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CN107851656B - 摄像装置和测距系统 - Google Patents

摄像装置和测距系统 Download PDF

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CN107851656B CN201780002501.5A CN201780002501A CN107851656B CN 107851656 B CN107851656 B CN 107851656B CN 201780002501 A CN201780002501 A CN 201780002501A CN 107851656 B CN107851656 B CN 107851656B
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Abstract

[问题]为了当进行仅在多个像素的某些像素中产生电场的稀疏化处理时均一地产生电场。[技术方案]本发明提供一种摄像装置，所述摄像装置包括：设置于多个像素中的各者的一对电场施加电极和一对电荷取出电极；和电压施加部，所述电压施加部配置为在执行像素结合时在第一电极与第二电极之间施加电压并且产生跨越第一像素和第二像素的电场，所述第一电极是第一像素的一对电场施加电极中的一者，所述第二电极是第二像素的一对电场施加电极中的一者。所述电压施加部进一步配置为以如下方式在所述第一电极和所述第二电极之间施加所述电压：所述电压以预定的频率反转。

Description

摄像装置和测距系统
技术领域
本发明涉及摄像装置和测距系统。
背景技术
近年来，飞行时间(ToF)传感器等已经被用作测量到目标的距离的传感器。例如，下面的专利文献1说明了用一对电极来产生电场的ToF传感器。
引用列表
专利文献
专利文献1：JP 2011-86904号公报
发明内容
技术问题
然而，专利文献1中所述的技术具有如下问题：在ToF传感器中包含的多个像素的每一者中用一对电极产生电场，这增加了电能消耗。相比之下，在进行仅在多个像素的某些像素中产生电场的稀疏化处理时，电场被偏置。在像素区域中产生均一的电场是困难的。
因此，在进行仅在多个像素的某些像素中产生电场的稀疏化处理时，需要产生均一的电场。
技术方案
根据本发明，提供了一种摄像装置，所述摄像装置包括：设置于多个像素中的各像素的一对电场施加电极和一对电荷取出电极；和电压施加部，所述电压施加部配置为在执行像素结合时在第一电极与第二电极之间施加电压并且产生跨越第一像素和第二像素的电场，所述第一电极是所述第一像素的所述一对电场施加电极中的一者，所述第二电极是所述第二像素的所述一对电场施加电极中的一者。这里，所述电压施加部进一步配置为以如下方式在所述第一电极和所述第二电极之间施加所述电压：所述电压以预定的频率反转。
另外，根据本发明，提供了一种测距系统，所述测距系统包括：投光装置，所述投光装置配置为用光向目标投光；摄像装置，所述摄像装置配置为接收被所述目标反射的光；控制装置，所述控制装置配置为控制所述投光装置和所述摄像装置。所述摄像装置包括：设置于多个像素中的各像素的一对电场施加电极和一对电荷取出电极；和电压施加部，所述电压施加部配置为在执行像素结合时在第一电极与第二电极之间施加电压并且产生跨越第一像素和第二像素的电场，所述第一电极是所述第一像素的所述一对电场施加电极中的一者，所述第二电极是所述第二像素的所述一对电场施加电极中的一者。这里，所述电压施加部进一步配置为以如下方式在所述第一电极和所述第二电极之间施加所述电压：所述电压以预定的频率反转。
本发明的有益效果
根据本发明，在进行仅在多个像素的某些像素中产生电场的稀疏化处理时能够均一地产生电场。
注意，上述的效果不一定是限制性的。在上述效果之外或者作为上述效果的替代，可以实现本说明书中说明的效果或者从本说明书中可能理解到的其它效果的任一者。
附图说明
图1是示出ToF传感器的示意性剖视图，ToF传感器是根据本发明的实施例的摄像装置1000并且具有CAPD结构。
图2是示出ToF传感器的在图1中示出的示意性剖视图和俯视图的示意图。
图3是示出在使用CAPD像素进行像素结合(pixel combination)的情况下结合两个像素的示例的平面图。
图4是示出将电压施加到两个相邻像素中的一者的p型扩散层的示例的平面图。
图5是示出根据本发明的实施例的像素结合的平面图。
图6A是示出像素的排布的变型的平面图。
图6B是示出像素的排布的变型的平面图。
图6C是示出像素的排布的变型的平面图。
图7是示出在垂直方向上包括两个像素并且在水平方向上包括两个像素的区域(2×2像素区域)上进行像素结合的示例的示意图。
图8是用于描述像素的驱动的示意图。
图9是用于描述像素的驱动的示意图，并且示出了在相邻两个像素中对角线方向定位的电极被驱动的情况的构造。
图10是示出设置有开关以在进行像素结合时产生与图9类似的倾斜方向上的电场的示例的示意图。
图11是示出根据本实施例的包括摄像装置的测距系统的构造的示意图。
