DE102020202759A1

DE102020202759A1 - Fotodetektionseinrichtung, elektronikeinrichtung undfotodetektionsverfahren

Info

Publication number: DE102020202759A1
Application number: DE102020202759.5A
Authority: DE
Inventors: Tuan Thanh TA; Akihide Sai
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2019-06-11
Filing date: 2020-03-04
Publication date: 2020-12-17
Also published as: US11265500B2; JP2020202312A; CN112067120B; CN112067120A; US20200396410A1; JP7079753B2

Abstract

Eine Fotodetektionseinrichtung gemäß einer Ausführungsform weist ein Fotodetektionselement, eine erste Rücksetzschaltung, die konfiguriert ist, auszuwählen, ob ein Ein-Widerstand zwischen einem ersten Spannungsknoten und einem Anschluss des Fotodetektionselementes auf einen ersten Wert einzustellen ist, eine zweite Rücksetzschaltung, die konfiguriert ist, auszuwählen, ob der Ein-Widerstand auf einen zweiten kleineren Wert als den ersten Wert einzustellen ist, und eine Steuerschaltung, die konfiguriert ist, den Ein-Widerstandswert auf den ersten Wert durch die erste Rücksetzschaltung einzustellen, nachdem das Fotodetektionselement Licht detektiert, und den Ein-Widerstand auf den zweiten Wert durch die zweite Rücksetzschaltung einzustellen, nachdem die erste Rücksetzschaltung auswählt, den Ein-Widerstand auf den ersten Wert einzustellen.

Description

GEBIET
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beziehen sich auf eine Fotodetektionseinrichtung, eine Elektronikeinrichtung und ein Fotodetektionsverfahren.
HINTERGRUND
Eine Lawinen-Fotodiode (nachfolgend APD) ist eins von Fotodetektionselementen, die empfangenes Licht in ein elektronisches Signal umwandeln. Insbesondere wenn die APD im Geiger-Modus arbeitet, ist die APD zur Detektion eines EinzelPhotons in der Lage. Jedoch, obwohl die im Geiger-Modus arbeitende APD höhere Sensitivität zeigt, ändert sich der Betriebsstatus der APD nach Detektieren des Photons, so dass die APD Licht bei hoher Sensitivität nicht detektieren kann. Aus diesem Grund ist es erforderlich, eine Quench-Schaltung mit der APD zu verbinden, um die APD zurückzusetzen. Die Quench-Schaltung ist in eine passive Quench-Schaltung und eine aktive Quench-Schaltung klassifiziert. Die passive Quench-Schaltung führt das Rücksetzen durch Zuführen eines Stroms an die APD über ein Widerstandselement durch, das in Reihe mit der APD verbunden ist. Die passive Quench-Schaltung weist eine einfache Schaltungskonfiguration auf, hat aber ein Problem langsamen Betriebs. Im Gegensatz dazu führt die aktive Quench-Schaltung einen Strom der APD zwangsweise zu, durch Verwenden eines Transistors und dergleichen, der eine Rücksetzoperation bei hohen Geschwindigkeiten durchführen kann.
Jedoch weist die konventionelle aktive Quench-Schaltung ein Problem damit auf, dass, wenn die APD Licht detektiert, während ein Strom der APD zum Rücksetzen der APD zugeführt wird, der zur APD fließende Strom nicht gesteuert werden kann, so dass die APD exzessive Wärme erzeugen kann, umso kaputt zu gehen. Darüber hinaus, wenn eine große Menge an Strom zur APD fließt, emittiert die APD Licht, was dazu führt, dass ein Strom aufgrund von Übersprechen zu anderen APDs, in der Umgebung vorhanden sind, fließt.
Figurenliste

1 ist ein Schaltungsdiagramm einer Fotodetektionseinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein erstes Modifikationsbeispiel der Fotodetektionseinrichtung 1 von 1 zeigt;
3 ist ein Spannungswellenformdiagramm der Fotodetektionseinrichtung 1 von 1;
4A ist eine Äquivalenzschaltung in dem Fall, bei dem eine erste Rücksetzschaltung einen ersten Schalter einschaltet;
4B ist eine Äquivalenzschaltung in dem Fall, bei dem eine zweite Rücksetzschaltung einen zweiten Schalter einschaltet;
5 ist ein Spannungswellenformdiagramm in dem Fall, bei dem eine APD Licht detektiert, während ein Strom aus der ersten Rücksetzschaltung zu einer Kathode der APD fließt;
6 ist ein Spannungswellenformdiagramm in dem Fall, bei dem die APD Licht detektiert, während ein Strom aus der zweiten Rücksetzschaltung zur Kathode der APD fließt;
7 ist ein Schaltungsdiagramm, in welchem ein erster Pegelwandler und ein zweiter Pegelwandler zu der Fotodetektionseinrichtung 1 von 2 hinzugefügt sind;
8 ist ein schematisches Layout-Diagramm einer Fotodetektionseinrichtung, die mit vier APDs und vier aktiven Quench-Schaltungen versehen ist;
9 ist ein Layout-Diagramm einer Vielzahl von SiPMs und aktiven Quench-Schaltungen, die auf einem Halbleitersubstrat angeordnet sind;
10A ist ein Blockdiagramm, welches schematisch die Konfiguration einer Elektronikeinrichtung, die mit einer Lichtempfangseinheit versehen ist, die mit der Fotodetektionseinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform implementiert ist, zeigt;
10B ist ein Blockdiagramm, welches schematisch die Konfiguration eines Modifikationsbeispiels der Elektronikeinrichtung von 10A zeigt;
11 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Beispiel zeigt, in welchem eine Lichtempfangseinheit und eine Signalverarbeitungseinheit in der Elektronikeinrichtung 21 von 10A oder 10B auf einem Halbleitersubstrat angeordnet sind; und
12 ist ein Schaltungsdiagramm einer Fotodetektionseinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Eine Fotodetektionseinrichtung gemäß einer Ausführungsform hat ein Fotodetektionselement, eine erste Rücksetzschaltung, die konfiguriert ist, auszuwählen, ob ein Ein-Widerstand zwischen einem ersten Spannungsknoten und einem Anschluss des Fotodetektionselementes auf einen ersten Wert einzustellen ist, eine zweite Rücksetzschaltung, die konfiguriert ist, auszuwählen, ob der Ein-Widerstand auf einen zweiten, kleineren Wert als der erste Wert einzustellen ist, und eine Steuerschaltung, die konfiguriert ist, den Ein-Widerstand auf den ersten Wert durch die erste Rücksetzschaltung einzustellen, nachdem das Fotodetektionselement Licht detektiert, und den Ein-Widerstand auf den zweiten Wert durch die zweite Rücksetzschaltung einzustellen, nachdem die erste Rücksetzschaltung auswählt, den Ein-Widerstand auf den ersten Wert einzustellen.
