WO2020116158A1 - 光検出装置及び光検出装置の制御方法、並びに、測距装置 - Google Patents

光検出装置及び光検出装置の制御方法、並びに、測距装置 Download PDF

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    • H10F30/22—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation the devices having only one potential barrier, e.g. photodiodes
    • H10F30/225—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation the devices having only one potential barrier, e.g. photodiodes the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiodes

Definitions

  • the present disclosure relates to a photodetector, a control method for the photodetector, and a distance measuring device.
  • a light receiving element for detecting light
  • the number of pulses is detected when the light intensity is low, and the pulse width is detected when the light intensity is high, based on the measurement result of ToF (Time of Flight). I am trying to do it.
  • the avalanche current In order to prevent this latching current problem, it is necessary to determine the recharge current by considering the avalanche current, but the avalanche current has a large temperature dependency, so the avalanche current should be set considering the worst condition. Become. However, when the operating temperature required range of the light receiving element is wide, there arises a problem that, under conditions such as room temperature, the time during which the optical sensor cannot react more than necessary, that is, the so-called dead time becomes longer.
  • Patent Document 1 The prior art described in Patent Document 1 above does not consider the temperature dependence of the avalanche current.
  • the present disclosure provides a photodetector capable of performing a photodetection operation without causing a latching current problem in a wide temperature range, a control method of the photodetector, and a distance measuring device including the photodetector. With the goal.
  • the photodetector of the present disclosure for achieving the above object, Light receiving element, A load circuit connected to the light receiving element, and A control unit that controls the recharge current flowing in the load circuit according to the element characteristics of the light receiving element, Equipped with.
  • the control method of the photodetection device of the present disclosure for achieving the above object A light receiving element, and A load circuit connected to the light receiving element, In controlling the photodetector equipped with The recharge current flowing in the load circuit is controlled according to the element characteristics of the light receiving element.
  • the distance measuring device (distance measuring device) of the present disclosure for achieving the above object is A light source that irradiates the measurement object with light, and Equipped with a light detection device that detects the light reflected by the measurement object, As the photodetector, the photodetector having the above configuration is used.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a distance measuring device according to an embodiment of the present disclosure.
  • 2A and 2B are block diagrams showing a specific configuration of the distance measuring device according to the embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 3A is a circuit diagram showing a first example of a basic pixel circuit of a photodetector using a SPAD element
  • FIG. 3B is a second basic pixel circuit of a photodetector using a SPAD element.
  • It is a circuit diagram which shows an example.
  • FIG. 4A is a characteristic diagram showing the current-voltage characteristic of the PN junction of the SPAD element
  • FIG. 4B is a characteristic diagram explaining the behavior of the current-voltage characteristic of the PN junction at high temperature.
  • FIG. 4A is a characteristic diagram showing the current-voltage characteristic of the PN junction of the SPAD element
  • FIG. 4B is a characteristic diagram explaining the behavior of the current-voltage characteristic of the PN junction at high temperature.
  • FIG. 5 is a waveform diagram for explaining the circuit operation of the pixel circuit.
  • FIG. 6 is a waveform diagram illustrating the dead time DT of the SPAD element when the irradiation light amount is relatively small.
  • FIG. 7 is a circuit diagram showing a pixel circuit in the photodetector according to the first embodiment.
  • FIG. 8 is a circuit diagram showing a pixel circuit in the photodetector according to the second embodiment.
  • FIG. 9 is a circuit diagram showing a pixel circuit in the photodetector according to the third embodiment.
  • FIG. 10 is a circuit diagram showing a pixel circuit in the photodetector according to the fourth embodiment.
  • FIG. 11A is a characteristic diagram for explaining the behavior of the IV characteristic of the PN junction of the SPAD element at low temperature and high temperature
  • FIG. 11B is an example of a look-up table in which a breakdown voltage and a recharge current are associated with each other.
  • FIG. 12 is a flowchart illustrating an example of processing of the control method of the photodetector according to the fifth embodiment.
  • FIG. 13 is a block diagram showing a schematic configuration example of a vehicle control system that is an example of a mobile body control system to which the technology according to the present disclosure can be applied.
  • FIG. 14 is a diagram showing an example of the installation position of the distance measuring device.
  • the element characteristic of the light receiving element may be the temperature of the light receiving element detected by the temperature sensor.
  • the control unit may be configured to perform control to increase the recharge current according to the temperature decrease of the light receiving element.
  • the element characteristics of the light receiving element can be a form of avalanche current of the light receiving element.
  • the control unit may be configured to control the recharge current so that the ratio of the avalanche current of the light receiving element to the recharge current becomes constant.
  • the element characteristic of the light receiving element may be a breakdown voltage of the light receiving element.
  • the control unit can be configured to perform control to increase the recharge current according to the decrease in the breakdown voltage of the light receiving element. Further, the control unit may be configured to control the recharge current based on a lookup table in which the breakdown voltage of the light receiving element and the recharge current are associated with each other.
  • the light receiving element may be configured to be an element that generates a signal in response to the reception of a photon. Further, the light receiving element may be configured by a single photon avalanche diode.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a distance measuring device according to an embodiment of the present disclosure.
  • the distance measuring apparatus 1 according to the present embodiment is a measurement method for measuring the distance to the subject 10 that is a measurement target, and light (for example, laser light) emitted toward the subject 10 is reflected by the subject 10.
  • the ToF method is used to measure the time it takes to return.
  • the distance measuring device 1 according to this embodiment includes a light source 20 and a light detecting device 30. Then, as the light detection device 30, a light detection device according to an embodiment of the present disclosure described later is used.
  • the light source 20 includes, for example, a laser driver 21, a laser light source 22, and a diffusion lens 23, and irradiates the subject 10 with laser light.
  • the laser driver 21 drives the laser light source 22 under the control of the control unit 40.
  • the laser light source 22 is made of, for example, a semiconductor laser, and is driven by the laser driver 21 to emit laser light.
  • the diffusing lens 23 diffuses the laser light emitted from the laser light source 22 and irradiates the subject 10 with the diffused laser light.
  • the light detection device 30 has a light receiving lens 31, an optical sensor 32, and a logic circuit 33, and receives the reflected laser light that is reflected by the subject 10 and is returned from the laser light emitted by the laser irradiation unit 20.
  • the light receiving lens 31 focuses the reflected laser light from the subject 10 on the light receiving surface of the optical sensor 32.
  • the optical sensor 32 receives the reflected laser light from the subject 10 that has passed through the light receiving lens 31 on a pixel-by-pixel basis and photoelectrically converts it.
  • the output signal of the optical sensor 32 is supplied to the control unit 40 via the logic circuit 33. Details of the optical sensor 32 will be described later.
  • the control unit 40 is configured by, for example, a CPU (Central Processing Unit), controls the light source 20 and the light detection device 30, and controls the laser light emitted from the light source 20 toward the subject 10.
  • the time t until the light is reflected at 10 and returned is measured.
  • the distance L to the subject 10 can be calculated based on the measured time t.
  • the timer is started at the timing when the pulsed light is emitted from the light source 20, and the time t is measured by stopping the timer at the timing when the photodetector 30 receives the pulsed light.
