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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023122396
(43)【公開日】2023-09-01
(54)【発明の名称】測距装置
(51)【国際特許分類】
G01S 7/497 20060101AFI20230825BHJP
G01S 7/4861 20200101ALI20230825BHJP
G01S 17/10 20200101ALI20230825BHJP
G01C 3/06 20060101ALI20230825BHJP
H01L 31/107 20060101ALI20230825BHJP
H04N 25/70 20230101ALI20230825BHJP
【ＦＩ】
G01S7/497
G01S7/4861
G01S17/10
G01C3/06 120Q
G01C3/06 140
H01L31/10 B
H04N5/369
【審査請求】未請求
【請求項の数】20
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022026073
(22)【出願日】2022-02-22
(71)【出願人】
【識別番号】316005926
【氏名又は名称】ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100091487
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 行孝
(74)【代理人】
【識別番号】100120031
【弁理士】
【氏名又は名称】宮嶋 学
(72)【発明者】
【氏名】関谷 彰人
【テーマコード（参考）】
2F112
5C024
5F149
5F849
5J084
【Ｆターム（参考）】
2F112AD01
2F112BA06
2F112CA05
2F112CA12
2F112DA15
2F112DA24
2F112DA28
2F112EA05
2F112FA09
2F112FA41
2F112GA01
5C024EX11
5C024GX03
5F149AA07
5F149BA10
5F149BB07
5F149EA04
5F149KA01
5F149KA11
5F149XB38
5F849AA07
5F849BA10
5F849BB07
5F849EA04
5F849KA01
5F849KA11
5F849XB38
5J084AA05
5J084AB01
5J084AB07
5J084AB20
5J084AC02
5J084AC03
5J084AC04
5J084AC06
5J084AC07
5J084AC08
5J084AC10
5J084AD01
5J084BA36
5J084BA38
5J084BA52
5J084BB40
5J084CA23
5J084CA31
5J084CA32
5J084CA49
5J084CA72
5J084EA04
5J084EA12
5J084EA15
5J084EA22
(57)【要約】
【課題】距離計測値の精度の低下を防止できる測距装置を提供する。
【解決手段】測距装置は、測距を行う第１画素とは別個に設けられる第２画素と、前記第２画素に入射された入射光の受光時刻に基づくＴｏＦ（Time of Flight）値を検出する第１検出部と、前記第１検出部で検出された前記ＴｏＦ値に基づいて、前記第１画素及び前記第２画素に与えるバイアス電圧を制御する制御部と、を備える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
測距を行う第１画素とは別個に設けられる第２画素と、
前記第２画素に入射された入射光の受光時刻に基づくＴｏＦ（Time of Flight）値を検出する第１検出部と、
前記第１検出部で検出された前記ＴｏＦ値に基づいて、前記第１画素及び前記第２画素に与えるバイアス電圧を制御する制御部と、を備える、測距装置。
前記第２画素に入射された入射光の受光時刻に基づくＴｏＦ（Time of Flight）値を検出する第１検出部と、
前記第１検出部で検出された前記ＴｏＦ値に基づいて、前記第１画素及び前記第２画素に与えるバイアス電圧を制御する制御部と、を備える、測距装置。
【請求項2】
前記第１検出部は、前記第２画素に入射された入射光の受光時刻と、発光部が光信号を発光した時刻との時間差に基づいて前記ＴｏＦ値を検出する、請求項１に記載の測距装置。
【請求項3】
前記第１画素は、発光部から発光された光信号が物体で反射された反射光信号を受光し、
前記第２画素は、前記発光部から発光された前記光信号を直接受光する、請求項１に記載の測距装置。
前記第２画素は、前記発光部から発光された前記光信号を直接受光する、請求項１に記載の測距装置。
【請求項4】
前記第１画素は、入射光に応じた電圧信号を出力する第１フォトダイオードを有し、
前記第２画素は、入射光に応じた電圧信号を出力する第２フォトダイオードを有し、
前記バイアス電圧は、前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトダイオードのアノード圧又はカソードに供給される電圧である、請求項１に記載の測距装置。
前記第２画素は、入射光に応じた電圧信号を出力する第２フォトダイオードを有し、
前記バイアス電圧は、前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトダイオードのアノード圧又はカソードに供給される電圧である、請求項１に記載の測距装置。
【請求項5】
前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトダイオードは、前記バイアス電圧がアノードに供給される場合には、カソードから前記電圧信号を出力し、前記バイアス電圧がカソードに供給される場合には、アノードから前記電圧信号を出力する、請求項４に記載の測距装置。
【請求項6】
前記第１検出部は、前記第２フォトダイオードによる前記入射光の受光時刻に基づく前記ＴｏＦ値を検出し、
前記制御部は、前記第１検出部で検出された前記ＴｏＦ値に基づいて、前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトダイオードのアノード電圧又はカソード電圧を制御する、請求項４に記載の測距装置。
前記制御部は、前記第１検出部で検出された前記ＴｏＦ値に基づいて、前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトダイオードのアノード電圧又はカソード電圧を制御する、請求項４に記載の測距装置。
【請求項7】
前記第１検出部は、前記第２フォトダイオードのアノード又はカソードから出力される前記電圧信号の電圧レベルと所定の閾値とが交差するタイミングに基づいて前記ＴｏＦ値を検出する、請求項６に記載の測距装置。
【請求項8】
前記制御部は、前記第１検出部で検出される前記第２フォトダイオードによる前記入射光の受光時刻に基づくＴｏＦ値が一定になるように、前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトダイオードのアノード又はカソードに供給される前記バイアス電圧を制御する、請求項４に記載の測距装置。
【請求項9】
前記制御部は、前記第１検出部で検出された前記ＴｏＦ値が予め定めた基準値よりも長い場合には、前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトダイオードのアノード－カソード間の逆電圧をより大きくする、請求項４に記載の測距装置。
【請求項10】
前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトダイオードから前記電圧信号が出力されるタイミングに応じたデジタル信号を生成する時間デジタル変換器と、
前記デジタル信号に基づいて、前記入射光の受光時刻の頻度分布を表すヒストグラムを生成するヒストグラム生成器と、を備え、
前記第１検出部は、前記第２フォトダイオードの入射光に基づく前記ヒストグラムのピーク位置を検出する、請求項４に記載の測距装置。
前記デジタル信号に基づいて、前記入射光の受光時刻の頻度分布を表すヒストグラムを生成するヒストグラム生成器と、を備え、
前記第１検出部は、前記第２フォトダイオードの入射光に基づく前記ヒストグラムのピーク位置を検出する、請求項４に記載の測距装置。
【請求項11】
前記第１フォトダイオードの入射光に基づく前記ヒストグラムのピーク位置に基づいて、物体までの距離を計測する距離計測部を備える、請求項１０に記載の測距装置。
【請求項12】
前記第１画素及び前記第２画素とは別個に設けられる第３画素と、
前記第３画素内の第３フォトダイオードのブレークダウン電圧を監視する電圧監視部と、を備え、
前記制御部は、前記第１検出部で検出された前記ＴｏＦ値と、前記電圧監視部で監視された前記ブレークダウン電圧と、に基づいて、前記第１フォトダイオード、前記第２フォトダイオード及び前記第３フォトダイオードのアノード電圧又はカソード電圧を制御する、請求項４に記載の測距装置。
前記第３画素内の第３フォトダイオードのブレークダウン電圧を監視する電圧監視部と、を備え、
前記制御部は、前記第１検出部で検出された前記ＴｏＦ値と、前記電圧監視部で監視された前記ブレークダウン電圧と、に基づいて、前記第１フォトダイオード、前記第２フォトダイオード及び前記第３フォトダイオードのアノード電圧又はカソード電圧を制御する、請求項４に記載の測距装置。
【請求項13】
周囲の温度を計測する温度計測器を備え、
前記制御部は、前記第１検出部で検出された前記ＴｏＦ値と、前記温度計測器で計測された温度と、に基づいて、前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトダイオードのアノード電圧又はカソード電圧を制御する、請求項４に記載の測距装置。
前記制御部は、前記第１検出部で検出された前記ＴｏＦ値と、前記温度計測器で計測された温度と、に基づいて、前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトダイオードのアノード電圧又はカソード電圧を制御する、請求項４に記載の測距装置。