Nachfolgend werden Ausführungsformen einer Fotodetektionseinrichtung und einer Elektronikeinrichtung und ein Distanzmessverfahren nunmehr erläutert, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. In den nachfolgenden Ausführungsformen wird hauptsächlich eine Hauptkonfiguration der Fotodetektionseinrichtung und der Elektronikeinrichtung erläutert. Jedoch können die Fotodetektionseinrichtung und die Elektronikeinrichtung andere Konfigurationen und Funktionen aufweisen, die nicht gezeigt oder erläutert sind.
Erste Ausführungsform
1 ist ein Schaltungsdiagramm einer Fotodetektionseinrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform. Die Fotodetektionseinrichtung 1 von 1 ist mit einem Fotodetektionselement 2, einer ersten Rücksetzschaltung 3, einer zweiten Rücksetzschaltung 4 und einer Steuerschaltung 5 verbunden. Die erste Rücksetzschaltung 3, die zweite Rücksetzschaltung 4 und die Steuerschaltung 5 konfigurieren eine aktive Quench-Schaltung 6. Die aktive Quench-Schaltung 6 führt eine zwangsweise Rücksetzoperation am Fotodetektionselement 2 durch, nachdem das Fotodetektionselement 2 Licht detektiert.
Das Fotodetektionselement 2 ist beispielsweise eine APD 7. An die APD 7 wird eine reverse Vorspannung angelegt, die höher als eine Durchbruchsspannung der APD 7 ist, und in einer Region angetrieben wird, die als der Geiger-Modus bezeichnet wird. Die Verstärkung der APD 7 im Geiger-Modus ist in einer extrem hohen Ordnung von 10⁵ bis 10⁶, so dass es möglich ist, extrem schwaches Licht eines einzelnen Photons zu messen. Nachfolgend wird hauptsächlich ein Beispiel, in welchem die APD 7 als das Fotodetektionselement 2 verwendet wird, erläutert.
In der Fotodetektionseinrichtung 1 von 1 sind eine erste Rücksetzschaltung 3 und eine zweite Rücksetzschaltung 4 parallel zwischen einem ersten Spannungsknoten Vhi und einer Kathode der APD 7 verbunden. Mit einer Anode der APD 7 ist ein zweiter Spannungsknoten Vlow verbunden. Der zweite Spannungsknoten Vlow ist ein Spannungsknoten niedriger als der erste Spannungsknoten Vhi.
Die erste Rücksetzschaltung 3 wählt aus, ob der Ein-Widerstand zwischen dem ersten Spannungsknoten Vhi und einem Ende (einem Anschluss, wie etwa einer Kathode der APD 7) des Fotodetektionselements 2 auf einen ersten Wert einzustellen ist. Die erste Rücksetzschaltung 3 kann durch Reihenverbinden einer Stromquelle 3a und eines ersten Schalters 3b konfiguriert sein. Die Stromquelle 3a gibt einen vorbestimmten Strom aus. Die Stromquelle 3a ist vorgesehen, den Strom daran zu beschränken, zur Kathode der APD 7 zu fließen. Der erste Schalter 3b selektiert, ob der aus der Stromquelle 3a an die Kathode der APD 7 ausgegebene Strom zuzuführen ist. Wenn der erste Schalter 3b ein ist, passiert der aus der Stromquelle 3a ausgegebene Strom den ersten Schalter 3b um zur Kathode der APD 7 zu fließen. Der Ein-Widerstand der ersten Rücksetzschaltung 3 ist die Impedanz der ersten Rücksetzschaltung 3, wenn der erste Schalter 3b ein ist.
Die zweite Rücksetzschaltung 4 selektiert, ob der Ein-Widerstand zwischen dem ersten Spannungsknoten Vhi und einem Ende (Kathode der APD 7) des Fotodetektionselement 2 auf einen zweiten Wert, kleiner als der erste Wert, einzustellen ist. Die zweite Rücksetzschaltung weist einen zweiten Schalter 4 auf. Wenn der zweite Schalter 4a ein ist, passiert ein Strom den zweiten Schalter 4a aus dem ersten Spannungsknoten Vhi zum Fließen an die Kathode der APD 7. Der Ein-Widerstand der zweiten Rücksetzschaltung 4 ist die Impedanz der zweiten Rücksetzschaltung 4, wenn der zweite Schalter 4a Ein ist. Der zweite Wert, der der Ein-Widerstand der zweiten Rücksetzschaltung 4 ist, ist kleiner als der erste Wert, welcher der Ein-Widerstand der ersten Rücksetzschaltung 3 ist. Daher ist der Strom, der an die Kathode der APD 7 aus der zweiten Rücksetzschaltung 4 fließt, wenn der zweite Schalter 4a Ein ist, größer als der Strom, der zur Kathode der APD 7 aus der ersten Rücksetzschaltung 3 fließt, wenn der erste Schalter 3b Ein ist. In der vorliegenden Ausführungsform, wird eine Dauer, in welcher der Ein-Widerstand der zweiten Rücksetzschaltung 4 der zweite Wert wird, größer eingestellt als eine Dauer, in welcher der Ein-Widerstand der ersten Rücksetzschaltung 3 zum ersten Wert wird.
Die Steuerschaltung 5, nachdem die APD 7 Licht detektiert, stellt den Ein-Widerstand zwischen dem ersten Spannungsknoten Vhi und der Kathode der APD 7 auf den ersten Wert ein, mittels der ersten Rücksetzschaltung 3, und stellt danach den Ein-Widerstand auf den zweiten Wert ein, mittels der zweiten Rücksetzschaltung 4. Spezifischer hält die Steuerschaltung 5, nachdem die APD 7 Licht detektiert, das eine Ende (Kathode) der APD 7 auf einem ersten Wert und stellt danach den Ein-Widerstand auf den ersten Wert mittels des ersten Rücksetzschalters 3 ein und stellt danach den Ein-Widerstand auf den zweiten Wert mittels der zweiten Rücksetzschaltung 4 ein. Da der Ein-Widerstand kleiner ist, fließt der Strom leichter, durch Umschalten des Ein-Widerstands zwischen dem ersten Spannungsknoten Vhi und der Kathode der APD 7, kann der zur Kathode der APD 7 fließende Strom variiert werden. Wie oben beschrieben führt die Steuerschaltung 5 den beschränkten Strom aus der ersten Rücksetzschaltung 3 in einer Rücksetzoperation, nachdem die APD 7 Licht detektiert, zur Kathode der APD 7 zu und führt danach einen großen Strom aus der zweiten Rücksetzschaltung 4 der Kathode der APD 7 zu.
