本发明专利技术包括：光电转换单元；光值保持单元，该光值保持单元保持基于在第一曝光时段和第二曝光时段期间生成的信号电荷的光值，该第二曝光时段与第一曝光时段在开始定时和/或结束定时方面不同；比较单元，该比较单元将基于在第一曝光时段期间生成的信号电荷的光值与基于在第二曝光时段期间生成的信号电荷的光值进行比较；以及控制单元，该控制单元基于比较单元的比较结果执行控制，以设置第三曝光时段和第四曝光时段，第四曝光时段与第三曝光时段在开始定时和/或结束定时方面不同。第三曝光时段与第四曝光时段短于第一曝光时段和/或第二曝光时段。二曝光时段。二曝光时段。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光电转换设备及光电转换系统
[0001]本专利技术涉及光电转换设备和光电转换系统。
技术介绍
[0002]TOF(飞行时间)技术通常用于测量到待测物体的距离。根据TOF技术，从光源发射光，并且检测被待测物体反射的反射光。此后，在TOF技术中，通过测量发射光的定时和检测到反射光的定时之间的时间差来测量到待测物体的距离。
[0003]PTL 1描述了使用SPAD(单光子雪崩二极管)的TOF测距仪，在SPAD中，由单光子引起的光电荷在构成光电转换单元的半导体区域的PN结区域中引起雪崩倍增。此外，PTL 1描述了基于时间门控(time
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gated)方法的距离测量，其中检测入射在SPAD上的光子信号的模式(曝光模式)和不检测光子信号的模式(非曝光模式)通过宽度在皮秒到微秒量级的脉冲信号高速切换。
[0004]引文列表
[0005]专利文献
[0006]PTL 1：美国专利申请公开No.2017/0052065
技术实现思路
[0007]技术问题
[0008]但是，根据PTL 1，为了准确地测量检测光的时间分布，需要在与预定距离测量范围对应的时间范围内以精细间隔扫描时间门控定时相对于发光定时的相对差。由于这个原因，一次距离测量所需的时间增加，使得难以加速从光电转换设备到待测物体的距离的测量。
[0009]根据一个实施例，一种光电转换设备包括：光电转换单元；光值保持单元，被配置为保持基于在第一曝光时段和第二曝光时段期间生成的信号电荷的光值，该第二曝光时段的开始定时和结束定时中的至少一个与第一曝光时段的不同；比较单元，被配置为将基于第一曝光时段期间生成的信号电荷的光值与基于第二曝光时段期间生成的信号电荷的光值进行比较；以及控制单元，被配置为基于比较单元的比较结果来设置第三曝光时段和第四曝光时段，该第四曝光时段的开始定时和结束定时中的至少一个与第三曝光时段的不同，其中第三曝光时段和第四曝光时段小于第一曝光时段和第二曝光时段中的至少一个。
[0010]根据一个实施例，一种光电转换设备包括：光电转换单元；光值保持单元，被配置为保持基于在第一曝光时段和第二曝光时段期间光入射时获得的信号电荷的光值，该第二曝光时段的开始定时和结束定时中的至少一个与第一曝光时段的不同；比较单元，被配置为将在第一曝光时段期间获得的光值与在第二曝光时段期间获得的光值进行比较；以及控制单元，被配置为根据比较单元的比较结果来控制第三曝光时段和第四曝光时段。
[0011]根据本专利技术，能够以与PTL 1中相比更高的速度测量从光电转换设备到待测物体的距离。
附图说明
[0012]图1是根据实施例1的光电转换设备的示例的示意图。
[0013]图2是例示根据比较实施例和实施例1的曝光图案的时序图。
[0014]图3是根据实施例1的单位像素的框图。
[0015]图4是根据实施例1的像素驱动的时序图。
[0016]图5是根据实施例2的单位像素的框图。
[0017]图6是根据实施例2的像素驱动的时序图。
[0018]图7是根据实施例2的修改的单位像素的框图。
[0019]图8是根据实施例3的单位像素的框图。
[0020]图9是根据实施例4的单位像素的框图。
[0021]图10是根据实施例4的像素驱动的时序图。
[0022]图11是例示根据实施例5的曝光图案的时序图。
[0023]图12是例示根据实施例6的曝光图案的时序图。
[0024]图13是根据实施例7的光电转换系统的框图。
[0025]图14是根据实施例8的光电转换系统的框图。
[0026]图15是根据实施例9的光电转换系统的框图。
具体实施方式
[0027]下面所描述的实施例用于实施本专利技术的技术构思，并不旨在限制本专利技术。为了描述的清楚，附图中所示的构件的尺寸和位置关系可能被夸大。在以下描述中，相同的配置可以用相同的附图标记来标识，并且可以省略对该配置的描述。
[0028](实施例1)
[0029]参考图1至图4描述实施例1。图1是本实施例的光电转换设备100的框图。光电转换设备100包括像素单元101、控制脉冲生成单元115、水平扫描电路单元111、读出电路112、信号线113和垂直扫描电路单元110。在像素单元101中，多个像素104布置成二维阵列(矩阵)。像素104中的每一个由包含雪崩光电二极管(在下文中称为“APD”)的光电转换单元102和像素电路103组成。注意的是，像素单元101中要求至少APD布置成二维阵列。光电转换单元102将光转换成电信号。像素电路103将由光电转换单元102转换的电信号输出到信号线113。
[0030]垂直扫描电路单元110接收从控制脉冲生成单元115供应的控制脉冲并将控制脉冲供应给每个像素。在垂直扫描电路单元110中使用诸如移位寄存器和地址解码器之类的逻辑电路。
