光接收装置和测距装置的制作方法

1.本发明涉及一种光接收装置和测距装置。


背景技术：

2.存在已知的光接收元件，这些光接收元件可以将所接收的光以光电形式转换为待输出的电信号。作为一个这样的光接收元件，存在已知的单光子雪崩二极管(下文中，称为spad)，该单光子雪崩二极管可以根据一个光子的入射通过雪崩倍增获得大电流。通过使用spad的这种特征，能够以高灵敏度来检测一个光子的入射。
3.下文简要地描述了通过spad执行的光子检测操作。例如，将电流源连接到spad的阴极，基于参考电压vref来控制向其供应电源电压vdd的电流源及其输出电流。将引起雪崩倍增的大的负电压(
‑
vbd)施加到spad的阳极。在该状态中，当光子入射到spad上时，开始雪崩倍增，电流从spad的阴极流向阳极，并且由此在spad中发生电压降。当阳极和阴极之间的电压下降到电压(
‑
vbd)时，停止雪崩倍增(淬灭操作)。之后，spad由来自电流源的电流充电，并且spad的状态返回到光子入射之前的状态(再充电操作)。
4.引用列表
5.专利文献
6.专利文献1：日本专利申请公开号2008
‑
542706。


技术实现要素：

7.技术问题
8.在spad的操作中，可能发生称为后脉冲的现象，以使得基于由雪崩倍增生成的电子在元件内部发生光发射，并且根据在元件内部的光发射再次发生雪崩倍增。当发生后脉冲时，开始雪崩倍增，而无需光子入射到spad上，并且针对spad的操作控制变得困难。
9.本发明提供一种光接收装置和测距装置，该光接收装置和测距装置能够更稳定地控制光接收元件的操作。
10.问题的解决方案
11.为了解决上述问题，根据本公开一个方面的光接收装置具有：光接收元件，在该光接收元件基于偏置电压而充电到预定电势的状态中，由于根据已入射到该光接收元件上的光子引起的雪崩倍增，电流在该光接收元件中流动，该光接收元件通过再充电电流返回到所述状态；检测单元，被构造成检测该电流，并且在电流的电流值超过阈值的情形中、使得输出信号反相；电流源，被构造成将再充电电流供应到光接收元件；以及开关单元，被构造成根据该检测单元的输出信号而控制偏置电压向光接收元件的供应。
附图说明
12.图1是示意地示出了可以应用于每个实施例的使用直接tof方案进行测距的示图。
13.图2是示出了可以应用于每个实施例的基于光接收单元接收光时的时刻的示例性
直方图的示图。
14.图3是示出了根据每个实施例的使用测距装置的电子设备的示例性构造的框图。
15.图4是更确切地示出了可以应用于每个实施例的测距装置的示例性构造的框图。
16.图5是示出了可以应用于每个实施例的像素的基本构造示例的示图。
17.图6是示出了根据每个实施例的可以应用于测距装置的装置的构造的示例的示意图。
18.图7是简要地示出了作为spad的光接收元件的操作的示图。
19.图8a是简要地解释了在光接收元件中发生的后脉冲的示图。
20.图8b是简要地解释了在光接收元件中发生的后脉冲的示图。
21.图8c是简要地解释了在光接收元件中发生的后脉冲的示图。
22.图8d是简要地解释了在光接收元件中发生的后脉冲的示图。
23.图9是示出了根据第一实施例的像素的示例性构造的示图。
24.图10是示出了在根据第一实施例的构造中光接收元件的阴极的电压vca的变型的示例的示图。
25.图11是示出了根据第一实施例的第一变型的像素的示例性构造的示图。
26.图12是示出了根据第一实施例的第二变型的像素的示例性构造的示图。
27.图13是示出了根据第一实施例的第三变型的像素的示例性构造的示图。
28.图14是示出了可以应用于第一实施例的第三变型的处理电路的示例性构造的框图。
29.图15是示出了根据第一实施例的第四变型的像素的示例性构造的示图。
30.图16是示出了根据第一实施例的第五变型的像素的示例性构造的示图。
31.图17是示出了根据第一实施例的第六变型的像素的示例性构造的示图。
32.图18是示出了根据第一实施例的第七变型的像素的示例性构造的示图。
33.图19是示出了在根据第一实施例的第七变型的构造中光接收元件的阳极的电压van的变化的示例的示图。
34.图20是示出了根据第一实施例的第八变型的像素的各部分的布置的示例的示图。
35.图21是示出了根据第一实施例及其变型的使用具有任何像素的电子设备的用途示例的示图。
36.图22是示出了使用胶囊型内窥镜的用于患者的体内信息获取系统的简要构造的示例的框图，根据本发明的技术可以应用于该体内信息获取系统。
37.图23是示出了内窥镜手术系统的简要构造的示例的视图，根据本发明的技术可以应用于该内窥镜手术系统。
38.图24是示出了相机头部和ccu的功能配置的示例的框图。
39.图25是示出了作为移动物体控制系统的示例的车辆控制系统的简要构造示例的框图，根据本发明的技术可以应用于该移动物体控制系统。
40.图26是示出了成像单元的所设置位置的示例的示图。
具体实施方式
41.下文基于附图详细地描述本发明的实施例。在以下实施例中，相同的部件由相同
的附图标记指代，并且将不重复冗余描述。
42.实施例通用构造
43.本公开优选地用于检测光子的技术。在描述本公开的实施例之前，为了便于理解，下文将通过检测光子来执行测距的技术描述为能够应用于每个实施例的其中一个技术。在该情形中，采用直接飞行时间(tof)方案来作为测距方案。该直接tof方案是这样一种方案：通过光接收元件接收从光源发射并且由待测量物体反射的反射光，以基于光的发射定时和接收定时之间的时间差来执行测距。
44.下文参照图1和图2简要地描述了使用直接tof方案进行测距。图1是示意地示出了可以应用于每个实施例的使用直接tof方案进行测距的视图。测距装置300包括光源单元301和光接收单元302。光源单元301例如是激光二极管，并且经驱动以发射脉冲形式的激光。从光源单元301发射的光由待测量物体303反射，并且作为反射光由光接收单元302接收。光接收单元302包括光接收元件，该光接收元件用于通过光电转换将光转换为电信号，并且输出与所接收的光相对应的信号。
45.将光源单元301发射光时的时刻(光发射定时)假定为时刻t0，并且将光接收单元302接收从光源单元301发射并且由待测量物体303反射的反射光时的时刻(光接收定时)假定为时刻t1。假定常数c是光速率(2.9979
×
108[m/sec])，则通过以下等式(1)来计算测距装置300和待测量物体303之间的距离d。
[0046]
d＝(c/2)
×
(t1‑
t0) (1)，
[0047]
测距装置300重复地多次执行上述处理。光接收单元302可以包括多个光接收元件，并且可以基于反射光由每个光接收元件接收的每个光接收定时来计算距离d。测距装置300基于分类(频点)将从作为光发射定时的时刻t0开始的时刻t
m
(称为光接收时刻t
m
)分类为光由光接收单元302接收时的光接收定时，并且生成直方图。
[0048]
在光接收时刻t
m
处由光接收单元302接收的光，并不局限于从光源单元301发射并且由待测量物体反射的反射光。例如，测距装置300(光接收单元302)周围的环境光也由光接收单元302接收。
[0049]
图2是示出了可以应用于每个实施例的基于光接收单元302接收光时的时刻的示例性直方图的示图。在图2中，横轴指示频点(bin)，并且纵轴指示每个频点的频率。通过针对每个预定单位时间d对光接收时刻t
m
进行分类来获得频点。确切地，将频点#0表示为0≤t
m
＜d，将频点#1表示为d≤t
m
＜2
×
d，将频点#2表示为2
×
d≤t
m
＜3
×
d....，以及将频点#(n
‑
2)表示为(n
‑
2)
×
d≤t
m
＜(n
‑
1)
×
d。假定光接收单元302的曝光时刻是时刻t
ep
，则建立t
ep
＝n
×
d。
[0050]
测距装置300基于频点对获取光接收时刻t
m
的次数进行计数，并且获得针对每个频点的频率310以生成直方图。光接收单元302还接收除了从光源单元301发射以被反射的反射光以外的光。除了反射光以外作为目标的此类光的示例包括上述环境光。在该直方图中，表示为范围311的部分包括环境光的环境光分量。环境光是随机地入射到光接收单元302上的光，并且相对于作为目标的反射光变为噪声。
[0051]
另一方面，作为目标的反射光是根据特定距离所要接收的光，并且在直方图中呈现为有源光分量312。与有源光分量312中的峰值频率相对于的频点是与距待测量物体303的距离d相对应的频点。通过获取频点的代表性时刻(例如，频点中间的时刻)来作为上述时
刻t1，测距装置300可以根据上述表达述(1)来计算距待测量物体303的距离d。这样，通过使用多个光接收结果，可以针对随机噪声执行合适的测距。
[0052]
图3是示出了根据每个实施例的使用测距装置的电子设备的示例性构造的框图。在图3中，电子设备6包括测距装置1、光源单元2、存储单元3、控制单元4以及光学系统5。
[0053]
光源单元2例如与上述光源单元301相对应，并且是激光二极管，该激光二极管经驱动以发射脉冲形式的激光。作为光源单元2，可以应用垂直腔面发射激光器(vcsel)，该垂直腔面发射激光器发射激光来作为表面光源。实施例并不局限于此，并且可以应用使用阵列的构造来作为光源单元2，在该阵列中，激光二极管被布置成线，从而沿垂直于该线的方向扫描从该激光二极管阵列发射的激光。附加地，可以应用这样的构造，即使用激光二极管作为单个光源，以沿水平方向和垂直方向扫描从激光二极管发射的激光。
[0054]
测距装置1与上述光接收单元302相对应，并且包括多个光接收元件。光接收元件例如被布置成二维晶格形状，并且形成光接收表面。光学系统5将从外部入射的光引导到包括在测距装置1中的光接收表面。
[0055]
控制单元4控制整个电子设备6的操作。例如，控制单元4向测距装置1供应发光触发器，作为用于使得光源单元2发光的触发器。测距装置1基于发光触发器使得光源单元2在某一时刻发射光，并且存储指示该光发射定时的时刻t
em
。控制单元4例如还响应于来自外部的指令，为测距装置1设定用于测距的模式。
[0056]
测距装置1对在预定时间范围内获取指示由光接收表面接收光时的定时的时间信息(光接收时刻t
m
)的次数进行计数，并且获得针对每个频点的频率以生成上述直方图。测距装置1还基于所生成的直方图计算距待测量物体的距离d。将指示所计算的距离d的信息存储在存储单元3中。
[0057]
图4是更确切地示出了可以应用于每个实施例的测距装置1的示例性构造的框图。在图4中，测距装置1包括像素阵列单元100、测距处理单元101、像素控制单元102、总体控制单元103、时钟生成单元104、光发射定时控制单元105以及接口(i/f)106。像素阵列单元100、测距处理单元101、像素控制单元102、总体控制单元103、时钟生成单元104、光发射定时控制单元105以及i/f 106可以设置在半导体芯片上。
[0058]