2 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein erstes Modifikationsbeispiel der Fotodetektionseinrichtung 1 von 1 zeigt. Die Fotodetektionseinrichtung 1 von 2 weist eine spezifische Konfiguration jeder Komponente der Fotodetektionseinrichtung 1 von 1 auf. In der Fotodetektionseinrichtung 1 von 2 sind der erste Schalter 3b in der ersten Rücksetzschaltung 3 und der zweite Schalter 4a in der zweiten Rücksetzschaltung 4 mit Transistoren Q1 bzw. Q2 konfiguriert. Die Gatterspannungen der Transistoren Q1 und Q2 werden durch die Steuerschaltung 5 gesteuert. Darüber hinaus weist die Steuerschaltung 5 von 2 eine Quench-Steuereinheit (Spannungshalteschaltung) 5a auf. Weiter weist die Fotodetektionseinrichtung 1 von 2 einen dritten Schalter 8 auf, der durch die Quench-Steuerschaltung 5a ein- und ausgeschaltet wird. In 2 ist ein Beispiel gezeigt, in welchem der dritte Schalter 8 mit einem MOS-Transistor Q3 konfiguriert wird.
Die Quench-Steuerschaltung 5a, wenn die APD 7 Licht detektiert, hält eine Kathodenspannung der APD 7 auf einer vorbestimmten Spannung VAQ eine vorbestimmte Dauer lang. Spezifischer hält die Quench-Steuerschaltung 5a, nachdem die APD 7 Licht detektiert, ein Ende (Kathode) der APD 7 auf der ersten Spannung eine vorbestimmte Dauer lang, in Reaktion darauf dass ein Ende der APD 7 auf die zweite Spannung eingestellt wird, die sich von der ersten Spannung unterscheidet. Der dritte Schalter 8 ist zwischen der Kathode der APD 7 und dem dritten Spannungsknoten VAQ verbunden. Der dritte Spannungsknoten VAQ kann beispielsweise eine Erdungsspannung oder jegliche andere Spannung als die Erdungsspannung sein. Die Quench-Steuerschaltung 5a schaltet den dritten Schalter 8 ein, wenn die Kathodenspannung der APD 7 auf einen vorbestimmten ersten Schwellenwertspannung Vth1 sinkt. Wenn der dritte Schalter 8 eingeschaltet wird, wird die Kathodenspannung der APD 7 auf der Spannung des dritten Spannungsknotens VAQ gehalten.
3 ist ein Spannungswellenformdiagramm der Fotodetektionseinrichtung 1 von 1. In 3 ist die Abszisse die Zeit und ist die Ordinate der Spannungswert. 3 zeigt einen Zustand vor Zeit t1, in welcher die APD 7 kein Licht detektiert, während welches die Kathodenspannung der APD 7 eine Spannung ungefähr gleich der Spannung Vhi des ersten Spannungsknotens Vhi ist.
Wenn die APD 7 Licht zur Zeit t1 detektiert, werden Elektronenlochpaare innerhalb der APD 7 erzeugt, um einen Strom zu veranlassen, in die APD 7 zu fließen. Entsprechend beginnt die Kathodenspannung der APD 7, zu sinken. Wenn die Kathodenspannung der APD 7 sich zu einem vorbestimmten ersten Schwellenwertspannung Vth1 senkt (Zeit t2), wird der dritte Schalter 8 eingeschaltet, so dass die Kathodenspannung der APD 7 auf die Spannung VAQ des dritten Spannungsknotens sinkt (Zeit t3).
Die Quench-Steuerschaltung 5a hält den Ein-Zustand des dritten Schalters 8 bis zur Zeit t4, so dass die Kathodenspannung der APD 7 auf der Spannung VAQ gehalten wird.
Zur Zeit t4 schaltet die Quench-Steuerschaltung 5a den dritten Schalter 8 aus und schaltet die Steuerschaltung 5 den dritten Schalter 3b in der ersten Rücksetzschaltung 3 ein. Entsprechend, wie in einer Äquivalenzschaltung von 4A gezeigt, fließt der Strom aus der Stromquelle 3a in der ersten Rücksetzschaltung 3 zur Kathode der APD 7 über den ersten Schalter 3b, so dass die Kathodenspannung der APD 7 beginnt, graduell zu steigen. Da der aus der Stromquelle 3a ausgegebene Strom beschränkt ist, ist auch der aus der Kathode der APD 7 aus der ersten Rücksetzschaltung 3 fließende Strom beschränkt, so dass die Kathodenspannung der APD 7 sanft steigt.
Wenn die Kathodenspannung der APD 7 eine vorbestimmte zweite Schwellenwertspannung Vth2 (≥ Vth1) erreicht (Zeit t5), schaltet die Steuerschaltung 5 den ersten Schalter 3b in der ersten Rücksetzschaltung 3 aus und schaltet den zweiten Schalter 4a ein. Entsprechend, wie in der Äquivalenzschaltung von 4B gezeigt, fließt ein großer Strom durch die Kathode der APD 7 über den zweiten Schalter 4a in der zweiten Rücksetzschaltung 4. Daher steigt die Kathodenspannung der APD 7 rasch an, so dass sie die Sättigungsspannung zur Zeit t6 erreicht. Wie in 3 gezeigt, gibt die Steuerschaltung 5 ein Impulssignal mit einer Impulsbreite von Zeit t2 bis Zeit t5 aus.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die Dauer, in welcher die erste Rücksetzschaltung 3 den ersten Schalter 3b einschaltet, als erste Rücksetzung bezeichnet und wird die Dauer, in welcher die zweite Rücksetzschaltung 4 den zweiten Schalter 4a einschaltet, als zweite Rücksetzung bezeichnet.
Es kann einen Fall geben, in welchem die APD 7 Licht während einer ersten Rücksetzdauer detektiert, während welcher ein Strom aus der ersten Rücksetzschaltung 3 zur Kathode der APD 7 fließt. Das Spannungswellenformdiagramm ist in diesem Fall wie in 5 gezeigt. Die Periode ab Zeit t4 bis Zeit t5 in 5 ist die erste Rücksetzdauer, während welcher ein Strom aus der ersten Rücksetzschaltung 3 an die Kathode der APD 7 fließt. Wenn die APD 7 Licht in dieser Dauer detektiert, werden Elektronenlochpaare in der APD 7 erzeugt, um zu veranlassen, dass ein Strom in der APD 7 fließt, so dass die Kathodenspannung der APD 7 sinkt (Zeit t4a). Jedoch, da der durch die erste Rücksetzschaltung 3 fließende Strom durch die Stromquelle 3 beschränkt ist, besteht keine Möglichkeit raschen Anstiegs bei dem durch die APD 7 fließenden Strom. Wenn die APD 7 Licht nicht detektiert, fließt der Strom aus der ersten Rücksetzschaltung 3 zur Kathode der APD 7, so dass die Kathodenspannung der APD 7 beginnt, wieder zu steigen. Wenn die Kathodenspannung der APD 7 die vorbestimmte zweite Schwellenwertspannung Vth2 erreicht, schaltet die Steuerschaltung 5 den ersten Schalter 3b in der ersten Rücksetzschaltung 3 aus und schaltet den zweiten Schalter 4a in der zweiten Rücksetzschaltung 4 ein. Entsprechend fließt ein großer Strom aus der zweiten Rücksetzschaltung 4 zur Kathode der APD 7, so dass die Kathodenspannung der APD 7 schnell ansteigt.
