CN112673622B - 光接收元件和测距系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光接收元件和测距系统，其被配置为使得可以根据随着温度变化的击穿电压的变化来改善像素特性。光接收元件包括：像素阵列，其中包括SPAD的像素以矩阵形状倍增地布置；像素驱动单元，将像素阵列的像素控制为活动像素或非活动像素；泄漏电流检测单元，检测非活动像素的泄漏电流；以及电压控制单元，控制提供给SPAD的阳极侧或阴极侧的电压，使得泄漏电流为规定范围内的电流值。本发明可应用于例如用于在深度方向上检测距物体的距离的测距系统等。

Description

光接收元件和测距系统
技术领域
本技术涉及光接收元件和测距系统，并且尤其涉及能够通过响应由于温度变化引起的击穿电压的变化而改善像素特性的光接收元件和测距系统。
背景技术
近年来，通过飞行时间(ToF)方法进行距离测量的距离图像传感器受到关注。距离图像传感器采用例如像素阵列，在该像素阵列中，使用单光子雪崩二极管(SPAD)的像素布置成矩阵。在SPAD中，在施加高于击穿电压的电压的情况下，当单个光子进入高电场的PN结区域时，会发生雪崩放大。通过检测此时瞬间流过的电流的定时，可以高精度地测量距离。
距离图像传感器(其中，使用SPAD的像素布置成矩阵)被驱动，以便将某些像素设定为检测光子的活动像素，而将其余像素设定为不检测光子的非活动像素(例如，参见专利文献1)。
引用列表
专利文献
专利文献1：美国专利申请公开第2016/0284743号
发明内容
本发明要解决的问题
通过将SPAD的阳极-阴极电压设定为低于或等于击穿电压，可以将设定为非活动像素的像素控制为即使在光进入像素时也不响应。然而，SPAD的击穿电压随温度变化和个体差异而变化，使得在被控制为非活动像素的像素中，SPAD的阳极-阴极电压可能未低于或等于击穿电压，并且泄漏电流可能响应于光子而流动。
鉴于这样的情况而做出了本技术，并且本技术的目的在于能够通过响应由于温度变化引起的击穿电压的变化来改善像素特性。
问题的解决方案
根据本技术的第一方面的光接收元件包括：像素阵列，其中均包括SPAD的多个像素布置成矩阵；像素驱动单元，控制像素阵列中的每个像素为活动像素或非活动像素；泄漏电流检测单元，检测非活动像素的泄漏电流；以及电压控制单元，控制提供给SPAD的阳极侧或阴极侧的电压，使得泄漏电流具有预定范围内的电流值。
根据本技术的第二方面的测距系统包括：照明装置，发出发射光；以及光接收元件，接收发射光的反射光，其中，光接收元件包括：像素阵列，其中均包括SPAD的多个像素布置成矩阵；像素驱动单元，控制像素阵列中的每个像素为活动像素或非活动像素；泄漏电流检测单元，检测非活动像素的泄漏电流；以及电压控制单元，控制提供给SPAD的阳极侧或阴极侧的电压，使得泄漏电流具有在预定范围内的电流值。
在本技术的第一方面和第二方面的光接收元件中，其中均包括SPAD的多个像素以矩阵布置的像素阵列中的每个像素被控制为活动像素或非活动像素，检测非活动像素的泄漏电流，并控制提供给SPAD的阳极侧或阴极侧的电压，使得泄漏电流具有在预定范围内的电流值。
光接收元件和测距系统可以各自是独立的设备或结合在另一设备中的模块。
附图说明
图1是示出应用本技术的测距系统的实施例的配置示例的框图。
图2是示出图1中的光接收元件的配置示例的框图。
图3是示出像素的电路配置示例的示图。
图4是用于说明图3中的像素的操作的一组曲线图。
图5是用于说明由于击穿电压的变化引起的问题的示图。
图6是用于说明由于击穿电压的变化引起的问题的示图。
图7是示出设定活动像素和非活动像素的示例的一组示图。
图8是示出电压控制电路的第一配置示例的示图。
图9是示出由于温度差异引起的击穿电压变化的曲线图。
图10是示出根据由于温度变化引起的击穿电压变化的电压控制电路的操作的概念图。
图11是示出由光接收元件的电压控制电路引起的过偏压变化的概念图。
图12是示出电压控制电路的第二配置示例的示图。
图13是示出电压控制电路的第三配置示例的示图。
图14是示出电压控制电路的第四配置示例的示图。
图15是用于说明测距系统的使用示例的示图。
图16是示出车辆控制系统的示意性配置示例的框图。
图17是示出车辆外部信息检测单元和成像单元中的每一者的安装位置的示例的说明图。
具体实施方式
在下文中，将描述用于实施本技术的模式(以下称为实施例)，注意，将按以下顺序进行描述。
1.测距系统的配置示例
2.光接收元件的配置示例
3.像素电路的配置示例
4.由于击穿电压VBD的变化引起的问题
5.设定活动像素和非活动像素的示例
6.电压控制电路的第一配置示例
7.电压控制电路的第二配置示例
8.电压控制电路的第三配置示例
9.电压控制电路的第四配置示例
10.测距系统的使用示例
11.对移动体的应用示例
<1.测距系统的配置示例>
图1是示出应用本技术的测距系统的实施例的配置示例的框图。
例如，测距系统11是使用ToF方法拍摄距离图像的系统。在此，距离图像是针对每个像素基于从测距系统11到所检测的物体的在深度方向上的距离、由距离像素信号形成的图像。
测距系统11包括照明装置21和成像装置22。
照明装置21包括照明控制单元31和光源32。
照明控制单元31在成像装置22的控制单元42的控制下，控制光源32的光发射图案。具体地，照明控制单元31根据从控制单元42提供的发射信号中所包括的发射代码，来控制光源32的光发射图案。例如，发射代码包括两个值：1(高)和0(低)，并且照明控制单元31进行控制以在发射代码值为“1”时打开光源32，或者在发射代码值为“0”时关闭光源32。
光源32在照明控制单元31的控制下发射预定波长范围的光。光源32包括例如红外激光二极管。注意，光源32的类型和发射光的波长范围可以根据测距系统11的预期用途等任意设定。
成像装置22是接收从照明装置21发射的光(发射光)的反射光的装置，反射光由物体12、物体13等反射。成像装置22包括成像单元41、控制单元42、显示单元43和存储单元44。
成像单元41包括透镜51、光接收元件52和信号处理电路53。
透镜51使入射光的图像形成在光接收元件52的光接收表面上。注意，透镜51的配置是任意的，并且例如，透镜51可以包括多个透镜组。
光接收元件52包括例如在每个像素中使用单光子雪崩二极管(SPAD)的传感器。光接收元件52在控制单元42的控制下接收来自物体12、物体13等的反射光，并将获得的像素信号作为结果提供给信号处理电路53。该像素信号表示数字计数值，该数字计数值对从照明装置21发出发射光的时间到光接收元件52接收光的时间进行计数。指示光源32发出光的定时的光发射定时信号，也从控制单元42提供给光接收元件52。