【請求項14】
前記第１画素及び前記第２画素とは別個に設けられる第３画素と、
前記第３画素内の第３フォトダイオードのブレークダウン電圧を監視する電圧監視部と、
周囲の温度を計測する温度計測器と、を備え、
前記制御部は、
前記電圧監視部で監視された前記ブレークダウン電圧と、前記温度計測器で計測された温度とに基づいて、前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトダイオードのアノード又はカソードに供給される前記バイアス電圧を制御する第１制御部と、
前記第１制御部による制御を行った後、前記第１検出部で検出された前記ＴｏＦ値に基づいて、前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトダイオードのアノード又はカソードに供給される前記バイアス電圧を制御する第２制御部と、を有する、請求項４に記載の測距装置。
前記第３画素内の第３フォトダイオードのブレークダウン電圧を監視する電圧監視部と、
周囲の温度を計測する温度計測器と、を備え、
前記制御部は、
前記電圧監視部で監視された前記ブレークダウン電圧と、前記温度計測器で計測された温度とに基づいて、前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトダイオードのアノード又はカソードに供給される前記バイアス電圧を制御する第１制御部と、
前記第１制御部による制御を行った後、前記第１検出部で検出された前記ＴｏＦ値に基づいて、前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトダイオードのアノード又はカソードに供給される前記バイアス電圧を制御する第２制御部と、を有する、請求項４に記載の測距装置。
【請求項15】
前記第１画素における単位時間当たりの受光パルス数を検出する第２検出部を備え、
前記制御部は、前記第１検出部で検出された前記ＴｏＦ値と、前記第２検出部で検出された単位時間当たりの受光パルス数とに基づいて、前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトダイオードのアノード電圧又はカソード電圧を制御する、請求項４に記載の測距装置。
前記制御部は、前記第１検出部で検出された前記ＴｏＦ値と、前記第２検出部で検出された単位時間当たりの受光パルス数とに基づいて、前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトダイオードのアノード電圧又はカソード電圧を制御する、請求項４に記載の測距装置。
【請求項16】
前記制御部は、前記第２検出部で検出された受光パルス数が予め定めた基準パルス数よりも多い場合には、前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトダイオードのアノード－カソード間の逆電圧をより小さくする、請求項１５に記載の測距装置。
【請求項17】
光信号を発光する発光部を備え、
前記第１画素内の前記第１フォトダイオードは、前記光信号が照射された物体からの反射光信号に基づく前記入射光を受光する、請求項４に記載の測距装置。
前記第１画素内の前記第１フォトダイオードは、前記光信号が照射された物体からの反射光信号に基づく前記入射光を受光する、請求項４に記載の測距装置。
【請求項18】
前記第２画素は、前記第１画素とは離隔して配置され、
前記第２フォトダイオードに入射される前記光信号が前記第１フォトダイオードに入射されないように前記第２フォトダイオードの周囲に配置される遮光部材を備える、請求項１７に記載の測距装置。
前記第２フォトダイオードに入射される前記光信号が前記第１フォトダイオードに入射されないように前記第２フォトダイオードの周囲に配置される遮光部材を備える、請求項１７に記載の測距装置。
【請求項19】
それぞれがフォトダイオードを有する複数の画素を有する画素アレイ部を備え、
前記画素アレイ部の一部の画素は、前記第１画素として用いられ、
前記画素アレイ部の前記一部の画素以外の少なくとも一部の画素は、前記第２画素として用いられ、
前記画素アレイ部内の前記第１画素と前記第２画素との境界領域に沿って配置され、前記第２フォトダイオードに入射される前記光信号が前記第１フォトダイオードに入射されないように前記第２フォトダイオードの周囲に配置される遮光部材を備える、請求項１７に記載の測距装置。
前記画素アレイ部の一部の画素は、前記第１画素として用いられ、
前記画素アレイ部の前記一部の画素以外の少なくとも一部の画素は、前記第２画素として用いられ、
前記画素アレイ部内の前記第１画素と前記第２画素との境界領域に沿って配置され、前記第２フォトダイオードに入射される前記光信号が前記第１フォトダイオードに入射されないように前記第２フォトダイオードの周囲に配置される遮光部材を備える、請求項１７に記載の測距装置。
【請求項20】
前記発光部から発光された前記光信号は、前記物体の方向を照射するとともに、前記第２画素の方向を照射する、請求項１７に記載の測距装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、測距装置に関する。
【背景技術】
【0002】
光パルス信号（Ｔｘパルス信号）を物体に照射し、物体からの反射光パルス信号（Ｒｘパルス信号）を受光して、Ｔｘパルス信号を投光してからＲｘパルス信号が受光されるまでの時間により物体までの距離を測定するｄＴｏＦ（direct Time of Flight）方式の測距装置が知られている。
【0003】
Ｒｘパルス信号の受光には、例えばＳＰＡＤ（Single Photon Avalanche photo Diode）が用いられる。ＳＰＡＤは、アノード－カソード間にブレークダウン電圧より大きい逆バイアス電圧を印加した状態で、Ｒｘパルス信号が受光されると、カソード電圧が低下して、発光を開始する（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０２１－５６０１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ＳＰＡＤは、Ｒｘパルス信号の受光を待機している状態では、アノード－カソード間にブレークダウン電圧より大きい逆バイアス電圧を印加する必要がある。ＳＰＡＤは、半導体プロセスを利用して形成されるが、製造ばらつきや温度等の環境条件により、電気特性が変化する。具体的には、同一の電圧レベルの逆バイアス電圧をＳＰＡＤに印加しても、Ｒｘパルス信号を受光した際のカソード電圧の低下度合が変動するおそれがある。ＳＰＡＤの単位時間当たりのカソード電圧の低下度合が小さい場合は、低下度合が大きい場合よりも、カソード電圧がボトム電圧に到達するまでの時間が長くなることから、距離計測値が長くなり、測距誤差が生じる。
【0006】
このように、ＳＰＡＤの製造ばらつき等によって、ＳＰＡＤの電気特性が変動すると、距離計測値が変動するおそれがある。
【0007】
そこで、本開示では、ＳＰＡＤの電気特性が変動しても、距離計測値の精度の低下を防止できる測距装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記の課題を解決するために、本開示によれば、測距を行う第１画素とは別個に設けられる第２画素と、
前記第２画素に入射された入射光の受光時刻に基づくＴｏＦ（Time of Flight）値を検出する第１検出部と、
前記第１検出部で検出された前記ＴｏＦ値に基づいて、前記第１画素及び前記第２画素に与えるバイアス電圧を制御する制御部と、を備える、測距装置が提供される。
前記第２画素に入射された入射光の受光時刻に基づくＴｏＦ（Time of Flight）値を検出する第１検出部と、
前記第１検出部で検出された前記ＴｏＦ値に基づいて、前記第１画素及び前記第２画素に与えるバイアス電圧を制御する制御部と、を備える、測距装置が提供される。
【0009】
前記第１検出部は、前記第２画素に入射された入射光の受光時刻と、発光部が光信号を発光した時刻との時間差に基づいて前記ＴｏＦ値を検出してもよい。
【0010】
前記第１画素は、発光部から発光された光信号が物体で反射された反射光信号を受光し、
前記第２画素は、前記発光部から発光された前記光信号を直接受光してもよい。
前記第２画素は、前記発光部から発光された前記光信号を直接受光してもよい。
【0011】
前記第１画素は、入射光に応じた電圧信号を出力する第１フォトダイオードを有し、
前記第２画素は、入射光に応じた電圧信号を出力する第２フォトダイオードを有し、
前記バイアス電圧は、前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトダイオードのアノード圧又はカソードに供給される電圧であってもよい。
前記第２画素は、入射光に応じた電圧信号を出力する第２フォトダイオードを有し、
前記バイアス電圧は、前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトダイオードのアノード圧又はカソードに供給される電圧であってもよい。
【0012】
前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトダイオードは、前記バイアス電圧がアノードに供給される場合には、カソードから前記電圧信号を出力し、前記バイアス電圧がカソードに供給される場合には、アノードから前記電圧信号を出力してもよい。
【0013】
前記第１検出部は、前記第２フォトダイオードによる前記入射光の受光時刻に基づく前記ＴｏＦ値を検出し、
前記制御部は、前記第１検出部で検出された前記ＴｏＦ値に基づいて、前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトダイオードのアノード電圧又はカソード電圧を制御してもよい。
前記制御部は、前記第１検出部で検出された前記ＴｏＦ値に基づいて、前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトダイオードのアノード電圧又はカソード電圧を制御してもよい。
【0014】
前記第１検出部は、前記第２フォトダイオードのアノード又はカソードから出力される前記電圧信号の電圧レベルと所定の閾値とが交差するタイミングに基づいて前記ＴｏＦ値を検出してもよい。
