CN110192120A - 信号发生装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种信号发生装置，其与尤其采用了间接***的ToF相机***一起使用，其能够通过简单的构造而适用于各种调制频率。本发明提供了这样一种信号发生装置，其包括：第一脉冲发生器，其被配置成产生将要提供给光源的脉冲，所述光源用于将光照射到距离测量目标；第二脉冲发生器，其被配置成产生将要提供给像素的脉冲，所述像素用于接收由所述距离测量目标反射的光；以及切换部，其被配置成在预定时期内切换所述第一脉冲发生器和所述第二脉冲发生器的调制频率的设定。

Description

信号发生装置

技术领域

本公开涉及信号发生装置。

背景技术

飞行时间(ToF：time-of-flight)相机***是这样一种***：其中，对在光从光源发出后直到该光被物体反射之后返回来的这一时间段进行分析，以得到关于与该物体相距的距离的信息。ToF相机***的一个应用示例是能够拍摄出场景的三维(3D)图像的相机，即拍摄到二维信息和深度(即距离)信息的相机。刚刚描述的这种相机***被运用于需要确定与固定点相距的深度(即距离信息)的许多应用示例中。通常，深度信息(即距离信息)是由ToF相机***测量到的。

作为ToF相机***的距离测量***，存在有通过直接测量时间来测量距离的直接***和间接地根据曝光量来测量距离的间接***。间接***的准确性较高，并且可以预期的是，采用间接***的ToF相机***会被广泛运用。作为披露了采用间接***的ToF相机***的文献，可以参照例如专利文献1等。

引用文献列表

专利文献

专利文献1：日本专利申请公开第2016-224062号

发明内容

要解决的问题

在间接ToF型的距离图像传感器中，调制频率和距离测量误差彼此成反比例关系。为了提高执行距离测量的精度，必须提高调制频率，但是如果调制频率增大，则距离测量范围变窄。

因此，本公开提出了一种信号发生装置，其与尤其采用了间接***的ToF相机***一起使用，其是新颖的并且改进之处在于：其可以通过简单的构造而适用于各种调制频率。

解决问题的技术方案

根据本公开，提供了一种信号发生装置，其包括：第一脉冲发生器，其被配置成产生将要提供给光源的脉冲，所述光源用于将光照射到距离测量目标；第二脉冲发生器，其被配置成产生将要提供给像素的脉冲，所述像素用于接收由所述距离测量目标反射的光；以及切换部，其被配置成在预定时期内切换所述第一脉冲发生器和所述第二脉冲发生器的调制频率的设定。

本发明的有益效果

如上所述，本公开提供的新颖且改进的、与尤其采用了间接***的ToF相机***一起使用的信号发生装置能够通过简单的构造而适用于各种调制频率。

应注意，上述有益效果并非是限制性的，并且本说明书中记载的一些有益效果或者从本说明书中显而易见的其他有益效果可以与上述有益效果共存或取代上述有益效用。

附图说明

图1是示出了本技术适用的传感器芯片的第一实施例的构造示例的框图。

图2是示出了全局控制电路的构造示例的图。

图3是示出了卷帘控制电路的构造的图。

图4是示出了图1的传感器芯片的第一变形例的框图。

图5是示出了图1的传感器芯片的第二变形例的框图。

图6是示出了传感器芯片的第二实施例的构造示例的框图。

图7是示出了传感器芯片的第三实施例的构造示例的透视图。

图8是示出了传感器芯片的第三实施例的构造示例的框图。

图9是示出了图8的传感器芯片的第一变形例的框图。

图10是示出了图8的传感器芯片的第二变形例的框图。

图11是示出了传感器芯片的第四实施例的构造示例的框图。

图12是示出了传感器芯片的第五实施例的构造示例的框图。

图13是示出了传感器芯片的第六实施例的构造示例的透视图。

图14是示出了传感器芯片的第六实施例的构造示例的框图。

图15是示出了图14的传感器芯片的第一变形例的框图。

图16是示出了图14的传感器芯片的第二变形例的框图。

图17是示出了图14的传感器芯片的第三变形例的框图。

图18是示出了图14的传感器芯片的第四变形例的框图。

图19是示出了图14的传感器芯片的第五变形例的框图。

图20是示出了图14的传感器芯片的第六变形例的框图。

图21是示出了图14的传感器芯片的第七变形例的框图。

图22是示出了图14的传感器芯片的第八变形例的框图。

图23是示出了传感器芯片的第七实施例的构造示例的透视图。

图24是示出了图23的传感器芯片的第一变形例的透视图。

图25是示出了图23的传感器芯片的第二变形例的透视图。

图26是示出了传感器芯片的第八实施例的构造示例及该传感器芯片的变形例的框图。

图27是示出了摄像装置的构造示例的框图。

图28是示出了根据本公开的实施例的脉冲发生器300的功能性构造示例的说明图。

图29是各信号的波形的示例的说明图。

图30是示出了距离图像传感器的示意性构造示例的说明图。

图31是示出了相位设定(phase setting)的一个示例的说明图。

图32是示出了距离图像传感器的示意性构造示例的说明图。

图33是示出了相位设定的另一个示例的说明图。

图34是示出了距离图像传感器的示意性构造示例的说明图。

图35是示出了相位设定的一个示例的说明图。

图36是示出了从脉冲发生器输出的信号和向脉冲发生器输入的相位设定的示例的说明图。

图37是示出了由脉冲发生器300产生的且具有50％占空比(duty)的光源输出信号的波形的示例的说明图。

图38是示出了由周期误差(cyclic error)引起了距离测量误差的情形的说明图。

图39是示出了光源输出信号的波形的示例的说明图，其中占空比是低于50％的30％和25％。

图40是示出了在距离图像传感器中用于输出光源输出信号的构造示例的说明图。

图41是示出了光源输出信号的产生的概述的说明图，其中占空比被设定为低于50％。

图42是示出了光源相位设定的示例的说明图。

图43是示出了各信号的波形的示例的说明图。

图44是示出了距离图像传感器的驱动示例的说明图。

图45是示出了距离图像传感器的操作示例的流程图。

图46是示出了间接ToF型的距离图像传感器的操作示例的说明图。

图47是示出了间接ToF型的距离图像传感器的操作示例的说明图。

图48是示出了间接ToF型的距离图像传感器的操作示例的说明图。

图49是示出了间接ToF型的距离图像传感器的驱动的特别示例的说明图。

图50是示出了在间接ToF型的距离图像传感器中使用的构造的示例的说明图。

图51是示出了从多个光源向同一个距离测量目标照射光并且某个图像传感器接收来自这些光源的光的情形的说明图。

图52是示出了在光源A和另一光源B之间发生了发光时间(调制时间)重叠的情形的说明图。

图53是示出了发光时序在光源A和光源B之间随机移位的情形的说明图。

图54是示出了像素调制信号的示例的说明图。

图55是示出了本实施例中使用的伪随机脉冲(pseudo random pulse)的产生的说明图。

图56是示出了各信号的示例的说明图。

图57是示出了在间接ToF方法的距离图像传感器中使用的构造示例的说明图。

图58是示出了调制信号的相位基于伪随机脉冲的状态转变而变化的示例的说明图。

图59是示出了调制信号的相位基于伪随机脉冲的状态转变而变化的示例的说明图。

图60是示出了调制信号的相位基于伪随机脉冲的状态转变而变化的示例的说明图。

图61是示出了调制信号的相位基于伪随机脉冲的状态转变而变化的示例的说明图。

图62是示出了从两个脉冲发生器选择和输出具有互不相同的占空比的两个信号的构造的示例的说明图。

图63是示出了具有低于50％的占空比的信号的波形和基于伪随机脉冲而产生的信号的波形的示例的说明图，这两个信号都是从脉冲发生器产生的。

图64是示出了内窥镜手术***的示意性构造的示例的图。

图65是示出了摄像头和CCU(相机控制单元)的功能性构造的示例的框图。

图66是示出了车辆控制***的示意性构造的示例的框图。

图67是用于辅助解释车外信息检测部和摄像部的安装位置的示例的说明图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图来详细说明本发明的优选实施例。应注意，在本说明书和附图中，具有基本相同的功能性构造的构件由相同的附图标记表示，并且将会省略对它们的重复说明。

应注意，按照下列顺序给出说明。

1.本公开的实施例

1.1.概述

1.2.传感器芯片的构造示例

1.3.距离图像传感器的特别构造示例

2.总结

<1.本公开的实施例>

[1.1.概述]

首先，说明本公开的实施例的概述。

ToF相机***是这样一种***：其中，对在光从光源发出后直到该光被物体反射之后返回来的这一时间段进行分析，以得到关于与该物体相距的距离的信息。ToF相机***的一个应用示例是能够拍摄出场景的三维(3D)图像的相机，即拍摄到二维信息和深度(即距离)信息的相机。刚刚描述的这种相机***被运用于需要确定与固定点相距的深度(即距离信息)的许多应用示例中。通常，深度信息(即距离信息)是由ToF相机***测量到的。

作为ToF相机***的距离测量***，存在有通过直接测量时间来测量距离的直接***和间接地根据曝光量来测量距离的间接***。间接***的准确性较高，并且可以预期的是，采用间接***的ToF相机***会被广泛普及。

本发明的发明人改进了采用传统直接方法的ToF相机***，并且构想出了采用间接***的ToF相机***和在该ToF相机***中使用的构造，这可以通过如下所述的简单配置来提高距离测量的准确度。

[1.2.传感器芯片的构造示例]

<传感器芯片的第一构造示例>

图1是示出了本技术适用的传感器芯片的第一实施例的构造示例的框图。

如图1所示，传感器芯片11被配置成包括像素阵列部12、全局控制电路13、卷帘控制电路14、列ADC(模数转换器：Analog-to-Digital Converter)15和输入输出部16，它们都设置在半导体基板上。

像素阵列部12是矩形区域，在该矩形区域中，根据传感器芯片11的功能而设的各种传感器元件(例如，用于执行光的光电转换的光电转换元件)被布置成阵列。在图1所示的例子中，像素阵列部12是水平伸长的矩形区域，其具有在水平方向上延伸的长边和在垂直方向上延伸的短边。

全局控制电路13是输出全局控制信号的控制电路，该全局控制信号用于控制设置在像素阵列部12中的多个传感器元件，使得它们以基本相同的时序被一次地(同时)驱动。在图1的构造示例中，全局控制电路13被设置在像素阵列部12的上侧，该全局控制电路的纵向方向沿像素阵列部12的长边延伸。因此，在传感器芯片11中，用于将从全局控制电路13输出的全局控制信号提供给像素阵列部12内的传感器元件的各控制线21沿像素阵列部12的上下方向被设置着，且分别对应于以矩阵形式设置在像素阵列部12内的传感器元件的各列。

卷帘控制电路14是输出卷帘控制信号的控制电路，这些卷帘控制信号用于控制设置在像素阵列部12中的多个传感器元件，使得传感器元件按顺序(依次)逐行地被驱动。在图1所示的构造示例中，卷帘控制电路14被设置在像素阵列部12的右侧，该卷帘控制电路的纵向方向沿着像素阵列部12的短边延伸。

列ADC 15把从像素阵列部12的传感器元件输出的模拟传感器信号针对各列并行地通过AD(模数(Analog-to-Digital))转换而转换成数字值。此时，列ADC 15可以例如通过对传感器信号执行CDS(相关双采样(Correlated Double Sampling))处理来去除传感器信号中所包含的复位噪声。

在输入输出部16上设置有用于执行传感器芯片11与外部电路之间的输入和输出的端子，此外，例如，为了驱动全局控制电路13而需要的电力例如经由输入输出部16被输入到传感器芯片11。在图1所示的构造示例中，输入输出部16沿全局控制电路13设置着，且位于与全局控制电路13相邻的位置。例如，由于全局控制电路13具有高的电力消耗，所以为了减小IR降(电压降)的影响，优选地将输入输出部16设置在全局控制电路13附近。

以上述这种方式构造出了传感器芯片11，并且采用了其中将全局控制电路13设置成沿像素阵列部12的长边延伸的布局。因此，从全局控制电路13到设置在控制线21的远端处的传感器元件的距离(图1的示例中的下端)能够比将全局控制电路13设置成沿像素阵列部分12的短边延伸的替代布局中的情况更短。

于是，由于传感器芯片11能够改善伴随着从全局控制电路13输出的全局控制信号而出现的延迟量和转换速率(slew rate)，所以它能够高速地执行对传感器元件的控制。尤其，在传感器芯片11是执行全局快门驱动的图像传感器的情况下，能够实现对如下信号的高速控制：要提供给各像素的传输信号或复位信号；以及溢流门信号(overflow gatesignal)等。另一方面，在传感器芯片11是ToF传感器的情况下，能够实现对MIX信号的高速控制。

例如，在ToF传感器、或荧光检测传感器等中，如果依据与驱动元件相距的距离等而出现的全局控制信号的转换速率或全局控制信号的延迟量针对于各个传感器元件而言是不同的，那么这就会引起检测误差。相反，由于传感器芯片11如上所述能够改善在全局控制信号中出现的延迟量和转换速率，所以就能够抑制上述的这种检测误差。

此外，在传感器芯片11是ToF传感器、或荧光检测传感器等的情况下，不仅在曝光周期中需要可能超过100次的如此之多的开/关控制次数，而且电流消耗也因为切换频率(toggle frequency)很高而增加了。相反，在传感器芯片11中，输入输出部16可以如上所述被设置在全局控制电路13附近，因而可以为电力供应提供独立的布线。

此外，在传感器芯片11中，当全局控制电路13在曝光周期的期间内频繁操作的时候，卷帘控制电路14保持停止。另一方面，在传感器芯片11中，当卷帘控制电路14在读出周期内操作时，全局控制电路13经常是停止的。因此，在传感器芯片11中，需要对全局控制电路13和卷帘控制电路14进行彼此独立地控制。此外，在传感器芯片11中，为了确保面内同步(in-plane synchronization)，一般采用稍后说明的如图2中的C所示的时钟树结构，优选地，将全局控制电路13独立于卷帘控制电路14设置着。

因此，在如传感器芯片11中那样要求更高速度控制的情况下，通过采用让全局控制电路13和卷帘控制电路14彼此分别且相互独立的布局，可以预期更好的控制。应注意，如果全局控制电路13和卷帘控制电路14彼此分别且相互独立地设置着，则它们沿同一方向延伸的布局和它们彼此正交地延伸的另一布局这二者中的任一者都是可以采用的。

请注意，尽管在本实施例的说明中，根据图示的构造示例而描述了图中的上侧是像素阵列部12的上侧，并且图中的下侧是像素阵列部12的下侧，但是如果例如全局控制电路13被设置成沿像素阵列部12的长边延伸，则无论全局控制电路13是被设置在上侧还是下侧，都能够实现类似的工作效果。此外，这同样适用于像素阵列部12和列ADC 15。

