(57)【要約】  本技術は、参照用の画素で確実に受光することができるようにする受光装置および測距システムに関する。受光装置は、受光面を有する受光素子と、受光素子に対して、受光面とは反対側に設けられる発光源とを有する複数の画素を備える。複数の画素は、受光素子と発光源との間に設けられた遮光部材を有する第１の画素と、受光素子と発光源との間に、光子を伝搬させる導光部を有する第２の画素とを備える。本技術は、例えば、例えば、被写体までの奥行き方向の距離を検出する測距システム等に適用できる。
2020158401.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光面を有する受光素子と、
前記受光素子に対して、前記受光面とは反対側に設けられる発光源と
を有する複数の画素を備え、
前記複数の画素は、
前記受光素子と前記発光源との間に設けられた遮光部材を有する第１の画素と、
前記受光素子と前記発光源との間に、光子を伝搬させる導光部を有する第２の画素と
を備える
受光装置。
【請求項２】
前記第２の画素は、前記受光素子の受光面を覆う遮光部材をさらに備える
請求項１に記載の受光装置。
【請求項３】
前記第２の画素の前記発光源は、前記第１の画素の前記受光素子が受光する反射光が照射される照射タイミングと同じタイミングで発光される
請求項１に記載の受光装置。
【請求項４】
第１の基板と第２の基板とを含む２枚以上の貼り合わせで構成され、
前記受光素子は、前記第１の基板に形成され、
前記発光源は、前記第２の基板に形成されている
請求項１に記載の受光装置。
【請求項５】
前記第２の基板の画素領域内の回路は、前記第１の画素と前記第２の画素とで異なる
請求項４に記載の受光装置。
【請求項６】
前記第１の画素と前記第２の画素とで異なる回路は、前記第２の画素に形成された前記発光源を制御する回路である
請求項５に記載の受光装置。
【請求項７】
前記第２の基板の画素領域内の回路は、前記第１の画素と前記第２の画素とで同一である
請求項４に記載の受光装置。
【請求項８】
前記受光素子は、SPADである
請求項１に記載の受光装置。
【請求項９】
前記画素の信号は、測距、距離データの補正、または、前記SPADの印加電圧の適正確認のいずれかに用いられる
請求項８に記載の受光装置。
【請求項１０】
前記SPADの印加電圧の適正確認では、前記第２の画素の前記SPADへの印加電圧が計測される
請求項９に記載の受光装置。
【請求項１１】
計測された前記SPADの印加電圧を基に、前記SPADのアノード電圧が制御される
請求項１０に記載の受光装置。
【請求項１２】
平面方向において前記第１の画素と前記第２の画素の間に、測距に使用されない第３の画素をさらに備える
請求項１に記載の受光装置。
【請求項１３】
前記第３の画素は、駆動されない画素である
請求項１２に記載の受光装置。
【請求項１４】
前記第３の画素は、内部電圧モニタ用として駆動される画素である
請求項１２に記載の受光装置。
【請求項１５】
前記第１の画素がN1xN2（N1,N2は１以上の整数）で配列されている
請求項１に記載の受光装置。
【請求項１６】
前記第２の画素がM1xM2（M1,M2は１以上の整数）で配列されている
請求項１に記載の受光装置。
【請求項１７】
前記発光源は、トランジスタ、ダイオード、または抵抗素子のいずれかで構成される
請求項１に記載の受光装置。
【請求項１８】
照射光を照射する照明装置と、
前記照射光に対する反射光を受光する受光装置と
を備え、
前記受光装置は、
受光面を有する受光素子と、
前記受光素子に対して、前記受光面とは反対側に設けられる発光源と
を有する複数の画素を備え、
前記複数の画素は、
前記受光素子と前記発光源との間に設けられた遮光部材を有する第１の画素と、
前記受光素子と前記発光源との間に、光子を伝搬させる導光部を有する第２の画素と
を備える
測距システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、受光装置および測距システムに関し、特に、参照用の画素で確実に受光することができるようにした受光装置および測距システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ToF（Time-of-Flight）法により距離計測を行う測距センサが注目されている。このような測距センサには、例えば、画素にSPAD（Single Photon Avalanche Diode）を用いたものがある。SPADでは、降伏電圧よりも大きい電圧を印加した状態で、高電界のPN接合領域へ１個の光子が入ると、アバランシェ増幅が発生する。その際の瞬間的に電流が流れたタイミングを検出することで、高精度に距離を計測することができる。【０００３】
例えば、特許文献１には、SPADを用いた測距センサにおいて、測定用の画素と、参照用の画素とを設け、参照用の画素で背景光強度を計測し、SPADのバイアス電圧を変化させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−８１２５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の技術では、参照用の画素が検出する光に背景光を使っているので、不確実であった。【０００６】
本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、参照用の画素で確実に受光することができるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本技術の第１の側面の受光装置は、受光面を有する受光素子と、前記受光素子に対して、前記受光面とは反対側に設けられる発光源とを有する複数の画素を備え、前記複数の画素は、前記受光素子と前記発光源との間に設けられた遮光部材を有する第１の画素と、前記受光素子と前記発光源との間に、光子を伝搬させる導光部を有する第２の画素とを備える。【０００８】
本技術の第２の側面の測距システムは、照射光を照射する照明装置と、前記照射光に対する反射光を受光する受光装置とを備え、前記受光装置は、受光面を有する受光素子と、前記受光素子に対して、前記受光面とは反対側に設けられる発光源とを有する複数の画素を備え、前記複数の画素は、前記受光素子と前記発光源との間に設けられた遮光部材を有する第１の画素と、前記受光素子と前記発光源との間に、光子を伝搬させる導光部を有する第２の画素とを備える。【０００９】
本技術の第１乃至第３の側面においては、受光面を有する受光素子と、前記受光素子に対して、前記受光面とは反対側に設けられる発光源とを有する複数の画素が設けられる。前記複数の画素は、前記受光素子と前記発光源との間に設けられた遮光部材を有する第１の画素と、前記受光素子と前記発光源との間に、光子を伝搬させる導光部を有する第２の画素とが含まれる。【００１０】
受光装置及び測距システムは、独立した装置であっても良いし、他の装置に組み込まれるモジュールであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本技術を適用した測距システムの一実施の形態の構成例を示すブロック図である。
【図２】図１の受光装置の構成例を示すブロック図である。
【図３】画素の回路構成例を示す図である。
【図４】図３の画素の動作を説明する図である。
【図５】光源と画素アレイの平面図である。
【図６】画素の断面図である。
【図７】比較例としての他の測距システムにおける光源と画素アレイの構成例を示す図である。
【図８】画素のその他の配列例を示す断面図である。
【図９】測距システムの使用例を説明する図である。