  • pulsed light is emitted from the light source 20 at a predetermined cycle, and the cycle when the photodetector 30 receives the pulsed light is detected, and the phase difference between the light emission cycle and the light reception cycle is detected.
  • the time t from may be measured.
  • the time measurement is executed a plurality of times, and the time t is measured by detecting the peak of the histogram in which the times measured a plurality of times are accumulated.
  • a two-dimensional array sensor in which pixels including light receiving elements (light receiving portions) are arranged in a two-dimensional array can be used, or pixels including light receiving elements are linear. It is also possible to use a one-dimensional array sensor (so-called line sensor) that is arranged in the.
  • the optical sensor 32 a sensor in which the light receiving element of the pixel generates a signal in response to the reception of photons, for example, a sensor including a SPAD (Single Photon Avalanche Diode) element I am using. That is, the photodetector 30 according to the present embodiment has a configuration in which the light receiving element of the pixel is a SPAD element.
  • the light receiving element is not limited to the SPAD element, and may be various elements such as APD (Avalanche Photo Diode) and CAPD (Current Assisted Photonic Demodulator).
  • FIG. 3A A first example of a basic pixel circuit of the photo-detecting device 30 using the SPAD element is shown in FIG. 3A, and a second example is shown in FIG. 3B. Here, the basic configuration for one pixel is illustrated.
  • the first example of the pixel circuit is an example in which the load circuit 55 includes a resistance element R.
  • the cathode electrode is connected to the terminal 52 to which the power supply voltage V DD is applied via the resistance element R which is the load circuit 55, and the anode electrode is connected to the anode voltage. It is connected to a terminal 53 to which V bd is applied. A large negative voltage that causes avalanche multiplication is applied as the anode voltage V bd .
  • the cathode voltage V CA of the SPAD element 51 is derived as a SPAD output (pixel output) via the waveform shaping circuit 54 including the P-type MOS transistor Q p and the N-type MOS transistor Q n .
  • a voltage equal to or higher than the breakdown voltage V BD (for example, ⁇ 50 to ⁇ 10 V) is applied to the SPAD element 51.
  • An excess voltage equal to or higher than the breakdown voltage V BD is called an excess bias voltage V EX, and a voltage of about 2-5 V is common. This is a larger value than the conventional photodiode.
  • the SPAD element 51 operates in a region called a Geiger mode that has no DC stable point.
  • FIG. 4A shows the I (current)-V (voltage) characteristics of the PN junction of the SPAD element 51.
  • the behavior of the IV characteristic of the PN junction of the SPAD element 51 at high temperature will be described with reference to the characteristic diagram of FIG. 4B.
  • the characteristic at high temperature is indicated by a broken line.
  • the breakdown voltage V BD shifts to the negative side and the avalanche current I a decreases. That is, at high temperature, the lattice vibration of silicon is large, and the mean free path of electrons is short. Therefore, even if a high electric field is applied, the number of electrons that become high energy is small, so that the avalanche current I a is less likely to be generated.
  • the load circuit 55 is a constant current source, for example is an example made of P-type MOS transistor Q L.
  • V DD -V bd When no current is flowing through the SPAD element 51, a voltage of V DD -V bd is applied to the SPAD element 51. This voltage value (V DD -V bd ) is (V BD +V EX ). Then, at the PN junction of the SPAD element 51, dark electron generation rate DCR (Dark Count Rate) and electrons generated by light irradiation undergo avalanche multiplication, and avalanche current I a is generated. This phenomenon stochastically occurs even in a state where light is shielded (that is, a state where no light is incident). This is the dark electron generation rate DCR.
  • DCR dark Count Rate
  • the cathode voltage V CA decreases and the voltage across the terminals of the SPAD element 51, that is, the cathode voltage V CA becomes the breakdown voltage V BD of the PN diode, the avalanche current I a stops. This operation is a so-called quench operation, and the cathode voltage V CA of the SPAD element 51 at this time is the quench voltage.
  • a load circuit 55 resistance element R, or recovery from the P-type MOS transistor Q L by recharging current I r is supplied, a cathode voltage V CA in SPAD device 51, from the quench voltage to the power supply voltage V DD Then, it returns to the initial state again. That is, the resistance element R, or load circuit 55 composed of a P-type MOS transistor Q L is a recharging circuit for supplying recharging current I r in the SPAD device 51 in order to recover the cathode voltage V CA of SPAD devices 51.
  • the avalanche current I a is generated as a seed. Therefore, even if one photon is incident, there is a certain probability PDE (Photon Detection Efficiency). ) Can be detected.
  • PDE Photon Detection Efficiency
  • the cathode voltage V CA is waveform-shaped by the waveform shaping circuit 54, and the pulse signal having the pulse width T starting from the arrival time of one photon becomes the SPAD output (pixel output).
  • the SPAD element 51 is a high-performance optical sensor that can detect the incidence of a single photon with a certain probability PDE.
  • a dead time DT Dead Time
  • the photon detection frequency becomes high under the high light amount condition, and when the total time of the dead time DT becomes a size that cannot be ignored with respect to the observation time, the light detection accuracy decreases.
  • the dead time DT that cannot react to photons as an optical sensor will be described more specifically with reference to the waveform diagram of FIG.
  • the SPAD element 51 has the dead time DT that cannot react even when light is incident, due to the time required for the cathode voltage V CA to recover to the power supply voltage V DD .
  • avalanche multiplication occurs twice, and two pulse signals are generated as SPAD outputs accordingly, but in area b, avalanche multiplication occurs twice, but the pulse signal Is generated only once.
  • the SPAD element 51 when the SPAD element 51 reacts once and the cathode voltage V CA becomes equal to or higher than the threshold voltage of the waveform shaping circuit 54 of the next stage, the SPAD element 51 receives the incident light. Do not generate SPAD output. That is, this period is the dead time DT, and the pulse width T is its limit value.
  • the photodetection operation using the SPAD element 51 is performed by repeatedly generating/stopping the avalanche current I a .
  • Cathode voltage V CA in SPAD device 51 which is pulled down by an avalanche current I a is the power by recharging current I r is supplied from the load circuit 55 (constant current source including the resistor element R and P-type MOS transistor Q L) Recovery to the voltage V DD is performed.
  • the recharge current I r it is necessary to make the recharge current I r sufficiently smaller than the avalanche current I a , and the temperature dependence is large.
  • the distance measuring device 1 having the light detecting device 30 using the SPAD element 51 as the light sensor 32 can be mounted on a moving body such as an automobile and used, as described later. As described above, when it is attempted to realize a wide temperature range operation such as when mounted on a vehicle, an adverse effect such as deterioration of the dead time DT at room temperature occurs.
  • the SPAD element 51 has a diode structure, and a voltage higher than the breakdown voltage V BD is applied (Geiger mode) when no current flows in the SPAD element 51.
  • the avalanche current I a caused by photons or thermal noise flows, the cathode voltage V CA of the SPAD element 51 decreases, and the difference voltage (V CA ⁇ V AN ) from the anode voltage V AN is the breakdown voltage V CA.
  • the avalanche current I a is stopped, so that ON/OFF operation is performed.
