(57)【要約】【課題】アクティブ方式のメリットを維持しつつ、回路素子に過電圧が印加されるリスクを低減できる光検出装置、及び、当該光検出装置を有する測距装置を提供する。【解決手段】本開示の光検出装置は、受光素子、受光素子に接続される負荷回路、受光素子に接続されるスイッチ回路、及び、受光素子からの出力に応じてスイッチ回路を動作させるフィードバック回路、を備える。フィードバック回路は、遅延回路を有する。本開示の測距装置は、測定対象物に対して光を照射する光源、及び、測定対象物で反射された光を検出する光検出装置を備え、光検出装置として、上記の構成の光検出装置を用いる。【選択図】  図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光素子、
受光素子に接続される負荷回路、
受光素子に接続されるスイッチ回路、及び、
受光素子からの出力に応じてスイッチ回路を動作させるフィードバック回路、
を備え、
フィードバック回路は、遅延回路を有する、
光検出装置。
【請求項２】
遅延回路は、遅延量が可変である、
請求項１に記載の光検出装置。
【請求項３】
受光素子の素子特性に応じて、遅延回路の遅延量を制御する、
請求項２に記載の光検出装置。
【請求項４】
受光素子の素子特性は、受光素子の温度である、
請求項３に記載の光検出装置。
【請求項５】
電源電圧の変動のモニタ結果に基づいて、遅延回路の遅延量を制御する、
請求項２に記載の光検出装置。
【請求項６】
フィードバック回路は、コンパレータを更に有する、
請求項１に記載の光検出装置。
【請求項７】
コンパレータは、受光素子からの出力を比較入力とし、基準電圧を比較基準入力とし、その比較結果を遅延回路の入力とする、
請求項６に記載の光検出装置。
【請求項８】
コンパレータの基準電圧は、電圧値が可変である、
請求項７に記載の光検出装置。
【請求項９】
コンパレータの比較結果は、受光素子の出力に基づく画素回路出力として導出される、
請求項７に記載の光検出装置。
【請求項１０】
フィードバック回路を含む経路は、受光素子の出力を画素回路出力として導出する経路とは別の経路として設けられている、
請求項７に記載の光検出装置。
【請求項１１】
受光素子は、光子の受光に応じて信号を発生する素子である、
請求項１に記載の光検出装置。
【請求項１２】
受光素子は、単一光子アバランシェダイオードから成る、
請求項１１に記載の光検出装置。
【請求項１３】
測定対象物に対して光を照射する光源、及び、
測定対象物で反射された光を検出する光検出装置を有し、
光検出装置は、
受光素子、
受光素子に接続される負荷回路、
受光素子に接続されるスイッチ回路、及び、
受光素子からの出力に応じてスイッチ回路を動作させるフィードバック回路、
を備え、
フィードバック回路は、遅延回路を有する、
測距装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、光検出装置及び測距装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光検出を行う受光素子（受光部）として、光子の受光に応じて信号を発生する素子を用いた測距装置がある（例えば、特許文献１参照）。この従来技術に係る測距装置では、ＴｏＦ（Time of Flight：飛行時間）の測定結果に基づいて、光量が低い場合は、パルスの数を検出し、光量が高い場合は、パルスの幅を検出するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−０８１２５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、光子の受光に応じて信号を発生する受光素子を用いた光検出動作は、例えばＳＰＡＳ（Single Photon Avalanche Diode）素子を用いた光検出動作、アバランシェ電流の発生／停止を繰り返すことによって行われる。そして、アバランシェ電流によって引き下げられたカソード電圧の回復については、受光素子に接続されるリチャージ回路によって行われる。
【０００５】
受光素子を含む画素回路には、アバランシェ電流を受動的にコントロールするパッシブ方式と、タイミングなどの制御によって能動的に切り替えるアクティブ方式との２方式がある。パッシブ方式に比べてアクティブ方式の方が調整の自由度が高いが、その反面、正確なタイミング制御を行わないと誤動作を起こしたり、回路素子に規定値以上の過電圧が印加され、回路素子の劣化が生じてしまう可能性がある。
【０００６】
上記の特許文献１には、パッシブ方式の画素回路が記載されている。従って、当該特許文献１に記載の従来技術では、アクティブ方式の上記のリスク、即ち、回路素子に過電圧が印加されるリスクについては考慮されていない。
【０００７】
本開示は、アクティブ方式のメリットを維持しつつ、回路素子に過電圧が印加されるリスクを低減できる光検出装置、及び、当該光検出装置を有する測距装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するための本開示の光検出装置は、
受光素子、
受光素子に接続される負荷回路、
受光素子に接続されるスイッチ回路、及び、
受光素子からの出力に応じてスイッチ回路を動作させるフィードバック回路、
を備え、
フィードバック回路は、遅延回路を有する。
【０００９】
また、上記の目的を達成するための本開示の測距装置（距離測定装置）は、
測定対象物に対して光を照射する光源、及び、
測定対象物で反射された光を検出する光検出装置を備え、
光検出装置として、上記の構成の光検出装置を用いる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本開示の一実施形態に係る測距装置を示す概略構成図である。
【図２】図２Ａ及び図２Ｂは、本開示の一実施形態に係る測距装置の具体的な構成を示すブロック図である。
【図３】図３Ａは、パッシブ方式の第１例に係る画素回路を示す回路図であり、図３Ｂは、パッシブ方式の第２例に係る画素回路を示す回路図である。
【図４】図４Ａは、パッシブ方式の画素回路の回路動作の説明に供する波形図であり、図４Ｂは、アクティブ方式の画素回路の回路動作の説明に供する波形図である。
【図５】図５は、照射光量が相対的に少ない場合のＳＰＡＤ素子のデッドタイムＤＴについて説明する波形図である。
【図６】図６は、アクティブ方式の画素回路を示す回路図である。
【図７】図７は、実施例１に係る光検出装置における画素回路を示す回路図である。
【図８】図８Ａは、遅延量が可変な遅延回路の第１回路例を示す回路図であり、図８Ｂは、第２回路例を示す回路図である。
【図９】図９Ａは、デッドタイムＤＴが短い場合のカソード電圧及びＳＰＡＤ出力の波形図であり、図９Ｂは、デッドタイムＤＴが長い場合のカソード電圧及びＳＰＡＤ出力の波形図である。
【図１０】図１０は、実施例２に係る光検出装置における画素回路を示す回路図である。
【図１１】図１１は、実施例３に係る光検出装置における画素回路を示す回路図である。
【図１２】図１２は、実施例４に係る光検出装置における画素回路を示す回路図である。
【図１３】図１３は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。
【図１４】図１４は、測距装置の設置位置の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本開示に係る技術を実施するための形態（以下、「実施形態」と記述する）について図面を用いて詳細に説明する。本開示に係る技術は実施形態に限定されるものではなく、実施形態における種々の数値などは例示である。以下の説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。尚、説明は以下の順序で行う。
１．本開示の光検出装置及び測距装置、全般に関する説明
２．実施形態に係る測距装置
２−１．測距装置の構成の概略
２−２．ＳＰＡＤ素子を用いた光検出装置の基本的な画素回路
２−２−１．パッシブ方式の第１例に係る画素回路
２−２−２．パッシブ方式の第２例に係る画素回路
２−２−３．パッシブ方式の画素回路の回路動作
２−２−４．デッドタイムＤＴについて