图12是示出车辆控制系统的示意性构造示例的框图，车辆控制系统是能够应用根据本发明的技术的运动物体控制系统的示例。
图13是示出摄像部和车辆外部信息检测部的安装位置的示例。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细说明本发明的优选实施例。注意，在本说明书和附图中，用相同的附图标记表示具有大致相同的功能和结构的结构元件，并且省略了这些结构元件的重复解释。
注意，将按照以下顺序进行说明。
1.前提技术
2.根据本实施例的像素结合的示例
3.关于像素的驱动
4.根据本实施例的测距系统的构造示例
5.应用示例
1.前提技术
在具有CAPD结构的TOF传感器中进行像素结合的情况下，在多个像素区域中电压被施加至一对电场施加电极，并且从一对电荷取出电极中取出电荷。这使得能够获得与被光激发的电荷相应的电流值。此时，进行像素结合减少了被施加电压的电场施加电极，从而能够降低电能消耗。
图1是示出ToF传感器1000的示意性剖视图，ToF传感器1000是根据本发明的实施例的摄像装置并且具有CAPD结构。ToF传感器1000的基底层包括硅的外延层10。如图1所示，在光60入射到ToF传感器1000上时，电子70被激发。电源90产生电场105以移动被光60激发的电子70。此外，电源100产生用于取出被激发电子的电荷的电压。在位于电源90的两端的两个电极之中，电极Mix0连接到p型扩散层20，并且电极Mix1连接到p型扩散层30。另外，在位于电源100的两端的两个电极之中，电极Collector0连接到n型扩散层40，并且电极Collector1连接到n型扩散层50。
电源90施加电压V1以在外延层10中产生电场105，并且电场105使电子70移动靠近电极Collector0和电极Mix0。移动靠近电极Collector0和电极Mix0的电子80被拉入n型扩散层40并且产生电流I0，电源100将电压V2施加至n型扩散层40。以频率f交替变化电源90的极性，使得能够获得测量距离需要的解调效果(demodulation effect)。当多个电源90从图1的状态反转时，电场105使电子70移动靠近电极Collector1和电极Mix1。移动靠近电极Collector1和电极Mix1的电子被拉入n型扩散层50并且产生电流I1，电源100将电压V2施加至n型扩散层50。
图2是示出ToF传感器1000的在图1中示出的示意性剖视图和俯视图的示意图。如图2所示，作为示例，p型扩散层20、p型扩散层30、n型扩散层40和n型扩散层50都具有矩形平面形状。
共同地处理图像传感器的像素阵列中的多个相邻像素以实际上增大了每个像素的受光面积并且提高受光灵敏度的技术称为像素结合或者像素合并(pixel binning)。在使用ToF传感器1000的测距系统中，进行像素结合使得能够提高受光灵敏度，并且使得能够提高测距精度。具体地，进行像素结合扩大了电源90施加电压V1的区域，并且增大了被光60激发的电子70存在的区域。相应地，能够提高受光灵敏度。
因此，在使用ToF传感器1000的系统中，用诸如红外光的光投射至目标，并且接收来自目标的光，以利用相位差来测量到目标的距离。此时，进行像素结合使得能够有效地收集更多的电荷。
图3是示出在用CAPD像素来进行像素结合的情况下结合两个像素的示例的平面图。在图3中，像素110和与其右侧相邻的像素120连接到各自的电极，由此能够实际上构成大像素。更具体地，电极Mix0连接到像素110的p型扩散层20和像素120的p型扩散层20，电极Mix1连接到像素110的p型扩散层30和像素120的p型扩散层30，此外，电极Collector0连接到像素110的n型扩散层40和像素120的n型扩散层40，并且电极Collector1连接到像素110的n型扩散层50和像素120的n型扩散层50。根据图3中示出的构造，p型扩散层20、p型扩散层30、n型扩散层40、n型扩散层50在像素110和像素120中耦合，从而能够结合这两个像素。
另外，根据CAPD原理，通过电场移动被光激发的电子。因此，使用了与图3不同的技术，电压仅被施加至相邻像素中的一个像素，从而能够结合像素。图4是示出如下示例的平面图：在彼此相邻的像素110和像素120中，电压施加至像素110的p型扩散层20和30，并且在彼此相邻的像素130和像素140中，电压施加至像素130的p型扩散层20和30。
如图4所示，仅将电压施加至一侧的像素，能够扩大像素。在这种情况下，当焦点位于像素130上时，在与之相邻的像素120和像素140中，没有电压施加到p型扩散层20或者p型扩散层30。然而，能够通过由施加的电压产生的电场105在等效像素区域210的范围内从像素130的p型扩散层20和p型扩散层30中收集电荷。如果像图3一样配置像素的垂直和水平的间距，则等效像素区域210具有与像素110和像素120这两个像素(它们根据图3中描绘的像素结合而结合)的面积相同的面积。在图4中，电压仅需要被施加至一个像素130的电极Mix0和Mix1，以在与两个像素相对应的等效像素区域210中产生电场。然而，在图3中，消耗了比图4中更多的电力以将电压施加到两个像素110和120的电极Mix0和Mix1，以在与两个像素相对应的区域中产生电场。因此，根据图4所示的构造，电极Mix0和电极Mix1的电流(其用于产生电场以收集与图3的像素区域相同的像素区域的电荷的)的路径由两个减少到一个。相应地，能够使电力消耗少于根据图3的像素结合消耗的电力。