信号处理电路53处理在控制单元42的控制下从光接收元件52提供的像素信号。例如，信号处理电路53基于从光接收元件52提供的像素信号，针对每个像素检测到物体的距离，并生成针对每个像素的指示到物体的距离的距离图像。具体地，针对每个像素，信号处理电路53多次地(例如，数千次至几万次)获取从光源32发射光的时刻到光接收元件52的每个像素接收光的时刻的时间(计数值)。信号处理电路53创建与所获取的时间相对应的直方图。然后，信号处理电路53检测直方图的峰值，以确定光源32发射的光被物体12或物体13反射并返回所花费的时间。此外，信号处理电路53基于所确定的时间和光的速度进行计算，以获得到物体的距离。信号处理电路53将生成的距离图像提供给控制单元42。
控制单元42包括例如控制电路、处理器等，例如现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)等。控制单元42控制照明控制单元31和光接收元件52。具体地，控制单元42将发射信号提供给照明控制单元31，并且还将光发射定时信号提供给光接收元件52。光源32根据发射信号发出发射光。光发射定时信号可以是提供给照明控制单元31的发射信号。此外，控制单元42还将从成像单元41获取的距离图像提供给显示单元43，并使显示单元43显示该距离图像。此外，控制单元42使存储单元44存储从成像单元41获取的距离图像。此外，控制单元42还将从成像单元41获取的距离图像输出到外部。
例如，显示单元43包括面板显示装置，比如液晶显示装置，或有机电致发光(EL)显示装置。
存储单元44可以包括用于存储距离图像等的任意存储装置、存储介质等。
<2.光接收元件的配置示例>
图2是示出光接收元件52的配置示例的框图。
光接收元件52包括像素驱动单元111、像素阵列112、多路复用器(MUX)113、时间测量单元114和输入/输出单元115。
像素阵列112具有如下构造：像素121在行方向和列方向上以矩阵二维地布置，该像素检测光子的入射并输出指示检测结果的检测信号作为像素信号。在此，行方向是指像素121在像素行中的布置方向，即水平方向，并且列方向是指像素121在像素列中的布置方向，即竖直方向。图2由于空间限制示出了在具有10行和12列的像素阵列配置中的像素阵列112，但是像素阵列112中的行数和列数不限于此，并且是任意的。
针对关于像素阵列112的矩阵像素布置的每个像素行，像素驱动线122沿着水平方向布线。像素驱动线122传输用于驱动像素121的驱动信号。像素驱动单元111通过将预定驱动信号经由像素驱动线122，提供给每个像素121而驱动每个像素121。具体地，在与经由输入/输出单元115从外部提供的光发射定时信号相对应的预定定时，像素驱动单元111进行控制，以将以矩阵二维地布置的多个像素121的一部分设定为活动像素，并将其余部分设置为非活动像素。活动像素是检测光子入射的像素，并且非活动像素是不检测光子入射的像素。像素121的详细构造将在后面描述。
注意，尽管在图2中示出为一条布线，但是像素驱动线122可以包括多条布线。像素驱动线122的一端连接到像素驱动单元111的与每一像素行相对应的输出端。
MUX 113根据像素阵列112中的活动像素与非活动像素之间的切换来选择来自活动像素的输出。然后，MUX 113将从所选择的活动像素输入的像素信号输出到时间测量单元114。
时间测量单元114基于从MUX 113提供的活动像素的像素信号和指示光源32的光发射定时的光发射定时信号，生成与从光源32发射光的时刻到活动像素接收光的时刻相对应的计数值。时间测量单元114也称为时间数字转换器(TDC)。光发射定时信号是经由输入/输出单元115从外部(成像装置22的控制单元42)提供的。
输入/输出单元115将从时间测量单元114提供的活动像素的计数值作为像素信号输出到外部(信号处理电路53)。此外，输入/输出单元115还将从控制单元42提供的光发射定时信号提供给像素驱动单元111和时间测量单元114。
<3.像素电路的配置示例>
图3示出了以矩阵布置在像素阵列112中的多个像素121之一的电路配置示例。
图3中的像素121包括SPAD 151、晶体管152、开关153和反相器154。此外，像素121还包括锁存电路155和反相器156。晶体管152包括PMOS晶体管。
SPAD 151的阴极连接到晶体管152的漏极，并且还连接到反相器154的输入端子和开关153的一端。SPAD 151的阳极连接到电源电压VA(以下也称为阳极电压VA)。
SPAD 151是一种光电二极管(单光子雪崩光电二极管)，其可导致入射光入射时产生的电子的雪崩放大，并输出阴极电压VS的信号。提供给SPAD 151的阳极的电源电压VA例如为大约-20V的负偏压(负电势)。
晶体管152是在饱和区域中工作的恒定电流源，并且通过用作淬灭电阻器来执行被动淬灭。晶体管152的源极连接至电源电压VE，并且其漏极连接至SPAD 151的阴极、反相器154的输入端子和开关153的一端。结果，电源电压VE还提供给SPAD 151的阴极。代替与SPAD 151串联连接的晶体管152，还可以使用“上拉电阻器”。
为了使SPAD 151以足够的效率检测光(光子)，对SPAD 151施加比SPAD 151的击穿电压VBD更高的电压(以下称为过偏压)。例如，在SPAD151的击穿电压VBD为20V并且比该电压高3V的电压施加到SPAD 151的情况下，提供给晶体管152的源极的电源电压VE为3V。
开关153两端中的一端连接到SPAD 151的阴极、反相器154的输入端子和晶体管152的漏极，并且其另一端连接到接地连接线157。接地连接线157经由预定元件(漏电流检测单元201)连接到地(GND)，如稍后在图8中所描述的。开关153可以包括例如NMOS晶体管，并且根据由反相器156将选通控制信号VG(其是锁存电路155的输出)反相获得的反相选通信号VG_I而接通和断开。
锁存电路155将选通控制信号VG提供给反相器156，该选通控制信号基于从像素驱动单元111提供的触发信号SET和地址数据DEC而控制像素121作为活动像素或非活动像素。反相器156通过对选通控制信号VG进行反相而生成反相选通信号VG_I，并将其提供给开关153。
触发信号SET是指示用于切换选通控制信号VG的定时的定时信号，并且地址数据DEC是指示以矩阵布置在像素阵列112中的多个像素121中的被设定为活动像素的像素的地址的数据。触发信号SET和地址数据DEC从像素驱动单元111经由像素驱动线122提供。
