WO2024116617A1 - 光検出装置および光検出システム - Google Patents

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    • G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
    • G02F1/31—Digital deflection, i.e. optical switching

Definitions

  • This disclosure relates to an optical detection device and an optical detection system.
  • a lidar device (laser radar) with a beam deflector and a light detection unit (photodiode) has been proposed (Patent Document 1).
  • An optical detection device includes an optical circuit provided on a substrate including silicon, the optical circuit including a waveguide capable of transmitting an optical signal from a light source, an antenna provided on the substrate and capable of outputting an optical signal transmitted via the waveguide, a light receiving element provided on the substrate and capable of receiving an optical signal reflected by an object, and a light shielding portion provided around at least one of the antenna and the light receiving element.
  • An optical detection system includes a light source capable of generating an optical signal, an optical circuit provided on a substrate including silicon and including a waveguide capable of transmitting an optical signal from the light source, an antenna provided on the substrate and capable of outputting an optical signal transmitted via the waveguide, a light receiving element provided on the substrate and capable of receiving an optical signal reflected by an object, and a light shielding portion provided around at least one of the antenna and the light receiving element.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a schematic configuration of a distance measuring device, which is an example of a light detection device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a signal generated by a distance measuring device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a cross-sectional configuration of a distance measuring device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a planar configuration of a portion of a distance measuring device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating another example of a planar configuration of a portion of a distance measuring device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a schematic configuration of a distance measuring device, which is an example of a light detection device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a signal generated by a distance measuring
  • FIG. 6 is a diagram illustrating another example of a cross-sectional configuration of a distance measuring device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a planar configuration of a portion of a distance measuring device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating another example of a planar configuration of a portion of a distance measuring device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of the configuration of a distance measuring device according to a comparative example.
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of the configuration of a distance measuring device according to a comparative example.
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of the configuration of a distance measuring device according to a comparative example.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a cross-sectional configuration of a distance measuring device according to the first modification of the present disclosure.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a planar configuration of a portion of a distance measuring device according to the first modification of the present disclosure.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a cross-sectional configuration of a distance measuring device according to the second modification of the present disclosure.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating another example of a cross-sectional configuration of a distance measuring device according to the second modification of the present disclosure.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating another example of a cross-sectional configuration of a distance measuring device according to the second modification of the present disclosure.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a planar configuration of a portion of a distance measuring device according to the first modification of the present disclosure.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a cross-sectional configuration of a distance measuring device according to the
  • FIG. 16 is a diagram illustrating another example of a cross-sectional configuration of a distance measuring device according to the second modification of the present disclosure.
  • FIG. 17 is a block diagram showing an example of a schematic configuration of a vehicle control system.
  • FIG. 18 is an explanatory diagram showing an example of the installation positions of the outside-of-vehicle information detection unit and the imaging unit.
  • FIG. 19 is a diagram showing an example of a schematic configuration of an endoscopic surgery system.
  • FIG. 20 is a block diagram showing an example of the functional configuration of the camera head and the CCU.
  • Preferred embodiment 1 is a diagram showing an example of a schematic configuration of a distance measuring device which is an example of a light detection device according to an embodiment of the present disclosure.
  • the light detection device is a device capable of detecting incident light.
  • the distance measuring device 1 which is a light detection device is a device capable of performing distance measurement.
  • the distance measuring device 1 is, for example, a frequency modulated continuous wave (FMCW) type distance measuring device, and can be applied as an FMCW-LiDAR (Light Detection and Ranging).
  • FMCW frequency modulated continuous wave
  • the ranging device 1 transmits and receives optical signals that become frequency-modulated light, and can measure the distance to an object to be measured, the speed of the object to be measured, etc.
  • the ranging device 1 can be manufactured using Silicon Photonics technology using a substrate containing silicon, such as a silicon substrate or an SOI (Silicon On Insulator) substrate.
  • the ranging device 1 has a photonic integrated circuit (PIC: Photonic Integrated Circuit).
  • PIC Photonic integrated circuit
  • the ranging device 1, which is a LIDAR device, can also be said to be a laser radar device.
  • the distance measuring device 1 has a light source 10, an optical circuit 30, an antenna unit 40, a detection unit 60, and a signal processing unit 70.
  • the distance measuring device 1 can irradiate a frequency-modulated optical signal (laser light) to a measurement object using the light source 10, the antenna unit 40, etc., and receive an optical signal that is reflected and delayed by the measurement object.
  • a frequency-modulated optical signal laser light
  • an optical signal obtained by interfering a reference light branched (separated) from the output light of the light source 10 with the reflected light (return light) reflected by the object to be measured is input to the detection unit 60, and a beat signal having a frequency corresponding to the difference between the frequency of the reference light and the frequency of the reflected light is detected.
  • the beat signal generated by receiving the reflected light from the object to be measured is a signal corresponding to the distance to the object to be measured.
  • the optical circuit 30, antenna unit 40, detection unit 60, signal processing unit 70, etc. may be provided on a single substrate (e.g., an SOI substrate) or may be provided separately on multiple substrates.
  • the distance measuring device 1 may have a structure (layered structure) formed by stacking multiple substrates.
  • the light source 10 may be mounted on the distance measuring device 1 or may be provided outside the distance measuring device 1.
  • the optical detection device (distance measuring device 1) may be configured as an optical detection system including the light source 10, optical circuit 30, antenna unit 40, detection unit 60, signal processing unit 70, etc.
  • the light source 10 shown in FIG. 1 is configured to be capable of generating an optical signal.
  • the light source 10 has, for example, a light-emitting element, and is configured to be capable of outputting an optical signal (laser light).
  • the light source 10 is configured using a III-V group compound semiconductor material, and has a configuration in which a p-type cladding layer, an active layer, and an n-type cladding layer are stacked.
  • the light source 10 can generate and emit laser light.
  • the optical circuit 30 has a waveguide 15, a modulation section 20, a circulator 25, and an interference section 28.
  • the waveguide 15 is configured to be capable of transmitting an optical signal from the light source 10.
  • the waveguide 15 is, for example, a Si waveguide, and has a core section and a clad section with different refractive indices.
  • An optical signal generated by the light source 10 is input (incident) to the waveguide 15.
  • the waveguide 15 is configured to transmit (propagate) an optical signal from the light source 10 to the modulation section 20.
  • the modulation unit 20 is configured to be capable of modulating the frequency of the optical signal.
  • An optical signal (laser light) is input to the modulation unit 20 from the light source 10 via the waveguide 15.
  • the modulation unit 20 is configured to be capable of modulating the frequency of the optical signal transmitted via the waveguide 15 and outputting a frequency-modulated optical signal.
  • the modulation unit 20 can output a signal (chirp signal) whose frequency changes continuously over time.
  • the modulation unit 20 is a modulator, and is configured using, for example, a Mach-Zehnder interferometer.
  • the modulation unit 20 can output frequency-modulated laser light by combining (combining) the laser light from the light source 10 with phase-adjusted laser light using the carrier plasma effect.
  • the modulation unit 20 outputs output light, which is a frequency-modulated optical signal, to the antenna unit 40 via the circulator 25.
  • the output light of the modulation unit 20 is branched (separated) by, for example, a splitter.
  • An optical signal S1 which is a part of the output light of the modulation unit 20, is transmitted to the antenna unit 40, and an optical signal S2, which is the other part of the output light of the modulation unit 20, is transmitted to the interference unit 28 as reference light (local light).
  • a reference light having a power that is 50% of the power (light amount) of the output light of the modulation unit 20 is split from the output light of the modulation unit 20 and input to the interference unit 28.
  • the circulator 25 has, for example, three ports and is configured to transmit optical signals between the ports.
  • the circulator 25 has a first port 26a, a second port 26b, and a third port 26c.
  • the first port 26a, the second port 26b, and the third port 26c are optically connected to the modulation unit 20, the antenna unit 40, and the interference unit 28, respectively.
  • the first port 26a of the circulator 25 receives an optical signal S1, which is frequency-modulated laser light, from the modulation unit 20.
  • the circulator 25 can output the optical signal S1 input to the first port 26a to the antenna unit 40 from the second port 26b.
  • the second port 26b of the circulator 25 receives an optical signal S3, which is reflected light (return light), from the antenna unit 40.
  • the circulator 25 can output the optical signal S3 input to the second port 26b to the interference unit 28 from the third port 26c.
  • the antenna unit 40 is configured to be capable of outputting an optical signal transmitted via the optical circuit 30 including the waveguide 15.
  • an optical signal S1 that has been frequency modulated by the modulation unit 20 is transmitted to the antenna unit 40 via the circulator 25.
  • the antenna unit 40 can emit the optical signal S1, which is frequency-modulated laser light, to the outside as output light (irradiated light).
  • the antenna unit 40 is also configured to be able to receive an optical signal reflected by an object.
  • the antenna unit 40 can receive an optical signal S3, which is a laser beam reflected and delayed by an object.
  • the antenna unit 40 outputs the optical signal S3, which is the reflected light, to the interference unit 28 via the circulator 25.
  • the antenna unit 40 is a transmitting antenna unit configured to be capable of transmitting optical signals, and is also a receiving antenna unit configured to be capable of receiving optical signals.
  • the antenna unit 40 can also be called a transmitting/receiving antenna unit.
  • the antenna unit 40 can irradiate a frequency-modulated laser light to a measurement object, and receive the laser light that is reflected and delayed by the measurement object.
  • the optical circuit 30 may be configured to include the antenna unit 40.
  • the antenna section 40 which will be described later (see Figures 3, 4, etc.), is composed of a plurality of antennas 41 (e.g., Si antennas), a plurality of heater sections 42, and an optical switch section 43.
  • the heater sections 42 are provided around the antenna 41 and are configured to be able to heat the antenna 41.
  • the antenna 41 is heated by the heater sections 42, the refractive index of the antenna 41 changes, and the direction of travel of the optical signal S1 emitted from the antenna 41 is changed.
  • the optical switch unit 43 has a number of optical switches provided corresponding to the number of antennas 41, and is configured to be able to select the antenna 41 to which the optical signal S1 from the modulation unit 20 is to be transmitted. By switching the transmission path of the optical signal S1 with the optical switch unit 43, the antenna 41 that radiates the optical signal S1 is changed, and the radiation angle (radiation direction) of the optical signal S1 is changed. In the distance measuring device 1, by controlling the temperature with the heater unit 42 and the optical switch unit 43, it is possible to scan the laser light, which is an optical signal, as shown diagrammatically in FIG. 1.
  • the interference unit 28 is configured to cause interference between the reference light transmitted from the modulation unit 20 and the reflected light transmitted from the antenna unit 40, and to output the interfered light (interference light).
  • the interference unit 28 includes a coupler, and can be said to output an optical signal that combines (multiplexes) the reference light and the reflected light.
  • the interference unit 28 is configured to cause interference between an optical signal S2, which is the reference light input from the modulation unit 20, and an optical signal S3, which is the reflected light input from the antenna unit 40.
  • the interference unit 28 can transmit an optical signal obtained by causing the reference light and the reflected light to interfere with each other, to the light receiving unit 50 of the detection unit 60.
  • the detection unit 60 has a light receiving unit 50 having a light receiving element 51 (light receiving element 51a and light receiving element 51b in FIG. 1) and an amplifier unit 55, and is configured to be able to detect incident light.
  • the light receiving element 51 is configured using, for example, a photodiode PD.
  • the light receiving element 51 is configured to be able to receive an optical signal reflected by an object.
  • the light receiving unit 50 has light receiving elements 51a and 51b which are balanced photodiodes.
  • the light receiving elements 51a and 51b are connected to each other in series.
  • the light receiving elements 51a and 51b are each configured to receive an optical signal via the interference unit 28.
  • the light receiving element 51 receives light, generates an electric charge by photoelectric conversion, and can output a current.
  • the light receiving element 51 is configured to be capable of outputting a beat signal based on the optical signal S2 from the modulation unit 20 and the optical signal S3 reflected by an object. For example, in response to receiving an optical signal in which the optical signal S2, which is the reference light described above, and the optical signal S3, which is the reflected light, are mixed, a signal corresponding to the photocurrent flowing through the light receiving unit 50 is generated and output as a beat signal.
  • the detection unit 60 is configured to be capable of receiving an optical signal, and is configured to convert the optical signal into an electrical signal.
  • the amplifier unit 55 includes, for example, a transimpedance amplifier (TIA) and is configured to convert a current signal into a voltage signal.
  • the amplifier unit 55 is electrically connected to a node connecting the light receiving element 51a and the light receiving element 51b.
  • the amplifier unit 55 can convert the current signal detected by the light receiving unit 50 into a voltage signal, and output a beat signal, which is a voltage signal, to the signal processing unit 70.
  • the beat signal has a frequency equivalent to the frequency difference between the optical signal S1 (and the optical signal S2) and the optical signal S3.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of a signal generated by a distance measuring device according to an embodiment.
  • the vertical axis indicates the frequency of an optical signal, which is a chirp signal
  • the horizontal axis indicates time.
  • FIG. 2 shows an optical signal S1, which is light transmitted to the object to be measured, and an optical signal S3, which is light received from the object to be measured.
  • the interference unit 28 outputs interference light generated by mixing the reference optical signal S2, which corresponds to the transmitted optical signal S1, with the optical signal S3 to the light receiving unit 50 of the detection unit 60.
  • the detection unit 60 receives the interference light from the interference unit 28 using the light receiving unit 50, and can generate and output a beat signal as described above.