下面将通过参照图2来说明全局控制电路13的构造。

图2中的A示出了全局控制电路13的第一构造示例；图2中的B示出了全局控制电路13的第二构造示例；图2中的C示出了全局控制电路13的第三构造示例。请注意，尽管全局控制电路13被构造成使得它按照设置在像素阵列部12中的传感器元件的列数来同时输出全局控制信号，但是在图2中，作为该构造的一部分，仅示意性地示出了同时输出八个全局控制信号的构造。

图2中的A中所示出的全局控制电路13被配置成包括一个内部缓冲器31和八个驱动元件32a至32h。

如图2中的A所示，全局控制电路13具有这样的连接结构：其中，内部缓冲器31被连接到沿纵向方向设置的内部布线的一端，并且驱动元件32a至32h沿着与各控制线21的位置分别对应的一个方向而被连接到该内部布线。因此，输入到全局控制电路13的全局控制信号经由内部缓冲器31从上述内部布线的一端侧(在图2的示例中，左侧)被提供给驱动元件32a至32h，并且同时被输出到分别与驱动元件32a至32h连接的控制线21。

图2中的B中所示出的全局控制电路13A被配置成包括两个内部缓冲器31a和31b以及八个驱动元件32a至32h。

如图2中的B所示，全局控制电路13A具有这样的连接结构：其中，内部缓冲器31a和31b分别连接到沿全局控制电路13A的纵向方向设置的内部布线的相对两端，并且驱动元件32a至32h沿着与图1的各控制线21的位置分别对应的一个方向而被连接到该内部布线。因此，输入到全局控制电路13A的全局控制信号经由过内部缓冲器31a和31b从上述内部布线的相对两端提供给驱动元件32a至32h，并且同时被输出到分别与驱动元件32a至32h连接的控制线21。

图2中的C中所示出的全局控制电路13B被配置成包括七个内部缓冲器31a至31g和八个驱动元件32a至32h。

如图2中的C所示，全局控制电路13B具有这样的连接结构：其中，从内部缓冲器31a至31g构建了时钟树结构，并且在最后一级处，该时钟树结构连接到沿着与各控制线21的位置分别对应的一个方向而被设置着的驱动元件32a至32h。例如，该时钟树结构是这样一种配置：其中，在第一级处，一个内部缓冲器31的输出被输入到两个内部缓冲器31，并且在第二级处，这两个内部缓冲器31的输出被输入到四个内部缓冲器31，这样得到的结构以多级的方式重复。因此，输入到全局控制电路13B的全局控制信号通过由内部缓冲器31a至31g构建而成的时钟树结构而被提供给驱动元件32a至32h，并且同时被输出至与驱动元件32a至32h分别连接的控制线21。

例如与全局控制电路13和13A相比而言，具有如上所述的这种配置的全局控制电路13B能够避免在驱动元件32a至32h之间出现延迟，并且能够确保面内均匀性。换句话说，在驱动元件32的排列方向上强烈要求同步化的应用中，优选地采用全局控制电路13B。

下面将通过参照图3来说明卷帘控制电路14的构造。

图3中的A示出了卷帘控制电路14的第一构造示例，图3中的B示出了卷帘控制电路14的第二构造示例。请注意，尽管卷帘控制电路14被配置成使其与设置在像素阵列部12中的传感器元件的行号对应地依次输出卷帘控制信号，但是在图3中，作为该构造的一部分，仅示意性地示出了按顺序地输出八个卷帘控制信号。

图3中的A中所示的卷帘控制电路14采用移位寄存器***，并配置为包括两个内部缓冲器41和42、八个寄存器43a至43h和八个驱动元件44a至44h。请注意，尽管为了简化而说明了其中布置有两个内部缓冲器41和42的构造示例，但是可以采用其中根据内部缓冲器的布线长度而布置有多个内部缓冲器的构造。

如图3中的A所示，卷帘控制电路14具有这样的连接结构：其中，内部缓冲器41连接到沿纵向方向设置的内部布线的一端，并且寄存器43a至43h与设置在像素阵列部12中的传感器元件的各行的位置对应地连接到该内部布线。此外，卷帘控制电路14具有这样的连接结构：其中，内部缓冲器42连接到寄存器43a，并且寄存器43a至43h是顺序连接的，并且驱动元件44a至44h分别连接到寄存器43a至43h。

因此，在卷帘控制电路14中，通过内部缓冲器42提供给寄存器43a的开始脉冲根据由内部缓冲器41提供过来的时钟而被按顺序地移位到寄存器43a至43h，并且作为卷帘控制信号从分别连接到寄存器43a至43h的驱动元件44a至44h被按顺序地输出。

图3中的B中所示的卷帘控制电路14A采用解码器***，并配置为包括两个内部缓冲器41和42、解码器45、八个与门(AND gate)46a至46h和八个驱动元件44a至44h。请注意，对于解码器45，可以使用包括锁存器的解码器类型和不包括锁存器的另一解码器类型中的任何一者。例如，在解码器45是对信号进行锁存的类型的情况下，可以采用如下的***：一次性地发送地址的***，或者分开地发送地址的另一***，等等。

如图3中的B所示，在卷帘控制电路14A中，内部缓冲器41连接到解码器45，并且内部缓冲器42连接到各行的与门46a至46h的输入端子，而且解码器45连接到各行的与门46a至46h的输入端子。此外，卷帘控制电路14A具有这样的连接结构：其中，与门46a至46h的输出端子分别连接到驱动元件44a至44h。

因此，在卷帘控制电路14A中，通过内部缓冲器42提供给与门46a至46h的脉冲作为卷帘控制信号从由通过内部缓冲器41提供给解码器45的地址指定的各行中的驱动元件44a至44h被按顺序地输出。

如同通过参照图2和图3所说明的，全局控制电路13和卷帘控制电路14具有互不相同的电路结构。

图4是示出了图1中所示的传感器芯片11的第一变形例的框图。请注意，在图4所示的用于构成传感器芯片11-a的各块之中，与图1的传感器芯片11的部件相同的部件用类似的附图标记表示，并且将会省略它们的详细说明。

具体地，如图4所示，传感器芯片11-a的构造与图1的传感器芯片11的相同之处在于：像素阵列部12、卷帘控制电路14、列ADC 15和输入输出部16的布置。

此外，传感器芯片11-a的构造与图1的传感器芯片11不同的是：两个全局控制电路13-1和13-2设置成分别沿像素阵列部12的上侧和下侧延伸，并且驱动元件32-1和32-2分别连接到控制线21的相对两端。具体地，传感器芯片11-a被配置成使得：全局控制电路13-1中所包含的驱动元件32-1从控制线21的上端提供全局控制信号，并且全局控制电路13-2中所包含的驱动元件32-2从控制线21的下端提供全局控制信号。

以这种方式配置而成的传感器芯片11-a能够抑制驱动元件32-1和驱动元件32-2这两个驱动元件之间的偏斜(skew)，并且能够消除在沿着控制线21传播的全局控制信号中出现的延迟时间的离散(dispersion)。因此，在传感器芯片11-a中，能够以更高的速度执行对传感器元件的控制。请注意，在传感器芯片11-a中，需要执行控制以使得：避免在全局控制信号的输出中的延迟差异(delay difference)变大以致于不会产生直通电流。

图5是示出了图1中所示的传感器芯片11的第二变形例的框图。请注意，在图5中所示的用于构成传感器芯片11-b的各块之中，与图1的传感器芯片11的部件相同的部件用相似的附图标记表示，并且将会省略它们的详细说明。

具体地，如图5所示，传感器芯片11-b的构造与图1的传感器芯片11的相同之处在于：像素阵列部12、卷帘控制电路14、列ADC 15和输入输出部16的布置。

另一方面，传感器芯片11-b的构造与图1的传感器芯片11不同之处在于：两个全局控制电路13-1和13-2设置成沿着像素阵列部12的上侧和下侧延伸，并且两个控制线21-1和21-2被设置成使得它们在以矩阵形式设置于像素阵列部12中的传感器元件的列的中心处是彼此分开的。此外，在传感器芯片11-b中，驱动元件32-1连接到控制线21-1的上端，并且驱动元件32-2连接到控制线21-2的下端。

因此，传感器芯片11-b被配置成使得：对于设置在相对于像素阵列部12的中心的上侧处的传感器元件，由全局控制电路13-1中所包含的驱动元件32-1从控制线21-1的上端供应全局控制信号。此外，传感器芯片11-b被配置成使得：对于设置在相对于像素阵列部12的中心的下侧处的传感器元件，由全局控制电路13-2中所包含的驱动元件32-2从控制线21-2的下端供应全局控制信号。

根据以这种方式配置而成的传感器芯片11-b，从驱动元件32-1到设置在控制线21-1的远端(在图5的示例中，下端)处的传感器元件的距离以及从驱动元件32-2到设置在控制线21-2的远端(在图5的示例中，上端)处的传感器元件的距离能够比图1的传感器芯片11中的情况更短。于是，因为能够进一步减小在从全局控制电路13-1和13-2输出的全局控制信号中出现的延迟量和转换速率，所以传感器芯片11-b能够进一步以更高的速度对传感器元件进行控制。

<传感器芯片的第二构造示例>

下面将通过参照图6来说明本技术适用的传感器芯片的第二实施例。请注意，在图6所示的用于构成传感器芯片11A的各块之中，与图1的传感器芯片11的部件相同的部件用相似的附图标记表示，并且将会省略它们的详细说明。

如图6所示，传感器芯片11A被配置成使得：像素阵列部12A、全局控制电路13A、卷帘控制电路14A、列ADC 15A和输入输出部16A被设置在半导体基板上。

传感器芯片11A的结构与图1的传感器芯片11的不同之处在于，像素阵列部12A是垂直伸长的矩形区域：其中，较长边被设置成在垂直方向上延伸，并且较短边被设置成在水平方向上延伸。因此，在传感器芯片11A中，全局控制电路13A和输入输出部16A都设置在像素阵列部12A的左侧，且沿像素阵列部12A的长边延伸。由此，与以矩阵形式布置于像素阵列部12A中的传感器元件的各行对应地，设置有沿着像素阵列部12A的左右方向延伸的控制线21A。

此外，在传感器芯片11A中，卷帘控制电路14A被设置在像素阵列部12A的右侧(与全局控制电路13A相对的一侧)，且沿像素阵列部12A的长边延伸。请注意，尽管全局控制电路13A和像素阵列部12A可以设置在相对于像素阵列部12A的同一侧，但在本例中，因为假定它们之中的任何一者的布线长度变得更长，所以优选地采用如图6所示的布置。

此外，在传感器芯片11A中，列ADC 15A设置在像素阵列部12A的下侧，且沿像素阵列部12A的短边延伸。列ADC 15A以这种方式设置在与卷帘控制电路14A正交的方向上的原因是：必须逐个地接通与一个AD转换器连接的各传感器元件，并且这样的布局使得避免了它们各自的布线相互重叠。

根据以这种方式配置而成的传感器芯片11A，控制线21A的布线长度可以利用如下的布局而被减小：在该布局中，全局控制电路13A与图1的传感器芯片11类似地被设置成沿着像素阵列部12A的长边延伸。因此，与图1的传感器芯片11类似地，传感器芯片11A能够以更高的速度执行对传感器元件的控制。

<传感器芯片的第三构造示例>

下面将通过参照图7至图10来说明本技术适用的传感器芯片的第三实施例。请注意，在图7至图10所示的用于构成传感器芯片11B的各块之中，与图1的传感器芯片11的部件相同的部件用相似的附图标记表示，并且将会省略它们的详细说明。

图7示出了传感器芯片11B的透视图，图8示出了传感器芯片11B的框图。

如图7所示，传感器芯片11B具有这样的层叠结构：其中，形成有像素阵列部12的传感器基板51和形成有全局控制电路13的逻辑基板52堆叠着。此外，传感器芯片11B具有这样的连接结构：其中，在传感器芯片11B的当从平面图中观察时不与像素阵列部12重叠的周边区域中，传感器基板51的控制线21和逻辑基板52的全局控制电路13彼此连接。具体地，在图7所示的例子中，在传感器芯片11B中，沿着以矩阵形式设置于像素阵列部12中的传感器元件的列方向设置着的多个控制线21被连接到处于传感器基板51上侧的全局控制电路13侧。

因此，在传感器芯片11B中，从传感器控制电路13输出的全局控制信号是从传感器基板51的上侧提供给像素阵列部12的传感器元件，如图7中的空心箭头标记所示。此时，全局控制电路13被配置成使得其纵向方向沿着像素阵列部12的长边延伸，并且传感器芯片11B具有从全局控制电路13到像素阵列部12的传感器元件的最短距离。

下面将通过参照图8来进一步说明传感器芯片11B的构造。

在传感器基板51上设置有像素阵列部12和TSV(硅贯通通路：Through SiliconVia)区域53-1至53-3。在逻辑基板52上设置有：全局控制电路13、卷帘控制电路14、列ADC15、逻辑电路17和TSV区域54-1至54-3。例如，在传感器芯片11B中，从像素阵列部12的各个传感器元件输出的传感器信号由列ADC 15进行AD转换，并由逻辑电路17进行各种信号处理，然后被输出到外部。

TSV区域53-1至53-3和TSV区域54-1至54-3是如下这样的区域：在这些区域中，形成有用于将传感器基板51和逻辑基板52相互电气连接的贯通电极，并且针对每个控制线21都设置有一个贯通电极。因此，TSV区域53-1至53-3和TSV区域54-1至54-3被布置成：当传感器基板51和逻辑基板52堆叠时，TSV区域53-1至53-3与TSV区域54-1至54-3彼此重叠。应注意，不仅贯通电极可以用于TSV区域54中的连接，而且例如微凸块(micro bump)或铜(Cu-Cu)连接也是可以采用的。

根据以这种方式配置而成的传感器芯片11B，控制线21的布线长度可以利用如下的布局而变短：在该布局中，全局控制电路13与图1的传感器芯片11类似地被设置成沿着像素阵列部12的长边延伸。因此，与图1的传感器芯片11类似地，传感器芯片11B能够以更高的速度执行对传感器元件的控制。

图9是示出了图8中所示的传感器芯片11B的第一变形例的框图。请注意，在图9所示的用于构成传感器芯片11B-a的各块之中，与图8的传感器芯片11B的部件相同的部件用相似的附图标记表示，并且将会省略它们的详细说明。

如图9所示，具体地，传感器芯片11B-a的构造与图8的传感器芯片11B的相同之处在于它具有如下的层叠结构：其中，上面形成有像素阵列部12的传感器基板51和上面形成有全局控制电路13的逻辑基板52被堆叠着。

另一方面，传感器芯片11B-a的构造与图8的传感器芯片11B的不同之处在于：两个全局控制电路13-1和13-2设置在逻辑基板52上，且分别沿着像素阵列部12的上侧和下侧延伸；而且两个控制线21-1和21-2分别设置成使得它们在以矩阵形式设置于像素阵列部12上的传感器元件的列的中心处是彼此分开的。

