光检测设备和距离测量设备的制作方法

本公开涉及光检测设备和距离测量设备。

背景技术：

作为执行光检测的光接收元件(光接收部)，存在使用响应于接收光子而产生信号的元件的距离测量设备(例如，参考ptl1)。在根据传统技术的基于tof(飞行时间)的测量结果的距离测量设备中，在光强度低时检测脉冲的数量，而在光强度高时检测脉冲的宽度。

[引用列表]

[专利文献]

[ptl1]

jp2014-081254a

技术实现要素：

[技术问题]

使用响应于接收光子而产生信号的光接收元件的光检测操作例如是使用spad(单光子雪崩二极管)元件的光检测操作，并且通过重复地产生/停止雪崩电流来执行。另外，通过连接到光接收元件的再充电电路执行由雪崩电流降低的阴极电压的恢复。

存在包括光接收元件的两个像素电路系统：被动系统，其被动地控制雪崩电流；以及主动系统，其通过控制定时等主动地执行切换。而主动系统比被动系统具有更高的调整自由度，相反，除非精确地执行定时控制，否则存在可能发生故障或对电路元件施加等于或超过额定值的过电压并导致电路元件劣化的可能性。

上述ptl1公开了一种采用被动系统的像素电路。因此，ptl1中描述的传统技术没有考虑上述主动系统固有的风险，更具体地说，没有考虑电路元件遭受过电压的风险。

本公开的目的是提供一种光检测设备，其能够降低电路元件遭受过电压的风险，同时保持主动系统和包括该光检测设备的距离测量设备的优点。

[问题的解决方案]

用于实现上述目的的根据本公开的光检测设备包括：光接收元件；负载电路，连接到光接收元件；开关电路，连接到光接收元件；以及反馈电路，被配置根据来自光接收元件的输出来操作开关电路，其中该反馈电路具有延迟电路。

另外，用于实现上述目的的根据本公开的距离测量设备(测距设备)包括：光源，被配置向测量对象辐射光；以及光检测设备，被配置检测由测量对象反射的光，其中，如上所述配置的光检测设备用作光检测设备。

附图说明

[图1]图1是示出根据本公开的实施例的距离测量设备的示意性配置图。

[图2]图2a和图2b是示出根据本公开的实施例的距离测量设备的具体配置的框图。

[图3]图3a是示出根据被动系统的第一示例的像素电路的电路图，图3b是示出根据被动系统的第二示例的像素电路的电路图。

[图4]图4a是用于说明被动系统的像素电路的电路操作的波形图，图4b是用于说明主动系统的像素电路的电路操作的波形图。

[图5]图5是用于说明当辐射光量相对小时spad元件的空载时间dt的波形图。

[图6]图6是示出主动系统的像素电路的电路图。

[图7]图7是示出根据第一示例的光检测设备中的像素电路的电路图。

[图8]图8a是示出延迟量可变的延迟电路的第一电路示例的电路图，图8b是示出其第二电路示例的电路图。

[图9]图9a是在空载时间dt短的情况下阴极电压和spad输出的波形图，图9b是在空载时间dt长的情况下阴极电压和spad输出的波形图。

[图10]图10是示出根据第二示例的光检测设备中的像素电路的电路图。

[图11]图11是示出根据第三示例的光检测设备中的像素电路的电路图。

[图12]图12是示出根据第四示例的光检测设备中的像素电路的电路图。

[图13]图13是示出表示可以应用根据本公开的技术的移动体控制系统的示例的车辆控制系统的示意性配置示例的框图。

[图14]图14是示出距离测量设备的安装位置的示例的图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细描述用于实现根据本公开的技术的方式(在下文中，称为实施例)。应当理解，根据本公开的技术不限于该实施例，并且该实施例中的各种数值等是示例性的。在下面的描述中，相同的附图标记将用于具有相同功能的相同元件或多个相同元件，并且将省略多余的描述。将按以下顺序给出描述。

1.根据本公开的光检测设备和距离测量设备的总体描述

2.根据实施例的距离测量设备

2-1.距离测量设备的配置概述

2-2.使用spad元件的光检测设备的基本像素电路

2-2-1.根据被动系统的第一示例的像素电路

2-2-2.根据被动系统的第二示例的像素电路

2-2-3.被动系统的像素电路的电路操作

2-2-4.空载时间dt

2-2-5.主动系统的像素电路

2-2-6.主动系统的像素电路的电路操作

3.根据实施例的光检测设备

3-1.第一示例(组合无源电路和有源电路的示例)

3-2.第二示例(第一示例的变型：基于电压监测结果调整延迟量的示例)

3-3.第三示例(第一示例的变型：反馈电路中包括比较器的示例)

3-4.第四示例(第三示例的变型：提供用于spad输出和主动再充电的分开路径的配置示例)

4.根据本公开的技术的应用示例(移动体的示例)

5.本公开可采用的配置

<根据本公开的光检测设备和距离测量设备的总体描述>

对于根据本公开的光检测设备和距离测量设备，延迟电路可以被配置为使得延迟量是可变的。另外，可以采用根据光接收元件的元件特性来控制延迟电路的延迟量的配置。可以采用光接收元件的元件特性是光接收元件的温度的方式。

对于根据包括上述优选方式和配置的本公开的光检测设备和距离测量设备，可以采用基于电源电压的波动的监测结果来控制延迟电路的延迟量的配置。

另外，对于根据包括上述优选方式和配置的本公开的光检测设备和距离测量设备，可以采用其中反馈电路还包括比较器的配置。该比较器可以被配置接收来自光接收元件的输出作为比较输入，接收参考电压作为比较参考输入，并且向延迟电路提供其比较结果作为输入。另外，可以采用比较器的参考电压的电压值可变的配置。

此外，对于根据包括上述优选方式和配置的本公开的光检测设备和距离测量设备，可以采用其中基于光接收元件的输出得到比较器的比较结果作为像素电路输出的配置。可替代地，可以采用其中包括反馈电路的路径是与用于得到光接收元件的输出作为像素电路输出的路径分开的路径的配置。

