CN116325166A - 光接收元件、测距模块、测距系统和用于控制光接收元件的方法 - Google Patents

光接收元件、测距模块、测距系统和用于控制光接收元件的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提高了基于反射光的光接收定时执行测距的光接收元件中的测距精度。充电部(330)使恒定电流在雪崩光电二极管(340)的阴极和阳极的该一个端子与预定电压之间流动。源极跟随器晶体管(320)的源极连接至雪崩光电二极管(340)的该一个端子。逻辑门(350)基于雪崩光电二极管(340)的该一个端子的电压与预定参考电压之间的比较结果来输出输出信号。源极跟随器截止开关(310)基于该输出信号断开和闭合源极跟随器晶体管(320)的漏极与预定电压之间的路径。

Description

光接收元件、测距模块、测距系统和用于控制光接收元件的 方法
技术领域
本技术涉及一种光接收元件。具体地，本技术涉及检测光子的存在或不存在的光接收元件、测距模块、测距系统和用于控制光接收元件的方法。
背景技术
通常，称为ToF(飞行时间)方案的测距方案在具有测距功能的电子设备中是已知的。ToF方案是通过利用来自电子设备的照射光照射对象来测量距离并且获得直到照射光被反射并返回到电子设备的往返时间的方案。SPAD(单光子雪崩二极管)通常用于检测关于照射光的反射光。例如，提出了设置有SPAD、对SPAD充电的电流源、以及在从SPAD的阴极电压降低时经过一定时间之后开始对SPAD充电的有源充电电路的测距装置(例如，参见专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利申请公开号2020-94849
发明内容
本发明要解决的问题
在上述传统技术中，有源再充电电路以及电流源执行充电，由此缩短从阴极电压下降到返回到下降之前的电压的时间。然而，当光子在有源再充电电路充电期间入射时，存在来自SPAD的信号的波形被干扰以增加测距的误差使得测距精度降低的问题。
鉴于上述情况做出了本技术，并且本发明的目的是提高基于反射光的光接收定时执行测距的光接收元件中的测距精度。
问题的解决方案
已做出本技术以解决上述问题，并且其第一方面涉及一种光接收元件及其控制方法，该光接收元件包括：雪崩光电二极管；充电部，使恒定电流在雪崩光电二极管的阴极和阳极中的任意一个端子与预定电压之间流动；源极跟随器晶体管，源极跟随器晶体管的源极连接至一个端子；逻辑门，基于一个端子的电压与预定参考电压之间的比较结果来输出输出信号；以及源极跟随器截止开关，其基于输出信号断开和闭合所述源极跟随器晶体管的漏极与预定电压之间的路径。这带来提高测距精度的效果。
此外，在第一方面中，当输出预定电平的输出信号时，源极跟随器截止开关可以转变为断开状态，并且当自转变为断开状态起经过预定延迟时间时，源极跟随器截止开关可以转变为闭合状态，并且源极跟随器晶体管可以在从源极跟随器截止开关转变为闭合状态到一个端子的电压变为预定截止电压的周期内产生漏极电流。这导致当照度高时测距精度提高的效果。
此外，在第一方面中，在从源极跟随器晶体管的阈值电压与源极跟随器截止开关从所述断开状态转变到所述闭合状态时一个端子的电压的总和到所述参考电压与所述阈值电压的总和的范围内的偏置电压可以被施加到所述源极跟随器晶体管的栅极。这带来以下效果：在从源极跟随器截止开关转变到闭合状态时到输出信号达到预定电平时的时间段内产生漏极电流。
此外，在第一方面中，还可以提供限制输入到逻辑门的信号的振幅的电压限制晶体管。这带来了能够使用具有小元件尺寸的晶体管的效果。
此外，在第一方面中，逻辑门的输入端子可以连接到充电部与电压限制晶体管之间的连接节点。这带来了能够使用具有小元件尺寸的晶体管的效果。
此外，在第一方面中，逻辑门的输入端子可以连接到电压限制晶体管与雪崩光电二极管之间的连接节点。这带来这样的效果：可以减小电流源等的面积，同时抑制楔形检测时间误差的增加。
此外，在第一方面中，预定电压可以施加到源极跟随器晶体管的栅极。
此外，在第一方面中，还可以提供距离计算部，该距离计算部基于来自发光源的照射光的发光时刻与输出信号的下降和上升的一个时刻之间的时间来计算到对象的距离。这带来测量到对象的距离的效果。
此外，在第一方面中，雪崩光电二极管、充电部、源极跟随器晶体管、逻辑门和源极跟随器截止开关可以设置在多个像素的每像素中。这带来为每个像素检测光子的存在或不存在的效果。
此外，在第一方面中，雪崩光电二极管可以设置在预定光接收基板上，并且充电部、源极跟随器晶体管、逻辑门和源极跟随器截止开关可以设置在预定的逻辑基板上。这带来每个基板的电路规模减小的效果。
此外，在第一方面中，雪崩光电二极管可以设置在预定的光接收基板上，包括源极跟随器晶体管和源极跟随器截止开关的读取电路的一部分可以设置在预定的高耐压基板上，并且读取电路的其余部分可以设置在预定的逻辑基板上。这带来促进像素小型化的效果。
此外，在第一方面中，充电部可包括插入在预定电压与一个端子之间的限流电阻器。这带来了减少配线数量的效果。
另外，在上述第一方式中，还可以设置充电部截止开关，该充电部截止开关根据上述输出信号来断开和闭合上述充电部与上述规定电压之间的路径。这带来来自电流源的恒定电流被切断的效果。
此外，在第一方面中，还可以提供脉冲整形电路，该脉冲整形电路在自输出信号的任何下降和上升的时刻起直到经过预定延迟时间为止的周期输出将源极跟随器截止开关设定为断开状态的第一逻辑电平的脉冲信号，并且源极跟随器截止开关可以在脉冲信号处于第一逻辑电平的时间段内转变为断开状态，并且在脉冲信号处于不同于第一逻辑电平的第二逻辑电平的时间段内转变为闭合状态。这带来当经过延迟时间时产生源极跟随器晶体管的漏极电流的效果。
此外，在第一方面中，还可以提供脉冲整形电路，该脉冲整形电路在自输出信号的任何下降和上升时刻起经过预定延迟时间时，在脉冲宽度的周期内输出将源极跟随器截止开关设定为闭合状态的第一逻辑电平的脉冲信号，并且源极跟随器截止开关可以在脉冲信号处于不同于第一逻辑电平的第二逻辑电平的周期内转变为断开状态，并且在脉冲信号处于第一逻辑电平的周期内转变为闭合状态。这带来当延迟时间过去时产生源极跟随器晶体管的漏极电流的效果。
此外，在第一方面中，所述一个端子可以是阴极，所述预定电压可以是电源电压，并且所述充电部可以从所述电源电压向所述阴极提供所述恒定电流。这带来了从阴极电压的降低检测光子的效果。
此外，在第一方面中，一个端子可以是阳极，预定电压可以是读取电路接地，并且充电部可以从阳极向读取电路地供应恒定电流。这带来了从阳极电压的增加检测光子的效果。
此外，本技术的第二方面是测距系统，包括：照明装置，发射照射光；以及光接收元件，接收关于照射光的反射光，光接收元件包括：雪崩光电二极管；充电部，使恒定电流在雪崩光电二极管的阴极和阳极的任意一个端子与预定电压之间流动；源极跟随器晶体管，该源极跟随器晶体管的源极连接至一个端子；逻辑门，基于一个端子的电压与预定参考电压之间的比较结果来输出输出信号；以及源极跟随器截止开关，基于输出信号断开和闭合源极跟随器晶体管的漏极与预定电压之间的路径。这带来提高测距系统的测距精度的效果。
