CN116076072A - 距离测量系统及光检测装置 - Google Patents

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Abstract

[问题]提供一种距离测量系统，能够调整供应至雪崩光电二极管的偏置电压。[解决方案]该距离测量系统设置有发射测距光的发光装置和接收测距光的反射光的光检测装置。光检测装置包括：像素阵列，包括像素的布置，多个像素中的每一个包括检测反射光的多个雪崩光电二极管；电流测量电路，测量像素阵列的总像素电流；以及偏置电压控制单元，使用电流测量电路的检测结果控制供应至多个雪崩光电二极管的偏置电压。发光装置具有发光控制单元，发光控制单元使用电流测量电路的检测结果控制测距光的强度。

Description

距离测量系统及光检测装置
技术领域
本公开涉及一种距离测量系统和光检测装置。
背景技术
使用由雪崩光电二极管(APD)、单光子雪崩二极管(SPAD)等表示的多个雪崩光电二极管的距离测量系统是已知的。该距离测量系统包括像素阵列，该像素阵列包括具有雪崩光电二极管的多个像素。像素阵列包括被设置为对入射光作出反应的有源像素以及被设置为不对入射光作出反应的无源像素。
在像素阵列中，无源像素的数量是占优势的。因此，已经提出了基于测量流过无源像素的漏电流的结果来调整供应至每一个雪崩光电二极管的偏置电压的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利申请特开第2020-048019号
发明内容
发明要解决的问题
例如，光电二极管可在短距离内或在背景光较大的环境中对光作出反应。在这种情况下，虽然有源像素的比例很小，但是假定整个像素阵列的总电流大大偏离总漏电流。因此，当使用仅基于漏电流的测量结果设置的偏置电压时，可能发生诸如测距性能的降低和功耗的增加的情形。
本公开提供一种能够优化供应至雪崩光电二极管的偏置电压的距离测量系统和光检测装置。
问题的解决方案
根据本公开的实施方式的距离测量系统包括发射测距光的发光装置和接收测距光的反射光的光检测装置。光检测装置包括：像素阵列，其中布置有多个像素，多个像素分别包括检测反射光的多个雪崩光电二极管；电流测量电路，测量像素阵列的总像素电流；以及偏置电压控制单元，使用电流测量电路的检测结果控制供应至多个雪崩光电二极管的偏置电压。该发光装置包括发光控制单元，使用电流测量电路的检测结果来控制测距光的光量。
电流测量电路可包括：
电阻元件，串联连接至多个雪崩光电二极管；
第一运算放大器，输出电阻元件的电压；以及
低通滤波器，平滑第一运算放大器的输出值；
偏置电压控制单元可以包括第二运算放大器，第二运算放大器根据通过低通滤波器进行平滑化获得的平均像素电流值与预设的第一目标值之间的差值调整偏置电压，并且
发光控制单元可包括第三运算放大器，第三运算放大器根据平均像素电流值与预设第二目标值之间的差值调整光量。
电流测量电路可包括：
电阻元件，串联连接至多个雪崩光电二极管；
第一运算放大器，输出电阻元件的电压；
积分电路，对第一运算放大器的输出值进行积分；以及
保持电路，暂时保持积分电路的积分值，
偏置电压控制单元可以包括第二运算放大器，第二运算放大器根据由保持电路保持的保持值与预设的第一目标电压之间的差值调整偏置电压，并且
发光控制单元可包括第三运算放大器，第三运算放大器根据保持值与预设的第二目标值之间的差值调整光量。
光检测装置可以还包括：恒压源，连接至多个雪崩光电二极管；
电流测量电路可以包括：
电阻元件，经由恒压源连接至多个雪崩光电二极管，以及
第一运算放大器，输出电阻元件的电压，
偏置电压控制单元可以包括：
积分电路，对第一运算放大器的输出值进行积分，
保持电路，暂时保持积分电路的积分值，以及
第二运算放大器，根据由保持电路保持的保持值与预设的第一目标电压之间的差值，调整偏置电压和恒压源，以及
发光控制单元可包括第三运算放大器，第三运算放大器根据保持值与预设的第二目标值之间的差值调整光量。
恒压源可包括：
电流镜电路，包括串联连接至多个雪崩光电二极管的第一晶体管和串联连接至电阻元件的第二晶体管；以及
第四运算放大器，根据总像素电流与第二运算放大器的输出值之间的差值控制第一晶体管和第二晶体管。
光检测装置可以还包括：
多个开关元件，将多个像素切换成有源像素或无源像素；
无源像素电流测量电路，测量指示无源像素的像素电流的总和的无源像素电流；以及
有源像素电流测量电路，通过从电流测量电路的检测值中减去无源像素电流测量电路的检测值来测量指示有源像素的像素电流的总和的有源像素电流。
有源像素电流测量电路可以包括：
第一采样保持电路，在发射测距光之前暂时保持由有源像素电流测量电路检测的第一检测值，以及
第二采样保持电路，在发射测距光之后暂时保持由有源像素电流测量电路检测的第二检测值，以及
发光控制单元可包括第一运算放大器，第一运算放大器输出第一检测值与第二检测值之间的差，以及
第二运算放大器，根据第一运算放大器的输出值与预设的目标值之间的差值调整光量。
多个雪崩光电二极管可以设置在第一半导体基板上，并且
除了多个雪崩光电二极管之外的一部分光检测装置可以设置在与第一半导体基板接合的第二半导体基板上。
多个雪崩光电二极管可以设置在第一半导体基板上，并且
可以将除了多个雪崩光电二极管之外的全部光检测装置设置在与第一半导体基板接合的第二半导体基板上。
电流测量电路可以连接至多个雪崩光电二极管中的每一个的阳极。
电流测量电路可以连接至多个雪崩光电二极管中的每一个的阴极。
根据本公开的实施方式的光检测装置包括：像素阵列，其中布置有多个像素，多个像素分别包括检测测距光的反射光的多个雪崩光电二极管；电流测量电路，测量像素阵列的总像素电流；以及偏置电压控制单元，使用电流测量电路的检测结果控制将被供应至多个雪崩光电二极管的偏置电压。
电流测量电路可包括：
电阻元件，串联连接至多个雪崩光电二极管；
第一运算放大器，输出电阻元件的电压；以及
低通滤波器，平滑第一运算放大器的输出值，以及
偏置电压控制单元可以包括第二运算放大器，第二运算放大器根据通过低通滤波器进行平滑化获得的平均像素电流值与预设的第一目标值之间的差来调整偏置电压。
电流测量电路可包括：
电阻元件，电阻元件串联连接至多个雪崩光电二极管；
第一运算放大器，输出电阻元件的电压；
积分电路，对第一运算放大器的输出值进行积分；以及
保持电路，暂时保持积分电路的积分值，以及
偏置电压控制单元可以包括第二运算放大器，第二运算放大器根据由保持电路保持的保持值与预设的第一目标电压之间的差来调整偏置电压。
光检测装置可以还包括连接至多个雪崩光电二极管的恒压源，其中，
电流测量电路可以包括：
电阻元件，经由恒压源连接至多个雪崩光电二极管，以及
第一运算放大器，输出电阻元件的电压，以及
偏置电压控制单元可以包括：
积分电路，对第一运算放大器的输出值进行积分，
保持电路，暂时保持积分电路的积分值，以及
第二运算放大器，根据由保持电路保持的保持值与预设的第一目标电压之间的差值调整偏置电压和恒压源。
恒压源可包括：
电流镜电路，包括串联连接至多个雪崩光电二极管的第一晶体管和串联连接至电阻元件的第二晶体管；以及
第三运算放大器，根据总像素电流与第二运算放大器的输出值之间的差值控制第一晶体管和第二晶体管。