Darüber hinaus kann es einen Fall geben, bei dem die APD 7 Licht während einer zweiten Rücksetzdauer detektiert, während welcher ein großer Strom aus der zweiten Rücksetzschaltung zur Kathode der APD 7 fließt. Das Spannungswellenformdiagramm in diesem Fall ist wie in 6 gezeigt. Zur Zeit t5 in 6 schaltet der zweite Schalter 4a in der zweiten Rücksetzschaltung 4 ein, so dass ein großer Strom beginnt, aus der zweiten Rücksetzschaltung 4 zur Anode der APD 7 zu fließen. Wenn die APD 7 Licht zur Zeit t5 in diesem Zustand detektiert, werden Elektrodenlochpaare in der APD 7 erzeugt, um einen Strom zu veranlassen, in der APD 7 zu fließen, so dass die Kathodenspannung der APD 7 beginnt, zu sinken. Jedoch, wenn die Kathodenspannung der APD 7 sich auf die vorbestimmte erste Schwellenwertspannung Vth1 senkt (Zeit t5b), schaltet die Quench-Steuerschaltung 5a den dritten Schalter 8 ein, so dass die Kathodenspannung der APD 7 auf der vorbestimmten Spannung VAQ während einer vorbestimmten Dauer gehalten wird (Zeit t5b bis t5c). Danach schaltet zur Zeit t5c der erste Schalter 3b in der ersten Rücksetzschaltung 3 ein und schaltet dann zur Zeit t5d der zweite Schalter 5a in der zweiten Rücksetzschaltung 4 ein.
Wie oben beschrieben, wenn die APD 7 Licht während der Dauer detektiert, in welcher ein großer Strom aus der zweiten Rücksetzschaltung 4 zur Kathode der APD 7 fließt, schaltet die Quench-Steuerschaltung 5a zu dem Moment ein, zu welchem die Kathodenspannung der APD 7 auf eine vorbestimmte Schwellenwertspannung sinkt. Daher besteht keine Möglichkeit des Flusses eines unsteuerbar großen Stroms an die APD 7, so dass die APD 7 gegenüber Beschädigung aufgrund von Erzeugung von Wärme geschützt werden kann, und Übersprechen aufgrund von Lichtemission der APD 7 reduziert werden kann.
Die Kathodenspannung der APD 7 in dem Zustand, wo die APD 7 Licht nicht detektiert, ist beachtlich höher als die Gatterspannung des MOS-Transistors, welcher den ersten Schalter 3b und den zweiten Schalter 4a konfiguriert. Daher kann Spannungspegelumwandlung in dem Fall erforderlich sein, wenn die Steuerschaltung 5 die Gatterspannung des MOS-Transistors für den ersten Schalter 3b und den zweiten Schalter 4a basierend auf der Kathodenspannung der APD 7 steuert.
7 ist ein Schaltungsdiagramm, in welchem ein erster Pegelwandler 11 und ein zweiter Pegelwandler 12 zur Fotodetektionseinrichtung 1 von 2 hinzugefügt werden. Ein Steuersignal für den ersten Schalter 3b, das aus der Steuerschaltung 5 ausgegeben wird, wird am Gatter des MOS-Transistors Q1 über den ersten Pegelwandler 11 eingegeben. Gleichermaßen wird ein Steuersignal für den zweiten Schalter 4a, das aus der Steuerschaltung 5 ausgegeben wird, am Gatter des MOS-Transistors Q2 über den zweiten Pegelwandler 12 eingegeben. Der erste Pegelwandler 11 und der zweite Pegelwandler 12 führen Spannungssteuerung durch, um die Spannung von einem Spannungspegel der Kathodenspannung der APD 7 zu einem Spannungspegel der Gatter der MOS-Transistoren Q1 und Q2 zu senken.
Die Fotodetektionseinrichtungen 1 von 1, 2 und 7 geben die Minimalkonfiguration zur Lichtdetektion an. Tatsächlich werden die Fotodetektionseinrichtungen 1 von 1, 2 und 7 oft in einem Zustand verwendet, bei dem eine Vielzahl der Fotodetektionseinrichtungen 1 in einer ein-dimensionalen Richtung oder einer zwei-dimensionalen Richtung angeordnet sind. Darüber hinaus kann ein Halbleiter-IC, in welchem eine Mehrzahl der Fotodetektionseinrichtungen 1 von 1, 2 und 7 integriert sind, hergestellt werden.
8 ist ein schematisches Layoutdiagramm einer mit vier APDs 7 und vier aktiven Quench-Schaltungen (in dem Diagramm mit AQ bezeichnet) 6 versehenen Fotodetektionseinrichtung 1. Die aktive Quench-Schaltung 6 ist eine Schaltung, die den ersten Rücksetzschalter 3, den zweiten Rücksetzschalter 4 und die Steuerschaltung 5 in den Fotodetektionseinrichtungen 1 von 1, 2 und 7 beinhaltet.
In 8 konfigurieren vier APDs 7 einen SiPM (Silizium-Fotomultiplizierer) 13 und konfigurieren vier aktive Quench-Schaltungen 6 eine aktive Quench-Schaltungsgruppe 14. In 8 sind zwei aktive Quench-Schaltungen 6 in einer X-Richtung und auch in einer Y-Richtung angeordnet, angrenzend an den SiPM 13, der zwei APDs 7 in der X-Richtung und auch in der Y-Richtung angeordnet aufweist. Jedoch kann jegliche Anzahl von APDs 7 im SiPM 13 in jeglicher Weise angeordnet werden und können auch der SiPM 13 und die aktiven Quench-Schaltungen 6 in jeglicher Positionsbeziehung angeordnet werden.
Tatsächlich sind eine Mehrzahl von SiPMs 13 und aktiven Quench-Schaltungen 6, wie etwa jenen von 8, auf einem Halbleitersubstrat, das in einem Schritt herzustellen ist, angeordnet. 9 ist ein Layout-Diagramm einer Vielzahl von SiPMs 13 und aktiven Quench-Schaltungsgruppen (APDs) 14, die auf einem Halbleitersubstrat angeordnet sind. Wie gezeigt, sind eine Vielzahl von Gruppen, die alle einen SiPM 13 und eine aktive Quench-Schaltungsgruppe 14 aufweisen, in den X- und Y-Richtungen angeordnet.
