CN212321848U - 光检测设备以及距离测量传感器 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及光检测设备以及距离测量传感器。一种光检测设备，包括：雪崩光电二极管，其中，所述雪崩光电二极管的电极耦接至第一节点；第一开关，耦接至所述第一节点，并且经由第一电流源耦接至第一电势线；第二开关，耦接至所述第一节点，并且经由第二电流源耦接至所述第一电势线；以及延迟电路，耦接至所述第一开关和所述第二开关。根据本公开，能够快速并且适当地执行单光子雪崩光电二极管元件的选通操作。

Description

光检测设备以及距离测量传感器
技术领域
本公开涉及一种光检测设备以及距离测量传感器。
背景技术
作为使用光测量到所测量物体的距离的一种距离测量方法，已知被称为直接ToF(飞行时间)方法的距离测量方法。在直接ToF方法中，由测量物体反射从光源发射的光，由光接收元件接收反射光，并且基于从发射光时至光作为反射光被接收时的时间测量到目标的距离(例如，参考PTL1)。
[引用列表]
[专利文献]
[PTL 1]
JP 2015-117970 A
实用新型内容
[技术问题]
本公开提出了一种能够快速并且适当地执行SPAD元件的选通操作的距离测量传感器。
[问题的解决方案]
根据本公开，提供了一种光检测设备。该光检测设备包括：雪崩光电二极管，其中，雪崩光电二极管的电极耦接至第一节点；第一开关，耦接至第一节点，并且经由第一电流源耦接至第一电势线；第二开关，耦接至第一节点，并且经由第二电流源耦接至第一电势线；以及延迟电路，耦接至第一开关和第二开关。
光检测设备进一步包括耦接至第一节点和第二电势线的第三开关。
第一电流源的电流值小于第二电流源的电流值。
光检测设备进一步包括被配置为控制第一开关和第二开关的控制电路。
控制电路被配置为将使能信号输出至第一开关和延迟电路，并且延迟电路被配置为将延迟的使能信号输出至第二开关。
第一开关被配置为基于使能信号在导电状态与断开状态之间进行切换，并且第二开关被配置为基于延迟的使能信号在导电状态与断开状态之间进行切换。
光检测设备包括：第一芯片，包括雪崩光电二极管；和第二芯片，包括第一开关和第二开关。
光检测设备进一步包括耦接至第一电势线和第一节点的反相器。
电极是阳极。
电极是阴极。
根据本公开，提供了一种距离测量系统，包括：光源设备，被配置为发射第一光；和光检测设备，被配置为接收来自物体的由于第一光而产生的第二光，光检测设备包括：雪崩光电二极管，其中，雪崩光电二极管的电极耦接至第一节点；第一开关，耦接至第一节点，并且经由第一电流源耦接至第一电势线；第二开关，耦接至第一节点，并且经由第二电流源耦接至第一电势线；以及延迟电路，耦接至第一开关和第二开关。
光检测设备包括耦接至第一节点和第二电势线的第三开关。
第二开关被配置为在第三开关切换至断开状态之后并且在光检测设备接收第二光之前的时间切换至导电状态。
[实用新型的有利效果]
根据本公开，能够快速并且适当地执行SPAD元件的选通操作。应注意，此处所述的效果不一定必须受限制、并且可以是本公开中描述的任意效果。
附图说明
图1是示意性示出通过应用于本公开的每个实施方式的直接ToF方法进行的距离测量的示图。
图2是示出基于通过应用于本公开的每个实施方式的光接收单元接收光的时间的实例的直方图的示图。
图3是示出使用根据实施方式的距离测量设备的电子装置的实例的配置的框图。
图4是更为详细地示出应用于实施方式的距离测量设备的实例的配置的框图。
图5是示出根据本公开的每个实施方式的距离测量传感器的配置实例的框图。
图6是示出应用于根据本公开的每个实施方式的光接收单元的设备的配置的实例的示意图。
图7是示出根据本公开的第一实施方式的脉冲输出单元的配置实例的电路图。
图8是示出根据本公开的第一实施方式的脉冲输出单元的操作实例的时序图。
图9是示出根据本公开的第一实施方式的延迟电路和脉冲生成电路的配置实例的电路图。
图10是示出根据本公开的第一实施方式的延迟电路和脉冲生成电路的另一配置实例的电路图。
图11是示出根据本公开的第二实施方式的脉冲输出单元的配置实例的电路图。
图12是示出根据本公开的第二实施方式的脉冲输出单元的操作实例的时序图。
图13是示出根据本公开的第一实施方式的变形的脉冲输出单元的配置实例的电路图。
图14是示出根据本公开的第一实施方式的变形的脉冲输出单元的操作实例的时序图。
图15是示出根据本公开的第一实施方式的变形的脉冲输出单元的另一配置实例的电路图。
图16是示出根据本公开的第一实施方式的变形的脉冲输出单元的另一操作实例的时序图。
图17是示出根据本公开的第二实施方式的变形的脉冲输出单元的配置实例的电路图。
图18是示出根据本公开的第二实施方式的变形的脉冲输出单元的操作实例的时序图。
图19是示出根据本公开的第二实施方式的变形的脉冲输出单元的另一配置实例的电路图。
图20是示出根据本公开的第二实施方式的变形的脉冲输出单元的另一操作实例的时序图。
图21是示出车辆控制系统的示意性配置的实例的框图。
图22是示出车辆外部信息检测单元和成像单元的安装位置的实例的示图。
具体实施方式
在下文中，将基于附图对本公开的每个实施方式进行详细描述。在下列实施方式中，将以相同参考标号表示相同的部分，而无多余描述。
作为使用光测量到所测量物体的距离的一种距离测量方法，已知被称为直接ToF方法的距离测量方法。在直接ToF方法中，从光源发射的光被测量物体反射，反射光被光接收元件接收，并且基于从发射光时至光作为反射光被接收时的时间测量到目标的距离。
在距离测量方法中，使用其中包括单光子雪崩光电二极管(SPAD)元件的光接收元件作为光接收单元。在SPAD元件中，在接收光和输出信号之后，存在预定的死区。出于此原因，为了可靠地接收来自测量物体的反射光并且输出信号，将SPAD元件控制为处于无效状态，直至光源发射光。
然后，在距离测量传感器中与光源的光发射操作同步执行将SPAD元件从无效状态切换至有效状态的被称为选通操作的处理。
另一方面，从光源发射的光可以被距离测量传感器的壳体等反射并且可以作为比来自测量物体的反射光更早的杂散光而返回。进一步地，由于杂散光，可能不能适当地执行上述选通操作。
这是因为当杂散光入射在SPAD元件上时，杂散光作为电子而被积聚，从而由于积聚的电子，SPAD元件在选通操作期间可能无意识地进行反应。
为了改善由积聚的电子而导致的问题，在相对长的时间内执行选通操作是有效的。因此，因为能够在消除由杂散光产生的积聚的电子的同时执行选通操作，所以可以抑制SPAD元件由于积聚的电子而无意识地进行反应。
然而，因为选通操作花费较长的时间，所以SPAD元件从无效状态切换至有效状态所需的时间也变得较长。结果，当距离测量传感器附近存在测量物体时，在来自测量物体的反射光到达距离测量传感器之前，SPAD元件不能切换至有效状态。因此，变得难以测量距离测量传感器附近的测量物体的距离。
因此，期望实现一种能够克服上述问题并且快速和适当地执行SPAD元件的选通操作的距离测量传感器。
<距离测量方法>
本公开涉及一种使用光执行距离测量的技术。因此，为了便于理解本公开的每个实施方式，将参考图1和图2描述应用于每个实施方式的距离测量方法。
图1是示意性示出通过应用于本公开的每个实施方式的直接ToF方法进行的距离测量的示图。在每个实施方式中，应用直接ToF方法作为距离测量方法。
直接ToF方法是这样一种方法，即，通过光接收单元3接收由测量物体X反射来自光源单元2的发射光L1而获得的反射光L2并且基于光的发射时刻与接收时刻之间的时间差执行距离测量。
距离测量传感器1包括光源单元2和光接收单元3。光源单元2具有光源4(参考图5)(即，例如，激光二极管)并且被驱动至通过脉冲方式发射激光束。
从光源2发射的光L1被测量物体X反射并且作为反射光L2被光接收单元3接收。光接收单元3包括通过光电转换将光转换成电信号的像素阵列单元6(参考图5)并且根据所接收的光输出信号。
此处，将光源2发射光时的时间(光发射时刻)定义为时间t0，并且将光接收单元3接收到由测量物体X反射来自光源单元2的发射光L1而获得的反射光L2时的时间(光接收时刻)定义为时间t1。
如果将常数c定义为光速(2.9979×108[米/秒])，则通过下列数学式(1)计算距离测量传感器1与测量物体X之间的距离D。
D＝(c/2)×(t1-t0)...(1)
距离测量传感器1可以重复多次执行上述处理。进一步地，光接收单元3可以具有多个SPAD元件6a(参考图6)并且基于由每个SPAD元件6a接收反射光L2的每个光接收时刻计算距离D。
距离测量传感器1基于类别(二进制(bin))划分从光发射时刻的时间t0到由光接收单元3接收光的光接收时刻的时间tm(以下也被称为“光接收时间tm”)，并且生成直方图。
图2是示出基于由应用于本公开的每个实施方式的光接收单元3接收光的时间的实例的直方图的示图。在图2中，水平轴表示二进制并且垂直轴表示每个二进制的频率。通过针对每个预定单位时间d对光接收时间tm进行划分而获得二进制。