锁存电路155在触发信号SET指示的预定定时读取地址数据DEC，然后，在由地址数据DEC指示的像素地址包括与锁存电路155自身相对应的(像素121的)像素地址的情况下，锁存电路155输出设定为HI(1)的选通控制信号VG，以将其自身的像素121设定为活动像素。另一方面，在由地址数据DEC指示的像素地址不包括与锁存电路155自身相对应的(像素121的)像素地址的情况下，锁存电路155输出设定为LO(0)的选通控制信号VG，以将其自身的像素121设定为非活动像素。因此，在像素121被设定为活动像素的情况下，由反相器156反相的设定为LO(0)的反相选通信号VG_I被提供给开关153。另一方面，在像素121被设定为非活动像素的情况下，设定为HI(1)的反向选通信号VG_I被提供给开关153。结果，在像素121被设定为活动像素的情况下，开关153被断开(断开连接)，或者在像素121被设定为非活动像素的情况下，开关被接通(连接)。
当作为输入信号的阴极电压VS被设定为LO时，反相器154输出被设定为HI的检测信号PFout，或者当阴极电压VS被设定为HI时，反相器输出被设定为LO的检测信号PFout。反相器154是将SPAD 151上的光子入射输出为检测信号PFout的输出单元。
接下来，将参照图4描述在将像素121设定为活动像素的情况下的操作。
注意，在像素121中，提供给SPAD 151的阳极的电源电压VA以预定幅度波动，但是为了简单起见，在图4的描述中其固定为-20V的负偏压。另外，在描述中，开关153在接地连接线157一侧上的电压设定为0V。
图4是示出响应于光子入射，SPAD 151的阴极电压VS和检测信号PFout变化的一组曲线图。
首先，在像素121为活动像素的情况下，开关153被设定为断开，如上所述。
由于电源电压VE(例如，3V)被提供给SPAD 151的阴极并且电源电压VA(例如，-20V)被提供给SPAD 151的阳极，因此高于击穿电压VBD(＝20V)的反向电压被提供给SPAD151，从而SPAD 151被设定为盖革(Geiger)模式。在这种状态下，例如，SPAD 151的阴极电压VS与图4中的时间t0时的电源电压VE相等。
当光子入射到被设定为盖革模式的SPAD 151上时，发生雪崩倍增，从而电流流过SPAD 151。
假设雪崩倍增发生在图4中的时间t1，导致电流流过SPAD 151，在时间t1之后，流过SPAD 151的电流还流过晶体管152，从而由于晶体管152的电阻部件而发生电压下降。
当SPAD 151的阴极电压VS在时间t2下降到0V以下时，SPAD 151的阳极-阴极电压下降到击穿电压VBD以下，因此雪崩放大停止。此处，通过允许由雪崩放大产生的电流流过晶体管152而引起电压下降，并且通过由于电压下降的发生而使阴极电压VS下降到击穿电压VBD以下从而使雪崩放大停止，这种操作是淬灭操作(quenching operation)。
当雪崩放大停止时，流过晶体管152的电阻器的电流逐渐减小，并且阴极电压VS在时间t4再次返回到原始电源电压VE，从而可以检测下一个新的光子(充电操作)。
当作为输入电压的阴极电压VS高于或等于预定阈值电压Vth时，反相器154输出被设定为LO的检测信号PFout，并且当阴极电压VS低于预定阈值电压Vth时，反相器输出被设定为HI的检测信号PFout。因此，当光子入射到SPAD 151上以引起雪崩倍增而使得阴极电压VS下降并低于阈值电压Vth时，检测信号PFout从低电平反转为高电平。另一方面，当SPAD151的雪崩倍增结束而使得阴极电压VS增加到高于或等于阈值电压Vth时，检测信号PFout从高电平反转为低电平。
注意，在像素121被设定为非活动像素的情况下，被设定为HI(1)的反相选通信号VG_I被提供给开关153，并且开关153接通。当开关153接通时，SPAD 151的阴极电压VS变为0V。结果，SPAD 151的阳极-阴极电压变得低于或等于击穿电压VBD，使得SPAD 151即使在光子进入SPAD 151时也不响应。
<4.由于击穿电压VBD的变化引起的问题>
现在，尽管在上面的描述中将SPAD 151的击穿电压VBD描述为20V，但是SPAD 151的击穿电压VBD由于个体差异而变化。例如，某一像素121中的SPAD 151的击穿电压VBD可以为19V、19.5V或19.7V。
将参照图5描述由于SPAD 151的击穿电压VBD的变化而可能发生的问题。
注意，同样在图5的描述中，将提供给SPAD 151的阳极的电源电压VA固定为-20V的负偏压，并且将开关153在接地连接线157一侧上的电压也固定为0V。
图5示出了四个像素1211至1214。此外，在图5的像素1211至1214的每个中，反相器154包括具有PMOS晶体管161和NMOS晶体管162的CMOS反相器。
在图5中，像素1211中的SPAD 151的击穿电压VBD为20V，像素1212中的SPAD 151的击穿电压VBD为19V，像素1213中的SPAD 151的击穿电压VBD为19.5V，并且像素1214中的SPAD151的击穿电压VBD为19.7V。
同样在图5中，像素驱动单元111将左侧的两个像素1211和1212设定为非活动像素，并将右侧的两个像素1213和1214设定为活动像素。因此，左侧的两个像素1211和1212中的开关153被接通，而右侧的两个像素1213和1214中的开关153被断开。
在设定为活动像素的右侧的两个像素1213和1214中的每一个中，开关153断开，从而将电源电压VE(例如，3V)提供给SPAD 151的阴极，并且将电源电压VA(例如，-20V)提供给SPAD 151的阳极。因此SPAD151被设定为盖革模式，并且当光子入射到SPAD 151上时，雪崩倍增发生，使得电流流过SPAD 151。在作为活动像素的像素1213和1214中的每一个中，响应于光子入射而流过SPAD 151的电流是活动像素期望的活动电流。
另一方面，在设定为非活动像素的左侧的两个像素1211和1212中的每一个中，开关153断开，从而SPAD 151的阴极电压VS被控制为0V。结果，像素1211和像素1212中的每一个中的SPAD 151的阳极-阴极电压等于20V。
由于像素1211中的SPAD 151的击穿电压VBD为20V，因此阳极-阴极电压低于或等于击穿电压VBD，从而像素1211中的SPAD 151即使在光子进入时也不响应。另一方面，由于像素1212中的SPAD 151的击穿电压VBD为19V，因此阳极-阴极电压仍然高于SPAD 151的击穿电压VBD。因此，当光子入射到像素1212中的SPAD 151上时，发生雪崩倍增，使得电流流过SPAD 151。在像素1212作为活动像素的情况下，响应于光子入射而流过SPAD 151的电流是非活动像素不期望的泄漏电流。
为了防止图5的像素1212中的泄漏电流，可以根据像素1212中的具有最低击穿电压VBD的SPAD 151来设定电源电压VA。然而，为了识别具有最低击穿电压VBD的SPAD 151，需要测量所有像素中的SPAD 151的击穿电压VBD，这需要大量的工时。此外，SPAD 151的击穿电压VBD可能不仅由于个体差异而且由于温度变化而变化。例如，当温度变化为100℃时，击穿电压VBD的变化约为几伏的量级。
