特許 7407734 光検出装置及び光検出装置の制御方法、並びに、測距装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-21

(45)【発行日】2024-01-04

(54)【発明の名称】光検出装置及び光検出装置の制御方法、並びに、測距装置

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/481 20060101AFI20231222BHJP

   G01C 3/06 20060101ALI20231222BHJP

   G01J 1/42 20060101ALI20231222BHJP

   H01L 31/107 20060101ALI20231222BHJP

   H01L 31/10 20060101ALI20231222BHJP

【ＦＩ】

G01S7/481 Z

G01C3/06 120Q

G01J1/42 H

G01J1/42 N

H01L31/10 B

H01L31/10 G

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020559892

(86)(22)【出願日】2019-11-20

(86)【国際出願番号】 JP2019045367

(87)【国際公開番号】W WO2020116158

(87)【国際公開日】2020-06-11

【審査請求日】2022-11-02

(31)【優先権主張番号】P 2018227809

(32)【優先日】2018-12-05

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【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】110001357

【氏名又は名称】弁理士法人つばさ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】小澤 治

【審査官】渡辺 慶人

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２００８／０２１７５２１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１５－１１７９７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－０６３８５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表平０２－５００７８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０７２７１０３６（ＣＮ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１８０４７１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｓ ７／４８ － ７／５１

１７／００ － １７／９５

Ｇ０１Ｂ １１／００ － １１／３０

Ｇ０１Ｃ ３／００ － ３／３２

Ｇ０１Ｊ １／００ － １／６０

１１／００

Ｈ０１Ｌ ３１／００ － ３１／０２

３１／０８ － ３１／１０

３１／１８

(57)【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、及び、
受光素子の素子特性に応じて、負荷回路に流れるリチャージ電流を制御する制御部、
を備え、
受光素子の素子特性は、温度センサによって検出される受光素子の温度である、
光検出装置。

【請求項2】

制御部は、受光素子の温度の低下に応じてリチャージ電流を上げる制御を行う、
請求項１に記載の光検出装置。

【請求項3】

受光素子、
受光素子に接続される負荷回路、及び、
受光素子の素子特性に応じて、負荷回路に流れるリチャージ電流を制御する制御部、
を備え、
受光素子の素子特性は、受光素子のブレークダウン電圧であり、
制御部は、受光素子のブレークダウン電圧とリチャージ電流とを対応付けたルックアップテーブルを基にリチャージ電流の制御を行う、
光検出装置。

【請求項4】

制御部は、受光素子のブレークダウン電圧の低下に応じてリチャージ電流を上げる制御を行う、
請求項３に記載の光検出装置。

【請求項5】

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6】

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５に記載の光検出装置。

【請求項7】

受光素子、及び、
受光素子に接続される負荷回路、
を備える光検出装置の制御に当たって、
温度センサによって検出される受光素子の温度に応じて、負荷回路に流れるリチャージ電流を制御する、
光検出装置の制御方法。

【請求項8】

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、及び、
受光素子の素子特性に応じて、負荷回路に流れるリチャージ電流を制御する制御部、
を備え、
受光素子の素子特性は、温度センサによって検出される受光素子の温度である、
測距装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、光検出装置及び光検出装置の制御方法、並びに、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】

【文献】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光検出に用いる場合、例えばＳＰＡＤ（Single Photon Avalanche Diode）素子を用いるときには、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を回復させるために、受光素子にリチャージ電流を流すリチャージ動作を行う必要がある。しかし、リチャージ電流が大きすぎると、光検出時に、カソード電圧が下がりきらずに貫通電流が流れたままになってしまう状態、所謂、ラッチングカレント問題が発生してしまう。

【0005】

このラッチングカレント問題が起こらないようにするためには、アバランシェ電流を考慮してリチャージ電流を決める必要があるが、アバランシェ電流は、温度依存性が大きいため最悪の条件を考慮して設定することになる。しかし、受光素子の動作温度要求範囲が広い場合は、室温などの条件では、必要以上に、光センサとして反応できない時間、所謂、デッドタイムが長くなってしまう問題が起こる。