【図１０】車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。
【図１１】車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本技術を実施するための形態（以下、実施の形態という）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．測距システムの構成例
２．受光装置の構成例
３．画素回路の構成例
４．光源と画素アレイの平面図
５．画素断面図
６．比較例
７．画素のその他の配列例
８．測距システムの使用例
９．移動体への応用例
【００１３】
＜１．測距システムの構成例＞
図１は、本技術を適用した測距システムの一実施の形態の構成例を示すブロック図である。
【００１４】
測距システム１１は、例えば、ToF法を用いて距離画像の撮影を行うシステムである。ここで、距離画像とは、測距システム１１から被写体までの奥行き方向の距離を画素単位で検出し、各画素の信号が、検出した距離に基づく距離画素信号からなる画像のことである。
【００１５】
測距システム１１は、照明装置２１及び撮像装置２２を備える。
【００１６】
照明装置２１は、照明制御部３１及び光源３２を備える。
【００１７】
照明制御部３１は、撮像装置２２の制御部４２の制御の下に、光源３２が光を照射するパターンを制御する。具体的には、照明制御部３１は、制御部４２から供給される照射信号に含まれる照射コードに従って、光源３２が光を照射するパターンを制御する。例えば、照射コードは、１（High）と０（Low）の２値からなり、照明制御部３１は、照射コードの値が１のとき光源３２を点灯させ、照射コードの値が０のとき光源３２を消灯させる。
【００１８】
光源３２は、照明制御部３１の制御の下に、所定の波長域の光を発する。光源３２は、例えば、赤外線レーザダイオードからなる。なお、光源３２の種類、及び、照射光の波長域は、測距システム１１の用途等に応じて任意に設定することが可能である。
【００１９】
撮像装置２２は、照明装置２１から照射された光（照射光）が被写体１２及び被写体１３等により反射された反射光を受光する装置である。撮像装置２２は、撮像部４１、制御部４２、表示部４３、及び、記憶部４４を備える。
【００２０】
撮像部４１は、レンズ５１、及び、受光装置５２を備える。
【００２１】
レンズ５１は、入射光を受光装置５２の受光面に結像させる。なお、レンズ５１の構成は任意であり、例えば、複数のレンズ群によりレンズ５１を構成することも可能である。
【００２２】
受光装置５２は、例えば、各画素にSPAD（Single Photon Avalanche Diode）を用いたセンサからなる。受光装置５２は、制御部４２の制御の下に、被写体１２及び被写体１３等からの反射光を受光し、その結果得られた画素信号を距離情報に変換して制御部４２に出力する。受光装置５２は、行方向及び列方向の行列状に画素が２次元配置された画素アレイの各画素の画素値（距離画素信号）として、照明装置２１が照射光を照射してから受光装置５２が受光するまでの時間をカウントしたデジタルのカウント値が格納された距離画像を、制御部４２に供給する。光源３２が発光するタイミングを示す発光タイミング信号は、制御部４２から受光装置５２にも供給される。
【００２３】
なお、測距システム１１は、光源３２の発光と、その反射光の受光を複数回（例えば、数千乃至数万回）繰り返すことにより、撮像部４１が、外乱光やマルチパス等の影響を除去した距離画像を生成し、制御部４２に供給する。
【００２４】
制御部４２は、例えば、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等の制御回路やプロセッサ等により構成される。制御部４２は、照明制御部３１、及び、受光装置５２の制御を行う。具体的には、制御部４２は、照明制御部３１に照射信号を供給するとともに、発光タイミング信号を受光装置５２に供給する。光源３２は、照射信号に応じて照射光を発光する。発光タイミング信号は、照明制御部３１に供給される照射信号でもよい。また、制御部４２は、撮像部４１から取得した距離画像を表示部４３に供給し、表示部４３に表示させる。さらに、制御部４２は、撮像部４１から取得した距離画像を記憶部４４に記憶させる。また、制御部４２は、撮像部４１から取得した距離画像を外部に出力する。
【００２５】
表示部４３は、例えば、液晶表示装置や有機ＥＬ（Electro Luminescence）表示装置等のパネル型表示装置からなる。
【００２６】
記憶部４４は、任意の記憶装置や記憶媒体等により構成することができ、距離画像等を記憶する。
【００２７】
＜２．受光装置の構成例＞
図２は、受光装置５２の構成例を示すブロック図である。
【００２８】
受光装置５２は、画素駆動部７１、画素アレイ７２、MUX(マルチプレクサ)７３、時間計測部７４、信号処理部７５、および、入出力部７６を備える。
【００２９】
画素アレイ７２は、光子の入射を検出し、検出結果を示す検出信号を画素信号として出力する画素８１が行方向及び列方向の行列状に２次元配置された構成となっている。ここで、行方向とは水平方向の画素８１の配列方向を言い、列方向とは垂直方向の画素８１の配列方向を言う。図２では、紙面の制約上、画素アレイ７２が１０行１２列の画素配列構成で示されているが、画素アレイ７２の行数および列数は、これに限定されず、任意である。
【００３０】
画素アレイ７２の行列状の画素配列に対して、画素行ごとに画素駆動線８２が水平方向に配線されている。画素駆動線８２は、画素８１の駆動を行うための駆動信号を伝送する。画素駆動部７１は、画素駆動線８２を介して所定の駆動信号を各画素８１に供給することにより、各画素８１を駆動する。具体的には、画素駆動部７１は、入出力部７６を介して外部から供給される発光タイミング信号に合わせた所定のタイミングで、行列状に２次元配置された複数の画素８１の少なくとも一部をアクティブ画素とし、残りの画素８１を非アクティブ画素とする制御を行う。アクティブ画素は、光子の入射を検出する画素であり、非アクティブ画素は、光子の入射を検出しない画素である。勿論、画素アレイ７２の全ての画素８１をアクティブ画素としてもよい。画素８１の詳細構成については後述する。
【００３１】
なお、図２では、画素駆動線８２を１本の配線として示しているが、複数の配線で構成してもよい。画素駆動線８２の一端は、画素駆動部７１の各画素行に対応した出力端に接続されている。
【００３２】
MUX７３は、画素アレイ７２内のアクティブ画素と非アクティブ画素の切替えにしたがい、アクティブ画素からの出力を選択する。そして、MUX７３は、選択したアクティブ画素から入力される画素信号を時間計測部７４へ出力する。
【００３３】
時間計測部７４は、MUX７３から供給されるアクティブ画素の画素信号と、光源３２の発光タイミングを示す発光タイミング信号とに基づいて、光源３２が光を発光してからアクティブ画素が光を受光するまでの時間に対応するカウント値を生成する。時間計測部７４は、TDC（Time to Digital Converter）とも呼ばれる。発光タイミング信号は、入出力部７６を介して外部（撮像装置２２の制御部４２）から供給される。
【００３４】
信号処理部７５は、所定の回数（例えば、数千乃至数万回）繰り返し実行される光源３２の発光と、その反射光の受光とに基づいて、反射光を受光するまでの時間（カウント値）のヒストグラムを画素ごとに作成する。そして、信号処理部７５は、ヒストグラムのピークを検出することで、光源３２から照射された光が被写体１２または被写体１３で反射して戻ってくるまでの時間を判定する。信号処理部７５は、受光装置５２が受光するまでの時間をカウントしたデジタルのカウント値が各画素に格納された距離画像を生成し、入出力部７６に供給する。あるいはまた、信号処理部７５は、判定した時間と光速に基づいて、物体までの距離を求める演算を行い、その演算結果を各画素に格納した距離画像を生成し、入出力部７６に供給してもよい。