２−２−５．アクティブ方式の画素回路
２−２−６．アクティブ方式の画素回路の回路動作
３．実施形態に係る光検出装置
３−１．実施例１（パッシブ回路とアクティブ回路とを組み合わせた例）
３−２．実施例２（実施例１の変形例：電圧モニタ結果に基づいて遅延量を調整する例）
３−３．実施例３（実施例１の変形例：フィードバック回路中にコンパレータを有する例）
３−４．実施例４（実施例３の変形例：ＳＰＡＤ出力の経路とアクティブリチャージのための経路とを分けた構成例）
４．本開示に係る技術の適用例（移動体の例）
５．本開示がとることができる構成
【００１２】
＜本開示の光検出装置及び測距装置、全般に関する説明＞
本開示の光検出装置及び測距装置にあっては、遅延回路について、遅延量が可変な構成とすることができる。そして、受光素子の素子特性に応じて、遅延回路の遅延量を制御する構成とすることができる。受光素子の素子特性については、受光素子の温度である形態とすることができる。
【００１３】
上述した好ましい形態、構成を含む本開示の光検出装置及び測距装置にあっては、電源電圧の変動のモニタ結果に基づいて、遅延回路の遅延量を制御する構成とすることができる。
【００１４】
また、上述した好ましい形態、構成を含む本開示の光検出装置及び測距装置にあっては、フィードバック回路について、コンパレータを更に有する構成とすることができる。コンパレータについは、受光素子からの出力を比較入力とし、基準電圧を比較基準入力とし、その比較結果を遅延回路の入力とする構成とすることができる。また、コンパレータの基準電圧について、電圧値が可変な構成とすることができる。
【００１５】
また、上述した好ましい形態、構成を含む本開示の光検出装置及び測距装置にあっては、コンパレータの比較結果について、受光素子の出力に基づく画素回路出力として導出される構成とすることができる。あるいは又、フィードバック回路を含む経路は、受光素子の出力を画素回路出力として導出する経路とは別の経路として設けられた構成とすることができる。
【００１６】
また、上述した好ましい形態、構成を含む本開示の光検出装置及び測距装置にあっては、受光素子について、光子の受光に応じて信号を発生する素子である構成とすることができる。また、受光素子について、単一光子アバランシェダイオードから成る構成とすることができる。
【００１７】
＜実施形態に係る測距装置＞
［測距装置の構成の概略］
図１は、本開示の実施形態に係る測距装置を示す概略構成図である。本実施形態に係る測距装置１は、測定対象物である被写体１０までの距離を測定する測定法として、被写体１０に向けて照射した光（例えば、レーザ光）が、当該被写体１０で反射されて戻ってくるまでの時間を測定するＴｏＦ法を採用している。ＴｏＦ法による距離測定を実現するために、本実施形態に係る測距装置１は、光源２０及び光検出装置３０を備えている。そして、光検出装置３０として、後述する本開示の一実施形態に係る光検出装置を用いる。
【００１８】
本実施形態に係る測距装置１の具体的な構成を図２Ａ及び図２Ｂに示す。光源２０は、例えば、レーザドライバ２１、レーザ光源２２、及び、拡散レンズ２３を有し、被写体１０に対してレーザ光を照射する。レーザドライバ２１は、制御部４０による制御の下に、レーザ光源２２を駆動する。レーザ光源２２は、例えば半導体レーザから成り、レーザドライバ２１によって駆動されることによりレーザ光を出射する。拡散レンズ２３は、レーザ光源２２から出射されたレーザ光を拡散し、被写体１０に対して照射する。
【００１９】
光検出装置３０は、受光レンズ３１、光センサ３２、及び、論理回路３３を有し、レーザ照射部２０による照射レーザ光が被写体１０で反射されて戻ってくる反射レーザ光を受光する。受光レンズ３１は、被写体１０からの反射レーザ光を光センサ３２の受光面上に集光する。光センサ３２は、受光レンズ３１を経た被写体１０からの反射レーザ光を画素単位で受光し、光電変換する。光センサ３２の出力信号は、論理回路３３を経由して制御部４０へ供給される。光センサ３２の詳細については後述する。
【００２０】
制御部４０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央処理ユニット）等によって構成され、光源２０及び光検出装置３０を制御するとともに、光源２０から被写体１０に向けて照射したレーザ光が、当該被写体１０で反射されて戻ってくるまでの時間ｔの計測を行う。この計測した時間ｔを基に、被写体１０までの距離Ｌを求めることができる。
【００２１】
時間ｔを計測する方法としては、光源２０からパルス光を照射したタイミングでタイマをスタートさせ、光検出装置３０が当該パルス光を受光したタイミングでタイマをストップすることで時間ｔを計測する。時間計測のその他の方法として、光源２０から所定の周期でパルス光を照射し、光検出装置３０が当該パルス光を受光した際の周期を検出し、発光の周期と受光の周期との位相差から時間ｔを計測してもよい。時間計測は複数回実行され、複数回計測された時間を積み上げたヒストグラムのピークを検出することで時間ｔを計測する。
【００２２】
光センサ３２としては、受光素子（受光部）を含む画素が２次元アレイ状に配置されて成る２次元アレイセンサ（所謂、エリアセンサ）を用いることもできるし、受光素子を含む画素が直線状に配置されて成る１次元アレイセンサ（所謂、ラインセンサ）を用いることもできる。
【００２３】
そして、本実施形態では、光センサ３２として、画素の受光素子が、光子の受光に応じて信号を発生する素子、例えば、ＳＰＡＤ（Single Photon Avalanche Diode：単一光子アバランシェダイオード）素子から成るセンサを用いている。すなわち、本実施形態に係る光検出装置３０は、画素の受光素子がＳＰＡＤ素子から成る構成となっている。尚、受光素子については、ＳＰＡＤ素子に限定されず、ＡＰＤ（Avalanche Photo Diode）やＣＡＰＤ(Current Assisted Photonic Demodulator)等の種々の素子であってもよい。
【００２４】
［ＳＰＡＤ素子を用いた光検出装置の基本的な画素回路］
光子の受光に応じて信号を発生する受光素子を用いた画素回路には、アバランシェ電流を受動的にコントロールするパッシブ方式と、タイミングなどの制御によって能動的に切り替えるアクティブ方式との２方式がある。
【００２５】
（パッシブ方式の第１例に係る画素回路）
パッシブ方式の第１例は、負荷回路５５が抵抗素子Ｒから成る例である。パッシブ方式の第１例に係る画素回路を図３Ａに示す。
【００２６】
パッシブ方式の第１例に係る画素回路５０では、ＳＰＡＤ素子５１は、カソード電極が、負荷回路５５である抵抗素子Ｒを介して、電源電圧ＶDDが与えられる端子５２に接続され、アノード電極が、アノード電圧Ｖbdが与えられる端子５３に接続されている。アノード電圧Ｖbdとしては、アバランシェ増倍が発生する大きな負電圧が印加される。そして、ＳＰＡＤ素子５１のカソード電圧ＶCAが、Ｐ型ＭＯＳトランジスタＱp及びＮ型ＭＯＳトランジスタＱnから成る波形整形回路５４を介してＳＰＡＤ出力（画素回路出力）として導出される。
【００２７】
ＳＰＡＤ素子５１には、ブレークダウン電圧ＶBD（例えば、−５０〜−１０Ｖ）以上の電圧が印加される。ブレークダウン電圧ＶBD以上の過剰電圧は、エクセスバイアス電圧ＶEXと呼ばれ、２−５Ｖ程度の電圧が一般的である。これは、従来のフォトダイオードよりも大きな値である。ＳＰＡＤ素子５１は、ＤＣ的な安定点が無いガイガーモードと呼ばれる領域で動作する。
【００２８】
（パッシブ方式の第２例に係る画素回路）
パッシブ方式の第２例は、負荷回路５５が定電流源、例えばＰ型ＭＯＳトランジスタＱLから成る例である。パッシブ方式の第２例に係る画素回路を図３Ｂに示す。
【００２９】
パッシブ方式の第２例に係る画素回路５０は、パッシブ方式の第１例に係る画素回路５０における負荷回路５５を、抵抗素子ＲからＰ型ＭＯＳトランジスタＱLに置き換えただけの違いであり、それ以外の回路構成は、基本的に、図３Ａに示す第１例に係る画素回路５０と同じである。
【００３０】
（パッシブ方式の画素回路の回路動作）
上記の構成のパッシブ方式の画素回路５０の回路動作について、図４Ａの波形図を用いて説明する。
【００３１】