此外，本技术的第三方面是一种测距模块，包括：雪崩光电二极管；充电部，使恒定电流在雪崩光电二极管的阴极和阳极的任意一个端子与预定电压之间流动；源极跟随器晶体管，该源极跟随器晶体管的源极连接至一个端子；逻辑门，基于一个端子的电压与预定参考电压之间的比较结果来输出输出信号；源极跟随器截止开关，基于输出信号来断开和闭合源极跟随器晶体管的漏极与预定电压之间的路径；以及信号处理部，处理输出信号。这带来了提高测距模块的测距精度的效果。
附图说明
图1是描述本技术的第一实施方式中的测距模块的配置实例的框图。
图2是描述本技术的第一实施方式中的固态成像元件的配置实例的框图。
图3是描述本技术的第一实施方式中的像素的配置实例的电路图。
图4是描述本技术的第一实施方式中的像素的实施实例的电路图。
图5是描述本技术的第一实施方式中的信号处理部的配置实例的框图。
图6是示出本技术的第一实施方式中的信号处理部的另一配置实例的框图。
图7是描述本技术的第一实施方式中的在测距模式期间的固态成像元件的操作的实例的时序图。
图8是描述本技术的第一实施方式中当从待机模式转换为测距模式时固态成像元件的操作的实例的时序图。
图9是示出本技术的第一实施方式中的测距模块的操作的实例的流程图。
图10是描述本技术的第二实施方式中的像素的配置实例的电路图。
图11是描述本技术的第三实施方式中的像素的配置实例的电路图。
图12是描述本技术的第四实施方式中的像素的配置实例的电路图。
图13是描述本技术的第四实施方式的变形例中的像素的配置实例的电路图。
图14是描述本技术的第五实施方式中在测距模式期间固态成像元件的操作的实例的时序图。
图15是描述本技术的第五实施方式中当从待机模式转换为测距模式时固态成像元件的操作的实例的时序图。
图16是描述本技术的第六实施方式中的像素的配置实例的电路图。
图17是描述本技术的第七实施方式中的像素的配置实例的电路图。
图18是示出在第四实施方式应用于本技术的第七实施方式的情况下的像素的配置实例的电路图。
图19是示出在第四实施方式的变形例应用于本技术的第七实施方式的情况下的像素的配置实例的电路图。
图20是描述本技术的第八实施方式中的像素的配置实例的电路图。
图21是描述车辆控制系统的示意性配置的示例的框图。
图22是描绘成像部的安装位置的实例的说明图。
具体实施方式
在下文中，将描述用于执行本技术的模式(在下文中，称作实施方式)。将按照以下顺序给出描述。
1.第一实施方式(提供源极跟随晶体管的实例)
2.第二实施方式(提供源极跟随晶体管和电阻器的实例)
3.第三实施方式(提供源极跟随晶体管和切断恒定电流的实例)
4.第四实施方式(提供源极跟随晶体管并限制振幅的实例)
5.第五实施方式(提供源极跟随晶体管并且产生低电平脉冲信号的实例)
6.第六实施方式(提供源极跟随晶体管并向其栅极施加电源电压的实例)
7.第七实施方式(提供源极跟随晶体管并且在三个基板上的像素中布置元件的示例)
8.第八实施方式(提供源极跟随晶体管并且反转SPAD的阳极和阴极的连接要求的实例)
9.应用于移动体的实例
<1.第一实施方式>
[测距模块的配置实例]
图1是描述本技术的第一实施例中的测距模块100的配置实例的框图。测距模块100测量到物体的距离，并且包括发光源110、定时生成部120和固态成像元件200。测距模块100安装在智能电话、个人计算机、车载设备等上，并且用于测量距离。应注意，设置有测距模块100的系统是权利要求中描述的测距系统的实例。
定时生成部120生成用于使发光源110和固态成像元件200同步操作的定时信号。定时生成部120生成具有预定频率(100兆赫至10千兆赫等)的时钟信号CLKp作为定时信号，并且经由信号线129将时钟信号CLKp提供给固态成像元件200。此外，定时生成部120经由信号线128将与时钟信号CLKp同步生成的时钟信号CLKd供应至发光源110。时钟信号CLKd的频率为时钟信号CLKp的频率的1/N(N是整数)。
发光源110与来自定时生成部120的时钟信号CLKd同步地供应间歇光作为照射光。例如，近红外光等被用作照射光。注意，发光源110是权利要求中描述的照射装置的实例。
固态成像元件200接收相对于照射光的反射光，并测量从由时钟信号CLKd表示的发光时刻到接收反射光的时刻的往返时间。固态成像元件200根据往返时间计算到物体的距离，并且生成和输出指示距离的距离数据。注意，固态成像元件200是权利要求中描述的光接收元件的实例。
[固态成像元件的配置实例]
图2是描述本技术的第一实施方式中的固态成像元件200的配置实例的框图。固态成像元件200包括控制电路210、像素阵列部220和信号处理部230。在像素阵列部220中，多个像素300排列成二维格子图案。
控制电路210基于来自定时生成部120的时钟信号CLKp控制像素阵列部220中的每个像素300。
信号处理部230基于来自像素300的信号和时钟信号CLKp测量每个像素300的往返时间，并且计算距离。信号处理部230生成表示对应于测距点的每个像素组的距离的距离数据并且将它们输出至外部。应注意，信号处理部230可布置在像素阵列部220的内部或可布置在像素阵列部220的外部。
[像素的配置实例]
图3是描述本技术的第一实施方式中的像素300的配置实例的截面图和电路图。像素300包括SPAD 340和读取电路305。SPAD 340被布置在光接收基板201上。另一方面，除了SPAD 340之外的电路(即，读取电路305、控制电路210和信号处理部230(未示出))被布置在堆叠在光接收基板201上的逻辑基板202上。因为仅SPAD 340被布置在光接收基板201上，所以可以使SPAD 340的孔径比最大化，并且可以提高光接收性能。然而，像素300的电容增大，因此，充电速度相应地减小。
光接收基板201和逻辑基板202通过诸如过孔的连接部电连接。注意，除了过孔以外，也可以通过Cu-Cu键合或凸块来进行连接。
读取电路305包括SF(源极跟随器)截止开关310、源极跟随器晶体管320、电流源330、放大器350和脉冲整形电路360。作为源极跟随器晶体管320，例如，使用nMOS(n沟道金属氧化物半导体)晶体管。
电流源330插入在电源电压VDD和SPAD 340的阴极之间。SPAD 340的阳极连接至预定负偏压VSPAD的节点。此外，SF截止开关310和源极跟随器晶体管320串联连接在电源电压VDD与SPAD 340的阴极之间。此外，放大器350的输入端子连接至SPAD 340的阴极，并且放大器350的输出端子连接至脉冲整形电路360和信号处理部230。