【0015】
前記制御部は、前記第１検出部で検出される前記第２フォトダイオードによる前記入射光の受光時刻に基づくＴｏＦ値が一定になるように、前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトダイオードのアノード又はカソードに供給される前記バイアス電圧を制御してもよい。
【0016】
前記制御部は、前記第１検出部で検出された前記ＴｏＦ値が予め定めた基準値よりも長い場合には、前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトダイオードのアノード－カソード間の逆電圧をより大きくしてもよい。
【0017】
前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトダイオードから前記電圧信号が出力されるタイミングに応じたデジタル信号を生成する時間デジタル変換器と、
前記デジタル信号に基づいて、前記入射光の受光時刻の頻度分布を表すヒストグラムを生成するヒストグラム生成器と、を備え、
前記第１検出部は、前記第２フォトダイオードの入射光に基づく前記ヒストグラムのピーク位置を検出してもよい。
前記デジタル信号に基づいて、前記入射光の受光時刻の頻度分布を表すヒストグラムを生成するヒストグラム生成器と、を備え、
前記第１検出部は、前記第２フォトダイオードの入射光に基づく前記ヒストグラムのピーク位置を検出してもよい。
【0018】
前記第１フォトダイオードの入射光に基づく前記ヒストグラムのピーク位置に基づいて、物体までの距離を計測する距離計測部を備えてもよい。
【0019】
前記第１画素及び前記第２画素とは別個に設けられる第３画素と、
前記第３画素内の第３フォトダイオードのブレークダウン電圧を監視する電圧監視部と、を備え、
前記制御部は、前記第１検出部で検出された前記ＴｏＦ値と、前記電圧監視部で監視された前記ブレークダウン電圧と、に基づいて、前記第１フォトダイオード、前記第２フォトダイオード及び前記第３フォトダイオードのアノード電圧又はカソード電圧を制御してもよい。
前記第３画素内の第３フォトダイオードのブレークダウン電圧を監視する電圧監視部と、を備え、
前記制御部は、前記第１検出部で検出された前記ＴｏＦ値と、前記電圧監視部で監視された前記ブレークダウン電圧と、に基づいて、前記第１フォトダイオード、前記第２フォトダイオード及び前記第３フォトダイオードのアノード電圧又はカソード電圧を制御してもよい。
【0020】
周囲の温度を計測する温度計測器を備え、
前記制御部は、前記第１検出部で検出された前記ＴｏＦ値と、前記温度計測器で計測された温度と、に基づいて、前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトダイオードのアノード電圧又はカソード電圧を制御してもよい。
前記制御部は、前記第１検出部で検出された前記ＴｏＦ値と、前記温度計測器で計測された温度と、に基づいて、前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトダイオードのアノード電圧又はカソード電圧を制御してもよい。
【0021】
前記第１画素及び前記第２画素とは別個に設けられる第３画素と、
前記第３画素内の第３フォトダイオードのブレークダウン電圧を監視する電圧監視部と、
周囲の温度を計測する温度計測器と、を備え、
前記制御部は、
前記電圧監視部で監視された前記ブレークダウン電圧と、前記温度計測器で計測された温度とに基づいて、前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトダイオードのアノード又はカソードに供給される前記バイアス電圧を制御する第１制御部と、
前記第１制御部による制御を行った後、前記第１検出部で検出された前記ＴｏＦ値に基づいて、前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトダイオードのアノード又はカソードに供給される前記バイアス電圧を制御する第２制御部と、を有してもよい。
前記第３画素内の第３フォトダイオードのブレークダウン電圧を監視する電圧監視部と、
周囲の温度を計測する温度計測器と、を備え、
前記制御部は、
前記電圧監視部で監視された前記ブレークダウン電圧と、前記温度計測器で計測された温度とに基づいて、前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトダイオードのアノード又はカソードに供給される前記バイアス電圧を制御する第１制御部と、
前記第１制御部による制御を行った後、前記第１検出部で検出された前記ＴｏＦ値に基づいて、前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトダイオードのアノード又はカソードに供給される前記バイアス電圧を制御する第２制御部と、を有してもよい。
【0022】
前記第１画素における単位時間当たりの受光パルス数を検出する第２検出部を備え、
前記制御部は、前記第１検出部で検出された前記ＴｏＦ値と、前記第２検出部で検出された単位時間当たりの受光パルス数とに基づいて、前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトダイオードのアノード電圧又はカソード電圧を制御してもよい。
前記制御部は、前記第１検出部で検出された前記ＴｏＦ値と、前記第２検出部で検出された単位時間当たりの受光パルス数とに基づいて、前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトダイオードのアノード電圧又はカソード電圧を制御してもよい。
【0023】
前記制御部は、前記第２検出部で検出された受光パルス数が予め定めた基準パルス数よりも多い場合には、前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトダイオードのアノード－カソード間の逆電圧をより小さくしてもよい。
【0024】
光信号を発光する発光部を備え、
前記第１画素内の前記第１フォトダイオードは、前記光信号が照射された物体からの反射光信号に基づく前記入射光を受光してもよい。
前記第１画素内の前記第１フォトダイオードは、前記光信号が照射された物体からの反射光信号に基づく前記入射光を受光してもよい。
【0025】
前記第２画素は、前記第１画素とは離隔して配置され、
前記第２フォトダイオードに入射される前記光信号が前記第１フォトダイオードに入射されないように前記第２フォトダイオードの周囲に配置される遮光部材を備えてもよい。
前記第２フォトダイオードに入射される前記光信号が前記第１フォトダイオードに入射されないように前記第２フォトダイオードの周囲に配置される遮光部材を備えてもよい。
【0026】
それぞれがフォトダイオードを有する複数の画素を有する画素アレイ部を備え、
前記画素アレイ部の一部の画素は、前記第１画素として用いられ、
前記画素アレイ部の前記一部の画素以外の少なくとも一部の画素は、前記第２画素として用いられ、
前記画素アレイ部内の前記第１画素と前記第２画素との境界領域に沿って配置され、前記第２フォトダイオードに入射される前記光信号が前記第１フォトダイオードに入射されないように前記第２フォトダイオードの周囲に配置される遮光部材を備えてもよい。
前記画素アレイ部の一部の画素は、前記第１画素として用いられ、
前記画素アレイ部の前記一部の画素以外の少なくとも一部の画素は、前記第２画素として用いられ、
前記画素アレイ部内の前記第１画素と前記第２画素との境界領域に沿って配置され、前記第２フォトダイオードに入射される前記光信号が前記第１フォトダイオードに入射されないように前記第２フォトダイオードの周囲に配置される遮光部材を備えてもよい。
【0027】
前記発光部から発光された前記光信号は、前記物体の方向を照射するとともに、前記第２画素の方向を照射してもよい。
【図面の簡単な説明】
【0028】
【図1】第１の実施形態による測距装置を備えた測距システムの概略構成を示すブロック図。
【図3A】測距装置、電圧制御部、及び発光部の第１配置例を示すブロック図。
【図3B】測距装置、電圧制御部、及び発光部の第２配置例を示すブロック図。
【図3C】測距装置、電圧制御部、及び発光部の第３配置例を示すブロック図。
【図4A】遮光部材の第１例を示す図。
【図4B】遮光部材の第２例を示す図。
【図6】第２画素内のＳＰＡＤでのＴｘパルス信号の受光時刻と、ＳＰＡＤのカソード電圧波形を示す図。
【図7】第１の実施形態による測距装置内の主要部の詳細なブロック図。
【図8】第２の実施形態による測距装置内の主要部の詳細なブロック図。
【図9】ＶＢＤモニタの内部構成を示すブロック図。
【図10】第２の実施形態による測距装置の処理動作を示すフローチャート。
【図11】第１の実施形態による測距装置内の主要部の詳細なブロック図。
【図13】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。
【図14】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。
【発明を実施するための形態】
【0029】
以下、図面を参照して、測距装置の実施形態について説明する。以下では、測距装置の主要な構成部分を中心に説明するが、測距装置には、図示又は説明されていない構成部分や機能が存在しうる。以下の説明は、図示又は説明されていない構成部分や機能を除外するものではない。
【0030】
（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態による測距装置１を備えた測距システム２の概略構成を示すブロック図である。図１の測距システム２は、測距装置１と、発光部３と、全体制御部４と、電圧制御部５とを備えている。
図１は第１の実施形態による測距装置１を備えた測距システム２の概略構成を示すブロック図である。図１の測距システム２は、測距装置１と、発光部３と、全体制御部４と、電圧制御部５とを備えている。
【0031】