光检测装置可以还包括：
多个开关元件，将多个像素切换成有源像素或无源像素；
无源像素电流测量电路，测量指示无源像素的像素电流的总和的无源像素电流；以及
有源像素电流测量电路，通过从电流测量电路的检测值中减去无源像素电流测量电路的检测值来测量指示有源像素的像素电流的总和的有源像素电流。
有源像素电流测量电路可以包括：
第一采样保持电路，在发射测距光之前暂时保持由有源像素电流测量电路检测的第一检测值，以及
第二采样保持电路，在发射测距光之后暂时保持由有源像素电流测量电路检测的第二检测值。
多个雪崩光电二极管可以设置在第一半导体基板上，并且
除了多个雪崩光电二极管之外的一部分光检测装置可以设置在与第一半导体基板接合的第二半导体基板上。
多个雪崩光电二极管可以设置在第一半导体基板上，并且
可以将除了多个雪崩光电二极管之外的全部光检测装置设置在与第一半导体基板接合的第二半导体基板上。
附图说明
图1是示出根据第一实施方式的距离测量系统的配置示例的框图。
图2是示出根据第一实施方式的发光装置及光检测装置的电路配置的示图。
图3是示出偏置电源的配置的电路图。
图4是示出根据第一实施方式的距离测量系统的操作时序的时序图。
图5是示出根据第二实施方式的发光装置及光检测装置的电路配置的示图。
图6是示出根据第二实施方式的距离测量系统的操作时序的时序图。
图7是示出根据第三实施方式的发光装置及光检测装置的电路配置的一部分的示图。
图8是示出根据第四实施方式的发光装置及光检测装置的电路配置的示图。
图9是示出根据第四实施方式的距离测量系统的操作时序的时序图。
图10是示出根据第四实施方式的距离测量系统的操作过程的流程图。
图11是示出光检测元件和反相器的操作时序的时序图。
图12是示出根据第五实施方式的发光装置及光检测装置的电路配置的示图。
图13是示出根据第六实施方式的发光装置及光检测装置的电路配置的示图。
图14是示出根据每一个实施方式的距离测量系统的布局的示例的布局图。
图15是示出根据每一个实施方式的距离测量系统的布局的另一示例的布局图。
图16是示出车辆控制系统的示意性配置的示例的框图。
图17是示出车外信息检测单元和成像部的安装位置的示例的说明图。
具体实施方式
(第一实施方式)
图1是示出根据第一实施方式的距离测量系统的配置示例的框图。图1中示出的距离测量系统1是使用飞行时间(ToF)方法捕获距离图像的系统，并且包括发光装置10和成像装置20。
发光装置10包括发光控制单元11和发光元件12。发光控制单元11基于控制单元22的控制来控制从发光元件12发射的测距光的图案。具体地，发光控制单元11根据从控制单元22提供的照射信号中包括的照射代码来控制从发光元件12发射的测距光的图案。例如，照射代码包括“1”(高)和“0”(低)两个值。发光控制单元11在照射代码的值为“1”时接通发光元件12，在照射代码的值为“0”时关闭发光元件12。
发光元件12基于发光控制单元11的控制发射预定波长区域内的测距光。发光元件12例如是红外激光二极管。发光元件12的类型和测距光的波长范围可以根据距离测量系统1的使用应用等自由设置。
成像装置20接收通过由被检体102和被检体103反射测距光获得的反射光。成像装置20包括成像部21、控制单元22、显示部23以及存储器24。
成像部21包括透镜30、光检测装置40和信号处理电路50。透镜30在光检测装置40上形成入射光的图像。注意，可以使用任何配置作为透镜30的配置，并且例如，透镜30可由多个透镜组构成。
光检测装置40基于控制单元22的控制，对被检体102、被检体103等进行成像。另外，光检测装置40将通过成像获得的信号输出到信号处理电路50。
信号处理电路50基于控制单元22的控制来处理光检测装置40的输出信号。例如，信号处理电路50基于光检测装置40的输出信号来检测到被检体的距离，生成表示与被检体的距离的距离图像。
控制单元22包括例如控制电路、处理器等，诸如现场可编程门阵列(FPGA)或数字信号处理器(DSP)。控制单元22控制发光控制单元11、光检测装置40以及信号处理电路50。
显示部23包括例如面板型显示装置，诸如液晶显示装置或有机电致发光(EL)显示装置。
存储器24可以由任何存储装置、存储介质等构成，并且存储距离图像等。
图2是示出根据第一实施方式的发光装置10和光检测装置40的电路配置的示图。
首先，将描述发光装置10的电路配置。在发光装置10中，发光控制单元11串联连接至发光元件12。发光元件12使用测距光L1照射被检体102。此时，测距光L1的光量由发光控制单元11控制。
发光控制单元11包括可变电流源111和运算放大器112。可变电流源111向发光元件12提供直接发光电流。发光电流对应于测距光L1的光量并且由运算放大器112调整。表示从后面描述的低通滤波器(LPF)423获得的平均像素电流值的信号被输入到运算放大器112的非反相输入端(+)。反相输入端(-)的电位被设置为目标值V10。
运算放大器112根据信号值(平均像素电流值)与目标值V10之间的差值调整可变电流源111的发光电流。例如，在信号值(平均像素电流值)大于目标值V10的情况下，从可变电流源111供应的发光电流增加。相反，在信号值(平均像素电流值)小于目标值V10的情况下，发光电流减小。
接着，将描述光检测装置40的电路配置。光检测装置40包括像素阵列401、电流测量电路402、偏置电压控制单元403和偏置电源404。
像素阵列401包括二维布置的多个像素401a和多个像素401b。每一个像素401a和像素401b包括光检测元件411、开关元件412、电流源413和反相器414。
光检测元件411是由APD、SPAD等表示的雪崩光电二极管。光检测元件411的阴极连接至电流源413和反相器414。光检测元件411的阳极连接至电流测量电路402。
开关元件412包括将对应像素切换成有源像素或无源像素的N型MOS晶体管。从控制单元22向开关元件412的栅极输入控制信号。当基于控制信号关闭开关元件412时，对应的像素被切换成其中光检测元件411对反射光L2作出反应的有源像素。相反，当基于控制信号使开关元件412接通时，对应的像素被切换成其中光检测元件411不对反射光L2作出反应的无源像素。在本实施方式中，像素401a被设置为有源像素，并且像素401b被设置为无源像素。
在本实施方式中，当距离测量系统1正常操作时，有源像素的数量小于无源像素的数量。
电流源413包括向光检测元件411的阴极供应可变电压的P型MOS晶体管。当电流源413在光检测元件411的阳极和阴极之间施加等于或高于击穿电压的反向电压时，光检测元件411被设置为盖革模式(Geiger mode)。当光子进入被设置为盖革模式的光检测元件411时，发生雪崩倍增，并且电流流过光检测元件411。该电流被输入到反相器414。
反相器414将输入端的电压，即光检测元件411的阴极电压与参考电压进行比较。此外，反相器414将指示阴极电压是高于还是低于参考电压的信号从输出端输出到信号处理电路50。信号处理电路50可以通过该信号检测阴极电压的电压变化。
