、１つのユニットU内の４つのSP構成画素Aに共通に用いられる１つの出力バッファ２１６’が設けられている。
【０１０１】
また、SP構成画素B乃至Dの画素内の回路の図示は省略したが、SP構成画素B乃至Dについても同様に、同種の４つのSP構成画素に対して１つの出力バッファ２１６’が設けられている。
【０１０２】
なお、図１０では、理解を容易にするため、出力バッファ２１６’を、ユニットUの外に図示したが、ユニットU内の所定のSP構成画素内に設けることができる。
【０１０３】
図１０は、各画素１２１の出力バッファ２１６を共通化した例であるが、その他の素子、例えば、MUXやレジスタ、OR回路等の演算回路などが各画素に含まれる場合には、それらの素子を同種のSP構成画素どうしで共通化してもよい。すなわち、ユニットU内の同種のSP構成画素に対して共通化される素子は、出力バッファに限られない。
【０１０４】
＜７．第２の画素回路構成例＞
図１１は、画素１２１の第２の画素回路の構成例を示している。
【０１０５】
なお、図１１において、図３に示した第１の画素回路と共通する部分については同一の符号を付してあり、その部分の説明は適宜省略する。
【０１０６】
図１１に示される画素１２１は、SPAD２１１、トランジスタ２１２、トランジスタ２１３、インバータ２１４、及び、トランジスタ３１１を備える。トランジスタ２１３は、N型のMOSトランジスタで構成され、トランジスタ２１２および３１１は、P型のMOSトランジスタで構成される。
【０１０７】
図１１の第２の画素回路は、SPAD２１１、トランジスタ２１２、トランジスタ２１３、及び、インバータ２１４を有する点で、図３の第１の画素回路と共通する。ただし、各素子に供給される電源電圧が、第１の画素回路と異なる。
【０１０８】
より詳しくは、第１の画素回路では、トランジスタ２１３のソースはグランドに接続されていたが、第２の画素回路では、負バイアスである電源VNEG1に接続されている。電源VNEG1は、例えば、−２Vとされる。また、Hiのゲーティング制御信号VGにより、トランジスタ２１３がオンされたときに、SPAD２１１のアノード・カソード間電圧が降伏電圧VBD以下となるように構成するため、SPAD２１１のアノードに供給される電源VSPADも、第１の画素回路の電位（上述した例では、−２０V）よりも低い、−２２Vに設定される。
【０１０９】
さらに、第１の画素回路では、トランジスタ２１２のソースは、第１の電源電圧である電源電圧VE（３V）と接続されていたが、第２の画素回路では、第１の電源電圧よりも低い第２の電源電圧である電源電圧VDD（１V）に接続されている。画素１２１がアクティブ画素に制御されている場合、SPAD２１１のカソードには、トランジスタ３１１とトランジスタ２１２とを介して電源電圧VDD（１V）が供給されるので、SPAD２１１のアノード・カソード間電圧は、第１の画素回路と同じ２３Vの逆電圧となる。
【０１１０】
また、図１１の第２の画素回路では、SPAD２１１とインバータ２１４との間に、P型のMOSトランジスタで構成されるトランジスタ３１１が新たに追加されている点が、第１の画素回路と異なる。より詳しくは、トランジスタ３１１のドレインは、SPAD２１１のカソードおよび、トランジスタ２１３のドレインと接続され、トランジスタ３１１のソースは、トランジスタ２１２のドレインおよびインバータ２１４の入力端子と接続されている。トランジスタ３１１のゲインには、負バイアスである電源VNEG2に接続されている。電源VNEG2は、例えば、−１Vとする。
【０１１１】
トランジスタ３１１は、電圧変換回路として機能し、ドレインに供給されるSPAD２１１のカソード電圧VSの信号を正の範囲の電圧VINの信号に変換して、インバータ２１４に入力する。トランジスタ３１１のゲートには、トランジスタ３１１のトランジスタ閾値と同じ負バイアス（-Vgs）である電源VNEG2（−１V）が印加されている。トランジスタ３１１は、インバータ２１４に入力される信号である電圧VINが、電源VNEG2（−１V）からトランジスタ閾値上がった電圧値（０V）に到達すれば遮断する。したがって、トランジスタ３１１は、電圧クランプ回路としても機能する。
【０１１２】
インバータ２１４は、インバータ２１４に入力される電圧VINがLoのとき、Hiの検出信号PFoutを出力し、電圧VINがHiのとき、Loの検出信号PFoutを出力する。インバータ２１４は、SPAD２１１への光子の入射を示す検出信号PFoutを出力する出力部である。
【０１１３】
図１２は、図１１の画素１２１がアクティブ画素とされ、光が入射された場合の電位変化を示すグラフである。
【０１１４】
光が入射された場合、図１２に示されるように、SPAD２１１のカソード電圧VSは、VDD（１V）から−２Vの範囲で変動するが、インバータ２１４に入力される電圧VINは、VDD（１V）から０Vの正の範囲となる。
【０１１５】
インバータ２１４は、入力される電圧VINが所定の閾値電圧Vth（＝VDD/2）以上のとき、Loの検出信号PFoutを出力し、電圧VINが所定の閾値電圧Vth未満のとき、Hiの検出信号PFoutを出力する。図１２の例では、時刻t11から時刻t12の期間、Hiの検出信号PFoutが出力される。
【０１１６】
以上より、図１１の第２の画素回路のうち、破線の領域３２１に含まれる、トランジスタ２１３およびトランジスタ３１１が、第１の画素回路と同様、SPAD２１１の降伏電圧VBDより３V大きな過剰バイアスを印加する素子（群）である。一方、一点鎖線の領域３２２に含まれるトランジスタ２１２およびインバータ２１４は、電源電圧VDDで動作する素子（群）である。
【０１１７】
したがって、第２の画素回路では、電源電圧VDDより高い電源電圧である電源電圧VEをなくすことができ、高電源による動作が必要な素子の数を、第１の画素回路の領域２２１内の４個から、領域３２１内の２個に減らすことができる。高電源動作素子の削減により、部品数の削減、回路面積の削減、および、消費電力の低減を実現できる。回路削減により、検出信号PFoutが時間計測部１１４に到達するまでの信号特性（遅延やスキューなど）も改善することができる。
【０１１８】
＜８．測距システムの使用例＞
図１３は、上述の測距システム１１の使用例を示す図である。
【０１１９】
上述した測距システム１１は、例えば、以下のように、可視光や、赤外光、紫外光、Ｘ線等の光をセンシングする様々なケースに使用することができる。
【０１２０】
・デジタルカメラや、カメラ機能付きの携帯機器等の、鑑賞の用に供される画像を撮影する装置
・自動停止等の安全運転や、運転者の状態の認識等のために、自動車の前方や後方、周囲、車内等を撮影する車載用センサ、走行車両や道路を監視する監視カメラ、車両間等の測距を行う測距センサ等の、交通の用に供される装置
・ユーザのジェスチャを撮影して、そのジェスチャに従った機器操作を行うために、TVや、冷蔵庫、エアーコンディショナ等の家電に供される装置
・内視鏡や、赤外光の受光による血管撮影を行う装置等の、医療やヘルスケアの用に供される装置
・防犯用途の監視カメラや、人物認証用途のカメラ等の、セキュリティの用に供される装置
・肌を撮影する肌測定器や、頭皮を撮影するマイクロスコープ等の、美容の用に供される装置
・スポーツ用途等向けのアクションカメラやウェアラブルカメラ等の、スポーツの用に供される装置