在图4中，对于p型扩散层20和30没有被施加电压的像素120和像素140而言，n型扩散层40和50不一定被施加电压。同时，像素120和像素140的n型扩散层40和50可以设置为具有任意电位。例如，当像素120和140的n型扩散层40和50设置为具有与外延层10的电位相同的电位时，通过电场105能够更容易地在像素110和130的n型扩散层40和50中聚集被激发电子70。注意，在图4中，已经说明了用作示例的垂直长像素，但是，也可以使用方形像素或者水平长像素。
同时，在将电压施加至全部的像素110、像素120、像素130和像素140的p型扩散层20和p型扩散层30而不进行像素结合的情况下，耗电增加，但是能够提高分辨率。因此，理想的是，在需要分辨率的情况下驱动全部像素，并且在受光灵敏度提高的情况下进行像素结合。能够根据ToF传感器1000的使用环境或者将被光照射的目标的条件、特征等来决定是驱动全部像素还是进行像素结合。
2.根据本实施例的像素结合的示例
图5是示出根据本实施例的像素结合的平面图。在图5中，在结合的像素110和像素120中，电压被施加到在像素区域中呈对角线形式布置的距离最远的两个p型扩散层20a和p型扩散层30a，并且在上述像素的排布方向的倾斜方向上产生电场105来积累电荷。以这种方式，保证了一对p型扩散层20a和p型扩散层30a之间的距离长，并且在宽范围内提供电场105，使得能够有效地积累电荷。一对p型扩散层20a和p型扩散层30a不一定呈对角线形式布置，并且可以是任意一对p型扩散层。
在图4所示的构造中，电压V1被施加到两个相邻像素中的一者(像素110和像素130)的p型扩散层20和30。相应地，在像素120和像素140中，p型扩散层20和30没有施加电压V1，没有产生电场105，但是电场105在像素区域中被偏置。电场105在像素区域中无法均匀。然而，在图5所示的本实施例中，保证了p型扩散层20a和p型扩散层30a之间的长距离，并且能够在宽范围内提供电场105，从而电阻值增大，使得能够降低电力消耗。另外，能够在像素区域中均一地产生电场105，从而能够有效地在所述区域中收集被激发的电子。
图6A到图6C是分别示出像素的排布的变型的平面图。图6A示出了相邻像素的排布在该图的垂直方向上偏移了半个像素的排布。根据图6A示出的排布，能够增大在产生电场区域105时能够有助于收集电荷的区域的面积。此外，根据图6A示出的构造，相邻像素的电场105彼此间隔开，从而能够抑制串扰的产生。在这种情况下，像素可以是垂直长形的、方形的或者水平长形的。
图6B是示出以网格形式排布的像素的示例的示意图。根据图6B中示出的构造，任一像素的的电场105排斥相邻像素的电场105，并且电场不向四周扩展。因而，无法扩大能够有助于电荷的收集的区域。因此，通过图6A中所示的排布而非图6A中所示的排布可以扩大能够有助于电荷的收集的区域。
图6C是示出在图6A的排布示例中进行像素结合的情况的示意图。如图6C所示，每隔一列从p型扩散层20和p型扩散层30施加电压，使得能够进行像素结合。
图5示出了在垂直方向上包括一个像素并且在水平方向上包括两个像素的区域(1×2像素区域)上进行像素结合的示例，但是，也可以合并包括任意多个像素的像素区域。图7是示出在垂直方向上包括两个像素并且在水平方向上包括两个像素的区域(2×2像素区域)上进行像素结合的示例的示意图。在这种情况下，在图7中示出的像素110的p型扩散层20和像素140的p型扩散层30之间施加电压来产生电场105。这使得能够在四像素区域上进行像素结合，所述四像素区域在垂直方向上包含两个像素并且在水平方向上包含两个像素。
3.关于像素的驱动
图8是用于说明像素的驱动的示意图。在像素结合时，产生通过施加电压到p型扩散层20和30进行驱动的像素，并且产生没有施加电压至p型扩散层20和30的不进行驱动的像素。因此，ToF传感器1000构造为将驱动线分成多个驱动线。如图8所示，电源90a连接到像素110和像素130的p型扩散层20和p型扩散层30。同时，电源90b连接到像素120和140的p型扩散层20和p型扩散层30。在像素结合时，驱动电源90a以将电压V1施加至分别连接到像素110和130的p型扩散层20和30的电极Mix0a和Mix1a施加电压。同时，不驱动电源90b，因而没有将电压施加至分别连接到像素120和140的p型扩散层20和30的电极Mix0b和Mix1b。这在像素110的p型扩散层20和p型扩散层30之间产生了电场105，并且在像素130的p型扩散层20和p型扩散层30之间产生了电场105，使得像素与图4同样地被结合
另外，在图8中没有进行像素结合的情况下，驱动电源90a，以向电极Mix0a和Mix1a施加电压V1，并且也驱动电源90b，以向电极Mix0b和电极Mix1b施加电压V1。以这种方式，在不进行像素合成时驱动所有的像素时，向所有像素提供相同的驱动信号，使得能够驱动所有像素。