【0006】

上記の特許文献１に記載の従来技術では、アバランシェ電流の温度依存性については考慮されていない。

【0007】

本開示は、広い温度範囲でラッチングカレント問題を起こすことなく、光検出動作を行うことができる光検出装置及び光検出装置の制御方法、並びに、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、及び、
受光素子の素子特性に応じて、負荷回路に流れるリチャージ電流を制御する制御部、
を備える。
受光素子の素子特性は、温度センサによって検出される受光素子の温度である。

【0009】

また、上記の目的を達成するための本開示の光検出装置の制御方法は、
受光素子、及び、
受光素子に接続される負荷回路、
を備える光検出装置の制御に当たって、
温度センサによって検出される受光素子の温度に応じて、負荷回路に流れるリチャージ電流を制御する。
更に、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、ＳＰＡＤ素子を用いた光検出装置の基本的な画素回路の第１例を示す回路図であり、図３Ｂは、ＳＰＡＤ素子を用いた光検出装置の基本的な画素回路の第２例を示す回路図である。

【図4】図４Ａは、ＳＰＡＤ素子のＰＮ接合の電流－電圧特性を示す特性図であり、図４Ｂは、ＰＮ接合の電流－電圧特性の高温時の振る舞いについて説明する特性図である。

【図5】図５は、画素回路の回路動作の説明に供する波形図である。

【図6】図６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８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9】図９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10】図１０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11】図１１Ａは、ＳＰＡＤ素子のＰＮ接合のＩ－Ｖ特性の低温時及び高温時の振る舞いについて説明する特性図であり、図１１Ｂは、ブレークダウン電圧とリチャージ電流とを対応付けたルックアップテーブルの一例を示す図である。

【図12】図１２は、実施例５に係る光検出装置の制御方法の処理の一例を示すフローチャートである。

【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．第１例に係る画素回路
２－２－２．第２例に係る画素回路
２－３．画素回路の回路動作
２－４．ＳＰＡＤ素子のデッドタイムＤＴについて
２－５．ラッチングカレント問題について
３．実施形態に係る光検出装置
３－１．実施例１（ＳＰＡＤ素子の素子特性が温度の例）
３－２．実施例２（実施例１の変形例：負荷回路が定電流源から成る例）
３－３．実施例３（ＳＰＡＤ素子の素子特性がアバランシェ電流の例）
３－４．実施例４（ＳＰＡＤ素子の素子特性がブレークダウン電圧の例）
３－５．実施例５（実施形態に係る光検出装置の制御方法の例）
４．変形例
５．本開示に係る技術の適用例（移動体の例）
６．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、受光素子の素子特性について、温度センサによって検出される受光素子の温度である形態とすることができる。このとき、制御部について、受光素子の温度の低下に応じてリチャージ電流を上げる制御を行う構成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、受光素子の素子特性について、受光素子のアバランシェ電流である形態とすることができる。このとき、制御部について、受光素子のアバランシェ電流とリチャージ電流との比が一定になるようにリチャージ電流の制御を行う構成とすることができる。

【0014】

あるいは又、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、受光素子の素子特性について、受光素子のブレークダウン電圧である形態とすることができる。このとき、制御部について、受光素子のブレークダウン電圧の低下に応じてリチャージ電流を上げる制御を行う構成とすることができる。また、制御部について、受光素子のブレークダウン電圧とリチャージ電流とを対応付けたルックアップテーブルを基にリチャージ電流の制御を行う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、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。

【0016】

＜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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

［ＳＰＡＤ素子を用いた光検出装置の基本的な画素回路］
ＳＰＡＤ素子を用いた光検出装置３０の基本的な画素回路の第１例を図３Ａに示し、第２例を図３Ｂに示す。ここでは、１画素分の基本構成を図示している。

【0024】

（第１例に係る画素回路）
画素回路の第１例は、負荷回路５５が抵抗素子Ｒから成る例である。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Ｖ_DD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Ｖ_bdが与えられる端子５３に接続されている。アノード電圧Ｖ_bd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Ｖ_CAが、Ｐ型ＭＯＳトランジスタＱ_p及びＮ型ＭＯＳトランジスタＱ_nから成る波形整形回路５４を介してＳＰＡＤ出力（画素出力）として導出される。