発光部３は、一次元又は二次元方向に配置された複数の発光素子３ａを有する。複数の発光素子３ａは、所定の時間間隔で光パルス信号（Ｔｘパルス信号）を繰り返し発光する。発光部３は、複数の発光素子３ａが発光した光信号を所定の二次元空間上で走査することができる。光信号を走査させる具体的な手法は問わない。全体制御部４は、発光部３と測距装置１を制御する。発光部３と全体制御部４の少なくとも一方は、測距装置１に統合することが可能である。
【0032】
測距装置１は、画素アレイ部１１と、測距処理部１２と、出力部１３と、駆動回路１４と、発光タイミング制御部１５と、測距制御部１６と、ピーク検出部（第１検出部）１７と、制御部１８と、クロック生成部１９とを有する。
【0033】
画素アレイ部１１は、一次元又は二次元方向に配置された複数の画素（第１画素）１１ａを有する。各画素１１ａは、受光素子２０を有する。受光素子２０は、例えばＳＰＡＤ２０である。以下では、各画素１１ａがＳＰＡＤ２０を有する例を主に説明する。各画素１１ａは、不図示のクエンチ回路を有していてもよい。クエンチ回路は、初期状態では、ＳＰＡＤ２０のアノードとカソード間にブレークダウン電圧を超える電位差の逆バイアス電圧を供給する。駆動回路１４は、ＳＰＡＤ２０が光子を検出してアノード－カソード間の電位差が低下すると、対応するクエンチ回路を介してＳＰＡＤ２０に逆バイアス電圧を供給して、次の反射光パルス信号（Ｒｘパルス信号）の検出に備える。
【0034】
ＳＰＡＤ２０のアノード電圧を制御することにより、ＳＰＡＤ２０の感度を制御することができる。本実施形態では、電圧制御部５から出力されるバイアス電圧によりＳＰＡＤ２０のアノード電圧を制御してＳＰＡＤ２０の感度を制御する。なお、後述するように、ＳＰＡＤ２０のカソード電圧を制御してＳＰＡＤ２０の感度を制御する構成も取りうる。
【0035】
図１の測距装置１は、測距を行う第１画素１１ａの他に、バイアス電圧制御のために用いられる第２画素１１ｂを有する。画素アレイ部１１は、第１画素１１ａを有する。第２画素１１ｂは、画素アレイ部１１内に設けられてもよいし、画素アレイ部１１とは別個に設けられてもよい。第１画素１１ａと第２画素１１ｂは、それぞれ１つ以上の画素で構成されている。後述するように、第１画素１１ａはＲｘパルス信号を受光するのに対して、第２画素１１ｂはＴｘパルス信号を受光する。
【0036】
測距処理部１２は、ＴＤＣ２１と、ヒストグラム生成部２２と、信号処理部２３とを有する。
【0037】
ＴＤＣ２１は、ＳＰＡＤ２０が受光したＲｘパルス信号又はＴｘパルス信号の受光時刻に応じたデジタル信号を所定の時間分解能で生成する。ＴＤＣ２１の時間分解能を制御することで、測距精度を可変制御することができる。ＴＤＣ２１は、第１画素１１ａと第２画素１１ｂのそれぞれごとに設けられる。
【0038】
ヒストグラム生成部２２は、ＴＤＣ２１が生成したデジタル信号に基づいて、ＴＤＣ２１の時間分解能に応じたビン幅のヒストグラムを生成する。ビン幅とは、ヒストグラムを構成する各頻度単位の幅である。ＴＤＣ２１の時間分解能が高いほど、ビン幅を狭くでき、Ｒｘパルス信号を受光した時間頻度をより精度よく反映させたヒストグラムが得られる。
【0039】
信号処理部２３は、距離計算部２３ａを有する。距離計算部２３ａは、ヒストグラムに基づいてＲｘパルス信号の重心位置を計算する等して、物体までの距離を計算する。物体までの距離情報は、出力部１３を介して測距装置１の外部（例えば、不図示のホストコンピュータなど）に出力される。
【0040】
ピーク検出部１７は、信号処理部２３からの信号により、第２画素１１ｂに入射されたＴｘパルス信号の受光時刻に基づくＴｏＦ値を検出する。ＴｏＦ値は、第２画素１１ｂでのＴｘパルス信号の受光時刻と、Ｔｘパルス信号の発光時刻との時間差に基づく値であり、ヒストグラム生成部２２で生成されたヒストグラムのピーク位置に基づく値である。より厳密には、Ｔｘパルス信号の受光時刻は、第２画素１１ｂ内のＳＰＡＤ２０のカソード電圧が後段のインバータの閾値電圧を下回る時刻である。
【0041】
電圧制御部５は、ピーク検出部１７で検出されたＴｘパルス信号の受光時刻に基づくＴｏＦ値に基づいて、画素アレイ部１１内の第１画素１１ａと第２画素１１ｂに与えるバイアス電圧を制御する。より具体的には、電圧制御部５は、ピーク検出部１７で検出される第２画素１１ｂ内のＳＰＡＤ２０で受光されたＴｘパルス信号の受光時刻に基づくＴｏＦ値が一定になるように、第１画素１１ａ及び第２画素１１ｂ内の各ＳＰＡＤ２０のアノード電圧を制御する。
【0042】
図１では、測距装置１とは別個に電圧制御部５を図示しているが、測距装置１は電圧制御部５を内蔵することが可能である。上述したように、バイアス電圧は、例えば、第１画素１１ａと第２画素１１ｂ内の各ＳＰＡＤ２０のアノードに与えられる。
【0043】
クロック生成部１９は、外部から入力される基準クロック信号に同期させて、測距装置１の各部を同期するためのクロック信号を生成する。制御部１８は、クロック信号に同期させて、測距制御部１６と発光タイミング制御部１５とを制御する。測距制御部１６は、測距処理部１２内のＴＤＣ２１、ヒストグラム生成部２２、及び信号処理部２３を制御する。発光タイミング制御部１５は、発光部３がＴｘパルス信号を発光するタイミングを制御するとともに、駆動回路１４を制御する。駆動回路１４は、画素アレイ部１１内の各画素１１ａのＳＰＡＤ２０が光を検知して、カソード電圧が下がったときに、カソード電圧を元の電圧に復帰させるクエンチ制御などを行う。
【0044】
図１の測距装置１は、複数のチップを積層させた積層体で構成することができる。図２は図１の測距装置１が実装された積層体の模式的な斜視図である。図２の積層体は、第１チップ２４と、第１チップ２４に積層される第２チップ２５とを有する。第１チップ２４には、主に図１の画素アレイ部１１が配置される。第２チップ２５には、図１の測距装置１内の画素アレイ部１１以外の少なくとも一部が配置される。第１チップ２４と第２チップ２５は、Ｃｕ－Ｃｕ接合、ビア、又はバンプ等により接合される。図１の測距装置１内の画素アレイ部１１以外の一部の構成部分を第１チップ２４に配置して、残りの構成部分を第２チップ２５に配置してもよい。あるいは、図１の測距装置１内の画素アレイ部１１以外のすべての構成部分を第２チップ２５に配置してもよい。また、図１の発光部３、全体制御部４及び電圧制御部５の少なくとも一部を第１チップ２４又は第２チップ２５に配置してもよい。さらに、図１の測距装置１は、３つ以上のチップを積層させた積層体で構成してもよい。
【0045】
図１の測距装置１、電圧制御部５、及び発光部３の具体的な配置には、いくつかの配置例が考えられる。以下では、代表的な３つの配置例を説明する。なお、以下に示す３つの配置例以外の配置例を採用してもよい。
【0046】
図３Ａは測距装置１、電圧制御部５、及び発光部３の第１配置例を示すブロック図である。図３Ａに示すように、第１配置例では、測距装置１、電圧制御部５、及び発光部３がそれぞれ別個のチップに配置されている。測距装置１内の第２画素１１ｂは、発光部３からのＴｘパルス信号を直接受光して、Ｔｘパルス信号の受光時刻に基づくＴｏＦ値の情報を電圧制御部５に送る。電圧制御部５は、第２画素１１ｂにおけるＴｘパルス信号の受光時刻に基づくＴｏＦ値に応じたバイアス電圧を生成して、測距装置１に送る。測距装置１内の画素アレイ部１１の各画素１１ａのＳＰＡＤ２０は、バイアス電圧に応じてアノード電圧が制御される。図３Ａの３つのチップは、上下方向に積層されてもよいし、同一の支持基板上に配置されてもよい。
【0047】
図３Ｂは測距装置１、電圧制御部５、及び発光部３の第２配置例を示すブロック図である。図３Ｂに示すように、第２配置例では、測距装置１と電圧制御部５が同一のチップに配置され、発光部３が別のチップに配置されている。これら２つのチップは上下方向に積層されてもよいし、同一の支持基板上に配置されてもよい。第２配置例は、第１配置例よりもチップの数を削減できるため、第１配置例よりも、測距システム２の製造が容易になる。
【0048】
図３Ｃは測距装置１、電圧制御部５、及び発光部３の第３配置例を示すブロック図である。図３Ｃに示すように、第３配置例では、測距装置１、電圧制御部５、及び発光部３が同一のチップに配置されている。第３配置例は、１個のチップで測距システム２を実現できるため、測距システム２の構築の費用を抑制できる一方で、チップの製造プロセスの難易度が高くなる。
【0049】
本実施形態による測距装置１では、発光部３が発光したＴｘパルス信号を第２画素１１ｂで直接受光して、画素アレイ部１１内の各画素１１ａのバイアス電圧を制御する。その一方で、第１画素１１ａは物体からのＲｘパルス信号を受光する。このため、Ｔｘパルス信号が第１画素１１ａに入射されないような対策を施す必要がある。対策の具体案として、遮光部材を設けることが考えられる。
【0050】
図４Ａは遮光部材２６の第１例を示す図であり、発光部３、第１画素１１ａ、及び第２画素１１ｂの側面図と平面図を示している。第１例では、第１画素１１ａを有する画素アレイ部１１とは別個に第２画素１１ｂを配置し、第２画素１１ｂの周囲に遮光部材２６を配置している。発光部３から発光されたＴｘパルス信号は、複数の方向に進行する。具体的には、発光部３から発光されたＴｘパルス信号の一部は物体の方向に進行し、残りの少なくとも一部は第２画素１１ｂの方向に進行する。遮光部材２６によって第１画素１１ａへのＴｘパルス信号の入射を防止できるため、測距精度が低下するおそれはない。
【0051】
図４Ｂは遮光部材２６の第２例を示す図であり、発光部３、第１画素１１ａ及び第２画素１１ｂの側面図と平面図を示している。第２例では、画素アレイ部１１内に第１画素１１ａと第２画素１１ｂを配置し、第２画素１１ｂの周囲に遮光部材２６を配置している。第２画素１１ｂを画素アレイ部１１の端部に配置し、第２画素１１ｂと第１画素１１ａの境界領域に遮光部材２６を配置することで、Ｔｘパルス信号が第１画素１１ａに入射されなくなる。
【0052】
なお、図４Ａと図４Ｂは、発光部３、第１画素１１ａ、及び第２画素１１ｂが同一の支持基板２７上に配置される例を示したが、例えば、発光部３が配置される支持基板２７と、第１画素１１ａ及び第２画素１１ｂが配置される支持基板２７とを分けてもよい。
【0053】