具体地，在传感器芯片11B-a中，驱动元件32-1连接到控制线21-1的上端，并且驱动元件32-2连接到控制线21-2的下端，类似于如图5所示的传感器芯片11-b。因此，传感器芯片11B-a被配置成使得：对于设置在相对于像素阵列部12的中心的上侧的传感器元件，由全局控制电路13-1中所包含的驱动元件32-1从控制线21-1的上端供应全局控制信号。此外，传感器芯片11B-a被配置成使得：对于设置在相对于像素阵列部12的中心的下侧的传感器元件，由全局控制电路13-2中所包含的驱动元件32-2从控制线21-2的下端供应全局控制信号。

在以上述方式配置而成的传感器芯片11B-a中，从驱动元件32-1到设置在控制线21-1的远端(在图9的示例中，下端)处的传感器元件的距离以及从驱动元件32-2到设置在控制线21-2的远端(在图9的示例中，上端)处的传感器元件的距离可以例如比图8所示的传感器芯片11B中的情况更短。于是，因为能够进一步减小在从全局控制电路13-1和13-2输出的全局控制信号中出现的延迟量和转换速率，所以传感器芯片11B-a能够以更高的速度执行对传感器元件的控制。

图10是示出了图8中所示的传感器芯片11B的第二变形例的框图。请注意，在图10所示的用于构成传感器芯片11B-b的各块之中，与图8的传感器芯片11B的部件相同的部件用相似的附图标记表示，并且将会省略它们的详细说明。

具体地，如图10所示，传感器芯片11B-b的构造与图8的传感器芯片11B的构造的相同之处在于它具有如下的层叠结构：其中，形成有像素阵列部12的传感器基板51和形成有全局控制电路13的逻辑基板52被堆叠着。

另一方面，传感器芯片11B-b的构造与图8的传感器芯片11B的不同之处在于：两个全局控制电路13-1和13-2设置在逻辑基板52上，且分别沿着像素阵列部12的上侧和下侧延伸，而且驱动元件32-1和32-2连接到控制线21的相对两端。

具体地，在传感器芯片11B-b中，与图4中所示的传感器芯片11-a类似，全局控制电路13-1中所包含的驱动元件32-1从控制线21的上端提供全局控制信号，并且全局控制电路13-2中所包含的驱动元件32-2从控制线21的下端提供全局控制信号。

以这种方式配置而成的传感器芯片11B-b能够抑制驱动元件32-1和驱动元件32-2这两个驱动元件之间的偏斜，并且能够消除在沿着控制线21传播的全局控制信号中出现的延迟时间的离散。因此，在传感器芯片11B-b中，能够以更高的速度执行对传感器元件的控制。请注意，在传感器芯片11B-b中，需要执行控制以使得：避免在全局控制信号的输出中的延迟差异变大以致于不会产生直通电流。

在以上述方式配置而成的传感器芯片11B中，与图1的传感器芯片11类似地，能够以更高速度执行对于把传感器基板51和逻辑基板52层叠起来的层叠结构中的传感器元件的控制。

请注意，在图8至图10所示的构造示例中，列ADC 15被配置成使得通过设置在下侧处的TSV区域53-3和TSV区域54-3从像素阵列部12的下端侧读出传感器信号。除了刚刚描述的这种配置之外，例如也可以将两个列ADC 15设置在上侧和下侧的附近并且配置成使得通过这两个列ADC 15从像素阵列部12的上端侧和下端侧读出传感器信号。

<传感器芯片的第四构造示例>

下面将通过参照图11来说明本技术适用的传感器芯片的第四实施例。请注意，在图11所示的用于构成传感器芯片11C的各块之中，与图8的传感器芯片11B的部件相同的部件用相似的附图标记表示，并且将会省略它们的详细说明。

具体地，如图11所示，传感器芯片11C的构造与图8的传感器芯片11B的相同之处在于它具有如下的层叠结构：其中，形成有像素阵列部12的传感器基板51和形成有全局控制电路13的逻辑基板52被堆叠着。

另一方面，传感器芯片11C在结构上与图8的传感器芯片11B的不同之处在于，像素阵列部12C具有与图6中所示的传感器芯片11A的像素阵列部12A类似的垂直伸长的矩形区域。因此，在传感器芯片11C中，全局控制电路13C设置在逻辑基板52的左侧，且沿像素阵列部12C的长边延伸。由此，与以矩阵形式布置于像素阵列部12C中的传感器元件的各行对应地，设置有沿着像素阵列部12C的左右方向延伸的控制线21C。

此外，在传感器芯片11C中，卷帘控制电路14C设置在逻辑基板52的右侧(与全局控制电路13C相对的一侧)，且沿像素阵列部12C的长边延伸。请注意，尽管全局控制电路13C和像素阵列部12C可以设置在相对于逻辑基板52的同一侧，但在本例中，由于假定它们之中的任何一者的布线长度变得更长，所以优选地采用如图11所示的布置。

此外，在传感器芯片11C中，列ADC 15C设置在逻辑基板52的下侧，且沿像素阵列部12C的短边延伸。列ADC 15C以这种方式设置在与卷帘控制电路14C正交的方向上的原因是：必须逐个地接通与一个AD转换器连接的各传感器元件，并且这样的布局使得避免了它们各自的布线相互重叠。

根据以这种方式配置而成的传感器芯片11C，控制线21C的布线长度可以通过如下的布局而被减小：在该布局中，类似于图8的传感器芯片11B，全局控制电路13C被设置成沿着像素阵列部12C的长边延伸。因此，与图8的传感器芯片11B类似地，传感器芯片11C能够以更高的速度执行对传感器元件的控制。

<传感器芯片的第五构造示例>

下面将通过参照图12来说明本技术适用的传感器芯片的第五实施例。请注意，在图12中所示的用于构成传感器芯片11D的各块之中，与图8的传感器芯片11B的部件相同的部件用相似的附图标记表示，并且将会省略它们的详细说明。

具体地，如图12所示，传感器芯片11D的构造与图8的传感器芯片11B的相同之处在于它具有如下的层叠结构：其中，形成有像素阵列部12的传感器基板51和形成有全局控制电路13的逻辑基板52被堆叠着。

另一方面，传感器芯片11D的构造与图8的传感器芯片11B的不同之处在于，多个列ADC 15(在图12的示例中，12个ADC 15-1至15-12)对应于传感器基板51的形成有像素阵列部12的区域而被设置在逻辑基板52上。

例如，传感器芯片11D被配置成使得：针对像素阵列部12的每个预定区域而设置有一个ADC 15。在如图12所示的使用了12个ADC 15-1至15-12的情况下，对应于通过将像素阵列部12均等地划分而得到的12个分区中的每一者都设置有一个ADC 15，并且从设置于单个区域中的传感器元件输出的传感器信号的AD转换是并行地实施的。请注意，除了可以采用为像素阵列部12的每个预定区域都设置有ADC 15的构造之外，例如，也可以采用为像素阵列部12中所包括的每个传感器元件都设置一个ADC 15的构造。

根据以这种方式配置而成的传感器芯片11D，控制线21的布线长度可以通过如下的布局而变短：在该布局中，与图8的传感器芯片11B类似地，全局控制电路13被设置成沿着像素阵列部12的长边延伸。因此，与图8的传感器芯片11B类似地，传感器芯片11D能够以更高的速度执行传感器元件的控制。

此外，在传感器芯片11D中，没有将卷帘控制电路14和列ADC 15之间的位置关系限制为图8中所示的对于列ADC 15的那种制约。例如，在图12所示的传感器芯片11D中，尽管卷帘控制电路14设置在逻辑基板52的右侧，但是卷帘控制电路14可设置在上侧和下侧中的任何一侧上。换句话说，如果关于像素阵列部12相对于传感器芯片11D(例如，传感器芯片11D的相对于光学中心的中心位置)的位置没有任何限制，那么卷帘控制电路14可以设置在任何地方。

可以替代地，例如，在对光学中心和传感器芯片11D的中心位置有强烈限制的情况下，通过将卷帘控制电路14设置在如下位置就可以很好地平衡该布局：该位置处于设置有列ADC 15的区域的相对于全局控制电路13的相对侧。这使得能够改善传感器芯片11D的特性。

<传感器芯片的第六构造示例>

下面将通过参照图13至图22来说明本技术适用的传感器芯片的第六实施例。请注意，在图13至图22所示的用于构成传感器芯片11E的各块之中，与图7和图8的传感器芯片11B的部件相同的部件用相似的附图标记表示，并且将会省略它们的详细说明。

如图13所示，传感器芯片11E具有如下的层叠结构：其中，与图7所示的传感器芯片11B类似地，形成有像素阵列部12的传感器基板51和形成有全局控制电路13的逻辑基板52堆叠着。此外，传感器芯片11E具有这样的连接结构，其中，全局控制电路13被设置成：当在平面图中观察传感器芯片11E时全局控制电路13与像素阵列部12的中心重叠，并且全局控制电路13连接到在像素阵列部12的中心部分处的控制线21。

例如，在通过构成布线的铜(Cu)的互连、采用微凸块或TSV实施的连接、或诸如此类的连接而让传感器芯片11E可在像素阵列部12处进行连接的情况下，从驱动元件32到设置在控制线21的远端处的传感器元件的距离可以做得很短。

下面将通过参照图14来进一步说明传感器芯片11E的构造。

如图14所示，在传感器基板51中，像素阵列部12是水平伸长的矩形区域：其中，长边在水平方向上延伸，短边在垂直方向上延伸。因此，在逻辑基板52上，全局控制电路13设置成使其纵向方向沿像素阵列部12的长边延伸。此外，全局控制电路13基本上设置在逻辑基板52的中心，使得负责来自全局控制电路13的驱动元件32的输出的布线连接到沿着像素阵列部12的上下方向设置着的控制线21的中心。应注意，可以使用这样的构造：负责来自驱动元件32的输出的布线穿过基板从全局控制电路13直接朝着像素阵列部12延伸。

在以这种方式配置而成的传感器芯片11E中，可以缩短从驱动元件32到在控制线21的相对两端处的传感器元件的距离。因此，因为可以改善全局控制信号的延迟量和转换速率，所以传感器芯片11E能够以更高的速度对传感器元件进行控制。

此外，传感器芯片11E所示的这种结构优选应用于例如ToF传感器。

图15是示出了图14中所示的传感器芯片11E的第一变形例的框图。请注意，在图15所示的用于构成传感器芯片11E-a的各块之中，与图14的传感器芯片11E的部件相同的部件用相似的附图标记表示，并且将会省略它们的详细说明。

具体地，如图15所示，传感器芯片11E-a的构造与图14的传感器芯片11E的相同之处在于它具有如下的层叠结构：其中，形成有像素阵列部12的传感器基板51和形成有全局控制电路13的逻辑基板52被堆叠着。

另一方面，在传感器基板51上，传感器芯片11E-a的构造与图14的传感器芯片11E的不同之处在于，在中心处分开的两个控制线21-1和21-2被布置用于以矩阵形式设置在像素阵列部12中的传感器元件的一行。此外，传感器芯片11E-a的构造与图14的传感器芯片11E的不同之处还在于，逻辑基板52上的全局控制电路13包括针对于一行传感器元件而设置的两个驱动元件32-1和32-2。

此外，传感器芯片11E-a具有这样的连接结构：其中，驱动元件32-1连接到控制线21-1的中心侧端部，并且驱动元件32-2连接到控制线21-2的中心侧端部。具体地，传感器芯片11E-a被配置成使得：在设置于像素阵列部12的一行上的多个传感器元件之中，相对于中心设置在上侧处的那些传感器元件由驱动元件32通过控制线21-1驱动，相对于中心设置在下侧处的那些传感器元件由驱动元件32-2通过控制线21-2驱动。

根据以这种方式配置而成的传感器芯片11E-a，与图14的传感器芯片11E类似，从驱动元件32-1到设置在控制线21-1的远端处的传感器元件的距离以及从驱动元件32-2到设置在控制线21-2的远端处的传感器元件的距离可以变短。因此，与图14的传感器芯片11E类似地，传感器芯片11E-a能够改善全局控制信号的延迟量和转换速率。

此外，在传感器芯片11E-a中，由于每个驱动元件32的负载可以减小，因此驱动元件32的尺寸可以从图14的传感器芯片11E的尺寸减小。此外，在传感器芯片11E-a被配置成使得两个驱动元件32被布置用于一列传感器元件的情况下，驱动元件32的布局被集中到一处，并且可以简化整体布局结构。

图16是示出了图14中所示的传感器芯片11E的第二变形例的框图。请注意，在图16所示的用于构成传感器芯片11E-b的各块之中，与图14的传感器芯片11E的部件相同的部件用相似的附图标记表示，并且将会省略它们的详细说明。

具体地，图16中所示的传感器芯片11E-b的构造与图14的传感器芯片11E的构造相同之处在于它具有如下的层叠结构：其中形成有像素阵列部12的传感器基板51和形成有全局控制电路13的逻辑基板52被堆叠着。

另一方面，传感器芯片11E-b的构造与图14的传感器芯片11E的不同之处在于，在传感器基板51上，在中心处分开的两个控制线21-1和21-2被设置用于以矩阵形式设置在像素阵列部12中的传感器元件的一行。此外，传感器芯片11E-b的结构与图14的传感器芯片11E的不同之处在于，在逻辑基板52上设置有两个全局控制电路13-1和13-2。

此外，传感器芯片11E-b具有这样的连接结构：其中，驱动元件32-1连接到控制线21-1的中心，并且驱动元件32-2连接到控制线21-2的中心。具体地，传感器芯片11E-b被配置成使得：在设置于像素阵列部12的一行中的多个传感器元件之中，相对于中心设置在上侧处的那些传感器元件由驱动元件32-1通过控制线21-1驱动。在图1中和相对于中心设置在下侧处的那些传感器元件由驱动元件32-2通过控制线21-2驱动。

在以这种方式配置而成的传感器芯片11E-b中，从驱动元件32-1到设置在控制线21-1的远端处的传感器元件的距离以及从驱动元件32-2到设置在控制线21-2的远端处的传感器元件的距离与图14的传感器芯片11E相比可以更短。因此，传感器芯片11E-b能够以比图14的传感器芯片11E更高的速度实现驱动，并且能够实现全局控制信号的延迟量和转换速率的进一步改善。

此外，如图16所示，在传感器芯片11E-b中，由于全局控制电路13-1和13-2可以分开设置，所以逻辑电路17可以设置在它们之间的中心位置。请注意，尽管未示出，列ADC 15可以设置在全局控制电路13-1和13-2之间的中心位置。