Die Fotodetektionseinrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann in einer Elektronikeinrichtung zum Durchführen von ToF (Flugzeit, time of flight) Typdistanzmessung implementiert werden. 10A ist ein Blockdiagramm, welches schematisch die Konfiguration einer Elektronikeinrichtung 21 zeigt, die mit einer Lichtempfangseinheit (Lichtdetektor) 24 versehen ist, die mit der Fotodetektionseinrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform implementiert wird. Die Elektronikeinrichtung 21 von 10A ist mit einer Flutlichteinheit 22, einer Lichtsteuereinheit 23, einer Lichtempfangseinheit 24, einer Signalverarbeitungseinheit 25 und einer Bildverarbeitungseinheit 26 versehen. Von ihnen konfigurieren die Flutlichteinheit 22, die Lichtsteuereinheit 23, die Lichtempfangseinheit 24 und die Signalverarbeitungseinheit 25 eine Distanzmessvorrichtung 27. Zumindest ein Teil der Elektronikeinrichtung 21 von 10A kann mit einer oder einer Vielzahl von Halbleiter-ICs (integrierte Schaltungen) konfiguriert sein. Beispielsweise können die Signalverarbeitungseinheit 25 und die Bildverarbeitungseinheit 26 in einen Halbleiterchip integriert sein, oder die Lichtempfangseinheit 24 kann auch in diesem Halbleiterchip integriert sein. Darüber hinaus kann die Flutlichteinheit 22 auch in diesem Halbleiterchip integriert sein.
Die Flutlichteinheit 22 emittiert erstes Licht als Flutlicht. Das erste Licht ist beispielsweise ein Laserstrahl in einem vorbestimmten Frequenzband. Der Laserstrahl ist kohärentes Licht mit konstanter Faser und Frequenz. Die Flutlichteinheit 22 emittiert gepulstes erstes Licht intermittent in einem vorbestimmten Zyklus. Der Zyklus, in welchem die Flutlichteinheit 22 das erste Licht als Flutlicht emittiert, ist eine Zeitperiode gleich oder länger als die Zeit, die erforderlich ist, dass die Distanzmessvorrichtung 27 eine Distanz auf Basis eines Impulses des ersten Lichts misst.
Die Flutlichteinheit 22 weist einen Oszillator 31, eine Flutlichtsteuerung 32, eine Lichtquelle 33, einen ersten Treiber 34 und einen zweiten Treiber 35 auf. Der Oszillator 31 erzeugt ein Oszillationssignal gemäß dem Zyklus des Emittierens des ersten Lichts als Flutlicht. Der erste Treiber 34 führt intermittent Strom der Lichtquelle 33 synchron mit dem Oszillationssignal zu. Die Lichtquelle 33 emittiert intermittent das erste Licht auf Basis des Stroms aus dem ersten Treiber 34. Die Lichtquelle 33 kann ein Laserelement sein, das einen einzelnen Laserstrahl emittiert, oder eine Lasereinheit, die eine Vielzahl von Laserstrahlen emittiert. Die Fluchtlichtsteuerung 32 steuert den zweiten Treiber 35 synchron mit dem Oszillationssignal. Der zweite Treiber 35 liefert ein Antriebssignal an die Lichtsteuereinheit 23 synchron mit dem Oszillationssignal in Reaktion auf einen Befehl aus der Flutlichtsteuerung 32.
Die Lichtsteuerung 23 steuert die Bewegungsrichtung des aus der Lichtquelle 33 emittierten ersten Lichts. Darüber hinaus steuert die Lichtsteuereinheit 23 die Bewegungsrichtung des empfangenen zweiten Lichts.
Die Lichtsteuerung 23 weist eine erste Linse 41, einen Strahlteiler 42, eine zweite Linse 43, einen Halbspiegel 44 und einen Scanspiegel 45 auf.
Die erste Linse 41 sammelt das aus der Flutlichteinheit 22 emittierte erste Licht und führt es zum Strahlteiler 42. Der Strahlteiler 42 unterteilt das erste Licht aus der ersten Linse 41 in zwei Richtungen und führt sie zur zweiten Linse 43 und dem Halbspiegel 44 getrennt. Die zweite Linse 43 führt das aus dem Strahlteiler 42 abgeteilte Licht zur Lichtempfangseinheit 24. Der Grund zum Führen des ersten Lichtes zur Lichtempfangseinheit 24 ist, dass die Lichtempfangseinheit 24 einen Flutlichtzeitpunkt detektiert.
Der Halbspiegel 44 leitet das unterteilte Licht aus dem Strahlteiler 42, um es zum Scanspiegel 45 zu führen. Darüber hinaus reflektiert der Halbspiegel 44 zweites Licht, welche reflektiertes Licht beinhaltet, das auf die Elektronikeinrichtung 21 einfällt, zu der Richtung der Lichtempfangseinheit 24.
Der Scanspiegel 45 rotiert die Spiegeloberfläche synchron mit einem Antriebssignal aus dem zweiten Treiber 35 in der Flutlichteinheit 22. Auf diese Weise steuert der Scanspiegel 45 die Reflektionsrichtung des unterteilten Lichts (erstes Licht), das auf die Spiegeloberfläche des Scanspiegels 45 nach Passieren des Halbspiegels 44 einfällt. Durch Steuern der Rotation der Spiegeloberfläche des Halbspiegels 24 bei einem konstanten Zyklus ist es möglich, dass aus der Lichtsteuereinheit 23 emittierte erste Licht zumindest in einer ein-dimensionalen Richtung zu scannen. Durch Bereitstellen von zwei Wellen in zwei Richtungen zum Rotieren der Spiegeloberfläche ist es auch möglich, dass aus der Lichtsteuereinheit 23 emittierte erste Licht in einer zwei-dimensionalen Richtung zu scannen. 10A zeigt ein Beispiel des Scannens des aus der Elektronikeinrichtung 21 emittierten ersten Lichts als Flutlicht in einer X-Richtung und einer Y-Richtung mittels des Scanspiegels 45.
In dem Fall, bei dem ein Objekt 10, wie etwa ein Mensch oder ein Körper, in einem Scanbereich des aus der Elektronikeinrichtung 21 emittierten ersten Lichts als Flutlicht vorliegt, wird das erste Licht durch das Objekt 10 reflektiert. Zumindest ein Teil des von dem Objekt 10 reflektierten Reflektionslichts breitet sich in der reversen Richtung durch die Passage aus, fast gleich wie das des ersten Lichts und fällt auf den Scanspiegel 45 in der Lichtsteuereinheit 23 ein. Obwohl die Spiegeloberfläche des Scanspiegels 45 bei einem vorbestimmten Zyklus rotiert wird, da ein Laserstrahl sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet, fällt das reflektierte Licht aus dem Objekt 10 auf die Spiegeloberfläche ein, während es fast keine Änderung beim Winkel der Spiegeloberfläche des Scanspiegels 45 gibt. Das reflektierte Licht vom Objekt 10, das auf die Spiegeloberfläche einfällt, wird durch den Halbspiegel 44 reflektiert und durch die Lichtempfangseinheit 24 empfangen.