図５は図１の測距装置１及び電圧制御部５の処理動作の一例を示すフローチャートである。まず、発光タイミング制御部１５からの指示に従って、発光部３はＴｘパルス信号を周期的に発光する（ステップＳ１）。Ｔｘパルス信号の発光間隔は、Ｔｘパルス信号に応じたＲｘパルス信号が画素アレイ部１１で受光されるのに要する時間以上の長さに設定される。
【0054】
上述したように、Ｔｘパルス信号は、種々の方向に進行し、その一部は第２画素１１ｂで受光される（ステップＳ２）。第２画素１１ｂは、Ｔｘパルス信号に応じた電圧信号を出力する。より具体的には、第２画素１１ｂ内のＳＰＡＤ２０のカソード電圧は、Ｔｘパルス信号が受光されると低下する。本実施形態では、第２画素１１ｂ内のＳＰＡＤ２０のカソード電圧をＴｘパルス信号に応じた電圧信号として使用する。
【0055】
ピーク検出部１７は、第２画素１１ｂから出力された電圧信号に基づいて、Ｔｘパルス信号の受光時刻に基づくＴｏＦ値を検出する（ステップＳ３）。ピーク検出部１７を図１の信号処理部２３に統合して、信号処理部２３にてＴｏＦ値を検出してもよい。Ｔｘパルス信号の受光時刻は、第２画素１１ｂ内のＳＰＡＤ２０のカソード電圧が、後段のインバータの閾値電圧を下回る時刻である。
【0056】
次に、電圧制御部５は、Ｔｘパルス信号の受光時刻に基づくＴｏＦ値を、予め用意した基準値と比較し、比較結果に基づいて、画素アレイ部１１内の各画素１１ａのバイアス電圧を制御する（ステップＳ４）。より具体的には、Ｔｘパルス信号の受光時刻に基づくＴｏＦ値が基準値よりも長い場合は、ＳＰＡＤ２０のアノード電圧がより低くなるようにバイアス電圧を制御する。すなわち、Ｔｘパルス信号の受光時刻が想定よりも遅い場合には、ＳＰＡＤ２０のアノード－カソード間に印加する逆バイアス電圧をより大きくして、ＳＰＡＤ２０の感度を向上させる。
【0057】
図６は第２画素１１ｂ内のＳＰＡＤ２０でのＴｘパルス信号の受光時刻と、ＳＰＡＤ２０のカソード電圧波形を示す図である。図６Ａは第２画素１１ｂでのＴｘパルス信号の受光時刻が想定通りの場合を示し、図６Ｂは第２画素１１ｂでのＴｘパルス信号の受光時刻が想定よりも遅い場合を示している。図６Ｃは図６Ｂの場合にバイアス電圧を制御した後の状態を示す図である。
【0058】
図６Ｂに示すように、Ｔｘパルス信号の受光時刻が想定よりも遅れた場合、第２画素１１ｂ内のＳＰＡＤ２０のカソード電圧の低下度合は、想定よりも緩やかになる。このため、カソード電圧が閾値電圧を下回るまでに想定よりも時間がかかる。ＴＤＣ２１は、ＳＰＡＤ２０のカソード電圧が閾値電圧と交差する時刻に基づいてデジタル信号を生成する。よって、カソード電圧が閾値電圧と交差する時刻が遅れるほど、ＴｏＦ値は大きくなる。
【0059】
そこで、電圧制御部５は、バイアス電圧を制御してＳＰＡＤ２０のアノード電圧を下げることにより、ＳＰＡＤ２０の逆バイアス電圧をより大きくする。これにより、図６Ｃに示すように、第２画素１１ｂ内のＳＰＡＤ２０のカソード電圧は、Ｔｘパルス信号の受光時により迅速に低下し、カソード電圧が閾値電圧を下回る時刻が早まり、ＴｏＦ値が小さくなって、図６ＡのＴｏＦ値と同程度にすることができる。
【0060】
図７は第１の実施形態による測距装置１内の主要部の詳細なブロック図である。図７では、電圧制御部５を測距装置１の一部として図示している。画素アレイ部１１内の第１画素１１ａは、物体で反射されたＲｘパルス信号を受光する。第１画素１１ａの画素数は任意である。第１画素１１ａ内のＳＰＡＤ２０のカソードにはインバータ２８が接続されている。第１画素１１ａ内のＳＰＡＤ２０がＲｘパルス信号を受光すると、カソード電圧が低下し、カソード電圧がインバータ２８の閾値電圧を下回ると、インバータ２８の出力信号がローレベルからハイレベルに遷移する。インバータ２８の出力信号はＴＤＣ２１に入力されて、デジタル信号が生成される。図７では、第１画素１１ａに対応するＴＤＣ２１とヒストグラム生成部２２を省略しているが、第１画素１１ａ内のＳＰＡＤ２０がＲｘパルス信号を受光すると、Ｒｘパルス信号の受光時刻に応じたデジタル信号がＴＤＣ２１で生成され、デジタル信号の時間分解能に応じたビン幅のヒストグラムがヒストグラム生成部２２で生成される。
【0061】
また、画素アレイ部１１内に設けられるか、あるいは画素アレイ部１１とは別個に設けられる第２画素１１ｂは、発光部３が発光したＴｘパルス信号を直接受光する。第２画素１１ｂ内のＳＰＡＤ２０のカソードにもインバータ２８が接続されている。第２画素１１ｂ内のＳＰＡＤ２０がＴｘパルス信号を受光すると、ＳＰＡＤ２０のカソード電圧が低下する。カソード電圧がインバータ２８の閾値電圧を下回ると、インバータ２８の出力はローレベルからハイレベルに遷移する。インバータ２８の出力信号は、ＴＤＣ２１に入力されて、ＳＰＡＤ２０のカソード電圧がインバータ２８の閾値電圧を下回る時刻に応じたデジタル信号が生成される。ヒストグラム生成部２２は、ＴＤＣ２１が生成したデジタル信号の時間分解能に応じたビン幅のヒストグラムを生成する。ピーク検出部１７は、ヒストグラムに基づいてピーク位置を検出する。ピーク検出部１７が検出するピーク位置は、第２画素１１ｂによるＲｘパルス信号の受光時刻に基づくＴｏＦ値である。電圧制御部５は、ＴｏＦ値を基準値と比較し、その比較結果に応じてバイアス電圧を制御する。
【0062】
図７に示すように、第１画素１１ａ内の各ＳＰＡＤ２０のアノードと、第２画素１１ｂ内の各ＳＰＡＤ２０のアノードはいずれも電圧制御部５の出力ノードに接続されている。よって、電圧制御部５から出力されたバイアス電圧にて、第１画素１１ａと第２画素１１ｂ内の各ＳＰＡＤ２０のアノード電圧を制御できる。
【0063】
より具体的には、電圧制御部５から出力されるバイアス電圧が低くなるほど、各ＳＰＡＤ２０のアノード－カソード間の逆バイアス電圧がより大きくなる。逆バイアス電圧がより大きくなるほど、各ＳＰＡＤ２０の感度が向上し、Ｔｘパルス信号又はＲｘパルス信号の受光時におけるカソード電圧の低下度合いが大きくなり、カソード電圧がより迅速に閾値電圧を下回るようになる。
【0064】
第１画素１１ａ及び第２画素１１ｂ内の各ＳＰＡＤ２０のカソードと電源電圧ノードの間には、ＰＭＯＳトランジスタからなる定電流源２９が接続されている。この定電流源２９の回路構成は任意である。
【0065】
このように、第１の実施形態では、測距用の第１画素１１ａとは別個に第２画素１１ｂを設ける。第２画素１１ｂは、ＳＰＡＤ２０がＴｘパルス信号を受光した際のＴｏＦ値を検出するために用いられる。ＳＰＡＤ２０は、製造ばらつき等により、ＴｏＦ値が変動し、測距誤差が生じる。
【0066】
本実施形態による測距装置１は、第２画素１１ｂにＴｘパルス信号を直接受光させる。ピーク検出部１７は、第２画素１１ｂ内のＳＰＡＤ２０のカソード電圧が閾値電圧を下回る時刻に応じたＴｏＦ値を求める。電圧制御部５は、ＴｏＦ値を基準値と比較し、その比較結果に基づいてバイアス電圧を制御する。電圧制御部５から出力されたバイアス電圧は、第１画素１１ａ及び第２画素１１ｂ内の各ＳＰＡＤ２０のアノードに供給される。これにより、ＴｏＦ値が基準値よりも大きければ、第１画素１１ａ及び第２画素１１ｂ内の各ＳＰＡＤ２０のアノード－カソード間の逆バイアス電圧をより大きくする。よって、ＳＰＡＤ２０がＲｘパルス信号又はＴｘパルス信号を受光した際のカソード電圧の低下度合を大きくすることができ、ＴｏＦ値を小さくして、基準値に近づけることができる。
【0067】
このように、第１の実施形態では、第２画素１１ｂ内のＳＰＡＤ２０がＴｘパルス信号を受光した際のＴｏＦ値を一定にすることができ、測距誤差を削減できる。
【0068】
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、ＳＰＡＤ２０のカソード電圧の低下度合をバイアス電圧で制御する例を説明したが、ＳＰＡＤ２０のブレークダウン電圧は製造プロセスや温度等により変動するおそれがある。そこで、第２の実施形態では、第１の実施形態の機能に加えて、ＳＰＡＤ２０のブレークダウン電圧を監視してバイアス電圧を制御する機能と、温度に応じてバイアス電圧を制御する機能との少なくとも一方の機能を組み合わせるものである。
第１の実施形態では、ＳＰＡＤ２０のカソード電圧の低下度合をバイアス電圧で制御する例を説明したが、ＳＰＡＤ２０のブレークダウン電圧は製造プロセスや温度等により変動するおそれがある。そこで、第２の実施形態では、第１の実施形態の機能に加えて、ＳＰＡＤ２０のブレークダウン電圧を監視してバイアス電圧を制御する機能と、温度に応じてバイアス電圧を制御する機能との少なくとも一方の機能を組み合わせるものである。
【0069】
図８は第２の実施形態による測距装置１内の主要部の詳細なブロック図である。図８の測距装置１は、図７の構成に加えて、ＶＢＤモニタ（電圧監視部）３１と、温度計（温度計測器）３２と、セレクタ３３とを備えている。
【0070】
図８の測距装置１は、測距用の第１画素１１ａと、ＴｏＦ値検出用の第２画素１１ｂとは別個に、第３画素１１ｃを有する。第３画素１１ｃは、画素アレイ部１１内に設けられてもよいし、画素アレイ部１１とは別個に設けられてもよい。第３画素１１ｃは、測距には用いられない。
【0071】
ＶＢＤモニタ３１は、第３画素１１ｃ内のＳＰＡＤ２０のカソード電圧を計測して、その計測結果に基づいてＳＰＡＤ２０のブレークダウン電圧を検出する。ＳＰＡＤ２０のブレークダウン電圧は、ＳＰＡＤ２０のカソード電圧がボトム値まで下がった際のアノード－カソード間の電圧である。
【0072】
例えば、ＳＰＡＤ２０のブレークダウン電圧が想定より大きい場合には、ＳＰＡＤ２０のカソード電圧がインバータ２８の閾値電圧を下回るまでに時間がかかってＴｏＦ値が大きくなる。よって、ＳＰＡＤ２０のブレークダウン電圧が想定より大きい場合には、アノード電圧をより低下させて、カソード電圧を下げるのが望ましい。そこで、電圧制御部５は、ＶＢＤモニタ３１で検出されたブレークダウン電圧に基づいて、第１～第３画素１１ａ、１１ｂ、１１ｃ内のＳＰＡＤ２０のアノードに供給されるバイアス電圧を制御する。
【0073】
温度計３２は、第２の実施形態による測距装置１の周囲の温度を計測する。温度が上昇すると、ＳＰＡＤ２０のカソード電圧が例えば上昇するおそれがある。カソード電圧が上昇すると、カソード電圧がインバータ２８の閾値電圧を下回るのに時間がかかってＴｏＦ値が大きくなる。よって、温度が高い場合には、アノード電圧をより低下させるのが望ましい。そこで、電圧制御部５は、温度計３２で計測された温度に基づいて、第１～第３画素１１ａ、１１ｂ、１１ｃ内のＳＰＡＤ２０のアノードに供給されるバイアス電圧を制御する。