【0025】

ＳＰＡＤ素子５１には、ブレークダウン電圧Ｖ_BD（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Ｖ_BD以上の過剰電圧は、エクセスバイアス電圧Ｖ_EX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。ＳＰＡＤ素子５１のＰＮ接合のＩ（電流）－Ｖ（電圧）特性を図４Ａに示す。

【0026】

ここで、ＳＰＡＤ素子５１のＰＮ接合のＩ－Ｖ特性の高温時の振る舞いについて、図４Ｂの特性図を用いて説明する。図４Ｂの特性図において、高温時の特性を破線で図示している。高温時は、ブレークダウン電圧Ｖ_BDが、よりマイナス側にシフトしてアバランシェ電流Ｉ_aが減少してしまう。すなわち、高温時は、シリコンの格子振動が大きいため、電子の平均自由行程が短くなっている。従って、高電界が印加されていても、高エネルギーになる電子が少ないため、アバランシェ電流Ｉ_aが発生しずらくなる。

【0027】

（第２例に係る画素回路）
画素回路の第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Ｑ_Lから成る例である。第２例に係る画素回路５０は、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Ｑ_L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。

【0028】

［画素回路の回路動作］
続いて、上記の構成の画素回路５０の回路動作について、図５の波形図を用いて説明する。

【0029】

ＳＰＡＤ素子５１に電流が流れていない状態では、ＳＰＡＤ素子５１には、Ｖ_DD－Ｖ_bdの電圧が印加されている。この電圧値（Ｖ_DD－Ｖ_bd）は、（Ｖ_BD＋Ｖ_EX）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Ｉ_a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。

【0030】

カソード電圧Ｖ_CAが低下し、ＳＰＡＤ素子５１の端子間電圧、即ちカソード電圧Ｖ_CAがＰＮダイオードのブレークダウン電圧Ｖ_BDになると、アバランシェ電流Ｉ_a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Ｖ_CAがクエンチ電圧である。

【0031】

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Ｑ_Lからリチャージ電流Ｉ_rが供給されることで、ＳＰＡＤ素子５１のカソード電圧Ｖ_CAが、クエンチ電圧から電源電圧Ｖ_DD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Ｑ_Lから成る負荷回路５５は、ＳＰＡＤ素子５１のカソード電圧Ｖ_CAを回復させるためにＳＰＡＤ素子５１にリチャージ電流Ｉ_rを供給するリチャージ回路である。

【0032】

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Ｉ_a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。

【0033】

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Ｖ_CA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（画素出力）となる。

【0034】

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。

【0035】

［光子に反応できないデッドタイムＤＴ］
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６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Ｖ_CAが電源電圧Ｖ_DD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。

【0036】

理論的には、ＳＰＡＤ素子５１が一度反応してからカソード電圧Ｖ_CA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。

【0037】

［ラッチングカレント問題について］
上述したように、ＳＰＡＤ素子５１を用いた光検出動作は、アバランシェ電流Ｉ_aの発生／停止を繰り返すことによって行われる。アバランシェ電流Ｉ_aによって引き下げられたＳＰＡＤ素子５１のカソード電圧Ｖ_CAは、負荷回路５５（抵抗素子ＲやＰ型ＭＯＳトランジスタＱ_Lから成る定電流源）からリチャージ電流Ｉ_rが供給されることによって電源電圧Ｖ_DDへの回復が行われる。

【0038】

ここで、リチャージ電流Ｉ_rは、大きいほど、カソード電圧Ｖ_CAの電源電圧Ｖ_DDへの回復が早く、光センサとして光子に反応できないデッドタイムＤＴが短くなるため、特性的には有利である。すなわち、リチャージ電流Ｉ_rが大きいほど、回復時間（デッドタイムＤＴ）が短く、光センサとして良好な特性を実現できる。しかし、アバランシェ電流Ｉ_aに比べてリチャージ電流Ｉ_rを十分に小さくする必要があり、温度依存性が大きい。