例如，即使当具有最低击穿电压VBD的SPAD 151被识别出并且电源电压VA被设定时，在温度变化导致击穿电压VBD增加的情况下，过偏压VEX仍然相对减小，从图6很显然。
图6是示出在电源电压VA被设定为固定的情况下过偏压VEX根据活动像素的击穿电压VBD的变化而变化的概念图。
当由于温度变化引起的击穿电压VBD的变化导致过偏压VEX太低时，即使当光子进入SPAD 151时，SPAD 151也不响应。过偏压VEX越高，像素特性越好。在此，像素特性是指例如表示检测到一个入射光子的概率的光子检测效率(PDE)。
因此，为了改善像素特性，需要根据具有最低击穿电压VBD的SPAD151来控制电源电压VA，并且响应由于温度变化引起的击穿电压VBD的变化。
然而，除了测量所有像素中的SPAD 151的击穿电压VBD的时间和精力之外，存储与温度相对应的击穿电压VBD的波动特性并在监控温度的同时进行高精度的控制还需要大规模的控制电路，并且因此是不现实的。
因此，光接收元件52的像素121采用如下配置：根据由于温度变化引起的击穿电压VBD的变化而具有最低击穿电压VBD的SPAD 151，来控制电源电压VA，而不是直接检测温度变化。
<5.设定活动像素和非活动像素的示例>
图7示出了将像素阵列112中的多个像素121设定为活动像素和非活动像素的示例。
如上所述，光接收元件52的像素驱动单元111执行控制，以将以矩阵二维地布置的多个像素121中的一部分设定为活动像素，而将其余部分设定为非活动像素。在此，由像素驱动单元111设定为活动像素的像素的数量少于整个像素阵列112中的像素的数量。例如，像素阵列112中的活动像素的比率设定为1％到几％。在图7的A中，有阴影线的像素121表示活动像素，而没有阴影线的像素121表示非活动像素。
因此，当相对于像素阵列112中的所有像素活动像素以小比率设定时，如图7的B所示，像素阵列112中的大多数像素121为非活动像素，从而可以假定：在像素阵列112中的非活动像素中，存在包括具有最低击穿电压VBD的SPAD 151的像素121。换句话说，可以假定，包括具有最低击穿电压VBD的SPAD 151的像素121为非活动像素。
<6.电压控制电路的第一配置示例>
图8示出了控制像素阵列112中的每个像素121的阳极电压VA的电压控制电路的第一配置示例。
图8示出了3×3(三行三列)或九个像素121作为像素阵列112中的一些像素121，并且泄漏电流检测单元201和阳极电源单元202作为控制每个像素121的阳极电压VA的电压控制电路。
在图8中的3×3或9个像素121中，布置在中心的像素121将锁存电路155的输出设定为HI(1)，并且被设定为活动像素。其他八个像素121中的每一个将锁存电路155的输出设定为LO(0)，并且被设定为非活动像素。注意，在图8中，为避免图变得复杂，省略了像素中的附图标记。
沿像素阵列112的水平方向布线的接地连接线157经由泄漏电流检测单元201连接到地(GND)。例如，泄漏电流检测单元201包括电阻器。
阳极电源单元202向像素阵列112的每个像素121中的SPAD 151的阳极提供电源电压VA。阳极电源单元202包括运算放大器211，其中运算放大器211的“+”输入端子(第一输入端子)接收泄漏电流检测单元201的输出，并且“-”输入端子(第二输入端子)从电源212接收预定的电源电压V1。运算放大器211是控制并输出电源电压VA的电压控制单元，使得对“+”输入端子的输入电压和对“-”输入端子的输入电压彼此相等。从电源212提供的电源电压V1由流过接地连接线157的泄漏电流的设定值决定。例如，电源电压V1被设定为-10mV。
将描述控制阳极电压VA的泄漏电流检测单元201和阳极电源单元202的操作。
首先，将像素阵列112中的被设定为非活动像素的像素121的开关153断开。在没有光入射到非活动像素上的状态下，非活动像素中的SPAD 151的阴极电压VS被控制为0V。
在这种状态下，运算放大器211接收0V作为对“+”输入端子的输入电压，并且接收-10mV作为对“-”输入端子的输入电压，由此运算放大器211执行控制以降低提供给SPAD 151的阳极的电源电压VA。
当运算放大器211执行控制以降低非活动像素中的SPAD 151的阳极电压VA时，SPAD 151的阳极-阴极电压增加。结果，在像素阵列112中的多个非活动像素中，具有最低击穿电压VBD的SPAD 151的非活动像素具有高于击穿电压VBD的阳极-阴极电压，使得当光子入射在SPAD 151上时，泄漏电流流过SPAD 151，如同图5中的像素1212。
当泄漏电流流过具有最低击穿电压VBD的SPAD 151的非活动像素时，由于电阻器作为经由接地连接线157连接的泄漏电流检测单元201，发生电压下降(IR降)，由此对运算放大器211的“+”输入端子的输入电压从0V下降。
然后，当对运算放大器211的“+”输入端子的输入电压下降到-10mV以下作为对“-”输入端子的输入电压时，运算放大器211这次执行控制以增加提供给SPAD 151的阳极的电源电压VA。当提供给SPAD 151的阳极的电源电压VA增加时，具有最低击穿电压VBD的SPAD151的非活动像素中的阳极-阴极电压变得低于或等于击穿电压VBD，由此泄漏电流不再流动。
如上所述，泄漏电流检测单元201检测在像素阵列112中的多个非活动像素中具有最低击穿电压VBD的SPAD 151的非活动像素中流动的泄漏电流。阳极电源单元202控制阳极电压VA，使得泄漏电流等于某一电流(在预定范围内的电流值)。根据泄漏电流的检测水平，来设定作为泄漏电流检测单元201的电阻器的电阻值。例如，在电源电压V1为-10mV并且以1mA的泄漏电流执行控制的情况下，泄漏电流检测单元201的电阻值被设定为10Ω。
如上所述，泄漏电流从像素阵列112中的具有最低击穿电压VBD的非活动像素中的SPAD 151开始流动，并且电压控制电路检测泄漏电流并控制阳极电压VA。对于电压控制电路，无关紧要的是(不必知道)多个非活动像素中的哪个包括具有最低击穿电压VBD的SPAD151，并且如果具有最低击穿电压VBD的像素在使用期间由于温度变化等而变化是没有问题的。也不需要检测或选择具有最低击穿电压VBD的非活动像素。
图9是示出由于温度差异引起的击穿电压VBD的变化的曲线图。
在图9的曲线图中，水平轴表示阳极电压，并且竖直轴表示当SPAD151响应时的泄漏电流。
从图9可以看出，击穿电压VBD根据温度变化而变化并且当温度较高时增加，但是电压控制电路控制阳极电压VA，使得泄漏电流总是处于某一值(低于或等于图9中的固定泄漏值)。
图10是示出根据由于温度变化引起的击穿电压VBD的变化的电压控制电路的操作的概念图。