【００３５】
入出力部７６は、信号処理部７５から供給される距離画像の信号（距離画像信号）を、外部（制御部４２）に出力する。また、入出力部７６は、制御部４２から供給される発光タイミング信号を取得し、画素駆動部７１および時間計測部７４に供給する。
【００３６】
＜３．画素回路の構成例＞
図３は、画素アレイ７２に行列状に複数配置された画素８１の回路構成例を示している。
【００３７】
図３の画素８１は、SPAD１０１、トランジスタ１０２、スイッチ１０３、及び、インバータ１０４を備える。また、画素８１は、ラッチ回路１０５とインバータ１０６も備える。トランジスタ１０２は、P型のMOSトランジスタで構成される。
【００３８】
SPAD１０１のカソードは、トランジスタ１０２のドレインに接続されるとともに、インバータ１０４の入力端子、及び、スイッチ１０３の一端に接続されている。SPAD１０１のアノードは、電源電圧VA（以下では、アノード電圧VAとも称する。）に接続されている。
【００３９】
SPAD１０１は、入射光が入射されたとき、発生する電子をアバランシェ増幅させてカソード電圧VSの信号を出力するフォトダイオード（単一光子アバランシェフォトダイオード）である。SPAD１０１のアノードに供給される電源電圧VAは、例えば、-２０V程度の負バイアス（負の電位）とされる。
【００４０】
トランジスタ１０２は、飽和領域で動作する定電流源であり、クエンチング抵抗として働くことにより、パッシブクエンチを行う。トランジスタ１０２のソースは電源電圧VEに接続され、ドレインがSPAD１０１のカソード、インバータ１０４の入力端子、及び、スイッチ１０３の一端に接続されている。これにより、SPAD１０１のカソードにも、電源電圧VEが供給される。SPAD１０１と直列に接続されたトランジスタ１０２の代わりに、プルアップ抵抗を用いることもできる。
【００４１】
SPAD１０１には、十分な効率で光（フォトン）を検出するため、SPAD１０１の降伏電圧VBDよりも大きな電圧（以下、過剰バイアス（ExcessBias）と称する。）が印加される。例えば、SPAD１０１の降伏電圧VBDが２０Vであり、それよりも３V大きい電圧を印加することとすると、トランジスタ１０２のソースに供給される電源電圧VEは、３Vとされる。
【００４２】
なお、SPAD１０１の降伏電圧VBDは、温度等によって大きく変化する。そのため、降伏電圧VBDの変化に応じて、SPAD１０１に印加する印加電圧が制御（調整）される。例えば、電源電圧VEを固定電圧とすると、アノード電圧VAが制御（調整）される。
【００４３】
スイッチ１０３は、両端の一端がSPAD１０１のカソード、インバータ１０４の入力端子、および、トランジスタ１０２のドレインに接続され、他端が、グランド（GND）に接続されているグランド接続線１０７に接続されている。スイッチ１０３は、例えば、N型のMOSトランジスタで構成することができ、ラッチ回路１０５の出力であるゲーティング制御信号VGを、インバータ１０６で反転させたゲーティング反転信号VG_Iに応じてオンオフさせる。
【００４４】
ラッチ回路１０５は、画素駆動部７１から供給されるトリガ信号SETと、アドレスデータDECとに基づいて、画素８１をアクティブ画素または非アクティブ画素のいずれかに制御するゲーティング制御信号VGをインバータ１０６に供給する。インバータ１０６は、ゲーティング制御信号VGを反転させたゲーティング反転信号VG_Iを生成し、スイッチ１０３に供給する。
【００４５】
トリガ信号SETは、ゲーティング制御信号VGを切り替えるタイミングを示すタイミング信号であり、アドレスデータDECは、画素アレイ７２内の行列状に配置された複数の画素８１のうち、アクティブ画素に設定する画素のアドレスを示すデータである。トリガ信号SETとアドレスデータDECは、画素駆動線８２を介して画素駆動部７１から供給される。
【００４６】
ラッチ回路１０５は、トリガ信号SETが示す所定のタイミングで、アドレスデータDECを読み込む。そして、ラッチ回路１０５は、アドレスデータDECが示す画素アドレスに自分（の画素８１）の画素アドレスが含まれている場合には、自身の画素８１をアクティブ画素に設定するためのHi（1)のゲーティング制御信号VGを出力する。一方、アドレスデータDECが示す画素アドレスに自分（の画素８１）の画素アドレスが含まれていない場合には、自身の画素８１を非アクティブ画素に設定するためのLo（0)のゲーティング制御信号VGを出力する。これにより、画素８１がアクティブ画素とされる場合には、インバータ１０６によって反転されたLo(0)のゲーティング反転信号VG_Iがスイッチ１０３に供給される。一方、画素８１が非アクティブ画素とされる場合には、Hi（1)のゲーティング反転信号VG_Iがスイッチ１０３に供給される。したがって、スイッチ１０３は、画素８１がアクティブ画素に設定される場合にオフし（非接続とされ）、非アクティブ画素に設定される場合にオンされる（接続される）。
【００４７】
インバータ１０４は、入力信号としてのカソード電圧VSがLoのとき、Hiの検出信号PFoutを出力し、カソード電圧VSがHiのとき、Loの検出信号PFoutを出力する。インバータ１０４は、SPAD１０１への光子の入射を検出信号PFoutとして出力する出力部である。
【００４８】
次に、図４を参照して、画素８１がアクティブ画素に設定された場合の動作について説明する。
【００４９】
図４は、光子の入射に応じたSPAD１０１のカソード電圧VSの変化と検出信号PFoutを示すグラフである。
【００５０】
まず、画素８１がアクティブ画素である場合、上述したように、スイッチ１０３はオフに設定される。
【００５１】
SPAD１０１のカソードには電源電圧VE（例えば、３V）が供給され、アノードには電源電圧VA（例えば、−２０V）が供給されることから、SPAD１０１に降伏電圧VBD（＝２０V）より大きい逆電圧が印加されることにより、SPAD１０１がガイガーモードに設定される。この状態では、SPAD１０１のカソード電圧VSは、例えば図４の時刻t0のように、電源電圧VEと同じである。
【００５２】
ガイガーモードに設定されたSPAD１０１に光子が入射すると、アバランシェ増倍が発生し、SPAD１０１に電流が流れる。
【００５３】
図４の時刻t1において、アバランシェ増倍が発生し、SPAD１０１に電流が流れたとすると、時刻t1以降、SPAD１０１に電流が流れることにより、トランジスタ１０２にも電流が流れ、トランジスタ１０２の抵抗成分により電圧降下が発生する。
【００５４】
時刻t2において、SPAD１０１のカソード電圧VSが0Vよりも低くなると、SPAD１０１のアノード・カソード間電圧が降伏電圧VBDよりも低い状態となるので、アバランシェ増幅が停止する。ここで、アバランシェ増幅により発生する電流がトランジスタ１０２に流れることで電圧降下を発生させ、発生した電圧降下に伴って、カソード電圧VSが降伏電圧VBDよりも低い状態となることで、アバランシェ増幅を停止させる動作がクエンチ動作である。
【００５５】
アバランシェ増幅が停止するとトランジスタ１０２の抵抗に流れる電流が徐々に減少して、時刻t4において、再びカソード電圧VSが元の電源電圧VEまで戻り、次の新たなフォトンを検出できる状態となる（リチャージ動作）。
【００５６】