此外，对于根据包括上述优选方式和配置的本公开的光检测设备和距离测量设备，可以采用其中光接收元件是被配置根据光子的接收来产生信号的元件的配置。而且，可以采用其中光接收元件由单光子雪崩二极管构成的配置。

<根据实施例的距离测量设备>

[距离测量设备的配置概述]

图1是示出根据本公开的实施例的距离测量设备的示意性配置图。根据本实施例的距离测量设备1采用tof方法作为用于测量与作为测量对象的经受体10相距的距离的测量方法，该tof方法测量向经受体10发射的光(例如，激光)在被经受体10反射之后返回的时间。为了通过tof方法实现距离测量，根据本实施例的距离测量设备1包括光源20和光检测设备30。另外，稍后将描述的根据本公开的实施例的光检测设备用作光检测设备30。

图2a和图2b是示出根据本实施例的距离测量设备1的具体配置。例如，光源20具有激光驱动器21、激光光源22和扩散透镜23，并向经受体10辐射激光。激光驱动器21在控制部40的控制下驱动激光光源22。激光光源22由例如半导体激光器构成，并通过由激光驱动器21驱动而发射激光。扩散透镜23对从激光光源22发射的激光进行扩散，并将扩散后的激光向经受体10辐射。

光检测设备30具有光接收透镜31、光传感器32和逻辑电路33，并且接收反射的激光，该反射的激光在来自光源20的辐射的激光被经受体10反射之后返回。光接收透镜31在光传感器32的光接收表面上收集来自经受体10的反射激光。光传感器32经由光接收透镜31以像素为单位接收来自经受体10的反射激光，并对反射激光进行光电转换。光传感器32的输出信号经由逻辑电路33提供给控制部40。稍后将描述光传感器32的细节。

例如，控制部40由cpu(中央处理单元)等构成，控制光源20和光检测设备30，并且测量从光源20向经受体10发射的激光在被经受体10反射之后的时间t。可以基于测量的时间t获得与经受体10相距的距离l。

作为测量时间t的方法，通过在从光源20发射脉冲光的时刻启动定时器，并且在光检测设备30接收到脉冲光的时刻停止定时器，来测量时间t。作为另一种时间测量方法，可以以预定周期从光源20发射脉冲光，可以检测在光检测设备30接收到脉冲光的周期，并且可以基于光发射周期和光接收周期之间的相位差来测量时间t。执行多次时间测量，并且通过检测通过叠加多个测量的时间而创建的直方图的峰值来测量时间t。

作为光传感器32，也可以使用二维阵列传感器(所谓的区域传感器)，其由包括光接收元件(光接收部)并布置成二维阵列的像素构成；或者一维阵列传感器(所谓的线传感器)，其由包括光接收元件并线性布置的像素构成。

另外，在本实施例中，将其中像素的光接收元件由响应于接收光子而产生信号的元件构成的传感器(诸如由spad(单光子雪崩二极管)元件构成的传感器)用作光传感器32。换言之，根据本实施例的光检测设备30被配置使得像素的光接收元件由spad元件构成。应当注意，光接收元件不限于spad元件，并且可以使用其他各种元件，诸如apd(雪崩光电二极管)或capd(电流辅助光子解调器)。

[使用spad元件的光检测设备的基本像素电路]

存在使用响应于接收光子而产生信号的光接收元件的两种像素电路系统：被动系统，其被动地控制雪崩电流；以及主动系统，其通过控制定时等主动地执行切换。

(根据被动系统的第一示例的像素电路)

被动系统的第一示例是负载电路55由电阻元件r构成的示例。图3a是示出根据被动系统的第一示例的像素电路。

在根据被动系统的第一示例的像素电路50的spad元件51中，阴极电极经由作为负载电路55的电阻元件r连接到施加有电源电压vdd的端子52，并且阳极电极连接到施加有阳极电压vbd的端子53。作为阳极电压vbd，施加足够大以引起雪崩倍增的负电压。另外，spad元件51的阴极电压vca经由波形整形电路54导出为spad输出(像素电路输出)，波形整形电路54由p型mos晶体管qp和n型mos晶体管qn构成。

等于或高于击穿电压vbd(例如，-50至-10v)的电压施加到spad元件51。等于或高于击穿电压vbd的超额电压被称为超额偏置电压vex，并且一般是大约2至5v的电压。这是比传统光电二极管更大的值。spad元件51在没有dc稳定点的称为盖革(geiger)模式的区域中操作。

(根据被动系统的第二示例的像素电路)

被动系统的第二示例是其中负载电路55由诸如p型mos晶体管ql的恒流源构成的示例。图3b是示出根据被动系统的第二示例的像素电路。

根据被动系统的第二示例的像素电路50与根据图3a示出的第一示例的像素电路50的不同之处仅在于，根据第一示例的像素电路50中的负载电路55已经从电阻元件r改变为p型mos晶体管ql，并且其他电路部件基本相同。

(被动系统的像素电路的电路操作)

将使用图4a中示出的波形图来描述如上所述被配置的被动系统的像素电路50的电路操作。

在电流没有流过spad元件51的状态下，向spad元件51施加vdd-vbd的电压。电压值(vdd-vbd)等于(vbd+vex)。另外，由于暗电子产生率dcr(暗计数率)产生的电子和spad元件51的pn结处的光辐射导致雪崩倍增发生并且产生雪崩电流ia。即使在光被遮挡的状态(换言之，不存在入射光的状态)下，这种现象也可能发生。这称为暗电子产生率dcr。

当阴极电压vca下降并且spad元件51的端子间电压，或者换言之，阴极电压vca变得等于pn二极管的击穿电压vbd时，雪崩电流ia被停止。该操作是所谓的淬灭(quench)操作，此时spad元件51的阴极电压vca是淬灭电压。