  • the breakdown voltage V BD has a large temperature dependency, and it is necessary to apply a larger voltage under high temperature conditions, and the avalanche current I a also decreases.
  • the resistance element R and P-type MOS transistor Q L comprising a constant current source, such as The recharge operation is performed by.
  • the avalanche current I a of the SPAD element 51 needs to be sufficiently larger than the recharge current I r , and the cathode voltage V CA needs to drop to a level at which the breakdown voltage V BD is reached. Therefore, if the recharge current I r is too large, a cathode current V CA does not decrease and a through current remains flowing during light detection, which causes a latching current problem.
  • the avalanche current I a has a large temperature dependency, and therefore is set under the worst condition. Become. If the operating temperature required range is wide, such as when mounted in a vehicle, the problem arises that the dead time DT becomes longer than necessary under conditions such as room temperature.
  • the control unit that controls the recharge current I r flowing through the load circuit 55 controls the recharge current I r according to the element characteristics of the SPAD element 51 that is an example of the light receiving element. It is configured to do. Accordingly, for example, when mounted in a vehicle, the light detection operation can be performed in a wide temperature range without causing the latching current problem, and thus, for example, the in-vehicle standard temperature can be supported. Further, since the appropriate recharge current I r can be set for each temperature, it is not necessary to determine the recharge current I r under the worst condition, and the optimum dead time DT can be realized under each condition. Further, it is possible to set a mode that intentionally lengthens the dead time DT, for example, an energy saving mode or a night mode.
  • Example 1 is an example in which the element characteristic of the SPAD element 51 is the temperature of the SPAD element 51.
  • a circuit diagram of the pixel circuit in the photodetector according to the first embodiment is shown in FIG.
  • FIG. 7 shows a circuit configuration for one pixel.
  • the pixel circuit 50 according to the first embodiment includes the SPAD element 51, the waveform shaping circuit 54, the load circuit 55, the control unit 61 that controls the recharge current I r flowing through the load circuit 55, and the elements of the SPAD element 51.
  • a temperature sensor 62 for detecting the temperature of the SPAD element 51 is provided.
  • the control unit 61 and the temperature sensor 62 are commonly provided for the plurality of pixel circuits 50.
  • the pixel circuit 50 uses the variable resistance element VR having a variable resistance value as the load circuit 55.
  • the variable resistance element VR can change the recharge current I r supplied to the SPAD element 51 by changing the resistance value.
  • variable resistance element VR is used as the load circuit 55 here, the present invention is not limited to this, and is composed of, for example, a combination of a plurality of resistance elements and a switch element, and the resistance value is changed by the switch element. It can also be configured.
  • the control unit 61 sets the temperature of the SPAD element 51 detected by the temperature sensor 62 as an element characteristic, and according to the element characteristic, the recharge current I r flowing through the load circuit 55, that is, the recharge current I supplied to the SPAD element 51. control r . More specifically, the control unit 61 controls to increase the recharge current I r according to the temperature decrease of the SPAD element 51 with respect to a predetermined set temperature, and conversely to decrease the recharge current I r according to the temperature increase. To do. At low temperatures, by increasing the recharge current I r, it is possible to reduce the dead time DT. Further, when the temperature is high, the quench operation can be surely realized by reducing the recharge current I r .
  • the photodetector has, for example, a laminated structure in which at least two semiconductor substrate substrates of a first semiconductor substrate and a second semiconductor substrate are laminated, and the SPAD elements 51 are arranged in a two-dimensional array on the first semiconductor substrate.
  • a circuit portion such as the pixel circuit 50 excluding the SPAD element 51 is arranged on the second semiconductor substrate.
  • the temperature sensor 62 can detect the temperature of the SPAD element 51 by being mounted on the second semiconductor substrate, for example.
  • the temperature sensor 62 for example, a well-known temperature sensor that measures the temperature by utilizing the characteristic that the electrical characteristics change proportionally due to the temperature change in the band gap of the semiconductor can be used.
  • the recharge current I r flowing through the load circuit 55 is controlled according to the temperature of the SPAD element 51.
  • the light detection operation can be performed in a wide temperature range without causing the latching current problem.
  • the appropriate recharge current I r can be set for each temperature, it is not necessary to determine the recharge current I r under the worst condition, and the optimum dead time DT can be realized under each condition.
  • the second embodiment is a modification of the first embodiment and is an example in which the load circuit 55 is composed of a constant current source, for example, a P-type MOS transistor Q L.
  • a circuit diagram of the pixel circuit in the photodetector according to the second embodiment is shown in FIG.
  • the load circuit 55 can change the recharge current I r supplied to the SPAD element 51 by changing the gate voltage of the P-type MOS transistor Q L. Therefore, the control unit 61, depending on the temperature of the SPAD device 51 detected by the temperature sensor 62, the recharging current I r flowing in the load circuit 55, i.e., controls the recharge current I r to be supplied to the SPAD device 51.
  • the present invention is not limited to this. It may be configured to change the number of parallel connections of the transistors constituting the mold MOS transistor Q L.
  • the photodetector including the pixel circuit 50 according to the second embodiment in which the load circuit 55 includes a constant current source the photodetector including the pixel circuit 50 according to the first embodiment in which the load circuit 55 includes the variable resistance element VR.
  • the recharge current I r flowing through the load circuit 55 is controlled according to the temperature of the SPAD element 51, the photodetection operation can be performed in a wide temperature range without causing the latching current problem. Further, since the appropriate recharge current I r can be set for each temperature, it is not necessary to determine the recharge current I r under the worst condition, and the optimum dead time DT can be realized under each condition.
  • Example 3 is an example in which the element characteristics of the SPAD element 51 are the avalanche current I a of the SPAD element 51.
  • a circuit diagram of the pixel circuit in the photodetector according to the fifth embodiment is shown in FIG.
  • the load circuit 55 includes a constant current source, for example, a P-type MOS transistor Q L , and the SPAD element 51 has an element characteristic that the avalanche current I of the SPAD element 51 is the same. It is configured to have an avalanche current monitoring circuit 63 for monitoring the a.
  • the control unit 61 sets the avalanche current I a of the SPAD element 51 detected by the avalanche current observation circuit 63 as an element characteristic, and controls the recharge current I r flowing through the load circuit 55 according to the element characteristic. More specifically, the control unit 61 controls the recharging current I r as the ratio of the avalanche current I a and recharge current I r of the SPAD device 51 is constant. The ratio between the avalanche current I a and the recharge current I r is fixed to, for example, 100:1.
  • the recharge current I r flowing through the load circuit 55 is controlled according to the avalanche current I a of the SPAD element 51.
  • the light detection operation can be performed in a wide temperature range without causing the latching current problem.
  • the appropriate recharge current I r can be set for each temperature, it is not necessary to determine the recharge current I r under the worst condition, and the optimum dead time DT can be realized under each condition.
  • Example 3 as in Example 2, the load circuit 55 is a constant current source, for example has been illustrated a pixel circuit consisting of P-type MOS transistor Q L, as in Example 1, the load Even when the circuit 55 is a pixel circuit including the variable resistance element VR, similar actions and effects can be obtained.