具体地，二进制#0满足0≦tm<d，二进制#1满足d≦tm<2×d，二进制#2满足2×d≦tm<3×d，……，二进制#(N-2)满足(N-2)×d≦tm<(N-1)×d。当将光接收单元3的曝光时间定义为时间tep时，满足tep＝N×d。
距离测量传感器1基于二进制对获取光接收时间tm的次数进行计数，获得每个二进制的频率200，并且生成直方图。此处，光接收单元3还接收除从光源单元2发射的光L1的反射光L2之外的光。
例如，作为除目标反射光L2之外的光的实例，存在距离测量传感器1周围的环境光。环境光是随机入射在光接收单元3上的光，并且直方图中由于环境光而导致的环境光分量201相对于目标反射光L2变成噪音。
另一方面，目标反射光L2是根据具体距离接收的光并且作为有源光分量202在直方图中出现。与有源光分量202中的峰值频率对应的二进制变为与测量物体X的距离D对应的二进制。
距离测量传感器1获得二进制的代表性时间(例如，二进制中心处的时间)作为上述时间t1，由此根据上述数学式(1)计算距测量物体X的距离D。如上所述，通过使用多个光接收结果，可以对随机噪音执行适当的距离测量。
<电子装置的配置>
图3是示出使用根据每个实施方式的距离测量设备的电子装置的实例的配置的框图。在图3中，电子装置56包括距离测量设备51、光源单元52、存储单元53、控制单元54以及光学系统55。
例如，与上述光源单元2对应的光源单元52是激光二极管并且被驱动为以脉冲方式发射激光束。作为光源单元52，能够应用发射激光束的垂直腔面发射激光器(VCSEL)作为表面光源。然而，本公开并不局限于此，并且能够应用这样的配置作为光源单元52，其中，使用将激光二极管排列成一行的阵列在垂直于该行的方向上扫描从激光二极管发射的激光束。进一步地，能够应用这样的配置，即，其中，使用激光二极管作为单个光源在水平和垂直方向上扫描从激光二极管发射的激光束。
距离测量设备51包括与上述光接收单元3对应的多个光接收元件。例如，将多个光接收元件布置成二维晶格形式而形成光接收表面。光学系统55将从外面入射的光导向至距离测量设备51中所包括的光接收表面。
控制单元54控制电子装置56的整体操作。例如，控制单元54将作为致使光源单元52发射光的触发器的光发射触发器供应至距离测量设备51。距离测量设备51使光源单元52在基于光发射触发器的时刻发射光，并且存储指示光发射时刻的时间t0。进一步地，例如，控制单元54根据来自外面的指示，在相对于距离测量设备51的距离测量时间执行模式的设置。
距离测量设备51对预定时间范围内获取指示由光接收表面接收光的时刻的时间信息(光接收时间tm)的次数进行计数，计算每个二进制的频率，并且生成上述直方图。进一步地，距离测量设备51基于已生成的直方图计算到测量物体的距离D。将指示所计算的距离D的信息存储在存储单元53中。
图4是更详细地示出应用于每个实施方式的距离测量设备51的实例的配置的框图。在图4中，距离测量设备51包括像素阵列单元100、距离测量处理单元101、像素控制单元102、整体控制单元103、时钟生成单元104、光发射定时控制单元105以及接口(I/F)106。例如，将像素阵列单元100、距离测量处理单元101、像素控制单元102、整体控制单元103、时钟生成单元104、光发射定时控制单元105以及接口(I/F)106设置在一个半导体芯片上。
在图4中，例如，整体控制单元103根据提前安装的程序控制距离测量设备51的整体操作。进一步地，整体控制单元103还能够根据从外面供应的外部控制信号执行控制。时钟生成单元104基于从外面供应的参考时钟信号生成距离测量设备51中所使用的一个或多个时钟信号。光发射定时控制单元105根据从外面供应的光发射触发器信号生成指示光发射时刻的光发射控制信号。将光发射控制信号供应至光源单元52并且供应至距离测量处理单元101。
像素阵列单元100包括以二维晶格布置的多个像素电路60，每个像素电路60包含光接收元件。由像素控制单元102根据整体控制单元103的指示而控制每个像素电路60的操作。例如，针对包括行方向上的p个像素电路和列方向上的q个像素电路的(p×q)个像素电路60的块，像素控制单元102能够控制从每个块的每个像素电路60对像素信号的读取。进一步地，通过在行方向上以块为单位扫描每个像素电路60并且在列方向上进一步扫描每个像素电路60，像素控制单元102能够从每个像素电路60读取像素信号。然而，本公开并不局限于此，并且像素控制单元102能够独立控制每个像素电路60。进一步地，像素控制单元102能够使用像素阵列单元100的预定区域作为目标区域，以将目标区域中所包括的像素电路60设置为从中读取像素信号的目标像素电路60。进一步地，像素控制单元102能够对多个行(多条线)统一进行扫描，进一步在列方向上对其进行扫描，并且从每个像素电路60读取像素信号。
将从每个像素电路60读取的像素信号供应至距离测量处理单元101。距离测量处理单元101包括转换单元110、生成单元111、以及信号处理单元112。
将从每个像素电路60读取并且从像素阵列单元100输出的像素信号供应至转换单元110。此处，从每个像素电路60异步读取像素信号并且将像素信号供应至转换单元110。即，根据在每个像素电路60中接收光的时刻从光接收元件读取像素信号并且输出像素信号。
转换单元110将从像素阵列单元100供应的像素信号转换成数字信息。即，根据由与像素信号对应的像素电路60中包括的光接收元件接收光的时刻输出从像素阵列单元100供应的像素信号。转换单元110将所供应的像素信号转换成表示时刻的时间信息。
生成单元111基于通过转换单元110将像素信号所转换成的时间信息生成直方图。此处，生成单元111基于通过设置单元设置的单位时间d计算时间信息并且生成直方图。
例如，信号处理单元112基于通过生成单元111生成的直方图的数据执行预定算法处理并且计算距离信息。例如，信号处理单元112基于通过生成单元111生成的直方图的数据创建直方图的曲线近似。信号处理单元112能够检测直方图的曲线近似的峰值，并且能够基于所检测的峰值计算距离D。
当执行直方图的曲线近似时，信号处理单元112能够对直方图所近似的曲线执行滤波处理。例如，信号处理单元112能够通过对直方图所近似的曲线执行低通滤波处理而抑制噪音分量。
将通过信号处理单元112获得的距离信息供应至接口106。接口106将从信号处理单元112供应的距离信息作为输出数据输出至外面。例如，作为接口106，能够应用移动工业处理器接口(MIPI)。
在上述描述中，经由接口106将通过信号处理单元112获得的距离信息输出至外面，但并不局限于本实例。即，可以使用这样的配置，即，其中，将作为通过生成单元111生成的直方图的数据的直方图数据从接口106输出至外面。在这种情况下，通过设置单元设置的距离测量条件信息能够忽略指示滤波系数的信息。例如，将从接口106输出的直方图数据供应至外部信息处理设备并且进行近似化处理。
<距离测量传感器的配置>
随后，将参考图5和图6描述根据每个实施方式的距离测量传感器1的配置。图5是示出根据本公开的每个实施方式的距离测量传感器1的配置实例的框图。如上所述，距离测量传感器1包括光源单元2、光接收单元3以及壳体9。
光源单元2具有光源4和光源驱动单元5。例如，光源4由诸如垂直腔面发射激光器(VCSEL)等激光二极管构成。光源4并不局限于VCSEL，并且可以使用其中将激光二极管布置成行等的激光二极管阵列作为光源4。
光源驱动单元5驱动光源4。例如，光源驱动单元5基于来自光接收单元3的控制单元8的光发射控制信号驱动光源4，从而使得从光源4发射具有预定时刻和脉冲宽度的发射光L1。
例如，光源驱动单元5能够驱动光源4，从而使得从具有布置成行的激光二极管的光源4在垂直于行的方向上扫描激光束。
光接收单元3具有像素阵列单元6、脉冲输出单元7以及控制单元8。
像素阵列单元6具有布置成二维晶格的多个SPAD元件6a(参考图6)。在SPAD元件6a中，通过向阴极施加出现雪崩倍增的大的反向偏置电压，由于根据一个光子的入射而产生的电子而在内部出现雪崩倍增。
即，SPAD元件6a具有根据一个光子的入射而出现大的电流流动的特性。进一步地，在SPAD元件6a中，能够通过使用上述特性而以较高的灵敏度检测反射光L2中所包括的一个光子的入射。
通过控制单元8控制像素阵列单元6中的多个SPAD元件6a的操作。例如，针对包括行方向上的n个像素和列方向上的m个像素的(n×m)SPAD元件6a的每个块，控制单元8能够控制从每个SPAD元件6a对信号的读取。
进一步地，通过在行方向上以块为单位扫描每个SPAD元件6a并且针对每行在列方向上扫描每个SPAD元件6a，控制单元8能够从每个SPAD元件6a读取信号。
在每个实施方式中，控制单元8可以从每个SPAD元件6a独立读取信号。将通过像素阵列单元6的SPAD元件6a生成的信号供应至脉冲输出单元7。