可替代地，测距装置1可以具有这样的构造，第一半导体芯片和第二半导体芯片层压。在该情形中，例如，可以进行该构造，以使得像素阵列单元100的一部分(光接收单元等)设置在第一半导体芯片上，并且包括在测距装置1中的其它部分设置在第二半导体芯片上。
[0059]
在图4中，总体控制单元103例如根据预先包括在其中的计算机程序来控制整个测距装置1的操作。总体控制单元103还可以根据从外部供应的外部控制信号来执行控制。时钟生成单元104基于从外部供应的参考时钟信号来生成要用于测距装置1中的一个或多个时钟信号。光发射定时控制单元105根据从外部供应的发光触发器信号，生成指示光发射定时的光发射控制信号。光发射控制信号供应到光源单元2并且供应到测距处理单元101。
[0060]
像素阵列单元100包括多个像素10、10、....，这些像素被布置成二维晶格形状并且各自包括光接收元件。每个像素10的操作均遵循来自总体控制单元103的指令由像素控制单元102控制。例如，像素控制单元102可以针对每个框块(block)的每个像素10读取像素信号进行控制，每个框块包括(p
×
q)个像素10，即行方向上的p个像素和列方向上的q个像素。像素控制单元102还能够以框块为单位，沿行方向扫描像素10并且进一步沿列方向扫描
像素10，以读取来自每个像素10的像素信号。可替代地，像素控制单元102可以独立地控制每个像素10。将像素阵列单元100的预定区域假定为目标区域，像素控制单元102还可以将包括在目标区域中的像素10假定为从中读取像素信号的像素10。此外，像素控制单元102可以共同地扫描多个行(多个线)，并且进一步沿列方向扫描这些行，以从每个像素10读取像素信号。
[0061]
在以下描述中，将扫描假定为使得光源单元2发射光的处理，并且针对在一个扫描区域中指代为扫描目标的每个像素10，持续地从像素10读取与光接收相对应的信号vpls。在一次扫描中，可以多次执行光发射和读取。
[0062]
将从每个像素10读取的像素信号供应到测距处理单元101。测距处理单元101包括转换单元110、生成单元111以及信号处理单元112。
[0063]
将从每个像素10读取并且从像素阵列单元100输出的像素信号供应到转换单元110。像素信号以异步方式从每个像素10读取，并且供应到转换单元110。也就是说，根据由每个像素10接收光时的定时，从光接收元件读取像素信号以进行输出。
[0064]
转换单元110将从像素阵列单元100供应的像素信号转换为数字信息。也就是说，根据由包括在像素10中的光接收元件接收的与像素信号相对应的光时的定时，输出从像素阵列单元100供应的像素信号。转换单元110将所供应的像素信号转换为指示该定时的时间信息。
[0065]
生成单元111基于与转换单元110转换像素信号时相关的时间信息，生成直方图。生成单元111基于由设定单元113设定的单位时间d对时间信息进行计数，以生成直方图。之后将对与由生成单元111执行的直方图生成处理相关的细节进行描述。
[0066]
信号处理单元112例如基于由生成单元111生成的直方图的数据来执行预定运算处理，以计算距离信息。例如，信号处理单元112基于由生成单元111生成的直方图的数据，创建与该直方图近似的曲线。信号处理单元112可以检测通过直方图近似而获得的曲线的峰值，并且基于所检测的峰值获得距离d。
[0067]
在执行直方图的曲线近似时，信号处理单元112可以对通过直方图近似获得的曲线执行滤波处理。例如，信号处理单元112可以通过对直方图近似所获得的曲线执行低通滤波处理来抑制噪声分量。
[0068]
将通过信号处理单元112获得的距离信息供应到接口106。接口106将从信号处理单元112供应的距离信息作为输出数据输出到外部。作为接口106，例如可以采用移动工业处理器接口(mipi)。
[0069]
在上文描述中，经由接口106，将由信号处理单元112获得的距离信息输出到外部，但该实施例并不局限于该示例。也就是说，可以进行这样的构造，以使得作为由生成单元111生成的直方图的数据的直方图数据经由接口106输出到外部。在该情形中，可以从由设定单元113设定的测距条件信息中省略指示滤波系数的信息。从接口106输出的直方图数据例如被供应到外部信息处理装置，并且适当地进行处理。
[0070]
图5是示出了可以应用于每个实施例的像素10的基本构造示例的示图。在图5中，像素10包括光接收元件1000、作为p沟道mos晶体管的晶体管1001以及反相器1002。
[0071]
光接收元件1000通过光电转换将入射光转换为待输出的电信号。在每个实施例中，光接收元件1000通过光电转换将入射光子(光子)转换为电信号，并且输出与光子的入
射相对应的脉冲。在每个实施例中，单光子雪崩二极管用作光接收元件1000。在以下描述中，单光子雪崩二极管称为spad。spad具有这样的特征，当引起雪崩倍增的大的负电压施加到阴极时，根据一个光子的入射生成的电子引起雪崩倍增，并且大的电流流动。通过使用spad的这种特征，能够以高灵敏度来检测一个光子的入射。
[0072]
在图5中，在作为spad的光接收元件1000中，阴极连接到晶体管1001的漏极，并且阳极连接到负电压(
‑
vop)的电压源，该负电压与作为光接收元件1000的击穿电压的电压vbd相对应。晶体管1001的源极连接到过大的偏置电压ve。将参考电压vref输入到晶体管1001的栅极。晶体管1001是电流源，该电流源输出通过漏极的电流，该电流与过大的偏置电压ve以及参考电压vref相对应。采用这种构造，将反向偏压施加到光接收元件1000。光电流沿从光接收元件1000的阴极朝向阳极的方向流动。
[0073]
更确切的说，在光接收元件1000中，当过大的偏置电压ve施加到阴极，并且在阴极和阳极之间的电压v
cth
‑
an
是电压vdd+vop的状态中光子入射到该光接收元件上时，开始雪崩倍增，电流沿从阴极朝向阳极的方向流动，并且由此在光接收元件1000中引起电压降。当光接收元件1000的阴极和阳极之间的电压v
cth
‑
an
由于电压降下降到电压vop时，停止雪崩倍增(淬灭操作)。之后，光接收元件1000由来自作为电流源的晶体管1001的电流(再充电电流)充电，并且光接收元件1000的状态返回到光子入射之前的状态(再充电操作)。
[0074]
将从晶体管1001的漏极与光接收元件1000的阴极的连接点得到的电压vca输入到反相器1002。反相器1002基于阈值电压vth执行对输入电压vca的阈值判定，并且每当电压vca沿正向或负向超过阈值电压vth时就使得待输出的信号vinv反相。
[0075]
更确切的说，在电压vca在电压降中超过阈值电压vth时的第一定时下，反相器1002使得信号vinv反相，该电压降由于与光子入射到光接收元件1000上相对应的雪崩倍增引起。接下来，光接收元件1000由再充电操作充电，并且电压vca升高。在上升电压vca超过阈值电压vth时的第二定时下，反相器1002使得信号vinv反相。第一定时和第二定时之间的时间方向上的宽度，是与光子入射到光接收元件1000上相对应的输出脉冲。
[0076]
该输出脉冲与以异步方式从像素阵列单元100输出的像素信号相对应，例如上文关于图4所描述的那样。在图4中，转换单元110将输出脉冲转换为指示供应输出脉冲时的定时的时间信息，并且使得该时间信息传递到生成单元111。生成单元111基于该时间信息生成直方图。
[0077]
图6是示出了能够应用于根据每个实施例的测距装置1的装置的构造的示例的示意图。在图6中，通过层压第一芯片210和第二芯片211来构造测距装置1，该第一芯片和第二芯片各自由半导体芯片构成。为了加以解释，图5示出了处于分开状态中的第一芯片210和第二芯片211。在以下描述中，为了简化起见，第一芯片210称为上芯片210，并且第二芯片211称为下芯片211。
[0078]
在上芯片210上，包括在相应像素10中的光接收元件1000以二维晶格形状布置在像素阵列单元100的区域中。在像素10中，晶体管1001和反相器1002形成在下芯片211上。光接收元件1000的两个端部均例如通过铜
‑
铜连接(ccc)经由耦接部件1105连接在上芯片210和下芯片211之间。
[0079]
逻辑阵列单元200设置在下芯片211上，该逻辑阵列单元包括信号处理单元，该信号处理单元用于处理由光接收元件1000获取的信号。用于处理由光接收元件1000获取的信
号的信号处理电路单元201和用于控制测距装置1的操作的装置控制单元203，可以进一步在逻辑阵列单元200附近设置在下芯片211上。
[0080]
例如，信号处理电路单元201可以包括上述测距处理单元101。装置控制单元203可以包括上述像素控制单元102、总体控制单元103、时钟生成单元104、光发射定时控制单元105以及接口106。
[0081]
上芯片210和下芯片211上的构造并不局限于该示例。例如，除了对光接收元件1000附近的逻辑阵列单元200进行控制以外，装置控制单元203还可以设置成用于驱动或控制的目的。除了图6所示的设置以外，装置控制单元203可以设置成在上芯片210和下芯片211的可选区域中具有可选的功能。
[0082]
使用现有技术对光接收元件进行控制的示例
[0083]
接下来，在描述根据本公开的技术之前，为了便于理解，下面描述使用现有技术对光接收元件1000进行控制的一个示例。图7是简要地示出了作为spad的光接收元件1000的操作的示图。在图7中上排的图表40中，特征线400指示光接收元件1000的阴极和阳极之间的电压v
cth
‑
an
中变化的一个示例，纵轴指示电压[v]，并且横轴指示时间。
[0084]
图7下排的图表41示出了硅(si)基底中的光接收元件1000的电势中变化的一个示例，纵轴指示电势，并且横轴指示该基底的厚度方向(si厚度)。图表41与电子的行为相关联，并且电势沿纵轴的向上方向增大。
[0085]
首先，以下参照图表40描述了光接收元件1000的基本操作示例。这里，所使用的是这样一种构造，具有电阻值rq的电阻元件代替晶体管1001连接在参照图5的上述电路构造中。在时刻t
100
处，将通过对过大的偏置电压ve与作为击穿电压的电压vbd进行加和获得的电压施加在光接收元件1000的阴极和阳极之间，并且导致光接收元件1000处于待用状态中以用于光子的入射。在待用状态中，电流在光接收元件1000中并不从阴极流向阳极。
[0086]
例如，当光子在时刻t
101
时入射到处于待用状态的光接收元件1000上时，通过入射的光子引起雪崩倍增，并且电流从光接收元件1000的阴极流向阳极。由此，在串联地连接到光接收元件1000的电阻元件中引起电压降，并且光接收元件1000的电压v
cth
‑
an
下降。当电压v
cth
‑
an
下降到作为击穿电压的电压vbd时，在光接收元件1000中停止雪崩倍增(时刻t
102
，淬灭操作)。之后，光接收元件1000由经由电阻元件供应的电流充电(再充电操作)，并且例如图表40中的特征线400所指示的那样，电压v