・畑や作物の状態を監視するためのカメラ等の、農業の用に供される装置
【０１２１】
＜９．移動体への応用例＞
本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
【０１２２】
図１４は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。
【０１２３】
車両制御システム１２０００は、通信ネットワーク１２００１を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図１４に示した例では、車両制御システム１２０００は、駆動系制御ユニット１２０１０、ボディ系制御ユニット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。
【０１２４】
駆動系制御ユニット１２０１０は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット１２０１０は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。
【０１２５】
ボディ系制御ユニット１２０２０は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット１２０２０は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット１２０２０には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット１２０２０は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
【０１２６】
車外情報検出ユニット１２０３０は、車両制御システム１２０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット１２０３０には、撮像部１２０３１が接続される。車外情報検出ユニット１２０３０は、撮像部１２０３１に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット１２０３０は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。
【０１２７】
撮像部１２０３１は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部１２０３１は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部１２０３１が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。
【０１２８】
車内情報検出ユニット１２０４０は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット１２０４０には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部１２０４１が接続される。運転者状態検出部１２０４１は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット１２０４０は、運転者状態検出部１２０４１から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。
【０１２９】
マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット１２０１０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｄｒｉｖｅｒ  Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ  Ｓｙｓｔｅｍ）の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。
【０１３０】
また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
【０１３１】
また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット１２０２０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビーム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。
【０１３２】
音声画像出力部１２０５２は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置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１４の例では、出力装置として、オーディオスピーカ１２０６１、表示部１２０６２及びインストルメントパネル１２０６３が例示されている。表示部１２０６２は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。
【０１３３】
図１５は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
【０１３４】
図１５では、車両１２１００は、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５を有する。
【０１３５】
撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５は、例えば、車両１２１００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内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。撮像部１２１０１及び１２１０５で取得される前方の画像は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
【０１３６】
なお、図１５には、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲１２１１１は、フロントノーズに設けられた撮像部１２１０１の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１２，１２１１３は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部１２１０２，１２１０３の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１４は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部１２１０４の撮像範囲を示す。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両１２１００を上方から見た俯瞰画像が得られる。
【０１３７】
撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。
【０１３８】