电压控制电路使得阳极电压VA根据非活动像素中的具有最低击穿电压VBD_Min的像素121而变化。电压控制电路执行控制，使得即使在最低击穿电压VBD_Min的大小由于温度变化等而变化时具有最低击穿电压VBD_Min的像素121的阴极电压VS也等于0V(VBT＝0V)。
图11是示出由光接收元件52的电压控制电路引起的过偏压VEX的变化的概念图，该图与图6相对应地示出。
光接收元件52的电压控制电路控制阳极电源电压VA，使得泄漏电流始终为某一值，并且如图11所示，即使当击穿电压VBD随温度变化而变化时，过偏压VEX也根据具有最低击穿电压VBD_Min的SPAD 151处于某一值。
SPAD 151的阳极电压VA降低到最大程度，而不会导致某一值以上的泄漏电流在像素阵列112中的多个非活动像素中的具有最低击穿电压VBD_Min的像素121中流动，这种状态是对像素阵列112中的所有SPAD151而言的过偏压VEX最大化的状态。因此，根据电压控制电路，对像素阵列112中的所有SPAD 151而言的过偏压VEX可以最大化。
如上所述，根据电压控制电路的第一配置示例，可以通过响应于由于像素阵列112的温度变化引起的SPAD 151的击穿电压VBD的变化而使过偏压VEX最大化，来改善像素特性。
<7.电压控制电路的第二配置示例>
图12示出了控制像素阵列112中的每个像素121的阳极电压VA的电压控制电路的第二配置示例。
图12示出了活动像素和非活动像素中的每一个以及根据第二配置示例的电压控制电路。
根据第二配置示例的电压控制电路包括泄漏电流检测单元201、比较器301和阳极电源单元303。
沿像素阵列112的水平方向布线的接地连接线157连接至泄漏电流检测单元201和比较器301的“+”输入端子(第一输入端子)。比较器301的“-”输入端子(第二输入端子)从电源302接收预定的电源电压V1。比较器301将对“+”输入端子的输入电压与对“-”输入端子的输入电压进行比较，并在对“+”输入端子的输入电压高于对“-”输入端子的输入电压的情况下，将设定为HI(1)的比较结果信号输出到阳极电源单元303。换句话说，当大于预定值的泄漏电流流动时，比较器301检测泄漏电流并输出设定为HI的比较结果信号。在泄漏电流小于或等于预定值的情况下，比较器301将设定为LO的比较结果信号输出到阳极电源单元303。比较器301是控制从阳极电源单元303输出的电源电压VA的电压控制单元。
当从比较器301提供的比较结果信号被设定为HI时，阳极电源单元303执行控制以保持提供给SPAD 151的阳极的电源电压VA，或者当比较结果信号被设定为LO时，阳极电源单元执行控制以降低电源电压VA。换句话说，在大于预定值的泄漏电流流动的情况下，阳极电源单元303执行控制以保持提供给SPAD 151的阳极的电源电压VA，或者在泄漏电流低于或等于预定值的情况下，阳极电源单元执行控制以降低电源电压VA。结果，电源电压VA被控制为如下状态：SPAD 151的阳极电压VA降低到最大程度，而不会导致某一值以上的泄漏电流在像素阵列112中的多个非活动像素中的具有最低击穿电压VBD_Min的像素121中流动。因此，根据电压控制电路，过偏压VEX可以最大化。
如上所述，同样在电压控制电路的第二配置示例中，可以通过响应于由于像素阵列112的温度变化引起的SPAD 151的击穿电压VBD的变化而使过偏压VEX最大化，来改善像素特性。
<8.电压控制电路的第三配置示例>
图13示出了控制像素阵列112中的每个像素121的阳极电压VA的电压控制电路的第三配置示例。
图13示出了活动像素和非活动像素中的每一个以及根据第三配置示例的电压控制电路。
在上述的电压控制电路的第一配置示例和第二配置示例中，在阴极侧检测流过SPAD 151的泄漏电流，然而图13的第三配置示例具有在阳极侧检测泄漏电流的配置。
根据第三配置示例的电压控制电路包括阳极电源单元321，该阳极电源单元包括运算放大器331和晶体管332。具体地，将电源电压VA提供给每个像素121中的SPAD 151的阳极的电源线158被输入到运算放大器331的“+”输入端子，并且来自电源333的预定电源电压V1被输入到运算放大器331的“-”输入端子。运算放大器331和晶体管332构成恒流电路，并将流过电源线158的电流控制为恒定。晶体管332对应于第一配置示例和第二配置示例中的泄漏电流检测单元201。在像素阵列112的水平方向上布线的接地连接线157直接接地(GND)，使得开关153在接通时将SPAD 151的阳极直接接地。
第三配置示例具有如下配置：在阳极侧检测流过SPAD 151的泄漏电流，并且因此来自活动像素的活动电流也可以流过电源线158。因此，电源电压VA需要被控制，其中由阳极电源单元321控制的电流值被设定为包括活动电流和泄漏电流的值，或者需要通过停止选择活动像素、将所有像素121都设定为非活动像素、并在检测非活动像素的泄漏电流的泄漏电流检测模式下进行操作而被控制。
如上所述，通过控制电源电压VA使得流过电源线158的电流恒定，可以使过偏压VEX最大化。因此，同样在电压控制电路的第三配置示例中，可以通过响应于由于像素阵列112的温度变化引起的SPAD 151的击穿电压VBD的变化，使过偏压VEX最大化，来改善像素特性。
<9.电压控制电路的第四配置示例>
图14示出了电压控制电路的第四配置示例。
在图14中，像素121变为像素121'，上述像素121被配置为向SPAD的阳极施加负偏压并且将SPAD设定为盖革模式，然而图14中的像素121'的配置变为在正电压范围内将SPAD设定为盖革模式的配置。
根据第四配置示例的电压控制电路具有如下电路配置：根据图8所示的第一配置示例的电压控制电路响应于从像素121到像素121'的变化而改变，并且具有控制提供给SPAD的阴极的电源电压VC的配置。具体地，根据第四配置示例的电压控制电路包括泄漏电流检测单元271和阴极电源单元281。泄漏电流检测单元271包括例如电阻器，并且阴极电源单元281包括运算放大器291。
像素121'包括SPAD 251、晶体管252、开关253、反相器254、锁存电路255和反相器256。晶体管252包括NMOS晶体管。
SPAD 251的阳极连接到晶体管252的漏极，并且还连接到反相器254的输入端子和开关253的一端。SPAD 251的阴极连接到电源电压VC。
SPAD 251是一种光电二极管(单光子雪崩光电二极管)，其可导致入射光入射时产生的电子的雪崩放大，并输出阴极电压VS的信号。提供给SPAD 251的阴极的电源电压VC例如为大约23V的正偏压(正电势)。与上述示例中一样，SPAD 251的击穿电压VBD假定为例如20V。