【0039】

ＳＰＡＤ素子５１を光センサ３２として用いる光検出装置３０を有する測距装置１については、後述するように、自動車などの移動体に搭載して用いることができる。このように車両に搭載する場合など、広範囲の温度範囲動作を実現しようとする場合、室温でのデッドタイムＤＴが悪化するなどの弊害が発生してしまう。

【0040】

ＳＰＡＤ素子５１はダイオード構造となっており、ＳＰＡＤ素子５１に電流が流れていない状態では、ブレークダウン電圧Ｖ_BDよりも大きな電圧が印加されている（ガイガーモード)。この状態で光子や熱雑音起因でのアバランシェ電流Ｉ_aが流れることによってＳＰＡＤ素子５１のカソード電圧Ｖ_CAが低下し、アノード電圧Ｖ_ANとの差電圧（Ｖ_CA－Ｖ_AN）がブレークダウン電圧Ｖ_BDになると、アバランシェ電流Ｉ_aが停止することでＯＮ／ＯＦＦの動作を行う。しかし、ブレークダウン電圧Ｖ_BDは温度依存性が大きく、高温条件ではより大きな電圧をかける必要があり、アバランシェ電流Ｉ_aも減少してしまう。

【0041】

ＳＰＡＤ素子５１を光検出に用いる場合は、アバランシェ電流Ｉ_aによって引き下げられたカソード電圧Ｖ_CAを回復させるために、先述したように、抵抗素子ＲやＰ型ＭＯＳトランジスタＱ_Lから成る定電流源などによってリチャージ動作が行われる。そして、リチャージ電流Ｉ_rは大きいほど回復が早く、光センサとして反応できないデッドタイムＤＴを短くできる。

【0042】

一方、光検出時には、ＳＰＡＤ素子５１のアバランシェ電流Ｉ_aがリチャージ電流Ｉ_rよりも十分に大きく、カソード電圧Ｖ_CAがブレークダウン電圧Ｖ_BDになるところまで低下する必要がある。そのため、リチャージ電流Ｉ_rが大きすぎると、光検出時に、カソード電圧Ｖ_CAが下がりきらずに貫通電流が流れたままになってしまうラッチングカレント問題が発生してしまう。

【0043】

そのため、リチャージ電流Ｉ_rについて、ラッチングカレント問題が起こらないように、アバランシェ電流Ｉ_aを考慮して決める必要があるが、アバランシェ電流Ｉ_aは温度依存性が大きいため最悪の条件で設定することになる。車両に搭載する場合など、動作温度要求範囲が広い場合、室温などの条件では必要以上にデッドタイムＤＴが長くなってしまう問題が起こる。

【0044】

＜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３０は、負荷回路５５に流れるリチャージ電流Ｉ_rを制御する制御部が、受光素子の一例であるＳＰＡＤ素子５１の素子特性に応じてリチャージ電流Ｉ_rを制御する構成となっている。これにより、例えば車両に搭載する場合など、広い温度範囲でラッチングカレント問題を起こすことなく、光検出動作を行うことができるため、例えば車載規格温度に対応できる。また、温度毎に適切なリチャージ電流Ｉ_rを設定できるため、最悪の条件でリチャージ電流Ｉ_rを決める必要がなく、各条件で最適なデッドタイムＤＴが実現できる。更に、敢えてデッドタイムＤＴを長くするようなモード、例えば、省エネモードや夜間モード等の設定も可能になる。

【0045】

以下に、ＳＰＡＤ素子５１の素子特性に応じてリチャージ電流Ｉ_rを制御する本実施形態の具体的な実施例について説明する。

【0046】

［実施例１］
実施例１は、ＳＰＡＤ素子５１の素子特性が、ＳＰＡＤ素子５１の温度の例である。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。

【0047】

図７には、１画素分の回路構成を図示している。実施例１に係る画素回路５０は、ＳＰＡＤ素子５１、波形整形回路５４、及び、負荷回路５５の他、負荷回路５５に流れるリチャージ電流Ｉ_rを制御する制御部６１、及び、ＳＰＡＤ素子５１の素子特性としてＳＰＡＤ素子５１の温度を検出する温度センサ６２を備えている。制御部６１及び温度センサ６２は、複数の画素回路５０に対して共通に設けられることになる。