ＳＰＡＤ素子５１に電流が流れていない状態では、ＳＰＡＤ素子５１には、ＶDD−Ｖbdの電圧が印加されている。この電圧値（ＶDD−Ｖbd）は、（ＶBD＋ＶEX）である。そして、ＳＰＡＤ素子５１のＰＮ接合部で暗電子の発生レートＤＣＲ（Dark Count Rate）や光照射によって発生した電子がアバランシェ増倍を生じ、アバランシェ電流Ｉaが発生する。この現象は、遮光されている状態（即ち、光が入射していない状態）でも確率的に発生している。これが暗電子の発生レートＤＣＲである。
【００３２】
カソード電圧ＶCAが低下し、ＳＰＡＤ素子５１の端子間電圧、即ちカソード電圧ＶCAがＰＮダイオードのブレークダウン電圧ＶBDになると、アバランシェ電流Ｉaが停止する。この動作が、所謂、クエンチ動作であり、このときのＳＰＡＤ素子５１のカソード電圧ＶCAがクエンチ電圧である。
【００３３】
そして、負荷回路５５である抵抗素子Ｒ、又は、Ｐ型ＭＯＳトランジスタＱLからリチャージ電流Ｉrが供給されることで、ＳＰＡＤ素子５１のカソード電圧ＶCAが、クエンチ電圧から電源電圧ＶDDまで回復し、再び初期状態に戻る。すなわち、抵抗素子Ｒ、又は、Ｐ型ＭＯＳトランジスタＱLから成る負荷回路５５は、ＳＰＡＤ素子５１のカソード電圧ＶCAを回復させるためにＳＰＡＤ素子５１にリチャージ電流Ｉrを供給するリチャージ回路である。
【００３４】
ＳＰＡＤ素子５１に光が入射して１個でも電子−正孔対が発生すると、それが種となってアバランシェ電流Ｉaが発生するので、光子１個の入射でも、ある確率ＰＤＥ（Photon Detection Efficiency）で検出することができる。この光子を検出できる確率ＰＤＥは、通常、数％〜２０％程度のものが多い。
【００３５】
以上の動作が繰り返される。そして、この一連の動作において、カソード電圧ＶCAが、波形整形回路５４で波形整形され、１フォトンの到来時刻を開始点とするパルス幅Ｔのパルス信号がＳＰＡＤ出力（画素回路出力）となる。
【００３６】
ＳＰＡＤ素子５１は、単一光子の入射を、ある確率ＰＤＥで検出できる高性能な光センサである。しかし、一度光子の検出を行うと、数ｎｓ〜数十ｎｓの間、光センサとして光子に反応できない時間、即ち、デッドタイムＤＴ（Dead Time）が存在する。そのため、高光量条件になって光子の検出頻度が高くなり、デッドタイムＤＴのトータル時間が観測時間に対して無視できない大きさになると、光検出精度が低下する。
【００３７】
上述したように、パッシブ方式の画素回路５０では、ＳＰＡＤ素子５１にアバランシェ電流Ｉaが流れて、ＳＰＡＤ素子５１にかかる電圧が小さくなると自然にアバランシェ電流Ｉaが停止して、リチャージ電流Ｉrを流すリチャージ動作に切り替わる。すなわち、カソード電圧ＶCAが低下する区間ではアバランシェ電流Ｉaが流れているが、カソード電圧ＶCAの低下とともにリチャージ電流Ｉrも流れ始めており、従って、カソード電圧ＶCAについて、必要以上の電位低下は起こらない。
【００３８】
このパッシブ方式の画素回路５０の場合、アバランシェ電流Ｉaもリチャージ電流Ｉrも、外部から制御を行うことなく、自立してＯＮ／ＯＦＦを繰り返す動作を行うため、誤動作などのリスクは少ない。しかし、アバランシェ電流Ｉaに対してリチャージ電流Ｉrを十分に小さくしておく必要があるため、回路素子の仕上がりでタイミングが決まってしまい、最悪の状態を考慮した設定を行わなければならず、特性の向上を図ることが難しい。
【００３９】
（デッドタイムＤＴについて）
ここで、光センサとして光子に反応できないデッドタイムＤＴについて、図５の波形図を用いてより具体的に説明する。上述したように、ＳＰＡＤ素子５１には、カソード電圧ＶCAが電源電圧ＶDDまで回復する時間に起因して、光入射があっても反応できないデッドタイムＤＴが存在する。例えば、領域ａでは、アバランシェ増倍が２回発生し、これに伴ってＳＰＡＤ出力として２つのパルス信号が生成されるが、領域ｂでは、アバランシェ増倍が２回発生しているが、パルス信号の生成は１つである。
【００４０】
理論的には、ＳＰＡＤ素子５１が一度反応してからカソード電圧ＶCAが、次段の波形整形回路５４の閾値電圧以上の電圧になるまでに発生した光入射に対しては、ＳＰＡＤ素子５１はＳＰＡＤ出力を生成しない。つまり、この期間がデッドタイムＤＴであり、パルス幅Ｔがその限界値となる。
【００４１】
（アクティブ方式の画素回路）
アクティブ方式の画素回路を図６に示す。アクティブ方式の画素回路６０は、ＳＰＡＤ素子５１及び波形整形回路５４に加えて、スイッチ回路６１、遅延回路６２、及び、インバータ回路６３を有する構成となっている。
【００４２】
スイッチ回路６１は、電源電圧ＶDDが与えられる端子５２と、ＳＰＡＤ素子５１のカソード電極との間に接続された、例えばＰ型ＭＯＳトランジスタＱSによって構成されている。遅延回路６２は、その入力端が波形整形回路５４の出力端に接続されている。インバータ回路６３は、その入力端が遅延回路６２の出力端に接続され、その出力端がＰ型ＭＯＳトランジスタＱSのゲート電極に接続されている。
【００４３】
（アクティブ方式の画素回路の回路動作）
上記の構成のアクティブ方式の画素回路６０の回路動作について、図４Ｂの波形図を用いて説明する。
【００４４】
上記の構成のアクティブ方式の画素回路６０では、波形整形回路５４の出力、即ち、ＳＰＡＤ出力が、遅延回路６２で所定の遅延量だけ遅延され、インバータ回路６３で論理反転されてＰ型ＭＯＳトランジスタＱSのゲート電極に印加される。すなわち、スイッチ回路６１のＰ型ＭＯＳトランジスタＱSは、ＳＰＡＤ出力に応じてＯＮ／ＯＦＦ動作を行うことになる。
【００４５】
そして、アクティブ方式の画素回路６０では、ＳＰＡＤ素子５１にアバランシェ電流Ｉaが流れて、波形整形回路５４の出力、即ち、ＳＰＡＤ出力の論理が反転すると、ＳＰＡＤ素子５１の電位状態に関係なく、遅延回路６２の遅延量である所望の時間後に大電流でリチャージ動作が行われる。
【００４６】
カソード電圧ＶCAが低下する区間では、リチャージ電流Ｉrは流れない。アバランシェ電流Ｉaがカソード電圧ＶCAを引き下げるが、アバランシェ電流Ｉaの電流値はランダムであるため、カソード電圧ＶCAの下限電圧がばらつき、必要以上にカソード電圧ＶCAが引き下げられてしまう可能性がある。
【００４７】
このアクティブ方式の画素回路６０の場合、外部信号によって、アバランシェ電流Ｉaやリチャージ電流ＩrをＯＮ／ＯＦＦさせるため、タイミング制御の自由度が高い。また、リチャージ電流Ｉrの制限がないため、光センサとして光子に反応できないデッドタイムＤＴを理論限界値まで短くできるメリットもある。
【００４８】
但し、アクティブ方式の画素回路６０の場合には、動作条件次第では、クエンチ動作が完了する前に、ＳＰＡＤ素子５１にリチャージ電流Ｉrが流れてしまうことがある。また、クエンチ電圧がばらついて想定以上に、ＳＰＡＤ素子５１のカソード電圧ＶCAが低下して、回路素子に規定値以上の過電圧が印加され、回路素子の劣化が生じてしまう可能性がある。
【００４９】
＜実施形態に係る光検出装置＞
本開示の実施形態に係る光検出装置は、受光素子の一例であるＳＰＡＤ素子に接続される負荷回路、ＳＰＡＤ素子に接続されるスイッチ回路、及び、ＳＰＡＤ素子からの出力に応じてスイッチ回路を動作させるフィードバック回路を備え、フィードバック回路中に遅延回路を有する構成となっている。この構成により、アクティブ方式のメリットを維持しつつ、規定値以上の過電圧が発生しないようにして、回路素子に過電圧が印加されるリスクを低減し、回路素子の特性劣化を抑えることができる。
【００５０】
以下に、アクティブ方式のメリットを維持しつつ、回路素子に過電圧が印加されるリスクを低減する本実施形態の具体的な実施例について説明する。
【００５１】
［実施例１］
実施例１は、パッシブ回路とアクティブ回路とを組み合わせたハイブリッドリチャージ方式の例である。実施例１に係る光検出装置における画素回路の回路図を図７に示す。
【００５２】
図７には、１画素分の回路構成を図示している。ハイブリッドリチャージ方式の画素回路７０は、ＳＰＡＤ素子５１及び波形整形回路５４に加えて、負荷回路５５、スイッチ回路６１、遅延回路６２、インバータ回路６３、制御部７１、及び、温度センサ７２を有する構成となっている。制御部７１及び温度センサ７２は、複数の画素回路７０に対して共通に設けられることになる。