SPAD 340通过相对于入射光的光电转换生成电荷(电子等)，执行雪崩倍增，然后从阴极输出结果。在SPAD 340的阳极与阴极之间施加具有比雪崩击穿时的击穿电压更大的绝对值的反向偏压。反向偏压与击穿电压之间的差被称为过量偏压。当光子入射时，SPAD340的阴极电压Vca下降对应于过量偏压的量，并且此时的阴极电压被设置为底部电位Vbtm。应注意，SPAD 340是权利要求中描述的雪崩光电二极管的示例。
电流源330使恒定电流在从电源电压VDD到SPAD 340的阴极的路径中流动。注意，电流源330是权利要求中所述的充电部的实例。
放大器350基于SPAD 340的阴极电压Vca与预定参考电压Vref之间的比较结果输出输出信号OUT。在阴极电压Vca等于或低于参考电压Vref的情况下输出低电平输出信号OUT，并且在阴极电压Vca高于参考电压Vref的情况下输出高电平输出信号OUT。
脉冲整形电路360基于输出信号OUT生成脉冲信号PSW，并将该脉冲信号PSW供应至SF截止开关310。例如，脉冲整形电路360在从输出信号OUT的下降起直到经过预定延迟时间的时间段内产生高电平脉冲信号PSW。在延迟时段中，例如，设置与从通过光子入射使放大器350的输出反转到阴极电压Vca达到底部电位Vbtm为止的时间基本上一致的值。
SF截止开关310根据脉冲信号PSW断开和闭合在源极跟随器晶体管320的漏极与电源电压VDD之间的路径。例如，SF截止开关310在脉冲信号PSW处于高电平的周期内转变到断开状态，并且在脉冲信号PSW处于低电平的周期内转变到闭合状态。注意，SF截止开关310是权利要求中描述的源极跟随器截止开关的实例。
将预定偏压Vb1施加至源极跟随器晶体管320的栅极。稍后将描述用于设定偏压Vb1的方法。
利用上述连接配置，当光子入射在像素300上时，SPAD 340对通过光电转换光子获得的电荷执行雪崩倍增以生成光电流。SPAD 340的阴极电压Vca根据光电流下降。然后，当阴极电压Vca变得等于或低于放大器350的参考电压Vref时，放大器350输出低电平输出信号OUT。因此，检测光子的入射。
此外，脉冲整形电路360在从输出信号OUT下降起直到经过了延迟时间的时间段内生成高电平脉冲信号PSW。高电平脉冲信号PSW使SF截止开关310转变为断开状态。
然后，当从输出信号OUT下降起经过了延迟时间时，脉冲信号PSW变为低电平，并且SF截止开关310转变为闭合状态。此时，源极跟随器晶体管320导通，并且根据偏压Vb1生成漏极电流Id。此外，由于阴极电压Vca已经达到底部电位Vbtm，SPAD 340通过来自电流源330的恒定电流和漏极电流Id充电，并且阴极电压Vca增加。然而，在阴极电压Vca达到放大器350的参考电压Vref之前，源极跟随器晶体管320截止。
这里，将满足以下公式的值设置为偏置电压Vb1。
Vbtm＜Vb1-Vthn…… 公式1
Vref>Vb1-Vthn…… 公式2
在上述公式中，Vthn是源极跟随器晶体管320的阈值电压。
由于满足公式1的偏置电压Vb1，当漏极侧上的SF截止开关310转变为闭合状态时，源极跟随器晶体管320导通。此外，由于偏置电压Vb1满足公式2，因此在阴极电压Vca达到放大器350的参考电压Vref之前源极跟随器晶体管320截止。
当总结公式1和2时，获得以下公式。
Vbtm+Vthn<Vb1<Vref+Vthn
图4是描述本技术的第一实施方式中的像素300的实现实例的电路图。例如，pMOS晶体管311用作SF截止开关310。此外，具有施加偏压Vb2的栅极的pMOS晶体管331用作电流源330。
注意，nMOS晶体管也可以用作SF截止开关310。在这种情况下，仅需要反转脉冲信号PSW的极性。
此外，可以使用反相器来代替放大器350。在这种情况下，仅需要使脉冲信号PSW的极性反转或者使用nMOS晶体管作为SF截止开关310。注意，放大器350是权利要求中描述的逻辑门的示例。
[信号处理部的配置实例]
图5是描述本技术的第一实施方式中的信号处理部230的配置实例的框图。信号处理部230包括针对每列的或每预定数量的像素的TDC(时间数字转换器)231和距离计算部232。
TDC 231测量从由时钟信号CLKp指示的发光时刻到来自对应列的输出信号OUT的下降(即，光接收时刻)的时间。TDC 231将表示测量时间的数字信号提供给距离计算部232。
距离计算部232针对TDC的每个结果累积直方图。距离计算部232以比时钟信号CLKp的频率低的频率的每个周期输出直方图，该直方图在该周期内由TDC 231测量。应注意，距离计算部232可使用以下公式计算距离D并且输出表示距离D的距离数据。
D＝c×dt/2
在上述公式中，c是光速，其单位是米/秒(m/s)。此外，距离D的单位例如为米(m)，往返时间dt的单位例如为秒(s)。
应注意，信号处理部230也可被布置在如图6所示的像素阵列部220中。在这种情况下，TDC 231在其下侧每隔预定数量的(例如，4个)像素300布置。在该图中省略了距离计算部232。
图7是描述本技术的第一实施方式中的在测距模式期间的固态成像元件的操作的实例的时序图。当光子紧接在时刻T0之前入射时，阴极电压Vca在初始状态下从顶部电位Vtop开始下降，并且在时刻T0变得等于或低于放大器350的阈值。因此，放大器350的输出信号OUT变为低电平。
在从时刻T0起经过延迟时间的时刻T1，阴极电压Vca达到底部电位Vbtm。此外，脉冲整形电路360在时刻T0与T1之间的周期内输出高电平脉冲信号PSW。在该周期内，SF截止开关310转变为断开状态。
当在时刻T1脉冲信号PSW变为低电平时，SF截止开关310转变为闭合状态，并且源极跟随器晶体管320提供漏极电流Id。在时刻T1之后，SPAD 340通过来自电流源330的恒定电流和漏极电流Id充电，并且阴极电压Vca增加。以这种方式，在下文中将以大于恒定电流的充电电流的充电称为“快速充电”。
然后，在阴极电压Vca达到参考电压Vref的时刻T3之前的时刻T2，阴极电压Vca达到截止电压Vcut，并且源极跟随器晶体管320截止。因此，快速充电停止。这里，截止电压Vcut对应于公式2的右侧，即，偏置电压Vb1和阈值电压Vthn之间的差。
在时刻T3，输出信号OUT变为高电平，并且可以检测下一光子的入射。在时刻T1和T3之间的时段期间，像素300难以对光子的入射作出反应，并且该时段被称为死区时间。当从时刻T3起经过了dt2时，阴极电压Vca返回至原始顶部电位Vtop，并且充电结束。
此处，假设具有未设置源极跟随器晶体管320并且通过与SF截止开关310相似的开关断开和闭合电源电压VDD与SPAD 340的阴极之间的路径的配置的像素作为第一比较例。
由于在第一比较例中，在时刻T2源极跟随器晶体管320不截止，所以快速充电继续。因此，阴极电压Vca的上升速度比在设置源极跟随器晶体管320的情况下的上升速度更快。图中的恒定点划线表示第一比较例中的正极电压的波动。