【0048】

また、実施例１に係る画素回路５０は、負荷回路５５として、抵抗値が可変な可変抵抗素子ＶＲを用いている。可変抵抗素子ＶＲは、抵抗値の変化によってＳＰＡＤ素子５１に供給するリチャージ電流Ｉ_rを変えることができる。

【0049】

尚、ここでは、負荷回路５５として可変抵抗素子ＶＲを用いるとしているが、これに限られるものではなく、例えば、複数の抵抗素子とスイッチ素子との組み合わせから成り、スイッチ素子によって抵抗値を変更する構成とすることもできる。

【0050】

制御部６１は、温度センサ６２によって検出されるＳＰＡＤ素子５１の温度を素子特性として、当該素子特性に応じて、負荷回路５５に流れるリチャージ電流Ｉ_r、即ち、ＳＰＡＤ素子５１に供給するリチャージ電流Ｉ_rを制御する。より具体的には、制御部６１は、所定の設定温度に対するＳＰＡＤ素子５１の温度の低下に応じてリチャージ電流Ｉ_rを上げ、逆に、温度の上昇に応じてリチャージ電流Ｉ_rを下げる制御を行う。低温時に、リチャージ電流Ｉ_rを増やすことで、デッドタイムＤＴを短縮することができる。また、高温時に、リチャージ電流Ｉ_rを減らすことで、確実にクエンチ動作を実現することができる。

【0051】

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６２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６２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。

【0052】

上述したように、実施例１に係る画素回路５０を備える光検出装置では、ＳＰＡＤ素子５１の温度に応じて、負荷回路５５に流れるリチャージ電流Ｉ_rを制御するようにしている。これにより、広い温度範囲でラッチングカレント問題を起こすことなく、光検出動作を行うことができる。また、温度毎に適切なリチャージ電流Ｉ_rを設定できるため、最悪の条件でリチャージ電流Ｉ_rを決める必要がなく、各条件で最適なデッドタイムＤＴが実現できる。

【0053】

［実施例２］
実施例２は、実施例１の変形例であり、負荷回路５５が定電流源、例えばＰ型ＭＯＳトランジスタＱ_Lから成る例である。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８に示す。

【0054】

負荷回路５５は、Ｐ型ＭＯＳトランジスタＱ_Lのゲート電圧が変化することによってＳＰＡＤ素子５１に供給するリチャージ電流Ｉ_rを変えることができる。そこで、制御部６１は、温度センサ６２によって検出されるＳＰＡＤ素子５１の温度に応じて、負荷回路５５に流れるリチャージ電流Ｉ_r、即ち、ＳＰＡＤ素子５１に供給するリチャージ電流Ｉ_rを制御する。

【0055】

尚、ここでは、負荷回路５５として単一のＰ型ＭＯＳトランジスタＱ_Lを用い、そのゲート電圧を変更することによってリチャージ電流Ｉ_rを制御するとしたが、これに限られるものではなく、例えば、Ｐ型ＭＯＳトランジスタＱ_Lを構成するトランジスタの並列接続数を変更する構成とすることもできる。

【0056】

負荷回路５５が定電流源から成る実施例２に係る画素回路５０を備える光検出装置にあっても、負荷回路５５が可変抵抗素子ＶＲから成る実施例１に係る画素回路５０を備える光検出装置と同様の作用、効果を得ることができる。すなわち、ＳＰＡＤ素子５１の温度に応じて、負荷回路５５に流れるリチャージ電流Ｉ_rを制御するようにしているため、広い温度範囲でラッチングカレント問題を起こすことなく、光検出動作を行うことができる。また、温度毎に適切なリチャージ電流Ｉ_rを設定できるため、最悪の条件でリチャージ電流Ｉ_rを決める必要がなく、各条件で最適なデッドタイムＤＴが実現できる。