  • the beat signal generated by receiving the interference light from the interference section 28 is a signal having a frequency corresponding to the difference between the frequency of the optical signal S1 and the frequency of the optical signal S3. Using this beat signal, the distance measuring device 1 can determine the distance to the object to be measured, the speed of the object to be measured, etc.
  • the signal processing unit 70 is a signal processing circuit and is configured to be able to perform signal processing.
  • the signal processing unit 70 can calculate the distance between the distance measuring device 1 and the object to be measured by analyzing the frequency (beat frequency) of the beat signal.
  • the signal processing unit 70 can also calculate the speed (relative speed) of the object to be measured by using the Doppler shift of light.
  • the signal processing unit 70 calculates the velocity of the object to be measured based on the beat frequency when the frequency of the laser light is increased over time (see FIG. 2), i.e., in the case of an up-chirp, and the beat frequency when the frequency of the laser light is decreased over time, i.e., in the case of a down-chirp.
  • the signal processing unit 70 emits laser light that becomes an optical signal S1 that is frequency modulated into a triangular wave, and can calculate the speed of the object to be measured, the distance to the object to be measured, etc., using the beat frequency of the beat signal in each case of successive up-chirps and down-chirps.
  • the signal processing unit 70 includes an AD conversion unit 71 and an analysis unit 72.
  • the AD conversion unit 71 is configured to convert an input analog signal into a digital signal.
  • the AD conversion unit 71 is an ADC (Analog to Digital Converter).
  • a beat signal is input to the AD conversion unit 71 from the detection unit 60.
  • the AD conversion unit 71 samples the beat signal and can convert the beat signal, which is an analog signal, into a digital signal.
  • the AD conversion unit 71 outputs the beat signal converted into a digital signal for each sampling point to the analysis unit 72.
  • the analysis unit 72 has a circuit that performs signal processing on the beat signal, and is configured to be able to analyze the beat signal.
  • the analysis unit 72 is configured to be able to execute frequency analysis processing on the beat signal.
  • the analysis unit 72 calculates the distance to the measurement object, the speed of the measurement object, etc. by performing FFT (Fast Fourier Transform) on the beat signal converted into a digital signal.
  • FFT Fast Fourier Transform
  • the analysis unit 72 can calculate the distance between the distance measuring device 1 and the object to be measured, for example, by using a beat frequency obtained by fast Fourier transform (FFT) processing.
  • the analysis unit 72 can generate a signal related to the distance to the object to be measured, a signal related to the speed of the object to be measured, and output the signal to the outside of the distance measuring device 1.
  • FFT fast Fourier transform
  • the signal processing unit 70 is also a control unit, and is configured to be able to control each unit of the distance measuring device 1.
  • the signal processing unit 70 may include circuits such as a PLL (Phase Locked Loop) and a DAC (Digital to Analog Converter).
  • the signal processing unit 70 is configured, for example, to supply a signal for controlling the light source 10 to the light source 10, and to control the light source 10.
  • the signal processing unit 70 may also be configured to be able to control frequency modulation by the modulation unit 20, scanning of the optical signal by the antenna unit 40, AD conversion processing by the AD conversion unit 71, etc.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of a cross-sectional configuration of a distance measuring device according to an embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of a planar configuration of a portion of a distance measuring device according to an embodiment.
  • the distance measuring device 1 is configured using a first substrate 101 containing silicon.
  • the first substrate 101 is, for example, a semiconductor substrate such as an SOI substrate or a silicon substrate.
  • the first substrate 101 is configured to include a first silicon layer 110, an insulating layer 105, a second silicon layer 120, and a wiring layer 90.
  • the insulating layer 105 is, for example, a BOX (Buried Oxide) layer.
  • the distance measuring device 1 has a configuration in which a wiring layer 90, a first silicon layer 110, an insulating layer 105, and a second silicon layer 120 are stacked in the Z-axis direction. As shown in FIG. 3, the direction perpendicular to the Z-axis direction is the X-axis direction, and the direction perpendicular to the Z-axis and X-axis directions is the Y-axis direction. In the following figures, directions may be indicated based on the direction of the arrow in FIG. 3.
  • the first silicon layer 110 has a first surface 11S1 and a second surface 11S2 that face each other.
  • the second surface 11S2 is the surface opposite to the first surface 11S1.
  • a wiring layer 90 is provided on the first surface 11S1 side of the first silicon layer 110.
  • An insulating layer 105 is provided on the second surface 11S2 side of the first silicon layer 110.
  • the above-mentioned antenna section 40, optical circuit 30, light receiving section 50, amplifier section 55, etc. are provided on the first silicon layer 110 and wiring layer 90 of the first substrate 101.
  • the antenna section 40, optical circuit 30, light receiving section 50, amplifier section 55, etc. are formed on the first surface 11S1 side of the first silicon layer 110. It can also be said that the antenna section 40, optical circuit 30, light receiving section 50, amplifier section 55, etc. are provided on the first silicon layer 110.
  • the wiring layer 90 includes, for example, a conductor film and an insulating film, and has multiple wirings, vias (VIAs), insulating films, etc.
  • the wiring layer 90 includes, for example, two or more layers of wiring.
  • the wiring layer 90 has, for example, a configuration in which multiple wirings are stacked with an insulating film between them. This insulating film can also be called an interlayer insulating film (interlayer insulating layer).
  • the wiring of the wiring layer 90 is formed using, for example, a metal material such as aluminum (Al), copper (Cu), or tungsten (W).
  • the wiring of the wiring layer 90 may be formed using polysilicon (Poly-Si) or other conductive materials.
  • the interlayer insulating film is formed using, for example, silicon oxide (SiO), silicon nitride (SiN), silicon oxynitride (SiON), or the like.
  • the first substrate 101 is provided with an antenna section 40 having a plurality of antennas 41, a heater section 42, and an optical switch section 43.
  • the first substrate 101 has a plurality of antennas 41 arranged side by side.
  • the antenna 41 is a Si antenna, and is formed in the first silicon layer 110.
  • the plurality of antennas 41 are provided along the first surface 11S1 and the second surface 11S2 of the first silicon layer 110.
  • the antenna 41 is, for example, composed of a Si waveguide in which multiple holes (holes) or multiple grooves are formed through the first silicon layer 110.
  • the antenna 41 has a diffraction grating composed of multiple circular holes (not shown in FIG. 4) arranged periodically.
  • the heater section 42 is arranged for each antenna 41 or for each set of antennas 41, and is provided, for example, at the end of the antenna 41.
  • the heater section 42 is formed, for example, in the first silicon layer 110 by a semiconductor region of the same conductivity type as the antenna 41.
  • the heater section 42 is electrically connected to the wiring 95 of the wiring layer 90 through a via 91, as shown in the example of Figures 3 and 4, and is configured to be able to pass electricity through the antenna 41.
  • the heater unit 42 applies heat to the antenna 41 by supplying a current to the antenna 41, thereby changing the refractive index of the antenna 41 and changing the direction of the optical signal S1 emitted from the diffraction grating of the antenna 41.
  • a lens unit may be disposed above the antenna unit 40 for each antenna 41 or for each of multiple antennas 41.
  • the antenna unit 40 may transmit and receive optical signals via the lens unit.
  • the light receiving element 51a and the light receiving element 51b are each configured as a germanium photodiode (GePD) and are provided on the first silicon layer 110. Note that at least a portion of each of the light receiving element 51a and the light receiving element 51b may be provided within the first silicon layer 110.
  • GePD germanium photodiode
  • the transistor M1 of the amplifier section 55 is, for example, a MOS transistor (MOSFET) to which a beat signal is input.
  • MOSFET MOS transistor
  • a gate electrode, a gate oxide film, etc. are provided on the first surface 11S1 of the first silicon layer 110.
  • an isolation section 65 is provided as in the example shown in FIG. 3.
  • the isolation section 65 has, for example, an STI (Shallow Trench Isolation) structure.
  • the isolation section 65 is made of, for example, an insulating material, and isolates the elements.
  • the isolation section 65 can be arranged in the first silicon layer 110 so as to surround each of the antenna 41, the light receiving element 51, the transistor M1, etc.
  • the distance measuring device 1 is provided with a light-shielding section 80.
  • the light-shielding section 80 (light-shielding film) is made of a material that blocks light.
  • the light-shielding section 80 (light-shielding material) is provided around at least one of the antenna 41 and the light-receiving element 51.
  • the light-shielding section 80 is made of, for example, tungsten (W).
  • the light shielding portion 80 is provided around the antenna 41, for example, as in the examples shown in Figures 3 and 4, and prevents unnecessary light from entering the antenna 41.
  • the light shielding portion 80 may be made of other metal materials that block light, such as aluminum (Al) and copper (Cu).
  • the light shielding portion 80 may be made of a metal compound.
  • the light shielding portion 80 may be made of a material that absorbs light.
  • the light shielding portion 80 is provided next to the antenna 41 in the first silicon layer 110.
  • the light shielding portion 80 is provided, for example, for each antenna 41 and also between adjacent antennas 41.
  • the light shielding portion 80 may be disposed between the antenna portion 40 and the light receiving portion 50 (or the light receiving element 51) as in the example shown in FIG. 3.
  • the light shielding portion 80 extends in the thickness direction of the first substrate 101.
  • the light shielding portion 80 extends in the thickness direction perpendicular to the first surface 11S1 (or the second surface 11S2) of the first silicon layer 110, i.e., in the Z-axis direction.
  • a plurality of light-shielding portions 80 are arranged so as to sandwich the antenna 41.
  • a plurality of light-shielding portions 80 are arranged side by side so as to sandwich each of the plurality of antennas 41 in a plan view.
  • each antenna 41 may have a plurality of circular holes, grooves, etc., as described above.
  • the light-shielding portions 80 may have a linear (linear) shape and be arranged so as to sandwich each antenna 41, as in the example shown in Fig. 5.
  • the light-shielding portions 80 may be formed continuously so as to surround each antenna 41.
  • the light shielding portion 80 is provided so as to penetrate the first silicon layer 110 around at least one of the antenna 41 and the light receiving element 51.
  • the light shielding portion 80 can also be considered a light shielding wall that blocks incident light.
  • the light shielding portion 80 is formed so as to reach the second silicon layer 120 around the antenna 41, and penetrates the first silicon layer 110 and the insulating layer 105.
  • the light shielding portion 80 is formed from the wiring 96 of the wiring layer 90 to the second silicon layer 120, and is connected to the second silicon layer 120.
  • the light shielding portion 80 is formed, for example, by a through via that electrically connects the wiring 96 of the wiring layer 90 and the second silicon layer 120.
  • the light shielding portion 80 is electrically connected to the semiconductor region of the second silicon layer 120, and is given a predetermined potential (voltage), for example a GND potential (ground potential), via the wiring 96 of the wiring layer 90.
  • FIG. 6 is a diagram showing another example of the cross-sectional configuration of a distance measuring device according to an embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of the planar configuration of a portion of a distance measuring device according to an embodiment.
  • a light shielding portion 80 is provided around the light receiving element 51 to prevent unnecessary light from entering the light receiving element 51.
  • the light-shielding portion 80 is provided next to the light-receiving element 51 in the first silicon layer 110.
  • the light-shielding portion 80 is provided, for example, for each light-receiving element 51, and is also provided between a plurality of adjacent light-receiving elements 51.
  • the light-shielding portion 80 can be disposed between the light-receiving element 51a and the light-receiving element 51b, which are balanced photodiodes.
  • multiple light-shielding portions 80 are arranged to sandwich the light-receiving element 51.
  • the light-shielding portions 80 are formed around each of the light-receiving elements 51a and 51b so as to reach the second silicon layer 120, and penetrate the first silicon layer 110 and the insulating layer 105.
  • the light-shielding portion 80 may have a line-like (linear) shape and be arranged to sandwich each light-receiving element 51.
  • the light-shielding portion 80 may be formed continuously to surround each light-receiving element 51.
  • the light-shielding portion 80 may be arranged both around the antenna 41 and around the light-receiving element 51. Below, the distance measuring device 1 according to this embodiment will be described in comparison with a comparative example.
  • FIGS. 9 and 10 are diagrams showing an example of the configuration of a distance measuring device according to a comparative example.
  • the distance measuring device 1 does not have a light shielding section 80.
  • stray light components may enter the optical signal, increasing the phase error (or frequency error), and deteriorating the distance measuring accuracy.
  • the noise components mixed into the beat signal may increase, making it impossible to perform distance measuring properly.
  • the light shielding portion 80 is provided around the antenna 41, around the light receiving element 51, etc. This makes it possible to suppress the incidence of stray light components on the antenna 41, the light receiving element 51, etc. It is possible to suppress the occurrence of ranging errors due to the inclusion of stray light components having a frequency different from the frequency of the optical signal. It becomes possible to improve ranging accuracy.
  • the photodetector includes an optical circuit (optical circuit 30) provided on a substrate (first substrate 101) containing silicon and including a waveguide (waveguide 15) capable of transmitting an optical signal from a light source, an antenna (antenna 41) provided on the substrate and capable of outputting an optical signal transmitted via the waveguide, a light receiving element (light receiving element 51) provided on the substrate and capable of receiving an optical signal reflected by an object, and a light shielding portion (light shielding portion 80) provided around at least one of the antenna and the light receiving element.
  • an optical circuit optical circuit 30
  • a substrate first substrate 101
  • containing silicon including a waveguide (waveguide 15) capable of transmitting an optical signal from a light source, an antenna (antenna 41) provided on the substrate and capable of outputting an optical signal transmitted via the waveguide, a light receiving element (light receiving element 51) provided on the substrate and capable of receiving an optical signal reflected by an object, and a light shielding portion (light shielding portion 80) provided around at least one
  • the optical detection device (distance measuring device 1) according to this embodiment has a light shielding portion 80 provided around at least one of the antenna 41 and the light receiving element 51. This makes it possible to prevent unnecessary light from entering the antenna 41 and the light receiving element 51, etc. It is possible to realize an optical detection device that can prevent the entrance of stray light components.