随后，通过从构成负载电路55的电阻元件r或p型mos晶体管ql提供再充电电流ir，spad元件51的阴极电压vca从淬灭电压恢复到电源电压vdd并返回到其初始状态。换言之，由电阻元件r或p型mos晶体管ql构成的负载电路55是为spad元件51提供再充电电流ir的再充电电路，以便恢复spad元件51的阴极电压vca。

即使当通过光入射到spad元件51而产生一个电子-空穴对时，由于电子-空穴对充当种子并且产生雪崩电流ia，所以在一定的概率pde(光子检测效率)下可以检测到甚至一个光子的入射。可以检测光子的概率pde通常在大约几％至20％。

重复执行上述操作。另外，在该系列操作中，通过波形整形电路54对阴极电压vca的波形进行整形，并且具有以一个光子的到达时间为起点的脉冲宽度t的脉冲信号成为spad输出(像素电路输出)。

spad元件51是能够检测在某一概率pde下单个光子入射的高性能光传感器。然而，一旦检测到光子，就存在几ns至几十ns的时间段，在该时间段期间，spad元件51不能作为光传感器对光子作出反应，或者换言之，存在空载时间dt。因此，当在高光强度条件下光子的检测频率升高并且空载时间dt的总时段相对于观察时间变得不可忽略时，光检测(photodetection，光电检测)精度下降。

如上所述，在被动系统的像素电路50中，雪崩电流ia流过spad元件51，并且当施加到spad元件51的电压下降时，雪崩电流ia自身停止，并且切换到提供再充电电流ir的再充电操作。换言之，当雪崩电流ia在阴极电压vca下降的区段中流动时，再充电电流ir随着阴极电压vca开始下降而开始流动，因此，阴极电压vca不会经历过度的电势下降。

在上述被动系统的像素电路50的情况下，由于雪崩电流ia和再充电电流ir两者的重复导通和切断的操作是在没有任何外部控制的情况下独立执行的，因此发生故障等的风险较低。然而，由于再充电电流ir必须设定为充分小于雪崩电流ia，因此当电路元件完成时确定定时，这需要考虑到最坏的可能状态来配置设定，并且使得难以改善特性。

(空载时间dt)

现在将使用图5中示出的波形图更详细地描述spad元件51不能作为光电传感器对光子作出反应的空载时间dt。如上所述，在spad元件51中，存在空载时间dt，其归因于阴极电压vca恢复到电源电压vdd所需的时间，在此，不能对光的入射作出反应。例如，当雪崩倍增发生两次并且因此在区域a中产生两个脉冲信号作为spad输出时，尽管雪崩倍增在区域b中发生两次，但是仅产生一个脉冲信号。

理论上，spad元件51不产生关于在spad元件51的初始反应之后且直到阴极电压vca达到或超过后续级的波形整形电路54的阈值电压为止发生的光入射的spad输出。换言之，该时段构成空载时间dt，并且脉冲宽度t表示其极限值。

(主动系统的像素电路)

图6示出主动系统的像素电路。除了spad元件51和波形整形电路54之外，主动系统的像素电路60被配置为还包括开关电路61、延迟电路62和反相电路63。

开关电路61由施加了电源电压vdd的端子52和例如连接在端子52和spad元件51的阴极电极之间的p型mos晶体管qs构成。延迟电路62的输入端子连接到波形整形电路54的输出端子。反相电路63的输入端子连接到延迟电路62的输出端子，反相电路63的输出端子连接到p型mos晶体管qs的栅极电极。

(主动系统的像素电路的电路操作)

将使用图4b示出的波形图来描述如上所述配置的主动系统的像素电路60的电路操作。

在如上所述配置的主动系统的像素电路60中，波形整形电路54的输出或者换言之，spad输出由延迟电路62延迟了预定的延迟量，由反相电路63逻辑反相，并且施加到p型mos晶体管qs的栅极电极。换言之，开关电路61的p型mos晶体管qs将根据spad输出执行导通和断开操作。

另外，在主动系统的像素电路60中，当雪崩电流ia流过spad元件51并且波形整形电路54的输出的逻辑(或者换言之，spad输出)被反相时，无论spad元件51的电势状态如何，在表示延迟电路62的延迟量的期望时间之后，利用大电流执行再充电操作。

再充电电流ir在阴极电压vca下降的区段中不流动。尽管雪崩电流ia降低阴极电压vca，但是由于雪崩电流ia的电流值是随机的，因此阴极电压vca的下限电压是变化的并且可能最终过度地降低阴极电压vca。

对于上述主动系统的像素电路60，由于雪崩电流ia和再充电电流ir根据外部信号而接通和断开，因此存在高的定时控制自由度。另外，由于再充电电流ir不受限，由此存在这样的优点：可以将像素电路60不能作为光电传感器对光子作出反应的空载时间dt缩短到理论极限值，。

然而，在主动系统的像素电路60的情况下，取决于操作条件，在淬灭操作完成之前，再充电电流ir可能无意中流过spad元件51。另外，存在淬灭电压的变化导致spad元件51的阴极电压vca下降超过预期的可能性，并且等于或超过额定值的过电压可能施加到电路元件并且导致电路元件劣化。

<根据实施例的光检测设备>

根据本公开的实施例的光检测设备被配置为包括：负载电路，其连接作为光接收元件的示例的spad元件；开关电路，其连接到spad元件；以及反馈电路，其被配置为根据来自spad元件的输出来操作开关电路，其中反馈电路包括延迟电路。这种配置使得能够通过防止产生等于或超过额定值的过电压并且降低对电路元件施加过电压的风险，来抑制电路元件的特性的劣化，同时能够保持主动系统的优点。

在下文中，将描述本实施例的具体示例，其在保持主动系统的优点的同时降低了对电路元件施加过电压的风险。

[第一示例]

第一示例表示组合被动(passive，无源)电路和主动(active，有源)电路的混合再充电系统的示例。图7是示出根据第一示例的光检测设备中的像素电路的电路图。

图7示出了对应于一个像素的电路配置。混合再充电系统的像素电路70被配置为除了spad元件51和波形整形电路54之外，还包括负载电路55、开关电路61、延迟电路62、反相电路63、控制部71和温度传感器72。控制部71和温度传感器72被提供为多个像素电路70共用。