在第一比较例中，死区时间比设置源极跟随器晶体管320的情况下的死区时间短，但是存在在测距时在距离数据中发生误差的可能性。例如，在从阴极电压Vca通过充电超过参考电压Vref至充电结束的时段dt1中，充电电流大于恒定电流。因此，在光子在周期dt1内入射的情况下，楔形波形变钝，并且与设置有源极跟随器晶体管320的情况相比，到楔形的时间变长。结果，在与初始时刻不同的时刻观察到楔形，并且距离数据的误差增大。
另一方面，在设置源极跟随器晶体管320的情况下，在阴极电压Vca达到参考电压Vref(即，输出信号OUT变为低电平)之前，源极跟随器晶体管320的漏极电流Id停止。因此，在从阴极电压Vca超过参考电压Vref到充电结束为止的时段dt2中，以恒定电流执行充电。因此，在光子在该时段dt2内入射的情况下，到楔形的时间比第一比较例短，并且距离数据的误差减小。
具体地，当照度高时，光子经常在紧接死区时间之后的时间段dt1和dt2中入射。因此，当照度高时，通过设置源极跟随器晶体管320可以提高测距精度。
接下来，假设具有不设置SF截止开关310和源极跟随器晶体管320两者的配置的像素作为第二比较例。在第二比较例中，仅通过来自电流源330的恒定电流执行充电，而不执行快速充电。因此，与设置SF截止开关310和源极跟随器晶体管320的情况相比，阴极电压Vca的上升速度慢。图中的虚线表示第二比较例中的正极电压的波动。在第二比较例中，死区时间变长。
另一方面，在设置SF截止开关310和源极跟随器晶体管320的情况下，由于进一步供应漏极电流Id，所以阴极电压Vca的上升速度增大。因此，与第二比较例相比，能够缩短死区时间。
图8是描述本技术的第一实施方式中的当从待机模式转换为测距模式时的固态成像元件的操作的实例的时序图。这里，待机模式是将预定像素300的光检测操作设置为无效的模式。另一方面，测距模式是将预定像素300的光检测操作设置为有效的模式。在待机模式下，脉冲信号PSW被设置为高电平。
在时刻T0，当测距模块100从待机模式转换到测距模式时，控制电路210控制像素300中的脉冲整形电路360输出低电平脉冲信号PSW。
当脉冲信号PSW在时刻T0变为低电平时，SF截止开关310转变为闭合状态，并且源极跟随器晶体管320提供漏极电流Id。在时刻T1之后，SPAD 340通过来自电流源330的恒定电流和漏极电流Id快速充电，并且阴极电压Vca增加。
然后，在阴极电压Vca达到参考电压Vref的时刻T2之前的时刻T1，阴极电压Vca达到截止电压Vcut，并且源极跟随器晶体管320截止。
因为在设置SF截止开关310和源极跟随器晶体管320的情况下执行快速充电，所以阴极电压Vca的上升速度比未设置SF截止开关和源极跟随晶体管的第二比较例中的快。因此，能够缩短直从转变到测距模式到阴极电压Vca恢复而能够测距的时间。结果，可以使最短测量距离比第二比较例中的更短。
图9是示出本技术的第一实施例中的测距模块100的操作的实例的流程图。当执行被配置为执行测距的预定应用时，开始该操作。
测距模块100开始发射照射光并接收反射光(步骤S901)。此外，测距模块100测量往返时间(步骤S902)并计算到对象的距离(步骤S903)。在步骤S903之后，测距模块100结束用于测距的操作。
以这种方式，在本技术的第一实施方式中，源极跟随器晶体管320在从SF截止开关310转换至闭合状态至阴极电压Vca达到截止电压Vcut的时间段内供应漏极电流。因此，从像素300的输出信号OUT变为高电平到充电结束为止的充电电流减小，并且可以减小由该周期内的大充电电流引起的距离数据的误差。
<2.第二实施方式>
虽然在上述第一实施方式中，SPAD 340由电流源330充电，但是在该配置中，每个像素需要用于向电流源330提供偏置电压Vb2的配线，并且存在变得难以增加像素数的可能性。第二实施方式的固态成像元件200与第一实施方式的固态成像元件的不同之处在于设置电阻器来代替电流源330，并且减少了配线的数量。
图10是描述本技术的第二实施方式中的像素300的配置实例的电路图。第二实施方式的像素300与第一实施方式的像素300的不同之处在于布置限流电阻器370而不是电流源330。限流电阻器370被插入在电源电压VDD与SPAD 340的阴极之间。应注意，限流电阻器370是权利要求中描述的充电部的实例。
因为设置限流电阻器370而不是电流源330，所以偏压Vb2变得不必要，并且用于提供电压的配线可以减少。
以这种方式，因为根据本技术的第二实施方式的限流电阻器370被设置在电源电压VDD与SPAD 340的阴极之间，所以可以减少用于供应偏置电压Vb2的布线。
<3.第三实施方式>
在上述第一实施方式中，需要花费时间来稳定偏置电压Vb2，因此，由于转变到测距模式以启用像素，所以难以缩短直到光子检测变得可能的时间段。第三实施方式的固态成像元件200与第一实施方式的固态成像元件的不同之处在于添加了电流源截止开关380。
图11是描述本技术的第三实施方式中的像素300的配置实例的电路图。第三实施方式的像素300与第一实施方式的像素300的不同之处在于进一步设置了电流源截止开关380。
电流源截止开关380根据脉冲信号PSW断开和闭合电源电压VDD与电流源330之间的路径。例如，使用pMOS晶体管381作为电流源截止开关380。此外，电流源截止开关380是权利要求书中记载的充电部截止开关的例子。此外，电流源截止开关380和电流源330分别设置在电源侧和接地侧，但是相反，电流源截止开关380和电流源330可以分别设置在接地侧和电源侧。
电流源截止开关380在脉冲信号PSW为高电平的期间切断电流源330的恒定电流。因此，例如，固态成像元件200可以在从待机模式转换到测距模式之前预先开始偏置电压Vb2的供应，并且可以在偏置电压Vb2稳定之后转换到测距模式以启用像素300。因此，当做出从待机模式到测距模式的转换时，可以缩短到能够检测光子为止的时间。
注意，第二实施方式可以应用于第三实施方式。
以这种方式，根据本技术的第三实施方式，由于电流源切断开关380切断恒定电流，因此可以开始快速充电而不等待偏置电压Vb2的结算，能够缩短到能够检测光子的时间。
<4.第四实施方式>
在上述第一实施方式中，放大器350输出输出信号OUT，但是在放大器350之后可能难以减小晶体管的尺寸。第四实施方式的固态成像元件200与第一实施方式的固态成像元件的不同之处在于添加了限制振幅的晶体管。
图12是描述本技术的第四实施方式中的像素300的配置实例的电路图。第四实施方式的像素300与第一实施方式的像素300的不同之处在于进一步设置了电压限制晶体管390。
例如，pMOS晶体管用作电压限制晶体管390。电压限制晶体管390插入在电流源330和SPAD 340之间。偏置电压Vb3被施加至电压限制晶体管390的栅极。此外，电流源330和电压限制晶体管390之间的连接节点连接到放大器350的输入端子。