[0031]从每个像素的光电转换单元102输出的信号由像素电路103处理。像素电路103包括计数器电路和/或存储器。在下文中，描述包括存储器的像素电路103。存储器保持数字值。
[0032]水平扫描电路单元111向像素电路103输入用于依次选择各列的控制脉冲，以从保持数字信号的像素的存储器中读取信号。
[0033]针对所选择的行，来自垂直扫描电路单元110所选择的像素104的像素电路103的信号被输出到信号线113。
[0034]输出到信号线113的信号经由输出电路114被输出到光电转换设备100的外部记录
单元或信号处理单元。
[0035]在图1中，像素单元101包括布置成二维阵列的像素104。像素单元101可以包括一维布置的多个像素104。替代地，像素单元101可以仅包括单个像素而不是阵列。
[0036]不一定必须针对每个像素104提供像素电路103的功能。例如，可以由多个像素104共享一个像素电路103，并且可以依次执行信号处理。光电转换设备可以使用分层传感器，其中具有光电转换单元的第一基板和具有像素电路的第二基板被堆叠并接合以实现高灵敏度和高功能性。在这种情况下，光电转换单元和像素电路经由为每个像素提供的连接布线电连接。
[0037]下面参考图2描述作为本专利技术的效果的提高距离测量速度的原理。
[0038]图2(i)是比较实施例的图，并且例示了在时间门控TOF技术中用于寻找反射光的定时的线性搜索方法。图2(ii)例示了根据本实施例的用于搜索反射光的定时的二分搜索(binary search)方法。在图2(i)中，在各子帧中以白色示出的范围表示像素104的曝光时段，并且以黑色示出的范围表示非曝光时段。
[0039]根据本实施例，术语“曝光时段”例如是指期间光电转换单元102处于活动并且来自光电转换单元102的信号能够被计数器电路和/或寄存器电路读出的时段。术语“非曝光时段”是指期间没有信号被计数器电路和/或寄存器电路从光电转本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光电转换设备，包括：光电转换单元；光值保持单元，被配置为保持基于在第一曝光时段和第二曝光时段期间生成的信号电荷的光值，所述第二曝光时段的开始定时和结束定时中的至少一个与所述第一曝光时段的不同；比较单元，被配置为将基于所述第一曝光时段期间生成的信号电荷的光值与基于所述第二曝光时段期间生成的信号电荷的光值进行比较；以及控制单元，被配置为基于所述比较单元的比较结果来设置第三曝光时段和第四曝光时段，所述第四曝光时段的开始定时和结束定时中的至少一个与所述第三曝光时段的不同，其中所述第三曝光时段和所述第四曝光时段小于所述第一曝光时段和所述第二曝光时段中的至少一个。2.根据权利要求1所述的光电转换设备，其中所述光电转换单元为雪崩光电二极管，以及其中所述光值保持单元包括计数器电路，所述计数器电路被配置为对在所述光电转换单元中通过雪崩倍增而放大的信号进行计数。3.根据权利要求2所述的光电转换设备，其中所述光值保持单元包括保持所述计数器电路的计数值的记录电路。4.根据权利要求2所述的光电转换设备，其中所述计数器电路包括第一计数器电路和第二计数器电路，其中所述第一曝光时段期间的光值由所述第一计数器电路进行计数，以及其中所述第二曝光时段期间的光值由所述第二计数器电路进行计数。5.根据权利要求2所述的光电转换设备，其中所述光电转换单元包括第一雪崩光电二极管和第二雪崩光电二极管，其中所述计数器电路包括第一计数器电路和第二计数器电路，其中在所述第一曝光时段期间从所述第一雪崩光电二极管获得的光值由所述第一计数器电路进行计数，以及其中在所述第二曝光时段期间从所述第二雪崩光电二极管获得的光值由所述第二计数器电路进行计数。6.根据权利要求2至5中的任一项所述的光电转换设备，其中所述雪崩光电二极管为在盖革模式下操作的SPAD。7.根据权利要求1所述的光电转换设备，其中所述光电转换单元为电荷存储光电二极管，以及其中所述光电转换单元构成溢流漏极电路的一部分，并且通过控制溢流漏极电路的通断来控制曝光时段。8.根据权利要求1至7中的任一项所述的光电转换设备，其中所述第三曝光时段和所述第四曝光时段小于所述第一曝光时段和所述第二曝光时段。9.根据权利要求1至8中的任一项所述的光电转换设备，其中如果所述比较单元的比较结果中所述第一曝光时段期间的光值与所述第二曝光时段期间的光值未达到预定阈值，那么既不与所述第一曝光时段也不与所述第二曝光时段重叠的时段被设置为所述第三曝光
时段和所述第四曝光时段。10.根据权利要求1至9中的任一项所述的光电转换设备，其中所述第三曝光时段和所述第四曝光时段被设置为在所述第一曝光时段或所述第二曝光时段中在所述比较单元的比较结果中具有更大光量的曝光时段的长度内。11.根据权利要求1至10中的任一项所述的光电转换设备，其中所述第一曝光时段的长度与所述第二曝光时段的长度相同，以及其中所述第三曝光时段的长度与所述第四曝光时段的长度相同。12.根据权利要求1至11中的任一项所述的光电转换设备，其中在所述光电转换单元和所述光值保持单元的节点之间设置...
【专利技术属性】
技术研发人员：森本和浩，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：
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