在根据第一示例的像素电路70中，负载电路55是被动系统的再充电电路，而开关电路61是主动系统的再充电电路。因此，根据第一示例的像素电路70的再充电电路表示组合了被动再充电电路和主动再充电电路的混合再充电电路。

虽然例示了将由p型mos晶体管ql构成的恒流源用作作为被动系统的再充电电路的负载电路55的情况，但是，可替代地，也可以将电阻元件r(参考图3a)用作负载电路55。该描述类似地适用于稍后描述的示例。

延迟电路62沿着从spad输出到开关电路61的控制输入的路径的中途设置，并且形成用于主动再充电的反馈电路。另外，延迟电路62被配置使得延迟量是可变的。延迟电路62的延迟量由控制部71控制。现在将使用图8a示出的第一电路示例和图8b示出的第二电路示例来描述延迟量可变的延迟电路62的具体电路配置。

根据第一电路示例的延迟电路62a和根据第二电路示例的延迟电路62b都被配置使得两个反相器in11和in12级联连接，并且电容元件c连接在两个反相器in11和in12的公共连接节点n和作为参考电势的节点的gnd节点之间。反相器in11由p型mos晶体管qp1和n型mos晶体管qn1构成，反相器in12由p型mos晶体管qp2和n型mos晶体管qn2构成。

除了上述电路元件之外，根据第一电路示例的延迟电路62a还具有可变电流源i11，其连接在反相器in11的一端与电源电压vdd的节点之间并且其电流值是可变的，以及可变电流源i12，其连接在反相器in11的另一端与gnd节点之间并且其电流值是可变的。此外，对于根据第一电路示例的延迟电路62，通过控制可变电流源i11和i12的电流值来调整延迟量。在控制部71的控制下控制可变电流源i11和i12的电流值。

除了上述电路元件之外，根据第二电路示例的延迟电路62b还具有恒流源i21，其连接在反相器in11的一端与电源电压vdd的节点之间，以及恒流源i22，其连接在反相器in11的另一端与gnd节点之间。此外，根据第二电路示例的延迟电路62具有电容值可变的可变电容元件vc来代替电容元件c，并且通过控制可变电容元件vc的电容值来调整延迟电路62的延迟量。在控制部71的控制下控制可变电容元件vc的电容值。

控制部71根据spad元件51的元件特性来控制延迟电路的延迟量。作为spad元件51的元件特性，可以例示spad元件51的温度，或者具体地，结温。温度传感器72检测spad元件51的温度。

例如，光检测设备具有通过层叠至少两个半导体基板(即第一半导体基板和第二半导体基板)而构成的层叠结构，spad元件51以二维阵列布置在第一半导体基板上，并且spad元件51除外的电路部分(诸如像素电路50)布置在第二半导体基板上。在光检测设备的层叠结构中，例如，温度传感器72可以通过安装在第二半导体基板上而检测spad元件51的温度。作为温度传感器72，例如，可以使用已知的温度传感器，其通过利用电性能与半导体的带隙中的温度变化成比例地变化的特性来测量温度。

在根据如上所述配置的第一示例的像素电路70中，由于pvt(工艺、电压、温度)，其中，工艺的变化、电源电压的波动和结温的波动复杂地发生，接通作为主动再充电电路的开关电路61的最佳定时不同。考虑到此，控制部71将由温度传感器72检测到的spad元件51的温度(具体地，结温)作为元件特性，并根据该元件特性来调整延迟电路62的延迟量。

如上所述，根据第一示例的像素电路70由被动再充电电路和主动再充电电路的组合构成，并且通过根据由温度传感器72检测的spad元件51的温度来调整延迟电路62的延迟量，抑制了结温的变化。因此，可以降低阴极电压vca的过度下降导致施加到电路元件的等于或超过额定值的过电压的风险，同时实现短的空载时间dt。

图9a是示出在空载时间dt短的情况下阴极电压vca和spad输出的波形图，图9b是示出在空载时间dt长的情况下阴极电压vca和spad输出的波形图。

由于pvt(工艺、电压、温度)，接通主动再充电电路的最佳定时不同，并且同时，spad元件51的淬灭电压每次都包含一些变化。考虑到此，执行初步评估并且预先准备具有裕度的查找表，并且控制部71根据基于查找表的条件来设定延迟电路62的延迟量。因此，可以实现每种条件下的最小空载时间dt。

[第二示例]

第二示例是第一示例的变型，并且表示基于电压监测结果调整延迟量的示例。图10是示出根据第二示例的光检测设备中的像素电路的电路图。

在第一示例中，根据spad元件51的温度控制延迟电路62的延迟量，而在第二示例中，监测电源电压vdd的波动，并且根据其电压监测结果控制延迟电路62的延迟量。具体地，根据第二示例的像素电路70被配置为包括监测电源电压vdd的波动的电压监测器73来代替检测spad元件51的温度的温度传感器72。另外，控制部71基于电压监测器73的监测结果来调整延迟电路62的延迟量。

如上所述，根据第二示例的像素电路70由被动再充电电路和主动再充电电路的组合构成，并且通过基于电压监测器73的监测结果来调整延迟电路62的延迟量，抑制了电源电压vdd的波动。因此，以与第一示例类似的方式，在实现短的空载时间dt的同时，可以降低阴极电压vca过度下降导致施加到电路元件的等于或超过额定值的过电压的风险。

[第三示例]

第三示例是第一示例的变型，并且表示在反馈电路中包括比较器的示例。图11是示出根据第三示例的光检测设备中的像素电路的电路图。

根据第三示例的像素电路70被配置为在用于主动再充电的反馈电路中包括比较器74。更具体地，在由被动再充电电路和主动再充电电路的组合构成的根据第三示例的像素电路70中，从spad输出到开关电路61的控制输入的电路(路径)是用于基于spad输出执行主动再充电的反馈电路。另外，除了延迟电路62之外，反馈电路还包括比较器74。