インバータ１０４は、入力電圧であるカソード電圧VSが所定の閾値電圧Vth以上のとき、Loの検出信号PFoutを出力し、カソード電圧VSが所定の閾値電圧Vth未満のとき、Hiの検出信号PFoutを出力する。従って、SPAD１０１に光子が入射し、アバランシェ増倍が発生してカソード電圧VSが低下し、閾値電圧Vthを下回ると、検出信号PFoutは、ローレベルからハイレベルに反転する。一方、SPAD１０１のアバランシェ増倍が収束し、カソード電圧VSが上昇し、閾値電圧Vth以上になると、検出信号PFoutは、ハイレベルからローレベルに反転する。
【００５７】
なお、画素８１が非アクティブ画素とされる場合には、Hi（1)のゲーティング反転信号VG_Iがスイッチ１０３に供給され、スイッチ１０３がオンされる。スイッチ１０３がオンされると、SPAD１０１のカソード電圧VSが０Vとなる。その結果、SPAD１０１のアノード・カソード間電圧が降伏電圧VBD以下となるので、SPAD１０１に光子が入ってきても反応しない状態となる。
【００５８】
＜４．光源と画素アレイの平面図＞
図５のAは、光源３２の平面図を示している。
【００５９】
光源３２は、発光部１２１が行列状に複数配置されて構成されている。発光部１２１は、例えば、垂直共振器面発光レーザ（VCSEL：Vertical Cavity Surface Emitting LASER)で構成される。照明制御部３１は、制御部４２から供給される照射信号に含まれる照射コードに従って、行列状に配列された発光部１２１を個別に点灯および消灯させることができる。
【００６０】
図５のBは、画素アレイ７２の平面図を示している。
【００６１】
画素アレイ７２は、上述したように、画素８１を行列状に２次元配置して構成されるが、各画素８１は、機能的に、画素８１M、画素８１R、または、画素８１Dのいずれかに分類される。
【００６２】
画素８１Mは、光源３２（の発光部１２１）から照射された光が被写体１２及び被写体１３等に反射された反射光を受光する画素であり、被写体までの距離を測定する測定用（測距用）の画素である。
【００６３】
画素８１Rは、SPAD１０１への適正な印加電圧を確認したり、距離データを補正するために用いられる参照用の画素である。
【００６４】
画素８１Dは、測定用の画素８１Mと、参照用の画素８１Rとを分離するためのダミー画素である。ダミー用の画素８１Dは、例えば、測定用の画素８１Mと同一の画素構造で構成され、単に、駆動されない点のみが異なる画素とすることができる。あるいはまた、測定用の画素８１Mと同一の画素構造で構成され、内部電圧モニタ用として駆動してもよい。
【００６５】
測定用の画素８１Mが行列状に複数配列され、測定用の画素８１Mと、参照用の画素８１Rとの間に、ダミー用の画素８１Dが配置されていれば、画素８１M、画素８１R、および、画素８１Dの個数は、特に限定されない。測定用の画素８１Mは、N1xN2（N1,N2は１以上の整数）で配列することができ、参照用の画素８１Rは、M1xM2（M1,M2は１以上の整数）で配列することができ、ダミー用の画素８１Dは、L1xL2（L1,L2は１以上の整数）で配列することができる。
【００６６】
また、図５の例では、参照用の複数の画素８１Rが並んで配置されているが、参照用の画素８１Rがダミー用の画素８１Dのなかに独立して配置され、画素８１Rと、他の画素８１Rとの間に、ダミー用の画素８１Dが配置されていてもよい。
【００６７】
＜５．画素断面図＞
図６のAは、測定用の画素８１Mの断面図を示している。
【００６８】
画素８１Mは、第１の基板２０１と第２の基板２０２とが貼り合わされて構成されている。第１の基板２０１は、シリコン等で構成される半導体基板２１１と、配線層２１２とを有する。以下、配線層２１２を、後述する第２の基板２０２側の配線層３１２との区別を容易にするため、センサ側配線層２１２と称する。第２の基板２０２側の配線層３１２は、ロジック側配線層３１２と称する。半導体基板２１１に対して、センサ側配線層２１２が形成された面がおもて面であり、図中、上側となるセンサ側配線層２１２が形成されていない裏面が、反射光が入射される受光面である。
【００６９】
半導体基板２１１の画素領域は、Ｎウェル２２１、Ｐ型拡散層２２２、Ｎ型拡散層２２３、ホール蓄積層２２４、および、高濃度Ｐ型拡散層２２５を含む。そして、Ｐ型拡散層２２２とＮ型拡散層２２３とが接続する領域に形成される空乏層によって、アバランシェ増倍領域２５７が形成される。
【００７０】
Ｎウェル２２１は、半導体基板２１１の不純物濃度がｎ型に制御されることにより形成され、画素８１Mにおける光電変換により発生する電子をアバランシェ増倍領域２５７へ転送する電界を形成する。Ｎウェル２２１の中央部において、Ｐ型拡散層２２２に接するように、Ｎウェル２２１よりも高濃度のＮ型領域２５８が形成されており、Ｎウェル２２１において発生したキャリア（電子）が周囲から中央に向かってドリフトし易くなるようなポテンシャルの勾配が形成されている。なお、Ｎウェル２２１に替えて、半導体基板２１１の不純物濃度をｐ型に制御したＰウェルを形成してもよい。
【００７１】
Ｐ型拡散層２２２は、平面方向において、画素領域のほぼ全面に亘るように形成される濃いＰ型の拡散層（Ｐ＋）である。Ｎ型拡散層２２３は、半導体基板２１１の表面近傍であってＰ型拡散層２２２と同様に、画素領域のほぼ全面に亘るように形成される濃いＮ型の拡散層（Ｎ＋）である。Ｎ型拡散層２２３は、アバランシェ増倍領域２５７を形成するための負電圧を供給するためのカソード電極としてのコンタクト電極２８１と接続するコンタクト層であり、その一部が半導体基板２１１の表面のコンタクト電極２８１まで形成されるような凸形状となっている。
【００７２】
ホール蓄積層２２４は、Ｎウェル２２１の側面および底面を囲うように形成されるＰ型の拡散層（Ｐ）であり、ホールを蓄積する。また、ホール蓄積層２２４は、SPAD１０１のアノード電極としてのコンタクト電極２８２と電気的に接続される高濃度Ｐ型拡散層２２５と接続されている。
【００７３】
高濃度Ｐ型拡散層２２５は、半導体基板２１１の表面近傍においてＮウェル２２１の外周を囲うように形成される濃いＰ型の拡散層（Ｐ＋＋）であり、ホール蓄積層２２４をSPAD１０１のコンタクト電極２８２と電気的に接続するためのコンタクト層を構成する。
【００７４】
半導体基板２１１の隣接画素との境界である画素境界部には、画素間を分離する画素分離部２５９が形成されている。画素分離部２５９は、例えば、絶縁層のみで構成されてもよいし、タングステンなどの金属層の外側（Ｎウェル２２１側）を、SiO2などの絶縁層で覆う２重構造でもよい。
【００７５】
センサ側配線層２１２には、コンタクト電極２８１および２８２、メタル配線２８３および２８４、コンタクト電極２８５および２８６、並びに、メタル配線２８７および２８８が形成されている。
【００７６】
コンタクト電極２８１は、Ｎ型拡散層２２３とメタル配線２８３とを接続し、コンタクト電極２８２は、高濃度Ｐ型拡散層２２５とメタル配線２８４とを接続する。
【００７７】
メタル配線２８３は、平面領域において、少なくともアバランシェ増倍領域２５７を覆うように、アバランシェ増倍領域２５７よりも広く形成される。また、メタル配線２８３は、半導体基板２１１の画素領域を透過した光を、半導体基板２１１側に反射させる構造であっても構わない。
【００７８】
メタル配線２８４は、平面領域において、メタル配線２８３の外周を囲うように、高濃度Ｐ型拡散層２２５と重なるように形成される。
【００７９】
コンタクト電極２８５は、メタル配線２８３とメタル配線２８７とを接続し、コンタクト電極２８６は、メタル配線２８４とメタル配線２８８とを接続する。