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of a cross-sectional configuration of a distance measuring device according to Modification 1 of the present disclosure.
  • FIG. 12 is a diagram showing an example of a planar configuration of a part of a distance measuring device according to Modification 1.
  • the light receiving unit 50 may be configured with a single photodiode as in the example shown in FIG. 11 and FIG. 12.
  • the light receiving unit 50 has one light receiving element 51.
  • the light shielding portion 80 may be made of a material having a refractive index lower than the refractive index of the surrounding medium.
  • the light shielding portion 80 may be made of a cavity (gap), as shown typically in FIG. 13.
  • the light shielding portion 80 may be made of another material having a low refractive index.
  • the light shielding portion 80 may be disposed around the antenna 41 as in the example shown in FIG. 13, or around the light receiving element 51 as in the example shown in FIG. 14.
  • the light shielding portion 80 may be disposed both around the antenna 41 and around the light receiving element 51. In the case of this modified example, the same effect as in the above-described embodiment can be obtained.
  • the light shielding portion 80 may be provided penetrating multiple layers as shown in FIG. 15 or FIG. 16. In the example shown in FIG. 15 and FIG. 16, the light shielding portion 80 is provided so as to penetrate at least a part of the wiring layer 90, the first silicon layer 110, and the insulating layer 105, and reach into the second silicon layer 120.
  • the distance measuring device 1 may have a stacked structure formed by stacking a plurality of substrates.
  • the distance measuring device 1 may be formed by stacking a first substrate 101 and a second substrate 102, for example.
  • the second substrate 102 may be provided with, for example, the signal processing unit 70 described above.
  • the above-described light detection device can be used in various cases for sensing light such as visible light, infrared light, ultraviolet light, and X-rays, for example, as described below.
  • Devices used for traffic purposes such as in-vehicle sensors that capture images of the rear, surroundings, and interior of the vehicle, surveillance cameras that monitor moving vehicles and roads, and distance measuring sensors that measure distances between vehicles, etc.
  • Devices used in home appliances such as televisions, refrigerators, and air conditioners to take pictures and operate the appliances according to the gestures.
  • Endoscopes and devices for taking blood vessel images by receiving infrared light are endoscopes and devices for taking blood vessel images by receiving infrared light.
  • Equipment for medical and healthcare purposes such as security cameras for crime prevention and cameras for person authentication
  • Skin measuring devices that take pictures of the skin and scalp
  • Equipment for beauty purposes such as microscopes for taking pictures, equipment for sports purposes, such as action cameras and wearable cameras, cameras for monitoring the condition of fields and crops, etc.
  • the technology according to the present disclosure (the present technology) can be applied to various products.
  • the technology according to the present disclosure may be realized as a device mounted on any type of moving body such as an automobile, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a motorcycle, a bicycle, a personal mobility device, an airplane, a drone, a ship, or a robot.
  • FIG. 17 is a block diagram showing a schematic configuration example of a vehicle control system, which is an example of a mobile object control system to which the technology disclosed herein can be applied.
  • the vehicle control system 12000 includes a plurality of electronic control units connected via a communication network 12001.
  • the vehicle control system 12000 includes a drive system control unit 12010, a body system control unit 12020, an outside vehicle information detection unit 12030, an inside vehicle information detection unit 12040, and an integrated control unit 12050.
  • Also shown as functional components of the integrated control unit 12050 are a microcomputer 12051, an audio/video output unit 12052, and an in-vehicle network I/F (interface) 12053.
  • the drive system control unit 12010 controls the operation of devices related to the drive system of the vehicle according to various programs.
  • the drive system control unit 12010 functions as a control device for a drive force generating device for generating the drive force of the vehicle, such as an internal combustion engine or a drive motor, a drive force transmission mechanism for transmitting the drive force to the wheels, a steering mechanism for adjusting the steering angle of the vehicle, and a braking device for generating a braking force for the vehicle.
  • the body system control unit 12020 controls the operation of various devices installed in the vehicle body according to various programs.
  • the body system control unit 12020 functions as a control device for a keyless entry system, a smart key system, a power window device, or various lamps such as headlamps, tail lamps, brake lamps, turn signals, and fog lamps.
  • radio waves or signals from various switches transmitted from a portable device that replaces a key can be input to the body system control unit 12020.
  • the body system control unit 12020 accepts the input of these radio waves or signals and controls the vehicle's door lock device, power window device, lamps, etc.
  • the outside-vehicle information detection unit 12030 detects information outside the vehicle equipped with the vehicle control system 12000.
  • the image capturing unit 12031 is connected to the outside-vehicle information detection unit 12030.
  • the outside-vehicle information detection unit 12030 causes the image capturing unit 12031 to capture images outside the vehicle and receives the captured images.
  • the outside-vehicle information detection unit 12030 may perform object detection processing or distance detection processing for people, cars, obstacles, signs, or characters on the road surface based on the received images.
  • the imaging unit 12031 is an optical sensor that receives light and outputs an electrical signal according to the amount of light received.
  • the imaging unit 12031 can output the electrical signal as an image, or as distance measurement information.
  • the light received by the imaging unit 12031 may be visible light, or may be invisible light such as infrared light.
  • the in-vehicle information detection unit 12040 detects information inside the vehicle.
  • a driver state detection unit 12041 that detects the state of the driver is connected.
  • the driver state detection unit 12041 includes, for example, a camera that captures an image of the driver, and the in-vehicle information detection unit 12040 may calculate the driver's degree of fatigue or concentration based on the detection information input from the driver state detection unit 12041, or may determine whether the driver is dozing off.
  • the microcomputer 12051 can calculate the control target values of the driving force generating device, steering mechanism, or braking device based on the information inside and outside the vehicle acquired by the outside vehicle information detection unit 12030 or the inside vehicle information detection unit 12040, and output a control command to the drive system control unit 12010.
  • the microcomputer 12051 can perform cooperative control aimed at realizing the functions of an ADAS (Advanced Driver Assistance System), including avoiding or mitigating vehicle collisions, following based on the distance between vehicles, maintaining vehicle speed, vehicle collision warning, or vehicle lane departure warning.
  • ADAS Advanced Driver Assistance System
  • the audio/image output unit 12052 transmits at least one output signal of audio and image to an output device capable of visually or audibly notifying the occupants of the vehicle or the outside of the vehicle of information.
  • an audio speaker 12061, a display unit 12062, and an instrument panel 12063 are exemplified as output devices.
  • the display unit 12062 may include, for example, at least one of an on-board display and a head-up display.
  • FIG. 18 shows an example of the installation position of the imaging unit 12031.
  • the vehicle 12100 has imaging units 12101, 12102, 12103, 12104, and 12105 as the imaging unit 12031.
  • the imaging units 12101, 12102, 12103, 12104, and 12105 are provided, for example, at the front nose, side mirrors, rear bumper, back door, and the top of the windshield inside the vehicle cabin of the vehicle 12100.
  • the imaging unit 12101 provided at the front nose and the imaging unit 12105 provided at the top of the windshield inside the vehicle cabin mainly acquire images of the front of the vehicle 12100.
  • the imaging units 12102 and 12103 provided at the side mirrors mainly acquire images of the sides of the vehicle 12100.
  • the imaging unit 12104 provided at the rear bumper or back door mainly acquires images of the rear of the vehicle 12100.
  • the images of the front acquired by the imaging units 12101 and 12105 are mainly used to detect preceding vehicles, pedestrians, obstacles, traffic lights, traffic signs, lanes, etc.
  • FIG. 18 shows an example of the imaging ranges of the imaging units 12101 to 12104.
  • Imaging range 12111 indicates the imaging range of the imaging unit 12101 provided on the front nose
  • imaging ranges 12112 and 12113 indicate the imaging ranges of the imaging units 12102 and 12103 provided on the side mirrors, respectively
  • imaging range 12114 indicates the imaging range of the imaging unit 12104 provided on the rear bumper or back door.
  • an overhead image of the vehicle 12100 viewed from above is obtained by superimposing the image data captured by the imaging units 12101 to 12104.
  • At least one of the imaging units 12101 to 12104 may have a function of acquiring distance information.
  • at least one of the imaging units 12101 to 12104 may be a stereo camera consisting of multiple imaging elements, or an imaging element having pixels for detecting phase differences.
  • the microcomputer 12051 can obtain the distance to each solid object within the imaging ranges 12111 to 12114 and the change in this distance over time (relative speed with respect to the vehicle 12100) based on the distance information obtained from the imaging units 12101 to 12104, and can extract as a preceding vehicle, in particular, the closest solid object on the path of the vehicle 12100 that is traveling in approximately the same direction as the vehicle 12100 at a predetermined speed (e.g., 0 km/h or faster). Furthermore, the microcomputer 12051 can set the inter-vehicle distance that should be maintained in advance in front of the preceding vehicle, and perform automatic braking control (including follow-up stop control) and automatic acceleration control (including follow-up start control). In this way, cooperative control can be performed for the purpose of automatic driving, which runs autonomously without relying on the driver's operation.
  • automatic braking control including follow-up stop control
  • automatic acceleration control including follow-up start control
  • the microcomputer 12051 classifies and extracts three-dimensional object data on three-dimensional objects, such as two-wheeled vehicles, ordinary vehicles, large vehicles, pedestrians, utility poles, and other three-dimensional objects, based on the distance information obtained from the imaging units 12101 to 12104, and can use the data to automatically avoid obstacles.
  • the microcomputer 12051 distinguishes obstacles around the vehicle 12100 into obstacles that are visible to the driver of the vehicle 12100 and obstacles that are difficult to see.
  • the microcomputer 12051 determines the collision risk, which indicates the risk of collision with each obstacle, and when the collision risk is equal to or exceeds a set value and there is a possibility of a collision, it can provide driving assistance for collision avoidance by outputting an alarm to the driver via the audio speaker 12061 or the display unit 12062, or by forcibly decelerating or steering to avoid a collision via the drive system control unit 12010.
  • At least one of the imaging units 12101 to 12104 may be an infrared camera that detects infrared rays.
  • the microcomputer 12051 can recognize a pedestrian by determining whether or not a pedestrian is present in the captured image of the imaging units 12101 to 12104. The recognition of such a pedestrian is performed, for example, by a procedure of extracting feature points in the captured image of the imaging units 12101 to 12104 as infrared cameras, and a procedure of performing pattern matching processing on a series of feature points that indicate the contour of an object to determine whether or not it is a pedestrian.
  • the audio/image output unit 12052 controls the display unit 12062 to superimpose a rectangular contour line for emphasis on the recognized pedestrian.
  • the audio/image output unit 12052 may also control the display unit 12062 to display an icon or the like indicating a pedestrian at a desired position.
  • the technology disclosed herein can be applied to, for example, the imaging unit 12031.
  • a light detection device ranging device 1
  • a high-definition captured image e.g., a distance image
  • high-precision control can be performed in the mobile object control system using the captured image.
  • the technology according to the present disclosure (Application example to endoscopic surgery system)
  • the technology according to the present disclosure can be applied to various products.
  • the technology according to the present disclosure may be applied to an endoscopic surgery system.
  • FIG. 19 is a diagram showing an example of the general configuration of an endoscopic surgery system to which the technology disclosed herein (the present technology) can be applied.
  • an operator (doctor) 11131 is shown using an endoscopic surgery system 11000 to perform surgery on a patient 11132 on a patient bed 11133.
  • the endoscopic surgery system 11000 is composed of an endoscope 11100, other surgical tools 11110 such as an insufflation tube 11111 and an energy treatment tool 11112, a support arm device 11120 that supports the endoscope 11100, and a cart 11200 on which various devices for endoscopic surgery are mounted.
  • the endoscope 11100 is composed of a lens barrel 11101, the tip of which is inserted into the body cavity of the patient 11132 at a predetermined length, and a camera head 11102 connected to the base end of the lens barrel 11101.
  • the endoscope 11100 is configured as a so-called rigid scope having a rigid lens barrel 11101, but the endoscope 11100 may also be configured as a so-called flexible scope having a flexible lens barrel.
  • the tip of the tube 11101 has an opening into which an objective lens is fitted.
  • a light source device 11203 is connected to the endoscope 11100, and light generated by the light source device 11203 is guided to the tip of the tube by a light guide extending inside the tube 11101, and is irradiated via the objective lens towards an object to be observed inside the body cavity of the patient 11132.
  • the endoscope 11100 may be a direct-viewing endoscope, an oblique-viewing endoscope, or a side-viewing endoscope.
  • An optical system and an image sensor are provided inside the camera head 11102, and the reflected light (observation light) from the object of observation is focused on the image sensor by the optical system.
  • the observation light is photoelectrically converted by the image sensor to generate an electrical signal corresponding to the observation light, i.e., an image signal corresponding to the observed image.
  • the image signal is sent to the camera control unit (CCU: Camera Control Unit) 11201 as RAW data.
  • CCU Camera Control Unit
  • the CCU 11201 is composed of a CPU (Central Processing Unit), a GPU (Graphics Processing Unit), etc., and controls the overall operation of the endoscope 11100 and the display device 11202. Furthermore, the CCU 11201 receives an image signal from the camera head 11102, and performs various image processing on the image signal, such as development processing (demosaic processing), in order to display an image based on the image signal.
  • a CPU Central Processing Unit
  • GPU Graphics Processing Unit
  • the display device 11202 under the control of the CCU 11201, displays an image based on the image signal that has been subjected to image processing by the CCU 11201.