【００５３】
この実施例１に係る画素回路７０において、負荷回路５５は、パッシブ方式のリチャージ回路であり、スイッチ回路６１は、アクティブ方式のリチャージ回路である。従って、実施例１に係る画素回路７０のリチャージ回路は、パッシブリチャージ回路とアクティブリチャージ回路とを組み合わせたハイブリッドリチャージ回路である。
【００５４】
尚、ここでは、パッシブ方式のリチャージ回路である負荷回路５５として、Ｐ型ＭＯＳトランジスタＱLから成る定電流源を用いる場合を例示したが、負荷回路５５として、抵抗素子Ｒ（図３Ａ参照）を用いるようにしてもよい。この点については、後述する実施例においても同様である。
【００５５】
遅延回路６２は、ＳＰＡＤ出力からスイッチ回路６１の制御入力に至る経路中に設けられ、アクティブリチャージのためのフィードバック回路を形成している。そして、遅延回路６２は、遅延量が可変な構成となっている。遅延回路６２の遅延量は、制御部７１によって制御される。ここで、遅延量が可変な遅延回路６２の具体的な回路構成について、図８Ａの第１回路例及び図８Ｂの第２回路例を用いて説明する。
【００５６】
第１回路例に係る遅延回路６２Ａ、及び、第２回路例に係る遅延回路６２Ｂは共に、２つのインバータＩＮ11，ＩＮ12が縦続接続され、両インバータＩＮ11，ＩＮ12の共通接続ノードＮと、基準電位のノードであるＧＮＤノードとの間に容量素子Ｃが接続された構成となっている。インバータＩＮ11は、Ｐ型ＭＯＳトランジスタＱp1及びＮ型ＭＯＳトランジスタＱn1から成り、インバータＩＮ12は、Ｐ型ＭＯＳトランジスタＱp2及びＮ型ＭＯＳトランジスタＱn2から成る。
【００５７】
第１回路例に係る遅延回路６２Ａは、上記の回路素子の他、インバータＩＮ11の一端と電源電圧ＶDDのノードとの間に接続された、電流値が可変な可変電流源Ｉ11、及び、インバータＩＮ11の他端とＧＮＤノードとの間に接続された、電流値が可変な可変電流源Ｉ11を有している。そして、第１回路例に係る遅延回路６２は、可変電流源Ｉ11，Ｉ12の電流値の制御によって遅延量の調整が行われる。可変電流源Ｉ11，Ｉ12の電流値の制御は、制御部７１による制御の下に行われる。
【００５８】
第２回路例に係る遅延回路６２Ｂは、上記の回路素子の他、インバータＩＮ11の一端と電源電圧ＶDDのノードとの間に接続された定電流源Ｉ21、及び、インバータＩＮ11の他端とＧＮＤノードとの間に接続された定電流源Ｉ22を有している。そして、第２回路例に係る遅延回路６２は、容量素子Ｃに代えて、容量値が可変な可変容量素子ＶＣを有しており、可変容量素子ＶＣの容量値の制御によって遅延量の調整が行われる。可変容量素子ＶＣの容量値の制御は、制御部７１による制御の下に行われる。
【００５９】
制御部７１は、ＳＰＡＤ素子５１の素子特性に応じて、遅延回路の遅延量を制御する。ＳＰＡＤ素子５１の素子特性としては、ＳＰＡＤ素子５１の温度、具体的には、ジャンクション（接合部）温度を例示することができる。温度センサ７２は、ＳＰＡＤ素子５１の温度を検出する。
【００６０】
光検出装置は、例えば、第１半導体基板と第２半導体基板の少なくとも２つの半導体基板基板が積層されて成る積層構造を有し、第１半導体基板にＳＰＡＤ素子５１が２次元アレイ状に配置され、第２半導体基板にＳＰＡＤ素子５１を除く画素回路５０等の回路部が配置される。この光検出装置の積層構造において、温度センサ７２は、例えば第２半導体基板に搭載されることで、ＳＰＡＤ素子５１の温度を検出することができる。温度センサ７２としては、例えば、半導体のバンドギャップで温度変化により電気特性が比例的に変化する特性を利用して温度を計測する周知の温度センサを用いることができる。
【００６１】
上記の構成の実施例１に係る画素回路７０において、プロセスばらつき、電源電圧の変動、及び、ジャンクション温度の変動が複合的に生じるＰＶＴ（Ｐｒｏｃｅｓｓ，Ｖｏｌｔａｇｅ，Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）によって、アクティブリチャージ回路であるスイッチ回路６１をＯＮさせる最適なタイミングが異なる。そこで、制御部７１は、温度センサ７２によって検出されるＳＰＡＤ素子５１の温度（即ち、ジャンクション温度）を素子特性として、当該素子特性に応じて、遅延回路６２の遅延量を調整する。
【００６２】
上述したように、実施例１に係る画素回路７０は、パッシブリチャージ回路とアクティブリチャージ回路との組み合わせから成り、温度センサ７２によって検出されるＳＰＡＤ素子５１の温度に応じて、遅延回路６２の遅延量を調整することで、ジャンクション温度のばらつきを抑制する。これにより、短いデッドタイムＤＴを実現しつつ、必要以上にカソード電圧ＶCAが低下して、回路素子に規定値以上の過電圧が印加されてしまうリスクを低減できる。
【００６３】
デッドタイムＤＴが短い場合のカソード電圧ＶCA及びＳＰＡＤ出力の波形図を図９Ａに示し、デッドタイムＤＴが長い場合のカソード電圧ＶCA及びＳＰＡＤ出力の波形図を図９Ｂに示す。
【００６４】
ＰＶＴ（Ｐｒｏｃｅｓｓ，Ｖｏｌｔａｇｅ，Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）によって、アクティブリチャージ回路をＯＮさせる最適なタイミングが異なり、また、ＳＰＡＤ素子５１のクエンチ電圧は、毎回、多少のばらつきを持っている。そこで、事前評価を行い、マージンをとったルックアップテーブルを用意しておき、制御部７１は、このルックアップテーブルを基に、条件に応じた遅延回路６２の遅延量を設定するようにする。これにより、各条件での最小のデッドタイムＤＴを実現することができる。
【００６５】
［実施例２］
実施例２は、実施例１の変形例であり、電圧モニタ結果に基づいて遅延量を調整する例である。実施例２に係る光検出装置における画素回路の回路図を図１０に示す。
【００６６】
実施例１では、ＳＰＡＤ素子５１の温度に応じて遅延回路６２の遅延量を制御するようにしているのに対し、実施例２では、電源電圧ＶDDの変動をモニタし、その電圧モニタ結果に応じて遅延回路６２の遅延量を制御する。具体的には、実施例２に係る画素回路７０は、ＳＰＡＤ素子５１の温度を検出する温度センサ７２に代えて、電源電圧ＶDDの変動をモニタする電圧モニタ７３を有する構成となっている。そして、制御部７１は、電圧モニタ７３によるモニタ結果に基づいて、遅延回路６２の遅延量を調整する。
【００６７】
上述したように、実施例２に係る画素回路７０は、パッシブリチャージ回路とアクティブリチャージ回路との組み合わせから成り、電圧モニタ７３のモニタ結果に基づいて、遅延回路６２の遅延量を調整することによって、電源電圧ＶDDの変動を抑制する。これにより、実施例１の場合と同様に、短いデッドタイムＤＴを実現しつつ、必要以上にカソード電圧ＶCAが低下して、回路素子に規定値以上の過電圧が印加されてしまうリスクを低減できる。
【００６８】
［実施例３］
実施例３は、実施例１の変形例であり、フィードバック回路中にコンパレータを有する例である。実施例３に係る光検出装置における画素回路の回路図を図１１に示す。
【００６９】
実施例３に係る画素回路７０は、アクティブリチャージのためのフィードバック回路中にコンパレータ７４を有する構成となっている。より具体的には、パッシブリチャージ回路とアクティブリチャージ回路との組み合わせから成る実施例３に係る画素回路７０において、ＳＰＡＤ出力からスイッチ回路６１の制御入力に至る回路（経路）は、ＳＰＡＤ出力に基づいてアクティブリチャージを行うためのフィードバック回路である。そして、当該フィードバック回路は、遅延回路６２の他に、コンパレータ７４を更に有している。
【００７０】
コンパレータ７４は、ＳＰＡＤ素子５１のカソード電圧ＶCAを比較入力（一方の入力）とし、基準電圧生成部７５で生成される基準電圧Ｖrefを比較基準入力（他方の入力）とし、カソード電圧ＶCAを基準電圧Ｖrefと比較する。そして、コンパレータ７４の比較結果、即ち、アナログ−デジタル変換結果は、遅延回路６２にその入力として供給されるとともに、画素回路出力であるＳＰＡＤ出力として導出される。基準電圧生成部７５で生成される基準電圧Ｖrefは、その電圧値が可変な構成となっている。