【００８０】
一方、第２の基板２０２は、シリコン等で構成される半導体基板３１１と、配線層３１２（ロジック側配線層３１２）とを有する。
【００８１】
図中、上側となる半導体基板３１１のおもて面側には、複数のMOSトランジスタTr（Tr1,Tr2など）が形成されるとともに、ロジック側配線層３１２が形成されている。
【００８２】
ロジック側配線層３１２は、メタル配線３３１および３３２、メタル配線３３３および３３４、並びに、コンタクト電極３３５および３３６を有する。
【００８３】
メタル配線３３１は、センサ側配線層２１２のメタル配線２８７と、Cu-Cu等の金属接合により、電気的および物理的に接続されている。メタル配線３３２は、センサ側配線層２１２のメタル配線２８８と、Cu-Cu等の金属接合により、電気的および物理的に接続されている。
【００８４】
コンタクト電極３３５は、メタル配線３３１とメタル配線３３３とを接続し、コンタクト電極３３６は、メタル配線３３２とメタル配線３３４とを接続する。
【００８５】
ロジック側配線層３１２は、メタル配線３３３および３３４との層と、半導体基板３１１との間に、複数層のメタル配線３４１をさらに有する。
【００８６】
第２の基板２０２には、半導体基板３１１に形成された複数のMOSトランジスタTrと、複数層のメタル配線３４１とにより、画素駆動部７１、MUX７３、時間計測部７４、信号処理部７５などに対応するロジック回路が形成されている。
【００８７】
例えば、第２の基板２０２に形成されたロジック回路を介して、Ｎ型拡散層２２３に印加される電源電圧VEが、メタル配線３３３、コンタクト電極３３５、メタル配線３３１および２８７、コンタクト電極２８５、メタル配線２８３、並びに、コンタクト電極２８１を介して、Ｎ型拡散層２２３に供給されている。また、電源電圧VAが、メタル配線３３４、コンタクト電極３３６、メタル配線３３２および２８８、コンタクト電極２８６、メタル配線２８４、並びに、コンタクト電極２８２を介して、高濃度Ｐ型拡散層２２５に供給されている。なお、Ｎウェル２２１に代えて、半導体基板２１１の不純物濃度をｐ型に制御したＰウェルを形成した場合、Ｎ型拡散層２２３に印加される電圧は電源電圧VAになり、高濃度Ｐ型拡散層２２５に印加される電圧は電源電圧VEになる。
【００８８】
測定用の画素８１Mの断面構造は、以上のように構成されており、受光素子としてのSPAD１０１は、半導体基板２１１のＮウェル２２１、Ｐ型拡散層２２２、Ｎ型拡散層２２３、ホール蓄積層２２４、および、高濃度Ｐ型拡散層２２５を含み、ホール蓄積層２２４が、アノード電極としてのコンタクト電極２８２と接続され、Ｎ型拡散層２２３が、カソード電極としてのコンタクト電極２８１と接続されている。
【００８９】
画素８１Mの平面方向の全領域の、第１の基板２０１の半導体基板２１１と、第２の基板２０２の半導体基板３１１との間には、遮光部材としてのメタル配線２８３、２８４、２８７、２８８、３３１乃至３３４、または、３４１の少なくとも１層が配置されている。これにより、第２の基板２０２の半導体基板３１１のMOSトランジスタTrのホットキャリアによる発光があった場合でも、その光は、光電変換領域である半導体基板２１１のＮウェル２２１およびＮ型領域２５８には到達しないように構成されている。
【００９０】
画素８１Mにおいて、受光素子としてのSPAD１０１は、Ｎウェル２２１およびホール蓄積層２２４の平面からなる受光面を有し、ホットキャリア発光を行う発光源であるMOSトランジスタTrが、SPAD１０１の受光面とは反対側に設けられている。そして、受光素子としてのSPAD１０１と、発光源であるMOSトランジスタTrとの間に遮光部材としてのメタル配線２８３やメタル配線３４１を有し、ホットキャリアによる発光が、光電変換領域である半導体基板２１１のＮウェル２２１やＮ型領域２５８には到達しないように構成されている。
【００９１】
ダミー用の画素８１Dの画素構造も、測定用の画素８１Mと同じ構造により形成されている。
【００９２】
図６のBは、参照用の画素８１Rの断面図を示している。
【００９３】
図６のBにおいて、図６のAと対応する部分については同一の符号を付してあり、その部分の説明は適宜省略する。
【００９４】
図６のBに示される参照用の画素８１Rの断面構造において、図６のAに示した測定用の画素８１Mと異なる点は、受光素子としてのSPAD１０１と、ホットキャリア発光を行う発光源であるMOSトランジスタTrとの間に、ホットキャリア発光による光（光子）を伝搬させる導光部３６１が設けられている点である。
【００９５】
即ち、画素８１Rの第１の基板２０１の半導体基板２１１と、第２の基板２０２の半導体基板３１１との間の、平面方向の全領域のうちの一部の領域に、光を遮光するメタル配線２８３、２８４、２８７、２８８、３３１乃至３３４、および、３４１のいずれも形成されていない領域が設けられ、メタル配線の積層方向に、光を伝搬させる導光部３６１が形成されている。
【００９６】
これにより、平面方向の位置に関し、導光部３６１と、少なくとも一部が重なる位置に形成されたMOSトランジスタTr１においてホットキャリア発光が起きると、画素８１RのSPAD１０１は、導光部３６１を通過してくるホットキャリア発光による光を受光し、検出信号（画素信号）を出力することができる。なお、導光部３６１は、上述したように全てのメタル配線２８３、３４１等が完全に開口されていなくても、光が通過する程度に開口していればよい。
【００９７】
また、画素８１Rの受光面側であるホール蓄積層２２４の上面には、ホール蓄積層２２４の受光面を覆うように遮光部材（遮光層）３６２が形成されている。遮光部材３６２は、受光面側から入射される外乱光等を遮断する。なお、上述したように、ヒストグラムの生成処理により、外乱光等の影響は除去することができるので、遮光部材３６２は、必須ではなく、省略することができる。
【００９８】
導光部３６１を伝搬して画素８１Rの光電変換領域に到達する光を発するMOSトランジスタTr１は、発光源として測定用の画素８１Mにはない回路素子として設けたMOSトランジスタでもよいし、測定用の画素８１Mでも形成されているMOSトランジスタでもよい。
【００９９】
したがって、MOSトランジスタTr１を、発光源として特別に参照用の画素８１Rに設けた場合には、第２の基板２０２に形成される画素領域内の回路は、参照用の画素８１と測定用の画素８１Mとで異なる。この場合、発光源として特別に設けたMOSトランジスタTr１は、例えば、発光源を制御する回路に相当する。
【０１００】
発光源として特別に設けたMOSトランジスタTr１を発光させる発光タイミングは、例えば、光源３２の発光部１２１が光を照射するタイミングと同じタイミングとすることができる。この場合、例えば、参照用の画素８１Rが発光源（MOSトランジスタTr１）の光を受光したタイミングを距離ゼロの基準とすることで、測定用の画素８１Mが受光したタイミングから算出する距離を補正することができる。すなわち、参照用の画素８１Rは距離データの補正に用いることができる。
【０１０１】
また例えば、参照用の画素８１Rは、SPAD１０１への印加電圧の適正確認に用いることができる。この場合、画素８１Rにおいて、発光源として特別に設けたMOSトランジスタTr１を発光させ、クエンチ動作時のSPAD１０１のカソード電圧VS、すなわち、図４の時刻t2におけるカソード電圧VSを確認し、アノード電圧VAを調整するために用いることができる。
【０１０２】
一方、発光源としてのMOSトランジスタTr１が、測定用の画素８１Mでも形成されているMOSトランジスタである場合には、第２の基板２０２に形成される画素領域内の回路は、参照用の画素８１と測定用の画素８１Mとで同一とすることができる。