Die Lichtempfangseinheit 24 weist einen Lichtdetektor 51, einen Verstärker 52, eine dritte Linse 53, einen Fotosensor 54 und einen A/D-Wandler 55 auf. Der Lichtdetektor 51 empfängt durch den Strahlteiler 42 unterteiltes Licht und wandelt es in ein elektronisches Signal um. Der Lichtdetektor 51 kann den Flutlichtzeitpunkt des ersten Lichts detektieren. Der Verstärker 51 verstärkt das aus dem Lichtdetektor 51 ausgegebene Elektroniksignal.
Die dritte Linse 53 bildet ein Bild des durch den Halbspiegel 44 reflektierten Lichts auf den Fotosensor 54. Der Fotosensor 54 empfängt das zweite Licht und wandelt es in ein elektronisches Signal um. Der Fotosensor 54 weist den oben beschriebenen SiPM auf (Silizium-Fotomultiplizierer) 13.
Der A/D-Wandler 55 tastet das aus dem Fotosensor 54 ausgegebene elektronische Signal bei einer vorbestimmten Abtastrate für A/D-Umwandlung ab, um ein Digitalsignal zu erzeugen.
Die Signalverarbeitungseinheit 25 misst die Distanz zum Objekt 10, welches das erste Licht reflektierte, und speichert ein digitales Signal gemäß dem zweiten Licht in einer Speichereinheit (Speicher) 61. Die Signalverarbeitungseinheit 25 weist die Speichereinheit 61, eine Distanzmesseinheit 62 und eine Speichersteuereinheit 63 auf.
Die Distanzmesseinheit 62 misst eine Distanz zum Objekt 10, basierend auf dem ersten Licht und reflektiertem Licht. Spezifischer misst die Distanzmesseinheit 62 eine Distanz zum Objekt 10, basierend auf der Zeitdifferenz zwischen einem Flutlichtzeitpunkt des ersten Lichts und einem Empfangszeitpunkt des reflektierten Lichts, das im durch den Fotosensor 54 empfangenen zweiten Licht enthalten ist. Mit anderen Worten misst die Distanzmesseinheit 62 die Distanz basierend auf dem nachfolgenden Ausdruck (1). Die Bearbeitungsoperation der Distanzmesseinheit kann durch einen Prozessor, eine Verarbeitungsschaltung etc. ausgeführt werden. $Distanz = Lichtgeschwindigkeit \times (Empfangszeitpunkt reflektiertem Lichts - Flutlichtzeitpunkt ersten Lichts)$
Der „Empfangszeitpunkt reflektierten Lichts“ im Ausdruck (1) ist genauer gesagt ein Empfangszeitpunkt reflektierten Lichts an einer Spitzenposition. Die Distanzmesseinheit 62 detektiert die Spitzenposition des in dem zweiten Licht enthaltenen reflektierten Lichts basierend auf einem durch den A/D-Wandler 55 erzeugten Digitalsignal.
Die Elektronikeinrichtung 21 von 10A zeigt ein Beispiel, in welchem vom Objekt 10 reflektierte Licht durch den Scanspiegel 45 und den Halbspiegel 44 reflektiert wird, um zur Lichtempfangseinheit 24 geführt zu werden. Wenn der Fotosensor 54, der eine Vielzahl von SiPMs 13 aufweist, die in einer zwei-dimensionalen Richtung angeordnet sind, wie in 9 gezeigt, verwendet wird, kann er auf eine Elektronikeinrichtung 21 wie in 10B gezeigt angewendet werden. In der Elektronikeinrichtung 21 von 10B wird das vom Objekt 10 reflektierte Licht nicht zu der Lichtempfangseinheit 24 geführt, nachdem es durch den Scanspiegel 45 und den Halbspiegel 44 reflektiert ist, sondern direkt zum Fotosensor 54 über die dritte Linse 53 geführt.
Zumindest ein Teil der Elektronikeinrichtung 21 von 10A oder 10B kann mit einer oder einer Vielzahl von Halbleiter-ICs konfiguriert sein. 11 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Beispiel zeigt, in welchem die Lichtempfangseinheit 24 und die Signalverarbeitungseinheit 25 in der Elektronikeinrichtung 21 von 10A und 10B auf einem Halbleitersubstrat 71 angeordnet sind. Auf dem Halbleitersubstrat 71 von 11 sind ein erstes Die 72 und ein zweites Die 73 vorgesehen. Auf dem ersten Die 72 ist der Fotosensor 54 in der Lichtempfangseinheit 24 von 10A oder 10B angeordnet. Der Fotosensor 54 ist, wie in 8 gezeigt, mit einer Vielzahl von SiPMs 13 und aktiven Quench-Schaltungsgruppen versehen, die in den X- und Y-Richtungen angeordnet sind. Auf dem zweiten Die 73 sind der A/D-Wandler (ADC) 55 in der Lichtempfangseinheit 24 und die Signalverarbeitungseinheit 25 in 10A oder 10B angeordnet. Pads 74 auf dem ersten Die 72 und Pads 75 auf dem zweiten Die 73 sind mit Bondierdrähten 76 verbunden.
Die Flutlichteinheit 22, die Lichtsteuereinheit 23 etc. können auf einem Halbleitersubstrat 71 von 11 gebaut werden. Oder die Flutlichteinheit 22, die Lichtsteuereinheit 23 etc. können auf einem anderen Substrat getrennt vom Halbleitersubstrat 71 von 11 gebaut sein.
Wie oben beschrieben, beschränkt in der ersten Ausführungsform, nachdem die APD 7 Licht detektiert, die erste Rücksetzschaltung 3 den der Kathode der APD 7 zuzuführenden Strom, um die Kathodenspannung der APD 7 sanft zu steigern, und danach führt die zweite Rücksetzschaltung 4 einen großen Strom zur Kathode der APD 7 zu, um die Kathodenspannung der APD 7 rasch zu steigern. Entsprechend, selbst wenn die APD 7 Licht detektiert, während die erste Rücksetzschaltung 3 oder die zweite Rücksetzschaltung 4 einen Strom zur Kathode der APD 7 zuführt, ist es möglich, den Fluss eines unkontrollierbar großen Stroms zur APD 7 zu verhindern. Daher, gemäß der vorliegenden Ausführungsform, kann die APD 7 vor der Erzeugung von Wärme und Zerstörung in einer Rücksetzoperation geschützt werden und kann ein Übersprechen aufgrund von Lichtemission der APD 7 reduziert werden.