  • the light source device 11203 is composed of a light source such as an LED (Light Emitting Diode) and supplies irradiation light to the endoscope 11100 when photographing the surgical site, etc.
  • a light source such as an LED (Light Emitting Diode) and supplies irradiation light to the endoscope 11100 when photographing the surgical site, etc.
  • the input device 11204 is an input interface for the endoscopic surgery system 11000.
  • a user can input various information and instructions to the endoscopic surgery system 11000 via the input device 11204.
  • the user inputs an instruction to change the imaging conditions (type of irradiation light, magnification, focal length, etc.) of the endoscope 11100.
  • the treatment tool control device 11205 controls the operation of the energy treatment tool 11112 for cauterizing tissue, incising, sealing blood vessels, etc.
  • the insufflation device 11206 sends gas into the body cavity of the patient 11132 via the insufflation tube 11111 to inflate the body cavity in order to ensure a clear field of view for the endoscope 11100 and to ensure a working space for the surgeon.
  • the recorder 11207 is a device capable of recording various types of information related to the surgery.
  • the printer 11208 is a device capable of printing various types of information related to the surgery in various formats such as text, images, or graphs.
  • the light source device 11203 that supplies illumination light to the endoscope 11100 when photographing the surgical site can be composed of a white light source composed of, for example, an LED, a laser light source, or a combination of these.
  • a white light source composed of, for example, an LED, a laser light source, or a combination of these.
  • the white light source is composed of a combination of RGB laser light sources, the output intensity and output timing of each color (each wavelength) can be controlled with high precision, so that the white balance of the captured image can be adjusted in the light source device 11203.
  • the light source device 11203 may be controlled to change the intensity of the light it outputs at predetermined time intervals.
  • the image sensor of the camera head 11102 may be controlled to acquire images in a time-division manner in synchronization with the timing of the change in the light intensity, and the images may be synthesized to generate an image with a high dynamic range that is free of so-called blackout and whiteout.
  • the light source device 11203 may be configured to supply light of a predetermined wavelength band corresponding to special light observation.
  • special light observation for example, by utilizing the wavelength dependency of light absorption in body tissue, a narrow band of light is irradiated compared to the light irradiated during normal observation (i.e., white light), and a predetermined tissue such as blood vessels on the surface of the mucosa is photographed with high contrast, so-called narrow band imaging is performed.
  • fluorescent observation may be performed in which an image is obtained by fluorescence generated by irradiating excitation light.
  • excitation light is irradiated to the body tissue and the fluorescence from the body tissue is observed (autofluorescence observation), or a reagent such as indocyanine green (ICG) is locally injected into the body tissue and excitation light corresponding to the fluorescent wavelength of the reagent is irradiated to the body tissue to obtain a fluorescent image.
  • the light source device 11203 may be configured to supply narrow band light and/or excitation light corresponding to such special light observation.
  • FIG. 20 is a block diagram showing an example of the functional configuration of the camera head 11102 and CCU 11201 shown in FIG. 19.
  • the camera head 11102 has a lens unit 11401, an imaging unit 11402, a drive unit 11403, a communication unit 11404, and a camera head control unit 11405.
  • the CCU 11201 has a communication unit 11411, an image processing unit 11412, and a control unit 11413.
  • the camera head 11102 and the CCU 11201 are connected to each other via a transmission cable 11400 so that they can communicate with each other.
  • the lens unit 11401 is an optical system provided at the connection with the lens barrel 11101. Observation light taken in from the tip of the lens barrel 11101 is guided to the camera head 11102 and enters the lens unit 11401.
  • the lens unit 11401 is composed of a combination of multiple lenses including a zoom lens and a focus lens.
  • the imaging unit 11402 is composed of an imaging element.
  • the imaging element constituting the imaging unit 11402 may be one (so-called single-plate type) or multiple (so-called multi-plate type).
  • each imaging element may generate an image signal corresponding to each of RGB, and a color image may be obtained by combining these.
  • the imaging unit 11402 may be configured to have a pair of imaging elements for acquiring image signals for the right eye and the left eye corresponding to 3D (dimensional) display. By performing 3D display, the surgeon 11131 can more accurately grasp the depth of the biological tissue in the surgical site.
  • 3D dimensional
  • the imaging unit 11402 does not necessarily have to be provided in the camera head 11102.
  • the imaging unit 11402 may be provided inside the lens barrel 11101, immediately after the objective lens.
  • the driving unit 11403 is composed of an actuator, and moves the zoom lens and focus lens of the lens unit 11401 a predetermined distance along the optical axis under the control of the camera head control unit 11405. This allows the magnification and focus of the image captured by the imaging unit 11402 to be adjusted appropriately.
  • the communication unit 11404 is configured with a communication device for transmitting and receiving various information to and from the CCU 11201.
  • the communication unit 11404 transmits the image signal obtained from the imaging unit 11402 as RAW data to the CCU 11201 via the transmission cable 11400.
  • the communication unit 11404 also receives control signals for controlling the operation of the camera head 11102 from the CCU 11201, and supplies them to the camera head control unit 11405.
  • the control signals include information on the imaging conditions, such as information specifying the frame rate of the captured image, information specifying the exposure value during imaging, and/or information specifying the magnification and focus of the captured image.
  • the above-mentioned frame rate, exposure value, magnification, focus, and other imaging conditions may be appropriately specified by the user, or may be automatically set by the control unit 11413 of the CCU 11201 based on the acquired image signal.
  • the endoscope 11100 is equipped with so-called AE (Auto Exposure) function, AF (Auto Focus) function, and AWB (Auto White Balance) function.
  • the camera head control unit 11405 controls the operation of the camera head 11102 based on a control signal from the CCU 11201 received via the communication unit 11404.
  • the communication unit 11411 is configured with a communication device for transmitting and receiving various information to and from the camera head 11102.
  • the communication unit 11411 receives an image signal transmitted from the camera head 11102 via the transmission cable 11400.
  • the communication unit 11411 also transmits to the camera head 11102 a control signal for controlling the operation of the camera head 11102.
  • the image signal and the control signal can be transmitted by electrical communication, optical communication, etc.
  • the image processing unit 11412 performs various image processing operations on the image signal, which is the RAW data transmitted from the camera head 11102.
  • the control unit 11413 performs various controls related to the imaging of the surgical site, etc. by the endoscope 11100, and the display of the captured images obtained by imaging the surgical site, etc. For example, the control unit 11413 generates a control signal for controlling the driving of the camera head 11102.
  • the control unit 11413 also causes the display device 11202 to display the captured image showing the surgical site, etc., based on the image signal that has been image-processed by the image processing unit 11412. At this time, the control unit 11413 may recognize various objects in the captured image using various image recognition techniques. For example, the control unit 11413 can recognize surgical tools such as forceps, specific body parts, bleeding, mist generated when the energy treatment tool 11112 is used, etc., by detecting the shape and color of the edges of objects included in the captured image. When the control unit 11413 causes the display device 11202 to display the captured image, it may use the recognition result to superimpose various types of surgical support information on the image of the surgical site. By superimposing the surgical support information and presenting it to the surgeon 11131, the burden on the surgeon 11131 can be reduced and the surgeon 11131 can proceed with the surgery reliably.
  • various image recognition techniques such as forceps, specific body parts, bleeding, mist generated when the energy treatment tool 11112 is used, etc.
  • the transmission cable 11400 that connects the camera head 11102 and the CCU 11201 is an electrical signal cable that supports electrical signal communication, an optical fiber that supports optical communication, or a composite cable of these.
  • communication is performed wired using a transmission cable 11400, but communication between the camera head 11102 and the CCU 11201 may also be performed wirelessly.
  • the technology disclosed herein can be suitably applied to, for example, the imaging unit 11402 provided in the camera head 11102 of the endoscope 11100.
  • the technology disclosed herein can be provided to the imaging unit 11402.
  • the photodetector of one embodiment of the present disclosure includes an optical circuit provided on a substrate containing silicon, the optical circuit including a waveguide capable of transmitting an optical signal from a light source, an antenna provided on the substrate and capable of outputting an optical signal transmitted via the waveguide, a light receiving element provided on the substrate and capable of receiving an optical signal reflected by an object, and a light shielding portion provided around at least one of the antenna and the light receiving element.
  • a photodetector capable of preventing the entry of stray light components.
  • the optical detection system of one embodiment of the present disclosure includes a light source capable of generating an optical signal, an optical circuit provided on a substrate including silicon and including a waveguide capable of transmitting an optical signal from the light source, an antenna provided on the substrate and capable of outputting an optical signal transmitted via the waveguide, a light receiving element provided on the substrate and capable of receiving an optical signal reflected by an object, and a light shielding portion provided around at least one of the antenna and the light receiving element.
  • the present disclosure may have the following configurations.
  • an optical circuit provided on a substrate including silicon and including a waveguide capable of transmitting an optical signal from a light source; an antenna provided on the substrate and capable of outputting the optical signal transmitted through the waveguide; a light receiving element provided on the substrate and capable of receiving the optical signal reflected by an object; a light-shielding portion provided around at least one of the antenna and the light-receiving element.
  • the optical detection device according to (1) or (2), further comprising a plurality of the light-shielding portions arranged so as to sandwich the antenna.
  • a plurality of said antennas are provided, The light detection device according to any one of (1) to (3), wherein the light blocking portion is provided between adjacent ones of the antennas.
  • the light detection device according to any one of (1) to (4), wherein the light blocking portion is provided adjacent to the light receiving element on the substrate.
  • a plurality of the light receiving elements are provided, The light detection device according to any one of (1) to (6), wherein the light blocking portion is provided between adjacent ones of the light receiving elements.
  • the light-shielding portion extends in a thickness direction of the substrate.
  • the substrate includes a silicon layer having a first surface and a second surface opposite the first surface; the antenna and the light receiving element are provided on the first surface side of the silicon layer, The light detection device according to any one of (1) to (8), wherein the light shielding portion penetrates the silicon layer around at least one of the antenna and the light receiving element.
  • the substrate includes a silicon layer having a first surface and a second surface opposite to the first surface, and an insulating layer provided on the second surface side of the silicon layer; the antenna and the light receiving element are provided on the first surface side of the silicon layer,
  • the light detection device according to any one of (1) to (9), wherein the light shielding portion penetrates the silicon layer and the insulating layer around at least one of the antenna and the light receiving element.
  • the light blocking portion is made of a metal material.
  • the light blocking portion is configured using an air gap.
  • the optical detection device according to any one of (1) to (12), wherein the antenna is capable of outputting the optical signal that has been frequency modulated.
  • the optical circuit includes a modulation unit capable of modulating a frequency of the optical signal transmitted through the waveguide.
  • the antenna is capable of outputting the optical signal that has been frequency modulated by the modulation unit and receiving the optical signal that has been reflected and delayed by an object.
  • the optical circuit includes an interference unit capable of interfering with a portion of the frequency-modulated optical signal transmitted from the modulation unit and the optical signal reflected by the object from the antenna;
  • the light receiving element is capable of outputting a beat signal based on the optical signal from the modulation section and the optical signal reflected by an object.
  • the optical detection device is an FMCW type distance measuring device.
  • a light source capable of generating an optical signal; an optical circuit provided on a substrate including silicon, the optical circuit including a waveguide capable of transmitting the optical signal from the light source; an antenna provided on the substrate and capable of outputting the optical signal transmitted through the waveguide; a light receiving element provided on the substrate and capable of receiving the optical signal reflected by an object; a light shielding portion provided around at least one of the antenna and the light receiving element.