【０１０３】
なお、参照用の画素８１Rの発光源は、MOSトランジスタに限らず、ダイオードや抵抗素子など、その他の回路素子でもよい。
【０１０４】
また、受光装置５２は、上述したように、第１の基板２０１と第２の基板２０２とを貼り合わせた積層構造で構成することとしたが、１枚の基板（半導体基板）で構成してもよいし、３枚以上の積層構造で構成してもよい。さらに、第１の基板２０１のセンサ側配線層２１２が形成されたおもて面と反対の裏面側を受光面とする裏面型の受光センサ構造としたが、表面型の受光センサ構造としてもよい。
【０１０５】
＜６．比較例＞
図７は、測距システム１１の光源３２と画素アレイ７２の構造と比較する比較例としての他の測距システムにおける光源と画素アレイの構成例を示している。
【０１０６】
図７の光源４０１は、行列状に複数配置される発光部４１１Mと、複数の発光部４１１Rを備える。発光部４１１Mおよび発光部４１１Rは、光源３２の発光部１２１と同様に、例えば、垂直共振器面発光レーザ（VCSEL）で構成される。
【０１０７】
図５に示した測距システム１１の光源３２の構成と比較すると、発光部４１１Mが発光部１２１に対応し、光源４０１は、発光部１２１に加えて、さらに発光部４１１Rを備えた構成である。発光部４１１Rは、画素アレイ４０２の参照用の画素４１２Rに照射するために設けられた参照用の発光部４１１である。
【０１０８】
図７の画素アレイ４０２は、測定用の画素４１２M、参照用の画素４１２R、および、ダミー用の画素４１２Dが、図５の画素アレイ７２と同様の配置で配列されている。ただし、画素４１２M、画素４１２R、および画素４１２Dの画素構造は、いずれも、図６のAに示した測定用の画素８１Mの構造と同一に構成されている。
【０１０９】
すなわち、参照用の画素４１２Rは、測定用の画素４１２Mと同様に、SPAD１０１と、発光源であるMOSトランジスタTrとの間に、ホットキャリアによる発光が、光電変換領域に到達しないように遮断する遮光部材を有し、参照用の発光部４１１Rから照射された光を、受光面側から受光する構成とされている。
【０１１０】
このような構成では、図５に示した測距システム１１と比較すると、参照用の画素４１２Rのための発光部４１１Rが追加的に必要になるので、発光部４１１Rの実装面積が必要となり、発光部４１１Rを駆動する電力が増加するので、消費電力も増加する。また、発光部４１１Rから照射された光が、参照用の画素４１２Rで受光されるように光軸の調整が必要となり、光軸ずれにも弱い。
【０１１１】
これに対して、測距システム１１の光源３２と画素アレイ７２の構造によれば、参照用の画素４１２Rのための発光部４１１Rが不要となるので、電力削減につながるだけでなく、光軸ずれの調整も不要である。そして、参照用の画素８１Rの画素領域内、具体的には、SPAD１０１の受光面とは反対側に発光源が設けられ、光を伝搬させる導光部３６１が設けられているので、確実に受光することができる。
【０１１２】
＜７．画素のその他の配列例＞
図８は、画素アレイ７２における画素のその他の配列例を示す断面図である。
【０１１３】
図８の断面図では、図６と対応する部分については同一の符号を付してあるが、図６に示した構造をさらに簡略化して示しており、符号の一部が省略されている。
【０１１４】
図５に示した画素アレイ７２の配列例では、参照用の画素８１Rが、測定用の画素８１Mから離れた画素行または画素列に、ダミー用の画素８１Dを間に挟んで配置されていたが、参照用の画素８１Rと、測定用の画素８１Mとが、同一の画素行または画素列に配置されてもよい。
【０１１５】
図８の断面図は、１つの画素行または画素列に配置された画素８１の断面図を示している。
【０１１６】
図８に示されるように、参照用の画素８１Rと測定用の画素８１Mとは、同一の画素行または画素列に配置することができる。この場合でも、参照用の画素８１Rと測定用の画素８１Mとの間に、ダミー用の画素８１Dを間に挟んで配置されることが望ましい。これにより、参照用の画素８１Rの発光源であるMOSトランジスタTrからの光が、隣接する画素８１に漏れ込んだ場合でも、測定用の画素８１Mへの影響を抑制することができる。なお、参照用の画素８１Rと測定用の画素８１Mとの間のダミー用の画素８１Dが省略されてもよい。
【０１１７】
＜８．測距システムの使用例＞
本技術は、測距システムへの適用に限られるものではない。即ち、本技術は、例えば、スマートフォン、タブレット型端末、携帯電話機、パーソナルコンピュータ、ゲーム機、テレビ受像機、ウェアラブル端末、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラなどの電子機器全般に対して適用可能である。上述の撮像部４１は、レンズ５１及び受光装置５２がまとめてパッケージングされたモジュール状の形態であってもよいし、レンズ５１と受光装置５２とが別に構成され、受光装置５２のみをワンチップとして構成してもよい。
【０１１８】
図９は、上述の測距システム１１または受光装置５２の使用例を示す図である。
【０１１９】
上述した測距システム１１は、例えば、以下のように、可視光や、赤外光、紫外光、Ｘ線等の光をセンシングする様々なケースに使用することができる。
【０１２０】
・デジタルカメラや、カメラ機能付きの携帯機器等の、鑑賞の用に供される画像を撮影する装置
・自動停止等の安全運転や、運転者の状態の認識等のために、自動車の前方や後方、周囲、車内等を撮影する車載用センサ、走行車両や道路を監視する監視カメラ、車両間等の測距を行う測距センサ等の、交通の用に供される装置
・ユーザのジェスチャを撮影して、そのジェスチャに従った機器操作を行うために、TVや、冷蔵庫、エアーコンディショナ等の家電に供される装置
・内視鏡や、赤外光の受光による血管撮影を行う装置等の、医療やヘルスケアの用に供される装置
・防犯用途の監視カメラや、人物認証用途のカメラ等の、セキュリティの用に供される装置
・肌を撮影する肌測定器や、頭皮を撮影するマイクロスコープ等の、美容の用に供される装置
・スポーツ用途等向けのアクションカメラやウェアラブルカメラ等の、スポーツの用に供される装置
・畑や作物の状態を監視するためのカメラ等の、農業の用に供される装置
【０１２１】
＜９．移動体への応用例＞
本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品へ応用することができる。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、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
【０１２２】
図１０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。
【０１２３】
車両制御システム１２０００は、通信ネットワーク１２００１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１０に示した例では、車両制御システム１２０００は、駆動系制御ユニット１２０１０、ボディ系制御ユニット１２０２０、車外情報検出ユニット１２０３０、車内情報検出ユニット１２０４０、及び統合制御ユニット１２０５０を備える。また、統合制御ユニット１２０５０の機能構成として、マイクロコンピュータ１２０５１、音声画像出力部１２０５２、及び車載ネットワークＩ／Ｆ（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）１２０５３が図示されている。
【０１２４】