此外，传感器芯片11E-b所示的这种配置适合应用于例如ToF传感器。

图17是示出了图14中所示的传感器芯片11E的第三变形例的框图。请注意，在图17所示的用于构成传感器芯片11E-c的各块之中，与图14的传感器芯片11E的部件相同的部件用相似的附图标记表示，并且将会省略它们的详细说明。

特别地，图17中所示的传感器芯片11E-c的构造与图14的传感器芯片11E的构造相同之处在于它具有如下的层叠结构：其中，形成有像素阵列部12的传感器基板51和形成有全局控制电路13的逻辑基板52被堆叠着。

另一方面，传感器芯片11E-c的构造与图14的传感器芯片11E的不同之处在于，在传感器基板51上，在中心分开的两个控制线21-1和21-2被设置用于以矩阵形式设置于像素阵列部12中的传感器元件的一行。此外，传感器芯片11E-c的构造与图14的传感器芯片11E的不同之处在于，两个全局控制电路13-1和13-2设置在逻辑基板52上。

此外，传感器芯片11E-c具有这样的连接结构：其中，与图16的传感器芯片11E-b类似地，驱动元件32-1连接到控制线21-1的中心，驱动元件32-2连接到控制线21-2的中心。因此，与图16的传感器芯片11E-b类似地，传感器芯片11E-c能够比图14的传感器芯片11E以更高的速度实现驱动，并且与图14的传感器芯片11相比能够实现全局控制信号的延迟量和转换速率的进一步改善。

此外，在传感器芯片11E-c中，列ADC 15-1设置在逻辑基板52的上侧，列ADC 15-2设置在逻辑基板52的下侧。在以这种方式构造的传感器芯片11E-c中，由于其具有呈上下对称地进行布局的结构，因此其对称性得到改善，于是，能够改善传感器芯片11E-c的特性。

图18是示出了图14中所示的传感器块11E的第四变形例的框图。请注意，在图18所示的用于构成传感器芯片11E-d的各块之中，与图14的传感器芯片11E的部件相同的部件用相似的附图标记表示，并且将会省略它们的详细说明。

特别地，图18中所示的传感器芯片11E-d的构造与图14的传感器芯片11E的构造相同之处在于因为它具有如下的层叠结构：其中，形成有像素阵列部12的传感器基板51和形成有全局控制电路13的逻辑基板52被堆叠着。

另一方面，传感器芯片11E-d的构造与图14的传感器芯片11E的不同之处在于，在逻辑基板52上，设置有两个全局控制电路13-1和13-2，并且传感器芯片11E-d具有这样的连接结构：其中，全局控制电路13-1连接到控制线21的上半部的大致中心，并且全局控制电路13-2连接到控制线21的下半部的大致中心。换句话说，传感器芯片11E-d被配置成使用了把图17的控制线21-1和21-2连接起来的单个控制线21。

以这种方式配置而成的传感器芯片11E-d能够抑制驱动元件32-1和驱动元件32-2这两个驱动元件之间的偏斜，并且能够消除在沿着控制线21传播的全局控制信号中出现的延迟时间的离散。因此，在传感器芯片11E-d中，能够以更高的速度执行对传感器元件的控制。请注意，在传感器芯片11E-d中，需要执行控制以使得：避免在全局控制信号的输出中的延迟差异变大以致于不会产生直通电流。

图19是示出了图14中所示的传感器块11E的第五变形例的框图。请注意，在图19所示的用于构成传感器芯片11E-e的各块之中，与图14的传感器芯片11E的部件相同的部件用相似的附图标记表示，并且将会省略它们的详细说明。此外，在图19所示的传感器芯片11E-e中，为了避免让图示变得复杂，省略了用于构成传感器芯片11E-e的一部分块的图示。

特别地，图19中所示的传感器芯片11E-e的构造与图14的传感器芯片11E的构造相同之处在于它具有如下的层叠结构：其中，形成有像素阵列部12的传感器基板51和形成有全局控制电路13的逻辑基板52被堆叠着。

另一方面，传感器芯片11E-e的构造与图14的传感器芯片11E的不同之处在于，在传感器基板51上，四个分区控制线21-1至21-4被设置用于以矩阵形式设置于像素阵列部12中的传感器元件的一行。此外，传感器芯片11E-e的构造与图14的传感器芯片11E的不同之处在于，在逻辑基板52上，设置有四个全局控制电路13-1至13-4。

此外，传感器芯片11E-e具有这样的连接结构：其中，全局控制电路13-1至13-4的驱动元件32-1至32-4分别连接至控制线21-1至21-4的中心点。因此，在传感器芯片11E-e中，可以进一步减小从驱动元件32-1至32-4到设置在相应控制线21-1至21-4的远端处的传感器元件的距离。因此，传感器芯片11E-e可以进一步提高对传感器元件进行控制的速度。请注意，虽然假定了列ADC 15A、逻辑电路17等是单独地设置着，但在刚才说明的情况下，也需要采用不会影响特性的布局。

请注意，尽管说明了使用四个分区控制线21-1至21-4的如图19中所示的构造示例，但控制线21可以不是这样，而是可以分为三个控制线或五个或更多个控制线。因此，可以采取这样的构造：各个全局控制电路13分别连接至与之相应的分区控制线21的大致中央部分。

图20是示出了图14中所示的传感器块11E的第六变形例的框图。请注意，在图20所示的用于构成传感器芯片11E-f的各块之中，与图14的传感器芯片11E的部件相同的部件用相似的附图标记表示，并且将会省略它们的详细说明。

特别地，图20中所示的传感器芯片11E-f的构造与图14的传感器芯片11E的构造相同之处在于它具有如下的层叠结构：其中，形成有像素阵列部12的传感器基板51和形成有全局控制电路13的逻辑基板52被堆叠着。

另一方面，传感器芯片11E-f的构造与图14的传感器芯片11E的不同之处在于，四个全局控制电路13-1至13-4设置在逻辑基板52上，并且全局控制电路13-1至13-4按相等的距离连接到控制线21。换句话说，传感器芯片11E-d被配置成使用了把图19的控制线21-1至21-4连接起来的单个控制线21。

以这种方式配置而成的传感器芯片11E-f能够抑制四个驱动元件32-1至32-4之间的偏斜，并且能够消除在沿着控制线21传播的全局控制信号中出现的延迟时间的离散。因此，在传感器芯片11E-f中，能够以更高的速度执行对传感器元件的控制。请注意，在传感器芯片11E-f中，需要执行控制以使得：避免在全局控制信号的输出中的延迟差异变大以致于不会产生直通电流。

图21是示出了图14中所示的传感器块11E的第七变形例的框图。请注意，在图21所示的用于构成传感器芯片11E-g的各块之中，与图19的传感器芯片11E-e的部件相同的部件用相似的附图标记表示，并且将会省略它们的详细说明。

具体地，传感器芯片11E-g被配置成包括单个全局控制电路13并且被配置成包括缓冲电路55-1至55-3，以代替图19所示的传感器芯片11E-e的全局控制电路13-2至13-4。缓冲电路55-1至55-3分别具有缓冲器56-1至56-3，而且，全局控制电路13的驱动元件32的输出利用缓冲器56-1至56-3进行分支，并且连接到四个分区控制线21-1至21-4。

另外，对于以这种方式配置而成的传感器芯片11E-g，与图19的传感器芯片11E-e类似地，能够实现对传感器元件的控制速度的进一步提高。

图22是示出了图14中所示的传感器块11E的第八变形例的框图。请注意，在图22所示的用于构成传感器芯片11E-h的各块之中，与图20的传感器芯片11E-f的部件相同的部件用相似的附图标记表示，并且将会省略它们的详细说明。

具体地，传感器芯片11E-g被配置成包括单个全局控制电路13并且被配置成包括缓冲电路55-1至55-3，以代替图20的传感器芯片11E-f的全局控制电路13-2至13-4。缓冲电路55-1至55-3分别具有缓冲器56-1至56-3，而且，全局控制电路13的驱动元件32的输出利用缓冲器56-1至56-3进行分支，并且连接到控制线21。

同样，以这种方式配置而成的传感器芯片11E-h，与图20的传感器芯片11E-f类似地，能够实现对传感器元件的控制速度的进一步提高。

<传感器芯片的第七构造示例>

下面将通过参照图23至图25来说明本技术适用的传感器芯片的第七实施例。请注意，在图23至图25所示的用于构成传感器芯片11F的各块之中，与图13的传感器芯片11E的部件相同的部件用相似的附图标记表示，并且将会省略它们的详细说明。

特别地，图23中所示的传感器芯片11F具有层叠结构，其中传感器基板51和两个逻辑基板52-1和52-2堆叠在一起。换句话说，本技术可以应用于其中把三个半导体基板堆叠起来的结构。

如图23所示，传感器芯片11F被配置成使得像素阵列部12形成在第一层的传感器基板51上，并且全局控制电路13以及存储器61-1和61-2形成在第二层的逻辑基板52-1上，另外，未图示的例如列ADC 15、逻辑电路17等等形成在第三层的逻辑基板52-2上。

在以这种方式配置而成的传感器芯片11F中，通过沿着传感器基板51的像素阵列部12的纵向方向将全局控制电路13设置在逻辑基板52-1上，与图13的传感器芯片11E类似地，能够以更高速度执行对传感器元件的控制。

此外，在传感器基板51、逻辑基板52-1和逻辑基板52-2按此顺序堆叠起来的传感器芯片11F中，优选地，全局控制电路13设置在堆叠于传感器基板51和逻辑基板52-2之间的逻辑基板52-1的中心处。因此，可以缩短从全局控制电路13到设置在逻辑基板52-1的远端处的传感器元件的距离。当然，只要能够缩短从全局控制电路13到设置在控制线21的远端处的传感器元件的距离即可，该布局不限于如图23所示的这种布局。

图24是示出了图23中所示的传感器芯片11F的第一变形例的透视图。

如图24所示，传感器芯片11F-a被构造成使得：像素阵列部12形成在第一层的传感器基板51上；存储器61-1和61-2形成在第二层的逻辑基板52-1上；而且，例如，全局控制电路13以及未示出的列ADC 15和逻辑电路17等形成在第三层的逻辑基板52-2上。

在以这种方式配置而成的传感器芯片11F-a中，通过将全局控制电路13设置在逻辑基板52-2上且沿传感器基板51的像素阵列部12的纵向方向延伸，与图13的传感器芯片11E类似地，能够以更高的速度执行对传感器元件的控制。

图25是示出了图23中所示的传感器芯片11F的第二变形例的透视图。

如图25所示，传感器芯片11F-b被配置成使得：像素阵列部12形成在第一层的传感器基板51上；存储器61形成在第二层的逻辑基板52-1上；而且，例如，全局控制电路13以及未示出的列ADC 15和逻辑电路17等形成在第三层的逻辑基板52-2上。应注意，传感器芯片11F-b具有这样的连接结构：其中，控制线21利用形成在传感器芯片11F-b的***区域中的TSV区域而被连接到全局控制电路13，这例如类似于图8的传感器芯片11B。

在以这种方式配置而成的传感器芯片11F-b中，通过将全局控制电路13设置在逻辑基板52-2上且沿传感器基板51的像素阵列部12的纵向方向延伸，与图13的传感器芯片11E类似地，能够以更高的速度执行对传感器元件的控制。

请注意，例如，三个或更多个半导体基板可以堆叠起来，并且全局控制电路13可以设置在前面参照图16所说明的两个位置处，或者全局控制电路13可以设置在两个位置以上的多个位置处。在这种情况下，可以根据全局控制电路13的布置，适当地设计设置有存储器61的半导体基板、以及存储器61的位置或分取数量。

例如，可以采用把像素阵列部12设置在第一层的半导体基板上，把列ADC 15、逻辑电路17等设置在第二层的半导体基板上，并且把存储器61设置在第三层的半导体基板上的构造。同样，在刚刚描述的这种配置中，通过将全局控制电路13设置在第二层的半导体基板上，可以使布线长度变短。然而，全局控制电路13可以不是这样设置，而是设置在设置有存储器61的半导体基板上。

<传感器芯片的第八构造示例>

下面将通过参照图26来说明本技术适用的传感器芯片的第八实施例。请注意，在图26所示的用于构成传感器芯片11G的各块之中，与图14的传感器芯片11E的部件相同的部件用相似的附图标记表示，并且将会省略它们的详细说明。

具体地，传感器芯片11中的全局控制电路13的布置不限于上述实施例中的那些，并且可以采用如图26所示的各种布局。当然，在任何布置中，只要全局控制电路13被设置成沿着像素阵列部12的长边延伸，则未示出的一些布局也可以采用。

如图26中的A所示，传感器芯片11G具有这样的布局：像素阵列部12和全局控制电路13设置在传感器基板51上，并且卷帘控制电路14、列ADC 15和逻辑电路17设置在逻辑基板52上。此外，在传感器芯片11G中，全局控制电路13设置在像素阵列部12的下侧，且沿像素阵列部12的长边延伸。

如图26中的B所示，传感器芯片11G-a具有这样的布局：像素阵列部12和全局控制电路13设置在传感器基板51上，并且卷帘控制电路14、列ADC 15和逻辑电路17是设置在逻辑基板52上。此外，在传感器芯片11G-a中，全局控制电路13设置在像素阵列部12的上侧，且沿像素阵列部12的长边延伸。

如图26中的C所示，传感器芯片11G-b具有这样的布局：像素阵列部12以及全局控制电路13-1和13-2设置在传感器基板51上，卷帘控制电路14、列ADC 15和逻辑电路17设置在逻辑基板52上。此外，在传感器芯片11G-b中，全局控制电路13-1和13-2设置在像素阵列部12的上侧和下侧，且分别沿像素阵列部12的长边延伸。

如图26中的D所示，传感器芯片11G-c具有这样的布局：像素阵列部12和全局控制电路13-1和13-2设置在传感器基板51上，卷帘控制电路14、列ADC 15和逻辑电路17设置在逻辑基板52上。此外，在传感器芯片11G-c中，全局控制电路13-1和13-2设置在像素阵列部12的上侧和下侧，且分别沿像素阵列部12的长边延伸。并且，两个控制线21-1和21-2设置成使得它们在以矩阵形式设置在像素阵列部12中的传感器元件的列的中心处是彼此分开的。

如图26中的E所示，传感器芯片11G-d具有这样的布局：像素阵列部12和全局控制电路13设置在传感器基板51上，卷帘控制电路14、列ADC 15和逻辑电路17设置在逻辑基板52上。此外，在传感器芯片11G-d中，输入输出部16设置在逻辑基板52上，且沿像素阵列部12的长边延伸。

例如，传感器芯片11G-d被配置成使得它从输入输出部16通过TSV区域54-1和TSV区域53-1向全局控制电路13供电。请注意，除了可以利用TSV之外，构成布线用的铜(Cu)、微凸块等的互连也可以用来向全局控制电路13供电。此外，关于用来向全局控制电路13供电的布线，可以使用与用于控制线21的连接方法相同的连接方法，或者可以使用一些其他组合的连接方法。此外，除了把两层的半导体基板堆叠起来的构造之外，在堆叠有三层的半导体基板的构造中，也类似地优选将全局控制电路13布置在输入输出部16附近。