【００７１】
上述したように、実施例３に係る画素回路７０は、実施例１に係る画素回路７０において、アクティブリチャージのためのフィードバック回路中にコンパレータ７４を有し、当該コンパレータ７４の基準電圧Ｖrefの電圧値を制御可能な構成となっている。そして、基準電圧Ｖrefの電圧値を制御することにより、コンパレータ７４でのアナログ−デジタル変換のレベルを調整することができる。
【００７２】
尚、ここでは、ＳＰＡＤ素子５１の温度に応じて遅延回路６２の遅延量を制御する実施例１に係る画素回路７０に対して、フィードバック回路中にコンパレータ７４を設ける構成を例示したが、電圧モニタ結果に基づいて遅延回路６２の遅延量を制御する実施例２に係る画素回路７０に対しても同様の構成をとることができる。
【００７３】
［実施例４］
実施例４は、実施例３の変形例であり、ＳＰＡＤ出力の経路とアクティブリチャージのための経路とを分けた構成例である。実施例４に係る光検出装置における画素回路の回路図を図１２に示す。
【００７４】
実施例３に係る画素回路７０では、コンパレータ７４の比較結果を、ＳＰＡＤ出力として導出するとともに、フィードバック回路中の遅延回路６２を経由してスイッチ回路６１に供給する構成となっている。
【００７５】
これに対して、実施例４に係る画素回路７０は、画素回路出力であるＳＰＡＤ出力を導出する経路が、アクティブリチャージのためのフィードバック回路を含む経路とを分けた構成となっている。すなわち、フィードバック回路を含む経路は、ＳＰＡＤ出力を導出する経路とは別の経路として設けられた構成となっている。より具体的には、実施例４に係る画素回路７０において、ＳＰＡＤ素子５１のカソード電圧ＶCAを、波形整形回路５４を経由してＳＰＡＤ出力として導出する構成となっている。また、コンパレータ７４は、ＳＰＡＤ素子５１のカソード電圧ＶCAを入力とし、その比較結果を、フィードバック回路中の遅延回路６２を経由してスイッチ回路６１に供給する構成となっている。
【００７６】
上述したように、ＳＰＡＤ出力の経路とアクティブリチャージのための経路とを分けた構成の実施例４に係る画素回路７０においても、実施例３に係る画素回路７０と同様の作用、効果を得ることができる。すなわち、コンパレータ７４の基準電圧Ｖrefの電圧値を制御することにより、コンパレータ７４でのアナログ−デジタル変換のレベルを調整することができる。
【００７７】
尚、ここでは、ＳＰＡＤ素子５１の温度に応じて遅延回路６２の遅延量を制御する実施例１に係る画素回路７０に適用した構成を例示したが、電圧モニタ結果に基づいて遅延回路６２の遅延量を制御する実施例２に係る画素回路７０に対しても同様の構成をとることができる。
【００７８】
＜変形例＞
以上、本開示に係る技術について、好ましい実施形態に基づき説明したが、本開示に係る技術は当該実施形態に限定されるものではない。上記の実施形態において説明した撮像装置の構成、構造は例示であり、適宜、変更することができる。例えば、上記の実施形態では、受光素子としてＳＰＡＤ素子を用いる場合を例に挙げて説明したが、受光素子としては、ＳＰＡＤ素子に限られるものではなく、ＡＰＤやＣＡＰＤ等の素子を用いても同様の作用、効果を得ることができる。
【００７９】
＜本開示に係る技術の適用例＞
本開示に係る技術は、様々な製品に適用することができる。以下に、より具体的な適用例について説明する。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット、建設機械、農業機械（トラクター）などのいずれかの種類の移動体に搭載される測距装置として実現されてもよい。
【００８０】
［移動体］
図１３は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システム７０００の概略的な構成例を示すブロック図である。車両制御システム７０００は、通信ネットワーク７０１０を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図１３に示した例では、車両制御システム７０００は、駆動系制御ユニット７１００、ボディ系制御ユニット７２００、バッテリ制御ユニット７３００、車外情報検出ユニット７４００、車内情報検出ユニット７５００、及び統合制御ユニット７６００を備える。これらの複数の制御ユニットを接続する通信ネットワーク７０１０は、例えば、ＣＡＮ（Controller  Area  Network）、ＬＩＮ（Local  Interconnect  Network）、ＬＡＮ（Local  Area  Network）又はＦｌｅｘＲａｙ（登録商標）等の任意の規格に準拠した車載通信ネットワークであってよい。
【００８１】
各制御ユニットは、各種プログラムにしたがって演算処理を行うマイクロコンピュータと、マイクロコンピュータにより実行されるプログラム又は各種演算に用いられるパラメータ等を記憶する記憶部と、各種制御対象の装置を駆動する駆動回路とを備える。各制御ユニットは、通信ネットワーク７０１０を介して他の制御ユニットとの間で通信を行うためのネットワークＩ／Ｆを備えるとともに、車内外の装置又はセンサ等との間で、有線通信又は無線通信により通信を行うための通信Ｉ／Ｆを備える。図１３では、統合制御ユニット７６００の機能構成として、マイクロコンピュータ７６１０、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０、専用通信Ｉ／Ｆ７６３０、測位部７６４０、ビーコン受信部７６５０、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０、音声画像出力部７６７０、車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０及び記憶部７６９０が図示されている。他の制御ユニットも同様に、マイクロコンピュータ、通信Ｉ／Ｆ及び記憶部等を備える。
【００８２】
駆動系制御ユニット７１００は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット７１００は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。駆動系制御ユニット７１００は、ＡＢＳ（Antilock  Brake  System）又はＥＳＣ（Electronic  Stability  Control）等の制御装置としての機能を有してもよい。
【００８３】
駆動系制御ユニット７１００には、車両状態検出部７１１０が接続される。車両状態検出部７１１０には、例えば、車体の軸回転運動の角速度を検出するジャイロセンサ、車両の加速度を検出する加速度センサ、あるいは、アクセルペダルの操作量、ブレーキペダルの操作量、ステアリングホイールの操舵角、エンジン回転数又は車輪の回転速度等を検出するためのセンサのうちの少なくとも一つが含まれる。駆動系制御ユニット７１００は、車両状態検出部７１１０から入力される信号を用いて演算処理を行い、内燃機関、駆動用モータ、電動パワーステアリング装置又はブレーキ装置等を制御する。
【００８４】
ボディ系制御ユニット７２００は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット７２００は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット７２００には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット７２００は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
【００８５】
バッテリ制御ユニット７３００は、各種プログラムにしたがって駆動用モータの電力供給源である二次電池７３１０を制御する。例えば、バッテリ制御ユニット７３００には、二次電池７３１０を備えたバッテリ装置から、バッテリ温度、バッテリ出力電圧又はバッテリの残存容量等の情報が入力される。バッテリ制御ユニット７３００は、これらの信号を用いて演算処理を行い、二次電池７３１０の温度調節制御又はバッテリ装置に備えられた冷却装置等の制御を行う。