cth
‑
an
接近于过大的偏置电压ve。
[0087]
从光子入射到光接收元件1000上的时刻t
101
到电压v
cth
‑
an
由再充电操作升高到预定电压的时刻t
103
的时间，是重新设置光接收元件1000所需的时间，并且称为停滞时间(dead time)。在停滞时间期间，甚至当光子入射到光接收元件1000上时，该光接收元件仍不会引起雪崩倍增。
[0088]
在图7中的图表41的左端侧示出了光接收元件1000的倍增区410，并且从倍增区410朝向右方的方向指示接近于光接收表面。倍增区410具有这样的特征，即相对于厚度变化电势突然增大。图表41中的特征线411和412指示电势曲线的示例，这些电势曲线表示电势中沿厚度方向的变化。
[0089]
在图表40中示出为待用状态的从时刻t
100
到时刻t
101
的时间段中，例如图表41中的特征线411所例示的那样，在从倍增区410接近于光接收表面时，电势增大。另一方面，当在光接收元件1000中引起雪崩倍增并且开始淬灭操作时，过大的偏置电压ve下降，以使得例
如图表41中特征线412所例示的那样，在从倍增区410接近于光接收表面的过程中，生成电势减小的区段。电势在某个厚度处减小程度最大，并且从该厚度朝向光接收表面平缓地增大。在下文中，将由于电势的减小和增大引起的电势曲线的凹陷称为“电势偏转”。通过由图表41中箭头a指示的再充电操作，来逐渐地解决电势偏转。
[0090]
接下来，下文参照图8a至图8d简要地描述在光接收元件1000中引起的后脉冲(afterpulsing)。图8a至图8d与上述图7中的图表41相对应。图8a是示出了由于光子或暗电流到达光接收元件1000而开始雪崩倍增的状态的图表。当光子430到达处于待用状态的光接收元件1000时，引起雪崩倍增，并且例如箭头b所示，电子420a在加速的同时沿着在倍增区410中突然改变的特征线411移动。例如，图8a中的状态与图7中图表40中的时刻t
101
附近的状态相对应。
[0091]
当引起雪崩倍增并且电流在光接收元件1000中从阴极流向阳极时，电压v
cth
‑
an
下降。由此，电势曲线的状态从特征线411变为特征线412，并且在电势中引起偏转。如图8b中在倍增区410横贯特征线411移动的电子420b所例示的那样，当由si接口仅仅捕获有助于雪崩倍增的部分载体时，在光接收元件1000中引起光发射431。
[0092]
如图8c所示，由于元件内部的光发射431，电子420b在电势偏转时聚积。也就是说，电势的偏转部分是凹部，在该凹部中，电势相比其两侧上厚度的电势较低，并且电子420b在凹部上聚积。例如，图8b和图8c中的这些状态与图7中图表40的时刻t
102
附近的状态相对应。
[0093]
当电势的偏转由再充电操作解决时，例如图8d中箭头d所指示的那样，电势曲线从特征线412的状态变为特征线411的状态。由此，倍增区410中的电子420a从光接收元件1000排出。例如，该状态与图7中图表410中的时刻t
103
附近的状态相对应。
[0094]
在图8d的状态中，例如图8d中的箭头e所指示的那样，在电势偏转时聚积的电子420b沿着由特征线411指示的电势曲线移动。当所移动电子420b到达倍增区410时，通过电子420b雪崩倍增在此开始。也就是说，在光接收元件1000中，引起雪崩倍增并且电流甚至在光子未到达时就流动。
[0095]
此时，如图8c所示，执行将在由后脉冲引起雪崩倍增之前聚积在电势的偏转部分上的电子420b从光接收元件1000排出的处理。例如，电子420b在再充电操作期间排出。在该情形中，通过减小再充电电流的电流值，使得直到完成再充电操作为止的时间延长，并且电子420b能够更可靠地排出。另一方面，当再充电操作的时间延长时，停滞时间延长，并且光接收元件1000对光子入射的反应速度下降。
[0096]
第一实施例
[0097]
接下来，下文描述本公开的第一实施例。在该第一实施例中，根据反相器1002的输出的反相，基于从光接收元件1000输出的信号vpls，将与过大的偏置电压ve相对应的电源电压vdd施加到光接收元件1000的阴极，并且驱使该阴极的电压升高到电压vdd。同时，使得再充电电流的电流值是与现有技术中使用的再充电电流的电流值相比较小的电流值，以将阴极的电压适度恢复到电源电压vdd。由此，聚积在电势的偏转部分上的电子能够更可靠地排出，而无需延长再充电操作所需的时间。
[0098]
在以下描述中，除非确切地指出，否则诸如“电流的电流值较小(较大)”的表述缩写为“电流较小(较大)”。
[0099]
图9是示出了根据第一实施例的像素的示例性构造的示图。在图9中，像素10a包括
作为spad的光接收元件1000、作为p沟道mos晶体管的晶体管1001、反相器1002、作为p沟道mos晶体管的晶体管1010以及作为n沟道mos晶体管的晶体管1020。像素10a还可以包括缓冲电路1021。
[0100]
在图9中，光接收元件1000、晶体管1001以及反相器1002与上述图5中的构造类似地连接。也就是说，光接收元件1000的阴极连接到晶体管的漏极1001，并且该光接收元件的阳极连接到负电压(
‑
vop)的电源。负电压(
‑
vop)与图5中的负电压(
‑
vbp)相对应，并且是与光接收元件1000的击穿电压相对应的电压。晶体管1001的源极连接到电源电压vdd的供应线。电源电压vdd与图5中过大的偏置电压ve相对应。
[0101]
在以下描述中，除非确切地指出，否则将诸如“连接到电源电压vdd的供应线”的表述描述为“连接到电源电压vdd”。
[0102]
将参考电压vref输入到晶体管1001的栅极。晶体管1001是通过漏极输出与电源电压vdd(过大的偏置电压ve)和参考电压vref相对应的电流的电流源。例如，晶体管1001是在电流镜像电路中作为复制标的的晶体管，并且将电流镜像电路中作为复制源(未示出)的晶体管的源极和漏极之间流动的电流加以复制，以通过漏极输出。
[0103]
将晶体管1001的漏极与光接收元件1000的阴极所连接于的连接点处得到的电压vca输入到反相器1002。反相器1002例如执行对输入电压vca的阈值判定，并且每当电压vca沿正向或负向超过阈值电压vth时，就输出经反相的信号vinv。例如，经由缓冲电路1021将从反相器1002输出的信号vinv输出为信号vpls。
[0104]
晶体管1010的漏极和晶体管1020的漏极也连接到晶体管1001的漏极和光接收元件1000的阴极所连接到的连接点。晶体管1020的源极连接到地电位gnd，并且信号stby输入到晶体管1020的栅极。使信号stby处于高状态，使晶体管1020的漏极和源极自之间的部分处于导通状态，并且驱使光接收元件1000的阴极的电压vca为地电位。由此，防止在待用状态中在光接收元件1000中容易地引起雪崩倍增反应。
[0105]
晶体管1010的源极连接到电源电压vdd。从反相器1002输出的信号vinv作为控制信号vctrl输入到晶体管1010的栅极。致使晶体管1010处于导通状态，而同时信号vinv(也就是信号vctrl)处于低状态中，并且光接收元件1000的阴极连接到电源电压vdd。
[0106]
图10是示出了在根据图9所示第一实施例的构造中光接收元件1000的阴极的电压vca的变化的示例的示图。在图10中，特征线50指示在未采用第一实施例的情形中的电压vca，并且特征线51指示在采用第一实施例的情形中的电压vca。
[0107]
在图10中，时刻t
10
与图7的图表40中的时刻t
100
相对应，并且将通过对电源电压vdd与击穿电压(
‑
vop)进行加和获得的电压施加到光接收元件1000的阴极和阳极之间。电源电压vdd是与上述用于光接收元件1000的过大的偏置电压ve相对应的电压，并且光接收元件1000处于待用状态以供光子入射。在该状态中，作为反相器1002的输出的信号vinv处于低状态中，并且将光接收元件1000的阴极经由晶体管1010连接到电源电压vdd。
[0108]
例如，当光子在时刻t
11
时入射到处于待用状态的光接收元件1000时，通过入射光子引起雪崩倍增。由于该雪崩倍增，电流从光接收元件1000的阴极流向阳极，并且光接收元件1000的阴极的电压vca下降。
[0109]
从光接收元件1000的阴极得到的电压vca输入到反相器1002，并且与反相器1002中的阈值电压vth进行比较。在时刻t
20
时，当电压vca超过阈值电压vth时，使得作为反相器
1002的输出的信号vinv(控制信号vctrl)被反相，以处于高状态中，并且致使晶体管1010处于截止状态中。
[0110]
在时刻t
12
时，光接收元件1000的阴极的电压vca下降为电压(
‑
vop)，并且雪崩倍增停止。电流经由晶体管1001流入到光接收元件1000的阴极中，并且开始对于光接收元件1000的再充电操作。
[0111]
此时，通过使再充电电流成为小于预定电流的电流，例如特征线51所例示的那样，与不采用第一实施例的情形(参照特征线50)相比，能够使得由再充电操作引起的阴极电压vca的上升斜率缓和。例如，与不采用根据本公开技术的情形相比，使再充电电流成为较小的电流。由此，与不采用根据本公开技术的情形相比，电压vca超过阈值电压vth为止的时间则会延长，以使得聚积在电势的偏转部分上的电子能够更稳妥地排出，并且能够防止引起后脉冲。
[0112]
当光接收元件1000的阴极的电压vca超过反相器1002的阈值电压vth时(时刻t
21
)，将作为反相器1002的输出的信号vinv反相为处于低状态中。当使信号vinv处于低状态中时，使晶体管1010处于导通状态中，并且经由晶体管1010将电源电压vdd供应到光接收元件1000的阴极。由此，例如由图10中从时刻t
21
开始的特征线51所指示的那样，驱使光接收元件1000的阴极的电压vca升高到电源电压vdd，并且完成再充电操作(时刻t
13
)。
[0113]
这样，在本公开的第一实施例中，通过与从反相器1002输出的信号vinv相对应的晶体管1010的操作，对向光接收元件1000供应电源电压vdd(过大的偏置电压ve)进行控制。由此，采用根据第一实施例的构造，能够防止引起后脉冲，而无需延长再充电操作所需的时间。
[0114]
在晶体管1010处于导通状态的情形中，当等于或大于预定电流的电流经由晶体管1010流入到光接收元件1000的阴极中时，可以向光接收元件1000中剩余的电子提供能够开始雪崩倍增的能量，以引起后脉冲。因此，在使晶体管1010处于导通状态的情形中流入到光接收元件1000中的电流，小于光接收元件1000的闭锁电流。闭锁电流是光接收元件1000特有的电流，需要该电流以维持光接收元件1000中的雪崩倍增。
[0115]
例如，在时刻t
21