电流测量电路402包括电阻元件421、运算放大器422和LPF 423。电阻元件421与设置在像素401a和像素401b中的全部光检测元件411串联连接。运算放大器422的非反相输入端(+)连接至电阻元件421的一端，并且反相输入端(-)连接至电阻元件421的另一端。运算放大器422将电阻元件421两端的电压从输出端输出到偏置电压控制单元403。运算放大器422的输出值对应于像素阵列401的总像素电流。LPF 423平滑运算放大器422的输出值。因此，获得与像素阵列401的总像素电流的平均值对应的平均像素电流值。
注意，虽然在本实施方式中电流测量电路402包括模拟电路，但是电流测量电路402的一部分可以包括数字电路。具体地，电流测量电路402包括ADC(模数转换器)、数字LPF和DAC(数模转换器)。ADC将从运算放大器422输出的模拟信号转换成数字信号。数字LPF对数字信号执行平滑处理。DAC将平滑的数字信号转换成模拟信号。
在本实施方式中，通过LPF 423执行的平滑处理获得的平均像素电流值也被输入到发光控制单元11的运算放大器112的非反相输入端(+)。运算放大器112调整从可变电流源111供应至发光元件12的发光电流，使得平均像素电流值与目标值V10一致。
偏置电压控制单元403包括运算放大器431。平均像素电流值被输入到运算放大器431的非反相输入端(+)。运算放大器431的反相输入端(-)的电位被设置为目标值V20。运算放大器431控制偏置电源404，使得平均像素电流值与目标值V20一致。即，运算放大器431根据平均像素电流值与目标值V20之间的差值，调整从偏置电源404供应至每一个光检测元件411的阳极的偏置电压。
图3是示出偏置电源404的配置的电路图。偏置电源404包括运算放大器441和电流源442。运算放大器441的非反相输入端(+)经由电阻元件421连接至每一个光检测元件411的阳极。另一方面，反相输入端(-)连接至上述运算放大器431的输出端。电流源442包括N型MOS晶体管。N型MOS晶体管的栅极连接至运算放大器441的输出端。漏极连接至运算放大器441的非反相输入端(+)。源极接地。在偏置电源404中，运算放大器441控制N型MOS晶体管的栅极电位，从而调整供应至每一个光检测元件411的阳极的偏置电压。
图4是示出根据本实施方式的距离测量系统1的操作时序的时序图。下面将参照图4描述如上所述配置的距离测量系统1的操作。
每当发光元件12在周期T内发光时，用测距光L1照射被检体102。另外，反射光L2由每一个像素401a的光检测元件411检测。光检测元件411还检测被检体102的安装环境中的背景光L3(见图2)。背景光L3的光量小于反射光L2的光量。
通过将由电流测量电路402测量的像素阵列401的所有像素的电流相加而获得的总像素电流包括表示背景光L3的光量的电流分量和通过将反射光L2的光量与背景光L3的光量相加而获得的电流分量。总像素电流还包括每一个像素401b(无源像素)的漏电流IL的分量。光检测元件411的击穿电压随着温度变化而变动，或者在个体之间变化。因此，在无源像素(像素401b)中，光检测元件411的阳极-阴极电压不会下降至击穿电压，并响应于光子产生漏电流。
通过LPF 423平滑总像素电流。通过该处理，获得平均像素电流值。此后，偏置电压由偏置电压控制单元403的运算放大器431调整，使得总像素电流变得恒定。例如，在背景光L3的光量大的环境下，总像素电流也增加。在这种情况下，在偏置电源404中，运算放大器441降低电流源442(N型MOS晶体管)的栅极电位。结果，偏置电压增加。
另一方面，在背景光L3的光量小的环境下，总像素电流也减小。在这种情况下，在偏置电源404中，运算放大器441升高电流源442(N型MOS晶体管)的栅极电位。结果，偏置电压减小。
因此，根据本实施方式，通过测量有源像素(像素401a)和无源像素(像素401b)这两者的像素电流来调整偏置电压。因此，可以根据背景光L3的光量来优化偏置电压。
此外，在本实施方式中，发光控制单元11基于通过LPF 423执行的平滑处理所获得的平均像素电流值来调整发光电流。例如，在背景光L3的光量大的环境下，平均像素电流值也增加。在这种情况下，运算放大器112调整可变电流源111以增加发光电流。结果，即使在背景光L3的光量大的环境中，也可以维持距离测量性能。
另一方面，在背景光L3的光量小的环境下，平均像素电流值也减小。在这种情况下，运算放大器112调整可变电流源111以减小发光电流。这使得可以在背景光L3的光量小的环境下降低发光装置10的功耗。
(第二实施方式)
图5是示出根据第二实施方式的发光装置10和光检测装置40的电路配置的示图。与上述的第一实施方式的部件类似的部件由相同的附图标记表示，并且将省略其详细描述。
本实施方式与第一实施方式的不同之处在于电流测量电路402的配置。根据本实施方式的电流测量电路402包括积分电路424和保持电路425来代替LPF 423。
积分电路424连接至电流测量电路402的运算放大器422的输出端。积分电路424对运算放大器422的输出值(即，总像素电流)进行积分，并且将积分值输出到保持电路425。保持电路425暂时保持积分电路424的积分值，即，总像素电流的积分值。
图6是示出根据本实施方式的距离测量系统的操作时序的时序图。下面将参照图6描述根据本实施方式的距离测量系统的操作。
在本实施方式中，与第一实施方式同样地，每当发光元件12在周期T内利用测距光L1照射被检体102时，每一个像素401a的光检测元件411也检测反射光L2和背景光L3。此外，由电流测量电路402检测的总像素电流还包括指示背景光L3的光量的电流分量、指示反射光L2的光量的电流分量、以及每一个像素401b(无源像素)的漏电流IL的分量。
通过积分电路424对总像素电流进行积分。积分电路424在与发光元件12的发光周期相同的周期T中基于从控制单元22输入的控制信号对总像素电流进行积分。即，积分电路424的积分间隔被设置为周期T。
随后，积分电路424的积分值由保持电路425保持。保持电路425还基于控制信号保持积分值。即，将保持电路425的保持间隔设置为周期T。
此后，运算放大器431根据积分值与目标值V21之间的差值调整偏置电压。注意，目标值V21是与第一实施方式中描述的目标值V20不同的值。以此方式，偏置电压被调整成使得总像素电流恒定。
此外，在本实施方式中，发光控制单元11根据暂时保持在保持电路425中的像素电流的积分值与目标值V11之间的差值调整发光电流。注意，目标值V11是与第一实施方式中描述的目标值V10不同的值。以这种方式调整发光电流，使得根据背景光L3的光量优化测距光L1的光量。
根据上述的本实施方式，使用像素阵列401的总像素电流来调整偏置电压，从而根据背景光L3的光量来优化光检测性能。此外，还使用总像素电流调整发光电流，由此还可以根据背景光L3的光量优化发光性能。
(第三实施方式)
图7是示出根据第三实施方式的发光装置10和光检测装置40的电路配置的一部分的示图。与上述的第一实施方式的部件类似的部件由相同的附图标记表示，并且将省略其详细描述。
根据本实施方式的光检测装置40还包括恒压源405。根据本实施方式的恒压源405是具有电流检测功能的偏置电源，并且包括第一晶体管451、第二晶体管452、运算放大器453和恒压负电源454。第一晶体管451和第二晶体管452是N型MOS晶体管并且构成电流镜电路。