电压限制晶体管390限制电流源330和电压限制晶体管390的连接节点(即，放大器350)的输入信号的振幅。例如，将满足以下公式的值设置为偏置电压Vb3。
Vb3>VDD-(V0+V1)……公式3
上式中，V0为薄膜晶体管的耐压。V1是电压限制晶体管390的栅极与源极之间的电压。
满足公式3的偏置电压Vb3可将放大器350的输入信号的振幅减小到小于SPAD 340的过量偏置。因此，诸如薄膜晶体管的具有小元件尺寸的晶体管可以用作放大器350之后的晶体管。
注意，第二和第三实施方式可以应用于第四实施方式。
以这种方式，由于根据本技术的第四实施方式的电压限制晶体管390限制放大器350的输入信号的振幅，因此可以减小放大器350之后的晶体管的元件尺寸。
[变形例]
在上述第四实施方式中，电流源330和电压限制晶体管390之间的连接节点连接到放大器350的输入端子。在该配置中，包括放大器350的电路可以被减薄，使得可以减小面积，但是随着连接节点的阴极电压Vca的振幅减小转换速率降低。结果，存在这样的缺点：由于放大器350的阈值的制造偏差而导致的楔形检测时间误差增大。第四实施方式的变形例的固态成像元件200与第四实施方式的固态成像元件的不同之处在于SPAD 340的阴极直接连接至放大器350的输入端子。
图13是示出了本技术的第四实施方式的变形例中的像素300的配置实例的电路图。在第四实施方式的变形例中的像素300与第四实施方式的像素300的不同之处在于SPAD340的阴极连接至放大器350的输入端子。在附图中，通过监测没有电压限制的阴极的电压，可以抑制楔形检测时间误差的增加，同时能够减小电流源330等的面积。
以这种方式，由于在本技术的第四实施方式的变形例中SPAD 340的阴极连接至放大器350的输入端子，因此可以抑制楔形检测时间误差的增大，同时能够减小电流源330等的面积。
<5.第五实施方式>
在上述第一实施方式中，脉冲整形电路360在从输出信号OUT的下降起到经过了延迟时间的期间生成高电平脉冲信号PSW。然而，在该配置中，在SPAD 340的电子倍增时，充电电流可以抑制楔形。第五实施方式中的像素300与第一实施方式中的像素300的不同之处在经过了延迟时间时产生低电平脉冲信号PSW。
图14是描述本技术的第五实施方式中在测距模式期间的固态成像元件200的操作的实例的时序图。
在从阴极电压Vca变得小于参考电压Vref的时刻T0起经过了延迟时间的时刻T1，第五实施方式的脉冲整形电路360生成具有预定脉冲宽度的低电平脉冲信号PSW。在附图中，从时刻T1到时刻T4的周期对应于脉冲宽度。如图所示，SF截止开关310在从光入射时刻到时刻T0的时间段内被设置为断开状态。该控制可以防止在SPAD 340的电子倍增时来自源极跟随器晶体管320的充电电流抑制楔形并且可以缩短楔形所需的时间。
图15是描述本技术的第五实施方式中当从待机模式转换为测距模式时的固态成像元件的操作的实例的时序图。
在时刻T0，当测距模块100从待机模式转换到测距模式时，控制电路210控制像素300中的脉冲整形电路360以输出具有预定脉冲宽度的低电平脉冲信号PSW。在附图中，从时刻T0到时刻T3的周期对应于脉冲宽度。
另外，第二至第四实施方式也能够应用于第五实施方式。
以这种方式，由于在本技术的第五实施方式中，脉冲整形电路360在延迟时间过去时生成具有预定脉冲宽度的低电平脉冲信号PSW。因此，可以防止在SPAD 340的电子倍增时因来自源极跟随器晶体管320的充电电流抑制楔形，并且可以缩短楔形所需的时间。
<6.第六实施方式>
虽然在上述第一实施方式中，偏压Vb1被施加至源极跟随器晶体管320的栅极，但是在该配置中，每个像素需要用于供应偏压Vb1的配线，并且存在难以增加像素数的可能性。第六实施方式的固态成像元件200与第一实施方式的固态成像元件的不同之处在于通过将电源电压VDD施加至源极跟随器晶体管320的栅极来减少配线的数量。
图16是描述本技术的第六实施方式中的像素300的配置实例的电路图。第六实施方式的像素300与第一实施方式的像素300的不同之处在于电源电压VDD施加至源极跟随器晶体管320的栅极。因此，不需要偏置电压Vbl，能够减少用于供给偏置电压Vbl的配线。此外，假设电源电压VDD满足以下公式。
Vbtm+Vthn<VDD<Vref+Vthn
此外，第二至第五实施方式也能够应用于第六实施方式。
通过这种方式，由于在本技术的第六实施方式中，电源电压VDD被施加至源极跟随器晶体管320的栅极，所以不需要偏置电压Vb1，从而可减少用于供应偏置电压Vb1的配线。
<7.第七实施方式>
虽然在上述第一实施方式中，固态成像元件200中的电路被分散地布置在光接收基板201和逻辑基板202上，但是在该配置中，存在难以优化逻辑基板202的工艺的可能性。第七实施方式的固态成像元件200与第一实施方式的固态成像元件的不同之处在于固态成像元件200中的电路分散地布置在三个堆叠基板上。
图17是描述本技术的第七实施方式中的像素300的配置实例的电路图。第七实施方式的像素300与第一实施方式的像素300的不同之处在于读取电路305的一部分布置在高耐压基板203上，而其余布置在逻辑基板202上。例如，读取电路305中的SF截止开关310和源极跟随器晶体管320布置在高耐压基板203上。读取电路305的其余部分及其后续级(诸如信号处理部230)布置在逻辑基板202上。
由于将要求具有高耐压的元件分离并形成在与高耐压基板203对应的基板上，所以可以选择针对薄膜晶体管优化的逻辑基板202的工艺。因此，易于减小像素尺寸。
另外，第四实施方式及其变形例也能够应用于第七实施方式。在应用第四实施方式的情况下，如图18所示，读取电路305中的SF截止开关310、电压限制晶体管390和源极跟随器晶体管320布置在高耐压基板203上。此外，在应用第四实施方式的变形例的情况下，如图19所示，放大器350进一步布置在高耐压基板203上。
以这种方式，因为根据本技术的第七实施方式的读取电路305的一部分布置在高耐压基板203上，所以可以优化逻辑基板202的工艺。因此，易于减小像素尺寸。
<8.第八实施方式>
尽管在上述第一实施方式中，电流源330和放大器350连接至SPAD 340的阴极，但是电流源330和放大器350还可以连接至SPAD 340的阳极。第八实施方式的固态成像元件200与第一实施方式的固态成像元件的不同之处在于SPAD 340的阳极和阴极的连接目的地改变。
图20是描述本技术的第八实施方式中的像素300的配置实例的电路图。在第八实施方式的像素300中，SPAD 340的阴极连接至击穿电压和过量偏置电压。电流源330插入在SPAD 340的阳极与读取电路接地GND之间。此外，提供pMOS源极跟随器晶体管321代替nMOS源极跟随器晶体管320。SF截止开关310根据脉冲信号PSW断开和闭合源极跟随器晶体管321的漏极与负偏压VSPAD之间的路径。附图中示出的连接使得能够通过阳极电压下降检测光子。