【0057】

［実施例３］
実施例３は、ＳＰＡＤ素子５１の素子特性が、ＳＰＡＤ素子５１のアバランシェ電流Ｉ_aの例である。実施例５に係る光検出装置における画素回路の回路図を図９に示す。

【0058】

実施例３に係る画素回路５０は、実施例２と同様に、負荷回路５５が定電流源、例えばＰ型ＭＯＳトランジスタＱ_Lから成り、ＳＰＡＤ素子５１の素子特性として、ＳＰＡＤ素子５１のアバランシェ電流Ｉ_aをモニタするアバランシェ電流観測回路６３を有する構成となっている。

【0059】

制御部６１は、アバランシェ電流観測回路６３によって検出されるＳＰＡＤ素子５１のアバランシェ電流Ｉ_aを素子特性として、当該素子特性に応じて、負荷回路５５に流れるリチャージ電流Ｉ_rを制御する。より具体的には、制御部６１は、ＳＰＡＤ素子５１のアバランシェ電流Ｉ_aとリチャージ電流Ｉ_rとの比が一定になるようにリチャージ電流Ｉ_rの制御を行う。アバランシェ電流Ｉ_aとリチャージ電流Ｉ_rとの比については、例えば、１００：１の比に固定とする。

【0060】

上述したように、実施例３に係る画素回路５０を備える光検出装置では、ＳＰＡＤ素子５１のアバランシェ電流Ｉ_aに応じて、負荷回路５５に流れるリチャージ電流Ｉ_rを制御するようにしている。これにより、広い温度範囲でラッチングカレント問題を起こすことなく、光検出動作を行うことができる。また、温度毎に適切なリチャージ電流Ｉ_rを設定できるため、最悪の条件でリチャージ電流Ｉ_rを決める必要がなく、各条件で最適なデッドタイムＤＴが実現できる。

【0061】

尚、実施例３では、実施例２の場合と同様に、負荷回路５５が定電流源、例えばＰ型ＭＯＳトランジスタＱ_Lから成る画素回路を例示したが、実施例１の場合と同様に、負荷回路５５が可変抵抗素子ＶＲから成る画素回路の場合であっても、同様の作用、効果を得ることができる。

【0062】

［実施例４］
実施例４は、ＳＰＡＤ素子５１の素子特性が、ＳＰＡＤ素子５１のブレークダウン電圧Ｖ_BDの例である。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１０に示す。

【0063】

実施例４に係る画素回路５０は、実施例２の場合と同様に、負荷回路５５が定電流源、例えばＰ型ＭＯＳトランジスタＱ_Lから成り、ＳＰＡＤ素子５１と同じ素子特性を有するリファレンスＳＰＡＤ素子６４を有し、リファレンスＳＰＡＤ素子６４のブレークダウン電圧Ｖ_BDを、ＳＰＡＤ素子５１の素子特性としてモニタする構成となっている。

【0064】

リファレンスＳＰＡＤ素子６４のブレークダウン電圧Ｖ_BDについては、リファレンスＳＰＡＤ素子６４のＩ－Ｖ特性から求めることができる。具体的には、例えば、単体のリファレンスＳＰＡＤ素子６４のカソード電極／アノード電極に逆方向電圧を印加して、所望の電流が流れる電圧差をブレークダウン電圧Ｖ_BDと定義する。あるいは、リファレンスＳＰＡＤ素子６４に電流を流し、このとき発生する電圧差をモニタしてブレークダウン電圧Ｖ_BDと定義する。

【0065】

制御部６１は、リファレンスＳＰＡＤ素子６４のブレークダウン電圧Ｖ_BDを、ＳＰＡＤ素子５１の素子特性（ブレークダウン電圧Ｖ_BD）として検出し、当該素子特性に応じて、負荷回路５５に流れるリチャージ電流Ｉ_rを制御する。より具体的には、制御部６１は、ＳＰＡＤ素子５１の素子特性であるブレークダウン電圧Ｖ_BDの低下に応じてリチャージ電流Ｉ_rを上げる制御を行う。