第一晶体管451的漏极与每一个光检测元件411的阳极连接，源极与恒压负电源454连接。另一方面，第二晶体管452的漏极串联连接至电流测量电路402的电阻元件421，并且源极连接至恒压负电源454。每一个晶体管的栅极连接至运算放大器453的输出端。
运算放大器453的非反相输入端(+)与每一个光检测元件411的阳极连接，反相输入端(-)与偏置电压控制单元403的运算放大器431的输出端连接。
在本实施方式中，总像素电流流过第一晶体管451。此时，第二晶体管452与第一晶体管451形成电流镜电路，因此，与总像素电流相同的电流流过第二晶体管452并且由电阻元件421检测。此外，运算放大器422输出电阻元件421的检测电流。
随后，如在第二实施方式中，通过积分电路424对总像素电流进行积分，并且将积分值暂时保持在保持电路425中。此后，运算放大器431根据暂时保持在保持电路425中的积分值与目标值V20之间的差值来调整偏置电压。此外，在恒压源405的运算放大器453中，根据流过第一晶体管451的电流与运算放大器431的输出值之间的差值来调整第一晶体管451和第二晶体管452的每一个的栅极电位。注意，在本实施方式中，可以提供在第一实施方式中描述的LPF 423来代替积分电路424和保持电路425。在这种情况下，总像素电流被平滑化。
根据上述本实施方式，如第二实施方式中那样，可以根据背景光L3的光量优化光检测性能和发光性能。另外，在本实施方式中，通过将具有电流检测功能的偏置电源405用作偏置电源，能够利用在光检测元件411与偏置电源之间的电流路径中不配置电阻元件421的电路配置来测量总像素电流。
(第四实施方式)
图8是示出根据第四实施方式的发光装置10和光检测装置40的电路配置的示图。与上述的第一实施方式的部件类似的部件由相同的附图标记表示，并且将省略其详细描述。另外，本实施方式的光检测装置40具有无源像素电流测量电路406和有源像素电流测量电路407。
无源像素电流测量电路406是用于测量无源像素电流的电路，该无源像素电流指示被设置为无源像素的像素401b的像素电流的总和。具体地，无源像素电流测量电路406包括电阻元件461、运算放大器462和LPF 463。电阻元件461的一端连接至电流路径(例如，开关元件412的源极)，并且另一端接地。
电阻元件461的一端连接至运算放大器462的非反相输入端(+)，并且反相输入端(-)的电位接地。运算放大器462将电阻元件461的电压作为无源像素电流输出到LPF 463。LPF 463平滑无源像素电流。因此，获得无源像素的电流的平均值。
另一方面，有源像素电流测量电路407是用于测量表示被设置为有源像素的像素401a的像素电流的总和的有源像素电流的电路。具体地，有源像素电流测量电路407包括运算放大器471、第一采样保持(S/H)电路472、以及第二采样保持(S/H)电路473。
由LPF 423测量的所有像素的电流的平均值被输入到运算放大器471的非反相输入端(+)，并且由无源像素电流测量电路406测量的无源像素的电流的平均值被输入到反相输入端(-)。运算放大器471通过从所有像素的电流的平均值中减去无源像素的电流的平均值来测量有源像素电流。
第一采样保持电路472在发光元件12发射测距光L1之前暂时保持运算放大器471的第一检测值。另一方面，第二采样保持电路473在发光元件12发射测距光L1之后暂时保持运算放大器471的第二检测值。第一检测值和第二检测值同时输出到发光控制单元11。
根据本实施方式的发光控制单元11还包括运算放大器113。第二检测值被输入到运算放大器113的非反相输入端(+)，并且第一检测值被输入到反相输入端(-)。运算放大器113输出第二检测值与第一检测值之间的差值。该差值与像素401a的光检测元件411相对于测距光L1的反应电流对应。该反应电流被输入到运算放大器112的非反相输入端(+)。运算放大器112根据反应电流与目标值V12之间的差值调整发光电流。
图9是示出根据本实施方式的距离测量系统的操作时序的时序图。此外，图10是示出根据本实施方式的距离测量系统的操作过程的流程图。下面将参照图9和图10描述根据本实施方式的距离测量系统的操作。
首先，基于发光控制单元11的控制关闭发光元件12(步骤S1)。在这种情况下，背景光L3入射到每一个像素401a(有源像素)和像素401b(无源像素)的光检测元件411。
接着，电流测量电路402测量总像素电流I10(步骤S2)。与步骤S2并行，无源像素电流测量电路406测量无源像素电流I20(步骤S3)。总像素电流I10和无源像素电流I20仅包括背景光L3的电流分量。
接着，有源像素电流测量电路407从总像素电流I10减去无源像素电流I20，以测量有源像素电流I30(步骤S4)。有源像素电流I30保持在第一采样保持电路472中(步骤S5)。
接着，基于发光控制单元11的控制接通发光元件12(步骤S6)。在这种情况下，从发光元件12向被检体102发射测距光L1，反射光L2和背景光L3入射到像素401a(有源像素)和像素401b(无源像素)的光检测元件411。
接着，电流测量电路402测量总像素电流I11(步骤S7)。与步骤S7并行，无源像素电流测量电路406测量无源像素电流I22(步骤S8)。总像素电流I11和无源像素电流I22包括反射光L2的电流分量以及背景光L3的电流分量。
接着，有源像素电流测量电路407从总像素电流I11中减去无源像素电流I21以测量有源像素电流I31(步骤S9)。有源像素电流I31保持在第二采样保持电路472中(步骤S10)。
随后，有源像素电流I30和有源像素电流I31同时输入到发光控制单元11。发光控制单元11从有源像素电流I31减去有源像素电流I30，以测量有源像素电流I32(步骤S11)。有源像素电流I32仅包含反射光L2的电流分量，因此与有源像素的光检测元件411相对于测距光L1的反应电流对应。
最后，发光控制单元11基于有源像素电流I32调整发光电流(步骤S12)。此外，偏置电压控制单元403基于总像素电流I11调整偏置电压。结果，总像素电流和有源像素电流分别被控制为目标电流I tgt1和目标电流I tgt1。
根据本实施方式，如上所述，控制偏置电压使得整个像素阵列401的消耗电流变成预定电流目标值，并且控制发光电流使得由反射光L2产生的有源像素电流变成预定电流目标值。结果，反射光L3的电流分量由于背景光L3的电流分量和漏电流IL的减小而增大，因此，测距光L1的光量增大。
另外，在本实施方式中，能够检测每一个像素的反相器414无法检测出的光检测元件411的光子反应。下面将参照图11描述该效果。
图11是示出光检测元件411和反相器414的操作时序的时序图。图11示出有源像素的光检测元件411的阳极和阴极之间的电压VD和电流ID的变化。
首先，在时刻t1，由于雪崩倍增而产生的电流通过光检测元件411相对于入射光L11的光子反应而流动。因此，阳极-阴极电压VD降低至通过将击穿电压Vbd与通过积分串联寄生电阻Rs和电流Iq获得的电压相加而获得的电压。由此，雪崩倍增停止(光检测元件411退出盖革模式)。