请注意，而图26中所示的各种布局表示了把列ADC 15设置在逻辑基板52的一侧上的示例，也可以采用把列ADC 15设置在逻辑基板52的相对的上侧和下侧上的布局。此外，列ADC 15或逻辑电路17的位置不限于如图26所示的这种布置。

如上所述，通过将层叠结构应用于传感器芯片11，能够以各种布局来布置全局控制电路13，这增加了布局的自由度并且增加了对全局控制电路13和卷帘控制电路14进行个别地控制的效果。

<距离图像传感器的构造示例>

图27是示出了距离图像传感器的构造示例的框图，该构图是利用传感器芯片11的电子设备。

如图27所示，距离图像传感器201被配置成包括光学***202、传感器芯片203、图像处理电路204、监视器205和存储器206。因此，距离图像传感器201可以通过接收从光源装置211投射到被摄物体并由被摄物体的表面反射的光(调制光或脉冲光)，来获取跟与被摄物体相距的距离对应的距离图像。

光学***202被配置成具有一个或多个透镜，并且将来自被摄物体的图像光(入射光)引入传感器芯片203，使得在传感器芯片203的光接收面(传感器部分)上形成图像。

作为传感器芯片203，应用上述实施例的传感器芯片11，并且将表示根据从传感器芯片203输出的接收信号(APD OUT)而确定的距离的距离信号提供给图像处理电路204。

图像处理电路204基于从传感器芯片203提供的距离信号执行用于构建距离图像的图像处理，并且通过成图像处理而获得的距离图像(图像数据)被提供给监视器205并在监视器205上显示出来，或被提供给存储器206以存储(记录)下来。

在以这种方式配置而成的距离图像传感器201中，通过应用上述传感器芯片11，例如，能够通过执行更高速度控制来获取更精确的距离图像。

[1.3.距离图像传感器的特别构造示例]

在采用间接***的ToF相机***中，以脉冲的形式照射光，并提供了用于产生这种脉冲的脉冲发生器。现有的脉冲发生器在分频后通过移位寄存器产生相位。因此，相位分辨率由分频设定(division setting)来确定的。例如，如果频率为800MHz的信号除以8，那么只能给出8个相位。此外，在现有的脉冲发生器中，分频步骤或可以给出的相位被限制为两个的倍数。因此，不可能通过除以10来获得36度的相位。优选地，采用间接***的ToF相机***可以执行宽泛设定，以便自适应地将频率改变一个范围。此外，尽管现有的脉冲发生器需要改变PLL(锁相环)的频率以进行精细设定，但如果PLL的频率被改变，则在频率稳定之前需要一定时间(必须对响应时间进行权衡)。

此外，现有的脉冲发生器的触发器数量多，面积效率低。例如，一个32分频器(32-divider)需要32个触发器，而32个步骤的移位寄存器也需要32个触发器。因此，由32分频器和32步移位寄存器配置而成的脉冲发生器需要64个触发器。

因此，考虑到上述情况，本发明的发明人对在尤其采用了间接***的ToF相机***中使用的脉冲发生器的技术进行了深入研究，并且可以通过简单配置来实现频率或相位的各种设定。结果，本发明的发明人发明了一种脉冲发生器，该脉冲发生器用于尤其采用了间接***的ToF相机***中，并且在配置简单的同时能够实现频率或相位的各种设定。

现在，说明根据本公开的实施例的在尤其采用了间接***的ToF相机***中使用的构造示例。图28是示出了根据本公开的实施例的脉冲发生器300的功能性构造示例的说明图。图28中所示的脉冲发生器300是例如在图27中所示的距离图像传感器201中设置的脉冲发生器。在下文中，将通过参照图28来说明根据本公开的实施例的脉冲发生器300的功能性构造示例。

如图28所示，根据本公开的实施例的脉冲发生器300被配置成包括计数器310和340、D型触发器320以及与门330。

计数器310是可编程计数器，其对输入到脉冲发生器300的时钟(例如，由PLL生成的时钟)进行计数。计数器310是用于设置相位的计数器，并且例如是在输入进来的时钟的上升沿的时刻添加一个值的计数器。相位设定是从脉冲发生器300的外部向计数器310发送的。计数器310的输出被发送到D型触发器320的输入。

D型触发器320使用计数器310的输出作为自己的时钟CK，并且基于时钟CK把输入端D的值从输出端Q输出。D型触发器320的输出被发送到与门330。

与门330对输入到脉冲发生器300的时钟和D型触发器320的输出进行逻辑与(AND)运算，并将与运算的结果输出到计数器340。

计数器340是可编程计数器，其对与门330的输出时钟进行计数。计数器340是用于设定分频的计数器，并且例如是在输入进来的时钟的上升沿的时刻添加一个值的计数器。

用作计数器310和340的计数器可以是任何计数器，只要是可编程计数器即可。可编程计数器的构成因素是：该计数器是多位计数器，该计数器接收多位数据作为输入，该计数器包括输入数据与计数值之间的比较器等。作为这样的计数器，可以应用脉冲吞咽计数器(pulse swallow counter)、脉冲跟随器计数器(pulse follower counter)、二进制计数器(binary counter)、格雷码计数器(gray code counter)、约翰逊计数器(Johnsoncounter)等。

图29是示出了如下这些信号的波形示例的说明图：输入到脉冲发生器300的信号；在脉冲发生器300内部产生的信号；和从脉冲发生器300输出的信号。

参考图29，“时钟”表示输入到脉冲发生器300的时钟，“计数器(相位)”表示计数器310的计数值。“1stCNO”表示D型触发器320的输出。并且“2stCNI”表示与门330的输出。“计数器(分频)”表示计数器340的计数值，“OUT”表示计数器340的输出。

在图29所示的例子中，当计数器310的计数值变为“6”时，D型触发器320的输出从低切换到高。此外，当计数器340的计数值变为“8”时，D型触发器320的输出从低切换到高。计数器340的输出从低切换到高或从高切换到低。具体地，可以通过改变计数器310和340的设定来调整将要从脉冲发生器300输出的时钟的相位和频率。

通过使用从脉冲发生器300输出的时钟来驱动光源并驱动传感器芯片的像素，可以灵活地调节光源的驱动时序和传感器芯片的像素的驱动时序。例如，可以将2⁸设置为相位设定，并将2⁸设置为分频设定。在这种情况下，针对于每个计数器而设置的触发器的数量是8个，并且实施起来总计就是16个。因此，与需要64个触发器的传统脉冲发生器相比，根据本公开的实施例的脉冲发生器可以显著减小电路规模。

请注意，在图28所示的脉冲发生器300中，用于设定频率的计数器340在下一阶段被提供为用于设定相位的计数器310，本公开不限于这样说明的示例。在根据本实施例的脉冲发生器300中，用于设定相位的计数器可以在下一阶段被提供为用于设定频率的计数器。

图30是示出了使用根据本公开的实施例的脉冲发生器的距离图像传感器的示意性构造示例的说明图。在图30中，示出了脉冲发生器300a和300b、PLL 350、光源驱动器352、光源354、像素调制驱动器356和像素358。像素358是单抽头像素，即，一个像素包括一个晶体管。

从PLL 350输出的时钟MCK被发送到脉冲发生器300a和300b。此外，把光源354的相位设定输入给脉冲发生器300a，并且把像素358的相位设定输入给脉冲发生器300b。具体地，为了设定从脉冲发生器300a输出的信号(光源输出信号)与从脉冲发生器300b输出的信号(像素调制信号)之间的相位差，向脉冲发生器300a和300b输入单独专用的相位设定。此外，向脉冲发生器300a和300b输入共同的调制频率设定。因此，从脉冲发生器300a和300b输出同一频率的脉冲。

图31是示出了从脉冲发生器300a和300b输出的信号以及向脉冲发生器300a和300b输入的相位设定的示例的说明图。在图31所示的示例中，输入到脉冲发生器300a的光源相位设定是这样的设定：通过该设定，当计数器310a的计数值变为“6”时，D型触发器320a的输出从从低切换到高。此外，在图31所示的示例中，输入到脉冲发生器300b的像素相位设定是这样的设定：通过该设定，当计数器310b的计数值变为“9”时，D型触发器320b的输出从低切换到高。通过这样的设定，从脉冲发生器300a输出的光源输出信号和从脉冲发生器300b输出的像素调制信号之间的相位差可以设定为90度(90deg)。

现在说明另一个例子。图32是示出了使用了根据本公开的实施例的脉冲发生器的距离图像传感器的示意性构造示例的说明图。在图32中，示出了脉冲发生器300a和300b、PLL 350、光源驱动器352、光源354、反相器355、像素调制驱动器356a和356b、以及像素358'。像素358'是双抽头像素，即，在一个像素中设置有两个晶体管，并且该像素358'被配置成使得来自脉冲发生器300b的信号被输入到这两个晶体管。

在图32所示的例子中，为了设定从脉冲发生器300a输出的信号(光源输出信号)与从脉冲发生器300b输出的信号(像素调制信号)之间的相位差，与图30中所示的示例类似地，向脉冲发生器300a和300b输入单独专用的相位设定。此外，向脉冲发生器300a和300b输入共同的调制频率设定。进一步，在图32所示的示例中，脉冲发生器300b的输出被分支为两个，其中一个按原样被输出到像素调制驱动器356a，另一个被反相器355反转、然后输出到像素调制驱动器356b。因此，根据来自脉冲发生器300b的输出信号，产生了相对于彼此具有180度(180deg)相位差的两个信号(像素调制信号A和像素调制信号B)。

图33是示出了从脉冲发生器300a和300b输出的信号和向脉冲发生器300a和300b输入的相位设定的示例的说明图。在图33所示的示例中，输入到脉冲发生器300a的光源相位设定是这样的设定：通过该设定，当计数器310a的计数值变为“6”时，D型触发器320a的输出从低切换到高。此外，在图33所示的示例中，输入到脉冲发生器300b的像素相位设定是这样的设定：通过该设定，当计数器310b的计数值变为“9”时，D型触发器320b的输出从低切换到高。通过这样的设定，从脉冲发生器300a输出的光源输出信号和从脉冲发生器300b输出的像素调制信号A之间的相位差可以设置为90度。于是，由于脉冲发生器300b的输出被分支为两个，并且这两个分支输出中的一个被反相器355反转、然后输出到像素调制驱动器356b，像素调制信号A和像素调制信号B之间的相位差可以设定为180度。

现在说明另一不同的示例。图34是示出了距离图像传感器的示意性构造示例的说明图，该距离图像传感器使用了根据本公开的实施例的脉冲发生器。在图34中，示出了脉冲发生器300a、300b和300c、PLL 350、光源驱动器352、光源354，像素调制驱动器的356a和356b、以及像素358'。像素358'是双抽头像素，其中在一个像素中设置有两个晶体管，并且该像素358'配置成使得来自脉冲发生器300b的信号输入到这两个晶体管。

图34中所示的示例与图32中所示的构造示例的相同之处在于，来自脉冲发生器300a的信号(光源输出信号)被输出到光源354。另一方面，图34中所示的示例是与图32所示的构造示例的不同之处在于，将要从像素358'输出的信号是由脉冲发生器300b和300c产生的。具体地，为了设定从脉冲发生器300a输出的信号(光源输出信号)、从脉冲发生器300b输出的信号(像素调制信号A)和从脉冲发生器300c输出的信号(像素调制信号B)这三者之间的相位差，向脉冲发生器300a、300b和300c输入单独专用的相位设定。

图35是示出了从脉冲发生器300a、300b和300c输出的信号和向脉冲发生器300a、300b和300c输入的相位设定的示例的说明图。在图35所示的示例中，要输入到脉冲发生器300a的光源相位设定是这样的设定：通过该设定，当计数器310a的计数值变为“6”时，D型触发器320a的输出从低切换到高。此外，在图35所示的示例中，要输入到脉冲发生器300b的像素相位设定是这样的设定：通过该设定，当计数器310b的计数值变为“9”时，D型触发器320b的输出从低切换到高。此外，在图35所示的示例中，要输入到脉冲发生器300c的像素相位设定是这样的设定：通过该设定，当计数器310c的计数值变为“15”时，D型触发器320c的输出从低切换到高。通过这样的设定，从脉冲发生器300a输出的光源输出信号和从脉冲发生器300b输出的像素调制信号A之间的相位差可以设定为90度。此外，从脉冲发生器300a输出的光源输出信号和从脉冲发生器300c输出的像素调制信号B之间的相位差可以设定为270度(270deg)。

通过以这种方式将像素相位设定输入到脉冲发生器的构造，可以校正***延迟。这里的***延迟是在从脉冲发生器输出像素调制信号之后直到该像素调制信号实际被输入到像素为止的时间延迟。图36是示出了从脉冲发生器输出的信号和向脉冲发生器输入的相位设定的示例的说明图。如图36所示，通过向将要输入到像素的脉冲发生器的像素相位设定提供偏移，该偏移就能在不改变要输入到光源的脉冲发生器的像素相位设定的设定值前提下被添加到像素调制信号。换句话说，通过调整光源的脉冲发生器或像素的脉冲发生器中的至少任一个，能够实现用于使光源驱动器和像素调制驱动器彼此同步的校准。

包括了根据本实施例的脉冲发生器的距离图像传感器以高频率，例如以可能大约为100MHz的频率进行操作。ToF***的现有距离图像传感器以低频率，例如大约20MHz的频率进行操作。在大约20MHz的操作的情况下，即使在光源的驱动和像素的驱动之间存在2至3纳秒(纳秒)的位移等，该位移的影响也很小。然而，在大约100MHz的操作的情况下，如果发生2nsec的位移，则这会导致25％的损失并且它的影响很大。由于包括了根据本实施例的脉冲发生器的距离图像传感器允许光源相位设定和像素相位设定的专用设定，因此就能够通过如上所述地调整光源的脉冲发生器和像素的的脉冲发生器之中的至少任何一个来实现用于使光源驱动器和像素调制驱动器同步的校准。

随后，将会说明可以将光源的占空比设定为任意值的ToF***的距离图像传感器。如上所述，脉冲发生器300产生占空比为50％的光源输出信号。图37是示出了由脉冲发生器300产生的并具有50％占空比的光源输出信号的波形的示例的说明图。