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Abstract

迷光成分の入射を抑制可能な光検出装置を提供することが望まれる。　本開示の一実施形態の光検出装置（測距装置１）は、シリコンを含む基板（第１基板１０１）に設けられ、光源（１０）からの光信号を伝送可能な導波路（１５）を含む光回路（３０）と、前記基板に設けられ、前記導波路を介して伝送される前記光信号を出力可能なアンテナ（４１）と、前記基板に設けられ、物体で反射された前記光信号を受光可能な受光素子（５１ａ，５１ｂ）と、前記アンテナ（４１）及び前記受光素子（５１ａ，５１ｂ）の少なくとも一方の周囲に設けられる遮光部（８０）とを備える。

Description

光検出装置および光検出システム
　本開示は、光検出装置および光検出システムに関する。
　ビーム偏向器と光検出部（フォトダイオード）を有するライダー装置（レーザレーダ）が提案されている（特許文献１）。
国際公開第２０１８／００３８５２号
　光を検出する装置では、迷光成分の入射を抑えることが望ましい。
　迷光成分の入射を抑制可能な光検出装置を提供することが望まれる。
　本開示の一実施形態の光検出装置は、シリコンを含む基板に設けられ、光源からの光信号を伝送可能な導波路を含む光回路と、基板に設けられ、導波路を介して伝送される光信号を出力可能なアンテナと、基板に設けられ、物体で反射された光信号を受光可能な受光素子と、アンテナ及び受光素子の少なくとも一方の周囲に設けられる遮光部とを備える。
　本開示の一実施形態の光検出システムは、光信号を生成可能な光源と、シリコンを含む基板に設けられ、光源からの光信号を伝送可能な導波路を含む光回路と、基板に設けられ、導波路を介して伝送される光信号を出力可能なアンテナと、基板に設けられ、物体で反射された光信号を受光可能な受光素子と、アンテナ及び受光素子の少なくとも一方の周囲に設けられる遮光部とを備える。
図１は、本開示の実施の形態に係る光検出装置の一例である測距装置の概略構成の一例を示す図である。 図２は、本開示の実施の形態に係る測距装置により生成される信号の一例を示す図である。 図３は、本開示の実施の形態に係る測距装置の断面構成の一例を示す図である。 図４は、本開示の実施の形態に係る測距装置の一部の平面構成の一例を示す図である。 図５は、本開示の実施の形態に係る測距装置の一部の平面構成の別の例を示す図である。 図６は、本開示の実施の形態に係る測距装置の断面構成の別の例を示す図である。 図７は、本開示の実施の形態に係る測距装置の一部の平面構成の一例を示す図である。 図８は、本開示の実施の形態に係る測距装置の一部の平面構成の別の例を示す図である。 図９は、比較例に係る測距装置の構成例を示す図である。 図１０は、比較例に係る測距装置の構成例を示す図である。 図１１は、本開示の変形例１に係る測距装置の断面構成の一例を示す図である。 図１２は、本開示の変形例１に係る測距装置の一部の平面構成の一例を示す図である。 図１３は、本開示の変形例２に係る測距装置の断面構成の一例を示す図である。 図１４は、本開示の変形例２に係る測距装置の断面構成の別の例を示す図である。 図１５は、本開示の変形例２に係る測距装置の断面構成の別の例を示す図である。 図１６は、本開示の変形例２に係る測距装置の断面構成の別の例を示す図である。 図１７は、車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。 図１８は、車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。 図１９は、内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。 図２０は、カメラヘッド及びＣＣＵの機能構成の一例を示すブロック図である。
　以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
　１．実施の形態
　２．変形例
　３．使用例
　４．応用例
＜１．実施の形態＞
　図１は、本開示の実施の形態に係る光検出装置の一例である測距装置の概略構成の一例を示す図である。光検出装置は、入射する光を検出可能な装置である。光検出装置である測距装置１は、測距を実行可能な装置である。測距装置１は、例えば、ＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave）方式の測距装置であり、ＦＭＣＷ―ＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging）として適用され得る。
　測距装置１は、周波数変調された変調光となる光信号の送受信を行い、計測対象物までの距離、計測対象物の速度等を計測し得る。測距装置１は、シリコンを含む基板、例えばシリコン基板、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板等を用い、Silicon Photonics技術を利用して製造され得る。測距装置１は、フォトニック集積回路（ＰＩＣ：Photonic Integrated Circuit）を有する。なお、ライダー装置である測距装置１は、レーザレーダ装置ともいえる。
　測距装置１は、図１に示すように、光源１０と、光回路３０と、アンテナ部４０と、検出部６０と、信号処理部７０とを有する。測距装置１は、光源１０及びアンテナ部４０等によって計測対象に周波数変調された光信号（レーザ光）を照射し、計測対象で反射され遅延された光信号を受光し得る。
　測距装置１では、例えば、光源１０の出力光から分岐（分離）した参照光と、計測対象で反射された反射光（戻り光）とを干渉させて得られる光信号が検出部６０に入力され、参照光の周波数と反射光の周波数の差に応じた周波数を有するビート信号が検出される。計測対象からの反射光を受光して生成されるビート信号は、計測対象までの距離に応じた信号となる。
　光回路３０、アンテナ部４０、検出部６０、信号処理部７０等は、１つの基板（例えばＳＯＩ基板）に設けられてもよいし、複数の基板に分けて設けられていてもよい。測距装置１は、複数の基板を積層して構成された構造（積層構造）を有していてもよい。光源１０は、測距装置１に搭載されてもよいし、測距装置１の外部に設けられてもよい。光検出装置（測距装置１）は、光源１０、光回路３０、アンテナ部４０、検出部６０、信号処理部７０等を含む光検出システムとして構成されてもよい。
　図１に示す光源１０は、光信号を生成可能に構成される。光源１０は、例えば発光素子を有し、光信号（レーザ光）を出力可能に構成される。光源１０は、一例として、ＩＩＩ－Ｖ族の化合物半導体材料を用いて構成され、ｐ型クラッド層と、活性層と、ｎ型クラッド層とが積層された構成を有する。光源１０は、レーザ光を発生し、レーザ光を出射し得る。
　光回路３０は、導波路１５と、変調部２０と、サーキュレータ２５と、干渉部２８とを有する。導波路１５は、光源１０からの光信号を伝送可能に構成される。導波路１５は、例えば、Ｓｉ導波路であり、互いに異なる屈折率を有するコア部及びクラッド部を有する。導波路１５には、光源１０により生成される光信号が入力（入射）される。導波路１５は、光源１０から変調部２０へ光信号を伝達（伝搬）するように構成される。
　変調部２０は、光信号の周波数を変調可能に構成される。変調部２０には、導波路１５を介して、光源１０から光信号（レーザ光）が入力される。変調部２０は、導波路１５を介して伝送される光信号の周波数を変調し、周波数変調された光信号を出力可能に構成される。変調部２０は、時間経過と共に周波数が連続して変化する信号（チャープ信号）を出力し得る。
　変調部２０は、変調器（Modulator）であり、例えば、マッハツェンダー干渉計（Mach-Zehnder Interferometer)を用いて構成される。変調部２０は、一例として、光源１０からのレーザ光と、キャリアプラズマ効果を利用して位相調整されたレーザ光とを合波（結合）させることで、周波数変調されたレーザ光を出力し得る。
　変調部２０は、周波数変調された光信号となる出力光を、サーキュレータ２５を介してアンテナ部４０へ出力する。測距装置１では、変調部２０の出力光は、例えばスプリッタにより分岐（分離）される。変調部２０の出力光の一部である光信号Ｓ１は、アンテナ部４０側へ伝送され、変調部２０の出力光の他の一部である光信号Ｓ２は、参照光（ローカル光）として干渉部２８側へ伝送される。例えば、変調部２０の出力光のパワー（光量）の５０％のパワーを有する参照光が、変調部２０の出力光から分割され、干渉部２８へ入力される。
　サーキュレータ２５は、例えば３つのポートを有し、ポート間で光信号の伝送を行うように構成される。図１に示す例では、サーキュレータ２５は、第１ポート２６ａと、第２ポート２６ｂと、第３ポート２６ｃとを有する。第１ポート２６ａ、第２ポート２６ｂ、第３ポート２６ｃは、それぞれ、変調部２０、アンテナ部４０、干渉部２８と光学的に接続される。
　サーキュレータ２５の第１ポート２６ａには、変調部２０から周波数変調されたレーザ光である光信号Ｓ１が入力される。サーキュレータ２５は、第１ポート２６ａに入力される光信号Ｓ１を、第２ポート２６ｂからアンテナ部４０へ出力し得る。サーキュレータ２５の第２ポート２６ｂには、アンテナ部４０から反射光（戻り光）である光信号Ｓ３が入力される。サーキュレータ２５は、第２ポート２６ｂに入力される光信号Ｓ３を、第３ポート２６ｃから干渉部２８へ出力し得る。
　アンテナ部４０は、導波路１５を含む光回路３０を介して伝送された光信号を出力可能に構成される。図１に示す例では、アンテナ部４０には、サーキュレータ２５を介して、変調部２０により周波数変調された光信号Ｓ１が伝送される。アンテナ部４０は、周波数変調されたレーザ光である光信号Ｓ１を、出力光（照射光）として外部へ出射し得る。
　また、アンテナ部４０は、物体で反射された光信号を受光可能に構成される。アンテナ部４０は、物体で反射され遅延されたレーザ光である光信号Ｓ３を受光し得る。アンテナ部４０は、反射光である光信号Ｓ３を、サーキュレータ２５を介して干渉部２８へ出力する。
　アンテナ部４０は、光信号を送信可能に構成された送信アンテナ部であり、光信号を受信可能に構成された受信アンテナ部でもある。アンテナ部４０は、送受信アンテナ部ともいえる。アンテナ部４０は、計測対象に周波数変調されたレーザ光を照射し、計測対象で反射され遅延されたレーザ光を受光し得る。なお、光回路３０は、アンテナ部４０を含んで構成されてもよい。
　アンテナ部４０は、後述するが（図３、図４等参照）、複数のアンテナ４１（例えばＳｉアンテナ）と、複数のヒータ部４２と、光スイッチ部４３とを含んで構成される。ヒータ部４２は、アンテナ４１の周囲に設けられ、アンテナ４１を加熱可能に構成される。ヒータ部４２によってアンテナ４１が加熱されることで、アンテナ４１の屈折率が変わり、アンテナ４１から放出される光信号Ｓ１の進行方向が変更される。
　光スイッチ部４３は、複数のアンテナ４１に対応して設けられた複数の光スイッチを有し、変調部２０からの光信号Ｓ１の伝送先となるアンテナ４１を選択可能に構成される。光スイッチ部４３によって光信号Ｓ１の伝送経路を切り替えることで、光信号Ｓ１を放射するアンテナ４１が変更され、光信号Ｓ１の放射角度（放射方向）が変更される。測距装置１では、ヒータ部４２による温度制御と光スイッチ部４３の制御によって、図１において模式的に示すように、光信号であるレーザ光を走査（スキャン）させることが可能となる。
　干渉部２８は、変調部２０から伝送される参照光と、アンテナ部４０から伝送される反射光とを干渉させ、干渉した光（干渉光）を出力可能に構成される。干渉部２８は、カプラ（Coupler）を含んで構成され、参照光と反射光とを結合（合波）した光信号を出力するともいえる。
　図１に示す例では、干渉部２８は、変調部２０から入力される参照光である光信号Ｓ２と、アンテナ部４０から入力される反射光である光信号Ｓ３とを干渉させるように構成される。干渉部２８は、参照光と反射光を干渉させて得られる光信号を、検出部６０の受光部５０へ伝送し得る。
　検出部６０は、受光素子５１（図１では受光素子５１ａ、受光素子５１ｂ）を有する受光部５０と、アンプ部５５とを有し、入射する光を検出可能に構成される。受光素子５１は、例えば、フォトダイオードＰＤを用いて構成される。受光素子５１は、物体で反射された光信号を受光可能に構成される。図１に示す例では、受光部５０は、バランス型フォトダイオードである受光素子５１ａ及び受光素子５１ｂを有する。受光素子５１ａと受光素子５１ｂは、互いに直列に接続される。受光素子５１ａ及び受光素子５１ｂは、それぞれ、干渉部２８を介して光信号を受光するように構成される。
　受光素子５１（図１では受光素子５１ａ，５１ｂ）は、光を受光して光電変換により電荷を生じ、電流を出力し得る。受光素子５１は、変調部２０からの光信号Ｓ２と物体で反射された光信号Ｓ３とに基づくビート信号を出力可能に構成される。例えば、上述した参照光である光信号Ｓ２と反射光である光信号Ｓ３とがミキシング（混合）された光信号の受信に応じて、受光部５０を流れる光電流に応じた信号が生成され、ビート信号として出力される。検出部６０は、光信号を受信可能に構成され、光信号を電気信号に変換するように構成される。
　アンプ部５５（アンプ回路）は、例えば、トランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ：Transimpedance Amplifier）を含み、電流信号を電圧信号に変換するように構成される。図１に示す例では、アンプ部５５は、受光素子５１ａと受光素子５１ｂとを接続するノードに電気的に接続される。アンプ部５５は、受光部５０で検出された電流信号を電圧信号に変換し、電圧信号であるビート信号を信号処理部７０へ出力し得る。ビート信号は、光信号Ｓ１（及び光信号Ｓ２）と光信号Ｓ３の周波数差に相当する周波数を有する。
　図２は、実施の形態に係る測距装置により生成される信号の一例を示す図である。図２において、縦軸はチャープ信号である光信号の周波数を示し、横軸は時刻を示している。図２は、計測対象物への送信光である光信号Ｓ１と、計測対象物からの受信光である光信号Ｓ３とを表している。
　干渉部２８は、送信した光信号Ｓ１に相当する参照用の光信号Ｓ２と光信号Ｓ３とをミキシングさせて生じる干渉光を、検出部６０の受光部５０へ出力する。検出部６０は、受光部５０によって干渉部２８からの干渉光を受光し、上述のようにビート信号を生成して出力し得る。
　干渉部２８からの干渉光を受光して生成されるビート信号は、光信号Ｓ１の周波数と光信号Ｓ３の周波数との差に応じた周波数を有する信号となる。測距装置１では、このビート信号を用いて、計測対象物までの距離、計測対象物の速度等を求めることが可能となる。
　信号処理部７０は、信号処理回路であり、信号処理を実行可能に構成される。信号処理部７０は、ビート信号の周波数（ビート周波数）を解析することにより、測距装置１と計測対象物との距離を算出し得る。また、信号処理部７０は、光のドップラーシフトを利用して計測対象物の速度（相対速度）を算出し得る。
　一例として、信号処理部７０は、レーザ光の周波数を時間経過と共に増加させた場合（図２参照）、即ちアップチャープの場合のビート周波数と、レーザ光の周波数を時間経過と共に減少させた場合、即ちダウンチャープの場合のビート周波数とに基づき、計測対象物の速度を演算する。
　例えば、信号処理部７０は、三角波状に周波数変調された光信号Ｓ１となるレーザ光を出射し、連続するアップチャープ及びダウンチャープの各々の場合のビート信号のビート周波数を用いて、計測対象物の速度、計測対象物までの距離等を算出し得る。
　図１に示す例では、信号処理部７０は、ＡＤ変換部７１および解析部７２を含んで構成される。ＡＤ変換部７１は、入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するように構成される。ＡＤ変換部７１は、ＡＤＣ（Analog to Digital Converter）である。ＡＤ変換部７１には、検出部６０からビート信号が入力される。
　ＡＤ変換部７１（ＡＤ変換回路）は、ビート信号をサンプリングし、アナログ信号であるビート信号をデジタル信号に変換し得る。ＡＤ変換部７１は、デジタル信号に変換されたサンプリング点毎のビート信号を解析部７２へ出力する。