处，电流从晶体管1010供应到光接收元件1000，并且电流也从晶体管1001供应到该光接收元件。因此，可以考虑，使通过对从晶体管1001供应到光接收元件1000的电流与从晶体管1010供应到光接收元件的电流进行加和获得的电流，成为比闭锁电流小的电流。
[0116]
例如，通过调节晶体管1010的尺寸(纵横比)，能够调节在晶体管1010的源极和漏极之间流动的电流。这同样适用于晶体管1001。
[0117]
第一实施例的第一变型
[0118]
接下来，下文描述本公开的第一实施例的第一变型。图11是示出了根据第一实施例的第一变型的像素的示例性构造的示图。在图11中，举例而言，与上述图9的构造不同，像素10b包括电阻元件1003来代替晶体管1001作为电流源。其它部分是与上述图9的构造中的那些部分相同的部分，从而这里将不重复对其进行详细描述。
[0119]
在图11的构造的情形中，在光接收元件1000的待用状态中，电流并不在电阻元件1003中流动，并且将电源电压vdd施加到光接收元件1000的阴极。当引起雪崩倍增并且电流在光接收元件1000中流动时，在电阻元件1003中引起电压降。由此，光接收元件1000的阴极
和阳极之间的电压v
cth
‑
an
下降，结果，雪崩倍增停止。
[0120]
在这一操作的情形中，在图10中所示的从时刻t
10
通过时刻t
11
到时刻t
21
的时间段期间，阴极的电压vca如图7的图表40中的特征线400所示的那样曲线地变化，而非如图10所示线性地变化。当电压vca在图10的时刻t
21
处超过反相器1002的阈值电压vth时，使晶体管1010处于导通状态中，将光接收元件1000的阴极连接到电源电压vdd，并且驱使电压vca升高到电源电压vdd。
[0121]
此外在图11的这种构造中，在晶体管1010处于导通状态的情形中，流入到光接收元件1000中的电流需要小于闭锁电流。在图11的构造的情形中，通过调节晶体管1010的尺寸以及电阻元件1003的电阻值，可以使得电流小于闭锁电流。
[0122]
第一实施例的第二变型
[0123]
接下来，下文描述第一实施例的第二变型。图12是示出了根据第一实施例的第二变型的像素的示例性构造的示图。在图12中，通过将处理电路1030添加到图9所示的像素10a获得像素10c。其它部分是与上述图9的构造中的那些部分相同的部分，从而这里将不重复对其进行详细描述。
[0124]
将从反相器1002输出的信号vinv供应到处理电路1030。处理电路1030对供应到缓冲电路1021的信号vinv执行预定处理。缓冲电路1021将从处理电路1030供应的信号输出为输出信号vpls。
[0125]
处理电路1030输出并不改变输入的信号vinv的逻辑的控制信号vctrl。从处理电路1030输出的控制信号vctrl输入到晶体管1010的栅极。通过将控制信号vctrl从处理电路1030供应到晶体管1010的栅极，控制信号vctrl并不改变从反相器1002输出的信号vinv的逻辑，像素10c能够与上文参照图10描述的操作相类似地操作。
[0126]
处理电路1030例如可以包括缓冲电路。例如，处理电路1030可以通过缓冲电路执行阻抗转换。包括在处理电路1030中的电路并未受到具体限制，只要该电路能够输出不改变从反相器1002供应的信号vinv的逻辑的控制信号vctrl即可。
[0127]
采用根据第一实施例的第二变型的构造，可以对从反相器1002输出的信号vinv执行预定处理，以进行输出。
[0128]
第一实施例的第三变型
[0129]
接下来，下文描述第一实施例的第三变型。图13是示出了根据第一实施例的第三变型的像素的示例性构造的示图。在图13中，通过将处理电路1031和选择器1032添加到图9所示的像素10a获得像素10d。其它部分是与上述图9的构造中的那些部分相同的部分，从而这里将不重复对其进行详细描述。
[0130]
在图13中，处理电路1031对从反相器1002供应的信号vinv执行预定处理，以供应到缓冲电路1021。处理电路1031能够输出并不改变所供应信号vinv的逻辑的多个控制信号vctrl1、vctrl2、
……
以及vctrl
n
。选择器1032根据从像素10d的外部供应的信号sel选择从处理电路1031输出的控制信号vctrl1、vctrl2、
……
以及vctrl
n
中的一个信号，并且将所选择的信号作为控制信号vctrl输入到晶体管1010的栅极。
[0131]
图14是示出了可以应用于第一实施例的第三变型的处理电路1031的示例性构造的框图。在图14的示例中，处理电路1031包括串联连接的多个处理电路13001、13002、
……
、以及1300
n
。处理电路13001、13002、
……
、以及1300
n
分别输出并不改变输入信号的逻辑的控
制信号vctrl1、vctrl2、
……
以及vctrl
n
。作为处理电路13001、13002、
……
、以及1300
n
中的每个，例如，可以采用缓冲电路或延迟电路。
[0132]
处理电路13001、13002、
……
、以及1300
n
的内容物并不受到具体限制，只要在不改变输入信号的逻辑情况下输出内容物但即可。处理电路13001、13002、
……
、以及1300
n
并不局限于同一内容物的电路，并且可以包括不同内容物的电路。附加地，在图14的示例中，处理电路13001、13002、
……
、以及1300
n
串联连接，但该实施例并不局限于该示例。例如，处理电路13001、13002、
……
、以及1300
n
可以与从反相器1002供应的信号vinv并联连接，或者可以以混合方式使用并联连接和串联连接。
[0133]
根据第一实施例的第三变型，可以对从反相器1002输出的信号vinv执行选自多个信号处理的一个信号处理。
[0134]
第一实施例的第四变型
[0135]
接下来，下文描述第一实施例的第四变型。图15是示出了根据第一实施例的第四变型的像素的示例性构造的示图。在图15中，通过将作为p沟道mos晶体管的晶体管1022插入在晶体管1010和图9中示出的像素10a中的光接收元件1000的阴极之间，获得像素10e。其它部分是与上述图9的构造中的那些部分相同的部分，从而这里将不重复对其进行详细描述。
[0136]
更确切地，在像素10e中，晶体管1022的源极连接到晶体管1010的漏极。晶体管1022的漏极连接到光接收元件1000的阴极和晶体管1001的漏极所连接到的连接点。将从像素10e的外部供应的信号en输入到晶体管1022的栅极。根据信号en控制晶体管1022的导通/截止。
[0137]
在图15的构造中，在致使晶体管1022处于导通状态的情形中的操作与根据上述参照图9和图10的第一实施例的像素10a的操作相同。致使晶体管1022处于截止状态的情形中的操作，是通过延长根据现有技术操作中的再充电操作所需的时间而获得的操作。
[0138]
例如，在时刻t
10
处，将通过对电源电压vdd与击穿电压(
‑
vop)进行加和获得的电压，施加到光接收元件1000的阴极和阳极之间。在该状态中，作为反相器1002的输出的信号vinv处于低状态中，并且将光接收元件1000的阴极经由晶体管1010连接到电源电压vdd。例如，当光子在时刻t
11
时入射到处于待用状态的光接收元件1000上时，通过入射的光子引起雪崩倍增，电流从光接收元件1000的阴极流向阳极，并且光接收元件1000的电压vca下降。
[0139]
当将从光接收元件1000的阴极得到的电压vca与反相器1002中的阈值电压vth进行比较，并且电压vca在时刻t
20
处超过阈值电压vth时，作为反相器1002的输出的信号vinv(控制信号vctrl)被反相为处于高状态中，并且致使晶体管1010处于截止状态中。
[0140]
在时刻t
12
处，光接收元件1000的阴极的电压vca下降为电压(
‑
vop)，并且雪崩倍增停止。电流经由晶体管1001流入到光接收元件1000的阴极中，并且开始对于光接收元件1000的再充电操作。
[0141]
此时，致使再充电电流成为比预定值较小的数值，以使得例如，通过再充电操作引起的阴极的电压vca的上升斜度，变为图10中由特征线51指示的从时刻t
12
到时刻t
21
的斜度，这与未采用第一实施例的情形(参考特征线50)中的斜度相比更为缓和。由此，与未采用根据本公开技术的情形相比，电压vca超过阈值电压vth为止的时间延长，以使得聚积在电势的偏转部分上的电子能够更稳妥地排出，并且能够防止引起后脉冲。
[0142]
当光接收元件1000的阴极的电压vca超过反相器1002的阈值电压vth时(时刻t
21
)，将作为反相器1002的输出的信号vinv反相为处于低状态中。此时，串联地连接到晶体管1010的晶体管1022处于截止状态中，以使得电源电压vdd并不经由晶体管1010供应到光接收元件1000，并且在保持图10中由特征线51指示的从时刻t
12
到时刻t
21
的斜度的同时，电压vca上升。在电压vca达到电源电压vdd的时刻时，完成再充电操作。
[0143]
在该情形中，例如，在根据第一实施例的第四变型的像素10e中，与根据第一变型的针对像素10a的时间相比，使得完成再充电操作的时间延长。另一方面，在像素10e中，在使晶体管1022处于截止状态的情形中，电源电压vdd并不供应到光接收元件1000，以使得与电源电压vdd供应到光接收元件1000的情形相比，能够降低功耗。
[0144]
在上文描述中，在光接收元件1000的操作时段期间，晶体管1022持续地处于截止状态中，但该实施例并不局限于该示例。例如，仅当光接收元件1000处于待用状态中时(从图10中的时刻t
10
到时刻t
11
的时段)，可以致使晶体管1022处于截止状态中，并且可以在其它时段中致使晶体管1022处于导通状态中。在该情形中，可以在不使得完成再充电操作的时间延长的情况下防止后脉冲，并且可以降低在光接收元件1000的待用期间的功耗。
[0145]
根据第一实施例的第四变型的构造可以与上述第一实施例以及该第一实施例的第一变型至第三变型的任何一个相组合，以进行执行。
[0146]
第一实施例的第五变型
[0147]
接下来，下文描述第一实施例的第五变型。图16是示出了根据第一实施例的第五变型的像素的示例性构造的示图。在图16中，举例而言，像素10f具有这样的构造，其中，与图9所示的像素10a相比，从作为电流源的晶体管1001'供应的电流是可变的。其它部分是与上述图9的构造中的那些部分相同的部分，从而这里将不重复对其进行详细描述。
[0148]
如上所述，作为电流源的晶体管1001'是在电流镜像电路中作为复制标的的晶体管。在图16的示例中，晶体管1001'在电流镜像电路中的复制源是作为p沟道mos晶体管的晶体管1023，并且晶体管1001'复制从电流源1040供应的电流，以供应到光接收元件1000。
[0149]