脉冲输出单元7根据通过SPAD元件6a生成的信号将预定脉冲信号作为数字信号输出至控制单元8。后面将描述脉冲输出单元7的细节。
例如，控制单元8根据提前安装的程序控制距离测量传感器1的整体操作。例如，控制单元8通过控制光源驱动单元5而控制光源4的光发射时刻。
进一步地，控制单元8基于从脉冲输出单元7输出的脉冲信号而生成图2中示出的直方图。进一步地，控制单元8基于已生成直方图的数据执行预定算法处理并且计算到测量物体X的距离D。
壳体9容纳光源单元2和光接收单元3。另一方面，如图3中示出的，如果发射光L1被壳体9反射，则其会作为杂散光L3入射在光接收单元3的像素阵列单元6上。然后，杂散光L3比来自测量物体X的反射光L2更早地入射在像素阵列单元6上。
图6是示出应用于根据本公开的每个实施方式的光接收单元3的设备的配置的实例的示意图。在图6中，通过层压均由半导体芯片形成的光接收芯片3a和逻辑芯片3b而配置光接收单元3。为易于理解，图6示出了处于独立状态的光接收芯片3a和逻辑芯片3b。
在光接收芯片3a中，将SPAD元件6a以二维晶格形式布置在像素阵列单元6的区域中。逻辑芯片3b设置有脉冲输出单元7和控制单元8。光接收芯片3a和逻辑芯片3b的配置并不局限于图6中的实例。
<脉冲输出单元的配置与操作(第一实施方式)>
随后，将参考图7至图10描述根据第一实施方式的脉冲输出单元7的配置与操作。图7是示出根据本公开的第一实施方式的脉冲输出单元7的配置实例的电路图。
如图7中示出的，脉冲输出单元7具有第一恒流源11、第二恒流源12、第一开关13、第二开关14、选通开关15以及反相器16。
第一恒流源11连接在预定电源电压Vdd与第一开关13之间，并且使具有预定电流值I1的电流流至第一开关13。第二恒流源12连接在电源电压Vdd与第二开关14之间，并且使具有预定电流值I2的电流流至第二开关14。
第一开关13连接在第一恒流源11与信号线17之间，并且第二开关14连接在第二恒流源12与信号线17之间。信号线17经由像素阵列单元6的连接单元6b连接SPAD元件6a的阴极(即，二极管)与反相器16的输入端子。
即，在根据第一实施方式的脉冲输出单元7中，第一恒流源11和第二恒流源12分别经由第一开关13和第二开关14而并联连接至SPAD元件6a的阴极。
然后，第一恒流源11和第二恒流源12使电流值I1和电流值I2的电流分别流至SPAD元件6a的阴极。SPAD元件6a的阳极连接至预定电压Va，并且反相器16的输出端子连接至控制单元8(参考图5)。
此处，控制单元8通过控制第一开关13和第二开关14而控制流至SPAD元件6a的阴极的电流量。第一开关13和第二开关14基于从控制单元8输出的使能信号而在接通状态(导电状态)与断开状态(断电状态)之间进行切换。
具体地，使能信号直接输入至第一开关13。即，当使能信号从断开切换至接通时，第一开关13立即从断开切换至接通。
进一步地，使能信号经由延迟电路18和脉冲生成电路19输入至第二开关14。即，当使能信号从断开切换至接通时，第二开关14在预定时间流逝之后的预定时间段内从断开切换至接通。
选通开关15连接在信号线17与接地电势之间。即，选通开关15连接在SPAD元件6a与第一开关13之间及SPAD元件6a与接地电势之间。
选通开关15基于从控制单元8输出的使能信号而在接通状态与断开状态之间进行切换。具体地，经由反相器20将使能信号输入至选通开关15。
即，当使能信号从断开切换至接通时，选通开关15立即从接通切换至断开。因此，控制单元8能够通过控制选通开关15而执行SPAD元件6a的选通操作。
例如，控制单元8能够通过开启选通开关15而使SPAD元件6a的阴极接地。因此，反向偏置电压未施加至SPAD元件6a，从而控制单元8能够使SPAD元件6a进入无效状态。
另一方面，控制单元8能够通过断开选通开关15而致使SPAD元件6a的阴极进入浮置状态。因此，反向偏置电压能够施加至SPAD元件6a，从而使得控制单元8能够使SPAD元件6a进入有效状态。
接着，将参考除图7之外的图8描述根据第一实施方式的脉冲输出单元7的操作。图8是示出根据本公开的第一实施方式的脉冲输出单元7的操作实例的时序图。
在图8的实例中，因为在初始状态下使使能信号保持处于断开状态，所以选通开关15保持处于接通状态，并且SPAD元件6a进入无效状态。
然后，控制单元8控制光源驱动单元5，以使光源4在时间T1以脉冲方式发射光。因此，杂散光L3在时间T2入射在SPAD元件6a上。如图8中示出的，杂散光L3比来自测量物体X的反射光L2更早地入射在SPAD元件6a上。
杂散光L3入射在SPAD元件6a上，从而使得电子积聚在处于无效状态的SPAD元件6a中。
接着，控制单元8在从光源4发射光时的时间T1流逝预定时间的时间T3使使能信号从断开切换至接通。结果，选通开关15在时间T3从接通切换至断开，并且SPAD元件6a的阴极进入浮置状态。
进一步地，第一开关13在时间T3从断开切换至接通。因此，将具有电流值I1的电流从第一恒流源11供应至SPAD元件6a的阴极，从而使得SPAD元件6a的阴极电压从0(V)逐渐增加。
如上所述，在第一实施方式中，在开始选通操作之后，通过使用并联连接至SPAD元件6a的阴极的多个恒流源中的一个恒流源(第一恒流源11)而使SPAD元件6a的阴极升压。
因此，能够限制使SPAD元件6a的阴极升压的速度。因此，根据第一实施方式，因为能够在消除SPAD元件6a中所积聚的电子的同时执行选通操作，所以可以抑制SPAD元件6a由于所积聚的电子而无意识地进行反应。
然后，经由上述延迟电路18和脉冲生成电路19将从控制单元8发送的使能信号发送至第二开关14。因此，第二开关14在从时间T3流逝预定延迟时间的时间T4从断开切换至接通。
因此，将具有电流值I1+I2的电流从第一恒流源11和第二恒流源12供应至SPAD元件6a的阴极，从而使得SPAD元件6a的阴极电压在时间T4的时间点从电压V1快速增加。
然后，电压在时间T5达到预定电压V2，并且第二开关14在时间T5从接通切换至断开。之后，将具有电流值I1的电流从第一恒流源11供应至SPAD元件6a的阴极，从而使得SPAD元件6a的阴极电压保持处于电压V2。
如上所述，在第一实施方式中，在直至时间T4的时间段内，能够充分消除SPAD元件6a中所积聚的电子。换言之，在第一实施方式中，将其中能够充分消除SPAD元件6a中所积聚的电子的时间设置为由延迟电路18设置的延迟时间。
因此，即使SPAD元件6a的阴极电压在时间T4快速增加，也可以抑制SPAD元件6a无意识地进行反应。
进一步地，在第一实施方式中，通过从时间T4起使用多个恒流源中的任意恒流源使SPAD元件6a的阴极升压能够减少直至SPAD元件6a的阴极电压变为电压V2的时间。即，在第一实施方式中，能够在短时间内完成选通操作。
因此，根据第一实施方式，将多个恒流源并联连接至SPAD元件6a的阴极，从而使得能够快速并且适当地执行SPAD元件6a的选通操作。
进一步地，在第一实施方式中，第一恒流源11的电流值I1可以小于第二恒流源12的电流值I2。因此，直至第二开关14开启时的时间T4，可以进一步限制SPAD元件6a的阴极的升压速度。进一步地，从第二开关14开启时的时间T4起，SPAD元件6a的阴极电压能够更为快速地增加。
因此，根据第一实施方式，能够更为快速并且适当地执行SPAD元件6a的选通操作。
进一步地，在第一实施方式中，在直至第二开关14从断开切换至接通的时间段(即，直至时间T4的时间段)内，控制单元8可以保持第一开关13处于接通状态。
结果，直至时间T4，SPAD元件6a的阴极电压能够连续增加，从而能够减少直至SPAD元件6a的阴极电压增加至电压V2时的时间。因此，根据第一实施方式，能够更为快速地执行SPAD元件6a的选通操作。
将继续时间T5之后的时序图的描述。在时间T5，对SPAD元件6a的阴极施加反向偏置电压V2，直至出现被称为盖革模式(Geiger mode)的状态，即，恰好出现在雪崩倍增之前。
即，在时间T5，从SPAD元件6a的阴极输出的信号具有电压V2。然后，因为将等于或大于预定阈值电压的电压V2作为信号输入至反相器16，所以反相器16输出低电平信号S1(参考图7)。
因此，如果由反射光L2产生的一个光子入射在在时间T6对其施加电压V2的SPAD元件6a上，SPAD元件6a则发生击穿并且电流流至第一恒流源11。
结果，SPAD元件6a的阴极电压从电压V2快速增加，并且当阴极电压变得小于阈值电压时，反相器16输出高电平信号S1。
因此，因为SPAD元件6a中的雪崩倍增在时间T7停止，所以SPAD元件6a的阴极电压在0(V)停止减少。进一步地，当通过第一恒流源11对SPAD元件6a进行再充电时(所谓的猝熄操作)，SPAD元件6a的阴极电压增加。
然后，如果SPAD元件6a的阴极电压变得等于或大于阈值电压，反相器16则输出低电平信号S1。
如上所述，如果反射光L2入射在SPAD元件6a上，反相器16则将从反射光L2产生的脉冲信号S1输出至控制单元8。最后，SPAD元件6a的阴极电压在时间T8返回至预定电压V2，并且SPAD元件6a返回至初始状态。