注意，第二到第七实施方式可以应用于第八实施方式。
以这种方式，由于电流源330和放大器350连接至根据本技术的第八实施方式的SPAD 340的阳极，因此可以通过阳极的电压的下降来检测光子。
<9.移动体的应用例>
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搭载在任何类型的移动体上的装置，该移动体诸如汽车、电动车辆、混合电动车辆、摩托车、自行车、个人移动性、飞机、无人机、船舶和机器人。
图21是描绘了车辆控制系统的示意性配置的示例的框图，该车辆控制系统作为可以应用根据本公开的实施例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彼此连接的多个电子控制单元。在图21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，示出了微型计算机12051、声音/图像输出部12052和车载网络I/F(接口)12053作为集成控制单元12050的功能配置。
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用作以下装置的控制装置：用于产生车辆的驱动力的驱动力产生装置，诸如内燃机、驱动电动机等；用于向车轮传递驱动力的驱动力传递机构；用于调节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。
车身系统控制单元12020根据各种程序控制设置到车身的各种装置的操作。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，作为各种开关的键或信号的替代，从移动设备发送的无线电波可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检测关于包括车辆控制系统12000的车辆外部的信息。例如，车外信息检测单元12030与成像部12031连接。车外信息检测单元12030使成像部12031对车外的图像进行成像，并且接收成像图像。另外，车外信息检测部12030也可以根据接收到的图像，进行检测人、车辆、障碍物、标志、路面上的文字等物体的处理、或检测其距离的处理。
成像部12031是接收光并且输出与所接收的光的光量对应的电信号的光学传感器。成像部12031可将电信号作为图像输出，或者可将电信号作为关于测距的信息输出。此外，由成像部12031接收的光可以是可见光或者可以是诸如红外线等的非可见光。
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例如包括对驾驶员成像的摄像机。车内信息检测单元12040可以基于从驾驶员状态检测部12041输入的检测信息来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用于驱动力产生装置、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ADAS(高级驾驶员辅助系统)的功能的协作控制，ADAS的功能包括车辆的防碰撞或减震、基于基于跟随车距的追随驾驶、保持驾驶的车辆速度、车辆碰撞的警告、车辆偏离车道的警告等。
另外，微型计算机12051根据由车外信息检测部12030或车内信息检测部12040取得的车外信息、车内信息，控制驱动力产生装置、转向机构、制动装置等，由此能够进行与驾驶者的操作等无关地使车辆自动行驶的自动驾驶的协同控制。
此外，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根据由车外信息检测单元12030检测到的前方车辆或对方车辆的位置，通过控制前照灯以从远光变为近光，能够执行用于防止眩光的协同控制。
声音/图像输出部12052将声音和图像中的至少一个的输出信号发送到输出装置，该输出装置能够可视地或听觉地向车辆的乘员或车辆的外部通知信息。在图21的实例中，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可包括车载显示器和平视显示器中的至少一个。
图22是描绘成像部12031的安装位置的实例的示图。
在图22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中的挡风玻璃的上部上的位置。设置在车辆内部内的前鼻子的成像部12101和设置在挡风玻璃的上部的成像部12105主要获得车辆12100的前部的图像。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。
需注意，图22描述了成像部12101至12104的拍摄范围的实例。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12112和12113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，通过将由成像部12101至12104成像的图像数据叠加来获得从上方观察的车辆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)，由此提取最近的三维物体作为前方车辆，该最近的三维物体特别地存在于车辆12100的行驶路径上并且以预定速度(例如，等于或大于0km/小时)在与车辆12100大致相同的方向上行驶。另外，微型计算机12051可以预先设定要保持在前方车辆前方的跟随距离，并且执行自动制动控制(包括跟随停止控制)、自动加速控制(包括跟随启动控制)等。由此，能够不依赖于驾驶员的操作等，进行自动化行驶的协调控制。
例如，微型计算机12051可以根据从摄像部12101至12104获得的距离信息，将三维物体的三维物体数据分类为两轮车、标准大小的车辆、大型车辆、行人、电线杆等三维物体的三维物体数据，提取分类后的三维物体数据，使用提取出的三维物体数据自动躲避障碍物。例如，微型计算机12051将车辆12100周围的障碍物识别为车辆12100的驾驶员能够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判断表示与各个障碍物碰撞的风险的碰撞风险。微型计算机12051在碰撞风险为设定值以上且有可能发生碰撞的状况下，经由音频扬声器12061或显示部12062向驾驶员输出警告，经由驱动系统控制部12010进行强制减速或回避转向。由此，微型计算机12051可以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线照相机。例如，微型计算机12051可以通过判断在成像部12101至12104的成像图像中是否存在行人来识别行人。例如，通过提取成像部12101至12104的成像图像中的特征点作为红外照相机的过程和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其是否是行人的过程来执行行人的识别。当微计算机12051确定在成像部12101至12104的成像图像中存在行人并且因此识别行人时，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所识别出的行人上。声音/图像输出部12052还可控制显示部12062，使得在期望的位置处显示表示行人的图标等。