　解析部７２は、ビート信号に対して信号処理を施す回路を有し、ビート信号を解析可能に構成される。解析部７２は、ビート信号に対して周波数解析処理を実行可能に構成される。解析部７２は、一例として、デジタル信号に変換されたビート信号に対してＦＦＴ（Fast Fourier Transform；高速フーリエ変換）を行うことにより、計測対象物までの距離、計測対象物の速度等を算出する。
　解析部７２は、例えば、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理により得られるビート周波数を用いて、測距装置１と計測対象物との距離等を算出し得る。解析部７２は、計測対象物までの距離に関する信号、計測対象物の速度に関する信号等を生成し、測距装置１の外部へ出力し得る。
　信号処理部７０は、制御部でもあり、測距装置１の各部を制御可能に構成される。信号処理部７０は、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）、ＤＡＣ（Digital to Analog Converter）等の回路を含み得る。信号処理部７０は、例えば、光源１０を制御する信号を光源１０へ供給し、光源１０を制御するように構成される。また、信号処理部７０は、変調部２０による周波数変調、アンテナ部４０による光信号の走査、ＡＤ変換部７１によるＡＤ変換処理等を制御可能に構成され得る。
　図３は、実施の形態に係る測距装置の断面構成の一例を示す図である。また、図４は、実施の形態に係る測距装置の一部の平面構成の一例を示す図である。測距装置１は、シリコンを含む第１基板１０１を用いて構成される。第１基板１０１は、例えば、ＳＯＩ基板、シリコン基板等の半導体基板である。図３に示す例では、第１基板１０１は、第１シリコン層１１０、絶縁層１０５、第２シリコン層１２０、及び配線層９０を含んで構成される。絶縁層１０５は、例えば、ＢＯＸ（Buried Oxide）層である。
　測距装置１は、配線層９０と、第１シリコン層１１０と、絶縁層１０５と、第２シリコン層１２０とがＺ軸方向に積層された構成を有している。なお、図３に示すように、Ｚ軸方向に直交する方向をＸ軸方向、Ｚ軸方向及びＸ軸方向に直交する方向をＹ軸方向とする。以降の図において、図３の矢印の方向を基準として方向を表記する場合もある。
　第１シリコン層１１０は、図３に示すように、対向する第１面１１Ｓ１及び第２面１１Ｓ２を有する。第２面１１Ｓ２は、第１面１１Ｓ１とは反対側の面である。第１シリコン層１１０の第１面１１Ｓ１側に、配線層９０が設けられる。第１シリコン層１１０の第２面１１Ｓ２側には、絶縁層１０５が設けられる。
　第１基板１０１の第１シリコン層１１０及び配線層９０には、上述したアンテナ部４０、光回路３０、受光部５０、アンプ部５５等が設けられる。第１シリコン層１１０の第１面１１Ｓ１側に、アンテナ部４０、光回路３０、受光部５０、アンプ部５５等が形成される。第１シリコン層１１０上に、アンテナ部４０、光回路３０、受光部５０、アンプ部５５等が設けられるともいえる。
　配線層９０は、例えば、導体膜および絶縁膜を含み、複数の配線およびビア（ＶＩＡ）、絶縁膜などを有する。配線層９０は、例えば２層以上の配線を含む。配線層９０は、例えば、複数の配線が絶縁膜を間に積層された構成を有している。この絶縁膜は、層間絶縁膜（層間絶縁層）ともいえる。
　配線層９０の配線は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）等の金属材料を用いて形成される。配線層９０の配線は、ポリシリコン（Ｐｏｌｙ－Ｓｉ）、その他の導電材料を用いて構成されてもよい。層間絶縁膜は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）等を用いて形成される。
　第１基板１０１には、図３及び図４に模式的に示すように、複数のアンテナ４１と、ヒータ部４２と、光スイッチ部４３とを有するアンテナ部４０が設けられる。第１基板１０１では、複数のアンテナ４１が並んで配置される。アンテナ４１は、Ｓｉアンテナであり、第１シリコン層１１０に形成される。第１シリコン層１１０の第１面１１Ｓ１及び第２面１１Ｓ２に沿って、複数のアンテナ４１が設けられる。
　アンテナ４１は、例えば、第１シリコン層１１０を貫通する複数の孔（穴）または複数の溝が形成されたＳｉ導波路により構成される。図３に示す例では、アンテナ４１は、周期的に設けられた複数の円孔（図４では不図示）を用いて構成される回折格子を有する。
　ヒータ部４２は、アンテナ４１毎または複数のアンテナ４１毎に配置され、例えばアンテナ４１の端部に設けられる。ヒータ部４２は、例えば、第１シリコン層１１０において、アンテナ４１と同じ導電型の半導体領域により形成される。ヒータ部４２は、一例として、図３及び図４に示す例のように、ビア９１を介して配線層９０の配線９５と電気的に接続され、アンテナ４１に通電可能に構成される。
　ヒータ部４２は、アンテナ４１への電流の供給によってアンテナ４１に熱を加えることで、アンテナ４１の屈折率を変化させ、アンテナ４１の回折格子から射出される光信号Ｓ１の方向を変更し得る。なお、アンテナ４１毎または複数のアンテナ４１毎に、アンテナ部４０の上方にレンズ部が配置され得る。アンテナ部４０は、レンズ部を介して光信号の送受信を行い得る。
　また、図３では、バランス型フォトダイオードを構成する受光素子５１ａ及び受光素子５１ｂと、アンプ部５５のトランジスタＭ１とを図示している。図１に示す例では、受光素子５１ａ及び受光素子５１ｂは、それぞれ、ゲルマニウムフォトダイオード（ＧｅＰＤ）により構成され、第１シリコン層１１０上に設けられる。なお、受光素子５１ａ及び受光素子５１ｂの各々の少なくとも一部を、それぞれ、第１シリコン層１１０内に設けるようにしてもよい。
　アンプ部５５のトランジスタＭ１は、例えば、ビート信号が入力されるＭＯＳトランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）である。第１シリコン層１１０の第１面１１Ｓ１には、ゲート電極、ゲート酸化膜等が設けられる。また、第１シリコン層１１０では、図３に示す例のように分離部６５が設けられる。分離部６５は、例えば、ＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）構造を有する。分離部６５は、例えば絶縁材料により構成され、素子間を分離する。分離部６５は、第１シリコン層１１０において、アンテナ４１、受光素子５１、トランジスタＭ１等の各々を囲むように配置され得る。
　本実施の形態に係る測距装置１には、遮光部８０が設けられる。遮光部８０（遮光膜）は、光を遮る部材により構成される。遮光部８０（遮光部材）は、アンテナ４１及び受光素子５１の少なくとも一方の周囲に設けられる。遮光部８０は、例えば、タングステン（Ｗ）を用いて構成される。
　遮光部８０は、例えば、図３及び図４に示す例のように、アンテナ４１の周囲に設けられ、アンテナ４１に不要な光が入射することを抑制する。なお、遮光部８０は、光を遮光する他の金属材料、例えばアルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）等により構成されてもよい。遮光部８０は、金属化合物を用いて構成されてもよい。遮光部８０は、光を吸収する材料により構成されてもよい。
　図３に示す例では、遮光部８０は、第１シリコン層１１０において、アンテナ４１の隣に設けられる。遮光部８０は、例えば、アンテナ４１毎に設けられ、隣り合う複数のアンテナ４１の間にも設けられる。また、遮光部８０は、図３に示す例のように、アンテナ部４０と受光部５０（又は受光素子５１）との間に配置され得る。遮光部８０は、第１基板１０１の厚さ方向に延びている。遮光部８０は、第１シリコン層１１０の第１面１１Ｓ１（又は第２面１１Ｓ２）と直交する厚さ方向、即ちＺ軸方向に延びている。
　測距装置１では、図３及び図４に示すように、アンテナ４１を挟むように、複数の遮光部８０が配置される。図４に示すように、平面視において、複数のアンテナ４１の各々を挟むように、複数の遮光部８０が並んで設けられる。なお、図４では図示していないが、各アンテナ４１には、上述したように、複数の円孔、溝などが形成され得る。遮光部８０は、図５に示す例のように、ライン状（線状）の形状を有し、各アンテナ４１を挟むように配置されてもよい。遮光部８０は、各アンテナ４１を囲むように連続的に形成され得る。
　また、測距装置１では、遮光部８０は、アンテナ４１及び受光素子５１の少なくとも一方の周囲において、第１シリコン層１１０を貫通するように設けられる。遮光部８０は、入射光を遮る遮光壁ともいえる。図３に示す例では、遮光部８０は、アンテナ４１の周囲において、第２シリコン層１２０まで達するように形成され、第１シリコン層１１０と絶縁層１０５とを貫通している。
　遮光部８０は、配線層９０の配線９６から第２シリコン層１２０まで形成され、第２シリコン層１２０に接続される。遮光部８０は、例えば、配線層９０の配線９６と第２シリコン層１２０とを電気的に接続する貫通ビアにより構成される。遮光部８０は、第２シリコン層１２０の半導体領域と電気的に接続され、配線層９０の配線９６を介して所定の電位（電圧）、例えばＧＮＤ電位（接地電位）が与えられる。
　図６は、実施の形態に係る測距装置の断面構成の別の例を示す図である。また、図７は、実施の形態に係る測距装置の一部の平面構成の一例を示す図である。図６及び図７に示す例では、遮光部８０は、受光素子５１の周囲に設けられ、受光素子５１に不要な光が入射することを抑制する。
　遮光部８０は、第１シリコン層１１０において、受光素子５１の隣に設けられる。遮光部８０は、例えば、受光素子５１毎に設けられ、隣り合う複数の受光素子５１の間にも設けられる。遮光部８０は、バランス型フォトダイオードである受光素子５１ａ及び受光素子５１ｂ間に配置され得る。
　図６及び図７に示す例では、受光素子５１を挟むように、複数の遮光部８０が配置される。また、遮光部８０は、受光素子５１ａ，５１ｂの各々の周囲において、第２シリコン層１２０まで達するように形成され、第１シリコン層１１０と絶縁層１０５とを貫通している。
　なお、図８に示す例のように、遮光部８０は、ライン状（線状）の形状を有し、各受光素子５１を挟むように配置されてもよい。遮光部８０は、各受光素子５１を囲むように連続的に形成され得る。なお、測距装置１では、アンテナ４１の周囲及び受光素子５１の周囲の両方に、遮光部８０を配置するようにしてもよい。以下では、比較例と対比して、本実施の形態に係る測距装置１について説明する。
　図９及び図１０は、比較例に係る測距装置の構成例を示す図である。比較例は、測距装置１が遮光部８０を有しない場合である。比較例の場合、図９において破線矢印で模式的に示すように、アンテナ４１に迷光が入射するおそれがある。また、図１０において破線矢印で模式的に示すように、受光素子５１（受光素子５１ａ，５１ｂ）に迷光が入射するおそれもある。これらの場合、光信号に迷光成分が入射して、位相誤差（又は周波数誤差）が大きくなり、測距精度が悪化することが考えられる。また、ビート信号に混入するノイズ成分が増大して、測距を適切に行うことができなくなる可能性もある。
　本実施の形態では、上述したように、アンテナ４１の周囲、受光素子５１の周囲等に、遮光部８０が設けられる。このため、アンテナ４１、受光素子５１等への迷光成分の入射を抑制することができる。光信号の周波数とは異なる周波数を有する迷光成分の混入に起因して測距誤差が生じることを抑制することができる。測距精度を向上させることが可能となる。
［作用・効果］
　本実施の形態に係る光検出装置は、シリコンを含む基板（第１基板１０１）に設けられ、光源からの光信号を伝送可能な導波路（導波路１５）を含む光回路（光回路３０）と、基板に設けられ、導波路を介して伝送される光信号を出力可能なアンテナ（アンテナ４１）と、基板に設けられ、物体で反射された光信号を受光可能な受光素子（受光素子５１）と、アンテナ及び受光素子の少なくとも一方の周囲に設けられる遮光部（遮光部８０）とを備える。
　本実施の形態に係る光検出装置（測距装置１）は、アンテナ４１及び受光素子５１の少なくとも一方の周囲に設けられる遮光部８０を有する。このため、アンテナ４１及び受光素子５１等へ不要な光が入射することを抑制することができる。迷光成分の入射を抑制可能な光検出装置を実現することが可能となる。
　次に、本開示の変形例について説明する。以下では、上記実施の形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
＜２．変形例＞
（２－１．変形例１）
　図１１は、本開示の変形例１に係る測距装置の断面構成の一例を示す図である。また、図１２は、変形例１に係る測距装置の一部の平面構成の一例を示す図である。上述した実施の形態では、受光部５０がバランスフォトダイオードにより構成される例について説明した。しかし、受光部５０は、図１１及び図１２に示す例のように、シングルフォトダイオードにより構成されてもよい。図１１及び図１２に示す例では、受光部５０は、１つの受光素子５１を有する。遮光部８０を受光素子５１の周囲に設けることで、受光素子５１への迷光成分の入射を抑制することが可能となる。
（２－２．変形例２）
　図１３～図１６は、変形例２に係る測距装置の断面構成の一例を示す図である。遮光部８０は、周囲の媒質の屈折率よりも低い屈折率を有する材料により構成されてもよい。遮光部８０は、図１３に模式的に示すように、空洞（空隙）により構成されてもよい。遮光部８０は、他の低屈折率の材料により構成されてもよい。
　遮光部８０は、図１３に示す例のようにアンテナ４１の周囲に配置してもよいし、図１４に示す例のように受光素子５１の周囲に配置してもよい。遮光部８０は、アンテナ４１の周囲及び受光素子５１の周囲の両方に配置されてもよい。本変形例の場合も、上記した実施の形態と同様の効果を得ることができる。
　なお、遮光部８０は、図１５又は図１６に示すように、複数の層を貫通して設けられてもよい。図１５と図１６に示す例では、遮光部８０は、配線層９０の少なくとも一部と、第１シリコン層１１０と、絶縁層１０５とを貫通し、第２シリコン層１２０内に達するように設けられる。
（２－３．変形例３）
　上述した実施の形態及び変形例では、測距装置１の構成例について説明したが、あくまでも一例であって、測距装置１の構成は、上述した例に限られない。例えば、測距装置１は、複数の基板を積層して構成された積層構造を有していてもよい。測距装置１は、例えば、第１基板１０１と第２基板１０２とを積層して構成されてもよい。この場合、第２基板１０２には、例えば、上述した信号処理部７０を設けるようにしてもよい。
＜３．使用例＞
　上述した光検出装置は、例えば、以下のように、可視光や、赤外光、紫外光、Ｘ線等の光をセンシングする様々なケースに使用することができる。
・ディジタルカメラや、カメラ機能付きの携帯機器等の、鑑賞の用に供される画像を撮影する装置
・自動停止等の安全運転や、運転者の状態の認識等のために、自動車の前方や後方、周囲、車内等を撮影する車載用センサ、走行車両や道路を監視する監視カメラ、車両間等の測距を行う測距センサ等の、交通の用に供される装置
・ユーザのジェスチャを撮影して、そのジェスチャに従った機器操作を行うために、テレビジョンや、冷蔵庫、エアーコンディショナ等の家電に供される装置
・内視鏡や、赤外光の受光による血管撮影を行う装置等の、医療やヘルスケアの用に供される装置
・防犯用途の監視カメラや、人物認証用途のカメラ等の、セキュリティの用に供される装置
・肌を撮影する肌測定器や、頭皮を撮影するマイクロスコープ等の、美容の用に供される装置
・スポーツ用途等向けのアクションカメラやウェアラブルカメラ等の、スポーツの用に供される装置
・畑や作物の状態を監視するためのカメラ等の、農業の用に供される装置
＜４．応用例＞
（移動体への応用例）
　本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
　図１７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。
　車両制御システム１２０００は、通信ネットワーク１２００１を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図１７に示した例では、車両制御システム１２０００は、駆動系制御ユニット１２０１０、ボディ系制御ユニット１２０２０、車外情報検出ユニット１２０３０、車内情報検出ユニット１２０４０、及び統合制御ユニット１２０５０を備える。また、統合制御ユニット１２０５０の機能構成として、マイクロコンピュータ１２０５１、音声画像出力部１２０５２、及び車載ネットワークＩ／Ｆ（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）１２０５３が図示されている。