  • the fourth embodiment is an example in which the element characteristic of the SPAD element 51 is the breakdown voltage V BD of the SPAD element 51.
  • a circuit diagram of the pixel circuit in the photodetector according to the fourth embodiment is shown in FIG.
  • the pixel circuit 50 as in the second embodiment, the load circuit 55 is a constant current source, for example, a P-type MOS transistor Q L, reference SPAD device 64 having the same element characteristics as SPAD device 51
  • the breakdown voltage V BD of the reference SPAD element 64 is monitored as an element characteristic of the SPAD element 51.
  • the breakdown voltage V BD of the reference SPAD element 64 can be obtained from the IV characteristic of the reference SPAD element 64. Specifically, for example, a reverse voltage is applied to the cathode electrode/anode electrode of the single reference SPAD element 64, and the voltage difference at which a desired current flows is defined as the breakdown voltage V BD . Alternatively, a current is passed through the reference SPAD element 64, and the voltage difference generated at this time is monitored and defined as the breakdown voltage V BD .
  • Control unit 61 controls to increase the recharge current I r according to the decrease of the breakdown voltage V BD which is the element characteristic of the SPAD element 51.
  • the absolute value of the breakdown voltage V BD increases as the temperature increases, and the avalanche current I a decreases even if the excess bias voltage V EX is constant. Therefore, an optimum current value for the recharge current I r flowing through the load circuit 55 under each breakdown voltage V BD is obtained in advance. Then, a look-up table that associates the breakdown voltage V BD with the recharge current I r is created, and the recharge current I r is controlled based on the look-up table.
  • FIG. 11A The behavior of the I-VF characteristic of the PN junction of the SPAD element at low temperature and high temperature is shown in FIG. 11A, and an example of a lookup table in which the breakdown voltage V BD and the recharge current I r are associated is shown in FIG. 11B.
  • the recharge current I r flowing through the load circuit 55 is controlled according to the breakdown voltage V BD of the SPAD element 51.
  • the light detection operation can be performed in a wide temperature range without causing the latching current problem.
  • the appropriate recharge current I r can be set for each temperature, it is not necessary to determine the recharge current I r under the worst condition, and the optimum dead time DT can be realized under each condition.
  • Example 4 as in Example 2, the load circuit 55 is a constant current source, for example has been illustrated a pixel circuit consisting of P-type MOS transistor Q L, similarly to the case of Example 1, Even when the load circuit 55 is a pixel circuit including the variable resistance element VR, the same action and effect can be obtained.
  • Example 5 is an example of a control method of the photodetecting device 30 according to the embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 12 shows a flowchart of an example of processing of the control method of the photodetector according to the fifth embodiment.
  • control method a control method in the photodetector according to the first embodiment, that is, the photodetector that uses the temperature of the SPAD element 51 as the element characteristic of the SPAD element 51 will be described.
  • the processing of this control method is executed under the control of the control unit 61.
  • the control unit 61 acquires the temperature of the SPAD element 51 from the temperature sensor 62 as the element characteristic of the SPAD element 51 (step S11), and then sets the temperature of the SPAD element 51 acquired as the element characteristic of the SPAD element 51 to a predetermined value. If the temperature is compared with the temperature (step S12) and the temperature is the set temperature (YES in S12), a series of processes for the present control method ends.
  • the control unit 61 performs a process of increasing the recharge current I r (step S13), and then returns to the process of step S11.
  • the above-mentioned processing is repeatedly executed. Further, if the temperature of the SPAD element 51 is higher than the set temperature (increase in S12), the control section 61 performs a process of lowering the recharge current I r (step S14), and then in the process of step S11. Returning to this, the above-mentioned processing is repeatedly executed.
  • the temperature of the SPAD element 51 is acquired from the temperature sensor 62 as the element characteristic of the SPAD element 51, and the temperature of the SPAD element 51 is acquired according to the acquired temperature.
  • the recharge current I r flowing through the load circuit 55 is controlled.
  • the light detection operation can be performed in a wide temperature range without causing the latching current problem.
  • the appropriate recharge current I r can be set for each temperature, it is not necessary to determine the recharge current I r under the worst condition, and the optimum dead time DT can be realized under each condition.
  • the technology according to the present disclosure has been described above based on the preferred embodiment, the technology according to the present disclosure is not limited to the embodiment.
  • the configuration and structure of the image pickup apparatus described in the above embodiments are examples, and can be changed as appropriate.
  • the case where the SPAD element is used as the light receiving element has been described as an example.
  • the light receiving element is not limited to the SPAD element, and the same applies when an element such as APD or CAPD is used. The action and effect of can be obtained.
  • the technology according to the present disclosure can be applied to various products.
  • the technology according to the present disclosure is applicable to any type of movement such as an automobile, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a motorcycle, a bicycle, a personal mobility, an airplane, a drone, a ship, a robot, a construction machine, and an agricultural machine (tractor). It may be realized as a distance measuring device mounted on the body.
  • FIG. 13 is a block diagram showing a schematic configuration example of a vehicle control system 7000 that is an example of a mobile body control system to which the technology according to the present disclosure can be applied.
  • the vehicle control system 7000 includes a plurality of electronic control units connected via a communication network 7010.
  • the vehicle control system 7000 includes a drive system control unit 7100, a body system control unit 7200, a battery control unit 7300, a vehicle exterior information detection unit 7400, a vehicle interior information detection unit 7500, and an integrated control unit 7600. ..
  • the communication network 7010 connecting these plural control units complies with any standard such as CAN (Controller Area Network), LIN (Local Interconnect Network), LAN (Local Area Network), or FlexRay (registered trademark). It may be an in-vehicle communication network.
  • CAN Controller Area Network
  • LIN Local Interconnect Network
  • LAN Local Area Network
  • FlexRay registered trademark
  • Each control unit includes a microcomputer that performs arithmetic processing according to various programs, a storage unit that stores a program executed by the microcomputer or parameters used for various arithmetic operations, and a drive circuit that drives various controlled devices. Equipped with.
  • Each control unit is equipped with a network I/F for communicating with other control units via the communication network 7010, and is also capable of wired or wireless communication with devices or sensors inside or outside the vehicle. A communication I/F for performing communication is provided. In FIG.
  • a microcomputer 7610 As the functional configuration of the integrated control unit 7600, a microcomputer 7610, a general-purpose communication I/F 7620, a dedicated communication I/F 7630, a positioning unit 7640, a beacon receiving unit 7650, an in-vehicle device I/F 7660, an audio image output unit 7670, An in-vehicle network I/F 7680 and a storage unit 7690 are illustrated.
  • the other control units also include a microcomputer, a communication I/F, a storage unit, and the like.
  • the drive system control unit 7100 controls the operation of devices related to the drive system of the vehicle according to various programs.
  • the drive system control unit 7100 includes a drive force generation device for generating a drive force of a vehicle such as an internal combustion engine or a drive motor, a drive force transmission mechanism for transmitting the drive force to wheels, and a steering angle of the vehicle. It functions as a steering mechanism for adjusting and a control device such as a braking device for generating a braking force of the vehicle.
  • the drive system control unit 7100 may have a function as a control device such as ABS (Antilock Brake System) or ESC (Electronic Stability Control).