晶体管252是在饱和区域中工作的恒定电流源，并且通过用作淬灭电阻器来执行被动淬灭。晶体管252的源极接地(GND)，并且其漏极连接至SPAD 251的阳极、反相器254的输入端子和开关253的一端。代替与SPAD 251串联连接的晶体管252，还可以使用“下拉电阻器”。
开关253两端中的一端连接到SPAD 251的阳极、反相器254的输入端子和晶体管252的漏极，并且其另一端经由布线257连接到泄漏电流检测单元271和运算放大器291的“-”输入端子。泄漏电流检测单元271布置在布线257与供给电源电压VDD的电源电压272之间。
开关253可以包括例如NMOS晶体管，并且根据作为反相器256的输出的反相选通信号VG_I而接通和断开。
锁存电路255将选通控制信号VG提供给反相器256，该选通控制信号基于从像素驱动单元111提供的触发信号SET和地址数据DEC而将像素121'控制为活动像素或非活动像素。反相器256通过将选通控制信号VG反相而生成反相选通信号VG_I，并将其提供给开关253。由于锁存电路255的控制与参照图3描述的锁存电路155的控制类似，所以将省略其描述。
当作为输入信号的阳极电压VS'被设定为LO时，反相器254输出被设定为HI的检测信号PFout，或者当阳极电压VS'被设定为HI时，反相器输出被设定为LO的检测信号PFout。反相器254是将SPAD 251上的光子入射输出为检测信号PFout的输出单元。
在像素121'被设定为活动像素的情况下的操作基本上类似于像素121的操作，由此将省略其详细描述。然而，注意，雪崩倍增的发生导致阴极电压VS从像素121中的电源电压VE下降，然而在像素121'中，阳极电压VS'从0V增加。
阴极电源单元281的运算放大器291将电源电压VC提供给像素阵列112的每个像素121'中的SPAD 251的阴极。预定的电源电压V1从电源292输入到运算放大器291的“+”输入端子，并且与流过布线257的泄漏电流相对应的电压被输入到运算放大器291的“-”输入端子。运算放大器291是控制并输出电源电压VC的电压控制单元，使得对“+”输入端子的输入电压和对“-”输入端子的输入电压彼此相等。从电源292提供的电源电压V1由流过布线257的泄漏电流的设定值决定。
当泄漏电流在具有最低击穿电压VBD的SPAD 251的非活动像素中流动时，对运算放大器291的“-”输入端子的输入电压增加。当对运算放大器291的“-”输入端子的输入电压超过对“+”输入端子的输入电压时，运算放大器291这次执行控制以降低提供给SPAD 251的阴极的电源电压VC。当提供给SPAD 251的阴极的电源电压VC降低时，具有最低击穿电压VBD的SPAD 251的非活动像素中的阳极-阴极电压变得低于或等于击穿电压VBD，由此泄漏电流不再流动。结果，电源电压VC被控制到如下状态：SPAD 251的阴极的电源电压VC增加到最大程度，而不会导致某一值以上的泄漏电流在像素阵列112中的多个非活动像素中的具有最低击穿电压VBD_Min的像素121'中流动。因此，根据第四配置示例的电压控制电路可以使过偏压VEX最大化。
如上所述，同样在电压控制电路的第四配置示例中，可以通过响应于由于像素阵列112的温度变化引起的SPAD 251的击穿电压VBD的变化而使过偏压VEX最大化，来改善像素特性。
注意，电压控制电路的第四配置示例具有通过改变电压控制电路的第一配置示例而获得的配置，使得响应于从像素121到像素121'的像素配置变化来控制对于SPAD 251的阴极侧的电源电压VC。类似地，第二配置示例和第三配置示例可以具有如下配置：随着从像素121到像素121'的变化，来控制对于SPAD 251的阴极侧的电源电压VC。
<10.测距系统的使用示例>
图15是示出上述测距系统11的使用示例的示图。
例如，如上所述的测距系统11可以在感测光(比如可见光、红外光、紫外光或如下所述的X射线)的各种情况中使用。
·比如数码相机的设备或者具有相机功能的便携式设备，用于捕获待用于观看的图像；
·用于运输的设备，比如车载传感器，该传感器可对车辆的前、后、外围、内部等成像，以实现安全驾驶，比如自动停车、识别驾驶员的状况等；监控行驶中的车辆和道路的监控摄像机；或者测量车辆之间的距离的距离传感器等；
·用于家用电器的设备，比如电视、冰箱或空调，以对用户的手势成像并根据该手势操作电器；
·用于医疗和健康护理的设备，比如内窥镜；或者通过接收红外光进行血管造影的设备；
·用于安全性的设备，比如用于预防犯罪的监控摄像机；或者用于人员认证的相机；
·用于美容护理的设备，比如对皮肤成像的皮肤测量仪器或对头皮成像的显微镜；
·用于运动的设备，比如用于运动等的运动相机或可穿戴式相机；
·用于农业的设备，比如用于监控田地和农作物的状况的相机。
<11.对移动体的应用示例>
根据本公开的技术(本技术)可以应用于各种产品。例如，根据本公开的技术可以被实现为安装在诸如车辆、电动汽车、混合动力车辆、摩托车、自行车、个人移动设备、飞机、无人驾驶飞机、轮船或机器人的任意类型的移动体上的设备。
图16是示出车辆控制系统的示意性配置示例的框图，该车辆控制系统是可以应用根据本公开的技术的移动体控制系统的示例。
车辆控制系统12000包括经由通信网络12001连接的多个电子控制单元。在图16所示的示例中，车辆控制系统12000包括驱动系统控制单元12010、车身系统控制单元12020、车外信息检测单元12030、车内信息检测单元12040和集成控制单元12050。此外，作为集成控制单元12050的功能配置，示出了微型计算机12051、声音-图像输出单元12052和车载网络接口(I/F)12053。
驱动系统控制单元12010根据各种程序，来控制与车辆的驱动系统相关联的设备的操作。例如，驱动系统控制单元12010用作用于产生车辆的驱动力的驱动力发生器(比如内燃机或驱动马达)、用于将驱动力传递到车轮的驱动力传递机构、用于调节车辆的转向角度的转向机构、用于产生车辆的制动力的制动设备等的控制器。
车身系统控制单元12020根据各种程序，来控制安装在车身上的各种设备的操作。例如，车身系统控制单元12020用作无钥匙进入系统、智能钥匙系统、电动车窗设备或各种灯具(比如前大灯、后灯、制动灯、转向灯或雾灯)的控制器。在这种情况下，车身系统控制单元12020可以接收从代替钥匙的便携式设备发送的无线电波或者各种开关的信号的输入。车身系统控制单元12020接收这些无线电波或信号的输入，以控制车辆的门锁设备、电动车窗设备、灯等。
车外信息检测单元12030检测关于车辆控制系统12000所安装的车辆的外部的信息。例如，车外信息检测单元12030连接到成像单元12031。车外信息检测单元12030使成像单元12031捕获车辆外部的图像并接收所捕获的图像。车外信息检测单元12030可以基于所接收的图像对人、车辆、障碍物、标志、道路表面上的字符等进行物体检测处理或距离检测处理。