在该构造中，使所要供应的电流在晶体管1001'、晶体管1023以及电流源1040的至少一者中是可变的。由此，使供应到光接收元件1000的再充电电流是可变的，并且能够调节用于对光接收元件1000的充电速度。晶体管1001'例如由并联连接的多个晶体管构成，并且使所要供应的电流能够根据晶体管中需处于导通状态中的晶体管的数量而变化。类似地，晶体管1023能够使所要供应的电流是可变的。
[0150]
该实施例并不局限于此，例如可以使从晶体管1010供应的电流可变。在该情形中，使得作为反相器1002的输出的信号vinv反相，并且可以调节用于使得光接收元件1000的阴极的电压vca升高到电源电压vdd的时间(例如，从图10中的时刻t
21
到时刻t
13
的时段)。
[0151]
根据第一实施例的第五变型的构造可以与上述第一实施例以及该第一实施例的第一变型至第四变型的任何一个相组合，以进行执行。
[0152]
第一实施例的第六变型
[0153]
接下来，下文描述第一实施例的第六变型。图17是示出了根据第一实施例的第六变型的像素的示例性构造的示图。图17示出了像素10g的示例，其中，作为电流源的晶体管1001和用于使得光接收元件1000的阴极的电压vca升高到电源电压vdd的晶体管1010，连接到与图9所示的像素10a相比不同的电源。其它部分是与上述图9的构造中的那些部分相同
的部分，从而这里将不重复对其进行详细描述。
[0154]
如图17中所示，晶体管1001的源极连接到电源电压vdd1。另一方面，晶体管1010的源极连接到与电源电压vdd1不同的电源电压vdd2。在该情形中，电源电压vdd1和电源电压vdd2可以通过能够提供不同电压的相应路径供应，并且电压无需彼此不同。
[0155]
这样，通过分别将晶体管1001和1010的源极连接到不同电源电压vdd1和vdd2，变得可以容易地控制再充电操作以及使得光接收元件1000的阴极的电压vca以最佳的方式升高到电源电压vdd的操作。
[0156]
根据第一实施例的第六变型的构造可以与上述第一实施例以及该第一实施例的第一变型至第五变型的任何一个相组合，以进行执行。
[0157]
第一实施例的第七变型
[0158]
接下来，下文描述第一实施例的第七变型。图18是示出了根据第一实施例的第七变型的像素的示例性构造的示图。图18示出了像素10h的示例，其中，与图9所示的像素10a不同，光接收元件1000连接到电源侧。
[0159]
也就是说，在图18中，像素10h包括光接收元件1000、作为n沟道mos晶体管的晶体管1100、反相器1002、作为n沟道mos晶体管的晶体管1110以及作为p沟道mos晶体管的晶体管1120。像素10h还可以包括缓冲电路1121。
[0160]
在图18中，光接收元件1000的阴极连接到与光接收元件1000的击穿电压相对应的电压vop的电源，并且该光接收元件的阳极连接到作为电流源的晶体管1100的漏极。晶体管1100的源极连接到地电位gnd。电压vop是通过将过大的偏置电压ve与作为光接收元件1000的击穿电压的电压vbd相加获得的电压。将参考电压vref输入到晶体管1100的栅极。晶体管1100是电流源，该电流源通过漏极输出与地电位gnd以及参考电压vref相对应的电流。
[0161]
将从光接收元件1000的阳极和晶体管1100的漏极所连接到的连接点处得到的电压van，输入到反相器1002。例如，反相器1002执行对输入电压van的判定，并且每当电压van沿正向或负向超过阈值电压vth时，就输出经反相的信号vinv。例如，经由缓冲电路1121将从反相器1002输出的信号vinv输出为信号vpls。
[0162]
晶体管1110的漏极和晶体管1120的漏极进一步连接到光接收元件1000的阳极和晶体管1100的漏极所连接到的连接点。晶体管1120的源极连接到与过大的偏置电压ve相对应的电源电压vdd，并且将信号stby输入到其栅极。致使晶体管1120的源极和漏极之间的部分处于导通状态中，而同时信号stby处于低状态中，并且驱使光接收元件1000的阳极的电压van成为电压vdd。由此，致使光接收元件1000的阴极和阳极之间的电压v
cth
‑
an
成为电压vbd，并且防止在光接收元件1000中容易地引起雪崩倍增反应。
[0163]
晶体管1110的源极连接到地电位gnd。从反相器1002输出的信号vinv作为控制信号vctrl输入到晶体管1110的栅极。致使晶体管1110处于导通状态中，同时信号vinv(也就是控制信号vctrl)处于高状态中，并且光接收元件1000的阳极连接到地电位gnd。
[0164]
图19是示出了在根据图18所示第一实施例的第七变型的构造中光接收元件1000的阳极的电压van中变化的示例的示图。在图19中，特征线60指示在未采用第一实施例的第七变型的情形中的电压van，并且特征线61指示在采用第一实施例的第七变型的情形中的电压van。
[0165]
在图19中，时刻t
30
与图7的图表40中的时刻t
100
相对应，并且将电压vop施加到光接
收元件1000的阴极和阳极之间。电压vop是通过将作为光接收元件1000的击穿电压的电压vbd与对应于上述针对光接收元件1000的过大偏置电压ve的电压相加获得的电压，并且光接收元件1000处于待用状态以供光子入射。在该状态中，作为反相器1002的输出的信号vinv处于高状态中，并且将光接收元件1000的阳极经由晶体管1110连接到地电位gnd。
[0166]
例如，当光子在时刻t
31
时入射到处于待用状态中的光接收元件1000时，通过入射光子引起雪崩倍增。由于该雪崩倍增，电流从光接收元件1000的阴极流向阳极，并且光接收元件1000的阳极的电压van上升。
[0167]
从光接收元件1000的阳极得到的电压van被输入到反相器1002，并且与反相器1002中的阈值电压vth进行比较。在时刻t
40
时，当电压van超过阈值电压vth时，使得作为反相器1002的输出的信号vinv(控制信号vctrl)反相，以处于低状态中，并且致使晶体管1110处于截止状态中。
[0168]
在时刻t
32
处，光接收元件1000的阳极的电压van上升到电压vbd，光接收元件1000的阴极和阳极之间的电压v
cth
‑
an
达到电压vbd，并且雪崩倍增停止。电流经由晶体管1100流入到光接收元件1000的阳极中，并且开始对于光接收元件1000的再充电操作。
[0169]
此时，通过使再充电电流成为小于预定值的电流，例如特征线61所例示的那样，与未采用第一实施例的第七变型的情形(参照特征线60)相比，能够使得由再充电操作引起的阳极电压van的上升斜率缓和。例如，与未采用根据本公开技术的情形相比，使再充电电流成为较小的电流。由此，与未采用根据本公开技术的情形相比，电压van超过阈值电压vth的时间则延长，以使得聚积在电势的偏转部分上的电子能够更稳妥地排出，并且能够防止引起后脉冲。
[0170]
当光接收元件1000的阳极的电压van超过反相器1002的阈值电压vth时(时刻t
41
)，将作为反相器1002的输出的信号vinv反相为处于高状态中。当使信号vinv处于高状态中时，使晶体管1110处于导通状态中，并且经由晶体管1110将地电位gnd供应到光接收元件1000的阳极。由此，例如图19中从时刻t
41
开始的特征线61所指示的那样，驱使光接收元件1000的阳极的电压van下降到地电位gnd，并且完成再充电操作(时刻t
33
)。
[0171]
通过上述操作，采用光接收元件1000连接到电源侧的构造，能够防止引起后脉冲，而无需延长与上文参照图9和图10描述的根据第一实施例的构造相类似的再充电操作所需的时间。
[0172]
在该示例中，与上述第一实施例类似，在晶体管1110处于导通状态的情形中，当大于预定电流的电流经由晶体管1110从光接收元件1000的阳极流出时，可以向光接收元件1000中剩余的电子提供能够开始雪崩倍增的能量，以引起后脉冲。因此，使在晶体管1110处于导通状态的情形中流入到光接收元件1000中的电流小于光接收元件1000的闭锁电流。
[0173]
根据第一实施例的第七变型的构造可以与上述第一实施例以及该第一实施例的第一变型到第六变型的任何一个相组合，以进行执行。
[0174]
第一实施例的第八变型
[0175]
接下来，下文描述第一实施例的第八变型。第一实施例的第八变型是将关于本发明技术的构造应用于层压结构的示例，该层压结构通过将上文参照图6描述的两个半导体芯片进行层压获得。举例而言，下文描述根据将上文参照图9描述的第一实施例的像素10a应用于层压结构的示例。
[0176]
图20是示出了根据第一实施例的第八变型的像素10a的各部分的布置的示例的示图。像素10a的构造与上文参照图9描述的构造相同。参照图6，在图20的示例中，将包括在像素10a中的元件的光接收元件1000设置在上芯片210上，并且其它元件(晶体管1001、1010和1020、反相器1002以及缓冲电路1021)设置在下芯片211上。
[0177]
光接收元件1000的阴极经由耦接部件212a连接到设置在下芯片211上的晶体管1001的漏极。光接收元件1000的阳极经由耦接部件212b连接到设置在下芯片211上的电压(
‑
vbd)的布线。耦接部件212a和212b例如通过铜
‑
铜连接(ccc)形成。
[0178]
这样，通过将光接收元件1000设置在上芯片210上，并且将其它元件设置在下芯片211上，能够扩大光接收元件1000的光接收表面的面积，并且能够改善光接收元件1000的灵敏度。
[0179]
图20中示出的像素10a的相应元件在上芯片210和下芯片211上的布置仅仅是一个示例，并且该实施例并不局限于该示例。例如，光接收元件1000和反相器1002可以设置在上芯片210上，并且其它元件可以设置在下芯片211上。层压结构可以是三个以上半导体芯片层压的结构。在这样的情形中，例如，光接收元件1000作为最外表面设置在半导体芯片上，并且其它元件适当地设置在相应层上。
[0180]
参照图20，描述将根据第一实施例的第八变型的构造应用于根据上述第一实施例的构造的示例，但该实施例并不局限于该示例。也就是说，根据第一实施例的第八变型的构造可以与上述第一实施例以及该第一实施例的第一变型到第七变型的任何一个相组合，以进行执行。
[0181]
第二实施例
[0182]
接下来，作为第二实施例，下文描述使用在根据本发明的第一实施例及其变型中的任何像素10a到10h的电子设备6的应用实例。图21是示出了使用具有根据第一实施例及其变型的任何像素10a到10h的电子设备6的用途示例的示图。
[0183]
例如，上述电子设备6可以如下文所述用于感测诸如可见光、红外光、紫外光以及x射线的光的各种情形。
[0184]
‑
一种用于拍摄图像以供欣赏的装置，例如是数字相机或具有相机功能的移动装置。
[0185]
‑
一种用于交通的装置，例如用于拍摄汽车的正面、背面、周围环境、内部等的车载传感器，用于监视行驶车辆和道路的监视相机以及用于测量车辆之间距离的测距传感器，以便在自动停车等情况下安全驾驶并且用于识别驾驶员的状态。