图9是示出根据本公开的第一实施方式的延迟电路18和脉冲生成电路19的配置实例的电路图。如图9中示出的，延迟电路18具有反相器18a和18b、CMOS电路18c、恒流源18d、NAND电路18e以及电容器18f。
延迟电路18的输入端子18i连接至反相器18a的输入端子。反相器18a的输出端子连接至CMOS电路18c的输入端子和反相器18b的输入端子。
通过恒流源18d将预定电流供应至CMOS电路18c。CMOS电路18c的输出端子连接至NAND电路18e的一个输入端子。
NAND电路18e的另一输入端子连接至反相器18b的输出端子。NAND电路18e的输出端子连接至延迟电路18的输出端子18o。电容器18f连接在CMOS电路18c的输出端子与接地电势之间。
在上述电路配置中，能够通过适当地调整恒流源18d的电流值与电容器18f的电容值而控制延迟电路18的延迟时间。
脉冲生成电路19具有CMOS电路19a、恒流源19b、异或电路19c以及电容器19d。脉冲生成电路19的输入端子19i连接至CMOS电路19a的输入端子并且连接至异或电路19c的一个输入端子。
通过恒流源19b将预定电流供应至CMOS电路19a。CMOS电路19a的输出端子连接至异或电路19c的另一输入端子。
异或电路19c的输出端子连接至脉冲生成电路19的输出端子19o。电容器19d连接在CMOS电路19a的输出端子与接地电势之间。
在上述电路配置中，能够通过适当调整恒流源19b的电流值与电容器19d的电容值而控制从脉冲生成电路19输出的脉冲的长度。
延迟电路18和脉冲生成电路19的电路配置并不局限于图9中的实例。图10是示出根据本公开的第一实施方式的延迟电路18和脉冲生成电路19的另一配置实例的电路图。
在图10的实例中，延迟电路18具有反相器18a、18b、及18h、NAND电路18e以及反相器组18g。
延迟电路18的输入端子18i连接至反相器18a的输入端子。反相器18a的输出端子连接至反相器组18g的输入端子和反相器18b的输入端子。
反相器组18g具有串联连接的偶数个(在图中，为四个)反相器。反相器组18g的输出端子连接至反相器18h的输入端子。反相器18h的输出单子连接至NAND电路18e的一个输入端子。
NAND电路18e的另一输入端子连接至反相器18b的输出端子。NAND电路18e的输出端子连接至延迟电路18的输出端子18o。
在上述电路配置中，能够通过适当调整反相器组18g的数量而控制延迟电路18的延迟时间。
脉冲生成电路19具有异或电路19c、反相器组19e以及反相器19f。脉冲生成电路19的输入端子19i连接至反相器组19e的输入端子并且连接至异或电路19c的一个输入端子。
反相器组19e具有串联连接的偶数个(在图中，为四个)反相器。反相器组19e的输出端子连接至反相器19f的输入端子。反相器19f的输出端子连接至异或电路19c的另一输入端子。异或电路19c的输出端子连接至脉冲生成电路19的输出端子19o。
在上述电路配置中，能够通过适当调整反相器组19e的数量而控制从脉冲生成电路19输出的脉冲的长度。
<第二实施方式>
随后，将参考图11和图12描述根据第二实施方式的脉冲输出单元7的配置和操作。图11是示出根据本公开的第二实施方式的脉冲输出单元7的配置实例的电路图。
如图11中示出的，脉冲输出单元7具有第一恒流源11、第二恒流源12、第一开关13、第二开关14、选通开关15以及反相器16。
第一恒流源11连接在第一开关13与接地电势之间，并且使具有预定电流值I1的电流流至接地电势。第二恒流源12连接在第二开关14与接地电势之间，并且使具有预定电流值I2的电流流至接地电势。
第一开关13连接在第一恒流源11与信号线17之间，并且第二开关14连接在第二恒流源12与信号线17之间。信号线17经由像素阵列单元6的连接单元6b连接SPAD元件6a的阳极与反相器16的输入端子。
即，在根据第二实施方式的脉冲输出单元7中，第一恒流源11和第二恒流源12分别经由第一开关13和第二开关14而并联连接至SPAD元件6a的阳极。
因此，第一恒流源11和第二恒流源12分别使电流值为I1和I2的电流从SPAD元件6a的阳极流至接地电势。SPAD元件6a的阴极连接至预定电压Vc，并且反相器16的输出端子连接至控制单元8(参考图5)。
此处，控制单元8通过控制第一开关13和第二开关14而控制从SPAD元件6a的阳极流过的电流的量。第一开关13和第二开关14基于从控制单元8输出的使能信号而在接通状态与断开状态之间进行切换。
具体地，将使能信号直接输入至第一开关13。即，当使能信号从断开切换至接通时，第一开关13立即从断开切换至接通。
进一步地，经由延迟电路18和脉冲生成电路19将使能信号输入至第二开关14。即，当使能信号从断开切换至接通时，第二开关14在预定时间流逝之后的预定时间段内从断开切换至接通。与第一实施方式相同的电路能够用于延迟电路18和脉冲生成电路19。
选通开关15连接在信号线17与电源电压Vdd之间。即，选通开关15连接在SPAD元件6a与第一开关13之间及SPAD元件6a与电源电压Vdd之间。
选通开关15基于从控制单元8输出的使能信号而在接通状态与断开状态之间进行切换。具体地，经由反相器20将使能信号输入至选通开关15。
即，当使能信号从断开切换至接通时，选通开关15立即从接通切换至断开。因此，控制单元8能够通过控制选通开关15而执行SPAD元件6a的选通操作。
例如，控制单元8能够通过开启选通断开15而将SPAD元件6a的阳极的电压设置为电源电压Vdd。结果，反向偏置电压未施加至SPAD元件6a，从而控制单元8能够使SPAD元件6a进入无效状态。
另一方面，控制单元8能够通过关闭选通开关15而使SPAD元件6a的阳极进入浮置状态。因此，反向偏置电压能够施加至SPAD元件6a，从而控制单元8能够使SPAD元件6a进入有效状态。
接着，除图11之外，还将参考图12描述根据第二实施方式的脉冲输出单元7的操作。图12是示出根据本公开的第二实施方式的脉冲输出单元7的操作实例的时序图。
在图12的实例中，因为使能信号在初始状态下保持处于断开状态，所以选通开关15保持处于接通状态，并且SPAD元件6a进入无效状态。
因此，控制单元8控制光源驱动单元5，以使光源4在时间T1以脉冲方式发射光。结果，杂散光L3在时间T2入射在SPAD元件6a上。杂散光L3入射在SPAD元件6a上，从而使得电子积聚在处于无效状态的SPAD元件6a中。
接着，控制单元8在从光源4发射光的时间T1流逝预定时间的时间T3将使能信号从断开切换至接通。因此，选通开关15在时间T3从接通切换至断开，从而使得SPAD元件6a的阳极进入浮置状态。
进一步地，第一开关13在时间T3从断开切换至接通。因此，具有电流值I1的电流从SPAD元件6a的阳极通过第一恒流源11流动，从而使得SPAD元件6a的阳极电压从电源电压Vdd逐渐减少。
如上所述，在第二实施方式中，在开始选通操作之后，通过使用并联连接至SPAD元件6a的阳极的多个恒流源中的一个恒流源(第一恒流源11)而使SPAD元件6a的阴极降压。
结果，能够限制SPAD元件6a的阳极的降压速度。因此，根据第二实施方式，因为能够在消除SPAD元件6a中所积聚的电子的同时执行选通操作，所以可以抑制SPAD元件6a由于所积聚的电子而无意识地进行反应。
然后，经由上述延迟电路18和脉冲生成电路19将从控制单元8发送的使能信号发送至第二开关14。结果，第二开关14在从时间T3流逝预定延迟时间的时间T4从断开切换至接通。
因此，具有电流值I1+I2的电流从SPAD元件6a的阳极通过第一恒流源11和第二恒流源12流动，从而使得SPAD元件6a的阳极电压在时间T4的时间点从电压V4快速减少。
然后，电压在时间T5达到预定电压V3，并且第二开关14在时间T5从接通切换至断开。之后，具有电流值I1的电流从SPAD元件6a的阳极通过第一恒流源11流动，从而使得SPAD元件6a的阳极电压保持处于电压V3。
如上所述，在第二实施方式中，与第一实施方式相似，能够在直至时间T4的时间段内充分消除SPAD元件6a中所积聚的电子。换言之，在第二实施方式中，将其中能够充分消除SPAD元件6a中所积聚的电子的时间设置为由延迟电路18设置的延迟时间。
因此，即使SPAD元件6a的阳极电压从时间T4快速减少，也可以抑制SPAD元件6a无意识地进行反应。
进一步地，在第二实施方式中，能够通过从时间T4起使用多个恒流源中的任意恒流源使SPAD元件6a的阳极降压而减少直至SPAD元件6a的阳极电压达到电压V3时的时间。即，在第二实施方式中，能够在短时间内完成选通操作。
因此，根据第二实施方式，能够通过使多个恒流源并联连接至SPAD元件6a的阳极而快速并且适当地执行SPAD元件6a的选通操作。