駆動系制御ユニット１２０１０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１２０１０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。
【０１２５】
ボディ系制御ユニット１２０２０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１２０２０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１２０２０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１２０２０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。
【０１２６】
車外情報検出ユニット１２０３０は、車両制御システム１２０００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１２０３０には、撮像部１２０３１が接続される。車外情報検出ユニット１２０３０は、撮像部１２０３１に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット１２０３０は、受信した画像に基づいて、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。
【０１２７】
撮像部１２０３１は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部１２０３１は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部１２０３１が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。
【０１２８】
車内情報検出ユニット１２０４０は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット１２０４０には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部１２０４１が接続される。運転者状態検出部１２０４１は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット１２０４０は、運転者状態検出部１２０４１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。
【０１２９】
マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で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１２０１０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１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うことができる。
【０１３０】
また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で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うことができる。
【０１３１】
また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット１２０２０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。
【０１３２】
音声画像出力部１２０５２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１０の例では、出力装置として、オーディオスピーカ１２０６１、表示部１２０６２及びインストルメントパネル１２０６３が例示されている。表示部１２０６２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。
【０１３３】
図１１は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
【０１３４】
図１１では、車両１２１００は、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５を有する。
【０１３５】
撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５は、例えば、車両１２１００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等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１２１０１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１２１０５は、主として車両１２１００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１２１０２，１２１０３は、主として車両１２１００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１２１０４は、主として車両１２１００の後方の画像を取得する。撮像部１２１０１及び１２１０５で取得される前方の画像は、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。
【０１３６】
なお、図１１には、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲１２１１１は、フロントノーズに設けられた撮像部１２１０１の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１２，１２１１３は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部１２１０２，１２１０３の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１４は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部１２１０４の撮像範囲を示す。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４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１２１００を上方から見た俯瞰画像が得られる。
【０１３７】
撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。
【０１３８】
例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を基に、撮像範囲１２１１１ないし１２１１４内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化（車両１２１００に対する相対速度）を求めることにより、特に車両１２１００の進行路上にある最も近い立体物で、車両１２１００と略同じ方向に所定の速度（例えば、０ｋｍ／ｈ以上）で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ１２０５１は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御（追従停止制御も含む）や自動加速制御（追従発進制御も含む）等を行うことができる。このように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うことができる。