如上所述，在像素结合时，被驱动的电极Mix0a和电极Mix1a与没有被驱动的电极Mix0b和Mix1b被区别开，由此能够设置通过施加电压而被驱动的像素和没有施加电压的不被驱动的像素。
图9是用于说明像素的驱动的示意图，并且示出了在两个相邻像素中以对角线形式布置的电极被驱动的情况的构造。如图9所示，电源90a的电极Mix0a连接到像素110和130的各个p型扩散层20c。另外，电源90a的电极Mix1a连接到像素120和140的各个p型扩散层30c。另外，电源90b的电极Mix0b连接到像素120和像素140的各个p型扩散层20，并且电源90b的电极Mix1b连接到像素110和像素130的各个p型扩散层30。在像素结合时，驱动电源90a，以向连接到像素110和130的电极Mix0a和连接到像素120和140的电极Mix1a提供电压V1。另外，在像素结合时，不驱动电源90b，因而没有电压V1施加至连接到像素120和140的电极Mix0b和连接到像素110和130的电极Mix1b。因此，在像素结合时，如图9所示，在像素110的p型扩散层20c和像素120的p型扩散层30c之间施加电压V1，并且在像素130的p型扩散层20c和像素140的p型扩散层30c之间施加电压V1。因而，能够在两个相邻像素110和120中在倾斜方向上产生电场105，并且在两个相邻像素130和140中在倾斜方向上产生电场105。
另外，在图9中没有进行像素结合的情况下，驱动电源90a和电源90b以向电极Mix0a和电极Mix1a提供电压V1，并且也向电极Mix1b提供电压V1。以这种方式，在不进行像素结合的情况下驱动全部像素时，向全部像素提供相同的信号，使得能够驱动全部像素。
图10是示出如下示例的示意图：其中，开关160、162、164和166设置用于将电极Mix0连接到像素110、像素120、像素130和像素140的p型扩散层20，将电极Mix1连接到像素110、像素120、像素130和像素140的p型扩散层30并且在像素结合时产生在类似于图9的倾斜方向上的电场105。在进行像素结合的情况下，如图10所示，断开开关160、162、164和166并且驱动电源90，以向像素110的p型扩散层20d、像素120的p型扩散层30d、像素130的p型扩散层20d和像素140的p型扩散层30d提供电压。另外，在不进行像素结合的情况下，接通全部的开关160、162、164和166并且从电源90向全部的像素的p型扩散层20和p型扩散层30提供电压V1，从而驱动所有的像素110、像素120、像素130和像素140。注意，例如，可以通过场效应晶体管(MOSFET)等来实现开关160、162、164和166。
4.根据本实施例的测距系统的构造示例
图11是示出包括作为根据本实施例的摄像装置的ToF传感器1000的测距系统2000的构造的示意图。如图11所示，测距系统2000包括ToF传感器1000、利用红外光来投射目标1300的红外光投光装置1100和用于控制ToF传感器1000和红外光投光装置1100的控制装置1200。红外光投光装置1100利用红外光1110向目标1300投光，并且由目标1300反射的光60入射至ToF传感器1000，由此检测光60。控制装置1200使红外光投光装置1100同步于摄像装置1000，并且获得红外光投光装置1100发出红外光1110的时间和ToF传感器1000接收光60的时间。控制装置1200随后基于从发出红外光1110的时间和ToF传感器1000接收光60的时间的时间段(飞行时间)来测量到目标1300的距离。
5.应用示例
根据本发明的技术可应用于多种产品。例如，根据本发明的技术可以实现为安装于任一类型的移动物体上的装置，所述移动物体诸如汽车、电动汽车、混合动力汽车、摩托车、自行车、个人移动设备、飞机、无人驾驶飞机、船舶、机器人、建筑机械和农业机械(拖拉机)。
图12是示出车辆控制系统7000的示意性构造示例框图，车辆控制系统7000是可以应用根据本发明的技术的移动物体控制系统的示例。车辆控制系统7000包括经由通信网络连接7010连接的多个电子控制单元。在图12示出的示例中，车辆控制系统7000包括驱动线控制单元7100、车身系统控制单元7200、电池控制单元7300、车辆外部信息检测单元7400、车辆内部信息检测单元7500和集成控制单元7600。连接多个上述控制单元的通信网络7010可以是诸如控制器局域网(CAN)、局域互连网(LIN)、局域网(LAN)或着符合任一标准的FlexRay(注册商标)等车载通信网络。
每个控制单元包括进行与各种程序相对应的操作处理的微型计算机、存储由计算机执行的用于各种操作的程序和参数等的存储部以及在各种类型的控制下驱动装置的驱动电路。每个控制单元包括用于通过通信网络7010与其它控制单元进行通信的网络I/F和用于通过有线通信和无线通信与车辆内部或者外部的装置、传感器等进行通信的通信I/F。图12示出了作为集成控制单元7600的功能部件的微型计算机7610、通用通信I/F 7620、专用通信I/F 7630、定位部7640、信标接收部7650、车内装置I/F 7660、声音和图像输出部7670、车载网络I/F 7680和存储部7690。相似地，每个其他控制单元包括微型计算机、通信I/F、存储部等。