【0066】

ＳＰＡＤ素子５１は、高温条件時ほど、ブレークダウン電圧Ｖ_BDの絶対値は大きくなり、エクセスバイアス電圧Ｖ_EXが一定だとしても、アバランシェ電流Ｉ_aは減少する。従って、事前に、それぞれのブレークダウン電圧Ｖ_BDの条件での負荷回路５５に流れるリチャージ電流Ｉ_rについて最適な電流値を求めておく。そして、ブレークダウン電圧Ｖ_BDとリチャージ電流Ｉ_rとを対応付けたルックアップテーブルを作成し、当該ルックアップテーブルを基にリチャージ電流Ｉ_rの制御を行うようにする。

【0067】

ＳＰＡＤ素子のＰＮ接合のＩ－ＶＦ特性の低温時及び高温時の振る舞いについて図１１Ａに示し、ブレークダウン電圧Ｖ_BDとリチャージ電流Ｉ_rとを対応付けたルックアップテーブルの一例を図１１Ｂに示す。

【0068】

上述したように、実施例４に係る画素回路５０を備える光検出装置では、ＳＰＡＤ素子５１のブレークダウン電圧Ｖ_BDに応じて、負荷回路５５に流れるリチャージ電流Ｉ_rを制御するようにしている。これにより、広い温度範囲でラッチングカレント問題を起こすことなく、光検出動作を行うことができる。また、温度毎に適切なリチャージ電流Ｉ_rを設定できるため、最悪の条件でリチャージ電流Ｉ_rを決める必要がなく、各条件で最適なデッドタイムＤＴが実現できる。

【0069】

尚、実施例４では、実施例２の場合と同様に、負荷回路５５が定電流源、例えばＰ型ＭＯＳトランジスタＱ_Lから成る画素回路を例示したが、実施例１の場合とと同様に、負荷回路５５が可変抵抗素子ＶＲから成る画素回路の場合であっても、同様の作用、効果を得ることができる。

【0070】

［実施例５］
実施例５は、本開示の実施形態に係る光検出装置３０の制御方法の例である。実施例５に係る光検出装置の制御方法の処理の一例のフローチャートを図１２に示す。

【0071】

ここでは、制御方法の一例として、実施例１に係る光検出装置、即ち、ＳＰＡＤ素子５１の温度を、ＳＰＡＤ素子５１の素子特性として用いる光検出装置における制御方法について説明する。本制御方法の処理は、制御部６１による制御の下に実行される。

【0072】

制御部６１は、温度センサ６２からＳＰＡＤ素子５１の温度を、ＳＰＡＤ素子５１の素子特性として取得し（ステップＳ１１）、次いで、ＳＰＡＤ素子５１の素子特性として取得したＳＰＡＤ素子５１の温度を所定の設定温度と比較し（ステップＳ１２）、設定温度であれば（Ｓ１２のＹＥＳ）、本制御方法のための一連の処理を終了する。

【0073】

制御部６１は、ＳＰＡＤ素子５１の温度が設定温度よりも低下していれば（Ｓ１２の低下）、リチャージ電流Ｉ_rを上げる処理を行い（ステップＳ１３）、しかる後、ステップＳ１１の処理に戻り、上述した処理を繰り返して実行する。また、制御部６１は、ＳＰＡＤ素子５１の温度が設定温度よりも上昇していれば（Ｓ１２の上昇）、リチャージ電流Ｉ_rを下げる処理を行い（ステップＳ１４）、しかる後、ステップＳ１１の処理に戻り、上述した処理を繰り返して実行する。

【0074】

上述したように、実施例５に係る光検出装置の制御方法では、ＳＰＡＤ素子５１の温度を、ＳＰＡＤ素子５１の素子特性として温度センサ６２から取得し、その取得したＳＰＡＤ素子５１の温度に応じて、負荷回路５５に流れるリチャージ電流Ｉ_rを制御するようにしている。これにより、広い温度範囲でラッチングカレント問題を起こすことなく、光検出動作を行うことができる。また、温度毎に適切なリチャージ電流Ｉ_rを設定できるため、最悪の条件でリチャージ電流Ｉ_rを決める必要がなく、各条件で最適なデッドタイムＤＴが実現できる。