【0074】
セレクタ３３は、ピーク検出部１７で検出されたＴｏＦ値、ＶＢＤモニタ３１で検出された第２画素１１ｂ内のＳＰＡＤ２０のブレークダウン電圧、又は温度計３２で計測された温度のいずれかを選択して電圧制御部５に供給する。セレクタ３３が選択する順序は任意である。
【0075】
電圧制御部５は、セレクタ３３で選択された、ピーク検出部１７で検出されたＴｏＦ値、ＶＢＤモニタ３１で検出された第２画素１１ｂ内のＳＰＡＤ２０のブレークダウン電圧、又は温度計３２で計測された温度に応じたバイアス電圧を生成する。
【0076】
図８の電圧制御部５は、ＶＢＤモニタ３１で監視されたブレークダウン電圧と、温度計３２で計測された温度とに基づいて、第１画素１１ａ及び第２画素１１ｂのＳＰＡＤ２０のアノード又はカソードに供給されるバイアス電圧を制御する機能（第１制御部）と、第１制御部による制御を行った後、ピーク検出部１７で検出されたＴｏＦ値に基づいて、第１画素１１ａ及び第２画素１１ｂのＳＰＡＤ２０のアノード又はカソードに供給されるバイアス電圧を制御する機能（第２制御部）を有する。
【0077】
【0078】
タイミング検出部３４は、第３画素１１ｃ内のＳＰＡＤ２０のカソード電圧を監視し、カソード電圧が低下を開始してから所定時間が経過したタイミングを検出する。サンプルホールド部３５は、タイミング検出部３４で検出されたタイミングでのカソード電圧を保持する。保持されたカソード電圧は例えばＡ／Ｄ変換されて、セレクタ３３に入力される。
【0079】
【0080】
まず、ＶＢＤモニタ３１で検出された第３画素１１ｃ内のＳＰＡＤ２０のブレークダウン電圧によるバイアス電圧の制御（ステップＳ１１）と、温度計３２で計測された温度によるバイアス電圧の制御（ステップＳ１２）とが、セレクタ３３で切り替えて、任意の順番で実行される。
【0081】
本明細書では、ステップＳ１１とＳ１２によるバイアス電圧の制御を初期引き込み処理と呼ぶ。ステップＳ１１とＳ１２による初期引き込み処理が終了すると（ステップＳ１３）、次に、ＴｏＦ値によるバイアス電圧の制御を行う（ステップＳ１４）。ステップＳ１４では、図５のステップＳ１～Ｓ５の処理が行われる。
【0082】
ステップＳ１４の処理は、測距装置１が測距動作を行っている最中は継続して行ってもよい。一方、ＶＢＤモニタ３１によるバイアス電圧の制御と、温度計３２によるバイアス電圧の制御は、測距装置１の電源をオンにした直後や測距装置１のリセット動作の直後のみに行ってもよい。あるいは、ステップＳ１１とＳ１２の処理も、定期的又は不定期的に繰り返し行ってもよい。
【0083】
図８～図１０では、ＶＢＤモニタ３１によるバイアス電圧の制御と、温度計３２によるバイアス電圧の制御とを、セレクタ３３で任意の順序に切り替えて行う例を示したが、ＶＢＤモニタ３１と温度計３２のいずれか一方のみのバイアス電圧の制御を行ってもよい。
【0084】
このように、第２の実施形態では、ＴｏＦ値によるバイアス電圧の制御だけでなく、ＶＢＤモニタ３１によるバイアス電圧の制御と、温度計３２によるバイアス電圧の制御との少なくとも一方を行うため、測距精度をより向上できる。
【0085】
（第３の実施形態）
画素アレイ部１１に非常に強い環境光が入射されると、第１画素１１ａ内のＳＰＡＤ２０で検出される単位時間当たりのＲｘパルス信号の数が著しく増えるおそれがある。単位時間当たりのＲｘパルス信号の数が増えすぎると、信号処理部２３の処理負担が増えて誤動作の要因になる。また、消費電力が増える要因にもなる。そこで、第３の実施形態による測距装置１は、第１の実施形態による測距装置１に、単位時間当たりのＲｘパルス信号の数に応じてバイアス電圧を制御する機能を追加したことを特徴とする。
画素アレイ部１１に非常に強い環境光が入射されると、第１画素１１ａ内のＳＰＡＤ２０で検出される単位時間当たりのＲｘパルス信号の数が著しく増えるおそれがある。単位時間当たりのＲｘパルス信号の数が増えすぎると、信号処理部２３の処理負担が増えて誤動作の要因になる。また、消費電力が増える要因にもなる。そこで、第３の実施形態による測距装置１は、第１の実施形態による測距装置１に、単位時間当たりのＲｘパルス信号の数に応じてバイアス電圧を制御する機能を追加したことを特徴とする。
【0086】
【0087】
受光数検出部３６は、単位時間当たりのＲｘパルス信号の数を検出する。受光数検出部３６には、第１画素１１ａ内の各ＳＰＡＤ２０から出力された電圧信号が入力される。受光数検出部３６は、これら電圧信号のうち、カソード電圧レベルがボトム値になった電圧信号の数をカウントすることにより、単位時間当たりのＲｘパルス信号の数を検出する。
【0088】
セレクタ３３は、受光数検出部３６で検出された単位時間当たりのＲｘパルス信号の数と、ピーク検出部１７で検出されたピーク位置とのいずれか一方を選択して電圧制御部５に送る。電圧制御部５は、セレクタ３３が単位時間当たりのＲｘパルス信号の数を選択した場合は、単位時間当たりのＲｘパルス信号の数に基づいて、第１画素１１ａ及び第２画素１１ｂ内の各ＳＰＡＤ２０のバイアス電圧を制御する。例えば、単位時間当たりのＲｘパルス信号の数を、予め用意した基準数と比較して、基準数よりも多い場合には、環境光が強すぎると判断して、ＳＰＡＤ２０のアノード電圧を高くする。これにより、ＳＰＡＤ２０のアノード－カソード間の逆バイアス電圧が低下し、ＳＰＡＤ２０の感度が低下する。
【0089】
一方、電圧制御部５は、セレクタ３３がピーク検出部１７で検出されたピーク位置を選択した場合は、図５のステップＳ４及びＳ５の処理と同様の手順で、バイアス電圧を制御する。
【0090】
単位時間当たりのＲｘパルス信号の数によるバイアス電圧の制御と、ＴｏＦ値によるバイアス電圧の制御とは、定期的又は不定期的に繰り返し実行してもよい。
【0091】
なお、第２の実施形態と第３の実施形態を組み合わせてもよい。この場合、セレクタ３３は、ＶＢＤモニタ３１で検出されたブレークダウン電圧と、温度計３２で計測された温度情報と、受光数検出部３６で検出された単位時間当たりのＲｘパルス信号の数と、ピーク検出部１７で検出されたピーク位置とのいずれかを任意に選択して、電圧制御部５に送信する。
【0092】
このように、第３の実施形態では、ＴｏＦ値によるバイアス電圧の制御だけでなく、単位時間当たりのＲｘパルス信号の数によるバイアス電圧の制御を行うため、測距装置１の動作を安定化させ、かつ消費電力の増大を抑制できる。
【0093】
（第１～第３の実施形態の一変形例）
上述した第１～第３の実施形態では、ＳＰＡＤ２０のアノード電圧を電圧制御部５から出力されたバイアス電圧で制御し、カソード側からＲｘパルス信号に応じた電圧信号を出力する例を示したが、ＳＰＡＤ２０のカソード電圧を電圧制御部５から出力されたバイアス電圧で制御し、アノード側からＲｘパルス信号に応じた電圧信号を出力してもよい。
上述した第１～第３の実施形態では、ＳＰＡＤ２０のアノード電圧を電圧制御部５から出力されたバイアス電圧で制御し、カソード側からＲｘパルス信号に応じた電圧信号を出力する例を示したが、ＳＰＡＤ２０のカソード電圧を電圧制御部５から出力されたバイアス電圧で制御し、アノード側からＲｘパルス信号に応じた電圧信号を出力してもよい。
【0094】
図１２は図７のＳＰＡＤ２０のアノードとカソードの接続関係を逆にしたブロック図である。図１２の第１画素１１ａ内のＳＰＡＤ２０のカソードと第２画素１１ｂ内のＳＰＡＤ２０のカソードには、電圧制御部５から出力されたバイアス電圧が供給される。第１画素１１ａ内のＳＰＡＤ２０のアノードには、インバータ２８と定電流源２９が接続されている。また、第２画素１１ｂ内のＳＰＡＤ２０のアノードには、インバータ２８と定電流源２９が接続されている。各ＳＰＡＤ２０のアノード電圧は、Ｒｘパルス信号又はＴｘパルス信号が受光されると高くなり、アノード電圧がインバータ２８の閾値電圧を超えると、インバータ２８の出力論理が反転する。
【0095】
このように、第１～第３の実施形態におけるＳＰＡＤ２０のアノードとカソードの接続関係は逆にすることも可能である。
【0096】
＜＜応用例＞＞
本開示に係る技術は、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、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装置として実現されてもよい。
本開示に係る技術は、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、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装置として実現されてもよい。
【0097】
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。
【0098】
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。
【0099】
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。
【0100】
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。
【0101】
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。
【0102】
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。
【0103】
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。
【0104】
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。
【0105】
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。
【0106】
なお、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。
【0107】