[0186]
‑
一种用于诸如电视机、冰箱和空调的家用电器的装置，用于拍摄用户的手势并根据该手势执行电器操作。
[0187]
‑
一种用于医疗服务或保健的装置，例如内窥镜或通过接收红外光执行血管造影的装置。
[0188]
‑
一种用于安保的装置，例如用于防止犯罪的监视摄像机或用于认证人的相机。
[0189]
‑
一种用于美容护理的装置，例如用于拍摄皮肤的皮肤测量仪器或用于拍摄头皮的显微镜。
[0190]
‑
一种用于运动的装置，例如用于运动等的动作相机或可穿戴相机。
[0191]
‑
一种用于农业的装置，例如监视田地或庄稼状态的相机。
[0192]
根据本发明技术的附加应用示例
[0193]
根据本发明的技术(本技术)可以应用于各种产品。例如，根据本发明的技术可以应用于内窥镜手术系统。
[0194]
体内信息获取系统的应用示例
[0195]
图22是示出了使用胶囊型内窥镜的用于患者的体内信息获取系统的简要构造的示例的框图，根据本发明的技术(本技术)可以应用于该体内信息获取系统。
[0196]
体内信息获取系统10001由胶囊型内窥镜10100和外部控制装置10200构成。
[0197]
胶囊型内窥镜10100在检查时被患者吞咽。胶囊型内窥镜10100具有成像功能和无线通信功能，在通过蠕动运动在诸如胃和小肠的器官内部移动的同时，以预定间隔连续地拍摄器官内部的图像(下文，也称为体内图像)，直到从患者自然排出为止，以及以无线方式连续地将关于体内图像的信息发送到患者身体外部的外部控制装置10200。
[0198]
外部控制装置10200整体地控制体内信息获取系统10001的操作。外部控制装置10200接收关于从胶囊型内窥镜10100发送的体内图像的信息，并且基于所接收的关于体内图像的信息生成图像数据，用于将体内图像显示在显示器装置(未示出)上。
[0199]
这样，在吞咽胶囊型内窥镜10100直到胶囊型内窥镜10100排出为止的时段中，体内信息获取系统10001可以根据情况获取通过拍摄患者身体内部的状态获得的体内图像。
[0200]
下文更详细地描述胶囊型内窥镜10100和外部控制装置10200的构造。
[0201]
胶囊型内窥镜10100包括胶囊型壳体10101和容纳光源单元10111的壳体10101、成像单元10112、图像处理单元10113、无线通信单元10114、给电单元10115、电源单元10116以及控制单元10117。
[0202]
光源单元10111例如由诸如发光二极管(led)的光源构成，并且利用光照射成像单元10112的成像视野。
[0203]
成像单元10112由成像元件和光学系统构成，该光学系统包括多个透镜，这些透镜设置在成像元件的前级处。作为观测目标(下文，称为观测光)的发射到身体组织的光的反射光由光学系统收集，并且入射到成像元件上。在成像单元10112中，入射到成像元件上的观测光通过成像元件光电转换，并且生成与观测光相对应的图像信号。将由成像单元10112生成的图像信号提供到图像处理单元10113。
[0204]
图像处理单元10113由诸如cpu或图形处理单元(gpu)的处理器构成，并且对由成像单元10112生成的图像信号执行各种信号处理。图像处理单元10113向无线通信单元10114提供经受信号处理的图像信号来作为原始(raw)数据。
[0205]
无线通信单元10114对在其上由图像处理单元10113执行信号处理的图像信号执行诸如调制处理的预定处理，并且经由天线10114a将图像信号发送到外部控制装置10200。无线通信单元10114经由天线10114a从外部控制装置10200接收与胶囊型内窥镜10100的驱动控制相关联的控制信号。无线通信单元10114向控制单元10117提供从外部控制装置10200接收的控制信号。
[0206]
给电单元10115由用于接收功率的天线线圈、用于从天线线圈中生成的电流中再生电力的功率再生电路、升压电路等构成。在电源单元10115中，通过使用称为非接触充电的原理来生成电力。
[0207]
电源单元10116由二次电池构成，并且积聚通过给电单元10115生成的电力。在图
22中，为了防止附图过于复杂，并未示出指示电力从电源单元10116的供应标的的箭头等。将积聚在电源单元10116中的电力供应到光源单元10111、成像单元10112、图像处理单元10113、无线通信单元10114以及控制单元10117，并且可以用于驱动这些单元。
[0208]
控制单元10117由诸如cpu的处理器构成，并且根据从外部控制装置10200发送的控制信号，适当地控制光源单元10111、成像单元10112、图像处理单元10113、无线通信单元10114以及给电单元10115的驱动。
[0209]
外部控制装置10200由微型计算机、控制板等构成，诸如cpu和gpu的处理器安装在其上，或者处理器和诸如存储器的存储元件以固定方式安装在其上。外部控制装置10200经由天线10200a将控制信号发送到胶囊型内窥镜10100的控制单元10117，以控制胶囊型内窥镜10100的操作。例如，在胶囊型内窥镜10100中，可以通过来自外部控制装置10200的控制信号来改变用于观测目标的光源单元10111的光照射条件。还可以通过来自外部控制装置10200的控制信号来改变成像条件(例如，成像单元10112的帧速率、曝光值等)。通过来自外部控制装置10200的控制信号，可以改变通过图像处理单元10113执行的处理的内容物或者用于由无线通信单元10114发送图像信号的条件(例如，传输间隔、待发送的图像数量等)。
[0210]
外部控制装置10200对从胶囊型内窥镜10100发送的图像信号执行各种图像处理，并且生成图像数据，以在显示器装置上显示所得到的体内图像。作为图像处理，例如，显影处理(去马赛克处理)、图像质量增强处理(频段强调处理、超分辨率处理、降噪处理、照相机抖动校正处理等)、放大处理(电子变焦处理)等可以独立地执行或者可以组合以执行各种信号处理。外部控制装置10200控制显示器装置的驱动，以显示已基于所生成的图像数据得到的体内图像。可替代地，外部控制装置10200可以致使记录装置(未示出)记录所生成的图像数据，或者可以致使打印装置(未示出)打印和输出所生成的图像数据。
[0211]
上文已描述了可以应用根据本发明技术的体内信息获取系统的示例。通过将根据本发明的技术应用于成像单元10112，能够更稳定地控制成像单元10112。
[0212]
内窥镜手术系统的应用示例
[0213]
根据本发明的技术也可以应用于内窥镜手术系统。图23是示出了内窥镜手术系统的简要构造的示例的示图，根据本发明的技术(本技术)可以应用于该内窥镜手术系统。
[0214]
图23示出了操作员(医生)11131使用内窥镜手术系统11000对病床11133上的患者11132执行手术的状态。例如附图中所示，内窥镜手术系统11000由内窥镜11100、诸如气腹管11111和能量处理工具11112的其它操作工具11110、支承内窥镜11100的支承臂装置11120以及用于内窥镜手术的各种装置安装在其上的推车11200构成。
[0215]
内窥镜11100由镜筒11101和相机头部11102构成，该镜筒包括距所要插入到患者11132的体腔中的远端的预定长度区域，并且该相机头部连接到镜筒11101的基端。在附图所示的示例中，内窥镜11100被构造成称为包括硬质镜筒11101的硬镜，但内窥镜11100也可以被构造成称为包括软镜筒的软镜。
[0216]
物镜插入其中的开口设置在镜筒11101的远端处。光源装置11203连接到内窥镜11100。由光源装置11203生成的光通过设置成在镜筒11101内部延伸的导光件引导到镜筒的远端，并且经由物镜发射到患者11132的体腔中的观测目标上。内窥镜11100可以是前视内窥镜、前斜视内窥镜或侧视内窥镜。
[0217]
光学系统和成像元件设置在相机头部11102内部，并且来自观测目标的反射光(观
测光)由光学系统收集到成像元件中。观测光由成像元件进行光电转换，并且生成与观测光相对应的电信号，即与观测图像相对应的图像信号。图像信号作为原始数据发送到相机控制单元(ccu)11201。
[0218]
ccu 11201由cpu、gpu等构成，并且整体地控制内窥镜11100和显示器装置11202的操作。附加地，ccu 11201接收来自相机头部11102的图像信号，并且例如基于该图像信号，对该图像信号执行用于显示图像的各种图像处理，例如显影处理(去马赛克处理)。
[0219]
在由ccu 11201的控制下，显示器装置11202基于在由ccu 11201执行图像处理的图像信号而显示图像。
[0220]
光源装置11203例如由诸如发光二极管(led)的光源构成，并且将用于拍摄手术部分的照射光供应到内窥镜11100。
[0221]
输入装置11204是用于内窥镜手术系统11000的输入接口。用户可以经由输入装置11204输入各种信息，或者作出输入到内窥镜手术系统11000的指令。例如，用户输入指令等，以改变用于内窥镜11100的成像条件(照射光的类型、放大倍数、焦距等)。
[0222]
处理工具控制装置11205控制能量处理工具11112的驱动，以烧灼或切开组织、密封血管等。气腹装置11206经由气腹管11111将气体进给到体腔中，以对患者11132的体腔进行充气，从而实现确保内窥镜11100的视野并且确保用于操作员的工作空间。记录器11207是能够记录与手术相关的各种信息的装置。打印机11208是能够打印各种格式(例如，文本、图像或图形)的与手术相关的各种信息的装置。
[0223]
例如，将用于拍摄手术部分的照射光供应到内窥镜11100的光源装置11203可以由白光源(由led构成)、激光源或其组合构成。在白光源通过组合rgb激光源而构成的情形中，能够高精度地控制每种颜色(每个波长)的输出强度和输出定时，以使得光源装置11203能够调节所得到图像的白平衡。附加地，在该情形中，能够通过以分时方式利用来自每个rgb激光源的激光来照射观测目标，以分时方式得到分别与rgb相对应的图像，并且与照射定时同步地控制相机头部11102的成像元件的驱动。根据该方法，能够获得彩色图像，而无需将彩色滤波器设置在成像元件上。
[0224]
可以控制光源装置11203以进行驱动，从而改变每个预定时间所要输出的光的强度。通过与改变光强度的定时同步地控制相机头部11102的成像元件的驱动，以分时方式获取图像，并且将这些图像加以组合，能够生成高动态范围的图像，而不需要生成所谓的黑压碎(black crushing)或白化。
[0225]