随后，执行所谓的再充电操作，其中，阳极-阴极电压VD由于从电流源413流动的电流而恢复。此时，背景光L31的光量足够小，使得在再充电操作期间没有发生光子反应。
此后，在时刻t2，由于雪崩倍增而产生的电流Iq通过光检测元件411相对于入射光L12的光子反应而流动。由于光子反应，阳极-阴极电压VD再次下降，并且随后，开始再充电操作。此时，背景光L32的光量大于背景光31的光量，并且因此，光子反应发生多次。因此，电流针对每一个光子反应流动。
然而，在阳极-阴极电压VD超过反相器414的参考电压之前发生光子反应的情况下，反相器414的输出脉冲的电平不改变，使得不能检测光子反应。
另一方面，在本实施方式中，可以测量仅包括背景光L3的电流分量的有源像素电流。因此，能够检测在反相器414中不能检测出的光检测元件411的光子反应。
(第五实施方式)
图12是示出根据第五实施方式的发光装置10和光检测装置40的电路配置的示图。与上述的第一实施方式的部件类似的部件由相同的附图标记表示，并且将省略其详细描述。
在本实施方式的光检测装置40的像素阵列401中，光检测元件411的阳极与反相器414连接，阴极与电流测量电路402连接。反相器414将表示阳极电压是否已改变的数字信号输出到信号处理电路50。另外，光检测元件411的阳极与包括N型MOS晶体管的电流源413a和包括P型MOS晶体管的开关元件412a连接。
电流测量电路402测量光检测元件411的阴极侧的所有像素的电流的平均值。注意，在电流测量电路402中，可以设置第二实施方式中描述的积分电路424和保持电路425来代替LPF 423。
偏置电压控制单元403根据由LPF 423执行的平滑处理而获得的平均像素电流值与目标值V22之间的差值，调整从偏置电源404向每一个光检测元件411的阴极供应的偏置电压。此外，发光控制单元11的运算放大器112根据平均像素电流值与目标值V13之间的差值调整发光元件12的发光电流。
在上述本实施方式中，如在第一实施方式中，通过测量有源像素(401a)和无源像素(像素401b)两者的像素电流来调整偏置电压。因此，可以根据背景光L3的光量来优化偏置电压。此外，发光控制单元11基于平均像素电流值调整发光电流，从而可以在维持测距性能的情况下降低功耗。
(第六实施方式)
图13是示出根据第六实施方式的发光装置10和光检测装置40的电路配置的示图。与上述第五实施方式相似的部件由相同的参考标号表示，并且将省略其详细描述。
另外，本实施方式的光检测装置40具有无源像素电流测量电路406和有源像素电流测量电路407。无源像素电流测量电路406测量像素401b(无源像素)的无源像素电流，如在第四实施方式中。此外，与第四实施方式一样，有源像素电流测量电路407还在用测距光L1照射之前和之后测量有源像素电流。
此外，发光控制单元11与第四实施方式同样地，也测量光检测元件411相对于测距光L1的反应电流，根据该反应电流与目标值V14的差值来调整发光电流。
因此，在本实施方式中，还可以在维持测距性能的情况下优化偏置电压并降低功耗。另外，还能够检测每一个像素的反相器414无法检测出的光检测元件411的光子反应。
(第一变形例)
图14是示出根据上述每一个实施方式的距离测量系统的布局的示例的布局图。
在图14所示的变形例中，在第一半导体基板501上设置有二维布置的多个光检测元件411。第二半导体基板502用铜焊盘接合到第一半导体基板501。由此，第一半导体基板501和第二半导体基板502形成为彼此堆叠的一个半导体芯片。
第二半导体基板502设置有每一个光检测元件411的读出电路512和控制单元22。读出电路512除了像素阵列401的光检测元件411之外的部件以及诸如电流测量电路402的一部分光检测装置40以外，还包括例如信号处理电路50等。
此外，在作为与第一半导体基板501和第二半导体基板502分离的芯片形成的第三半导体基板503上提供可变电源电路513。可变电源电路513例如具有偏置电压控制单元403、偏置电源404等光检测装置40的其他部分。
此外，本变形例还包括形成为与第一半导体基板501和第二半导体基板502分离的芯片的第四半导体基板504和第五半导体基板505。在第四半导体基板504中设置有驱动电路514。驱动电路514设置有例如与发光元件12的驱动相关的部件，诸如上述发光控制单元11。另一方面，二维布置的多个发光元件12被设置在第五半导体基板505上。
根据以上说明的本变形例，光检测元件411配置在一个独立的半导体基板上，由此光接收区域与半导体基板的比率(填充率)变大。由此，能够高概率地检测入射到光检测元件411的光子。此外，发光元件12也布置在一个独立的半导体基板上，由此发光区域与半导体基板的比率增加。
(第二变形例)
图15是示出根据每一个上述实施方式的距离测量系统的布局的另一示例的布局图。另外，对与上述第一变形例相同的结构标注相同标号并省略其详细说明。
在本变形例中，在第二半导体基板502上设置可变电源电路513。即，光检测装置40的整体集中在第二半导体基板502上。
因此，根据本实施方式，不需要第三半导体基板503，从而可以使系统小型化。
<应用于移动体的示例>
根据本公开的技术(本技术)可应用于各种产品。例如，根据本公开的技术可实现为安装在任何类型的移动体(诸如车辆、电动车辆、混合电动车辆、摩托车、自行车、个人机动、飞机、无人机、船舶以及机器人)上的装置。
图16是描绘作为可应用根据本公开的技术的移动体控制系统的示例的车辆控制系统的示意性配置的示例的框图。
车辆控制系统12000包括经由通信网络12001彼此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以及集成控制单元12050。另外，作为集成控制单元12050的功能结构，例示了微型计算机12051、声音/图像输出部12052、车载网络接口(I/F)12053。
驱动系统控制单元12010根据各种程序控制与车辆的驱动系统相关的装置的操作。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产生装置(诸如内燃机、驱动电机等)、用于将驱动力传递到车轮的驱动力传递机构、用于调整车辆的转向角的转向机构、用于产生车辆的制动力的制动装置等的控制装置。
车身系统控制单元12020根据各种程序来控制设置在车身上的各种装置的操作。例如，车身系统控制单元12020用作用于无钥匙进入系统、智能钥匙系统、电动车窗装置或诸如前照灯、后备灯、制动灯、转向信号、雾灯等的各种灯的控制装置。在这种情况下，从作为按键的替代物的移动装置发送的无线电波或各种开关的信号可以被输入到车身系统控制单元12020。车身系统控制单元12020接收这些输入的无线电波或信号，并且控制车辆的门锁装置、电动车窗装置、灯等。
车外信息检测单元12030检测包含车辆控制系统12000的车外的信息。例如，在车外信息检测单元12030上连接有成像部12031。车外信息检测单元12030使成像部12031拍摄车外的图像，并接收该拍摄图像。另外，车外信息检测单元12030也可以基于接收到的图像，进行检测人、车辆、障碍物、标志、路面上的文字等对象物的处理、或者检测其距离的处理等。