如上所述，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实例。例如，根据本公开的技术可应用于上述配置之中的成像部12031。具体地，图1中的测距模块100可以应用于车外信息检测单元12030。通过将根据本公开内容的技术应用于车外信息检测单元12030，可以提高测距精度并且增强车辆控制系统的安全性。
应注意，上述实施方式示出了用于体现本技术的实例，并且实施方式中的主题分别与权利要求书中指定本发明的主题具有对应关系。同样，在权利要求中指定本发明的主题分别与本技术的实施方式中的具有相同名称的主题具有对应关系。然而，本技术不限于这些实施方式，并且可以在不背离其主旨的范围内通过对实施方式进行各种变形实施例来体现。
此外，在上述实施方式中描述的处理过程可被视为包括这些系列过程的方法，并且可被视为使计算机执行这些系列过程的程序或存储该程序的记录介质。作为该记录介质，例如，可以使用CD(致密盘)、MD(迷你盘)、DVD(数字通用盘)、存储卡、蓝光(注册商标)盘等。
应注意，本说明书中描述的效果仅是示例并且不受限制，并且可存在额外的效果。
应注意，本技术还可具有以下配置。
(1)一种光接收元件，包括：
雪崩光电二极管；
充电部，使恒定电流在雪崩光电二极管的阴极和阳极中的任意一个端子与预定电压之间流动；
源极跟随器晶体管，所述源极跟随器晶体管的源极连接至所述一个端子；
逻辑门，基于所述一个端子的电压与预定参考电压之间的比较结果来输出输出信号；以及
源极跟随器截止开关，基于所述输出信号来断开和闭合所述源极跟随器晶体管的漏极与所述预定电压之间的路径。
(2)根据(1)所述的光接收元件，其中，
当输出预定电平的输出信号时，所述源极跟随器截止开关转变为断开状态，并且当自转变为所述断开状态起经过预定延迟时间时，所述源极跟随器截止开关转变为闭合状态，并且
所述源极跟随器晶体管在从所述源极跟随器截止开关转变到所述闭合状态至所述一个端子的电压变为预定截止电压的周期内产生漏极电流。
(3)根据(1)或(2)所述的光接收元件，其中，
偏置电压被施加到所述源极跟随器晶体管的栅极，所述偏置电压在从所述源极跟随器晶体管的阈值电压与所述源极跟随器截止开关从断开状态转变到闭合状态时所述一个端子的电压的总和到所述参考电压与所述阈值电压的总和的范围内。
(4)根据(1)至(3)中任一项所述的光接收元件，进一步包括限制输入至所述逻辑门的信号的振幅的电压限制晶体管。
(5)根据(4)所述的光接收元件，其中，
所述逻辑门的输入端子连接至所述充电部与所述电压限制晶体管之间的连接节点。
(6)根据(4)所述的光接收元件，其中，
所述逻辑门的输入端子连接至所述电压限制晶体管与所述雪崩光电二极管之间的连接节点。
(7)根据(1)至(6)中任一项所述的光接收元件，其中，
所述预定电压施加至所述源极跟随器晶体管的栅极。
(8)根据(1)至(7)中任一项所述的光接收元件，进一步包括距离计算部，所述距离计算部基于来自发光源的照射光的发光时刻与输出信号的下降和上升的一个时刻之间的时间，计算到对象的距离。
(9)根据(1)至(8)中任一项所述的光接收元件，其中，
雪崩光电二极管、充电部、源极跟随器晶体管、逻辑门和源极跟随器截止开关被设置在多个像素的每一个中。
(10)根据(1)至(9)中任一项所述的光接收元件，其中，
所述雪崩光电二极管设置在预定的光接收基板上，并且
所述充电部、所述源极跟随器晶体管、所述逻辑门以及所述源极跟随器截止开关被设置在预定的逻辑基板上。
(11)根据(1)至(9)中任一项所述的光接收元件，其中，
所述雪崩光电二极管设置在预定的光接收基板上，
包括所述源极跟随器晶体管和所述源极跟随器截止开关的读取电路的一部分被设置在预定的高耐压基板上，并且
读取电路的其余部分设置在预定的逻辑基板上。
(12)根据(1)至(11)中任一项所述的光接收元件，其中，
所述充电部包括插入在所述预定电压与所述一个端子之间的限流电阻器。
(13)根据(1)至(12)中任一项所述的光接收元件，进一步包括：
充电部截止开关，基于所述输出信号来断开和闭合所述充电部与所述预定电压之间的路径。
(14)根据(1)至(13)中任一项所述的光接收元件，进一步包括：
脉冲整形电路，在自所述输出信号下降和上升的任意时刻起直到经过预定延迟时间为止的周期内输出将所述源极跟随器截止开关设定为断开状态的第一逻辑电平的脉冲信号，其中
所述源极跟随器截止开关在所述脉冲信号处于所述第一逻辑电平的周期内转变为所述断开状态，并且在所述脉冲信号处于不同于所述第一逻辑电平的第二逻辑电平的周期内转变为闭合状态。
(15)根据(1)至(13)中任一项所述的光接收元件，进一步包括：
脉冲整形电路，所述脉冲整形电路在从所述输出信号的任何下降和上升的定时起逝去预定延迟时间时，在脉冲宽度的周期内输出将所述源极跟随器截止开关设定为闭合状态的第一逻辑电平的脉冲信号，其中
所述源极跟随器截止开关在所述脉冲信号处于不同于所述第一逻辑电平的第二逻辑电平的周期中转变为断开状态，并且在所述脉冲信号处于所述第一逻辑电平的周期内转变为所述闭合状态。
(16)根据(1)至(15)中任一项所述的光接收元件，其中，
该一个端子是阴极，
所述预定电压是电源电压，并且
所述充电部将所述恒定电流从所述电源电压供应至所述阴极。
(17)根据(1)至(15)中任一项所述的光接收元件，其中，
该一个端子是阳极，
所述预定电压是读取电路接地，以及
所述充电部从所述阳极向所述读取电路接地提供所述恒定电流。
(18)一种测距模块，包括：
雪崩光电二极管；
充电部，使恒定电流在雪崩光电二极管的阴极和阳极的任意一个端子与预定电压之间流动；
源极跟随器晶体管，所述源极跟随器晶体管的源极连接至所述一个端子；
逻辑门，基于所述一个端子的电压与预定参考电压之间的比较结果来输出输出信号；
源极跟随器截止开关，基于所述输出信号断开和闭合所述源极跟随器晶体管的漏极与所述预定电压之间的路径；以及
信号处理部，处理所述输出信号。
(19)一种测距系统，包括：
发射照射光的照明装置；以及
光接收元件，接收关于所述照射光的反射光，其中，
所述光接收元件包括：
雪崩光电二极管；
充电部，使恒定电流在雪崩光电二极管的阴极和阳极的任意一个端子与预定电压之间流动；
源极跟随器晶体管，所述源极跟随器晶体管的源极连接至所述一个端子；
逻辑门，基于所述一个端子的电压与预定参考电压之间的比较结果输出输出信号；以及