然而，如果基于占空比为50％的光源输出信号来进行发光，则会发生基于距离测量原理(连续方法)的周期误差，并且该周期误差可能会引起距离测量误差。图38是示出了由周期误差引起距离测量误差的方式的说明图。上部表示在从光源发出的光的波形是正弦波的情况下的方式，下部表示在从光源发出的光的波形是方波的情况下的方式。在这些曲线图中，横坐标轴表示延迟量，并且当延迟量的值为100时，延迟量为360度(360deg)。在连续方法中，通过假设信号是理想的正弦波来执行计算。在根据正弦波的光源输出信号来进行发光的情况下，如同右上侧的曲线图中的情况一样，相位延迟量没有发生失真。另一方面，在根据方波的光源输出信号来进行发光的情况下，如同右下侧的曲线图中的情况一样，相位延迟量发生了一些失真。这种失真是直接导致距离测量的线性度变劣的起因。尽管现有的距离图像传感器通过软件校正该失真来应对这一起因，但因为由周期误差引起的误差会随着在距离测量时距离的增加而增加，因此失真的影响也增加。

因此，本发明的发明人对尤其采用了间接***的ToF相机***中使用的技术进行了深入研究，并且希望该技术可以通过简单的构造来减小由周期误差引起的距离测量误差。结果，本发明的发明人发明了一种在尤其采用了间接***的ToF相机***中使用的技术，该技术可以通过简单的构造来减小由周期误差引起的距离测量误差。

根据本实施例的距离图像传感器通过改变光源输出信号的占空比来减小周期误差，特别是通过将光源输出信号的占空比降低到小于50％。为此，根据本实施例的距离图像传感器包括这样的脉冲发生器：其能够产生占空比被降低到小于50％的光源输出信号。图39是示出了具有小于50％的30％占空比和25％占空比的光源输出信号的波形的示例的说明图。

现在说明以这种方式输出具有小于50％的30％占空比和25％占空比的光源输出信号的构造。图40是示出了根据本公开的实施例的用于在距离图像传感器中输出光源输出信号的构造示例的说明图。在图40中，示出了：脉冲发生器300a和300b；与门410，其用于把在脉冲发生器300a的输出被反转之后脉冲发生器300a的输出和脉冲发生器300b的输出进行AND运算(逻辑“与”运算)；以及选择器420。脉冲发生器300a和300b都产生用于使光源发光的信号。

脉冲发生器300a是为了产生占空比为50％的光源输出信号的脉冲发生器。同时，脉冲发生器300b是为了利用由脉冲发生器300a产生的信号和由脉冲发生器300b产生的信号的组合对相位设定进行调整以产生占空比小于50％的光源输出信号的脉冲发生器。

图41是示出了其占空比小于50％的光源输出信号的产生的概要的说明图。图41中的“MAIN”示出了由脉冲发生器300a产生的信号的波形的示例，并且“SUB”示出了由脉冲发生器300a产生的信号的波形的示例。此外，“LSR”示出了利用由脉冲发生器300a产生的信号和由脉冲发生器300b产生的信号的组合使得占空比小于50％的光源输出信号的波形的示例。

如图41所示，由脉冲发生器300a产生的信号的波形和由脉冲发生器300a产生的信号的波形之间具有相位差。在这种状态下，如果由脉冲发生器300a产生的信号在反转后与由脉冲发生器300b产生的信号进行“与”运算，则能够产生就像“LSR”那样的占空比小于50％的光源输出信号。

选择器420选择并输出脉冲发生器300a的输出和与门410的输出中的任何一个。向选择器420提供模式切换信号，而且，选择器420响应于模式切换信号的实质内容，选择并输出脉冲发生器300a的输出(即占空比为50％的信号)、与门410的输出(即占空比小于50％的信号)这两者之中的任何一个。

在根据本公开的实施例的ToF***的距离图像传感器具有图40所示的构造的情况下，它能够使光源发出具有不同占空比的光。此外，根据本公开的实施例的ToF***的距离图像传感器可以通过改变光源输出信号的占空比来减小周期误差，特别是通过将占空比减小到小于50％来减小周期误差。

图42是示出了要为脉冲发生器300a和300b设定的光源相位设定的示例的说明图。如图42所示，通过使得要为脉冲发生器300a设定的光源相位设定和要为脉冲发生器300b设定的光源相位设定互不相同，能够在由脉冲发生器300a产生的信号的波形(LSR)和由脉冲发生器300a产生的波形(LSR_SUB)之间提供相位差。此外，如果由脉冲发生器300a产生的信号在其波形反转之后跟由脉冲发生器300b产生的信号执行逻辑与运算，则能够产生就像“LSR_OUT”那样的占空比小于50％的波动输出信号。

当然，由脉冲发生器300b产生的信号的相位可以比由脉冲发生器300a产生的信号的相位提前。图43是示出了由脉冲发生器300a和300b产生的信号的波形示例和基于由脉冲发生器300a和300b产生的信号而产生的光源输出信号的说明图。

通过以这种方式切换和选择不同占空比的信号以产生光源输出信号，例如，能够使光源发射出如下这样的光：在测量与具有长距离的物体相距的距离的情况下和在测量与具有短距离的物体相距的距离的另一种情况下该光的频率是不同的，并且还能够使占空比小于50％从而减小周期误差。

请注意，尽管本示例示出了光源输出信号的占空比在50％和小于50％之间进行选择的示例，但是本公开不限于刚刚说明的这种示例。

图44是示出了根据本公开的实施例的ToF***的距离图像传感器的驱动示例的说明图。在图44中示出了：在长距离下的物体的距离测量和短距离下的物体的距离测量这两种情况下，从光源发射的光的频率和占空比不同的示例。

在图44所示的示例中，在长距离下的物体的距离测量时，以20MHz的频率以32％的占空比发射光，但是在短距离下的物体的距离测量时，以80MHz的频率以32％的占空比发射光。然后，在图44所示的例子中，在长距离下的物体的距离测量和在短距离下的物体的距离测量中，在0度、90度、180度和270度这四个相位中进行测量。

通过致使光源以这种方式发光，根据本公开的实施例的ToF***的距离图像传感器能够减小周期误差。

图45是示出了根据本公开的实施例的ToF***的距离图像传感器的操作示例的流程图。距离图像传感器先判断距离测量目标的物体是否处于长距离(等于或长于预定距离的长距离)(步骤S101)。如果物体处于长距离，则该距离图像传感器以低频进行距离测量(步骤S102)，并产生长距离的深度映射图(步骤S103)。在该距离测量中，距离图像传感器致使光源以小于50％的占空比发光。然后，距离图像传感器基于长距离下的深度映射图来估计(算术运算)距离测量目标的物体的位置(步骤S104)。

另一方面，如果距离测量目标的物体处于短距离，则距离图像传感器以高频率执行距离测量(步骤S105)，并生成短距离下的深度映射图(步骤S106)。在该距离测量中，距离图像传感器致使光源以小于50％的占空比发光。然后，距离图像传感器基于短距离下的深度映射图来估计(算术运算)距离测量目标的物体的位置(步骤S107)。

以这种方式，根据本公开的实施例的ToF***的距离图像传感器，当它致使光从光源发射时，能够致使光源以取决于设定而有所不同的占空比进行发光。因此，通过使光源以小于50％的占空比发光，根据本公开的实施例的ToF***的距离图像传感器可以减小周期误差的影响并提高距离测量的准确度。

随后，将会说明通过改变单一帧中的调制频率的设定来执行距离测量的ToF***的距离图像传感器。

在间接ToF***的距离图像传感器中，调制频率和距离测量误差之间具有反比关系。尽管为了提高执行测量的精度而需要增加调制频率，但是如果调制频率增加，那么距离测量范围就会减小。

在间接ToF***的现有距离图像传感器中，在使用两个不同的调制频率来执行距离测量的情况下，仅允许在用于向像素中累积和用于读出所累积的数据这两个周期中改变对调制频率的设定。因此，在使用两个不同的调制频率执行距离测量的情况下，由于深度计算所需的帧增加了，所以到距离测量完成为止的时间也增加了。此外，如果试图在累积周期的期间内改变调制频率的设定，则在设定过渡的期间内的死区时间(dead time)就会变长，并且无效信号的比率增加了。

图46是示出了当在单一帧中的累积周期的期间内使用同一个调制频率执行距离测量时，该间接ToF***的距离图像传感器的操作示例的说明图。在图46的示例中，示出了这样一个示例：其中，在以60MHz的调制频率改变相位的同时执行距离测量，然后在以20MHz的调制频率改变相位的同时执行测量。在这种情况下，在要改变频率的情况下，尽管改变PLL的设定是必须的，但是用于让PLL稳定的周期也是必须的，并且难以立即改变频率。因此，切换调制频率需要时间，并且在距离测量达到完成之前的时间就变长了。

图47是示出了当在一帧中的累积周期的期间内使用同一个调制频率执行距离测量时，该间接ToF***的距离图像传感器的操作示例的说明图。在图47的示例中，示出了这样一个示例：其中，一个周期包括用60MHz的调制频率进行的距离测量和用20MHz的调制频率进行的距离测量，在一个周期结束之后改变相位的同时执行距离测量。在这种情况下，就需要时间来切换调制频率，并且在距离测量达到完成之前的时间变长了。此外，关于从像素进行读出的读出次数，与图46中所示的示例类似地，在距离测量完成之前需要8次读出。

因此，在本实施例中，示出了一种间接ToF***的距离图像传感器，把其中组合了两个可编程计数器的脉冲发生器用来在单一帧的累积周期的期间内在短时期内改变调制频率的设定，并且这种设定的变化能够被反映出来。要注意的是，术语“帧”表示在图像传感器的累积开始之后直到图像传感器的读出完成为止的时期。

图48是示出了根据本公开的实施例的间接ToF***的距离图像传感器的驱动示例的说明图。在本实施例中，在单一帧的累积周期的期间内，执行以60MHz和20MHz的调制频率进行的驱动，并且通过对像素的单次读出操作来获得这些驱动的结果。通过以这种方式在单一帧中的累积周期的期间内以彼此不同的调制频率进行驱动，根据本公开的实施例的间接ToF***的距离图像传感器可以减少读出时间数。此外，根据本公开的实施例的间接ToF***的距离图像传感器可以节省读出时间并且可以提高帧速率。请注意，尽管死区时间是在调制频率的设定被改变的时刻发生的，但与上述为了让PLL稳定而需要的时期相比，死区时间的周期是非常短的。

图49是示出了根据本公开的实施例的间接ToF***的距离图像传感器的驱动的特定示例的说明图。在图49中，示出了这样一个例子：其中，作为上述脉冲发生器300的设定，为频率设定、像素相位设定和光源位置设定中的每一者都提供了两种不同的设定。提供两种相位设定的原因在于，如果调制频率改变，则相位的设定也自然地改变。

图49还示出了用于设定改变的触发信号。在图49的示例中，在触发器为低的情况下，调制频率被设定为60MHz，并且在触发器为高的情况下，调制频率被设定为40MHz。换句话说，对脉冲发生器300的设定取决于用于设定改变的触发信号的状态来进行切换。于是，如果脉冲发生器300检测到用于设定改变的触发信号的状态已经改变，则脉冲发生器300使计数器的值复位并基于改变后的设定而输出脉冲。在图49的下部，图示了一种方式，其中：像素调制信号和光源输出信号的频率响应于用于设定改变的触发信号的改变而改变。

图50是示出了根据本公开的实施例的间接ToF***的距离图像传感器中使用的构造的示例的说明图。在图50中，示出了用于设定调制频率的计数器340、输出时钟的PLL350、接收计数器340的输出作为同步信号的时序控制器341、和用于将该设定输出到计数器340的选择器342。

时序控制器341对设定改变触发信号的状态的变化进行检测。如果时序控制器341检测到设定改变触发信号的状态已经改变，则它向选择器342输出切换信号，并向计数器340输出用于将计数器值复位的复位信号，以便切换分频设定。选择器342根据来自时序控制器341的切换信号选择并输出两个分频设定之一。

例如，假设当计数器340以分频设定1操作时，时序控制器341检测到设定改变触发信号的状态已经改变。时序控制器341把设定改变触发信号跟同步信号锁存在其内部，并在调制信号为低的时期内输出切换信号和复位信号。接收切换信号的选择器342将去往计数器340的该输出从分频设定1切换到分频设定2。然后，计数器340根据复位信号将计数器值复位并用分频设定2开始计数，从而根据分频设定2输出调制信号。

本实施例可以提供一种间接ToF***的距离图像传感器，其可以使用把两个可编程计数器组合起来的脉冲发生器在单一帧的累积周期的期间内在短时间内改变调制频率的设定，并且所述改变设定能够反映出来。通过在单一帧中的累积周期的期间内在短时间内改变调制频率的设定并反映该设定的变化，根据本公开的实施例的间接ToF***的距离图像传感器可以减少在距离测量完成之前的读出次数，并且电力消耗的减少也是可以预期的。此外，与通过改变PLL的设定来改变调制频率的设定的另一情况相比，根据本公开的实施例的间接ToF***的距离图像传感器可以在短时间内完成距离测量。如果提供了多个PLL，虽然也可以通过在PLL之间进行切换来改变调制频率的设定，但是提供多个PLL就会导致电路规模的增加。根据本公开的实施例的间接ToF***的距离图像传感器可以在不增加电路规模的情况下改变调制频率的设定。

由于根据本公开的实施例的间接ToF***的距离图像传感器具有如图50所示的这种结构，它可以通过改变设定改变触发信号来改变像素调制信号和光源输出信号的调制频率。此外，根据本公开的实施例的间接ToF***的距离图像传感器可以在单一帧中的累积周期的期间内以不同的调制频率被驱动。

随后，将会说明一种间接ToF***的距离图像传感器，其能够在多个摄像机针对同一目标进行距离测量时避免错误的距离测量。

在有源距离测量***中，光从光源发射，并且对由距离测量目标的物体反射的光进行检测，以对距离测量目标执行距离测量。在这种有源距离测量***中，如果多个摄像机对同一目标进行距离测量，则它们的信号混合，这会导致错误的距离测量。图51是示出了光从多个光源照射到同一个距离测量目标，并且用一个图像传感器接收来自所述多个光源的光的方式的说明图。尽管原本是希望图51中所述的图像传感器进行操作以便从光源A接收光，但是也可能发生该图像传感器还接收到来自不同光源B的光的情况。图52是示出了发光时间(调制时间)在光源A和光源B之间重叠的方式的说明图。如果发光时间以这种方式在光源A和光源B之间重叠，则该图像传感器同时接收来自不同光源的光，这引起数据污染。

在根据有源距离测量***用多个摄像机对同一目标进行距离测量的情况下，通过在发光时序的时间方向上使用随机数来降低这种重叠的概率的技术看起来似乎是可用的。图53是示出了发光时序在光源A和光源B之间随机地彼此移位的方式的说明图。然而，即使发光时序随机移位，也难以完全防止重叠。

因此，在本实施例中，使用作为触发器而被伪随机地产生的切换信号(togglesignal)将相位反转180度，以加密用于干扰防止的调制。因为，对于根据本实施例的间接ToF***的距离图像传感器，预先知道由图像传感器接收的光的调制模式，以与该模式不同的模式予以调制的光可以被视为对距离测量没有贡献的无效信号。