  • a vehicle state detection unit 7110 is connected to the drive system control unit 7100.
  • the vehicle state detection unit 7110 includes, for example, a gyro sensor that detects the angular velocity of the shaft rotational movement of the vehicle body, an acceleration sensor that detects the acceleration of the vehicle, or an accelerator pedal operation amount, a brake pedal operation amount, or a steering wheel steering operation. At least one of the sensors for detecting the angle, the engine speed, the rotation speed of the wheels, etc. is included.
  • the drive system control unit 7100 controls the internal combustion engine, the drive motor, the electric power steering device, the brake device, and the like by performing arithmetic processing using the signal input from the vehicle state detection unit 7110.
  • the body system control unit 7200 controls the operation of various devices mounted on the vehicle body according to various programs.
  • the body system control unit 7200 functions as a keyless entry system, a smart key system, a power window device, or a control device for various lamps such as a head lamp, a back lamp, a brake lamp, a winker, or a fog lamp.
  • the body system control unit 7200 may receive radio waves or signals of various switches transmitted from a portable device that substitutes for a key.
  • the body system control unit 7200 receives inputs of these radio waves or signals and controls the vehicle door lock device, power window device, lamp, and the like.
  • the battery control unit 7300 controls the secondary battery 7310 that is the power supply source of the drive motor according to various programs. For example, the battery control unit 7300 receives information such as the battery temperature, the battery output voltage, and the remaining capacity of the battery from the battery device including the secondary battery 7310. The battery control unit 7300 performs arithmetic processing using these signals to control the temperature adjustment of the secondary battery 7310 or the cooling device provided in the battery device.
  • the exterior information detection unit 7400 detects information outside the vehicle equipped with the vehicle control system 7000.
  • the image capturing unit 7410 and the vehicle exterior information detection unit 7420 is connected to the vehicle exterior information detection unit 7400.
  • the imaging unit 7410 includes at least one of a ToF (Time Of Flight) camera, a stereo camera, a monocular camera, an infrared camera, and other cameras.
  • the outside-vehicle information detection unit 7420 detects, for example, an environment sensor for detecting current weather or weather, or another vehicle around the vehicle equipped with the vehicle control system 7000, an obstacle, a pedestrian, or the like. At least one of the ambient information detection sensors of.
  • the environmental sensor may be, for example, at least one of a raindrop sensor that detects rainy weather, a fog sensor that detects fog, a sunshine sensor that detects the degree of sunshine, and a snow sensor that detects snowfall.
  • the ambient information detection sensor may be at least one of an ultrasonic sensor, a radar device, and a LIDAR (Light Detection and Ranging, Laser Imaging Detection and Ranging) device.
  • the image pickup unit 7410 and the vehicle exterior information detection unit 7420 may be provided as independent sensors or devices, or may be provided as a device in which a plurality of sensors or devices are integrated.
  • FIG. 14 shows an example of installation positions of the imaging unit 7410 and the vehicle exterior information detection unit 7420.
  • the imaging units 7910, 7912, 7914, 7916, 7918 are provided at at least one of the front nose of the vehicle 7900, the side mirrors, the rear bumper, the back door, and the upper part of the windshield inside the vehicle.
  • the image capturing unit 7910 provided on the front nose and the image capturing unit 7918 provided on the upper part of the windshield in the vehicle interior mainly acquire an image in front of the vehicle 7900.
  • the imaging units 7912 and 7914 provided in the side mirrors mainly acquire images of the side of the vehicle 7900.
  • the imaging unit 7916 provided in the rear bumper or the back door mainly acquires an image of the rear of the vehicle 7900.
  • the imaging unit 7918 provided on the upper part of the windshield in the vehicle interior is mainly used for detecting a preceding vehicle, a pedestrian, an obstacle, a traffic signal, a traffic sign, a lane, or the like.
  • FIG. 14 shows an example of the shooting ranges of the respective image pickup units 7910, 7912, 7914, 7916.
  • the imaging range a indicates the imaging range of the imaging unit 7910 provided on the front nose
  • the imaging ranges b and c indicate the imaging ranges of the imaging units 7912 and 7914 provided on the side mirrors
  • the imaging range d is The imaging range of the imaging part 7916 provided in the rear bumper or the back door is shown. For example, by overlaying the image data captured by the image capturing units 7910, 7912, 7914, 7916, a bird's-eye view image of the vehicle 7900 viewed from above can be obtained.
  • the vehicle exterior information detection units 7920, 7922, 7924, 7926, 7928, 7930 provided on the front, rear, sides, corners of the vehicle 7900 and on the upper portion of the windshield inside the vehicle may be ultrasonic sensors or radar devices, for example.
  • the vehicle exterior information detection units 7920, 7926, 7930 provided on the front nose, rear bumper, back door, and windshield of the vehicle 7900 may be, for example, LIDAR devices.
  • These vehicle exterior information detection units 7920 to 7930 are mainly used for detecting a preceding vehicle, a pedestrian, an obstacle, or the like.
  • the vehicle exterior information detection unit 7400 causes the image capturing unit 7410 to capture an image of the vehicle exterior and receives the captured image data. Further, the vehicle exterior information detection unit 7400 receives the detection information from the vehicle exterior information detection unit 7420 connected thereto.
  • the vehicle exterior information detection unit 7420 is an ultrasonic sensor, a radar device, or a LIDAR device
  • the vehicle exterior information detection unit 7400 transmits ultrasonic waves, electromagnetic waves, or the like, and receives information on the received reflected waves.
  • the vehicle exterior information detection unit 7400 may perform object detection processing or distance detection processing such as people, vehicles, obstacles, signs, or characters on the road surface based on the received information.
  • the vehicle exterior information detection unit 7400 may perform environment recognition processing for recognizing rainfall, fog, road surface conditions, or the like based on the received information.
  • the vehicle exterior information detection unit 7400 may calculate the distance to the object outside the vehicle based on the received information.
  • the vehicle exterior information detection unit 7400 may perform image recognition processing or distance detection processing that recognizes a person, a car, an obstacle, a sign, characters on the road surface, or the like based on the received image data.
  • the vehicle exterior information detection unit 7400 performs processing such as distortion correction or position adjustment on the received image data, combines the image data captured by different image capturing units 7410, and generates an overhead image or a panoramic image. Good.
  • the vehicle exterior information detection unit 7400 may perform viewpoint conversion processing using image data captured by different image capturing units 7410.
  • the in-vehicle information detection unit 7500 detects in-vehicle information.
  • a driver state detection unit 7510 that detects the state of the driver is connected.
  • the driver state detection unit 7510 may include a camera that captures an image of the driver, a biometric sensor that detects biometric information of the driver, a microphone that collects voice in the vehicle, and the like.
  • the biometric sensor is provided on, for example, a seat surface or a steering wheel, and detects biometric information of an occupant sitting on a seat or a driver who holds the steering wheel.
  • the in-vehicle information detection unit 7500 may calculate the degree of fatigue or concentration of the driver based on the detection information input from the driver state detection unit 7510, or determine whether the driver is asleep. You may.
  • the in-vehicle information detection unit 7500 may perform processing such as noise canceling processing on the collected audio signal.