驱动线控制单元7100根据各种程序来控制与车辆的驱动线相关的装置的操作。例如，驱动线控制单元7100用作诸如用于产生车辆的驱动力的内燃机或驱动发动机等驱动力产生装置、向车轮传送驱动力的驱动力传送机构、调节车辆的转向角的转向机构、产生车辆的制动力的制动机构等的控制装置。驱动线控制单元7100可以具有用于防抱死制动系统(ABS)或电子稳定控制(ESC)的控制装置的功能。
驱动线控制单元7100连接到车辆状态检测部7110。例如，车辆状态检测部7110包括例如下述传感器中的一个传感器，诸如用于检测车身的轴向旋转运动的角速度的陀螺传感器、用于检测车辆加速度的加速度传感器或者用于检测油门踏板的操作量、制动踏板的操作量、方向盘的方向盘角度、发动机转速、车轮转速等的传感器。驱动线控制单元7100用车辆状态检测部7110输入的信号来进行操作处理，并且控制内燃机、驱动发动机、电力转向装置、致动装置等。
车身系统控制单元7200根据各种程序来控制附接到车身上的各种装置。例如，车身控制系统单元7200起到用于无键进入系统、智能密钥系统、电动车窗装置或者诸如前灯、备用灯、刹车灯、转向灯或雾灯等各种灯具的控制装置。在这种情况下，车身控制系统单元7200可以接收从代替钥匙的便携装置发送的无线电波或者各种开关的信号。车身系统控制单元7200接收这些无线电波或者信号，并且控制车辆门锁装置、电动车窗装置、灯具等。
电池控制单元7300根据各种程序来控制二次电池7310。二次电池7310充当驱动发动机的电源。例如，电池控制单元7300从包括二次电池7310的电池装置中接收诸如电池温度、电池输出电压或者剩余电池容量等信息。电池控制单元7300使用这些信号进行控制处理，并且进行二次电池7310的温度调节控制或者控制包括于电池装置中的冷却装置等。
车辆外部信息检测单元7400检测关于包含车辆控制系统7000的车辆的外部的信息。例如，车辆外部信息检测单元7400连接到摄像部7410和车辆外部信息检测部7420的至少一者。摄像部7410包括飞行时间(ToF)摄像机、立体摄像机、单目摄像机、红外摄像机和其它摄像机中的至少一者。例如，车辆外部信息检测部7420包括用于检测当前天气的环境传感器和用于检测在包含有车辆控制系统7000的车辆的周围的其它车辆、障碍物、行人等的周围信息检测传感器中的至少一者。
例如，环境传感器可以是用于检测下雨天气的雨滴传感器、用于检测雾气的雾气传感器、用于检测阳光等级的阳光传感器，用于检测降雪的雪传感器中的至少一者。周围信息检测传感器可以是超声波传感器、雷达装置以及光检测和测距/激光成像检测和测距(LIDAR)装置。这些摄像部7410和车辆外部信息检测部7420可以作为独立的传感器或者装置安装，或者作为集成有这些传感器和装置的装置安装。
此处，图13示出了摄像部7410和车辆外部信息检测部7420的安装位置的示例。摄像部7910、7912、7914、7916和7918布置于车辆7900的例如前车鼻、侧镜、后保险杠、后门和车厢内的挡风玻璃的上部中的至少一者。附接到前车鼻的摄像部7910和附接到车厢内的挡风玻璃的上部的摄像部7918主要获取车辆7900前方的区域的图像。附接到侧镜的摄像部7912和7914主要获取车辆侧面区域的图像。附接到后保险杠或者后门的摄像部7916主要获取车辆7900后方区域的图像。附接到车厢内的挡风玻璃的上部的摄像部7918主要用于检测前方车辆、行人、障碍物、交通灯、交通标志、行车道等。
注意，图13示出了摄像部7910、7912、7914和7916的各自摄像范围的示例。摄像范围a表示附接到前车鼻的摄像部7910的摄像范围。摄像范围b和c分别表示附接到侧镜的摄像部7912和7914的摄像范围。摄像范围d表示附接到后保险杠或者后门的摄像部7916的摄像范围。例如，由摄像部7910、7912、7914和7916获得的重叠图像数据提供了俯视车辆7900的俯瞰图像。
附接到车辆7900车厢内的挡风玻璃的前、后、侧面、角部和上部的车辆外部信息检测部7920、7922、7924、7926、7928和7930可以是例如超声波传感器或者雷达装置。附接到车辆7900的前车鼻、后保险杠、后门和车厢内的挡风玻璃的上部的车辆外部信息检测部7920、7926和7930可以是例如LIDAR装置。这些车辆外部信息检测部7920到7930主要用于检测前方车辆、行人、障碍物等。
将再次参考图12继续进行描述。车辆外部信息检测单元7400使摄像部7410捕捉车辆外部的图像，并且接收捕捉的图像数据。另外，车辆外部信息检测单元7400从所连接的车辆外部信息检测部7420接收检测信息。在车辆外部信息检测部7420是超声波传感器、雷达装置或LIDAR装置的情况下，车辆外部信息检测单元7400使超声波、无线电波等被发出，并且接收被接收的反射波的信息。车辆外部信息检测单元7400可以进行检测诸如道路上的人、车辆、障碍物、交通标志或者文字等物体的处理，或者基于接收的信息检测距离的处理。车辆外部信息检测单元7400可以基于接收的信息进行识别降雨、雾、道路状况等的环境识别处理。车辆外部信息检测单元7400可以基于接收的信息计算到车辆外部的物体的距离。