【００８６】
車外情報検出ユニット７４００は、車両制御システム７０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット７４００には、撮像部７４１０及び車外情報検出部７４２０のうちの少なくとも一方が接続される。撮像部７４１０には、ＴｏＦ（Time  Of  Flight）カメラ、ステレオカメラ、単眼カメラ、赤外線カメラ及びその他のカメラのうちの少なくとも一つが含まれる。車外情報検出部７４２０には、例えば、現在の天候又は気象を検出するための環境センサ、あるいは、車両制御システム７０００を搭載した車両の周囲の他の車両、障害物又は歩行者等を検出するための周囲情報検出センサのうちの少なくとも一つが含まれる。
【００８７】
環境センサは、例えば、雨天を検出する雨滴センサ、霧を検出する霧センサ、日照度合いを検出する日照センサ、及び降雪を検出する雪センサのうちの少なくとも一つであってよい。周囲情報検出センサは、超音波センサ、レーダ装置及びＬＩＤＡＲ（Light  Detection  and  Ranging、Laser  Imaging  Detection  and  Ranging）装置のうちの少なくとも一つであってよい。これらの撮像部７４１０及び車外情報検出部７４２０は、それぞれ独立したセンサないし装置として備えられてもよいし、複数のセンサないし装置が統合された装置として備えられてもよい。
【００８８】
ここで、図１４は、撮像部７４１０及び車外情報検出部７４２０の設置位置の例を示す。撮像部７９１０，７９１２，７９１４，７９１６，７９１８は、例えば、車両７９００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部のうちの少なくとも一つの位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部７９１０及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部７９１８は、主として車両７９００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部７９１２，７９１４は、主として車両７９００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部７９１６は、主として車両７９００の後方の画像を取得する。車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部７９１８は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
【００８９】
尚、図１４には、それぞれの撮像部７９１０，７９１２，７９１４，７９１６の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲ａは、フロントノーズに設けられた撮像部７９１０の撮像範囲を示し、撮像範囲ｂ，ｃは、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部７９１２，７９１４の撮像範囲を示し、撮像範囲ｄは、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部７９１６の撮像範囲を示す。例えば、撮像部７９１０，７９１２，７９１４，７９１６で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両７９００を上方から見た俯瞰画像が得られる。
【００９０】
車両７９００のフロント、リア、サイド、コーナ及び車室内のフロントガラスの上部に設けられる車外情報検出部７９２０，７９２２，７９２４，７９２６，７９２８，７９３０は、例えば超音波センサ又はレーダ装置であってよい。車両７９００のフロントノーズ、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部に設けられる車外情報検出部７９２０，７９２６，７９３０は、例えばＬＩＤＡＲ装置であってよい。これらの車外情報検出部７９２０〜７９３０は、主として先行車両、歩行者又は障害物等の検出に用いられる。
【００９１】
図１３に戻って説明を続ける。車外情報検出ユニット７４００は、撮像部７４１０に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像データを受信する。また、車外情報検出ユニット７４００は、接続されている車外情報検出部７４２０から検出情報を受信する。車外情報検出部７４２０が超音波センサ、レーダ装置又はＬＩＤＡＲ装置である場合には、車外情報検出ユニット７４００は、超音波又は電磁波等を発信させるとともに、受信された反射波の情報を受信する。車外情報検出ユニット７４００は、受信した情報に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット７４００は、受信した情報に基づいて、降雨、霧又は路面状況等を認識する環境認識処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット７４００は、受信した情報に基づいて、車外の物体までの距離を算出してもよい。
【００９２】
また、車外情報検出ユニット７４００は、受信した画像データに基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等を認識する画像認識処理又は距離検出処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット７４００は、受信した画像データに対して歪補正又は位置合わせ等の処理を行うとともに、異なる撮像部７４１０により撮像された画像データを合成して、俯瞰画像又はパノラマ画像を生成してもよい。車外情報検出ユニット７４００は、異なる撮像部７４１０により撮像された画像データを用いて、視点変換処理を行ってもよい。
【００９３】
車内情報検出ユニット７５００は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット７５００には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部７５１０が接続される。運転者状態検出部７５１０は、運転者を撮像するカメラ、運転者の生体情報を検出する生体センサ又は車室内の音声を集音するマイク等を含んでもよい。生体センサは、例えば、座面又はステアリングホイール等に設けられ、座席に座った搭乗者又はステアリングホイールを握る運転者の生体情報を検出する。車内情報検出ユニット７５００は、運転者状態検出部７５１０から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。車内情報検出ユニット７５００は、集音された音声信号に対してノイズキャンセリング処理等の処理を行ってもよい。
【００９４】
統合制御ユニット７６００は、各種プログラムにしたがって車両制御システム７０００内の動作全般を制御する。統合制御ユニット７６００には、入力部７８００が接続されている。入力部７８００は、例えば、タッチパネル、ボタン、マイクロフォン、スイッチ又はレバー等、搭乗者によって入力操作され得る装置によって実現される。統合制御ユニット７６００には、マイクロフォンにより入力される音声を音声認識することにより得たデータが入力されてもよい。入力部７８００は、例えば、赤外線又はその他の電波を利用したリモートコントロール装置であってもよいし、車両制御システム７０００の操作に対応した携帯電話又はＰＤＡ（Personal  Digital  Assistant）等の外部接続機器であってもよい。入力部７８００は、例えばカメラであってもよく、その場合搭乗者はジェスチャにより情報を入力することができる。あるいは、搭乗者が装着したウェアラブル装置の動きを検出することで得られたデータが入力されてもよい。さらに、入力部７８００は、例えば、上記の入力部７８００を用いて搭乗者等により入力された情報に基づいて入力信号を生成し、統合制御ユニット７６００に出力する入力制御回路などを含んでもよい。搭乗者等は、この入力部７８００を操作することにより、車両制御システム７０００に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりする。