　駆動系制御ユニット１２０１０は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット１２０１０は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。
　ボディ系制御ユニット１２０２０は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット１２０２０は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット１２０２０には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット１２０２０は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
　車外情報検出ユニット１２０３０は、車両制御システム１２０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット１２０３０には、撮像部１２０３１が接続される。車外情報検出ユニット１２０３０は、撮像部１２０３１に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット１２０３０は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。
　撮像部１２０３１は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部１２０３１は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部１２０３１が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。
　車内情報検出ユニット１２０４０は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット１２０４０には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部１２０４１が接続される。運転者状態検出部１２０４１は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット１２０４０は、運転者状態検出部１２０４１から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。
　マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット１２０１０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｄｒｉｖｅｒ　Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ　Ｓｙｓｔｅｍ）の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。
　また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
　また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット１２０２０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。
　音声画像出力部１２０５２は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図１７の例では、出力装置として、オーディオスピーカ１２０６１、表示部１２０６２及びインストルメントパネル１２０６３が例示されている。表示部１２０６２は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。
　図１８は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
　図１８では、車両１２１００は、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５を有する。
　撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５は、例えば、車両１２１００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部１２１０１及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として車両１２１００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部１２１０２，１２１０３は、主として車両１２１００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部１２１０４は、主として車両１２１００の後方の画像を取得する。撮像部１２１０１及び１２１０５で取得される前方の画像は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
　なお、図１８には、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲１２１１１は、フロントノーズに設けられた撮像部１２１０１の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１２，１２１１３は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部１２１０２，１２１０３の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１４は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部１２１０４の撮像範囲を示す。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両１２１００を上方から見た俯瞰画像が得られる。
　撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。
　例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を基に、撮像範囲１２１１１ないし１２１１４内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化（車両１２１００に対する相対速度）を求めることにより、特に車両１２１００の進行路上にある最も近い立体物で、車両１２１００と略同じ方向に所定の速度（例えば、０ｋｍ／ｈ以上）で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ１２０５１は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御（追従停止制御も含む）や自動加速制御（追従発進制御も含む）等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
　例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、２輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両１２１００の周辺の障害物を、車両１２１００のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ１２０５１は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ１２０６１や表示部１２０６２を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット１２０１０を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。
　撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ１２０５１が、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部１２０５２は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部１２０６２を制御する。また、音声画像出力部１２０５２は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部１２０６２を制御してもよい。
　以上、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１２０３１に適用され得る。具体的には、例えば、光検出装置（測距装置１）等は、撮像部１２０３１に適用することができる。撮像部１２０３１に本開示に係る技術を適用することにより、高精細な撮影画像（例えば距離画像）を得ることができ、移動体制御システムにおいて撮影画像を利用した高精度な制御を行うことができる。
（内視鏡手術システムへの応用例）
　本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、内視鏡手術システムに適用されてもよい。
　図１９は、本開示に係る技術（本技術）が適用され得る内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。
　図１９では、術者（医師）１１１３１が、内視鏡手術システム１１０００を用いて、患者ベッド１１１３３上の患者１１１３２に手術を行っている様子が図示されている。図示するように、内視鏡手術システム１１０００は、内視鏡１１１００と、気腹チューブ１１１１１やエネルギー処置具１１１１２等の、その他の術具１１１１０と、内視鏡１１１００を支持する支持アーム装置１１１２０と、内視鏡下手術のための各種の装置が搭載されたカート１１２００と、から構成される。
　内視鏡１１１００は、先端から所定の長さの領域が患者１１１３２の体腔内に挿入される鏡筒１１１０１と、鏡筒１１１０１の基端に接続されるカメラヘッド１１１０２と、から構成される。図示する例では、硬性の鏡筒１１１０１を有するいわゆる硬性鏡として構成される内視鏡１１１００を図示しているが、内視鏡１１１００は、軟性の鏡筒を有するいわゆる軟性鏡として構成されてもよい。
　鏡筒１１１０１の先端には、対物レンズが嵌め込まれた開口部が設けられている。内視鏡１１１００には光源装置１１２０３が接続されており、当該光源装置１１２０３によって生成された光が、鏡筒１１１０１の内部に延設されるライトガイドによって当該鏡筒の先端まで導光され、対物レンズを介して患者１１１３２の体腔内の観察対象に向かって照射される。なお、内視鏡１１１００は、直視鏡であってもよいし、斜視鏡又は側視鏡であってもよい。
　カメラヘッド１１１０２の内部には光学系及び撮像素子が設けられており、観察対象からの反射光（観察光）は当該光学系によって当該撮像素子に集光される。当該撮像素子によって観察光が光電変換され、観察光に対応する電気信号、すなわち観察像に対応する画像信号が生成される。当該画像信号は、ＲＡＷデータとしてカメラコントロールユニット（ＣＣＵ：　Ｃａｍｅｒａ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）１１２０１に送信される。
　ＣＣＵ１１２０１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）やＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）等によって構成され、内視鏡１１１００及び表示装置１１２０２の動作を統括的に制御する。さらに、ＣＣＵ１１２０１は、カメラヘッド１１１０２から画像信号を受け取り、その画像信号に対して、例えば現像処理（デモザイク処理）等の、当該画像信号に基づく画像を表示するための各種の画像処理を施す。
　表示装置１１２０２は、ＣＣＵ１１２０１からの制御により、当該ＣＣＵ１１２０１によって画像処理が施された画像信号に基づく画像を表示する。
　光源装置１１２０３は、例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）等の光源から構成され、術部等を撮影する際の照射光を内視鏡１１１００に供給する。
　入力装置１１２０４は、内視鏡手術システム１１０００に対する入力インタフェースである。ユーザは、入力装置１１２０４を介して、内視鏡手術システム１１０００に対して各種の情報の入力や指示入力を行うことができる。例えば、ユーザは、内視鏡１１１００による撮像条件（照射光の種類、倍率及び焦点距離等）を変更する旨の指示等を入力する。
　処置具制御装置１１２０５は、組織の焼灼、切開又は血管の封止等のためのエネルギー処置具１１１１２の駆動を制御する。気腹装置１１２０６は、内視鏡１１１００による視野の確保及び術者の作業空間の確保の目的で、患者１１１３２の体腔を膨らめるために、気腹チューブ１１１１１を介して当該体腔内にガスを送り込む。レコーダ１１２０７は、手術に関する各種の情報を記録可能な装置である。プリンタ１１２０８は、手術に関する各種の情報を、テキスト、画像又はグラフ等各種の形式で印刷可能な装置である。
　なお、内視鏡１１１００に術部を撮影する際の照射光を供給する光源装置１１２０３は、例えばＬＥＤ、レーザ光源又はこれらの組み合わせによって構成される白色光源から構成することができる。ＲＧＢレーザ光源の組み合わせにより白色光源が構成される場合には、各色（各波長）の出力強度及び出力タイミングを高精度に制御することができるため、光源装置１１２０３において撮像画像のホワイトバランスの調整を行うことができる。また、この場合には、ＲＧＢレーザ光源それぞれからのレーザ光を時分割で観察対象に照射し、その照射タイミングに同期してカメラヘッド１１１０２の撮像素子の駆動を制御することにより、ＲＧＢそれぞれに対応した画像を時分割で撮像することも可能である。当該方法によれば、当該撮像素子にカラーフィルタを設けなくても、カラー画像を得ることができる。
　また、光源装置１１２０３は、出力する光の強度を所定の時間ごとに変更するようにその駆動が制御されてもよい。その光の強度の変更のタイミングに同期してカメラヘッド１１１０２の撮像素子の駆動を制御して時分割で画像を取得し、その画像を合成することにより、いわゆる黒つぶれ及び白とびのない高ダイナミックレンジの画像を生成することができる。
　また、光源装置１１２０３は、特殊光観察に対応した所定の波長帯域の光を供給可能に構成されてもよい。特殊光観察では、例えば、体組織における光の吸収の波長依存性を利用して、通常の観察時における照射光（すなわち、白色光）に比べて狭帯域の光を照射することにより、粘膜表層の血管等の所定の組織を高コントラストで撮影する、いわゆる狭帯域光観察（Ｎａｒｒｏｗ　Ｂａｎｄ　Ｉｍａｇｉｎｇ）が行われる。あるいは、特殊光観察では、励起光を照射することにより発生する蛍光により画像を得る蛍光観察が行われてもよい。蛍光観察では、体組織に励起光を照射し当該体組織からの蛍光を観察すること（自家蛍光観察）、又はインドシアニングリーン（ＩＣＧ）等の試薬を体組織に局注するとともに当該体組織にその試薬の蛍光波長に対応した励起光を照射し蛍光像を得ること等を行うことができる。光源装置１１２０３は、このような特殊光観察に対応した狭帯域光及び／又は励起光を供給可能に構成され得る。
　図２０は、図１９に示すカメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１の機能構成の一例を示すブロック図である。
　カメラヘッド１１１０２は、レンズユニット１１４０１と、撮像部１１４０２と、駆動部１１４０３と、通信部１１４０４と、カメラヘッド制御部１１４０５と、を有する。ＣＣＵ１１２０１は、通信部１１４１１と、画像処理部１１４１２と、制御部１１４１３と、を有する。カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１とは、伝送ケーブル１１４００によって互いに通信可能に接続されている。