成像部12031是接收光并且输出对应于接收到的光的光量的电信号的光学传感器。成像部12031可以输出电信号作为图像，或者可以输出电信号作为关于测量距离的信息。此外，成像部12031接收的光可以是可见光，或者可以是诸如红外线等不可见光。
车内信息检测单元12040检测关于车辆内部的信息。车内信息检测单元12040例如与检测驾驶员的状态的驾驶员状态检测部12041连接。驾驶员状态检测部12041例如包括拍摄驾驶员的照相机。基于从驾驶员状态检测部12041输入的检测信息，车载信息检测单元12040可以计算驾驶员的疲劳度或驾驶员的集中度，或者可以确定驾驶员是否打瞌睡。
微型计算机12051可以基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的关于车辆内部或外部的信息来计算驱动力生成装置、转向机构或制动装置的控制目标值，并且向驱动系统控制单元12010输出控制命令。例如，微型计算机12051可以执行旨在实现高级驾驶员辅助系统(ADAS)的功能的协作控制，该功能包括用于车辆的防碰撞或减震、基于跟随距离的跟随驾驶、维持驾驶的车辆速度、车辆碰撞的警告、车辆与车道的偏离的警告等。
另外，微型计算机12051通过基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的关于车外或车内信息的信息来控制驱动力产生装置、转向机构、制动装置等，可以执行用于自动驾驶的协作控制，这使得车辆不依赖于驾驶员的操作等而自动行驶。
另外，微型计算机12051可以基于由车外信息检测单元12030获得的关于车外的信息，将控制命令输出到车身系统控制单元12020。例如，微型计算机12051可以通过根据由外部车辆信息检测单元12030检测的前方车辆或对面车辆的位置，控制前照灯以从远光改变到近光，来执行旨在防止眩光的协作控制。
声音/图像输出部12052将声音或图像中的至少一个的输出信号传输到输出装置，该输出装置能够视觉上或听觉地向车辆的乘员或车辆外部提供信息。在图16的示例中，音频扬声器12061、显示部12062和仪表板12063被示出为输出装置。例如，显示部12062可包括板上显示器或平视显示器中的至少一个。
图17是描绘成像部12031的安装位置的示例的图示。
在图17中，成像部12031包括成像部12101、12102、12103、12104和12105。
成像部12101、12102、12103、12104和12105例如设置在车辆12100的前鼻、侧视镜、后保险杠和后门上的位置以及车辆内部挡风玻璃的上部的位置上。设置在车辆内部内的前鼻的成像部12101和设置在挡风玻璃的上部的成像部12105主要获得车辆12100前方的环境的图像。设置到侧视镜的成像部12102和12103主要获得车辆12100的侧面的图像。设置到后保险杠或后门的成像部12104主要获得车辆12100的后部的图像。设置在车辆内部内的挡风玻璃的上部的成像部12105主要用于检测前方车辆、行人、障碍物、信号、交通标志、车道等。
顺便提及，图17描述了成像部12101至12104的成像范围的示例。成像范围12111表示设置到前鼻的成像部12101的成像范围。成像范围1211212113分别表示设置到侧视镜的成像部12102和12103的成像范围。成像范围12114表示设置到后保险杠或后门的成像部12104的成像范围。例如，通过叠加由成像部12101至12104成像的图像数据来获得从上方观看的车辆12100的鸟瞰图像。
成像部12101至12104中的至少一个可具有获得距离信息的功能。例如，成像部12101至12104中的至少一个可以是由多个成像元件构成的立体相机，或者可以是具有用于相位差检测的像素的成像元件。
例如，微型计算机12051可以基于从成像部12101至12104获得的距离信息确定在成像范围12111至12114内到每一个三维物体的距离以及该距离的时间变化(相对于车辆12100的相对速度)，由此，抽出存在于车辆12100的行驶路径上、以与车辆12100大致相同的方向以规定的速度(例如，等于或大于0km/小时)。另外，微型计算机12051可以预先设置跟随距离以保持在前行车辆的前方，并且执行自动制动控制(包括跟随停止控制)、自动加速控制(包括跟随起动控制)等。由此，能够进行不依赖于驾驶员的操作等而使车辆自动行驶的自动驾驶用的协调控制。
例如，微型计算机12051可以基于从成像部12101至12104获得的距离信息将与三维物体有关的三维物体数据分类为二轮车、标准车辆、大型车辆、行人、电线杆和其他三维物体的三维物体数据，提取分类的三维物体数据，并且将所提取的三维物体数据用于自动躲避障碍物。例如，微型计算机12051将车辆12100周围的障碍物识别为车辆12100的驾驶员可以视觉识别的障碍物和车辆12100的驾驶员难以视觉识别的障碍物。然后，微型计算机12051确定指示与每一个障碍物碰撞的风险的碰撞风险。在碰撞风险等于或高于设置值并且因此存在碰撞可能性的情况下，微型计算机12051经由音频扬声器12061或显示部12062向驾驶员输出警告，并且经由驾驶系统控制单元12010执行强制减速或躲避转向。微型计算机12051可由此辅助驾驶以避免碰撞。
成像部12101至12104中的至少一个可以是检测红外线的红外相机。微型计算机12051例如可以通过确定在成像部12101至12104的拍摄图像中是否存在行人来识别行人。行人的这种识别例如通过提取作为红外照相机的成像部12101至12104的成像图像中的特征点的过程以及通过对表示对象的轮廓的一系列特征点执行图案匹配处理来确定是否是行人的过程来执行。当微型计算机12051确定在成像部12101到12104的成像图像中存在行人并因此识别出行人时，声音/图像输出部12052控制显示部12062，使得用于强调的正方形轮廓线被显示为叠加在识别出的行人上。声音/图像输出部12052还可控制显示部12062，使得在期望位置处显示表示行人的图标等。
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例如上述配置中的成像部12031等。具体地，成像部21可以应用于成像部12031。通过应用根据本公开内容的技术，可以获得具有较高测距精度的捕获图像，从而可以提高安全性。
应注意，本技术还可具有以下配置。
(1)一种距离测量系统，包括：
发光装置，发射测距光；以及
光检测装置，接收测距光的反射光，其中，
光检测装置包括：
像素阵列，在像素阵列中布置有多个像素，多个像素中的每一个包括检测反射光的多个雪崩光电二极管；
电流测量电路，测量像素阵列的总像素电流，以及
偏置电压控制单元，使用电流测量电路的检测结果控制供应至多个雪崩光电二极管的偏置电压，并且
发光装置包括发光控制单元，发光控制单元使用电流测量电路的检测结果控制测距光的光量。
(2)根据(1)所述的距离测量系统，其中，
电流测量电路包括：
电阻元件，串联连接至多个雪崩光电二极管；
第一运算放大器，输出电阻元件的电压；以及
低通滤波器，平滑第一运算放大器的输出值；
偏置电压控制单元包括第二运算放大器，第二运算放大器根据通过低通滤波器进行的平滑化而获得的平均像素电流值与预设的第一目标值之间的差值调整偏置电压，并且
发光控制单元包括第三运算放大器，第三运算放大器根据平均像素电流值与预设的第二目标值之间的差值调整光量。