成像单元12031是接收光并输出与所接收的光量相对应的电信号的光学传感器。成像单元12031可以将电信号作为图像或作为测距信息而输出。此外，成像单元12031所接收的光可以是可见光或诸如红外光的不可见光。
车内信息检测单元12040检测关于车辆内部的信息。例如，车内信息检测单元12040连接到用于检测驾驶员状况的驾驶员状况检测单元12041。驾驶员状况检测单元12041包括例如对驾驶员成像的相机，并且车内信息检测单元12040可以计算驾驶员的疲劳程度或注意力集中程度，或者可以基于从驾驶员状况检测单元12041输入的检测信息来确定驾驶员是否正在打瞌睡。
微型计算机12051基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获取的关于车辆内部或外部的信息，来计算驱动力发生器、转向机构或制动设备的控制目标值，由此能够向驱动系统控制单元12010输出控制命令。例如，微型计算机12051可以执行针对实现高级驾驶员辅助系统(ADAS)的功能的目的的协同控制，高级驾驶员辅助系统包括用于车辆的碰撞规避或撞击缓冲、跟随前方车辆行驶、定速行驶或基于车辆之间的距离的车辆碰撞警告、车辆驶离车道的警告等。
此外，微型计算机12051基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获取的关于车辆周围环境的信息来控制驱动力发生器、转向机构、制动设备等，由此能够执行针对自动驾驶等目的的协同控制，使车辆能够自主地行驶，而无需依赖驾驶员的操作。
此外，微型计算机12051可以基于由车外信息检测单元12030获取的关于车辆外部的信息向车身系统控制单元12020输出控制命令。例如，微型计算机12051可以执行防眩光目的的协同控制，比如根据前方车辆的位置或由车外信息检测单元12030检测到的迎面驶来的车辆的位置来控制前大灯，从而从远光灯切换为近光灯。
声音-图像输出单元12052将声音或图像中的至少一个的输出信号发送到输出设备，该输出设备可以在视觉上或听觉上向车辆的乘客或车辆外部提供信息通知。图16的示例示出了作为输出设备的音频扬声器12061、显示单元12062和仪表板12063。例如，显示单元12062可以包括车载显示器或平视显示器中的至少一种。
图17是示出成像单元12031的安装位置的示例的示图。
在图17中，车辆12100包括作为成像单元12031的成像单元12101、12102、12103、12104和12105。
例如，成像单元12101、12102、12103、12104和12105设置在如下位置，比如前鼻部、后视镜、后保险杠、后门以及车辆12100的乘客室中的挡风玻璃的上部。安装在前鼻部处的成像单元12101和安装在乘客室中的挡风玻璃的上部处的成像单元12105主要获取车辆12100前方的区域的图像。安装在后视镜上的成像单元12102和12103主要获取车辆12100侧方周围的区域的图像。安装在后保险杠或后门上的成像单元12104主要获取车辆12100后方的区域的图像。由成像单元12101和12105获取的车辆前方的区域的图像主要用于检测前方车辆、行人、障碍物、交通信号灯、交通标志、车道等。
注意，图17示出了成像单元12101至12104中的每一个的成像范围的示例。成像范围12111表示设置在前鼻部处的成像单元12101的成像范围，成像范围12112和12113表示设置在后视镜上的相应成像单元12102和12103的成像范围，并且成像范围12114表示设置在后保险杠或后门上的成像单元12104的成像范围。例如，通过叠加由成像单元12101至12104捕获的图像数据来获得从上方观看的车辆12100的鸟瞰图像。
成像单元12101至12104中的至少一个可以具有获取距离信息的功能。例如，成像单元12101至12104中的至少一个可以是包括多个成像元件的立体相机，或者可以是具有用于相位差检测的像素的成像元件。
例如，基于从成像单元12101至12104中的至少一个获得的距离信息，微型计算机12051在成像范围12111至12114中的至少一个中找到距每个三维物体的距离以及距离的时间变化(相对于车辆12100的相对速度)，从而在基本上与车辆12100的方向相同的方向上，能够具体提取在车辆12100的行驶路径上最接近并以预定速度(0km/h以上)行驶的三维物体作为前方车辆。此外，微型计算机12051可以提前设定在前方车辆的后面要确保的车辆之间的距离，从而能够执行自动制动控制(包括跟随停止控制)、自动加速控制(包括跟随开始控制)等。因此微型计算机可以出于自动驾驶等目的而执行协同控制，使得车辆能够自主行驶，而无需依赖驾驶员的操作。
例如，基于从成像单元12101至12104中的至少一个获得的距离信息，微型计算机12051可以将与三维物体相关联的三维物体数据分类为两轮车、标准尺寸的车辆、大型车辆、行人和其他三维物体(比如电线杆)，并提取用于自动障碍回避的数据。例如，微型计算机12051将车辆12100附近的障碍物识别为车辆12100的驾驶员可以视觉识别的障碍物或驾驶员不容易视觉识别的障碍物。然后，微型计算机12051确定碰撞风险，该碰撞风险指示与每个障碍物碰撞的危险程度，并且在可能发生碰撞且碰撞风险高于或等于设定值的情况下，微型计算机可以通过经由音频扬声器12061和/或显示单元12062向驾驶员输出警报，或者经由驱动系统控制单元12010执行强制减速或回避转向，而执行驾驶员辅助以避免碰撞。
成像单元12101至12104中的至少一个可以是用于检测红外光的红外相机。例如，微型计算机12051可以通过确定在由成像单元12101至12104中的至少一个所捕获的图像中是否存在行人来识别行人。这样的行人识别例如通过以下过程来执行：提取由作为红外相机的成像单元12101至12104中的至少一个所捕获的图像中的特征点；以及对指示物体轮廓的一系列特征点进行图案匹配并确定物体是否对应于行人。如果微型计算机12051确定在由成像单元12101至12104中的至少一个所捕获的图像中存在行人并且识别出该行人，则声音-图像输出单元12052控制显示单元12062，从而将用于强调的矩形轮廓叠加并显示在正在被识别的行人上。此外，声音-图像输出单元12052还可以控制显示单元12062在期望位置显示指示行人的图标等。
上面已经描述了可以应用根据本公开的技术的车辆控制系统的示例。根据本公开的技术可以应用于上述配置中的成像单元12031等。具体地，例如，图1中的测距系统11可以应用于成像单元12031。成像单元12031例如包括LIDAR，并且用于检测车辆12100周围的物体以及到该物体的距离。根据本公开的技术对成像单元12031的应用提高了检测车辆12100周围的物体以及到物体的距离的准确性。结果，例如，可以在适当的时机发出车辆碰撞警告，以能够防止交通事故。