比较器74接收spad元件51的阴极电压vca作为比较输入(输入之一)，接收由参考电压产生部75产生的参考电压vref作为比较参考输入(另一个输入)，并且将阴极电压vca与参考电压vref进行比较。另外，比较器74的比较结果，或者换言之，模拟-数字转换结果被提供给延迟电路62作为其输入，并且同时被导出作为spad输出，spad输出为像素电路输出。由参考电压产生部75产生的参考电压vref被配置为使得其电压值是可变的。

如上所述，根据第三示例的像素电路70是根据第一示例的像素电路70，但是在用于主动再充电的反馈电路中包括比较器74，并且被配置为使得比较器74的参考电压vref的电压值是可变的。另外，通过控制参考电压vref的电压值，可以调整比较器74中的模拟-数字转换的电平。

虽然关于根据第一示例的像素电路70已经例示了将比较器74设置在反馈电路内部的配置，在第一示例中，像素电路70根据spad元件51的温度来控制延迟电路62的延迟量，关于根据第二示例的像素电路70可以采用类似的配置，在第二示例中，像素电路70基于电压监测结果来控制延迟电路62的延迟量。

[第四示例]

第四示例是第三示例的变型，并且表示提供有用于spad输出和主动再充电的分开路径的配置示例。图12是示出根据第四示例的光检测设备中的像素电路的电路图。

在根据第三示例的像素电路70中，采用这样一种配置，即，比较器74的比较结果导出作为spad输出并且经由反馈电路内部的延迟电路62提供给开关电路61。

另一方面，根据第四示例的像素电路70被配置为使得用于导出作为像素电路输出的spad输出的路径与包括用于主动再充电的反馈电路的路径分开。换言之，采用这样一种配置，即，包括反馈电路的路径被提供为与用于导出spad输出的路径分开的路径。更具体地，在根据第四示例的像素电路70中，采用这样一种配置，即，spad元件51的阴极电压vca经由波形整形电路54导出为spad输出。另外，比较器74被配置接收spad元件51的阴极电压vca作为输入，并且经由反馈电路内部的延迟电路62将其比较结果提供给开关电路61。

即使根据第四示例的像素电路70被配置为使得spad输出的路径和用于主动再充电的路径如上所述彼此分开，也可以获得与根据第三示例的像素电路70类似的操作优点。换言之，通过控制比较器74的参考电压vref的电压值，可以调整比较器74中的模拟-数字转换的电平。

虽然以上例示了应用于根据第一示例的像素电路70的配置，根据第一示例的像素电路70根据spad元件51的温度来控制延迟电路62的延迟量，但是关于根据第二示例的像素电路70可以采用类似的配置，其基于电压监测结果来控制延迟电路62的延迟量。

<变型>

虽然至此已经基于优选实施例描述了根据本公开的技术，但是根据本公开的技术不限于该实施例。在以上呈现的实施例中描述的成像设备的配置和结构是示例性的，并且可以在认为适当的情况下对其进行各种变型。例如，虽然使用spad元件用作光接收元件的示例描述了上述实施例，但是光接收元件不限于spad元件，并且使用诸如apd或capd的元件可以获得类似的操作优点。

<根据本公开的技术的应用示例>

根据本公开的技术可以应用于各种产品。在下文中，将描述更具体的应用示例。例如，根据本公开的技术可以实现为安装到各种类型的移动体中的任一种的距离测量设备，该移动体包括汽车、电动车辆、混合电动车辆、摩托车、自行车、个人移动工具、飞机、无人机、远洋船舶、机器人、建筑机械以及农业和农用机械(拖拉机)。

[移动体]

图13是示出表示可以应用根据本公开的技术的移动体控制系统的示例的车辆控制系统7000的示意性配置示例的框图。车辆控制系统7000包括经由通信网络7010连接的多个电子控制单元。在图13示出的示例中，车辆控制系统7000包括驱动系统控制单元7100、车身系统控制单元7200、电池控制单元7300、外部车辆信息检测单元7400、内部车辆信息检测单元7500和集成控制单元7600。连接多个控制单元的通信网络7010可以是符合任意标准的车载通信网络，诸如can(控制器区域网络)、lin(局部互连网络)、lan(局部区域网络)、或flexray(注册商标)。

每个控制单元包括根据各种程序执行算术处理的微型计算机；存储将由微型计算机执行的程序、将在各种计算中使用的参数等的存储部；以及驱动作为控制目标的各种装置的驱动电路。每个控制单元包括用于经由通信网络7010与其他控制单元通信的网络i/f和用于经由有线通信或无线通信与车辆内部和外部的装置、传感器等通信的通信i/f。图13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/f7620、专用通信i/f7630、定位部7640、信标接收部7650、车载设备i/f7660、音频/视频输出部7670、车载网络i/f7680，以及存储部7690。其他控制单元类似地包括微型计算机、通信i/f、存储部等。

驱动系统控制单元7100根据各种程序控制与车辆的驱动系统有关的装置的操作。例如，驱动系统控制单元7100用作用于产生车辆的驱动力的驱动力产生装置(诸如内燃机或驱动马达)的控制装置；用于将驱动力传送至车轮的驱动力传动机构的控制装置；用于调整车辆的转向角的转向机构的控制装置；以及产生车辆的制动力的制动装置的控制装置。驱动系统控制单元7100可以具有作为abs(防抱死制动系统)的控制装置、esc(电子稳定控制)的控制装置等的功能。

车辆状态检测部7110连接到驱动系统控制单元7100。例如，车辆状态检测部7110包括以下中的至少一个：陀螺仪传感器，其检测车身的轴的旋转运动的角速度；加速度传感器，其检测车辆的加速度；以及传感器，其用于检测油门踏板的操作量、制动踏板的操作量、方向盘的转向角、发动机的转数、车轮的转速等。驱动系统控制单元7100使用从车辆状态检测部7110输入的信号执行算术处理，并控制内燃机、驱动马达、电动转向装置、制动装置等。