进一步地，在第二实施方式中，第一恒流源11的电流值I1可以小于第二恒流源12的电流值I2。因此，可以进一步限制SPAD元件6a的阳极直至第二开关14开启时的时间T4的降压速度。进一步地，从第二开关14开启时的时间T4起，能够更为快速地降低SPAD元件6a的阳极电压。
因此，根据第二实施方式，能够更为快速并且适当地执行SPAD元件6a的选通操作。
进一步地，在第二实施方式中，控制单元8在直至第二开关14从断开切换至接通的时间段(即，直至时间T4的时间段)内可以保持第一开关13处于接通状态。
结果，直至时间T4，SPAD元件6a的阳极电压能够连续减少，从而使得能够减少直至SPAD元件6a的阳极的电压减少至电压V3的时间。因此，根据第二实施方式，能够更为快速地执行SPAD元件6a的选通操作。
将继续描述时间T5之后的时序图。在时间T5，对SPAD元件6a的阳极施加反向偏置电压V3，直至出现被称为盖革模式(Geiger mode)的状态，即，恰好在雪崩倍增之前出现。
即，在时间T5，从SPAD元件6a的阳极输出的信号具有电压V3。然后，因为将小于预定阈值电压的电压V3作为信号输入至反相器16，所以反相器16输出高电平信号S1(参考图11)。
然后，如果由反射光L2产生的一个光子入射在在时间T6对其施加电压V3的SPAD元件6a上，SPAD元件6a则发生击穿并且电流流至第一恒流源11。
结果，SPAD元件6a的阳极电压从电压V3快速增加，并且当阳极电压变得等于或大于阈值电压时，反相器16则输出低电平信号S1。
然后，因为SPAD元件6a中的雪崩倍增在时间T7停止，所以SPAD元件6a的阳极电压在电源电压Vdd下停止增加。进一步地，当电流流经第一恒流源11时(所谓的猝熄操作)，SPAD元件6a的阳极电压降低。
因此，如果SPAD元件6a的阳极电压变得小于阈值电压，反相器16则输出高电平信号S1。
如上所述，如果反射光L2入射在SPAD元件6a上，反相器16则将从反射光L2产生的脉冲信号S1输出至控制单元8。最后，SPAD元件6a的阳极电压在时间T8返回至预定电压V3，并且SPAD元件6a返回至初始状态。
<各种变形>
随后，将参考图13至图20描述脉冲输出单元7的各种变形。
<第一实施方式的变形>
图13是示出根据本公开的第一实施方式的变形的脉冲输出单元7的配置实例的电路图。图13中的实例与图7中示出的第一实施方式的不同在于用于将使能信号传输至第一开关13和第二开关14的路径的配置。
具体地，经由脉冲生成电路19将使能信号输入至第一开关13，以及经由延迟电路18A将使能信号输入至第一开关13。
即，当使能信号从断开切换至接通时，第一开关13在预定时间段内从断开切换至接通，以及第一开关13在预定时间流逝之后从断开切换至接通。
进一步地，经由脉冲生成电路19和延迟电路18B将使能信号输入至第二开关14。即，当使能信号从断开切换至接通时，第二开关14在预定时间流逝之后的预定时间段内从断开切换至接通。
接着，除图13之外，将还参考图14描述根据第一实施方式的变形的脉冲输出单元7的操作。图14是示出根据本公开的第一实施方式的变形的脉冲输出单元7的操作实例的时序图。
在图14的实例中，因为使能信号在初始状态下保持处于断开状态，所以选通开关15保持处于接通状态，并且SPAD元件6a进入无效状态。
然后，控制单元8控制光源驱动单元5，以使光源4在时间T11以脉冲方式发射光。结果，杂散光L3在时间T12入射在SPAD元件6a上。杂散光L3入射在SPAD元件6a上，从而使得电子积聚在处于无效状态的SPAD元件6a中。
接着，控制单元8在从光源4发射光时的时间T11流逝预定时间的时间T13使使能信号从断开切换至接通。结果，选通开关15在时间T13从接通切换至断开，从而使得SPAD元件6a的阴极进入浮置状态。
进一步地，第一开关13在时间T13从断开切换至接通。结果，将具有电流值I1的电流从第一恒流源11供应至SPAD元件6a的阴极，从而使得SPAD元件6a的阴极电压从0(V)逐渐增加。
另一方面，在该变形中，第一开关13在时间T14从接通切换至断开，从而使得SPAD元件6a的阴极电压从时间T14起在预定电压V1a下变得恒定。
然后，经由上述脉冲生成电路19和延迟电路18B将从控制单元8发送的使能信号发送至第二开关14。结果，第二开关14在从时间T14起流逝预定延迟时间的时间T15从断开切换至接通。
因此，将具有电流值I2的电流从第二恒流源12供应至SPAD元件6a的阴极，从而使得SPAD元件6a的阴极电压在时间T15的时间点从电压V1a快速增加。然后，电压在时间T16达到预定电压V2，并且在时间T16，第二开关14从接通切换至断开。
进一步地，经由延迟电路18A将从控制单元8发送的使能信号发送至第一开关13。因此，在时间T16，第一开关13从断开切换至接通。结果，将具有电流值I1的电流从第一恒流源11供应至SPAD元件6a的阴极，从而使得SPAD元件6a的阴极电压保持处于电压V2。
因为图14中描述的时间T17至T19的操作与图8的实例中的时间T6至T8的操作相同，所以将省去细节描述。
如上所述，在第一实施方式的变形中，在选通操作期间，通过第一恒流源11供应至SPAD元件6a的电流在时间T14临时停止，从而使得SPAD元件6a的阴极电压保持恒定处于电压V1a。
如上所述，阴极电压保持恒定处于高于0(V)并且低于SPAD元件6a的击穿电压(电压V2)的电压，从而使得能够从SPAD元件6a对由于杂散光L3而积聚的电子进行适当地放电。
原因如下。使SPAD元件6a的阴极电压保持恒定处于接近0(V)的电压，从而有意识地使SPAD元件6a较小地击穿，从而由于击穿而从SPAD元件6a消除积聚的电子。
即使有意识地使SPAD元件6a较小地击穿，小的击穿在短时间内也能完成并且SPAD元件6a立即返回至稳定状态，因此，整体选通操作几乎不存在负面效果。
能够实现上述变形的使能信号的传输路径的配置并不局限于图13中的实例。图15是示出根据本公开的第一实施方式的变形的脉冲输出单元7的另一配置实例的电路图。
在图15的实例中，经由脉冲生成电路19A将使能信号输入至第一开关13，以及经由延迟电路18A将使能信号输入至第一开关13。
结果，即使在图15的实例中，当使能信号从断开切换至接通时，第一开关13也能在预定时间段内从断开切换至接通。进一步地，即使在图15的实例中，第一开关13也能在又一预定时间流逝之后从断开切换至接通。
进一步地，经由延迟电路18B和脉冲生成电路19B将使能信号输入至第二开关14。结果，即使在图15的实例中，当使能信号从断开切换至接通时，第二开关14也能在预定时间流逝之后的预定时间段内从断开切换至接通。
在图15的实例中，因为能够通过独立的脉冲生成电路19A和19B生成脉冲，所以能够独立控制使第一开关13保持处于接通状态的时间和使第二开关14保持处于接通状态的时间。因此，根据图15的实例，能够更为平稳地执行选通操作。
进一步地，在图13和图15示出的脉冲输出单元7中，能够执行与图14的实例不同的另一操作。图16是示出根据本公开的第一实施方式的变形的脉冲输出单元7的另一操作实例的时序图。
图16的实例是其中在致使光源4发射光之前开始选通操作的实例。首先，控制单元8在时间T21(即，使光源4发射光时的时间T23之前的预定时间)将使能信号从断开切换至接通。
结果，选通开关15在时间T21从接通切换至断开，从而使得SPAD元件6a的阴极进入浮置状态。
进一步地，第一开关13在时间T21从断开切换至接通。结果，将具有电流值I1的电流从第一恒流源11供应至SPAD元件6a的阴极，从而使得SPAD元件6a的阴极电压从0(V)逐渐增加。然后，SPAD元件6a的阴极电压从时间T22起在预定电压V1a下变得恒定。
然后，控制单元8控制光源驱动单元5，以使光源4在时间T23以脉冲方式发射光。结果，杂散光L3在时间T24入射在SPAD元件6a上。
此处，在图16的实例中，因为SPAD元件6a的阴极电压在杂散光L3入射时的时间T24已经增加至电压V1a，所以SPAD元件6a击穿较小，并且SPAD元件6a的阴极电压减少至0(V)。
如上所述，在图16的实例中，由于杂散光L3而在SPAD元件6a中发生击穿。因此，即使杂散光L3入射，由杂散光L3产生的电子也不会积聚在SPAD元件6a中。
即，在图16的实例中，在使光源4发射光之前，第一开关13从断开切换至接通，并且有意识地使SPAD元件6a由于杂散光L3的入射而发生的击穿较小。因此，能够抑制由于杂散光L3而积聚电子。
因此，根据图16的实例，在选通操作期间可以抑制由于杂散光L3而在SPAD元件6a中积聚电子。
因为图16中示出的时间T25至T29的操作与图14的实例中的时间T16至T19的操作相同，所以将省去细节描述。
<第二实施方式的变形>
图17是示出根据本公开的第二实施方式的变形的脉冲输出单元7的配置实例的电路图。图17中的实例与图11中示出的第二实施方式的不同在于用于将使能信号传输至第一开关13和第二开关14的路径的配置。
具体地，经由脉冲生成电路19将使能信号输入至第一开关13，以及经由延迟电路18A将使能信号输入至第一开关13。