光源装置11203可以被构造成能够供应与特定光观测相对应的预定波长频带的光。在特定的光观测中，例如，通过使用身体组织中光吸收的波长依赖性，发射与正常观测中的照射光(也就是说，白光)相比较窄频带的光，来执行以高对比度拍摄粘膜表层中的预定组织(例如血管等)的所谓窄频带成像。可替代地，在特定的光观测中，可以通过荧光来执行荧光观测，以获得图像，该荧光通过发射激发光生成。例如，在荧光观测中，可以将激发光发射到身体组织上，以观测来自身体组织的荧光(自荧光观测)，或者可以将诸如吲哚青绿(icg)的试剂局部地注射到身体组织中，并且可以将与试剂的荧光波长相对应的激发光发射到身体组织上，以获得荧光图像。光源装置11203可以被构造成能够供应与此类特定光观测相对应的激发光和/或窄频带光。
[0226]
图24是示出了图23中示出的相机头部11102和ccu 11201的功能构造的示例的框
图。
[0227]
相机头部11102包括透镜单元11401、成像单元11402、驱动单元11403、通信单元11404以及相机头部控制单元11405。ccu 11201包括通信单元11411、图像处理单元11412以及控制单元11413。相机头部11102和ccu 11201经由传输线缆11400以可通信方式彼此连接。
[0228]
透镜单元11401是设置在与镜筒11101的连接部分处的光学系统。将从镜筒11101的远端得到的观测光引导到相机头部11102，并且入射到透镜单元11401上。通过将包括变焦透镜和聚焦透镜的多个透镜相组合来构造透镜单元11401。
[0229]
成像单元11402由成像元件构成。成像单元11402可以由一个成像元件(称为单板型)构成或多个成像元件(称为多板型)构成。例如，在成像单元11402被构造成多板型的情形中，分别与rgb相对应的图像信号可以由相应的成像元件生成，并且可以将这些图像信号加以组合以获得彩色图像。可替代地，成像单元11402可以包括与三维(3d)显示器相对应的成对成像元件，该成对成像元件分别用于获取针对右眼的图像信号和针对左眼的图像信号。当执行3d显示时，操作员11131能够更精确地掌握在手术部分处的活体组织的深度。在成像单元11402被构造成多板型的情形中，透镜单元11401的多个系统可以与相应成像元件相对应地设置。
[0230]
成像单元11402并非必须设置在相机头部11102中。例如，成像单元11402可以设置成紧跟在镜筒11101内部的物镜之后。
[0231]
驱动单元11403由致动器构成，并且在相机头部控制单元11405的控制下，使得透镜单元11401的变焦透镜和聚焦透镜沿着光学轴线移动预定距离。由此，可以适当地调节由成像单元11402得到的图像的放大倍率和焦点。
[0232]
通信单元11404由通信装置构成，用于将各种信号发送到ccu 11201/从ccu接收各种信息。通信单元11404经由传输线缆11400将从成像单元11402获得的图像信号作为原始数据发送到ccu 11201
[0233]
通信单元11404还从ccu 11201接收用于控制相机头部11102的驱动的控制信号，并且将控制信号供应到相机头部控制单元11405。控制信号例如包括与成像条件有关的信息，例如指定所拍摄图像的帧速率的信息、指定成像时的曝光值的信息和/或指定所拍摄图像的放大倍率和焦点的信息。
[0234]
诸如上述帧速率、曝光值、放大倍率以及焦点的成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自动地设定。在之后的情形中，所谓的自动曝光(ae)功能、自动聚焦(af)功能以及自动白平衡(awb)功能假定为安装在内窥镜11100上。
[0235]
相机头部控制单元11405基于经由通信单元11404从ccu 11201接收的控制信号来控制相机头部11102的驱动。
[0236]
通信单元11411由通信装置构成，用于将各种信号发送到相机头部11102/从相机头部接收各种信息。通信单元11411经由传输线缆11400接收从相机头部11102发送的图像信号。
[0237]
通信单元11411还将用于控制相机头部11102的驱动的控制信号发送到相机头部11102。图像信号和控制信号可以通过电信、光学通信等发送。
[0238]
图像处理单元11412对从相机头部11102发送的作为原始数据的图像信号执行各种图像处理。
[0239]
控制单元11413执行对由内窥镜11100与手术部分的成像相关的各种类型控制，并且显示通过使得手术部分成像获得的所得到图像。例如，控制单元11413生成用于控制相机头部11102的驱动的控制信号。
[0240]
控制单元11413还使显示器装置11202基于与由图像处理单元11412执行的图像处理相关的图像信号，显示反映手术部分等的所得到图像。此时，控制单元11413可以通过使用各种图像识别技术识别所得到图像中的各种对象。例如，通过检测包括在所得到图像中的对象的边缘形状、颜色等，控制单元11413可以识别诸如镊子的操作工具、特定活体部分、出血、在使用能量处理工具11112时生成的雾气等。在使显示器装置11202显示所得到图像的时刻，控制单元11413可以使得各种手术支持信息与通过使用识别结果所要显示的手术部分的图像相叠加。通过叠加并显示所要呈现给操作员11131的手术支持信息，可以减少操作员11131的负担，并且操作员11131可以安全地事先手术。
[0241]
连接相机头部11102与ccu 11201的传输线缆11400是支持电信号通信的电信号线缆、支持光学通信的光纤或其复合线缆。
[0242]
在图24的示例中，使用传输线缆11400以有线方式执行通信，但可以以无线方式执行相机头部11102与ccu 11201之间的通信。
[0243]
上文已描述了可以应用根据本发明技术的内窥镜手术系统的示例。通过将根据本发明的技术应用于成像单元11402，能够更稳定地控制成像单元11402。
[0244]
举例而言，虽然本文描述了内窥镜手术系统，但根据本发明的技术也可以例如适用于显微镜手术系统等。
[0245]
移动物体的应用示例
[0246]
根据本发明的技术也可以应用于安装在各种移动物体上的装置，这些移动物体例如是汽车、电动车辆、混合电动车辆、摩托车、自行车、私人移动装置、飞机、无人驾驶飞机、船只以及机器人。
[0247]
图25是示出了作为移动物体控制系统的示例的车辆控制系统的简要构造示例的框图，根据本发明的技术可以应用于该移动物体控制系统。
[0248]
车辆控制系统12000包括经由通信网络12001彼此连接的多个电子控制单元。在图25中示出的示例中，车辆控制系统12000包括驱动系统控制单元12010、车身系统控制单元12020、车辆外部信息检测单元12030、车辆内部信息检测单元12040以及集成控制单元12050。作为集成控制单元12050的功能配置，示出了微型计算机12051、语音图像输出单元12052以及车载网络接口(i/f)12053。
[0249]
驱动系统控制单元12010根据各种计算机程序控制与车辆的驱动系统相关的装置的操作。例如，驱动系统控制单元12010用作控制装置，用于驱动力生成装置、驱动力传输机构、转向机构、制动装置等，该驱动力生成装置诸如是内燃机或电动机的用于生成车辆的驱动力来用于驾驶，该驱动力传输机构用于将驱动力传输到车轮，该转向机构用于调节车辆的舵角，该制动装置用于生成车辆的制动力。
[0250]
车身系统控制单元12020根据各种计算机程序来控制安装在车身上的各个装置的操作。例如，车身系统控制单元12020用作控制装置，用于无钥匙进入系统、智能钥匙系统、
电动车窗装置或诸如前大灯、后灯、刹车灯、指示灯或雾灯的各种灯。在该情形中，可以将从便携式机器发出的无线电波作为各种开关的钥匙或信号输入到车身系统控制单元12020。车身系统控制单元12020接收无线电波或信号的输入，以控制车辆的门锁装置、电动车窗装置、灯等。
[0251]
车辆外部信息检测单元12030检测关于车辆外部的信息，车辆控制系统12000安装在该车辆上。例如，成像单元12031连接到车辆外部信息检测单元12030。车辆外部信息检测单元12030致使成像单元12031获取车辆外部的图像，并且接收所得到的图像。车辆外部信息检测单元12030可以基于所接收的图像，执行对人、车辆、障碍物、标志、路面上的字符等的距离检测处理或物体检测处理。车辆外部信息检测单元12030例如对所接收图像执行图像处理，并且基于图像处理的结果，执行物体检测处理或距离检测处理。
[0252]
成像单元12031是接收光的光学传感器，并且输出与所接收光的量相对应的电信号。成像单元12031可以输出电信号来作为图像，或者可以输出电信号来作为测距信息。由成像单元12031接收的光可以是可见光，或者可以是诸如红外线的不可见光。
[0253]
车辆内部信息检测单元12040检测关于车辆内部的信息。例如，用于检测驾驶员状态的驾驶员状态检测单元12041例如连接到车辆内部信息检测单元12040。驾驶员状态检测单元12041例如包括用于对驾驶员成像的相机，并且车辆内部信息检测单元12040可以计算驾驶员的疲劳程度或专心程度，或者可以基于从驾驶员状态检测单元12041输入的信息来确定驾驶员是否正在睡觉。
[0254]
微型计算机12051可以基于与由车辆外部信息检测单元12030或车辆内部信息检测单元12040获取的车辆内部或外部相关的信息，计算驱动力生成装置、转向机构或制动装置的控制目标值，并且向驱动系统控制单元12010输出控制指令。例如，微型计算机12051可以执行协作控制，以实现高级驾驶员辅助系统(adas)的功能，包括车辆的碰撞避免或碰撞减轻、基于车辆间距离的跟随行驶、车辆速度保持行驶、车辆的碰撞警告，车辆的车道偏离警告等。
[0255]
微型计算机12051还可以基于与通过车辆外部信息检测单元12030或车辆内部信息检测单元12040获取的车辆周围环境有关的信息，来执行协同控制，以通过控制驱动力生成装置、转向机构、制动装置等来实现无需驾驶员操作的自动驾驶而进行自主行驶。
[0256]
微型计算机12051可以基于由车辆外部信息检测单元12030获取的关于车辆外部的信息，向车身系统控制单元12020输出控制指令。例如，微型计算机12051可以根据由车辆外部信息检测单元12030检测的前方车辆或对面车辆的位置执行协同控制，以通过控制车大灯来防止眩光，例如将远光束切换到近光束。
[0257]
语音图像输出单元12052将语音和图像的至少一个的输出信号发送到输出装置，该输出装置能够视觉地或听觉地向车辆上乘客或车辆外部通知信息。在图25的示例中，作为输出装置，例示音频扬声器12061、显示单元12062以及仪表板12063。显示单元12062可以例如包括车载显示器和前视显示器的至少一个。
[0258]
图26是示出了成像单元12031的所设置位置的示例的示图。在图26中，车辆12100包括成像单元12101、12102、12103、12104以及12105来作为成像单元12031。
[0259]
例如，成像单元12101、12102、12103、12104以及12105设置在诸如车辆的前鼻12100、侧视镜、后视镜、后门、车厢中挡风玻璃的上部之类的位置处。设置在前鼻处的成像