【０１３９】
例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、２輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両１２１００の周辺の障害物を、車両１２１００のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ１２０５１は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ１２０６１や表示部１２０６２を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット１２０１０を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。
【０１４０】
撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ１２０５１が、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部１２０５２は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部１２０６２を制御する。また、音声画像出力部１２０５２は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部１２０６２を制御してもよい。
【０１４１】
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、撮像部１２０３１等に適用され得る。具体的には、例えば、図１の測距システム１１は、撮像部１２０３１に適用することができる。撮像部１２０３１は、例えばＬＩＤＡＲであり、車両１２１００の周囲の物体及び物体までの距離の検出に用いられる。撮像部１２０３１に本開示に係る技術を適用することにより、車両１２１００の周囲の物体及び物体までの距離の検出精度が向上する。その結果、例えば、車両の衝突警告を適切なタイミングで行うことができ、交通事故を防止することが可能となる。
【０１４２】
なお、本明細書において、システムとは、複数の構成要素（装置、モジュール（部品）等）の集合を意味し、すべての構成要素が同一筐体中にあるか否かは問わない。したがって、別個の筐体に収納され、ネットワークを介して接続されている複数の装置、及び、１つの筐体の中に複数のモジュールが収納されている１つの装置は、いずれも、システムである。
【０１４３】
また、本技術の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【０１４４】
なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、本明細書に記載されたもの以外の効果があってもよい。
【０１４５】
なお、本技術は、以下の構成を取ることができる。
（１）
受光面を有する受光素子と、
前記受光素子に対して、前記受光面とは反対側に設けられる発光源と
を有する複数の画素を備え、
前記複数の画素は、
前記受光素子と前記発光源との間に設けられた遮光部材を有する第１の画素と、
前記受光素子と前記発光源との間に、光子を伝搬させる導光部を有する第２の画素と
を備える
受光装置。
（２）
前記第２の画素は、前記受光素子の受光面を覆う遮光部材をさらに備える
前記（１）に記載の受光装置。
（３）
前記第２の画素の前記発光源は、前記第１の画素の前記受光素子が受光する反射光が照射される照射タイミングと同じタイミングで発光される
前記（１）または（２）に記載の受光装置。
（４）
第１の基板と第２の基板とを含む２枚以上の貼り合わせで構成され、
前記受光素子は、前記第１の基板に形成され、
前記発光源は、前記第２の基板に形成されている
前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の受光装置。
（５）
前記第２の基板の画素領域内の回路は、前記第１の画素と前記第２の画素とで異なる
前記（４）に記載の受光装置。
（６）
前記第１の画素と前記第２の画素とで異なる回路は、前記第２の画素に形成された前記発光源を制御する回路である
前記（５）に記載の受光装置。
（７）
前記第２の基板の画素領域内の回路は、前記第１の画素と前記第２の画素とで同一である
前記（４）に記載の受光装置。
（８）
前記受光素子は、SPADである
前記（１）乃至（７）のいずれかに記載の受光装置。
（９）
前記画素の信号は、測距、距離データの補正、または、前記SPADの印加電圧の適正確認のいずれかに用いられる
前記（８）に記載の受光装置。
（１０）
前記SPADの印加電圧の適正確認では、前記第２の画素の前記SPADへの印加電圧が計測される
前記（９）に記載の受光装置。
（１１）
計測された前記SPADの印加電圧を基に、前記SPADのアノード電圧が制御される
前記（１０）に記載の受光装置。
（１２）
平面方向において前記第１の画素と前記第２の画素の間に、測距に使用されない第３の画素をさらに備える
前記（１）乃至（１１）のいずれかに記載の受光装置。
（１３）
前記第３の画素は、駆動されない画素である
前記（１２）に記載の受光装置。
（１４）
前記第３の画素は、内部電圧モニタ用として駆動される画素である
前記（１２）に記載の受光装置。
（１５）
前記第１の画素がN1xN2（N1,N2は１以上の整数）で配列されている
前記（１）乃至（１４）のいずれかに記載の受光装置。
（１６）
前記第２の画素がM1xM2（M1,M2は１以上の整数）で配列されている
前記（１）乃至（１５）のいずれかに記載の受光装置。
（１７）
前記発光源は、トランジスタ、ダイオード、または抵抗素子のいずれかで構成される
前記（１）乃至（１６）のいずれかに記載の受光装置。
（１８）
照射光を照射する照明装置と、
前記照射光に対する反射光を受光する受光装置と
を備え、
前記受光装置は、
受光面を有する受光素子と、
前記受光素子に対して、前記受光面とは反対側に設けられる発光源と
を有する複数の画素を備え、
前記複数の画素は、
前記受光素子と前記発光源との間に設けられた遮光部材を有する第１の画素と、
前記受光素子と前記発光源との間に、光子を伝搬させる導光部を有する第２の画素と
を備える
測距システム。
【符号の説明】
【０１４６】
１１  測距システム，  ２１  照明装置，  ２２  撮像装置，  ３１  照明制御部，  ３２  光源，  ４１  撮像部，  ４２  制御部，  ５２  受光装置，  ７１  画素駆動部，  ７２  画素アレイ，  ７３  MUX，  ７４  時間計測部，  ７５  信号処理部，  ７６  入出力部，  ８１（８１R,８１M，８１D）  画素，  １０１  SPAD，  １０２  トランジスタ，  １０３  スイッチ，  １０４  インバータ，  ２０１  第１の基板，  ２０２  第２の基板，  ２１１  半導体基板，  Tr  MOSトランジスタ，  ３６１  導光部，  ３６２  遮光部材
【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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【国際調査報告】
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