车身系统控制单元7200根据各种程序控制安装到车身的各种装置的操作。例如，车身系统控制单元7200用作无钥匙进入系统、智能钥匙系统、电动窗装置或各种灯(诸如前灯、尾灯、制动灯、转向指示灯和雾灯)的控制装置。在这种情况下，可以将从替代钥匙的便携式设备传输的各种开关的无线电波或信号输入到车身系统控制单元7200。车身系统控制单元7200接受无线电波或信号的输入并控制车辆的门锁装置、电动窗装置、灯等。

电池控制单元7300根据各种程序控制作为驱动马达的电源的二次电池7310。例如，关于电池温度、电池输出电压、电池剩余容量等的信息从包括二次电池7310的电池装置输入到电池控制单元7300。电池控制单元7300使用这些信号执行算术处理，以控制二次电池7310的温度调节或控制包括在电池装置中的冷却装置等。

外部车辆信息检测单元7400检测关于安装有车辆控制系统7000的车辆的外部的信息。例如，成像部7410和外部车辆信息检测部7420中的至少一个连接到外部车辆信息检测单元7400。成像部7410包括tof(飞行时间)摄像机、立体摄像机、单目摄像机、红外摄像机和其他摄像机中的至少一个。例如，外部车辆信息检测部7420包括用于检测当前天气或气象现象的环境传感器和用于检测安装有车辆控制系统7000的车辆周围的其他车辆、障碍物、行人等的周围信息检测传感器中的至少一者。

例如，环境传感器可以是检测下雨天气的雨滴传感器、检测雾的雾传感器、检测日照程度的日照传感器和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、雷达装置和lidar(光检测和测距，激光成像检测和测距)装置中的至少一者。成像部7410和外部车辆信息检测部7420可以分别被包括作为独立的传感器或独立的装置，或者可以被包括作为集成多个传感器或装置的装置。

图14是示出成像部7410和外部车辆信息检测部7420的安装位置的示例。例如，成像部7910、7912、7914、7916和7918设置在车辆7900的前鼻、侧视镜、后保险杠、后门和车厢内部的前玻璃的上部中的至少一个位置处。设置在前鼻上的成像部7910和设置在车厢内部的前玻璃的上部中的成像部7918主要获取车辆7900的前方的图像。设置在侧视镜上的成像部7912和7914主要获取车辆7900的侧方的图像。设置在后保险杠或后门上的成像部7916主要获取车辆7900的后方的图像。设置在车厢内部的前玻璃的上部的成像部7918主要用于检测前方车辆、行人、障碍物、交通信号灯、交通标志、车道等。

图14示出了各个成像部7910、7912、7914和7916的拍摄范围的示例。成像范围a表示设置在前鼻上的成像部7910的成像范围，成像范围b和c分别表示设置在侧视镜上的成像部7912和7914的成像范围，成像范围d表示设置在后保险杠或后门上的成像部7916的成像范围。例如，通过将由成像部7910、7912、7914和7916捕获到的图像数据叠加，来获得从上方观看的车辆7900的鸟瞰图像。

例如，设置在车辆7900的前部、后部、侧部、拐角和车厢内部的前玻璃的上部中的外部车辆信息检测部7920、7922、7924、7926、7928和7930可以是超声波传感器或雷达装置。例如，设置在车辆7900的前鼻、后保险杠、后门和车厢内部的前玻璃的上部上的外部车辆信息检测部7920、7926和7930可以是lidar装置。外部车辆信息检测部7920至7930主要用于检测前方车辆、行人、障碍物等。

让我们返回图13继续描述。外部车辆信息检测单元7400使成像部7410捕获车辆外部的图像并且接收捕获的图像数据。另外，外部车辆信息检测单元7400从与其连接的外部车辆信息检测部7420接收检测信息。当外部车辆信息检测部7420是超声波传感器、雷达装置或lidar装置时，外部车辆信息检测单元7400使外部车辆信息检测部7420传送超声波、电磁波等，并且接收关于接收到的反射波的信息。外部车辆信息检测单元7400基于接收到的信息，对路面上的人、车辆、障碍物、标志、字符等执行对象检测处理或距离检测处理。外部车辆信息检测单元7400可以基于接收到的信息执行用于识别降雨、雾、路面状况等的环境识别处理。外部车辆信息检测单元7400可以基于接收到的信息计算到车辆外部的对象的距离。

另外，外部车辆信息检测单元7400可以基于接收到的图像数据执行图像识别处理或距离检测处理，以识别路面上的人、车辆、障碍物、标志、字符等。外部车辆信息检测单元7400可以对接收到的图像数据执行诸如失真校正、定位的处理，将由不同的成像部7410捕获到的多条图像数据进行合成，产生鸟瞰图像或全景图像。外部车辆信息检测单元7400可以使用由不同的成像部7410捕获到的多条图像数据执行视点转换处理。

内部车辆信息检测单元7500检测关于车辆内部的信息。例如，检测驾驶员的状态的驾驶员状态检测部7510连接到内部车辆信息检测单元7500。驾驶员状态检测部7510可以包括捕获驾驶员的图像的摄像机、检测驾驶员的生物信息的生物计量传感器、收集车厢内部的声音的麦克风等。例如，生物计量传感器设置在座椅表面、方向盘等上，并且检测坐在座椅上的乘客或握持方向盘的驾驶员的生物信息。内部车辆信息检测单元7500可以基于从驾驶员状态检测部7510输入的检测信息来计算驾驶员的疲劳程度或集中程度，或者可以确定驾驶员是否已经睡着。内部车辆信息检测单元7500可以对所收集的声音信号执行诸如噪声消除处理的处理。