即，当使能信号从断开切换至接通时，第一开关13在预定时间段内从断开切换至接通，以及第一开关13在预定时间流逝之后从断开切换至接通。
进一步地，经由脉冲生成电路19和延迟电路18B将使能信号输入至第二开关14。即，当使能信号从断开切换至接通时，第二开关14在预定时间流逝之后的预定时间段内从断开切换至接通。
接着，除图17之外，还将参考图18描述根据第二实施方式的变形的脉冲输出单元7的操作。图18是示出根据本公开的第二实施方式的变形的脉冲输出单元7的操作实例的时序图。
在图14的实例中，因为使能信号在初始状态下保持处于断开状态，所以选通开关15保持处于接通状态，并且SPAD元件6a进入无效状态。
然后，控制单元8控制光源驱动单元5，以使光源4在时间T11以脉冲方式发射光。结果，杂散光L3在时间T12入射在SPAD元件6a上。杂散光L3入射在SPAD元件6a上，从而使得电子积聚在处于无效状态的SPAD元件6a中。
接着，控制单元8在从光源4发射光时的时间T11流逝预定时间的时间T13将使能信号从断开切换至接通。结果，选通开关15在时间T13从接通切换至断开，从而使得SPAD元件6a的阳极进入浮置状态。
进一步地，第一开关13在时间T13从断开切换至接通。因此，具有电流值I1的电流从SPAD元件6a的阳极流至第一恒流源11，从而使得SPAD元件6a的阳极电压从电源电压Vdd逐渐减少。
另一方面，在该变形中，第一开关13在时间T14从接通切换至断开，从而使得SPAD元件6a的阳极电压从时间T14起在预定电压V4a下变得恒定。
然后，经由上述脉冲生成电路19和延迟电路18B将从控制单元8发送的使能信号发送至第二开关14。结果，第二开关14在从时间T14流逝预定延迟时间的时间T15从断开切换至接通。
结果，具有电流值I2的电流从SPAD元件6a的阳极流至第二恒流源12，从而使得SPAD元件6a的阳极电压在时间T15的时间点从电压V4a快速减少。然后，电压在时间T16达到预定电压V3，并且第二开关14在时间T16从接通切换至断开。
进一步地，经由延迟电路18A将从控制单元8发送的使能信号发送至第一开关13。因此，在时间T16，第一开关13从断开切换至接通。结果，具有电流值I1的电流从SPAD元件6a的阳极流至第一恒流源11，从而使得SPAD元件6a的阳极电压保持处于电压V3。
因为图18中描述的时间T17至T19的操作与图12的实例中的时间T6至T8的操作相同，所以将省去细节描述。
如上所述，在第二实施方式的变形中，在选通操作期间，使通过第一恒流源11从SPAD元件6a发射的电流在时间T14临时停止，从而使得SPAD元件6a的阳极电压保持恒定处于电压V4a。
如上所述，阳极电压保持恒定处于低于电源电压Vdd并且高于SPAD元件6a的击穿电压(电压V3)的电压，从而使得能够从SPAD元件6a对由于杂散光L3而积聚的电子进行适当地释放。
原因如下。SPAD元件6a的阳极电压保持恒定处于接近电源电压Vdd的电压，以有意识地使SPAD元件6a较小地击穿，从而由于击穿而从SPAD元件6a消除积聚的电子。
即使有意识地使SPAD元件6a较小地击穿，小的击穿在短时间内也能完成并且SPAD元件6a立即返回至稳定状态，因此，整体选通操作几乎不存在负面效果。
能够实现上述变形的使能信号的传输路径的配置并不局限于图17中的实例。图19是示出根据本公开的第二实施方式的变形的脉冲输出单元7的另一配置实例的电路图。
在图19的实例中，经由脉冲生成电路19A将使能信号输入至第一开关13，以及经由延迟电路18A将使能信号输入至第一开关13。
结果，即使在图19的实例中，当使能信号从断开切换至接通时，第一开关13能够在预定时间段内从断开切换至接通。进一步地，即使在图19的实例中，第一开关13也能够在又一预定时间流逝之后从断开切换至接通。
进一步地，经由延迟电路18B和脉冲生成电路19B将使能信号输入至第二开关14。因此，即使在图19的实例中，当使能信号从断开切换至接通时，第二开关14能够在预定时间流逝之后的预定时间段内从断开切换至接通。
在图19的实例中，因为能够通过独立的脉冲生成电路19A和19B生成脉冲，所以能够独立控制使第一开关13保持处于接通状态的时间和使第二开关14保持处于接通状态的时间。因此，根据图19的实例，能够更为平稳地执行选通操作。
进一步地，在图17和图19示出的脉冲输出单元7中，也能够执行与图18的实例不同的操作。图20是示出根据本公开的第二实施方式的变形的脉冲输出单元7的另一操作实例的时序图。
图20的实例是其中在使光源4发射光之前开始选通操作的实例。首先，控制单元8在时间T21(即，使光源4发射光时的时间T23之前的预定时间)将使能信号从断开切换至接通。
结果，选通开关15在时间T21从接通切换至断开，从而使得SPAD元件6a的阳极进入浮置状态。
进一步地，第一开关13在时间T21从断开切换至接通。结果，具有电流值I1的电流从SPAD元件6a的阳极流至第一恒流源11，从而使得SPAD元件6a的阳极电压从电源电压Vdd逐渐减少。因此，SPAD元件6a的阳极电压从时间T22起在预定电压V4a下变得恒定。
因此，控制单元8控制光源驱动单元5，以使光源4在时间T23以脉冲方式发射光。结果，杂散光L3在时间T24入射在SPAD元件6a上。
此处，在图20的实例中，因为SPAD元件6a的阳极电压在杂散光L3入射时的时间T24已经减少至电压V4a，所以SPAD元件6a发生击穿较小，并且SPAD元件6a的阳极电压增加至电源电压SPAD元件6a。
如上所述，在图20的实例中，SPAD元件6a由于杂散光L3而发生击穿。因此，即使杂散光L3入射，由杂散光L3产生的电子也不会积聚在SPAD元件6a中。
即，在图20的实例中，在使光源4发射光之前，第一开关13从断开切换至接通，并且有意识地使SPAD元件6a由于杂散光L3的入射而较小地击穿。因此，能够抑制由于杂散光L3导致的电子的积聚。
因此，根据图20的实例，在选通操作期间，可以抑制SPAD元件6a中由于杂散光L3导致的电子的积聚。
因为图20中描述的时间T25至T29的操作与图18的实例中的时间T16至T19的操作相同，所以将省去细节描述。
<效果>
根据第一实施方式的距离测量传感器1包括单光子雪崩二极管(SPAD)元件6a、第一恒流源11、和第二恒流源12、第一开关13、第二开关14以及选通开关15。SPAD元件6a在接收由于从光源4发射的光L1而产生的从测量物体X反射的光(反射光L2)之时输出信号S1。第一恒流源11和第二恒流源12并联连接至SPAD元件6a的阴极。第一开关13连接在SPAD元件6a与第一恒流源11之间。第二开关14连接在SPAD元件6a与第二恒流源12之间。选通开关15连接在SPAD元件6a与第一开关13之间及SPAD元件6a与接地电势之间。
结果，能够快速并且适当地执行SPAD元件6a的选通操作。
根据第二实施方式的距离测量传感器1包括单光子雪崩二极管(SPAD)元件6a、第一恒流源11和第二恒流源12、第一开关13、第二开关14以及选通开关15。SPAD元件6a在接收由于从光源4发射的光L1而产生的从测量物体X反射的光(反射光L2)之时输出信号S1。第一恒流源11和第二恒流源12并联连接至SPAD元件6a的阳极。第一开关13连接在SPAD元件6a与第一恒流源11之间。第二开关14连接在SPAD元件6a与第二恒流源12之间。选通开关15连接在SPAD元件6a与第一开关13之间及SPAD元件6a与电源电压Vdd之间。
结果，能够快速并且适当地执行SPAD元件6a的选通操作。
根据各个实施方式的距离测量传感器1进一步包括光源4和控制单元8。光源4利用光(发射光L1)照射测量物体X。控制单元8控制光源4、第一开关13、第二开关14以及选通开关15。然后，与光源4的光发射操作同步，控制单元8将选通开关15从接通切换至断开。
结果，因为SPAD元件6a能够与来自测量物体X的反射光L2反应，而不使SPAD元件6a与杂散光L3反应，所以能够以高准确度测量到测量物体X的距离D。
进一步地，在根据各个实施方式的距离测量传感器1中，与选通开关15的断开操作同步，控制单元8将第一开关13从断开切换至接通。进一步地，在将第一开关13从断开切换至接通之后，控制单元8将第二开关14从断开切换至接通。
结果，能够快速并且适当地执行SPAD元件6a的选通操作。
进一步地，在根据各个实施方式的距离测量传感器1中，控制单元8在直至第二开关14从断开切换至接通的时间段内保持第一开关13处于接通状态。
因此，能够更为快速地执行SPAD元件6a的选通操作。
进一步地，在根据各个实施方式的距离测量传感器1中，控制单元8在直至第二开关14从断开切换至接通的时间段内将第一开关13从接通切换至断开。
因此，能够从SPAD元件6a对由于杂散光L3而积聚的电子进行适当地放电。
进一步地，在根据各个实施方式的距离测量传感器1中，在使光源4发射光之前，控制单元8将选通开关15从接通切换至断开。