例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を基に、撮像範囲１２１１１ないし１２１１４内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化（車両１２１００に対する相対速度）を求めることにより、特に車両１２１００の進行路上にある最も近い立体物で、車両１２１００と略同じ方向に所定の速度（例えば、０ｋｍ／ｈ以上）で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ１２０５１は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御（追従停止制御も含む）や自動加速制御（追従発進制御も含む）等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
【０１３９】
例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、２輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両１２１００の周辺の障害物を、車両１２１００のドライバ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。
【０１４０】
撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ１２０５１が、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部１２０５２は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線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。
【０１４１】
以上、本開示に係る技術が適用され得る車両制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、撮像部１２０３１等に適用され得る。具体的には、例えば、図１の測距システム１１は、撮像部１２０３１に適用することができる。撮像部１２０３１は、例えばＬＩＤＡＲであり、車両１２１００の周囲の物体及び物体までの距離の検出に用いられる。撮像部１２０３１に本開示に係る技術を適用することにより、車両１２１００の周囲の物体及び物体までの距離の検出精度が向上する。その結果、例えば、車両の衝突警告を適切なタイミングで行うことができ、交通事故を防止することが可能となる。
【０１４２】
なお、本明細書において、システムとは、複数の構成要素（装置、モジュール（部品）等）の集合を意味し、すべての構成要素が同一筐体中にあるか否かは問わない。したがって、別個の筐体に収納され、ネットワークを介して接続されている複数の装置、及び、１つの筐体の中に複数のモジュールが収納されている１つの装置は、いずれも、システムである。
【０１４３】
また、本技術の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【０１４４】
なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、本明細書に記載されたもの以外の効果があってもよい。
【０１４５】
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）
画素単位にSPADを含む複数の画素が行列状に配置された画素アレイと、
前記画素アレイの各画素を、アクティブ画素または非アクティブ画素に制御する画素駆動部と
を備え、
前記画素駆動部は、Ｎ×Ｍ画素（Ｎ＞０，Ｍ＞０，ただし、ＮとＭは同時に１にはならない）で構成されるスポット単位で前記アクティブ画素に制御し、
前記画素アレイには、Ｌ×Ｌ画素を１つのユニットとし（Ｌ＞１）、前記１つのユニット内の同種の複数のスポット構成画素に対して、検出信号を出力する１本の信号線が配置されている
受光素子。
（２）
前記１つのユニット内の同種の複数の前記スポット構成画素を接続する配線をさらに備える
前記（１）に記載の受光素子。
（３）
前記１つのユニット内の同種の複数の前記スポット構成画素で共通に利用される、少なくとも１つの素子をさらに備える
前記（１）または（２）に記載の受光素子。
（４）
前記画素駆動部は、前記複数のスポットを前記画素アレイに設定する場合、前記スポットを構成する各スポット構成画素が、隣接する他の前記スポットの同種の前記スポット構成画素と、水平方向および垂直方向のいずれにおいてもL画素目以降の画素となるように、複数の前記スポットを決定する
前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の受光素子。
（５）
前記１つのユニットは、４×４画素で構成され、
前記スポット単位は、２×２画素で構成される
前記（１）乃至（４）のいずれかに記載の受光素子。
（６）
照射光を照射する照明装置と、
前記照射光に対する反射光を受光する受光素子と
を備え、
前記受光素子は、
画素単位にSPADを含む複数の画素が行列状に配置された画素アレイと、
前記画素アレイの各画素を、アクティブ画素または非アクティブ画素に制御する画素駆動部と
を備え、
前記画素駆動部は、Ｎ×Ｍ画素（Ｎ＞０，Ｍ＞０，ただし、ＮとＭは同時に１にはならない）で構成されるスポット単位で前記アクティブ画素に制御し、
前記画素アレイには、Ｌ×Ｌ画素を１つのユニットとし（Ｌ＞１）、前記１つのユニット内の同種の複数のスポット構成画素に対して、検出信号を出力する１本の信号線が配置されている
測距システム。
【符号の説明】
【０１４６】
１１  測距システム，  ２１  照明装置，  ２２  撮像装置，  ３１  照明制御部，  ３２  光源，  ４１  撮像部，  ４２  制御部，  ５２  受光素子，  ５３  信号処理回路，  １１１  画素駆動部，  １１２  画素アレイ，  U（U１乃至U１６）  ユニット，  SP（SP１乃至SP９）  スポット，  １２１  画素，  １２２  画素駆動線，  ２１１  SPAD，  ２１２，２１３  トランジスタ，  ２１４  インバータ，  ２１５  電圧変換回路，  ２１６,２１６’  出力バッファ，  ２４１,２４２  信号線，  ２６１  縦配線，  ２７１（２７１A乃至２７１D）  信号線，  ３１１  トランジスタ
【図１】
2020034522.tif 000003
【図２】
2020034522.tif 000004
【図３】
2020034522.tif 000005
【図４】
2020034522.tif 000006
【図５】
2020034522.tif 000007
【図６】
2020034522.tif 000008
【図７】
2020034522.tif 000009
【図８】
2020034522.tif 000010
【図９】
2020034522.tif 000011
【図１０】
2020034522.tif 000012
【図１１】
2020034522.tif 000013
【図１２】
2020034522.tif 000014
【図１３】
2020034522.tif 000015
【図１４】
2020034522.tif 000016
【図１５】
2020034522.tif 000017