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。
【0108】
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。
【0109】
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。
【0110】
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。
【0111】
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。
【0112】
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。
【0113】
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（登録商標）、ＬＴＥ（登録商標）（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。
【0114】
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。
【0115】
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。なお、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。
【0116】
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。なお、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。
【0117】
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。
【0118】
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。
【0119】
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。
【0120】
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。
【0121】
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。
【0122】
なお、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。
【0123】
なお、図１等を用いて説明した本実施形態に係る測距装置１の各機能を実現するためのコンピュータプログラムを、いずれかの制御ユニット等に実装することができる。また、このようなコンピュータプログラムが格納された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体を提供することもできる。記録媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリ等である。また、上記のコンピュータプログラムは、記録媒体を用いずに、例えばネットワークを介して配信されてもよい。
【0124】
【0125】
また、図１等を用いて説明した測距装置１の少なくとも一部の構成要素は、図１３に示した統合制御ユニット７６００のためのモジュール（例えば、一つのダイで構成される集積回路モジュール）において実現されてもよい。あるいは、図１を用いて説明した測距装置１が、図１３に示した車両制御システム７０００の複数の制御ユニットによって実現されてもよい。
【0126】
なお、本技術は以下のような構成を取ることができる。
（１）測距を行う第１画素とは別個に設けられる第２画素と、
前記第２画素に入射された入射光の受光時刻に基づくＴｏＦ（Time of Flight）値を検出する第１検出部と、
前記第１検出部で検出された前記ＴｏＦ値に基づいて、前記第１画素及び前記第２画素に与えるバイアス電圧を制御する制御部と、を備える、測距装置。
（２）前記第１検出部は、前記第２画素に入射された入射光の受光時刻と、発光部が光信号を発光した時刻との時間差に基づいて前記ＴｏＦ値を検出する、（１）に記載の測距装置。
（３）前記第１画素は、発光部から発光された光信号が物体で反射された反射光信号を受光し、
前記第２画素は、前記発光部から発光された前記光信号を直接受光する、（１）又は（２）に記載の測距装置。
（４）前記第１画素は、入射光に応じた電圧信号を出力する第１フォトダイオードを有し、
前記第２画素は、入射光に応じた電圧信号を出力する第２フォトダイオードを有し、
前記バイアス電圧は、前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトダイオードのアノード圧又はカソードに供給される電圧である、（１）乃至（３）のいずれか一項に記載の測距装置。
（５）前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトダイオードは、前記バイアス電圧がアノードに供給される場合には、カソードから前記電圧信号を出力し、前記バイアス電圧がカソードに供給される場合には、アノードから前記電圧信号を出力する、（４）に記載の測距装置。
（６）前記第１検出部は、前記第２フォトダイオードによる前記入射光の受光時刻に基づく前記ＴｏＦ値を検出し、
前記制御部は、前記第１検出部で検出された前記ＴｏＦ値に基づいて、前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトダイオードのアノード電圧又はカソード電圧を制御する、（４）又は（５）に記載の測距装置。
（７）前記第１検出部は、前記第２フォトダイオードのアノード又はカソードから出力される前記電圧信号の電圧レベルと所定の閾値とが交差するタイミングに基づいて前記ＴｏＦ値を検出する、（６）に記載の測距装置。
（８）前記制御部は、前記第１検出部で検出される前記第２フォトダイオードによる前記入射光の受光時刻に基づくＴｏＦ値が一定になるように、前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトダイオードのアノード又はカソードに供給される前記バイアス電圧を制御する、（４）乃至（７）のいずれか一項に記載の測距装置。
（９）前記制御部は、前記第１検出部で検出された前記ＴｏＦ値が予め定めた基準値よりも長い場合には、前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトダイオードのアノード－カソード間の逆電圧をより大きくする、（４）乃至（８）のいずれか一項に記載の測距装置。
（１０）前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトダイオードから前記電圧信号が出力されるタイミングに応じたデジタル信号を生成する時間デジタル変換器と、
前記デジタル信号に基づいて、前記入射光の受光時刻の頻度分布を表すヒストグラムを生成するヒストグラム生成器と、を備え、
前記第１検出部は、前記第２フォトダイオードの入射光に基づく前記ヒストグラムのピーク位置を検出する、（４）乃至（９）のいずれか一項に記載の測距装置。
（１１）前記第１フォトダイオードの入射光に基づく前記ヒストグラムのピーク位置に基づいて、物体までの距離を計測する距離計測部を備える、（１０）に記載の測距装置。
（１２）前記第１画素及び前記第２画素とは別個に設けられる第３画素と、
前記第３画素内の第３フォトダイオードのブレークダウン電圧を監視する電圧監視部と、を備え、
前記制御部は、前記第１検出部で検出された前記ＴｏＦ値と、前記電圧監視部で監視された前記ブレークダウン電圧と、に基づいて、前記第１フォトダイオード、前記第２フォトダイオード及び前記第３フォトダイオードのアノード電圧又はカソード電圧を制御する、（４）乃至（１１）のいずれか一項に記載の測距装置。
（１３）周囲の温度を計測する温度計測器を備え、
前記制御部は、前記第１検出部で検出された前記ＴｏＦ値と、前記温度計測器で計測された温度と、に基づいて、前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトダイオードのアノード電圧又はカソード電圧を制御する、（４）乃至（１１）のいずれか一項に記載の測距装置。
（１４）前記第１画素及び前記第２画素とは別個に設けられる第３画素と、
前記第３画素内の第３フォトダイオードのブレークダウン電圧を監視する電圧監視部と、
周囲の温度を計測する温度計測器と、を備え、
前記制御部は、
前記電圧監視部で監視された前記ブレークダウン電圧と、前記温度計測器で計測された温度とに基づいて、前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトダイオードのアノード又はカソードに供給される前記バイアス電圧を制御する第１制御部と、
前記第１制御部による制御を行った後、前記第１検出部で検出された前記ＴｏＦ値に基づいて、前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトダイオードのアノード又はカソードに供給される前記バイアス電圧を制御する第２制御部と、を有する、（４）乃至（１１）のいずれか一項に記載の測距装置。
（１５）前記第１画素における単位時間当たりの受光パルス数を検出する第２検出部を備え、
前記制御部は、前記第１検出部で検出された前記ＴｏＦ値と、前記第２検出部で検出された単位時間当たりの受光パルス数とに基づいて、前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトダイオードのアノード電圧又はカソード電圧を制御する、（４）乃至（１１）のいずれか一項に記載の測距装置。
（１６）前記制御部は、前記第２検出部で検出された受光パルス数が予め定めた基準パルス数よりも多い場合には、前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトダイオードのアノード－カソード間の逆電圧をより小さくする、（１５）に記載の測距装置。
（１７）光信号を発光する発光部を備え、