Zweite Ausführungsform
Die Fotodetektionseinrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform zeigt ein Beispiel, in welchem die erste Rücksetzschaltung 3 und die zweite Rücksetzschaltung 4 parallel zwischen dem ersten Spannungsknoten Vhi und der Kathode der APD 7 verbunden sind. Jedoch kann die Verbindungsbeziehung zwischen der APD 7, der ersten Rücksetzschaltung 3 und der zweiten Rücksetzschaltung 4 umgekehrt werden.
12 ist ein Schaltungsdiagramm einer Fotodetektionseinrichtung 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform. In der Fotodetektionseinrichtung 1 von 12 ist die Kathode der APD 7 mit dem ersten Spannungsknoten Vhi verbunden und sind die erste Rücksetzschaltung 3 und die zweite Rücksetzschaltung 4 parallel zwischen der Anode der APD 7 und dem zweiten Spannungsknoten Vlow verbunden. Die Steuerschaltung 5 steuert das Umschalten des ersten Schalters 3b in der ersten Rücksetzschaltung 3 und des zweiten Schalters 4a in der zweiten Rücksetzschaltung 4, basierend auf der Anodenspannung der APD 7.
Die Änderung bei der Anodenspannungswellenform der APD 7 ist das Umgekehrte von der in 3 gezeigten. Wenn APD 7 Licht detektiert, steigt die Anodenspannung der APD 7 graduell an. Wenn die Anodenspannung der APD 7 eine vorbestimmte Schwellenwertspannung erreicht, schaltet die Steuerschaltung 5 den ersten Schalter 3b in der ersten Rücksetzschaltung 3 ein, um einen Strom aus der Anode zur APD 7 durch die Stromquelle 3a in der ersten Rücksetzschaltung 3 passieren zu lassen und den Strom zum zweiten Spannungsknoten Vlow zuzuführen. Entsprechend sinkt die Anodenspannung der APD 7 graduell ab. Danach schaltet die Steuerschaltung 5 zum zweiten Schalter 4a in der zweiten Rücksetzschaltung 4 ein. Entsprechend steigt der an die Anode der APD 7 fließende Strom rasch an, so dass die Anodenspannung der APD 7 rasch sinkt.
In der Fotodetektionseinrichtung 1 von 12 gibt es keine Möglichkeit unbegrenzten Stromflusses an die APD 7, selbst wenn die APD 7 Licht detektiert, während der Strom aus der Anode der APD 7 zur Stromquelle 3a in der ersten Rücksetzschaltung 3 fließt oder während der Strom aus der Anode der APD 7 zum zweiten Schalter 4a in der zweiten Rücksetzschaltung 4 fließt. Daher, wie in der ersten Ausführungsform, kann die Erzeugung von Wärme und das Übersprechen der APD 7 reduziert werden.
Auch in der Fotodetektionseinrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform kann eine Quench-Steuereinheit 5a, wie in 2 gezeigt, in der Steuerschaltung 5 vorgesehen sein. Darüber hinaus kann auch in der Fotodetektionseinrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform ein erster Pegelwandler 11 und ein zweiter Pegelwandler 12, wie etwa in 7 gezeigt, vorgesehen sein.
Die Fotodetektionseinrichtung 1 von 12 kann verwendet werden, um die oben beschriebenen SiPMs 13 zu konfigurieren und Quench-Schaltungsgruppen, wie in 9 gezeigt, zu konfigurieren. Darüber hinaus kann die Fotodetektionseinrichtung 1 von 12 verwendet werden, um die Elektronikeinrichtung 21, wie in 10A oder 10B und 11 gezeigt, zu konfigurieren.
Wie oben beschrieben, ist in der Fotodetektionseinrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform die Verbindungsbeziehung zwischen APD 7, erster Rücksetzschaltung 3 und zweiter Rücksetzschaltung 4 die Umgekehrte zu derjenigen in der Fotodetektionseinrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform. Jedoch, in der zweiten Ausführungsform, wie in der ersten Ausführungsform, selbst wenn die APD 7 Licht detektiert, während die erste Rücksetzschaltung 3 oder die zweite Rücksetzschaltung 4 einen Strom der Kathode der APD 7 zuführt, kann ein Fluss eines unkontrollierbar großen Stroms an die APD 7 verhindert werden. Daher kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform die APD 7 vor der Erzeugung von Wärme und Zerstörung in einer Rücksetzoperation geschützt werden und kann ein Übersprechen aufgrund von Lichtemission der APD 7 reduziert werden.
Während gewisse Ausführungsformen beschrieben worden sind, sind diese Ausführungsformen lediglich beispielhaft präsentiert worden und sollten nicht den Schutzumfang der Erfindung beschränken. Tatsächlich können die hierin beschriebenen neuen Verfahren und Systeme in einer Vielzahl anderer Formen ausgeführt werden; darüber hinaus können verschiedene Weglassungen, Austäusche und Änderungen in der Form der hierin beschriebenen Verfahren und Systeme gemacht werden, ohne vom Geist der Erfindung abzuweichen. Die beigefügten Ansprüche und ihre Äquivalente sollen solche Formen oder Modifikationen abdecken, die innerhalb des Schutzumfangs und Geists der Erfindung fallen würden.

Claims

Fotodetektionseinrichtung, umfassend: ein Fotodetektionselement; eine erste Rücksetzschaltung, die konfiguriert ist, auszuwählen, ob ein Ein-Widerstand zwischen einem ersten Spannungsknoten und einem Anschluss des Fotodetektionselementes auf einen ersten Wert einzustellen ist; eine zweite Rücksetzschaltung, die konfiguriert ist, auszuwählen, ob der Ein-Widerstand auf einen zweiten, kleineren Wert als der erste Wert einzustellen ist; und eine Steuerschaltung, die konfiguriert ist: den Ein-Widerstand auf den ersten Wert durch die erste Rücksetzschaltung einzustellen, nachdem das Fotodetektionselement Licht detektiert; und den Ein-Widerstand durch die zweite Rücksetzschaltung auf den zweiten Wert einzustellen, nachdem die erste Rücksetzschaltung auswählt, den Ein-Widerstand auf den ersten Wert einzustellen.
Fotodetektionseinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuerschaltung konfiguriert ist: den Ein-Widerstand durch die erste Rücksetzschaltung auf einen ersten Wert einzustellen, nachdem das Fotodetektionselement Licht detektiert; und den Ein-Widerstand durch die zweite Rücksetzschaltung auf den zweiten Wert einzustellen, basierend auf einer Spannung am Anschluss der Fotodetektionseinrichtung.
Fotodetektionseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuerschaltung den Anschluss des Fotodetektionselements auf einer ersten Spannung hält, nachdem das Fotodetektionselement Licht detektiert, und den Ein-Widerstand auf den ersten Wert durch die erste Rücksetzschaltung einstellt, nach Halten des Anschlusses des Fotodetektionselementes auf der ersten Spannung, und den Ein-Widerstand auf den zweiten Wert durch die zweite Rücksetzschaltung einstellt, nachdem die erste Rücksetzschaltung den Ein-Widerstand auf den ersten Wert einstellt.