  • the integrated control unit 7600 controls overall operations in the vehicle control system 7000 according to various programs.
  • An input unit 7800 is connected to the integrated control unit 7600.
  • the input unit 7800 is realized by, for example, a device such as a touch panel, a button, a microphone, a switch or a lever that can be input and operated by a passenger. Data obtained by voice-recognizing voice input by a microphone may be input to the integrated control unit 7600.
  • the input unit 7800 may be, for example, a remote control device that uses infrared rays or other radio waves, or may be an external connection device such as a mobile phone or a PDA (Personal Digital Assistant) that supports the operation of the vehicle control system 7000. May be.
  • the input unit 7800 may be, for example, a camera, in which case the passenger can input information by gesture. Alternatively, data obtained by detecting the movement of the wearable device worn by the passenger may be input. Furthermore, the input unit 7800 may include, for example, an input control circuit that generates an input signal based on information input by a passenger or the like using the input unit 7800 and outputs the input signal to the integrated control unit 7600. A passenger or the like operates the input unit 7800 to input various data or instruct a processing operation to the vehicle control system 7000.
  • the storage unit 7690 may include a ROM (Read Only Memory) that stores various programs executed by the microcomputer, and a RAM (Random Access Memory) that stores various parameters, calculation results, sensor values, and the like.
  • the storage unit 7690 may be realized by a magnetic storage device such as an HDD (Hard Disc Drive), a semiconductor storage device, an optical storage device, a magneto-optical storage device, or the like.
  • the general-purpose communication I/F 7620 is a general-purpose communication I/F that mediates communication with various devices existing in the external environment 7750.
  • the general-purpose communication I/F 7620 is a cellular communication protocol such as GSM (registered trademark) (Global System of Mobile communications), WiMAX, LTE (Long Term Evolution) or LTE-A (LTE-Advanced), or a wireless LAN (Wi-Fi). (Also referred to as a registered trademark), Bluetooth (registered trademark), and other wireless communication protocols may be implemented.
  • the general-purpose communication I/F 7620 is connected to a device (for example, an application server or a control server) existing on an external network (for example, the Internet, a cloud network, or a network unique to an operator) via a base station or an access point, for example. You may.
  • the general-purpose communication I/F 7620 uses, for example, P2P (Peer To Peer) technology, and is a terminal existing in the vicinity of the vehicle (for example, a driver, a pedestrian or a shop terminal, or an MTC (Machine Type Communication) terminal). May be connected with.
  • P2P Peer To Peer
  • MTC Machine Type Communication
  • the dedicated communication I/F 7630 is a communication I/F that supports a communication protocol formulated for use in a vehicle.
  • the dedicated communication I/F 7630 uses, for example, a standard protocol such as WAVE (Wireless Access in Vehicle Environment), DSRC (Dedicated Short Range Communications), or a cellular communication protocol, which is a combination of a lower layer IEEE 802.11p and an upper layer IEEE 1609. May be implemented.
  • the dedicated communication I/F 7630 is typically a vehicle-to-vehicle communication, a vehicle-to-infrastructure communication, a vehicle-to-home communication, and a vehicle-to-pedestrian communication. ) Perform V2X communications, a concept that includes one or more of the communications.
  • the positioning unit 7640 receives, for example, a GNSS signal from a GNSS (Global Navigation Satellite System) satellite (for example, a GPS signal from a GPS (Global Positioning System) satellite) and performs positioning to determine the latitude, longitude, and altitude of the vehicle.
  • the position information including is generated.
  • the positioning unit 7640 may specify the current position by exchanging a signal with the wireless access point, or may acquire the position information from a terminal having a positioning function, such as a mobile phone, PHS, or smartphone.
  • the beacon receiving unit 7650 receives, for example, a radio wave or an electromagnetic wave transmitted from a wireless station or the like installed on the road, and acquires information such as the current position, traffic jam, traffic closure, and required time.
  • the function of the beacon receiving unit 7650 may be included in the dedicated communication I/F 7630 described above.
  • the in-vehicle device I/F 7660 is a communication interface that mediates a connection between the microcomputer 7610 and various in-vehicle devices 7760 existing in the vehicle.
  • the in-vehicle device I/F 7660 may establish a wireless connection using a wireless communication protocol such as wireless LAN, Bluetooth (registered trademark), NFC (Near Field Communication) or WUSB (Wireless USB).
  • a wireless communication protocol such as wireless LAN, Bluetooth (registered trademark), NFC (Near Field Communication) or WUSB (Wireless USB).
  • the in-vehicle device I/F 7660 is connected to a USB (Universal Serial Bus), HDMI (registered trademark) (High-Definition Multimedia Interface), or MHL (Mobile) via a connection terminal (and a cable if necessary) not shown.
  • Wired connection such as High-definition Link
  • the in-vehicle device 7760 may include, for example, at least one of a mobile device or a wearable device that the passenger has, or an information device that is carried in or attached to the vehicle.
  • the in-vehicle device 7760 may include a navigation device that searches for a route to an arbitrary destination.
  • the in-vehicle device I/F 7660 exchanges control signals or data signals with these in-vehicle devices 7760.
  • the in-vehicle network I/F 7680 is an interface that mediates communication between the microcomputer 7610 and the communication network 7010.
  • the in-vehicle network I/F 7680 sends and receives signals and the like according to a predetermined protocol supported by the communication network 7010.
  • the microcomputer 7610 of the integrated control unit 7600 passes through at least one of a general-purpose communication I/F 7620, a dedicated communication I/F 7630, a positioning unit 7640, a beacon receiving unit 7650, an in-vehicle device I/F 7660, and an in-vehicle network I/F 7680.
  • the vehicle control system 7000 is controlled according to various programs based on the information acquired by the above. For example, the microcomputer 7610 calculates a control target value of the driving force generation device, the steering mechanism or the braking device based on the acquired information on the inside and outside of the vehicle, and outputs a control command to the drive system control unit 7100. Good.
  • the microcomputer 7610 realizes the functions of ADAS (Advanced Driver Assistance System) that includes collision avoidance or impact mitigation of the vehicle, follow-up traveling based on inter-vehicle distance, vehicle speed maintenance traveling, vehicle collision warning, vehicle lane departure warning, etc. You may perform the coordinated control aiming at.
  • the microcomputer 7610 controls the driving force generation device, the steering mechanism, the braking device, and the like based on the acquired information about the surroundings of the vehicle, so that the microcomputer 7610 automatically travels independently of the driver's operation. You may perform cooperative control for the purpose of driving etc.
  • ADAS Advanced Driver Assistance System
  • a general-purpose communication I/F 7620 a dedicated communication I/F 7630, a positioning unit 7640, a beacon receiving unit 7650, an in-vehicle device I/F 7660, and an in-vehicle network I/F 7680.
  • the microcomputer 7610 may generate a warning signal by predicting a danger such as a vehicle collision, a pedestrian or the like approaching or entering a closed road, based on the acquired information.
  • the warning signal may be, for example, a signal for generating a warning sound or lighting a warning lamp.