另外，车辆外部信息检测单元7400可以进行识别人、车辆、障碍物、交通信号、道路上的文字等的图像识别处理，或者进行基于接收的图像数据检测距离的处理。车辆外部信息检测单元7400可以对接收的图像数据进行失真校正处理或定位处理等，并且结合由不同的摄像部7410捕捉的图像数据来产生俯瞰图或者全景图。车辆外部信息检测电源7400可以使用由其它摄像部7410捕捉的图像数据来进行视点转换处理。
车辆内部信息检测单元7500检测关于车辆内部的信息。例如，车辆内部检测单元7500连接到驾驶员状态检测部7510来检测驾驶员的状态。驾驶员状态检测部7510可以包括拍摄驾驶员的摄像机、用于检测驾驶员的生理信息的生理传感器、用于获取车厢内的声音的麦克风等。例如，生理传感器附接到座椅表面或方向盘等，并且检测坐在座位上的乘客或者抓着方向盘的驾驶员的生理信息。基于从驾驶员状态检测部7510输入的检测信息，车辆内部信息检测单元7500可以计算驾驶员的疲劳程度或者驾驶员的注意力程度，或者判定司机是否在打瞌睡。车辆内部信息检测单元7500可以进行诸如针对拾取声音信号的降噪处理等处理。
集成控制单元7600相应于各种程序来控制车辆控制系统7000内部的总体操作。集成控制单元7600连接到输入部7800。输入部7800用作乘客可以进行输入操作的诸如触控面板、按钮、麦克风、开关、操作杆等的装置。集成控制单元7600可以接收通过识别经由麦克风输入的声音而获得的数据。例如，输入部7800可以是使用红外光或者其它无线电波的远程控制装置，或者诸如移动电话或者个人数字助手(PDA)的相应于车辆控制系统7000的操作的外部连接装置。例如，输入部7800可以是摄像机。在这种情况下，乘客可以通过手势输入信息。可替代地，可以输入通过检测乘客穿戴的可穿戴装置的移动而获得的数据。此外，输入部7800可以包括例如基于由乘客等使用上述输入部7800输入的信息生成输入信号并且将生成的输入信号输出至集成控制电源7600的输入控制电路等。乘客等操作该输入部7800，由此将各种类型的数据输入至车辆控制系统7000或者命令车辆控制系统7000进行处理操作。
存储部7690可以包括用于存储由微型计算机执行的各种程序的只读存储器(ROM)和用于存储各种参数、运算结果、传感器数值等的随机存取存储器(RAM)。另外，可以通过诸如硬盘驱动器(HDD)、半导体存储设备、光学存储设备、磁光存储设备等的磁存储设备来实现存储部7690。
通用通信I/F 7620是在外部环境7750中的各种装置之间的通信中起媒介作用的通用通信I/F。通用通信I/F 7620可以实现例如全球移动通信系统(GSM(注册商标))、WiMAX、长期演进(LTE)或进阶长期演进(LTE-A)等蜂窝通信协议，或者诸如无线局域网(也称为Wi-Fi(注册商标))或蓝牙(注册商标)等其他无线通信协议。通用通信I/F 7620可以例如经由基站或者接入点连接到外部网络(例如，因特网、云网络或者专用于服务提供者的网络)上的装置(例如，应用服务器或者控制服务器)。另外，例如，使用点对点(P2P)技术，通用通信I/F 7620可以连接到车辆附近的终端(例如司机、行人或者商店的终端，或者机器类型通信(MTC)终端)。
专用通信I/F 7630是支持为了用于车辆的目的而定义的通信协议的通信I/F。专用通信I/F 7630可以执行标准协议，例如，作为用于下层的IEEE 802.11p和用于上层的IEEE 1609的组合的车辆环境中的无线接入(WAVE)、专用短距离通信(DSRC)或者蜂窝通信协议。通常，专用通信I/F 7630进行V2X通信。V2X通信是包括车辆到车辆通信、车辆到基础设施通信、车辆到住宅通信以及车辆到行人通信中的一者或多者的概念。
定位部7640接收例如来自用于定位的全球导航卫星系统(GNSS)卫星的全球导航卫星系统信号(例如，来自GPS卫星的全球定位系统(GPS)信号)，并且产生包括车辆的纬度、经度和海拔高度的位置信息。注意，定位部7640也可以通过与无线接入点交换信号来识别当前的位置，或者从诸如移动电话、PHS或者智能手机等具有定位功能的终端来获取位置信息。
信标接收部7650例如从在道路上安装的无线站等来接收无线电波或者电磁波，并且获取诸如当前位置、交通拥堵、道路封闭或必需时间的信息。注意，信标接收部7650的功能可以包括在上述专用通信I/F 7630中。
车内装置I/F 7660是在微型计算机7610与车辆中的各种车内装置I/F 7660之间的连接中起媒介作用的通信接口。车内装置I/F 7660可以使用诸如无线LAN、蓝牙(注册商标)、近场通信(NFC)或无线USB(WUSB)等无线通信协议来建立无线连接。此外，车内装置I/F7660也可以经由连接端子(如有必要，和电缆)(没有示出)建立诸如通用串联总线(USB)、高清多媒体接口(HDMI(注册商标))或移动高清链接(MHL)等有线连接。车内装置I/F 7660可以包括例如乘客的移动装置、乘客的可穿戴装置和在车辆内携带的或附接于车辆的信息装置等的至少一者。车内装置I/F 7660也可以包括用于查询任一方向的路线的导航装置。车内装置I/F 7660与这些车内装置I/F 7660交换控制信号或者数据信号。