Fotodetektionseinrichtung nach Anspruch 3, wobei die Steuerschaltung eine Spannungshalteschaltung umfasst, um den Anschluss des Fotodetektionselements auf der ersten Spannung eine vorbestimmte Dauer lang zu halten, in Reaktion darauf, dass der Anschluss des Fotodetektionselementes auf eine zweite Spannung eingestellt wird, die sich von der ersten Spannung unterscheidet, nachdem das Fotodetektionselement Licht detektiert.
Fotodetektionseinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste Rücksetzschaltung umfasst: eine Stromquelle zur Ausgabe eines vorbestimmten Stroms; und einen ersten Schalter zum Auswählen, ob der vorbestimmte Strom aus der Stromquelle dem Anschluss des Fotodetektionselementes zuzuführen ist, und die zweite Rücksetzschaltung umfasst: einen Schalter zum Auswählen, ob Leitung zwischen dem ersten Spannungsknoten und dem Anschluss des Fotodetektionselements zu machen ist.
Fotodetektionseinrichtung gemäß Anspruch 5, wobei die Steuerschaltung den ersten Schalter zum Zuführen des vorbestimmten Stroms aus der Stromquelle an den Anschluss des Fotodetektionselementes schaltet, wenn das Fotodetektionselement Licht detektiert, so dass eine Spannung am Anschluss des Fotodetektionselementes um eine vorbestimmte Spannung variiert, und den zweiten Schalter umschaltet, um Leitung zwischen dem ersten Spannungsknoten und dem Anschluss des Fotodetektionselements vorzunehmen, nach Zuführen des vorbestimmten Stroms aus der Stromquelle zum Anschluss des Fotodetektionselements.
Fotodetektionseinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, wobei, der erste Schalter ein erster Transistor zum Auswählen ist, ob der vorbestimmte Strom aus der Stromquelle zum Anschluss des Fotodetektionselements zuzuführen ist; der zweite Schalter ein zweiter Transistor ist, um auszuwählen, ob eine Leitung zwischen dem ersten Spannungsknoten und dem Anschluss des Fotodetektionselementes zu machen ist; die Steuerschaltung ein erstes Steuersignal zum Steuern einer Gatterspannung des ersten Transistors und ein zweites Steuersignal zum Steuern einer Gatterspannung des zweiten Transistors ausgibt, und die Fotodetektionseinrichtung weiter umfasst: einen ersten Pegelwandler zum Umwandeln eines Spannungspegels des ersten Steuersignals und Eingeben des umgewandelten ersten Steuersignals an ein Gatter des ersten Transistors; und einen zweiten Pegelwandler zum Umwandeln eines Spannungspegels des zweiten Steuersignals und Eingeben des umgewandelten zweiten Steuersignals an ein Gatter des zweiten Transistors.
Fotodetektionseinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Steuerschaltung kontinuierlich den ersten Schalter zum Zuführen des vorbestimmten Stroms aus der Stromquelle an den Anschluss des Fotodetektionselementes schaltet, wenn das Fotodetektionselement Licht detektiert, während die erste Rücksetzschaltung den Ein-Widerstand auf den ersten Wert einstellt.
Fotodetektionseinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Steuerschaltung den Anschluss des Fotodetektionselementes auf eine erste Spannung in einem Moment einstellt, zu welchem eine Spannung des Anschlusses des Fotodetektionselementes eine vorbestimmte Spannung oder niedriger erreicht, wenn das Fotodetektionselement Licht detektiert, während die zweite Rücksetzschaltung den Ein-Widerstand auf den zweiten Wert einstellt, und den Ein-Widerstand durch die erste Rücksetzschaltung auf den ersten Wert einstellt, nach Einstellen des Anschlusses des Fotodetektionselementes auf die erste Spannung, und den Ein-Widerstand durch die zweite Rücksetzschaltung auf den zweiten Wert einstellt, nach Einstellen des Ein-Widerstands auf den ersten Wert.
Fotodetektionseinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Fotodetektionselement eine Lawinen-Fotodiode ist, und die erste Rücksetzschaltung und die zweite Rücksetzschaltung zwischen dem ersten Spannungsknoten und einer Kathode der Lawinen-Fotodiode parallel verbunden sind.
Fotodetektionseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Fotodetektionselement eine Lawinen-Fotodiode ist, und die erste Rücksetzschaltung und die zweite Rücksetzschaltung parallel zwischen einer Anode der Lawinen-Fotodiode und einem Spannungsknoten von niedrigerem Spannungspegel als der erste Spannungsknoten verbunden sind.
Fotodetektionseinrichtung nach Anspruch 10 oder 11, umfassend: eine Vielzahl von in einer ein-dimensionalen Richtung oder einer zwei-dimensionalen Richtung angeordneten Lawinen-Fotodioden; und eine aktive Quench-Schaltung, die entsprechend jeder der Lawinen-Fotodioden angeordnet ist, wobei die aktive Quench-Schaltung die erste Rücksetzschaltung, die zweite Rücksetzschaltung und die Steuerschaltung umfasst.
Elektronikeinrichtung, umfassend: einen Lichtdetektor, der eine Fotodetektionseinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 umfasst, wobei der Lichtdetektor konfiguriert ist, zweites Licht zu empfangen, das reflektiertes Licht enthält, das durch Reflektieren ersten Lichts an einem Objekt erhalten wird; einen A/D-Wandler zum Erzeugen eines Digitalsignals entsprechend dem zweiten Licht; einen Speicher zum Speichern des Digitalsignals; und einen Prozessor zum Messen einer Distanz zum Objekt, basierend auf einem Flutlichtzeitpunkt des ersten Lichts und einem Lichtempfangszeitpunkt des reflektierten Lichts an der Lichtempfangseinheit.
Elektronikeinrichtung nach Anspruch 13, weiter umfassend eine Flutlichtschaltung zum Emittieren des ersten Lichts als Flutlicht, wobei der Prozessor den Flutlichtzeitpunkt des ersten Lichts erfasst.
Fotodetektionsverfahren, umfassend: Detektieren von Licht durch ein Fotodetektionselement; Einstellen eines Ein-Widerstands zwischen einem ersten Spannungsknoten und einem Anschluss der Fotodetektionseinrichtung auf einen ersten Wert durch eine erste Rücksetzschaltung zum Auswählen, ob der Ein-Widerstand auf den ersten Wert einzustellen ist; und Einstellen des Ein-Widerstands auf einen zweiten Wert durch eine zweite Schaltung, um auszuwählen, ob der Ein-Widerstand auf den zweiten Wert, der kleiner ist als der erste Wert, einzustellen ist.