  • the voice image output unit 7670 transmits an output signal of at least one of a voice and an image to an output device capable of visually or audibly notifying information to a passenger of the vehicle or the outside of the vehicle.
  • an audio speaker 7710, a display unit 7720, and an instrument panel 7730 are illustrated as output devices.
  • the display unit 7720 may include at least one of an onboard display and a head-up display, for example.
  • the display unit 7720 may have an AR (Augmented Reality) display function.
  • the output device may be a device other than these devices, such as headphones, a wearable device such as a glasses-type display worn by a passenger, a projector, or a lamp.
  • the display device When the output device is a display device, the display device displays results obtained by various processes performed by the microcomputer 7610 or information received from another control unit in various formats such as text, images, tables, and graphs. Display visually.
  • the output device is a voice output device, the voice output device converts an audio signal composed of reproduced voice data, acoustic data, or the like into an analog signal, and outputs it audibly.
  • At least two control units connected via the communication network 7010 may be integrated as one control unit.
  • each control unit may be composed of a plurality of control units.
  • the vehicle control system 7000 may include another control unit not shown.
  • some or all of the functions of one of the control units may be given to another control unit. That is, if the information is transmitted and received via the communication network 7010, the predetermined arithmetic processing may be performed by any of the control units.
  • a sensor or device connected to one of the control units may be connected to another control unit, and a plurality of control units may send and receive detection information to and from each other via the communication network 7010. .
  • the technology according to the present disclosure can be applied to, for example, the image capturing units 7910, 7912, 7914, 7916, 7918 and the vehicle exterior information detecting units 7920, 7922, 7924, 7926, 7928, 7930 among the configurations described above. Then, by applying the technology according to the present disclosure, as the photodetector, it is possible to correspond to the in-vehicle standard temperature, and it is possible to perform the photodetection operation without causing the latching current problem in a wide temperature range. It is possible to construct a vehicle control system capable of detecting an imaging target with high accuracy.
  • the control unit controls the recharge current so that the ratio between the avalanche current of the light receiving element and the recharge current becomes constant.
  • the element characteristic of the light receiving element is the breakdown voltage of the light receiving element, The photodetector according to the above [A-1].
  • the control unit controls to increase the recharge current according to the decrease of the breakdown voltage of the light receiving element, The photodetector according to the above [A-6].
  • the control unit controls the recharge current based on a lookup table in which the breakdown voltage of the light receiving element and the recharge current are associated with each other.
  • the light receiving element is an element that generates a signal in response to the reception of a photon, The photodetector according to any one of [A-1] to [A-8].
  • the light receiving element comprises a single photon avalanche diode, The photodetector according to the above [A-9].
  • the element characteristic of the light receiving element is the temperature of the light receiving element detected by the temperature sensor, The distance measuring device according to [B-1].
  • the control unit performs control to increase the recharge current according to the temperature drop of the light receiving element, The distance measuring device according to the above [B-2].
  • the element characteristic of the light receiving element is the avalanche current of the light receiving element, The distance measuring device according to [B-1].
  • the control unit controls the recharge current so that the ratio between the avalanche current of the light receiving element and the recharge current becomes constant.
  • the element characteristic of the light receiving element is the breakdown voltage of the light receiving element, The distance measuring device according to [B-1].
  • the control unit controls to increase the recharge current according to the decrease in the breakdown voltage of the light receiving element, The distance measuring device according to [B-6].
  • the control unit controls the recharge current based on a lookup table in which the breakdown voltage of the light receiving element and the recharge current are associated with each other.
  • the distance measuring device is an element that generates a signal in response to the reception of a photon, The distance measuring device according to any one of [B-1] to [B-8].
  • the light receiving element comprises a single photon avalanche diode, The distance measuring device according to [B-9].
  • 1... Distance measuring device 10... Subject (measurement object), 20... Light source, 21... Laser driver, 22... Laser light source, 23... Diffusing lens, 30... Photodetector, 31... Light receiving lens, 32... Photosensor, 33... Circuit part, 40... Control part, 50... Pixel circuit, 51... SPAD element, 54... Waveform shaping circuit, 55... Load circuit, 61... Control unit, 62... Temperature sensor, 63... Avalanche current observation circuit, 64... Reference SPAD element

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Abstract

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。また、本開示の測距装置は、測定対象物に対して光を照射する光源、及び、測定対象物で反射された光を検出する光検出装置を備え、当該光検出装置として、上記の構成の光検出装置を用いる。

Description

光検出装置及び光検出装置の制御方法、並びに、測距装置
　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。
　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。
特開２０１４－０８１２５４号公報
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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、
　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。
　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は、測距装置の設置位置の例を示す図である。
　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
＜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。
　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。
　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。
　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。
＜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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
［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。
（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ＶDDが与えられる端子５２に接続され、アノード電極が、アノード電圧Ｖbdが与えられる端子５３に接続されている。アノード電圧Ｖbdとしては、アバランシェ増倍が発生する大きな負電圧が印加される。そして、ＳＰＡＤ素子５１のカソード電圧ＶCAが、Ｐ型ＭＯＳトランジスタＱp及びＮ型ＭＯＳトランジスタＱnから成る波形整形回路５４を介してＳＰＡＤ出力（画素出力）として導出される。
　ＳＰＡＤ素子５１には、ブレークダウン電圧ＶBD（例えば、－５０～－１０Ｖ）以上の電圧が印加される。ブレークダウン電圧ＶBD以上の過剰電圧は、エクセスバイアス電圧ＶEXと呼ばれ、２－５Ｖ程度の電圧が一般的である。これは、従来のフォトダイオードよりも大きな値である。ＳＰＡＤ素子５１は、ＤＣ的な安定点が無いガイガーモードと呼ばれる領域で動作する。ＳＰＡＤ素子５１のＰＮ接合のＩ（電流）－Ｖ（電圧）特性を図４Ａに示す。
　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ＶBDが、よりマイナス側にシフトしてアバランシェ電流Ｉa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Ｉaが発生しずらくなる。
（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ＱL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ＱLに置き換えただけの違いであり、それ以外の回路構成は、基本的に、図３Ａに示す第１例に係る画素回路５０と同じである。
［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。
　ＳＰＡＤ素子５１に電流が流れていない状態では、ＳＰＡＤ素子５１には、ＶDD－Ｖbdの電圧が印加されている。この電圧値（ＶDD－Ｖbd）は、（ＶBD＋ＶEX）である。そして、ＳＰＡＤ素子５１のＰＮ接合部で暗電子の発生レートＤＣＲ（Dark Count Rate）や光照射によって発生した電子がアバランシェ増倍を生じ、アバランシェ電流Ｉaが発生する。この現象は、遮光されている状態（即ち、光が入射していない状態）でも確率的に発生している。これが暗電子の発生レートＤＣＲである。
　カソード電圧ＶCAが低下し、ＳＰＡＤ素子５１の端子間電圧、即ちカソード電圧ＶCAがＰＮダイオードのブレークダウン電圧ＶBDになると、アバランシェ電流Ｉaが停止する。この動作が、所謂、クエンチ動作であり、このときのＳＰＡＤ素子５１のカソード電圧ＶCAがクエンチ電圧である。
　そして、負荷回路５５である抵抗素子Ｒ、又は、Ｐ型ＭＯＳトランジスタＱLからリチャージ電流Ｉrが供給されることで、ＳＰＡＤ素子５１のカソード電圧ＶCAが、クエンチ電圧から電源電圧ＶDDまで回復し、再び初期状態に戻る。すなわち、抵抗素子Ｒ、又は、Ｐ型ＭＯＳトランジスタＱLから成る負荷回路５５は、ＳＰＡＤ素子５１のカソード電圧ＶCAを回復させるためにＳＰＡＤ素子５１にリチャージ電流Ｉrを供給するリチャージ回路である。