前記第１画素内の前記第１フォトダイオードは、前記光信号が照射された物体からの反射光信号に基づく前記入射光を受光する、（４）乃至（１６）のいずれか一項に記載の測距装置。
（１８）前記第２画素は、前記第１画素とは離隔して配置され、
前記第２フォトダイオードに入射される前記光信号が前記第１フォトダイオードに入射されないように前記第２フォトダイオードの周囲に配置される遮光部材を備える、（１７）に記載の測距装置。
（１９）それぞれがフォトダイオードを有する複数の画素を有する画素アレイ部を備え、
前記画素アレイ部の一部の画素は、前記第１画素として用いられ、
前記画素アレイ部の前記一部の画素以外の少なくとも一部の画素は、前記第２画素として用いられ、
前記画素アレイ部内の前記第１画素と前記第２画素との境界領域に沿って配置され、前記第２フォトダイオードに入射される前記光信号が前記第１フォトダイオードに入射されないように前記第２フォトダイオードの周囲に配置される遮光部材を備える、（１７）に記載の測距装置。
（２０）前記発光部から発光された前記光信号は、前記物体の方向を照射するとともに、前記第２画素の方向を照射する、（１７）乃至（１９）のいずれか一項に記載の測距装置。
（１）測距を行う第１画素とは別個に設けられる第２画素と、
前記第２画素に入射された入射光の受光時刻に基づくＴｏＦ（Time of Flight）値を検出する第１検出部と、
前記第１検出部で検出された前記ＴｏＦ値に基づいて、前記第１画素及び前記第２画素に与えるバイアス電圧を制御する制御部と、を備える、測距装置。
（２）前記第１検出部は、前記第２画素に入射された入射光の受光時刻と、発光部が光信号を発光した時刻との時間差に基づいて前記ＴｏＦ値を検出する、（１）に記載の測距装置。
（３）前記第１画素は、発光部から発光された光信号が物体で反射された反射光信号を受光し、
前記第２画素は、前記発光部から発光された前記光信号を直接受光する、（１）又は（２）に記載の測距装置。
（４）前記第１画素は、入射光に応じた電圧信号を出力する第１フォトダイオードを有し、
前記第２画素は、入射光に応じた電圧信号を出力する第２フォトダイオードを有し、
前記バイアス電圧は、前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトダイオードのアノード圧又はカソードに供給される電圧である、（１）乃至（３）のいずれか一項に記載の測距装置。
（５）前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトダイオードは、前記バイアス電圧がアノードに供給される場合には、カソードから前記電圧信号を出力し、前記バイアス電圧がカソードに供給される場合には、アノードから前記電圧信号を出力する、（４）に記載の測距装置。
（６）前記第１検出部は、前記第２フォトダイオードによる前記入射光の受光時刻に基づく前記ＴｏＦ値を検出し、
前記制御部は、前記第１検出部で検出された前記ＴｏＦ値に基づいて、前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトダイオードのアノード電圧又はカソード電圧を制御する、（４）又は（５）に記載の測距装置。
（７）前記第１検出部は、前記第２フォトダイオードのアノード又はカソードから出力される前記電圧信号の電圧レベルと所定の閾値とが交差するタイミングに基づいて前記ＴｏＦ値を検出する、（６）に記載の測距装置。
（８）前記制御部は、前記第１検出部で検出される前記第２フォトダイオードによる前記入射光の受光時刻に基づくＴｏＦ値が一定になるように、前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトダイオードのアノード又はカソードに供給される前記バイアス電圧を制御する、（４）乃至（７）のいずれか一項に記載の測距装置。
（９）前記制御部は、前記第１検出部で検出された前記ＴｏＦ値が予め定めた基準値よりも長い場合には、前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトダイオードのアノード－カソード間の逆電圧をより大きくする、（４）乃至（８）のいずれか一項に記載の測距装置。
（１０）前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトダイオードから前記電圧信号が出力されるタイミングに応じたデジタル信号を生成する時間デジタル変換器と、
前記デジタル信号に基づいて、前記入射光の受光時刻の頻度分布を表すヒストグラムを生成するヒストグラム生成器と、を備え、
前記第１検出部は、前記第２フォトダイオードの入射光に基づく前記ヒストグラムのピーク位置を検出する、（４）乃至（９）のいずれか一項に記載の測距装置。
（１１）前記第１フォトダイオードの入射光に基づく前記ヒストグラムのピーク位置に基づいて、物体までの距離を計測する距離計測部を備える、（１０）に記載の測距装置。
（１２）前記第１画素及び前記第２画素とは別個に設けられる第３画素と、
前記第３画素内の第３フォトダイオードのブレークダウン電圧を監視する電圧監視部と、を備え、
前記制御部は、前記第１検出部で検出された前記ＴｏＦ値と、前記電圧監視部で監視された前記ブレークダウン電圧と、に基づいて、前記第１フォトダイオード、前記第２フォトダイオード及び前記第３フォトダイオードのアノード電圧又はカソード電圧を制御する、（４）乃至（１１）のいずれか一項に記載の測距装置。
（１３）周囲の温度を計測する温度計測器を備え、
前記制御部は、前記第１検出部で検出された前記ＴｏＦ値と、前記温度計測器で計測された温度と、に基づいて、前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトダイオードのアノード電圧又はカソード電圧を制御する、（４）乃至（１１）のいずれか一項に記載の測距装置。
（１４）前記第１画素及び前記第２画素とは別個に設けられる第３画素と、
前記第３画素内の第３フォトダイオードのブレークダウン電圧を監視する電圧監視部と、
周囲の温度を計測する温度計測器と、を備え、
前記制御部は、
前記電圧監視部で監視された前記ブレークダウン電圧と、前記温度計測器で計測された温度とに基づいて、前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトダイオードのアノード又はカソードに供給される前記バイアス電圧を制御する第１制御部と、
前記第１制御部による制御を行った後、前記第１検出部で検出された前記ＴｏＦ値に基づいて、前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトダイオードのアノード又はカソードに供給される前記バイアス電圧を制御する第２制御部と、を有する、（４）乃至（１１）のいずれか一項に記載の測距装置。
（１５）前記第１画素における単位時間当たりの受光パルス数を検出する第２検出部を備え、
前記制御部は、前記第１検出部で検出された前記ＴｏＦ値と、前記第２検出部で検出された単位時間当たりの受光パルス数とに基づいて、前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトダイオードのアノード電圧又はカソード電圧を制御する、（４）乃至（１１）のいずれか一項に記載の測距装置。
（１６）前記制御部は、前記第２検出部で検出された受光パルス数が予め定めた基準パルス数よりも多い場合には、前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトダイオードのアノード－カソード間の逆電圧をより小さくする、（１５）に記載の測距装置。
（１７）光信号を発光する発光部を備え、
前記第１画素内の前記第１フォトダイオードは、前記光信号が照射された物体からの反射光信号に基づく前記入射光を受光する、（４）乃至（１６）のいずれか一項に記載の測距装置。
（１８）前記第２画素は、前記第１画素とは離隔して配置され、
前記第２フォトダイオードに入射される前記光信号が前記第１フォトダイオードに入射されないように前記第２フォトダイオードの周囲に配置される遮光部材を備える、（１７）に記載の測距装置。
（１９）それぞれがフォトダイオードを有する複数の画素を有する画素アレイ部を備え、
前記画素アレイ部の一部の画素は、前記第１画素として用いられ、
前記画素アレイ部の前記一部の画素以外の少なくとも一部の画素は、前記第２画素として用いられ、
前記画素アレイ部内の前記第１画素と前記第２画素との境界領域に沿って配置され、前記第２フォトダイオードに入射される前記光信号が前記第１フォトダイオードに入射されないように前記第２フォトダイオードの周囲に配置される遮光部材を備える、（１７）に記載の測距装置。
（２０）前記発光部から発光された前記光信号は、前記物体の方向を照射するとともに、前記第２画素の方向を照射する、（１７）乃至（１９）のいずれか一項に記載の測距装置。
【0127】
本開示の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本開示の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本開示の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。
【符号の説明】
【0128】
１ 測距装置、２ 測距システム、３ 発光部、３ａ 発光素子、４ 全体制御部、５ 電圧制御部、１１ 画素アレイ部、１１ａ 第３画素、１１ａ 第１画素、１１ｂ 第２画素、１１ｃ 第３画素、１２ 測距処理部、１３ 出力部、１４ 駆動回路、１５ 発光タイミング制御部、１６ 測距制御部、１７ ピーク検出部（第１検出部）、１８ 制御部、１９ クロック生成部、２０ 受光素子、２２ ヒストグラム生成部、２３ 信号処理部、２３ａ 距離計算部、２４ 第１チップ、２５ 第２チップ、２６ 遮光部材、２７ 支持基板、２８ インバータ、２９ 定電流源、３１ ＶＢＤモニタ（電圧監視部）、３２ 温度計（温度計測器）、３３ セレクタ、３４ タイミング検出部、３５ サンプルホールド部、３６ 受光数検出部（第２検出部）
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