集成控制单元7600根据各种程序控制车辆控制系统7000中的总体操作。输入部7800连接到集成控制单元7600。输入部7800由乘客可以在其上执行输入操作的装置(诸如触摸板、按钮、麦克风、开关或操纵杆)实现。可以将通过对从麦克风输入的声音进行语音识别而获得的数据输入到集成控制单元7600。例如，输入部7800可以是使用红外光或其他无线电波的远程控制装置，或者是适配车辆控制系统7000的操作的外部连接设备，诸如移动电话或pda(个人数字助理)。例如，输入部7800可以是摄像机，在这种情况下乘客可以通过对摄像机打手势来输入信息。可替代地，可以输入通过检测由乘客佩戴的可佩戴装置的运动而获得的数据。此外，例如，上述输入部7800可以包括输入控制电路等，其基于乘客等使用输入部7800输入的信息来产生输入信号，并且将产生的输入信号输出到集成控制单元7600。通过操作输入部7800，乘客等输入各种类型的数据并发布指令以执行关于车辆控制系统7000的处理操作。

存储部7690可以包括存储将由微型计算机执行的各种程序的rom(只读存储器)和存储各种参数、计算结果、传感器值等的ram(随机存取存储器)。另外，存储部7690可以由诸如hdd(硬盘驱动器)的磁存储设备、半导体存储设备、光存储设备、磁光存储设备等来实现。

通用通信i/f7620是传送与存在于外部环境7750中的各种设备的通信的通用通信i/f。通用通信i/f7620可以实现诸如gsm(注册商标)(全球移动通信系统)、wimax、lte(长期演进)或lte-a(lte-进阶)的蜂窝通信协议，或者诸如无线lan(也称为wi-fi(注册商标))或蓝牙(注册商标)的另一无线通信协议。例如，通用通信i/f7620可以经由基站或接入点连接到存在于外部网络(例如，因特网、云网络或公司特定网络)上的设备(例如，应用服务器或控制服务器)。另外，例如，通用通信i/f7620可以使用p2p(对等)技术连接到存在于车辆附近的终端(例如，属于驾驶员、行人的终端；商店的终端；或mtc(机器类型通信)终端)。

专用通信i/f7630是支持经设计用于车辆中的通信协议的通信i/f。例如，专用通信i/f7630可以实现标准协议，诸如作为构成较低层的ieee802.11p和构成较高层的ieee1609的组合的wave(车辆环境中的无线接入)、dsrc(专用短程通信)或蜂窝通信协议。通常，专用通信i/f7630执行v2x通信，其是包括车辆之间的通信(车辆到车辆通信)、道路与车辆之间的通信(车辆到基础设施通信)、车辆与家庭之间的通信(车辆到家庭通信)以及行人与车辆之间的通信(车辆到行人通信)中的一个或多个的概念。

例如，定位部7640接收来自gnss卫星的gnss(全球导航卫星系统)信号(例如，来自gps卫星的gps(全球定位系统)信号)并执行定位，并且产生包括车辆的纬度、经度和海拔的位置信息。可替代地，定位部7640可以通过与无线接入点交换信号或从诸如移动电话、phs或具有定位功能的智能电话等终端获取位置信息来指定当前位置。

例如，信标接收部7650接收从安装在道路上的无线电台等发射的无线电波或电磁波，并获取诸如当前位置、拥塞、封闭和所需时间等信息。可替代地，信标接收部7650的功能可以包括在上述专用通信i/f7630中。

车载设备i/f7660是实现微型计算机7610与存在于车辆内部的各种车载设备7760之间的通信的通信接口。车载设备i/f7660可以使用诸如无线lan、蓝牙(注册商标)、nfc(近场通信)或wusb(无线usb)的无线通信协议来建立无线连接。另外，车载设备i/f7660可以经由连接终端(未示出)(以及必要时，线缆)来建立有线连接，诸如usb(通用串行总线)、hdmi(注册商标)(高清晰度多媒体接口)或者mhl(移动高清晰度链路)。例如，车载设备7760可以包括由乘客握持或佩戴的移动设备或可佩戴设备以及要携带到车辆上或附接到车辆上的信息设备中的至少一者。此外，车载设备7760可以包括搜索到任意目的地的路线的导航装置。车载设备i/f7660与车载设备7760交换控制信号和数据信号。

车载网络i/f7680是实现微型计算机7610与通信网络7010之间的通信的接口。车载网络i/f7680根据通信网络7010所支持的规定协议来发送和接收信号等。

集成控制单元7600的微型计算机7610基于经由通用通信i/f7620、专用通信i/f7630、定位部7640、信标接收部7650、车载设备i/f7660和车载网络i/f7680中的至少一个获取的信息，根据各种程序控制车辆控制系统7000。例如，基于获取的车辆外部和内部的信息，微型计算机7610可以计算驱动力产生装置、转向机构或制动装置的控制目标值，并将控制命令输出到驱动系统控制单元7100。例如，微型计算机7610可以执行协作控制以实现adas(高级驾驶员辅助系统)的功能，包括车辆的碰撞避免或碰撞减轻，基于车辆间距离的车头时距控制、巡航控制、车辆的碰撞警告以及车辆的车道偏离警告。另外，通过基于获取的车辆周边的信息来控制驱动力产生装置、转向机构、制动装置等，微型计算机7610可以执行用于自动驾驶等目的的协作控制，其使得车辆能够自主地行驶而不必依赖于驾驶员的操作。

微型计算机7610可以基于经由通用通信i/f7620、专用通信i/f7630、定位部7640、信标接收部7650、车载设备i/f7660、车载网络i/f7680中的至少一个获取的信息，产生车辆与周围物体(诸如建筑物或人)之间的三维距离信息，并且创建包括车辆的当前位置的周边信息的局部地图信息。另外，微型计算机7610基于获取的信息可以预测诸如涉及车辆的碰撞、行人的接近等危险，或者进入封闭道路并产生警告信号。例如，警告信号可以是用于产生警告声音或打开警告灯的信号。