(3)根据(1)所述的距离测量系统，其中，
电流测量电路包括：
电阻元件，串联连接至多个雪崩光电二极管；
第一运算放大器，输出电阻元件的电压；
积分电路，对第一运算放大器的输出值进行积分；以及
保持电路，暂时保持积分电路的积分值，
偏置电压控制单元包括第二运算放大器，第二运算放大器根据由保持电路保持的保持值与预设的第一目标电压之间的差值调整偏置电压，并且
发光控制单元包括第三运算放大器，第三运算放大器根据保持值与预设的第二目标值之间的差值调整光量。
(4)根据(1)所述的距离测量系统，其中，
光检测装置还包括连接至多个雪崩光电二极管的恒压源，
电流测量电路包括：
电阻元件，经由恒压源连接至多个雪崩光电二极管，以及
第一运算放大器，输出电阻元件的电压，
偏置电压控制单元包括：
积分电路，对第一运算放大器的输出值进行积分，
保持电路，暂时保持积分电路的积分值，以及
第二运算放大器，根据由保持电路保持的保持值与预设的第一目标电压之间的差值调整偏置电压和恒压源，并且
发光控制单元包括第三运算放大器，第三运算放大器根据保持值与预设的第二目标值之间的差值调整光量。
(5)根据(4)所述的距离测量系统，其中，
恒压源包括：
电流镜电路，包括串联连接至多个雪崩光电二极管的第一晶体管和串联连接至电阻元件的第二晶体管；以及
第四运算放大器，根据总像素电流与第二运算放大器的输出值之间的差值控制第一晶体管和第二晶体管。
(6)根据(1)所述的距离测量系统，其中，
光检测装置还包括：
多个开关元件，将多个像素切换成有源像素或无源像素；
无源像素电流测量电路，测量指示无源像素的像素电流的总和的无源像素电流；以及
有源像素电流测量电路，通过从电流测量电路的检测值中减去无源像素电流测量电路的检测值来测量指示有源像素的像素电流的总和的有源像素电流。
(7)根据(6)所述的距离测量系统，其中，
有源像素电流测量电路包括：
第一采样保持电路，在发射测距光之前暂时保持由有源像素电流测量电路检测的第一检测值，以及
第二采样保持电路，在发射测距光之后暂时保持由有源像素电流测量电路检测的第二检测值，并且
发光控制单元包括第一运算放大器，第一运算放大器输出第一检测值与第二检测值之间的差值，以及
第二运算放大器，根据第一运算放大器的输出值与预设的目标值之间的差值调整光量。
(8)根据(1)所述的距离测量系统，其中，
多个雪崩光电二极管设置在第一半导体基板上，并且
除了多个雪崩光电二极管之外的一部分光检测装置设置在与第一半导体基板接合的第二半导体基板上。
(9)根据(1)所述的距离测量系统，其中，
多个雪崩光电二极管设置在第一半导体基板上，并且
除了多个雪崩光电二极管之外的全部光检测装置设置在与第一半导体基板接合的第二半导体基板上。
(10)根据(1)所述的距离测量系统，其中，电流测量电路连接至多个雪崩光电二极管中的每一个的阳极。
(11)根据(1)所述的距离测量系统，其中，电流测量电路连接至多个雪崩光电二极管中的每一个的阴极。
(12)一种光检测装置，包括：
像素阵列，在像素阵列中布置有多个像素，多个像素中的每一个包括检测测距光的反射光的多个雪崩光电二极管；
电流测量电路，测量像素阵列的总像素电流；以及
偏置电压控制单元，使用电流测量电路的检测结果控制供应至多个雪崩光电二极管的偏置电压。
(13)根据(12)所述的光检测装置，其中，
电流测量电路包括：
电阻元件，串联连接至多个雪崩光电二极管；
第一运算放大器，输出电阻元件的电压；以及
低通滤波器，平滑第一运算放大器的输出值，并且
偏置电压控制单元包括第二运算放大器，第二运算放大器根据通过低通滤波器进行的平滑化而获得的平均像素电流值与预设的第一目标值之间的差值调整偏置电压。
(14)根据(12)所述的光检测装置，其中，
电流测量电路包括：
电阻元件，串联连接至多个雪崩光电二极管；
第一运算放大器，输出电阻元件的电压；
积分电路，对第一运算放大器的输出值进行积分；以及
保持电路，暂时保持积分电路的积分值，并且
偏置电压控制单元包括第二运算放大器，第二运算放大器根据由保持电路保持的保持值与预设的第一目标电压之间的差值调整偏置电压。
(15)根据(12)所述的光检测装置，还包括恒压源，恒压源连接至多个雪崩光电二极管，其中，
电流测量电路包括：
电阻元件，经由恒压源连接至多个雪崩光电二极管，以及
第一运算放大器，输出电阻元件的电压，并且
偏置电压控制单元包括：
积分电路，对第一运算放大器的输出值进行积分，
保持电路，暂时保持积分电路的积分值，以及
第二运算放大器，根据由保持电路保持的保持值与预设的第一目标电压之间的差值调整偏置电压和恒压源。
(16)根据(15)所述的光检测装置，其中，
恒压源包括：
电流镜电路，包括串联连接至多个雪崩光电二极管的第一晶体管和串联连接至电阻元件的第二晶体管；以及
第三运算放大器，根据总像素电流与第二运算放大器的输出值之间的差值控制第一晶体管和第二晶体管。
(17)根据(12)所述的光检测装置，还包括：
多个开关元件，将多个像素切换成有源像素或无源像素；
无源像素电流测量电路，测量指示无源像素的像素电流的总和的无源像素电流；以及
有源像素电流测量电路，通过从电流测量电路的检测值中减去无源像素电流测量电路的检测值来测量指示有源像素的像素电流的总和的有源像素电流。
(18)根据(17)所述的光检测装置，其中，
有源像素电流测量电路包括：
第一采样保持电路，在发射测距光之前暂时保持由有源像素电流测量电路检测的第一检测值，以及
第二采样保持电路，在发射测距光之后暂时保持由有源像素电流测量电路检测的第二检测值。
(19)根据(12)所述的光检测装置，其中，
多个雪崩光电二极管设置在第一半导体基板上，并且
除了多个雪崩光电二极管之外的一部分光检测装置设置在与第一半导体基板接合的第二半导体基板上。
(20)根据(12)所述的光检测装置，其中，
多个雪崩光电二极管设置在第一半导体基板上，并且
除了多个雪崩光电二极管之外的全部光检测装置设置在与第一半导体基板接合的第二半导体基板上。
参考符号列表
10发光装置
11发光控制单元
40光检测装置
112运算放大器
113运算放大器
401像素阵列
402电流测量电路
403偏置电压控制单元
405具有电流检测功能的偏置电源
406无源像素电流测量电路
407有源像素电流测量电路
412、412a开关元件
421电阻元件
422运算放大器
423LPF
424积分电路
425保持电路
431运算放大器
451第一晶体管
452第二晶体管
453运算放大器
472第一采样保持电路
473第二采样保持电路。

Claims (20)

1.一种距离测量系统，包括：
发光装置，发射测距光；以及
光检测装置，接收所述测距光的反射光，其中，
所述光检测装置包括：
像素阵列，在所述像素阵列中布置有多个像素，多个所述像素中的每一个包括检测所述反射光的多个雪崩光电二极管；
电流测量电路，测量所述像素阵列的总像素电流，以及
偏置电压控制单元，使用所述电流测量电路的检测结果控制供应至多个所述雪崩光电二极管的偏置电压，并且
所述发光装置包括发光控制单元，所述发光控制单元使用所述电流测量电路的检测结果控制所述测距光的光量。
2.根据权利要求1所述的距离测量系统，其中，