因此，可以抑制在选通操作期间SPAD元件6a中由于杂散光L3而导致的电子的积聚。
进一步地，在根据各个实施方式的距离测量传感器1中，第一恒流源11的电流值I1小于第二恒流源的电流值I2。
因此，能够更为快速并且适当地执行SPAD元件6a的选通操作。
<移动对象的应用实例>
根据本公开的技术(本技术)能够应用于各种产品。例如，根据本公开的技术可以实现为安装在诸如汽车、电动车辆、混合电动车辆、摩托车、自行车、个人移动体、飞机、无人机、船只以及机器人等任意类型的移动对象上的设备。
图21是示出车辆控制系统的示意性配置的实例的框图，该车辆控制系统是可应用根据本公开的技术的移动对象控制系统的实例。
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21所示出的实例中，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。此外，微型计算机12051、音频/图像输出部12052、车载网络接口(I/F)12053作为集成控制单元12050的功能配置而示出。
驱动系统控制单元12010根据各种程序对与车辆的驱动系统相关的设备的工作进行控制。例如，驱动系统控制单元12010用作控制设备，诸如用于生成车辆的驱动力的驱动力生成设备(诸如内燃机、驱动电机等)，用于将驱动力传递至车轮的驱动力传递机构，用于调节车辆的转向角的转向机构，以及用于生成车辆的制动力的制动设备等。
车身系统控制单元12020根据各种程序对车身所配置的各种类型的设备的操作进行控制。例如，车身系统控制单元12020用作控制设备来控制下列项：无钥匙进入系统、智能钥匙系统、电动车窗设备，或前照灯、倒车灯、制动灯、转向灯、或雾灯等各种灯。在这种情况下，能够将从便携式设备传输的取代钥匙的无线电波或各种开关信号输入至车身系统控制单元12020。车身系统控制单元12020接收这些输入的无线电波或信号，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检测配有车辆控制系统12000的车辆的外部的信息。例如，车外信息检测单元12030连接有成像单元12031。车外信息检测单元12030使成像单元12031对车辆外部图像进行成像，并且接收所成像的图像。基于所接收的图像，车外信息检测单元12030可执行检测对象(诸如路面上的人、车辆、障碍物、标志、符号等)的处理，或者执行检测到对象的距离的处理。
成像单元12031是接收光并且输出与所接收的光的光量相对应的电信号的光学传感器。成像单元12031能够输出作为图像的电信号，或者能够输出作为所测量距离的信息的电信号。此外，由成像单元12031接收的光可以是可见光，或者可以是诸如红外线等的不可见光。
车内信息检测单元12040检测车辆内部的信息。例如，检测驾驶员的状态的驾驶员状态检测单元12041连接至车内信息检测单元12040。驾驶员状态检测单元12041例如包括对驾驶员成像的相机，并且车内信息检测单元12040可基于从驾驶员状态检测单元12041输入的检测信息，计算驾驶员的疲劳程度或驾驶员的注意力集中程度，或者可确定驾驶员是否在打瞌睡。
微型计算机12051能够基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的车辆内部或外部的信息，计算驱动力生成设备、转向机构或制动设备的控制目标值，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能够执行旨在实现高级驾驶员辅助系统(ADAS)的功能的协同控制，该功能包括车辆的碰撞回避或撞击缓冲、基于车间距离的跟随驾驶、车速保持行驶、车辆碰撞的警报、车辆偏离车道的警告等。
此外，微型计算机12051，可通过基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的关于车辆周围的信息来控制驱动力生成设备、转向机构、制动设备等，由此执行旨在不依赖于驾驶员的操作的自动行进的自动行驶等的协同控制。
此外，微型计算机12051能够基于由车外信息检测单元12030获得的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可基于由车外信息检测单元12030检测的前方车辆或迎面车辆的位置来控制前照灯，从而执行旨在防止眩光的协同控制，诸如，从远光改变为近光。
音频/图像输出部12052将音频和图像中的至少一者的输出信号传输至输出设备，该输出设备能够向车辆的乘客或车辆外部以视觉或听觉方式提供信息。在图21的实例中，音频扬声器12061、显示单元12062和仪表面板12063作为输出设备而示出。显示单元12062可例如包括车载显示器和平视显示器中的至少一个。
图22是示出成像单元12031的安装位置的实例的示图。
在图22中，成像单元12031包括成像单元12101、12102、12103、12104和12105。
例如成像单元12101、12102、12103、12104和12105可以被布置在诸如车辆12100的前鼻、侧视镜、后保险杠、后门以及车辆内部的挡风玻璃的上部的位置处。布置在前鼻的成像单元12101以及布置在车辆内部的挡风玻璃的上部的成像单元12105主要获得车辆12100的前方的图像。布置在侧视镜的成像单元12102和12103主要获得车辆12100的侧面的图像。布置在后保险杠或后门的成像单元12104主要获得车辆12100的后方的图像。布置在车辆内部的挡风玻璃的上部的成像单元12105主要用于检测前方车辆、或行人、障碍物、信号、交通标志、车道等。
图22示出成像单元12101～12104的成像范围的实例。成像范围12111表示布置在前鼻的成像单元12101的成像范围，成像范围12112和12113分别表示布置在侧视镜的成像单元12102和12103的成像范围，并且成像范围12114表示布置在后保险杠或后门的成像单元12104的成像范围。例如，叠加由成像单元12101～12104成像的图像数据，从而获得从上方观察的车辆12100的鸟瞰图像。
成像单元12101～12104中的至少一个可具有获得距离信息的功能。例如，成像单元12101～12104中的至少一个可以是由多个成像元件组成的立体相机，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能够基于从成像单元12101～12104获得的距离信息，获得到成像范围12111～12114内的每个三维对象的距离以及该距离的时间变化(相对于车辆12100的相对速度)，并且由此提取与车辆12100基本相同的方向上以预定速度(例如，等于或大于0公里/小时)行驶的三维对象(具体地，在车辆12100的运动路径上最近的三维对象)作为前方车辆。此外，微型计算机12051能够预先设置要保持的距前方车辆的车间距离(inter-vehicle distance)，并且执行自动制动控制(包括跟随的停车控制)、自动加速度控制(包括跟随的起动控制)等。如上所述，能够执行旨在不依赖于驾驶员的操作的自动行进的自动行驶等的协同控制。
例如，微型计算机12051能够基于从成像单元12101～12104获得的距离信息，将关于三维对象的三维对象数据分类为诸如二轮车辆、普通车辆、大型车辆、行人及电线杆的其他三维对象，并提取所述数据，且使用该数据来进行障碍物的自动回避。例如，微型计算机12051识别作为对车辆12100的驾驶员视觉可见的障碍物和对于车辆12100的驾驶员视觉不可见的障碍物的车辆12100周围的障碍物。此外，微型计算机12051确定指示与每个障碍物发生碰撞的风险的碰撞风险，在碰撞风险等于或高于设定值并且存在碰撞的可能性的情况下，微型计算机12051经由音频扬声器12061或显示单元12062向驾驶员输出警报，或者通过驱动系统控制单元12010执行强制减速或回避转向。结果，微型计算机12051能够协助驾驶以避免碰撞。
成像单元12101～12104中的至少一个可以是检测红外线的红外相机。例如，微型计算机12051能够通过确定在成像单元12101～12104的成像图像中是否存在行人来识别行人。例如，这种行人识别例如由下列程序执行：提取作为红外相机的成像单元12101～12104的成像图像中的特性点的程序，以及通过对表示对象轮廓的一系列特性点上执行图案匹配处理来确定是否是行人的程序。如果微型计算机12051确定在成像单元12101～12104的成像图像中存在行人并且因此识别到行人时，音频/图像输出部12052控制显示单元12062，使得所识别的行人叠加并以用于强调的方形轮廓线来显示。进一步地，音频/图像输出部12052还可控制显示单元12062，使其在期望的位置处显示表示行人的图标等。
已经描述了能够应用根据本公开的技术的车辆控制系统的实例。根据本公开的技术能够应用于上述配置的成像单元12031。具体地，图5中的距离测量传感器1能够应用于成像单元12031。通过将根据本公开的技术应用于成像单元12031，能够快速并且适当地执行SPAD元件的选通操作。