　ＳＰＡＤ素子５１に光が入射して１個でも電子－正孔対が発生すると、それが種となってアバランシェ電流Ｉaが発生するので、光子１個の入射でも、ある確率ＰＤＥ（Photon Detection Efficiency）で検出することができる。この光子を検出できる確率ＰＤＥは、通常、数％～２０％程度のものが多い。
　以上の動作が繰り返される。そして、この一連の動作において、カソード電圧ＶCAが、波形整形回路５４で波形整形され、１フォトンの到来時刻を開始点とするパルス幅Ｔのパルス信号がＳＰＡＤ出力（画素出力）となる。
　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。
［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ＶCAが電源電圧ＶDDまで回復する時間に起因して、光入射があっても反応できないデッドタイムＤＴが存在する。例えば、領域ａでは、アバランシェ増倍が２回発生し、これに伴ってＳＰＡＤ出力として２つのパルス信号が生成されるが、領域ｂでは、アバランシェ増倍が２回発生しているが、パルス信号の生成は１つである。
　理論的には、ＳＰＡＤ素子５１が一度反応してからカソード電圧ＶCAが、次段の波形整形回路５４の閾値電圧以上の電圧になるまでに発生した光入射に対しては、ＳＰＡＤ素子５１はＳＰＡＤ出力を生成しない。つまり、この期間がデッドタイムＤＴであり、パルス幅Ｔがその限界値となる。
［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Ｉa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Ｉaによって引き下げられたＳＰＡＤ素子５１のカソード電圧ＶCAは、負荷回路５５（抵抗素子ＲやＰ型ＭＯＳトランジスタＱLから成る定電流源）からリチャージ電流Ｉrが供給されることによって電源電圧ＶDDへの回復が行われる。
　ここで、リチャージ電流Ｉrは、大きいほど、カソード電圧ＶCAの電源電圧ＶDD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Ｉr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Ｉaに比べてリチャージ電流Ｉrを十分に小さくする必要があり、温度依存性が大きい。
　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。
　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ＶBD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Ｉaが流れることによってＳＰＡＤ素子５１のカソード電圧ＶCAが低下し、アノード電圧ＶANとの差電圧（ＶCA－ＶAN）がブレークダウン電圧ＶBDになると、アバランシェ電流Ｉaが停止することでＯＮ／ＯＦＦの動作を行う。しかし、ブレークダウン電圧ＶBD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Ｉaも減少してしまう。
　ＳＰＡＤ素子５１を光検出に用いる場合は、アバランシェ電流Ｉaによって引き下げられたカソード電圧ＶCA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ＱL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Ｉr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。
　一方、光検出時には、ＳＰＡＤ素子５１のアバランシェ電流Ｉaがリチャージ電流Ｉrよりも十分に大きく、カソード電圧ＶCAがブレークダウン電圧ＶBD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Ｉrが大きすぎると、光検出時に、カソード電圧ＶCA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。
　そのため、リチャージ電流Ｉr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Ｉaを考慮して決める必要があるが、アバランシェ電流Ｉa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。
＜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Ｉr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Ｉr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Ｉrを設定できるため、最悪の条件でリチャージ電流Ｉr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。
　以下に、ＳＰＡＤ素子５１の素子特性に応じてリチャージ電流Ｉr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。
［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。
　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Ｉr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。
　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Ｉrを変えることができる。
　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。
　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Ｉr、即ち、ＳＰＡＤ素子５１に供給するリチャージ電流Ｉr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Ｉrを上げ、逆に、温度の上昇に応じてリチャージ電流Ｉrを下げる制御を行う。低温時に、リチャージ電流Ｉr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Ｉr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。
　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。
　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Ｉr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Ｉrを設定できるため、最悪の条件でリチャージ電流Ｉr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。
［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ＱL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。
　負荷回路５５は、Ｐ型ＭＯＳトランジスタＱL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Ｉr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Ｉr、即ち、ＳＰＡＤ素子５１に供給するリチャージ電流Ｉrを制御する。
　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ＱL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Ｉr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ＱL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。
　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Ｉr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Ｉrを設定できるため、最悪の条件でリチャージ電流Ｉr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。
［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Ｉa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。
　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ＱL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Ｉa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。
　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Ｉa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Ｉr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Ｉaとリチャージ電流Ｉrとの比が一定になるようにリチャージ電流Ｉrの制御を行う。アバランシェ電流Ｉaとリチャージ電流Ｉrとの比については、例えば、１００：１の比に固定とする。
　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Ｉaに応じて、負荷回路５５に流れるリチャージ電流Ｉr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Ｉrを設定できるため、最悪の条件でリチャージ電流Ｉr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。
　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ＱL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。
［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ＶBD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。
　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ＱL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ＶBD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。
　リファレンスＳＰＡＤ素子６４のブレークダウン電圧ＶBD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ＶBD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ＶBDと定義する。
　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ＶBDを、ＳＰＡＤ素子５１の素子特性（ブレークダウン電圧ＶBD）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Ｉr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ＶBDの低下に応じてリチャージ電流Ｉrを上げる制御を行う。
　ＳＰＡＤ素子５１は、高温条件時ほど、ブレークダウン電圧ＶBDの絶対値は大きくなり、エクセスバイアス電圧ＶEXが一定だとしても、アバランシェ電流Ｉa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ＶBDの条件での負荷回路５５に流れるリチャージ電流Ｉr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ＶBDとリチャージ電流Ｉr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Ｉrの制御を行うようにする。
　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ＶBDとリチャージ電流Ｉr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。
　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ＶBDに応じて、負荷回路５５に流れるリチャージ電流Ｉr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Ｉrを設定できるため、最悪の条件でリチャージ電流Ｉr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。
　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ＱL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。
［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。
　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。
　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。
　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Ｉr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Ｉr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。
　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Ｉr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Ｉrを設定できるため、最悪の条件でリチャージ電流Ｉr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。
＜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。
＜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。
［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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
＜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。
≪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。
≪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。
　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

Claims (12)

  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。
  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、
    　請求項１に記載の光検出装置。
  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、
    　請求項２に記載の光検出装置。
  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、
    　請求項１に記載の光検出装置。
  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、
    　請求項４に記載の光検出装置。
  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、
    　請求項１に記載の光検出装置。
  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、
    　請求項６に記載の光検出装置。
  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、
    　請求項７に記載の光検出装置。
  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、
    　請求項１に記載の光検出装置。
  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、
    　請求項９に記載の光検出装置。
  11. 　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、
    　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、
    　光検出装置の制御方法。
  12. 　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。
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