车载网络I/F 7680是在微型计算机7610和通信网络7010之间的通信中起媒介作用的接口。车载网络I/F 7680发送和接收遵循由通信网络7010支持的预定协议的信号等。
基于经由通用通信I/F 7620、专用通信I/F 7630、定位部7640、信标接收部7650、车内装置I/F 7660和车载网络I/F 7680的至少一者获取的信息，集成控制单元7600的微型计算机7610相应于各种程序控制车辆控制系统7000。例如，微型计算机7610可以基于获取的关于车辆内部和外部的信息来计算驱动力产生装置、转向机构或者刹车装置的控制目标值，并且输出控制指令到驱动线控制单元7100。例如，微型计算机7610可以进行以执行进阶驾驶辅助系统(ADAS)的功能为目的的协同控制，进阶驾驶辅助系统(ADAS)包括车辆防撞或者冲击减弱，基于车辆间距的跟随驾驶、恒定车速驾驶、车辆碰撞警告、车道偏离警告等。另外，微型计算机7610可以基于获取的关于车辆周围区域的信息控制驱动力产生装置、转向机构或刹车装置等，从而进行以使车辆能够在脱离驾驶员的任意操作的情况下自动行驶的自动驾驶等为目的的协同控制。
基于经由通用通信I/F 7620、专用通信I/F 7630、定位部7640、信标接收部7650、车内装置I/F 7660和车载网络I/F 7680的至少一者获取的信息，微型计算机7610可以产生关于车辆和物体(例如附近的建筑或者人)之间距离的三维距离信息，并且产生包括关于车辆的当前位置的周围信息的局部地图信息。另外，微型计算机可以基于获取的信息预测诸如车辆碰撞、行人等正在靠近或者进入封闭道路等危险，并且产生警告信号。警告信号可以是例如用于产生警告声音或者打开警报灯的信号。
声音和图形输出部7670将声音和图像中的至少一者的输出信号传递至可以在视觉上或在听觉上向车辆的乘客或者车辆外部通知信息的输出装置。在图12的示例中，音频扬声器7710、显示部7720和仪表板7730作为输出装置的示例。例如，显示部7720可以包括车载显示器和平视显示器中的至少一者。显示部7720可以具有增强现实(AR)显示功能。输出设备也可以是这些装置以外的装置，诸如耳机、由乘客穿戴的眼镜式显示器等可穿戴装置、投影仪或灯具。在输出装置是显示装置的情况下，显示装置以视觉的方式显示通过用于进行各种处理的微型计算机获得的结果或者显示从其它的控制单元接收的具有诸如文本、图像、表格、图表等各种形式的信息。另外，在输出装置是声音输出装置的情况下，声音输出装置将包括再现的声音数据或声学数据等声音信号转换为模拟信号，并且以听觉的方式输出模拟信号。
注意，在图12所示的示例中，经由通信网络7010连接的至少两个控制单元可以集成到一个控制单元中。可选地，单独的控制单元可以配置为多个控制单元。此外，车辆控制系统7000也可以包括没有示出的其它控制单元。另外，可以通过上述说明中的另一控制单元来执行由控制单元中的任一者执行的部分或者全部的功能。即，只要经由通信网络7010发送和接收信息，就可以通过任意控制单元进行预定的操作处理。相似地，连接到任意控制单元的传感器或者装置可以连接到另一控制单元，并且控制单元可以经由通信网络7010在彼此间发送和接收检测信息。
注意，根据本实施例的测距单元2000配置为图12中示出的摄像部7410。车辆外部信息检测单元7400检测通过测距单元2000测量的到车辆外部的目标130的距离作为车辆外部信息。
另外，例如，根据本实施例的测距单元2000配置为图12中所示的驾驶员状态检测部7510。车辆内部信息检测单元7500检测通过测距单元2000测量的到车辆内部的目标130的距离作为车辆内部信息。车辆内部的目标130的示例包括车辆的驾驶员等。在这种情况下，车辆内部信息检测单元7500能够检测驾驶员的信息。
在上文中，已经参照附图说明了本发明的优选实施例，而本发明并不限于上述的示例。本领域的技术人员可以在所附的权利要求的范围内发现各种替代和变型，并且应当理解的是，显然，所述各种替代和变型在本发明的技术范围中。
另外，本说明书中所述的效果仅是说明性或者示例性的效果，而不是限制性的效果。即，在上述效果之外或者作为上述效果的替代，根据本发明的技术可以实现对于本领域技术人员清楚的基于本说明书的说明的其它效果。
另外，本发明也可以进行如下配置。
(1)一种摄像装置，所述摄像装置包括：
设置于多个像素中的各像素的一对电场施加电极和一对电荷取出电极；和
电压施加部，所述电压施加部配置为在执行像素结合时在第一电极与第二电极之间施加电压并且产生跨越第一像素和第二像素的电场，所述第一电极是所述第一像素的所述一对电场施加电极中的一者，所述第二电极是所述第二像素的所述一对电场施加电极中的一者。
(2)根据(1)所述的摄像装置，其中，
在所述多个像素的各像素中，所述一对电场施加电极布置为在第一方向上被间隔开，
所述第一像素和所述第二像素在与所述第一方向正交的第二方向上彼此相邻地布置，并且
所述第一电极和所述第二电极在包含所述第一像素和所述第二像素的区域的对角线方向上定位。