尽管上面已经描述了本公开的实施方式，然而，本公开的技术范围并不局限于上述实施方式，并且在不偏离本公开的实质的情况下，能够做出各种改造。进一步地，可以对不同的实施方式和改造的部件进行适当地组合。
例如，在上述各个实施方式中，已经示出了其中两个恒流源并联连接至SPAD元件6a的实例。然而，并联连接至SPAD元件6a的恒流源的数量并不局限于两个，并且可以并联连接三个或更多的恒流源。
进一步地，本说明书中描述的效果仅是实例并且并不受限制，并且可以添加其他效果。
本技术还能够采用下列配置。
(1)一种距离测量传感器，包括：
单光子雪崩二极管(SPAD)元件，被配置为在接收到由于从光源发射的光而产生的从测量物体反射的光之时输出信号；
第一恒流源和第二恒流源，并联连接至SPAD元件的阴极；
第一开关，连接在SPAD元件与第一恒流源之间；
第二开关，连接在SPAD元件与第二恒流源之间；以及
选通开关，连接在SPAD元件与第一开关之间及SPAD元件与接地电势之间。
(2)一种距离测量传感器，包括：
单光子雪崩二极管(SPAD)元件，被配置为在接收由于从光源发射的光而产生的从测量物体反射的光之时输出信号；
第一恒流源和第二恒流源，并联连接至SPAD元件的阳极；
第一开关，连接在SPAD元件与第一恒电流源之间；
第二开关，连接在SPAD元件与第二恒电流源之间；以及
选通开关，连接在SPAD元件与第一开关之间及SPAD元件与电源电压之间。
(3)根据(1)或(2)所述的距离测量传感器，进一步包括：
光源，被配置为用光照射测量物体；和
控制单元，被配置为控制光源、第一开关、第二开关以及选通开关；
其中，
控制单元与光源的光发射操作同步地将选通开关从接通切换至断开。
(4)根据(3)所述的距离测量传感器，其中，
控制单元与选通开关的断开操作同步地将第一开关从断开切换至接通；并且
控制单元在将第一开关从断开切换至接通之后，将第二开关从断开切换至接通。
(5)根据(4)所述的距离测量传感器，其中，
控制单元在直至第二开关从断开切换至接通的时间段内保持第一开关处于接通状态。
(6)根据(4)所述的距离测量传感器，其中，
控制单元在直至第二开关从断开切换至接通的时间段内将第一开关从接通切换至断开。
(7)根据(4)至(6)中任一项所述的距离测量传感器，其中，
控制单元在使光源发射光之前将选通开关从接通切换至断开。
(8)根据(1)至(7)中任一项所述的距离测量传感器，其中，
第一恒电流源的电流值小于第二恒电流源的电流值。
此外或可替代地，本技术还能够采用下列配置。
(1’)一种光检测设备，包括：
雪崩光电二极管，其中，雪崩光电二极管的电极耦接至第一节点；
第一开关，耦接至第一节点，并且经由第一电流源耦接至第一电势线；
第二开关，耦接至第一节点，并且经由第二电流源耦接至第一电势线；以及
延迟电路，耦接至第一开关和第二开关。
(2’)根据(1’)所述的光检测设备，进一步包括耦接至第一节点和第二电势线的第三开关。
(3’)根据(1’)或(2’)所述的光检测设备，其中，第一电流源的电流值小于第二电流源的电流值。
(4’)根据(1’)至(3’)中任一项所述的光检测设备，进一步包括被配置为控制第一开关和第二开关的控制电路。
(5’)根据(4’)所述的光检测设备，其中，控制电路被配置为将使能信号输出至第一开关和延迟电路，并且延迟电路被配置为将延迟的使能信号输出至第二开关。
(6’)根据(5’)所述的光检测设备，其中，第一开关被配置为基于使能信号在导电状态与断开状态之间进行切换，并且第二开关被配置为基于延迟的使能信号在导电状态与断开状态之间进行切换。
(7’)根据(1’)至(6’)中任一项所述的光检测设备，包括：
第一芯片，包括雪崩光电二极管；和
第二芯片，包括第一开关和第二开关。
(8’)根据(1’)至(7’)中任一项所述的光检测设备，进一步包括耦接至第一电势线和第一节点的反相器。
(9’)根据(1’)至(8’)中任一项所述的光检测设备，其中，电极是阳极。
(10’)根据(1’)至(8’)中任一项所述的光检测设备，其中，电极是阴极。
(11’)一种检测光的方法，方法包括：
提供雪崩光电二极管，其中，雪崩光电二极管的电极耦接至第一节点；
提供第一开关，该第一开光耦接至第一节点，并且经由第一电流源耦接至第一电势线；
提供第二开关，该第二开关耦接至第一节点，并且经由第二电流源耦接至第一电势线；并且
提供延迟电路，该延迟电路耦接至第一开关和第二开关。
(12’)根据(11’)所述的方法，进一步包括：提供耦接至第一节点和第二电势线的第三开关。
(13’)根据(11’)或(12’)所述的方法，进一步包括：经由控制电路控制第一开关和第二开关。
(14’)根据(13’)所述的方法，进一步包括：将使能信号从控制电路输出至第一开关和延迟电路，并且将延迟的使能信号从延迟电路输出至第二开关。
(15’)根据(11’)至(14’)中任一项所述的方法，包括：
提供包括雪崩光电二极管的第一芯片；并且
提供包括第一开关和第二开关的第二芯片。
(16’)根据(11’)至(15’)中任一项所述的方法，进一步包括：提供耦接至第一电势线和第一节点的反相器。
(17’)根据(11’)至(16’)中任一项所述的方法，其中，电极是阳极。
(18’)根据(11’)至(17’)中任一项所述的方法，其中，电极是阴极。
(19’)一种距离测量系统，包括：
光源设备，被配置为发射第一光；和
光检测设备，被配置为接收来自物体的由于第一光而产生的第二光，光检测设备包括：
雪崩光电二极管，其中，雪崩光电二极管的电极耦接至第一节点；
第一开关，耦接至第一节点，并且经由第一电流源耦接至第一电势线；
第二开关，耦接至第一节点，并且经由第二电流源耦接至第一电势线；以及
延迟电路，耦接至第一开关和第二开关。
(20’)根据(19’)所述的距离测量系统，其中，光检测设备包括耦接至第一节点和第二电势线的第三开关。
(21’)根据(20’)所述的距离测量系统，其中，第二开关被配置为在第三开关切换至断开状态之后并且在光检测设备接收第二光之前的时间切换至导电状态。
[参考标号列表]
1 距离测量传感器
4 光源
6a SPAD元件
7 脉冲输出单元
8 控制单元
11 第一恒流源
12 第二恒流源
13 第一开关
14 第二开关
15 选通开关。

Claims (13)

1.一种光检测设备，其特征在于，包括：
雪崩光电二极管，其中，所述雪崩光电二极管的电极耦接至第一节点；
第一开关，耦接至所述第一节点，并且经由第一电流源耦接至第一电势线；
第二开关，耦接至所述第一节点，并且经由第二电流源耦接至所述第一电势线；以及
延迟电路，耦接至所述第一开关和所述第二开关。
2.根据权利要求1所述的光检测设备，其特征在于，进一步包括耦接至所述第一节点和第二电势线的第三开关。
3.根据权利要求1所述的光检测设备，其特征在于，所述第一电流源的电流值小于所述第二电流源的电流值。
4.根据权利要求1所述的光检测设备，其特征在于，进一步包括被配置为控制所述第一开关和所述第二开关的控制电路。
5.根据权利要求4所述的光检测设备，其特征在于，所述控制电路被配置为将使能信号输出至所述第一开关和所述延迟电路，并且所述延迟电路被配置为将延迟的使能信号输出至所述第二开关。
6.根据权利要求5所述的光检测设备，其特征在于，所述第一开关被配置为基于所述使能信号在导电状态与断开状态之间进行切换，并且所述第二开关被配置为基于所述延迟的使能信号在导电状态与断开状态之间进行切换。
7.根据权利要求1所述的光检测设备，其特征在于，包括：
第一芯片，包括所述雪崩光电二极管；和
第二芯片，包括所述第一开关和所述第二开关。
8.根据权利要求1所述的光检测设备，其特征在于，进一步包括耦接至所述第一电势线和所述第一节点的反相器。
9.根据权利要求1所述的光检测设备，其特征在于，所述电极是阳极。
10.根据权利要求1所述的光检测设备，其特征在于，所述电极是阴极。
11.一种距离测量系统，其特征在于，包括：
光源设备，被配置为发射第一光；和
光检测设备，被配置为接收来自物体的由于所述第一光而产生的第二光，所述光检测设备包括：
雪崩光电二极管，其中，所述雪崩光电二极管的电极耦接至第一节点；
第一开关，耦接至所述第一节点，并且经由第一电流源耦接至第一电势线；
第二开关，耦接至所述第一节点，并且经由第二电流源耦接至所述第一电势线；以及
延迟电路，耦接至所述第一开关和所述第二开关。
12.根据权利要求11所述的距离测量系统，其特征在于，所述光检测设备包括耦接至所述第一节点和第二电势线的第三开关。
13.根据权利要求12所述的距离测量系统，其特征在于，所述第二开关被配置为在所述第三开关切换至断开状态之后并且在所述光检测设备接收所述第二光之前的时间切换至导电状态。
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