图54是示出了根据本实施例的可以由间接ToF***的距离图像传感器使用的像素调制信号的示例的说明图，并且是示出了像素调制信号的相位基于伪随机产生的比特(伪随机脉冲)在脉冲状态转变的时刻被反转180度的示例图。当伪随机生成的比特为零时，伪随机脉冲为低，而当伪随机生成的比特为1时，伪随机脉冲为高。在图54中，像素调制信号的相位在伪随机脉冲从低到高或从高到低转变的时刻被反转180度。根据本实施例的间接ToF***的距离图像传感器通过在产生调制信号时使用伪随机脉冲，可以避免在距离测量中使用基于以不同模式发生状态变化的脉冲的光。

图55是示出了本实施例中使用的伪随机脉冲的产生的说明图。图55示出了在一帧中执行四次光接收和读出的情况。关于图55中示出的变量，N表示伪随机模式长度，L表示调制信号的编码周期长度，M表示用逻辑频率将伪随机脉冲归一化的周期。变量N的比特长度为15比特，L可以取4、8、16和32的值之一。此外，变量M的比特长度为9比特。例如，如果假设调制频率是60MHz，则N＝3，L＝8且L＝16。

例如，在上文描述的传感器芯片11的内部产生伪随机脉冲。例如，伪随机脉冲可以由逻辑电路17产生。

图56是示出了基于伪随机生成的比特而生成的伪随机脉冲(PSKTRIG)和具有通过伪随机脉冲的状态转变从伪随机脉冲反转180度的相位的信号(MIX信号)的示例的说明图。在图56的示例中，在一次读出期间，基于11比特的伪随机生成的比特，通过伪随机脉冲的状态转变来改变调制信号的相位。

随后，说明通过伪随机脉冲的状态转变来反转调制信号的相位的构造。图57是示出了在根据本公开的实施例的间接ToF***的距离图像传感器中使用的构造示例的说明图。在图57中，示出了脉冲发生器300a、300b和300d、PLL 350、以及脉冲边沿检测电路360。脉冲发生器300a是输出光源调制信号的脉冲发生器。脉冲发生器300b是输出像素调制信号的脉冲发生器。脉冲发生器300d是输出参考脉冲的脉冲发生器。

从脉冲发生器300d输出的参考脉冲被发送到脉冲边沿检测电路360。此外，一个随机脉冲被发送到脉冲边沿检测电路360。脉冲边沿检测电路360通过检测脉冲的边缘来检测到伪随机脉冲的状态转变。然后，当脉冲边沿检测电路360检测到已发生伪随机脉冲的状态转变时，它向选择器370a和370b输出相位反转信号，用于使将要从脉冲发生器300a和300b输出的信号的相位反相。

如果没有从脉冲边沿检测电路360发送相位反转信号，则选择器370a和370b把从脉冲发生器300a和300b输出的信号按原样输出。如果从脉冲边沿检测电路360发送了相位反转信号，则选择器370a和370b输出在从脉冲发生器300a和300b输出的信号的相位被反相器371a和371b反转之后的信号。

图58是示出了其中调制信号的相位基于伪随机脉冲的状态转变而改变的示例的说明图。在伪随机脉冲的状态为低的情况下，调制信号是与参考脉冲的相位相同的信号(0度(0deg)信号)。如果伪随机脉冲的状态变为高，则调制信号的相位在参考脉冲的状态在此之后立即转变的时刻被反转。此后，如果伪随机脉冲的状态变为低，则调制信号的相位在参考脉冲的状态在此之后立即改变的时刻改变。

图59是示出了其中调制信号的相位基于伪随机脉冲的状态转变而改变的示例的说明图。图59中所示的信号按照从上面的顺序是：伪随机脉冲；占空比为50％的零度非加密信号；占空比为50％的零度加密信号；占空比为25％的零度非加密信号；占空比为25％的零度加密信号；占空比为50％的90度非加密信号；占空比为50％的90度加密信号；占空比为25％的90度非加密信号；占空比为25％的90度加密信号。

如上所述，根据本公开的实施例的间接ToF***的距离图像传感器可以改变由脉冲发生器300产生的脉冲的占空比。特别是，通过将光源输出信号的占空比设定得小于50％，周期误差可以减少。因此，在图59中，通过使用50％占空比的信号作为像素调制信号并使用25％占空比的信号作为光源输出信号，在根据本发明公开的实施例的间接ToF***的图像传感器减少了周期误差的同时，它也能即使在图像传感器接收来自多个光源的光的情况下决定用于距离测量的光。

如图59所示，根据本公开的实施例的间接ToF***的距离图像传感器让像素调制信号和光源输出信号的相位彼此偏移的时序同步。通过让像素调制信号和光源输出信号的相位彼此偏移的时序同步，即使在图像传感器从多个光源接收光的情况下，它也可以决定用于距离测量的光。

图60是示出了其中调制信号的相位基于伪随机脉冲的状态转变而改变的示例的说明图。图60中所示的信号按照从上面开始的顺序是非加密调制信号、伪随机脉冲、像素调制信号A、像素调制信号B、与非加密调制信号的相位相同的光源输出信号、非加密调制信号、伪随机脉冲、像素调制信号A、像素调制信号B和光源输出信号，该光源输出信号具有与非加密调制信号的相位偏移90度的相位。图60中所示的光源输出信号的占空比是50％。

图61是示出了调制信号的相位基于伪随机脉冲的状态转变而改变的另一示例的说明图。图61中所示的信号按照从上面开始的顺序是非加密调制信号，伪随机脉冲，像素调制信号A，像素调制信号B，相位与非加密调制信号的相位相同的光源输出信号、非加密调制信号、伪随机脉冲、像素调制信号A、像素调制信号B和光源输出信号，该光源输出信号具有与非加密调制信号的相位偏移90度的相位。图61中描述的光源输出信号的占空比是50％。

图62是示出了从两个脉冲发生器300a和300b选择和输出彼此具有不同占空比的两种信号的构造的示例的说明图。如上所述，通过使脉冲发生器300a和300b的信号的相位彼此不同，可以产生具有小于50％的占空比的信号。于是，取决于信号DUTYON(占空接通)的状态，把占空比为50％的信号和占空比小于50％的信号中的一者输出作为光源输出信号。

图63示出了根据脉冲发生器300a和300b产生的具有小于50％的占空比的信号LSR和基于随机脉冲从信号LSR的相位反转得到的相位的信号LSR_PSK的波形的示例。在本实施例中，基于在伪随机脉冲基础上的触发信号PSKTRIG，选择信号LSR和信号LSR_PSK中的任何一个作为占空比小于50％的信号。

根据本公开的实施例的间接ToF***的距离图像传感器以这种方式产生一个伪随机脉冲，并基于伪随机脉冲来改变光源输出信号和像素调制信号的相位。换句话说，相位可以反转。通过基于伪随机脉冲来改变光源输出信号和像素调制信号的相位，即使在存在同时对同一目标进行距离测量的不同距离图像传感器的情况下，根据本公开的实施例的间接ToF***的距离图像传感器也能决定该图像传感器所接收的光是否为从该距离图像传感器自身的光源发出的光。

<内窥镜手术***的应用例>

根据本公开的技术(本技术)可以应用于各种产品。例如，根据本公开的技术可以应用于内窥镜手术***。

图64是示出根据本公开的实施例的技术(本技术)能够适用的内窥镜手术***的示意性构造的示例的图。

在图64中，示出了外科医生(医师)11113正在使用内窥镜手术***11000对病床11133上的患者11132进行手术的状态。如该图所示，内窥镜手术***11000包括：内窥镜(endoscope)11100；诸如气腹管(pneumoperitoneum tube)11111和能量器件11112等其他手术工具11110；用于支撑内窥镜11100的支撑臂装置11120；以及安装有用于内窥镜手术的各种装置的推车11200。

内窥镜11100包括：透镜镜筒11101，从其前端起的预定长度的部分被***患者11132的体腔中；和摄像头11102，其连接到透镜镜筒11101的底端。在所示的示例中，示出了构造为具有刚性透镜镜筒11101的所谓刚性镜的内窥镜11100，但是内窥镜11100也可以被构造为具有柔性透镜镜筒的所谓柔性镜。

在透镜镜筒11101的前端，设置有嵌有物镜的开口。光源装置11203连接到内窥镜11100，并且由光源装置11203产生的光通过在透镜镜筒11101内延伸的光导被引导到该透镜镜筒的前端，并且该光通过上述物镜照射到患者11132体腔中的观察对象。这里，应该注意，内窥镜11100可以是直视镜(direct view mirror)、***(perspective viewmirror)或侧视镜(side view mirror)。

在摄像头11102内设置有光学***和摄像元件，并且来自观察目标的反射光(观察光)被该光学***聚集在该摄像元件上。观察光通过摄像元件进行光电转换，并且产生了对应于观察光的电气信号，即，对应于观察图像的图像信号。该图像信号作为RAW数据被发送到相机控制单元(camera control unit：CCU)11201。

CCU 11201包括中央处理单元(CPU：central processing unit)、图形处理单元(GPU：graphics processing unit)等，并且整体上控制内窥镜11100和显示装置11202的操作。此外，CCU 11201接收来自摄像头11102的图像信号，并且对该图像信号执行诸如显像处理(去马赛克处理)等用于显示基于该图像信号的图像的各种图像处理。

在CCU 11201的控制下，显示装置11202显示出基于图像信号(其由CCU 11201进行了处理)的图像。

例如，光源装置11203包括诸如发光二极管(LED：light emitting diode)等光源，并且将用于拍摄手术部位等的照射光提供给内窥镜11100。

输入装置11204是内窥镜手术***11000的输入接口。用户能够通过输入装置11204将各种信息和指令输入到内窥镜手术***11000。例如，用户输入指令等，用于改变内窥镜11100的摄像条件(照射光的类型、倍率、或焦距等)。

处置工具控制装置11205控制能量器件11112的驱动，用于烧灼组织、切割切口、密封血管等。气腹装置11206具有如下结构，其中通过气腹管11111将气体注入体腔中，从而使患者11132的体腔膨胀，以便通过内窥镜11100确保视野和确保外科医生的工作空间。记录仪11207是能够记录与手术有关的各种信息的装置。打印机11208是能够以诸如文本、图像、图表等各种形式打印与手术有关的各种信息的装置。

这里，值得注意的是，例如，将用于拍摄手术区域的照射光提供给内窥镜11100的光源装置11203可以由白光源构成，该白光源可以由LED、激光光源、或者LED和激光光源的组合构成。在白光源由RGB激光光源的组合构成的情况下，由于能够以高精度来控制各颜色(各波长)的输出强度和输出时序，因此，光源装置11203能够调整所拍摄的图像的白平衡。另外，在这种情况下，通过时分过程(time-sharing process)利用来自RGB激光光源的各激光照射观察目标，并通过与照射时序同步地控制摄像头11102的摄像元件的驱动，从而能够通过时分过程来拍摄对应于RGB中各者的图像。根据这种方法，在摄像元件中没有设置颜色滤波器的情况下，也能够获得彩色图像。

另外，可以控制光源装置11203的驱动，以便以预定的时间间隔改变要输出的光强度。通过与光强度变化的时刻同步地控制摄像头11102的摄像元件的驱动，以时分的方式(time-sharing manner)获得图像，并且合成这些图像，就能产生如下的高动态范围的图像，这些图像不会出现曝光不足的遮挡阴影和过渡曝光的高光。

另外，光源装置11203可以被配置成能够提供与特殊光观察相对应的预定波长带域的光。在特殊光观察中，例如，通过利用人体组织中的光吸收的波长依赖性，来执行所谓的窄带域光观察(窄带域摄像)，其中，通过发射比普通观察时的照射光(即，白光)的带域更窄的带域的光，来以高对比度拍摄诸如黏膜表层的血管等的预定组织的图像。可替代地，在特殊光观察中，可以执行通过发射激发光而产生的荧光来获得图像的荧光观察。在荧光观察中，可以利用激发光来照射人体组织，从而观察来自该人体组织的荧光(自发荧光观察)，或者可以将诸如吲哚菁绿(ICG：indocyanine green)等试剂注射到人体组织中，并且利用与该试剂的荧光波长对应的激发光照射人体组织，从而获得荧光图像等。可以使光源装置11203提供与这种特殊光观察对应的窄带域光和/或激发光。

图65是示出图64所示的摄像头11102和CCU 11201的功能性构造的示例的框图。

摄像头11102包括透镜单元11401、摄像单元11402、驱动单元11403、通信单元11404和摄像头控制单元11405。CCU 11201包括通信单元11411、图像处理单元11412和控制单元11413。摄像头11102和CCU11201通过传输线缆11400彼此可通信地连接。

透镜单元11401是设置在与透镜镜筒11101的连接单元处的光学***。从透镜镜筒11101的前端所获取的观察光被引导到摄像头11102，并入射至透镜单元11401上。通过组合多个透镜(包括变焦透镜和聚焦透镜)来形成透镜单元11401。

摄像单元11402包括摄像元件。摄像单元11402所包括的摄像元件可以是一个摄像元件(所谓的单板型)或多个摄像元件(所谓的多板型)。例如，在摄像单元11402包括多板型摄像元件的情况下，各个摄像元件可以产生与R、G和B对应的图像信号，并可以组合这些图像信号，从而获得彩色图像。可替代地，摄像单元11402可以被构造成具有一对摄像元件，用于分别获取用于三维(3D)显示的右眼图像信号和左眼图像信号。如果执行3D显示，外科医生11113能够更精确地识别手术区域中的活体组织的深度。注意，在摄像单元11402被配置为立体类型的情况下，还能够与各个摄像元件对应地设置有多个透镜单元11401。

另外，摄像单元11402并非必须设置在摄像头11102中。例如，摄像单元11402可以设置在透镜镜筒11101内且紧跟在物镜的后方。

驱动单元11403包括致动器，并且在摄像头控制单元11405的控制下，驱动单元11403将透镜单元11401的变焦透镜和聚焦透镜沿着光轴移动预定距离。因此，能够适当地调整通过摄像单元11402拍摄的图像的倍率和焦点。

通信单元11404包括用于向CCU 11201发送各种信息和从CCU11201接收各种信息的通信装置。通信单元11404将从摄像单元11402获得的图像信号作为RAW数据通过传输线缆11400发送到CCU 11201。

另外，通信单元11404从CCU 11201接收用于控制摄像头11102的驱动的控制信号，并将该控制信号提供给摄像头控制单元11405。例如，控制信号包括与摄像条件相关的信息，例如，规定所拍摄图像的帧率的信息、规定摄像时的曝光值的信息、和/或规定所拍摄图像的倍率和焦点的信息等。