单元12101和设置在车厢中挡风玻璃的上部处的成像单元12105主要获取车辆12100的前侧的图像。设置在侧视镜上的成像单元12102和12103主要获取车辆12100的侧部的图像。设置在后保险杠或后门处的成像单元12104主要获取车辆12100的后侧的图像。由成像单元12101和12105获取的前侧的图像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。
[0260]
图26示出了成像单元12101至12104的拍摄范围的示例。成像范围12111指示设置在前鼻处的成像单元12101的成像范围，成像范围12112和12113指示分别设置在侧视镜处的成像单元12102和12103的成像范围，并且成像范围12114指示设置在后保险杠或后门上的成像单元12104的成像范围。例如，通过使得由成像单元12101至12104得到的成像数据重叠，能够获得从上方观测车辆12100的俯视图像。
[0261]
成像单元12101至12104的至少一个可以具有获取距离信息的功能。例如，成像单元12101至12104的至少一个可以是立体照相机，该立体照相机包括多个成像元件或者包括用于检测相位差的像素的一个成像元件。
[0262]
例如，通过基于从成像单元12101到12104获得的距离信息，获得到成像范围12111到12114中的每个三维物体的距离以及距离的时间变化(相对于车辆12100的相对速度)，微型计算机12051可以专门提取在车辆12100的前进路线上最近的三维物体来作为前方车辆，该车辆基本上沿与车辆12100相同的方向以预定速度(例如，0km/h以上)行驶。此外，微型计算机12051可以设定车辆间距离，该车辆间距离应在前方车辆之前事先确定，并且执行自动制动控制(包括跟随停止控制)、自动加速度控制(包括跟随启动控制)等。这样，可以执行协同控制，以实现自动驾驶等来进行自主行驶，而无需由驾驶员操作。
[0263]
例如，基于从成像单元12101到12104获得的距离信息，微型计算机12051可以提取三维委托数据，该三维物体数据与需分类为两轮车辆、普通车辆、大型车辆、行人以及诸如电线杆的其它三维物体相关，并且该微型计算机可以使用该三维物体数据来自动地避开障碍物。例如，微型计算机12051将车辆12100周围的障碍物区分为能够由车辆12100的驾驶员视觉地识别的障碍物以及难以由驾驶员视觉地识别的障碍物。微型计算机12051然后指示与每个障碍物碰撞的风险程度的碰撞风险，并且在该碰撞风险等于或大于设定值且存在碰撞可能性的情况中，微型计算机12051可以执行驾驶支持，来通过经由音频扬声器12061或显示单元12062向驾驶员输出警报，或者通过经由驱动系统控制单元12010执行强制减速或避免转向。
[0264]
成像单元12101到12104的至少一个可以是用于检测红外射线的红外照相机。例如，微型计算机12051可以通过确定在成像单元12101到12104的所得到图像中是否存在行人来识别行人。例如，通过在成像单元12101到12104的所得到图像中提取特征点的程序、以及对指示物体轮廓的一系列特征点执行模式匹配处理的程序，来执行对行人的此类识别，以确定该对象是否是行人。当微型计算机12051确定在成像单元12101到12104的所得到图像中存在行人并且识别行人时，语音图像输出单元12052控制显示单元12062来将方形轮廓叠加到所识别行人上，以作强调。语音图像输出单元12052还可以控制显示单元12062，以显示指示处于期望位置处的行人的图标等。
[0265]
上文已描述了可以应用根据本发明技术的车辆控制系统的示例。根据本发明的技术可以例如应用于上述构造中的成像单元12031。通过将根据本发明的技术应用于成像单
元12031，能够更稳定地控制成像单元12031。
[0266]
本文描述的效果仅仅是示例，并且并不旨在限制本发明。可以呈现其它效果。
[0267]
本技术还可以采用下文描述的构造。
[0268]
(1)一种光接收装置，包括：
[0269]
光接收元件，在该光接收元件基于偏置电压被充电到预定电势的状态中，由于根据已入射到该光接收元件上的光子引起的雪崩倍增，电流在该光接收元件中流动，该光接收元件通过再充电电流返回到所述状态；
[0270]
检测单元，该检测单元被构造成检测该电流，并且在电流的电流值超过阈值的情形中使得输出信号反相；
[0271]
电流源，该电流源被构造成将再充电电流供应到光接收元件；以及
[0272]
开关单元，该开关单元被构造成根据该检测单元的输出信号而控制偏置电压向光接收元件的供应。
[0273]
(2)根据上述(1)的光接收装置，其中，在偏置电压被供应到光接收元件的情形中，该开关单元向光接收元件供应电流值小于预定保持电流的电流值的电流，该预定保持电流允许该光接收元件维持雪崩倍增。
[0274]
(3)根据上述(2)的光接收装置，其中，
[0275]
该电流源向光接收元件供应再充电电流，该再充电电流的电流值小于保持电流的电流值，以及
[0276]
在偏置电压被供应到光接收元件的情形中，该开关单元向光接收元件供应电流值小于保持电流的电流值的电流。
[0277]
(4)根据上述(1)到(3)中任一项的光接收装置，其中，该电流源向光接收元件供应再充电电流，该再充电电流具有这样的电流值，在该电流值下，从根据在光接收元件中引起的雪崩倍增而反相检测单元的输出信号直至根据该再充电电流的供应而再次反相输出信号为止的时间，变得等于或长于用于排出电荷的时间，这些电荷由于内部光发射而积聚，该内部光发射与在光接收元件中引起的雪崩倍增产生的电流相对应。
[0278]
(5)根据上述(1)到(4)中任一项的光接收装置，其中，该开关单元根据检测单元的输出信号来控制偏置电压向光接收元件的供应，该输出信号经由并不改变该输出信号的逻辑的电路供应。
[0279]
(6)根据上述(1)到(5)中任一项的光接收装置，其中，该开关单元根据检测单元的输出信号来控制偏置电压向光接收元件的供应，该输出信号经由选自多个电路的一个电路供应，该多个电路并不改变该输出信号的逻辑。
[0280]
(7)根据上述(1)到(6)中任一项的光接收装置，进一步包括设定单元，该设定单元被构造成将由开关单元对偏置电压向光接收元件的供应的控制设定为有效或无效。
[0281]
(8)根据上述(1)到(7)中任一项的光接收装置，其中，该电流源将再充电电流供应到光接收元件，同时允许电流值可变。
[0282]
(9)根据上述(1)到(8)中任一项的光接收装置，其中，电流源以及开关单元中偏置电压的供源连接到不同的电源。
[0283]
(10)根据上述(1)到(9)中任一项的光接收装置，进一步包括：
[0284]
第一基底；以及
[0285]
第二基底，第一基底层压在该第二基底上，其中，
[0286]
至少该光接收元件设置在该第一基底上，以及
[0287]
检测单元、电流源以及开关单元的至少一部分设置在第二基底上。
[0288]
(11)一种测距装置，包括：
[0289]
光接收元件，在该光接收元件基于偏置电压充电到预定电势的状态中，由于根据已入射到该光接收元件上的光子引起的雪崩倍增，电流在该光接收元件中流动，该光接收元件通过再充电电流返回到所述状态；
[0290]
检测单元，该检测单元被构造成检测该电流，并且在电流的电流值超过阈值的情形中使得输出信号反相；
[0291]
电流源，该电流源被构造成将再充电电流供应到光接收元件；
[0292]
开关单元，该开关单元被构造成根据该检测单元的输出信号而控制偏置电压向光接收元件的供应；
[0293]
时间测量单元，该时间测量单元被构造成测量从光源发射光时的光发射定时到光接收元件接收光时的光接收定时的时间，并且获取所测得数值；
[0294]
直方图生成单元，该直方图生成单元被构造成生成所测得数值的直方图；以及
[0295]
运算单元，该运算单元被构造成基于直方图计算距待测量物体的距离。
[0296]
(12)根据上述(11)的测距装置，其中，在偏置电压被供应到光接收元件的情形中，该开关单元向光接收元件供应电流值小于预定保持电流的电流值的电流，该预定保持电流允许该光接收元件维持雪崩倍增。
[0297]
(13)根据上述(12)的测距装置，其中，
[0298]
该电流源向光接收元件供应再充电电流，该再充电电流的电流值小于保持电流的电流值，以及
[0299]
在偏置电压被供应到光接收元件的情形中，该开关单元向光接收元件供应电流值小于保持电流的电流值的电流。
[0300]
(14)根据上述(11)到(13)中任一项的测距装置，其中，该电流源向光接收元件供应再充电电流，该再充电电流具有这样的电流值，在该电流值下，从根据在光接收元件中引起的雪崩倍增而反相检测单元的输出信号直至根据该再充电电流的供应而再次反相输出信号为止的时间，变得等于或长于用于排出电荷的时间，这些电荷由于内部光发射而积聚，该内部光发射与在光接收元件中引起的雪崩倍增产生的电流相对应。
[0301]
(15)根据上述(11)到(14)中任一项的测距装置，其中，该开关单元根据检测单元的输出信号来控制偏置电压向光接收元件的供应，该输出信号经由并不改变该输出信号的逻辑的电路供应。
[0302]
(16)根据上述(11)到(15)中任一项的测距装置，其中，该开关单元根据检测单元的输出信号来控制偏置电压向光接收元件的供应，该输出信号经由选自多个电路的一个电路供应，该多个电路并不改变该输出信号的逻辑。
[0303]
(17)根据上述(11)到(16)中任一项的测距装置，进一步包括设定单元，该设定单元被构造成将由开关单元对偏置电压向光接收元件的供应的控制设定为有效或无效。
[0304]
(18)根据上述(11)到(17)中任一项的测距装置，其中，该电流源将再充电电流供应到光接收元件，同时允许电流值可变。
[0305]
(19)根据上述(11)到(18)中任一项的测距装置，其中，电流源以及开关单元中偏置电压的供源连接到不同的电源。
[0306]
(20)根据上述(11)到(19)中任一项的测距装置，进一步包括：
[0307]
第一基底；以及
[0308]
第二基底，第一基底层压在该第二基底上，其中，
[0309]
至少该光接收元件设置在该第一基底上，以及
[0310]
检测单元、电流源以及开关单元的至少一部分设置在第二基底上。
[0311]
附图标记列表
[0312]
1 测距装置
[0313]
10、10a、10b、10c、10d、10e、10f、10g、10h 像素
[0314]
210 上芯片
[0315]
211 下芯片
[0316]
1000 光接收元件
[0317]
1001、1001'、1010、1020、1022、1023、1100、1110、1120 晶体管
[0318]
1002 反相器
[0319]
1030、1031、13001、13002、1300
n 处理电路
[0320]
1032 选择器。