注意，在本说明书中，系统指的是多个部件(比如，设备和模块(零件)的组件，其中，所有部件是否都容纳在同一壳体中并不重要。因此，容纳在单独壳体中并通过网络连接的多个设备、以及具有容纳在单个壳体中的多个模块的单个设备都是系统。
此外，本技术的实施例不限于上述实施例，而是可以在不脱离本技术的范围的情况下以各种方式修改。
注意，在本说明书中描述的效果是通过示例而非限制的方式提供的，其中可能存在除本说明书中描述的效果以外的效果。
注意，本技术还可以以下配置来体现。
(1)
一种光接收元件，包括：
像素阵列，在该像素阵列中均包括SPAD的多个像素以矩阵布置；
像素驱动单元，将像素阵列中的每个像素控制为活动像素或非活动像素；
泄漏电流检测单元，检测非活动像素的泄漏电流；以及
电压控制单元，控制提供给SPAD的阳极侧或阴极侧的电压，使得泄漏电流具有在预定范围内的电流值。
(2)
根据上述(1)的光接收元件，其中
像素还包括：
SPAD；
电阻部件，与SPAD串联连接；
输出单元，输出指示光子入射到SPAD上的检测信号；以及
开关，根据活动像素或非活动像素的控制而接通或断开。
(3)
根据上述(1)或(2)的光接收元件，其中
像素还包括根据活动像素或非活动像素的控制而接通或断开的开关，
泄漏电流检测单元包括连接到开关的电阻器，并且
电压控制单元控制提供给SPAD的阳极侧的电压。
(4)
根据上述(3)的光接收元件，其中
电压控制单元包括运算放大器，该运算放大器接收泄漏电流作为一个输入，并且
运算放大器控制提供给SPAD的阳极侧的电压。
(5)
根据上述(3)的光接收元件，其中
电压控制单元包括比较器，该比较器接收泄漏电流作为一个输入，并根据比较器的输出来控制提供给SPAD的阳极侧的电压。
(6)
根据上述(1)或(2)的光接收元件，其中
泄漏电流检测单元连接到SPAD的阳极侧，并且
电压控制单元控制提供给SPAD的阳极侧的电压。
(7)
根据上述(6)的光接收元件，其中
泄漏电流检测单元包括晶体管。
(8)
根据上述(6)或(7)的光接收元件，其中
像素还包括根据活动像素或非活动像素的控制而接通或断开的开关，并且
该开关在接通时将SPAD的阳极接地。
(9)
根据上述(1)或(2)的光接收元件，其中
像素还包括根据活动像素或非活动像素的控制而接通或断开的开关，
泄漏电流检测单元包括连接到开关的电阻器，并且
电压控制单元控制提供给SPAD的阴极侧的电压。
(10)
根据上述(9)的光接收元件，其中
电压控制单元包括运算放大器，该运算放大器接收泄漏电流作为一个输入，并且
运算放大器控制提供给SPAD的阴极侧的电压。
(11)
一种测距系统，包括：
照明装置，发出发射光；以及
光接收元件，接收发射光的反射光，其中
光接收元件包括：
像素阵列，在该像素阵列中均包括SPAD的多个像素以矩阵布置；
像素驱动单元，将像素阵列中的每个像素控制为活动像素或非活动像素；
泄漏电流检测单元，检测非活动像素的泄漏电流；以及
电压控制单元，控制提供给SPAD的阳极侧或阴极侧的电压，使得泄漏电流具有在预定范围内的电流值。
附图标记列表
11 测距系统
21 照明装置
22 成像装置
31 照明控制单元
32 光源
41 成像单元
42 控制单元
52 光接收元件
53 信号处理电路
111 像素驱动单元
112 像素阵列
121，121' 像素
151 SPAD
152 晶体管
153 开关
154 反相器
157 接地连接线
158 电源线
201 泄漏电流检测单元
202 阳极电源单元
211 运算放大器
212 电源
271 泄漏电流检测单元
281 阴极电源单元
291 运算放大器
292 电源
301 比较器
302 电源
303 阳极电源单元
321 阳极电源单元
331 运算放大器
332 晶体管
333 电源。

Claims (11)

1.一种光接收元件，包括：
像素阵列，在所述像素阵列中，均包括单光子雪崩二极管的多个像素以矩阵状布置；
像素驱动单元，将所述像素阵列中的每个像素控制为活动像素或非活动像素；
泄漏电流检测单元，检测所述非活动像素的泄漏电流；以及
电压控制单元，控制提供给所述单光子雪崩二极管的阳极侧或阴极侧的电压，使得所述泄漏电流具有预定范围内的电流值。
2.根据权利要求1所述的光接收元件，其中
所述像素还包括：
电阻部件，与所述单光子雪崩二极管串联连接；
输出单元，输出指示所述单光子雪崩二极管上的光子入射的检测信号；以及
开关，根据所述活动像素或所述非活动像素的控制而接通或断开。
3.根据权利要求1所述的光接收元件，其中
所述像素还包括根据所述活动像素或所述非活动像素的控制而接通或断开的开关，
所述泄漏电流检测单元包括连接到所述开关的电阻器，并且所述电压控制单元控制提供给所述单光子雪崩二极管的阳极侧的电压。
4.根据权利要求3所述的光接收元件，其中
所述电压控制单元包括运算放大器，所述运算放大器接收所述泄漏电流作为一个输入，并且
所述运算放大器控制提供给所述单光子雪崩二极管的阳极侧的电压。
5.根据权利要求3所述的光接收元件，其中
所述电压控制单元包括接收所述泄漏电流作为一个输入的比较器，并根据所述比较器的输出来控制提供给所述单光子雪崩二极管的阳极侧的电压。
6.根据权利要求1所述的光接收元件，其中
所述泄漏电流检测单元连接到所述单光子雪崩二极管的阳极侧，并且
所述电压控制单元控制提供给所述单光子雪崩二极管的阳极侧的电压。
7.根据权利要求6所述的光接收元件，其中
所述泄漏电流检测单元包括晶体管。
8.根据权利要求6所述的光接收元件，其中
所述像素还包括根据所述活动像素或所述非活动像素的控制而接通或断开的开关，并且
所述开关在接通时将所述单光子雪崩二极管的阳极接地。
9.根据权利要求1所述的光接收元件，其中
所述像素还包括根据所述活动像素或所述非活动像素的控制而接通或断开的开关，
所述泄漏电流检测单元包括连接到所述开关的电阻器，并且
所述电压控制单元控制提供给所述单光子雪崩二极管的阴极侧的电压。
10.根据权利要求9所述的光接收元件，其中
所述电压控制单元包括运算放大器，所述运算放大器接收所述泄漏电流作为一个输入，并且
所述运算放大器控制提供给所述单光子雪崩二极管的阴极侧的电压。
11.一种测距系统，包括：
发光装置，发出发射光；以及
光接收元件，接收所述发射光的反射光，其中
所述光接收元件包括：
像素阵列，在所述像素阵列中，均包括单光子雪崩二极管的多个像素以矩阵状布置；
像素驱动单元，将所述像素阵列中的每个像素控制为活动像素或非活动像素；
泄漏电流检测单元，检测所述非活动像素的泄漏电流；以及
电压控制单元，控制提供给所述单光子雪崩二极管的阳极侧或阴极侧的电压，使得所述泄漏电流具有预定范围内的电流值。
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