注意，诸如上述的帧率、曝光值、倍率、焦点等摄像条件可以由用户适当地指定，或者可以由CCU 11201的控制单元11413基于所获取的图像信号来自动地设置。在后一种情况下，所谓的自动曝光(AE：auto exposure)功能、自动聚焦(AF：auto focus)功能和自动白平衡(AWB：auto white balance)功能都被安装在内窥镜11100中。

摄像头控制单元11405基于通过通信单元11404接收的来自CCU11201的控制信号来控制摄像头11102的驱动。

通信单元11411包括用于向摄像头11102发送各种信息和从摄像头11102接收各种信息的通信装置。通信单元11411接收通过传输线缆11400从摄像头11102发送的图像信号。

另外，通信单元11411将用于控制摄像头11102的驱动的控制信号发送到摄像头11102。上述图像信号和上述控制信号能够通过电通信、光通信等进行传输。

图像处理单元11412对从摄像头11102发送来的作为RAW数据的图像信号执行各种图像处理。

控制单元11413执行与通过内窥镜11100对手术区域等进行摄像有关的各种控制，并显示通过对手术区域等进行摄像而获得的拍摄图像。例如，控制单元11413产生用于控制摄像头11102的驱动的控制信号。

另外，基于已经由图像处理单元11412进行了图像处理的图像信号，控制单元11413能够控制显示装置11202使其显示包括手术区域等的所拍摄图像。在这种情况下，控制单元11413可以利用各种图像识别技术来识别所拍摄图像中的各种物体。例如，通过检测所拍摄图像中所包括的物体的边缘的形状、颜色等，控制单元11413能够识别出诸如镊子等手术工具、特定组织部位、出血、在使用能量器件11112时的薄雾等。在使显示装置11202显示出所拍摄图像的情况下，控制单元11413可以利用识别结果在手术区域的图像上叠加各种外科手术辅助信息以进行显示。在外科手术辅助信息被叠加并呈现给外科医生11113的情况下，这可以减少外科医生11113的负担，并且可以帮助外科医生11113可靠地进行手术。

将摄像头11102和CCU 11201连接在一起的传输线缆11400是与电气信号通信兼容的电气信号线缆、与光通信兼容的光纤、或者它们的复合线缆。

这里，在所示的示例中，通过使用传输线缆11400以有线的方式执行通信；然而，也能够以无线的方式执行摄像头11102与CCU 11201之间的通信。

已经说明了能够应用与本公开相关的技术的内窥镜手术***的示例。在上述构造中，例如，根据本公开的技术能够应用于内窥镜11100、摄像头11102(的摄像单元11402)、以及CCU 11201(的图像处理单元11412)等等。

注意，尽管这里已经将内窥镜手术***作为示例进行了说明，但是根据本公开的技术还可以应用于例如显微镜手术***等。

<移动体的应用例>

另外，例如，与本公开相关的技术能够被实施为安装在任何类型的移动体上的装置，这些移动体例如包括：汽车、电动汽车、混合动力汽车、摩托车、自行车、个人移动设备、飞机、无人机、船舶、机器人等。

图66是示出了根据本公开的技术能够适用的作为移动体控制***的一个示例的车辆控制***的示意性构造示例的框图。

车辆控制***12000包括通过通信网络12001彼此连接的多个电子控制单元。在图66所示的示例中，车辆控制***12000包括：驱动***控制单元12010、车身***控制单元12020、车外信息检测单元12030、车内信息检测单元12040以及集成控制单元12050。此外，作为集成控制单元12050的功能性构造，示出了微型计算机12051、声音/图像输出部12052以及车载网络I/F(接口：interface)12053。

驱动***控制单元12010根据各种程序来控制与车辆驱动***有关的设备的操作。例如，驱动***控制单元12010起到下述各设备的控制装置的作用，这些设备是：诸如发动机或驱动电机等用于产生车辆的驱动力的驱动力产生设备；用于将驱动力传递到车轮的驱动力传递机构；用于调节车辆的转向角的转向机构；以及用于产生车辆的制动力的制动***等。

车身***控制单元12020根据各种程序来控制安装在车辆上的各种设备的操作。例如，车身***控制单元12020起到下述各设备的控制装置的作用，这些设备是：无钥匙进入***；智能钥匙***；电动车窗装置；或诸如前灯、尾灯、刹车灯、闪光灯和雾灯等各种灯。在这种情况下，能够将用于代替钥匙的从便携式设备发送的无线电波、或各种开关的信号输入到车身***控制单元12020。车身***控制单元12020接收这些无线电波或信号的输入，并且控制车辆的门锁装置、电动车窗装置、和灯等。

车外信息检测单元12030检测安装有车辆控制***12000的车辆的外部的信息。例如，摄像部12031连接到车外信息检测单元12030。车外信息检测单元12030致使摄像部12031拍摄车辆外部的图像，并且接收所拍摄的图像。基于所接收到的图像，车外信息检测单元12030可以执行以下处理：检测包括行人、车辆、障碍物、标志、或路面上的文字在内的物体；或检测距离。

摄像部12031是用于接收光并且输出与光的光接收量对应的电气信号的光学传感器。摄像部12031能够将该电气信号作为图像输出，或者将该电气信号作为距离测量信息输出。此外，由摄像部12031接收的光可以是可见光或诸如红外线等非可见光。

车内信息检测单元12040检测车内的信息。例如，用于检测驾驶员状态的驾驶员状态检测部12041连接到车内信息检测单元12040。例如，驾驶员状态检测部12041包括用于拍摄驾驶员的图像的相机，并且车内信息检测单元12040可以基于从驾驶员状态检测部12041输入的检测信息来计算驾驶员的疲劳程度或专注程度，或者可以判断驾驶员是否在打瞌睡。

基于在车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的车外或车内信息，微型计算机12051能够计算出驱动力产生设备、转向机构、或制动***的控制目标值，并且能够向驱动***控制单元12010输出控制命令。例如，微型计算机12051能够执行用于实现先进驾驶员辅助***(ADAS：advanced driver assistance system)功能的协同控制，所述先进驾驶员辅助***的功能包括：车辆的碰撞避免或撞击减缓、基于车辆间距离的跟随行驶、巡航驾驶(cruise)控制、车辆碰撞警告、车辆偏离车道警告等。

另外，基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的车辆内部或外部的信息，微型计算机12051能够通过控制驱动力产生设备、转向机构、或制动***等，来执行旨在实现不必依赖驾驶员的操作而进行自主行驶的自动驾驶等的协同控制。

另外，基于由车外信息检测单元12030获得的车辆外部的信息，微型计算机12051能够向车身***控制单元12020输出控制命令。例如，微型计算机12051根据由车外信息检测单元12030检测到的前车或对面来车的位置来控制前灯，并且能够执行旨在通过例如将远光灯切换到近光灯来实现防眩光等的协同控制。

声音/图像输出部12052将声音或图像中的至少一者的输出信号发送到输出设备，该输出设备能够在视觉上或在听觉上向车上的乘客或车辆外部通知信息。在图66的示例中，作为输出设备，举例地示出了音频扬声器12061、显示部12062和仪表面板12063。例如，显示部12062可以包括板载显示器(on-board display)或平视显示器(head-up display)中的至少一者。

图67是示出摄像部12031的安装位置的示例的图。

在图67中，在车辆12100上，摄像部12031包括摄像部12101、12102、12103、12104和12105。

例如，摄像部12101、12102、12103、12104和12105被设置于例如车辆12100的前鼻、侧视镜、后保险杠、后备箱门、车内的挡风玻璃的上部等位置。设置于前鼻处的摄像部12101和设置于车内的挡风玻璃的上部处的摄像部12105主要获取车辆12100前方的图像。设置于侧视镜处的摄像部12102和12103主要获取车辆12100侧面的图像。设置于后保险杠或后备箱门处的摄像部12104主要获取车辆12100后方的图像。设置于车内的挡风玻璃的上部处的摄像部12105主要用于检测前车、行人、障碍物、交通信号灯、交通标志、车道等。

顺便提及地，图67示出了摄像部12101～12104的拍摄范围的示例。摄像范围12111表示设置于前鼻处的摄像部12101的摄像范围，摄像范围12112和12113分别表示设置于侧视镜处的摄像部12102和12103的摄像范围，并且摄像范围12114表示设置于后保险杠或后备箱门处的摄像部12104的摄像范围。例如，通过把摄像部12101～12104拍摄到的图像彼此叠加，能够获得车辆12100的从上方看到的俯瞰图像。

摄像部12101～12104中的至少一者可以具有获取距离信息的功能。例如，摄像部12101～12104中的至少一者可以是包括多个摄像元件的立体相机，或者可以是具有用于检测相位差的像素的摄像元件。

例如，基于从摄像部12101～12104获得的距离信息，微型计算机12051能够求出与摄像范围12111～12114内的各个立体物的距离以及该距离随时间的变化(相对于车辆12100的相对速度)，从而将在与车辆12100大致相同的方向上以预定速度(例如，0km/h以上)行驶的立体物(特别是在车辆12100的行驶方向的道路上的最靠近的立体物)作为前车提取出来。此外，微型计算机12051设定用于在前车之前预先确保的车辆间距离，并且能够执行自动制动控制(也包括跟随停止控制)、自动加速控制(也包括跟随推进控制)等。因此，以这种方式，能够执行不依赖于驾驶员的操作而自主行驶的自动驾驶的协同控制等。

例如，基于从摄像部12101～12104获得的距离信息，微型计算机12051能够在把三维物体的三维物体数据分类为例如两轮摩托车、普通车辆、大型车辆、行人、电线杆或其他三维物体的三维物体数据，提取已分类的三维物体数据，并且能够利用所提取的三维物体数据来自动避开障碍物。例如，微型计算机12051将车辆12100附近的障碍物识别为对于车辆12100的驾驶员来说可见的障碍物和对于该驾驶员来说几乎不可见的障碍物。然后，微型计算机12051判断用于表示与各个障碍物发生碰撞的危险度的碰撞风险。在碰撞风险大于或等于设定值且存在碰撞可能性的情况下，微型计算机12051通过音频扬声器12061或显示部12062向驾驶员输出警告，或者通过驱动***控制单元12010执行强制减速或避让转向。由此，微型计算机12051能够执行用于避免碰撞的驾驶辅助。

摄像部12101～12104中的至少一者可以是检测红外线的红外相机。例如，微型计算机12051能够通过判定摄像部12101～12104的所拍摄图像中是否存在行人，来识别行人。例如，这种对行人的识别是通过如下过程来执行的：提取作为红外相机的摄像部12101～12104的所拍摄图像中的特征点；或者通过对表示障碍物的轮廓的一系列特征点进行图案匹配处理来判定该障碍物是否为行人。在微型计算机12051判定摄像部12101～12104的所拍摄图像中存在行人并且识别出该行人的情况下，声音/图像输出部12052控制显示部12062，使其在所识别的行人上以叠加的方式显示用于强调的矩形轮廓线。此外，声音/图像输出部12052可以控制显示部12062，使其把用于表示行人的图标等显示在所期望的位置处。

在上文中，已经说明了根据本公开的技术能够适用的车辆控制***的示例。根据本公开的技术能够适用于具有上述构造的摄像部12031等。

<2.总结>

如上所述，根据本公开的实施例，提供了一种在采取了间接ToF***的相机***中使用的构造，并且该构造能够通过简单的构造而适用于各种各样的调制频率。

尽管已经参考附图详细地说明了本公开的优选实施例，但是本公开的技术范围不限于如上所述的这些实施例。显而易见地，在不脱离权利要求中所限定的技术范围的情况下，在本领域技术人员可以构想出各种替换或修改，并且可以认为这些替换或修改自然也属于本公开的技术范围。

此外，本说明书中所描述的有益效果仅仅是解释性和示例性的而非限制性的。换句话说，根据本公开的技术可以发挥出上述有益效果和/或根据本说明书的说明让本领域技术人员显而易见的其他有益效果。

应注意，下面说明的一些构造也属于本公开的技术范围。

(1)一种信号发生装置，其包括：

第一脉冲发生器，其被配置成产生将要提供给光源的脉冲，所述光源用于将光照射到距离测量目标；

第二脉冲发生器，其被配置成产生将要提供给像素的脉冲，所述像素用于接收由所述距离测量目标反射的光；和

切换部，其被配置成在预定时期内切换所述第一脉冲发生器和所述第二脉冲发生器的调制频率的设定。

(2)根据上述(1)所述的信号发生装置，其中

所述预定时期是从开始向所述像素中累积到完成读出的时期。

(3)根据上述(1)或(2)所述的信号发生装置，进一步包括：

至少一个信号输出电路，用于向所述第一脉冲发生器和所述第二脉冲发生器提供信号，

其中，所述信号输出电路的数量小于在所述预定时期的期间内要设定的调制频率的数量。

(4)根据上述(1)至(3)中任一者所述的信号发生装置，其中

所述第一脉冲发生器和所述第二脉冲发生器包括：

第一计数器，其被配置成利用输入信号来确定所述脉冲的相位；和

第二计数器，其被配置成利用所述输入信号来确定所述脉冲的频率，

并且，所述切换部在所述预定时期内切换所述第二计数器的设定。

(5)根据上述(1)至(4)中任一者所述的信号发生装置，其中

所述信号发生装置被用在间接型的距离测量传感器中。

[附图标记说明]

201：距离图像传感器

202：光学***

203：传感器芯片

204：图像处理电路

205：监视器

206：存储器

211：光源装置

300：脉冲发生器

310：计数器

320：触发器(Flip-flop)

330：与门(AND gate)

340：计数器

350：PLL(锁相环)

352：光源驱动器

354：光源

355：反相器(inverter)

356：像素调制驱动器

358：像素

Claims (5)

1.一种信号发生装置，其包括：

第一脉冲发生器，其被配置成产生将要提供给光源的脉冲，所述光源用于将光照射到距离测量目标；

第二脉冲发生器，其被配置成产生将要提供给像素的脉冲，所述像素用于接收由所述距离测量目标反射的光；以及

切换部，其被配置成在预定时期内切换所述第一脉冲发生器和所述第二脉冲发生器的调制频率的设定。

2.根据权利要求1所述的信号发生装置，其中

所述预定时期是从开始向所述像素中累积到完成读出的时期。

3.根据权利要求1所述的信号发生装置，其进一步包括：

至少一个信号输出电路，用于向所述第一脉冲发生器和所述第二脉冲发生器提供信号，

其中，所述信号输出电路的数量小于在所述预定时期的期间内要设定的调制频率的数量。

4.根据权利要求1所述的信号发生装置，其中

所述第一脉冲发生器和所述第二脉冲发生器包括：

第一计数器，其被配置成利用输入信号来确定所述脉冲的相位；和

第二计数器，其被配置成利用所述输入信号来确定所述脉冲的频率，

并且，所述切换部在所述预定时期内切换所述第二计数器的设定。

5.根据权利要求1所述的信号发生装置，其中

所述信号发生装置被用在间接型的距离测量传感器中。