【００９５】
記憶部７６９０は、マイクロコンピュータにより実行される各種プログラムを記憶するＲＯＭ（Read  Only  Memory）、及び各種パラメータ、演算結果又はセンサ値等を記憶するＲＡＭ（Random  Access  Memory）を含んでいてもよい。また、記憶部７６９０は、ＨＤＤ（Hard  Disc  Drive）等の磁気記憶デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス又は光磁気記憶デバイス等によって実現してもよい。
【００９６】
汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、外部環境７７５０に存在する様々な機器との間の通信を仲介する汎用的な通信Ｉ／Ｆである。汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、ＧＳＭ（登録商標）（Global  System  of  Mobile  communications）、ＷｉＭＡＸ、ＬＴＥ（Long  Term  Evolution）若しくはＬＴＥ−Ａ（LTE−Advanced）などのセルラー通信プロトコル、又は無線ＬＡＮ（Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）ともいう）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などのその他の無線通信プロトコルを実装してよい。汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、例えば、基地局又はアクセスポイントを介して、外部ネットワーク（例えば、インターネット、クラウドネットワーク又は事業者固有のネットワーク）上に存在する機器（例えば、アプリケーションサーバ又は制御サーバ）へ接続してもよい。また、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、例えばＰ２Ｐ（Peer  To  Peer）技術を用いて、車両の近傍に存在する端末（例えば、運転者、歩行者若しくは店舗の端末、又はＭＴＣ（Machine  Type  Communication）端末）と接続してもよい。
【００９７】
専用通信Ｉ／Ｆ７６３０は、車両における使用を目的として策定された通信プロトコルをサポートする通信Ｉ／Ｆである。専用通信Ｉ／Ｆ７６３０は、例えば、下位レイヤのＩＥＥＥ８０２．１１ｐと上位レイヤのＩＥＥＥ１６０９との組合せであるＷＡＶＥ（Wireless  Access  in  Vehicle  Environment）、ＤＳＲＣ（Dedicated  Short  Range  Communications）、又はセルラー通信プロトコルといった標準プロトコルを実装してよい。専用通信Ｉ／Ｆ７６３０は、典型的には、車車間（Vehicle  to  Vehicle）通信、路車間（Vehicle  to  Infrastructure）通信、車両と家との間（Vehicle  to  Home）の通信及び歩車間（Vehicle  to  Pedestrian）通信のうちの１つ以上を含む概念であるＶ２Ｘ通信を遂行する。
【００９８】
測位部７６４０は、例えば、ＧＮＳＳ（Global  Navigation  Satellite  System）衛星からのＧＮＳＳ信号（例えば、ＧＰＳ（Global  Positioning  System）衛星からのＧＰＳ信号）を受信して測位を実行し、車両の緯度、経度及び高度を含む位置情報を生成する。尚、測位部７６４０は、無線アクセスポイントとの信号の交換により現在位置を特定してもよく、又は測位機能を有する携帯電話、ＰＨＳ若しくはスマートフォンといった端末から位置情報を取得してもよい。
【００９９】
ビーコン受信部７６５０は、例えば、道路上に設置された無線局等から発信される電波あるいは電磁波を受信し、現在位置、渋滞、通行止め又は所要時間等の情報を取得する。尚、ビーコン受信部７６５０の機能は、上述した専用通信Ｉ／Ｆ７６３０に含まれてもよい。
【０１００】
車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、マイクロコンピュータ７６１０と車内に存在する様々な車内機器７７６０との間の接続を仲介する通信インタフェースである。車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、無線ＬＡＮ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＮＦＣ（Near  Field  Communication）又はＷＵＳＢ（Wireless  USB）といった無線通信プロトコルを用いて無線接続を確立してもよい。また、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、図示しない接続端子（及び、必要であればケーブル）を介して、ＵＳＢ（Universal  Serial  Bus）、ＨＤＭＩ（登録商標）（High-Definition  Multimedia  Interface）、又はＭＨＬ（Mobile  High-definition  Link）等の有線接続を確立してもよい。車内機器７７６０は、例えば、搭乗者が有するモバイル機器若しくはウェアラブル機器、又は車両に搬入され若しくは取り付けられる情報機器のうちの少なくとも１つを含んでいてもよい。また、車内機器７７６０は、任意の目的地までの経路探索を行うナビゲーション装置を含んでいてもよい。車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、これらの車内機器７７６０との間で、制御信号又はデータ信号を交換する。
【０１０１】
車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０は、マイクロコンピュータ７６１０と通信ネットワーク７０１０との間の通信を仲介するインタフェースである。車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０は、通信ネットワーク７０１０によりサポートされる所定のプロトコルに則して、信号等を送受信する。
【０１０２】
統合制御ユニット７６００のマイクロコンピュータ７６１０は、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０、専用通信Ｉ／Ｆ７６３０、測位部７６４０、ビーコン受信部７６５０、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０及び車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０のうちの少なくとも一つを介して取得される情報に基づき、各種プログラムにしたがって、車両制御システム７０００を制御する。例えば、マイクロコンピュータ７６１０は、取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット７１００に対して制御指令を出力してもよい。例えば、マイクロコンピュータ７６１０は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ（Advanced  Driver  Assistance  System）の機能実現を目的とした協調制御を行ってもよい。また、マイクロコンピュータ７６１０は、取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行ってもよい。
【０１０３】