(3)根据(1)的摄像装置，其中，
所述第一像素和所述第二像素被包含在布置于如下区域中的四个像素中，所述区域在垂直方向上包括两个像素并且在水平方向上包括两个像素，
所述第一像素和所述第二像素被定位在所述四个像素的所述区域的对角线方向上，并且
所述第一电极和所述第二电极是包括于所述第一像素和所述第二像素的各者中的所述一对电场施加电极之中的在所述四个像素的所述区域的所述对角线方向上距离最远的电极。
(4)根据(1)至(3)中任一项所述摄像装置，其中，
所述电压施加部在所述第一电极和所述第二电极之间施加电压，所述电压以预定的频率反转。
(5)根据(4)的所述摄像装置，包括：
第二电压施加部，其配置为在不进行像素结合的情况下将电压施加到第三电极和第四电极，所述第三电极是所述第一像素的所述一对电场施加电极的另一者，所述第四电极是所述第二像素的所述一对电场施加电极的另一者。
(6)根据(4)所述的摄像装置，其中，
所述电压施加部包括：
电源，所述电源在不进行像素结合的情况下驱动全部的像素时在所述多个像素的所述一对电场施加电极之间施加电压；和
开关，在进行像素结合时将所述电源与所述一对电场施加电极之间的连接的一部分分离，并且在所述第一电极与所述第二电极之间施加电压。
(7)根据(1)至(6)中任一项所述的摄像装置，其中，
通过施加到所述一对电场施加电极的电压来移动被所接收的光激发的电荷，并且通过施加到所述一对电荷取出电极的电压来取出所述电荷。
(8)一种测距系统，所述测距系统包括：
投光装置，所述投光装置配置为用光向目标投光；
摄像装置，所述摄像装置配置为接收被所述目标反射的光；及
控制装置，所述控制装置配置为控制所述投光装置和所述摄像装置，其中，
所述摄像装置包括：
设置于多个像素中的各像素的一对电场施加电极和一对电荷取出电极；和
电压施加部，所述电压施加部配置为在执行像素结合时在第一电极与第二电极之间施加电压并且产生跨越第一像素和第二像素的电场，所述第一电极是所述第一像素的所述一对电场施加电极中的一者，所述第二电极是所述第二像素的所述一对电场施加电极中的一者。
附图标记列表
20、30 p型扩散层
40、50 n型扩散层
90、90a、90b 电源
110、120、130、140 像素
160、162、164、166 开关
1000 摄像装置
1100 红外光投光装置
1200 控制装置
2000 测距系统

Claims (7)

1.摄像装置，所述摄像装置包括：
设置于多个像素中的各像素的一对电场施加电极和一对电荷取出电极；和
电压施加部，所述电压施加部配置为在执行像素结合时在第一电极与第二电极之间施加电压并且产生跨越第一像素和第二像素的电场，所述第一电极是所述第一像素的所述一对电场施加电极中的一者，所述第二电极是所述第二像素的所述一对电场施加电极中的一者，
其中所述电压施加部进一步配置为以如下方式在所述第一电极和所述第二电极之间施加所述电压：所述电压以预定的频率反转。
2.根据权利要求1的摄像装置，其中，
在所述多个像素的各像素中，所述一对电场施加电极布置为在第一方向上被间隔开，
所述第一像素和所述第二像素在与所述第一方向正交的第二方向上彼此相邻地布置，并且
所述第一电极和所述第二电极在包含所述第一像素和所述第二像素的区域的对角线方向上定位。
3.根据权利要求1的摄像装置，其中，
所述第一像素和所述第二像素被包含在布置于如下区域中的四个像素中，所述区域在垂直方向上包括两个像素并且在水平方向上包括两个像素，
所述第一像素和所述第二像素被定位在所述四个像素的所述区域的对角线方向上，并且
所述第一电极和所述第二电极是包括于所述第一像素和所述第二像素的各者中的所述一对电场施加电极之中的在所述四个像素的所述区域的所述对角线方向上距离最远的电极。
4.根据权利要求1的所述摄像装置，包括：
第二电压施加部，其配置为在不进行像素结合的情况下将电压施加到第三电极和第四电极，所述第三电极是所述第一像素的所述一对电场施加电极的另一者，所述第四电极是所述第二像素的所述一对电场施加电极的另一者。
5.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，
所述电压施加部包括：
电源，所述电源在不进行像素结合的情况下驱动全部的像素时在所述多个像素的所述一对电场施加电极之间施加电压；和
开关，在进行像素结合时将所述电源与所述一对电场施加电极之间的连接的一部分分离，并且在所述第一电极与所述第二电极之间施加电压。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的摄像装置，其中，
通过施加到所述一对电场施加电极的电压来移动被所接收的光激发的电荷，并且通过施加到所述一对电荷取出电极的电压来取出所述电荷。
7.测距系统，所述测距系统包括：
投光装置，所述投光装置配置为用光向目标投光；
摄像装置，所述摄像装置配置为接收被所述目标反射的光；及
控制装置，所述控制装置配置为控制所述投光装置和所述摄像装置，其中，
所述摄像装置是如权利要求1至6中任一项所述的摄像装置。
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