【0075】

＜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。

【0076】

＜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。

【0077】

［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。

【0078】

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。

【0079】

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。

【0080】

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。

【0081】

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。

【0082】

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。

【0083】

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。

【0084】

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。

【0085】

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。

【0086】

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。

【0087】

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。

【0088】

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。

【0089】

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。

【0090】

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。

【0091】

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。

【0092】

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。

【0093】

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。

【0094】

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。

【0095】

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。

【0096】

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。

【0097】

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。

【0098】

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。

【0099】

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。

【0100】

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。

【0101】

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。

【0102】

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。

【0103】

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、光検出装置として、車載規格温度に対応可能で、広い温度範囲でラッチングカレント問題を起こすことなく、光検出動作を行うことができるため、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。

【0104】

＜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。

【0105】

≪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、及び、
受光素子の素子特性に応じて、負荷回路に流れるリチャージ電流を制御する制御部、
を備える光検出装置。
［Ａ－２］受光素子の素子特性は、温度センサによって検出される受光素子の温度である、
上記［Ａ－１］に記載の光検出装置。
［Ａ－３］制御部は、受光素子の温度の低下に応じてリチャージ電流を上げる制御を行う、
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、受光素子のアバランシェ電流である、
上記［Ａ－１］に記載の光検出装置。
［Ａ－５］制御部は、受光素子のアバランシェ電流とリチャージ電流との比が一定になるようにリチャージ電流の制御を行う、
上記［Ａ－４］に記載の光検出装置。
［Ａ－６］受光素子の素子特性は、受光素子のブレークダウン電圧である、
上記［Ａ－１］に記載の光検出装置。
［Ａ－７］制御部は、受光素子のブレークダウン電圧の低下に応じてリチャージ電流を上げる制御を行う、
上記［Ａ－６］に記載の光検出装置。
［Ａ－８］制御部は、受光素子のブレークダウン電圧とリチャージ電流とを対応付けたルックアップテーブルを基にリチャージ電流の制御を行う、
上記［Ａ－７］に記載の光検出装置。
［Ａ－９］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－８］のいずれかに記載の光検出装置。
［Ａ－１０］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－９］に記載の光検出装置。

【0106】

≪Ｂ．測距装置（距離測定装置）≫
［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、及び、
受光素子の素子特性に応じて、負荷回路に流れるリチャージ電流を制御する制御部、
を備える、
測距装置。
［Ｂ－２］受光素子の素子特性は、温度センサによって検出される受光素子の温度である、
上記［Ｂ－１］に記載の測距装置。
［Ｂ－３］制御部は、受光素子の温度の低下に応じてリチャージ電流を上げる制御を行う、
上記［Ｂ－２］に記載の測距装置。
［Ｂ－４］受光素子の素子特性は、受光素子のアバランシェ電流である、
上記［Ｂ－１］に記載の測距装置。
［Ｂ－５］制御部は、受光素子のアバランシェ電流とリチャージ電流との比が一定になるようにリチャージ電流の制御を行う、
上記［Ｂ－４］に記載の測距装置。
［Ｂ－６］受光素子の素子特性は、受光素子のブレークダウン電圧である、
上記［Ｂ－１］に記載の測距装置。
［Ｂ－７］制御部は、受光素子のブレークダウン電圧の低下に応じてリチャージ電流を上げる制御を行う、
上記［Ｂ－６］に記載の測距装置。
［Ｂ－８］制御部は、受光素子のブレークダウン電圧とリチャージ電流とを対応付けたルックアップテーブルを基にリチャージ電流の制御を行う、
上記［Ｂ－７］に記載の測距装置。
［Ｂ－９］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－８］のいずれかに記載の測距装置。
［Ｂ－１０］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－９］に記載の測距装置。

【符号の説明】

【0107】

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・・・画素回路、５１・・・ＳＰＡＤ素子、５４・・・波形整形回路、５５・・・負荷回路、６１・・・制御部、６２・・・温度センサ、６３・・・アバランシェ電流観測回路、６４・・・リファレンスＳＰＡＤ素子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】