マイクロコンピュータ７６１０は、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０、専用通信Ｉ／Ｆ７６３０、測位部７６４０、ビーコン受信部７６５０、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０及び車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０のうちの少なくとも一つを介して取得される情報に基づき、車両と周辺の構造物や人物等の物体との間の３次元距離情報を生成し、車両の現在位置の周辺情報を含むローカル地図情報を作成してもよい。また、マイクロコンピュータ７６１０は、取得される情報に基づき、車両の衝突、歩行者等の近接又は通行止めの道路への進入等の危険を予測し、警告用信号を生成してもよい。警告用信号は、例えば、警告音を発生させたり、警告ランプを点灯させたりするための信号であってよい。
【０１０４】
音声画像出力部７６７０は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図１３の例では、出力装置として、オーディオスピーカ７７１０、表示部７７２０及びインストルメントパネル７７３０が例示されている。表示部７７２０は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。表示部７７２０は、ＡＲ（Augmented  Reality）表示機能を有していてもよい。出力装置は、これらの装置以外の、ヘッドホン、搭乗者が装着する眼鏡型ディスプレイ等のウェアラブルデバイス、プロジェクタ又はランプ等の他の装置であってもよい。出力装置が表示装置の場合、表示装置は、マイクロコンピュータ７６１０が行った各種処理により得られた結果又は他の制御ユニットから受信された情報を、テキスト、イメージ、表、グラフ等、様々な形式で視覚的に表示する。また、出力装置が音声出力装置の場合、音声出力装置は、再生された音声データ又は音響データ等からなるオーディオ信号をアナログ信号に変換して聴覚的に出力する。
【０１０５】
尚、図１３に示した例において、通信ネットワーク７０１０を介して接続された少なくとも二つの制御ユニットが一つの制御ユニットとして一体化されてもよい。あるいは、個々の制御ユニットが、複数の制御ユニットにより構成されてもよい。さらに、車両制御システム７０００が、図示されていない別の制御ユニットを備えてもよい。また、上記の説明において、いずれかの制御ユニットが担う機能の一部又は全部を、他の制御ユニットに持たせてもよい。つまり、通信ネットワーク７０１０を介して情報の送受信がされるようになっていれば、所定の演算処理が、いずれかの制御ユニットで行われるようになってもよい。同様に、いずれかの制御ユニットに接続されているセンサ又は装置が、他の制御ユニットに接続されるとともに、複数の制御ユニットが、通信ネットワーク７０１０を介して相互に検出情報を送受信してもよい。
【０１０６】
以上、本開示に係る技術が適用され得る車両制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、例えば、撮像部７９１０，７９１２，７９１４，７９１６，７９１８や車外情報検出部７９２０，７９２２，７９２４，７９２６，７９２８，７９３０に適用され得る。そして、本開示に係る技術を適用することにより、アクティブ方式のメリットを維持しつつ、回路素子に過電圧が印加されるリスクを無くすことができるため、回路素子の劣化を抑え、信頼性の高い光検出装置を実現できる。そして、当該光検出装置を搭載することで、例えば、撮像対象を高精度にて検出可能な車両制御システムを構築できる。
【０１０７】
＜本開示がとることができる構成＞
尚、本開示は、以下のような構成をとることもできる。
【０１０８】
≪Ａ．光検出装置≫
［Ａ−１］受光素子、
受光素子に接続される負荷回路、
受光素子に接続されるスイッチ回路、及び、
受光素子からの出力に応じてスイッチ回路を動作させるフィードバック回路、
を備え、
フィードバック回路は、遅延回路を有する、
光検出装置。
［Ａ−２］遅延回路は、遅延量が可変である、
上記［Ａ−１］に記載の光検出装置。
［Ａ−３］受光素子の素子特性に応じて、遅延回路の遅延量を制御する、
上記［Ａ−２］に記載の光検出装置。
［Ａ−４］受光素子の素子特性は、受光素子の温度である、
上記［Ａ−３］に記載の光検出装置。
［Ａ−５］電源電圧の変動のモニタ結果に基づいて、遅延回路の遅延量を制御する、
上記［Ａ−２］に記載の光検出装置。
［Ａ−６］フィードバック回路は、コンパレータを更に有する、
上記［Ａ−１］乃至上記［Ａ−５］のいずれかに記載の光検出装置。
［Ａ−７］コンパレータは、受光素子からの出力を比較入力とし、基準電圧を比較基準入力とし、その比較結果を遅延回路の入力とする、
上記［Ａ−６］に記載の光検出装置。
［Ａ−８］コンパレータの基準電圧は、電圧値が可変である、
上記［Ａ−７］に記載の光検出装置。
［Ａ−９］コンパレータの比較結果は、受光素子の出力に基づく画素回路出力として導出される、
上記［Ａ−７］又は上記［Ａ−８］に記載の光検出装置。
［Ａ−１０］フィードバック回路を含む経路は、受光素子の出力を画素回路出力として導出する経路とは別の経路として設けられている、
上記［Ａ−７］又は上記［Ａ−８］に記載の光検出装置。
［Ａ−１１］受光素子は、光子の受光に応じて信号を発生する素子である、
上記［Ａ−１］乃至上記［Ａ−１０］のいずれかに記載の光検出装置。
［Ａ−１２］受光素子は、単一光子アバランシェダイオードから成る、
上記［Ａ−１１］に記載の光検出装置。
【０１０９】
≪Ｂ．測距装置≫
［Ｂ−１］測定対象物に対して光を照射する光源、及び、
測定対象物で反射された光を検出する光検出装置を有し、
光検出装置は、
受光素子、
受光素子に接続される負荷回路、
受光素子に接続されるスイッチ回路、及び、
受光素子からの出力に応じてスイッチ回路を動作させるフィードバック回路、
を備え、
フィードバック回路は、遅延回路を有する、
測距装置。
［Ｂ−２］遅延回路は、遅延量が可変である、
上記［Ｂ−１］に記載の測距装置。
［Ｂ−３］受光素子の素子特性に応じて、遅延回路の遅延量を制御する、
上記［Ｂ−２］に記載の測距装置。
［Ｂ−４］受光素子の素子特性は、受光素子の温度である、
上記［Ｂ−３］に記載の測距装置。
［Ｂ−５］電源電圧の変動のモニタ結果に基づいて、遅延回路の遅延量を制御する、
上記［Ｂ−２］に記載の測距装置。
［Ｂ−６］フィードバック回路は、コンパレータを更に有する、
上記［Ｂ−１］乃至上記［Ｂ−５］のいずれかに記載の測距装置。
［Ｂ−７］コンパレータは、受光素子からの出力を比較入力とし、基準電圧を比較基準入力とし、その比較結果を遅延回路の入力とする、
上記［Ｂ−６］に記載の測距装置。
［Ｂ−８］コンパレータの基準電圧は、電圧値が可変である、
上記［Ｂ−７］に記載の測距装置。
［Ｂ−９］コンパレータの比較結果は、受光素子の出力に基づく画素回路出力として導出される、
上記［Ｂ−７］又は上記［Ｂ−８］に記載の測距装置。
［Ｂ−１０］フィードバック回路を含む経路は、受光素子の出力を画素回路出力として導出する経路とは別の経路として設けられている、
上記［Ｂ−７］又は上記［Ｂ−８］に記載の測距装置。
［Ｂ−１１］受光素子は、光子の受光に応じて信号を発生する素子である、
上記［Ｂ−１］乃至上記［Ｂ−１０］のいずれかに記載の測距装置。
［Ｂ−１２］受光素子は、単一光子アバランシェダイオードから成る、
上記［Ｂ−１１］に記載の測距装置。
【符号の説明】
【０１１０】
１・・・測距装置、１０・・・被写体（測定対象物）、２０・・・光源、２１・・・レーザドライバ、２２・・・レーザ光源、２３・・・拡散レンズ、３０・・・光検出装置、３１・・・受光レンズ、３２・・・光センサ、３３・・・回路部、４０・・・制御部、５０・・・パッシブ方式の画素回路、５１・・・ＳＰＡＤ素子、５４・・・波形整形回路、５５・・・負荷回路、６０・・・アクティブ方式の画素回路、６１・・・スイッチ回路、６２（６２Ａ，６２Ｂ）・・・遅延回路、６３・・・インバータ回路、７０・・・ハイブリッドリチャージ方式の画素回路、７１・・・制御部、７２・・・温度センサ、７３・・・電圧モニタ、７４・・・コンパレータ、７５・・・基準電圧生成部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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