音频/视频输出部7670将声音和图像中的至少一者的输出信号传送到输出装置，输出装置能够将信息可听地或可视地通知车辆乘客或车辆外部。在图13示出的示例中，音频扬声器7710、显示部7720和仪表板7730被例示为输出装置。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ar(增强现实)显示功能。输出装置可以是除了上述那些之外的装置，诸如头戴式耳机、由乘客佩戴的可佩戴设备(诸如眼镜型显示器)、投影仪或灯。当输出装置是显示装置时，显示装置以诸如文本、图像、表格和图形等各种格式可视地显示由微型计算机7610执行的各种类型的处理获得的结果和从其他控制单元接收的信息。另外，当输出装置是音频输出装置时，音频输出装置将由再现的语音数据、声学数据等构成的音频信号转换为模拟信号，并将转换后的模拟信号听觉地输出。

在图13示出的示例中，经由通信网络7010连接的至少两个控制单元可以集成为单个控制单元。可替代地，每个控制单元可以由多个控制单元构成。此外，车辆控制系统7000可以包括未示出的其他控制单元。另外，在以上提供的描述中，由任何控制单元承担的功能的一部分或全部可以由另一个控制单元承担。换言之，只要经由通信网络7010传送和接收信息，就可以由任何控制单元执行规定的算术处理。以类似的方式，连接到任何控制单元的传感器或装置可以连接到另一个控制单元，并且同时，多个控制单元可以经由通信网络7010相互传送和接收检测信息。

这总结了对可以应用本公开的技术的车辆控制系统的示例的描述。根据本公开的技术可以应用于例如上述配置中的成像部7910、7912、7914、7916和7918以及外部车辆信息检测部7920、7922、7924、7926、7928和7930。另外，通过应用根据本公开的技术，由于可以在保持主动系统的优点的同时消除向电路元件施加过电压的风险，因此可以抑制电路元件的特性的劣化，并且可以实现具有高可靠性的光检测设备。此外，安装光检测设备使得例如能够构造以高精度检测成像物体的车辆控制系统。

<本公开可采用的配置>

本公开还可以被配置如下。

<<a.光检测设备>>

[a-1]一种光检测设备，包括：

光接收元件；

负载电路，连接到光接收元件；

开关电路，连接到光接收元件；以及

反馈电路，被配置根据来自光接收元件的输出来操作开关电路，其中

该反馈电路具有延迟电路。

[a-2]根据[a-1]所述的光检测设备，其中

延迟电路的延迟量是可变的。

[a-3]根据[a-2]所述的光检测设备，其中

根据光接收元件的元件特性来控制延迟电路的延迟量。

[a-4]根据[a-3]所述的光检测设备，其中

光接收元件的元件特性是光接收元件的温度。

[a-5]根据[a-2]所述的光检测设备，其中

基于电源电压波动的监测结果来控制延迟电路的延迟量。

[a-6]根据[a-1]至[a-5]中任一项所述的光检测设备，其中

反馈电路还包括比较器。

[a-7]根据[a-6]所述的光检测设备，其中

比较器被配置接收来自光接收元件的输出作为比较输入，接收参考电压作为比较参考输入，并且向延迟电路提供其比较结果作为输入。

[a-8]根据[a-7]所述的光检测设备，其中

比较器的参考电压的电压值是可变的。

[a-9]根据[a-7]或[a-8]所述的光检测设备，其中

比较器的比较结果基于光接收元件的输出导出为像素电路输出。

[a-10]根据[a-7]或[a-8]所述的光检测设备，其中

包括反馈电路的路径被提供为与用于导出光接收元件的输出作为像素电路输出的路径分开的路径。

[a-11]根据[a-1]至[a-10]中任一项所述的光检测设备，其中

光接收元件是被配置响应于接收光子而产生信号的元件。

[a-12]根据[a-11]所述的光检测设备，其中

光接收元件由单光子雪崩二极管构成。

<<b.距离测量设备>>

[b-1]一种距离测量设备，包括：

光源，被配置向测量对象辐射光；以及

光检测设备，被配置检测由测量对象反射的光，其中

光检测设备包括：

光接收元件；

负载电路，连接到光接收元件；

开关电路，连接到光接收元件；以及

反馈电路，被配置为根据来自光接收元件的输出来操作开关电路，以及

该反馈电路具有延迟电路。

[b-2]根据[b-1]所述的距离测量设备，其中

延迟电路的延迟量是可变的。

[b-3]根据[b-2]所述的距离测量设备，其中

根据光接收元件的元件特性来控制延迟电路的延迟量。

[b-4]根据[b-3]所述的距离测量设备，其中

光接收元件的元件特性是光接收元件的温度。

[b-5]根据[b-2]所述的距离测量设备，其中

基于电源电压波动的监测结果来控制延迟电路的延迟量。

[b-6]根据[b-1]至[b-5]中任一项所述的距离测量设备，其中

反馈电路还包括比较器。

[b-7]根据[b-6]所述的距离测量设备，其中

比较器被配置接收来自光接收元件的输出作为比较输入，接收参考电压作为比较参考输入，并且向延迟电路提供其比较结果作为输入。

[b-8]根据[b-7]所述的距离测量设备，其中

比较器的参考电压的电压值是可变的。

[b-9]根据[b-7]或[b-8]所述的距离测量设备，其中

比较器的比较结果基于光接收元件的输出导出为像素电路输出。

[b-10]根据[b-7]或[b-8]所述的距离测量设备，其中

包括反馈电路的路径被提供为与用于导出光接收元件的输出作为像素电路输出的路径分开的路径。

[b-11]根据[b-1]至[b-10]中任一项所述的距离测量设备，其中

光接收元件是被配置响应于接收光子而产生信号的元件。

[b-12]根据[b-11]所述的距离测量设备，其中

光接收元件由单光子雪崩二极管构成。

[参考符号列表]

1距离测量设备、10经受体(测量对象)、20光源、21激光驱动器、22激光光源、23扩散透镜、30光检测设备、31光接收透镜、32光传感器、33电路部、40控制部、50被动系统的像素电路、51spad元件、54波形整形电路、55负载电路、60主动系统的像素电路、61开关电路、62(62a，62b)延迟电路、63反相电路、70混合再充电系统的像素电路、71控制部、72温度传感器、73电压监测器、74比较器、75参考电压产生部。