源极跟随器截止开关，基于所述输出信号断开和闭合所述源极跟随器晶体管的漏极与所述预定电压之间的路径。
(20)一种用于控制光接收元件的方法，包括：
充电过程，使恒定电流在雪崩光电二极管的阴极和阳极中的任意一个端子与预定电压之间流动；
输出过程，基于所述一个端子的电压与预定参考电压之间的比较结果来输出输出信号；以及
源极跟随器截止过程，基于所述输出信号断开和闭合源极跟随器晶体管的漏极与所述预定电压之间的路径，所述源极跟随器晶体管的源极连接至所述一个端子的电压。
符号说明
100测距模块
110发光源
120定时生成部
200固态成像元件
201光接收基板
202逻辑基板
203高耐压基板
210控制电路
220像素阵列部
230信号处理部
231TDC
232距离计算部
300像素
305读取电路
310SF截止开关
311,331,381pMOS晶体管
320,321源极跟随器晶体管
330电流源
340SPAD
350放大器
360脉冲整形电路
370限流电阻器
380电流源截止开关
390电压限制晶体管
12030车外信息检测单元。

Claims (20)

1.一种光接收元件，包括：
雪崩光电二极管；
充电部，使恒定电流在所述雪崩光电二极管的阴极和阳极中的任意一个端子与预定电压之间流动；
源极跟随器晶体管，所述源极跟随器晶体管的源极连接至所述一个端子；
逻辑门，基于所述一个端子的电压与预定参考电压之间的比较结果输出输出信号；以及
源极跟随器截止开关，基于所述输出信号断开和闭合所述源极跟随器晶体管的漏极与所述预定电压之间的路径。
2.根据权利要求1所述的光接收元件，其中，
当输出预定电平的所述输出信号时，所述源极跟随器截止开关转变为断开状态，并且当自转变为所述断开状态起经过预定延迟时间时，所述源极跟随器截止开关转变为闭合状态，并且
所述源极跟随器晶体管在从所述源极跟随器截止开关转变到所述闭合状态至所述一个端子的电压变为预定截止电压的周期内产生漏极电流。
3.根据权利要求1所述的光接收元件，其中，
偏置电压被施加到所述源极跟随器晶体管的栅极，所述偏置电压在从所述源极跟随器晶体管的阈值电压与所述源极跟随器截止开关从断开状态转变到闭合状态时所述一个端子的电压的总和到所述参考电压与所述阈值电压的总和的范围内。
4.根据权利要求1所述的光接收元件，进一步包括电压限制晶体管，所述电压限制晶体管限制输入至所述逻辑门的信号的振幅。
5.根据权利要求4所述的光接收元件，其中，
所述逻辑门的输入端子连接至所述充电部与所述电压限制晶体管之间的连接节点。
6.根据权利要求4所述的光接收元件，其中，
所述逻辑门的输入端子连接至所述电压限制晶体管与所述雪崩光电二极管之间的连接节点。
7.根据权利要求1所述的光接收元件，其中，
所述预定电压施加至所述源极跟随器晶体管的栅极。
8.根据权利要求1所述的光接收元件，进一步包括距离计算部，所述距离计算部基于来自发光源的照射光的发光时刻与输出信号的下降和上升的一个时刻之间的时间，计算到对象的距离。
9.根据权利要求1所述的光接收元件，其中，
所述雪崩光电二极管、所述充电部、所述源极跟随器晶体管、所述逻辑门和所述源极跟随器截止开关被设置在多个像素的每一个中。
10.根据权利要求1所述的光接收元件，其中，
所述雪崩光电二极管被设置在预定的光接收基板上，并且
所述充电部、所述源极跟随器晶体管、所述逻辑门以及所述源极跟随器截止开关被设置在预定的逻辑基板上。
11.根据权利要求1所述的光接收元件，其中，
所述雪崩光电二极管被设置在预定的光接收基板上，
包括所述源极跟随器晶体管和所述源极跟随器截止开关的读取电路的一部分被设置在预定的高耐压基板上，并且
所述读取电路的其余部分被设置在预定的逻辑基板上。
12.根据权利要求1所述的光接收元件，其中，
所述充电部包括插入在所述预定电压与所述一个端子之间的限流电阻器。
13.根据权利要求1所述的光接收元件，进一步包括：
充电部截止开关，基于所述输出信号断开和闭合所述充电部与所述预定电压之间的路径。
14.根据权利要求1所述的光接收元件，进一步包括：
脉冲整形电路，在自所述输出信号下降和上升的任意时刻起直到经过预定延迟时间为止的周期内输出将所述源极跟随器截止开关设定为断开状态的第一逻辑电平的脉冲信号，其中，
所述源极跟随器截止开关在所述脉冲信号处于所述第一逻辑电平的周期内转变为所述断开状态，并且在所述脉冲信号处于不同于所述第一逻辑电平的第二逻辑电平的周期内转变为闭合状态。
15.根据权利要求1所述的光接收元件，进一步包括：
脉冲整形电路，所述脉冲整形电路在从所述输出信号的下降和上升中的任意时刻起经过预定延迟时间时，在脉冲宽度的周期内输出将所述源极跟随器截止开关设定为闭合状态的第一逻辑电平的脉冲信号，其中，
所述源极跟随器截止开关在所述脉冲信号处于不同于所述第一逻辑电平的第二逻辑电平的周期内转变为断开状态，并且在所述脉冲信号处于所述第一逻辑电平的周期内转变为所述闭合状态。
16.根据权利要求1所述的光接收元件，其中，
所述一个端子是所述阴极，
所述预定电压是电源电压，并且
所述充电部将所述恒定电流从所述电源电压供应至所述阴极。
17.根据权利要求1所述的光接收元件，其中，
所述一个端子是所述阳极，
所述预定电压是读取电路接地，以及
所述充电部从所述阳极向所述读取电路接地提供所述恒定电流。
18.一种测距模块，包括：
雪崩光电二极管；
充电部，使恒定电流在所述雪崩光电二极管的阴极和阳极的任意一个端子与预定电压之间流动；
源极跟随器晶体管，所述源极跟随器晶体管的源极连接至所述一个端子；
逻辑门，基于所述一个端子的电压与预定参考电压之间的比较结果输出输出信号；
源极跟随器截止开关，基于所述输出信号断开和闭合所述源极跟随器晶体管的漏极与所述预定电压之间的路径；以及
信号处理部，处理所述输出信号。
19.一种测距系统，包括：
照明装置，发射照射光；以及
光接收元件，接收关于所述照射光的反射光，其中，
所述光接收元件包括：
雪崩光电二极管；
充电部，使恒定电流在所述雪崩光电二极管的阴极和阳极的任意一个端子与预定电压之间流动；
源极跟随器晶体管，所述源极跟随器晶体管的源极连接至所述一个端子；
逻辑门，基于所述一个端子的电压与预定参考电压之间的比较结果输出输出信号；以及
源极跟随器截止开关，基于所述输出信号断开和闭合所述源极跟随器晶体管的漏极与所述预定电压之间的路径。
20.一种用于控制光接收元件的方法，包括：
充电过程，使恒定电流在雪崩光电二极管的阴极和阳极中的任意一个端子与预定电压之间流动；
输出过程，基于所述一个端子的电压与预定参考电压之间的比较结果来输出输出信号；以及
源极跟随器截止过程，基于所述输出信号断开和闭合源极跟随器晶体管的漏极与所述预定电压之间的路径，所述源极跟随器晶体管的源极连接至所述一个端子的电压。
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