所述电流测量电路包括：
电阻元件，串联连接至多个所述雪崩光电二极管；
第一运算放大器，输出所述电阻元件的电压；以及
低通滤波器，平滑所述第一运算放大器的输出值；
所述偏置电压控制单元包括第二运算放大器，所述第二运算放大器根据通过所述低通滤波器进行的平滑化而获得的平均像素电流值与预设的第一目标值之间的差值调整所述偏置电压，并且
所述发光控制单元包括第三运算放大器，所述第三运算放大器根据所述平均像素电流值与预设的第二目标值之间的差值调整所述光量。
3.根据权利要求1所述的距离测量系统，其中，
所述电流测量电路包括：
电阻元件，串联连接至多个所述雪崩光电二极管；
第一运算放大器，输出所述电阻元件的电压；
积分电路，对所述第一运算放大器的输出值进行积分；以及
保持电路，暂时保持所述积分电路的积分值，
所述偏置电压控制单元包括第二运算放大器，所述第二运算放大器根据由所述保持电路保持的保持值与预设的第一目标电压之间的差值调整所述偏置电压，并且
所述发光控制单元包括第三运算放大器，所述第三运算放大器根据所述保持值与预设的第二目标值之间的差值调整所述光量。
4.根据权利要求1所述的距离测量系统，其中，
所述光检测装置还包括连接至多个所述雪崩光电二极管的恒压源，
所述电流测量电路包括：
电阻元件，经由所述恒压源连接至多个所述雪崩光电二极管，以及
第一运算放大器，输出所述电阻元件的电压，
所述偏置电压控制单元包括：
积分电路，对所述第一运算放大器的输出值进行积分，
保持电路，暂时保持所述积分电路的积分值，以及
第二运算放大器，根据由所述保持电路保持的保持值与预设的第一目标电压之间的差值调整所述偏置电压和所述恒压源，并且所述发光控制单元包括第三运算放大器，所述第三运算放大器根据所述保持值与预设的第二目标值之间的差值调整所述光量。
5.根据权利要求4所述的距离测量系统，其中，
所述恒压源包括：
电流镜电路，包括串联连接至多个所述雪崩光电二极管的第一晶体管和串联连接至所述电阻元件的第二晶体管；以及
第四运算放大器，根据所述总像素电流与所述第二运算放大器的输出值之间的差值控制所述第一晶体管和所述第二晶体管。
6.根据权利要求1所述的距离测量系统，其中，
所述光检测装置还包括：
多个开关元件，将多个所述像素切换成有源像素或无源像素；
无源像素电流测量电路，测量指示所述无源像素的像素电流的总和的无源像素电流；以及
有源像素电流测量电路，通过从所述电流测量电路的检测值中减去所述无源像素电流测量电路的检测值来测量指示所述有源像素的像素电流的总和的有源像素电流。
7.根据权利要求6所述的距离测量系统，其中，
所述有源像素电流测量电路包括：
第一采样保持电路，在发射所述测距光之前暂时保持由所述有源像素电流测量电路检测的第一检测值，以及
第二采样保持电路，在发射所述测距光之后暂时保持由所述有源像素电流测量电路检测的第二检测值，并且
所述发光控制单元包括第一运算放大器，所述第一运算放大器输出所述第一检测值与所述第二检测值之间的差值，以及
第二运算放大器，根据所述第一运算放大器的输出值与预设的目标值之间的差值调整所述光量。
8.根据权利要求1所述的距离测量系统，其中，
多个所述雪崩光电二极管设置在第一半导体基板上，并且除了多个所述雪崩光电二极管之外的一部分所述光检测装置设置在与所述第一半导体基板接合的第二半导体基板上。
9.根据权利要求1所述的距离测量系统，其中，
多个所述雪崩光电二极管设置在第一半导体基板上，并且除了多个所述雪崩光电二极管之外的全部所述光检测装置设置在与所述第一半导体基板接合的第二半导体基板上。
10.根据权利要求1所述的距离测量系统，其中，所述电流测量电路连接至多个所述雪崩光电二极管中的每一个的阳极。
11.根据权利要求1所述的距离测量系统，其中，所述电流测量电路连接至多个所述雪崩光电二极管中的每一个的阴极。
12.一种光检测装置，包括：
像素阵列，在所述像素阵列中布置有多个像素，多个所述像素中的每一个包括检测测距光的反射光的多个雪崩光电二极管；
电流测量电路，测量所述像素阵列的总像素电流；以及
偏置电压控制单元，使用所述电流测量电路的检测结果控制供应至多个所述雪崩光电二极管的偏置电压。
13.根据权利要求12所述的光检测装置，其中，
所述电流测量电路包括：
电阻元件，串联连接至多个所述雪崩光电二极管；
第一运算放大器，输出所述电阻元件的电压；以及
低通滤波器，平滑所述第一运算放大器的输出值，并且
所述偏置电压控制单元包括第二运算放大器，所述第二运算放大器根据通过所述低通滤波器进行的平滑化而获得的平均像素电流值与预设的第一目标值之间的差值调整所述偏置电压。
14.根据权利要求12所述的光检测装置，其中，
所述电流测量电路包括：
电阻元件，串联连接至多个所述雪崩光电二极管；
第一运算放大器，输出所述电阻元件的电压；
积分电路，对所述第一运算放大器的输出值进行积分；以及
保持电路，暂时保持所述积分电路的积分值，并且
所述偏置电压控制单元包括第二运算放大器，所述第二运算放大器根据由所述保持电路保持的保持值与预设的第一目标电压之间的差值调整所述偏置电压。
15.根据权利要求12所述的光检测装置，还包括恒压源，所述恒压源连接至多个所述雪崩光电二极管，其中，
所述电流测量电路包括：
电阻元件，经由所述恒压源连接至多个所述雪崩光电二极管，以及
第一运算放大器，输出所述电阻元件的电压，并且
所述偏置电压控制单元包括：
积分电路，对所述第一运算放大器的输出值进行积分，
保持电路，暂时保持所述积分电路的积分值，以及
第二运算放大器，根据由所述保持电路保持的保持值与预设的第一目标电压之间的差值调整所述偏置电压和所述恒压源。
16.根据权利要求15所述的光检测装置，其中，
所述恒压源包括：
电流镜电路，包括串联连接至多个所述雪崩光电二极管的第一晶体管和串联连接至所述电阻元件的第二晶体管；以及
第三运算放大器，根据所述总像素电流与所述第二运算放大器的输出值之间的差值控制所述第一晶体管和所述第二晶体管。
17.根据权利要求12所述的光检测装置，还包括：
多个开关元件，将多个所述像素切换成有源像素或无源像素；
无源像素电流测量电路，测量指示所述无源像素的像素电流的总和的无源像素电流；以及
有源像素电流测量电路，通过从所述电流测量电路的检测值中减去所述无源像素电流测量电路的检测值来测量指示所述有源像素的像素电流的总和的有源像素电流。
18.根据权利要求17所述的光检测装置，其中，
所述有源像素电流测量电路包括：
第一采样保持电路，在发射所述测距光之前暂时保持由所述有源像素电流测量电路检测的第一检测值，以及
第二采样保持电路，在发射所述测距光之后暂时保持由所述有源像素电流测量电路检测的第二检测值。
19.根据权利要求12所述的光检测装置，其中，
多个所述雪崩光电二极管设置在第一半导体基板上，并且除了多个所述雪崩光电二极管之外的一部分所述光检测装置设置在与所述第一半导体基板接合的第二半导体基板上。
20.根据权利要求12所述的光检测装置，其中，
多个所述雪崩光电二极管设置在第一半导体基板上，并且除了多个所述雪崩光电二极管之外的全部所述光检测装置设置在与所述第一半导体基板接合的第二半导体基板上。
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