　レンズユニット１１４０１は、鏡筒１１１０１との接続部に設けられる光学系である。鏡筒１１１０１の先端から取り込まれた観察光は、カメラヘッド１１１０２まで導光され、当該レンズユニット１１４０１に入射する。レンズユニット１１４０１は、ズームレンズ及びフォーカスレンズを含む複数のレンズが組み合わされて構成される。
　撮像部１１４０２は、撮像素子で構成される。撮像部１１４０２を構成する撮像素子は、１つ（いわゆる単板式）であってもよいし、複数（いわゆる多板式）であってもよい。撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、例えば各撮像素子によってＲＧＢそれぞれに対応する画像信号が生成され、それらが合成されることによりカラー画像が得られてもよい。あるいは、撮像部１１４０２は、３Ｄ（Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ）表示に対応する右目用及び左目用の画像信号をそれぞれ取得するための１対の撮像素子を有するように構成されてもよい。３Ｄ表示が行われることにより、術者１１１３１は術部における生体組織の奥行きをより正確に把握することが可能になる。なお、撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、各撮像素子に対応して、レンズユニット１１４０１も複数系統設けられ得る。
　また、撮像部１１４０２は、必ずしもカメラヘッド１１１０２に設けられなくてもよい。例えば、撮像部１１４０２は、鏡筒１１１０１の内部に、対物レンズの直後に設けられてもよい。
　駆動部１１４０３は、アクチュエータによって構成され、カメラヘッド制御部１１４０５からの制御により、レンズユニット１１４０１のズームレンズ及びフォーカスレンズを光軸に沿って所定の距離だけ移動させる。これにより、撮像部１１４０２による撮像画像の倍率及び焦点が適宜調整され得る。
　通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部１１４０４は、撮像部１１４０２から得た画像信号をＲＡＷデータとして伝送ケーブル１１４００を介してＣＣＵ１１２０１に送信する。
　また、通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１から、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を受信し、カメラヘッド制御部１１４０５に供給する。当該制御信号には、例えば、撮像画像のフレームレートを指定する旨の情報、撮像時の露出値を指定する旨の情報、並びに／又は撮像画像の倍率及び焦点を指定する旨の情報等、撮像条件に関する情報が含まれる。
　なお、上記のフレームレートや露出値、倍率、焦点等の撮像条件は、ユーザによって適宜指定されてもよいし、取得された画像信号に基づいてＣＣＵ１１２０１の制御部１１４１３によって自動的に設定されてもよい。後者の場合には、いわゆるＡＥ（Ａｕｔｏ　Ｅｘｐｏｓｕｒｅ）機能、ＡＦ（Ａｕｔｏ　Ｆｏｃｕｓ）機能及びＡＷＢ（Ａｕｔｏ　Ｗｈｉｔｅ　Ｂａｌａｎｃｅ）機能が内視鏡１１１００に搭載されていることになる。
　カメラヘッド制御部１１４０５は、通信部１１４０４を介して受信したＣＣＵ１１２０１からの制御信号に基づいて、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御する。
　通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２から、伝送ケーブル１１４００を介して送信される画像信号を受信する。
　また、通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２に対して、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を送信する。画像信号や制御信号は、電気通信や光通信等によって送信することができる。
　画像処理部１１４１２は、カメラヘッド１１１０２から送信されたＲＡＷデータである画像信号に対して各種の画像処理を施す。
　制御部１１４１３は、内視鏡１１１００による術部等の撮像、及び、術部等の撮像により得られる撮像画像の表示に関する各種の制御を行う。例えば、制御部１１４１３は、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を生成する。
　また、制御部１１４１３は、画像処理部１１４１２によって画像処理が施された画像信号に基づいて、術部等が映った撮像画像を表示装置１１２０２に表示させる。この際、制御部１１４１３は、各種の画像認識技術を用いて撮像画像内における各種の物体を認識してもよい。例えば、制御部１１４１３は、撮像画像に含まれる物体のエッジの形状や色等を検出することにより、鉗子等の術具、特定の生体部位、出血、エネルギー処置具１１１１２の使用時のミスト等を認識することができる。制御部１１４１３は、表示装置１１２０２に撮像画像を表示させる際に、その認識結果を用いて、各種の手術支援情報を当該術部の画像に重畳表示させてもよい。手術支援情報が重畳表示され、術者１１１３１に提示されることにより、術者１１１３１の負担を軽減することや、術者１１１３１が確実に手術を進めることが可能になる。
　カメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１を接続する伝送ケーブル１１４００は、電気信号の通信に対応した電気信号ケーブル、光通信に対応した光ファイバ、又はこれらの複合ケーブルである。
　ここで、図示する例では、伝送ケーブル１１４００を用いて有線で通信が行われていたが、カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１との間の通信は無線で行われてもよい。
　以上、本開示に係る技術が適用され得る内視鏡手術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、内視鏡１１１００のカメラヘッド１１１０２に設けられた撮像部１１４０２に好適に適用され得る。撮像部１１４０２に本開示に係る技術を適用することにより、高性能な内視鏡１１１００を提供することができる。
　以上、実施の形態、変形例および使用例ならびに応用例を挙げて本開示を説明したが、本技術は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した変形例は、上記実施の形態の変形例として説明したが、各変形例の構成を適宜組み合わせることができる。
　本開示の一実施形態の光検出装置は、シリコンを含む基板に設けられ、光源からの光信号を伝送可能な導波路を含む光回路と、基板に設けられ、導波路を介して伝送される光信号を出力可能なアンテナと、基板に設けられ、物体で反射された光信号を受光可能な受光素子と、アンテナ及び受光素子の少なくとも一方の周囲に設けられる遮光部とを備える。このため、アンテナ、受光素子等へ不要な光が入射することを抑制することができる。迷光成分の入射を抑制可能な光検出装置を実現することが可能となる。
　本開示の一実施形態の光検出システムは、光信号を生成可能な光源と、シリコンを含む基板に設けられ、光源からの光信号を伝送可能な導波路を含む光回路と、基板に設けられ、導波路を介して伝送される光信号を出力可能なアンテナと、基板に設けられ、物体で反射された光信号を受光可能な受光素子と、アンテナ及び受光素子の少なくとも一方の周囲に設けられる遮光部とを備える。このため、アンテナ、受光素子等へ不要な光が入射することを抑制することができる。迷光成分の入射を抑制可能な光検出システムを実現することが可能となる。
　なお、本明細書中に記載された効果はあくまで例示であってその記載に限定されるものではなく、他の効果があってもよい。また、本開示は以下のような構成をとることも可能である。
（１）
　シリコンを含む基板に設けられ、光源からの光信号を伝送可能な導波路を含む光回路と、
　前記基板に設けられ、前記導波路を介して伝送される前記光信号を出力可能なアンテナと、
　前記基板に設けられ、物体で反射された前記光信号を受光可能な受光素子と、
　前記アンテナ及び前記受光素子の少なくとも一方の周囲に設けられる遮光部と
　を備える光検出装置。
（２）
　前記遮光部は、前記基板において前記アンテナの隣に設けられる
　前記（１）に記載の光検出装置。
（３）
　前記アンテナを挟むように設けられる複数の前記遮光部を有する
　前記（１）または（２）に記載の光検出装置。
（４）
　複数の前記アンテナを有し、
　前記遮光部は、隣り合う複数の前記アンテナの間に設けられる
　前記（１）から（３）のいずれか１つに記載の光検出装置。
（５）
　前記遮光部は、前記基板において前記受光素子の隣に設けられる
　前記（１）から（４）のいずれか１つに記載の光検出装置。
（６）
　前記受光素子を挟むように設けられる複数の前記遮光部を有する
　前記（１）から（５）のいずれか１つに記載の光検出装置。
（７）
　複数の前記受光素子を有し、
　前記遮光部は、隣り合う複数の前記受光素子の間に設けられる
　前記（１）から（６）のいずれか１つに記載の光検出装置。
（８）
　前記遮光部は、前記基板の厚さ方向に延びている
　前記（１）から（７）のいずれか１つに記載の光検出装置。
（９）
　前記基板は、第１面と前記第１面とは反対側の第２面とを有するシリコン層を含み、
　前記アンテナ及び前記受光素子は、前記シリコン層の前記第１面側に設けられ、
　前記遮光部は、前記アンテナ及び前記受光素子の少なくとも一方の周囲において、前記シリコン層を貫通する
　前記（１）から（８）のいずれか１つに記載の光検出装置。
（１０）
　前記基板は、第１面と前記第１面とは反対側の第２面とを有するシリコン層と、前記シリコン層の前記第２面側に設けられる絶縁層とを含み、
　前記アンテナ及び前記受光素子は、前記シリコン層の前記第１面側に設けられ、
　前記遮光部は、前記アンテナ及び前記受光素子の少なくとも一方の周囲において、前記シリコン層と前記絶縁層とを貫通する
　前記（１）から（９）のいずれか１つに記載の光検出装置。
（１１）
　前記遮光部は、金属材料を用いて構成される
　前記（１）から（１０）のいずれか１つに記載の光検出装置。
（１２）
　前記遮光部は、空隙を用いて構成される
　前記（１）から（１１）のいずれか１つに記載の光検出装置。
（１３）
　前記アンテナは、周波数変調された前記光信号を出力可能である
　前記（１）から（１２）のいずれか１つに記載の光検出装置。
（１４）
　前記光回路は、前記導波路を介して伝送される前記光信号の周波数を変調可能な変調部を含む
　前記（１）から（１３）のいずれか１つに記載の光検出装置。
（１５）
　前記アンテナは、前記変調部により周波数変調された前記光信号を出力し、物体で反射され遅延された前記光信号を受信可能である
　前記（１４）に記載の光検出装置。
（１６）
　前記光回路は、前記変調部から伝送される周波数変調された前記光信号の一部と、前記アンテナからの前記物体で反射された前記光信号とを干渉させることが可能な干渉部を含み、
　前記受光素子は、前記干渉部を介して前記光信号を受光可能である
　前記（１４）または（１５）に記載の光検出装置。
（１７）
　前記受光素子は、前記変調部からの前記光信号と物体で反射された前記光信号とに基づくビート信号を出力可能である
　前記（１４）から（１６）のいずれか１つに記載の光検出装置。
（１８）
　前記光検出装置は、ＦＭＣＷ方式の測距装置である
　前記（１）から（１７）のいずれか１つに記載の光検出装置。
（１９）
　光信号を生成可能な光源と、
　シリコンを含む基板に設けられ、前記光源からの前記光信号を伝送可能な導波路を含む光回路と、
　前記基板に設けられ、前記導波路を介して伝送される前記光信号を出力可能なアンテナと、
　前記基板に設けられ、物体で反射された前記光信号を受光可能な受光素子と、
　前記アンテナ及び前記受光素子の少なくとも一方の周囲に設けられる遮光部と
　を備える光検出システム。
　本出願は、日本国特許庁において２０２２年１１月２９日に出願された日本特許出願番号２０２２－１９０１７６号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願の全ての内容を参照によって本出願に援用する。
　当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。

Claims (19)

  1. 　シリコンを含む基板に設けられ、光源からの光信号を伝送可能な導波路を含む光回路と、
    　前記基板に設けられ、前記導波路を介して伝送される前記光信号を出力可能なアンテナと、
    　前記基板に設けられ、物体で反射された前記光信号を受光可能な受光素子と、
    　前記アンテナ及び前記受光素子の少なくとも一方の周囲に設けられる遮光部と
    　を備える光検出装置。
  2. 　前記遮光部は、前記基板において前記アンテナの隣に設けられる
    　請求項１に記載の光検出装置。
  3. 　前記アンテナを挟むように設けられる複数の前記遮光部を有する
    　請求項１に記載の光検出装置。
  4. 　複数の前記アンテナを有し、
    　前記遮光部は、隣り合う複数の前記アンテナの間に設けられる
    　請求項１に記載の光検出装置。
  5. 　前記遮光部は、前記基板において前記受光素子の隣に設けられる
    　請求項１に記載の光検出装置。
  6. 　前記受光素子を挟むように設けられる複数の前記遮光部を有する
    　請求項１に記載の光検出装置。
  7. 　複数の前記受光素子を有し、
    　前記遮光部は、隣り合う複数の前記受光素子の間に設けられる
    　請求項１に記載の光検出装置。
  8. 　前記遮光部は、前記基板の厚さ方向に延びている
    　請求項１に記載の光検出装置。
  9. 　前記基板は、第１面と前記第１面とは反対側の第２面とを有するシリコン層を含み、
    　前記アンテナ及び前記受光素子は、前記シリコン層の前記第１面側に設けられ、
    　前記遮光部は、前記アンテナ及び前記受光素子の少なくとも一方の周囲において、前記シリコン層を貫通する
    　請求項１に記載の光検出装置。
  10. 　前記基板は、第１面と前記第１面とは反対側の第２面とを有するシリコン層と、前記シリコン層の前記第２面側に設けられる絶縁層とを含み、
    　前記アンテナ及び前記受光素子は、前記シリコン層の前記第１面側に設けられ、
    　前記遮光部は、前記アンテナ及び前記受光素子の少なくとも一方の周囲において、前記シリコン層と前記絶縁層とを貫通する
    　請求項１に記載の光検出装置。
  11. 　前記遮光部は、金属材料を用いて構成される
    　請求項１に記載の光検出装置。
  12. 　前記遮光部は、空隙を用いて構成される
    　請求項１に記載の光検出装置。
  13. 　前記アンテナは、周波数変調された前記光信号を出力可能である
    　請求項１に記載の光検出装置。
  14. 　前記光回路は、前記導波路を介して伝送される前記光信号の周波数を変調可能な変調部を含む
    　請求項１に記載の光検出装置。
  15. 　前記アンテナは、前記変調部により周波数変調された前記光信号を出力し、物体で反射され遅延された前記光信号を受信可能である
    　請求項１４に記載の光検出装置。
  16. 　前記光回路は、前記変調部から伝送される周波数変調された前記光信号の一部と、前記アンテナからの前記物体で反射された前記光信号とを干渉させることが可能な干渉部を含み、
    　前記受光素子は、前記干渉部を介して前記光信号を受光可能である
    　請求項１４に記載の光検出装置。
  17. 　前記受光素子は、前記変調部からの前記光信号と物体で反射された前記光信号とに基づくビート信号を出力可能である
    　請求項１４に記載の光検出装置。
  18. 　前記光検出装置は、ＦＭＣＷ方式の測距装置である
    　請求項１に記載の光検出装置。
  19. 　光信号を生成可能な光源と、
    　シリコンを含む基板に設けられ、前記光源からの前記光信号を伝送可能な導波路を含む光回路と、
    　前記基板に設けられ、前記導波路を介して伝送される前記光信号を出力可能なアンテナと、
    　前記基板に設けられ、物体で反射された前記光信号を受光可能な受光素子と、
    　前記アンテナ及び前記受光素子の少なくとも一方の周囲に設けられる遮光部と
    　を備える光検出システム。
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